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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstofffiltereinrichtung mit einem Filterelement zum Reinigen des Kraftstoffs. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Kraftstofffiltereinrichtung an einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftstofffiltereinrichtungen mit einem Filterelement von Kraftstoffversorgungssystemen moderner Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, kommt insbesondere die Funktion zu, das durch das Filterelement geführte Fluid von Schmutzpartikeln zu reinigen. Um diese Funktionen zu verwirklichen, ist es bekannt, einen partikelabscheidenden Filter, insbesondere in Form einer Filterpatrone, in einem zylindrischen Filtergehäuse anzuordnen. Derartige Filter weisen oftmals zugleich die Funktion auf, auch Wasser aus dem filtrierten Kraftstoff abzuscheiden.
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Bereits Anfang des 20sten Jahrhunderts begann die Entwicklung von Benzinzusätzen, welche die Klopfneigung von Benzin bzw. Ottokraftstoff dämpfen. Solche Zusätze waren insbesondere Bleitetraethyl bzw. Tetraethylblei. Diese bleihaltigen Oktanzahlverbesserer wurden nachfolgend durch nichtbleihaltige, aber manganhaltige Kraftstoffzusätze ersetzt. Insbesondere wurde das Antiklopfmittel Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl (MMT) entwickelt. Allerdings brachte dieses Antiklopfmittel den Nachteil mit sich, dass es an Komponenten des Brennkraftsystems zu vermehrten Ablagerungen bzw. Verunreinigungen kommen kann, beispielsweise an Einspritzventilen, Zündkerzen, Turboladern und Katalysatoren. Dennoch wird MMT-haltiger Kraftstoff auch heute noch verwendet und insbesondere in China in größerem Umfang genutzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Kraftstofffiltereinrichtung mit einem Filterelement zum Reinigen des Kraftstoffs geschaffen, bei dem das Filterelement dazu eingerichtet ist, aus dem Kraftstoff einen manganhaltigen Stoff abzuscheiden.
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Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Erkenntnis, dass die mit einem manganhaltigen Kraftstoffzusatz gewonnene Erhöhung der Oktanzahl des Kraftstoffs nicht im Verhältnis mit den damit sich ergebenden Folgen aus vermehrten Ablagerungen bzw. Verunreinigungen an Komponenten des Brennkraftsystems steht. Im Gegensatz zu bisherigen Lösungsansätzen, bei denen insbesondere die von Ablagerungen und Verunreinigungen betroffenen Bauteile, wie Einspritzventile, Zündkerzen, Turbolader oder Katalysator modifiziert wurden, wird erfindungsgemäß ein möglicherweise im Kraftstoff vorhandener, manganhaltiger Stoff aus dem Kraftstoff herausgefiltert. Mit diesem Herausfiltern von Stoffen bzw. Verbindungen mit Mangan als zentralem Bestandteil gemäß der Erfindung wird eine Verunreinigung von Komponenten des Brennkraftsystems sicher vermieden.
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Mit dem Begriff „Abscheiden eines manganhaltigen Stoffs“ wird hier ein Zurückhalten bzw. Binden von manganhaltigem Stoff aus dem Kraftstoff an der Kraftstofffiltereinrichtung bezeichnet. Der manganhaltige Stoff ist insbesondere eine manganhaltige Verbindung im Kraftstoff oder ein im Kraftstoff gelöster manganhaltiger Stoff. Nicht gemeint ist ein Partikel, das aufgrund seiner Partikelgröße an einem Partikelfilter zurückgehalten würde und dabei, sozusagen zufällig, auch geringste Mengen Mangan enthalten könnte.
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Das erfindungsgemäße Filterelement ist insbesondere vorteilhaft dazu eingerichtet, als manganhaltigen Stoff Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl (MMT) aus dem Kraftstoff abzuscheiden.
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Für das Abscheiden ist das Filterelement gemäß der Erfindung bevorzugt mit einem Zeolith als Filtermedium gestaltet. Zeolithe sind keramische Stoffe auf der Basis von Siliziumoxid (SiO2), die insbesondere derart strukturiert sind, dass in diesen Stoffen Moleküle eingelagert werden können. Zeolithe weisen dabei eine poröse Kristallstruktur bzw. Gerüststruktur auf, welche verschiedene Metallionen absorbieren und festhalten kann. Erfindungsgemäß werden bevorzugt insbesondere Zeolith, ZSM-5-Zeolith, Y-Zeolith und Kieselgel verwendet. Alternativ können als Filtermedium rein oberflächenaktive Stoffe verwendet werden, an deren Oberfläche manganhaltige Stoffe mittels physikalischer und/oder chemischer Bindung gehalten werden können.
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Das erfindungsgemäße Filterelement ist ferner bevorzugt als eine in eine Kraftstoffleitung eingesetzte Filterpatrone gestaltet. Eine solche Filterpatrone kann für verschiedene Anwendungssituationen leicht adaptiert, leicht getauscht und auch leicht nachträglich verbaut werden. Alternativ kann das Filterelement auch in einem Tank des zugehörigen Kraftfahrzeugs, insbesondere in einer Tankeinbaueinheit, integriert sein.
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Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Filterelement vorzugsweise mit einem Schmutzpartikel aus dem Kraftstoff abscheidenden Filter bzw. Partikelfilter und/oder mit einem Wasser aus dem Kraftstoff abscheidenden Filter bzw. Wasserabscheider kombiniert. Mit dieser Kombinationslösung können die Kosten für das erfindungsgemäß, manganhaltige Stoffe abscheidende Filterelement besonders gering gehalten werden.
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Der Partikelfilter ist vorzugsweise mit einer hohlzylindrischen Partikelfilterpatrone, einem Partikelfilterdeckel und einem Partikelfilterboden gestaltet. Die Partikelfilterpatrone weist bevorzugt wenigstens eine, insbesondere sternförmig gefaltete, Partikelfilterfläche auf und der Partikelfilterdeckel sowie der Partikelfilterboden sind bevorzugt an Stirnseiten der Partikelfilterpatrone an der wenigstens einen Partikelfilterfläche festgelegt. Das Filterelement ist vorteilhaft mittels einer Beschichtung der wenigstens einen Partikelfilterfläche, insbesondere mittels einer Beschichtung aus einem Zeolith, gestaltet. Das Filterelement ist ferner bevorzugt innerhalb bzw. im Inneren oder außerhalb der Partikelfilterpatrone angeordnet. Durch die Beschichtung des Partikelfilters mit dem Material des Filterelements ermöglicht eine besonders platzsparende Konstruktion und eine besonders kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftstofffiltereinrichtung. Durch die Anordnung des Filterelements im Innern der Partikelfilterpatrone, also insbesondere stromabwärts des Partikelfilters, wird eine Belegung des Filterelements bzw. des Materials des Filterelements mit im Kraftstoff enthaltenen Partikeln vorteilhaft vermieden. Eine Anordnung des Filterelements außerhalb der Partikelfilterpatrone ermöglicht vorteilhaft eine besonders große aktive Fläche des Filterelements, so dass die Abscheidekapazität für manganhaltige Stoffe besonders groß ist.
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Die Erfindung ist entsprechend ferner auf eine Verwendung einer derartigen, erfindungsgemäßen Kraftstofffiltereinrichtung an einem Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs gerichtet. Dabei wird das Filterelement vorzugsweise dazu eingerichtet, als manganhaltigen Stoff speziell Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl (MMT) aus dem Kraftstoff abzuscheiden.
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Ein Kraftstoffversorgungssystem besteht dabei aus einem Kraftstoffspeicher, beispielsweise einem Tank, wenigstens einer Kraftstoffpumpe, wenigstens einer Kraftstoffleitung und wenigstens einem Kraftstofffilter. Im Kraftstoffversorgungssystem kann auch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Kraftstofffiltereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Filterelement,
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2 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kraftstofffiltereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Filterelement,
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3 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer Kraftstofffiltereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Filterelement,
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4 einen Längsschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels einer Kraftstofffiltereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Filterelement und
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5 einen Längsschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels einer Kraftstofffiltereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Filterelement.
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In 1 ist eine Kraftstofffiltereinrichtung 10 zum Filtrieren von flüssigem Kraftstoff veranschaulicht. Die Kraftstofffiltereinrichtung 10 ist mit einem kreiszylindrischen Gehäusebecher 12 gestaltet, der bezogen auf die 1 untenseitig mit einem Gehäuseboden 14 verschlossen ist. An dem Gehäusebecher 12 befindet sich an dessen Oberseite radial außen ein Einlass 16 zum Zuführen eines zu filternden Kraftstoffs 18 und in der Mitte ein Auslass 20 zum Abführen eines gefilterten Kraftstoffs 22.
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Im Innern des Gehäusebechers 12 befindet sich ein erster Filter in Gestalt eines zylindrischen Partikelfilters 24, mit dem aus dem Kraftstoff Schmutzpartikel abgeschieden werden. Damit wird verhindert, dass diese beispielsweise nachfolgend an einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors zu Beeinträchtigungen führen könnten. Der Partikelfilter 24 ist in Richtung seiner Längsachse betrachtet aufeinander folgend mit einem Partikelfilterdeckel 26, einer hohlzylindrischen Partikelfilterpatrone 28 und einem Partikelfilterboden 30 gestaltet. Die Partikelfilterpatrone 28 weist eine Vielzahl, im Querschnitt sternförmig gefaltete Partikelfilterflächen mit je einer Porengröße von bevorzugt kleiner 10 µm (Mikrometer) auf. Zur Abdichtung der Partikelfilterpatrone 28 innerhalb der Kraftstofffiltereinrichtung 10 nach radial innen und außen befinden sich am Partikelfilterdeckel 26 eine obere, äußere Dichtung 32 und eine obere, innere Dichtung 34 sowie am Partikelfilterboden 30 eine untere Dichtung 36.
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An der oberen, äußeren Dichtung 32 und der unteren Dichtung 36 liegt ein, die Partikelfilterpatrone 28 umgebender Außenfilter 38 an. Der Außenfilter 38 ist hohlzylindrisch mit einer Stützhülse 40 gestaltet, in der ein Filterelement 42 in Form mehrerer Filtermembranen bzw. Filterflächen 44 ausgebildet ist. Im bezogen auf 1 unteren Bereich der Stützhülse 40 schließt sich an diese ein nach radial außen ragender Sockelabschnitt 46 an, der mittels einer Dichtung 48 innenseitig am Gehäusebecher 12 abdichtet. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird auf die Dichtungen 32 und 36 verzichtet und die Stützhülse 40 ist einstückig mit dem Partikelfilterdeckel 26 bzw. dem Partikelfilterboden 30 ausgebildet.
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Die Filterflächen 44 in der Stützhülse 42 sind je mit Zeolith als Filtermedium 50 gestaltet, welches dazu angepasst ist, dass es im Betrieb der Kraftstofffiltereinrichtung 10 aus dem vorbeiströmenden, zu filternden Kraftstoff 18 Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl (MMT) aus dem Kraftstoff als einen manganhaltigen Stoff abscheidet. Das abgeschiedene Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl wird in dem Zeolith eingelagert und auf diese Weise weitgehend aus dem Kraftstoff entfernt.
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Im Zentrum des hohlzylindrischen Partikelfilters 24 kann sich optional in der oberen, inneren Dichtung 34 als zweiter Filter ein patronenförmiger Wasserabscheider bzw. Wasserfilter 52 befinden, an dem feine und feinste Wassertröpfchen, die in dem gefilterten Kraftstoff 22 enthalten sind, zu größeren Wassertropfen 54 zusammengeführt werden. Die Wassertropfen 54 werden an der Wandung des Wasserabscheider 52 abgeschieden und strömen insbesondere durch ihre eigene Gewichtskraft nach unten in einen Wassersammelraum 56 ab. Von dort aus können sie im Bedarfsfall über eine am unteren Ende des Gehäusebodens 14 angeordnete Wasserabführung 58 aus der Kraftstofffiltereinrichtung 10 nach außen abgeführt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel einer Kraftstofffiltereinrichtung 10 gemäß 2 ist zum Abscheiden von Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl (MMT) aus dem Kraftstoff als einem manganhaltigen Stoff kein Außenfilter an der zugehörigen Schmutzseite des Partikelfilters 24 vorgesehen. Stattdessen ist das dafür vorgesehene Filterelement 42 mittels einer Beschichtung gestaltet, die auf den Filterflächen der Partikelfilterpatrone 28 in Gestalt von Zeolith als Filtermedium 50 aufgebracht ist. Diese Beschichtung kann an der zugehörigen Schmutzseite der Filterflächen und/oder an der zugehörigen Reinseite der Filterflächen aufgebracht sein.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstofffiltereinrichtung 10, bei der das Filterelement 42 zum Abscheiden von Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl als ein Innenfilter 60 an der Reinseite des Partikelfilters 24 in dessen Innenraum ausgestaltet ist. Dazu ist dort eine Stützhülse 40 vorgesehen, die mittels einer oberen, äußeren Dichtung 32 am Partikelfilterdeckel 26 abgedichtet ist. Ein zugehöriger Sockelabschnitt 46 der Stützhülse 40 ist mittels einer unteren Dichtung 36 am Partikelfilterboden 30 abgedichtet.
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Die Stützhülse 40 gemäß 3 trägt, in Entsprechung zum Ausführungsbeispiel gemäß 1, mehrere, vom gereinigten Kraftstoff durchströmte Filterflächen 44, mittels denen das Filterelement 42 mit Zeolith als Filtermedium 50 gestaltet ist.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 4 ist das Filterelement 42 zum Abscheiden von Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl aus dem Kraftstoff als eine Beschichtung gestaltet, welche an den Filterflächen des Wasserabscheider 52 in Gestalt von Zeolith als Filtermedium 50 aufgebracht ist. Auch diese Beschichtung kann an der zugehörigen Außenseite der Filterflächen und/oder an der zugehörigen Innenseite der Filterflächen des Wasserabscheiders 52 aufgebracht sein.
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Die 5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstofffiltereinrichtung 10, bei dem das Filterelement 42 zum Abscheiden von Methylcyclopentadienyl-Mangan-Tricarbonyl aus dem Kraftstoff als eine oben abgedichtete Filterpatrone 62 gestaltet ist, die im Inneren des ansonsten hohlzylindrischen Wasserabscheiders 52 angeordnet ist. Die Filterpatrone 62 ist in ihrem Inneren mit einem von Kraftstoff durchströmbaren Gestrick gestaltet, dessen Oberfläche mit Zeolith als Filtermedium 50 beschichtet ist.
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Die derartige Filterpatrone 62 ist zusammen mit oder separat von dem Wasserabscheider 52 in dem Partikelfilter 24 tauschbar angeordnet. In ähnlicher Weise sind die Filterelemente 42 gemäß den 1, 3 und 4 tauschbar in der Kraftstofffiltereinrichtung 10 angeordnet.
