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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen Kraftstofffilter
zur Verwendung bei beispielsweise Verbrennungsmotoren, ist jedoch
nicht auf Dieselmotoren bei Nutzfahrzeugen beschränkt. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftstofffilter, der einen
Kraftstoffzusatz enthält,
der in den Kraftstoff freigesetzt werden kann, und ein Verfahren
zum Freisetzen des Zusatzes in den Kraftstoff.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Kraftstoffilter
sind notwendige Komponenten, die verwendet werden, um Verbrennungsmotoren
durch das Herausfiltern von Verunreinigungen zu schützen und
dadurch eine Beschädigung
des Motors und anderer stromabwärtigen
Komponenten wie Ventile, Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Kraftstoffleitungen
und damit zusammenhängende
Komponenten zu verhindern. Kraftstoff kann eine große Vielzahl von
Verunreinigungen aus einer Reihe von Quellen mitreißen. Häufig oxidiert
Kraftstoff und bildet harzartige Materialien wie Asphaltene, üblicherweise
als Firnisse bezeichnet. Bakterien können in Kraftstoff wachsen,
insbesondere in Kraftstoff, der Feuchtigkeit enthält. Die
wachsenden Bakterien bilden einen "Schleim" auf den Innenflächen von Kraftstofftanks, Kraftstoffleitungen
und Kraftstoffiltern. Der Schleim löst sich oft von den Flächen ab,
und Kraftstoff transportiert den freien Schleim durch die Kraftstoffleitungen.
Der Kraftstoffilter filtert die Firnisse und Bakterien heraus. Jedoch
blockieren bei diesem Prozeß der Firnis
und die Bakterien das Kraftstoffilterelement. Der blockierte Filter
weist eine verringerte Kraftstoffströmung auf und erhöht die Druckdifferenz
an dem Filterelement, wodurch die Motorleistung und Kraftstoffeffizienz
herabgesetzt werden. Um die Motorleistung und -zuverlässigkeit
aufrechtzuerhalten, müssen
die Kraftstoffilter ersetzt werden, häufig nach 2.000 bis 4.000 gefahrenen
Meilen. Für
viele Fahrzeuge, insbesondere Nutzlastkraftwagen, die Hunderte oder
selbst Tausende von Meilen pro Monat fahren, erhöht dies die Fahrzeugwartungs-
und Betriebskosten beträchtlich
und kann die Zuverlässigkeit
verringern.
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Glücklicherweise
kann die Bildung von Lacken und Bakterienwachstum durch die Zugabe
von Kraftstoffzusätzen
wie Antioxidantien und Bioziden zu dem Kraftstoff gehemmt werden.
Dispergiermittel können
zugegeben werden, um einen Teil des vorhandenen Materials, das die
Filter und andere mit dem Kraftstoff verbundenen Komponenten verstopft, aufzubrechen
und zu lösen.
Damit die Zusätze
wirksam sind, müssen
sie konstant in dem Kraftstoff vorhanden sein. Dies ist oft schwierig.
Anders als andere Fluidsysteme, wie die Kühlmittel- und Ölsysteme, führt das
Kraftstoffsystem nicht das gesamte Fluid im Kreislauf. Deshalb müssen die
Zusätze
dem Kraftstoff in einer gesteuerten Rate kontinuierlich zugegeben
werden.
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Es
ist schwierig, ein konstantes oder gewünschtes Niveau eines Zusatzes
in dem Kraftstoff aufrechtzuerhalten. Typischerweise fügt eine
Bedienungsperson einen in einer Flasche abgefüllten Zusatz bei jeder Kraftstoffauffüllung dem
Fahrzeugkraftstofftank hinzu. Während
viele in Flaschen abgefüllte Kraftstoffzusätze im Handel
erhältlich
sind, fügen
Bedienungspersonen oft den Zusatz nicht konsequent bei jeder Auffüllung hinzu.
Der Zusatz ist eventuell nicht leicht verfügbar oder die Bedienungsperson vergißt vielleicht,
den Zusatz hinzuzufügen.
Wenn der Zusatz dem Kraftstofftank zugefügt wird, bildet er nicht immer
eine homogene Mischung mit dem Kraftstoff. Kraftstofftanks umfassen
keine zuverlässigen Verfahren
zur Mischung von Kraftstoff. Im allgemeinen verlassen sich Bedienungspersonen
auf die während des
Füllens
und durch die Fahrzeugbewegung erzeugte Turbulenz für das Mischen
von Zusatz und Kraftstoff. Des weiteren kann die Konzentration des
Zusatzes in dem Kraftstoff in Abhängigkeit von der Menge an hinzugefügtem Kraftstoff
unter der Annahme, daß eine
festgelegte Menge an Zusatz bei jedem Auffüllen zugegeben wird, variieren.
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Die
folgenden Druckschriften liefern im allgemeinen den Hintergrund
für Filter,
die Zusätze
enthalten.
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Davis
beschreibt im US-Patent Nr. 5,372,942 einen unter Druck gesetzten
Kraftstoffilter mit einem in Wachs eingebetteten Zusatz. Die Zusammensetzung
aus Wachs und Zusatz löst
sich bei Kontakt mit Kraftstoff. Zusätzlicher Zusatz wird nur zugegeben, wenn
ein Teil des Kraftstoffs nicht mehr durchgängig ist und der Kraftstoffspiegel
in dem Filter ansteigt, um zusätzliche
Mengen der Zusammensetzung aus Wachs und Zusatz zu kontaktieren
und zu lösen.
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Levebvre
offenbart im US-Patent Nr. 5,591,330 einen Ölfilter, der ein thermoplastisches Material
mit Öloxidations- und Säuerungsadditiven enthält. Das
heiße Öl, das durch
den Motor und den Filter im Kreislauf geführt wird, löst dieses thermoplastische
Material auf, wodurch die Zusätze
in das Öl
freigesetzt werden.
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Hudgens
offenbart im US-Patent Nr. 5,662,799 einen Kühlmittelfilter für die Kreislaufführung von
Kühlmittel.
Der Kühlmittelfilter
umfaßt
einen ergänzenden
Kühlmittelzusatz
(SCA) und ein Freisetzungsmittel, um die Konzentration von SCA,
der bereits in dem im Kreislauf geführten Kühlmittelfluid gelöst ist,
aufrechtzuerhalten.
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Eine
der Konstruktionsherausforderungen, die von der vorliegenden Erfindung
angesprochen werden, ist die Steuerung der Freisetzung des Kraftstoffzusatzes
in den Kraftstoff. Die vorliegende Erfindung löst diese Herausforderung auf mehrere
Arten, von denen angenommen wird, daß jede eine neue und nicht
offensichtliche Lösung
ist. Die Lösung
vermeidet unerwünschte
Nebenwirkungen, die bereits beschrieben wurden und kann verwendet
werden, um den Wartungsintervall zu verlängern, die Standzeit des Kraftstoffilters
zu verlängern
und die Motorleistung und Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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US-A-5,766,449 offenbart
eine Kraftstoffilteranordnung mit einem Gehäuse, das einen Einlaß und einen
Auslaß und
eine Kammer bildet, in der ein längliches,
ringförmiges
Filtermedium zum Filtern von Kraftstoff, der von dem Einlaß zum Auslaß strömt, angeordnet
ist. Eine Menge eines Kraftstoffzusatzes ist auch vorgesehen und
in dem Gehäuse
radial innen und benachbart dem Filtermedium derart angeordnet,
daß Kraftstoff
durch das Medium strömt,
dann durch die Menge des Kraftstoffzusatzes strömt, wodurch bewirkt wird, daß sich der
Zusatz in den Kraftstoff löst.
Die Kraftstoffilteranordnung ist angeordnet, um die Einengung des
Kraftstoffstroms durch das Filtermedium und folglich durch den Kraftstoffzusatz
auf ein Minimum herabzusetzen.
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US-A-5,772,873 offenbart
einen Kühlmittelfilter
zur Verwendung beim Filtern einer Kühlmittellösung, die durch den Kühlmittelfilter
strömt.
Der Kühlmittelfilter
umfaßt
auch ein Gehäuse
mit einem Einlaß und
einem Auslaß und
bildet eine Kammer, die einen Kühlmittelzusatz
enthält,
der in den Strom von Kühlmittel
freigesetzt werden kann, der durch den Filter vom Einlaß zum Auslaß strömt.
US-A-5,772,873 bezieht
sich jedoch nicht auf das Filtern von Kraftstoff.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung ist ein Kraftstoffilter, wie in Anspruch
1 der beigefügten Ansprüche angegeben,
geschaffen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren, wie in Anspruch
7 der beigefügten
Ansprüche
angegeben, geschaffen.
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Merkmale
der Ausführungsformen
dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten
Kraftstoffilters, der einen Kraftstoffzusatz enthält.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der detaillierten Zeichnung und den hier vorgesehenen Beschreibungen
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine vollständig
geschnittene Vorderansicht einer Form eines Kraftstoffilters, der
die vorliegende Erfindung verkörpert.
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2 ist
eine Draufsicht auf eine Umlenkplatte zur Verwendung mit dem Kraftstoffilter
von 1.
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3 ist
eine vollständig
geschnittene Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform
eines Kraftstoffilters, der einen Thermostat umfaßt.
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4 ist
eine vollständig
geschnittene Vorderansicht eines alternativen Kraftstoffilters,
der eine halbdurchlässige
Membran umfaßt.
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5 ist
eine vollständig
geschnittene Vorderansicht eines weiteren Kraftstoffilters.
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6 ist
eine vollständig
geschnittene Vorderansicht eines weiteren Kraftstoffilters, der
ein Kraftstoffzusatzbrikett umfaßt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Für die Zwecke
des Verbesserns des Verständnisses
der Prinzipien der Erfindung wird nun auf die in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsformen
Bezug genommen, und es wird zur Beschreibung derselben eine spezifische
Sprache verwendet. Es ist nichtsdestoweniger verständlich,
daß dadurch keine
Beschränkung
des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Alle Änderungen
und weiteren Modifikationen der beschriebenen Prozesse, Systeme
oder Vorrichtungen und alle weiteren Anwendungen der Prinzipien
der Erfindung, wie hier beschrieben, die normalerweise einem Fachmann
auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, einfallen würden, werden
in Erwägung
gezogen.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein Kraftstoffilter 10 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die gezeigte Ausführungsform
des Filters 10 soll die grundlegenden Komponenten bei einer
Konstruktion umfassen, die für
solche Kraftstoffilter mit Ausnahme des Kraftstoffzusatzes und der
Vorrichtung zur verlangsamten Freisetzung typisch ist. Die grundlegenden
Komponenten des Filters 10 umfassen ein Gehäuse 12,
das eine Filterkammer 14 bildet, ein Filterelement 16,
das innerhalb der Filterkammer 14 angeordnet ist, eine Abführungsöffnung 18 mit
einer Wand 19 mit Außengewinde
und eine Kappe 20 mit Innengewinde, das zur Zusammenfügung mit
der Wand 19 mit Außengewinde
bestimmt ist. Ein Kraftstoffzusatz 17 ist innerhalb des
Gehäuses 12 angeordnet.
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Das
Gehäuse 12 umfaßt ein geschlossenes Basisende 22 und
ein offenes Auslaßende 24,
das an dem äußeren Randumfang
der Mutterplatte 26 angekrimpt ist. Die Krimp-Kombination schafft
eine Filtergehäuseanordnung 23.
Die Mutterplatte 26 sorgt für die Einlaßöffnungen 28, damit
Kraftstoff in den Filter 10 eintreten kann. Eine Auslaßöffnung mit
Innengewinde, die durch die Mutterplatte 26 gebildet ist,
sorgt für
den Strömungsaustritt
für den
gefilterten Kraftstoff.
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Das
Filterelement 16 ist an einem Ende durch die Auslaßendplatte 32 und
an dem entgegengesetzten Ende durch die Basisplatte 34 abgestützt. Das
Filterelement 16 ist mit der Endplatte 32 zur
Bildung einer fluiddichten Abdichtung 34 verbunden. Kraftstoff
tritt in die Filterkammer 14 durch den Einlaß 28 ein
und strömt
zu dem ringförmigen
Raum 35. Von dem ringförmigen
Raum 35 strömt
Kraftstoff radial nach innen durch das Filterelement 16 in
einen inneren Bereich 37 hinein, dann durch die Öffnung 39 des Auslasses 30 heraus.
Aus dem Auslaß 30 strömt Kraftstoff
zu einem Verbrennungsmotor, der ein Vergasersystem oder ein Kraftstoffeinspritzsystem
(nicht gezeigt) umfassen kann.
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Die
Basisendplatte 34 schafft eine Abstützung und einen Sitz für das Filterelement 16 sowie
für die
mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Komponenten, einschließlich des
Kraftstoffzusatzes 17, der in der Form einer Vielzahl von
Tabletten oder Pellets 42 vorgesehen ist. Bei der durch
den Filter 10 gezeigten Ausführungsform ist die Basisplatte 34 von dem
Gehäuse 12 durch
die Feder 41 beabstandet.
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Die
vorstehende Beschreibung der grundlegenden Filterkomponenten und
der grundlegenden Konstruktion des Kraftstofffilters 10 erfolgt
mit Bezug auf 1 und ist auf die in 3 bis 6 gezeigten Filterelemente
anwendbar. Dementsprechend werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten
verwendet. Die Unterschiede zwischen den in 1 und 3 bis 6 gezeigten Filtern
sind in den Strukturen verkörpert,
in denen eine Vielzahl von beschichteten Tabletten 42 untergebracht
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfaßt der Kraftstoffilter 10 eine
Kappe 36 und eine Basisplatte 34, die zur Bildung
einer Innenkammer 40 zusammenpassend zusammengefügt sind.
Die Kappe 36 ist im wesentlichen zylindrisch und umfaßt einen
oberen Bereich 41, dessen Außendurchmesser kleiner als
der Innendurchmesser der Filterkammer 14 ist. Die Kappe 36 weist
einen ringförmigen
Vorsprung 45 und einen oberen Wandbereich 62 auf.
Der ringförmige
Vorsprung 45 sorgt für
eine Abstützung
für das
Filterelement 16 und ist geeignet, eine fluiddichte Abdichtung
mit dem unteren Bereich des Filterelements 16 zu bilden.
Der obere Wandbereich 62 umfaßt eine Öffnung 44, die für eine Fluidverbindung
zwischen der Innenkammer 40 und dem Innenbereich 37 sorgt. Der
obere Wandbereich kann auch mindestens eine, vorzugsweise zwei Entlüftungsöffnungen 46 umfassen.
Die obere Wand 62 umfaßt
ein axial vorstehendes, verjüngtes
Diffusionsrohr 48. Das Diffusionsrohr 48 bildet
einen verjüngten
Diffusionskanal für
die Öffnung 44,
die sich dort hindurch erstreckt und einen Kanal der Fluidverbindung
zwischen der Innenkammer 40 und dem Innenbereich 37 festlegt.
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Unter
zusätzlicher
Bezugnahme auf 2 ist eine typische Umlenkplatte 40 zur
Verwendung bei der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Kappe 36 kann,
aber muß nicht
mindestens eine, vorzugsweise eine Vielzahl von Umlenkplatten 50 aufweisen.
Jede Umlenkplatte 50 umfaßt eine Vielzahl von dort ausgebildeten Öffnungen 51.
Die Umlenkplatte 50 ist von dem Diffusionsrohr 48 beabstandet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen
umfaßt
die Kappe 36 drei Umlenkplatten 50, die voneinander
beabstandet sind; jede Umlenkplatte ist einzeln an ihrem Umfangsrand mit
der Innenfläche 52 der
Kappe 36 verbunden. Es ist ersichtlich, daß die Kappe 36,
die mindestens eine Umlenkplatte 50 aufweist, bei alternativen
Formen keine Diffusionssteuerungsöffnung oder das Diffusionsrohr 48 aufweisen
muß. In
diesem Fall besitzt die Kappe 36 eine Öffnung, die für eine Fluidverbindung mit
der Filterkammer 12 sorgt und weist eine ausreichende Anzahl
von Umlenkplatten 50 auf, um den Strom von Kraftstoff in
die innere Kammer 40 zu blockieren oder zu verlangsamen,
wodurch die Freisetzungsrate des Kraftstoffzusatzes gesteuert wird.
Des weiteren kann eine Vielzahl von Umlenkplatten 50 vorgesehen
werden, um die Turbulenz in der inneren Kammer 44 zu verringern.
Vorzugsweise ist jede Umlenkplatte 50 von einer benachbarten
Umlenkplatte beabstandet, um die Vielzahl von Öffnungen 51 in den
benachbarten Umlenkplatten zu versetzen. Bei alternativen Formen
(nicht gezeigt) können
eine oder mehrere Umlenkplatte(n) 50 zwischen der Auslaßöffnung 30 und
der Diffusionsöffnung 44 angeordnet werden.
In diesem Fall kann eine ausgewählte
Umlenkplatte benachbart der Auslaßöffnung 30 eine Endwand
der Innenkammer 40 bilden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sitzt die Kappe 36 auf
der Basisplatte 34 und bildet eine Innengehäuseanordnung 43,
die eine innere Kammer 40 bildet. Die einzigen Öffnungen
in die innere Kammer 40 sind die Diffusionsöffnung 44 und
Entlüftungsöffnungen 46. Die
innere Kammer 40 ist im wesentlichen mit einer Kraftstoffzusatzzusammensetzung
gefüllt,
die in der Form einer Tablette 42 gezeigt ist. Es ist ersichtlich, daß die Kraftstoffzusatzzusammensetzung
in einer Vielzahl von Formen und Größen, einschließlich würfelförmig, zylindrisch
und kugelförmig,
vorgesehen werden kann. Typischerweise sind die Tabletten 42 in einer
würfelförmigen Form
vorgesehen, um die innere Kammer 40 auszufüllen.
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Kraftstoff
aus der Filterkammer 14 im Filter 10 wandert durch
die Diffusionsöffnung 44 in
eine innere Kammer 40. Kraftstoff in der inneren Kammer 40 kontaktiert
die äußere Beschichtung 47 der
Kraftstoffzusatztablette 42. Kraftstoff diffundiert dann durch
die Beschichtung 47, um die Kraftstoffzusatzzusammensetzung
zu kontaktieren, die sich in dem Kraftstoff löst, um eine Kraftstoffzusammensetzung zu
liefern, die den gelösten
Zusatz enthält.
Die Kraftstoffzusammensetzung diffundiert zurück durch die Beschichtung 47 in
die innere Kammer 40. Die äußere Beschichtung kann die Freisetzung
der Kraftstoffzusatzzusammensetzung verlangsamen. Die Kraftstoffzusammensetzung
vermischt sich mit Kraftstoff in der inneren Kammer 40.
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Des
weiteren wird bei bevorzugten Formen der Kraftstoffzusatz in dem
Kraftstoffilter aus dem direkten Kraftstoffstrom gehalten. Der Kraftstoffzusatz ist
in einer Zone der Kraftstoffilteranordnung außerhalb des direkten Strömungswegs
des Kraftstoffs, der durch den Filter verläuft, derart gehalten, daß der strömende Kraftstoff
nicht direkt auf den Zusatz selbst auftreffen kann. Dies kann bei
ausgewählten Ausführungsformen
durch die Einführung
von Strömungshindernissen
in dem Kraftstoffströmungsweg erreicht
werden. Beispiele solcher Hindernisse umfassen Strukturen, die den
Kraftstoffstrom stören und/oder
ihn umlenken können,
wie Umlenkplatten und Strukturen, um den Kraftstoffstrom zum Kraftstoffzusatz
intermittierend im wesentlichen anzuhalten, beispielsweise eine
Schließvorrichtung
wie ein Ventil oder ein Thermostat.
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Das
Kraftstoffsystem ist anders als die Kühlmittel- und Ölsysteme,
die bei Verbrennungsmotoren verwendet werden, da das Kraftstoffsystem
bei einigen Arbeitszyklen einen beträchtlichen Teil des Fluids nicht
zirkulieren läßt. Deshalb
wurde unter diesen Bedingungen die Hauptmenge des Kraftstoffs, der
in die Filterkammer 14 eintritt, nicht durch den Filter 10 im
Kreislauf geführt
und enthält
für alle
praktischen Zwecke keinen gelösten
Zusatz. Während
nicht beabsichtigt ist, durch irgendeine Theorie gebunden sein zu
wollen, wird angenommen, daß die
Konzentration des gelösten
Kraftstoffs in der Kraftstoffzusammensetzung in der inneren Kammer 40 sehr
viel größer ist
als die Konzentration des gelösten
Zusatzes in dem Kraftstoff in der Filterkammer 14 außerhalb
der inneren Kammer 40. Dieser Unterschied in der Konzentration
ist beträchtlich
größer als
man bei einem Kreislauffluidsystem erwarten könnte. Dieser Unterschied in
der Konzentration erzeugt eine stärkere thermodynamische Antriebskraft,
damit die Kraftstoffzusammensetzung von der inneren Kammer 40 in
die Filterkammer 14 wandern kann. Bei bevorzugten Ausführungsformen
sind die Umlenkplatte 50 und/oder die Diffusionsöffnung 44 vorgesehen,
um den Strom von Kraftstoff in die und aus der innere(n) Kammer 40 zu
hemmen oder zu verringern. Dies erhöht die Dauer, während der
der Kraftstoffilter 10 dem Kraftstoff einen Kraftstoffzusatz
zur Verfügung stellt
und steuert die Freisetzungsrate des Kraftstoffzusatzes in den Kraftstoff.
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Die
innere Kammer 40 schafft einen im wesentlichen ruhigen
Bereich innerhalb der Filterkammer 12, der nicht die durch
die Strömung
des Kraftstoffs durch den Filter 10 erzeugten Strömungen erfährt. Kraftstoff
kann noch in Kontakt mit dem gesamten Kraftstoffzusatz in der Filteranordnung
gehalten werden. Wenn sich die Konzentration des gelösten Kraftstoffzusatzes
in der inneren Kammer 40 mit Bezug auf die Konzentration
des Kraftstoffzusatzes in der Filterkammer 14 erhöht, wandert
oder diffundiert die Kraftstoffzusammensetzung von der inneren Kammer 40 in
die Filterkammer 14, um ein Gleichgewicht zu erzielen.
Die Kraftstoffzusammensetzung, die den gelösten Zusatz enthält, und
der Kraftstoff diffundieren durch das Diffusionsrohr 48 und
die Diffusionsöffnung 44,
die eine eingeschränkte Öffnung für die Wanderung
der höher
konzentrierten Lösung
aus der inneren Kammer 40 heraus bildet und mischt sich mit
Kraftstoff in der Filterkammer 14.
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Die
Kraftstoffzusätze
zur Verwendung bei dieser Erfindung können flüssig oder fest sein. Zwei oder
mehr Kraftstoffzusätze
können
zur Bildung einer Kraftstoffzusatzzusammensetzung kombiniert werden.
Der Kraftstoffzusatz bzw. die Kraftstoffzusätze können mit einem geeigneten Polymer
entweder zur Schaffung eines festen oder halbfesten Materials, wie
der Tablette 42, oder einer Form zur Schaffung einer Matrix
zur Steuerung der Rate der Freisetzung des Zusatzes in den Kraftstoff
gemischt werden. Der Kraftstoffzusatz kann des weiteren eine große Vielzahl
von Bindemitteln, Mischungsmitteln und Formtrennmittel umfassen.
Wenn der Zusatz in flüssiger Form
vorgesehen wird, ist bevorzugt, jedoch nicht erforderlich, den flüssigen Kraftstoffzusatz
mit einem geeigneten Mittel zu kombinieren, um ein festes oder halbfestes
Material zu bilden. Wie hier verwendet, umfaßt der Begriff Kraftstoffzusatz
jeden im Handel bekannten und/oder allgemein verwendeten Kraftstoffzusatz,
der dem Kraftstoff und/oder dem Motor und den damit verbundenen
Kraftstoffhandhabungskomponenten nützliche Eigenschaften verleiht. Übliche Klassen
von Kraftstoffzusätzen
umfassen: Antioxidantien, Verschleißschutzmittel, Zündbeschleuniger,
Korrosionshemmer, Demulgatoren, Dispergiermittel, Strömungsbeschleuniger,
Lubrizitätsmittel
und Metalldeaktivatoren.
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Die
Tabletten 42 des Kraftstoffzusatzes umfassen eine äußere Beschichtung 47,
die für
Kohlenwasserstoffe unlöslich
ist, welche die Kraftstoffzusatzzusammensetzungstablette ummantelt.
Die für Kohlenwasserstoffe
unlösliche
Beschichtung wird so ausgewählt,
daß sie
in Kohlenwasserstoffkraftstoffmischungen im wesentlichen unlöslich ist,
jedoch gegenüber
dem Kraftstoff durchlässig
ist, damit der Kraftstoff die Beschichtung durchdringen und den Kraftstoffzusatz
kontaktieren kann. Ein Teil des Kraftstoffzusatzes löst sich
in dem Kraftstoff, der durch die Beschichtung diffundiert wurde,
um eine Kraftstoffzusammensetzung zu schaffen, die den gelösten Kraftstoffzusatz
umfaßt.
Die Beschichtung kann eine harte Beschichtung oder eine weiche,
biegsame Beschichtung sein. Im allgemeinen kann jedes Beschichtungsmaterial
bei dieser Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Beschichtung
Kraftstoff Zugang zu der Kraftstoffzusatzzusammensetzung gestattet und
stromabwärtige
Kraftstoffsysteme, Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Ventile und
damit verbundene Motorkomponenten nicht schädigt.
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Typische
und bevorzugte Beschichtungsmaterialien sind im Handel erhältliche
Polymere, Copolymere und Blockpolymere, einschließlich, jedoch nicht
beschränkt
auf: Polyethylenglycol oder Polyvinylacetat und Mischungen davon.
Vorzugsweise ist die Beschichtung ausgewählt, um für eine wirksame Freisetzungsrate
des Zusatzes in den Kraftstoff zu sorgen. Unter wirksamer Freisetzungsrate
wird verstanden, daß der
Zusatz in einer Konzentration freigesetzt wird, die ausreicht, um
dem Kraftstoff und damit verbundenen Kraftstoffhandhabungskomponenten
günstige
Eigenschaften zu verleihen.
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Bei
anderen Ausführungsformen
kann der Kraftstoffzusatz innerhalb einer festen Matrix eingebettet
sein. Die Matrix kann entweder mit Bezug auf Kohlenwasserstoffe
löslich
oder unlöslich
sein. Falls das Matrixmaterial für
Kohlenwasserstoffe unlöslich ist,
muß der
Kraftstoff imstande sein, die Matrix zu durchdringen und den Kraftstoffzusatz
zu kontaktieren. Es ist besonders vorteilhaft, einen flüssigen Kraftstoffzusatz
in einer festen Matrix einzubetten. Dies sorgt für ein Mittel zum Steuern der
Rate, mit der der Zusatz in den Kraftstoff freigesetzt wird.
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Eine
alternative Konstruktion von 1 umfaßt das Ersetzen
der Vielzahl von beschichteten Tabletten 42 durch eine
geringere Anzahl von viel größeren Pellets
oder Tabletten. Durch Verringern des gesamten Oberflächenbereichs
des Kraftstoffzusatzes für
eine spezifische Masse der Kraftstoffzusatzzusammensetzung löst sich
die Zusatzzusammensetzung langsamer.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie vorstehend erwähnt, sind
die grundlegenden Filterkomponenten des Filters 110 die
gleichen wie diejenigen des Filters 10, und dementsprechend
wurden die gleichen Bezugszeichen für die grundlegenden Komponenten
verwendet. Alternative und zusätzliche
Komponenten werden mit der Präfixbezeichnung 100 bezeichnet.
Innerhalb des Filters 110 befindet sich die Kappe 136 und
die Basisplatte 34. Die Kappe 136 umfaßt eine
dort ausgebildete Öffnung 144.
Die Öffnung 144 kann
in der Form einer Diffusionsöffnung,
die durch ein Diffusionsrohr 148 gebildet ist, vorgesehen
sein. Ein Thermostat 164 ist in der Öffnung 144 vorgesehen.
Der Thermostat 164 ist zur Steuerung des Stroms von Kraftstoff
in die innere Kammer 40 geeignet und kann aus einer großen Vielfalt
von im Handel erhältlichen
Thermostaten ausgewählt
werden. Beispielsweise kann ein Thermostat vom Wachstyp zur Verwendung
bei der vorliegenden Erfindung geeignet sein. Bei einem bevorzugten
Betrieb öffnet
sich der Thermostat in Reaktion auf ein Temperaturniveau des Kraftstoffs
im Filter 110. Wenn der Thermostat geöffnet ist, gestattet der Thermostat
das Eintreten von Kraftstoff in die innere Kammer 40. Der
Thermostat 164 kann geeignet sein, sich in Reaktion auf
entweder Kraftstoff, der ausreichend warm ist, oder Kraftstoff,
der ausreichend kalt ist, zu öffnen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform öffnet sich
der Thermostat 164 in Reaktion auf Kraftstoff, der ausreichend
warm ist. Kraftstoffzusätze,
die warmem Kraftstoff zusätzliche
Vorteile verleihen, können
auf der Basis einer Freisetzung je nach Erfordernis freigesetzt
werden. Beispielsweise können dem
warmen Kraftstoff Antioxidantien und Dispergiermittel zugegeben
werden, um die Ablagerung von harzartigem Material auf dem Filterelement 16 zu hemmen.
Dispersionen können
vorgesehen werden, um das harzartige Material zu suspendieren oder
zu lösen,
die schließlich
in einem Motor (nicht gezeigt) verbrannt werden. Bei alternativen
Ausführungsformen öffnet sich
der Thermostat 164, wenn Kraftstoff im Filter 110 ausreichend
kalt ist. Kalter Kraftstoff kann ein Anzeichen für einen vor kurzem gefüllten Tank
oder von Kraftstoff sein, der durch den Kraftstoffilter nicht im
Kreislauf geführt
worden ist. In beiden Fällen
kann der kalte Kraftstoff zusätzliche
Zusätze zur
Verbesserung der Motorleistung und/oder Kraftstoffeffizienz erforderlich
machen. Unter bestimmten Bedingungen wird Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
(nicht gezeigt) zir kuliert, wo er erhitzt wird. Der erhitzte Kraftstoff
kann durch den Kraftstoffilter im Kreislauf geführt werden. Da der Kraftstoff
bereits durch den Kraftstoffilter geführt worden ist, ist eventuell
kein zusätzlicher
Zusatz erforderlich. So kann der Thermostat 164 sich schließen, wenn
der Kraftstoff ausreichend warm ist und die Zugabe des Kraftstoffzusatzes
zu dem erwärmten
Kraftstoff verhindern.
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Als
zusätzlichen
Nutzen können
die Tabletten 42 ein Gelverhütungsmittel für Dieselkraftstoff enthalten.
Der Thermostat 164 kann so betrieben werden, daß er sich
in Reaktion auf kühlen
oder kalten Kraftstoff öffnet.
Die Gelverhütungszusätze können auf
einer Basis der Freisetzung bei Bedarf in den Kraftstoff freigesetzt
werden, um die Motorleistung bei kaltem Wetter zu verbessern.
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Der
Kraftstoffilter 110 kann auch eine oder mehrere Umlenkplatten 150 enthalten,
muß diese
jedoch nicht enthalten. In gleicher Weise wie bei der Konstruktion
des Kraftstoffilters 10 sind die Umlenkplatten 150 in
der inneren Kammer 40 benachbart der Öffnung 144 in der
oberen Wand 162 angeordnet.
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Unter
Bezugnahme auf 4 ist ein weiterer Kraftstoffilter 210 gezeigt.
Die grundlegenden Filterkomponenten des Filters 210 sind
die gleichen wie diejenigen des Filters 10, und dementsprechend
wurden die gleichen Bezugszeichen für die grundlegenden Komponenten
verwendet. Alternative und zusätzliche
Komponenten sind mit der Präfixbezeichnung 200 bezeichnet.
Eine Kappe 236 und eine Grundplatte 34 befinden
sich innerhalb des Filters 210. Die Kappe 236 umfaßt eine
Doppelwandstruktur 267, die eine halbdurchlässige Membranscheibe
umfaßt,
der sandwichartig dazwischen angeordnet ist.
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Die
Kappe 236 weist eine innere Oberfläche 252 auf. Die innere
Oberfläche 252 weist
eine unitäre obere
Wand 262 auf, die mittig darin eine Öffnung 263 begrenzt.
Die innere Oberfläche 252 umfaßt daran
angeformt eine kleine ringförmige Lippe 264,
die für
die kreisförmige
Platte 265 als Halterung dient. Die Platte 265 dient
als zweite Wand in Zusammenarbeit mit der oberen Wand 262,
um dazwischen eine im wesentlichen zylindrische Diffusions- oder
osmotische Scheibe 248 in ihrer Lage zu halten. Das bevorzugte
Material für
die Diffusionsscheibe 248 ist ein mikroporöses Polymer,
Copolymer oder Blockcopolymer einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf:
Polyethylenglycol oder Polyvinylacetat und Mischungen davon. Die
Platte 265 begrenzt mittig eine Öffnung 266, die mit
der Öffnung 263 fluchtet.
Diese Kombination gestattet das allmähliche Wandern von Kraftstoff
in die innere Kammer 240, um die Tabletten 42 zu
kontaktieren. Die osmotische Scheibe 248 ist zwischen dem
Kraftstoffzusatz und der Auslaßöffnung 30 angeordnet,
durch die der gefilterte Kraftstoff, der den Kraftstoffzusatz enthält, in Richtung
zum Motor (nicht gezeigt) strömt.
Die Verwendung der halbdurchlässigen
Membran in der Form der Membran 248 gestattet nur ein allmähliches
Wandern eines Teils des Kraftstoffs in der Filterkammer 14 in
die innere Kammer 240. Dies sorgt für ein langsames Freisetzen
der Kraftstoffzusatzzusammensetzung in den Kraftstoff, um ein im
wesentlichen konstantes Niveau von Kraftstoffzusatz in dem Kraftstoffsystem
aufrechtzuerhalten.
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In 5 ist
ein weiterer erfindungsgemäßer Kraftstoffilter 310 gezeigt.
Die grundlegenden Filterkomponenten des Filters 310 sind
die gleichen wie diejenigen des Filters 10, und dementsprechend
wurden die gleichen Bezugszeichen für die grundlegenden Komponenten
verwendet. Alternative und zusätzliche
Komponenten sind mit der Präfixbezeichnung 300 bezeichnet.
Der Filter 310 umfaßt
eine Basisplatte 334 mit einem unteren Wandbereich 338. Der
untere Wandbereich 338 weist eine Öffnung 344 auf, die
dort ausgebildet ist, welche für
eine Fluidverbindung zwischen der inneren Kammer 340 und
der Filterkammer 314 sorgt. Die untere Wand 338 kann auch
ein axial vorstehendes verjüngtes
Diffusionsrohr 348 aufweisen. Das Diffusionsrohr 348 bildet
einen verjüngten Diffusionskanal
für die Öffnung 344, der
sich dort hindurch erstreckt und einen Kanal der Fluidverbindung
zwischen der inneren Kammer 340 und der Filterkammer 314 bildet.
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Vorzugsweise
umfaßt
die obere Wand 362 der Kappe 336 mindestens eine
Entlüftungsöffnung 346.
Bei einer alternativen Form kann die Auslaßendplatte 332 ein
im wesentlichen kreisförmiges,
hohles Entlüftungsrohr 372 umfassen,
das sich schräg
davon erstreckt und geeignet ist, sich von der Auslaßendplatte 332 durch
die Entlüftungsöffnung 346 zu erstrecken,
um eine Fluidverbindung zwischen dem Bereich 370, der sich
nahe dem Einlaß 328 befindet, und
der inneren Kammer 340 zu schaffen. Bei einer alternativen
Form weist die Auslaßendplatte
kein Entlüftungsrohr 372 auf
und die Entlüftungsöffnung 346 kann
in den inneren Bereich 337 der Filterkammer 14 entlüftet werden.
Beim Betrieb könnte,
nachdem die gesamte Luft in der inneren Kammer 340 durch
die Entlüftungsöffnung 346 ausgetreten
ist, ein Teil der Kraftstoffmischung in der inneren Kammer 340 aus
der Entlüftungsöffnung 346 in
den inneren Bereich 337 und den Auslaß 30, vorzugsweise
mit einer beträchtlich
niedrigeren Strömungsrate,
herausströmen,
als Kraftstoff aus dem ringförmigen
Raum 35 durch das Filterelement 16 und den Auslaß 30 strömt.
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In 6 ist
ein alternativer Kraftstoffilter 410 gezeigt. Der Kraftstoffilter 410 umfaßt einen
Kraftstoffzusatz in einer einzigen großen Tablette oder Patrone 442.
Während
es möglich
ist, die Kraftstoffzusatzpatrone 442 entweder in 1 oder 3 bis 5 aufzunehmen,
ist die Verwendung kleinerer beschichteter Tabletten bevorzugt.
Durch die Verwendung von kleineren Tabletten, kann eine größere Masse
an Kraftstoffzusatz in die innere Kammer ohne besondere Berücksichtigung
der Größe oder Form
der Kammer geladen werden.
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Während die
vorstehende Beschreibung mehrere Ausführungsformen zur Steuerung
der Freisetzung einer Kraftstoffzusatzzusammensetzung in den Kraftstoff
vorgesehen hat, ist er sichtlich, daß die innere Gehäuseanordnung
so ausgebildet werden kann, daß sie
eine Vielzahl von unterschiedlichen Strukturen und Öffnungen
aufweist, um das Wandern von Kraftstoff in die innere Kammer zu
gestatten. Bei bevorzugten Ausführungsformen
schafft die innere Kammer einen ruhigen Raum innerhalb der Filterkammer,
wo eine Quelle eines Kraftstoffzusatzes umgeben von einem Teil des
Kraftstoffs, der durch den Kraftstoffilter strömt, gegen die typischen Fluidkräfte geschützt ist,
die auf den Kraftstoff in dem Filter wirken.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Verbessern des Betriebs
eines Verbrennungsmotors. Bei einer Form wird die Verbesserung durch
das Steuern der Freisetzung eines Kraftstoffzusatzes in den Kraftstoff
geschaffen. Die gesteuerte Freisetzung des Zusatzes hält eine
konstante, gleichmäßige Konzentration
des Zusatzes in dem Kraftstoff aufrecht. Bei bevorzugten Ausführungsformen
wird der Zusatz auf gesteuerte Weise freigesetzt, um eine im wesentlichen
gleichmäßige Konzentration
des Zusatzes in dem Kraftstoff trotz der variierenden Menge an Kraftstoff,
die durch den Kraftstoffilter im Kreislauf geführt wird, aufrechtzuerhalten.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung verringert die Wartungszeit
und die Wartungskosten, verbessert die Motorleistung und erhöht die Kraftstoffeffizienz.
Bei einer anderen Form verbessert die Erfindung die brauchbare und/oder
effektive Lebensdauer von Kraftstoffiltern durch das Vorsehen von
Kraftstoffzusätzen,
die die Bildung von harzartigem Material wie Firnissen und Asphaltenen
wirksam hemmen und dabei helfen ein solches Material, das sich auf
die Kraftstoffhandhabungskomponenten abgesetzt hat, aufzubrechen oder
zu dispergieren.
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Erfindungsgemäß können ein
Diffusionsrohr, eine Diffusionsöffnung
und Umlenkplatten verwendet werden, um die Freisetzung von Kraftstoffzusatz
in den Kraftstoff zu verlangsamen. Die Beschichtung auf dem Kraftstoffzusatz
begrenzt auch die Rate des Zusatzes, der in den Kraftstoff gelöst wird.
Diese mechanischen und chemischen Anordnungen können mit einer Vielzahl von
kleineren Kraftstoffzusatzpellets, mit einer größeren Tablette oder mit einer
einzigen großen
Patrone des Kraftstoffzusatzes verwendet werden. Bei einem alternativen
Kraftstoffilter ist eine halbdurchlässige Membranscheibe sandwichartig
zwischen einer oberen Wand und einer Halteplatte angeordnet, um
für ein
langsames Freisetzungsmittel für
den Mechanismus aufgrund der Zusammensetzung der Scheibe zu sorgen.
Diese mechanische Anordnung kann mit einer Vielzahl von kleineren
Tabletten oder größeren Tabletten
oder einer anderen Form von Kraftstoffzusätzen verwendet werden. Des
weiteren kann ein Thermostat für
jede Form des vorstehend beschriebenen Kraftstoffilters in den Öffnungen enthalten
sein, um ein Bedarfsfreisetzungsmerkmal zur Verkörperung der vorliegenden Erfindung
zu schaffen. Der Thermostat öffnet
sich in Reaktion auf Kraftstoff, der ein Temperaturniveau innerhalb
eines vorbestimmten Temperaturbereichs aufweist und gestattet das
Wandern von Kraftstoff in die innere Kammer.