一种带有外循环滤清装置的燃油油箱及燃油发动机
阅读：385发布：2023-01-23
专利汇可以提供一种带有外循环滤清装置的燃油油箱及燃油发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种带有外循环滤清装置的燃油油箱及燃油 发动机 。本 发明 公开了一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，包括油箱和设置在油箱外部的过滤装置，过滤装置包括 液压 泵 、滤清器、取油管路和回油管路，所述的取油管路和回油管路设置在油箱壳体上；所述的 液压泵 将燃油从油箱中吸入，经过滤清器过滤后再通过回油管路排放至油箱，滤清器的 滤芯 为聚酰胺熔喷滤芯。当油品受到污染时或者每隔一段时间，对油箱内的燃油进行循环过滤，从而消除油品中因为长期放置产生的金属 氧 化物、析出胶质、 沥青 质等污染物；同时用于发动机的油箱时，可以减小发动机污染排放，降低油耗，减少发动机故障。同时可在发动机不工作时，对油品多次反复 净化 ，确保油品 质量 ，最大限度提高发动机燃烧效率，减小污染排放。，下面是一种带有外循环滤清装置的燃油油箱及燃油发动机专利的具体信息内容。
1.一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：包括油箱和设置在油箱外部的过滤装置，所述的过滤装置包括液压泵、滤清器、取油管路和回油管路，所述的取油管路和回油管路设置在油箱壳体上；所述的液压泵将燃油从油箱中吸入，经过滤清器过滤后再通过回油管路排放至油箱。
2.根据权利要求1所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：所述的滤清器的滤芯为聚酰胺熔喷滤芯。
3.根据权利要求2所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：所述的聚酰胺熔喷滤芯的滤材是采用聚酰胺材料通过熔喷工艺处理、熔喷出的超细纤维丝经过相互粘合和缠绕制成的中空圆筒状结构；所述的滤材为包含若干不同孔径滤孔的疏松结构；所述滤孔的孔径大小分布方式为沿筒状结构外层到内层孔径大小依次逐渐递减。
4.根据权利要求3所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：所述的滤材厚度为0.5-30mm，其中筒部外层滤孔的平均孔径为10-100μm，筒部内层滤孔的平均孔径为1-50μm，熔喷纤维丝的平均直径为0.1-80μm，滤材的孔隙率大于80%。
5.根据权利要求4所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：所述的滤材厚度为5-20mm，筒部外层的平均孔径为20-40μm，筒部内层的平均孔径为10-20μm，熔喷纤维丝的平均直径范围为5-50μm，滤材的孔隙率大于90%。
6.根据权利要求1所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：在取油管路上设置有单向阀。
7.根据权利要求1所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：过滤装置还包含加热单元，可对油箱、取油管路、回油管路、滤清组件中的一个部件或多个部件加热。
8.根据权利要求1所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：所述的油箱为储油罐。
9.根据权利要求1所述的一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，其特征在于：所述的燃油为柴油、汽油、煤油或乙醇汽油、甲醇汽油等混合燃油。
10.一种燃油发动机，其特征在于：所述的发动机包含如权利要求1-7任意之一所述的带有外循环滤清装置的燃油油箱。
一种带有外循环滤清装置的燃油油箱及燃油发动机
技术领域
[0001] 本发明属于环保技术领域，具体涉及一种带有外循环滤清装置的燃油油箱及燃油发动机。
背景技术
[0002] 燃油包括汽油、柴油、乙醇汽油、甲醇汽油等，在生产、运输和存放过程中会产生并混入大量杂质，而且洁净的燃油在贮存一段时间后也会产生金属氧化物、析出胶质、沥青质等污染物。严重污染的燃油会导致发动机喷油系统和燃烧室等部位的磨损及积碳生成，使得动力设备在使用一段时间后耗油量增加，尾气排放量急骤上升，因此需要进行清洁化处理。
[0003] 现有的发动机上的供油系统均安装有燃油滤清器，如2001年公开的中国专利“一种新型汽油发动机供油系统装置，申请号：01122204.2”，公开了一种包括油箱、汽油滤清器、汽油泵和化油器、空气压缩机的发动机供油装置，但其存在的问题是供给发动机的油品只能一次性通过汽油滤清器进行过滤，然后直接用于燃烧动力，故会由于油品过滤的不彻底导致燃油效率下降及排放污染较大。
[0004] 目前国内98%以上的油品过滤器使用木浆滤纸、高精度复合滤纸或金属网为滤材，以达到去除油品中杂质及水分的目的。高精度滤纸的流通阻力大、纳污能力差、使用寿命短；木浆纸和金属网虽具有流通阻力小的优点，但过滤精度低、过滤效率差。这几种滤材都不能满足工业生产过程中设备对油品过滤的要求，造成设备故障率高、运行效率低、寿命缩短等问题。
[0005] 目前材料熔喷工艺广泛用于聚丙烯滤芯材料制造中。熔喷就是将聚合物材料经过高温挤出后形成极细的纤维丝，并制备成相应的形状结构，聚丙烯熔喷滤材具有纳污能力强、过滤精度高等优点，而且易于批量生产，但是目前只用于空气和水的过滤，这是因为工业油品通常都含有烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃及少量硫、氮化合物等，长时间的接触油品会导致聚丙烯制品被溶解腐蚀，溶胀成黏糊状，失去过滤能力，因此，聚丙烯熔喷滤材无法应用于工业油品过滤领域。
[0006] 因此从工业油品的过滤角度来讲，急需要一种特殊材料经过熔喷工艺制成的熔喷滤芯，并具有常规熔喷滤芯的优点，同时能够耐受柴油、汽油、乙醇等油品的腐蚀，并能将油品中含有的沥青、水、灰尘、机械杂质等过滤，尤其具有一定的油水分离效果。
[0007] 申请号为200510040447.2的中国专利公开了“一种超疏水/超亲油的油水分离网”，提出在织物网上覆盖一层疏水且亲油的薄膜，利用薄膜的疏水功能，实现油品中的油水分离。这是目前油品过滤领域普遍采用的技术思路，即采用疏水性滤材，将水从燃油中分离，而且滤材的“疏”水性能越好，其分离水的效果越好。但是存在的问题这种薄膜制作工艺复杂，而且其他的过滤功能和指标不佳，难以得到实用化的推广。
[0008]
发明内容
[0009] 本发明提出了一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，可对储油罐进行循环过滤，消除油品中因为长期放置产生的金属氧化物、析出胶质、沥青质等污染物；同时当用于发动机的油箱时，可以减小污染排放，提高燃油效率，减少发动机故障。
[0010] 目前国内98%以上的油品过滤器使用木浆滤纸、高精度复合滤纸或金属网为滤材，以达到去除油品中杂质及水分的目的。高精度滤纸的流通阻力大、纳污能力差、使用寿命短；木浆纸和金属网虽具有流通阻力小的优点，但过滤精度低、过滤效率差。这几种滤材都不能满足工业生产过程中设备对油品过滤的要求，造成设备故障率高、运行效率低、寿命缩短等问题。
[0011] 目前材料熔喷工艺广泛用于聚丙烯滤芯材料制造中。熔喷就是将聚合物材料经过高温挤出后形成极细的纤维丝，并制备成相应的形状结构，聚丙烯熔喷滤材具有纳污能力强、过滤精度高等优点，而且易于批量生产，但是目前只用于空气和水的过滤，这是因为工业油品通常都含有烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃及少量硫、氮化合物等，长时间的接触油品会导致聚丙烯制品被溶解腐蚀，溶胀成黏糊状，失去过滤能力，因此，聚丙烯熔喷滤材无法应用于工业油品过滤领域。
[0012] 众所周知，聚酰胺是一种亲水性材料，按照现有文献报道，亲水材料是不适合用于滤材的，主要原因是非疏水性材料，难以实现油品中的油水分离。本发明提出了一种利用熔喷聚酰胺材料来制作滤材、滤芯和过滤器的方案，通过控制滤材的结构参数，实现了燃油或燃油等油品的过滤，在确保材料具有耐油耐醇腐蚀的前提下，具有较高的过滤精度、纳污能力和油水分离能力，该方案突破了传统滤材为了满足油水分离指标只能选用疏水材料的限制，充分利用聚酰胺材料在油品中具有的耐腐蚀、高可靠等特点，满足了常见油品的过滤要求。
[0013] 本发明的具体技术方案如下：一种带有外循环滤清装置的燃油油箱，包括油箱和设置在油箱外部的过滤装置，所述的过滤装置包括液压泵、滤清器、取油管路和回油管路，所述的取油管路和回油管路设置在油箱壳体上；所述的液压泵将燃油从油箱中吸入，经过滤清器过滤后再通过回油管路排放至油箱。
[0014] 上述带有外循环滤清装置的燃油油箱中，滤清器的滤芯为聚酰胺熔喷滤芯。
[0015] 上述带有外循环滤清装置的燃油油箱中，聚酰胺熔喷滤芯的滤材为采用聚酰胺材料通过熔喷工艺处理，喷出的超细纤维丝经过相互粘合和缠绕制成的中空圆筒状结构；所述的滤材为疏松结构，形成不同孔径的滤孔；所述滤孔的孔径大小分布方式为沿筒状结构外层到内层孔径大小依次逐渐递减。
[0016] 上述带有外循环滤清装置的燃油油箱中，滤材厚度为0.5-30mm，其中筒部外层滤孔的平均孔径为10-100μm，筒部内层滤孔的平均孔径为1-50μm，熔喷纤维丝的平均直径为0.1-80μm，滤材的孔隙率大于80%。
[0017] 上述带有外循环滤清装置的燃油油箱中，滤材厚度为5-20mm，筒部外层的平均孔径为20-40μm，筒部内层的平均孔径为10-20μm，熔喷纤维丝的平均直径范围为5-50μm，滤材的孔隙率大于90%。
[0018] 上述带有外循环滤清装置的燃油油箱中，在取油管路上设置有单向阀。
[0019] 上述带有外循环滤清装置的燃油油箱中，过滤装置还包含加热单元，可对油箱、取油管路、回油管路、滤清组件中的一个部件或多个部件加热。
[0020] 上述带有外循环滤清装置的燃油油箱中，油箱为储油罐。
[0022] 一种燃油发动机，包含带有外循环滤清装置的燃油油箱。
[0023] 本发明具有的技术效果如下：1、本发明通过对油箱设置外循环滤清装置，当油品受到污染时或者每隔一段时间，对油箱内的燃油进行循环过滤，从而消除油品中因为长期放置产生的金属氧化物、析出胶质、沥青质等污染物。
[0024] 2、本发明可在发动机不工作时，对油箱内燃油循环往复的净化，20分钟后能使油品上升4个NAS等级，而普通发动机内部的滤清器只是单向一次性过滤，不可能达到如此好的效果。通过对油品的循环过滤，使得发动机的燃油洁净，延长发动机寿命和维护周期，降低发动机油耗和维修费用，从而降低动力消耗成本，提高燃油效率，减小污染排放，减小发动机系统的震动和对密封元件的损伤。
[0025] 2、本发明提出了一种利用熔喷聚酰胺材料来制作滤芯和过滤器的方案，通过控制滤材的结构参数，实现了油品的过滤，在确保材料具有耐油耐醇腐蚀的前提下，具有较高的过滤精度、纳污能力和油水分离能力，该方案突破了传统滤材为了满足油水分离指标只能选用疏水材料的限制，充分利用聚酰胺材料在油品中具有的耐腐蚀、高可靠等特点，满足了常见油品的过滤要求。
[0026] 3、本发明在熔喷工艺中通过控制纤维丝的输出孔径、熔喷压力、挤出机的温度、纺丝箱的温度和熔喷模头的温度等参数，使得熔喷的纤维直径参数达到设计要求，同时通过改变熔喷过程中接收单元的接收速度和接收角度，控制滤材上的平均孔隙率和滤孔的孔径，使得滤孔从外层到内层逐渐递减，最终达到设计要求。
[0028] 图1为本发明带有外循环滤清装置的燃油油箱原理示意图；图2为本发明熔喷滤芯的结构示意图；
图3为本发明熔喷装置的结构示意图；
图4为本发明熔喷模头工作原理示意图；
图5为本发明用于发动机油箱的原理示意图。
图3为本发明熔喷装置的结构示意图；
图4为本发明熔喷模头工作原理示意图；
图5为本发明用于发动机油箱的原理示意图。
[0029] 附图标记如下：1—管路；2—滤清器；3—液压泵；4—单向阀；5—油箱；6—发动机；7—发动机供油系统；71—空气压缩机；72—挤出机；73—过滤单元；74—纺丝箱；75—熔喷模头；76—接收单元；77—切割单元；81—气体腔；82—模头主板；83—加热板；84—气路；
85—料路；91—上端盖；92—下端盖；93—熔喷滤材；94—出油口；95—熔喷滤材内层；96—熔喷滤材外层；97—骨架。
85—料路；91—上端盖；92—下端盖；93—熔喷滤材；94—出油口；95—熔喷滤材内层；96—熔喷滤材外层；97—骨架。
具体实施方式
[0030] 如图1所示，带有外循环滤清装置的燃油油箱，包括油箱5和设置在油箱外部的过滤装置，油箱可以是储油罐，也可以是发动机的油箱。过滤装置包括液压泵3、滤清器2、取油和回油管路1，所述的取油和回油管路1设置在油箱5壳体上；所述的液压泵3将燃油从油箱5中吸入，经过滤清器2过滤后再通过回油管路排放至油箱5，在取油管路上设置有单向阀4，防止燃油返流。
[0032] 如图2所示，本发明的滤芯包括滤材93、上端盖91和下端盖92，上端盖91和下端盖92联接在聚酰胺滤材93的两端，骨架则设置在滤材内部用于承压。上端盖91开有出油孔94，下端盖92则密封在熔喷滤材93的底部。被过滤的油品从滤材的外层穿过滤材本体对杂质进行过滤，再经出油孔94流出。滤材采用聚酰胺材料通过熔喷工艺处理，喷出的超细纤维丝经过相互粘合和缠绕制成的中空圆筒状结构；滤材为疏松结构，形成不同孔径的滤孔；滤孔的孔径大小分布方式为沿筒状结构外层到内层孔径大小依次逐渐递减。其中滤材厚度为0.5-
30mm，其中筒部外层滤孔的平均孔径为10-100μm，筒部内层滤孔的平均孔径为1-50μm，熔喷纤维丝的平均直径为0.1-80μm，滤材的孔隙率大于80%。
30mm，其中筒部外层滤孔的平均孔径为10-100μm，筒部内层滤孔的平均孔径为1-50μm，熔喷纤维丝的平均直径为0.1-80μm，滤材的孔隙率大于80%。
[0033] 本发明通过控制滤材的结构参数，实现了燃油的过滤，具有较高的过滤精度、纳污能力和油水分离能力。作为一种优选方式，滤材厚度为5-20mm，筒部外层的平均孔径为20-40μm，筒部内层的平均孔径为10-20μm，熔喷纤维丝的平均直径为5-50μm，滤材的孔隙率大于90%，这些参数可进一步提高过滤指标，优化性能。
[0034] 本发明过滤原理如下：当油品通过滤芯的外部经过滤材再由出油孔输出时，油品中的沥青、灰尘和机械杂质被阻挡和吸附在滤材上，并通过较高的平均孔隙率参数，提高了对杂质的容纳能力；此外通过外层到内层逐渐递减的滤孔的设置，将大粒径的杂质留在滤材的外层，小粒径的杂质吸附在滤材的内部。其具有较高油水分离功能的机理介绍如下：聚酰胺熔喷过滤材料本身为亲水疏油材料，其材料本身具有优异的亲水性，熔喷形成的纤维丝非常细，在缠绕形成中空筒状滤材的过程中内部形成了众多的毛细管状孔穴。研究结果表明，油品中绝大部分水是以游离态小水滴存在，而本发明的滤材中无论是纤维丝直径还是形成的毛细管状孔穴的孔径均小于绝大部分小水滴的直径，微观结构上看，油品液滴的表面张力远小于水滴，这样利用细小水滴较大的表面张力和通过毛细管状孔穴时与亲水材料的相互亲和凝聚作用，使燃油中的乳化水破乳后凝集成游离水，游离水相互碰撞汇聚为较大直径的水滴，在重力作用下沉降汇集在滤清器底部，最终由排污阀排出。
[0035] 图3给出了本发明聚酰胺滤材的制造装置，包括空气压缩机71、挤出机72、过滤单元73、纺丝箱74、熔喷模头75、接收单元76和切割单元77，空气压缩机71为挤出机72提供高压气源，挤出机72添加的原料加热熔融后经过滤单元73将杂质过滤后进入纺丝箱74，纺丝箱74侧面设置有熔喷模头75，熔融原料经熔喷模头75的小孔挤出，并在高温高速气流作用下熔喷出超细纤维丝至接收单元76，接收单元将纤维丝卷成筒状，接收单元76连接有切割单元77，实现滤材的端面切割。接收单元76上设置有旋转轴，熔喷纤维在旋转轴上反复缠绕并被连续牵引形成长筒状滤芯。通过调整接收单元的参数得到不同纤维密度、壁厚和内外层有差别的孔径值，然后被切割单元77切断形成合适尺寸的熔喷滤芯。
[0036] 挤出机的作用是把固体高聚合物挤压、排气、熔融、混合均化，在恒定的温度和压力下定量输出高聚合物熔体。过滤单元是用来对已熔融的聚合物进行过滤的装置，其内部有个圆形的凹槽，用来放置多层过滤网，实现材料中的杂质过滤。纺丝箱的作用是促进聚合物的熔融断链，而且物料在纺丝箱中的流动路径相等，吸收热能相等，最后被计量泵连续定量挤出摸头。
[0037] 熔喷模头示意如图4所示，其内部分为供气和供料两部分，料路85的上方和下方都有气路84，而且气路与料路之间有一个60°的夹角，模头主板82内部设置有气体腔81，料路85和气路84之间设置有加热板83，当两股气流碰撞形成湍流，促使料路85挤出的熔融聚合物快速形成纤维。尼龙熔喷纤维经接收单元接收形成筒状尼龙熔喷滤材，调整接收单元的接收速度使尼龙熔喷筒状滤材与其脱离；切割单元包括自动控制的调速电机和切刀，根据设定的长度对滤材进行切割。
[0038] 本发明优选具有双端熔喷模头的设备，也就是说纺丝箱74的两个侧面均设置有熔喷模头75以及相配套的接收单元76和切割单元77，两个熔喷模头分别自动控制，大大提高了生产效率。
[0039] 本发明的聚酰胺滤材的制造步骤如下：[1]将聚酰胺切片加入挤出机料斗，将料斗加热装置设定为40-50℃，烘料时间为4小时；
[2]纺丝箱温度升至240-300℃，快换装置升温至240±10℃，挤出机升温至300±10℃。
聚酰胺原料在挤出机中被加热熔融后输送至过滤单元，在所述过滤单元滤除杂质后配至纺丝箱；
[3]熔喷模头加压至0.05-0.07MPa，温度升至240-300℃，熔融原料经熔喷模头的小孔挤出，在高温高速气流强烈牵伸成熔喷超细纤维，其中挤出机的压力为2MPa；
[4]熔喷纤维被接收单元卷成圆筒状熔喷滤材，并通过改变接收单元的接收速度和接收角度，来保证滤材的孔隙率参数，并实现滤孔的孔径由外层到内层逐渐递减；
[5]切割单元将滤材切分成合适长度的筒状滤材。
[2]纺丝箱温度升至240-300℃，快换装置升温至240±10℃，挤出机升温至300±10℃。
聚酰胺原料在挤出机中被加热熔融后输送至过滤单元，在所述过滤单元滤除杂质后配至纺丝箱；
[3]熔喷模头加压至0.05-0.07MPa，温度升至240-300℃，熔融原料经熔喷模头的小孔挤出，在高温高速气流强烈牵伸成熔喷超细纤维，其中挤出机的压力为2MPa；
[4]熔喷纤维被接收单元卷成圆筒状熔喷滤材，并通过改变接收单元的接收速度和接收角度，来保证滤材的孔隙率参数，并实现滤孔的孔径由外层到内层逐渐递减；
[5]切割单元将滤材切分成合适长度的筒状滤材。
[0040] 其中当挤出机的压力调整2MPa，可将熔融原料挤出成0.1-80μm丝状。接收装置水平移动接收形成长筒状滤芯，并按照要求尺寸切断成型。
[0041] 根据需要，步骤[1]中还包括在聚酰胺切片中混入的母粒，所述的母粒包括填料、偶联剂或分散剂中的一种或几种，其中填料包括碳酸钙、滑石粉等，偶联剂如碳酸酯硅烷等，分散剂如聚乙烯蜡、硬酯酸盐等。其中母粒的粒径为1-3m，聚酰胺切片和添加母粒的比例为1：0.03。
[0043] 本发明采用熔喷聚酰胺滤芯，可以过滤乳化水和游离水，还可以吸附和净化油品中的胶质、固体微粒等杂质，过滤效率达99%以上，对在油品过滤一次后污染等级提升一个NAS级别以上，反复过滤最终使油品颗粒度等级保持在NAS 8级以内。
[0044] 如图5所示，本发明的燃油发动机包括发动机供油系统和带有外循环滤清装置的燃油油箱，可在发动机工作或不工作时，对油箱内燃油循环往复的净化，提高油品洁净度。
[0045] 众所周知，劣质油品对发动机产生的危害主要有：一、发动机使用污染严重的燃油后出现喷油嘴堵塞、磨损加剧、寿命缩短。燃烧不充分的燃油以黑烟的形式排放出来，又给环境造成严重污染；
二、发动机缸体产生积炭，发动机系统温度过高，油箱内压力过大，部件受压变形；
三、发动机运转产生噪音过高，发动机系统剧烈震动，各部件配合部位受震导致松动，间隙变大；
四、油品中含有的硫、水等杂质，在高温下生成强酸，发动机液压/输油系统元部件受到劣质燃油的腐蚀损坏；
本发明的油箱用于发动机时，同时用于发动机的油箱时，对油品多次反复净化，过滤掉柴油中的杂质和水分，改善了发动机三大偶件间隙的摩擦状况。三大偶件工作比净化前更顺滑，摩擦阻力更小。保证了供油管路中高压燃油正常工作压力。喷油嘴内针阀由于润滑得到改善，工作状态好转，摩擦阻力减小，开启关闭的过程时间缩短，喷油压力得到提升，燃油雾化好，燃烧充分，动力提升，油耗下降，黑烟减少。延长了发动机寿命和维护周期，维修费用，从而节省动力消耗成本。
二、发动机缸体产生积炭，发动机系统温度过高，油箱内压力过大，部件受压变形；
三、发动机运转产生噪音过高，发动机系统剧烈震动，各部件配合部位受震导致松动，间隙变大；
四、油品中含有的硫、水等杂质，在高温下生成强酸，发动机液压/输油系统元部件受到劣质燃油的腐蚀损坏；
本发明的油箱用于发动机时，同时用于发动机的油箱时，对油品多次反复净化，过滤掉柴油中的杂质和水分，改善了发动机三大偶件间隙的摩擦状况。三大偶件工作比净化前更顺滑，摩擦阻力更小。保证了供油管路中高压燃油正常工作压力。喷油嘴内针阀由于润滑得到改善，工作状态好转，摩擦阻力减小，开启关闭的过程时间缩短，喷油压力得到提升，燃油雾化好，燃烧充分，动力提升，油耗下降，黑烟减少。延长了发动机寿命和维护周期，维修费用，从而节省动力消耗成本。
[0046] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
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