WO2009071357A1 - Vorrichtung und verfahren zum betrieb eines kraftstofffilters - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum betrieb eines kraftstofffilters Download PDF

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WO2009071357A1
WO2009071357A1 PCT/EP2008/063336 EP2008063336W WO2009071357A1 WO 2009071357 A1 WO2009071357 A1 WO 2009071357A1 EP 2008063336 W EP2008063336 W EP 2008063336W WO 2009071357 A1 WO2009071357 A1 WO 2009071357A1
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sensor
fuel
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Michael Micke
Holger Schwarz
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Mann+Hummel Gmbh
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    • F02M37/28—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by water separating means with water detection means with means activated by the presence of water, e.g. alarms or means for automatic drainage
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    • F02M37/32—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by filters or filter arrangements

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for operating a fuel filter, in particular for diesel fuel, with a membrane for the purification of water separated from the fuel, according to the preamble of the device and the Anlagenshaupt threads.
  • the separated and guided over the membrane water should be relatively clean at the outlet so that it can be easily routed into the environment.
  • the quality of the separated and discharged water should also be ensured over a longer period of operation of the membrane, since z. B. cracks or defects could occur in the membrane or the membrane is blocked and sufficient flow performance is no longer guaranteed, which would necessitate an exchange of the membrane.
  • the invention is based on a device for operating a fuel filter with a membrane for the purification of separated water from the fuel whose functioning is to be monitored in a simple manner.
  • a detection device for detecting the flow rate of the membrane with which at least the time span of the change in the water level between a signal of the sensor for the maximum and the sensor for the minimum water level can be detected and that an evaluation unit for the evaluation of the signals the detection device and for signaling a detected due to a given flow behavior or expected malfunction of the membrane is present.
  • the flow rate of the membrane can thus be detected in a simple manner while driving the motor vehicle or during a service stay, the current state, or the flow rate of the membrane. It is hereby possible to make a simple estimation of whether the membrane, its sealing or its sealing is defective, whether or when the membrane needs to be replaced for lack of sufficient flow or if and how often the membrane due to, for example, diesel fuel with particularly high proportions of water particularly high amounts of water had to carry. In each In the case can be signaled with the detection device according to the invention an indication of any necessary exchange of the membrane.
  • the detection of the membrane state according to the invention is particularly suitable for a flexible maintenance interval for the fuel filter to enable. Furthermore, this detection significantly increases the safety of the entire Wasserabscheidesystems in the fuel filter with a water purifier because z. B. cracks or defects in the membrane of the water purification device can be reliably detected and then appropriate measures, such as an exchange, can be initiated.
  • the flow behavior of the water is therefore advantageously measured according to the invention and the results are preferably stored electronically.
  • This can be z. B. in a built-in filter system, electronic evaluation with a memory or in the central control unit of the vehicle.
  • a flow sensor for the water flowing there is attached and / or that in the housing of the water purification device as a further component of the detection device, a pressure sensor for the existing water is attached ,
  • a first embodiment of a method according to the invention is measured with the detection device, the period of change in the water level between the maximum and the minimum water level in the discharge of water from the reservoir and stored when falling below and / or when exceeding a predetermined length of the period This is used to detect a malfunction or a required replacement of the membrane.
  • a continuous measurement of the change in the water level over time with corresponding sensors is possible.
  • one sensor detects the minimum level and another sensor the maximum level of the water in the collecting container, as described in the DE10 2005 024 481 A1 cited at the outset as prior art, and the time span between the two Signals are measured and stored. It is there- possible to store all discharge cycles of the water, the highest measured Austragszeitspanne or only a part, or always the last discharge process, and to use for the detection of the operating state of the membrane.
  • the limits of the period can be specified depending on the type and size of the membrane, the amount of water produced and the proportion of dissolved and dispersed hydrocarbons in the water.
  • this can also be used as a further signal for an exchange of the membrane, since then possibly due to poor fuel quality particularly high amounts of water were deposited through the fuel filter.
  • the membrane performance is reduced and in extreme cases the membrane must be replaced sooner than intended.
  • the volume of the water flowing in the connecting channel between the collecting space and the water purification device can also be detected in an advantageous manner with the detection device and, if it falls below a predetermined limit and / or This can be used for detecting a malfunction or the signaling of a required exchange of the membrane.
  • the pressure of the present in the water purification device water can be detected and when falling below and / or exceeding a predetermined pressure range, this can be used to detect a malfunction of the membrane.
  • the discharge system according to the invention may, ev. Indirectly, give indications of the microbiology in the entire fuel system; For example, if bacteria are present on the membrane, they will most likely be present in other parts of the fuel system as well.
  • FIG. 1 shows a section through a fuel filter with a Wasserabscheidesystem equipped for water purification with a membrane
  • Figure 2 is a representation of the function of the discharge times of the water from a plenum of the fuel filter over the operating life of the membrane and
  • Figure 3 is a block diagram of an electronic circuit for a sequence of the method according to the invention for signaling a detected due to a predetermined flow behavior of the membrane malfunction of the membrane.
  • a fuel filter 1 for the fuel supply of a not further explained internal combustion engine is shown in section.
  • the fuel filter 1 has a housing 2 with an inlet 3 and an outlet 4, wherein a filter element 5 for filtering the fuel, in particular solid foreign particles, is arranged in the housing 2.
  • the filter element 5 encloses a clean side 6 to the outlet 4, which is sealingly separated from a raw side 7 which flows in via the inlet 3.
  • the collecting space 9 is arranged geodetically below in the housing 2.
  • sensors 10 for detecting a maximum and sensors 11 for detecting a minimum water level in the collecting space 9 are arranged.
  • the housing 2 has below the collecting space 9 via an outlet 12, through which the water discharge from the collecting space 9, controlled by a valve 13, is feasible.
  • the discharged water passes into a water purification device 14, in which in a housing 15, a membrane 16 is glued sealingly.
  • the membrane 16, for example made of ceramic, is designed such that only purified water can pass through, since for fuel molecules the membrane 16 is largely impermeable.
  • the purified water 17 may then be let out through an outlet 18.
  • FIG. 1 is shown in simplified form that the control of the valve 13 via the signals of the sensors 10 and 11 can be carried out.
  • the dashed signal line 20 indicates how the valve 13 and a detection device 21 are acted upon by this signal, wherein in the detection device 21, above all, the time span of the discharge time of the water controlled by the valve 13 is detected and evaluated.
  • a signal line 22 is indicated, as with a corresponding sensor 23 in the flow of water and the volume flow of water and a signal line 24 with a corresponding sensor 25 and the pressure of the water is detected and evaluated.
  • a block 26 for coupling the signal lines 20, 23 and 24 and a computing and memory module 27 for evaluating the signals and a signaling 28 are indicated schematically.
  • the membrane 16 can be operated for a very long time in the region between point B and point C, so that it can be defined as the operating region BC, depending on the type of membrane, membrane size, amount of water and However, the proportion of dissolved and dispersed hydrocarbons in the water may vary.
  • the operating range BC falls below, that is, that the discharge is less than a minimum predetermined (at point A), there is a defect of the membrane 16.
  • an alarm signal is triggered, which indicates to the driver of the motor vehicle that he must approach the next service station and replace the membrane 16.
  • the valve 13 is closed at a signal from the sensor 11 (minimum sensor), so that no fuel can be discharged into the environment.
  • the range marked as security area CD in FIG. 2 can be defined, for example, such that a reliable discharge of the water to the designed amount of water is still possible and only when the vehicle is serviced, a message to the service technician takes place and the membrane 16 is exchanged can be.
  • the driver receives a corresponding error message z. B. can be signaled as an optical or acoustic signal in the cab and an immediate or early replacement of the membrane 16 calls.
  • Delivers the sensor 10 for the maximum water level in the plenum 9 of Figure 1 for a long time unchanged a signal for pending water it is assumed that due to poor fuel quality particularly high amounts of water were deposited through the filter 5. In this case, depending on the amount and frequency of high amounts of water, the performance of the membrane 16 is reduced and the membrane 16 must be exchanged earlier than intended in an extreme case.
  • an operating range BC a safety range CD and an alarm range> D
  • area of the membrane 16 100 cm 3
  • operating pressure 6 bar
  • water volume in the collecting space 9 200 mL
  • initial discharge time (Point A) 4 min ( ⁇ 4 min corresponds to alarm)
  • discharge time until point C is reached 16 min
  • discharge time until point D is reached 80 min.
  • FIG 3 an example of the flow of the inventive method for implementation by means of a corresponding electronic circuit 30 is shown in simplified form, wherein for the individual steps without special reference numerals to the function information in the respective blocks associated with the steps reference is made.
  • ECU detection unit 21
  • Temperaturchecks must first be ensured that there is also a defined volume of water between the sensor 10 (maximum) and the sensor 11 (minimum) of Figure 1.
  • the sensor signals are denoted here for the sensor 10 with S2 and for the sensor 11 with S2 in each case with 0 or 1.
  • the additional logic is present as a delay loop 31, by which a measurement is considered to be correct and stored only if within a predetermined time (in this case 10 s) no measurement is taken. ne change in the water level measured at the sensor 10 takes place, ie when no more water flows from the deposit on the filter 5.
  • the time periods .DELTA.t the discharge times of the water are evaluated based on the threshold values for the signaling of the state of the membrane 16 to the driver of the motor vehicle and then output the signalized in the blocks signaling to the driver.
  • the calculation can be done by depositing a functional equation z. B. in the detection unit with the electronic circuit 30.
  • the fuel may thus max. Contain 0.84% splash water to ensure a safe discharge without the water is present on the filter 5.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftstofffilters (1) mit einer Membran (16) zur Reinigung von aus dem Kraftstoff abgeschiedenen Wassers mit einem geodätisch unten liegenden Sammelraum (9) für das Wasser in einem Gehäuse (2) des Kraftstofffilters (1) vorgeschlagen, mit mindesten jeweils einem Sensor (10,11) für dem maximalen (10) und für den minimalen (11) Wasserpegel im Sammelraum (9), mittels denen ein Ventil (13) zwischen dem Sammelraum (9) und einem die Membran (16) enthaltenen Wasserreinigungsgerät (14) zum Austrag des Wassers aus dem Sammelraum (9) steuerbar ist. Es ist eine Detektionseinrichtung (21) zur Erfassung des Flussverhaltens des Wassers zwischen dem Sammelraum (9) und dem Wasserreinigungsgerät (14) vorhanden, mit der zumindest die Zeitspanne (Δ t) der Veränderung des Wasserpegels zwischen einem Signal des Sensors (10) für dem maximalen und des Sensors (11) für den minimalen Wasserpegel erfassbar ist und dass eine Rechen- und Speichereinheit (27) für die Auswertung der Signale in der Detektionseinrichtung (21) und zur Signalisierung (28) einer Abweichung von einem vorgegebenen Flussverhalten der Membran (16) vorhanden ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines Kraftstofffilters
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftstofffilters, insbesondere für Dieselkraftstoff, mit einer Membran zur Reinigung von aus dem Kraftstoff abgeschiedenem Wasser, nach der Gattung des Vorrichtungs- und des Verfahrenshauptanspruchs.
Stand der Technik
[0002] Es ist beispielsweise aus der DE 10 2005 024 481 A1 bekannt, dass bei einer solchen Vorrichtung Wasser aus einem Kraftstofffilter abgeschieden wird. Bei Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge muss in verschiedenen Regionen der Welt mit stark unterschiedlichen Wassermengen im Kraftstoff, insbesondere bei Dieselkraftstoff, gerechnet werden, der für die Verbrennungsmotoren schädlich ist. Da das abgeschiedene Wasser schwerer ist als der Kraftstoff, sinkt das Wasser in den unteren Bereich des Kraftstofffilters ab und sammelt sich in einem Sammelraum. Das abgeschiedene Wasser wird dann über ein Ventil einer Membran, vorzugsweise aus einem anorganischen Material, in einem Wasserreinigungsgerät zugeführt. In dem Sammelraum sind dazu Wasserpegelsensoren angeordnet, welche mit dem Ventil verbunden sind und dieses steuern. [0003] Die Membran ist derart ausgestaltet, dass nur gereinigtes Wasser hindurchtreten kann. Für Kraftstoffmoleküle ist die Membran undurchlässig. Die Membran verfügt beim Stand der Technik beispielsweise über Kanalstrukturen, welche an einer Seite dichtend verschlossen sind. Der Verschluss ist aus einem wasser- und kraftstoffbeständigen Material erzeugt, damit der Verschluss dauerhaft die Kanalstrukturen verschließt.
[0004] Das abgeschiedene und über die Membran geleitete Wasser sollte dabei beim Auslass relativ sauber sein, damit es einfach in die Umwelt geleitet werden kann. Die Qualität des abgeschiedenen und herausgeleiteten Wassers sollte dabei auch über eine längere Betriebsdauer der Membran sichergestellt sein, da z. B. Risse oder Defekte in der Membran auftreten könnten oder aber die Membran verblockt ist und keine ausreichende Flussleistung mehr gewährleistet ist, was einen Austausch der Membran notwendig machen würde.
Offenbarung der Erfindung
[0005] Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftstofffilters mit einer Membran zur Reinigung von abgeschiedenem Wasser aus dem Kraftstoff aus, deren Funktionsfähigkeit auf einfache Weise überwacht werden soll.
[0006] Bekannt ist dazu, dass bei einer solchen Vorrichtung das aus dem Kraftstoff abgeschiedene Wasser in einem geodätisch unten liegenden Sam- melraum im Gehäuse des Kraftstofffilters sich sammelt und dass mindestens jeweils ein Sensor für dem maximalen und einer für den minimalen Wasserpegel im Sammelraum vorhanden ist, mittels denen ein Ventil zwischen dem Sammelraum und einem die Membran enthaltenen Wasserreinigungsgerät zum Austrag des Wassers aus dem Sammelraum steuerbar ist. Erfindungsgemäß ist in vorteilhafter Weise eine Detektionseinrichtung zur Erfassung der Flussleistung der Membran vorhanden, mit der zumindest die Zeitspanne der Veränderung des Wasserpegels zwischen einem Signal des Sensors für den maximalen und des Sensors für den minimalen Wasserpegel erfassbar ist und dass eine Auswerteinheit für die Auswertung der Signale der Detektionseinrichtung und zur Signalisierung einer aufgrund eines vorgegebenen Flussverhaltens detektierten oder zu erwartenden Fehlfunktion der Membran vorhanden ist.
Über die erfindungsgemäße Auswertung der Flussleistung der Membran kann somit auf einfache Weise im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges oder während eines Serviceaufenthaltes der aktuelle Zustand, bzw. die Flussleistung der Membran detektiert werden. Es ist hiermit eine einfache Abschätzung möglich, ob die Membran, deren Versiegelung oder deren Abdichtung defekt ist, ob bzw. wann die Membran mangels ausreichender Flussleistung ausgetauscht werden muss oder ob und wie oft die Membran aufgrund von beispielsweise Dieselkraftstoff mit besonders hohen Wasseranteilen besonders hohe Wassermengen austragen musste. In je- dem Fall kann mit der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung ein Hinweis auf einen eventuell notwendigen Tausch der Membran signalisiert werden.
[0008] Da, wie eingangs erwähnt, mit stark unterschiedlichen Wassermengen im Kraftstoff in verschiedenen Regionen der Welt gerechnet werden muss und die Qualität des abgeschiedenen Wassers sich ebenfalls stark unterscheidet, ist die erfindungsgemäße Erfassung des Membranzustandes besonders dafür geeignet, ein flexibles Wartungsintervall für den Kraftstofffilter zu ermöglichen. Weiterhin erhöht diese Erfassung erheblich die Sicherheit des gesamten Wasserabscheidesystems im Kraftstofffilter mit einem Wasserreinigungsgerät, da z. B. Risse oder Defekte in der Membran des Wasserreinigungsgeräts sicher erkannt werden können und dann geeignete Maßnahmen, wie ein Austausch, eingeleitet werden können.
[0009] Um eine sinnvolle Erfassung des Betriebszustandes des Kraftstofffilters zu erzielen, wird daher erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise das Flussverhalten des Wassers gemessen und die Ergebnisse werden vorzugsweise elektronisch gespeichert. Dies kann z. B. in einer im Filtersystem integrierten, elektronischen Auswerteeinheit mit einem Speicher oder aber im zentralen Steuergerät des Kraftfahrzeugzeugs erfolgen.
[0010] Außer der Zeitspanne, die beim Wasseraustrag zwischen den Signalen von zwei Wasserpegelsensoren verstrichen ist, kommen auch noch ande- re Messgrößen in Betracht. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in einem Verbindungskanal zwischen dem Sammelraum und dem Wasserreinigungsgerät als weiterer Bestandteil der Detektionseinrichtung ein Volumenstromsensor für das dort fließende Wasser angebracht ist und/oder dass im Gehäuse des Wasserreinigungsgeräts als weiterer Bestandteil der Detektionseinrichtung ein Drucksensor für das dort vorhandene Wasser angebracht ist.
[0011] Gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit der Detektionseinrichtung die Zeitspanne der Veränderung des Wasserpegels zwischen dem maximalen und dem minimalen Wasserpegel beim Austrag des Wassers aus dem Sammelbehälter gemessen und gespeichert und beim Unterschreiten und/oder beim Überschreiten einer vorgegebenen Länge der Zeitspanne wird dies zur Erfassung einer Fehlfunktion oder eines erforderlichen Austauschs der Membran herangezogen. Alternativ ist auch eine kontinuierliche Messung der Veränderung des Wasserpegels über der Zeit mit entsprechenden Sensoren möglich.
[0012] In der einfachsten Ausführungsform erfasst ein Sensor den Minimalpegel und ein weiterer Sensor den Maximalpegel des Wassers im Sammelbehälter, wie es für sich gesehen in der eingangs als Stand der Technik angeführten DE10 2005 024 481 A1 beschrieben ist, und die Zeitspanne zwischen diesen beiden Signalen wird gemessen und gespeichert. Es ist da- bei möglich, sämtliche Austragszyklen des Wassers, die höchste gemessene Austragszeitspanne oder aber nur einen Teil, bzw. immer den letzten Austragsvorgang, zu speichern und für die Erfassung des Betriebszustandes der Membran heranzuziehen.
[0013] Die Grenzwerte der Zeitspanne können dabei in Abhängigkeit von der Art und der Größe der Membran, der anfallenden Wassermenge und dem Anteil der gelösten und dispergierten Kohlenwasserstoffe im Wasser vorgegeben werden.
[0014] Für den Fall einer langen Signalisierung eines maximalen Wasserpegels kann beispielsweise dies auch als ein weiteres Signal für einen Austausch der Membran herangezogen werden, da hier dann eventuell aufgrund von schlechter Kraftstoffqualität besonders hohe Wassermengen durch den Kraftstofffilter abgeschieden wurden. In diesem Fall reduziert sich, je nach Menge und Häufigkeit hoher Wassermengen, die Membranleistung und die Membran muss im Extremfall früher ausgetauscht werden als vorgesehen.
[0015] Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in vorteilhafter Weise mit der Detektionseinrichtung auch das Volumen des im Verbindungskanal zwischen dem Sammelraum und dem Wasserreinigungsgerät fließenden Wassers erfasst werden und bei einem Unterschreiten und/oder bei einem Überschreiten eines vorgegebenen VoIu- menstrombereichs kann dies zur Erfassung einer Fehlfunktion bzw. der Signalisierung eines erforderlichen Austauschs der Membran herangezogen werden.
[0016] Weiterhin kann mit der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung auch der Druck des im Wasserreinigungsgerät vorhandenen Wasser erfasst werden und bei einem Unterschreiten und/oder bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Druckbereichs kann dies zur Erfassung einer Fehlfunktion der Membran herangezogen werden.
[0017] Bei einem Abfall des Betriebsdruckes im Gehäuse des Wasserreinigungsgeräts nach einem Schließen des Ventils korreliert dies direkt mit der Flussleistung der Membran und ist somit ebenfalls geeignet, den Betriebszustand der Membran zu erfassen. Aus einfache Weise kann dazu lediglich der Druck direkt nach dem Schließen des Ventils und dann nach einer vorgegebenen Zeit, z. B. nach drei Minuten, gemessen werden. Eine zusätzliche Information bekommt man jedoch, wenn eine kontinuierliche Druckabfallkurve aufgenommen wird. Dies bedeutet, dass nach dem Schließen des Ventils der Druck kontinuierlich über eine festgelegte Zeit, z. B. zehn Minuten, gemessen und gespeichert wird, sodass hierdurch weitere Informationen aus dem System abgefragt werden können.
[0018] Zusammenfassen ist somit festzustellen, dass mit der Erfindung eine deutliche Erhöhung der Sicherheit des Betriebes einer Membran im Kraftstoff- filter eines Fahrzeugs durch Erkennung von Membrandefekten und verstopften Membranporen erreicht ist. Zusätzlich ist es möglich, den Betriebszustand der Membran direkt im Fahrzeug durch Rückmeldung an den Fahrer oder aber beim Service des Kraftfahrzeugs zu erkennen. Dadurch kann je nach eingesetzter Membran, z. B. Permeationsleistung, Membranfläche, Geometrie und Fahrbedingungen, Wassermenge und Temperatur, flexibel reagiert und ein Service bei Bedarf durchgeführt werden.
[0019] Auch ist es mit der Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass eine De- tektion einer Verblockung durch einen mikrobiologischen Biofilm durchgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Austragssystem kann, ev. indirekt, Hinweise auf die Mikrobiologie im gesamten Kraftstoffsystem geben; wenn beispielsweise Bakterien an der Membran vorhanden sind, werden diese höchstwahrscheinlich auch in anderen Teilen des Kraftstoffsystems vorhanden sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0020] Die Erfindung wird anhand der Figuren der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Kraftstofffilter mit einem Wasserabscheidesystem, das zur Wasserreinigung mit einer Membran ausgestattet ist, Figur 2 eine Darstellung der Funktion der Austragszeiten des Wassers aus einem Sammelraum des Kraftstofffilters über der Betriebsdauer der Membran und
Figur 3 ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung für einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Signalisierung einer aufgrund eines vorgegebenen Flussverhaltens der Membran detektierten Fehlfunktion der Membran.
Ausführungsform(en) der Erfindung
[0021] In Figur 1 ist ein Kraftstofffilter 1 für die Kraftstoffversorgung eines hier nicht weiter erläuterten Verbrennungsmotors im Schnitt dargestellt. Der Kraftstofffilter 1 verfügt über ein Gehäuse 2 mit einem Einlass 3 und einem Auslass 4, wobei im Gehäuse 2 ein Filterelement 5 zur Filtrierung des Kraftstoffs von insbesondere festen Fremdpartikeln angeordnet ist. Das Filterelement 5 umschließt eine Reinseite 6 zum Auslass 4, welche dichtend von einer über den Einlass 3 angeströmten Rohseite 7 getrennt ist.
[0022] An dem Filterelement 5 scheiden sich hier schematisch angedeutete Wassertröpfchen 8 ab, welche in einen Sammelraum 9 absinken. Der Sammelraum 9 ist geodätisch unten im Gehäuse 2 angeordnet. Im Bereich des Sammelraums 9 im Gehäuse 2 sind Sensoren 10 für die Erfassung eines maximalen und Sensoren 11 für die Erfassung eines minimalen Wasserpegels im Sammelraum 9 angeordnet. [0023] Das Gehäuse 2 verfügt unterhalb des Sammelraums 9 über einen Auslass 12, durch welchen der Wasseraustrag aus dem Sammelraum 9, gesteuert mit einem Ventil 13, durchführbar ist. Über das Ventil 13 gelangt das ausgetragene Wasser in ein Wasserreinigungsgerät 14, bei dem in einem Gehäuse 15 eine Membran 16 dichtend eingeklebt ist. Die Membran 16, zum Beispiel aus Keramik, ist derart ausgebildet, dass nur gereinigtes Wasser hindurchtreten kann, da für Kraftstoffmoleküle die Membran 16 weitgehend undurchlässig ist. Das gereinigte Wasser 17 kann dann über einen Auslass 18 herausgelassen werden.
[0024] In der Figur 1 ist vereinfacht dargestellt, dass die Steuerung des Ventils 13 über die Signale der Sensoren 10 und 11 erfolgen kann. Mit der gestrichelten Signalleitung 20 ist angedeutet, wie das Ventil 13 und eine Detektion- seinrichtung 21 mit diesem Signal beaufschlagt wird, wobei in der Detekti- onseinrichtung 21 vor allem die Zeitspanne der durch das Ventil 13 gesteuerten Austragszeit des Wassers erfasst und ausgewertet wird. Mit einer Signalleitung 22 ist angedeutet, wie mit einem entsprechenden Sensor 23 im Fluss des Wassers auch der Volumenfluss des Wassers und über eine Signalleitung 24 mit einem entsprechenden Sensor 25 auch der Druck des Wassers erfasst und ausgewertet wird. In der Detektionsein- richtung 21 ist dazu ein Baustein 26 zur Koppelung der Signalleitungen 20, 23 und 24 und ein Rechen- und Speicherbaustein 27 zur Auswertung der Signale und einer Signalisierung 28 schematisch angedeutet. [0025] In Figur 2 ist eine Kurve dargestellt, die den typischen Verlauf der Aus- tragszeiten, entsprechen den jeweiligen Zeitspannen Δ t, des Wassers aus dem Sammelraum 9 nach der Figur 1 über die Betriebszeit der Membran 16 zeigt. Bei neuen Membranen 16 ist mit einem sehr hohen Fluss und daher einer sehr kurzen Austragszeit (Punkt A) zu rechnen, dieser nimmt dann aber aufgrund einer Deckschlichtbildung auf der Membran 16 schnell ab, wie es aus der stark ansteigenden Austragszeit (Punkt B) über der Betriebsdauer zu entnehmen ist und sinkt dann deutlich langsamer weiter ab (Punkt C und D). Nachdem sich also die Deckschicht an der Oberfläche der Membran 16 ausgebildet hat, kann die Membran 16 sehr lange im Bereich zwischen Punkt B und Punkt C betrieben werden, sodass dieser als Betriebsbereich BC definiert werden kann, der je nach Membranart, Membrangröße, anfallende Wassermenge und Anteil der gelösten und dispergierten Kohlenwasserstoffe im Wasser jedoch variieren kann.
[0026] Wird der Betriebsbereich BC unterschritten, das heißt, dass die Austragszeit kleiner ist als minimal vorgegeben (unter Punkt A), liegt ein Defekt der Membran 16 vor. In diesem, mit dem schraffierten Bereich 29 gekennzeichneten Fall, wird ein Alarmsignal ausgelöst, welches den Fahrer des Kraftfahrzeugs darauf hinweist, dass er die nächste Servicestation anfahren und die Membran 16 austauschen muss. Vor allem bei einer vollständigen Speicherung der Austragszeiten über mehrere Austragszyklen können hierbei auch kleinere Defekte anhand von untypischen Veränderun- gen im Fluss an der Membran 16 detektiert werden. Zusätzlich wird das Ventil 13 bei einem Signal des Sensors 11 (Minimal-Sensor) geschlossen, sodass kein Kraftstoff in die Umgebung abgegeben werden kann.
[0027] Wird der Betriebsbereich BC überschritten, das heißt die Austragszeit ist größer ist als maximal durch den Punkt C vorgegeben, ist der Fluss der Membran 16 zu stark abgesunken und ein Membrantausch wird empfohlen. In diesem Fall kann eine Signalisierung in zwei oder mehreren verschiedenen Varianten erfolgen. Der in der Figur 2 als Sicherheitsbereich CD markierte Bereich kann zum Beispiel so definiert werden, dass ein sicherer Austrag des Wassers auf die ausgelegte Wassermenge noch möglich ist und lediglich beim Service des Fahrzeugs eine Meldung an den Servicetechniker erfolgt und dann ein Tausch der Membran 16 vorgenommen werden kann.
[0028] Sobald jedoch der Punkt D erreicht oder überschritten wird, kann die Wassermenge nicht mehr sicher ausgetragen werden oder der Volumenstrom des Wasserreinigungsgeräts 14 ist höher als die normale Austragsleistung der Membran 16, sodass auch dieser Fall dem Alarmbereich 29 zugeordnet werden kann. Dann erhält der Fahrer eine entsprechende Fehlermeldung, die z. B. als optisches oder akustisches Signal im Fahrerhaus signalisiert werden kann und einen sofortigen oder baldigen Austausch der Membran 16 fordert. [0029] Liefert der Sensor 10 für den maximalen Wasserpegel im Sammelraum 9 nach der Figur 1 für längere Zeit unverändert ein Signal für anstehendes Wasser, ist davon auszugehen, dass aufgrund von schlechter Kraftstoffqualität besonders hohe Wassermengen durch den Filter 5 abgeschieden wurden. In diesem Fall reduziert sich, je nach Menge und Häufigkeit hoher Wassermengen, die Leistung der Membran 16 und die Membran 16 muss im Extremfall früher ausgetauscht werden als vorgesehen.
[0030] Als Beispiel für die physikalischen Werte eines solchen Betriebsbereiches BC, eines Sicherheitsbereiches CD und eines Alarmbereiches >D können folgende Werte herangezogen werden: Fläche der Membran 16 = 100cm3, Betriebsdruck = 6bar, Wasservolumen im Sammelraum 9 = 200 mL, initiale Austragszeit (Punkt A) = 4 min (< 4 min entspricht Alarm), Austragszeit bis Punkt C erreicht ist = 16 min und Austragszeit bis Punkt D erreicht ist = 80 min.
[0031] In Figur 3 ist ein Beispiel des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Realisierung mittels einer entsprechenden elektronischen Schaltung 30 vereinfacht gezeigt, wobei für die einzelnen Schritte ohne besondere Bezugszeichen auf die Funktionsangabe in den jeweiligen, den Schritten zugeordneten Blöcken Bezug genommen wird. Nach Auslösung des Start- Signals für die Erfassung des Flussverhaltens des Wassers an der Membran 16 und einer Freigabe der Detektionseinheit 21 (ECU) sowie eines Temperaturchecks muss zunächst sichergestellt werden, dass sich auch ein definiertes Wasservolumen zwischen dem Sensor 10 (Maximum) und dem Sensor 11 (Minimum) nach der Figur 1 befindet. Die Sensorsignale werden hier für den Sensor 10 mit S2 und für den Sensor 11 mit S2 jeweils mit 0 oder 1 bezeichnet.
[0032] Es erfolgt nach einem Durchlaufen einer weiter unten erläuterten Verzögerungsschleife 31 dann die Messung der Zeitspanne Δ t nach dem Öffnen des Ventils 13 bis zum Erreichen des Pegels am Sensor 11 (Minimum) und dem darauf folgenden Schließen des Ventils 13 und dem Stopp der Zeitmessung. Hiebei wird die jeweils vorliegende längste Zeitspanne Δ tmax der Austragszeit des Wassers in einem Logikbaustein 32 erfasst und gespeichert.
[0033] Durch nachfließendes Wasser aus der Wasserabscheidung am Filter 5 besteht aber die Gefahr, dass ein höheres Wasservolumen bis zum Erreichen des Sensors 11 (Minimum) filtriert wurde und somit eine geringere Leistung, das heißt eine höhere Zeitspanne Δ t als Austragszeit, berechnet wird als tatsächlich vorliegt. Daher ist in der elektronischen Schaltung 30 nach der Figur 3 die zusätzliche Logik als Verzögerungsschleife 31 vorhanden, durch die erst dann eine Messung als korrekt gewertet und gespeichert wird, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit (hier 10 s) kei- ne Änderung im Wasserstand gemessen am Sensor 10 stattfindet, d.h. wenn kein Wasser mehr von der Abscheidung am Filter 5 nachfließt.
[0034] Aufgrund von zum Teil stark schwankender und auch wieder ansteigender Austragszeiten, z. B. nach Frostzyklen, bzw. nach Membranregeneration, darf nicht die letzte gemessene Austragszeit, sondern muss die längste gemessene Zeitspanne Δ tmax der Austragszeit als Serviceindikator herangezogen werden. Hierzu ist ein Abgleich der aktuell gemessenen Zeitspanne Δ t mit der im Speicher abgelegten Austragszeit Zeitspanne Δ tmax im Logikbaustein 32 notwendig.
[0035] In einem weiteren Logikbaustein 33 werden nun die Zeitspannen Δ t der Austragszeiten des Wassers anhand der Schwellwerte für die Signalisierung des Zustandes der Membran 16 an den Fahrer des Kraftfahrzeuges ausgewertet und dann die in den Blöcken gekennzeichneten Signalisierungen an den Fahrer ausgegeben.
[0036] Weiterhin ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch zu beachten, dass ein Überschwappen des Wassers durch Fahrbahnunebenheiten nicht zu unerwünschtem Auslösen des Sensors 10 (Maximum) führen soll (Schwallwasser = kurzzeitig stark erhöhte Wasserkonzentration im Kraftstoff). Es sollte somit eine Mindestzeit vorgegeben werden (z. B. 10s) über die ein Signal am Sensor 10 anliegen muss, bevor das Ventil 13 geöffnet wird. Eine Vorausberechnung der tolerierbaren Schwallwassermenge an der Membran 16 kann mit der letzten gemessenen Zeitspanne Δ t durchgeführt werden. Anhand dieser ist es möglich, auf die beim nächsten Austrag des Wassers noch tolerierbare Schwallwassermenge bzw. auf den max. noch möglichen Volumenstrom der Wasserabscheidung am Filter 5 zurückzurechnen. Somit ist es möglich, beim Service zu entscheiden ob, je nach Region, ein Tausch der Membran 16 sinnvoll ist oder nicht.
[0037] Die Berechnung kann hierbei durch Hinterlegen einer Funktionsgleichung z. B. in der Detektionseinheit mit der elektronischen Schaltung 30 erfolgen. Die längste, gemessene Zeitspanne Δ tmax der Austragzeit wird dann als Variable in diese Gleichung eingesetzt. Beispielsweise ist für Δ tmax = 10min die maximale tolerierbare Schwallwassermenge = Δ tmax /8,45)Λ- (0,996) = 0,84 %. In der Beispielrechnung darf der Kraftstoff somit max. 0,84% Schwallwasser enthalten, um einen Austrag sicher zu gewährleisten ohne das Wasser am Filter 5 ansteht.
[0038] Die zuvor beschriebenen Logikfunktionen anhand der Schaltung 30 in der Figur 3 sind auch auf die weiteren zuvor erwähnten Detektierungsgrößen, wie Flussvolumen und Druck des Wassers prinzipiell übertragbar. So können, wie zuvor beschrieben zum Beispiel über Druckabfallkurven, Flussmessungen und kontinuierliche Wasserstandsmessungen, Punkte definiert werden, die die Erfassung des Zustandes der Membran 16 in gleicher Weise ermöglichen, so dass auf einfache Weise je nach Region entschieden werden kann, ob ein Tausch der Membran 16 vorgenommen werden sollte.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftstofffilters (1) mit einer Membran (16) zur Reinigung von aus dem Kraftstoff abgeschiedenen Wassers mit einem geodätisch unten liegendem Sammelraum (9) für das Wasser in einem Gehäuse (2) des Kraftstofffilters (1), mit mindesten jeweils einem Sensor (10,11) für dem maximalen (10) und für den minimalen (11) Wasserpegel im Sammelraum (9), mittels denen ein Ventil (13) zwischen dem Sammelraum (9) und einem die Membran (16) enthaltenen Wasserreinigungsgerät (14) zum Austrag des Wassers aus dem Sammelraum (9) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionseinrichtung (21) zur Erfassung des Flussverhaltens des Wassers zwischen dem Sammelraum (9) und dem Wasserreinigungsgerät (14) vorhanden ist, mit der zumindest die Zeitspanne (Δ t) der Veränderung des Wasserpegels zwischen einem Signal des Sensors (10) für dem maximalen und des Sensors (11) für den minimalen Wasserpegel erfassbar ist und dass eine Rechen- und Speichereinheit (27) für die Auswertung der Signale in der Detektionseinrichtung (21) und zur Signalisierung (28) einer Abweichung von einem vorgegebenen Flussverhalten der Membran (16) vorhanden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von im Pegelverlauf abgestuften Sensoren (10,11) für den Wasserpegel zur kontinuierlichen Erfassung des Pegels des Wassers vorhanden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verbindungskanal zwischen dem Sammelraum (9) und dem Wasserreinigungsgerät (14) ein Volumenstromsensor (23) für das dort fließende Wasser als weiterer Signalgeber für die Detektionseinrichtung (21) angebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (15) des Wasserreinigungsgeräts (14) ein Drucksensor (25) für das dort vorhandene Wasser als weiterer Signalgeber für die Detektionseinrichtung (21) angebracht ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechen- und Speichereinheit (27) eine elektronische Schaltung (30) enthält, mit der über einen Logikbaustein (32) eine Erfassung und Speicherung der die Zeitspanne (Δ t), vorzugsweise jeweils der längsten Zeitspanne (Δ tmax) aus mehreren Austragszyklen des Wassers, und in einem weiteren Logikbaustein (33) die Zeitspannen (Δ t; Δ tmax) auswertbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechen- und Speichereinheit (27) eine Verzögerungsschleife (31) vor dem Logikbaustein (32) enthält.
7. Verfahren zum Betrieb eines Kraftstofffilters (1) mit einer Membran (16) zur Reinigung von aus dem Kraftstoff abgeschiedenem Wasser mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Detektionseinrichtung (21) die Zeitspanne (Δ t) der Veränderung des Wasserpegels zwischen dem maximalen und dem minimalen Wasserpegel beim Austrag des Wassers aus dem Sammelraum (9) gemessen und gespeichert wird und beim Unterschreiten und/oder beim Überschreiten einer vorgegebenen Länge der Zeitspanne (Δ t) dies zur Erfassung einer Fehlfunktion der Membran (16) herangezogen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall einer langen Signalisierung eines maximalen Wasserpegels am Sensor (10) ein weiteres Signal zur Erfassung und Signalisierung einer Fehlfunktion der Membran (16) herangezogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (Δ t) in Abhängigkeit von der Art und der Größe der Membran (16), der anfallenden Wassermenge und dem Anteil der gelösten und dispergierten Kohlenwasserstoffe im Wasser vorgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Detektionseinrichtung (21) das Volumen des im Verbindungskanal zwischen dem Sammelraum (9) und dem Wasserreinigungsgerät (14) fließende Wasser erfasst wird und bei einem Unterschreiten und/oder bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Volumenstrombereichs dies zur Erfassung und Signalisierung einer Fehlfunktion der Membran (14) herangezogen wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Detektionseinrichtung (21) der Druck des vorhandenen Wassers er- fasst wird und bei einem Unterschreiten und/oder bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Druckbereichs dies zur Erfassung und Signalisierung einer Fehlfunktion der Membran (16) herangezogen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druck direkt nach dem Schließen des Ventils (23) und dann nach einer vorgegebenen Zeit gemessen wird oder dass nach dem Schließen des Ventils (23) der Druck kontinuierlich über eine festgelegte Zeit gemessen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspannen (Δ t) der Austragszeiten des Wassers derart ausgewertet werden, dass ein Betriebsbereich (BC) zwischen zwei vorgegeben Zeitspannen (Δ t ;B,C), ein Sicherheitsbereich (CD) zwischen zwei weiteren vorgegeben Zeitspannen (Δ t;C,D ) und ein Alarmbereich (D;29) bei Unterschreiten mindestens einer minimalen Zeitspanne (Δ t;A) und bei Überschreiten mindestens einer maximalen Zeitspanne (Δ t;D) definiert wird, wobei eine Signalisierung des Zustands der Membran (16) mit jeweils unterschiedlichen Signalmitteln im Sicherheitsbereich (CD) und im Alarmbereich (D;29) vorgenommen wird.
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