CN103826718A

CN103826718A - 用于流体过滤器组件的二次夹带减少结构

Info

Publication number: CN103826718A
Application number: CN201280044097.5A
Authority: CN
Inventors: D·E·哈克特; C·F·阿马德
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-05-28
Also published as: WO2013039767A1; US20130062291A1

Abstract

一种流体过滤器组件（50，130）包括沿着竖向轴线取向的壳体（52，132）。过滤器介质（54，134）布置在壳体（52，132）内、沿着竖向轴线取向并且具有过滤等级。过滤器介质（54，134）捕获颗粒尺寸大于过滤等级的颗粒。颗粒容纳空间（96，152）相对于竖向轴线位于过滤器介质（54，134）下方并且由壳体（52，132）的内表面（98，154）和过滤器介质（54，134）的下端（58，140）限定。具有中空单元（74，124，168）的阵列（73，122）的二次夹带减少结构（70，120，156）定位在用于接收被清除的颗粒的颗粒容纳空间（96，152）内。

Description

用于流体过滤器组件的二次夹带减少结构

技术领域

本发明整体涉及一种流体过滤器组件，并且更具体地涉及一种用于减少颗粒二次夹带到流体过滤器组件内的流体流中的二次夹带减少结构。

背景技术

诸如液体或气体过滤器的流体过滤器典型地包括过滤器介质，其用于在流体经过过滤器时从流体去除杂质或固体颗粒。内燃发动机特别地使用多种流体过滤器，包括用于从燃料去除污染物以减少可能由于污染物造成的对燃料系统的部件的损害的燃料过滤器。典型地，燃料过滤器包括其中布置有诸如过滤器纸的过滤器介质的壳体。燃料流经过滤器介质以去除发动机上游的颗粒和其它污染物，从而避免对发动机部件的潜在损害和堵塞。虽然在总体功能中存在很小差别，但流体过滤器的设计和过滤方式可以变化。例如，柴油燃料过滤器通常被构造成在能够容易地从过滤器去除水的区域中收集水。

过滤器介质通常具有表示介质的过滤能力的过滤等级。例如，过滤器介质可以被构造成捕获大于过滤等级的颗粒。被捕获在过滤器介质内的这些颗粒可以被清除，诸如当燃料流减小时或当过滤器经历显著振动时。这些被清除的颗粒可以利用重力移往壳体的底部并且停在壳体地板上，仅在燃料流动重新开始时被二次夹带到燃料流中。因此，过滤器介质必须再次试图捕获大颗粒，潜在地导致流体过滤器的效率总体下降。

Popoff等人的美国专利No.4740299教导了一种具有带螺纹的收集碗的过滤器组件。收集碗和过滤器组件使用自密封O型圈和螺纹配合布置，以便承受高压差。根据一种实施方式，收集碗可以限定内收集区和外收集区，其中，内收集区接收用于径向向外流动设计的预过滤的颗粒，外收集区接收用于径向向内流动设计的预过滤的颗粒。因此，仅使用内收集区和外收集区中的一个来收集预过滤的颗粒。虽然Popoff参考文献似乎公开了一种用于颗粒的收集区域，但其并未教导用于减少所收集的颗粒的二次夹带的任何方式。

本发明旨在上面提及的问题中的一个或多个。

发明内容

一方面，一种流体过滤器组件包括沿着竖向轴线取向的壳体。过滤器介质布置在壳体内、沿着竖向轴线取向并且具有过滤等级。过滤器介质捕获颗粒尺寸大于过滤等级的颗粒。颗粒容纳空间相对于竖向轴线位于过滤器介质下方并且由壳体的内表面和过滤器介质的下端限定。具有中空单元的阵列的二次夹带减少结构定位在用于接收被清除的颗粒的颗粒容纳空间内。

另一方面，一种减少流体过滤器组件中的颗粒的二次夹带的方法包括将颗粒夹带到经过流体过滤器组件的流体流内。颗粒被捕获在过滤器介质内并且接着被从过滤器介质清除。颗粒利用重力相对于流体过滤器组件的竖向轴线向下游迁移并移入二次夹带减少结构的中空单元内。至少部分地通过使用分离中空单元的轴向壁防护颗粒不进入流体流来减少颗粒二次夹带到流体流内。

又一方面，一种用于流体过滤器组件的二次夹带减少结构包括单一结构，该单一结构具有由基本上平行于流体过滤器组件的竖向轴线延伸的轴向壁分离的中空单元的阵列。单一结构的周边限定壳体接触表面并且具有与壳体在颗粒容纳空间处的内径匹配的直径。单一结构包括多个基座，所述多个基座以超出轴向壁的顶边缘的方式轴向地延伸并且具有限定过滤器接触表面的远端，该过滤器接触表面用于接触布置在流体过滤器组件内的过滤器介质的下端。轴向壁的至少一部分的底边缘限定壳体地板接触表面。当单一结构定位在颗粒容纳空间内时，中空单元接收被清除的颗粒。

附图说明

图1是根据本发明的包括流体过滤器组件的发动机系统的示意图；

图2是根据本发明的一方面的示例性流体过滤器组件的分解立体图；

图3是根据本发明的另一方面的图2的流体过滤器组件的立体图，其中，以虚位显示壳体以显露组装的流体过滤器组件的内部部件；

图4是根据本发明的另一方面的示例性二次夹带减少结构的立体图；

图5是根据本发明的另一方面的二次夹带减少结构的替代实施方式的立体图；以及

图6是根据本发明的另一方面的包括二次夹带减少结构的另一替代实施方式的另一示例性流体过滤器组件的剖视图。

具体实施方式

图1中整体示出具有附接的燃料系统12的内燃发动机10的示例性实施方式。可以是压燃发动机的内燃发动机10包括如现有技术中已知的多个燃料喷射器14，并且还包括发动机壳体16，燃料系统12附接到发动机壳体16。燃料系统12一般地包括燃料箱18，该燃料箱18具有与燃料返回管线22流体连通的入口20和与燃料供应管线26流体连通的出口24。燃料输送泵28可以沿着燃料供应管线26定位，用于从燃料箱18抽吸低压燃料，以对到多个燃料喷射器14的燃料加压并使其循环。一个或多个燃料过滤器30可以沿着燃料供应管线26定位，用于从燃料过滤颗粒和其它污染物。例如，初级燃料过滤器32可以设置在燃料输送泵28的上游，并且一个或多个次级燃料过滤器34可以设置在燃料输送泵28的下游。如应当被理解的，内燃发动机10和燃料系统12可以包括附加部件和系统，包括但不限于起动泵36和压力调节器38。

现在转向图2，以50整体示出可以与图1的内燃发动机10和燃料系统12一起使用的流体过滤器组件的示例性实施方式。可以替代图1的燃料过滤器30的流体过滤器组件50可以一般地包括中空柱形壳体52，其中限定有中空室。也可以具有柱形形状的过滤器介质54设置在壳体52内并且包括适用于分离污染物的任何介质。过滤器介质54可以在相对的端部56和58处分别通过上端盖60和下端盖62支承。基板64可以密封地附接到壳体52，基板64可以包括多个入口66和一中央出口68。流体过滤器组件50还包括二次夹带减少结构，其示例性实施方式以70示出。之后将更详细讨论的二次夹带减少结构70一般地包括具有用于接收颗粒的中空单元74的阵列73的单一结构72。二次夹带减少结构70还可以包括从单一结构72轴向地延伸的多个基座76。

在一种非限制性例子中，出口68中可以形成有多个螺纹，以利于流体过滤器组件50的可转动安装。根据示例性实施方式，流体过滤器组件50可以附接到图1的发动机壳体16，或者附接在由特定发动机10和燃料系统12构造指示的另一适当位置处。但是，流体过滤器组件50可以在各种流体系统中的任意流体系统中使用，并且由此可以针对特定应用适当地定位。应当理解的是，过滤器介质54可以具有表示介质54的过滤能力的过滤等级。例如，过滤器介质54可以被构造成捕获大于过滤等级的颗粒。根据示例性实施方式，可以期望的是，在沿着燃料供应管线26的不同位置处利用具有不同过滤能力的流体过滤器组件50。虽然示出具体实施方式，应当理解的是，流体过滤器组件50可以包括附加部件并且可以具有替代构造。根据一种例子，流体过滤器组件50还可以包括中央管，其具有贯穿的通道，以支承地加强其上的过滤器介质54。

现在转向图3，示出处于组装构造的流体过滤器组件50，其中，以虚位显示壳体52以显露过滤器组件50的内部部件。根据一种安装构造，壳体52、过滤器介质54和二次夹带减少结构70可以均基本上沿着竖向轴线A取向。当流体过滤器组件50被组装和安装时，过滤器介质54和壳体52限定外周边流体通道90和中央流体通道92。具体地，根据一种特定实施方式，流体流过基板64的入口66、利用径向肋94沿着周边流体通道90分布并且径向向内流过过滤器介质54，其中，一定比例的颗粒可以被去除。接着，被过滤的流体沿着中央流体通道92流动并且经过中央出口68离开流体过滤器组件50。

根据示例性实施方式，流体过滤器组件50还包括相对于竖向轴线A位于过滤器介质54下方的颗粒容纳空间96。具体地，颗粒容纳空间96由壳体52的内表面98和过滤器介质54的下端58限定。二次夹带减少结构70定位在颗粒容纳空间96内。颗粒分布空间100在颗粒容纳空间96内位于二次夹带减少结构70和过滤器介质54的下端58之间。颗粒分布空间100跨越大于零的轴向距离l₁，并且由此表示可以基于特定应用改变的体积。多个基座76以超出分离中空单元74的轴向壁110的顶边缘106的方式轴向地延伸到颗粒分布空间100内，其中基座76的远端102限定用于接触过滤器介质54的下端58的过滤器接触表面104（图4）。这样，基座76可以辅助保持颗粒分布空间100的期望体积。

还参照图4，将更详细地讨论二次夹带减少结构70。如上所述，二次夹带减少结构70包括具有中空单元74的阵列73的单一结构72，该中空单元74由可以基本上平行于竖向轴线A延伸的轴向壁100分离。二次夹带减少结构70的周边112限定壳体接触表面114，其具有圆形横截面并且限定与壳体52在颗粒容纳空间96处的内径d₂匹配的直径d₁。应当理解的是，如这里使用的“匹配”是指由壳体接触表面114限定的直径d₁的尺寸使得二次夹带减少结构70可以被接收在壳体52内。还应当理解的是，根据二次夹带减少结构70的直径d₁以及二次夹带结构70和壳体52的内表面98之间的间隙量，单一结构72至少在其周边112处可以具有足以防止二次夹带减少结构70相对于竖向轴线A倾斜的轴向高度。轴向壁110的底边缘115可以限定下面示出的用于接触壳体地板的壳体地板接触表面117。

轴向壁110可以具有类似的轴向高度或不同的轴向高度。根据一些实施方式，由轴向壁110或不由轴向壁110限定的周边112可以具有大于内部单元74的轴向高度l₃的轴向高度l₂。替代地或附加地，轴向壁110的轴向高度l₂、l₃可以大于中空单元74的每个的最大直径d₃。根据示例性实施方式，轴向壁110可以限定六角形栅格116。但是，应当理解的是，中空单元74可以是任何形状和/或尺寸，并且阵列73可以包括任何型式或布置。例如，阵列73可以包括任何数量的矩形、圆形、弓形或其它形状的中空单元74。根据一些实施方式，可以期望的是，选择这样的中空单元74布置，即，提供用以隔离颗粒的最大数量的分隔件。还可以期望的是，在二次夹带减少结构70的顶部处提供基本上垂直于竖向轴线A的最小表面区域，以减少可以收集在轴向壁110的顶边缘106上的颗粒量。因此，应当理解的是，二次夹带减少结构70的设计和尺寸可以改变以在各种应用中提供期望的结果。

图5中示出一种替代的二次夹带减少结构120。如所示，替代的二次夹带减少结构120可以类似于上述二次夹带减少结构70。具体地，例如，替代的二次夹带减少结构120也可以包括由轴向壁126限定的中空单元124的阵列122。但是，结构120的中空单元124可以在其下端128处闭合。因此，根据替代的实施方式，中空单元124的底壁129可以收集颗粒，而非允许颗粒经过。虽然在图5的替代实施方式中仅示出微小改变，但应当理解的是，如上所述，替代的二次夹带减少结构可以不仅在单元构造中，而且还在所提供的单元的形状、尺寸、数量和型式中改变。另外，各种流体过滤器构造可以倾向于不同的二次夹带减少结构构造。

现在转向图6，以130整体示出替代的流体过滤器组件。流体过滤器组件130可以类似于上述流体过滤器组件50。即，流体过滤器组件130可以包括柱形壳体132，其中布置有柱形过滤器介质134并且由中央管136支承。过滤器介质134可以在相对的端部138和140处通过可以是基本实体的上端盖142和下端盖144支承，并且由此防止流体和/或颗粒通过下端盖144。基板146可以包括多个入口148和一中央出口150。流体过滤器组件130还包括位于过滤器介质134下方并且由壳体132的内表面154和过滤器介质134的下端140限定的颗粒容纳空间152。可以与上述二次夹带减少结构70和120具有类似性的二次夹带减少结构156可以定位在颗粒容纳空间152内。

根据图6的实施方式，颗粒容纳空间152或者确切地说壳体132的内表面154和过滤器介质134的下端140可以限定水收集空间158。具体地，颗粒容纳空间152和水收集空间158可以限定壳体132的可分离或可移除部分160。如所示，可分离部分160可以通过螺纹接合162紧固到壳体132。二次夹带减少结构156还可以包括在颗粒容纳空间152内位于二次夹带减少结构156和过滤器介质134的下端140之间的颗粒分布空间164。根据特定实施方式，上述基座76可以是不必要的。

可以包括被清除颗粒的颗粒可以跟随颗粒路径166，该颗粒路径166包括使颗粒仅仅经过由壳体132的内表面154和端盖144限定的环形通路167。接着，颗粒可以经过二次夹带减少结构156的中空单元168，其中，它们可以停在壳体132的地板170上或者更具体地，停在可分离部分160上。替代地，根据具有闭合的单元的二次夹带减少结构，诸如图5的替代的二次夹带减少结构120，颗粒可以停在闭合的单元内。根据一些实施方式，流体过滤器组件130还可以包括通过地板170联接到开口174的水和颗粒移除阀172，通过该水和颗粒去除阀172可以去除水和/或颗粒，如现有技术中已知的。

工业实用性

整体参照图1-6，将描述诸如燃料系统12的流体系统的操作，包括使用这里描述的流体过滤器组件50和130从流体流去除污染物。为了便于说明，将具体参照图2和3的流体过滤器组件50描述示例性流体系统操作。但是，应当理解的是，图6的流体过滤器组件130可以提供类似的功能，如这里描述的。一般地，颗粒可以被夹带到流体过滤器组件50上游的流体流中。在流体过滤器组件50内，流体首先流过基板64的入口66并且沿着周边燃料通道90流动。接着，流体径向向内流动经过过滤器介质54，其中，一定比例的颗粒可以被捕获在过滤器介质54内。随后，被过滤的流体可以沿着中央燃料通道92流动并且经过中央出口68离开流体过滤器组件50。

根据具体例子，诸如在燃料系统12的情况中，燃料流可以诸如例如在内燃发动机10停止时减小。当燃料流减小时，或者当出现显著振动时，颗粒可以被从过滤器介质54清除。被清除的颗粒可以随后利用重力向下游移入颗粒容纳空间96并移入二次夹带减少结构70的中空单元74。这可以包括使颗粒仅仅经过环形通路167（图6中所示）并且进入颗粒分布空间100。在颗粒分布空间100内，利用径向肋94形成和/或加强的湍流流体流可以使颗粒在中空单元74间分布。颗粒随后可以停在壳体地板170上（图6中所示），或者根据利用闭合的单元的实施方式，诸如图5的实施方式，颗粒可以停在闭合的中空单元内。

当内燃发动机10再次起动或者流动以其它方式增加时，可以至少部分地通过使用分离中空单元74的轴向壁110防护颗粒不进入流体流来减少颗粒二次夹带到流体流内。具体地，中空单元74可以捕获颗粒并且将这些颗粒与过滤器壳体52内的湍流流体流隔离。被捕获的颗粒连同任何水可以通过使用诸如图6的阀172的水和颗粒去除阀从流体过滤器组件50去除。

这里描述的二次夹带减少结构提供用于改进流体过滤器、特别是经历被清除的颗粒的二次夹带的流体过滤器的效率的有效且高效的方式。二次夹带减少结构的各种实施方式中的任意实施方式可以是永久的或可拆卸的，并且另外可以被设置为对一些现存流体过滤器的改型。二次夹带减少结构的具体构造可以根据特定应用改变，其中，所有实施方式通过提供用于捕获和隔离来自流体流的被清除的颗粒的结构来减少被清除的颗粒的二次夹带。

应当理解到，上述描述仅意欲示意性目的，并且不意欲以任何方式限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，本发明的其它方面能够从附图、说明书和所附权利要求的研读中获得。

Claims

1.一种流体过滤器组件（50，130），包括：

壳体（52，132），其沿着竖向轴线取向；

过滤器介质（54，134），其布置在壳体（52，132）内、沿着竖向轴线取向并且具有过滤等级，其中，过滤器介质（54，134）捕获颗粒尺寸大于过滤等级的颗粒；

颗粒容纳空间（96，152），其相对于竖向轴线位于过滤器介质（54，134）下方并且由壳体（52，132）的内表面（98，154）和过滤器介质（54，134）的下端（58，140）限定；以及

二次夹带减少结构（70，120，156），其定位在颗粒容纳空间（96，152）内并且具有用于接收被清除的颗粒的中空单元（74，124，168）的阵列（73，122）。

2.根据权利要求1所述的流体过滤器组件（50，130），还包括在颗粒容纳空间（96，152）内位于二次夹带减少结构（70，120，156）和过滤器介质（54，134）的下端（58，140）之间的颗粒分布空间（100，164），其中，颗粒分布空间（100，164）跨越大于零的轴向距离。

3.根据权利要求2所述的流体过滤器组件（50，130），其中，二次夹带减少结构（70，120，156）包括轴向地延伸到颗粒分布空间（100，164）内的多个基座（76），其中，基座（76）的远端（102）限定用于接触过滤器介质（54，134）的下端（58，140）的过滤器接触表面（104）。

4.根据权利要求1所述的流体过滤器组件（50，130），其中，二次夹带减少结构（70，120，156）的周边（112）限定壳体接触表面（114），该壳体接触表面（114）具有圆形横截面并且限定与壳体（52，132）在颗粒容纳空间（96，152）处的内径匹配的直径，其中，中空单元（74，124，168）由基本上平行于竖向轴线延伸的轴向壁（110，126）分离。

5.一种减少流体过滤器组件（50，130）中的颗粒的二次夹带的方法，流体过滤器组件（50，130）包括：沿着竖向轴线取向的壳体（52，132）；布置在壳体（52，132）内、沿着竖向轴线取向并且具有过滤等级的过滤器介质（54，134），其中，过滤器介质（54，134）捕获颗粒尺寸大于过滤等级的颗粒；相对于竖向轴线位于过滤器介质（54，134）下方并且由壳体（52，132）的内表面（98，154）和过滤器介质（54，134）的下端（58，140）限定的颗粒容纳空间（96，152）；以及定位在颗粒容纳空间（96，152）内并且具有中空单元（74，124，168）的阵列（73，122）的二次夹带减少结构（70，120，156），所述方法包括以下步骤：

将颗粒夹带到经过流体过滤器组件（50，130）的流体流内；

将颗粒捕获在过滤器介质（54，134）内；

从过滤器介质（54，134）清除颗粒；

使颗粒利用重力相对于竖向轴线向下游迁移并移入二次夹带减少结构（70，120，156）的中空单元（74，124，168）内；并且

至少部分地通过使用分离中空单元（74，124，168）的轴向壁（110，126）防护颗粒不进入流体流来减少颗粒二次夹带到流体流内。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括使流体径向向内流过过滤器介质（54，134）。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，迁移步骤包括使颗粒仅仅经过由壳体（52，132）的内表面（98，154）和支承过滤器介质（54，134）的下端（58，140）的端盖（62，144）限定的环形通路（167）。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括继迁移步骤之后使颗粒停在壳体（52，132）的地板（170）上，并且利用通过地板（170）联接到开口（174）的水和颗粒去除阀（172）使颗粒从流体过滤器组件（50，130）排出。

9.一种用于流体过滤器组件（50，130）的二次夹带减少结构（70，120，156），流体过滤器组件（50，130）包括：沿着竖向轴线取向的壳体（52，132）；布置在壳体（52，132）内、沿着竖向轴线取向并且具有过滤等级的过滤器介质（54，134），其中，过滤器介质（54，134）捕获颗粒尺寸大于过滤等级的颗粒；以及相对于竖向轴线位于过滤器介质（54，134）下方并且由壳体（52，132）的内表面（98，154）和过滤器介质（54，134）的下端（58，140）限定的颗粒容纳空间（96，152），所述二次夹带减少结构（70，120，156）包括：

具有由基本上平行于竖向轴线延伸的轴向壁（110，126）分离的中空单元（74，124，168）的阵列（73，122）的单一结构（72），其中，单一结构（72）的周边（112）限定壳体接触表面（114）；

其中，周边（112）的直径匹配壳体（52，132）在颗粒容纳空间（96，152）处的内径；

其中，单一结构（72）包括以超出轴向壁（110，126）的顶边缘（106）的方式轴向地延伸的多个基座（76），其中，基座（76）的远端（102）限定用于接触过滤器介质（54，134）的下端（58，140）的过滤器接触表面（104）；

其中，轴向壁（110，126）的至少一部分的底边缘（115）限定壳体地板接触表面（117）；

其中，当单一结构（72）定位在颗粒容纳空间（96，152）内时，中空单元（74，124，168）接收被清除的颗粒。

10.根据权利要求9所述的二次夹带减少结构（70，120，156），其中，轴向壁（110，126）限定六角形栅格（116）。