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 такого исполнения масляного фильтра является возможность поворота блока фильтрации с дистанционной проставкой и потеря герметичности стыка усилителя с дистанционной проставкой и, как следствие, сухой пуск двигателя. 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, перепусной 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 масляного фильтра является возможность поворота блока фильтрации с дистанционной проставкой и потеря герметичности стыка усилителя с дистанционной проставкой и, как следствие, сухой пуск 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 фильтрующую штору, расположенную между верхней и нижней крышками, причем нижняя крышка фильтрующего элемента подпружинена относительно корпуса в сторону прижатия фильтрующего элемента к усилителю крышки, а верхняя крышка выполнена с центральным выступом, образующим центральное отверстие, проставка содержит внешний и внутренний кольцевые элементы разной высоты, соединенные ребрами и образующие седло перепускного клапана, перепускной клапан выполнен в виде кольца и прижат к седлу перепускного клапана пружиной.
Согласно изобретению соединение верхней крышки фильтрующего элемента с проставкой выполнено шарнирным.
Такое выполнение масляного фильтра позволяет сохранить герметичность стыка проставки с усилителем крышки и равномерно деформировать антидренажный клапан при повороте фильтрующего элемента, который может произойти во время сборки фильтра или во время его работы на автомобиле при динамических нагрузках.
Шарнирное соединение выполняется в виде конусного участка на верхней крышке фильтрующего элемента, соединяющего плоскую часть верхней крышки с центральным выступом, преимущественно под углом 25-35° к плоской части верхней крышки, контактирующего с проставкой по кромке, образованной пересечением торцовой и цилиндрической поверхностями кольцевого выступа, выполненного на проставке, причем между проставкой и центральным выступом верхней крышки выполнен зазор «а». Также возможен вариант, когда на кольцевом выступе проставки выполнен конусный участок под углом 25-35° к плоской части верхней крышки, а ответная поверхность верхней крышки, контактирующая с конусным участком, выполнена в виде кромки, образованной пересечением плоской части верхней крышки с ее центральным выступом, а между проставкой и центральным выступом верхней крышки также выполнен зазор «а». Такое выполнение шарнирного соединения технологично и хорошо выполняет свою функцию, так как при указанных углах 25-35° и малой протяженности конусного участка конусный участок будет незначительно отличаться от соответствующего ему шарового пояса. Угол конусного участка 25-35° обеспечивает работоспособность узла при наиболее рациональном исполнении конструкции. Уменьшение угла ниже 25° приводит к росту зазора «а» между проставкой и центральным выступом верхней крышки и, соответственно, к неоправданному росту габаритов проставки либо же приводит к необходимости уменьшения зазора «z» между нижней крышкой фильтрующего элемента и корпусом, что, в свою очередь, повышает требования к соосности верхней и нижней крышек в фильтрующем элементе и, как следствие, к ухудшению технологичности изготовления фильтрующего элемента. Рост угла выше 35° ведет к увеличению риска заклинивания проставки внутри центрального выступа верхней крышки, повороту проставки вместе с фильтрующим элементом и разгерметизации стыка проставки с усилителем, а также к неравномерной деформации антидренажного клапана и, как следствие, к открытию антидренажного клапана до заданного перепада давления на нем.
Кромка, образованная пересечением торцовой и цилиндрической поверхностей кольцевого выступа, выполненного на проставке, может быть выполнена радиусной, что также обеспечит работоспособность шарнирного соединения и является альтернативным вариантом острой кромки, но может оказаться более технологичным решением при изготовлении пресс-формы для проставки.
Кромка, образованная пересечением плоской части верхней крышки с ее центральным выступом, выполнена преимущественно радиусной, что также обеспечит работоспособность шарнирного соединения и является альтернативным вариантом острой кромки, но более технологично в случае, когда верхняя крышка изготавливается из металла методом листовой штамповки, при котором на месте перехода плоской части верхней крышки в центральный выступ образуется радиус, который и будет контактировать с проставкой в шарнирном соединении.
Отношение кольцевого зазора «а» между проставкой и центральным выступом верхней крышки к радиусу поворота фильтрующего элемента в месте контакта проставки с верхней крышкой, больше отношения зазора «b» между нижней крышкой фильтрующего элемента и корпуса к радиусу поворота фильтрующего элемента в месте образования зазора «b». Это ограничение необходимо для обеспечения работоспособности шарнирного соединения вплоть до максимального поворота фильтрующего элемента, при котором он коснется корпуса. Если соотношение не будет выполнено, то во время поворота фильтрующего элемента он вначале упрется верхней крышкой в проставку, при этом шарнирное соединение утратит подвижность, и дальнейший поворот фильтрующего элемента до соприкосновения нижней крышки и корпуса будет происходить вместе с проставкой, что нарушит герметичность стыка проставки с усилителем и равномерность деформации антидренажного клапана.
Длина образующей конусного участка верхней крышки или конусного участка на кольцевом выступе проставки составляет 3,0…6,0 от кольцевого зазора "а" между проставкой и центральным выступом верхней крышки. Указанный диапазон позволяет сочетать надежность работы шарнирного соединения с невысокой точностью исполнения проставки и верхней крышки. Меньшее значение обусловленно тем, что при максимальном смещении проставки в сторону относительно верхней крышки в пределах зазора «а» и максимальном повороте фильтрующего элемента линия контакта кромки и конусного участка не должна прерываться, что сохранит герметичность стыка. Большее значение обусловленно рациональностью исполнения конусного участка, дальнейшее его увеличение не приводит к улучшению характеристик шарнирного соединения, но увеличивает габариты проставки или крышки, так как фильтрующая штора в фильтрующем элементе приклеивается только к плоскому участку верхней крышки и для сохранения ее длины необходимо было бы смещать ее к периферии.
Кольцевой зазор «а» между проставкой и центральным выступом верхней крышки преимущественно равен кольцевому зазору между центральным выступом верхней крышки и перепускным клапаном. Такое исполнение является наиболее рациональным. Если перепускной клапан будет существенно большего диаметра, чем проставка, то он помешает работе шарнирного соединения, ограничит поворот фильтрующего элемента относительно проставки. Если же перепускной клапан будет выполнен существенно меньшего диаметра, чем проставка, то это приведет к необходимости утолщения внешнего кольцевого элемента проставки для сохранения минимально приемлемой ширины зоны контакта его с перепускным клапаном, что нужно для герметичности их стыка.
На центральном выступе верхней крышки на уровне перепускного клапана выполнены прорези для прохода масла, ширина которых составляет 2…3 от разности внешнего и внутреннего радиусов перепускного клапана, а расстояние между ними составляет 0,5…1,5 этой разности. Такое соотношение обеспечивает достаточное проходное сечение для потока масла и при этом удерживает перепускной клапан от деформации под воздействием этого потока.
Указанное выполнение масляного фильтра позволяет существенно повысить надежность работы фильтра за счет сохранения герметичности стыка проставки и усилителя крышки и равномерной деформации перепускного клапана, а также исключить детали, применяемые специально для центрации фильтрующего элемента относительно корпуса и проставки, и уплотнительные элементы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен масляный фильтр в изометрии;
на фиг. 2 изображено шарнирное соединение проставки с верхней крышкой в увеличенном масштабе;
на фиг. 3 изображен вариант исполнения шарнирного соединения проставки с верхней крышкой в увеличенном масштабе;
на фиг. 4 изображены внутренний и внешний кольцевые элементы проставки в увеличенном масштабе;
на фиг. 5 изображена верхняя крышка в изометрии.
Вариант осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1, в корпусе 1 с крышкой 2 и усилителем 3 (фиг. 1, 2) крышки с отверстиями 4 (фиг. 1) для прохода нефильтрованного масла расположен фильтрующий элемент 5, подпружиненный к усилителю 3 (фиг. 1, 2) крышки через проставку 6 пружиной 7 (фиг. 1). Внутренний и внешний кольцевые элементы 8, 9 (фиг. 2) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) имеют разную высоту и соединены между собой ребрами 10 (фиг. 2) и образуют седло 11 перепускного клапана 12, подпружиненного через кольцо 13 плоской пружиной 14. Плоская пружина 14 (фиг. 2) выполнена в виде шестиконечной звезды, имеющей центральную часть и расходящиеся от центра лепестки, ширина которых определяет усилие открытия перепускного клапана 12. 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 8 через стойки 15 и ребра 16 соединяется с диском 17. Диск 17 имеет выступ 18, направленный внутрь проставки 6 (фиг. 1, 2, 3), на который опирается центральная часть плоской пружины 14 (фиг. 2), а ребра 16 фиксируют ее положение, что нужно для равномерного распределения усилия плоской пружины между лепестками, которые через кольцо 13 поджимают перепускной клапан 12 к его седлу 11. Также на внешнем кольцевом элементе 9 проставки выполнен кольцевой выступ 19, пересечение торцовой и цилиндрической поверхностей которого образуют кромку 20, которая может быть также притуплена небольшим радиусом, что может быть необходимо при создании пресс-формы для изготовления проставки 6 (фиг. 1, 2, 3).
Фильтрующий элемент 5 (фиг. 1) состоит из фильтрующей шторы 21, верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3), нижней крышки 23 (фиг. 1) и распорной перфорированной трубки 24. На нижней крышке 23 выполнен выступ, по внутренней стороне которого базируется пружина 7, а по внешней - распорная перфорированная трубка 24. На верхней крышке 22 (фиг. 1, 2, 3) выполнен центральный выступ 25 (фиг. 2), представляющий собой отбортовку. Также на верхней крышке 22 (фиг. 1, 2, 3) выполнен конусный участок 26 (фиг. 2), соединяющий плоскую часть верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3) с центральным выступом 25 (фиг. 2), преимущественно под углом 25-35° к плоской части верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3).
С конусным участком 26 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3) контактирует кромка 20 (фиг. 2) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3), образуя шарнирное соединение, угол поворота которого ограничен зазором «а» между внешним кольцевым элементом 9 (фиг. 2) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) и центральным выступом 25 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3). Для обеспечения легкой сборки фильтра, а также для расширения допусков на соосность расположения верхней и нижней крышек 22, 23 (фиг. 1) в фильтрующем элементе 5, между нижней крышкой 23 и корпусом 1 обеспечивается кольцевой зазор «b». Причем при повороте фильтрующего элемента 5 относительно проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) нижняя крышка 23 (фиг. 1) должна упереться в корпус 1 до того, как центральный выступ 25 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3) коснется внешнего кольцевого элемента 19 (фиг. 2) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) и шарнирное соединение потеряет подвижность. Это условие выполняется, если отношение кольцевого зазора «а» между проставкой 6 и центральным выступом 25 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3) к радиусу поворота фильтрующего элемента 5 (фиг. 1) в месте контакта проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) с верхней крышкой 22 больше отношения зазора «b» между нижней крышкой 23 (фиг. 1) фильтрующего элемента 5 и корпуса 1 к радиусу поворота фильтрующего элемента 5 в месте образования зазора «b».
Длина конусного участка 26 (фиг. 2) на верхней крышке 22 (фиг. 1, 2, 3) находится в диапазоне 3,0…6,0 от кольцевого зазора "а" между проставкой 6 и центральным выступом 25 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3). Указанный диапазон позволяет сочетать надежность работы шарнирного соединения с невысокой точностью исполнения проставки 6 и верхней крышки 22. Меньшее значение обусловленно тем, что при максимальном смещении проставки 6 в сторону относительно верхней крышки 22 в пределах зазора «а» и максимальном повороте фильтрующего элемента 5 (фиг. 1) линия контакта кромки 20 (фиг. 2) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) и конусного участка 26 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3) не должна прерываться, что сохранит герметичность стыка. Большее значение обусловленно рациональностью исполнения конусного участка 26 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3), дальнейшее его увеличение не приводит к улучшению характеристик шарнирного соединения, но увеличивает габариты верхней крышки 22, так как фильтрующая штора 21 (фиг. 1) в фильтрующем элементе 5 приклеивается только к плоскому участку верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3) и для сохранения ее длины необходимо было бы смещать ее к периферии.
Также возможен вариант исполнения шарнирного соединения, когда на кольцевом выступе 19 (фиг. 2, 3) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) выполняется конусный участок 27 (фиг. 3) под углом 25-35° к плоской части верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3), а переходный участок между плоской частью верхней крышки 22 и центральным выступом 25 (фиг. 2, 3) выполняется в виде кромки 28 (фиг. 3), которая может быть притуплена небольшим радиусом, который, например, получается сам, если верхняя крышка 22 (фиг. 1, 2, 3) изготовлена из металла методом листовой штамповки.
Между усилителем 3 (фиг. 1, 2) крышки и внешним кольцевым элементом 9 (фиг. 2) сдеформирован антидренажный клапан 29 (фиг. 1, 2), сцентрированный по ребрам 10 (фиг. 2) и представляющий собой тонкий металлический диск с отверстием в центре, выполненный из термообработанной холоднокатанной стальной ленты. Причем из центрального отхода, получаемого при вырубке антидренажного клапана 29 (фиг. 1, 2), вырубается плоская пружина 14 (фиг. 2) перепускного клапана 12. Таким образом, максимальный размер плоской пружины 14 ограничен габаритами центрального отверстия в антидренажном клапане 29 (фиг. 1, 2), в связи с чем для получения необходимой деформации, обеспечивающей требуемое усилие открытия перепускного клапана 12 (фиг. 2), на кольце 13 выполнена ступенька, максимально приближенная к центральной части плоской пружины 14, в которую и упираются лепестки плоской пружины 14. Для надежного зацепления ступенька выполняется высотой в 1…2 толщины плоской пружины 14.
Между усилителем 3 (фиг. 1, 2) крышки, антидренажным клапаном 29 и проставкой 6 (фиг. 1, 2, 3) расположена распределительная полость 30 (фиг. 1). Между корпусом 1 и фильтрующим элементом 5 располагается «грязная» полость 31, где скапливаются отфильтрованные частицы. Внутри фильтрующего элемента 5 располагается чистая полость 32.
На стойках 15 (фиг. 2) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) выполнены выступы 33 (фиг. 2), необходимые при ее изготовлении для задержки в одной из плит пресс-формы.
Зазор «b» между нижней крышкой 23 (фиг. 1) и корпусом 1 один может регулироваться выполнением наружней отбортовки на нижней крышке 23 в виде конуса 34 либо применением плоской пружины, сцентрированной по корпусу 1 и внутренней стороне выступа, выполненного на нижней крышке 23.
Для устойчивости проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) ее внутренний кольцевой элемент 8 (фиг. 2) контактирует с плоским участком усилителя 3 (фиг. 1, 2) крышки. Причем внутренний кольцевой элемент 8 (фиг. 2) в месте контакта с усилителем 3 (фиг. 1, 2) крышки выполнен радиусным, что позволяет исключить контактирование облоя 36 (фиг. 4), получаемого на внутреннем кольцевом элементе 8 (фиг. 2) при изготовлении проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) в пресс-форме, с поверхностью усилителя 3 (фиг. 1, 2) крышки.
На внешнем кольцевом элементе 9 (фиг. 2) проставки 6 (фиг. 1, 2, 3) в месте контакта с антидренажным клапаном 29 (фиг. 1, 2) выполнен радиус, что исключает контакт облоя 36 (фиг. 4) с антидренажным клапаном 29 (фиг. 1, 2).
На центральном выступе 25 (фиг. 2) верхней крышки 22 (фиг. 1, 2, 3) выполнены прорези 37 (фиг. 5) для прохода масла от перепускного клапана 12 (фиг. 2) в сторону фильтрующей шторы 21 (фиг. 1). Ширина прорезей составляет 2…3 от разности внешнего и внутреннего радиусов перепускного клапана 12 (фиг. 2), а расстояние между ними составляет 0,5…1,5 этой разности. Такое соотношение обеспечивает достаточное проходное сечение для потока масла и при этом удерживает перепускной клапан 12 от деформации под воздействием этого потока.
Масляный фильтр работает следующим образом.
Нефильтрованное масло из масляного насоса через отверстия 4 (фиг. 1) попадает в распределительную масляную полость 30. В случае горячего масла весь его поток, деформируя антидренажный клапан 29, попадает в «грязную» полость 31, фильтруется через фильтрующую штору 21 и, пройдя через отверстия распорной перфорированной трубки 24, попадает в чистую полость 32, откуда поступает в систему смазки двигателя.
В случае пуска холодного двигателя вязкость масла препятствует его проходу через фильтрующую штору 21, при этом давление в «грязной» полости 31 повышается. После достижения перепада давления масла на фильтрующей шторе 21, примерно равного 1 атмосфере, масло, воздействуя на перепускной клапан 12 (фиг. 2), перемещает его, деформируя лепестки плоской пружины 14, открывая тем самым проход масла в чистую полость 32 (фиг. 1), минуя «грязную» полость 31, а затем в систему смазки двигателя. При этом антидренажный клапан 29 (фиг. 1, 2) препятствует перемешиванию масла, проходящего от входных отверстий 4 (фиг. 1) к перепускному клапану 12 (фиг. 2), с маслом грязной полости 31 (фиг. 1). Таким образом, отфильтрованные частицы никогда не покидают грязную полость 31, что повышает срок службы двигателя.
При выключении двигателя в масляной системе сохраняется перепад уровней масла между двигателем и картером, создающий обратное давление масла до 0,003МПа, которое в масляном фильтре воспринимается антидренажным клапаном 29 (фиг. 1, 2), препятствующим вытеканию масла из двигателя в картер для избежания сухого пуска двигателя.