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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft Fluidfiltereinrichtungen und insbesondere Fluidfiltereinrichtungen mit integrierter thermostatischer Fluidtemperaturregelung, die ausgelegt ist, die Mischung von vorgeheiztem Fluid mit ungeheiztem Fluid in der Filterkammer zu kontrollieren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine beispielhafte Anwendung findet sich in Kraftstoffzufuhrsystemen von Verbrennungsmotoren. Kraftstoffzufuhrsysteme für Verbrennungsmotoren sind so ausgelegt, dass sie den Kraftstoff vom Kraftstofftank ansaugen und ihn dem Motor zuführen, und sie können eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstofffilter beinhalten. Eine Kraftstoffpumpe kann den für Kraftstoffeinspritzanlagen benötigten höheren Druck leisten. Ein Kraftstofffilter ist üblicherweise vorgesehen und oft zwischen dem Kraftstofftank und der Kraftstoffpumpe eingebaut, um so Schadstoffe zu entfernen, die in dem zugeführten Kraftstoff enthalten sein können.
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Verbrennungsmotoren können so ausgelegt sein, dass sie mit einer Vielzahl von Kraftstoffarten arbeiten können. Verbrennungsmotoren können Kraftstoffarten verwenden, die bei kaltem Wetter erheblich viskoser sind (zum Beispiel Dieselkraftstoff) als dies der Fall bei anderen Kraftstoffen ist (zum Beispiel Benzin). Um den Betrieb derartiger Motoren bei niedrigen Temperaturen zu verbessern und die Viskosität des Kraftstoffes zu reduzieren, ist es sinnvoll, ein Mittel vorzusehen, mit dem vorgeheizter Kraftstoff mit ungeheiztem Kraftstoff während der Kraftstoffzufuhr zum Kraftstofffilter und schließlich zum Motor kontrollierbar gemischt wird.
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Es gibt bekannte Lösungen auf diesem Gebiet der Technik. Zum Beispiel ist in
EP 1 302 711 A1 ein Thermostatventil für eine Kraftstoffzufuhr zu einem Dieselmotor offengelegt. Das Ventil beinhaltet ein bewegliches Ventilglied, das innerhalb einer Ventilkörperkammer verschiebbar ist und eine radiale Abdichtung des Ventilgliedes zum Ventilkörper verwendet. Eine Formgedächtnislegierung ist vorgesehen, um das Ventilglied bei einer Umwandlungstemperatur zu aktivieren. Unglücklicherweise hat diese Ventilvorrichtung mehrere Nachteile. Das Thermostatventil ermittelt die Temperatur des Kraftstoffes, der in den Einlasskanal des Ventils fließt (d. h. vom Motor rückgeführter Kraftstoff). Da diese Ausführung nur die viel wärmere Temperatur der Kraftstoffrückführung ermittelt und darauf reagiert, sorgt sie nicht für die notwendige Kontrolle der Temperatur der Dieselkraftstoffzufuhr zum Motor. Eine weitere Einschränkung liegt in der Ausführung, bei der das Ventilglied eine radiale Abdichtung zum Ventilkörper verwendet. Eine radiale Abdichtung ist in manchen Fällen nachteilig, da die radiale Abdichtung enge Toleranzen zwischen dem Ventilglied und den Ventilkammerwänden notwendig macht. Die Leichtgängigkeit des Ventilgliedes innerhalb des Ventilkörpers beruht auf sehr sauber gehaltenen Wänden zwischen der Dichtfläche des gleitenden Ventilgliedes und der Ventilkörperwand, an der das Ventilglied entlang gleitet. Wird der Außendurchmesser des Ventilgliedes in
EP 1 302 711 A1 reduziert, um so die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass das Ventil ”stecken” bleibt, so resultiert dies unausweichlich in internen Undichtigkeiten, die den ordnungsgemäßen Betrieb des Ventils beeinträchtigen.
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In einem weiteren Dokument,
US 5,746,170 A wird ein Thermostatventil gezeigt, das in einem Ölfilter-Montageblock angeordnet ist und eine Formgedächtnislegierung beinhaltet, die so ausgelegt ist, dass sie das Ventil bei steigender Temperatur aktiviert, um so den Ölfluss zu einem Ölkühler umzuleiten. In der
DE 10 2005 062 592 A1 ist eine Einrichtung gezeigt zum temperaturabhängigen Steuern von Strömungswegen an einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Rücklauf-Einlass zum Heranführen von überschüssigem Brennstoff aus der Brennkraftmaschine, einem Rücklauf-Auslass zum Abführen von Brennstoff zu einem Vorratsbehälter, einem Vorlauf-Einlass zum Heranführen von Brennstoff aus dem Vorratsbehälter, einem Vorlauf-Auslass zum Abführen von Brennstoff zur Brennkraftmaschine und einem Steuerglied mit dem der Rücklauf-Auslass wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Lösung für die Kontrolle der Kraftstofftemperatur zu schaffen, die zu geringeren Kosten realisiert werden kann, zu einer besseren Kontrolle der abgegebenen Kraftstofftemperatur beiträgt und einfacher installiert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das erfindungsgemäße Fluidfiltermodul dient vorzugsweise zur Filtration von Kraftstoff, insbesondere Diesel, und umfasst ein Filtergehäuse mit einem Fluideinlasskanal und einem Fluidauslasskanal sowie eine Kammer zur Aufnahme eines Fluidfilterelementes. Ein thermostatisches Fluidregelventil ist im Filtergehäuse integriert und umfasst einen Ventilkörper, der einen Ventileinlasskanal, einen Ventilauslasskanal und eine Rückführungsöffnung aufweist, wobei das Fluid über die Rückführungsöffnung mit der Kammer des Filtergehäuses kommuniziert. Ein Ventilglied ist im Ventilkörper verschiebbar zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zum Umlenken des Fluidstroms vorgesehen. In der ersten Position kommuniziert der Ventileinlasskanal mit der Rückführungsöffnung und der Ventilauslasskanal ist blockiert. In der zweiten Position kommuniziert der Ventileinlasskanal mit dem Ventilauslasskanal und die Rückführungsöffnung ist blockiert. Ein auf die Fluidmischtemperatur reagierendes Stellglied ist vorgesehen und so ausgeführt, dass es eine vorgegebene gewünschte Betätigungstemperatur hat. Das Stellglied ist derart ausgebildet, dass es das Ventilglied in die zweite Position bringt, wenn die Mischtemperatur auf die Betätigungstemperatur ansteigt.
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Die Mischtemperatur wird beeinflusst durch die Temperatur des Fluids, welches in den Fluideinlasskanal eintritt, und der Temperatur, die an der Rückführungsöffnung innerhalb der Kammer herrscht.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Ventilglied durch den Flüssigkeitsdruck des Fluids von der zweiten Position in die erste Position verschoben, wenn die Mischtemperatur unter die vorgegebene Betätigungstemperatur fällt und das Stellglied das Ventilglied nicht länger in die zweite Position bringt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Fluidregelventil mindestens eine Rückstellfeder, die so ausgeführt ist, dass sie das Ventilglied elastisch in die erste Position bringt, wenn die Mischtemperatur unter die vorgegebene Betätigungstemperatur fällt und das Stellglied das Ventilglied nicht länger in die zweite Position bringt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Stellglied aus einer Formgedächtnislegierung mit einer Umwandlungstemperatur gebildet, wobei die Formgedächtnislegierung ihre Form ändert, wenn das Fluid auf die Umwandlungstemperatur erwärmt wird, um so das Ventilglied in die zweite Position zu bringen. Die Umwandlungstemperatur wird von der gewünschten Betätigungstemperatur bestimmt, wobei sie entweder mit der Betätigungstemperatur übereinstimmt oder von der gewünschten Betätigungstemperatur über einen vorgegebenen Wert abweicht, um so die System-Temperaturregelung mit der vorgegebenen Betätigungstemperatur abzugleichen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der Ventilkörper einen Auslasssitz und einen Rücklaufsitz. Die Sitze sind dabei so ausgelegt, dass sie durch das Ventilglied dichtend verschließbar sind, um so das Fluid umzulenken. Der Ventilkörper und die Sitze sind bevorzugt derart ausgeführt, dass eine verschließbare Fluiddichtung, insbesondere in Axialrichtung relativ zur Bewegung des Ventilgliedes entsteht.
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In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Ventilglied einen zweiseitigen Ventilteller, der so ausgelegt ist, dass er in jeder Stellung jeweils nur auf maximal einem der beiden Ventilsitze axial dichtend aufliegen kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Stellglied eine Spiralfeder aus Formgedächtnislegierung und eine Rückstellfeder, wobei die Federn bevorzugt konzentrisch angeordnet sind und entgegengesetzt wirken.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt des Ventilkörpers im Wesentlichen ”T”-förmig. Die Rückstellfeder wird von einem Ventilschaft aufgenommen und der Schaft ist an einem Ende am Ventilglied und am gegenüberliegenden Ende an einem Eingriffselement für das Stellglied befestigt. Das Stellglied ist für einen Eingriff mit dem Ventilkörper an einem ersten Ende ausgelegt und kann mit dem Eingriffselement für das Stellglied an einem zweiten Ende eingreifen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung sind das Regelventil und das Filtergehäuse aus Kunststoff gebildet.
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In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Filtergehäuse eine Aufnahme, die so ausgebildet und ausgelegt ist, dass sie das Kraftstoffregelventil aufnehmen kann. Das Regelventil ist als separates, standardisiertes Bauteil realisiert, das in zahlreichen Filtergehäusetypen angewendet und wahlweise eingebaut werden kann. Bevorzugt ist das Regelventil mittels einer Schnappverbindung mit der Aufnahme verbindbar.
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In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Aufnahme gekrümmte Flügelabschnitte, die ausgelegt sind, um zwischen der Aufnahme und dem Ventilkörper einen Fluidstromverschluss vorzusehen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Stellglied eine Spiralfeder aus einer Formgedächtnislegierung, insbesondere einer Nitinol-Formgedächtnislegierung.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Kraftstoffregelventil innerhalb der Filtergehäusekammer so angeordnet, dass jegliche aus dem Ventil austretende Leckage innerhalb des Filtergehäuses verbleibt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Kraftstoffzufuhrsystem für einen Verbrennungsmotor einen wie oben beschriebenen Kraftstofffilter, bei dem der Kraftstoffeinlasskanal mit einer Kraftstoff-Rücklaufleitung vom Motor kommuniziert, die Auslassleitung mit einer zweiten Kraftstoff-Rücklaufleitung zu einem Kraftstofftank kommuniziert, der Kraftstoffeinlasskanal mit einer Kraftstoff-Zufuhrleitung vom Kraftstofftank kommuniziert und der Kraftstoffauslasskanal mit einer Pumpe kommuniziert, die so ausgelegt ist, dass sie den Kraftstoff aus dem Tank durch den Filter saugt.
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In einer Ausführungsform umfasst der Fluidfilter ein zick-zack-förmig gefaltetes Rundfilterelement.
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Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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ist eine schematische Darstellung eines verbesserten Kraftstoffkreislaufes für einen Motor, die im Einklang mit der vorliegenden Erfindung steht;
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zeigt eine perspektivische seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform des Temperaturregelventils, wenn das Mischfluid unterhalb einer vorgegebenen gewünschten Fluidtemperatureinstellung liegt;
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zeigt eine perspektivische seitliche Schnittansicht der Ausführungsform des Temperaturregelventils, wenn das Mischfluid oberhalb einer vorgegebenen gewünschten Fluidtemperatureinstellung liegt;
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zeigt einen seitlichen Teilausschnitt einer beispielhaften Ausführungsform eines Fluidfiltergehäuses, in dem das Temperaturregelventil von , aufgenommen ist;
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zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Fluidfiltergehäuses gemäß , gesehen aus einer im Allgemeinen nach oben zeigenden Richtung zum oberen Teil des Filtergehäuses; und
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zeigt ein seitliche Schnittansicht eines Fluidfiltergehäuses gemäß , umfassend ein angedeutet dargestelltes zick-zack-förmig gefaltetes Rundfilterelement.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 ist eine schematische Darstellung eines verbesserten Kraftstoffkreislaufes für einen Motor, welche die Merkmale der Erfindung aufzeigt. Eine Förderpumpe 102 saugt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank oder Reservoir 104 in den Kraftstoffeinlasskanal 106 des Fluidfilters 100, in welchem der Kraftstoff durch das Fluidfilterelement 108 gefiltert wird, um dann den Fluidfilter 100 durch den Kraftstoffauslasskanal 110 zu verlassen und zur Ansaugseite 112 der Förderpumpe 102 zu gelangen.
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In dem gezeigten Beispiel ist die Förderpumpe 102 vorgesehen, um Kraftstoff unter Druck dem Motor 118 zuzuführen, zum Beispiel zur Verteilung durch die Kraftstoffverteilerleiste 116. In führt die Kraftstoffverteilerleiste 116 den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff dem Motor 118 zu, zum Beispiel den Kraftstoffeinspritzventilen (nicht gezeigt). Ein Teil der der Kraftstoffverteilerleiste 116 zugeführten Kraftstoffmenge wird nicht vom Motor 118 verbraucht, sondern über die Rücklaufleitung 120 dem Ventileinlasskanal 122 des thermostatischen Kraftstoffregelventils 124 wieder zugeführt. Die Temperatur des Fluids in der Rücklaufleitung 120 kann variieren und ist üblicherweise höher als die Temperatur des Kraftstoffes im Kraftstofftank 104, was zumindest teilweise auf die mechanische Einwirkung (Umwandlung kinetischer Energie in Wärme) der Förderpumpe 102 auf das geförderte Fluid und teilweise auf die vom Motor 118 der Kraftstoffverteilerleiste 116 zugeführte Wärme (Konvektion, Leitung oder Strahlungswärme) zurückzuführen ist.
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Einige Kraftstoffarten, z. B. Dieselkraftstoff, haben eine von der Temperatur abhängige Viskosität und können bei niedrigeren Umgebungstemperaturen relativ viskos werden. Für diese Kraftstoffarten kann es von Vorteil sein, die höhere Temperatur des rückgeführten Kraftstoffes (zum Beispiel der Kraftstoff in der Rücklaufleitung 120) zu verwenden, um so den in das Filterelement 108 eintretenden Kraftstoff vorzuwärmen, wodurch die Kraftstoffviskosität, die Möglichkeit einer Filterelementblockade und der daraus resultierende Druckabfall im Filterelement 108 reduziert werden sowie ein leichterer Kraftstofffluss zum Motor 118 ermöglicht wird.
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Wie in schematisch dargestellt, ist ein Fluidfilter 100 vorgesehen, der innerhalb des Filtergehäuses 132 ein austauschbares Fluidfilterelement 108 und ein Temperaturregelventil 124 in einem einzigen einteiligen Fluidfilter 100 umfasst. In dem gezeigten Beispiel wird das thermisch erwärmte, vom Motor 118 oder von der Kraftstoffverteilerleiste 116 rückgeführte Fluid dem Einlasskanal 134 für die Rückführung am Filtergehäuse 132 zugeführt, welcher mit dem Ventileinlasskanal 122 des Temperaturregelventils 124 verbunden ist. Das Temperaturregelventil beinhaltet ein Ventilglied (nicht gezeigt), welches in einer ersten Position das rückgeführte Fluid zurück in die Filtergehäusekammer 138 umleitet, insbesondere auf der Ansaugseite 128 des Filterelementes 108. In einer zweiten Position leitet das Temperaturregelventil 124 das wärmere rückgeführte Fluid zu dem Ventilauslasskanal 140 um, so dass das Fluid durch die Rücklaufleitung 142 des Kraftstofftanks in den Kraftstofftank 104 rückgeführt wird.
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Das Kraftstoffregelventil 124 beinhaltet ein temperaturempfindliches Stellglied 126, das so positioniert und ausgelegt ist, dass es eine Mischtemperatur (Mischung aus dem vom Motor rückgeführten Fluid und dem von der Kraftstoffpumpe rückgeführten Fluid) ermittelt und auf diese Temperatur, die auf der Ansaugseite 128 des Filterelementes 108 vorhanden ist, reagiert. Das temperaturempfindliche Stellglied 126 ist so ausgelegt und angepasst, dass es das Ventilglied gemäß der ermittelten Mischtemperatur verschiebbar positioniert, um so eine Kontrolle der Mischtemperatur zu realisieren.
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Die und zeigen ein spezifisches nicht-einschränkendes Anschauungsbeispiel einer Ausführungsform des Temperaturregelventils 224, das im Einklang mit der Lehre der vorliegenden Erfindung steht. zeigt eine perspektivische seitliche Schnittansicht eines Temperaturregelventils 224, wenn die Mischfluidtemperatur (in der Filtergehäusekammer 138 auf der Ansaugseite des Filterelementes 108) unterhalb einer vorgegebenen (vorkonfigurierten) gewünschten Fluidtemperatureinstellung liegt. zeigt eine perspektivische seitliche Schnittansicht eines Temperaturregelventils 224 von , wenn die Mischfluidtemperatur (in der Filtergehäusekammer 138 auf der Ansaugseite des Filterelementes 108) einer vorgegebenen gewünschten Fluidtemperatureinstellung entspricht oder oberhalb dieser liegt.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Temperaturregelventil 224 mit einem im Allgemeinen zylindrischen Ventilfuß 244 abgebildet, an dessen einem Ende ein Ventilaufsatz 246 befestigt ist, der entweder damit lösbar oder dauerhaft verbunden ist. Ein Ventilglied 248 ist im Regelventil vorgesehen und kann zwischen einer ersten Position (gezeigt in ) und einer zweiten Position (gezeigt in ) verschoben werden.
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In der ersten Position ( ) hat das Ventilglied 248 einen Ventilteller 250, der so ausgelegt und positioniert ist, dass der Fluidstrom zum Ventilauslasskanal 240 blockiert wird, während das Fluid durch den Ventileinlasskanal 222 mit der Rückführungsöffnung 230 kommuniziert. und Position eins veranschaulichen die Konfiguration des Temperaturregelventils 224 im Betriebszustand, wenn die Mischtemperatur unterhalb der vorgegebenen gewünschten Fluidtemperatureinstellung liegt.
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In hat sich das Ventilglied 248 nach unten verschoben, um den Ventilteller 250 so zu positionieren, dass der Fluidstrom zur Rückführungsöffnung 230 blockiert wird, während das Fluid durch den Ventileinlasskanal 222 mit dem Ventilauslasskanal 240 kommuniziert. und Position zwei veranschaulichen die Konfiguration des Temperaturregelventils 224 im Betriebszustand, wenn die Mischtemperatur einer vorgegebenen gewünschten Fluidtemperatureinstellung entspricht oder oberhalb dieser liegt.
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Das Ventilglied 248 wird verschiebbar durch Gegenkräfte positioniert (vertikal in und ), die durch das temperaturempfindliche Stellglied (in dieser speziellen anschaulichen Ausführungsform, Formgedächtnis-Stellfeder 258) und die Rückstellfeder 252 ausgeübt werden. Die Rückstellfeder 252 ist innerhalb des Ventilkörpers unter dem Ventilaufsatz 246 angeordnet. Die Rückstellfeder wird teilweise zwischen dem Innenbereich des Ventilaufsatzes 246 und dem Ventilteller 250 zusammengedrückt, wodurch das Ventilglied 248 in Position eins gebracht wird (diese Position wird in gezeigt). Mittels eines Ventilschafts 254 wird eine Betätigungsscheibe 256 am Ventilglied 248 angebracht, die eine becherförmige Innenfläche 274 mit einer Umfangslippe 276 beinhaltet, die so konfiguriert ist, dass sie gegen ein Ende einer Formgedächtnis-Stellfeder 258 drückt und diese zurückzuhält. Die Formgedächtnis-Stellfeder 258 wird von einem zylindrisch geformten hervorstehenden Bereich 260 des Ventilaufsatzes 246 aufgenommen und gestützt. Die Kräfte zum Verschieben des Ventilgliedes 248 resultieren aus den in den Gegenkräften entstehenden Differenzen, die durch die Rückstellfeder 252 und die Formgedächtnis-Stellfeder 258 ausgeübt werden, die über den Ventilschaft 254 verbunden sind, wobei diese Kräftedifferenzen von der Mischtemperatur abhängen.
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Die Formgedächtnislegierung (FGL, auch bekannt als intelligentes Metall, Gedächtnislegierung oder Muskeldraht) ist eine Legierung, die sich an ihre Form ”erinnert” und nach ihrer Deformation durch die Einwirkung von Wärme auf die Legierung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Die drei Hauptarten von FGL sind folgende Legierungen: Kupfer-Zink-Aluminium-Nickel, Kupfer-Aluminium-Nickel und Nickel-Titan (NiTi). Nickel-Titan-FGL ist ebenfalls als ”Nitinol” bekannt.
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Wenn eine Formgedächtnislegierung sich in kaltem Zustand befindet (unterhalb der Übergangstemperatur), dann kann die FGL in neue Formen gebogen oder gepresst werden und sie wird diese Form solange beibehalten, bis die Temperatur durch Erwärmen wieder über der Übergangstemperatur liegt. Nach dem Erwärmen über die Übergangstemperatur kehrt die Formgedächtnislegierung (Feder) wieder in ihre ursprüngliche Form zurück. Diese Temperatur auslösende Eigenschaft der Formgedächtnislegierung wird vorteilhafterweise für eine temperaturempfindliche Aktivierung des Temperaturregelventils 224 für den Übergang vom kalten Zustand ( , Position 1) in den warmen Zustand ( , Position 2) verwendet.
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In ist die Formgedächtnis-Stellfeder 258 in kaltem Zustand dargestellt, d. h. unterhalb der Umwandlungstemperatur. In diesem Zustand ist die Formgedächtnis-Stellfeder 258 so ausgelegt, dass sie durch die von der Rückstellfeder 252 ausgeübte Kraft durch Zusammendrücken deformiert wird, die von dem Ventilschaft 254 auf die Betätigungsscheibe 256 übertragen wird. In und unter Einbeziehung des Fluidkreislaufbeispiels in wird das vom Motor 118 oder von der Kraftstoffverteilerleiste 116 rückgeführte erwärmte Fluid vom Ventileinlasskanal 122 zur Rückführungsöffnung 230 des Ventils 124 geleitet. Die Rückführungsöffnung 230 leitet das erwärmte Fluid in die Kammer des Kraftstofffiltergehäuses (wie unten gezeigt und diskutiert anhand von ).
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Die Formgedächtnis-Stellfeder 258 ist so kalibriert, dass ihre vorgegebene oder konfigurierte Umwandlungstemperatur in einer gewünschten Minimaltemperatur für das Fluid (oder den Kraftstoff) resultiert. Die Kraftstoffviskosität erhöht sich bei abnehmender Kraftstofftemperatur. Das Stellglied ist so konfiguriert, dass sichergestellt wird, dass das Regelventil 224 eine ausreichend warme Kraftstofftemperatur aufrecht erhält, um zumindest einen minimalen Kraftstoffstrom durch das Filterelement 108 zu gewährleisten, damit die Kraftstoffpumpe 102 mit ausreichend Kraftstoff und Druck versorgt wird, um den Betrieb des Motors 118 bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu ermöglichen, wenn die höhere Viskosität des Kraftstoffes (bei niedriger Temperatur) ansonsten den Filter 108 blockieren könnte. Die Formgedächtnis-Stellfeder 258 ist in dem vermischten angesaugten Fluid vom Kraftstoffeinlasskanal 106 und dem rückgeführten Fluid von der Rückführungsöffnung 230 positioniert, die auf der Ansaugseite 128 des austauschbaren Filterelements 108 vorhanden ist, und steht mit ihnen in thermischer Verbindung. Sobald die Mischtemperatur die Umwandlungstemperatur übersteigt, kehrt die Formgedächtnis-Stellfeder 258 in ihre ursprüngliche Form zurück (durch Formgedächtnis), somit wird sie wieder auf ihre ursprüngliche Länge gedehnt und drückt dadurch die Rückstellfeder 252 zusammen und verschiebt das Ventilglied 248 in Position 2 (wie in gezeigt).
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Wenn der Motor später ausgeschaltet wird und die Fluidtemperatur abkühlt, dann kühlt die Formgedächtnis-Stellfeder 258 unter ihre Umwandlungstemperatur ab und reagiert daher entweder auf Fluidkräfte oder auf von der Rückstellfeder 252 ausgeübte Kräfte (abhängig vom Design), wobei beide Möglichkeiten geeignet sind, um das Temperaturregelventil 224 in seinen kalten Zustand zurückzubringen (erste Position wie in gezeigt). In einigen Ausführungsformen, in denen eine Rückstellfeder verwendet wird, kann die Rückstellfeder als Druckfeder aus Stahl oder rostfreiem Stahl realisiert werden.
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Über die von der Formgedächtnis-Stellfeder ausgeübten Gegenkräfte, die auf die Rückstellfeder einwirken (wie oben detailliert beschrieben), reagiert das Temperaturregelventil 224 vorteilhafterweise auf die Mischtemperatur des Fluids auf der Ansaugseite bzw. Rohseite 128 des Filterelementes 108 innerhalb des Fluidfiltergehäuses 132.
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zeigt einen seitlichen Teilausschnitt einer vorgesehenen beispielhaften Ausführungsform eines Fluidfiltergehäuses 232, das ein integriertes Temperaturregelventil 224 hat (wie in , gezeigt und diskutiert), das in einem oberen Bereich 264 des Gehäuses 232 eingebaut ist, wobei der Ventileinlasskanal 222 in Verbindung mit dem Rückführungseinlasskanal 234 und der Ventilauslasskanal 240 in Verbindung mit dem Rückführungsauslasskanal 236 des Fluidfiltergehäuses 232 steht. Das Temperaturregelventil 224 ist innerhalb des Filtergehäuses 232 zwischen dem Rückführungseinlasskanal 234 und dem Rückführungsauslasskanal 236 positioniert und steht mit ihnen in Fluidverbindung. Die in das Gehäuse 232 vorgesehene oder eingeformte Aufnahme 266 ist so ausgebildet und ausgelegt, dass sie das Regelventil 224 aufnimmt. Das Regelventil 224 ist innerhalb der Kammer 238 des Filtergehäuses 232 positioniert, wobei die Formgedächtnis-Stellfeder 258 so positioniert ist, dass sie der Mischtemperatur des Fluids auf der Ansaugseite des Filterelementes ausgesetzt ist und mit ihr in thermischer Verbindung steht (Filterelement 108, schematisch dargestellt in ). Ebenfalls gezeigt wird am Kraftstofffiltergehäuse 232 in der Kraftstoffeinlasskanal 206, durch den der Kraftstoff in das Filtergehäuse eintritt, und der Kraftstoffauslasskanal 210, durch den der gefilterte Kraftstoff aus dem Gehäuse austritt. Das Fluidfiltergehäuse 232 ist so ausgelegt, dass es ein im Allgemeinen zylindrisches Filterelement aufnimmt, durch welches das Fluid radial von außerhalb des Filterelementes ins Innere des Filterelementes fließt, um das Filterelement durch den röhrenförmigen Vorsprung 262 zu verlassen, um dann zu dem Kraftstoffauslasskanal 210 des Gehäuses 232 zu fließen.
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zeigt eine seitliche Schnittansicht des Fluidfiltergehäuses 232 in , aber gesehen aus einer im Allgemeinen nach oben zeigenden Richtung zum oberen Bereich 264 des Fluidfiltergehäuses 232. Das Filtergehäuse 232 beinhaltet eine abnehmbare Filterabdeckung (nicht gezeigt für eine bessere Darstellung des Regelventils), die abnehmbar, verschließbar und dichtend am Befestigungsteil 278 für die Abdeckung des Filtergehäuses 232 angebracht ist. Das Temperaturregelventil 224 ist im Gehäuse 232 dargestellt, installiert über eine im Allgemeinen becherförmige Aufnahme 266, die in den oberen Bereich 264 des Gehäuses 232 eingeformt oder an ihm vorgesehen und so ausgebildet und ausgelegt ist, dass sie das Regelventil 224 zumindest teilweise darin aufnimmt. Der Einbau des Temperaturregelventils 224 in die Aufnahme 266 des Fluidfiltergehäuses 232 kann mittels einer Schnappverbindung, unter Verwendung von Klebern oder anderen Einbaumethoden erfolgen, die den Fachleuten bekannt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Regelventil 224 eine Positionierlasche 282, die an der Außenwand des Regelventils angebracht ist (zum Beispiel die Außenwand 284 in ). Die Positionierlasche 282 ist an dem Regelventil so ausgerichtet, ausgelegt und angepasst, dass sie in dem Ausrichtungsschlitz 286 in der Wand der Aufnahme 266 aufgenommen wird. Das Zusammenwirken zwischen der Positionierlasche 282 und dem Schlitz 286 gewährleistet eine korrekte Ausrichtung des Regelventils während des Einbaus. Dies ist wichtig, wenn das Regelventil eine Form hat, aufgrund derer das Ventil falsch und somit funktionsunfähig eingebaut werden würde.
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Vorteilhafterweise realisieren die dargestellten Merkmale ( und ) ein Temperaturregelventil 224, das sehr kompakt ist und deshalb problemlos in die Innenkammer 238 des Gehäuses 232 des Fluidfilters 100 integriert werden kann.
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Zweckmäßigerweise ist das temperaturempfindliche Stellglied (Formgedächtnis-Stellfeder 258 in den beispielhaften Ausführungsformen) des Temperaturregelventils 224 in den Mischstrom des Fluids eingetaucht, der in den Kraftstoffeinlasskanal 206 des erwärmten Rückführungsstroms eintritt, welcher aus der Rückführungsöffnung 230 des Temperaturregelventils 224 austritt, wobei das Temperaturregelventil 224 vorteilhafterweise auf die Mischtemperatur reagiert (beeinflusst durch die Temperatur des vom Motor rückgeführten Fluids und dem von der Kraftstoffpumpe rückgeführten Fluids sowie der im Filtergehäuse vorherrschenden Temperatur) anstatt nur das rückgeführte Fluid zu erfassen und darauf zu reagieren. Das erwärmte rückgeführte Fluid erwärmt den in den Filter eintretenden Kraftstoff auf mindestens eine Minimaltemperatur, um die Viskosität des Kraftstoffes zu reduzieren und so die Verstopfung des Filters zu verhindern. Dieses Ziel kann nicht zuverlässig erreicht werden, wenn nur die Rückführungstemperatur wie beim Stand der Technik erfasst wird.
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Vorteilhafterweise ist das Temperaturregelventil 224 so ausgelegt und angepasst, dass es leicht in die zylindrische, becherförmige Aufnahme 266 eingepresst werden kann wie in dem Fluidfiltergehäuse 232 eingeformt, ohne dass weitere Teile benötigt werden.
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Vorteilhafterweise beinhaltet die Aufnahme 266 gekrümmte Flügelabschnitte 280, die so geformt und ausgelegt sind, dass sie einen Fluidstromverschluss zwischen der Aufnahme 266 und der Seitenwand des Ventilfußes 244 des Temperaturregelventils 224 herstellen, und so den in den Kraftstoffeinlasskanal 206 eintretenden Fluidstrom begrenzen, der hindurch fließt und kontrolliert durch das Temperaturregelventil 224 umgeleitet wird, um die Mischtemperatur auf der Ansaugseite des Filterelementes zu kontrollieren, wie dies vorgesehen und oben detaillierter beschrieben ist.
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Vorteilhafterweise verringert die Positionierung des Temperaturregelventils 224 innerhalb der Kammer 238 des Fluidfiltergehäuses 232 die Notwendigkeit, für enge Toleranzen zwischen dem Ventilaufsatz 246 und dem Ventilschaft sowie zwischen der Außenwand des Ventilfußes 244 und der Aufnahme 266 zu sorgen, da jede noch so kleine mögliche Undichtigkeit innerhalb der mit Kraftstoff gefüllten Kammer 238 verbleibt und somit nicht die Umwelt belastet. Die geringeren engen Toleranzen verringern vorteilhafterweise noch weiter die Herstellungskosten. Jede potenzielle interne Undichtigkeit ist minimal und wirkt sich nicht nachteilig auf das Ventil oder auf das Fluidfiltermodul 100 aus.
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Vorteilhafterweise ist das verschiebbare Ventilglied 248 des Temperaturregelventils 224 mit einem doppelseitigen Ventilteller 250 ausgestattet und weiterhin ausgelegt für eine Axialdichtung zwischen dem Ventilglied und den Ventilsitzen. Die Axialdichtung realisiert die gewünschte Fluidabschaltung, ohne dass eine Verbindung zwischen den Bauteilen entsteht. Im Gegensatz dazu verwendet das nach dem Stand der Technik realisierte und in den Hintergrundinformationen erwähnte Regelventil eine Radialdichtung, bei der enge Toleranzen zwischen den Seitenwänden eines verschiebbaren Ventilgliedes und der Innenwand des Ventilkörpers eingehalten werden müssen. Relativ zueinander verschiebbare Bauteile innerhalb enger Toleranzen macht das Temperaturregelventil nach dem Stand der Technik anfällig für Steckenbleiben und Ankleben. Die Verschiebetoleranzen nach dem Stand der Technik können auch zu Undichtigkeiten zwischen dem Ventilglied und dem Ventilkörper führen und einen flüssigkeitsdichten Verschluss verhindern. Außerdem ist die geringere Notwendigkeit für enge Toleranzen in der vorliegenden erfinderischen Offenlegung besser zur Herstellung in spritzgegossenem Harz geeignet, wie dies in den hier vorgestellten Offenlegungen vorgezogen wird.
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Vorteilhafterweise sorgt die Doppelfunktion der Formgedächtnis-Stellfeder 258 und der konzentrisch angeordneten Rückstellfeder 252 für ein kompaktes Regelventildesign, das leicht in den relativ beengten Fluidfilter 100 eingefügt werden kann.
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Vorteilhafterweise verwendet das Temperaturregelventil 224 in beispielhaften Aspekten eine Formgedächtnislegierung (FGL) für das Stellglied (FGL-Feder 258 in der beispielhaften Ausführungsform in und , Nitinol-Feder in einer anderen beispielhaften Ausführungsform), um so die thermostatische Funktion des Ventils zu ermöglichen. Das Formgedächtnis-Stellglied hat eine Doppelfunktion: 1) Erfassung der Mischtemperatur des Fluids innerhalb des Filtergehäuses 232; und 2) Aktivierung des Ventilschaftes 254 zur Umlenkung des Fluids zwischen der Fluidfilterkammer 238 und dem Rückführungsauslasskanal 236.
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Vorteilhafterweise kann das Temperaturregelventil 224 wie gezeigt als separates Bauteil vorgefertigt und dann später in ein Filtergehäuse auf dem Fertigungsband eingebaut werden, was zu einer höheren Flexibilität im Herstellungsprozess und zur Vermeidung von komplexen Montagevorgängen führt sowie Stationen für kleine Bauteile im Herstellungsprozess von Fluidfiltern überflüssig macht.
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Vorteilhafterweise kann das Temperaturregelventil 224 als standardisiertes separates Bauteil hergestellt und gelagert werden, und ist somit wiederverwendbar für eine große Zahl von Filtergehäuse-Designs und unterschiedliche Anwendungen, wodurch die Anzahl verschiedener Bauteile, die für die Herstellung zur Verfügung stehen müssen, verringert werden kann.
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Vorteilhafterweise können der Ventilfuß 244 und der Ventilaufsatz 246 vorteilhafterweise aus Kunststoff hergestellt und mittels Schnappverbindungstechniken, Schweißen oder Kleben verbunden werden. Durch diese Möglichkeiten werden zusätzliche Geräte oder Befestigungselemente überflüssig, was zu niedrigeren Herstellungskosten führt.
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zeigt ein seitliche Schnittansicht eines Fluidfiltergehäuses gemäß , umfassend ein angedeutet dargestelltes zick-zack-förmig gefaltetes Rundfilterelement 300.
