JP2017203384A - 内燃機関のエアクリーナ - Google Patents

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Abstract

【課題】吸気音の低周波数帯の成分を効果的に低減することができる。【解決手段】内燃機関のエアクリーナは、インレット18を有する第1ハウジング10と、アウトレット28を有する第2ハウジング20と、第1ハウジング10の上部開口11及び第2ハウジング20の下部開口21の間に介在されたフィルタエレメント30とを備えている。第1ハウジング10は、不織布により形成された吸音層41と、吸音層41の内面に固定され、吸音層41よりも通気度の低い通気性材料により形成された内側表皮層43とを有する減音壁部14を備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関のエアクリーナに関する。
従来、車載内燃機関のエアクリーナは、インレットを有する第1ハウジングと、アウトレットを有する第2ハウジングと、第1ハウジングの開口と第2ハウジングの開口との間に介在されるフィルタエレメントとを備えている。
特許文献1に記載のエアクリーナでは、濾紙や不織布、連続気泡のスポンジなどの多孔質材料からなる吸音材によりハウジングの壁部が形成されている。特許文献2に記載のエアクリーナのハウジングは、発泡ポリウレタンなどの吸音層により内壁面が形成されている。これらのエアクリーナによれば、吸音材により吸気騒音が低減される。
特開2002−21660号公報 実開昭64−11359号公報
ところで、エアクリーナにおいては、吸気騒音のうち低周波数帯の成分の音圧レベルが高周波数帯の成分の音圧レベルに比べて大きく、騒音の主な原因になっていることを本願発明者が発見した。しかしながら、上記吸音材や吸音層を有する従来のエアクリーナでは、低周波数帯の成分を低減することが難しい。
本発明の目的は、吸気音の低周波数帯の成分を効果的に低減することのできる内燃機関のエアクリーナを提供することにある。
上記目的を達成するための内燃機関のエアクリーナは、インレットを有する第1ハウジングと、アウトレットを有する第2ハウジングと、前記第1ハウジングの開口及び前記第2ハウジングの開口の間に介在されるフィルタエレメントとを備えている。前記第1ハウジング及び前記第2のハウジングの少なくとも一方は、通気性材料により形成された吸音層と、前記吸音層の内面に固定され、前記吸音層よりも通気度の低い通気性材料により形成された内側表皮層とを有する減音壁部を備える。
こうした構成によれば、吸音層の内面に、吸音層よりも通気度の低い材料により形成された内側表皮層が固定されている。このため、内側表皮層に入射される吸気音のうち内側表皮層の共振周波数と同じ周波数の成分によって内側表皮層が共振される。
ここで、内側表皮層の共振周波数は、内側表皮層により通気を阻止される空気の質量が大きくなるほど、内側表皮層の通気度が小さくなるほど低くなる。
上述したように、内側表皮層が吸音層よりも通気度の低い材料により形成されているため、内側表皮層が設けられていない構成に比べて、より低い周波数帯の成分(以下、低周波数帯の成分)が内側表皮層を共振させるとともにその振動のエネルギが吸音層を振動させて摩擦熱に変換されることで消費される。したがって、内側表皮層にて反射される反射音の低周波数帯の成分が低減される。
本発明によれば、吸気音の低周波数帯の成分を効果的に低減することができる。
内燃機関のエアクリーナの一実施形態について、エアクリーナ全体の斜視構造を示す斜視図。 図1の2−2線に沿った断面図。 図2の3−3線に沿った断面図。 減音壁部の作用を説明するための減音壁部の断面図。 減音壁部の作用を説明するためのばねマスモデル。 減音壁部の作用を説明するためのばねマスモデルの近似モデル。 変形例における圧縮壁部の断面図。
以下、図1〜図3を参照して、一実施形態について説明する。
図1〜図3に示すように、エアクリーナは車載内燃機関の吸気通路に設けられるものであり、筒状のインレット18を有する第1ハウジング10と、筒状のアウトレット28を有する第2ハウジング20とを備えている。
図2及び図3に示すように、第1ハウジング10は、上部開口11を取り囲む周壁12と底壁13とを備えている。上部開口11の周縁には、外周側に向けて突出するフランジ16が全周にわたって形成されている。インレット18は、周壁12の外周面に突設されている。
第2ハウジング20は、下部開口21を取り囲む周壁22と頂壁23とを備えている。下部開口21の周縁には、外周側に向けて突出するフランジ26が全周にわたって形成されている。アウトレット28は、周壁22の外周面に突設されている。
第1ハウジング10の上部開口11と第2ハウジング20の下部開口21との間には、フィルタエレメント30が介在されている。フィルタエレメント30は、例えば濾紙や不織布などの濾材シートを襞折りすることにより形成された濾過部31と、濾過部31の外周縁に設けられた環状のシール部32とを有している。
第1ハウジング10のフランジ16と第2ハウジング20のフランジ26とによりシール部32が挟持されることにより、第1ハウジング10と第2ハウジング20との間がシールされている。
次に、第1ハウジング10の構造について詳細に説明する。
図1〜図3に示すように、第1ハウジング10は、硬質樹脂材料により形成された樹脂成形部15と、不織布シートなどにより形成された減音壁部14とを有している。樹脂成形部15は、インサート成形により減音壁部14と一体に形成されている。
樹脂成形部15は、フランジ16、インレット18、周壁12の一部を構成する部位であり、フランジ16とインレット18との間に介在する樹脂壁部17、並びに樹脂壁部17の外周面及びフランジ16から突出するとともに周方向に間隔をおいて形成された複数のリブ19により構成されている。
減音壁部14は、周壁12のうち樹脂成形部15を除いた部分と、底壁13とにより構成されている。
次に、減音壁部14の断面構造について詳細に説明する。
図2及び図3に示すように、減音壁部14は、不織布シートにより形成された吸音層41と、吸音層41よりも通気度の低い不織布シートにより形成され、吸音層41の内面に接着剤により固定された内側表皮層43と、非通気性のフィルムにより形成され、吸音層41の外面に接着剤により固定された外側表皮層44とを有している。
<吸音層41>
吸音層41を形成する不織布シートは、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)からなる芯部と、同PET繊維よりも融点の低い変性PETからなる鞘部(いずれも図示略)とを有する周知の芯鞘型の複合繊維により構成されている。
吸音層41を形成する不織布シートの目付け量は、300g/m〜1500g/mであることが好ましい。
図2及び図3に示すように、吸音層41は、例えば30mm〜100mmの厚さの不織布シートを熱プレスすることにより成形されている。吸音層41は、厚肉部41aと、厚肉部41aに比べて不織布の圧縮度が大きくされた薄肉部41bと、厚肉部41aと薄肉部41bとの間に位置し、厚肉部41aから薄肉部41bにかけて肉厚が徐々に薄くされた徐変部41cとを有している。厚肉部41aと、徐変部41cのうちの肉厚が比較的厚い部位が、吸気音を吸収して低減する吸音効果を奏する。
厚肉部41aは、第1ハウジング10の底壁13の中央部から、同中央部よりもインレット18から離間する側(図2の右側)にわたって設けられている。厚肉部41aの肉厚は、5mm〜50mmであることが好ましい。
薄肉部41bは、減音壁部14の縁部に相当する部分全体にわたって設けられている。減音壁部14の縁部は、その厚さ方向の両側から樹脂成形部15の挟持部15aにより挟持されており、このことによって減音壁部14と樹脂成形部15とが一体に形成されている。薄肉部41bの肉厚は、1mm〜3mmであることが好ましい。
<内側表皮層43>
内側表皮層43を形成する不織布シートは、例えばPETからなる主繊維と、PP(ポリプロピレン)からなり、主繊維同士を結合するバインダ繊維とにより構成されている。
内側表皮層43の通気度(JISL1096,A法(フラジール形法))は、3cm/cm・s以上であることが好ましく、5cm/cm・s以上であることがより好ましい。
また、内側表皮層43の通気度は、50cm/cm・s以下であることが好ましく、20cm/cm・s以下であることがより好ましい。
本実施形態では、内側表皮層43の通気度は、5cm/cm・s〜20cm/cm・sである。
内側表皮層43の厚さは、1μm〜500μmであることが好ましい。本実施形態の内側表皮層43の厚さは、例えば10μm〜15μmである。
<外側表皮層44>
外側表皮層44は、例えばPPからなる防水性のフィルムである。外側表皮層44の厚さは、10μm〜500μmであることが好ましい。
次に、第2ハウジング20の構造について詳細に説明する。
図1〜図3に示すように、第2ハウジング20は、硬質樹脂材料により形成された樹脂成形部25と、圧縮された不織布シートなどにより形成された圧縮壁部24とを有している。樹脂成形部25は、インサート成形により圧縮壁部24と一体に形成されている。
樹脂成形部25は、フランジ26、アウトレット28、周壁22の一部を構成する部位であり、フランジ26とアウトレット28との間に介在する樹脂壁部17、並びに樹脂壁部27の外周面及びフランジ26から突出するとともに周方向に間隔をおいて形成された複数のリブ29により構成されている。
圧縮壁部24は、周壁22のうち樹脂成形部25を除いた部分と、頂壁23とにより構成されている。
次に、圧縮壁部24の断面構造について詳細に説明する。
図2及び図3に示すように、圧縮壁部24は、前述した吸音層41と同一の不織布シートにより形成された圧縮層42と、圧縮層42の内面に接着剤により固定された内側表皮層43と、圧縮層42の外面に接着剤により固定された外側表皮層44とを有している。内側表皮層43及び外側表皮層44は、減音壁部14を構成する内側表皮層43及び外側表皮層44と同一である。
圧縮層42は、例えば30mm〜100mmの厚さの不織布シートを熱プレスすることにより成形されている。圧縮層42の肉厚は、1〜3mmであることが好ましい。
圧縮壁部24の縁部は、その厚さ方向の両側から樹脂成形部25の挟持部25aにより挟持されており、このことによって圧縮壁部24と樹脂成形部25とが一体に形成されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図4に示すように、第1ハウジング10では、吸音層41の内面に、吸音層41よりも通気度の低い材料により形成された内側表皮層43が接着剤により固定されている。このため、内側表皮層43に入射される吸気音Eiのうち内側表皮層43の共振周波数Fと同じ周波数の成分によって内側表皮層43が共振される。なお、Erは、内側表皮層43にて反射される反射音である。Etは、減音壁部14を透過する透過音である。
減音壁部14のばねマスモデルを図5に示す。
ここで、K1は、吸音層41のばね定数(N/mm)であり、M1は、吸音層41の質量(kg)である。K2は、吸音層41と内側表皮層43との間のばね定数(N/mm)であり、M2は、内側表皮層43の質量(kg)と、内側表皮層43により通気を阻止される空気の質量(kg)との和である。M2は、内側表皮層43の音響透過率T2に依存する。すなわち、内側表皮層43の通気度が小さくなるほど、M2は大きな値になる。また、C1,C2はいずれも減衰係数である。
ここで、C1、C2、及びK2は、内側表皮層43の共振周波数Fへの寄与度が無視できるほど小さい。このため、図5に示すばねマスモデルは、図6に示す近似モデルによって近似することができる。したがって、内側表皮層43の共振周波数F(Hz)は、以下の式1により近似することができる。
式1から明らかなように、内側表皮層43の共振周波数Fは、K1が大きくなるほど高くなり、M1及びM2が大きくなるほど低くなる。また、前述したように、内側表皮層43の通気度が小さくなるほど、M2は大きな値になる。したがって、内側表皮層43の共振周波数Fは、内側表皮層43の通気度が小さくなるほど低くなる。
上述したように、内側表皮層43が吸音層41よりも通気度の低い材料により形成されているため、内側表皮層43が設けられていない構成に比べて、より低い周波数帯の成分(以下、低周波数帯の成分)が内側表皮層43を共振させるとともにその振動のエネルギが吸音層41の繊維を振動させて繊維同士の摩擦熱に変換されることで消費される。したがって、内側表皮層43にて反射される反射音Erの低周波数帯の成分が低減される。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関のエアクリーナによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)第1ハウジング10は、不織布により形成された吸音層41と、吸音層41の内面に固定され、吸音層41よりも通気度の低い材料により形成された内側表皮層43とを有する減音壁部14を備えている。
こうした構成によれば、上述した作用を奏することにより、吸気音の低周波数帯の成分を効果的に低減することができる。
(2)内側表皮層43の通気度が、5cm/cm・s以上、20cm/cm・s以下の範囲内である。
仮に、内側表皮層43を非通気性材料により形成すると、M2が更に大きくなり、内側表皮層43の共振周波数Fが更に小さくなる。このため、吸気音のより低い周波数の成分を低減することができると考えられる。
ただし、この場合、吸気音が吸音層41にほとんど達しなくなるため、吸音層41による吸音効果が発揮されにくくなる。その結果、吸気音における1kHzよりも高い高周波数帯の成分が低減されにくくなるという背反が生じる。
この点、上記構成によれば、内側表皮層43の通気度が5cm/cm・s以上、20cm/cm・s以下の範囲内であるため、内側表皮層43の通気度が過度に低く設定されることにより上述した背反が生じることを阻止できる。したがって、吸気音のうち1kHzよりも高い周波数帯の成分を吸音層41による吸音作用により低減することができる。また、吸気音のうち1kHz以下の低周波数帯の成分を内側表皮層43の共振を利用して低減することができる。したがって、吸気音のより広い周波数帯の成分を低減することができる。
(3)内側表皮層43が吸音層41に接着剤により固定されている。このため、吸音層41に対して内側表皮層43を容易且つ強固に固定することができる。したがって、内燃機関の運転時に発生する吸気負圧によって内側表皮層43が吸音層41から剥がれることを適切に回避できる。
(4)吸音層41よりも通気度の低い内側表皮層43により第1ハウジング10の内面が形成されている。
こうした構成によれば、内側表皮層43を有していない構成、すなわち吸音層41が第1ハウジング10の内部に露出する構成に比べて、第1ハウジング10の内面の平滑度が高められる。したがって、第1ハウジング10の内面に沿ってエアが円滑に流れるようになり、通気抵抗を低減することができる。
(5)第1ハウジング10には、フランジ16、インレット18、及びフランジ16とインレット18との間に介在される樹脂壁部17を構成する樹脂成形部15が、減音壁部14と一体に形成されている。
フランジ16は、フィルタエレメント30のシール部32が圧接される部位であることから高い剛性が求められる。また、インレット18はインレットダクト(図示略)が接続される部位であることから高い剛性が求められる。この点、上記構成によれば、第1ハウジング10の剛性が不足することを適切に回避できる。
(6)吸音層41は、厚肉部41aと、厚肉部41aと比べて不織布の圧縮度が大きくされた薄肉部41bとを有し、減音壁部14における薄肉部41bが樹脂成形部15に連結されている。
こうした構成によれば、減音壁部14のうち薄肉部41bにより樹脂成形部15に連結される部位の剛性を高めることができるとともに、厚肉部41aにより吸音層41による吸音効果を発揮させることができる。
(7)厚肉部41aと薄肉部41bとの間には、厚肉部41aから薄肉部41bにかけて肉厚が徐々に薄くされた徐変部41cが設けられている。
こうした構成によれば、厚肉部41aと薄肉部41bとの間で吸音層41の肉厚が急変する段差が生じにくくなる。このため、第1ハウジング10の内部においてエアが円滑に流れるようになり、通気抵抗を低減することができる。
(8)第1ハウジング10のみに減音壁部14が設けられている。
減音壁部14の厚肉部41aは薄肉部41bに比べて、剛性が低く、耐負圧性が低い。第1ハウジング10はフィルタエレメント30よりも吸気上流側に位置しているため、第1ハウジング10に作用する負圧は第2ハウジング20に作用する負圧に比べて小さい。
この点、上記構成によれば、第1ハウジング10のみに減音壁部14が設けられており、第2ハウジング20には、減音壁部14が設けられていない。このため、第1ハウジング10及び第2ハウジング20の耐負圧性の確保と、減音壁部14による吸気音の低減との両立を図ることができる。
(9)吸音層41の外側には、非通気性の外側表皮層44が設けられている。このため、減音壁部14を透過する透過音Erを低減することができる。また、外側表皮層44が防水性であることから、吸音層41を通じてエアクリーナの内部への水の侵入を阻止することができる。
(10)第1ハウジング10の一部が共に不織布からなる吸音層41及び内側表皮層43を有する減音壁部14により形成されている。また、第2ハウジング20の一部が共に不織布からなる圧縮層42及び内側表皮層43を有する圧縮壁部24により形成されている。
こうした構成によれば、第1ハウジング10及び第2ハウジング20の全体が硬質樹脂材料により形成される構成に比べて、第1ハウジング10及び第2ハウジング20の軽量化、ひいてはエアクリーナの軽量化を容易に行うことができる。
(11)樹脂成形部15,25は、減音壁部14の薄肉部41b及び圧縮壁部24の圧縮層42をそれぞれ挟持する挟持部15a,25aを備えている。
こうした構成によれば、減音壁部14や圧縮壁部24に樹脂成形部15,25をインサート成形する際に、挟持部15a,25aを形成する樹脂が、減音壁部14の薄肉部41bや圧縮壁部24の圧縮層42のより広い範囲に染み込む。したがって、減音壁部14の薄肉部41bや圧縮壁部24と樹脂成形部15,25とをアンカー効果によって強固に接合することができる。
<変形例>
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・図7に示すように、圧縮壁部24の内側表皮層43と吸音層41との間に、燃料蒸気を吸着する吸着剤50を介在させることもできる。また、減音壁部14の内側表皮層43と吸音層41との間に吸着剤50を介在させてもよい。この場合、機関停止中に吸気通路を通じてエアクリーナに流入する燃料蒸気を吸着剤50により吸着することができる。このため、吸気通路の途中に吸着シートを設ける構成とは異なり、通気抵抗の悪化を回避できる。
・例えば不織布シートなどの通気性材料により外側表皮層44を形成することもできる。この場合、外側表皮層を吸音層41よりも通気度の低い材料により形成すればよい。外側表皮層(外側層)を省略することもできる。
・第2ハウジング20に減音壁部を設定することもできる。また、第2ハウジング20全体を樹脂成形部によって形成することもできる。
・吸音層41の徐変部41cを省略することもできる。
・第1ハウジング10全体を減音壁部14により形成することもできる。すなわち、樹脂成形部15を省略することもできる。
・例えば発泡ポリウレタンなどにより吸音層41を形成することもできる。
・内側表皮層43の通気度を3cm/cm・sよりも小さくすることもできる。また、内側表皮層43の通気度を50cm/cm・sよりも大きくすることもできる。
10…第1ハウジング、11…上部開口、12…周壁、13…底壁、14…減音壁部、15…樹脂成形部、15a…挟持部、16…フランジ、17…樹脂壁部、18…インレット、19…リブ、20…第2ハウジング、21…下部開口、22…周壁、23…頂壁、24…圧縮壁部、25…樹脂成形部、25a…挟持部、26…フランジ、27…樹脂壁部、28…アウトレット、29…リブ、30…フィルタエレメント、31…濾過部、32…シール部、41…吸音層、41a…厚肉部、41b…薄肉部、41c…徐変部、42…圧縮層、43…内側表皮層、44…外側表皮層(外側層)、50…吸着剤。
樹脂成形部25は、フランジ26、アウトレット28、周壁22の一部を構成する部位であり、フランジ26とアウトレット28との間に介在する樹脂壁部27、並びに樹脂壁部27の外周面及びフランジ26から突出するとともに周方向に間隔をおいて形成された複数のリブ29により構成されている。
式1から明らかなように、内側表皮層43の共振周波数Fは、K1が大きくなるほど高くなり、M1及びM2が大きくなるほど低くなる。また、前述したように、内側表皮層43の通気度が小さくなるほど、M2は大きな値になる。したがって、内側表皮層43の共振周波数Fは、内側表皮層43の通気度が小さくなるほど低くなる。
(9)吸音層41の外側には、非通気性の外側表皮層44が設けられている。このため、減音壁部14を透過する透過音Etを低減することができる。また、外側表皮層44が防水性であることから、吸音層41を通じてエアクリーナの内部への水の侵入を阻止することができる。
<変形例>
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・図7に示すように、圧縮壁部24の内側表皮層43と圧縮層42との間に、燃料蒸気を吸着する吸着剤50を介在させることもできる。また、減音壁部14の内側表皮層43と吸音層41との間に吸着剤50を介在させてもよい。この場合、機関停止中に吸気通路を通じてエアクリーナに流入する燃料蒸気を吸着剤50により吸着することができる。このため、吸気通路の途中に吸着シートを設ける構成とは異なり、通気抵抗の悪化を回避できる。

Claims (9)

  1. インレットを有する第1ハウジングと、アウトレットを有する第2ハウジングと、前記第1ハウジングの開口及び前記第2ハウジングの開口の間に介在されるフィルタエレメントとを備える内燃機関のエアクリーナにおいて、
    前記第1ハウジング及び前記第2ハウジングの少なくとも一方は、通気性材料により形成された吸音層と、前記吸音層の内面に固定され、前記吸音層よりも通気度の低い通気性材料により形成された内側表皮層とを有する減音壁部を備える、
    内燃機関のエアクリーナ。
  2. 前記内側表皮層の通気度が、3cm/cm・s以上、50cm/cm・s以下の範囲内である、
    請求項1に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  3. 前記通気性材料は不織布である、
    請求項1または請求項2に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  4. 前記第1ハウジング及び前記第2ハウジングのうち前記減音壁部を備えるハウジングには、前記インレット、前記アウトレット、及び前記開口の周縁を形成するフランジの少なくとも1つを構成する樹脂成形部が前記減音壁部と一体に形成されている、
    請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  5. 前記吸音層は、厚肉部と、前記厚肉部に比べて前記通気性材料の圧縮度が大きくされた薄肉部とを有し、
    前記減音壁部における前記薄肉部が前記樹脂成形部に連結されている、
    請求項4に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  6. 前記厚肉部と前記薄肉部との間には、前記厚肉部から前記薄肉部にかけて肉厚が徐々に薄くされた徐変部が設けられている、
    請求項5に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  7. 前記第1ハウジングのみに前記減音壁部が設けられている、
    請求項5または請求項6に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  8. 前記吸音層の外側には、前記吸音層よりも通気度の低い材料により形成された外側層が設けられている、
    請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  9. 前記内側表皮層は通気性を有しており、
    前記内側表皮層と前記吸音層との間には、燃料蒸気を吸着する吸着剤が介在されている、
    請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の内燃機関のエアクリーナ。
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