JP2005514554A - 燃料フィルタエレメント - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車の燃料特にディーゼル燃料を濾過するためのフィルタエレメントに関する。このフィルタエレメントは、閉鎖エレメント（１５，２１，２４）を備えたバイパス（１４，２６）を有しており、このバイパスは、フィルタエレメントの前の領域（１９）とフィルタエレメントの後ろの領域（２０）との間の所定の圧力差において開放する。

Description

本発明は、自動車の燃料、特にディーゼル燃料を濾過するためのフィルタエレメントに関する。

今日では、ディーゼル燃料で駆動される自動車においては、ほぼ円筒形で、濾過機構がもっぱらフィルタの周壁領域で行われる、いわゆるスクリンフィルタが設けられている。このような形式のスクリンフィルタはもっぱら、容積流を低圧ポンプから高圧ポンプへ制御する容積流制御弁を保護するために用いられる。容積流制御弁は、非常に微細な構成部分公差に基づいて汚れに対して非常に敏感であるので、燃料は、容積流制御弁に侵入する前にスクリンフィルタを介してガイドされなければならない。

図５には、従来技術に記載した円筒形のスクリンフィルタ４が示されている。図５に示されているように、スクリンフィルタ４はケーシング８の切欠１３内に配置されている。この場合、入口９若しくは９′は、スクリンフィルタ４の軸方向に、又はスクリンフィルタ４の半径方向に設けられる。この場合、図５に示した矢印は、燃料の流れ方向を示す。スクリンフィルタ４の第１の端面側が閉鎖され、スクリンフィルタの第２の端面側１２が開放されている。

このスクリンフィルタ４の有効性は、フィルタの網目寸法（Meschenweite）によって決定される。しかしながらフィルタの網目寸法が非常に狭いと、外気温度が低い時に、ＧＦＰＰ値（濾過可能性の限界）が実際の外気温度よりも高い燃料で自動車が駆動される場合には、問題がある。これは例えばガソリンスタンドにおいて夏季ディーゼルから冬季ディーゼルに切り換えることが適宜行われない場合か、又は夏季ディーゼルが給油される自動車が低い外気温度で始動せしめられる場合である。この場合、低い温度には適していないディーゼル燃料は、短時間でスクリンフィルタを目詰まりさせるパラフィン凝結に至る。それによってポンプ高圧部への供給が妨げられる。高圧ポンプは、自動車の始動のために必要な容積流を提供するので、エンジンは始動するが、エンジンは数秒後に再び停止する。何故ならばフィルタは目詰まりして、十分な燃料供給が行われないからである。従って、フィルタエレメントの目詰まりによって自動車の始動直後に、再びエンジンが停止することになる。自動車は、燃料がスクリンフィルタの領域で加熱され、燃料凝結が溶解されてから、初めて始動させることができる。

電気ヒーターをポンプ入口に配置された燃料フィルタの領域に設けることは既に提案されているが、これは、容積流制御弁の前でスクリンフィルタにおいてパラフィン析出が溶解する程度に、短時間で燃料を加熱するためには不十分である。さらにこのような形式のヒーターは、高価でコストがかかる。

アメリカ合衆国再審査証明書第６２１７７５５号明細書によれば、請求項１の上位概念部に記載した形式のバイパスを備えた流体フィルタが開示されている。

アメリカ合衆国特許第６０９０２８３号明細書によれば、フィルタインサートと排出開口を備えた流体フィルタが公知であり、この場合、排出開口はばねエレメントによって常に閉鎖されている。ばねエレメントは、開口が開放されることなしに、フィルタエレメントの長さ変化を補償するために、板ばねとして構成されている。

アメリカ合衆国特許第５７８５０７８号明細書によれば、鉄道用タンク車の安全弁が公知であり、この安全弁ではタンク車の上部領域に過圧保護装置が配置されている。

そこで本発明の課題は、燃料の成分が温度の影響を受けて凝結することによってフィルタエレメントが目詰まりした時に、フィルタエレメントの貫流を可能にする、燃料を濾過するためのフィルタエレメントを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有するフィルタエレメントによって解決される。従属請求項には、本発明の有利な構成が記載されている。

従来技術のものに対して、自動車の燃料を濾過するための、本発明によるフィルタエレメントは、フィルタエレメントの前の領域とフィルタエレメントの後ろの領域との間の所定の圧力差において開放する閉鎖エレメントを備えたバイパスが設けられている、という利点を有している。これによって、フィルタエレメントが目詰まりした時に、燃料がバイパスを介してフィルタエレメントを迂回して流れるようになっている。それによってディーゼル自動車は、低い外気温度において、ＣＦＰＰ値が実際の外気よりも高い燃料で駆動される。短時間で燃料の温度が上昇し、低い温度に基づく凝結が燃料内で再び溶解されると、フィルタエレメントは再び解放されるので、燃料は再びフィルタエレメントを通って流れることができる。この場合、本発明によればフィルタエレメントのために、例えば約３０μｍの非常に小さい寸法（サイズ）の網目が使用され、場合によってはフィルタエレメントにパラフィンが堆積してもフィルタエレメントの貫流機能が保証される。本発明によればこのために、フィルタエレメントの目詰まりに基づいて大きくなった圧力差を利用するようにした。フィルタエレメントの所定の圧力差を越えると、バイパスが開放され、それによってフィルタエレメントの機能が保証されるようになっている。本発明によればさらに、フィルタエレメントのための非常に狭い網目寸法が使用される。特にコンパクトな構造を提供するために、バイパスは有利にはフィルタエレメント内に組み込んで一体的に形成されている。この場合、フィルタエレメントは例えば円筒形のスクリンフィルタとして構成されていて、バイパスは円筒形のスクリンフィルタの一方の端面側に配置されている。

バイパスが、一度だけの開放後に、長時間開放されたままにならないように、有利には、バイパスを再閉鎖するための自動的な戻り手段が設けられている。有利にはこの戻り手段は弾性的な部材によって行われる。

本発明によれば、閉鎖エレメントがフィルタエレメントの壁部に目標破壊箇所として設けられている。この目標破壊箇所は、フィルタの前の領域とフィルタの後ろの領域との間の所定の圧力差において破壊されるので、バイパスが開放されて、フィルタエレメントのフィルタ装置に沿って燃料が流れる。この場合、目標破壊箇所が形成されている材料はフレキシブルであって、目詰まりの原因となる凝結が溶解された後で、フィルタエレメントの前の領域とフィルタエレメントの後ろの領域との間の圧力差が小さくなると、目標破壊箇所がその弾性的な戻り力によって再び閉鎖されるようになっている。勿論この場合、しばしば小さいギャップ若しくは小さい貫通部が開いたまま維持されることを考慮しなければならない。従って、破壊された目標破壊箇所を覆うために、目標破壊箇所に、ゴム条のリブをさらに設ければ有利である。

特に有利には、フィルタエレメントは円筒形のスクリンフィルタとして構成されており、この場合、閉鎖エレメントを備えたバイパスが有利にはスクリンフィルタの一方の端面側に配置されている。

従って本発明によれば、温度の影響を受けて燃料内でパラフィンの凝結が発生することに基づいてフィルタが目詰まりして消耗した場合に、段階的な作用を有するフィルタエレメントが提供された。自動車の耐用年数内のこのよう状況は一般的に非常に希にしか発生しないので、本発明による閉鎖エレメントを備えたバイパスは、頻繁に使用されることはなく、このようなバイパスは特に安価に提供することができる。従って本発明によれば、低い外気温度において夏季ディーゼルで駆動される自動車のコールドスタート性は著しく改善される。本発明によれば、もはや正確なディーゼル燃料品質を必要とすることはない。さらにまた、本発明によれば、網目寸法の大きさが自動車のコールドスタート性に影響されることはないので、フィルタエレメントのために非常に小さい網目寸法を選択することができる。

以下に本発明を図示の実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の第１実施例によるフィルタエレメントを備えた、自動車用の燃料フィードユニットの一部の概略的な断面図、
図２は、図１に示したフィルタエレメントの拡大した側面図、
図３は、本発明の第２実施例によるフィルタエレメントの拡大した側面図、
図４ａ〜図４ｃは、本発明の第３実施例によるフィルタエレメントを示す図、
図５は、従来技術によるフィルタエレメントの側面図である。

以下では、図１及び図２を用いて、本発明の第１実施例によるフィルタエレメント４について説明する。

図２に示されているように、第１実施例によるフィルタエレメント４は、円筒形のスクリンフィルタとして構成されており、このスクリンフィルタは、狭い網目寸法を有するフィルタインサート１０を有していて、このフィルタインサート１０は、スクリンフィルタ４の周壁として構成されていて、第１の端面側１１と第２の端面側１２とを有している。

図１には、本発明によるスクリンフィルタ４を備えた自己吸込み型の燃料高圧ポンプの機能的な概略図が示されている。簡略化のための図１にはこのポンプの低圧領域だけが示されている。燃料は、内部の機械的なフィードポンプ１によってポンプ入口７を介して吸い込まれ、より高い圧力レベルにもたらされる。供給された燃料の一部は円筒形状のスクリンフィルタ４を通って容積流制御弁２に流れ込む。この容積流制御弁２は、管路５を介してポンプ（図示せず）の高圧部に送ろうとする燃料の量を測定する。供給された燃料の別の部分は、高圧ポンプを洗浄するための管路６内に送られる。フィードポンプ１による圧力は内部の圧力制御弁３を介して制御される。圧力制御弁３における燃料減少制御量は、フィードポンプ１の吸込み側にガイドされる。

容積流制御弁２はその構成部分の公差が非常に狭いことに基づいて汚れに対して敏感であるので、燃料は、容積流制御弁２内に侵入する前に、フィルタエレメント４によって濾過される。この場合、スクリンフィルタ４の有効性は、フィルタ網目寸法によって決定される。図２には円筒形のスクリンフィルタ４が詳しく示されている。図２に示されているように、円筒形のスクリンフィルタ４は、狭い網目寸法を有するフィルタインサート１０より成っており、このフィルタインサート１０は、スクリンフィルタ４の周壁を提供している。スクリンフィルタ４はさらに第１の端面側１１と第２の端面側１２とを有している。スクリンフィルタ４の第２の端面側１２は開口を有しており、この開口を有している側に容積流制御弁２が配置されている（図１参照）。第１の端面側１１はスクリンフィルタ４の底部を形成していて、閉鎖エレメント１５を備えたバイパス１４を有している。閉鎖エレメント１５は、スクリンフィルタの底部内に形成されたバイパス１４を閉鎖する。閉鎖エレメント１５は、弁球１６とコイルばね１７とばね受け１８とから成っている。この場合、弁球１６はばね１７によってその弁座に押し付けられる（図２参照）。第１実施例によるスクリンフィルタ４は、ケーシング８の切欠１３内に配置されている。図２に示されているように、この場合、フィルタ入口９を介して軸方向でスクリンフィルタ１４に燃料が流入する。勿論、スクリンフィルタ４に燃料が半径方向で流入するようになっていてもよい。

ＣＦＰＰ値が実際の外気温度よりも高い燃料で、自動車がコールドスタート（冷間始動）される際の、第１実施例によるスクリンフィルタ４の機能は、次の通りである。エンジンが始動されると、短時間で燃料が、スクリンフィルタに後置接続された、ポンプの領域から供給される。しかしながら実際の外気温度はＣＦＰＰ限界よりも低いので、最短時間でフィルタインサート１０を目詰まりさせるパラフィン凝結が燃料に形成される。これによって従来技術では、高圧ポンプに通じる燃料供給が中断され、エンジンが停止する。

しかしながら本発明によれば、フィルタインサート１０が目詰まりすると、スクリンフィルタ４の前の領域１９とスクリンフィルタ４の後ろの領域２０との間で圧力差Δｐが形成される。この圧力差Δｐが所定の値を超えると、弁球１６がばね１７のばね力に抗してその弁座から持ち上げられることによって、閉鎖エレメント１５が開放する。それによってスクリンフィルタ４の前の領域１９は、スクリンフィルタ４の後ろの領域２０に、バイパス１４を介して接続される。それによって燃料は、フィルタ入口９から直接バイパス１４及び開放された閉鎖エレメント１５を介して高圧ポンプに流れ込む。

この場合、バイパス１４の直径は、燃料に存在するパラフィン凝結を通過させる程度の寸法に設計される必要がある。また、この場合、つまり閉鎖エレメント１５が開放された状態では、燃料の濾過が行われず、従って燃料が濾過されずに高圧ポンプに供給されることを考慮する必要がある。しかしながらこれは甘受することができる。何故ならば、燃料内にパラフィン凝結が形成される状態は、エンジンユニット若しくはポンプユニットの耐用年数中に非常に希にしか発生しないからである（例えばガソリンスタンドにおいて適宜、夏季ディーゼルから冬季ディーゼルに切り換えられない場合、又は夏季ディーゼルが給油された自動車が低い外気温度において運転される場合）。

燃料がエンジンの運転によって加熱されると直ちに、パラフィン析出が再び燃料内で溶解されるので、フィルタインサート１０は、もはやパラフィン凝結によって目詰まりすることはない。従って燃料は再びフィルタインサート１０を通って流れる。これによって、スクリンフィルタ４の後ろの領域２０内の圧力は再び上昇するので、圧力差Δｐは再び低下し、閉鎖エレメント１５はばね１７によって再び閉鎖される。それによってバイパス１４は再び閉鎖され、燃料がスクリンフィルタ４のフィルタインサート１０を介して濾過される。

この場合、バイパス１４の開放若しくは閉鎖の時点は、ばね１７のばね力に基づいて任意に調節される。

従って本発明によれば、自動車のコールドスタート性は著しく改善され、この場合、正確なディーゼル燃料品質を指示するもはや必要はない。さらに本発明によれば、フィルタインサート１０のための大きすぎる網目寸法を使用することは避けられる。このような大きすぎる網目寸法は、従来技術においてはフィルタインサート１０の目詰まりを避けるために使用されていた。それによって本発明のフィルタエレメントによれば、コールドスタート性の改善と共に、非常に改善されたフィルタ効果が得られる。例えば本発明によるフィルタエレメントのためには３０μｍの網目寸法が使用される。

バイパス１４はフィルタエレメント４内に一体的に構成されるか、又はフィルタエレメントに隣接して形成される。

以下には、図３に関連して本発明の第２実施例によるフィルタエレメントについて記載されている。この場合、同一の部分若しくは機能的に同じ部分には、再び第１実施例と同じ符号が付けられている。

第２実施例は、第１実施例にほぼ相当する。第１実施例とは異なり、第２実施例ではバイパスは、スクリンフィルタ４の第１の端面側１１の開口１４によって形成されている。開口１４は、円錐形の閉鎖エレメント１５によって閉鎖され、この閉鎖エレメント１５は板ばね２２によって開口１４を閉鎖する。それ以外の第２実施例の構造は、第１実施例の構造にほぼ相当するので、その点についての説明は省く。

第２実施例によるスクリンフィルタ４の機能も、第１実施例によるフィルタエレメントの機能と類似している。フィルタエレメント１０が目詰まりすると、それによって発生する、フィルタの前の領域１９とフィルタの後ろの領域２０との間の圧力差によって、バイパス１４が開放される。板ばね２２のばね力に抗して、円錐形の閉鎖エレメント２１は、圧力差に基づいてその座部から押され、それによって領域１９から領域２０への直接的な流れが可能となる。フィルタインサート１０を目詰まりさせる凝結が溶解され、フィルタの前の領域と後の領域との間の圧力差が低下すると、閉鎖エレメント２１は再び自動的に、板ばね２２のばね力に基づいて元の位置に戻り、バイパス１４を閉鎖する。それによって燃料は、フィルタインサート１０を通って濾過されて高圧ポンプに供給される。

以下に、図４ａ，図４ｂ及び図４ｃを用いて、本発明の第３実施例によるフィルタエレメントについて説明する。この場合、同一の部分若しくは同じ機能を有する部分には、第１実施例と同じ符号が付けられている。

前記実施例とは異なり、第３実施例によるフィルタエレメントは目標破壊箇所２３を有している。さらに、スクリンフィルタ４の内部にはシールリップ２５が設けられており、このシールリップ２５は、ゴム弾性的な材料より製造されていて、目標破壊箇所２３上に位置していて、この目標破壊箇所２３をシールしている。

図４ａには、スクリンフィルタ４の第１の端面側１１を見た平面図が示されている。この場合、目標破壊箇所２３は、アーチ状に第１の端面側１１の任意の領域に形成されている。温度の影響を受けた凝結発生に基づいてフィルタインサート１０が目詰まりして、スクリンフィルタ４の前の領域と後ろの領域との間の所定の圧力差を越えると、図４ｃに示されているように、目標破壊箇所２３が破壊される。それによって形成された開口２６を通って燃料が濾過されずに、スクリンフィルタ４を通って高圧ポンプに流れ込むことができる。

燃料の温度が上昇して、燃料内の凝結が再び溶解されると、スクリンフィルタ４の前の領域と後ろの領域との間の圧力差が減少し、それによって目標破壊箇所２３における湾曲した区分２４が、その固有弾性に基づいて再びその初期位置に戻る。しかしながら目標破壊箇所２３は一度破壊されているので、第１の端面側１１にわずかなギャップが残る。しかしながらこのために、このギャップを閉鎖するためのシールリップ２５が設けられている。それによって、目標破壊箇所に発生したギャップを通って汚れがスクリンフィルタ４の後ろの領域内に侵入することが阻止される。第１の端面側１１は有利な形式でプラスチックより製造されているので、湾曲された区分２４の固有弾性が、簡単な形式で提供される。さらに、目標破壊箇所は、幾何学的に任意に成形することができる。目標破壊箇所が破壊されると、湾曲された区分によって十分な戻し力が提供される。従って目標破壊箇所を有する、フィルタの領域は有利にはプラスチックより製造される。

従って本発明は、自動車の燃料特にディーゼル燃料を濾過するためのフィルタエレメントに関する。フィルタエレメントは、閉鎖エレメント１５，２１，２４を備えたバイパス１４，２６を有しており、この閉鎖エレメント１５，２１，２４は、フィルタエレメントの前の領域１９と、フィルタエレメントの後ろの領域との間の所定の圧力差Δｐにおいて、開放する。

本発明は図示の実施例だけに限定されるものではない。本発明を範囲を逸脱することなしに、種々異なる変化実施例及び変更が可能である。

本発明の第１実施例によるフィルタエレメントを備えた、自動車用の燃料フィードユニットの一部の概略的な断面図である。 図１に示したフィルタエレメントの拡大した側面図である。 本発明の第２実施例によるフィルタエレメントの拡大した側面図である。 ａ〜ｃは、本発明の第３実施例によるフィルタエレメントを示す、概略図及び部分断面図である。 従来技術によるフィルタエレメントの側面図である。

Claims (12)

1. 自動車の燃料を濾過するためのフィルタエレメントにおいて、フィルタエレメント（４）の前の領域（１９）とフィルタエレメント（４）の後ろの領域（２０）との間で所定の圧力差が形成されると開放する閉鎖エレメント（１５；２１；２４）を備えたバイパス（１４；２６）が設けられていることを特徴とする、燃料フィルタエレメント。
2. バイパス（１４；２６）がフィルタエレメント（４）内に一体的に形成されている、請求項１記載のフィルタエレメント。
3. バイパス（１４；２６）がフィルタエレメント（４）に対して平行に形成されている、請求項１記載のフィルタエレメント。
4. 閉鎖エレメント（１５；２１；２４）が自動的な戻り手段を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
5. 閉鎖エレメントがばね弾性的な逆止弁（１５）として構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
6. 閉鎖エレメントが、板ばね（２２）によってプレロードのかけられた、先細りしたエレメント（２１）として構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
7. 閉鎖エレメントが目標破壊箇所（２３）として構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
8. 目標破壊箇所が、流れ方向とは反対側でシールリップを有している、請求項７記載のフィルタエレメント。
9. 目標破壊箇所が、フィルタエレメントの、プラスチックより製造された領域に形成されている、請求項７又は８記載のフィルタエレメント。
10. 閉鎖エレメントとがばね負荷されたフラップとして構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
11. フィルタエレメントが円筒形のスクリンフィルタ（４）として構成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のフィルタエレメント。
12. 閉鎖エレメントを備えたバイパス（１４）が、円筒形のスクリンフィルタ（４）の第１の端面側に形成されている、請求項１１記載のフィルタエレメント。

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