专利名称：错列短褶空气过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气过滤器，更确切地说，涉及改进的高速空气过滤器中的褶式过滤介质。
空气过滤器是大家熟知的装置，其中，空气被吸入壳体并穿过装有气流、褶式过滤介质的滤芯以清除掉空气中的脏物、尘粒和其它杂质。从而基本上干净的空气通向使用处，例如供给内燃机引擎。
这类空气过滤器一般包括一开有空气入口和出口的过滤器壳体。一滤芯装于该壳体内并被插在壳体的入口和出口之间。一密封件被装于一定位置上，把入口与出口隔离，使得空气若不首先通过滤芯便无法从出口流出。滤芯的结构一般为用褶纸型过滤材料卷成一系列沿圆周排列并沿轴向伸展的褶。滤芯一般为圆柱型，也可以是截头锥体形。
高速空气过滤器迄今都装有褶纸滤芯，其中所有褶的长度均相同;也就是说，所有褶从其径向外边缘到其径向内边缘的距离大致相同。但在应用于体积较小的空气过滤器时，滤芯的内径减小到使褶的内边缘变得过度密集的程度。从而加大对穿过滤芯的空气流阻力，造成发动机功率损耗。
多年来，较低速的油过滤器的滤芯交错使用长褶和短得多的褶，这常被称为“W”或“M”形褶。油过滤器中的“W”或“M”形褶的目的是增加油滤滤芯中所使用的过滤介质的总的表面积。错列短褶迄今从未被应用于高速空气过滤器的滤芯上，油过滤器中所使用的“W”或“M”形褶也不适用于高速空气过滤器。而且，如同“W”或“M”形褶使用于油过滤器那样，一般需要有独立的间距结构将各褶与相邻褶均匀地隔开。
本发明涉及装有空心的、一般为圆筒型的滤芯的高速空气过滤器，此滤芯由用过滤材料在周缘的内外表面之间来回折叠成的一系列沿滤芯纵向伸展的褶组成。每一个褶有一沿纵向伸展的外边缘和一沿纵向伸展的内边缘。一些褶的内边缘离开滤芯纵轴线的距离比其它褶短，从而有些褶短，有些褶长。
本发明的新颖结构的优点在于，滤芯的内径没有通常的高速空气滤芯那么密集。这就在过滤介质的总面积无多大减少情况下，减小了对空气流的阻力，也即滤芯的功能并无多大降低。而且，也不需要独立的间隔结构将各褶与相邻褶隔开。
通过参照下述附图对优选实施例所作的详细说明，本行业专业人士都能对本发明的上述优点以及其它优点一目了然。其中
图1为高速空气过滤器的纵向剖视图，其中可使用本发明的滤芯;
图2为图1所示的高速空气滤芯沿线段2-2切开的横截面图;
图3为用于高速空气过滤器的先有技术的滤芯的横截面图。
请参照附图，图1表示出本发明的高速空气过滤器的装配图。如这里所使用的，“高速空气过滤器”一词用来指任何流速约为每分钟300英尺或更高的空气过滤器。该空气过滤器包括一标号为10的壳体，其中装有滤芯12。壳体10分为第一部分14和第二部分16，两者用任何合适的手段连结在一起，例如用通常的夹紧法(未画出)，以便于滤芯12的更换。
壳体第一部分14的一端开有进口18接受未经过滤的空气。壳体第二部分16上开有出口20将经过滤的空气提供给发动机(未画出)。滤芯12插入在壳体10的进口18和出口20之间，使得空气若不首先通过滤芯12便无法由出口20流出。
滤芯一般是圆筒形，但也常常为截头锥体形，如图1所示。更具体说，滤芯12由过滤介质构成，过滤介质由半刚性的、褶型过滤材料制成。纸是其中一种合适的过滤材料。滤芯12的过滤材料在其周缘的内外表面之间来回折叠成一系列沿滤芯12圆周排列并沿其纵向伸展的褶22，如图2所示。每一个褶22有一沿纵向伸展的径向内边缘24和一对沿纵向伸展的径向外边缘26。每一个外边缘26为相邻的两个褶22所共有。
空气入口18位于滤芯12纵轴线的一端，如图1所示，一锥状导流器28安装在滤芯12近进口的一端。导流器28将滤芯12的这端以及邻近这一端的所有的褶22封住，防止未经过滤的空气从这一端流入滤芯12的内部。导流器28把空气流沿轴向向下导向滤芯12的外部并导向褶22的外表面之间。空气穿过滤芯12的周边到达其内部，然后通过出口20流出。导流器28最好用粘结剂固定在滤芯12的端部，粘结剂同时封住褶22的端部。
滤芯12的另一端装有通常用尿烷、塑料溶剂或类似材料制成的环形密封圈30，最好将其直接模压在滤芯12的这一端。密封圈30可以密封地填入在壳体连接部分14和16之间从而把滤芯12定位于壳体10之中。密封圈30还封死了滤芯12中的褶的下游端，防止空气流不首先穿过滤芯12就穿过出口。
图3表示了先有技术典型的高速空气过滤器的滤芯32的剖面图。在先有技术的滤芯30中，所有褶34的长度都相同。也即，由内边缘36形成的内圆周表面到由外边缘38形成的外圆周表面的距离对于所有褶34都是大体相同的。更重要的是，内边缘36与滤芯12的纵轴线之间的距离对于所有褶34来说都是大体相同的。这样，特别是由褶34的内边缘36所形成的内径需较小的应用场合，内边缘36就会挤成一堆，从而大大增加了空气流穿过滤芯32的阻力。
与此相对照，本发明的滤芯12由长褶50和短褶52交替组成的一系列褶22构成。所有褶22的外边缘26与滤芯12的纵轴线之间大致等距。但长褶50的内边缘24离滤芯12的纵轴线的距离要比短褶52的内边缘24小。这种构造增大了所有褶22的各内边缘24之间的间距，结果发现与使用通常空气过滤器中褶的构形且大小相差无几的滤芯32相比较，大大降低了对空气流的阻力。
同时可以肯定，由于高速空气过滤器中空气速度很高。短褶52比长褶50短得太多是不利的。如果短褶52比长褶50短得太多，短褶52就会张开，短褶的内边缘会压紧长褶50。这就加大了对空气的阻力，引起功率损耗。同时造成组成长褶50的过滤介质过滤功能发挥不足。
这样就发现褶22的组成应是短褶长度约为长褶长度的75%或更多，此长度是从由内缘24形成的圆周表面到由外缘26形成的圆周表面测量的径向长度。这里假定所有褶22的外缘26沿径向向外延伸距滤芯12的纵轴线的距离近似相等。如果短褶长度小于长褶长度的75%，若没有某种独立的间距结构，短褶就会压紧长褶。在最佳实施例中，短褶52的长度大致在长褶50的长度的约82%和92%之间。
此外，如果短褶52短于长褶50的长度的75%，就难于恰当地密封住滤芯12的上游端。导流器28之类的密封装置就不得不做成直径很大，以盖住并封住短褶52和长褶50的内缘24，从而有效地封住滤芯的这一端。如果导流器28本身过大，就可能加大空气的流动阻力或需要更大的过滤器壳体10。
下列例子用来说明本发明的错列短褶、高速空气滤芯的优点。同时给出了具有通常褶结构，即所有褶的长度均相等的滤芯的例子以作比较。例子中所有的滤芯一般都为截头锥体形并装在同一过滤器壳体中进行测试。在所有例子中，过滤器滤芯用风速可变、最高达每分钟约350英尺的气流作测试。
例1例1的滤芯由厚度约为0.030英寸的纸质过滤材料制成。该滤芯具有长短褶交错的结构。长褶从由其内缘形成的圆周表面到由其外缘形成的圆周表面测得的径向长度约为1英寸。短褶的长度约为7/8英寸，或约比长褶短1/8英寸。滤芯的总褶数为77，过滤介质总面积约为5.5平方英尺。由长褶内缘形成的内径从进口端的约21/2英寸到出口端的约31/4英寸。
滤芯的阻力或压力降确定为约0.5英寸水柱高。滤芯的总效率约为99%，滤除能力约为80克，或14..55克/平方英尺。
例2例2的滤芯由与例1同样的过滤材料制成，长短褶交错。长褶长度约为1英寸，短褶长度约为7/8英寸。该滤芯的总褶数为85，过滤介质总面积约为61平方英尺。滤芯的内径同例1。
滤芯的阻力或在力降确定为约0.5英寸水柱高。滤芯的总效率约为99%，滤除能力约为80克，或13.11克/平方英尺。
用作比较的例A一普通的高速空气滤芯由与例1和例2相同的纸质过滤材料制成，所有褶的长度均相等。该滤芯的总褶数为72，过滤介质总面积约为5.4平方英尺。滤芯的内径同例1和例2。
该滤芯的阻力或压力降确定为约1.4英寸水柱高。滤芯的总效率为99.7%，滤除能力约为70克，或12.96克/平方英尺。
例3例3的滤芯用厚度约为0.040英寸的纸质过滤材料制成。该滤芯具有长短褶交错的结构。长褶从由内缘形成的圆周表面到由其外缘形成的圆周表面测得的径向长度约为1英寸。短褶长度约为7/8英寸，或比长褶短约1/8英寸。该滤芯的总褶数为59，过滤介质总面积约为4.2平方英尺。滤芯的内径同前述各例。
滤芯的阻力或压力降确定为约1.0英寸水柱高。没有测定总效率和滤除能力。
例4例4的滤芯用与例3相同的纸质过滤材料制成，长短褶交错。长褶从由其内缘形成的圆周表面到由其外缘形成的圆周表面测得的长度约为1英寸。短褶长度约为7/8英寸，或此长褶短约1/8英寸。滤芯的总褶数为63，过滤介质总面积约为4.5平方英尺。滤芯的内径同前述各例。
滤芯的阻力或压力降确定为约1.2英寸水柱高。例4没有计算总效率和滤除能力。
用作比较的例B一普通的高速空气滤芯法由例3和例4相同的纸质过滤材料制成，所有褶的长度均相等。该滤芯的总褶数为58，过滤介质总面积约为4.35平方英尺。滤芯的内径同前述各例。
滤芯的阻力或压力降确定为约4.2英寸水柱高。此例没有计算总效率和滤除能力。
从例1、例2和对照例A可知，若使用本发明长短褶交错的滤芯，尽管与对照例的普通高速空气滤芯相比较，例1和例2滤芯的总褶数要更多，表面积更大，但它能比普通滤芯所经受的阻力降低近2/3。而且，例1和例2的滤芯每单位面积具有更大的过滤能力，而过滤效率只有少量下降。
例3和例4与对照例B比较，阻力的降低更为显著，约降低了3/4。我们认为，阻力的这一更大降低可归因于例3、例4和对照例B使用的纸质过滤材料比例1、例2和对照例A所用的更厚。过滤材料越厚，过滤件内径处变得越拥挤，从而造成更大的气流阻力。
根据专利法条款，本发明所作的叙述应看作只代表了该发明的最佳实施例。但应注意，在不背离本发明的精神和范围的条件下，也可采用与这里具体说明和叙述的实例不同的实施方案。
权利要求
1.一装有一空心、一般为圆筒形滤芯的高速空气过滤器，该滤芯由用过滤材料在其周缘的内外表面之间来回折叠成的一系列沿该滤芯纵向伸展的褶构成，所述每一褶在径向上有一沿纵向伸展的外边缘和一沿纵向伸展的内边缘，其中一些褶的内边缘距该滤芯纵轴线的距离比另一些褶短，从而造成一些褶长，另一些褶短。
2.按权利要求1所述的高速空气过滤器，其中，交错褶内边缘距上述滤芯纵轴线的距离比夹在交错褶之间的褶内边缘的距离要短。
3.按权利要求1所述高速空气过滤器，其中，所述滤芯为截头锥体形。
4.按权利要求1所述的高速空气过滤器，其中，所有上述褶的外边缘向外伸展的距离距所述滤芯的纵轴线大致相等。
5.按权利要求1所述的高速空气过滤器，其中，所述短褶的长度约是所述长褶长度的75%或更多，且所有褶的长度均为从由内边缘形成的圆周面到由外边缘形成的圆周面沿径向测量所得的长度。
6.按权利要求5所述的高速空气过滤器，其中，所述短褶的长度约在所述长褶长度的82%和92%之间。
7.按权利要求1所述的高速空气过滤器，它还包括用于密封所述滤芯两端的密封装置。
8.按权利要求7所述的高速空气过滤器，它还进一步包括一安装在所述滤芯邻近于所述过滤器壳体进口处一端的通常为锥形的导流器。
9.按权利要求1所述的高速空气过滤器，其中，所述滤芯由褶纸制成。
10.按权利要求1所述的高速空气过滤器，其中，由所述长褶的内边缘形成的内径约为4英寸或更小。
11.一装有一空心、一般为圆筒形滤芯的高速空气过滤器，该滤芯由用过滤材料在其周缘的内外表面之间来回折叠成的一系列沿该滤芯纵向伸展的褶构成，所述每一褶在径向上有一沿纵向伸展的外边缘和一沿纵向伸展的内边缘，交错褶的内边缘距所述滤芯纵轴线的距离比夹在这些交错褶之间的褶短，从而形成相互交错的长褶和短褶，且所述短褶的长度约为所述长褶长度的75%或更多，所有褶的长度均为从由内边缘形成的圆周面到由外边缘形成的圆周面沿径向测量所得的长度。
12.按权利要求11所述的高速空气过滤器，其中，所述滤芯为截头锥体形。
13.按权利要求11所述的高速空气过滤器，其中，所述短褶长度均在所述长褶长度的82%和92%之间。
14.按权利要求11所述的高速空气过滤器，还包括用以密封所述滤芯两端的密封装置。
15.按权利要求14所述的高速空气过滤器，进一步还包括一个安装在所述滤芯邻近过滤器壳体进口处一端的通常呈锥形的导流器。
16.按权利要求11所述的高速空气过滤器，其中，所述滤芯由褶纸构成。
17.一装有一空心、一般为截头圆锥形滤芯的高速空气过滤器，该滤芯由用过滤材料在其周缘的内外表面之间来回折叠成的一系列沿该滤芯纵向伸展的褶构成，每一所述的褶在径向上有一沿纵向伸展的外边缘和一沿纵向伸展的内边缘，交错褶内边缘距所述滤芯纵轴线的距离比夹在这些交错褶之间的褶短，从而形成相互交错的长褶和短褶，其中所述短褶的长度约为所述长褶长度的75%或更多，所有所述褶的长度均为从由内边缘形成的圆周面到由外边缘形成的圆周面沿径向测量所得的长度。
18.一高速空气过滤器总成，包括上有空气进口和出口的过滤器壳体;一安装在上述壳体内，并被插入在所述壳体进口和出口之间的空心的、一般是圆筒形的滤芯，因此流进上述进口的空气若不首先流过所述滤芯便无法从所述出口流出，所述滤芯由用过滤材料在其周缘的内外表面之间来回折叠的一系列沿该滤芯纵向伸展的褶构成，每一所述的褶在径向上有一沿纵向伸展的外边缘和一沿纵向伸展的内边缘，交错褶内边缘距所述滤芯纵轴线的距离比夹在这些交错褶之间的褶的距离短，从而形成相互交错的长褶和短褶，其中所述短褶长度约为长褶长度的75%或更多，所有所述褶的长度均为从由内边缘形成的圆周面到由外边缘形成的圆周面沿径向测量所得的长度。
19.按权利要求18所述的高速空气过滤器总成，其中，所述滤芯为截头锥体形。
20.按权利要求18所述的高速空气过滤器总成，其中，所述短褶长度约在长褶长度的82%到92%之间。
21.按权利要求18所述的高速空气过滤器总成，还包括安装在所述滤芯邻近过滤壳体进口处的一端的、一般是锥形的导流器。
22.按权利要求18所述的高速空气过滤器总成，其中，所述滤芯由褶纸制成。
全文摘要
一种装有空心的、一般是圆筒形滤芯的高速空气过滤器，该滤芯由用过滤材料在其周缘的内外表面之间来回折叠成的一系列沿该滤芯纵向伸展的褶构成。一些褶的内边缘距该滤芯的纵轴线的距离比另一些褶短，从而造成一些褶长，另一些褶短。该滤芯的内径没有通常高速空气过滤器那样密集，因而不必增大过滤介质的表面积或牺牲滤芯的过滤能力，就能使气流的阻力下降。
文档编号F02M35/024GK1094328SQ94102278
公开日1994年11月2日 申请日期1994年3月10日 优先权日1993年4月30日
发明者米歇尔·D·亚当 申请人:达纳公司