JP3719730B2 - 燃料フィルタ組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、全体的には流体を濾過し分離するためのフィルタに係り、更に詳細には内燃機関の燃料供給系より異物粒子を除去し水を分離するための燃料フィルタに係る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
供給されるディーゼル燃料は多量の研摩性粒子及び水を含有していることが多く、研摩性粒子や水は燃料噴射ポンプ、燃料供給系、内燃機関の構成部品を永久的に損傷する虞れを有する。従って実際的な必要性により効果的な燃料フィルタがディーゼル機関の燃料供給系に従来より組込まれている。従来の多数の燃料フィルタに於ては、フィルタが所定の期間使用される毎に交換される使い捨てのフィルタカートリッジが使用されている。かかる燃料フィルタはディーゼル燃料より粒状物質を除去すると共に燃料より水を分離するという二つの機能を果す。
【０００３】
本願出願人に譲渡された米国特許第４，９７６，８５２号及び同第５，０８４，１７０号には、本発明が関連する燃料フィルタ組立体が記載されている。これらの燃料フィルタ組立体に於ては使い捨てのフィルタカートリッジを取付けるベースが使用されている。幾つかの実施例に於ては、カートリッジは単段式のフィルタ要素を含み、燃料は粒状物質を除去するフィルタ要素まで軸線方向及び半径方向に流れる。またフィルタ要素はウォータバリヤとしても機能する。濾過された燃料は軸線方向に流れ、ベースの出口通路を経て流出する。水は水溜りに収集され定期的に除去される。カートリッジはそのロールシームに係合するカラーによりベースに固定される。
【０００４】
全てではないにしても大抵のディーゼル燃料供給装置に於ては、燃料が燃料フィルタを通過すると、燃料フィルタ内にエアポケットが形成される。一般にエアポケットは燃料フィルタの上端に形成される。燃料が圧力変化に曝された場合に気化することにより燃料中に気泡が発生する。加圧式の燃料供給装置に於ては、エアポケットは時間の経過と共に崩壊し、また燃料中に存在する気泡の流れは比較的軽微である。部分的には加圧された燃料の蒸気圧に起因して、エアポケットは一般には供給燃料中に大きい気泡を生成しない。従って加圧式の燃料供給装置に於ては燃料フィルタ中のエアポケットは燃料フィルタ内に於ける燃料の循環や内燃機関への燃料の供給に対し重大な問題や障害を惹起さない。
【０００５】
しかし真空式の燃料供給装置の場合には、フィルタを通過する燃料中にエアポケットが形成されると重大な問題を惹起すことがある。真空式の燃料供給装置に於てはエアポケットは時間が経過しても吸収されにくい。更に真空吸入により燃料中に細かい気泡、即ち気化が生成されることがある。かかる現象は、フィルタ要素がその有効な使用寿命の終期に近付き、フィルタ要素を横切る圧力降下が高くなった場合に特に生じ易い。かくして燃料の流れに対する絞り度合が増大すると、フィルタ要素の清浄な側と汚れた側との間に於ける差圧が増大するので、燃料より吸引される空気の量が多くなる。かかる細かい気泡は燃料噴射ポンプにより容易に消去されるので、細かい気泡自体は通常の車輌の運転に対し問題とはならない。細かい気泡はポンプの変化する圧力に曝されると燃料により再度吸収される。
【０００６】
真空吸入式の燃料供給装置に於ける問題は、細かい気泡が不可避的に集合し合体してエアポケット、例えば大きい気泡を形成するフィルタ要素の清浄な側に於てまず発生する。大きい気泡の発生は、車輌の操縦等に起因してフィルタ要素の物理的姿勢が変化するまである時間に亘り継続する。これらのエアポケット、即ち比較的大きい気泡が燃料の流れに流入すると、それらの気泡は容易には消去されず、内燃機関の停止や着火不良の如き内燃機関の運転上の問題を惹起すことがある。
【０００７】
【発明の概要】
端的に言えば、本発明はその好ましい形態に於ては、気泡の形成及びその悪影響を制御する内部通気手段を有するフィルタカートリッジが組込まれた燃料フィルタ組立体に係る。本発明はフィルタより流出する燃料中の気泡の流れを計量する制御された抽気通路をフィルタカートリッジ内に設けるものである。
【０００８】
本発明の燃料フィルタ組立体は燃料入口と燃料出口とを有するベースを含む型式のものであることが好ましい。第一の導管がその内部に入口と連通する第一の軸線方向通路を郭定している。また第二の導管が第一の導管を囲繞し、第二の軸線方向通路を郭定している。第二の軸線方向通路は出口と連通している。
【０００９】
ベースに取付け可能なフィルタカートリッジは少くとも一つのプリーツ状のフィルタ要素を含んでいることが好ましい。フィルタカートリッジは第一及び第二の導管を受入れる大きさに設定された軸線に沿う中央ボアを有している。中央ボアに取付けられたシールグロメットが第二の導管に当接して径方向に流体的にシールしている。フィルタカートリッジの中央ボア内に配置された管状構造体が中間プレートより上方へ延在している。管状構造体の上端に隣接して取付けられた第二のシールグロメットが第一の導管に当接して径方向にシールしている。管状構造体の外面に角方向に互いに隔置された状態にて設けられた長溝状のバッフルが第二の導管と流体的に連通している。通気オリフィスが第二のシールグロメットより上方にて管状構造体を貫通して半径方向に延在している。このオリフィスは気泡の流量及び大きさを制限し制御する大きさ及び位置にて設けられている。気泡はバッフルの周りにて下方へ流れることがないので、バッフルは燃料より気泡を分離し、これによりカートリッジ内の上方部分に気泡収集領域を形成する流路を郭定する。
【００１０】
本発明の一つの目的は、内燃機関へ供給される燃料を濾過するために使用される新規にして改良された燃料フィルタ組立体を提供することである。
【００１１】
本発明の他の一つの目的は、特に真空式に作動する燃料供給装置に組込まれるよう構成された効率的で低廉な構造を有する新規にして改良された燃料フィルタ組立体を提供することである。
【００１２】
本発明の更に他の一つの目的は、フィルタより流出する燃料中の気泡の流量及び大きさを制御する改良された装置を含む使い捨てのフィルタカートリッジを有する新規にして改良された燃料フィルタ組立体を提供することである。
【００１３】
【実施例】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について詳細に説明する。
【００１４】
添付の図に於て、本発明による燃料フィルタ組立体が符号１０にて全体的に示されている。燃料フィルタ組立体１０はベース１２と使い捨てのフィルタカートリッジ１４とを含んでいる。ベース１２は実質的にフィルタカートリッジ１４の上方に配置されており、フィルタカートリッジ１４はリテーナカラー１６によりベースに固定されている。燃料フィルタ組立体は特に燃料より粒状物質を除去し燃料より水を分離すべく、ディーゼル機関の如き図には示されていない内燃機関の燃料供給系に組込まれるよう構成される。特に図示の燃料フィルタ組立体１０は真空式に作動する燃料供給系に組込まれるよう構成されている。
【００１５】
ベース１２及びフィルタカートリッジ１４は広範囲の種々の形態をなしていてよい。図示の実施例に於ては、ベースはフィルタカートリッジの上方部分を受入れる下部キャビティを郭定するスカートを有する逆カップ形の容器である。細長いスリーブ状の第一の導管２４及びこれと同心をなし軸線方向端部２７を有する外側のスリーブ状の第二の導管２６が、ベースとフィルタカートリッジとを実質的に同軸にて流体的に連通接続している。
【００１６】
図４に於て、ベースの上面側に設けられた入口コネクタ３０が図には示されていない燃料導管に接続され、これにより第一の導管２４により郭定された内部通路と燃料導管とが流体的に連通接続される。またベースの上面側に設けられた出口コネクタ３２も燃料導管に接続され、これにより第一の導管２４と第二の導管２６との間に郭定された流体通路と燃料導管とが流体的に連通接続される。
【００１７】
ベースよりこれと一体に突出するブラケット４０がベースを横切る方向に延在しており、ベースを内燃機関のヘッダに固定するための一対の孔４２及び４４を有している。ベースは上述のブラケット構造を有するのではなく、締結装置を受入れる一対の締結装置用孔を有していてもよい。またベースは外部への通気口４６を有している。
【００１８】
図２に於て、使い捨てのフィルタカートリッジ１４は互いに対向するカップ状の上部半体５２及び下部半体５４により形成された缶形の容器を含んでいる。上部半体及び下部半体は周方向に延在するロールシーム６０に沿って互いに接合されている。下部本体５４よりも小さい直径を有する上部半体５２はベース１２の窪みに受入れられる。上部半体５２はベースの窪みに密に受入れられる大きさに設定されている。上部半体には軸線に沿う中央孔５６が設けられており、中央孔５６は導管２４及び２６を受入れる大きさに設定されている。中央孔５６に取付けられたシールグロメット５８が第二の導管２６に当接してこれに対し径方向に流体的にシールしている。
【００１９】
フィルタカートリッジ１４の構造は二段フィルタの構造又は図１及び図２に示されている如き一段フィルタの構造の何れであってもよい。連続的なファン形のプリーツ状をなすフィルタ要素６４がカートリッジ内に配置されている。フィルタ要素６４の下端は中央孔６６を有する中間プレート６８に係合している。導管７２が中間プレート６８より上方へ延在している。導管７２の上端７４はベースの第二の導管２６の下端を受け且つこれに当接してシールするフランジを郭定している。尚導管７２の上端はその内周面にて第二の導管２６に当接して径方向にシールするようになっていてもよい。
【００２０】
第二のシールグロメット７０が上端７４と中間プレート６８との間にて導管７２の内面に取付けられている。第二のシールグロメット７０は第一の導管２４に当接して径方向にシールしている。軸線方向に延在する少くとも一つの長溝状のバッフル７６が導管７２の外面に一体的に設けられている。バッフル７６は第二のシールグロメット７０と上端７４との間にて導管７２の上方部分と流体的に連通している。バッフルはその下端に開口７７を有し、最終的にはベースの第二の導管２６と連通する軸線方向の流体通路として機能する。図示の実施例に於ては、角方向に互いに隔置された三つのバッフル７６、７８、８０が設けられている。バッフル７６、７８、８０はフィルタを通過する燃料の流れより気泡を分離する流路を郭定している。気泡はバッフルの下端を経て開口７７へ流入しない。従ってフィルタ要素６４の清浄な側にてフィルタカートリッジ１４の上方部分には気泡収集領域が形成され継続的に維持される。かくしてバッフル７６、７８、８０はフィルタ要素よりの気泡の流れに対し障壁として機能する。
【００２１】
少くとも一つの通気オリフィス１２０が第二のシールグロメット７０と上端７４との間にて導管７２を貫通して半径方向に延在している。オリフィス１２０は気泡の大きさを制限すると共に導管７２の上端及び第二の導管２６へ至る収集された気泡の流れを計量するような大きさ及び位置にて設けられている。オリフィス１２０の下方にて該オリフィスより軸線方向に隔置された位置には第二の通気オリフィス１２２が設けられており、この第二の通気オリフィスは第一のオリフィス１２０が栓塞された状態になった場合に計量オリフィスとして機能する。一つの実施例に於けるオリフィス１２０及び１２２の直径は約０．０１５インチ（０．３８mm）である。
【００２２】
ベース１２は径方向に互いに対向する位置にて一体的に外方へ突出する傾斜凸部９０及び９２を有している。これらの傾斜凸部はベースの周りに螺旋状に延在している。傾斜凸部の上端は面取りされている。リテーナカラー１６は径方向に互いに対向する位置に螺旋状の傾斜凸部９４及び９６を有しており、これらの傾斜凸部はカラーより半径方向内方へ一体的に突出している。ベースがカラーに整合されこれに対し回転されると、傾斜凸部９４及び９６が傾斜凸部９０及び９２に摺接してこれに沿って変位するよう、傾斜凸部９４及び９６は傾斜凸部９０及び９２に係合する大きさ及び位置にて設けられている。以上の傾斜凸部及びばねの構造は１９９１年８月１６日付にて出願され本願出願人に譲渡された米国特許出願第７４６，６９３号に記載されたものと同一であり、その開示内容が参照により組込まれたものとする。リテーナカラー１６は内方へ突出する環状の肩部６１を有し、肩部６１はフィルタカートリッジ１４をベース１２に取外し可能に固定すべくカートリッジのロールシーム６０に係合している。
【００２３】
燃料は燃料入口通路を経て燃料フィルタ組立体内へ流入し、出口通路を経て燃料フィルタ組立体より流出する。フィルタ組立体内に於ける燃料の一般的な流路が図１に於て矢印により示されている。燃料はまず第一の導管２４の内部を流れ、次いで実質的に軸線方向上方へ流れ、フィルタ要素６４を通過して実質的に半径方向内方へ流れ、しかる後バッフル７６、７８、８０内を通過し、更に第一の導管２４と第二の導管２６との間を流れる。
【００２４】
図５に於て、燃料Ｆのレベルがオリフィス１２０よりも高いときには、燃料は導管２４と２６との間のリターン通路内へ流出し、リターン通路の下方部分が燃料にて充填される。フィルタ組立体内に於ける燃料Ｆのレベルがオリフィス１２０の高さと同一又はそれよりも高い場合には、オリフィス１２０はフィルタ要素６４により形成される内側室及び導管７２の上端７４と導管２６の下端２７との間を経て燃料が実質的に連続的に流れることを許す。フィルタ組立体がハンドプライマにて最初に充填される場合には、燃料のレベルがオリフィス１２０よりも高い位置に来るまで、燃料のレベルはフィルタカートリッジ内にて一定の状態を維持しない。従って燃料Ｆより上方の空隙Ａはオリフィス１２０の位置及びダイナミックスにより制限される。
【００２５】
オリフィス１２０は、特に例えば車輌の運動やフィルタカートリッジ１４の姿勢変化等に起因してフィルタカートリッジ内に於ける燃料のレベルが変化する場合に、リターン燃料通路内に於て気泡が形成されることを制御する通気口として機能する。内燃機関が始動されると、燃料が真空により導管２４と２６との間のリターン通路を経て上方へ吸引される。図６に示されている如くオリフィス１２０が少くとも部分的に燃料の液面より上方に現れる位置まで燃料のレベルが低下すると、空気が制御された態様にてオリフィス１２０を経てリターン通路内を流れる濾過された燃料に流入する。気泡Ｂの大きさは比較的小さいので、気泡Ｂの間欠的な流れは燃料の供給に全く又は殆ど影響を及ぼさない。オリフィス１２０はリターン通路へ空気を抽気することによって燃料のレベルよりも高い位置に於て細かい気泡の流れを計量する機能を果す。バッフル７６、７８、８０は、フィルタ要素の清浄な側より流れる燃料の流出流へ気泡が流れることを制限する障壁として機能し、フィルタ要素の清浄な側にてフィルタカートリッジの上方部分に気泡を収集し実質的に保持する。
【００２６】
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施例による燃料フィルタ組立体を示す断面図である。
【図２】図１に示された燃料フィルタ組立体のフィルタカートリッジを示す断面図である。
【図３】図１に示されたフィルタカートリッジの一部を示す部分平断面図である。
【図４】図１に示された燃料フィルタ組立体のベースを示す斜視図である。
【図５】図１に示された燃料フィルタ組立体の一部を燃料のレベルが第一のレベルにある場合について示す拡大部分断面図である。
【図６】図１に示された燃料フィルタ組立体の一部を燃料のレベルが第二のレベルにある場合について示す拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１０…燃料フィルタ組立体
１２…ベース
１４…フィルタカートリッジ
１６…リテーナカラー
２４…第一の導管
２６…第二の導管
５２…上部半体
５４…下部半体
６４…フィルタ要素
７６、８０、８０…バッフル
９０、９２、９４、９６…傾斜凸部
１２０、１２２…オリフィス

Claims (15)

1. ベース（１２）と、前記ベース（１２）に取付け可能であり燃料を濾過するフィルタカートリッジ（１４）と、前記フィルタカートリッジ（１４）を前記ベース（１２）に保持するリテーナ（１６）とを有し、前記ベース（１２）は燃料入口（３０）と、燃料出口（３２）と、前記入口（３０）と流体的に連通する第一の軸線方向通路を内部に郭定する第一の導管（２４）と、前記出口（３２）と流体的に連通する第二の軸線方向通路を郭定する第二の導管（２６）とを有し、前記フィルタカートリッジ（１４）は少くとも一つのフィルタ要素（６４）と、前記ベースの前記第一の導管（２４）及び前記第二の導管（２６）を受入れる軸線に沿う孔を郭定する端部と、前記第二の導管（２６）を前記カートリッジの前記端部に対しシールする第一のシール（５８）とを有しており、前記第一の軸線方向通路及び前記第二の軸線方向通路と連通し前記フィルタ要素（６４）を横切って延在する燃料通路を郭定しているフィルタ組立体に於て、前記フィルタカートリッジ（１４）は更に軸線方向通路を郭定する管状構造体（７２）を含み、前記管状構造体（７２）は前記ベースの前記第一の導管（２４）と連通し前記燃料通路の一部を郭定しており、前記管状構造体（７２）は通気通路を郭定する通気手段（１２０）を含んでいることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
2. 請求項１の燃料フィルタ組立体に於て、前記管状構造体（７２）は第一及び第二の導管部分を含み、前記第一の導管部分は前記ベース（１２）の前記第一の軸線方向通路と流体的に連通しており、前記第二の導管部分（７６）は前記ベースの前記第二の軸線方向通路と流体的に連通していることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
3. 請求項１又は２の燃料フィルタ組立体に於て、前記通気手段（１２０）は第一の通気オリフィスを郭定する手段を含んでいることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
4. 請求項３の燃料フィルタ組立体に於て、前記燃料フィルタ組立体は更に前記第一の通気オリフィスより軸線方向に隔置された第二の通気オリフィスを含んでいることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
5. 請求項１の燃料フィルタ組立体に於て、前記燃料通路は少くとも一つの軸線方向に延在するバッフル（７６）を含んでいることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
6. 請求項１の燃料フィルタ組立体に於て、前記フィルタカートリッジ（１４）は更に前記カートリッジ（１４）が前記ベース（１２）に取付けられると前記第一の導管（２４）を前記管状構造体（７２）に対しシールする第二のシール（７０）を含み、前記通気手段（１２０）は前記第一のシール（５８）と前記第二のシール（７０）との間に設けられていることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
7. 請求項１の燃料フィルタ組立体に於て、前記第二の導管（２６）は下端（２７）を有し、前記管状構造体（７２）は上端（７４）を有し、前記管状構造体の前記上端（７４）はフランジを郭定しており、前記フランジは前記カートリッジ（１４）が前記ベース（１２）に取付けられると前記第二の導管（２６）の前記下端（２７）を受入れて前記第二の導管（２６）を前記管状構造体（７２）に対しシールするよう構成されていることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
8. 請求項３の燃料フィルタ組立体に於て、前記通気オリフィス（１２０）は０．０１５インチ（０．３８mm) の直径を有していることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
9. 請求項５の燃料フィルタ組立体に於て、前記少くとも一つのバッフル（７６）は軸線方向に互いに隔置された一対の孔を有し、軸線方向通路を郭定していることを特徴とする燃料フィルタ組立体。
10. 軸線に沿う孔（５６）を郭定する第一の端部と、これより軸線方向に隔置された第二の端部と、前記孔（５６）に取付けられたシール（５８）とを有するハウジングと、前記ハウジング内に配置され第一の端部とこれより軸線方向に隔置された第二の端部とを有し、一方の側に内側領域を郭定し且つ他方の側に外側領域を郭定するフィルタ要素（６４）と、前記フィルタ要素の前記第二の端部に取付けられ中央孔（６６）を郭定するエンドキャップ（６８）とを有する燃料フィルタカートリッジに於て、前記燃料フィルタカートリッジは更に
    前記フィルタ要素（６４）の前記内側領域に配置され、第一及び第二の軸線方向端部を有し、前記エンドキャップ（６８）に取付けられた管状構造体（７２）と、
    前記第一の軸線方向端部と前記第二の軸線方向端部（７４）との間にて前記管状構造体（７２）内に取付けられたシール装置（７０）と、
    前記管状構造体（７２）に取付けられ軸線方向通路を郭定するバッフル手段（７６）であって、前記管状構造体の前記第二の軸線方向端部（７４）と前記シール装置（７０）との間にて前記管状構造体と流体的に連通するバッフル手段（７６）と、
    前記管状構造体（７２）の前記第二の端部（７４）と前記シール装置（７０）との間にて前記管状構造体に設けられ通気オリフィスを郭定する通気手段（１２０）と、
    を含んでいることを特徴とする燃料フィルタカートリッジ。
11. 請求項１０の燃料フィルタカートリッジに於て、前記管状構造体の前記第二の端部（７４）は環状フランジを郭定していることを特徴とする燃料フィルタカートリッジ。
12. 請求項１０の燃料フィルタカートリッジに於て、前記通気手段（１２０）は前記フランジに隣接して設けられていることを特徴とする燃料フィルタカートリッジ。
13. 請求項１０の燃料フィルタカートリッジに於て、前記オリフィス（１２０）は０．０１５インチ（０．３８mm) の直径を有していることを特徴とする燃料フィルタカートリッジ。
14. 請求項１０の燃料フィルタカートリッジに於て、前記バッフル手段は角方向に互いに隔置され軸線方向に延在する複数個の長溝状のバッフル（７６、７８、８０）を含んでいることを特徴とする燃料フィルタカートリッジ。
15. 請求項１０の燃料フィルタカートリッジに於て、前記燃料フィルタカートリッジは更に前記第一の通気オリフィス（１２０）より軸線方向に隔置された第二の通気オリフィス（１２２）を含んでいることを特徴とする燃料フィルタカートリッジ。

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