(57)【要約】【課題】燃料フィルター装置に関し、フィルターの目詰まりを効率的に抑制する。【解決手段】開示の燃料フィルター装置１０は、フィルター１，ケーシング２，ヒーター３を備える。フィルター１は、断面が菊型の筒状に形成され、筒軸方向に延在するプリーツ８を有する。ケーシング２は、フィルター１が収容される中空円筒状である。ヒーター３は軸状であり、ケーシング２の底面側からフィルター１の筒軸方向に延設され、プリーツ８の隙間に挿入される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が菊型の筒状に形成され、筒軸方向に延在するプリーツを有するフィルターと、
前記フィルターが収容される中空円筒状のケーシングと、
前記ケーシングの底面側から前記フィルターの筒軸方向に延設され、前記プリーツの隙間に挿入される軸状のヒーターと、
を備えることを特徴とする、燃料フィルター装置。
【請求項２】
前記ヒーターが、前記フィルタの高さ方向の中心よりも下方の範囲内において、前記ケーシングの底面近傍から立設される
ことを特徴とする、請求項１記載の燃料フィルター装置。
【請求項３】
前記ヒーターが、前記フィルターの周方向に等間隔で配置される
ことを特徴とする、請求項１または２記載の燃料フィルター装置。
【請求項４】
前記ヒーターが、前記フィルターの外側で前記プリーツの隙間に挿入される第一ヒーターと、前記フィルターの内側で前記プリーツの内部に挿入される第二ヒーターとを有する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料フィルター装置。
【請求項５】
前記筒軸に対する前記第一ヒーターの存在方向が前記筒軸に対する前記第二ヒーターの存在方向と相違するように、前記第一ヒーター及び前記第二ヒーターが配置される
ことを特徴とする、請求項４記載の燃料フィルター装置。
【請求項６】
前記ケーシングの内周面に配置され、前記内周面から前記フィルターに向かって燃料を流通させる流入口を備える
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料フィルター装置。
【請求項７】
前記流入口に接続され、前記内周面に向かう上り勾配に形成された燃料通路を備える
ことを特徴とする、請求項６記載の燃料フィルター装置。
【請求項８】
前記燃料通路が、前記燃料を前記プリーツの隙間に流入させる向きに形成される
ことを特徴とする、請求項７記載の燃料フィルター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料をろ過するための燃料フィルター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（エンジン）の燃料供給経路に燃料フィルター装置を介装させることで、燃料中の不純物や水分を除去する技術が知られている。自動車用の燃料フィルター装置においては、ケーシング内にフィルターエレメントを収納し、フィルターエレメントを通過した燃料がエンジンに送給されるようにした燃料供給システムが広く採用されている。フィルターエレメントは、ケーシングに対して着脱可能に設けられ、メンテナンスの際に交換可能とされる（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、環境条件によっては燃料中のパラフィンがケーシング内でワックス化し、流動性の低いスラッジがフィルターエレメントに堆積することがある。スラッジは、ディーゼル燃料を寒冷環境下で使用する場合に発生しやすい。近年では、常温環境下であっても、生物由来油を含むバイオディーゼル燃料を使用する場合に、スラッジが発生しやすくなることが確認されている。スラッジの堆積量が増大すると、フィルターエレメントの目詰まりによって燃料圧力が低下し、内燃機関の正常な動作が妨げられる。
【０００４】
このような課題に対し、内燃機関の排熱を利用した燃料フィルター装置の昇温システムが検討されている。例えば、内燃機関から燃料タンクへと還流される比較的高温の還流燃料を燃料フィルター装置に再導入することで、燃料フィルター装置の全体を昇温させことが提案されている。これにより、ワックスが析出されにくくなり、スラッジの発生が抑制されうる（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2013-148055号公報
【特許文献２】特開2014-020221号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、内燃機関の排熱による燃料フィルター装置の昇温システムは、内燃機関が暖機された状態でなければ使用することができない。そのため、寒冷環境での始動時には、燃料フィルター装置の全体を昇温させるのに時間がかかり、内燃機関の動作が不安定になる可能性がある。また、特許文献１に示すように、菊形の断面形状を有するフィルターエレメントにおいては、その周面に形成されているひだの内側にワックスが堆積しやすい。従来の燃料フィルター装置では、このような隙間に堆積したワックスが溶融されにくく、フィルターの目詰まりが十分に解消されない場合がある。
【０００７】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、フィルターの目詰まりを効率的に抑制する燃料フィルター装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）開示の燃料フィルター装置は、断面が菊型の筒状に形成され、筒軸方向に延在するプリーツを有するフィルターを備える。また、前記フィルターが収容される中空円筒状のケーシングを備える。さらに、前記ケーシングの底面から前記フィルターの筒軸方向に延設され、前記プリーツの隙間に挿入される軸状のヒーターを備える。
（２）前記ヒーターが、前記フィルタの高さ方向の中心よりも下方の範囲内において、前記ケーシングの底面近傍から立設されることが好ましい。
【０００９】
（３）前記ヒーターが、前記フィルターの周方向に等間隔で配置されることが好ましい。
（４）前記ヒーターが、前記フィルターの外側で前記プリーツの隙間に挿入される第一ヒーターと、前記フィルターの内側で前記プリーツの内部に挿入される第二ヒーターとを有することが好ましい。
（５）前記筒軸に対する前記第一ヒーターの存在方向が前記筒軸に対する前記第二ヒーターの存在方向と相違するように、前記第一ヒーター及び前記第二ヒーターが配置されることが好ましい。
【００１０】
（６）前記ケーシングの内周面に配置され、前記内周面から前記フィルターに向かって燃料を流通させる流入口を備えることが好ましい。
（７）前記流入口に接続され、前記内周面に向かう上り勾配に形成された燃料通路を備えることが好ましい。
（８）前記燃料通路が、前記燃料を前記プリーツの隙間に流入させる向きに形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
フィルターのプリーツの隙間に軸状のヒーターが挿入される構造とすることで、ケーシング内での燃料の流動性を高めることができる、また、プリーツの隙間へのワックスの堆積を抑制することができる。これにより、フィルターの目詰まりを効率的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の燃料フィルター装置を示す側面図である。
【図２】燃料フィルター装置の模式的な縦断面図である。
【図３】燃料フィルター装置の内部構造を説明するための分解斜視図である。
【図４】ヒーターの構造を説明するための上面図である。
【図５】燃料通路及び流入口の構造を説明するための模式的な断面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は燃料フィルター装置の内部での対流を示す縦断面図である。
【図７】変形例としてのフィルターを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施形態としての燃料フィルター装置１０について説明する。この燃料フィルター装置１０は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンの液体燃料をろ過するためのろ過器である。しかし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。あるいは、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１４】
［１．構成］
燃料フィルター装置１０は、その側面から導入された燃料をろ過し、その上面から排出する機能を持つ。図１は、自動車に搭載されたときの燃料フィルター装置１０の姿勢を示しており、図中の上下方向は車載時の上下方向に対応している。燃料フィルター装置１０の側面のうち、下端部近傍に入口管１１が接続され、上端部近傍に出口管１２が接続される。入口管１１は、燃料タンクやエンジンから還流する燃料の配管（戻り燃料配管）に接続される。出口管１２は、エンジンやサプライポンプ（燃料を加圧するためのポンプ装置）に接続される。なお、燃料フィルター装置１０の下端部には、水抜き用のドレーンが設けられる。
【００１５】
図２に示すように、燃料フィルター装置１０のケーシング２の内部には、フィルター１が収容され、必要に応じて交換可能とされる。ケーシング２の内部は中空円筒形状であり、フィルター１の交換時にはケーシングの筒軸Ｃに沿ってフィルター１が着脱される。フィルター１は、断面が菊型の筒状に形成されたプリーツ形のフィルターエレメントである。フィルター１の素材は紙や合成繊維，不織布，金属（メタルファイバー，メタルメッシュ）などである。フィルター１の具体的な形状を図３中に例示する。
【００１６】
フィルター１の概形をケーシング２と同軸の円筒形状に準えれば、その筒面は平面状のろ過部材を蛇腹状に折り畳んだ形状に形成される。このような折りたたみ構造により、ろ過部材とこれを通過する燃料との接触面積が増大し、ろ過性能が向上する。ここで、平面状のろ過部材を蛇腹状に折り畳むことによって形成される個々のひだ状の部位のことを、プリーツ８と呼ぶ。フィルター１でろ過される燃料の流通方向は、プリーツ８の外側から内側へ向かう方向（フィルター１の外周側から内周側へ向かう方向）とされる。
【００１７】
図３に示すフィルター１の断面形状は、以下のように規定することも可能である。まず、内周部に相当する内円と外周部に相当する外円とを同心で描く。次に、内円上に複数の線分を等間隔に設定する。図３に示すフィルター１の場合、線分の数は30個である。線分の長さは任意であるが、隣接する線分の間に適度な隙間が設けられる程度の長さとすることが好ましい。また、外円上においても同様に、内円と同数の線分を等間隔に設定する。その後、内円上の線分と外円上の線分とを交互に接続することで、菊形の断面形状が得られる。
【００１８】
本実施形態のフィルター１は、筒軸Ｃに平行な方向（すなわち筒軸方向）に延在する多数のプリーツ８を有する。図３に示すフィルター１には、30個のプリーツ８が設けられている。筒軸Ｃに垂直な平面でフィルター１を切断したときの断面形状は、フィルター１の高さ方向の位置を相違させたとしても同一形状となる。また、互いに隣接する二つのプリーツ８によって挟まれた隙間９についても、筒軸方向に延在する構造となっている。以下、ケーシング２の筒軸Ｃがフィルター１の筒軸Ｃと同一であるものと仮定して、燃料フィルター装置１０の構造を説明する。
【００１９】
図３に示すように、フィルター１の内側には、上底と下底とが開放された円筒状の内筒１３が配置される。内筒１３には、フィルター１でろ過された燃料が通過する複数の内筒孔１４が穿孔される。また、フィルター１の上面側には上面プレート１５が設けられ、下面側には下面プレート１８が設けられる。フィルター１は、これらの上面プレート１５及び下面プレート１８に挟まれた状態で、ケーシング２の内部に収容される。なお、上面プレート１５と下面プレート１８とに挟まれる空間のうち、フィルター１よりも外側はろ過前の燃料が導入される空間となり、フィルター１よりも内側はろ過後の燃料で満たされる空間となる。
【００２０】
上面プレート１５には、中心に円形の孔が形成されたドーナツ盤形状の円盤部１６と、円盤部１６の孔を囲むように円形に立設する固定壁１７とが設けられる。円盤部１６の直径はケーシング２の内径に対応する寸法とされ、ケーシング２の内周面２５に沿って筒軸Ｃの方向に摺接可能に設けられる。また、円盤部１６の下面は、フィルター１の上面に接触する部位となる。固定壁１７は、内筒１３の外表面に摺接する筒状に形成される。固定壁１７の内径は、内筒１３の外径に対応する寸法とされる。これにより、内筒１３は上面プレート１５に対して挿抜可能に支持される。
【００２１】
下面プレート１８にも、中心に円形の孔が形成されたドーナツ盤形状の円盤部１９と、円盤部１９の孔の周囲において円形に立設する固定壁２１とが設けられる。円盤部１９の直径は上面プレート１５の円盤部１６と同一である。また、固定壁２１の内径も、上面プレート１５の固定壁１７の内径と同一である。一方、円盤部１９の中心の孔は、上面プレート１５の孔よりも小径に設定される。これにより、固定壁２１よりも内側には内筒１３の下端に当接する当接部２２が形成される。また、円盤部１９には複数の小孔２０が穿孔される。小孔２０の位置は、後述するヒーター３を上下方向に貫通させるための開口部であり、ヒーター３の配設位置に対応するように設定される。
【００２２】
ヒーター３は、フィルター１の側面に形成されたプリーツ８の隙間９に挿入される加熱器である。このヒーター３は、フィルター１の高さ方向の中心よりも下方の範囲内で、ケーシング２の底面近傍から立設される。すなわち、フィルター１の下半分の範囲（あるいはそれよりも狭い範囲）が、ヒーター３の加熱範囲として設定される。図２に示すフィルター１の高さ寸法をHとすれば、ヒーター３の上端の位置は、フィルター１の下端面から距離(2/H)の位置よりも下方に設定される。また、ヒーター３には、少なくともケーシング２の底面側からフィルター１の筒軸方向に延設された部位が含まれる。
【００２３】
図３に示すヒーター３は、筒軸Ｃに直交する平面に沿って展開された二つの環状部２３，２４を有するとともに、それぞれの環状部２３，２４における各所から延設された複数の軸部４，５を有する。軸部４，５の内部にはPTC（Positive Temperature Coefficient）ヒーターや電熱線ヒーターが内蔵され、環状部２３，２４の内部には給電用の配線材が内蔵される。ここで、二つの環状部２３，２４のうち内側のものを第一環状部２３と呼び、外側のものを第二環状部２４と呼ぶ。また、軸部４，５のうち第一環状部２３に接続されているものを第一軸部４（第一ヒーター）と呼び、第二環状部２４に接続されているものを第二軸部５（第二ヒーター）と呼ぶ。
【００２４】
図４に示すように、第一軸部４，第二軸部５のそれぞれのレイアウトは、筒軸Ｃに対して回転対称な形状とされる。また、上面視で筒軸Ｃを基準として、第一軸部４，第二軸部５のそれぞれの存在方向（方位）が相違するように、第一軸部４，第二軸部５の位置が設定される。第一軸部４，第二軸部５のそれぞれは、フィルター１の周方向に等間隔に配置される。好ましくは、図４に示すように、第一軸部４，第二軸部５のすべてが等間隔になるレイアウトとする。これにより、ヒーター３で生成される熱の分布がフィルター１の周方向にほぼ均等になる。なお、第一軸部４の寸法，径，発熱量は、第二軸部５の寸法，径，発熱量と同一でなくてもよい。
【００２５】
図５に示すように、第一軸部４は、フィルター１の外側でプリーツ８の隙間９に挿入される。フィルター１の外側に存在する燃料の昇温には、第一軸部４で発生する熱が大きく寄与する。一方、第二軸部５は、フィルター１の内側でプリーツ８の内部に挿入される。フィルター１の内側に存在する燃料の昇温には、第二軸部５で発生する熱が大きく寄与する。なお、燃料フィルター装置１０が寒冷環境で使用される場合、フィルター１の内側よりも外側の温度が低下しやすいものと考えられる。したがって、第一軸部４よりも第二軸部５で発生する熱量の方が大きくなるように、ヒーター３の性能を設定してもよい。
【００２６】
ケーシング２の内周面２５には、内周面２５からフィルター１に向かって燃料を流通させる流入口６が設けられる。流入口６の位置は、図５に示すように、上面視で筒軸Ｃと第一軸部４とを結ぶ直線を描いたときに、その直線と内周面２５とが交差する位置（あるいはその近傍）に設定される。本実施形態では、図２に示すように、高さ方向の位置が異なる複数の流入口６が設けられる。すなわち、複数の流入口６が縦方向（高さ方向）に間隔をあけて連設される。
【００２７】
それぞれの流入口６に接続される燃料通路７は、内周面２５に向かって上り勾配に形成される。これにより、流入口６からケーシング２内への燃料の流通方向は、斜め上方向となる。また、燃料通路７の水平方向の向き（延在方向）は、図５に示すように、燃料をプリーツ８の隙間９に流入させる向きに設定される。これにより、燃料が隙間９の最奥部まで流入しやすくなる。なお、図５中における燃料通路７の形状は、必ずしも筒軸Ｃを通る直線状でなくてもよい。
【００２８】
［２．作用・効果］
図６（Ａ）は、図５のＡーＡ断面の模式図である。燃料は、燃料通路７を通って流入口６からケーシング２の内部へと導入され、プリーツ８の隙間９に向かって流通する。このような燃料の流れによって、隙間９に堆積したワックスが溶融されやすくなる。また、フィルター１の外側では第一軸部４の発熱によって燃料の密度分布が偏り、図６（Ａ）中に黒矢印で示すような対流が生じる。これにより、暖められた燃料がケーシング２の内部にくまなく広がり、ワックスの溶融が促進される。
【００２９】
図６（Ｂ）は、図５のＢーＢ断面の模式図である。フィルター１の内側では、第二軸部５の発熱によって燃料の密度分布が偏り、図６（Ｂ）中に黒矢印で示すような対流が生じる。これにより、暖められた燃料がケーシング２の内部にくまなく広がり、ワックスの溶融が促進される。また、フィルター１の内部での対流方向は、フィルター１の外側での対流方向とは逆方向となる。これにより、ヒーター３の熱が短時間でケーシング２の内部に拡散され、ワックスの溶融が促進される。
【００３０】
（１）上記の燃料フィルター装置１０では、フィルター１の表面に複数のプリーツ８が設けられるとともに、プリーツ８の隙間に軸状のヒーター３が挿入される。このような構造により、ケーシング２内での熱の拡散性及び燃料の流動性を高めることができる。また、プリーツ８の隙間９にヒーター３を配置することで、たとえワックスが隙間９に堆積していたとしても、そのワックスを溶融させることが容易となる。したがって、隙間９へのワックスの堆積を抑制することができ、フィルター１の目詰まりを効率的に抑制することができる。
【００３１】
（２）図２に示すように、ヒーター３は、フィルター１の高さ方向の中心よりも下方の範囲内に配置される。これにより、プリーツ８の隙間や内側で燃料の対流を発生させやすくすることができる。つまり、ヒーター３で暖められた燃料が効率よくケーシング２内で循環するため、燃料の温度分布を短時間で均一化することができる。なお、寒冷環境でケーシング２の内部にワックスが発生した場合、その分布はケーシング２の下方ほど高濃度となる。したがって、フィルター１の下半分の範囲をヒーター３で加熱することで、過剰に電力を浪費することなく、効率よくワックスを溶融させることができる。
【００３２】
（３）図４に示すように、本実施形態のヒーター３は、フィルター１の周方向に等間隔で配置される。例えば、第一軸部４，第二軸部５のそれぞれが、フィルター１の周方向に等間隔に配置される。このような構造により、ケーシング２内における燃料の熱分布をフィルター１の周方向に均すことができ、フィルター１の目詰まりを効率的に抑制することができる。
【００３３】
（４）フィルター１の外側には第一軸部４が設けられており、フィルター１の内側には第二軸部５が設けられている。第一軸部４は、プリーツ８の隙間９に挿入されて、フィルター１の位置を固定するように作用する。同様に、第二軸部５は、プリーツ８の内部に挿入されて、フィルター１の位置を固定するように作用する。このように、フィルター１の内外にヒーター３を差し込む構造にすることで、車体振動によるフィルター１の位置ずれを抑制することができ、フィルター１の安定性を向上させることができる。
【００３４】
（５）また、上面視で筒軸Ｃを基準として、第一軸部４，第二軸部５のそれぞれの存在方向が相違するように、第一軸部４，第二軸部５の位置が設定される。これにより、フィルター１の内外における温度差を小さくすることができ、フィルター１の目詰まりを効率的に抑制することができる。なお、フィルター１の一部分を局所的に加熱すると、その部分の劣化が進行しやすくなることがある。一方、上記のフィルター１ではそのような心配がなく、フィルター１の寿命を延長させることができる。
【００３５】
（６）ケーシング２の内周面２５には、図２に示すように、フィルター１に向かって燃料を流通させる流入口６が設けられる。このように、燃料の入口をケーシング２の内周面２５に設けることで、燃料の流れの勢いを利用してフィルター１表面のワックスを流し落とすことができ、フィルター１の目詰まりを効率的に抑制することができる。また、本実施形態では、流入口６が縦方向（高さ方向）に間隔をあけて連設される。これにより、プリーツ８の隙間９に堆積したワックスを効率的に押し出すことができる。
【００３６】
（７）また、それぞれの流入口６に接続される燃料通路７は、ケーシング２の内周面２５に向かう上り勾配に形成される。これにより、ケーシング２に流入する燃料の流通方向が斜め上方向になり、フィルター１表面のワックスをより効果的に流し落とすことができる。したがって、フィルター１の目詰まりを効率的に抑制することができる。
【００３７】
（８）さらに、燃料通路７が燃料をプリーツ８の隙間９に流入させる向きに形成されるため、燃料を隙間９の最奥部まで流入させることが容易となり、ワックスをより効果的に流し落とすことができる。したがって、フィルター１の目詰まりを効率的に抑制することができる。
【００３８】
［３．変形例］
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、本実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。例えば、上述の燃料フィルター装置１０は、ガソリンエンジンの燃料（ガソリン），エンジンオイル，エンジン冷却水，燃料添加剤，排ガス浄化用の添加剤など、各種の液体をろ過するろ過器として利用することができる。また、自動車に搭載される内燃機関だけでなく、船舶，航空機，工場などに設置される内燃機関の燃料をろ過する用途に利用することもできる。
【００３９】
上述の実施形態では、図５に示される断面形状のフィルター１を例示したが、フィルター１の形状はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、径方向外側でプリーツ８を内側に折り返した形状（デンシティ型）のフィルター１を用いてもよい。少なくともプリーツ８の隙間９に軸状のヒーター３が挿入される構造とすることで、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
【符号の説明】
【００４０】
１  フィルター
２  ケーシング
３  ヒーター
４  第一軸部（第一ヒーター）
５  第二軸部（第二ヒーター）
６  流入口
７  燃料通路
８  プリーツ
９  隙間
１０  燃料フィルター装置
Ｃ  筒軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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