CN114667181A - 低阻空气过滤器 - Google Patents

Abstract

一种空气滤清器系统，包括壳体，该壳体具有第一壳体端、第二壳体端和靠近第二壳体端的入口，第一壳体端具有开口。该空气滤清器系统还包括过滤器元件，该过滤器元件通过开口可移除地安装在壳体内，该过滤器元件包括过滤介质、在第一过滤端处联接到过滤介质的第一端板、在第二过滤端处联接到过滤介质的开放的第二端板以及从开放的第二端板轴向延伸的环形突起，该环形突起抵靠壳体密封并在过滤器元件和壳体之间产生轴向间隙。

Description

低阻空气过滤器

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2019年11月18日提交的序列号为62/936,774的美国临时申请的权益和优先权，其内容通过引用以整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于过滤内燃发动机系统中的流体的过滤器组件。

背景

空气滤清器常用于过滤装置(如内燃发动机)的进气系统中的空气。空气滤清器包括沿轴线延伸的壳体，并具有在第一轴向端和第二轴向端之间延伸的至少一个侧壁，其中侧壁包括接收脏的进入空气的空气入口。壳体的一个轴向端包括排出清洁过滤空气的出口。空气过滤器元件通常可通过开放的轴向端轴向插入壳体中。横跨空气滤清器的压力损失是一个重要的性能特征，压力损失越低越好，因为减少了浪费能量的数量。

概述

根据一个实施例，提供了一种空气滤清器系统。空气滤清器系统包括壳体，该壳体具有第一壳体端、第二壳体端和靠近第二壳体端的入口，第一壳体端具有开口。该空气滤清器系统还包括过滤器元件，该过滤器元件通过开口可移除地安装在壳体内，该过滤器元件包括：过滤介质；在第一过滤端处联接到过滤介质的第一端板；在第二过滤端处联接到过滤介质的开放的第二端板；以及从开放的第二端板轴向延伸的环形突起。环形突起抵靠壳体密封并在过滤器元件和壳体之间产生轴向间隙。通过入口进入壳体的流体流入轴向间隙。

根据另一实施例，提供了一种轴向负载过滤器元件。轴向负载过滤器元件包括：过滤介质；闭合的第一端板，其在第一过滤端处与过滤介质联接并具有手柄组件；开放的第二端板，其在第二过滤端处与过滤介质联接；和环形突起，其从开放的第二端板轴向延伸。所述环形突起的环形突起直径小于过滤介质外径的90％。

根据另一实施例，提供了一种空气滤清器系统。该空气滤清器系统包括壳体和可移除地安装在该壳体内的过滤器元件。壳体包括第一壳体端、第二壳体端、入口和盖，入口靠近第二壳体端。所述盖靠近第一壳体端可移除地联接到壳体的主体。所述盖包括径向地分开盖厚度的外盖表面和内盖表面。内盖表面限定盖开口。过滤器元件经由盖开口插入壳体中。所述过滤器元件包括过滤介质、在第一过滤端处联接到过滤介质的第一端板和在第二过滤端处联接到过滤介质的开放的第二端板。环形突起从开放的第二端板在远离第一端板的方向上轴向延伸。环形突起可以由柔顺材料形成，所述柔顺材料被配置成靠近第二壳体端与壳体形成基本液密的密封。

当结合附图时，这些和其他特征及其组织和操作方式将从下面的详细描述中变得明显，其中类似的元件在下面描述的几个附图中具有类似的数字。

附图简述

图1示出了根据示例性实施例的空气滤清器系统的前透视图。

图2示出了图1的空气滤清器系统的后透视图。

图3示出了图1的空气滤清器系统的俯视图。

图4示出了图1的空气滤清器系统的前视图。

图5示出了图1的空气滤清器系统的侧剖面图。

图6示出了根据示例性实施例的与图1的空气滤清器系统一起使用的过滤器元件的前透视图。

图7示出了图6的过滤器元件的后透视图。

图8示出了图6的过滤器元件的侧视图。

图9示出了图6的过滤器元件的前视图。

图10示出了图6的过滤器元件的侧剖面图。

图11示出了相对于入口直径的间隙宽度绘制的无量纲压力损失曲线图。

详细描述

总体参考附图描述了一种空气滤清器系统。空气滤清器系统包括用于切向入口空气滤清器壳体中的圆筒形空气过滤器元件。空气滤清器壳体包括第一轴向端和第二轴向端，其中第一轴向端包括用于接收过滤器元件的开口。过滤器元件可以定位在空气滤清器壳体内，并且可以通过空气滤清器系统的开放的第一轴向端进入。过滤器元件的端板包括手柄和闩锁，当过滤器元件处于安装位置时，该手柄和闩锁被构造成接合空气滤清器壳体。通过抓住手柄，用户可以使用单只手从空气滤清器壳体上释放闩锁，并在轴向方向上容易地移除过滤器元件，例如用于维修或更换目的。过滤器元件是圆筒形的，并且空气滤清器壳体包括切向入口。过滤器元件包括开放的端盖和闭合的端盖。过滤器元件的开放的端盖侧的一部分从空气滤清器壳体的第二轴向端偏移。该偏移在空气滤清器壳体和过滤器元件之间产生轴向间隙，从而提供额外的流动区域，导致比传统过滤器更低的压降。

参考图1-图5，示出了根据示例性实施例的空气滤清器系统100。空气滤清器系统100包括壳体102，壳体102沿纵向轴线115轴向延伸，并且具有在第一端101和第二端103之间延伸的环形侧壁105。环形侧壁105包括空气入口106和空气出口108，空气入口106被配置为基本上沿着入口方向112将空气引导到壳体102中，空气出口108被配置为基本上沿着出口方向114将清洁的过滤空气排出壳体102。入口方向112基本上与位于壳体102内的过滤器元件110的外表面相切。空气入口106和空气出口108都位于壳体102的第二端103附近。壳体102包括联接到第一端101的盖104。在一些实施例中，盖104可移除地联接到壳体102的其余部分。例如，盖104可以用闩锁、紧固件、螺纹、粘合剂、卡口闩锁、夹子或类似的联接件联接到壳体102的其余部分。盖104在第一端101处是打开的，以使得能够在不从壳体102的其余部分移除盖104的情况下更换和维修过滤器元件110。在其他实施例中，盖104是闭合的盖，使得必须移除盖104以能够更换和维修过滤器元件110。在一些实施例中，盖104永久地联接到壳体102的其余部分，使得盖104不能在不损坏盖104和/或壳体102的另一部分中的至少一个的情况下从壳体102的其余部分移除。在一些实施例中，盖104与壳体102的主体一体形成，使得盖104和壳体102的主体一起形成为单个单元。在一些实施例中，盖104和壳体102的主体由不同的材料形成。例如，壳体102的主体可以由金属形成，而盖104可以由塑料形成。

盖104限定了基本上环形的主体，当垂直于纵向轴线115切割时，该主体具有环圈形横截面形状。当盖104联接到壳体102的其余部分时，盖104以纵向轴线115为中心。在一些实施例中，当盖104联接到壳体102的其余部分时，盖104与纵向轴线115同心。盖104限定基本环形的外盖表面120和基本环形的内盖表面121(图5)。外盖表面120和内盖表面121可以分开径向距离，被示出为盖厚度119。盖厚度119有助于过滤器元件110远离壳体内表面129的定位。将过滤器元件110远离壳体内表面129定位允许流体在壳体102和过滤器元件110之间流动。在一些实施例中，过滤器元件110和壳体102之间的径向距离(例如，过滤器元件110的外表面127和壳体内表面129之间)大于盖厚度119。

内盖表面121限定被配置为接收过滤器元件110的盖开口141。在一些实施例中，内盖表面121与过滤器元件110对接。在一些实施例中，内盖表面121远离过滤器元件110定位，使得流体(例如，空气)可以在过滤器元件110和内盖表面121之间流动。在径向方向上从内盖表面121向外盖表面120延伸的可以是盖凸缘142(图5)。盖凸缘142与过滤器元件110的一部分对接，以便于将过滤器元件110定位在壳体102内。在一些实施例中，过滤器元件110与盖凸缘142合作以形成密封接合，使得流体不能流出盖开口141。在一些实施例中，过滤器元件110与内盖表面121合作以形成密封接合，以防止流体从盖开口141流出。

径向地远离外盖表面120延伸的可以是盖突起143，盖突起143被配置为接收在闩锁构件145内，闩锁构件145在远离空气出口108的方向上远离壳体102的主体轴向延伸。闩锁构件145包括闩锁开口147，闩锁开口147延伸穿过闩锁构件145并被配置为接收盖突起143。盖突起143与闩锁构件145合作，以可移除地将盖104联接到壳体102的其余部分。

壳体102还包括排尘器端口140。在一些实施例中，排尘器端口140远离盖104延伸。排尘器端口140与位于外盖表面120和内盖表面121之间的流体通道流体连通。在一些实施例中，排尘器端口140包括阀。在一些实施例中，排尘器端口140流体联接到抽吸导管，该抽吸导管便于从壳体102内移除碎片(例如，污垢、灰尘等)。

参照图5-图10，空气滤清器系统100包括过滤器元件110。过滤器元件110设置在壳体102中，并在与壳体102的第一端101相邻的第一元件轴向端111和与壳体102的第二端103相邻的第二元件轴向端113之间轴向延伸。在一些实施例中，第一端板122的一部分与盖104接合以形成密封接合。第一端板122是闭合的，第二端板124是开放的。过滤器元件110包括以圆筒方式布置的过滤介质125，其内表面138限定清洁空气出口通道148。过滤介质125在第一端板122和第二端板124之间延伸。在过滤介质125的外表面127和壳体内表面129之间限定环形脏空气入口通道131。脏空气入口通道131延伸到盖104中(例如，在外盖表面120和内盖表面121之间)，并且脏空气入口通道131与排尘器端口140流体连通。

在操作中，脏空气在入口方向112上通过空气入口106进入空气滤清器系统100，进入环形脏空气入口通道131，并在从外到内的方向上通过过滤介质125进入空气滤清器系统100。清洁空气从清洁空气出口通道148流动并沿出口方向114流动通过空气出口108。

参照图6-图8，第一端板122包括手柄组件130，手柄组件130被配置为能够通过盖开口141将过滤器元件110插入和移出壳体102。过滤器元件110可通过第一端101轴向地插入壳体102中(例如，在盖104中形成的开口内，在盖开口141内)。用户可以通过盖开口141接近和维修过滤器元件110。手柄组件130与第一端板122形成为一体件。手柄组件130包括手柄构件118和闩锁构件116。闩锁构件116包括突片126，该突片126与壳体102的孔128相互作用以将过滤器元件110锁定在壳体102内的适当位置。突片126在远离纵轴115的方向上远离闩锁构件116延伸。孔128延伸穿过第二盖凸缘150，第二盖凸缘150远离壳体102轴向地延伸。在一些实施例中，第二盖凸缘150在远离壳体102的第一端101的方向上远离盖104延伸。第二盖凸缘150与闩锁构件116接合，以将过滤器元件110保持在壳体102内。

闩锁构件116还包括握持构件136。闩锁构件116本质上是柔性的，使得用户可以向下按压握持构件136以从孔128释放突片126，并使用手柄构件118在轴向方向(例如，沿着纵向轴线115)将过滤器元件110拉出壳体102。

参照图3和图5，过滤器元件110包括圆环状环形突起132，该圆环状环形突起在过滤器元件110的第二元件轴向端113处从第二端板124的第二端板端面123轴向(例如，沿纵向轴线115)延伸。环形突起132从第二端板端面123延伸并终止于环形突起端面133。环形突起132包括径向外表面135和径向内表面137，径向外表面135和径向内表面137都在第二端板端面123到环形突起端面133之间延伸。环形突起132靠近壳体102的第二端103定位，使得环形突起132也靠近壳体102的空气入口106和空气出口108定位。当过滤器元件110处于壳体102内的安装位置时，环形突起132位于壳体102的空气出口108的径向外侧(例如，相对于壳体102的纵向轴线115)。环形突起132还位于壳体102的空气入口106的径向内侧。环形突起132以纵向轴线115为中心并位于第二端板124和壳体内表面129之间。当过滤器元件110处于壳体102内的安装位置时，环形突起132在壳体102的第二端103处抵靠壳体内表面129密封。环形突起端面133邻接壳体102的壳体内表面129并抵靠壳体102的壳体内表面129密封。环形突起132的径向外表面135邻接壳体内表面129并抵靠壳体内表面129密封。

参照图7和图9，环形突起132包括内切在环形突起132中(例如，在过滤器元件110的内部径向密封表面上)的弦(chords)134。在一些实施例中，环形突起132的直径约为第二端板124直径的90％(例如，过滤介质外径的约90％/过滤介质125的外表面127直径的约90％)。在一些实施例中，环形突起132的直径为第二端板124直径的90％或更小(例如，过滤介质外径的90％或更小/过滤介质125的外表面127直径的90％或更小)。在一些实施例中，环形突起132具有至少10毫米的长度(例如，轴向长度)。在一些实施例中，环形突起132的长度(例如，轴向长度)为至少25毫米或过滤器元件110的总长度的大约5％。

圆环状壳体突起154在朝向第一端101的方向上远离壳体102的第二端103延伸。壳体突起154远离壳体102的第二内端面156延伸。壳体突起154围绕纵向轴线115定位，并且限定了大于环形突起132的直径的直径。壳体突起154和空气出口108合作以限定环形壳体腔158，该环形壳体腔158被配置为接收环形突起132。壳体突起154可与第二端板124对接，以使第二端板124远离壳体内表面129(更具体地说，远离第二内端面156)定位。

环形突起132在过滤器元件110的径向最外部分和壳体102之间形成轴向间隙146。轴向间隙146形成在第二端板124和第二内端面156之间。间隙宽度159限定为第二端板124和第二内端面156之间的距离。轴向间隙146位于靠近壳体102的空气入口106的进入气流(由入口方向112示出)中。因此，通过空气入口106进入壳体102的进入气流进入过滤器元件110的第二端103(例如，第二端板124)和壳体102的壳体内表面129(例如，第二内端面156)之间的轴向间隙146。轴向间隙146为进入气流产生额外的流动区域。通过产生额外的流动区域，降低了压降。

使用一个或更多个密封构件将过滤器元件110抵靠壳体102(例如，在空气出口108中)密封(例如，径向密封、轴向密封)。在各种实施例中，在本文所述的空气滤清器系统100中可以形成不同类型的密封。各种类型的密封可以包括轴向的、径向的、椭圆形的等等。在一些实施例中，环形突起132包括密封构件。在一些实施例中，环形突起132由柔顺材料形成，柔顺材料被配置为在壳体腔158内压缩，并与壳体突起154和空气出口108中的至少一个形成密封接合。空气滤清器系统100可包括辅助过滤器元件160。辅助过滤器元件160可包括密封构件152，该密封构件152被配置为与空气出口108形成轴向密封。在一些实施例中，过滤器元件110包括定位在过滤介质125的外表面127上的可渗透挡板144(例如，网状包覆物)。可渗透挡板144在空气滤清器系统100的空气入口106附近围绕过滤介质125。在一些实施例中，可渗透挡板144的平均孔径在大约20微米和200微米之间。在一些实施例中，过滤器元件110包括集成的中心管，并且在一些实施例中，第一端板122与中心管分离。

参照图11，示出了相对于入口直径204的间隙宽度159绘制的无量纲压力损失202的图形200。如绘制的线206所图示，随着相对于入口直径204的间隙宽度159增加，无量纲压力损失202减小。因此，通过产生如本文所述的轴向间隙146，空气滤清器系统100的压力损失已被减小。例如，如图3所示，间隙宽度159约为入口106直径的33％。参考图形200，无量纲压力损失将大约为0.65。

本文对元件位置的引用(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)仅用于描述图中各种元件的方位。应当注意，根据其他示例实施例，各种元件的定向可以不同，并且这种变化意欲由本公开内容涵盖。此外，由一个或更多个表面形成的通道可以包括多种通道横截面形状，例如，具有圆形、矩形、椭圆形等横截面形状的通道。

如本文所使用的，术语“基本上”和类似术语旨在具有与本公开主题所涉及的本领域普通技术人员的共同和接受的用法相协调的广泛含义。回顾本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语旨在允许描述所描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制在所提供的精确数值范围内。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变(例如，在给定角度或其他值的正负5％内)被认为在所附权利要求中所述的本发明的范围内。“大约”一词用于值时，是指相关值的正负百分之五。

此处使用的术语“联接”等是指两个构件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种连接可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体形成为单个整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。

重要的是注意到，各种示例性实施例的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施例，但审阅本公开的本领域技术人员将容易认识到，对流动结构的很多修改(例如，在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)是可能的，而实质上不偏离本文所描述的主题的新颖教导和优点。例如，示出为整体形成的元件可以由多个零件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且离散元件或位置的性质或数量可以修改或改变。根据可选实施例，任何过程或方法步骤的顺序或序列可以改变或重新排序。此外，如本领域普通技术人员所理解的，来自特定实施例的特征可以与来自其他实施例的特征组合。也可在各种示例实施例的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。

Claims (20)

1.一种空气滤清器系统，包括：

壳体，其包括第一壳体端、第二壳体端和靠近所述第二壳体端的入口，所述第一壳体端具有开口；和

过滤器元件，其通过所述开口可移除地安装在所述壳体内，所述过滤器元件包括：

过滤介质，

第一端板，其在第一过滤端处联接到所述过滤介质；

开放的第二端板，其在第二过滤端处联接到所述过滤介质；和

环形突起，其在远离所述第一端板的方向上从所述开放的第二端板轴向延伸，所述环形突起抵靠所述壳体密封并在所述过滤器元件的径向最外部分和靠近所述入口的所述壳体之间形成轴向间隙；

其中通过所述入口进入所述壳体的流体流入所述轴向间隙。

2.根据权利要求1所述的空气滤清器系统，其中，所述入口与所述壳体的所述径向最外部分相切。

3.根据权利要求1所述的空气滤清器系统，其中，所述第一端板包括手柄组件，所述手柄组件包括手柄构件和闩锁，所述闩锁与形成在所述壳体中的孔接合，以将所述过滤器元件保持在所述壳体内。

4.根据权利要求1所述的空气滤清器系统，其中，所述环形突起包括环形突起外径，并且所述过滤介质包括过滤介质外径，所述环形突起外径小于所述过滤介质外径的90％。

5.根据权利要求1所述的空气滤清器系统，其中，所述环形突起包括至少10毫米的环形突起长度。

6.根据权利要求1所述的空气滤清器系统，其中，所述第一端板延伸出所述第一壳体端的所述开口。

7.根据权利要求1所述的空气滤清器系统，其中，所述壳体还包括盖，所述盖靠近所述第一壳体端可移除地联接到所述壳体，所述盖限定所述开口，所述开口被构造成接收所述过滤器元件，所述过滤器元件在以下情况下延伸穿过所述盖：

当所述盖联接到所述第一壳体端；且

所述过滤器元件定位在所述壳体内时。

8.根据权利要求7所述的空气滤清器系统，其中：

所述第一端板包括手柄组件，所述手柄组件包括手柄构件、闩锁和远离所述闩锁延伸的突片；并且

所述盖包括盖凸缘，所述盖凸缘在远离所述第二壳体端的方向上远离所述盖轴向延伸，所述盖凸缘包括孔，所述孔被配置为接收所述突片以将所述过滤器元件保持在所述壳体内。

9.根据权利要求7所述的空气滤清器系统，其中，所述过滤器元件能够与所述盖接合以形成基本液密的密封接合。

10.一种轴向负载过滤器元件，包括：

过滤介质，

闭合的第一端板，其在第一过滤端处联接到所述过滤介质并包括手柄组件；

开放的第二端板，其在第二过滤端处联接到所述过滤介质；和

环形突起，其从所述开放的第二端板轴向延伸，所述环形突起的环形突起直径小于过滤介质外径的90％。

11.根据权利要求10所述的轴向负载过滤器元件，其中，所述手柄组件包括手柄构件和闩锁，所述闩锁与形成在壳体中的孔接合，以将所述轴向负载过滤器元件保持在所述壳体内。

12.根据权利要求10所述的轴向负载过滤器元件，其中，所述环形突起包括至少10毫米的环形突起长度。

13.根据权利要求10所述的轴向负载过滤器元件，还包括密封构件，所述密封构件靠近所述闭合的第一端板围绕所述过滤介质定位，所述密封构件被配置为接合壳体的盖以形成基本液密的密封。

14.根据权利要求10所述的轴向负载过滤器元件，还包括包覆在所述过滤介质周围的可渗透挡板，所述可渗透挡板的平均孔径介于20微米和200微米之间，包括20微米和200微米。

15.一种空气滤清器系统，包括：

壳体，其包括第一壳体端、第二壳体端、入口和盖，所述入口靠近所述第二壳体端，所述盖靠近所述第一壳体端可移除地联接到的所述壳体的主体，所述盖包括外盖表面和内盖表面，所述外盖表面和所述内盖表面径向地分开盖厚度，所述内盖表面限定盖开口；和

过滤器元件，其通过所述盖开口可移除地安装在所述壳体内，所述过滤器元件包括：

过滤介质，

第一端板，其在第一过滤端处联接到所述过滤介质；

开放的第二端板，其在第二过滤端处联接到所述过滤介质；和

环形突起，其从所述开放的第二端板沿远离所述第一端板的方向轴向延伸。

16.根据权利要求15所述的空气滤清器系统，其中，所述第一端板包括可移除地联接到所述盖的手柄组件。

17.根据权利要求16所述的空气滤清器系统，其中：

所述手柄组件包括手柄构件和闩锁，所述闩锁包括突起；并且

所述盖包括盖凸缘，所述盖凸缘在远离所述第二壳体端的方向上远离所述盖轴向延伸，所述盖凸缘包括孔，所述孔被配置为接收所述突起并将所述过滤器元件可移除地联接在所述壳体内。

18.根据权利要求15所述的空气滤清器系统，其中，所述壳体还包括壳体突起，所述壳体突起在朝向所述第一壳体端的方向上远离所述第二壳体端轴向延伸，所述壳体突起促进所述开放的第二端板和所述壳体的第二内端面之间的分离，以形成具有间隙宽度的轴向间隙，其中通过所述入口进入所述壳体的流体流入所述轴向间隙。

19.根据权利要求18所述的空气滤清器系统，其中，所述壳体进一步包括出口，所述出口与所述壳体突起配合以形成用于接收所述环形突起的壳体腔，所述环形突起与所述壳体腔配合以形成基本液密的密封。

20.根据权利要求15所述的空气滤清器系统，其中，所述过滤器元件还包括密封构件，所述密封构件靠近所述第一端板围绕所述过滤介质定位，所述密封构件被配置为与所述盖接合以形成基本液密的密封。

Images