МАСЛЯНЫЙ ФИЛЬТР
OIL FILTER

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к производству масляных фильтров для двигателей внутреннего сгорания.
Предшествующий уровень техники Известен масляный фильтр по патенту US 4935127, содержащий корпус, крышку, усилитель, антидренажный клапан, кольцевой перепускной клапан с шайбой и пружиной и фильтрующую штору с верхней и нижней крышками, установленными по ее торцам. При этом антидренажный и перепускной клапаны выполнены в сборном блоке, что увеличивает трудоемкость изготовления фильтра за счет необходимости изготовления корпуса и крышки перепускного клапана и их сборки.
Известен масляный фильтр по патенту US 3669144, содержащий корпус, крышку, усилитель крышки, антидренажный и перепускной клапаны, а также фильтрующий элемент, включающий в себя фильтрующий материал, расположенный между верхней и нижней торцевыми крышками. При этом нижняя торцевая крышка фильтрующего элемента подпружинена относительно корпуса в сторону прижатия фильтрующего элемента к усилителю крышки. Недостатком данной конструкции является высокая трудоемкость изготовления, вызванная тем, что верхняя крышка и перепускной клапан выполнены раздельно. Кроме того, в этой конструкции антидренажный и перепускной клапаны установлены последовательно, что не исключает попадание отфильтрованных частиц грязи в двигатель при холодном пуске.
Наиболее близким к настоящему изобретению является масляный фильтр по международной заявке WO 2014/104907, содержащий корпус, крышку, усилитель, антидренажный клапан, подпружиненный блок фильтрации, дистанционную проставку с седлом перепускного клапана, расположенного во внутренней полости блока фильтрации. При этом антидренажный клапан выполнен в виде эластичной шайбы, например, из маслобензостойкой резины, и подпружинен деформированной при сборке шайбой, выполненной например из нагартованной стали и ослабленной отверстиями. Недостатком такого исполнения антидренажного клапана является разделение его на две детали, что усложняет производство и сборку масляного фильтра. Использование клапана из эластичного материала, например резины, резко удорожает конструкцию. Кроме того, в известном фильтре центральная часть антидренажного клапана закреплена, что требует наличия либо специальной детали - распорной шайбы, либо специального выступа на верхней торцевой крышке или проставке, что ведет к усложнению конструкции и повышению стоимости фильтра.
Задачей изобретения является повышение технологичности конструкции и исключение ухудшения характеристик антидренажного клапана при продолжительной эксплуатации в горячем масле.
Раскрытие изобретения
Указанная задача решается в масляном фильтре, содержащем корпус; крышку; усилитель крышки; фильтрующий элемент; антидренажный клапан и перепускной клапан. При этом фильтрующий элемент включает в себя фильтрующий материал, расположенный между верхней и нижней торцевыми крышками, причем нижняя торцевая крышка фильтрующего элемента подпружинена относительно корпуса в сторону прижатия фильтрующего элемента к усилителю крышки, а антидренажный клапан выполнен в виде диска с центральным отверстием, установлен между усилителем крышки и верхней торцевой крышкой фильтрующего элемента и упруго сдеформирован, прижимаясь одной стороной к усилителю крышки, а другой стороной - к верхней торцевой крышке фильтрующего элемента, образуя уплотняемые поверхности.
Согласно изобретению антидренажный клапана выполнен в виде тонкого сплошного металлического диска.
Такое выполнение масляного фильтра позволяет снизить стоимость антидренажного клапана, а также упростить конструкцию фильтра, поскольку центральная часть клапана не закрепляется, а только прижимается к выступающей части верхней торцевой крышки или проставке за счет упругости металла, из которого выполнен антидренажный клапан. Выполнение антидренажного клапана из металла исключает ухудшение его характеристик при продолжительной эксплуатации, так как металл не подвержен старению при работе в горячем масле.
Величина упругой деформации антидренажного клапана при сборке должна составлять 2-4,5 толщин антидренажного клапана, а разность наружного и внутреннего диаметров антидренажного клапана составляет 80-110 его толщин.
Минимальная величина деформации «А» при максимальном соотношении разности наружного и внутреннего диаметра к толщине позволяет достичь усилия прижатия в местах уплотнения, достаточного для его герметичности при перепаде обратного давления до 0,003 МПа. Максимальная величина деформации «А» при минимальном соотношении разности наружного и внутреннего диаметра к толщине позволяет получить приемлемое его гидравлическое сопротивление порядка 0,01 МПа при расходе масла 1000 литров в час, а также исключить потерю устойчивости антидренажного клапана, приводящую к потере герметичности. При этом проходное сечение антидренажного клапана обеспечивается как раз за счет потери его устойчивости, т.е. появляются радиальные гофры, поэтому открывание клапана происходит резко при достижении определенного перепада давления на антидренажном клапане, после чего перепад давления на нем даже уменьшается.
Антидренажный клапан выполнен из термообработанной полированной холоднокатаной стальной ленты, например из стали марки 65Г. Данный материал имеет приемлемые упругие и прочностные характеристики, а так же широко распространен и потому имеет относительно невысокую стоимость.
Предпочтительно на верхней торцевой крышке фильтрующего элемента выполнен кольцевой выступ с радиальными ребрами, выходящими в осевом направлении за пределы этого кольцевого выступа, при этом антидренажный клапан указанной другой стороной прижат к этому кольцевому выступу, а радиальные ребра проходят через центральное отверстие в диске антидренажного клапана (16), центрируя его.
Указанный кольцевой выступ с радиальными ребрами, выходящими в осевом направлении за пределы этого кольцевого выступа, может быть выполнен в виде проставки, установленной в верхней торцевой крышке.
Уплотняемая поверхность усилителя крышки, контактирующая с антидренажным клапаном предпочтительно выполнена с шероховатостью не более Ra 1,6, благодаря чему антидренажный клапан плотно прилегает к усилителю крышки, что позволяет добиться приемлемой герметичности стыка без использования уплотнительных материалов, таких как резина или силикон.
При этом уплотняемая поверхность на кольцевом выступе верхней торцевой крышки, в частности, на выступе, выполненном в виде проставки, образована острой кромкой, которая относительно легко деформируется под действием силы от упругой деформации антидренажного клапана, обеспечивая приемлемую герметичность.
Для облегчения сборки фильтра на радиальных ребрах выполнена заходная фаска преимущественно под углом 45°.
На верхнем торце верхней торцевой крышки могут быть выполнены радиальные ребра жесткости (20), высота которых убывает от центра к периферии. Эти ребра увеличивают жесткость верхней торцевой крышки и, как следствие, всего фильтрующего элемента, а также выполняют функцию упоров, ограничивающих максимальную деформацию антидренажного клапана, предохраняя его от получения пластической деформации.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен вариант выполнения масляного фильтра с пластмассовыми верхней и нижней торцевыми крышками фильтрующего элемента, вид в изометрии;
на фиг. 2 изображен фрагмент верхней торцевой крышки фильтрующего элемента, вид в изометрии;
на фиг. 3 - вариант выполнения масляного фильтра с металлическими верхней и нижней торцевыми крышками фильтрующего элемента, вид в изометрии.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1, в корпусе 1 с крышкой 2 и усилителем 3 крышки, имеющем входные отверстия 4 для прохода нефильтрованного масла, расположен фильтрующий элемент 5. Фильтрующий элемент 5 состоит из фильтрующего материала 6, верхней торцевой крышки 7, расположенной со стороны входа и выхода масла из фильтра, и нижней торцевой крышки 8, расположенной с противоположной стороны фильтрующего элемента 5. Между нижней торцевой крышкой 8 и корпусом 1 установлена пружина 9, которая прижимает фильтрующий элемент 5 к усилителю 3 крышки.
В центральной части верхней торцевой крышки 7 выполнены два аксиально расположенных кольцевых выступа 10 и 11, выступающих наружу от фильтрующего элемента 5 на разную высоту и соединенных между собой ребрами 12, образуя каналы 13 перепускного клапана 14. При этом внутренний кольцевой выступ 10 имеет большую высоту, так что фильтрующий элемент 5 упирается в усилитель 3 крышки верхней частью 15 (фиг. 1, 2) указанного внутреннего кольцевого выступа 10. Верхняя часть 15 внутреннего кольцевого выступа 10 выполнена заостренной, поэтому она легко деформируется при контакте с усилителем 3 крышки (фиг. 1), обеспечивая плотное прилегание внутреннего кольцевого выступа 10 к поверхности усилителя 3 крышки, обеспечивая тем самым герметичность их стыка.
Высота внутреннего кольцевого выступа 10 относительно наружной поверхности верхней торцевой крышки 7 выбрана так, чтобы между торцом верхней торцевой крышки 7 и усилителем 3 крышки имелся зазор, определяющий проходное сечение, необходимое для прохода масла от входных отверстий 4 усилителя 3 крышки к фильтрующему материалу 6.
Высота внешнего кольцевого выступа 11 меньше высоты внутреннего кольцевого выступа 10 на величину, определяющую зазор между усилителем 3 крышки и внешним кольцевым выступом 11, необходимый для прохода масла к перепускному клапану 14.
Между усилителем 3 крышки и верхним торцом внешнего кольцевого элемента 11 верхней торцевой крышки 7 расположен антидренажный клапан 16, представляющий собой металлический диск с центральным отверстием 17, изготовленный из термообработанной холоднокатаной стальной ленты, например, из ленты 65Г-2П-ПТ-С ГОСТ 21996-76. Изначально антидренажный клапан 16 представляет собой плоский диск, но при сборке он упруго деформируется между верхним торцом внешнего кольцевого выступа 11 и усилителем 3 крышки на величину «А». Величина «А» упругой деформации антидренажного клапана 16 при сборке должна составлять 2-4,5 толщин антидренажного клапана 16, а разность наружного и внутреннего диаметров антидренажного клапана 16 составляет 80-110 его толщин. Минимальная величина деформации «А» при максимальном соотношении разности наружного и внутреннего диаметров диска к его толщине позволяет достичь усилия прижатия в местах уплотнения, достаточного для герметичности при перепаде обратного давления до 0,003 МПа и не требует дополнительного закрепления центральной части антидренажного клапана 16. Максимальная величина деформации «А» при минимальном отношении разности наружного и внутреннего диаметров диска к его толщине позволяет получить приемлемое гидравлическое сопротивление антидренажного клапана 16 порядка 0,01 МПа при расходе масла 1000 литров в час, а также исключить потерю устойчивости антидренажного клапана 16, приводящую к потере герметичности.
Центрируется антидренажный клапан 16 проходящими через его центральное отверстие 17 ребрами 12 верхней торцевой крышки 7. Для увеличения технологичности сборки на ребрах 12 (фиг. 2) выполнена заходная фаска, преимущественно под углом 45°, начинающаяся от внутреннего кольцевого выступа 10.
Уплотняемая поверхность 18 (фиг. 1) усилителя 3 крышки, контактирующая с антидренажным клапаном 16, должна быть выполнена с шероховатостью не более Ra 1,6 для обеспечения плотного прилегания антидренажного клапана 16. Поверхность соприкосновения антидренажного клапана 16 и верхней торцевой крышки 7 представляет собой практически линию контакта плоскости антидренажного клапана 16 с кромкой 19 (фиг. 1, 2) внешнего кольцевого выступа 11, которая для обеспечения герметичности выполняется острой и с минимальными отклонениями от формы окружности.
На верхней поверхности верхней торцевой крышки 7 (фиг. 1) выполнены ребра жесткости 20, высота которых убывает от центра к периферии, выполняющие также функцию ограничителя деформации антидренажного клапана 16, исключая его пластическую деформацию.
Перепускной клапан 14, подпружиненный пружиной 21 через кольцо 22, перекрывает каналы 13, образованные внешним кольцевым выступом 11, внутренним кольцевым выступом 10 и соединяющими их ребрами 12.
Второй конец пружины 21 имеет меньший диаметр и упирается в выступы 23, выполненные на стойках 24 верхней торцевой крышки 7. Стойки 24 связаны между собой перемычкой 25. Стойки 24 выполняют функцию распорки между верхней и нижней торцевыми крышками 7 и 8 и воспринимают осевые усилия от давления масла на эти крышки при работе двигателя. Перемычка 25 увеличивает жесткость стоек 24.
Нижняя торцевая крышка 8 имеет центральный выступ 26, в котором выполнен уступ 27 для упора пружины 9. На верхнем торце центрального выступа 26 выполнен кольцевой элемент 28, по которому центрируются стойки 24. Между стойками 24 образуются проходы 29, соединяющие «чистую» полость 30 с центральным отверстием в усилителе 3 крышки для перетекания чистого масла в двигатель. Между наружной поверхностью фильтрующего элемента 5 и корпусом 1 расположена «грязная» полость 31, в которой скапливаются отфильтрованные загрязняющие масло частицы. Усилитель 3 крышки, верхняя торцевая крышка 7 и антидренажный клапан 16 образуют распределительную масляную полость 32, куда поступает нефильтрованное масло от двигателя.
Для придания жесткости фильтрующему материалу 6 в центр фильтрующего элемента 5 установлена пружина 33, препятствующая деформации фильтрующего материала 6 в сторону «чистой» полости 30.
На внутренней боковой поверхности внутреннего кольцевого выступа 10 (фиг. 2) выполнены ребра 34, по которым происходит центрирование верхней торцовой крышки 7 (фиг. 1) относительно усилителя 3 крышки.
На фиг. 3 представлен вариант выполнения масляного фильтра с металлическими верхней и нижней торцевыми крышками 35, 36, имеющими центральные выступы 37, 38, воспринимающими осевую нагрузку на фильтрующий элемент 5. Выступ 37 верхней торцевой крышки 35 оканчивается опорными элементами 39, между которыми образованы окна для прохода масла в «чистую» полость 30. На торце нижнего выступа 38 выполнен выступ 40, по которому центрируются опорные элементы 39 верхней торцевой крышки 35. Перепускной клапан 14 с кольцом 22 и пружиной 21 расположен на проставке 41, которая установлена в центре верхней торцевой крышки 35 и полностью повторяет форму центральной части верхней торцевой крышки 7 масляного фильтра с пластмассовыми торцевыми крышками 7, 8, показанного на фиг. 1. При этом центральная часть антидренажного клапана также не закрепляется.
Масляный фильтр работает следующим образом.
Нефильтрованное масло из двигателя через отверстия 4 (фиг. 1, 3) в усилителе 3 крышки попадает в единую распределительную масляную полость 32. В случае горячего масла весь его поток, деформируя антидренажный клапан 16, попадает в «грязную» полость 31, фильтруется, проходя через фильтрующий материал 6, попадает в чистую полость 30 и, перетекая через проходы 29, поступает в систему смазки двигателя.
В случае пуска холодного двигателя вязкость масла препятствует его проходу через фильтрующий материал 6, при этом давление в «грязной» полости 31 повышается. После достижения заданного давления в «грязной» полости 31 и распределительной полости 32 масло, воздействуя через каналы 13 на перепускной клапан 14, перемещает его, сжимая пружину 21 и открывая тем самым проход масла в «чистую» полость 30, минуя «грязную» полость 31, а затем - в систему смазки двигателя.
Антидренажный клапан 16 в масляном фильтре до установки на двигатель прижимается к уплотняемым поверхностям 18 и 19 равными усилиями, возникшими при деформации антидренажного клапана 16 во время сборки. При достижении перепада давления на антидренажном клапане 16 примерно 0,01 МПа он открывается за счет потери его устойчивости, т.е. появляются радиальные гофры, поэтому открывание антидренажного клапана 16 происходит резко, после чего перепад давления на нем даже уменьшается. После выключения двигателя антидренажный клапан 16 закрывается, причем со стороны фильтрующего элемента 5 на него начинает действовать давление столба масла, находящегося в масляной системе двигателя выше масляного фильтра (давлением приблизительно 0,003 МПа), что вызывает дополнительное усилие прижатия антидренажного клапана 16 к уплотняемой поверхности 18 усилителя 3 крышки. При этом усилие прижатия антидренажного клапана 16 к поверхности 19 на верхней торцевой крышке 7 уменьшается, но благодаря предварительной деформации антидренажного клапана 16 при сборке, он при достижении перепада давления 0,003 МПа остается гарантированно прижатым к поверхности 19, не допуская слив масла из системы смазки двигателя в картер.