CN116099279A - 具有掺气缓解的含水流体过滤器组件 - Google Patents

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Abstract

一种具有掺气缓解的含水流体过滤器组件，包括盖、与盖接合并限定过滤器体积的碗杯、以及设置在过滤器体积中的过滤元件。过滤元件抵靠盖的内部和碗杯的内部密封，以提供未过滤体积和过滤体积。入口与未过滤体积流体连通，并且出口经由采集部段与过滤体积流体连通。采集部段具有延伸到过滤体积中的采集部段入口和空气计量孔，其中，空气计量孔具有小于采集部段入口的直径的30％的直径，并且采集部段入口位于空气计量孔下方。

Description

具有掺气缓解的含水流体过滤器组件
本申请是申请日为2019年7月30日、申请号为201980062500.9(国际申请号为PCT/US2019/044047)、发明名称为“具有掺气缓解的含水流体过滤器组件”的申请的分案申请。
背景技术
选择性催化还原(SCR)是一种排放控制技术，自2010年以来在美国广泛应用于由柴油发动机提供动力的地面车辆。SCR是一种通过在催化剂的存在下使氮氧化物排放物与氨水或尿素水溶液反应来减少氮氧化物排放物的技术。尿素水溶液通常被称为柴油机排气处理液，也称为DEF。DEF具有独特的特性，并且它对配备有SCR的柴油机设备上的排放系统的性能至关重要。
典型的DEF系统包括DEF储罐或容器、过滤器、泵(如正排量泵)和喷射器。DEF应该作为细雾被注射到柴油机的排放物流中。为了产生细雾，正排量泵从容器中抽取DEF流体，将DEF以高压输送至喷射器。这些泵容易因小到40微米的碎片而失效。由于这个原因，在容器和泵之间的泵的吸入侧上通常包括标定为40微米或更好的DEF过滤器。
实验室和现场经验表明，DEF倾向于吸收或者截留流体中的空气。根据亨利定律，空气可能以纳米气泡的形式被截留在流体中，或者溶解在DEF中。在不将本发明限制于空气如何被夹带在DEF中的任何特定理论的情况下，据信空气可以被溶解到流体和/或空气泡中，所述空气泡是在填充DEF容器时、或是通过搅拌在车辆行驶时、在净化事件期间产生的，或者是通过其他方式被夹带的。这种夹带的空气可能在非常不恰当的时候释放。某些环境条件可以加速空气从DEF中的释放。这些条件包括但不限于升高温度或绝对压力上的降低。当高度增加时或当泵的吸入侧抽取DEF时，将出现压力降低。然后，释放的空气可能积聚，直到例如从过滤器组件中抽出空气的大气泡，扰乱DEF系统中的注射压力。
发明内容
根据本发明的一个示例的含水流体过滤器组件包括盖、接合盖并限定过滤器体积的碗杯、以及设置在过滤器体积内的过滤元件。碗杯和过滤元件可以组合到旋压过滤芯中。过滤元件抵靠盖的内部和碗杯的内部密封，以提供未过滤体积和过滤体积。入口与未过滤体积流体连通，并且出口经由采集部段与过滤体积流体连通。采集部段具有延伸到过滤体积中的采集部段入口和空气计量孔，其中空气计量孔具有小于采集部段入口的直径的30％的直径，并且采集部段入口位于空气计量孔下方。在一些示例中，空气计量孔约为0.005至0.007英寸。
过滤元件可以是柱形的。过滤体积至少部分由过滤元件的内部体积限定。采集部段具有足以将采集部段入口定位在过滤元件的内部体积内的长度，从而允许分离的空气积聚在采集部段入口上方。由盖的内部体积限定的过滤体积的一部分可以提供用于空气在采集部段入口上方积聚的空间。
在一些示例中，盖的内部体积包括凹槽，以允许收集分离的空气。空气计量孔可以位于分离空气聚集的凹槽中。
在一些示例中，流体过滤器组件可以进一步包括加热器元件。在一个这样的示例中，采集部段入口位于加热器元件旁边。在另一个这样的示例中，采集部段入口同轴地包围加热器元件。
在一些示例中，流体过滤器组件还包括在过滤体积内部的可压缩构件，以提供保护防止冷冻损坏。
在另一个示例中，含水流体过滤器组件包括盖、与盖接合并限定过滤器体积的碗杯、以及设置在过滤器体积中的过滤元件，过滤元件具有内部体积，过滤元件抵靠盖的内部和碗杯的内部密封，碗杯和过滤元件的外表面配合以提供外部未过滤体积，并且盖和过滤元件的内部体积配合以提供内部过滤体积。入口与外部未过滤体积流体连通，并且出口经由采集部段与内部过滤体积流体连通。采集部段包括延伸到过滤体积中的采集部段入口和空气计量孔，其中空气计量孔的直径小于采集部段入口的直径的30％，并且采集部段入口位于空气计量孔下方。
附图说明
图1a是已知流体过滤器组件的截面图。
图1b是图1a所示的流体过滤器组件的一部分的详细视图。
图2是根据本发明一个示例的流体过滤器组件的透视图。
图3a是图2的流体过滤器组件的截面图。
图3b是图2和3a的流体过滤器组件的截面图，其中示出了额外细节。
图4是根据本发明的另一示例的流体过滤器组件的截面图。
具体实施方式
图1a示出了安装在DEF泵的吸入侧上的过滤器组件中的已知的典型过滤器组件10，图1b示出了额外细节。过滤器10具有盖12、碗杯14、过滤元件16、加热器18、入口20和出口22。过滤元件通常是具有中空柱形内部的柱体。过滤元件的端部抵靠碗杯的盖和底部而密封。碗杯和过滤元件16的外柱形表面配合，以提供外部、未过滤体积24。过滤元件的内部柱形体积、碗杯的底部和盖的内部配合，以提供内部过滤体积26。流体进入入口并流动到外部未过滤体积中。流体穿过过滤元件膜并进入内部过滤体积。在由盖12的内部限定的过滤体积的一部分内，出口通过管或管中的足以使流体流动的孔与过滤体积的顶部流体连通。
如图1a和1b所示的过滤器可能由于至少两个原因而容易出现空气问题。首先，过滤元件的膜可以用作空气屏障。过滤元件通常由它们能够从流体中移除的颗粒的尺寸来标定。例如，40微米的过滤元件将从被过滤的流体中移除40微米或更大的颗粒。然而，40微米过滤元件的膜也可以防止夹带的空气穿过过滤元件。当这种情况发生时，空气积聚在外部未过滤体积中，通常在过滤器碗杯的顶部处。空气继续积聚，直到部分或全部空气在过滤元件周围释放到过滤体积中，通常呈大的“段塞”或气泡。空气的“段塞”运移到过滤体积的顶部，并通过过滤器出口管抽出。一旦空气的“段塞”到达泵，泵的输出部处的流体压力就会下降，从而影响喷射器运行，这可能会不利地影响对排放系统性能。
第二，因为过滤器在泵的吸入侧上，所以流体中的压力低于环境压力，特别是在过滤元件的“清洁”侧上的内部过滤体积中。低于环境压力会促使空气从液体中释放出来。此外，加热器元件在寒冷操作条件下的操作可能会释放额外的溶解空气。一旦空气从DEF中分离出来，它倾向于上升并聚集在盖中过滤体积的上部部段28处。出口管中的大孔允许适当的流体流动，但也允许空气穴作为大的空气“段塞”重新引入到出口流动中。大的空气段塞扰乱了计量泵的压力输出和体积流量。如果该扰乱发生得足够频繁，该系统可能会登记(register)故障并导致车辆性能下降。
图2、3a和3b中示出了一种改进的含水DEF流体过滤器组件100。流体过滤器组件100包括盖112、碗杯114、过滤元件116、加热器元件118、入口120和出口122。过滤元件116和碗杯114可以结合在旋压过滤芯中。如在已知的DEF过滤器中那样，过滤元件116可以是具有中空柱形内部体积的柱体。过滤元件的端部抵靠盖112和碗杯114而密封。过滤元件116的端部可以抵靠碗杯114和盖112的平面部分而密封。另外，或者代替接合过滤元件116的端部，凸起特征114a可以接合并密封抵靠过滤元件116的侧壁。碗杯和过滤元件的外柱形表面配合以提供外部未过滤体积124。过滤元件的内部柱形体积、碗杯的底部和盖的内部体积配合以同提供内部过滤体积126。流体进入入口并流动到未过滤体积中。流体穿过过滤元件膜并进入过滤体积。
可选地，过滤体积126的一部分可以被可压缩构件128占据，以提供保护防止冷冻损坏。当冷冻DEF膨胀时，可压缩构件128压缩，从而减小了盖112、碗杯114和过滤元件116上的膨胀应力。
出口122通过空气计量采集部段130联接至过滤体积。采集部段130可以包括采集部段入口132，其延伸到过滤体积中，优选地延伸到由过滤元件的内部柱形体积限定的过滤体积的一部分中。采集部段130具有一定长度，该长度被定尺寸以允许分离的空气积聚在采集部段入口132上方，在由盖的内部体积限定的过滤体积的部分中并且在过滤元件116的过滤体积上方。采集部段130结合有空气计量孔134，其在采集部段入口132上方，优选地在由盖的内部体积限定的过滤体积的部分中，以缓慢、受控的速率移除积聚在盖的内部体积中的任何空气。
经由空气计量孔134移除空气显著地降低了大到足以扰乱DEF喷射器性能的空气“段塞”积聚在过滤体积中或被传递到喷射器泵的可能性，所述空气计量孔134在内部体积中位于采集部段入口132的入口上方的位置处具有相对于采集部段入口132的小直径开口。为了实现这一点，空气计量孔134应该具有不足以满足DEF的流体流动要求的直径。例如，空气计量孔134的直径可以小于采集部段入口132的30％。在一个示例中，空气计量孔134是采集部段130中的0.005英寸至0.007英寸直径的孔。因为在千分之几英寸的范围内的特征不容易以附图的比例再现，所以空气计量孔134在图3a中没有示出，并且如图3b所示，没有按比例来提高该特征的可视性。
图3b中还示出了过滤器盖112中的凹槽136，以在过滤体积的顶部处提供高点。空气计量孔134位于该凹槽中。过滤体积中的任何分离的空气上升并积聚在该凹槽中，并因此积聚在空气计量孔134附近。这促进了分离空气的计量移除。
图3a的示例示出了出口122和采集部段130可以折衷成定形有弯头以使采集部段入口132弯转到过滤体积中的一体管。替代地，从采集部段130到出口122的流动路径可以由多个部件构成。采集部段130可以邻近加热器元件118定位。此外，入口120的一部分可以朝向加热器元件118延伸，以改善热耦合。
另一个示例示出在图4中。与图3a和3b相同的元件具有相同的附图标记，并且应用相同的描述。在图4的示例中，空气计量采集部段140包括与加热器元件118同轴安装的较大直径的采集部段入口132a。空气计量孔134位于通向出口122的较小直径的管上。如在先前的示例中，空气计量孔134在直径上比采集部段入口132a小得多。为了提高可见度，图4中所示的空气计量孔134不是按比例的。
鉴于前述内容，一种改进的流体过滤器可以包括盖、与盖接合并限定过滤体积的碗杯、设置在过滤器体积中的过滤元件，过滤元件是具有中空内部体积的柱体，过滤元件的端部抵靠盖的内部和碗杯的底部内部密封。碗杯和过滤元件的外柱形表面相配合以提供外部未过滤体积。过滤元件的内部柱形体积、碗杯的底部和盖的内部体积配合以提供内部过滤体积。入口与未过滤体积流体连通，并且出口经由采集部段与过滤体积流体连通，所述采集部段包括延伸到过滤体积中的采集部段入口和空气计量孔，其中空气计量孔小于采集部段的入口的直径的30％，并且采集部段入口位于空气计量孔下方。空气计量孔可以是大约0.005至0.007英寸。
采集部段的长度可以是足以允许采集部段入口上方的分离的空气积聚在由盖的内部体积和过滤元件的柱形内部体积限定的过滤体积的一部分中的长度。盖的内部体积可以包括凹槽，以允许收集分离的空气。空气计量孔可以位于凹槽中。
过滤器可以包括加热器元件。过滤器还可以包括可压缩构件，从而提供保护以防止冷冻损坏。采集部段可以位于加热器元件旁边。采集部段可以同轴地包围加热器元件。

Claims (16)

1.一种含水流体过滤器组件，包括：
碗杯，所述碗杯限定过滤器体积；
设置在所述过滤器体积中的过滤元件，所述过滤元件抵靠所述碗杯的内部密封，以提供未过滤体积和过滤体积；
入口，所述入口与所述未过滤体积流体连通；
出口，所述出口经由采集部段与所述过滤体积流体连通；
所述采集部段包括延伸到所述过滤体积中的采集部段入口和空气计量孔，其中，所述空气计量孔的直径小于所述采集部段入口的直径的30％，并且所述采集部段入口位于所述空气计量孔下方；以及
在所述过滤体积内部的可压缩构件，其中，所述可压缩构件配置为当冷冻的柴油机排气处理液膨胀时压缩，从而减小了所述碗杯和过滤元件中的至少一个上的膨胀应力。
2.根据权利要求1所述的流体过滤器组件，其中，所述空气计量孔约为0.005至0.007英寸。
3.根据权利要求1所述的流体过滤器组件，其中，所述过滤体积至少部分地由所述过滤元件的内部体积限定，并且其中，所述采集部段配置为将所述采集部段入口定位在所述过滤元件的内部体积内。
4.根据权利要求3所述的流体过滤器组件，进一步包括盖，其中，由所述盖的内部体积限定的过滤体积的一部分为所述采集部段入口上方的空气积聚提供空间。
5.根据权利要求1所述的流体过滤器组件，进一步包括盖，其中，所述盖的内部体积包括凹槽，以允许收集分离的空气。
6.根据权利要求5所述的流体过滤器组件，其中，所述空气计量孔位于所述凹槽中。
7.根据权利要求1所述的流体过滤器组件，其中，所述流体过滤器组件还包括定位在所述采集部段入口旁边的加热器元件。
8.根据权利要求7所述的流体过滤器组件，其中，所述采集部段入口同轴地包围所述加热器元件。
9.根据权利要求1所述的流体过滤器组件，其中，所述过滤元件配置为过滤柴油机排气处理液。
10.根据权利要求1所述的流体过滤器组件，其中，所述过滤元件是柱形的并且配置为过滤柴油机排气处理液。
11.根据权利要求1所述的流体过滤器组件，其中，所述碗杯和过滤元件被组合到旋压过滤芯中。
12.一种含水流体过滤器组件，包括：
碗杯，所述碗杯限定过滤器体积；
设置在所述过滤器体积中的过滤元件，所述过滤元件具有内部体积，所述过滤元件抵靠所述碗杯的内部密封，所述碗杯和过滤元件的外表面配合以提供外部未过滤体积，并且所述过滤元件的内部体积提供内部过滤体积；
入口，所述入口与所述外部未过滤体积流体连通；
出口，所述出口经由采集部段与所述内部过滤体积流体连通；
所述采集部段包括延伸到所述过滤体积中的采集部段入口和空气计量孔，其中，所述空气计量孔的直径小于所述采集部段入口的直径的30％，并且所述采集部段入口位于所述空气计量孔下方；以及
在所述过滤体积内部的可压缩构件，其中，所述可压缩构件配置为当冷冻的柴油机排气处理液膨胀时压缩，从而减小了所述碗杯和过滤元件中的至少一个上的膨胀应力。
13.根据权利要求12所述的流体过滤器组件，其中，所述空气计量孔约为0.005至0.007英寸。
14.根据权利要求12所述的流体过滤器组件，其中，所述采集部段配置为将所述采集部段入口定位在所述过滤元件的内部体积内。
15.根据权利要求12所述的流体过滤器组件，进一步包括盖，其中，所述盖的内部体积包括凹槽，以允许收集分离的空气，并且其中，所述空气计量孔位于所述凹槽中。
16.根据权利要求12所述的流体过滤器组件，其中，所述碗杯和过滤元件被组合到旋压过滤芯中。
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