DE102006039581A1

DE102006039581A1 - Kraftstofffilter

Info

Publication number: DE102006039581A1
Application number: DE200610039581
Authority: DE
Inventors: Matthias Gänswein; Peter Koppi; Pia KÜSGENS; Sven Siegle
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: EP2054612A2; EP2054612B1; WO2008023029A2; JP2010501769A; BRPI0715830A2; CN101506508B; US20100096304A1; CN101506508A; DE102006039581B4; WO2008023029A3; JP5276590B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstofffilter (1) mit einem Filterelement (2) zum Abscheiden von Partikeln und Wasser aus einem durch den Kraftstofffilter (1) strömenden Kraftstoffstrom, einem Sammelraum (6) zum Sammeln des abgeschiedenen Wassers (7) und einem Entwässerer (3) zum Abführen des abgeschiedenen Wassers (7) aus dem Kraftstofffilter (1). Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Entwässerer (3) einen Kohlenwasserstoff-Adsorber (9) zur Adsorption von in dem abgeschiedenen Wasser (7) mitgeführten Kohlenwasserstoffanteilen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstofffilter mit einem Filterelement zum Abscheiden von Partikeln und Wasser aus einem durch den Kraftstofffilter strömenden Kraftstoffstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erzielen zu können, ist in einer Kraftstoffleitung üblicherweise ein Kraftstofffilter angeordnet, welches insbesondere Schmutzteilchen aus dem Kraftstoff herausfiltert und im Kraftstoff mitgeführtes Wasser abscheidet. Da hierbei nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann, dass in dem aus dem Kraftstoff abgeschiedenen Wasser noch Kraftstoffanteile enthalten sind, kann dieses nicht ohne weiteres in die Umgebung abgelassen werden, sondern muss von darin noch enthaltenen Kraftstoffanteilen getrennt werden.
Eine Möglichkeit der Abscheidung von im abgeschiedenen Wasser noch enthaltenen Kraftstoffanteilen, ist aus der DE 10 2005 000 658.2 A1 bekannt, in welcher ein Kraftstofffilter mit einem Filterelement zum Herausfiltern von Partikeln und Wasser aus einem durch den Kraftstofffilter strömenden Kraftstoffstrom und einem Entwässerer zum Abführen des herausgefilterten Wassers aus dem Kraftstofffilter beschrieben ist. Dabei ist der Entwässerer als eigenständige Baueinheit gestaltet und kann wahlweise von dem Filterelement getrennt werden. Im Entwässerer ist eine für Wasser semipermeable Membran vorgesehen, welche auf einem Träger flächig aufliegt und welche einen Durchtritt von Kraftstoffanteilen verhindert. Die Trennung von noch im abgeschiedenen Wasser enthaltenen Kraftstoffanteilen erfolgt dabei über die semipermeable Membran.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Kraftstofffilter der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, welche eine besonders einfache und effektive Abscheidung von im abgeschiedenen Wasser noch enthaltenen Kraftstoffanteilen ermöglicht.
Gelöst wird dieses Problem durch ein Kraftstofffilter mit sämtlichen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, im Unterschied zu herkömmlichen Lösungen, welche die Kohlenwasserstoffe physikalisch mit Hilfe eines Filters aus dem abgeschiedenen Wasser trennen, die Kohlenwasserstoffe nunmehr zu adsorbieren und dadurch aus dem abgeschiedenen Wasser herauszutrennen. Hierzu weist ein Entwässerer, der zum Abführen des abgeschiedenen Wassers aus dem Kraftstofffilter dient, einen Kohlenwasserstoff-Adsorber auf, der in der Lage ist, die in dem abgeschiedenen Wasser mitgeführten Kohlenwasserstoffe an seiner inneren Oberfläche anzulagern, das heißt zu adsorbieren. Dabei gilt der Grundsatz, je größer die innere Oberfläche des Adsorbens ist, um so größer ist die Adsorbtionswirkung beziehungsweise Adsorbtionsfähigkeit und um so größer ist die reinigende Wirkung des Kohlenwasserstoff-Adsorbers. Derartige Kohlenwasserstoff-Adsorber können heutzutage kostengünstig und in nahezu beliebiger Form hergestellt werden und gewährleisten je nach Größe ihrer inneren Oberfläche beziehungsweise je nach Durchströmungsgeschwindigkeit eine hohe Adsorbtionsfähigkeit und damit eine große Reinigungswirkung, die auf jeden Fall ausreicht, das durch den Adsorber gereinigte Wasser unbedenklich in die Umgebung ablassen zu können.
Zweckmäßig ist der Kohlenwasserstoff-Adsorber Aktivkohle oder weist zumindest solche auf. Aktivkohle ist eine feinkörnige Kohle mit extrem großer Oberfläche und einer stark porösen Struktur. Ihre Adsorbtionsfähigkeit ist daher besonders hoch und insbesondere für Kohlenwasserstoffe besonders ausgeprägt, wodurch sie bereits in Filteranlagen, beispielsweise in Abluftfiltern von Tankanlagen, bereits weit verbreitet eingesetzt wird. Zudem ist Aktivkohle in nahezu beliebiger Form herstellbar und darüber hinaus kostengünstig, wodurch eine im Vergleich zum Stand der Technik preiswerte und wirkungsvolle Trennung der im abgeschiedenen Wasser verbliebenen Kohlenwasserstoffanteile erreicht werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist zwischen einem Sammelraum für abgeschiedenes Wasser und dem Entwässerer ein erstes schaltbares Ventil angeordnet, welches manuell, periodisch oder in Abhängigkeit des Füllgrades des Sammelraumes schaltbar ausgebildet ist und dadurch den Ablass von abgeschiedenem Wasser aus dem Sammelraum steuert. Hierbei ist denkbar, dass das schaltbare Ventil üblicherweise geschlossen ist und entweder in gewissen Zeitabständen manuell oder automatisch geöffnet wird. Eine manuelle Betätigung des schaltbaren ersten Ventils kann dabei durch ein beispielsweise auf einem Armaturenbrett erzeugtes Warnsignal initiiert werden, wobei auch vorstellbar ist, dass dieses Warnsignal, welches beispielsweise beim Erreichen eines gewissen Füllgrades des Sammelraums erzeugt wird, ein automatisches Öffnen des ersten Ventils bewirkt und dadurch das im Sammelraum gesammelte, aus dem Kraftstoff abgeschiedene Wasser, dem Kohlenstoff-Adsorber zuführt. Bereits die Aufzählung lässt erkennen, dass hinsichtlich des Ablassens des abgeschiedenen Wassers aus dem Sammelraum unterschiedlichste Möglichkeiten bestehen, wodurch der erfindungsgemäße Kraftstofffilter in unterschiedlichsten Varianten zum Einsatz kommen kann.
Ein vorteilhaftes, nachstehend näher erläutertes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Dabei zeigt die einzige 1 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Kraftstofffilters.
Entsprechend 1 weist ein erfindungsgemäßes Kraftstofffilter 1 ein Filterelement 2 sowie einen Entwässerer 3 auf. Der Entwässerer 3 kann dabei entweder als Einheit zusammen mit dem Kraftstofffilter 1 oder als davon separate Baugruppe ausgebildet sein. Das Kraftstofffilter 1 ist in üblicher Weise an eine Kraftstoffleitung 4 angeschlossen und zum Abscheiden von Partikeln und Wasser 7 aus einem durch den Kraftstofffilter 1 strömenden Kraftstoffstrom ausgebildet. Das Filterelement 2 kann dabei als Filterpatrone ausgebildet sein und darüber hinaus mit einem Gehäuse 5 des Kraftstofffilters 1 derart lösbar verbunden sein, dass es leicht ausgetauscht werden kann.
Unterhalb des Filterelementes 2 ist ein Sammelraum 6 zum Sammeln von aus dem Kraftstoffstrom abgeschiedenen Wasser 7 angeordnet. An einem Tiefpunkt des Sammelraums 6 ist ein Auslass mit einem schaltbaren ersten Ventil 8 angeordnet, welches in geöffnetem Zustand den Sammelraum 6 mit dem stromab des Sammelraumes 6 gelegenen Entwässerer 3 kommunizierend verbindet. Der Entwässerer 3 weist dabei erfindungsgemäß einen Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 zur Adsorbtion von im abgeschiedenen Wasser 7 mitgeführten Kohlenwasserstoffen auf. Bei geöffnetem ersten Ventil 8 strömt somit das im Sammelraum 6 gesammelte und aus dem Kraftstoff abgeschiedene Wasser 7 durch den Kohlenwasserstoff-Adsorber 9, in welchem die im Wasser 7 verbliebenen Kohlenwasserstoffanteile herausgefiltert werden. Das nunmehr gereinigte Wasser 7 kann stromab des Kohlenwasserstoff-Adsorbers 9 in die Umgebung abgelassen werden.
Vorzugsweise ist dabei der Kohlenwasserstoff-Adsorber Aktivkohle oder weist zumindest solche auf. Aktivkohle besteht überwiegend aus Kohlenstoff (zumeist > 90%) mit einer stark porösen Struktur. Darüber hinaus beträgt eine innere Oberfläche der Aktivkohle zwischen 500 und 2.000 m²/g Kohle, worin die hohe Adsorbtionsfähigkeit der Aktivkohle begründet liegt. Vorzugsweise ist dabei der Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 so ausgebildet, dass das diesen durchströmende Wasser 7 möglichst lang im Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 verweilt, so dass möglichst viele Kohlenwasserstoffanteile aus dem abgeschiedenen Wasser 7 an der Aktivkohle beziehungsweise am Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 angelagert werden können. Dabei kann die Adsorbtionsfähigkeit als Kenngröße für eine Filterwirkung des Kohlenwasserstoff-Adsorbers 9 verwendet werden. Selbstverständlich können als Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 auch andere Adsorptionsmittel, wie zum Beispiel Zeolithe, Metal-Organic-Frameworks oder andere unpolare Adsorbentien verwendet werden.
Das zwischen dem Sammelraum 6 für abgeschiedenes Wasser 7 und dem Entwässerer 3 angeordnete erste, schaltbare Ventil 8 kann dabei manuell, periodisch oder in Abhängigkeit des Füllgrades des Sammelraumes 6 schaltbar ausgebildet sein und dadurch den Ablass von abgeschiedenem Wasser 7 aus dem Sammelraum 6 steuern. Hierbei ist denkbar, dass das Ventil 8 hin und wieder manuell geöffnet beziehungsweise geschlossen wird oder aber über eine Steuerungseinrichtung 10 perio disch, das heißt in bestimmten Zeitabständen geöffnet beziehungsweise geschlossen wird.
Wird das erste Ventil 8 in Abhängigkeit des Füllgrades des Sammelraums 6 geschaltet, so ist zur Ermittlung dieses Füllgrades vorzugsweise ein Wasserstandssensor 11 vorgesehen, der so ausgebildet ist, dass er einen jeweils im Sammelraum 6 herrschenden Füllgrad an die Steuereinrichtung 10 übermittelt. Denkbar ist hierbei, dass der Wasserstandssensor 11 beispielsweise als „two-level"-Sensor ausgebildet ist, welcher zumindest zwei Füllgrade des Sammelraumes 6 detektiert und diese der Steuereinrichtung 10 übermittelt. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass zwei Wasserstandssensoren 11 vorgesehen sind, wovon der eine einen oberen und der andere einen unteren Füllgrad des Sammelraumes 6 detektiert und an die Steuereinrichtung 10 übermittelt. Erreicht der Füllgrad des Sammelraums 6 einen oberen Grenzwert, so wird ein Signal vom Wasserstandssensor 11 an die Steuereinrichtung 10 übermittelt, welche daraufhin das erste Ventil 8 öffnet, so dass Wasser 7 in den Entwässerer 3 beziehungsweise durch den Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 hindurchströmen kann. Dabei bleibt das erste Ventil 8 vorzugsweise so lange geöffnet, bis der Füllgrad im Sammelraum 6 einen unteren Grenzwert erreicht, woraufhin der Wasserstandssensor 11 ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 10 übermittelt, die daraufhin das erste Ventil 8 schließt.
In 1 ist dabei der Wasserstandssensor 11 im Bereich eines Bodens des Sammelraumes 6 angeordnet, wobei auch denkbar ist, dass der Wasserstandssensor 11 von oben durch das Filterelement 2 in den Sammelraum 6 eintaucht.
Generell kann der Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 so groß ausgebildet sein, dass er dieselbe Lebensdauer aufweist wie das Kraftstofffilter 1 oder aber er ist leicht austauschbar, beispielsweise über eine Schraubverbindung, mit dem Kraftstofffilter 1 verbunden, so dass er mit geringem Wartungsaufwand bei Bedarf leicht ausgetauscht werden kann. Dabei soll die Lebensdauer auf ca. 1 bis 1,5 Mio. Kilometer bzw. 15 Jahre ausgelegt sein, sofern die vom Bauraum her möglich ist. Ist der hierfür erforderliche Bauraum nicht vorhanden, so soll ein Austausch des Kohlenwasserstoff-Adsorbers 9 vorzugsweise in einem n-fachen Filterwechsel-Intervall erfolgen.
Stromab des Kohlenwasserstoff-Adsorbers 9 ist gemäß der 1 ein zweites, schaltbares Ventil 12 angeordnet, welches ähnlich dem ersten Ventil 8 manuell, periodisch oder in Abhängigkeit vom ersten Ventil 8 schaltbar ausgebildet ist. Die Anordnung des zweiten Ventils 12 hat dabei den großen Vorteil, dass eine Verweildauer des Wassers 7 im Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 verlängert werden kann, da ein Abfließen des Wassers 7 aus dem Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 bei geschlossenem Ventil 12 verhindert wird. Da sich eine hohe Verweildauer des Wassers 7 im Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 positiv auf die Reinigung des Wassers 7 auswirkt, kann ein derartiges zweites Ventil 12 den Reinigungsgrad deutlich erhöhen, wodurch eine Umweltbelastung durch noch im Wasser 7 enthaltene Kohlenwasserstoffanteile weiter reduziert werden kann. Dabei können das erste Ventil 8 und/oder das zweite Ventil 12 beispielsweise als Magnetventile ausgebildet sein und zum Schalten über entsprechende elektrische Leitungen mit der Steuereinrichtung 10 verbunden sein. Da der Einsatz des zweiten Ventils 12 optional ist, ist dieses in 1 lediglich mit einer unterbrochen gezeichneten Linie dargestellt. Generell dient das zweite Ventil 12 auch als zusätzliche Sicherung dafür, dass das erste Ventil 8 nicht sicher schließt. Das erste und das zweite Ventil 8, 12 bilden somit ein redundantes System.
Wie in 1 gezeigt, ist der Entwässerer 3 unterhalb des Filterelementes 2 beziehungsweise unten am Kraftstofffilter 1 angeordnet, so dass ein druckloses Ablassen des abgeschiedenen Wassers 7 allein durch die Schwerkraft erfolgen kann. Denkbar ist aber auch, dass bei einer alternativen anderen Anordnung des Entwässerers 3 bezüglich des Filterelements 2 zum Ablassen des abgeschiedenen Wassers eine nicht gezeigte Kraftstoffpumpe eingeschalten wird und dadurch ein druckbeaufschlagtes Ablassen des abgeschiedenen Wassers 7 erfolgt.
Generell sollte bei allen möglichen Ausführungsformen eine möglichst lange Verweildauer des abgeschiedenen Wassers 7 im Kohlenwasserstoff-Adsorber 9 angestrebt werden, wobei dies entweder durch eine entsprechende geometrische Ausbildung des Kohlenwasserstoff-Adsorbers 9 und/oder durch das oben beschriebene zweite Ventil 12 erreicht werden kann.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können dabei sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.

Claims

Kraftstofffilter (1) mit – einem Filterelement (2) zum Abscheiden von Partikeln und Wasser aus einem durch den Kraftstofffilter (1) strömenden Kraftstoffstrom, – einem Sammelraum (6) zum Sammeln des abgeschiedenen Wassers (7) und – einem Entwässerer (3) zum Abführen des abgeschiedenen Wassers (7) aus dem Kraftstofffilter (1), wobei der Entwässerer (3) als Einheit mit dem Kraftstofffilter (1) oder als davon separate Baugruppe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Entwässerer (3) einen Kohlenwasserstoff-Adsorber (9) zur Adsorption von in dem abgeschiedenen Wasser (7) mitgeführten Kohlenwasserstoffen aufweist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kohlenwasserstoff-Adsorber (5) Aktivkohle ist oder solche aufweist, oder – dass der Kohlenwasserstoff-Adsorber (5) Zeolithe, Metal-Organic-Framework oder unpolare Adsorbentien aufweist.
Kraftstofffilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sammelraum (6) für abgeschiedenes Wasser und dem Entwässerer (3) ein erstes schaltbares Ventil (8) angeordnet ist, welches manuell, periodisch oder in Abhängigkeit des Füllgrades des Sammelraums (6) schaltbar ausgebildet ist und dadurch den Ablass von abgeschiedenem Wasser aus dem Sammelraum (6) steuert.
Kraftstofffilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserstandssensor (11) zur Ermittlung eines Füllgrades des Sammelbehälters (6) vorgesehen ist, wobei der Wasserstandssensor (11) so ausgebildet ist, dass er in Abhängigkeit des Füllgrades des Sammelraums (6) zumindest das zwischen dem Kraftstofffilter (1) und dem Entwässerer (3) gelegene erste Ventil (8) öffnet und schließt und dadurch den Ablass von abgeschiedenem Wasser (7) aus dem Sammelraum (6) steuert.
Kraftstofffilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstandssensor (11) als „two-level"-Sensor ausgebildet ist.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Vorrat an Kohlenwasserstoff-Adsorbens auf die Lebensdauer des Kraftstofffilters (1) ausgerichtet ist, und/oder – dass der Kohlenwasserstoff-Adsorber (9) austauschbar ausgebildet ist.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Kohlenwasserstoff-Adsorbers (9) ein zweites schaltbares Ventil (12) angeordnet ist, welches manuell, periodisch oder in Abhängigkeit vom ersten Ventil (8) schaltbar ausgebildet ist und dadurch eine Verweildauer von mit Kohlenwasserstoffen verunreinigtem Wasser (7) im Kohlenwasserstoff-Adsorber (9) steuert.
Kraftstofffilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, – dass der Entwässerer (3) unterhalb des Kraftstofffilters (1) angeordnet ist, so dass ein druckloses Ablassen des abgeschiedenen Wassers (7) über die Schwerkraft erfolgt, oder – dass eine Kraftstoffpumpe so ausgebildet ist, dass sie zum druckbeaufschlagten Ablassen des abgeschiedenen Wassers (7) einschaltbar ist.