(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンのための燃料フィルタであって、少なくとも１つのフィルタヘッド（１１）と、このフィルタヘッド（１１）に密に結合されていて、フィルタケーシング（１５）を形成する少なくとも１つのフィルタ容器（１２）と、フィルタケーシング（１５）に連通する少なくとも１つの燃料入口（１６）および少なくとも１つの燃料出口（１７）と、フィルタケーシング（１５）内に配置されていて、未浄化側（１９）を浄化側（２０）から密に隔離する少なくとも１つのフィルタエレメント（１３）と、少なくとも１つの加熱装置（１４）とが設けられている形式のものにおいて、加熱装置（１４）が、少なくとも１つの扁平な面（３３）を備えた少なくとも１つの熱伝導体（２９）と、扁平な面（３３）上に被着された少なくとも１つの熱安定性の支持層（３５）と、この支持層（３５）上に被着された少なくとも１つの加熱線条（３４）と、燃料フィルタ（１０）内に加熱装置（１４）を位置固定するために働く少なくとも１つのフランジ（２５）と、電圧を供給するための少なくとも１つの接点（３０）とによって形成されており、熱伝導体（２９）がバーとして形成されており、熱伝導体（２９）が、半円形の横断面を有しており、熱伝導体（２９）が、熱伝導のための少なくとも１つのリブ（３８）を有しており、このリブ（３８）が、バーの長手方向軸線に対して平行に配置されていることを特徴とする、燃料フィルタ。
【請求項２】
熱安定性の支持層（３５）が、セラミック・ハイブリッド層である、請求項１記載の燃料フィルタ。
【請求項３】
加熱装置（１４）が燃料入口（１６）に配置されている、請求項１記載の燃料フィルタ。
【請求項４】
加熱装置（１４）を制御するための電子素子（３６）が、扁平な面上に被着されている、請求項１または３記載の燃料フィルタ。
【請求項５】
加熱装置（１４）が、現在の燃料温度を検出するための手段を有している、請求項１、３または４記載の燃料フィルタ。
【請求項６】
燃料温度を検出するための手段がＰＴＣ素子である、請求項５記載の燃料フィルタ。
【請求項７】
加熱装置（１４）が２つの熱伝導体（２９）を有しており、両熱伝導体（２９）が、その扁平な面で互いに重なり合って配置されていて、共通の加熱線条（３４）を有している、請求項１、３、４、５または６記載の燃料フィルタ。
【請求項８】
扁平な面が、被着された全ての素子（３４，３６）と共に保護層（３７）によってカバーされている、請求項１、３、４、５、６または７記載の燃料フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にディーゼルエンジンのための燃料フィルタであって、少なくとも１つのフィルタヘッドと、このフィルタヘッドに密に結合されていて、フィルタケーシングを形成する少なくとも１つのフィルタ容器と、フィルタケーシングに連通する少なくとも１つの燃料入口および少なくとも１つの燃料出口と、フィルタケーシング内に配置されていて、未浄化側を浄化側から密に隔離する少なくとも１つのフィルタエレメントと、少なくとも１つの加熱装置とが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料フィルタは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８２９１２６号明細書に基づき公知である。この燃料フィルタは、燃料入口と燃料出口とを備えたフィルタヘッドと、フィルタカートリッジと、燃料加熱装置とを有している。この燃料加熱装置は、燃料フィルタを通って流れるディーゼル燃料のような燃料を加熱するために使用される。ディーゼル燃料は、例えばパラフィンのような成分を含有している。この成分は０℃以下の低い温度で粘性（半流動性）もしくは固相になるので、ディーゼル燃料は粥状の粘度を呈する。この結果、通常は燃料タンクとエンジンとの間の燃料管路に設けられた燃料フィルタ内に配置されている燃料フィルタエレメントが詰まって閉塞することがあり得る。これによって、エンジンにはもはや燃料が供給されず、エンストを生ぜしめることになる。
【０００３】
ディーゼル燃料が液状に維持されかつ燃料フィルタエレメントが閉塞しないように抵抗加熱装置が設けられている。この抵抗加熱装置はフィルタヘッド内に配置されている。この抵抗加熱装置は半導体パワースイッチを介して作動され、加熱素子を有している。この加熱素子はＰＴＣ素子（正温度係数を有する素子）として形成されている。ＰＴＣ素子の抵抗は、温度閾値を超えると飛躍的に上昇する。ＰＴＣ素子の過熱を阻止するために、電流の最大の流量を制限する、直列に接続されたパワースイッチが設けられている。
【０００４】
ＰＴＣ素子を制御するために、温度に対して敏感な素子を有する制御・給電回路装置が必要となる。温度に対して敏感な前記素子はバイメタルまたはサーミスタであってもよい。しかし、この素子は、燃料フィルタ内に組込み体積を必要とし、これによって、燃料フィルタの組付けスペースが増大してしまう。
【０００５】
一般的に知られているように、ディーゼル燃料は１７５℃以上に加熱されてはならない。なぜならば、この温度で蒸気気泡形成（ベーパロック）が始まり、これによって、燃焼動作が悪化してしまうからである。
【０００６】
しかし、ＰＴＣ素子は２００℃の表面温度に達することができる。これによって、ＰＴＣ素子に直接接触するディーゼル燃料は、その臨界点の１７５℃以上に加熱され、その結果、蒸気気泡が形成される。さらに、ＰＴＣ素子の出力は、燃料の体積流と温度とに関連している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、加熱装置を備えた燃料フィルタを改良して、加熱装置が、小さな組込み空間しか必要としないにもかかわらず、燃料への良好な熱伝達を可能にし、しかも、極めて高い表面温度が発生しないようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、加熱装置が、少なくとも１つの扁平な面を備えた少なくとも１つの熱伝導体と、扁平な面上に被着された、特にセラミック・ハイブリッド層のような少なくとも１つの熱安定性の支持層と、この支持層上に被着された少なくとも１つの加熱線条と、燃料フィルタ内に加熱装置を位置固定するために働く少なくとも１つのフランジと、電圧を供給するための少なくとも１つの接点とによって形成されているようにした。
【０００９】
【発明の効果】
本発明による燃料フィルタは、有利には、燃料、特にディーゼル燃料およびバイオディーゼル（ＲＭＥ／ＰＭＥ）を適切に加熱することができると同時に、これによって、燃料の温度が５℃以下の場合でも、燃料の濾過およびエンジンへの燃料の供給を保証することができる。この場合、燃料を加熱するために、加熱装置が設けられている。この加熱装置は、小さな組込みスペースしか必要とせず、最大で１２０℃の表面温度を発生する。
【００１０】
このためには、燃料フィルタが、フィルタヘッドとフィルタ容器とを有している。このフィルタヘッドとフィルタ容器とは、互いに密に結合されていて、共にフィルタケーシングを形成している。さらに、燃料フィルタは燃料入口と、燃料出口と、フィルタエレメントと、加熱装置とを有している。フィルタヘッドは、それ以外の機能を果たすことなしに、例えばカバーとして使用することもできるし、燃料フィルタを、この燃料フィルタのために設けられた構成部分に固定するために使用することもできる。さらに、燃料入口および／または燃料出口をフィルタヘッド内に組込むことができる。燃料入口と燃料出口とは、フィルタケーシングによって形成されたケーシング体積と連通している。濾過材はケーシング体積を未浄化側と、この未浄化側から密に隔離された浄化側とに分割している。燃料入口は未浄化側に連通しており、燃料出口は浄化側に連通している。
【００１１】
加熱装置は、燃料が濾過材を通過する以前に過熱されるように、燃料フィルタの未浄化側に配置されている。このためには、加熱装置が未浄化側でフィルタヘッドまたはフィルタ容器に配置され得る。２つの加熱装置が燃料フィルタ内に組み込まれていてもよい。この場合、第１の加熱装置はフィルタ容器底部に配置することができ、第２の加熱装置はフィルタヘッドに配置することができる。さらにそれよりも多くの、例えば３つまたは４つの加熱装置を、角隅にわたって延びていてもよいフィルタ容器壁に分配して配置することができる。加熱装置は燃料を加熱する以外に、フィルタ容器底部に集まる分離水を加熱するために使用することもできる。
【００１２】
加熱装置は、少なくとも１つの熱伝導体と、支持層と、加熱線条と、フランジと、電圧供給のための接点とを有している。熱伝導体は、少なくとも１つの扁平な面を有している。この面上に支持層が被着されている。この支持層が、加熱線条によって発生した熱によって破壊されないように、支持層は、例えばセラミックスまたは金属のような熱安定性の材料によって形成される。さらに、支持層は、加熱線条に短絡を引き起こしてはならない。これによって、熱安定性の材料は付加的になお電気的に絶縁した特性を有していなければならない。さらに、支持層は良好な熱伝導特性を有していなければならない。なぜならば、加熱線条によって発生した熱は、支持層を介して熱伝導体に伝達されなければならないからである。このためには、支持層が、例えばセラミックス層、合成樹脂または接着剤から成ることができる。加熱線条は、独立した構成部分として支持層上に被着されてもよいし、例えばスクリーン印刷法で支持層面にプリントされていてもよい。加熱線条は任意の経過で支持層上に被着されていてよい。この場合、できるだけ大きな加熱面を熱伝導体の扁平な面上に獲得することが目標とされる。加熱面には、加熱線条の配置形式によって影響が与えられる。加熱線条は、例えば薄膜状、螺旋状、円形または多角形に配置されていてよい。
【００１３】
フランジは、燃料フィルタに加熱装置を取り付けかつ位置固定するために使用される。加熱装置が外部からフィルタケーシング内へ差し込まれる場合、未浄化側内へ突入する領域と、燃料フィルタから突出する領域との間に、燃料が燃料フィルタから流出することがあり得ないようにシール部材を設けることができる。加熱装置が専ら燃料フィルタの内部に取り付けられる場合には、シール部材を省略することができる。フランジは、フィルタケーシングに固定するために、例えば雌ねじ山、取付け孔、バヨネット式閉鎖部または、締付けフックまたはクリップのための収容部を有することができる。
【００１４】
さらに、加熱装置は電圧供給のための接点を有している。この接点は、電圧源に接続可能である２つのケーブルによって形成され得る。さらに、接点はコネクタに組み込まれていてよい。このコネクタは顧客の要望に応じて変化させることができる。加熱装置は接点を介して、例えば搭載コンピュータによって制御される。搭載コンピュータは、例えばセンサを介して、例えばエンジンデータ、外気温度、燃料温度のような種々のデータを検出することができ、それに応じて、加熱装置を接続または遮断することができる。
【００１５】
本発明の思想の有利な構成では、加熱装置が燃料入口に配置されている。なぜならば、燃料が、濾過材に最初に接触する以前に加熱され、この箇所には、フィルタエレメントの手前の最狭の横断面が存在しているので、燃料を最も良好に加熱することができるからである。
【００１６】
加熱装置の特別な構成は、バー状の熱伝導体の使用にある。この構成によって、熱伝導体は放熱面を有している。この放熱面は、長さよりも狭い幅を有している。このような形式の構成によって、加熱装置は大きな扁平な面を有することができかつ細長い通路内に組み込まれ得る。
【００１７】
本発明の変化形では、熱伝導体の横断面が半円形に形成されている。この場合、扁平な面の幅は、半円形の横断面の直径に相当しており、熱伝達のために、前記横断面の円弧に沿ってより大きな表面が使用される。
【００１８】
本発明の変化形では、バー状の熱伝導体の長手方向軸線に対して平行に延びる少なくとも１つのリブが設けられている。１つのリブの使用によって、熱伝達のために使用可能な表面が拡張される。複数のリブが使用される場合には、熱伝達のために使用される表面がさらに拡張される。
【００１９】
加熱装置を制御するための電子素子が、扁平な面上に被着されると有利である。この場合、加熱装置は、外部の制御装置または搭載コンピュータとは無関係である。電子素子は、例えば支持層上に鑞接され得るかまたは接着され得る。
【００２０】
本発明の別の変化形では、現在の燃料温度を検出するための手段が設けられている。この手段は、例えば加熱装置を接続しかつ遮断するバイメタルスイッチであってよい。
【００２１】
燃料温度を検出するための手段の特別の構成は、燃料温度に応じて加熱装置を接続または遮断し、この場合、極く僅かな体積しか有していないＰＴＣ素子の使用にある。予め設定された目標値に相応して、電子スイッチは接続または遮断する。
【００２２】
本発明の変化形では、加熱装置は２つの熱伝導体を有している。両熱伝導体は、その扁平な面で互いに重なり合って配置されていて、共通の加熱線条を有している。このためには、第１の熱伝導体が支持層と加熱線条とを有しており、第２の熱伝導体が、支持層なしに直接にまたは支持層を介して加熱線条上に被着されていて、第１の熱伝導体に結合されている。これによって、ただ１つの加熱線条が２つの熱伝導体を加熱する。これによって、発生した熱は一層良好に燃料に伝達される。
【００２３】
扁平な面が、この面上に被着された、例えばＰＴＣ素子、電子素子、抵抗および加熱線条のような全ての素子と共に、１つの保護層によってカバーされており、これによって、燃料がこれらの素子と直接接触して、これらの素子を破壊しないようになっていると有利である。保護層は、燃料によって破壊されないばかりでなく、加熱線条によって発生した熱に対しても温度安定性を有する材料から成っている。さらに、保護層の材料は、被着された素子に作用を及ぼすものであってはならない。有利には、この材料は同様に熱を燃料に伝送する。保護層は、例えば二成分接着剤から成っていてよい。
【００２４】
本発明の有利な構成の前記特徴およびさらなる特徴は、特許請求の範囲の他に、発明の実施の形態および図面の簡単な説明からも明らかである。この場合、本発明の個々の特徴はそれぞれ独立してまたは多数の特徴を組合せた形で実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２６】
図１には燃料フィルタ１０が断面図で示してある。燃料フィルタ１０は、フィルタヘッド１１と、フィルタ容器１２と、フィルタエレメント１３と、加熱装置１４とを有している。フィルタヘッド１１は、燃料入口１６と燃料出口１７とを有していて、例えばプレス嵌め、ねじ結合またはスナップ結合によって密にフィルタ容器１２に結合されている。これによって、フィルタケーシング１５が形成される。フィルタケーシング１５はフィルタケーシング体積１８を取り囲んでいる。この場合、フィルタエレメント１３がフィルタケーシング体積１８内に配置されていて、未浄化側１９を浄化側２０から密に隔離している。未浄化側１９は燃料入口１６に連通しており、浄化側２０は燃料出口１７に連通している。フィルタエレメント１３は、下側の端部ディスク２１によってフィルタ容器１２に密に接触しており、上側の端部ディスク２２によって接続管片２３に密に接触している。この接続管片２３はフィルタヘッド１１に一体成形されていて、燃料出口１７に接続されている接続管路２４を取り囲んでいる。
【００２７】
フィルタヘッド１１内には加熱装置１４が挿入されている。本実施例では、この加熱装置１４はフィルタヘッド１１と密にねじ結合されている。このためには、加熱装置１４が、六角ヘッドとして形成されたフランジ２５を有している。このフランジ２５には雄ねじ山領域２６が続いており、この雄ねじ山領域２６は雌ねじ山２７にねじ込まれている。加熱装置１４をシールするために、扁平シール部材２８がフランジ２５とフィルタヘッド１１との間に挿入されている。雄ねじ山領域２６には熱伝導体２９が続いている。この熱伝導体２９は、図２および図３につき詳しく説明する。フランジ２５を通って接点ケーブル３０が案内されている。この接点ケーブル３０は、加熱装置１４の電子素子に接続されている。前記接点ケーブル３０は、例えばプラグに接続されていてもよいし、例えば鑞接によって電圧源に直接結合されていてもよい。
【００２８】
燃料が燃料入口１６を通って燃料フィルタ１０内へ流入するとすぐに、燃料は、燃料温度が例えば５℃以下の場合、加熱装置１４によって加熱される。燃料の加熱は、燃料が加熱装置１４に沿って流動することによって行われる。これによって、燃料が液化され、フィルタエレメント１３を閉塞することはなくなる。これによって、燃料フィルタ１０に後置されたエンジンには確実に燃料が供給される。
【００２９】
図２には、加熱装置１４が平面図で示してある。本実施例では、フランジ２５′は、取付け孔（図示せず）を有する長方形プレートとして形成されている。フランジ２５′にはシール領域３１が続いている。このシール領域３１は溝３２を有している。この溝３２内にはシールリング（図示せず）を挿入することができる。このシールリングは、図１に示したフィルタヘッド１１内に設けられた収容孔（図示せず）と共に密な結合部を形成している。
【００３０】
熱伝導体２９は扁平な面３３を有している。この面３３上には、加熱線条３４を有する支持層３５が被着されている。さらに、この支持層３５上には電子素子３６が配置されている。この電子素子３６は、例えば燃料温度を検出するＰＴＣ（正温度係数）素子、抵抗またはチップの電子評価回路であってよい。
【００３１】
図３には、加熱装置１４が側面図で示してある。この場合、フランジ２５′は、図２で説明したように長方形である。フランジ２５′にはシール領域３１が続いている。このシール領域３１には、やはり熱伝導体２９が続いている。例えばアルミニウムから成る熱伝導体２９上には、セラミックス・ハイブリッド層によって形成される支持層３５が被着されている。この支持層３５上には、電子素子３６と加熱線条３４とが被着されている。両構成要素３４，３６上には保護層３７が配置されている。この保護層３７はすべての構成要素３４，３６を密にカバーしていて、これによって、燃料がこれらの構成要素３４，３６を破壊しないようになっている。
【００３２】
図４には、熱伝導体２９の長方形横断面が示してある。
【００３３】
図５には、熱伝導体２９の半円形横断面が示してある。
【００３４】
図６には、リブ３８を備えた熱伝導体２９の横断面が示してある。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料フィルタの断面図である。
【図２】加熱装置の平面図である。
【図３】加熱装置の側面図である。
【図４】熱伝導体の長方形横断面を示す図である。
【図５】熱伝導体の半円形横断面を示す図である。
【図６】リブを備えた熱伝導体の横断面を示す図である。
【符号の説明】
１０  燃料フィルタ、  １１  フィルタヘッド、  １２  フィルタ容器、  １３  フィルタエレメント、  １４  加熱装置、  １５  フィルタケーシング、  １６  燃料入口、  １７  燃料出口、  １８  フィルタケーシング体積、  １９未浄化側、  ２０  浄化側、  ２１  端部ディスク、  ２２  端部ディスク、２３  接続管片、  ２４  接続管路、  ２５，２５′  フランジ、  ２６  雄ねじ山領域、  ２７  雌ねじ山、  ２８  扁平シール部材、  ２９  熱伝導体、３０  接点ケーブル、  ３１  シール領域、  ３２  溝、  ３３  面、  ３４加熱線条、  ３５  支持層、  ３６  電子素子、  ３７  保護層、  ３８  リブ
【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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