JP2005349389A - Air filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車エンジンなどの吸気通路に設けられるエアクリーナ等として有用なエアフィルタに関する。 The present invention relates to an air filter useful as an air cleaner or the like provided in an intake passage of an automobile engine or the like.
自動車、自動二輪車などの動力源では、エンジンの吸気系において、エアクリーナ用のエアフィルタで砂や埃を吸着、濾過してエンジンヘの異物混入を防ぐことにより、エンジン機能を最大限に発揮させることが重要である。 In power sources such as automobiles and motorcycles, in the engine intake system, the air filter for the air cleaner absorbs and filters sand and dust to prevent foreign matter from entering the engine, thereby maximizing the engine function. is important.
近年、前記エアフィルタにおいて、大気中のダストを有効に捕捉できるように、砂塵のような大粒径のダストからディーゼル車などからの排ガス中のカーボン粒子のような小粒径のダスト(以下、カーボンダストという)までの広域の粒径のダストを吸着し、濾過する濾過機能が要求されている。また、前記エアフィルタには、高いダスト清浄効率、高いダスト保持能、長い濾過寿命及び低い吸気抵抗などの性能も同時に求められている。 In recent years, in the air filter, in order to effectively capture dust in the atmosphere, dust having a small particle size such as carbon particles in exhaust gas from diesel vehicles, etc. A filtration function for adsorbing and filtering dust having a wide range of particle sizes up to carbon dust) is required. Further, the air filter is also required to have performance such as high dust cleaning efficiency, high dust holding ability, long filtration life and low intake resistance.
従来、エアフィルタを構成する濾材として濾紙がよく知られている。濾材空間率の小さな濾紙は、濾材表面でダストを捕捉する表面濾過をダスト濾過原理としているため、単位濾材面積あたりのダスト保持量を大きくできないという欠点がある。この欠点をカバーするため、濾紙に油例えばビスカスオイルを含浸させたウエットタイプのエアフィルタ(以下、ビスカスタイプのエアフィルタという)が用いられる。ビスカスタイプのエアフィルタは、フィルタ表面の油がダストを吸着した後、吸着したダストにさらに油が含浸することにより、ダストの表面に次のダストを吸着するようになり、単位濾材面積あたりのダスト保持量を増大させる特長がある。しかし、ビスカスタイプのエアフィルタは、カーボンダスト清浄効率が著しく悪化してしまう問題がある。 Conventionally, filter paper is well known as a filter medium constituting an air filter. A filter paper having a small filter medium space ratio has a disadvantage that the amount of dust retained per unit filter medium area cannot be increased because surface filtration that captures dust on the filter medium surface is based on the dust filtration principle. In order to cover this drawback, a wet type air filter (hereinafter referred to as a viscous type air filter) in which filter paper is impregnated with oil, for example, viscous oil, is used. In the viscous type air filter, after the oil on the filter surface adsorbs the dust, the adsorbed dust is further impregnated with the oil, so that the next dust is adsorbed on the surface of the dust. There is a feature that increases the holding amount. However, the viscous type air filter has a problem that the carbon dust cleaning efficiency is remarkably deteriorated.
上記の問題に鑑み、ビスカスオイルを含浸させた濾紙を上流層とし、ビスカスオイルを含浸させない濾材を下流層として配置し、さらにビスカスオイルが上流層から下流層へ移行するのを防ぐために撥油層を上流層と下流層の間に配置し、長寿命を保ちつつ、カーボンダストを効率よく捕捉しようとするエアフィルタが提案されている(下記特許文献1参照)。しかし、特許文献1のような濾材構成にすると、製造工程が複雑であるためコスト低減が困難で、異種濾材を重ね合わせることにより濾材の肉厚が厚くなり、フィルタエレメントを小型化し難いという欠点がある。
一方、低コストの濾材としてビスカスオイルを含浸させない不織布(以下、ドライ不織布という)があり、このドライ不織布は濾材空間率が大きく濾材内部にダストを保持する体積濾過(容積濾過ともいう)を行っており、ダスト保持量およびカーボンダスト清浄効率に優れているが、一般的にエンジン吸気脈動によるダスト透過率が大きいという欠点がある。すなわち、ドライ不織布の濾材に一旦捕捉されたダストの一部がエンジンの吸気脈動による濾材振動によって徐々に濾材内部に浸透して、ついにはエンジン内部へ透過することが知られており、これによりエンジン摺動部を摩耗促進させる原因ともなっている。したがって、濾材の材質としては、エアフィルタとして要求される各種性能のバランスの良いものを選択する必要がある。 On the other hand, there is a non-woven fabric impregnated with viscous oil (hereinafter referred to as dry nonwoven fabric) as a low-cost filter medium, and this dry nonwoven fabric performs volume filtration (also called volume filtration) that has a large filter medium space ratio and retains dust inside the filter medium. The dust holding amount and the carbon dust cleaning efficiency are excellent, but generally, there is a drawback that the dust permeability due to the engine intake pulsation is large. That is, it is known that a part of the dust once trapped in the dry nonwoven filter medium gradually penetrates into the filter medium due to the vibration of the filter medium due to the intake air pulsation of the engine, and finally penetrates into the engine. It is also a cause of promoting wear of the sliding part. Therefore, it is necessary to select a material for the filter medium having a good balance of various performances required as an air filter.
本発明は、上述したような事情に鑑みなされたもので、エンジンの吸気脈動によるダスト透過量を抑えながら、十分なダスト保持量を確保し、なおかつ、カーボンダスト清浄効率とカーボンダスト保持量を良好に維持できるエアフィルタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, while ensuring a sufficient dust holding amount while suppressing the amount of dust permeation caused by the intake air pulsation of the engine, and also having good carbon dust cleaning efficiency and carbon dust holding amount. An object of the present invention is to provide an air filter that can be maintained at a low temperature.
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、濾材の材質として諸性能に優れたドライ不織布を選択し、かつ、所定の積層構成によりダスト透過性も良好であることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has selected a dry nonwoven fabric excellent in various performances as the material of the filter medium, and found that the dust permeability is also good due to the predetermined laminated structure. The present invention has been completed.
すなわち、本発明のエアフィルタは、エンジンの吸気経路に取り付けられるフィルタであって、オイルを含浸させていない複数の不織布層からなる濾材で構成し、かつこの濾材の空間率を上流側の不織布層よりも下流側の不織布層を小さく形成されており、成形後のダスト透過性試験が所定の脈動負荷を与えた際の脈動透過率で1.2%以下であるようにしたものである(請求項1)。また、本発明のエアフィルタは、好ましくは、下流側の不織布層の空間率が85〜92%の範囲であり(請求項2)、下流側の不織布層を構成する繊維の平均繊度が3dt以下、上流側の不織布層を構成する繊維の平均繊度が3dt以上であり、かつ、下流側の不織布層の繊維目付量は上流側の不織布層の繊維目付量に対して2.3倍以上で、濾材全体の繊維目付量が200g/m2以上であり(請求項3)、ダスト透過性試験として、脈動負荷を、エンジン吸気脈動によるエアクリーナ内の脈動圧力変動が圧力振幅13.3kPa以下、脈動周波数50〜300Hz、および流量0.6〜9m3/分の範囲内において、脈動透過率を測定したものである(請求項4)。 That is, the air filter of the present invention is a filter that is attached to the intake passage of the engine, and is composed of a filter medium composed of a plurality of non-woven fabric layers not impregnated with oil. The nonwoven fabric layer on the downstream side is formed to be smaller, and the dust permeability test after molding is 1.2% or less in pulsation transmittance when a predetermined pulsation load is applied (claim) Item 1). In the air filter of the present invention, preferably, the non-woven fabric layer on the downstream side has a porosity of 85 to 92% (Claim 2), and the average fineness of the fibers constituting the non-woven fabric layer on the downstream side is 3 dt or less. The average fineness of the fibers constituting the upstream nonwoven fabric layer is 3 dt or more, and the fiber basis weight of the downstream nonwoven fabric layer is 2.3 times or more of the fiber basis weight of the upstream nonwoven fabric layer, The fiber basis weight of the entire filter medium is 200 g / m 2 or more (Claim 3). As a dust permeability test, the pulsation load is pulsation pressure fluctuation in the air cleaner due to engine intake pulsation, the pressure amplitude is 13.3 kPa or less, and the pulsation frequency. The pulsation transmittance was measured within a range of 50 to 300 Hz and a flow rate of 0.6 to 9 m 3 / min.
以下、本発明につき詳しく説明する。本発明のエアフィルタは、上述のように、ドライ不織布の積層構造を基本構成とし、その空間率を上流側の不織布層よりも下流側の不織布層を小さくし、これにより、上流側の不織布層で捕捉したダストが、吸気脈動流によって下流側の不織布層内をも透過することを極力防ぐことができ、高いカーボン清浄効率を維持しつつダスト保持量を十分大きくすることができる。もし逆の構成の場合、つまりドライ不織布層の空間率が上流層よりも下流層が大きい場合には、主に上流層によってのみダストを捕捉することになり、十分なダスト保持量を確保することが困難であり、もしダストが下流層に移動した場合は、ダストは吸気脈動流により容易に透過してしまう。 Hereinafter, the present invention will be described in detail. As described above, the air filter of the present invention has a laminated structure of dry non-woven fabric as a basic structure, and the space ratio of the non-woven fabric layer on the downstream side is smaller than that on the upstream non-woven fabric layer. It is possible to prevent the dust trapped in step 1 from passing through the nonwoven fabric layer on the downstream side by the intake pulsation flow as much as possible, and to sufficiently increase the dust holding amount while maintaining high carbon cleaning efficiency. If the structure is the opposite, that is, if the dry nonwoven fabric layer has a larger porosity than the upstream layer, dust will be trapped mainly by the upstream layer, ensuring a sufficient amount of dust retention. If the dust moves to the downstream layer, the dust is easily transmitted by the intake pulsation flow.
次に、本発明のエアフィルタは、脈動透過率が適正な所定値であり、ドライ不織布の短所である大きなダスト透過性を可及的に抑制したものである。上記脈動透過率とは、エンジンの吸気脈動がエアフィルタに機械的な振動負荷を与え、保持しているダストを篩い落とすことにより求められる値であり、〔脈動後のクリーンサイドヘのダスト透過量/脈動前のエアフィルタのダスト保持量〕×100として求められ、単位は%で表される。 Next, in the air filter of the present invention, the pulsation transmittance is an appropriate predetermined value, and the large dust permeability that is a disadvantage of the dry nonwoven fabric is suppressed as much as possible. The above pulsation transmittance is a value obtained by suctioning the engine dust by applying mechanical vibration load to the air filter and sieving the retained dust. [Dust permeation to clean side after pulsation] / Dust retention amount of air filter before pulsation] × 100, and the unit is expressed in%.
この脈動透過率の測定は、図2に示す脈動発生装置を用いて行うことができる。
図2に示す装置の要部としては、真空ポンプにより一定の空気量を吸引することで、供試体(供試エアクリーナ)に吸気を行ないながら(図2右側の矢印参照)、同時に脈動圧力変動を付与することができる装置である。なお、脈動周波数や脈動圧力振幅は、脈動ジェネレーター回転数及びバイパスバルブで目標とする実車状態に合わせて調整することが可能である。
The pulsation transmittance can be measured using the pulsation generator shown in FIG.
The main part of the apparatus shown in FIG. 2 is that a constant amount of air is sucked by a vacuum pump, and while sucking into the specimen (test air cleaner) (see the arrow on the right side of FIG. 2), pulsation pressure fluctuations are simultaneously generated. It is a device that can be applied. Note that the pulsation frequency and the pulsation pressure amplitude can be adjusted according to the actual vehicle state targeted by the pulsation generator rotational speed and the bypass valve.
上記装置を用いた測定方法として、脈動圧力変動が圧力振幅13.3kPa以下、脈動周波数50〜300Hz、および流量0.6〜9m3/分の範囲内において、脈動透過率を測定した。しかし、脈動透過率の測定条件は上記に特に制限されるものではなく、一般的に各車種の定格流量およびエンジン最高回転数(最高周波数)において試験を行うか、もしくは、実車実走状態を想定した流量、エンジン回転数(周波数)にて試験を行うことができる。 As a measurement method using the above apparatus, the pulsation transmittance was measured when the pulsation pressure fluctuation was within a pressure amplitude of 13.3 kPa or less, the pulsation frequency was 50 to 300 Hz, and the flow rate was 0.6 to 9 m 3 / min. However, the measurement conditions for pulsation transmittance are not particularly limited to the above. Generally, the test is performed at the rated flow rate and the maximum engine speed (maximum frequency) of each vehicle type, or an actual vehicle running condition is assumed. The test can be performed at the flow rate and the engine speed (frequency).
前記下流側の不織布層はその空間率が85〜92%の範囲が好ましい。その理由は、図1のグラフに示すように下流層濾材の空間率が92%以上である場合、脈動試験によると、1.2%以上のダストが下流側に透過する。この透過ダストは、実車においてはエンジンの磨耗及び破損を引き起こすものと考えられる。また、図1に示すように、下流層濾材の空間率が85%以下である場合、カーボンダストによる圧損上昇が大きくなるため、実車において燃費悪化およびエンジン性能の低下の虞がある。 The downstream nonwoven fabric layer preferably has a space ratio in the range of 85 to 92%. The reason is that, as shown in the graph of FIG. 1, when the downstream layer filter medium has a porosity of 92% or more, 1.2% or more of dust permeates downstream according to the pulsation test. This permeated dust is considered to cause engine wear and damage in an actual vehicle. Further, as shown in FIG. 1, when the space ratio of the downstream layer filter medium is 85% or less, the pressure loss increase due to the carbon dust becomes large, and there is a risk that the fuel consumption deteriorates and the engine performance deteriorates in the actual vehicle.
下流側の不織布層を構成する繊維の平均繊度を3dt以下、上流側の不織布層を構成する繊維の平均繊度を3dt以上とし、かつ、下流側の不織布層の繊維目付量を上流側の不織布層の繊維目付量に対して2.3倍以上で、濾材全体の繊維目付量が200g/m2以上にするのが好ましい。その理由は、濾材の空間率が同一であっても、繊度が変れば繊維間隔が異なり、3dt以上の繊度であれば、上記空間率範囲内にあっても、脈動試験においてダストを透過してしまう場合がある。また、繊維目付量200g/m2以上で、下流側の不織布層の繊維目付量を上流側の不織布層の繊維目付量に対して2.3倍以上とすることで、下流側の不織布層の繊維目付量が140g/m2以上を確保することが出来、十分な効率を維持でき、且つエンジン吸気脈動によるダスト透過量を抑えることができる。
The average fineness of the fibers constituting the downstream nonwoven fabric layer is 3 dt or less, the average fineness of the fibers constituting the upstream nonwoven fabric layer is 3 dt or more, and the fiber basis weight of the downstream nonwoven fabric layer is the upstream nonwoven fabric layer It is preferable that the fiber basis weight of the entire filter medium is 200 g /
本発明のエアフィルタによれば、エンジン吸気脈動に起因するダスト透過を抑制しながら、十分なダスト保持量を確保し、なおかつカーボンダスト清浄効率とカーボンダスト保持量の低下を招くことがない。 According to the air filter of the present invention, a sufficient dust holding amount is secured while suppressing dust permeation caused by engine intake pulsation, and the carbon dust cleaning efficiency and the carbon dust holding amount are not reduced.
以下、実施例、比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to the following.
実施例1として、繊維目付量231g/m2、繊度3dt以下の下流側不織布層の繊維目付量が186g/m2、濾材空間率91.8%の不織布エレメントを成形した。
As Example 1, a nonwoven fabric element having a fiber basis weight of 231 g /
実施例2として、繊維目付量254g/m2、繊度3dt以下の下流側不織布層の繊維目付量が205g/m2、濾材空間率90.4%の不織布エレメントを成形した。
As Example 2, a nonwoven fabric element having a fiber basis weight of 254 g /
比較例1として、繊維目付量330g/m2、繊度3dt以下の下流側不織布膳の繊維目付量が260g/m2、濾材空間率93.7%の不織布エレメントを成形した。
As Comparative Example 1, a nonwoven fabric element having a fabric basis weight of 330 g /
比較例2として、繊維目付量178g/m2、繊度3dt以下の下流側不織布層の繊維量が146g/m2、濾材空閉率92.3%不織布エレメントを成形した。
As Comparative Example 2, a nonwoven fabric element having a fiber basis weight of 178 g /
上記実施例および比較例に記載した濾材に対して、ダスト・脈動・カーボンの各性能比較試験を行った。このときの試験条件を示す。
(試験条件)
(1) 試験温度 常温(各試験共通)
(2) 試験流量 2.3/min
(3) ダスト試験粒子 JIS8種
(4) 脈動条件 5700rpm相当(30min)
(5)カーボンダスト 軽油ランプ
(6)ダストフルライフ 2.94Kpa上昇時の投入量
ダストフルライフ 透過量+捕捉量
(7)ダスト清浄効率 2.94Kpa上昇時の捕捉効率
清浄効率 捕捉量/(透過量十捕捉量)×100
(8)脈動透過率 脈動試験後のダスト透過率
脈動透過率 透過量/捕捉量X100
(9)カーボン圧力上昇 軽油20c燃焼時の圧カ増加
The dust, pulsation, and carbon performance comparison tests were performed on the filter media described in the above Examples and Comparative Examples. The test conditions at this time are shown.
(Test conditions)
(1) Test temperature Normal temperature (common to each test)
(2) Test flow rate 2.3 / min
(3) Dust test particles JIS 8 types
(4) Pulsation condition 5700rpm equivalent (30min)
(5) Carbon dust light oil lamp
(6) Dust full life Input amount when 2.94Kpa rises Dust full life Permeated amount + captured amount
(7) Dust clean efficiency 2.94Kpa rise trap efficiency clean efficiency trapped amount / (permeated amount + trapped amount) x 100
(8) Pulsation permeability Dust permeability after pulsation test Pulsation permeability Permeation / capture X100
(9) Increase in carbon pressure Increase in pressure when burning light oil 20c
上記試験方法により得られた結果を表1に表す。 The results obtained by the above test method are shown in Table 1.
Claims (4)
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