Beschreibung

Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführeinrichtung, insbesondere für

eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ange¬

gebenen Gattung.

Stand der Technik

[0002] In der EP 1 256 707 A2 ist ein Kraftstofffilter mit wasserabscheidenden

Mitteln beschrieben. Dieser insbesondere für Dieselkraftstoff eines Ver¬

brennungsmotors dienende Kraftstofffilter umfasst zwei Filterstufen, wobei

eine erste Filterstufe zur Partikelfiltration vorgesehen ist. Diese Filterstufe

besteht aus einem hydrophilen Filtermaterial, welches die Eigenschaft be¬

sitzt, im Kraftstoff fein verteiltes Wasser zu größeren Wasserteilchen¬

elementen koaleszieren zu lassen. Der ersten Filterstufe ist eine zweite

Filterstufe aus einem hydrophoben Material nachgeschaltet, wobei sich

diese zweite Filterstufe koaxial innerhalb der ersten Filterstufe befindet.

Diese Anordnung ist deshalb gewählt, dass der die erste Filterstufe ver¬

lassende und Wasseranteile enthaltende Kraftstoff umlenkungsfrei auf das

Material der letzten Filterstufe trifft.

[0003] Für diese Art der Ausgestaltung eines Kraftstofffilters werden große Flä¬

chen des hydrophoben Materials der ersten Stufe sowie des hydrophilen

Materials der zweiten Stufe benötigt. Als Nachteil wird auch angesehen,

dass auch bereits koaleszierte Wasserteilchenelemente mit dem Kraft-

stoffstrom gegen die zweite Filterstufe bewegt werden und von der zwei¬

ten Stufe noch ein großer Anteil der Wasserelemente abgeschieden wer¬

den muss.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Kraft¬

stoffzuführeinrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, durch die

eine zuverlässige Wasserabscheidefähigkeit bei deutlich reduziertem Ein¬

satz von koaleszierendem Material und hydrophobem Material gegeben

ist.

[0005] Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffzuführeinrichtung mit den Merk¬

malen des Anspruchs 1 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

[0006] Durch die Erfindung wird eine Kraftstoffzuführeinrichtung geschaffen, bei

der der Wasserabscheider unabhängig vom Kraftstofffilter, das heißt dem

Partikelfilter, ist, so dass jedes dieser Bauteile nach den jeweiligen Aufga¬

ben optimal ausgelegt werden kann. Es hat sich dabei herausgestellt,

dass die erforderlichen Flächen zur Wasserabscheidung und die dafür

notwendigen Medien deutlich reduziert werden können und je nach An¬

wendungsfall die hydrophilen und hydrophoben Materialien bezüglich ihrer

Fläche je nach Anwendungsfall 15-mal bis 50-mal kleiner ausgeführt wer¬

den können als bei herkömmlichen Anordnungen, in denen diese mit Par¬

tikelfiltern kombiniert sind. Eine weitere Steigerung bezüglich des Abschei-

degrades ergibt sich durch die Umlenkung des Kraftstoffs zwischen der

ersten und der zweiten Abscheidestufe.

[0007] Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste

Abscheidestufe mindestens eine Lage eines hydrophilen Mediums. Dabei

ist die mindestens eine Lage des hydrophilen Mediums im Wesentlichen

horizontal angeordnet. Der Durchtritt des Kraftstoffs durch das hydrophile

Medium erfolgt vertikal von oben nach unten, so dass die aus dem hydro¬

philen Medium austretenden Wassertropfen bereits in Richtung auf einen

im unteren Bereich befindlichen Sammelraum bewegt werden.

[0008] Die zweite Abscheidestufe umfasst vorzugsweise mindestens eine Lage

eines hydrophoben Mediums, wobei diese Lage des hydrophoben Me¬

diums insbesondere geneigt oder im Wesentlichen vertikal angeordnet ist.

Eine geneigte oder vertikale Anordnung hat dabei den Vorteil, dass die

sich an der zweiten Abscheidestufe zurückgehaltenen Wassertropfen

aufgrund ihrer Schwerkraft von der Fläche abfallen und ebenfalls in den

darunter liegenden Sammelraum geführt werden. Die Abscheidewirkung

auf dem Weg des Kraftstoffs zwischen der ersten und der zweiten

Abscheidestufe kann dadurch begünstigt werden, dass die Strömung des

Kraftstoffs derart umgelenkt wird, dass der Winkel des Strömungsweges

90° oder größer ist, wobei die Wasserbestandteile aufgrund ihrer größeren

Massenträgheit dieser Umlenkung nicht folgen.

[0009] Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes

umfasst der Wasserabscheider ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäu¬

se, dessen Längsachse mindestens annähernd vertikal verläuft, wobei in

dem Gehäuse ein Einsatzelement vorgesehen ist, das ein vertikales Rohr¬

stück umfasst. Das Einsatzelement kann je nach Anforderungen gestaltet

sein und weist vorzugsweise ein kreisringförmiges Stützgitter auf, auf dem

das hydrophile Material angeordnet ist. Des Weiteren ist es zweckmäßig,

dass das Rohrstück radiale öffnungen aufweist, die von dem hydrophoben

Material überdeckt sind, und wobei die radialen öffnungen sich in einem

vertikal unterhalb des Stützgitters liegenden Bereich des Rohrstückes be¬

finden.

[0010] Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des Kraftstoffablaufs wird

darin gesehen, dass sich an das obere Ende des Rohrstücks der Kraft¬

stoffablauf anschließt, der in einem Deckelteil des Gehäuses ausgebildet

ist. In diesem Deckelteil ist vorzugsweise eine im Wesentlichen ringförmi¬

ge Kraftstoffeintrittskammer gebildet, in die ein Eintrittskanal tangential

mündet. Dadurch wird in der Kraftstoffeintrittskammer eine Strömung des

Kraftstoffs erreicht, durch die das hydrophile Material der ersten Abschei¬

destufe im Wesentlichen gleichmäßig beaufschlagt wird. Darüber hinaus

ist es zweckmäßig, dass an dem unteren Ende des Rohrstücks ein teller¬

förmiges Leitelement angeordnet ist, dessen Außenumfang zur Innenwan¬

dung des Gehäuses einen Abstand aufweist. Auf diese Weise wird er-

reicht, dass die Wasserbestandteile entlang des Leitelementes in Richtung

auf den Rand geleitet werden, so dass sie durch den zur Innenwandung

des Gehäuses verbleibenden Abstand in den Sammelraum eintreten kön¬

nen. Nach oben ist der Sammelraum im Wesentlichen durch das Leit¬

element von der darüber gebildeten Abscheidekammer getrennt. Zur ver¬

einfachten Handhabung bei der Montage können das Einsatzelement und

das Deckelteil eine Baueinheit bilden.

[0011] Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes

besteht darin, dass der Wasserabscheider ein im Wesentlichen zylindri¬

sches Gehäuse mit zumindest annähernd horizontaler Längsachse um-

fasst und in dem Gehäuse ein Innenteil angeordnet ist, das sich in Längs¬

richtung des Gehäuses erstreckt, und in dem eine Kraftstoffeintrittskam¬

mer und eine Kraftstoffaustrittskammer gebildet sind. Dieses Innenteil

kann über angeformte Scheibenelemente in dem Gehäuse gehalten und

mit Dichtungsringen versehen sein, so dass sich eine Abdichtung des

Sammelraums für das abgeschiedene Wasser gegen den Kraftstoffzulauf

und Kraftstoffablauf ergibt.

[0012] Zweckmäßigerweise weist die Kraftstoffeintrittskammer eine längliche Er¬

streckung auf und besitzt an ihrer Unterseite öffnungen, die von dem hy¬

drophilen Material überspannt sind. Auch bei dieser Ausführung ergibt sich

ein Durchtritt des Kraftstoffs durch das hydrophile Material vertikal von

oben nach unten, so dass die aus dem hydrophilen Material austretenden

Wassertropfen bereits eine Bewegungsrichtung zum Sammelraum hin

haben. Bei einer solchen Ausgestaltung des Gehäuses und des Innenteils

befindet sich vorzugsweise die Kraftstoffeintrittskammer oberhalb der

Längsachse des Gehäuses und der unterhalb der Kraftstoffeintrittskammer

gebildete Hohlraum des Gehäuses dient in seinem oberen Bereich als Ab¬

scheidekammer und im unteren Bereich als Wassersammeiraum. Weiter¬

hin ist es zweckmäßig, dass über dem Innenteil in dem Gehäuse eine Zwi¬

schenkammer gebildet ist, von der eine öffnung zur Kraftstoffaustrittskam¬

mer führt, und diese öffnung von dem hydrophoben Material überdeckt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der

Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffleitung vom

Tank zu einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Wasserabscheider in Explosionsdarstellung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Deckelteils mit einem

Einsatzelement,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Wasserabscheider mit den

Einzelteilen gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines Wasserabscheiders im

Längsschnitt,

Fig. 6 u. 7 perspektivische Darstellungen eines Innenteils aus Fig. 5,

Fig. 8 eine stirnseitige Ansicht des Innenteils gemäß Fig. 6,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX - IX in Fig. 8.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0014] In Fig. 1 ist schematisch eine Kraftstoffzuführung 1 für eine Brennkraftma¬

schine 6 gezeigt, wobei in einer an einem Kraftstofftank 2 beginnenden

Kraftstoffleitung 7 aufeinanderfolgend eine Kraftstoffpumpe 3, ein Kraft¬

stofffilter 4 und ein Wasserabscheider 5 angeordnet sind. Der mittels der

Kraftstoffpumpe 3 aus dem Kraftstofftank 2 geförderte Kraftstoff wird zu¬

nächst im Kraftstofffilter 4 von Partikeln gereinigt und dann einem Wasser¬

abscheider 5 zugeführt. Die Funktionen "Partikelfiltration" und "Wasserab-

scheidung" sind dabei getrennt und werden in zwei separaten Bauteilen

realisiert.

[0015] Die Fig. 2 zeigt in Explosionsdarstellung einen Wasserabscheider 8, der

ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 9 sowie ein darin einbring¬

bares Einsatzelement 10 und ein Deckelteil 11 umfasst. Zwischen den

Flanschen des Gehäuses 8 und des Deckelteils 11 wird zur Abdichtung

ein O-Ring 12 angeordnet. Am Deckelteil 11 sind ein tangential zu einer

vertikalen Längsachse Li des Gehäuses 8 verlaufender Eintrittskanal 13

für den Kraftstoff und ein koaxial zur Längsachse Li angeordneter Kraft¬

stoffablauf 14 ausgebildet. Im gezeigten Beispiel sind das Deckelteil 11 ,

der Eintrittskanal 13 und der Kraftstoffablauf einstückig ausgeführt.

[0016] Das Einsatzelement 10 umfasst ein zentrisches Rohrstück 15, an dessen

oberen Ende ein kreisringförmiges Stützgitter 16 angeordnet ist, welches

das Rohrstück 15 umgibt, und auf dem eine entsprechende Scheibe bzw.

Lage 17 aus hydrophilem Material zu platzieren ist. Der Kraftstoffablauf 14

ragt innerhalb des Deckelteils 11 so weit nach unten, dass er mit dem obe¬

ren Ende des Rohrstücks 15 verbunden ist. Am unteren Ende des Rohr¬

stücks 15 befindet sich ein tellerförmiges Leitelement 18. Das Rohrstück

15 weist in einem vertikal unterhalb des Stützgitters 16 und in einem Ab¬

stand zu diesem liegenden Bereich radiale öffnungen 19 auf, die von

einer Schicht oder Lage 20 aus einem hydrophoben Material überdeckt

sind. Das untere Ende des Gehäuses 9 ist trichterförmig gestaltet, wobei

an der tiefsten Stelle ein Wasserablassstutzen 21 angeordnet ist.

[0017] Fig. 3 zeigt das Deckelteil 11 mit dem Einsatzelement 10 in vergrößerter

Darstellung. Daraus ist ersichtlich, dass das Rohrstück 15 über den Um¬

fang verteilt mehrere radiale öffnungen 19 besitzt, die vor der Montage

der Baueinheit aus Einsatzelement 10 und Deckelteil 11 sowie dem Ge¬

häuse 9 mit der aus Fig. 2 ersichtlichen Lage 20 oder mehreren Lagen aus

hydrophobem Material versehen werden. Hierzu wird dieser Bereich des

Rohrstücks 15 mit einem geeigneten Material, beispielsweise einem Sieb¬

gewebe aus Polyamid, umwickelt. Am unteren Ende des Rohrstücks 15

befindet sich das Leitelement 18 und am oberen Ende das Stützgitter 16,

durch dessen öffnungen die Lage 17 aus hydrophilem Material zu sehen

ist. Am Deckelteil 11 befinden sich der Eintrittskanal 13 und der Kraftstoff¬

ablauf 14.

Die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch den Wasserabscheider 8 gemäß

Fig. 2. Das Gehäuse 9 und das Deckelteil 11 sind an ihren jeweiligen

Flanschen unter Zwischenfügung des O-Ringes 12 zusammengefügt und

werden beispielsweise mittels nicht dargestellter Schrauben, die in ent¬

sprechende Bohrungen 29 gedreht werden, befestigt. Im Deckelteil 11 ist

eine ringförmige Kraftstoffeintrittskammer 22 gebildet, in die der Eintritts¬

kanal 13 mündet. Die Kraftstoffeintrittskammer 22 wird an ihrer Unterseite

von der Lage 17 aus hydrophilem Material begrenzt, welche auf dem

Stützgitter 16 des Einsatzelementes 10 liegt und somit die erste Abschei¬

destufe Ai bildet. Der Kraftstoff mit den darin emulgierten Wasseranteilen

tritt von der Kraftstoffeintrittskammer 22 durch die Lage 17 aus hydro¬

philem Material, das koaleszierend wirkt und somit Wassertropfen gebildet

werden, die ebenso wie der Kraftstoff in Richtung der Pfeile 23 eine Strö¬

mungsrichtung senkrecht nach unten in die Abscheidekammer 24 haben.

Aufgrund der größeren Masse werden die gebildeten Wassertropfen ihre

Richtung beibehalten, wobei zusätzlich die auf sie wirkende Gravitations¬

kraft mit dazu beiträgt, dass die Wassertropfen zum Leitelement 18 geführt

werden und von dort gemäß den Pfeilen 25 zum Ringspalt 26 und durch

diesen hindurch in den Sammelraum 27 gelangen. Der Ringspalt 26 ist

groß genug, um die Wassertropfen in den Sammelraum 27 durchzulassen,

im übrigen wirkt das Leitelement 18 als Trennung zwischen der Abschei¬

dekammer 24 und dem Sammelraum 27. An den Wasserablassstutzen 21

schließt sich ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Ventil an, das nur

zum Zweck des Ablassens von in dem Sammelraum 27 gesammeltem

Wasser kurzzeitig geöffnet wird, im übrigen aber geschlossen ist.

[0019] Der in der Abscheidekammer 24 im Wesentlichen von den Wasserbe¬

standteilen getrennte Kraftstoff wird aufgrund der am Kraftstoffablauf 14

anliegenden Saugwirkung der Brennkraftmaschine durch die radialen

öffnungen 19 in das Rohrstück 15 bewegt, wie dies durch die Pfeile 28

gezeigt ist. Durch die Lage 20 aus hydrophobem Material, die eine zweite

Abscheidestufe A2 bildet, werden Wasseranteile, die trotz der Umlenkung

des Kraftstoffs in Richtung auf die radialen öffnungen noch mitgeführt

werden, an der Lage 20 zurückgehalten, so dass ausschließlich Kraftstoff¬

anteile durch die radialen öffnungen 19 in das Innere des Rohrstücks 15

gelangen. Die an der Lage 20 zurückgehaltenen Wasseranteile werden

ebenso wie die übrigen in der Abscheidekammer 24 befindlichen Wasser¬

tropfen durch den Ringspalt 26 in den Sammelraum 27 geführt.

[0020] Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Wasserabscheiders 30 in einem leicht perspektivischen Längsschnitt.

Dieser umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 31 , das aus

zwei Gehäuseteilen 31' und 31" besteht, die im Verbindungsbereich kon¬

zentrisch ineinander gesteckt und an Flanschen verbunden sind. Das Ge-

häuse 31 nimmt im in einer Kraftstoffzuführeinrichtung eingebauten Zu¬

stand eine zumindest annähernd horizontale Lage bezüglich seiner Längs¬

achse L2 ein. Stirnseitig ist im Gehäuseteil 31' eine Eintrittsöffnung 32 für

den Kraftstoff vorgesehen, während eine Austrittsöffnung 33 in der Stirn¬

seite des Gehäuseteils 31" angeordnet ist. Eine Wasserablassöffnung 34

ist an der Unterseite des Gehäuses 31 im Bereich der Mantelfläche des

Gehäuseteils 31' vorhanden.

[0021] In das Gehäuse 31 ist ein längliches Innenteil 35 eingesetzt, das über end-

seitige Scheiben 35', 35" verfügt, die zur Halterung des Innenteils 35 im

Gehäuse 31 dienen. Die Scheiben 35', 35" sind an ihrer jeweiligen Um-

fangsfläche mit einem Dichtungsring 36, 36' versehen. Das längliche

Innenteil 35 ist exzentrisch zur Längsachse L2 angeordnet und verläuft

zwischen der Eintrittsöffnung 32 und der Austrittsöffnung 33. Wie aus die¬

ser Darstellung deutlich wird, befindet sich das Innenteil oberhalb der Mitte

des Gehäuses 31 , die durch die Längsachse L2 markiert ist. Um die end-

seitigen Scheiben 35' und 35" zu stabilisieren, ist eine Stützstrebe 37 vor¬

gesehen. Das Innenteil 35 ist hohl und in diesem sind eine Eintrittskammer

38 und eine Austrittskammer 39 gebildet, die durch eine schräg verlaufen¬

de Trennwand 40 getrennt sind.

[0022] Das Innenteil 35 weist einen flachen Boden auf, der die Eintrittskammer

auf ihrer Unterseite begrenzt und in dem großflächige öffnungen 41 ange¬

ordnet sind. Diese öffnungen sind vollständig mit einer Schicht oder Lage

42 aus einem hydrophilen Material überdeckt, welches die erste Abschei¬

destufe Ai bildet. Unter dem Innenteil 35 befindet sich aufgrund der ex¬

zentrischen Lage ein relativ großer Hohlraum, dessen oberer Teil als Ab¬

scheideraum 43 und unterer Teil als Sammelraum 44 für das abgeschie¬

dene Wasser dient. über dem Innenteil 35 ist in dem Abstand zur Innen¬

wandung des Gehäuses 31 eine Zwischenkammer 45 gebildet. An der

über der Austrittskammer 39 befindlichen Wand des Innenteils 35 befindet

sich eine öffnung 46, die die Zwischenkammer 45 mit der Austrittskammer

39 verbindet. Diese öffnung 46 ist mittels einer Lage 47 oder auch mehre¬

ren Lagen eines hydrophoben Materials abgedeckt, welches die zweite

Abscheidestufe A2 bildet.

Der emulgiertes Wasser enthaltende Kraftstoff tritt durch die Eintrittsöff¬

nung 32 in die Eintrittskammer 38 und von dort durch die erste Abscheide¬

stufe Ai mit der Lage 42 in den Abscheideraum 43 und zwar gemäß Pfei¬

len 48 senkrecht nach unten. Die koaleszierende Wirkung der Abscheide¬

stufe Ai führt dazu, dass die Wasserbestandteile Tropfen bilden. Während

aufgrund der Massenträgheit und der Gravitationskraft die Wassertropfen

weiter nach unten in den Sammelraum 44 geführt werden, erfolgt einen

Umlenkung des Kraftstoffs nach oben in die Zwischenkammer 45 wie dies

durch Pfeil 49 dargestellt ist. Von der Zwischenkammer 45 tritt der Kraft¬

stoff durch die Lage 47 aus hydrophobem Material also der zweiten Ab¬

scheidestufe A2 und die öffnung 46 in die Austrittskammer 39, um von

dort zum Ansaugsystem der Brennkraftmaschine zu gelangen. An der La¬

ge 47 werden Wasserbestandteile, die möglicherweise mit dem Kraftstoff¬

strom mitgerissen wurden, zurückgehalten und aufgrund der Wölbung der

Lage 47 zur Seite hin abgeführt, so dass sie in den Sammelraum 44 ab¬

sinken können.

[0024] Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei perspektivische Darstellungen des Innenteils

35, das zum Einsatz in dem Wasserabscheider gemäß Fig. 5 vorgesehen

ist. Für gleiche Teile stimmen die Bezugszeichen mit denjenigen der Fig. 5

überein. Es ist aus diesen Darstellungen ersichtlich, dass das Innenteil 35

die endseitigen Scheiben 35' und 35" besitzt, an deren Außenumfang die

Dichtungen 36 und 36' angeordnet sind. Da das Innenteil 35 exzentrisch

zu den endseitigen Scheiben 35' und 35" angeordnet ist, dient die Stütz¬

strebe 37 zur mechanischen Stabilität und Lagesicherung der Scheiben

35' und 35" im eingebauten Zustand wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Aus

den Fig. 6 und 7 ist die Lage und Form der jeweiligen öffnungen 41 und

46 ersichtlich, wobei die öffnungen 46 Stützstreben 50 und die öffnungen

41 Stützstreben 51 aufweisen, damit die Lagen aus hydrophilem bzw. hy¬

drophobem Material einen guten Halt haben. In Fig. 7 ist unter den öff¬

nungen 41 die Trennwand 40 sichtbar.

[0025] Die Fig. 8 zeigt die stirnseitige Ansicht des Innenteils 35 mit Blick auf die

Scheibe 35" sowie die Austrittskammer 39. Die Fig. 9 zeigt den Längs¬

schnitt durch das Innenteil 35 bis zu der Linie IX-IX in Fig. 8. Die Bezugs-

zeichen in Fig. 9 stimmen für gleiche Teile mit denjenigen der Fig. 5 bis 8

überein. Es ergibt sich daraus, dass die Lage 42 auf der Unterseite des

Innenteils 35 angeordnet ist, was aus Gründen der besseren Zugänglich¬

keit zur Applizierung der Lage 42 zweckmäßig ist. Die Lage 47 befindet

sich auf der Oberseite des Innenteils 35 und wird dort durch die Stützstege

50 abgestützt. Bezüglich der weiteren Merkmale in Fig. 9 wird auf die je¬

weilige Beschreibung zu den Fig. 5 bis 8 verwiesen.