КАРТРИДЖ ВОЗДУШНОГО ФИЛЬТРА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ФИЛЬТР ВОЗДУШНЫЙ, СОДЕРЖАЩИЙ УКАЗАННЫЙ КАРТРИДЖ
AIR FILTER CARTRIDGE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE, METHOD OF ITS MANUFACTURING AND AIR FILTER CONTAINING SPECIFIED CARTRIDGE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к картриджу воздушного фильтра для двигателей внутреннего сгорания, способу его изготовления, а также к воздушному фильтру, включающему указанный картридж.
Уровень техники
В области двигателей внутреннего сгорания, в особенности, двигателей предназначенных для установки на наземные транспортные средства, известно применение фильтров для очистки воздуха, поступающего во впускную магистраль двигателя.
Известные воздушные фильтры могут относиться к различным типам и иметь различные формы в зависимости от их установки и применения. Известный фильтр может включать сменный модуль, называемый картридж, который может выполняться, например, из материала на основе целлюлозы или подобного материала, например, гофрированной бумаги. Картридж обычно устанавливают внутри корпуса, имеющего крышку и снабженного впускными отверстиями и выпускными отверстиями для воздуха. Корпус и крышка могут изготавливаться из полимерного материала, и между ними может устанавливаться уплотняющая прокладка для того, чтобы поступление воздуха в корпус или выход воздуха из корпуса осуществлялось исключительно через специальные впускные и выпускные отверстия без возникновения утечек между корпусом и крышкой.
В настоящее время, особенно в области наземных транспортных средств, ощущается сильная потребность в компактных воздушных фильтрах, т.е. фильтрах, имеющих пониженные требования к объему для их размещения и обладающих высокой эффективностью пылеотделения и способных создавать пониженный перепад «ΔР» давлений воздуха на входе и на выходе.
Для обеспечения данной потребности в прошлом было предложено несколько архитектур и форм, как для корпуса, в который вставляется картридж, так и для самого картриджа. Новейшие формы фильтров предлагают панельные фильтры в форме параллелепипеда, устанавливаемые V-образно внутри призматического корпуса.
В документе ЕР 1189675 описывается картридж с V-образной конфигурацией, содержащий две прямоугольные панели из фильтрующего материала, в котором фильтрующий материал является гофрированной бумагой. Гофрированная бумага образует последовательность параллельных гофров и углублений и ориентирована таким образом, что, когда V-образный комплект устанавливают вертикально, складки бумаги также проходят в вертикальном направлении. Согласно данной конфигурации воздух поступает в фильтр в направлении по существу параллельном гофрам и углублениям фильтрующего картриджа.
Данный тип V-образной конфигурации оказался перспективным для разработки компактных и эффективных фильтрующих картриджей.
Одной из проблем, с которой сталкиваются при разработке воздушных фильтров, является увеличение эффективности отделения при сохранении неизменными внешних размеров фильтра и, следовательно, требований к объему для его размещения, или, более предпочтительно, снижения данных требований к объему.
Обычно эффективность отделения может быть повышена за счет увеличения поверхности фильтрующего материала, который перехватывает очищаемый воздушный поток. Однако такое решение не является практичным, поскольку оно не устраняет, а скорее усугубляет проблему объема, требуемого для установки фильтра. Очевидно, что увеличение фильтрующей поверхности, достигаемое за счет увеличения размера картриджа, вызывает увеличение требуемых размеров и объема корпуса.
В попытке решить вышеупомянутую проблему, например в области наземных транспортных средств, в настоящее время предложены фильтры, конфигурация которых обеспечивает оптимальное использование доступного объема моторного отсека. В результате, подобные фильтры имеют неправильные формы и предполагают высокие затраты на разработку и изготовление.
Целью настоящего изобретения является решение изложенной выше проблемы разработки воздушного фильтра с улучшенными характеристиками и пониженными требованиями к объему для размещения.
Другой целью изобретения является разработка воздушного фильтра для двигателей внутреннего сгорания, который имеет неправильную форму и, следовательно, адаптирован для установки на широком диапазоне транспортных средств.
Еще одной целью изобретения является разработка фильтра вышеуказанного типа, который может быть изготовлен с малыми затратами и, следовательно, пригоден для массового промышленного производства.
Не менее важной целью изобретения является разработка способа изготовления воздушного фильтра по изобретению, который обеспечивает изготовление высокоэффективных стандартных воздушных фильтров с малыми затратами.
Раскрытие изобретения
Вышеуказанные цели достигаются при помощи воздушного фильтра и способа изготовления данного фильтра, изложенных в прилагаемой формуле изобретения.
Предпочтительно получение V-образного картриджа, имеющего, по меньшей мере, одну панель с неравномерно толщиной, позволяет решить проблему повышения эффективности отделения фильтра при одновременном снижении его габаритных размеров.
Толщина панели V-образного картриджа подбирается таким образом, чтобы она образовывала соответствующую фильтрующую поверхность переменной ширины, зависящую от расстояния от корпуса фильтра и от направления воздействия воздуха на панель.
Предпочтительно в предпочтительном варианте осуществления изобретения картридж фильтра выполнен в виде единой V-образной конфигурации или множества V-образных конфигураций и имеет толщину, которая увеличивается при увеличении расстояния от отверстия для впуска воздуха в корпусе, в который установлен картридж.
Краткое описание чертежей
Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения описываются в качестве неограничивающих примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - пространственный вид сверху картриджа фильтра, изготовленного по изобретению;
фиг. 2 - разрез картриджа плоскостью "Р", показанной на фиг. 1;
фиг. 3 - разрез по плоскости перпендикулярной гофрам бумаги панели картриджа, показанного на фиг. 1;
фиг. 4 - схематический разрез фильтра, оборудованного картриджем по первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 5 - схематический разрез фильтра, оборудованного картриджем по второму варианту осуществления изобретения;
фиг. 6 - схематический разрез фильтра, оборудованного картриджем по третьему варианту осуществления изобретения;
фиг. 7А-7D - схематическое изображение этапов способа изготовления картриджа фильтра по изобретению.
Осуществление изобретения
На всех прилагаемых фигурах одинаковыми ссылочными позициями обозначены компоненты, которые являются одинаковыми или функционально эквивалентными; также, стрелками на фигурах обозначено направление потока воздуха при эксплуатации фильтра.
На фиг. 1 и 2 показан картридж воздушного фильтра, в частности для двигателей внутреннего сгорания, выполненный в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения и обозначенный в целом ссылочной позицией 11.
В показанном варианте осуществления изобретения картридж 11 содержит корпус 13, в котором в направлении фильтруемого воздуха (т.е. сверху вниз на фиг. 1 и 2) образованы расположенная сзади по ходу грань 15 и расположенная спереди по ходу грань 17 картриджа. Также в показанном варианте осуществления изобретения указанная расположенная сзади по ходу грань 15 и расположенная спереди по ходу грань 17 являются по существу плоскими и лежат в плоскостях, которые в основном взаимно параллельны. В других вариантах осуществления картриджа возможно использование непараллельных указанных панелей, либо неплоских граней 15, 17, например криволинейных.
В показанном примере корпус 13 кроме того имеет форму параллелепипеда, при этом возможно выполнение указанного корпуса других форм, например кубической формы.
Корпус 13 содержит по меньшей мере одну пару панелей 19а, 19b из фильтрующего материала, образующих V-образную конфигурацию, при которой между панелями 19а, 19b образуется по меньшей мере один канал 21 для прохода воздуха от указанной расположенной сзади по ходу грани 15 к указанной расположенной спереди по ходу грани 17.
Как наиболее хорошо показано на фиг. 3, фильтрующий материал по меньшей мере одной из панелей 19а 19b содержит лист 23 фильтрующего материала, у которого на противоположных поверхностях образована последовательность гофров 25 и углублений 27.
На прилагаемых фигурах указанные гофры 25 и углубления 27 показаны схематично, и их ширина и шаг представлены исключительно в качестве примера.
Например, лист 23 может состоять из листа бумаги для фильтрации воздуха, гофрированной при помощи гибочной машины известного типа, например ножевой гибочной машины подобной описанной в документе ЕР-А-2168649. Лист 23 может выполняться, например, из традиционной бумаги для воздушных фильтров, либо из материала на основе нановолокна.
В соответствии с изобретением по меньшей мере два гофра по меньшей мере одной из панелей 19а, 19b имеют взаимно отличающиеся высоты, соответственно, H1, Н2. Аналогичным образом, углубления 27, образованные на противоположной грани тех же панелей 19а, 19b, при гофрах 25 различной высоты имеют взаимно отличающиеся глубины P1, Р2, соответственно. В результате, соответствующая панель 19а, 19b имеет неравномерную толщину «S».
Возвращаясь к фиг. 1 и 2, в показанном варианте осуществления изобретения высота гофров 25 по меньшей мере на одном участке 20 панелей 19а, 19b прогрессивно увеличивается от расположенной сзади по ходу грани 15 к расположенной спереди по ходу грани 17 картриджа 11. В других вариантах осуществления изобретения возможна обратная ситуация, при которой высота гофров 25 по меньшей мере на одном участке панелей 19а, 19b прогрессивно уменьшается от расположенной сзади по ходу грани 15 к расположенной спереди по ходу грани 17. В других вариантах осуществления изобретения возможно обеспечение ситуации, при которой только одна из панелей 19а, 19b имеет гофры 25 с увеличивающейся или уменьшающейся высотой по меньшей мере на одном участке панели. В соответствии с изобретением также возможно получение варианта, в котором высота гофров изменяется по линейному закону или в соответствии с другими профилями.
В некоторых показанных примерах гофры 25 и соответствующие углубления 27 являются взаимно параллельными и параллельны указанной расположенной сзади по ходу грани 15 и расположенной спереди по ходу грани 17 картриджа.
Также в проиллюстрированном примере фильтрующий материал обеих панелей 19а, 19b по меньшей мере одной пары панелей, принадлежащих картриджу 11, содержит гофрированный лист 23, каждый гофр 25 которого имеет разную высоту, уменьшающуюся от расположенной сзади походу грани 15 к расположенной спереди по ходу грани 17 картриджа 11 по меньшей мере на одном участке 20. Возможный остаточный участок 22 панели, наоборот, имеет равномерную толщину, и указанные гофры 25 на нем имеют одинаковую высоту.
Панели 19а, 19b также образуют расположенную сзади по ходу грань 29 и расположенную спереди по ходу грань 31 панелей в направлении потока фильтруемого воздуха. Также следует заметить, что по изобретению возможно обеспечить обратную компоновку, при которой расположенная сзади по ходу грань является гранью, обозначенной цифрой 31, а расположенная спереди по ходу грань является гранью, обозначенной цифрой 29.
В показанном примере расположенная сзади по ходу грань 29 и расположенная спереди по ходу грань 31 панелей являются по существу плоскими и не параллельными одна другой по меньшей мере на одном участке 20 соответствующей панели. В других вариантах осуществления изобретения расположенная сзади по ходу грань 29 и расположенная спереди по ходу грань 31 могут быть непараллельными на всей длине панели и/или неплоскими, например криволинейными.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна из панелей 19а, 19b картриджа имеет поперечное сечение, т.е. сечение параллельное плоскости "Р" на фиг. 1 по существу в форме трапеции, подобной прямоугольной трапеции в показанном примере, по меньшей мере на одном своем участке 20.
Грани 33, 35 панелей 19а, 19b, ориентированные в сторону соответствующих расположенной сзади по ходу грани 15 и расположенной спереди по ходу грани 17 картриджа предпочтительно снабжены соответствующими торцевыми пластинами 34 и 18. Торцевые пластины 34 и 18, при их наличии, могут быть воздухонепроницаемыми и/или выполнять функцию усиления конструкции картриджа 11. Известно, что по мере засорения картриджа 11 в процессе эксплуатации происходит падение напора и, следовательно, давление, действующее на торцевую пластину, увеличивается. Расположенная сзади по ходу грань 15 картриджа 11 является открытой в зоне, заключенной между двумя панелями 19а, 19b, для обеспечения поступления воздуха в канал 21, образованный между двумя панелями 19а, 19b, а расположенная спереди по ходу грань 17 картриджа 11 является закрытой, например при помощи торцевой пластины 18, для предотвращения выхода воздуха через указанную расположенную спереди по ходу грань 17 и направления потока воздуха только в поперечном направлении через фильтрующий материал панелей 19а, 19b. Противоположные края углублений 27 также предпочтительно закрыты боковыми пластинами 26, предпочтительно приклеенными или приваренными к панелям 19а, 19b для уплотнения соответствующих противоположных краев указанных углублений 27.
Как показано на фиг. 4 и 5, картридж 11 по изобретению может предпочтительно встраиваться в фильтр 51 для очистки воздуха для двигателя внутреннего сгорания, например наземного транспортного средства.
Воздушный фильтр 51 по изобретению содержит корпус 53, снабженный входом 55 для фильтруемого воздуха и выходом для отфильтрованного воздуха и имеет внутри картридж 11 фильтра, изготовленный в соответствии с изобретением.
Между картриджем 11 и корпусом 53 имеется установленная по периметру уплотняющая прокладка 37, окружающая расположенную сзади по ходу грань 15 корпуса 13 картриджа 11.
Компоновки, показанные на фиг. 4 и 5, отличаются одна от другой тем, что в компоновке, показанной на фиг. 4, имеется картридж 11, у которого высота гофров увеличивается от открытой расположенной сзади по ходу грани 15 картриджа к закрытой расположенной спереди по ходу грани 17, а при компоновке, показанной на фиг. 5, имеет место обратная ситуация, когда высота гофров 25 уменьшается от открытой расположенной сзади по ходу грани 15 к закрытой расположенной спереди по ходу грани 17.
На фиг. 6 показан второй вариант осуществления картриджа по изобретению, в котором имеется две пары панелей 19а', 19b' и 19аʺ, 19bʺ. Картридж в соответствии с данным вариантом осуществления целиком обозначен цифрой 111 и встроен в фильтр 151, имеющий корпус 153.
В данном варианте осуществления корпус 113 картриджа 111 содержит панели 19а', 19b' и 19аʺ, 19bʺ, каждая из которых имеет участок 20, на котором высота гофров 25 увеличивается от расположенной сзади по ходу грани 15 картриджа к расположенной спереди по ходу грани 17, и участок 22, на котором высота гофров 25 по существу постоянна.
При такой компоновке пары панелей 19а', 19b' и 19аʺ, 19bʺ, расположены одна рядом с другой таким образом, что они образуют канал 24, ширина которого достаточна для выхода воздуха между двумя соседними панелями 19b', 19bʺ. Кроме того, канал 24 является закрытым около расположенной сзади по ходу грани 15 и по этой причине грани 33 соседних панелей 19b', 19bʺ, которые находятся в центре картриджа 111, взаимно соединены, например посредством одной торцевой пластины 134, проходящей непрерывно между двумя панелями.
Как показано на фиг. 7А-7D, способ изготовления картриджа воздушного фильтра для двигателей внутреннего сгорания по изобретению содержит следующие этапы:
- обеспечение наличия листа 23 фильтрующего материала, например в форме рулона;
- гофрирование указанного листа 23 для формирования на его противоположных поверхностях последовательности гофров 25 и углублений 27, при котором по меньшей мере два гофра 25 имеют взаимно отличающиеся высоты;
- замыкание противоположных торцов углублений 27 для получения панели 19а, 19b из фильтрующего материала;
- связывание указанной гофрированной панели 19а, 19b со второй панелью с образованием V-образной конфигурации, либо складывание самой панели для получения V-образной конфигурации из указанной гофрированной панели 19а, 19b с целью формирования корпуса 13 картриджа, у которого образованы в направлении потока фильтруемого воздуха расположенная сзади по ходу грань 15 и расположенная спереди по ходу грань 17 картриджа и канал 21 между панелями 19а, 19b для прохода воздуха.
Этап гофрирования листа 23 может начинаться, например с бумажной ленты, которая подвергается операции гибки при помощи электронной ножевой гибочной машины 211, обеспечивающей сгибание фильтрующего средства с прогрессивно изменяющейся высотой. В результате получается непрерывная последовательность пирамид гофрированной бумаги, как показано на фиг. 7А, где стрелкой F1 обозначено направление движения по производственной линии.
В этом случае гофрированная лента из листа 23 фильтрующего материала разрезается на участки требуемого размера, и после данной операции резки пакет 10 гофрированной бумаги вводится в соответствующую форму 213, в которой за счет получаемой температуры и расположения поперечных капель клея 39 пакет 10 формуется с поддержанием правильного расположения гофров, как показано на фиг. 7В.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения пакет 10 с усиливающими каплями клея 39 складывается по существу пополам и формирует двойную смежную трапецию, как показано на фиг. 1С, и при необходимости пакет вставляется в усиливающий U-образный элемент 41 из проволочной сетки или пластика.
Затем V-образный пакет вводится в машину 215 с поворотным столом, которая обеспечивает замыкание боковых стенок панели 10 посредством уплотняющего материала, например при помощи пластин 26, приклеиваемых к боковым стенкам фильтрующего материала. Данный этап обычно выполняется в два этапа: сначала для одной стороны пакета 10, а затем для другой стороны.
Окончательный этап способа обеспечивает введение фильтрующего пакета 10 в форму для нанесения в виде пены прокладки 37, выполненной из полиуретана, необходимой для уплотнения стыка между полученным таким образом картриджем 11 и корпусом, в котором он устанавливается.
Для описанных и проиллюстрированных фильтра и способа возможно выполнение нескольких вариантов и модификаций в рамках того же принципа изобретения.