燃料过滤系统、其过滤器交换模块和更换燃料过滤器的方法

摘要

一种燃料过滤系统包括电泵、过滤器组件和用于将泵和过滤器组件与燃料罐串联流体连接以限定肾式过滤回路的导管。过滤器组件包括具有穿过其中的附接开口的过滤器组件头和过滤器交换模块，过滤器交换模块包括具有从其一面向外延伸的外螺纹安装连接器和穿过其另一面开放的内螺纹孔口的安装板。在安装构造中，燃料过滤器被旋在各个安装连接器上，使得过滤器与穿过安装板的燃料流动开口流体对准，紧固件穿过附接开口定位，并螺纹接收在孔口内，过滤器组件头的燃料流动通道限定其中一对过滤器流体并联且另一对滤器流体串联的流动分布。

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种燃料过滤系统，更特别是涉及一种用于 燃料过滤系统的过滤器交换模块，其包括支承多个燃料过滤器并 有助于燃料过滤器相对于过滤器组件头更换的安装板。

背景技术

用于发动机的燃料供应装置的污染会造成燃料喷射系统部件 和发动机部件损坏。例如，可造成磨损和可能泄漏的研磨颗粒会 不利地影响燃料喷射和发动机部件的性能，并降低部件的长期耐 用性。相对于柴油燃料，燃料供应装置内的过多水会造成一些系 统部件锈蚀，并会不利地影响运动部件，特别是在冷冻条件下。 使用暴露于高轨压力以控制燃料喷射器的操作的精密阀的共轨燃 料系统会特别容易受到燃料供应装置内的碎片造成的损坏。一个 或多个燃料过滤器通常沿着将燃料从燃料供应装置或罐供应到发 动机的管线定位，以截留碎片，并相对于柴油燃料来说，截留水。 但是，这些过滤器会只截留一部分污染物，并且另外，不同辖区 内的燃料清洁标准会变化很大。

Vogely等人的美国专利公开文献No.2012/0042855公开一种 低功率的船用燃料滤清系统。特别是，Vogely文献针对一种燃料 滤清系统，其利用低功率压电泵，将燃料从燃料罐循环经过过滤 器，并接着返回到燃料罐。该系统设置用于船舶的柴油燃料供能 的发动机，并通过由太阳能面板重新充电的电池供能。Vogely等 人的系统提供利用高功率消耗泵的高功率燃料滤清系统(需要船 舶被钩住以便在船坞供能)的低功率机载替代系统。如Vogely文 献所述，公开的燃料滤清系统利用低功率消耗泵，并似乎是主要 针对水的分离。

本发明针对以上给出的一个或多个问题或情况。

发明内容

在一个方面，燃料过滤系统包括电泵和包括过滤器组件头和 过滤器交换模块的过滤器组件。过滤器组件头限定多个燃料流动 通道，并包括穿过其中的多个附接开口。过滤器交换模块包括安 装板，安装板具有从安装板的第一相对面向外延伸的多个外螺纹 过滤器安装连接器和穿过安装板的第二相对面开放的多个内螺纹 孔口。在安装构造中，燃料过滤器旋在每个外螺纹过滤器安装连 接器上，使得燃料过滤器的入口和出口与穿过安装板的燃料流动 开口对准，紧固件穿过过滤器组件头的附接开口定位，并螺纹接 收在安装板的内螺纹孔口内，并且过滤器组件头的燃料流动通道 限定其中至少第一对燃料过滤器流体并联并且至少第二对燃料过 滤器流体串联的过滤器组件的流动分布。燃料过滤系统还包括用 于将电泵和过滤器组件与燃料罐串联流体连接以限定肾式过滤回 路的一组导管。

在另一方面，提供一种更换燃料过滤系统的燃料过滤器的方 法。燃料过滤系统包括将电泵和过滤器组件与燃料罐串联流体连 接以限定肾式过滤回路的一组导管。过滤器组件包括过滤器组件 头和过滤器交换模块。该方法包括使用穿过过滤器组件头的附接 开口定位并螺纹地接收在第一过滤器交换模块的安装板的内螺纹 孔口内的多个紧固件在过滤器组件头上支承第一过滤器交换模块 的步骤。第一过滤器交换模块的安装板支承第一组燃料过滤器。 该方法还包括在第一组燃料过滤器保持支承在第一过滤器交换模 块的安装板上的同时通过从与第一过滤器交换模块的安装板的内 螺纹孔口的螺纹接合移除紧固件并从过滤器组件头的附接开口撤 回紧固件来移除第一过滤器交换模块的步骤。第二过滤器交换模 块接着通过穿过过滤器组件头的附接开口定位紧固件并将紧固件 螺纹接收在第二过滤器交换模块的安装板的内螺纹孔口内而被附 接到过滤器组件头。第二过滤器交换模块的安装板支承第二组燃 料过滤器。

在另一方面，提供一种用于燃料过滤系统的过滤器交换模块。 燃料过滤系统包括将电泵和过滤器组件与燃料罐串联流体连接以 限定肾式过滤回路的一组导管。过滤器组件包括过滤器组件头和 过滤器交换模块。过滤器交换模块包括具有第一和第二相对面的 安装板。一组燃料流动开口穿过安装板设置，并且燃料流动开口 围绕第一和第二相对面的分布是对称的。多个外螺纹过滤器安装 连接器从第一相对面向外延伸。每个外螺纹过滤器安装连接器相 对于燃料流动开口的相应一个对中。多个内螺纹孔口穿过第二相 对面开放，并且内螺纹孔口围绕第二相对面的分布是对称的。

附图说明

图1是根据本发明具有机载燃料过滤系统的机器的侧示意图；

图2是根据本发明的示例性实施方式包括图1的燃料过滤系 统的机器发动机和燃料系统的示意图；

图3是根据本发明的一个方面的图2所示的燃料过滤系统的 过滤器组件的透视图；

图4是根据本发明的另一方面的图2和图3的过滤器组件的 过滤器交换模块的透视图；

图5是根据本发明的另一方面的另一示例性过滤器交换模块 的安装板的顶部透视图；

图6是根据本发明的另一方面的图5的安装板的顶部透视图， 其包括支承在安装板的相应燃料流动开口内的安装适配器、套筒 和密封构件；

图7是根据本发明的另一方面的图5和图6的安装板的透视 图，其包括支承其上的一组燃料过滤器；以及

图8是过滤器组件的横截面图。

具体实施方式

根据本发明的机器10的示例性实施方式在图1中总体示出。 机器10可以是采矿卡车，如所示，或者可包括使用燃料供能发动 机的任何非公路或公路车辆，如这类所述。机器10通常包括用于 在其它系统和部件中支承发动机和燃料系统的机器框架12(将在 图2中更加详细描述)和多个地面接合元件14。应该理解到，发 动机和燃料系统的发动机可以为地面接合元件14提供推进功率 并可为包括多种机械、电气和液压系统和/或部件的各种其它机器 系统供能。虽然不在本发明的范围之内，机器10还可包括操作者 控制站16，其包括能够用于操作机器10的多种操作者控制器和 显示器和可以相对于机器框架12枢转的倾卸主体18。

现在参考图2，示出图1的机器10的发动机和燃料系统20 的示例性实施方式。发动机和燃料系统20可包括附接有发动机燃 料供应系统24的内燃发动机22。可以是压燃发动机的内燃发动 机22可包括多个本领域已知的燃料喷射器26，并且还可包括附 接发动机燃料供应系统24的发动机壳体28。发动机燃料供应系 统24可总体包括具有与燃料返回管线34流体连通的入口32和与 燃料供应管线38流体连通的出口36的燃料罐30。燃料传送泵40 可以沿着燃料供应管线38定位，以便从燃料罐30抽取低压燃料， 从而加压燃料并使其循环到多个燃料喷射器26。一个或多个燃料 过滤器42可以沿着热燃料供应管线38定位，从而从燃料过滤颗 粒或碎片以及例如水的其它污染物。例如主燃料过滤器44可以设 置在燃料传送泵40的上游，并且一个或多个副燃料过滤器46可 设置在燃料传送泵40的下游。应该理解到，内燃发动机22和发 动机燃料供应系统24可包括附加的部件和系统，包括但不局限于 灌注泵48和压力调节器50。

根据本发明，发动机和燃料系统20还包括燃料过滤系统52， 这里还称为燃料滤清系统。燃料过滤系统52通常包括使用一组导 管58与燃料罐30串联连接以限定肾式过滤回路60的电泵54和 过滤器组件56。特别是，燃料罐30可包括附加的入口62和出口 64，其可以独立于对应于发动机燃料供应系统24的入口32和出 口36，从而沿着肾式过滤回路60引导燃料。为了使得电泵54和 过滤器组件56沿着肾式过滤回路60与燃料罐30流体连接，包括 软管和配件的传统导管58可用来经由形成的端口使相应部件互 连。

根据示例性实施方式，电泵54可以使用电线68与电功率源 66电连接。虽然可以使用任何适当的电功率源66，优选地使用机 器10的电池69来供应电功率到电泵54。利用电泵54而不是发 动机驱动的泵可以减小发动机驱动的泵使用过程中会造成的液压 脉冲。电泵54可以是12或24瓦的水泵，其提供单一或可变速度， 该速度能够沿着肾式过滤回路60提供相对高的循环率。虽然这里 没有详细描述控制方案，设想到电泵54可以连续运转，可以经由 所示的点火钥匙开关70电连接，以便在机器“运转”的同时操作， 或者可以根据机器10的电子控制器指示的控制方案操作。例如， 电泵54可以操作长达预定时间段，或者可以操作直到实现希望的 燃料清洁指示(使用光学颗粒计数器或其它适当装置测量)。

如所示，电泵54可以定位在过滤器组件56的上游。但是根 据其它实施方式，电泵54可以定位在过滤器组件56的下游，以 便经过过滤器组件56抽取燃料，而不是“泵送”燃料经过过滤器 组件56。根据一些实施方式，电泵54可以定位在机器10上，使 得电泵54尽可能与内燃发动机22的振动隔离。特别是，会希望 避免将电泵54直接安装到发动机壳体28以限制发动机操作产生 的机械振动。因此，过滤器组件56的效率可以得到改善。

现在参考图3，将更加详细地描述燃料过滤系统52的过滤器 组件56。过滤器组件56总体包括过滤器组件头80和过滤器交换 模块82，其包括燃料过滤器86的一组84。过滤器组件头80包括 穿过其中以接收紧固件90并固定过滤器组件头80相对于过滤器 交换模块82的安装构造的多个附接开口88。过滤器组件头80还 限定多个燃料流动通道92，其限定过滤器组件56的流动分布。 根据特殊例子，流动分布可包括流体并行的燃料过滤器86的至少 第一对(例如对94)和流体串行的燃料过滤器86的至少第二对 (例如对96)。根据图3的流动分布，燃料可沿着第一流动路径 98从过滤器组件头80的入口100或入口端口朝着三个燃料过滤 器86的入口引导。燃料流动通道92或其一部分也可沿着第二流 动路径102将燃料从这三个燃料过滤器86的出口引导到第四燃料 过滤器86的入口。最后，燃料流动通道92或其一部分可沿着第 三流动路径104将燃料从第四燃料过滤器86的出口引导到过滤器 组件头80的出口106。虽然显示了特定数量的燃料过滤器86并 描述了特殊的串行-并行流动形式，应该理解到这里描述的过滤器 组件56可以支持不同数量的燃料过滤器86，并且可以提供具有 决定替代燃料流动分布的燃料流动通道92的过滤器组件头80。 但是，优选地串行和并行流动形式都用来实现希望的再循环和过 滤速度。

根据安装构造，紧固件90穿过过滤器组件头80的附接开口 88定位并螺纹接收在过滤器交换模块82的安装板112的内螺纹 孔口110内，如图4所示(其中过滤器组件头80被移除)。过滤 器交换模块82总体包括安装板112和燃料过滤器86的组84。为 了交换或移除燃料过滤器86的组84，根据本发明，其包括至少 三个燃料过滤器86，紧固件90从与安装板112的内螺纹孔口110 的螺纹接合移除，并在燃料过滤器86的组84保持支承在安装板 112上的同时从过滤器组件头80的附接开口88撤回(参考图3 和4)。

现在就更换燃料过滤系统52的燃料过滤器86的方法来描述 过滤器交换模块82的部件。因此，现在开始参考图5描述经过多 个组装阶段的更换过滤器交换模块120。过滤器交换模块120或 更换过滤器交换模块的安装板122被示出，并包括第一和第二相 对面124和126。一组燃料流动开口128(可以是圆形的)穿过安 装板122形成，并根据示例性实施方式，具有围绕第一和第二相 对面124和126的对称分布。多个内螺纹孔口130穿过第二相对 面126开放，并可具有围绕第二相对面126的对称分布。内螺纹 孔口130可以或可以不整体延伸穿过安装板122的厚度，这取决 于制造需求。另外，虽然示出了四个燃料流动开口128和四个内 螺纹孔口130，应该理解到这里描述的特征的数量可以根据特定 应用来变化。但是优选地，围绕第一和第二相对面124和126的 特征分布是对称的，以便部件容易制造和组装。

现在参考图6，安装适配器140至少部分定位在每个燃料流动 开口128内。每个安装适配器140可在相应的燃料流动开口128 内具有干涉配合，或者可使用任何其它已知的附接手段固定在燃 料流动开口128内。安装适配器140与套筒支承环142周向隔开 并支承套筒支承环142，如所示。特别是，一组径向支承构件144 可将套筒支承环142与安装适配器140互连。径向支承构件144 可被选择，以便为套筒支承环142提供希望的结构支承，同时还 允许经过燃料流动开口128流体连通，将在下面更加详细描述。 可以具有圆柱形状的套筒146经过套筒支承环142定位，其中套 筒146的第一端148从第二相对面126向外延伸，套筒146的第 二端150(图6的局部剖切部分所示)限定外螺纹过滤器安装连 接器152。套筒146还相对于套筒支承环142具有干涉配合，或 者替代地，这些部件可具有螺纹接合，或者可以如所示使用其它 已知附接手段固定在一起。

例如O形圈的密封构件或其它密封件可设置在过滤器交换模 块120上，以便在过滤器交换模块120附接到过滤器组件头80上 时提供适当密封。特别是，安装适配器140可包括从第二相对面 126向外延伸并在其上支承密封构件156的环形凸缘154。另外， 套筒146的第一端148可在其上支承另一密封构件158。密封构 件156和158可保持在指定的凹槽内，或者通过其它方式粘接或 紧固到相应部件的表面。根据示例性实施方式，过滤器组件头80 的燃料流动通道92可将燃料引导经过外部燃料通道160，同时燃 料可经过内部燃料通道162返回到过滤器组件头80的燃料流动通 道92。密封构件156和158在过滤器组件头80和安装板122的 第二相对面126之间的界面处密封所述燃料流动。

根据安装构造，并且现在参考图7，更换燃料过滤器组172 的燃料过滤器170可以旋在每个外螺纹过滤器安装连接器152上 (如图6所示)，使得燃料过滤器170的入口和出口与相应的燃 料流动开口128对准。例如，每个燃料过滤器170可以是旋上式 燃料过滤器，其具有多个周向入口开口和经过过滤器壳体的相同 端的中心内螺纹出口端口。应该理解到，每个外螺纹过滤器安装 连接器152从第一相对面124向外延伸，并相对于燃料流动开口 128的相应一个对中。密封构件174(图8所示)也可定位在燃料 过滤器170和安装板122的第一相对面124之间，以便在燃料过 滤器170和安装板122的第一相对面124之间的界面处密封过滤 器组件头80和相应燃料过滤器170之间的燃料流动。如所示，过 滤器交换模块120可包括四个燃料流动开口128、四个外螺纹过 滤器安装连接器152和旋在相应的外螺纹过滤器安装连接器152 上的四个燃料过滤器170。根据具体例子，燃料过滤器170的组 172的每个燃料过滤器170可具有相同的载荷率。因此，过滤器 交换模块120可以多种不同的取向附接到过滤器组件头80。

在过滤器170支承在安装板122上时，过滤器交换模块120 可附接到过滤器组件头80，并因此通过穿过过滤器组件头80的 附接开口88定位紧固件90并将紧固件90螺纹接收在过滤器交换 模块120的安装板122的内螺纹孔口130内来更换过滤器86的之 前的组84。在附接之后，如图8的横截面图所示，过滤器170的 组172经过安装板122与过滤器组件头80具有固定和密封的流体 连接。如上所述，过滤器组件头80包括燃料流动通道92，其可 限定经过过滤器170的组172的希望的串行-并行流动形式。

工业实用性

本发明在利用燃料供能的发动机的任何机器中具有潜在应 用。另外，本发明适用于利用具有相对高水平的污染物(包括碎 片)的燃料的机器。例如，本发明可适用于可在不同辖区中应用 的机器，这些不同辖区可以经受不同燃料清洁标准。另外，本发 明可以适用于特别容易受到碎片造成的损坏的燃料系统，例如共 轨燃料系统。

总体参考图1-8，机器10可包括发动机和燃料系统20，其包 括具有附接的发动机燃料供应系统24的内燃发动机22。发动机 燃料供应系统24可包括具有与燃料返回管线34流体连通的入口 32和与燃料供应管线38流体连通的出口36的燃料罐30。燃料传 送泵40可沿着燃料供应管线38定位，以便从燃料罐30抽取低压 燃料，从而加压燃料，并使其循环到多个燃料喷射器26。一个或 多个燃料过滤器42可沿着燃料供应管线38定位，以便从燃料过 滤颗粒和其它污染物。发动机和燃料系统20还可包括燃料过滤系 统52，这里还称为燃料滤清系统，以便从燃料罐20内存储的燃 料移除包括碎片的污染物。

可以设置成对机器10进行改造的燃料过滤系统52总体包括 使用一组导管58与燃料罐30串联连接以限定肾式过滤回路60的 电泵54和过滤器组件56。过滤器组件56总体包括过滤器组件头 80和过滤器交换模块82、120，其包括燃料过滤器86、170的组 84、172。过滤器组件头80包括穿过其中以便接收紧固件90的多 个附接开口88，紧固件最终固定过滤器组件头80相对于过滤器 交换模块82、120的安装构造。过滤器组件头80包括限定过滤器 组件56的流动分布的多个燃料流动通道92。例如，会希望根据 串行-并行流动形式分布经过过滤器组件56的燃料。

过滤器交换模块82、120总体包括支承燃料过滤器86、170 的组84、172的安装板112、122。一组燃料流动开口128穿过安 装板122形成，并支承燃料过滤器86、170，使得燃料过滤器86、 170的入口和出口经过燃料流动开口128与过滤器组件头80的燃 料流动通道92流体连通。安装板122还包括穿过第二相对面126 开放并如上所述螺纹地接收紧固件90的多个内螺纹孔口110、 130。安装板122的特征可以围绕相对面124和126对称分布，以 便容易制造和组装。另外，燃料过滤器86、170可分别具有相同 载荷率，以进一步简化组装。

来自燃料罐30的燃料可沿着肾式过滤回路60引导，以改善 存储在燃料罐30内的燃料的清洁性。利用燃料过滤系统52或肾 式过滤回路60的控制方案可包括连续操作、长达预定时间段的操 作或连续直到实现一定燃料清洁水平的操作。例如，会希望测量 燃料的碎片含量并操作燃料过滤系统52，直到碎片含量降低到可 接受量。

这里提供的燃料过滤系统使用肾式过滤回路为改进例如燃料 罐内存储的燃料的燃料供应的清洁性提供有效手段。燃料过滤系 统可改造成用于需要改进的燃料清洁性的任何机器的机载系统。 燃料过滤系统通过利用提供高燃料循环速度的电泵而被设计成最 大的燃料过滤效率。例如，会希望提供至少五倍于发动机燃料供 应系统的燃料喷射速度的循环流速。高循环速度会增加使用过滤 器组件的过滤器截留的碎片量。

另外，与例如发动机驱动泵的机械泵不同，利用电泵可以降 低使用发动机驱动泵时出现的液压脉冲的出现。电泵和其它燃料 过滤系统部件可远离发动机安装，以减小发动机操作固有的机械 振动。减小液压脉冲和机械振动还可改善燃料过滤效率。过滤器 组件的过滤器组件头可决定经过该组过滤器的串行-并行流动形 式，其被选择成提供实现希望的流速和希望的燃料清洁水平的能 力。流动形式以及燃料过滤器的载荷率可以被选择，以便对于所 有过滤器造成类似的过滤器寿命，同时如上所述的过滤器交换模 块构造允许整组燃料过滤器的快速和便捷调换。

应该理解到以上描述只意欲说明目的，而不意欲以任何方式 限制本发明的范围。因此，本领域普通技术人员将理解到本发明 的其它方面可以从附图、说明书和权利要求的研读中得到。