JP5544360B2 - 燃料フィルタ - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前文による自動車の内燃機関用の燃料フィルタに関するものである。さらに、本発明は、そのような燃料フィルタを備えた自動車の内燃機関に関するものである。

今日、燃料フィルタはあらゆる自動車に見い出すことができ、燃焼される燃料から、例えば微小な固形物や水などの異なる種類の汚染物質を、内燃機関に導入される前に濾しとる働きをする。最近では、燃料中の水分は腐食、およびエンジン性能の低下を引き起こすため、また、特に例えばバイオディーゼルなどの近年のバイオ燃料中の含有水分は、周知の化石燃料よりもかなり多いため、燃焼される燃料から水を濾しとることに格別の注意が払われている。バイオ燃料中の含有水分が多い理由は、特に、その吸湿性が高いためである。このため、内燃機関への可能な限り純粋な燃料の供給がなされるように、燃料フィルタに、いわゆる水分離器を組み合わせることが知られている。分離された水は、水分離器の適当な水分収集室に集められ、定期的に放出され、または必要に応じて放出される。さらに、活性炭フィルタが水分離器の放出ライン中に集積され得る。その活性炭フィルタは、放出される水に残っている炭素分を吸収し、それが環境中に不用意に流出するのを防止する。

本発明は、上記のようなタイプの燃料フィルタを、特に高い程度の水分離が達成されるように改良する課題に関する。

上記課題は、本発明に従い、独立請求項の主題によって解決される。有利な発展は、従属請求項の主題である。

本発明は、水分離器と結び付けられた従来の燃料フィルタに対して、燃料フィルタの第１の水分離器に直列に接続されて配置され、スムーズな流れ、好ましくは燃料−水混合体の完全な層流（laminar flow）がその中で生じるように形成された第２の水分離器を設けることによる２段階の水分離コンセプトを実施するという概括的なアイデアに基づく。これによって、特に高い程度の水分離が達成可能になる。このために、本発明による燃料フィルタは、通常、フィルタハウジング中に配置され、それを通して半径方向に未処理側から清浄側に流れが通り抜けるフィルタエレメントと、燃料中に含まれる水を分離するための上記第１の水分離器とを備えている。本発明では、第２の水分離器が、今や第１の水分離器に直列に接続され、第２の水分離器を流れる燃料−水混合体が乱流ではなく単なる層流となって、燃料流に依然含まれている水が沈殿して特に良好に分離されるように形成される。しかし、好ましくは燃料全体ではなく、第１の水分離器で分離された水だけが燃料の相（phase）と伴に第２の水分離器に供給される。

好ましくは、第１、および第２の水分離器を流れる流れは、例えば第２の水分離器からの燃料放出ラインを燃料タンクへ向かう戻りラインまたは燃料フィルタへの流入ラインに接続することによって燃料システム自体の中で生じる圧力差により、連続して生じる。第２の水分離器からの放出量は、第１の水分離器で分離された水の移送が燃料の相と伴に行われ、そして第２の水分離器中の層流が確実になるように設定される。本発明の燃料フィルタによって、燃料中の含有水分は、燃料から特に良好に、そして特に高い程度で分離され、そして含有水分が濾し取られることによって、一方で下流の内燃機関の腐食傾向が低減され、他方で燃焼される燃料の燃焼効率が増大させられ得る。直列に接続された２つの水分離器を有する本発明の燃料フィルタの他の利点は、１つの水分離器だけを有する例に比べて、第２の水分離器から放出される水に含まれる含有燃料がかなり低減され、上記含有燃料を濾し取るフィルタエレメント、例えば活性炭フィルタが、一方で小さく設計でき、または他方でかなり少ない頻度で保守または交換されればよいことである。さらに、そのようなフィルタによって、水分離器を介して環境中に放出される水と伴に意図せずして放出される含有燃料の排出レートが低減され得、これは、特に、増大しつつある厳しい環境規制の点で有利である。

本発明による解決手段の有利な発展では、第２の水分離器から放出される燃料の量は、燃料フィルタおよび第１の水分離器を流れる燃料よりも、より少ない。１／２０から１／２００倍の少ない流れは、第２の水分離器中に専らの層流が形成され得る状態をもたらし、その層流は、乱れがなく、したがって燃料からの水の特に良好な分離を可能にする。原理的に、第２の水分離器から放出される燃料の量を、例えば１時間当たり数リッターに制限することも、また、可能である。そのような制限は、第２の水分離器中に、乱れのない、それゆえ特に高い水の分離率を許す専らの層流が存在することを保証する。

本発明による解決手段の有利な発展では、直列に接続された少なくとも２つの冗長な制御可能バルブを含むバルブ装置が第２の水分離器の水排出路に設けられ、第２の水分離器からの水の排出が、両方のバルブが開かれた場合、または開かれている場合にだけ可能になる。直列に接続された２つのバルブによって、特に２つのバルブのうちの１つに例えば欠陥がある場合でも、意図せずして水が放出される危険性のないことが確実にされ得る。意図して水を放出するためには、両方のバルブが開かれなければならず、そこで、意図しない水の放出が高い信頼性で防止される。このためには、バルブは、制御されない状態、および欠陥のある状態で、バルブが、閉位置に例えばスプリング装置を介してあらかじめ付勢されていて、意図せずして水分離器から水が漏れるのを防ぐように形成されることが好ましい。

本発明による解決手段のさらに有利な実施例において、炭化水素の吸収フィルタ、特に活性炭フィルタが、第２の水分離器の水排出路の部分に設けられる。活性炭は、非常に大きな内部表面を有する非常に細かい粒子の炭素で、上記非常に大きな内部表面ゆえに、特に、炭化水素の吸着剤として用いられる。活性炭の内部表面は３００〜２０００ｍ^２／ｇであり、大きな体積の炭化水素の吸収が可能になる。

本発明のさらに重要な特徴、および利点は、従属請求項、図面、および図面に基づいた図解の関連づけられた説明から生じる。

上記特徴、および以下に説明される特徴が、それぞれ述べられた組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、または単独でも、本発明の文脈を逸脱しない範囲で用いられ得ることは理解されるべきである。

本発明の代表的な好ましい実施例は、図面に図示され、以下の記載でより詳しく説明される。同一の参照符号は、同一の、または類似の、または機能的に同一の構成要素を指す。

本発明の燃料フィルタを有する内燃機関の燃料供給システムの可能な実施例を示す。 本発明の燃料フィルタの可能な実施例の断面図を示す。

図１によれば、内燃機関２の燃料供給システム１は、例えば微小な固形物や水分などの汚染物質を、内燃機関２に燃焼のために供給される燃料から分離する燃料フィルタ３を有している。燃料供給システム１内で燃料の流れる方向は、燃料ラインにおいて対応する矢印記号によって表されている。

従来のように、また、図２に示されるように、燃料フィルタ３は、フィルタハウジング４の内部に配置されて半径方向に未処理側５から清浄側６に流れが通り抜ける環状のフィルタエレメント７を備えている。さらに、燃料フィルタ３は、図２に示される燃料フィルタ３の実施例では、垂直に配置されて環状のフィルタとして形成されるフィルタエレメント５の下方に配置される第１の水分離器８を有している。

第１の水分離器８は、環状のフィルタエレメント７と同じように、すなわち特に垂直に配置された、燃料は透過させるが水は透過させない例えば環状の疎水性のダイヤフラム９を有し得る。これによって、燃料中に存在する水分は、ダイヤフラム９で凝集し、または集められ、ある程度の液滴サイズに達すると、第１の水分収集室１０に下方に向けて放出される。本発明では、燃料フィルタ３は、第１の水分離器８に直接に接続され、スムーズな流れを生じるように形成され（formed in a smooth-flow manner）、第１の水分離器８の下方に配置された、第２の水分離器１１を有している。スムーズな流れは、この場合、第２の水分離器１１を流れる燃料−水混合体が、層流となり、すなわち乱流とならず、残存している水の特に良好な沈殿が可能になることを意味している。沈殿した、すなわち第２の水分離器１１で分離された水は、第２の水分収集室１２に集められ、必要に応じて排出される。

第２の水分離器１１からの燃料の放出は、燃料供給システム１中に存在する、または生じる圧力差によって行われる。例えば、燃料供給システム１中の例えば加圧された燃料は、スロットル装置１３を介して、燃料タンク１４に向かう加圧されていない戻りラインに放出され得る（図１参照）。これに加えて、または代えて、第２の水分離器１１からの燃料の放出は、燃料フィルタ３の流入ラインに配置されたベンチュリノズル／イジェクトポンプ（不図示）を介して行われ得る。第２の水分離器１１内の流れが、依然、層流であることは重要である。特に、第２の水分離器１１から放出される燃料の量が、燃料フィルタ３および第１の水分離器８を通る流れよりも、より少ない場合には、そうである。サイズ、および燃料フィルタ３を流れる流れに依存して、１／２０〜１／２００倍の少ない第２の水分離器１１を通る流れは、層流のための良好な状態をもたらす。

図１、図２に示すように、第１および第２の水分離器８，１１は燃料フィルタ３の清浄側６に接続され、また、原理的には、２つの水分離器８，１１が燃料フィルタ３の未処理側５に設けられることも考えられる。

２つの水分離器８，１１の機能を高い信頼性で維持するために、好ましくは、少なくとも１つの水センサが第２の水分離器１１に設けられる。上記センサは、第２の水分収集室１２中の水位を検出し、連続的にチェックして、必要であれば水を第２の水分収集室１２から排出するための信号を生成する。第２の水分収集室１２内に集められた水を排出するために、直列に接続された少なくとも２つの冗長な制御可能なバルブ１９，１９’を含むバルブ装置１８が第２の水分離器１１の水放出路１７に設けられ、両方のバルブ１９，１９’が開いたときにだけ、水の排出が行われるようになっている。例えば、バルブ１９，１９’の一方に欠陥があって制御不能な場合、依然、水が、意図せずして第２の水分離器１１から環境中に逃げ出し得るのを高い信頼性で防ぐことができる。さらに、２つのバルブ１９，１９’は、好ましくは、それぞれ、あらかじめ、特に電流が流れていない状態で閉じる方向に付勢するスプリング装置２０，２０’を備えている。

水放出路１７の領域には、流れの方向におけるバルブ装置１８の上流側または下流側に、特に活性炭などとして形成された炭化水素の吸収フィルタ２１が設けられ得る。そのような吸収フィルタは、排出される水に依然として含まれる炭化水素を集め、炭化水素が環境中に逃げ出すのを防ぎ、そこで、水の必要な排出の間、燃料が付随しないで専ら水だけが環境中に放出される。

第２の水分離器１１におけるスムーズな流れの形成は、例えば、構造的な構成、例えばガイドおよび／またはバッフルエレメントなどによってなされる。さらに、フィルタエレメント７、および／または第１の水分離器８、および／または第２の水分離器１１は、別々のコンポーネントとして、または単一の組み合せコンポーネントとして形成されることが考えられる。別々のコンポーネントとして構成される場合には、独立したコンポーネントの独立した交換が可能になる一方、組み合せコンポーネントとして構成される場合には、それぞれの場合に少なくとも２つの連結されたコンポーネントが一緒に交換される。

図２に示すように、清浄化された燃料の放出は、中央管２２を介して行われ、燃料フィルタ３は、従来のようにトップフィルタとして設計され得る。

互いに直列に接続された２つの水分離器８，１１を有する本発明の燃料フィルタ３によって、特に高い水の分離率が可能になり、一方で内燃機関２の腐食の危険性が低減され、他方で内燃機関２の性能が増大させられ得る。第２の水分離器１１から放出された燃料が燃料タンク１４または燃料フィルタ３の未処理側５に流入するという事実によれば、さらに、例えばフィルタエレメント７を交換する際に水分収集室１０に混入した汚染粒子がフィルタされずに内燃機関２に達して損傷を与えることが、高い信頼性で排除され得る。

排出された量の燃料が燃料タンク１４への戻りラインに送られることは、さらに、次のような事態を防ぐ。すなわち、第２の水分収集室１２が完全に水で満たされたが一時的にその水が排出されないで第１の水分離器８の水分収集室１０が水で満たされ、さらに水が流入する間に、ダイヤフラム９を通過する水のブレークスルーが生じて、内燃機関２に損傷を与えるような事態が防止される。なぜならば、第２の水分収集室１２を満たした後、排出された量の燃料と伴に、さらなる水は燃料タンク１４に再循環されるからである。燃料タンク１４では、大量の燃料が上記水を限られた期間緩和する。その期間は、水の排出を生じさせるために付加的に利用可能になる。

Claims (13)

1. 自動車の内燃機関（２）用の燃料フィルタ（３）であって、
   フィルタハウジング（４）内に配置されて半径方向に未処理側（５）から清浄側（６）に流れが通り抜けるフィルタエレメント（７）を含み、
   上記燃料フィルタ（３）が、第１の水分離器（８）を有し、
   上記燃料フィルタ（３）が、第１の水分離器（８）に直列に配置されて第１の水分離器（８）に接続され、スムーズな流れを生じる第２の水分離器（１１）を含み、
   第１、および第２の水分離器（８，１１）が、燃料フィルタ（３）のフィルタエレメント（７）の下方に配置され、
   第１の水分離機（８）からの流れが、第２の水分離機（１１）の上部から第２の水分離機（１１）に流入し、
   燃料が、燃料供給システム（１）中に存在する、または生じる圧力差によって、第２の水分離器（１１）の上部から放出される
   ことを特徴とする燃料フィルタ。
2. 請求項１の燃料フィルタであって、
   第２の水分離器（１１）からの燃料放出ラインが、スロットル装置（１３）を介して、燃料タンク（１４）への戻りラインに接続されていることを特徴とする燃料フィルタ。
3. 請求項１および請求項２のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
   第２の水分離器（１１）からの燃料放出ラインが、ベンチュリノズル（１６）を介して、燃料フィルタ（３）の流入ライン（１５）に接続されていることを特徴とする燃料フィルタ。
4. 請求項１から請求項３のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
   第２の水分離器（１１）から放出される燃料の量が、燃料フィルタを通る流れより１／２０から１／２００倍の少ない流れであることを特徴とする燃料フィルタ。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
   第１および第２の水分離器（８，１１）が、燃料フィルタ（３）の清浄側（６）で接続されていることを特徴とする燃料フィルタ。
6. 請求項１から請求項４のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
   上記燃料の放出が、燃料フィルタ（３）の未処理側（５）、および／または燃料タンク（１４）に対して行われることを特徴とする燃料フィルタ。
7. 請求項１から請求項６のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
   第２の水分離器（１１）の中に、水位を検出する少なくとも１つの水センサが設けられていることを特徴とする燃料フィルタ。
8. 請求項１から請求項７のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
   直列に接続された少なくとも２つの冗長な制御可能なバルブ（１９，１９’）を含むバルブ装置（１８）が第２の水分離器（１１）の水放出路（１７）に設けられ、
   両方のバルブ（１９，１９’）が開いたときにだけ、水の排出が行われる事を特徴とする燃料フィルタ。
9. 請求項１から請求項８のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
   第２の水分離器（１１）の水放出路（１７）の領域に、炭化水素のための吸収フィルタ（２１）が設けられていることを特徴とする燃料フィルタ。
10. 請求項１から請求項９のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
    少なくとも第２の水分離器（１１）中に、燃料−水混合体の層流が生じることを特徴とする燃料フィルタ。
11. 請求項１から請求項１０のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
    第２の水分離器（１１）からの燃料の放出が、連続的に行われることを特徴とする燃料フィルタ。
12. 請求項１から請求項１１のうち何れか１項の燃料フィルタであって、
    フィルタエレメント（７）、および／または第１の水分離器（８）、および／または第２の水分離器（１１）が、別々のコンポーネントとして、または単一の組み合せコンポーネントとして形成されていることを特徴とする燃料フィルタ。
13. 請求項１から請求項１２のうち何れか１項の燃料フィルタ（３）を有する内燃機関を含む自動車。

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