可变流量的过滤器的制作方法

本发明涉及过滤装置领域，更具体地涉及一种可变流量的过滤器。

背景技术：

对于例如工程用车辆，其作业环境可能是建筑工地或露天煤矿等环境，环境空气中含有大量的粉尘，容易造成车辆的发动机进气系统阻塞，使得发动机工作效率降低，油耗增加。为了解决上述问题，可以为上述车辆的发动机进气系统设置如图1所示的过滤器(通常作为预滤器使用)。

图1所示的过滤器c(也称旋风分离器)包括两个相互嵌套的筒，并具有一个入口和两个出口。内筒与外筒的一端相连。入口c1设置在外筒的周壁上，且沿大致外筒的切向开放；内筒和外筒的彼此背离的端部分别形成为第一出口c2和第二出口c3。带有大量粉尘的空气(下文简称脏空气)从入口c1进入过滤器，脏空气在内外筒之间旋转的过程中，由于离心力的作用，大部分粉尘将被分离并从第二出口c3流出，带有较少粉尘的空气(下文简称干净空气)从第一出口c2流出，由此实现对空气的过滤。

通常，在设计过滤器c的尺寸以确定其额定流量时，参考发动机额定进气量(一般指发动机的最大进气量)。

然而，发动机工作时的实际进气量是动态的，并不总等于额定进气量。尤其是上述工程用车辆，其发动机的工作状态大多处于中低负荷，即发动机大多数时候处于中低进气量的工作状态。

因此，上述过滤器c在实际应用中往往不能达到预期的效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种可变流量的过滤器。

本发明提供一种可变流量的过滤器，其具有在流体的流动路径上的变流结构，所述变流结构包括：

至少一个阀片，所述阀片能在所述流体的推动下相对于所述过滤器的壁活动，以改变允许所述流体通过的截面面积；和

止挡件，用于给所述阀片施加阻碍被所述流体推动的力。

在至少一个实施方式中，在所述截面面积小于最大截面面积的情况下，所述流体的流量越大，所述截面面积越大。

在至少一个实施方式中，所述止挡件为弹性件。

在至少一个实施方式中，所述止挡件为扭簧或压簧。

在至少一个实施方式中，所述变流结构设置在所述过滤器的入口。

在至少一个实施方式中，所述过滤器包括筒形的过滤筒，所述过滤筒在轴向上具有第一端和第二端，

所述过滤筒包括彼此嵌套的外筒和内筒，所述内筒的轴向长度小于所述外筒的轴向长度，所述外筒和所述内筒之间在所述第一端相连，所述内筒在所述第一端形成第一出口，所述外筒在所述第二端形成第二出口，

所述过滤筒还包括入口筒，所述入口筒与所述外筒的周壁相连且沿所述外筒的切向开放而形成所述入口，

所述流体能从所述入口进入所述过滤器，并被分离成第一部分和第二部分，所述第一部分的密度小于所述第二部分的密度，所述第一部分从所述第一出口流出所述过滤器，所述第二部分从所述第二出口流出所述过滤器。

在至少一个实施方式中，所述阀片能相对于所述过滤器的壁转动，所述阀片的转动轴线与所述过滤筒的所述轴向平行或垂直。

在至少一个实施方式中，所述入口筒具有内侧和外侧，在垂直于所述入口筒的轴向的平面内，所述内侧比所述外侧更靠近所述过滤筒的中心轴线，

所述阀片的转动轴线设置在所述入口筒的内侧。

在至少一个实施方式中，所述外筒在所述入口所在区域处的内径是所述第一出口的内径的2至3倍，且是所述第二出口的内径的2倍，和/或

所述外筒在所述入口所在区域处的内径为30mm至200mm。

在至少一个实施方式中，在所述轴向上，所述内筒的延伸区域覆盖且超出所述入口所在的区域，且所述内筒朝所述第二端超出所述入口的距离不小于5mm。

根据本发明的过滤器结构简单且能自发地根据流体的流量大小而调节气流截面积进而调节流体的流速，提供的离心力大，分离效果好。

附图说明

图1是一种可能的过滤器的部分剖开的示意图。

图2是根据本发明的第一实施方式的过滤器的示意图。

图3是图2的分解示意图。

图4是图3中的过滤筒的示意图。

图5是根据本发明的第一实施方式的过滤器对流体过滤的原理性示意图。

图6是根据本发明的第一实施方式的过滤器的主视图。

图7是图6的k-k向剖视图。

图8是根据本发明的第一实施方式的过滤器的止挡件的示意图。

图9是根据本发明的第二实施方式的过滤器的示意图。

图10是图9的主视图。

图11是图10的p-p向剖视图。

图12是根据本发明的第三实施方式的过滤器的主视图。

图13是图12的q-q向剖视图。

附图标记说明：

a1中心轴线；a2转动轴线；a轴向；r径向；

10过滤筒；10a入口；10b第一出口；10c第二出口；11外筒；11a变径段；12内筒；13入口筒；13a第一安装槽；131孔；132缺口；133限位槽；134筒挡条；

20阀片；21阀主体；21a第二安装槽；22凸部；23阀片挡条；

30止挡件；31尾部。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

以应用于工程车辆的发动机的进气系统的过滤器为例，结合图2至图13，介绍根据本发明的可变流量的过滤器。

除非特别说明，参照图2，a表示过滤器的轴向，该轴向a与过滤筒10的轴向一致；r表示过滤器的径向，该径向r与过滤筒10的径向一致。

由于过滤器的分离效率取决于粉尘受到的离心力的大小。根据离心力公式可知：离心力f＝mv²/r，分离效率主要取决于：

(1)粉尘颗粒的质量m(或等同于空气含尘浓度)；

(2)进气流速v(等于发动机进气流量除以进气口截面积)；和

(3)过滤器的筒径r。

上述的进气流速v和筒径r为可控变量，提高进气流速v或减小筒径r均能增大离心力。

发明人发现，若减小筒径r，则实际应用中容易形成堵塞。若将预滤器设计进气量降低又会造成在发动机需要高负荷发力时，进气系统阻力会过大导致发动机无力、油耗增加。

根据离心力公式，在筒径r一定的情况下，若发动机实际进气量为额定进气量的一半，离心力仅为设计值的1/4。对此，本发明提出的过滤器，其具有可变横截面积的变流区域。变流区域的横截面积能根据气流的流速而自适应地调整。从而即使在发动机进气量较小时，过滤器也能具有较大的进气流速。

(第一实施方式)

首先，参照图1至图8，介绍根据本发明的第一实施方式的过滤器。

参照图2至图5，根据本发明的过滤器包括过滤筒10、阀片20和止挡件30。

过滤筒10包括互相嵌套的外筒11和内筒12。在轴向a上，内筒12的长度小于外筒11的长度。将过滤筒10的轴向a上的两个端部分别定义为第一端和第二端，则内筒12的朝向第二端的端部容纳在外筒11的内部。

在过滤筒10的第一端，外筒11和内筒12之间具有环形的连接区域。

内筒12的朝向第一端的开口形成为过滤筒10的第一出口10b，外筒11的朝向第二端的开口形成为过滤筒10的第二出口10c。

外筒11的周壁上还形成与入口筒13相连的开口。入口筒13的轴线与过滤筒10在入口筒13处的径向r大致垂直，或者说，入口筒13向外筒11的切向开放。入口筒13的开口形成为过滤筒10的入口10a。

参照图5，脏空气能从入口10a进入外筒11的内腔，并在外筒11和内筒12之间呈旋涡状地流动。由于离心力的作用，空气中的大颗粒粉尘将从第二出口10c流出；干净的空气(或者说被过滤后携带较少粉尘的空气)从第一出口10b流出。

回到图2，阀片20设置在入口10a处，其通过止挡件30与入口筒13能相对转动地连接，由此形成了变流结构。

在本实施方法中，止挡件30为扭簧。止挡件30给阀片20施加与空气的流动方向相反的预紧力。在没有空气流入入口10a或者仅有少量空气流入入口10a的情况下，阀片20将入口10a的大部分区域(或全部区域)挡住；随着气流增大，气体能推动阀片20克服止挡件30的阻挡而转动，使入口10a处的截面面积(指可控气体流动的开口处的截面面积，或者说允许流体通过的截面面积，以下简称气流截面积)增大。即，气流量小时，气流截面积小；气流量大时，气流截面积大。由此，一方面能保证即使在气流量较小的情况下，气体仍能有较大的流速；另一方面在气流量大时，流通路径也不至于阻塞。

阀片20相对于过滤筒10的转动轴线a2大致与过滤筒10的轴向a平行。入口筒13偏离过滤筒10的中心轴线a1设置，在垂直于入口筒13的轴向的平面内，定义入口筒13的靠近中心轴线a1的一侧为内侧、远离中心轴线a1的一侧为外侧，则转动轴线a2设置在入口筒13的内侧，阀片20在运动过程中与入口筒13形成的开口靠近入口筒13的外侧。这使得开口更靠近过滤筒10的外周侧，进入过滤筒10内的气流能具有更大的离心力。

参照图3和图4，介绍阀片20与入口筒13的具体连接结构。

阀片20包括片状的阀主体21。在轴向a上，阀主体21的两个端部彼此背离地部分凸出而形成两个凸部22。两个凸部22的连线限定出转动轴线a2。

相应地，入口筒13的壁上分别形成一个孔131和一个缺口132。一个凸部22伸入孔131、另一个凸部22嵌入缺口132而实现阀片20与入口筒13的转动连接。可选地，缺口132在边缘处的开口较小，凸部22能以挤压缺口132的边缘的方式被嵌入缺口132，并在安装完成后不容易从缺口132内脱落。

扭簧形式的止挡件30具有两个尾部31(同时参照图8)。阀片20和入口筒13上分别形成一个用于固定尾部31的挡条。

具体地，阀主体21的板面中部区域连接有阀片挡条23。阀片挡条23和阀主体21之间形成有用于容纳尾部31的缝隙。

入口筒13的壁上形成用于收容并给尾部31定位的限位槽133，限位槽133的靠近过滤筒10内部的部分被筒挡条134覆盖。尾部31能伸入限位槽133并伸至筒挡条134所在的区域而相对于入口筒13得到固定。

接下来结合图6至图8，介绍本实施方式中过滤器的具体尺寸设计。

定义在径向r上，外筒11的最大内径(指直径，在轴向a上位于内筒12和外筒11相嵌套的区域)为d1，内筒12的最小内径为d2，外筒11在第二出口10c处的内径为d3。可选地，30mm≤d1≤200mm，d2约为1/2×d1，1/3×d1≤d3≤1/2×d1。

在轴向a上，外筒11的高度为h1，可选地，h1>3×d1。

在轴向a上，入口筒13的高度为h2。在垂直于径向r的方向上(或者说切向上)，入口筒13的宽度为w，可选地，h2约为2×w。

在轴向a上，内筒12朝第二端超出入口10a的高度为h3，可选地，h3不小于5mm。

外筒11在第一端处的内径大，在第二端处的内径小，其具有在轴向a上不与内筒12重合的变径段11a。变径段11a的内壁形成锥面状，其母线与中心轴线a1的夹角为n，可选地，夹角n的大小约为13°至15°。

参照图8，在自然状态下(没有气流推动阀片20的情况下)，止挡件30的两个尾部31所形成的夹角为m，可选地，夹角m的大小约为30°至45°，以方便气体流动并保证阀片20的较佳的开合力度。

可选地，弹簧结构的止挡件30的线径为0.5mm至2mm，以保证止挡件30的耐久性和阀片20的较佳的开合力度。

(第二实施方式)

参照图9至图11介绍根据本发明的第二实施方式的过滤器。第二实施方式是第一实施方式的变型，对于与第一实施方式相同或相似的特征，在本实施方式中使用相同的附图标记，并省略对这些特征的详细介绍。

本实施方式相比于第一实施方式的区别主要在于止挡件30的弹簧类型和连接方式。在本实施方式中，止挡件30选用压簧，其两个端部分别固定于入口筒13的壁和阀片20。

具体地，入口筒13的内壁形成有第一安装槽13a，阀片20的阀主体21的朝向内筒12的面上形成有第二安装槽21a。止挡件30的两个端部分别嵌设在这两个安装槽内。

当气流量大时，止挡件30被压缩，阀片20绕转动轴线a2向靠近内筒12的方向转动；当气流量变小时，止挡件30伸长，阀片20绕转动轴线a2向远离内筒12的方向转动。

(第三实施方式)

参照图12和图13介绍根据本发明的第三实施方式的过滤器。第三实施方式是第一实施方式的变型，对于与第一实施方式相同或相似的特征，在本实施方式中使用相同的附图标记，并省略对这些特征的详细介绍。

在本实施方式中，阀片20的转动轴线a2与过滤筒10的轴向a垂直。在这种情况下，转动轴线a2例如可以贴着入口筒13的内壁的下部设置，也可以贴着入口筒13的内壁的上部设置。相比于转动轴线a2贴着入口筒13的内壁的上部设置的方案，贴着下部设置的方案能使气流在过滤筒10内具有更长的旋转路径，分离效果好。

应当理解，上述实施方式及其部分方面或特征可以适当地组合。

本发明至少具有以下优点中的一个优点：

(i)根据本发明的过滤器能根据气流的大小调节气流速度，为流体提供较大的离心力，分离效果好，适应于各种工况下的过滤。

(ii)根据本发明的过滤器结构简单，对气流速度的调节是自发的，过滤器成本低，控制简单，可靠性高。

当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。例如：

(i)根据本发明的止挡件30不限于是扭簧或压簧，其还可以是其它能提供弹性力的弹性件。

(ii)阀片20与入口筒13的转动连接方式不限于是第一实施方式中的凸部22与孔131和缺口132的连接，其还可以是其它转动连接结构。并且，阀片20相对于入口筒13的活动也可以不限于是转动，例如，可以在入口筒13的内壁形成为阀片20的活动提供导向的导引件，在止挡件30被压缩或伸长的过程中，使阀片20相对于入口筒13沿导引件作往复运动而调整开口的大小。

(iii)根据实际应用的需要，在初始状态下(发动机非工作状态下)，阀片20可以将入口10a完全关闭，也可以被设置为形成气流截面积较小的开口。

(iv)过滤器内的阀片数量可以多于一个，多个阀片可以在入口筒13的轴向上位于同一深度，也可以位于不同深度。多个阀片能使截面积改变的精度更高，也能作为冗余设计提高装置的可靠性。

(v)在过滤筒10的第一端，内筒12也可以部分地伸出外筒11。

(vi)根据本发明的过滤器不限于对空气进行过滤，其也可以用于对其它流体的过滤。

(vii)根据本发明的过滤器不限于是旋风式的过滤器。