CN113950576A - 空气滤清器旁通组件和运行方法 - Google Patents

Abstract

一种空气滤清器组件包括预滤清器组件(400)。预滤清器组件包括旁通结构(408)，被操作以使一部分的空气绕过预滤清器组件。旁通结构可由控制器(500)根据至少一个输入信号操作，所述至少一个输入信号对应于车辆速度、车辆发动机速度、车辆发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的空气压降、跨预滤清器组件的空气压降、声级、振级、过滤器元件的变化或清洁频率、过滤器元件变化的总数、过滤器元件的身份、发动机的身份、车辆的身份、通过预滤清器组件或通过过滤器元件的空气流速率以及通过本地接收到的数据或来自气象服务站的数据识别的天气状况参数。

Description

空气滤清器旁通组件和运行方法

相关申请

本申请是2020年3月20日提交的PCT国际专利申请，要求于2019年3月29日提交的美国临时专利申请序列号62/826,357的优先权，该专利申请的全部公开内容以其全文形式被援引加入本文。

技术领域

本发明涉及过滤器结构，通常用于过滤空气，例如内燃机的进气，并且更具体的说涉及包括设置在外壳中的多个部件的过滤器组件以提供希望的过滤能力。

背景技术

在多个系统中希望进行空气或其它气体过滤。通常的应用是过滤对于内燃机的进气。另一个是过滤曲轴箱通风过滤器组件。通常，所述系统包括过滤器组件，其中具有可维修的过滤器滤芯。在使用一段时间后，过滤器外壳中的过滤介质需要或者通过清洁或者整个替换进行维修/维护。通常，对于例如车辆上与内燃机一起使用的空气滤清器或曲轴箱通风过滤器组件，过滤介质容纳在可取出和可更换(即可维修的)部件中，通常被称为过滤器元件或滤芯。在一些应用中，尤其是机器运行在恶劣环境中的情况，可以利用预滤清器组件来从空气流中除去相对大的污染物，以便延长过滤介质的寿命。

发明内容

本发明公开了一种空气滤清器组件和用于运行空气滤清器组件的方法。在一个方面，空气滤清器组件包括外壳，限定入口和出口并且包括在入口和出口之间的检修开口。空气滤清器还包括过滤器滤芯，容纳在外壳中并且覆盖检修开口。空气滤清器还包括预滤清器组件，具有至少一个颗粒分离器(例如，多个分离器管)，并具有旁通组件，允许进气部分绕过分离器管。

还公开了一种运行用于空气滤清器组件的预滤清器旁通系统的方法。所述方法可以包括下述步骤：提供预滤清器组件，所述预滤清器组件包括至少一个颗粒分离器，用于从空气流中分离颗粒；提供旁通组件，其中旁通组件可在第一状态和第二状态之间运行，第一状态对应于其中整个空气流被引导通过至少一个颗粒分离器的状态，第二状态对应于其中至少一部分的空气流绕过至少一个颗粒分离器的状态；在控制器接收至少一个输入用于控制旁通组件，其中至少一个输入信号对应于车辆速度、车辆发动机速度、车辆发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的空气压降、跨预滤清器组件的空气压降、声级、振级、过滤器元件的变化或清洁频率、过滤器元件变化的总数、过滤器元件的身份识别、发动机的身份识别、车辆的身份识别、通过预滤清器组件或通过过滤器元件的空气流速率、以及通过从气象服务站或本地传感器接收到的数据识别的天气情况参数中的一个或多个；并且，根据至少一个输入，通过控制器使旁通组件运行在第一状态和第二状态之间。

在一个示例中，输入包括车辆位置输入，其中当车辆位置输入对应于预定地理位置的内部或外部的位置时，控制器操作旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

在一个示例中，输入包括车辆速度、车辆发动机速度和车辆发动机负载输入的一个或多个，其中当车辆速度、车辆发动机速度和车辆发动机负载的一个或多个超过预定阈值时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

在一个示例中，输入包括对应于跨预滤清器组件和过滤器元件的空气压降的一个或两者的输入，其中当空气压降超过预定阈值或下降到预定阈值之下时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

在一个示例中，输入包括对应于声音输入和振动输入的一个或两者的输入，其中当声音输入或振动输入超过预定阈值或下降到预定阈值之下时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

在一个示例中，输入包括对应于过滤器元件的变化或清洁频率和过滤器元件变化的总数的一个或两者的输入，其中当变化或清洁频率输入或过滤器元件变化的总数输入超过预定阈值或下降到预定阈值之下时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

在一个示例中，输入包括对应于过滤器元件的身份、发动机的身份和车辆的身份的一个或多个的输入，其中控制器根据过滤器元件、发动机和车辆的一个或多个的身份使旁通组件在第一状态或第二状态运行。

在一个示例中，输入包括对应于通过预滤清器组件的空气流速率和通过过滤器元件的空气流速率的一个或两者的输入，其中当空气流速率超过预定阈值或下降到预定阈值之下时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

在一个示例中，输入包括通过从气象服务站接收到的数据识别的天气情况参数，其中当天气情况参数超过预定阈值或下降到预定阈值之下时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

在一些示例中，用于空气滤清器组件的预滤清器组件包括隔墙、由隔墙支撑并伸过隔墙的多个分离器管、以及邻近多个分离器管并在第一位置和第二位置可运行的旁通结构。在第一位置，流过预滤清器组件的空气流沿第一方向以第一比例关系流过旁通区域和多个分离器管的一个或两者。在第二位置，空气流沿第一方向以不同于第一比例关系的第二比例关系流过多个分离器管和旁通区域的一个或两者。

在一些示例中，用于空气滤清器组件的预滤清器组件包括至少一个颗粒分离器，以及可运行在第一位置和第二位置的旁通结构。在第一位置，流过预滤清器组件的空气流沿第一方向以第一比例关系流过旁通区域和多个分离器管的一个或两者。在第二位置，空气流沿第一方向以不同于第一比例关系的第二比例关系流过多个分离器管和旁通区域的一个或两者。在一个方面，空气流通过共同的空气入口在至少一个颗粒分离器和旁通结构被接收。

在一些示例中，与旁通结构第二位置相关的第二比例关系包括所有的空气流流过多个分离器管，而没有空气流流过旁通结构。

在一些示例中，旁通结构包括设置在隔墙中的一个或多个孔。

在一些示例中，旁通结构包括由致动器控制的挡板或门。

在一些示例中，旁通结构包括用于命令致动器的电子控制器。

在一些示例中，控制器接收至少一个输入用于经由致动器控制挡板的位置，其中至少一个输入信号对应于车辆速度、发动机速度、发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的压降、通过预滤清器组件的空气质量流量速率、水分或水的存在、车辆或发动机振动、过滤器变化频率或过滤器变化的数量、过滤器身份、以及发动机或车辆身份的一个或多个。

在一些示例中，流过旁通结构的空气沿着平行于空气流过分离器管的方向的方向流动。

在一些示例中，空气滤清器组件包括具有入口端和出口端的外壳主体，外壳主体限定内腔，设置在内腔中的过滤介质，安装至外壳主体的入口端的预滤清器组件。预滤清器组件可以包括隔墙，由隔墙支撑并伸过隔墙的多个分离器管，以及邻近多个分离器管并可运行在第一位置和第二位置之间的旁通结构。在第一位置，流过预滤清器组件的空气流沿第一方向以第一比例关系流过旁通区域和多个分离器管的一个或两者。在第二位置，空气流沿第一方向以不同于第一比例关系的第二比例关系流过多个分离器管和旁通区域的一个或两者。

在一些示例中，与旁通结构第二位置相关的第二比例关系包括所有的空气流留过多个分离器管，而没有空气流流过旁通结构。

在一些示例中，旁通结构包括设置在隔墙中的一个或多个孔。

在一些示例中，旁通结构包括挡板或门，用于控制流过旁通结构。

在一些示例中，旁通结构还包括控制器，所述控制器接收至少一个输入，用于经由致动器控制挡板的位置，其中至少一个输入信号对应于车辆速度、发动机速度、发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的压降、通过预滤清器组件的空气质量流量速率、水分或水的存在、车辆或发动机振动、过滤器变化频率或过滤器变化的数量、过滤器身份、以及发动机或车辆身份的一个或多个。

在一些示例中，流过旁通结构的空气沿着平行于空气流过分离器管的方向并平行于空气流过过滤介质的方向的方向流动。

附图说明

本发明会结合所附的附图进一步进行解释，其中类似的结构贯穿几个视图由类似的附图标记表示，并且其中；

图1是具有本发明特征的空气滤清器的侧视图。

图2是图1所示空气滤清器的剖视侧视图。

图3是用于操作图1所示空气滤清器的预滤清器的控制系统的示意图。

图4是具有本发明特征的可与图1所示空气滤清器一起使用的预滤清器组件的透视图。

图5是图4所示预滤清器组件的透视图。

图6是图4所示预滤清器组件的端视图。

图7是图4所示预滤清器组件的细粉尘性能的图表表示。

图8是图4所示预滤清器组件的粗粒粉尘性能的图表表示。

图9是图4所示预滤清器组件的初始限制性能的图表表示。

图10是图4所示预滤清器组件的开/关细粉尘性能的图表表示。

图11是图4所示预滤清器组件的开/关粗粒粉尘性能的图表表示。

图12是图4所示预滤清器组件的开/关总性能的图表表示。

图13是根据本发明特征的预滤清器组件的第二示例的示意性表示。

图14是根据本发明特征的预滤清器组件的第三示例的示意性表示。

图15是根据本发明特征的预滤清器组件的第四示例的示意性表示。

图16是具有根据本发明特征的第五示例的预滤清器组件的空气滤清器的示意性表示，其中预滤清器组件处于预清洁模式。

图17是图16所示预滤清器组件处于旁通模式的示意性表示。

图18是具有根据本发明特征的第六示例的预滤清器组件的空气滤清器的示意性表示，其中预滤清器组件处于预清洁模式。

图19是图18所示预滤清器组件处于旁通模式的示意性表示。

具体实施方式

在本文中，描述并示出了示例过滤器组件、过滤器滤芯及其特征和部件。多个特定的特征和部件被详细表征。许多可被应用以提供优势。不过，并没有特定要求不同的各特征和部件应用于具有所有所述特征的整个组件，以便提供本发明的某些益处。

参见图1和2，呈现了空气滤清器组件100。在一个方面，空气滤清器组件100包括外壳102，所述外壳限定内腔104。外壳102可被设置为主外壳106和盖108，当盖108从外壳106移去时，允许进入内腔104。盖108可以利用本领域已知的许多方法或方式固定至外壳106，例如通过过中心销、相互作用凸耳等方式。在一个方面，外壳102包括用于接受未过滤未处理空气的入口110和用于排放干净已过滤空气的出口112。

参见图2，示出第一过滤器滤芯200、第二过滤器滤芯300和预滤清器组件400在外壳102的内腔104中。这些部件共同将在入口110处接收的未过滤空气转换成干净已过滤的空气传送至出口112。

在一个方面，第一过滤器滤芯200大体可设置在预滤清器组件400和第二过滤器滤芯300之间。在通常的结构中，第一过滤器滤芯200可取出地设置在空气滤清器组件内腔104中，并且通常会被视为根据需要和/或必要可取出和可更换的维修部件。在一个方面，第一过滤器滤芯200包括介质包202，具有用于接收来自预滤清器组件400的预清洁的空气的入口流面204和用于传送已过滤空气的出口流面206。在所示的示例中，介质包202具有圆形的截面形状。不过，其它形状是可行的，例如长圆形、卵形和矩形截面形状。在一个方面，介质包202限定在入口流面204和出口流面206之间延伸的外周边208。在所示的示例中，介质包202由卷绕的介质构造形成，例如，介质构造具有槽纹(通常波纹)介质片材和表面介质片材一起限定平行的槽纹以形成槽纹的或z-过滤介质构造。介质包202的合适介质构造在‘介质类型和结构’部分中有更为详细的讨论。在一个方面，过滤器滤芯200包括密封件210，所述密封件抵靠外壳102的内表面形成密封，使得通过内腔的所有空气必须穿过介质包202。

在一个方面，第二过滤器滤芯300大体可设置在出口112和第一过滤器滤芯200之间。在通常的结构中，第二过滤器滤芯300可取出地设置在空气滤清器组件内腔104中，并且通常会被视为根据需要和/或必要可取出和可更换的维修部件。在一个方面，第二过滤器滤芯300包括介质包302，具有用于接收来自第一过滤器滤芯200的空气的入口流面304和用于传送已过滤空气至出口112的出口流面306。在所示的示例中，介质包302具有圆形的截面形状。不过，其它形状是可行的，例如长圆形、卵形和矩形截面形状。在一个方面，介质包302限定在入口流面304和出口流面306之间延伸的外周边308。在所示的示例中，介质包302由褶状介质形成。介质包302的合适介质构造在‘介质类型和结构’部分中有更为详细的讨论。在一个方面，过滤器滤芯300包括密封件310，所述密封件抵靠外壳106的内表面形成密封，使得通过内腔的所有空气必须穿过介质包302。

参见图2和3，预滤清器组件400示出为两级空气滤清器组件，并包括多个分离器管结构402。预滤清器组件400可用于在空气到达设置在里面的第一过滤器滤芯200之前预清洁由空气流携带的进入空气滤清器组件100的选定的物质(污染物)。所述预清洁一般导致基本除去液体颗粒(例如雨水或飞溅的水等)和/或各种(尤其是较大的)粉尘或其它颗粒。在所示的示例中，由预滤清器组件400除去的污染物可以通过伸过外壳102的排出口114从内腔104排出。在一些示例中，预滤清器组件400包括一部分的检修盖108。

在所示的示例中，预滤清器组件400包括两个壳或盖部件彼此固定：外(入口)盖部分404和内(出口管)盖部分406。在本文所表征的一些应用中，部件404、406卡扣配合或以其它方式固定在一起，但被设置成可分离以便于清洁。不过，在本文所表征的技术的一些应用中，两个盖或壳部件404、406可以在组装期间固定在一起，并且不再分离。

如前文所述，预滤清器组件400可设置有多个分离器管结构402。如在图3中最容易看到，每个分离器管结构402可设置有入口端402a和出口端402b。接近入口端402a处，每个分离器管结构402设置有叶片结构402c，位于沿朝向出口端402b的方向延伸的入口流管402d中。如所呈现的，叶片结构402c和入口流管402d一体形成在外盖404内。不过，这些部件可以可替换的单独提供并随后附接至外盖404，例如通过压配。在所呈现的示例中，入口内盖406包括从管板402f伸出的多个出口流管402e。每个出口流管402e朝向入口端402a伸出并且部分接收入口流管402d，其中环状部分或间隙402g存在于入口流管402d和出口流管402e之间。

预滤清器组件400的一般作业同样是分离进入空气滤清器组件100的物质(污染物)，允许通过外壳102中的出口端114排出。这阻止了某些物质到达容纳在内部的过滤器滤芯部件(例如，过滤器滤芯100、200)。一般，每个管402通过内部进行的离心分离污染物运行。为了实现这个目的，进入入口端402a的空气通过叶片结构402c的叶片被大体引导成气旋模式。由于这个操作，污染物被迫抵靠入口流管402d并最终通过端口114排出。由于出口流管402e的入口端位于入口流管402d的出口端内，能够被分离和被迫抵靠入口流管402d的内壁的污染物不能进入出口流管402e。管板402f阻挡内盖406和空气滤清器组件100的下游部分之间的空气流，使得由空气分离器管402分离的所有空气必须被引导通过出口流管402e。可与本文所述系统一起使用的示例性分离器管结构示出并披露于申请日为2015年12月23日的PCT国际专利申请公开号WO2016/105560，该专利文献的全部内容在此被援引加入本文。存在替换的结构。

尽管引导空气通过分离器管402对于分离污染物是有用的，在随着空气穿过分离器管402而导致的压降方面存在运行代价。如此，使用预滤清器组件400一般降低燃料效率和发动机性能。为了弥补这些运行代价的一些，在不必要以全部空气流通过分离器管402所实现的水平来分离污染物的情况，预滤清器组件400还设置有旁通结构408。在一个方面，旁通结构408包括旁通通道410，允许空气从入口110通向第一过滤器滤芯200，而不通过分离器管402。在所示的结构中，旁通通道410平行于由分离器管402限定的空气流路经，并且轴向与进入入口110的空气对准。如此，空气可以穿过旁通通道410而不在入口110和介质包202的入口流面204之间改变方向，并因此使通过旁通通道410的压降最小。如此，旁通通道410可被表征为设置与分离器管402平行。

在一个方面，挡板412设置在旁通通道410内，并且可操作在打开位置和闭合位置之间，其中在打开位置，空气流可以通过旁通通道410；并且其中在闭合位置，空气流被阻挡流过旁通通道410。当挡板412处于打开位置或至少不在闭合位置时，进入入口110的空气通过旁通通道410并因而降低了通过分离器管402的空气流。流过分离器管402和旁通通道410的空气的比例是挡板412的位置和由挡板412通过旁通通道410引起的相对压降的函数。因此，流过分离器管402的空气流相对于流过旁通通道410的空气流的希望比例可由挡板412的位置控制。当挡板412处于完全闭合位置，没有空气流可以流过旁通通道410，使得所有进入入口110的空气必须通过分离器管402。尽管示出了挡板412，可以采用控制空气流通过旁通通道410的其他设备。例如，可以使用门类型结构。

在一个示例中，挡板412的位置经由致动器414控制。不过，希望指出，可以省略致动器，并且挡板412设定在固定位置，其中不希望改变或进一步控制通过旁通通道和分离器管402的空气流的比例。在一个示例中，致动器414可以是机械致动器，连接至操作者接口/界面，例如连接臂、杆或按钮，使得操作者可以物理移动挡板到希望位置。致动器414还可以是通过使用输入设备由机械链接、气动或液压控制的机械致动器(例如，空气滤清器限制真空连接至气动致动器)。在所述结构中，操作者可以通过输入启动挡板412的移动，或者挡板412可以通过具有合适机电接口存在的控制器移动。在图3所示的示例中，致动器414电动致动器，经由链接连接至挡板412。在所述应用中，致动器414可以是机动致动器或基于电磁的致动器。在所示的示例中，致动器414通过命令致动器414至希望位置的电子控制器500进行控制。

继续参见图3，电子控制器500示意性地示出为包括处理器500A和非瞬态存储介质或存储器500B，例如RAM、闪存或硬盘。存储器500B用于存储可执行代码，工作参数，以及来自操作者用户界面502的输入，而处理器500A用于执行代码。电子控制器还示出为包括传输/接收端口500C，例如以太网端口，用于与自动化系统有关的与WAN/LAN的双向通信。用户界面502可被设置以激活系统和使系统停用，允许用户操纵某些设定或输入至控制器500，并且查看关于系统操作的信息。

电子控制器500通常包括至少一些形式的存储器500B。存储器500B的示例包括计算机可读介质。计算机可读介质包括任何可由处理器500A访问的可用介质。举例来说，计算机可读介质包括计算机可读存储介质和计算机可读通信介质。

计算机可读存储介质包括挥发性和非挥发性、可移动和不可移动介质，实施在任何设备中，所述设备被设置成存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据。计算机可读存储介质包括但不限于随机访问存储器、只读存储器、电可擦可编程只读存储器、闪存或其它存储器技术、光盘只读存储器、数字多用盘或其它光存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁性存储设备、或可用于存储希望的信息并可由处理器500A访问的任何其它介质。

计算机可读通信介质通常体现计算机可读指令，数据结构，程序模块或已调制数据信号的其它数据，例如载波或其它传送机制并包括任何信息传输媒介。术语“已调制数据信号”是指具有一个或多个其特征集或以编码信号中的信息的方式改变的信号。举例来说，计算机可读通信介质包括有线媒介例如有线网络或直接有线连接，以及无线媒介例如声音、射频、红外和其它无线媒介。任何上述的组合也包括在计算机可读介质的范围内。

电子控制器500还示出为具有多个输入/输出，可用于操作预滤清器旁通组件408。例如，如前文所述，挡板致动器414可以从控制器500接收输出504。可由控制器500接收的输入或可操作参数506的示例是车辆速度506a、发动机速度506b、操作者接口/界面信号506c、车辆位置506d(例如，经由集成的GPS单元或经由车辆GPS单元的GPS位置输入)、差压信号506e(例如，跨过滤器滤芯100)、水存在信号506f、车辆、发动机或空气滤清器组件振动信号506g(例如，加速计输入)、过滤器滤芯变化或清洁频率506h、过滤器滤芯身份506i、发动机身份506j、空气流速率506k、经由声音传感器的声级506m(用作振动的指标/代替)、和/或经由颗粒传感器的空气质量输入506n(例如，激光实时光学粒子计数器)。控制器500还可包括额外的输入和输出，用于预滤清器旁通结构和相关系统的希望操作。例如，可以包括关于天气数据的额外输入传感器，例如，温度传感器、湿度传感器、气压传感器、水分或雨传感器、风向和速度传感器、云侦测器、和/或日照辐射传感器，与控制器500通信。在一些示例中，电子控制器500是独立的控制器，与车辆控制器例如通过CANBUS网络进行通信。在所述情况，除了已经讨论的外，控制器可以利用的额外车辆信息可用作对控制器的输入，例如，车辆油耗表现。在一些示例中，车辆控制系统充当电子控制器500。

在可操作结构的一个示例中，致动器414是通过有关车辆或机器的位置的输入(例如，输入506d)控制的。位置输入506d可以提供关于车辆或机器所处环境的指示。例如，对应于公路(例如高速公路)位置的位置输入506d会提供进气相对清洁的指示，而对应于越野路面位置的位置输入506d会提供进气相对充满污染物的指示。此外，一些地理区域或地理位置与其它地理区域或地理位置相比可能与相对更为充满污染物的空气有关。因此，在位置输入506d表示相对清洁环境的地方，致动器414可以将挡板设置到打开位置，使得一些进气可以绕过分离器管402并因而提高发动机效率。在一个示例中，位置输入506d可以与日期输入结合使用，以识别何时特定区域的气候可能与较高污染物水平有关(例如，可以通过将特定地理区域与一年的某些日或月相关联来识别潜在高污染物情况(例如，以识别高花粉状况)。

许多其它实施例和控制结构是可行的。例如，车辆速度(例如，通过GPS的mph)输入506b和/或发动机速度或负载输入506b可用于推断是否存在较高或较低污染物状况。在一个示例中，发动机速度或负载输入506b用于命令挡板412经由致动器414打开，以降低当发动机处于高负载和/或高速度时来自空气滤清器100的寄生损失。在一个示例中，差压输入506e可以推断预滤清器、过滤器滤芯100和/或过滤器滤芯200的当前可操作状况，由此可以命令致动器414打开挡板412，在流速率为高时通过降低对朝向使用寿命末期的预滤清器限制贡献延长操作窗口。此外，系统也可以监控跨过滤器的压降的变化率以识别旁通工作的状态。在一个示例中，在预滤清器充当水分离器时，可以使用水分或水存在传感器输入506f。在所述情况，水分传感器输入506f可用于设定旁通流，使得通过分离器的流动被优化以便除去水。在一个示例中，空气质量流量率输入506k可用于在空气流速率为高时通过打开挡板412延长操作窗口，通过降低朝向使用寿命末期的预滤清器限制贡献延长操作窗口。在一个示例中，空气流速率可以与通过空气滤清器的压降或限制相关，从而可以使对于流量的限制正常化，以找到系统损失系数，其随后可监控改变率以推断进入过滤器的污染物负载，随后可被用于调整预滤清器旁通流量(例如，低改变率等于允许更多的旁通)。在一个示例中，振动或加速计输入506g可用于推断机器或车辆的运行状态(例如，高振动可能与越野用途和环境相关，而低振动可能与公路用途和环境相关，并从而控制挡板412的位置)。类似的，声传感器输入506m可用于估计振动，用于相同目的。控制器500还可通过输入506h监控过滤器滤芯100的安装和取出周期的数量。当过滤器滤芯100频繁被清洁，通过打开旁通挡板412可以减少预滤清器使用量，可以激励改变元件并降低对系统的限制(并改进油耗表现)，其中过滤器滤芯100被频繁清洁(例如，每天)而不管过滤器滤芯100的状况。通过输入506i的过滤器滤芯100的身份还可用于确定安装的过滤器滤芯的类型，从而相应调整挡板412的位置。例如，挡板412可被控制用于对某些元件(例如，Donaldson non-ultraweb元件)进行低初始预清洁(即，挡板412打开)，以减少在初始低效状态元件所花的时间，或对非原装元件进行低初始预清洁，以减少对于较低质量或不适当匹配元件所花的时间。这种类型的控制可以基于来自较低效率分离器的粉尘会由于颗粒大小更易于被主元件(例如，过滤器滤芯100)捕获的观点，因而减少通过主元件的物质。在一个示例中，输入506i可以是过滤器元件上的RFID标签，由控制器500读取。系统还可以具有空气质量传感器的输入506n，以测量空气中颗粒水平，从而在测量到高水平的污染物时可以启动预清洁并在空气中颗粒处于低水平期间可以启动旁通操作。

在一些可操作结构中，致动器414以渐进式方式操作挡板412的位置。在一个示例中，挡板412可以具有多个离散设定，如由操作者直接设定(例如，“脏”、“混合”和“干净”设定)。上述输入还可以与控制器500内的预定阈值集进行比较，以在固定的水平值(例如，“脏”、“混合”、“干净”设定)之间进行选定，以便设定旁通挡板412的位置。在一个示例中，挡板412的旁通位置可以根据利用上述输入的公式(例如，旁通％＝a*车辆速度-b)进行计算。使用空气滤清器的特征还可用于确定旁通量和触发水平。例如，预滤清器效率可以相对减少旁通的额外限制进行绘制。通过使用所述的映射图，相比于对于递增的额外限制效率只少量减少的系统，对于递增的额外限制效率损失大的系统会希望稍晚触发或处于较干净的环境。渐进式旁通还可用于“调整”总体系统。例如，给定的公路卡车模式可能具有四个不同的发动机选项，以及被视为轻型载重卡车或重型载重(职业)卡车的可能性。所有这些卡车仍会使用相同的空气滤清器，并且更为极端的那些应用相比于具有较轻负荷或不严重的环境的那些应用会看到更低的性能。具有可调的预滤清器可以对准性能差异并可能影响如何从头设计空气滤清器。在所述情况，发动机身份输入506j可用于该确定。在一些示例中，致动器414是完整调制致动器，可以将挡板412放置在任何希望的部分打开/关闭位置。

在一些示例中，控制器500和/或与控制器500通信的车辆控制系统可被设置成具有无线接收器/发射器500C，以便能够在控制器500和其它系统之间远程通信。通过所述设置，控制器500可适应以接收其它信息或数据，用于控制旁通致动器414。在一个示例中，控制器500可被设置成通过云600接收实时和预测天气数据API，并然后在对应于低颗粒物质或较高空气质量状况(例如，低花粉，粉尘，等等)的天气和大气状况期间操作旁通致动器414。不过，如前文相关所述，大气或天气状况也可以从车辆上的本地传感器评估。例如，可以通过来自温度传感器、湿度传感器、气压传感器、水分或雨传感器、风向和速度传感器、云侦测器、和/或日照辐射传感器的输入确定大气或天气状况，与控制器500进行通信。在一些示例中，控制器500可以利用本地接收到的大气和天气数据(通过传感器)和远程接收到的大气和天气数据来控制旁通结构408。

在一个方面，也可以设置无线接收器/发射器500C与远程系统700(例如，服务器700A和数据库700B)进行通信，所述远程系统可被设置成执行前文所述归于控制器500的一些或所有所提到的逻辑功能。控制器500还可以发送当前或录制的操作数据给远程系统700，用于存档。控制器500和远程系统700还可被设置成允许存储在控制器500上的控制算法通过远程服务器700实施和/或更新。在一个示例中，可以设置远程系统700与多个控制器500进行通信，从而可以同时监控和评估多个系统的性能。远程系统700可以使用单独或集合的控制器数据以优化控制算法和/或控制器500所用的操作设定点。在一个示例实施例中，一车队操作者可以开发操作策略，通过远程系统700推向车队内所有车辆的控制器500。一个示例策略是对于所有车辆旁通结构408被设定到旁通模式(即，第一挡板位置)，直到旁通模式被否决。策略可以包括在某些情况下(例如，如前文所述)使控制器否决旁通模式进入预滤清器模式(即，第二挡板位置)的指令，和/或可以包括远程否决，使得车队操作者能够根据识别的状况选择性地将预滤清器组件置于预滤清器模式，使得关闭旁通是有利的(例如，预测尘暴、车队车辆的使用改到更为布满灰尘的环境，等等)。远程系统700还可被设置成向车队所有人提供与车辆相关的每个旁通结构的当前操作状态并向车队所有人提供直接否决由控制器500命令的旁通结构408的位置的能力。

参见图4-6，示出物理示例预滤清器组件400，具有限定内腔418的外壳壁416。在本示例中，设置了17个分离器管402，同时邻近分离器管402设置带有挡板412的单个旁通通道410。不过，可以使用更少或更多的分离器管402。也可以使用多于一个的旁通通道410。在所示的示例中，外壳壁416是圆形的，而旁通通道410和挡板412被成形为圆形的一部分。不过，其它形状是可行的，例如长圆形、卵形和矩形截面形状。

参见图7-12测试数据，使用图4-6所示的预滤清器组件400。使用旁通组件的意料不到但关键的方面是，尽管旁通组件打开，相对于基线状况(例如，没有预滤清器的系统)，仍得到具有相对最小限制的显著预滤清器效率。例如，测试结果显示允许一些空气通过旁通组件降低了跨预滤清器的压降，降到只有0.6英寸水柱(w.c.)，同时仍保持对于粗粒粉尘50％预滤清器效率，导致输向系统的粉尘增加58％。如此，即使显著量的空气绕过预滤清器管502，仍以最小的系统代价(例如，通过系统的压降)阻止显著量的粉尘到达过滤器滤芯100。

图7和图10示出了对于细粉尘性能测试的测试结果，其中图7使用了340cfm(20cfm每管)，示出粉尘负载和预滤清器效率，而图10示出相对于输入测试系统的粉尘的限制。所示的“基线”状况1000示出对于没有安装预滤清器组件400的空气滤清器组件以克计测试过滤器滤芯的粉尘负载。测试结果显示对于测试在最终限制为约25英寸w.c.下刚高于600克的粉尘负载。所示的“打开”状态1100对应于挡板412处于完全打开位置，示出在最终限制为约25英寸w.c.下刚高于800克的粉尘负载，其中预滤清器除尘效率为大约40％。所示的“关闭”状态1200对应于挡板412处于完全关闭位置，示出在最终限制为大约25英寸w.c.下约1,000克的粉尘负载，其中预滤清器效率为约75％。如此，尽管使用预滤清器旁通导致测试过滤器的降低的负载性能，仍得到超过基线状态的显著改进，对应于在细粉尘状况延长过滤器滤芯的使用寿命。

图8和11示出了对于粗粒粉尘性能测试的测试结果，其中图8使用340cfm(20cfm每管)，示出粉尘负载和预滤清器效率，而图11示出相对于输入测试系统的粉尘的限制。所示的“基线”状态1000示出对于没有安装预滤清器组件400的空气滤清器组件以克计的测试过滤器滤芯的粉尘负载。测试结果显示在最终限制为约25英寸w.c.下约1000克的基线粉尘负载。所示的“打开”状态1100对应于挡板412处于完全打开位置，示出在最终限制为约25英寸w.c.下约1,600克的粉尘负载，其中预滤清器除尘效率为约50％。所示的“关闭”状态1200对应于挡板412处于完全关闭位置，示出在最终限制为约25英寸w.c.下约3,700克的粉尘负载，其中预滤清器效率为约90％。如此，尽管使用预滤清器旁通导致测试过滤器的负载性能降低，仍得到超过基线状态的显著改进，对应于在粗粒粉尘状况延长过滤器滤芯的使用寿命。

图9示出了对于空气流限制通过系统的测试结果，其中340cfm(20cfm每管)示出初始空气流限制。所示的“基线”状态1000对应于没有安装预滤清器组件400的空气滤清器组件，示出约5英寸w.c.的初始限制。所示的“打开”状态1100对应于挡板412处于完全打开位置，并示出限制为约5.6英寸w.c.。所示的“关闭”状态1200对应于挡板412处于完全闭合位置，并示出限制为约8.5英寸w.c.。因此，可以看到相比于基线状态，预滤清器处于完全打开旁通状态的前述性能以非常小的代价(在渐进式压降方面)得以实现。

图12示出了相比于对于基线设置1000的流动(cfm)，对于细粉尘设置1100和粗粒粉尘设置1200的限制的多个测试结果。这些测试结果与前述的测试结果一致，并且还示出鉴于最小压降代价设置部分预清洁的优势。

图13-19示出了预滤清器结构400和旁通结构408的其它示例。图13示出一种结构，其中提供了具有单个旁通通道410的旁通结构408，其中挡板412被设置为滑动门。图14示出了一种结构，其中提供了多个旁通结构408，其中一个旁通结构408a具有对应于圆形扇形的形状，而两个旁通结构408b、408c具有圆形形状，其中也采用了门类型的挡板。图15示出了一种结构，其中提供了矩形旁通结构408。在这种类型的结构中，可以提供挡板或滑动门412。

图16-19所示的实施例示出预滤清器结构400，采用单叶片预滤清器402而非多个分离器管。这种类型的预滤清器披露于申请日为2018年5月18日的美国专利申请序列号62/673,583，发明名称为PRECLEANER ARRANGEMENT FOR USE IN AIR FILTRATION METHODS,该篇文献的全部内容在此被援引加入本文。关于图16，预滤清器402嵌入在侧壁416中，使得所有进入由侧壁限定的内部空间的空气必须首先通过预滤清器402。关于图17，预滤清器402在轴向上移动，使得轴向旁通空间或间隙408形成，以允许空气进入由侧壁416限定的内部空间，而不首先通过预滤清器402。可以提供致动器，使预滤清器在正常和旁通位置之间移动。在可替换的实施例中，侧壁416中可以提供旁通挡板或门。图18和19示出具有单个叶片预滤清器402的类似预滤清器组件400。不过，在该实施例中，预滤清器402被设置成相对于外壳416可旋转。如图18中所示，预滤清器402被锁定不能旋转，使得通过预滤清器402的所有空气以通常的方式被引导以分离颗粒。图19示出一种状态，其中允许预滤清器402自由旋转。在这种情况，流过预滤清器402的空气不受到预滤清器叶片的相同程度的重定向，这同时降低通过预滤清器402的压降还使预滤清器效率在某种程度上下降。具有所述的结构，可以使用离合器或制动器来阻止预滤清器402的旋转。其它结构是可行的。

介质类型和结构

任何类型的过滤介质可用作根据本发明实施例的过滤器滤芯100、200的介质包。例如，可以使用利用天然和/或合成纤维的编织和非编织材料，以形成槽纹的过滤介质、褶状介质和深度介质。一种示例性结构包括槽纹过滤介质，例如z-过滤器构造。术语“z-过滤器构造”如本文所用，旨在表示一种类型的过滤器构造，其中各波纹的、折叠的或以其它方式形成的过滤器槽纹用于限定纵向通常平行的入口和出口过滤器槽纹组，用于流体流过介质；流体沿着介质的相对入口和出口流端(或流面)之间的槽纹的长度流动。过滤介质的一些示例披露于美国专利5,820,646；5,772,883；5,902,364；5,792,247；5,895,574；6,210,469；6,190,432；6,350,296；6,179,890；6,235,195；D399,944；D428,128；D396,098；D398,046和D437,401，上述文献的每一篇在此被援引加入本文。

一种类型的z-过滤介质采用两种特定介质部件连接在一起以形成介质构造。两种部件包括槽纹(通常波纹)介质片材和表面介质片材。表面介质片材通常是无波纹的，尽管其也具有波纹是可行的(例如，垂直于槽纹方向)，如2004年2月11日提交的美国临时申请60/543,804，并于2005年8月25日公开的PCT WO05/077487，所述文献在此被援引加入本文。

槽纹介质片材和表面介质片材一起使用以限定具有平行的入口和出口槽纹的介质。在一些情况，槽纹片材和表面片材固定在一起，随后被卷绕成介质条，以形成z-过滤介质构造。所述结构披露于，例如，美国专利6,235,195和6,179,890，所述文献的每一篇在此被援引加入本文。

在某些其它结构中，槽纹(通常波纹)介质固定至表面介质的一些非卷绕的部分或条彼此层叠，以形成过滤器构造。

波纹介质是特定形式的槽纹介质，其中槽纹介质具有延伸横跨其中的各槽纹或脊(例如，由波纹或折叠形成)。术语“波纹”在本文中使用是指介质的结构，例如介质具有由使介质在两个波纹辊之间穿过(例如，进入两个辊之间的辊隙或辊缝，每个具有的表面特征适于形成所得到介质的波纹)而得到的槽纹结构。

采用z-过滤介质的可维修过滤器元件或过滤器滤芯结构有时被称作“直通流动结构”或其变体。一般，可维修的过滤器元件或滤芯具有入口流端(或面)和相对的出口流端(或面)，其中流体沿大体相同的直通方向进入和离开过滤器滤芯。术语“可维修的”在本上下文中表示包含介质的过滤器滤芯周期性的从相应的流体(例如空气)滤清器取出并更换。

应当指出，示出并描述了多个实施例。实施例不旨在对于所示的特征是排他的。也就是说，一个实施例的选定特征如果需要可以适用于一个或多个其它实施例，以使优点突出。在许多示例中，所示的过滤器组件是空气滤清器组件，例如，用于过滤内燃机的进气。其它应用是可行的，例如，过滤器组件是曲轴箱通风过滤器组件的应用，过滤器滤芯用于过滤曲轴箱吹漏气/窜气，所述曲轴箱吹漏气/窜气中通常包括颗粒和液体污染物。两种类型的过滤器组件均一般是“气体过滤器组件”，因为载体级过滤的是气体(空气或曲轴箱通风气体)。尽管本文所述的技术通常会用于气体过滤的应用，如果需要，它们可用于过滤其它物质，例如液体。

本发明现在已结合其若干实施例进行了描述。本文所提到的任何专利或专利申请的整个公开内容在此被援引加入本文。给出的前述详细的描述和示例只是为了清楚的理解。应当理解其没有不必要的限制。对本领域技术人员显而易见的，在不偏离本发明范围的情况下，在所述的实施例中可以进行许多改动。因此，本发明的范围不应限于本文所述的结构，而只能由权利要求的语言所述的结构及其等同结构限定。

Claims (29)

1.一种操作空气滤清器组件的预滤清器旁通系统的方法，所述方法包括：

(a)提供预滤清器组件，所述预滤清器组件包括至少一个颗粒分离器，用于从空气流中分离颗粒；

(b)提供旁通组件，其中旁通组件可在第一状态和第二状态之间运行，第一状态对应于空气流全部被引导通过至少一个颗粒分离器的情况，第二状态对应于至少一部分的空气流绕过至少一个颗粒分离器的情况；

(c)在控制器处接收至少一个输入，用于控制旁通组件，其中至少一个输入信号对应于车辆速度、车辆发动机速度、车辆发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的空气压降、跨预滤清器组件的空气压降、声级、振级、过滤器元件的变化或清洁频率、过滤器元件变化的总数、过滤器元件的身份、发动机的身份、车辆的身份、通过预滤清器组件或通过过滤器元件的空气流速率、以及通过本地接收到的数据或来自气象服务站的数据识别的气象状况参数的一个或多个；和

(d)根据至少一个输入通过控制器在第一状态和第二状态之间使旁通组件运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中输入包括车辆位置输入，其中当车辆位置输入对应于预定地理位置的内部或外部的位置时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中输入包括车辆速度、车辆发动机速度和车辆发动机负载输入的一个或多个，其中当车辆速度、车辆发动机速度和车辆发动机负载的一个或多个超过预定阈值时，控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中输入包括对应于跨预滤情器和过滤器元件的空气压降的一个或两者的输入，其中当空气压降超过预定阈值或下降到预定阈值之下时控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中输入包括对应于声音输入和振动输入的一个或两者的输入，其中当声音输入或振动输入超过预定阈值或下降到预定阈值之下时控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中输入包括对应于过滤器元件的变化或清洁频率和过滤器元件变化的总数的一个或两者的输入，其中当变化或清洁频率输入或者过滤器元件变化的总数的输入超过预定阈值或下降到预定阈值之下时控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中输入包括对应于过滤器元件的身份、发动机的身份和车辆的身份的一个或多个的输入，其中控制器根据过滤器元件、发动机和车辆的一个或多个的身份操作旁通组件处于第一状态或第二状态。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中输入包括对应于通过预滤清器的空气流速率和通过过滤器元件的空气流速率的一个或两者的输入，其中当空气流速率超过预定阈值或下降到预定阈值之下时控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中输入包括通过从气象服务站接收到的数据识别的天气状况参数，其中当天气状况参数超过预定阈值或下降到预定阈值之下时控制器使旁通组件在第一状态和第二状态之间运行。

10.一种用于空气滤清器组件的预滤请器组件，包括：

a)至少一个颗粒分离器；和

b)旁通结构，在第一位置和第二位置之间运行：

i)在第一位置，流过预滤清器组件的空气流沿第一方向以第一比例关系流过旁通区域和多个分离器管的一个或两者；

ii)在第二位置，空气流沿第一方向以不同于第一比例关系的第二比例关系流过多个分离器管和旁通区域的一个或两者；

c)其中空气流通过共同的空气入口在至少一个颗粒分离器和旁通结构处被接收。

11.根据权利要求10所述的预滤清器组件，其中与旁通结构第二位置相关的第二比例关系包括所有的空气流流过多个分离器管，而没有空气流流过旁通结构。

12.根据权利要求10-11中任一项所述的预滤清器组件，其中旁通结构包括设置在隔墙中的一个或多个孔。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的预滤清器组件，其中旁通结构包括由致动器控制的挡板或门。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的预滤清器组件，其中旁通结构包括用于命令致动器的电子控制器。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的预滤清器组件，其中控制器接收至少一个输入，用于经由致动器控制挡板的位置，其中至少一个输入信号对应于车辆速度、发动机速度、发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的压降、通过预滤清器组件的空气质量流量率、水分或水的存在、车辆或发动机振动、过滤器变化频率或过滤器变化数量、过滤器身份和发动机或车辆身份的一个或多个。

16.根据权利要求10-15中任一项所述的预滤清器组件，其中流过旁通结构的空气沿平行于空气流过分离器管的方向的方向流动。

17.一种用于空气滤清器组件的预滤清器组件，包括：

d)至少一个颗粒分离器；

e)旁通结构，运行在第一位置和第二位置之间：

i)在第一位置，流过预滤清器组件的空气流沿第一方向以第一比例关系流过旁通区域和多个分离器管的一个或两者；

ii)在第二位置，空气流沿第一方向以不同于第一比例关系的第二比例关系流过多个分离器管和旁通区域的一个或两者；

f)致动器，用于使旁通结构在第一位置和第二位置之间运行；和

g)控制器，用于操作致动器，控制器根据预滤清器所安装的车辆的操作参数操作致动器；

h)其中空气流通过共同的空气入口在至少一个颗粒分离器和旁通结构处被接收。

18.根据权利要求17所述的预滤清器组件，其中操作参数是空气流中感测到的粉尘状况、车辆的GPS位置定位、跨预滤清器组件的空气流的感测到的压降、预滤清器组件的除尘效率和通过预滤清器组件的空气流的空气流量的一个或多个。

19.根据权利要求17-18中任一项所述的预滤清器组件，其中控制器命令致动器关闭旁通结构在第二位置，使得当超过操作参数的阈值时没有空气流过旁通结构。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的预滤清器组件，其中控制器命令致动器部分关闭旁通结构在第二位置，使得与第一位置相比减少的流体通过旁通结构。

21.根据权利要求17-20中任一项所述的预滤清器组件，其中旁通结构包括用于控制流过旁通结构的挡板或门，挡板或门由致动器操控。

22.根据权利要求17-21中任一项所述的预滤清器组件，其中控制器接收至少一个输入，用于经由致动器控制挡板的位置，其中至少一个输入信号对应于车辆速度、发动机速度、发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的压降、通过预滤清器组件的空气质量流量率、水分或水的存在、车辆或发动机振动、过滤器变化频率或过滤器变化数量、过滤器身份和发动机或车辆身份的一个或多个。

23.根据权利要求17-22中任一项所述的预滤清器组件，其中流过旁通结构的空气沿平行于空气流过分离器管的方向的方向流动。

24.一种空气滤清器组件，包括：

a)外壳主体，具有入口端和出口端，所述外壳主体限定内腔；

b)过滤介质，设置在内腔中；

c)预滤清器组件，安装至外壳主体的入口端，所述预滤清器组件包括：

i)隔墙；

ii)多个分离器管，由隔墙支撑并伸过隔墙；和

d)旁通结构，邻近多个分离器管并运行在第一位置和第二位置之间：

1)在第一位置，流过预滤清器组件的空气流沿第一方向以第一比例关系流过旁通区域和多个分离器管的一个或两者；

2)在第二位置，空气流沿第一方向以不同于第一比例关系的第二比例关系流过多个分离器管和旁通区域的一个或两者。

25.根据权利要求24所述的空气滤清器组件，其中与旁通结构第二位置相关的第二比例关系包括所有的空气流流过多个分离器管，而没有空气流流过旁通结构。

26.根据权利要求24-25中任一项所述的空气滤清器组件，其中旁通结构包括设置在隔墙中的一个或多个孔。

27.根据权利要求24-26中任一项所述的空气滤清器组件，其中旁通结构包括用于控制流过旁通结构的挡板或门。

28.根据权利要求24-27中任一项所述的空气滤清器组件，还包括控制器，所述控制器接收至少一个输入，用于经由致动器控制挡板的位置，其中至少一个输入信号对应于车辆速度、发动机速度、发动机负载、操作者输入、车辆位置、跨过滤器元件的压降、通过预滤清器组件的空气质量流量率、水分或水的存在、车辆或发动机振动、过滤器变化频率或过滤器变化数量、过滤器身份和发动机或车辆身份的一个或多个。

29.根据权利要求24-28中任一项所述的空气滤清器组件，其中流过旁通结构的空气沿平行于空气流过分离器管的方向并平行于空气流过过滤介质的方向的方向流动。

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