JP4631891B2 - 燃料濾過装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料濾過装置に関し、例えばディーゼル機関等の内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置において、燃料濾過を行なう燃料濾過装置に適用して好適なものである。

燃料濾過装置は、例えばディーゼル機関に燃料を供給する燃料供給装置において、燃料タンクと、燃料噴射ポンプとの間に設けられ、燃料中の塵等の有機異物や金属等の無機異物を捕捉するものである。燃料濾過装置は、燃料中の物質粒子を捕捉する濾材で形成された濾過体を備える。

上記濾過体は、燃料中の金属イオンを捕捉できないため、燃料中の金属イオンを捕捉する金属イオン捕捉材を追加したものが開示されている（特許文献１を参照）。特許文献１では、燃料濾過装置と別に、金属イオン捕捉材を内蔵するイオン捕捉装置を燃料タンクと燃料噴射ポンプの間の燃料経路途中に設ける構成と、金属イオン捕捉材を燃料濾過装置に内蔵させる構成が開示されている。
特開２００６−１０５０９２号公報

特許文献１には記載されていないが、金属イオン捕捉材に燃料を通して燃料内の金属イオンを捕捉させる構成では、金属イオン捕捉材による金属イオンの除去性能を、効率的に発揮させることができない。これは、金属イオンが、一般に、燃料等の油（非水溶液）に比べて水溶液に存在し易く、燃料中の水粒子中に存在することになるからである。即ち、燃料中のごく一部の水粒子中に存在する金属イオンを、金属イオン捕捉材が捕捉する構成であるため、金属イオン捕捉材による金属イオンの除去性能を、効率的に発揮させることができない。

また、金属イオン捕捉材を燃料濾過装置と別装置として設ける場合、新たに金属イオン捕捉材を収容する容器が必要となるため、金属イオン捕捉材を燃料濾過装置に内蔵させる構成が望ましい。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、金属イオン捕捉材を内蔵する燃料濾過装置において、金属イオン捕捉材の金属イオンの除去性能を効率的に発揮させることを目的とする。

本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の燃料濾過装置は、燃料中の金属イオンを捕捉する金属イオン捕捉材で形成された第１濾過体と、燃料中の物質粒子を捕捉する濾材で形成された第２濾過体と、第１濾過体と第２濾過体とを収容するケースとを備え、燃料から分離された水が貯留される貯水空間が、ケース内において第２濾過体より下方に設けられ、第１濾過体の少なくとも一部を、貯水空間に配置していることを特徴とする。

この構成では、燃料から分離された水が貯留される貯水空間が、ケース内において第２濾過体より下方に設けられ、この貯水空間に、金属イオン捕捉材で形成された第１濾過体の少なくとも一部を配置している。これにより、第１濾過体は、第２濾過体より下方の貯水空間において、この貯留水に接触して、この貯留水から直接金属イオンを捕捉することが可能になる。このため、第１濾過体による金属イオンの除去性能を、即ち、金属イオン捕捉材による金属イオンの除去性能を、効率的に発揮させることが可能になる。したがって、金属イオン捕捉材を内蔵する燃料濾過装置において、金属イオン捕捉材の金属イオンの除去性能を効率的に発揮させることができる。

請求項２に記載の燃料濾過装置は、第２濾過体が、第１濾過体の燃料下流側に配置され、第２濾過体側に配置され、撥水性を有して燃料を通過させる撥水手段を備えることを特徴とする。

この構成では、第２濾過体が、第１濾過体の燃料下流側に配置され、撥水手段が第２濾過体側に配置されている。このため、第２濾過体側へ水が浸入することが、撥水手段の撥水によって抑えられるが、第１濾過体へ水が浸入することは、撥水手段の撥水によって抑えられない。これにより、第１濾過体による金属イオンの捕捉を妨げないで、燃料濾過装置から水分が流出することを抑えることができる。

請求項３に記載の燃料濾過装置は、第１濾過体が、第２濾過体の燃料下流側に配置され、ケース内において第１濾過体の燃料下流側に配置され、撥水性を有して燃料を通過させる撥水手段を備えることを特徴とする。

この構成では、第１濾過体が、第２濾過体の燃料下流側に配置され、撥水手段が第１濾過体の燃料下流側に配置されているため、第１濾過体へ水が浸入することは、撥水手段の撥水によって抑えられない。これにより、第１濾過体による金属イオンの捕捉を妨げないで、燃料濾過装置から水分が流出することを抑えることができる。

請求項４に記載の燃料濾過装置は、ケースの底部において第１濾過体と干渉しない位置に配置され、貯水空間に貯留されている水を排出させるドレンバルブを備えることを特徴とする。

この構成では、ケースの底部において第１濾過体と干渉しない位置にドレンバルブを配置しているため、上述の効果を確保しつつ、貯水空間に貯留されている水を排出できる。

請求項５に記載の燃料濾過装置は、ケースの底部において第１濾過体とドレンバルブの両方と干渉しない位置に配置され、貯水空間に貯留されている水の水位が所定レベルに達した際に警告信号を発するレベルスイッチを備える。

この構成では、ケースの底部において第１濾過体とドレンバルブの両方と干渉しない位置にレベルスイッチを配置しているため、上述の効果を確保しつつ、貯水空間の貯留水の水位が所定レベルに達していることを認識することが可能になる。

請求項６に記載の燃料濾過装置は、第１濾過体を収容する、複数の開口が形成された収容ケースを備えることを特徴とする。

この構成では、複数の開口が形成された収容ケースに第１濾過体が収容されている。このため、開口を通して第１濾過体による金属イオンの捕捉が確保され、収容ケースに収容されてユニット化された第１濾過体を、単独で簡易に交換できる。

以下、本発明の燃料濾過装置を、燃料供給装置に適用した場合を例に図面に基いて説明する。

（第１実施形態）
図１において、燃料供給装置２０は、燃料タンク２１と、燃料濾過装置１と、燃料噴射ポンプ２２と、コモンレール２３と、燃料噴射弁２４と、これらを連結させる配管２５と、エンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１２とを備える。燃料タンク２１に貯蔵された燃料２１Ａは、燃料濾過装置１を介して、燃料噴射ポンプ２２によってコモンレール２３に送られ、コモンレール２３において高圧状態で蓄えられる。コモンレール２３に蓄えられた高圧状態の燃料は、燃料噴射弁２４に供給され、図示しない内燃機関に燃料噴射弁２４から噴射供給される。

燃料噴射ポンプ２２とコモンレール２３と燃料噴射弁２４の各作動は、周知構造のマイクロコンピュータからなるＥＣＵ１２によって制御され、燃料効率が高まるタイミングでコモンレール２３から燃料噴射弁２４に供給されるように制御される。

ここで、燃料タンク２１から燃料濾過装置１内に送られた燃料２１Ａは、燃料２１Ａ中の異物（金属イオンや物質粒子）が燃料濾過装置１内で捕捉されて、燃料噴射ポンプ２２に送られる。燃料２１Ａは、配管２５の一部をなす入口配管２から燃料濾過装置１に流入し、配管２５の一部をなす出口配管３から流出する。燃料濾過装置１は、後述するレベルスイッチ１１を備え、ＥＣＵ１２は、レベルスイッチ１１からの警告信号を受けて図示しないインジケータを点燈するように構成される。

燃料濾過装置１は、図２に示すように、第１濾過体４と、第２濾過体５と、撥水手段である撥水シート６と、ケース９と、ドレンバルブ１０と、レベルスイッチ１１とを備える。

ケース９は、ハウジング７とフィルタケース８を図示しないネジ等で取り外し可能に互いに固定することによって形成され、第１濾過体４と第２濾過体５とを収容する。燃料濾過装置１内に燃料２１Ａが流入する入口配管２と、燃料濾過装置１から燃料２１Ａが流出する出口配管３が、ハウジング７に固定され、燃料濾過装置１は、流路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５にしたがって第１濾過体４と第２濾過体５とを燃料２１Ａが通過するように構成される。燃料２１Ａと水との比重差を利用して燃料２１Ａから分離された水８１Ａが貯留される貯水空間であるセジメント８１が、ケース９内において第２濾過体５より下方に設けられる。

第１濾過体４は、第１濾過体４を通過する燃料２１Ａ中の金属イオンを捕捉する金属イオン捕捉材で形成される。金属イオン捕捉材は、例えば、小粒状のキレート樹脂（三菱化学株式会社製のＣＲ２０）であり、キレート樹脂は、金属イオンとキレート（錯体）を形成することによって金属イオンを捕捉する。キレート樹脂を小粒状に形成することによって、第１濾過体４の表面積を大きくし、これにより、第１濾過体４の金属イオン捕捉性能を高めている。

なお、キレート樹脂を小粒状に形成する代わりに、例えば、繊維状等に形成することによって第１濾過体４の表面積を大きくすることも可能である。また、金属イオン捕捉材を、キレート樹脂の代わりに、イオン交換を利用して金属イオンを捕捉するイオン交換樹脂とし、第１濾過体４をイオン交換樹脂で形成することも可能である。

小粒状の第１濾過体４は、メッシュ４１に充填され、第１濾過体４が充填されたメッシュ４１は、パイプ状のパイプケース４２によって保持される。パイプケース４２には複数の開口４２１が形成され、第１濾過体４は、メッシュ４１の穴とパイプケース４２の開口４２１を通して、燃料２１Ａや水８１Ａと接触可能になっている。メッシュ４１とパイプケース４２が、第１濾過体４を収容する収容ケースを構成し、メッシュ４１の穴とパイプケース４２の開口４２１が、収容ケースに形成された複数の開口を構成する。

これにより、第１濾過体４は、メッシュ４１の穴とパイプケース４２の開口４２１を通して、燃料２１Ａとセジメント８１に貯留されている水８１Ａとから金属イオンを捕捉することができる。また、第１濾過体４は、メッシュ４１とパイプケース４２に収容されてユニット化されているため、単独で簡易に交換できる。

第１濾過体４の少なくとも一部を、セジメント８１内に配置する。ここで、一般に、金属イオンは、燃料等の油（非水溶液）に比べて水溶液に存在し易く、燃料２１Ａ中の水粒子中に存在する。このため、第１濾過体４は、第１濾過体４を通過した燃料２１Ａからは、燃料２１Ａ中のごく一部の水粒子中に存在する金属イオンを捕捉できるに過ぎないため、第１濾過体４を通過した燃料２１Ａからは、効率的に金属イオンを捕捉できない。

これに対して、第１濾過体４の少なくとも一部を、セジメント８１内に配置しているため、この一部は、セジメント８１内に貯留されている水８１Ａに接触して、この水８１Ａから直接金属イオンを捕捉できる。このため、第１濾過体４による金属イオンの除去性能を、効率的に発揮させることが可能になる。

第２濾過体５は、第２濾過体５を通過する燃料２１Ａ中の物質粒子を捕捉する濾材で形成される。濾材は、物質粒子を捕捉することが可能な孔径を有する濾紙または不織布で形成される。濾材の形状は、例えば、円筒型であるが、渦巻き型、ハニカム型、あるいは菊花型とすることも可能である。

第２濾過体５は、第１濾過体４に対して燃料２１Ａの流れ方向において下流側に配置され、第１濾過体４と第２濾過体５は、燃料２１Ａの流れ方向（図２において上下方向方向）にラップされて配置される。燃料２１Ａの内部通路を構成する中心パイプ５１を挟んで、第１濾過体４が中心パイプ５１の内周側に配置され、第２濾過体５が中心パイプ５１の外周側に配置される。パイプケース４２と中心パイプ５１の間に図示しないオーリングを設けて、これらの間をシールする。なお、ばね材等の金属で形成された、図示しない円環板状の下部支持部材がフィルタケース８の側壁に係止され、この下部支持部材によって、中心パイプ５１が支持される。また、下部支持部材には、燃料２１Ａが下部支持部材を流通可能なように、複数の開口が形成されている。

撥水手段である撥水シート６は、撥水性を有して燃料２１Ａを通過させる機能を有し、第２濾過体５側に配置される。具体的に、第２濾過体５の底面（燃料２１Ａ上流側の面）に撥水シート６を配置する。このため、第２濾過体５へ水が浸入することが、撥水シート６の撥水によって抑えられるが、第１濾過体４へ水が浸入することは、撥水シート６の撥水によって抑えられない。これにより、セジメント８１内に貯留されている水８１Ａから、第１濾過体４が直接金属イオンを捕捉することを維持できる。したがって、第１濾過体４による金属イオンの捕捉を妨げないで、燃料濾過装置１から水分が流出することを抑えることができる。

ドレンバルブ１０は、セジメント８１に貯留されている水８１Ａを排出させるバルブであり、ケース９（フィルタケース８）の底部８２において第１濾過体４と干渉しない位置に配置される。レベルスイッチ１１は、セジメント８１に貯留されている水８１Ａの水位８１Ｂが所定レベルに達した際に警告信号を発するスイッチであり、ケース９の底部８２において第１濾過体４とドレンバルブ１０の両方と干渉しない位置に配置される。

ＥＣＵ１２は、レベルスイッチ１１からの警告信号を受けて図示しないインジケータを点燈する。このインジケータの点燈により、セジメント８１に貯留されている水８１Ａの水位８１Ｂが所定レベルに達していることを認識することが可能になる。

以上の構成において、燃料濾過装置１の作動について説明する。

流路Ｆ１にしたがって、燃料２１Ａは、入口配管２から燃料濾過装置１内に流入し、メッシュ４１を通り、第１濾過体４によって燃料２１Ａ中の金属イオンが捕捉される。さらに、第１濾過体４は、セジメント８１内に貯留されている水８１Ａに接触して、この水８１Ａから直接金属イオンを捕捉するため、第１濾過体４による金属イオンの除去性能を、効率的に発揮させることが可能になる。

流路Ｆ２にしたがって、金属イオンが除去された燃料２１Ａは、撥水シート６を介して第２濾過体５に流入して、燃料２１Ａ中の物質粒子が捕捉される。第１濾過体４によって金属イオンが除去され、第２濾過体５によって物質粒子が除去された燃料２１Ａは、流路Ｆ３、Ｆ４，Ｆ５にしたがって、出口配管３から流出する。特に、第１濾過体４による金属イオンの除去性能を効率的に発揮させているため、金属イオンをほとんど含まない燃料２１Ａを、出口配管３から、燃料噴射ポンプ２２とコモンレール２３を介して燃料噴射弁２４に供給できる。これにより、燃料噴射弁２４内での金属の析出・堆積を抑え、燃料噴射弁２４を長期間安定に駆動させることができる。

また、第１濾過体４がメッシュ４１とパイプケース４２に収容されてユニット化されているため、ケース９からフィルタケース８を外して、第１濾過体４と第２濾過体５を、それぞれ、単独で簡易に交換できる。

以上、本発明の第１実施形態による燃料濾過装置１は、燃料２１Ａ中の金属イオンを捕捉する金属イオン捕捉材で形成された第１濾過体４と、燃料２１Ａ中の物質粒子を捕捉する濾材で形成された第２濾過体５と、第１濾過体４と第２濾過体５とを収容するケース９とを備え、燃料２１Ａから分離された水が貯留される貯水空間であるセジメント８１が、ケース９内において第２濾過体５より下方に設けられ、第１濾過体４の少なくとも一部を、セジメント８１に配置している。

これにより、金属イオン捕捉材を内蔵する燃料濾過装置において、金属イオン捕捉材の金属イオンの除去性能を効率的に発揮させることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、第２濾過体５は、第１濾過体４に対して燃料２１Ａの流れ方向において下流側に配置されたが、第２実施形態では、図３に示すように、第１濾過体４を、第２濾過体５に対して燃料２１Ａの流れ方向において下流側に配置する。具体的に、入口配管２と出口配管３の代わりに、流路Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３にしたがって燃料２１Ａを第２濾過体５に導く入口配管２Ａと、流路Ｆ１５にしたがって燃料２１Ａを第１濾過体４から流出させる出口配管３Ａを、ハウジング７に固定する。これにより、燃料濾過装置１Ａは、流路Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４，Ｆ１５にしたがって第２濾過体５と第１濾過体４とを、この順序で燃料２１Ａが通過するように構成される。

撥水シート６の代わりに、撥水シート６Ａを、ケース９内において第１濾過体４の燃料２１Ａ下流側に配置する。具体的に、第１濾過体４の上面（燃料２１Ａ下流側の面）に撥水シート６Ａを配置する。このため、第１濾過体４へ水が浸入することは、撥水シート６Ａの撥水によって抑えられない。これにより、セジメント８１内に貯留されている水８１Ａから、第１濾過体４が直接金属イオンを捕捉することを維持できる。したがって、第１濾過体４による金属イオンの捕捉を妨げないで、燃料濾過装置１Ａから水分が流出することを抑えることができる。

燃料２１Ａは、流路Ｆ１１にしたがって、入口配管２Ａから燃料濾過装置１Ａ内に流入し、流路Ｆ１２，Ｆ１３にしたがって、第２濾過体５に流入して、燃料２１Ａ中の物質粒子が捕捉される。物質粒子が除去された燃料２１Ａは、流路Ｆ１４にしたがって、メッシュ４１を通り、第１濾過体４によって燃料２１Ａ中の金属イオンが捕捉される。さらに、第１濾過体４は、セジメント８１内に貯留されている水８１Ａに接触して、この水８１Ａから直接金属イオンを捕捉するため、第１濾過体４による金属イオンの除去性能を、効率的に発揮させることが可能になる。

第２濾過体５によって物質粒子が除去され、第１濾過体４によって金属イオンが除去された燃料２１Ａは、流路Ｆ１５にしたがって、出口配管３Ａから流出する。これにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
上述の実施形態では、中心パイプ５１を挟んで、第１濾過体４が中心パイプ５１の内周側に配置され、第２濾過体５が中心パイプ５１の外周側に配置された。これに対して、第３実施形態では、図４に示すように、中心パイプ５１の代わりに、中心パイプ５１Ａを設け、中心パイプ５１Ａを挟んで、第１濾過体４の代わりに第１濾過体４Ａを中心パイプ５１Ａの外周側に配置し、第２濾過体５の代わりに第２濾過体５Ａを中心パイプ５１Ａの内周側に配置する。

流路Ｆ２１にしたがって燃料２１Ａを第２濾過体５Ａに導けるように、中心パイプ５１Ａを入口配管２に接合し、撥水シート６、６Ａの代わりに、撥水シート６Ｂを、第１濾過体４Ａの上面（燃料２１Ａ下流側の面）に配置する。このため、第１濾過体４Ａへ水が浸入することは、撥水シート６Ｂの撥水によって抑えられない。これにより、セジメント８１内に貯留されている水８１Ａから、第１濾過体４Ａが直接金属イオンを捕捉することを維持できる。したがって、第１濾過体４Ａによる金属イオンの捕捉を妨げないで、燃料濾過装置１Ｂから水分が流出することを抑えることができる。

燃料２１Ａは、流路Ｆ２１にしたがって、入口配管２から燃料濾過装置１Ｂ内に流入し、第２濾過体５Ａに流入して、燃料２１Ａ中の物質粒子が捕捉される。物質粒子が除去された燃料２１Ａは、流路Ｆ２２にしたがって、メッシュ４１Ａを通り、第１濾過体４Ａによって燃料２１Ａ中の金属イオンが捕捉される。さらに、第１濾過体４Ａは、セジメント８１内に貯留されている水８１Ａに接触して、この水８１Ａから直接金属イオンを捕捉するため、第１濾過体４Ａによる金属イオンの除去性能を、効率的に発揮させることが可能になる。

第２濾過体５Ａによって物質粒子が除去され、第１濾過体４Ａによって金属イオンが除去された燃料２１Ａは、流路Ｆ２３，Ｆ２４，Ｆ２５にしたがって、出口配管３から流出する。これにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、上述した例に限らないで、これらの組み合わせや、他の種々の変形例が考えられる。

本発明の第１実施形態による燃料濾過装置１を適用した燃料供給装置２０を示す模式的構成図である。 本発明の第１実施形態による燃料濾過装置１を示す模式的断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料濾過装置１Ａを示す模式的断面図である。 第３実施形態の燃料濾過装置１Ｂを示す模式的断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 燃料濾過装置、２、２Ａ 入口配管、３、３Ａ 出口配管
４、４Ａ 第１濾過体、４１，４１Ａ メッシュ（収容ケース）
４２，４２Ａ パイプケース（収容ケース）、４２１，４２１Ａ 開口
５、５Ａ 第２濾過体、５１，５１Ａ 中心パイプ
６、６Ａ、６Ｂ 撥水シート（撥水手段）、７ ハウジング（ケース）
８ フィルタケース（ケース）、８１ セジメンタ（貯水空間）、８１Ａ 水
８１Ｂ 水位、８２ 底部、９ ケース、１０ ドレンバルブ、１１ レベルスイッチ
１２ ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）、２０ 燃料供給装置、２１ 燃料タンク
２１Ａ 燃料、２２ 燃料噴射ポンプ、２３ コモンレール、２４ 燃料噴射弁
２５ 配管

Claims (6)

1. 燃料中の金属イオンを捕捉する金属イオン捕捉材で形成された第１濾過体と、
   前記燃料中の物質粒子を捕捉する濾材で形成された第２濾過体と、
   前記第１濾過体と前記第２濾過体とを収容するケースとを備え、
   前記燃料から分離された水が貯留される貯水空間が、前記ケース内において前記第２濾過体より下方に設けられ、
   前記第１濾過体の少なくとも一部を、前記貯水空間に配置していることを特徴とする燃料濾過装置。
2. 前記第２濾過体は、前記第１濾過体の燃料下流側に配置され、
   前記第２濾過体側に配置され、撥水性を有して前記燃料を通過させる撥水手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料濾過装置。
3. 前記第１濾過体は、前記第２濾過体の燃料下流側に配置され、
   前記ケース内において前記第１濾過体の燃料下流側に配置され、撥水性を有して前記燃料を通過させる撥水手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料濾過装置。
4. 前記ケースの底部において前記第１濾過体と干渉しない位置に配置され、前記貯水空間に貯留されている水を排出させるドレンバルブを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料濾過装置。
5. 前記ケースの底部において前記第１濾過体と前記ドレンバルブの両方と干渉しない位置に配置され、前記貯水空間に貯留されている前記水の水位が所定レベルに達した際に警告信号を発するレベルスイッチを備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料濾過装置。
6. 前記第１濾過体を収容する、複数の開口が形成された収容ケースを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料濾過装置。

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