CN106460735A - 进气水分离器 - Google Patents
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Abstract
各实施例涉及一种进气管道。该管道包括百叶窗,百叶窗形成壳体的气体入口。每一个百叶窗包括入口部分,以及倾斜部分,倾斜部分相对于入口部分倾斜。所述管道包括壳体,该壳体在空气流动方向上定位在百叶窗的下游。壳体包括排出口,该排出口构造成允许从穿过百叶窗并进入壳体的进气分离的水从壳体排出。管道还包括内部入口管道,该内部入口管道将进气提供给部件。内部入口管道延伸入壳体,并在空气流动方向上定位在百叶窗的下游。入口管道在排出口的上方延伸一距离,从而在内部入口管道的顶部和排出口之间的壳体内形成凹坑。
Description
相关申请交叉引用
本申请要求2014年6月5日提交的,发明人为Loken等、申请号为“2750/CHE/2014”、题为“进气水分离器(Air Intake Water Separator)”的印度临时专利申请的优先权,该申请出于所有目的以全文引用的方式纳入本文。
技术领域
本发明总体上涉及具有进气管道的空气过滤***,该进气管道从进气中除去水以防止水到达空气净化器。
背景技术
内燃机通常燃烧燃料(诸如汽油、柴油、天然气等)和空气的混合物。进气在进入发动机之前通常通过空气过滤器以在燃烧之前从进气中去除微粒(诸如灰尘)。进气中的存在的湿气可能导致发动机损坏、降低空气过滤介质的效率、以及减少空气过滤介质的寿命。位于空气过滤器上游的当前水分去除***对空气过滤器***增加了显著的限制(例如导致高压降),从而降低空气过滤器***的性能。
发明内容
一个示例性实施例涉及一种进气管道。所述进气管道包括多个百叶窗,所述多个百叶窗形成壳体的气体入口。每一个百叶窗包括入口部分,以及倾斜部分,所述倾斜部分相对于所述入口部分倾斜。所述进气管道包括壳体,所述壳体在空气流动方向上定位在所述多个百叶窗的下游。所述壳体包括排出口,所述排出口构造成允许从穿过所述多个百叶窗并进入壳体的进气中分离的水从所述壳体排出。所述进气管道包括内部入口管道,所述内部入口管道将进气提供给部件。所述内部入口管道延伸入所述壳体内并在空气流动方向上定位在所述多个百叶窗的下游。所述入口管道在所述排出口的上方延伸一距离,从而在所述内部入口管道的顶部和所述排出口之间的壳体内形成凹坑。
另一个示例性实施例涉及一种进气管道。所述进气管道包括分离器,所述分离器具有圆筒形。所述分离器包括多个百叶窗,所述多个百叶窗以圆筒形式布置从而形成分离器的圆筒形状。所述多个百叶窗的每一个包括多个平面部分,该多个平面部分以倾斜方式布置从而分离包含在通过所述多个百叶窗的进气中的水。所述进气管道还包括盖子,所述盖子装配在所述分离器的顶部。所述进气管道包括中心管,所述分离器附连到所述中心管,所述中心管在气流方向上定位在所述多个百叶窗的下游。
在结合附图并通过以下详细描述,这些特征和其它特征以及其组织和操作方式将会变得清楚。
附图简要说明
图1是根据一示例性实施例的进气管道的立体图。
图2是图1的进气管道的分解图。
图3是图1的进气管道的俯视剖视图。
图4是图1的进气管道的局部放大俯视剖视图。
图5是图1的进气管道的侧剖视图。
图6是图1的进气管道的局部放大侧剖视图。
图7至图9示出图1的进气管道的计算机生成的计算流体动力学分析图表。
图10和图11示出与图1的进气管道相关的测试数据的线形图表。
图12是根据另一示例性实施例的进气管道的立体图。
图13是图12的进气管道的俯视剖视图。
图14是图12的进气管道的侧剖视图。
图15是根据另一示例性实施例的进气管道的立体图。
图16是图15的进气管道的俯视立体图,其盖子被移除。
图17是图15的进气管道的侧剖视图。
具体实施方式
总体上参照附图,描述了空气过滤器***的进气管道,其将空气过滤组件上游的进气中的水除去。进气管道包括多个定位在壳体上游的竖直百叶窗,该壳体具有向空气过滤组件提供进气的内部入口。百叶窗在进气进入壳体之前聚结并分离进气中的水。此外,壳体引起进气方向的突然改变,这导致进气中的剩余水聚结在壳体上。壳体和内部入口形成收集剩余水的凹坑,从而水可通过排水孔排出到环境中,同时将压降保持在最小。因此,进气管道有助于防止水到达空气过滤组件,从而防止水到达从空气过滤组件接收过滤空气的装置。此外,进气管道从进气中除去水,而不会对空气过滤器***造成显著的限制。
参考图1和图2,根据示例实施例的进气管道100的视图被示出。图1示出了进气管道100的立体图。图2示出了进气管道100的分解图。进气管道100将进气供应到诸如空气过滤组件(未示出)的部件。示例性的空气过滤组件在美国专利号8,668,756,美国专利号8,632,618,美国专利号8,535,403,美国专利号8,147,578,美国专利号7,867,311,美国专利号6,958,083和美国专利号6,814,772中被描述,这些专利的全部内容出于所有目的以引用的方式纳入本文。
进气管道100通过多个百叶窗102接收进气。百叶窗102以垂直方式布置,以将水引导离开进气管道100,并防止分离的水被再挟带。百叶窗的底部可以包括斜坡,斜坡将分离的水引导出百叶窗102并远离进气管道100。百叶窗102通过铰链组件106铰接到壳体104。卡扣连接件108将百叶窗102固定到壳体104。可选地,带扣、紧固件或另外的连接器将百叶窗102固定到壳体104。壳体104在空气流动方向上定位在百叶窗102的下游。壳体104安装在内部入口110上。内部入口110延伸到壳体106中并且沿空气流动方向定位在百叶窗102的下游。内部入口110是将进气提供给空气过滤组件的入口管道。壳体104通过卡扣连接件112固定到内部入口110。在壳体104和内部入口110之间可以设置密封件114或垫圈(在一个实施例中由橡胶形成),以防止空气直接泄漏到内部入口110(例如,绕过百叶窗102的进气)或防止空气从壳体104泄漏(例如,已经通过百叶窗102的进气)。
参照图3,进气管道100的顶部剖视图被示出。如上文所讨论,进气管道100包括多个百叶窗102。每个百叶窗102将进气沿流动路径302引导到壳体104中,进气然后被引导到内部入口110中并且进入空气过滤组件。每个百叶窗102包括入口部分304、倾斜的第二部分306、钩体部分308和出口部分310。入口部分304在空气流动方向上(即沿流动路径302的方向)定位在倾斜部分306的上游。倾斜部分306在空气流动方向上定位在钩体部分308的上游。钩体部分308在空气流动方向上定位在出口部分310的上游。入口部分304接收进气。倾斜部分306将进气引导到钩体部分308。倾斜部分306相对于入口部分304倾斜。包含在进气内的水的至少一部分在入口部分304和倾斜部分306上聚结。钩体部分308捕获聚结的水并将捕获的水向下转向并远离壳体104。因此,钩体部分308防止包含在进气中的水的至少一部分进入壳体104。根据进气管道100的定向,重力可以将水向下拉出钩体部分308,使得其落在壳体104的外部。出口部分310将进气路由到壳体104。入口部分304、倾斜部分306和出口部分310基本上是平坦的。在下文进一步详细描述从进气中去除水的详细情况。
参照图4,进气管道100的A部分的顶部放大剖视图被示出。进气沿着流动路径302通过百叶窗102行进。进气包括水滴402。当进气行进通过各个百叶窗102时,至少一部分水滴聚结在入口部分304和倾斜部分306上。倾斜部分306相对于入口部分304成倾斜角度404。角度404小于90度。在一些布置中,该角度小于45度。倾斜角度引起流动路径302中的空气流动方向的突然变化。因为水滴402比进气重,因此水滴聚结并且由于水滴的惯性而碰撞入口部分304和倾斜部分306。水滴402的惯性和进气的速度将水滴402推到钩体部分308。钩体部分308捕获聚结的水滴402,并防止捕获的水滴402流过出口部分310而进入壳体104。百叶窗102是垂直的,使得被捕获的水滴402被向下携带并远离进气管道100,从而被捕获的水滴不会进入壳体104。然而,一些水滴402可以穿过出口部分308并进入壳体104。
图5是进气管道100的侧剖视图。在穿过百叶窗102之后,进气沿着空气流动路径302继续。流动路径302在内部入口110的方向上进行急转弯。类似于上文关于百叶窗102的倾斜部分306所描述的,由于水滴402的更重的重量和更大的惯性,空气流动方向的突然变化导致通过百叶窗的水滴402撞击和聚结在壳体104上。聚结的水滴然后朝向壳体104中的排出口502掉落。排出口502被定向成引起空气流涡流,该空气流涡流进一步导致进气的液滴撞击壳体104的壁。将在下文更详细地描述通过壳体104的空气流动路径302的细节。
图6是进气管道100的B部分的侧面放大剖视图。如上所述,在空气流动路径302从百叶窗102急剧转向壳体104之后,水滴402聚集在壳体104的壁上。水滴402在排出口502处被收集。排出口502允许将汇聚的水从壳体移除到环境中。排出口502可以连接软管。
仍然参照图6,内部入口110在排出口502上方延伸一距离602。从排出口502到内部入口110的顶部的距离602可以位于由进气管道100引起的压降的以H2O表示的英寸数的1.5至5倍之间。内部入口110在排出口502上方延伸的距离602形成凹坑604,在那里聚结的水可以汇聚而不进入内部入口110。内部入口110的顶部包括圆形边缘606,并且内部入口110的壁与垂直方向成大约8度的角度,这两者有助于减小由进气管道100引起的压降。
图7是示出通过进气管道100的空气流动的计算机生成的计算流体动力学(“CFD”)分析700。该分析的流动线表示当进气流过进气管道100时进气采用的路径。如上文关于排出口502所讨论并且由空气流动线更清楚示出的,排出口502被定向成引起空气流涡流,该空气流涡流进一步使得进气的液滴撞击壳体104的壁。分析700的流动线还指示排出口502附近的流速是低的,这减少了水滴被重新夹带到空气流中并被携带到内部入口110中的机会。
参照图8,示出通过进气管道100的微粒流(例如水滴流)的CFD分析800被示出。在分析800中,模拟微粒在百叶窗102的上游被喷射。当微粒流过百叶窗102时,大部分喷射的微粒被除去。穿过百叶窗的微粒在壳体104的壁上聚结并且在靠近排出口502处汇聚。分析800指示百叶窗102布置和壳体102的几何形状在水分离中是有效的。
图9是示出通过进气管道100的微粒流(例如水滴流)的CFD分析900。在分析900中,在百叶窗102的下游注入模拟微粒。类似于上述分析800,进入壳体104的微粒通过惯性碰撞和聚结而被分离,因为微粒的惯性将微粒携带到壳体104的壁上。分离的微粒在排出口502附近汇聚。
参照图10,用于比较进气管道100的流速(立方英尺/分钟)对平均效率百分比的曲线图被示出。
参照图11,示出进气管道100的流速(以立方英尺/分钟表示)对***限制(以英寸水柱表示)的曲线图被示出。
图12是根据另一示例性实施例的进气管道1200的立体图。进气管道1200类似于进气管道100。进气管道1200通过板分离器1202接收进气。板分离器1202包括多个百叶窗1204。多个百叶窗1204中的每一个包括多个以倾斜方式布置的平面部分(如下文关于图14进一步详细描述的),其将包含在通过百叶窗的进气中的水分离。分离板1204包括斜坡1206,斜坡1206将分离的水引导离开分离板1202并远离壳体1208。分离板1202附接到壳体1208。分离板1202可以通过铰链连接件(例如,以与上文关于进气管道100描述的类似方式)、机械紧固件(例如卡扣连接器、铆钉、螺钉等)、化学紧固件(例如环氧树脂)或其组合附连到壳体1208。壳体1208在空气流动方向上定位在百叶窗1204的下游。壳体1208装配在内部入口1210上。内部入口1210延伸入壳体1208中,并在空气流动方向上定外在百叶窗1204的下游。内部入口1210是将进气提供给空气过滤组件(例如,上文关于进气管道100描述的空气过滤组件之一)的入口管道。壳体1208可以通过卡扣连接件以类似上文关于壳体104和内部入口110描述的方式固定到内部入口1210。密封件或垫圈(在一个实施例中由橡胶形成)可以设置在壳体1208和内部入口1210之间,以防止空气直接泄漏到内部入口1210(例如,绕过百叶窗1204的进气)或防止空气泄漏出壳体1208(例如,已经经过百叶窗1204的进气)。
参照图13,进气管道1200的顶部剖视图被示出。如上文所讨论,进气管道1200包括多个百叶窗1204。每个百叶窗1204将进气沿流动路径1302引导到壳体1208,进气然后被路由到内部入口1210中并且进入空气过滤组件。每个百叶窗1204包括多个平面部分,每个部分与相邻部分成一定角度布置。如图13所示,每个百叶窗1204包括入口部分1304、第一倾斜部分1306、第二倾斜部分1308、第三倾斜部分1310、第四倾斜部分1312和出口部分1314。入口部分1304在空气流动方向上(即沿流动路径1302的方向)定位在倾斜部分1306-1312的上游。倾斜部分1306-1312在空气流动方向上定位在出口部分1314的上游。入口部分1304和第一倾斜部分1306之间的角度大于90度。相邻的倾斜部分1306-1312之间的角度约为90度。第四倾斜部分1312和出口部分1314之间的角度大于90度。第一和第二倾斜部分1306和1308形成第一V形部分。第三和第四倾斜部分1310和1312形成第二V形部分。虽然示出为包括两个V形部分,但是可选布置包括单个V形部分或三个或更多个V形部分。分离板1202中的每个V形部分为进气管道1200增加一定量的压降。
相邻部分1304-1314之间的角度导致流动路径1302中的空气流动方向突然变化。空气流动方向的突然变化产生将进气中的水聚结的撞击位置1316。因为进气中的水滴比进气重,水滴在撞击位置1316由于水滴的较大惯性聚结并撞击百叶窗1204的平坦表面。如图12和14所示,百叶窗1204是竖直的,使得捕获的水滴被向下携带,从而捕获的水滴不会进入壳体1208。
参照图14,示出了进气管道1200的侧剖视图。如上文所讨论的,百叶窗1204相对于重力以垂直方式布置。因此,聚结在百叶窗1204的表面上的水沿箭头1402所示的重力方向落下。水降落直到到达斜坡1206,在那里水通过斜坡1206被携带离开空气进气管道1200。分离板1202包括挡板1404,挡板1404进一步防止水从分离板1202滴落到内部入口1210中。
进气在通过分离板1202之后,沿着空气流动路径1302继续。流动路径1302以与关于进气管道100进行的类似的方式在内部入口1210的方向上进行急转弯。空气流动方向的突然变化导致通过百叶窗1204的水滴由于水滴的较重的重量和较大的惯性而撞击和聚结在壳体1208上。聚结的水滴然后朝向壳体1208中的排出口1406落下。排出口1406被定向成在空气流动路径1302中引起空气流涡流,其进一步导致进气的液滴撞击壳体1208的壁。内部入口1210在排出口1406上方延伸一距离1408。从排出口1406到内部入口1210的顶部1410的距离1408可以位于由进气管道1200引起的压降的以H2O表示的英寸数的1.5至5倍之间。内部入口1210在排出口1406上方延伸的距离1408形成凹坑1412,在那里聚结的水可以汇聚而不进入内部入口1210。内部入口1210的顶部1410包括圆形边缘,以及内部入口1210的壁与垂直方向成大约8度的角度,这两者有助于减小由进气管道100引起的压降。
图15是根据另一示例性实施例示出的进气管道1500的立体图。进气管道1500类似于进气管道100和1200。进气管道1500通过分离器1502接收进气。分离器为圆柱形。分离器1502包括多个百叶窗1504。多个百叶窗以圆柱形方式布置从而形成分离器的圆柱形形状。多个百叶窗1504中的每一个包括以倾斜方式(如下文关于图15进一步详细描述的)布置的多个平面部分,其分离包含在通过百叶窗1504的进气中的水。盖子1506装配在分离器1502的顶部。盖子1506通过任何合适的连接,诸如卡扣配合连接件、紧固件(例如配合螺纹表面)、粘合剂等固定到分离器。分离器1502附连到中心管1508。分离器1502通过卡扣配合连接件附接到中心管1508。当连接器1510固定在中心管1508的脊部(如图17所示的脊部1702)上时形成卡扣配合连接。中心管1508沿空气流动方向定位在百叶窗1504的下游。中心管1508包括延伸到中心管1508中的内部入口1512。内部入口1512沿空气流动方向定位在百叶窗1504的下游。内部入口1512是向空气过滤组件(例如,上文关于进气道100描述的空气过滤组件之一)提供进气的入口管道。
参照图16,没有盖子1506的进气管道1500的顶部立体图被示出。每个百叶窗1504将进气沿流动路径1602路由到内部入口1512中,在那里进气然后被路由到空气过滤组件。每个百叶窗1504包括多个平面部分,每个部分相对于相邻部分成一定角度布置。这些部分以与上文关于百叶窗1204描述的类似方式布置。不同于百叶窗1204,每个百叶窗1504的各部分形成单个V部分。替代实施例可以形成两个或更多个V部分。百叶窗1504的相邻部分之间的角度导致流动路径1602中的空气流动方向突然变化。空气流动方向的突然变化产生聚结进气中的水的撞击位置。由于进气中的水滴比进气重,因此水滴由于水滴的惯性较大在撞击位置处聚结并撞击百叶窗1504的平面表面。如图12和14所示,百叶窗1204是竖直的,使得捕获的水滴被向下携带,从而捕获的水滴不会进入内部入口1512。
参照图17,进气管道1500的侧剖视图被示出。如上文所讨论的,百叶窗1504以相对于重力垂直的方式布置。因此,在百叶窗1504的表面上聚结的水落到脊部1704上。脊部1704将聚结的水路由到进气管道1500的外部或者进入由中心管1508和内部入口1512形成的凹坑1706中。内部入口1512延伸到分离器1502的中心开口中,以防止聚集在凹坑1706中的水进入内部入口1512。如果百叶窗1504产生进气涡流,则内部入口1512可用作涡流探测器。聚集的水通过排出口1708从凹坑1706移除。排出口1708可以联接到鸭嘴阀,该鸭嘴阀允许聚集的水从凹坑1706流出,并防止空气或其他材料回流到凹坑1706中。排水高度1710是排出口1708的底部和分离器1502的底部之间的距离。排水高度1706可以位于由进气管道1500引起的压降的以H2O表示的英寸数的1.5至5倍之间。
本文所使用的如术语“大约”,“约”,“基本上”以及类似术语旨在具有与本公开的主题内容所属领域内的本领域普通技术人员通常和可接受的用法一致的宽泛的含义。本领域的技术人员在阅读了本公开之后应理解,这些术语旨在允许对所描述和所要求保护的某些特征进行描述,而不是将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围内。因此,这些术语应该被解释为指示性的,所描述和要求保护的主题内容的非实质性或无关紧要的修改或变化被认为落入本发明的如所附权利要求所述的范围。
应当指出的是,本文用来描述各种实施例的术语“示例性”旨在表示该实施例是可能的示例、代表和/或可能的实施例的说明(以及这些术语并不意在暗示该实施例是特别的或最好的实例)。
本文所用的术语“联接”,“连接”等意在表示两个构件相互直接或间接接合。这种接合可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如可移动的或可释放的)。这种接合可以由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件相互整体形成单个整体来实现,或由两个构件或两个构件和任意附加的中间构件相互连接来实现。
本文引用的元件的位置(例如,“顶部”,“底部”,“上”,“下”等)仅仅用于描述附图中各元件的方向。应当指出的是,各种元件的方向可以根据其它示例性实施例而不同,并且这种变化被考虑为由本公开所涵盖。
特别需要注意的是,各种示例性实施例的构造和布置仅是示例性的。尽管只有几个实施例在本公开中进行详细描述,本领域技术人员在阅读了本公开的内容之后将容易理解,不实质上脱离本文描述的主题的新颖性教导和优点的许多修改是可能的(例如,各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)。例如,示出为整体形成的各元件可以由多个部件或元件构成,各元件的位置可以被相反设置或以其他方式改变,以及性质、离散元件的数目或位置可以改变或变化。任何加工步骤或方法步骤的顺序或序列可以根据各优选实施例来改变或重新排序。各示例性实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的范围内做出其他各种替换、修改、变化和省略。
Claims (19)
1.一种进气管道,其特征在于,包括:
多个百叶窗,所述多个百叶窗形成壳体的气体入口,每一个百叶窗包括:
入口部分,以及
倾斜部分,所述倾斜部分相对于所述入口部分倾斜;
所述壳体,所述壳体在空气流动方向上定位在所述多个百叶窗的下游,所述壳体包括排出口,所述排出口构造成允许从穿过所述多个百叶窗并进入所述壳体的进气中分离的水从所述壳体排出,以及
内部入口管道,所述内部入口管道将所述进气提供给部件,所述内部入口管道延伸入所述壳体内,并在所述空气流动方向上定位在所述多个百叶窗的下游,所述入口管道在所述排出口的上方延伸一距离,从而在所述内部入口管道的顶部和所述排出口之间的壳体内形成凹坑。
2.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,每一个百叶窗还包括钩体部分,所述钩体部分定位在每一个百叶窗的所述倾斜部分的下游,所述钩体部分构造成捕获聚结在所述入口部分和所述倾斜部分的水滴并将捕获的水滴路由远离所述壳体。
3.根据权利要去2所述的进气管道,其特征在于,每一个百叶窗还包括出口部分,以及其中对于每一个百叶窗,所述钩体部分定位在所述出口部分的上游。
4.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,所述倾斜部分和所述入口部分是实质上平坦的。
5.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,所述倾斜部分相对于所述入口部分倾斜一个角度。
6.根据权利要求5所述的进气管道,其特征在于,所述角度小于90度。
7.根据权利要求6所述的进气管道,其特征在于,所述角度小于45度。
8.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,所述排出口定向成引起空气流涡流。
9.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,所述距离介于由所述进气管道引起的压降的水的英寸数的1.5和5倍之间。
10.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,所述倾斜部分是第一倾斜部分,以及其中每一个百叶窗还包括第二倾斜部分,所述第一倾斜部分和所述第二倾斜部分形成第一V形。
11.根据权利要求10所述的进气管道,其特征在于,每一个百叶窗还包括第三倾斜部分和第四倾斜部分,所述第三倾斜部分和所述第四倾斜部分形成第二V形。
12.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,还包括斜坡,所述斜坡构造成将分离的水从所述进气管道内导出。
13.根据权利要求1所述的进气管道,其特征在于,所述多个百叶窗以圆筒形式布置。
14.一种进气管道,其特征在于,包括:
分离器,所述分离器具有圆筒形,所述分离器包括多个百叶窗,所述多个百叶窗以圆筒形式布置从而形成所述分离器的圆筒形状,所述多个百叶窗的每一个包括多个平面部分,该多个平面部分以倾斜方式布置从而分离包含在通过所述多个百叶窗的进气中的水;
盖子,所述盖子装配在所述分离器的顶部;以及
中心管,所述分离器附连到所述中心管,所述中心管在气流方向上定位在所述多个百叶窗的下游。
15.根据权利要求14所述的进气管道,其特征在于,所述中心管包括延伸入所述中心管的内部入口。
16.根据权利要求14所述的进气管道,其特征在于,还包括排出口,所述排出口连接到鸭嘴阀,所述鸭嘴阀允许收集的水流出凹坑并防止空气或其它材料回流到所述凹坑内。
17.根据权利要求14所述的进气管道,其特征在于,所述多个百叶窗的每一个形成单个V部。
18.根据权利要求14所述的进气管道,其特征在于,所述多个百叶窗的每一个形成两个或多个V部。
19.根据权利要求14所述的进气管道,其特征在于,所述分离器通过卡扣配合连接附连到所述中心管。
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