DE69815414T2

DE69815414T2 - Kraftstofffilter mit Entlüftungssystem

Info

Publication number: DE69815414T2
Application number: DE69815414T
Authority: DE
Inventors: Peter Francis Sheerness Kent Bradford
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: EP0858825B1; US5951862A; DE69815414D1; EP0858825A1; GB9702845D0

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Filter zur Verwendung beim Filtern von Kraftstoff, der einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe zugeleitet wird, die so angeordnet ist, dass unter hohem Druck stehender Kraftstoff seinerseits den Zylindern eines zugehörigen Verbrennungsmotors zugeleitet wird. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf einen Filter, bei dem Kraftstoff in einer im Wesentlichen radialen Richtung durch ein Filtermedium fließt, wobei der Kraftstoff aus einer äußeren, ringförmigen Kammer durch das Filtermedium zu einer inneren Kammer fließt.
Ein derartiger Filter ist in der DE-U-9315839 offenbart.
Die EP-A-0732133 offenbart einen Kraftstofffilter, der eine Axialfluss-Filterkassette mit einem zentralen, axialen Rohr besitzt, wobei diese Kassette zwischen einem Kopfteil und einem Wasserbehälter gestapelt ist. Der Stapel wird von einem Tragelement festgeklemmt, das eine mit dem oberen Teil des Behälters verbundene Lastübertragungsanordnung besitzt. Die äußeren Oberflächen der Lastübertragungsanordnung erleichtern die Wassersammlung und -abtrennung. Ein äußerer Ring dieser Lastübertragungsanordnung kann ringförmige Umlenkplatten besitzen, die sich nach unten in den Wasserbehälter erstrecken und eine ringförmige Luftsammelkammer begrenzen. Eine kleine Öffnung kann Luft aus der Kammer in das zentrale Rohr des Filterelements ablassen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Filter vom voranstehend beschriebenen Typ bereitzustellen, der die Trennung von Wasser und Luft durch den Filter aus dem Kraftstofffluss ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Filter mit einer innerhalb eines Gehäuses angeordneten Filterkassette bereitgestellt, worin das Gehäuse eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung besitzt, die Filterkassette und das Gehäuse eine äußere, ringförmige Kammer begrenzen, die mit der Einlassöffnung in Verbindung steht, die Filterkassette eine innere ringförmige Kammer begrenzt, die durch ein Filtermedium mit der äußeren ringförmigen Kammer in Verbindung steht, die Filterkassette und das Gehäuse eine Sedimentationskammer begrenzen, die mit der inneren ringförmigen Kammer in Verbindung steht, die Filterkassette eine Sedimentations-Umlenkplatte trägt, die innerhalb der Sedimentationskammer angeordnet ist, die Sedimentationskammer mit einem Auslasskanal in Verbindung steht, der sich durch die Filterkassette erstreckt, der Auslasskanal mit der Auslassöffnung in Verbindung steht, wobei die Sedimentationskammer weiterhin mit einer Luftsammelkammer in Verbindung steht, worin die Luftsammelkammer durch mindestens eine kleine Öffnung mit der Auslassöffnung in Verbindung steht.
Der Auslasskanal erstreckt sich zweckmäßig entlang der Achse der Filterkassette, wobei die Luftsammelkammer eine ringförmige Kammer umfasst, die den Auslasskanal umgibt und radial innerhalb der inneren ringförmigen Kammer gelegen ist, wobei sich der Auslasskanal nach unten über den Zugang zu der Luftsammelkammer hinaus erstreckt.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Filterkassette, die zur Verwendung in einem Filter vom voranstehend definierten Typ geeignet ist.
Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die eine Schnittansicht eines Filters gemäß einer Ausführungsform zeigt.
Der Filter in der beigefügten Zeichnung umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches Filtergehäuse oder Gefäß 10, das an seiner unteren Endfläche eine mit einem Schraubengewinde versehene Öffnung 12 besitzt, an die ein geeigneter Hahn oder Stopfen befestigt werden kann. Ein Filterkopf 14 ist auf dem oberen Ende des Gefäßes 10 befestigt, und dazwischen befindet sich ein O-Ring 16, um zwischen dem Filterkopf 14 und dem Gefäß 10 eine für Flüssigkeit undurchlässige Dichtung bereitzustellen. Der Filterkopf 14 ist mit einer einen Kraftstoffeinlass 18 darstellenden Öffnung und einer axialen, einen Kraftstoffauslass 20 darstellenden Öffnung versehen.
Eine Filterkassette 22 befindet sich innerhalb des Gefäßes 10, wobei die Filterkassette 22 eine obere, ringförmige Trägerplatte 24 und eine untere, ringförmige Trägerplatte 26 besitzt. Die obere ringförmige Trägerplatte 24 umfasst ein nach unten gerichtetes, sich axial erstreckendes Rohr 28, das sich unter die Ebene der unteren Trägerplatte 26 erstreckt. Die obere Trägerplatte 24 trägt auch ein nach unten gerichtetes Röhrenelement 30, das das Rohr 28 umgibt, wobei das untere Ende 32 des röhrenförmigen Elements 30 unterhalb der unteren Trägerplatte 26 winkelig nach außen geformt ist, um damit eine kegelförmige Sedimentations-Umlenkplatte mit großem Kegelwinkel zu bilden. Die untere, ringförmige Trägerplatte 26 ist oberhalb der Sedimentations-Umlenkplatte 32 am ringförmigen Element 30 befestigt, wobei die untere, ringförmige Trägerplatte 26 so geformt ist, dass sie eine Reihe von Öffnungen 26a definiert, die einen Durchlass zwischen der oberen Fläche der unteren Trägerplatte 26 und der oberen Fläche der Sedimentations-Umlenkplatte 32 ermöglichen.
Zwischen der oberen und der unteren Trägerplatte 24, 26 befindet sich ein Papier-Faltenfilterelement 34, wobei das Filterelement 34 eine im Querschnitt sternartige Form besitzt. Die obere und die untere Trägerplatte 24, 26 umfassen jeweils überstehende Ränder, die den äußeren Rand des Filterelements 34 fixieren, wodurch eine ringförmige Kammer 36 zwischen der Außenfläche des Filterelements 34 und der inneren Oberfläche des Gefäßes 10 gebildet wird. Die obere und die untere Trägerplatte 24, 26 sind auch mit formgebenden Strukturen versehen, die sicherstellen, dass der Innenrand des Faltenfilterelements 34 vom röhrenförmigen Element 30 beabstandet ist, um eine innere ringförmige Kammer 38 zu bilden, die durch das Papier-Faltenfilterelement 34 in Verbindung mit der äußeren ringförmigen Kammer 36 steht.
Die untere ringförmige Trägerplatte 26 trägt an ihrem Außenrand einen O-Ring 40, der so angeordnet ist, dass er an der Innenfläche des Filtergefäßes 10 anliegt, wobei die untere Trägerplatte 26 von einer im Gefäß vorgesehenen Stufe gestützt wird, damit die Filterkassette 22 innerhalb des Gefäßes korrekt angeordnet ist. Die obere Trägerplatte 24 ist an ihrem Außenrand so geformt, dass sie Flüssigkeits-Durchflussrinnen 24a bildet, die eine Verbindung zwischen der Einlassöffnung 18 und der äußeren, ringförmigen Kammer 36 ermöglichen. Die obere Trägerplatte 24 trägt weiterhin eine ringförmige Dichtung 42, um zwischen der oberen Trägerplatte 24 und dem Filterkopf 14 eine für Kraftstoff undurchlässige Dichtung bereitzustellen, wobei die Dichtung 42 so angeordnet ist, dass zwischen dem Inneren des sich axial erstreckenden Rohrs 28 und der Auslassöffnung 20 eine Verbindung möglich ist.
Mit der wie dargestellt innerhalb des Gefäßes 10 angeordneten Filterkassette 22 und mit dem darauf dicht angebrachten Filterkopf 14 wird der zusammengesetzte Filter so in ein Kraftstoff-Zuleitungssystem eingesetzt, dass die Einlassöffnung 18 mit einem Kraftstoffbehälter in Verbindung steht und die Auslassöffnung 20 mit einer Niederdruckpumpe in Verbindung steht, die wiederum so angeordnet ist, dass sie Kraftstoff an eine Hochdruckpumpe abgibt. Im Betrieb wird von der Niederdruckpumpe Kraftstoff durch die Einlassöffnung 18 angesaugt, wobei der Kraftstoff von der Einlassöffnung 18 durch die Durchflussrinnen 24a zur äußeren ringförmigen Kammer 36 fließt. Der Kraftstoff kann durch das Papier-Faltenfilterelement 34 zur inneren, ringförmigen Kammer 38 fließen, von wo der Kraftstoff durch die Öffnungen 26a nach unten in Richtung einer Sedimentationskammer 44 fließt, die vom Filtergefäß 10 und der unteren Trägerplatte 26 begrenzt wird. Die Sedimentations-Umlenkplatte 32 stellt sicher, dass der Kraftstoff mit relativ niedriger Geschwindigkeit entlang eines Fließweges von relativ großer Länge fließt. Die niedrige Geschwindigkeit des Kraftstoffs und die Länge des Fließweges fördern die Sedimentation, was dazu führt, dass Schmutzstoffe von relativ hoher Dichte, wie beispielsweise Wasser, vom Kraftstofffluss getrennt und am Boden der Sedimentationskammer 44 gesammelt werden. Auf ähnliche Weise sammeln sich Schmutzstoff von relativ niedriger Dichte, wie beispielsweise Luft, unterhalb der Sedimentations-Umlenkplatte 32 an und steigen zwischen dem röhrenförmigen Element 30 und dem sich axial erstreckenden Rohr 28 nach oben, wobei die Innenseite des röhrenförmigen Elements 30 und die Außenseite des sich axial erstreckenden Rohrs 28 eine Luftsammelkammer 46 begrenzen. Kraftstoff verlässt die Sedimentationskammer 44 durch das sich axial erstreckende Rohr 28, von wo er durch die Auslassöffnung 20 zur Niederdruckpumpe und anschließend zur Hochdruckpumpe fließen kann.
Das obere Ende der Luftsammelkammer 46 steht über eine schmale Öffnung 48 mit der Auslassöffnung 20 in Verbindung, und Luft, die sich innerhalb der Luftsammelkammer 46 ansammelt, kann in Form eines Stroms von kleinen Luftblasen mit einer kontrollierten Geschwindigkeit durch die Öffnung 48 entweichen. Es wurde festgestellt, dass es für den Betrieb der Hochdruckpumpe nicht schädlich ist, wenn es möglich ist, dass die Luft mit dem Kraftfluss in Form einer Reihe kleiner Luftbläschen mitgeführt wird, wohingegen aber der Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe beeinträchtigt wäre, wenn es möglich wäre, Luft in Form von großen Luftblasen mitzuführen.
Es sollte klar sein, dass durch eine Verlängerung des sich axial erstreckenden Rohrs 28 unter die Ebene der Sedimentations-Umlenkplatte 32, wie in der dargestellten Ausführungsform zu sehen, mit dem Kraftstofffluss mitgeführte Luft dazu neigt, eher in die Luftsammelkammer 46 einzutreten als durch das sich axial erstreckende Rohr 28 zu strömen, wodurch die Gefahr verringert ist, dass relativ große Luftblasen mit dem Kraftstofffluss zur Hochdruckpumpe mitgeführt werden.
Regelmäßig wird der Hahn oder Stopfen in der Öffnung 12 dazu verwendet, um Wasser und andere Schmutzstoffe mit hoher Dichte aus der Sedimentationskammer 44 abzulassen. In geeigneten Abständen wird die Filterkassette 22 durch eine frische Filterkassette ersetzt, und es sollte klar sein, dass dieser Austausch auch das Entfernen und Ersetzen der Sedimentations-Umlenkplatte 32 einschließt, da diese ein Teil der Filterkassette 22 bildet.
Es wird vermutet, dass durch die Vorsorge dafür, dass der Kraftstoff durch das Filterelement in einer radial nach innen gerichteten Richtung fließt, ein Verstopfen des Filtermediums aufgrund eines Wachseffekts verringert ist, da der Faltenabstand des Filtermediums nahe dem Außenrand der Kassette größer ist als er es nahe der inneren Kammer der Filterkassette ist. Es wird weiterhin vermutet, dass eine Anordnung, bei der die Sedimentation stattfindet, nachdem der Kraftstoff filtriert wurde, insofern vorteilhaft ist, als der Fluss von Kraftstoff und möglicherweise vorhandenen kleinen, von ihm mitgeführten Wassertröpfchen durch das Filtermedium dazu führt, dass die kleinen Wassertröpfchen agglomerieren, wobei sich relativ große Tröpfchen bilden, die durch den anschließenden Sedimentationsschritt des Filters effektiv entfernt werden.

Claims

Filter mit einer innerhalb eines Gehäuses (10) angeordneten Filterkassette (22), worin das Gehäuse (10) eine Einlaßöffnung (18) und eine Auslaßöffnung (20) besitzt, die Filterkassette (22) und das Gehäuse (10) eine äußere, ringförmige Kammer (36) begrenzen, die mit der Einlaßöffnung (18) kommuniziert, die Filterkassette (22) eine innere ringförmige Kammer (38) begrenzt, die durch ein Filtermedium (34) hindurch mit der äußeren ringförmigen Kammer (36) kommuniziert, die Filterkassette (22) und das Gehäuse (10) eine Sedimentationskammer (44) begrenzen, die mit der inneren ringförmigen Kammer (38) kommuniziert, die Filterkassette (22) eine Sedimentations-Umlenkplatte (32) trägt, die innerhalb der Sedimentationskammer (44) angeordnet ist, die Sedimentationskammer (44) mit einem Auslaßkanal (28) kommuniziert, der sich durch die Filterkassette (22) erstreckt, und der Auslaßkanal (28) mit der Auslaßöffnung (20) kommuniziert, wobei die Sedimentationskammer (44) weiterhin mit einer Luftsammelkammer (46) kommuniziert, worin die Luftsammelkammer (46) durch mindestens eine kleine Öffnung (48) mit der Auslaßöffnung (20) kommuniziert.
Filter nach Anspruch 1, worin sich der Auslaßkanal (28) entlang der Achse der Filterkassette (22) erstreckt, wobei die Luftsammelkammer (46) eine ringförmige Kammer umfaßt, die den Auslaßkanal (28) umgibt und radial innerhalb der inneren ringförmigen Kammer (38) gelegen ist, wobei sich der Auslaßkanal (28) nach unten über den Zugang zur Luftsammelkammer (46) hinaus erstreckt.
Filter nach Anspruch 2, worin sich der Auslaßkanal (28) nach unten über den untersten Teil der Umlenkplatte (32) hinaus erstreckt.
Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Außenkante der Umlenkplatte (32) in Nachbarschaft zum Gehäuse (10) angeordnet ist.
Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Filtermedium (34) ein Papier-Faltenfilterelement mit einer im Querschnitt sternartigen Form umfaßt, wobei Kraftstoff von der äußeren ringförmigen Kammer (36) aus in einer im wesentlichen radialen, nach innen gerichteten Richtung durch das Filtermedium (34) hindurch zur inneren ringförmigen Kammer (38) fließt.
Filterkassette zur Verwendung in einem ein Gehäuse (10) umfassenden Filter, wobei die Filterkassette umfaßt: eine innere ringförmige Kammer (38), die im Betrieb mit einer äußeren, ringförmigen, zwischen der Filterkassette (22) und dem Gehäuse (10) befindlichen und von diesen begrenzten Kammer (36) kommuniziert, ein Filtermedium (34), das zwischen der inneren und der äußeren ringförmigen Kammer (36, 38) angeordnet ist, eine Sedimentations-Umlenkplatte (32), die sich im Betrieb innerhalb einer zwischen dem Gehäuse (10) und der Filterkassette (22) befindlichen und von diesen begrenzten Sedimentationskammer befindet, wobei die innere ringförmige Kammer (38) mit der Sedimentationskammer (44) kommuniziert, einen Auslaßkanal (28) und eine Luftsammelkammer (46), die im Betrieb beide mit der Sedimentationskammer kommunizieren, und mindestens eine schmale Öffnung (48), durch die Luft kontrolliert aus der Luftsammelkammer (46) entweichen kann.