СИСТЕМА ДЕАЭРАЦИИ
DEAERATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам деаэрации для топливных фильтрующих систем. Первоначально оно было разработано как устройство для выпуска воздуха, захваченного в топливную фильтрующую систему и ниже будет описано со ссылкой на это применение. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено этой конкретной областью применения.
Уровень техники
Известные топливные фильтрующие системы включают в себя корпус и фильтрующий элемент, расположенный в нем. Нефильтрованное топливо нагнетается или всасывается в корпус через впуск для топлива и выходит через выпуск для топлива после того, как оно проходит через фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент обычно включает в себя «сторону загрязненного топлива», где нефильтрованное топливо входит в корпус, и «сторону чистого топлива», где фильтрованное топливо выходит из корпуса. Все примеси, которые отделяются от топлива, остаются захваченными на стороне загрязненного топлива корпуса до тех пор, пока корпус не опорожняют.
Недостаток этой системы заключается в том, что эффективность фильтра снижается любым воздухом, захваченным в топливном фильтре после технического обслуживания или накопленным во время работы топливной системы. Воздух может накапливаться во время работы на «стороне загрязненного топлива» системы, когда фильтрующий элемент становится влажным вследствие действия его как барьера, и предотвращается прохождение любого воздуха, который содержится в нефильтрованном топливе, через поры смоченного фильтрующего элемента. Поэтому воздух остается сзади вместе с примесями, захваченными в корпусе. Этот накопленный воздух занимает пространство, которое вместо него потенциально могло бы быть использовано для содержания отфильтрованных примесей или нефильтрованного топлива. Величина пространства, занимаемого накопленным воздухом, может достигать до 80% объема фильтра на «стороне загрязненного топлива». Поэтому это снижает объемную эффективность фильтрующей системы и также может повышать частоту, с которой необходимо осуществлять техническое обслуживание фильтрующего элемента.
Один способ высвобождения захваченного воздуха из корпуса заключается в выпуске воздуха обратно в выпускную линию фильтрованного топлива. Однако при осуществлении этого имеется опасность того, что, когда уровень нефильтрованного топлива, содержащегося в корпусе, возрастает, нефильтрованное топливо также может проходить в выпускную линию фильтрованного топлива, что будет приводить к обходу нефильтрованным топливом фильтрующего элемента и загрязнению топливной системы. Если нефильтрованное топливо далее проходит в канал топливных инжекторов, это может сказаться на характеристиках двигателя.
Настоящее изобретение сделано, по меньшей мере отчасти, с учетом проблем и недостатков известных систем.
Сущность изобретения
Согласно объекту изобретения можно предложить систему деаэрации для топливной фильтрующей системы, имеющей корпус для вмещения топливного фильтрующего элемента, впуск для топлива и выпуск для топлива, содержащую:
клапан деаэрации, имеющий:
впуск клапана в нижней поверхности клапана для соединения с корпусом;
выпуск клапана в верхней поверхности клапана и
шарик, имеющий относительно более высокую плотность, чем топливо в фильтрующей системе,
при этом шарик выполнен с возможностью подъема между нижней поверхностью и верхней поверхностью в ответ на разность давлений воздуха, действующую на шарик, для открытия клапана для выпуска воздуха, захваченного в корпус, и также выполнен с возможностью закрытия клапана посредством уплотнения выпуска клапана в верхней поверхности в ответ на разность давлений на шарике, создаваемую нефильтрованным топливом, входящим в клапан.
Выпуск может сообщаться по текучей среде с выпускной линией фильтрованного топлива, которая может получать фильтрованное топливо со стороны чистого топлива топливного фильтрующего элемента.
В варианте осуществления выпуск может сообщаться по текучей среде с топливным баком и может содержать перепускную канавку, выполненную с возможностью обеспечения небольшого просачивания аэрированного топлива для выхода из выпуска и возврата в бак.
Корпус может содержать головку фильтра, содержащую впуск для топлива, выпуск для топлива и клапан деаэрации, и приемник фильтра, выполненный с возможностью избирательного взаимодействия с головкой фильтра, для вмещения топливного фильтрующего элемента.
Клапан деаэрации может быть выполнен с возможностью обеспечения выпуска воздуха, захваченного между фильтрующим элементом и внутренними стенками корпуса.
Шарик может быть выполнен с возможностью уплотнения впуска клапана в нижней поверхности, когда цикл прохождения топлива через фильтрующую систему не выполняется.
Система может быть выполнена так, что когда цикл прохождения топлива через фильтрующую систему заканчивается, сила тяжести может возвращать шарик на нижнюю поверхность, а порция фильтрованного топлива, содержащегося в выпуске, может перемещаться в клапан, потенциально уплотняя нижнюю поверхность шариком.
Шарик может быть выполнен с возможностью перемещения между нижней поверхностью и верхней поверхностью в ответ на повторное накопление воздуха в клапане для обеспечения выхода захваченного воздуха из клапана.
Впуск и выпуск могут иметь диаметр приблизительно 1-15 мм, а выпуск может иметь диаметр приблизительно 1-15 мм. В одном варианте осуществления впуск и/или выпуск может иметь диаметр приблизительно 5 мм.
Размер шарика в диаметре может быть приблизительно 2-20 мм. Диаметр шарика может быть больше, чем диаметр впуска и выпуска.
Согласно другому объекту изобретения предложена топливная фильтрующая система, содержащая систему деаэрации, описанную выше.
Топливная фильтрующая система может содержать топливный фильтр грубой очистки, содержащий шаровой клапан первичной деаэрации, имеющий выпуск, сообщающийся по текучей среде с выпускной линией фильтрованного топлива, которая может получать фильтрованное топливо со стороны чистого топлива топливного фильтрующего элемента.
В варианте осуществления топливная фильтрующая система может содержать топливный фильтр тонкой очистки, содержащий клапан конечной деаэрации, имеющий выпуск клапана, сообщающийся по текучей среде с топливным баком. Выпуск также может содержать перепускную канавку, выполненную с возможностью обеспечения небольшого просачивания аэрированного топлива для выхода из выпуска и возврата в бак.
Топливный фильтр тонкой очистки может содержать выпуск фильтрованного топлива, сообщающийся по текучей среде с инжекторным каналом. Топливный фильтр тонкой очистки может содержать выпускной клапан топлива в виде шарового клапана. Шаровой клапан может быть упруго смещен в закрытое положение посредством пружины или веса шарика.
Согласно другому объекту изобретения может быть предложена топливная фильтрующая система, имеющая топливный фильтр грубой очистки, описанный выше, и топливный фильтр тонкой очистки, описанный выше. Топливный фильтр грубой очистки может быть расположен между топливным баком и стороной всасывания главного насоса. Кроме того, до или после фильтра тонкой очистки может быть установлен насос подкачки. Топливный фильтр тонкой очистки расположен на стороне давления главного насоса.
Согласно еще одному объекту изобретения можно предложить способ выпуска воздуха, захваченного в корпус топливной фильтрующей системы, с использованием клапана деаэрации, имеющего:
впуск клапана в нижней поверхности клапана для соединения с корпусом;
выпуск клапана в верхней поверхности клапана и
шарик, имеющий относительно более высокую плотность, чем топливо в фильтрующей системе,
при этом способ включает этапы, на которых:
соединяют впуск клапана с корпусом;
вводят топливо в корпус для создания разности давлений воздуха, действующей на шарик, посредством чего шарик поднимается между нижней поверхностью и верхней поверхностью для открытия клапана, так что воздух может выходить из корпуса через впуск; и
вводят топливо в корпус до тех пор, пока нефильтрованное топливо не войдет в клапан, в результате чего шарик закрывает клапан посредством уплотнения выпуска клапана в верхней поверхности в ответ на разность давлений на шарике, создаваемую нефильтрованным топливом, входящим в клапан.
Следовательно, настоящее изобретение может быть выгодным по сравнению с предшествующим уровнем техники, поскольку им обеспечивается система деаэрации, которая может обеспечивать выпуск воздуха из корпуса топливного фильтра и в то же время снижение вероятности смешивания любых собранных примесей или нефильтрованного топлива с фильтрованным топливом. Обеспечение выхода воздуха из топливного фильтра может быть выгодным, поскольку может повышаться объемная эффективность фильтра.
Краткое описание чертежей
Далее только посредством примера будут описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой вид сбоку в сечении системы деаэрации согласно изобретению, показанной в случае, когда топливный фильтр находится в не залитом топливом состоянии;
Фиг.2 представляет собой вид сбоку в сечении системы деаэрации, иллюстрирующий топливо, нагнетаемое в топливный фильтр;
Фиг.3 представляет собой вид сбоку в сечении системы деаэрации, иллюстрирующий топливный фильтр в рабочем состоянии;
Фиг.4 представляет собой вид сбоку в сечении системы деаэрации, иллюстрирующий топливный фильтр в рабочем состоянии с воздухом, повторно накапливающимся в корпусе;
Фиг.5 представляет собой вид сбоку в сечении системы деаэрации в случае, когда топливный фильтр залит топливом и находится в остановленном состоянии;
Фиг.6 представляет собой вид сбоку в сечении системы деаэрации согласно варианту осуществления, иллюстрирующий клапан деаэрации, имеющий выпуск для возврата воздуха в топливный бак; и
Фиг.7 и Фиг.8 представляют собой виды сбоку в сечении топливного фильтра грубой очистки и топливного фильтра основной/тонкой очистки, установленных в топливной системе; каждый фильтр включает в себя клапан деаэрации согласно варианту осуществления изобретения.
Описание
Со ссылкой чертежи, топливный фильтр содержит корпус фильтра, имеющий головку 1 фильтра и избирательно удаляемый приемник 2 фильтра. Головка 1 фильтра содержит впускную линию 3 нефильтрованного топлива и выпускную линию 4 фильтрованного топлива. Приемник 2 прикреплен к головке 1 фильтра и содержит топливный фильтрующий элемент 5 для отделения примесей от втекающего топлива. Топливный фильтрующий элемент имеет «сторону загрязненного топлива», где нефильтрованное топливо входит в фильтр, и «сторону чистого топлива», где фильтрованное топливо выходит из фильтра. В этом примере топливный фильтрующий элемент 5 имеет полую сердцевину 5а, которая находится на «стороне чистого топлива» топливного фильтрующего элемента 5. Топливо перемещается по впускной и выпускной линиям с помощью топливного насоса. Топливный фильтр может быть установлен на стороне всасывания или стороне давления топливного насоса.
Головка 1 фильтра содержит клапан 6 деаэрации в виде шарового клапана с двусторонним уплотнением, имеющего корпус 6а клапана с впуском, образующим часть нижней уплотнительной поверхности 8, выпуском, образующим часть верхней уплотнительной поверхности 9. Клапан 6 деаэрации также содержит шарик 7 деаэрации, расположенный в корпусе 6а клапана, выполненный с возможностью перемещения между впуском и выпуском. Диаметр шарика 7 больше, чем диаметр впуска или выпуска, и поэтому шарик находится внутри корпуса 6а клапана. В альтернативных вариантах осуществления клапан 6 может быть отдален от головки 1 фильтра.
Впуск клапана сообщается по текучей среде со стороной загрязненного топлива фильтра, а выпуск клапана сообщается по текучей среде с выпускной линией 4. Во время работы фильтрующей системы в такой конструкции обеспечивается путь для воздуха, захваченного на стороне загрязненного топлива фильтра, в обход топливного фильтрующего элемента 5 и вытеснения его непосредственно в выпускную линию 4 фильтрованного топлива. В варианте осуществления, показанном, например, на фиг.6, воздух может быть возращен в топливный бак, из которого нефильтрованное топливо подавалось по линии, проходящей между клапаном 6 деаэрации и баком.
Со ссылкой на фиг.1, на которой топливный фильтр показан в не залитом топливом состоянии. В случае, когда топливо не нагнетается/всасывается через впускную линию 3, сила тяжести обеспечивает посадку шарика 7 в клапане 6 деаэрации на нижнюю уплотнительную поверхность 8, создавая уплотнение.
Когда топливо входит в приемник 2 из впускной линии 3, на выпуске происходит снижение перепада давления. Корпус 6а клапана и шарик 7 выполнены так, что, когда воздух прокачивается или всасывается через топливный фильтр, результирующее падение давления на впуске относительно выпускной стороны клапана 6 является достаточным для подъема шарика 7 с нижней уплотнительной поверхности 8. Как лучше всего показано на фиг.2, падение давления является причиной подъема шарика 7 на середину расстояния между нижней уплотнительной поверхностью 8 и верхней уплотнительной поверхностью 9, при этом клапан 6 деаэрации открывается и обеспечивает возможность выпуска воздуха, захваченного на стороне загрязненного топлива приемника 2, в выпускную линию 4 фильтрованного топлива. Перемещение шарика 7 может быть следствием разрежения в выпускной линии 4 или давления в топливном фильтре, создаваемого входящим нефильтрованным топливом.
Относительные размеры корпуса 6а клапана, впуска клапана, выпуска клапана и размер, плотность и масса шарика относительно перепада давления, создаваемого на шарике 7, определяют разность давлений, необходимую для открытия и закрытия клапана. Впуск и выпуск клапана имеют диаметр приблизительно от 1 до 15 мм. Используемые диаметры впуска и выпуска зависят от фильтра и расхода топлива в топливной системе. Размер шарика по диаметру может быть в пределах приблизительно 2-20 мм. Размер шарика больше, чем диаметр впуска и выпуска.
Хотя шарик 7 может быть выполнен имеющим более высокую плотность по сравнению с топливом, результирующее падение давления, которое наблюдается во время работы топливного фильтра, является достаточным для подъема шарика 7 против действия его результирующей разности масс, и поэтому становится возможным перемещение шарика между нижней и верхней уплотнительными поверхностями 8 и 9. Результирующая разность масс для шарика 7 представляет собой фактически массу шарика за вычетом массы топлива, вытесненной шариком.
Результирующий перепад давления, действующий на шарик 7, позволяет воздуху выходить в то время, когда шарик перемещается между верхней и нижней поверхностями. Одновременно с выпуском воздуха может продолжаться наполнение приемника 2 нефильтрованным топливом из впускной линии 3. Это увеличивает до максимума количество воздуха, вытесняемого из топливного фильтра 2.
Воздух продолжает выпускаться из приемника 2 до тех пор, пока уровень нефильтрованного топлива не возрастает и не сосредоточивается вблизи клапана. Это вызывает повышение падения давления на впуске относительно выпускной стороны клапана. Несмотря на более высокую плотность шарика по сравнению с топливом, как только топливо достигает впуска клапана, поток топлива создает более высокую разность давлений на выпуске. Результирующая сила, создаваемая более высокой разностью давлений, заставляет шарик подняться дополнительно. Когда топливо достигает шарика 7, жидкостный контакт уменьшает относительный вес шарика и, как лучше всего показано на фиг.3, заставляет его подняться и в конечном счете осуществить уплотнение относительно верхней уплотнительной поверхности 9. Следовательно, это уплотнение закрывает клапан и предотвращает вхождение нефильтрованного топлива со стороны загрязненного топлива фильтра в выпускную линию 4 фильтрованного топлива.
На фиг.4 показана система деаэрации после того, как она работала в течение значительного периода времени. Смачиваемый фильтрующий элемент 5 отделяет воздух от входящего нефильтрованного топлива, и со временем он накапливается на корпусе 6а клапана. Когда воздух собирается на корпусе клапана и окружает шарик 7, повышение относительного веса шарика позволяет ему отделиться от верхней уплотнительной поверхности 9. Следовательно, клапан переходит обратно в открытое положение. В таком случае воздух из корпуса 6а клапана может выходить до тех пор, пока шарик 7 снова не будет окружен топливом, вследствие чего относительный вес шарика уменьшится и шарик поднимется для повторного уплотнения по отношению к верхней уплотнительной поверхности 9. Цикл перехода клапана из открытого положения, когда шарик находится между верхней и нижней уплотнительными поверхностями, что позволяет осуществлять выпуск воздуха из фильтра, в закрытое положение, когда шарик осуществляет уплотнение верхней уплотнительной поверхности 9, может протекать с частотами меньше одной секунды.
Уплотнение между шариком 7 и верхней уплотнительной поверхностью 9 также будет нарушаться, когда система выключается, и поток топлива прекращается. Это обусловлено силой тяжести, перемещающей шарик 7 обратно в состояние покоя на нижнюю уплотнительную поверхность 8. Как лучше всего показано на фиг.5, это создает уплотнение, которое предотвращает вытекание топлива из выпускной линии 4 обратно в подвод нефильтрованного топлива, находящийся в приемнике 2. Как показано на фиг.2, после того как системный поток возобновляется, любой воздух, захватываемый на стороне загрязненного топлива топливного фильтрующего элемента 5, может снова выпускаться.
Когда приемник 2 отделяют от головки 1 фильтра во время технического обслуживания, предотвращается вытекание фильтрованного топлива из выпускной линии 4 через клапан 6 и обратно к стороне загрязненного топлива фильтра посредством уплотнения в клапане деаэрации, создаваемого между шариком 7 и нижней поверхностью 8. Также предотвращается вытекание фильтрованного топлива в выпускной линии обратно в фильтровальную сердцевину 5а благодаря уплотнению, обеспечиваемому выпускным клапаном 10 фильтра. Хотя в вариантах осуществлениях на чертежах конкретно показан выпускной шаровой клапан фильтра, предназначенный для предотвращения вытекания фильтрованного топлива обратно в фильтрующую сердцевину 5а, можно использовать любой подходящий клапан.
Как показано на фиг.2, после завершения технического обслуживания и повторного прикрепления приемника 2 к головке 1 фильтра избыточный воздух выпускается обратно в выпускную линию 4 топлива, когда поток в системе возобновляется.
Топливная фильтрующая система согласно фиг.1-5 может быть установлена на стороне всасывания главного насоса в топливной системе для инжекторного канала.
На фиг.6 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором головка 1 фильтра содержит выпускную линию 12 для соединения клапана 6 деаэрации с топливным баком. В этом варианте осуществления выпускаемый воздух возвращается в бак вместо прохождения в выпускную линию 4 топлива. Это приносит пользу при приложении давления и может использоваться в фильтрах грубой очистки и основной/тонкой очистки.
Для клапана деаэрации согласно фиг.6 требуется шарик 7 для уплотнения верхней уплотнительной поверхности 9, если необходимо, чтобы топливо не возвращалось обратно в бак во время работы фильтрующей системы. Однако может быть предпочтительным обеспечение небольшого непрерывного просачивания между шариком 7 и верхней уплотнительной поверхностью 9. Хотя это может обеспечить обход небольшого количества топлива топливного фильтрующего элемента 5, это также позволяет осуществлять выпуск из топливного фильтра любого воздуха, захваченного на стороне загрязненного топлива фильтрующего элемента, и возврат обратно в бак, а не поступление в канал впрыска топлива. Это просачивание можно создать посредством выполнения небольшой перепускной канавки (не показана) в верхней уплотнительной поверхности 9. Обеспечение непрерывного возврата аэрированного топлива обратно в топливный бак может способствовать поддержанию максимальной объемной эффективности топливного фильтрующего элемента.
Топливный фильтр согласно фиг.6 может быть установлен на стороне давления главного насоса в топливной системе для инжекторного канала.
В вариантах осуществления, где топливный фильтр установлен на стороне давления главного насоса, фильтр может содержать выпускной шаровой клапан фильтра, в котором выпускной шарик 11 фильтра, как лучше всего показано на фиг.6, управляется давлением с помощью собственной массы/веса или пружины 13. Если воздух присутствует в начале работы топливного фильтра, то после того как топливная система заработала, разность давлений может быть достаточной для открытия клапана 6 деаэрации, но не выпускного клапана фильтра. Клапан 6 деаэрации будет оставаться открытым до тех пор, пока воздух не будет выпущен, а уровень топлива не повысится, что заставит шарик 7 деаэрации подняться и перевести клапан деаэрации в закрытое положение. Небольшая часть топлива и/или воздуха может все же обходить клапан 6 деаэрации через перепускную канавку.
В таком случае закрытие клапана деаэрации вызывает повышение давления внутри топливного фильтра, которое является достаточным для подъема выпускного шарика 11 фильтра и открытия выпускного клапана фильтра. Поэтому рабочая взаимосвязь выпускного клапана фильтра и клапана деаэрации позволяет любому воздуху в топливном фильтре проходить через клапан 6 деаэрации и сразу же обратно в бак, а не проходить через выпускной клапан фильтра в выпускную линию 4 чистого топлива и далее в систему впрыска топлива. Использование клапанов таким способом может обеспечивать быстрое удаление воздуха из фильтра после замены фильтрующего элемента.
На фиг.7 и 8 показана топливная система, содержащая топливный фильтр 14 грубой очистки, установленный между стороной давления насоса 15 подкачки и стороной всасывания главного насоса 16. Топливный фильтр 17 тонкой очистки установлен на стороне давления главного насоса 16. Топливный бак 18 расположен на стороне всасывания насоса 15 подкачки. По меньшей мере, в одном варианте осуществления как фильтр 14 грубой очистки, так и фильтр 17 тонкой очистки могут содержать клапан 6 деаэрации, описанный выше. Например, фильтр 14 грубой очистки может содержать клапан деаэрации, описанный со ссылкой на фиг.1-5 и показанный на них, тогда как, например, фильтр 17 тонкой очистки может содержать клапан деаэрации, описанный со ссылкой на фиг.6 и показанный на ней.
Со ссылкой снова на фиг.7 и 8, клапан 6 деаэрации фильтра 14 грубой очистки сообщается по текучей среде с выпускной линией 4 топлива, которая проходит к главному насосу 16, тогда как клапан 6 деаэрации фильтра 17 тонкой очистки сообщается по текучей среде с топливной линией 19, которая проходит обратно к баку 18. Фильтр 17 тонкой очистки также содержит выпускной 10 клапан фильтра, описанный выше, который проходит к каналу 20 топливных инжекторов.
При пуске топливной системы используемый насос 15 подкачки всасывает топливо из топливного бака 18 и нагнетает его в фильтр 14 грубой очистки. Разрежение в результате действия главного насоса 16 также содействует всасыванию топлива через фильтр 14 грубой очистки. Как описывалось выше, воздух, захваченный в фильтре 14 грубой очистки, затем выпускается в выпускную линию 4 топлива через клапан 6 деаэрации. Фильтрованное топливо из сердцевины 5а также перемещается в выпускную линию 4 топлива через выпуск для топлива. Далее фильтрованное топливо и/или выпущенный воздух всасывается в главный насос 16 и нагнетается в фильтр 17 тонкой очистки. Любой воздух в фильтре 17 тонкой очистки выпускается обратно в топливный бак 18 через клапан 6 деаэрации, а фильтрованное топливо нагнетается в канал 20 топливных инжекторов через топливный выпускной клапан 10. В топливной системе, показанной на фиг.8, дополнительный насос 21 расположен между фильтром 17 тонкой очистки и каналом 20 инжекторов для нагнетания топлива в канал инжекторов через устройство 22 регулирования подачи топлива.
Любое топливо, выходящее из канала 20 инжекторов, далее перемещается, как показано на фиг.8, обратно в бак 18 или, как показано на фиг.7, через клапан 23 регулирования давления и обратно к главному насосу 16 или топливной линии 23 насоса подкачки.
Следует понимать, что показанный клапан деаэрации облегчает выпуск воздуха, собранного в корпусе топливного фильтра, и в то же время снижает вероятность обхода нефильтрованным топливом топливного фильтрующего элемента и загрязнения фильтрованного топлива или нагнетания воздуха в канал инжекторов.
Хотя изобретение было описано со ссылкой на конкретный пример, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что изобретение может быть осуществлено во многих других вариантах.