加热燃料滤清器.pdf

一种加热燃料滤清器组件(5)，特别是用于以植物油作为燃料而运转的发动机的燃料滤清器组件。滤清器壳体(42)连接至滤清器盖(39)。位于壳体内的圆筒状的滤网(43)将所述壳体的内部空间分为内部(44)和外部(45)。入口燃料管道(40)与所述内部连通，而出口燃料管道与所述外部连通。长形加热构件(46)轴向地伸入所述内部以加热所述滤清器组件中的燃料。所述加热构件是发动机冷却液循环流过其中的中空构件。

1.  一种燃料滤清器组件，包括：大体上呈圆筒状的滤清器壳体，大体上呈圆筒状的滤网，其位于所述壳体内并将所述壳体的内部空间分为内部和外部；第一燃料管道，其与所述内部连通；第二燃料管道，其与所述外部连通；以及长形加热构件，其沿纵向伸入所述内部。

2.  如权利要求1所述的燃料滤清器组件，其中，所述第一燃料管道是入口，并且所述第二燃料管道是出口。

3.  如权利要求1或2所述的燃料滤清器组件，其中，所述加热构件沿所述壳体的所述内部的轴线延伸。

4.  如权利要求1、2或3所述的燃料滤清器组件，其中，所述长形加热构件在所述壳体的所述内部的大部分轴向长度上延伸。

5.  如前述权利要求中任一项所述的燃料滤清器组件，其中，所述加热构件包括电热元件。

6.  如权利要求1至4中任一项所述的燃料滤清器组件，其中，所述加热构件包括长形实心构件，所述长形实心构件连接至被加热的部件以便通过传导方式接收热量。

7.  如权利要求6所述的燃料滤清器组件，其中，所述加热构件适于连接至发动机部件。

8.  如权利要求6所述的燃料滤清器组件，其中，所述加热构件适于连接至发动机冷却液管道。

9.  如权利要求1至4中任一项所述的燃料滤清器组件，其中，所述加热构件包括长形中空构件，所述长形中空构件适于连接至发动机冷却液管道以便从所述管道接收冷却液。

10.  如权利要求9所述的燃料滤清器组件，其中，管从所述发动机冷却液管道延伸至所述长形中空构件内，所述管具有延伸到冷却液流动方向的部分。

11.  如权利要求10所述的燃料滤清器组件，其中，在所述管的所述部分和所述冷却液管道之间设置有流动限制阻挡件。

12.  如前述权利要求中任一项所述的燃料滤清器组件，其中，所述滤清器壳体可拆分地附连至滤清器盖。

13.  如权利要求8至11中任一项所述的燃料滤清器组件，其中，所述滤清器壳体可拆分地附连至滤清器盖，并且所述冷却液管道设置在所述滤清器盖中。

14.  如前述权利要求中任一项所述的燃料滤清器组件，所述燃料滤清器组件结合在内燃发动机的燃料系统中。

15.  如权利要求14所述的燃料滤清器组件，其中，所述内燃发动机用植物油作为燃料来运转。

16.  如权利要求15所述的燃料滤清器组件，其中，所述第一燃料管道从植物油燃料箱接收燃料，并且所述第二燃料管道将过滤之后的植物油供应至再循环回路，以便将燃料供应至喷射器泵并从所述喷射器泵接收过量的燃料，从而所述过量的燃料便不会流回所述植物油燃料箱。

加热燃料滤清器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的加热燃料滤清器。本发明特别涉及一种在将植物油作为燃料的环境中使用的加热燃料滤清器。
背景技术
植物油在用于运行内燃发动机——例如通过用传统柴油作为燃料运行的发动机改造而成的内燃发动机时会产生诸多问题。当以植物油操作发动机时，冷燃料的粘度会导致产生多种问题。这些问题包括为了使充足的燃料流穿过燃料滤清器所需的过量压力而引起的燃料不足。因此，已知的解决手段是对植物油加热以降低其粘度。例如，可将发动机调整成以传统的柴油燃料起动，然后以所述燃料继续运转，直至植物油达到足够温度而能够安全运行，此时发动机便切换到以植物油运行的状态。
已经提出了多种方案来使植物油升高至工作温度。其中一些方案利用发动机冷却液和植物油之间的热交换来升高植物油的温度，这种热交换例如通过围绕植物油的燃料滤清器设置冷却液加热套而实现。现有方法在很多方面存在缺点，例如复杂度、成本、效率、安装难易程度等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的装置，该装置用于在燃料穿过燃料滤清器的同时对燃料进行加热。
从一个方面观察，本发明提供了一种燃料滤清器组件，所述滤清器组件包括：大体上呈圆筒状的滤清器壳体，大体上呈圆筒状的滤网，其位于所述壳体内并将所述壳体的内部空间分为内部和外部；第一燃料管道，其与所述内部连通；第二燃料管道，其与所述外部连通；以及长形加热构件，其沿纵向伸入所述内部。
所述加热构件可大体上平行于所述壳体的内部的轴线延伸，并且优选地沿所述壳体的轴线延伸。
通过伸入所述燃料滤清器，优选地沿着所述滤清器壳体和滤网的轴向、居中地伸入所述燃料滤清器，相比使用诸如夹套之类的外部加热装置而言，可以获得改进的加热效果。
所述加热构件可以是设有电加热元件的实心杆状金属，或者与例如发动机冷却液热接触，从而使热量通过该杆状金属传导。然而，优选地，加热构件是中空的，并且被发动机冷却液或流过所述构件的另一加热流体源加热。加热构件中可设置多个通道用于运送加热的流体。然而，在优选实施方式中，加热构件包括：护套，其具有一个封闭端部和与运送发动机冷却液的管道连通的另一个端部；以及中空的探入件，其延伸进入所述护套直至靠近所述护套的封闭端部，所述探入件的靠近所述护套的封闭端的端部设有第一开口，而探入件的另一端部延伸至所述发动机冷却液管道中并设有面向流过所述管道的冷却液流的开口。
当不具有所述探入件时，诸如水之类的冷却液进入护套中，但其往往会在该位置静止不动，从而护套中的冷却液的温度逐渐降低。探入件限定与冷却液连通的第二管线，并且期望的是，通常使用时冷却液将流入管道中的探入件开口中，穿过探入件向下流动，从探入件的另一开口流至探入件外侧，然后沿护套向上流动，并流入冷却液管道中的主冷却液流中。产生流动的具体机理是不重要的，重要的是会有热冷却液不断流经加热构件，从而所述加热构件将对滤清器组件中的燃料进行加热。
通常，加热构件将沿滤清器组件的轴向延伸并将穿过限定第一燃料管道的开口，所述第一燃料管道通常将燃料运送至滤清器组件中。探入件优选地沿护套的轴向延伸，并且终止于位于冷却液管道中的一部分，该部分被弯折从而与冷却液流动方向平行，并且该探入件终止于面向冷却液流的开口处。在一种优选实施方式中，径向延伸的凸起设置为环绕面向冷却液流的部分。该凸起例如可以通过垫圈来提供，所述凸起增大流过护套的冷却液流。
通常情况下，护套将简单地直接与冷却液管道连通，从而形成所述冷却液管道的分支。探入件的终止部分优选地大致沿轴向设置在管道中。
在本发明的优选实施方式中，用于拧紧在燃料滤清器筒上的标准滤清器盖被改型为，使得燃料加热构件可以通过现有的燃料输入孔插入。该优选的加热构件是馈送冷却液的“管中管”热交换器，所述管由护套和探入件构成。
已经发现所述设置足以迫使足够的冷却液流过加热构件并将植物油燃料加热至足够高的温度。
本发明还涉及燃料滤清器组件、结合有这种组件的发动机、对根据本发明的燃料滤清器组件进行改型的方法、以及使用所述改进的滤清器组件操作内燃发动机的方法。本发明还涉及护套和探入件形式的加热构件，其在对现有的燃料滤清器组件进行改型时使用。
优选地，该滤清器组件用于通过植物油运转的发动机中，特别是用于最初通过传统的柴油、或另一种粘度较低的燃料运转，直到植物油的温度升高到足以使用时才进行切换的发动机。该滤清器组件例如可以用于如WO2006/005930公开的系统中，该专利文献的内容通过引用结合到本文中。下面对本发明的优选实施方式的描述是基于这种系统的情形进行的，但应当理解的是，所述优选实施方式可以在多个其他情形下使用。
附图说明
现在将通过示例并参考附图描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是结合有根据本发明的燃料滤清器的植物油燃料系统的示意图；
图2是根据本发明的实施方式的滤清器组件的简图；
图3是经过改型的加热构件的简图；
图4是经过改型的加热构件的简图；
图5是经过改型的加热构件的简图；
图6是经过改型的加热构件的简图；
图7是经过改型的加热构件的简图；以及
图8是结合有图6中的加热构件的滤清器组件的简图。
具体实施方式
现在参考附图，燃料系统1包括含有一定量植物油燃料的主燃料箱2。在图中示出的设置中，主箱2是传统的用于车辆的燃料箱，即常规装置中的含有柴油燃料的箱。该燃料系统还包括含有一定量传统柴油燃料的辅助箱3。辅助箱3的容积通常小于主箱2。
主燃料箱2经由燃料管线4连接至第一植物油燃料滤清器5，所述第一植物油燃料滤清器5过滤残渣并防止非期望物质进入燃料输送系统的其余部分。
燃料从燃料滤清器5传送至燃料选择阀6，所述燃料选择阀6设置为从发动机控制器(未示出)接收控制信号，并使得输送给该燃料输送系统的其余部分的燃料从主箱2中的植物燃料供应切换至辅助箱3中的柴油燃料供应或者从辅助箱3中的柴油燃料供应切换至主箱2中的植物燃料供应。燃料选择阀6经由燃料管线7从辅助箱3接收燃料，所述燃料管线7包括位于管线7中并设置为从所供给的柴油燃料中去除残渣的筒式滤清器8。
在接收到控制信号时，燃料选择阀将燃料供应自植物燃料源切换或者将燃料供应切换至植物燃料源，从而使相应的箱(2或3)流体连接至T形件9。
T形件9包括：第一输入端口9a，其设置为从燃料选择阀6接收燃料；以及第二输入端口9b，其设置为从下文将要描述的再循环回路接收燃料。T形件的输出端口9c将从所述输入端口接收的燃料通过热交换器10连通至喷射器泵11。
喷射器泵11的第一输出端12设置为使燃料经由燃料再循环管道13再循环至3个端口的再循环/冲洗阀14。
3个端口的再循环/冲洗阀14设有：输入端口14a，其从再循环管道13接收燃料；以及两个输出端。第一输出端口15设置为使再循环的燃料回流连通至T形件9，从而所述燃料再次绕热交换器10循环并穿过热交换器10。3个端口的再循环/冲洗阀14的第二输出端口16设置为使燃料从再循环管道13经由燃料管道17连通至第一燃料箱2。
燃料管道17将3个端口的再循环/冲洗阀14流体连接至T形件18的第一输入端口18a。T形件18从喷射器泵的回流管线19经过第二输入端口18b接收第二输入，回流管线19将在下文进行描述。
T形件18的输出端口18c的输出将燃料连通至第二T形件20的第一输入端口20a，所述第二T形件20经由输出端口20b将燃料直接输出给第一燃料箱2。T形件20的第二输入端口20c连接至喷射器泄放管线21，泄放管线21将在下文进行描述。
3个端口的再循环/冲洗阀14设置为从燃料输送系统的控制器(未示出)接收控制信号，所述燃料输送系统的控制器控制阀14，从而使来自再循环管道13的燃料或者回流至热交换器10或者回流至第一燃料箱2。对所述阀的操作将在下文进行描述。
回到热交换器10，该热交换器具有将T形件9连接至喷射器泵11的主回路。该热交换器的副回路设有输入端口22和输出端口33。以传统的方式，副回路设置为利用经过副回路的管道流通的热量来加热该热交换器的主回路。所述热量直接从连接至车辆内部加热器的管道接收，所述内部加热器又从发动机接收热量，如果不被内部加热器接收，发动机中的所述热量将会释放到大气中。从内部加热器接收热量相比直接从散热器接收热量具有优点，这是因为散热器回路具有恒温阀，直到冷却液达到特定温度时该恒温阀才会打开。因此这将使得不能对再循环回路快速地加热。
在图中示出的设置中，喷射器泵11是一种设置为使燃料绕再循环回路循环的组合提升泵，以及设置为将高压燃料输送至发动机喷射器的高压泵。
喷射器泵11还设有整体式电阻加热器(未示出)，如下文所述，该电阻加热器用于在发动机达到满意的操作温度之前提供辅助加热。对该加热器进行控制，从而使得如果温度太低并且来自发动机的电系统中的电量充足时，该加热器才进行操作。
喷射器泵的第一输出端12是提升泵的输出端，如上所述，提升泵使燃料绕再循环回路循环。喷射器泵的第二输出端23连接至喷射器泵回流管线19，如上所述，喷射器泵回流管线19连接至T形件18的输入端口18b。喷射器泵回流管线19设置为使泄漏至泵内的过量燃料和/或空气(或者来自泵壳体、通向泵的连接件，或者来自流通燃料的管道)安全且直接地回流至燃料箱2。由于任何空气在每次循环时都流向燃料箱2，因此这种设置防止空气在再循环管道13中积聚。
在图1示出的设置中，压缩点火发动机34具有4个带有连接自泵11的相应的高压燃料喷射器输出管线24、25、26、27的燃烧室35、36、37和38。每根高压输出管线连接至喷射器泵11的高压部分，所述喷射器泵11对燃料加压以便经由管线24、25、26和27输送至相应的喷射器28、29、30、31。喷射器泵和喷射器以传统方式进行操作，因此不再详细地进行描述。
每个喷射器28、29、30、31串联至喷射器泄放管道21。喷射器泄放管道设置为使泄漏至喷射器或泄放管线内的过量燃料或空气经由上述T形件20安全且直接地回流至燃料箱2。这样防止任何空气积聚在燃料输送系统的所述部分中，在传统系统中所述空气流向上述再循环管道中。
燃料输送控制装置(未示出)还连接至位于再循环管道33中紧邻喷射器泵之后的热敏电阻32，所述再循环管道33连接至泵11的第一输出端12。热敏电阻32至少部分地设置在燃料流中，即位于管道33中，以便准确地指示刚刚离开燃料泵的燃料的温度。
上文中对燃料输送系统的各个部件和相互连接进行了描述。在操作过程中该输送系统按照如下步骤进行操作。
在起动状态下，燃料选择阀6设置为将来自辅助燃料箱3的燃料导向热交换器并由此导向喷射器泵11。3个端口的再循环/冲洗阀14设定为将来自再循环管道13的燃料导向T形件9。
起动时，第一箱2中的燃料处于环境条件并具有高的粘度。如上所述，辅助箱中的燃料是传统的柴油燃料。
发动机以传统的方式起动，并从辅助箱3接收柴油燃料，柴油燃料经过燃料滤清器8和燃料选择阀6，再经过热交换器10到达喷射器泵11中。部分燃料以传统的方式被加压并被导向每个喷射器，而其余燃料则绕再循环管道13、3个端口的再循环/冲洗阀14进行再循环并回流至T形件9。
在这种起动程序中，发动机以传统方式运转，燃料被输送至燃料喷射器28至31。
当发动机继续运转时，发动机的冷却液的温度便会升高。发动机冷却液温度的升高导致热交换器副回路的温度相应地升高(这是由于冷却液从热交换器输入端口22循环至输出端口33)。
再循环管道中的燃料的温度通过热敏电阻32连续测量，并且将信号提供给燃料输送控制装置或单元(未示出)。
再循环回路中的温度准确地指示喷射器泵中燃料的温度，并且为控制单元提供指示喷射器中燃料的最低温度的信号。再循环管道中的燃料温度或者与燃料泵中的温度大体相同或者低于燃料泵中的温度。
发动机继续以“起动”模式运转，在“起动”模式下燃料选择阀6和阀14如上所述地设置。发动机继续运转并且发动机本体的温度和冷却液的温度升高。热交换器主回路的温度相应地升高，从而加热穿过主回路的燃料，在该起动模式下所述燃料是柴油。
给控制单元预编程一个温度，在该温度下燃料可以从传统的柴油切换至植物油燃料，即从辅助箱3切换至第一箱2。这种预编程的值确定为一个温度，在该温度下热交换器10中的热量足以使植物油燃料的温度升高至粘度足够低从而避免喷射器泵和/或喷射器损坏的温度。这种温度通常为80摄氏度。
因此，发动机继续以传统方式运转，直到由热敏电阻32测得的离开燃料泵的燃料的温度等于(或大于)该预编程温度。这表明，再循环管道和热交换器已达到了一个状态，在该状态下热交换器可以将主回路中的燃料加热至80摄氏度以上，即当发动机切换至植物燃料时足以降低植物油的粘度的温度以上。
应当理解的是，燃料泵中的温度可能高于由热敏电阻32测得的再循环管道中的温度。
一旦达到预编程温度，控制单元便发送控制信号至燃料选择阀6，所述燃料选择阀6将供应至再循环管道的燃料供应从柴油(箱3中的)切换至植物油(箱2中的)。植物燃料随后从箱2经由滤清器5输送至T形件9，并流入热交换器10中。
在切换时，再循环回路最初仅含有柴油燃料，而现在植物油将被引入柴油燃料。因此，当发动机运行并且植物油再循环时，植物油与柴油的比率增大，直到再循环回路中只含有植物油。
当植物油被引入时，植物油经过热交换器10的主回路，从而植物油的温度被升高至80摄氏度或高于80摄氏度。植物油燃料输送至燃料喷射器高压泵，在高压泵中植物油被加压并泵送至喷射器28-31以便喷入燃烧室35至38内。
任何从喷射器泄漏的燃料经由管道21导向第一箱2。由于喷射器之间的管道易于泄漏，因此任何泄漏进去的空气都被导向第一箱2，从而减小空气的积聚。类似地，泄漏至喷射器泵或连接至喷射器泵的燃料管线中的空气经由管道19被导向第一箱2，从而再次防止空气的积聚。
发动机继续使用来自箱2的纯植物油燃料运转，其燃烧过程对应于传统柴油循环的燃烧过程。
在环境温度下降的情况下，发动机可能需要使用柴油和植物油的混合物来运转。在这种设置中，燃料选择阀6可以是燃料混合阀，该燃料混合阀设置为响应于来自控制单元的指令而按一定比例混合第一和第二种燃料，其中所述控制单元从热敏电阻32接收指令再循环燃料温度(以及粘度)的输入信号。
在使用者想要关闭发动机时，例如在旅程结束时，燃料输送系统中的植物油必须被冲洗掉。因此，发动机设置成在关闭之前进行“冲洗循环”以防止在发动机冷却时粘稠的植物油保留在发动机中。冲洗循环按照如下进行操作：
在关闭发动机之前，燃料供应控制单元操作3个端口的再循环/冲洗阀14，从而将燃料经由管道17以及T形件18和20导向第一箱2。因此，再循环燃料(纯植物油)从再循环回路导出并回流至植物油燃料箱。发动机继续正常运转。在大约5秒的时间滞后以后，控制单元将燃料选择阀6从植物燃料切换至柴油燃料。柴油燃料随后进入热交换器和燃料泵，并冲洗来自这些部件以及来自喷射器和再循环管道13的植物油。又经过60秒的预设时间之后，冲洗阀14被再次切换，从而将燃料导向至T形件9并绕再循环回路循环。又经过30秒时间之后，指示冲洗循环完成并且可以安全关闭发动机的声音警报随后被发给使用者。
冲洗循环主要包括三个阶段：阶段一，使植物油以高于正常速率的速率在整个燃料管线中移动(通过将燃料导向第一箱)，由此防止污物聚集；阶段二，使用纯柴油燃料从再循环回路(即，热交换器、阀和喷射器泵)迅速清除植物油；阶段三，设定时间从而使喷射器中的植物油能够被纯柴油清除。这种顺序使系统能够优化用于冲洗过程的柴油量。燃料开始冷却并变得更为粘稠时，冲洗循环防止高粘度的燃料保留在发动机部件中。
现在转向图2，该图示出了植物油燃料滤清器5的第一实施方式。该滤清器包括滤清器盖39，所述滤清器盖39具有圆形截面的中央燃料入口40和燃料出口41。通常为圆筒状的传统类型的滤清器筒42以常规方式可拆分地附连至滤清器盖39。圆筒状滤网43位于滤清器筒中，将滤清器筒分隔为：中央圆柱状空间44，其通过入口40接收未经过滤的燃料；以及外部环形空间45，其接收经过出口41输送出去的已过滤燃料。就此程度而言，这种滤清器是传统的。
经由导线47连接至电源的长形、圆柱状、电加热元件46轴向地延伸至中央空间44内。还可以设置控制电路、恒温器等。加热元件46从中央区域加热滤清器中的燃料。
加热元件46轴向地延伸足够长度以便对滤清器筒的中央空间44中的燃料进行加热。因此，加热元件的延伸长度例如可以大体上为中央空间的整个轴向长度，或者大部分长度、或者至少一半长度、或者至少三分之二或至少四分之三长度。这点也适用于在其他实施方式中的加热元件。
在本实施方式以及其他实施方式中，加热元件的直径应该选择成使得所述直径不会过分阻碍燃料流经入口。然而，其可能占据燃料入口的截面的很大一部分，在一个实用的实施方式中，入口的直径为10mm而加热元件的直径为8mm。这减小了燃料所使用的流动截面，然而在图1的系统的情形下这不是一个问题，因为必须流经滤清器的燃料的体积小于传统设置中的必须流经滤清器的燃料体积。在图1的系统中，过量燃料绕再循环回路循环，而不是再次流经滤清器5。在传统的系统中，过量燃料将回流至燃料箱并随后再次流经滤清器进行泵送。
图3示出了一种替代性实施方式，在该图和随后的附图中，为了清楚起见省略了滤清器筒和滤清器盖。本实施方式中的加热元件是钢或另一种合适材料制成的长形杆48。所述长形杆48在其上端连接至金属板49，所述金属板49又连接至发动机的金属部件50，如排气歧管、发动机本体等。热量通过该金属板以传导方式传递给加热元件。
在如图4示出的改型设置中，板49连接至金属管道51，发动机冷却液流过所述金属管道51。热量通过板40传导至加热元件。
进一步的设置在图5中示出。在所述实施方式中，加热元件是直接连接至冷却液管道51的长形圆筒状构件52。圆筒状构件的内部空间53在连接部54处开通至管道51中。在所述实施方式中，冷却液被输送至构件52中以加热所述构件52。
已发现在某些情况下加热元件中的水不易于循环，这表明，所述水不会达到、或者至少不会快速地达到与主管道51中的冷却液相同的温度。在图6的替代性设置中，长形管55延伸至构件52的内部空间53中。在管55的上端，管55终止于具有开口端57的横向延伸部分56，所述开口端57面向经过管道51流动的冷却液。在管55的下端，管55具有通向构件52的内部空间53的开口。这种设置促使冷却液流入构件52的内部空间53然后再次返回流出至主管道51。可以确信的是，存在经过管55的冷却液流路，其中冷却液排出至构件55的底部，并随后在围绕管55的环形空间中向上流动至与主冷却液管道51的连接部54。
图7示出了图5中的实施方式的改型，其中诸如O形环之类的阻挡件设置成环绕横向延伸部分56。该阻挡件可完全或部分地延伸至管道51的壁部，并将促使更多的冷却液流入管55中。
在图4至图7的实施方式中，发动机冷却液管道51优选地形成为滤清器盖39中的通道。
图8示出了具有滤清器盖39’的滤清器组件5’，滤清器盖39’是图2中的滤清器盖39的改型。除了燃料入口40’和出口41’，该滤清器盖还结合有发动机冷却液管道51’。加热元件如参考图6所描述的，而管55则伸入滤清器盖39’中的冷却液管道51’中。
应当理解的是，所述实施方式仅用于说明性目的，在本发明的范围内存在多种变型。
本发明可以从多种不同方面进行观察。例如，从一个方面观察，本发明提供了一种燃料滤清器组件，所述燃料滤清器组件包括：滤清器壳体；位于壳体内的滤清器，其将所述壳体的内部空间分为内部和外部；第一燃料管道，其与所述内部连通；第二燃料管道，其与所述外部连通；以及长形加热构件，其伸入所述内部。从另一个方面观察，本发明提供了一种燃料滤清器组件，所述燃料滤清器组件包括：滤清器盖；滤清器筒，其可拆分地附连至所述滤清器盖；以及长形加热构件，其从所述滤清器盖居中地伸入所述滤清器筒。