DE102004032251A1 - Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kraftstoffen, welche ein Gehäuse (1) umfasst, in dem mindestens ein Coalescer-Element (5) zur Abscheidung von Wasser und ein Filterelement (6) zur Abscheidung von Verunreinigungen angeordnet sind. Ferner weist das Gehäuse (1) einen ersten Hohlkörper (2) zur Aufnahme des Coalescer-Elements (5) und einen zweiten Hohlkörper (3) zur Aufnahme eines Feinfilters (6) auf, die über ein strömungsführendes Bauteil (4) miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die beiden Hohlkörper (2, 3) im Wesentlichen parallel zueinander und vertikal angeordnet, wobei das im ersten Hohlkörper (2) befindliche Coalescer-Element (5) und der im zweiten Hohlkörper (3) befindliche Feinfilter (6) senkrecht zum horizontal angeordneten strömungsführenden Bauteil (4) ausgerichtet sind.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Kraftstoffversorgungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12 sowie einen Dieselmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
- Bei Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung führt das mit dem Kraftstoff mehr oder minder stark vermischte Wasser zu Schädigungen von Bauteilen bis hin zum Ausfall von Einspritz-Komponenten.
- Das im Kraftstoff enthaltene freie Wasser resultiert aus
- • im Kraftstoff gelösten Wassers, welches temperaturabhängig ausgeschieden wird;
- • Schwitzwasser, welches sich nach Abstellen des Motors während der Abkühlphase aus der Luft ausscheidet, wobei die Luft ursprünglich über das Tankentlüftungsventil zur Kompensation des Kraftstoffverbrauchs in den Kraftstofftank eingeströmt ist;
- • der Betankung, welches in den meisten Fällen unabsichtlich bei der Betankung mit eingefüllt wird.
- Von „Common-Rail-Einspritzsystem" Herstellern wird mittlerweile eine Abscheiderate von > 95% für das im Kraftstoff enthaltene freie Wasser gefordert. Dies stellt hohe Anforderungen an die Effizienz von solchen Wasserabscheidesystemen.
- Aus der
DE 31 45 964 A1 ist eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen bekannt. Ein Filter/Wasserabscheider weist in einem Gehäuse horizontal angeordnete Filter- und Coaleszerelemente, die von innen nach außen durchströmt werden, und Abscheideelemente auf, die von außen nach innen durchströmt werden. Im Inneren der Abscheideelemente ist jeweils koaxial ein Hohlzylinder angeordnet, der an seinem einen Ende in den Auslaß mündet und an seinem anderen Ende eine Einströmöffnung aufweist. Der Hohlzylinder ist über seine Länge verteilt mit seitlichen Eintrittsöffnungen versehen, deren Gesamtquerschnitt zum Auslaß hin zunimmt. Die Abscheideelemente werden schräg angeströmt; eine zu einer stirnseitigen Beruhigungszone gerichtete Strömungskomponente transportiert abgeschiedene Wassertropfen zur Beruhigungszone hin, wo die Wassertropfen in einen Wassersammelsumpf absinken. - Bei derartigen Ausführungen erfolgt die Wasserseparierung üblicherweise auf der Saugseite der Kraftstoffförderpumpe. Der Wasserabscheider ist somit zwischen Tank und Kraftstoffförderpumpe angeordnet. Das dem Kraftstoff beigemischte Wasser liegt in relativ großen Tropfen vor, welches eine Voraussetzung für diese Art von Wasserseparierung darstellt. Die Wasserseparierung erfolgt im ersten Schritt beim Durchtritt durch ein horizontal angeordnetes Coalescer-Element. Um eine garantierte Wasserseparierung zu erreichen, ist ein ebenfalls horizontal angeordnetes, zylinderförmiges Abscheide-Element vorgesehen, welches neben der funktionsnotwendigen Maschenweite eine imprägnierte, hydrophobe Außenoberfläche aufweist, die hemmend auf den Wasserdurchtritt wirkt. Im Betrieb werden die kleinen Wassertropfen im Coalescer-Element zu größeren Tropfen vereinigt. Bei der Weiterströmung sinken die Wassertropfen um 90° zur Kraftstoffströmung versetzt durch das Eigengewicht nach unten ab. Kleine und daher leichte Wassertropfen werden mitgenommen und bleiben an der Oberfläche des Abscheide-Elementes hängen, d.h. sie werden vom anströmenden Kraftstoff festgehalten und unter Umständen durch das Abscheide-Element gedrückt. Dieser Effekt soll durch einen im Abscheide-Element vorgesehenen, modifizierten Hohlzylinder in Form von Bohrungen, die zur Austrittsseite hin im Querschnitt vergrößert werden, vermindert werden.
- Eine ähnliche Vorrichtung wird heute üblicherweise in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt. Das hier eingesetzte Abscheide-Element ist modifiziert in der Art, dass die Aussenoberfläche hydrophobe Eigenschaften aufweisen muss. Durch den höheren Anteil an Verunreinigungen im Kraftstoff werden die hydrophoben Eigenschaften jedoch durch die zunehmende Schmutzbeladung stark vermindert. Dies führt zu einer Verschlechterung des Abscheideverhaltens von Wasser. Ferner steigt grundsätzlich der Durchströmwiderstand über die Einsatzzeit durch die zunehmende Schmutzbeladung an. Dieser wirkt sich direkt mindernd auf die Förderleistung der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe und somit auf die Kraftstoffversorgung für das Einspritzsystem des Motors aus. Eine derartige Ausführung weist grundsätzlich eine größere Systemempfindlichkeit auf. Teilweise kann dies durch eine entsprechend größere Auslegung der Kraftstoffförderpumpe kompensiert werden, welches jedoch mit einer Verteuerung verbunden ist. Des Weiteren nimmt vor allem die Effektivität der Wasserabscheidung mit der zunehmenden Schmutzbeladung rasch ab. Dies hat eine deutlich verkürzte Standzeit, d.h. kürzere Serviceintervalle, und somit eine Betriebskostenerhöhung zur Folge. Eine Vergrößerung der Filteroberfläche zur Kompensation dieses Nachteils erfordert einen größeren Bauraum, was wiederum zu einem Kostenanstieg des Systems führt.
- Nachteilig ist ebenfalls, dass das abgeschiedene Wasser, welches in den unterhalb des Wasserabscheiders angeordneten Wassersammelraum abgesunken ist, bei manueller Betätigung nur bei Motorstillstand abgelassen werden kann. Das Ablassen erfordert hierfür eine Lufteinströmung (Belüftung) in den Wasserabscheider. Danach muss dieser wieder mittels einer Handförderpumpe oder ähnlichem und manuell betätigter Entlüftungsschraube entlüftet werden, um die einwandfreie Funktion des Einspritzsystems wieder herzustellen. Eine Automatisierung würde hier als zusätzlicher Nachteil den Einbau einer weiteren Pumpe erfordern.
- Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kraftstoffen zugrunde, die die Effektivität der Wasserabscheidung verbessert und eine Optimierung hinsichtlich Einbauraum und Kosten ermöglicht.
- Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kraftstoffen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kraftstoffen umfasst ein Gehäuse, in dem mindestens ein Coalescer-Element zur Abscheidung von Wasser und ein Filterelement zur Abscheidung von Verunreinigungen angeordnet sind. Ferner weist das Gehäuse einen ersten Hohlkörper zur Aufnahme des Coalescer-Elements und einen zweiten Hohlkörper zur Aufnahme eines Feinfilters auf, die über ein strömungsführendes Bauteil miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die beiden Hohlkörper im Wesentlichen parallel zueinander und vertikal angeordnet, wobei das im ersten Hohlkörper befindliche Coalescer-Element und das im zweiten Hohlkörper befindliche Feinfilter senkrecht zum horizontal angeordneten strömungsführenden Bauteil ausgerichtet sind.
- Die oben bezeichneten Kohlenwasserstoffe dienen bevorzugt als Motorkraftstoffe, wie z.B. Benzin, Diesel und andere Kraftstoffe.
- In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist der untere Teil des strömungsführenden Bauteils zum Sammeln von Wasser ausgelegt.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 3 weist der zwischen den Anschlüssen der beiden Hohlkörper sich befindliche Abschnitt des strömungsführenden Bauteils einen Querschnitt A1 auf, der sich in Richtung zu dem zweiten Hohlkörper hin verjüngt.
- In einer nach Anspruch 4 weitergebildeten Vorrichtung weist der Abschnitt des strömungsführenden Bauteils in seinem oberen Bereich eine die beiden Hohlkörper unmittelbar verbindende Leitstruktur zur Strömungsführung auf.
- In einer alternativen Weiterbildung nach Anspruch 5 weist der zweite Hohlkörper an seinem dem strömungsführenden Bauteil zugeneigten Ende eine Querschnittsverjüngung auf.
- In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist der Querschnitt A1 des Abschnitts größer als der Querschnitt A2 der Verjüngung. Dies führt zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit.
- Gemäß einer nach Anspruch 7 weitergebildeten Erfindung umfasst das Bauteil in seinem unteren Bereich auf der einen Seite eine ventilgesteuerte Vorrichtung zum Ableiten von Wasser.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 8 weist das Bauteil in seinem unteren Bereich auf der der ventilgesteuerten Vorrichtung gegenüberliegenden Seite einen auf einem geodätisch höheren Niveau als die ventilgesteuerte Vorrichtung liegenden Wasserstandssensor auf.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 9 ist das Coalescer-Element von innen nach außen durchströmbar.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 10 weist das zwischen der Außenfläche des Coalescer-Elements und der Innenfläche des ersten Hohlkörpers befindliche Volumen eine Strömungsfläche auf, die kleiner ist als der Querschnitt des Anschlusses des ersten Hohlkörpers an das strömungsführende Bauteil.
- Ferner ist in einer alternativen Ausführungsform nach Anspruch 11 das Feinfilter von außen nach innen durchströmbar.
- Ein erfindungsgemäßes Kraftstoffsystem nach Anspruch 12 mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 umfasst eine dieser Vorrichtung vorgeschaltete Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe, und ein der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe vorgeschaltetes Vorfilter zur Ausfilterung von Verunreinigungen, mit dem Zweck, diese vor Beschädigung zu schützen.
- In einer Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 13 ist das Vorfilter baulich in die Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen integriert.
- Bei einer nach Anspruch 14 weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Wasserabscheidung auf der Druckseite der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe.
- Gemäß einer nach Anspruch 15 bevorzugten Ausführungsform ist der Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen eine Hochdruckpumpe nachgeschaltet.
- Gemäß Anspruch 16 weist ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail und Injektoren ein Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 12 auf.
- Da alle Kraftstoffaufbereitungs-relevanten Bauteile wie Coalescer-Element, Feinfilter und Vorfilter in einem Bauteil zusammengefasst sind, lässt sich die Auslegung der Kraftstoffversorgung für das Einspritzsystem in vorteilhafterweise hinsichtlich Einbauraum, Funktion und Kosten optimieren. Ferner wird durch die unterschiedlichen Elemente zur Ausfilterung von Verunreinigungen einer raschen Schmutzbeladung an der erfindungsgemäßen Vorrichtung entgegengewirkt mit der Folge einer Steigerung der Effizienz der Wasserabscheidung und somit einer Einsparung von Wartungskosten durch längere Serviceintervalle der Filterelemente. Des Weiteren kann eine kostengünstigere, den Anforderungen entsprechend ausgelegte Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe verwendet werden.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche bzw. der Beschreibung.
- Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter beschrieben. In dieser zeigt auf schematisch stark vereinfachende Weise:
-
1 eine bevorzugte Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftstoffsystem, -
2 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. - Wie in
1 dargestellt, saugt eine Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe11 den Kraftstoff durch ein Vorfilter10 aus dem Kraftstoffbehälter13 an. Die Aufgabe des Vorfilters10 ist die Ausfilterung von Verunreinigungen aus dem Kraftstoff, um die Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe vor Beschädigungen zu schützen. Das Vorfilter10 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, in das Gehäuse1 der Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen integriert sein. - Auf der Druckseite der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe
11 wird der Kraftstoff in ein Coalescer-Element5 weitergeleitet. In diesem Element5 werden die sehr kleinen Wassertropfen zu größeren zusammengeführt. Im Prinzip entstehen beim Durchtritt durch das Element5 große Wassertropfen. Zum Schutz des Coalescer-Elements5 vor Verunreinigungen kann innerhalb des Elementes5 auf der Eintrittsseite des Kraftstoff-Wasser-Gemisches zusätzlich ein Filter (nicht gezeigt) angeordnet sein. Von dort gelangt der Kraftstoff direkt über ein strömungsführendes Bauteil (nicht gesondert dargestellt) in ein Feinfilter6 . Dieses Filter6 übernimmt die nahezu vollständige Ausfilterung der Verunreinigungen, auch der durch das Coalescer-Element5 hindurchgetretenen. Die mit sehr kleinen Spielen ausgestatteten Bauteile in der Hochdruckpumpe12 sowie in den Injektoren werden so in vorteilhafter Weise vor Beschädigungen durch Verunreinigungen geschützt. - Der vom Wasser und von Verunreinigungen separierte Kraftstoff verlässt das Feinfilter
6 in Richtung Hochdruckpumpe12 . Von dort wird das Rail16 und damit die nicht dargestellten Injektoren entsprechend der Druckanforderung mit Kraftstoff versorgt. Überschüssiger Kraftstoff ist über eine von der Hochdruckpumpe12 abzweigende Leitung18 , die in eine Rückführleitung15 einmündet, in den Kraftstoffbehälter13 rückführbar. Eine in der Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen integrierte nicht dargestellte Entlüftung wird über eine von dieser Vorrichtung abzweigende Leitung17 , welche ebenfalls in die Rückführleitung15 einmündet, in den Tank zurückgeführt oder entlüftet. - Die in
2 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kraftstoffen umfasst zwei separate Hohlkörper2 ,3 , die über ein strömungsführendes Bauteil4 miteinander verbunden sind. Der Hohlkörper2 weist das Coalescer-Element5 zur Abscheidung von Wasser, der Hohlkörper3 ein Feinfilter6 zur Abscheidung von Verunreinigungen auf. Beide Hohlkörper2 ,3 sind bevorzugt zylindrisch ausgebildet und im wesentlichen parallel zueinander und vertikal angeordnet, wobei das im Hohlkörper2 befindliche Coalescer-Element5 und das im Hohlkörper3 befindliche Feinfilter6 senkrecht zum horizontal angeordneten strömungsführenden Bauteil4 ausgerichtet sind. Beide Hohlkörper stehen außerdem über eine gemeinsame Entlüftungsleitung17 miteinander in Verbindung. Der untere Teil des strömungsführenden Bauteils4 ist zur Aufnahme des abgeschiedenen Wassers ausgelegt und umfasst in seinem unteren Bereich auf der einen Seite eine ventilgesteuerte Vorrichtung7 zum Ableiten von Wasser und auf der der ventilgesteuerten Vorrichtung7 abgewandten Seite des Bauteils4 einen Wasserstandssensor8 , der auf einem geodätisch höheren Niveau angeordnet ist als die ventilgesteuerte Vorrichtung7 . - Der von der nicht gezeigten Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe (ND) aus dem Kraftstoffbehälter (nicht dargestellt) angesaugte Kraftstoff gelangt erfindungsgemäß druckseitig in die Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kraftstoffen. Hierbei wird das Wasser durch die Förderung der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe (ND) in sehr kleine Tropfen dem Kraftstoff beigemischt. Es entsteht eine Emulsion, welche von der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe in das Innere des Coalescer-Elements
5 gepumpt wird und bei der Passage von innen nach außen von diesem gebrochen wird. Das hier verwendete Coalescer-Element5 , beispielsweise von der Fa. Racor, hat die Eigenschaft, dass die sehr kleinen Wassertröpfchen beim Passieren zunächst im Element5 hängen bleiben und durch die stetige Anlagerung weiterer Tröpfchen zu größeren Tropfen heranwachsen bzw. vereinigt werden. Die auf diese Weise erzeugten großen Wassertropfen werden vom ebenfalls durch das Element5 strömenden Kraftstoff mitgenommen, wobei die Strömungsrichtung sowohl für den Kraftstoff als auch für die Wassertropfen die gleiche ist. Durch ein im Element5 auf der Eintrittsseite des Kraftstoffwassergemisches zusätzlich angeordnetes, nicht dargestelltes Filter können gleichzeitig noch Verunreinigungen bevorzugt in Form von Feststoffteilchen herausgefiltert werden. - Aufgrund des geringen Abstandes zwischen Außenumfang des Coalescer-Elementes
5 und der Innenseite2' des ersten Hohlkörpers2 steht dem abfließenden Gemisch aus Kraftstoff und Wassertropfen nur ein geringer Strömungsquerschnitt zur Verfügung, sodass eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird. - Eine wichtige Voraussetzung für die Wasserabscheidung ist zum einen, dass die Strömung des Kraftstoffs mit den eingelagerten Wassertropfen auf dem weiteren Weg zum Feinfilter
6 entsprechend verzögert, d.h. „beruhigt" wird, und zum anderen, dass die Strömungsführung konstruktiv durch das Bauteil4 vorgegeben ist. Dies wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen erreicht. Eine Beruhigung, d.h. Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit, lässt sich durch den Übergang von einem kleinen – durch die bevorzugte zylinderförmige Ausbildung der Hohlkörper2 ,3 – ringförmigen Querschnitt des Hohlkörpers2 in einen großen Strömungsquerschnitt des Bauteils4 realisieren. Diese Beruhigungszone zeichnet sich durch eine stark verminderte Strömung aus. Da die Wassertropfen eine größere spezifische Dichte als der flüssige Kraftstoff, in dem die Wassertropfen mitgeführt werden, aufweisen, sinken diese, insbesondere durch die verlangsamte Geschwindigkeit, auf den Boden des Bauteils4 ab bzw. werden beim Vorbeiströmen an der Oberfläche des bereits vorhandenen Wassers festgehalten. Letzteres wird dadurch begünstigt, dass die Strömungsrichtung in dem Abschnitt der die beiden Hohlkörper2 ,3 miteinander verbindet, insbesondere auch durch dessen erfindungsgemäße Leitstruktur4' , beeinflusst wird. Die hier gezeigte Leitstruktur4' kann auch anders ausgestaltet sein. Der zwischen den Anschlüssen der beiden Hohlkörper2 ,3 sich befindliche Abschnitt4' des strömungsführenden Bauteils4 kann beispielsweise einen u-förmigen Verlauf aufweisen oder wie in2 dargestellt, den gestrichelten Verlauf4'' annehmen, wobei weitere zur Strömungsführung geeignete Konturen ebenfalls denkbar sind. Ferner kann das strömungsführende Bauteil4 in seinem unteren Bereich ebenfalls u-förmig ausgeführt werden, wobei auch hier weitere zur Strömungsführung geeignete Konturen denkbar sind. - Der leichtere Kraftstoff selbst wird in Richtung Feinfilter
6 weitergeführt. Entscheidend für die Abscheidung des restlichen Wassers aus dem Kraftstoff ist hierbei zum einen, dass der zwischen den Anschlüssen der beiden Hohlkörper2 ,3 sich befindliche Abschnitt4' des strömungsführenden Bauteils4 einen Querschnitt A1 aufweist, der sich in Richtung zu dem zweiten Hohlkörper3 hin verjüngt; zum anderen ist entscheidend, dass der Anschluss des zweiten Hohlkörpers3 an das strömungsführende Bauteil4 eine Verjüngung9 aufweist, deren Strömungsquerschnitt A2 kleiner ist als der Querschnitt A1. Diese, der Beruhigungszone nachgeschaltete, sukzessive Verengung des Strömungsquerschnitts A2 im weiteren Transportweg des Kraftstoffs zum Feinfilter6 hin sorgt nun wieder für eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Hierdurch wird eine verstärkte Trennung der noch im Kraftstoff eingelagerten Wassertropfen erreicht, da die schwereren Wassertröpfchen nicht nur wie in der Beruhigungszone aufgrund ihres höheren Gewichts aus dem leichteren Treibstoff bevorzugt absinken, sondern auch im weiteren Strömungsverlauf aufgrund ihrer höheren Masseträgheit der zunehmend schnelleren Strömung schlechter folgen können als der leichtere Kraftstoff. Dies führt dazu, dass im Kraftstoff, welcher die Verjüngung9 am Eingang des Feinfilters6 passiert, nahezu keine Wassertropfen mehr eingelagert sind. Um die Abscheidung in diesem Bereich noch zu verstärken, kann das Feinfilter6 auf ein geodätisch noch höheres, anderes Niveau angehoben werden, wie in2 durch das in gestrichelter Form ausgeführte Feinfilter6 dargestellt. Dies hat zur Folge, dass evtl. noch vorhandene Wassertropfen aufgrund ihres höheren Gewichts auf dem langen Weg vom strömungsführenden Bauteil4 bis zur Verjüngung9 des im Niveau angehobenen Feinfilters6 bevorzugt absinken und dies somit zu einer Verstärkung der Abscheidung führt. In dem Abschnitt vom strömungsführenden Bauteil4 bis zum Feinfilter6 kann außerdem noch eine Struktur, beispielsweise spiralartig, angeordnet sein, durch welche die beim Anstieg des Kraftstoffs zum Feinfilter6 eventuell noch vorhandenen Wassertropfen durch die durch die Struktur vorgegebene Rotationsbewegung nach außen getrieben werden (Schleudereffekt), um an der Gehäusewand entlang abzusinken. - Das Feinfilter
6 wird von außen nach innen durchströmt. Zur Abscheidung von eventuell noch vorhandenen Wassertröpfchen kann ferner das Feinfilter6 an seiner Außenoberfläche noch mit einer wasserabweisenden, hydrophoben, aber Kraftstoffdurchlässigen Schicht ausgestaltet sein. Das Feinfilter6 dient hauptsächlich zur Ausfilterung der im Kraftstoff zu diesem Zeitpunkt noch vorhandenen Verunreinigungen. Diese nach der Wasserseparierung angeordnete Feinstfilterung schützt die mit sehr kleinen Spielen in der Hochdruckpumpe (HD) sowie die in den Injektoren eingebauten Bauteile vor Beschädigung bzw. einer Fehlfunktion. Die Wasserabscheiderate der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt vorteilhafter Weise nahezu 100%. Der so von Wasser und Verunreinigungen befreite Kraftstoff verläßt das Filter6 in Richtung der nicht separat dargestellten Hochdruckpumpe (HD). Durch die Hochdruckpumpe (HD) wird das hier nicht gezeigte Rail entsprechend der Druckanforderung mit Kraftstoff versorgt. - Das im unteren Teil des Bauteils
4 aufgefangene Wasser kann entweder über einen manuell betätigten Hahn oder automatisch über ein Magnetventil gesteuert während des Motorstillstandes oder Motorbetriebes abgelassen werden. Letzteres erlaubt die Zumischung des Wassers z.B. auch über eine bereits vorhandene Einrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff in den Abgastrakt. Zudem besteht auch die Möglichkeit, das Wasser über eine extra dafür ausgelegte Vorrichtung in das Abgas oder in die Motoransaugluft einzudüsen. Beides stellt eine vorteilhafte, umweltgerechte Entsorgung dar. Möglich ist dies durch den Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen auf der Druckseite der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe (ND), da das Wasser wie der Kraftstoff unter dem von der Niederdruck-Kraftstoff-Förderpumpe aufgebauten Systemdruck steht. Ein Entlüften des Kraftstoffsystems nach der Wasserentleerung ist vorteilhafterweise nicht erforderlich, da das Wasser bei Überdruck abgelassen wird und somit keine Luft in das System eindringen kann. Eine zusätzliche Pumpe, wie anfangs im Stand der Technik geschildert, kann somit günstiger Weise ebenfalls eingespart werden. Beim Ablassen während des Motorstillstands wird die eingeströmte Luft durch die im Modul integrierte Entlüftung17 automatisch beim nächsten Motorstart in den Kraftstoffbehälter13 entlüftet. Die Ansteuerung des Magnetventils kann über das Motor-Steuergerät erfolgen.
Claims (16)
- Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen oder Kraftstoffen mit einem Gehäuse (
1 ), in dem mindestens ein Coalescer-Element (5 ) zur Abscheidung von Wasser und ein Filterelement (6 ) zur Abscheidung von Verunreinigungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) einen ersten Hohlkörper (2 ) zur Aufnahme des Coalescer-Elements (5 ) und einen zweiten Hohlkörper (3 ) zur Aufnahme eines Feinfilters (6 ) aufweist, die über ein strömungsführendes Bauteil (4 ) miteinander verbunden sind, wobei die beiden Hohlkörper (2 ,3 ) im wesentlichen parallel zueinander und vertikal angeordnet und wobei das im ersten Hohlkörper (2 ) befindliche Coalescer-Element (5 ) und das im zweiten Hohlkörper (3 ) befindliche Feinfilter (6 ) senkrecht zum horizontal angeordneten strömungsführenden Bauteil (4 ) ausgerichtet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil (
4a ) des strömungsführenden Bauteils (4 ) zum Sammeln von Wasser ausgelegt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Anschlüssen der beiden Hohlkörper (
2 ,3 ) sich befindliche Abschnitt des strömungsführenden Bauteils (4 ) einen Querschnitt (A1) aufweist, der sich in Richtung zu dem zweiten Hohlkörper (3 ) hin verjüngt. - Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des strömungsführenden Bauteils (
4 ) in seinem oberen Bereich (4b ) eine die beiden Hohlkörper (2 ,3 ) unmittelbar verbindende Leitstruktur (4' ) zur Strömungsführung aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hohlkörper (
3 ) an seinem dem strömungsführenden Bauteil (4 ) zugeneigten Ende eine Verjüngung des Querschnitts (9 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A1) des Abschnitts größer ist als der Querschnitt (A2) der Verjüngung (
9 ), - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
4 ) in seinem unteren Bereich (4a ) auf der einen Seite eine ventilgesteuerte Vorrichtung (7 ) zum Ableiten von Wasser umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (
4 ) in seinem unteren Bereich auf der der ventilgesteuerten Vorrichtung (7 ) gegenüberliegenden Seite einen auf einem geodätisch höheren Niveau als die ventilgesteuerte Vorrichtung (7 ) liegenden Wasserstandssensor (8 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Coalescer-Element (
5 ) von innen nach außen durchströmbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen der Außenfläche des Coalescer-Elements (
5 ) und einer Innenfläche (2' ) des ersten Hohlkörpers (2 ) befindliche Volumen eine Strömungsfläche aufweist, die kleiner ist als der Querschnitt des Anschlusses des ersten Hohlkörpers (2 ) an das strömungsführende Bauteil (4 ). - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinfilter (
6 ) von außen nach innen durchströmbar ist. - Kraftstoffversorgungssystem mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, einer dieser Vorrichtung vorgeschalteten Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe (
11 ), und ein der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe (11 ) vorgeschaltetes Vorfilter (10 ) zur Ausfilterung von Verunreinigungen. - Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorfilter (
10 ) baulich in die Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen integriert ist. - Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserabscheidung auf der Druckseite der Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe (
11 ) erfolgt. - Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und zur Ausfilterung von Verunreinigungen eine Hochdruckpumpe (
12 ) nachgeschaltet ist. - Einspritzsystem für eine Brenkraftmaschine mit einer Common-Rail und Injektoren, mit einem Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 12.
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