DE102014115167A1

DE102014115167A1 - Filtervorrichtung für Dieselkraftstoff

Info

Publication number: DE102014115167A1
Application number: DE201410115167
Authority: DE
Inventors: LTD. Maehara Toyomitsu c/o KYOSAN DENKI CO.
Original assignee: Kyosan Denki Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Kyosan Denki Co Ltd
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2015-04-23
Also published as: JP6102673B2; JP2015081521A

Abstract

Eine Dieselkraftstofffiltervorrichtung enthält einen Filterkörper (42), der in einem Gehäuse (10) vorgesehen ist, um Fremdkörper einzufangen, die in einem durch eine Kraftstoffpassage (20) strömenden Kraftstoff enthalten sind, und ein Wassereinfangelement (50), das stromabwärts des Filterkörpers vorgesehen ist, um in dem Kraftstoff enthaltene Wasserpartikel (81) einzufangen. Der Kraftstoff hat eine Grenzflächenspannung von 10 bis 40 mN/m bei einer Grenzfläche mit Wasser. Der in den Filterkörper strömende Kraftstoff enthält Wasserpartikel (81a) mit einem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 10 bis 60 μm und weist eine mittlere Strömungsrate von 1 bis 5 mm/s auf. Der Filterkörper enthält Filterfasern (421), die einen Faserdurchmesser von 0,5 bis 5 μm aufweisen und mit einer Packungsdichte von 20 bis 30% zusammen angesammelt sind, und der Filterkörper weist eine Dicke von 0,4 bis 0,8 mm auf. Ein Wasserkontaktwinkel auf der Oberfläche der Filterfaser in dem Kraftstoff beträgt 90° bis 160°. Der in das Wassereinfangelement strömende Kraftstoff enthält Wasserpartikel (81) mit einem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm und umfasst eine mittlere Strömungsrate von 5 bis 20 mm/s.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Filtervorrichtung für Dieselkraftstoff, die in einem Kraftstoff enthaltene feine Partikel einfangen kann.
Ein herkömmlicher Öl-Wasser-Separierfilter ist beispielsweise in dem Patentdokument 1 ( JP 2000-288303 A ) offenbart. Der Öl-Wasser-Separierfilter besteht aus faserigen Blättern bzw. Schichten mit einer vorbestimmten hydrophilen Eigenschaft. Der Öl-Wasser-Separierfilter sammelt in einem Öl gemischte Mikrowassertröpfchen an, um Wasseransammlungen zu erzeugen, wodurch eine Öl-Wasser-Separierung aufgrund einer Ausscheidung des Wassers ausgeführt wird. In dem Patentdokument 1 wird beschrieben, dass ein Element zum Einfangen von Fremdkörpern stromaufwärts des Öl-Wasser-Separierfilters in Strömungsrichtung vorgesehen sein kann, um in einer behandelten Flüssigkeit enthaltene Fremdkörper einzufangen. In dem Patentdokument 1 ist auch beschrieben, dass der Öl-Wasser-Separierfilter zum Separieren eines Wassers von einem Kraftstofföl, wie z. B. einem Leichtöl, verwendet werden kann.
Allerdings ist es schwierig, wenn der herkömmliche Öl-Wasser-Separierfilter als ein Wassereinfangelement beispielsweise für eine in einem Fahrzeug angeordnete Dieselkraftstofffiltervorrichtung verwendet wird, Wasser von einem Kraftstofföll erfolgreich zu separieren bzw. zu trennen.
Die vorliegende Offenbarung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Punkte durchgeführt, und deren Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Dieselkraftstofffiltervorrichtung zu schaffen, die deren Öl-Wasser-Separierperformance verbessern kann.
Der Erfinder konzentrierte sich auf einen Filterkörper zum Einfangen von Fremdkörpern, der stromabwärts eines Wassereinfangelements in einer Kraftstoffströmung vorgesehen ist, und fand heraus, dass Wasser von einem Kraftstofföl erfolgreich separiert werden kann. Es wurde durch den Erfinder herausgefunden, dass eine Wasserseparierperformance von einem Kraftstofföl in dem Wassereinfangelement durch Ansammeln von angesammelten Wassertröpfchen in dem Filterkörper, um Wassertröpfchen mit einem vorbestimmten Durchmesser zu erzeugen, und durch Zuführen der Wassertröpfchen zu dem Wassereinfangelement mit einer vorbestimmten Strömungsrate verbessert werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Dieselkraftstofffiltervorrichtung in einem Kraftstoffzufuhrweg von innerhalb eines Kraftstofftanks zu einem Zufuhrziel angeordnet. Die Dieselkraftstofffiltervorrichtung filtriert einen durch den Kraftstoffzufuhrweg durchströmenden Kraftstoff entsprechend einem Betrieb einer Pumpenvorrichtung. Die Dieselkraftstofffiltervorrichtung enthält ein Gehäuse mit einer Kraftstoffpassage darin, durch die der von der Pumpenvorrichtung abgegebene Kraftstoff strömt, einen in dem Gehäuse vorgesehenen Filterkörper, um Fremdkörper einzufangen, die in dem durch die Kraftstoffpassage durchströmenden Kraftstoff enthalten sind, und ein Wassereinfangelement, das stromabwärts des Filterkörpers in eine Kraftstoffströmungsrichtung in dem Gehäuse vorgesehen ist. Das Wassereinfangelement fangt Wasserpartikel ein, die in dem durch die Kraftstoffpassage durchströmenden Kraftstoff enthalten sind, wodurch die Wasserpartikel aus dem Kraftstoff angesammelt und separiert werden. Der Kraftstoff weist eine Grenzflächenspannung von 10 bis 40 mN/m bei einer Grenzfläche mit Wasser auf. Der in den Filterkörper strömende Kraftstoff enthält Wasserpartikel mit einem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 10 bis 60 μm, und eine mittlere Strömungsrate des Kraftstoffs zum Zeitpunkt des Strömens in den Filterkörper beträgt 1 bis 5 mm/s. Der Filterkörper enthält Filterfasern, die einen Faserdurchmesser von 0,5 bis 5 μm aufweisen und zusammen mit einem Packungsanteil bzw. einer Packungsdichte von 20 bis 30% angesammelt bzw. zusammengefasst werden. Der Filterkörper weist eine Dicke von 0,4 bis 0,8 mm in eine Richtung auf, in die der Kraftstoff durch den Filterkörper durchströmt. Die Filterfaser weist eine Oberfläche auf, auf der ein Wasserkontaktwinkel in dem Kraftstoff 90° bis 160° beträgt. Der in dem Wassereinfangelement durchströmende Kraftstoff enthält Wasserpartikel mit einem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm aufgrund der Ansammlung in dem Filterkörper, und einer mittleren Strömungsrate des Kraftstoffs zum Zeitpunkt des Strömens in das Wassereinfangelement beträgt 5 bis 20 mm/s.
Gemäß dem vorstehenden strömt der durch die Pumpenvorrichtung abgegebene Kraftstoff durch den Filterkörper bevor er durch das Wassereinfangelement strömt. Der in den Filterkörper durchströmende Kraftstoff umfasst eine Grenzflächenspannung von 10 bis 40 mN/m bei einer Grenzfläche mit Wasser und enthält Wasserpartikel mit einem mittleren Volumenpartikeldurchmesser d50 von 10 bis 60 μm. Der Kraftstoff strömt in den Filterkörper mit einer mittleren Strömungsrate von 1 bis 5 mm/s.
Der Filterkörper enthält Filterfasern, die einen 0,5 bis 5 μm Faserdurchmesser aufweisen und zusammen mit einem Packungsanteil bzw. einer Packungsdichte von 20 bis 30% angesammelt bzw. zusammengefasst sind. Der Filterkörper weist eine Dicke von 0,4 bis 0,8 mm in eine Richtung auf, in die der Kraftstoff durch den Filterkörper strömt. Die Filterfaser weist eine Oberfläche auf, auf der ein Wasserkontaktwinkel im Kraftstoff 90° bis 160° beträgt.
Wenn der Kraftstoff durch den Filterkörper strömt, können die in dem Kraftstoff enthaltenen Wasserpartikel durch die Oberfläche der Filterfaser eingefangen und angesammelt werden und können zu Wasserpartikeln mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser d50 von 80 bis 150 μm gebildet bzw. gemacht werden. Wenn die Wasserpartikel mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser d50 von 80 bis 150 μm in das Wassereinfangelement bei einer mittleren Strömungsrate von 5 bis 20 mm/s strömen, können Wasserpartikel zu Wasserpartikel mit Größen anwachsen, die für eine Ausscheidungsseparation durch Ansammeln in dem Wassereinfangelement geeignet sind. Demgemäß kann eine notwendige Wasserseparation in einem unterzogenen Kraftstoff ausgeführt werden, und eine Wasserseparationsperformance kann verbessert werden.
1 zeigt ein Sektionsdiagramm, das eine Dieselkraftstofffiltervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2 zeigt ein Sektionsdiagramm entlang einer Linie II-II von 1.
3 zeigt ein schematisches Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem ein Kraftstoff durch entsprechende Schichten eines Filterkörpers, ein Wassereinfangelement und ein wasserabweisendes Element der Dieselkraftstofffiltervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform strömt.
4 zeigt ein schematisches Diagramm, das das Wassereinfangelement zur Erläuterung von deren Wasserseparationsaktion gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
5 zeigt ein schematisches Sektionsdiagramm, das einen Verbindungsabschnitt zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht des Wassereinfangelements gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
6 zeigt ein Diagramm, das eine Seite einer einzelnen Phase der entsprechenden Schichten zur Erläuterung eines Wasserkontaktwinkels auf einer Oberfläche der einzelnen Fasern gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
7 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem darstellt, das eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung ist, die die Dieselkraftstofffiltervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthält.
8 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Wassereinfangelement zur Erläuterung von dessen Wasserseparationsaktion gemäß einem vergleichenden Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
9 zeigt ein schematisches Sektionsdiagramm, das ein stromabwärts gelegenes Teil einer ersten Schicht des Wassereinfangelements gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
10 zeigt ein Sektionsdiagramm, das eine Dieselkraftstofffiltereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
11 zeigt ein Sektionsdiagramm entlang einer Line XI-XI von 10.
12 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Strömungsrate eines in das Wassereinfangelement strömenden Kraftstoffs und einen erreichbaren Wasserpartikeldurchmesser darstellt.
13 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Strömungsrate eines aufwärts innerhalb des Wassereinfangelements strömenden Kraftstoffs und einen Durchmesser eines Wasserpartikels, der in dem Kraftstoff ausscheidbar ist, darstellt.
14 zeigt ein Sektionsdiagramm, das eine Dieselkraftstofffiltervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend mit Bezug auf Figuren beschrieben. Bei den Ausführungsformen kann ein Teil, das einem in einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Gegenstand entspricht, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein, und auf die redundante Erläuterung für das Teil wird verzichtet. Wenn lediglich ein Teil einer Konfiguration bei einer Ausführungsform beschrieben wird, kann eine weitere vorhergehende Ausführungsform auf andere Teile der Konfiguration angewandt werden. Die Teile können kombiniert werden, selbst wenn es nicht explizit beschrieben wird, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, selbst wenn nicht explizit beschrieben wird, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, dass keine Beschädigung bei der Kombination auftritt.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf die 1 bis 9 beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, ist eine eine Dieselkraftstofffiltervorrichtung der vorliegenden Offenbarung enthaltende Kraftstoffzufuhrrichtung beispielsweise ein an einem Fahrzeug angeordnetes Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem. Nachstehend kann die Dieselkraftstofffiltervorrichtung als eine Kraftstofffiltervorrichtung bezeichnet werden. Die Kraftstoffzufuhrvorrichtung enthält einen Kraftstofftank 2, eine Niederdruckpumpe 2A, eine Hochdruckpumpe 3, eine Common-Rail 4, Injektoren 5 und eine zwischen dem Kraftstofftank 2 und der Hochdruckpumpe 3 angeordnete Kraftstofffiltervorrichtung 1.
Die Niederdruckpumpe 2A und die Hochdruckpumpe 3 arbeiten als eine Zufuhrpumpe, die einen flüssigen Kraftstoff von dem Kraftstofftank 2 zu der Common-Rail 4 und dem Injektor 5 zuführt, die als Beispiele eines Zufuhrziels verwendet werden. Die Niederdruckpumpe 2A ist in dem Kraftstofftank 2 vorgesehen. Die Niederdruckpumpe 2A kann als eine Pumpenvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Die Niederdruckpumpe 2A wird zum Abgeben eines Überdruck-Kraftstoffs betrieben. Überdruck bedeutet ein Druck, der größer als ein Druck in dem Kraftstofftank 2 ist. Wenn der Druck in dem Kraftstofftank 2 gleich einem Atmosphärendruck ist, ist der Überdruck höher als der Atmosphärendruck.
Die Niederdruckpumpe 2A ist eine elektrische Einspeisepumpe. Eine Trochoidpumpe bzw. eine Zahnradpumpe oder eine Westco-Pumpe kann beispielsweise als eine Niederdruckpumpe 2A verwendet werden. Für die Hochdruckpumpe 3 kann beispielsweise eine Kolbenpumpe verwendet werden. Bei der Hochdruckpumpe 3 kann ein elektromagnetisches Ventil als ein Strömungsratencontroller vorgesehen sein.
Die Niederdruckpumpe 2A ist in dem Kraftstofftank 2 vorgesehen, allerdings ist die Position der Niederdruckpumpe 2A nicht beschränkt. Die Niederdruckpumpe 2A kann beispielsweise außerhalb des Kraftstofftanks 2 vorgesehen sein. Darüber hinaus können beispielsweise die Niederdruckpumpe 2A und die Hochdruckpumpe 3, die als Zufuhrpumpe arbeiten, integriert werden und durch eine einzelne Antriebsquelle angetrieben werden.
Wenn die Zufuhrpumpe betrieben wird, wird ein in dem Kraftstofftank 2 bei einem gewöhnlichen Druck angesammelter Kraftstoff angesaugt und zu der Common-Rail 4 durch eine Kraftstoffleitung 6 zugeführt, die als ein Beispiel eines Kraftstoffzufuhrwegs von innerhalb des Kraftstofftanks 2 zu dem Zufuhrziel verwendet wird. Fremdkörper in dem Kraftstoff in der Kraftstofffiltervorrichtung 1 werden eingefangen, und Wasser kann von dem Kraftstoff separiert bzw. getrennt werden.
Die Common-Rail 4 sammelt darin den Kraftstoff, der durch die Hochdruckpumpe 3 der Zufuhrpumpe unter Druck gesetzt wurde, und der Kraftstoff wird bei dem unter Druck gesetzten Zustand in der Common-Rail 4 gehalten. Die Injektoren 5 sind mit der Common-Rail 4 verbunden. Die Anzahl der Injektoren 5 entspricht der Anzahl der Zylinder einer Dieselmaschine, und die Injektoren 5 spritzen den Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder ein. Der in dem unter Druck gesetzten Zustand in der Common-Rail 4 gespeicherte Kraftstoff wird von dem Injektor 5 ausgestoßen. Die Common-Rail 4 ist mit einer Rückführungsleitung 7 verbunden. Ein Kraftstoffüberschuss in der Common-Rail 4 wird zu dem Kraftstofftank 2 durch die Rückkehrleitung 7 zurückgeführt.
Ein Kraftstoff, der in eine Drucksteuerkammer jedes Injektors 5 strömt und für den Betrieb des Injektors 5 verwendet wird, vermischt sich mit einem Niederdruckkraftstoff, wie z. B. einem von einem Niederdruckanschluss des Injektors 5 abgegebenen ausgetretenen Kraftstoff und mischt sich mit einem Niederdruckkraftstoff, wie z. B. einem ausgetretenen Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 in der Rückführungsleitung 7, und kehrt zu dem Kraftstofftank 2 zurück.
Eine ECU als Controller ist mit dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem der vorliegenden Offenbarung verbunden. Die ECU steuert eine Strömungsrate des von der Zufuhrpumpe abgegebenen Kraftstoffs optimal beispielsweise basierend auf einem Kraftstoffdruck in der Common-Rail 4, einer Maschinendrehzahl Ne und einer Gaspedalstellung α. Die ECU steuert einen Öffnungs-Schließ-Zeitpunkt des elektromagnetischen Ventils jedes mit der Common-Rail 4 verbundenen Injektors 5. Demgemäß werden ein Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs in jeden Zylinder der Maschine und eine Menge des Einspritzkraftstoffs gesteuert.
Wenn die Niederdruckpumpe 2A betrieben wird, wird ein Wasser zusammen mit dem Kraftstoff von dem Kraftstofftank 2 über beispielsweise einem Ansaugfilter angesaugt. Das Wasser ist mikroskopische Partikel zerteilt, wenn es durch den Ansaugfilter strömt, und anschließend strömen die mikroskopischen Partikel in die Kraftstofffiltervorrichtung 1. Ein Durchmesser des in den Kraftstoff entsprechend dem Antrieb der Niederdruckpumpe 2A erzeugten Wasserpartikels wird in Abhängigkeit einer Drehrate der Niederdruckpumpe 2A verändert. Wenn die Drehrate der Niederdruckpumpe 2A relativ hoch eingestellt wird, wird der Durchmesser der Wasserpartikel relativ klein. Wenn die Drehrate der Niederdruckpumpe 2A relativ gering eingestellt wird, wird der Durchmesser der Wasserpartikel relativ groß.
Der Kraftstoff (Dieselkraftstoff) für die Dieselmaschine, der in dem Kraftstofftank 2 angesammelt ist, kann ein Leichtöl, ein Biodieselkraftstoff oder beispielsweise ein Biodiesel enthaltenes Leichtöl sein. Ein Kraftstoff mit einer Grenzflächenspannung von 10 bis 40 mN/m an der Grenzfläche mit Wasser kann als Dieselkraftstoff verwendet werden. Der Durchmesser der Wasserpartikel, der in dem Kraftstoff entsprechend dem Antrieb der Niederdruckpumpe 2A erzeugt wird, wird nicht nur in Abhängigkeit von der Drehrate der Niederdruckpumpe 2A verändert, sondern auch von der vorstehend beschriebenen Grenzflächenspannung.
Wenn die Grenzflächenspannung des Kraftstoffs relativ gering ist, wird der Durchmesser der Wasserpartikel relativ klein. Wenn die Grenzflächenspannung des Kraftstoffs relativ hoch ist, wird der Durchmesser der Wasserpartikel relativ groß. Wenn der Biodieselkraftstoff oder das die Biodieselkraftstoffe enthaltene Leichtöl eine niedrige Grenzflächenspannung, d. h. eine Grenzflächenspannung von 10 bis 15 mN/m bei der Grenzfläche mit Wasser aufweist. Dadurch wird das in dem Biodieselkraftstoff oder in dem Biokraftstoff enthaltene Leichtölwasser auf einfache Weise zerlegt und ein Durchmesser der erzeugten Wasserpartikel neigt dazu klein zu sein. Die vorstehend beschriebenen Werte der Grenzflächenspannung werden unter einer Umgebung einer Temperatur von beispielsweise 35 bis 40°C erhalten.
Der Biodieselkraftstoff ist ein Dieselkraftstoff biologischen Ursprungs. Der Biodieselkraftstoff ist beispielsweise ein Fettsäuremethylester (FAME) pflanzlichen Ursprungs. Der Fettsäuremethylester ist beispielsweise ein Rapsmethylester (RME) oder Sojamethylester (SME). Ein 5 bis 20 Gewichts-% eines Rapsmethylester enthaltendes Leichtöl oder ein 5 bis 20 Gewichts-% eines Sojamethylester enthaltendes Leichtöl kann als das dem Biodieselkraftstoff enthaltene Leichtöl verwendet werden.
Der Durchmesser des Wasserpartikels in dem Kraftstoff kann durch einen mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 dargestellt werden. Der mittlere Volumenpartikeldurchmesser D50 ist ein sogenannter mittlerer Durchmesser D50, und ist als ein Partikeldurchmesser bei 50% eines Gesamtvolumens einer kumulativen Verteilung auf der Basis des Volumens definiert. Insbesondere ist der mittlere Volumenpartikeldurchmesser D50 ein Partikeldurchmesser bei 50% des Gesamtvolumens bei einer kumulativen Volumenkurve, die durch ein kumulatives Volumen von einem kleinsten Partikel zu einem größten Partikel in einer Partikelgrößenverteilung erhalten wird. Daher sind, wenn die Partikelgrößenverteilung durch den mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 in eine große Durchmesserverteilung und eine kleine Durchmesserverteilung separiert wird, ein gesamtes Wasservolumen der großen Durchmesserverteilung und ein gesamtes Wasservolumen der kleinen Durchmesserverteilung einander gleich.
Bei der Kraftstofffiltervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform strömt der die Wasserpartikel mit den mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 10 bis 60 μm enthaltende Kraftstoff in einen in der Kraftstofffiltervorrichtung 1 angeordneten Filterkörper 42 mit einer mittleren Strömungsrate von 1 bis 5 mm/s. Die mittlere Strömungsrate wird durch mittlere Strömungsraten bei entsprechenden Positionen an der stromaufwärts gelegenen Oberfläche des Filterkörpers 42 in einer Kraftstoffströmung erhalten.
Wie in 1 dargestellt, enthält die Kraftstofffiltervorrichtung 1 ein Gehäuse 10 und ein Filterelement 40. Bei dem Gehäuse 10 ist eine einen Speicherraum für das Filterelement 40 enthaltene Kraftstoffpassage 20 vorgesehen.
Das Gehäuse 10 enthält ein Behältnis 11 und eine Verschlusskappe 12. Das Behältnis 11 bildet beispielsweise eine äußere Umhüllung und weist eine becherförmige Form aus Harz auf (mit einem Boden versehene zylindrische Form). Die Verschlusskappe 12 besteht beispielsweise aus Harz und umfasst eine becherförmige Form, die flacher als das Behältnis 11 ist. Das Behältnis 11 umfasst eine Öffnung an dessen oberen Ende, und die Verschlusskappe 12 ist an dem oberen Endteil des Behältnisses 11 angebracht.
Das Behältnis 11 enthält einen Halter 11a, der ein ringförmiges Element ist, und der Halter 11a ist an einer radial äußeren Seite eines ringförmigen zylindrischen Teils des Behältnis 11 vorgesehen. Ein an einer radial inneren Seite des Halters 11a vorgesehenes Schraubenteil und ein an einer radial äußeren Seite eines unteren Endteils der Verschlusskappe 12 vorgesehenes Schraubteil werden miteinander schraubend in Eingriff gebracht. Demgemäß ist die Verschlusskappe 12 an dem Behältnis 11 angebracht.
Ein O-Ring 18, bestehend aus Harz, ist an dem Behältnis 11 an einer radial äußeren Seite des oberen Endteils des Behältnisses 11 angebracht, und das obere Endteil des Behältnis 11 soll an einer inneren Seite der Verschlusskappe 12 positioniert sein. Wenn die Verschlusskappe 12 an dem Behältnis 11 angebracht ist, dichtet der O-Ring 18 zwischen dem Behältnis 11 und der Verschlusskappe 12 ab, um den Speicherraum für das Filterelement 40 in dem Gehäuse 10 vorzusehen. Der Speicherraum ist hermetisch von einem äußeren Teil abgedichtet.
Die Kraftstofffiltervorrichtung 1 ist in dem Fahrzeug beispielsweise derart angeordnet, dass eine Axialrichtung des Behältnisses 11 im Wesentlichen mit einer Vertikalrichtung bezüglich einer Gravitationsrichtung übereinstimmt. Die Vertikalrichtung ist eine Auf-Ab-Richtung in 1. Das Gehäuse 11 umfasst einen Abstützabschnitt 15 als Stufenabschnitt in einem mittleren und leicht unteren Teil in Axialrichtung des Behältnisses 11. Mit anderen Worten, das Behältnis 11 wird im Durchmesser an einer Position des Abstützabschnitts 15 reduziert, und dadurch ist ein Teil, das höher als der Abstützabschnitt 15 liegt, einen größeren Durchmesser als das untere Teil, das niedriger als der Abstützabschnitt 15 in dem Behältnis 11 liegt.
Die Verschlusskappe 12 enthält eine Kraftstoffströmungspassage, die sich außerhalb von einem Randteil eines Deckenteils (obere Endplattenteil) erstreckt. Ein äußeres Ende der Kraftstoffströmungspassage ist ein Einlassanschluss 13. Der Einlassanschluss 13 ist mit einer Leitung verbunden, die sich von dem Kraftstofftank 2 erstreckt, und ein von der Niederdruckpumpe 2a abgegebener Kraftstoff strömt in den Einlassanschluss 13. Die Verschlusskappe 12 enthält ferner einen Auslassanschluss 14 in einem Mittelteil des Deckenteils. Der Auslassanschluss 14 ist mit einer zu der Hochdruckpumpe 3 erstreckenden Leitung verbunden, und ein Kraftstoff strömt aus dem Auslassanschluss 14 in Richtung der Hochdruckpumpe 3 aus.
Das Filterelement 40 ist in einem relativ oberen Teil innerhalb des zylindrischen Teils des Behältnisses 11 des Gehäuses 10 angeordnet. In dem Gehäuse 10 ist ein oberer Raum 10a an einer oberen Seite des Filterelements 40 vorgesehen, und ein unterer Raum 10c ist an einer unteren Seite des Filterelements 40 vorgesehen. Der untere Raum 10c ist größer als der obere Raum 10a.
Der obere Raum 10a ist ein Kraftstoffeinführraum, der oberhalb des Filterelements 40 und außerhalb eines nachstehend beschriebenen mittleren Ringzylinders 45 positioniert ist. Der untere Raum 10c ist ein Wasserspeicherraum (Speicherabschnitt, Speicherraum), in dem Wasser, das von einem durch das Gehäuse 10 durchströmenden Zufuhrkraftstoff separiert wird, gespeichert ist. Das Gehäuse 10 weist ferner einen Seitenraum 10b auf, der an einer radial äußeren Seite des Filterelements 40, d. h. zwischen dem Filterelement 40 und dem zylindrischen Teil des Behältnisses 11 vorgesehen ist. Dieser Seitenrand 10b kommuniziert bzw. steht mit dem oberen Raum 10a in Verbindung.
Das Filterelement 40 enthält den Filterkörper 42 und einen Abstützkörper 41, der den Filterkörper 42 abstützt. Der Abstützkörper 41 besteht beispielsweise aus Harz, und enthält eine obere Endplatte 43, einen äußeren Zylinder 44, den mittleren Ringzylinder 45, eine untere Endplatte 46 und einen unteren Ringzylinder 47. Der äußere Zylinder 44 steht von einem äußeren Umfangsrandteil der oberen Endplatte 43 nach unten hervor. Der mittlere Ringzylinder 45 steht nach oben von einem inneren Umfangsrandteil hervor, das eine mittlere Öffnung der oberen Endplatte 43 definiert. Die obere Endplatte 43, der äußere Zylinder 44 und der mittlere Ringzylinder 45 sind beispielsweise ganzheitlich.
Der äußere Zylinder 44 weist mehrere Ausschnitte in Umfangsrichtung auf, und der obere Raum 10a und der Seitenraum 10b stehen miteinander durch die Ausschnitte in Verbindung. Ein Lippenabdichtelement 451 ist an einem radial äußeren Teil an dem mittleren Ringzylinder 45, bestehend beispielsweise aus Harz, vorgesehen. Ein Lippenteil des Lippenabdichtelements 451 steht mit einer unteren Oberfläche des Deckenteils der Verschlusskappe 12 in Kontakt. Der Einlassanschluss 13 steht mit dem oberen Raum 10a in Verbindung, der ein Raum außerhalb des mittleren Ringzylinders 45 ist, und der Auslassanschluss 14 steht mit einem Raum innerhalb des mittleren Ringzylinders 45 in Verbindung. Der Raum außerhalb des mittleren Ringzylinders 45 wird durch das Lippenabdichtelement 451 von dem Raum innerhalb des mittleren Ringzylinders 45 separiert.
Der untere ringförmige Zylinder 57 steht nach unten von einem äußeren Umfangsrandteil der unteren Endplatte 46 hervor. Ein äußerer Durchmesser des unteren Ringzylinders 47 ist leicht kleiner als ein Außendurchmesser der unteren Endplatte 46. Die untere Endplatte 46 und der untere Ringzylinder 47 sind beispielsweise miteinander nahtlos ganzheitlich. Ein Teil der unteren Endplatte 46 an einer äußeren Seite des unteren Ringzylinders 47 steht mit dem Abstützabschnitt 15 des vorstehend beschriebenen Gehäuses 11 in Eingriff, und das Filterelement 40 ist dadurch an einer vorbestimmten Position in dem Gehäuse 10 verbunden. Der untere Ringzylinder 47 umfasst einen O-Ring 471, bestehend beispielsweise aus Harz, an einem äußeren Umfangsteil des unteren Ringzylinders 47. Der O-Ring 471 steht mit einer inneren Umfangsoberfläche des Behältnisses 11 über den gesamten Umfang in Kontakt.
Der Filterkörper 42, der ein Staubeinfangfilter ist, besteht aus einem porösen Schichtkörper, der beispielsweise ein Zellenstoffmaterial oder einen ungewebten Stoff bzw. Fließstoff enthält. Wie in den 1 und 2 dargestellt, kann der poröse Schichtkörper des Filterkörpers 42 in eine zylindrische und blumenförmige Radialform im Querschnitt gefaltet werden. Der Filterkörper 42, der als eine Filterschicht verwendet wird, ist derart angeordnet, dass deren Axiallinie sich in Auf-Ab-Richtung erstreckt. Ein oberes Ende und ein unteres Ende des Filterkörpers 42 sind beispielsweise mit dem Abstützelement 41 mit einem Klebstoff verbunden.
Das Filterelement 40 enthält ferner ein Wassereinfangelement 50, das als eine Wasseraggregations- bzw. -ansammlungsschicht verwendet wird, und eine wasserabweisende Materialschicht 49, die als wasserabweisende Schicht verwendet wird. Das Wassereinfangelement 50 umfasst eine zylindrische Form, insbesondere eine kreisförmige Ringform. Das Wassereinfangelement 50 ist einwärts bzw. nach innen des Filterkörpers 42 und entlang des Filterkörpers 42 angeordnet. Eine axiale Linie des Wassereinfangelements 50 erstreckt sich in Auf-Ab-Richtung, und das Wassereinfangelement 50 ist koaxial zu dem Filterkörper 42. Ein oberes Ende und ein unteres Ende des Wassereinfangelements 50 sind beispielsweise mit dem Abstützelement 41 mit einem Klebstoff verbunden. Das Wassereinfangelement 50 umfasst ein hinteres Abstützelement 53, bestehend beispielsweise aus Harz, an der inneren Oberfläche des Wassereinfangelements. Das hintere Abstützelement 53 ist beispielsweise in einer kreisförmigen zylindrischen Gitterform ausgebildet. Das hintere Abstützelement 53 ist zur Verhinderung der Verformung des Wassereinfangelements 50 vorgesehen. Das hintere Abstützelement 53 ist ein erstes hinteres Abstützelement, und ist ein hinteres sammelschichtiges Abstützelement.
Die wasserabweisende Materialschicht 49 umfasst eine zylindrische Form, insbesondere eine ringförmige Zylinderform. Die wasserabweisende Zylinderschicht 49 ist einwärts des Wassereinfangelements 50 angeordnet und ist mit einem vorbestimmten Abstand entfernt von dem Wassereinfangelement 50 positioniert. Die wasserabweisende Materialschicht 49 umfasst eine axiale Linie, die sich in Auf-Ab-Richtung erstreckt, und ist koaxial mit dem Filterkörper 42 und dem Wassereinfangelement 50. Ein oberes Ende und ein unteres Ende der wasserabweisenden Materialschicht 49 sind mit dem Abstützkörper 41 beispielsweise mit Klebstoff verbunden. Die wasserabweisende Materialschicht 49 umfasst ein hinteres Abstützelement 491, bestehend beispielsweise aus Harz, an einer inneren Oberfläche der wasserabweisenden Materialschicht 49. Das hintere Abstützelement 491 ist beispielsweise in einer kreisförmigen zylindrischen Gitterform ausgebildet. Das hintere Abstützelement 491 ist zum Verhindern einer Verformung der wasserabweisenden Materialschicht 49 vorgesehen. Das hintere Abstützelement 491 ist ein zweites hinteres Abstützelement, und ist auch ein hinteres Abstützelement mit einer wasserabweisenden Schicht.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die untere Endplatte 46 des Abstützelements 41 einen ringförmigen Wasseranschluss 46a, durch den Wasserpartikel zu dem unteren Raum 10c befördert wird. Der Wasseranschluss 46a ist ein unterer Raum zwischen dem Wassereinfangelement 50 und der wasserabweisenden Materialschicht 49. Der Raum zwischen dem Wassereinfangelement 50 und der wasserabweisenden Materialschicht 49 steht mit dem unteren Raum 10c durch den Wasseranschluss 46a in Verbindung.
Ein Bodenteil 16 des Behältnisses 11 umfasst einen Drainageanschluss 16a, durch das ein in dem unteren Raum 10c angesammeltes Wasser zu einem Äußeren des Gehäuses 10 abgegeben wird. Der Drainageanschluss 16a ist mit einem Ablasshahn 19 vorgesehen, um den Drainageanschluss 16a zu öffnen oder zu schließen.
Bei dem unteren Raum 10c kann beispielsweise der Wasserniveausensor eines Schwimmtyps, der von dem Bodenteil 16 nach oben steht, vorgesehen sein. Der Wasserniveausensor erfasst eine Höhe eines in dem unteren Raum 10c angesammelten Wassers. Der Wasserniveausensor kann ein Signal ausgeben, wenn die Höhe des in dem unteren Raum 10c ausgegebenen Wassers ein vorbestimmtes Warnniveau erreicht.
Wie in 3 gezeigt, enthält der Filterkörper 42 beispielsweise eine Faseransammlung, in der Filterfasern 421 beispielsweise mit kreisförmigen Formen oder abgeflachten Formen im Querschnitt zusammen angesammelt sind. Eine Celluloseharzfaser, eine Polyethylen-Terephthalat-Harzfaser oder eine Polyeutylen-Terephthalat-Harzfaser kann als Filterfaser 421 verwendet werden. Wenn die Filterfaser 421 für den Filterkörper 42 als ein ungewebter Stoff verwendet wird, kann die Filterfaser 421 durch eine Phenolharzimprägnierung behandelt werden. Ein Faserdurchmesser der Filterfaser 421 kann 0,5 bis 5 μm betragen. Wenn die Form der Filterfaser 421 im Querschnitt nicht kreisförmig ist, sondern beispielsweise ellipsoal oder abgeflacht, kann eine mittlere Länge zwischen einem längsten Durchmesser und einem kürzesten Durchmesser als Faserdurchmesser verwendet werden.
Eine Packdichte der Filterfaser 421 in dem Filterkörper 42 kann 20 bis 30%. Mit anderen Worten, ein Hohlraumanteil in dem Filterkörper 42 kann 70 bis 80% betragen. Der Filterkörper 42 kann eine Dicke von 0,4 bis 0,8 in Kraftstoffströmungsrichtung aufweisen. Die Filterfaser 421 kann eine Oberfläche mit einem gewissen Grad an hydrophilen Eigenschaften aufweisen, in dem ein Wasser θ 90° bis 160° in dem Kraftstoff ist.
Wenn das Wasser θ an der Oberfläche der Filterfaser 421 kleiner als 90° ist, kann eine Einfangfähigkeit und ein Halten eines Wasserpartikels 81a in dem Filterkörper 42 zu hoch werden. Wenn das Wasser θ auf der Oberfläche der Filterfaser 421 mehr als 160° ist, kann die Einfangfähigkeit des Wasserpartikels 81a in dem Filterkörper 42 zu gering werden, und die Oberfläche der Filterfaser 421 kann das Wasser abweisen.
Wenn der Faserdurchmesser der Filterfaser 421 kleiner als 0,5 μm ist, kann es schwierig sein, die Filterfaser 421 mit relativ geringen Kosten herzustellen. Wenn der Phasendurchmesser der Filterfaser 421 größer als 5 μm ist, kann ein spezifischer Oberflächenbereich des Filterkörpers 42 gering sein, und eine Einfangfähigkeit eines Staubs 89 kann gering werden, während die Einfangfähigkeit und das Ausflocken des Wasserpartikels 81a auch gering wird. Wenn der Hohlraumanteil des Filterkörpers 42 kleiner als 70% ist, kann der Strömungswiderstand des Kraftstoffes erhöht werden. Wenn der Hohlraumanteil des Filterkörpers 42 mehr als 48% ist, kann die Einfangfähigkeit des Staubs 89 gering werden, während die Einfangfähigkeit und das Ausflocken des Wasserpartikels 81a auch gering wird.
Wenn die Dicke des Filterkörpers 42 kleiner als 0,4 μm ist, kann die Einfangfähigkeit des Staubs 89 gering werden, während die Einfangfähigkeit und das Ausflocken des Wasserpartikels 81a auch gering werden. Wenn die Dicke des Filterkörpers 42 größer als 0,8 mm ist, kann der Strömungswiderstand des Kraftstoffs zunehmen.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, enthält das Wassereinfangelement 50 eine erste Schicht 51, in der erste Fasern 51a zusammen angesammelt werden, und eine zweite Schicht 52, in der zweiten Fasern 52a zusammen angesammelt werden. Die erste Schicht 51 kann als ein Beispiel einer ersten Faseraggregationsschicht bzw. Faseransammlungsschicht verwendet werden und die zweite Schicht 52 kann als ein Beispiel einer zweiten Faseraggregationsschicht bzw. Faseransammlungsschicht verwendet werden. In den 3 und 4 wird auf das hintere Abstützelement 53 verzichtet.
Sowohl die erste Schicht als auch die zweite Schicht 52 bestehen beispielsweise aus einem nichtgewebten Stoff. Die erste Schicht 51 und die zweite Schicht 52 stehen miteinander in Kontakt. Insbesondere steht eine Oberfläche der ersten Schicht 51 an einer stromaufwärts gelegenen Seite in Kraftstoffströmungsrichtung mit einer Oberfläche der zweiten Schicht 52 an einer stromaufwärtigen Seite in Kraftstoffströmungsrichtung in Kontakt. An den Kontaktoberflächen der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52 sind ein Teil der ersten Faser 51a und ein Teil der zweiten Faser 52a miteinander verwickelt. Die erste Faser 51a kann beispielsweise eine relativ dünne Zellwollfaser sein, die eine Ringform im Querschnitt aufweist und 10 bis 25 μm des Faserdurchmessers aufweist. Die erste Faser 51a kann eine Oberfläche aufweisen, die einen gewissen Grad an hydrophilen Eigenschaften aufweist, so dass das Wasser θ 40° bis 70° im Kraftstoff ist.
Wenn die Wasserkontaktoberfläche θ auf der Oberfläche der ersten Faser 51a kleiner als 40° ist, kann es schwierig werden, die erste Faser 51a industriell herzustellen und Herstellungskosten können hoch werden. Zudem können eine Einfangfähigkeit und ein Ausflocken von Wasserpartikeln in der ersten Schicht 51 zu hoch sein. Wenn die Wasserkontaktoberfläche θ auf der Oberfläche der ersten Faser 51a 70° übersteigt, kann es schwierig sein, die erste Faser 51a industriell herzustellen, und die Herstellungskosten werden hoch. Zudem können die Einfangfähigkeit und das Ausflocken von Wasserpartikel in der ersten Schicht 51 klein werden.
Wenn der Faserdurchmesser der ersten Faser 51a kleiner als 10 μm ist, kann es schwierig sein, die erste Faser 51a bei relativ geringen Kosten herzustellen. Wenn der Wasserdurchmesser der ersten Faser 51a 25 μm übersteigt, kann ein spezifischer Oberflächenbereich der ersten Schicht 51 abnehmen, und die Einfangfähigkeit und das Ausflocken der Wasserpartikel 81 kann reduziert werden. Der Faserdurchmesser der ersten Faser 51a kann 10 bis 25 μm betragen.
Eine Dicke der ersten Schicht 51 in Kraftstoffströmungsrichtung kann beispielsweise 1,5 bis 5 mm betragen und eine Packdichte der ersten Faser 51a kann beispielsweise 3 bis 25% betragen. Mit anderen Worten, ein Hohlraumanteil der ersten Schicht 51 kann zwischen 75 und 97% betragen. Wenn der Hohlraumanteil der ersten Schicht kleiner als 75% ist, kann ein Strömungswiderstand des Kraftstoffes zunehmen. Wenn der Hohlraumanteil der ersten Schicht 51 kleiner als 97% ist, können die Einfangfähigkeit und das Ausflocken der Wasserpartikel 81 abnehmen. Wenn die Dicke der ersten Schicht 51 kleiner als 1,5 mm ist, können die Einfanfähigkeit und das Ausflocken der Wasserpartikel 81 abnehmen. Wenn die Dicke der ersten Schicht 51 größer als 5 mm ist, kann der Strömungswiderstand des Kraftstoffes zunehmen. Die Dicke der ersten Schicht 51 kann 1,5 bis 5 mm betragen. Die Dicke der ersten Schicht 51 kann 1,5 bis 2 mm betragen, und eine gesamte Größe kann demgemäß reduziert werden.
Die zweite Faser 52a kann beispielsweise eine relativ dicke Faser sein, die eine kreisförmige Form im Querschnitt aufweist und einen Faserdurchmesser von 30 bis 70 μm aufweist. Ein Harz, das die zweite Faser 52a bildet, kann beispielsweise ein Polyamidharz, wie z. B. Polyamid 66 oder Polyamid 6, ein Polyethylenteriftaladharz, ein Polypropylenharz, ein Polyethylenharz oder ein Polybutylenterephtalatharz sein.
Die zweite Faser 52a kann eine Oberfläche aufweisen, die eine hydrophile Eigenschaft besitzt, so dass der Wasserkontaktwinkel θ 90° bis 160° im Kraftstoff ist. Mit anderen Worten, die Oberfläche der zweite Faser 52a kann eine geringere hydrophile Eigenschaft aufweisen als die Oberfläche der ersten Faser 51a. Wenn der Wasserkontaktwinkel θ an der Oberfläche der zweiten Faser 52a kleiner als 90° ist, kann eine Fähigkeit, um Wasser in der zweiten Schicht 52 zu halten, zu hoch werden. Wenn der Kontaktwinkel θ an der Oberfläche der zweiten Faser 52a mehr als 160° ist, kann die Fähigkeit, um Wasser in der zweiten Schicht 52 zu halten, zu gering werden, so dass das Wasser abgewiesen wird. Der Wasserkontaktwinkel θ an der Oberfläche der zweiten Faser 52a kann 100° bis 140° betragen.
Wenn der Faserdurchmesser der zweiten Faser 52a kleiner als 30 μm ist, kann es schwierig sein, dass die an der Oberfläche der zweiten Faser 52a eingefangenen Wasserpartikeln 81 in Großwasserpartikeln 83 verändern. Wenn der Faserdurchmesser der zweiten Faser 52a mehr als 70 μm ist, kann es schwierig sein, einen vorbestimmten Hohlraumanteil der zweiten Schicht 52 vorzusehen, während der spezifische Oberflächenbereich der zweiten Schicht 52 sichergestellt ist. Dadurch kann der Faserdurchmesser der zweiten Faser 52a 30 bis 70 μm betragen. Der Faserdurchmesser der zweiten Faser 52a kann 40 bis 60 μm betragen.
Eine Dicke der zweiten Schicht 52 in Kraftstoffströmungsrichtung kann beispielsweise 0,5 bis 2 mm betragen und einen Packungsanteil bzw. einer Packungsdichte der zweiten Faser 52a kann beispielsweise 3 bis 15% betragen. Mit anderen Worten, ein Hohlraumanteil der zweiten Faser 52 kann 85 bis 97% betragen. Wenn der Hohlraumanteil der zweiten Schicht 52 kleiner als 85% ist, kann es schwierig sein, die Großwasserpartikel 83 zwischen den zweiten Fasern 52a zu erzeugen. Wenn der Hohlraumanteil der zweiten Schicht 52 kleiner als 97% ist, kann der Oberflächenbereich, der das Wasser hält, verringert werden.
Der Hohlraumanteil der ersten Schicht 51 kann 75 bis 97% betragen, und der Hohlraumanteil der zweiten Schicht 52 kann 85 bis 97% betragen. Die zweite Schicht 52 kann einen größeren Hohlraumanteil als die erste Schicht 51 aufweisen. Mit anderen Worten, die zweite Schicht 52 kann eine kleinere Faserpackungsdichte als die erste Schicht 51 aufweisen.
Bei der vorstehenden Beschreibung wird der Wasserkontakt θ auf der Oberfläche jeder Faser 421, 51a und 52a durch das nachstehende Verfahren erhalten. Wie in 6 dargestellt, ist eine einzelne Faser in dem Kraftstoff F0 angeordnet. Die Faser ist derart angebracht, dass sich eine axiale Linie in horizontaler Richtung erstreckt. In diesem Zustand wird ein Wassertropfen an eine Oberfläche der Faser von oben gesetzt. Insbesondere senkt sich ein Wasserpartikel maßvoll in den Kraftstoff F0 und der Wasserpartikel wird an die einzelne Faser angebracht.
Das Wassertröpfchen an der Faser wird von einer Seite der Faser betrachtet. Mit anderen Worten, der Wassertropfen wird in Richtung parallel zur horizontalen Richtung und senkrecht zur axialen Linie der Faser betrachtet. Ein Winkel zwischen der tangentialen Linie zu einer Oberfläche des Wassertröpfchens an dem obersten Teil der Faser und einer Linie an der Oberfläche der Faser wird als Kontaktwinkel θ definiert. Das Wasser wird als Kontaktwinkel θ definiert. Das ist ein Winkel zwischen einer Linie, die parallel zur axialen Linie ist und sich an der äußeren Oberfläche der Faser erstreckt, und einer tangentialen Linie zu der Oberfläche des Wassertröpfchens an dem obersten Teil der Faser. Der Kraftstoff F0 kann ein JIS2 Leichtöl sein. Alternativ kann der vorstehend beschriebene Biodiesel oder ein dem Biodiesel enthaltenes JIS2 Leichtöl als Kraftstoff F0 verwendet werden.
Wie in 3 gezeigt, kann die wasserabweisende Materialschicht 49 beispielsweise ein nichtgewebter Stoff sein, in dem wasserabweisende Fasern 49a mit einer wasserabweisenden Wassereigenschaft an deren Oberflächen zusammen angesammelt sind. Die wasserabweisende Materialschicht 49 kann eine netzstrukturierte wasserabweisende Schicht sein. In 3 wird auf die Beschreibung des hinteren Abstützelements 491 verzichtet.
Bei der Kraftstofffiltervorrichtung 1 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration strömt, wenn die in 7 gezeigte Zufuhrpumpe angetrieben wird, ein Kraftstoff als Zufuhrkraftstoff, durch die in dem Gehäuse 10 von dem Einlassanschluss 13 zu dem Auslassanschluss 14 vorgesehene Kraftstoffpassage 20, wie durch einen gestrichelten Pfeil in 1 gezeigt. Zunächst wird der Zufuhrkraftstoff in den oberen Raum 10a innerhalb des Gehäuses 10 von dem Einlassanschluss 13 eingebracht. Der eingebrachte Kraftstoff wird von dem oberen Raum zu dem Seitenraum 10b geführt, und anschließend strömt der Kraftstoff sequentiell durch den Filterkörper 52, das Wassereinfangelement 50 und die wasserabweisende Materialschicht 49 in eine radial nach innen gerichtete Richtung, wie durch einen gestrichelten Pfeil wie in 2 gezeigt. Der Kraftstoff, der durch die wasserabweisende Materialschicht 49 durchgeströmt ist, strömt aufwärts innerhalb der wasserabweisenden Materialschicht 49, und der Kraftstoff wird sequentiell von dem Auslassanschluss 14 ausgestoßen. Wie in 3 dargestellt, wird, wenn der Kraftstoff F0 durch den Filterkörper 42 durchströmt, der Stab 89 in dem Kraftstoff eingefangen und entfernt. Zu diesem Zeitpunkt werden in dem Kraftstoff enthaltene Wasserpartikel 81a an einer Oberfläche des Filterkörpers 42 eingefangen und angesammelt, wodurch größere Wasserpartikel 81 stromabwärts fließen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform strömt, wie vorstehend beschrieben, der Kraftstoff, der die Wasserpartikel 81a enthält, die dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 10 bis 60 μm aufweist, in dem Filterkörper 42 bei einer mittleren Strömungsrate von 1 bis 5 mm/s.
Da das Gehäuse 10 miniaturisiert ist, strömt der Kraftstoff in der Filterkörper 42 mit einer relativ hohen Strömungsrate. Wenn der Kraftstoff durch den Filterkörper 42 durchströmt, werden die Wasserpartikel 81a in dem Kraftstoff durch die Oberfläche der Filterfaser 421 eingefangen und angesammelt und wachsen zu Wasserpartikeln 81 mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm an. Die gewachsenen Wasserpartikel 81 strömen von dem Filterkörper 42 zusammen mit dem Kraftstoff aus und strömen in das Wassereinfangelement 50.
Bei der vorliegenden Ausführungsform strömt der Kraftstoff, der die Wasserpartikel 81 mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm enthält in das Wassereinfangelement 50 mit einer mittleren Strömungsrate von 25 nm/s. Die mittlere Strömungsrate ist ein mittlerer Wert der Strömungsraten bei entsprechenden Positionen an einer stromaufwärts gelegenen Seitenoberfläche des Wassereinfangelements 50 in Kraftstoffströmung. Die mittlere Strömungsrate des Kraftstoffs, der in das Wassereinfangelement 50 strömt, ist 5 bis 20 nm/S, d. h. ziemlich hoch. Die Gründe warum die mittlere Strömungsrate ziemlich hoch ist, sind, dass (i) das Gehäuse 10 miniaturisiert ist, (ii) das Wassereinfangelement 50 einwärts des Filterkörpers 42 angeordnet ist, und (iii) ein Bereich der stromaufwärtigen Seitenoberfläche des Wassereinfangelements 50, durch das der Kraftstoff in das Wassereinfangelement 50 strömt, viel kleiner als ein Bereich einer Oberfläche des Filterkörpers 42 ist, durch den der Kraftstoff in den Filterkörper 42 strömt.
Wie in 4 dargestellt, enthält der Kraftstoff F0 bevor er durch das Wassereinfangelement 50 strömt, eine größere Menge der Wasserpartikel 81. Die Wasserpartikel 81 treten in die erste Schicht 51 des Wassereinfangelements 50 zusammen mit dem Kraftstoff F0 mit der Strömung des durch die angezeigten Pfeile von 4 gezeigten Kraftstoffs F0 ein. Da die Oberfläche der ersten Faser 51a, die die erste Schicht 51 bildet, eine hohe hydrophile Eigenschaft aufweist, werden die Wasserpartikel 81 durch die Oberfläche der ersten Schicht 51a eingefangen und angesammelt.
Wenn eine Menge der Wasserpartikel 81, die in die erste Schicht 51 eintreten, groß sind, wie beispielhaft in 5 dargestellt, wird die große Menge an Wasser aufgrund der hohen hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche der ersten Faser 51a eingefangen. Dadurch wird ein Wasserfilm 82 zwischen den ersten Fasern 51a erzeugt. Der Wasserfilm 82 wird stromabwärts durch den Strom des Kraftstoffs F0 gedrückt.
Falls die zweite Schicht 52 stromabwärts der ersten Schicht 51 in Kraftstoffströmung nicht vorgesehen ist, wie in dem in 9 gezeigten vergleichendem Beispiel, kann eine sprudelnde Substanz 92, in der ein Kraftstoff F0 durch den Wasserfilm 82 eingeschlossen ist, erzeugt werden. Die sprudelnde Substanz 92 besteht aus dem Kraftstoff F0 außer dem Wasserfilm an der äußeren Oberfläche. Dadurch ist ein spezifisches Volumen (mittlere Dichte) der sprudelnden Substanz 92 nahezu gleich zu dem des Kraftstoffs F0. Wie in 8 exemplarisch gezeigt, strömt die sprudelnde Substanz 93 zusammen mit der Strömung des Kraftstoffs F0. Daher kann es schwierig sein, das Wasser von dem Kraftstoff F0 durch Ausscheidungsseparation zu separieren.
Andererseits dringt in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 dargestellt, der stromabwärts hinausgedrückte Wasserfilm 82 durch die zweite Schicht 52. Der Wasserfilm 82 in der zweiten Schicht 52 kontaktiert die zweite Faser 52a und wird ein relativ großer Wassertropfen 83a an der Oberfläche der zweiten Faser 52a, wegen der relativ hohen hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche der zweiten Faser 52a. Das bedeutet, dass der Wasserfilm 82 nicht seine Form zwischen den zweiten Fasern 52a beibehalten kann, wodurch er der Wassertropfen 83a wird. Die relativ geringe hydrophile Eigenschaft der zweiten Faser 52a kann als vorbestimmte hydrophile Eigenschaft anders ausgedrückt werden. Daher kann gesagt werden, dass die Oberfläche der zweiten Faser 52a eine höhere hydraulische Eigenschaft als die Oberfläche der ersten Faser 51a aufweist. Darüber hinaus kann die relativ niedrige hydrophile Eigenschaft der Oberfläche der zweiten Faser 52a als vorbestimmte wasserabweisende Eigenschaft bezeichnet werden.
Der an der Oberfläche der zweiten Faser 52a relativ große Wassertropfen 83a mischt sich mit einem anderen Wassertropfen 83a, um ein Großwasserpartikel 83 zu werden, oder um ein Großwasserpartikel 83 ohne Zusammenmischen zu werden. Der Großwasserpartikel 83 wird durch die Strömung des Kraftstoffs F0 gedrückt und bewegt sich stromabwärts an der Oberfläche der zweiten Faser 52a. Wie in 2 dargestellt, strömt der Großwasserpartikel 83 zusammen mit dem Kraftstoff F0 durch eine stromabwärts gelegene Oberfläche der zweiten Schicht 52 in der Kraftstoffströmungsrichtung, d. h. eine stromabwärts gelegene Oberfläche des Wassereinfangelements 50 in der Kraftstoffströmungsrichtung.
Nahezu alle Großwasserpartikel 83 weisen einen Partikeldurchmesser von größer als 1 mm auf, während der mittlere Volumenpartikeldurchmesser 50 der Wasserpartikel 81 80 bis 150 μm ist. Daher werden, trotz der Existenz der Strömung des Kraftstoffs F0, wie durch die gestrichelten Pfeile in 4 gezeigt, die Großwasserpartikel 83 aufgrund des Unterschieds der spezifischen Schwere von dem Kraftstoff F0 abgeschieden.
Der Kraftstoff, der durch das Wassereinfangelement 50 durchströmt, strömt in die in 1 gezeigte wasserabweisende Materialschicht 49. Der in die wasserabweisende Materialschicht 49 strömende Kraftstoff umfasst eine mittlere Strömungsrate von 20 bis 30 nm/s. Die mittlere Strömungsrate ist ein mittlerer Wert der Strömungsraten bei entsprechenden Positionen an einer stromaufwärtsseitigen Oberfläche der wasserabweisenden Materialschicht 49 in Kraftstoffströmung.
Die mittlere Strömungsrate des in die wasserabweisende Materialschicht 49 strömenden Kraftstoffs ist 20 bis 30 nm/s, d. h. ziemlich hoch. Die Gründe, warum die mittlere Strömungsrate ziemlich hoch ist, sind, das (i) das Gehäuse 10 miniaturisiert ist, (ii) die wasserabweisende Schicht 49 einwärts des Wassereinfangelements 50 angeordnet ist, und (iii) ein Bereich einer stromaufwärtsseitigen Oberfläche der wasserabweisenden Materialschicht 49, durch die der Kraftstoff in die wasserabweisende Materialschicht 49 strömt, kleiner als ein Bereich einer Oberfläche des Wassereinfangelements 50 ist, durch die der Kraftstoff in das Wassereinfangelement 50 strömt.
Obwohl die Wasserpartikel 83 stromabwärts in die Kraftstoffströmungsrichtung bei einer solch hohen Strömungsrate strömen, werden die Wasserpartikel 83, wie in 3 dargestellt, von der wasserabweisenden Materialschicht 49 abgewiesen und in dem Kraftstoff F0 ohne durch die wasserabweisende Materialschicht 49 zu strömen ausgeschieden. Die Wasserpartikel 83, die in dem Kraftstoff F0 ausgeschieden wurden und vom dem Kraftstoff F0 separiert wurden, dringen in den unteren Raum 10c durch den in 1 gezeigten Wasseranschluss 46a ein und werden in dem unteren Raum 10c von dem unteren Teil 16 angesammelt.
Nach dem Durchströmen durch die wasserabweisende Materialschicht 49 strömt der Kraftstoff einwärts in einen Raum innerhalb der wasserabweisenden Materialschicht 49 und strömt in den mittleren Ringzylinder 45. Der Kraftstoff wird anschließend zum Äußeren des Gehäuses 10 durch den Auslassanschluss 14 abgegeben. Selbst wenn ein mikroskopischer Wasserpartikel in dem aus dem Wassereinfangelement 50 strömenden Kraftstoff enthalten ist, wird der Wasserpartikel von der wasserabweisenden Materialschicht 49 abgewiesen und hat Schwierigkeiten durch die wasserabweisende Materialschicht 49 durchzugehen. Dadurch wird der mikroskopische Wasserpartikel von dem Kraftstoff separiert und in dem unterem Raum 10c angesammelt.
In den 3, 5 und 9 ist jede Faser im Querschnitt dargestellt, um die Bewegung des Wassers einfach verständlich zu machen.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration und Betriebsweisen ist die Kraftstofffiltervorrichtung 1 in dem Kraftstoffzufuhrweg von einem Inneren des Kraftstofftanks 2 zu dem Zufuhrziel angeordnet. Die Niederdruckpumpe 2A gibt einen Kraftstoff in den Kraftstoffzufuhrweg ab, und die Kraftstofffiltervorrichtung 1 filtriert den durch den Kraftstoffzufuhrweg durchströmenden Kraftstoff. Der Filterkörper 42 ist stromaufwärts des Wassereinfangselements 50 in dem Gehäuse 10 in Kraftstoffströmung angeordnet. Der Kraftstoff umfasst 10 bis 40 mN/m Grenzflächenspannung an der Grenzfläche mit Wasser, und der in den Filterkörper 42 strömende Kraftstoff enthält Wasserpartikel mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 10 bis 60 μm. Der Kraftstoff umfasst die mittlere Strömungsrate von 1 bis 5 mm/s zum Zeitpunkt des Strömens in den Filterkörper 42.
Bei dem Filterkörper 42 werden die Filterfasern 421 mit dem Faserdurchmesser von 0,5 bis 5 μm zusammen mit einer 20 bis 30%igen Packungsdichte angesammelt. Die Dicke des Filterkörpers 42 in eine Richtung, in der der Kraftstoff durch den Filterkörper 42 strömt, ist 0,4 bis 0,8 mm, und der Wasserkontaktwinkel θ auf der Oberfläche der Filterfaser 421 in dem Kraftstoff ist 90° bis 160°. Der in das Wassereinfangelement 50 einströmende Kraftstoff enthält Wasserpartikel mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm nach Ansammlung der Wasserpartikel in dem Filterkörper 42. Der Kraftstoff umfasst die mittlere Strömungsrate von 5 bis 20 mm/s zum Zeitpunkt des Strömens in das Wassereinströmelement 50.
Demgemäß strömt der von der Niederdruckpumpe 2A abgegebene Kraftstoff durch den Filterkörper 42 bevor er durch das Wassereinfangelement 50 strömt. Der in den Filterkörper 42 strömende Kraftstoff weist eine Grenzflächenspannung von 10 bis 40 mN/m auf der Grenzfläche mit Wasser auf, und enthält die relativ kleinen Wasserpartikel 81a mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 10 bis 60 μm aufgrund eines Betriebs der Niederdruckpumpe 2A. Der Kraftstoff strömt in den Filterkörper 42 mit einer mittleren Strömungsrate von 1 bis 5 mm/s.
Bei dem Filterkörper 42 werden die Filterfasern 421 mit dem Faserdurchmesser von 0,5 bis 5 μm zusammen bei 20 bis 30%iger Packungsdichte angesammelt. Die Dicke des Filterkörpers 42 in die Richtung, in die der Kraftstoff durch den Filterkörper 42 strömt, ist 0,4 bis 0,8 mm, und der Wasserkontaktwinkel θ auf der Oberfläche der Filterfaser 421 im Kraftstoff ist 90° bis 160°.
Wenn der Kraftstoff durch den Filterkörper 42 strömt, werden die Wasserpartikel 81a in dem Kraftstoff durch die Oberfläche der Filterfaser 421 eingefangen und angesammelt. Demgemäß können die Wasserpartikel 81a zu Wasserpartikel 81 mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm gebildet sein. Die Wasserpartikel 81 mit dem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm, die durch die Ansammlung in dem Filterkörper 42 vorab erhalten werden, strömen in das Wassereinfangelement 50 mit einer mittleren Strömungsrate von 5 bis 20 mm/s. Da die Wasserpartikel 81 in dem Wassereinfangelement 50 angesammelt werden, können die Wasserpartikel 81 auf Wasserpartikel 83 mit einer Größe anwachsen, die geeignet zur Ausscheidungsseparation sind. Demgemäß kann eine Wasserseparationsperformance verbessert werden.
Das Wassereinfangelement 50 enthält die erste Schicht 51, in der die ersten Fasern 51a mit den Oberflächen, die einen gewissen Grad an hydrophiler Eigenschaft aufweisen, zusammen angesammelt werden. In der ersten Schicht 51 können die durch die Oberfläche der ersten Faser 51a eingefangenen Wasserpartikel 81 den Wasserfilm 82 zwischen den ersten Fasern 51a ausbilden. Das Wassereinfangelement 50 enthält ferner die zweite Schicht 52, die stromabwärts der ersten Schicht 51 in Kraftstoffströmungsrichtung angeordnet ist, und die zweite Schicht 52 steht mit der ersten Schicht 51 in Kontakt. Bei der zweiten Schicht 52 werden die zweiten Fasern 52a mit den Oberflächen, die eine geringe hydrophile Eigenschaft als die ersten Fasern 51a aufweisen, zusammen gesammelt.
Der aus der ersten Schicht 51 durch den Kraftstoff gedrückte Wasserfilm 82 wird der Großwasserpartikel 83, der größer als der Wasserpartikel 81 der Oberfläche der zweiten Faser 52a aufgrund der niedrigen hydrophilen Eigenschaft der Oberfläche der zweiten Faser 52a ist. Der Großwasserpartikel 83 strömt zusammen mit dem Kraftstoff von der zweiten Schicht 52 aus, und der Großwasserpartikel 83 wird von dem Kraftstoff ausgeschieden und abgetrennt.
Demgemäß können, wenn Kraftstoff durch die erste Schicht 51 durchströmt, die Wasserpartikel 81 in dem Kraftstoff durch die ersten Fasern 51a, die Oberflächen aufweisen, die einen gewissen Grad an hydrophiler Eigenschaft besitzen, eingefangen und angesammelt werden. Die durch die Oberfläche der ersten Faser 51a eingefangenen und angesammelten Wasserpartikel 81 bilden den Wasserfilm 82 zwischen den ersten Fasern 51a. Der Wasserfilm 82 wird von der ersten Schicht 51 durch die Kraftstoffströmung hinausgedrückt, und anschließend tritt der Wasserfilm 82 in die zweite Schicht 52 ein, die stromabwärts der ersten Schicht 51 angeordnet ist, um die erste Schicht 51 zu kontaktieren. Da die zweiten Fasern 52a, die die zweite Schicht 52 bilden, eine geringere hydrophile Eigenschaft der Oberfläche als die ersten Fasern 51a aufweisen, ist es schwierig, dass der Wasserfilm 82 dessen Form in der zweiten Schicht 52 hält. Schließlich kann der Wasserfilm so gebildet werden, dass er Großwasserpartikel 83 ohne Ausbilden einer sprudelnden Substanz 93 wird, die ein Wasserfilm ist, welcher einen Kraftstoff darin einschließt. Die Größenwasserpartikel 83, die aus der zweiten Schicht 52 zusammen mit dem Kraftstoff hinausströmen können, können den Kraftstoff durch Ausscheidungsseparation aufgrund des Unterschieds der spezifischen Schwere separieren.
Da die zweite Schicht 52 stromabwärts der ersten Schicht 51 in Kraftstoffströmungsrichtung angeordnet ist, um in Kontakt mit der ersten Schicht 51 zu stehen, kann verhindert werden, dass der Wasserfilm 82 zwischen den ersten Fasern 51a eine sprudelnde Substanz ist. Daher kann, selbst wenn die Strömungsrate des Kraftstoffs in der Kraftstoffpassage 20 des Gehäuses 10 vorliegt, eine Verschlechterung der Wasserseparationsperformance verändert werden. Demgemäß kann eine ausreichende Wasserseparationsperformance sichergestellt werden, während das Gehäuse 10 miniaturisiert wird.
Die erste Faser 51a weist einen 10 bis 25 μm Faserdurchmesser auf, und der Wasserkontaktwinkel θ auf der Oberfläche der ersten Faser 51a in dem Kraftstoff ist 40° bis 70°. Die Packungsdichte der ersten Faser 51a in der ersten Schicht 51 ist 3 bis 25%, und die Dicke der ersten Schicht 51 in eine Richtung, in die der Kraftstoff durch die erste Schichte 51 strömt, ist 1,5 bis 5 mm. Daher können die vorher in dem Filterkörper 42 angesammelten Partikel 81 sicher in der ersten Schicht 51 des Wassereinfangelements 50 eingefangen und weiter angesammelt werden.
Die zweite Faser 52a umfasst einen Faserdurchmesser von 30 bis 70 μm, und der Wasserkontaktwinkel θ auf der Oberfläche der zweiten Faser 52a in dem Kraftstoff ist 90° bis 160°. Die Packungsdichte der zweiten Faser 52a in der zweiten Schicht 52 ist 3 bis 15%, und die Dicke der zweiten Schicht 52 in eine Richtung, in die der Kraftstoff durch die zweite Schicht 52 durchströmt, ist 0,5 bis 2 mm. Daher kann, selbst wenn der Wasserfilm 82 durch Einfangen und Aufflocken der Wasserpartikel 81 in der ersten Schicht 51 erzeugt wird, der in die zweite Schicht 52 gedrückte Wasserfilm 82 sicher als Großwasserpartikel 83 auf der Oberfläche der zweiten Faser 52 gebildet werden.
Die zweite Schicht 52 weist eine geringere Packungsdichte der Fasern als die erste Schicht 51 auf. Darüber hinaus hat die zweite Faser 52a einen größeren Faserdurchmesser als die erste Faser 51a. Demgemäß kann der von stromaufwärts in die zweite Schicht 52 gedrückte Wasserfilm 82 als Großwasserpartikel 83 in der zweiten Schicht 52 gebildet werden, die ein relativ großes Hohlraumvolumen hat, auf der Oberfläche der zweiten Faser 52a, die relativ lang in der Oberfläche pro Einheitslänge sind. Daher kann verhindert werden, dass der Wasserfilm 82 dessen Form beibehält, und der Wasserpartikel 83 kann auf einfache Weise in der zweiten Schicht 52 erzeugt werden. Dadurch kann, selbst wenn die Strömungsrate des Kraftstoffs in der Kraftstoffpassage 20 des Gehäuses 10 hoch ist, die Verschlechterung der Wasserseparationsperformance auf einfache Weise verhindert werden. Demgemäß kann eine ausreichende Wasserseparationsperformance zuverlässig sichergestellt werden, während das Gehäuse 10 miniaturisiert ist.
Sowohl der Filterkörper 42 als auch das Wassereinfangelement 50 weisen zylindrische Formen auf, und deren axialen Linien erstrecken sich in Auf-Ab-Richtung. Das Wassereinfangelement 50 ist radial einwärts des Filterkörpers 42 angeordnet. Der Kraftstoff strömt durch den Filterkörper 42 und durch das Wassereinfangelement 50 von außen nach innen in radialer Richtung. Die Kraftstofffiltervorrichtung 1 enthält ferner die wasserabweisende Materialschicht 49, die stromabwärts des Wassereinfangelements 50 in Kraftstoffströmungsrichtung angeordnet ist und innerhalb des Wassereinfangelements 50 positioniert ist. Die wasserabweisende Materialschicht 49 umfasst eine Oberfläche, die eine wasserabweisende Eigenschaft besitzt, und separiert die Wasserpartikel 83 von dem durch die wasserabweisende Materialschicht 49 durchströmenden Kraftstoff. Die mittlere Strömungsrate des Kraftstoffs ist größer oder gleich 20 mm/s, wenn der Kraftstoff in die wasserabweisende Materialschicht 49 strömt.
Bei der Kraftstofffiltervorrichtung 1 werden Wasserpartikel 81 durch Ansammlung der Wasserpartikel 81a in dem Filterkörper 42 erzeugt, und anschließend strömt der Kraftstoff in das Wassereinfangelement 50 mit einer mittleren Strömungsrate von 5 bis 20 mm/s, wodurch die Großwasserpartikel 83 in dem Wassereinfangelement 50 erzeugt werden. Sowohl der Filterkörper 42 als auch das Wassereinfangelement 50 sind als zylindrische Formen ausgebildet, und das Wassereinfangelement 50 ist einwärts des Filterkörpers 42 angeordnet. Der Kraftstoff strömt durch den Filterkörper 42 und das Wassereinfangelement 50 von außen nach innen in radialer Richtung. Daher ist es wahrscheinlich, dass die mittlere Strömungsrate des von dem Wassereinfangelement 50 ausströmenden Kraftstoffs höher oder gleich 20 mm/s ist. Wenn die mittlere Strömungsrate höher als oder gleich 20 mm/s ist, können die in dem Wassereinfangelement 50 gewachsenen Wasserpartikel 83 stromabwärts des Wassereinfangelements 50 zusammen mit dem Kraftstoff strömen. Allerdings, da die wasserabweisende Schicht 49 stromabwärts des Wassereinfangelements 50 vorgesehen ist, selbst wenn die mittlere Strömungsrate größer oder gleich 20 mm/s ist, können die Wasserpartikel 83 sicher von dem durch die wasserabweisende Materialschicht 49 durchströmenden Kraftstoff getrennt werden, und das Strömen der Wasserpartikel 83 stromabwärts des Wassereinfangelements 50 kann verhindert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform wird mit Bezug auf die 10 bis 13 beschrieben.
Die zweite Ausführungsform ist verschieden von der ersten Ausführungsform darin, dass die wasserabweisende Materialschicht nicht vorgesehen ist. Einigen Teilen der ersten Ausführungsform werden die gleichen Bezugszeichen zugeordnet und auf deren Erläuterung wird verzichtet. Komponenten, die die gleichen Bezugszeichen als die in den Figuren der ersten Ausführungsformen zugeordnet werden, und andere Komponenten, zu denen keine Erläuterung in der zweiten Ausführungsform vorgesehen ist, sind ähnlich zu jenen der ersten Ausführungsform und stellen ähnliche betriebliche Effekte dar.
Wie in den 10 und 11 dargestellt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform die in der ersten Ausführungsform beschriebene wasserabweisende Materialschicht 49, die zwingend die Wasserpartikel 83 von dem Kraftstoff separieren, nicht vorgesehen. Demgemäß kann eine Konfiguration einer Kraftstofffiltervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vereinfacht werden.
Die Erfinder fanden durch theoretische Betrachtungen und Experimente eine Konfiguration der Kraftstofffiltervorrichtung, in der die in dem Wassereinfangelement 50 erzeugten Wasserpartikel 83 ohne die wasserabweisende Materialschicht ausgeschieden und separiert werden können. Dadurch wurde herausgefunden, dass die sichere Ausscheidungsseparation der Wasserpartikel 83 möglich ist, falls eine Strömungsrate eines aufwärts strömenden Kraftstoffs, wie durch einen gestrichelten Pfeil in 10 dargestellt, in einem AA-Abschnitt beschränkt ist, d. h. ein oberer Teil (oberste Teil in der vorliegenden Ausführungsform) in einem inneren Raum des Wassereinfangelements 50.
Die horizontale Achse von 12 stellt eine Strömungsrate (mm/s) dar und eine vertikale Achse stellt einen erreichbaren Wasserpartikeldurchmesser (um) dar. Wie in 12 dargestellt, wenn die mittlere Strömungsrate des in das Wassereinfangelement 50 strömenden Kraftstoffs kleiner oder gleich 20 mm/s ist, kann der Wasserpartikel 83 auf 1 bis 1,2 mm Partikeldurchmesser anwachsen. Die horizontale Achse von 13 stellt eine Strömungsrate (mm/s) dar und die vertikale Achse stellt einen ausgeschiedenen Wasserpartikeldurchmesser (μm) dar. Wie in 13 dargestellt, kann, falls die Strömungsrate des aufwärts in dem AA-Abschnitt strömenden Kraftstoffs kleiner oder gleich 20 mm/s beschränkt ist, selbst der Wasserpartikel 83 mit dem geringsten ausgeschiedenen Wasserpartikeldurchmesser 1 mm sicher ausgeschieden und separiert werden.
Demgemäß kann das Strömen des Wasserpartikelstroms stromabwärts der Kraftstofffiltervorrichtung selbst bei der Konfiguration ohne der wasserabweisenden Materialschicht 49 durch Einstellen der Strömungsrate des aufwärts innerhalb des Wassereinfangelements 50 strömenden Kraftstoffs kleiner oder gleich 20 mm/s verhindert werden.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden vorstehend beschrieben, allerdings ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann verschieden ohne Abweichen vom Umfang der vorliegenden Offenbarung implementiert sein. Obwohl die vorliegende Offenbarung vollständig im Zusammenhang mit deren bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben wurde, soll beachtet werden, dass verschiedene Veränderungen und Abweichungen dem Fachmann ersichtlich sind.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen umfasst das Wassereinfangelement 50 eine Doppelschichtstruktur, bestehend aus der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52. Das Wassereinfangelement 50 ist allerdings nicht darauf beschränkt. Das Wassereinfangelement 50 kann lediglich eine Konfiguration aufweisen, in der eine Ansammlungsschicht der ersten Fasern und eine Ansammlungsschicht der zweiten Fasern miteinander in Kontakt stehen, und die Ansammlungsschicht der zweiten Fasern ist an der stromabwärts gelegenen Position in dem Wassereinfangelement positioniert. Daher kann das Wassereinfangelement eine weitere Schicht an einer Stromaufwärtsseite der Ansammlungsschicht der ersten Fasern enthalten.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen sind sowohl die erste Schicht 51 als auch die zweite Schicht 52 des Wassereinfangelements 50 nicht gewebte Stoffe, allerdings sind diese nicht darauf beschränkt. Die Ansammlungsschicht der ersten Fasern und die Ansammlungsschicht der zweiten Fasern können beispielsweise aus gewebten Stoffen sein.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen sind die ersten Fasern 51a aus einem relativ hohen hydrophilen Material ausgebildet, und die zweiten Fasern 52a sind aus einem relativ geringen hydrophilen Material ausgebildet. Allerdings sind die ersten Fasern 51a und die zweiten Fasern 52a nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die ersten Fasern und/oder die zweiten Fasern einen gewissen Grad an hydrophiler Eigenschaft deren Oberflächen aufweisen, die einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen werden die Faserdurchmesser der ersten Faser 51a und der zweiten Faser 52a, der Wasserkontaktwinkel in dem Kraftstoff und die Packungsdichte oder Dicke der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52 beschrieben, allerdings sind diese nicht auf die vorstehenden Bereiche beschränkt. Falls die erste Schicht 51 und die ersten Fasern 51a, die die erste Schicht 51 bilden, Faserdurchmesser, Wasserkontaktwinkel, Packungsdichten und Dicken aufweisen, die in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben sind, sind die zweite Schicht und die zweiten Fasern, die die zweite Schicht bilden, nicht auf die Faserdurchmesser, Wasserkontaktwinkel, Packungsdichten und Dicken beschränkt, die in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben werden.
Darüber hinaus sind die erste Schicht und die ersten Fasern, die die erste Schicht bilden, nicht auf die Faserdurchmessern, Wasserkontaktwinkel, Packungsdichten und Dicken beschränkt, die in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben werden. Die ersten Fasern haben lediglich eine kleinere hydrophile Eigenschaft als die zweiten Fasern.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen hat die zweite Schicht 52 eine kleinere Faserpackungsdichte als die erste Schicht 51, allerdings sind sie nicht darauf beschränkt. Die Faserpackungsdichte der zweiten Schicht 52 kann größer oder gleich der Faserpackungsdichte der ersten Schicht 51 sein.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen enthält das Wassereinfangelement 50 die erste Schicht 51 und die zweite Schicht 52, allerdings ist sie nicht darauf beschränkt. Das Wassereinfangelement 50 kann beispielsweise nicht die zweite Schicht, sondern die erste Schicht 51 enthalten.
Bei den vorliegenden Ausführungsformen wird die Kraftstofffiltervorrichtung für das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem verwendet, das Kraftstoff zu der Dieselmaschine zuführt, allerdings ist sie nicht darauf beschränkt. Die Kraftstofffiltervorrichtung kann beispielsweise für ein Kraftstoffzufuhrsystem verwendet werden, das Kraftstoff zu einer Dieselmaschine unter Verwendung einer verteilungsartigen Pumpe zuführt.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen strömt in dem Gehäuse 10 der Kraftstoff durch den Filterkörper 42 in das Wassereinfangelement 50 in dieser Reihenfolge, allerdings ist er nicht darauf beschränkt. Der Kraftstoff kann beispielsweise, wie in 14 dargestellt, zuerst durch ein Wassereinfangelement 50 strömen und anschließend durch einen Filterkörper 42A strömen.
Bei einer in 14 dargestellten Kraftstofffiltervorrichtung ist der Einlassanschluss 13 mit einem Raum innerhalb eines mittleren Ringzylinders 45 eines Abstützkörpers 41A verbunden. Der Filterkörper 42A ist um den mittleren Ringzylinder 45 vorgesehen und ein aufwärts des Filterkörpers 42A und außerhalb des mittleren Ringzylinders 45 positionierter Raum steht mit einem Auslassanschluss 14 in Verbindung. Der Filterkörper 42A ist beispielsweise ein wabenförmiger Filterkörper, in dem ein Schichtkörper, der röhrenförmigen Filterelemente enthält, die miteinander parallel verbunden sind, um den mittleren Ringzylinder 45 gewickelt.
Der Abstützkörper 41A enthält einen Führungskörper 48 stromabwärts des mittleren Ringzylinders 45. Der Führungskörper 48 enthält eine obere Führung 48a und eine untere Führung 48b. Die obere Führung 48a hat eine flanschförmige Form, die sich von einem unteren Ende des mittleren Ringzylinders 45 in Richtung einer Radialrichtung erstreckt. Die untere Führung 48b weist beispielsweise eine flache Plattenform auf und ist so angeordnet, dass sie von der oberen Führung 48a distanziert ist. Die obere Führung 48a und die untere Führung 48b stehen miteinander durch einen nicht gezeigten Eingriffsabschnitt in Eingriff, und das Wassereinfangelement 50 mit einer ringförmigen Form wird zwischen der oberen Führung 48a und der unteren Führung 48b abgestützt.
In der in 14 dargestellten Kraftstofffiltervorrichtung wird der Kraftstoff in den mittleren Ringzylinder 45 des Gehäuses 10 durch den Einlassanschluss 13 eingebracht. Der eingebrachte Kraftstoff wird von dem Inneren des mittleren Ringzylinders 45 zu dem Führungskörper 48 geleitet und geht durch das Wassereinfangelement 50 in Radialrichtung nach außen. Bei dem Wassereinfangelement 50 wird das Einfangen und das Ansammeln des Wassers ähnlich zu der ersten Ausführungsform ausgeführt, und die Großwasserpartikel, die aus dem Wassereinfangelement 50 strömen, werden von dem Kraftstoff ausgeschieden und von dem in dem unteren Raum 10c anzusammelnden Kraftstoff getrennt. Der Kraftstoff, von dem die Wasserpartikel entfernt werden, strömt durch den Filterkörper 42A vom Boden nach oben. Wenn der Kraftstoff durch den Filterkörper 42A strömt, werden die in dem Kraftstoff enthaltenden Fremdkörper eingefangen und entfernt. Der Kraftstoff, der durch den Filterkörper 42A strömt, strömt von dem Gehäuse 10 zum Äußeren durch den Auslassanschluss 14 aus.
Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen werden auf einfache Weise durch den Fachmann verstanden. Die Offenbarung in ihrem breitesten Umfang ist daher nicht auf die spezifischen Details, repräsentativen Vorrichtungen und den gezeigten und beschriebenen dargestellten Beispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2000-288303 A [0002]

Claims

Dieselkraftstofffiltervorrichtung, die in einem Kraftstoffzufuhrweg von innerhalb eines Kraftstofftanks zu einem Zufuhrziel angeordnet ist, wobei die Dieselkraftstofffiltervorrichtung einen durch den Kraftstoffzufuhrweg entsprechend einem Betrieb einer Pumpenvorrichtung strömenden Kraftstoff filtert, wobei die Dieselkraftstofffiltervorrichtung aufweist: ein Gehäuse (10) mit einer Kraftstoffpassage (20) darin, durch die der von der Pumpenvorrichtung abgegebene Kraftstoff durchströmt; einen Filterkörper (42), der in dem Gehäuse vorgesehen ist, um Fremdkörper einzufangen, die in dem durch die Kraftstoffpassage strömenden Kraftstoff enthalten sind; und ein Wassereinfangelement (50), das stromabwärts des Filterkörpers in eine Kraftstoffströmungsrichtung in dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei das Wassereinfangelement Wasserpartikel (81) einfangt, die in dem durch die Kraftstoffpassage strömenden Kraftstoff enthalten sind, wodurch die Wasserpartikel aus dem Kraftstoff angesammelt und separiert werden, wobei der Kraftstoff eine Grenzflächenspannung von 10 bis 40 mN/m bei einer Grenzfläche mit Wasser aufweist, wobei der in dem Filterkörper durchströmende Kraftstoff Wasserpartikel (81a) mit einem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 10 bis 60 μm enthält, und eine mittlere Strömungsrate des Kraftstoffs zum Zeitpunkt des Strömen in den Filterkörper 1 bis 5 mm/s beträgt, der Filterkörper Filterfasern (421) enthält, die einen Faserdurchmesser von 0,5 bis 5 μm aufweisen und die mit einer Packungsdichte von 20 bis 30% zusammengefasst sind, und der Filterkörper eine Dicke von 0,4 bis 0,8 mm in eine Richtung aufweist, in die der Kraftstoff durch den Filterkörper strömt, die Filterfaser eine Oberfläche aufweist, auf der ein Wasserkontaktwinkel in dem Kraftstoff 90° bis 160° beträgt, und der in das Wassereinfangelement durchströmende Kraftstoff Wasserpartikel (81) mit einem mittleren Volumenpartikeldurchmesser D50 von 80 bis 150 μm aufgrund der Ansammlung in dem Filterkörper enthält, und eine mittlere Strömungsrate des Kraftstoffs zum Zeitpunkt des Strömen in das Wassereinfangelement 5 bis 20 mm/s beträgt.
Dieselkraftstofffiltervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wassereinfangelement enthält: eine erste Faseransammlungsschicht (51), die erste Fasern (51a) enthält, die einen gewissen Grad an hydrophilen Eigenschaften auf Oberflächen besitzen und zusammen angesammelt sind, wobei die erste Faseransammlungsschicht eine Erzeugung eines Wasserfilms (82) zwischen den Fasern durch Ansammeln der durch die Oberflächen der ersten Fasern eingefangenen Wasserpartikeln erzeugen kann, und eine zweite Faseransammlungsschicht (52), die stromabwärts der ersten Faseransammlungsschicht in einer Kraftstoffströmung so vorgesehen ist, dass sie die erste Faseransammlungsschicht kontaktiert, wobei die zweite Faseransammlungsschicht zweite Fasern (250a) enthält, die eine geringere hydrophile Eigenschaft auf den Oberflächen als die der ersten Fasern besitzen und zusammen angesammelt sind.
Diese Kraftstofffiltervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Faser einen Faserdurchmesser von 10 bis 25 μm aufweist, die erste Faser eine Oberfläche aufweist, auf der ein Wasserkontaktwinkel in dem Kraftstoff 40° bis 70° beträgt, und die erste Faseransammlungsschicht eine Packungsdichte von 3 bis 25% der ersten Faser aufweist, und eine Dicke von 1,5 bis 5 mm in eine Richtung aufweist, in die der Kraftstoff durch die erste Faseransammlungsschicht strömt.
Dieselkraftstofffiltervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Faser einen Faserdurchmesser von 30 bis 70 μm aufweist, die zweite Faser eine Oberfläche aufweist, auf der ein Wasserkontaktwinkel im Kraftstoff 90° bis 160° beträgt, und die zweite Faseransammlungsschicht eine Packungsdichte von 2 bis 15% der zweiten Faser aufweist, und eine Dicke von 0,5 bis 2 mm in eine Richtung aufweist, in die der Kraftstoff durch die zweite Faseransammlungsschicht strömt.
Dieselkraftstofffiltervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Faseransammlungsschicht eine niedrigere Faserpackungsdichte als die erste Faseransammlungsschicht aufweist.
Dieselkraftstofffiltervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sowohl der Filterkörper als auch das Wassereinfangelement zylindrische Formen aufweisen, in denen sich axiale Linien in einer Auf-Ab-Richtung erstrecken, das Wassereinfangelement radial einwärts des Filterkörpers angeordnet ist, und der Kraftstoff durch den Filterkörper und dem Wassereinfangelement von außen nach innen in radialer Richtung strömt, die Dieselkraftstofffiltervorrichtung ferner eine wasserabweisende Materialschicht (49) aufweist, die einwärts des Wassereinfangelements und stromabwärts des Wassereinfangelements in Strömungsrichtung angeordnet ist, wobei die wasserabweisende Materialschicht eine wasserabweisende Eigenschaft auf deren Oberfläche besitzt und Wasserpartikel von dem Kraftstoff separiert, der durch die wasserabweisende Materialschicht strömt, wobei eine mittlere Strömungsrate des Kraftstoffs zum Zeitpunkt des Strömens in die wasserabweisende Materialschicht größer oder gleich 20 mm/s ist.