JP2014231818A - エアクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡単な構造で、スロットル閉時の逆流空気を要因したサージ音の発生が抑制できるエアクリーナを提供する。【解決手段】本発明のエアクリーナは、過給機１５から延びる管部材１５ｂを接続するエアクリーナであって、管部材の内径より小さい内径を有し過給機から戻る空気を絞る絞り部３５と、絞り部から延びてエアクリーナの上流側に向かうにつれて端部まで漸次拡径し、端部の内径が管部材の内径よりも大きくなる拡開部４０と備えることとした。同構成により、スロットル閉時、過給機から、エアクリーナへ一時的に一気に逆流してくる逆流空気は、絞り部へ向かうときの段差抵抗、絞り部を通過するときの抵抗、拡開部での乱流を抑えながらの拡散により、サージ音の要因となる逆流空気の圧力や流速が減衰され、不快なサージ音が低減される。【選択図】図３

Description

本発明は、過給機から延びる管部材を接続するエアクリーナに関する。

過給機付エンジンでは、エアクリーナから取り入れた空気（外気）を過給機で過給して、スロットルバルブを通じて、エンジンの吸気側へ送り込んでいる。
ところで、こうしたエンジンは、スロットルバルブが急閉された場合、過給機とスロットルバルブとの間の圧力が一時的に急上昇する。スロットルバルブの上流側は、逃げ道がないため、圧力上昇した空気は、エアクリーナへ逆流する（吹き返し）。すると、圧力上昇した空気は、一気にエアクリーナ内へ流出して拡散するため、エアクリーナからサージ音が発生する。

このサージ音は、異音なので、不快感を与えてしまう。そこで、従来、特許文献１にも開示されているように、スロットル閉時、過給機とスロットルバルブとの間に生じる圧力を、過給機とエアクリーナとの間に逃すバイパス路を設けることが行われている。
しかし、こうしたバイパス構造は、バイパス路の他に、バイパス路を開閉するリリーフバルブや同リリーフバルブを制御する制御系統などが求められるので、コストの負担が強いられる。

そこで、エアクリーナ自体で、サージ音を抑制させることが考えられている。
ところで、過給機付エンジンでは、特許文献２に開示されているように過給機の過給に伴う吸気脈動を要因としたエアクリーナからの発音を抑えるために、エアクリーナの出口部に、逆位相の吸気脈動を発生させる手段を設けることが行われている。

特開平１１−２６４３２１号公報 特開平２００１−７３８９５号公報

しかし、引用文献２は、通常の過給運転における騒音を抑えるべく、逆位相の吸気脈動を発生させる手段を用いただけで、スロットルバルブの急閉時の、圧力上昇した逆流空気によるサージ音を抑制する能力はない。このため、逆流空気を要因としたサージ音を改善が求められている。
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で、スロットル閉時の逆流空気を要因したサージ音の発生が抑制できるエアクリーナを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、過給機から延びる管部材を接続するエアクリーナであって、管部材の内径より小さい内径を有し過給機から戻る空気を絞る絞り部と、絞り部から延びてエアクリーナの上流側に向かうにつれて端部まで漸次拡径し、端部の内径が管部材の内径よりも大きくなる拡開部と備えることとした。
請求項２に記載の発明は、拡開部をファンネル形状で形成することとした。

請求項３に記載の発明は、絞り部を断面が一定なストレート形状に形成することとした。
請求項４に記載の発明は、管部材は絞り部に接続され、絞り部の外周と管部材の内周との間には、過給機側が開放し、拡開部側が閉塞する空間部が備えられることとした。

請求項１の発明によれば、スロットル閉時、過給機から、エアクリーナへ一時的に一気に逆流してくる空気は、まず絞り部との段差面と衝突しながら、絞り部へ流入する。このとき生じる段差抵抗により、逆流空気の圧力や流速は減衰される。続いて絞り部の通過するときの抵抗により、逆流空気の圧力や流速は減衰される。この減衰した逆流空気は、最終の拡開部にて、乱流を抑えながら、徐々に拡散され、エアクリーナ内へ流出される。拡散部は、異音の発生の要因ともなる乱流を整流しながら、さらには逆流空気の圧力や流速の減衰をもたらす空気流との接触が行われるから、サージ音の要因となる逆流空気の圧力や流速は十分に減衰され、逆流空気が一気に拡散されるのを抑える。

それ故、簡単な構造で、スロットル閉時の、過給機からの逆流空気を要因としたサージ音の発生を抑制することができる。特に拡開部は、空気が順方向に流れるときは、吸気を集めて絞り部へ導き（空気量の増大）、絞り部を流れやすくするため、絞り路を有しても順方向の空気の流れを損なわずにすむ。このため、順方向の空気の流れの確保とサージ音の抑制との双方が両立でき、エアクリーナの性能を損なうことはない。

請求項２によれば、一層、絞り路から流出する逆流空気を効果的に周囲に拡散することができる。
請求項３の発明によれば、十分に逆流空気の圧力や流速を低減することができる。
請求項４の発明によれば、逆流空気の圧力の減衰は、段差抵抗の減衰だけでなく、絞り部の外周側の空間内でも行われるから、一層、高い減衰効果が確保できる。

本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの一部を模式的に示す断面図。 エアクリーナの断面図。 同エアクリーナの出口側の構造を拡大して示す断面図。

以下、本発明を図１から図３に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は、エンジンシステムの一部を示している。同システムを説明すると、図中１はレシプロエンジン（以下、単にエンジンという）、１５はターボ過給機（本願の過給機に相当）である。
エンジン１は、例えばピストン３を往復動可能に収めたシリンダ２、同シリンダ２の頭部に開口する吸・排気ポート４，５、同吸・排気ポート４，５を開閉する吸・排気バルブ４ａ，５ａ、吸・排気ポート４，５とつながる吸・排気マニホルド６，７、燃料を噴射するインジェクタ８などを有している。吸気マニホルド６には、サージタンク部９、スロットルバルブ１０ａが収められたスロットルボディ１０が付いている。

ターボ過給機１５は、タービン部１１と同タービン部１１と同軸につながるコンプレッサ部１２とを有して構成される。このうちタービン部１１の入口１１ａは、排気マニホルド７に接続され、エンジン１から排出される排熱エネルギーで、タービン部１１のロータ１１ｃを回転させ、その回転力でコンプレッサ部１２のロータ１２ｃを回転させる。タービン部１１の出口１１ｂには、排気ガス浄化装置（図示しない）が接続される。

コンプレッサ部１２の出口１２ｂは、下流側の吸気路１４ａ、インタークーラ１６を介して、スロットルボディ１０に接続される。コンプレッサ部１２の入口１２ａは、上流側の吸気路１４ｂを介してエアクリーナ１８に接続され、排熱エネルギーで駆動されるコンプレッサ部１２のロータ１２ｃの回転で、エアクリーナ１８から取り込まれる空気（外気）を圧縮し、エンジン１の吸気側へ過給する。

ここで、エアクリーナ１８は、例えばエンジン１の上部に搭載され機器である。このエアクリーナ１８には、スロットルバルブ１０ａの急閉時（スロットルオフ時）における逆流空気のサージ音を抑える構造が設けられている。図２は、同エアクリーナ１８の全体が示され、図３は同装置のサージ音を抑える構造が拡大して示されている。
まず、図２を参照してエアクリーナ１８の主な構造を説明すると、図中２０は例えば幅方向を細長く延ばした扁平箱形のエアクリーナ本体である。このエアクリーナ本体２０は、例えば幅方向に二分割可能なケーシング片２０ａ，２０ｂで構成される。

同ケーシング構造のうち、例えば下側のケーシング片２０ａの一方の端壁（図面において左側の端壁）には、外方へ直線状に延びる入口側のダクト部２１が設けられている。同ダクト部２１の先端部は、円錐形に拡がっていて、先端に外気を取り込む外気取入れ口２２を形成している。またダクト部２１の有る端壁とは、反対側となる右側の端壁には、レゾネータ２３が設けられている。また、ケーシング片２０ａにはケーシング片２０ｂとの間を遮るようにフィルタ部材２４が設けられている。

ケーシング片２０ｂを形成する例えば左側の端壁の一部は、他よりも退避している。この退避した端壁部分２０ｃに、エア出口用の接続部２６が突設されている。接続部２６は、端壁部分２０ｃから外側へ突き出る円形の接続突起２７と、同接続突起２７の内側に設けられた管路２８とを有している。
接続突起２７の外周面に、上流側の吸気路１４ｂ端が接続される。具体的には吸気路１４ｂは、例えば図２に示されるように大部分が硬製の管体１５ａで形成され、入口側の端部が可撓性の部材、例えばゴム製の導管部材１５ｂ（本願の過給機から延びる管部材に相当）で形成されている。この端部に有る導管部材１５ｂが、接続突起２７の外周面に嵌挿してある。ちなみに導管部材１５ｂは、止め輪部材２９で接続突起２７に固定される（図２）。

管路２８には、サージ音を抑える工夫が施されている。図３には、この管路２８を拡大した断面が示されている。図２および図３を参照して工夫した点を説明すると、管路２８は、ケーシング片２０ｂの内外方向へ延びている。具体的には、管路２８は、接続突起２７の先端面（前面）から始まり、ケーシング片２０ｂ内へ張り出している。
この管路２８の各部の管径を変化させることで、ターボ過給機１５からの逆流空気（スロットルバルブ１０ａの閉時による）の圧力や流速を減衰させる構造としている。

ここで、接続突起２７の先端面全体（前面）は、接続部２６の出口端３０をなしている。
管路２８は、この出口端３０の一部を出口３２とし、この出口３２に続いて、絞り路３５（本願の絞り部に相当）、拡開部４０、入口４５を順に形成することによって、管径を変化させている。

具体的には、出口３２は、接続突起２７の先端面の一部、例えば中央部に設けた、接続突起２７（＝導管部材１５ｂの内径）の外径よりも小さい円形の開口で形成される。絞り路３５は、接続突起２７内の軸心部（中央部）に、上記先端面の一部を開口させた出口３５に続いて、出口３５と同じ通路断面の小管路３６を軸方向に沿って形成した構造が用いられる。小管路３６は、逆流空気を減衰させる作用を発揮させるため、ここでは導管部材１５ｂが嵌挿される接続突起２７の外周面の接続代Ｈ（差込代）と同等の長さまで、エアケーシング片２０ｂ側へストレート形状に延ばしてある（所定距離）。

ターボ過給機１５からの逆流空気は、ここまでの接続突起２７の先端面から始まる管径の変化、すなわち始めの導管部材１５ｂの内径から出口３５へ極端に変化する地点での段差抵抗により、圧力や流速が減衰され、さらに減衰された逆流空気は、続く一定に続く絞り路３５（絞り部）により、さらに圧力や流速が減衰される構造としている。
なお、当初の減衰性能を高めるため、絞り路３５の周りの接続突起２７部分（本願の絞り部の外周と管部材の内周との間に相当）には、出口端３０と開口する逆流減衰用の空間部、例えば環状の溝部３７が設けてある。この溝部３７は、出口端３０側（過給機側）が開放し、拡開部４０側が閉塞する空間で形成されるものである。

拡開部４０は、絞り路３５端（小管路端）からケーシング片２０ｂ内へ延びる管路部分を、ケーシング片２０内へ向かうにしたがい絞り路３５の管径から、徐々に先端部まで拡開、ファンネル形状に拡開させ、管部材１５ｂの内径よりも大きくなるようにしている。そして、端の最大に拡開した拡開部４０の端を入口４５としている。この絞り路３５から徐々に拡開する管径の変化により、絞り路３５にて減衰した逆流空気を、整流、さらには拡開部４０の内面での気流抵抗などから、徐々に拡散させ、最終的に不快な音とはならないレベルまで、逆流空気の圧力や流速を低減させる構造としている。

詳しくは、例えばターボ過給機１５で過給される車両の加速運転中、アクセルペダル（図示しない）を開放させ、スロットルバルブ１０ａを急閉すると、ターボ過給機１５とスロットルバルブ１０ａとの間の圧力は一時的に急上昇する。スロットルバルブ１０ａの上流側には、逃げ道がないため、圧力上昇した空気は、導管部材１５ｂから、エアクリーナ１８へ逆流する（吹き返し）。

このとき、エアクリーナ１８における接続部２６（エア出口側）の管路２８は、各部で管径を変化させてあり、同変化で逆流空気の勢いを減衰する。
すなわち、図２中の黒塗りで示す矢印Ｘのように逆流空気が、接続部２６を通過するとする。このとき、接続部２６の端面には、導管部材１５ｂの内径と小開口の出口３２の管径差がなす段差面を有しているため、逆流空気は、始めにこの段差面と衝突しながら、出口３２へ向かう。このとき段差面で生じる段差抵抗により、当初の逆流空気の圧力や流速は、減衰される。また段差面には、溝部３７が開口しているため、逆流空気が溝部３７内へ流入することでも、圧力や流速は減衰される。

ついで、この減衰された逆流空気は、出口３０から続いて延びる絞り路３５へ流入される。この一定な管径が続く絞り路３５を逆流空気が通過するに伴い、さらに逆流空気の圧力や流速は減衰される。
絞り路３５に続くファンネル形の拡開部４０にて、絞り路３５で減衰された逆流空気は、異音発生の要因ともなる乱流を整流しながら、さらには逆流空気の圧力や流速の減衰をもたらす拡開部４０の内面との接触を伴いながら、徐々に周囲へ拡散される。この逆流空気が、拡開部４０の先端の入口４５から、ケーシング片２０ｂ内へ広範囲に拡散される（ケーシング片２０ｂ内へ流出）。

こうした管路の複数段階の変化により、サージ音の要因となる逆流空気の圧力や流速は、十分に減衰され、圧力上昇した逆流空気が一気にケーシング片２０ｂ内に拡散されるのを抑える。これにより、一時的に逆流空気が流出するときの不快なサージ音は、低減される。
それ故、出口端３０から入口４５までの管径を変化させる簡単な構造で、スロットル閉時、ターボ過給機１５からの逆流空気を要因としたサージ音の発生を抑制することができる。特に拡開部４０は、図２中の白抜きの矢印Ｙに示されるように空気が順方向に流れるときは、吸気（空気）を集めて絞り路３５へ導き（空気量の増大）、絞り路３５を流れやすくするため、管路２８は絞り路３５を有しても順方向の空気の流れを損なわずにすみ、順方向の空気の流れの確保とサージ音の抑制との双方を両立させることができる。つまり、エアクリーナ１８の性能を損なわせることはない。

しかも、絞り路３５の周りに逆流減衰用の溝部３７を設けると、一層、高い減衰効果が確保できる。
そのうえ、拡開部４０は、ファンネル形状としたことにより、絞り路３５からの逆流空気を効果的に周囲に拡散でき、サージ音の低減に多大に貢献する。
加えて、絞り路３５は、ストレート形状にしたことで、十分に逆流空気の圧力や流速の低減ができる。

なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、扁平箱形のエアクリーナに本発明を適用したが、それ以外の外形や構造のエアクリーナに本発明を適用してもよいことはいうまでもない。また、ターボ過給機は例えば内燃機関の駆動力によって空気を圧縮するスーパーチャージャーであってもよい。

１５ ターボ過給機（過給機）
１５ｂ 導管部材（過給機から延びる管部材）
１８ エアクリーナ
２０ エアクリーナ本体
２６ エア出口用の接続部
２８ 管路
３０ 出口端
３５ 絞り路（絞り部）
３７ 溝部（逆流減衰用の空間部）
４０ 拡開部

Claims (4)

1. 過給機から延びる管部材を接続するエアクリーナであって、
   前記管部材の内径より小さい内径を有し前記過給機から戻る空気を絞る絞り部と、
   前記絞り部から延びて前記エアクリーナの上流側に向かうにつれて端部まで漸次拡径し、前記端部の内径が前記管部材の内径よりも大きくなる拡開部と
   を備えることを特徴とするエアクリーナ。
2. 前記拡開部は、ファンネル形状で形成されることを特徴とする請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記絞り部は、断面が一定なストレート形状に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエアクリーナ。
4. 前記管部材は前記絞り部に接続され、
   前記絞り部の外周と前記管部材の内周との間には、前記過給機側が開放し、前記拡開部側が閉塞する空間部が備えられる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のエアクリーナ。

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