CN106232199A - 具有凹陷侧部的过滤元件 - Google Patents

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Abstract

一种过滤元件包括过滤介质和外表面。上述过滤介质形成为闭环，该闭环限定中空内部，该中空内部沿过滤介质的第一端部和过滤介质的第二端部之间的纵轴延伸。上述外表面围绕过滤元件的周部并由实质上圆形的第一部分和至少一个第二部分限定。上述第一部分在过滤介质的选定高度处是实质上圆形的，上述至少一个第二部分在选定高度处相对于由实质上圆形的第一部分所限定的圆形是凹陷的。

Description

具有凹陷侧部的过滤元件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年5月7日提交的申请号为61/989,974的美国临时专利申请的优先权和权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请通常涉及流体过滤系统。更具体地，本申请涉及用于在空气进入内燃机的各腔室前对空气或其他流体进行过滤的过滤系统。
背景技术
各种类型的流体过滤系统，特别是“闭环”空气过滤系统是已知的。在许多这类闭环系统中，空气或其他流体通过流过过滤介质并进入由过滤介质的闭环所限定的中空内部而进行过滤。在流过过滤介质后，流体在轴向上穿过中空内部流到过滤元件的开放的轴向端部。
发明内容
各实施例提供了一种过滤元件，该过滤元件包括过滤介质和外表面。上述过滤介质形成为闭环。上述闭环限定中空内部，上述中空内部沿上述过滤介质的第一端部和上述过滤介质的第二端部之间的纵轴延伸。上述外表面围绕上述过滤元件的周部并由实质上圆形的第一部分和至少一个第二部分限定。上述第一部分在上述过滤介质的选定高度处是实质上圆形的，上述至少一个第二部分在上述选定高度处相对于由上述实质上圆形的第一部分所限定的圆形是凹陷的。
各种其他实施例提供了一种过滤组件，该过滤组件包括过滤壳体和过滤元件。上述过滤元件放置于上述过滤壳体内并包括形成为闭环的过滤介质。上述闭环限定中空内部，上述中空内部沿上述过滤介质的第一端部和上述过滤介质的第二端部之间的纵轴延伸。上述过滤元件包括外表面，上述外表面围绕上述过滤元件的周部。上述外表面由实质上圆形的第一部分和至少一个第二部分限定。上述第一部分在上述过滤介质的选定高度处是实质上圆形的，上述至少一个第二部分在上述选定高度处相对于由上述实质上圆形的第一部分所限定的圆形是凹陷的。
这些和其他特征及其组织和操作方式在结合附图并由以下详细描述而变得显而易见，其中相同元件在以下描述的所有附图中具有相同的附图标记。
附图说明
图1是根据示例性实施例构造的过滤元件的等轴测视图。
图2是显示图1的过滤元件的底面的较低等轴测视图。
图3是显示放置于过滤壳体内的图1的过滤元件的俯视图的局部剖视图。
图4是过滤壳体的等轴测视图，图1的过滤元件可以放置于该过滤壳体内。
图5是图4的过滤壳体的俯视图。
图6是包括图1的过滤元件和图4的过滤壳体的过滤组件的剖视图。
图7是显示出在过滤壳体内以不正确的定位安置的过滤元件的剖视图。
图8A是实测数据图表，其显示出相比于圆柱形的过滤元件根据一个实施例的具有凹陷表面的过滤元件对限制进行的改进。
图8B是显示出将过滤元件安放于过滤壳体内的不同位置上以改变过滤元件与过滤壳体的进气口部分之间的分离距离时对限制进行的改进的图表。
图9A-9H分别是根据另一个实施例的过滤元件的俯视立体图、仰视立体图、俯视平面图、仰视平面图、左视图、右视图、主视图和后视图。
具体实施方式
各实施例提供了一种过滤元件，该过滤元件可以用于流体过滤系统中以在空气进入内燃机的各腔室之前对空气或其他流体进行过滤。上述过滤元件配置成在使用时减少对过滤元件的过滤介质的限制。图1和2示出了根据一个特定实施例构造的过滤元件100。上述过滤元件100包括过滤介质110、第一端盖120和第二端盖130。上述过滤介质110包括闭环介质并沿上述过滤元件100的纵轴限定中空内部115。如图1所示，上述纵轴相当于上述过滤元件100的y轴。上述过滤介质110可以包括例如具有多个褶皱113的褶皱过滤介质，多个褶皱113沿过滤介质110的整个纵向长度或者纵向长度的一部分延伸。可以选择性地利用其他类型的过滤介质，例如“有凹槽的”或带槽的过滤介质。此外，可以使用的一种特定类型的过滤介质是褶皱的并包括四面体通道，如美国专利8,397,920所描述（其内容通过引用并入本文）。
第一端盖120与过滤介质110的第一端部附连。第一端盖120是“开放”的端盖，因为它包括中央流动通路122于其中，中央流动通路122与过滤介质110的中空内部115连通。第一端盖120可以包括例如聚氨酯，并可以通过本领域已知的各种工艺形成。第一端盖120包括实质上圆形的内部密封表面124，实质上圆形的内部密封表面124的尺寸和构造设置为对立管（未示出）进行密封。
第二端盖130与过滤介质110的第二端部附连，过滤介质110的第二端部与过滤介质110的第一端部实质上相对。第二端盖是“闭合”的端盖，因为没有开孔或流动通路使空气或其他流体能够穿过。第二端盖130可以由金属、聚氨酯或其他材料形成。然而，在其他具体实施例中，上述第二端盖可以是“开放”的。
图1和2的过滤元件100包括具有两个不同部分的外周部。更具体地，过滤元件100（具体是过滤介质110、第一端盖120和第二端盖130的每一个）具有围绕过滤元件100的周部并由第一侧部150和第二侧部155限定的外表面，第一侧部150在过滤元件100的特定或选定高度处是实质上圆形的，第二部分155在过滤元件的选定高度处以第二部分155的外表面放置于由实质上圆形的第一部分150所限定的圆形内的方式是“凹陷”的，例如不圆、凹进或非圆形。在一个特定实施例中，第二部分155是实质上平坦的。然而，在其他实施例中，第二部分155的表面可以是不平坦的。例如，第二部分155可以具有弯曲的、弧形的、半圆形的或不规则的形状，虽然仍然相对于由第一部分150所限定的圆形是凹陷的。因此，第二部分155的形状或轮廓不遵循或不匹配实质上圆形的第一部分150的形状或轮廓，第二部分的外表面位于由第一部分150的外表面所限定的圆形之内。第一部分150和第二部分155可以限定过滤介质110的各外周部。
过滤元件100上的第一部分150和第二部分155可以沿过滤元件100的高度或长度形成各种不同形状。例如，如图1所示，第一部分150和第二部分155可以平行于过滤元件100的纵轴（即，y轴）。因此，过滤元件100是柱形元件。更具体地，第一部分150的直径沿过滤介质110的长度是相对恒定的，从而第一部分150沿过滤介质110的长度是实质上柱形的。然而，可以理解，第一部分150的直径沿过滤介质的长度可以不是恒定的。更具体地，第一部分150可以相对于过滤元件100的纵轴成角度。因此，过滤元件100在更大程度上可以具有锥形形状。更具体地，第一部分150的直径（和过滤介质的外表面的）沿过滤介质的长度可以改变，从而第一部分150沿过滤介质的长度可以是圆锥形的。
根据图9A-9H所示的另一个实施例，过滤元件200具有多个第二部分155。与过滤元件100类似，过滤元件200也具有过滤介质110、第一端盖120、第二端盖130和沿过滤元件100的纵轴的中空内部115。
如图9A-9H所示的过滤元件200具有两个第二部分155。然而，可以理解，过滤元件200可以具有至少两个第二部分155。如图9C和9D所示，两个第二部分具有实质上相同的形状和轮廓（例如，平坦）。然而，可以理解，两个第二部分155可以相互具有不同的形状和轮廓。各第二部分155的形状和轮廓与第一部分150的形状和轮廓不同。
围绕过滤元件200的周部的各第二部分155的位置可以根据期望的构造改变。例如，如图9A-9H所示，各第二部分155沿过滤元件200的周部相互分离或间隔。在这样的构造中，第一部分150放置于各第二部分155之间。因此，第一部分150由各第二部分155沿过滤元件200的周部分成不同段。各第二部分155可以以各种不同的距离相互间隔。还可以理解的是，各第二部分155可以沿过滤元件200的周部毗邻或相互紧靠放置。
图3是局部剖视图，示出了图1的过滤元件100放置于过滤壳体160内时的俯视图。过滤壳体160配置成包含、容纳或保持过滤元件100。如图3所示，过滤元件100放置于过滤壳体160内，从而表示过滤元件100的凹陷侧的第二部分155邻近进气口部分165。在该布置中，过滤元件100的凹陷侧（即，第二部分155）作为关键特征并确保过滤壳体160内适当的过滤元件定向。因此，第二部分155可以与过滤壳体160内的进气口部分165对准或离过滤壳体160内的进气口部分165最近（相比于第一部分150）。由于第二部分155是凹陷表面，过滤介质110的外部比使用实质上圆柱形的过滤元件时离进气口部分165稍微更远。在过滤介质110的外部与进气口部分165之间的距离上的增加减少了使用时对过滤介质110的限制。可以理解，进气口部分165可以配置为出气口，从而第二部分155比第一部分150相对更靠近出气口。
图4-5示出了代表性过滤壳体160的不同视图，过滤元件100可以放置于代表性过滤壳体160内。由图4可以最清楚地看到，过滤壳体160包括壳体进口开孔175，空气或其他流体在经过滤元件100过滤前可以穿过壳体进口开孔175。壳体进口开孔175可以配置成与进气口部分165对准。图6是空气过滤组件300的剖面视图，空气过滤组件300包括过滤元件100（或过滤元件200）和过滤壳体160。图6描绘了安装于过滤壳体160内的过滤元件100。在图4和5中，示出了突起或键锁特征（keying feature）180，键锁特征180配置成与过滤元件100的第二部分155互锁。键锁特征180还可以适当地对准或旋转性地定向壳体160内的过滤元件100的第二部分155。键锁特征180的几何形状可以匹配或相应于第二部分155的几何形状（例如，平坦、弧形、非圆形等等），以确保过滤元件100的适当定向。键锁特征180从过滤壳体160的底部突出，以如图4所示毗邻第二部分155。然而，可以理解，键锁特征180可以从过滤壳体160内的各种不同区域突出，例如沿过滤壳体160的侧壁的内表面的一部分。过滤壳体160可以选择性地包括多个键锁特征180，以与过滤元件200的多个第二部分155互锁。
键锁特征180可以策略性地位于过滤壳体160内，以将过滤元件100在过滤壳体160内沿期望的方向定向。例如，图4-5描绘了接近壳体进口开孔175的键锁特征180，以将第二部分155定向成面向进气口部分165。这确保了过滤介质110的外表面与进气口部分165之间的距离增加（相对于过滤元件100不包括凹陷部分的情况）。相比之下，图7表明，如果不存在键锁特征180，过滤元件100可能在过滤壳体160内被不适当地定向。如图7所示，第二部分155可能相对于进气口部分165被不适当地安置，在这样的布置中，意味着从过滤介质110的外表面到进气口部分165的距离被减小了。
图8A是表示壳体内凹陷形状的过滤元件（例如，包括第二部分155的过滤元件100）相比于基线过滤元件（例如，圆柱形过滤元件）对限制进行改进的真实的、硬数据图表。为了得到图8A所描绘的数据，使用了具有平坦侧（即，“凹陷形状”）的过滤元件和圆柱形过滤元件（即，“基线”）。凹陷形状的过滤元件放置于过滤壳体内，使得凹陷侧或表面（例如，第二部分155）相对靠近过滤壳体的进气口部分放置（相比于凹陷形状的过滤元件的第一部分150的等价侧或表面）。
获得的数据显示出随着流动速率的增加，凹陷形状的过滤元件相比于基线过滤元件（没有凹陷）具有限制改进。例如，凹陷形状的过滤元件的限制是800立方英尺每分钟（CFM）的流动速率下大约5英寸的H2O（5inches of H2O，即5英寸口径的管子24小时的放水量），而基线过滤元件的限制是802CFM的流动速率下6英寸的H2O。在更高流动速率下，凹陷形状的过滤元件的限制仍然小于基线过滤元件的限制。例如，凹陷形状的过滤元件的限制是1200CFM的流动速率下大约11英寸的H2O，而基线过滤元件的限制是1171CFM的流动速率下12英寸的H2O。
图8B是进一步表示可以通过利用图1-2的过滤元件100的侧面凹陷实现的改进的仿真的图表。为了得到图8B所描绘的数据，使用了全柱形的过滤元件。然而，在过滤壳体内对过滤元件的位置进行调整，以仿真在过滤元件上具有凹陷侧或表面（类似于第二部分155）的效果。过滤元件相对于过滤壳体的进气口安放于三个不同的位置，并对在1500CFM下运行的系统进行测量（对图8B中其他流动速率的信息进行推测）。在第一位置，过滤元件在壳体内的“中央”（即，“居中”）。在第二位置，过滤元件比在第一位置上更靠近进口放置（即，“朝向进口”）。在第三位置，过滤元件比在第一位置上更远离进口放置（即，“与进口相对”）。该第三位置代表了在过滤元件上具有面向壳体的进气口的凹陷侧。
获得的数据显示出当原始元件接触表面放置得离壳体的进口最远时具有1500CFM下1.92英寸H20的限制改进。对于该测试，该元件移动的距离为0.7英寸（相对于离进口最近的过滤元件）。该元件从中央与进口相对时相比于在中央时在1500CFM下观察到0.42英寸H2O的限制改进。对于该比较测试，该元件移动的距离为0.35英寸。
本文所用的术语“附连”，“连接”等意在表示两个构件相互直接或间接接合。这种接合可以是静止的（例如永久的）或可移动的（例如可移除的或可释放的）。这种接合可以由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件相互整体形成单个整体来实现，或由两个构件或这两个构件和任意附加的中间构件相互连接来实现。
本文引用的元件的位置（例如，“顶部”，“底部”，“上”，“下”等）仅仅用于描述附图中各种元件的定向。应当指出的是，各种元件的定向可以根据其它示例性实施例而有所不同，并且这种变化意欲由本公开所涵盖。
需要特别注意的是，各种示例性实施例的构造和布置仅仅是说明性的。尽管只有几个实施例在本公开被详细描述，本领域的技术人员在阅读了本公开内容之后将容易理解，不实质上脱离本文描述的主题的新颖性教导和优点的许多修改是可能的（例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化）。例如，示为整体形成的各元件可以由多个部件或元件构成，各元件的位置可以被互换或以其他方式改变，以及分立元件的性质、数目或位置可以被改变或发生变化。任何加工步骤或方法步骤的顺序或序列可以根据各可选实施例来改变或重新排序。各示例性实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的范围内做出其他替换、修改、变化和省略。

Claims (23)

1.一种过滤元件，其特征在于，包括：
过滤介质，所述过滤介质形成为闭环，所述闭环限定中空内部，所述中空内部沿所述过滤介质的第一端部和所述过滤介质的第二端部之间的纵轴延伸；以及
外表面，所述外表面围绕所述过滤元件的周部，所述外表面由实质上圆形的第一部分和至少一个第二部分限定，所述第一部分在所述过滤介质的选定高度处是实质上圆形的，所述至少一个第二部分在所述选定高度处相对于由所述实质上圆形的第一部分所限定的圆形是凹陷的。
2.根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述至少一个第二部分是实质上平坦的。
3.根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述外表面包括两个第二部分，所述两个第二部分沿所述过滤元件的周部相互间隔，其中，所述第一部分位于所述两个第二部分之间。
4.根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述外表面包括两个第二部分，所述两个第二部分沿所述过滤元件的周部相互毗邻。
5.根据权利要求1所述的过滤元件，还包括第一端盖，所述第一端盖与所述过滤介质的第一端部附连，所述第一端盖在其内部包括中央流动通路，所述中央流动通路与所述过滤介质的所述中空内部连通。
6.根据权利要求5所述的过滤元件，其特征在于，所述第一端盖包括实质上圆形的内部密封表面。
7.根据权利要求5所述的过滤元件，还包括第二端盖，所述第二端盖与所述过滤介质的所述第二端部附连。
8.根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述过滤介质包括褶皱过滤介质。
9.根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述第一部分的直径沿所述过滤介质的长度是恒定的。
10.根据权利要求1所述的过滤元件，其特征在于，所述第一部分的直径沿所述过滤介质的长度是不恒定的。
11.一种过滤组件，其特征在于，包括：
过滤壳体；以及
过滤元件，所述过滤元件放置于所述过滤壳体内，所述过滤壳体包括过滤介质，所述过滤介质形成为闭环，所述闭环限定中空内部，所述中空内部沿所述过滤介质的第一端部和所述过滤介质的第二端部之间的纵轴延伸，所述过滤介质包括外表面，所述外表面围绕所述过滤元件的周部，所述外表面由实质上圆形的第一部分和至少一个第二部分限定，所述第一部分在所述过滤介质的选定高度处是实质上圆形的，所述至少一个第二部分在所述选定高度处相对于由所述实质上圆形的第一部分所限定的圆形是凹陷的。
12.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述壳体包括键锁特征，所述键锁结构与所述过滤元件的所述至少一个第二部分互锁。
13.根据权利要求12所述的过滤组件，其特征在于，所述键锁特征可旋转地定向所述过滤壳体内的所述至少一个第二部分。
14.根据权利要求13所述的过滤组件，其特征在于，所述键锁特征将所述过滤壳体内的所述过滤元件定向为使得所述第二部分面向进气口部分。
15.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述至少一个第二部分是实质上平坦的。
16.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述过滤元件的外表面包括两个第二部分，所述两个第二部分沿所述过滤元件的周部相互间隔。
17.根据权利要求16所述的过滤组件，其特征在于，所述第一部分位于所述两个第二部分之间。
18.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述过滤元件的所述外表面包括两个第二部分，所述两个第二部分沿所述过滤元件的周部相互毗邻。
19.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述过滤元件还包括第一端盖，所述第一端盖与所述过滤介质的第一端部附连，所述第一端盖在内部包括中央流动通路，所述中央流动通路与所述过滤介质的中空内部连通。
20.根据权利要求19所述的过滤组件，其特征在于，所述第一端盖包括实质上圆形的内部密封表面。
21.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，还包括第二端盖，所述第二端盖与所述过滤介质的所述第二端部附连。
22.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述第一部分的直径沿所述过滤介质的长度是恒定的。
23.根据权利要求11所述的过滤组件，其特征在于，所述第一部分的直径沿所述过滤介质的长度是不恒定的。
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