JP2011214449A - 内燃機関における吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタエレメントが閉塞されたときにフィルタエレメントより下流側に位置するエアクリーナのハウジングが損傷を受けることを防止することができるとともに、エンジンの正常な作動を維持することができる内燃機関における吸気装置を提供する。
【解決手段】自動車用エンジンの吸気装置１０は、吸気側ダクト１５からエアクリーナ１１のハウジング１２内に吸入される空気をフィルタエレメント１３で清浄化し、得られた清浄ガスをハウジング１２から送気側ダクト１７を介してエンジンの燃焼室に送り込むように構成されている。そして、フィルタエレメント１３が水の凍結などによって閉塞したときにフィルタエレメント１３より下流側における負圧高騰を解消するための補助フィルタエレメント２０がハウジング１２の周壁１８又は送気側ダクト１７の筒壁１７ａに形成された貫通孔１９を塞ぐように設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンの吸気系統に配置され、エンジンの燃焼室に吸入される空気を清浄化するためのエアクリーナを備えた内燃機関における吸気装置に関する。

一般に、自動車用エンジンの吸気装置に用いられるエアクリーナは、吸気側ダクトからハウジング内に吸入された空気をフィルタエレメントにより濾過した後、清浄な空気をハウジングから送気側ダクトを介してエンジンの燃焼室に送るように構成されている。

この種のエアクリーナとしては、例えば特許文献１に記載の構造を有するものが知られている。すなわち、かかるエアクリーナは、フィルタエレメントより上流側におけるハウジングの底壁が多孔質材料で形成されたものである。この多孔質材料で形成された底壁によりエンジンの吸気音を低減させることができるとともに、エアクリーナから外部へ漏れる放射音を低減させることができる。

特開２００２−２１６６０号公報

ところで、寒冷地においては例えばエアクリーナのハウジング内に雪が詰まり、詰まった雪が解けてフィルタエレメントが含水し、その水が夜間に凍結してフィルタエレメント内を空気が通過できなくなる場合がある。この場合、フィルタエレメントより下流側におけるハウジング内の負圧が高くなり、ハウジングを構成する周壁や配管が損傷を受けるおそれがある。ハウジングの周壁等が損傷を受けるとその損傷部から外気が吸入され、外気に含まれるダストがそのままエンジンの燃焼室に吸入され、エンジンの作動不良の原因となるおそれがある。

前記特許文献１に記載されているエアクリーナにおいては、多孔質材料がエアクリーナのフィルタエレメントより上流側に設けられていることから、上記のようにフィルタエレメントの閉塞によりその下流側のハウジング内が異常な負圧になったときそれを解消することはできなかった。従って、前述のようにフィルタエレメント内の水が凍結してフィルタエレメントが閉塞したとき、ハウジングの周壁が損傷を受ける事態を招くおそれがあるという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、フィルタエレメントが閉塞されたときにフィルタエレメントより下流側に位置するエアクリーナのハウジングが損傷を受けることを防止することができるとともに、エンジンの正常な作動を維持することができる内燃機関における吸気装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の内燃機関における吸気装置では、吸気側ダクトからエアクリーナのハウジング内に吸入される被濾過ガスをフィルタエレメントで清浄化し、得られた清浄ガスをハウジングから送気側ダクトを介してエンジンに送り込む吸気装置において、前記フィルタエレメントが閉塞したときにフィルタエレメントより下流側における負圧高騰を解消するための補助フィルタエレメントがハウジングの周壁又は送気側ダクトの筒壁に形成された貫通孔を塞ぐように設けられるとともに、補助フィルタエレメントの通気度はフィルタエレメントの通気度よりも低く設定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明の内燃機関における吸気装置は、請求項１に係る発明において、前記補助フィルタエレメントは不織布で形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明の内燃機関における吸気装置は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記補助フィルタエレメントは、ハウジングの下向き面又は鉛直面に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明の内燃機関における吸気装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記補助フィルタエレメントは、ハウジングの周壁の外面に溶着により接合されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明の内燃機関における吸気装置は、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記補助フィルタエレメントは、密度の低い内面側の不織布と密度の高い外面側の不織布とが積層されて構成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明の内燃機関における吸気装置は、請求項１から請求項５のいずれか１項に係る発明において、前記ハウジングの周壁に形成された貫通孔は円孔状をなしていることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の内燃機関における吸気装置では、フィルタエレメントが閉塞したときにフィルタエレメントより下流側における負圧高騰を解消するための補助フィルタエレメントがハウジングの周壁又は送気側ダクトの筒壁に形成された貫通孔を塞ぐように設けられている。かつ、補助フィルタエレメントの通気度はフィルタエレメントの通気度よりも低く設定されている。

このため、例えばフィルタエレメントに含まれる水が凍結してフィルタエレメントが閉塞したとき補助フィルタエレメントから外気が吸入されて異常な負圧が解消されるとともに、補助フィルタエレメントから吸入される空気が補助フィルタエレメントで清浄化されてエンジンの燃焼室に送り込まれる。

従って、本発明の内燃機関における吸気装置によれば、フィルタエレメントが閉塞されたときにフィルタエレメントより下流側に位置するエアクリーナのハウジングが損傷を受けることを防止することができ、エンジンの正常な作動を維持することができる。

本発明の第１実施形態における内燃機関の吸気装置を示す断面図。 エアクリーナのハウジングの周壁に設けられた補助フィルタエレメントを示す部分側面図。 第２実施形態における内燃機関の吸気装置を示し、送気側ダクトの軸線方向の延長線におけるエアクリーナのハウジングの周壁に補助フィルタエレメントが設けられた状態を示す断面図。 第３実施形態における内燃機関の吸気装置を示し、送気側ダクトの底部に補助フィルタエレメントが設けられた状態を示す断面図。 第４実施形態における内燃機関の吸気装置を示し、エアクリーナのハウジングの周壁上部に補助フィルタエレメントが設けられた状態を示す断面図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、補助フィルタエレメントの別例を示す要部拡大断面図。 エアクリーナのハウジングの周壁に設けられた補助フィルタエレメントの別例を示す部分側面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、内燃機関として自動車用エンジンの吸気装置１０を構成するエアクリーナ１１のハウジング１２は箱状に形成され、そのほぼ中央位置にはフィルタエレメント１３が配置されている。ハウジング１２のフィルタエレメント１３より上流側（図１の下側）の吸気筒１４には吸気側ダクト１５が接続されている。この吸気側ダクト１５から吸気筒１４を介してハウジング１２内のフィルタエレメント１３に被濾過ガス（空気）が吸入されるようになっている。一方、ハウジング１２のフィルタエレメント１３より下流側の送気筒１６には送気側ダクト１７が接続されている。この送気側ダクト１７は図示しないエンジンの吸気系に接続されている。

前記フィルタエレメント１３は、吸気筒１４からハウジング１２内に吸入された被濾過ガスを濾過して清浄化し、清浄ガスをハウジング１２の送気筒１６から送気側ダクト１７へ流出させるようになっている。フィルタエレメント１３はハウジング１２内のガスの流れに交差するように配置されている。該フィルタエレメント１３は、例えば濾紙、不織布等により形成された図示しない濾材シートが襞状に折曲げて形成され、その周囲には変形防止枠が設けられている。

図２に示すように、フィルタエレメント１３の下流側におけるハウジング１２の周壁１８の鉛直壁１８ａには円孔状の貫通孔１９が透設され、不織布等の濾材シートで形成された補助フィルタエレメント２０が貫通孔１９を塞ぐように周壁１８に対して溶着されている。すなわち、補助フィルタエレメント２０はほぼ周壁１８の厚みに形成されるとともに、その周縁部には係合片２０ａが形成されている。そして、補助フィルタエレメント２０が周壁１８の外面側から貫通孔１９に嵌め込まれ、係合片２０ａが周壁１８の外面に溶着又は接着により固着されるように構成されている。この係合片２０ａと周壁１８との固着により、補助フィルタエレメント２０がハウジング１２内の負圧に対して耐え得るようになっている。ハウジング１２の周壁１８はゲージ圧力が例えば−７０ｋＰａという異常に高い負圧を受けたときには損傷を受けるおそれがあるが、そのような場合に補助フィルタエレメント２０から外気が吸入されるためハウジング１２の周壁１８が損傷を受ける事態に到ることはない。

この補助フィルタエレメント２０の通気度（ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃ）はフィルタエレメント１３の通気度よりも低くなるように設定され、常には外気がフィルタエレメント１３を通るが、補助フィルタエレメント２０からは吸入されないようになっている。すなわち、補助フィルタエレメント２０としては通気抵抗の高い材料が使用され、そのような通気抵抗の高い材料は例えば不織布の厚みを厚くしたり、密度を高くしたりして形成される。補助フィルタエレメント２０の通気度の具体的な値は、エンジンの排気量等に基づいて適切に設定される。そして、ハウジング１２内のフィルタエレメント１３が含水し、その水が凍結してフィルタエレメント１３が閉塞した場合には、補助フィルタエレメント２０から外気が吸入される。

次に、上記のように構成された吸気装置１０についてその作用を説明する。
さて、図１に示すように、エアクリーナ１１のハウジング１２内にはフィルタエレメント１３が組付けられるとともに、ハウジング１２には貫通孔１９を塞ぐように補助フィルタエレメント２０が周壁１８の外面側から固着される。その状態で、吸気側ダクト１５から吸気筒１４を介してハウジング１２内へ被濾過ガスが吸入されると、その被濾過ガスがフィルタエレメント１３を通過する際に清浄化される。フィルタエレメント１３で清浄化されて得られた清浄ガスはハウジング１２の送気筒１６から送気側ダクト１７を介してエンジンの燃焼室へ送られる。

この過程で、寒冷地において吸気側ダクト１５内やハウジング１２内に雪や水が入り込んでフィルタエレメント１３が含水し、その水が夜間に凍結してフィルタエレメント１３内を被濾過ガスが通過できなくなった場合には、フィルタエレメント１３より下流側のハウジング１２内及び送気側ダクト１７内の負圧が高くなる。このため、その負圧に応じて補助フィルタエレメント２０から外気が吸入される。従って、エアクリーナ１１のハウジング１２を構成する周壁１８等の損傷を回避することができる。加えて、補助フィルタエレメント２０から吸入される外気は補助フィルタエレメント２０で濾過され、外気中に含まれるダストが取り除かれることから、ダストがエンジンの燃焼室に送られることはない。

以上のように構成された第１実施形態により発揮される効果について以下にまとめて説明する。
(1) 本実施形態の吸気装置１０では、補助フィルタエレメント２０がフィルタエレメント１３より下流側のハウジング１２の周壁１８に形成された貫通孔１９を塞ぐように設けられるとともに、補助フィルタエレメント２０の通気度はフィルタエレメント１３の通気度よりも低く設定されている。このため、フィルタエレメント１３が閉塞してフィルタエレメント１３より下流側のハウジング１２内及び送気側ダクト１７内の負圧が高くなったとき補助フィルタエレメント２０から外気が吸入されてそれ以上の負圧の高騰が解消されるとともに、補助フィルタエレメント２０から吸入される外気が補助フィルタエレメント２０で濾過されて流出される。

従って、この吸気装置１０によれば、フィルタエレメント１３が閉塞されたときにフィルタエレメント１３より下流側に位置するエアクリーナ１１のハウジング１２が異常な負圧によって損傷を受けることを防止することができる。同時に、補助フィルタエレメント２０で清浄化された空気をエンジンに供給することができ、エンジンを正常に作動させることができるとともに、ダスト等によるエンジンの磨耗を回避することができる。その上、エンジンの燃焼室で発生する吸気音を補助フィルタエレメント２０で吸収して低減させることができる。

(2) 上記のように補助フィルタエレメント２０の通気度はフィルタエレメント１３の通気度よりも低くなるように設定されていることから、常にはフィルタエレメント１３が機能し、フィルタエレメント１３が閉塞する異常時には補助フィルタエレメント２０が機能する。従って、フィルタエレメント１３内の水が凍結してフィルタエレメント１３が閉塞したときには補助フィルタエレメント２０から外気が吸入され、フィルタエレメント１３内の水の凍結が解消したときにはフィルタエレメント１３の機能が回復し、エアクリーナ１１は正常に作動することができる。

(3) 補助フィルタエレメント２０は不織布で形成されていることから、補助フィルタエレメント２０から吸入される外気の清浄化性能を向上させることができるとともに、補助フィルタエレメント２０を熱溶着や接着等によってハウジング１２の周壁１８に容易に接合することができる。

(4) 補助フィルタエレメント２０はハウジング１２の鉛直面つまり鉛直壁１８ａの貫通孔１９に取着され、塵埃の堆積が抑制されることから、異常時においてその機能を十分に発揮することができる。

(5) 補助フィルタエレメント２０が取着される鉛直壁１８ａの貫通孔１９は円孔状をなしていることから、面積当たりの通気抵抗が少なく、外気を円滑に吸入することができる。
（第２実施形態）
続いて、本発明を具体化した第２実施形態を図３に基づいて説明する。なお、この第２実施形態以降の各実施形態では、第１実施形態と相違する点について主に説明する。

図３に示すように、補助フィルタエレメント２０は送気側ダクト１７の中心軸ｘ方向の延長線上におけるハウジング１２の鉛直壁１８ａに設けられた貫通孔１９を塞ぐように取着されている。すなわち、補助フィルタエレメント２０は、エンジンの吸気音が送気側ダクト１７内を通って送気側ダクト１７の中心軸ｘ方向に直接当たる部位、言い換えれば吸気音が最も大きい部位に設けられている。

従って、この第２実施形態によれば、エンジンの燃焼室で生じた吸気音を補助フィルタエレメント２０で有効に吸収することができるとともに、吸気装置１０から外部へ放出される音を低減させることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図４に基づいて説明する。

図４に示すように、補助フィルタエレメント２０は送気側ダクト１７の筒壁１７ａ底部に設けられた貫通孔１９を塞ぐように取着されている。この場合、補助フィルタエレメント２０は送気側ダクト１７の筒壁１７ａの下向き面に設けられている。従って、この第３実施形態によれば、エアクリーナ１１に変更を加えることなく、送気側ダクト１７を利用して補助フィルタエレメント２０を設けることができる。さらに、補助フィルタエレメント２０は送気側ダクト１７の下向き面に設けられていることから、補助フィルタエレメント２０に塵埃が堆積することを抑制することができ、異常時においてその機能を良好に発揮することができる。
（第４実施形態）
次いで、本発明を具体化した第４実施形態を図５に基づいて説明する。

図５に示すように、補助フィルタエレメント２０はフィルタエレメント１３より下流側におけるハウジング１２の水平壁１８ｂに設けられた貫通孔１９を塞ぐように取着されている。この第４実施形態によれば、補助フィルタエレメント２０をハウジング１２の水平壁１８ｂに透設された上向きの貫通孔１９に上から嵌め込んで取着すればよいため、補助フィルタエレメント２０の取付けを容易に行うことができる。

なお、前記各実施形態を次のように変更して実施することも可能である。
・ 図６（ａ）に示すように、補助フィルタエレメント２０を板状に形成し、ハウジング１２の周壁１８外面に対し熱溶着によって貫通孔１９を塞ぐように接合することもできる。このように構成することにより、ハウジング１２内の負圧が大きくなっても補助フィルタエレメント２０を剥がれ難くすることができる。

・ 図６（ｂ）に示すように、補助フィルタエレメント２０を、ハウジング１２の周壁１８の内面側が低密度不織布２０ｂで、外面側が高密度不織布２０ｃとなるように積層して構成することができる。この構成により、低密度不織布２０ｂによって良好な吸音性を発揮することができるとともに、高密度不織布２０ｃによって補助フィルタエレメント２０の強度を向上させることができる。なお、低密度不織布２０ｂ又は高密度不織布２０ｃを複数層で構成することも可能である。

・ 図６（ｃ）に示すように、ハウジング１２の鉛直壁１８ａに設けられた貫通孔１９を周壁１８の内面側ほど縮径するテーパ孔とし、補助フィルタエレメント２０を同様に周壁１８の内面側ほど縮径しテーパ孔に対応するテーパ面２１を有するように構成することができる。このように構成した場合、各実施形態における補助フィルタエレメント２０の係合片２０ａを設けることなくハウジング１２内の負圧に対する抵抗性を発揮することができる。

・ 図６（ｄ）に示すように、ハウジング１２の鉛直壁１８ａに設けられた貫通孔１９を周壁１８の内面側が縮径する段差状に形成し、補助フィルタエレメント２０を周壁１８の内面側が縮径し、段差状の貫通孔１９に対応する段部２２を形成するように構成することができる。この場合、各実施形態における補助フィルタエレメント２０の係合片２０ａを設けることなく送気筒１６内の負圧に対する抵抗性を発揮することができる。

・ 図７に示すように、前記各実施形態において、補助フィルタエレメント２０内に金属製の細いワイヤ２３を格子状に配置することができる。このように構成することにより、補助フィルタエレメント２０を補強することができ、ハウジング１２内の負圧に対する抵抗性を一層向上させることができる。

・ 前記貫通孔１９を断面楕円形状、断面多角形状等に形成することができ、補助フィルタエレメント２０をそれに合わせて形成して、その貫通孔１９に取着することができる。

・ 前記補助フィルタエレメント２０をハウジング１２の周壁１８の複数箇所に設けることも可能である。

１０…吸気装置、１１…エアクリーナ、１２…ハウジング、１３…フィルタエレメント、１５…吸気側ダクト、１７…送気側ダクト、１７ａ…筒壁、１８…周壁、１９…貫通孔、２０…補助フィルタエレメント。

Claims (6)

1. 吸気側ダクトからエアクリーナのハウジング内に吸入される被濾過ガスをフィルタエレメントで清浄化し、得られた清浄ガスをハウジングから送気側ダクトを介してエンジンに送り込む吸気装置において、
   前記フィルタエレメントが閉塞したときにフィルタエレメントより下流側における負圧高騰を解消するための補助フィルタエレメントがハウジングの周壁又は送気側ダクトの筒壁に形成された貫通孔を塞ぐように設けられるとともに、補助フィルタエレメントの通気度はフィルタエレメントの通気度よりも低く設定されていることを特徴とする内燃機関における吸気装置。
2. 前記補助フィルタエレメントは不織布で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関における吸気装置。
3. 前記補助フィルタエレメントは、ハウジングの下向き面又は鉛直面に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関における吸気装置。
4. 前記補助フィルタエレメントは、ハウジングの周壁の外面に溶着により接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関における吸気装置。
5. 前記補助フィルタエレメントは、密度の低い内面側の不織布と密度の高い外面側の不織布とが積層されて構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関における吸気装置。
6. 前記ハウジングの周壁に形成された貫通孔は円孔状をなしていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関における吸気装置。

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