CN103975156B - 内燃机的燃料过滤器以及燃料过滤器的过滤器元件 - Google Patents
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Abstract
说明了用于尤其机动车的内燃机的燃料尤其柴油燃料的燃料过滤器(10)和过滤器元件(36)。燃料过滤器(10)的壳体(12)具有用于待净化的燃料的至少一个燃料入口(26)、用于已净化的燃料的至少一个燃料出口(18)和用于从燃料分离的水的至少一个水出口(30)。在壳体(12)中布置有过滤器元件(36)，其使燃料入口(26)密封地与燃料出口(18)分开。过滤器元件(36)具有设计为空心体的过滤器介质(38)，其为了过滤燃料而可被从内向外或从外向内流经。在燃料的流动路径(78)中在过滤器介质(38)之后以包围过滤器介质的方式或者在由过滤器介质限制的内腔(45)中布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的聚结介质(58)。聚结介质(58)包括包含适合用于聚结水的无纺布的至少一个层。至少一个无纺布层的纤维的主定向横向于已分离的水在聚结介质(58)下游的主流动路径(84)伸延。
Description
技术领域
本发明涉及用于尤其机动车的内燃机的燃料尤其柴油燃料的燃料过滤器，带有壳体，其具有用于待净化的燃料的至少一个燃料入口、用于已净化的燃料的至少一个燃料出口和用于从燃料分离的水的至少一个水出口，并且在壳体中布置有过滤器元件，其使燃料入口密封地与燃料出口分开并且具有设计为空心体的过滤器介质，该过滤器介质为了过滤燃料而可被从内向外或者从外向内流经。
此外，本发明涉及用于尤其机动车的内燃机的燃料尤其柴油燃料的燃料过滤器的过滤器元件，其可如此布置在燃料过滤器的壳体中，即，该过滤器元件使壳体的燃料入口密封地与燃料出口分开并且具有设计为空心体的过滤器介质，其为了过滤燃料而可被从内向外或者从外向内流经。
背景技术
从文献EP 1 233 173 A2中已知一种用于燃料的液体过滤器，其例如用于净化柴油燃料。该液体过滤器具有过滤器壳体，其带有用于待净化的柴油燃料的流入接口和用于已净化的柴油燃料的流出接口。此外，该液体过滤器具有中间管，其用于移除已经从柴油燃料分离的水。过滤器元件如此布置在壳体的内腔中，即，其连接在流入接口和流出接口之间。过滤器元件具有被沿径向从外向内流经的星形嵌件。在该星形嵌件的内腔的上部区域中布置有分开嵌件，其具有锥形的形状。分开嵌件优选包含不吸水的材料，以便改进在星形嵌件的净化侧上的水分离。待净化的柴油燃料通过流入接口流到在过滤器壳体中的污染侧上。柴油燃料从此处沿径向从外向内流过星形嵌件并且经净化地到达到净化侧上。在此到达到净化侧上的水微粒在星形嵌件的内腔中由于其更大的比重而向下下沉并且到达到水储存腔中，在该处收集已分离的水。在星形嵌件的内腔中向上流走的已净化的柴油燃料流经分开嵌件，该分开嵌件主要通过其不吸水的材料辅助水分离。在分开嵌件下游得到柴油燃料通过流出接口从过滤器壳体中出来。
发明内容
本发明的目的在于提供开头提及的类型的燃料过滤器和燃料过滤器的过滤器元件，在其中，进一步改进颗粒从燃料中的过滤以及包含在燃料中的水的分离。
根据本发明，该目的通过以下方式来实现，即，在燃料的流动路径中在过滤器介质之后以包围过滤器介质的方式或者在由过滤器介质限制的内腔中布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的聚结介质，其包括包含适合用于聚结水的无纺布的至少一个层，并且至少一个无纺布层的纤维的主定向横向于已分离的水在聚结介质下游的主流动路径伸延。
尤其利用无纺布层的纤维的基于加工过程得到的主定向。例如将纤维(例如连续纤维或切段纤维(Stapelfaser))沿着堆放方向放到堆放处(Ablage)上。例如，在放到带上时，通过带的行进方向限定堆放方向。在堆放过程中，优选使纤维沿着堆放方向定向，由此在如此制成的无纺布中得到纤维的主定向平行于堆放方向。
仅当所有的纤维平行地伸延时，那时才不存在无纺布层的纤维的主定向。尤其当大于50%的纤维(优选大于80%的纤维，进一步优选地大于90%的纤维)的伸延方向与那时表示主定向的方向具有小于45°的角度时，则已经存在无纺布层的纤维的主定向。
可以光学的方式评定纤维的定向。量化可通过评估光学显微镜的照片或者扫描电子显微镜来进行。特别优选的是，评估借助于计算机X光断层成像的X光微断层的检查以确定无纺布的3D结构并且由此确定和量化纤维的主定向。
根据本发明，过滤器元件是多级的。利用过滤器介质尤其滤出污染燃料的颗粒。紧接着还在聚结介质处将包含在燃料中的最小的水微滴结合成更大的水滴。在此将细的水微滴抑制在聚结介质的无纺布层的纤维处并且使之增大，直至其被燃料流再次带走并且使之离开聚结介质。根据本发明，无纺布层的纤维的主定向横向于已分离的水在聚结介质之后的主流动方向伸延。水在聚结介质之后的主流动方向基本上通过重力来预定。因此，如此预定水在过滤器元件中的主流动路径，即，其在过滤器元件的安装状态中基本上在空间上竖向地伸延。无纺布层具有基本上均匀的纤维取向。在此，主定向是纤维的平均定向。通过纤维关于已分离的水的主流动方向的定向避免水滴尤其由于重力沿着纤维来输送并且聚集在无纺布层的边缘处。由此提高水滴在纤维处的停留时间，水滴尤其被捕获在纤维处。分离的水滴以这种方式集结在纤维处并且可因此使之高效地与其他的甚至最小的水微滴相结合。通过在聚结介质处的流引导可预设水滴在聚结介质中和/或其之后被分离到何种程度。水滴可在聚结介质下游尤其在析出间隙(Ausfällspalt)中析出。其可由于其比重向下下沉。在这种情况下，已分离的水在聚结介质之后的主流动路径是从上向下的，即是竖向的。有利地，至少一个无纺布层的纤维的主定向关于过滤器元件的安装位置在空间上是基本上水平的。利用根据本发明的燃料过滤器还可净化其比重大于水的燃料，在其中，水滴类似地在空间上向上上升。为了该目的可相反地布置过滤器元件。可相应地布置燃料入口、燃料出口和水出口。有利地可将水尤其收集在与水出口相连接的水收集腔中。于是，已分离的水在聚结介质之后的主流动路径相应地是从下向上的。如果有利地设置成过滤器介质被沿径向从内向外流经，聚结介质可优选位于过滤器介质之外或包围过滤器介质。如果备选地设置成过滤器介质被沿径向从外向内流经，则聚结介质可优选地位于过滤器介质的内腔中。此外，均匀的纤维取向具有的优点是：无纺布层在纤维方向上具有比横向于纤维方向更小的延展性。由此可将无纺布层稳定地设定在相应的支撑架上。
在一种有利的实施方式中，至少一个无纺布层的纤维的主定向可基本上横向于燃料通过聚结介质的主流动路径伸延。以这种方式避免捕获在聚结介质处的水滴由于燃料流而沿着纤维运动。这积极地影响水滴在纤维处的停留时间和因此聚结的效率。
在另一种有利的实施方式中可在燃料的流动路径中在聚结介质之后以包围聚结介质的方式或者在由聚结介质限制的内腔中如此布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的疏水的、燃料可穿透的分开介质，即，在聚结介质和分开介质之间实现用于已分离的水的析出间隙，其与壳体的水出口相连接。包含在燃料中的水滴可被抑制在分开介质处。以这种方式可改进水分离。有利地，分开介质在与聚结介质相对而置的侧部上限制析出间隙。利用聚结介质结合的大的水滴可在燃料的流动路径中在聚结介质之后在析出间隙中析出。其可取决于燃料的自重向下下降或向上上升。有利地，分开介质可为筛网式的。筛网式的尤其编织的分开介质具有的优点是水滴可被保持在筛网纤维处并且可尤其向下滴下或向上上升。水被最佳地抑制在筛网式的分开介质处。筛网式的织物的网孔可简单地且受限定地来预设。织物可最优地设计成燃料可穿透。利用筛网式的结构可简单地使在分开介质处的压力损失最小化。
此外，有利地，过滤器介质、聚结介质和如有可能分开介质可同轴地来布置。同轴的布置方案节省空间。此外，在同轴的布置方案中可简单地优化燃料沿径向从外向内或沿径向从内向外的流动走向。过滤器介质、聚结介质和分开介质的基面在此可是相似的。但这些基面也可为不同的。其尤其可为圆形、椭圆形或有角的。
有利地，过滤器元件可为圆形过滤器元件。圆形过滤器元件可节省空间地来建造。利用圆形过滤器元件可实现过滤/分离面与结构空间的最优的比。
此外，有利地，壳体可打开，并且过滤器元件以可更换的方式布置在壳体中。因此，为了更换或维护目的可将过滤器元件简单地从壳体中移开。
此外，根据本发明，该目的通过过滤器元件由此来实现，即，在燃料的流动路径中在过滤器介质之后以包围过滤器介质的方式或者在由过滤器介质限制的内腔中布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的聚结介质，其包括包含适合用于聚结水的无纺布的至少一个层，并且至少一个无纺布层的纤维的主定向横向于已分离的水在聚结介质下游的主流动路径伸延。结合根据本发明的燃料过滤器列举的优点和特征相应地适用于根据本发明的过滤器元件。
附图说明
从随后的说明中得到本发明的其他的优点、特征和细节，在该说明中根据附图进一步阐述了本发明的实施例。适宜地，本领域技术人员还将单独地考虑在附图、说明和权利要求中组合地公开的特征，并且将其概括成有意义的其他的组合。其中：
图1示意性地显示了带有可更换的三级过滤器元件的燃料过滤器的纵截面，该过滤器元件具有带有基本上水平地取向的纤维的聚结介质；
图2示意性地显示了聚结介质在图1中的左侧上的区段的水平截面；
图3着眼于流出侧示意性地显示了图1的聚结介质的区段；
图4示意性地显示了聚结介质在图1中的左侧上的区段的竖向截面。
在附图中，相同的构件设有相同的参考标号。
具体实施方式
在图1中以纵截面显示了机动车的内燃机的燃料系统的燃料过滤器10。该燃料过滤器10用来净化用于内燃机的运行的燃料，例如柴油燃料。此外，燃料过滤器10用于分离包含在燃料中的水。
燃料过滤器10具有带有杯状的滤杯(Filtertopf)14和过滤器盖16的两件式的壳体12，过滤器盖16以可分开的方式布置在滤杯14上。在滤杯14和过滤器盖16之间布置有环形密封件17。
在盖子16中近似居中地布置有用于已净化的燃料的排出接头18，其在壳体12之外与在图1中未显示的燃料排出管路相连接。在壳体12的内部中，排出接头18与在连接接头22的内腔中的排出腔20相连接。连接接头22在盖子16的面对壳体12的内腔的侧部上与过滤器轴线24同轴地延伸。在正常的安装位置中，在内燃机的正常的运行条件下，过滤器轴线24如在图1中显示的那样在空间中竖向地、在图1、3和4中指出的z轴的方向上伸延。如果未另外说明，“轴向”、“径向”、“同轴”和“周向”在下面涉及过滤器轴线24。
沿径向在连接接头22之外，盖子16具有用于待净化的燃料的进入接头26，其与在壳体12中的流入腔28相连接。在壳体12之外，进入接头26与在图1中未显示的、用于燃料的燃料输送管路相连接。
在滤杯14的底部中相对于过滤器轴线24同轴地布置水排出接头30。水排出接头30在壳体12中下部与水收集腔32相连接。在壳体12之外，水排出接头30与未示出的水排出管路相连接，通过该水排出管路可将从燃料中分离出的水从壳体12中引开。在水排出接头30中布置有带有水位传感器的水排出阀34。在静止状态中水排出阀34关闭，从而没有液体可从水收集腔32通过水排出接头30从壳体12中漏出。在水收集腔32中达到预定的最大水位时，水排出阀34可手动地或者自动地打开，从而可使已分离的水通过水排出接头30排出。
在壳体12中布置有可更换的过滤器元件36。过滤器元件36设计成圆形过滤器元件。过滤器元件36使进入接头26密封地与排出接头18分开。过滤器元件36包括星形地折叠的过滤器介质38，利用该过滤器介质尤其从待净化的燃料中滤出颗粒。过滤器介质38整体具有同轴的圆柱形围罩的形状。在面对滤杯14的底部的下部的端侧处，过滤器介质38密封地与封闭端盘40相连接。过滤器介质38在其相对而置的、面对盖子16的上部的端侧处密封地与联接端盘42相连接。在联接端盘42和封闭端盘40之间，骨状的、流体可穿透的中间管43同轴地在过滤器介质38的内腔45中延伸，中间管43使两个端盘40和42尤其稳定地相互连接。
封闭端盘40具有同轴的孔44。孔44被中间管43包围。孔44使内腔45与水收集腔32相连接。在面对滤杯14的底部的外侧上，封闭端盘40具有多个(优选四个)支撑桥接部46，其以均匀分布的方式沿着设想的同轴的圆柱形围罩延伸。该设想的圆柱形围罩包围孔44和水排出接头30。过滤器元件36利用支撑桥接部46靠着滤杯14的底部来支撑。在支撑桥接部46之间存在连接孔48，在水收集腔32中的水还可通过该连接孔48沿径向分布在支撑桥接部46之外。
联接端盘42具有同轴的孔50。孔50被同轴的两个突出部包围，其在联接端盘42的外侧处在轴向方向上延伸。两个突出部限制用于过滤器元件36的分开单元56的环状的插入桥接部54的容纳槽52。
在过滤器介质38的径向内部的周向侧和中间管43之间存在同轴的聚结介质58。聚结介质58是单层的纤维无纺布。但备选地，纤维无纺布还可构造成多层的。聚结介质58在周向侧闭合并且在联接端盘42和封闭端盘40之间延伸。聚结介质58还用于将最小的包含在燃料中的水微滴聚集成更大的水滴。无纺布层具有基本上均匀的纤维取向。在图2和3中指出的主定向59在此是此处显示的纤维60的平均的定向。聚结介质58的纤维60的主定向59相对于过滤器轴线24在周向上伸延。在过滤器元件36的安装位置中，纤维60的主定向59水平伸延，在图1至4中通过X-Y平面来指出。在图4中的聚结介质58的截面图示中，主定向59垂直于绘图平面伸延。在多层的纤维无纺布中，纤维层中的至少一层(优选所有的无纺布层)具有相应的主定向。
分开单元56具有带有联接区段64的支撑笼(Stützkorb)62和分开介质66，联接区段64还具有插入桥接部54。
联接区段64近似为盘状，带有同轴的孔，盖子16的连接接头22伸入到该孔中。联接区段64在其面对盖子16的外侧上具有同轴的联接接头68。联接接头68在其自由的端侧上沿径向向内弯曲了90度。在联接接头68的径向内部的边缘上坐落有异型环状密封件(Profilringdichtung)70。连接接头22如此插入到联接接头68中，即，密封与异型环状密封件70的连接。
分开单元56利用分开介质66向前沿轴向延伸通过联接端盘42的孔50。支撑笼62和分开介质66位于由聚结介质58限制的内腔中，因此还位于过滤器介质38的内腔45中。
分开介质66包含疏水的筛网织物。其具有与过滤器轴线24同轴的管的形状。其从联接端盘42延伸直至封闭端盘40。分开介质68在周向上闭合。
支撑笼62的周向壁构造成格栅状并且液体可穿透。支撑笼62在其面对连接接头22的端侧上敞开。支撑笼62的面对水收集腔32的下部的端侧是封闭的。分开介质66贴靠在支撑笼62的径向外部的周向侧处。
在分开介质66和聚结介质58之间在内腔45中存在析出间隙74。析出间隙74具有环形腔的形状。析出间隙74在径向外部通过聚结介质58来限制，而在径向内部通过分开介质66来限制。
此外，在封闭端盘40的径向外部的周向侧处布置有环形密封件72，其在径向外部靠着滤杯14的径向内部的周向侧来支撑。环形密封件72相对于水收集腔32密封流入腔28。
在燃料过滤器10运行时，来自燃料输送管路的、通过箭头76指出的待净化的燃料通过进入接头26被输送到流入腔28中。
燃料流经过滤器介质38(通过箭头78指出)，从其径向外部的未净化侧流向其径向内部的净化侧。在此为燃料除去颗粒。过滤器介质38形成用于净化/水分离的总共三级的燃料过滤器10的第一级。
在净化侧上，除去颗粒的燃料沿径向从外向内流经聚结介质58。在此，包含在燃料中的即使最小的水滴也在无纺布的纤维60处被捕获并结合成更大的水滴。纤维60基本上横向于燃料通过聚结介质58的流动路径取向。聚结介质58形成用于净化/水分离的第二级。通过纤维60横向于燃料的流动方向的定向提高了水滴在纤维60上的停留时间。以这种方式来提高聚结的有效性。只有当点滴大小足够时，大的水滴再次由流经的燃料带走。通过纤维60横向于重力(即横向于已分离的水滴在析出间隙74中的主流动路径)的水平的定向同样提高了水滴在纤维60处的停留时间。
燃料和大的水滴流经中间管43的孔并且到达到析出间隙74中。
燃料沿径向从外向内流经形成用于净化/分离水的第三级的分开介质66(通过箭头80指出)，并且向上到达到排出腔20中。已净化的且除去水的燃料通过排出接头18离开排出腔20(通过箭头82指出)，并且被输送到燃料排出管路。
而大的水滴通过分开介质66来抑制。大水滴由于其相比于燃料更大的比重在析出间隙74中向下(通过箭头84指出)下降到水收集腔32中。
一旦水排出阀34的水位传感器探测到达到预定的最大水位，就手动或自动地打开水排出阀34。水通过水排出接头30离开水收集腔32。
为了维护目的，例如为了更换或清洗过滤器元件36，将盖子16在轴向方向上从滤杯14移开。然后在轴向方向上将过滤器元件36从滤杯14中拉出。
为了安装，将过滤器元件36与封闭端盘40向前在轴向方向上插到滤杯14中。紧接着将盖子16与连接接头22向前在轴向方向上插到滤杯14的敞开的侧部上，从而使得连接接头22密封地伸入到异型环状密封件70中。
在燃料过滤器10和过滤器元件36的以上说明的实施例中，尤其可实现以下改进方案：
本发明不限于机动车的内燃机的燃料过滤器10。相反，其还可用在其他类型的内燃机中，例如用在工业马达中。
代替用于柴油燃料，燃料过滤器10还可用于其他类型的液态燃料的净化/水分离。如果使用其比重大于水的燃料，水滴类似地上升。在这种情况下可相反地布置过滤器元件36。同样可相应地布置燃料入口、燃料出口和水出口。
代替星形地折叠，过滤器介质38还可实现为其他类型的空心体，例如还可以未折叠的方式来实现。
代替实现为空心柱状，过滤器介质38、聚结介质58和/或分开介质66还可以其他的形式来实现，例如实现为空心锥状。代替带有圆形的基面，它们还可实现成带有其他形式的基面，例如椭圆形或有角的基面。
过滤器介质38、聚结介质58和/或分开介质66还可彼此不同轴地来布置，或者与过滤器轴线24不同轴地来布置。
还可取消环形密封件72。优选地，封闭端盘40可紧地贴靠在滤杯14的径向内部的周向侧处。
代替布置在过滤器介质38的内腔45中，分开介质66还可在径向外部布置成包围过滤器介质38和聚结介质58。于是，待净化的燃料可沿径向从内向外流经过滤器介质38。那时，优选地，聚结介质58同样可位于径向外部并且包围过滤器介质38。
代替从上面输送到过滤器介质38的未净化侧，待净化的燃料还可从下面输送到过滤器介质38的未净化侧。代替居中地来布置，水排出接头30还可偏心地布置在滤杯14的底部中。
代替可更换的过滤器元件36，还可设置固定地装配在壳体12中的过滤器元件。
Claims (10)
1.一种用于内燃机的燃料的燃料过滤器(10)，带有壳体(12)，其具有用于待净化的燃料的至少一个燃料入口(26)、用于已净化的燃料的至少一个燃料出口(18)和用于从燃料分离的水的至少一个水出口(30)，并且在该壳体中布置有过滤器元件(36)，其使所述燃料入口(26)密封地与所述燃料出口(18)分开并且具有设计为空心体的过滤器介质(38)，该过滤器介质为了过滤燃料而可被从内向外或者从外向内流经，其特征在于，在燃料的流动路径(78)中在所述过滤器介质(38)之后以包围该过滤器介质的方式或者在由该过滤器介质限制的内腔(45)中布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的聚结介质(58)，其包括包含适合用于聚结水的无纺布的至少一个层，并且至少一个无纺布层的纤维(60)的主定向(59)横向于已分离的水在所述聚结介质(58)下游的主流动路径(84)伸延，所述至少一个无纺布层的纤维(60)的主定向(59)基本上横向于燃料通过所述聚结介质(58)的主流动路径(78)伸延；
在燃料的流动路径(80)中在所述聚结介质(58)之后以包围该聚结介质的方式或者在由该聚结介质限制的内腔中如此布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的疏水的、燃料可穿透的分开介质(66)，即，在所述聚结介质(58)和所述分开介质(66)之间实现用于已分离的水的析出间隙(74)，其与所述壳体(12)的水出口(30)相连接。
2.根据权利要求1所述的燃料过滤器，其特征在于，所述内燃机为机动车的内燃机。
3.根据权利要求1所述的燃料过滤器，其特征在于，所述燃料为柴油燃料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料过滤器，其特征在于，所述过滤器介质(38)和所述聚结介质(58)同轴地布置。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料过滤器，其特征在于，所述过滤器介质(38)、所述聚结介质(58)和所述分开介质(66)同轴地布置。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料过滤器，其特征在于，所述过滤器元件为圆形过滤器元件(36)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料过滤器，其特征在于，所述壳体(12)可打开，并且过滤器元件(36)以可更换的方式布置在所述壳体(12)中。
8.一种用于内燃机的燃料的燃料过滤器(10)的过滤器元件(36)，其可如此布置在所述燃料过滤器(10)的壳体(12)中，即，所述过滤器元件(36)使所述壳体(12)的燃料入口(26)密封地与燃料出口(18)分开并且具有设计为空心体的过滤器介质(38)，其为了过滤燃料而可被从内向外或者从外向内流经，其特征在于，在燃料的流动路径(78)中在所述过滤器介质(38)之后以包围该过滤器介质的方式或者在由该过滤器介质限制的内腔(45)中布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的聚结介质(58)，其包括包含适合用于聚结水的无纺布的至少一个层，并且至少一个无纺布层的纤维(60)的主定向(59)横向于待分离的水在所述聚结介质(58)下游的主流动路径(84)伸延，所述至少一个无纺布层的纤维(60)的主定向(59)基本上横向于燃料通过所述聚结介质(58)的主流动路径(78)伸延；
在燃料的流动路径(80)中在所述聚结介质(58)之后以包围该聚结介质的方式或者在由该聚结介质限制的内腔中如此布置有设计为空心体的、用于分离包含在燃料中的水的疏水的、燃料可穿透的分开介质(66)，即，在所述聚结介质(58)和所述分开介质(66)之间实现用于已分离的水的析出间隙(74)，其与所述壳体(12)的水出口(30)相连接。
9.根据权利要求8所述的过滤器元件，其特征在于，所述内燃机为机动车的内燃机。
10.根据权利要求8所述的过滤器元件，其特征在于，所述燃料为柴油燃料。
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