燃料过滤系统
本申请是申请日为2015年08月10日、进入中国国家阶段申请日为2017年04月07日、申请号为201580054675.7、发明名称为“燃烧过滤系统”的发明申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年8月14日提交的申请号为3996/CHE/2014的印度临时专利申请的优先权的权益，其全部内容通过引用引入本文。
技术领域
本公开涉及用于内燃机的燃料过滤系统。
背景技术
燃料过滤系统影响内燃机的燃料经济性、性能、排放和操作。在一些系统中，例如高马力发动机中，燃料供应中异常小的污染颗粒可能引起关键燃料系统部件不能接受的磨损或故障。因计划外的修复或替换这些部件而关闭系统可能是困难的、耗时的以及花费高昂的。例如，像高马力发动机这样的发动机一般根据特定协议关闭和启动。例如，如果高马力发动机例如由于零件故障而在热状态关闭(也称为热关闭)，则发动机在重新启动之前可能需要足够的冷却时段，而不造成在发动机重新启动时损坏动力缸的巨大风险。另外，由于这种发动机系统可能远程操控，修理或更换燃料过滤部件可能具有挑战性，这是因为其可能难以不期地计划或实施维修呼叫。
发明内容
各实施例提供燃料过滤系统以及控制、制造和操作燃料过滤系统的方法。燃料过滤系统包括第一燃料过滤头、第二燃料过滤以及换向阀，所述第一燃料过滤头流体联接至一个或多个第一燃料过滤器，所述第二燃料过滤头流体联接至一个或多个第二燃料过滤器，所述换向阀联接所述第一燃料过滤头和所述第二燃料过滤头。所述换向阀包括主阀入口端口、主阀出口端口和可移动阀体，所述可移动阀体可从第一位置移动到第二位置。所述第一位置将所述第一燃料过滤头流体联接至所述主阀出口端口并且将所述第二燃料过滤头从所述主阀出口端口流体断开。所述第二位置将所述第二燃料过滤头流体联接至所述主阀出口端口并且将所述第一燃料过滤头从所述主阀出口端口流体断开。
在另一实施例中，提供一种燃料过滤系统，该燃料过滤系统包括第一燃料过滤头、第二燃料过滤头以及换向阀，所述第一燃料过滤头流体联接至一个或多个第一燃料过滤器，所述第二燃料过滤头流体联接至一个或多个第二燃料过滤器，所述换向阀联接所述第一燃料过滤头和所述第二燃料过滤头。所述的换向阀包括主阀入口端口、主阀出口端口和可移动阀体，该可移动阀体配置成将所述第一过滤头和所述第二过滤头中的至少一个流体联接至所述主阀出口端口。
另一个实施例提供一种操作燃料过滤系统的方法。所述方法包括将换向阀的阀体从第一位置移动到第二位置。所述阀体包括主阀入口端口、主阀出口端口和可移动阀体，将第一燃料过滤头流体联接至主阀出口端口并且将第二燃料过滤头与所述主阀出口端口流体断开。所述第二位置将所述第二燃料过滤头流体联接至所述主阀出口端口并且将所述第一燃料过滤头与所述主阀出口端口流体断开。所述第一燃料过滤头流体联接到一个或多个第一燃料过滤器。所述第二燃料过滤头流体联接到一个或多个第二燃料过滤器。所述方法进一步包括，响应于换向阀的阀体从第一位置移动到第二位置，将燃料从流体箱泵送到阀体的主阀入口端口，经所述第二燃料过滤头和一个或多个第二燃料过滤器，并从阀体的主阀出口端口泵出。
应当理解，以上概念和以下更详细地讨论的附加概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。具体地，出现在本公开内容的结尾处的所要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应当理解，本文明确采用的也可出现在通过引用并入的任何公开中的术语应当被给予与本文公开的特定概念最一致的含义。
附图简要说明
技术人员应理解附图主要用于说明目的，而非旨在限制本文描述的主题的范围。附图不必要按比例绘制；在一些情况下，本文公开的主题的各个方面可能在附图中被夸大或放大地示出，以便于对不同的特征的理解。在附图中，相同的附图标记通常指代相同的特征(例如，功能相似和/或结构相似的元件)。
图1是根据示例实施例的燃料过滤系统的示意图。
图2是图1的燃料过滤系统的操作条件的示例性示意图。
图3示出了根据示例实施例的联接到内燃机的燃料过滤系统。
图4是图2的燃料过滤系统的换向阀的放大图。
图5是图4的换向阀的后视图。
图6是图3的燃料过滤系统的燃料头的放大图。
图7是图3的燃料过滤系统的燃料过滤器和换向阀的分解图。
图8是根据示例实施例的燃料过滤系统的示意图。
图9是根据示例实施例的用于操作燃料过滤系统的控制系统的流程图。
根据下面结合附图阐述的具体实施例，本文公开的发明构思的特征和优点将变得更加明显。
具体实施例
以下是对本发明的燃料过滤系统及控制和操作燃料过滤系统的方法的各种相关概念和实施例的更详细描述。应当理解，上文介绍以及下文更为详细讨论的各种概念可以通过多种方式中的任一种来实现，因为所公开的概念不限于任何一种特定的实现方式。主要为说明目的提供具体实施和应用的示例。
图1是根据示例实施例的燃料过滤系统的示意图。燃料过滤系统100包括换向阀101，换向阀101具有主阀入口端口102和主阀出口端口103。换向阀101包括阀驱动器108。换向阀101配置成将第一燃料过滤头110和第二燃料过滤头120可选择地流体联接至主阀出口端口103。燃料过滤系统100接收来自燃料源(诸如燃料存储箱)的燃料，该燃料存储箱可包括柴油存储箱。来自存储箱的燃料通过第一组(blank)过滤器111和/或第二组(blank)过滤器121过滤后，经由燃料输送泵(又称作燃料供给泵)传送到内燃机的二次过滤系统、燃料轨或燃料喷射器。为了在燃料被泵送到内燃机之前过滤经由主阀入口端口102进入换向阀101的燃料，进入主阀入口端口102的燃料被位于换向阀101内的阀体进行路由(routed)。阀体将燃料路由通过燃料过滤出口104、106之一，从而燃料经由燃料过滤头入口112、122进入燃料过滤头110、120之一，流经燃料过滤器111、121之一，经相应的燃料过滤头出口113、123离开燃料过滤头110、120并经各自的燃料过滤入口105、107返回换向阀101。经由燃料过滤入口105、107之一返回换向阀101的已过滤的燃料通过主阀出口端口泵送出或抽出换向阀101，从而传送至内燃机，例如经由燃料输送泵。
图2是根据示例实施例的图1的燃料过滤系统的操作条件的示意图。换向阀101配置成通过在第一位置201和第二位置202之间移动阀驱动器108(例如通过阀驱动器108的外连杆203)将第一燃料过滤头110或第二燃料过滤头120之一可选择地流体联接到主阀出口端口103。换向阀101配置成通过移动位于换向阀101内的阀体将第一燃料过滤头110或第二燃料过滤头120之一可选择地流体联接到主阀出口端口103。在示例的实施例中，阀驱动器108不包括外连杆203。
在具体实施例中，阀驱动器108由电控制在第一位置201和第二位置202之间移动。在第一位置201，阀驱动器108将第二燃料过滤头120流体联接到主阀出口端口103并且将第一燃料过滤头110从主阀出口端口103流体断开或隔离。当阀驱动器108将第一燃料过滤头110从主阀出口端口103分离或隔离时，阀驱动器108阻止燃料从燃料过滤入口107向主阀出口端口103流动，和/或阻止燃料从主阀入口端口102流入燃料过滤出口端口106。在第二位置202，阀驱动器108将第一燃料过滤头110流体联接到主阀出口端口103并且将第二燃料过滤头120从主阀出口端口103流体断开或隔离。当阀驱动器108将第二燃料过滤头120从主阀出口端口103分离或隔离时，阀驱动器108阻止燃料从燃料过滤入口105向主阀出口端口103流动，和/或阻止燃料从主阀入口端口102流入燃料过滤出口104。在特定的实施例中，换向阀101包括低压降双换向阀(low-pressure drop double selector valve)，所述的低压降双换向阀配置成在第一位置和第二位置之间移动而主阀出口端口103没有显著的燃料压力损失。因此，如果燃料过滤器111、121之一阻塞，例如由于劣质燃料或者诸如燃料过滤头或燃料过滤管线的相关部件失效，运行的另一个燃料过滤器可上线来继续过滤燃料而不需要将发动机关闭。
图3示出根据示例实施例的与内燃机联接的燃料过滤系统。燃料过滤器300安装到内燃机350上。燃料过滤系统300包括换向阀301、第一燃料过滤器组314和第二燃料过滤器组324。换向阀301配置成将第一燃料过滤器组314和第二燃料过滤器组324可选择地流体联接至换向阀301的主阀出口端口303，并且因此使与电燃料输送泵330流体连通的第一燃料过滤器组314和第二燃料过滤器组324的至少一个流体联接至主阀出口端口303。本领域技术人员可认识到，在其他布置中，机械燃料输送泵可用于代替电燃料输送泵330。第一燃料过滤器组314包括与第一组燃料过滤器311流体联接的第一燃料过滤头310。第一燃料过滤头310包括第一燃料过滤头入口312。第一燃料过滤管线315将第一燃料过滤头入口312联接到换向阀301的第一燃料过滤出口304。第一燃料过滤出口304与主阀入口端口302流体连通。
在特定的实施例中，第一燃料过滤出口304与主阀入口端口302流体联接。燃料过滤管线315允许被泵送至换向阀301内的燃料(例如，柴油燃料)经由主阀入口端口302输送至第一燃料过滤头310内，第一燃料过滤头310引导燃料通过燃料过滤器311过滤。在特定的实施例中，第一燃料过滤头310配置成引导燃料通过并联的燃料过滤器311。当燃料穿过第一组燃料过滤器311的一个或多个时，燃料从燃料过滤头出口313泵出，通过燃料过滤管线316，并经燃料过滤入口305返回换向阀301。经燃料过滤入口305从过滤器组314泵回换向阀301的燃料通过主阀出口端口303从换向阀301泵出，在此该燃料经由燃料过滤管线331传送至电燃料输送泵330。在特定的实施例中，电燃料输送泵330将已过滤燃料泵送至第二阶段过滤器组340，在此燃料在被输送至内燃机350的燃料管线之前被进一步过滤。尽管本文描述的实施例描述为在阶段一实施燃料过滤，来自燃料供给箱中的燃料在被输送至第二过滤阶段(即第二阶段过滤器组340)之前在阶段一被过滤，但是本文描述的燃料过滤系统300的示例实施例可被适用于其他燃料过滤阶段。
换向阀301配置成可在第一燃料过滤器组314和第二燃料过滤器组324之间调节。换向阀301配置成通过在第一位置和第二位置之间移动阀驱动器308，例如经由阀驱动器308的外连杆333，将第一燃料过滤头310和第二燃料过滤头320之一可选择地流体联接至主阀出口端口303。换向阀301可被重新配置，以将与主阀出口端口303流体连通的燃料过滤器组314断开连接，并且由此将燃料过滤器组324连接至主阀出口端口303。与燃料过滤器组314相同的燃料过滤器组324包括与第二组燃料过滤器321流体联接的第二燃料过滤头320。第二燃料过滤头320包括燃料过滤头入口322。燃料过滤器管线325将燃料过滤头入口322联接至换向阀301的燃料过滤出口306。
燃料过滤出口306与主阀入口端口302流体连通。在特定的实施例中，燃料过滤出口306可选择地流体联接至主阀入口端口302。燃料过滤管线325允许传输经主阀入口端口302泵送至换向阀301的燃料，例如柴油燃料，燃料被输送至第二燃料过滤头320，其引导燃料通过燃料过滤器321过滤。在特定的实施例中，第二燃料过滤头320配置成引导燃料通过串联的燃料过滤器321。在特定的实施例中，第二燃料过滤头320配置成引导燃料通过并联的燃料过滤器321。当燃料穿过一个或多个燃料过滤器321后，燃料被从燃料过滤头出口323泵出，通过燃料过滤管线326并经燃料过滤入口307返回换向阀301。经燃料过滤入口307从过滤器组324泵送回换向阀301的燃料通过主阀出口端口303从换向阀301泵出，在此该燃料经燃料过滤管线331传送至电燃料传送泵330。
在图4更具体地描述的实施例中，换向阀301经安装架309联接至内燃机350。燃料过滤器组314、324分别经燃料过滤头安装架319、329联接至内燃机350。燃料过滤头安装架319、329可包括一个或多个隔振器以减少由燃料过滤器组314、324接收和内燃机350传送的振动。
图4是图2的燃料过滤系统的换向阀的放大图。图5是图4的换向阀的后视图。换向阀301包括低压降双换向阀，其配置成可在第一位置和第二位置之间移动，而不会对主阀出口端口303造成显著的燃料压力的损失。
图6是图3的燃料过滤系统的燃料头的放大图。在特定的实施例中，第一燃料头310和第二燃料头320可全部或部分地由铸铁和钢中的一种构成。燃料过滤管线315、316和324、325可包括端部上设有旋转波纹联接器的弹性管。
图7是图3的燃料过滤系统的燃料过滤器和换向阀的分解图。如图5所示，安装架309联接至换向阀301的背部，例如经一个或多个紧固件。安装架可配置成用于安装至内燃机，例如经一个或多个紧固件和一个或多个对准销。在特定的实施例中，安装架309可包括一个或多个隔振器。
本文描述的燃料过滤系统实施例的一个优点在于系统的模块性。根据示例实施例，燃料过滤系统的主要部件，例如第一燃料过滤头310、第二燃料过滤头320和换向阀301是可分离部件，如图7所示。系统的模块性的优点在于：其允许系统轻易更改以适应大部分发动机应用和安装。此外，模块化允许在任一组件发生故障或损坏时是个别零件而不是整个系统替换。由燃料过滤系统模块化带来的其他益处包括执行燃料过滤系统在不同燃料供给和不同燃料类型之间切换的能力。
图8是根据特定实施例的燃料过滤系统的示意图。根据示例的实施例，燃料过滤系统800被联接至内燃机850。内燃机850包括多个气缸组851，每组包括多个气缸852。多个气缸852中的任一个包括与燃料轨853流体连通的燃料喷射器854。如图8所示，内燃机850也可包括一个或多个与燃料喷射器854电连通的控制器855，以测量通过燃料喷射器854的燃料流量。一个或多个控制器855可包括一个或多个传感器以探测燃料喷射器的性能以及监控通过燃料轨853的诸如流速或压力的不同性质。燃料轨853接收被电燃料输送泵830从燃料箱860泵出的燃料。电燃料输送泵830将燃料过滤器组814和824之一过滤的燃料泵送至燃料轨853。
电燃料输送泵830在使燃料传输到燃料轨853之前，泵送通过第二阶段经由第二过滤系统840过滤的燃料。电燃料输送泵830联接到阀801(例如，换向阀)。阀801配置成选择过滤器组814和824之一用于对来自燃料箱860的燃料进行过滤。例如，如果燃料箱814被激活或被选用做过滤经由阀801从燃料箱860出来的燃料，以及过滤器组824未被激活并通过阀801与电燃料输送泵830隔离，那么在过滤器组814故障时，过滤器824可以被激活过滤燃料。当未被激活的过滤器824被激活时，故障中的过滤器组814可通过阀801与电燃料输送泵830分离。
如图8所示，一个或多个控制器855可以联接至过滤器组814和824以确定燃料组的操作状态。例如，一个或多个控制器855可电联接至位于过滤器组814和824的压力传感器。如果在过滤器组814和824的液压被确定为超过预定阈值，就会产生过滤器组的故障信号。该故障信号可能会产生报警和/或用于电动地重新配置阀801以切换过滤器组。在各种配置中，一个或多个控制器855可结合各种其他形式的传感器以探测相应的条件，从而保证不同过滤器组的使用(例如，设置在水/燃料分离器上的传感器配置成确定何时水/燃料分离器集满)。
如图8所示，过滤器组814、824可分别包括多个燃料过滤器811和821。在特定的实施例中，燃料过滤器811、821是5微米燃料过滤器，然而根据具体的系统要求也可以使用其他规格的燃料过滤器。另外，内燃机850可包括其他部件，包括但不限于曲轴箱强制通风系统856和压力调节器857。
图9是根据示例的实施例的用于燃料过滤系统的控制系统的流程图。根据示例实施例，控制系统900使得从燃料箱中泵出的液体在901处被第一过滤组过滤并且传送出阀到内燃机部件。在902处，控制系统900将阀的位置从第一位置切换到第二位置。在903处，控制系统900使从燃料箱泵出的液体被第二燃料组过滤并传送出阀到内燃机部件。
在某些实施例中，控制系统900还包括被构造为执行某些操作以对过滤器组进行调节的控制器。在某些实施例中，控制器形成处理子系统的一部分，该处理子系统包括一个或多个具有存储、处理和通信硬件的计算设备。控制器可能是单独的设备或者是分布式设备，以及控制器的功能可以通过硬件来执行和/或作为非瞬时计算机可读存储介质上的计算机指令来执行。
在某些实施例中，控制器包括被构造成功能性地执行控制器操作的一个或多个模块。在某些实施例中，控制器包括块被配置成确定过滤器组的状态的传感器模块以及配置成响应所确定的过滤器组的状态而在第一位置和第二位置之间移动阀门的驱动模块。本文包括模块的描述强调控制器方面的结构独立性，并且示出控制器的操作和响应的一种分组。执行类似总体操作的其他分组应理解为包含在本申请的范围内。模块可由硬件实施和/或实施为非瞬时计算机可读存储介质上的计算机指令，并且模块可分布在各种硬件或基于组件的计算机上。控制器操作的某些实施例的更具体的描述包括在参考图9的部分中。
示例的和非限制性的模块实施元件包括提供本文确定的任一值的传感器，提供作为本文确定的值的预报器(precursor)的任一值的传感器，数据链路和/或包括通信芯片的网络硬件、震荡晶体、通信链路、电缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发射器、接收器、和/或收发器、逻辑电路、硬连线逻辑电路、根据模块说明配置的非瞬态状态的可重新配置逻辑电路、包括至少电、液压或气动驱动器的任一驱动器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、过滤器、积分器、加法器、分频器、增益元件)和/或数字控制元件。
为了公开的目的，术语“联接”是指两个元件直接或间接与彼此连接。这种连接本质上可能是固定的或是可移动的。这样的连接可通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成单个整体来实现，或者由两个构件或两个构件和任何附加的中间构件与这两个构件或这两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。这种连接在本质上可以是永久的，或者本质上是可移动或可拆卸的。
需要注意的是，各元件的方向可根据其他示例的实施例改变，并且这种变化旨在被本公开所覆盖。应当认识到，所公开的实施例的特征可以结合到其他公开的实施例中。
重要的是要注意，在各示例的实施例中所示的装置或其组件的结构和布置仅仅是示例性的。尽管在本公开中只有一些实施例被描述，但是本领域技术人员阅览过本公开后容易地理解许多变形(例如，各元件的大小、尺寸、结构、形状和性能、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)是可能的，而不实际上偏离本公开的主题的新颖的教导和优点。例如，示出为一体形成的元件可由多个部分或零件构成，元件的位置可颠倒或以其他方式改变，以及离散元件的性质和数量或位置可改变或不同。任意过程或方法步骤的次序或顺序可以根据可选的实施例而改变或重新排序。在不脱离本公开范围的情况下，还可以在各种示例的实施例中的设计、操作条件和布置方面进行其他替换、变形、改变和省略。
尽管在本文中已经描述和示出了各种发明的实施例，本领域的技术人员将很容易地想到用于实现功能和/或获得结果的多种其他机制和/或结构，和/或一个或一个以上的本文描述的优点，以及这些变化和/或变形的每一种都被认为落于本文描述的发明的实施例的范围之内。更一般地，本领域的技术人员将很容易想到在本文描述的所有参数、尺寸、材料和构造意为示例性的，并且这些实际的参数、尺寸和/或结构取决于具体的应用或使用本发明教导的应用。本领域技术人员仅利用常规实验将认识到或能够确定本文所述的特定发明的实施例的许多等同例。因此，应当理解，前述实施例仅以示例方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内本发明实施例可以以不同于具体描述和要求保护的方式实施。本公开的发明实施例涉及本文所述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这些特征、系统、制品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个此类特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本发明范围内。
此外，本文描述的技术可以实现为方法，已提供该方法的至少一个示例。作为方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序，除非另有特别说明。因此，可构造出以与所示出的顺序不同的顺序来执行动作的实施例，这包括同时执行一些动作，即使在所示出的实施例中以顺序动作示出。
在说明书和权利要求中采用的不定冠词“一”、“一个”应理解为“至少一个”，除非有明确地相反指示。
在说明书和权利要求中采用词语“和/或”应被理解为指这样连接元件中的“任一个或两个都”，即在一些情况下元件共同出现，在另一些情况下元件出现其一。用“和/或”列举的多个元件以相同方式解释，即如此连接的元件的“一个或多个”。除了由“和/或”从句具体指出的元件，可以可选择地存在其他元件，无论与这些具体指出元件是否相关。因此，作为非限制性示例，当结合开放式语言(例如“包括”)使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以仅指A(可选地包括除B之外的元件)；在另一个实施例中，仅指B(可选地包括除A之外的元件)；在另一个实施例中，指A和B两者(可选地包括其他元件)；等等。
在权利要求中以及在上述说明书中，所有过渡短语如“包括”、“包含”、“载有”、“具有”、“由...构成”等应理解为是开放式的，即，意味着包括但不限于。
权利要求书不应被解读为限于所描述的顺序或元件，除非声明了该效果。应当理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以进行形式和细节上的各种改变。要求保护落入所附权利要求及其等同物的精神和范围内的所有实施例。
