DE10009469B4

DE10009469B4 - Diesel-Kraftstoffilter-Einrichtung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10009469B4
Application number: DE10009469A
Authority: DE
Inventors: Erik Hönemann; Stefan Ruppel; Albert Schick; Jörg Stange
Original assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Current assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: DE10009469A1

Abstract

Diesel-Kraftstoffilter-Einrichtung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit
– einer ein Hauptfilter (1) umgehenden Umgehungsleitung (4),
– einem stromauf des Hauptfilters (1) angeordneten, den Durchfluß durch die Umgehungsleitung (4) steuernden Überdruckventil (5), durch das bei einem oberhalb eines vorgegebenen, stromauf des Hauptfilters (1) innerhalb des Kraftstoffes herrschenden Grenzdruckes liegenden Druckwert ein Durchströmen der Umgehungsleitung (4) freigegeben und bei einem darunter liegenden Druckwert gesperrt ist,
– einer Heizeinrichtung (6, 18) zum Erwärmen des Kraftstoffes, wenn dessen stromauf des Hauptfilters (1) herrschende Temperatur unterhalb eines für die Sicherstellung einer ausreichenden Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors kritischen unteren Grenzwertes liegt,
– einem Zusatzfilter (7) in der Umgehungsleitung (4),
dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine Zuordnung der Heizeinrichtung (6, 18) zu der Umgehungsleitung (4) die von der Heizeinrichtung (6, 18) erzeugte Wärme zumindest zum überwiegenden Teil dem Kraftstoffstrom in der Umgehungsleitung (4) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Diesel-Kraftstoffilter-Einrichtung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 78 31 036 U1 und aus der DE 40 05 572 A1 sind jeweils ein Dieselkraftstoff-Filter bekannt, mit einer stromauf eines Hauptfilters per Überdruck freigegebenen Umgehungsleitung bzw. mit einer Heizeinrichtung, die nur unterhalb einer Grenztemperatur und zugleich oberhalb einer bestimmten Druckdifferenz aktiv ist.
Gattungsgemäße Diesel-Kraftstoffiltereinrichtungen dienen dazu, bei niedrigen Temperaturen, bei denen aus dem Kraftstoff ausgefallene Feststoffe, insbesondere Paraffine, den Strömungswiderstand des Filters derart erhöhen, dass für den Verbrennungsmotor keine ausreichende Kraftstoffversorgung gegeben ist, die Ablagerungen durch ein Vorwärmen des Kraftstoffes zu vermeiden bzw. aufzulösen, wenn solche Ablagerungen bereits erfolgt sind. In Fällen, in denen ein Kraftstoffilter ein relativ großes Filtervolumen besitzt, kann das Wirksamwerden vorgewärmten Kraftstoffes eine für eine einwandfreie Motorfunktion zu große Zeitdauer einnehmen.
Hier mit technisch einfachen und energiesparend wirkenden Mitteln eine Verbesserung zu schaffen, stellt das Problem dar, mit dem sich die Erfindung beschäftigt und das sie bei einer Ausführung der gattungsgemäßen Einrichtung nach dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 löst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kraftstoffvorwärmung nur dann vorzunehmen, wenn bei niedrigen Temperaturen ein derart erhöhter Strömungswiderstand in dem Kraftstoffilter vorliegt, daß in dem Kraftstoff stromauf des Hauptfilters ein das Überdruckventil in der Umgehungsleitung öffnender Druck herrscht. Dabei öffnet das Überdruckventil bestimmungsgemäß erst bei einem vorgegebenen oberen Grenzwert, bei dessen überschreiten eine einwandfreie und sichere Motorfunktion mit Bezug auf die Auslegung des Motors als nicht mehr gewährleistet angesehen wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet derart, daß bei geöffnetem Überdruckventil die Heizung nur dann eingeschaltet wird, wenn gleichzeitig die Temperatur in dem durch das Kraftstoffilter zu fördernden Kraftstoff unterhalb eines vorgegebenen unteren Grenzwertes liegt. Ist dieser Temperaturgrenzwert bei dem Kraftstoff stromauf des Kraftstoffilters nicht gegeben, wird von einer nicht temperaturbedingten Betriebsstörung des Kraftstoffilters durch beispielsweise normale Verschmutzung, das heißt von einer betriebsbedingten Erschöpfung ausgegangen, wobei durch das Öffnen des Überdruckventiles ein entsprechendes Wartungssignal erzeugt wird.
Das Zusatzfilter in der Umgehungsleitung besitzt gegenüber dem Hauptfilter ein erheblich geringeres Filtervolumen, das heißt insbesondere Filterfläche, damit vorgewärmter Kraftstoff möglichst rasch das gesamte Zusatzfilter auf eine zur Vermeidung temperaturbedingter Kraftstoffablagerungen ausreichend hohe Temperatur erwärmen kann. Hilfreich kann insoweit auch ein geringerer Abscheidegrad des Filtermaterials des Zusatzfilters gegenüber demjenigen des Hauptfilters sein. Dabei muß aber darauf geachtet werden, daß der Abscheidegrad nicht über ein Maß hinaus abgesenkt wird, durch das die Einspritzung gefährdende Verunreinigungen in dem Zusatzfilter nicht ausreichend abgeschieden werden.
Eine Prinzipdarstellung der Erfindung sowie ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel enthält die Zeichnung.
In dieser zeigen
1 ein Fließschema zu der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung,
2 einen Längsschnitt durch ein Filtergehäuse mit einem Haupt- und einem Zusatzfilter in erfindungsgemäßer Anordnung.
Bei der Prinzipdarstellung der Erfindung in 1 wird ein Hauptfilter 1 von einem einem Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor zuzuführenden Dieselkraftstoff durchströmt. Dabei wird der Kraftstoff dem Hauptfilter 1 durch eine Zuleitung 2 zugeführt und aus diesem durch eine Leitung 3 abgeführt.
Von der Zuleitung 2 zweigt eine das Hauptfilter 1 umgehende Umgehungsleitung 4 ab, die stromab des Hauptfilters 1 in die aus dem Hauptfilter 1 abführende Leitung 3 einmündet. Im Abzweigungsbereich der Zuleitung 2 ist in der Umgehungsleitung 4 ein Überdruckventil 5 eingebaut. Stromab des Überdruckventiles 5 sind in der Umgehungsleitung 4 in Strömungsrichtung hintereinander eine Heizeinrichtung 6 und ein Zusatzfilter 7 vorgesehen.
Stromauf der Abzweigung der Umgehungsleitung 4 aus der Zuleitung 2 befindet sich ein Temperatursensor 8 zur Erfassung der Kraftstofftemperatur.
Der Temperatursensor 8, das Überdruckventil 5 sowie die Heizeinrichtung 6 sind über elektrische Leitungen mit einer zentralen Steuereinheit 9 verbunden, die gewöhnlich als ECU (Engine Control Unit) bezeichnet wird. In der Steuereinheit 9 kann die Heizeinrichtung 6, bei der es sich üblicherweise um eine elektrische Heizung handelt, in Abhängigkeit der von dem Temperatursensor 8 gemeldeten Kraftstofftemperatur sowie der Stellung des Überdruckventiles 5 gesteuert, das heißt ein- oder ausgeschaltet werden.
Das Filtervolumen, insbesondere die Filterfläche des Zusatzfilters 7 ist im Vergleich zu dem Filtervolumen bzw. der Filterfläche des Hauptfilters 1 erheblich geringer. Auch besitzt das Filtermaterial des Zusatzfilters 7 einen gegenüber dem Hauptfilter 1 geringeren Abscheidegrad, der gerade noch ausreichend ist, um die Funktionsfähigkeit der Einspritzanlage des Verbrennungsmotors durch Kraftstoffverschmutzungen gerade noch nicht zu gefährden.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung funktioniert wie folgt.
Besitzt der Dieselkraftstoff eine von dem Temperatursensor 8 ermittelte Temperatur, die unterhalb eines vorgegebenen unteren Grenzwertes liegt, bei der temperaturbedingt Feststoffteilchen aus dem Kraftstoff in dem Hauptfilter verstopfungsgefährdend ausfallen können und hat sich insoweit temperaturbedingt bereits stromauf des Hauptfilters ein Druck eingestellt, der zum Öffnen des Überdruckventiles 5 geführt hat, so schaltet die Steuereinheit 9 aufgrund der von dem Temperatursensor 8 und dem Überdruckventil 5 erhaltenen Signale die Heizung 6 zur Vorwärmung des die Umgehungsleitung durchströmenden Kraftstoffes ein. Aufgrund des geringen Filtervolumens sowie gegebenenfalls des gegenüber dem Hauptfilter geringeren Abscheidegrades in dem Zusatzfilter 7 ist das Zusatzfilter 7 nach Einschalten der Heizung 6 relativ rasch in einem für eine befriedigende Motorfunktion ausreichenden Maße durchströmbar. Bei fortdauerndem Motorbetrieb erwärmt sich auch das Hauptfilter 1, wodurch dessen Durchflußwiderstand sinkt und zwar soweit, daß nach kurzer Zeit die an dem Überdruckventil 5 anstehenden Druckverhältnisse ein Schließen dieses Ventiles 5 bewirken. Gleichzeitig wird die elektrische Heizung 6 abgeschaltet.
Entsteht bei an dem Temperatursensor 8 herrschenden Temperaturen oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes vor dem Hauptfilter 1 in dem Kraftstoff ein das Überdruckventil 5 öffnender Überdruck, so wird von einer laufzeitbedingten Verschmutzung des Hauptfilters 1 ausgegangen und ausgelöst durch die Steuereinrichtung 9 ein Wartungssignal erzeugt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung besteht darin, daß Kraftstoff bei niedrigen Temperaturen erst und nur dann vorgewärmt wird, wenn ein sich in dem Hauptfilter 1 einstellender zu hoher Druckverlust dies für einen einwandfreien Motorbetrieb erforderlich macht. Ferner kann mit einer relativ geringen Heizleistung bei einem bei niedrigen Temperaturen erfolgenden Motorstart die für einen einwandfreien Motorbetrieb erforderliche Mindestkraftstoffversorgung äußerst rasch erzielt werden. Dies ergibt sich daraus, daß bei dem Zusatzfilter nur ein kleines Filtervolumen erwärmt werden muß und das Filtermaterial dieses Zusatzfilters zusätzlich noch einen gegenüber dem Hauptfilter kleineren Abscheidegrad besitzen kann, wodurch die Gefahr eines Zusetzens des Hauptfilters durch Ablagerungen bereits grundsätzlich vermindert ist.
Bei niedrigen Kraftstofftemperaturen, das heißt solchen die unterhalb des an dem Temperatursensor 8 vorgegebenen unteren Grenzwertes liegen, ist das Hauptfilter 1 in der Regel nicht vollständig verstopft, sondern der Durchflußwiderstand ist lediglich in einem für einen einwandfreien Motorbetrieb unzulässig hohen Maße vergrößert. Dies bedeutet, daß auch bei geöffnetem Überdruckventil 5 Kraftstoff durch das Hauptfilter in geringem Maße hindurchströmt. Dadurch senkt sich der Durchflußwiderstand in dem Hauptfilter 1 bei laufendem Motorbetrieb allmählich auf den üblichen Betriebswert ab, bei dem das Überdruckventil 5 geschlossen ist. Dies ergibt sich daraus, daß den Einspritzventilen des Verbrennungsmotors jeweils Kraftstoff im Überschuß zugeführt wird, wobei der Überschuß sodann im Kreislauf gefördert wird. Dadurch gelangt bei laufendem Motorbetrieb bereits durch den Motor erwärmter Kraftstoff an das Hauptfilter 1. Zudem können Haupt- und Zusatzfilter 1 bzw. 7 auch räumlich in einem gemeinsamen Gehäuse derart benachbart untergebracht sein, daß die elektrische Heizeinrichtung 6 zwar in überwiegendem Maße den in das Zusatzfilter 7 eintretenden Kraftstoff erwärmt, aber zusatzlich auch über Wärmeleitung innerhalb des Filtergehäuses erwärmend auf den an und in dem Hauptfilter 1 anstehenden Kraftstoff einwirkt.
2 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Haupt- und Zusatzfilter 1 bzw. 7 in einem gemeinsamen Filtergehäuse 10 untergebracht sind. Zwischen den beiden Filtern 1, 7 befindet sich eine Trennwand 11.
Über diese Trennwand 11 sind die Reinräume 12 bzw. 13 über eine Öffnung 14 miteinander verbunden.
Der Kraftstoff tritt durch eine Zuführleitung 15 in das Filtergehäuse 10 ein, und zwar in den Rohraum 16 des Hauptfilters 1. Entsprechend den eingetragenen Strömungspfeilen strömt der Kraftstoff von dort durch den Ringfiltereinsatz 19 des Hauptfilters 1 in den Reinraum 12 dieses Filters. Von dort gelangt der Kraftstoff über die Öffnung 14 in der Trennwand 11 in den Reinraum 13 des Zusatzfilters 7, von wo aus er das Filtergehäuse 10 über eine Abführleitung 17 verläßt.
In einem als Umgehungsleitung 4 fungierenden Verbindungsraum zwischen den Rohräumen 16 und 20 der Filter 1 und 7 ist ein Überdruckventil 5 angebracht, dessen Funktion derjenigen entspricht, die bei dem Funktionsprinzip nach 1 beschrieben ist. Bei geöffnetem Überdruckventil 5 strömt Kraftstoff aus dem Rohraum 16 des Hauptfilters 1 in den Rohraum 20 des Zusatzfilters 7 (angedeutet durch einen strichpunktierten Pfeil) und von dort durch den Ringfiltereinsatz 21 des Zusatzfilters 7 hindurch über dessen Reinraum 13 durch die Abführleitung 17 aus dem Filtergehäuse heraus. Der Heizeinrichtung 6 aus der Prinzipdarstellung entspricht in dem konkreten Ausführungsbeispiel ein PTC(Positive Temperature Coefficient)-Heizelement 18.
Der Temperatursensor 8 ist in dem Rohraum 16 des Hauptfilters 1 stromauf des Überdruckventiles 5 angebracht. Wie in der Prinzipdarstellung sind der Temperatursensor 8, das Überdruckventil 5 sowie das Heizelement 18 mit einer Steuereinheit 9 verbunden, in die eingeleitet werden die Kraftstofftemperatur des Kraftstoffes, die Stellung des Überdruckventiles 5 und von der aus in Abhängigkeit dieser beiden vorgenannten Werte das elektrische Heizelement 18 ein- oder ausgeschaltet wird.
Wird bei einer an dem Temperatursensor 8 gemessenen Kraftstofftemperatur, die unterhalb des vorgegebenen Temperaturgrenzwertes liegt, in der Steuereinheit 9 ein geöffnetes Überdruckventil 5 festgestellt, so wird die Heizeinrichtung 6 in der Form des PTC-Heizelementes 18 eingeschaltet. Dieses Heizelement 18 wird bei Schließen des Überdruckventiles 5 sodann wieder abgeschaltet.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich damit praktisch um ein in einem gemeinsamen Gehäuse 10 ausgebildetes Doppelfilter mit einem Haupt- und einem Zusatzfilter 1 bzw. 7, wobei je nach Temperatur lediglich das Hauptfilter 1 alleine oder gemeinsam mit dem Zusatzfilter 7 aktiv ist bzw. sind.

Claims

Diesel-Kraftstoffilter-Einrichtung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit – einer ein Hauptfilter (1) umgehenden Umgehungsleitung (4), – einem stromauf des Hauptfilters (1) angeordneten, den Durchfluß durch die Umgehungsleitung (4) steuernden Überdruckventil (5), durch das bei einem oberhalb eines vorgegebenen, stromauf des Hauptfilters (1) innerhalb des Kraftstoffes herrschenden Grenzdruckes liegenden Druckwert ein Durchströmen der Umgehungsleitung (4) freigegeben und bei einem darunter liegenden Druckwert gesperrt ist, – einer Heizeinrichtung (6, 18) zum Erwärmen des Kraftstoffes, wenn dessen stromauf des Hauptfilters (1) herrschende Temperatur unterhalb eines für die Sicherstellung einer ausreichenden Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors kritischen unteren Grenzwertes liegt, – einem Zusatzfilter (7) in der Umgehungsleitung (4), dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Zuordnung der Heizeinrichtung (6, 18) zu der Umgehungsleitung (4) die von der Heizeinrichtung (6, 18) erzeugte Wärme zumindest zum überwiegenden Teil dem Kraftstoffstrom in der Umgehungsleitung (4) zugeführt wird.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6, 18) ausschließlich bei geöffnetem Überdruckventil (5) und bei gleichzeitig innerhalb des Kraftstoffstromes stromauf des Hauptfilters (1) unterhalb des vorgegebenen unteren Grenzwertes liegender Temperatur eingeschaltet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6, 18) in der Umgehungsleitung (4) in einem Bereich zwischen dem Überdruckventil (5) und dem Zusatzfilter (7) Wärme auf den dort vorhandenen Kraftstoff überträgt.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei einer oberhalb des vorgegebenen unteren Temperaturwertes in dem Kraftstoff stromauf des Hauptfilters (1) herrschenden Temperatur geöffnetes Überdruckventil (5) ein Wartungssignal auslöst.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzfilter (7) eine Filterkapazität von etwa 15% bis 35% des Haupt-Filters (1) besitzt.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial des Zusatzfilters (7) einen gegenüber demjenigen des Hauptfilters (1) geringeren Abscheidegrad besitzt.
Filtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Merkmale – Haupt- und Zusatzfilter (1, 7) liegen innerhalb eines gemeinsamen Filtergehäuses (10), – innerhalb des gemeinsamen Filtergehäuses (10) sind die beiden Filter (1, 7) durch eine Trennwand (11) voneinander getrennt, – die Trennwand (11) enthält eine die Reinräume (12, 13) der beiden Filter (1, 7) miteinander verbindende Öffnung (14), – eine Zuführleitung (15) des Filtergehäuses (10) führt in den Rohraum (16) des Hauptfilters (1), während eine Abführleitung (17) dem Reinraum (13) des Zusatzfilters (7) zugeordnet ist, – das Überdruckventil (5) steuert den Strömungsquerschnitt einer Verbindung zwischen den Rohräumen (16, 20) der beiden Filter (1, 7), – die Heizeinrichtung (6, 18) ist in einem Verbindungsraum zwischen den Rohräumen (16, 20) der Filter (1, 7) angeordnet.
Filtereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6, 18) ein direkt abstrahlender Wärmespender ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (6, 18) mindestens ein PTC-(Positive Temperature Coefficient)-Element ist.