УСТРОЙСТВО ГАЗОВОГО ФИЛЬТРА
GAS FILTER

Область техники
Изобретение относится к устройству газового фильтра с гибким фильтрующим слоем.
Уровень техники
Система впуска обычного двигателя внутреннего сгорания имеет воздухоочиститель, который включает в себя улавливающий элемент для улавливания инородного вещества, такого как грязь, во входящем воздухе. В последнее время, чтобы устранить утечку паров топлива в атмосферу через систему впуска из камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания, когда двигатель не работает, были разработаны воздухоочистители, которые включают в себя фильтрующий слой для поглощения паров топлива. Фильтрующий слой размещен перед улавливающим элементом. Например, в публикации выложенной заявки на патент Японии №2002-276486 описан такой воздухоочиститель. А именно, гибкий фильтрующий слой, образованный за счет расположения по типу «сэндвич» гранулированного активированного угля со слоем нетканого материала и термостойкими сетками, размещен в корпусе, причем уложен на улавливающий элемент. Фильтрующий слой и улавливающий элемент делят пространство внутри корпуса на впускную камеру и выпускную камеру. Впускной канал соединен с впускной камерой. Впускная камера выходит в атмосферу через впускной канал и воздухозаборник, соединенный с впускным каналом. С другой стороны, выпускной канал соединен с выпускной камерой. Выпускная камера соединена с камерой сгорания двигателя внутреннего сгорания через выпускной канал и впускной трубопровод, соединенный с выходным каналом.
Когда двигатель работает, воздух, забираемый в впускную камеру из атмосферы через впускной патрубок и впускной канал, сначала проходит через улавливающий элемент упомянутого воздушного фильтра. Улавливающий элемент улавливает грязь во входящем воздухе. Отфильтрованный воздух протекает в выпускную камеру после прохождения фильтрующего слоя и затем всасывается в камеру сгорания через выпускной канал и впускной трубопровод. С другой стороны, когда двигатель не работает, пары топлива могут протекать в выпускную камеру из камеры сгорания через впускной трубопровод и выпускной канал. В таком случае гранулированный активированный уголь фильтрующего слоя адсорбирует пары топлива так, что предотвращается утечка паров топлива в атмосферу.
Как описано выше, фильтрующий слой, описанный выше, находится ближе к выпускному каналу, чем улавливающий элемент. Другими словами, фильтрующий слой размещен сзади по ходу от улавливающего элемента относительно направления протекания входящего воздуха. Таким образом, когда двигатель работает, поток входящего воздуха может смещать фильтрующий слой по направлению вниз по ходу. В частности, часть фильтрующего слоя, которая расположена ближе к отверстию выпускного канала и позволяет проходить входящему воздуху, должна быть, вероятно, смещена, поскольку большое количество воздуха проходит через эту часть. Такое смещение по существу уменьшает площадь сечения воздушного потока вблизи выпускного канала. Это может препятствовать плавному потоку воздуха, протекающему в отверстие выпускного канала, что увеличивает сопротивление потока во впускной системе.
Также, проходя через фильтрующий слой, воздух может вызвать колебание в фильтрующем слое. Это вызывает пульсацию входящего воздуха. Подобная пульсация входящего воздуха может вызвать ухудшение рабочих характеристик всасывания двигателя внутреннего сгорания.
Эти недостатки присущи, в частности, не только воздухоочистителю, выполненному во впускной системе двигателя внутреннего сгорания, описанного выше, но обычно наблюдаются в других типах устройств газового фильтра, снабженных гибким фильтрующим слоем.
Краткое описание изобретения
Соответственно, целью настоящего изобретения является создание устройства газового фильтра, которое устраняет недостатки уровня техники, такие как увеличение сопротивления потока, обусловленное смещением фильтрующего слоя и пульсацией газа.
Согласно одному аспекту изобретения создано устройство газового фильтра, включающее в себя корпус, гибкий фильтрующий слой, впускной канал, выпускной канал, при этом выполнен участок, ограничивающий смещения. Гибкий фильтрующий слой делит внутреннее пространство корпуса на впускную камеру и выпускную камеру. Фильтрующий слой имеет участок, который пропускает газ. Впускной канал соединен с впускной камерой и направляет газ в впускную камеру. Выпускной канал соединен с выпускной камерой и направляет газ из впускной камеры к выпускной камере через фильтрующий слой. Выпускной канал имеет отверстие рядом с участком фильтрующего слоя, пропускающим газ. Участок, ограничивающий смещение, ограничивает смещение участка, пропускающего газ, по направлению к отверстию.
Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из нижеследующего описания вместе с приложенными чертежами, иллюстрирующими с помощью примера сущность изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение вместе с целями и его преимуществами может быть лучше понято, исходя из нижеследующего описания предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления изобретения вместе с приложенными чертежами, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе с пространственным разнесением деталей, иллюстрирующий воздухоочиститель;
Фиг.2 - вид в разрезе по линии 2-2 с фиг.1, иллюстрирующий воздухоочиститель в собранном состоянии;
Фиг.3(а) и 3(b) - частично увеличенные виды с фиг.2;
Фиг.4 - вид в разрезе по линии 4-4 с фиг.2;
Фиг.5 - вид в разрезе, иллюстрирующий видоизменение формы укрепленного участка фильтрующего слоя; и
Фиг.6 - вид в перспективе с пространственным разнесением деталей, иллюстрирующий видоизменение участка, ограничивающего смещение, который ограничивает смещение фильтрующего слоя.
Наилучший способ осуществления изобретения
Воздухоочиститель согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на фиг.1-4. Воздухоочиститель установлен в системе впуска двигателя внутреннего сгорания. На фиг.1 показан вид в перспективе с пространственным разнесением деталей, иллюстрирующий воздухоочиститель, а на фиг.2 показан вид в разрезе по линии 2-2 с фиг.1, иллюстрирующий воздухоочиститель в собранном состоянии. На фиг.3 показан частично увеличенный вид фиг.2.
Как показано на фиг.1 и 2, воздухоочиститель, который работает как устройство газового фильтра, имеет впускной корпус 20 и выпускной корпус 30. Корпуса 20, 30 герметичным образом прикреплены друг к другу с помощью крепежных элементов (не показаны). Фильтрующая камера 60, которая образована корпусами 20, 30, вмещает в себя улавливающий элемент 55 и фильтрующий слой 41, перекрывающие друг друга. Улавливающий элемент 55 улавливает в воздухе инородное вещество, такое как грязь, а фильтрующий слой 41 адсорбирует пары топлива. Улавливающий элемент 55 и фильтрующий слой 41 делят фильтрующую камеру 60 на впускную камеру 60а и выпускную камеру 60b. Фильтрующий слой 41 размещен со стороны выпускной камеры 60b.
Улавливающий элемент 55 является волнистым и прикреплен к впускному корпусу 20 и выпускному корпусу 30 по краю. Как показано на фиг.3, фильтрующий слой 41 имеет многослойную структуру и включает в себя адсорбционный слой 46, содержащий гранулированный активированный уголь, и два листовых слоя. Каждый листовой слой включает в себя слой 43 сетки из полипропилена (РР), слой 45 из нетканого материла и слой 44 сетки из стекловолокна, которые расположены слоями, начиная от наружной стороны к внутренней стороне. Адсорбционный слой 46 удерживается между листовыми слоями. Фильтрующий слой 41 прикреплен к выпускному корпусу 30 своим периферийным участком 41b, причем периферийный участок зажат между верхней рамкой 47 и нижней рамкой 48. Периферийный участок 41b не имеет адсорбционного слоя 46.
Впускной корпус 20 выполнен за одно с входным каналом 21, а выпускной корпус 30 выполнен за одно с выпускным каналом 31. Выпускная камера 60а сообщается с атмосферой через впускной канал 21 и всасывающий трубопровод (не показан), соединенный с впускным каналом 21. С другой стороны, выпускная камера 60b соединена с камерой сгорания (не показана) двигателя через выпускной канал 31 и всасывающий коллектор (не показан), соединенный с выпускным каналом 31. Измеритель скорости потока воздуха 50 размещен в выпускном канале 31 для определения скорости потока воздуха, засасываемого в камеру сгорания двигателя.
Как показано на фиг.1, выпускной канал 31 имеет расширение 31а, которое продолжается параллельно фильтрующему слою 41 в выпускную камеру 60b. Чтобы позволить воздуху плавно протекать из выпускной камеры 60b в выпускной канал 31, расширение 31а выполнено в виде такого раструба, что площадь сечения ступенчато уменьшается от его отверстия 31b по направлению к стороне, расположенной далее по ходу.
Когда двигатель работает, воздух, засасываемый в впускную камеру 60а из атмосферы через всасывающий трубопровод и впускной канал 21, сначала проходит через улавливающий элемент 55 воздухоочистителя. Улавливающий элемент 55 улавливает в поступающем воздухе инородное вещество, такое как грязь. Отфильтрованный воздух протекает в выпускную камеру 60b после прохождения фильтрующего слоя 41 и затем засасывается в камеру сгорания через выпускной канал 31 и всасывающий коллектор. С другой стороны, когда двигатель не работает, пары топлива могут протекать в выпускную камеру 60b из камеры сгорания двигателя через всасывающий коллектор и выпускной канал 31. В этом случае пары топлива адсорбируются адсорбционным слоем 46 фильтрующего слоя 41 таким образом, что предотвращена утечка паров топлива в атмосферу.
Фильтрующий слой 41 размещен к выпускному каналу 31 ближе, чем улавливающий элемент 55. Другими словами, фильтрующий слой 41 размещен сзади по ходу от улавливающего элемента 55 относительно направления протекания входящего воздуха. Таким образом, когда двигатель работает, поток входящего воздуха может смещать фильтрующий слой 41 по направлению вниз по течению. В частности, часть фильтрующего слоя 41, которая находится ближе к отверстию 31b выпускного канала 31 и пропускает входящий воздух, вероятно, будет смещена, поскольку скорость потока воздуха, который проходит через эту часть, является большой. Такое смещение сокращает площадь поперечного сечения воздушного потока вблизи выпускного канала 31. Это может помешать плавному течению воздуха, протекающему в отверстие 31b выпускного канала 31, что увеличивает сопротивление потока в системе впуска.
Также, проходя через фильтрующий слой 41, входящий воздух может вызывать колебание фильтрующего слоя 41. Это является причиной пульсации входящего воздуха.
В этом варианте осуществления изобретения, чтобы смоделировать систему впуска двигателя, измеритель 50 потока воздуха размещен в выпускном канале 31, который выполнен за одно с выпускным корпусом 30. В этой конструкции пульсация входящего воздуха, вызванная смещением фильтрующего слоя 41, вырабатывается поблизости от измерителя 50 потока воздуха. Это подобно ухудшению точности измерения измерителя 50 потока.
Воздухоочиститель согласно настоящему варианту осуществления изобретения имеет конструкцию, которая устраняет подобные недостатки. Далее конструкция будет описана со ссылками на фиг.2-4. На фиг.4 показан вид в разрезе по линии 4-4 на фиг.2.
Как показано на фиг.2-4, прямоугольный укрепленный участок 41а, в котором отсутствует адсорбционный слой 46, выполнен на участке фильтрующего слоя 41, который соответствует расширению 31а. Укрепленный участок 41а закрывает проксимальный участок расширения 31а. Укрепленный участок 41а выполнен путем прессования и нагревания соответствующего участка и включает в себя слои 45 из нетканого материала, слой 44 сетки из стекловолокна и слои 43 сетки из расплавленного пенополиуретана РР, которые плотно скреплены со слоями 45, 44 с помощью давления. Следовательно, укрепленный участок 41а имеет более высокую жесткость, чем оставшаяся часть фильтрующего слоя 41. Усиленный участок 41а прикреплен к выпускному корпусу 30 за счет того, что рамки 47, 48 крепко держат часть его края.
Проиллюстрированный выше вариант осуществления изобретения имеет следующие преимущества.
Укрепленный участок 41а выполнен, чтобы закрывать расширение 31а, и является соседним к участку, который находится рядом с отверстием 31b выпускного канала 31, и при этом позволяет проходить входящему воздуху. Это ограничивает смещение участка, пропускающего газ, по направлению к отверстию 31b выпускного канала 31, таким образом, что обеспечен плавный поток входящего воздуха в отверстие 31b. Увеличение сопротивления потока, обусловленного таким смещением, также ограничено. Также ограничено колебание фильтрующего слоя 41, вызванное входящим воздухом, проходящим через фильтрующий слой 41. Это уменьшает пульсацию входящего воздуха в выпускном канале 31 и на задних по ходу участках выпускного канала 31. Следовательно, устранено ухудшение входных характеристик двигателя, обусловленное увеличением сопротивления потока и пульсацией входящего воздуха. Также предотвращено ухудшение точности измерения измерителя 50 потока воздуха и точности различных процедур контроля двигателя, выполняемых на основе сигналов обнаружения.
Укрепленный участок 41а выполняет функцию участка, ограничивающего смещение, который ограничивает смещение фильтрующего слоя 41 по направлению к отверстию 31b, и выполнен как участок фильтрующего слоя 41. Таким образом, в противоположном случае, при котором участок, ограничивающий смещение, выполнен другим образом, например, за счет удержания фильтрующего слоя 41 отдельными неподвижными элементами, прикрепленными к выпускному корпусу 30, не требуется отдельного от фильтрующего слоя 41 дополнительного элемента. Конструкция воздухоочистителя, таким образом, упрощена, причем в то же время обеспечивает ограничение смещения фильтрующего слоя 41.
Если фильтрующий слой 41, который включает в себя слои 43, выполненные из пластика, частично спрессован, слои 43 сетки из пенополиуретана РР плотно скреплены за счет давления с другими слоями, что укрепляет сжатый участок. Согласно настоящему варианту осуществления изобретения укрепленный участок 41а легко выполняется путем прессования. Слои 43 сетки из пенополиуретана РР выполнены из термопластичного пластика. Поэтому за счет прессования и нагревания фильтрующего слоя 41 слой 43 сетки из пенополиуретана расплавляется или размягчается и таким образом скрепляется за счет давления с другими слоями. Это дополнительно увеличивает жесткость укрепленного участка 41а. В настоящем варианте осуществления изобретения слои 43 сетки из РР с обеих сторон расплавлены за счет прессования и нагревания фильтрующего слоя 41, таким образом, что слои 43 сетки из РР скреплены между собой с помощью других слоев между ними. Это дополнительно увеличивает жесткость укрепленного участка 41а. Следовательно, укрепленный участок 41а, имеющий повышенную жесткость, выполнен таким образом, что смещение фильтрующего слоя 41 надежно ограничено.
Поскольку укрепленный участок 41а прикреплен к выпускному корпусу 30, положение укрепленного участка 41а относительно выпускного корпуса ограничено. Это дополнительно ограничивает смещение фильтрующего слоя 41.
Если укрепленный участок выполнен путем прессования, слои фильтрующего слоя 41 плотно соединены вместе таким образом, что газ маловероятно пройдет через укрепленный участок. В результате представляет интерес, что образование укрепленного участка в фильтрующем слое 41 увеличивает аэродинамическое сопротивление фильтрующего слоя 41, когда входящий воздух проходит через фильтрующий слой 41. Согласно настоящему варианту осуществления изобретения выпускной канал 31 продолжается в выпускную камеру 60b вдоль направления, параллельного фильтрующему слою 41, и открывается на дистальном конце. Таким образом, крайне малое количество газа попадает в выпускную камеру 60b после прохождения через участок фильтрующего слоя 41, который соответствует расширению 31а. Согласно настоящему варианту осуществления изобретения поскольку укрепленный участок 41а образован в месте, которое соответствует расширению 31а, количество газа, которое проходит через укрепленный участок 41а, уменьшается. Это минимизирует увеличение сопротивления потока, обусловленное образованием укрепленного участка 41а.
Вышеупомянутый вариант осуществления изобретения может быть изменен следующим образом.
Укрепленный участок 41а необязательно должен иметь прямоугольную форму, а может иметь различную форму до тех пор, пока форма соответствует форме расширения 31а. Например, укрепленный участок 41а может иметь форму, показанную на фиг.5, чтобы соответствовать треугольному расширению 31а.
В проиллюстрированном варианте осуществления изобретения укрепленный участок 41а выполнен с фильтрующим слоем 41, имеющим слои 43 сетки из РР, выполненные из термопластичного пластика, которые могут быть частично спрессованы и нагреты. Однако укрепленный участок 41а может быть выполнен с фильтрующим слоем 41, который не может быть укреплен с помощью прессования. Например, жесткость фильтрующего слоя может быть частично увеличена путем изменения материала фильтрующего слоя или путем частичного изменения его толщины.
Участок, ограничивающий смещение, который ограничивает смещение фильтрующего слоя 41 по направлению к отверстию 31b, может иметь структуру, отличную от структуры укрепленного участка 41а фильтрующего слоя 41. Например, как показано на фиг.6, опорный участок 48а, выполненный на участке нижней рамки 48, который находится ближе к выпускному каналу 31, чем фильтрующий слой 41, может выполнять функцию участка, ограничивающего смещение. Кроме того, как показано на фиг.6, альтернативной линией, состоящей из одного длинного и двух коротких пунктиров, опорный участок 47а, выполненный на участке верхней рамки 47, который соответствует опорному участку 48а нижней рамки 48, может выполнять функцию участка, ограничивающего смещение. За счет удержания части фильтрующего слоя 41 этими опорными участками 47а, 48а колебание фильтрующего слоя 41 надежно устранено. Наоборот, оба участка - укрепленный участок 41а и опорные участки 47а, 48а, выполненные на рамках 47, 48, - могут быть использованы как участки, ограничивающие смещение за счет удержания укрепленного участка 41а опорными участками 47а, 48а.
В проиллюстрированном выше варианте осуществления изобретения укрепленный участок 41а неподвижно прикреплен к выпускному корпусу 30 за счет закрепления части укрепленного участка 41а между рамками 47, 48. Вместо этого укрепленный участок 41а может быть выполнен на участке, который не закреплен между рамками 47, 48, если укрепленный участок 41а сам по себе проявляет достаточные характеристики, ограничивающие смещение.
Расширение 31а, которое продолжается в выпускную камеру 60b выпускного канала 31, может отсутствовать. В этом случае часть фильтрующего слоя 41, которая находится ближе к отверстию выпускного канала 31, может быть укреплена.
Если самые наружные слои 43 сетки способны надежно удерживать адсорбционный слой 46, выполненный из активированного угля, слои 44 сетки, расположенные рядом с адсорбционными слоями 46, могут отсутствовать. Слои 43, 45 сетки необязательно должны быть выполнены из пенополиуретана или стекловолокна, но могут быть выполнены из других пластиков, таких как нейлон. Короче говоря, любой тип фильтрующего слоя, имеющего другую структуру, может быть использован, пока слой способен фильтровать воздух, который проходит через воздухоочиститель.
Воздухоочиститель согласно проиллюстрированному варианту осуществления изобретения имеет фильтрующий слой 41, который расположен сзади по ходу улавливающего элемента 55 относительно направления, в котором протекает входящий воздух, и который адсорбирует пары топлива, входящие через выпускной канал 31, когда двигатель не работает. В противоположность этому настоящее изобретение может быть применено с другими типами воздухоочистителей, которые имеют гибкий фильтрующий слой для улавливания инородного вещества, смешанного с воздухом, всасываемым через впускной канал 21. Кроме того, настоящее изобретение необязательно должно быть применимо в воздухоочистителе в впускной системе двигателя, оно может быть применено в других типах устройства газового фильтра, которые снабжены гибким фильтрующим слоем.