TWI832087B - 錐形空氣過濾器以及用於內燃機之閉合式進氣系統的錐形空氣過濾器之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於內燃機之閉合式進氣系統的錐形空氣過濾器之設備及方法。該錐形空氣過濾器由保持在基底與帽之間的錐形過濾介質組成，該錐形過濾介質經製造以自進氣空氣流中移除污染物及顆粒物質。基底由凸緣組成，該凸緣與該內燃機之空氣進氣管耦接。殼接收器經併入該基底中且接收剛性外部殼，使得該外部殼包圍該錐形空氣過濾器且導向該錐形空氣過濾器中之進氣空氣流。帽設置在該錐形空氣過濾器之頂點部分上且經組配以圍繞該頂點部分導向該進氣空氣流且將該進氣空氣流導向至該錐形過濾介質中。

Description

錐形空氣過濾器以及用於內燃機之閉合式進氣系統的錐形空氣過濾器之方法
本申請案主張2016年8月3日申請且具有申請案第62/370,525號之標題名稱為「Cone Air Filter」之美國臨時申請案之權益及優先權。
本揭示案之領域大體而言係關於過濾裝置。更特定而言，本揭示案之領域係關於用於內燃機之閉合式進氣系統的錐形空氣過濾器之設備及方法。
經設計來自空氣流中移除顆粒物質的空氣過濾器通常為包含纖維材料之裝置。此等纖維材料可自空氣流中移除固體顆粒諸如灰塵、花粉、黴菌及細菌。空氣過濾器經使用於空氣品質為重要的應用中，值得注意的是使用於建築物通風系統中且與引擎一起使用。
空氣過濾器可使用於汽車、卡車、牽引車、火車及使用內燃機的其他車輛中。空氣過濾器可與汽油引擎、柴油引擎或利用化石燃料或其他可燃物的其他引擎一起使用。空氣過濾器可與其中燃燒為間歇性的引擎一起使用，該等引擎諸如四衝程及二衝程活塞引擎，以及連續地使空氣進入使得可燃物可燃燒的其他類型之引擎。例如，空氣過濾器可與一些燃氣渦輪機一起使用。過濾器亦可與空氣壓縮機一起使用或使用於使空氣進入的其他裝置中。
過濾器可由褶紙、泡沫、棉絮、旋製玻璃纖維或其他已知過濾材料製成。通常，與內燃機及壓縮機一起使用的空氣過濾器傾向於由以下任一者組成：紙、泡沫或棉絮過濾器。一些過濾器使用油浴。用於內燃機之空氣過濾器防止磨料顆粒物質進入引擎之汽缸，其中該磨料顆粒物質將引起機構磨損及油污染。在許多燃料噴射式引擎中，可使用平板褶紙過濾器元件。此過濾器通常置放在以管系連接至節流閥主體的塑膠箱內側。使用汽化器或節流閥主體燃料噴射的車輛通常使用定位在汽化器或節流閥主體上方的圓柱形空氣過濾器。
本發明提供一種用於內燃機之閉合式進氣系統的錐形空氣過濾器之設備及方法。錐形空氣過濾器由保持在基底與帽之間的錐形過濾介質組成。錐形過濾介質經製造以自進氣空氣流中移除污染物及顆粒物質。過濾介質可由紙、泡沫、棉絮、旋製玻璃纖維、或其他已知過濾材料、編織或非編織材料、合成物或天然物、或上述各者之任何組合組成。過濾油組成可應用於過濾介質，以便增強錐形空氣過濾器之空氣清潔性質。基底由凸緣組成，該凸緣經組配以與內燃機之空氣進氣管耦接。殼接收器經併入基底中且經組配來接收剛性外部殼，使得該外部殼包圍該錐形空氣過濾器且導向該錐形空氣過濾器中之進氣空氣流。帽設置在錐形空氣過濾器之頂點部分上，且經組配以圍繞該頂點部分導向該進氣空氣流且將該進氣空氣流導向至該錐形過濾介質中。
在一示範性實施例中，用於內燃機之閉合式進氣系統之錐形空氣過濾器包含：基底，其由凸緣組成，該凸緣經組配以與該內燃機之空氣進氣管耦接；帽，其包含該錐形空氣過濾器之頂點部分且經組配來將進氣空氣流導向至該錐形空氣過濾器中；以及過濾介質，其設置在該基底與該帽之間，該過濾介質經組配以自進入該空氣進氣管的該進氣空氣流中移除污染物及顆粒物質。
在另一示範性實施例中，該錐形空氣過濾器經組配以保持在包含該閉合式進氣系統的剛性外部殼內，使得該進氣空氣流在該帽與該外部殼之內部之間經導向，經由該過濾介質抽吸至該錐形空氣過濾器之內部中，該等污染物及顆粒物質藉由該過濾介質自該進氣空氣流中移除，且該進氣空氣流經抽吸至通向該內燃機的該空氣進氣管中。在另一示範性實施例中，該帽由圓形、錐形構件組成，該圓形、錐形構件固定地耦接至與該基底相對的該過濾介質之頂點部分。在另一示範性實施例中，該帽由適合於承受該閉合式進氣系統內之溫度及壓力的剛性材料組成，該帽經組配來圍繞該頂點部分導向該進氣空氣流且將該進氣空氣流導向至該過濾介質之側中。
在另一示範性實施例中，該基底包括殼接收器，該殼接收器經組配來接收剛性外部殼，該剛性外部殼將該進氣空氣流導向至該過濾介質中，該殼接收器由設置在該基底之最大直徑處的平滑圓周表面組成。在另一示範性實施例中，該殼接收器由一或多個孔組成，該一或多個孔經組配來接收適合於固定地耦接該外部殼與該平滑圓周表面的緊固件。在另一示範性實施例中，該一或多個孔由均勻地設置在該平滑圓周表面之周邊周圍的四個孔組成。在另一示範性實施例中，該基底包括通氣孔入口接收器，該通氣孔入口接收器經組配來接收通氣孔入口，使得該通氣孔入口經置放成與該錐形過濾器之內部流體連通。在另一示範性實施例中，該通氣孔入口由凸緣配接器組成，該凸緣配接器經組配來耦接該錐形過濾器之該內部與PCV閥、曲軸箱通氣管及各種感測器中之任一個，該等各種感測器與該內燃機電氣連接。
在另一示範性實施例中，該凸緣由柔韌材料組成，該柔韌材料可修正以經拉伸且壓縮以便與該空氣進氣管之分別稍微大於或小於該凸緣之鬆馳內徑的大小耦接。在另一個示範性實施例中，該凸緣可經組配以滑動至該空氣進氣管之外部上且藉由適合的夾具或任何其他類似緊固件保持在該外部上。在另一示範性實施例中，該凸緣經組配以將配接器接收至該凸緣之內部中，該配接器經組配以與該空氣進氣管耦接，以便將該進氣空氣流自該錐形空氣過濾器之該內部連通至該空氣進氣管。
在另一示範性實施例中，該過濾介質由紙、泡沫、棉絮、旋製玻璃纖維、或其他已知過濾材料、編織或非編織材料、合成物或天然物、或上述各者之任何組合組成。在另一示範性實施例中，該過濾介質經打褶或以其他方式成形或定輪廓以增加用於傳遞將要清潔的該進氣空氣流之表面面積。在另一示範性實施例中，該過濾介質經組配來以過濾油組成處置，以便增強該過濾介質之空氣淨化性質。
在另一示範性實施例中，金屬絲支撐件經併入該過濾介質中，以便向該錐形空氣過濾器提供額外強度及耐久性。在另一示範性實施例中，該過濾介質定位在該金屬絲支撐件與加強材料之一或多個層之間。在另一示範性實施例中，該金屬絲支撐件包含定位在該過濾介質之外表面上的金屬絲網及定位在內表面上的金屬絲網。在另一示範性實施例中，該金屬絲網由與該過濾介質一起共同打褶以便加強該錐形空氣過濾器的粉末塗佈之鋁網金屬絲組成。
在一示範性實施例中，用於內燃機之閉合式進氣系統的錐形空氣過濾器之方法包含：組配基底，該基底由凸緣組成，該凸緣與該內燃機之空氣進氣管耦接；將殼接收器併入該基底中，該殼接收器接收剛性外部殼，使得該外部殼將該進氣空氣流導向至該錐形空氣過濾器中；在該錐形空氣過濾器之頂點部分上形成帽以將進氣空氣流導向至該錐形空氣過濾器中；製造錐形過濾介質以自該進氣空氣流中移除污染物及顆粒物質；以及將該過濾介質保持在該基底與該帽之間。
在以下描述中，闡述許多特定細節以便提供對本揭示案的徹底理解。然而，一般技術者將明白，本文所揭示之本發明可在無此等特定細節的情況下經實踐。在其他情況下，可進行特定數值參考，諸如「第一凸緣」。然而，特定數值參考不應解釋為字面的順序次序，而應解釋為「第一凸緣」不同於「第二凸緣」。因此，所闡述特定細節僅為示範性的。特定細節可變化且仍設想為在本揭示案之精神及範疇內。「耦接」一詞界定為意味直接連接至組件或經由另一組件間接連接至組件。此外，如本文所使用，用於任何數字值或範圍之「約」、「近似」或「大體上」等詞指示允許組件之部分或集合作用來用於其如本文所描述之預期目的之適合尺寸公差。
大體而言，本揭示案描述用於內燃機之閉合式進氣系統的錐形空氣過濾器之設備及方法。錐形空氣過濾器經組配以保持在包含閉合式進氣系統的剛性外部殼內，使得外部殼之內部中的進氣空氣流經由過濾介質抽吸至錐形空氣過濾器之內部中。在進氣空氣流經抽吸至通向內燃機的空氣進氣管中之前，污染物及顆粒物質藉由過濾介質自進氣空氣流中移除。過濾介質可由紙、泡沫、棉絮、旋製玻璃纖維、或其他已知過濾材料、編織或非編織材料、合成物或天然物、或上述各者之任何組合組成。過濾油組成較佳地應用於過濾介質，以便增強錐形空氣過濾器之空氣清潔性質。錐形空氣過濾器之基底包括凸緣，該凸緣經組配以與內燃機之空氣進氣管耦接。包含錐形空氣過濾器之頂點部分的帽經組配以圍繞頂點部分導向進氣空氣流且將進氣空氣流導向至過濾介質中。
儘管本發明之實施例可在本文中就錐形空氣過濾器而言予以描述且例示，但應理解，本發明之實施例不限於所例示之精確形狀，而是可包括在給定體積的過濾器中提供相對大的表面面積的各式各樣的大體封閉形狀，諸如圓柱形、環形、卵形、圓形、彎曲、錐形或任何其他閉合式周邊形狀。此外，如本文所描述之實施例不限於用作內燃機過濾器，而是在大體的空氣需要經處置的其他過濾系統中可具有適用性。
圖1例示錐形空氣過濾器100之示範性實施例的上透視圖，該錐形空氣過濾器經組配來用於使用在內燃機之閉合式進氣系統內。錐形空氣過濾器100由過濾介質104組成，該過濾介質設置在基底108與帽112之間。錐形空氣過濾器100經組配以保持在包含閉合式進氣系統的剛性外部殼內，使得進氣空氣流在帽112與外部殼之內部之間經導向，經由過濾介質104抽吸至錐形空氣過濾器100之內部中，且抽吸至通向內燃機的空氣進氣管中。過濾介質104經組配來自經抽吸至空氣進氣管中的進氣空氣流中移除污染物及顆粒物質。過濾介質104為大體錐形構件，該大體錐形構件由固定地與帽112耦接的頂點部分及附貼至基底108的基底部分組成帽112用來圍繞錐形空氣過濾器之頂點部分導向進氣空氣流且將進氣空氣流導向至過濾介質104中。設想在於，帽112由適合於承受閉合式進氣系統內之溫度及壓力的剛性材料組成。
基底108包括殼接收器116，該殼接收器經組配來接收剛性外部殼之內部，使得外部殼包圍錐形空氣過濾器100且將進氣空氣流導向至過濾介質104中，如以上所描述。殼接收器116由設置在基底108之最大直徑處的大體平滑圓周表面組成。包含殼接收器116的一或多個孔120經組配來接收適合於固定地耦接外部殼與平滑圓周表面的緊固件。在圖1中所例示之實施例中，殼接收器116由沿平滑圓周表面均勻地設置在基底108之周邊周圍的四個孔120組成。
如圖2中最好地所示，基底108由凸緣124組成，該凸緣經組配以與內燃機之空氣進氣管耦接。凸緣124可由柔韌材料組成，該柔韌材料可修正以經拉伸且壓縮以便與空氣進氣管之分別稍微大於或小於凸緣124之開口128之鬆馳內徑的大小耦接。在一些實施例中，凸緣124可經組配以滑動至空氣進氣管之外部上且藉由適合的夾具或任何其他類似緊固件保持在該外部上。在一些實施例中，凸緣124可經組配以將配接器接收至凸緣124之開口128中。設想在於，配接器可經組配以與空氣進氣管耦接，以便將進氣空氣流自錐形空氣過濾器100之內部連通至空氣進氣管。
此外，基底108包括通氣孔入口接收器132，該通氣孔入口接收器經組配來使錐形空氣過濾器100之開業者能夠安裝通氣孔入口，使得通氣孔入口經置放成與錐形空氣過濾器之內部流體連通。例如，通氣孔入口可由凸緣配接器組成，該凸緣配接器經組配來耦接錐形空氣過濾器100之內部與PCV閥、曲軸箱通氣管及各種感測器中之任一個，該等各種感測器與內燃機電氣連接。在一些實施例中，通氣孔入口接收器132可包括許多螺紋，該等螺紋經組配以與設置在通氣孔入口之外部上的大體上類似螺紋以螺紋方式嚙合。在一些實施例中，其中可省略氣孔入口，插頭可以螺紋方式安裝至通氣孔入口接收器132中代替凸緣配接器。
如以上所描述，過濾介質104提供用以傳遞進氣空氣流且截留與進氣空氣流一起流動的顆粒及其他污染物的區域。過濾介質104可由紙、泡沫、棉絮、旋製玻璃纖維、或其他已知過濾材料、編織或非編織材料、合成物或天然物、或上述各者之任何組合組成。過濾介質104可經打褶，或以其他方式成形或定輪廓以便增加用於傳遞將要清潔的進氣空氣流之表面面積。過濾介質104在圓周方向上之長度可通常比錐形空氣過濾器100之圓形圓周更長，使得過濾介質104之表面面積大於錐形空氣過濾器100之輪廓表面面積。
在一些實施例中，金屬絲支撐件可經併入過濾介質104中，以便向錐形空氣過濾器100提供額外強度及耐久性。例如，過濾介質104可定位在金屬絲支撐件與加強材料之一或多個層之間。金屬絲支撐件可由定位在過濾介質104之外表面及內表面上的金屬絲網組成。在一些實施例中，過濾介質104可由夾在兩個環氧樹脂塗佈之鋁金屬絲網之間的4至6層棉紗布組成。設想在於，金屬絲網可與過濾介質104一起共同打褶以便加強錐形空氣過濾器100。此外，棉紗布可有利地以適當配方之過濾油組成處置，該適當配方之過濾油組成引起遍及包含過濾介質104的顯微股之膠黏性。棉絮之本質允許高體積之氣流，且在與過濾油組成之膠黏性組合時產生確保高度空氣過濾之強大的過濾介質。關於包含過濾介質104之組件之進一步細節，以及關於過濾油組成之細節揭示於2014年2月16日申請之標題名稱為「Air Box With Integrated Filter Media」之美國專利申請案第14/181,678號，及2015年4月30申請之標題名稱為「Filter Oil Formulation」之美國專利申請案第14/701,163號中，該等美國專利申請案中每一個之整體以引用方式併入本文。
設想在於，錐形空氣過濾器100之開業者可週期性地清潔過濾介質104而非丟棄整個錐形空氣過濾器，如在常規空氣過濾器的情況下進行的。在一實施例中，清潔方法可由以下步驟組成：自凸緣124移除進氣管，及隨後移除與容置錐形空氣過濾器100的剛性外部殼耦接的任何空氣管系。因此，剛性外部殼及錐形空氣過濾器100可一起自閉合式進氣系統移除。開業者可在與剛性外部殼耦接時清潔錐形空氣過濾器100，或錐形空氣過濾器可在經清潔之前首先自剛性外部殼移除。在一些實施例中，用於清潔過濾介質104之方法可由以下步驟組成：經由開口128將輸水軟管插入錐形空氣過濾器100之內部中，及隨後噴霧水以便自過濾介質104中沖洗污染物。在一些實施例中，用於清潔錐形空氣過濾器100之方法可由利用高壓空氣軟管代替輸水軟管組成。在一些實施例中，用於清潔錐形空氣過濾器100之方法可由以下步驟組成：將水噴霧至過濾介質104之外部上，使得水及污染物經直接自過濾介質104之外部沖洗，並且經由開口128退出。熟習此項技術者在不偏離本揭示案之精神及範疇的情況下將顯而易見其他清潔方法。
雖然本發明已就特定變化及例示性圖而言予以描述，但一般技術者將認識到本發明不限於所描述之變化或圖。另外，在以上所描述之方法及步驟指示以一定次序發生的必然事件的情況下，一般技術者將認識到某些步驟之排序可經修改且此等修改係根據本發明之變化。另外，步驟中之某些在可能時可在平行製程中並行地執行，並且如以上所描述順序地執行。在存在本發明之處於本揭示案或見於申請專利範圍中的本發明之等效物之精神內的變化的程度上，本專利意欲將亦涵蓋該等變化。因此，本揭示案將經理解為不受本文所描述之特定實施例限制，但僅受所附申請專利範圍之範疇限制。
100:錐形空氣過濾器 104:過濾介質 108:基底 112:帽 116:殼接收器 120:孔 124:凸緣 128:開口 132:通氣孔入口接收器
圖式涉及本揭示案之實施例，在圖式中： [圖1]例示錐形空氣過濾器之示範性實施例的上透視圖，該錐形空氣過濾器包含覆蓋錐形空氣過濾器之頂點部分的帽；以及 [圖2]例示錐形空氣過濾器之示範性實施例的下透視圖，該錐形空氣過濾器包含經組配來與內燃機之空氣進氣口耦接的基底。
雖然本揭示案易受各種修改及替代性形式，但本揭示案之特定實施例已藉由實例之方式展示於圖式中且本文將予以詳細描述。本發明應理解為不限於所揭示之特定形式，相反地，意圖將涵蓋屬於本揭示案之精神及範疇內的所有修改、等效物及替代性方案。
100:錐形空氣過濾器
104:過濾介質
108:基底
112:帽
116:殼接收器
120:孔
124:凸緣
128:開口
132:通氣孔入口接收器

Claims (15)

  1. 一種用於一內燃機之一閉合式進氣系統之錐形空氣過濾器，該錐形空氣過濾器包含：一基底，其由一凸緣組成，該凸緣經組配以與該內燃機之一空氣進氣管耦接；一帽，其包含該錐形空氣過濾器之一頂點部分且經組配來將一進氣空氣流導向至該錐形空氣過濾器中；一過濾介質，其設置在該基底與該帽之間，該過濾介質經組配以自進入該空氣進氣管的該進氣空氣流中移除污染物及顆粒物質；其中，該基底包括一通氣孔入口接收器，該通氣孔入口接收器經組配來接收一通氣孔入口，使得該通氣孔入口經置放成與該錐形過濾器之一內部流體連通；該通氣孔入口由一凸緣配接器組成，該凸緣配接器經組配來耦接該錐形過濾器之該內部與一PCV閥、一曲軸箱通氣管及各種感測器中之任一個，該各種感測器與該內燃機電氣連接；該凸緣由一柔韌材料組成，該柔韌材料可修正以經拉伸且壓縮以便與該空氣進氣管之分別稍微大於或小於該凸緣之一鬆馳內徑的大小耦接；該凸緣經組配以滑動至該空氣進氣管之一外部上且藉由一適合的夾具或任何其他類似緊固件保持在該外部上；該凸緣經組配以將一配接器接收至該凸緣之一內部中，該配接器經組配以與該空氣進氣管耦接，以便將該進氣空氣流自該錐形空氣過濾器之該內部連通至該空氣進氣管。
  2. 如請求項1之過濾器，其中該錐形空氣過濾器經組配以保持在包含該閉合式進氣系統的一剛性外部殼內，使得該進氣空氣流在該帽與一外部 殼之一內部之間經導向，經由該過濾介質抽吸至該錐形空氣過濾器之一內部中，該污染物及顆粒物質藉由該過濾介質自該進氣空氣流中移除，且該進氣空氣流經抽吸至通向該內燃機的該空氣進氣管中。
  3. 如請求項1之過濾器，其中該帽由一圓形、錐形構件組成，該圓形、錐形構件固定地耦接至與該基底相對的該過濾介質之一頂點部分。
  4. 如請求項3之過濾器，其中該帽由適合於承受該閉合式進氣系統內之溫度及壓力的一剛性材料組成，該帽經組配來圍繞該頂點部分導向該進氣空氣流且將該進氣空氣流導向至該過濾介質之側中。
  5. 如請求項1之過濾器，其中該基底包括一殼接收器，該殼接收器經組配來接收一剛性外部殼，該剛性外部殼將該進氣空氣流導向至該過濾介質中，該殼接收器由設置在該基底之一最大直徑處的一平滑圓周表面組成。
  6. 如請求項5之過濾器，其中該殼接收器由一或多個孔組成，該一或多個孔經組配來接收適合於固定地耦接該外部殼與該平滑圓周表面的緊固件。
  7. 如請求項6之過濾器，其中該一或多個孔由均勻地設置在該平滑圓周表面之周邊周圍的四個孔組成。
  8. 如請求項1之過濾器，其中該過濾介質由紙、泡沫、棉絮、旋製玻璃纖維、或其他已知過濾材料、編織或非編織材料、合成物或天然物、或上述各者之任何組合組成。
  9. 如請求項1之過濾器，其中該過濾介質經打褶或以其他方式成形或定輪廓以增加用於傳遞將要清潔的該進氣空氣流之一表面面積。
  10. 如請求項1之過濾器，其中該過濾介質經組配來以一過濾油組成處置，以便增強該過濾介質之空氣清潔性質。
  11. 如請求項1之過濾器，其中一金屬絲支撐件經併入該過濾介質中以便向該錐形空氣過濾器提供額外強度及耐久性。
  12. 如請求項11之過濾器，其中該過濾介質定位在該金屬絲支撐件與一加強材料之一或多個層之間。
  13. 如請求項11之過濾器，其中該金屬絲支撐件包含定位在該過濾介質之一外表面上的一金屬絲網及定位在一內表面上的一金屬絲網。
  14. 如請求項13之過濾器，其中該金屬絲網由與該過濾介質一起共同打褶以便加強該錐形空氣過濾器的粉末塗佈之鋁網金屬絲組成。
  15. 一種用於一內燃機之一閉合式進氣系統的一錐形空氣過濾器之方法，該方法包含：組配一基底，該基底由一凸緣組成，該凸緣與該內燃機之一空氣進氣管耦接；將一殼接收器併入該基底中，該殼接收器接收一剛性外部殼，使得該外部殼將該進氣空氣流導向至該錐形空氣過濾器中；在該錐形空氣過濾器之一頂點部分上形成一帽以將一進氣空氣流導向至該錐形空氣過濾器中；製造一錐形過濾介質以自該進氣空氣流中移除污染物及顆粒物質；以及將該過濾介質保持在該基底與該帽之間；其中，將該基底建構成包括一通氣孔入口接收器，該通氣孔入口接收器經組配來接收一通氣孔入口，使得該通氣孔入口經置放成與該錐形過濾器之一內部流體連通； 將該通氣孔入口建構成由一凸緣配接器組成，該凸緣配接器經組配來耦接該錐形過濾器之該內部與一PCV閥、一曲軸箱通氣管及各種感測器中之任一個，該各種感測器與該內燃機電氣連接；將該凸緣建構成由一柔韌材料組成，該柔韌材料可修正以經拉伸且壓縮以便與該空氣進氣管之分別稍微大於或小於該凸緣之一鬆馳內徑的大小耦接；將該凸緣組配成滑動至該空氣進氣管之一外部上且藉由一適合的夾具或任何其他類似緊固件保持在該外部上；並且該凸緣被建構成將一配接器接收至該凸緣之一內部中，該配接器經組配以與該空氣進氣管耦接，以便將該進氣空氣流自該錐形空氣過濾器之該內部連通至該空氣進氣管。
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