JP2014218894A - エアクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】配置スペースを維持したまま、旋回の影響をより少なくしてセンサでの計測精度を向上させることができるエアクリーナの整流構造を提供すること。【解決手段】内部に筒状のインナーエレメント１４が収容されたボディ１１を備えるとともに、ボディ１１には、該ボディ１１の径方向の中心線からオフセットされて位置した入口管１２と、インナーエレメント１４の中心軸線Ｃ２に沿った出口管２２とが設けられるエアクリーナ１であって、インナーエレメント１４の内部には、中心軸線Ｃ２方向に沿った所定の長さ寸法を有し、かつ出口管２２と連通した筒状の直線流路形成部５１が設けられ、直線流路形成部５１には、出口管２２から離間した端部寄りの位置に整流装置５０が設けられ、整流装置５０には、中心軸線Ｃ２に沿った多数の小流路５３が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、特にサイクロン式（旋回式）のエアクリーナに関する。

従来、例えば砂塵等が多く舞い上がる現場で稼動する建設機械においては、エンジンへ供給される吸気用のエアクリーナとして、サイクロン式のものが知られている。
図６には、そのようなサイクロン式のエアクリーナ１００が示されている。エアクリーナ１００は、内部に図示略のフィルタエレメントが収容された円筒状のボディ１０１、およびボディ１０１の開口部分を塞ぐサービスカバー１０２を備えている。ボディ１０１には、空気を取り入れる入口管１０３と、空気をエンジン側に送出する出口管１０４とが設けられ、サービスカバー１０２には、バキュエータバルブ１０５が設けられている。

入口管１０３は、その中心がボディ１０１の径方向の中心線Ｃ１に対して寸法Ｌだけオフセットして設けられており、空気がボディ１０１の内部に対して接線方向から流入し、ボディ１０１の内周とフィルタエレメントの外周との間を旋回する（図中の点線参照）。
出口管１０４は、ボディ１０１の一端である入口管１０３側の端部に取り付けられており、ボディ１０１の中心軸線Ｃ２に沿って延出している。
バキュエータバルブ１０５は、ボディ１０１の他端側にあって、その中心線Ｃ１に沿って下方に垂設されている。

入口管１０３から入り込んでボディ１０１内で旋回する空気は、多くの砂塵を含んでいるが、これらの砂塵の何割かは、空気の旋回による遠心分離作用により、ボディ１０１の内周壁側に寄せられて旋回し、バキュエータバルブ１０５に落とし込まれる。ここで、バキュエータバルブ１０５下端のバルブ部１０６は、弾性を有した合成ゴム等からなり、バキュエータバルブ１０５内に集められた砂塵が所定量になると、その重みでバルブ部１０６が押し広げられ、砂塵を外部へと排出する。一方、砂塵の大半が除かれた旋回空気は、フィルタエレメントを軸中心側に向けて通過し、砂塵が除かれた状態で出口管１０４から送出される。

ところで、このようなエアクリーナ１００の出口管１０４には、空気の流速を計測するＭＡＦ(Mass Air Flow)センサ１０７が設けられていることがある。ＭＡＦセンサ１０７で計測された流速は、エンジンの運転制御に使用される。空気の流速に基づいてエンジンをきめ細かく制御することにより、エンジンから排出されるエミッションを抑制し、一層厳しくなるエミッション規制に対応させている。

しかし、サイクロン式のエアクリーナ１００では、出口管１０４内を流れる空気が、図６中に点線で示すように、ボディ１０１内での旋回による旋回成分を有していることから、渦を巻いてしまうなど、流速分布が安定せず、ＭＡＦセンサ１０７での計測結果に影響を与える可能性が指摘されている。そこで従来では、ボディ１０１の内部において、フィルタエレメントを通過した空気を整流板にて整流し、出口管１０４を流れる空気の流速分布を均一化することが提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００７−１７０３５３号公報

しかしながら、特許文献１では、筒状のフィルタエレメントの内部空間に、台形板状の整流板が収容されているだけであり、空気の旋回を十分に止めることができないという問題がある。
また、空気の旋回を止めて、ＭＡＦセンサによる計測を正確に行うためには、直線状の流路を十分に長く確保することが有効であるが、特許文献１では、流路が整流板の直ぐ下流側で直角に折れ曲がっているうえ、センサまでの距離が十分ではない可能性がある。
一方、そのような直線状の流路は、大きな配置スペースを必要とするため、エンジンルーム内での他部材との取り合いにより配置構造が複雑になるうえ、熱対策も必要になって構造がより複雑になる。

本発明の目的は、配置スペースを維持したまま、旋回の影響をより少なくしてセンサでの計測精度を向上させることができるエアクリーナを提供することにある。

第１発明に係るエアクリーナは、内部に筒状のエレメントが収容されたボディを備えるとともに、前記ボディには、該ボディの径方向の中心線からオフセットされて位置した入口管と、前記エレメントの中心軸線に沿った出口管とが設けられるエアクリーナであって、前記エレメントの内部には、前記中心軸線方向に沿った所定の長さ寸法を有し、かつ前記出口管と連通した筒状の直線流路形成部が設けられ、前記直線流路形成部には、前記出口管から離間した端部寄りの位置に整流装置が設けられ、前記整流装置には、前記中心軸線に沿った多数の小流路が形成されていることを特徴とする。

第２発明に係るエアクリーナでは、前記整流装置はハニカム構造であることを特徴とする。
第３発明に係るエアクリーナでは、前記出口管には、流速センサが取り付けられるセンサ取付部が設けられ、前記整流装置と前記センサ取付部との間の流路には、網状の整流部材が設けられていることを特徴とする。

第４発明に係るエアクリーナでは、前記直線流路形成部の前記中心軸線に沿った長さ寸法は、該直線流路形成部の内径寸法の１倍ないし５倍（１倍から５倍）であることを特徴とする。
第５発明に係るエアクリーナでは、前記出口管と前記直線流路形成部は、予め一体ものとして成型されていることを特徴とする。

第１発明によれば、エレメントを通過した段階で旋回成分を含む空気の流れは、整流装置を通ることで除去され、さらにその下流側の直線流路形成部において良好に整流されるので、出口管に達する時点では流速分布を十分に均一化でき、流速センサでの計測精度を向上させることができる。
また、整流装置および直線流路形成部は、エアクリーナのエレメント内部に収容されるので、それらをエアクリーナの外部に配置する必要がなく、エンジンルーム内での配置スペースとしては、従来と同様にエアクリーナの配置スペースを確保すればよい。

第２発明によれば、整流装置はハニカム構造であるので、強度や剛性面で優位であり、エンジンから伝わる振動や、建設機械に搭載された場合の不整地での作業による振動などに対しても、確実に対抗できて良好な耐久性を得ることができる。

第３発明によれば、整流装置の他に網状の整流部材を設けるので、空気の流速分布をより均一化できる。
第４発明によれば、直線流路形成部を適正な長さ寸法に設定することで、整流装置からの流出による空気の乱れを減衰させるのに十分な流路長を確保できる。
第５発明によれば、出口管と直線流路形成部を一体成型により製作するため、途中に継ぎ目部分等が存在せず、空気の流れをスムーズにできて均一な流速分布を実現し易くできるうえ、部品の取り扱いも容易にでき、エアクリーナの組立工程を簡素にできる。

本発明の第１実施形態に係るエアクリーナを示す断面図。 前記エアクリーナの整流装置を示す正面図。 本発明の第２実施形態に係るエアクリーナを示す断面図。 本発明の第３実施形態に係るエアクリーナの要部を示す断面図。 本発明の第４実施形態に係るエアクリーナの要部を示す断面図。 従来のエアクリーナを示す正面図および側面図。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、後述する第２実施形態以降において、第１実施形態と同一部材および同一機能部分等には、第１実施形態で使用した符号をそのまま使用することとし、それらの部材および部分の説明を省略または簡略化する。

図１には、本実施形態の整流構造を備えたエアクリーナ１の断面図が示されている。
図１において、エアクリーナ１は、ブルドーザや油圧ショベル等の建設機械に搭載されたディーゼルエンジンの吸気に用いられるものであり、円筒状のボディ１０と、ボディ１０の一端側の開口部分を塞ぐ出口側部材２０と、他端側の開口部分を塞ぐサービスカバー３０とを備えている。

ボディ１０は、金属製または樹脂製の外装ケース１１を備えて構成されている。外装ケース１１の一端側寄りの外周部分には、外部の空気を取り込む入口管１２が接続されている。この入口管１２のボディ１０に対する配置位置は、図６に示す従来のものと同様、ボディ１０の中心線に対してオフセットされており、入口管１２から吸引された空気は、ボディ１０内で旋回する。

ボディ１０の内部には、円筒状のアウターエレメント１３が収容され、さらにアウターエレメント１３の内部には、円筒状でより小径なインナーエレメント１４が収容されている。旋回による遠心分離作用にて除かれなかった空気中の砂塵等は、これらのエレメント１３，１４にて捕捉される。

出口側部材２０には、ボディ１０の開口部分にあてがわれる閉塞部２１と、閉塞部２１の中央からボディ１０の中心軸線Ｃ２（インナーエレメント１４の中心軸線と同じ）に沿って突出した出口管２２とが設けられている。閉塞部２１および出口管２２は金属製とされてロストワックス製法や鋳造等により一体ものとして成型されるか、樹脂製として一体に成型される。

出口側部材２０の閉塞部２１には、ボディ１０の外装ケース１１内に嵌合して接続される筒状のボディ嵌合部２３と、内方に向かって突出した第１筒状部２４と、その内側の第２筒状部２５とが設けられている。第１筒状部２４は、入口管１２の入口開口１５を覆う位置まで内方に延出しており、入口管１２から入り込んだ空気は、アウターエレメント１３に直接当たることなく、平坦な表面を有した第１筒状部２４の外周に沿って流れるようになり、こうすることで旋回流がスムーズに生じるようになっている。

このような第１、第２筒状部２４，２５の間の環状の凹部は、アウターエレメント１３の一端側が取り付けられるアウターエレメント嵌合部２６とされ、アウターエレメント１３が嵌合部材１６を介してアウターエレメント嵌合部２６に嵌合される。アウターエレメント１３の他端側は、周方向に沿った嵌合溝１７Ａを有する樹脂製のアウターキャップ１７に嵌合しており、このアウターキャップ１７で塞がれている。

また、第２筒状部２５の内周部分は、インナーエレメント１４の一端側が取り付けられるインナーエレメント嵌合部２７とされ、インナーエレメント１４が保持部材１８を介してインナーエレメント嵌合部２７に嵌合されている。保持部材１８は断面コ字形とされ、環状の保持溝１８Ａを有している。この保持溝１８Ａ内にインナーエレメント１４が挿入され、挟持されている。インナーエレメント１４の他端側も、周方向の沿った嵌合溝１９Ａを有する樹脂製のインナーキャップ１９に嵌合しており、このインナーキャップ１９で塞がれている。

このような保持部材１８と閉塞部２１との間には、金属製あるいは樹脂製からなる円形網状の整流部材４０が介装されている。この整流部材４０は、流路を遮るように配置され、出口管２２へ送られる空気の流速分布を均一化するために設けられる。

一方、そのような出口管２２に設けられたセンサ取付部２２Ａには、ＭＡＦセンサ６０が取り付けられている。出口管２２内を流れる空気の流量をＭＡＦセンサ６０で計測し、その計測結果に応じてエンジンへの燃料噴射量や噴射タイミングをきめ細かく制御することにより、燃焼によって生じる排気ガス中のエミッションを低減させている。

サービスカバー３０は、複数のフック３１によってボディ１０の外周に取り付けられている。サービスカバー３０がボディ１０に取り付けられると、前述したアウターキャップ１７がサービスカバー３０内に嵌合されるとともに、そのアウターキャップ１７がサービスカバー３０の平面部３２で軸方向に押圧され、インナーキャップ１９がアウターキャップ１７にて軸方向に押圧され、この結果、各エレメント１３，１４の他端側は、がたが生じない状態でサービスカバー３０によって支持されることになる。

このようなサービスカバー３０には、図６で示したバキュエータバルブが従来と同様に設けられているが、図１ではその図示を省略してある。ボディ１０内において、外装ケース１１とアウターエレメント１３との間では、入口管１２から吸い込まれた空気が旋回しながらバキュエータバルブ側に向かい、空気中に含まれる大半の砂塵等が旋回時の遠心分離作用によって分離され、バキュエータバルブによって捕捉される。

以下には、インナーエレメント１４の内部に設けられた本実施形態の整流構造について説明する。
ボディ１０内で旋回していた空気は、各エレメント１３，１４を軸中心側に向かって通過し、筒状のインナーエレメント１４の内部空間を通って出口管２２へ流れる。従来、インナーエレメント１４内を流れる空気には旋回成分が残っており、出口管２２を流れる空気の流速分布が均一とはならず、ＭＡＦセンサ６０での計測にばらつきが生じていた。
そこで、本実施形態では、そのような旋回成分を取り除くために、インナーエレメント１４の内部に整流装置５０が配置されている。

整流装置５０は、アルミあるいはステンレス等の金属製、または樹脂製からなる筒状の直線流路形成部５１を介して、インナーエレメント１４の内部に取り付けられている。具体的に、直線流路形成部５１は、インナーエレメント１４内に嵌合して出口管２２と連通しており、その一端は保持部材１８に当接されている。直線流路形成部５１の厚さ寸法は、保持部材１８の当接部分の厚さ寸法と略同じであり、流れる空気に渦等が生じないよう、保持部材１８と直線流路形成部５１との間での段差をなくしている。

整流装置５０は、直線流路形成部５１において他端側、すなわちＭＡＦセンサ６０が取り付けられる出口管２２から離間した側の端部に配置されている。整流装置５０の中心軸線Ｃ２方向の長さ寸法は、エンジンの定格回転数等を勘案するなど、インナーエレメント１４内を流通させようとする空気の流量等に応じて適宜所定の長さ寸法に決められる。

直線流路形成部５１の長さ寸法は、インナーエレメント１４よりも短く、やはりインナーエレメント１４内を流通させようとする空気の流量等に応じて適宜所定の長さ寸法に決められるが、直線流路形成部５１の内径寸法の大凡１〜５倍である。直線流路形成部５１およびインナーエレメント１４の他端側には、互いの長さ寸法の差分により、インナーエレメント１４を通過した空気が入り込む空気流入空間５４が形成されている。この空気流入空間５４の下流側に臨むようにして整流装置５０が配置されている。

図２には、整流装置５０の正面図が示されている。
図２において、整流装置５０には、中心軸線Ｃ２に沿った多数の小流路５３が上下流にわたって貫通して形成されている。小流路５３の開口形状は六角形であり、外形形状が円形とされた整流装置５０の内部が所謂ハニカム構造になっている。多数の小流路５３部分（本実施形態では、ハニカム部分）は、例えばアルミ製であり、展張法などにより製造可能である。ただし、小流路５３の開口形状は六角形に限らず、円形や他の多角形状であってもよい。

また、本実施形態では、整流装置５０は直線流路形成部５１の端部に配置されているが、整流装置５０の下流側に直線流路形成部５１による十分な直線流路が確保されていれば、整流装置５０は端部側に寄せた位置、つまり端部から幾分内方に入り込んだ位置に配置されていてもよく、必ずしも直線流路形成部５１の端部に厳密に配置されていなくともよい。さらに、整流装置５０の多数の小流路５３部分は、その外周が直に直線流路形成部５１の内周面やインナーエレメント１４の内周面に当接されていてもよく、所定の幅寸法を有した円環状の枠材に組み込まれた状態で、当該内周面に取り付けられてもよい。

このような整流構造を有したエアクリーナ１では、各エレメント１３，１４を通過した空気は、その通過により旋回成分が幾分弱められるものの、依然として旋回成分を含んだ状態で空気流入空間５４に流入する。この後、空気流入空間５４から直線流路形成部５１内に入り込む空気は、ハニカム構造の整流装置５０を通過することで、旋回成分の大部分が除去される。

そして、整流装置５０を通過した空気は、直線流路形成部５１を十分な長さにわたって流れることにより、旋回成分が除去される。加えて本実施形態では、直線流路形成部５１の下流端に網状の整流部材４０が設けられているため、空気の流れがさらに整えられる。以上のことから、直線流路形成部５１を流れる空気は、中心軸線Ｃ２回りの流速分布が均一な軸流となって出口管２２に向かうことになる。

従って、出口管２２を流れる空気の流速分布が安定することから、出口管２２に設けられたＭＡＦセンサ６０では、ばらつきの少ない計測を実現でき、計測精度を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
図３には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態では、直線流路形成部５１が出口側部材２０の閉塞部２１と一体成型されており、直線流路形成部５１および出口管２２の内周面同士が連続している。そして、直線流路形成部５１と第２筒状部２５との間にインナーエレメント１４が嵌合している。
なお、図３では、第１実施形態で説明した網状の整流部材４０が図示されていないが、整流装置５０とＭＡＦセンサ６０との間の適宜な位置に、任意な形状の支持部を介して整流部材４０を配置することも可能である。

本実施形態によれば、直線流路形成部５１が出口側部材２０と一体ものとして成型されているため、部材の取り扱いを容易にできるとともに、エアクリーナ１の組立工程も簡素にできる。
また、直線流路形成部５１および出口管２２の内周面同士が連続しており、互いの接続部分や、これに伴う段差が存在しないので、空気の流れに乱れを生じ難くでき、流速分布をより均一化できる。

〔第３実施形態〕
図４には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態では、出口側部材２０の閉塞部２１と出口管２２とが別部材で構成される一方で、出口管２２と直線流路形成部５１の一部とが一体成型されている。つまり、閉塞部２１および出口管２２は、ボルト２８により互いに接合されている。また、直線流路形成部５１は、整流装置５０が設けられた上流側の第１流路形成部５１Ａと、出口管２２に一体に設けられた下流側の第２流路形成部５１Ｂとで構成され、互いに溶接や鑞付け、あるいは超音波溶着など、材料に応じた適宜な接合手段にて接合されている。

〔第４実施形態〕
図５には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態では、出口管２２と直線流路形成部５１とが予め一体ものとして成型されている点が、前記第３実施形態とは異なる。別の見方をすると、出口側部材２０の閉塞部２１と出口管２２とが別部材で構成されている点が、前記第２実施形態とは異なる。
他の構成は、第２実施形態または第３実施形態と同様である。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、直線流路形成部５１は、その全長にわたってインナーエレメント１４に対して嵌合しており、直線流路形成部５１の長さ寸法に対応した領域において、インナーエレメント１４が塞がれていた。
このような構造でも、インナーエレメント１４での濾過機能としては十分であるが、直線流路形成部５１とインナーエレメント１４との間に所定の隙間が形成されるように直線流路形成部５１を設け、インナーエレメント１４の略全域で濾過機能を発揮させてもよく、こうすることで空気をよりスムーズに吸引して吸気通路内での圧力損失をより小さくでき、エンジン負荷を低減して燃費を向上させることができる。

前記実施形態では、ＭＡＦセンサ６０が取り付けられる出口管２２は、エアクリーナ１の一部として説明したが、そのような出口管がエアクリーナとは別体の吸気管の一部として構成され、この部分にエアクリーナが適宜な接合手段にて接合可能に設けられる場合でも、エアクリーナ内に本発明に係る整流装置が設けられていれば、本発明のエアクリーナの整流構造に含まれる。

前記実施形態では、ボディ１０の内部にはアウターエレメント１３およびインナーエレメント１４の２つのエレメントが収容されていたが、エレメントが１つのタイプのエアクリーナに本発明の整流構造を適用してもよい。

本発明は、建設機械のような移動可能な機械に設置されたエアクリーナに利用できる他、定置式の機械に設置されたエアクリーナにも利用できる。

１…エアクリーナ、１１…ボディ、１２…入口管、１４…エレメントであるインナーエレメント、２２…出口管、２２Ａ…センサ取付部、４０…整流部材、５０…整流装置、５１…直線流路形成部、５３…小流路、６０…流速センサであるＭＡＦセンサ、Ｃ１…中心線、Ｃ２…中心軸線。

Claims (5)

1. 内部に筒状のエレメントが収容されたボディを備えるとともに、前記ボディには、該ボディの径方向の中心線からオフセットされて位置した入口管と、前記エレメントの中心軸線に沿った出口管とが設けられる
   エアクリーナであって、
   前記エレメントの内部には、前記中心軸線方向に沿った所定の長さ寸法を有し、かつ前記出口管と連通した筒状の直線流路形成部が設けられ、
   前記直線流路形成部には、前記出口管から離間した端部寄りの位置に整流装置が設けられ、
   前記整流装置には、前記中心軸線に沿った多数の小流路が形成されている
   ことを特徴とするエアクリーナ。
2. 請求項１に記載のエアクリーナにおいて、
   前記整流装置はハニカム構造である
   ことを特徴とするエアクリーナ。
3. 請求項１または請求項２に記載のエアクリーナにおいて、
   前記出口管には、流速センサが取り付けられるセンサ取付部が設けられ、
   前記整流装置と前記センサ取付部との間の流路には、網状の整流部材が設けられている
   ことを特徴とするエアクリーナ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエアクリーナにおいて、
   前記直線流路形成部の前記中心軸線に沿った長さ寸法は、該直線流路形成部の内径寸法の１倍ないし５倍である
   ことを特徴とするエアクリーナ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエアクリーナにおいて、
   前記出口管と前記直線流路形成部は、予め一体ものとして成型されている
   ことを特徴とするエアクリーナ。

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