雨帽预滤清器,具有雨帽预滤清器的机动车辆,和预清洁空气的方法

摘要

本发明提供了一种雨帽预滤清器(12)。所述雨帽预滤清器包括套筒(34)，盖子(32)，和预滤清器组件(36)。套筒被构造用于安装在进气口立管上并具有进气口流动区域用于输送进气至进气口立管。盖子包括具有环形外周的顶部部分(44)，和从顶部部分的环形外周延伸的悬垂凸缘部分(46)。盖子相对于套筒安置，以提供预滤清器区域和经过预清洁的空气腔室。预滤清器组件被设置成围绕套筒的外周延伸并在预滤清器区域中，以便外界空气流过预滤清器组件并进入经过预清洁的空气腔室，并从经过预清洁的空气腔室进入进气口流动区域。预滤清器组件包括多个惯性分离器(70)。本发明提供了一种用于预清洁空气的方法和一种机动车辆。

说明书

本申请是于2009年2月13日作为PCT国际专利申请提交的，指定除美国之外的所有国家时以美国公司唐纳森公司为申请人，仅指定美国时以美国公民Benny Kevin Nelson和Nilabh Narayan为申请人，并且要求申请日为2008年2月14日的美国临时专利申请序列号61/066,028的优先权。

相关申请的交叉引用

本申请包括于2008年2月14日向美国专利商标局提交的美国临时申请号61/066,028的公开内容。本申请以适当的程度要求美国临时申请号61/066,028的优先权。美国临时申请号61/066,028的全部公开内容在此被结合入本文作为引用。

技术领域

本发明涉及雨帽预滤清器，具有雨帽预滤清器的机动车辆，以及在主过滤元件清洁空气之前进行预清洁空气的方法。具体地讲，雨帽预滤清器可用于覆盖垂直设置的管道或立管的进气开口，并用于预清洁环境(外界)空气，以便除去较大微粒和水，以提供经过预清洁的空气，所述经过预清洁的空气可通过空气滤清器处理，以便提供适用于发动机(例如内燃机)的净化空气。

背景技术

希望在将空气引入内燃机之前从空气中除去微粒和水。在某些环境，包含预滤清器以便在空气滤清器清洁空气之前除去水和较大微粒是有优势的。从送至空气滤清器的空气流中除去水和较大尺寸的微粒可有助于延长空气滤清器中主要或主过滤元件的使用寿命。预滤清器通常被设置为空气滤清器的一部分。包含预滤清器的空气滤清器的示例性公开包括美国专利7,008,467，美国专利6,350,291，欧洲专利EP 1 364 695，和PCT公开号WO 2007/000397。由于发动机的空气滤清器通常位于机动车辆的发动机舱内，留给预滤清器的空间有限。

用于农业和建筑行业的机动车辆的发动机进气口常见地位于车辆的引擎盖线之上，以获得距离所使用的工具(例如，在农业或建筑设备的示例中翻地或改变地面坡度的工具)具有合理距离的空气源。这使得空气源的含尘浓度低于紧邻发动机舱的空气的含尘浓度。该位置迫使垂直定向的管道引导空气沿向下的方向朝向引擎罩(如果如此装备的话)并随后到达发动机进气口部件的其余部分。垂直定向的管道或立管通常装配有雨帽，以阻止雨水和其它下落物直接被吞入垂直管道或立管。通常的雨帽常见装配有遮挡雨水的盖帽，以及环形孔，所述环形孔用于将空气引入盖帽和垂直管道或立管之间的腔室。环形孔通常大小适合使外界空气以较低的速度(通常小于600fpm)被引入，以便使较大的液滴和物体在进入环形孔外的腔室之前落出气流。空气随后随着进入垂直的管道或立管在腔室内转向大约180度并被送至发动机进气口系统的下一部件。

被称为惯性分离器或离心分离器的示例性预滤清器由唐纳森公司制造并被称为Donaldson Strata^TM Tubes and Panels。示例性惯性分离器披露于美国专利号4,242,115和美国专利号4,746,340。

发明内容

本发明提供了一种雨帽预滤清器。所述雨帽预滤清器包括套筒，盖子，和预滤清器组件。套筒被设置成安装在垂直放置的进气口立管上并具有输送进气至进气口立管的进气口流动区域。盖子包括顶部部分，它具有环形外周；和悬垂凸缘部分，它从顶部部分的环形外周延伸。盖子相对于套筒安置，以便提供预滤清器区域和经过预清洁的空气腔室。预滤清器组件被设置成围绕套筒的外周延伸并在预滤清器区域中，以便环境(外界)空气流过预滤清器组件并进入经过预清洁的空气腔室，并且从经过预清洁的空气腔室进入进气口流动区域。预滤清器组件包括多个惯性分离器。

根据本发明提供了一种预清洁进气的方法。

根据本发明提供了一种包括空气进气口系统的机动车辆。

附图说明

图1是根据本发明原理包含空气滤清器和具有雨帽预滤清器的空气入口立管的机动车辆的空气进气口系统的透视图。

图2是根据本发明原理的雨帽预滤清器的透视俯视和侧视图。

图3是图2所示雨帽预滤清器的透视仰视和侧视图。

图4是图2所示雨帽预滤清器的剖视侧视图。

图5是图3中所指的雨帽预滤清器的一部分的详细视图。

图6是图4所示雨帽预滤清器的一部分的详细视图。

图7是示例性惯性分离器的局部剖视图。

图8是根据本发明原理的雨帽预滤清器的另一实施例的分解视图。

图9是图8所示雨帽预滤清器的剖视图。

图10是图9所示示例性惯性分离器的剖视图。

具体实施方式

现在参见图1，附图标记10示出了进气口系统。一般，进气口系统10被设置用于接收外界(环境)空气并且净化外界空气以便除去水和微粒，从而使净化后的空气可被发动机如内燃机使用。进气口系统10包括雨帽预滤清器12，所述预滤清器通过环形开口14接收外界空气，并且提供经过预清洁的空气流过垂直的管道或立管16并进入空气滤清器18，在空气滤清器中空气被净化以便提供净化空气流过净化空气出口20。所得到的净化空气随后可用于发动机，例如内燃机。空气滤清器18可被设置为任何类型的空气滤清器，所述空气滤清器能够充分净化空气以除去灰尘和微粒，以便所得到的净化空气可用于发动机。可使用的示例性空气滤清器包括可向唐纳森公司购买的空气滤清器。

雨帽预滤清器12被设计用于垂直的管道或立管16。垂直的管道或立管16可表示为垂直设置的进气口立管。一般，垂直设置的进气口立管在机动车辆的引擎罩(如果有的话)上方延伸，以便垂直设置的立管从与接近发动机的位置相比相对免于灰尘的位置吸入外界空气。例如，靠近地面的灰尘或微粒的浓度可能较大。垂直设置的进气口立管包括口或开口，用于接收外界空气。雨帽预滤清器12有助于阻止开口接收水和碎屑。

雨帽预滤清器12被设置为从外界空气中除去水和较大或较重微粒，从而延长空气滤清器18中主要或主过滤元件的寿命。预滤清器通常被设置为空气滤清器的一部分。例如，参见美国专利号7,008,467，美国专利号6,350,291，欧洲专利号EP 1 364 695和PCT公开号WO 2007/000397。通过将预滤清器移至远离空气滤清器的一位置，为空气滤清器或其它靠近空气滤清器的设备提供设计替换方案，以增强车辆性能是可行的。例如，如果需要，可以增大主过滤元件的尺寸。另外，可为其它设备留有更大的空间。

现在参见图2-6，附图标记30示出了雨帽预滤清器30。雨帽预滤清器30包括盖子32，套筒34，和置于预滤清器区域38中的预滤清器组件36，其中所述预滤清器区域38设置在盖子32和套筒34之间的环形开口39中。雨帽预滤清器30另外可包括筛网或滤网40和清除(污物)出口42。一般，筛网和滤网40有助于保护预滤清器组件36，并有助于减少非常大的微粒(包括例如，落叶和细枝)进入预滤清器组件36。清除(污物)出口42可以与清除污物空气流源例如真空软管，文氏管(venture)，或风扇相连，以引导微粒从外界空气中分离，离开预滤清器组件36。如果需要，清除污物空气流源可以是排气驱动的清除污物源。

盖子32包括顶部部分44和悬垂的凸缘部分46。一般，顶部部分44在垂直管道或立管上方具有顶，套筒34与所述顶连接，以便空气和微粒不会直接落入垂直的管道或立管。顶部部分44包括中心区域43和外周区域45。一般，顶部部分44可以具有从中心区域43向外的斜坡或斜面，以助于流水。另外，顶部部分44可以是相对平坦的。如果需要，外周区域45可被设置为围绕顶部部分44的外周并且可具有曲面48，在曲面48处顶部部分44连接悬垂凸缘部分46。悬垂凸缘部分46包括底部边缘50，所述底部边缘重叠或伸过连接至垂直管道或立管的套筒34的上部边缘52。套筒34的上部边缘52是指套筒34的最上部分，当雨帽预滤清器连接至垂直的管道或立管时，经过预清洁的空气必须行进在套筒的最上部分之上以便进入垂直的管道或立管。此外，因为套筒34可被认为是垂直的管道或立管的延伸，上部边缘52可被视为是垂直的管道或立管的最上部分。一般，希望悬垂凸缘部分46的底部边缘50伸过上部边缘52一个量，所述伸过的量足以允许在预滤清器区域38中放置预滤清器组件36。优选的，底部边缘50伸过上部边缘52的一个量足以提供一预滤清器区域38，所述区域38包含预滤清器组件36，而预滤清器组件36不需伸过上部边缘52或伸过底部边缘50。

盖子32可被构造使得悬垂凸缘部分46距离套筒34有一足够的距离，以便使预滤清器区域38具有足够的空间来装配预滤清器组件36。也就是说，悬垂凸缘部分46和套筒34应当被充分隔开，以便在其之间装配预滤清器组件36。此外，预滤清器组件36的大小可适合容纳希望的空气流量通过其中。悬垂的凸缘部分46和套筒34可以在预滤清器区域38内提供环形区域60。环形区域60周向围绕套筒34延伸并在悬垂的凸缘部分46的内侧，并且大小足以容纳预滤清器组件36，使得外界空气通过环形区域第一侧62进入环形区域60，并且经过预清洁的空气通过环形区域第二侧64离开环形区域60。一旦经过预清洁的空气通过环形区域第二侧64离开环形区域60，经过预清洁的空气进入经过预清洁的空气腔室66并且转向向下流过套筒34并进入垂直的管道或立管。经过预清洁的空气行进通过的套筒34内的区域可被称为进气口流动区域67。进入预清洁空气腔室66的经过预清洁的空气在进入套筒34或垂直的管道或立管内的进气口流动区域67时可以转向约180°。尽管预滤清器区域38的大小适合外界空气能够以任何希望的速率流入预滤清器组件，对于很多机动车辆，示例性的希望速率是小于约600fpm的较低速度。进入预滤清器组件的空气流速率是指外界空气进入预滤清器组件36的速率。

预滤清器组件36可以包括多个惯性分离器70。一般，惯性分离器70利用惯性力从外界空气中分离出液体和微粒。合适的惯性分离器可从唐纳森公司得到，名为Strata^TM Tube。可以采用的示例性惯性分离器包括那些披露于，例如，美国专利号4,242,115，美国专利号4,746,340和美国专利号7,008,467中，上述文献的全部公开内容在此被结合入本文作为引用。

多个惯性分离器70可被设置为惯性分离器组72，它具有在第一壁76和第二壁78之间延伸的惯性分离器70。惯性分离器组72可以设置在预滤清器区域38中并被密封，以便可以在净化污物气室80中抽真空，以助于抽吸微粒和水通过清除污物出口42离开净化污物气室80。密封可以设置在第一壁76和悬垂的凸缘部分46及套筒34之间，以及第二壁78和悬垂的凸缘部分46及套筒34之间。密封可以设置为O-环形密封或任何其它各种密封结构，例如，径向密封或轴向密封或两者。

惯性分离器70由于惯性力或离心力的作用提供水(如果存在的话)和较大或较重微粒的初步分离。当空气进入惯性分离器，空气移动通过弧形通道，因此对密度高于空气的水和微粒施加离心力，并因此将水和微粒从空气中分离。相对净化的空气随后轴向流出惯性分离器70并进入经过预清洁的空气腔室66。含有水(如果存在的话)和较大微粒的一部分空气离开惯性分离器70并流入净化污物气室80，在这里通过清除污物出口42被抽出。

惯性分离器组72包括多个惯性分离器70，其被设置为通过第一开口82接收外界空气，通过第二开口84排出经过预清洁的空气，并通过清除污物开口86排出水和微粒。第一开口82可被称为外界空气开口。第二开口84可被称为经过预清洁的空气开口。进入第一开口82的外界空气由于静止叶片88的结果被引导成旋涡运动。旋涡运动随后导致在空气从第一开口82向第二开口84运动时，一般较重的微粒和液体(滴)朝向惯性分离器室壁90移动，经过预清洁的空气轴向流出第二开口84，并且水和微粒趋于通过清除污物开口86离开。

现在参见图7，附图标记100示出了示例性惯性分离器。惯性分离器100可以在第一壁102和第二壁104间固定在位。外界空气可以通过第一开口106进入惯性分离器100，并且静止叶片108可以导致外界空气在腔室110中旋转。微粒和水由于离心力的作用趋于朝向室壁112移动。当空气移动通过腔室110时，水和微粒由于斜面114而被引导至清除污物开口116。腔室110的中心内的空气进入第二(二次)腔室118并从第二开口120流出。如果需要，腔室110和118可以具有锥形或楔形的截面区域。

现在参见图4，外界空气进入雨帽预滤清器30，由于惯性分离器70的作用经过预清洁，随后进入经过预清洁的空气腔室66，在腔室66中空气转向并流入套筒34的进气口区域67并进入垂直的管道或立管。空气流的大体流向由箭头示出。另外，微粒和水流出清除污物出口42，如箭头所示。如图4的箭头所示，当雨帽预滤清器30安装在垂直设置的立管上时，外界空气垂直向上流入预滤清器组件36，并且经过预清洁的空气进入经过预清洁空气腔室66并转向向下流入进气口区域67。由于该结构，外界空气通过预滤清器并进入垂直设置的立管的流动路径可被表征为大约180度转向。

可以设置筛网40，以减少碎屑堵塞惯性分离器70的不同流动通道(路径)。一般，流动通道中的最小开口通常是清除污物流出惯性分离器70和进入清除污物腔室80的开口。因此，可能希望为筛网选择一开口，所述开口名义上等于或小于在清除污物管流动通道中的该最小开口，以便减少碎屑堵塞清除污物管开口。另外，可以选定筛网，从而可以保持希望的气流速率通过筛网。采用垂直管道或立管用于入口空气的不同机动车辆的常用指导是流速为约500fpm-约1000fpm。如果需要，筛网可以设置为金属丝筛网，塑料筛网，或多孔筛网。

雨帽预滤清器可以设置为可维修件。可以提供多种方式来维修雨帽预滤清器，例如，盖子32可被移去以进入预滤清器组件36。此外，筛网40和第一壁76可被移去以进入惯性分离器70。可以利用真空或压缩空气来完成惯性分离器的清洁。在雨帽中具有惯性分离器的一个优点是能够方便地检查惯性分离器，以便确定惯性分离器是否需要清洁。可以只是简单地观察惯性分离器，看是否有妨碍或阻止期望流量的阻塞或堵塞。

在雨帽内具有惯性分离器的一个优点是表现出更高的效率。一般，惯性分离器在从外界环境中抽吸空气而不需要改变空气的流动模式时，具有表现出更高效率的倾向。例如，流过管道的空气可能需要重新定向。结果，可能与惯性分离器从管道接收空气相比，存在于雨帽内的惯性分离器可能表现出更高效率。此外，雨帽内的惯性分离器与通过管道接收空气的惯性分离器相比，可能有更好的机会从外界空气中分离水。其中的一个原因是由于水流过管道可能被夹带。在雨帽内具有惯性分离器的另一个优点是重力可帮助减少在惯性分离器出口被截留的大微粒的数量。由于重力的作用，较大的微粒可能从惯性分离器开口落出。

现在参见图8和9，附图标记120示出了雨帽预滤清器的另一实施例。雨帽预滤清器120包括盖子121，套筒122，位于预滤清器区域125中的预滤清器组件124，和外界空气由其通过的筛网或滤网130，其中所述预滤清器区域125设置在盖子121和套筒122之间的环形开口126。

盖子121包括顶部部分132和悬垂的凸缘部分133。顶部部分132具有一顶覆盖在套筒122所连接的垂直的管道或立管上，并且可以是扁平的或具有从中心区域132a向外的斜面或斜坡以帮助流水。悬垂的凸缘部分133可以包括底部边缘134，它重叠或伸过套筒122的上部边缘135。另外，悬垂的凸缘部分133可以包括第一安装区域136和第二安装区域137，用于容纳预滤清器组件124。第一安装区域136包括第一径向延伸脊138，而第二安装区域137包括第二径向延伸脊139。

预滤清器组件124包括从第一壁142延伸至第二壁144的多个惯性分离器140。所述多个惯性分离器140和第一壁142及第二壁144可被称为惯性分离器组146。惯性分离器组146可以设置在预滤清器区域125内并被密封，以便可以在清除污物空气腔室148中抽真空，以帮助微粒和水通过清除污物出口149排出清除污物空气腔室148。多个惯性分离器140可被设置为两部件结构，包括第一部件150和第二部件152。第一部件150可被设置为第二壁144的一部分，而第二部件可被设置为第一壁142的一部分。当第一壁142和第二壁144结合，第一部件150匹配在第二部件152内以形成各惯性分离器。另外，可以设置第二壁144，以便它安装在第一安装区域136和第一径向延伸脊138内或邻近第一安装区域136和第一径向延伸脊138。另外，可以设置第一壁142，以便它在第二安装区域137和第二径向延伸脊139内延伸或邻近第二安装区域137和第二径向延伸脊139。第一壁142可以包括悬垂凸缘144，它可以安装在第二安装区域137内。类似的，第二壁144可以包括悬垂凸缘143，它可以安装在第一安装区域136内。

筛网或滤网130可被设置为褶皱的筛网结构160。褶皱的筛网结构可以包括第一筛网件162，第二筛网件164和筛网166。对于褶皱的筛网结构160，筛网166被设置为褶皱的筛网168，安装在第一筛网件162和第二筛网件164之间。当装配在一起，褶皱的筛网结构160包括围绕套筒122安装的内环部分170，和安装在预滤清器组件124中或盖子121中的外环部分172。褶皱的筛网168可被设置为褶皱的金属筛网或褶皱的塑料筛网或由其它材料(例如，如果需要，陶瓷)制成的褶皱筛网。一般，通过设置褶皱筛网，可以提高或增强通过其中的空气流，同时过滤出比可被例如筛网40过滤出的微粒更小的微粒。可被过滤出的微粒包括会妨碍多个惯性分离器140中较小清除污物开口的微粒。举例来说，第一筛网件162和第二筛网件168可通过注模制成，而褶皱的筛网168可以安装在其间。所得到的褶皱筛网结构可利用紧固件固定就位。

现在参见图10，以剖视图示出了示例性惯性分离器140。惯性分离器140包括第一部件150和第二部件152。外界空气可以通过第一开口180进入惯性分离器140，并且静止叶片182可以导致外界空气在腔室184中旋转。微粒和水由于离心力的作用趋于朝向腔室壁186移动。当空气运动通过腔室184时，水和微粒被引导朝向腔室壁186上图8和9中所示的惯性分离器清除污物出口190。水和微粒随后可以通过清除污物出口149被除去。随着腔室184内的空气进入第二(二次)腔室192，通过第二开口194的空气可以比通过第一开口180的空气更洁净。

惯性分离器组146可以包括任意希望数量的惯性分离器140，以提供希望的流速和容积流量。例如，惯性分离器组可包括至少约25个惯性分离器，可包括至少约50个惯性分离器，可包括至少约75个惯性分离器，和可包括至少约100个惯性分离器。

第一壁142可以设置成一角度，以帮助水的排放。例如，第一壁142可以设置成不是水平的一角度。另外，第一壁142，第二壁144，或两者可被设置成沿不是水平的一角度延伸，以便提供具有不同尺寸的惯性分离器。

应当理解，上文所述和附图所示的组件的各个实施例、细节和构造及其特征可以在保持本发明范围内的同时在各个实施例之间进行互换。另外，应当理解，在保持本发明范围的同时，可以对本文所述的任一组件和/或元件进行各种改动。

本文所述的技术及随后的内容可应用于不同的设备类型，具有各种尺寸和特定结构。本文的一般特征旨在示例。

上述说明书、示例和数据提供了本发明组成的制造和使用的完整描述。由于本发明的许多实施例可以在不背离本发明的精神和范围的前提下实施，本发明由所附权利要求书确定。