DE60016791T2

DE60016791T2 - Dieselkraftstoff-filter und wasserabscheider

Info

Publication number: DE60016791T2
Application number: DE60016791T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Girondi
Original assignee: UFI Filters SpA
Current assignee: UFI Filters SpA
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: CN1379695A; KR100670959B1; KR20020059427A; ES2232504T3; CN101156998A; DE60016791D1; ATE284748T1; EP1229984B1; WO2001034273A1; ITRE990052U1; AU7811800A; JP2003514179A; PT1229984E; IT248285Y1; DK1229984T3; JP4599016B2; SI1229984T1; EP1229984A1

Description

Technischer Bereich
Die Erfindung betrifft die Filtration von Kraftstoff, insbesondere von Kraftstoff für Dieselmotoren (allgemein als Dieselkraftstoff bekannt).
Zugrunde liegende Technik
In diesem Sektor erfordert die Ausgereiftheit der Einspritzausrüstung die sorgfältigste Filtration, um zu verhindern, dass die in dem Kraftstoff vorhandenen Verunreinigungen Schäden und Störungen bei der empfindlichen Einspritzausrüstung verursachen.
Bekannterweise wird bei Filtern eine Filtereinrichtung der Art verwendet, die aus um eine Mittelachse gerolltem und von dem Kraftstoffstrom in einer axialen Richtung durchquertem Papier ausgebildet ist. Diese Filter weisen eine nutzbare Filtrationsfläche auf, die viel größer als bei den traditionelleren Filtern aus plissiertem Papier ist.
Ein bis jetzt noch nicht vollkommen gelöstes technisches Problem, welches auch bei den Filtern mit gerolltem Papier vorhanden ist, wird durch das Vorhandensein von Wasseranteilen in dem Kraftstoff verursacht, die durch die gewöhnlichen Filtereinsätze (die zum Abfangen von festeren Teilen konzipiert sind) nicht abgefangen werden und somit die stromabwärts gelegenen mechanischen Bauteile erreichen, was Oxidationsprobleme und Bruchschäden bei diesen Bauteilen zum Ergebnis hat. Dieses Problem macht sich insbesondere bei der Einspritzzufuhrausrüstung bemerkbar.
Filtereinheiten, die Abscheidereinrichtungen für Wasser aufweisen, sind in der US 5,938,921 offenbart, wobei aus einer nach unten offenen, geneigten Flussfläche 22 bestehende Abscheidereinrichtungen vorgesehen sind, die stromabwärts der Filtereinrichtung positioniert sind, entlang welcher die Flüssigkeit fließt, und die den Kraftstoffstrom ablenkt, um die in dem Kraftstoff vorhandenen Wasseranteile zu sammeln und abzuscheiden.
Die Einheiten der US 5,938,921 weisen den Nachteil auf, dass sich ein Teil des in dem Kraftstoff vorhandenen Wassers nicht sammelt und deshalb nicht abgeschieden wird, bevor der Kraftstoff die mechanischen Teile des Motors erreicht.
Abscheidereinrichtungen für das in dem Kraftstoff vorhandene Wasser sind auch in der EP 858,825 offenbart, und weisen eine nach unten geneigte Flussfläche auf, die stromaufwärts der Filtereinrichtung positioniert, und mit einem stromaufwärts, und gegen die Filtereinrichtung positionierten Sieb verbunden ist.
Die in der EP 858,825 offenbarten Abscheidereinrichtungen weisen den Nachteil auf, dass Feststoffschmutzteilchen das Sieb innerhalb kurzer Zeit verstopfen, weshalb die Filtereinheit gereinigt werden muss.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Filters unter Verwendung einer Filtereinrichtung, die von dem Kraftstoffstrom in einer axialen Richtung durchquert wird, insbesondere eine Filtereinrichtung mit gerolltem Papier, die in der Lage ist, einen sehr hohen Grad an Wasserabscheidung zu bewirken.
Offenbarung der Erfindung
Diese und weitere Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist.
Die Erfindung basiert auf der Tatsache, dass sie eine unter der unteren Fläche der Filtereinrichtung positionierte Wasserabscheidereinrichtung aufweist, und dass sie der unteren Fläche gegenüberliegend und einen Winkel zur Vertikalen bildend, eine nach unten geneigte Flussfläche aufweist, entlang welcher die Flüssigkeit fließt, und die den Kraftstoffstrom ablenkt, um die in dem Kraftstoff vorhandenen Wasseranteile zu sammeln und abzuscheiden; und weiterhin eine unter der Abscheidereinrichtung positionierte untere Kammer zum Sammeln der von dem Kraftstoff abgeschiedenen Wasseranteile aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend mithilfe der dazugehörigen Figuren detailliert beschrieben, die eine Ausführungsform derselben an Hand eines nicht begrenzenden Beispiels veranschaulichen.
1 ist ein Axialschnitt durch den Filter der Erfindung.
2 ist ein vergrößertes Detail von 1.
3 ist ein Schnitt auf der Ebene III-III von 2.
4 ist wie 2 ein vergrößertes Detail einer zweiten Ausführungsform der Abscheidereinrichtung 20.
5 ist ein Schnitt auf der Ebene V–V von 4.
Der Filter weist ein Außengehäuse 10 mit insbesondere im Wesentlichen zylindrischer Form mit einer leichten tellerförmigen Vertiefung mit vertikaler Achse A auf.
Der Kraftstoffeinlass und -auslass sind auf der oberen Abdeckung 14 des Behälters 10 angeordnet.
Der Einlass ist insbesondere durch in regelmäßigem Abstand von der Achse A verteilte verschiedene Öffnungen 11 festgelegt, wobei der Auslass durch eine einzige Öffnung festgelegt wird, deren Mittelpunkt auf der Achse A liegt.
Innerhalb des Behälters 10 ist eine mit den Einlassöffnungen 11 in Verbindung stehende erste Kammer 31 mit vertikaler Achse, und eine mit dem Auslass 12 in Verbindung stehende, und im Wesentlichen koaxial zu der ersten Kammer 31 verlaufende Ausgangskammer 32 festgelegt.
Die zwei Kammern 31 und 32 sind zumindest teilweise durch einen starr mit dem Außengehäuse 10 des Filters verbundenen mittigen, rohrförmigen Kanal 35 voneinander getrennt, der an der oberen Abdeckung 14 befestigt ist und die Ausgangskammer 32 begrenzt.
Innerhalb des Gehäuses 10 ist unter der Abscheidereinrichtung eine untere Kammer 33 zum Sammeln der von dem Kraftstoff abgeschiedenen Wasseranteile positioniert. Die Ausgangskammer 32 ist entlang der Achse der Filtereinrichtung 15 positioniert, und steht an ihrem unteren Ende mit der unteren Kammer 33 in Verbindung.
Eine Filtereinrichtung 15 insbesondere von der aus einer insgesamt um ihre Achse gewickelten zylindrischen Rolle aus Papier bestehenden Art ist in der ersten Kammer 31 positioniert; wobei die Filtereinrichtung 15 koaxial zu der Kammer 31 und zu der Kammer 32 positio niert ist, und im Querschnitt den gesamten Schnitt der Kammer 31 belegt, während sie die Kammer 31 in der axialen Richtung mit Ausnahme des mit den Einlassöffnungen 11 in Verbindung stehenden oberen Abschnittes 31a der Kammer 31, der frei bleibt, praktisch vollständig belegt. Die Filtereinrichtung 15 wird von dem Kraftstoffstrom in einer im Wesentlichen axialen Richtung (das heißt parallel zu den Kanten der Papierrolle) durchquert und besitzt eine im Wesentlichen horizontale untere Fläche 15', von der die Flüssigkeit nach dem Durchgang durch die Filtereinrichtung 15 in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung austritt.
Eine Wasserabscheidereinrichtung 20 ist unter der unteren Fläche 15' der Filtereinrichtung 15 vorgesehen und weist ein Flussablenkungsbauteil 21 mit einer nach oben zusammenlaufenden kegelstumpfförmigen Oberfläche 22 auf, welche die Grundrissebene der unteren Fläche 15' der Filtereinrichtung 15 praktisch vollständig belegt; wobei die nach unten geneigte obere Fläche 22, die einen Winkel zur Vertikalen ausbildet, eine Flussfläche festlegt, die den Kraftstoffstrom ablenkt, um die in dem Kraftstoff vorhandenen Wasseranteile zu sammeln und abzuscheiden.
Das Bauteil 21 trennt die erste Kammer 31 von der unteren Kammer 33 und weist in der Grundrissansicht eine Kreisform auf, deren Ausdehnung etwas geringer als der Querschnitt durch die Innenfläche des Gehäuses 10 ist; weshalb zwischen der Umfangskante des Bauteiles 21 und der Innenfläche des Gehäuses 10 ein schmaler ringför miger Durchgang 17 festgelegt ist, durch den der Fluss von der Kammer 31 zu der Kammer 33 fließt.
Das Ablenkungsbauteil 21 ist unten hohl und weist einen an dem unteren Ende der Ausgangskammer 32 positionierten mittigen Durchgangsanschluss 24 auf, der insbesondere an dem unteren Ende des mittigen Kanals 35 befestigt ist.
Die Abscheidereinrichtung 20 weist ein Filtersieb 25 auf, welches auf dem unteren Ende des Ablenkungsbauteiles 22 positioniert ist, um den in diesem Letzteren vorhandenen Hohlraum und den Zugang zu dem Anschluss 24 abzudecken. Das Filtersieb 25 ist mit einer Substanz wie zum Beispiel Polytetrafluoroethylen (PTFE – gewöhnlich als Teflon^® bekannt) oder Silikon oder dergleichen beschichtet, und weist Durchgangsporen mit einem Durchmesser von nicht größer als etwa 200 Mikron auf, um die in dem Kraftstoff vorhandenen Wasseranteile abzufangen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Filtersieb 25 aus Einzelfasergewebe, dessen Faserdurchmesser zwischen 0,02 und 0,2 mm beträgt, und welches einen zwischen 25 und 200 Mikron variierenden Schussflächenabstand aufweist. Das Filtersieb 25 besteht vorzugsweise aus Edelstahl, Nylon oder Polyamid.
Die Beschichtungsdicke beträgt vorzugsweise 2–8 Mikron.
In der Praxis wird das PTFE auf beide Seiten des Filtersiebes 25 oder nur auf eine Seite durch Sprühen, und danach Backen in einem Ofen aufgetragen.
Im Betrieb tritt der Kraftstoff zuerst über die Öffnung 11 in den oberen Abschnitt 31a der Kammer 31 ein, und läuft dann von dort axial entlang der Filtereinrichtung 15 abwärts, wobei er an den aneinander haftenden Oberflächen der gerollten Papierbogen entlang fließt, worin die festeren Fremdkörper zurückgehalten werden, während die Wasserpartikel nicht zurückgehalten werden.
Beim Verlassen der Filtereinrichtung 15 trifft der Kraftstoffstrom auf das Ablenkungsbauteil 21, welches seinen Pfad ablenkt und diesen zum Entlangfließen an der oberen Fläche 22 zwingt. Da Wasserpartikel schwerer als Kraftstoff sind, neigen sie dazu, ihre Ausgangsrichtung von der unteren Fläche 15' der Filtereinrichtung 15 mehr als der Kraftstoff beizubehalten, und neigen somit dazu, sich auf der Fläche 22 abzulagern. Ein weiterer Faktor, der die Ablagerung der Wasserpartikel auf der Fläche 22 begünstigt, besteht darin, dass diese Partikel beim Entlangfließen an der Fläche 22 mehr als der Kraftstoff verlangsamt werden. Das Gesamtergebnis besteht darin, dass die Wasserpartikel dazu neigen, sich auf der Fläche 22 abzulagern, wo sie sich anhäufen und ansammeln und dann, wenn sich ihre Masse erhöht, auf den Boden der unteren Kammer 33 fallen, wo sie eine angehäufte Masse M bilden, die regelmäßig durch einen unteren Auslass 36 entleert wird.
Der in die untere Kammer 33 eingetretene Kraftstoff steigt dann durch die Ausgangskammer 32 nach oben.
Vor dem Eintreten in die Kammer 32 trifft der Strom jedoch auf das Filtersieb 25, welches die Wasserpartikel zurückhält, die nicht von der Fläche 22 abgeschieden wurden.
In dieser Hinsicht wurde herausgefunden, dass das Filtersieb 25 mit den zuvor beschriebenen technischen Merkmalen den Durchgang durch dasselbe im Wesentlichen vollständig oder zumindest in beträchtlichem Umfang verhindert, während es keinerlei Hindernis für den Durchgang des eigentlichen Kraftstoffes bildet.
Vermutlich wird dieses vorteilhafte Phänomen durch eine andere Oberflächenspannung der Wasserpartikel verursacht, die bei Vorhandensein des mit Teflon oder Silikon überzogenen Siebes 25 die Bindungen mit den Kraftstoffmolekülen aufbrechen, sich miteinander zusammenballen und nicht in der Lage sind, das Sieb zu passieren, und dann nach unten auf den Boden der Sammelkammer 33 fallen.
Je kleiner der Durchmesser der Poren, umso größer ist offensichtlich die Auffangwirkung der Poren des Filtersiebes 25. In der Praxis erfolgt bei einem Durch messer von nahezu 20 Mikron ein praktisch vollständiges Abfangen aller Wasserpartikel.
Es wurde in Versuchen herausgefunden, dass es bei Verwendung der Erfindung möglich ist, sehr hohe Niveaus an Wasserabscheidung zu erreichen, die nahe bei einer vollständigen Abscheidung liegen.
Bei der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist das Ablenkungsbauteil 21 auch zum Tragen der Filtereinrichtung 15 angeordnet. Zu diesem Zweck weist das Ablenkungsbauteil 21 eine Mehrzahl radialer Trägerelemente 26 auf, die von der Flussfläche 22 nach oben hervorstehen, um als Träger für die untere Fläche 15' der Filtereinrichtung 15 zu wirken.
Bei der in 4 und 5 dargestellten Ausführungsform weist das Ablenkungsbauteil 21 einen oder mehrere hervorstehende Grate 27 auf, die auf der Flussfläche 22 angeordnet sind, um von dem Scheitelpunkt der Fläche 22 ausgehend Spiralpfade festzulegen, um die Länge der Flüssigkeitsbewegungsstrecke zu erhöhen. Die Grate 27 erhöhen die Länge der Flüssigkeitsbewegungsstrecke entlang der Fläche 22, um so die Ablagerung der Wasserpartikel auf der Fläche 22 zu erleichtern.
Die Filtereinrichtung 15 ist auf einer starr mit dem Bauteil 21 verbundenen, und über der Fläche 22 positionierten perforierten, horizontalen Umlenkblech 28 getragen.

Claims

Kraftstofffilter, insbesondere für Dieselmotoren, der ein Außengehäuse (10), eine erste Kammer (31) mit vertikaler Achse und eine in der ersten Kammer (31) positionierte, von dem Kraftstoff in einer im Wesentlichen axialen Richtung durchquerte Filtereinrichtung (15) mit einer unteren Fläche (15'), von der die Flüssigkeit nach dem Durchgang durch die Filtereinrichtung (15) in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung austritt, eine koaxial zu der Filtereinrichtung verlaufende Filterausgangskammer (32), die an ihrem unteren Ende mit einer unteren Kammer (33) in Verbindung steht, eine Wasserabscheidereinrichtung (20), die ein Flussablenkungsbauteil (21) mit einer nach oben zusammenlaufenden kegelstumpfförmigen Oberfläche (22) aufweist, welche die Grundrissebene der unteren Fläche (15') der Filtereinrichtung (15) praktisch vollständig belegt, um die Flussfläche festzulegen, wobei das Ablenkungsbauteil (21) unten hohl ist und einen an dem unteren Ende der Ausgangskammer (32) positionierten mittigen Durchgangsanschluss (24), sowie eine unter der Abscheidereinrichtung (20) positionierte untere Kammer (33) zum Sammeln der von dem Kraftstoff abgeschiedenen Wasseranteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidereinrichtung (20) ein mit Polytetrafluoroethylen (PTFE) oder Silikon beschichtetes Filtersieb (25) aufweist, welches Durchgangsporen mit einem Durchmesser von nicht größer als etwa 200 Mikron aufweist, um die in dem Kraftstoff vorhandenen Wasseranteile abzufangen, wobei das Filtersieb (25) auf dem unteren Ende des Ablenkungsbauteiles (22) positioniert ist, um den darin vorhandenen Hohlraum abzudecken.
Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen starr mit dem Außengehäuse (10) des Filters verbundenen mittigen, rohrförmigen Kanal (35) aufweist, der die Ausgangskammer (32) begrenzt, wobei das Ablenkungsbauteil (21) an dem unteren Ende des mittigen Kanals (35) befestigt ist.
Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkungsbauteil (21) eine Mehrzahl radialer Trägerelemente (26) aufweist, die von der Flussfläche (22) nach oben hervorstehen, um als Träger für die untere Fläche (15') der Filtereinrichtung (15) zu wirken.
Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkungsbauteil (21) einen oder mehrere hervorstehende Rippen (27) aufweist, die auf der Flussfläche (22) angeordnet sind, um von dem Scheitelpunkt der Fläche (22) ausgehend Spiralpfade festzulegen, um die Länge der Flüssigkeitsbewegungsstrecke zu erhöhen.