CN110114127B - 具有扩散器的过滤器组件 - Google Patents

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Abstract

过滤器组件包括过滤器头、端口、配件和扩散器。端口从过滤器头的一部分延伸并限定流体流入或流出过滤器头的通路。配件第一端可附接到端口，配件第二端可附接到过滤***部件。扩散器可定位在端口的通路内，并包括内表面和外表面。内表面限定内锥形中空区域，该内锥形中空区域在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间以非零角度延伸，使得内锥形中空区域第一端处的扩散器的第一内径小于内锥形中空区域第二端处的扩散器的第二内径。

Description

具有扩散器的过滤器组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月4日提交的美国临时专利申请No.62/442,129的优先权和权益,其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及用于过滤内燃机***中的流体的过滤器组件。
背景技术
例如，如图1A和2中所示过滤器组件可用于过滤各种流体。如图1A-4所示，传统的过滤器组件120可以具有端口130(例如，入口和/或出口)，其与配件140连接，以便附接到管道或过滤***部件126到过滤器组件120(如图2和4所示)，其允许流体输入到过滤器组件120中或从过滤器组件120输出。如图4所示，过滤器组件120可以具有两个不同的端口130(例如，入口端口和出口端口)，每个端口连接到配件140，每个端口连接到过滤***部件126。
为了提供更有效的过滤器组件120，期望减少或最小化过滤器组件120内的压降或损失量，同时仍使过滤器组件120的尺寸和成本最小化。在许多计算流体动力学(CFD)模拟和测试中已经发现，过滤器组件120的大部分压力损失(包括过滤器壳体(过滤器头部)和过滤器元件内的压力损失)是配件140处的压力损失的结果。例如，图1A的过滤器组件120的CFD模拟的结果指示在配件140入口和出口处的压降一同引起大约70％的总压力损失,如图5所示。在各种不同的过滤器组件120中发现这种压力损失的趋势，包括许多不同的汽车工程师协会(SAE)和国际标准化组织(ISO)标准配置中的过滤器组件120。对于液体过滤器组件，例如用于燃料和润滑油过滤的过滤器组件，压力损失特别成问题。
配件140处的压力损失可能是由于流体在配件140和端口130之间流动时通路尺寸的变化。更具体地，配件140拧入或附接到端口130。为了使配件140安装在端口130内，配件140的通路必须具有比端口130的内径更小的外径(因此也具有更小的内径)，如图IB、3、4所示。配件140和端口130之间的内径的突然变化引起流体流的突然膨胀或收缩以及由此导致的流体速度的突然增大或减小，这导致压力下降。
由于动态压力等于1/2*密度*速度2，因此配件140的相对小的内径产生相对大的动态压力。因此，当流体从具有相对小的内径的通路(即，配件140)流到具有相对大的内径的通路(即，端口130)时，允许流体在通路内突然膨胀，这降低了动态压力，因此当流体流动并膨胀到端口130中的较大通路时导致压力损失。相反，当流体从端口130(具有较大的内径)流到配件140(具有较小的内径)时，流体流突然收缩，这降低了动态压力。
为了避免配件140处的压力损失，可以使用更大的配件140，但是这种更大的配件可能大大增加过滤器组件120的成本并且将要求所有相关的管道也更大以匹配和与配件140配合。另外，空间限制通常不允许使用更大的配件140。或者，也可以使用具有内置扩散器部分的专用或定制设计的配件140，但是这种配件可能显着增加过滤器组件120的成本，因为与标准的现成配件140相比，定制设计的配件140不能大批量使用。
图6描绘了内向外过滤器，其在美国专利No.8,986,539中有更详细的描述，其内容通过引用结合在此。在图6的过滤器中，扩散器与过滤空气的内向外流动过滤器的过滤器元件(还包括过滤介质)的过滤器端盖集成在一起。扩散器定位在过滤器元件的中空中央内部区域内。但是，过滤器不包括任何标准配件。因此，扩散器没有定位任何配件或端口以解决与压力损失相关的问题。
发明内容
各种实施例提供了一种过滤器组件，其包括过滤器头、端口、配件和扩散器。端口从过滤器头的一部分延伸并限定流体流入或流出过滤器头的通路。配件在配件第一端和配件第二端之间延伸。配件第一端可连接到端口，配件第二端可连接到过滤***部件。扩散器可定位在端口的通路内。扩散器包括内表面和外表面。内表面限定内锥形中空区域，该内锥形中空区域在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间延伸。内表面在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间相对于流动方向以非零角度延伸，使得内锥形中空区域第一端处的扩散器的第一内径比内锥形中空区域第二端处的扩散器的第二内径更小。
各种其他实施例提供了一种过滤器组件，其包括过滤器主体、端口和扩散器。端口从过滤器主体的一部分延伸并限定流体流入或流出过滤器主体的通路。端口可附接到配件的配件第一端。扩散器可定位在端口的通路内。扩散器包括内表面和外表面。内表面限定内锥形中空区域，该内锥形中空区域在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间延伸。内表面在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间相对于流动方向以非零角度延伸，使得内锥形中空区域第一端处的扩散器的第一内径比内锥形中空区域第二端处的扩散器的第二内径更小。
从以下结合附图的详细描述中，这些和其他特征(包括但不限于保留特征和/或可见特征)以及其操作的组织和方式将变得显而易见，其中相同的元件在下面描述的几个附图中具有相同的标号。
附图说明
图1A是传统过滤器组件的横截面图。
图1B是图1A的传统过滤器组件的端口和配件的放大视图。
图2是另一传统过滤器组件的局部横截面透视图。
图3是传统过滤器组件的端口和配件的横截面图。
图4是传统过滤器组件的两个端口和两个配件的横截面图。
图5是传统过滤器组件内不同位置的总压降百分比的曲线图。
图6是另一种传统过滤器组件的横截面图。
图7是根据一个实施例的过滤器组件的透视图。
图8是图7的过滤器组件的一部分的横截面图。
图9是根据另一实施例的过滤器组件的一部分的横截面图。
图10A是根据又一实施例过滤器组件的端口、扩散器和配件的横截面图。
图10B是图10的扩散器的透视图。
图11A是根据又一实施例的过滤器组件的一部分的横截面图。
图11B是图11B的过滤器组件的一部分的放大视图。
图12A是根据另一实施例过滤器组件的端口、扩散器和配件的横截面图。
图12B是图12A的扩散器的透视图。
图13A是根据另一实施例过滤器组件的端口、扩散器和配件的横截面图。
图13B是图13A的扩散器的透视图。
图14是根据再一实施例过滤器组件的端口、扩散器、配件和收缩环的横截面图。
图15是根据一个实施例的过滤器组件的端口的横截面图。
图16是扩散器K系数作为扩散器角度函数的曲线图。
图17示出了传统过滤器组件的CFD模拟，其示出了静压的轮廓。
图18示出了具有图10A的扩散器的过滤器组件的CFD模拟，其示出了静压的轮廓。
图19示出了传统过滤器组件的CFD模拟，其示出了速度幅度的轨迹。
图20A示出了具有图10A的扩散器的过滤器组件的CFD模拟，其示出了速度幅度的轨迹。
图20B是图20A的一部分的放大视图。
图21示出了传统过滤器组件的CFD模拟，其示出了速度幅度的轮廓。
图22示出了具有图10A的扩散器的过滤器组件的CFD模拟，其示出了速度幅度的轮廓。
具体实施方式
总体上参考附图，本文公开的各种实施例涉及一种过滤器组件，其包括过滤器壳体、过滤器头、端口、过滤器元件、配件和扩散器。扩散器减少或最小化过滤器组件内的压力损失。因此，由于扩散器，当流体在过滤器组件的端口和配件之间流动时仅具有轻微的速度变化。因此，与传统的过滤器组件相比，扩散器改善了过滤器组件的燃料经济性并允许更紧凑的包装。
过滤器组件
过滤器组件20(如图7所示)配置成过滤流体并且包括过滤器壳体22、过滤器头24和定位在过滤器壳体22内的过滤器元件27。过滤器组件20可用于液体过滤，例如燃料、润滑剂或液压过滤。因此，流体尤其可以是液体，例如燃料、润滑剂或液压流体。过滤器组件20可具有传统的从外向内流动配置。
过滤器元件27配置为过滤流体。因此，如图8和图11A所示，过滤器元件27包括过滤介质28和至少一个端板或端盖29。端盖29可以定位在相对过滤器元件27各自轴向端的远侧上。根据一个实施例，过滤器元件27包括由过滤介质28和/或端盖29限定的中心区域或中空内部21。
如图7-8和图11A所示，过滤器外壳或壳体22可拆卸地连接或可附接到过滤器头24。根据一个实施例，过滤器壳体22构造成容纳或包含过滤器元件27。
过滤器头24允许过滤器组件20的其余部分可操作地连接到其他部件或装置(例如发动机***)。为了允许流体进入或离开过滤器壳体22，至少一个铸件或端口30从过滤器头24的壁或部分23延伸。尽管端口30被示出为过滤器头24的一部分并且从过滤器头24延伸，但是应当理解，过滤器组件20可以具有过滤器主体(例如过滤器头24和/或过滤器壳体22)，以及端口30可以从过滤器组件20的其他区域(例如过滤器主体)延伸。
端口30可以是流体入口或入口端口或流体出口或出口端口，以便允许流体分别流入过滤器组件20中以待过滤或在过滤后从过滤器组件20流出。端口30可以可选地是过滤器头24的一部分。端口30的最外端34与配件40连接(例如，如图10A所示)，其连接到过滤***部件26。如图15所示，端口30包括远端区域33和近端区域37。端口30的远端区域33是端口30的最靠近(并且包括)端口30的最外端34的区域，并且端口30的近端区域37是端口30的进一步远离最外端34(相对于远端区域33)并且更靠近整个过滤器组件20中心区域的区域。端口30的近端区域37的内径39小于端口30的远端区域33的内径35。
如图15中进一步所示，端口30限定孔口、通道、孔、钻孔、腔或通路32，以便为流体提供流入或流出过滤器壳体22的区域。通路32从端口30的最外端34延伸，穿过端口30的远端区域33，穿过端口30的近端区域37，并进入过滤器组件20的中心区域(如图8所示)。
如图12A、13A和15所示，端口30包括在通路32内的唇缘或凸缘36，其将内部或近端区域37与外部或远端区域33分开。凸缘36至少部分地围绕端口30的内圆周延伸并向内延伸到通路32的中心，使得端口30的近端区域37的内径39小于端口30的远端区域33的内径35。
如图8所示，过滤器组件20还包括联接、连接或附接到端口30至少一个钻孔、腔或配件40。每个端口30与配件40配对，以允许端口30流体连接或附接到过滤***部件26(例如管道)、另一装置或部件、或穿过每个配件40的管，使得流体可以进入过滤器组件20或从过滤器组件20离开。配件40可以是入口或入口配件或出口或出口配件，这取决于配件40连接到哪个端口30。配件40可以是库存或标准的现成配件，其可以相对较小。如图8-9和11A-11B并且如图10A、12A、13A和14所示，各种不同类型的配件40可以用在过滤器组件20内并与扩散器50结合使用。
配件40在配件第一出口点、入口或端部44与配件第二出口点、入口或端部46之间沿流体流动方向68延伸。配件40限定孔口、通道、孔或通路42，其从配件第一端44延伸到配件第二端46，以便提供流体沿配件40的整个长度内的流动区域。如图8所示，配件40的配件第一端44***(并穿过)端口30的通路32的远端区域33中的最外端34，使得配件第一端44附接到端口30并且是定位在端口30的远端区域33内。配件40的配件第二端46从端口30伸出并连接或附接到过滤***部件26。根据一个实施例，配件第二端46***过滤***部件26中。
如图10A所示，配件40包括通路42内的唇缘或凸缘48。凸缘48至少部分地围绕配件40的内圆周延伸并且向内延伸到通路42中。凸缘48将配件40的通路42在配件第一端44处的较小内径45与配件第二端46处的较大内径47之间过渡和分开。因此，配件第一端44处的内径45小于配件第二端46处的内径47。应当理解，配件第一端44处的内径45和配件第二端46处的内径47指的是配件40的区域的内径，其不是倒角、倾斜或成角度边缘的一部分。
配件40可以以各种方式附接到端口30。例如，如图8所示，配件40通过螺纹附件连接到端口30。因此，配件40拧入端口30中。为了装配在端口30内，配件40的外径(具体地，沿着具有较小内径45的配件40的区域)的尺寸被设定成适合通路32内的端口30的内径(特别是在端口30的远端区域33内)。因此，配件第一端44的喉部或内径45(和外径)比端口30的远端区域33中的内径35更小或更收缩。
配件40的部分的长度(其外径小于端口30的远端区域33的内径35，例如，配件40配合在端口30内的部分)比端口30的远端区域33的长度短。因此，如本文进一步所述，在配件40的第一配件端44和扩散器50装配在内的端口30的凸缘36之间沿着端口30的长度存在间隙。在端口30内没有扩散器50的情况下，当进入的流体从配件40的第一端44径向向外移动到端口30的远端区域33中并且径向地向内经过凸缘37并进入端口30的近端区域37(或反之亦然，输出流体沿相反方向流动)时，流体流的直径突然增大和减小。虽然配件40没有足够远地延伸到端口30中以邻接端口30的凸缘36，但是配件40的内径45也小于端口30的近端区域37的内径39。
扩散器
过滤器组件20还包括可定位在端口30的通路32内的***件或扩散器50。扩散器50与端口30和配件40一起使用、连接或集成，以限制和引导流体在扩散器50的较小的第一内径64和较大的第二内径66之间(并且因此在配件40和端口30的近端区域37之间)流动。当流体在配件40和端口30之间流动时，扩散器允许流体以受控的方式通过扩散器50的内锥形中空区域52更缓慢地膨胀(或收缩)。因此，扩散器50减小压力的变化，这减少了过滤器组件20内的流体的压力损失或压降，并且恢复了由于配件40内径45(相对于端口30的内径35、39)必须更小否则将损失的流体的动态压力或速度中的至少一些。
扩散器50过渡配件40的相对较小的内径45与端口30的相对较大的内径39之间的大部分流体，这最小化或减小了动态压力损失。该配置还最小化或完全防止流体流进入端口30的大内径35，这进一步最小化或减小动态压力损失。
如图10A所示，扩散器50包括内表面51和外表面53。内表面51限定扩散器50的孔口、通道、孔、通路或内锥形中空区域52。因此，扩散器50是锥形扩散器并且具有中空圆锥形状，如图10B、12B和13B所示。内锥形中空区域52在内锥形中空区域第一入口或端部54与内锥形中空区域基部或第二入口或端部56之间沿着流体流动方向延伸。因此，内锥形中空区域52或者锥形地收缩或者锥形地扩展内锥形中空区域第一端54和内锥形中空区域第二端56之间的流体流动。
扩散器50的内表面51在内锥形部分中空区域第一端54和内锥形中空区域第二端56之间以非零的恒定角度(相对于流动的方向68)和基本笔直、不间断的线(围绕扩散器50的整个内圆周)延伸(除了根据一些实施例的扩散器50的任一端处的任何曲率、倒角或锥形)。因此，如图(例如)10B所示，内锥形中空区域52的内锥形中空区域第一端54处的扩散器50的第一内径64小于内锥形中空区域52的内锥形中空区域第二端56处的扩散器50的第二内径66。可以理解的是，内锥形中空区域第一端54处的第一内径64和内锥形中空区域第二端56处的第二内径66指的是内锥形中空区域52的区域的内径，其并非倒角、倾斜或倾斜边缘的一部分。
内表面51的角度可以由端口30和配件40的相对内径、期望的性能以及端口30的凸缘36与配件第一端44之间的距离确定。取决于内表面51角度的扩散器50性能，在低损耗系数或K系数下是最佳的，其中压力变化(dP)＝k*P动力。例如，如果K系数为1时，所有流体速度都会丢失。如果K系数为0，则不会丢失任何流体速度。图16描绘了具有不同角度的内表面的扩散器的K系数，其中流体在扩散器内从具有小直径的通路移动到具有大直径的通路。如果扩散器50的内表面51的角度过于突变，则扩散器50可能停止或阻碍流体流动。如图16所示，具有5-15°角度的内表面51提供最低的K系数。
因此，扩散器50的内表面51的角度可以在大约5到20°之间。根据另一实施例，内表面51的角度在大约5到15°之间。根据其他实施例，内表面51的角度约为7°或约10°(如图12A所示)。
扩散器50***并附接到端口30和/或配件40。根据一个实施例，扩散器50的至少一部分定位在端口30的凸缘36和配件第一端44之间的端口30的通路32内的远端区域33中。因此，扩散器50的最大外径小于端口30的远端区域33中的内径35，使得扩散器50安装在端口30的远端区域33内。如本文进一步所述，整个扩散器50(如图10A所示)，或仅仅是扩散器50的一部分(如图12A和图13B所示)定位在端口30的凸缘36和配件第一端44之间。根据一个实施例，内锥形中空区域第二端56处的外径大于端口30的近端区域37的内径39，使得扩散器50不位于端口30的近端区域37内。根据一个实施例，扩散器50不在过滤器元件27的中空内部21内。
扩散器50直接固定到端口30和/或配件40，如本文进一步描述的。例如，图10A-10B示出了过滤器组件20内的扩散器50如何仅固定到端口30，而图12A-12B和图13A-13B示出了扩散器50如何仅固定到配件40。
流体在端口30和配件40之间流动时，为了促进流体的平稳流动并在控制流体的膨胀或收缩，扩散器50逐渐地使流体流在配件40的较小的内径45和端口30的较大内径39之间转变，如图9、10A、11A-11B、12A、13A和14所示。因此，内锥形中空区域第一端54处的第一内径64在配件第一端44处大致等于(或略大于或小于)内径45。另外，内锥形中空区域第二端56处的第二内径66小于端口30的远端区域33的内径35，并且大约等于(或略大于或小于)端口30的近端区域37的内径39。
根据如图10A-10B和13A-13B所示的一个实施例，内锥形中空区域第一端54处的第一内径64基本上等于配件第一端44处的内径45并且内锥形中空区域第二端56处的第二内径66基本上等于端口30的近端区域37的内径39，以防止流体流动的任何突然或骤然的膨胀或收缩。通过向扩散器50提供进入和离开的恒定直径，使流体流动的面积损失最小化，这使动态压力损失最小化。
然而，如图8和11A-11B所示，内锥形中空区域第一端54处的第一内径64略大于配件第一端44处的内径45。如图12A-12B所示，内锥形中空区域第一端54处的第一内径64小于配件第一端44处的内径45。
此外，如图8-9和11A-13B所示，内锥形中空区域第二端56处的第二内径66略小于端口30的近端区域37的内径39。应当理解，内锥形中空区域第二端56处的第二内径66可略大于端口30的近端区域37的内径39。
如图9-13B所示，根据期望的设计，扩散器50可以具有各种不同的配置和部件。
如图10A-10B所示，扩散器50构造成***或压配入端口30的通路32中。内锥形中空区域第一端54处的第一内径64近似等于配件第一端44的内径45，并且内锥形中空区域第二端56处的第二内径66近似等于端口30的近端区域37的内径39，以在配件40、扩散器50和端口30之间的流体流动提供平滑过渡。
根据如图10A-10B中所示的一个实施例，扩散器50的长度的尺寸设计成安装在端口30的凸缘36和配件第一端44之间。因此，扩散器50的长度近似等于端口30的凸缘36与配件第一端44之间的距离，使得整个扩散器50定位在端口30的凸缘36和配件第一端44之间,并且扩散器50不延伸到配件40的内径45中或延伸到端口30的近端区域37中。
扩散器50的长度可略小于端口30的凸缘36与配件第一端44之间的距离，以便在内锥形中空区域第一端54和配件第一端44之间形成小空间或间隙78，如图10A所示。因此，当配件40***端口30的通路32的最外端34并且完全附接到端口30时，配件40在附接期间不会将扩散器50压靠在凸缘36上。
根据所示的各种实施例，例如，在图10A-10B和11A-11B所示，扩散器50包括第一圆周环58。可选地或另外地，扩散器50可以可选地包括第二圆周环59，如图11A-11B所示。第一环58和第二环59围绕扩散器50的外表面53的整个外周径向向外延伸，并且可以具有比扩散器50的其他部分更大的外径。第一环58和第二环59的外径小于端口30的远端区域33的内径35并且大于端口30的近端区域37的内径39，使得扩散器50(包括第一环58和第二环59)安装在端口30的远端区域33内，但是不安装在端口30的近端区域37内。第一环58和第二环59的外径可以基本相等。第一环58和第二环59都可以压配合到端口30的通路32中。
第一环58和第二环59沿着扩散器50的长度定位。更具体地，第一环58定位在内锥形中空区域第二端56处。因此，第一环58的一侧直接邻接端口30的凸缘36，这防止扩散器50进一步移动到端口30中。第二环59可以定位在扩散器50的中间区域中或者定位在扩散器50的内锥形中空区域第一端54上，使得第二环59沿着扩散器50的长度与第一环58间隔开。
如图12A-12B所示，扩散器50的一部分在配件第一端44处装配在内径45内。因此，扩散器50***或压配合到通路42的配件第一端44中，并且配件40也附接到端口30。
扩散器50包括凸缘或延伸部72，其围绕扩散器50的外表面53的外周径向向外延伸，并且定位在扩散器50的内锥形中空区域第一端54附近。延伸部72的外径大于在配件第一端44处的配件40的内径45，但是小于端口30的远端区域33的内径35，使得延伸部72不适合在配件40内但确实可以安装在端口30的远端区域33内。延伸部72有助于最小化由扩散器50的材料厚度引起的进一步的收缩损失。
为了安装在配件第一端44内，扩散器50的内锥形中空区域第一端54包括唇缘74，唇缘74沿长度方向(即，沿着扩散器50的长度)延伸超过延伸部72。在扩散器50包括唇缘74的实施例中，内锥形中空区域第一端54位于唇缘74的端部(在唇缘74的与延伸部74相对的一侧)。如图12A所示，内锥形中空区域第一端54的唇缘74的外径小于配件第一端44处的内径45，使得扩散器50的内锥形中空区域第一端54在配件40的配件第一端44处安装进、延伸进入并且可以***通路42中。
图12A-12B中的扩散器50的长度尺寸设计成，当配件40与端口30接合时，内锥形中空区域第二端56和扩散器50的延伸部72安装在端口30的凸缘36和配件第一端44之间。延伸部72直接邻接配件第一端44，并且内锥形中空区域第二端56恰好在到达端口30的凸缘36之前终止。因此，扩散器50在流入较大的通路(例如，端口30)之前恢复最大可能的动态压力。
如图13A-13B所示，扩散器50构造成部分地卡扣配合到配件40的通路42中。因此，扩散器50包括至少一个按扣或突出部76，其在(扩散器50的)长度方向上延伸超出延伸部72并延伸超出内锥形中空区域第一端54，该内锥形中空区域第一端54远离内锥形中空区域第二端56。突出部76构造成在配件40的配件第一端44处延伸并***通路42中，然后与配件40的通路42(例如凸缘48)的一部分或端部卡扣配合，从而将扩散器50直接附接并固定到配件40。突出部76可以延伸到配件40的凸缘48或与配件40的凸缘48卡扣配合。配件40仍然可以附接到端口30。如图13B所示，扩散器50包括两个突出部76，它们围绕扩散器50的内周边基本上彼此相对。然而，应该理解，扩散器50可包括任何数量的突出部76。
图13A-13B的扩散器50的长度尺寸设计成，使得内锥形中空区域52在端口30的凸缘36和配件第一端44之间延伸。内锥形中空区域第一端54和扩散器50的延伸部分72与配件第一端44齐平或邻接，而内锥形中空区域第二端56与端口30的凸缘36齐平或邻接。
如图9所示，过滤器组件20可包括两个端口30。例如，端口30中的一个可以是入口端口82，而另一个端口30可以是出口端口86。端口82、86中的每一个可以具有扩散器50和配件40，其中每个配件40连接到过滤***部件26。为了提供流体的平滑收缩或膨胀，入口端口82中的扩散器50是入口扩散器84，并且出口端口86中的扩散器50是出口扩散器88。
入口扩散器84的内锥形中空区域第二端56处的内表面51(例如，入口扩散器84的出口)处于基本笔直的一致角度，以允许当流体从入口扩散器84流入端口30的通路32时流体顺畅地流动和扩展。在出口扩散器88的内锥形中空区域第二端56处的内表面51(例如，进入出口扩散器88的入口)向外弯曲、倒角或逐渐变细，以允许流体从端口30的通路32流入出口扩散器88(而不是流体流突然收缩)时流体顺畅地流动和收缩。
可选地或另外地，应理解，过滤器组件20可具有一个以上的入口端口82(具有入口扩散器84)和/或多于一个的出口端口86(具有出口扩散器88)。还应理解，入口扩散器84可以在出口端口86内使用，出口扩散器88可以在入口端口82内使用。
扩散器50是单独的“追加”部件，其可以利用现有端口30和现有配件40改装到现有过滤器组件20中。因此，扩散器50可以与各种不同类型的现成标准配件40结合使用，并适应各种不同的配置。无论配件40的具体类型如何，扩散器50都可以适于减小过滤器组件20内的压力变化。扩散器50可以可选地根据特定或单独的过滤器组件20设计和制造，因为过滤器组件20可以各自具有不同的相对尺寸或可用空间。
扩散器50可以由各种不同的材料构成，包括但不限于模制塑料。然而，应该理解，扩散器50可以是机加工的、压铸的或冷成型的合金。
收缩环
如图14所示，过滤器组件20还可包括定位在配件40的通路42内的附加部件，例如收缩环90。收缩环90包括成角度的、倾斜的或倒角的边缘92，以在配件第二端46处的较大内径47与配件第一端44处的较小内径45之间逐渐改变配件40的内径。收缩环90的倒角边缘92在较大内径47和较小内径45之间在配件40的通路42内提供平滑过渡，特别是在流体从配件40流到端口30时。在没有收缩环90的情况下，配件40在凸缘48处的较大内径47和较小内径45之间具有突然且急剧的过渡。利用收缩环90，配件40的内径在配件40的较大内径47和较小内径45之间逐渐平滑地变化或过渡，这允许流体在配件40的通路42内平滑地流动，同时平滑地收缩(在进入配件40之后(或同时)并且在进入扩散器50之前)或者扩展(在离开扩散器50并进入配件40之后)。流体流动的这种平滑收缩或膨胀进一步减小了配件40的压降。
收缩环90被***或压配入在配件40的区域的通路42的具有较大的内径47的配件第二端46中(在该处，扩散器50的内锥形中空区域52定位更靠近配件第一端44(相比配件第二端46)和具有较小内径45(比较大内径47)配件40的区域)。如图14所示，收缩环90定位在配件第二端46附近或周围，并且直接邻接配件40的凸缘48。收缩环90的外径小于配件第二端46的内径47，以便装配在配件40的通路42内。然而，收缩环90的外径大于配件第一端44的内径45，使得收缩环90不会移过凸缘48。
为了提供从配件40的较大内径47到较小内径45平滑且连续的过渡，收缩环90的收缩环第一端94处的内径大致等于内部配件第一端44的直径45和收缩环90的收缩环第二端96处的内径近似等于配件第二端46的内径47。
计算流体动力学(CFD)模拟
在图17-22中，示出CFD演示、图表、建模或模拟。图17、19和21示出了没有扩散器的过滤器组件120内的CFD模拟(即，图1的过滤器组件120)。图18、20A-20B和22示出了具有扩散器50的过滤器组件20内的CFD模拟(即，图10A-10B的扩散器50)。通过在过滤器组件20内提供扩散器50，CFD模拟显示出可感知的压力恢复。例如，流体流动的压力变化可以减少20％。更具体地，图17示出了没有扩散器的过滤器组件120的CFD模拟，其中压力变化为4.07千帕(kPa)。通过将扩散器50包括在过滤器组件20内，如图8所示，压力变化降低至3.3kPa或更低。
图17和18示出了流体的静压轮廓。如图17所示，过滤器组件120(没有扩散器)具有由配件140的相对小的内径引起的大的静压力损失。图17的过滤器组件在配件140和端口130的整个几何形状上具有大约4.07kPa的损耗，如图17图例中的顶部数字所示。如图18所示，过滤器组件20(具有扩散器50)具有相对较小约3.3kPa的静压损失。因此，扩散器50将压力损失减少大约19％。
图19和20A-20B示出了没有扩散器(图19)的过滤器组件120内的速度幅度的流动流线或路径和带有扩散器50(图20A-20B)的过滤器组件20，其中流体在对称平面上从右向左流动。流动流线表示流体从配件140流到端口130(图19)时的流体速度或从配件40通过扩散器50到达端口30(图20A)的流体速度。在图19和20A-20B中，流体是以约4升/分钟(L/min)粘度为3厘泊(cP)流动的柴油燃料。配件140和40的内径约为5.3毫米(mm)。
如图19所示，流体在流过配件140的相对小的内径时具有高速度。当流体流入端口130的相对大的内径时，流体径向向外扩展到端口130中。如图所示，当流体在端口130内“失速”(stall)或再循环时，流体在端口130内具有相对较低的速度。因此，没有扩散器的过滤器组件120产生高压力损失。
如图20A-20B所示，当扩散器50扩散流体的速度时，流体的流线在扩散器50中平滑地膨胀。如图20B所示，由于扩散器50和配件第一端44之间的间隙78并且在其内部，流体仅具有少量的“失速”(例如，再循环流动)。然而，由于间隙78以及因此的“失速”的量如此之小，因此不会对诸如压力损失的流体流动产生任何显著的不利影响。因此，扩散器50将压力损失减少19-20％，或甚至多达40-50％。
图21和图22还示出了流体的速度幅度的轮廓以及添加扩散器50如何改善过滤器组件20的性能。
应预期本文描述的各种实施方案和部件可以单独使用或彼此结合使用并且可以各种不同的配置使用。
如本文所使用的，术语“约”、“基本上”、“近似”和类似术语旨在具有广泛的含义，与本公开主题涉及的本领域普通技术人员的普通和公认的用法相一致，并且这些术语应被解释为包含相关术语(即，“近似相等”包括“相等”)。阅读本公开的本领域技术人员应该理解，这些术语旨在允许描述和要求保护的某些特征，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应该被解释为表明对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或变更被认为是在所附权利要求书所述的本发明的范围内。
这里使用的术语“联接”、“连接”、“附接”等意味着两个构件直接或间接地彼此连接。这种连接可以是静止的(例如永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的连接可以通过两个构件或者两个构件和任何另外的中间构部件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或者两个构件和任何另外的中间构件相互连接来实现。
本文参考的元件的位置(例如，“顶”、“底”、“上”、“下”等)仅仅用于描述附图中各种元件的方向。应该注意的是，根据其他示例性实施例，各种元件的取向可以不同，并且这样的变化旨在由本公开所涵盖。
需要特别注意的是，各种示例实施例的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了一些实施例，但阅读本公开内容的本领域技术人员将容易地认识到实质上不脱离本文所述主题的新颖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、形状和比例的变化、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件或位置的性质或数量可以改变或变化。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施例而改变或重新排序。各种示例实施例的设计、操作条件和布置也可以在不脱离本发明的范围的情况下进行其他替换、修改、变化和省略。

Claims (24)

1.一种过滤器组件，其特征在于，包括：
过滤器头；
端口，所述端口从过滤器头的一部分延伸并限定流体流入或流出过滤器头的通路；
配件，所述配件在配件第一端和配件第二端之间延伸，配件第一端可附接到端口，配件第二端可附接到过滤***部件；和
扩散器，扩散器可定位在端口的通路内，扩散器包括内表面和外表面，内表面限定内锥形中空区域，所述内锥形中空区域在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间延伸，所述内表面在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间以相对于流动方向非零角度延伸，使得内锥形中空区域第一端处的扩散器的第一内径小于内锥形中空区域第二端处的扩散器的第二内径。
2.根据权利要求1所述的过滤器组件，其特征在于，所述端口包括凸缘，并且其中所述扩散器可定位在所述端口的凸缘和所述配件第一端之间。
3.根据权利要求2所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器包括第一环，其中所述第一环的外径小于所述端口的远端区域的内径并且大于所述端口的近端区域的内径，并且其中端口的远端区域和近端区域被凸缘分开。
4.根据权利要求3所述的过滤器组件，其特征在于，所述第一环直接邻接所述端口的凸缘。
5.根据权利要求4所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器包括第二环，其中所述第二环的外径小于所述端口的远端区域的内径并且大于所述端口的近端区域的内径，并且其中第二环沿着扩散器的长度与第一环隔开。
6.根据权利要求3-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，在所述内锥形中空区域第二端处的所述扩散器的第二内径近似等于所述端口的近端区域的内径。
7.根据权利要求2-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器的长度近似等于所述端口的凸缘与所述配件的所述配件第一端之间的距离。
8.根据权利要求2-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器的长度小于所述端口的凸缘与所述配件的配件第一端之间的距离，使得在所述扩散器的所述内锥形中空区域第一端与所述配件的所述配件第一端之间产生间隙。
9.根据权利要求2-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器的长度大于所述端口的凸缘与所述配件的所述配件第一端之间的距离，使得所述内锥形中空区域第一端延伸进入所述配件中。
10.根据权利要求2-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述端口的远端区域是所述端口的凸缘和所述配件第一端之间的区域，其中所述扩散器的最大外径小于所述端口的远端区域的内径，使得扩散器安装在端口的远端区域内。
11.根据权利要求1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器在所述内锥形中空区域第一端处的所述第一内径近似等于所述配件的所述配件第一端处的内径。
12.根据权利要求1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述内锥形中空区域第一端的外径小于所述配件第一端的内径，使得所述内锥形中空区域第一端延伸到所述配件第一端中。
13.根据权利要求1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器包括围绕所述扩散器的外表面径向向外延伸的延伸部，其中所述延伸部的外径大于所述配件第一端处的所述配件的内径，其中所述延伸部直接邻接所述配件的所述配件第一端。
14.根据权利要求13所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器包括唇缘，所述唇缘沿着所述扩散器的长度延伸超过所述延伸部并且安装在所述配件的所述配件第一端部内。
15.根据权利要求 1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述的扩散器包括至少一个突出部，所述突出部延伸进入所述配件并与所述配件卡扣配合。
16.根据权利要求15所述的过滤器组件，其特征在于，所述突出部延伸超过所述内锥形中空区域第一端并***所述配件中。
17.根据权利要求1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，还包括定位在所述配件内的收缩环，其中所述收缩环包括倒角边缘。
18.根据权利要求17所述的过滤器组件，其特征在于，所述收缩环定位在所述配件第二端附近。
19.根据权利要求1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器允许流体沿着所述扩散器的长度锥形地收缩或锥形地膨胀。
20.根据权利要求1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器仅直接固定到所述端口或所述配件中的一个上。
21.根据权利要求1-5任一所述的过滤器组件，其特征在于，所述端口是流体入口端口或流体出口端口中的一个。
22.一种过滤器组件，其特征在于，包括：
过滤器主体；
端口，所述端口从过滤器主体的一部分延伸并限定流体流入或流出过滤器主体的通路，该端口可附接到配件的配件第一端；和
扩散器，扩散器可定位在所述端口的通路内，扩散器包括内表面和外表面，内表面限定内锥形中空区域，所述内锥形中空区域在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间延伸，所述内表面在内锥形中空区域第一端和内锥形中空区域第二端之间以相对于流动方向非零角度延伸，使得内锥形中空区域第一端处的扩散器的第一内径小于内锥形中空区域第二端处的扩散器的第二内径。
23.根据权利要求22所述的过滤器组件，其特征在于，所述端口包括凸缘，并且其中所述扩散器可定位在所述端口的凸缘和所述配件第一端之间。
24.根据权利要求22或23所述的过滤器组件，其特征在于，所述扩散器包括第一环，其中所述第一环的外径小于所述端口的远端区域的内径并且大于所述端口的近端区域的内径，并且其中端口的远端区域和近端区域被凸缘分开。
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