專利名稱：徑向密封系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)空氣濾清器?？諝鉃V清器包括過濾 器殼體，其中容納有過濾器元件。更具體地，本發(fā)明涉及用于提供 過濾器殼體與過濾器元件之間密封的徑向密封系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃機(jī)運行期間，需要從發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口去除顆粒物質(zhì)，以便減 少發(fā)動機(jī)吸入的顆粒和碎屑產(chǎn)生的發(fā)動機(jī)損害和伴隨的運行低效。 因此，研制了許多種空氣濾清系統(tǒng)以過濾發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣。許多傳統(tǒng)的空氣濾清系統(tǒng)包括容納在過濾器殼體中的過濾器元 件，以及設(shè)置在過濾器元件與殼體之間的密封。但是，在許多這種 系統(tǒng)中，密封是與過濾器元件一體的，因此每次替換過濾器元件時， 都會將密封丟棄。另外，在許多這種系統(tǒng)中，密封會阻止通過過濾 器元件的空氣流，這對發(fā)動機(jī)的運行會產(chǎn)生不利效果。最后，由于 在許多這種系統(tǒng)中需要大力才可形成和破壞該緊密的密封，所以難 以替換和/或維護(hù)過濾器元件。因此，有利的是提供一種用于內(nèi)燃機(jī)空氣濾清器的徑向密封系 統(tǒng)，其能夠易于安裝和移除，并且提供了對現(xiàn)有密封系統(tǒng)的高效率、 低成本的可選方案。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種與現(xiàn)有空氣濾清系統(tǒng)兼容的徑向密封。本發(fā)明的另一個目的是提供一種包括改進(jìn)了信號質(zhì)量的質(zhì)量空 氣流量傳感器的空氣濾清器。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有改進(jìn)的現(xiàn)場維護(hù)性的空氣 濾清器。根據(jù)本發(fā)明通過提供徑向密封系統(tǒng)來實現(xiàn)這些以及其它目的。徑 向密封系統(tǒng)包括過濾器殼體、過濾器元件和密封環(huán)。過濾器殼體限定出具有內(nèi)環(huán)狀密封表面的過濾器容器腔。過濾器元件安裝在所述 過濾器容器腔中，并具有附裝在其上的密封帶，所述密封帶具有內(nèi) 環(huán)狀密封表面。密封環(huán)包括支撐邊和唇形密封。根據(jù)實施例，所述 唇形密封模制在所述支撐邊上。所迷密封環(huán)適于在所述過濾器殼體 與所述過濾器元件密封帶之間形成密封。根據(jù)一個實施例，所述過濾器元件外圓周表面與所述過濾器殼體內(nèi)表面之間形成的環(huán)狀間隙小于所述過濾器元件的直徑的約2%。根 據(jù)另一個實施例，所述密封環(huán)具有小于10o/。的徑向輪廓。優(yōu)選地，所述密封環(huán)由所述過濾器殼體的內(nèi)環(huán)狀密封表面軸向地 支撐。所述唇形密封可包括位于所述密封環(huán)外圓周表面上的第一唇 部和第二唇部，使得所述第一唇部適于與所述過濾器殼體的內(nèi)環(huán)狀 密封表面形成密封，所述第二唇部適于與所述密封帶的內(nèi)環(huán)狀密封 表面形成密封?？蛇x擇地，所述支撐邊和所述殼體可形成一體的部 分，使得所述唇形密封包括適于僅與所述密封帶的內(nèi)環(huán)狀密封表面 形成密封的單個唇部。根據(jù)再一個實施例，所述第一唇部和第二唇部相對于所述密封環(huán) 的軸向方向向內(nèi)傾斜。所述各唇部優(yōu)選地相對于其各自的接觸表面 成約30。至60°之間的角度。除了在權(quán)利要求書中闡明之外，還在說明書和/或附圖中公開了 本發(fā)明優(yōu)選實施例的這些及其它特征，并且這些單獨的特征每個都 可在本發(fā)明的實施例中單獨地或以兩個或多個特征組合的形式執(zhí) 行，并且這些特征可應(yīng)用到其它使用領(lǐng)域，并構(gòu)成本發(fā)明也要求保護(hù)的有利并可單獨保護(hù)的結(jié)構(gòu)。


參考附圖中所示的優(yōu)選實施例，在下文中對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì) 的描述，其中圖l示出了空氣濾清器的示意圖，包括過濾器殼體、過濾器元件 和位于過濾器殼體與過濾器元件之間的密封環(huán)； 圖2示出了圖l的密封環(huán)的詳圖； 圖3示出了過濾器元件及附裝密封帶的透視圖； 圖4a示出了裝配的雙唇形密封環(huán)的橫截面示意圖；圖4b示出了圖4a中裝配的雙唇形密封環(huán)的透視圖； 圖5a示出了部分裝配的徑向密封系統(tǒng)的橫截面圖； 圖5b示出了圖5a中部分裝配的徑向密封系統(tǒng)的透視圖。
具體實施方式
參考圖l，空氣濾清器100位于內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管道中，包括限定了 過濾器容器腔120的過濾器殼體110，過濾器元件130插入容器腔120中。在內(nèi)燃機(jī)運行期間，氣流方向是沿著過濾器元件縱軸方向，從 空氣濾清器的上游側(cè)102到下游側(cè)104，如圖1中箭頭A表示。優(yōu)選地，過濾器元件130包括大致為圓柱形的截面，在其入口端 具有第一流面132，在其出口端具有第二流面134。過濾器元件通常 包括軸向纏繞的或成束的過濾介質(zhì)層，例如一層或多層具有多個槽 的瓦楞紙(corrugated paper )。如圖所示，過濾器元件130安裝在容 器腔120的內(nèi)部，其中容器腔120具有類似的圓柱形截面。但是，容 器腔120和過濾器元件130中每個都可具有非圓形(例如，橢圓)的 截面。如圖所示，過濾器殼體110包括形成在其側(cè)壁內(nèi)的孔112以及使用 連接元件116固定地連接到殼體上的殼體蓋114。通過這種結(jié)構(gòu)，過 濾器元件130可通過孔112插入容器腔120和從容器腔120取出。當(dāng)過濾器元件130通過側(cè)壁中的孔引入容器腔120時，過濾器元件 的插入包括兩步操作，分為過濾器元件通過孔的側(cè)向插入，然后過 濾器元件沿下游方向的軸向位移，以形成過濾器元件130與密封環(huán) 150之間緊密的密封。同樣，過濾器元件的移除包括首先沿上游方向 軸向移動過濾器元件，以斷開過濾器元件130與密封環(huán)150之間緊密的密封，然后通過孔從過濾器殼體取出過濾器元件。在過濾器殼體110的上游側(cè)形成有容器腔120內(nèi)的中間空間126,其可用于在過濾器元件130插入容器腔120和從容器腔120取出期間容納過濾器元件130的軸向位移。可在過濾器殼體的軸向末端(上游端)設(shè)置用于插入和取出過濾器元件130的孔，以替代設(shè)置在側(cè)壁中的孔，使得可只通過軸向位移就能將過濾器元件插入容器腔，以便獲得過濾器元件的插入(取出)和緊密密封的形成(斷開)。優(yōu)選的空氣濾清器100包括串聯(lián)的流動幾何特性，其中未過濾的 空氣沿一個方向進(jìn)入過濾器殼體，在通過過濾器元件130之后，過濾 的空氣沿基本上相同的方向離開過濾器殼體。過濾器元件適于從通 過空氣濾清器的空氣去除顆粒物質(zhì)和碎屑。優(yōu)選地，容器腔UO具有直徑為笫一直徑的圓形截面，并具有笫 一軸向長度。氣室128位于容器腔120的下游側(cè)，由殼體119的內(nèi)表面 和第二流面134限定。氣室還限定了具有內(nèi)表面119的密封腔。優(yōu)選 地，密封腔具有直徑為第二直徑的圓形截面，并具有第二軸向長度， 其中第二直徑小于第一直徑，第二軸向長度短于第一軸向長度。結(jié) 果，在容器腔120與密封腔之間存在臺階117。密封腔的內(nèi)表面119提供了用于形成緊密密封的剛性環(huán)狀密封表面。空氣濾清器100還包括徑向密封系統(tǒng)140,其適于提供過濾器元件 130與過濾器殼體110之間的液密密封。通過液密密封，意味著在包 括空氣濾清器100的內(nèi)燃機(jī)的運行期間，密封系統(tǒng)140基本上防止了 流體流(即氣流)在過濾器元件130與過濾器殼體110的內(nèi)表面118、 119之間流過。特別地，密封環(huán)150將容器腔的上游未過濾側(cè)126從下 游的潔凈空氣側(cè)128分開?，F(xiàn)在參考圖2-5，對包括密封環(huán)和密封元件的徑向密封系統(tǒng)進(jìn)行 更加詳細(xì)地描述，其中密封元件具有附裝到其上的密封帶。首先，參考圖2，徑向密封系統(tǒng)"0包括適于可滑動地安在過濾器 元件130外圓周表面136的密封帶160，優(yōu)選地，密封帶適于附裝在(例 如，通過永久性樹脂(permanent resin )或其它膠水)過濾器元件130 外圓周表面136上。優(yōu)選的密封帶具有約2mm的壁厚。具有附裝的密 封帶的過濾器元件形成徑向密封系統(tǒng)140的第一組件。優(yōu)選的，該第一組件包括可從空氣濾清器取出并替換的一次性部件。在密封帶160上形成的多個徑向延伸定位突片162全面防止密封 帶在整個外表面136上滑動。密封帶包括在其裝配情形下限定出內(nèi)環(huán) 狀密封表面166的軸向延伸部分164,內(nèi)環(huán)狀密封表面166構(gòu)造成與柔 性唇部一起形成緊密的密封。當(dāng)將具有附裝密封帶160的過濾器元件 130插入容器腔120中時，軸向延伸部分164的軸端表面165靠接在容器 腔120與密封腔之間形成的臺階的表面上。該靠接用來將內(nèi)環(huán)狀密封 表面166與形成密封的唇部對齊。圖3中示出了附裝在過濾器元件130上的密封帶160的透視圖。還 示出了環(huán)狀密封表面166和定位突片162。定位突片徑向地延伸至只 覆蓋流面134的一小部分，以便將對潔凈側(cè)氣流的干擾降到最低限 度。在過濾器元件相對的上游側(cè)，可附裝可選的能夠提供邊緣保護(hù) 的第二帶(未示出)。再參考圖2，徑向密封系統(tǒng)的第二組件包括密封環(huán)150，該密封環(huán) 150包括支撐邊152和模制唇形密封156，其中唇形密封156形成在密封 環(huán)的外圓周表面上。優(yōu)選的密封環(huán)具有約30 mm的寬度(沿軸向方 向)，優(yōu)選的唇形密封具有約23mm的寬度。根據(jù)實施例，唇形密封 156由柔性材料制成，包括第一唇部157和第二唇部159。密封環(huán)150 適于可滑動地安在過濾器殼體的內(nèi)表面119上。在裝配狀態(tài)下，第一 唇部157與內(nèi)表面119接觸并與之形成緊密密封，第二唇部159與密封 帶160的密封表面166接觸并與之形成緊密密封。有利地，每次替換過濾器元件130時都無需取出或替換密封環(huán) 150。這可降低徑向密封系統(tǒng)的成本，尤其是因為形成唇形密封156的柔性材料使得密封環(huán)成為比較昂貴的組件。支撐邊152構(gòu)造成在裝配并安裝的密封環(huán)150中不經(jīng)歷很大變形 就具有圓周應(yīng)力。支撐邊152與過濾器殼體的內(nèi)表面119接觸并由其 支撐。相反，因為支撐邊152的直徑在密封帶160的區(qū)域中減小了 ， 所以支撐邊152不與密封帶的密封表面166接觸。圖4a中示出了包括第一唇部157和第二唇部159的密封環(huán)150的示 意性截面圖。第一唇部157構(gòu)造成與殼體的內(nèi)表面接觸，第二唇部159 構(gòu)造成與密封帶的內(nèi)密封表面接觸。圖仂中示出了這個雙唇部密封 環(huán)的透視圖。如圖所示，最靠近第二唇部159的支撐邊(如箭頭B所 示)的直徑逐漸減小，使得裝配好的結(jié)構(gòu)中，支撐邊不直接與密封 表面166接觸。圖5a中示出了部分地裝配的徑向密封系統(tǒng)140的示意性截面圖。 圖5b中示出了部分地裝配的徑向密封系統(tǒng)140相應(yīng)的透視圖。在圖5a-b中，所示密封帶160附裝在過濾器元件130上?？煽吹竭m 于與殼體內(nèi)表面接觸的第一唇部157從唇形密封156徑向地延伸。根 據(jù)優(yōu)選實施例，各唇部157、 159相對于各自的接觸表面形成小于約60 。但大于約30。的角(優(yōu)選地為約45。)。此外，如圖2-5中所示，唇部157、 159彼此成一定角度(即，下 游唇部157沿上游方向傾斜，上游唇部159沿下游方向傾斜)。通過 這種成角度的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)燃機(jī)的操作情形下，在各唇部與其各自接 觸表面之間形成更加緊密的密封。也就是說，在發(fā)動機(jī)運行期間， 氣室128中產(chǎn)生的相對真空有利于使發(fā)動機(jī)運行時的各唇形密封變緊。因此，本發(fā)明的唇形密封設(shè)計有利于容納空氣濾清器組件中各 種部件之間的設(shè)計公差，提高發(fā)動機(jī)運行期間的密封應(yīng)力，并且相 對于傳統(tǒng)的密封系統(tǒng)有利于降低插入/取出力。根據(jù)實施例，上述雙唇部密封可由單唇部密封代替。在該可選實施例中，支撐邊結(jié)構(gòu)結(jié)合入殼體中，使得支撐邊與殼體成一整體。 唇形密封包括適于只與密封帶160的內(nèi)環(huán)狀密封表面166形成密封的單個唇部，該唇形密封可滑動地安在一體的支撐邊上。再參考圖l，優(yōu)選的空氣濾清器ioo包括質(zhì)量空氣流量傳感器190,該傳感器位于過濾器殼體中過濾器元件130的下游。設(shè)置在流 面134與空氣流量傳感器190之間的氣室128可有效減少離開過濾器元 件的空氣中過濾器元件引起的微渦流。氣室的存在，以及下述徑向 密封系統(tǒng)其它方面的設(shè)計，導(dǎo)致了空氣流量傳感器信號質(zhì)量(例如， 信噪比和傳遞函數(shù))的改善。通過使密封環(huán)150的徑向輪廓最小，可實現(xiàn)使從過濾器元件130 的流面134出現(xiàn)的氣流干擾最小。密封環(huán)150的徑向輪廓(2d)定義 為密封環(huán)相對于過濾器元件130的最大投射重疊量。圖1和圖2中示出 了密封環(huán)150的總徑向輪廓的一半(d)。令人驚訝，密封環(huán)1S0的徑向輪廓大大小于許多傳統(tǒng)密封系統(tǒng)中的徑向輪廓。根據(jù)實施例，徑 向輪廓(2d)小于約10%。通過使過濾器元件外圓周表面與過濾器容器腔120的內(nèi)表面118之間的間隙(g)最小，可提高空氣流量傳感器和發(fā)動機(jī)的運行效率。 該間隙(g)提供了對未由過濾器元件充滿的容器腔容量的量度。對于給定直徑的過濾器容器腔，過濾器元件的最大直徑要減掉總 間隙(2g)。優(yōu)選的過濾器元件具有約225 mm的外徑，優(yōu)選地，總 間隙(2g)小于過濾器元件直徑的約4%,更優(yōu)選地，小于約2%。由于離開過濾器元件的空氣的有效面速度和穿過過濾器元件的 空氣的壓降都與過濾器元件的橫截面的流通面積成反比例，所以可通過減小(g)來降低穿過過濾器元件的壓降。較大的有效過濾器面 積通常導(dǎo)致更加有效地通過空氣濾清器向發(fā)動機(jī)輸送空氣，從而導(dǎo) 致更高的馬力。申請人確定，本發(fā)明徑向密封系統(tǒng)的氣室、徑向輪 廓和側(cè)面間隙導(dǎo)致改進(jìn)了質(zhì)量空氣流量傳感器的功能。由于本發(fā)明的徑向密封系統(tǒng)可與傳統(tǒng)的空氣濾清器密封系統(tǒng)互 換，所以廠商可通過最小的設(shè)計調(diào)整更新為本發(fā)明的徑向密封系 統(tǒng)。優(yōu)選地，可使用任何適當(dāng)成型方法(例如，注射成型或壓縮成型) 制成的雙(或單)唇唇部密封由柔性、彈性材料形成。唇形密封的典型材料包括天然橡膠、合成橡膠、聚安酯、三元乙丙橡膠(ethylene propylene dien rubber) ( EPDM ) 、 丁猜橡膠(NBR ) 、 Santoprene 熱塑性塑料、上述這些材料的組合及其合成物。優(yōu)選地，可使用任何適當(dāng)成型方法(例如，注射成型)制成的支 撐邊和環(huán)狀密封帶由合成樹脂材料形成。支撐邊和環(huán)狀密封帶的典 型材料包括聚安酯、聚丙烯、尼龍、上述這些材料的組合及其合成 物。上述說明和實例僅僅是示出本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。由于本改，本發(fā)明應(yīng):廣義地理解為包括落z所:權(quán)利要求i其等效替代 范圍內(nèi)的所有修改。
權(quán)利要求
1. 一種徑向密封系統(tǒng)，包括過濾器殼體，其限定出具有內(nèi)環(huán)狀密封表面的過濾器容器腔；過濾器元件，其安裝在所述過濾器容器腔中，并具有附裝在其上的環(huán)狀密封帶，所述密封帶具有內(nèi)環(huán)狀密封表面；以及密封環(huán)，包括支撐邊和唇形密封，所述密封環(huán)適于在所述過濾器殼體的內(nèi)環(huán)狀密封表面與所述密封帶的內(nèi)環(huán)狀密封表面之間形成密封。
2. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述環(huán)狀密封帶適于 可滑動地安裝在所述過濾器元件的軸向端部表面上。
3. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述環(huán)狀密封帶包括 形成在其內(nèi)圓周表面上的多個徑向延伸定位突片。
4. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中在所述過濾器元件外圓周表面與所述過濾器殼體內(nèi)表面之間形成的環(huán)狀間隙小于所述過 濾器元件的直徑的約2%。
5. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述密封環(huán)具有小于 約10%的徑向輪廓。
6. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述密封環(huán)由所述過濾器殼體的內(nèi)環(huán)狀密封表面軸向地支撐。
7. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述唇形密封包括第 一唇部和第二唇部，所述第一唇部適于與所述過濾器殼體的內(nèi)環(huán)狀 密封表面形成密封，所述第二唇部適于與所述密封帶的內(nèi)環(huán)狀密封 表面形成密封。
8. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述支撐邊和所述殼 體形成一體的部分，并且所述唇形密封包括適于與所述密封帶的內(nèi) 環(huán)狀密封表面形成密封的單個唇部。
9. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述第一唇部和第二唇部相對于所述密封環(huán)的軸向方向向內(nèi)傾斜，并且所述第一唇部相 對于內(nèi)環(huán)狀密封表面成約30。至60。之間的角度，所述第二唇部相對 于內(nèi)環(huán)狀密封表面成約30。至60°之間的角度。
10. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述環(huán)狀密封帶由 合成樹脂材料形成。
11. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述支撐邊由合成 樹脂材料形成。
12. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述唇形密封由彈 性材料形成。
13. 如權(quán)利要求l所述的徑向密封系統(tǒng)，其中所述唇形密封模制 在所述支撐邊上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種徑向密封系統(tǒng)。其中位于內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管道中的空氣濾清器包括過濾器殼體、過濾器元件和密封環(huán)。密封環(huán)包括支撐邊和唇形密封。密封環(huán)適于在過濾器殼體的內(nèi)環(huán)狀密封表面與密封帶的內(nèi)環(huán)狀密封表面之間形成密封，其中密封帶附裝在過濾器元件的一個軸向末端上。
文檔編號F02M35/04GK101260850SQ200710102350
公開日2008年9月10日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月1日
發(fā)明者S·米勒 申請人:曼·胡默爾有限公司