(57)【要約】本発明は、噴射弁（１０）と、燃料ライン（１２）における噴射弁（１０）の上流側の燃料ポンプ（２４）と、燃料ラインにおける燃料ポンプ（２４）の上流側に配置された、詳しくは、燃料ポンプ（２４）と燃料タンク（１４）との間に配置された分子分離器（１６）と、を有する燃料噴射システムに関する。燃料ポンプ（２４）内に燃料を導く前に、前記分子分離器によって、燃料の無極性成分に対して燃料の極性成分を選択的に低下させることができる。
2009504963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射弁（１０）と、
燃料ライン（１２）において前記弁（１０）の上流に配置された燃料ポンプ（２４）と、
前記燃料ライン（１２）において前記ポンプ（２４）の上流に配置され、特に、前記ポンプ（２４）と燃料タンク（１４）との間に配置され、前記ポンプ（２４）に前記燃料を導入させる前に、前記燃料の極性成分の割合、特に、溶解していない水分子の割合および／またはアルコール分子の割合を前記燃料の無極性成分に対して選択的に低下させることができる分子分離器（１６）と、
を備える燃料噴射システムであって、
前記分子分離器（１６）の下流に、前記燃料の極性成分を測定するセンサ（１８）が配置されていることを特徴とする燃料噴射システム。
【請求項２】
前記センサ（１８）が、前記分子分離器（１６）と前記ポンプ（２４）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の噴射システム。
【請求項３】
前記分子分離器（１６）が、前記燃料の極性成分の割合を２０ｐｐｍ未満に低下させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の噴射システム。
【請求項４】
前記分子分離器（１６）をすでに一度は通流した燃料を再び分子分離器内に導くために、バイパス機構（１８，２０，２２）が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の噴射システム。
【請求項５】
前記バイパス機構が前記センサ（１８）に連結されたスイッチ弁（２０）を備え、前記スイッチ弁（２０）は、前記センサ（１８）の下流に配置され、前記分子分離器をすでに一度は通流した燃料を、前記分子分離器（１６）を跨ぐバイパスライン（２２）にバイパスさせることができることを特徴とする請求項４に記載の噴射システム。
【請求項６】
前記分子分離器（１６）が、多段式分子分離器であるか、または順々に接続された複数の個別の分離器要素からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の噴射システム。
【請求項７】
前記燃料の極性成分の割合が、前記燃料の極性成分の分子の化学吸収および／または物理吸収に基づいて低下されるか、または選択性膜を通して低下されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の噴射システム。
【請求項８】
前記分子分離器（１６）が、水および／またはアルコールなどの前記燃料の極性成分は吸収するが、燃料の前記無極性成分は吸収しない多孔性媒体を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の噴射システム。
【請求項９】
前記多孔性媒体が、ケイ酸塩の層システムからなることを特徴とする請求項８に記載の噴射システム。
【請求項１０】
前記分子分離器（１６）が選択性膜を有し、この選択性膜は、例えば、平面状または管状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の噴射システム。
【請求項１１】
前記選択性膜が、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜からなる一対の膜を含むことを特徴とする請求項１０に記載の噴射システム。
【請求項１２】
前記センサ（１８）が、少なくとも２つの類似の測定要素を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の噴射システム。
【請求項１３】
前記センサ（１８）が、少なくとも２つの異なる測定要素を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の噴射システム。
【請求項１４】
前記センサ（１８）が、単一の測定要素を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴射弁と、燃料ラインにおいて噴射弁の上流に配置された燃料ポンプと、燃料ラインにおいて燃料ポンプの上流（特に、燃料ポンプと燃料タンクとの間）に配置された分子分離器と、を備え、前記分子分離器によって、燃料の無極性成分に対する燃料の極性成分の割合を選択的に低下させることができる燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この形式の燃料噴射システムは、例えば、米国特許第５，１４９，４３３号明細書および欧州特許出願公開第０３１１１６２（Ａ）号明細書から知られている技術である。
【０００３】
上記の形式の燃料噴射システムは、例えば、コモンレール式ディーゼルエンジンなどの自動車の分野に用いられる。コモンレール式ディーゼル噴射システムの燃料ポンプは、典型的には、エンジン気筒の上流に位置する蓄圧パイプ内のディーゼル燃料の圧力を２，０００バール（２００ＭＰａ）以上に増圧する高圧ポンプである。各エンジン気筒への加圧燃料の供給は、エンジン気筒に付随する噴射弁を用いて制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の根本の目的は、噴射弁の最適な機能を半永久的に保つことに役立つ燃料噴射システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的は、請求項１の特徴を有する燃料噴射システム（具体的には、分子分離器の下流に燃料の極性成分の量を測定するセンサが配置された燃料噴射システム）によって、達成される。このセンサは、例えば、分子分離器とポンプとの間に配置することができる。
【０００６】
上記センサは、分子分離器の機能および分離プロセスの効率を監視することができ、極性成分の割合が十分に低下していない場合、噴射弁を保護する適切な措置（例えば、燃料の繰り返し濾過または噴射弁の燃料供給からの隔離）を開始することができる。従って、燃料の極性成分による噴射弁の損傷を効果的に防ぐことができる。
【０００７】
上記センサは、燃料が流れ始めるとすぐに継続的に作動することが好ましい。換言すれば、すなわち、噴射システムの通常の作動条件や冷態始動時に、および車両の待機時間が長引いた後または過度の湿気のような技術的な環境の理由から極性成分の割合が増えた或いは極性成分の割合が増えそうな条件の下に、継続的に作動することが好ましい。
【０００８】
上記センサは、複数の個別の測定要素を有していてもよいし、少なくとも２つの類似の測定要素を有していてもよい。例えば、さらに長い燃料流路の全体にわたって極性成分の量を監視するために、分子分離器の下流に、互いに離間した複数の測定要素を配置してもよい。これによって、測定結果の信頼性および正確性を向上させることができる。
【０００９】
代替的または付加的に、分子分離器の下流に、少なくとも２つの異なる測定要素を配置することができる。例えば、第１の極性成分（例えば、水）の量を監視する少なくとも１つの第１の測定要素、および第２の極性成分（例えば、メタノール）の量を監視する少なくとも１つの第２の測定要素を設けることができる。燃料中の異なる極性成分をそれぞれ同時に監視することにより、使用される燃料に直接的に分離プロセスを適用することができ、従って、噴射弁を損傷する燃料の成分をさらに効果的に低減させることができる。
【００１０】
本発明による燃料噴射システムは、圧電噴射弁（特に、噴射弁を作動させる圧電アクチュエータが燃料流路内に配置され、少なくとも開弁時に燃料に直接露出される圧電噴射弁）と共に使用されることに適している。
【００１１】
すなわち、燃料内における極性成分の割合が高い場合（例えば、溶解していない水分子の割合および／またはアルコール分子の割合が高い場合）に、圧電アクチュエータの寿命に悪影響を及ぼすことが見出されている。
【００１２】
特に、水環境内において試験された圧電アクチュエータの寿命は、１００時間未満であることが見出されている。さらに、水と混合したディーゼルに圧電アクチュエータを露出させた場合、この圧電アクチュエータにほぼ直接的に故障を及ぼすことが観察される。
【００１３】
圧電アクチュエータは、圧電アクチュエータを封止するシール材料の内側に水分子が浸透することにより損傷する。圧電アクチュエータ内に浸透した水が電解質として作用し、銀を移動させ、圧電アクチュエータの２つの電極間に接触相を形成し、これによって、圧電アクチュエータの故障が生じると考えられている。
【００１４】
西欧において利用されるディーゼル燃料の水濃度は、典型的には、約２００ｐｐｍである。４０℃の温度で行われた試験によれば、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥまたはＦＥＰのようなフルオロポリマーを含む典型的なシール材料を通るヘリウムガスに匹敵する濃度で存在する水蒸気の浸透率は、約０．８３３ｇ・ｍｍ／（ｍ2．ｄ）であり、これは、同じ温度におけるディーゼル燃料の浸透率が約０．０１４ｇ・ｍｍ／（ｍ2・ｄ）しかないことに比べ、かなり大きい。
【００１５】
フッ化物のシール材料を用いるさらに他の浸透実験によって、ディーゼル燃料の浸透は、８０℃の温度で一ヶ月の試験期間後にも検出レベル未満に維持されるが、水の浸透率は、同じ温度において、７．５３ｇ・ｍｍ／（ｍ2．ｄ）まで増加する可能性がある。
【００１６】
これは、水またはアルコールのような極性物質に比べて、ディーゼル燃料のような疎水性物質は、異なるバリア特性を有することを示している。
【００１７】
これまでの研究活動の大部分は、圧電アクチュエータに用いる不浸水性カプセル化材料の開発に関するものであるが、本発明は、これと全く異なる手法を追求している。すなわち、本発明は、燃料が圧電噴射弁に入る前に、燃料の極性成分の割合（例えば、溶解していない水分子の割合および／またはアルコール分子の割合）を、分子分離器によって低下させる手法を追及している。
【００１８】
分子分離器は、燃料の無極性成分から溶解していない水分子またはアルコール分子を分離し、これらを偏析させる。従って、水またはアルコールは、言わば、燃料から濾過される。
【００１９】
すでに述べたように、水の割合を低下させることは、特に、西欧で使用されているディーゼル燃料に対して重要である。対照的に、例えば、南米諸国では、燃料の価格を低下させるために、ディーゼル燃料にメタノールを加える慣例がある。
【００２０】
噴射システムを用いる地域に応じて本発明による分子分離器を設計することにより、圧電噴射器の圧電アクチュエータが燃料と接触しても損傷しない程度にまで、溶解していない水分子の割合および／またはアルコール分子の割合を低下させることができる。
【００２１】
ポンプの上流に分子分離器を配置することによって、比較的低い燃料圧で燃料の極性成分の割合を低下させることができ、比較的単純な分離器設計で、十分に効率のよい濾過プロセスを達成することができる。
【００２２】
このように、圧電アクチュエータが燃料と長時間にわたって接触しても損傷しない程度にまで、燃料の極性成分の割合を低下させることができる。その結果、圧電噴射弁の耐久性、従って、実用上の要求を満たす燃料噴射システムの耐久性を全体的に実現することができる。
【００２３】
主に圧電噴射弁に対する有利な効果に関連して、燃料内の溶解していない水分子の割合および／またはアルコール分子の割合を低下させることを説明したが、本発明は、圧電噴射弁を有する燃料噴射システムに制限されないことに留意されたい。すなわち、本発明による燃料内における溶解していない水分子の割合および／またはアルコール分子の割合の低下および／またはセンサによるこの低下の監視は、他の噴射弁（特に、非圧電噴射弁）の機能にも好ましい効果をもたらす。ディーゼル燃料に関する前述の説明は、ガソリン燃料に対しても同じように適用されることにさらに留意されたい。
【００２４】
本発明の有利な実施例は、添付の請求項、詳細な説明および図面から理解される。
【００２５】
噴射システムの好ましい実施例によれば、分子分離器は、燃料の極性成分の割合（具体的には、溶解していない水分子の割合および／またはアルコール分子の割合）を２０ｐｐｍ未満まで低下させるように構成されている。試験によれば、ディーゼル燃料内でこれほど低い割合の水は、圧電アクチュエータの機能に悪影響を及ぼさないことが分かっている。
【００２６】
噴射システムのさらに他の実施例によれば、分子分離器をすでに一度は通流した燃料を再び分子分離器内に導くために、バイパス機構が設けられる。
【００２７】
バイパス機構は、分子分離器から流出した燃料の部分流を継続的に再び分子分離器内に導いて燃料の少なくとも一部を継続的に多重濾過し、これによって極性成分の割合をさらに低下させるように構成することができる。
【００２８】
代替的に、バイパス機構は、分子分離器の下流に配置されたセンサによって測定された燃料の極性成分の量が所定の閾値（例えば、２０ｐｐｍ）を超えたときにのみ、分子分離器から流出した燃料が分子分離器に繰り返し導入されるように構成してもよい。換言すれば、監視される極性成分が所定の閾値未満に低下するまで燃料の多重濾過が行われる。
【００２９】
すでに一度は濾過された燃料をセンサ制御によってバイパスさせるために、バイパス機構は、センサに連結されたスイッチ弁を備え得る。このスイッチ弁は、センサの下流に配置され、分子分離器から流出した燃料を、分子分離器を跨ぐバイパスラインにバイパスさせることができる。
【００３０】
分離プロセスの効率をさらに向上させるために、分子分離器は、多段式分離器であってもよいし、順々に接続された複数の同一の分離器要素からなるものであってもよい。
【００３１】
さらに、分子分離器は、水および／またはアルコールを分離する完全な自動システムからなるものとすることができる。この自動システムは、例えば、自動車の２４時間車載ネットワークを介して電力が供給されるヒータを有し、このヒータによって、低温の環境における分離された水の凍結を防ぐことができる。このシステムは、例えば、順次接続されてカスケードモードで働く複数の分離器からなるものとすることができる。
【００３２】
燃料の極性成分の割合は、概して、極性成分の分子の化学吸収および／または物理吸収に基づいて低下させるか、あるいは選択性膜を通すことによって低下させることができる。
【００３３】
一実施例によれば、分子分離器は、燃料の極性成分は吸収し、燃料の無極性成分は吸収しない多孔性媒体を有する。多孔性媒体は、例えば、ケイ酸塩の層システムからなるものとすることができる。
【００３４】
さらに他の実施例によれば、分子分離器は、選択性膜（例えば、平面膜または管状膜）を有する。この選択性膜は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜からなる一対の膜を含み得る。
【００３５】
最良の実施の形態および添付の図面を参照して、以下に本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は、西欧市場向けに設計された本発明による燃料噴射システムの実施例を概略的に示す。
【００３７】
図に示される噴射システムは、自動車のディーゼルエンジン内にディーゼル燃料を噴射するためのコモンレールシステムである。図示した実施例のディーゼルエンジンは、４つの気筒を有するが、異なる数の気筒を選択してもよい。
【００３８】
各々の気筒に付随して、気筒内への燃料の供給を制御する噴射弁１０が設けられている。噴射弁１０は、圧電アクチュエータによって開閉される圧電式噴射弁（言わば、ピエゾ式インジェクタ（ｐｉｅｚｏ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ））であり、この圧電式噴射弁は、燃料の流路内に配置されているので、燃料に直接露出される。
【００３９】
燃料タンク１４からのディーゼル燃料は、燃料ライン１２を介して、噴射弁１０に供給される。燃料タンク１４は、典型的には約２００ｐｐｍの比較的高い割合の水を含む、西欧で利用されているディーゼル燃料で満たされる。
【００４０】
圧電アクチュエータが燃料に直接露出しているので、燃料に含まれた溶解していない水分子が、圧電アクチュエータのシール部から浸透し、圧電アクチュエータを損傷することがある。圧電アクチュエータを水から保護するために、燃料ライン１２において、燃料の流れ方向で見て燃料タンク１４の下流側に、水分子分離器１６が配置されている。この水分子分離器１６によって、燃料内の溶解していない水分子の割合を２０ｐｐｍ未満に低下させることができる。このような低い割合の水であれば、圧電噴射弁１０を損傷させることがない。
【００４１】
溶解していない水分子は、水分子分離器１６によって燃料の無極性成分から分離される（言わば、燃料から濾過される）。水の割合は、例えば、水分子の化学吸収および／または物理吸収に基づいて低下させるか、あるいは選択性膜によって低下させることができる。
【００４２】
水分子分離器１６の下流に、水分子分離器１６から流出した燃料中の水を監視するセンサ１８が配置されている。濾過された燃料に含まれ、センサ１８によって検出される水の量が所定の閾値（例えば、２０ｐｐｍ）を超えた場合、センサ１８は、燃料ライン１２内におけるセンサ１８の下流に配置されたスイッチ弁２０を作動させ、燃料ライン１２からバイパスライン２２に燃料をバイパスさせる。
【００４３】
バイパスライン２２の一端は、スイッチ弁２０に接続され、バイパスライン２２の水分子分離器１６の上流側の他端は、燃料ライン１２に（実際には、水分子分離器１６と燃料タンク１４との間の燃料ライン１２の部分に）接続されている。
【００４４】
従って、濾過された燃料が所定の閾値を超えた量の水を含んでいる場合、バイパスライン２２を介して再び水分子分離器１６内に戻るように導かれる。この水分離プロセスは、水分子分離器１６から吐出される燃料に含まれる水の量が所定の閾値未満になるまで繰り返される。
【００４５】
水分子分離器１６を通って濾過され、含んでいる水の量が所定の範囲内にある燃料は、スイッチ弁２０を通過し、燃料ライン１２を通って高圧ポンプ２４に供給され、この高圧ポンプ２４によって、燃料の圧力は、２，０００バール（２００ＭＰａ）以上に増圧される。
【００４６】
高圧ポンプ２４によって加圧された燃料は、一時的に蓄圧パイプ２６内に貯蔵され、この蓄圧パイプ２６から個々の噴射弁１０に流入する。
【００４７】
前述したように、図示した実施例による噴射システムは、西欧市場（すなわち、水分を多く含むディーゼル燃料の使用）に対して提供される。これと対照的に、南米において利用されるディーゼル燃料には、通常、メタノールが添加される。燃料に水が多く含まれる場合と同じように、燃料にメタノールが多く含まれる場合にも、圧電アクチュエータの機能を損ない、従って、噴射弁１０の機能を損なう。これに対応して、南米市場向けには、燃料タンクと高圧ポンプとの間に、メタノール分子の割合を低下させる分子分離器装置が設けられる。
【００４８】
使用される燃料が、圧電アクチュエータを損傷させ得る量の複数の異なる極性成分を含む場合、燃料から全ての極性成分を濾過するように分子分離器を選択してもよいし、複数の分離器要素からなる分離器装置を使用して、各々の分離器要素が、損傷を与える成分の１つを燃料から濾過するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】西欧市場向けに設計された本発明による燃料噴射システムの概略図。
【符号の説明】
【００５０】
１０…噴射弁
１２…燃料ライン
１４…燃料タンク
１６…分子分離器
１８…センサ
２０…スイッチ弁
２２…バイパスライン
２４…高圧ポンプ
２６…蓄熱パイプ
【図１】
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【国際調査報告】
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2009504963.tif 000005
2009504963.tif 000006
2009504963.tif 000007