KR20180080253A - 오일 필터 및 자동차 오일 필터용 필터 카트리지 - Google Patents

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토마스 제뮐러
에릭 슈마허
미햐엘 호프만
필립 뵈닝
카이 크놀
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Abstract

본 발명은 방사 방향으로 적어도 부분적으로 필터 카트리지(12)의 필터 재료(22)에 둘러싸여 있는 여과 오일용 채널(20)이 있으면서 자동차 오일 필터(10)의 오일 필터 하우징(14)에 삽입하기 위한 용도의 필터 카트리지(12)에 관한 것이다. 채널(20)의 벽(32)에는 적어도 하나의 통로 개구부(34)가 있다. 필터 카트리지(12)를 제1 위치로 가져오면 적어도 하나의 통로 개구부(34)를 통해 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 여과 오일용 채널(76)로 여과 오일이 유입되는 것을 막을 수 있다. 필터 카트리지(12)가 제1 위치를 기준으로 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 이동된 제2 위치로 필터 카트리지(12)를 가져가면 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 채널(76) 쪽 유입구를 적어도 하나의 통로 개구부(34)와 유동적으로 연결할 수 있다. 또한 본 발명은 이러한 필터 카트리지(12)가 있는 오일 필터(10)에 관한 것이다.

Description

자동차 오일 필터용 필터 카트리지 및 오일 필터
본 발명은 자동차 오일 필터의 오일 필터 하우징 삽입용 필터 카트리지에 관한 것이다. 이 필터 카트리지는 필터 카트리지의 필터 재료로 방사 방향으로 적어도 부분적으로 둘러싸여 있는 여과 오일용 채널을 가진다. 또한 본 발명은 이러한 필터 카트리지가 배치된 오일 필터 하우징과 오일 필터에 관한 것이다.
WO 2013/134841 A1에서는 내연기관용 오일 필터와 오일 펌프를 명시한다. 이때 비여과 오일이 필터 장치가 있는 오일 필터 영역으로 들어가는 비여과 오일용 공급 채널에 체크 밸브가 배치되어 있다. 오일 펌프 작동 시 체크 밸브가 열리거나 눌린다. 오일 펌프가 멈추면 체크 밸브의 스프링이 실링제를 밸브 시트 쪽으로 누른다. 이는 오일이 오일 펌프 쪽으로 돌아가서 내연기관의 크랭크 케이스로 들어가는 것을 방지한다. 또한 필터 장치가 배치된 필터 영역에는 필터 장치가 막혔을 때 열리는 릴리프 밸브가 있다.
뿐만 아니라 EP 2 644 242 A1은 오일 필터 하우징에 필터 카트리지가 배치된 오일 필터를 명시하고 있다. 필터 카트리지의 필터 재료가 막히면 안전 밸브가 열린다. 이때 안전 밸브의 폐쇄 몸체는 필터 카트리지의 구성요소이다. 필터 카트리지가 오일 필터 하우징에 장착되어 있고 오일 필터 하우징의 커버가 닫혀 있으면 오일 필터 하우징에 배치된 스프링이 안전 밸브의 폐쇄 몸체를 밸브 시트 쪽으로 누른다.
선행 기술에서 알려진 체크 밸브는 내연기관 정지 시 오일 회로가 비게 되는 것을 방지한다. 이는 내연기관의 모든 베어링은 어느 정도의 압력으로 오일이 공급되어야 베어링의 윤활이 잘 작동한다는 인식을 기초로 한다. 그러나 해당 오일 압력을 형성하기 위해서는 오일 회로에 공기가 아닌 오일이 채워져 있어야 한다. 체크 밸브가 없으면 내연기관이 멈췄을 때 오일 회로가 대부분 비게 된다. 체크 밸브는 내연기관 정지 시 오일 회로에 오일량이 유지되도록 해준다. 오일 회로에 있는 공기로 인해 오일 압력 형성이 지연되면 윤활이 안 되거나 부족해진다. 윤활이 안 되면 베어링이 손상되거나 엔진이 손상될 수 있다. 또한 윤활 부족은 마모 증가를 의미한다. 내연기관의 베어링이 마모되면 내연기관의 수명이 단축된다. 최악의 경우 엔진의 조기 손상을 초래할 수 있다.
그러나 바이패스 밸브라고도 불리우는 안전 밸브나 릴리프 밸브가 필터 재료가 막혔을 때 바이패스를 개방한다. 그러면 오일이 더 이상 필터 재료를 관류하지 않고 적어도 비여과 오일로 내연기관의 비상 공급이 보장된다.
선행 기술에서 알려진 오일 필터에 있는 이런 식의 밸브 배치에서는 밸브 시트나 밸브 피스톤 및 버섯형 밸브 장치가 필터 카트리지에 장착되어 있어서 오일 필터 하우징의 해당 카운트 파트 역할을 하는 것이 통상적이다. 이런 식의 밸브가 있으면 부품 개수가 비교적 많아지고 오일 필터가 비교적 더 복잡해진다.
따라서 본 발명의 목적은 서두에 언급한 종류의 필터 카트리지와 이러한 필터 카트리지가 있는 오일 필터를 마련하여 이러한 밸브 카트리지를 통해 또는 이러한 밸브 카트리지에서, 단순화된 방식으로 적어도 하나의 밸브 기능을 제공하도록 하는 데 있다.
이러한 목적은 특허 청구항 제1항의 특징을 가진 필터 카트리지와 특허 청구항 제10항의 특징을 가진 오일 필터를 통해 해결된다. 목적에 맞는 발명의 바람직한 실시예는 독립적인 특허 청구항에서 제시한다.
자동차 오일 필터의 오일 필터 하우징에 장착할 수 있는 발명에 따른 필터 카트리지는 여과 오일용 채널을 하나 가진다. 이 채널은 방사 방향으로 필터 카트리지의 필터 재료로 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 채널의 벽에는 적어도 하나의 통로 개구부가 있다. 필터 카트리지를 제1 위치로 가져가면 적어도 하나의 통로 개구부를 통해 오일 필터 하우징 측에 있는 여과 오일용 채널로 여과 오일이 들어가는 것을 막을 수 있다. 필터 카트리지가 제1 위치를 기준으로 필터 카트리지의 축방향으로 이동된 제2 위치로 필터 카트리지를 가져가면 오일 필터 하우징 측에 있는 채널 쪽 유입구를 적어도 하나의 통로 개구부와 유동적으로 연결할 수 있다. 즉 필터 카트리지의 제1 위치에서는 여과 오일이 필터 카트리지의 채널 벽에 있는 적어도 하나의 통로 개구부를 통과하여 오일 필터 하우징 측에 있는 채널로 들어갈 수 없다. 그러나 필터 카트리지를 제2 위치로 가져가면 필터 카트리지의 채널과 오일 필터 하우징 측에 있는 채널 사이의 유동적 연결이 가능하다. 이에 오일 필터 하우징 측에 있는 채널 유입구와 적어도 하나의 통로 개구부가 유동적으로 연결되면 여과 오일은 적어도 하나의 통로 개구부를 통과하여 유입구를 통해 오일 필터 하우징 측에 있는 여과 오일용 채널로 들어갈 수 있다.
필터 카트리지는 오일 필터 하우징에서 필터 카트리지 채널의 축방향과 일치하는 필터 카트리지의 축방향으로 이동 가능하다. 또한 이 이동 방향은 필터 카트리지를 오일 필터 하우징에 장착 시 필터 카트리지를 오일 필터 하우징에 삽입하거나 밀어 넣는 방향과 일치한다.
즉, 필터 카트리지는 오일 필터 하우징에서 부동 장착된다. 다시 말하면 필터 카트리지는 정의된 이동 경로나 변위 경로를 따라 오일 필터 하우징에서 축방향으로 움직일 수 있다. 필터 카트리지의 이러한 축방향 움직임으로 필터 카트리지 채널 벽에 있는 적어도 하나의 통로 개구부는 오일 필터 하우징 측에 있는 채널 쪽 유입구와 유동적으로 연결되도록 보장될 수 있다. 필터 카트리지의 이러한 제2 위치에서 여과 오일은 필터 카트리지의 채널에서 오일 필터 카트리지 측에 있는 여과 오일 채널로 들어갈 수 있다. 반대로 필터 카트리지가 제1 위치에 있으면 필터 카트리지 채널 벽에 있는 적어도 하나의 통로 개구부에는 오일이 흘러 들어갈 수 없다. 이에 필터 카트리지가 제1 위치에 오면 여과 오일이 오일 필터 하우징 측에 있는 채널로 들어가지 못하게 된다.
즉, 채널 벽에 적어도 하나의 통로 개구부가 있는 축방향 이동식 필터 카트리지는 오일 필터 하우징 측에 있는 채널과 함께 작용하여 체크 밸브의 기능을 제공한다. 요컨대 오일 펌프의 오일 압력이 오일 필터 작동 중 필터 카트리지를 제2 위치로 이동시키면 오일 필터 하우징 측에 있는 채널에 여과 오일이 들어갈 수 있다. 이 여과 오일은 자동차 내연기관의 윤활에 사용된다.
체크 밸브 기능의 제공은 특히 간단하다. 필터 카트리지에 비해 상대적으로 마모에 취약하고 움직일 수 있는, 체크 밸브 개방을 위한 조작 요소가 필요 없기 때문이다. 오히려 전체 필터 카트리지가 체크 밸브 개방을 위해 축방향으로 움직이게 된다. 즉, 단순한 오일 필터에 부품 개수가 줄어든 체크 밸브가 제공된다.
여기에서는 필터 카트리지를 통한 압력 손실이 필터 카트리지의 축방향 움직임을 만들거나 야기하는 데 사용된다. 즉, 여기에서 필터 카트리지에 미치는 여과 오일과 필터 카트리지에 미치는 비여과 오일의 압력 차이는 체크 밸브를 누르기 위해 사용된다.
바람직하게는 내연기관 정지 시 오일 펌프가 더 이상 압력을 형성하지 않을 때 필터 카트리지가 제1 위치로 움직이게 된다. 이는 오일 필터 하우징 측과/이나 필터 카트리지 측에 배치되어 있을 수 있는 스프링 요소를 통해 실현될 수 있다. 필터 카트리지의 이 제1 위치에서는 필터 카트리지 채널 벽에 있는 적어도 하나의 통로 개구부의 유출을 막아 오일 회로에 압력이 유지되고 그로 인해 오일 회로가 비지 않게 보장된다. 축방향으로 이동 가능한 필터 카트리지를 통해 단순화된 방식으로 밸브 기능, 즉 체크 밸브 기능이 제공된다. 필터 카트리지 자체를 이동식 밸브 피스톤으로 제작하여 부품의 개수와 중량을 줄이고 필터 카트리지가 있는 오일 필터의 복잡성을 단순화할 수 있게 된다. 또한 오일 필터에 제공되는 설치 공간의 관점에서 이득을 얻을 수 있다.
선행 기술에서 알려진, 오일 회로에 있는 체크 밸브에서는 체크 밸브의 설치 위치에 따라 적어도 필터 카트리지가 있는 오일 필터 영역의 퓨어 오일측이 비게 될 수 있다. 이로 인해 내연기관 시동 시 오일에서 압력 형성이 바람직한 실시예보다 오래 소요된다. 여기에서 이러한 배출을 막으면 오일 회로에 남아 있는 오일량이 증가한다. 이로 인해 자동차 내연기관 시동 후 오일 압력이 특히 빨리 형성된다.
배치해야 하는 부품의 줄어든 개수는 한 편으로는 체크 밸브와 바이패스 밸브 등 다양한 밸브의 개별 부품과 관련된다. 또한 필터 카트리지 영역에 있는 오일을 내연기관 정지 시 오일 필터에 남아 있도록 하기 위해서 선행 기술에서 알려진, 오일 필터의 지지 돔이 필요 없을 수 있다. 뿐만 아니라 필터 카트리지 채널 벽에 다수의 통로 개구부가 있어서 특히 큰 유로 단면적, 즉 증가된 밸브 단면적을 제공할 수 있다. 이로 인해 오일 필터 작동 중 오일 필터, 특히 필터 카트리지로 인한 압력 손실이 줄어든다. 오일 펌프는 통상적으로 내연기관을 통해 구동되기 때문에 감소된 압력 손실은 내연기관의 연료 소모량을 줄인다. 연료 절감은 높은 비용 편익 비율을 가져온다.
부품 및 부품 어셈블리가 필요없거나 해당 기능이 오일 필터 하우징에 통합되어 있을 수 있어서 비용도 절감된다. 이렇게 해서 특히 계열 생산, 특히 대량 생산에 사용하기에 적합한 저렴하고 견고한 솔루션이 제공된다.
여기에서는 자동차 내연기관 윤활에 사용된 매체를 오일이라고 지칭하지만 오일이 아닌 다른 윤활제 등 다른 매체를 위한 필터 카트리지 사용도 가능하다.
또는 필터 카트리지가 제2 위치를 기준으로 필터 카트리지의 축방향으로 더 움직인 제3 위치로 오면 채널 쪽 비여과 오일 유입구가 열린다. 제1 위치로 필터 카트리지가 오고 제2 위치로 필터 카트리지가 오면 입구를 막을 수 있다. 그에 따라 필터 카트리지의 제3 위치에서 비여과 오일은 그 입구가 열린 채널로 들어갈 수 있다. 그에 맞게 필터 카트리지를 제3 위치로 이동시켜 바이패스 밸브 내지는 릴리프 밸브나 과압 밸브를 제공한다.
이러한 바이패스 밸브는 필터 카트리지의 필터 재료가 막혀 있는 경우 자동차 내연기관으로 적어도 비여과 오일이 들어갈 수 있도록 보장한다. 필터 카트리지의 제1과 제2 위치에서 비여과 오일 입구는 열려 있지 않고 막혀 있다. 이는 필터 재료가 손상되거나 막히지 않은 한, 정지된 내연기관과 작동 중인 내연기관에서 비여과 오일이 채널에 들어가지 않도록 보장한다.
필터 카트리지의 채널은 필터 카트리지의 제1 엔드 플레이트에 경계를 접하면서 적어도 하나의 통로 개구부가 구성되어 있는 제1 영역을 가질 수 있다. 필터 카트리지의 채널은 또한 적어도 하나의 추가 통로 개구부를 통해 채널로 비여과 오일 입구가 제공되어 있는 제2 영역을 가질 수 있다. 필터 카트리지가 제3 위치에 오면 비여과 오일은 적어도 하나의 추가 통로 개구부를 통해 필터 카트리지의 채널에 들어갈 수 있다. 이에 따라 이 실시예에서 필터 카트리지의 채널은 여과 오일뿐 아니라 바이패스 밸브가 열려 있는 경우 비여과 오일도 통과시킬 수 있다. 그러나 비여과 오일은 여과 카트리지가 제3 위치로 이동된 경우에만 이 채널로 들어갈 수 있다.
제2 위치에서 제3 위치로 필터 카트리지의 이동은 스프링 요소의 스프링력으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때 스프링력은 제1 위치에서 제2 위치로 필터 카트리지를 이동시키면서 필터 재료가 막히거나 손상되지 않았을 때 필터 카트리지에 작용하는 작동 압력보다 더 큰 압력을 필터 카트리지에 가하는 것이 바람직하다.
제2 영역은 단부가 막혀 있고 관 형태의 소켓 형태로 되어 있으며 이때 소켓의 외부면에는 적어도 하나의 실링 요소가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이때 제1 위치에서 제2 위치 쪽으로 봤을 때 이동 시 필터 카트리지의 이동 방향으로 적어도 하나의 추가 통로 개구부의 양측에서 소켓 외부면에 실링 요소가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이런 종류의 방사 방향 실링의 제공으로 필터 카트리지가 제3 위치로 이동했을 때 비여과 오일만 추가 통로 개구부를 통과하도록 특히 쉽고 신뢰할 수 있게 보장할 수 있다.
필터 카트리지의 제1 엔드 플레이트에 비해 필터 카트리지의 축방향으로 이동 가능한 폐쇄 요소가 필터 카트리지에 있는 것이 바람직하다. 이 폐쇄 요소를 이용해서 필터 카트리지 오일 필터 하우징의 수용 영역에서 오일 배출을 위한 배출 채널을 폐쇄할 수 있다. 이때 필터 카트리지를 필터 카트리지 분해 위치로 가져가면 배출 채널 입구가 열린다. 분해 위치에서는 필터 카트리지가 제2 위치와 반대 방향으로 제1 위치에서 움직였다. 이에 따라 배출 채널과 함께 작용하여 폐쇄 요소를 통해 서비스 밸브가 제공된다. 서비스 밸브가 열려 있고 배출 채널 입구가 열려 있으면 오일 교체 시 사용한 오일이 모두 내연기관에서 배출되도록 보장할 수 있다. 이렇게 해서 오일 손실 없이 필터 카트리지를 교체할 수 있다.
분해 위치에서는 폐쇄 요소가 그에 맞게 배출 채널에서 간격을 두고 있다. 특히 분해 위치에서 필터 카트리지는 오일 필터 하우징의 커버 요소에 고정되어 있을 수 있다. 이를 위해 필터 카트리지에는 커버 요소 측에 있는 후크나 그와 동일한 고정 요소와 함께 작용할 수 있는 후크나 그와 동일한 고정 요소가 있을 수 있다. 이때 필터 카트리지와 커버 요소의 후크 길이는 제1 위치에서 제2 위치로 그리고 제2 위치에서 제3 위치로 필터 카트리지의 축방향 이동 가능성이 보장되도록 정해져 있다.
폐쇄 요소는 수용 공간과 경계를 이루는 슬리브 요소로 설계되어 있을 수 있다. 수용 공간은 적어도 하나의 통로 개구부를 가지는 필터 카트리지 채널과 슬리브 요소 사이에 형성되어 있다. 이때 슬리브 요소는 비여과 오일이 수용 공간으로 들어갈 수 있는 적어도 하나의 통로 개구부를 가진다. 필터 카트리지의 제3 위치에서 비여과 오일이 수용 공간에서 오일 필터 하우징 측에 있는 채널로 들어갈 수 있다.
이런 종류의 실시예에서는 특히 해당 접촉면 쪽으로 축방향으로 눌린 실링이 있어서(필터 카트리지의 축방향) 바이패스 밸브나 과압 밸브의 기능이 제공될 수 있다. 이런 종류의 축방향 실링은 밸브가 닫혀 있을 때 특히 마모가 적고 신뢰할 수 있으며 안정된 기능의 실링을 보장한다.
슬리브 요소는 특히 필터 카트리지의 엔드 플레이트에서 수직인 필터 카트리지 벽을 따라 이동할 수 있다. 이런 식의 특히 슬리브 형태의 벽을 통해 이와 동일한 이동 시 슬리브 요소의 정확하고 안정적인 안내가 보장될 수 있다.
폐쇄 요소를 이동시키기 위한 스프링 요소가 필터 카트리지 측에 제공되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라 필터 카트리지에는 배출 채널의 입구를 폐쇄하는 위치에서 폐쇄 요소에 스프링 요소의 스프링력을 가하는 스프링 요소가 배치되어 있을 수 있다. 폐쇄 요소를 움직이기 위한 이 스프링 요소는 필터 카트리지를 교체할 때 필터 카트리지와 함께 교체된다. 이에 스프링 요소의 마모가 특히 잘 고려될 수 있다.
스프링 요소는 특히 플라스틱으로 이루어져 있을 수 있다. 이로 인해 스프링 요소를 포함하여 전체 필터 카트리지를 소각 처리할 수 있다. 말하자면 플라스틱으로 이루어져 있는 스프링 요소가 함께 소각된다. 이로 인해 다 쓴 필터 카트리지의 폐기 시 비용이 줄어든다.
또한 폐쇄 요소는 배출 채널의 입구를 실링하기 위해 적어도 하나의 실링 요소를 가지는 것이 바람직하다. 필터 카트리지의 축방향으로 작용하는 적어도 하나의 이러한 실링 요소도 필터 카트리지 교체 시 함께 교체된다. 이에 따라 배출 채널의 입구 실링을 위한 실링 요소의 마모도 단순화해서 고려될 수 있다.
적어도 하나의 통로 개구부를 가지는 필터 카트리지 채널 영역의 외부면에 하나의 실링 요소가 배치되어 있는 것이 추가로 바람직한 것으로 제시된다. 실링 요소는 방사 방향으로 채널 영역의 주변을 둘러싼다. 실링 요소에는 필터 카트리지 채널을 통과한 여과 오일의 흐름 방향으로 봤을 때 업스트림에 적어도 하나의 통로 개구부가 배치되어 있다. 예컨대 적어도 하나의 O 링 실링으로 실링 요소가 제공되어 있을 수 있다. 이런 종류의 방사 방향 실링을 통해 정상 작동에서, 즉 필터 재료가 (아직) 막혀 있거나 손상되지 않은 경우 여과 오일만 필터 하우징 측에 있는 여과 오일용 채널로 들어가도록 특히 쉽게 보장할 수 있다.
오일 필터 스프링 요소의 적절한 배치로 필터 카트리지가 작동 중 진동이 없도록 즉, 필터 카트리지 방향으로 빠르게 변화하는 움직임이 발생하지 않도록 보장할 수 있다. 또한 필터 카트리지의 해당 위치에 지정된 중간 정지부가 있는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라 필터 카트리지 측과 오일 필터 하우징 측에 스로틀로 작용하는 통로 개구부 내지는 구멍이 있는 감쇠 공간이 있을 수 있다. 이 감쇠 공간도 필터 카트리지의 축방향 진동을 방지하는 데 도움이 된다.
발명에 따른 자동차용 오일 필터는 발명에 따른 필터 카트리지와 필터 카트리지가 배치된 오일 필터 하우징을 포함한다. 발명에 따른 필터 카트리지에 명시된 장점과 바람직한 실시예는 발명에 따른 오일 필터에도 적용되며 그 반대의 경우에도 마찬가지이다.
이렇게 해서 적어도 하나의 통로 개구부를 통해 오일 필터 하우징 측에 있는 여과 오일 채널로 여과 오일이 들어가는 것을 막는 제1 위치에서 제2 위치로 오일 필터 하우징의 필터 카트리지가 움직일 수 있다. 제2 위치에서는 제1 위치를 기준으로 필터 카트리지가 필터 카트리지의 축방향으로 이동된다. 제2 위치에서 오일 필터 하우징 측에 있는 채널로 들어가는 입구는 적어도 하나의 통로 개구부와 유동적으로 연결된다. 이렇게 해서 특히 단순한 방식으로 필터 카트리지가 오일 필터 하우징과 함께 작용하여 체크 밸브가 제공된다.
이때 자동차 내연기관이 꺼져 있을 때 스프링 요소가 제2 위치에서 제1 위치로 필터 카트리지를 이동시키는 것이 바람직하다. 반대로 내연기관이 작동 중일 때에는 이러한 스프링 요소의 압력에 대항하여 오일 펌프가 제1 위치에서 제2 위치로 필터 카트리지를 이동시킨다. 필터 카트리지를 축방향으로 이동시키는 스트로크 내지는 거리는 스프링 요소에서 가한 스프링력을 고려하여 필터 카트리지의 해당 영역을 누르는 오일의 압력차에서 나온다.
이러한 오일 필터를 통해 특히 다양한 밸브 기능의 제공과 관련하여 단순화가 이루어졌다. 이는 특히 체크 밸브가 필터 카트리지나 필터 요소에 통합된 경우에 적용된다. 하지만 체크 밸브의 기능뿐만 아니라 서비스 밸브와 바이패스 밸브의 기능도 축방향으로 이동 가능한, 즉 부동 장착된 필터 카트리지 형태의 밸브 피스톤에 통합하여 제작하는 것이 바람직하다. 축방향으로 이동 가능 내지는 부동 장착된 필터 카트리지를 통해 필터 카트리지로 인한 오일의 여과 조합 및 밸브 제어 관점에서 장점을 얻을 수 있다.
오일 필터 하우징은 특히 기본 몸체와 커버 요소를 포함할 수 있다. 기본 몸체에서 커버 요소를 제거하면 오일 필터 하우징에서 필터 카트리지를 제거할 수 있다.
오일 필터 하우징은 필터 카트리지가 제1 위치나 제2 위치로 올 때 적어도 하나의 통로 개구부가 있으면서 필터 카트리지 채널의 제1 영역이 수용되어 있는 관 형태의 수용부를 가지는 것이 바람직하다. 채널의 제1 영역은 필터 카트리지의 적어도 제1 위치와 제2 위치에서 폐쇄 장치에 인접해 있다. 폐쇄 장치는 제1 위치에서 제2 위치로 필터 카트리지가 이동함으로써 관 형태의 수용부에서 움직여 오일 필터 하우징 측에 있는 채널의 입구를 열 수 있다. 필터 재료의 퓨어 오일측에 있는 여과 오일과 비여과 오일 간의 압력차로 인해 필터 카트리지가 폐쇄 장치를 밀면서 오일 필터의 작동 시, 즉 내연기관이 작동하여 오일 펌프가 구동된 상태일 때 오일 필터 하우징 측에 있는 채널 입구가 열린다.
이때 필터 카트리지는 스프링 요소의 스프링력에 대항하여 폐쇄 장치를 밀 수 있다. 필터 카트리지 채널의 제1 영역이 폐쇄 장치에 접촉함으로써 필터 카트리지를 움직일 때 중간 정지부가 제공된다. 이는 적어도 하나의 밸브 기능 제공을 특히 안정적으로 만들어 준다.
오일 필터 하우징은 필터 카트리지가 제2 위치를 기준으로 필터 카트리지 축방향으로 더 이동된 제3 위치에 왔을 때 이동 방향과 반대로 작용하는 스프링력을 필터 카트리지에 가하는 스프링 요소를 위해 하나의 정지부를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 스프링 요소를 통해 바이패스 밸브를 열기 위해 극복해야 하는 스프링력이 효과적으로 가해질 수 있다.
이때 관 형태의 수용부가 오일 필터 하우징의 벽에서 멀어지면서 채널 쪽으로 비여과 오일 입구가 열린다. 이에 따라 관 형태 수용부를 벽에서 떨어뜨려서 채널 쪽 입구를 열 수 있다. 예컨대 관 형태 벽이 필터 카트리지의 엔드 플레이트에 닿아 있고 손상되었거나 막힌 필터 재료로 인해 필터 카트리지의 퓨어 오일측에 있는 압력에 비해 비여과 오일 측에 더 높은 압력이 발생하면 관 형태 수용부가 벽에서 떨어질 수 있다. 그러면 필터 카트리지는 관 형태 수용부를 오일 필터 하우징의 벽에서 떨어뜨린다. 여기에서도 관 형태 수용부가 필터 카트리지의 엔드 플레이트에 접촉하여 필터 카트리지의 안정적인 이동에 도움이 되는 중간 정지부가 제공된다.
추가로 또는 대안으로 적어도 하나의 추가 통로 개구부를 가지는 필터 카트리지 채널의 제2 영역을, 커버 요소 측에 제공되어 있으면서 채널의 제2 영역을 위한 추가 관 형태 수용부에서 떨어뜨려서 채널 쪽으로 비여과 오일 입구를 열 수 있다. 채널의 제2 영역을 위한 추가 관 형태 수용부는 특히 비여과 오일의 유입구를 가질 수 있다. 이렇게 하여 비여과 오일의 압력 변동이 필터 카트리지를 직접 이동시키지는 않는다. 오히려 관 형태 수용부에 있는 적어도 하나의 유입구를 통한 비여과 오일의 유입은 감쇠를 보장한다. 적어도 하나의 유입구는 필터 카트리지의 축방향 진동을 막는 스로틀 역할을 한다.
끝으로 오일 필터 하우징에 배출 채널이 있는 것이 바람직한 것으로 제시되며 이때 필터 카트리지가 제1 위치나 제2 위치에 오면 배출 채널 입구는 필터 카트리지 엔드 플레이트에 비해 필터 카트리지의 축방향으로 이동 가능한 폐쇄 요소를 이용해서 폐쇄된다. 이러한 배출 채널이 있으면 폐쇄 요소와 함께 작용하여 특히 간단하게 서비스 밸브를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 언급된 특징과 특징 조합 및 다음 그림 설명에서 언급되거나/되고 그림에서 단독으로 제시된 특징과 특징 조합들은 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 각각 제시된 조합에서뿐만 아니라 다른 조합에서 또는 단독으로 사용할 수 있다. 이에 그림에 명백하게 표시되지 않거나 설명하지 않았지만 설명한 실시예에서 별도의 특징 조합을 통해 추론되거나 만들 수 있는 실시예도 발명에 포함되고 명시된 것으로 본다. 이에 원본에 제시된 독립적인 청구항의 모든 특징을 가지지 않는 실시예와 특징 조합도 명시된 것으로 본다. 또한 청구항의 재참조에 명시된 특징 조합을 넘어서거나 이와 상이하지만 위에 명시된 실시예를 통한 특징 조합과 실시예도 명시된 것으로 간주한다.
본 발명의 자세한 장점과 특징 및 상세 사항은 도면을 기초로 한 바람직한 실시예의 다음 명세서와 청구 범위에서 나온다. 이때 각 도면은 다음과 같다.
도1은 자동차 오일 필터의 단면도. 이때 자동차 오일 필터 하우징이 열려 있고 필터 카트리지는 오일 필터 하우징 쪽에 장착됨.
도2는 필터 카트리지 단부의 확대 상세도.
도3은 오일 필터 하우징 측에 있는 오일 필터 구성요소의 상세도.
도4는 오일 필터 하우징이 닫혀 있고 내연기관이 꺼져 있을 때 도1에 따른 오일 필터.
도5는 오일 필터 하우징이 닫혀 있고 내연기관이 작동 중일 때 도1에 따른 오일 필터.
도6은 도5에 따라 필터 카트리지가 이동할 때 작동하는 힘 도식.
도7은 필터 재료가 손상된 경우 축방향으로 더 이동한 필터 카트리지, 이때 바이패스 밸브가 열림.
도8은 도7에 따라 바이패스 밸브가 열릴 때 작용하는 힘.
도9는 필터 카트리지가 서비스 위치에 있고 오일 필터 하우징이 열려 있을 때 오일 필터 버전의 단면도. 이때 오일 필터 하우징에 필터 카트리지의 한 버전이 장착됨.
도10은 도9에 따른 필터 카트리지 단면의 확대 상세도.
도11은 도9에 따른 오일 필터 하우징 구성요소 확대 상세도.
도12는 오일 필터 하우징이 닫혀 있고 오일 필터 하우징에 필터 카트리지가 장착되어 있으며 내연기관이 작동 중이지 않은 상태의 도9에 따른 오일 필터.
도13은 내연기관이 작동 중일 때 도9에 따른 오일 필터.
도14는 내연기관이 작동 중이고 필터 재료가 막혀 있을 때 도9에 따른 오일 필터 버전에서 바이패스 밸브의 개방.
도15는 필터 카트리지 채널의 단부 실시예 방법 확대 단면도. 이때 채널의 단부가 말단측에서 닫혀 있음.
도16은 필터 카트리지의 한 버전, 이때 채널의 단부가 끝에서 열려 있음.
도17은 필터 카트리지의 다른 버전, 이때 채널의 단부에 압력 장치가 있음.
도1은 특히 상용차일 수 있는 자동차의 오일 필터 10을 단면도로 나타내고 있다. 그러나 도1에서 마찬가지로 단면으로 나타내고 있는 오일 필터 10의 필터 카트리지 12는 승용차 오일 필터(여기에서는 제시되지 않음)용으로도 사용 가능하다. 오일 필터 10은 기본 몸체 16과 커버 18 내지는 커버 요소를 포함하는 오일 필터 하우징 14를 포함한다. 필터 카트리지 12를 교환하기 위해서는 도1에서 도해로 나타내고 있듯이 커버 18을 기본 몸체 16에서 분해하거나 떼어낸다.
필터 카트리지 12는 방사 방향으로 필터 재료 22에 둘러싸인 채널 20을 가진다. 필터 재료 22는 예컨대 주름 필터로 설계되어 있을 수 있다. 채널 20은 관 형태이고 필터 재료 22에 둘러싸인 영역에 다수의 홈 24가 있다. 이 홈 24를 통해 필터 재료 22로 여과된 오일이 채널 20으로 들어갈 수 있다. 비여과 오일은 그에 따라 방사 방향으로, 즉 바깥에서 필터 재료 22를 통과하여 채널 20으로 들어간다.
채널 20은 도1에 따라 제1 하단 엔드 플레이트 26과 도1에 따라 제2 상단 엔드 플레이트 28 사이의 영역에서 필터 재료 22로 둘러싸여 있다. 제1 엔드 플레이트 26에 이어지는 영역 30에는 채널 20이 관 형태의 소켓으로 설계되어 있다. 채널 20의 이 영역 30의 벽 32에는 다음에서 그 기능을 자세히 설명하게 될 복수의 통로 개구부 34가 설계되어 있다.
상단 또는 제2 엔드 플레이트 28에서 필터 카트리지 12의 축방향 36으로 다수의 후크 38이 기본적으로 수직으로 돌출되어 있다. 후크 38은 오일 필터 하우징 14의 커버 18에 있는 상응하는 후크 40과 맞물린다. 후크 38, 40의 이러한 결합을 통해 필터 카트리지 12를 오일 필터 하우징 14의 기본 몸체 16에서 빼내고 사용하지 않은 새 필터 카트리지 12를 오일 필터 하우징 14의 기본 몸체 16에 삽입할 때 필터 카트리지 12가 커버 18에 걸린다. 축방향 36은 필터 카트리지 12를 삽입할 때 필터 카트리지 12가 오일 필터 하우징 14의 기본적인 관 형태의 기본 몸체 16에 삽입되거나 끼워지는 방향이기도 하다.
도2와 함께 도1을 보면서 도1에 제시된 필터 카트리지 12의 서비스 위치나 분해 위치와 관련하여 필터 카트리지 12의 자세한 세부 사항을 설명하겠다. 필터 카트리지 12의 하단 내지는 제1 엔드 플레이트 26에서 슬리브 형태의 벽 42는 축방향 36으로 엔드 플레이트 26에 수직으로 돌출되어 있다. 이 벽 42를 따라 폐쇄 요소로 사용되는 슬리브 요소 44가 축방향 36으로 이동식으로 안내되어 있다. 슬리브 요소 44는 스프링 46으로 눌려 엔드 플레이트 26에서 떨어진다. 슬리브 요소 44의 축방향 말단부 48에는 외부 실링 링 50 형태와 내부 실링 링 52 형태의 실링 요소가 배치되어 있다. 실링 링 50, 52 영역에서는 말단부 48이 테이퍼형 내지는 스탬프형을 이룬다. 오일 필터 하우징 14의 커버 18이 닫혀 있는 경우 오일 필터 하우징 14에서 배출해야 하는 오일을 위한 배출 채널 54는 이러한 실링 링 50, 52를 이용해서 폐쇄할 수 있다(도4 참조).
이와 반대로 도1에 제시된 필터 카트리지 12의 서비스 위치나 분해 위치에서는 폐쇄 요소로 사용되는 슬리브 요소 44가 슬리브 요소 44의 말단부 48에 있는 실링 링 50, 52로 배출 채널 54의 해당 입구 56에서 간격을 두고 있다. 배출 채널 54의 링 형태 입구 56은 여기에서 깔때기형으로 되어 있으며 이에 슬리브 요소 44의 스탬프형 말단부 48를 수용하는 형태로 되어 있다. 도1에 제시된 필터 카트리지 12의 서비스 위치에서는 배출 채널 54가 열려 있다. 이에 따라 필터 카트리지 12가 있는 오일 필터 하우징 14 영역에서 오일이 흘러나올 수 있다. 오일 필터 하우징 14에서 흘러나오는 이러한 비여과 오일의 배출은 도1에서 화살표 58로 나타내고 있다.
도3을 기초로 오일 필터 하우징 14의 기본 몸체 16 측에 있는 오일 필터 10의 다른 구성요소를 구체적으로 설명하도록 한다. 기본 몸체 16 측에는 필터 카트리지 12가 오일 필터 하우징 14에 배치되어 있고 오일 필터 하우징 14의 커버 18이 연결되어 있을 때 필터 카트리지 12의 채널 20의 영역 30이 수용되어 있는 관 형태의 수용부 60이 있다(도4 참조). 바이패스 밸브 스프링 62 형태의 스프링 요소가 축방향으로 관 형태 수용부 60을 받치고 있다. 이러한 바이패스 밸브 스프링 62는 수용부 60의 여기에서 깔때기 형태인 영역 64를 오일 필터 하우징 14의 기본 몸체 16의 마찬가지로 여기에서 부분적으로 깔때기 형태인 벽 66 쪽으로 누른다. 수용부 60의 영역 64과 벽 66 사이에는 실링 68이 있다(도15 참조).
실링 68은 수용부 60 그리고/또는 벽 66에 배치될 수 있다. 여기에서는 실링 68이 있는 벽 66과 영역 64가 깔때끼형 내지는 테이퍼형으로 되어 있다. 이에 따라 실링 68은 여기에서 축방향 36을 기준으로 비스듬하게 배치되어 있다. 그러나 오일 필터 10의 버전에서 이 위치에 수용부 60와 벽 66의 해당 디자인에서 적어도 하나의 평평하게 또는 수평으로 배치된 실링도 있을 수 있다.
관 형태의 수용부 60 내에는 또한 후드 형태 내지는 돔 형태의 폐쇄 장치 70이 배치되어 있다. 이 폐쇄 장치 70에는 체크 밸브 스프링 72 형태의 다른 스프링 요소에서 축방향 36으로 스프링력이 가해진다. 체크 밸브 스프링 72는 폐쇄 장치 70을 관 형태의 수용부 60 쪽으로 누른다(도1 참조).
도3에서는 폐쇄 장치 70이 관 형태의 수용부 60에 있는 접촉면에서 떨어져 있다. 이에 (여기에서는 폐쇄 장치 70에 배치된) 실링 74를 알아볼 수 있다. 뿐만 아니라 이 상태에서 오일 필터 하우징 14 측에 있는 채널 76은 필터 카트리지 12의 채널 20에서 통로 개구부 34를 통해 흘러나올 수 있는 여과 오일이 관류할 수 있다. 이에 따라 폐쇄 장치 70을 체크 밸브 스프링 72의 힘에 반하여 수용부 60에서 떨어뜨린, 폐쇄 장치 70의 도3에 제시된 위치에서는 오일 필터 하우징 14 측에 있는 채널 76의 입구가 여과 오일을 위해 열려 있다. 따라서 통로 개구부 34와 채널 76 입구 사이에 유동적 연결이 생긴다.
다음에서는 필터 카트리지 12를 이용해서 구현 가능한 밸브 기능을 자세히 설명한다. 실링 링 50, 52 형태의 축 방향 실링이 있는 슬리브 요소 44가 배출 채널 54의 입구 56과 함께 작용함으로써 여기에서는 서비스 밸브 78이 제공된다. 슬리브 요소 44의 축방향 말단부 48이 배출 채널 54의 입구 56에서 떨어져 있는 필터 카트리지 12의 도1에 제시된 서비스 위치에서는 서비스 밸브 78이 열려 있다.
또한 폐쇄 장치 70과 관 형태 수용부 60이 있는 필터 카트리지 12가 함께 작용함으로써 체크 밸브 80과 바이패스 밸브 82가 제공된다(도1 참조). 도1에 제시된 서비스 위치에서는 체크 밸브 80과 바이패스 밸브 82가 닫혀 있다. 체크 밸브 80은 폐쇄 장치 70에 배치된 실링 74가 수용부 60에 닿을 때 닫힌다. 바이패스 밸브 82는 현재 수용부 60에 배치된 실링 68이 벽 66에 닿을 때 닫힌다. 이로써 벽 66은 사실상 바이패스 밸브 82의 밸브 서포트 역할을 한다.
도4에서는 도1에 따른 오일 필터 10의 단면을 나타내고 있다. 이때 오일 필터 하우징 14는 닫혀 있다. 즉, 커버 18이 기본 몸체 16에 장착되어 있다. 도4에 제시된 상황에서 오일 필터 10이 있는 자동차 내연기관은 작동 중이 아니다. 이에 내연기관이 작동 중일 때 비여과 오일을 필터 카트리지 12로 공급하는 오일 펌프도 작동 중이 아니다. 커버 18이 기본 몸체 16에 기밀하게 장착됨으로써 스프링 46은 슬리브 요소 44의 스탬프형 말단부 48을 배출 채널 54의 입구 56 쪽으로 누른다. 이렇게 해서 서비스 밸브 78이 닫힌다.
도1과 도4에 제시된 필터 카트리지 12의 버전에서 채널 20의 영역 30은 말단부측에서, 즉 폐쇄 장치 70 쪽을 향한 말단부에서 막혀 있는 형태이다. 이에 따라 채널 20의 (여기에서는 테이퍼형을 이루고 있는) 바닥부 84는 (여기에서 마찬가지로 테이퍼형인) 폐쇄 장치 70에 닿아 있다(도15 참조).
필터 카트리지 12의 도4에 제시된 설치 위치에서는 바닥부 84 위에 있는 오일과 필터 카트리지 12의 정압이 폐쇄 장치 70에 가해진다. 하지만 체크 밸브 스프링 72는 스프링력이 이 정압보다 더 크게 설계되어 있다. 이에 따라 도4에 제시된 필터 카트리지 12의 제1 위치에서는 체크 밸브 80도 닫혀 있다. 또한 바이패스 밸브 82도 닫혀 있다.
도5에서는 내연기관이 작동 중일 때 상황을 나타내고 있다. 오염된 비여과 오일은 공급 채널 86을 통해 필터 카트리지 12가 있는 오일 필터 10의 영역으로 들어간다. 오일이 필터 카트리지 12로 이동하는 경로와 필터 카트리지 12의 내부 중앙 채널 20으로 필터 카트리지 12의 필터 재료 22를 방사 방향으로 통과하는 경로는 도5에서 해당 화살표 88로 나타내고 있다.
자동차 오일 펌프에서 공급 채널 86으로 들어온 비여과 오일은 필터 카트리지 12에 어느 정도의 압력을 가한다. 필터 카트리지 12가 도5에 제시된 제2 위치로 축방향으로 이동하기 위해서는 (더 작은) 하단 엔드 플레이트 26에 작용하는 압력에 비해 제2 엔드 플레이트 28에 작용하는 압력과 필터 재료 22를 통과할 때 오일의 압력 손실이 중요하다. 또한 체크 밸브 스프링 72와 스프링 46에서 가한 스프링력이 중요한 역할을 한다. 말하자면 배출 채널 54의 입구 56 쪽으로 슬리브 요소 44의 말단부 48을 누르는 스프링 46은 도5에 제시된 필터 카트리지 12의 제2 위치에서 도4에 제시된 필터 카트리지 12의 제1 위치보다 더 눌려있다. 필터 카트리지 12의 상단 엔드 플레이트 28은 이에 따라 오일 필터 하우징 14의 커버 18에서 후크 40 영역에 설계되어 있는 스페이서 90에 더 이상 접촉하지 않는다.
또한 하단 엔드 플레이트 26은 관 형태의 수용부 60의 상단 축방향 말단부에 접촉한다. 도4에 제시된 제1 위치에서는 이와 반대로 하단 엔드 플레이트 26이 수용부 60의 상단 말단부에서 떨어져 있다. 이에 따라 필터 카트리지 12가 제1 위치(도4 참조)에서 제2 위치(도5 참조)로 축방향 36으로 이동하면 바닥부 84가 폐쇄 장치 70에 닿아 있는 채널 20의 소켓 형태의 영역 30은 관 형태의 수용부 60에 더 들어간다. 이때 필터 카트리지 12의 영역 30은 폐쇄 장치 70을 체크 밸브 스프링 72의 힘에 대항하여 눌러 수용부 60에서 떨어뜨린다. 이렇게 해서 여과 오일이 채널 76으로 흘러 들어갈 수 있게 된다. 다시 말해 체크 밸브 80이 열린다. 바이패스 82는 이에 따라 계속 닫혀 있게 된다. 채널 20을 통해 통로 개구부 34를 지나 채널 76의 입구로 들어갔다가 오일 필터 하우징 14의 기본 몸체 16에 있는 채널 92를 통과하는 여과 오일의 흐름은 도5에서 화살표 94로 나타내고 있다.
도6에서는 오일 펌프가 오일 필터 하우징 14로 비여과 오일을 공급할 때 오일 필터 하우징 14 내에 부동 장착된 필터 카트리지 12를 축방향으로 이동시키는 압력을 화살표로 나타내고 있다. 이에 첫 번째 화살표 96은 비여과 오일이 필터 카트리지 12의 상단 엔드 플레이트 28에 가하는 압력을 나타낸다. 다음 화살표 98은 비여과 오일이 필터 카트리지 12의 하단 엔드 플레이트 26에 가하는 압력을 나타낸다. 세 번째 화살표 100은 압력 손실로 인해 비여과 오일의 압력에 비해 줄어든 필터 재료 22 다운스트림 오일의 압력을 나타낸다. 또한 화살표 102는 스프링 46에서 가한 스프링력을 나타내고 화살표 104는 체크 밸브 스프링 72에서 가한 스프링력을 나타낸다. 이에 따라 화살표 96으로 나타낸 힘은 화살표 98, 100, 102, 104로 나타낸 힘의 합보다 크다. 이러한 역비가 내연기관이 돌아갈 때 필터 카트리지 12를 축방향으로 이동시킨다.
여기에서는 예시로 O 링 106으로 나타내고 있는 실링 요소는 채널 20의 영역 30에서 벽 32의 외부면에 배치되어 있다(도2 참조). 이러한 방사 방향 실링은 영역 30을 수용하고 있는 관 형태의 수용부 60의 내부면에 접촉한다. 이러한 O 링 106 내지는 실링 링은 필터 카트리지 12가 제1 위치에서(도4 참조) 제2 위치(도5 참조)로 움직이면 필터 카트리지 12와 함께 축방향으로 이동한다. 필터 카트리지 12에 배치되었거나 필터 카트리지 12에 통합되어 있으면서 필터 카트리지 12와 함께 축방향으로 이동 가능한 실링 링이나 O 링 106 덕택에 필터 카트리지 12의 축방향 스트로크가 가능하다. 이때 이러한 실링 요소를 통해 필터 카트리지 12의 도5에 제시된 제2 위치에서 채널 20에서 나온 여과 오일만 채널 76으로 들어가고 비여과 오일은 이 채널로 들어가지 않도록 보장된다.
체크 밸브 스프링 72 영역에 있는 오일을 통해 유압 감쇠 영역이 제공된다. 이로 인해 오일의 압력 변동이 적은 진폭의 축방향 진동을 야기하지 않는다. 다시 말해 오일 필터 하우징 14 내에서 필터 카트리지 12가 축방향 36으로 빠르게 바뀌는 왕복 운동을 하지 않게 된다. 이러한 유압 감쇠 거동을 개선하기 위해 체크 밸브 스프링 72가 있는 벽 영역에 오리피스나 그와 유사한 관류 개구부를 구비할 수 있다.
도7에서는 오일 필터 10의 추가 단면도를 나타내고 있다. 도7에 제시된 상황에서는 필터 카트리지 12가 제2 위치(도5 참조)를 기준으로 축방향 36으로 더 이동되어 있다. 이에 따라 여기에서는 필터 카트리지 12의 상단 엔드 플레이트 28과 스페이서 90의 간격이 도5에 제시된 상황보다 더 크다. 또한 여기에서는 하단 엔드 플레이트 26이 슬리브 요소 44의 도7에 따른 상단 말단부 108에도 접촉해 있다. 슬리브 요소 44의 이러한 상단 말단부 108은 배출 채널 54를 막는 하단 말단부 48에 마주하고 있다. 서비스 밸브 78은 이에 따라 계속 닫혀 있게 된다.
하지만 필터 카트리지 12를 도7에 제시된 제3 위치로 축방향 36으로 축방향 이동시키면 관 형태 벽 60이 벽 66에서 떨어지게 된다. 이에 따라 바이패스 채널 110이 열려 비여과 오일이 채널 92로 들어갈 수 있게 된다. 수용부 60의 바닥 영역 112는 이때 바이패스 밸브 스프링 62를 누른다. 필터 카트리지 12가 그림 7에 제시된 제3 위치로 이동하게 되면 체크 밸브 스프링 72도 도5에 제시된 필터 카트리지 12의 제2 위치에서보다 더 눌리게 된다.
비여과 오일은 슬리브 형태의 벽 42에서뿐만 아니라 슬리브 요소 44에서도 구성되어 있으면서(도2 참조) 여기에서는 슬롯 114로 이루어져 있는 통로 개구부를 통해 영역 30 내지는 수용부 60과 슬리브 요소 44 사이에 구성되어 있으면서 여기에서는 링 공간으로 이루어져 있는 수용 공간으로 들어갈 수 있다. 이 수용 공간에서 비여과 오일이 바이패스 채널 110으로 들어가고 거기에서 채널 92로 들어갈 수 있다. 비여과 오일의 이러한 경로는 도7에서 해당 화살표 116으로 나타내고 있다. 슬리브 요소 44와 벽 42에 있고 여기에서는 예시로 슬롯 114로 이루어져 있는 통로 개구부의 크기 실시예를 통해 도1부터 도8에 제시된 오일 필터 10의 버전에서는 과압 시 바이패스 밸브 82 내지는 과압 밸브를 여는 경우를 위한 프리 필터를 제공할 수 있다.
또한 화살표 88, 94는 필터 재료 22를 통과하고 그 다음에 필터 카트리지 12의 채널 20을 따라 채널 92로 흐르는 오일의 추가로 가능한 경로를 나타낸다. 필터 재료 22가 막혀 있거나 손상된 경우 도7에 제시된 상황이 발생한다. 그러면 결국 비여과 오일이 상단 엔드 플레이트 28에 가하는 압력이 계속 존재하게 된다. 하지만 오일이 필터 재료 22를 통과할 때 압력 손실은 더 크다. 이에 따라 도6와 도8에서 화살표 100으로 나타낸 오일 압력은 더 낮다. 그 결과 상단 엔드 플레이트 28에 작용하는 압력(도8의 화살표 96 참조)이 바이패스 밸브 스프링 62에서 가하는 스프링력도 이길 수 있게 된다.
해당 힘은 도8에서 도식으로 나타내고 있다. 화살표 98은 또한 하단 엔드 플레이트 26에 작용하는 비여과 오일의 압력을 나타내고 화살표 104는 체크 밸브 스프링 72에서 가한 스프링력을 나타낸다. 추가로 도8에서 추가 화살표 118은 바이패스 밸브 스프링 62에서 가한 스프링력을 나타낸다. 이에 따라 화살표 96으로 나타낸 힘은 화살표 98, 100, 104, 102, 118로 나타낸 힘의 합보다 크다. 따라서 도7에서 나타낸 상황에서는 바이패스 채널 110도 열린다.
체크 밸브 스프링 72 내지는 바이패스 밸브 스프링 62의 힘은 바람직하게는 필터 카트리지 12가 작동 중 진동하지 않도록 설계되어 있다. 특히 바이패스 밸브 스프링 62의 스프링력은 체크 밸브 스프링 72의 스프링력보다 훨씬 크다. 이로 인해 바이패스 밸브 82는 손상되었거나 막힌 필터 재료 22에서 압력 손실로 인해 도7과 도8과 관련하여 서술한 상황이 발생하고 이에 따라 체크 밸브 80뿐만 아니라 바이패스 밸브 82도 열려 있을 때에만 열리도록 보장한다.
도9는 오일 필터 10의 한 버전을 나타내고 있다. 여기에서는 필터 카트리지 12와 오일 필터 하우징 14가 도1에 제시된 필터 카트리지 12와 도1에서 제시된 오일 필터 하우징 14와 약간 다른 구조이다. 도9에서는 분해 위치의 필터 카트리지 12를 나타내고 있다. 이때 커버 요소 내지는 커버 18은 오일 필터 14의 기본 몸체 16에서 분리되어 있다. 이에 따라 필터 카트리지 12는 커버 18 측에 있는 후크 40에서 후크 38로 고정되어 있다. 도9의 하단 영역에는 도1에 제시된 필터 카트리지와 유사하게 필터 카트리지 12를 나타내고 있다. 이에 따라 관 형태이면서 여기에서는 단부가 막혀 있는 소켓 형태로 되어 있는 채널 20의 영역 30에는 통로 개구부 34가 있다. 슬리브 요소 44와 벽 42 그리고 스프링 46은 앞서 설명한 오일 필터 10의 버전과 동일한 구조로 되어 있으므로 이와 관련해서는 해당 설명을 참조한다.
하지만 도9에 제시된 오일 필터 10 내지는 필터 카트리지 12 버전에서 상단 엔드 플레이트 28은 막혀 있지 않은 형태이다. 상단 엔드 플레이트 28에는 채널 20의 커버 부품 122로 단부가 막혀 있는 채널 20의 제2 영역 120이 인접해 있다. 이 버전에서는 이 영역 120에서 바이패스 밸브 82가 제공된다. 이를 위해 영역 120의 관 형태 벽 124에 통로 개구부 126이 구성되어 있다(도10 참조). 영역 120은 이 버전에서 단부측이 막혀 있는 관 형태 소켓으로 이루어져 있다. 이때 소켓의 외부면에는 통로 개구부 126의 양측에 실링 링 128 형태의 실링 요소가 배치되어 있다(도10 참조).
도9에 제시된 필터 카트리지 12의 분해 위치에서 채널 20의 영역 120은 커버 18 측에 있는 컵 형태 내지는 관 형태 수용부 130에서 거의 완전히 빠져나와 있다. 여기에서는 수용부 130이 커버 18의 기본 몸체에 배치된 인서트로 이루어져 있다. 수용부 130은 하지만 커버 18과 원피스로 이루어질 수도 있다. 이렇게 해서 도7에 제시된 필터 카트리지 12의 위치에서 벽 124의 영역 120에 구성된 통로 개구부 126에 접근할 수 있게 되어 바이패스 밸브 82가 열리게 된다. 이는 커버 18이 오일 필터 하우징 14의 기본 몸체 16와 아직 연결되어 있지 않기 때문이다. 또한 서비스 밸브 78이 열리고 체크 밸브 80이 닫힌다. 서비스 밸브 78은 배출 채널 54의 입구 56과 함께 작용하면서 폐쇄 요소 역할을 하는 슬리브 요소 44로 이루어져 있다. 이와 관련하여 도1부터 도8에 제시된 오일 필터 10 버전의 설명을 참조한다.
한편, 체크 밸브 80은 도1에서 도8에 제시된 오일 필터 10의 버전과 다른 형태로 되어 있다. 도9에 제시된 오일 필터 10의 버전에서는 관 형태의 수용부 60이 고정식으로 이루어져 있고 이에 축방향 36으로 움직일 수도 없다. 폐쇄 장치 70은 원뿔 형태가 아니라 필터 카트리지 12 쪽을 향한 상단부가 기본적으로 평평한 형태로 되어 있다. 실링 74가 폐쇄 장치 70에 배치된 영역에서만, 즉 폐쇄 장치 70의 가장자리 영역이나 모서리 영역에서만 폐쇄 장치 70이 경사져 있다. 기울기는 이때 수용부 60의 깔때기형 영역 132의 기울기와 일치한다(도 11 참조). 수용부 60은 이 버전에서도 밸브 서포트 역할을 한다.
오일 필터 10의 도9에 제시된 버전에서는 체크 밸브 스프링 72가 바이패스 밸브 스프링 62가 배치된 실린더 134를 둘러싼다. 체크 밸브 스프링 72는 이에 따라 실린더 134의 층단 136에서 받쳐진다. 도11에서는 체크 밸브 80의 폐쇄 장치 70이 개방 위치로 움직인 상태를 나타내고 있다. 이에 따라 전면 단부, 즉 여기에서는 폐쇄 장치 70의 평평한 상단부가 실린더 134의 상단 전면에 닿아 있다. 이에 따라 실링 74는 수용부 60의 영역 132에서 떨어진다.
도9에 제시된 체크 밸브 80의 닫힌 위치에서는 이와 반대로 체크 밸브 스프링 72가 폐쇄 장치 60을 그 실링 74와 함께(도11 참조) 기밀한 방식으로 영역 132에서 수용부 60 쪽으로 민다.
도12는 오일 필터 하우징 14가 닫혀 있는 상태에서 도9에 따른 오일 필터 10을 나타낸다. 이에 따라 커버 18은 오일 필터 하우징 14의 기본 몸체 16에 장착되어 있다. 스프링 46은 슬리브 요소 44의 말단부 48을 입구 56 쪽으로 민다. 이에 따라 배출 채널 54가 막히고 서비스 밸브 78이 닫힌다. 자동차의 내연기관이 아직 작동 중이지 않고 그에 따라 오일 펌프가 필터 카트리지 12 쪽으로 아직 오일을 공급하지 않기 때문에 필터 카트리지 12는 제1 위치에 있다. 이에 따라 폐쇄 장치 70도 체크 밸브 스프링 72를 이용해서 실린더 134에서 밀린다. 이에 따라 체크 밸브 80이 닫힌다.
채널 20의 소켓 형태 영역 120은 커버 18 측에 있는 수용부 130에 삽입된다. 실링 링 128은 관 형태의 수용부 130의 안쪽에 밀착된다. 이에 따라 비여과 오일이 통로 개구부 126에 들어가지 못한다. 그 결과 바이패스 밸브 82도 닫혀 있다.
하지만 수용부 130에 있는 유입구 138을 통해 비여과 오일은 수용부 130 내에서 커버 부품 122로 경계를 이루는 수용 공간으로 들어갈 수 있다. 이렇게 해서 유압 감쇠 영역이 제공된다. 유입구 138은 이때 댐퍼로 작용한다. 이는 오일 필터 하우징 14에 있을 수 있는 압력 변동 시 진동 내지는 축방향 36으로 필터 카트리지 12의 빠른 왕복 운동을 완화시킨다. 필터 카트리지 12의 축방향 진동을 방지하면 여기에서는 O 링 106인 방사 방향 실링의 마모도 특히 줄어든다.
채널 20의 영역 120에서 방사 방향 실링으로 설계된 실링 링 128은 통로 개구부 126이 수용부 130의 벽으로 덮일 때까지 비여과 오일이 채널 20으로 유입되는 것을 막는다.
도13에서는 도12에서 제시된 제1 위치에서 축방향 36으로 제2 위치로 이동한 필터 카트리지 12를 나타내고 있다. 여기에서도 부동 장착된 필터 카트리지 12의 축방향 이동은 내연기관이 돌아갈 때 오일 펌프가 오일 필터 10으로 비여과 오일을 공급하는 압력을 통해 실현된다. 필터 재료 22의 관류 시 압력 손실은 비여과 오일의 압력이 필터 카트리지 12를 축방향 36으로 밀게 한다. 이때 이에 따라 하단 엔드 플레이트 26에 인접한 채널 20의 영역 30은 수용부 60의 영역 132에 있는 폐쇄 장치 70을 수용부 60에서 떨어뜨린다. 체크 밸브 스프링 72는 이에 따라 도12에서 제시된 필터 카트리지 12의 제1 위치보다 더 눌린다.
이에 따라 벽 32에서 채널 20의 영역 30에 설계되어 있는 통로 개구부 34는 오일 필터 하우징 14 측에 있는 채널 76 쪽 입구와 유동적으로 연결된다. 즉 여과 오일이 이 채널 76으로 들어갈 수 있고 체크 밸브 80이 열린다. 반대로 서비스 밸브 78은 계속 닫혀 있게 된다. 바이패스 밸브 82도 계속 닫혀 있게 된다. 도13에서 화살표 88은 비여과 오일이 오일 필터 하우징 14를 통과하고 이어서 방사 방향으로 필터 재료 22를 통과하여 채널 20으로 흐르는 경로를 나타낸다. 화살표 94도 이와 유사한 방식으로 여과 오일이 채널 20을 통과하고 통로 개구부 34를 통과하여 채널 76으로 들어가 채널 92를 통해 내연기관까지 흐르는 경로를 나타낸다. 그러나 필터 카트리지 12의 하단 엔드 플레이트 26은 수용부 60에 아직 접촉하지 않는다.
도14에 제시된 상황에서는 필터 재료 22가 막혀 있거나 손상되어 있다. 이에 따라 필터 재료 22의 관류 시 오일의 압력 손실이 더 크다. 이로 인해 필터 카트리지 12는 도13에서 제시된 필터 카트리지 12의 제2 위치에 비해 축방향 36으로 더 밀린다. 즉 제3 위치로 이동하게 된다. 이에 따라 하단 엔드 플레이트 26은 수용부 60에 닿는다. 또한 실린더 134도 바이패스 밸브 스프링 62의 힘에 대항하여 아래로 눌린다. 이에 따라 이 버전에서는 채널 76도 더 열린다. 즉 서비스 밸브 78이 계속 닫혀 있는 반면 체크 밸브 80은 계속 열려 있게 된다.
이제는 바이패스 밸브 82도 열린다. 채널 20의 영역 120은 수용부 130에서 더 멀어져서 비여과 오일이 통로 개구부 126을 통과하여 채널 20의 영역 120으로 들어갈 수 있게 된다. 비여과 오일의 해당 흐름 경로는 도14에서 추가 화살표 140으로 나타내고 있다. 필터 재료 22를 통과한 여과 오일(화살표 94)과 함께 비여과 오일도 채널 76을 지나 채널 92로 들어간다. 필터 카트리지 12의 이 제3 위치에서는 하단 엔드 플레이트 26이 슬리브 요소 44의 상단 단부 108에도 밀착된다. 이에 따라 스프링 46도 최대치로 눌린다. 체크 밸브 스프링 72도 필터 카트리지 12가 도13에 제시된 제2 위치에 있을 때보다 더 눌린다.
도1부터 도8에서 제시된 오일 필터 10의 버전에서뿐만 아니라 도9에서 도14에 제시된 오일 필터 10의 버전에서도 서비스 밸브 78 내지는 배출 밸브, 체크 밸브 80과 바이패스 밸브 82 내지는 과압 밸브가 필터 카트리지 12의 움직임으로 제어된다.
여기에서 제시된 버전에서는 서비스 밸브 78을 닫는 데 사용되는 스프링 46이 필터 카트리지 12의 구성요소이다. 하지만 이런 종류의 스프링 요소는 오일 필터 하우징 14 측에 있을 수 있다. 또한 필터 카트리지 12의 부동 장착은 여기에서 상용차용 오일 필터 10과 관련하여 명시하고 있다. 하지만 필터 카트리지 12를 축방향으로 밀어 적어도 체크 밸브 80과 바이패스 밸브 82를 개방하는 것은 승용차에 장착되는 오일 필터에서도 사용할 수 있다. 여기에서는 서비스 밸브 78의 기능만 필요 없다. 왜냐하면 승용차용 오일 필터에서는 필터 카트리지 12를 통상적으로 아래에서 오일 필터 하우징에 장착하거나 아래로 오일 필터 하우징에서 분리하기 때문에 배출해야 하는 오일이 아래에 있는 구멍으로 어쩔 수 없이 배출되기 때문이다.
도15에서 도17까지를 기반으로 채널 20의 영역 30의 가능한 실시예를 설명하겠다. 도15에서는 도1에서 도14를 참고하여 설명한 버전에서 예시로 사용할 수 있는 필터 카트리지 12의 영역 30을 확대해서 나타내고 있다. 이에 따라 여기에서는 바닥부 84가 막혀 있다.
도16에서 제시된 영역 30의 실시예에서는 반대로, 막힌 바닥부 84가 없고 통로 개구부 34가 있는 소켓형 영역 30이 폐쇄 장치 70 쪽으로 열려 있다.
도17에서 제시된 실시예에서도 영역 30은 단부측이 열린 형태이다. 하지만 여기에서 영역 30의 중앙부에는 도17에서 제시된 필터 카트리지 12의 위치에서 폐쇄 장치 70에 밀착하는 압력 장치 142가 있다. 벽 32는 이때 압력 장치 142에 성형(星形)으로 지나면서 그 사이에 통로 개구부 34가 있는 벽 영역 144를 포함한다.

Claims (14)

  1. 채널(20) 벽(32)에 적어도 하나의 통로 개구부(34)가 있고, 이때 필터 카트리지(12)를 제1 위치로 가져오면 여과 오일이 적어도 하나의 통로 개구부(34)를 통해 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 오일 필터용 채널(76)로 유입되는 것을 막을 수 있고 필터 카트리지(12)가 제1 위치에 비해 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 이동된 제2 위치로 필터 카트리지(12)를 가져오면 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 채널(76) 입구가 적어도 하나의 통로 개구부(34)와 유동적으로 연결 가능한 것을 특징으로 하면서, 필터 카트리지(12)의 필터 재료(22)로 방사 방향으로 적어도 부분적으로 둘러싸여 있는 여과 오일용 채널(20)이 있는, 자동차 오일 필터(10)의 오일 필터 하우징(14) 삽입용 필터 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 필터 카트리지(12)가 제2 위치에 비해 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 더 이동된 제3 위치로 필터 카트리지(12)를 가져오면, 제1 위치와 제2 위치로 필터 카트리지(12)를 가져갔을 때 폐쇄 가능한 비여과 오일 입구가 채널(110, 92) 쪽으로 열리는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  3. 제2항에 있어서, 필터 카트리지(12)의 채널(20)이 필터 카트리지(12)의 제1 엔드 플레이트(26)에 인접하면서 적어도 하나의 통로 개구부(34)가 있는 제1 영역(30)을 가지고 비여과 오일 입구가 적어도 하나의 추가 통로 개구부(126)를 통해 채널(92) 쪽으로 제공되어 있는 제2 영역(120)을 가지며, 이때 필터 카트리지(12)를 제3 위치로 가져오면 비여과 오일이 적어도 하나의 추가 통로 개구부(126)를 통해 필터 카트리지(12)의 채널(20)로 들어갈 수 있는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  4. 제3항에 있어서, 제2 영역(120)은 단부가 막혀 있고 관 형태의 소켓 형태로 되어 있으며, 이때 소켓의 외부면에는 적어도 하나의 실링 요소(128)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 필터 카트리지(12)가 필터 카트리지(12)의 제1 엔드 플레이트(26)에 비해 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 이동 가능한 폐쇄 요소(44)를 가지고 이 폐쇄 요소를 이용해서 필터 카트리지(12)용 오일 필터 하우징(14)의 수용부에서 오일을 배출하기 위한 배출 채널(54)를 폐쇄할 수 있으며 이때 필터 카트리지(12)가 제1 위치에서 제2 위치와 반대 방향으로 움직인 필터 카트리지(12)의 분해 위치로 필터 카트리지(12)를 가져오면 배출 채널(54)의 입구(56)가 열리는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항을 재참조하여 제5항에 있어서, 폐쇄 요소가 특히 필터 카트리지(12)의 엔드 플레이트(26)에서 수직인 필터 카트리지(12)의 벽(42)을 따라 이동 가능한 슬리브 요소(44)로 설계되어 있고, 이 슬리브 요소는 적어도 하나의 통로 개구부(34)를 가지는 필터 카트리지(12)의 채널(20)의 제1 영역(30)과 슬리브 요소(44) 사이에 있는 수용 공간과 경계를 이루고 있고 이때 슬리브 요소(44)는 적어도 하나의 통로 개구부(114)를 가지며 이 통로 개구부를 통해 비여과 오일이 수용 공간으로 들어갈 수 있고 필터 카트리지(12)의 제3 위치에서는 수용 공간에서 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 채널(110, 92)로 들어갈 수 있는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 필터 카트리지(12)에 특히 플라스틱으로 이루어진 하나의 스프링 요소(46)가 배치되어 있고, 이 스프링 요소를 이용해서 배출 채널(54)의 입구(56)를 막는 위치에서 스프링 요소(46)의 스프링력이 폐쇄 요소(44)에 가해지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 폐쇄 요소(44)가 배출 채널(54)의 입구(56)를 밀봉하기 위해 설계된 적어도 하나의 실링 요소(50, 52)를 가지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 통로 개구부(34)를 가지는 필터 카트리지(12)의 채널(20) 영역(30) 외부면에 하나의 실링 요소(106)가 배치되어 있고, 이 실링 요소는 채널(20)의 영역(30)을 방사 방향으로 둘러싸고 있으며 이 실링 요소에 채널(20)을 통과한 여과 오일의 흐름 방향으로 봤을 때 업스트림에 적어도 하나의 통로 개구부(34)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 필터(10)의 오일 필터 하우징(14)에 배치되어 있는 필터 카트리지(12)가 있는 자동차용 오일 필터. 이때 오일 필터 하우징(14)에 있는 필터 카트리지(12)는 여과 오일이 적어도 하나의 통로 개구부(34)를 통과하여 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 여과 오일 채널(76)로 들어가는 것을 막는 제1 위치에서 이 제1 위치에 비해 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 필터 카트리지(12)를 움직여 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 채널(76) 입구가 적어도 하나의 통로 개구부(34)와 유동적으로 연결되는 제2 위치로 이동할 수 있는 오일 필터.
  11. 제10항에 있어서, 특히 하나의 기본 몸체(16)와 커버 요소(18)를 포함하는 오일 필터 하우징(14)이 하나의 관 형태의 수용부(60)를 가지며 필터 카트리지(12)가 제1 위치나 제2 위치로 이동했을 때 이 수용부에는 적어도 하나의 통로 개구부(34)를 가지는 필터 카트리지(12) 채널(20)의 제1 영역(30)이 수용되어 있고 이때 채널(20)의 제1 영역(30)은 적어도 필터 카트리지(12)의 제1 위치와 제2 위치에서 폐쇄 장치(70)에 닿아 있고 필터 카트리지(12)가 제1 위치에서 제2 위치로 움직이면 특히 스프링 요소(72)의 스프링력에 대항하여 관 형태 수용부(60)에서 이 폐쇄 장치가 떨어져서 오일 필터 하우징(14) 측에 있는 채널(76) 입구가 열리는 것을 특징으로 하는 오일 필터.
  12. 제11항에 있어서, 오일 필터 하우징(14)이 스프링 요소(62)를 위한 정지부를 가지고 이 스프링 요소는 필터 카트리지(12)가 제2 위치에 비해 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 더 이동된 제3 위치로 필터 카트리지(12)를 가져왔을 때 이동 방향에 반대로 필터 카트리지(12)에 작용하는 스프링력을 가하며 이때 관 형태 수용부(60)가 오일 필터 하우징(14)의 벽(66)에서 떨어져 채널(110, 92) 쪽으로 비여과 오일 입구가 열리는 것을 특징으로 하는 오일 필터.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 오일 필터 하우징(14)이 스프링 요소(62)를 위한 정지부를 가지며 이 스프링 요소는 필터 카트리지(12)가 제2 위치에 비해 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 더 이동된 제3 위치로 필터 카트리지(12)를 가져왔을 때 이동 방향에 반대로 필터 카트리지(12)에 작용하는 스프링력을 가하고 이때 적어도 하나의 추가 통로 개구부(126)를 가지는 필터 카트리지(12) 채널(20)의 제2 영역(120)을, 커버 요소(18) 측에 있고 특히 비여과 오일용 유입구(138)가 있으면서 채널(20)의 제2 영역(120)을 위한 추가 관 형태 수용부(130)에서 떨어뜨려서 채널(110, 92) 쪽으로 비여과 오일 입구를 열 수 있는 것을 특징으로 하는 오일 필터.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 필터 하우징(14)에 배출 채널(54)이 있고, 이때 필터 카트리지(12)가 제1 위치나 제2 위치에 오면 배출 채널(54) 입구(56)가 필터 카트리지(12) 엔드 플레이트(26)에 비해 필터 카트리지(12)의 축방향(36)으로 이동 가능한 폐쇄 요소(44)를 이용해서 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 오일 필터.
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