(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の内燃機関のためのフィルタ装置（１）であって、
フィルタハウジング（２）と、
フィルタハウジング内に配置され、未処理側（４）から清浄側（３）への半径方向の流れに貫かれるフィルタエレメント（５）と、
を備え、
フィルタエレメント（５）の清浄側（３）において、その下方にウォーターセパレータ（６）が配置され、それは、燃料／潤滑油が半径方向外側から半径方向内側の方向に流れることができ、フィルタエレメント（５）の軸方向に延びる、疎水性の環状のダイヤフラム（７）を有し、
フィルタエレメント（５）は、半径方向外側から半径方向内側への流れに貫かれ、
フィルタエレメント（５）とウォーターセパレータ（６）との軸方向の間に、フィルタエレメント（５）の清浄側（３）をウォーターセパレータ（６）の未処理側（４’）に接続する流路（８）が設けられ、それを通して、燃料／潤滑油が、螺旋状、および半径方向外側に流れ、ウォーターセパレータ（６）の未処理側（４’）において流速が低速になり、ウォーターセパレータ（６）に流入する流れが周囲に分散され、
同様に燃料／潤滑油の流出する流れの分散が存在し、
ウォーターセパレータ（６）の未処理側における燃料／潤滑油の上昇流が防止されることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
請求項１のフィルタ装置であって、
ウォーターセパレータ（６）の未処理側（４’）は、水が、重力によって、ウォーターセパレータ（６）における垂直に配置されたダイヤフラム（７）に平行に水分収集室（９）に沈殿する沈殿ゾーンとして形成されていることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項３】
請求項１および請求項２のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
ウォーターセパレータ（６）から軸方向に突出する管（１０）が設けられ、フィルタエレメント（５）を保持する受け心棒として働くことを特徴とするフィルタ装置。
【請求項４】
請求項３のフィルタ装置であって、
管（１０）とフィルタエレメント（５）との間に、フィルタエレメント（５）を固めるインナスカート（１１）が配置されていることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
フィルタエレメント（５）とウォーターセパレータ（６）とが個別のコンポーネント、または単一の組み合わせコンポーネントとして形成されていることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
フィルタエレメント（５）が、ウォーターセパレータ（６）を周りから取り囲む下端円板（１２）を有していることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
ウォーターセパレータ（６）のダイヤフラム（７）は、疎水性の篩、またはメッシュとして形成されていることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項８】
請求項３から請求項７のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
管（１０）とウォーターセパレータ（６）とが互いに溶着されていることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
コアレッサ（１４）が、フィルタエレメント（５）の清浄側（３）に設けられていることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
フィルタエレメント（５）の清浄側（３）、および／またはウォーターセパレータ（６）の未処理側（４’）に、少なくとも１つのガイド部材が配置され、流れる燃料を周方向に偏向させることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうち何れか１項のフィルタ装置であって、
流れガイド部材が流路（８）に設けられ、上記流れガイド部材は、ウォーターセパレータ（６）の未処理側（４’）においてダイヤフラム（７）の接線方向に流れる流れを生じることを特徴とするフィルタ装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうち何れか１項のフィルタ装置（１）を有する内燃機関を備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前文による自動車の内燃機関用のフィルタ装置に関するものである。さらに、本発明は、そのようなフィルタ装置を含む内燃機関が搭載された自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィルタ装置、特に燃料／潤滑油フィルタは近年の自動車に広く用いられ、燃料および潤滑油を清浄にする働きをする。全ての通常の燃料／潤滑油は、共通に、微々たる量の水分を含み、それは、一方で燃料／潤滑油の機能に関して影響を及ぼし、他方で内燃機関の腐食の危険性を増大させる。このため、多数のいわゆるウォーターセパレータが既に公知であり、それによって、依然として燃料／潤滑油に含まれる含有水分を可能な限り濾し取り、または分離する試みがなされている。水分分離の達成可能な程度が高いほど、含有水分によって引き起こされる腐食が生じる危険性、または含有水分による内燃機関の機能上の不都合な影響の危険性は低減される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、特に良好な水分の分離によって特徴づけられる、包括的なフィルタ装置の改良された実施例を提供する課題に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題は、本発明に従い、独立請求項の主題によって解決される。有利な実施例は、従属請求項の主題である。
【０００５】
本発明は、フィルタ装置、特に燃料または潤滑油フィルタ中にウォーターセパレータを配置するという概括的なアイデアに基づいている。上記ウォーターセパレータは、フィルタ装置のフィルタエレメント中に配置されて、フィルタエレメントの軸方向に延びる環状の疎水性のダイヤフラムを有し、燃料／潤滑油は、上記ダイヤフラムを通って、半径方向に外側から内側に向けて流れ得る。環状フィルタエレメントとして形成されるフィルタエレメントの下にウォーターセパレータを配置すると、ウォーターセパレータの未処理側部に沈殿室が形成されることになり、疎水性のダイヤフラムと関連して、燃料または潤滑油の含有水分が、好ましくは完全に、除去される結果をもたらす。ダイヤフラムは垂直に配置され、流れは半径方向に外側から内側方向に通過する。未精製室がウォーターセパレータの半径方向外側に位置するという事実によって、未精製室内の流速は既精製室内の流速に比べてかなり遅く抑えることができ、フィルタエレメントとの関連で、重い水分の沈殿効果が更にもたらされる。本発明によるフィルタ装置が動作する際には、燃料または潤滑油が通過する垂直に配列された環状のダイヤフラムは、さらに、浄化される燃料または潤滑油の流れの偏向を引き起こす。燃料または潤滑油は、最初はダイヤフラムと平行して流れ、通過するすぐ前に、ダイヤフラムに対して直角な方向に偏向される。これによって、分離される水分は、ダイヤフラムの疎水性の表面に特に容易に、そして、効果的に堆積することができ、その表面に沿って、重力により、水分収集／沈殿室に向けて下方に流れることができる。ここでの重要な利点は、ウォーターセパレータの未精製室内における上述のような遅い流速である。それによって、分離されるべき水分の特に高い沈殿率が達成され、そして、特に良好な水分分離が達成され得る。高い水分分離率によって、特に、内燃機関のための腐食の危険性を低減でき、燃料または潤滑油の機能が増大され得る。
【０００６】
本発明による解決手段の有利な発展では、流れは、フィルタ装置のフィルタエレメントを通過し、ウォーターセパレータを半径方向に外側から内側方向に通過する。そして、フィルタエレメントとウォーターセパレータとの軸方向の間に、フィルタエレメントの清浄側とウォーターセパレータの未処理側とを接続する流路が設けられ、これを通して、濾過された燃料または潤滑油が半径方向外方側に向けて螺旋状に流れる。このような流路の構成によって、フィルタエレメントの清浄側よりもウォーターセパレータの未処理側で、より遅い流速が達成され得る。これによって、以前の段落で詳述したように、分離されるべき水分の沈殿率を増加させることができ、したがって、分離の程度を改善できる。さらに、そのようなフィルタ装置内での流れの誘導によって、特にコンパクトな設計が可能になり、特に、現代的なエンジンコンパートメントにおいて、より小さくなりつつある利用可能な設置空間に関して、特に有利である。
【０００７】
本発明による解決手段の更に有利な実施例において、フィルタエレメントおよびウォーターセパレータは、別々のコンポーネントとして、または単一の組み合わせコンポーネントとして形成される。別々のコンポーネントとしての構成は、フィルタエレメント、およびウォーターセパレータが、必要に応じて、すなわち個別に交換できる利点を提供し、ウォーターセパレータ、またはフィルタエレメントだけが、それぞれ交換できるときに、フィルタエレメント、またはウォーターセパレータの不必要な交換を回避できる。対照的に、組み合わせコンポーネントとしての構成は、常に、両方のコンポーネント、すなわち、フィルタエレメントと、更にウォーターセパレータとが交換され、これによって、一方では、組み付け、分解作業が軽減でき、このようにして、より費用的に効果的な方法で実施されることができ、そして他方では、組み合わせコンポーネントの場合には、２つの別個のコンポーネントを保管または兵站的に管理する必要がないので、安価な保管および兵站コストが期待される利点を有する。
【０００８】
有利には、フィルタエレメントの清浄側、特にインナスカートの外側に、コアレッサ（coalescer）が設けられている。このようなコアレッサは、例えば、分離される液体（この場合水）の融合性質（coalescence behavior）に、定義された方法で適合されることができる。それによって、特に高い水分分離の程度が達成され得る。通常、液体混合物がそれを通して流れる多孔性材料、ワイヤメッシュ、およびパッキングエレメントがコアレッサとして用いられる。一般に、コアレッサは、常に同じ原理に従って機能する。すなわち、コアレッサは、凝集される（coalesced）べき材料の小さな液滴に対する障壁（barrier）を形成し、液滴は、上記障壁に捕捉され、徐々に、より大きなユニットに凝集する。一旦、凝集された液滴がある所定のサイズに達すると、それらは、重力によりコアレッサに沿って移動することができ、その下に集められ得る。通常、この種の凝集材料は、安価で、ほとんどいかなる実施例においても作製することができる。
【０００９】
本発明の更に重要な特徴、および利点は、従属請求項、図面、および図面に基づいた図解の関連づけられた説明から生じる。
【００１０】
上記特徴、および以下に説明される特徴が、それぞれ述べられた組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、または単独でも、本発明の文脈を逸脱しない範囲で用いられ得ることは理解されるべきである。
【００１１】
本発明の代表的な好ましい実施例は、図面に図示され、以下の記載でより詳しく説明される。同一の参照符号は、同一の、または類似の、または機能的に同一の構成要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のフィルタ装置の断面図を示す。
【図２】ウォーターセパレータを有するフィルタ装置における可能な実施例の詳細な図を示す。
【図３】図２と同様で、しかし、わずかに異なる実施例の図を示す。
【図４】図４（ａ）は、フィルタエレメントの受け軸として取り付けられた管を有するウォーターセパレータを示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の軸に受けられ、または取り付けられ得るフィルタエレメントを示す。
【図５】他の実施例のフィルタ装置における縦断面図を示す。
【図６】図４（ａ）の分解組立図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１によれば、本発明のフィルタ装置１は、例えば、燃料フィルタを構成し、フィルタハウジング２と、その内部に配置されて、それを通して半径方向に未処理側４（raw end）から清浄側３（pure end）に流れが通り抜ける環状のフィルタエレメント５を備えている。この例では、フィルタエレメント５の未処理側４は半径方向の外側に配置され、清浄側３は半径方向の内側に配置されている。フィルタエレメント５の清浄側３、より詳しくは、その下方には、やはり半径方向の外方側から内方側へ流れが通り抜けるウォーターセパレータ６が配置されている。それは、燃料／潤滑油は流れ得るが疎水性でフィルタエレメント５の軸方向に延びる環状のダイヤフラム７を有している。
【００１４】
図２、および図３は、ウォーターセパレータ６部分の異なる実施例における、本発明に従ったフィルタ装置１の詳しい具体例を示し、これによって、本発明のフィルタ装置１の機能、および特に本発明のウォーターセパレータ６によって増加する水分分離率が明確に例示され得る。まず、濾過される燃料は、未処理側４からフィルタエレメント５を通って清浄側３へと流れる。図１〜図３においては、燃料は、フィルタエレメント５の清浄側３を離れた後、下方に向けてほぼ垂直に、すなわちフィルタ装置１の軸方向に、フィルタエレメント５とウォーターセパレータ６との軸方向の間に形成された流路８まで流れる。流路は、フィルタエレメント５の清浄側３と、ウォーターセパレータ６の未処理側４’とを連通し、これを通って、燃料は螺旋状かつ放射状に外方に向けて流れる。そこで、ウォーターセパレータ６の未処理側４’では、フィルタエレメント５の清浄側３よりも流速が遅くなる。流路８の形状は、実質的に、流れが内側から外側に半径方向に貫く環状中空空間（annular hollow space）の一つに対応する。このようにして生じる流れは、例えば篩挿入体（sieve insert）としても形成され得るダイヤフラム７に沿って接線方向に流れる。上記流れは、例えば、流路壁１５に取り付けられたリブによって発生され得る。上記リブは、主として２つの機能を同時に果たす。第１に、フィルタエレメント５の下端円板１２をウォーターセパレータ６から離間させるように保って、流路８の横断面の定常的な流れ（constant flow cross-section）を確実にでき、第２に、リブの形状によって、燃料の流れが影響され得る。螺旋状の流れを生じさせるためには、例えば、放射状に外方に向けて湾曲した（radially outwardly curved）湾曲リブが用いられ得る。
【００１５】
ウォーターセパレータ６の未処理側４’における遅い流速によって、その側面で、燃料混合体中で運ばれる水分の特に良好な沈殿が可能になり、水分は、重力によって水分収集室９に蓄積され得る。遠心力によって、ウォーターセパレータ６の未処理側４’での燃料と水との混合体の回転は、水と燃料との分離において積極的な影響（positive effect）を与える。ダイヤフラム７は、疎水性に、すなわち少なくとも撥水性を有するように形成されるので、燃料にとって可能なように水がダイヤフラム７を透過することは、かなり難しい。そのような疎水性のダイヤフラム７は、特に、篩、またはワイヤメッシュのように形成されることができる。
【００１６】
ウォーターセパレータ６の未処理側４’における燃料／潤滑油の回転は、水滴の周りの局所的に静止した流れの形成を回避する。上記流れは、ダイヤフラム上の水滴を保持（retain）でき、やがてはその水滴を押し流す（push through）ことができ、これによって、燃料混合体中で運ばれる水分の沈殿を促進する。ここで、ウォーターセパレータ６（生産関連的または構成的に影響し得る：production-related or constructionally influencable）は、燃料／潤滑油の外方側から内側に向けての流速が異なる、周囲に亘って分散された領域を有し得る。最も多くの水分は、ダイヤフラム７における流速が速い領域上に存在する。水滴はダイヤフラム７に張り付き、燃料／潤滑油は、その水滴の回りを流れ、その水滴をダイヤフラム７への力で（with a force onto the diaphragm 7）押す。重力が水滴を下方に引き得るためには、ダイヤフラム７と水滴との間の「摩擦力」（ダイヤフラム７は、滑らかでなく、場合によっては、水滴とダイヤフラム７の間にフィットする形を形成し得る。）は、打ち負かされなければならない。流速が遅い領域では、ダイヤフラム７上の水滴を押す力はより小さく、流速がゼロの場合には、その力もゼロになる。その領域では、重力が水滴を下方に引くことは、流速の速い領域よりも容易である。そこで、燃料の質量の回転は、ダイヤフラム７上で分離された水滴を、現在または形成された（present or constructed）、流速の高速および低速な領域を通じて運ぶ。好ましくは、流速の遅い領域では、特に、もし支持構造／リブがダイヤフラム７を通過する直接の流路をブロックするなら、ダイヤフラム７上の水滴は、下方に沈み、水分収集室９に溜まる。
【００１７】
必要であれば、分離された水は、水分収集室９から放出され得る。また、そこにおいて、図１に示すように、更なる水分収集室９’が上記水分収集室９の下方に配置されることが考えられる。上記更なる水分収集室内では、分離された水中に残っている燃料が分離されることができ、再度燃料経路に供給され得る。
【００１８】
特に図１〜図３においては、燃料は、ダイヤフラム７を通過するためには、ウォーターセパレータ６の未精製室４’（crude chamber）内で最初にダイヤフラム７に平行して流れていた燃料の流れが、ダイヤフラム７に垂直な方向に偏向されるように方向の変化が必要であることが明確に示されている。燃料／潤滑油に比べて重い水は、上記方向が変化するや否や水分収集室９に向けて垂直方向下方に沈み込み、または燃料／潤滑油に運び去られてダイヤフラム７の疎水性の表面に収集される。
【００１９】
フィルタ装置１内へのウォーターセパレータ６の取付けの単純化を可能にするために、例えば、ウォーターセパレータ６は下方へ円錐状にテーパされるように、設けられ得る。さらに、ウォーターセパレータ６から軸方向に突出する管１０（特に図６参照。）が設けられ得る。上記管は、同時にフィルタエレメント５を保持する受け心棒として働く。オプションとしては、フィルタエレメント５を固めるインナスカート１１が、フィルタエレメント５と管１０との間に設けられ得る。上記インナスカートは、通常、襞のある星型に形成されるフィルタエレメント５が、その望ましい形状を維持するのを確実にする。管１０とウォーターセパレータ６とは、通常、互いに分離できないように、特に、互いに溶接されて接続される。
【００２０】
フィルタ装置１の修理または保守を個別に行うのを可能にするために、フィルタエレメント５とウォーターセパレータ６とは、分離されたコンポーネントとして形成され、必要に応じて個別に交換または保守可能なように設けられ得る。または、フィルタエレメント５とウォーターセパレータ６とが１つの複合コンポーネントを形成し、フィルタエレメント５を交換する際に、ウォーターセパレータ６も、ダイヤフラム７と伴に同時に自動的に交換されるようにすることも考えられる。上記の最後に言及された構造は、組み付けステップにおいて最初に互いに接続されなければならない２つの個別のコンポーネントに代えて、ただ１つの組み合わせコンポーネントだけが保管されて組み付けられることが必要とされ、これによって、一方では保管および兵站コストが、他方では製造コストが低減され得るという効果をもたらす。
【００２１】
図４のフィルタエレメント５を参照すれば明らかなように、下端円板１２は、以下のように形成される。すなわち、ウォーターセパレータ６に装着された状態では、上記端円板は、ウォーターセパレータ６の未精製室４’をそれ自身と同様に円周状に取り囲む。それとは対照的に、上端円板１３は、従来の方法で形成されている。
【００２２】
更に水分分離効果を向上させることを可能にするために、コアレッシングエレメント１４も、清浄側３、特にインナスカート１１の外側に配置され得る。これによって、既に、フィルタエレメント５の清浄側３において、燃料の流れがそれを出たすぐ後に、水分がコアレッシングエレメント１４への衝突において蓄積し分離し、その水分は、次に単にその重力に引かれて水分収集室９へと下方に流れ出ることができるような形で互いに結合する。コアレッシングエレメント１４で分離した水分の流出プロセスを容易にするために、流路８の流路壁１５は、放射状に外向きの方向において、斜め下方に延びて形成され得る。さらに、図示しない流れガイド部材が、例えば、フィルタエレメント５の清浄側３、および／またはウォーターセパレータ６の未処理側４’に配置され得る。上記流れガイド部材は、フィルタエレメント５を通って半径方向内側に流れる燃料を周方向に偏向させ、これにより、ダイヤフラム７に一様な流れをもたらす。
【００２３】
全体として、本発明によるこのようなフィルタ装置１によって、大幅に改善された水分分離が達成可能であり、これによって、一方では、下流の内燃機関の腐食の危険性を低減でき、他方で、燃料の効率を、改善できる。もちろん、本発明によるフィルタ装置１は、また、潤滑油、特に、有害な水分が除去されるべき油をフィルタリングするために形成することができる。
【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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