DE10107034A1

DE10107034A1 - Device for removing pollutants from oil, especially in automobiles, comprises unit through which the oil is passed, containing substances capable of chemically decomposing and/or binding the pollutants

Info

Publication number: DE10107034A1
Application number: DE2001107034
Authority: DE
Inventors: Michael Harenbrock
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: DE10107034B4

Abstract

A device for removing pollutants from oil comprises a unit through which the oil is passed and which contains substances capable of chemically decomposing and/or binding the pollutants.

Description

Field of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Ölfiltersysteme. Sie betrifft insbesondere solche Filtersysteme, die bei der Filtration von Motorölen von Otto-Motoren eingesetzt werden. Ganz speziell betrifft die Erfindung eine Verlängerung der Standzeit solcher Filtersysteme.The present invention relates generally to oil filter systems. It concerns in particular those Filter systems used in the filtration of engine oils from Otto engines. All in particular, the invention relates to an extension of the service life of such filter systems.

Background of the Invention, State of the Art

Öl erfüllt in Verbrennungsmaschinen eine Reihe von wichtigen Aufgaben. Das Motorenschmieröl verringert die Reibung und somit den Verschleiß metallischer Komponenten, führt Wärme ab, dichtet den Brennraum ab und reinigt den Motorraum durch Ablösen und Dispergieren von Verunreinigungen. Motorenöle werden im Betrieb somit durch Verbrennungspartikel, Fremdstoffe und Abriebpartikel verschmutzt. Damit diese sogenannten Primärpartikel keine Schäden im Motor, z. B. durch Verblocken von Schmierspalten oder über die Erzeugung von Sekundärverschleißpartikeln hervorrufen, die zur Verringerung der Motorlebensdauer führen können, müssen diese Partikel aus dem Ölkreislauf entfernt werden.Oil has a number of important functions in internal combustion engines. The Engine lubricating oil reduces the friction and thus the wear of metallic components, dissipates heat, seals the combustion chamber and cleans the engine compartment by detaching and Dispersing impurities. Engine oils are thus in operation Combustion particles, foreign substances and wear particles are dirty. So that these so-called Primary particles no damage in the engine, e.g. B. by blocking lubricating gaps or over the generation of secondary wear particles that reduce the Engine life, these particles must be removed from the oil circuit.

Die meistverwendete Methode, solche Kontaminierungen zu kontrollieren, ist die Verwendung eines Hauptstrom-Filtersystems. In einem solchen System wird Öl, das von einer Pumpe bewegt wird, durch ein Filter hindurchtreten, bevor es zu den einzelnen Maschinenkomponenten geführt wird. Dies stellt sicher, dass das gesamte Öl zumindest einer minimalen Filtration unterworfen wird. Ein solches Hauptstrom-System stellt jedoch immer einen Kompromiss zwischen der Fähigkeit des Öls, durch das Filtermedium zu fließen und der Fähigkeit des Filters, Partikel zu beseitigen dar. The most common way to control such contamination is to use it a mainstream filter system. In such a system, oil is moved by a pump will pass through a filter before it leads to the individual machine components becomes. This ensures that all of the oil is subjected to at least minimal filtration becomes. Such a mainstream system, however, always compromises between Ability of the oil to flow through the filter medium and the ability of the filter to collect particles eliminate.

In einem Hauptstrom-Filtersystem werden teilchenförmige Kontaminierungen durch Tiefenfiltration aus dem Öl entfernt. Die Anordnung von Fasern im Filtermedium resultiert in Öffnungen oder Durchgängen, durch die das Öl fließen kann. Dabei werden Partikel, die größer als diese Öffnungen oder Durchgänge sind, zurückgehalten, während kleinere Partikel durch diese hindurchgelangen können. Derzeit bekannte Hauptstrom-Ölfilter zeigen im allgemeinen eine 90-95%ige Entfernungsrate von Partikeln, die größer als 40 Mikrometer sind. Obwohl diese Entfernungsrate die Möglichkeit eines katastrophalen Schadens für die Maschine durch die Zirkulation von großen Partikeln sehr reduziert, bieten diese Filter doch nur einen minimalen Schutz vor Verschleiß. Studien haben gezeigt, dass der Großteil des Verschleißes von Maschinenkomponenten durch die Zirkulation von Partikeln im Bereich von 5-20 Mikrometer verursacht wird. Diese Teilchengröße ist sehr viel kleiner als die, die ein herkömmliches Hauptstrom-Filtersystem mit einer signifikanten Effektivität entfernen kann. Durch eine engere Anordnung der Fasern in den Filtern kann zwar eine Erhöhung der Effizienz der Entfernung von kleineren Partikeln erreicht werden, an dieser Stelle kommt jedoch die bereits angesprochene Kompromiss-Situation ins Spiel.Particulate contamination is caused in a mainstream filter system Deep filtration removed from the oil. The arrangement of fibers in the filter medium results in Openings or passages through which the oil can flow. In doing so, particles become larger than these openings or passages are retained while smaller particles pass through these can get through. Current mainstream oil filters generally show a 90-95% removal rate of particles larger than 40 microns. Although these Removal rate the possibility of catastrophic damage to the machine by the Circulation of large particles is very reduced, as these filters offer only a minimal one Protection against wear. Studies have shown that most of the wear and tear from Machine components through the circulation of particles in the range of 5-20 microns is caused. This particle size is much smaller than that of a conventional one Mainstream filter system can remove with significant effectiveness. By a closer Arranging the fibers in the filters can increase the efficiency of removal smaller particles can be reached, but here comes the one already mentioned Compromise situation into play.

Sobald die Faserdichte in den Filtern erhöht wird, ist es für das Öl schwieriger, durch das Filter hindurchzufließen. Wenn der Fließwiderstand größer wird, verringert sich das Durchflussvolumen und der Öldruck filterabwärts. Um diese Verringerung zu kompensieren, könnte man die Oberfläche des jetzt dichteren Filters vergrößern. Um aber einen entsprechenden Druckabfall zu erhalten, der den konventionellen Hauptstrom-Systemen vergleichbar ist, und gleichzeitig eine ausreichende Filtrationsrate von Partikeln im Bereich von 5-20 Mikrometer erzielen zu können, müsste die Oberfläche um ein Vielfaches vergrößert werden. Im allgemeinen ist das jedoch aus dem Blickwinkel von Baugröße und Kosten nicht praktikabel.Once the fiber density in the filters is increased, it is more difficult for the oil to pass through the filter flow therethrough. If the flow resistance increases, this decreases Flow volume and the oil pressure downstream of the filter. To compensate for this reduction, you could enlarge the surface of the now denser filter. But a corresponding one Obtain pressure drop comparable to conventional mainstream systems, and at the same time an adequate filtration rate of particles in the range of 5-20 micrometers To achieve this, the surface would have to be enlarged many times over. In general however, this is not practical from the point of view of size and cost.

Zudem geht, vor allem in der Automobilindustrie, der Trend aufgrund des begrenzten Platzangebots, zu immer kleineren Einheiten, während sich gleichzeitig die Ölflussraten erhöhen. Außerdem werden diese Öle in modernen PKW Betriebsbedingungen ausgesetzt, die zu einer verstärkten thermischen oder chemischen Schädigung führen können.In addition, especially in the automotive industry, the trend is due to the limited Space, in ever smaller units, while increasing oil flow rates. In addition, these oils are exposed in modern car operating conditions that lead to a can lead to increased thermal or chemical damage.

Eine Möglichkeit, die Ölfiltration zu verbessern, ist daher die Bereitstellung eines zweiten oder Nebenstrom-Filtersystems. Nebenstrom-Filtersysteme werden zusätzlich zu den existierenden Hauptstrom-Systemen verwendet und unterscheiden sich von diesen in mehrerlei Hinsicht. Zunächst wird nur ein geringer Teil des Ausstoßes der Ölpumpe zu dem Nebenstrom-Filter geleitet. Das Volumen beträgt normalerweise zwischen 5 und 10% der Menge, die den Komponenten der Maschine insgesamt zugeführt wird. Nachdem das Öl das Nebenstrom-Filter passiert hat, wird es in die Maschine zurückgeleitet. Aufgrund der Tatsache, dass das Nebenstrom-Filter keine großen Flussraten verarbeitet, kann die Dichtheit des Filtermediums sehr viel größer sein. Dies erlaubt nicht nur eine verbesserte Effektivität für die Entfernung kleinerer Partikel, sondern gestattet oft auch die Entfernung anderer Kontaminationen, die von konventionellen Hauptstrom-Filtern nicht zurückgehalten werden.One way to improve oil filtration is therefore to provide a second or Sidestream filter system. Bypass flow filter systems are added to the existing ones Mainstream systems are used and differ from them in several ways. Initially, only a small part of the oil pump output becomes the bypass filter directed. The volume is usually between 5 and 10% of the amount that the Components of the machine as a whole is fed. After the oil the bypass filter has passed, it is returned to the machine. Due to the fact that Bypass flow filter does not process large flow rates, the tightness of the filter medium be a lot bigger. This not only allows improved effectiveness for removal smaller particles, but often also allows the removal of other contaminants from conventional mainstream filters are not retained.

Ein großes Problem bei den heutzutage verwendeten Filtermedien liegt darin, dass insbesondere bei der Verbrennung im Otto-Motor Stoffe gebildet werden, die besonders schädlich für die Filtermedien sind. Es handelt sich hierbei z. B. um reaktive chemische Verbindungen wie Säuren, die aus Verbrennungsgasen und Wasser gebildet werden (z. B. salpetrige Säure), Oxidationsprodukte des Kraftstoffs (z. B. organische Säuren, Alkohole, Ketone und Aldehyde), Wasser, Hydroperoxide, sowie deren Reaktionsprodukte untereinander. Diese Komponenten können das Filtermedium, das hauptsächlich aus Cellulose und einer geeigneten Imprägnierung besteht, durch z. B. saure Hydrolyse, Veresterung, Veretherung oder radikalischen Angriff so weit schwächen, dass die mechanische Festigkeit des Mediums stark reduziert ist. Eine Mindestfestigkeit ist jedoch aufgrund der Betriebssicherheit zwingend erforderlich. Durch diese Stoffe wird daher die chemische Standzeit der Filtermedien drastisch reduziert.A major problem with the filter media used today is that in particular During combustion in the Otto engine, substances are formed that are particularly harmful to the Filter media are. It is e.g. B. reactive chemical compounds such as acids, which are formed from combustion gases and water (e.g. nitrous acid), Oxidation products of the fuel (e.g. organic acids, alcohols, ketones and aldehydes), Water, hydroperoxides and their reaction products with each other. These components can use the filter medium, which mainly consists of cellulose and a suitable impregnation consists of z. B. acid hydrolysis, esterification, etherification or radical attack weaken far that the mechanical strength of the medium is greatly reduced. A However, minimum strength is mandatory due to operational safety. Through this The chemical service life of the filter media is therefore drastically reduced.

Eine besondere Rolle spielen dabei die Stickoxide, die allgemein mit NOX bezeichnet werden. Einige Verfahrung zur Entstickung sind entwickelt worden, so z. B. das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction), eine Technik, bei der dem Abgasstrom Ammoniak (NH₃) oder Harnstoff (CO(NH₂)₂) zugegeben wird. Dieses Verfahren wird jedoch überwiegend bei stationären Anlagen angewendet. Konversionsraten von bis zu 80% sind bekannt geworden, allerdings muss der NO-Gehalt bekannt sein, da eine zu große Zugabe des Reduktionsmittels zu einer Ammoniak-Emission führen würde. The nitrogen oxides, which are generally referred to as NOX, play a special role. Some denitrification practices have been developed, e.g. B. the SCR process (Selective Catalytic Reduction), a technique in which the exhaust gas stream ammonia (NH ₃ ) or urea (CO (NH ₂ ) ₂ ) is added. However, this method is mainly used for stationary systems. Conversion rates of up to 80% have become known, but the NO content must be known, since an excessively large addition of the reducing agent would lead to ammonia emission.

Summary of the invention

Die vorliegende Erfindung hat demzufolge die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es gestattet, die chemischen Standzeiten von Filtermedien, die in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet werden, zu erhöhen.The present invention therefore has the object of providing an apparatus which can allows the chemical service life of filter media used in internal combustion engines Motor vehicles are used to increase.

Diese und weitere Aufgaben werden durch das Filter nach Anspruch 1 gelöst.These and other tasks are solved by the filter according to claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.Further advantageous refinements are contained in the subclaims.

Detailed description of the embodiment

Durch eine genaue Analyse der Alterungsreaktionen von Altölen ist es möglich, die für das Filtermedium schädlichen Verbindungen, die während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs gebildet werden, zu identifizieren. Diese ähneln denen, die im Abgaskatalysator durch Harnstoff unschädlich gemacht werden können. Insbesondere handelt es sich um Reaktionsprodukte aus NO_X, Wasser und Verbrennungsrückständen aus Kraftstoffen.Through a precise analysis of the aging reactions of waste oils, it is possible to identify the compounds which are harmful to the filter medium and which are formed during the driving operation of the motor vehicle. These are similar to those that can be rendered harmless by urea in the catalytic converter. In particular, these are reaction products made from NO _x , water and combustion residues from fuels.

Durch die Verwendung von chemischen Substanzen im Ölkreislauf von Verbrennungsmotoren, die diese Schadstoffe chemisch zersetzen oder binden können, lassen sich somit die für das Filtermedium schädlichen Stoffe aus dem Ölstrom entfernen.Through the use of chemical substances in the oil circuit of internal combustion engines, which can chemically decompose or bind these pollutants can thus be used for Remove harmful substances from the oil flow in the filter medium.

Dabei können diese Substanzen z. B. als Schüttgut in ein Haupt- oder Nebenstromölfilter bzw. - bauelement eingebracht werden. Der Zusatz von chemischen Verbindungen kann aber z. B. auch dadurch geschehen, dass die Substanz chemisch an die Imprägnierung des Filtermediums angebunden wird. Dies ist bspw. bei häufig eingesetzten Phenolharzimprägnierungen durch Einführung einer kondensationsfähigen chemischen Gruppe, z. B. einer Alkylolgruppe, möglich. Vergleichbare Lösungen für alternative Imprägnierstoffe wie Acrylat, Epoxid, usw., sind analog denkbar.These substances can, for. B. as bulk in a main or bypass oil filter or - component can be introduced. The addition of chemical compounds can, for. Belly by doing that the substance chemically impregnates the filter medium is connected. This is the case, for example, with frequently used phenolic resin impregnations Introduction of a condensable chemical group, e.g. B. an alkylol group possible. Comparable solutions for alternative impregnation materials such as acrylate, epoxy, etc. are analogous conceivable.

Prinzipiell geeignet zum Binden und Zersetzen sind Stoffe, wie sie u. a. auch als Trägermaterialien in der Chromatographie eingesetzt werden, wie Kieselgel, Kieselgur, Calciumcarbonat und Aluminiumoxid. Ferner sind Stoffe geeignet, die über Adsorption und anschließende Zersetzung über saure oder basische funktionelle Gruppen die Schadstoffe unschädlich machen, wie z. B. Zeolithe. Des weiteren sind katalytisch aktive Substanzen wie Metalle und Metallverbindungen, bspw. Metalloxide, geeignet. Die Auswahl des (Füll-)Stoffes erfolgt nach Gesichtspunkten der chemischen Beständigkeit der zu vernichtenden Schadstoffe. So werden z. B. Säuren aus dem Verbrennungsprozess durch basische Stoffe unschädlich gemacht. Werden diese Stoffe als Schüttgut in einem Bauelement eingesetzt, so muss die Korngröße so hoch sein, dass ein Ausschwemmen in den Ölkreislauf zuverlässig verhindert wird. Sinnvoll sind Korngrößen ab 10 µm, bevorzugt im Bereich von 20-100 µm.In principle, substances such as u. a. also as Support materials are used in chromatography, such as silica gel, diatomaceous earth, Calcium carbonate and aluminum oxide. Furthermore, substances are suitable which are based on adsorption and subsequent decomposition via acidic or basic functional groups the pollutants render harmless, e.g. B. Zeolites. Furthermore, catalytically active substances are like Metals and metal compounds, for example metal oxides, are suitable. The selection of the (filler) substance is based on the chemical resistance of the pollutants to be destroyed. So z. B. Acids from the combustion process by basic substances harmless made. If these substances are used as bulk material in a component, the Grain size must be so high that it is reliably prevented from floating out into the oil circuit. Grain sizes from 10 µm are preferred, preferably in the range of 20-100 µm.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine Verlängerung der chemischen Standzeit von in Otto-Motoren verwendeten Filtermaterialien. Um die benötigte mechanische Festigkeit des Filtermediums bei verlängerten Ölwechselintervallen garantieren zu können, wird in moderneren Filterwerkstoffen die herkömmliche Cellulose durch Zusatz von Kunstfasern verstärkt, was jedoch zu Kostenerhöhungen für diese sogenannten Mischfasermedien führt. Durch die Senkung der chemischen Belastung durch die thermische Zersetzung der Schadstoffe kann auf diese Verstärkungsfasern verzichtet werden, so dass preiswertere Filtermedien eingesetzt werden können.The device according to the invention allows an extension of the chemical service life of in Otto engines used filter materials. To the required mechanical strength of the To be able to guarantee filter media with extended oil change intervals is becoming more modern Filter materials reinforce the conventional cellulose by adding synthetic fibers, what however leads to cost increases for these so-called mixed fiber media. By lowering The chemical load from the thermal decomposition of the pollutants can affect this Reinforcing fibers are dispensed with, so that cheaper filter media are used can.

Claims

1. Device for removing pollutants from oils, in particular lubricating oils in motor vehicles, the oil being passed through a component arranged in the oil flow, characterized in that the component contains substances which are capable of chemically decomposing the pollutants and / or to tie.

2. Device according to claim 1, characterized in that the substances are selected are from the group consisting of silica gel, diatomaceous earth, calcium carbonate and us Alumina.

3. Device according to claim 1, characterized in that the substances from substances exist that have acidic or basic functional groups.

4. The device according to claim 3, characterized in that the substances zeolites are.

5. The device according to claim 3, characterized in that it is the substances are catalytically active substances.

6. The device according to claim 5, characterized in that the catalytically active Substances include metals and metal compounds.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Substances are used as bulk goods.

8. The device according to claim 7, characterized in that the bulk material a Grain size of more than 10 microns, preferably 20-100 microns.

9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the bulk material in a main and / or secondary flow filter is arranged.

10. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Substances are chemically bound to an impregnation of the component.

11. The device according to claim 10, characterized in that the connection by the Introduction of a condensable chemical group in the Impregnation substance is realizable.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that it is in the chemical Group is an alkylol group.