CN106536014A - 入口旁路流动管理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了具有正常过滤模式和增强过滤模式的过滤系统。在某些布置中，过滤系统是具有主空气过滤器元件、预清洁器和预清洁器旁通阀的空气过滤系统。基于来自进气质量传感器的反馈，旁通阀打开或关闭以在感测的脏空气操作条件(例如高灰尘或湿气浓度)期间选择地引导进气通过预清洁器。在其他的布置中，过滤系统是具有主过滤器和次过滤器的液体过滤系统(例如燃料或油过滤系统)。根据检测的事件或感测的液体特性，过滤系统选择地引导被过滤的液体通过主过滤器、次过滤器或其组合。

Description

入口旁路流动管理系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年7月23日提交的题为“AIR INTAKE BYPASS FLOW MANAGEMENTSYSTEMS AND METHODS”的第62/027,984号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文并用于所有目的。
技术领域
本公开大体上涉及过滤系统。
背景
内燃发动机通常包括各种过滤系统，如空气过滤系统、燃料过滤系统、油过滤系统及类似物。过滤系统通常从由内燃发动机所使用的流体移除污染物，如灰尘和水。
空气过滤系统是进气系统的一部分。在将进气引导到发动机之前，空气过滤系统将进气过滤。空气过滤系统从进气移除灰尘、湿气和其他颗粒。空气过滤系统通常包括处理空气的过滤介质(例如，基于纸的过滤介质、基于泡沫的过滤介质、基于棉的过滤介质、折叠的过滤介质等)。某些空气过滤系统包括位于过滤介质上游的预清洁器。在进气被过滤介质处理之前，预清洁器从进气移除灰尘、湿气和其他颗粒物质的至少一部分。因此，预清洁器延长了过滤介质的寿命。预清洁器可以是喷射式预清洁器、预过滤器式预清洁器、旋流式预清洁器或类似物。可以基于内燃发动机在操作期间预期看到的最差的灰尘负载条件来选择具体类型的预清洁器。
但是，由于由预清洁器引起的增加的阻力，预清洁器还引起进气系统中的寄生空气压力损失。甚至当预清洁器是不必要的时候(例如，当内燃发动机在干净的空气环境中操作时)，寄生损失也存在。该寄生损失可能引起较高的泵送损失，从而减小内燃发动机的燃油经济性(例如，在交通工具应用中每加仑英里数减小，在发电机或建造应用中每箱的操作小时数较少等)。减小的燃油经济性增加了操作成本(即增加了燃料成本)。
其他过滤系统，如燃料过滤系统、油过滤系统和液压流体过滤系统，由内燃发动机使用的或用于驱动设备的液体过滤。通常，这些过滤系统从箱(例如，燃料箱、油箱、液压流体箱等)抽取待过滤的流体。某些操作条件可能导致流体具有增加的污染水平。具体地，在某些瞬态条件(如流体流动波动、震荡和类似条件)期间，污染物颗粒可以从管道表面、过滤介质、箱底和类似位置重新生成。这在箱填充事件和发动机或液压系统启动事件期间是尤其成问题的。在箱填充期间，在引入箱中的新的(但通常不干净的)液体中可以发现升高的污染水平。通过由填充操作本身使污染物从箱底和箱壁重新悬浮，污染物水平进一步提升。当发动机或液压系统启动时，到下游组件(包括过滤系统)的液体流速在几秒或甚至更少的时间内从零提升到达操作流速。因此，当流体从基本上静止的位置加速到移动流时，暂时观察到极高的污染水平。在这些时间段期间，磨损引起的下游组件的损坏特别高。在发动机启动时和在流速快速变化期间，已经观察到燃料污染水平的数量级的增加。这种液体生成污染物的增加减少组件的寿命、减少发动机的可靠性且减少系统总体的鲁棒性。这些污染水平的增加也有可能缩短过滤系统的使用寿命。此外，引入非常类似于上面描述的用于空气过滤系统的预清洁器的多个过滤器元件，对过滤系统引入更大的阻力，从而引起过滤系统中寄生液体压力的损失。
概述
一个实施方案涉及空气过滤系统。空气过滤系统包括主过滤器元件和在空气流动方向上位于主过滤器元件上游的预清洁器。空气过滤系统还包括在第一位置和第二位置之间可致动的旁通阀。当旁通阀处于第一位置时，待过滤的进气绕过预清洁器并流动到主过滤器元件。当旁通阀处于第二位置时，待过滤的进气在流动到主过滤器元件之前被强制通过预清洁器。空气过滤系统还包括空气质量特性传感器和控制器。控制器被配置为从空气质量特性传感器接收指示所感测的进气的空气质量特性的反馈信号，并通过致动机构在第一位置和第二位置之间致动旁通阀。
另一个实施方案涉及过滤系统。过滤系统包括提供待过滤流体的流体源、主过滤器、次过滤器和检测器，该检测器检测使用流体的系统的填充条件、启动条件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化。过滤系统还包括可以被打开或闭合以使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换的阀。增强过滤模式对应于与处于正常过滤模式时相比增加的量的待过滤流体通过次过滤器元件的操作模式。过滤系统包括具有存储器和处理器的电子控制单元。电子控制单元被配置为从检测器接收指示填充事件、启动事件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化的反馈信号，并且响应于填充事件、启动事件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化，在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换。
另一个实施方案涉及基于所检测的事件使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换的方法。方法包括通过过滤系统的电子控制单元接收来自过滤系统的传感器的反馈信号。方法还包括通过电子控制单元确定反馈信号对应于填充事件或启动事件。方法包括通过电子控制单元激活过滤系统的增强过滤模式。增强过滤模式对应于与处于正常过滤模式时相比增加量的待过滤流体通过过滤组件的过滤系统的操作模式。
另一个实施方案涉及过滤系统。过滤系统包括提供待过滤流体的流体源、主过滤器和次过滤器。过滤系统还包括感测流体的流体质量特性的流体质量特性传感器。过滤系统包括可以被打开或闭合以使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换的阀。增强过滤模式对应于与处于正常过滤模式时相比增加的量的待过滤流体通过次过滤器元件被过滤的操作模式。过滤系统包括具有存储器和处理器的电子控制单元。电子控制单元被配置为从检测器接收指示流体的流体质量特性的变化的反馈信号，并且响应于流体质量特性的变化在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换。
另一个实施方案涉及过滤系统。过滤系统包括提供待过滤流体的流体源、主过滤器和次过滤器。过滤系统包括检测器，该检测器检测使用流体的系统的填充条件、启动条件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化。过滤系统还包括引导流体到次过滤器的泵，使得泵可以被激活和停用以使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换。增强过滤模式对应于与处于正常过滤模式时相比增加量的待过滤流体通过次过滤器被过滤的操作模式。过滤系统包括具有存储器和处理器的电子控制单元。电子控制单元被配置为从检测器接收指示填充事件、启动事件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化的反馈信号，并且响应于填充事件、启动事件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化，通过激活泵而在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换。
当结合附图理解时，根据以下的详细描述，这些特征和其它的特征，连同其操作的组织和方式将变得明显。
附图简述
图1是根据示例性实施方案的空气过滤系统的示意图。
图2是图1的空气过滤系统的每个传感器的特写示意图。
图3是图1的空气过滤系统的旁通阀的特写示意图。
图4是根据示例性实施方案的旁通阀的特写示意图。
图5是根据示例性实施方案的电子控制单元的框图。
图6是根据示例性实施方案的基于所检测的事件使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换的方法的流程图。
图7至图10示出根据示例性实施方案的液体过滤系统的示意图。
详细描述
大体上参考附图，示出了具有正常过滤模式和增强过滤模式的过滤系统。正常过滤模式对应于其中被过滤的流体被引导通过主过滤系统并绕过次过滤系统的操作条件。增强过滤模式对应于其中待过滤的流体被引导通过主过滤器和次过滤器两者的操作条件。当待过滤的流体包含高于正常水平(即，升高的水平)的污染物(如水、灰尘和类似物)时，或当流体流速增加时(例如，当操作者增大对内燃发动机的节气门时)，使用增强过滤模式。当待过滤的流体包含正常水平或低于正常水平的污染物时，或当流体流动条件处于正常或稳定速率时，使用正常过滤模式。
图1-图4大体上涉及空气过滤系统。在引导进气到内燃发动机之前，空气过滤系统将进气过滤。空气过滤系统包括主过滤器元件，该主过滤器元件包括过滤介质(例如，基于纸的过滤器介质、基于泡沫的过滤器介质、基于棉的过滤器介质、折叠的过滤器介质等)。空气过滤系统还包括位于主过滤器元件上游的预清洁器。空气过滤系统配备有包括传感器(例如，灰尘颗粒传感器、湿气传感器、混浊度传感器等)和流量旁通阀机构的控制系统，当流量旁通阀机构打开时，其允许进气绕过预清洁器且直接地流动到主过滤器元件。基于来自传感器的反馈(例如，指示空气质量测量、空气中的灰尘量、空气中的湿气量等的反馈信号)，旁通阀要么打开要么闭合。在感测的干净空气操作条件(例如，低灰尘和湿气浓度)期间，旁通阀被打开以允许进气绕过预清洁器，从而提供低阻空气流和更优的燃油经济性。在感测的脏空气操作条件(例如，高灰尘或湿气浓度)期间，旁通阀被闭合，从而引导进气进入预清洁器以提高主过滤器元件的使用寿命。该总体的空气过滤系统比那些没有旁通阀的系统提供了总体上(即，平均)更优的燃油经济性等级。
图5-图9大体上涉及液体过滤系统。该液体过滤系统可以是燃料过滤系统、油过滤系统或液压流体过滤系统。液体过滤系统从储藏箱吸取待过滤的流体。过滤系统通过产生电气输出或信号的传感器(例如，流体流动传感器、流体质量特性传感器等)或检测器(例如，点火开关)来检测箱的填充事件或发动机或液压系统的启动事件。控制器，例如发动机或液压系统的电子控制模块(ECU)，监测且接收来自传感器或检测器的输出。当控制器接收指示填充事件或启动事件的信号时，控制器可以将过滤系统置于增强过滤操作模式一段时间。在某些布置中，当流体通过过滤系统的流动被提升高于正常流体流速或在改变时，控制器将过滤系统置于增强操作模式。当处于增强过滤操作模式时，过滤系统引导流体通过除正常过滤操作模式外的另外的过滤组件以从流体移除可能的提升的污染水平。增强操作模式持续由控制器确定的时间间隔。可替代地，当流体流速改变或被提升高于正常流体流速时，增强操作模式持续。在时间间隔期满或通过过滤系统的流体流速回到正常或稳态流速之后，过滤系统回到其正常操作模式。
参考图1，根据示例性实施方案示出了空气过滤系统100的示意图。空气过滤系统100将进气102过滤并且引导进气102到设备，如内燃发动机(例如，交通工具、发电机、建造装备等的内燃发动机)。空气过滤系统100包括容纳在过滤器壳体106内的主过滤器元件104。主过滤器元件104可以是基于纸的过滤器介质、基于泡沫的过滤器介质、基于棉的过滤器介质、折叠的过滤器介质、板式过滤器元件、圆柱形过滤器元件或另一类型的过滤器元件。主过滤器元件104从进气102移除灰尘、湿气和其它颗粒物质的至少一部分。空气过滤系统100还包括在空气流动方向上位于主过滤器元件104上游的预清洁器108。预清洁器108可以是喷射式预清洁器、预过滤器式预清洁器、旋流式预清洁器或类似物。当进气被引导通过预清洁器108时，在进气被主过滤元件104处理之前，预清洁器108从进气102移除灰尘、湿气和其它颗粒物质的至少一部分。当进气102被引导通过预清洁器108时，空气过滤系统100的阻力高于如果预清洁器108不存在的情况。
空气过滤系统100包括旁通控制系统。旁通控制系统包括旁通流动阀110、旁通进口112、传感器114和控制器202(如在图2中所示)。尽管示出为包括两个传感器114，但空气过滤系统100可以被配置为与单个传感器114(例如，位于旁通阀上游的单个传感器114，其还可以位于预清洁器110和旁通进口112两者的上游)一起工作。传感器114测量进气102的空气质量特性。空气质量特性可以涉及空气中的灰尘量、空气中的湿气量或其组合。传感器114可以是灰尘颗粒传感器、湿气传感器、混浊度传感器、电容传感器或类似传感器中的任一种。传感器114将指示所感测的空气质量特性的反馈信号提供给旁通控制系统的控制器202。在某些布置中，控制器202是内燃发动机的发动机控制模块(“ECM”)。
控制器202基于测量的空气质量特性(例如，基于从传感器114接收的反馈信号)打开和闭合旁通流动阀110。当传感器反馈指示进气102是干净的(例如，包含低水平的灰尘和湿气)时，控制器202致动旁通流动阀110至第一打开位置，以创建空气过滤系统100的第一空气流动路径。第一空气流动路径允许进气102绕过预清洁器108并流动到主过滤器元件104。当传感器反馈指示进气102是脏的(例如，包含高于临界水平的灰尘或湿气)时，控制器202致动旁通流动阀110至第二闭合位置，以创建空气过滤系统100的第二空气流动路径。第二空气流动路径在进气102流动到主过滤器元件104之前强制进气102通过预清洁器108。第二空气流动路径具有高于第一空气流动路径的空气限制。第二空气流动路径在脏的空气条件期间增加了主过滤器元件104的寿命。应当理解，空气过滤系统100的流动路径可以以相反的方式被配置(例如，使得当旁通流动阀110闭合时进气102绕过预清洁器108)。
参考图2，根据示例性实施方案示出了每个传感器114的特写示意图。当进气102通过或经过每个传感器114时，每个传感器114感测空气质量特性。在某些布置中，通过对经过或通过每个传感器114的颗粒进行计数和测尺寸来感测空气质量特性。在其他的布置中，通过使光或激光通过进气102测量进气102的不透明度或透明度，来感测空气质量特性。例如，进气102可以在每个传感器114的两个部分：光发射部分和光感测部分之间通过。在示例性布置中，光发射部分将光发射到光感测部分。进气102的不透明度基于由光感测部分所感测的光的多少来确定。进气102的不透明度对应于进气102中灰尘和湿气的量。在替代的布置中，通过测量进气102的湿气含量来感测空气质量特性。在另外的布置中，通过测量进气102的电容或电感来感测空气质量特性。
图3示出了图1的旁通阀110的特写示意图。旁通阀110包括阀瓣302和铰链304。铰链304邻近旁通进口112定位。铰链304允许阀瓣302围绕铰链304在第一位置和第二位置之间枢转。在第一位置中，阀瓣302枢转离开旁通进口112，以将旁通阀110置于打开位置，从而如上所讨论的允许进气102沿着第一空气流动路径行进。在第二位置中，阀瓣302朝向旁通进口112枢转，以将旁通阀110置于闭合位置，从而如上所讨论的强制进气102沿着第二空气流动路径行进。阀致动机构306在第一位置和第二位置之间移动阀瓣302。在某些布置中，阀致动机构302可以将阀瓣302保持在第一位置和第二位置之间的任意位置，从而允许进气102的至少一部分流动通过预清洁器108和允许进气102的一部分绕过预清洁器108。由控制器202基于来自传感器114的反馈信号来控制阀致动机构302。
图4示出了根据示例性实施方案的旁通阀400的特写示意图。旁通阀400类似于旁通阀110并且是旁通阀110的替代方案。为了便于解释，类似的参考数字和术语将用于描述替代的旁通阀400。与打开和闭合阀瓣302的旁通阀110不同，旁通阀400通过打开和闭合多个栅板(louver)402起作用。每个栅板402包括条板和中心铰链。栅板402在打开位置(当每个条板大体上垂直于轴线406时)和闭合位置(当每个条板大体上平行于轴线406时)之间一起移动。当栅板402处于打开位置时，进气102绕过预清洁器108(即如上文关于图1-图3所讨论的，沿着第一空气流动路径行进)。当栅板402处于闭合位置时，进气102被强制通过预清洁器108(即如上文关于图1-图3所讨论的，沿着第二空气流动路径行进)。阀致动机构404在打开位置和闭合位置之间移动栅板402。由控制器202基于来自传感器114的反馈信号来控制阀致动机构404。
上面描述的预清洁器旁通系统和方法允许适用的空气过滤系统在预清洁器中具有附加的限制，以用于当实际分离灰尘时更好地分离灰尘，而没有在通过使用旁通阀处理干净的空气流时牺牲限制。当避免流动通过预清洁器或湿气移除系统时该系统和方法控制了不必要的压力损失。
如在下面更详细地描述的，类似的概念可以应用到其他类型的过滤系统，如燃料过滤系统、油过滤系统和液压流体过滤系统。在对接收自箱(例如，燃料箱、油箱、液压流体箱等)的流体过滤的某些过滤系统中，某些操作条件可以引起流体具有增加的污染水平。具体地，在可以由箱填充事件和发动机或液压系统的启动事件引起的流体流动波动的期间，污染物颗粒可以从管道表面、过滤器介质、箱底等重新生成。
参考图5，根据示例性实施方案示出了ECU 500的框图。ECU 500控制过滤系统的操作。具体地，ECU 500使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换。在增强过滤操作模式中，待过滤的流体通过除正常过滤模式外的另外的过滤组件。ECU 500通常包括处理器502、存储器504和输入/输出(I/O)506。存储器504包括编程模块，当该编程模块被处理器502执行时，其控制ECU 500的操作，并且因此控制过滤系统的操作。
ECU 500通过I/O 506监测反馈信号以确定何时检测到填充事件和/或启动事件。ECU 500通过感测流体箱的填充盖是在合适的位置还是被移除、通过感测流体箱中液位的变化、通过感测由该过滤系统供给的内燃发动机或液压系统是否已经被打开(例如，通过确定钥匙在位置上)、通过感测是否已经启动了通过过滤系统的液体流动、和/或通过测量通过过滤系统的流速的变化，可以检测填充事件和/或启动事件。因此，ECU 500可以与各种传感器(例如，流体箱盖传感器、箱流体传感器、流速传感器、发动机控制模块、液压系统控制模块、发动机点火传感器、流体质量特性传感器等)通信。在第2010/0327884号美国公开、第2011/0140877号美国公开和第4,173,893号美国专利中描述了示例性流体感测技术和系统，该美国专利申请中的每一个通过引用以其整体并入本文并用于所有目的。在某些布置中，期望将任一个上述传感器的模拟输出转换成数字输出，以便于传感器输出到ECU 500。在这些布置中，传感器反馈信号的数字性质允许ECU 500被编程以解释该反馈信号，以区分液位或流速中的微小变化与值得注意的事件(如填充操作或启动(例如，如下文中更详细的描述))。
通过I/O 506，ECU 500可以致动过滤系统的阀和分流器以在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换。ECU 500基于接收自上述传感器的反馈在操作模式之间切换。此外，通过I/O 506，ECU 500通过用户指示器(例如，显示器、LED、仪表板指示器等)可以与操作人员或技术人员进行通信。
在某些布置中，ECU 500可以区分填充事件、流体流速的改变和启动事件，因为在填充操作期间，由于沉淀的污染物(如从箱的底部)重新悬浮并且从新的流体引入新的污染物，因此在储存在箱中的流体中预期产生最高的污染物水平。因此，ECU 500可以将过滤系统置于增强过滤模式较长时间段以用于填充事件，以及将过滤系统置于增强过滤模式较短时间段以用于系统或发动机启动事件。为了区分两者，ECU 500可以依赖感测技术的组合(例如，流体箱盖传感器、流体特性传感器和流体流速传感器)。可替代地，ECU 500可以从位置传感器(例如，GPS应答器)接收输入，以将交通工具或设备的位置与已知的服务站或填充终端的位置进行比较。如果当靠近(例如，在20米以内)服务站的位置时，发动机被启动或流速从零增加到工作流速，则ECU 500可以将事件解释为填充事件。如果交通工具不靠近服务站，ECU 500将事件解释为简单的启动事件。
下面对照图6至图10，进一步详细描述ECU 500在特定系统中的操作。
参考图6，根据示例性实施方案，描述了基于所检测的事件使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换的方法600的流程图。方法600由过滤系统控制器(如ECU500)执行。在方法600中，过滤系统通常以正常过滤模式操作。过滤系统可以基于所检测的事件(例如，填充事件或启动事件)临时切换到增强过滤模式。
当在602处填充事件发生或在604处启动事件发生时，方法600开始。填充事件涉及其中储存待由过滤系统过滤的液体的箱被填充另外的液体的情况。当使用被过滤系统过滤的液体的内燃发动机或液压系统启动时，启动事件发生。填充事件或启动事件可以由上述的传感器或检测器确定。例如，填充事件可以通过感测液体箱的填充盖是在合适的位置还是已经被移除、或通过感测箱中液位的改变来确定。启动事件可以通过感测或检测发动机或液压系统是否已经打开或通过感测通过过滤系统的液体流动是否已经开始或是否正在经历流速的变化来确定。
在606处，在ECU 500处接收来自传感器的反馈信号。基于来自传感器的反馈信号，ECU 500可以确定填充事件(发生在602处)或启动事件(发生在604处)的存在。在608处，ECU500基于传感器反馈信号确定填充事件是否发生。如果指示填充事件的信号被指示，则在610处，ECU 500确定增强过滤模式的持续时间。增强过滤模式的持续时间表示过滤系统恢复回到正常过滤模式之前处于增强过滤模式的时间段。在某些布置中，持续时间表示在增强过滤模式期间过滤一定量的过滤流体所需的时间量。在另外的布置中，持续时间表示从流体移除一定量的污染物、或使流体返回到由传感器感测的临界污染水平所需的时间量。此外，持续时间可以表示使流体的流速稳定或返回到由流量计或流速传感器所测量的正常流量所需的时间量。增强过滤模式的持续时间是用于降低流体中污染水平的相对短期的增强过滤响应。如果在608处没有检测到填充事件，则在614处，ECU 500继续确定是否发生启动事件。
如果指示启动事件的信号被指示，则在610处，ECU 500确定增强过滤模式的持续时间。增强过滤模式的持续时间表示过滤系统恢复回到正常过滤模式之前处于增强过滤模式的时间段。在某些布置中，持续时间表示在增强过滤模式期间过滤一定量的过滤流体所需的时间量。在另外的布置中，持续时间表示从流体移除一定量的污染物、或使流体返回到由传感器感测的临界污染水平所需的时间量。此外，持续时间可以表示使通过过滤系统的流体的流速稳定或返回到由流量计或流速传感器所测量的正常流量所需的时间量。在某些布置中，用于填充事件和用于启动事件的增强过滤模式的持续时间是不同的。例如，用于填充事件的增强过滤模式的持续时间可以比用于启动事件的增强过滤模式的持续时间更长。增强过滤模式的持续时间是用于降低流体中污染水平的相对短期的增强过滤响应。
在任一种情况下，如果在608处检测到填充事件或如果在614处检测到启动事件，则在612处激活增强过滤模式持续在610处确定的时间量。如在下方参考图7－图10进一步详细描述的，增强过滤模式可以以不同的方式达到。例如，ECU 500可以致动阀，该阀增加流体通过过滤系统的肾状回路(kidney loop)部分的流速(例如，如在图7中所示)。作为另外的示例，ECU 500可以激活分流器，该分流器使流体流动转向通过主过滤系统上游的另外的预过滤器(例如，如在图8中所示)。作为另外的示例，ECU 500可以启动双重或多重过滤模式(例如，如在图9中所示)。作为另一个示例，ECU 500可以打开和闭合阀以停止通过主过滤系统的流体流动且增加通过肾状回路过滤系统的流动(例如，如在图10中所示)。在某些布置中，以上增强过滤模式技术的组合由ECU 500实施限定的持续时间，以将流体中的污染水平减少到可接受的水平。
如果在608处没有检测到填充事件且在614处没有检测到启动事件，则在616处过滤系统被设置成正常过滤模式。同样，如果在608处检测到填充事件或如果在614处检测到启动事件，则在612期间在确定的持续时间(在610处确定)期满之后，在616处过滤系统被设置成正常过滤模式。在616处在过滤系统被设置为正常过滤模式之后，ECU 500在操作期间继续监测传感器反馈信号。
参考图7至图10，根据示例性实施方案示出了液体过滤系统的示意图。所描述的过滤系统中的每一个包括ECU 500、液体箱702、填充和/或启动检测器704、主过滤器706和发动机或液压系统708。在某些布置中，主过滤器706包括多个过滤器。在图7至图10中的每一个中，粗线指示将箱702连接到过滤系统的各个组件(如主过滤器706和发动机或液压系统708)的管道。从发动机或液压系统708回到箱702的管道由虚线指示，这表示该部分管道仅存在于流体再循环的布置中。例如，润滑和液压流体通常再循环，而燃料通常由内燃发动机燃烧。然而一些燃料过滤系统引导被过滤的燃料的一部分回到箱702。仍然大体上参考图7至图10，细线将ECU 500与检测器704和其他组件(例如，致动阀或泵)连接。细线代表这些组件之间的操作电子(例如，硬线或无线)连接。
流体箱702配备有一个或多个检测器704，如上述检测器中的任一个。检测器704可以位于任何适当的位置。在附图中，仅出于说明性的目的，示出了在箱的底部中的一个检测器704。应当理解，检测器可以被放置在箱702的外侧(例如，在箱填充盖处、在发动机或液压系统708处、沿着任意的流体路线等)。检测器704中的每个操作地连接到ECU 500，如黑色箭头所指示的。当ECU 500接收指示填充事件、启动事件、流体流动变化、流体质量特性或类似特性的反馈信号或输出时，ECU 500可以将信号发送给致动阀或泵，以通过打开或闭合阀或通过控制泵的速度来激活增强过滤模式(例如，如上面关于方法600所描述的)。通常，ECU500控制增强过滤模式的持续时间。持续时间可以基于时间量(例如，由ECU 500的计时器计算的)、流体的流速的变化(例如，基于流体流动传感器反馈信号所确定的)、流体的质量特性(例如，由流体质量特性传感器所确定的)或其组合。在本发明中没有描述过滤器的特性，但是应当理解的是，主过滤器706被设计成在对于应用具有可接受的使用寿命和限制的情况下将污染降低到可接受的水平，并且其他的过滤器旨在提供足以临时地降低在填充事件和启动事件之后所发现的过高的污染物浓度的性能特性。
特别参考图7，示出了过滤系统700的示意图。过滤系统700通过增加流体通过肾状回路过滤器710的流速来实现增强过滤模式。肾状回路过滤器710是过滤系统700的流体再循环回路的部分(即，肾状回路部分)。在过滤系统的正常操作期间，当发动机或液压系统708运行时，流体连续地流动通过肾状回路和主过滤线路两者。但是在某些布置中，在正常操作期间，可能期望在肾状回路部分内没有流动。在启动时和当立即填充箱702时，通过肾状回路部分(包括肾状回路过滤器710)的流速提升以快速降低流体中的污染物水平。通过肾状回路过滤器710的提升的流速的大小和持续时间由应用考虑所决定，该应用考虑包括但不限于箱702的容积、下游组件对污染敏感性和在增强过滤操作模式期间流体在箱702中的停留时间。
为了在增强过滤模式和正常过滤模式之间切换，ECU 500控制致动阀712。致动阀712可以位于肾状回路过滤器710的上游或下游。当ECU 500接收来自于检测器704的指示填充事件或启动事件的信号或输出时，ECU 500将信号发送到致动阀712，致动阀712操作地连接到ECU 500。该信号引起致动阀712打开(或进一步打开)，从而减少过滤系统700的肾状回路部分内的限制，并且使增加的流动能够通过肾状回路过滤器710。肾状回路部分从主过滤线路分支的位置可以发生在任何适当的点处，但优选地在主过滤器706的上游。在某些布置中，泵714用于进一步引起流体流动通过肾状回路部分。在这种布置中，可以不必使用致动阀712，因为ECU 500通过泵714可以直接地控制通过肾状回路部分的流速。
参考图8，示出了过滤系统800的示意图。过滤系统800通过使流体流动转向通过在主过滤器706的上游的另外的预过滤器802来实现增强过滤模式。在正常过滤模式操作期间，致动阀804打开，从而在发动机或液压系统708运行期间，允许流体仅连续地流动通过主过滤器706(即，在正常过滤模式操作期间流体绕过预过滤器802)。在启动时和当立即填充箱时(即，在增强过滤期间)，ECU 500闭合致动阀804，从而在流体通过主过滤器706之前，强制流体流动通过预过滤器802。通过在流体通过主过滤器706之前使流体通过预过滤器802，前往主过滤器706的流体中的污染物浓度减少，这提升了主过滤器706的寿命和下游组件的寿命。在替代的布置中，在主过滤器706的下游放置第二过滤器，来替代在主过滤器706的上游放置预过滤器。在这种布置中，第二过滤器仅在启动事件和填充事件期间以类似于关于预过滤器802所描述的方式来使用。类似于过滤系统700，泵806可以用于增加通过预清洁器802和/或通过主过滤器706的流体流速。
参考图9，示出了过滤系统900的示意图。过滤系统900通过启动双重或多重过滤来实现增强过滤模式。在正常过滤模式操作期间，致动阀902保持闭合，这在发动机或液压系统708运行时，强制流体仅流动通过主过滤器706。在启动时和当立即填充箱时(即，在增强过滤期间)，ECU 500打开致动阀902，从而允许流体流动通过主过滤器706和至少一个辅助过滤器904两者。在某些布置中，另外的致动阀被定位成与主过滤器706分支流体连通。在这种布置中，可能使流动完全地转向通过辅助过滤器904，使得没有流体流动通过主过滤器706。尽管在图9中仅示出了一个辅助过滤器904，但应当理解的是，可以采用多个辅助过滤器。通过使流体流动的至少一部分转向通过辅助过滤器904，降低了通过主过滤器706的流速，这也减少了对主过滤器706的负载并且增加了主过滤器706的寿命。此外，通过使流体流动的至少一部分转向通过辅助过滤器904，到下游组件的流体中的总体污染物浓度可以被减小。过滤系统900允许交替过滤器方法，其中在正常操作期间流体流动可以被引导通过主过滤器706或辅助过滤器904。也就是说，主过滤器706和辅助过滤器904中的一个可作为“主过滤器”达第一时间段，并且主过滤器706和辅助过滤器904中的另一个可作为“主过滤器”达第二时间段。该交替过滤器方法实现了主过滤器706和辅助过滤器904的平衡负载，这有利地允许两个过滤器在同一时间维修，而不是替换一个过滤器快于另一个过滤器。类似于过滤系统700和800，泵906可以用于增加通过主过滤器706和辅助过滤器904的流体流速。
参考图10，示出了过滤系统1000。过滤系统1000类似于过滤系统700。因此，关于过滤系统1000和700使用相同的编号。过滤系统1000和过滤系统700之间的唯一区别是致动阀712的位置，这在下面被进一步详细描述。类似于过滤系统700，过滤系统1000通过引导流体通过过滤系统1000的肾状回路部分来实现增强过滤模式，该肾状回路部分包括肾状回路过滤器710。在过滤系统1000的正常操作期间，致动阀712被打开，以允许流体流动通过主过滤器706且流动到发动机或液压系统708。在ECU 500基于来自检测器704的反馈检测到填充事件或启动事件后，ECU 500将输出发送到致动阀712以完全地或部分地闭合致动阀712，这临时地增加了通过肾状回路过滤器710的流体流动。因此，尽管污染物浓度升高，主过滤器706和任何下游组件不会经历每单位时间的总的污染负载，并且保护了主过滤器706和下游组件免受液体的污染物浓度的任何尖峰，从而提升它们的寿命、增加设备的可靠性以及提升系统的鲁棒性。
如上讨论的，过滤系统1000可以在致动阀712完全闭合或部分地打开的情况下进入增强过滤模式。在致动阀712被完全闭合的布置中，通过主过滤器706且因此流动到发动机或液压系统708的流体流动被切断。因此，只有在使用发动机或液压系统708的设备的实际操作被延迟，直到流体被清洁时，该选项是有用的。在另外的布置中，致动阀712在填充事件或启动事件之后保持部分地打开，以使少量的流体能够通过主过滤器706并且到发动机或液压系统708，以在流体被肾状回路过滤器710清洁的时间期间使发动机或液压系统708的最小操作能够发生(例如，发动机空转)。
不管使用的具体过滤系统如何，在检测到填充事件、启动事件、另一个瞬时事件(例如，引起通过过滤系统的流体流速变化的事件)之后，并且在从箱702的流体流动启动或开始的时候，ECU 500立即实施增强过滤模式。增强过滤模式暂时持续，直到以下条件中的一个或多个发生：(1)直到经过预定时间，(2)直到预定体积的流体已经被过滤，(3)直到流体中污染水平已经降低到由实际的或虚拟的污染传感器所确定的可接受的水平，(4)直到流体通过过滤系统的流速已经稳定了所限定的时间段，或(5)当流体通过过滤系统的流速返回到正常流速时。一旦一个或多个上述条件实现，ECU 500发送适当的输出信号以使系统返回到其正常或通常操作模式或条件。在经过预定时间后增强过滤模式停止的布置中，预定时间可以根据在增强过滤模式中操作期间流体停留的时间来计算。通常，预定时间应该是停留时间的至少三倍。在已经过滤预定体积的流体后增强过滤模式停止的布置中，预定体积通常随箱702的体积而变。通常，在增强过滤模式期间待过滤的预定体积应该是箱体积的至少三倍。在流体的污染水平已经被减小到可接受的水平后增强过滤模式停止的布置中，诸如便携式颗粒计数器的污染传感器或其他类型的污染传感器可以流体地连接到系统(例如，直接在箱702的下游)，并且电连接到ECU 500以提供指示污染物浓度的输出信号。当污染达到可接受的清洁度水平时，例如使用便携式颗粒传感器测量的燃料中的18/16/13的ISO 4406代码，然后ECU 500输出信号以中断增强过滤模式。
如前面提到的，在某些布置中，期望区分填充事件和启动事件，因为在填充事件之后污染水平可能更高。响应于确定不同的事件，ECU 500基于事件的类型可以实施不同的增强过滤模式。例如，响应于启动事件，可以使用增强过滤模式中的一个(或多个)以用于第一时间段或一定体积的被过滤流体，并且响应于填充事件，可以使用相同的增强过滤模式以用于更长的时间段或更大体积的被过滤流体。例如，如果对于启动事件使用三分钟的时间段，则对于填充事件可以使用六分钟或更长的时间段。响应于其他检测的事件，例如引起流体流动波动的事件(例如，当按下加速器时发生的事件)，也可以应用上述增强过滤模式。例如，响应于流体流速的快速变化，增强过滤模式可以被使用，并且在流速稳定之后持续一段时间(例如，三分钟)。在这种布置中，可以实施增强过滤模式以用于与用于填充事件或启动事件不同的时间段或不同体积的过滤流体。
上述过滤系统700、800、900和1000关于向发动机或液压系统708提供流体来描述。但是，应当理解，还可以将在过滤系统700、800、900和1000中描述的增强过滤模式应用到用于流体的大型储存箱或不直接地附接到发动机或液压系统的其他应用。例如，通过移除排除过滤系统700、800、900或1000的任一个中的发动机或液压系统708，所得到的系统可以和大型的储存箱或分配箱一起使用，来自主过滤器706的流体在大型的储存箱或分配箱中被再循环和/或被分配。
如本文所使用的，术语“大约”、“约”、“大体上”以及相似的术语旨在具有与本公开的主题所属领域中的普通技术人员普遍和被接受的用法相一致的广泛的意义。审阅本公开的本领域的技术人员应当理解，这些术语旨在允许某些特征的说明被描述且被要求保护而不将这些特征的范围限制到所提供的精确的数值范围。因此，这些术语应该被解释为指示，所描述的和所要求保护的主题的非实质的或不重要的修改或变更被认为是在如在所附权利要求中所述的本发明的范围内。
应注意，如在本文用于描述各种实施方式的术语“示例性的”或“示例”旨在指示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的示例、表示和/或图示(且这样的术语并不旨在暗示这样的实施方案必须是非凡或最好的示例)。
重要的是注意到，各种示例性实施方案的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施方案，但审阅本公开的本领域中的技术人员将容易认识到，很多修改(例如在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等上的变化)是可能的，而实质上不偏离本文所述的主题的新颖性教导和优点。例如，示出为整体形成的元件可由多个部分或元件构成，元件的位置可以倒置或者以其他方式改变，并且分立的元件或位置的本质或数目可以发生改变或变化。根据可替代的实施方案，任何工艺或方法步骤的顺序或次序可以改变或者重新排列。也可在各种示例性实施方案的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。

Claims (38)

1.一种空气过滤系统，包括：
主过滤器元件；
预清洁器，所述预清洁器在空气流动方向上放置在所述主过滤器元件的上游；
旁通阀，所述旁通阀在第一位置和第二位置之间是可致动的，当所述旁通阀处于所述第一位置时，待过滤的进气绕过所述预清洁器且流动到所述主过滤器元件，并且当所述旁通阀处于所述第二位置时，待过滤的进气在流动到所述主过滤器元件之前被强制通过所述预清洁器；
空气质量特性传感器；和
控制器，其被配置为：
从所述空气质量特性传感器接收反馈信号，所述反馈信号指示所感测的进气的空气质量特性，以及
通过致动机构在所述第一位置和所述第二位置之间致动所述旁通阀。
2.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述旁通阀包括阀瓣和铰链。
3.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所述旁通阀包括多个栅板。
4.根据权利要求3所述的空气过滤系统，其中所述多个栅板中的每个包括条板和中心铰链。
5.根据权利要求4所述的空气过滤系统，其中当被所述控制器致动时，所述多个栅板中的每个在所述第一位置和所述第二位置之间一起移动。
6.根据权利要求1所述的空气过滤系统，其中所感测的空气质量特性涉及进气中的灰尘量、进气中的湿气量或其组合。
7.根据权利要求6所述的空气过滤系统，其中所述空气质量传感器通过对经过或通过所述空气质量传感器的颗粒进行计数和测尺寸来感测所述空气质量特性。
8.一种过滤系统，包括：
流体源，所述流体源提供待过滤流体；
主过滤器；
次过滤器；
检测器，所述检测器检测使用流体的系统的填充条件、启动条件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化；
阀，所述阀能够被打开或闭合，以使所述过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换，所述增强过滤模式对应于与处于所述正常过滤模式时相比增加的量的待过滤流体通过所述次过滤器元件被过滤的操作模式；
电子控制单元，所述电子控制单元具有存储器和处理器，所述电子控制单元被配置为：
从所述检测器接收指示填充事件、启动事件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化的反馈信号，以及
响应于所述填充事件、所述启动事件、所述流体污染物浓度的变化或所述流体流速变化，在所述正常过滤模式和所述增强过滤模式之间切换。
9.根据权利要求8所述的过滤系统，其中当所述过滤系统处于所述正常过滤模式时，没有待过滤流体流动通过所述次过滤器。
10.根据权利要求8所述的过滤系统，其中当所述过滤系统处于所述正常过滤模式时，一些待过滤流体流动通过所述次过滤器。
11.根据权利要求8所述的过滤系统，其中所述流体源是流体箱，并且其中所述次过滤器是流体再循环回路的部分，所述流体再循环回路引导通过所述次过滤器的流体回到所述流体箱。
12.根据权利要求11所述的过滤系统，其中所述检测器感测下列项中的至少一个：所述流体箱的流体箱盖是在适当的位置还是已经被移除、所述流体箱中液位的变化、流体的流体流速的变化、流体中的污染物浓度或使用流体的系统是否已经被打开。
13.根据权利要求8-12中的任一项所述的过滤系统，其中所述使用流体的系统是内燃发动机。
14.根据权利要求8-12中的任一项所述的过滤系统，其中所述使用流体的系统是液压系统。
15.根据权利要求8-12中的任一项所述的过滤系统，还包括进一步引起流体流动通过所述次过滤器的泵。
16.一种基于所检测的事件使过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换的方法，所述方法包括：
通过所述过滤系统的电子控制单元从所述过滤系统的传感器接收反馈信号；
通过所述电子控制单元确定所述反馈信号对应于填充事件或启动事件；
通过所述电子控制单元激活所述过滤系统的所述增强过滤模式，所述增强过滤模式对应于与处于所述正常过滤模式时相比增加的量的待过滤流体通过过滤组件的所述过滤系统的操作模式。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在确定的持续时间之后，通过所述电子控制单元使所述过滤系统恢复回到所述正常过滤模式。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述持续时间代表所述过滤系统处于所述增强过滤模式的时间段。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述持续时间代表在所述增强过滤模式期间过滤一定量的流体所需的时间量。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述持续时间代表在所述增强过滤模式期间从流体移除一定量的污染物所需的时间量。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述持续时间至少部分地基于流体流速改变的时间段。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述另外的过滤组件是肾状回路过滤器。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述另外的过滤组件是位于主过滤器的上游的预过滤器。
24.一种过滤系统，包括：
流体源，所述流体源提供待过滤流体；
主过滤器；
次过滤器；
流体质量特性传感器，所述流体质量特性传感器感测流体的流体质量特性；
阀，所述阀能够被打开或闭合，以使所述过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换，所述增强过滤模式对应于与处于所述正常过滤模式时相比增加的量的待过滤流体通过所述次过滤器被过滤的操作模式；
电子控制单元，所述电子控制单元具有存储器和处理器，所述电子控制单元被配置为：
从所述检测器接收指示流体的流体质量特性的变化的反馈信号，以及
响应于所述流体质量特性的变化，在所述正常过滤模式和所述增强过滤模式之间切换。
25.根据权利要求24所述的过滤系统，其中当所述过滤系统处于所述正常过滤模式时，没有待过滤流体流动通过所述次过滤器。
26.根据权利要求24所述的过滤系统，其中当所述过滤系统处于所述正常过滤模式时，一些待过滤流体流动通过所述次过滤器。
27.根据权利要求24所述的过滤系统，其中所述流体源是流体箱，并且其中所述次过滤器是流体再循环回路的部分，所述流体再循环回路引导通过所述次过滤器的流体回到所述流体箱。
28.根据权利要求24-27中的任一项所述的过滤系统，其中所述使用流体的系统是内燃发动机。
29.根据权利要求24-27中的任一项所述的过滤系统，其中所述使用流体的系统是液压系统。
30.根据权利要求24所述的过滤系统，其中所述流体质量特性是流体中污染物的量。
31.一种过滤系统，包括：
流体源，所述流体源提供待过滤流体；
主过滤器；
次过滤器；
检测器，所述检测器检测使用流体的系统的填充条件、启动条件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化；
泵，所述泵引导流体到所述次过滤器，使得所述泵能够被激活和停用以使所述过滤系统在正常过滤模式和增强过滤模式之间切换，所述增强过滤模式对应于与处于所述正常过滤模式时相比增加的量的待过滤流体通过所述次过滤器被过滤的操作模式；
电子控制单元，所述电子控制单元具有存储器和处理器，所述电子控制单元被配置为：
从所述检测器接收指示填充事件、启动事件、流体污染物浓度的变化或流体流速变化的反馈信号，以及
响应于所述填充事件、所述启动事件、所述流体污染物浓度的变化或所述流体流速变化，通过激活所述泵在所述正常过滤模式和所述增强过滤模式之间切换。
32.根据权利要求31所述的过滤系统，其中当所述过滤系统处于所述正常过滤模式时，没有待过滤流体流动通过所述次过滤器。
33.根据权利要求31所述的过滤系统，其中当所述过滤系统处于所述正常过滤模式时，一些待过滤流体流动通过所述次过滤器。
34.根据权利要求31所述的过滤系统，其中所述流体源是流体箱，并且其中所述次过滤器是流体再循环回路的部分，所述流体再循环回路引导通过所述次过滤器的流体回到所述流体箱。
35.根据权利要求34所述的过滤系统，其中所述检测器感测下列项中的至少一个：所述流体箱的流体箱盖是在适当的位置还是已经被移除、所述流体箱中液位的变化、流体的流体流速的变化、流体中的污染浓度或使用流体的系统是否已经被打开。
36.根据权利要求31-35中的任一项所述的过滤系统，其中所述使用流体的系统是内燃发动机。
37.根据权利要求31-35中的任一项所述的过滤系统，其中所述使用流体的系统是液压系统。
38.根据权利要求31-35中的任一项所述的过滤系统，还包括进一步引起流体流动通过所述次过滤器的泵。
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