用於內燃機的空氣過濾器的製作方法

2023-05-31 05:52:31

專利名稱：用於內燃機的空氣過濾器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有一個吸氣管和一個空氣過濾器的內燃機。本發明還涉及一種用於內燃機的空氣過濾器，包括一個具有一個流動通道的殼體和一個過濾插件，其中，過濾插件將流動通道分成一個具有空氣進入口的流入通道和一個具有空氣流出口的流出通道。最後本發明涉及一種固定的動力設備，包括一個內燃機和一個發電機，發電機可由內燃才幾驅動。
背景技術：
吸入空氣的過濾在內燃機或內燃發動機中是一種普遍進行的實踐，它實際上用於任何內燃發動機。在很多應用情況下，為了過濾空氣，採用一種多孔過濾器，其中，按照要求的過濾器級別設計待過濾空氣流過的小孔的橫截面。為此經常釆用紙質織物或纖維材料，它們典型地裝入過濾筒或相應的圍壁中而且使其在儘可能小的結構體積情況下達到一個儘可能大的通流橫截面或一個大的過濾面橫截面，以便將壓力降限制到 一種可忍受的程度。過濾器的整個功能單元基本上包括一個具有一個空氣進入口和一個空氣流出口的殼體和一個過濾插件，它以一種方式和方法集成，以致空氣必須流過過濾面。空氣過濾
器的通常結構經常是具有長度/直徑比約為2的桶形的或具有長度/寬度比同樣約為2的稜柱形的。
發動機驅動的固定的動力設備的主要部件是內燃機和一個發電
機，其中，內燃機驅動發電機以便產生電流。這樣的固定的動力設備在機房中的安裝通常這樣實現，以致發電機接受一種儘可能未加熱的空氣用來冷卻繞組。因此機房通風這樣設計，即發電機沿空氣的流動方向設置在最前面的位置。在這樣的固定的動力設備中，發電機將冷卻它的空氣加熱直到30'C。加熱的發電機冷卻空氣或發電機排出的空
4氣在下遊與其餘的空氣相混合，在此內燃機的熱輻射導致在機房中對空氣的附加加熱。在用於內燃機的燃燒用空氣的進氣管的位置不利時，特別是如果在內燃機的相反於發電機的端部實現吸氣時，強烈加熱的空氣供給內燃機，這特別在高的外部溫度時可能引起顯著的功率和效率損失。在渦輪增壓的發動機中，在增壓裝置的位置吸進燃燒用空氣，增壓裝置由於結構上的原因經常設置在遠離發電機的發動機側上。為了避免過於強烈加熱的吸入空氣到達發動機，經由 一個相應的連接管
道在一個適合的位置吸入空氣。這導致一些如在圖la和lb中示出的結構解決方案。
按照這些解決方案，設置一個吸氣管，它(相反於空氣的流動方向)從增壓裝置在發動機上方和在發電機上方延伸。按這種方式，可以將未被發電機加熱的新鮮的空氣供給發動機。在吸氣管的前端部或在連接管的後端部，優選緊挨在增壓裝置之前典型地設置一個空氣過濾器，如上所述。
這樣的配置是比較昂貴的並且證明對於維護和維修工作是不利的。在高的增壓的內燃機中，隨著越來越大的功率提高，壓氣機的吸氣噪聲(所謂的渦輪增壓器鳴叫)越來越大，從而在多數情況下必須設置用於隔音的附加裝置。

發明內容
因此本發明的目的是，提供開頭所述類型的一種空氣過濾器和一種內燃機以及一種固定的動力設備，在那裡減小了所述的包括噪聲排;改的問題。
該目的通過一種用於內燃機的空氣過濾器達到，該空氣過濾器包括一個具有一個流動通道的殼體和一個過濾插件，其中，過濾插件將流動通道分成一個具有空氣進入口的流入通道和一個具有空氣流出口的流出通道，其中過濾插件具有一個空氣進入面，該空氣進入面至少部分地沿空氣流動方向延伸，其中過濾插件具有至少兩個優選至少三個接連的過濾元件優選圓柱管區段，其中各過濾元件優選各圓柱管區段的外徑構成為不同的。按照一般的定義， 一個圓柱體由兩個平行平面和一個由許多平行直線形成的圓周面或圓柱面限定。就是說，通過沿一條直線移動一個平的面或曲線形成一個圓柱體，該直線不位於該平面內。"管形的"在這種情況下意味著，圓柱體的底面和頂面在中心是穿通的。最簡單的實例是一個圓環面。但在這方面，除圓柱管外還可以考慮任何形狀，例如圓形、多邊形、橢圓形狀和同樣不規則的形狀。
由於吸氣管除吸入空氣外同時還承擔過濾空氣的任務，所以在一段比在現有技術中通用的更長的距離上實現空氣過濾。這樣空氣過濾介質已變成良好隔音的，並且通過在殼體內壁上安裝另 一特別用於在所需要的頻率範圍內優化的吸收層或隔音層，可以大大降低噪聲水平。
在傳統的具有桶形或稜柱形的過濾插件的空氣過濾中，在流動通道中，吸入空氣在流入通道側在空氣過濾進入面流入空氣過濾器並且正面地亦即基本上垂直地碰到過濾插件的空氣進入面上。在流過過濾插件以後，空氣在流出通道側從過濾插件又流出過濾介質並且可以經由空氣流出口流出空氣過濾器。利用一個過濾插件，其中過濾插件具有一個空氣進入面，該空氣進入面至少部分地沿空氣流動方向延伸，可以減小噪聲排放，因為在一個這樣的過濾插件中，不是全部空氣量都必須穿過一個垂直於流動方向設置的過濾面，而是可以經由一個較大的面沿流動方向(即在側向地)進入過濾材料或流出過濾材料。過濾插件沿流動方向至少部分地包括一種過濾材料。過濾材料可以例如是一種其中待過濾空氣流過小孔的多孔過濾器。根據要求的空氣純度，過濾材料可以從規定的過濾級別中選擇。例如可以採用紙質織物或纖維材料。
在一種優選的實施變化方案中可以設定，流入通道的橫截面積沿過濾插件變化。通過適當確定在流入通道和/或在流出通道中的橫截面積尺寸，經由整個空氣過濾器的軸向流動速度可以保持基本上不變，藉此可以將結構體積和流動損失減至最小。
此外在一種優選的實施變化方案中可以設定，流入通道的橫截面積沿過濾插件沿流動方向變小。這種橫截面積的逐漸減小可以持續地也可不持續地實現，其中在不持續的情況下，過濾元件的數量越多，橫截面突變越小。有利的是，在設置流入通道的橫截面積逐漸減小的變化方案中，橫截面積沿過濾插件不再增大或只是非本質地(即只在製造公差的範圍內)增大。此外可以設定，過濾插件的圓周沿空氣流動方向逐漸減速小或逐漸增大。
在本發明的一種優選的實施變化方案中可以設定，流入通道與流出通道的橫截面比例沿空氣流動方向沿過濾插件這樣變化，如相當於在流入通道或流出通道中基於空氣越過過濾介質的體積流量的變化。因此可以設定，流出通道的橫截面積沿過濾插件變大，優選以流入通道的橫截面積變小的方式。
為了能夠特別簡單地實現這點，可以設定，殼體在過濾插件的區域內至少部分地具有一個不變的內徑。
在一種簡單的實施變化方案中可以設定，過濾插件構成為優選在端側敞開的空心體，其中空心體的圓周面至少部分地由過濾材料製成。還可以設定，空心體構成為圓錐形的或截圓錐形的，亦即構成為在端側敞開的空心圓錐體或在一個端側敞開的空心截圓錐體。
在一種特別優選的實施變化方案中可以設定， 一個笫一過濾元件優選圓柱管區段具有一個外徑，該外徑與一個接著的過濾元件優選圓柱管區段的內徑一致。在製造技術上，可以由此按簡單的方式利用簡單的材料通過各個圓柱管區段相互連接的方式製造一個過濾插件。接著還可設想，各圓柱管區段在其長度的一個區域內相互插入，因為這樣可以放棄用於固定各圓柱管區段的固定機構。按這種方式和方法可以採用一些管區段，這些管區段比例如一個圓錐體或截圓錐體更容易製造。但由於維修技術的原因，有利的是，各個過濾元件是可拆卸的。
在另一種優選的實施變化方案中可以設定，殼體在內側至少部分地具有 一種隔音材料。在此隔音材料可以以 一種優選連續的隔音層的形式塗覆。殼體設有一種隔音材料或一個隔音層的設置在這種情況下比只是單獨一個過濾插件或單獨一個隔音層顯明顯示出改善的效果，因為一種過濾材料與一個適合的隔音層相配合明顯地加強了隔音效果。
在一種實施變化方案中可以設定，殼體構成基本上管形的優選圓柱管形的。已用於過濾器的其他上述圓柱管形狀也可以在這裡使用。此外還可以設定，殼體長度與殼體內徑之比大於或等於四，但優選大於等於五。
為了減小空氣進入口側的壓力損失，可以有利地設定，空氣進入口大於沿流動方向的最大殼體內橫截面積。在最簡單的情況下，空氣進入口可以是一個漏鬥。但在製造技術上且還有由於空間原因，有利的是，空氣進入口是成斜面的。有利地在全部情況下設定，空氣進入口設有一個適合的防護網，它減小了回火作用並且保護過濾插件免受機械損壞。在一種實施變化方案中可以設定，殼體的一些區域構成為網形的，以便增大空氣進入面。該網，以及防護網由於成本原因也可以由塑料構成。
在一種實施變化方案中可以設定，過濾插件至少部分地由過濾材料製成，其中過濾材料的厚度沿流動方向在全長上基本上是不變的。在結構和實施中應該考慮，基本上全部進入空氣過濾器的空氣都穿過過濾材料而不可能從過濾材料旁邊流過。
有利地可以設定，空氣進入口和空氣流出口在殼體中設置在對置的側面上。優選在此可以設定，在空氣進入口與空氣流出口之間的距離關於殼體的總長是最大的。空氣進入口和空氣流出口可以正好相反地設置。


下面的附圖和

顯示了本發明的其他的優點和細節，其中
以大大簡化的形式示出了
圖la、 lb兩個按照現有技術的固定的動力設備的實例，圖2 按照本發明的內燃機和固定的動力設備，以及
圖3-6 四個按照本發明的空氣過濾器的縱剖面圖。
具體實施方式
圖la和lb中分別示出一個按照現有技術的固定的動力設備15,該動力設備設置在一個未更詳細示出的機房中。固定的動力設備15包括一個內燃機2和一個發電機3，其中內燃機2驅動發電機3。內燃機示例性地涉及一種煤氣機(Ottomotor)。如由圖la顯而易見的那樣，空氣16 (在圖平面內來自左側)環繞發電機3和內燃機2流動。在內燃機2上現在設置一個增壓裝置23，吸入空氣16在其中被壓縮。如果從現在起直接在增壓裝置23的區域內吸進吸入空氣16，則一起吸進發電機3排出的熱空氣，這可以導致通過吸氣管4吸進的空氣的溫度升高直到20°，從而在內燃機2上導致一種強烈的功率和效率降低。因此按照現有技術，經常設置一個吸氣管4，它吸進一部分未加熱的吸入空氣16，從而沒有導致吸進發電機3排出的空氣。在圖la的實施例中還前接一個傳統的空氣過濾器l'，它進行實際上的空氣吸進並且如開頭所述那樣，藉助一個桶形的或稜柱形的過濾器過濾空氣。空氣流過過濾材料並緊接著轉入到吸氣管4中。在增壓裝置23中例如經由一個廢氣驅動的壓縮裝置壓縮空氣並且最後將空氣供給到內燃機2的工作氣缸。在按圖lb的配置中，在連接管4之後但在增壓裝置23之前設置所述空氣過濾器r。
圖2 —方面示出一個內燃機2而另一方面示出一個固定的動力設備15，類似於按圖la和lb的實例，動力設備具有那個內燃機2、 一個發電機3和一個增壓裝置23。不同於現有技術，從現在起設置一個空氣過濾器1，它使以前分開設置的空氣過濾器l'和吸氣管4成為不必要的，因為空氣過濾器集成到吸氣管中，從而動力設備15是節省空間的或在空氣過濾器1的區域內是可更好接近的。同時減少噪聲排放。空氣過濾器可以如在圖2和3中描述的那樣構成。
一個空氣過濾器1如其在圖3中描述的和如其按照本發明設置的那樣，相對於上述情況(圖la和lb)具有一系列已描述的類型的優點。示出了一種用於內燃機的空氣過濾器1，包括一個具有一個空氣進入口 7和一個空氣流出口 8的殼體5。在空氣進入口 7與空氣流出口 8之間的區域構成流動通道18。殼體5在空氣進入口 7與空氣進入口 8之間具有一個過濾插件6，它將流動通道18分成一個流入通道13 和一個流出通道14。流入通道13和流出通道14在本發明的範圍內被 理解為分別可由空氣基本上自由流過的流動通道18的部分，亦即沒有 設置過濾插件6的那個部分。吸進的空氣在流入通道13中經由空氣進 入面19進入過濾插件6的過濾材料並且在空氣流出面24離開過濾材 料，從而進入流出通道14。緊接著空氣經由空氣流出口 8流出空氣過 濾器1或殼體5。
流入通道13的自由的橫截面積a、 b、 c沿流動方向17逐漸減小。 同時過濾插件6的圓周(不過只示出相應的外徑d20、 d21、 d22)沿 流動方向s逐漸增大。相反，在所示的實施例中，在流出通道14中的 自由的橫截面積x、 y、 z沿空氣流動方向s逐漸增大。在過濾插件6 的縱伸上，流入通道13的自由的橫截面積a、 b、 c兩倍地逐漸增大。 橫截面積變化在所示的實施例中是不連續的，亦即其分別實現突變的 變化。但理論上過濾插件6也可以以相反的裝入位置設置(見圖4)。 過濾插件6在一側具有一個蓋板9，從而全部空氣必須流過過濾材料， 亦即經由空氣進入面19進入過濾材料並且在空氣流出面24從過濾材 料流出，而不可能從過濾材料旁邊流過。但在這裡也可以設置過濾材 料代替一個蓋板9。殼體5在內側部分地具有一種隔音材料或一個隔 音層IO。在所示的實施例中，殼體5構成為基本上管形的。特別是構 成為圓柱管。空氣進入口7是成斜面的，以便這樣與殼體5的直徑相 比增大空氣進入面7。通過斜面可以按比例1/cosa實現面積增大。因 此在60。的角度a時，可以使空氣進入面加倍。如與圖2相組合顯而易 見的那樣，與現有技術相比，在一種這樣的實施形式中可以放棄傳統 的空氣過濾器la,而將實際上的空氣過濾器1集成到連接管中或用來 代替一個傳統的連接管4。因此可以放棄一個空間很緊湊的空氣過濾 器T，而形式為一個空氣過濾器1的連接管4隻須稍微加大直徑。因 此產生一種協同作用的效果，因為不僅可以放棄單獨的空氣過濾器1' 和連接管4，而且只要再釆用一個單個的空氣過濾器1，它同時是連接 管4，同時還實現了隔音，這導致固定的動力設備15在運行中更安靜。
10由圖3顯而易見的是，所示的實施例具有多個過濾元件或圓柱管 區段20、 21、 22。這些過濾元件或圓柱管區段20、 21、 22包4舌過濾 材料。(在所示的實施例中，每個過濾元件20、 21、 22包括過濾材料)。 過濾元件或圓柱管區段20的外徑d20與過濾元件或圓柱管區段21的 內徑i21—致，從而兩個過濾元件或圓柱管區段20、 21可相互插入。 這也說明於圖4的實施例中。在圖3的實施例中，藉助固定機構固定 區段20、 21，而在圖4的實例中，區段20、 21、 22在長度1上相互插 入。在圓柱管區段21與22之間具有與在區段20與21之間相同的比 例，亦即圓柱管區段21的外徑d21與圓柱管區段22的內徑i22—致， 從而它們可相互插入。在殼體5的端部設置一個保持裝置12，它保持 過濾插件6。由於各個圓柱管元件20、 21、 22的階梯式配置，系統空 氣可以越過過濾材料(用各箭頭說明)。沿流動方向s持續地逐漸增加 過濾空氣的量，同時沿流動方向s持續地逐漸減小未過濾的空氣量。
在所示的實施例中，空氣進入口7和空氣流出口8關於殼體5的 縱伸對置地也就是正好相反地設置在殼體5中。空氣進入口 7和空氣 流出口 8的距離關於殼體尺寸是最大的。
圖4的實施例相當於圖3的實例，其變化是，相反地設置過濾插 件6。在這裡流動橫截面積a'、 b'、 c'沿流動方向s沿過濾插件6也變 小。過濾插件6藉助已知的保持機構固定在保持裝置12上。 一個蓋板 9防止未過濾的空氣的流出。此外未更詳細涉及各個構件，因為它們 符合圖3的實例，從而可以參閱那裡的

。
圖5和6的實施例在大多數方面相當於圖3的實例，從而為了清 晰起見省略了若干附圖標記。圖5和6中也分別示出一種用於內燃機 的空氣過濾器1。空氣過濾器1分別具有一個包括一個空氣進入口 7 和一個空氣流出口 8的殼體5。在流動通道18中現在裝入一個過濾插 件6,類似予圖3，它將流動通道18分成一個流入通道13和一個流出 通道14。過濾插件6由多個過濾元件20、 21、 22構成。在所示的實 施例中，過濾元件20、 21、 22構成為圓柱管區段。在這種情況下，過 濾元件20、 21、 22還可以具有不同的形狀。圖5的實例與圖3的實例的區別特別在於，過濾插件6明顯地從實際上的殼體5中伸出並且空 氣進入面與圖3相比沿流動方向17的方向位錯設置。與圖3的另一區 別在於，過濾元件20具有比圖3的過濾元件20或比按圖5的實施例 的過濾元件21、 22更大的材料厚度。在圖5所示的實施例中，空氣進 入口 7被一個加大的防護網11覆蓋。總體上由此產生一種增大的過濾 器功率，因為空氣在實際上的殼體5之外已經可以通過過濾元件20 的過濾材料進入。通過較大的過濾元件20的材料厚度，在該區域內也 增大了過濾力度。在所示的實施例中這樣設置，即過濾元件20的內徑 i20小於過濾元件21的內徑i21。不過同時過濾元件20的外徑d29基 本上與過濾元件21的外徑d20'具有相同的尺寸。由於這種不同，在 相應的過濾元件20、 21的材料厚度上也產生了差異。雖然在所示的實 施例中加大防護網ll，但在一種備選的實施形式中，可以同樣好地設 定，殼體部分地構成網形的或透氣的，如以在圖5中或圖6中所示的 形式那樣。不同於圖5，在圖6中不再使空氣進入口 7成斜面，而是 基本上垂直於空氣流動方向17。圖5和6的實施變化方案相對於圖3 或圖4的實施變化方案的主要優點是，通過增大的空氣進入面，更多 的空氣可以進入空氣過濾器1並因此可以縮短空氣過濾器的結構長 度。這樣在圖5和6所示的實施例中，殼體長度可以比按圖3的那個 實例縮短10%至30%。為了清晰起見，不僅在圖5中而且在圖6中都 沒有示出隔音層IO，但也可以如在前面的各圖中那樣設置。
在全部的實施變化方案中有利地設定，殼體長度l與殼體內徑18 之比大於等於四、優選大於等於五。按這種方式和方法，在最佳隔音 的同時過濾器功率被最大化。防護網11可以例如包括一個金屬製成的 網編織物，它滿足面對回火的防火功能。有利的是，在殼體5的內側 在殼體長度17的至少三分之二上設置隔音層，或以一個塗層的形式或 以一個內襯層的形式。此外利用一個成斜面的進入口 7,空氣還直接 引導到隔音層10上，在那裡立即發揮其隔音的作用。
權利要求
1.用於內燃機(2)的空氣過濾器(1)，包括一個具有一個流動通道(18)的殼體(5)和一個過濾插件(6)，其中，過濾插件(6)將流動通道(18)分成一個具有空氣進入口(7)的流入通道(13)和一個具有空氣流出口(8)的流出通道(14)，其中過濾插件(6)具有一個空氣進入面(19)，該空氣進入面至少部分地在過濾插件(6)的長度上沿空氣流動方向(17)延伸，其特徵在於，過濾插件(6)具有至少兩個接連的過濾元件優選圓柱管區段(20、21、22)，其中各過濾元件優選各圓柱管區段(20、21、22)的外徑(d20、d21、d22)是不同的。
2. 按照權利要求1所述的空氣過濾器，其特徵在於，流入通道(13 ) 的橫截面積(a、 b、 c)沿過濾插件(6)變化。
3. 按照權利要求1或權利要求2所述的空氣過濾器，其特徵在於， 流入通道(13)與流出通道(14)的橫截面比例沿空氣流動方向(17) 沿過濾插件(6)變化。
4. 按照權利要求2或權利要求3所述的空氣過濾器，其特徵在於， 流入通道(13)的橫截面積(a、 b、 c)沿過濾插件(6)變小。
5. 按照權利要求1至4之一所述的空氣過濾器，其特徵在於，殼 體(5 )在過濾插件(6 )的區域內至少部分地具有一個不變的內徑(23 )。
6. 按照權利要求1至5之一所述的空氣過濾器，其特徵在於，過 濾插件(6)構成為優選在端側敞開的空心體，其中空心體的圓周面至 少部分地由過濾材料製成。
7. 按照權利要求6所述的空氣過濾器，其特徵在於，空心體構成 為截圓錐形的或圓錐形的。
8. 按照權利要求1至7之一所述的空氣過濾器，其特徵在於，過 濾元件優選圓柱管區段(20、 21、 22)通過插塞連接和/或螺紋連接相互連接。
9. 按照權利要求1至8之一所述的空氣過濾器，其特徵在於，殼 體(5)在內側至少部分地具有一種隔音材料。
10. 按照權利要求1至9之一所述的空氣過濾器，其特徵在於， 空氣進入口 (7)的面積大於沿流動方向(s)的殼體內橫截面(19)。
11. 按照權利要求1至IO之一所述的空氣過濾器，其特徵在於， 過濾插件(6)至少部分由過濾材料製成，其中過濾材料的厚度(d) 沿流動方向(s)在過濾插件(6)的全長上基本上是不變的。
12，按照權利要求l至ll之一所述的空氣過濾器，其特徵在於， 空氣進入口 (7)被一個防護網(11)覆蓋。
13. 按照權利要求1至12之一所述的空氣過濾器，過濾插件(6) 在空氣進入面的區域內部分地從殼體(5)伸出。
14. 內燃機，包括一個按照權利要求1至13之一所述的空氣過濾器。
15. 固定的動力設備，包括一個內燃機、 一個可由內燃機驅動的 發電機以及一個按照權利要求1至13之一所述的空氣過濾器。
全文摘要
本發明涉及一種用於內燃機(2)的空氣過濾器(1)，包括一個具有一個流動通道(18)的殼體(5)和一個過濾插件(6)，其中，過濾插件(6)將流動通道(18)分成一個具有空氣進入口(7)的流入通道(13)和一個具有空氣流出口(8)的流出通道(14)，其中過濾插件(6)具有一個空氣進入面(19)，該空氣進入面至少部分地在過濾插件(6)的長度上沿空氣流動方向(17)延伸，其中，過濾插件(6)具有至少兩個接連的過濾元件優選圓柱管區段(20、21、22)，其中各過濾元件優選各圓柱管區段(20、21、22)的外徑(d20、d21、d22)是不同的。
文檔編號F02M35/04GK101634263SQ20091015976
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月20日 優先權日2008年7月21日
發明者F·格魯貝爾, G·卡特賴因, J·朗 申請人:Ge延巴赫兩合無限公司