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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Filtern eines flüssigen Kraftstoffs für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Nutzkraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Filtereinrichtung zum Filtern eines flüssigen Kraftstoffes für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere Nutzkraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2012 212 782 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Filtereinrichtung umfasst einen von dem Kraftstoff durchströmbaren Vorfilter, mittels welchem der Kraftstoff gefiltert werden kann. Mittels des Vorfilters können beispielsweise in dem Kraftstoff etwaig enthaltene Schwebstoffe rückgehalten und somit aus dem Kraftstoff gefiltert werden.
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In Strömungsrichtung des Kraftstoffes ist stromab des Vorfilters ein von dem Kraftstoff durchströmbares, weiteres Filterelement der Filtereinrichtung angeordnet, wobei der Kraftstoff mittels des weiteren Filterelements gefiltert werden kann. Das weitere Filterelement ist beispielsweise ein sogenannter Hauptfilter, mittels welchem beispielsweise in dem Kraftstoff enthaltene Partikel, welche nicht mittels des Vorfilters zurückgehalten wurden, zurückgehalten und somit aus dem Kraftstoff gefiltert werden können.
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Ferner offenbart die
DE 38 05 361 A1 einen Integralfilter für Fluide aus mehreren ineinander geschachtelten Filterelementen mit unterschiedlichem Rückhaltevermögen, dessen Enden mit Verschluss- und Anschlussadaptern ausgestattet und in einem Gehäuse mit Versorgungs- und Entsorgungsanschlüssen für Fluide derart einschließbar sind, dass das Fluid von einem Fluidraum in einen anderen Fluidraum bestimmungsgemäß durch Filtermaterial fließt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Filtereinrichtung 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 eine Filtereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit dem flüssigen Kraftstoff gewährleistet werden kann, ist erfindungsgemäß eine stromauf des weiteren Filterelements angeordnete Umgehungseinrichtung vorgesehen, welche wenigstens eine Umgehungsleitung, die von dem Kraftstoff unter Umgehen des Vorfilters durchströmbar ist, und wenigstens einen in der Umgehungsleitung angeordneten und von dem die Umgehungsleitung durchströmenden Kraftstoff durchströmbaren zweiten Vorfilter umfasst, welcher eine größere Porengröße als der erste Vorfilter aufweist. Die Porengröße wird auch als Filterfeinheit bezeichnet. Unter der Porengröße ist eine jeweilige Größe von von dem Kraftstoff durchströmbaren Poren beziehungsweise Durchströmöffnungen des jeweiligen Vorfilters zu verstehen, wobei die Poren beziehungsweise die von dem Kraftstoff durchströmbaren Durchströmöffnungen des zweiten Vorfilters größer als die Poren beziehungsweise die von dem Kraftstoff durchströmbaren Durchströmöffnungen des ersten Vorfilters sind.
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Ferner ist unter der Umgehung des ersten Vorfilters zu verstehen, dass der die Umgehungsleitung und somit den zweiten Vorfilter durchströmende, flüssige Kraftstoff nicht durch den ersten Vorfilter strömt und demzufolge nicht mittels des ersten Vorfilters gefiltert wird, sondern der die Umgehungsleitung und somit den zweiten Vorfilter durchströmende Kraftstoff wird mittels des zweiten Vorfilters gefiltert. Da der erste Vorfilter eine geringere Porengröße beziehungsweise eine größere Filterfeinheit aufweist als der zweite Vorfilter, können mittels des ersten Vorfilters kleinere Partikel aus dem Kraftstoff zurückgehalten werden als mittels des zweiten Vorfilters. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es unter bestimmten Betriebsbedingungen zu einem Verstopfen des ersten Vorfilters aufgrund der geringen Porengröße des ersten Vorfilters kommen kann. Infolge einer solchen Verstopfung des ersten Vorfilters kann der Kraftstoff nicht mehr durch den ersten Vorfilter strömen, wodurch – falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind – die Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit dem Kraftstoff beeinträchtigt werden kann. Eine solche Beeinträchtigung der Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit dem Kraftstoff kann nun jedoch vermieden werden, da die Filtereinrichtung die Umgehungseinrichtung aufweist. Dadurch, dass der zweite Vorfilter eine größere Porengröße als der erste Vorfilter aufweist, kann eine übermäßige Verstopfung des zweiten Vorfilters auch dann vermieden werden, wenn in dem Kraftstoff Partikel enthalten sind, die zu einer Verstopfung des ersten Vorfilters führen würden. Da somit der Kraftstoff beispielsweise nicht mehr durch den ersten Vorfilter strömen könnte, jedoch noch durch die Umgehungsleitung und den zweiten Vorfilter strömen kann, kann eine Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff gewährleistet werden.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche Vorfilter bei Kraftstoffen mit hohem CFPP-Wert und bei geringen Außentemperaturen von beispielsweise weniger als –15 Grad Celsius durch Paraffinieren des Kraftstoffes, insbesondere bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, verstopfen. Bei solchen geringen Umgebungstemperaturen kann im Kraftstoff etwaig enthaltenes Paraffin auskristallisieren, sodass sich Paraffine beziehungsweise Paraffinkristalle bilden, welche herkömmliche Vorfilter verstopfen können. Infolge eines solchen verstopften Vorfilters von herkömmlichen Filtereinrichtungen kann die Verbrennungskraftmaschine nicht mehr gestartet werden oder die Verbrennungskraftmaschine geht von selbst aus. Ein solches, übermäßiges Verstopfen der Filtereinrichtung insgesamt kann nun vermieden werden, da der Kraftstoff durch die Umgehungsleitung und den zweiten Vorfilter mit der gegenüber dem ersten Vorfilter größeren Porengröße geleitet werden kann.
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Unter dem zuvor genannten CFPP-Wert wird ein die Filtrierbarkeitsgrenze des Kraftstoffes charaktersierender Wert verstanden, wobei die Filtrierbarkeitsgrenze auch als CFPP (Cold Filter Plugging Point) bezeichnet wird. Mittels der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung kann nun eine hinreichende Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit dem flüssigen Kraftstoff auch bei besonders geringen Umgebungstemperaturen sichergestellt werden, sodass die Verbrennungskraftmaschine auch bei kalten Umgebungstemperaturen problemlos arbeiten beziehungsweise laufen 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 Darstellung einer Filtereinrichtung zum Filtern eines flüssigen Kraftstoffes für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem von dem Kraftstoff durchströmbaren ersten Vorfilter, mit einem stromab des Vorfilters angeordneten und von dem Kraftstoff durchströmbaren, weiteren Filterelement und mit einer Umgehungseinrichtung, welche wenigstens eine Umgehungsleitung und wenigstens einen in der Umgehungsleitung angeordneten, zweiten Vorfilter umfasst.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Filtereinrichtung zum Filtern eines flüssigen Kraftstoffes für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Nutzkraftwagens. Dabei ist der Kraftwagen mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar, wobei die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet ist. Somit handelt es sich bei dem Kraftstoff beispielsweise um Dieselkraftstoff. Die Filtereinrichtung 10 umfasst einen von dem Kraftstoff durchströmbaren, ersten Vorfilter 12, welcher eine erste Porengröße aufweist. Die erste Porengröße beträgt beispielsweise höchstens 100 Mikrometer. Ferner ist es denkbar, dass die erste Porengröße 100 Mikrometer beträgt. Der erste Vorfilter 12 ist dabei in einer ersten von dem Kraftstoff durchströmbaren Leitung 14 der Filtereinrichtung 10 angeordnet. Mittels des ersten Vorfilters 12 können in dem Kraftstoff etwaig enthaltene Schwebstoffe zurückgehalten und somit aus dem Kraftstoff gefiltert werden.
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Die Filtereinrichtung 10 umfasst ferner ein weiteres Filterelement in Form eines Hauptfilters 16. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Kraftstoffes durch die Filtereinrichtung 10 ist der Hauptfilter 16 stromab des ersten Vorfilters 12 angeordnet, wobei der Hauptfilter 16 von dem Kraftstoff durchströmbar ist. Somit können beispielsweise mittels des Hauptfilters 16 in dem Kraftstoff etwaig enthaltene Partikel zurückgehalten und somit aus dem Kraftstoff gefiltert werden. Dabei weist der Hauptfilter 16 beispielsweise eine zweite Porengröße auf, welche kleiner als die erste Porengröße ist. Dadurch können beispielsweise mittels des Hauptfilters 16 kleinere Partikel als mittels des ersten Vorfilters 12 aus dem Kraftstoff gefiltert werden. Die Porengröße wird auch als Filterfeinheit bezeichnet, sodass der Hauptfilter 16 beispielsweise eine größere Filterfeinheit aufweist als der erste Vorfilter 12. Mit anderen Worten ist der Hauptfilter 16 beispielsweise feiner als der Vorfilter 12, sodass der erste Vorfilter 12 gröber als der Hauptfilter 16 ist. Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Hauptfilter 16, insbesondere ein Gehäuse des Hauptfilters 16, fluidisch mit der ersten Leitung 14 verbunden ist, sodass der die erste Leitung 14 durchströmende Kraftstoff mittels der ersten Leitung 14 zum Hauptfilter 16 geführt wird. Der die erste Leitung 14 durchströmende und zum Hauptfilter 16 geführte Kraftstoff kann dann auch den Hauptfilter 16 durchströmen. Dies bedeutet, dass dem Hauptfilter 16 der Kraftstoff über die erste Leitung 14 zuführbar ist.
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Ferner umfasst die Filtereinrichtung 10 eine zweite Leitung 18, welche von dem Kraftstoff durchströmbar ist. Dabei ist der ersten Leitung 14 der Kraftstoff über die zweite Leitung 18 zuführbar, sodass die erste Leitung 14 mit der zweiten Leitung 18 fluidisch verbunden beziehungsweise fluidisch verbindbar ist. Somit ist der Hauptfilter 16 über die Leitung 14 mit der Leitung 18 fluidisch verbunden beziehungsweise verbindbar.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit dem flüssigen Kraftstoff zu gewährleisten, umfasst die Filtereinrichtung 10 eine im Ganzen mit 20 bezeichnete Umgehungseinrichtung, welche bezogen auf die Strömungsrichtung des Kraftstoffes durch die Filtereinrichtung 10 stromauf des Hauptfilters 16 angeordnet ist. Die Umgehungseinrichtung 20 umfasst eine Umgehungsleitung 22, welche von dem Kraftstoff durchströmbar ist. Die Umgehungsleitung 22 ist fluidisch mit dem Hauptfilter 16, insbesondere mit dessen Gehäuse, verbunden, sodass der die Umgehungsleitung 22 durchströmende Kraftstoff mittels der Umgehungsleitung 22 zum Hauptfilter 16 geführt wird und somit aus der Umgehungsleitung 22 aus- und in den Hauptfilter 16 einströmen kann. Die Umgehungsleitung 22 ist mit der zweiten Leitung 18 fluidisch verbunden beziehungsweise fluidisch verbindbar, sodass der Umgehungsleitung 22 der Kraftstoff aus der Leitung 18 zuführbar ist. Dabei ist die Umgehungsleitung 22 von dem Kraftstoff unter Umgehen des ersten Vorfilters 12 durchströmbar. Darunter ist zu verstehen, dass der die Umgehungsleitung 22 durchströmende Kraftstoff nicht die erste Leitung 14 und demzufolge nicht den ersten Vorfilter 12 durchströmt, sondern der die Umgehungsleitung 22 durchströmende Kraftstoff umgeht die erste Leitung 14 und den ersten Vorfilter 12, sodass der die Umgehungsleitung 22 durchströmende Kraftstoff nicht mittels des ersten Vorfilters 12 gefiltert wird.
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Ferner umfasst die Umgehungseinrichtung 20 einen in der Umgehungsleitung 22 angeordneten und von dem die Umgehungsleitung 22 durchströmenden Kraftstoff durchströmbaren, zweiten Vorfilter 24, welcher eine dritte Porengröße aufweist, die größer als die erste Porengröße und beispielsweise größer als die zweite Porengröße ist. Mit anderen Worten weist der zweite Vorfilter 24 eine größere Porengröße als der erste Vorfilter 12 auf. Beispielsweise ist die dritte Porengröße höchstens 300 Mikrometer. Beispielsweise kann die dritte Porengröße 300 Mikrometer betragen. Die jeweilige Porengröße bezeichnet eine Größe von jeweiligen, von dem Kraftstoff durchströmbaren Poren beziehungsweise Durchströmöffnungen des jeweiligen Vorfilters 12 beziehungsweise 24. Da der zweite Vorfilter 24 eine größere Porengröße als der erste Vorfilter 12 aufweist, weist der zweite Vorfilter 24 eine geringere Filterfeinheit als der erste Vorfilter 12 auf. Mit anderen Worten ist der erste Vorfilter 12 feiner als der zweite Vorfilter 24, sodass der zweite Vorfilter 24 gröber als der erste Vorfilter 12 ist.
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Weisen beispielsweise im Kraftstoff enthaltene Partikel eine Größe auf, welche größer als die erste Porengröße, jedoch kleiner als die dritte Porengröße ist, so wird der Vorfilter 12 durch diese Partikel verstopft, da die Partikel nicht durch die Poren des ersten Vorfilters 12 strömen können. Diese Partikel können jedoch durch die Poren des zweiten Vorfilters 24 strömen, sodass der zweite Vorfilter 24 nicht verstopft wird. Somit können der Hauptfilter 16 und über diesen die Verbrennungskraftmaschine zwar nicht mit Kraftstoff aus der ersten Leitung 14, jedoch mit Kraftstoff aus der Umgehungsleitung 22 versorgt werden, sodass eine Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff auch dann gewährleistet werden kann, wenn die Größe der im Kraftstoff enthaltenen Partikel größer als die erste Porengröße ist.
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Beispielsweise bei Umgebungstemperaturen von weniger als –15 Grad Celsius können im Kraftstoff etwaig enthaltene Paraffine auskristallisieren, sodass Paraffinkristalle entstehen, welche beispielsweise die zuvor genannten Partikel sind, deren Größe größer als die erste Porengröße ist. Da nun jedoch die Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff über die Umgehungsleitung 22 sichergestellt werden kann, kann die Verbrennungskraftmaschine auch bei geringen Umgebungstemperaturen, bei denen im Kraftstoff Paraffin auskristallisiert, mit Kraftstoff versorgt und somit betrieben werden.
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Um dabei die Verbrennungskraftmaschine mit einer hinreichend hohen Menge an Kraftstoff versorgen zu können, ist eine stromauf des zweiten Vorfilters 24 und stromauf des ersten Vorfilters 12 angeordnete Ventileinrichtung 26 vorgesehen, welche zwischen einer die Umgehungsleitung 22 fluidisch versperrenden und die erste Leitung 14 freigebenden Schließstellung und wenigstens einer die Umgehungsleitung 22 freigebenden und die erste Leitung 14 fluidisch versperrenden Offenstellung verstellbar ist. Dies bedeutet, dass die Ventileinrichtung 26 dazu ausgebildet ist, eine die erste Leitung 14 durchströmende erste Menge und eine die Umgehungsleitung 22 durchströmende zweite Menge des Kraftstoffes einzustellen. In der Schließstellung kann der die Leitung 18 durchströmende Kraftstoff von der Leitung 18 nicht in die Umgehungsleitung 22 strömen, da diese mittels der Ventileinrichtung 26 versperrt ist, sondern der die Leitung 18 durchströmende Kraftstoff strömt von der Leitung 18 in die erste Leitung 14 und somit durch den ersten Vorfilter 12 und zu dem Hauptfilter 16. In der Offenstellung kann der die Leitung 18 durchströmende Kraftstoff nicht aus der Leitung 18 in die erste Leitung 14 strömen, sondern der die zweite Leitung 18 durchströmende Kraftstoff strömt aus der zweiten Leitung 18 in die Umgehungsleitung 22 und somit durch den zweiten Vorfilter 24 und zu dem Hauptfilter 16.
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Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Ventileinrichtung 26 in Abhängigkeit von einer Temperatur des Kraftstoffes und/oder in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verstellbar ist beziehungsweise verstellt wird. Wird beispielsweise mittels wenigstens eines Temperatursensors erfasst, dass die Umgebungstemperatur weniger als –15 Grad Celsius beträgt, so wird die Ventileinrichtung 26 beispielsweise in ihre Offenstellung geschaltet, sodass der Kraftstoff aus der zweiten Leitung 18 in die Umgehungsleitung 22 und somit die Umgehungsleitung 22 und den zweiten Vorfilter 24 durchströmen kann. Die Ventileinrichtung 26 kann auch in Abhängigkeit vom Durchfluss des Kraftstoffes in die Leitung 14 verstellt werden. Wird beispielswiese mittels wenigstens eines Durchflusssensors erfasst, dass der Durchfluss geringer ist als die Mindestmenge, um die Verbrennungskraftmaschine zu starten und/oder nicht von selbst auszugehen ist, so wird die Ventileinrichtung 26 in ihre Offenstellung geschaltet. Dadurch wird ein Verstopfen des ersten Vorfilters 12 verhindert. Wird der Kraftstoff beispielsweise mit zunehmender Betriebsdauer der Verbrennungskraftmaschine wärmer, so lösen sich die Paraffinkristalle in dem Kraftstoff beispielsweise auf, da die Paraffinkristalle aufgrund der zunehmenden Temperatur des Kraftstoffes geschmolzen werden. Dann wird die Ventileinrichtung 26 beispielsweise in ihre Offenstellung gestellt, sodass dann der Kraftstoff von der zweiten Leitung 14 in die erste Leitung 14 und durch die erste Leitung 14 und durch den ersten Vorfilter 12 strömen kann. Ferner ist es dann denkbar, dass beispielsweise Paraffine, die sich am ersten Vorfilter 12 niedergeschlagen haben, mittels des Kraftstoffes aufgeschmolzen werden, da der Kraftstoff eine hohe Temperatur aufweist. Ferner ist es denkbar, dass, da mittels des Temperatursensors eine Umgebungstemperatur von mehr als –15 Grad Celsius erfasst wird, die Ventileinrichtung 26 in ihrer Schließstellung verbleibt beziehungsweise in die Schließstellung gestellt wird, da bei solchen Umgebungstemperaturen kein Paraffin im Kraftstoff auskristallisiert und somit der erste Vorfilter 12 nicht verstopfen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212782 A1 [0002]
- DE 3805361 A1 [0004]
