Байпасное фильтрование - RU2127629C1
Код документа: RU2127629C1
Чертежи
Описание
Изобретение может быть использовано в автомобильных двигателях внутреннего сгорания, в гидравлическом оборудовании или автоматических трансмиссиях для очистки масла от загрязняющих его примесей.
При фильтрации масла в работающем двигателе, в частности в смазываемом двигателе внутреннего сгорания, таком, как автомобильный [и в гидравлическом оборудовании и автоматических трансмиссиях], обычно происходят окисление и серное подкисление масла, что либо требует более частой смены масла и масляного фильтра, либо нежелательно воздействует на работу двигателя с течением времени. По этой причине известно использование термопластических полимеров, имеющих включенные в них присадки - такие, как антиоксиданты, - с целью удлинения промежутков времени между сменами масляных фильтров и (или) соответственной защиты оборудования. Примеры такого метода показаны в патентах США N 4066559 и N 4144166, содержание которых включено в нижеследующее описание в качестве ссылки.
Согласно настоящему изобретению предложен особый материал и его геометрическая конфигурация, которые оптимизируют способность масляного фильтра нейтрализовать серное подкисление и окисление. Материал, используемый согласно настоящему изобретению, может быть помещен в масляный фильтр особым образом, чтобы улучшить его функционирование. Продукт легко и просто изготовлять с использованием обычного оборудования, а все материалы, идущие на изготовление, коммерчески легкодоступны.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предложен масляный фильтр для двигателей, гидравлического оборудования или автоматических трансмиссий. Масляный фильтр содержит нижеперечисленные элементы. Кожух, имеющий первый и второй концы, ограничивающий внутренний объем и имеющий отверстие вблизи второго конца. Фильтрующий материал в виде частиц, содержащий свободные волокна, заполняющие большую часть внутреннего объема кожуха. Прокладка из взаимосвязанных волокон, закрывающая отверстие, находящееся вблизи второго конца кожуха. Термопластический материал, который постепенно растворяется в масле, имеющем температуру выше окружающей, причем этот материал имеет присадки, препятствующие окислению и подкислению масла, которые высвобождаются и поступают в масло в то время, как материал растворяется, причем термопластический материал размещен между фильтрующим материалом в виде частиц и прокладкой.
Кожух обычно представляет собой металлический или пластмассовый кожух, имеющий круглое сечение, с парой дисковидных концевых пластин и ребристой стенкой, с отверстиями в обеих концевых пластинах. Фильтрующий материал в виде частиц обычно содержит обыкновенную набивку из натурального длинноволокнистого неотбеленного хлопка (свободные, не переплетенные волокна), которая гидравлически сжата до определенной плотности воздуха для предотвращения образования каналов и протекания по ним масла и для достижения максимального взаимного удержания частиц фильтра. Натуральный хлопок будет устранять часть серы, тем самым помогая снижению подкисления. Прокладка из взаимосвязанных волокон преимущественно представляет собой одномикронную войлочную прокладку (то есть, для отфильтровывания частиц размером порядка одного микрона), имеющую толщину около 0,8-3,2 мм (например, около 1,6 мм). При желании фильтр можно снабдить обычным корпусом навинчивающегося типа.
Было выяснено, что высокомолекулярный полипропилен лучше всего подходит для использования в качестве термопластичного материала - по сравнению с полиэфирными поликарбонатами, полиалломером, полиэтиленом и полисульфоном. Особенно желателен полипропилен, содержащий этилен-пропилен с плотностью около 0, 9, твердостью по Шору (шкала D) около 70 и пределом прочности на растяжение (без присадок) около 26,9 МПа (например, 27,16 МПа). Материал особенно желателен в виде нитей в форме лапши, имеющих толщину около 1,6-3,2 мм и длину больше чем приблизительно 50,8 мм, или гранул в форме рисового зерна, имеющих толщину около 1,6-3,2 мм и длину приблизительно 7,6-17,8 мм (например, 12,7 мм).
Термопластический материал с присадками может содержать около 83-90% жидкого этилен-пропилена и около 10-17 мас.% диспергирующего агента, смазки и нейтрализатора детергентов. Нейтрализатор детергентов может содержать и нейтрализующий детергенты сульфонат, и фенолят. Например, присадки могут содержать 3-5% диспергирующего агента, около 1-1,5% органической фосфатной смазки, около 2,5-3,5% нейтрализующего детергенты сульфоната и около 4,5- 5,5% нейтрализующего детергенты фенолята.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ изготовления масляного фильтра. Способ содержит нижеследующие практически неразделимые и последовательные стадии: (a) смешивание противоокислительных и противоподкислительных присадок с жидким термопластическим материалом для образования термопластической смеси; (b) экструдирование полученной на стадии (a) термопластической смеси в виде нитей в форме лапши, имеющих толщину около 1,6-3,2 мм; (c) охлаждение нитей; (d) нарезка нитей на отдельные элементы и (e) помещение отдельных элементов в полость масляного фильтра в такое место, где они будут контактировать с маслом для постепенного растворения с целью высвобождения присадок. Стадия (c) может быть осуществлена с помощью охладительного желоба, а стадия (d) - с помощью резака, который разрезает нити на гранулы и сбрасывает их в мешок. Предпочтительны гранулы в форме рисового зерна, имеющие длину приблизительно 7,6-17,8 мм, хотя может быть осуществлен альтернативный вариант стадии (d) для получения отдельных элементов в форме лапши, имеющих длину более 50,8 мм.
Согласно еще одному аспекту изобретения предложено множество гранул в форме рисового зерна. Каждая гранула имеет толщину около 1,6-3,2 мм и длину приблизительно 7,6-17,8 мм и содержит около 83-90% этилен-пропиленового полипропилена с плотностью около 0,9 и твердостью по Шору (шкала D) около 70 и около 10-17 мас. % диспергирующего агента, смазки и нейтрализатора детергентов. Полипропилен растворяется под действием масла, имеющего температуру выше окружающей, с целью высвобождения из него присадок.
Главнейшей целью настоящего изобретения является создание эффективной конструкции масляного фильтра, который нейтрализует серное подкисление и окисление.
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку с частичным разрезом примера
исполнения масляного фильтра по настоящему изобретению;
фиг. 2 - вид сверху масляного фильтра, показанного на фиг. 1;
фиг. 3 - разрез верхней или нижней концевой пластины масляного
фильтра, показанного на фиг. 1 или 2, до деформации наружного фланца пластины;
фиг. 4 - увеличенное перспективное изображение одной геометрической конфигурации, которую может иметь
термопластический материал по настоящему изобретению;
фиг. 5 - вид в поперечном разрезе нитей, показанных на фиг. 4.
фиг. 6 и 7 представляют собой изображения, аналогичные
фиг. 4 и 5, альтернативного варианта осуществления геометрической конфигурации термопластического материала по настоящему изобретению;
фиг. 8 представляет собой вид, аналогичный фиг. 1, для
навинчивающегося фильтрующего узла в другом варианте осуществления настоящего изобретения.
Масляный фильтр 10 имеет кожух 11 в общем цилиндрической внешней конфигурации с дисковидными концевыми пластинами 12 на противоположных концах кожуха, причем дисковидные пластины имеют отверстия 13, выполненные в них концентрически, и имеют буртики 14, ограничивающие отверстия 13. Дужка или рукоятка 16 может быть закреплена на верхней концевой пластине 12, как показано на фиг. 1 и 2, а на цилиндрической стенке 11 фильтра 10 может быть выполнено усилительное ребро 17.
Предварительное фильтрующее действие осуществляется в фильтре 10 фильтрующим материалом в форме частиц 19, который заполняет основную часть, например, обычно более 90% внутренней полости цилиндрического кожуха 11. Как обычно фильтрующий материал в форме частиц 19 преимущественно содержит свободные (то есть, не переплетенные и не свалянные) волокна натурального неотбеленного хлопка. Хотя волокна, образующие материал 19, свободны, они плотно набиты внутри кожуха 11 между концевыми пластинами 12 для предотвращения каналообразования и протекания по этим каналам масла, и будут отфильтровывать частицы размером более 1 мкм, особенно при использовании с дозирующим соплом, которое снижает поток масла через фильтр (входящий и выходящий через отверстия 13) до расхода приблизительно 6 галлонов в 1 ч (26 л в 1 ч).
Вблизи каждой из концевых пластин 12 расположено по одной прокладке 20 из свалянных волокон. Прокладки 20, 21 закрывают отверстия 13 и предотвращают попадание постороннего материала в фильтр 11, а также предотвращают выход из фильтра набивки 19 или других внутренних частей. Прокладки 20 преимущественно представляют собой одномикронные войлочные прокладки, имеющие толщину около 0,8-3,2 мм (например, около 1,6 мм). Вблизи "нижней" прокладки 21, ближе к внутренней полости от нее, расположен термопластический материал 22 (фиг. 1 и 4). Предпочтительно чтобы материал 22 только примыкал к прокладке 21 и был расположен между войлочными волокнами 19 и прокладкой 21. У прокладки 20 масло обычно будет слишком холодным, чтобы растворять материал 22.
Термопластический материал 22 имеет присадки, препятствующие окислению и подкислению масла, которые высвобождаются и поступают в фильтруемое масло с течением времени, поскольку несущий термопластический материал для присадок постепенно растворяется, когда контактирует с маслом, нагретым до температуры выше окружающей (например, до температуры 65,6oС или выше). В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1 и 4, материал 22 имеет вид множества нитей в форме лапши 24, имеющих толщину около 1,6-3,2 мм, которые могут быть в поперечном сечении многоугольными, овальными или круглыми, или даже неправильного сечения, если его можно легко получить. Предпочтительным термопластическим материалом является полипропилен с высокой молекулярной массой, изготовленный из жидкого этилен-пропилена и обычно имеющий плотность около 0,9, твердость по Шору (шкала D) около 70 и пределом прочности на растяжение - в отсутствии присадок - около 26,9 МПа (например, 27,16 МПа). Нити 24 могут быть любой длины, но обычно больше чем приблизительно 50,8 мм (но меньше, чем 304,8 мм} в длину - для удобства обращения).
Вместо нитей в форме лапши 24 материал 22 (см. позицию 22' на фиг. 6) может иметь вид гранул в форме рисового зерна 26, которые также имеют максимальную толщину около 1,6-3,2 мм. Гранулы 26 преимущественно имеют длину приблизительно 7,6-17,8 мм (например, 12,7 мм).
Термопластический материал 22, 22' преимущественно содержит около 83-90% (все указанные здесь проценты - массовые) жидкого этилен- пропилена и около 10-17% смешанных диспергирующего агента, смазки и нейтрализатора детергентов. Например, добавленные в полипропилен присадки могут содержать 3-5% диспергирующего агента, около 1-1,5% органической фосфатной смазки, около 2,5-3,5% нейтрализующего детергенты сульфоната и около 4,5-5,5% нейтрализующего детергенты фенолята. В одном конкретном варианте осуществления изобретения этилен-пропилен в жидкой форме может составлять 86,8 части, диспергирующий агент Cooper Е-644 - 4,0 части, цинковая органическая фосфатная смазка Cooper Е-685 - 1,2 части, нейтрализующий детергенты сульфонат Cooper Е-654 - 3,0 части, нейтрализующий детергенты фенолят Cooper М-6148 - 5,0 части. При производстве гранул 26 или нитей 24 по настоящему изобретению противоокислительные и противоподкислительные присадки смешиваются с жидким термопластическим материалом для образования термопластической смеси. Затем смесь экструдируется с использованием обыкновенного экструдера в нити в форме лапши, имеющие толщину около 1,6-3,2 мм. Затем нити охлаждают, например, в охладительном желобе и нарезают, например, с помощью обыкновенного резака на отдельные элементы 24, 26, которые далее затаривают в мешки.
Отдельные элементы 24, 26 помещают в контакте с хлопковой набивкой 19 внутрь фильтра 10 (при снятой нижней пластине 12), затем укладывают на место прокладку 21, а затем на прокладку 21 накладывают пластину 12 и ее периферийный участок подгибают или обжимают, чтобы получить закрытый фильтр, как показано на фиг. 1. В альтернативном варианте процедура может быть выполнена в обратном порядке (то есть нижняя крышка 12 находится на месте, когда процедура начинается). Объем и масса материала 22 будут варьировать в зависимости от особенностей конкретного фильтра 10. Когда используются гранулы 26, отмеривание количества пластика, загружаемого в фильтр 10 каждого размера, может быть более точным.
Был выполнен лабораторный эксперимент по приготовлению термопластического материала по настоящему изобретению и его использованию. Конкретный состав опытного образца был таким, как указано выше (то есть 86,8 мас. ч. этилен-пропилена, 4,0 мас. ч. диспергирующего агента и т.д.).
Лабораторные образцы были изготовлены на установке для приготовления образцов Бюлер 100.0 с использованием однодюймового плунжера и максимального давления 34,5 МПа. Максимальная температура составляла 250oC. Загрузка 50 г. После охлаждения образцы взвешивали и помещали в химический стакан, содержащий 600 мл моторного масла 30-weight, и выдерживали при постоянной температуре 65,6oC. Опыты показали, что избыточная основность (щелочность) высвобождалась со скоростью приблизительно 0,4 единицы числа нейтрализации за 168 ч. Пробы масла объемом 600 мл с кислотным числом 1,0 оставляли в контакте с квадратным образцом сополимера со стороной 53,4 мм в течение одной недели. Через неделю под действием избыточной основности содержание кислоты уменьшилось с кислотного числа 1,0 до 0,1.
На фиг. 8 показан масляный фильтр навинчивающегося типа 29, который может быть выполнен по настоящему изобретению в качестве альтернативы конструкции кожуха, показанной на фиг. 1. В этом варианте осуществления изобретения наружный металлический кожух 30 имеет закрытый первый конец 31 и второй конец, на котором установлена обычная (для коммерческих навинчивающихся фильтров) конструкция концевой пластины 32. В конструкции концевой пластины 32 вблизи второго конца предусмотрено по меньшей мере одно отверстие 33. Обычно предусматривается несколько входных отверстий 33 для масла, расположенных обычно по окружности. Также предусматривается обычное уплотнение для соединения с блоком двигателя или другого устройства. Также предусматривается резьбовое соединение.
Внутри кожуха 31 смонтирована металлическая концевая чашка 35, которая может примыкать или быть выполнена заодно с перфорированным металлическим центральным стаканом 36, имеющим верхнее донышко 37, на которое нажимает пружина 38. Центральное отверстие 39 для выхода масла находится в середине концевой пластины 32. Войлочная прокладка 40, подобная прокладке 21, расположена поверх отверстий 33, причем прокладка 40 имеет форму диска. Между концевой чашкой 35 и верхней пластиной намотан 100%-ный натуральный неотбеленный хлопок (верхняя пластина показана над хлопковой обмоткой 41, см. фиг.8) обычно сечением нити 3,175 мм, который охватывает перфорированный центральный стакан 36. Между концевой чашкой 35 и прокладкой 40 находится термопластический материал 42 той же основной конструкции, геометрической формы и состава, что и материал 22, 22', показанный на фиг. 4-7.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, горячее масло из двигателя или другого подобного устройства протекает через отверстия 33, сквозь прокладку 40, медленно растворяет материал 42 для высвобождения из него присадок, препятствующих окислению и подкислению масла, фильтруется хлопком 41, а затем проходит через перфорации перфорированного центрального стакана 36, чтобы вернуться в двигатель или другое подобное устройство через отверстие 39.
Легко видеть, что согласно настоящему изобретению предложен особенно удачный продукт для нейтрализации серного подкисления и окисления масла, а также масляный фильтр, приспособленный для использования этого материала, и способ изготовления такого масляного фильтра. Хотя изобретение было здесь показано и описано в той форме, которая сейчас считается самым практичным и предпочтительным вариантом его осуществления, для специалистов в данной области понятно, что могут быть выполнены многие модификации без выхода за область изобретения, причем эта область должна определяться путем самой широкой интерпретации прилагаемой формулы изобретения и охватывать все эквивалентные продукты и процессы.
Реферат
Использование: при фильтрации масла в двигателе внутреннего сгорания, гидравлическом оборудовании и автоматических трансмиссиях для оптимизации способности масляного фильтра нейтрализовать серное подкисление и окисление. Сущность изобретения: масляный фильтр 10 содержит термопластический материал, имеющий присадки, препятствующие окислению и подкислению масла, смонтированный в кожухе 11 между фильтрующим материалом в форме частиц 19 и войлочной прокладкой 21. Термопластический материал представляет собой преимущественно высокомолекулярный полипропилен в виде гранул, имеющих форму рисового зерна, или нитей в форме лапши. В смеси термопластического материала с присадками последние составляют около 10-17 мас. %, и когда термопластический материал растворяется под действием масла, имеющего температуру выше окружающей, присадки высвобождаются и выделяются в масло. Гранулы или нити термопластического материала изготовляют, смешивая противоокислительные и противоподкислительные присадки с жидким термопластическим материалом для получения смеси. Затем экструдируют смесь в нити в форме лапши, имеющие толщину около 1,6-3,2 мм, охлаждают их, нарезают нити на отдельные элементы и помещают их в полость масляного фильтра, в такое место, где они будут контактировать с маслом для постепенного растворения с целью высвобождения присадок. 5 с. и 22 з.п. ф-лы, 8 ил.
