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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoff nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Vorrichtung.
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Vorrichtungen zum Filtern von Kraftstoff sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Neben einem Ausfiltern von Partikeln weisen diese im Allgemeinen einen Filterbereich auf, welcher beispielsweise als Zentrifugalfilter oder Koaleszenzfilter aufgebaut ist und welcher dazu dient, Wasser aus dem Kraftstoff auszufiltern bzw. abzuscheiden. Dieses Wasser, welches aufgrund der Betankung oder durch Kondensation im Tank in dem Kraftstoff typischerweise unvermeidlich ist, würde, wenn es in das Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors gelangt, kraftstoffberührte Oberflächen des Einspritzsystems aus niederlegierten Stählen sehr stark korrosionsgefährden. Dies ist insbesondere bei Dieselfahrzeugen der Fall, da hier durch die gute Möglichkeit zum Abscheiden des Wassers typischerweise derartige kostengünstigere Stähle im Bereich des Einspritzsystems eingesetzt werden.
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Herkömmliche Kraftstofffilter sind dabei so aufgebaut, dass sich das Wasser, welches abgeschieden worden ist, im unteren Bereich des Kraftstofffilters sammelt. Es wird dann typischerweise bei der Wartung abgelassen oder durch den Tausch des Filters entfernt. Bei der Einhaltung gängiger Wartungsintervalle für das Fahrzeug ist ein derartiger Kraftstofffilter für den Nutzer des Fahrzeugs „wartungsfrei”. Die Problematik ist nun die, dass biodieselhaltige Kraftstoffe sehr viel stärker als herkömmliche Kraftstoffe hygroskopisch sind. Durch einen zunehmenden Anteil an biogenen Zusätzen in den Dieselkraftstoffen, wie beispielsweise Methylester, wird also die Problematik des im Dieselkraftstoff mitgeführten Wassers entsprechend verstärkt.
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Die
DE 10 2008 038 159 A1 beschreibt dies eingehend und bietet zur Lösung der Problematik einen Kraftstofffilter mit einer verbesserten, mehrstufigen Ausgestaltung des Filterbereichs an. Hierdurch lässt sich eine bessere Abscheiderate erzielen.
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Allerdings tritt mit zunehmendem Anteil an biogenen Zusätzen in den Dieselkraftstoffen ein weiteres Problem auf, welches auch durch den in dieser Schrift vorgeschlagenen Aufbau nicht gelöst werden kann. Diese Problematik liegt insbesondere im vergleichsweise hohen Anteil an Methylester, welcher ein stark erhöhtes Lösungsvermögen für Wasser in dem biodieselhaltigen Kraftstoff verursacht. Dies führt nun dazu, dass im Bereich der Kraftstofffilter abgeschiedene Wasserphasen zunehmend von dem Kraftstoff wieder aufgenommen werden. So lösen sich beispielsweise abgeschiedene Wasserphasen bei längeren Standzeiten teilweise wieder vollständig in dem Kraftstoff. Die Gefahr eines Wassereintrags in die nominell durch den Filter geschützten Bauteile aus niederlegiertem Stahl in der Einspritzanlage besteht somit wieder. Dies hat ein erhöhtes Ausfallrisiko aufgrund der Korrosion zur Folge.
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Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, dieser Problematik entgegenzuwirken und einen sicheren Betrieb der Einspritzanlage bis zum turnusgemäßen Filterwechsel während der Wartung zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung finden sich in den abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoffen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoffen sieht es neben dem Kraftstofffilter mit dem wenigstens einen Filterbereich zum Abscheiden von Wasser vor, dass entweder in dem Kraftstofffilter und/oder in Strömungsrichtung nach dem Kraftstofffilter wenigstens ein Bereich mit einer wasseraufnehmenden Substanz angeordnet ist. Eine solche das Wasser absorbierende oder adsorbierende Substanz kann das im dem wenigstens eine Filterbereich abgeschiedene Wasser aufnehmen und binden, sodass dieses Wasser sich nicht, beispielsweise während längerer Stillstandszeiten, wieder in dem Kraftstoff lösen kann. Hierdurch wird zuverlässig sichergestellt, dass einmal abgeschiedenes Wasser auch aus dem Kraftstoff abgeschieden bleibt und nicht wieder von dem Kraftstoff gelöst wird. Die im Filterbereich anfallende Wassermenge wird somit direkt beim Anfallen dem Kraftstoffkontakt entzogen, sodass insbesondere auch bei höherer Konzentration des lösungsvermittelnden Biodieselanteils in dem Kraftstoff nur eine sehr geringe Rücklösung des Wassers auftritt. Hierdurch wird die Korrosionsgefahr für nachfolgende kraftstoffführende Bauteile stark vermindert. Gleichzeitig wird die durch die Bildung stark korrosiver Wasserphasen punktuell auftretende Gefahr der Korrosion in dem Kraftstofffilter minimiert. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird somit eine gute Funktionalität der Einspritzanlage auch beim Einsatz von Kraftstoffen mit biogenen Zusätzen ermöglicht. Korrosionsschäden durch wasserhaltige Kraftstoffe werden verhindert. Hierdurch können entsprechende mit dem Kraftstoff in Kontakt kommende Bauteile weiterhin aus niederlegierten Stählen ausgeführt werden und auf eine kostenintensive Umstellung auf hochlegierte Stähle wie beispielsweise Cr, Ni-Stähle kann verzichtet werden. Das im Bereich der wasseraufnehmenden Substanz festgehaltene Wasser kann dann zusammen mit dieser Substanz bei den herkömmlichen Wartungsintervallen entfernt oder durch den Austausch der Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoff aus dem System entfernt werden. Hierdurch bleibt das System, vergleichbar wie bei herkömmlichen Kraftstofffiltern, zwischen den Wartungsintervallen wartungsfrei, sodass für den Fahrzeugnutzer kein nachteiliger Unterschied gegenüber dem herkömmlichen Aufbau auftritt.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei vorgesehen sein, dass die Substanz einen Superabsorber und/oder ein chemisches Trocknungsmittel aufweist. Solche Superabsorber sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie sind typischerweise auf der Basis von Polymeren ausgebildet und können ein Vielfaches ihres Eigengewichts an Wasser aufsaugen. Derartige Superabsorber werden beispielsweise in Babywindeln eingesetzt und sind am Markt einfach und kostengünstig verfügbar.
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Ergänzend oder alternativ dazu können chemische Trocknungsmittel eingesetzt werden. Solche chemischen Trocknungsmittel zur Trocknung von Kraftstoffen sind ebenfalls allgemein bekannt und üblich. Sie können beispielsweise auf der Basis von Kalzium oder Phosphor ausgebildet sein.
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In einer ergänzenden oder alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es ferner vorgesehen sein, dass die Substanz ein geeignetes Molekularsieb, insbesondere auf der Basis von Zeolith, aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon kann die Substanz Zeolith mit einer Porenweite von 3A–10A aufweisen. Der Einsatz von Zeolith oder zeolithhaltigen Materialien zur Aufnahme des Wassers ist besonders einfach und effizient, da Zeolithe chemisch unbedenklich sind und insbesondere bei der Entsorgung sehr einfach sind. Sie sind außerdem in verschiedenen Porenweiten einfach und kostengünstig am Markt verfügbar.
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In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es ferner vorgesehen sein, dass der Bereich mit der wasseraufnehmenden Substanz in dem Kraftstofffilter im bestimmungsgemäßen Einsatz unten angeordnet ist. Nach unten abfließendes Wasser kann so durch die Substanz ideal aufgenommen werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon sind schräge an der tiefsten Stelle offene Abschirmelemente zwischen dem Filterbereich und dem Bereich mit der wasseraufnehmenden Substanz vorgesehen. Hierdurch wird die Kontaktfläche zwischen eventuell in der Vorrichtung bzw. dem Filterbereich stehendem Kraftstoff und der Substanz minimiert. Dennoch ist im Betrieb ein Abfließen des abgeschiedenen Wassers in den Bereich der Substanz problemlos möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Bereich mit der Substanz als vom Kraftstoff durchströmter Sperrfilter in Strömungsrichtung nach dem Kraftstofffilter ausgebildet ist. Ergänzend oder alternativ zur Anordnung einer entsprechenden Substanz in dem Kraftstofffilter kann ein solcher Sperrfilter eingesetzt werden. Dieser kann insbesondere in Kombination mit einem vom Kraftstoff ohnehin durchströmten Partikelfilter ausgebildet werden.
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Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich dann wenn diese zur Filterung von Kraftstoffen mit biogenen Zusätzen eingesetzt wird. Eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung ist daher die Filterung von Dieselkraftstoffen mit biogenen Zusätzen. Insbesondere in Dieselkraftstoffen mit biogenen Zusätzen treten die eingangs geschilderten Probleme vermehrt auf, sodass hier der bevorzugte Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen ist.
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Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels. Dieses wird unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 ein erstes mögliches Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffsystems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoff;
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2 eine mögliche Ausführungsform eines Kraftstofffilters einer Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoff gemäß der Erfindung;
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3 ein zweites mögliches Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffsystems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoff in einer alternativen Ausführungsform; und
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4 ein drittes mögliches Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffsystems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Filtern von Kraftstoff in einer weiteren alternativen Ausführungsform.
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In der Darstellung der 1 ist ein Kraftstoffsystem 1 zur Versorgung eines angedeuteten Einspritzsystems 2 mit Dieselkraftstoff dargestellt. Der Dieselkraftstoff, bei dem es sich insbesondere um Dieselkraftstoff mit biogenen Zusätzen, also mit einem gewisse Anteil an Biodiesel, handelt, wird in einem Kraftstoffbehälter bzw. -tank 3 bevorratet. Von dort wird er über eine Kraftstoffpumpe 4 und eine Vorrichtung 5 zum Filtern des Kraftstoffs zu dem angedeuteten Einspritzsystem 2 gefördert. Die Vorrichtung 5 umfasst dabei einen Kraftstofffilter 6 sowie in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Partikelfilter 7 in Strömungsrichtung nach dem Kraftstofffilter 6. Der Kraftstofffilter 6 dient unter anderem zum Abscheiden von Wasser, welches in dem Dieselkraftstoff gelöst ist.
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Der in 2 näher dargestellte Kraftstofffilter 6 weist dazu einen Filterbereich 8 auf, welcher beispielsweise als Zentrifugal- und/oder Koaleszenzfilter bzw. -abscheider ausgebildet sein kann. In der Darstellung der 2 ist in diesem Filterbereich beispielhaft ein Filtermedium 9 angeordnet, welches gegebenenfalls mit einem Koaleszenzabscheider versehen sein kann. Im bestimmungsgemäßen hier dargestellten Einbaufall befindet sich in Richtung der mit g bezeichneten Schwerkraft unten ein Bereich 10 mit einer wasseraufnehmenden Substanz. Zwischen dem mit dem Filtermedium 9 versehenen Filterbereich 8 und dem Bereich 10 mit der wasseraufnehmenden Substanz sind Abschirmelemente 11 angeordnet, welche schräg angeordnet sind und an ihrer tiefsten Stelle eine Öffnung 12 aufweisen. Abgeschiedenes Wasser, welches schwerer als der Kraftstoff ist, gelangt so durch die Öffnung 12 in den Bereich 10 und wird von der dort befindlichen Substanz adsorbiert bzw. absorbiert. Eine geeignete Substanz kann beispielsweise ein Superabsorber, ein chemisches Trocknungsmittel und/oder ein Molekularsieb auf Zeolithbasis sein, wie dies eingangs bereits beschrieben worden ist.
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Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung 5 zum Filtern des Kraftstoffs ist in der Darstellung der 3 zu erkennen. Diese entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 1, wobei dieselben Bauelemente auch mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Im Bereich des Kraftstofffilters 6 ist hier, anders als in der Darstellung der 2, kein Bereich 10 mit einer wasseraufnehmenden Substanz angedeutet. Vielmehr befindet sich ein Bereich 10' mit der wasseraufnehmenden Substanz bei dem in 3 dargestellten Aufbau im Bereich des Partikelfilters 7. Er kann mit diesem kombiniert ausgebildet oder in Strömungsrichtung vor oder insbesondere nach dem Partikelfilter angeordnet sein. Der Bereich 10' mit der wasseraufnehmenden Substanz in dieser Ausführungsform dient dann als Sperrfilter, um den Eintrag von Wasser in das Einspritzsystem 2 zu verhindern.
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Die beiden Varianten lassen sich selbstverständlich auch miteinander kombinieren, sodass ein Kraftstoffsystem 1 entsteht, welches in der Darstellung der 4 zu erkennen ist. In diesem Aufbau ist im Bereich des Kraftstofffilters 6 ein erster Bereich 10 mit einer wasseraufnehmenden Substanz und im Bereich des Partikelfilters 7 ein zweiter Bereich 10' ebenfalls mit einer wasseraufnehmenden Substanz angeordnet. Die Substanzen können dabei entweder dieselben sein oder unterschiedlich ausgeführt sein, um eine sehr sichere und sehr zuverlässige Adsorption bzw. Absorption des Wassers aus dem Dieselkraftstoff mit biogenen Zusätzen in allen Betriebssituationen zu gewährleisten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038159 A1 [0004]
