JP6527867B2 - 燃料フィルターアセンブリ、及び、燃料フィルターアセンブリからの排水方法 - Google Patents

Description

本出願は、ＰＣＴ国際出願として出願され、２０１３年１１月２９日に出願された欧州特許出願第１３１９５１６１．８号明細書に対する優先権を主張するものであり、その全てを参照して本明細書中に組み込む。

開示は、集水空間を有するフィルターエレメントを備える燃料フィルターアセンブリであって、フィルターエレメントが、燃料をフィルターエレメントの上流側に供給し、濾過燃料をフィルターエレメントの下流側から提供するための燃料パイプに接続される燃料フィルターアセンブリに関する。開示は更にフィルターエレメントに関し、特に、かかる燃料フィルターアセンブリ用のフィルターエレメントに関する。更に、開示は、燃料フィルターアセンブリからの排水方法に関する。

燃料フィルターアセンブリ内のフィルターエレメントは、燃焼機関又はその部品等の下流の機械類が、水を含む燃料が供給された場合に損傷及び／又は劣化する恐れがあるため、特に、燃料から水を分離するよう機能する。燃料から水を分離することに加えて、フィルターエレメントは、また、燃料から粒子を分離してもよい。フィルターエレメントは、従って、燃料から水及び、場合によって粒子を分離又は濾過するための濾材を備えている。フィルターエレメントは、通常、燃料フィルターアセンブリの寿命の間に交換される必要がある。フィルターエレメントを含むフィルターカートリッジも、従って、交換カートリッジとして供給される。

燃料フィルターアセンブリのフィルターエレメントにおいて燃料から分離された水は、時には、集水チャンバ、ドレーン容積、又はドレーンボウルとしても説明される集水空間に集められる。集水空間は、通常、フィルターエレメントの下側容積内に位置している。燃料対水の密度における差異に基づいて、水は集水空間の下部に蓄積され、集水空間内に存在するかもしれない燃料は、通常、蓄積された水の上部又は上側領域に蓄積する。

集水空間に蓄積された水は、手動排水バルブ、例えば、手動操作型ツイスト及びドレーンシステムによって排出されてもよい。かかるシステムにおいて、通常、重力によって集水空間から排水するドレーンパイプは、手動で開放される。通常、集水空間内に集められた水は、特に炭化水素により、依然として汚染されているため、集水空間から排出される水は、適切な方法で処理される必要があり、直接環境に処分されてはならない。しかし、完全に自動化されたシステムは、水がユーザー又はドライバーの介入なく環境に優しい方法で排水できる場合に望ましい。

独国特許出願公開第１０２００６０３９５８１Ａ１号明細書及び米国特許出願公開第２０１０／００９６３０４Ａ１号明細書から、フィルターエレメントと炭化水素吸収材を有する脱水装置とを有する燃料フィルターが公知である。この燃料フィルターにおいて、第１のバルブは、集水空間と脱水装置との間に配置され、任意選択の第２のバルブは、脱水装置の炭化水素吸収材から下流に配置されている。両バルブは、手動で定期的に、又は、集水空間の充填の度合いに応じて（第１のバルブ）又は第１のバルブに応じて（第２のバルブ）のどちらかで切り換え可能である。直列の２つのソレノイドバルブが、電子制御ユニットに接続されて用いられるのが好ましい。しかし、このシステムは、大型で、高価である。

更に、欧州特許第１６６９５９０Ｂ１号明細書から、セラミック膜を用いて、分離された水を残留燃料及び／又は炭化水素から清浄にする自動化ドレーンシステムが公知である。しかし、高価で複雑なバルブ及びポンプが、かかるシステムを動作させるために必要とされる。

従って、上記の欠点のうちの少なくとも１つを克服又は低減する燃料フィルターアセンブリ、及び／又は、燃料フィルターアセンブリから排水するための方法を提供することを目的とする。特に、より低コスト、及び／又は、複雑ではなく、及び／又は、高い信頼性を備えることができる燃料フィルターアセンブリ、及び／又は、燃料フィルターアセンブリから排水するための方法を提供することを目的とする。

第１の態様によれば、本発明は、集水空間及び排水口を有するフィルターエレメントを備え、フィルターエレメントは、燃料をフィルターエレメントの上流側に供給するための、及び、濾過燃料をフィルターエレメントの下流側から提供するための燃料パイプに接続され、フィルターエレメントから下流に配置される燃料ポンプを備え、燃料ポンプは、フィルターエレメントを介して燃料を吸い込むための第１のモードで、及び、燃料をフィルターエレメントに送り返すための第２の逆モードで動作でき、フィルターエレメントの上流に配置され、フィルターエレメントの上流側に向かう流れを可能にする一方向燃料バルブと、集水空間及び排水口と連通する圧力作動式一方向ドレーンバルブとを備える燃料フィルターアセンブリによって解決される。

燃料フィルターアセンブリは、燃料から水、場合によって粒子を分離又は濾過するための濾材を有するフィルターエレメントと、燃料から分離された水を集めるための集水空間とを備えている。本フィルターエレメント用の濾材は、燃料から水、場合によって粒子を分離又は濾過するために適切ないずれかの濾材、例えば、インパクトフィルター、遠心フィルター、濾材、疎水性スクリーン、分離膜、又は、水合体装置であってもよい。フィルターエレメントは、濾過されていない燃料のための燃料入口及び濾過された燃料のための燃料出口を有するのが好ましい。燃料入口及び／又は燃料出口は、例えば、フィルターハウジング内の開口部であってもよい。一般に、燃料入口及び／又は燃料出口は、それぞれ、フィルターエレメントの上流又は下流側と連通する既定又は限定された入口及び／又は出口空間であってもよい。

燃料パイプへのフィルターエレメントの接続により、燃料を、例えば、燃料タンクからフィルターエレメントの上流側へ提供し、濾過後、濾過燃料をフィルターエレメントの下流側から燃焼機関又はその部品へ提供することが可能となる。通常、この濾過段階は、一次濾過段階と呼ばれ、フィルターエレメントも、一次フィルターエレメントと呼ぶことができる。任意選択的に、一次フィルター段階の下流で、二次フィルターエレメントによる二次フィルター段階が提供されてもよい。一次フィルター段階で濾過された燃料は、従って、燃焼機関又はその部品等の下流の機械類に、特に、高圧燃料システムに、直接又は、例えば、二次フィルター段階を経由して向けられてもよい。

フィルターエレメントから下流に配置される燃料ポンプは、正常動作条件下では、第１のモードで動作される。この第１のモードにおいて、燃料ポンプは、燃料を燃料タンクからフィルターエレメントを介して吸い込み、通常、結果として、吸引機能を生じるよう燃料ポンプの上流で負圧を生じる。更に、第１のモードにおいて、燃料ポンプは、燃料ポンプの下流で燃料パイプ内に圧力を生じ、それによって、好ましくは、任意選択の二次フィルター段階を介して燃料を押す。通常、燃焼機関と共に用いられ、燃焼機関が動作していない場合、燃料ポンプも作動しない。

一般に、及び、特に明記しない限り、流れの方向に関する本開示内の説明、特に、上流又は下流の説明は、燃料ポンプの動作のこの第１のモードにおける燃料の流れ方向に関する。しかし、集水空間からの水の流れ方向に関する説明は、燃料ポンプの逆モード中に生じる、集水空間からの水の流れに言及する。

本燃料フィルターアセンブリによれば、燃料ポンプは、燃料をフィルターエレメントに送り返すための、第１のモードとは逆の第２のモードで動作できる。従って、第２の逆モードは、燃料パイプ及びフィルターエレメントを通る燃料の流れの方向を逆にする。第２の逆モードは、燃焼機関が停止されている場合に適用可能である。

任意選択的に、燃料ポンプは、第１のモードにおける異なる流量及び第２のモードにおける好ましくはより低い流量を可能にするよう速度制御されてもよい。第１のモードにおける可変流量は、機関動作条件等のシステム要件に基づいて、正しい量の燃料を高圧システムに送るよう機能する。逆モードにおける通常低い流量は、第２のモードにおいて排出されるべき水の体積をより正確に制御するよう機能する。

燃料ポンプは電気ポンプであるのが好ましい。更に、燃料ポンプは容積変化ポンプであるのが好ましい。例えば、第２の逆モードでのポンプの動作の継続期間を制御することによって、排水容積は、集水空間から排出されるべき水の所望の体積に、容易に管理及び適合することができる。例えば、燃料ポンプは、各排水又はパージサイクルのために、例えば、５、１０、又は１５秒の特定の時間、動作することができる。

フィルターエレメントから上流、即ち、燃料リザーバ又は燃料タンクとフィルターエレメントの上流側との間には、一方向燃料バルブが燃料パイプ内に配置されている。この一方向燃料バルブは、燃料リザーバ又は燃料タンクからフィルターエレメントの上流側に向かう燃料の流れを可能にするが、逆方向への燃料の流れを妨げている。この一方向燃料バルブは、その一方向の流れ方向で開放するための何らかの外部信号に依存しない自己作動型バルブであるのが好ましい。従って、燃料ポンプが、燃料をフィルターエレメントに送り返し、燃料リザーバ又は燃料タンクに向かう方向で燃料パイプに送り返すよう、第２の逆モードで動作すると、燃料バルブは、この方向における燃料の流れを阻止する。これにより結果として、燃料ポンプが第２の逆モードで動作する場合に、燃料バルブと燃料ポンプとの間の燃料パイプ内部で、従って、フィルターエレメント及び集水空間内部でも圧力上昇が生じる。

集水空間及び排水口と流体連通するのは、ドレーンバルブ両端の圧力差が所定値を超えた場合に集水空間からの排水を可能にする圧力作動式一方向ドレーンバルブである。このドレーンバルブは、例えば、集水空間に接続されるドレーンパイプ内に配置されてもよい。ドレーンバルブは、集水空間と排水口との間に配置される。初期状態では、ドレーンバルブは閉じられている。圧力作動式一方向ドレーンバルブは、圧力作動される場合に、フィルターエレメントの集水空間の外への水又は流体の流れを可能にするが、どのような場合でも、逆方向への、即ち、集水空間への水又は流体の流れを阻止する。この一方向ドレーンバルブは、ドレーンバルブ両端で特定の圧力差に達するか、又は超えた場合にのみ、一方向の流れ方向に開くように、圧力作動する。この所定値はまた、圧力作動式ドレーンバルブのクラッキング圧とも呼ばれてもよい。ドレーンバルブは、自己作動型、即ち、圧力制御のための何らかの外部信号に依存しないのが好ましい。むしろ、燃料ライン、フィルターエレメント、及び／又は集水空間内の圧力自体は、ドレーンバルブを開閉するための動作手段として用いられるのが好ましい。ドレーンバルブは、燃料パイプ、フィルターエレメント、及び／又は集水空間内の圧力、即ち、ドレーンバルブの上流（水の流れ方向に関し、ドレーンバルブを基準とした上流／下流）の圧力が、ドレーンバルブの下流側における圧力、例えば、環境内の圧力を所定値だけ超えるように構成される。通常動作中、即ち、第１のモードで燃料ポンプを作動させている間、ドレーンバルブの上流側の圧力は、ドレーンバルブの下流側の圧力よりも低いため、ドレーンバルブの上流側の圧力が下流側の圧力と等しい場合に、ドレーンバルブが開いても、差し支えない。ドレーンバルブは、バネ荷重放出バルブであるのが好ましい。

フィルターエレメントの上流の１つの一方向燃料バルブ及び集水空間と連通する圧力作動式一方向ドレーンバルブを用いることによって、燃料ポンプの第２の逆モードが、フィルターエレメントの集水空間内に、圧力作動式一方向ドレーンバルブを開放する過剰圧力を生じ、集水空間から分離された水、好ましくは、分離された水のみを排出する。

第２の逆モードでの燃料ポンプの逆動作から生じる過剰圧力は、圧力作動式一方向ドレーンバルブを開放するよう、例えば、１００〜４００ｋＰａ（１〜４バール）に及んでもよい。

好ましい基本動作モードは、以下の通りであってもよい：燃焼機関が動作している間、燃料ポンプは、第１のモードで作動し、移送ポンプとして機能し、結果として圧力作動式一方向ドレーンバルブを閉鎖状態に維持する集水空間内の僅かに下回る圧力を生じる。フィルターエレメントにおいて燃料から分離された水は、集水空間内に集められる。燃焼機関が停止されると、それ以上の燃料は、燃焼機関の高圧燃料システムに供給される必要がない。従って、燃料ポンプは、逆戻りし、第２の逆モードで動作してもよく、従って、結果として圧力作動式一方向ドレーンバルブを開放する集水空間内の圧力を生じる。

本開示による燃料フィルターアセンブリは、多くの利点を有している。例えば、燃焼機関が停止している場合に排水を開始するため、燃焼機関の動作中に用いられるものと同じ燃料ポンプを用いることによって、第２の逆モードで燃料ポンプを動作させることで、追加のポンプを設けるために必要とされるコスト、空間、及び複雑さを節約する。

更に、本明細書中で説明する燃料フィルターアセンブリによれば、集水空間からの分離された水の排出は、複雑で高価な個々の動力のバルブシステムの代わりに、燃料ポンプのそれぞれの動作モードのみによって開始される圧力制御を用いて管理される。

標準の一方向バルブが燃料バルブとして用いられるのが好ましい。更に、単純なバネ荷重バルブ又はバネ荷重放出バルブが、圧力作動式一方向ドレーンバルブとして用いられるのが好ましく、これは、燃料フィルターアセンブリが、ソレノイドバルブ制御システムと比べてより安価であることを意味する。圧力作動式一方向ドレーンバルブ、特に、バネ荷重バルブ又はバネ荷重放出バルブの非常に失われたコストのため、圧力作動式一方向ドレーンバルブは、フィルターエレメントを備えるフィルターカートリッジに構成され、交換カートリッジとして供給できる。交換フィルターカートリッジは、例えば、スピンオンフィルターカートリッジとして提供されてもよい。

更なる利点は、集水空間内及び集水空間に接続されるのが好ましい任意のドレーンライン内で、第２の逆モードで動作する燃料ポンプによって増加する圧力が、例えば、集水空間とは隔てて、又は、それよりも高く配置される別個のコンテナ内に、分離され、排出された水を押すことに用いることができるという点である。

燃料フィルターアセンブリの更なる利点は、路上用途にとって特に有利で、安全である、燃焼機関が動作しておらず、燃料ポンプが第２の逆モードで動作している場合にのみ、排水が可能であるため、それが単純で、信頼性のあるシステムであるという点である。従って、バルブは、大量の燃料の漏出を生じる可能性がある偶発的に開くことができない。

燃料フィルターアセンブリは更に、集水空間と連通する手動排水バルブを備えるのが好ましい。手動排水のかかる可能性は、フィルターエレメント又はフィルターカートリッジを交換する前にフィルターエレメントを空にするよう提供されるのが好ましい。かかる手動排水がなければ、燃料は、フィルターエレメント又はフィルターカートリッジを交換する場合にこぼれてしまうかもしれない。手動排水バルブは、フィルターエレメントに脱着自在に接続されるのが好ましい。

更に好ましい実施形態において、燃料フィルターアセンブリは更に、炭化水素除去剤を有する浄水空間を備える。浄水空間は、圧力作動式一方向ドレーンバルブが、集水空間と浄水空間との間に配置され、集水空間から浄水空間への水の流れを可能にするよう、集水空間から（水の流れの方向で）下流に配置されるのが好ましい。浄水空間は、浄水チャンバ内に含まれるのが好ましい。

集水空間及び浄水空間は、圧力作動式一方向ドレーンバルブが位置決めされているドレーンパイプを経由して接続されてもよい。炭化水素除去剤は、活性炭のような吸収材、分離材、又は、例えば、炭化水素を分解するための化学的処理剤を含むか、それから構成されるのが好ましい。炭化水素除去剤を有する浄水空間は、水に含まれる炭化水素の量を著しく、好ましくは、約２００ｐｐｍの水中炭化水素量から規制閾値未満の炭化水素量、例えば、１０ｐｐｍ未満まで低減するよう適合され、大きさが決められるのが好ましい。

更に、圧力作動式一方向排出バルブは、浄水空間と連通して設けられるのが好ましい。圧力作動式一方向排出バルブは、排出バルブ両端の圧力差が所定値を超えた場合に、浄水空間から、好ましくはドレーンパイプを介して、排水を可能にする。この所定値はまた、排出バルブのクラッキング圧とも呼ばれてもよい。圧力作動式一方向排出バルブは、バネ荷重バルブ又はバネ荷重放出バルブであるのが好ましい。

浄水空間と、場合によって圧力作動式一方向排出バルブとは、フィルターエレメント又は交換カートリッジの一部であるのが好ましい。特に、ドレーンバルブ及び排出バルブとして用いられる圧力作動式一方向バルブ、並びに、炭化水素除去剤を有する浄水空間は、フィルターエレメントに、又は、フィルターエレメントと一緒にフィルターカートリッジに容易に一体化し、従って、交換エレメント、交換カートリッジ、又は交換ユニットを形成することができる。これにより、非常にコンパクトな設計が可能となる。代替として、炭化水素除去剤を有する浄水空間は、フィルターエレメントの集水空間に、好ましくは直接に、接続することができる別体の、また、好ましくは交換可能なエレメントとして提供されてもよい。

炭化水素除去剤を有する浄水空間を設けることにより、水の浄化が可能となり、従って、浄水空間から直接環境又は別の系統への排水が可能となり、排水の特別な取り扱いの必要性が低減又は排除される。

更に、浄水空間の容積は、少なくとも集水空間の容積と同じ容量か、又は、集水空間の最大充填レベルを、それぞれ有する。浄水空間の容積は、集水空間の容積よりも、少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、又は２００％だけ大きいことが好ましい。これらの好ましい寸法のいずれかの容積を有する浄水空間を用いることによって、浄水空間における水の滞留時間が、通常、数回の機関停止間の時間（数時間から数日間の範囲）よりも長いという利点を有する。これにより、炭化水素除去剤が、水から最大量の炭化水素を除去することが可能となる。

更に、フィルターエレメント、燃料バルブ、及び燃料ポンプを橋渡しする燃料パイプ内に、好ましくはエアブリード又はオリフィスの形態で、バイパスを設けるのが好ましい。かかるバイパスは、第２の逆モードでの燃料ポンプの動作中にフィルターエレメントの両側の圧力平衡を容易にし、及び／又は促進できる。バイパスはまた、濾材を有するフィルターエレメントが用いられる場合に、燃料ポンプの逆動作中のフィルターエレメント内の濾材の崩壊を回避することにも役立つことができる。更に、バイパスは、燃料パイプ又は燃料リザーバから燃料ポンプの上流の圧力を増加するよう、逆動作において必要な燃料の体積を引き込むことが可能である。

好ましい実施形態において、集水装置に接続され、圧力作動式一方向ドレーンバルブを備えるドレーンパイプが設けられ、フィルターエレメント内の集水空間から燃料タンク内の別々の容積に水及び／又は燃料を排出するよう適合され、配置される。この実施形態は、集水空間内に水が全く蓄積されていないか、僅かに蓄積されている場合でさえ、排出が定期的に開始でき、例えば、排水のための燃料ポンプの逆動作を開始するために何の水位センサも必要ではない利点を有している。集水空間から排出される液体は燃料タンク内の別々の容積に向けられるため、燃料もこのような方法で排出することができる。更に、この実施形態は、水が炭化水素汚染に敏感な環境又はいずれかの他の系統に排出されないため、浄水空間も必須ではないという利点を有している。

更に好ましい実施形態において、水位センサは、集水空間内に蓄積された水が所定レベルを超えたかどうかを検出するために設けられている。水位センサは、単一レベルセンサ、２レベルセンサ、複数レベルセンサであるよう適合され、配置されてもよい。更に、２つ以上の水位センサが設けられてもよい。

更に、水位センサは、フィルターエレメント、特に交換フィルターエレメント又は交換フィルターカートリッジに脱着自在に取り付けられるのが好ましい。水位センサは高価である可能性があるため、フィルターエレメント又はフィルターカートリッジが交換される場合でさえも、水位センサを再利用するのが好ましい。従って、水位センサは、フィルターエレメント又はフィルターカートリッジが処分され、次いで、新しいフィルターエレメント又はフィルターカートリッジにより再利用される前に、フィルターエレメント又はフィルターカートリッジから脱着可能であるのが好ましい。水位センサを手動排水バルブ上に配置するのが特に好ましく、また、交換フィルターエレメント又はフィルターカートリッジと共に解放されないが、新しい交換フィルターエレメント又はフィルターカートリッジと共に再利用されるのが好ましい。

水位センサは、燃料ポンプが、水位センサからの信号に応じて、第２の逆モードで動作するよう始動及び／又は停止できるように、燃料ポンプに接続されるのが好ましい。水位センサは、好ましくは制御ユニットを経由して、燃料ポンプに接続されてもよい。この実施形態の動作モードは、以下の通りであるのが好ましい：機関が停止され、水位センサが、十分な水の量がフィルターエレメントの集水空間に集められたことを示す場合、燃料ポンプは、水位センサからそれぞれの信号を受信し、この信号に応じて、第２の逆モードで動作するよう始動する。第２の逆モードでの燃料ポンプの動作の継続期間は、例えば、５、１０、又は１５秒で予め決められてもよい。代替として、第２の逆モードでの燃料ポンプの動作の継続期間は、水位センサからの更なる信号、特に、集水空間内の水位が所定レベル未満に降下したことの信号によって決定されてもよく、この信号に応じて、第２の逆モードでの燃料ポンプの動作が停止する。

燃料ポンプが容積変化ポンプとして設けられている場合、排水容積は容易に管理でき、従って、単一の水位センサのみが、集水空間からの燃料の排出を防ぐために必要とされてもよい。水位センサが第２の逆モードで動作する燃料ポンプの始動を開始する場合に、排水容積が集水空間内に蓄積される水の体積以下であるように、第２の逆モードでの燃料ポンプの動作の継続期間を採用するのが好ましい。

一般に、例えば、制御ユニットにおいて、実行された排水サイクル数の記録を維持することが好ましい。排出サイクル又はパージの回数は、排水サイクルの数が、フィルターエレメントの寿命が過ぎたこと、及び／又は、例えば、吸収材が飽和している場合に炭化水素除去剤が保守又は交換する必要があることを示す場合、フィルターエレメント及び／又は浄水空間を交換するようユーザーに通知するために用いられてもよい。

更なる実施形態において、浄水空間内の圧力を決定するよう、及び／又は、浄水空間内の圧力が所定値を超えているかどうかを決定するよう適合され、配置される圧力センサを設けるのが好ましい。浄水空間内の圧力が非常に高くなった場合、これは、凍結又は遮断されたドレーンパイプ、又は、システムの他の損傷又は故障に対する指示であってもよい。

更に、燃料センサ及び／又は光学センサは、浄水空間内に蓄積された水における燃料及び／又は他の不純物の存在及び／又は量を決定するよう、及び／又は、浄水空間内に蓄積された水における燃料及び／又は他の不純物の量が所定値を超えているかどうかを決定するよう適合され、配置されて設けられることが好ましい。浄水空間内の燃料及び／又は他の不純物の存在は、システムの故障又は浄水空間、特に、その内部に含まれる炭化水素除去剤の寿命の終わりに対する指標であってもよい。

更に、温度、好ましくは浄水空間内の温度を決定するよう、及び／又は、決定された温度が所定値未満であるかどうかを決定するよう適合され、配置される温度センサを設けるのが好ましい。温度センサは、従って、温度が凝固点未満かどうか、従って、ドレーンパイプ又は他の水処理要素が凍結するかもしれないかどうかを決定するために用いられてもよい。

圧力センサ、及び／又は燃料センサ、及び／又は光学センサ、及び／又は温度センサは、フィルターエレメントに脱着自在に取り付けられるのが好ましく、フィルターエレメント又はフィルターカートリッジが交換された場合でさえも再利用されるのが好ましい。更に、圧力センサ、及び／又は燃料センサ、及び／又は光学センサ、及び／又は温度センサは、フィルターカートリッジ又はフィルターエレメントが交換された場合にも再利用されるのが好ましい手動排水バルブに設けられるのが好ましい。

更なる態様によれば、燃料から水を分離するための濾材を有する濾材構造と、集水空間と、排水口と、集水空間及び排水口と連通する圧力作動式一方向ドレーンバルブとを備えるフィルターエレメントを設けている。フィルターエレメントは、上で説明したような燃料フィルターアセンブリ又はその実施形態のいずれかのためのフィルターエレメントであるのが好ましい。

本フィルターエレメント用の濾材は、燃料から水、場合によって粒子を分離又は濾過するために適切ないずれかの濾材、例えば、インパクトフィルター、遠心フィルター、濾材、疎水性スクリーン、分離膜、又は、水合体装置であってもよい。フィルターエレメントは、濾過されていない燃料のための燃料入口及び濾過された燃料のための燃料出口を有するのが好ましい。燃料入口及び／又は燃料出口は、例えば、フィルターハウジング内の開口部であってもよい。一般に、燃料入口及び／又は燃料出口は、それぞれ、フィルターエレメントの上流又は下流側と連通する既定又は限定された入口及び／又は出口空間であってもよい。

フィルターエレメントは更に、集水空間と連通する手動排水バルブを備えるのが好ましい。更に、フィルターエレメントは更に、炭化水素除去剤を有する浄水空間を備えるのが好ましい。圧力作動式一方向排出バルブは、浄水空間と連通して設けられ、排出バルブ両端の圧力差が所定値を超えた場合に、浄水空間からの排水を可能にするのが好ましい。

フィルターエレメントは更に、集水空間内に蓄積された水が所定レベルを超えたかどうかを検出するための水位センサを備えるのが好ましい。

フィルターエレメントは更に、浄水空間内の圧力を決定するよう、及び／又は、浄水空間内の圧力が所定値を超えているかどうかを決定するよう適合され、配置される圧力センサを備えるのが好ましい。

フィルターエレメントは更に、浄水空間の水における燃料及び／又は他の不純物の存在及び／又は量を決定するよう、及び／又は、浄水空間の水における燃料及び／又は他の不純物の量が所定値を超えているかどうかを決定するよう適合され、配置される燃料センサ及び／又は光学センサを備えるのが好ましい。

フィルターエレメントは更に、温度を決定するよう、及び／又は、決定された温度が所定値未満であるかどうかを決定するよう適合され、配置される温度センサを備えるのが好ましい。

利点、好ましい実施形態、及びフィルターエレメント及びその好ましい実施形態の詳細について、燃料フィルターアセンブリに関して上で説明した対応する態様および実施形態について言及した。

本発明の更なる態様によれば、燃料フィルターアセンブリから排水するための方法は、請求項１〜１２の少なくとも一項に記載の燃料フィルターアセンブリを提供するステップと、第２の逆モードで燃料ポンプを動作し、それによってフィルターエレメント及び／又は集水空間内の圧力を上昇させ、フィルターエレメント及び／又は集水空間内の圧力が所定値を超えると、ドレーンバルブを開放するステップとを含んで提供される。

更に、第１のモードでの動作を停止した後、第２の逆モードで燃料ポンプを動作させる前に、所定時間、例えば、５、１０、又は１５分間、待機することが好ましい。これは、集水空間内の水が沈降でき、集水空間内に残っている燃料が、水の上部又は上側領域に蓄積できるという利点を有している。燃焼機関と共に用いる更なる利点は、燃焼機関が偶発的又は短時間のみ、例えば、自動始動停止において停止した場合には、何の排水も開始されない点である。

更に好ましいステップは、水をドレーンバルブから炭化水素除去剤を有する浄水空間に向けるステップと、好ましくは、浄水空間と連通する圧力作動式一方向排出バルブを経由して浄水空間から排水するステップである。

利点、好ましい実施形態、及び、方法及びその好ましい実施形態の詳細について、燃料フィルターアセンブリ及びフィルターエレメントに関して上で説明した対応する態様および実施形態について言及した。

本明細書中で説明する燃料フィルターアセンブリ、フィルターエレメント、及び、燃料フィルターアセンブリを排出するための方法は、どのような種類の燃料と共に、例えば、ディーゼル燃料と共に用いることができる。

好ましい実施形態の例を、ここで、以下の添付図面を参照して説明する。

燃焼機関の燃料システムにおける燃料フィルターアセンブリの好ましい実施形態の第１の実施例を示す。 燃焼機関の燃料システムにおける燃料フィルターアセンブリの好ましい実施形態の第２の実施例を示す。 燃焼機関の燃料システムにおける燃料フィルターアセンブリの好ましい実施形態の第３の実施例を示す。 燃料フィルターアセンブリのための好ましい交換フィルターエレメントの第１の実施例を示す。 燃料フィルターアセンブリのための好ましい交換フィルターエレメントの第２の実施例を示す。 燃料フィルターアセンブリのための好ましい交換フィルターエレメントの断面図での第３の実施例を示し、断面図は図７の線６−６に沿って取られている。 図６のフィルターエレメントの平面図を示す。 図６における一方向バルブの拡大図を示す。 燃料フィルターアセンブリのための好ましい交換フィルターエレメントの断面図での第４の実施例を示し、断面図は図１０の線９−９に沿って取られている。 図９のフィルターエレメントの平面図を示す。 図９のフィルターエレメントに用いられる濾材構造の断面図を示し、断面図は図１２の線１１−１１に沿って取られている。 図１１の濾材構造の平面図を示す。 図１１における一方向バルブの拡大図を示す。

図１〜３は、ここでは一次フィルターアセンブリである燃料フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’と、一次フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’の下流の二次フィルターアセンブリ２００とを有する燃料システム１、１’、１’’を示している。燃料ライン１０は、燃料タンク１０１を、一次フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’を経由し、二次フィルターアセンブリ２００を経由して、高圧ポンプ５００、レールアセンブリ６００、シリンダーヘッドインジェクタ７００、及び燃料冷却装置８００に接続している。燃料システム１、１’、１’’の一部は、更に、圧力センサ３００及び温度センサ４００である。燃料パイプ１０内の、エアブリードの形態のバイパス１１は、一次フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’を橋渡ししている。二次フィルターエレメント２００は、二次フィルターエレメント２０１を備えている。一次フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’における幾つかの相違は別として、図１から３に示す例示の実施形態は同等である。

図１〜３に示す燃料フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’の共通要素を、ここでより詳細に説明する。燃料フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’は、集水空間１１１を有する一次フィルターエレメント１１０を備えている。フィルターエレメント１１０は、燃料タンク１０１からの燃料をフィルターエレメント１００の上流側に供給し、フィルター燃料をフィルターエレメント１１０の下流側から二次フィルターアセンブリ２００に提供するための燃料パイプ１０に接続されている。

図１〜３に示す燃料フィルターアセンブリ１００、１００’、１００’’は更に、フィルターエレメント１１０の下流に電気的容積変化燃料ポンプ１２０を備えている。燃料ポンプ１２０は、フィルターエレメント１１０を介して燃料を吸い込むための第１のモード（燃料ポンプ１２０において右矢印で示す）で、及び、燃料をフィルターエレメント１１０に送り返すための第２の逆モード（燃料ポンプ１２０において左矢印で示す）で動作できる。燃料ポンプ１２０を橋渡しするのは、圧力調整器１２である。フィルターエレメント１１０の上流の一方向燃料バルブ１３１は、フィルターエレメント１１０の上流側に向かう流れを可能にするが、反対方向への流れを遮断するよう設けられている。集水空間１１１と連通して、圧力作動式一方向ドレーンバルブ、好ましくは、バネ荷重バルブは、ドレーンパイプ２０内に配置されて、ドレーンバルブ１３２の両端の圧力差が所定値を超えた場合に、ドレーンパイプ２０を介して集水空間１１０からの排水を可能にしている。

図１及び３に示す燃料フィルターアセンブリ１００、１００’’の実施形態は、更に、水位センサ１４１を備えている。図１に示す燃料フィルターアセンブリ１００の実施形態は、更に、燃料パイプ１０内に、フィルターエレメント１１０を橋渡しするエアブリードの形態の追加オプションのバイパス１１ａを備えている。

図１に描かれている燃料フィルターアセンブリ１００の基本的な動作原理は、以下の通りである。燃焼機関が停止した後、及び、排水するための十分な水が集水空間１１１内に存在していると水位センサ１４１が検出した場合、燃料ポンプ１２０は、第２の逆モードで動作される。燃料バルブ１３１はこの方向で停止されるため、集水空間１１１内の圧力が増加し、それがドレーンバルブ１３２のクラッキング圧に達すると、ドレーンバルブ１３２を開け、集水空間１１１からの水が、排水口から出て、ドレーンパイプ２０を通って排水される。第２の逆モードでの燃料ポンプの動作は、所定時間後（所定の排水量に相当する、例えば、５、１０、又は１５秒）、又は、集水空間１１１内の充填水位が最低水準よりも下に落ち込んだことを示す水位センサ１４１からの信号によるかのどちらか一方で停止される。

図２に描かれる燃料フィルターアセンブリ１００’は、図１に描かれる燃料フィルターアセンブリ１００とは、特に、図２に示す例示の実施形態において何の水位センサも必要としない点で異なる。その理由は、図２に示す実施形態によるドレーンパイプ２０が、燃料タンク１０１内で別々の容積１０２に排水するよう適合され、配置されているためである。このように、燃料も、集水空間１１１からドレーンパイプ２０及びドレーンバルブ１３２を介して燃料タンク１０１内の別々の容積１０２に排出することができる。燃料ポンプ１２０は従って、集水空間１１１内の充填水位に依存せずに、定期的に第２の逆モードで動作させることができる。これらの相違は別として、図２の実施形態は基本的に、図１に示す実施形態に対応している。従って、図１に示す実施形態の説明を、図２に示す実施形態の残りの特徴に対して参照する。

図２のこの実施形態は、非常に低コストの利点と、ドレーンライン２０内の圧力により集水空間１１１から、集水空間１１１よりも高い水位に位置する燃料タンク１０１の別々の容積１０２に液体を排出する可能性を有している。燃料タンク１０１内の別々の容積１０２は、燃料タンク１０１への燃料オーバーフローを可能にする隔壁を備えていてもよい。しかし、燃料タンク１０１の洗浄及び、特に、燃料タンク１０１の別々の容積１０２の洗浄は、燃料タンク内の水の蓄積を回避するよう、サービス間隔で必要とされてもよい。

また、図３の実施形態も図１に示す実施形態に大まかに対応しており、対応する特徴及び利点に対し、図１の実施形態を参照する。図１に示す実施形態との図３に示す実施形態の主な相違を、以下に説明する。図１に示す実施形態の特徴に加えて、図３に示す実施形態の燃料フィルターアセンブリ１００’’は、浄水チャンバ内に含まれる浄水空間１５０を特徴としている。浄水空間１５０は、炭化水素除去剤１５１として活性炭を含んでいる。浄水空間１５０は、集水空間１１１と浄水空間１５０との間に配置されるドレーンバルブ１３２によりドレーンパイプ２０を経由して集水空間１１１に接続される。浄水空間１５０に連通されるのは、更なる圧力作動式一方向バルブ、即ち、排出バルブ１３３である。圧力作動式一方向排出バルブ１３３もバネ荷重バルブであるのが好ましい。更に、センサ１４２が、浄水空間１５０に接続される。センサ１４２は、燃料センサ、光学センサ、及び／又は圧力センサであってもよい。燃料及び／又は光学センサは、浄水空間１５０内の燃料又は他の不純物の存在を判定するよう用いられてもよい。圧力センサは、浄水空間１５０内部の過度に高い圧力の原因となる何らかの不具合を判定するために用いられてもよい。図３に示す実施形態は、排出バルブ１３３を経由して浄水空間１５０から排出される水を環境又は他の系統に安全に排出できるように、集水空間１１１から排出される水が、浄水空間１５０において炭化水素を除去することによって浄水されるという利点を有している。

図１〜３の実施形態において、制御ユニット９００は、１つ以上のセンサ（例えば、圧力センサ３００、温度センサ４００、水位センサ１４１）に、及び／又は、燃料ポンプ１２０に接続している。制御ユニット９００は、１つ以上のセンサ３００、４００、１４１からの１つ以上の信号に応じて信号を生成するよう、及び／又は、１つ以上のセンサ３００、４００、１４１からの１つ以上の信号に応じて第２の逆モードで動作するよう燃料ポンプ１２０を始動及び／又は停止するよう適合され、配置されている。

好ましい交換フィルターエレメントの例示の実施形態を、図４〜１３に示す。図４及び５に示す実施形態は、図５が、図４の実施形態には存在しない、活性炭１１５１を有する浄水空間１１５０と、ここではバネ荷重バルブである圧力作動式一方向排出バルブ１１３３とを追加で備えているという点で相違している。浄水空間１１５０は、図５において浄水チャンバ内に含まれている。炭化水素除去剤１１５１を有する浄水空間１１５０は、図５の実施形態に示すような交換フィルターカートリッジ１０００’の一部であってもよいか、又は、交換フィルターエレメントに直接取り付けられるのが好ましい別体の交換部品として設けられてもよい。

交換フィルターエレメント１０００、１０００’、１０００’’、１０００’’’の更なる要素の説明は、図４、５、６、及び９を利用する。図４、５、６、及び９に示す交換フィルターエレメント１０００、１０００’、１０００’’、１０００’’’は、ハウジング又はボウル１１１１と、燃料から水を分離し、場合によって更に燃料から粒子を濾過するためのフィルター手段又は濾材１１００とを備える。濾材１１００は、図４、５、６及び９に示す実施形態において、開放型のフィルター内部を有する円筒形濾材構造である。濾材１１００の下には、集水空間１１１０が、燃料から分離された水を集めるために存在している。

集水空間１１１０との直接的、及び自由に流動連通するのは、集水空間１１１０から排水口１１１３の外への排水を可能にする圧力作動式一方向ドレーンバルブとして機能するバネ荷重バルブ１３２０である。一方向ドレーンバルブは、集水空間１１１０内でクラッキング圧に達した場合に、開閉される。実施例のクラッキング圧は、３バールと６バールとの間を含む。

例えば、一方向バルブ１３２０のための圧力は、燃料ポンプ１２０が逆モードにある場合に、燃料出口から帰ってくる逆流から生じる集水空間１１１０内の流体の圧縮によって増加する圧力を介して促進される。圧力は、通常、タンク内に位置決めされるポンプによって供給されない。

集水空間１１１０内には、水位センサ１３００が、集水空間１１１０内に蓄積された水が所定のレベルを超えたかどうかを検出するために存在している。交換フィルターエレメント１０００、１０００’、１０００’’、１０００’’’のハウジング１１１１は、ねじ付開口部１１１２と、中央突出部１２１１に対応するねじ１２１２を有する手動排水バルブ１２００によって閉鎖される底部とを有している。浄水空間１１５０の存在により、中央突出部１２１１は、図５の実施形態においてより大きい。手動排水バルブ１２００は、ねじ付開口部１１１２をハウジング１１１１内でその閉位置に封止エレメント１２２０を経由して封止する。手動排水バルブ１２００が図４及び５に描かれるその開位置に回転されると、集水空間１１１０からの水が、重力貫通空間１２１３を経由し、手動排水バルブ１２００の開口部１２１０を通って排出される。手動排水は、燃料の漏出を防ぐよう、フィルターを交換する前に集水空間１１１０を空にすることを必要とする。手動排水バルブ１２００は、図９の実施例には示していないが、それはその実施例の一部であってもよい。

水位センサ１３００を有する手動排水バルブ１２００は、脱着自在にフィルターエレメントに取り付けられ、フィルターエレメントが廃棄される一方で再利用可能であるのが好ましい。このように、センサのようなコストのかかる要素を低減できる一方で、安価な圧力作動式一方向ドレーンバルブを有する交換フィルターエレメントと、場合によって、炭化水素除去剤１１５１及び圧力作動式一方向排出バルブ１１３３を有する浄水空間１１５０とは、安価で製造でき、廃棄できる。

図６のエレメント１０００’’の追加の特徴は、ハウジング１１１１内部で脱着可能及び交換可能な濾材構造１４０１の一部である濾材１１００を含んでいる。図６のハウジング１１００は、開口部１４０２に隣接するハウジング１１１１の外側に固定されるねじ付スリーブ１４００を含んでいる。濾材構造１４０１は、口部１４０２を介して脱着し、交換することができる。スリーブ１４００は、エレメント１０００’がフィルター頭部に固定される場合、スリーブ１４００とフィルター頭部との間に、及び、それらに対して径方向シールを形成するよう配向されるシール部材１４０４を保持している。

引き続き図６のエレメント１０００’’を参照すると、濾材構造１４０１は、それに固定される上端部キャップ１４０６と下端部キャップ１４０８とを含んでいる。上端部キャップ１４０６は、濾過流体が出て行くことができるよう開口１４１０を有している。下端部キャップ１４０８は閉じられている。上端部キャップ１４０６は、エレメント１０００’がフィルター頭部に固定される場合、フィルター頭部の一部とのシールを形成するよう、シール部材１４１２を保持している。

引き続き図６のエレメント１０００’’を参照すると、プレート１４２０は、径方向シール部材１４２２によってハウジング１１１１の内部で封止されている。プレート１４２０は、濾材１１００から離間して一方向バルブ１３２０を保持し、その間に集水空間１１１０を有する。

図８は、図６からの一方向バルブ１３２０の拡大図を示している。一方向バルブ１３２０は、バネ１４３６によってバルブ開口１４３４に対して付勢されるボール１４３２を保持するバルブハウジング１４３０を有している。一方向ドレーンバルブ１３２０は、集水空間１１１０内でクラッキング圧に達した場合にのみ開閉され、開口１４３４を露出させるようバネ１４３６に対抗してボール１４３２を移動させる。これにより、水が開口１４３４を通って流れ、次いで、出口アパーチャ１４３８を通って流出することが可能となる。実施例のクラッキング圧は、３バールと６バールとの間を含む。一方向バルブ１３２０のための圧力は、集水空間１１１０内の流体の圧縮によって増加する圧力を介して促進される。

図９のエレメント１０００’’’の追加の特徴は、ハウジング１１１１を含み、それに固定される端部プレート１５００を有している。端部プレート１５００は、入口ポート１５０２と出口ポート１５０４を有している。ハウジング１１１１の底部に開口１５０６があり、それはハウジング１１１１の他の実施例に描かれている手動排水バルブ１２００を含むことができる。内部直立壁部１５１０は、ハウジング１１１１の底部の内側から上方に延在している。それは、表面を形成して、それにフィルター１１００を封止する。

図９及び１１において、濾材構造１５０１の一部である濾材１１００は、開放内部容積１５２０を有し、それに固定される下端部キャップ１５２２を含んでいる。下端部キャップ１５２２は、集水空間１１１０を囲む軸方向離間壁部１５２４を含んでいる。軸方向離間円筒形壁部１５２４は、開放内部容積１５２０の下で、濾材１１００の外側にある。軸方向離間円筒形壁部１５２４は、濾材１１００から軸方向に離間して延在又は突出している。

壁部１５２４は、直立壁部１５１０の内面１５２８と共にシールを形成するシール部材１５２６を保持している。円筒形壁部１５２４の底部を閉鎖するのは、一方向バルブ１３２０を保持するプレート１５３０である。プレート１５３０は、集水空間１１１０と直接及び開口して連通する開口１５３２を有している。図１３に拡大して示す一方向バルブ１３２０は、図８と同じものであり、従って、同じ符号を有している。

引き続き図９及び１１を参照すると、濾材構造１５０１は、濾材１１００に固定される上端部キャップ１５４０を有している。濾材１１００から軸方向に離間して延在し、上端部キャップ１５４０から突出するのは、シール部材１５４４を保持するネック部１５４２である。シール部材１５４４は、端部プレート１５００の内側から延在する下方向突出円筒形壁部１５４６と共に径方向シールを形成している。壁部１５４６は、出口ポート１５０４を囲んでいる。

引き続き図９及び１１を参照すると、フィルタースクリーン１５５０が、濾材構造１５０１の開放内部容積１５２０の中にある。フィルタースクリーン１５５０は、円筒形状であってもよい。スクリーン１５５０は、濾材１１００の清浄側への水滴の再飛散を防ぐよう撥水性のメッシュスクリーンであってもよい。濾過流体は、それがネック部１５４６を介して、次いで、出口ポート１５０４を介して流れることによって、フィルターエレメント１０００’’’を出ることができる前に、フィルタースクリーン１５５０を介して流れることを必要とされる。

Claims (3)

1. 燃料フィルターアセンブリであって、
   集水空間及び排水口を有するフィルターエレメントを備え、
   前記フィルターエレメントは、燃料を前記フィルターエレメントの上流側に供給し、濾過燃料を前記フィルターエレメントの下流側から提供するための燃料パイプに接続され、
   前記フィルターエレメントから下流に配置される燃料ポンプを備え、
   前記集水空間と連通する圧力作動式一方向ドレーンバルブを備え、
   前記燃料パイプは、前記フィルターエレメントと前記燃料ポンプとを接続する部分を含み、
   前記燃料ポンプは、前記フィルターエレメント及び前記部分を介して燃料を吸い込むための第１のモードで、及び、燃料を前記部分を介して前記フィルターエレメントに送り返すための第２の逆モードで動作でき、
   前記圧力作動式一方向ドレーンバルブは、前記第２の逆モードにおける前記集水空間内の圧力で開放する、
   燃料フィルターアセンブリ。
2. 前記集水空間から排水された水における燃料の存在を決定するよう適合され、配置されるセンサを更に備える、請求項１に記載の燃料フィルターアセンブリ。
3. 燃料フィルターアセンブリから排水するための方法であって、
   請求項１に記載の燃料フィルターアセンブリを提供するステップと、
   前記第２の逆モードで前記燃料ポンプを動作し、それによって前記フィルターエレメント及び／又は前記集水空間内の圧力を上昇させ、前記フィルターエレメント及び／又は前記集水空間内の圧力が所定値を超えると、前記ドレーンバルブを開放するステップと、
   を含む方法。

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