專利名稱：徑向密封系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于內燃機的改進空氣濾清器。空氣濾清器包括過濾 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。
背景技術：
在內燃機運行期間，需要從發動機進氣口去除顆粒物質，以便減 少發動機吸入的顆粒和碎屑產生的發動機損害和伴隨的運行低效。 因此，研制了許多種空氣濾清系統以過濾發動機的進氣。許多傳統的空氣濾清系統包括容納在過濾器殼體中的過濾器元 件，以及設置在過濾器元件與殼體之間的密封。但是，在許多這種 系統中，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，在許多這種系統中，密封會阻止通過過濾 器元件的空氣流，這對發動機的運行會產生不利效果。最后，由于 在許多這種系統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/或維護過濾器元件。因此，有利的是提供一種用于內燃機空氣濾清器的徑向密封系 統，其能夠易于安裝和移除，并且提供了對現有密封系統的高效率、 低成本的可選方案。發明內容本發明的目的是提供一種與現有空氣濾清系統兼容的徑向密封。本發明的另一個目的是提供一種包括改進了信號質量的質量空 氣流量傳感器的空氣濾清器。本發明的另一個目的是提供一種具有改進的現場維護性的空氣 濾清器。根據本發明通過提供徑向密封系統來實現這些以及其它目的。徑 向密封系統包括過濾器殼體、過濾器元件和密封環。過濾器殼體限定出具有內環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 環狀密封表面。密封環包括支撐邊和唇形密封。根據實施例，所述 唇形密封模制在所述支撐邊上。所迷密封環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表面之間形成的環狀間隙小于所述過濾器元件的直徑的約2%。根 據另一個實施例，所述密封環具有小于10o/。的徑向輪廓。優選地，所述密封環由所述過濾器殼體的內環狀密封表面軸向地 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環狀 密封表面形成密封，所述第二唇部適于與所述密封帶的內環狀密封 表面形成密封。可選擇地，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環狀密封表面 形成密封的單個唇部。根據再一個實施例，所述第一唇部和第二唇部相對于所述密封環 的軸向方向向內傾斜。所述各唇部優選地相對于其各自的接觸表面 成約30。至60°之間的角度。除了在權利要求書中闡明之外，還在說明書和/或附圖中公開了 本發明優選實施例的這些及其它特征，并且這些單獨的特征每個都 可在本發明的實施例中單獨地或以兩個或多個特征組合的形式執 行，并且這些特征可應用到其它使用領域，并構成本發明也要求保護的有利并可單獨保護的結構。
參考附圖中所示的優選實施例，在下文中對本發明進行更加詳細 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； 圖2示出了圖l的密封環的詳圖； 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的橫截面示意圖；圖4b示出了圖4a中裝配的雙唇形密封環的透視圖； 圖5a示出了部分裝配的徑向密封系統的橫截面圖； 圖5b示出了圖5a中部分裝配的徑向密封系統的透視圖。
具體實施方式
參考圖l，空氣濾清器100位于內燃機的進氣管道中，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。在內燃機運行期間，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102到下游側104，如圖1中箭頭A表示。優選地，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包括形成在其側壁內的孔112以及使用 連接元件116固定地連接到殼體上的殼體蓋114。通過這種結構，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。當過濾器元件130通過側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 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的上游側形成有容器腔120內的中間空間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)設置用于插入和取出過濾器元件130的孔，以替代設置在側壁中的孔，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)。優選的空氣濾清器100包括串聯的流動幾何特性，其中未過濾的 空氣沿一個方向進入過濾器殼體，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和碎屑。優選地，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，由殼體119的內表面 和第二流面134限定。氣室還限定了具有內表面119的密封腔。優選 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 果，在容器腔120與密封腔之間存在臺階117。密封腔的內表面119提供了用于形成緊密密封的剛性環狀密封表面。空氣濾清器100還包括徑向密封系統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的內燃機的運行期間，密封系統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的內表面118、 119之間流過。特別地，密封環150將容器腔的上游未過濾側126從下 游的潔凈空氣側128分開。現在參考圖2-5，對包括密封環和密封元件的徑向密封系統進行 更加詳細地描述，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"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140的第一組件。優選的，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環 狀密封表面166的軸向延伸部分164,內環狀密封表面166構造成與柔 性唇部一起形成緊密的密封。當將具有附裝密封帶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。該靠接用來將內環狀密封 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，以便將對潔凈側氣流的干擾降到最低限 度。在過濾器元件相對的上游側，可附裝可選的能夠提供邊緣保護 的第二帶(未示出)。再參考圖2，徑向密封系統的第二組件包括密封環150，該密封環 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 環的外圓周表面上。優選的密封環具有約30 mm的寬度(沿軸向方 向)，優選的唇形密封具有約23mm的寬度。根據實施例，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150 適于可滑動地安在過濾器殼體的內表面119上。在裝配狀態下，第一 唇部157與內表面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 150。這可降低徑向密封系統的成本，尤其是因為形成唇形密封156的柔性材料使得密封環成為比較昂貴的組件。支撐邊152構造成在裝配并安裝的密封環150中不經歷很大變形 就具有圓周應力。支撐邊152與過濾器殼體的內表面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150的示 意性截面圖。第一唇部157構造成與殼體的內表面接觸，第二唇部159 構造成與密封帶的內密封表面接觸。圖仂中示出了這個雙唇部密封 環的透視圖。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，使得裝配好的結構中，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140相應的透視圖。在圖5a-b中，所示密封帶160附裝在過濾器元件130上。可看到適 于與殼體內表面接觸的第一唇部157從唇形密封156徑向地延伸。根 據優選實施例，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 這種成角度的結構，在內燃機的操作情形下，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，在發動機運行期間， 氣室128中產生的相對真空有利于使發動機運行時的各唇形密封變緊。因此，本發明的唇形密封設計有利于容納空氣濾清器組件中各 種部件之間的設計公差，提高發動機運行期間的密封應力，并且相 對于傳統的密封系統有利于降低插入/取出力。根據實施例，上述雙唇部密封可由單唇部密封代替。在該可選實施例中，支撐邊結構結合入殼體中，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的內環狀密封表面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，優選的空氣濾清器ioo包括質量空氣流量傳感器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 密封系統其它方面的設計，導致了空氣流量傳感器信號質量(例如， 信噪比和傳遞函數)的改善。通過使密封環150的徑向輪廓最小，可實現使從過濾器元件130 的流面134出現的氣流干擾最小。密封環150的徑向輪廓(2d)定義 為密封環相對于過濾器元件130的最大投射重疊量。圖1和圖2中示出 了密封環150的總徑向輪廓的一半(d)。令人驚訝，密封環1S0的徑向輪廓大大小于許多傳統密封系統中的徑向輪廓。根據實施例，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的內表面118之間的間隙(g)最小，可提高空氣流量傳感器和發動機的運行效率。 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)。優選的過濾器元件具有約225 mm的外徑，優選地，總 間隙(2g)小于過濾器元件直徑的約4%,更優選地，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 積通常導致更加有效地通過空氣濾清器向發動機輸送空氣，從而導 致更高的馬力。申請人確定，本發明徑向密封系統的氣室、徑向輪 廓和側面間隙導致改進了質量空氣流量傳感器的功能。由于本發明的徑向密封系統可與傳統的空氣濾清器密封系統互 換，所以廠商可通過最小的設計調整更新為本發明的徑向密封系 統。優選地，可使用任何適當成型方法(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。優選地，可使用任何適當成型方法(例如，注射成型)制成的支 撐邊和環狀密封帶由合成樹脂材料形成。支撐邊和環狀密封帶的典 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明，而不是限制本發明。由于本改，本發明應:廣義地理解為包括落z所:權利要求i其等效替代 范圍內的所有修改。
權利要求
1. 一種徑向密封系統，包括過濾器殼體，其限定出具有內環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狀密封帶，所述密封帶具有內環狀密封表面；以及密封環，包括支撐邊和唇形密封，所述密封環適于在所述過濾器殼體的內環狀密封表面與所述密封帶的內環狀密封表面之間形成密封。
2. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述環狀密封帶適于 可滑動地安裝在所述過濾器元件的軸向端部表面上。
3. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述環狀密封帶包括 形成在其內圓周表面上的多個徑向延伸定位突片。
4. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中在所述過濾器元件外圓周表面與所述過濾器殼體內表面之間形成的環狀間隙小于所述過 濾器元件的直徑的約2%。
5. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述密封環具有小于 約10%的徑向輪廓。
6. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述密封環由所述過濾器殼體的內環狀密封表面軸向地支撐。
7. 如權利要求l所述的徑向密封系統，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環狀 密封表面形成密封，所述第二唇部適于與所述密封帶的內環狀密封 表面形成密封。
8. 如權利要求l所述的徑向密封系統，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 環狀密封表面形成密封的單個唇部。
9. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述第一唇部和第二唇部相對于所述密封環的軸向方向向內傾斜，并且所述第一唇部相 對于內環狀密封表面成約30。至60。之間的角度，所述第二唇部相對 于內環狀密封表面成約30。至60°之間的角度。
10. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述環狀密封帶由 合成樹脂材料形成。
11. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述支撐邊由合成 樹脂材料形成。
12. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述唇形密封由彈 性材料形成。
13. 如權利要求l所述的徑向密封系統，其中所述唇形密封模制 在所述支撐邊上。
全文摘要
本發明涉及一種徑向密封系統。其中位于內燃機進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。密封環包括支撐邊和唇形密封。密封環適于在過濾器殼體的內環狀密封表面與密封帶的內環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 優先權日2006年5月1日
發明者S·米勒 申請人:曼·胡默爾有限公司