專利名稱：錯列短褶空氣過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣過濾器，更確切地說，涉及改進的高速空氣過濾器中的褶式過濾介質(zhì)。
空氣過濾器是大家熟知的裝置，其中，空氣被吸入殼體并穿過裝有氣流、褶式過濾介質(zhì)的濾芯以清除掉空氣中的臟物、塵粒和其它雜質(zhì)。從而基本上干凈的空氣通向使用處，例如供給內(nèi)燃機引擎。
這類空氣過濾器一般包括一開有空氣入口和出口的過濾器殼體。一濾芯裝于該殼體內(nèi)并被插在殼體的入口和出口之間。一密封件被裝于一定位置上，把入口與出口隔離，使得空氣若不首先通過濾芯便無法從出口流出。濾芯的結(jié)構(gòu)一般為用褶紙型過濾材料卷成一系列沿圓周排列并沿軸向伸展的褶。濾芯一般為圓柱型，也可以是截頭錐體形。
高速空氣過濾器迄今都裝有褶紙濾芯，其中所有褶的長度均相同;也就是說，所有褶從其徑向外邊緣到其徑向內(nèi)邊緣的距離大致相同。但在應(yīng)用于體積較小的空氣過濾器時，濾芯的內(nèi)徑減小到使褶的內(nèi)邊緣變得過度密集的程度。從而加大對穿過濾芯的空氣流阻力，造成發(fā)動機功率損耗。
多年來，較低速的油過濾器的濾芯交錯使用長褶和短得多的褶，這常被稱為“W”或“M”形褶。油過濾器中的“W”或“M”形褶的目的是增加油濾濾芯中所使用的過濾介質(zhì)的總的表面積。錯列短褶迄今從未被應(yīng)用于高速空氣過濾器的濾芯上，油過濾器中所使用的“W”或“M”形褶也不適用于高速空氣過濾器。而且，如同“W”或“M”形褶使用于油過濾器那樣，一般需要有獨立的間距結(jié)構(gòu)將各褶與相鄰褶均勻地隔開。
本發(fā)明涉及裝有空心的、一般為圓筒型的濾芯的高速空氣過濾器，此濾芯由用過濾材料在周緣的內(nèi)外表面之間來回折疊成的一系列沿濾芯縱向伸展的褶組成。每一個褶有一沿縱向伸展的外邊緣和一沿縱向伸展的內(nèi)邊緣。一些褶的內(nèi)邊緣離開濾芯縱軸線的距離比其它褶短，從而有些褶短，有些褶長。
本發(fā)明的新穎結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，濾芯的內(nèi)徑?jīng)]有通常的高速空氣濾芯那么密集。這就在過濾介質(zhì)的總面積無多大減少情況下，減小了對空氣流的阻力，也即濾芯的功能并無多大降低。而且，也不需要獨立的間隔結(jié)構(gòu)將各褶與相鄰褶隔開。
通過參照下述附圖對優(yōu)選實施例所作的詳細說明，本行業(yè)專業(yè)人士都能對本發(fā)明的上述優(yōu)點以及其它優(yōu)點一目了然。其中

圖1為高速空氣過濾器的縱向剖視圖，其中可使用本發(fā)明的濾芯;
圖2為圖1所示的高速空氣濾芯沿線段2-2切開的橫截面圖;
圖3為用于高速空氣過濾器的先有技術(shù)的濾芯的橫截面圖。
請參照附圖，圖1表示出本發(fā)明的高速空氣過濾器的裝配圖。如這里所使用的，“高速空氣過濾器”一詞用來指任何流速約為每分鐘300英尺或更高的空氣過濾器。該空氣過濾器包括一標號為10的殼體，其中裝有濾芯12。殼體10分為第一部分14和第二部分16，兩者用任何合適的手段連結(jié)在一起，例如用通常的夾緊法(未畫出)，以便于濾芯12的更換。
殼體第一部分14的一端開有進口18接受未經(jīng)過濾的空氣。殼體第二部分16上開有出口20將經(jīng)過濾的空氣提供給發(fā)動機(未畫出)。濾芯12插入在殼體10的進口18和出口20之間，使得空氣若不首先通過濾芯12便無法由出口20流出。
濾芯一般是圓筒形，但也常常為截頭錐體形，如圖1所示。更具體說，濾芯12由過濾介質(zhì)構(gòu)成，過濾介質(zhì)由半剛性的、褶型過濾材料制成。紙是其中一種合適的過濾材料。濾芯12的過濾材料在其周緣的內(nèi)外表面之間來回折疊成一系列沿濾芯12圓周排列并沿其縱向伸展的褶22，如圖2所示。每一個褶22有一沿縱向伸展的徑向內(nèi)邊緣24和一對沿縱向伸展的徑向外邊緣26。每一個外邊緣26為相鄰的兩個褶22所共有。
空氣入口18位于濾芯12縱軸線的一端，如圖1所示，一錐狀導(dǎo)流器28安裝在濾芯12近進口的一端。導(dǎo)流器28將濾芯12的這端以及鄰近這一端的所有的褶22封住，防止未經(jīng)過濾的空氣從這一端流入濾芯12的內(nèi)部。導(dǎo)流器28把空氣流沿軸向向下導(dǎo)向濾芯12的外部并導(dǎo)向褶22的外表面之間?？諝獯┻^濾芯12的周邊到達其內(nèi)部，然后通過出口20流出。導(dǎo)流器28最好用粘結(jié)劑固定在濾芯12的端部，粘結(jié)劑同時封住褶22的端部。
濾芯12的另一端裝有通常用尿烷、塑料溶劑或類似材料制成的環(huán)形密封圈30，最好將其直接模壓在濾芯12的這一端。密封圈30可以密封地填入在殼體連接部分14和16之間從而把濾芯12定位于殼體10之中。密封圈30還封死了濾芯12中的褶的下游端，防止空氣流不首先穿過濾芯12就穿過出口。
圖3表示了先有技術(shù)典型的高速空氣過濾器的濾芯32的剖面圖。在先有技術(shù)的濾芯30中，所有褶34的長度都相同。也即，由內(nèi)邊緣36形成的內(nèi)圓周表面到由外邊緣38形成的外圓周表面的距離對于所有褶34都是大體相同的。更重要的是，內(nèi)邊緣36與濾芯12的縱軸線之間的距離對于所有褶34來說都是大體相同的。這樣，特別是由褶34的內(nèi)邊緣36所形成的內(nèi)徑需較小的應(yīng)用場合，內(nèi)邊緣36就會擠成一堆，從而大大增加了空氣流穿過濾芯32的阻力。
與此相對照，本發(fā)明的濾芯12由長褶50和短褶52交替組成的一系列褶22構(gòu)成。所有褶22的外邊緣26與濾芯12的縱軸線之間大致等距。但長褶50的內(nèi)邊緣24離濾芯12的縱軸線的距離要比短褶52的內(nèi)邊緣24小。這種構(gòu)造增大了所有褶22的各內(nèi)邊緣24之間的間距，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與使用通?？諝膺^濾器中褶的構(gòu)形且大小相差無幾的濾芯32相比較，大大降低了對空氣流的阻力。
同時可以肯定，由于高速空氣過濾器中空氣速度很高。短褶52比長褶50短得太多是不利的。如果短褶52比長褶50短得太多，短褶52就會張開，短褶的內(nèi)邊緣會壓緊長褶50。這就加大了對空氣的阻力，引起功率損耗。同時造成組成長褶50的過濾介質(zhì)過濾功能發(fā)揮不足。
這樣就發(fā)現(xiàn)褶22的組成應(yīng)是短褶長度約為長褶長度的75%或更多，此長度是從由內(nèi)緣24形成的圓周表面到由外緣26形成的圓周表面測量的徑向長度。這里假定所有褶22的外緣26沿徑向向外延伸距濾芯12的縱軸線的距離近似相等。如果短褶長度小于長褶長度的75%，若沒有某種獨立的間距結(jié)構(gòu)，短褶就會壓緊長褶。在最佳實施例中，短褶52的長度大致在長褶50的長度的約82%和92%之間。
此外，如果短褶52短于長褶50的長度的75%，就難于恰當(dāng)?shù)孛芊庾V芯12的上游端。導(dǎo)流器28之類的密封裝置就不得不做成直徑很大，以蓋住并封住短褶52和長褶50的內(nèi)緣24，從而有效地封住濾芯的這一端。如果導(dǎo)流器28本身過大，就可能加大空氣的流動阻力或需要更大的過濾器殼體10。
下列例子用來說明本發(fā)明的錯列短褶、高速空氣濾芯的優(yōu)點。同時給出了具有通常褶結(jié)構(gòu)，即所有褶的長度均相等的濾芯的例子以作比較。例子中所有的濾芯一般都為截頭錐體形并裝在同一過濾器殼體中進行測試。在所有例子中，過濾器濾芯用風(fēng)速可變、最高達每分鐘約350英尺的氣流作測試。
例1例1的濾芯由厚度約為0.030英寸的紙質(zhì)過濾材料制成。該濾芯具有長短褶交錯的結(jié)構(gòu)。長褶從由其內(nèi)緣形成的圓周表面到由其外緣形成的圓周表面測得的徑向長度約為1英寸。短褶的長度約為7/8英寸，或約比長褶短1/8英寸。濾芯的總褶數(shù)為77，過濾介質(zhì)總面積約為5.5平方英尺。由長褶內(nèi)緣形成的內(nèi)徑從進口端的約21/2英寸到出口端的約31/4英寸。
濾芯的阻力或壓力降確定為約0.5英寸水柱高。濾芯的總效率約為99%，濾除能力約為80克，或14..55克/平方英尺。
例2例2的濾芯由與例1同樣的過濾材料制成，長短褶交錯。長褶長度約為1英寸，短褶長度約為7/8英寸。該濾芯的總褶數(shù)為85，過濾介質(zhì)總面積約為61平方英尺。濾芯的內(nèi)徑同例1。
濾芯的阻力或在力降確定為約0.5英寸水柱高。濾芯的總效率約為99%，濾除能力約為80克，或13.11克/平方英尺。
用作比較的例A一普通的高速空氣濾芯由與例1和例2相同的紙質(zhì)過濾材料制成，所有褶的長度均相等。該濾芯的總褶數(shù)為72，過濾介質(zhì)總面積約為5.4平方英尺。濾芯的內(nèi)徑同例1和例2。
該濾芯的阻力或壓力降確定為約1.4英寸水柱高。濾芯的總效率為99.7%，濾除能力約為70克，或12.96克/平方英尺。
例3例3的濾芯用厚度約為0.040英寸的紙質(zhì)過濾材料制成。該濾芯具有長短褶交錯的結(jié)構(gòu)。長褶從由內(nèi)緣形成的圓周表面到由其外緣形成的圓周表面測得的徑向長度約為1英寸。短褶長度約為7/8英寸，或比長褶短約1/8英寸。該濾芯的總褶數(shù)為59，過濾介質(zhì)總面積約為4.2平方英尺。濾芯的內(nèi)徑同前述各例。
濾芯的阻力或壓力降確定為約1.0英寸水柱高。沒有測定總效率和濾除能力。
例4例4的濾芯用與例3相同的紙質(zhì)過濾材料制成，長短褶交錯。長褶從由其內(nèi)緣形成的圓周表面到由其外緣形成的圓周表面測得的長度約為1英寸。短褶長度約為7/8英寸，或此長褶短約1/8英寸。濾芯的總褶數(shù)為63，過濾介質(zhì)總面積約為4.5平方英尺。濾芯的內(nèi)徑同前述各例。
濾芯的阻力或壓力降確定為約1.2英寸水柱高。例4沒有計算總效率和濾除能力。
用作比較的例B一普通的高速空氣濾芯法由例3和例4相同的紙質(zhì)過濾材料制成，所有褶的長度均相等。該濾芯的總褶數(shù)為58，過濾介質(zhì)總面積約為4.35平方英尺。濾芯的內(nèi)徑同前述各例。
濾芯的阻力或壓力降確定為約4.2英寸水柱高。此例沒有計算總效率和濾除能力。
從例1、例2和對照例A可知，若使用本發(fā)明長短褶交錯的濾芯，盡管與對照例的普通高速空氣濾芯相比較，例1和例2濾芯的總褶數(shù)要更多，表面積更大，但它能比普通濾芯所經(jīng)受的阻力降低近2/3。而且，例1和例2的濾芯每單位面積具有更大的過濾能力，而過濾效率只有少量下降。
例3和例4與對照例B比較，阻力的降低更為顯著，約降低了3/4。我們認為，阻力的這一更大降低可歸因于例3、例4和對照例B使用的紙質(zhì)過濾材料比例1、例2和對照例A所用的更厚。過濾材料越厚，過濾件內(nèi)徑處變得越擁擠，從而造成更大的氣流阻力。
根據(jù)專利法條款，本發(fā)明所作的敘述應(yīng)看作只代表了該發(fā)明的最佳實施例。但應(yīng)注意，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，也可采用與這里具體說明和敘述的實例不同的實施方案。
權(quán)利要求
1.一裝有一空心、一般為圓筒形濾芯的高速空氣過濾器，該濾芯由用過濾材料在其周緣的內(nèi)外表面之間來回折疊成的一系列沿該濾芯縱向伸展的褶構(gòu)成，所述每一褶在徑向上有一沿縱向伸展的外邊緣和一沿縱向伸展的內(nèi)邊緣，其中一些褶的內(nèi)邊緣距該濾芯縱軸線的距離比另一些褶短，從而造成一些褶長，另一些褶短。
2.按權(quán)利要求1所述的高速空氣過濾器，其中，交錯褶內(nèi)邊緣距上述濾芯縱軸線的距離比夾在交錯褶之間的褶內(nèi)邊緣的距離要短。
3.按權(quán)利要求1所述高速空氣過濾器，其中，所述濾芯為截頭錐體形。
4.按權(quán)利要求1所述的高速空氣過濾器，其中，所有上述褶的外邊緣向外伸展的距離距所述濾芯的縱軸線大致相等。
5.按權(quán)利要求1所述的高速空氣過濾器，其中，所述短褶的長度約是所述長褶長度的75%或更多，且所有褶的長度均為從由內(nèi)邊緣形成的圓周面到由外邊緣形成的圓周面沿徑向測量所得的長度。
6.按權(quán)利要求5所述的高速空氣過濾器，其中，所述短褶的長度約在所述長褶長度的82%和92%之間。
7.按權(quán)利要求1所述的高速空氣過濾器，它還包括用于密封所述濾芯兩端的密封裝置。
8.按權(quán)利要求7所述的高速空氣過濾器，它還進一步包括一安裝在所述濾芯鄰近于所述過濾器殼體進口處一端的通常為錐形的導(dǎo)流器。
9.按權(quán)利要求1所述的高速空氣過濾器，其中，所述濾芯由褶紙制成。
10.按權(quán)利要求1所述的高速空氣過濾器，其中，由所述長褶的內(nèi)邊緣形成的內(nèi)徑約為4英寸或更小。
11.一裝有一空心、一般為圓筒形濾芯的高速空氣過濾器，該濾芯由用過濾材料在其周緣的內(nèi)外表面之間來回折疊成的一系列沿該濾芯縱向伸展的褶構(gòu)成，所述每一褶在徑向上有一沿縱向伸展的外邊緣和一沿縱向伸展的內(nèi)邊緣，交錯褶的內(nèi)邊緣距所述濾芯縱軸線的距離比夾在這些交錯褶之間的褶短，從而形成相互交錯的長褶和短褶，且所述短褶的長度約為所述長褶長度的75%或更多，所有褶的長度均為從由內(nèi)邊緣形成的圓周面到由外邊緣形成的圓周面沿徑向測量所得的長度。
12.按權(quán)利要求11所述的高速空氣過濾器，其中，所述濾芯為截頭錐體形。
13.按權(quán)利要求11所述的高速空氣過濾器，其中，所述短褶長度均在所述長褶長度的82%和92%之間。
14.按權(quán)利要求11所述的高速空氣過濾器，還包括用以密封所述濾芯兩端的密封裝置。
15.按權(quán)利要求14所述的高速空氣過濾器，進一步還包括一個安裝在所述濾芯鄰近過濾器殼體進口處一端的通常呈錐形的導(dǎo)流器。
16.按權(quán)利要求11所述的高速空氣過濾器，其中，所述濾芯由褶紙構(gòu)成。
17.一裝有一空心、一般為截頭圓錐形濾芯的高速空氣過濾器，該濾芯由用過濾材料在其周緣的內(nèi)外表面之間來回折疊成的一系列沿該濾芯縱向伸展的褶構(gòu)成，每一所述的褶在徑向上有一沿縱向伸展的外邊緣和一沿縱向伸展的內(nèi)邊緣，交錯褶內(nèi)邊緣距所述濾芯縱軸線的距離比夾在這些交錯褶之間的褶短，從而形成相互交錯的長褶和短褶，其中所述短褶的長度約為所述長褶長度的75%或更多，所有所述褶的長度均為從由內(nèi)邊緣形成的圓周面到由外邊緣形成的圓周面沿徑向測量所得的長度。
18.一高速空氣過濾器總成，包括上有空氣進口和出口的過濾器殼體;一安裝在上述殼體內(nèi)，并被插入在所述殼體進口和出口之間的空心的、一般是圓筒形的濾芯，因此流進上述進口的空氣若不首先流過所述濾芯便無法從所述出口流出，所述濾芯由用過濾材料在其周緣的內(nèi)外表面之間來回折疊的一系列沿該濾芯縱向伸展的褶構(gòu)成，每一所述的褶在徑向上有一沿縱向伸展的外邊緣和一沿縱向伸展的內(nèi)邊緣，交錯褶內(nèi)邊緣距所述濾芯縱軸線的距離比夾在這些交錯褶之間的褶的距離短，從而形成相互交錯的長褶和短褶，其中所述短褶長度約為長褶長度的75%或更多，所有所述褶的長度均為從由內(nèi)邊緣形成的圓周面到由外邊緣形成的圓周面沿徑向測量所得的長度。
19.按權(quán)利要求18所述的高速空氣過濾器總成，其中，所述濾芯為截頭錐體形。
20.按權(quán)利要求18所述的高速空氣過濾器總成，其中，所述短褶長度約在長褶長度的82%到92%之間。
21.按權(quán)利要求18所述的高速空氣過濾器總成，還包括安裝在所述濾芯鄰近過濾殼體進口處的一端的、一般是錐形的導(dǎo)流器。
22.按權(quán)利要求18所述的高速空氣過濾器總成，其中，所述濾芯由褶紙制成。
全文摘要
一種裝有空心的、一般是圓筒形濾芯的高速空氣過濾器，該濾芯由用過濾材料在其周緣的內(nèi)外表面之間來回折疊成的一系列沿該濾芯縱向伸展的褶構(gòu)成。一些褶的內(nèi)邊緣距該濾芯的縱軸線的距離比另一些褶短，從而造成一些褶長，另一些褶短。該濾芯的內(nèi)徑?jīng)]有通常高速空氣過濾器那樣密集，因而不必增大過濾介質(zhì)的表面積或犧牲濾芯的過濾能力，就能使氣流的阻力下降。
文檔編號F02M35/024GK1094328SQ94102278
公開日1994年11月2日 申請日期1994年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月30日
發(fā)明者米歇爾·D·亞當(dāng) 申請人:達納公司