JP2009517577A - 内燃エンジンの吸気口に向けられた空気のろ過システム - Google Patents

Abstract

内燃エンジンの吸気口に向けられた空気をろ過するシステムは、２つの分離した一連に配列されたろ過バッフル３、４を通って空気を運ぶ送り導管２を備え、第１のろ過バッフル３は上記空気に浮遊した寸法の大きな固体粒子を保持し、第２のろ過バッフル４が第１のろ過バッフル３を通過してきた寸法の小さな固体粒子を保持し、上記第一のろ過バッフル３は普遍的に細長い形状であり、上記空気送り導管２内に直接的に挿置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃エンジンの吸気口に向けられた空気のろ過システムに関わるものである。また特に、本発明は、内燃エンジンが搭載される車輌のエンジン仕切り室内に配置される、自動車用内燃エンジンに組込まれるろ過システムに関わるものである。

ディーゼル又はガソリン内燃エンジンを作動させるためには、それらのシリンダーには、燃料を燃焼させるために必要な量の酸素を供給するために、周囲の雰囲気から引き込まれる特定量の空気が送り込まれなければならない。

この空気は、一般的には車体に開口している１つ以上のエアーインテークポートを通して取り入れられ、吸気弁を介してエンジンシリンダーと直接的に連通しているインテークマニホールドへ運ばれる。

周囲雰囲気から取り入れられる空気には、それらがシリンダー内部に到達する場合、エンジンに深刻な損傷を与える寸法のかなり大きな固体粒子が浮遊して含まれていることが知られている。

このような損傷の発生を防ぐために、空気ろ過システムは、上記固体粒子を保持するためにエアーインテークポートとインテークマニホールドとの間に配置されている。

上記ろ過システムは、通常、エアーインテークポートをインテークマニホールドに接続する送り導管を備えており、それに沿って、一般的には寸法の大きなろ過ボックスが配置され、このろ過ボックスは、固体粒子を保持しかも気体相を通過させる多孔性材料で作られたろ過バッフルを備えている。

使用中、このようなろ過バッフルは事実上急速に目詰まりし、従って定期的に保守を行って周期的に交換する必要がある。

これらの理由により、ろ過バッフル及び関連するろ過ボックスは、エンジン仕切り室内の容易にアクセスできる位置に配置されなければならず、従って、エンジン仕切り室自体内の利用できる空間の配分が実質的な制限される。

このような欠点を克服するため、各々それぞれの収容ボックス内に、送り導管に沿って直列に配列された２つの別個のろ過バッフルによってろ過作用を実行するようにした幾つがいくつかのろ過システムが提案されてきた。

雰囲気から取り入れた空気がまず第１に横切るろ過バッフルは、寸法の比較的大きな固体粒子を取り除くために設けられ、一方、第２のろ過バッフルは、比較的小さな粒子を取り除くために設けられている。

このような仕方において、上記第２のろ過バッフルは非常にゆっくりと目詰まりし、従ってエンジンの有効寿命全体にわたって有効に作動でき、第１のろ過バッフルだけを周期的に交換する必要がある。

２つの別個のろ過バッフルの存在は、それらの各々が単一のろ過バッフルよりも小さな全体寸法であり、しかも保守を必要としない第２のろ過バッフルをアクセスの困難な位置に配置できるので、エンジン仕切り室内に空間の分配の比較的大きな自由度をもたらす。

二重のろ過バッフルを備えたこれらのろ過システムの欠点は、第１のろ過バッフルが、その収容ボックスと共に依然として大きな寸法であり、また周期的に交換されるために、エンジン仕切り室の容易にアクセスできる位置に配置されなければならないということにある。

このような寸法は、単一のろ過バッフルよりは小さいものの、同様にエンジン仕切り室内の空間の分配が制限され、このことは全体の利用可能な容積が小さければ小さいほど益々重大である。

本発明の目的は、単純で合理的で且つ低コストの解決策の範疇で、上記欠点を解決することにある。

この目的は、２つの別個の直列に配列された多孔性材料のろ過バッフルを通って空気を運ぶほぼ一定断面の送り導管を有し、第１のろ過バッフルが、上記空気に浮遊して運ばれる寸法の大きな固体粒子を保持し、第２のろ過バッフルが、第１のろ過バッフルを通過してきた寸法の小さな固体粒子を保持する内燃エンジンの吸気口に向う空気のろ過システムによって達成される。

好ましくは、第１のろ過バッフルは、２０乃至１００ミクロンの平均孔寸法を有し、第２のろ過バッフルは２０ミクロン未満の平均孔寸法を有する。

本発明によれば、上記第１のろ過バッフルは一般的に細長い形状を有し、送り導管の内部に直接挿置される。

この解決策によって、ろ過システムの全体的な寸法は、第２のろ過バッフルの寸法となるまで実質的に減少され、関連するエンジンの全有効寿命にわたって有効に作動するように構成することができ、従ってエンジン仕切り室内の任意の位置に配置され得る。

粗い粒子を保持する第１のろ過バッフルが、優れたシステム動作の要求と両立できるろ過能力及び寿命をもつことを保証するためには、対応する大きな寸法を有する必要があり、従って送り導管の比較的長い部分を占めなければならない。

このため、本発明の好ましい実施形態においては、上記第１のろ過バッフルは可撓性があり、空気送り導管の任意の曲線形状の展開にも適応できる。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面を参照して限定されない例として記載した説明から明らかになろう。

本発明のろ過システム１は、自動車の内燃エンジンの吸気口に向けられた空気をろ過するために設けられる。

上記ろ過システム１は、外部の雰囲気から取り入れられた空気を処理するために、エンジンが組込まれる車両のエンジン仕切り室の内部に配置されている。

取り入れられた空気は、車体内に開口する１つ以上のエアーインテークポートを通って入り、そしてろ過システム１を通って流れ、最後に吸気弁を介してエンジンシリンダーに接続されているインテークマニホールド内に流入する。

図１に示すように、ろ過システム１は、一般的に外径７０乃至９０ｍｍの一定断面の送り導管２を備え、空気は２つの分離した直列に配列されたろ過バッフル、すなわち第１のバッフル３と第２のバッフル４を通って運ばれる。

上記第１及び第２のろ過バッフル３及び４は、エンジンに固体粒子の浮遊した空気が到達するの防ぐため及びできればエンジンが損傷するのを防ぐために、通過する空気に浮遊した固体粒子を保持するように設けられる。

第１のろ過バッフル３は、比較的寸法の大きなこれらの固体粒子を保持するために、平均孔寸法２０乃至１００μｍのきめの粗い多孔性である。

一方、第２のろ過バッフル４は、第１のろ過バッフル３を通過できたより小さな粒子を保持するために、好ましくは平均孔寸法２０μｍ以下の緻密な多孔性で構成されている。

このような構成によって、第２のろ過バッフル４は、第１のろ過バッフル３によって既に処理された空気が横切り、従って第２のろ過バッフル４の目詰まりは非常にゆっくりしたものとなり、保守作業や交換の必要なく、エンジンの全有効寿命にわたって有効に作用する。

特に、上記第２のろ過バッフル４は、多孔性材料の薄いシート、例えば、恐らく特徴的な星形の幾何学的構成に従って折畳まれた紙で構成することができる。代わりに、第２のろ過バッフル４は深いバッフル、すなわち、合成材料の非常に繊細な繊維の包囲体として作られた肉厚壁の管状体であることができる。

このような第２の場合において、第２のろ過バッフル４は、好ましくは、圧力降下の低い高いろ過効果をもたらす少なくとも１つのナノ繊維層を備えている。

図１に示すように、第２のろ過バッフル４は、内部にろ過されようとする空気の入口ポート４１及びろ過された空気の出口ポート４２を備える比較的寸法の大きなろ過器ボックス４０内に収容されている。

第１のろ過バッフル３は、一般的に細長い形状であり、送り導管２内に直接挿置されている。

このようにして、上記送り導管２によってすでに占められた空間を越える空間を実質的に占めるものではなく、それでねろ過システム１の全体的な寸法を相当に制限している。

第１のろ過バッフル３は、第２のろ過バッフル４よりも早く目詰まりすることから、本発明では、第２のろ過バッフル４を取り外し可能な仕方で送り導管２内に挿置するようにし、それで、第２のろ過バッフル４は周期的に交換することができる。

図示された実施形態において、介在された密封手段によって送り導管２の内部に係合する接続部片３０が設けられている。

上記接続部片３０は、車両のエアーインテークポートに迅速に接続できる要素として作用する突出部分３１を備え、そして開放される際、手で第１のろ過バッフル３を送り導管２内に挿置したり、送り導管２から引き出したりするための把持要素として作用する。

図１に示すように、第１のろ過バッフル３は、ろ過システム１の良好な動作の要求と両立できるろ過能力及び寿命をもつようにするために、十分な大きさでなければならず、従って送り導管２の比較的長い部分を占める必要がある。

このため、本発明によれば、第１のろ過バッフル３は、第１のろ過バッフル３の挿置される送り導管２のあらゆる曲線形状の展開にも適応できるように可撓性である。

図２に示す本発明の好ましい実施形態によれば、第１のろ過バッフル３は、管状体の形状に巻かれる好ましくはセルロースの多孔性材料の薄いシートで構成されている。上記管状体は、送り導管２内に軸方向に挿置され、そして接続部片３０から離れた端部に位置決めされた不浸透性ベース部３２によって、端部が閉じられ、従って通過する空気は多孔性材料の側壁を通って径方向に流れるようにされる。

ろ過バッフル３のろ過能力を高めるために、上記多孔性材料の側壁は、好ましくは、特徴的な星形の幾何学的形状となるように一連の長手方向に折畳まれている。

本発明の目的のため、ろ過バッフル３を十分に可撓性にするために、上記多孔性材料の側壁は、代わりに一連の横方向の折畳まれ、一般的に長手方向にベロー形態を持たせている。

図示実施形態において、上記ベロー形態は、一連の切頭円錐形部分３３を備え、それらを構成する多孔性材料を損傷することなく、相互に傾斜され得る。

図３、図４及び図５を参照して、上述のろ過バッフル３を得るために、ろ過紙のシートを折畳む方法について、限定されない例として、以下に説明する。図５において、連続した折畳み線は、折畳みによって出来た折山が、観察者から離れた方向に向いた鋭角を画定していることを表し、一方、破線の折畳み線は、折畳みよって出来た折山が、観察者の方向に向いた鋭角を画定していることを表している。

本発明の方法では、ろ過バッフル３の全長に等しい長さ及びその側壁の全周囲展開に等しい幅のろ過紙３’のシートを使用する。

シート３’は初めに、互いに逆方向に向いた２つの一連の横方向の折畳み線Ｂ及びＢ’に沿って折畳まれ、それら折畳み線はろ過バッフル３のベロー形態を画定している。

折畳み線Ｂは、形成されることになる切頭円錐形部分の長さに等しい距離Ｌに位置されている。

折畳み線Ｂ’は、また同等の距離Ｌに位置されているが、距離Ｈだけ折畳み線Ｂからずれている。

特に、折畳み線Ｂとそれに最も近い折畳み線Ｂ’との間に位置する折山の各々は、シート３’の３つの平坦な部分が局部的に重なるように、隣接した折山上に折畳まれている。

このような仕方で折畳まれたシート３’はさらに、折畳み方向が逆である長手方向折畳み線Ａ及びＡ’に沿って交互に折畳まれ、これらの折畳み線Ａ及びＡ’は等距離ｈ離れており、そしてろ過バッフル３の星形の幾何学的形状を画定するようにされている。

好ましくは、上記距離ｈは、２つの近接した横方向の折畳み線Ｂ及びＢ’を分離する距離Ｈの３分の２に等しい。

この時点において、シート３’は、長手方向の折畳み線Ａ及びＡ’に並行する軸線の周に巻かれ、そして管状形態となるようにその縁部に沿って固定される。

最後に、それは僅かな軸方向に引張られ、図２に示すように、個々の切頭円錐形部分３３を強調できるようにされる。

本発明の代りの実施形態によれば、図６に示すように、ろ過バッフル３は、多孔性材料の小型の円筒体で構成することができ、通過する空気が軸線方向で横切るようになるように送り導管内に挿置されている。

好ましくは、上記円筒体は、空気の流れ方向において減少するようにして、軸方向に変化する多孔性を呈している。

このようにして、選択的なろ過が同一ろ過バッフル３内で達成され、材料がさらに均一に利用でき、より長い寿命と大きな効果を保証している。

好ましくは、このような形態のろ過バッフル３は、溶融吹込み製造プロセスとして知られた方法によって重合体材料、例えばナイロンで構成される。

この製造プロセスは実質的に、所望の厚さＳを有する可変的な多孔性の多層材料のブランケットを形成するために、移動可能な表面の上で、大きさを設定された一連のノズルによって発生される要求された大きさのマイクロファイバーを集めることから成る。

そして、上記多層物質のブランケットは、ブランケットの厚さに等しい高さＳのシリンダーを得るために、ブランケットの厚さの方向で切断され典型的には打ち抜かれる。

このような仕方で得られたシリンダーは、送り導管２の径より僅かに小さい径を有し、ろ過バッフル３を形成し、その空気入口部分では高い多孔性を、またその出口部分で低い多孔性を呈し、このようにして、出口に向かって寸法のより小さな粒子を漸進的に処理することにより、粗い粒子は入口で処理することができる。

このような仕方で得られたろ過バッフル３は、明らかに送り導管２の湾曲に追従するように十分に可撓性を備えている。

本発明による空気ろ過システムを示す概略図。 本発明におけるろ過バッフル３の好ましい実施形態を示す図。 図２のろ過バッフルの拡大詳細図。 図３の線ＩＶ−ＩＶにおける断面図。 図３の細部を示す平面展開図。 本発明によるろ過バッフル３の代わりの実施形態を示す図。

Claims (13)

1. ２つの別個の直列に配列されたろ過バッフル（３、４）を通って空気を運ぶ普遍的に一定断面の送り導管（２）を有し、第１のろ過バッフル（３）が、上記空気に浮遊して運ばれる寸法の大きな固体粒子を保持し、第２のろ過バッフル（４）が、第１のろ過バッフル（３）を通過してきた寸法の小さな固体粒子を保持する内燃エンジンの吸気口に向う空気のろ過システムにおいて、
   上記第１のろ過バッフル（３）が一般的に細長い形状であり、上記空気送り導管（２）内に直接的に挿置されていることを特徴とする空気のろ過システム。
2. 上記第１のろ過バッフル（３）が、空気送り導管（２）内に取り外し可能な仕方で挿置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 上記第１のろ過バッフル（３）が、空気送り導管（２）の曲線形状に追従するように可撓性であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 第１のろ過バッフル（３）が、多孔生材料の管状体であって、空気送り導管（２）内に軸方向に挿置され、その端部が閉じられ、通過する空気がその側壁を通って径方向に流れるようにされていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. 上記側壁が、星形の幾何学的形状を成す一連の長手方向の折り（Ａ、Ａ’）を備えていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 上記側壁が、長手方向に、相対的な可撓性を備えるベロー構造を成す一連の横方向の折り（Ｂ、Ｂ’）を備えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
7. 上記ベロー構造が、一連の切頭円錐形部分（３３）を備えていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 上記第１のろ過バッフル（３）が、セルロースで作られていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
9. 上記第１のろ過バッフル（３）が、一般的な多孔性材料の円筒体であって、通過する空気によって軸方向に横切られるよう送り導管（２）内に挿置されていることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
10. 上記一般的な円筒体が、空気の流れる方向において減少するように、軸方向に沿って多孔性が変化していることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 上記第１のろ過バッフル（３）が、合成繊維材料で作られていることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
12. 上記第１のろ過バッフル（３）が、２０乃至１００ミクロンの平均孔寸法をもつことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
13. 上記第２のろ過バッフル（４）が、２０ミクロン以下の平均孔寸法をもつことを特徴とする請求項１に記載のシステム。

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