УЗЕЛ ТОПЛИВНОГО ФИЛЬТРА, ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ СЛИВА ВОДЫ ИЗ УЗЛА ТОПЛИВНОГО ФИЛЬТРА
FUEL FILTER ASSEMBLY, FILTER ELEMENT AND METHOD OF DRAINING WATER FROM FUEL FILTER ASSEMBLY

Настоящая заявка подается как международная заявка согласно РСТ и притязает на приоритет, заявленный европейской патентной заявкой № ЕР 13195161.8, поданной 29 ноября 2013 года, описание изобретения из которой ссылкой полностью включено в настоящее описание.
Изобретение относится к узлу топливного фильтра, содержащему фильтрующий элемент с водосборным пространством; при этом фильтрующий элемент соединен с топливопроводом для подачи топлива на впускную сторону фильтрующего элемента и для выпуска отфильтрованного топлива с выпускной стороны фильтрующего элемента. Кроме того, изобретение относится к фильтрующему элементу, в частности, к фильтрующему элементу для этого узла топливного фильтра. Кроме того, изобретение относится к способу слива воды из узла топливного фильтра.
Фильтрующий элемент в узле топливного фильтра служит, в частности, для отделения воды от топлива, поскольку механизмы после фильтра, такие как двигатель внутреннего сгорания или его части, могут повредиться и/или ухудшить характеристики при подаче топлива, содержащего воду. Помимо отделения воды от топлива, фильтрующий элемент может также отделять от топлива механические частицы. Поэтому фильтрующий элемент содержит фильтрующую среду, предназначенную для отделения или отфильтровывания от топлива воды, и, возможно, механических частиц. На протяжении срока службы узла топливного фильтра фильтрующий элемент обычно приходится заменять. Поэтому фильтрующие картриджи, содержащие фильтрующий элемент, также поставляются как сменные картриджи.
Вода, отделенная от топлива в фильтрующем элементе узла топливного фильтра, собирается в водосборном пространстве, иногда описываемом также как водосборная камера, сливной объем или сливная чаша. Водосборное пространство обычно расположено в нижнем объеме фильтрующего элемента. Из-за разности плотности топлива и воды вода собирается в нижней части водосборного пространства, а топливо, которое может присутствовать в водосборном пространстве, обычно скапливается наверху или в верхней зоне скопившейся воды.
Вода, скопившаяся в водосборном пространстве, может сливаться ручным сливным клапаном, например, приводимой в действие вручную системой «кручения и слива». В этих системах сливная труба, сливающая воду из водосборного пространства, обычно самотеком, открывается вручную. Поскольку вода, собранная в водосборном пространстве, обычно по-прежнему загрязнена, в частности, углеводородами, воду, слитую из водосборного пространства, необходимо удалять соответствующим образом и нельзя сливать непосредственно в окружающую среду. Следовательно, требуются полностью автоматизированные системы, в которых вода может сливаться экологически чисто без вмешательства пользователя или водителя.
Из документов DE 102006039581 А1 и US 2010/0096304 А1 известен топливный фильтр с фильтрующим элементом и отделителем воды с поглотителем углеводородов. В этом топливном фильтре между водосборным пространством и отделителем воды расположен первый клапан, и после поглотителя углеводородов отделителя воды расположен факультативный второй клапан. Оба клапана переключаются, либо вручную, либо периодически, либо в зависимости от степени заполнения водосборного пространства (первый) или в зависимости от первого клапана (второй клапан). Предпочтительно, используются два последовательно включенных клапана с электромагнитным управлением, подключенных к электронному устройству управления. Следует, однако, отметить, что эта система является громоздкой и дорогостоящей.
Кроме того, из документа ЕР 1669590 В1 известна автоматическая система слива, в которой для очистки отделенной воды от оставшегося топлива и/или углеводородов используется керамическая мембрана. Однако для работы этой системы требуются дорогие и сложные клапаны и насосы.
Исходя из вышеизложенного, целью изобретения является создание узла топливного фильтра, фильтрующего элемента и/или способа опорожнения узла топливного фильтра, которые устранят или уменьшат по меньшей мере один из вышеупомянутых недостатков. В частности, целью изобретения является создание узла топливного фильтра, фильтрующего элемента и/или способа опорожнения узла топливного фильтра, которые могут быть созданы с меньшей стоимостью и/или меньшей сложностью и/или высокой надежностью.
В соответствии с первым аспектом поставленная цель достигается узлом топливного фильтра, содержащим фильтрующий элемент с водосборным пространством и водовыпускным отверстием, причем фильтрующий элемент соединен с топливопроводом для подачи топлива на впускную сторону фильтрующего элемента и для выпуска отфильтрованного топлива с выпускной стороны фильтрующего элемента; топливный насос, расположенный после фильтрующего элемента, причем топливный насос может работать в первом режиме для втягивания топлива через фильтрующий элемент и во втором, реверсном, режиме для подачи топлива обратно в фильтрующий элемент; обратный топливный клапан, расположенный до фильтрующего элемента, обеспечивающий поток к впускной стороне фильтрующего элемента; и открывающийся под давлением обратный сливной клапан в сообщении с водосборным пространством и водовыпускным отверстием.
Узел топливного фильтра содержит фильтрующий элемент с фильтрующей средой для отделения или отфильтровывания воды и, возможно, механических частиц от топлива и водосборное пространство для сбора воды, отделенной от топлива. Фильтрующая среда для предлагаемого фильтрующего элемента может представлять собой любую фильтрующую среду, подходящую для отделения или отфильтровывания воды и, возможно, механических частиц от топлива, например: инерционный фильтр, центробежный фильтр, фильтрующая среда, гидрофобный экран, разделительная мембрана или коалесцирующее воду устройство. Предпочтительно, фильтрующий элемент имеет впуск для неотфильтрованного топлива и выпуск для отфильтрованного топлива. Впуск топлива и/или выпуск топлива могут представлять собой отверстия в корпусе фильтра, например. Обычно впуск топлива и/или выпуск топлива могут представлять собой ограниченное впускное и/или выпускное пространство в сообщении, соответственно, с впускной или выпускной сторонами фильтрующего элемента.
Соединение фильтрующего элемента с топливопроводом позволяет подавать топливо, например, из топливного бака, на впускную сторону фильтрующего элемента и, после фильтрования, подавать отфильтрованное топливо из выпускной стороны фильтрующего элемента в двигатель внутреннего сгорания или его части. Обычно эта стадия фильтрования называется стадией фильтрования для грубой очистки, и фильтрующий элемент может также называться фильтрующим элементом грубой очистки. Факультативно, после стадии фильтра грубой очистки может предусматриваться стадия фильтры тонкой очистки с фильтрующим элементом тонкой очистки. Топливо, отфильтрованное на стадии фильтра грубой очистки, может, следовательно, направлять в находящийся после фильтра механизм, такой как двигатель внутреннего сгорания или его части, в частности, в топливную систему высокого давления, непосредственно или через стадию фильтра тонкой очистки, например.
Топливный насос, расположенный после фильтрующего элемента, в нормальных рабочих условиях работает в первом режиме. В этом первом режиме топливный насос вытягивает топливо из топливного бака через фильтрующий элемент, что обычно приводит к отрицательному давлению перед топливным насосом для создания функции всасывания. Кроме того, в первом режиме топливный насос создает давление в топливопроводе после топливного насоса, тем самым проталкивая топливо, предпочтительно, через факультативную стадию фильтра тонкой очистки. Обычно при использовании вместе с двигателем внутреннего сгорания, если двигатель внутреннего сгорания не работает, не работает и топливный насос.
Как правило, и если не указано иначе, описания в настоящем документе, касающиеся направления потока, в частности, упоминания «перед» и «после», относятся к направлению потока топлива в этом первом режиме работы топливного насоса. Однако описания, касающиеся направления потока воды из водосборного пространства, относятся к потоку воды из водосборного пространства, возникающему в реверсном режиме топливного насоса.
В предлагаемом узле топливного фильтра топливный насос может работать во втором режиме, реверсном по отношению к первому режиму, для подачи топлива обратно в фильтрующий элемент. Следовательно, второй, реверсный, режим меняет на обратное направление потока топлива по топливопроводу и через фильтрующий элемент. Второй, реверсный, режим применим, когда двигатель внутреннего сгорания выключен.
Факультативно, топливный насос может быть с регулируемой частотой вращения (с переменной производительностью) для обеспечения разных расходов в первом режиме и, предпочтительно, более низкой производительности во втором режиме. Переменная производительность в первом режиме служит для подачи правильного количества топлива в систему высокого давления, исходя из требований системы, таких как режим работы двигателя. Обычно более низкая производительность в реверсном режиме служит для более точного управления объемом воды, сливаемой во втором режиме.
Топливный насос предпочтительно представляет собой электрический насос. Кроме того, топливный насос предпочтительно представляет собой объемный насос. Например, регулированием продолжительности работы насоса во втором, реверсном, режиме, вытесняемый объем может легко управляться и адаптироваться к требуемому объему воды, который необходимо слить из водосборного пространства. Например, топливный насос может работать в течение конкретного количества времени, например: 5, 10 или 15 секунд, для каждого цикла слива или очистки.
Перед фильтрующим элементом, т.е. между емкостью с топливом или топливным баком и впускной стороной фильтрующего элемента, в топливопроводе расположен обратный топливный клапан. Этот обратный топливный клапан обеспечивает поток топлива из емкости с топливом или топливного бака к сливной стороне фильтрующего элемента, но блокирует поток топлива в обратном направлении. Этот обратный топливный клапан предпочтительно представляет собой самоприводной клапан, не зависящий от какого-либо внешнего сигнала на открытие в его одном направлении потока. Таким образом, если топливный насос будет работать во втором, реверсном, режиме для подачи топлива обратно в фильтрующий элемент и обратно в топливопровод в направлении к емкости с топливом или топливному баку, топливный клапан будет блокировать поток топлива в этом направлении. Это приведет к повышению давления в топливопроводе между топливным клапаном и топливным насосом и, таким образом, и в фильтрующем элементе и водосборном пространстве, когда топливный насос будет работать во втором, реверсном, режиме.
В сообщении по текучей среде с водосборным пространством и водовыпускным отверстием находится открывающийся под давлением обратный сливной клапан, обеспечивающий слив воды из водосборного пространства в случае, если разность давлений на сливном клапане превышает заданную величину. Этот сливной клапан может, например, располагаться в сливной трубе, подсоединенной к водосборному пространству. Сливной клапан расположен между водосборным пространством и водовыпускным отверстием. Обычно сливной клапан закрыт. Открывающийся под давлением обратный сливной клапан обеспечивает поток воды или текучей среды из водосборного пространства фильтрующего элемента, когда он открыт под давлением, но блокирует поток воды или текучей среды в обратном направлении, т.е. в водосборное пространство, в любом случае. Этот обратный сливной клапан является открывающимся под давлением, т.е. открывает в своем одном направлении потока только тогда, когда на сливном клапане достигнута или превышена некая разность давлений. Это заданное давление может именоваться еще как давление открытия открывающегося под давлением сливного клапана. Предпочтительно, сливной клапан является самоприводным, т.е. не зависит от какого-либо внешнего сигнала для управления давлением. Предпочтительно, как приводящее средство для открытия или закрытия сливного клапана используется само давление в топливопроводе, фильтрующем элементе и/или водосборном пространстве. Сливной клапан конструктивно исполнен так, что открывается, когда давление в топливопроводе, фильтрующий элемент и/или водосборное пространство, т.е. давление перед сливным клапаном (перед/после относительно сливного клапана в направлении потока воды), превышает давление на выпускной стороне сливного клапана, например, давление окружающей среды, на заданное значение. Может быть даже достаточным, чтобы сливной клапан открывался в случае, если давление на впускной стороне сливного клапана было равным давлению на выпускной стороне, поскольку при нормальной работе, т.е. при работе топливного насоса в первом режиме, давление на впускной стороне сливного клапана ниже давления на выпускной стороне сливного клапана. Предпочтительно, сливной клапан представляет собой подпружиненный сливной клапан.
При использовании одного обратного топливного клапана перед фильтрующим элементом и открывающегося под давлением обратного сливного клапана в сообщении с водосборным пространством второй, реверсный, режим топливного насоса создаст избыточное давление в водосборном пространстве фильтрующего элемента, которое откроет открывающийся под давлением обратный сливной клапан и выпустит отделенную воду, предпочтительно, лишь отделенную воду, из водосборного пространства.
Избыточное давление, создаваемое при реверсной работе топливного насоса во втором, реверсном, режиме для открытия открывающегося под давлением обратного сливного клапана, может, например, находиться в пределах 100-400 кПа (1-4 бара).
Предпочтительный основной режим работы может быть следующим. При работе двигателя внутреннего сгорания топливный насос работает в первом режиме и действует как перекачивающий насос и создает небольшое пониженное давление в водосборном пространстве, что приводит к удерживанию открывающегося под давлением обратного сливного клапана в закрытом состоянии. Вода, отделенная от топлива в фильтрующем элементе, собирается в водосборном пространстве. Когда двигатель внутреннего сгорания выключается, необходимость в дальнейшей подаче топлива в топливные системы высокого давления двигателя внутреннего сгорания отпадает. Поэтому топливный насос может быть развернут в направлении и может работать во втором, реверсном, режиме, и, таким образом, будет создавать давление в водосборном пространстве, вызывая в итоге открытие открывающегося под давлением обратного сливного клапана.
Предлагаемый узел топливного фильтра имеет ряд преимуществ. Например, благодаря использованию того же топливного насоса, который используется при работе двигателя внутреннего сгорания, для инициирования слива, когда двигатель внутреннего сгорания выключен, за счет работы топливного насоса во втором, реверсном, режиме, снижаются стоимость, пространство и сложность, необходимые для использования дополнительного насоса.
Кроме того, в узле топливного фильтра, описанного в настоящем документе, слив отделенной воды из водосборного пространства управляется посредством регулирования давления, инициируемого лишь соответствующими режимами работы топливного насоса вместо сложных и дорогостоящих отдельных силовых клапанных систем.
Предпочтительно, в качестве топливного клапана используется стандартный обратный клапан. Кроме того, предпочтительно, в качестве открывающегося под давлением обратного сливного клапана используется простой подпружиненный клапан или подпружиненный сливной клапан, а это означает, что узел топливного фильтра намного дешевле по сравнению с системами, управляемыми клапанами с электромагнитным управлением. Из-за очень низкой стоимости открывающихся под давлением обратных сливных клапанов, в частности, подпружиненных клапанов или подпружиненных сливных клапанов, открывающийся под давлением обратный сливной клапан может встраиваться в фильтрующий картридж, содержащий фильтрующий элемент, и поставляться как сменный картридж. Сменные фильтрующие картриджи, например, могут поставляться как фильтрующие картриджи, полученные методом центрифугирования.
Еще одним преимуществом является то, что повышение давления в водосборном пространстве и факультативной сливной трубе, предпочтительно соединенной с водосборным пространством, топливным насосом, работающем во втором, реверсном, режиме, может использоваться для проталкивания отделенной слитой воды в отдельную емкость, например, расположенную на расстоянии от водосборного пространства или выше его.
Еще одним преимуществом узла топливного фильтра является то, что представляет собой простую и надежную систему, поскольку слив возможет только при неработающем двигателе внутреннего сгорания, что является особенно преимущественным и безопасным для дорожных условий, и когда топливный насос работает во втором, реверсном, режиме. Следовательно, клапаны не могут случайно открыться, что могло бы привести к большому объему разлитого топлива.
Предпочтительно, узел топливного фильтра дополнительно содержит ручной сливной клапан в сообщении с водосборным пространством. Эта возможность ручного слива предпочтительно предусмотрена для опорожнения фильтрующего элемента до замены фильтрующего элемента или фильтрующего картриджа. Без этого ручного слива топливо при замене фильтрующего элемента или фильтрующего картриджа может выливаться. Предпочтительно, ручной сливной клапан соединен с фильтрующим элементом с возможностью отсоединения.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления узел топливного фильтра дополнительно содержит пространство для очистки воды со средством для удаления углеводородов. Пространство для очистки воды предпочтительно расположено после (в направлении потока воды) водосборного пространства, так что открывающийся под давлением обратный сливной клапан расположен между водосборным пространством и пространством для очистки воды и обеспечивает поток воды из водосборного пространства в пространство для очистки воды. Пространство для очистки воды предпочтительно содержится в камере для очистки воды.
-1
-1
Водосборное пространство и пространство для очистки воды могут соединяться сливной трубой, в которой расположен открывающийся под давлением обратный сливной клапан. Средство для удаления углеводородов предпочтительно содержит поглотитель, подобный активированному углю, отделитель или средство химической обработки для разложения углеводородов, например, или состоит из них. Предпочтительно, пространство для очистки воды со средством для удаления углеводородов предназначено и выполнено в размерах для значительного уменьшения количества углеводородов, содержащихся в воде, предпочтительно, с количества углеводородов в воде примерно 200 млн до количества углеводородов ниже нормативных порогов, например, ниже 10 млн.
Кроме того, предпочтительно, что открывающийся под давлением обратный выпускной клапан предусмотрен в сообщении с пространством для очистки воды. Открывающийся под давлением обратный выпускной клапан обеспечивает выпуск воды из пространства для очистки воды, предпочтительно, по сливной трубе, в случае, если разность давлений на выпускном клапане превышает заданное значение. Это заданное значение может также именоваться как давление открытия выпускного клапана. Открывающийся под давлением обратный выпускной клапан предпочтительно представляет собой подпружиненный клапан или подпружиненный сливной клапан.
Предпочтительно, пространство для очистки воды и, возможно, открывающийся под давлением обратный выпускной клапан являются частью фильтрующего элемента или сменного картриджа. В частности, открывающиеся под давлением обратные клапаны, используемые как сливной клапан и выпускной клапан, а также пространство для очистки воды со средством для удаления углеводородов могут легко встраиваться в фильтрующий элемент или в фильтрующий картридж вместе с фильтрующим элементом и, таким образом, образовывать сменный элемент, сменный картридж или сменный блок. Это позволяет получить очень компактную конструкцию. Альтернативно, пространство для очистки воды со средством для удаления углеводородов может предусматриваться как отдельный, предпочтительно, также сменный элемент, который может соединяться, предпочтительно, непосредственно, с водосборным пространством фильтрующего элемента.
Наличие пространства для очистки воды со средством для удаления углеводородов обеспечивает очистку воды и, таким образом, выпуск воды из пространства для очистки воды непосредственно в окружающую среду или другую систему и уменьшает или устраняет необходимость в специальной обработке слитой воды.
Кроме того, предпочтительно, внутренний объем пространства для очистки воды является, по меньшей мере, таким же, как внутренний объем водосборного пространства или максимальный уровень заполнения водосборного пространства соответственно. Предпочтительно, внутренний объем пространства для очистки воды больше внутреннего объема водосборного пространства по меньшей мере на 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 50%, 75%, 100%, 125%, 150% или 200%. Преимуществом использования пространства для очистки воды с внутренним объемом одного из этих предпочтительных размеров является то, что время пребывания воды пространстве для очистки воды обычно будет дольше, чем время между несколькими остановками двигателя (в пределах от часов до суток). Это позволяет средству для удаления углеводородов удалить максимизированное количество углеводородов из воды.
Кроме того, предпочтительно предусмотреть в топливопроводе перепускной канал, предпочтительно в виде воздухоотвода или отверстия, перекрывающий фильтрующий элемент, топливный клапан и топливный насос. Этот перепускной канал может обеспечить и/или ускорить уравновешивание давлений по обе стороны фильтрующего элемента при работе топливного насоса во втором, реверсном, режиме. Кроме того, перепускной канал может помочь избежать смятия фильтрующей среды в фильтрующем элементе при реверсной работе топливного насоса в случае использования фильтрующего элемента с фильтрующей средой. Кроме того, перепускной канал позволяет вытягивать объем топлива, необходимый в реверсном режиме для повышения давления перед топливным насосом из топливопровода или емкости с топливом.
В одном предпочтительном варианте осуществления предусмотрена сливная труба, соединенная с водосборным пространством и содержащая открывающийся под давлением обратный сливной клапан, предназначенный и расположенный для слива воды и/или топлива из водосборного пространства в фильтрующем элементе в отдельный объем в топливном баке. Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что слив может инициироваться на регулярной основе, даже если в водосборном пространстве вода вообще не скопилась или скопилась в малом количестве, и, например, не требуется датчик уровня воды для включения реверсной работы топливного насоса для слива. Поскольку жидкость, сливаемая из водосборного пространства, направляется в отдельный объем в топливном баке, выпускаться таким образом может и топливо. Кроме того, преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что не требуется и пространство для очистки воды, поскольку вода не выпускается в окружающую среду или любую иную систему, чувствительную к загрязнению углеводородами.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления предусмотрен датчик уровня воды для выявления того, превышает ли вода, скопившаяся в водосборном пространстве, заданный уровень. Датчик уровня воды может быть конструктивно исполнен как одноуровневый, двухуровневый или многоуровневый датчик. Кроме того, могут предусматриваться два или более датчиков уровня воды.
Кроме того, предпочтительно, к фильтрующему элементу, в частности, к сменному фильтрующему элементу или сменному фильтрующему картриджу, съемно прикреплен датчик уровня воды. Поскольку датчики уровня воды могут быть дорогостоящими, предпочтительным является повторное использование датчиков уровня воды даже при замене фильтрующего элемента или фильтрующего картриджа. Таким образом, перед утилизацией фильтрующего элемента или фильтрующего картриджа датчик уровня воды предпочтительно снимается с фильтрующего элемента или фильтрующего картриджа и затем повторно используется с новым фильтрующим элементом или фильтрующим картриджем. Особенно предпочтительно располагать датчик уровня воды на ручном сливном клапане, который также предпочтительно не выбрасывается со сменным фильтрующим элементом или фильтрующим картриджем, а повторно используется с новым фильтрующим элементом или фильтрующим картриджем.
Предпочтительно, датчик уровня воды подключен к топливному насосу с таким расчетом, чтобы топливный насос мог запускаться и/или останавливаться во втором, реверсном, режиме в зависимости от сигнала от датчика уровня воды. Датчик уровня воды может подключаться к топливному насосу, предпочтительно, посредством устройства управления. Режим работы этого варианта осуществления предпочтительно следующий. Когда двигатель будет выключен, и датчик уровня воды укажет, что в водосборном пространстве фильтрующего элемента собрался достаточный объем воды, топливный насос получит соответствующий сигнал от датчика уровня воды, и по этому сигналу начнет работать во втором, реверсном, режиме. Длительность работы топливного насоса во втором, реверсном, режиме может быть заданной, например, 5, 10 или 15 с. Альтернативно, длительность работы топливного насоса во втором, реверсном, режиме может зависеть от дополнительного сигнала от датчика уровня воды, в частности сигнала, что уровень воды в водосборном пространстве упал ниже заданного уровня, и по этому сигналу работа топливного насоса во втором, реверсном, режиме останавливается.
Если топливный насос предусмотрен как объемный насос, вытесняемый объем может легко управляться, и, следовательно, во избежание выпуска топлива из водосборного пространства требуется лишь один датчик уровня воды. Предпочтительно принять длительность работы топливного насоса во втором, реверсном, режиме такой, чтобы вытесняемый объем был равен или меньше объема воды, скопившейся в водосборном пространстве, когда датчик уровня воды инициирует пуск топливного насоса, работающего во втором, реверсном, режиме.
Как правило, предпочтительно вести учет числа осуществленных циклов слива, например, в устройстве управления. Число циклов слива или очисток может использоваться для информирования пользователя о необходимости замены фильтрующего элемента и/или пространства для очистки воды в случае, если число циклов слива укажет, что срок службы фильтрующего элемента истек, и/или что средство для удаления углеводородов нуждается в техническом обслуживании или замене, например, в случае насыщения поглотителя.
В еще одном варианте осуществления предпочтительно предусмотреть датчик давления, предназначенный и расположенный для определения давления в пространстве для очистки воды и/или для определения того, превышает ли это давление в пространстве для очистки воды заданное значение. Если давление в пространстве для очистки воды становится слишком высоким, это может быть указанием замерзшей или заблокированной сливной трубы или иных повреждений или неисправностей системы.
Кроме того, предпочтительно предусмотрен датчик топлива и/или оптический датчик, предназначенный и расположенный для определения присутствия и/или количества топлива и/или иных примесей в воде, скопившейся в пространстве для очистки воды, и/или для определения того, превышает ли количество топлива и/или иных примесей в воде, скопившейся в пространстве для очистки воды, заданное значение. Присутствие топлива и/или иных примесей в пространстве для очистки воды может также указывать на неисправность системы или окончание срока службы пространства для очистки воды и, в частности, средства для удаления углеводородов, содержащегося в нем.
Кроме того, предпочтительно предусмотреть датчик температуры, предназначенный и расположенный для определения температуры, предпочтительно, температуры в пространстве для очистки воды, и/или для определения того, ниже ли определенная температура заданного значения. Датчик температуры может, таким образом, использоваться для определения того, не ниже ли температуры точки замерзания и, следовательно, не могли ли замерзнуть сливная труба или другие элементы, связанные с водой.
Датчик давления, и/или датчик топлива, и/или оптический датчик, и/или датчик температуры предпочтительно съемно крепятся к фильтрующему элементу и предпочтительно повторно используются, даже если фильтрующий элемент или фильтрующий картридж заменен. Кроме того, датчик давления, и/или датчик топлива, и/или оптический датчик, и/или датчик температуры предпочтительно предусмотрены в ручном сливном клапане, который также предпочтительно повторно используется в случае, если фильтрующий картридж или фильтрующий элемент заменен.
В соответствии с еще одним аспектом предлагается фильтрующий элемент, содержащий конструкцию фильтрующей среды, содержащую фильтрующую среду, предназначенную для отделения воды от топлива; водосборное пространство и водовыпускное отверстие; и открывающийся под давлением обратный сливной клапан в сообщении с водосборным пространством и водовыпускным отверстием. Фильтрующий элемент предпочтительно представляет собой фильтрующий элемент для узла топливного фильтра или любой из его вариантов осуществления, описанных выше.
Фильтрующая среда для предлагаемого фильтрующего элемента может представлять собой любую фильтрующую среду, подходящую для отделения или отфильтровывания воды и, возможно, механических частиц от топлива, например: инерционный фильтр, центробежный фильтр, фильтрующая среда, гидрофобный экран, разделительная мембрана или коалесцирующее воду устройство. Предпочтительно, фильтрующий элемент имеет впуск для неотфильтрованного топлива и выпуск для отфильтрованного топлива. Впуск топлива и/или выпуск топлива могут представлять собой отверстия в корпусе фильтра, например. Обычно впуск топлива и/или выпуск топлива могут представлять собой ограниченное впускное и/или выпускное пространство в сообщении с соответственно впускной или выпускной сторонами фильтрующего элемента.
Предпочтительно, фильтрующий элемент дополнительно содержит ручной сливной клапан в сообщении с водосборным пространством. Кроме того, предпочтительно, фильтрующий элемент дополнительно содержит пространство для очистки воды со средством для удаления углеводородов. Предпочтительно, предусмотрен открывающийся под давлением обратный выпускной клапан в сообщении с пространством для очистки воды, обеспечивающий слив воды из пространства для очистки воды в случае, если разность давлений на выпускном клапане превышает заданное значение.
Предпочтительно, фильтрующий элемент дополнительно содержит датчик уровня воды, предназначенный для выявления того, превышает ли вода, скопившаяся в водосборном пространстве, заданный уровень.
Предпочтительно, фильтрующий элемент дополнительно содержит датчик давления, предназначенный и расположенный для определения давления в пространстве для очистки воды и/или для определения того, превышает ли давление в пространстве для очистки воды заданное значение.
Предпочтительно, фильтрующий элемент дополнительно содержит датчик топлива и/или оптический датчик, предназначенный и расположенный для определения присутствия и/или количества топлива и/или иных примесей в воде пространства для очистки воды и/или для определения того, превышает ли количество топлива и/или иных примесей в воде пространства для очистки воды заданное значение.
Предпочтительно, фильтрующий элемент дополнительно содержит датчик температуры, предназначенный и расположенный для определения температуры и/или для определения того, ниже ли определенная температура заданного значения.
Что касается преимуществ, предпочтительных вариантов осуществления и деталей фильтрующего элемента и его предпочтительных вариантов осуществления, следует обратиться к соответствующим аспектам и вариантам осуществления, описанным выше для узла топливного фильтра.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается способ слива воды из узла топливного фильтра, включающий следующие этапы: обеспечения узла топливного фильтра по меньшей мере по одному из предыдущих пунктов; эксплуатация топливного насоса во втором, реверсном, режиме с повышением при этом давления в фильтрующем элементе и/или водосборном пространстве; и открытие сливного клапана после того, как давление в фильтрующем элементе и/или водосборном пространство превышает заданное значение.
Кроме того, перед эксплуатацией топливного насоса во втором, реверсном, режиме после остановки работы в первом режиме предпочтительно выждать заданный период времени, например, 5, 10 или 15 минут. Достигаемое при этом преимущество заключается в том, что вода в водосборном пространстве может осесть, и топливо, оставшееся в водосборном пространстве, может скопиться поверх воды или в верхней зоне воды. Еще одно преимущество при использовании с двигателями внутреннего сгорания заключается в том, что, если двигатель внутреннего сгорания остановился случайно или лишь на короткое время, слив не начинается, например, в автоматике пуска-останова.
Дополнительные предпочтительные этапы: направление воды из сливного клапана в пространство для очистки воды со средством для удаления углеводородов; и, предпочтительно, выпуск воды из пространства для очистки воды через открывающийся под давлением обратный выпускной клапан в сообщении с пространством для очистки воды.
Что касается преимуществ, предпочтительных вариантов осуществления и деталей способа и его предпочтительных вариантов осуществления, следует обратиться к соответствующим аспектам и вариантам осуществления, описанным выше для узла топливного фильтра и фильтрующего элемента.
Узел топливного фильтра, фильтрующий элемент и способ слива из узла топливного фильтра, описанные в настоящем документе, могут использоваться с любым видом топлива, например с дизельным топливом.
Ниже приводится описание предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемый графический материал, на котором:
фиг. 1: иллюстрирует первый пример одного предпочтительного варианта осуществления узла топливного фильтра в топливной системе двигателя внутреннего сгорания;
фиг. 2: иллюстрирует второй пример одного предпочтительного варианта осуществления узла топливного фильтра в топливной системе двигателя внутреннего сгорания;
фиг. 3: иллюстрирует третий пример одного предпочтительного варианта осуществления узла топливного фильтра в топливной системе двигателя внутреннего сгорания;
фиг. 4: иллюстрирует первый пример одного предпочтительного сменного фильтрующего элемента для узла топливного фильтра;
фиг. 5: иллюстрирует второй пример одного предпочтительного сменного фильтрующего элемента для узла топливного фильтра;
фиг. 6: иллюстрирует третий пример в разрезе одного предпочтительного сменного фильтрующего элемента для узла топливного фильтра; разрез взят по линии 6-6 на фиг. 7;
фиг. 7: иллюстрирует вид сверху фильтрующего элемента на фиг. 6;
фиг. 8: иллюстрирует увеличенный вид обратного клапана на фиг. 6;
фиг. 9: иллюстрирует четвертый пример в разрезе одного предпочтительного сменного фильтрующего элемента для узла топливного фильтра; разрез взят по линии 9-9 на фиг. 10;
фиг. 10: представляет собой вид сверху фильтрующего элемента на фиг. 9;
фиг. 11: представляет собой разрез конструкции фильтрующей среды, используемой в фильтрующем элементе на фиг. 9; разрез взят по линии 11-11 на фиг. 12;
фиг. 12: представляет собой вид сверху конструкции фильтрующей среды на фиг. 11; и
фиг. 13: представляет собой увеличенный вид обратного клапана на фиг. 11.
Фиг. 1-3 иллюстрируют топливную систему 1, 1', 1'' с узлом 100, 100', 100'' топливного фильтра, в данном случае с узлом фильтра для грубой очистки, и узлом 200 фильтра для тонкой очистки после узла 100, 100', 100'' фильтра для грубой очистки. Топливопровод 10 соединяет топливный бак 101 через узел 100, 100', 100'' фильтра для грубой очистки, через узел 200 фильтра для тонкой очистки с топливным насосом 500 высокого давления, лонжерон 600 в сборе, форсунки 700 в головке блока цилиндров и охладитель 800 топлива. Частью топливной системы 1, 1', 1'' дополнительно являются датчик 300 давления и датчик 400 температуры. Перепускной канал 11 в топливопроводе 10 в виде воздухоотвода перекрывает узел 100, 100', 100'' фильтра для грубой очистки. Узел 200 фильтра для тонкой очистки содержит фильтрующий элемент 201 для тонкой очистки. Если не считать некоторых различий в узле 100, 100', 100'' фильтра для грубой очистки, примерные варианты осуществления, показанные на фиг. 1-3, являются идентичными.
Далее приводится более подробное описание общих элементов узла 100, 100', 100'' топливного фильтра, показанных на фиг. 1-3. Узел 100, 100', 100'' фильтра для грубой очистки содержит фильтрующий элемент 110 для грубой очистки с водосборным пространством 111. Фильтрующий элемент 110 соединен с топливопроводом 10 для подачи на впускную сторону фильтрующего элемента 100 топлива из топливного бака 101 и выпуска отфильтрованного топлива с выпускной стороны фильтрующего элемента 110 в узел 200 фильтра для тонкой очистки.
Узел 100, 100', 100'' топливного фильтра, показанный на фиг. 1-3, дополнительно содержит электрический объемный топливный насос 120 после фильтрующего элемента 110. Топливный насос 120 может работать в первом режиме для втягивания топлива через фильтрующий элемент 110 (показанном правой стрелкой в топливном насосе 120) и во втором, реверсном, режиме для подачи топлива обратно в фильтрующий элемент 110 (показанном левой стрелкой в топливном насосе 120). Перекрывает топливный насос 120 регулятор 12 давления. До фильтрующего элемента 110 предусмотрен обратный топливный клапан 131, обеспечивающий поток к впускной стороне фильтрующего элемента 110, но блокирующий поток в обратном направлении. В сообщении с водосборным пространством 111 находится открывающийся под давлением обратный сливной клапан, предпочтительно, подпружиненный клапан, расположенный в сливной трубе 20, обеспечивающий слив воды из водосборного пространства 110 по сливной трубе 20 в случае, если разность давлений на сливном клапане 132 превышает заданную величину.
Варианты осуществления узла 100, 100'' топливного фильтра, показанные на фиг. 1 и 3, дополнительно содержат датчик 141 уровня воды. Вариант осуществления узла 100 топливного фильтра, показанный на фиг. 1, дополнительно содержит дополнительный, факультативный перепускной канал 11а в топливопроводе 10 в виде воздухоотвода, перекрывающего фильтрующий элемент 110.
Основное принцип действия узла 100 топливного фильтра, показанного на фиг. 1, заключается в следующем. После остановки двигателя внутреннего сгорания, и в случае, если датчик 141 уровня воды выявляет то, что в водосборном пространстве 111 присутствует достаточно воды для слива, топливный насос 120 работает во втором, реверсном, режиме. Поскольку топливный клапан 131 в этом направлении перекрыт, в водосборном пространстве 111 нарастает давление, и когда оно достигает давления открытия сливного клапана 132, сливной клапан 132 открывается, и вода из водосборного пространства 111 выпускается из водовыпускного отверстия и по сливной трубе 20. Работа топливного насоса во втором, реверсном, режиме прекращается либо спустя заданное количество времени (например, через 5, 10 или 15 секунд в зависимости от заданного объема слива), либо по сигналу от датчика 141 уровня воды, указывающему, что уровень воды в водосборном пространстве 111 упал ниже минимального уровня.
Узел 100' топливного фильтра, показанный на фиг. 2, отличается от узла 100 топливного фильтра, показанного на фиг. 1, в частности, тем, что в примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, датчик уровня воды не требуется. Это объясняется тем, что в варианте осуществления, показанном на фиг. 2, сливная труба 20 конструктивно исполнена и расположена так, чтобы сливать воду отдельный объем 102 в топливном баке 101. При этом и топливо может выпускаться из водосборного пространства 111 по сливной трубе 20 и через сливной клапан 132 в отдельный объем 102 в топливном баке 101. Следовательно, топливный насос 120 может работать во втором, реверсном, режиме на регулярной основе независимо от уровня заполнения водой в водосборном пространстве 111. Кроме этих отличий вариант осуществления на фиг. 2, в основном, соответствует варианту осуществления, показанному на фиг. 1. Поэтому для остальных элементов варианта осуществления, показанного на фиг. 2, следует обращаться к описанию варианта осуществления, показанного на фиг. 1.
Этот вариант осуществления на фиг. 2 обладает преимуществами очень низкой стоимости и возможности сливать жидкость из водосборного пространства 111 за счет давления в сливной трубе 20 также в отдельный объем 102 топливного бака 101, который расположен на более высоком уровне, чем водосборное пространство 111. Отдельный объем 102 в топливном баке 101 может быть создан перегородкой, допускающей переливание топлива в топливный бак 101. Однако во избежание скапливания воды в топливном баке может требоваться очистка топливного бака 101 и, в частности, отдельного объема 102 топливного бака 101 с интервалами технического обслуживания.
Вариант осуществления на фиг. 3 также в основном соответствует варианту осуществления, показанному на фиг. 1, и в отношении соответствующих элементов и преимуществ следует обращаться к описанию варианта осуществления, показанного на фиг. 1. Основные отличия варианта осуществления, показанного на фиг. 3, от варианта осуществления, показанного на фиг. 1, описаны ниже. В дополнение к элементам варианта осуществления, показанного на фиг. 1, узел 100'' топливного фильтра в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, имеет пространство 150 для очистки воды, находящееся в камере для очистки воды. Пространство 150 для очистки воды содержит активированный уголь как средство 151 для удаления углеводородов. Пространство 150 для очистки воды соединено с водосборным пространством 111 посредством сливной трубы 20 со сливным клапаном 132, расположенным между водосборным пространством 111 и пространством 150 для очистки воды. В сообщении с пространством 150 для очистки воды находится дополнительно открывающийся под давлением обратный клапан, а именно выпускной клапан 133. Предпочтительно, и открывающийся под давлением обратный выпускной клапан 133 представляет собой подпружиненный клапан. Кроме того, к пространству 150 для очистки воды подключен датчик 142. Датчик 142 может представлять собой датчик топлива, оптический датчик и/или датчик давления. Датчик топлива и/или оптический датчик могут использоваться для определения присутствия топлива или других примесей в пространстве 150 для очистки воды. Датчик давления может использоваться для определения любого нарушения работы вследствие чрезмерно высокого давления в пространстве 150 для очистки воды. Вариант осуществления, показанный на фиг. 3 обладает тем преимуществом, что воды, выпущенная из водосборного пространства 111, очищается в пространстве 150 для очистки воды путем удалении углеводородов, благодаря чему воды, выпускаемая из пространства 150 для очистки воды через выпускной клапан 133, может безопасно сливаться в окружающую среду или другие системы.
В вариантах осуществления на фиг. 1-3 устройство 900 управления подключено к одному или нескольким из датчиков (например, к датчику 300 давления, датчику 400 температуры, датчику 141 уровня воды) и/или к топливному насосу 120. Устройство 900 управления предназначено и расположено для выдачи сигнала, зависящего от одного или нескольких сигналов от одного или нескольких датчиков 300, 400, 141, и/или для пуска и/или останова топливного насоса 120 для работы во втором, реверсном, режиме в зависимости от одного или нескольких сигналов от одного или нескольких датчиков 300, 400, 141.
На фиг. 4-13 показаны примерные варианты осуществления предпочтительных сменных фильтрующих элементов. Варианты осуществления, показанные на фиг. 4 и 5, отличаются тем, что вариант осуществления на фиг. 5 дополнительно содержит пространство 1150 для очистки воды с активированным углем 1151 и открывающийся под давлением обратный выпускной клапан 1133, в данном случае подпружиненный клапан, которых нет в варианте осуществления на фиг. 4. Пространство 1150 для очистки воды содержится в камере для очистки воды на фиг. 5. Пространство 1150 для очистки воды со средством 1151 для удаления углеводородов может быть частью сменного фильтрующего картриджа 1000', как показано в варианте осуществления на фиг. 5, или может предусматриваться как отдельная сменная часть, которая предпочтительно непосредственно крепится к сменному фильтрующему элементу.
Описание остальных элементов сменных фильтрующих элементов 1000, 1000', 1000'', 1000''' применимо к фиг. 4, 5, 6 и 9. Сменные фильтрующие элементы 1000, 1000', 1000'', 1000''', показанные на фиг. 4, 5, 6 и 9, содержат корпус или чашу 1111 и фильтрующие средства или фильтрующие среды 1100 для отделения воды от топлива и, возможно, для отфильтровывания частиц из топлива. В вариантах осуществления, показанных на фиг. 4, 5, 6 и 9, фильтрующие среды 1100 представляет собой цилиндрические конструкции фильтрующих сред с открытыми внутренними частями фильтра. Ниже фильтрующих сред 1100 находится водосборное пространство 1110, предназначенное для сбора воды, отделенной от топлива.
В прямом и ничем не стесненном сообщении с водосборным пространством 1110 находится подпружиненный клапан 1320, действующий как открывающийся под давлением обратный сливной клапан, обеспечивающий выпуск воды из водосборного пространства 1110 через водовыпускное отверстие 1113. Обратный сливной клапан закрыт и открывается только тогда, когда в водосборном пространстве 1110 достигается давление открытия. Примерные давления открытия - между 3 и 6 барами.
Например, давление для обратного клапана 1320 создается посредством повышения давления путем сжатия жидкости в водосборном пространстве 1110 в результате обратного потока, возвращающегося из топливовыпускного отверстия, когда топливный насос 120 работает в реверсном режиме. Давление обычно не подается насосом, находящимся в баке.
В водосборном пространстве 1110 находится датчик 1300 уровня воды, предназначенный для обнаружения того, превышает ли вода, скопившаяся в водосборном пространстве 1110, заданный уровень. Корпус 1111 сменного фильтрующего элемента 1000, 1000', 1000'', 1000''' имеет резьбовое отверстие 1112 и дно, закрытое ручным сливным клапаном 1200 с соответствующей резьбой 1212 на центральном выступе 1211. Из-за наличия пространства 1150 для очистки воды в варианте осуществления на фиг. 5 центральный выступ 1211 больше. Ручной сливной клапан 1200 уплотняет резьбовое отверстие 1112 в корпусе 1111 в его закрытом положении посредством уплотнительного элемента 1220. Когда ручной сливной клапан 1200 повернут в его открытое положение, показанное на фиг. 4 и 5, вода из водосборного пространства 1110 вытекает самотеком через пространство 1213 и через отверстия 1210 ручного сливного клапана 1200. Ручной слив необходим для опорожнения водосборного пространства 1110 перед заменой фильтрующего картриджа во избежание пролива топлива. Ручной сливной клапан 1200 не показан на фиг. 9, но может быть частью и этого примера.
Предпочтительно, ручной сливной клапан 1200 с датчиком 1300 уровня воды съемно крепится к фильтрующему элементу и может повторно использоваться, когда фильтрующий элемент выбрасывается. При этом количество дорогостоящих элементов, подобных датчикам, может быть сокращено, а сменные фильтрующие элементы с дешевым открывающимся под давлением обратным сливным клапаном и, возможно, пространством 1150 для очистки воды со средством 1151 для удаления углеводородов и открывающимся под давлением обратным выпускным клапаном 1133 могут изготавливаться с малыми издержками, и могут выбрасываться.
Дополнительные признаки элемента 1000'' на фиг. 6 включают фильтрующие среды 1100, являющиеся частью конструкции 1401 фильтрующих сред, извлекаемой и сменной в корпусе 1111. Корпус 1100 на фиг. 6 включает резьбовую муфту 1400, прикрепленную к наружной стороне корпуса 1111 рядом с открытой горловиной 1402. Конструкция 1401 фильтрующих сред может извлекаться и заменяться через горловину 1402. Муфта 1400 удерживает уплотнительный элемент 1404, ориентированный таким образом, чтобы образовывать радиальное уплотнение между муфтой 1400 и головкой фильтра, когда элемент 1000' прикреплен к головке фильтра.
По-прежнему со ссылкой на элемент 1000'' на фиг. 6, конструкция 1401 фильтрующих сред содержит верхнюю торцевую крышку 1406 и нижнюю торцевую крышку 1408, прикрепленные к ней. Верхняя торцевая крышка 1406 имеет отверстие 1410, позволяющее выходить отфильтрованной жидкости. Нижняя торцевая крышка 1408 закрыта. Верхняя торцевая крышка 1406 удерживает уплотнительный элемент 1412, предназначенный для образования уплотнения с частью головки фильтра, когда элемент 1000' прикреплен к головке фильтра.
По-прежнему со ссылкой на элемент 1000'' на фиг. 6, пластина 1420 уплотнена внутри корпуса 1111 радиальным уплотнительным элементом 1422. Пластина 1420 удерживает обратный клапан 1320 на расстоянии от фильтрующих сред 1100, и между ними находится водосборное пространство 1110.
Фиг. 8 иллюстрирует увеличенный вид обратного клапана 1320 с фиг. 6. Обратный клапан 1320 имеет корпус 1430 клапана, удерживающий шар 1432, пружиной 1436 прижатый к отверстию 1434 клапана. Обратный сливной клапан 1320 закрыт и открывается только тогда, когда в водосборном пространстве 1110 достигается давление открытия, которое передвинет шар 1432 с преодолением сопротивления пружины 1436 для открытия отверстия 1434. Это позволяет воде вытекать через отверстие 1434, а затем через выходное отверстие 1438. Примерные давления открытия - между 3 и 6 барами. Давление для обратного клапана 1320 создается посредством повышения давления путем сжатия жидкости в водосборном пространстве 1110.
Дополнительные признаки элемента 1000''' на фиг. 9 включают корпус 1111, имеющий торцевую пластину 1500, прикрепленную к нему. Торцевая пластина 1500 имеет впускное отверстие 1502 и выпускное отверстие 1504. Имеется отверстие 1506 в дне корпуса 1111, которое может содержать ручной сливной клапан 1200, показанный в других примерах корпуса 1111. Внутренняя вертикальная стенка 1510 проходит вверх от внутренней стороны дна корпуса 1111. Она образует поверхность для уплотнения фильтра 1100.
На фиг. 9 и 11 фильтрующая среда 1100 является частью конструкции 1501 фильтрующей среды, имеющей открытый внутренний объем 1520 и содержащей нижнюю торцевую крышку 1522, прикрепленную к ней. Нижняя торцевая крышка 1522 имеет аксиально отнесенную стенку 1524, окружающую водосборное пространство 1110. Аксиально отнесенная цилиндрическая стенка 1524 находится под открытым внутренним объемом 1520 и снаружи фильтрующей среды 1100. Аксиально отнесенная цилиндрическая стенка 1524 проходит или выступает аксиально в сторону от фильтрующей среды 1100.
Стенка 1524 удерживает уплотнительный элемент 1526, образующий уплотнение с внутренней поверхностью 1528 вертикальной стенки 1510. Закрывающей дно цилиндрической стенки 1524 является пластина 1530, удерживающая обратный клапан 1320. Пластина 1530 имеет отверстие 1532 в прямом и открытом сообщении с водосборным пространством 1110. Обратный клапан 1320, показанный увеличенным на фиг. 13, является таким же, как на фиг. 8, и поэтому имеет такие же позиции.
По-прежнему со ссылкой на фиг. 9 и 11, конструкция 1501 фильтрующей среды содержит верхнюю торцевую крышку 1540, прикрепленную к фильтрующей среде 1100. Аксиально отнесенной от фильтрующей среды 1100 проходит и выступает из верхней торцевой крышки 1540 шейка 1542, удерживающая уплотнительный элемент 1544. Уплотнительный элемент 1544 образует радиальное уплотнение с выступающей вниз цилиндрической стенкой 1546, проходящей от внутренней стороны торцевой пластины 1500. Стенка 1546 окружает выпускное отверстие 1504.
По-прежнему со ссылкой на фиг. 9 и 11, сетка 1550 фильтра находится в открытом внутреннем объеме 1520 конструкции 1501 фильтрующей среды. Сетка 1550 фильтра может быть в виде цилиндра. Сетка 1550 может быть водоотталкивающей во избежание повторного захватывания капель воды на чистой стороне фильтрующей среды 1100. Отфильтрованная жидкость должна протечь через сетку 1550 фильтра прежде, чем сможет выйти из фильтрующего элемента 1000''', протекая через шейку 1546 и затем через выпускное отверстие 1504.