JP6052966B2 - 気体用フィルタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ）や圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などの気体燃料により作動するガスエンジンの吸気側の燃料流路に接続されて使用される気体用フィルタ装置に関するものである。

従来、例えばＬＰＧやＣＮＧなどの気体燃料を用いるガスエンジンにおいては、気体燃料中にミストの状態で含まれるタールやホースから溶出した可塑剤によるオイル状不純物等の燃料残渣（以下、「燃料残渣」という。）が下流側のインジェクタに流入することにより、インジェクタ機能に悪影響を及ぼすことが知られている。

そこで、このような燃料残渣がエンジン内へ混入することを防ぐ手段として、図５に示すように前記燃料流路の途中に気体用フィルタ装置４０を設けることにより、インジェクタ４７やエンジンへ前記燃料残渣の混入を防止する手段が知られている。

前記気体用フィルタ装置としては、例えば特開平７−３２８３６４号に示されているように、円筒形状のフィルタケースの内側に同じく円筒形状の中空フィルタを備え、フィルタケースの頂部に流入口と排出口を備え、流入口から入った気体がフィルタケースの内側から前記中空フィルタを通過して、前記中空フィルタの外側の空間へ流出した後、前記排出口へ排出される構造となっているものが知られている。

また、特開２０１１−２４５４４２号にあるように、流入口からフィルタケース内に流入された気体をフィルタケース内に設けられた中空フィルタでろ過し、前記中空フィルタの内側で通過した気体を排出口から排出させる構造となっているものも知られている。

このように、従来の気体用フィルタ装置における、流入口から排出口までの気体の流れ方については、大別すると、円筒形状の中空フィルタの内側から外側に気体が通過するタイプの装置とこれとは逆にフィルタケースに流入した気体が、前記中空フィルタの外側から内側へフィルタを介して流入し排出されるタイプの２つのタイプが知られている。

ここで、例えば後者のタイプの気体用フィルタ装置である特開２０１１−２４５４４２号においては、フィルタケース内に流入した気体を効率よく前記中空フィルタに接触させるとともに、不純物を分離することにより、前記中空フィルタの寿命を延ばした気体用フィルタ装置として、流入口に流入する気体の流れをコントロールする整流板を設け、フィルタケース内を流れる気体を効率よく前記中空フィルタで補足することが出来る気体用フィルタ装置が知られている。

この気体用フィルタ装置においては、前記中空フィルタを通過した気体は、前記中空フィルタの軸方向の一端に配置された排出口に流れるように設計されており、また排出口と中空フィルタの内径が略同径であり、かつその流路が直線であることから、流速分布が乱れるような障害がなく排出口側における流速分布のばらつき等の問題は生じないと考えられる。

これに対し、前者のような気体の流れ方をする気体用フィルタ装置の場合には、図３に示すように、排出口２４が偏心構造に形成されていることから、前記中空フィルタ３のフィルタ外周部３５や排出口２４付近の気体の流速分布にばらつきが発生し（中空フィルタ３において流速が速い部分における補足効率の低下を招く）、排出口２４付近であってフ
ィルタケースの内周壁２１の気体の流速が速い部分では，前記フィルタケースの内周壁２１に付着した燃料残渣等の液体が排出口２４に向かって気体と共に排出されエンジンシステムの不具合の原因となる。

この問題に対しては、例えば特開平７−３２８３６４号においては、排出口へ繋がる手前の流路を細くした連通孔を設ける方法や特開２００９-１１４９９６号に記載される様
に中空フィルタと排出口の間に所定の長さの空間を設けることで、流速を低下させ流速分布ばらつきの影響を少なくする等の方法が知られている。

特開平７−３２８３６４号 特開２００９−１１４９９６号 特開２０１１−２４５４４２号

しかしながら、特開平７−３２８３６４号公報に提示されているフィルタケースのサイズを大きくせずに前記連通孔を排出口の手前に設けて流入した気体を案内する通路とする方法では、中空フィルタの外周部に発生すると考えられる流速分布のばらつきが大きく、更に、排出口付近の流速分布についても不均一になると考えられることから、中空フィルタの補足効率の低下を招くとともに、フィルタケースの内周壁に付着した液体が排出される気体とともに流出してしまうという問題がある。

また、特開２００９-１１４９９６号に記載されるように、中空フィルタと排出口の空
間距離を長くする方法の場合は、流速分布のばらつきの低減については一定の効果があると考えられるが、フィルタケースの大型化が避けられず、これに伴い、実際に気体用フィルタ装置を取り付けスペースが少ない自動車のエンジンルームなどに搭載する場合において、その配置が制限されるという問題があった。

そこで本発明は、従来のこのような問題点に着目してなされたもので、前記中空フィルタ外周部や排出口近傍を流れる気体の流速分布のばらつきを低減し、フィルタケースの内壁に付着した液体が気体とともに排出される問題を解決するとともに、車載レイアウトにおいても自由度を持たせることが可能な気体用フィルタ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、気密に形成した筒状のフィルタケース内に、底部を開口するとともに頂部を閉塞した中空フィルタをその中心軸が前記フィルタケースの中心軸と略重なり合うように配置し、前記フィルタケースの底部に備えた流入口から流入させた気体を、前記中空フィルタの中空部（第１室）へ導入するとともに前記中空フィルタの外周と前記フィルタケースの内周壁との間に形成された空間を通して前記フィルタケースの頂部に備えられた排出口から排出する気体用フィルタ装置であって、中央に整流口を形成した整流板が、前記フィルタケースの内周壁における前記中空フィルタの頂部と前記排出口との間に周着していることを特徴とする。

従って、本発明であるこの気体用フィルタ装置においては、中空フィルタを通過した気体は、前記フィルタ外周と前記フィルタケースの内周壁との間に形成された空間（第２室）へ送りこまれた後、排出口へ向かって流れる。

このときに、前記整流板を、前記中空フィルタの頂部と前記排出口との間における前記フィルタケースの内周壁に周着させることにより、前記中空フィルタ外周部、前記フィルタケースの内壁面または排出口の近傍で発生する速度分布のばらつきを防ぐことができる。

また、本発明において、前記フィルタケース及び前記中空フィルタが共に円筒形状であることが好ましく、また、前記整流板の整流口は、前記フィルタケースの頂部に備えた前記排出口の最小開口面積より大きくて前記フィルタケースの内周断面積より小さく開口し、好ましくは、前記整流板の整流口の開口面積が、排出口の最小開口面積の２倍より大きく前記フィルタケースの内周断面積より小さくなるように開口する。

さらに、前記構成によれば、前記気体用フィルタ装置は、前記中空フィルタを収納するためのフィルタケースと前記頂部に位置する略横方向に前記排出口を備えた蓋体とから構成される。

本発明によれば、前記中空フィルタ外周部、フィルタケースの内周壁または、排出口の近傍で発生する流速分布のばらつきを低減し、かつ，排出口を前記フィルタケースの頂部のどの方向においても流速分布のばらつきがなく、車への設置時のレイアウトの自由度を持たせた気体用フィルタ装置を提供することができる。

本発明に係る気体用フィルタ装置の縦断面図。 本発明に係る気体用フィルタ装置の縦断面流速分布図。 本発明に係る気体用フィルタ装置から、整流板２３を取り除いた場合の縦断面流速分布図。 本発明に係る気体用フィルタ装置の縦断面流速分布図の整流板部分の部分拡大図。 従来の気体用フィルタ装置の縦断面図。 従来の気体用フィルタ装置の縦断面流速分布の図。 エンジンシステムに組み込まれた時の本発明の配置例図。 本発明における気体用フィルタ装置の排出口のレイアウト位置パターン図。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施するための形態を説明する。

まず、本実施の形態の気体用フィルタ装置の全体の構成について説明する。

図１は本実施の形態である気体用フィルタ装置の縦断面図を示しており、気体用フィルタ装置１は、所定の圧力に調整されたＬＰＧやＣＮＧ等の気体燃料を流入させることにより、これに含まれる燃料残渣を補足して清浄な状態とし、下流側のインジェクタに送出してエンジンに供給するためのものである。

この気体用フィルタ装置１は、気密に形成した筒状のフィルタケース２の内部に、底部３３を開口するとともに頂部側にエンドプレート３１を閉塞した中空フィルタ３をその中心軸が前記フィルタケース２の中心軸の位置と重なり合うように配置される。

前記フィルタケース２の底部２２に備えた流入口２５から流入させた気体燃料は、前記中空フィルタ３の第１室へ導入される。

そして、前記中空フィルタ３の内筒３０側の第１室３２へ到達した気体燃料は、前記中空フィルタ３のろ過部を通過してろ過されて、フィルタ外周部３５と前記フィルタケース２の内周壁２１との間に形成された空間（第２室）２７を通過して前記フィルタケース２の蓋体２９に備えられた排出口２４から排出されてインジェクタ（図示せず）へ送られる。

ここで、本実施の形態に係る前記気体用フィルタ装置１においては、排出口２４の手前の第２室２７に中央に整流口２６を形成した整流板２３が、前記フィルタケース２の内周壁２１であって前記中空フィルタ３のエンドプレート３１と前記排出口２４との間に環着され、中空フィルタ３から流出する気体の流速分布のばらつきを低減するとともに、燃料残渣が前記排出口２４から気体とともに流出することを防いでいる。

続いて、本実施の形態の気体用フィルタ装置を構成する各部について、詳細に説明する。

初めに、前記フィルタケース２は、円筒形の筒に前記フィルタケース２を車両に固定する固定部を備え、フィルタケース材料としては、樹脂により成型されることが望ましいが、気密性、耐圧性が保持されるのであれば、他の材料を用いてもよく、本実施の形態においては、従来、この種のフィルタケースに使用される気密性、耐圧性を有する機能性プラスチックを用いた。

また、本実施の形態は、有底筒状のフィルタケース２の頂部開口に横方向に排出口２４を備えた蓋体２９が被着されている。

この蓋体２９は、前記フィルタケース２と嵌着する蓋体であり、横方向に排出口２４を備え、材質は耐圧性、気密性を考慮し選択されるが、本実施の形態においては、フィルタケース２と同様の材料を用いて成型した。

ここで、本実施の形態においては、蓋体２９とフィルタケース２との嵌着方法として、振動溶着を用いたが、気密性及び耐圧性の保持が可能であれば、使用する材料等により適宜選択した他の方法を用いてもよい。

なお、蓋体２９は図６に示すように、排出口２４の方向を３６０度どの位置でも気体の流速分布の影響を考慮することなく設置可能とされており、装着される車のエンジンシステム全体のレイアウト等を考慮しながら決定される。

そして、本実施の形態における整流板２３は、フィルタケース２、蓋体２９と同様の材料を用いて成型されて、フィルタケース２の内周壁の前記所定の位置へ環着される。

なお、この整流板２３は、通常蓋体２９を外した状態で組込まれる。

また整流板２３は、図２（Ｃ）に示すように、前記整流板２３の中央に位置する整流口２６の大きさが問題とされる。

整流口２６の開口面積については、使用する（装着する）気体用フィルタ装置１の大きさや用途により適宜調整されるべきものであり、原則的には、整流口２６の大きさが小さくなる程、整流効果は増大が、反面、流路の圧力損失の原因となる。

このため、本実施の形態においては、圧力損失を極力抑えつつ整流効果を得られる位置に調整されており、詳細な整流口２６の大きさの決定については、数値流体力学的なアプ
ローチを用いたコンピュータシュミレーションにより計測して調整した。

この結果から、本実施の形態において、図２（ｃ）において鎖線で示す直径「Ａ」を有する整流口の開口面積は、少なくとも図２（ｃ）において鎖線で示す直径「Ｂ」を有する排出口２４の最小開口面積の２倍以上であって、図２（ｃ）において鎖線で示す直径「Ｃ」を有する前記フィルタケース２の内周断面積以下とすることが流速のばらつきを防ぎ、かつ圧力損失を防ぐ目的からも好ましいことが判明した。

次に、本実施の形態の気体用フィルタ装置の整流効果を整流板を有していない従来の気体用フィルタと比較した。

図４は、従来の気体用フィルタ装置を用いた場合を示すものであり、流入口２５より中空フィルタ内部へ流れた気体の流速は、その第２室のフィルタケース２の排出口２４の周辺部の特に内周壁２１において流速が速くなる傾向がみられた。

そのため、この内周壁２１の周辺の速い流速は内周壁２１に付着した中空フィルタ３から漏れた燃料残渣を排出口２４へ巻き上げる原因となっていたと考えられる。

また、従来の気体用フィルタ装置においては、流速分布がマーブル状に表示されていることから、中空フィルタ３の周辺や、排出口周辺も含めてケース全体で流速のばらつきが存在し、これは流速差による中空フィルタ３の補足効率の低下を招く原因となっていると考えられる。

さらに、図２（ａ）は本実施の形態として、整流板２３をフィルタケース２と蓋体２９の間に取付けた気体用フィルタ装置におけるフィルタケース２内の流速分布を示すものであり、図２（ｂ）に示した整流板２３を取付けていない以外の他の全ての構成が同じである気体用フィルタ装置のフィルタケース内の流速分布とを比較した。

この結果、整流板２３を取り付けた本実施の形態である気体用フィルタ装置（図２（ａ））の中空フィルタ３の外周面の流速分布は、整流板２３を取り付けていないフィルタ装置（図２（ｂ））と比較して、中空フィルタ３から第２室２７へ排出される気体の流速分布が縦断面でほぼ均一であった。

この結果、前記流速分布のばらつきを原因とする中空フィルタ３の補足効率の低下が解消されるとともに、排出口２４へ流れる気体燃料にフィルタケース２の内周壁２１に付着した燃料残渣が燃料の気体と共に排出される課題も解消された。

さらに、整流板２３を通過した気体の流速は前記整流板２３の効果により安定していることから、気体の排出方向について流速分布を考慮して決定する必要がないため、図６に示すように排出口２４の方向は、他のエンジン部品のレイアウトとの関係で柔軟に配置可能となる。

以上、述べたように、本発明である気体用フィルタ装置は、前記フィルタ外周部、フィルタケースの内周壁または、排出口の近傍で発生する流速分布のばらつきを低減し、かつ、車への設置時のレイアウトの自由度を持たせることができる。

１ 気体用フィルタ装置，２ フィルタケース，２０ 周壁，２１ 内周壁，２２ 底部，２３ 整流板，２４ 排出口，２５ 流入口，２６ 整流口，２７ 第２室，２９ 頂部，３ 中空フィルタ，３０ 内筒，３１ エンドプレート，３２ 第１室，３３ 底
部，４０ 気体用フィルタ装置，４１ レギュレータ，４２ カットオフバルブ，４３ マニュアルバルブ，４４ 冷却水，４５ ガスボンベ，４６ スロットルチャンバ，４７
インジェクタ

Claims (3)

1. 気密に形成した筒状のフィルタケース内に、底部を開口するとともに頂部を閉塞した中空フィルタをその中心軸が前記フィルタケースの中心軸と略重なり合うように配置し、前記フィルタケースの底部に備えた流入口から流入させた気体を、前記中空フィルタの中空部へ導入して前記中空フィルタの外周と前記フィルタケースの内周壁との間に形成された空間を通して前記フィルタケースの頂部に備えられた排出口から排出するとともに中央に整流口を形成した整流板が、前記フィルタケースの内周壁における前記中空フィルタの頂部と前記排出口との間に周着している気体用フィルタ装置であって、前記フィルタケース及び中空フィルタが共に円筒形状であるとともに前記フィルタケースにおける円形の頂部開口に横方向に１つの排出口を備えた蓋体が前記排出口を周方向に自在に位置決め可能として気密に嵌着された構造であることを特徴とする気体用フィルタ装置。
2. 前記整流板の整流口の開口面積が、前記フィルタケースの頂部に備えた前記排出口の最小開口面積より大きく、前記フィルタケースの内周断面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の気体用フィルタ装置。
3. 前記整流板の整流口の開口面積が、前記排出口の最小開口面積の２倍より大きく前記フィルタケースの内周断面積より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の気体用フィルタ装置。