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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstofffilter für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Filterelement, an dem eine Wasser-Kraftstoff-Mischung abscheidbar ist, die über eine erste Leitung in einen Sammelraum des Kraftstofffilters ableitbar ist.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 653 075 A2 ist eine Kraftstofffiltervorrichtung bekannt geworden, die einen Kraftstofffilter und einen Kraftstofftank umfasst. Im Kraftstofffilter wird Wasser abgeschieden, das sich in einem Wassersammelraum des Kraftstofffilters staut. Das Wasser wird aktiv über eine Venturi-Düse vom Boden des Wassersammelraumes abgezogen und zurück in den Tank gepumpt.
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Die
US 5,462,658 A offenbart einen wasserabscheidenden Kraftstofffilter mit einem Gehäuse, an dessen Unterseite ein Wassersammelraum ausgebildet ist. Ein in Filterlängsrichtung verlaufendes zentrales Absaugrohr ist in dem Gehäuse angeordnet, um eine abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung aus dem Wassersammelraum abzusaugen.
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Aus der
US 2005/0121374 A1 ist eine Kraftstofffiltervorrichtung mit einem wasserabscheidenden Kraftstofffilter bekannt geworden. Im Kraftstofffilter abgeschiedenes Wasser wird vom Boden eines Wassersammelraums des Kraftstofffilters über eine Ableitung in einen zweiten Wassersammelraum geleitet, der im Kraftstofftank angeordnet ist. Im zweiten Wassersammelraum erfolgt eine weitere Wasserabscheidung.
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Die
DE 37 40 804 C1 offenbart eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung umfasst einen wasserabscheidenden Kraftstofffilter mit einem Wassersammelraum. Überschreitet das sich im Wassersammelraum stauende Wasser einen vordefinierten Pegel, wird ein Alarm ausgelöst. Um die Kraftstoffversorgungseinrichtung auch bei ignoriertem Alarm weiter betreiben zu können, ragt ein Tauchrohr in den Wassersammelraum, über das ein Teil des Wassers aus dem Wassersammelraum in den Tank rückführbar ist.
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Aus der
WO 2006/080875 A1 ist es ebenfalls bekannt geworden, Wasser aus einem Wassersammelraum eines Kraftstofffilters in einen Tank zurückzuführen.
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Die
EP 2 078 845 A1 offenbart die Rückführung von Wasser aus einem Wassersammelraum eines Kraftstofffilters in den Kraftstofftank. Die Rückführung erfolgt dabei über eine Drossel zum Einstellen der Rückführ-Wasserrate.
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Schließlich ist aus der
WO 2010/020489 A1 ein Kraftstofffilter bekannt geworden, der einen ersten Wasserabscheider aufweist. Das am ersten Wasserabscheider abgeschiedene Wasser fließt über eine Ableitung in einen Wassersammelraum des Kraftstofffilters. Im Wassersammelraum setzt sich Wasser von Restkraftstoff ab. An der Oberseite des Wassersammelraumes befindet sich ein Auslass, über den der Inhalt des Wassersammelraumes in einen Tank zurückgeführt wird.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstofffilter haben den Nachteil, dass durch die Anordnung des Auslasses im Wassersammelraum überwiegend der Wasseranteil der abgeschiedenen Wasser-Kraftstoff-Mischung in den Tank zurückgeführt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstofffilter zu schaffen, der auch nach Überschreitung der maximalen Füllhöhe des Wassersammelraumes durch eine Abführung abgeschiedener Wasser-Kraftstoff-Mischung sicher weiter betreibbar ist, dabei jedoch vornehmlich Kraftstoff abführt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kraftstofffilter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Aufgabe wird somit gelöst durch einen Kraftstofffilter für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Filterelement, an dem eine Wasser-Kraftstoff-Mischung abscheidbar ist, die über eine erste Leitung in einen Sammelraum des Kraftstofffilters ableitbar ist, wobei der Kraftstofffilter eine zweite Leitung zur Rückführung zumindest eines Teils der Wasser-Kraftstoff-Mischung in einen Tank des Kraftfahrzeuges aufweist und wobei die zweite Leitung von der ersten Leitung abzweigt.
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Die zweite Leitung, durch die die aufgestaute Wasser-Kraftstoff-Mischung in den Tank abgeleitet wird, ermöglicht es, den Kraftstofffilter auch dann noch beschädigungsfrei weiter zu betreiben, wenn die maximale Füllhöhe der Wasser-Kraftstoff-Mischung im Sammelraum überschritten wird. Da sich die Abzweigung der zweiten Leitung oberhalb des Sammelraums befindet, wird bei einer Rückführung von Wasser-Kraftstoff-Mischung vornehmlich Kraftstoff in den Tank zurückgeführt. Darüber hinaus wird die maximale Füllhöhe der Wasser-Kraftstoff-Mischung im unteren Teil des Kraftstofffilters vergrößert, da die Wasser-Kraftstoff-Mischung erst dann über die zweite Leitung in den Tank zurückfließt, wenn die Füllhöhe der Wasser-Kraftstoff-Mischung die Höhe des Sammelraumes übersteigt.
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Ein besonders druckresistenter und kostengünstig produzierbarer Kraftstofffilter wird erzielt, wenn die erste Leitung einteilig mit der zweiten Leitung ausgebildet ist. Die erste Leitung und die zweite Leitung sind dabei vorzugsweise jeweils in Form eines Kanals in einem Gehäuse des Kraftstofffilters ausgebildet.
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Die erste Leitung ist vorzugsweise in Form einer in Kraftstofffilterlängsrichtung verlaufenden Ringleitung ausgebildet. Mit anderen Worten ist die erste Leitung vorzugsweise ringförmig ausgebildet, wobei sich die Längsachse der ersten Leitung in Kraftstofffilterlängsrichtung erstreckt. Hierdurch kann die am Filterelement abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung effektiv und schnell abgeführt werden.
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Das Filterelement ist dabei vorzugsweise axialsymmetrisch zur Kraftstofffilterlängsrichtung ausgebildet und weist einen Sedimentationsspalt auf, der fluidisch mit der ersten Leitung verbunden ist. Die am Sedimentationsspalt abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung fließt dadurch mit sehr geringem Strömungswiderstand in die erste Leitung.
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Eine optimale Ableitung der am Filterelement abgeschiedenen Wasser-Kraftstoff-Mischung in die erste Leitung erfolgt, wenn die erste Leitung mit dem Sedimentationsspalt fluchtet.
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Ein besonders hoher Wasseranteil in der Wasser-Kraftstoff-Mischung wird erzielt, wenn das Filterelement ein radial vom Sedimentationsspalt beabstandetes Koaleszermedium aufweist. Die am Koaleszermedium abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung ist dabei bevorzugt über den Sedimentationsspalt in die erste Leitung abführbar. Das Koaleszermedium ist dem Sedimentationsspalt in Flussrichtung gesehen vorzugsweise vorgeschaltet. In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Kraftstofffilter in Flussrichtung gesehen zunächst ein Partikelfiltermedium, dann ein Koaleszermedium und anschließend einen Sedimentationsspalt auf. Hierdurch kann der das Filterelement passierende Kraftstoff optimal gereinigt werden.
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Die zweite Leitung kann in dem dem Filterelement abgewandten unteren Bereich der ersten Leitung von der ersten Leitung abzweigen. In diesem Fall übersteigt die maximale Füllhöhe der Wasser-Kraftstoff-Mischung die Füllhöhe des Sammelraumes. Darüber hinaus steht durch die verbleibende Höhe der ersten Leitung von der Abzweigung der zweiten Leitung bis zum Filterelement auch noch genügend „Pufferhöhe” für Schwallwasser aus dem Sammelraum bis zum Filterelement zur Verfügung. Mit anderen Worten kann das Filterelement auch dann nicht geschädigt werden, wenn in einem „Worst-Case-Szenario” der Sammelraum mit Wasser-Kraftstoff-Mischung gefüllt ist und weiteres Wasser aus dem Tank in Richtung des Filterelementes gefördert wird, sodass das abgeschiedene Wasser nicht schnell genug über die zweite Leitung abfließen kann. Denn in diesem Fall ist immer noch genügend Steighöhe in der ersten Leitung zwischen der Abzweigung und dem Filterelement vorhanden, sodass der Wasserspiegel das Filterelement nicht erreicht.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Kraftstofffilters zweigt die zweite Leitung im Wesentlichen senkrecht von der ersten Leitung ab. Hierdurch wird verhindert, dass am Sedimentationsspalt abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung unmittelbar von der ersten Leitung in die zweite Leitung – anstatt weiter in den Sammelraum – fließt.
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Die zweite Leitung kann durch eine Drossel einen definierten Querschnitt aufweisen. Anhand der Drossel ist die Rückflussrate von der Abzweigung in den Tank des Kraftfahrzeuges einstellbar. Die Drossel kann in Form einer Bohrung ausgebildet sein.
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Eine konstruktiv besonders einfache Ausbildung der Drossel und eine damit einhergehende kostengünstige Produzierbarkeit des Kraftstofffilters sind gegeben, wenn die Drossel in Form einer Einpressdrossel ausgebildet und in die zweite Leitung eingepresst ist.
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Eine optimale Rückflussrate der Wasser-Kraftstoff-Mischung in den Tank wird erzielt, wenn die Drossel einen effektiven Durchflussquerschnitt aufweist, der einer kreisförmigen Querschnittsfläche mit einem Durchmesser von 0,2 mm bis 0,6 mm, insbesondere von 0,3 mm bis 0,5 mm, entspricht. Ein so kleiner und gleichzeitig präzise definierter Durchflussquerschnitt kann auf einfache Art und Weise durch eine Einpressdrossel erzielt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt sowie aus den Ansprüchen.
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Die in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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Es zeigen:
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1 eine erste Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstofffilters; und
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2 einen Ausschnitt einer zweiten Schnittansicht des Kraftstofffilters aus 1.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftstofffilters 10. Der Kraftstofffilter 10 ist zum Filtern von Kraftstoff, beispielsweise zum Filtern von Dieselkraftstoff, ausgebildet. Der Kraftstofffilter 10 ist dabei zur druckseitigen Anordnung, d. h. einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) nachgeordnet, eingerichtet. Durch den Kraftstofffilter 10 wird Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges (nicht gezeigt) gereinigt.
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Die Reinigung des Kraftstoffes umfasst sowohl das Herausfiltern von Partikeln als auch von Wasser aus dem Kraftstoff. Hierzu weist der Kraftstofffilter 10 ein Filterelement 12 auf. Das Filterelement 12 ist in einem Gehäuse 14 des Kraftstofffilters 10 angeordnet. Das Filterelement 12 ist axialsymmetrisch zu der Längsachse des Kraftstofffilters 10 (im Folgenden als Kraftstofffilterlängsachse 16 bezeichnet) ausgebildet.
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Das Filterelement 12 weist ein Partikelfiltermedium 18 zum Herausfiltern von Schmutzteilchen im Kraftstoff auf. Die Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff erfolgt mehrstufig. In einer ersten Stufe werden kleine im Kraftstoff verteilte Wassertröpfchen in einem Koaleszermedium 20 koalesziert. In einer zweiten Stufe wird das koaleszierte Wasser (und ein geringer Kraftstoffanteil) an einem Sedimentationsspalt 22 abgeschieden. Genau betrachtet wird im Filterelement 12 somit nicht reines Wasser, sondern Wasser mit einem geringen Kraftstoffanteil abgeschieden. Dieses Gemisch wird nachfolgend als Wasser-Kraftstoff-Mischung bezeichnet.
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Das Gehäuse 14 umfasst einen im Betrieb unterhalb des Filterelements 12 angeordneten Sammelraum 24 (bzw. Wassersammelraum) für die abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung. Die am Filterelement 12 abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung fließt über eine erste Leitung 26 in den Sammelraum 24. Die erste Leitung 26 ist im Gehäuse 14 ausgebildet. Die erste Leitung 26 weist eine ringförmige Form auf. Sie ist radialsymmetrisch zur Kraftstofffilterlängsrichtung 16 ausgebildet. Die erste Leitung 26 fluchtet in axialer Richtung mit dem Sedimentationsspalt 22. Dabei verläuft die erste Leitung 26 in Richtung der Kraftstofffilterlängsrichtung 16.
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Im Sammelraum 24 staut sich die Wasser-Kraftstoff-Mischung. Hierdurch erfolgt eine weitere Separation von Wasser und Kraftstoff: Da der Kraftstoff im Vergleich zum Wasser eine geringere Dichte aufweist, schwimmt er auf dem Wasser. Das sich unter dem Kraftstoff befindende Wasser kann über einen Auslass 28 abgelassen und entsorgt werden.
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Da sich in dem über den Auslass 28 abgeführten Wasser noch Kraftstoffanteile befinden können, sollte das Wasser beispielsweise nur in einer Werkstatt abgelassen und entsorgt werden. Im Sammelraum 24 befinden sich Wasserstandssensoren (nicht gezeigt), die bei Erreichen einer vorbestimmten Füllhöhe des Wassers im Sammelraumes 24 einen Alarm auslösen. Insbesondere kann dem Fahrer des Kraftfahrzeuges über das Aufleuchten einer Lampe angezeigt werden, dass der Sammelraum 24 in einer Werkstatt entleert werden muss.
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Wenn der Alarm vom Fahrer ignoriert wird und der Fahrer die Brennkraftmaschine weiter betreibt, d. h. weiterfährt, besteht die Gefahr, dass Wasser aus dem Sammelraum 24 in eine Zuleitung 30 des Kraftstofffilters 10 zur Brennkraftmaschine gelangt und die Brennkraftmaschine schädigt.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Ableitung bzw. Rückführung eines Teils der Wasser-Kraftstoff-Mischung aus der ersten Leitung 26 in den Tank des Kraftfahrzeuges vorgesehen.
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2 zeigt eine weitere Schnittansicht des Kraftstofffilters 10 in vergrößerter Darstellung, die diese Rückführung erläutert.
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Aus 2 wird ersichtlich, dass eine zweite Leitung 32 von der ersten Leitung 26 abzweigt. Die zweite Leitung 32 ist dabei im Betrieb oberhalb des Sammelraums 24 angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich die Abzweigung der zweiten Leitung 32 nicht im Sammelraum 24. Die zweite Leitung 32 zweigt in einem unteren Bereich der ersten Leitung 26 von der ersten Leitung 26 ab. Unter einem unteren Bereich der ersten Leitung 26 wird dabei ein (weit) vom Filterelement 12 beabstandeter Bereich nahe des Sammelraums 24 verstanden. Die zweite Leitung 32 ist einenends unmittelbar mit der ersten Leitung 26 und anderenends mittelbar mit einem Tank (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeuges verbunden. Staut sich somit die Wasser-Kraftstoff-Mischung im Sammelraum 24 über die Höhe des Sammelraumes 24 hinaus, so fließt der obere Teil der Wasser-Kraftstoff-Mischung über die zweite Leitung 32 in den Tank ab. Da es sich bei dem oberen Teil der Wasser-Kraftstoff-Mischung praktisch ausschließlich um Kraftstoff handelt, wird der Tank dabei nur mit wenig Wasser beaufschlagt.
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Die zweite Leitung 32 zweigt senkrecht von der ersten Leitung 26 ab. Hierdurch fließt am Filterelement 12 abgeschiedene Wasser-Kraftstoff-Mischung primär über die erste Leitung 26 in den Sammelraum 24 und nicht in die zweite Leitung 32.
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Der Abfluss über die zweite Leitung 32 wird durch eine Drossel 34 definiert. Die Drossel 34 ist in Form einer Einpressdrossel ausgebildet. Die Drossel 34 weist dabei einen effektiven Durchflussquerschnitt von 0,13 mm2 auf. Dies entspricht einer kreisförmigen Querschnittsfläche mit einem Durchmesser von 0,4 mm.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Kraftstofffilter mit einem Filterelement zur Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff. Das Wasser ist über eine erste Leitung, die sich vom Filterelement zu einem Sammelraum des Kraftstofffilters erstreckt, in den Sammelraum führbar. In der ersten Leitung ist eine Abzweigung einer zweiten Leitung vorgesehen, die eine Flüssigkeitsableitung von der ersten Leitung ermöglicht. In der zweiten Leitung ist zur Regulierung der Abflussmenge vorzugsweise eine Drossel, insbesondere eine Einpressdrossel, vorgesehen. Die zweite Leitung zweigt bevorzugt im Wesentlichen in einem 90°-Winkel zur ersten Leitung von der ersten Leitung ab, sodass in der ersten Leitung fließende Flüssigkeit primär an der zweiten Leitung vorbeiströmt und in den Sammelraum gelangt.
