МАСЛЯНЫЙ ФИЛЬТР
OIL FILTER

Область техники
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, перепускной клапан, выполненный из эластичного материала и прижатый к седлу винтовой пружиной через кольцо. 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 перепускного клапана является неравномерное поджатие его к седлу винтовой пружиной, что приводит к неравномерному открыванию клапана, а также необходимость изготовления самой винтовой пружины. Также в конструкции с одним антидренажным клапаном есть вероятность временного выхода его из строя по причине попадания твердой частицы на уплотняемые поверхности, что приводит к стеканию масла из двигателя в картер при простое и последующему сухому пуску двигателя.
Задачей изобретения является повышение технологичности конструкции и ее надежности.
Раскрытие изобретения
Указанная задача решается в масляном фильтре, содержащем корпус, крышку, усилитель крышки, фильтрующий элемент, антидренажный клапан, перепускной клапан и проставку; 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, антидренажный клапан выполнен в виде диска с центральным отверстием, проставка содержит внешний и внутренний кольцевые элементы разной высоты, соединенные ребрами и образующие седло перепускного клапана, и стойки, соединенные перемычкой, перепускной клапан выполнен в виде кольца из эластичного материала и прижат к седлу перепускного клапана через кольцо пружиной.
Согласно изобретению, перемычка проставки выполнена в виде диска, а пружина перепускного клапана выполнена в виде пластинчатой пружины, сдеформированной между кольцом и диском.
Такое выполнение масляного фильтра позволяет получить пружину перепускного клапана из отхода центральной части антидренажного клапана, что уменьшает себестоимость изделия. Также пластинчатая пружина, например, звездообразной формы с шестью лепестками, прижимает перепускной клапан более равномерно, что позволяет более точно подобрать давление открытия перепускного клапана.
На диске выполнен конусный выступ в сторону перепускного клапана, малый диаметр которого составляет 0,1–0,2 внутреннего диаметра кольца, прижимающего перепускной клапан, а высота выступа с учетом необходимого открывания перепускного клапана равна 0,13–0,16 внутреннего диаметра кольца. Этот выступ позволяет получить необходимую деформацию пластинчатой пружины для обеспечения требуемого усилия открытия перепускного клапана, а также требуемый закон изменения усилия по мере открывания перепускного клапана, что также уменьшает влияние допусков на изготовление деталей на усилие открытия.
Пластинчатая пружина выполнена звездообразной формы и опирается центральной частью на выступ диска, а лепестками на кольцо. Такая форма пружины позволяет наиболее равномерно прижать перепускной клапан к седлу.
На кольце, прижимающем перепускной клапан выполнена ступенька для опоры лепестков пластинчатой пружины. Так как пластинчатую пружину предполагается получать из отхода центральной части антидренажного клапана, то ее размер ограничен, и для получения необходимой деформации для прижатия перепускного клапана опора пружины на кольце должна быть максимально приближена к центральной части пластинчатой пружины, что и достигается выполнением данной ступеньки. Высота ступеньки составляет 1–2 толщины пластинчатой пружины, что обеспечивает надежное зацепление, надежность сборки и в то же время минимальное расстояние до центральной части пружины.
Диск со стойками связан радиальными ребрами, ограничивающими смещение пластинчатой пружины в радиальном направлении. Для равномерного распределения усилия между лепестками пластинчатой пружины звездообразной формы необходимо зафиксировать положение ее центральной части, что и достигается ребрами, соединяющими стойки и диск проставки. Также такое соединение стоек и диска обеспечивает свободный проход масла из фильтра в двигатель.
Пластинчатая пружина выполнена из термообработанной холоднокатаной стальной ленты, а ее наружный диаметр в развертке по существу равен диаметру отверстия в антидренажном клапане, что позволяет получить ее из отхода центральной части антидренажного клапана. Также данный материал обладает необходимыми прочностными характеристиками.
В диске проставки выполнено углубление со стороны, противоположной перепускному клапану, в котором расположена пружина дополнительного антидренажного клапана, выполненного в виде диска из эластичного материала, седло которого выполнено на центральном выступе верхней крышки фильтрующего элемента. В центре дополнительного антидренажного клапана выполнен выступ, входящий внутрь пружины. Размещение в конструкции дополнительного антидренажного клапана позволяет повысить надежность удержания масла в картере двигателя во время длительного простоя и практически исключить сухой пуск двигателя. Выполнение его седла в верхней крышке наиболее рационально и не требует дополнительных деталей. Гнездо для пружины, выполненное в диске проставки и выступ, выполненный в центре дополнительного антидренажного клапана позволяют зафиксировать положение дополнительного антидренажного клапана через его пружину. Также возможен вариант исполнения дополнительного антидренажного клапана с несквозным отверстием в выступе, в которое с зазором входит центрирующий выступ, выполненный на диске.
На торце дополнительного антидренажного клапана со стороны проставки выполнены радиальные выступы. Выступы необходимы для исключения прилипания клапана к диску проставки во время его открытия.
Диаметр седла дополнительного антидренажного клапана составляет 0,6–07 диаметра центрального выступа верхней крышки. При этом минимальное значение данного диапазона обеспечивает максимальное проходное сечение клапана при минимальной величине его осевого перемещения, а максимальное значение этого диапазона оставляет достаточное проходное сечение между дополнительным антидренажным клапаном и внутренним диаметром центрального выступа верхней крышки. Отверстие для прохода масла составляет 0,45–055 диаметра центрального выступа верхней крышки. Минимальная величина этого диапазона должна обеспечивать проход масла из фильтра в двигатель, а максимальная – исключить проталкивание дополнительного антидренажного клапана внутрь фильтрующего элемента при возможном гидроударе при ускорениях транспортного средства.
В центре дополнительного антидренажного клапана может быть выполнено несквозное отверстие, по которому он сцентрирован выступом, выполненным в центре диска.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен масляный фильтр согласно изобретению, вид в изометрии;
на фиг. 2 – перепускной и дополнительный антидренажный клапаны, вид в увеличенном масштабе;
на фиг. 3 – пластинчатая пружина в недеформированном состоянии;
на фиг. 4 – вариант выполнения дополнительного антидренажного клапана и диска проставки.
Вариант осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1, в корпусе 1 с крышкой 2 и усилителем 3 крышки с отверстиями 4 для прохода нефильтрованного масла расположен фильтрующий элемент 5, подпружиненный к усилителю 3 крышки через проставку 6 пружиной 7. Внешний и внутренний кольцевые элементы 8, 9 (фиг.1, 2) проставки 6 имеют разную высоту и соединены между собой ребрами 10, образуя седло 11 перепускного клапана 12, подпружиненного через кольцо 13 сдеформированной пластинчатой пружиной 14 (фиг. 1 – 3). На кольце 13 со стороны перепускного клапана 12 против внешнего и внутреннего кольцевых элементов 8, 9 выполнены кольцевые выступы (на фиг. не показаны), которые под действием пластинчатой пружины 14 вдавливаются в перепускной клапан 12, уменьшая вероятность его смещения относительно кольца 13, что позволяет использовать более дешевую резину для изготовления перепускного клапана 12 и исключает необходимость склеивания кольца 13 с перепускным клапаном 12. В месте контакта внутреннего кольцевого элемента 9 с усилителем 3 крышки на них выполнены радиусы R1 и R2, соответственно (фиг. 2). Радиус R1 составляет 0,4–0,6 от радиуса R2, а внутренний диаметр внутреннего кольцевого элемента 9 больше наружного диаметра выступа усилителя 3 крышки, на который он одевается, на величину 0,2–0,4 от R2, что позволяет получить герметичный стык даже при небольшом наклоне проставки 6 относительно усилителя 3 крышки без использования уплотняющих материалов. Пластинчатая пружина 14 выполнена в виде шестиконечной звезды, имеющей центральную часть и расходящиеся от центра лепестки, ширина «b» (фиг. 3) которых определяет усилие открытия перепускного клапана 12 (фиг. 1, 2). Такая форма позволяет обеспечить равномерное прижатие перепускного клапана 12 к его седлу 11 и сохранять усилие его открытия практически постоянным в любой точке рабочего хода при открытии. Внутренний кольцевой элемент 9 через стойки 15 и ребра 16 соединяется с диском 17. Диск 17 имеет выступ 18, направленный внутрь проставки 6, на который опирается центральная часть пластинчатой пружины 14, а ребра 16 фиксируют ее положение, что нужно для равномерного распределения усилия пластинчатой пружины между лепестками, которые через кольцо 13 поджимают перепускной клапан 12 к его седлу 11. Высота «а» (фиг. 2) выступа 18 выбрана так, чтобы обеспечить прогиб плоской пружины 14 с учетом необходимого открывания перепускного клапана 12 и равна 0,13–0,16 внутреннего диаметра кольца 13.
Фильтрующий элемент 5 (фиг. 1) состоит из фильтрующей шторы 19, верхней крышки 20, нижней крышки 21 и распорной перфорированной трубки 22. На нижней крышке 21 выполнен выступ, по внутренней стороне которого базируется пружина 7, а по внешней – распорная перфорированная трубка 22. На верхней крышке 20 выполнен центральный выступ 23 (фиг. 1, 2), на котором в виде выступа отформовано седло 24 дополнительного антидренажного клапана 25, выполненного в виде диска из эластичного материала. Диаметр седла выбирается в диапазоне 0,6–0,7 от внутреннего диаметра центрального выступа 23. Максимальное значение этого диапазона обеспечивает проходное сечение масла между дополнительным антидренажным клапаном 25 и стенками центрального выступа 23, а минимальное –максимальное проходное сечение для масла при минимальном перемещении дополнительного антидренажного клапана 25. Также в центре выступа 23 выполнено отверстие для прохода масла. Размер отверстия составляет 0,45–055 диаметра центрального выступа 23. Минимальное значение этого диапазона обеспечивает проходное сечение для масла, а максимальное исключает возможность проталкивания дополнительного антидренажного клапана 25 в это отверстие при гидроударе.
В центре дополнительного антидренажного клапана 25 выполнен выступ, входящий в пружину 26, которой он прижимается к седлу 24 и центрируется относительно диска 17, в котором выполнено углубление, являющееся гнездом для пружины 26. Пружина 26 выполняется минимального усилия для минимизации гидравлических потерь, но в тоже время достаточно жесткой для центрирования дополнительного антидренажного клапана 25. Также возможен вариант выполнения дополнительного антидренажного клапана 25 с несквозным отверстием 27 (фиг. 4) в центре выступа, в которое с зазором входит центрирующий выступ 28, выполненный на диске 17. На дополнительном антидренажном клапане 25 (фиг. 1, 2) со стороны проставки 6 выполнены радиальные выступы 29, имеющие округлые формы и препятствующие прилипанию его к поверхности диска 17 во время открытия, так как благодаря округлой форме площадь контакта радиальных выступов 29 и диска 17 минимальна.
Между усилителем 3 и внешним кольцевым элементом 8 сдеформирован антидренажный клапан 30, сцентрированный по ребрам 10 и представляющий собой тонкий металлический диск с отверстием в центре, выполненный из термообработанной холоднокатаной стальной ленты. Причем из центрального отхода, получаемого при вырубке антидренажного клапана 30, вырубается пластинчатая пружина 14 перепускного клапана 12. Таким образом, максимальный размер пластинчатой пружины 14 ограничен габаритами центрального отверстия в антидренажном клапане 30, в связи с чем для получения необходимой деформации, обеспечивающей требуемое усилие открытия перепускного клапана 12, на кольце 13 выполнена ступенька, максимально приближенная к центральной части пластинчатой пружины 14, в которую и упираются лепестки этой пружины 14. Для надежного зацепления ступенька выполняется высотой в 1–2 толщины пластинчатой пружины 14.
Между усилителем 3 крышки, антидренажным клапаном 30 и проставкой 6 расположена распределительная полость 31 (фиг. 1). Между корпусом 1 и фильтрующим элементом 5 располагается «грязная» полость 32, где скапливаются отфильтрованные частицы. Внутри фильтрующего элемента 5 располагается чистая полость 33.
Также возможен вариант выполнения масляного фильтра без дополнительного антидренажного клапана 25, при этом верхняя крышка 20 выполняется с коротким выступом 23 для центрирования проставки 6.
На стойках 15 проставки 6 выполнены выступы 34 (фиг. 1, 2), необходимые при ее изготовлении для задержки в одной из плит прессформы.
Масляный фильтр работает следующим образом.
Нефильтрованное масло из масляного насоса через отверстия 4 (фиг. 1) попадает в распределительную масляную полость 31. В случае горячего масла весь его поток, деформируя антидренажный клапан 30, попадает в «грязную» полость 32, фильтруется через фильтрующую штору 19, и, пройдя через отверстия распорной перфорированной трубки 22, попадает в чистую полость 33, откуда, открывая дополнительный антидренажный клапан 25, поступает в систему смазки двигателя.
В случае пуска холодного двигателя вязкость масла препятствует его проходу через фильтрующую штору 19, при этом давление в «грязной» полости 32 повышается. После достижения заданного давления в «грязной» полости 32 масло, воздействуя на перепускной клапан 12 (фиг. 1, 2), перемещает его, деформируя лепестки пластинчатой пружины 14, открывая тем самым проход масла в чистую полость 33 (фиг. 1), минуя «грязную» полость 32, а затем в систему смазки двигателя. При этом антидренажный клапан 30 (фиг. 1, 2) препятствует перемешиванию масла, проходящего от входных отверстий 4 к перепускному клапану 12, с маслом грязной полости 32 (фиг. 1). Таким образом, отфильтрованные частицы никогда не покидают грязную полость 32, что повышает срок службы двигателя.
При выключении двигателя в масляной системе сохраняется перепад уровней масла между двигателем и картером, создающий обратное давление масла до 0,003 Мпа, которое в масляном фильтре воспринимается антидренажным клапаном 30 (фиг. 1, 2) и дополнительным антидренажным клапаном 25, препятствующих вытеканию масла из двигателя в картер для исключения сухого пуска двигателя. При этом есть вероятность попадания твердых отфильтрованных частиц на уплотняемую поверхность антидренажного клапана 30, так как он непосредственно контактирует с грязной полостью 32 (фиг. 1), что привело бы к существенной течи в нем. Но, так как в системе присутствует дополнительный антидренажный клапан 25 (фиг. 1, 2), вероятность попадания твердых частиц на оба седла антидренажных клапанов 25 и 30 минимальна, что дает высокую надежность по отсутствию утечек масла из двигателя во время длительного простоя и практически исключает сухой пуск двигателя.