专利名称：带有时控释放油调节器的分级的油过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的油过滤器组件。具体地，本发明涉及一种油过滤组件，具有机械活性过滤件和化学活性过滤件。更具体地，本发明涉及一种油过滤器，其中化学活性过滤件包括多个多孔的添加剂分配模块，各添加剂分配模块容纳一个或多个油调节化合物。添加剂分配模块随着时间缓慢地释放一种或多种油调节剂到发动机油中。
背景技术：
已知有许多种不同类型的流体过滤器。大部分这些过滤器使用机械或“屏蔽”型的过滤，所用的可更换的筒体具有多孔的过滤件，油通过过滤件重复循环以除去杂质。
在油过滤技术领域，都知道内燃机，尤其是柴油发动机，的正常操作将导致污染物的形成。这些污染物中包括烟灰，由矿物燃料不完全燃烧形成；和燃烧产生的酸性物。这些污染物一般在发动机工作时可进入润滑油，倾向于增加油的黏度和产生不希望的发动机沉积物，导致发动机磨损增加。
对这些问题的常规解决办法是在初始形成期间放置各种添加剂到润滑油中。为了克服与烟灰有关的问题，许多传统的润滑油包括了分散剂，可抵抗烟灰的聚集。这些方法只能在短时间内有效，会很快消耗掉。此外，由于溶解度和化学稳定性限制了分散剂在油中的使用，润滑油和油过滤器的使用寿命远未达到最佳。
为了消除酸性燃烧产物的影响，许多常规的机油包括中和添加剂，称作过碱性清洗剂(over-based detergent)。存在总碱值(TBN)数据，是油中过碱性清洗剂数量的指标。对于许多的内燃机来说，TBN的损耗是一个重要的限制因素，尤其是对于重载的柴油发动机。
为了改进对发动机的保护和克服其他的问题，传统的润滑油通常包括一种或多种其他添加剂，可以是腐蚀抑制剂，抗氧化剂，摩擦调节剂，倾点下降剂，清洁剂，粘度指数改进剂，抗磨剂，和/或特压添加剂。添加这些添加剂是有好处的，但是，用传统的方法，这些添加剂的数量和浓度受到润滑油能力以及这些添加剂在油中的化学稳定性的限制，已中止使用这些添加剂。
除了传统的添加剂混合润滑油的方法，还提出了其他的解决方案。例如，为了防止油中出现泥状沉积物，1991年授权给Brownawell的题目为“减少润滑油中泥状沉积物的方法”的美国专利5,042,617，及1995年授权给Brownawell等人的题目为“减少润滑油中泥状沉积物和清漆前体的方法”的美国专利5,478,463，分别公开了一种油过滤器和减少在发动机循环的润滑油中泥状沉积物的方法。这些Browna-well的专利涉及油过滤器中的颗粒内含物，其是油不可溶解的和油可润湿的，是与泥状沉积物的复合物，使得至少一些与这些颗粒接触的泥状沉积物固化在这些颗粒上。Brownawell的5,042,617号专利公开了位于油过滤器中的油不能溶解和油可润湿的颗粒内含物，其保留在模块化的基体上，而Brownawell的5,478,463号专利公开了这些颗粒内含物，其未保留在基体上，而仍然保留在油过滤器上。
另一个Brownawell的5,069,799号专利涉及减少润滑油中的燃烧酸性物质，该专利在1991年授权，专利题目为“更新润滑油的方法”。该专利公开了一种油过滤器和减少润滑油中燃烧酸性物数量的方法。具体地，其公开了一种更新润滑油的方法，方法通过使油顺序地首先通过化学活性过滤介质，然后是物理活性过滤介质，最后是非活性过滤介质，减少了燃烧酸性物。在其5,069,799专利中，化学活性过滤介质包括强碱，代替已经与燃烧酸性物结合的弱碱。燃烧酸性物和强碱然后结合形成盐，后来被机械过滤介质以物理方式捕获。
Brownawell的美国专利No.5,225,081公开了一种从用过的润滑油清除多核芳香烃的方法。Brownawell专利No.5,225,081的方法涉及使油通过多级的油过滤系统，其包括化学活性过滤介质。该化学活性过滤介质是用复合材料制造，包括活性组分颗粒和热塑粘结料，是用热挤压工艺制造的产品。碱性调节剂是适合用作化学活性过滤介质的材料示例，在该文献中活性炭也作为过滤介质的优选组分。
已知道某些多级油过滤器的设计，如美国专利4,557,829和4,886,599所公开的。Bachmann等人的美国专利4,886,599公开了一种过滤筒，带有顺序设置的同心的筒状过滤件，用于油密封的真空泵中油的化学和机械过滤。
美国专利No.5,552,040和5,591,330公开了油过滤器的其他设计，这种过滤器含有额外添加剂和可将添加剂分配到油中。也已知道重负荷冷却液过滤器的一些设计，其可随着时间释放添加剂，如美国专利RE 37,369；5,741,433和5,948,248所公开的。
尽管已知的过滤器可实现其目的，从已知的过滤器释放辅助添加剂常常不是在安装后马上进行，就是比实现对油保护的需求更快地进行。其结果是，一段时间以后，过滤器中只有很少的添加剂或没有添加剂。
这个技术领域需要一种改进的油过滤器，其具有有效的油添加剂，这些添加剂可随过滤器的使用寿命中缓慢地释放。还需要一种改进的油过滤器，其能够延长发动机油的使用寿命，使得使用者可延长车辆，尤其是柴油发动机的车辆，更换油的间隔时间。
发明内容
本发明提出了一种改进的油过滤器，具有碱性调节剂和/或另一种有效的添加剂。碱性调节剂使用时可提供对油中的酸性燃烧产物的反作用。在实施本发明时，有效的添加剂置于多个位于油过滤器壳体内的多孔的添加剂分配模块中。
在本发明的优选实施例中，各添加剂分配模块包括多孔的模块壳体，其是中空的陶瓷或聚合物壳体；有效的添加剂容纳于壳体中。在本发明的优选实施例中，添加剂分配模块具有多孔或半多孔的高分子膜，覆盖和包围模块壳体，以控制扩散速率。
因此，本发明的目的是提供一种改进的油过滤器，其包括一种或多种油添加剂，并可在过滤器的使用寿命期间缓慢地释放。
为了更全面的理解本发明，可参考下面的详细介绍，并请结合附图进行阅读。在下面的详细介绍和附图中，相同的数字代表相同的部件。
图1是根据本发明的第一实施例的油过滤器的部分剖开的透视图；图2是图1的过滤器的截面图；图3A是作为图1和2的油过滤器部件的添加剂分配模块的侧视平面图；图3B是图3A的添加剂分配模块的截面图；图4是根据本发明的第二实施例的油过滤器的截面图；图5是根据本发明的第三实施例的油过滤器的截面图；图6是根据本发明的第四实施例的两段的油过滤器组件的分解截面图；图7是作为图6组件的部件的辅助筒的简化的顶视图。
具体实施例方式
在整个本发明的说明中，相对位置的用语，如上，下，顶，底，水平，垂直，和类似用语用于表示图中过滤器的位置。这些用语用来说明所显示的实施例，不是用来进行限制。应当知道，在具体应用时，过滤器可安装到发动机的与图中显示不同的位置，比如反转180度或横向于所显示的位置，在这种情况下，上面确定的相对位置用语不再是精确的。
参考图1和2，其显示了根据本发明的第一优选实施例的油过滤器10，油流过过滤器10的方向在图2中用箭头表示，显示出通过过滤器的流道。
过滤器10一般包括中空的圆柱壳体11，其中形成空腔14，多孔的机械活性过滤件15位于空腔中，化学活性过滤件16，其由多个复合添加剂分配模块18构成，也容纳在壳体内的空腔中。带小孔的圆柱形屏蔽或支承框架17可选择地设置在壳体11中，以支承保持过滤件15，16。
垫圈19或其他内部密封件设置在框架17的底面中心，沿流道引导油通过过滤件15，16。垫圈19可包括柔性弹性密封件，设有整体的压力释放阀，如美国专利6,214,215公开的，所公开的内容在本文中参考引用。或者，油过滤器10还可结合弹簧加载的或其他的传统压力释放阀，其类型已为所属领域的技术人员知道。
壳体11的基板20包括多个入口端口22，设置成环形。基板20还包括中心出口端口24。出口端口24具有多个内螺纹，允许过滤器10转动地固定到发动机缸体(未显示)的带外螺纹的中空管固定件。环形外密封件或垫圈25接合到基板的底表面上形成的槽26，以防止油从过滤器的基体向外泄漏。
在图1，2所示的实施例中，机械活性过滤件15一般是圆柱形件，用可折叠的过滤纸制成。
在图1和2的实施例中，化学活性过滤件16也设置成圆柱形，沿径向和同轴地设置在机械活性过滤件15中。在第一实施例10中，化学活性过滤件16位于机械活性过滤件15的内侧和下游，以便在油中不希望的污染物与化学过滤件16的有效添加剂组分进行化学反应之前进行机械过滤。将化学过滤件16设置在机械活性过滤件15和框架件17之间，如第一实施例10所示，位于流道中机械过滤件的下游，还可得到框架件17的最大可能支撑。当化学过滤件16是用多个分开的和不相连的单个模块18构成时，这是非常有用的。
或者，组成化学活性过滤件16的单个添加剂分配模块18可粘结到一起，或互相黏附形成基本为整体的但有很多孔的过滤件16，能够自支撑。
组成化学活性过滤件16的添加剂分配模块18是过滤器10的重要特征。
添加剂分配模块18是由材料结合而成。现在参考图3A和3B，其显示了代表性的添加剂分配模块18。模块18包括模块壳体，其具有中空壳体23的形式，最好是用陶瓷或高分子材料制造。壳体23包括较薄壁31，其上形成多个孔27，允许有效的添加剂组分33向外扩散。
有效的添加剂组分33设置在壳体23的内部，其包括一种或多种添加剂，可从下面选出，碱性调节剂，腐蚀抑制剂，金属去活化剂，抗氧化剂，分散剂，摩擦调节剂，油稳定剂，倾点下降剂，清洁剂，粘度指数改进剂，抗磨剂，特压添加剂，及这些添加剂的混合物，和/或其他已知的有效添加剂。
添加剂组分33最好是以热的状态注入壳体32内，当冷却时固化。或者，添加剂组分33可以粉末形式添加，或以油脂或腊的形式添加。添加剂组分33最好是至少部分溶解于热发动机油中。
还可以如图3B所示，添加剂分配模块18可具有多孔的或半多孔的膜35，覆盖和包围壳体23。使用的膜35最好是由聚合材料形成，其可从聚砜，蜡和聚甲烯戊烯等材料中选出，或是其他的适合的渗透或半渗透材料。用于膜35的材料可在热油的环境中保持稳定，或者在热油的环境中随时间逐渐消蚀掉。膜35使得添加剂组分33可从添加剂分配模块18缓慢地释放到油中，因此可随时间过去以同步方式调节油。
添加剂分配模块的碱性调节剂，如果使用，最好是碱性盐，可从下面选出碳酸钙，碳酸钾，碳酸氢钾，铝二羟基碳酸钠，氧化镁，碳酸镁，氧化锌，碳酸氢钠，氢氧化钠，氢氧化钙，氢氧化钾，及其混合物。
如果需要，可添加其他材料到添加剂分配模块。
如前面所指出的，如果需要，添加剂分配模块可黏结到一起，或连接到一起形成基本上整体的但有孔和多孔的化学过滤件16，添加剂分配模块18可不必与框架17连接到一起，如果需要可省略框架。
使用时，当热油缓慢流过和包围化学活性过滤件的添加剂分配模块18时，一些油进入模块壳体上的孔27，使得少量的添加剂33从模块壳体23向外流出，与油混合。使用时，添加剂33的碱性盐用于反作用和中和酸性燃烧产物。与酸性燃烧产物中和，可大量延长一些油添加剂的使用寿命，如分散剂和二烃基二硫代磷酸盐锌，其由生产者添加到油中。这样与没有化学活性过滤件的情况相比，允许更换油之间有更大的间隔。
现在参考图4，其显示了第二实施例的油过滤件210的截面图，在这个实施例中的油过滤件210一般包括圆柱形壳体211，其形成中空空间214，多孔的机械活性过滤件215位于空间中；化学活性过滤件216，其由多个单独的复合添加剂分配模块218组成，也位于壳体内的空间中，设置在机械活性过滤件内。添加剂分配模块218基本上与添加剂分配模块18相同，如参考第一实施例10所作介绍。
如参考第一实施例10所作介绍，各个添加剂分配模块218组成了化学活性过滤件216，模块可以黏结到一起或互相黏附形成基本整体的但多孔的过滤件216，能够独自支撑。除了这个部分介绍的各个机械和化学过滤件215，216的结构和位置外，油过滤器210与如上所述的第一实施例的油过滤器10基本相同。
在图4的实施例210中，机械活性过滤件215是常规的圆柱形，是用可折叠的过滤纸制造。
化学活性过滤件216在这个实施例中也具有圆柱形的形状，沿径向和同轴地设置在机械活性过滤件215的外侧。带小孔的圆柱形屏蔽和支撑框架217可选择地设置在壳体211内，以支撑和保持过滤件215，216。在第二实施例210，化学活性过滤件216位于机械过滤件215的外侧和上游，使得在进行机械过滤之前，化学过滤件216的添加剂组分可化学修饰可能存在于油中的酸性物或其他不希望的污染物。
在该第二实施例210中，与第一实施例的框架件117相比，框架件217的顶和底水平部分220，222朝壳体211的外壁向外延伸，以容纳化学活性过滤件的添加剂分配模块218。但是，化学过滤件216下面的部分框架底水平部分222是有小孔的，如图所示，允许油自由流出。框架217的垂直内壁224也要设置孔允许油流过。
现在参考图5，其显示了根据本发明的第三实施例的油过滤件310。除了各个机械和化学过滤件315，316和相关部件的结构和位置外，和除非特别指出外，油过滤器310与如上所述的第一实施例的油过滤器10基本相同。
在这个实施例中的油过滤件310一般包括中空的圆柱形壳体311，其形成空腔314，多孔的机械活性过滤件315位于空腔中；化学活性过滤件316，其由多个单独的复合添加剂分配模块318组成，也位于壳体内的空腔中，设置在下面的机械活性过滤件之前。添加剂分配模块318基本上与添加剂分配模块18相同，如参考第一实施例10所作介绍。
同样，在附图中，通过过滤器的流道用箭头显示。
如第一实施例10所介绍的，组成化学活性过滤件316的各个添加剂分配模块318可以黏结到一起或互相黏附到一起形成基本整体的但多孔的过滤件316，能够独自支撑。
在图5的实施例310中，机械活性过滤件315是常规的圆柱形，是用可折叠的过滤纸制造。带小孔的圆柱形屏蔽和支撑框架317可选择地设置在壳体311内，以支撑和保持机械活性过滤件315。在这个实施例中，多孔的环形上和下分隔件320，322可分别设置在化学活性过滤件316的上部和/或下部，以保持化学活性过滤件的添加剂分配模块318于其间。分隔件320和/或322在使用时可选择带孔的固体板或是网筛。上分隔件320可设置成令油只能流到机械活性过滤件315的外表面，所以油必须在离开过滤器310前进行机械过滤。
在这个实施例中，化学活性过滤件316也设置成具有平面圆柱形的形状，并位于机械活性过滤件315的下面。在这个实施例310中，化学活性过滤件316位于机械活性过滤件315的下面，因此在流道中先于机械活性过滤件，以便在进行机械过滤之前，允许通过化学活性过滤件316的添加剂组分化学修饰酸性物或其他不希望的可能存在于油中的污染物。还设置了中心密封件319，其类似于如前面介绍的第一实施例的垫圈19。
本设计可保证油在到达机械活性过滤件之前完全通过化学活性过滤件，与图4的设计相比，可使油和化学活性过滤件油有更多和更长时间的相互作用。
现在参考图6，其显示了根据本发明的第四实施例的油过滤件410。这个实施例中的油过滤件410包括两个主要部件，显示位于图上部的普通的油过滤器402，和显示位于普通过滤器下部的辅助筒404。
普通的油过滤器402结合了位于圆柱形壳体411内的机械活性过滤件415。普通的油过滤器402还包括基板420，其包括多个入口端口422，设置成环形；以及中心出口端口424。基板420设置成为圆柱形壳体411的整体部分，环形密封件425结合到在基板的底表面形成的槽426。出口端口424具有多个内螺纹，可允许过滤器402旋转固定到辅助筒404的外螺纹中空管状连接固定件409。
辅助筒404旋转和螺纹连接到发动机缸体(未显示)的外螺纹中空管状固定件，然后使普通的过滤器402旋转和螺纹连接到其上。辅助筒404包括圆柱形壳体405，其具有侧壁406，基板407，密封连接到侧壁的底边，和盖板408，密封连接到侧壁的顶边。
顶板408具有多个其上形成的位于化学活性过滤件416上方的出口开口412，允许油从辅助筒404向外流出，然后进入普通油过滤器402的入口422。
辅助筒404的基板407包括多个入口端口432，设置成环形，以及中心出口端口434。基板407设置成圆柱形壳体405的整体部分，环形密封件435接合到基板的底表面形成的槽436。出口端口434具有多个内螺纹，允许旋转固定辅助筒404到发动机缸体(未显示)上的带外螺纹的中空管状固定件。
中空的管状连接件409带有外螺纹，设置在顶板408的中心部，圆筒形分隔壁403位于筒壳体405的中心处，在顶和底表面形成流体密封。圆筒形分隔壁403最好用耐油的弹性件制造。
辅助筒404容纳化学活性过滤件416。化学活性过滤件416由多个单独的复合添加剂分配模块418组成，位于筒壳体405内的中空空间内，沿径向位于圆筒形分隔壁403的外面。添加剂分配模块418与第一实施例10中介绍的添加剂分配模块18基本相同。
如第一实施例10所介绍的，组成化学活性过滤件416的各个添加剂分配模块418可黏结到一起或互相黏附，形成基本整体的但多孔的过滤件，能够独自支撑。
在这个实施例中，多孔的环形的下部的网筛419可设置在化学活性过滤件416的下面，以保持化学活性过滤件416的添加剂分配模块418。使用时网筛419可位于横向水平凸缘429上，其是圆筒形分隔壁403的整体部分。
当普通的油过滤件402连接到辅助筒404时，整个组件410的功能类似图5的油过滤器310。
在这个实施例中，化学活性过滤件416也具有圆筒形的形状，当把整个组件410作为整体看时，化学活性过滤件设置在普通的油过滤器402的机械活性过滤件415的下面，因此，在流道中先于机械过滤件，以便在进行机械过滤之前，用化学活性过滤件416的添加剂组分化学修饰存在于油中的酸性产物或其他不希望的污染物。这种设计可保证油完全通过化学活性过滤件416后，到达机械活性过滤件415，与图4的设计相比，可在油和化学活性过滤件之间有更多和更长持续时间的相互作用。
如图7所示，还可选择使辅助筒404包括一对中空管437，438，连接到侧壁406，可与筒壳体405的内部连通。当使用时，通过这些管437，438连接辅助筒到热交换器440，冷却通过的油。
尽管通过多个优选实施例对本发明进行了介绍，前面的介绍是说明性的，不是限制性的。所述领域的技术人员应当理解，可对优选实施例进行许多改进。所有这些改进都属于本发明的精神和范围，都属于权利要求的范围内。
权利要求
1.一种油过滤器，包括中空的过滤器壳体，具有入口和出口，其中形成空腔，和所述入口和出口之间的流道；机械活性过滤件，设置在所述过滤器壳体内的流道中；和化学活性过滤件，设置在所述过滤器壳体内的流道中；其中，所述化学活性过滤件包括多个添加剂分配模块，各所述添加剂分配模块包括模块壳体，是中空的壳体，具有多个在其上形成的孔；和油添加剂组分，置于所述模块壳体中。
2.根据权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，所述添加剂组分包括至少一种添加剂，可从下面选出碱性调节剂，腐蚀抑制剂，金属去活化剂，抗氧化剂，分散剂，摩擦调节剂，油稳定剂，倾点下降剂，清洁剂，粘度指数改进剂，抗磨剂，特压添加剂及其混合物。
3.根据权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，各所述添加剂分配模块还包括多孔或半多孔膜，覆盖了至少部分所述模块壳体。
4.根据权利要求3所述的油过滤器，其特征在于，所述膜包括从聚砜，蜡和聚甲烯戊烯中选出的材料。
5.根据权利要求1所述的油过滤器，其特征在于，所述模块壳体包括陶瓷材料。
6.根据权利要求2所述的油过滤器，其特征在于，所述添加剂组分包括碱性盐，可从下面选出碳酸钙，碳酸钾，碳酸氢钾，铝二羟基碳酸钠，氧化镁，碳酸镁，氧化锌，碳酸氢钠，氢氧化钠，氢氧化钙，氢氧化钾，及其混合物。
7.一种油过滤器，包括中空的过滤器壳体，具有入口和出口，其中形成空腔，和所述入口和出口之间的流道；机械活性过滤件，设置在所述过滤器壳体内的流道中；和化学活性过滤件，设置在所述过滤器壳体内的流道中；其中，所述化学活性过滤件包括多个添加剂分配模块，各所述添加剂分配模块包括模块壳体，是中空的壳体，具有多个在其上形成的孔；油添加剂组分，置于所述模块壳体；和多孔的或半多孔的高分子膜，可覆盖至少部分所述壳体。
8.根据权利要求7所述的油过滤器，其特征在于，所述添加剂组分包括至少一种添加剂，可从下面选出碱性调节剂，腐蚀抑制剂，金属去活化剂，抗氧化剂，分散剂，摩擦调节剂，油稳定剂，倾点下降剂，清洁剂，粘度指数改进剂，抗磨剂，特压添加剂，及其混合物。
9.根据权利要求7所述的油过滤器，其特征在于，所述模块壳体包括陶瓷材料。
10.根据权利要求7所述的油过滤器，其特征在于，所述膜包括从聚砜，蜡和聚甲烯戊烯中选出的材料。
11.一种辅助筒体，用于结合到油过滤器，所述辅助筒体包括中空的壳体，其包括基板，置于发动机表面附近，所述基板具有基本穿过中心的出口孔，和与所述出口孔间隔开的入口孔；相对所述基板的盖板，置于油过滤器的附近，所述盖板具有在基本中心处形成的入口孔，和与所述入口孔间隔开的出口孔；外壁，连接所述盖板和所述基板；分隔壁，设置在所述壳体中，将所述壳体内部分成入口流道和出口流道，所述入口流道与所述基板的所述入口孔流体连通，所述出口流道与所述基板的所述出口孔流体连通；和化学活性过滤件，设置在所述壳体的所述入口流道内，所述化学活性过滤件包括多个添加剂分配模块，各所述添加剂分配模块包括；模块壳体，是中空的壳体，具有多个在其上形成的孔；油添加剂组分，设置在所述模块组件内；和多孔或半多孔的高分子膜，可覆盖所述模块壳体。
12.根据权利要求11所述的筒体，其特征在于，所述添加剂组分包括至少一种添加剂，可从下面选出碱性调节剂，腐蚀抑制剂，金属去活化剂，抗氧化剂，分散剂，摩擦调节剂，油稳定剂，倾点下降剂，清洁剂，粘度指数改进剂，抗磨剂，特压添加剂，及其混合物。
13.根据权利要求12所述的筒体，其特征在于，所述添加剂组分包括碱性盐，可从下面选出碳酸钙，碳酸钾，碳酸氢钾，铝二羟基碳酸钠，氧化镁，碳酸镁，氧化锌，碳酸氢钠，氢氧化钠，氢氧化钙，氢氧化钾，及其混合物。
14.根据权利要求11所述的筒体，其特征在于，所述膜包括从聚砜，蜡和聚甲烯戊烯中选出的材料。
全文摘要
一种用于内燃机的油调节过滤器，包括机械活性过滤件(15)和化学活性过滤件(16)。化学活性过滤件(16)具有有益的油调节剂，容纳于多个多孔的添加剂分配模块。各添加剂分配模块包括中空的壳体(23)，其上具有多个孔；和位于壳体内的油添加剂。各添加剂分配模块还可选择包括多孔或半多孔的高分子膜(35)，其覆盖壳体以控制添加剂材料向外扩散的速率。
文档编号F01M9/02GK1688373SQ03824570
公开日2005年10月26日 申请日期2003年8月28日 优先权日2002年8月30日
发明者R·P·罗尔巴赫, D·鲍斯, P·D·昂格尔, G·W·琼斯 申请人:霍尼韦尔国际公司