CN107923345B - 可变效率过滤介质 - Google Patents

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Abstract

一种可变效率过滤介质。该可变效率过滤介质是由至少两种不同类型的过滤介质形成的复合介质，例如标准效率介质和高效介质。可变效率过滤介质具有至少两个不同的效率等级。不同的效率等级可以分布在不同的区域。标准效率介质和高效介质的过滤介质类型可以是纺丝介质、熔喷介质、纳米纤维介质、微玻璃介质、纤维素介质、粗梳短纤维介质等。可变效率过滤介质可以通过气流成网或湿法成网工艺中的任何一种来生产。

Description

可变效率过滤介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年8月21日提交的申请号为62/208,412、标题为“可变效率过滤介质(VARIABLE EFFICIENCY FILTRATION MEDIA)”的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及过滤介质。
背景技术
内燃机通常燃烧燃料(例如汽油、柴油、天然气等)和空气的混合物。也向发动机供应润滑油，以润滑发动机的各种运动部件。进气、燃料、润滑油和其它流体在进入发动机之前或在发动机运行期间，通常通过过滤系统以从流体中去除污染物(例如灰尘、水、油等)。过滤系统包括具有过滤介质的过滤元件。当流体通过过滤介质时，过滤介质去除流体中的至少一部分污染物。每个过滤元件都具有相应的过滤效率。过滤效率是过滤元件从流体中去除污染物的效果的数值表征。过滤元件的过滤效率可随时间变化。过滤元件的效率可能受过滤元件的设计(例如板件、打褶、非打褶、圆柱形、膜等)、过滤系统的设计、过滤系统的运行条件和所使用的过滤介质(例如，纸、玻璃纤维、聚酯纤维、泡沫、纳米纤维等)的影响。
某些过滤系统包含具有不同类型的过滤介质的多个过滤元件以平衡过滤效率、滤芯寿命和成本。这样的过滤通常也是具有不同过滤特性的不同过滤元件的组合，或者将另外的更高效滤芯添加到现有的标准效率滤芯。例如，如图1所示，传统的过滤系统100采用平行流动过滤设计的两个独立的滤芯102和104。两个滤芯102和104中的每一个利用具有不同过滤效率的不同过滤介质。第一滤芯102为具有褶皱过滤介质的标准效率滤芯。第二滤芯104为具有不同褶皱过滤介质的可选效率(例如，比标准效率更高的效率)滤芯。由于过滤系统100的平行设计，待过滤的流体流过第一滤芯102或第二滤芯104。这种布置需要四个端盖106、两个中心管108、两个过滤介质包和两个密封件110。平行流动多重过滤系统所需的部件数量增加了过滤系统的成本，并且出现更多的故障点(例如过滤系统中的泄漏点)。
通过上述平行流动双元件过滤的流动在两个滤芯102和104之间分流。例如，流过第一滤芯102的流体的量与流过第二滤芯104的流体的量相比可能受到端板之间的开口、两个滤芯102和104之间的流动孔口、介质渗透率(即介质的流动阻力)等等的影响。因此，管理和维持两个滤芯102和104之间的分流是困难的并且需要操纵过滤系统100的各种参数。
发明内容
一示例性实施例涉及一种滤芯。所述滤芯包括第一端板、第二端板以及定位在第一端板和第二端板之间并且横跨第一端板和第二端板之间的轴向长度的过滤介质。所述过滤介质具有在轴向长度上变化的可变过滤效率。所述过滤介质包括第一过滤介质部分，所述第一过滤介质部分具有第一过滤效率和横跨轴向长度的第一过滤介质轴向长度。所述过滤介质还包括具有第二过滤效率的第二过滤介质部分。第二过滤介质部分联接到第一过滤介质部分并且横跨第二过滤介质轴向长度。所述第二过滤介质轴向长度小于所述过滤介质的第一过滤介质轴向长度，从而生成所述过滤介质的第一区域和所述过滤介质的第二区域。所述第一区域仅包括第一过滤介质部分，所述第二区域包括第一过滤介质部分和第二过滤介质部分两者。
另一个示例实施例涉及过滤介质。所述过滤介质包括具有第一过滤效率的第一过滤介质部分。所述第一过滤介质部分横跨第一过滤介质宽度(在一些具体实施方式中也被称为狭缝宽度)。所述过滤介质还包括具有第二过滤效率的第二过滤介质部分。所述第二过滤介质部分联接到第一过滤介质部分并且横跨第二过滤介质宽度。所述第二过滤介质宽度在与所述第一过滤介质宽度相同的方向上延伸。所述第二过滤介质宽度小于所述第一过滤介质宽度，从而形成所述过滤介质的第一区域和过滤介质的第二区域。所述第一区域仅包括第一过滤介质部分，所述第二区域包括第一过滤介质部分和第二过滤介质部分两者。
另一个示例性实施例涉及过滤介质。所述过滤介质包括具有第一过滤效率和第一过滤介质宽度的第一过滤介质部分。所述过滤介质包括具有第二过滤效率和第二过滤介质宽度的第二过滤介质部分。所述第二过滤介质部分连接到第一过滤介质部分，从而形成具有第一过滤介质和第二过滤介质的重叠区域。所述第一过滤介质和第二过滤介质的组合宽度小于所述第一过滤介质宽度和所述第二过滤介质宽度之和。
从以下结合附图的详细描述中，这些和其他特征以及其组织和操作方式将变得明显，其中在下面描述的几个附图中相同的元件具有相同的标号。
附图简要说明
图1示出现有技术过滤系统的局部剖视图。
图2A至2C示出了示例性可变效率过滤介质的俯视图。
图3A示出了图2A打褶并形成为圆柱形状的可变效率过滤介质的透视图。
图3B到3D示出包括图2A至2C的过滤介质的过滤元件的透视图。
图4示出根据示例性实施例所示的滤芯400的透视图。
图5示出根据示例性实施例的可变效率过滤介质生产系统的系统图。
图6示出根据另一示例性实施例的可变效率过滤介质生产系统的系统图。
图7示出将图5或图6的系统形成的可变效率过滤介质打褶的共同打褶系统的系统图。
图8示出根据另一示例性实施例的打褶可变效率过滤介质生产系统的系统图。
图9示出将单片标准过滤介质折叠在其自身上以形成可变效率过滤介质。
图10示出重叠两片标准过滤介质以形成可变效率过滤介质。
图11为描绘所述可变效率过滤介质的改进的效率的曲线图。
图12为显示各种过滤介质的过滤效率随时间变化的曲线图。
图13为显示各种过滤介质的压降随时间变化的曲线图。
图14为根据示例性实施例的具有可变效率过滤介质的滤芯的横截面图。
具体实施方式
主要参考附图，描述可变效率过滤介质。可变效率过滤介质是由至少两种不同类型的过滤介质(例如标准效率介质和高效介质)形成的复合介质。在一些布置中，标准效率介质形成保持其他更高效介质的结构性支柱。因此，可变效率过滤介质具有至少两个不同的效率等级。不同的效率等级可以分布在不同的区域。可变效率过滤介质允许在单个过滤元件内调节每个区域的效率比，从而允许过滤元件满足各种过滤性能要求。标准介质和高效介质的过滤介质类型可以由纺丝介质、熔喷介质、纳米纤维介质、微玻璃介质、纤维素介质、粗梳短纤维介质等制成。可变效率过滤介质可以通过气流成网工艺、湿法成网工艺、层压工艺、打褶工艺、超声波焊接工艺等等中的任何一种来制造。
参照图2A至2C，示出了示例性的可变效率过滤介质。如图2A所示，示出了根据一个示例性实施例的一片可变效率过滤介质200的俯视图。可变效率过滤介质200包括第一过滤介质部分202。第一过滤介质部分202具有标准过滤效率。如本文所使用的，词语“标准过滤效率”是指基线过滤效率，其总体过滤效率随着附加过滤介质而增加，以实现可变的过滤效率。第一过滤介质部分202可以是纺丝介质、熔喷介质、纳米纤维介质、微玻璃介质、纤维素介质、粗梳短纤维介质等。在一些布置中，第一过滤介质部分202形成用于可变效率过滤介质200的结构支柱。第一过滤介质部分202在可变效率过滤介质200的宽度上横跨整个过滤介质宽度(即，当布置在过滤元件中时可变效率过滤介质200的轴向长度)。如进一步详细描述的，随后的过滤介质层和/或部分可以附接到第一过滤介质部分202，以在可变效率过滤介质200内形成具有较高过滤效率的区域。
可变效率过滤介质200包括第二过滤介质部分204。第二过滤介质部分204可以是纺丝介质、熔喷介质、纳米纤维介质、微玻璃介质、纤维素介质、粗梳短纤维介质等。第二过滤介质部分204具有与第一过滤介质部分202不同的过滤效率。在一些布置中，第二过滤介质部分204具有比第一过滤介质部分202更高的过滤效率(例如，在生产期间通过压缩/压延第二过滤介质部分204到第一过滤介质部分202内的区域以提高第一介质202的效率)。第二过滤介质部分204经由气流成网工艺、湿法成网工艺、层压工艺、打褶工艺、超声波焊接工艺等连接和联接到第一过滤介质部分202。如本文所使用的，当两个过滤介质部分或层彼此联接时，例如，第二过滤介质层可以以结合、集成、覆盖、喷射、形成、底衬或其他方式连接到第一过滤介质。附加地或可选地，当两个过滤介质部分或层彼此联接时，第一过滤介质类型可以以第一取向(例如，在诸如相对于重力为水平的第一方向上具有纤维或褶皱)制造并且相对于第二过滤介质以第二取向(例如，在诸如相对于重力为垂直的第二方向上具有纤维或褶皱)定位。第二过滤介质部分204可以在第二过滤介质部分204的边缘处被密封到第一过滤介质部分202。超声焊接工艺的使用另外提供了横跨可变效率过滤介质的梯度的压差。此外，为了通过超声焊接协助制造，可以将指示器结合到超声焊接砧辊子(ultrasonicbonding anvil drum)上，以便为随后的制造过程给予视觉帮助(例如，使生产线技术人员更容易看到介质辊子或打褶介质包的顶部和底部)。
第二过滤介质部分204跨过小于可变效率过滤介质200的过滤介质宽度(即，可变效率过滤介质200的轴向长度)的距离。因此，可变效率过滤介质200具有两个独立的过滤效率区域：仅具有第一过滤介质部分202的第一区域和具有第一过滤介质部分202和第二过滤介质部分204的第二区域。两个区域中的每一个具有不同的过滤效率。可以通过调整每个过滤介质条的宽度以及通过为每个条选择合适的过滤介质来调节可变效率过滤介质200的整体效率。然而，如关于图2B和图2C更详细描述的那样，多个效率层/面积/区域或梯度结构一起工作以提供一个最佳的过滤效率是可能的。
参考图2B，根据一个示例性实施例示出了一片三区域可变效率过滤介质210的俯视图。类似于双区域可变效率过滤介质200，三区域可变效率过滤介质210也包括第一过滤介质部分202的基部和第二过滤介质部分204的条。另外，可变效率过滤介质210包括第三过滤介质部分206的条。第三过滤介质部分206具有与第一过滤介质部分202和第二过滤介质部分204不同的过滤效率。第三过滤介质部分206通过气流成网工艺、湿法成网工艺(例如，在生产期间通过将第三过滤介质部分206压缩/压延到第二过滤介质部分204内的区域以提高第一介质202和第二介质204的效率)、层压工艺、打褶工艺、超声焊接工艺等联接到第二过滤介质部分204(其已经联接到第一过滤介质部分202)。第三过滤介质部分206可以在第三过滤介质部分206的边缘处被密封到第二过滤介质部分204。第三过滤介质部分206横跨小于跨越可变效率过滤介质210宽度的过滤介质的宽度的距离。第三过滤介质部分206横跨小于第二过滤介质宽度的第三过滤介质宽度，使得第一过滤介质202的一部分、第二过滤介质204的一部分以及整个第三过滤介质206被暴露。第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204和第三过滤介质部分206的条的宽度可以相同或不同。在该实施例中，可变效率过滤介质210具有三个独立的过滤效率区域：仅具有第一过滤介质部分202的第一区域、具有第一过滤介质部分202和第二过滤介质部分204的第二区域以及具有第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204和第三过滤介质部分206的第三区域。三个区域中的每一个具有不同的过滤效率。可以通过调整每个过滤介质条的宽度并通过为每个条选择合适的过滤介质来调节可变效率过滤介质210的整体效率。
在一个替代的配置中，第三过滤介质部分206通过气流成网工艺、湿法成网工艺(例如，在生产期间通过压缩/压延第三过滤介质部分206到第一过滤介质部分202内的区域以提高第一介质202的效率)、层压工艺、打褶工艺、超声焊接工艺等联接并直接连接到第一过滤介质部分202。第三过滤介质部分206横跨的距离小于可变效率过滤介质210宽度上的过滤介质宽度。在该配置中，第三过滤介质部分206可以在第三过滤介质部分206的边缘处密封至第一过滤介质部分202。第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204和第三过滤介质部分206的条的宽度可以相同或不同。在该实施例中，可变效率过滤介质210具有三个独立的过滤效率区域：仅具有第一过滤介质部分202的第一区域，具有第一过滤介质部分202和第二过滤介质部分204的第二区域，以及具有第一过滤介质部分202和第三过滤介质部分206的第三区域。三个区域中的每一个具有不同的过滤效率。可以通过调整每个过滤介质条的宽度以及通过为每个条选择合适的过滤介质来调节可变效率过滤介质210的整体效率。
参考图2C，示出了根据示例性实施例的一片四区域可变效率过滤介质220的俯视图。类似于三区域可变效率过滤介质210，四区域可变效率过滤介质220也包括第一过滤介质部分202的基部、第二过滤介质部分204的条和第三过滤介质部分206的条。另外，可变效率过滤介质220包括第四过滤介质部分208的条。第四过滤介质部分208具有与第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204和第三过滤介质部分206不同的过滤效率。第四过滤介质部分208以与上文关于过滤介质210所描述的类似的方式，通过气流成网工艺、湿法成网工艺、层压工艺、打褶工艺、超声焊接工艺等联接到第三过滤介质部分206(其已经联接到第二过滤介质部分204)。第四过滤介质部分208可以在第四过滤介质部分208的边缘处被密封到第三过滤介质部分206。第四过滤介质部分208横跨小于跨越可变效率过滤介质220的宽度的过滤介质宽度的距离。第四过滤介质部分208横跨小于第三过滤介质宽度的第四过滤介质宽度，使得第一过滤介质202的一部分、第二过滤介质204的一部分、第三过滤介质206的一部分以及整个第四过滤介质208被暴露。第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204、第三过滤介质部分206和第四过滤介质部分208的条的宽度可以相同或不同。在该实施例中，可变效率过滤介质220具有四个单独的过滤效率区域：仅具有第一过滤介质部分202的第一区域，具有第一过滤介质部分202和第二过滤介质部分204的第二区域，具有第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204和第三过滤介质部分206的第三区域以及具有第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204、第三过滤介质部分206和第四过滤介质部分208的第四区域。三个区域的每一个具有不同的过滤效率。可以通过调整每个过滤介质条的宽度并通过为每个条选择合适的过滤介质来调节可变效率过滤介质220的整体效率。
在可选的配置中，第四过滤介质部分208经由气流成网工艺、湿法成网工艺(例如，在生产期间通过压缩/压延第四过滤介质部分208至第一过滤介质内的区域部分202以提高第一介质202的效率)、层压工艺、打褶工艺、超声焊接工艺等联接至第一过滤介质部分202。在这样的配置中，第四过滤介质部分208可以在第四过滤介质部分208的边缘处被密封到第一过滤介质202。第四过滤介质部分208横跨小于在可变效率过滤介质220的宽度的过滤介质宽度的距离。第一过滤介质部分202、第二过滤介质部分204、第三过滤介质部分206和第四过滤介质部分208的条的宽度可以是相同的或不同的。本实施例的可变效率过滤介质220具有四个单独的过滤效率区域：仅具有第一过滤介质部分202的第一区域，具有第一过滤介质部分202和第二过滤介质部分204两者的第二区域，具有第一过滤介质部分202和第三过滤介质部分206两者的第三区域以及具有第一过滤介质部分202和第四过滤介质部分208两者的第四区域。三个区域中的每一个具有不同的过滤效率。可以通过调整每个过滤介质条的宽度以及通过为每个条选择合适的过滤介质来调节可变效率过滤介质220的整体效率。
可以在第一过滤介质部分202的基层(base layer)上创建任何数量的不同的过滤效率区域。在一些布置中，可以通过将大量的可选过滤介质类型层压到第一过滤介质部分202上来创建在第一过滤介质部分202的基层上的不同过滤效率区域的梯度，以提高第一过滤介质部分202上的过滤效率。
上述可变效率过滤介质200、210和220可用于滤芯。例如，可变效率过滤介质200、210和220可被打褶成用于生产滤芯的标准褶皱包，该滤芯不需要通过平行流过滤器设计实现可变过滤效率。因此，可变效率过滤介质200、210和220通过消除对两个不同过滤效率的滤芯的需求和降低流体旁路和泄漏的可能性来降低滤芯设计的复杂性和成本。滤芯可以是任何形状，例如圆柱形滤芯、板状滤芯等。参考图3A，示出了打褶的且形成为圆柱形的可变效率过滤介质200的透视图。在使可变效率过滤介质200打褶并形成圆柱形状之后，可变效率过滤介质200可用于滤芯中。图3B示出了利用图3A所示的带褶和圆柱形可变效率过滤介质200的示例性滤芯300的透视图。滤芯300包括第一端板302和第二端板304。第一端板302是敞开的端板，第二端板304是封闭的端板。可变效率过滤介质200位于第一端板302和第二端板304之间。因此，滤芯300具有在滤芯300的轴向长度上变化的过滤效率。
类似的滤芯可以用可变效率过滤介质210和220来构造。例如，图3C示出了具有可变过滤效率介质210的滤芯310的透视图。滤芯310在形状和构造与滤芯300类似。此外，图3D示出具有可变过滤效率介质220的滤芯320的透视图。滤芯320在形状和构造上类似于滤芯300和310。
参考图4，示出了根据一个示例性实施例的滤芯400的透视图。滤芯400在形状和布置上与图3B的滤芯300类似。滤芯400包括第一端板402和第二端板404。第一端板402是开放的端板，并且第二端板404是封闭的端板。可变效率过滤介质406位于第一端板402和第二端板404之间。可变效率过滤介质406由第一过滤介质部分408和第二过滤介质部分410组成。第一过滤介质部分408具有第一轴向长度D1。第一轴向长度D1横跨第一端板402和第二端板404之间的整个距离。第二过滤介质部分410联接到第一过滤介质部分408(例如，经由气流成网工艺、湿法成网工艺、层压工艺、打褶工艺、超声焊接工艺等)。第二过滤介质部分410可在第二过滤介质部分410的边缘处被密封到第一过滤介质部分408。因此，在一些配置中，第一过滤介质部分408形成用于第二过滤介质部分410的结构支撑。第二过滤介质部分具有第二轴向长度D2。第二轴向长度D2从第二端板404向第一端板402延伸。然而，第二轴向长度D2比第一轴向长度D1短，使得第一过滤介质部分408的至少一部分不被第二过滤介质部分410覆盖。第一过滤介质部分408和第二过滤介质部分410之间的重叠区域形成高效介质的第一区域，而仅存在第一过滤介质部分408的区域形成标准效率介质的第二区域。在一些配置中，D1为221mm，D2为91mm。在这样的配置中，可变效率过滤介质406的有效面积比是59％标准效率和41％高效率。
使用可变效率过滤介质的上述滤芯通过消除对以平行流动或分流过滤器设计(例如，如上面关于图1所述)的两个滤芯的需要而提供了具有成本效益的滤芯。可变效率的过滤介质在保持效率的同时提高了过滤器的使用寿命，降低了限制，提高了污染物处理能力。
参考图5，示出了根据一个示例性实施例的可变效率过滤介质生产系统500的系统图。系统500是用于形成可变效率过滤介质502的小型气流成网(即，熔喷)机器。将基材506(例如麻布)的第一辊子504馈送到系统500中(例如经由电动机使第一辊子504旋转)。高效过滤介质508的至少一个条被放置在基材506的顶部。例如高效过滤介质508可以类似于以上图2A至2C所示所描述的第二过滤介质部分204、第三过滤介质部分206或第四过滤介质部分208。高效过滤介质508可沿着基材504在所需位置处从供应辊子509展开。供应辊子509是可调节的，以改变可变效率过滤介质502的特性。然后层状基材506和高效过滤器介质508通过成型滚筒510。在成型滚筒510处，将标准过滤介质512的喷雾从熔吹装置514(例如喷雾器)喷射出并喷射到基材506和高效率过滤介质508上。标准过滤介质512的纤维喷雾凝固到位，这将标准过滤介质512和高效过滤介质508固定到基材504上。组合的基材504、高效过滤介质508和标准过滤介质512形成可变效率过滤介质502。形成的可变效率过滤介质502被卷到存储辊子516，可变效率过滤介质502存储在存储棍子516上用于进一步处理(例如，形成用可变效率过滤介质502来用于滤芯)。在一些配置中，在储存到储存辊子516之前，基材506与组合的标准效率过滤介质512和高效过滤介质508是分离的。在一些配置中，系统500可以提供连续的或不连续(相对于可变效率过滤介质502的轴向长度、宽度或周向长度)的可变效率过滤介质502(例如，通过停止或启动高效过滤介质508的布置)的区域。
图6示出了根据示例性实施例的可变效率过滤介质生产系统600的系统图。系统600类似于系统500。系统500和600之间的主要区别在于系统600以与系统500不同的方式将高效过滤介质508层压到基材506上。具体地，系统600将高效过滤介质508从至少一个熔吹装置602(例如喷雾器)喷出到基材506上。熔吹装置602是可重新定位的，使得高效过滤介质508可以从熔吹装置602沿着基材504的方向喷射到期望的位置。熔吹装置602可以提供不同厚度和宽度的高效过滤介质508，使得高效过滤介质508的区域和效率也可以改变。在一些配置中，系统600可以提供连续或不连续(相对于可变效率过滤介质502的轴向宽度、线性长度、宽度或周向长度)的可变效率过滤介质502的区域(例如通过停止或启动喷射高效过滤介质508)。
继续参考图7，示出了根据示例性实施例的共同(co-pleating)打褶系统700的系统图。共同打褶系统700首先将取自辊子704的金属丝网702层压到取自存储辊子516的可变效率过滤介质502上以形成网式过滤介质706。在形成网式过滤介质706之后，网式过滤介质706任选地通过一系列的滚动切割器708切割成合适的宽度。然后，通过打褶机器710将特定大小的滤网式过滤介质706打褶，以形成打褶的可变效率过滤介质712(例如，如在图3A的圆柱形过滤介质200中使用的)。
在上述生产可变效率过滤介质的方法中，可以调节某些生产参数以影响可变效率过滤介质的过滤效率。例如，在制造特定过滤介质的聚合物气流成网工艺期间，可以使用不同粘度的材料以在聚合物的双重供应的网上获得不同的纤维直径。另外，不同的模具几何形状可以与气流成网工艺(例如，穿过模具和网的可选的孔直径)一起使用。此外，可以改变模具几何形状以提供1.6mm->1.0mm的气隙变化(例如，以波形或者以直角/方形方式)。可以进一步改变模具几何形状以在气流成网工艺的气唇两侧的区域添加拉瓦尔喷嘴(lavalnozzles)。此外，在气流成网工艺过程中可以增加或减少气流(例如增加或减少空气流量、使气流加速或减速等)。更进一步地，可在横向上完成过滤介质的面积或区域的压缩和/或压延以改变可变效率过滤介质的过滤效率。
参考图8，示出了根据示例性实施例的带褶的可变效率过滤介质制造系统800的系统图。系统800从金属丝网辊子804接收金属丝网802。高效过滤介质806的至少一个条被置于金属丝网802的顶部上。例如，高效过滤介质806可以类似于上面关于图2A至2C所描述的第二过滤介质部分204、第三过滤介质部分206或第四过滤介质部分208。高效过滤介质806可以沿着金属丝网802在期望的位置从供应辊子808展开。供应辊子808是可调节的，以改变最终带褶的可变效率过滤介质810的特性。然后，将标准过滤介质810层压在金属丝网802和高效过滤介质806的顶部。标准过滤介质810可以从标准过滤介质辊子812上展开。在一些配置中，标准过滤介质是无纺过滤介质。当层压时，高效过滤介质位于金属丝网802和标准过滤介质810之间，从而形成网式过滤介质814。网式过滤介质814具有可变过滤效率。在形成网式过滤介质814之后，网式过滤介质814可选地通过一系列滚动切割器816切割成合适的宽度。然后通过打褶机器818对一定尺寸的网式过滤介质814打褶以形成带褶的可变效率过滤介质820(例如，如在图3A的圆柱形过滤介质200中所使用的)。
可变效率过滤介质也可以由单一类型的过滤介质(例如，标准过滤介质)通过将过滤介质折叠在其自身上或者通过重叠多层过滤介质来生产。例如，如图9所示，单张标准过滤介质902可以折叠在其自身上以形成标准过滤效率的第一区域904和具有较高过滤效率的第二区域906。第一区域904具有第一宽度908，以及第二区域906具有第二宽度910。第一宽度908和第二宽度910合计过滤介质宽度。通过沿着标准过滤介质902的未折叠片的宽度914的折叠线912的布置来调节第一宽度908和第二宽度910。折叠线912可以以不同方式定向，使得标准过滤器介质902的片可以在过滤介质宽度的一端、两端或中间折叠(即，如图9所示)。在一些配置中，标准过滤介质902的折叠部分可以被结合到其自身以保持折叠。如图10所示，作为另一个例子，两片标准过滤介质1002和1004可以重叠以形成比标准过滤介质1002和1004更高的过滤效率的重叠区域1006。在替代性配置中，两片不同过滤介质重叠以产生三个不同过滤效率的区域。在一些布置中，两片标准过滤介质1002和1004在重叠区域1006处粘合。组合宽度1008小于组合的两片标准过滤介质1002和1004的单独宽度1010和1012。单独宽度1010和1012可以相同或不同。在一些配置中，单独宽度1010和1012为8.7英寸，组合宽度1008也为8.7英寸。
上述可变效率介质在单个介质中跨越过滤介质宽度提供过滤效率的轴向变化。单个介质可以将多种类型的介质结合到单个介质中，以提供提高整体效率性能的面积或区域。提高的效率取决于过滤介质的有效面积比(例如，标准过滤介质与高效过滤介质的比率)、标准过滤介质的效率以及任何添加的过滤材料的效率。例如，表1示出了不同的效率比，并且显示了随着较高效率介质面积的增加小颗粒去除率的改善。
Figure BDA0001560116960000111
表1
在图11的曲线图1100中还示出了改善的效率。表1和曲线图1100显示将100％标准介质与增加高效介质的的百分比比较的效率的提高。
参考图12，示出了各种过滤介质过滤效率随时间变化的曲线图1200。如曲线图1200所示，可变效率过滤介质布置在标准过滤介质上提供了提高的过滤效率百分比，而过滤介质寿命损失最小。参考图13，示出了各种过滤介质的压降(以kPa计)随时间变化的曲线图1300。如曲线图1300所示，与标准过滤介质相比，可变效率过滤介质布置随时间引起了稍大但是最小的压降。
如上所述，可变效率介质可以通过将不同层的过滤介质超声结合到彼此来形成。在介质层不延伸到滤芯的全长(即，不横跨两个端盖之间的整个距离)的某些配置中，相邻的过滤介质层的超声结合可以为滤芯提供额外的结构支撑。在一些布置中，超声结合可以通过连续焊接发生在第二过滤介质的边缘处。在这种配置中，连续焊接可以在第一过滤介质和第二过滤介质之间形成密封。下面针对图14描述这样的配置。
图14示出具有可变效率过滤介质的滤芯1400的剖视图。该可变效率过滤介质包括具有第一过滤效率的第一过滤介质1402。第一过滤介质1402在第一端盖1404和第二端盖1406之间的全部距离上延伸。第一端盖1404和第二端盖1406可以由塑料材料、环氧树脂、氨基甲酸乙酯等形成。在一些布置中，第一过滤介质1402通过塑料溶胶材料、氨基甲酸乙酯、环氧树脂等密封到第一端盖1404和第二端盖1406。在一些布置中，在第一端盖1404和第二端盖1406完全固化之前(例如，当第一端盖1404和第二端盖1406是半固化时)，第一过滤介质1402被热嵌入或粘附到第一端盖1404和第二端盖1406。可变效率过滤介质包括具有第二过滤效率的第二过滤介质1408。在一些配置中，第二过滤效率与第一过滤效率不同。在其他布置中，第二过滤效率与第一过滤效率相同。在一些布置中，第二过滤介质1408在通过可变效率过滤介质的流体流动方向布置在第一过滤介质1402的下游。
如图14所示，第二过滤介质1408从第一端盖1404向第二端盖1406延伸。然而，第二过滤介质1408不延伸到第一端盖1404和第二端盖1406之间的整个距离。因此，第二过滤介质1408在到达第二端盖1406之前终止。与第一端盖1404相对的第二过滤介质1408的端部经由超声焊接件1410固定到第一过滤介质1402。另外，包含超声焊接件1410为可变效率过滤介质提供了附加的结构完整性，从而不需要在滤芯1400中的中心支撑管(或附加中心支撑管)。由超声焊接件1410形成的超声结合允许滤芯1400的上游侧和下游侧之间存在压差。可以通过超声焊接机利用超声砧滚筒传送过滤介质1400来制造超声焊接件1410。在一些配置中，超声砧滚筒可以将图案或设计结合到层压的可变效率过滤介质中，从而使得技术人员在视觉上更容易将该两侧相互区分。
上述可变效率介质将多种介质性能(高效率和标准效率)组合成单个可变效率过滤介质。可变效率介质可以包括将高效的介质并入到一个复合介质中的多个变化(例如，标准效率过滤介质和高效过滤介质的配置)或梯度结构。可变效率过滤介质可通过有意改变介质配方或构造以改变介质物理特性(例如孔径、纤维直径等)的方法或通过将较高效率层简单地插入标准效率过滤介质中而形成，这改变了介质网格的横向和/或线性方向上的整体介质性能。当将介质打褶成过滤元件时，这种交替实现了有针对性的整体效率性能。可变效率介质优于标准效率介质的好处可包括保持效率的同时增加过滤器寿命、降低总体过滤器限制以及提高污染物处理能力。此外，所描述的可变效率介质提供了一种改进的方式来管理现有平行流元件上的流量平衡。可变效率介质还允许简化滤芯设计，其中高效率介质和标准效率介质宽度的比例可容易地改变。容易改变的比例允许通过可变效率介质中的每个介质容易地确定和预测流量平衡。这种设计灵活性允许在不改变或不更换硬件的情况下改变过滤器性能。
上述可变效率介质可以用于各种不同类型的过滤系统，例如燃料过滤系统、润滑油过滤系统、液压流体过滤系统、水过滤系统等。例如，润滑过滤系统通常必须过滤粘性液体，这可能导致过滤问题。低温时，润滑油的粘度较高，过滤介质中需要有较大的孔径，油才能流过。然而，所需的大孔径介质将具有低的颗粒去除效率，这可能导致发动机部件磨损过度。使用上述可变效率介质允许粘性润滑剂流过润滑剂系统。另外，随着润滑油加热以及粘度变低，润滑油通过可变效率过滤介质的较高效率部分，这提高了整个系统的过滤效率。
除了上述的将各种效率介质层压在另一个之上的可变效率介质之外，可以通过有意地改变介质配方或构造来改变横跨介质长度上的介质物理特性(例如孔径、纤维直径等)来实现类似的效果。
应该注意的是，本文中使用来描述各种实施例的术语“示例性”旨在表示这样的实施例是可能的实施例的可能的示例、代表和/或说明(并且这样的术语并不意味着这样的实施例必然是超乎寻常的或最优示例)。
本文使用的术语“联接”、“连接”、“覆盖”、“底衬”、“夹层”等是指两个构件直接或间接地彼此连接。这样的连接可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如可移除的或可释放的)。这样的连接可以通过两个构件或两个构件和任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者两个构件或两个构件和任何另外的中间构件彼此附接来实现。
本文中对元件位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)的引用仅用于描述附图中的各种元件的取向。应注意的是，根据其他示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这样的变化旨在包含于由本公开中。具体而言，例如，被描述为覆盖的介质可以在下面。或者，在制造复合材料时，介质层的取向可以从最终的元件取向依次颠倒。覆盖介质和底衬介质的组合(具有三种介质或更多介质)也可以实施。
重要的是注意，各种示例性实施例的构造和配置只是说明性的。尽管在本公开中仅仅详细描述了一些实施例，但是阅读本公开内容的本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离本文所述主题的新颖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、形状和比例的变化、参数值、安装形式、材料的使用、颜色、取向等)。例如，示出的为整体形成的元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且分立元件的性质或数量或位置可以改变或变化。任何过程或方法步骤的顺序或排序可根据替代实施例而改变或重新排序。另外，如本领域普通技术人员将理解的，特定实施例的特征可以与其它实施例的特征组合。在不脱离本发明的范围的情况下，还可以在各种示例性实施例的设计、操作条件和配置中进行其他替换、修改、改变和省略。

Claims (23)

1.一种滤芯，其特征在于，所述滤芯包括：
第一端板；
第二端板；以及
过滤介质，所述过滤介质定位在所述第一端板与所述第二端板之间并且横跨所述第一端板与所述第二端板之间的轴向长度，所述过滤介质具有可变过滤效率，所述可变过滤效率在所述轴向长度上变化，所述过滤介质包括：
第一过滤介质部分，所述第一过滤介质部分具有第一过滤效率，所述第一过滤介质部分具有横跨所述轴向长度的第一过滤介质轴向长度，
第二过滤介质部分，所述第二过滤介质部分具有第二过滤效率，所述第二过滤介质部分联接到所述第一过滤介质部分并且横跨第二过滤介质轴向长度，所述第二过滤介质轴向长度小于所述第一过滤介质轴向长度，从而生成所述过滤介质的第一区域和所述过滤介质的第二区域，所述第一区域仅具有所述第一过滤介质部分，而所述第二区域具有所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分，以及
第三过滤介质部分，所述第三过滤介质部分具有第三过滤效率并横跨第三过滤介质轴向长度，所述第三过滤效率与所述第一过滤效率和所述第二过滤效率不同，其中，所述第三过滤介质轴向长度小于所述第二过滤介质轴向长度，所述第三过滤介质部分覆盖在所述第二过滤介质部分的一部分上并且形成所述过滤介质的第三区域，所述第三区域仅具有所述第一过滤介质部分、所述第二过滤介质部分和所述第三过滤介质部分。
2.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述第二区域具有由所述第二过滤介质轴向长度减去所述第三过滤介质轴向长度限定的第二区域轴向长度。
3.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述过滤介质包括第四过滤介质部分，所述第四过滤介质部分具有第四过滤效率并且横跨小于所述第三过滤介质轴向长度的第四过滤介质轴向长度，所述第四过滤效率与所述第一过滤效率、所述第二过滤效率和所述第三过滤效率不同，所述第四过滤介质部分覆盖在所述第三过滤介质部分的一部分上，并形成所述过滤介质的第四区域，所述第四区域包括所述第一过滤介质部分、第二过滤介质部分、第三过滤介质部分和第四过滤介质部分。
4.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述过滤介质被打褶。
5.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述第二过滤介质部分覆盖在所述第一过滤介质部分上。
6.如权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述第二过滤介质部分被喷射或吹到所述第一过滤介质部分上。
7.一种滤芯，其特征在于，所述滤芯包括：
第一端板；
第二端板；以及
过滤介质，所述过滤介质定位在所述第一端板与所述第二端板之间并且横跨所述第一端板与所述第二端板之间的轴向长度，所述过滤介质具有可变过滤效率，所述可变过滤效率在所述轴向长度上变化，所述过滤介质包括：
第一过滤介质部分，所述第一过滤介质部分具有第一过滤效率，所述第一过滤介质部分具有横跨所述轴向长度的第一过滤介质轴向长度，
第二过滤介质部分，所述第二过滤介质部分具有第二过滤效率，所述第二过滤介质部分联接到所述第一过滤介质部分并且横跨第二过滤介质轴向长度，所述第二过滤介质轴向长度小于所述第一过滤介质轴向长度，从而生成所述过滤介质的第一区域和所述过滤介质的第二区域，所述第一区域仅具有所述第一过滤介质部分，而所述第二区域具有所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分，其中所述过滤介质的所述第二区域相对于所述过滤介质的轴向长度是不连续的，
以及，
第三过滤介质部分，所述第三过滤介质部分具有第三过滤效率并横跨第三过滤介质轴向长度，所述第三过滤效率与所述第一过滤效率和所述第二过滤效率不同，
其中，所述第三过滤介质轴向长度小于所述第二过滤介质轴向长度，所述第三过滤介质部分覆盖在所述第二过滤介质部分的一部分上并且形成所述过滤介质的第三区域，所述第三区域仅具有所述第一过滤介质部分、所述第二过滤介质部分和所述第三过滤介质部分；
其中，所述的过滤介质配置成流体径向流过其中使得流体的第一部分仅径向流过第一区域，流体的第二部分仅径向流过第二区域。
8.一种滤芯，其特征在于，所述滤芯包括：
第一端板；
第二端板；以及
过滤介质，所述过滤介质定位在所述第一端板与所述第二端板之间并且横跨所述第一端板与所述第二端板之间的轴向长度，所述过滤介质具有可变过滤效率，所述可变过滤效率在所述轴向长度上变化，所述过滤介质包括：
第一过滤介质部分，所述第一过滤介质部分具有第一过滤效率，所述第一过滤介质部分具有横跨所述轴向长度的第一过滤介质轴向长度，
第二过滤介质部分，所述第二过滤介质部分具有第二过滤效率，所述第二过滤介质部分联接到所述第一过滤介质部分并且横跨第二过滤介质轴向长度，所述第二过滤介质轴向长度小于所述第一过滤介质轴向长度，从而生成所述过滤介质的第一区域和所述过滤介质的第二区域，所述第一区域仅具有所述第一过滤介质部分，而所述第二区域具有所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分，其中所述过滤介质的所述第二区域相对于所述过滤介质的宽度或周向距离是不连续的，
以及，
第三过滤介质部分，所述第三过滤介质部分具有第三过滤效率并横跨第三过滤介质轴向长度，所述第三过滤效率与所述第一过滤效率和所述第二过滤效率不同，
其中，所述第三过滤介质轴向长度小于所述第二过滤介质轴向长度，所述第三过滤介质部分覆盖在所述第二过滤介质部分的一部分上并且形成所述过滤介质的第三区域，所述第三区域仅具有所述第一过滤介质部分、所述第二过滤介质部分和所述第三过滤介质部分；其中，所述的过滤介质配置成流体径向流过使得流体的第一部分仅径向流过第一区域，流体的第二部分仅径向流过第二区域。
9.如权利要求8所述的滤芯，其特征在于，所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分通过超声焊接件彼此联接。
10.如权利要求9所述的滤芯，其特征在于，所述超声焊接件位于所述第二过滤介质部分的边缘处。
11.如权利要求8所述的滤芯，其特征在于，所述第一过滤介质部分在所述第二过滤介质部分的边缘处联接到所述第二过滤介质部分。
12.如权利要求8所述的滤芯，其特征在于，所述第二过滤效率与所述第一过滤效率不同。
13.一种过滤介质，其特征在于，所述过滤介质包括：
第一过滤介质部分，所述第一过滤介质部分具有第一过滤效率，所述第一过滤介质部分横跨第一过滤介质宽度，
第二过滤介质部分，所述第二过滤介质部分具有第二过滤效率，所述第二过滤介质部分联接到所述第一过滤介质部分并横跨第二过滤介质宽度，所述第一过滤介质宽度和所述第二过滤介质宽度在相同的方向上延伸，所述第二过滤介质宽度小于所述第一过滤介质宽度，从而生成所述过滤介质的第一区域和所述过滤介质的第二区域，所述第一区域仅具有所述第一过滤介质部分，以及所述第二区域具有所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分，以及
第三过滤介质部分，所述第三过滤介质部分具有第三过滤效率并横跨第三过滤介质宽度，所述第三过滤效率与所述第一过滤效率和所述第二过滤效率不同，其中，所述第三过滤介质宽度小于所述第二过滤介质宽度，所述第三过滤介质部分覆盖在所述第二过滤介质部分的一部分上并形成所述过滤介质的第三区域，所述第三区域仅具有所述第一过滤介质部分、所述第二过滤介质部分和所述第三过滤介质部分。
14.如权利要求13所述的过滤介质，其特征在于，所述第二区域具有由所述第二过滤介质宽度减去所述第三过滤介质宽度限定的第二区域长度。
15.如权利要求13所述的过滤介质，其特征在于，所述过滤介质还包括第四过滤介质部分，所述第四过滤介质部分具有第四过滤效率并且跨越小于所述第三过滤介质宽度的第四过滤介质宽度，所述第四过滤效率与所述第一过滤效率、所述第二过滤效率和所述第三过滤效率不同，所述第四过滤介质部分覆盖在所述第三过滤介质部分的一部分上并且形成所述过滤介质的第四区域，所述第四区域包括所述第一过滤介质部分、所述第二过滤介质部分、所述第三过滤介质部分和所述第四过滤介质部分。
16.如权利要求13所述的过滤介质，其特征在于，所述第二过滤介质部分覆盖在所述第一过滤介质部分上。
17.如权利要求13所述的过滤介质，其特征在于，所述第二过滤介质部分被喷射或吹到所述第一过滤介质部分上。
18.一种过滤介质，其特征在于，所述过滤介质包括：
第一过滤介质部分，所述第一过滤介质部分具有第一过滤效率，所述第一过滤介质部分横跨第一过滤介质宽度，
第二过滤介质部分，所述第二过滤介质部分具有第二过滤效率，所述第二过滤介质部分联接到所述第一过滤介质部分并横跨第二过滤介质宽度，所述第一过滤介质宽度和所述第二过滤介质宽度在相同的方向上延伸，所述第二过滤介质宽度小于所述第一过滤介质宽度，从而生成所述过滤介质的第一区域和所述过滤介质的第二区域，所述第一区域仅具有所述第一过滤介质部分，以及所述第二区域具有所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分，所述过滤介质的所述第二区域相对于所述过滤介质的轴向长度是不连续的，
以及，
第三过滤介质部分，所述第三过滤介质部分具有第三过滤效率并横跨第三过滤介质轴向长度，所述第三过滤效率与所述第一过滤效率和所述第二过滤效率不同，
其中，所述第三过滤介质轴向长度小于所述第二过滤介质轴向长度，所述第三过滤介质部分覆盖在所述第二过滤介质部分的一部分上并且形成所述过滤介质的第三区域，所述第三区域仅具有所述第一过滤介质部分、所述第二过滤介质部分和所述第三过滤介质部分；
其中，所述的过滤介质配置成流体以垂直于所述第一过滤介质宽度的方向径向流过其中使得流体的第一部分仅径向流过第一区域，流体的第二部分仅径向流过第二区域。
19.一种过滤介质，其特征在于，所述过滤介质包括：
第一过滤介质部分，所述第一过滤介质部分具有第一过滤效率，所述第一过滤介质部分横跨第一过滤介质宽度，
第二过滤介质部分，所述第二过滤介质部分具有第二过滤效率，所述第二过滤介质部分联接到所述第一过滤介质部分并横跨第二过滤介质宽度，所述第一过滤介质宽度和所述第二过滤介质宽度在相同的方向上延伸，所述第二过滤介质宽度小于所述第一过滤介质宽度，从而生成所述过滤介质的第一区域和所述过滤介质的第二区域，所述第一区域仅具有所述第一过滤介质部分，以及所述第二区域具有所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分，所述过滤介质的所述第二区域相对于所述过滤介质的整个过滤介质宽度或周向距离是不连续的，
以及，
第三过滤介质部分，所述第三过滤介质部分具有第三过滤效率并横跨第三过滤介质轴向长度，所述第三过滤效率与所述第一过滤效率和所述第二过滤效率不同，
其中，所述第三过滤介质轴向长度小于所述第二过滤介质轴向长度，所述第三过滤介质部分覆盖在所述第二过滤介质部分的一部分上并且形成所述过滤介质的第三区域，所述第三区域仅具有所述第一过滤介质部分、所述第二过滤介质部分和所述第三过滤介质部分；
其中，所述的过滤介质配置成流体以垂直于所述第一过滤介质宽度的方向径向流过其中使得流体的第一部分仅径向流过第一区域，流体的第二部分仅径向流过第二区域。
20.如权利要求19所述的过滤介质，其特征在于，所述第一过滤介质部分和所述第二过滤介质部分通过超声焊接件彼此联接。
21.如权利要求20所述的过滤介质，其特征在于，所述超声焊接件位于所述第二过滤介质部分的边缘处。
22.如权利要求19所述的过滤介质，其特征在于，所述第二过滤效率与所述第一过滤效率不同。
23.如权利要求19所述的过滤介质，其特征在于，所述第一过滤介质部分在所述第二过滤介质部分的边缘处联接到所述第二过滤介质部分。
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