CN112601597B - 用于内燃机的板式空气过滤器滤芯 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的板式空气过滤器滤芯(11)，其包括一组过滤材料(13)，例如打褶纸，其中限定了接收待过滤的脏空气流的上游侧(15)以及排出已经通过所述滤芯的过滤后的清洁空气的下游侧(17)，其中，所述下游侧(17)被由塑料材料制成的密封垫片(19)包围，所述垫片限定了下游侧(17)的外围边缘，并能在使用期间与容纳有所述滤芯(11)的壳体的表面形成相应的紧密密封，并且，所述下游侧(17)至少部分地被加强元件(21)覆盖，该加强元件(21)的至少一部分是可透气的，其中，所述加强元件(21)的厚度“dn”是非恒定的。

Description

用于内燃机的板式空气过滤器滤芯
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的板式空气过滤器滤芯。本发明的滤芯可适用于例如地面车辆的内燃机的燃烧室的燃烧空气。
背景技术
为了净化进入内燃机进气回路的空气，使用由打褶的或其他过滤材料制成、并容纳在合适的壳体内的滤芯是已知的。所述壳体设有用于脏空气的入口和用于净化空气的出口，并且在内部限定了固定的空气路径，从而使得整个脏空气气流在流动时通过所述过滤材料，并只有在通过所述滤芯的过滤材料后才能离开壳体。为此，现有的壳体具有不同的形状，并且在壳体和滤芯之间设置了适当的密封垫片，以便于限定所述固定路径以及尽可能地避免泄露。
在内燃机的进气回路内，通常在其位于滤芯上游的部分与位于滤芯下游的部分之间建立明显的压差。该压差主要是由于进气回路对滤芯上游的大气开放，而滤芯的下游则由于发动机气缸内的进气阶段而处于低压下。
因此，通过朝着位于滤芯的下游一侧，即，朝着内燃机的方向抽吸滤芯，分隔具有不同压力的回路区域的过滤滤芯易于受到使其变形的力。
为了克服该缺点，已知的板式滤芯设有加强网或栅格，该加强网或栅格位于净化空气出口侧，即，位于朝向进气回路区域的一侧并具有较低的压力，通常是低于大气压。
EP 3130388 A1公开了一种板式的空气过滤器滤芯，其用于内燃机并在净化空气出口侧设置了加强网。
众所周知的是，容纳滤芯的过滤器的壳体通常位于净化空气所要使用的发动机附近，在用于车辆上的发动机的情况下，其通常位于装有该发动机的相同舱内。这种布置使得有必要提供与发动机舱内可用空间相适应的小尺寸和形状的过滤器壳体以及过滤器滤芯。
当前用于制造滤芯的材料的增强的过滤性能进一步降低了滤芯的尺寸和厚度，这在成本效益和空间要求方面具有优势，但有时使得滤芯的抗力降低，更容易因进气侧和出气侧之间的压力差而引起变形。
另外，滤芯是内燃机的进气回路内的可更换元件，并且必须在预定的公里数之后或当其过滤能力耗尽时进行更换，因此是定期维护成本的来源。
因此，当今制造滤芯时要解决的问题之一是提高滤芯的过滤效率，同时可能减小其空间需求，即，通过制造越来越紧凑的滤芯，同时避免因压差而变形的风险。
为了提高空气净化效率并减小空气过滤器的尺寸，过去已经开发出了多种由打褶纸制成的滤芯结构。近来，例如，具有可变深度的打褶纸滤芯已经普及。通常是通过将一张用于空气过滤器的纸送入能够生产滤纸包的打褶机中来获得具有恒定深度类型或具有可变深度类型的打褶纸板式滤芯，在该滤纸组件中，定义了一系列弯折和尖端以及相应的连接壁。褶皱深度沿打褶纸组件可以是恒定的，或者其也可以根据不同的结构而变化。在DE198 16 431中公开了这种滤芯的示例。褶纸的可变深度使得其能适应容纳滤芯壳体的形状，从而最佳地利用其内部空间，进而减小了整个过滤器的尺寸，并有可能使壳体呈不同形状，以适合汽车发动机舱内的可用空间。
因此，本发明的第一个目的在于用于内燃机的板式空气过滤器滤芯，其可以是厚度可变的类型，其满足上述要求并且比现有的滤芯更坚固和可靠。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的滤芯，其可以以更具成本效益的方式生产，并因此可以降低生产成本，从而降低发动机或安装有该发动机的车辆的维修成本。
本发明的一个重要目的是提供一种用于内燃机的空气过滤器滤芯，其可以以有利的成本进行工业生产，因此适合于大规模生产。
这些和其他目的通过如所附权利要求书所限定的本发明的滤芯来实现。
发明内容
本发明的用于内燃机的板式空气过滤器滤芯主要包括过滤材料组件、密封垫片和加强元件，其至少一部分是可渗透空气的。根据本发明，过滤组件优选由褶皱纸或其他材料，例如海绵状过滤材料制成。
在过滤材料组件上，限定了上游侧和下游侧，当所述滤芯被接收到内置于内燃机进气回路中的合适壳体中时，按照空气流动方向，其能够分别被待净化的空气流以及排出的净化后的空气流击中。
本发明的板式滤芯包括上游侧和下游侧，其可设置在由过滤材料、打褶纸或其他过滤材料的厚度彼此分开的相互平行的平面上，或位于任何表面上，无论是平面或曲面，且相对于彼此倾斜，其角度可根据滤芯形状的变化而改变。例如，上游侧和下游侧可能位于彼此不平行但倾斜的平面上。此外，上游侧和/或下游侧也可能不是平坦的，而是位于弯曲的表面上，或位于彼此平行或相对于彼此倾斜的多个平面上，或位于平面和曲面的组合上。
在本发明的滤芯中，下游侧优选地被由塑料材料例如发泡聚氨酯制成的外围密封垫片包围。所述垫片限定了下游侧的相应外围边缘，所述边缘从下游侧的平面基本垂直突出到所述下游侧所在的平面。外围垫片能够在滤芯的使用期间在容纳有所述滤芯的壳体的表面限定相应的紧密密封。
有利地，根据本发明，下游侧被加强元件覆盖，该加强元件的至少一部分是空气可渗透的并且具有非恒定的厚度。优选地，根据本发明，所述加强元件被制成网格或栅格，以允许离开下游面的空气通过。优选地，所述加强元件进一步由塑料材料制成，并且当其为网格或栅格形式时，其包括一组优选地具有相同几何形状的网孔。例如，所述网孔可具有大致六边形或蜂窝形状，以便限定相应形状的各个开口。具有不同形状，例如梯形，圆形，椭圆形，三角形等的网格的加强元件也是可行的。
优选地，根据本发明的主要实施方式，加强元件在其整个周边上被密封垫片包围。在其他实施方式中，将可能提供仅部分地覆盖下游侧的加强元件，或仅部分地包围加强元件的垫片。根据构造和应用要求，加强元件可以是完全透气的，即，其整个表面都是透气的，或者可以使得其仅一部分或几个部分的表面是透气/空气是可渗透的，而其余部分则不允许空气通过。所述加强元件可以是完全或仅部分是透气的，其可以由任何合适的材料，例如塑料或金属制成，并且其也可以是单件或由几件组成。
有利地，根据本发明的一个特别方面，加强元件的厚度是不均匀或非恒定的，即，其根据加强元件的表面上的位置而变化。根据本发明，加强元件可以像与加强元件相关联的下游侧一样是基本平坦的元件。在其他实施方式中，加强元件可以是弯曲的或包括以不同方式布置的弯曲部分和平坦部分的组合。另外，加强元件优选地在具有与下游侧的表面互补的形状的平面或表面上延伸。然而，在其他实施方式中，可以使加强元件具有不同于下游侧形状的形状。另外，根据本发明，滤芯优选包括单个加强元件，但是在其他实施方式中，可提供彼此相邻或重叠的多个加强元件。加强元件的厚度是在垂直于所述元件在其上延伸的平面进行测量，或者在弯曲的加强元件的情况下，其厚度是在垂直于与该厚度的测量点处的曲面相切的平面进行测量的。
还是根据本发明，加强元件可以布置成与过滤组件的下游侧接触，或者与所述下游侧相距一定距离。在第一种情况下，加强元件基本上防止过滤材料组件在加强元件的方向上变形。在第二种情况下，过滤材料的变形将可能在基本上等于将过滤材料组件的下游侧与加强元件的相邻侧隔开的间距的距离上进行。
根据本发明，加强元件优选具有朝向过滤材料组件定向的内侧，所述内侧是平坦的，以及沿流过滤芯的空气流向定向在下游的外侧，所述外侧由于过滤元件的厚度不均匀，即由于厚度的变化，而是不平坦的。
根据本发明的优选实施例，所述加强元件包括至少两个部分，每个部分具有预设的恒定厚度，所述厚度彼此不同。在本发明的其他实施方式中，根据预设模式，所述厚度从加强元件的一部分到另一部分连续地变化。从一个部分到另一部分的过渡区域中的厚度变化将进一步优选是渐进的，从而避免由于厚度的突然变化而形成直角台阶。
根据本发明，所述加强元件的厚度优选根据所述元件必须承受的力和压力瞬变来选择，并且所述强度和压力瞬变可以根据滤芯在容纳有所述滤芯的壳体内所占据的空间而变化。有利的是，根据本发明，加强元件的厚度优选根据使用过程中过滤材料组件所承受的压力差而变化。更具体地，在壳体出口处及其附近处的厚度可以更大，其中，已经通过滤芯的净化空气从壳体出口排出。有利地，还是根据本发明，可以在不承受高应力的区域，例如在加强元件的外围，可以使加强元件变薄，从而节省了制造加强元件的材料。由于加强元件的不同厚度，因此可以有利地以较少的材料消耗制造更轻的加强元件，因为在不需要大的厚度的情况下可以使过滤元件更薄。加强元件可以例如，通过塑料成型技术制成。
有利地，根据本发明，加强元件优选限定了一用于所述垫片和以及过滤材料组件的结构支撑元件。因此，所述加强元件优选在滤芯的使用期间有助于保持垫片的几何形状，并且避免相关的过滤材料包的过滤材料变形。
优选地，根据本发明，所述加强元件包括一体地、嵌入地结合在外围垫片的材料的外围部分或外围边缘。
附图说明
参照附图，本发明的一些优选实施方式将通过非限制示例的方式提供，其中：
图1示出了本发明的滤芯的优选实施方式中俯视立面图；
图2示出了图1中的滤芯的俯视图；
图3示出了沿图2的平面III-III的剖面图；
图4示出了沿图2的平面IVIV的剖面图；
图5示出了图4中标记为5处的细节放大图；
图6示出了图1的滤芯的加强元件的俯视图。
具体实施方式
在附图中，用于内燃机的板式空气过滤器滤芯整体以附图标记11表示。具体参考图1，本发明的滤芯11包括过滤材料组件13。在所示的实施例中，过滤组件13由打褶纸制成，并且可以根据本领域技术人员已知的技术，通过将滤纸片或滤纸条送入适当的打褶机的打褶步骤来获得。在其他实施方式中，过滤组件13可由其他材料，例如海绵状材料制成。
当滤芯被容纳在内燃机进气回路中的合适壳体中时，在组件3上根据空气流动方向定义了上游侧15和下游侧17。因此，上游侧15能够接收待过滤的空气流，该空气流在通过组件13的过滤材料之后离开下游侧17。因此，进入打褶纸组件13的空气通常是脏空气，即，在将内燃机安装在车辆上的正常应用中，包含各种杂质，主要是灰尘的空气。
下游侧17能够排出已经通过滤芯11的清洁空气，因此该清洁空气基本上不含可能损坏发动机和被空气流过的其他元件的杂质。
在所示的实施方式中，上游侧15和下游侧17分别具有相互平行的部分15a和17a。在其他实施例中，上游侧和下游侧可以位于彼此不平行但相对于彼此倾斜的平面上。另外，上游侧和/或下游侧也可以是不平坦的，而是位于曲面上，或是相互平行或相对于彼此倾斜的多个平面上，或者在平面和曲面的组合上。
下游侧17被由塑料材料，例如泡沫聚氨酯制成的垫片19包围。垫片19限定了下游侧17的相应外围边缘，所述边缘从下游侧17的平面基本垂直突出到所述下游侧17所在的平面。垫片19能够与在使用期间将容纳有所述滤芯11的壳体的表面限定一相应的紧密密封。
在所示的实施例中，下游侧17被加强元件21覆盖，该加强元件在所示的实施例中被制成为允许空气通过的栅格。在所示的实施例中，栅格由塑料材料制成，并且包括一组网格21a，该组网格21a具有大致六边形或蜂窝形状并且限定了具有相应形状的各个开口21b。还是参考所示实施例，垫片19包围加强元件21，因此，加强元件21被所述垫片19完全包围。在其他实施例中，可以提供仅部分覆盖下游侧17的加强元件21。另外，根据本发明，所述加强元件21可以根据需要被完全制成栅格或是制成部分封闭板，即，没有孔且基本上不透气，以及部分制成栅格并因此可透过空气。不管该元件是全部还是仅部分地制成栅格，该元件都可以由任何合适的材料，例如塑料或金属制成。
有利地，根据本发明的一方面，加强元件21的厚度“dn”是非恒定的，即，其根据元件21的表面上的位置而变化。在所示的实施例中，加强元件21是平面元件，但是在其他实施方式中，其可以是弯曲元件或以不同方式布置的弯曲部分和平坦部分的组合。另外，加强元件21优选地在具有与下游侧17的表面互补的形状的表面上延伸。但是，在其他实施方式中，也可以使加强元件21也具有除下游侧17的表面形状以外的形状。此外，在所示的实施例中，滤芯11包括单个加强元件21，但是在其他实施方式中，可以设置彼此相邻或重叠的多个加强元件。
如图3和图4中可更好理解的，所述实施例中的加强元件21包括具有厚度d1的第一部分22a和具有厚度d2＞d1的第二部分22b。在所示的实施例中，在每个部分22a，22b中，加强元件的厚度dn基本恒定。另外，还是参考所示的实施例，部分22a和部分22b之间的厚度dn仅在第一方向上变化，而在垂直于第一方向的第二方向上基本是恒定的。在所示的实施例中，厚度d1约为厚度d2的一半，此外，第一部分22a和第二部分22b分别构成加强元件21的整个表面的约50％。在其他实施例中，可以为加强元件21提供具有不同厚度dn的多个部分，并且在每个部分中提供具有恒定厚度的部分，或者也可以提供具有连续变化的厚度dn的加强元件部分，或者具有恒定厚度部分和具有可变厚度部分的组合。另外，最小厚度和最大厚度之间的比例将优选地被包括在0.5-0.9之间，但是也可以提供不同的比例。
有利的是，根据本发明，加强元件21的厚度dn根据过滤材料组件13所承受的压力差而变化，并且在上游侧15和下游侧17之间的压差越大的情况下，所述厚度dn优选更大。由于加强元件21的不同厚度，将有可能使加强元件更轻，其消耗的材料更少，其中，在不需要大的厚度的情况下，可使过滤元件更薄。在所示的实施例中，加强元件21的厚度可以在大约1.0mm-5.0mm之间变化。此外，所述厚度是垂直于加强元件21的其中一个侧面延伸的平面测量的，在所示的实施例中，该侧面对应于面向组件13的侧面。
在所示的实施例中，加强元件21被制成栅格或网格，并且网格的网孔21a具有近似六边形或蜂窝形状。当然，具有其他形状，例如梯形，圆形，椭圆形，三角形等的网格的加强元件也是可能的。
根据本发明，加强元件21有利地定义了用于垫片19和组件13的过滤材料的结构支撑元件。因此，所述加强元件21有助于保持垫片的几何形状并避免组件13的过滤材料变形。
还是根据本发明的该实施例，并且特别是参考图5，加强元件21包括与外围垫片19的材料相结合的外围部分25或外围边缘。根据本发明，形成垫片19的塑料材料的沉积是通过热熔实现的，以便嵌入外围部分25。塑料材料随后冷却并和随后的固化形成垫片19，并在其中包围外围部分25。有利地，外围部分25也将设置有网孔21a，以更好地保持形成垫片19的塑料材料。
从图4可以更好地理解，过滤材料组件13具有非恒定的厚度。在所示的实施例中，过滤组件的厚度变化以限定具有右梯形形状的基本梯形截面。过滤材料组件13由打褶纸制成，并且纸的褶27相互平行并且平行于组件13的纵向平面。过滤组件的相对的横向侧壁还设置有塑料材料板29。纸组件13的上游侧15还包括多个线性胶珠31，其垂直于纸的褶27，并且能够保持纸的褶27之间的距离不变。
参考图6，在所示的实施例中，加强元件21限定了第一部分以及第二部分，其中，该第一部分位于由附图标记S1指示的线的外部，并且具有厚度d1，第二部分位于闭合线S1的内部并且具有厚度d2＞d1。由闭合线S1包围的区域的形式，以及因此位于闭合线S1外侧的区域的形式不是任意的，而是优选地通过考虑到在使用过程中作用在过滤材料组件13和加强元件21上的力的结构计算来确定。在闭合线S1处，加强元件21的厚度优选是倾斜的，从而使得在闭合线S1处由厚度差产生的边缘相对于加强元件21所在的平面倾斜。另外，加强元件21的内侧，即面对过滤材料组件13的一侧优选是平坦的，即，当所述滤芯11容纳在用于过滤内燃机的燃烧空气的回路的壳体中时，厚度差仅存在于所述加强元件21的被定向在气流流通方向的下游的外侧。
如所描述和图示的滤芯的几种变型和修改是可能的。

Claims (11)

1.用于内燃机的板式空气过滤器滤芯，其包括过滤材料组件(13)，其中限定了用于接收待过滤的脏空气流的上游侧(15)以及用于排出已经通过所述滤芯的过滤后的清洁空气的下游侧(17)，其中，所述下游侧(17)被由塑料材料制成的垫片(19)包围，所述垫片限定了下游侧(17)的外围边缘，并能在使用期间与容纳有所述滤芯(11)的壳体的表面形成相应的紧密密封，并且，所述下游侧(17)至少部分地被加强元件(21)覆盖，该加强元件(21)的至少一部分是可透气的，其特征在于：所述加强元件(21)的厚度“dn”是非恒定的、并且根据过滤材料组件(13)在使用期间所承受的压力差而变化，以及，所述加强元件(21)是通过塑料材料成型技术制成的单件；
所述加强元件(21)的厚度在壳体出口及其附近处更大，其中，已经通过滤芯(11)的净化空气从所述壳体出口排出；
所述加强元件(21)在不承受高应力的区域，使所述加强元件(21)变薄，从而节省制造所述加强元件(21)的材料。
2.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于：所述加强元件(21)具有在1-5mm内变化的厚度。
3.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于：所述加强元件(21)的厚度变化在30-70％之间。
4.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于：所述加强元件(21)被制成网格或栅格，以允许从下游侧(17)排出的空气通过。
5.根据前述权利要求1所述的滤芯，其特征在于：所述加强元件(21)被制成塑料材料的网格或栅格，并包括一组具有相同几何形状的网孔(21a)。
6.根据权利要求5所述的滤芯，其特征在于：所述网孔(21a)具有六边形或蜂窝形，以便定义具有相应形状的各个开口(21b)。
7.根据权利要求5或6所述的滤芯，特征在于：所述加强元件(21)在其整个周边上被垫片(19)包围，并且，所述加强元件(21)限定了用于垫片(19)以及用于过滤材料组件(13)的结构支撑元件。
8.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于：所述加强元件(21)包括至少两个部分(22a，22b)，每一部分具有预设的恒定厚度，且两个部分的厚度彼此不同。
9.根据权利要求8所述的滤芯，其特征在于：所述加强元件(21)限定了位于闭合线(S1)外部且厚度为d1的第一部分(22a)，以及位于所述闭合线(S1)内部且厚度为d2的第二部分(22b)，其中，d2>d1。
10.根据权利要求9所述的滤芯，其特征在于：在所述闭合线(S1)处，加强元件(21)的厚度是倾斜的，使得由厚度差产生的边缘相对于加强元件(21)所在的平面倾斜。
11.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于：所述加强元件(21)的内侧，即，面对所述过滤材料组件(13)的一侧是平坦的。
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