(57)【要約】【課題】燃料中の金属イオンを除去する金属イオン除去装置１において、金属イオンを捕捉する活性粒子６３の充填層６４で、活性粒子６３の偏在が発生する虞を低減する。【解決手段】金属イオン除去装置１は、活性粒子６３の充填層６４を備え、充填層６４に燃料を通過させることで、燃料から金属イオンを除去する。また、充填層６４は、円筒状の壁６６により、複数の環状の充填領域６７に区画され、活性粒子６３は、壁６６により径方向への移動が規制される。これにより、活性粒子６３は、燃料の流れに垂直な径方向に関して充填当初と略同一の分布を維持することができる。このため、充填層６４内で、活性粒子６３の偏在が発生する虞を低減することができる。【選択図】図３
2010121510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料に含まれる金属イオンを除去する金属イオン除去装置において、
金属イオンを捕捉する活性粒子が充填された充填層を備え、この充填層に燃料を通過させることで、燃料から金属イオンを除去し、
前記活性粒子の充填層は、壁により複数の充填領域に区画され、
前記壁は、前記活性粒子が１つの充填領域から他の充填領域へ移動するのを阻止することで、前記活性粒子が燃料の流れに対し垂直な方向に移動するのを規制することを特徴とする金属イオン除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金属イオン除去装置において、
燃料は、前記活性粒子の充填層を下から上に通過することを特徴とする金属イオン除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料に含まれる金属イオンを除去する金属イオン除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関等に供給される燃料には、不純物として極微量のＮａ、Ｋ等の金属イオンが含まれる一方、潤滑剤としてオレイン酸等の脂肪酸が添加されている。このため、燃料中で、これら金属イオンと脂肪酸との間に塩反応が起こり、脂肪酸金属塩が生成される可能性がある。そして、脂肪酸金属塩は、一般的に燃料に不溶であるため、例えば、インジェクタの摺動部等に析出して作動不良を引き起こす虞がある。
【０００３】
そこで、燃料タンクからインジェクタに至る燃料の供給路に、金属イオンを除去する金属イオン除去手段を配する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、この金属イオン除去手段は、例えば、キレート樹脂や活性炭のような金属イオンを捕捉する活性粒子が充填された充填層であり、燃料は、この充填層を通過することで金属イオンを除去される。
【０００４】
ところで、このような充填層は、燃料の圧力損失を増加させ、ポンプ等の加圧源の負荷を増大させる。このため、充填層における活性粒子の充填量を必要最小限に留めて、圧力損失の増加を抑制するのが望ましい。
しかし、活性粒子の充填量が少なくなると、燃料の流動に伴って、個々の活性粒子が浮遊しやすくなる。この結果、充填層内において、活性粒子が偏在して燃料の偏流が発生する虞がある。そして、充填層内において燃料の偏流が発生すると、燃料からの金属イオンの除去が不十分になって、金属イオン除去手段の機能が十分に果たせなくなる。
【特許文献１】特開２００６−１０５０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料に含まれる金属イオンを除去する金属イオン除去装置において、金属イオンを捕捉する活性粒子の充填層で、活性粒子の偏在が発生する虞を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の金属イオン除去装置は、燃料に含まれる金属イオンを除去するものであり、金属イオンを捕捉する活性粒子が充填された充填層を備え、この充填層に燃料を通過させることで、燃料から金属イオンを除去する。また、活性粒子の充填層は、壁により複数の充填領域に区画され、壁は、活性粒子が１つの充填領域から他の充填領域へ移動するのを阻止することで、活性粒子が燃料の流れに対し垂直な方向に移動するのを規制する。
【０００７】
これにより、活性粒子は、燃料の流れに垂直な面方向において充填当初と略同一の分布を維持することができる。このため、充填層内で、活性粒子の偏在が発生する虞を低減することができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の金属イオン除去装置によれば、燃料は、活性粒子の充填層を下から上に通過する。
これにより、燃料を充填層の上から下に通過させることの弊害（つまり、活性粒子が下側に密に偏って存在することで圧力損失が増大すること）を阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
最良の形態の金属イオン除去装置は、燃料に含まれる金属イオンを除去するものであり、金属イオンを捕捉する活性粒子が充填された充填層を備え、この充填層に燃料を通過させることで、燃料から金属イオンを除去する。また、活性粒子の充填層は、壁により複数の充填領域に区画され、壁は、活性粒子が１つの充填領域から他の充填領域へ移動するのを阻止することで、活性粒子が燃料の流れに対し垂直な方向に移動するのを規制する。
また、燃料は、活性粒子の充填層を下から上に通過する。
【実施例】
【００１０】
〔実施例の構成〕
実施例の金属イオン除去装置１の構成を、図面に基づいて説明する。
金属イオン除去装置１は、車両の内燃機関（図示せず）に噴射供給される燃料から金属イオンを除去するものであり、例えば、燃料に含まれる異物を除去する燃料フィルタ２と一体に設けられている。そして、燃料フィルタ２は、例えば、図１に示すように、コモンレール３を介して高圧状態に蓄圧された燃料を内燃機関に噴射供給する蓄圧式の燃料噴射装置４の一部を構成している。
【００１１】
なお、燃料噴射装置４は、例えば、燃料タンク６から燃料を汲み上げる電動式の低圧供給ポンプ７と、低圧供給ポンプ７から供給された燃料を高圧化して吐出する高圧供給ポンプ８と、高圧供給ポンプ８から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール３と、内燃機関の気筒ごとに搭載され、コモンレール３から燃料の分配を受けて各気筒内に燃料を噴射するインジェクタ９と、各種センサから内燃機関の運転状態を示す検出信号の入力を受けるとともに、これらの検出信号に基づいて低圧、高圧供給ポンプ７、８およびインジェクタ９等の動作を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵ１０とする）とを備える周知構造を有するものである。
【００１２】
ここで、インジェクタ９は、例えば、図２に示すように、噴孔１３を開閉するニードル弁１４を有し、ニードル弁１４の動作により燃料を噴射するノズル１５と、ＥＣＵ１０からの指令に基づき、ニードル弁１４を動作させる駆動力を発生するアクチュエータ１６と、燃料のインレット１７、およびアウトレット１８を有し、ノズル１５およびアクチュエータ１６を、各々、先端側、後端側に装着される本体１９とからなる周知構造を有する。
【００１３】
ノズル１５は、ニードル弁１４を軸方向に摺動自在に支持して収容するためのガイド孔２４と、ガイド孔２４の先端側に設けられたサック室２５と、サック室２５とノズル１５の外部とを連通する噴孔１３とを有する。ガイド孔２４とサック室２５との間はテーパ状に縮径されてテーパ面を形成しており、このテーパ面は、ニードル弁１４の先端が離着するシート面２６をなす。
【００１４】
また、ニードル弁１４は、後端部が摺動軸部２８をなし、摺動軸部２８が後端側のガイド孔２４に収容されて摺動自在に支持され、摺動軸部２８よりも先端側の部分は、ガイド孔２４の内周壁との間に、コモンレール３から受け入れた高圧の燃料が導入されるノズル室２９を形成する。また、ニードル弁１４の先端にはシート面２６に離着するシート部３０が設けられ、シート部３０がシート面２６に離着することで、ノズル室２９とサック室２５および噴孔１３との間が開閉されて、燃料の噴射が開始または停止される。
【００１５】
なお、ノズル室２９には、コモンレール３から受け入れた高圧の燃料が通る高圧流路３２が接続しており、高圧流路３２を介して高圧の燃料が導入される。また、ノズル室２９の燃料圧は、ニードル弁１４に対して、常時、噴孔１３を開放する方向に作用している。
【００１６】
アクチュエータ１６は、ＥＣＵ１０からの指令に応じて通電開始または停止されるソレノイドコイル３４、ソレノイドコイル３４への通電開始または停止により軸方向に駆動されるアーマチャ３５、アーマチャ３５の先端に保持されてアーマチャ３５とともに軸方向に変位して背圧室３６を開閉する弁体３７、アーマチャ３５の摺動軸部を摺動自在に支持して弁体３７の軸方向変位を安定させる弁ボディ３８、アーマチャ３５および弁体３７の復元バネ３９を有する。そして、アクチュエータ１６は、弁体３７を軸方向に変位させてニードル弁１４に作用する背圧を操作することでニードル弁１４を軸方向に駆動する。
【００１７】
ここで、ニードル弁１４の後端にはコマンドピストン４３が当接しており、コマンドピストン４３の後端側に、コマンドピストン４３を介してニードル弁１４に背圧を及ぼす燃料が流出入する背圧室３６が形成されている。また、背圧室３６は、入側オリフィス４４を介して、常時、高圧流路３２と連通する一方、出側オリフィス４５を介して弁体３７により低圧流路４６との間を開閉される。
【００１８】
つまり、アクチュエータ１６は、弁体３７により背圧室３６と低圧流路４６との間を開閉することで背圧を操作する。なお、低圧流路４６とは、コモンレール３から受け入れた燃料の内、ノズル１５から噴射されることなく燃料タンク６に戻される燃料が通る流路である。また、入側、出側オリフィス４４、４５は、背圧室３６の後端側を形成するオリフィスプレート４７に設けられており、出側オリフィス４５は、弁体３７による開弁時に、入側オリフィス４４よりも燃料の通過流量が大きくなるように設けられている。
【００１９】
本体１９は、コマンドピストン４３を軸方向に摺動自在に支持して収容するためのガイド孔５０が設けられ、さらに、高圧、低圧流路３２、４６が、それぞれインレット１７の燃料受入口、アウトレット１８の燃料戻し口に通じるように設けられている。
【００２０】
また、コマンドピストン４３は、後端部が摺動軸部５１をなし、摺動軸部５１が後端側のガイド孔５０に収容されて摺動自在に支持され、摺動軸部５１よりも先端側の部分は、ガイド孔５０の内周壁との間に、ノズル室２９および背圧室３６からリークした燃料を受け入れる低圧室５２を形成する。なお、低圧室５２は、低圧流路４６に通じるように設けられており、低圧室５２の燃料は、低圧流路４６を通って燃料タンク６に戻される。また、低圧室５２には、ニードル弁１４およびコマンドピストン４３の復元バネ５３が収容されている。
【００２１】
以上の構成により、ソレノイドコイル３４に通電が開始されると、アーマチャ３５および弁体３７が後端側に変位して背圧室３６から低圧流路４６への燃料の流出が始まり、背圧が低下する。このため、ニードル弁１４に軸方向に作用する合力は、噴孔１３を開放する方向に強くなり、ニードル弁１４が後端側に変位して噴孔１３を開放し、燃料の噴射が開始される。
【００２２】
そして、ソレノイドコイル３４への通電が停止されると、アーマチャ３５および弁体３７が先端側に変位して背圧室３６から低圧流路４６への燃料の流出が止まり、高圧流路３２から背圧室３６への燃料の流入により背圧が上昇する。このため、ニードル弁１４に軸方向に作用する合力は、噴孔１３を閉鎖する方向に強くなり、ニードル弁１４が先端側に変位して噴孔１３を閉鎖し、燃料の噴射が停止される。
【００２３】
このように、インジェクタ９内には、噴射開始および停止の動作に重要な各種の摺動部等（例えば、ニードル弁１４の摺動軸部２８およびシート部３０、コマンドピストン４３の摺動軸部５１、ならびにアーマチャ３５の摺動軸部）が設けられている。そして、これらの摺動部等に脂肪酸金属塩が析出すると、インジェクタ９の作動不良を引き起こす虞がある。
【００２４】
すなわち、内燃機関に供給される燃料には、不純物として極微量のＮａ、Ｋ等の金属イオンが含まれる一方、潤滑剤としてオレイン酸等の脂肪酸が添加されている。このため、燃料中で、これら金属イオンと脂肪酸との間に塩反応が起こり、脂肪酸金属塩が生成される可能性がある。そして、脂肪酸金属塩は、一般的に燃料に不溶であるため、インジェクタ９の摺動部等に析出して作動不良を引き起こす虞がある。
【００２５】
そこで、燃料噴射装置４によれば、例えば、燃料に含まれる異物を除去する燃料フィルタ２に、金属イオン除去装置１が一体に設けられて、燃料から金属イオンが積極的に除去されている。なお、燃料フィルタ２は、例えば、低圧供給ポンプ７から高圧供給ポンプ８に至る燃料流路に配されている。
【００２６】
燃料フィルタ２は、例えば、図３に示すように、異物を捕捉する濾過部５５を備え、金属イオン除去装置１は濾過部５５の下側に装備されている。金属イオン除去装置１の下側には、濾過部５５により燃料から分離された水分が溜まる水溜室５６が形成されている。そして、水溜室５６の滞留成分は、燃料フィルタ２の経時使用とともに、徐々に燃料から水分に置き換わっていく。
【００２７】
また、濾過部５５および金属イオン除去装置１の軸心部には、入側パイプ５８から受け入れた燃料を水溜室５６の方に導く軸心流路５９が設けられている。そして、入側パイプ５８から燃料フィルタ２内に導入された燃料は、軸心流路５９を上から下に向かって流れた後、水溜室５６にて径方向外側に分散するとともに流れ方向を上向きに変え、金属イオン除去装置１および濾過部５５を順次に通過して出側パイプ６０に達する。
【００２８】
金属イオン除去装置１は、例えば、軸方向（上下方向）に所定の高さを有する円板状のケース６２に活性粒子６３が充填されて設けられている。つまり、金属イオン除去装置１には、活性粒子６３の充填層６４が形成されている。ここで、活性粒子６３とは、イオン交換樹脂、キレート樹脂、または活性炭のように金属イオンを捕捉することができる物質であって、粒子状に成形されているものである。
【００２９】
また、ケース６２の上下面は、活性粒子６３の飛散を防止しつつ燃料の通過を可能とするように、メッシュ、ネットまたは網により設けられている。そして、燃料は、充填層６４を下から上に通過することで、活性粒子６３により金属イオンを除去される。
さらに、充填層６４は、例えば、円筒状の壁６６により、複数の環状の充填領域６７に区画されており、活性粒子６３は、壁６６により径方向への移動が規制される。
【００３０】
〔実施例の効果〕
実施例の金属イオン除去装置１は、活性粒子６３の充填層６４を備え、充填層６４に燃料を通過させることで、燃料から金属イオンを除去する。また、充填層６４は、円筒状の壁６６により、複数の環状の充填領域６７に区画され、活性粒子６３は、壁６６により径方向への移動が規制される。
これにより、活性粒子６３は、燃料の流れに垂直な径方向に関して充填当初と略同一の分布を維持することができる。このため、充填層６４内で、活性粒子６３の偏在が発生する虞を低減することができる。
【００３１】
また、燃料は、充填層６４を下から上に通過する。
これにより、燃料を充填層６４の上から下に通過させることの弊害（つまり、活性粒子６３が下側に密に偏って存在することで圧力損失が増大すること）を阻止することができる。
【００３２】
〔変形例〕
実施例の金属イオン除去装置１によれば、充填層６４は、円筒状の壁６６により複数の環状の充填領域６７に区画されていたが、壁６６の構成は、この態様に限定されない。すなわち、壁６６は、活性粒子６３が１つの充填領域６７から他の充填領域６７へ移動するのを阻止することで、活性粒子６３が燃料の流れに対し垂直な方向に移動するのを規制できればよい。例えば、図４に示すように、壁６６を矩形状に設けて充填層６４を周方向に区画してもよく、充填層６４を径方向に区画する壁６６、および充填層６４を周方向に区画する壁６６を両方とも充填層６４に配し、充填層６４を径方向および周方向の両方向で区画してもよい。
【００３３】
また、実施例の燃料フィルタ２によれば、燃料は、軸心流路５９を上から下に向かって流れた後、水溜室５６にて径方向外側に分散して流れ方向を上向きに変え、金属イオン除去装置１および濾過部５５を順次に通過して出側パイプ６０に達していたが、燃料フィルタ２内の燃料の流れ方向は、このような態様に限定されない。
【００３４】
例えば、軸心流路５９の替わりに濾過部５５の外周側に環状の流路を設け、この環状の流路を通じて燃料を水溜室５６の方に導いた後、水溜室５６にて径方向内側に分散させて流れ方向を上向きに変えさせ、金属イオン除去装置１、濾過部５５を順次に通過させてもよい。また、金属イオン除去装置１の下側に入側パイプ５８を接続して、燃料フィルタ２内に導入した燃料に、直ちに金属イオン除去装置１を通過させるようにしてもよい。
【００３５】
また、実施例の金属イオン除去装置１は、燃料フィルタ２と一体に設けられていたが、金属イオン除去装置１を配する位置は、この態様に限定されない。例えば、金属イオン除去装置１を、燃料タンク６内に配してもよく、燃料タンク６から燃料フィルタ２に向かう燃料流路に配してもよい。
【００３６】
また、実施例の金属イオン除去装置１を有する燃料噴射装置４によれば、インジェクタ９は、内燃機関の気筒ごとに搭載され、コモンレール３から燃料の分配を受けて各気筒内に燃料を直接噴射するものであったが、燃料噴射装置４の構成は、この態様に限定されるものではない。例えば、インジェクタ９を吸気管に配し、吸気管内に燃料を噴射して混合気を形成し、この混合気を内燃機関に供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】燃料噴射装置の構成図である（実施例）。
【図２】インジェクタの構成図である（実施例）。
【図３】（ａ）は燃料フィルタの内部を示す部分断面図であり、（ｂ）は、金属イオン除去装置における活性粒子の充填状態を示す説明図であり、（ｃ）は金属イオン除去装置の充填層における壁の配置を示す平面図である（実施例）。
【図４】金属イオン除去装置の充填層における壁の配置を示す平面図である（変形例）。
【符号の説明】
【００３８】
１  金属イオン除去装置
６３  活性粒子
６４  充填層
６６  壁
６７  充填領域
【図１】
2010121510.tif 000003
【図２】
2010121510.tif 000004
【図３】
2010121510.tif 000005
【図４】
2010121510.tif 000006