DE102014215740A1

DE102014215740A1 - Ölfilter für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102014215740A1
Application number: DE102014215740.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Rampfl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2016-02-11

Abstract

Der Ölfilter für Verbrennungsmotoren weist ein Material auf, mit dem chemische Verunreinigungen aus Motoröl entfernt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölfilter für Verbrennungsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen.
Die bekannten Ölfilter dienen zur Reduzierung und Entfernung von Partikeln wie z. B. Metallabrieb, Staub, Urschmutz oder durch den motorischen Verbrennungsprozess gebildete Partikel, die ansonsten im Ölkreislauf/Schmierkreislauf zu Verschleiß oder Schäden führen.
Der durch Alterung von Motoröl und durch den Eintrag von chemischen Verunreinigungen aus dem motorischen Verbrennungsprozess in das Motoröl resultierende Qualitätsverlust des Motoröls wird durch die bekannten Ölfilter hingegen nicht beeinflusst.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ölfilter bereitzustellen, mit dem die durch die Alterung bzw. durch chemische Verunreinigungen hervorgerufene Herabsetzung der Motorölqualität verhindert, jedenfalls wesentlich reduziert werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Ölfilter erreicht.
Der erfindungsgemäße Ölfilter weist ein Material auf, mit dem chemische Verunreinigungen, die durch Alterungsprozesse des Motoröls hervorgerufen werden, aus dem Motoröl entfernt werden.
Motoröl besteht aus einem oder mehreren Grundölen, wie Mineralöl und/oder durch Polymerisation gebildete synthetische Öle, sowie Additiven, wie Dispergiermitteln, Detergenzien, viskositätsmodifizierenden Mitteln (Polymere), Antioxidantien, Stockpunktverbesserern, Verschleißschutzkomponenten und Entschäumungsmitteln. Diese Bestandteile im Motoröl können durch Scherung und Hitze beispielsweise durch Crack-Prozesse in kleinere Moleküle aufgespalten werden, die die Viskosität des Motoröls verändern.
Ferner kann der Eintrag von Verbrennungsabgasen des Verbrennungsmotors, das sogenannte „Blowby” in das Motoröl zur Oxidation, Nitrierung und weiteren chemischen Reaktionen der Ölbestandteile, und damit zur Herabsetzung der Motorölqualität führen. Erfindungsgemäß werden dabei sowohl die z. B. durch Crack-Prozesse wie durch „Blowby” gebildeten Verunreinigungen aus dem Motoröl entfernt.
Der Ölfilter kann erfindungsgemäß ein Hauptstromölfilter oder ein Nebenstromölfilter, insbesondere in der Ausführung als Tiefenfilter zur Feinstfiltration sein.
Dabei kann erfindungsgemäß das Filtermedium das Material zur Beseitigung der chemischen Verunreinigungen aus dem Motoröl enthalten. Das Filtermedium des Ölfilters kann dazu ein Papierfilter, aber auch ein Vlies oder ein anderes Textilmaterial, beispielsweise ein Gewebe sein. Auch kann das Filtermedium aus zwei oder mehreren Lagen bestehen, beispielsweise aus einer Papierfilter- und einer Vlies-Lage.
Das Material zur Beseitigung der chemischen Verunreinigungen aus dem Motoröl kann auf unterschiedliche Art und Weise an oder in dem Filtermedium vorgesehen sein.
So kann das Material beispielsweise aus einem Granulat bestehen, das zwischen zwei Lagen des Filtermediums vorgesehen ist, oder an oder in einer Lage des Filtermediums, also beispielsweise einem Papierfilter oder einem Vlies vorgesehen ist. Auch kann es auf andere Weise an dem Filtermedium fixiert sein, beispielsweise mit einem Gewebe oder einem Gitter beispielsweise aus Metall oder Kunststoff.
Ferner kann das Filtermedium mit dem Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl beschichtet sein. Dies beinhaltet unter anderem eine Aufbringung als Schicht, insbesondere aber auch eine chemische Anbindung des Materials an die Oberfläche des Filtermediums. Dabei ist die Beschichtung so auszuführen, dass die Durchlässigkeit des Filtermediums für das zu reinigende Motoröl erhalten bleibt.
Zusätzlich oder stattdessen kann auch das Gehäuse des Ölfilters an seiner Innenoberfläche mit dem Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl versehen sein, beispielsweise durch ein Granulat des Materials, das an der Innenoberfläche z. B. mit einem Gitter fixiert sein kann, oder durch eine Beschichtung der Innenoberfläche mit diesem Material.
Ferner kann zusätzlich oder stattdessen das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen auch in einem für das Motoröl durchlässigen Reservoir, beispielsweise einer Kartusche enthalten sein, z. B. in Form eines Granulats. Dieses Reservoir kann im Übrigen nicht nur im Ölfilter, also im Filtergehäuse enthalten sein, sondern auch außerhalb des Ölfilters an einer anderen Stelle des Ölkreislaufs.
Das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl kann z. B. ein säurebindendes Material, ein Material zur Aufnahme der das Motoröl verunreinigenden Moleküle, oder eine antioxidativ wirkende Verbindung sein.
Mit dem säurebindenden Material werden die durch Alterung des Motoröls gebildeten bzw. durch Verbrennungsabgase eingetragenen Säuren aus dem Motoröl entfernt. So kann beispielsweise bei ethanolhaltigen Kraftstoffen das Ethanol zu Essigsäure oxidiert und über das „Blow-By” in das Motoröl eingetragen werden.
Ferner können im motorischen Verbrennungsprozess gebildete Stickoxyde und daraus resultierende salpetrige Säure oder Salpertersäure sowie durch schwefelhaltige Kraftstoffe im Verbrennungsprozess gebildete schweflige Säure oder Schwefelsäure in das Motoröl eingetragen werden und mit Bestandteilen des Motoröls reagieren und dieses entsprechend schädigen, sofern diese nicht durch ein säurebindendes Material aus dem Motoröl entfernt werden.
Das säurebindende Material kann eine alkalische Verbindung sein, die die Säuren in dem Motoröl neutralisiert.
Vorzugsweise wird das säurebindende Material jedoch durch einen Anionenaustauscher gebildet. Die kationische Gruppe des Anionenaustauschers ist dabei vorzugsweise eine quaternäre Ammoniumgruppe der Struktur -NR₃ ⁺, wobei R beispielsweise Wasserstoff und/oder ein Alkylrest ist.
Falls alkalische Verunreinigungen aus dem Motoröl zu entfernen sind, kann auch ein Kationenaustauscher eingesetzt werden, der als aktive Gruppe eine anionische Gruppe aufweist oder ein amphoterer Ionenaustauscher mit kationen- und anionenaktiven Gruppen, um sowohl Säuren als auch basische Bestandteile aus dem Motoröl zu entfernen.
Der jeweilige Ionenaustauscher kann dabei ein Polymer beispielsweise in Form eines Granulats sein. Die Ionenaustauschergruppe kann aber auch in Form einer Beschichtung oder als Film auf das Filtermedium aufgebracht oder kovalent an das Filtermedium gebunden sein, insbesondere, wenn das Filtermedium reaktive funktionelle Gruppen aufweist, die zur kovalenten Anbindung/chemischen Modifizierung geeignet sind. Bei einem Filtermedium, das aus Cellulose besteht oder Cellulose enthält, wären diese funktionellen reaktiven Gruppen beispielsweise die Hydroxylgruppen der Cellulose.
Dabei kann die aktive kationische und/anionische Gruppe des Ionenaustauschers direkt mit einer Hydroxylgruppe der Cellulose verbunden sein, oder über einen sogenannten „Spacer”, also eine Gruppe, die die Ionenaustauschergruppe mit der Hydroxylgruppe der Cellulose verbindet.
Statt Hydroxylgruppen kann z. B. bei einem Filtermedium aus einem synthetischem Material das Filtermedium auch andere Gruppen wie z. B. Amin, Amid- oder Ester-Gruppen zur kovalenten Bindung der aktiven Ionenaustauschergruppen aufweisen. Auch kann die Innenoberfläche des Filtergehäuses mit einem Ionenaustauscher, insbesondere einem Anionenaustauscher versehen sein, ebenso das Filtermedium. Auch kann der Ionenaustauscher, insbesondere Anionenaustauscher, als Granulat vorliegen.
Ferner kann das Material zur Beseitigung der Verunreinigungen im Motoröl durch ein molekular geprägtes Polymer (englisch. Molecularly Imprinted Polymer oder MIP) gebildet sein.
Dazu werden die Verbindungen, die die Verunreinigungen in dem gealterten Motoröl bilden, z. B. durch Gaschromatographie oder Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) analysiert, anschließend wird ein Polymer hergestellt, wobei bei der Polymerisation die analysierten Verbindungen, die die Verunreinigungen im Motoröl bilden, bei der Polymerisation in das Polymernetzwerk eingebracht werden, worauf diese Verbindungen aus dem Polymernetzwerk herausgelöst werden, so dass in dem Polymer Mohlräume entstehen, deren Größe und Form sowie gegebenenfalls Polaritätsverteilung der Größe, Form bzw. Polaritätsverteilung den Verbindungen, die die Verunreinigungen in dem Motoröl bilden, entsprechen.
Ferner kann das die chemischen Verunreinigungen des Motoröls beseitigende Material ein Molekularsieb sein, also z. B. ein Zeolith. Die Porenweite des Molekularsiebs bzw. Zeoliths, ist dabei so zu bemessen, das sie kleiner ist als die Größe der Moleküle der Bestandteile des frischen Motoröls, also der Moleküle des oder der Grundöle des Motoröls und der Zusatzstoffe bzw. Additive, so dass nur die kleineren Moleküle, die die Verunreinigungen bilden, in das Molekularsieb bzw. den Zeolith gelangen.
Darüber hinaus kann das Material zur Beseitigung der chemischen Verunreinigungen in dem Motoröl durch eine Verbindung mit einer antioxidativ wirkenden Gruppe gebildet sein, die oxydativ wirkende Komponenten, z. B. gebildet im motorischen Verbrennungsprozess, beispielsweise durch Reduktion oder Radikalbindung unschädlich macht und somit eine Oxydation von Bestandteilen des Motoröls unterbindet. Die antioxidativ wirkende Gruppe kann beispielsweise eine Phenolgruppe sein, die z. B. direkt oder über einen „Spaccr” an das Filtermedium gebunden ist, aber auch andere Reduktionsmittel und Radikalfänger können eingesetzt werden.
Das säurebindende Material, der Ionenaustauscher, das molekular geprägte Polymer, das Molekularsieb und/oder die antioxidativ wirkende Verbindung kann jeweils als Granulat und/oder als Beschichtung vorliegen, wobei das Granulat bzw. die Beschichtung an oder in dem Filtermedium und/oder der Innenoberfläche des Ölfiltergehäuses und/oder in einem Reservoir vorgesehen sein kann.
Es versteht sich, dass auch eine beliebige Kombination zweier oder mehrerer der vorstehend erwähnten Materialien, also säurebindendes Material, insbesondere Ionenaustauscher, molekular geprägtes Polymer, Molekularsieb und antioxidativ wirkende Verbindung, eingesetzt werden können, um chemische Verunreinigungen aus dem Motoröl zu beseitigen. Die hier beschriebenen Materialien sind die wesentlichen Materialien zur Beseitigung von chemischen Verunreinigungen aus dem Motoröl, wobei auch andere chemische Funktionalitäten in entsprechender Weise in einem Ölfilter erfindungsgemäß integriert werden können.

Claims

Ölfilter für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch ein Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl.
Ölfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium des Ölfilters mit dem Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen versehen ist.
Ölfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Ölfilters an der Innenoberfläche mit dem Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl versehen ist.
Ölfiltern nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermedium und/oder die Ölfiltergehäuseinnenoberfläche mit einer Beschichtung versehen ist, die das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl aufweist.
Ölfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl in einem Reservoir in dem Ölfiltergehäuse vorgesehen ist.
Ölfilter nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl ein Ionenaustauscher ist.
Ölfilter nach einem der vorherstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl ein säurebindendes Material ist.
Ölfilter nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das säurebindende Material ein Anionenaustauscher ist.
Ölfilter nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionenaustauscher oder Anionenaustauscher durch eine an das Filtermedium kovalent gebundene aktive Gruppe gebildet wird.
Ölfilter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Gruppe des Anionenaustauschers durch ein quaternäre Ammonium-Gruppe gebildet wird.
Ölfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl durch ein molekular geprägtes Polymer gebildet wird.
Ölfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Beseitigung chemischer Verunreinigungen aus dem Motoröl durch ein Molekularsieb gebildet wird.
Ölfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Beseitigung der chemischen Verunreinigungen aus dem Motoröl eine antioxidativ wirkende Verbindung ist.