JP2005504204A - 燃料送出システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の燃焼を充分に行い、エンジンから得られるパワーを減少させず、かつ、小型化が可能な燃料送出システムを得る。
【解決手段】燃料空気分離器を有するエンジン燃料送出システムであって、前記燃料空気分離器と一体の構成要素として形成された、燃料を加熱するのに用いられる電子加熱素子を備えるエンジン燃料送出システム。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、参照によりここに編入する２００１年２月２０日付け仮出願第６０／２７０，６４７号および２００１年６月１８日付け非仮出願第０９／８８３，６９５号の優先権の利益を請求する。
【０００２】
本発明は、内燃エンジンの燃料供給システムの分野における方法および装置に関し、特に、同伴空気などの汚染物質を、ディーゼル燃料などの流入する供給燃料から連携して取り除く構成要素を有するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ディーゼルエンジンの燃料供給システムは、一般に、真空供給システムの原理で動作する。真空供給システムにおいて、燃料は、燃料ラインを通して移送ポンプ又は燃料ポンプへと燃料を供給する燃料タンク内にある。ほとんどの場合、燃料フィルタが燃料ライン内に配置されて、流入する供給燃料から微粒子や水を取り除く。燃料ラインは、燃料を移送ポンプ又は燃料ポンプの入口に供給する。移送ポンプ又は燃料ポンプの動作により、燃料は加圧されて燃料噴射器へと送出される。燃料送出用には種々の機械的および電気機械的リンク機構が存在し、例えば、燃料をコモンレールシステムから送出するディストリビュータ型ポンプや電子制御モジュール（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ：ＥＣＭ）システム等がある。
【０００４】
ディーゼルエンジンの動作上の不備や効率の悪さはよく知られているが、こうしたエンジンの市販品は、既知の問題にうまく対処できていなかった。燃料フィルタが使用中に詰まると、ディーゼルエンジンはパワーを失うとともに、排煙が増加し、燃料消費量が増大し、スロットルレスポンス症状（ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｙｍｐｔｏｍｓ）が現れる。自動車および船舶用途に用いられる高速ディーゼルエンジンは、高回転域でトルクが低下する。エンジン出力は、高高度での運転で低下する。業界は、こうしたエンジンが日によってうまく動作したりしなかったりするという事実を単に受け入れるだけで、この問題（あるエンジンの排気に、その時々で目に見える違いがあることでも観測できる）について十分な調査も是正もしてこなかった。
【０００５】
前述の問題は、一般には、タイミングの変更を要するものと考えられており、業界では「ＥＣＭ」技術の開発によりこれに対処してきた。ディーゼル燃料噴射システムは、機械的にタイミングをとろうが電子的に制御しようが、本質的には油圧システムである。噴射器のタイミングは、ミリ秒単位の正確さが必要であり、そうでなければエンジン効率が悪くなる。ディーゼルエンジンの動作原理によると、噴射器は、ピストンが上死点（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ：ＴＤＣ）すなわち行程の最高部に向かって上昇する際にピストン・シリンダアセンブリ内に存在する圧縮空気の塊に燃料を送出するようにタイミング調整される。圧力によって発生した熱は、空気中の酸素と混ぜ合わされた燃料を発火させるのに十分である。噴射器が瞬時に燃料噴霧を送出するのが理想的であるが、実際のところ、アイドリング状態では、噴霧はほんの一瞬、例えばおよそ５ミリ秒以下しか持続しない。そこで、エンジン動作を最適化して、ピストンがＴＤＣに達する前の時点に噴射器のタイミングを初期化している。この最適化により、燃焼の副産物、例えば窒素酸化物や微粒子が削減される。エンジン動作の最適化には、更に、最適化された円錐形の噴霧形状と、噴霧持続時間の最小化がある。ディーゼル噴射器ポンプの加圧側の同伴空気は、噴霧形状を乱し、噴射タイミングを遅らせ、また「ＥＣＭ」制御のエンジンでは、噴射の持続時間を増大する。これらのことは全て、エンジンから得られるパワーを小さくし、燃料の燃焼を不十分にしてしまう。
【０００６】
本明細書においてその内容が参照される、エクスタム（Ｅｋｓｔａｍ）の米国特許第５，７４６，１８４号および第５，３５５，８６０号は、ともにディーゼルエンジンの燃料送出システムを扱っている。これらの特許は、同伴空気を燃料から取り除く空気燃料分離システムを利用してディーゼルエンジンの性能を向上できることを示すことで、当該技術に重要な進歩をもたらすものである。これらのシステムは、現在、フューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）という商標で、ディーゼルエンジンへの後付け装置として市販されており、燃費のめざましい向上とともに粒子状物質や一酸化炭素、ＮＯＸ放出の削減を一貫してもたらしている。米国特許第５，７４６，１８４号によると、燃料は正圧を受けてフィルタに供給される。ここで、フィルタは、径が２５ミクロン未満、好ましくは１５ミクロン程度の孔を有する。
【０００７】
燃料ポンプ吸気システムの真空供給という概念に基づく市販の燃料移送・噴射器ポンプは、空気および急速に気化された燃料蒸気の気相が燃料に加わるという真空キャビテーションの問題を有する。空気は、ふつう燃料に溶解しているが、吸気における吸込みによりこれらのポンプの入口側では溶液から引き出されるということが文献に示されている。真空圧または吸込みが強いほど、キャビテーションの可能性が高くなり、燃料内に同伴する蒸気の量が更に増大する。エクスタム（Ｅｋｓｔａｍ）の米国特許第５，５３９，２１４号（参照により本明細書に完全に開示されたものとしてここに編入する）では、燃料ポンプの吸気側と出口側との隔離を改善した燃料供給ダブルシールアセンブリの使用が教示されている。
【０００８】
連邦、州、及び地方自治体をはじめとする様々な監督官庁が、ディーゼル排気に関連した環境問題について研究を行っている。主要な問題は、ディーゼルが過度にＮＯＸや微粒子を排出し、その結果として見苦しい褐色の煤煙を発生することである。微粒子は、呼吸障害の原因であるとの疑い又は可能性がますます増大している。こうした問題に対処するため、様々な規制計画が提言あるいは実行されてきている。ディーゼルエンジンは、現在の構造のままでは、ディーゼル燃料の本質的な修正や集塵器の使用なしには今後の排出基準を満たすことができない恐れが、現実のものとしてますます大きくなっている。現在製造され市販されている米国特許第５，３５５，８６０号および第５，７４６，１８４号の機種は功を奏しているものの、装置に対するフィルタの設計およびサイズの関係から、機種の体積や流れの容量が大きく、非常に大型でかさばるものとなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、燃料送出システム及び方法に対して更なる改良を加えることによって、上に概説した問題を克服することを目的とする。また、これらの改良は、組み合わせて又は個々の構成要素として、ディーゼルエンジンの幅広い範囲の用途において燃費向上と排出削減をもたらすものである。ここに説明する燃料送出システムの一態様は、先行の空気燃料分離システムを改良するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
例えば、空気燃料分離システムに一体に形成された電子加熱素子を用いて燃料を加熱して、空気燃料分離に先立つ前調整を行っても良く、すなわち、加熱素子を空気燃料分離システムに対して流路の上流に配置しても良い。電子加熱素子は、空気燃料分離システムが設置された車両の外部の電源から受電するよう動作可能であるように構成しても良いし、車載発電機またはオルタネータから受電するように内部に適合しても良い。
【００１１】
別の態様では、コイルバネと弁部材とを有する逆止弁が使用される。弁部材は、コイルバネ内に収容された軸と、軸に接続された半球ヘッドとを有する。このアセンブリを、例えば前述のフューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）のように、既存システムへの後付けアセンブリとして提供することで、長期間使用の状態下での溝摩耗による先行のバネ・ボールバルブの不具合を防止または修正しても良い。
【００１２】
また、別の態様では、水分離器を用いる。装置を正常に動作させるには、移送ポンプを動作不能にしかねない水や異物をそれほど含まない燃料が自由に流れることが必要である。水分離器は、セルロース、マイクログラス、ワイヤ又は合成スクリーン、あるいはその組み合わせなど、数多くの様々な素材で形成することができる。燃料フィルタの多くは、燃料フィルタ・水分離器一体型として販売されている。こうした製品は、使用すると直ぐに詰まって燃料の流れを制限するものが多い。こうした製品のいずれかが空気分離器装置として用いられると、空気分離装置の動作不良を起こすおそれがある。水分離器は、装置への燃料の流れを制限してはならず、従って設計が最も重要となる。水分離器のエレメントに最適の素材は、ワイヤスクリーン又は合成スクリーンである。水分離器スクリーンの孔径は、３０ミクロン〜１４４ミクロンであって良い。但し、好ましくは７０〜１００ミクロンである。スクリーンはひだを付けて、水分離器の表面積を大きくする。ストリッパスクリーンは、通常使用において水がスクリーンを無理に通ることがないよう、燃料の流れ／圧力を低減するのに十分な表面積を有するものとする。このアセンブリは、例えば前述のフューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＡＲＯＴＯＲ）（商標）のように、既存のシステムへの後付けアセンブリとして提供しても良い。
【００１３】
さらに、別の態様では、燃料フィルタを用いる。消費者に一般的に用いられ且つ入手可能なスピンオンフィルタの従来の設計思想は、ディーゼル燃料に入っていると普通考えられている、一般に認められた汚染物質や液体、微粒子の除去に対処するものである。この思想に基づいて、フィルタ媒体の孔の定格、及びフィルタ媒体の空隙量または容量が決められている。また、フィルタ内の隙間や通路は、こうした流れの条件、すなわち一相あるいは一方向の流れについてのみに適しているものであるため、使用機器の動作制約にとどまるという制限をもたらす。ここで述べるように、こうした従来のフィルタに対する改良が行われるのは、フィルタを空気の分離および除去に用いる場合には更なる性能を要求されることが分かっているからである。従って、従来のフィルタの設計を修正して、例えばディーゼル燃料や他の石油系液体などの液体から空気・蒸気を分離する処理に伴う性能への要求に、より良く応じることができるようにする。
【００１４】
石油系液体が大量の同伴空気を含んでいることはよく知られている。ディーゼル燃料に同伴する或いはシステム内で発生するこうした大量の空気・蒸気は、フィルタの能力を大幅に上回って、空気・蒸気を、粒子状汚染物質と同様に、フィルタを取り替えるまで収容／蓄積する。空気・蒸気の分離と除去は、連続した処理である。同伴空気／蒸気は、濡れた多孔紙が空気や蒸気の通過に抗する現象によって分離される。蒸気の通過に対する抵抗力の大きさは、フィルタエレメントの孔径と、液体の膜強度もしくは表面張力とで決定される。分離された空気／蒸気は、フィルタの設計と、フィルタヘッド内に形成される所定の流路とによって促進される浮上によってフィルタから除去される。この処理のため、フィルタ設計においては２方向の流れを考慮する必要がある。というのも、液体が正規の方向に通過するときに、空気・蒸気あるいは気泡が、液体の流入とは反対に上昇ないしは「逆らって浮上」しようとするからである。フィルタエレメントとフィルタの内壁との間の隙間は、気泡の浮上速度よりも十分に低いレベルまで液体の流速を下げるのに足りるだけ大きくなければならない。フィルタの天板は、板の一番上または立ち上げた位置に燃料ポートが位置するように形成すべきである。これにより、フィルタアセンブリの上部へと上昇する気泡の通路が改良され、空気抽気ポートを通して放出が行われる。従って、改良された空気分離またはフィルタカートリッジ（ここで、空気燃料分離カートリッジは、フィルタと、外壁と、フィルタ及び外壁の間のプレナムとを有する）は、
（１） （Ｖ／ＣＲ）＜Ｆ＊Ｄ／ＲＲ
の関係を有する空気燃料分離カートリッジを成す。
【００１５】
ここで、Ｖはプレナムの容積、ＣＲは燃料の処理量の最大消費量、Ｆは少なくとも１の滞留係数、Ｄはフィルタカートリッジの高さに等しい気泡上昇距離、ＲＲは気泡上昇速度である。Ｆは、より好ましくは少なくとも２であり、最も好ましくは少なくとも３である。
円筒形でも式（Ｖ／ＣＲ）＜Ｆ＊Ｄ／ＲＲに従うのであれば効果的に利用できるが、「円錐形」のフィルタ設計が好ましい。円錐台形のフィルタ設計が特に好ましい。小径を上にした円錐形の場合、フィルタの上部の隙間が大きくなるため、燃料流速が小さくなる。また、好ましい実施の形態では、気泡の上昇速度が、プレナムの断面に沿った全ての点において式（１）に従う。燃料がフィルタの下部領域に移動するに従って、フィルタエレメントの直径が大きくなる。但し、全体の流量は増加しない。フィルタエレメントを通過する燃料のスループットの流速は減少する。また、フィルタの公称濾過直径は、１ミクロン〜１０ミクロンが最も好ましいが、この幅広い直径範囲は、従来のフィルタとは異なり、円錐形状によって可能となるものである。フィルタは、繊維状素材の外層とセルロースの内層とからなる２つの層を有するリブ付き円錐円筒として形成されるのが好ましい。繊維状素材は、圧縮マイクログラスが好ましい。この構成のフィルタは耐用年数が優れている。
【００１６】
燃料送出システムの別の改良では、フィルタヘッドの底部から、フィルタ、又はフィルタをフィルタヘッドに取り付けた時に形成されるキャビティの領域まで突出した分割仕切りを備える。この仕切りもしくは壁は、フィルタヘッドの底部からフィルタの天板へと突出するとともにフィルタの内壁へと延在しており、フィルタヘッドとフィルタの天板との間の領域を効果的に２つの独立したチャンバに分割して、流入する液体から不要ガスを排気するために用いられるポートと、不要ガスのための独立した放出路を形成するためのものとを分離する。これにより、流入する液体が乱流や渦を形成する共通の領域であったものが、入ってくる流体のための入口チャンバと不要ガスを収集し放出するための出口チャンバとの２つの独立したチャンバとなる。分割仕切りを正しく配置することで、フィルタ内への液体の自由な流入を可能にする、天板の多くのポートの連通が可能になる。一方、他のポートは、気泡を通過させて新しく形成した出口チャンバへと上昇させ空気抽気ポートから放出するための十分な開口を空けることになる。
【００１７】
別の改良では、空気抽気ポートを取り囲むフィルタヘッドの領域が用いられる。空気抽気ポートは、フィルタヘッドに空けられた単純な穴として形成される。本改良においては、フィルタヘッドの空気抽気ポートを取り囲む領域に逆向きのカップを形成する。逆向きのカップは、気泡を空気抽気ポートへと収集および誘導して放出するのを助けるのに十分な大きさ及び形を有するものとする。
【００１８】
別の態様では、流体を濾過するためのこぼれ止めフィルタアセンブリを備える。フィルタアセンブリは、濾過対象となる流体を受ける入口を含むフィルタヘッドと、流体が濾過された後に、流体がフィルタヘッドを出る出口と、フィルタカートリッジをフィルタヘッドに取り付ける際に、フィルタヘッドをフィルタカートリッジに結合するのに用いられるネジ込みコネクタと、フィルタアセンブリからの流体の排液を収容するのに十分な所定の体積の栓とを備える。フィルタカートリッジは、ネジ込みコネクタに螺着されても良い。フィルタカートリッジは、栓を収容するのに十分な貯槽容量を備える外壁を含むことで、フィルタカートリッジをネジ込みコネクタから外すとともに栓を貯槽から引き抜いた時に、貯槽が所定の体積の流体排液を格納することができる。貯槽を封止して、フィルタカートリッジをネジ込みコネクタから外した時に所定の体積の流体排液を貯槽内に保持するのに選択的に用いられるキャップが提供される。適宜設けられる空気抽気ポートは、入口と出口の少なくとも一方の位置から延在して、こぼれ止めフィルタアセンブリからの排液を容易にする。この空気抽気ポートは、第２の端部に液体連通している第１の端部を有し、第１の端部を、入口および出口の対応する一方に液体連通させ、第２の端部を、フィルタカートリッジをネジ込みコネクタに取り付けたときにフィルタカーリッジの内部領域に対して封止嵌合するように配置する。これにより、フィルタカートリッジをネジ込みコネクタから取り外すことで、第１の端部と第２の端部との間の液体連通を可能にして、油圧真空を破るとともに入口および出口の対応する一方からの排液を容易にすることができる。
【００１９】
こぼれ止めフィルタアセンブリは、濾過用の流体を入口と出口との間の流路に流し、フィルタカートリッジをネジ込みコネクタから選択的に外して栓を貯槽から引き抜き、流体を入口および出口から貯槽内に排液することで使用しても良い。貯槽を覆うようにキャップを取り付けることで、キャップを用いて流体を貯槽内に封止しても良い。一例として、キャップは、ネジニップルを含んでも良く、キャップのネジニップルをフィルタカートリッジのネジ込みコネクタに螺合することで貯槽への流体の封止を行っても良い。
【００２０】
空気燃料フィルタ及び水分離器は、燃料送出システムの機能構成要素である。スピンオン燃料フィルタ及び水分離器フィルタは、様々な大きさ、デザイン、及び素材のものが数多く利用可能となっている。「装着可能な」未知の特性のフィルタを交換して使用できるため、高レベルの性能を保証することができる。従って、適切な空気燃料フィルタ及び水分離器が本発明において使用されるよう管理することが、非常に重要である。こぼれ止めフィルタの「独自の有用な」機能性を適切に使用することで、環境汚染が解消されるだけでなく、装置の重要な機能を打ち消しかねない「装着可能な」フィルタが本発明に用いられることが防止される。
【００２１】
別の態様では、燃料をフィルタの内部から送出する引き上げ管の先端に、スクリーン型ソックを追加する。この管は、フィルタの底部まで延在している。フィルタのこの領域においては、燃料が、フィルタを通過した空気・蒸気を含むことが更に少ない傾向にある。偶発的な気泡が引き上げ管に進入したりエンジンに達したりする可能性を更に減らすために、本改良では、引き上げ管の開口端の周りにワイヤスクリーンフィルタもしくは「ソック」を用いる。スクリーンフィルタもしくは「ソック」は、できるだけ大きく、且つニップルへの取り付けに際してフィルタの上部の開口から嵌入するのに十分なだけ小さく構成される。フィルタ「ソック」は、水分離器に用いられるのと同様のスクリーンで構成できる。「ソック」は、引き上げ管の先端を取り巻く流れの速い領域に接近する気泡に対してバリアを形成する。
【００２２】
本発明の更に別の態様では、フィルタを取り囲んで、自身とフィルタとの間にプレナムを形成する外壁と、外壁に交差して、所期の使用環境におけるスピンオンフィルタの交換中に、対応する濾過システムからの流体排液を収容するのに十分な所定の容積を有する貯槽を画定する多孔壁と、多孔壁に取り付けられて、フィルタからの流路を形成するネジ込みカップリングとを含むこぼれ止めスピンオンフィルタカートリッジを提供する。多孔壁は、フィルタを所定の位置に保持する構造支持体を形成する。
【００２３】
本発明の更に別の態様では、燃料入口と燃料出口とを備えた燃料移送チャンバを備えたポンプハウジングと、回動可能なドライブ軸と、軸を回転するように動作可能な駆動手段と、入口から出口まで燃料を動かすのに用いられる燃料移送チャンバ内に配置された回動可能なインペラに連結された前記軸と、燃料移送チャンバを駆動手段から隔離するシールとを有する燃料移送ポンプを含む燃料送出システムにおいて、燃料移送チャンバは、軸が貫通する開口を形成する分割壁を有し、燃料移送チャンバは、インペラと自身との間に位置するプレナムを画定するとともに分割壁を結合する半径方向外側の壁を有し、分割壁は、開口から半径方向外側の壁に向かって延びる溝を有することを特徴とする燃料移送ポンプへの改良を提供する。
【００２４】
本発明の更に別の態様では、フィルタヘッドと、フィルタハウジング及びフィルタエレメントを有するフィルタアセンブリとを含む空気燃料分離アセンブリを備える燃料送出システムにおいて、フィルタハウジングは、フィルタハウジングの内部で且つフィルタエレメントの外部の空間に液体連通している複数のポートを備える板と、フィルタエレメントの内部の空間に通じる中央ネジ開口部とを備え、フィルタヘッドは、フィルタエレメントの内部の中央ネジ開口部を通って突出する中実壁垂下管を有し、中実壁垂下管は、フィルタヘッドから離れた末端開口を有し、末端開口をスクリーンソックが取り囲むことを特徴とする改良を提供する。
【００２５】
本発明の更に別の態様では、空気燃料分離器、水燃料分離器、燃料移送ポンプ、内部流れ通路を有する取り付け台、及びこの取り付け台と一体に形成され、かつ燃料を加熱するのに用いられる、電子加熱素子との間を、前記内部流れ通路により、液体連通させる、燃料送出システムにおいて、流れ通路の少なくとも一つが、コイルバネと弁部材とを備える逆止弁を有し、弁部材は、コイルバネ内に収容された軸と、軸に接続された半球ヘッドとを有し、空気燃料分離器は、フィルタと、フィルタと自身との間にプレナムを画定する外壁とを備え、プレナムは、Ｖをプレナムの容積、ＣＲを燃料の最大消費量または処理量、Ｆを少なくとも１の滞留係数、Ｄをフィルタカートリッジの高さに等しい気泡上昇距離、ＲＲを気泡上昇速度とすると、（Ｖ／ＣＲ）＜Ｆ＊Ｄ／ＲＲの関係を有する燃料送出システムを提供する。本実施の形態の更なる態様では、取り付け台が備えるフィルタヘッドは、濾過対象となる燃料を受ける入口と、燃料が濾過された後に、流体がフィルタヘッドを出る出口と、フィルタヘッドを空気燃料分離器に結合するのに用いられるネジ込みコネクタと、取り付け台からの流体の排液を収容するのに十分な所定の体積の栓とを含み、燃料移送ポンプは、燃料入口と燃料出口とを有する燃料移送チャンバを含むポンプハウジングと、回動可能なドライブ軸と、軸を回転するように動作可能な駆動手段と、入口から出口まで燃料を動かすのに用いられる燃料移送チャンバ内に配置された回動可能なインペラに連結された前記軸と、燃料移送チャンバを駆動手段から隔離するシールとを有し、燃料移送チャンバは、軸が貫通する開口を形成する分割壁を有し、燃料移送チャンバは、インペラと自身との間に位置するプレナムを画定するとともに分割壁を結合する半径方向外側の壁を有し、分割壁は溝を有し、凹部は開口から半径方向外側の壁に向かって延びている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、燃料の燃焼を充分に行い、エンジンから得られるパワーを減少させず、かつ、小型化が可能な燃料送出システムを得ることができる。
本発明の前述の態様に関する更なる詳細、目的、及び利点は、当業者においては、添付の図面とともに読まれる以下の本文から明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
燃料送出システムの好ましい特徴を例示する典型的な実施の形態により、空気燃料分離に先立って燃料の再循環の前処理を行う電子加熱素子を備えた空気燃料分離システムの改良設計を示す。
【００２８】
図１は、一例として、燃料送出システム１００の好ましい主要構成要素を示す模式図である。断熱燃料貯槽１０２は、燃料供給ライン１０４に結合されて、例えばミズーリ州セントルイスのディーゼルプロダクツ社（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）より入手可能なフューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）等の燃料処理アセンブリ１０６に供給を行う。フューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）は、ここで説明する原理により使用および変形される市販の機器で最もよく知られたものである。この市販機器のあるモデル、例えば２０００年モデルは、ここで説明する原理による使用に好ましいものである。フューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）は、米国特許第５，７４６，１８４号に実質的に示され記載されている。
【００２９】
中央ブロック１０８は、内部流れ通路と、燃料供給ライン１０４を燃料出口ライン１１２に連通して配置する内部流路１１０を形成するとともに燃料を各所での連続処理に供する弁構造とを備える。流路１１０は、ヒータブロック１１４から燃料処理アセンブリ１０６に入る。ヒータブロック１１４は、燃料を加熱して燃料の粘度を低くするとともに寒冷地におけるゲル化を防止する。流れは、電動移送ポンプ１１６によって促進される。電動移送ポンプ１１６は、燃料出口ライン１１２側に正のゲージ圧を維持する。加熱された燃料は、水分離器１１８へと流れ、次いで移送ポンプ１１６及び空気分離器１２０へと流れた後、燃料出口ライン１１２へと流出する。空気分離器１２０によって燃料から取り除かれた空気は、空気戻りライン１２２へと抜けて燃料貯槽１０２へと戻る。
【００３０】
燃料送出システム１００内の燃料の全体的な品質および特性を改良するため、燃料処理アセンブリ１０６内の２方向バルブ１２４を、例えば電気、手動、または空気圧制御によって選択的に開閉することで、加熱燃料を再循環して流体汚染物質や粒子状汚染物質を除去しても良い。
【００３１】
燃料出口ライン１１２は、噴射器ポンプ１２８に供給を行う。噴射器ポンプ１２８は、機械または電気制御ポンプ等の任意のディーゼル噴射器ポンプであって良く、既知の原理に従って動作することで、従来のディーゼルエンジン１３２の複数の噴射器、例えば噴射器１３０に供給を行う。
【００３２】
エンジン１３２の稼働中に、例えばラジエータ１３４からのエンジン冷却水を、冷却水供給管１３６を通してヒータブロック１１４へと循環させ、管１３８を通してラジエータ１３４へと適宜戻しても良い。この冷却水の循環によって、ヒータブロック１１４内で流入燃料が熱交換により加熱される。この加熱により、燃料の粘度が減少し、結果として燃料の同伴空気の収容力が低下する。
【００３３】
抵抗加熱素子１４０を追加することで、燃料送出システム１００及びヒータブロック１１４を改良するのが、任意ではあるが好ましい。抵抗加熱素子１４０は、外部電源１４２を電源とする。外部加熱源１４２は、１バンクの自動車用バッテリー、又は発電機、電圧変換器を含んでも良い。電源１４２は、車両用のオルタネータであっても良く、管１３６及び１３８を介する冷却水循環システムを適宜代替しても良い。電圧変換器は、例えば、交流の１１０ボルト又は２２０ボルトを受けて、これを直流の１２ボルト又は２４ボルトに変換しても良い。この構成により、例えばトラック運転手は、適当なコンセントの近くにトラックを停めて極寒状況でトラックを一晩駐車し、トラック運転手が休憩した後に、バルブ１２４を介した加熱燃料の再循環によって容易にトラックを始動することができる。
【００３４】
一例として図示する燃料送出システムの別の態様によると、例えば移送ポンプ１１６などのＧロータ燃料移送ポンプのロータキャビティに、ポンプの寿命を長くする例えばＵ字の切込みのような切込みを形成しても良い。
【００３５】
図２に、移送ポンプ１１６の中央断面図を示し、図１を更に詳細に示すものである。移送ポンプ１１６は、従来の方法で連携して電気モータ回転軸２０４として機能する電機子２００とフィールドハウジング２０２とを含む。複数のボルト、例えばボルト２０６及び２０８により、フィールドハウジング２０２はロータハウジングブロック２０５に接続される。軸２０４は、Ｇロータ２１０をなす従来のインペラに接続される。Ｇロータ２１０は、略円筒状の形状をなしており、燃料２１２に接触して移送ポンピングを行う下方に延在するフィンを有する。ジャーナル軸受面２１４は、軸２０４に接触する。シャフト２０４とロータハウジング２０５との間には、パッキン又はエラストマーシール２１６があり、もし電機子２００やフィールドハウジング２０２と接触すると爆発や火災を引き起きしかねない燃料漏れを防止する。シール２１６はまた、汚染の原因となったり他の種類の爆発や火災を引き起こしうる燃料の大気への浸出を防止する。
【００３６】
通常運転では、Ｇロータ２１０がキャビティ２２０内で回転し始めると、相対的な真空が発生して燃料がポンプ内に引き込まれるため、シール２１６はこの圧力差に耐える必要がある。外気は燃料よりも遙かに粘度が低く、シール２１６を通してキャビティ２２０内へより容易に漏洩しがちである。ひとたび燃料がＧロータ２１０によって移動し始めると、キャビティ２２０は加圧されるため、パッキンは内部圧力に耐える必要がある。従って、シール２１６は、移送ポンプ１１６の外部の周囲圧力に対して真空から過圧状態へと循環する圧力にさらされる。この真空および再加圧の連続により、シール２１６は疲労し、その故障が早まることになる。
【００３７】
ポンプ１１６は、図２において既述したあらゆる点において、従来の燃料移送ポンプであるものの、ポンプ１１６はまた、ポンプを長寿命化するとともにより効率的な運転を可能にするキャビティ２２０の設計への様々な改良を含んでいる。
【００３８】
図３は、図２の拡大部分として描かれており、シール２１６への圧力循環作用を低減するキャビティ２２０の設計への改良点を示すものである。キャビティ２２０は、軸２０４と同心の略円筒形状を有する。上部仕切り壁２２２は、ロータハウジングブロック２０５の側壁に接触して、キャビティ２２０を画定する。軸２０４は、仕切り壁２２２を貫通する。Ｕ字の切込み２２６をなす仕切り壁２２２の溝によって、シール２１６への圧力によるひずみを緩和する流体連通が容易になる。Ｕ字の切込み２２６は、先が軸２０４に向いた一片のパイのような形状である。すなわち、Ｕ字の切込み２２６は、半径方向外側の壁をなす側壁２２４に向かって角度寸法が増加する。Ｕ字の切込み２２６は、少なくとも、プレナムの容積またはＧロータ２１０と側壁２２４との間の空間２２８の容積にほぼ等しい容積を有し、シール２１６が圧力循環の極値にさらされることを防ぐサージ室として機能するのが好ましい。Ｕ字の切込み２２６を備えることで、シール２１６の耐用年数を著しく延長することができるとともに、所期の使用環境における安全性が大幅に向上する。
【００３９】
図４は、ロータハウジングブロック２０５の下面図を示し、Ｕ字の切込み２２６を更に詳細に示すものである。図２に示すフィールドハウジング２０２に連結するための複数のボルト穴４００、４０２、４０４、及び４０６が存在する。中央穴４０８は、軸２０４の通路として設けられる。側壁２２４の最下端は、Ｏリング４１０に囲まれている。Ｕ字の切込み２２６は、組み立てられたポンプ１１６のシール２１６とチャンバ２２０の空間２７８との間に流体連通をなす壁２２２の下面にある（図２も参照）。このようにＵ字の切込み２２６を介して設けられた流体連通機能によって、Ｇロータ２１０の始動が引き起こす一時的な圧力不均衡を等化するための液体の流れが容易になり、シール２１６に対する圧力循環またはサージ作用の強さ及び継続時間が減少する。
【００４０】
以下に一例として示す好ましい燃料送出システムのより一層好ましい実施の形態及び手段によると、空気燃料分離システムは、このシステムの耐用年数を延ばす改良型の逆止弁を備えても良い。
【００４１】
図５に、米国特許第５，７４６，１８４号に示され記載されたタイプの従来技術によるバネ付勢ボールアセンブリ５００を示す。こうしたバルブは概して逆止弁として有用であるが、これらのバルブは、摩耗して最終的には漏れを引き起こすことが分かっている。バネ５０２は、ボール５０４をベベル弁座５０６に向かって付勢する。エンジンの振動および／又は道路の振動や、バルブアセンブリ５００を繰り返し開閉することによって、最終的には弁座５０６のボール近接面５１０が摩耗して溝５０８が現れる。溝５０８が存在することそれ自体は、バルブアセンブリの漏れを引き起こすものではないが、ボール５０４は、ボールアセンブリ５００の開閉時に、例えば矢印５１２に示すように回転しがちである。この回転により、面５１０に対する溝５１０の位置が狂うため、ボール５０４を普通に面５１０にはめた場合に溝５０８は漏れの流路を形成することになる。
【００４２】
この問題に対する解決策は、回転可能なシール要素を持たない逆止弁アセンブリを設けることである。図６に、ボール５０４の代わりに使用可能な弁部材６００を示す。弁部材６００は、半円ヘッド６０４と一体に形成されて肩部６０６をなす円筒軸６０２を有する。図７に示すように、弁部材６００は、円筒軸６０２がバネ７００内にあり且つ半円ヘッド６０４が面５１０にぴったりとはまる位置で、弁座５０６にはめられている。バネ７００の付勢により、弁部材６００が軸７０２をはずれて回転することが防止されている。
【００４３】
好ましい燃料送出システムの更なる態様によると、空気燃料分離システムからの排液を受けるのに十分な貯槽容量を有するフィルタカートリッジを含むこぼれ止めフィルタアセンブリを備えても良い。これは、フィルタカートリッジを取り付けた場合に貯槽を実質的に満たす栓をフィルタヘッドに用いることで達成される。フィルタカートリッジを貯槽から取り外す場合、栓が引き抜かれることで、空気燃料分離システムからの排液を受け止めるのに十分な空きができる。この種のフィルタ設計は、空気液体分離システムに限らず、フィルタ交換によって液こぼれのおそれがある場合にはいつでも適用することができる。
【００４４】
図８に、例えば図１に示す空気分離フィルタ１１８又は水分離フィルタ１２０等の、あらゆるタイプのフィルタに用いることができる液こぼれ防止フィルタアセンブリ８００の中央断面図を示す。好ましい実施の形態において、中央ブロック１０８又は他のフィルタ取り付け構造は、入口８０４と出口８０６を有するフィルタヘッド円筒栓８０２を備えるように加工される。出口８０６は、対称軸８０８周りの中央に配置される。ネジニップル８１０が出口８０６を囲んでいる。
【００４５】
交換可能フィルタカートリッジ８１２は、中央ネジ開口部８１６を囲む従来のフィルタエレメント８１４を含む。中央ネジ開口部８１６は、フィルタエレメント８１４の内部に流体連通している。外壁８１８は、フィルタエレメント８１４を取り囲んでプレナム８２０を形成する。天板８２２は、ネジ開口部８１６を支持する。ポート８４８等の複数の燃料ポートにより、出口８０４とプレナム８２０との間の流体連通が可能となっている。
【００４６】
外壁８１８の部分８２６は、天板８２２上に立ち上がって、貯槽８２８を形成する。貯槽８２８は、ネジニップル８１６をネジ開口部８１６に連結した場合、大半が栓８０２によって占められる。交換可能フィルタカートリッジをゆるめてネジニップル８１６をネジ開口部８１６から外すと、栓８０２が貯槽８２８から取り除かれるため、貯槽８２８は入口８０４及び出口８０６に通じるライン８３０及び８３２からの排液を受け止めることができる。栓８０２よりも体積の小さいキャップ（図８では図示しない）を貯槽８２８の上に取り付けて、内容物を封止してフィルタを最終的に廃棄しても良い。
【００４７】
液体を入口ライン８３０から押し出すのに抽気ポート８３６を適宜用いても良い。図８に示すように、抽気ポートは、エラストマー角リングシール８５０とエラストマー丸リングシール８５２とにより封止され覆われているが、ラインの水平断面内に配置されており、いったんリム８３８と肩部８４０との間の封止が破られると、油圧真空を破って排液を促進する。同様の抽気ポート８５５を出口ライン８３２に適宜設置しても良い。
【００４８】
本発明の更に別の態様は、引き上げ管８５６の設計にある。引き上げ管８５６は、任意ではあるが好ましくは、先端開口アセンブリ８７６がフィルタエレメント８１８の下端８７８付近に位置するのに十分な距離だけ下に垂れた中実壁を有することで、完全に組み立てられた場合には先端開口アセンブリをフィルタエレメント８１４の中に位置させても良い。任意ではあるが好ましくは、スクリーンソック型フィルタ８８０を入口の先端開口アセンブリ８７６に取り付けても良い。従って、フィルタエレメント８１４によって形成されるバリアを空気が超えた場合、気泡は、引き上げ管８５６の中実壁に沿ってフィルタエレメント８１４の内部を上昇することができる。スクリーンソック型フィルタ８８０は、同伴空気と一体化して、空気がエンジンに放出されそうな場合に気泡が引き上げ管の入口に入るのを全体として防ぐのに役立つ第２のバリアを形成する。
【００４９】
空気分離器１１８内にフィルタヘッド栓アセンブリ８００を用いる場合、例えば米国特許第５，７４６，１８４号に示すように、従来のガス除去アセンブリ８３４に通じる貫通穴を適宜設けても良い。貯槽８２８は、液こぼれを防ぐのに必要な全排液量を収容できるよう、設計ごとに容積が異なる。
【００５０】
先行する米国特許第５，７４６，１８４号に教示されるように、燃料送出システム１００として示すタイプの燃料送出システムは、６％〜１５％の燃費改善が可能である。以下に示すようなシステムの改良によれば、システム構成要素の設計に現在開発されている多くの機能を取り入れると、より大きな燃費改善が得られることが分かる。
【００５１】
そうした改良点の１つに、フィルタエレメント８１８とフィルタエレメント８１４との間にあるプレナム８２０の容量がある。フィルタカートリッジ８１２を空気分離フィルタとして用いる場合、プレナム８２０は、燃料の速度を燃料内の気泡の上昇または浮上速度よりも小さい値にまで減速するのに十分な容積を有するべきである。静止燃料では、こうした気泡はおよそ毎秒１フィートの速度で上昇する。よって、Ｖをプレナム８２０の容積、ＣＲを燃料の最大消費量または処理量、Ｆを滞留係数、Ｄをフィルタカートリッジ８１２の高さに等しい気泡上昇距離、ＲＲを気泡上昇速度とすると
（１） （Ｖ／ＣＲ）＜Ｆ＊Ｄ／ＲＲ
となる。Ｆは、１以上であり、少なくとも２であるのが好ましく、少なくとも３であるのがより好ましい。
【００５２】
本発明の更に別の態様は、空気放出ポート８５４の設計にある。フィルタブロックの放出ポートを囲む面８８２に、逆向きのカップを形成するのが好ましい。逆向きのカップは、気泡を放出ポートの領域に集める役割を果たす。ディーゼルエンジンに対する試験では、これらの設計パラメータを取り入れた燃料送出システムは、エンジンの用途によっては２１％もの燃費改善が可能であり、またディーゼル排気の不透明度を２５％以上もカットできることが確かめられている。これらの改良は、不透明度を低減するという観点では、これまでに説明したシステムに粒子トラップや触媒コンバータを組み合わせて使用することで、更なる低減が可能である。これらの試験からは、更に、一酸化炭素の排出量が３０〜４２％削減されることや、窒素酸化物が４％〜１１％削減されることが分かる。
【００５３】
図８に、例えば８４８などの複数の流体ポートを有する天板８２２と、壁８２６と、貯槽８２８とを備えたフィルタエレメント８１８を示す。アセンブリ８００を組み立てて動作させると、入口８０４からの流体は、流路８２４を通ってチャンバ８２８を満たし、次いでポート８４８等のポートを通ってプレナム８２０に流れ込む。流体は、次いで、フィルタエレメント８１４を流れて、分離された気泡をプレナム８２０内に残す。フィルタエレメント８１４よって分離された気泡は、流路８５８に沿って上部板８２２に向かって上昇する。気泡は、次いで、流入流体のポート８０４からチャンバ８２８への反対向きの流れに逆らって、８４８等の複数のポートを通過する必要がある。上昇する気泡は、空気抽気放出ポート８５４を通って、戻りライン１２２（図１も参照）へと放出される。もし、８４８等のポートを通る流体の反対向きの流れの速度が気泡の浮上速度よりも大きい場合、流れは上昇する気泡に対するバリアを形成して、その放出を妨げてしまう。
【００５４】
この問題に対する解決策は、チャンバ８２８を、液体の流入する流れのための入口チャンバと同伴空気の気泡を収集し放出するための出口チャンバとの２つのチャンバに分割することである。好ましい燃料送出システムの更なる態様によると、空気燃料分離システムは、共通の燃料入口チャンバであったものを、流入流体のための入口チャンバと不要ガスを収集し放出するための出口チャンバとの２つの独立したチャンバに分割する、底部から突出する分割仕切りを有するフィルタヘッドを備えて良い。
【００５５】
図９に、フィルタヘッドアセンブリ８００の代わりに使用可能なフィルタアセンブリ９００の中央断面図を示す。図９を説明するにあたっては、図８において既述された同一要素については同様の番号付けを維持する。好ましい実施の形態のこの態様を要約すると、中央ブロック１０８（図１参照）または他のフィルタ取り付け構造は、面９０６から突出する分割壁９０２及び９０４を有するように機械加工、鋳造、成型、または形成される。壁９０２及び９０４は、面９０６から所定距離だけ延在するとともに、ネジニップル９０８から外向きに所定幅だけ延在して、上部板８２２と封止係合している。フィルタ８１８は、ニップル９０８と螺合してブロック１０８に組み付けられている。壁９０２及び９０４は、壁８２６及び板８２２と組み合わされて、チャンバ８２８を２つのセクションに分割する。こうして、入口セクション９１０が、８４８等の入口ポートと燃料入口ライン８３０とに連通して形成される。同様に、放出セクション９１２は、ガス抽気ライン９１４を、９１６等のガス出口ポートに連通して形成される。分割壁９０２及び９０４の配置によって、ポート８４８及び９１６等の任意の数のポートを、それぞれ対応するセクション９１０及び９１２に流体連通させることができる。従って、独立したセクション９１０及び９１２は、プレナム９１８への自由な流体移動を可能にするとともに、本システムにおいて気泡を滞留させがちであった乱流や他の流れ条件を本質的に解消する。フィルタ９２０で分離されてプレナム９１８に集まった気泡は、ここでは、ポート９１６等を自由に通過することで、出口セクション９１２に集まり、空気抽気ライン９１４へ放出される。第２空気抽気ライン９２２を入口セクション９１０に連通させ、入口セクション９１０へとたまたま上昇してきた同伴空気を取り除いて、入口セクション９１０でのエアロックの形成を適宜防止しても良い。
【００５６】
図９に示すこの発明の別の態様は、図８に示す円筒状のフィルタエレメント８１４に比して、円錐状のフィルタエレメント９２０の設計にある。円錐状エレメントは、上部の直径を小さくして、図８に示すプレナム８２０に比してプレナム９１８の容積を大きくするのが好ましい。また、セルロース繊維の中央円錐を有するリブ付きのシート素材が好ましく、或いは圧縮マイクログラスの外層を有するセルロースマイクログラス混合物が好ましい。円錐は、好ましくは１ミクロンから１０ミクロンの範囲の公称直径またはより小さい孔径を有する。好ましい実施の形態においては、円錐は、３ミクロンから５ミクロンの公称直径を有する。こうした寸法は、燃料内の微粒子によって早期に目詰まりすることなく同伴空気を燃料から分離するのに最も有効であることが分かっている。外側のマイクログラス層の公称直径は、少なくとも２０ミクロンであり、いくつかの機能を果たすことが好ましい。その機能の１つは、大きな粒子を取り除いて、内部円錐から遠ざけておくことである。別の機能としては、繊維状の基体を設けることにより、小さな気泡を合わせて大きな気泡として最終的に表面張力を破って自由に浮上するようにすることである。
【００５７】
図１０に、中央ネジニップル１００２とエラストマーディスク１００４とを有するキャップ１０００を示す。ネジニップル１００２は、キャップ１０００をフィルタカートリッジ８１２に結合したり外したりするためにキャップ１０００を回すのに用いる刻み付きキャップ１００６を有する。ネジニップル１００２は、十分な距離だけ下方に延在して、フィルタカートリッジ８１２のネジ開口部８１６（図８参照）への結合を可能にしている。エラストマーディスク１００４は、封止面１００８を有する。封止面１００８は、壁８１８の部分８２６に係合して、最終的な廃棄の際に貯槽８２８及びフィルタカートリッジ８１２の内容物を封止する。例えば、ディーゼル燃料やエンジンオイルをこの方法で封止して最終的なリサイクルに供することで、有機蒸気の大気中への漏れを防止しても良い。
【００５８】
図１１に、従来のフィルタヘッドをフィルタカートリッジ８１２の様なこぼれ止めフィルタカートリッジと組み合わせて使えるようにするのに用いる後付けアダプタ１１００を示す。従来のフィルタヘッドは、従来の入口１１０４と、出口１１０６と、雄ネジニップル１１２０とを含む。後付けアダプタ１１００は、合わせ面１１０８を含む。合わせ面１１０８は、接着されたワッシャ又はＯリング１１１０に囲まれている。栓体１１１２は、栓８０２（図８参照）と同様の概形を有する。中央雌ネジ穴１１１４は、雄ネジニップル１１２０と嵌め合い係合するように構成されている。入口ポート１１１６は、アダプタ１１００を従来のフィルタヘッド１１０２と完全に結合した場合に入口１１０４と整列するように配置されている。第２雄ネジニップル１１１８は、ニップル８１０と同じ機能を果たすものである。
【００５９】
空気抽気ポート１１２４を用いて入口ライン１１０４から空気を適宜押し出しても良い。空気抽気ポートは、エラストマー角リングシール１１２８とエラストマー丸リングシール１１２２を備えるが、ラインの断面に位置しており、いったん角リングシール１１２８と丸リングシール１１２２との間の封止が破られると、油圧真空を破って排液を促進する。シール１１２２及び１１２８は、図８に示すシール８５０及び８５２と同じ機能を果たすものである。同様の空気抽気ポート１１３０を出口ライン１１２６に適宜設置しても良い。後付けアダプタ１１００は、従来のフィルタヘッドを図９に示すようなシステムと組み合わせて使用できるようにするのに用いる壁９０２及び９０４と同様の羽構造（図１１では図示しない）を適宜備えても良い。
【００６０】
動作時には、フィルタカートリッジ８１２を対応するニップル８１０又は１１１８にねじ込み、流体を入口、例えば入口８３０又は１１０２から注入する。フィルタは、交換が必要となる時まで、正常に動作し続ける。次いで、フィルタカートリッジ８１２をゆるめて対応するニップル８１０又は１１１８から外すことで、栓８０２又は栓体１１１２を貯槽８２８から取り外す。外したフィルタは、貯槽８２８への排液が止む時まで所定の位置に保持する。各フィルタヘッドから流出する流体は、すべて貯槽８２８で受け止められる。次いで、貯槽８２８を覆う所定の位置にキャップ１０００を配置し、回転して封止を形成する。そして、フィルタカートリッジ８１２を、内容物とともに、適切に廃棄処理する。
【実施例１】
【００６１】
空気分離試験
４つの市販の燃料フィルタに対して試験を行い、様々な流れ条件における空気分離性能のレベルと、フューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）等の空気分離器にこれらのフィルタを使用する可能性を求めた。フィルタは、比較試験により、通常の流れ条件における相対効率を確定するとともに、特定のフィルタ設計によると思われる流れの限界を確定した。同様のテストを、フリートガード（Ｆｌｅｅｔｇｕａｒｄ）の型式ＦＰ−８０５のフィルタを付けたフューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）に対して行った。これらの試験結果を、燃料送出システムの改良拡張機能を備えた新規設計の空気分離器に対して行った同様の試験で得られたデータと比較した。
【００６２】
試験したフィルタは、フリートガード（Ｆｌｅｅｔｇｕａｒｄ）のＦＦ−１０４、ＦＦ−１０５、ＦＦ−２１１、ＦＳ−１０００、及びＦＰ−８０５であった。フューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）は、工場から販売される際には、ＦＰ−８０５を搭載している。
【００６３】
図１２に、フィルタの寸法および機能を、各種寸法（寸法Ａ〜Ｊと記載）の位置を表す図とともに示す。図１３は、図１２の続きであり、寸法Ａ（燃料入口穴）、Ｂ（フィルタ上部／天板上の領域）、及びＣ（フィルタエレメントと外壁との間のプレナム）に対応する様々な領域における流速（フィート／秒）を計算することにより、テストした各フィルタを分類したものである。図１４は、様々な入力速度、並びに液体が寸法Ａ、Ｂ、及びＣに対応するフィルタの主要領域を通過する際の液体の流速を示す。
【００６４】
本試験のために製造された空気分離試験台は、フューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）と同じ基本機能を有した。但し、燃料移送ポンプは、可変速モータを動力とする大容量ポンプを含むことで様々な流量での試験が可能であるように変形した。空気抽気ポートには、３つの異なる寸法直径、０．０４０インチ、０．０６０インチ、及び０．０７０インチの交換継手を装備した。空気抽気ポート及びタンクラインへのレギュレータバイパス又は戻りは、分離して、それぞれの流れを独立して監視できるようにした。試験台への／からのラインはすべて透明であり、空気の通過などを監視するのに最適な明るさとなるよう適切な照明を設置した。移送ポンプの上流に位置するニードル弁から、システム内に空気を導入した。フィルタ処理した燃料を目視で監視して、泡や気泡の有無によって空気除去の効果を確認した。
【００６５】
表１に示すように、ＦＦ−１０４では、空気抽気放出ポートが直径０．０６０インチ又は０．０７０インチの場合、空気分離放出の効果は流量３０ＧＰＨまで得られる。流量４２／４５ＧＰＨ付近では、気泡がフィルタを通過し始める。流量が５４ＧＰＨ以上になると、流れに運ばれた空気が容易にフィルタを通過する。表２のＦＦ−１０５の場合、ＦＦ−１０５の空気分離性能がＦＦ−１０４と事実上同じであることが分かる。
【００６６】
表３のＦＦ−２１１の場合、約５５／６０ＧＰＨまで空気分離放出の効果があることが分かる。この流量を超えると、気泡がフィルタ媒体を容易に通過する。
【００６７】
表４のＦＦ−１０００の場合、空気抽気放出ポートが直径０．０６０インチ又は０．０７０インチの場合、空気分離放出の効果は流量３０ＧＰＨまで得られる。流量４２／４５ＧＰＨ付近では、気泡がフィルタを通過し始める。流量が５４ＧＰＨ以上になると、流れに運ばれた空気が容易にフィルタを通過する。
【００６８】
表５のＦＰ−８０５の場合は、ＦＰ−８０５を利用した工場出荷時の空気分離システムが、現在製造されているままで（少なくとも設計流量の約１００ＧＰＨまでは）空気／蒸気を非常に良く分離し放出することを示している。但し、単一のＦＰ−８０５フィルタを利用している限り、フィルタの内部設計クリアランスにより、システムの最大流量は約１６５ＧＰＭに制限される。空気／蒸気の泡は、この流量でシステムを通過し始める。２２５ＧＰＨの流れでは、大量の空気／蒸気がフィルタ及びシステムを通過する。
【実施例２】
【００６９】
新しいフィルタ構成
例１の流れ試験を、新しいフィルタ構成について繰り返した。図８に示すような円筒型エレメントを有するフィルタを、ＦＳ−１０００及びＦＰ−８０５と同じ媒体および同じ平方インチの表面積で構成した。フィルタの内部設計は、Ｆ＝３とした場合の式（１）に応じて変形した。表６に示すように、空気／蒸気の分離能力は、現在フューエルプレパレータ（ＦＵＥＬ ＰＲＥＰＯＲＡＴＯＲ）（商標）として販売されている市販装置を遙かにしのいでいる。最大消費量またはスループット流量は、試験台のポンプの限界により４０５ＧＰＨに制限された。変形フィルタは、この流量では、事実上すべての空気／蒸気を液体から効果的に分離する。表６のデータを参照すると、変形された設計は、約６００ＧＰＨまでの液体から事実上すべての空気／蒸気を分離する。すなわち、この目的に使用される先行のフィルタの３倍以上の体積流量において効果を発揮する。
【００７０】
液体からの空気／蒸気の分離は、フィルタ設計の働きであり、濡らした多孔紙が空気または気体の通過に抗する現象に依るものである。気体の通過に対する抵抗力の大きさは、紙の孔径と液体の膜強度または表面張力とで決まるため、設計者が決定することができる。分離された気泡をフィルタから除去または放出するには、フィルタの内部設計によって、内部の液体の流れを、気泡が自然な浮力によってアセンブリの上部に上昇可能な速度まで低減する必要がある。気泡は、この段階で、空気抽気放出孔に入ることができる。
【００７１】
ＦＦ−１０４、１０５、及び２１１フィルタに用いた媒体は、２０／２５ミクロンのセルロース繊維である。先行する試験（カミンズエンジンカンパニー（Ｃｕｍｍｉｎｓ Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ）のサービストピックス（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｔｏｐｉｃｓ）５−１３５参照）により、濡らしたＦＦ−１０４及びＦＦ−１０５のエレメントは、静的条件下では、気泡の通過を起こさずに１０インチの水圧に持ちこたえることが確認されている。低品質のフィルタ媒体を試験すると、持ちこたえる水圧は７インチまでである。動的な流れ条件下では、より低い圧力で通過が起きる。ＦＳ−１０００、ＦＰ−８０５、及び表６に試験結果を示すフィルタに用いられた媒体は、１０ミクロンのストラタポア（Ｓｔｒａｔａ−ｐｏｒｅ）（商標）エレメントで構成される。
【００７２】
式（１）の原理に合わせて修正したフィルタ設計によると、現在設置されているフィルタよりも遙かに小さな設置面積のフィルタを設計することができる。フィルタエレメントの表面積は、流量の向上に正比例して小さくすることができ、例えば表面積６６７平方インチであり最大有効流量１６５ＧＰＨのＦＰ ８０５は、
（２） ６６７／Ｘ＝４０５／１６５
の関係から、表面積を約２７１平方インチまで小さくすることができる。
【００７３】
本発明の真の範囲および精神を逸脱することなく、上述の好適な実施の形態に明らかな変形を施すことができることは、当業者には理解されよう。
【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】燃料の再循環および前処理のための電気加熱システムを含む空気燃料分離システムの模式図である。
【図２】Ｇロータを用いて動作するタイプの燃料移送ポンプを示し、ロータキャビティにＵ字の切込みを示す図である。
【図３】図２に示すＵ字の切込みを更に詳細に示す図である。
【図４】図２に示す移送ポンプのロータキャビティの詳細図である。
【図５】図１に示すタイプの空気燃料分離システムにおいて有用なボール・バネ逆止弁アセンブリの先行技術を示す図である。
【図６】図５に示すボールの機能改良のために代替可能なエラストマー弁部材を示す図である。
【図７】図６のエラストマー弁部材の使用状態を示す図である。
【図８】フィルタヘッドからの排液を受けるのに用いることができるとともに、図１に示すタイプの空気燃料分離システムにおいて概して有用な貯槽を有するフィルタカートリッジを含むスピンオンフィルタアセンブリを示す図である。
【図９】フィルタヘッドから延在して、フィルタヘッドとフィルタとの間の共通チャンバを、流入流体のための入口チャンバと不要ガスを収集し放出するための出口チャンバとの２つのチャンバに分割する分割壁または仕切りを備えたフィルタカートリッジを含むスピンオンフィルタアセンブリを示す図である。
【図１０】図８に示すフィルタカートリッジと組み合わせて大量の流体排液を貯槽内に受け止めるか保持するのに使用できるキャップを示す図である。
【図１１】従来のフィルタヘッドへの後付けアセンブリとして取り付けることで、図８に示す仕方でフィルタカートリッジとともに使用できる栓体を示す図である。
【図１２】市販の様々なスピンオンフィルタ同士の寸法の比較を示す。
【図１３】図１２の続きであって、種々のフィルタ構成要素についての流速の計算結果を含む。
【図１４】図１２の続きであって、種々のフィルタ構成要素についての流速の計算結果を含む。
【符号の説明】
【００７５】
１２０ 空気分離器
１４０ 加熱素子
２１２ 燃料

Claims (44)

1. 燃料空気分離器を有するエンジン燃料送出システムであって、
   前記燃料空気分離器と一体の構成要素として形成された、燃料を加熱するのに用いられる電子加熱素子を備えることを特徴とするエンジン燃料送出システム。
2. 前記電子加熱素子を、前記燃料空気分離器に対して流路の上流に配置したことを特徴とする請求項１記載のエンジン燃料送出システム。
3. 前記電子加熱素子を、エンジンの外部の電源から受電するように適合させたことを特徴とする請求項１記載のエンジン燃料送出システム。
4. 前記電子加熱素子を、エンジンの内部の電源から受電するように適合させたことを特徴とする請求項１記載のエンジン燃料送出システム。
5. 少なくとも１つの逆止弁と燃料空気分離器とを有するエンジン燃料送出システムであって、
   前記逆止弁は、コイルバネと弁部材とを備え、
   前記弁部材は、前記コイルバネ内に収容された軸と、前記軸に接続された半球ヘッドとを有することを特徴とするエンジン燃料送出システム。
6. 前記半球ヘッドは、前記軸に近接し、前記コイルバネに接触するのに十分な直径を有する肩部を有することを特徴とする請求項５記載のエンジン燃料送出システム。
7. 前記軸が円筒形であることを特徴とする請求項５記載のエンジン燃料送出システム。
8. フィルタと、外壁と、前記フィルタと前記外壁との間のプレナムとを有する空気燃料分離カートリッジであって、
   Ｖを前記プレナムの容積、ＣＲを燃料の最大消費量または処理量、Ｆを少なくとも１の滞留係数、Ｄをフィルタカートリッジの高さに等しい気泡上昇距離、ＲＲを気泡上昇速度として、
   前記空気燃料分離カートリッジが、
   （Ｖ／ＣＲ）＜Ｆ＊Ｄ／ＲＲ
   の関係を有することを特徴とする空気燃料分離カートリッジ。
9. Ｆは少なくとも２であることを特徴とする請求項８記載の空気燃料分離カートリッジ。
10. Ｆは少なくとも３であることを特徴とする請求項８記載の空気燃料分離カートリッジ。
11. 前記フィルタの公称濾過直径は、１ミクロン〜１０ミクロンであることを特徴とする請求項８記載の空気燃料分離カートリッジ。
12. 前記フィルタは、繊維状素材からなる外層と、セルロースからなる内層とを有することを特徴とする請求項８記載の空気燃料分離カートリッジ。
13. 前記繊維状素材が圧縮マイクログラスであることを特徴とする請求項８記載の空気燃料分離カートリッジ。
14. 流体の濾過を行うこぼれ止めフィルタアセンブリであって、
    濾過対象となる前記流体を受ける入口を備えたフィルタヘッドと；
    前記流体が濾過された後に、前記流体が前記フィルタヘッドを出る出口と；
    フィルタカートリッジを前記フィルタヘッドに取り付ける際に、前記フィルタヘッドをフィルタカートリッジに結合するのに用いられるネジ込みコネクタと、フィルタアセンブリからの前記流体の排液を収容するのに十分な所定の体積の栓と；
    を備えたこぼれ止めフィルタアセンブリ。
15. 前記ネジ込みコネクタに螺着されたフィルタカートリッジを更に備えたことを特徴とする請求項１４記載のこぼれ止めフィルタアセンブリ。
16. 前記フィルタカートリッジは、前記栓を収容するのに十分な貯槽容量を備える外壁を備えることで、前記フィルタカートリッジを前記ネジ込みコネクタから外すとともに前記栓を貯槽から引き抜いた時に、前記貯槽が前記所定の体積の流体排液を格納できることを特徴とする請求項１５記載のこぼれ止めフィルタアセンブリ。
17. 前記貯槽を封止して、前記フィルタカートリッジを前記ネジ込みコネクタから外した時に前記所定の体積の流体排液を前記貯槽内に保持するのに選択的に用いられるキャップを有することを特徴とする請求項１４記載のこぼれ止めフィルタアセンブリ。
18. 前記入口と前記出口の少なくとも一方の位置から延在して、こぼれ止めフィルタアセンブリからの排液を容易にする抽気ポートを有することを特徴とする請求項１４記載のこぼれ止めフィルタアセンブリ。
19. 前記抽気ポートは、第２の端部に液体連通している第１の端部を有し、前記第１の端部を、前記入口および前記出口の対応する一方に液体連通させ、前記第２の端部を、フィルタカートリッジを前記ネジ込みコネクタに取り付けたときに前記フィルタカーリッジの内部領域に対して封止嵌合するように配置することにより、前記フィルタカートリッジを前記ネジ込みコネクタから取り外すことで、前記第１の端部と前記第２の端部との間の液体連通を可能にして、油圧真空を破るとともに前記入口および前記出口の対応する一方からの排液を容易にすることを特徴とする請求項１８記載のこぼれ止めフィルタアセンブリ。
20. 前記栓は、従来のフィルタヘッド用の後付けアダプタとして構成された栓体であることを特徴とする請求項１４記載のこぼれ止めフィルタアセンブリ。
21. フィルタを取り囲んで、自身と前記フィルタとの間にプレナムを形成する外壁と；
    前記外壁に交差して、所期の使用環境におけるスピンオンフィルタの交換中に、対応する濾過システムからの流体排液を収容するのに十分な所定の容積を有する貯槽を画定する多孔壁と；
    前記多孔壁に取り付けられて、前記フィルタからの流路を形成するネジ込みカップリングと；を備えるこぼれ止めスピンオンフィルタカートリッジにおいて、
    前記多孔壁が、前記フィルタを所定の位置に保持する構造支持体を形成することを特徴とするこぼれ止めスピンオンフィルタカートリッジ。
22. 前記こぼれ止めスピンオンフィルタにおいて、前記貯槽を封止して、前記所定の体積の流体排液を前記貯槽内に保持するのに選択的に用いられるキャップを備えることを特徴とする請求項２１記載のこぼれ止めスピンオンフィルタカートリッジ。
23. Ｖを前記プレナムの容積、ＣＲを燃料の処理量の最大消費量、Ｆを少なくとも１の滞留係数、Ｄを前記フィルタの高さに等しい気泡上昇距離、ＲＲを気泡上昇速度として、
    （Ｖ／ＣＲ）＜Ｆ＊Ｄ／ＲＲ
    の関係を有する空気燃料分離カートリッジとして構成されたことを特徴とする請求項２１記載のこぼれ止めスピンオンフィルタカートリッジ。
24. Ｆは少なくとも２であることを特徴とする請求項２３記載の空気燃料分離カートリッジ。
25. Ｆは少なくとも３であることを特徴とする請求項２３記載の空気燃料分離カートリッジ。
26. 前記フィルタの公称濾過直径は、１ミクロン〜１０ミクロンであることを特徴とする請求項２３記載の空気燃料分離カートリッジ。
27. 前記公称直径が、３ミクロン〜５ミクロンであることを特徴とする請求項２６記載の空気燃料分離カートリッジ。
28. 前記フィルタは、繊維状素材からなる外層と、セルロースからなる内層とを有することを特徴とする請求項２３記載の空気燃料分離カートリッジ。
29. 前記繊維状素材が圧縮マイクログラスであることを特徴とする請求項２８記載の空気燃料分離カートリッジ。
30. フィルタヘッドとフィルタカートリッジとを備えたフィルタアセンブリを利用した空気燃料分離の方法において、
    フィルタヘッドは、
    濾過対象となる流体を受ける入口と；
    前記流体が濾過された後に、前記流体が前記フィルタヘッドを出る出口と；
    フィルタカートリッジを前記フィルタヘッドに取り付ける時に、前記フィルタヘッドをフィルタカートリッジに結合するのに用いられるネジ込みコネクタと；
    前記フィルタアセンブリからの前記流体の排液を収容するのに十分な所定の体積の栓と；
    を備え、
    フィルタカートリッジは、
    フィルタを取り囲んで、自身と前記フィルタとの間にプレナムを形成する外壁と；
    前記外壁に交差して、前記栓を収容するのに十分な容積を有する貯槽を画定する多孔壁と；
    前記多孔壁に取り付けられて、前記フィルタカートリッジをネジ込みカップリングに選択的に取り付ける前記ネジ込みコネクタと螺合する前記ネジ込みカップリングと；
    を備え、
    該方法は、
    前記入口と前記出口との間の流路に濾過する流体を流すステップと；
    前記フィルタカートリッジを前記ネジ込みコネクタから選択的に外して、前記栓を前記貯槽から引き抜くステップと；
    前記入口および前記出口からの流体を前記貯槽に排液するステップと；
    を有することを特徴とする空気燃料分離の方法。
31. 前記貯槽を覆うキャップを設置することにより、前記流体を前記貯槽内に封止するステップを備えることを特徴とする請求項３０記載のフィルタヘッドとフィルタカートリッジとを備えたフィルタアセンブリを利用した空気燃料分離の方法。
32. 前記キャップは、ネジニップルを含み、前記流体を封止するステップは、前記ネジニップルキャップを前記ネジ込みカップリングに螺合することを含むことを特徴とする請求項３１記載のフィルタヘッドとフィルタカートリッジとを備えたフィルタアセンブリを利用した空気燃料分離の方法。
33. 燃料入口と燃料出口とを備えた燃料移送チャンバを含むポンプハウジングと；
    回動可能なドライブ軸と、前記軸を回転するように動作可能な駆動手段と；
    前記入口から前記出口まで燃料を動かすのに用いられる前記燃料移送チャンバ内に配置された回動可能なインペラに連結された前記軸と；
    前記燃料移送チャンバを前記駆動手段から隔離するシールと；
    を有する燃料移送ポンプを含む燃料送出システムにおいて、
    前記燃料移送チャンバは、前記軸が貫通する開口を形成する分割壁を有し、
    前記燃料移送チャンバは、前記インペラと自身との間に位置するプレナムを画定するとともに前記分割壁を結合する半径方向外側の壁を有し、
    前記分割壁は、前記開口から前記半径方向外側の壁に向かって延びる溝を有することを特徴とする改良を前記燃料移送ポンプへ施した燃料送出システム。
34. 前記溝は、少なくとも前記プレナムの容積に等しい容積を有することを特徴とする請求項３３記載の燃料送出システム。
35. 前記溝は、前記半径方向外側の壁に向かって角度寸法が増加することを特徴とする請求項３３記載の燃料送出システム。
36. フィルタハウジングと前記ハウジング内に保持されたフィルタエレメントとからなる空気燃料分離フィルタを有する空気分離アセンブリを含む燃料送出システムにおいて、
    前記フィルタエレメントが円錐台形であることを特徴とする燃料送出システム。
37. 前記フィルタハウジングは、前記フィルタハウジングの内部で且つ前記フィルタエレメントの外部の空間に液体連通している複数のポートと、前記フィルタエレメントの内部の空間に通じる中央ネジ開口部と、を備えた板を有することを特徴とする請求項３６記載の燃料送出システム。
38. 前記円錐台形の先端は、前記板を向いていることを特徴とする請求項３７記載の燃料送出システム。
39. フィルタヘッドと前記フィルタヘッドに螺合した空気燃料分離フィルタアセンブリとを有し、前記フィルタヘッドと前記空気燃料分離フィルタアセンブリとの間に燃料入口と空気抽気ポートとを有するチャンバを形成する空気燃料分離アセンブリを含む燃料送出システムにおいて、
    前記フィルタヘッドと前記空気燃料分離フィルタアセンブリの少なくとも一方が、前記空気抽気ポートに連通する空気抽気セクション及び前記燃料入口に連通する燃料入口セクションに、前記チャンバを分割するように動作可能な分割壁を含むことを特徴とする燃料送出システム。
40. 前記空気燃料分離フィルタアセンブリは、フィルタハウジングと；
    フィルタエレメントと；
    前記フィルタハウジングの内部で且つ前記フィルタエレメントの外部の空間に液体連通している複数のポートと；
    前記フィルタエレメントの内部の空間に通じる中央ネジ開口部とを含む板と；を備え、
    前記分割壁は、選択されたポートを前記空気抽気セクションに割り当てるとともに、他のポートを前記燃料入口セクションに割り当てるように動作可能であることを特徴とする請求項３９記載の燃料送出システム。
41. 空気抽気ポートを備えたフィルタヘッドを有する空気燃料分離アセンブリを含む燃料送出システムにおいて、
    前記空気抽気ポートは、前記空気抽気ポートを取り囲み、前記空気抽気ポートに送り込まれる気泡を収集し誘導するのに用いられる逆向きのカップを有することを特徴とする燃料送出システム。
42. フィルタヘッドと、フィルタハウジング及びフィルタエレメントを有するフィルタアセンブリとを含む空気燃料分離アセンブリを含む燃料送出システムにおいて、前記フィルタハウジングは、
    前記フィルタハウジングの内部で且つ前記フィルタエレメントの外部の空間に液体連通している複数のポートを備える板と；
    前記フィルタエレメントの内部の空間に通じる中央ネジ開口部と；を備え、
    前記フィルタヘッドは、前記フィルタエレメントの内部の中央ネジ開口部を通って突出する中実壁垂下管を有し、
    前記中実壁垂下管は、前記フィルタヘッドから離れた末端開口を有し、
    前記末端開口をスクリーンソックが取り囲む、ことを特徴とする燃料送出システム。
43. ハウジングと水燃料分離器エレメントとを有する水燃料分離アセンブリを含む燃料送出システムにおいて、
    前記水燃料分離器エレメントが、スクリーン素材からなることを特徴とする燃料送出システム。
44. 空気燃料分離器、水燃料分離器、燃料移送ポンプ、内部流れ通路を有する取り付け台、及びこの取り付け台と一体に形成され、かつ燃料を加熱するのに用いられる、電子加熱素子との間を、前記内部流れ通路により、液体連通させる、燃料送出システムにおいて、
    前記流れ通路の少なくとも一つが、
    コイルバネと；
    弁部材と；
    を備える逆止弁と；を有し、
    前記弁部材は、前記コイルバネ内に収容された軸と、前記軸に接続された半球ヘッドとを有し、
    前記空気燃料分離器は、フィルタと、前記フィルタと自身との間にプレナムを画定する外壁とを備え、
    前記プレナムは、Ｖを前記プレナムの容積、ＣＲを燃料の最大消費量または処理量、Ｆを少なくとも１の滞留係数、Ｄをフィルタカートリッジの高さに等しい気泡上昇距離、ＲＲを気泡上昇速度とすると、
    （Ｖ／ＣＲ）＜Ｆ＊Ｄ／ＲＲ
    の関係を有し、
    前記取り付け台が備えるフィルタヘッドは、
    濾過対象となる燃料を受ける入口と；
    前記燃料が濾過された後に、流体が前記フィルタヘッドを出る出口と；
    前記フィルタヘッドを前記空気燃料分離器に結合するのに用いられるネジ込みコネクタと；
    前記取り付け台からの前記流体の排液を収容するのに十分な所定の体積の栓と；を備え、
    前記燃料移送ポンプは、
    燃料入口と燃料出口とを有する燃料移送チャンバを含むポンプハウジングと；
    回動可能なドライブ軸と、前記軸を回転するように動作可能な駆動手段と；
    前記入口から前記出口まで燃料を動かすのに用いられる前記燃料移送チャンバ内に配置された回動可能なインペラに連結された前記軸と；
    前記燃料移送チャンバを前記駆動手段から隔離するシールと；を有し、
    前記燃料移送チャンバは、前記軸が貫通する開口を形成する分割壁を有し、
    前記燃料移送チャンバは、前記インペラと自身との間に位置するプレナムを画定するとともに前記分割壁を結合する半径方向外側の壁を有し、
    前記分割壁は溝を有し、前記凹部は前記開口から前記半径方向外側の壁に向かって延びていることを特徴とする燃料送出システム。

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