JP2023518270A - 能動的なプレクリーナシステム及び使用方法 - Google Patents

Abstract

動力装置の吸気を濾過するためのエアクリーナアセンブリは、エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと、空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ、及び分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、フィルタカートリッジの上流に配置されるプレクリーナアセンブリと、分離された粒子状物質を捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合された電気モータを含む捕集システムと、プレクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び動力装置に関連付けられた車両のうちの１つ又は複数に関連するパラメータに関する入力信号を生成する入力センサと、入力センサからの入力信号に基づいて捕集システムの速度を操作するコントローラとを含むことができる。

Description

本出願は、ＰＣＴ国際出願として２０２１年３月１９日に提出され、２０２０年３月２０日に提出された米国仮特許出願第６２／９９２，８３４号に付与された優先権の利益を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、典型的には内燃機関の吸気など、空気を濾過するのに使用するためのフィルタ装置に関し、より詳細には、所望の濾過能力を提供するためにハウジング内に配置された複数の構成要素を含むフィルタアセンブリに関する。

空気又は他のガスの濾過は、多くのシステムにおいて望ましいものである。典型的な用途は、内燃機関への吸気の濾過である。別の用途は、クランクケース換気フィルタアセンブリの濾過である。一般的に、このようなシステムは、整備可能なフィルタカートリッジをその中に有するフィルタアセンブリを含む。一定期間使用した後、フィルタハウジング内のフィルタ媒体は、清掃又は完全な交換のいずれかによる整備を必要とする。一般的に、例えば車両の内燃機関と共に使用されるエアクリーナ又はクランクケース換気フィルタアセンブリでは、フィルタ媒体は、一般的にフィルタ要素又はカートリッジと称される、取り外し可能で交換可能な、すなわち整備可能な構成要素に収容される。いくつかの用途、特に機械が過酷な環境で動作する用途において、フィルタ媒体の寿命を延ばすために、気流の流れから比較的大きな汚染物質を除去するために、プレクリーナアセンブリを利用することができる。

動力装置の吸気を濾過するためのエアクリーナアセンブリは、エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと、空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ、及び分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、フィルタカートリッジの上流に配置されるプレクリーナアセンブリと、分離された粒子状物質を捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合された電気モータを含む捕集システムと、プレクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び動力装置に関連付けられた車両のうちの１つ又は複数に関連するパラメータに関する入力信号を生成する入力センサと、入力センサからの入力信号に基づいて捕集システムの速度を操作するコントローラとを含むことができる。

いくつかの例において、動作パラメータは、空気流れストリーム中の感知された塵埃の状態、車両のＧＰＳ位置、プレクリーナアセンブリを横切る空気流れストリームの感知された圧力降下、プレクリーナアセンブリの塵埃除去効率、及びプレクリーナアセンブリを通過する空気流れストリームの空気流量、のうちの１つ又は複数である。

いくつかの例において、コントローラは、動作パラメータの閾値を超えると、捕集システムを停止するように命令する。

いくつかの例において、コントローラは、捕集システムの速度を制御するための少なくとも１つの入力を受信し、少なくとも１つの入力信号は、車両速度、エンジン速度、エンジン負荷、オペレータ入力、車両の位置、フィルタ要素を横切る圧力降下、プレクリーナアセンブリを通る質量空気流量、水分又は水の存在、車両又はエンジン振動、フィルタ交換頻度又はフィルタ交換回数、フィルタ識別情報、及びエンジン又は車両識別情報、のうちの１つ又は複数に対応する。

エアクリーナアセンブリのための捕集システムを作動させる方法は、エアクリーナアセンブリのハウジング内にフィルタカートリッジを提供することと、空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータと、分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートとを含むプレクリーナアセンブリを提供することであって、プレクリーナアセンブリはフィルタカートリッジの上流に配置されている、提供することと、分離された粒子状物質を捕集ポートから排出するための捕集システムを提供することと、プレクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び動力装置に関連付けられた車両のうちの１つ又は複数に関連するパラメータに関する少なくとも１つの入力信号をコントローラで受信することと、少なくとも１つの入力に基づいて、コントローラで捕集システムの速度を操作することとを含むことができる。本方法は、捕集システムを横切る圧力が少なくともプレクリーナ内の圧力に等しくなることを保証するように捕集システムの速度を操作することをさらに含むことができる。

いくつかの例において、入力信号パラメータは、空気流れストリーム中の感知された塵埃の状態、車両のＧＰＳ位置、プレクリーナアセンブリを横切る空気流れストリームの感知された圧力降下、プレクリーナアセンブリの塵埃除去効率、及びプレクリーナアセンブリを通過する空気流れストリームの空気流量、のうちの１つ又は複数である。

いくつかの例において、入力信号パラメータは、車両位置入力を含み、コントローラは、車両位置入力が所定の地理的地域の内側又は外側の位置に対応する場合、捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、入力は、車両速度、車両エンジン速度、及び車両エンジン負荷入力のうちの１つ又は複数を含み、車両速度、車両エンジン速度、及び車両エンジン負荷のうちの１つ又は複数が所定の閾値を超えるか又は下回ると、コントローラは捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、入力は、プレクリーナアセンブリ及びフィルタ要素を横切る空気圧降下のうちの一方又は両方に対応する入力を含み、コントローラは、空気圧降下が所定の閾値を超えるか又は下回ると、捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、入力は、音響入力及び振動入力の一方又は両方に対応する入力を含み、コントローラは、音響入力又は振動入力が所定の閾値を超えるか又は下回ると、捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、入力は、フィルタ要素の取り換え又は清掃頻度及びフィルタ要素の取り換えの合計回数のうちの一方又は両方に対応する入力を含み、コントローラは、取り換え又は清掃頻度入力又はフィルタ要素の取り換えの合計回数入力が所定の閾値を超えるか又は下回ると、捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、入力は、フィルタ要素の識別情報、エンジンの識別情報、及び車両の識別情報のうちの１つ又は複数に対応する入力を含み、コントローラは、フィルタ要素、エンジン、及び車両のうちの１つ又は複数の識別情報に基づき捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、入力は、プレクリーナアセンブリを通る空気流量及びフィルタ要素を通る空気流量の一方又は両方に対応する入力を含み、コントローラは、空気流量が所定の閾値を超えるか又は下回ると、捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、入力は、気象予報機関から受信したデータを介して特定された気象状態パラメータを含み、コントローラは、気象状態パラメータが所定の閾値を超えるか又は下回ると、捕集システムを作動させる。

いくつかの例において、方法は、捕集システムモータに速度信号出力を送信することと、捕集システムモータから速度信号入力を受信することと、速度信号入力と速度信号出力との間の差が閾値を超える場合、出力整備信号を生成することとをさらに含む。

いくつかの例において、方法は、最小動作状態及び高動作状態の一方又は両方で捕集システムを作動させることをさらに含み、最小動作状態及び高動作状態のいずれかに関連するパラメータが満たされると、コントローラは捕集ファンモータに対する出力を上書きして異なる速度にする。

動力装置の吸気を濾過するためのエアクリーナアセンブリは、エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと；空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ及び分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、フィルタカートリッジの上流に位置するプレクリーナアセンブリと；分離された粒子状物質を捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合された電気モータを含む捕集システムと；捕集システムを横切る差圧が少なくともプレクリーナ内の圧力に等しいかそれを上回るように電気モータの速度を操作する制御システムとを含むことができる。

いくつかの例において、エアクリーナは、プレクリーナとフィルタカートリッジとの間の圧力を感知するように配置された第１の圧力センサを含むことができ、コントローラは、第１の圧力センサから入力を受信し、入力に基づいて捕集システムモータに出力信号を送信する。

いくつかの例において、コントローラは、第１の圧力センサにおける感知された圧力に基づいて、プレクリーナ内の圧力を決定する。

いくつかの例において、コントローラは、第１の圧力センサにおける感知された圧力に基づいて、プレクリーナ内の圧力を決定するための伝達関数を含む。

いくつかの例において、伝達関数は、プレクリーナを通る空気質量流量とプレクリーナ内の圧力との間の第１の相関と、プレクリーナを通る空気質量流量と、プレクリーナとフィルタカートリッジの間の圧力との間の第２の相関とを含む。

いくつかの例において、エアクリーナは、プレクリーナ内の圧力を感知するように配置され、コントローラへの入力を提供する第２の圧力センサをさらに含む。

いくつかの例において、コントローラは、第１の圧力センサで感知された圧力が閾値を超えると、捕集システムモータを最大動作速度で作動させる。

いくつかの例において、第１の圧力センサで感知された圧力が閾値を超えると、コントローラは、プレクリーナアセンブリに関連する出力整備信号を送信する。

いくつかの例において、捕集システムモータへの出力信号は、回転速度制御信号である。

いくつかの例において、回転速度制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号である。

いくつかの例において、制御システムは、ＰＷＭ信号を捕集システムを横切る圧力降下に相関させる第１のマップを含む。

いくつかの例において、制御システムは、捕集ファンＰＷＭ信号、捕集システムを通る流量、及び第１の圧力センサにおける圧力信号を相関させる１つ又は複数の圧力マッピング曲線を含む。

いくつかの例において、制御システムは、第１の圧力センサ入力から捕集システムモータ速度出力ＰＷＭ信号を生成する伝達関数を含み、伝達関数は、第１のマップ及び１つ又は複数の圧力マッピング曲線から導出される。

いくつかの例において、制御システムは、それより下で捕集システムモータは作動されない最小回転速度設定値を含む。

動力装置の吸気を濾過するためのエアクリーナアセンブリは、エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと；空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ及び分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、フィルタカートリッジの上流に位置するプレクリーナアセンブリと；分離された粒子状物質を捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合されたモータを含む捕集システムと；捕集システムモータに速度信号出力を送信し、捕集システムモータから速度信号入力を受信するコントローラを含む制御システムであって、コントローラは、速度信号入力と速度信号出力との差が閾値を超える場合、出力整備信号を生成する制御システムとを含むことができる。

いくつかの例において、コントローラは、プレクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び／又は動力装置に関連付けられた車両に関連する１つ又は複数の動作パラメータに関する入力信号の関数として捕集システムモータ速度を操作する。

エアクリーナは、エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと；空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ及び分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、フィルタカートリッジの上流に配置されたプレクリーナアセンブリと；分離された粒子状物質を捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合されたモータを含む捕集システムと；速度が、プレクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリ、エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び／又は動力装置に関連付けられた車両に関連する１つ又は複数の動作パラメータに関連する入力信号の関数である通常動作モードにおいて捕集システムモータの速度を変化させるコントローラとを含むことができ、コントローラは、最小動作状態と高動作状態のうちの一方又は両方を含み、コントローラは、最小及び高動作状態のいずれかに関連するパラメータが満たされると、捕集ファンモータに対する出力を上書きして異なる速度にする。

いくつかの例において、最小動作状態は、プレクリーナ内の最小圧力に関連するパラメータを含む。

いくつかの例において、最小動作状態は、捕集ファンモータの最小回転速度設定値に関連するパラメータを含む。

いくつかの例において、高動作状態は、プレクリーナ内の最大圧力に関連するパラメータを含む。

本発明は添付の図を参照してさらに説明され、ここで同様の構造はいくつかの図を通して同様の数字によって参照される。

本開示による特徴を有するエアクリーナアセンブリ、捕集システム、及び制御システムを含むシステムの概略図である。 図１に示されるシステムで使用可能な例示的なエアクリーナアセンブリの概略斜視図である。 図２に示されるエアクリーナアセンブリの概略断面図である。 図１に示される制御システムの制御プロセスを示す図である。 図４に示される制御プロセスの通常動作状態を示す図である。 図５に示される通常動作状態の一例を示す図である。 図５に示される通常動作状態の一例を示す図である。 図４に示される制御プロセスの例示的な最小動作状態を示す図である。 図４に示される制御プロセスの例示的な最小動作状態を示す図である。 図４に示される制御プロセスの例示的な高動作状態を示す図である。 図４に示される制御プロセス及び図１に示される制御システムで使用可能な例示的な監視プロセスを示す図である。 図４に示される制御プロセス及び図１に示される制御システムで使用可能な例示的な監視プロセスを示す図である。 図１～３に示されるエアクリーナアセンブリのエンジン流量に対するセパレータ効率を従来技術システムと比較して示す概略グラフ表示である。 図１３に示されるエアクリーナアセンブリ及び捕集システムの性能試験を示すグラフ図である。 動作時間とエンジン体積流量との間の例示的な関係を示すグラフ図である。 図１５に表された動作状態に基づく、フィルタ質量利得とエンジン体積流量との間の例示的な関係を示すグラフ表示である。

ここに、例示的なフィルタアセンブリ、フィルタカートリッジ、その特徴及び構成要素が記載され、描かれている。様々な特定の特徴及び構成要素が、詳細に特徴付けられる。多くは利点を提供するために適用することができる。しかしながら、本開示に一致する何らかの利点を提供するために、様々な個々の特徴及び構成要素を、記載された特徴及び特性の全てを有する全体的なアセンブリに適用するべきであるという要求は特にない。

図１を参照すると、エアクリーナアセンブリ１００、捕集システム４５０、及び制御システム５００を含むシステムが概略的に提示されている。描かれているように、エアクリーナアセンブリ１００は、プレクリーナ４００及びフィルタカートリッジ２００、３００を含み、これらは、清浄な空気が内燃機関又は圧縮機などの空気消費装置１２に送達され得るように、空気流１４から粒子状物質を順次除去する。捕集システム４５０は、分離された粒子状物質をエアクリーナアセンブリ１００から除去するように動作する。エアクリーナアセンブリ１００、捕集システム４５０、及び制御システム５００は、以下の段落でさらに詳細に記載される。

図２及び３を参照すると、エアクリーナアセンブリ１００が提示されている。一態様において、エアクリーナアセンブリ１００は、内部キャビティ１０４を画定するハウジング１０２を含む。ハウジング１０２は、カバー１０８がハウジング１０６から取り外されると内部キャビティ１０４にアクセスすることを可能にするメインハウジング１０６及びカバー１０８として構成され得る。カバー１０８は、当技術分野で知られている任意の数の方法又はアプローチを用いて、例えばオーバーセンターラッチ、相互作用ラグ等によって、ハウジング１０８に固定することができる。一態様において、ハウジング１０２は、生の、未処理の空気を受け入れるための入口１１０と、清浄な、濾過された空気を排出するための出口１１２とを含む。

図３を参照すると、第１のフィルタカートリッジ２００、第２のフィルタカートリッジ３００、及びプレクリーナアセンブリ４００が、ハウジング１０２の内部キャビティ１０４内に示されている。これらの構成要素は、集合的に、入口１１０で受け入れた未濾過の空気を、出口１１２に送達される清浄な濾過された空気に変換する。

一態様において、第１のフィルタカートリッジ２００は、一般に、プレクリーナアセンブリ４００と第２のフィルタカートリッジ３００との間に位置決め可能である。典型的な配置では、第１のフィルタカートリッジ２００は、エアクリーナアセンブリ内部キャビティ１０４内に取り外し可能に位置決めされ、典型的には、所望及び／又は必要に応じて取り外し可能で交換可能な整備部品であると考えられるであろう。一態様において、第１のフィルタカートリッジ２００は、プレクリーナアセンブリ４００から予備浄化された空気を受け取るための入口流れ面２０４と、濾過された空気を送達するための出口流れ面２０６とを有する媒体パック２０２を含む。示された例では、媒体パック２０２は、オブラウンド（ｏｂｒｏｕｎｄ）又はレーストラック断面形状を有する。しかしながら、円形、楕円形、及び矩形の断面形状など、他の形状も可能である。一態様において、媒体パック２０２は、入口及び出口流れ面２０４、２０６の間に延びる外周部２０８を画定する。示された例では、媒体パック２０２は、コイル状媒体構造、例えば、溝付き（典型的には波形）媒体シートと、共に平行溝を規定して溝付き又はＺフィルタ媒体構造を形成する対面媒体シートとを有する媒体構造から形成されている。媒体パック２０２に適した媒体構造は、「媒体の種類と構成」のセクションでより詳細に考察される。一態様において、フィルタカートリッジ２００は、内部キャビティを通過するすべての空気が媒体パック２０２を通過しなければならないように、ハウジング１０２の内面に対してシールを形成するシール部材２１０を含む。

一態様において、第２のフィルタカートリッジ３００は、一般に、出口１１２と第１のフィルタカートリッジ２００との間に位置決め可能である。典型的な配置では、第２のフィルタカートリッジ３００は、エアクリーナアセンブリの内部キャビティ１０４内に取り外し可能に位置決めされ、典型的には、所望及び／又は必要に応じて取り外し可能で交換可能な整備部品であると考えられるであろう。一態様において、第２のフィルタカートリッジ３００は、第１のフィルタカートリッジ２００から空気を受け取るための入口流れ面３０４と、濾過された空気を出口１１２に送達するための出口流れ面３０６とを有する媒体パック３０２を含む。示された例では、媒体パック３０２は、オブラウンド又はレーストラック断面形状を有する。しかしながら、円形、楕円形、及び矩形の断面形状など、他の形状も可能である。一態様において、媒体パック３０２は、入口及び出口流れ面３０４、３０６の間に延びる外周部３０８を画定する。示された例では、媒体パック３０２はプリーツ付き媒体から形成される。媒体パック３０２に適した媒体構造は、「媒体の種類と構成」のセクションでより詳細に考察される。一態様において、フィルタカートリッジ３００は、内部キャビティを通過する全ての空気が媒体パック３０２を通過しなければならないように、ハウジング３０２の内面に対してシールを形成するシール部材３１０を含む。

図２及び３を参照すると、プレクリーナアセンブリ４００は、２段式エアクリーナアセンブリであるとして示されており、複数のセパレータ管配置４０２を含む。プレクリーナアセンブリ４００は、空気がそこに位置決めされた第１のフィルタカートリッジ２００に到達する前に、エアクリーナアセンブリ１００に空気ストリームによって運ばれる選択された物質（汚染物質）を予備浄化するのに使用可能である。このような予備浄化は、一般に、雨水又は飛沫水等などの液体微粒子及び／又は様々な（特に大きな）塵埃又は他の粒子の実質的な除去につながる。示された例では、プレクリーナアセンブリ４００によって除去された汚染物質は、ハウジング１０２を通って延びる排出ポート１１４を介して内部キャビティ１０４から放出され得る。いくつかの実施例では、プレクリーナアセンブリ４００は、アクセスカバー１０８の一部を構成する。

示された例では、プレクリーナアセンブリ４００は、互いに固定された２つのシェル又はカバー構成要素：外側（入口）カバー部分４０４及び内側（出口管）カバー部分４０６を含む。本明細書で特徴付けられるいくつかの用途では、構成要素４０４、４０６は、スナップフィット又は他の方法で一緒に固定されるが、清掃を容易にするために分離可能であるように構成されている。しかしながら、本明細書で特徴付けられる技術のいくつかの適用において、２つのカバー又はシェル構成要素４０４、４０６は、組み立て中に一緒に固定され、再び分離できないことが可能である。

前述のように、プレクリーナアセンブリ４００は、複数のセパレータ管配置４０２を備えることができる。図３で最も容易に分かるように、セパレータ管配置４０２のそれぞれは、入口端４０２ａ及び出口端４０２ｂを備えることができる。入口端４０２ａに近接して、セパレータ管配置４０２のそれぞれは、出口端４０２ｂに向かう方向に延びる入口流れ管４０２ｄ内に配置されたベーン配置４０２ｃを備えている。提示されるように、ベーン配置４０２ｃ及び入口流れ管４０２ｄは、外側カバー４０４内に一体的に形成される。しかしながら、これらの構成要素は、代替的に、別個に提供され、後で外側カバー４０４に、例えば、圧入によって取り付けられてもよい。提示された例では、入口内側カバー４０６は、管シート４０２ｆから突出する複数の出口流れ管４０２ｅを含む。出口流れ管４０２ｅのそれぞれは、入口端４０２ａに向かって突出し、入口流れ管４０２ｄを部分的に受け、環状又はギャップ４０２ｇが入口及び出口流れ管４０２ｄの間に存在する。

プレクリーナアセンブリ４００の一般的な動作は、再度、エアクリーナアセンブリ１００に入る際に物質（汚染物質）を分離して、ハウジング１０２の出口ポート１１４を介した排出を可能にすることである。これは、特定の物質が、内部に受け入れられたフィルタカートリッジ構成要素（例えば、フィルタカートリッジ１００、２００）に決して到達しないように阻止するものである。一般に、各管４０２は、内部で実施される汚染物質の遠心分離で動作する。これを達成するために、入口端４０２ａに入る空気は、一般に、ベーン配置４０２ｃのベーンによってサイクロンパターンに導かれるように。この作用により、汚染物質は、入口流れ管４０２ｄに対して押し付けられ、プレクリーナ４００のより大きな内部容積４１２に押し込まれ、その後、最終的にポート１１４を介して排出される。出口流れ管４０２ｅの入口端は、入口流れ管４０２ｃの出口端内に位置しているので、分離されて入口流れ管４０２ｃの内壁に対して押し付けられることができる汚染物質は、出口流れ管４０２ｅに入ることができない。管シート４０２ｆは、空気セパレータ管４０２によって分離された全ての空気が出口流れ管４０２ｅを通して導かれなければならないように、内側カバー４０６とエアクリーナアセンブリ１００の下流部分との間の空気流れを遮断する。本明細書に開示されたシステムで使用可能な例示的なセパレータ管配置は、２０１５年１２月２３日に提出されたＰＣＴ国際特許出願公開番号国際公開第２０１６／１０５５６０号パンフレットに示され記載されており、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。代替の配置が存在する。本明細書の概念から逸脱することなく、他のタイプのプレクリーナを使用することができる。例えば、２０１８年５月１８日に提出され、ＰＲＥＣＬＥＡＮＥＲ ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴ ＦＯＲ ＵＳＥ ＩＮ ＡＩＲ ＦＩＬＴＲＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤＳと題された米国特許出願シリアル番号第６２／６７３，５８３号明細書に開示されたタイプの単一ベーンプレクリーナを使用してもよく、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。

図１に戻って参照すると、ダクト又はアダプタを介してなど、直接的又は間接的に捕集ポート１１４に接続される捕集システム４５０が提供され得る。いくつかの動作環境は、重力のみによって排出ポート１１４を介して容易に除去できない低密度の粒子状物質をプレクリーナの内部容積４１２内に捕捉する。示される例では、捕集システム４５０は、捕集ポンプ４５０として構成され、モータ４５４、例えば電気モータ４５４によって駆動されるファン又はファン４５２を含んでいる。したがって、内部容積４１２を排気すること、又は少なくとも内部容積４１２を排気することを確実にすることが望まれる場合、後述の制御システム５００は、モータ４５４を作動させて真空を生成し、内部容積４１２から粒子状物質を引き抜いて放出することが可能である。捕集システム４５０は、独立したモータ４５４を含むので、捕集システム４５０は、動力装置１２及び動力装置１２が搭載され得る車両１０の動作から独立して動作させることができる。したがって、活性化及び速度制御捕集システム４５０は、典型的な捕集システムの使用では不可能な様々なパラメータを満たすように制御することができる。

図１３を参照すると、従来技術の捕集システムを有するエアクリーナ１００（線９０２）と本開示の捕集システム４５０を有するエアクリーナ１００（線９０４）との比較を示すグラフ表現９００が提供され、パーセントで表されるセパレータ効率は、単位なしのスケール化された形式で表される体積エンジン流量に対してプロットされている。一般に、捕集システムは、典型的には、捕集流量がエンジン流量の一定割合に等しくなるように設計される。このような構成は、エンジン流量と捕集流量との間に一定の関係があるため、結合システムと呼ぶことができる。線９０２は、捕集流量がエンジン流量の１０％に等しい結合システムを表しており、セパレータ効率は、比較的低いエンジン流量では８６％未満であり、最大エンジン流量では約９３％でピークとなり、時間平均したセパレータ効率は約８８．３％であることが分かる。

結合システムとは対照的に、捕集システム４５０の流量は、エンジン流量とは独立して制御可能である。例えば、捕集システム４５０は、セパレータ効率を高めるために、結合システムと比較して、低いエンジン流量及び中間のエンジン流量において、比較的高い流量を有するように制御することができる。このような構成は、非結合システムと呼ばれることがある。線９０４は、捕集システム４５０の流量がエンジン流量の非固定関数として計算される非結合システムを表している。このようなアプローチでは、図１３に線９０４として示されているように、セパレータ効率は、比較的低いエンジン流量で約８９％まで増加し、最大エンジン流量で９４％を超えるピークとなり、時間平均したセパレータ効率は約９１．４％であり、開示された非結合システムの時間平均したセパレータ効率において３．１％の増加を示すことが分かる。したがって、典型的な結合システムに対する非結合システムの利点は、最小セパレータ効率の増加、最大セパレータ効率の増加、及び時間平均セパレータ効率の増加として表すことができる。

図１４を参照すると、捕集システム４５０がある場合とない場合の様々な構成におけるエアクリーナ１００の実際の試験結果を示すグラフ表現が提供されている。このグラフ表現は、エアクリーナ１００を通る流量と比較した捕集圧力（Ｙ軸）の比較を示している。一般に、高い捕集圧力は、分離された粒子状物質をより効果的にプレクリーナから排出するのに有益である。示されるように、線９１２乃至９１８は、捕集システム４５０を使用せず、その代わりに、エアクリーナ１００を通る空気流れに対し一定の割合で増加する従来技術の捕集吸引圧力に依存するエアクリーナ１００の試験結果を示す。試験９１２乃至９１８は、結合された又は固定された捕集パーセントで行われ、捕集レベルは試験９１２乃至９１４まで漸進的に増加する。これらの試験のそれぞれについて、捕集圧力が低流量でゼロに近いことが観察され、それによって、これらの流量でほとんど又は全く有効な捕集がないことを示すことができる。ライン９２０乃至９２４を参照すると、捕集システム４５０は、エアクリーナ１００に接続され、第１の速度（９２０）、第１の速度より高い第２の速度（９２２）、及び第２の速度より高い第３の速度（９２４）で作動される。図１４で容易に分かるように、捕集ポンプ４５０を有する試験速度のそれぞれの捕集圧力は、捕集ポンプ４５０を含まない試験と比較して、低いシステム流量で著しく高い捕集圧力をもたらす。これらの捕集圧力の利点は、動作システム流量全体を通して発揮される。前述したように、捕集ポンプ４５０は、動力装置１２によって引き起こされるエアクリーナ１００を通る主空気流れから独立して制御可能であり、したがって、従来技術タイプのシステムを用いて可能であるよりも低いエアクリーナ流量でより高レベルの捕集流れを提供することが可能である。

セパレータ効率の増加はフィルタ負荷の減少につながるので、結合システムに対する非結合システムのさらなる利点は、フィルタ寿命の延長として表すこともできる。この利点は、図１５に示す動作条件下での結合システム９４２と非結合システム９４４の実際の試験結果を示す図１６で示されるグラフ９４０で示される。グラフ９４０において、非結合システム９４４に対するフィルタ質量利得は、あらゆるエンジン体積流量において、結合システム９２２に対するフィルタ質量利得よりも小さく、最大の改善は、中間動作流量条件において発生することが分かる。その結果、図１６に描かれた試験は、捕集流量をエンジン流量の１０％に設定した標準的な結合システムと比較して、捕集システム４５０を用いた非結合システム９４４のフィルタ負荷が２６．３％減少したことを示す。

典型的には、結合型捕集システムは排気流によって駆動され、そのため、捕集流量は所与のエンジン条件に対して最大値を有する。これに対し、非結合型捕集システムは、提供される入力に基づき、任意の条件で自由に動作することができ、これにより、フィルタ寿命、圧力降下、エネルギー消費等など、最適化されたシステム性能を提供する柔軟性が提供される。これらの入力は、非結合型捕集システムに最適な性能を決定するためにＧＰＳ位置情報から様々な気象関連センサまで多岐にわたり、後のセクションで詳細に説明される。

コントローラ５００及び動作モード
図１を引き続き参照すると、電子コントローラ５００は、プロセッサ５００Ａと、ＲＡＭ、フラッシュドライブ又はハードドライブなどの非一時的記憶媒体又はメモリ５００Ｂを含むものとして概略的に示されている。メモリ５００Ｂは、プロセッサ５００Ａがコードを実行する間、実行可能なコード、動作パラメータ、及びオペレータユーザインターフェース５０２からの入力を記憶するためのものである。メモリ５００Ｂはまた、マップ及び／又はルックアップテーブルなどの参照情報５００Ｄを記憶するためのものであってもよい。電子コントローラはまた、オートメーションシステムに関連するＷＡＮ／ＬＡＮとの双方向通信のためのイーサネットポートなどの送信／受信ポート５００Ｃを含むものとして示されている。ユーザインターフェース５０２は、システムを起動及び停止するために提供されてもよく、ユーザがコントローラ５００に対する特定の設定又は入力を操作し、システム動作に関する情報を見ることを可能にする。

電子コントローラ５００は、典型的には、少なくとも何らかの形態のメモリ５００Ｂを含む。メモリ５００Ｂの例は、コンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、プロセッサ５００Ａによってアクセスされることができる任意の利用可能な媒体を含む。例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読記憶媒体及びコンピュータ可読通信媒体を含む。

コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータなどの情報を記憶するように構成された任意のデバイスに実装された揮発性及び不揮発性の、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体を含む。コンピュータ可読記憶媒体は、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、電気的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、コンパクトディスク読み取り専用メモリ、デジタル多用途ディスク又は他の光ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又は他の磁気ストレージデバイス、又は所望の情報を記憶するのに使用でき、プロセッサ５００Ａによってアクセスできる他の任意の媒体を含むが、これだけに制限されるものではない。

コンピュータ可読通信媒体は、典型的には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータを搬送波又は他の搬送メカニズムなどの変調データ信号で具現化し、任意の情報配信媒体を含む。「変調データ信号」という用語は、信号内に情報をエンコードするような方法でその特性の１つ又は複数が設定又は変更された信号を意味する。例として、コンピュータ可読通信媒体は、有線ネットワーク又は直接有線接続などの有線媒体、及び音響、無線周波数、赤外線、及び他の無線媒体などの無線媒体を含む。また、上記のいずれかの組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれる。

電子コントローラ５００はまた、捕集システム４５０を動作させるために使用され得る多数の入力／出力を有するものとして示されている。例えば、前述したように、モータ４５４は、コントローラ５００から出力５０４を受信することができる。コントローラ５００によって受信され得る入力５０６の例は、パラメータ５０６ａである。パラメータ５０６ａは、車両１０、動力装置１２、エアクリーナ１００、プレクリーナ４００、又は他の何らかに関連し得る。パラメータ５０６ａの例は、車両の速度、エンジン速度、エンジン又は車両動作時間、エンジン質量流量、オペレータインターフェース信号、車両位置（例えば、統合ＧＰＳユニット経由又は車両ＧＰＳユニット経由のＧＰＳ位置入力）、差圧信号（例えば、フィルタカートリッジ１００を横切る）、水の存在信号、車両、エンジン、又はエアクリーナアセンブリ振動信号５０６（例えば、加速度計入力）、フィルタカートリッジの交換又は清掃頻度、フィルタカートリッジ識別情報、エンジン識別情報、空気流量、音響センサを介した音響レベル（振動の代理としての使用）、及び／又は粒子状物質センサ（例えば、レーザリアルタイム光学粒子カウンタ）を介した空気品質入力である。コントローラ５００は、捕集システム及び関連システムの望ましい動作のための追加の入力及び出力も含むことができる。例えば、及び図１及び３で示すように、コントローラ５００は、プレクリーナ内の圧力に関連する第１の圧力センサＰ１、プレクリーナとメインフィルタ要素２００との間に位置する第２の圧力センサＰ２、メインフィルタ要素２００と安全フィルタ要素３００との間に位置する第３の圧力センサＰ３、及び安全フィルタ要素３００の下流に位置する第４の圧力センサＰ４を含むことが可能である。コントローラ５００は、捕集ファンモータ４５４からの入力信号、例えば、モータ４５４及びファン４５２の実際の回転速度を示す速度入力信号も含むことができる。気象データに関する追加の入力センサ、例えば、コントローラ５００と通信する温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、湿気又は雨センサ、風向及び速度センサ、雲センサ、及び／又は日射センサも含むことができる。いくつかの例において、電子コントローラ５００は、例えば車両又はＣＡＮＢＵＳネットワークを介して車両コントローラ２２と通信する、電源２０から電力を受ける独立したコントローラである。そのような場合、既に考察されたものを超えて、追加の車両情報をコントローラによって利用することができ、例えば、車両の燃費をコントローラへの入力として使用することができる。いくつかの例において、車両制御システムは、電子コントローラ５００として機能する。

図４を参照すると、捕集ファンモータ４５４が通常動作状態で制御される例示的な動作構成１０００が示されており、捕集ファンモータ４５４の速度は、最小動作状態制御に関する状態又は高動作状態制御に関する状態の場合に変更又は上書きされる。したがって、及び一般化された用語において、ステップ１００２で捕集システムを起動することができ、１００４で捕集ファンモータを通常動作モードで動作させることができる。以下でさらに説明するように、通常動作モードは、１つ又は複数の選択されたパラメータに基づく任意の制御アプローチとすることができる。ステップ１００６及び１００６において、システムは、それぞれ最小動作状態及び高動作状態について監視する。ステップ１０１０において、最小動作状態に関連する状態が満たされたとき、捕集モータ速度は、最小動作モード及び通常動作モードに関連するもののうち高い方に制御される。同様に、ステップ１０１２で、高動作状態に関連する状態が満たされたとき、捕集モータ速度は、高動作モード及び通常動作モードに関連するもののうち高い方に制御される。このようなアプローチにより、特定の状態が当てはまるときに適用することができる通常動作状態に対する最小境界及び高境界を提供することによって、捕集システム４５０の制御が強化される。

図５を参照すると、通常動作モードが、１１０２でシステムのパラメータを監視し、１１０４でパラメータに関連する設定値を決定し、設定値を満たすために捕集ファンモータ４５４に制御信号を送信することを含む、一般化されたプロセス１１００が示されている。通常動作モードの一例において、モータ４５４の速度は、プロセス１２００と共に図６で一般的に示されるように、エンジン流量の関数である捕集流量を達成するように制御される。通常動作状態１３００において、エンジン空気流量が１２０２で決定され、目標捕集空気流量を達成するために必要なファン速度が１２０４で計算され、捕集ファンモータへの制御信号が１２０６で送信される。図１３及び１６で示される非結合システム４５０の性能向上は、このようなアプローチに基づくものである。一例において、捕集流量は、エンジン流量に第１の定数係数ａを乗じ、第２の係数ｂを加えたものとして計算することができ、次のように、捕集流量＝ａ×（エンジン流量）＋ｂと表現することができる。一態様において、第１及び第２の定数係数ａ、ｂは、エンジン１２及び／又は動作環境に関連する動作データ及び／又は特性から導出することができる。本明細書に提示された概念から逸脱することなく、他のアルゴリズム的なアプローチも可能である。一例において、動作データは、図８におけるグラフ１１００に示されるように、エンジン体積流量をエンジン動作時間に関連付けるデータを含む。いくつかの例において、エンジン１２の動作パラメータは、確立されたマップ又はルックアップテーブル５００Ｄから、又はリアルタイム動作データから導出することができる。

通常動作構成の一例において、モータ４５４は、車両又は機械の位置に関連する入力（例えば、入力５０６ｄ）を介して制御される。位置入力は、車両又は機械が存在し得る環境に関する指標を提供することができる。例えば、オンロード（例えば高速道路）の位置に対応する位置入力は、吸気が比較的きれいであるという指標を提供する一方で、オフロードの位置に対応する位置入力は、吸気が汚染物質で比較的いっぱいであるという指標を提供するであろう。同様に、一部の地理的地域又は領域は、他の地理的地域又は領域と比較して、汚染物質が比較的多い空気と関連付けられる可能性がある。したがって、比較的きれいな環境を示す位置入力が提供される場合、制御システムは、捕集システム４５４を停止するか、又は捕集システム４５４を比較的低い速度で作動させることができる。同様に、比較的汚れた環境を示す位置入力が提供される場合、制御システムは、捕集システム４５４を起動し、及び／又は捕集システム４５４を比較的高い速度で作動させることができる。一例において、位置入力は、特定の地域の気候がより高い汚染物質レベルと関連し得る時期を特定するために日付入力と組み合わせて使用することができる（例えば、潜在的に高い汚染物質の状態は、特定の地理的地域を１年のうちの特定の日又は月に対して相関させることによって特定できる（例えば、高い花粉状態を特定するために））。

その他多くの実践形態及び通常動作制御構成が可能である。例えば、車両速度（例えばＧＰＳによるｍｐｈ）入力、又はエンジン速度又は負荷入力を使用して、汚染物質の状態が比較的高いか低いかを推測することが可能である。例えば、捕集システム４５０は、車両速度が増加するにつれて、より高い速度で動作し得る。一例において、エンジン速度又は負荷入力は、エンジンが高負荷及び／又は高速であるときに寄生損失を減らすために、モータ４５４を停止又は速度を低下させるように命令するために使用される。一例において、差圧入力は、プレクリーナ、フィルタカートリッジ１００、及び／又はフィルタカートリッジ２００の現在の動作状態を推測するためであり得、それによって、モータ４５４は、プレクリーナを一掃するために起動及び／又は速度上昇を命じられることが可能である。さらに、システムは、フィルタを横切る圧力降下の変化率を監視して、同様に捕集システム動作を修正するための状態を特定することができる。一例において、プレクリーナが水セパレータとして機能する場合、水分又は水存在センサ入力を使用することができる。このような場合、水分センサ入力を使用して、セパレータを通る流れが水分除去に最適化されるような捕集流れを設定することができる。一例において、空気質量流量入力を使用して、空気流量が高いときに捕集流れを修正し、寿命末期に向けてプレクリーナの制限寄与を減らすことによって動作ウィンドウを拡張することができる。一例において、空気流量は、エアクリーナを通る圧力降下又は制限に相関させることができ、その結果、流れに関する制限を正規化してシステム損失係数を求めることができ、次にこれを変化率に関して監視してフィルタに入ってくる汚染物質負荷を推測し、これを使用してプレクリーナバイパス流れ量を調整することができる（例えば、低い変化率は、より多くのバイパスを許可することに等しい）。一例において、振動又は加速度計入力を使用して、機械又は車両の動作状態を推測することができる（例えば、高い振動はオフロードでの使用及び環境に相関し、低い振動はオンロードでの使用及び環境に相関し、したがって捕集システム４５０の動作を制御することができる。同様に、音響センサ入力は、同じ目的のために振動を推定するために使用することができる。コントローラ５００は、入力センサを介してフィルタカートリッジ１００の設置及び取外しサイクルの回数を監視し、それに応じて捕集システム４５０の動作を修正することもできる。入力を介したフィルタカートリッジ１００の識別情報はまた、設置されたフィルタカートリッジのタイプを決定するために使用され、したがって、それに応じて捕集システム４５０の動作を修正することができる。一例において、入力は、コントローラ５００によって読み取られるフィルタ要素上のＲＦＩＤタグとすることができる。システムはまた、高レベルの粒子状物質が測定されたときに予備浄化を開始し、空気中の粒子状物質のレベルが低いときにバイパス動作を開始することができるように、空気中の粒子状物質レベルを測定する空気品質センサの入力を有することができる。空気品質センサは、例えば、コンバインが収穫作業中又は非収穫作業中に運転されている場合を決定し、それに応じて収穫作業が行われているときのみ捕集システム４５０を起動し作動するために使用され得る。非収穫作業の間、捕集システム４５０は、より低い速度で作動されるか、又は停止され得る。システム５００へのオペレータ入力、又は収穫作業を示す収穫機自体からの入力が、コンバインが収穫作業中であるという指示を提供することもできる。

いくつかの動作構成では、捕集システム４５０の速度は、増分又はステップ方式で制御することができる。一例において、モータ４５４は、オペレータによって直接設定されるような複数の離散的な設定（例えば、「ダーティ」、「ミックス」、及び「クリーン」設定）を有することができる。上述の入力は、捕集システム４５０の速度及び起動を設定するために、一定数のレベル（例えば、「ダーティ」、「ミックス」、「クリーン」設定）の間で選択するためにコントローラ５００内に設定された所定の閾値と比較することも可能である。一例において、また式１と同様のアプローチで、モータ４５４の速度は、上記の入力を用いた式に基づいて計算することができる（例えば、モータ速度％＝ａ＊車両速度－ｂ）。エアクリーナの使用特性も、モータ速度及びトリガレベルを決定するために利用することができる。例えば、プレクリーナ効率は、モータ速度や他のパラメータに対してプロットすることができる。増分式の速度制御は、システム全体を「調節」するために使用することもできる。例えば、所与のオンロードトラックのモデルには、４つの異なるエンジンオプションがあり、ライトデューティトラック又はヘビーデューティ（職業用）トラックとみなされる可能性があり得る。これらのトラックはすべて同じエアクリーナを使用し得るが、より過酷な用途では、負荷が軽い場合や環境がそれほど厳しくない場合に比べ、パフォーマンスが低下することが予想される。調整可能な捕集システムがあれば、パフォーマンスの差を平準化でき、エアクリーナの設計に最初から影響を与える可能性がある。このような場合、エンジン識別情報の入力を使用して、これを決定することができる。いくつかの例において、モータ４５４の速度は、ゼロと最大速度の間の任意のモータ速度がコントローラ５００によって設定され得るように、完全に制御可能である。

図７を参照すると、プレクリーナ内の圧力が捕集ファン速度の基準として使用される例示的な正常動作状態１３００が提示されている。通常動作状態１３００において、プレクリーナ内の圧力が１３０２で決定され、ファン速度設定値が１３０４で計算され、１３０６でファン速度設定値を満たすために捕集ファンモータへ出力制御信号が送信される。いくつかの例において、ファン速度設定値は、捕集ファンが、プレクリーナ内の圧力に等しいかそれを超えるファンを横切る差圧を生成することを保証することに基づいて計算される。このようなアプローチにより、捕集ファンは、空気が捕集ポートを介して逆向きに望ましくなく流れることができないことを保証する。いくつかの例において、命令ファン速度は、プレクリーナ内の圧力に等しい圧力差を生成するために必要な計算された速度を超えるさらなるマージン値又は増分値を含む。例えば、ファン速度設定値は、計算されたファン速度よりも常に２０％高くなるように設定することができる。いくつかの例において、プレクリーナ内の圧力は、センサＰ１からの直接的な測定のように、直接測定される。プレクリーナ内の圧力は、プレクリーナとメインフィルタ要素２０２との間に位置するセンサＰ２から計算することもできる。圧力センサＰ２の位置は、この位置の圧力が捕集ファンの動作に比較的影響されないという点で有利であることが判明している。これに対して、プレクリーナＰ１内の圧力は、捕集ファンによって必然的に影響を受ける。

一例において、プレクリーナ内の圧力は、エアクリーナＱメインを通る空気流量をＰ１及びＰ２での対応する圧力に相関させたエアクリーナ固有の地形マップ又はマップ（すなわち、Ｑメイン－Ｐ１マップ及びＱメイン－Ｐ２マップ）を作成することによりＰ２での圧力から算出される。１つの特定の例において、そのようなマップは、Ｐ１及びＰ２と様々な空気流量を決定するために、閉じた捕集管でエアクリーナを試験することによって作成することができ、それによってＰ２での読み取り値からＰ１を決定することができるマップを作成する。また、エアクリーナ（Ｑメイン）及び捕集ポート（Ｑ捕集）を通る様々な異なる流量におけるＰ１及び／又はＰ２における圧力を確立する追加のマップを経験的に導出することができる。いくつかの例において、決定された相関関係に基づいて、Ｐ１とＰ２とを相関させるマップ又はルックアップテーブルを作成することができる。いくつかの例において、追加のマップ及び／又は計算を使用して、捕集ファンを横切る圧力降下（ｄＰ）及び／又は流れ（Ｑ捕集）を、ファンモータへの出力信号、例えばモータへのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号と相関させることができる。このような場合、ＰＷＭ－ｄＰマップ又はルックアップテーブルを作成することができる。出力信号がＰＷＭ信号でない他の実装も可能である。例えば、出力信号は、とりわけ、電圧出力、電流ループ出力、周波数出力、デジタル出力である可能性がある。このような場合、ｄＰと使用される特定の出力信号とを関連付けるマップ又はルックアップテーブルを作成することができる。いくつかの例において、前述のマップ又は同様のマップを使用して、捕集モータへの出力信号がＰ２入力信号から直接計算できるような伝達関数を導出することができる。一例において、ファン速度のためのＰＷＭ出力信号を用いた伝達関数を以下のように定義することができる：
Ｆ速度＝ｆ（Ｐ２）、式中、
Ｆ速度：所望のファン速度（ＲＰＭ）
Ｐ２：プレクリーナ後及びメインエレメント前の圧力（Ｐａ）

伝達関数が単純な一次関数として提供される場合、Ｆ速度は以下のように計算することができる：
Ｆ速度＝１０×Ｐ２×５０００

他の実装では、ルックアップテーブルを使用してＰＷＭ出力信号の速度をＰ２に基づいて決定することができる。いずれのアプローチでも、ＰＷＭとＲＰＭとの間の関係はファン依存であるため、ＲＰＭ設定を使用することは、いくつかの態様において有利であり得る。

図８及び９に関して、通常動作モード下で計算又は決定された捕集ファン速度を上書きするために使用され得る最小動作状態が提示される。図８は状態１４００を示し、１４０２で最小ＲＰＭなどの最小捕集ファン速度制限値が確立され、１４０４で通常動作モードの捕集流れが最小ＲＰＭ未満である場合にファン速度が最小ＲＰＭに制御される。このような例は、通常動作モード捕集ファン速度を計算するために使用されるセンサ（例えば、Ｐ２）からの信号が中断されるか、又は他の方法で利用できない場合に生じ得る。図９は、捕集ファン最小速度が、図７に関して記載したものと概ね同様のステップ１５０２～１５０８を有するプレクリーナ圧力を上回るファンを横切る差圧を維持する関数として決定される状態１５００を示す。図９のアプローチは、通常動作状態における捕集ファン速度が、エンジン流量の計算された割合など、別のパラメータに基づく場合に使用され得る。

図１０は、Ｐ２などの第１の圧力センサからの入力が１６０２で監視され、入力が１６０４で通常の最大圧力値などの閾値と比較され、圧力が閾値を超える場合１６０６で捕集ファンモータに対する上書き出力が送られる高運転状態１６００を示す。このような例は、プレクリーナが詰まるか、又はエアクリーナを通る空気流れが高すぎる場合に生じ得る。捕集ファン整備信号は、そのような状況下で１６０８で生成され得る。

図１１及び１２は、潜在的な故障が検出された場合に追加の整備信号を生成することができる監視プロセス１７００、１８００を示す。プロセス１７００において、実際のファン速度を示す信号が、１７０２においてコントローラで捕集ファンモータから受信される。１７０４で、速度信号がモータの命令速度と比較される。実際のファン速度が命令速度の指定範囲（例えば、±１０％）内である場合、捕集ファンは満足に動作していると評価することができる。このような場合、１７０６において、ファンが信号を与え、適切に動作しているという信号を生成することができる。捕集ファンの実際の速度が範囲から外れる場合、整備信号を１７０６において生成することができる。代替的なアプローチでは、例えば、捕集ファンへの出力が速度命令信号でない場合、コントローラは、実際のファン速度信号と比較するためにファン速度を計算するために命令信号を使用することができる。また、特定の速度に到達するために必要なファンモータの消費電力を決定し、健全なファン、新しいファン、及び／又は摩耗していないファンの状態に関する対応する値と比較するようにシステムを構成することができる。所与の速度に対する消費電力が許容範囲（すなわち特定の閾値及び／又は範囲）を外れている場合、整備信号を生成することができる。一般的には、捕集ファンによって排気されるごみくずが時間とともにファンブレードを侵食するため、同じ空気流れ又は圧力降下を維持するために捕集ファン速度は時間とともに上昇する。したがって、これらのアプローチは、捕集ファンが故障する前にその有用な耐用年数の終わりに近づいている可能性がある時を特定するための貴重な診断ツールを提供し、その結果、過度のダウンタイムなしにタイムリーに整備を実施することができる。いくつかの例において、捕集ファンは、所望及び／又は必要に応じて容易に取り外し及び交換可能な比較的安価な整備部品となるように構成される。いくつかの例において、捕集ファンは、エアクリーナのより一体的な部分として構成され、ファンがメンテナンス努力によって維持されるより長い耐用年数を有することを意図して、より堅牢な方式で構成される。

図１２におけるプロセス１８００は、ステップ１８０２～１８０６を示し、それによって、プレクリーナ内の圧力が、閾値、例えば通常動作状態下でのプレクリーナ内の最大予想圧力に対応する閾値と比較される。プレクリーナ内の圧力が閾値未満である場合、プレクリーナの動作が許容可能であるという信号が生成され得る。プレクリーナ内の圧力が閾値より高い場合、プレクリーナを整備する必要があるという信号を生成することができる。

いくつかの例において、コントローラ５００及び／又はコントローラ５００と通信する車両制御システムは、コントローラ５００と他のシステムとの間の遠隔通信を可能にするための無線受信機／送信機５００Ｃを備えて構成され得る。このような構成により、コントローラ５００は、捕集システム４５０を制御するための追加の情報又はデータを受信するように適合させることができる。一例において、コントローラ５００は、クラウド６００を介してリアルタイム及び予測気象データＡＰＩを受信し、その後、高い粒子状物質又は低い空気品質状態（例えば、低い花粉、塵埃等）に対応する気象及び大気状態の間に捕集システム４５０を作動するように構成することができる。しかしながら、また、先に関連したように、大気又は気象状態は、車両に搭載された局所センサから評価することも可能である。例えば、大気又は気象状態は、コントローラ５００と通信している温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、水分又は雨センサ、風向及び速度センサ、雲センサ、及び／又は日射センサからの入力を介して決定することができる。いくつかの例において、局所的に受信された大気及び気象データ（センサを介して）及び遠隔式に受信された大気及び気象データを、コントローラ５００によって使用して、捕集システム４５０を制御することができる。

一態様において、無線受信機／送信機５００Ｃは、コントローラ５００に以前に帰属した前述の論理機能の一部又は全部を実行するように構成され得る遠隔システム７００（例えば、サーバ７００Ａ及びデータベース７００Ｂ）と通信状態に置かれることも可能である。コントローラ５００は、アーカイブのために、現在の又は記録された動作データを遠隔システム７００に送信することもできる。コントローラ５００及び遠隔システム７００は、コントローラ５００に記憶された制御アルゴリズムを、遠隔サーバ７００を介して実施及び／又は更新できるように構成することもできる。一例において、遠隔システム７００は、複数のシステムのパフォーマンスを同時に監視及び評価できるように、複数のコントローラ５００と通信するように配置することができる。遠隔システム７００は、コントローラ５００によって使用される制御アルゴリズム及び／又は動作設定点を最適化するために、個々の又は集約されたコントローラデータを使用することができる。１つの例示的な実装において、車両部隊オペレータは、遠隔システム７００を介して車両部隊内のすべての車両のコントローラ５００に押し出される動作方針を策定することができる。１つの例示的な方針は、バイパスモードが上書きされるまで、すべての車両について、捕集システム４５０をデフォルトモード又は設定に設定することである。方針は、コントローラが特定の状態下でデフォルトモードを上書きするための命令を含むことができ（例えば、前述のように）、及び／又は、車両部隊オペレータが特定の状態（例えば、予測される塵埃ストーム、車両部隊の車両の使用におけるより埃っぽい環境への変化等）の識別に基づいて捕集システムを異なるモードに選択的に置くことを可能にする遠隔上書きを含むことができる。遠隔システム７００は、車両に関連付けられた各捕集システムの現在の動作状況を車両部隊所有者に提供し、コントローラ５００による捕集システム４５０の命令された位置を直接上書きする能力を車両部隊所有者に提供するようにも構成され得る。

媒体の種類及び構成
本発明の実施形態によるフィルタカートリッジ１００、２００の媒体パックとして、任意のタイプのフィルタ媒体を使用することができる。例えば、天然繊維及び／又は合成繊維を用いた織物及び不織布材料を用いて、溝付きフィルタ媒体、プリーツ状媒体、及びデプス媒体を形成することができる。例示的な構成は、ｚ－フィルタ構造などの溝付きフィルタ媒体を含む。本明細書で使用される際「ｚ－フィルタ構造」という用語は、波形、折りたたみ、又は他の方法で形成されたフィルタ溝の個々のものが、媒体を通る流体流れのための長手方向の、典型的には平行な、入口及び出口フィルタ溝のセットを規定するために使用されるフィルタ構造の種類を指すことを意味し、流体は、媒体の反対側の入口及び出口流れ端（又は流面）間で溝の長さに沿って流れる。フィルタ媒体のいくつかの例は、米国特許第５，８２０，６４６号明細書；同第５，７７２，８８３号明細書；同第５，９０２，３６４号明細書；同第５，７９２，２４７号明細書；同第５，８９５，５７４号明細書；同第６，２１０，４６９号明細書；同第６，１９０，４３２号明細書；同第６，３５０，２９６号明細書；同第６，１７９，８９０号明細書；同第６，２３５，１９５号明細書；同第Ｄ３９９，９４４号明細書；同第Ｄ４２８，１２８号明細書；同第Ｄ３９６，０９８号明細書；同第Ｄ３９８，０４６号明細書；及び同第Ｄ４３７，４０１号明細書に記載されており、そのそれぞれは参照によって本明細書に組み込まれる。

ｚフィルタ媒体の１つの種類は、媒体構造を形成するために一緒に接合された２つの特定の媒体構成要素を利用する。２つの構成要素は、溝付き（典型的には波形）媒体シート及び対面媒体シートを含む。対面媒体シートは、典型的には非波形であるが、参照により本明細書に組み込まれる、２００４年２月１１日に提出され、２００５年８月２５日に国際公開第０５／０７７４８７号パンフレットとして公開された米国仮特許出願第６０／５４３，８０４号明細書に記載されるように、波形（例えば、溝方向に対して垂直）であることも可能である。

溝付き媒体シート及び対面媒体シートは、平行な入口及び出口溝を有する媒体を規定するために一緒に使用される。いくつかの例において、溝付きシート及び対面シートは一緒に固定され、次に媒体ストリップとして巻かれて、ｚフィルタ媒体構造を形成する。そのような配置は、例えば、米国特許第６，２３５，１９５号明細書及び同第６，１７９，８９０号明細書に記載されており、そのそれぞれは参照により本明細書に組み込まれる。

特定の他の配置では、対面する媒体に固定された溝付き（典型的には波形）媒体のいくつかの非コイルセクション又はストリップが、互いに積層されて、フィルタ構造を形成する。

波形媒体は、溝付き媒体の特定の形態であり、溝付き媒体は、そこを横切って延びる個々の溝又は畝（例えば、波形加工又は折りたたみによって形成される）を有する。「波形」という用語は、本明細書において、媒体を２つの波形ローラの間に（例えば、そのそれぞれが得られる媒体に波形を引き起こすのに適した表面特徴を有する２つのローラ間のニップ又はバイトに）通すことによって得られる溝構造を有する媒体など、媒体中の構造を指すのに使用される。

ｚ－フィルタ媒体を利用する整備可能なフィルタ要素又はフィルタカートリッジの構成は、「ストレートスルーフロー構成」又はその変形で呼ばれることがある。一般に、整備可能なフィルタ要素又はカートリッジは、入口流れ端（又は面）及び反対側の出口流れ端（又は面）を有し、流れがフィルタカートリッジに出入りするのは概して同じストレートスルー方向である。この文脈における「整備可能」という用語は、対応する流体（例えば空気）クリーナから定期的に取り外され交換される媒体含有フィルタカートリッジを指すことを意味するものである。

複数の実施形態が描かれ、記載されていることに留意されたい。それら実施形態は、描かれた特徴に関して排他的であることを意図していない。すなわち、１つの実施形態の選択された特徴は、所望であれば、他の実施形態の１つ又は複数において有利に適用することができる。多くの例において、描かれているフィルタアセンブリは、例えば、内燃機関の吸気を濾過するために使用されるエアクリーナアセンブリである。追加の用途が可能であり、例えば、フィルタアセンブリがクランクケース換気フィルタアセンブリである用途が可能であり、そこではフィルタカートリッジは、典型的には、粒子状汚染物質と液体汚染物質の両方をその中に含むクランクケースブローバイガスを濾過するために使用される。濾過されるキャリアステージがガス（空気又はクランクケース換気ガス）であるため、両方のタイプのフィルタアセンブリは一般に「ガスフィルタアセンブリ」である。本明細書に記載された技術は、典型的には、ガス濾過向けの用途に使用されるが、所望により、他の材料、例えば、液体の濾過に使用することも可能である。

本発明をそのいくつかの実施形態を参照して記載してきた。本明細書で特定される任意の特許又は特許出願の開示内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。前述の詳細な記載及び例は、理解を明確にするためにのみ与えられたものである。そこから不必要な制限が理解されることはない。本発明の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に多くの変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載された構造に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の文言によって記載された構造及びそれらの構造の等価物によってのみ、限定されるべきである。

Claims (32)

1. 動力装置の吸気を濾過するためのエアクリーナアセンブリであって、
   ａ）前記エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと、
   ｂ）空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ、及び前記分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、前記フィルタカートリッジの上流に配置されたプレクリーナアセンブリと、
   ｃ）前記分離された粒子状物質を前記捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合された電気モータを含む捕集システムと、
   ｄ）前記捕集システムを横切る差圧が前記プレクリーナ内の圧力に少なくとも等しいか又はそれを上回るように前記電気モータの速度を操作する制御システムと
   を備えるエアクリーナアセンブリ。
2. ａ）前記プレクリーナと前記フィルタカートリッジとの間の圧力を感知するように配置された第１の圧力センサであって、前記コントローラは、前記第１の圧力センサから入力を受信し、前記入力に基づいて前記捕集システムモータに出力信号を送信する第１の圧力センサ、
   をさらに備える、請求項１又は２に記載のエアクリーナ。
3. 前記コントローラが前記第１の圧力センサにおける前記感知された圧力に基づいて前記プレクリーナ内の圧力を決定する、請求項１又は２に記載のエアクリーナアセンブリ。
4. 前記コントローラが、前記第１の圧力センサにおける前記感知された圧力に基づいて前記プレクリーナ内の圧力を決定するための伝達関数を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のエアクリーナアセンブリ。
5. 前記伝達関数が、前記プレクリーナを通る空気質量流量と前記プレクリーナ内の圧力との間の第１の相関と、前記プレクリーナを通る前記空気質量流量と、前記プレクリーナと前記フィルタカートリッジの間の圧力との間の第２の相関とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のエアクリーナアセンブリ。
6. 前記プレクリーナ内の圧力を感知するように配置され、前記コントローラへの入力を提供する第２の圧力センサをさらに含む、請求項１又は２に記載のエアクリーナアセンブリ。
7. 前記コントローラが、前記第１の圧力センサで感知された圧力が閾値を超えると、前記捕集システムモータを最大動作速度で作動させる、請求項１又は２に記載のエアクリーナアセンブリ。
8. 前記第１の圧力センサで感知された圧力が前記閾値を超えると、前記コントローラは、前記プレクリーナアセンブリに関連する出力整備信号を送信する、請求項１～７のいずれか一項に記載のエアクリーナアセンブリ。
9. 前記捕集システムモータへの前記出力信号が回転速度制御信号である、請求項１又は２に記載のエアクリーナアセンブリ。
10. 前記回転速度制御信号がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号である、請求項１又は２に記載のエアクリーナアセンブリ。
11. 前記制御システムが、前記ＰＷＭ信号を前記捕集システムを横切る圧力降下に相関させる第１のマップを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載のエアクリーナアセンブリ。
12. 前記制御システムが、捕集ファンＰＷＭ信号、前記捕集システムを通る流量、及び前記第１の圧力センサにおける圧力信号を相関させる１つ又は複数の圧力マッピング曲線を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載のエアクリーナアセンブリ。
13. 前記制御システムが、前記第１の圧力センサ入力から前記捕集システムモータ速度出力ＰＷＭ信号を生成する伝達関数を含み、前記伝達関数は、前記第１のマップ及び前記１つ又は複数の圧力マッピング曲線から導出される、請求項１～１２のいずれか一項に記載のエアクリーナアセンブリ。
14. 前記制御システムが、それより下で前記捕集システムモータが作動されない最小回転速度設定値を含む、請求項１又は２に記載のエアクリーナアセンブリ。
15. 動力装置の吸気を濾過するためのエアクリーナアセンブリであって、
    ａ）前記エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと、
    ｂ）空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ及び前記分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、前記フィルタカートリッジの上流に位置するプレクリーナアセンブリと、
    ｃ）前記分離された粒子状物質を前記捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合されたモータを含む捕集システムと、
    ｄ）前記捕集システムモータに速度信号出力を送信し、前記捕集システムモータから速度信号入力を受信するコントローラを含む制御システムであって、前記コントローラは、前記速度信号入力と前記速度信号出力との差が閾値を超える場合、出力整備信号を生成する制御システムと
    を備えるエアクリーナアセンブリ。
16. 前記コントローラが、前記プレクリーナアセンブリ、前記エアクリーナアセンブリ、前記エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び／又は前記動力装置に関連付けられた車両に関連する１つ又は複数の動作パラメータに関する入力信号の関数として前記捕集システムモータ速度を操作する、請求項１５に記載のエアクリーナ。
17. 動力装置の吸気を濾過するためのエアクリーナアセンブリであって、
    ａ）前記エアクリーナアセンブリのハウジング内に配置されたフィルタカートリッジと、
    ｂ）空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータ及び前記分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートを含むプレクリーナアセンブリであって、前記フィルタカートリッジの上流に位置するプレクリーナアセンブリと、
    ｃ）前記分離された粒子状物質を前記捕集ポートから排出するための捕集システムであって、ファンに結合されたモータを含む捕集システムと、
    ｄ）速度が、前記プレクリーナアセンブリ、前記エアクリーナアセンブリ、前記エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び／又は前記動力装置に関連付けられた車両に関連する１つ又は複数の動作パラメータに関連する入力信号の関数である通常動作モードにおいて前記捕集システムモータの速度を変化させるコントローラとを備え、
    ｅ）前記コントローラが、最小動作状態と高動作状態のうちの一方又は両方を含み、前記コントローラは、前記最小及び高動作状態のいずれかに関連するパラメータが満たされると、前記捕集ファンモータに対する出力を上書きして異なる速度にする、
    エアクリーナアセンブリ。
18. 前記最小動作状態が、前記プレクリーナ内の最小圧力に関連するパラメータを含む、請求項１７に記載のエアクリーナ。
19. 前記最小動作状態が、前記捕集ファンモータの最小回転速度設定値に関連するパラメータを含む、請求項１７又は１８に記載のエアクリーナ。
20. 前記高動作状態が、前記プレクリーナ内の最大圧力に関連するパラメータを含む、請求項１～１７のいずれか一項に記載のエアクリーナ。
21. エアクリーナアセンブリのための捕集システムを作動させる方法であって、
    ａ）前記エアクリーナアセンブリのハウジング内にフィルタカートリッジを提供することと、
    ｂ）空気流れストリームから粒子状物質を分離するための少なくとも１つの粒子セパレータと、前記分離された粒子状物質を放出するための捕集ポートとを含むプレクリーナアセンブリを提供することであって、前記プレクリーナアセンブリは前記フィルタカートリッジの上流に配置されている、提供することと、
    ｃ）前記分離された粒子状物質を前記捕集ポートから排出するための捕集システムを提供することと、
    ｄ）前記プレクリーナアセンブリ、前記エアクリーナアセンブリ、前記エアクリーナアセンブリから空気を受け取る動力装置、及び前記動力装置に関連付けられた車両のうちの１つ又は複数に関連するパラメータに関する少なくとも１つの入力信号をコントローラで受信することと、
    ｅ）前記捕集システムを横切る圧力が少なくとも前記プレクリーナ内の圧力に等しいことを保証しながら、前記少なくとも１つの入力に基づいて、前記コントローラで前記捕集システムの速度を操作することと
    を含む方法。
22. 前記入力信号パラメータが、前記空気流れストリーム中の感知された塵埃の状態、前記車両のＧＰＳ位置、前記プレクリーナアセンブリを横切る前記空気流れストリームの感知された圧力降下、前記プレクリーナアセンブリの塵埃除去効率、及び前記プレクリーナアセンブリを通過する前記空気流れストリームの空気流量、のうちの１つ又は複数である、請求項２１に記載の方法。
23. 前記入力信号パラメータが車両位置入力を含み、前記コントローラは、前記車両位置入力が所定の地理的地域の内側又は外側の位置に対応する場合、前記捕集システムを作動させる、請求項２１又は２２に記載の方法。
24. 前記入力が、車両速度、車両エンジン速度、及び車両エンジン負荷入力のうちの１つ又は複数を含み、前記コントローラは、車両速度、車両エンジン速度、及び車両エンジン負荷のうちの１つ又は複数が所定の閾値を超えるか又は下回ると、前記捕集システムを作動させる、請求項２１～２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記入力が、前記プレクリーナアセンブリ及び前記フィルタ要素を横切る空気圧降下のうちの一方又は両方に対応する入力を含み、前記コントローラは、前記空気圧降下が所定の閾値を超えるか又は下回ると、前記捕集システムを作動させる、請求項２１～２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記入力が、音響入力及び振動入力の一方又は両方に対応する入力を含み、前記コントローラは、前記音響入力又は振動入力が所定の閾値を超えるか又は下回ると、前記捕集システムを作動させる、請求項２１～２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記入力が、前記フィルタ要素の取り換え又は清掃頻度及び前記フィルタ要素の取り換えの合計回数のうちの一方又は両方に対応する入力を含み、前記コントローラは、前記取り換え又は清掃頻度入力又は前記フィルタ要素の取り換えの合計回数入力が所定の閾値を超えるか又は下回ると、前記捕集システムを作動させる、請求項２１～２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記入力が、前記フィルタ要素の識別情報、前記エンジンの識別情報、及び前記車両の識別情報のうちの１つ又は複数に対応する入力を含み、前記コントローラは、前記フィルタ要素、エンジン、及び車両のうちの１つ又は複数の識別情報に基づいて前記捕集システムを作動させる、請求項２１～２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記入力が、前記プレクリーナアセンブリを通る空気流量及び前記フィルタ要素を通る空気流量の一方又は両方に対応する入力を含み、前記コントローラは、前記空気流量が所定の閾値を超えるか又は下回ると、前記捕集システムを作動させる、請求項２１～２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記入力が、気象予報機関から受信したデータを介して特定された気象状態パラメータを含み、前記コントローラは、前記気象状態パラメータが所定の閾値を超えるか又は下回ると、前記捕集システムを作動させる、請求項２１～２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記捕集システムモータに速度信号出力を送信することと、前記捕集システムモータから速度信号入力を受信することと、前記速度信号入力と前記速度信号出力の差が閾値を超える場合、出力整備信号を生成することとをさらに含む、請求項２１～３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 最小動作状態及び高動作状態の一方又は両方で前記捕集システムを作動させることをさらに含み、前記最小動作状態及び前記高動作状態のいずれかに関連するパラメータが満たされると、前記コントローラは前記捕集ファンモータに対する出力を上書きして異なる速度にする、請求項２１～３１のいずれか一項に記載の方法。

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