用于涡轮增压器和机械增压器的空气过滤器的制作方法

本申请要求2017年3月8日提交的美国专利申请no.15/453,808和2016年3月9日提交的具有申请序列号62/305,709的题为“airfilterforturbochargerandcentrifugalsupercharger”（“用于涡轮增压器和离心机械增压器的空气过滤器”）的美国临时申请的权益和优先权。

本公开的领域总体上涉及空气过滤器。更具体地，本发明的领域涉及一种用于空气过滤器的设备和方法，该空气过滤器配置成与涡轮增压器和机械增压器的空气入口联接。

背景技术：

涡轮增压器总体上是涡轮机驱动强制进气装置，其配置成增加发动机的效率和功率。与自然吸气发动机相比，涡轮增压发动机产生更大的输出功率，因为涡轮机比单独的大气压力将更多的空气和成比例更多的燃料推进入发动机的燃烧室。如本领域技术人员将理解的，当所有强制进气装置被归类为“机械增压器”（“supercharger”）时，涡轮增压器（turbocharger）曾被称为“涡轮机械增压器”（“turbosupercharger”）。然而，目前，术语“机械增压器”通常用于参考仅机械驱动强制进气装置，例如通过连接到发动机曲轴的皮带、齿轮、轴或链条，而术语“涡轮增压器”用于参考由发动机的废气驱动的涡轮机。

涡轮增压器与卡车、汽车、火车、飞机和建筑设备发动机得到广泛使用。涡轮增压器通常与奥托循环和柴油循环内燃机一起使用；但是更近以来，涡轮增压器也与汽车燃料电池得到使用。然而，一个缺点是缺少可用于涡轮增压器和离心机械增压器的空气过滤器的专门或专用管线。将理解的是，涡轮增压器和离心机械增压器倾向于在发动机隔室内呈现出严格的空间限制，由此限制潜在的空气过滤器的尺寸和形状。许多使用者依赖于设计用于其它发动机应用的短锥形空气过滤器。一些使用者借助于为涡轮增压器空气入口制作其自己的筛网盖部。

本领域技术人员将认识到的是，涡轮增压器或机械增压器的壳体的形状（称为“蜗壳”）呈现出独特的挑战。空气过滤器的入口接收器必须插入涡轮增压器或机械增压器的卷轴（scroll）中，因此需要使用者暴露空气过滤器的基部从而接近并且收紧空气过滤器的夹具。这促使使用者向空气过滤器施加力以试图暴露基部，潜在地在过程中损坏空气过滤器。因此，另一个缺点是传统空气过滤器不可容易地安装到涡轮增压器和机械增压器上而不潜在地损坏空气过滤器。因此，需要一种空气过滤器，其紧密地配合在涡轮增压器和机械增压器的空气入口上，而在空气过滤器的安装期间空气过滤器的基部不必暴露。

技术实现要素：

一种用于空气过滤器的设备和方法被提供，该空气过滤器配置成安装在涡轮增压器和机械增压器的空气入口上。空气过滤器包括近端基部，该近端基部包括配置成接收空气入口的入口接收器、用于将空气入口固定在入口接收器内的夹具和与夹具的螺旋机构对齐的第一开口。紧固到近端基部的过滤器介质配置成从进入的空气流中移除颗粒物质和其它污染物。在一些实施例中，过滤器介质包括纸、泡沫、棉、纺丝玻璃纤维、或其它已知的过滤器材料、织造或非织造材料、合成或天然的、或其任何组合。在一些实施例中，过滤器介质包括过滤器油成分以增强过滤器介质的空气清洁性能。紧固到过滤器介质的远端部盖包括与第一开口对齐的第二开口。在空气过滤器的内部腔室内的导管设置在第一开口和第二开口之间，通过将适当的工具延伸通过内部腔室从而接合夹具的螺旋机构而助于收紧和松开夹具。导管助于将工具引导通过内部腔室到螺旋机构，同时还用于防止未过滤的空气通过第一开口和第二开口进入空气入口。

在示例性实施例中，配置成安装在涡轮增压器和机械增压器的空气入口上的空气过滤器包括：近端基部，该近端基部配置成支撑空气过滤器，并且在空气过滤器和涡轮增压器或机械增压器的空气入口之间提供接口，近端基部包括配置成接收空气入口的入口接收器、配置成将空气入口固定在入口接收器内的夹具和与夹具的螺旋机构对齐的第一开口；过滤器介质，紧固到近端基部并且配置成从进入的空气流中移除颗粒物质和其它污染物；远端部盖，紧固到过滤器介质，并且包括与第一开口对齐的第二开口；和导管，在空气过滤器的内部腔室内，并且设置在第一开口和第二开口之间；其中，第一开口和第二开口通过借助于导管将适当的工具延伸通过内部腔室从而接合夹具的螺旋机构而助于收紧和松开夹具。

在另一示例性实施例中，过滤器介质由纸、泡沫、棉、纺丝玻璃纤维、或其它已知的过滤器材料、织造或非织造材料、合成或天然的、或其任何组合构成。在另一示例性实施例中，过滤器介质是褶皱的或以其它方式定形状或定轮廓以增加用于传送待清洁的空气流的表面面积。在另一示例性实施例中，过滤器介质包括过滤器油成分，以增强过滤器介质的空气清洁性能。

在另一示例性实施例中，远端部盖由足够硬的材料构成，从而当联接到涡轮增压器或机械增压器的空气入口时将过滤器介质保持在期望的配置中并且支撑空气过滤器。在另一示例性实施例中，导管配置成将适当的工具引导通过内部腔室到螺旋机构。在另一示例性实施例中，导管防止未过滤的空气通过第一开口和第二开口进入空气入口。

在另一示例性实施例中，夹具包括金属带，该金属带包括由螺旋机构接收的穿孔部分，穿孔部分配置成接收在螺旋机构内能够接合穿孔部分的蜗轮或其它类似部件，使得转动蜗轮相应地收紧或松开金属带。在另一示例性实施例中，螺旋机构配置成具有相对于金属带的周向基本上垂直的定向，由此助于通过第一开口和第二开口将螺旋机构与适当的工具接合。

在示例性实施例中，配置成安装到涡轮增压器的空气入口上的空气过滤器包括：基部，包括配置成与空气入口联接的入口接收器；过滤器介质，联接到基部，并且配置成从吸入空气入口的空气中移除颗粒污染物；盖，联接到过滤器介质；导管，在空气过滤器的内部腔室内，并且设置在基部中的第一开口和盖中的第二开口之间；和夹具，配置成将空气入口固定在入口接收器内，夹具通过第一开口、导管和第二开口是可操作的。

在另一示例性实施例中，夹具还包括与第一开口、导管和第二开口对齐的螺旋机构，从而借助于将合适的工具通过传送通过盖、导管和基部而助于夹具的操作。在另一示例性实施例中，螺旋机构配置成通过合适的工具而能够收紧和松开夹具。在另一示例性实施例中，导管配置成将合适的工具引导通过内部腔室到螺旋机构。在另一示例性实施例中，导管配置成防止未过滤的空气通过第一开口和第二开口进入空气入口。

在示例性实施例中，一种用于将空气过滤器安装到涡轮增压器和机械增压器的空气入口上的方法包括：将包括入口接收器的基部配置成与空气入口联接，基部包括第一开口；将过滤器介质紧固到基部，过滤器介质配置成从吸入空气入口的空气中移除颗粒污染物；将盖与基部相对地紧固到过滤器介质，盖包括第二开口；将导管从基部中的第一开口延伸到盖中的第二开口；将夹具配置成将空气入口固定在入口接收器内；以及将夹具放置在入口接收器上。

在另一示例性实施例中，延伸导管还包括将导管定位在空气过滤器的内部腔室内，使得防止未过滤的空气通过第一开口和第二开口进入空气入口。在另一示例性实施例中，配置夹具还包括配置夹具的螺旋机构，该螺旋机构通过将合适的工具传送通过盖中的第二开口、导管和基部中的第一开口是可操作的。在另一示例性实施例中，放置夹具还包括将螺旋机构与第一开口、导管和第二开口对齐，从而通过合适的工具而助于夹具的操作。

附图说明

附图指代本公开的实施例，其中：

图1示出了空气过滤器的示例性实施例的上部透视图，该空气过滤器配置成安装在涡轮增压器或机械增压器的空气入口上；

图2示出了空气过滤器的示例性实施例的下部透视图，该空气过滤器配置成安装在涡轮增压器或机械增压器的空气入口上；

图3a示出了沿线3a-3a截取的在图1中示出的空气过滤器的下部截面视图；

图3b示出了沿线3b-3b截取的在图1中示出的空气过滤器的截面视图；

图4示出了夹具的示例性实施例的透视图，该夹具配置成将空气过滤器安装到涡轮增压器或机械增压器的空气入口上；

图5示出了示例性使用环境的上部透视图，其中，螺旋驱动器延伸通过空气过滤器的内部腔室从而调节夹具，由此空气过滤器安装在涡轮增压器或机械增压器的空气入口上；和

图6示出了示例性使用环境的上部透视图，其中，扳手用于转动延伸通过空气过滤器的内部腔室的驱动器从而调节夹具，由此空气过滤器安装在涡轮增压器或机械增压器的空气入口上。

虽然本公开可经受各种修改和可选形式，但是其特定实施例已经在附图中通过示例的方式显示，并且将在本文中详细描述。本发明应被理解成不限于所公开的具体形式，而相反，旨在涵盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和可选物。

具体实施方式

在以下描述中提出了许多特定细节，从而提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将是显而易见的是，本文公开的发明可没有这些特定细节而被实践。在其它情况中，可做出例如“第一夹具”的特定的数字参考。然而，特定的数字参考不应被解释为字面上的相继顺序，而是应被解释为“第一夹具”不同于“第二夹具”。因此，所提出的特定细节仅仅是示例性的。特定细节可不同于本公开的精神和范围，并且仍然可被设想是在本公开的精神和范围内。术语“联接”限定为意在直接连接到部件或通过另一部件间接连接到部件。此外，如本文使用的，用于任何数值或范围的术语“约”、“大约”或“基本上”表示合适的尺寸公差，其允许部件的部分或集合用于如本文描述的其预期目的。

总体上，本公开描述了一种用于空气过滤器的设备和方法，该空气过滤器配置成安装在涡轮增压器和机械增压器的空气入口上。空气过滤器包括近端基部，该近端基部配置成支撑空气过滤器，并且在空气过滤器和涡轮增压器或机械增压器的空气入口之间提供接口。近端基部包括配置成接收空气入口的入口接收器、配置成将空气入口固定在入口接收器内的夹具和与夹具的螺旋机构对齐的第一开口。过滤器介质紧固到近端基部，并且配置成从进入的空气流中移除颗粒物质和其它污染物，从而防止它们进入空气入口。远端部盖紧固到过滤器介质，并且包括与第一开口对齐的第二开口。在空气过滤器的内部腔室内的导管设置在第一开口和第二开口之间。第一开口和第二开口通过借助于导管将适当的工具延伸通过内部腔室从而接合夹具的螺旋机构而助于收紧和松开夹具。

图1-3示出了空气过滤器104的示例性实施例，该空气过滤器104配置成安装在涡轮增压器或机械增压器（在下文中为“涡轮增压器”）的空气入口上。如在图1-2中示出，空气过滤器104包括近端基部108、过滤器介质112和远端部盖116。如在图2中最佳示出，近端基部108还包括入口接收器120、夹具124和开口128。空气过滤器104优选地由足够耐用和耐高温的材料构成，从而在安装和操作期间当与涡轮增压器的空气入口联接时保持其配置。

近端基部108总体上配置成支撑空气过滤器104，并且在空气过滤器104和涡轮增压器的空气入口之间提供接口。入口接收器120配置成接收涡轮增压器的空气入口，并且夹具124配置成将空气入口固定在入口接收器120内，使得空气被吸入通过过滤器介质112进入空气过滤器104的内部腔室132并且而后传导通过开口128进入涡轮增压器的空气入口。将理解的是，入口接收器120具有的配置和开口128具有的直径适于接纳涡轮增压器的空气入口。例如，入口接收器120可包括任何的各种附加脊部或凸起部分，从而最优地接合涡轮增压器的空气入口。入口接收器120的特定配置和开口128的直径取决于其中要利用空气过滤器104的涡轮增压器的具体品牌和型号，并且因此可将宽范围的各种配置和直径结合进入空气过滤器104，而不偏出本公开的范围。

如在图1和3a中最佳显示，近端基部108包括脊部136和凹部140，其配置成接收空气过滤器104的邻近端部144。所预想的是，可使用任何的各种紧固件（未显示）以将邻近端部144固定在凹部140内。在一些实施例中，脊部136可模塑到空气过滤器104的线支撑件。在一些实施例中，脊部136可被卷曲，使得其折叠到空气过滤器104的线支撑件和过滤器介质112上，并且保持空气过滤器104的线支撑件和过滤器介质112。本领域技术人员将理解的是，在一些实施例中，通过脊部136和凹部140将过滤器介质112紧固到近端基部108，致使过滤器介质112不可从空气过滤器104移除。

所预想的是，空气过滤器104的使用者可周期性地清洁过滤器介质112，而不是如通常处理传统空气过滤器系统的那样更换空气过滤器104。在一些实施例中，用于清洁过滤器介质112的方法包括从涡轮增压器的空气入口移除空气过滤器104、将水软管通过开口128插入过滤器的内部腔室132以及喷洒水从而将污染物从过滤器介质112冲洗出。在一些实施例中，用于清洁空气过滤器104的方法包括使用高压空气软管代替水软管。在一些实施例中，用于清洁空气过滤器104的方法包括将水喷洒到过滤器介质112的外部上，使得水和污染物从过滤器介质112的外部排出。其它清洁方法对于本领域技术人员来说将是显而易见的，而不偏离本公开的精神和范围。

如上文讨论的，过滤器介质112的邻近端部144通过脊部136和凹部140紧固到近端基部108。远端部盖116可通过任何的各种紧固件（未显示）类似地固定到过滤器介质112。如本文讨论的，在一些实施例中，远端部盖116可模塑到过滤器介质112的线支撑件。在一些实施例中，远端部盖116可围绕其外围边缘卷曲，使得其折叠到空气过滤器104的线支撑件和过滤器介质112上，并且保持空气过滤器104的线支撑件和过滤器介质112。在一些实施例中，可使用简单的螺母和螺栓以将过滤器介质112、线支撑件和远端部盖116附接到近端基部108上，使得邻近端部144保持固定在凹部140内。任何的各种紧固器件可被实践用于将过滤器介质112、线支撑件和远端部盖116附接到近邻基部108上，而不偏离本公开的精神和范围。此外，远端部盖116优选地由足够硬的材料构成，从而当联接到涡轮增压器的空气入口时将过滤器介质112保持在期望的配置中，并且支撑空气过滤器104。如本文讨论的，过滤器介质112还优选地为足够耐用的，以经受反复的清洁和使用。

如上文讨论的，线支撑件可结合进入过滤器介质112，从而为空气过滤器104提供附加的强度和耐用性，由此助于空气过滤器104的周期性清洁和重复使用，而不是在每次应用之后丢弃过滤器。在一些实施例中，过滤器介质112可定位在线支撑件和一层或多层增强材料之间。例如，线支撑件可包括定位在过滤器介质112的外表面和内表面上的线筛网。在一些实施例中，线筛网可包括粉末涂覆的铝筛网线，其和过滤器介质112一起共同褶皱，从而增强空气过滤器104。在一些实施例中，过滤器介质112的内表面可包括更强的网增强件，其类似于结合进入柴油过滤器应用的那些。在一些实施例中，可提供附加的或可选的增强件，如对于本领域技术人员将是显而易见的。

在图1-3中示出的空气过滤器104的实施例中，近端基部108具有的直径基本上等于远端部盖116的直径。然而，在一些实施例中，近端基部108可具有比远端部盖116的尺寸更大的尺寸。应理解的是，本公开的空气过滤器104不限于在图1-3中示出的确切形状，而是可包括宽范围的各种总体上圆柱形的形状、总体上圆形、椭圆形、圆角形、弯曲形或其它封闭外围的形状，其提供过滤器介质112的相对大的表面面积。在一些实施例中，过滤器介质112可包括除了如在图1-3中显示的之外的各种高度，以及包括倒锥形。在一些实施例中，空气过滤器104可包括插入的倒转过滤器锥体，从而增加通过过滤器介质112的空气流动。

在图1中示出的实施例中，远端部盖116包括与夹具124的螺旋机构152对齐的第一开口148。在近端基部108中的第二开口150也与螺旋机构152对齐，如在图2中显示。将理解的是，螺旋机构152配置成使得使用者能够在将空气过滤器104安装到涡轮增压器的空气入口上期间收紧夹具124。可选地，使用者可在将空气过滤器104从涡轮增压器移除期间使用螺旋机构152松开夹具。

图4示出了在没有空气过滤器104的情况下的夹具124的透视图。夹具124包括金属带156，该金属带156包括由螺旋机构152接收的穿孔部分160。穿孔部分160配置成接收在螺旋机构152内的能够接合穿孔部分160的蜗轮或其它类似部件，使得当蜗轮转动时，金属带156相应地被收紧或松开。驱动头154配置成接收适于转动蜗轮的工具。金属带156优选地包括301不锈钢或其它类似材料。在一些实施例中，金属带156可为电镀的。如在图2和4中最佳示出，螺旋机构152以相对于金属带156的周向基本上垂直的定向设置。基本上垂直的定向助于将螺旋机构152与适当的工具接合，该适当的工具相对于金属带156的周向基本上成直角地定位。

第一开口148和第二开口150通过将适当的工具延伸进入第一开口148通过内部腔室132并且进入第二开口150从而接合螺旋机构152而助于收紧和松开夹具124。如在图3a和3b中最佳示出，导管164定位在内部腔室132内并且设置在第一开口148和第二开口150之间。导管164配置成将适当的工具引导通过内部腔室132到螺旋机构152。导管164进一步用于防止未过滤的空气通过第一和第二开口148、150且进入涡轮增压器的空气入口。

图5示出了示例性使用环境168的透视图，其中，螺旋驱动器172或其它类似的适当工具延伸进入第一开口148，通过导管164，并且通过第二开口150，从而通过转动螺旋机构152的驱动头154而调节夹具124。图6示出了示例性使用环境176的透视图，其中，使用扳手180以转动驱动器184，从而通过转动螺旋机构152而调节夹具124。在图6的环境168中，驱动器184延伸进入第一开口148，通过内部腔室132中的导管164，通过第二开口150，并且与螺旋机构152的驱动头154接合。本领域技术人员将理解的是，通过第一开口148和第二开口150接近螺旋机构152有利地使得空气过滤器104的入口接收器120能够插入涡轮增压器的卷轴，并且而后收紧到空气入口上，而使用者不必向空气过滤器104施加力以试图暴露近端基部108并且接近夹具124。

如在图2中最佳显示，过滤器介质112周向地围绕内部腔室132，使得过滤器介质112产生内部腔室132的至少一部分的外部外围。如上所述，外部形状可总体上为圆形、椭圆形、圆锥形或以其它方式定形状以对于给定体积的内部腔室132改进可用于空气流动通道的表面面积。形状可沿纵向长度是一致的，如在图1-3中示出，或可沿长度变化。如本文讨论的，例如，外轮廓可从近端基部108到远端部盖116逐渐变细，从而类似于锥形。

如本领域技术人员将理解的，过滤器介质112提供表面面积，空气流通过其传送，并且其捕获颗粒物质和其它污染物，从而防止它们进入涡轮增压器的空气入口。由此，过滤器介质112可由纸、泡沫、棉、纺丝玻璃纤维、或其它已知的过滤器材料、织造或非织造材料、合成或天然的、或其任何组合构成。过滤器介质112可为褶皱的，如在图1-3中示出，或以其它方式定形状或定轮廓从而增加用于传送待清洁气流的表面面积。在一些实施例中，过滤器介质112可包括材料的组合以产生混合过滤器介质。在一些实施例中，过滤器介质112还可包括油，以增强过滤器介质的空气清洁性能。此外，一些实施例可包括深度加载特征，其给予空气过滤器104高空气流动和低限制，同时提供大的污染物保持能力。

虽然本发明按照具体变型和说明性附图而描述，但是本领域普通技术人员将认识到的是，本发明不限于所描述的变型或附图。此外，在上文描述的方法和步骤指示某些事件以某些顺序发生的情况下，本领域普通技术人员将认识到的是，某些步骤的顺序可修改，并且此类修改根据本发明的变型。附加地，某些步骤可在可能的情况下在并行过程中同时执行，也可如上文描述按顺序执行。就本发明的变型（其在本公开的精神内或等同于在权利要求中得到的发明）而言，本专利也将旨在涵盖这些变型。因此，本公开应理解为不限于本文描述的特定实施例，而仅由所附权利要求的范围限制。