专利名称：燃料过滤元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料过滤元件，其包括的两层具有不同的孔径。
背景技术：
美国专利7137510(对应日本JP-T-2001-523562)公开了一种过滤元件，其具有的
两层沿着流动方向靠接在一起。布置在上游侧的层的孔径大于布置在下游侧的层的孔径，于是过滤精度在流动方 向得到提高。即，布置在上游的层是粗层，布置在下游侧的层是密层，其比粗层更密。沿着 流动方向，首先，较大的外来物质被粗层捕获。然后，通过粗层后的小的外来物质被密层捕 获。因此，在保证预定过滤效率的同时，能够延长过滤寿命。所述密层是过滤纸。过滤纸具有纤维素纤维，并可包括比如聚酯纤维的合成纤维 和高达50%的玻璃纤维。由比如木纸浆这样的纤维素纤维以及合成纤维制成的密层的孔径比较大。因此， 当过滤元件被用于燃料过滤器的过滤元件时，所述燃料过滤器安装在从燃料箱向发动机供 油的通道上，所述过滤元件难以有效地捕获像小于10 μ m的沙粒这样的外来物质，由此过 滤效率不充分。因此，在具有两层的过滤元件中，密层的结构特别重要。JP-A-2000-153116公开了一种过滤元件，其包括的过滤纸包含10重量％ -40重 量％的精细化纤维和90重量％ -60重量％的未精细化纤维。所述精细化纤维通过对天然 纤维进行精细化并制成纤维丝而制成，以具有小于等于50ml的游离度。未精细化纤维比如 是没有制成纤维丝的纤维素纤维。未精细化纤维不限于比如木纸浆这样的纤维素纤维。精 细化纤维也可以是有机纤维，比如人造纤维和聚酯。所述过滤元件包括被制成纤维丝的精细化纤维。然而，整个纤维的大部分是没有 被制成纤维丝的未精细化纤维。因此，过滤元件的孔径很大，而且过滤元件难以有效地捕获 像小于10 μ m的沙粒这样的外来物质。可以通过使精细化纤维的配合比超过60%来增加过 滤效率。然而，仅仅增加配合比会增大由过滤纸导致的压力损失，而且流体的通行阻力可能 特别的大。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种过滤效率高和过滤寿命长的燃料过 滤元件。按照本发明的燃料过滤元件包括第一层和第二层。第一层具有第一孔径。第二层 叠放在第一层上并且具有的第二孔径小于第一孔径。第二层是由包含精细化纤维和未精细 化有机纤维的纤维制成的过滤纸。所述精细化纤维是精细化工艺处理和成纤维丝后的纤 维素纤维，从而具有120ml-180ml范围内的游离度。所述未精细化有机纤维的纤维直径在 8μπι-13μπι的范围内。未精细化有机纤维没有用精细化工艺处理。精细化纤维占预定比的 纤维，未精细化纤维为剩余量。所述预定比在70重量％ -85重量％的范围内。
所述燃料过滤元件具有高的过滤效率和长的过滤寿命。
本发明的其它目的和优点从结合附图的下述示意实施例的详细说明中将更加明 显。其中图1是按照本发明的示意实施例的过滤元件的示意图；图2是表示游离度和过滤效率之间关系的图；图3是表示精细化纤维的配合比和过滤效率之间关系的图；图4是表示精细化纤维的配合比和压力损失之间关系的图；图5表示聚酯纤维的纤维直径和过滤效率之间关系的图；图6表示聚酯纤维的纤维直径和压力损失之间关系的图；图7表示按照第一对比实施例的密层的截面视图；图8表示按照第二对比实施例的密层的截面视图；图9表示按照本发明实施例的密层的截面视图。
具体实施例方式参照图1描述按照本发明实施例的过滤元件10。过滤元件10用于燃料过滤器中 的过滤元件，其布置在利用燃料泵从燃料箱向发动机供应燃料的通道上。过滤元件10被容 纳在比如由树脂制成的外壳(没有画出)内，并成形为带外壳的燃料过滤器。过滤元件10 由高度阻油特性的材料制成。在本实施例中，燃料是轻油，发动机是柴油发动机，过滤元件 10是柴油机用的过滤元件。过滤元件10具有两层结构，包括粗层11和密层12。粗层11用作第一层，密层12 用作第二层。粗层11布置在燃料流动方向的上游侧。粗层11具有第一孔径。密层12叠 在粗层11上，并布置在流动方向的下游侧。密层12的第二孔径小于第一孔径。换句话说， 密层12比粗层11密。沿着流动方向，首先，大的外来物质比如颗粒尺寸大于等于ΙΟμπι的 沙粒被粗层11捕获。然后，小的外来物质比如颗粒尺寸小于IOym的沙粒穿过粗层11后 被密层12捕获。因此，与单层结构的过滤元件相比，过滤元件10在保证了过滤效率的同时 具有较长的过滤寿命，并增加了存储能力。粗层11比密层12粗。粗层11可以由例如纸浆这样的天然纤维、聚酯这样的化学 纤维或者天然纤维与化学纤维的组合制成。粗层11可以是无纺布或者过滤纸。当粗层11 由有机纤维制成，而且没有包含比如玻璃纤维和金属纤维这样的金属成分时，粗层11能够 防止这样的问题，即金属成分(比如，玻璃中的Na)被燃料洗提、产生金属盐、金属盐附在喷 油器的滑动部分上，由此发生故障。例如，粗层11是由木浆纤维和聚酯纤维的组合制成的过滤纸。在该过滤纸中，木 浆纤维占约25重量％，聚酯纤维占剩余重量，即约75重量％。木浆纤维在横截面中为矩形， 一侧为10 μ m,另一侧为50 μ m。聚酯纤维的横截面为圆形，直径是3 μ m_5 μ m的范围内。过 滤纸浸满树脂比如酚醛树脂，由此过滤纸被增强并与密层12结合成一体。当粗层11是无 纺布时，粗层11通过已知方法比如压花工艺和层压工艺与密层12结合成一体。密层12比粗层11密。过滤层12是由包括精细化纤维和未精细化有机纤维的纤维制成的过滤纸。精细化纤维是由精细化工艺处理并形成纤维丝后的纤维素纤维，以具有120ml-180ml范围内的游离度。未精细化有机纤维没有用精细化工艺处理，其纤维直径在 8μπι-13μπι的范围内。精细化纤维占纤维的预定比例，未精细化有机纤维占剩余比例。所 述预定比例在70重量％ _85重量％的范围内。因此，未精细化有机纤维在30重量％ -15 重量％的范围内。密层12仅包括有机纤维作为纤维材料，不包括比如金属纤维和玻璃纤维 这样的金属成分。因此，不会出现由金属盐导致的问题。纤维素纤维可以是天然纤维比如纸浆纤维，或者是化学纤维(再生纤维)比如人 造纤维。纤维素纤维是一束纤维丝。在精细化工艺中，纤维丝纤维被施力摩擦，一部分纤维 丝出现在纤维素纤维的表面。因此，纤维素纤维具有保留成束不起绒的本体部分和位于本 体部分表面上的起绒部分。所述起绒部分均勻地散布，并与由纤维丝纤维的本体部分和未 精细化有机纤维构成的框架纤维缠绕在一起。因此，密层12具有三维布置的精细的小孔和 预定间隙。所述游离度基于日本工业标准法规JISP8121中描述的游离度测定方法用加拿 大标准游离度检测仪进行测量。未精细化有机纤维是没有经过精细化工艺处理的有机纤 维。未精细化有机纤维可以是天然纤维或者是化学纤维。当未精细化有机纤维是化学纤维 (比如聚酯纤维)，所述化学纤维的物理特性比如拉伸强度比用作精细化纤维的纤维素纤 维的要强，密层12具有高的耐用性。例如，密层12是由精细化纤维和聚酯纤维的组合制成的过滤纸。聚酯纤维比如由 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。在所述过滤纸中，精细化纤维占80%的重量，聚酯纤维 为剩余量，即约20重量％。所述精细化纤维由人造纤维形成，该人造纤维的横截面是圆形 的而且纤维直径为13 μ m。通过对人造纤维进行精细化和制成纤维丝来形成所述精细化纤 维，以使其游离度为150ml。所述聚酯纤维的横截面为圆形，纤维直径为13 μ m。过滤纸的 颗粒透过尺寸为小于5 μ m。过滤纸浸满树脂比如酚醛树脂，由此密层12被增强并与粗层 11结合在一起。如上所述，粗层11和密层12都可以是过滤纸，而且粗层11和密层12可以通过浸 渍的树脂结合成一体。因此，粗层11和密层12可以通过造纸工艺形成。比如，首先用造纸 机制成密层12，然后用造纸机在密层12上制成粗层11。因此，制造工艺简单，而且制造成 本得到降低。另外，因为粗层11和密层12都是过滤纸，粗层11和密层12能够容易地弯成 预定的形状(例如菊花形)。按照如下方式来评定密层12。通过ISO 19438描述的方法测量过滤效率。在过 滤效率的测定中，过滤面积是45cm2，流动率是0. 5L/分钟，试验用灰尘是IS012103-A3，上 游侧的灰尘浓度是10mg/L。在压力损失的测量中，过滤面积是530cm2，流动率是0.6L/分 钟.，试验用油是日本工业标准法规JIS K2204中规定的JIS No. 2轻油，温度是38°C。精 细化纤维通过对人造纤维进行精细化和形成纤维丝来形成，该人造纤维的横截面是圆形并 且纤维直径是约13 μ m。未精细化有机纤维是横截面为圆形的聚酯纤维。密层12沿流动方 向的厚度为0. 25mm。每张仅仅包含精细化纤维作为纤维的过滤纸的过滤效率也用上述方式进行测量。 过滤纸的游离度和过滤效率(所谓的5μπι效率)之间的关系如图2所示。当游离度为 150ml或180ml时，过滤效率为100%。然而，当游离度大于180ml (图2中的200ml, 210ml，240ml)时，过滤效率随着游离度变大而降低。这可能是因为当游离度大于180ml时，其精细 度不足以用作燃料过滤元件，即用来减小孔径的纤维丝的起绒部分很少。当游离度很小时，起绒部分的比率增大，保留为不起绒的束的纤维素纤维的本体 部分的直径被减小。换句话说，框架纤维变薄。按照本发明人的研究，当游离度小于120ml 时，难以制成过滤纸。因此，设定精细度使得游离度在120ml-180ml范围内。当精细化纤维 被制成纤维丝而具有120ml-180ml范围内的游离度时，过滤纸能够用作密层12，而且过滤 效率得到提高。按照本发明人的研究，在制成纤维丝后以使其游离度在120ml_180ml范围内的精 细化纤维中，纤维素纤维的本体部分的直径在10 μ m-11 μ m的范围内。因此，能够通过对截 面为圆形且纤维直径为13 μ m的人造纤维进行精细化和制成纤维丝，从而本体部分的直径 为10 μ m-11 μ m，来形成制成纤维丝后具有的游离度在120ml_180ml范围内的精细化纤维。 通常的木浆的直径在ΙΟμπι-δΟμπι范围内。因此，可以说IOym-Ilym的直径在木浆的直 径范围内。通过设定本体部分的直径为ΙΟμπι-ΙΙμπι，所述本体部分能够用作框架纤维，而 且精细化纤维的配合比能够如下述方式增加。用上述条件测量过滤纸的过滤效率，所述过滤纸的精细化纤维和聚酯纤维有各种 配合比。精细化纤维的配合比与过滤效率(所谓5μπι效率)之间的关系如图3所示。聚 酯纤维的纤维直径为13 μ m。设定游离度为180ml，该值为上限。当精细化纤维的配合比大 于等于70重量％ (图3中，70重量％，80重量％和100重量％)过滤效率为100%。当精 细化纤维的配合比小于70%重量(图3中，60重量％，50重量％和35重量％ )过滤效率 随着配合比变小而降低。这是因为当配合比小于70重量％时，用于减小孔径的起绒部分太 少，而不能用作燃料过滤元件。针对游离度是120ml或150ml的每种情况还研究了精细化纤维的配合比与过滤效 率之间的关系。按照研究情况，要实现过滤效率为100%所要求的精细化纤维的配合比随着 游离度变小而降低。即，在游离度为120ml或150ml的每种情况中，当精细化纤维的配合比 大于或等于70重量％时，过滤效率为100%。因此，设定精细化纤维的配合比大于等于70 重量％。由此，当游离度在120ml到180ml范围内时，过滤效率能够达到100%。当游离度为180ml时精细化纤维的配合比和压力损失之间的关系如图4所示。在 测量压力损失时，以类似于测量过滤效率的方式，纤维直径为13 μ m的聚酯纤维被用作未 精细化有机纤维。如图4所示，当精细化纤维的配合比小于等于85重量％ (图4中，85重 量％，75重量％和65重量％ )，压力损失稳定在约0. 25kPa。当配合比大于85重量％ (图 4中，90重量％，100重量％)时，与配合比小于等于85重量％时相比，压力损失随着配合比 增加而急剧升高。这是因为当配合比大于85重量％时，用于减小孔径的起绒部分增加，过 滤纸中的间隙被减小。对于游离度为120ml或150ml的每种情况，还研究了精细化纤维的配合比和压力 损失之间的关系。按照研究情况，压力损失随着游离度变小而增加。此外，在每种情况中，当 配合比大于85重量％时，与配合比小于等于85重量％相比，压力损失随着配合比增加而急 剧增加。因此，设定精细化纤维的配合比小于等于85重量％。因此当游离度在120ml-180ml 范围内时，能够限制压力损失并且将其稳定在低值，由此延长了过滤寿命。图5表示与精细化纤维组合在一起的聚酯纤维的纤维直径与过滤效率(所谓的5ym)之间的关系，其中精细化纤维的游离度为180ml，精细化纤维与聚酯纤维的配合比是 70 30(精细化纤维的配合比的下限)。如图5所示，当聚酯纤维的纤维直径是8μπι或 13 μ m时，过滤效率为100%。当纤维直径是18 μ m时，过滤效率稍微下降低于100%，大约 为99.5%。当纤维直径是25 μ m时，过滤效率是大约96. 5%。当纤维直径是40 μ m时，过 滤效率是大约90.5%。即，过滤效率在纤维直径大于18μπι时急剧下降。这是因为当聚酯 纤维的纤维直径大于13 μ m特别是大于18 μ m时，用作框架纤维的聚酯纤维变厚，纤维素纤 维的起绒部分太少而不能均勻地分布，从而不能与聚酯纤维缠绕在一起。还研究了在其它的配合比情况下(比如，精细化纤维与聚酯纤维的配合比为 85 15)聚酯纤维的纤维直径与过滤效率之间的关系。按照该研究，随着精细化纤维的配 合比增加，为了实现100%的过滤效率的纤维直径的上限变大。因此，当精细化纤维对聚酯 纤维的配合比也是85 15时，纤维直径为13 μ m时过滤效率为100%。因此，设定聚酯纤 维的纤维直径小于等于13 μ m。由此，当精细化纤维的配合比在70重量％到85重量％的范 围内时，过滤效率为100%。图6表示在游离度为180ml、精细化纤维与聚酯纤维的配合比为85 15时聚酯 纤维的纤维直径与压力损失之间的关系。纤维直径为Oym的数据仅是精细化纤维占100 重量％情况下的样本数据。如图6所示，当纤维直径大于等于8 μ m(图6中，8 μ m，13 μ m， 18 μ m, 25 μ m和40 μ m)时，压力损失稳定在约0. 25kPa。当纤维直径小于8 μ m时，与纤维 直径大于等于8μπι时相比，随着纤维直径减小，压力损失急剧增加。这是因为当聚酯纤维 的纤维直径小于8 μ m时，框架纤维变薄，过滤纸内的间隙减小。还研究了在其它配合比情况下(比如精细化纤维与聚酯纤维的配合比为70 30) 聚酯纤维的纤维直径和压力损失之间的关系。按照该研究，压力损失随着精细化纤维的配 合比下降而减小。此外，当纤维直径小于8μπι时，与纤维直径大于等于8μπι时相比，压力 损失随着纤维直径减小而急剧增加。因此，设定纤维直径大于等于8 μ m。由此，当配合比 在70重量％ -85重量％的范围内时，能够限制压力损失并将其稳定在低值，由此延长了过 滤寿命。尽管参照附图结合实施例已经充分地描述了本发明，应当指出，对于本领域技术 人员而言作出各种变化和改进是很明显的。在上述实施例中，使用轻油作为燃料的例子。然而，燃料不限于轻油，还可以是其 它的液体燃料。比如，燃料还可以是汽油，酒精燃料比如甲醇，或者是汽油与甲醇的混合溶 液。在上述实施例中，由PET制成的聚酯纤维被用作未精细化有机纤维的一个举例。 然而，未精细化有机纤维还可以是由除了 PET之外的聚酯纤维(例如，聚对苯二甲酸丁二 酯)制成或者除了聚酯纤维之外的其它有机纤维(例如，尼龙或纸浆)制成。未精细化有机 纤维的横截面形状不限于圆形。例如，未精细化有机纤维的横截面形状可以是矩形或多边 形。按照本发明人的研究，当聚酯纤维由扁平形状的横截面10 μ mx50 μ m的木浆制成时，精 细化纤维的游离度是180ml，并且精细化纤维与聚酯纤维的配合比是80 20，压力损失是 0.4kPa。另一方面，当聚酯纤维为圆形横截面，而且其它条件相同时，压力损失是0.25kPa。 因此，未精细化有机纤维的横截面形状也影响压力损失和过滤寿命。参照图7-9描述原因。图7-9表示由精细化纤维13和未精细化纤维14制成的密层12的横截面视图。未精细化纤维14用阴影线表示，从而未精细化有机纤维14能够与精 细化纤维13区分。精细化纤维13包括起绒部分13a和用作框架纤维的本体部分13b。图 7-9中，显示起绒部分13a与本体部分13b分离。然而，实际上，起绒部分13a在本体部分 13b的表面上起毛。图7和图8是对比实施例，图9是本发明的示意实施例。图7-9中的箭 头表示燃料的流动方向。在图7所示的第一对比例中，未精细化有机纤维14的横截面是扁平的。沿着未 精细化有机纤维14的横截面，未精细化有机纤维14在第一方向具有第一尺寸，在与第一 方向垂直的第二方向具有第二尺寸，第一尺寸在8μπι到13 μ m的范围内，第二尺寸大于 13μπι(例如IOymx 50 μ m)。在按照第一对比例的密层12中，燃料的流动可以通过未精细 化有机纤维14得到限制，由此压力损失可能增加。在图8所示的第二对比例中，未精细化有机纤维14的横截面是扁平的。沿着未精 细化有机纤维14的横截面，未精细化有机纤维14在第一方向具有第一尺寸，在垂直于第一 方向的第二方向具有第二尺寸，第一外径小于8 μ m,第二直径在8 μ m-13 μ m的范围内(例 如，2 μ mx8 μ m)。在按照第二对比例的密层12中，由框架纤维即精细化纤维13的本体部分 13b和未精细化有机纤维提供的间隙变小，布置在所述间隙内的起绒部分13a的比率增加。 结果，过滤纸的孔径变得太小，压力损失增加。在图9所示的实施例中，未精细化有机纤维14的横截面是圆形。沿着未精细化有 机纤维14的横截面，未精细化有机纤维14在第一方向具有第一尺寸，即第一直径，在垂直 于第一方向的第二方向具有第二尺寸，即第二直径，第一尺寸和第二尺寸都在8 μ m-13 μ m 的范围内。此外，第一尺寸等于第二尺寸。在这种情形下，未精细化有机纤维14没有过度 限制燃料的流动，孔径不是太小。此外，因为具有预定尺寸的间隙均勻地消失，压力损失得 到限制。在上述对比例中，沿着彼此垂直的第一方向和第二方向，在一个方向上的尺寸在 8 μ m-13 μ m范围内，另一个方向的尺寸没有在8 μ m_13 μ m范围内。此外当第一尺寸和第二 尺寸在8 μ m-13 μ m的范围内而且第一尺寸和第二尺寸之间的差异很大时，压力损失可能 由于上述原因增加。因此，沿着未精细化有机纤维14的横截面，当沿第一方向的第一尺寸 等于垂直于第一方向的第二方向的第二尺寸时，密层12的压力损失能够有效地得到限制， 过滤寿命能够有效地延长。例如，当未精细化有机纤维14如图9所示在横截面上是圆形时， 密层12的压力损失能够有效地得到限制，过滤寿命能够有效地延长。
8
权利要求
1.一种燃料过滤元件(10)，包括 具有第一孔径的第一层(11)；和叠放在第一层(11)上的第二层(12)，所述第二层(12)具有的第二孔径小于第一孔径， 第二层(12)是由包含精细化纤维(13)和未精细化有机纤维(14)的纤维制成的过滤纸，所 述精细化纤维(13)是经精细化工艺处理并成纤维丝后的纤维素纤维，以具有120ml-180ml 范围内的游离度，所述未精细化有机纤维(14)的纤维直径在8 μ m-13 μ m的范围内，未精细 化有机纤维(14)没有经精细化工艺处理，精细化纤维(13)占纤维中的预定比，未精细化有 机纤维(14)占剩余的比例，所述预定比在70重量％-85重量％的范围内。
2.如权利要求1所述的燃料过滤元件(10)，其中 所述第一层(11)布置在燃料流动方向的上游侧，和 所述第二层(12)布置在流动方向的下游侧。
3.如权利要求1所述的燃料过滤元件(10)，其中沿着未精细化有机纤维(14)的横截面，未精细化有机纤维(14)在第一方向具有第一 尺寸，在垂直于第一方向的第二方向具有第二尺寸，和 所述第一尺寸等于第二尺寸。
4.如权利要求3所述的燃料过滤元件(10)，其中 未精细化有机纤维(14)的横截面为圆形。
5.如权利要求1所述的燃料过滤元件(10)，其中所述精细化纤维(13)具有本体部分(13b)和位于本体部分表面上的起绒部分(13a)；和所述本体部分(13b)的直径在IOym-Ilym的范围内。
6.如权利要求1-5任一项所述的燃料过滤元件(10)，其中 所述第一层(11)是由有机纤维制成的过滤纸，和所述第一层(11)和第二层(12)通过浸渍的树脂结合成一体。
全文摘要
燃料过滤元件(10)包括第一层(11)和第二层(12)。第一层(11)具有第一孔径。第二层(12)叠放在第一层(11)上并且具有的第二孔径小于第一孔径。第二层(12)是由包含精细化纤维(13)和未精细化有机纤维(14)的纤维制成的过滤纸。所述精细化纤维(13)是经精细化工艺处理和成纤维丝后的纤维素纤维，从而具有120ml-180ml范围内的游离度。所述未精细化有机纤维(14)的纤维直径在8μm-13μm的范围内，并且没有用精细化工艺处理。精细化纤维(13)占纤维的70重量％-85重量％，未精细化纤维(14)为剩余量。
文档编号B01D39/18GK102000455SQ20101026591
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者米本敏幸 申请人:株式会社电装