ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК B01D46/52 F02M35/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к фильтрующим элементам воздухоочистителей.

Известны конструкции воздухоочистителей двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (например, по патенту ФРГ 1782600, класс МКИ В 01 D 27/06, где плоский в виде прямоугольного параллелепипеда фильтрующий элемент содержит фильтрующий материал, согнутый в виде гофрированной ленты, каркас 10, служащий для придания гофрированной ленте геометрической формы (прямоугольного параллелепипеда), а также для придания каркасности, увеличивающей изгибную жесткость от сил, действующих в направлении, перпендикулярном большей из граней параллелепипеда, и уплотнитель, расположенный по периметру каркаса 10.

Недостатком этого устройства является громоздкость (большая материалоемкость и вес) указанного каркаса, а также сложность уплотнения фильтрующего материала 3 в каркасе 10, что уменьшает надежность в месте, где должна быть абсолютная герметичность.

Аналогичными недостатками обладает и устройство (авт. св. СССР 493234, МКИ B 01 D 27/06), где фильтрующий материал 1 заключен в металлический каркас (раму) 2. Другое устройство (по патенту ФРГ 3805452, кл. МКИ В 01 D 46/00) имеет вышеперечисленные элементы, но фильтрующий материал 7 залит в эластичный уплотнитель 2, выполненный в виде буртика, расположенного по периметру одной из больших граней параллелепипеда. Каркас 3 выполнен в виде проволоки, расположенной по периметру (эквидистантно) уплотнителя.

Недостатком этого устройства является недостаточная жесткость проволочного каркаса для поддержания формы фильтрующего элемента, в данном случае в виде параллелепипеда. Устройства (патенты Японии 34338, 5-9054, 2-36571, кл. МКИ B 01 D 39/12, а также устройства (патенты США 4105724, кл. МКИ B 01 D 39/16, 4995891, кл. МКИ B 01 D 51/00) улучшают предыдущую конструкцию, так как каркас представляет собой сетку с ячейками в виде ромба или прямоугольника и расположен по всей плоскости одной из больших граней параллелепипеда между перегибами фильтрующего материала и уплотнителем и края каркаса залиты в уплотнитель.

Такая конструкция придает большую жесткость фильтрующему элементу от сил, действующих в направлении, перпендикулярном большей из граней параллелепипеда. Тем не менее, указанные конструкции не обладают достаточной жесткостью каркаса в случае, когда ячейка в виде ромба располагается таким образом по отношению к линии перегиба фильтрующего материала, что большая диагональ ромба параллельна линии перегиба фильтрующего материала.

Устройство по патенту РФ 2100055 (прототип), содержащее фильтрующий материал, согнутый в виде гофрированной ленты, имеющий вид параллелепипеда, уплотнитель, представляющий собой буртик, нанесенный сверху перегибов фильтрующего материала по периметру одной из больших граней параллелепипеда, каркас, представляющий собой сетку с ячейками в виде ромба, расположенный по всей поверхности одной из больших граней параллелепипеда между уплотнителем и перегибами фильтрующего материала, ячейки каркаса при этом расположены по отношению к линии перегиба фильтрующего материала таким образом, что большая диагональ ромба перпендикулярна линии перегиба фильтрующего материала. Данное устройство улучшает предыдущие конструкции т.к. большая диагональ ромба ячеек каркаса перпендикулярна линии перегиба фильтрующего материала.

Недостатком этого устройства является неравнопрочность конструкции каркаса (сетки) от изгибающих его сил, вследствие чего требуется дополнительная трудоемкость при изготовлении фильтрующего элемента, т.к. необходимо всегда помнить об ориентации каркаса. В результате могут возникать ошибки при сборке частей фильтрующего элемента (ячейки ромба каркаса можно расположить наоборот - параллельно линиям перегиба фильтрующего материала. Это отрицательно скажется на надежности фильтрующего элемента при его работе. Примером неудачной ориентации каркаса по отношению к линиям перегиба фильтрующего материала, с точки зрения изгибной жесткости фильтрующего элемента, является конструкция фильтрующего элемента фирмы Siemens (ФРГ).

Цель изобретения - повышение надежности фильтрующего элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтрующем элементе, содержащем фильтрующий материал, согнутый в виде гофрированной ленты, имеющий вид параллелепипеда, уплотнитель, представляющий собой буртик, нанесенный сверху перегибов фильтрующего материала по периметру одной из больших граней параллелепипеда, каркас, представляющий собой сетку с ячейками в виде ромба, расположенный по всей поверхности одной из больших граней параллелепипеда между уплотнителем и перегибами фильтрующего материала.

Отличительной особенностью является то, что в основании параллелепипеда лежит квадрат, а в каркасе выполнено, по меньшей мере, одно ребро жесткости в виде проштамповки, соединяющее две противоположные стороны квадрата под прямым углом, при этом большая диагональ ромба ячеек каркаса перпендикулярна ребру жесткости, а одно из ребер жесткости проходит вблизи центра квадрата, кроме того, торцы ребер жесткости закрыты.

При эксплуатации автомобиля фильтрующий элемент, являющийся частью воздухоочистителя, подвергается воздействию вибрационных сил, а также сил, возникающих от перепада давлений в зонах перед фильтрующим элементом и после него из-за колебательных процессов в системе впуска (переменной составляющей объемного расхода газа во впускном тракте). Причем колебательные процессы как от вибрационных сил, так и от перепада давления газа, происходят с разными частотами, которые могут совпадать с собственной частотой фильтрующего элемента, что приведет к резонансу, порыву фильтрующего материала и выходу его из строя. Кроме того, повышенная изгибная жесткость необходима фильтрующему элементу при монтаже в воздухоочиститель для сохранения геометрии фильтрующего элемента, что важно для обеспечения его герметичности в корпусе воздухоочистителя. Другой причиной повышения изгибной жесткости фильтрующего элемента является предотвращение разрушения фильтрующего элемента при обратном выбросе двигателя, при котором резко повышается давление газа в системе впуска, что нередко происходит при неправильной установке зажигания, а также при сбое в работе электронного блока управления двигателем с системой электронного впрыска топлива. При этом водитель автомобиля может не обратить внимание на то, что фильтрующий элемент разрушился и продолжать эксплуатацию, что приведет к преждевременному абразивному износу двигателя и выходу его из строя.

Изобретение поясняется графически.

На фиг.1 изображен фильтрующий элемент.

На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1.

На фиг.3 - сечение по Б-Б фиг.2.

На фиг.4 изображен участок каркаса по фиг.1 в увеличенном масштабе.

На фиг.5 изображен участок фильтрующего материала (аксонометрия).

Фильтрующий элемент содержит фильтрующий материал 1, согнутый в виде гофрированной ленты, имеющий вид параллелепипеда, в основании которого лежит квадрат (фиг. 1, 2) с линиями перегибов 2, уплотнитель 3, представляющий собой буртик, нанесенный сверху перегибов 2 фильтрующего материала 1 по периметру одной из больших граней параллелепипеда, каркас 4, представляющий собой сетку с ячейками 5 в виде ромба, расположенный по всей поверхности одной из больших граней параллелепипеда между уплотнителем 3 и перегибами 2 фильтрующего материала 1. Каркас 4 имеет ребра жесткости 6 в виде проштамповок (местное формообразование на детали, полученной методом штамповки из листового металла), соединяющие две противоположные стороны квадрата под прямым углом, большая диагональ ромба 7 ячеек 5 каркаса 4 перпендикулярна ребру жесткости 6, торцы 8 ребер жесткости 6 закрыты, т.е. представляют собой часть проштамповки 6. Стрелкой "В" (фиг.2) обозначено направление сил, действующих на фильтрующий элемент из-за колебательных процессов, возникающих в системе впуска ДВС, а также от вибрационных сил.

Работа
Для фильтрации воздух из атмосферы проходит через фильтрующий материал 1 со стороны одной из больших граней параллелепипеда, например, в направлении, показанном стрелкой "Г" (фиг.2), и очищенный от пыли выходит с другой стороны. Пыль при этом задерживается фильтрующим материалом 1, который согнут в виде гофрированной ленты 2 для придания ему большей площади. Уплотнитель 3 герметизирует стык фильтрующего элемента с корпусом воздухоочистителя (не показан) для предотвращения прохода неочищенного воздуха мимо фильтрующего материала 1. Каркас 4, представляющий собой сетку с ячейками 5 в виде ромба, придает жесткость фильтрующему элементу при воздействии сил, возникающих из-за колебательных процессов, возникающих в системе впуска ДВС, а также вибронагрузок.

Каркас 4 в связи с технологическими особенностями его изготовления получается неравнопрочным, а именно момент сопротивления при изгибе каркаса от действия сил в направлении "Р" (фиг.4) больше момента сопротивления при изгибе каркаса от действия сил в направлении "Р1" (при абсолютной величине Р= Р1). Это объясняется большим количеством деформируемых участков "Д" при воздействии сил "Р", нежели участков "Д1" при воздействии сил "Р1". Для придания равнопрочности каркас 4 имеет ребра жесткости 6 в виде проштамповок (фиг.2, 3), соединяющие две противоположные стороны квадрата под прямым углом, при этом большая диагональ 7 ромба 5 перпендикулярна ребрам жесткости 6 (фиг.1). Количество ребер жесткости 6 определяется в зависимости от размеров фильтрующего элемента, т. к. фильтрующий элемент представляет собой параллелепипед, в основании которого лежит квадрат. Целесообразно одно из ребер выполнить вблизи центра квадрата для равномерного распределения вибронагрузок на все ребра жесткости. Торцы 8 ребер жесткости 6 должны быть закрыты, т. е. ребра жесткости 6 должны быть выпуклыми со всех сторон (фиг.3), т.к. при воздействии изгибающих сил в направлениях "В" (фиг.2) торцы 8 придадут большую каркасность фильтрующему элементу. Ребра жесткости 6, соединяющие под прямым, а не под каким-либо другим углом две противоположные стороны квадрата, также способствуют увеличению жесткости при воздействии сил Р1.

Введение ребер жесткости 6 придает каркасу 4 равнопрочность в направлениях действия изгибающих сил "Р" и "Р1", что позволяет специально не ориентировать каркас 4 по отношению к линиям перегиба 2 (в одном из направлений, т. е. от сил Р2 (фиг.5), изгибная жесткость фильтрующего элемента высока, т. к. она создается перегибами 2 фильтрующего материала 1) при изготовлении фильтрующего элемента, что уменьшает трудоемкость изготовления фильтрующего элемента при сохранении его надежности, чем и достигается положительный эффект.

Изобретение предназначено для фильтрования, относится к двигателестроению, в частности к фильтрующим элементам воздухоочистителя. Задача изобретения - повышение надежности фильтрующего элемента за счет создания равнопрочности его каркаса. Фильтрующий элемент воздухоочистителя, имеющий вид параллелепипеда, в основании которого лежит квадрат, содержит фильтрующий материал, согнутый в виде гофрированной ленты с линиями перегибов, уплотнитель в виде буртика из эластичного материала, нанесенный сверху перегибов фильтрующего материала, каркас, представляющий собой сетку с ячейками в виде ромба, расположенный по всей поверхности одной из больших граней параллелепипеда. Отличительной особенностью является то, что в основании параллелепипеда лежит квадрат, а в каркасе выполнено по меньшей мере одно ребро жесткости в виде проштамповки, соединяющее две противоположные стороны квадрата под прямым углом, при этом большая диагональ ромба перпендикулярна ребру жесткости, а одна из проштамповок проходит вблизи центра квадрата. Торцы проштамповок могут быть закрыты. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Фильтрующий элемент воздухоочистителя двигателя внутреннего сгорания, содержащий фильтрующий материал, согнутый в виде гофрированной ленты, имеющий вид параллелепипеда, уплотнитель, представляющий собой буртик, нанесенный сверху перегибов фильтрующего материала по периметру одной из больших граней параллелепипеда, каркас, представляющий собой сетку с ячейками в виде ромба, расположенный по всей поверхности одной из больших граней параллелепипеда между уплотнителем и перегибами фильтрующего материала, отличающийся тем, что в основании параллелепипеда лежит квадрат, в каркасе выполнено по меньшей мере одно ребро жесткости в виде проштамповки, соединяющее две противоположные стороны квадрата под прямым углом, при этом большая диагональ ромба ячеек каркаса перпендикулярна ребру жесткости, а одна из проштамповок проходит вблизи центра квадрата. 2. Фильтрующий элемент по п. 1, отличающийся тем, что торцы проштамповок закрыты.