JP2009121370A

JP2009121370A - プリクリーナ

Info

Publication number: JP2009121370A
Application number: JP2007297101A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Naoi; 人士直井
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】プリクリーナの通過空気量を均一化することで、エアクリーナの通過空気量を均一化してエアクリーナのフィルタへの異物の蓄積も均一化し、エアクリーナを開放してフィルタの交換又は清掃を実施するインターバルを長期化することを可能としたプリクリーナを提供する。
【解決手段】エンジンに空気を供給するエアダクトと、該エアダクトに接続されたエアクリーナとの間に介装され、吸入した空気を旋回させる複数の羽根を筒状部材内に嵌入し、空気中に含まれる異物の分離捕集部を有した複数のサイクロン器を備えたプリクリーナにおいて、前記エアダクトと、前記プリクリーナとの接合部のエアダクト開口部から離れるに従い、前記サイクロン器の径を大きくするか、又は前記羽根のリード角を小さくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、エアクリーナに供給される空気中に含まれるダスト、水分等を分離し捕集するためのプリクリーナに関するものである。

エンジン等の内燃機関の燃焼室の破損回避及び磨耗による寿命短縮を回避するため、内燃機関へ空気を導入する空気導入部にエアクリーナと呼ばれるエアフィルタを装着し、内燃機関に前記エアフィルタで異物を取り除いた清浄な空気を供給することが従来より行われている。しかし、エアクリーナは、前記内燃機関の作動に伴い導入された空気中の異物がフィルタに蓄積され、フィルタ目詰まりを起こしてしまう可能性があるために、定期的に開放してフィルタの交換又は清掃を行う必要がある。そこで、このエアクリーナの開放の頻度を減らし、開放間のインターバルを長くするために、近年では、前記エアクリーナに導入される空気の流れ上流側にダスト、水分等の異物を分離するためのプリクリーナを装着してエアクリーナで取り除く必要のある異物の量を減少させ、前記エアクリーナの寿命延長及びエアクリーナに導入された空気中の水分付着によるエアフィルタ抵抗上昇抑制を図り、フィルタの交換又は清掃のための開放頻度を減少させることが行われている。

前記プリクリーナは、導入された空気を旋回させる複数の羽根を筒状部材内に嵌入し、導入された空気中に含まれるダスト、水分等の異物分離部を有したサイクロン器を複数備えてなるものである。プリクリーナでは、前記筒状部材内に嵌入された複数の羽根により空気の旋回流を発生させ、該旋回流の遠心力により導入された空気中のダスト、水分等の異物を前記筒状部材の周方向に排除する。

このようなプリクリーナとして、例えば特許文献１には、図１１に示したように、表面が開口された箱状で且つ複数のインナパイプ０１０が形成されるハウジング部０８と、該ハウジング部０８のインナパイプ０１０と同心状に配設される複数のアウタパイプ０１１が形成され且つハウジング部０８の開口を覆うように一体に嵌合されるウィング部０９とを供え、空気をアウタパイプ０１１内に旋回流として導入し、空気中に含まれる異物を遠心力により分離捕集し、異物が分離捕集された空気をインナパイプ０１０から吸気ダクト内に導くように構成した吸気プリクリーナであって、前記ハウジング部０８とウィング部０９との間に、インナパイプ０１０とアウタパイプ０１１との間隙を一定に保持するための位置決め部材０１７を配設したプリクリーナ構造が開示されている。

特開２００２−３２２９５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来のプリクリーナでは、プリクリーナへ導入される空気入口部の形状、位置の違いによって、例えば空気入口部から離れた位置のインナパイプ０１０を通過する空気量が他のインナパイプ０１０を通過する空気量より少ない等、前記複数のインナパイプ０１０内を通過する通過空気流量にバラツキが生じ、従って前記エアクリーナを通過する通過空気量もその位置によってバラツキが生じる。よって、エアクリーナを通過する空気量がフィルタ全体で均一化されないために、フィルタへの異物の蓄積も均一にならず、例えばエアクリーナのうちの１箇所でフィルタ詰まりが生じるとフィルタの抵抗の上昇が大きくなり、エアクリーナとしての性能が低下する。そのため、エアクリーナの中で最短期間でフィルタ詰まりが生じる箇所の詰まりインターバルに合わせてエアクリーナを開放し、フィルタの交換又は清掃を実施する必要があった。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、プリクリーナの通過空気量を均一化することで、エアクリーナの通過空気量を均一化してエアクリーナのフィルタへの異物の蓄積も均一化し、エアクリーナを開放してフィルタの交換又は清掃を実施するインターバルを長期化することを可能としたプリクリーナを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、
エンジンに空気を供給するエアダクトと、該エアダクトに接続されたエアクリーナとの間に介装され、吸入した空気を旋回させる複数の羽根を筒状部材内に嵌入し、空気中に含まれる異物の分離捕集部を有した複数のサイクロン器を備えたプリクリーナにおいて、
前記エアダクトと、前記プリクリーナとの接合部のエアダクト開口部から離れるに従い前記サイクロン器の径を大きくしたことを特徴とする。

エアダクト開口部から離れるに従いサイクロン器の径を大きくすることで、空気の流れが少ないエアダクト開口部から離れたところでの空気抵抗が小さくなり、空気がサイクロン器内へ導入されやすくなるため、プリクリーナ全般的には各サイクロン器を通過する空気量を均一化することができる。
プリクリーナへ導入する空気量を均一化することで、エアクリーナを通過する空気量もフィルタ全体で均一化することができ、エアクリーナのフィルタへの異物の蓄積も均一化することができるため、フィルタの抵抗上昇が低減され、フィルタの交換又は清掃を実施するためにエアクリーナを開放するタイミングのインターバルを長期化することができる。

また、前記サイクロン器の径は、上記開口部に対向した位置に配置された物の径Ａと、上記開口部から一番離れた位置に配置された物の径Ｂとの比がＢ／Ａ＝１．１５〜１．３０としたことを特徴とする。

サイクロン器の筒径の大きさはエンジンの排気量、回転数に基づいて基本となるＡの筒径が算出される。サイクロン器の筒径は羽の捩り角が一定の場合、大きさにより通過空気の抵抗が異なる。従って、Ｂ／Ａの値が大きいと、径の小さいサイクロン器を通過する空気流の抵抗が大きい反面、径の大きいサイクロン器を通過する空気流の抵抗が小さいので、径の大きいサイクロン器を通過する空気流の量が大きくなり、空気抵抗が大きくなり流量の減少が生ずる。この繰り返しと、ピストンの吸気行程により発生する脈流エアクリーナ全体での気流の流れにより、全体の空気抵抗は増加した。本願の検討結果ではＢ／Ａが１．１５〜１．３０の範囲で上述の不具合が発生せず良好な結果が得られた。
よってＢ／Ａを１．１５〜１．３０の範囲に設定することで、上述の不具合が発生することなく、空気の流れが少ないエアダクト開口部から離れたところでの空気抵抗が小さくなり、空気がサイクロン器内へ導入されやすくなるため、プリクリーナ全般的には各サイクロン器を通過する空気量を均一化することができる。
従って、エアクリーナを通過する空気量もフィルタ全体で均一化することができ、エアクリーナのフィルタへの異物の蓄積も均一化することができるため、フィルタの抵抗上昇が低減され、フィルタの交換又は清掃を実施するにエアクリーナを開放するタイミングのインターバルを長期化することができる。

また、エンジンに空気を供給するエアダクトと、該エアダクトに接続されたエアクリーナとの間に介装され、吸入した空気を旋回させる複数の羽根を筒状部材内に嵌入し、空気中に含まれる異物の分離捕集部を有した複数のサイクロン器を備えたプリクリーナにおいて、
前記羽根のリード角を、前記エアダクトと、前記プリクリーナとの接合部のエアダクト開口部から離れるに従い小さくしたことを特徴とする。

前記羽根のリード角は、その角度が大きいほど空気をサイクロン器内に導入する際の抵抗が大きくなる。
従って、エアダクト開口部から離れるに従い羽根のリード角を小さくすることで、空気の流れが少ないエアダクト開口部から離れたところでの空気抵抗が小さくなり、空気がサイクロン器内へ導入されやすくなるため、プリクリーナ全般的には各サイクロン器を通過する空気量を均一化することができる。
プリクリーナへ導入する空気量を均一化することで、エアクリーナを通過する空気量もフィルタ全体で均一化することができ、エアクリーナのフィルタへの異物の蓄積も均一化することができるため、フィルタの抵抗上昇が低減され、フィルタの交換又は清掃を実施するためにエアクリーナを開放するタイミングのインターバルを長期化することができる。

以上記載のごとく本発明によれば、プリクリーナの通過空気量を均一化することで、エアクリーナの通過空気量を均一化してエアクリーナのフィルタへの異物の蓄積も均一化し、エアクリーナを開放してフィルタの交換又は清掃を実施するインターバルを長期化することを可能としたプリクリーナを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、実施例１に係るエアクリーナ、プリクリーナ及びエアダクトを示す側面図であり、図２は実施例１に係るエアクリーナ、プリクリーナ及びエアダクトを示す上平面図であり、図３は図１におけるＡ方向側面図である。
図１、図２及び図３を用いて、エアクリーナ、プリクリーナ及びエアダクトの構成について説明する。
図示していないエンジン等の内燃機関の燃焼室の破損回避及び磨耗による寿命短縮を回避するため、前記内燃機関の空気吸気部にはエアクリーナ３とよばれるエアフィルタが装着されており、該エアクリーナ３は、例えば不織布等の濾材で導入された空気中に含まれる粉塵などを分離し清浄な空気を前記内燃機関に供給するために用いられる。また、エアクリーナ３には、図２に示すように蓋部材３１と該蓋部材３１をエアクリーナ３本体に固定するホルダ３２が設けられており、前記内燃機関の作動に伴い空気中の異物が蓄積されフィルタが目詰まりを起こした場合や、フィルタの目詰まりを防止するために定期的に蓋部材３１を開放してフィルタの交換又は清掃を行うことができるようになっている。

また、前記エアクリーナ３には、外気をエアクリーナ３へ導入するエアダクト２がプリクリーナ１を介して接続されており、図３に示したように、エアダクト２の空気流路中央部が前記プリクリーナ１及びエアクリーナ３のエアダクト２と対向する面の中央部付近に位置するように配されている。また、前記エアダクト２によってエアクリーナ３へ導かれエアクリーナ３で清浄となった空気をエンジン等の内燃機関へ供給する供給用エアダクト２ａも、前記エアクリーナ３に接続されている。

前記プリクリーナ１は、前記エアクリーナ３の吸入空気流れ上流側でダスト、水分等の異物を分離して捕集するための装置であり、前記エアクリーナ３の寿命延長及び吸入空気中の水分付着によるフィルタ抵抗上昇抑制を図り、フィルタの交換又は清掃頻度を減少させるために設けられている。

図４は図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、プリクリーナ１の断面を示している。図５は図４におけるＣ−Ｃ断面図、図６は図５におけるサイクロン１０１を拡大した図、図７は図６における羽根１１を拡大した図である。
図４、図５、図６及び図７を用いて、プリクリーナの構成について説明する。
プリクリーナ１は、図４、図５及び図６に示すように２１個の筒状の貫通部１２が設けられた樹脂製のハウジングと、分離して捕集されたダスト水分等の異物を系外に排出するための排出管１０から主に形成されている。
また、前記２１個の筒状の貫通部１２内にはそれぞれ、エアダクト２側に羽根１１が嵌入されるとともに、エアクリーナ３側に、そのエアクリーナ３側の端部が前記筒状の貫通部１２内周に固定され、エアダクト２側に行くに従ってその径が小さくなり、断面が前記筒状の貫通部１２の断面と同心円状である内筒１３が設けられて、サイクロン１０１〜１２１を形成している。
前記サイクロン１０１〜１２１を形成する前記羽根１１は、図７に示したように捩りを加えた４枚の羽根から形成されており、図７にθで示した羽根のリード角は、本実施例１においては５８°とした。
前記エアダクト２から導入された外気を前記捩りを加えた４枚の羽根の間を通流させることで旋回流が生じる。空気中のダスト、水分等の異物は、前記旋回流の遠心力により周方向に押し出され、筒状の貫通部１２と内筒１３の間に形成された空間１４へと導入され、空間１４内に設けられ前記排出管１０と連通された排出部１６より、排出管１０を経て系外に排出される。
リード角を大きくすると旋回流は強くなり、異物の分離作用は大きくなるが空気流の抵抗は大きくなる。リード角を小さくすると、旋回流は弱くなり、異物の分離作用は小さくなるが、空気流の抵抗は小さくなる。
一方、ダスト水分等の異物が前記空間１４へ導入されて排出された空気は、前記内筒１３内の空間１５を経て、後工程であるエアクリーナ３へと供給される。

さらに、本実施例１に特徴的な構成として、前記エアダクト２と前記プリクリーナ１との接合部のエアダクト２開口部から離れるに従いサイクロン１０１〜１２１を形成する筒状の貫通部１２の径が大きくなるように、サイクロン１０１〜１２１の径を設定した。
具体的にはサイクロン１０１、１０３、１１９及び１２１の径を２９ｍｍ、サイクロン１０２、１２０の径を３１ｍｍとし、前記６つのサイクロン以外のサイクロンの径を２７ｍｍとした。
エアダクト２より２２．０ｍ^３／ｍｉｎの流量の空気をプリクリーナ１へ導入したときに、各サイクロン１０１〜１２１を通過した空気流量を測定し、図８に結果をまとめた。なお、図８にはサイクロン１０１〜１２１の全てのサイクロンの径を２７ｍｍで統一した従来のプリクリーナを用いた場合の各サイクロン１０１〜１２１を通過した空気流量の結果も併記した。
開口部に対向した位置に配置された物の径Ａ＝２７ｍｍ、開口部から一番離れた位置に配置された物の径Ｂ＝３１ｍｍとすると、Ｂ／Ａ＝３１／２７＝１．１５となる。

図８の結果より、以下のことが言える。
従来例、実施例１ともに、各サイクロンを通過する空気流量の平均値は１．０５ｍ^３／ｍｉｎであるが、標準偏差σは従来例では０．０９であったのに対し、本実施例１では０．０２であった。このことから、本実施例１においては、従来例と比較してプリクリーナ１を通過する通過空気量の均一化が為されており、従ってエアクリーナ３を通過する空気量も均一化がなされているといえる。よって、エアクリーナ３のフィルタへの異物の蓄積もフィルタ全体で均一化されるため、前記エアクリーナ３に設けた蓋部材３１を開放してフィルタの交換又は清掃を実施するインターバルを長期化することが可能となる。

本実施例２においては、外気をエアクリーナ３へ導くエアダクト２の空気流路中央部の位置を、プリクリーナ１及びエアクリーナ３のエアダクトと対向する面の一端側付近に位置するように配した。その他の構成は実施例１と同じであるので説明は省略し、実施例１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

図９は実施例２におけるエアクリーナ、プリクリーナ及びエアダクトを示す側面図であり、実施例１の図３に対応する図である。
図３に示したように、エアダクト２は、エアダクト２の空気流路中央部がプリクリーナ１及びエアクリーナ３のエアダクト２と対向する面の一端付近に位置するように、プリクリーナ１を介してエアクリーナ３に接続されている。

さらに、本実施例２に特徴的な構成として、前記エアダクト２と前記プリクリーナ１との接合部のエアダクト２開口部から離れるに従いサイクロン１０１〜１２１を形成する筒状の貫通部１２の径が大きくなるように、サイクロン１０１〜１２１の径を設定した。
具体的にはサイクロン１０７、１０８及び１０９の径を２６ｍｍ、サイクロン１１６、１１８の径を３０ｍｍ、サイクロン１１９、１２１の径を３１ｍｍ、サイクロン１１７の径を３２ｍｍ、サイクロン１２０の径を３３ｍｍとし、９つのサイクロン以外のサイクロンの径を２７ｍｍとした。
エアダクト２より２２．０ｍ^３／ｍｉｎの流量の空気をプリクリーナ１へ導入したときに、各サイクロン１０１〜１２１を通過した空気流量を測定し、図１０に結果をまとめた。なお、図１０には図８と同様にサイクロン１０１〜１２１の全てのサイクロンの径を２７ｍｍで統一した従来のプリクリーナ１を用いた場合の各サイクロン１０１〜１２１を通過した空気流量の結果も併記した。
開口部に対向した位置に配置された物の径Ａ＝２６ｍｍ、開口部から一番離れた位置に配置された物の径Ｂ＝３３ｍｍとすると、Ｂ／Ａ＝３３／２６＝１．２７となる。

図１０の結果より、以下のことが言える。
従来例、実施例２ともに、各サイクロンを通過する空気流量の平均値は１．０５ｍ^３／ｍｉｎであるが、標準偏差σは従来例では０．０９であったのに対し、本実施例２では０．０３であった。このことから、本実施例２においては、従来例と比較してプリクリーナ１を通過する通過空気量の均一化が為されており、従ってエアクリーナ３を通過する空気量も均一化が為されているといえる。よって、エアクリーナ３のフィルタへの異物の蓄積もフィルタ全体で均一化されるため、前記エアクリーナ３に設けた蓋３１を開放してフィルタの交換又は清掃を実施するインターバルを長期化することが可能となる。

また、実施例１及び実施例２のように、外気をプリクリーナ１を介してエアクリーナ３へ導くエアダクト２のプリクリーナ１との接合位置を変えてもプリクリーナ１を通過する通過空気量の均一化が可能であるため、エアダクト２とプリクリーナ１の配置場所の自由度が増大し、本発明のプリクリーナを搭載した車両等の設計の自由度が増す。

本実施例３においては、実施例１と羽根のリード角θを変更するとともに、サイクロン１０１〜１２１の径を全て２７ｍｍに統一する構成である。その他の構成は実施例１と同じとし、説明は省略する。
リード角θは前記エアダクト２開口部から離れるに従いリード角θが小さくなるように設定する。羽根は、サイクロン内に空気が導入ための抵抗となり、リード角が大きい程その抵抗は大きい。従って、エアダクト２開口部から離れ、空気の流れが少ない場所に位置する羽根のリード角を小さくすることで、空気抵抗が小さくなり、プリクリーナ全般的には各サイクロンを通過する空気を均一化することができる。

なお、サイクロンの径と、リード角θをともに組み合わせて構成してもよい。
すなわち、前記エアダクト２と前記プリクリーナ１との接合部のエアダクト２開口部から離れるに従いリード角θが小さくなるように設定するとともに、サイクロン１０１〜１２１を形成する筒状の貫通部１２の径が大きくなるようにサイクロン１０１〜１２１の径を設定してもよい。

プリクリーナの通過空気量を均一化することで、エアクリーナの通過空気量を均一化してエアクリーナのフィルタへの異物の蓄積も均一化し、エアクリーナを開放してフィルタの交換又は清掃を実施するインターバルを長期化することを可能としたプリクリーナとして利用することができる。

実施例１に係るエアクリーナ、プリクリーナ及びエアダクトを示す側面図である。実施例１に係るエアクリーナ、プリクリーナ及びエアダクトを示す上平面図である。図１におけるＡ方向側面図である。図１におけるＢ−Ｂ断面図である。図４におけるＣ−Ｃ断面図である。サイクロンの１つの拡大図である。サイクロンを構成する羽根の拡大図である。実施例１における各サイクロンを通過する空気流量をまとめた表である。実施例２におけるエアクリーナ、プリクリーナ及びエアダクトを示す側面図である。実施例２における各サイクロンを通過する空気流量をまとめた表である。従来のプリクリーナの斜視図である。

符号の説明

１プリクリーナ
２エアダクト
３エアクリーナ
１１羽根
１０１〜１２１サイクロン
θ リード角

Claims

エンジンに空気を供給するエアダクトと、該エアダクトに接続されたエアクリーナとの間に介装され、吸入した空気を旋回させる複数の羽根を筒状部材内に嵌入し、空気中に含まれる異物の分離捕集部を有した複数のサイクロン器を備えたプリクリーナにおいて、
前記エアダクトと、前記プリクリーナとの接合部のエアダクト開口部から離れるに従い前記サイクロン器の径を大きくしたことを特徴とするプリクリーナ。
前記サイクロン器の径は、上記開口部に対向した位置に配置された物の径Ａと、上記開口部から一番離れた位置に配置された物の径Ｂとの比がＢ／Ａ＝１．１５〜１．３０としたことを特徴とする請求項１記載のプリクリーナ。
エンジンに空気を供給するエアダクトと、該エアダクトに接続されたエアクリーナとの間に介装され、吸入した空気を旋回させる複数の羽根を筒状部材内に嵌入し、空気中に含まれる異物の分離捕集部を有した複数のサイクロン器を備えたプリクリーナにおいて、
前記羽根のリード角を、前記エアダクトと、前記プリクリーナとの接合部のエアダクト開口部から離れるに従い小さくしたことを特徴とするプリクリーナ。