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Die Erfindung betrifft einen Vorfilter zum Filtern von Kraftstoff, insbesondere flüssigem Kraftstoff, einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Vorfilter zum Filtern von Kraftstoff, insbesondere flüssigem Kraftstoff, einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zum Antreiben eines Kraftwagens, ist aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Vorfilter umfasst wenigstens ein von dem Kraftstoff durchströmbares Filterelement, mittels welchem der Kraftstoff gefiltert wird. In Strömungsrichtung des Kraftstoffes ist das Filterelement stromauf einer Pumpe zum Fördern des Kraftstoffs anordnenbar beziehungsweise angeordnet. Mit anderen Worten, im fertig hergestellten Zustand und während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird der Kraftstoff mittels der Pumpe von einem Reservoir, insbesondere einem Tank, gefördert und dabei beispielsweise aus dem Reservoir angesaugt, so dass der insbesondere flüssige Kraftstoff in die Strömungsrichtung zu der Pumpe strömt. Die Pumpe ist beispielsweise eine Niederdruck-Pumpe, mittels welcher der Kraftstoff gefördert wird, um dadurch eine stromab der Niederdruck-Pumpe angeordnete Kraftstoffhochdruck-Pumpe mit dem Kraftstoff zu versorgen.
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Bezogen auf die Strömungsrichtung des von dem Reservoir zur Pumpe strömenden Kraftstoffs ist der Vorfilter beziehungsweise das Filterelement stromauf der Pumpe (Niederdruck-Pumpe) angeordnet, so dass der Kraftstoff mittels des Vorfilters gefiltert wird, bevor der Kraftstoff die Pumpe erreicht. Dadurch kann die Pumpe vor übermäßiger Verschmutzung geschützt werden. Mittels des Filterelements werden nämlich in dem Kraftstoff enthaltenen Partikel aus dem Kraftstoff gefiltert. Dabei kann das Filterelement insbesondere als ein Sieb ausgebildet sein.
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Die
DE 10 2009 025 393 A1 offenbart einen Kraftstofffilter mit einem Coalescerelement zum Abscheiden von Wasser aus dem Kraftstoff, sowie einem dem Coalescerelement nachgeschalteten Vorfilterelement.
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Der
DE 10 2010 016 497 A1 ist ein Filter als bekannt zu entnehmen. Der Filter umfasst ein becherförmiges Gehäuse sowie einen in dem Gehäuse angeordneten, als Vorfilter bezeichneten ersten Filtereinsatz. Ferner umfasst der Filter einen in demselben Gehäuse angeordneten und als Hauptfilter bezeichneten zweiten Filtereinsatz.
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Aus der
DE 10 2010 034 434 A1 ist ein Kraftstoffpumpenmodul für ein Kraftstoffumleitungssystem bekannt, wobei das Kraftstoffpumpenmodul einen Modulvorratsbehälter und eine in dem Modulvorratsbehälter angeordnete Kraftstoffpumpe umfasst.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2011 010 667 A1 eine Filteranordnung mit einer Aufnahme für einen Kraftstofffilter und mit einem Kraftstofffilter, welcher ein gewickeltes Filtermaterial und ein zickzackförmig gefaltetes Filtermaterial, welches das gewickelte Filtermaterial umschließt, umfasst. Dabei ist die Filteranordnung derart ausgestaltet, dass ein zu filternder Kraftstoff zuerst das gefaltete Filtermaterial und anschließend das gewickelte Filtermaterial durchströmt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vorfilter der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass ein übermäßig schnelles Zusetzen des Vorfilters mit Partikeln aus dem Kraftstoff vermieden werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Vorfilter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Vorfilter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiter zu entwickeln, dass ein übermäßig schnelles Zusetzen des Vorfilters mit Partikeln aus dem Kraftstoff, insbesondere flüssigen Kraftstoff, verhindert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Filterelement eine von dem Kraftstoff durchströmbare, erste Filterschicht mit einer ersten Porengröße und wenigstens eine in Strömungsrichtung des Kraftstoffs stromab der ersten Filterschicht angeordnete und von dem Kraftstoff durchströmbare, zweite Filterschicht mit einer gegenüber der ersten Porengröße kleineren, zweiten Porengröße aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Filterschicht die erste Filterschicht außenumfangsseitig umgibt, so dass die erste Filterschicht in der zweiten Filterschicht angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vorfilter nimmt die Porengröße des Vorfilters entsprechend der Strömungsrichtung des Kraftstoffes, das heißt in Strömungsrichtung des Kraftstoffes ab, so dass beispielsweise mittels der ersten Filterschicht eine Vorfilterung oder Grobfilterung des Kraftstoffs bewirkt wird. Mittels der zweiten Filterschicht wird eine Feinfilterung des Kraftstoffs bewirkt, da aufgrund der gegenüber der ersten Porengröße kleineren zweiten Porengröße mittels der zweien Filterschicht kleinere Partikel aus dem Kraftstoff gefiltert werden können als mittels der ersten Filterschicht.
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Unter der Porengröße ist eine jeweilige Größe von von dem Kraftstoff durchströmbaren Poren beziehungsweise Durchströmöffnungen der jeweiligen Filterschicht zu verstehen. Dabei kann das Filterelement als Sieb ausgebildet sein, wobei beispielsweise die Poren beziehungsweise die von dem Kraftstoff durchströmbaren Durchströmöffnungen des Filterelements durch Maschen des Siebs gebildet sind. Dann wird die Porengröße auch als Maschengröße oder Maschenweite bezeichnet.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass üblicherweise bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Lastkraftwagen beziehungsweise Nutzfahrzeugen, ein Vorfilter in Form eines Siebs verbaut ist, wobei das Sieb genau eine Maschenweite von beispielsweise 100 Mikrometern aufweist. Da der Vorfilter in Strömungsrichtung vor der beispielsweise als Niederdruck-Pumpe ausgebildeten Pumpe angeordnet ist, wird die Pumpe mittels des Vorfilters vor übermäßigem Verschleiß geschützt. Es wurde jedoch gefunden, dass herkömmliche Vorfilter bei Kraftstoffen mit hohem CP-Wert und bei geringen Außentemperaturen von beispielsweise weniger als minus 18 Grad Celsius nach einer gewissen Wartezeit von beispielsweise mehr als 20 Stunden durch Paraffinieren des Kraftstoffs bei einem Kaltstart verstopfen.
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Dies tritt beispielsweise bei einem CP-Wert ab minus 5 Grad Celsius auf. Infolge eines solchen verstopften Vorfilters kann die Verbrennungskraftmaschine gegebenenfalls gestartet werden, jedoch geht die Verbrennungskraftmaschine aufgrund des Verstopfens des Vorfilters nach circa 30 Sekunden von selbst wieder aus. Bei den zuvor genannten Bedingungen setzt sich an dem Vorfilter eine circa 5 Millimeter dicke Paraffinschicht ab, die den Vorfilter verstopft und dadurch ein Strömen des Kraftstoffs zur Pumpe verhindert. Dann kann die Verbrennungskraftmaschine nicht mehr gestartet werden, da sie nicht mehr mit dem Kraftstoff versorgt werden kann.
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Ein solches, übermäßig schnelles Verstopfen des erfindungsgemäßen Vorfilters kann nun vermieden werden, da der erfindungsgemäße Vorfilter eine gestufte Porengröße beziehungsweise eine gestufte Maschenweite aufweist. Dabei stellen die Filterschichten jeweilige Filterstufen dar, so dass sich die Porengröße beziehungsweise Maschenweite der beispielsweise als Siebschichten ausgebildeten Filterschichten stufenweise in Strömungsrichtung des Kraftstoffs verkleinert.
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Unter dem CP-Wert wird ein die Filtrierbarkeitsgrenze des Kraftstoffs charakterisierender Wert verstanden, wobei die Filtrierbarkeitsgrenze auch als CFPP (Cold Filter Plugging Point) bezeichnet wird, so dass der CP-Wert auch als CFPP-Wert bezeichnet wird.
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Umgibt beispielsweise die zweite Filterschicht die erste Filterschicht außenumfangsseitig, so ist die erste Filterschicht in der zweiten Filterschicht angeordnet. Damit verkleinert sich die Porengröße beziehungsweise die Maschenweite stufenweise von innen nach außen entsprechend der Strömungsrichtung beziehungsweise Durchflussrichtung des Kraftstoffs durch die Filterschichten. Die Anzahl an Filterschichten, der Abstand zwischen den Filterschichten und die Porengröße der einzelnen Filterschichten können durch Versuche ermittelt werden. Im Gegensatz zu einem Vorfilter mit genau einer Filterschicht kann die Kraftstofffilterfläche proportional zu der Anzahl an Filterschichten vervielfacht werden. Dadurch wird im Kraftstoff enthaltenes Paraffin beim Strömen durch die Filterschichten mit unterschiedlichen Porengrößen homogen verteilt herausgefiltert, so dass eine übermäßig schnelle Verstopfung im Vergleich zu herkömmlichen Vorfiltern vermieden werden kann.
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Mit anderen Worten tritt beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Vorfiltern ein deutlich verlangsamter Zusetz- beziehungsweise Verstopfungsprozess am Vorfilter ein, wobei dieser Zusetz- beziehungsweise Verstopfungsprozess nach einer gewissen Zeitspanne mit aktivierter Verbrennungskraftmaschine rückgängig gemacht wird, da beispielsweise ein Großteil des unter Hochdruck aufgehitzten Kraftstoffs über wenigstens eine Rücklaufleitung zurückfließen und sich mit übrigem Kraftstoff in einem Niederdruck-Kraftstoffkreislauf beziehungsweise einem Kraftstofftank vermischen kann. Dadurch wird der Kraftstoff insgesamt nach einer gewissen Zeit über seinen CP-Wert hinaus aufgeheizt. Dieser aufgeheizte Kraftstoff kehrt dann den Verstopfungsprozess am Vorfilter um beziehungsweise löst das am Vorfilter festgesetzte Paraffin auf, wodurch der Verstopfung des Vorfilters entgegengewirkt wird. Dadurch kann ein vollständiges Verstopfen des Vorfilters vermieden werden, so dass der Kraftstoff auch bei extremen Bedingungen durch den Vorfilter strömen und demzufolge mittels der Pumpe gefördert werden kann.
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Dabei können herkömmliche Vorfilter durch den erfindungsgemäßen Vorfilter kostengünstig ersetzt werden, so dass dann die Verbrennungskraftmaschine auch bei extremen Einsatzbedingungen insbesondere in kalten Klimazonen betrieben werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Perspektivansicht eines Vorfilters zum Filtern von Kraftstoff einer Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem in Strömungsrichtung des Kraftstoffs stromauf einer Pumpe zum Fördern des Kraftstoffs anordenbaren und von dem Kraftstoff durchströmbaren Filterelement, wobei das Filterelement eine Mehrzahl von in Strömungsrichtung des Kraftstoffs aufeinanderfolgenden Filterschichten mit unterschiedlichen Porengrößen aufweist.
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Die Fig. zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Vorfilter zum Filtern von Kraftstoff, insbesondere flüssigem Kraftstoff, einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet und dient dem Antreiben eines Kraftwagens, insbesondere eines Nutzkraftwagens. Dabei ist der Kraftstoff beispielsweise Dieselkraftstoff. Der Vorfilter 10 umfasst ein im Ganzen mit 12 bezeichnetes Filterelement, mittels welchem der Kraftstoff gefiltert wird.
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Im vollständig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine sind zwei Pumpen vorgesehen, mittels welchen der Kraftstoff gefördert wird. Diese Pumpen werden auch als Kraftstoffpumpen bezeichnet, wobei eine der Pumpe als Niederdruck-Pumpe und die andere Pumpe als Hochdruck-Pumpe ausgebildet ist. Der Kraftstoff wird zunächst mittels der Niederdruck-Pumpe von einem Reservoir, insbesondere einem Tank, gefördert, so dass der mittels der Niederdruck-Pumpe geförderte Kraftstoff in eine Strömungsrichtung von dem Tank zur Niederdruck-Pumpe strömt. Bezogen auf diese Strömungsrichtung des vom Tank zur Niederdruck-Pumpe strömenden Kraftstoffs ist der Vorfilter, insbesondere das Filterelement 12, stromauf der Niederdruck-Pumpe angeordnet. Mittels der Niederdruck-Pumpe wird der Kraftstoff zur Hochdruck-Pumpe gefördert, mittels welcher der Kraftstoff dann unter einen hohen Druck gesetzt wird.
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Der zur Niederdruck-Pumpe strömende Kraftstoff wird somit mittels des Vorfilters 10 gefiltert, bevor der Kraftstoff die Niederdruck-Pumpe erreicht. Das Filterelement 12 ist von dem Kraftstoff durchströmbar, wobei Strömung des Kraftstoffs durch Filterelement 12 in der Fig. durch Richtungspfeile angedeutet ist.
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Um nun insbesondere bei extremen Einsatzbedingungen wie beispielsweise geringen Umgebungstemperaturen ein übermäßig schnelles Verstopfen des Vorfilters zu vermeiden, umfasst das Filterelement 12 wenigstens drei ineinander und in Strömungsrichtung des Kraftstoffs durch das Filterelement 12 aufeinanderfolgend angeordnete Filterschichten 14a–c, welche voneinander unterschiedliche Porengrößen beziehungsweise Maschenweiten aufweisen. In der Fig. ist auch ein Gehäuse 16 des Vorfilters 10 erkennbar, wobei das Filterelement 12 und somit die Filterschichten 14a–c in dem Gehäuse 16 angeordnet sind. Die Filterschichten 14a–c weisen jeweilige, von dem Kraftstoff durchströmbare Poren auf. Bei diesen Poren handelt es sich um von dem Kraftstoff durchströmbare Durchströmöffnungen. Dabei kann das Filterelement 12 als Sieb ausgebildet sein, so dass die Poren beziehungsweise Durchströmöffnungen von Maschen des Siebs gebildet sind. Somit weisen die Durchströmöffnungen jeweilige Maschenweiten auf.
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Dabei ist es vorgesehen, dass die erste Filterschicht 14a eine erste Porengröße beziehungsweise eine ersten Maschenweite aufweist, wobei die zweite Filterschicht 14b eine zweite Porengröße beziehungsweise Maschenweite und die Filterschicht 14c eine dritte Porengröße beziehungsweise Maschenweite aufweist. Die zweite Maschenweite ist dabei geringer als die erste Maschenweite, wobei die dritte Maschenweite geringer als die erste und zweite Maschenweite ist. Beispielsweise beträgt die erste Porengröße beziehungsweise Maschenweite zumindest im Wesentlichen 300 Mikrometer, wobei die dritte Porengröße beziehungsweise Maschenweite beispielsweise zumindest im Wesentlichen 100 Mikrometer beträgt. Die Filterschichten 14a–c stellen somit jeweilige Siebschichten mit unterschiedlicher Maschenweite dar, wobei die Maschenweite entsprechend der Strömungsrichtung des Kraftstoffs durch das Filterelement 12 und somit von innen nach außen abnimmt. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Filterschicht 14b die Filterschicht 14a außenumfangsseitig umgibt, so dass die Filterschicht 14a in der Filterschicht 14b angeordnet ist. Ferner umgibt die Filterschicht 14c die Filterschichten 14a und 14b, so dass die Filterschichten 14 und 14b in der Filterschicht 14c angeordnet sind. Dabei weist das Filterelement 12 eine zylindrische Form beziehungsweise die Form eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders auf, so dass das Filterelement 12 in dessen radialer Richtung von innen nach außen von dem Kraftstoff durchströmt wird. Die Filterschichten 14a–c sind somit in radialer Richtung des Filterelements 12 aufeinanderfolgend beziehungsweise ineinander angeordnet.
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Da die erste Maschenweite größer als die zweite und die dritte Maschenweite ist, erfolgt mittels der Filterschicht 14a eine Grob- oder Vorfilterung. Mittels der Filterschichten 14b und 14c erfolgt demgegenüber eine Feinfilterung.
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Gegenüber herkömmlichen Vorfiltern kann mittels der Filterschichten 14a–c ein Zusetzprozess des Vorfilters 10 so stark verlangsamt werden, dass vermieden werden kann, dass der Vorfilter 10 vollständig verstopft wird, bevor der Kraftstoff eine hinreichend hohe Temperatur aufweist. Im Rahmen des Zusetzprozesses wird das Filterelement 12 mit Paraffinen aus dem noch kalten Kraftstoff zugesetzt und somit zumindest teilweise verstopft. Da jedoch dieser Zusetzprozess sehr langsam abläuft, weist der Kraftstoff eine hinreichend hohe Temperatur auf, bevor der Vorfilter 10 vollständig verstopft, so dass aufgrund der hohen Temperatur des Kraftstoffs dem Zusetzprozess entgegengewirkt werden kann. Durch die hinreichend hohe Temperatur werden beispielsweise den Zusetzprozess bewirkende Paraffine aus dem Kraftstoff aufgelöst, wobei sich diese Paraffine am Vorfilter 10 festsetzen. Somit kann der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auch bei niedrigen Außentemperaturen gewährleistet werden, da mittels der Niederdruck-Pumpe eine hinreichende Menge an Kraftstoff zur Hochdruck-Pumpe und in der Folge zur Verbrennungskraftmaschine gefördert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorfilter
- 12
- Filterelement
- 14a–c
- Filterschicht
- 16
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009025393 A1 [0004]
- DE 102010016497 A1 [0005]
- DE 102010034434 A1 [0006]
- DE 102011010667 A1 [0007]
