JP2007211743A - エアクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車エンジンなどの吸気系に使用されるエアクリーナにおいて、エアクリーナの通気抵抗の増加を抑えながら、ダストの捕集効率を高め、長寿命化できるエアクリーナを提供する。
【解決手段】 エアクリーナの下流側拡張部１７２には、不織布製の捕捉体１５ａが、その周囲をエアクリーナケース１１に取り付けられて設置されている。捕捉体１５ａは、フィルタエレメント１２との隙間が５ｍｍとなるように設置されている。捕捉体１５ａには、その中央部に空気流出口１４とその径をほぼ同一とする穴部１６が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関の燃焼用空気を清浄にするエアクリーナに関し、特に例えば自動車エンジンなどの吸気系に使用されるエアクリーナに関するものである。

上記エアクリーナとしては、エンジンに清浄な空気を送るために、微細なダストを除去できる性能すなわち高い捕集効率が求められていた。特に近年では、オイルを塗布した濾材から透過するカーボンダストや、濾紙や不織布などの濾材から透過する粒子径の小さなダストが、エアクリーナの下流に設置されるエアフローメータやエンジン摺動部に悪影響を与えることが無いよう、より高い捕集効率が求められていた。その一方で、エアクリーナには、長期間にわたり目詰まりすること無く使用できる長寿命化が求められていた。さらに、エンジンの出力向上のためには吸気系の吸気抵抗を低減する必要があり、エアクリーナの通気抵抗の低減が求められていた。

このように、高い捕集効率と長寿命化と通気抵抗の低減を図ることは、互いに相反する性能要求となることが一般的であり、すべての要求性能を高めることは困難であった。例えば、捕集効率を高めるために、濾材の目付け量を大きくすることや使われている繊維の径を小さくすることが考えられるが、その場合、濾材の寿命が著しく低下し、通気抵抗も大きくなってしまうという問題があった。このような欠点を補うために、濾過面積を大きくすることも考えられるが、その場合、エアクリーナが巨大化してしまうという問題があった。

こうした困難を改良するために、密な１次エレメントの下流に疎な２次エレメントを配置することで、通気抵抗の増加を抑えつつ、ダストの捕集効率を高めることが提案されている（下記特許文献１参照）。また、比較的密なフィルタの上流に、比較的疎なダスト捕捉体を設ける構成も提案されている（下記特許文献２および下記特許文献３参照）。
特開２００４−２１１６６１ 実開昭５４−１５６０１２ 特公昭３９−２３２１１

しかしながら、上記の従来例では、その性能向上はいまだ不十分なものであり、更なる性能改善が待たれていた。すなわち、特許文献１の従来例においては、捕集効率の向上という目的は果たされるものの、疎な２次エレメントが、密な１次エレメントの空気流出側すべてを覆うように設けられているため、１次エレメントを通過した空気はすべて２次エレメントを通過することとなり、２次エレメントを設けたことによる通気抵抗の増加は避けることができず、通気抵抗の増加を防ぐ効果は、限定的なものであった。また、特許文献２および特許文献３に開示された構造においては、その効果が主に通気抵抗の低減と長寿命化にあり、比較的密なフィルタを透過する微細なダストを捕集し、捕集効率を高めるような効果を期待することはできなかった。

本発明は、上記課題を解決するもので、エアクリーナの通気抵抗の増加を抑えながら、ダストの捕集効率を高め、長寿命化できるエアクリーナを提供することを目的とする。

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、エアクリーナのフィルタエレメントを通過した空気の流れが、均一ではなく、流速の高い領域と流速の低い領域が存在することを知見した。そして、フィルタエレメントの下流に、所定の形状・材質からなるダスト捕捉体を所定の配置に設置することにより、上記課題が解決されることを知見し、本発明を完成させるに至ったものである。

すなわち本発明のエアクリーナは、エンジンの吸気経路に取り付けられるエアクリーナであって、エアクリーナケースで囲われる空間を完全に分割するように設置されるフィルタエレメントと、前記分割された空間の下流側空間内に設けられる捕捉体を有し、前記捕捉体が前記下流側空間を実質的に分割しないように設置されているエアクリーナである（請求項１）。また、前記捕捉体が前記フィルタエレメントと５〜２０ｍｍの隙間を持つように設けられている（請求項２）。また、前記捕捉体が前記エアクリーナケースの面の一部に沿うように取り付けられている（請求項３）。また、前記フィルタエレメントは襞折状にした濾材により構成されており、前記フィルタエレメントの下流側空間側から見た谷の部分に対向する位置に、前記捕捉体を選択的に配置している（請求項４）。また、前記捕捉体は不織布あるいは樹脂発泡体である（請求項５）。また、前記捕捉体には粘着剤が塗布されている（請求項６）。

以下、本発明に関し詳しく説明する。まず、本発明の基礎となった、フィルタエレメントを通過する空気の流速分布について説明する。図４は、襞折されたフィルタエレメントを通過する空気の流速分布を示す図である。矢印の長さが流速の大きさを表している。濾材が折り曲げられた部分は濾材が圧縮されて通気性が悪くなるため、空気は主に濾材の平面状の部分を透過していく。図４に示すように、フィルタエレメントの上流側ではほぼ均一な流速分布であるが、下流側では速い流速の領域と、遅い流速の領域とがある。すなわち、下流側空間側からみてフィルタエレメントの谷の部分に対向する領域では流速が高くなり、下流側空間側からみてフィルタエレメントの山の部分に対向する領域では流速が低くなっている。

次に、フィルタエレメントを透過したダスト粒子と空気の挙動について説明する。フィルタエレメントの濾材を透過した微細なダストは、流速が高い領域の空気の流れに乗って、勢いよく下流側に噴出していく。このような下流側の流れの領域に、捕捉体を置いた場合には、勢いよく噴出してきたダストは、その慣性により、捕捉体に付着あるいは取り込まれるなどして捕捉される。一方、空気はその慣性がダスト粒子に比べ小さいため、空気の一部は捕捉体内部へ入ってゆくものの、空気の残りの部分は捕捉体を避けて他の空間へと自由に流れていくことができる。

本発明の作用を説明する。本発明のエアクリーナは、フィルタエレメントの下流側空間内に捕捉体を設けることによって、フィルタエレメントの濾材から勢い良く透過してきた微細なダストを捕捉することができ、ダストの捕集効率を向上させることができる。また、捕捉体はエアクリーナの下流側の空間を実質的に分割しないように設けられているので、フィルタエレメントを通過した空気の一部分のみが捕捉体内を透過するだけで良くなり、空気の残りの部分は、捕捉体を避けて自由に下流側に流れることができる。したがって、捕捉体をフィルタエレメントの下流側すべてを覆うように設けた従来例と比べて、捕集効率を維持しながら通気抵抗を低減することができる。

また、捕捉体とフィルタエレメントとが５〜２０ｍｍの隙間を持つように設置することにより、捕集効率を高めながら通気抵抗を低減し、長寿命化することが、非常に効果的に行える。
また、エアクリーナを構成するケース部材の面の一部に沿うように、捕捉体を取り付けることによって、捕捉体の取り付けが非常に容易となると共に、捕捉体の形状保持も容易となり捕捉体の材料選択の幅を広げることができる。
また、襞折状に構成されたフィルタエレメントの下流側空間側から見た谷の部分に対向する位置に、前記捕捉体を選択的に配置することにより、谷の部分から勢いよく噴出してくる微細なダストを効率よく捕捉しながらも、空気は選択的に配置された捕捉体の隙間から自由に流れる事が可能であるので、ダストの捕集効率を高めながら通気抵抗を低減する事ができる。
また、捕捉体を不織布や樹脂発泡体により構成することにより、捕集効率に優れ、通気抵抗が低減できる捕捉体を容易に製造することができる。
また、捕捉体に粘着材を塗布することにより、捕捉体のダスト捕捉性をさらに高め、捕集効率を高めることができる。

本発明によれば、エアクリーナの通気抵抗の増加を抑えながら、ダストの捕集効率を高め、長寿命化できるエアクリーナを提供することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。まず、図１は、本発明の第１実施例の断面図である。エアクリーナ１は、拡張部１７を構成するエアクリーナケース１１と、フィルタエレメント１２と、空気流入口１３と、空気流出口１４と、捕捉体１５ａとによって構成されている。エアクリーナ１は図示しない自動車用エンジンの吸気経路に設置され、空気取り入れダクト１８が空気流入口１３に接続され、スロットル部品１９が空気流出口１４に接続されて、エンジンに清浄化した吸入空気を供給する。この実施例では、エアクリーナケース１１の内寸は、幅１５０ｍｍ×高さ１５０ｍｍ×長さ２００ｍｍであり、空気流入口１３、空気流出口１４の内径はφ６０ｍｍである。

フィルタエレメント１２は、襞折された濾紙により構成されており、ダストの捕集効率向上や長寿命化を図るためにパラフィン系のオイルが塗布含浸されている。フィルタエレメント１２は、エアクリーナケース１１で囲まれた拡張部１７を、上流側拡張部１７１と下流側拡張部１７２とに、空間的に２分割するように配置され、エアクリーナケース１１に取り付けられている。エアクリーナケース１１は、ポリプロピレン樹脂により成形されており、エアクリーナ１の内部空間を構成するように組み立てられている。エアクリーナケース１１を２分割して成形し、フィルタエレメント１２をはさむように分解可能に組み立ててエアクリーナ１を構成するようにしても良い。

エアクリーナの下流側拡張部１７２すなわちフィルタエレメント１２と空気流出口１４との間の空間には、不織布製の捕捉体１５ａが、その周囲をエアクリーナケース１１に取り付けられて設置されている。捕捉体１５ａは、図１中にＡで示したフィルタエレメント１２との隙間が５ｍｍとなるように設置されている。空気流出口１４とその径をほぼ同一とする穴部１６が、捕捉体１５ａの中央部に設けられている。捕捉体１５ａはポリプロピレン製の不織布で構成されており、不織布の目付けは２００ｇ／ｍ＾２であり、厚さは２ｍｍである。また、捕捉体１５ａには、パラフィン系オイルが塗布されている。

フィルタエレメント１２により濾過された空気は、特にフィルタエレメント１２の谷部分から勢い良く噴出する部分において、一部は捕捉体１５ａの表面に衝突しながらその内部に吸い込まれ透過していくが、残りの空気は捕捉体１５ａを避けて、捕捉体１５ａに設けられた穴部１６を通って、空気流出口１４へと流れていく。したがって、捕捉体１５ａを透過する空気の量は、エアクリーナ１を通過する空気全体の一部分のみであり、捕捉体１５ａを設けたことによる通気抵抗の増加を抑えることができる。一方、フィルタエレメント１２を透過したダストは、フィルタエレメント１２から勢い良く噴出してくるため、ダスト粒子の慣性により、捕捉体１５ａを避けることなく、捕捉体１５ａの表面あるいは内部で捕捉される。図２に、捕捉体１５ａのＸ−Ｘ断面形状図を示す。捕捉体１５ａは角形状となっている。

第１実施例のエアクリーナ１の空気流出口１４を、図示しないアブソリュートフィルタに接続し、ダスト試験を行った。試験は、ＪＩＳ Ｄ１６１２に準じながら、流量３立方メートル／分の空気を流し、空気取り入れダクト１８から試験用ダスト（ＪＩＳ１１種ダスト）２０ｇを投入して行った。試験は、フィルタエレメント１２と捕捉体１５ａの間の隙間Ａを、０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍに変更して行い、それぞれの試験で、通気抵抗の変化と、捕捉体１５ａのダスト捕捉量とアブソリュートフィルタのダスト捕捉量を測定した。通気抵抗の測定は、空気流出口１４のＰ位置に設けられた図示しない圧力測定ポートを通じて行い、その測定値をもって通気抵抗値とした。捕捉体１５ａのダスト捕捉量は、試験前後の捕捉体１５ａの重量測定を行い、その差を求めることによって算出した。また、アブソリュートフィルタのダスト捕捉量は、試験前後のアブソリュートフィルタの重量測定を行い、その差を求めることによって算出した。

試験結果を図３に示す。「増加抵抗」とあるのは、試験開始時の初期通気抵抗値を基準としたときの、ダスト投入量２０ｇ時の通気抵抗値の増加分である。また、「捕捉量」とあるのは、捕捉体１５ａによって捕捉されたダスト捕捉量である。また、「捕集効率」とあるのは、フィルタエレメント１２を透過したダストの総量を１００％とした際の、捕捉体１５ａに捕捉されたダストの割合である。捕集効率の計算は、以下の式により算出した。
（捕集効率）＝（捕捉体１５ａの捕捉量）／（（捕捉体１５ａの捕捉量）＋（アブソリュートフィルタのダスト捕捉量））×１００ （％）

図３によれば、隙間が０ｍｍのときは、通気抵抗の増加が非常に大きいが、隙間が５ｍｍ以上であれば、通気抵抗の増加が少なく、その結果エアクリーナの長寿命化が図れることがわかる。５ｍｍ以上の隙間を設けた場合には隙間の大きさに関わらず、ほぼ同じ増加抵抗となっているので、通気抵抗に関していえば、５ｍｍ以上離して捕捉体を設けることで、通気抵抗の増加を抑える効果が大きいことがわかる。

また、試験結果の捕捉量や捕捉体の捕集効率を見ると、５ｍｍ、１０ｍｍと隙間が大きくなるに従って、捕捉量や捕捉体の捕集効率が減少する傾向が認められる。これは、図４に示したような流速の高い領域を持った流れの場が、フィルタエレメント１２から離れるに従って、均一で遅い流れの場に変化し、濾材を透過したダスト粒子もその勢いを失ってしまい、ダスト粒子も捕捉体１５ａを避けるようになるためであると考えられる。従って、ダストの捕集効率を高める観点からは、フィルタエレメント１２と捕捉体１５ａの間の隙間は、３０ｍｍ以下であることが望ましく、より望ましくは２０ｍｍ以下であることが望ましく、さらに望ましくは１０ｍｍ以下であることが望ましい。

捕捉体１５ａには、ポリプロピレン製の不織布を使用したが、不織布の材質はこれに限定されるもので無く、ポリエステル（ＰＥＴ）、パルプ、レーヨン、アクリルなどの繊維材料の不織布や濾紙であっても良く、ガラス繊維の不織布であっても良い。

なお、捕捉体１５ａには、パラフィン系オイルを塗布したが、ナフテン系オイル等の鉱物油でも良いし、フタレート系オイル等の合成油でも良い。捕捉体１５ａにオイルを塗布することにより、捕捉体１５ａの捕集効率を高めることができる。また、オイルを塗布するのではなく、いわゆるエレクトレット処理のように、静電気によるダスト捕捉効果のあるような表面処理を施した不織布を使用しても良い。

図５は、第２実施例の断面図である。第２実施例においては、捕捉体１５ｂはウレタンスポンジにより構成され、エアクリーナケース１１のフィルタエレメント１２と対向する面１１１上に接着されている。このように、フィルタエレメント１２の一部分のみに対向するように穴部を持たない捕捉体１５ｂを設けても良い。

捕捉体１５ｂはポリエチレン樹脂やポリエステル樹脂などの樹脂発泡体であっても良いし、濾紙や不織布であってもよい。樹脂発泡体を捕捉体１５ｂに使用する際は、特に連泡構造を持った樹脂発泡体を使用することが、通気抵抗の増加を抑える観点からは望ましい。また、エアクリーナケース１１のフィルタエレメント１２と対向する面１１１上に、パラフィン系オイルや、ナフテン系オイル等の鉱物油や、フタレート系オイル等の合成油などの粘着性物質を直接塗布して、捕捉体１５ｂを構成するようにしても良い。

本実施例においては、ウレタンスポンジ製の捕捉体１５ｂを面１１１に接着したが、両面テープを用いても良いし、その他、熱圧着、超音波溶着などのさまざまな工業的手段を用いることによって捕捉体１５ｂを面１１１に固定してよい。本実施例のように、エアクリーナケース１１の面に沿うように捕捉体１５ｂを固定することにより、容易に捕捉体１５ｂを固定し、形状保持できる。従って、剛性や形状保持性に劣るような材料であっても、容易に捕捉体１５ｂを構成することができる。

本実施例においては、エアクリーナケース１１の一部の面１１１上に直接、捕捉体１５ｂを取り付けたが、面１１１は平面に限らず、湾曲した局面であっても良い。また、面１１１の内側に補強用のリブなどがある場合でも、一連のリブの端面を利用して捕捉体１５ｂを固定し形状保持すればよい。なお、この場合には、捕捉体１５ｂと面１１１との間に、一連のリブにより隙間が形成されるので、捕捉体１５ｂを透過する空気がこの隙間を通って空気流出口１４に流れることができるようになり、さらに通気抵抗を低減できる。

図６は第３実施例の断面図である。第３実施例においては、捕捉体１５ｃは捕捉部１５１と空隙部１５２とが交互に並んだ形状となっている。図７は捕捉体１５ｃのＹ−Ｙ断面形状図である。捕捉体１５ｃは、櫛状の形状をしており、硬質ウレタンスポンジの板を打ち抜いて作成されている。捕捉体１５ｃ、特にその捕捉部１５１は、フィルタエレメント１２を下流側から見た際に谷となる部分１２１に対向するように、配置されている。

第３実施例においては、フィルタエレメント１２の谷部分１２１から勢い良く噴出す空気が、一部は捕捉部１５１の表面に衝突しながらその内部に吸い込まれ透過していくが、残りの空気は捕捉部１５１を避けて、空隙部１５２を通って、空気流出口１４へと流れていく。したがって、捕捉体１５ｃを設けたことによる通気抵抗の増加をより効果的に抑えることができる。一方、フィルタエレメント１２を透過したダストは、フィルタエレメント１２の谷部１２１から勢い良く噴出してくるため、ダスト粒子の慣性により、捕捉部１５１を避けることなく、捕捉体１５ｃの表面あるいは内部で捕捉される。

捕捉体１５ｃは必ずしも硬質ウレタンなどの樹脂発泡体である必要は無く、ポリプロピレンやナイロンなどの熱可塑性樹脂を櫛状の形状に成形したものにオイル等の粘着材を塗布したもので構成しても良い。

第１実施例の断面図。 捕捉体１５ａのＸ−Ｘ断面形状図。 第１実施例におけるダスト試験結果。 襞折されたフィルタエレメントを通過する空気の流速分布図。 第２実施例の断面図。 第３実施例の断面図。 捕捉体１５ｃのＹ−Ｙ断面形状図。

符号の説明

１ エアクリーナ
１１ エアクリーナケース
１１１ エアクリーナケースを構成する一部の面
１２ フィルタエレメント
１２１ フィルタエレメントの下流側から見た際の谷部分
１３ 空気流入部
１４ 空気流出部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 捕捉体
１５１ 捕捉部
１５２ 空隙部
１６ 穴部
１７ 拡張部
１７１ 上流側拡張部
１７２ 下流側拡張部
１８ 空気取り入れダクト
１９ スロットル部品

Claims (6)

1. エンジンの吸気経路に取り付けられるエアクリーナであって、
   エアクリーナケースで囲われる空間を完全に分割するように設置されるフィルタエレメントと、前記分割された空間の下流側空間内に設けられる捕捉体を有し、前記捕捉体が前記下流側空間を実質的に分割しないように設置されているエアクリーナ。
2. 前記捕捉体が前記フィルタエレメントと５〜２０ｍｍの隙間を持つように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記捕捉体が前記エアクリーナケースの面の一部に沿うように取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエアクリーナ。
4. 前記フィルタエレメントは襞折状にした濾材により構成されており、前記フィルタエレメントの下流側空間側から見た谷の部分に対向する位置に、前記捕捉体を選択的に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエアクリーナ。
5. 前記捕捉体は不織布あるいは樹脂発泡体であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のエアクリーナ。
6. 前記捕捉体には粘着剤が塗布されていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のエアクリーナ。
   

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