按需的附加燃料过滤的制作方法

本发明总体上关于发动机维护，并且涉及一种有源过滤系统。

背景技术：

含有碎屑的发动机燃料可能在发动机的运行期间对各种发动机部件造成损坏。碎屑可能磨损发动机部件并导致发动机性能的下降。过滤系统可以有助于减少发动机燃料中的碎屑量。

授予Verdegan的美国专利No.8,607,621公开了一种在获知流体中粒子的尺寸、浓度和性质是重要的情况下，用于监测流体的系统和方法。该系统和方法可以用于诊断流体系统中的诸如燃料、润滑油、动力输送、热交换或其它流体的流体污染问题。该系统和方法可以应用于柴油发动机或液压系统，其中流体中的污染物粒子是人们所关注的。

本发明旨在克服发明人发现的或本领域已知的一个或多个问题。

技术实现要素：

在一个实施例中，公开了一种用于发动机燃料系统的过滤系统。过滤系统包括配置为检测一定体积的流体中的粒子的粒子计数器。过滤系统包括与粒子计数器流体连通的控制阀。控制阀可以配置为引导一定体积的流体的输出。过滤系统包括与粒子计数器和控制阀流体连通的控制器。控制器可以配置为确定检测到的粒子的量是否超过预定阈值。控制器可以配置为命令控制阀。过滤系统包括与控制阀流体连通的过滤器。

在另一个实施例中，公开了一种过滤发动机燃料系统中的流体的方法。该方法包括对流体中的粒子的量进行计数。该方法包括确定流体流中的粒子的量是否超过预定阈值。该方法包括当粒子的量超过预定阈值时过滤流体。该方法包括在过滤流体之后将流体再循环。该方法包括当粒子的量不超过预定阈值时将流体引导至燃料喷射器。

在另一个实施例中，公开了一种有源过滤系统。有源过滤系统包括上游系统。上游系统包括初级燃料过滤器和与次级燃料过滤器流体连通的粒子计数器。粒子计数器可以配置为检测一定体积燃料中的粒子。有源过滤系统包括与上游系统流体连通的控制阀。控制阀可以配置为引导一定体积的燃料的输出。有源过滤系统包括与粒子计数器和控制阀流体连通的控制器。有源过滤系统包括与控制阀流体连通的第二过滤器、配置为从一定体积的燃料中移除至少一部分粒子的第三过滤器。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的过滤系统的示意图。

图2是根据本发明的实施例的可选的过滤系统的示意图。

图3是示出了根据本发明的实施例的在发动机的启动过程期间过滤燃料的污染物的示例性方法的流程图。

图4是示出了根据本发明的实施例的在发动机的正常运行期间针对污染物过滤燃料的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于发动机燃料系统中的过滤系统。过滤系统可以包括在燃料到达发动机的燃料喷射器之前从燃料检测并清洁污染物的部件。过滤系统可以包括粒子计数器，以检测和计数燃料中的污染物的量。控制器可以从粒子计数器接收数据并且确定燃料是否需要清洁。燃料可以由与粒子计数器流体连通的过滤器清洁。检测燃料中的污染物和清洁燃料的过程可以以循环执行。

图1是根据本发明的实施例的过滤系统100的示意图。过滤系统100可以包括燃料箱102、初级燃料过滤器104、次级燃料过滤器106、粒子计数器108、控制器(有时称为按需过滤模块)110、控制阀112、清洁燃料模块114和燃料喷射器116。燃料箱102可以是与过滤系统100的各个部件流体连通的储液器。燃料箱102可以包含流体。流体可以是燃料，例如汽油或柴油燃料。燃料箱102可以与初级燃料过滤器104流体连通。流体可以通过由燃料泵加压的燃料管线向下游流动至初级燃料过滤器104。初级燃料过滤器104可以是筛选出诸如碎屑粒子的污染物的过滤器。初级燃料过滤器104可以提供对流体中的污染物的初始过滤。

另外，初级燃料过滤器104可以与次级燃料过滤器106流体连通。流体可以从初级燃料过滤器104向下游流动到次级燃料过滤器106。与初级燃料过滤器104类似，次级燃料过滤器106可以是筛选出诸如碎屑粒子的污染物的过滤器。次级燃料过滤器106可以提供污染物的次级过滤。在一些实施例中，次级燃料过滤器106可以过滤掉较细的碎屑。在这样的实施例中，次级燃料过滤器106可以过滤掉尺寸小于10微米的碎屑。次级燃料过滤器106可以与粒子计数器108流体连通。流体可以从次级燃料过滤器106向下游流动到粒子计数器108。

在一些实施例中，过滤系统100不包括初级燃料过滤器104和/或次级燃料过滤器106。在一些实施例中，燃料箱102中的流体可以直接从燃料箱102流动到粒子计数器108。

粒子计数器108可以确定一定体积流体中的粒子的量。粒子计数器108可以确定通过粒子计数器108的流体流中的粒子的量。粒子计数器108可以是能够检测和/或计数粒子的装置。在一些实施例中，粒子计数器108可以检测和/或计数固体粒子。在一些实施例中，粒子计数器108可以检测和/或计数液体粒子。在这样的实施例中，粒子计数器108可以检测和/或计数水分子。粒子计数器108可以采用各种技术中的至少一种来检测从燃料箱102流出的流体内的粒子。这些技术可以包括光阻挡、光散射，网格阻挡、库尔特原理、直接成像和/或频率噪声检测。例如，光阻挡技术可以通过引导诸如激光器的光源，通过液体并且测量粒子阻挡的光的量来检测较大的粒子。对于另一个示例，光散射技术可以通过将诸如激光的光，聚焦通过液体并在其通过液体时测量反射光来检测较小的粒子。

在一些实施例中，燃料箱102、初级燃料过滤器104、次级燃料过滤器106和粒子计数器108可以定义出上游系统120(有时称为低压系统)。上游系统120可以包括控制阀112上游的过滤系统100的部件。

粒子计数器108可以与控制阀112流体连通。流体可以从粒子计数器108向下游流动到控制阀112。在一些实施例中，控制阀112是三通比例阀。在这样的实施例中，控制阀112经由入口接收流体并且可以将流体引导到两个出口中的一个。如图所示，控制阀112可以将流体引导到清洁燃料模块(CFM)114或燃料喷射器116。

CFM114可以是筛选出诸如碎屑粒子的污染物的过滤器。在一些实施例中，CFM114可以包括串联连接的多个过滤器。在一些实施例中，CFM114包括燃料输送泵。在这样的实施例中，CFM114可以过滤流体中的至少一些污染物并将过滤的流体直接输送到另一位置。CFM114可以将流体输送到上游系统120。具体地，CFM114可以将流体输送回粒子计数器108。在一些实施例中，流体从粒子计数器108循环，至控制阀112、至CFM114，并且返回至粒子计数器108。

在一些实施例中，CFM114可以包括水分离器。水分离器可以从流体中过滤水粒子。在一些实施例中，水分离器是单独的装置并且与CFM114流体连通。

燃料喷射器116可以是整体式喷射器。在一些实施例中，燃料喷射器116是电子整体式喷射器(EUI)、机械整体式喷射器(MUI)、液压致动电子整体式喷射器(HUEI)或共轨喷射器。燃料喷射器116可以用于在燃料喷射系统内传送燃料。燃料喷射系统可用于内燃机，例如汽油发动机、柴油发动机、生物柴油发动机或混合发动机。

在一些实施例中，燃料喷射系统包括储液器。储液器可以与燃料喷射器116流体连通。储液器可以包含清洁的流体。清洁的流体可以包括小于预定阈值的污染物。在一些实施例中，储液器可以存储已经由CFM114过滤的流体。在一些实施例中，储液器可以存储满足某一ISO标准的流体。

控制器110可以配置为从过滤系统100的各个部件接收数据。例如，控制器110可以配置为从粒子计数器108接收数据。控制器110可以配置为接收由粒子计数器108计数的碎屑粒子的量。此外，控制器110可以配置为确定由粒子计数器108计数的碎屑粒子的量是否超过预定阈值。预定阈值可以是可能对发动机部件造成损坏的一定体积的流体内的碎屑粒子的一定的量。在一些实施例中，预定阈值取决于ISO(国际标准化组织)标准。在另外的实施例中，预定阈值取决于由燃料制造商选择的ISO标准。预定阈值可以在不同的管辖范围内变化，例如可根据国家。

另外，控制器110可以与控制阀112进行通信。在一些实施例中，控制器110向控制阀112发送命令。此外，控制器110可以配置为在控制阀112接收流体之后引导燃料箱102的流体的输出。控制器110可以配置为将流体引导至CFM114或燃料喷射器116。在一些实施例中，控制器110配置为接收其它数据，例如针对温度、压力、流速的传感器测量值和其它测量值。控制器110还可以配置为随时间存储燃料清洁度数据，其中清洁度数据可以指示不清洁的燃料供应。燃料清洁度数据可以包括在一段时间内超过碎屑粒子的预定阈值的次数。在一些实施例中，控制器110可以配置为分析要用于车队管理、燃料制造商质量或其它数据分析的燃料清洁度数据。

此外，控制器110可以配置为确定是否应该执行过滤。控制器110可以配置为确定在发动机正常运行期间是否达到期满定时器。在一些实施例中，期满定时器为时间间隔。该时间间隔可以为约50至100小时。在一些实施例中，期满定时器为一定体积的燃料，该燃料通过过滤器泵送，例如初级燃料过滤器104、次级燃料过滤器106、CFM114或三级过滤器214。如果达到期满定时器，则控制器110可以命令粒子计数器108计数燃料中的碎屑粒子。控制器110可以确定所计数的碎屑粒子的量是否超过预定阈值。如果所计数的碎屑粒子的量超过预定阈值，则控制器110可以命令控制阀112将燃料输送至CFM114。在一些实施例中，控制器110命令将一部分燃料输送至CFM114，并命令将一部分燃料输送至燃料喷射器116。在其它实施例中，控制器110可以命令控制阀112将储备燃料从储液器输送至燃料喷射器116。如果所计数的碎屑粒子的量超过预定阈值，则控制器110可以允许或命令控制阀112继续将燃料输送至燃料喷射器116。类似地，如果尚未达到期满定时器，则控制器110可以允许或命令控制阀112继续将燃料输送至燃料喷射器116。

在一个实施例中，粒子计数器108可以检测一定体积的流体中的碎屑粒子，且控制器110可以计数碎屑粒子。控制器110可以计数碎屑粒子，并将该量与预定阈值进行比较。

图2是根据本发明实施例的可选过滤系统200的示意图。过滤系统200可以包括燃料箱202、初级燃料过滤器204、次级燃料过滤器206、粒子计数器208、控制器210、控制阀212、三级过滤器214和燃料喷射器216。燃料箱202、初级燃料过滤器204、次级燃料过滤器206、粒子计数器208、控制器210、控制阀212和燃料喷射器216可分别类似于图1中的燃料箱102、初级燃料过滤器104、次级燃料过滤器106、粒子计数器108、控制器110、控制阀112和燃料喷射器116。此外，类似于上游系统120，燃料箱202、初级燃料过滤器204、次级燃料过滤器206和粒子计数器208可以定义出上游系统220。

类似于上述过滤系统100，控制阀212可以将燃料箱202的流体引导至三级过滤器214或燃料喷射器216。在一些实施例中，控制阀212由控制器210引导。三级过滤器214可以是筛选出诸如碎屑粒子的污染物的过滤器。在一些实施例中，燃料箱202的流体由第三过滤器214过滤并输送至上游系统220。具体地，燃料箱202的流体被输送回燃料箱202。在一些实施例中，燃料箱202的流体由与第三过滤器214和燃料箱202连通的燃料泵输送。在另外的实施例中，流体从燃料箱202循环，至初级燃料过滤器204、至次级燃料过滤器206、至粒子计数器208、至控制阀212、至三级过滤器214，并返回至燃料箱202。在循环返回至燃料箱202时，燃料箱202的流体可由初级燃料过滤器204和次级燃料过滤器206再次过滤。

工业实用性

本发明总体上适用于具有加压流体系统的机器。此外，本发明可以应用于使用可能包含诸如碎屑的污染物的燃料的机器。当燃料通过机器的部件时，污染物可能损坏部件。有源过滤系统，例如过滤系统100，可在受污染的燃料损坏部件之前移除污染物。过滤系统100还可以延长系统中所使用的过滤器的寿命。过滤系统100可以检测和计数燃料中污染物的量。另外，当燃料中的污染物的量超过预定阈值时，过滤系统100可以命令移除污染物。过滤系统100可以用于各种燃料喷射系统。例如，过滤系统100可以用于电子整体式喷射系统、机械整体式喷射系统、液压电子整体式喷射系统或共轨喷射系统。此外，过滤系统100可以用于诸如卡车、挖掘机、装载机、摊铺机、压实机、推土机、拉铲或其他重型机械设备的机器中。过滤系统100的某些部件，例如粒子计数器108和控制器110，可以改装到现有的过滤系统。

图3是示出了根据本发明的实施例的在发动机的启动过程期间过滤燃料的污染物的示例性方法的流程图。在步骤302，可以启动发动机。在一些实施例中，发动机是柴油发动机。在启动期间，燃料可能不在短时间内燃烧。这样可以保护燃烧室和/或燃料喷射器免于受污染燃料损坏。在一些实施例中，发动机的启动持续至少一秒。在一些实施例中，发动机的启动持续至少两秒。在一些实施例中，发动机的启动持续至少15秒。在启动过程期间，可以通知操作者发动机燃料正在进行污染物检查。

在步骤304，一定体积的燃料可由至少一个过滤器过滤。在一些实施例中，一定体积的燃料可由两个过滤器过滤，例如图1的初级燃料过滤器104和次级燃料过滤器106。该至少一个过滤器可以从一定体积的燃料中筛选出和移除污染物。一定体积的燃料可以为足以测试污染物的体积。在一些实施例中，例如在步骤302，在发动机启动期间，一定体积的燃料是从诸如燃料箱102或202的燃料箱泵送的初始体积的燃料。在这样的实施例中，使用燃料限制器以限制在发动机起动期间通过燃料管线泵送的燃料量。在过滤之后，可将一定体积的燃料输送至粒子计数器。

在一些实施例中，不执行步骤304。在这样的实施例中，一定体积的燃料可以从燃料箱102或202直接流动至另一部件，例如图1的粒子计数器108或图2的粒子计数器208。

在步骤306，可以在一定体积的燃料中计数碎屑粒子的量。一定体积的燃料可以是在步骤304中由最后一个过滤器过滤的一定体积的燃料。碎屑粒子的量可以由粒子计数器计数，例如粒子计数器108或粒子计数器208。粒子计数器可以检测和计数固体和/或液体污染物。粒子计数器可以采用多种技术中的至少一种，这些技术包括光阻挡、光散射、网格阻挡、库尔特原理、直接成像和/或频率噪声检测。

在步骤308，可以将所计数的碎屑粒子的量与预定阈值进行比较。碎屑粒子的量可由粒子计数器计数，例如步骤306中的粒子计数器108或粒子计数器208。该比较可以由控制器执行，例如图1的控制器110或图2的控制器210。如果由粒子计数器计数的碎屑粒子的量大于预定阈值，则可以执行步骤310。另一方面，如果由粒子计数器计数的碎屑粒子的量等于或小于预定阈值，则可以执行步骤312。

在一些实施例中，控制器可以向操作者指示在一定体积的燃料中计数的碎屑粒子的量，而不论碎屑粒子的量是否超过预定阈值。

在步骤310，可以过滤一定体积的燃料。在一些实施例中，一定体积的燃料为步骤308中的一定体积的燃料。在一些实施例中，一定体积的燃料已被过滤至少一次。在另一些实施例中，一定体积的燃料已被过滤至少两次。此外，一定体积的燃料可以由图1的清洁燃料模块(CFM)114过滤或由图2的三级过滤器214过滤。CFM114和三级过滤器214可以从一定体积的燃料中筛选出和移除碎屑粒子。CFM114和三级过滤器214可以被设计为有源过滤器。此外，CFM114和三级过滤器214可以被设计为从一定体积的燃料中移除大量碎屑粒子。如此，可以延长其它过滤器(例如初级燃料过滤器104、初级燃料过滤器204、次级燃料过滤器106和次级燃料过滤器206)的寿命。

在一些实施例中，在一定体积的燃料由CFM114或第三过滤器214过滤之后，再次执行步骤306。在这样的实施例中，一定体积的燃料被输送回粒子计数器108或粒子计数器208。在其它实施例中，一定体积的燃料被输送至与燃料喷射器116流体连通的储液器。储液器可以为过滤后的一定体积的燃料提供储存。通过移除一定体积的燃料中的碎屑粒子，输送至发动机的燃料可以免于受过量污染物的污染。这可以确保在发动机起动期间仅将清洁的燃料输送至发动机。此外，这可以确保步骤304中至少一个过滤器正常工作。

在步骤312，发动机可以开始正常运行。在一些实施例中，这可以包括在发动机的燃烧室中开始燃料的燃烧过程。燃烧燃料可以包括将一定体积的燃料输送至燃料喷射器，例如燃料喷射器116或216。在步骤306和308，可验证一定体积的燃料的清洁度。如此，一定体积的燃料可以安全地输送至燃料喷射器。在一些实施例中，可以通知操作者来自步骤302-312的一定体积的燃料已被验证为清洁。在这样的实施例中，可以通知操作者可以开始机器(例如卡车)的运行。在一些实施例中，开始机器的运行可以包括从诸如燃料箱102或202的燃料箱泵送附加流体。

在一些实施例中，输送至燃料喷射器的燃料不被燃料喷射器使用。未使用的燃料可以返回至燃料箱。未使用的燃料可以再循环通过过滤系统，例如过滤系统100或200。在一些实施例中，未使用的燃料在步骤304开始过滤过程。在一些实施例中，未使用的燃料在步骤306开始过滤过程。

图4是示出根据本发明实施例的在发动机正常操作期间针对污染物过滤燃料的示例性方法的流程图。在步骤402，发动机可在正常运行下运行。发动机可以包括过滤系统，例如过滤系统100。发动机可以为汽油或柴油发动机。

在步骤404，燃料可以由初级和次级燃料过滤器过滤。这些过滤器可以为初级燃料过滤器104或204以及次级燃料过滤器106或206。这些过滤器可在发动机的正常操作期间提供燃料的初始过滤，例如在步骤402。在一些实施例中，不执行步骤404。

在步骤406，可执行过滤检查。在一些实施例中，过滤检查用于在初始过滤之后的附加过滤，例如在步骤404。过滤检查可以包括是否已经达到期满定时器。在一些实施例中，期满定时器为时间间隔。在一些实施例中，期满定时器是通过过滤器泵送的特定体积的燃料。如果已经达到期满定时器，则可以执行步骤408。如果还没有达到期满定时器，则可以再次执行步骤402。

在步骤408，可以计数燃料中的碎屑粒子。该步骤可类似于以上解释的步骤306。在计数碎屑粒子之后，可以执行步骤410。

在步骤410，可以将计数的碎屑粒子的量与预定阈值进行比较。该步骤可以类似于以上解释的步骤308。如果计数的碎屑粒子的量大于预定阈值，则可以执行步骤412。如果计数的碎屑粒子的量等于或小于预定阈值，则可以再次执行步骤402。

在步骤412，可以过滤燃料。步骤412可以类似于以上解释的步骤310。在一些实施例中，一部分燃料可以被过滤，并且一部分燃料可以在过滤过程期间被输送至燃料喷射器。在其它实施例中，可以在过滤过程期间将储备燃料供应至燃料喷射器。在这样的实施例中，与燃料喷射器流体连通的储液器可以在过滤来自步骤410的燃料的同时向燃料喷射器供应储备燃料。在两种实施例中，可以最小化输送至燃料喷射器的不清洁燃料。在过滤燃料之后，可以再次执行步骤408。

结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑框图和步骤可以实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，以上已经在其功能方面一般性地描述了各种说明性部件、框图和步骤。这种功能是实现为硬件还是软件取决于施加在整个系统上的特定应用和设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式实施所描述的功能，但此类实施决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。

本文所描述的方法、控制器110和控制器210可以在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。被描述为部件或框图的任何特征可以在集成逻辑装置中一起实现或者作为分立但互连的逻辑装置单独地实现。如果在软件中实现，则该方法可以至少部分地由包括包含指令的程序代码的计算机可读非易失性数据存储介质实现，所述指令在被执行时执行上述方法中的一个或多个。计算机可读数据存储介质可以形成计算机程序产品的一部分，计算机程序产品可以包括封装材料。计算机可读介质可以包括存储器或数据存储介质，例如随机存取存储器(RAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器、磁性或光学数据存储介质等。该方法另外地或可选地可以至少部分地由计算机可读通信介质实现，该计算机可读通信介质携载或传送指令或数据结构形式的程序代码，并且可以由计算机访问、读取和/或执行，例如传播的信号或波。

程序代码可以由处理器执行，处理器可以包括一个或多个处理器，诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或分立逻辑电路。这样的处理器可以配置为执行本发明中描述的任何方法。通用处理器可以是微处理器；但在可选方案中，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP内核的一个或多个微处理器、或任何其它这样的配置。因此，如本文所使用的术语“处理器”可以指任何前述结构、前述结构的任何组合、或适于实现本文所描述的方法的任何其他结构或设备。

本领域技术人员将理解，结合本文公开的实施例描述的各种说明性框图可以以各种形式实现。以上在其功能方面一般性地描述了一些框图。如何实现这样的功能取决于施加在整个系统上的设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实施所描述的功能，但是这种实施决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。另外，框图或步骤内的功能分组是为了便于描述。在不脱离本发明的情况下，特定功能或步骤可以从一个框图移除或分布到多个框图。

提供所公开的实施例的上述描述是为了使本领域任何技术人员能够实现或使用本发明的主题。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于其它实施例。因此，应当理解，本文所呈现的描述和附图表示本发明的当前优选实施方式，并且因此代表本发明广泛预期的主题。还应当理解，本发明的范围完全涵盖对于本领域技术人员来说可能变得显而易见的其它实施例，并且本发明的范围因此仅由所附权利要求限定。

本文所描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”和“一”以及“该”和“至少一个”及类似指代的使用应被解释为覆盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。一个或多个项目之前的术语“至少一个”(例如，“A和B中的至少一个”)的使用应被解释为表示从所列出的项目(A或B)或所列项目(A和B)中的两个或更多个的任何组合中选择的一个项目，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

因此，本发明包括适用法律所允许的在所附权利要求书中引述的主题的所有修改和等同物。此外，上述元件在其所有可能变型中的任何组合涵盖在本发明中，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。