JP2008157138A

JP2008157138A - エアクリーナユニットの水分分離構造

Info

Publication number: JP2008157138A
Application number: JP2006347691A
Authority: JP
Inventors: Ko Iino; 航飯野
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】障壁面の形成による通路断面積の縮小を最小限に抑制した上で、吸気を確実に障壁面に衝突させて水分を分離でき、もって、水分分離機能と通気抵抗とを高次元で両立できるエアクリーナユニットの水分分離構造を提供する。
【解決手段】水切りボックス３の吸気流入口７を下方に延設して吸気案内通路１１を形成し、この吸気案内通路１１の下方位置に直交するように底壁３ｃを形成すると共に、底壁３ｃに対して直交するように前壁３ｂを形成し、前壁３ｂの上側に吸気流出口８を開口させる。吸気案内通路１１により下方に案内される吸気を底壁３ｃ及び前壁３ｂにより規制しながら上方に反転させて遠心力により水分を分離する一方、一部の吸気は下方への慣性力を利用して底壁３ｃ及び前壁３ｂに衝突させて水分を付着・分離させる。
【選択図】図４

Description

本発明はエアクリーナユニットの水分分離構造に係り、詳しくは吸気に含まれる雨水等の水分を分離する水切りボックスを備えたエアクリーナユニットに関するものである。

この種のエアクリーナユニットは吸気に含まれる微細なゴミを除去する濾過機能と共に、雨天走行時等に吸気中に混入する水分を分離してエンジンへの吸入を防止する水分分離機能が要求されており、この水分分離機能のために種々の構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
当該特許文献１に記載されたエアクリーナユニットは、円筒状のフィルタエレメントをクリーナケースに収容して上端及び下端をシールすると共に、クリーナケースの下面に貯留室を設け、この貯留室とフィルタエレメントの内周側とをクリーナケースの底壁に貫設した排出孔を介して連通させている。このように構成されたエアクリーナユニットでは、吸気取入れ部から取り入れた吸気をクリーナケース内でフィルタエレメントの外周側から内周側に流通させてゴミを濾過し、その後にエンジンの吸気系に供給する一方、フィルタエレメントを流通する際に濾過機能を利用して吸気中の水分を分離し、分離されてフィルタエレメントの内周側に溜まった水分を排出孔を介して貯留室内に導いている。

しかしながら、特許文献１の技術ではフィルタエレメントを利用して水分分離しているため、フィルタエレメントが常に濡れた状態となって吸気を流通させる際の通気抵抗を増大させてしまうという問題がある。そこで、吸気中の水分を分離するための専用の水切りボックスを備えたエアクリーナユニットが実用化されている。
図５はこの従来のエアクリーナユニットを示す正断面図、図６は同じく従来のエアクリーナユニットを示す平断面図、図７は同じく従来のエアクリーナユニットを示す図６のVII−VII線断面図である。この従来のエアクリーナユニットでは、フィルタエレメント２０を収容したクリーナケース２１の外周面に水切りボックス２２を設けて、水切りボックス２２の上面に形成した吸気流入口２２ａにダクト２３を介して図示しない吸気取入れ部を接続すると共に、水切りボックス２２の一側に形成した吸気流出口２２ｂを、クリーナケース２１の外周面に沿って形成した誘導路２４の一端に接続し、誘導路２４の他端をクリーナケース２１内と連通させている。水切りボックス２２の吸気流出口２２ｂの通路断面形状は誘導路２４側と対応する縦長の長方形状をなし、吸気流出口２２ｂの下部及び左右両側部には、吸気の流れ方向と直交する障壁面２５が形成され、この障壁面２５により分離した水分を貯留可能なように水切りボックス２２の下部は誘導路より下方まで延設されている。

そして、吸気取入れ部から取り入れた吸気はダクト２３を経て吸気流入口２２ａから水切りボックス２２内に流入した後、その吸気流出口２２ｂから誘導路２４を経てクリーナケース２１内に導入され、フィルタエレメント２０の外周側から内周側に流通してゴミを濾過されてエンジン側に供給される。吸気流出口２２ｂを流通する際の吸気は障壁面２５に衝突し、吸気中に混入した水分は障壁面２５に付着・分離されて水切りボックス２２内に貯留され、これにより水分を含んだ吸気のエンジンへの供給が防止される。
特表２００１−５１９３９５号公報

ところが、上記した従来のエアクリーナユニットでは吸気を確実に障壁面２５に衝突させることができず、結果として水分が十分に分離されていない吸気をフィルタエレメント２０に供給してしまうという問題があった。
即ち、この従来のエアクリーナユニットは、吸気流出口２２ｂの下部及び左右両側部に障壁面２５を形成して吸気を衝突させる構成から、図５から明らかなように吸気流出口２２ｂの略中心を流通する吸気をそのまま素通りさせてしまう。吸気流入口２２ｂ側のダクト形状（例えば方向等）を変更することで障壁面２５に対する吸気の衝突状況をある程度変えることは可能であるが、何れにしても吸気を積極的に障壁面２５に衝突させる配慮がなされていないため、吸気の素通りを解消できなかった。また、例えば障壁面２５の面積を拡大することで衝突する吸気を増大させることもできるが、それに伴って吸気流出口２２ｂの通路断面積が縮小することにより通気抵抗が増大し、エンジン出力の低下や燃費悪化等の別の問題が発生してしまう。結果として、この従来のエアクリーナユニットでは、吸気に対する水分分離機能と通気抵抗とを低次元でしか両立できなかった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、障壁面の形成による通路断面積の縮小を最小限に抑制した上で、吸気を確実に障壁面に衝突させて水分を分離でき、もって、水分分離機能と通気抵抗とを高次元で両立できるエアクリーナユニットの水分分離構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、吸気取入れ部に対して上流側ダクトを介して水切りボックスの吸気流入口を接続し、水切りボックスの吸気流出口に対して下流側ダクトを介してフィルタエレメントを接続し、フィルタエレメントがエンジンの吸気系に接続されるエンジンのエアクリーナユニットにおいて、水切りボックスの吸気流入口に上流側ダクトからの吸気を案内する略直線状の吸気案内通路を形成し、吸気案内通路の案内方向に案内方向と略直交する第１障壁面を形成すると共に、第１障壁面に対して略直交する第２障壁面を吸気流出口の下側に形成したものである。

従って、吸気取入れ部から取り入れられた吸気は上流側ダクトを経て吸気流入口から水切りボックス内に流入した後、吸気流出口から下流側ダクト側に流出する。水切りボックス内において、吸気は吸気案内通路により一方向に案内されながら流入した後、その案内方向に対して略直交する第１障壁面（例えば、水切りボックスの底壁）、及びこの第１障壁面に対して略直交する吸気流出口側の第２障壁面（例えば、水切りボックスの側壁）により流通方向を規制されながら、吸気流出口から流出する。このため、吸気の一部は吸気案内通路に案内された後に略９０°以上の角度で反転し、反転の際に生じる遠心力により吸気中に含まれる水分が分離される。

また、残りの吸気は吸気案内通路の案内により付与された慣性力により、第１障壁面や第２障壁面に衝突した後に吸気流出口から流出し、衝突の際に含んでいる水分が各障壁面に付着して分離される。よって、何れの経路を辿った吸気に対しても十分な水分分離機能が発揮される。
一方、吸気の慣性力を利用して積極的に各障壁面に吸気を衝突させる構成のため、障壁面を設置することにより吸気流出口等の通路断面積が縮小される虞がなく、吸気の通気抵抗を最小限に抑制可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、上流側ダクト、水切りボックスの吸気案内通路、水切りボックスの第１障壁面と第２障壁面、及び下流側ダクトの各吸気通路の軸線を上下方向に沿った略同一平面内に配置したものである。
従って、上流側ダクト、水切りボックスの吸気案内通路や第１障壁面と第２障壁面、及び下流側ダクトが上下方向に沿った同一平面内に配置され、エアクリーナユニットがコンパクト化される。

請求項３の発明は、請求項１または２において、水切りボックスの吸気案内通路、上流側ダクト及び下流側ダクトの通路断面積を略等しく設定したものである。
従って、吸気が流通する上流側ダクト、水切りボックスの吸気案内通路、下流側ダクトの通路断面積が略等しいため、断面積変化による通気抵抗の増大が抑制される。

以上説明したように請求項１の発明のエアクリーナユニットの水分分離構造によれば、障壁面の形成による通路断面積の縮小を最小限に抑制した上で、吸気を確実に障壁面に衝突させて水分を分離でき、もって、水分分離機能と通気抵抗とを高次元で両立することができる。
請求項２の発明のエアクリーナユニットの水分分離構造によれば、請求項１に加えて、エアクリーナユニットの各構成部品を効率的にレイアウトしてコンパクト化することができる。

請求項３の発明のエアクリーナユニットの水分分離構造によれば、請求項１または２に加えて、断面積変化による通気抵抗の増大を抑制して、通気抵抗を一層低減することができる。

以下、本発明をトラック用のエアクリーナユニットの水分分離構造に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の水分分離構造が適用されたエアクリーナユニットを示す斜視図、図２は同じくエアクリーナユニットを示す図１のＡ矢視図、図３は同じくエアクリーナユニットを示す図１のＢ矢視図である。本実施形態のエアクリーナはトラック用として構成されており、車両の左前輪タイヤハウスとフロントバンパとの間で車体前側に対して各図に示す姿勢で配設され、キャビン直後に搭載された図示しないエンジンに吸入空気を供給する。以下、車体の前後方向及び左右方向を基準としてエアクリーナユニットの構成を説明する。

エアクリーナユニットは、一端２ａに吸気取入れ部１が接続された上流側ダクト２、この上流側ダクト２の他端２ｂに接続された水切りボックス３、この水切りボックス３に一端４ａを接続された下流側ダクト４、及び、この下流側ダクト４の他端４ｂに接続されてフィルタエレメント５を内蔵すると共に、エンジン側と接続されたフィルタボックス６により構成されている。なお、これらの上流側ダクト２、水切りボックス３、下流側ダクト４、フィルタボックス６は金属或いは合成樹脂材料により製作されている。

上流側ダクト２は円筒状をなし、吸気取入れ部１が固定された一端２ａから下方斜め後方に向けて略クランク状に屈曲しながら延設され、その下方に指向する他端２ｂの下側位置に上記水切りボックス３が配設されている。水切りボックス３は全体として四角箱状をなし、その上壁３ａには円筒状の吸気流入口７が開口形成され、この吸気流入口７に上流側ダクト２の他端２ｂが嵌め込まれて図示しないホースバンド等で接続されている。

水切りボックス３の前壁３ｂには円筒状の吸気流出口８が開口形成され、この吸気流出口８に下流側ダクト４の一端４ａが嵌め込まれて図示しないホースバンド等で接続されている。なお、水切りボックス３に対する上流側及び下流側ダクト２，４の接続方法はこれに限ることはなく、周知の他の接続方法を任意に適用可能である。下流側ダクト４は円筒状をなし、水切りボックス３に接続された一端４ａから下方斜め前方に向けて延設され、その他端４ｂは左方に向けて屈曲形成されて上記フィルタボックス６の下部の右側面に接続されている。フィルタボックス６は下流側ダクト４が接続された下部から上方斜め後方に向けて延設され、その上部には円筒状のエンジン側接続口９が左方に向けて開口形成されている。

本実施形態ではフィルタボックス６に内臓されたフィルタエレメント５として、従来型の円筒外周から内周へと半径方向に吸気を流通させるラジアル式フィルタに代えて、円柱の一端から他端へと軸方向に吸気を流通させるアキシャル式フィルタを採用している。このアキシャル式フィルタは、例えば特表２００５−５２４７９７号公報に開示されているように、多数の流通孔が列設されたシート状の濾過材を巻回して円柱状のフィルタエレメントを形成し、このフィルタエレメントの両端において隣接する流通孔を交互に閉塞して製作されている。フィルタエレメント５の一端から各流通孔に流入した吸気は、各流通孔を区画する多孔質の隔壁を流通して反対側の流通孔へと流出し、隔壁を流通する際にゴミ等の濾過作用を得ている。このような特性から、フィルタエレメント５は、フィルタボックス６の下部から上方斜め後方へと流れる吸気の流通方向に対して軸心を一致させた姿勢で配設されており、図示はしないが、フィルタエレメント５の外周面とフィルタボックス６の内周面との間はシールにより吸気漏れを防止されている。

以上の構成により、吸気取入れ部１から導入された吸気は、上流側ダクト２に沿って案内されて吸気流入口７を経て水切りボックス３内に流入し、その後に吸気流出口８から上流側ダクト４を経てフィルタボックス６側に案内され、フィルタボックス６内でフィルタエレメント５を流通して濾過された後に、エンジン側接続口９を経てエンジンの吸気系に供給される。

一方、上記水切りボックス３の構成を述べると、上壁３ａに形成された吸気流入口７は所定寸法Ｈだけ下方に向けて直線状に延設され、以下、この延設箇所を吸気案内通路１１と称する。この吸気案内通路１１の通路断面積と上記上流側ダクト２及び下流側ダクト４の通路断面積とは略等しく設定されている。
水切りボックス３の底壁３ｃは水平方向に沿うように形成され、その結果、上壁３ａ側の吸気案内通路１１の下端（図２のＨの下端）から底壁３ｃは下方に離間し、且つ吸気案内通路１１に対して底壁３ｃは直交する配置状態となり、本実施形態では、この底壁３ｃが第１障壁面として機能する。底壁３ｃに対して水切りボックス３の前壁３ｂは直交するように形成され、上記吸気流出口８が前壁３ｂの上部に形成されているため、本実施形態では、この上部を除く前壁３ｂの下部が第２障壁部として機能する。水切りボックス３の上壁３ａは、吸気案内通路１１と吸気流出口８との間で前方斜め上方に傾斜しており、この上壁３ａの傾斜に沿って吸気流出口８から流出するときの吸気が案内される。また、水切りボックス３内の下部は、吸気から分離された水分を貯留する役割を果たす。

ここで、図１，３から明らかなように、上流側ダクト２、水切りボックス３の吸気案内通路１１、底壁３ｃ、前壁３ｂ、及び下流側ダクト４は、各吸気通路の軸線が上下及び前後方向に沿った略同一平面Ｆａ内に配置されており、この平面Ｆａ内で上流側ダクト２から水切りボックス３を経て下流側ダクト４まで吸気が案内される。また、この平面Ｆａに対して左側に位置する平行な平面Ｆｂ内にフィルタボックス６が配置されており、この平面Ｆｂ内でフィルタエレメント５に濾過されながら吸気が案内される。

なお、図示はしないが、水切りボックス３の底壁３ｃには排出バルブが設けられ、この排出バルブはエアクリーナユニット内（水切りボックス３内）に作用するエンジンの吸気負圧に応じて開閉する。即ち、高速走行時のようにエンジン負荷がある程度高くて水切りボックス３内に作用する吸気負圧が高いときには、排出バルブが閉保持されて外部空気の水切りボックス３内への吸込みを防止し、アイドル運転のようにエンジン負荷が低くて水切りボックス３内に作用する吸気負圧が低いときには排出バルブが溜まった水の質量で開放され、これにより水切りユニット３内に貯留された水分が自動的に外部に排出される。また、溜まった水がないときには、エンジン負荷が低くても排出バルブは閉じている。

次に、以上のように構成されたエアクリーナユニットの水分分離構造の作用を説明する。
吸気取入れ部１から取り入れられた吸気は上流側ダクト２を経て吸気流入口７から水切りボックス３内に流入した後、吸気流出口８から下流側ダクト４側に流出する。図４は水切りボックス３による水分分離作用を示す部分断面図であるが、水切りボックス３内において、吸気は吸気案内通路１１により下方に案内されながら流入した後、その案内方向に対して直交する底壁３ｃ、及びこの底壁３ｃに対して直交する吸気流出口８側の前壁３ｂにより流通方向を規制されながら、吸気流出口８から流出する。このため、破線Ａr1で示すように、吸気は吸気案内通路１１による下方に案内された後に垂直方向に略９０°以上の角度（前方斜め上方）で反転した後、上壁３ａの傾斜に沿って吸気流出口８から流出することになり、実線Ｕtで示すように、反転の際に生じる遠心力により吸気中に含まれる水分が分離されて水切りボックス３内に貯留される。

また、吸気案内通路１１の案内により吸気には下方への慣性力が付与されているため、上記のように反転後に直接的に吸気流出口８から流出する吸気は一部であり、破線Ａr2で示すように、残りの吸気は下方への慣性力により底壁３ｃや前壁３ｂに衝突した後に吸気流出口８から流出する。よって、衝突の際に吸気が含んでいる水分が底壁３ｃや前壁３ｂに付着して分離される。

即ち、反転後に直接的に吸気流出口８から流出する破線Ａr1の吸気は反転時の遠心力が強い故に、遠心力を利用することで水分が分離され、一方、慣性力の影響により底壁３ｃや前壁３ｂに衝突する破線Ａr2の吸気は、衝突時の底壁３ｃや前壁３ｂへの水分付着を利用して水分が分離され、結果として何れの経路を辿った吸気も十分な水分分離機能が発揮され、これにより水分を含んだ吸気がフィルタエレメント５に供給される事態を未然に防止することができる。

また、図４から明らかなように、吸気の慣性力を利用して障壁面である底壁３ｃや前壁３ｂに積極的に吸気を衝突させる構成のため、これらの障壁面を設置することにより吸気流出口８の通路断面積が縮小される虞は一切ない。従って、水切りボックス３を流通する際の吸気の通気抵抗を最小限に抑制でき、もって、通気抵抗の増大に起因するエンジン出力の低下や燃費悪化等の弊害を未然に防止することができる。

一方、図１，３に示すように、上流側ダクト２、水切りボックス３の吸気案内通路１１、底壁３ｃ、前壁３ｂ、及び下流側ダクト４の各吸気通路の軸線を略同一平面Ｆａ内に配置しているため、この部分が左右方向に縮小され、さらに、平面Ｆａの左側に位置する平行な平面Ｆｂ内にフィルタボックス６の中心軸を配置しているため、この部分も左右方向に縮小され、しかも、これらの２平面を隣接して配置しているため、結果としてエアクリーナユニット全体の左右寸法をコンパクト化できる。加えて、上流側ダクト２内及びフィルタボックス６内ではそれぞれ吸気を斜め方向に案内しているため、エアクリーナユニットの上下寸法もコンパクト化できる。換言すれば、一般的なエアクリーナユニットの設置スペースを前提とすれば、フィルタエレメント５を大型化して、一層の通気抵抗の低減や濾過性能の向上を達成することもできる。

さらに、吸気が流通する上流側ダクト２、水切りボックス３の吸気案内通路１１、下流側ダクト４の通路断面積を略等しく設定しているため、断面積変化による通気抵抗の増大が抑制され、この要因も通気抵抗の低減に貢献している。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではアキシャル式のフィルタエレメント５を適用したが、フィルタエレメントの形式はこれに限ることはなく、従来のラジアル式フィルタを用いてもよい。

また、上記実施形態では、吸気案内通路１１により吸気を上方より下方へと案内したが、必ずしも完全な上下方向に設定する必要はなく、例えば吸気を斜め下方に案内しながら水切りボックス３内に流入させてもよい。
また、言うまでもないことであるが、エアクリーナユニットの上流側ダクト２、水切りボックス３、下流側ダクト４、フィルタボックス６等のレイアウト、車両へのエアクリーナユニットの搭載位置等については上記実施形態に限定されることなく、車両からの要求に応じて任意に変更可能である。

実施形態の水分分離構造が適用されたエアクリーナユニットを示す斜視図である。同じくエアクリーナユニットを示す図１のＡ矢視図である。同じくエアクリーナユニットを示す図１のＢ矢視図である。水切りボックスによる水分分離作用を示す部分断面図である。従来のエアクリーナユニットを示す正断面図である。同じく従来のエアクリーナユニットを示す平断面図である。同じく従来のエアクリーナユニットを示す図６のVII−VII線断面図である。

符号の説明

１吸気取入れ部
２上流側ダクト
３水切りボックス
３ｂ前壁（第２障壁面）
３ｃ底壁（第１障壁面）
４下流側ダクト
５フィルタエレメント
７吸気流入口
８吸気流出口
１１吸気案内通路
Ｆａ平面

Claims

吸気取入れ部に対して上流側ダクトを介して水切りボックスの吸気流入口を接続し、該水切りボックスの吸気流出口に対して下流側ダクトを介してフィルタエレメントを接続し、該フィルタエレメントがエンジンの吸気系に接続されるエンジンのエアクリーナユニットにおいて、
上記水切りボックスの吸気流入口に上記上流側ダクトからの吸気を案内する略直線状の吸気案内通路を形成し、該吸気案内通路の案内方向に該案内方向と略直交する第１障壁面を形成すると共に、該第１障壁面に対して略直交する第２障壁面を上記吸気流出口の下側に形成したことを特徴とするエアクリーナユニットの水分分離構造。
上記上流側ダクト、上記水切りボックスの吸気案内通路、上記水切りボックスの第１障壁面と第２障壁面、及び上記下流側ダクトの各吸気通路の軸線を上下方向に沿った略同一平面内に配置したことを特徴とする請求項１記載のエアクリーナユニットの水分分離構造。
上記水切りボックスの吸気案内通路、上記上流側ダクト及び上記下流側ダクトの通路断面積を略等しく設定したことを特徴とする請求項１または２記載のエアクリーナユニットの水分分離構造。