JP2018035699A - エアクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】吸気騒音を効果的に低減することのできるエアクリーナを提供する。【解決手段】エアクリーナは、インレット１１を有する第１ハウジング１０と、アウトレット２１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１２および第２ハウジング２０の下部開口２２の間に介設されるフィルタエレメント３０とを備える。第１ハウジング１０は、その内面から突出する環状壁１７と、通気性材料からなるとともに環状壁１７の突端に固定された吸音部４１とを有する。第１ハウジング１０の内面と環状壁１７の内周面と吸音部４１とによって空気室４６が区画形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に供給される空気を濾過するエアクリーナに関するものである。

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ハウジングの開口および第２ハウジングの開口の間に介設されたフィルタエレメントとを備えている。

特許文献１のエアクリーナでは、第１ハウジングの内面に発泡樹脂などの多孔質材料からなる吸音部の対向面全体が当接されており、この吸音部によって吸気騒音が低減されている。

特開２０００−１１０６８２号公報

ところが、上記エアクリーナでは、吸音部による吸気騒音の低減効果には自ずと限界があり、こうした点において改善の余地がある。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気騒音を効果的に低減することのできるエアクリーナを提供することにある。

上記課題を解決するためのエアクリーナは、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ハウジングの開口および前記第２ハウジングの開口の間に介設されるフィルタエレメントとを備えるエアクリーナにおいて、前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングの少なくとも一方は、その内面から突出する環状の固定リブと、通気性材料からなるとともに前記固定リブの突端に固定された吸音部と、を有し、前記内面と前記固定リブの内周面と前記吸音部とによって空気室が区画形成されている。

上記構成によれば、吸気音が吸音部を通過する際に、吸音部自身や吸音部内部の空隙中の空気が振動し、その結果生じた摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、吸気音を低減することができる。しかも、空気室の外方から吸音部に入射される吸気音の入射波と、吸音部を一旦通過して空気室に入った後にハウジングの内面で反射して吸音部に戻ってくる吸気音の反射波とを干渉させることによっても、吸気音を低減することができる。上記構成では、ハウジング内面と吸音部との間に空気室が区画形成されているため、空気室を有していないものと異なり、吸気音が吸音部を通過した後に反射して同吸音部に戻ってくるまでの距離を変更することができる。そのため、吸気音の入射波の一部と反射波の一部とが逆位相になるように上記距離を設定することにより、それら入射波および反射波を相殺させて、吸気音を効果的に低減することができるようになる。このように上記構成によれば、吸気騒音を効果的に低減することができる。

本発明のエアクリーナによれば、吸気騒音を効果的に低減することができる。

一実施形態のエアクリーナの断面図。 同実施形態における第１ハウジングの斜視図。 同実施形態における吸音部および表皮層の斜視図。 同実施形態における吸音部および表皮層が固定された状態の第１ハウジングの斜視図。 同実施形態における空気室およびその周辺の断面図。

以下、エアクリーナの一実施形態について説明する。
図１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１１を有する第１ハウジング１０と、筒状のアウトレット２１を有する第２ハウジング２０とを備えている。

図１および図２に示すように、第１ハウジング１０は、上部開口１２を取り囲む周壁１３と底壁１４とを備えている。上部開口１２の周縁には、外周側に向けて突出するフランジ１５が全周に渡って形成されている。インレット１１は、周壁１３の外周面に突設されている。第１ハウジング１０は、硬質の合成樹脂材料によって形成されている。

図１に示すように、第２ハウジング２０は、下部開口２２を取り囲む周壁２３と頂壁２４とを備えている。下部開口２２の周縁には、外周側に向けて突出するフランジ２５が全周に渡って形成されている。アウトレット２１は、周壁２３の外周面に突設されている。第２ハウジング２０は、硬質の合成樹脂材料によって形成されている。

第１ハウジング１０の上部開口１２と第２ハウジング２０の下部開口２２との間には、フィルタエレメント３０が介設されている。フィルタエレメント３０は、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。

エアクリーナでは、第１ハウジング１０のフランジ１５と第２ハウジング２０のフランジ２５とによってフィルタエレメント３０のシール部３２が挟持されている。このシール部３２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。

第１ハウジング１０の底壁１４には、吸気騒音を低減するための振動低減構造が配置されている。以下、この振動低減構造について説明する。
図１および図２に示すように、第１ハウジング１０の底壁１４の内面には固定リブ１６Ａ，１６Ｂが突設されている。固定リブ１６Ａ，１６Ｂは、互いに平行に延びる２本の固定リブ１６Ａと同固定リブ１６Ａに直交する方向において互いに平行に延びる２本の固定リブ１６Ｂとからなり、第１ハウジング１０の底壁１４の全体において格子状に設けられている。図２に示すように、固定リブ１６Ａ，１６Ｂが交差する部分、すなわち固定リブ１６Ａ，１６Ｂにおける環状で延びる部分（以下、環状壁１７）の各角部には、その突端（上端）に、それぞれ円柱状の固定部１８が突出形成されている。

また図１および図２に示すように、第１ハウジング１０の底壁１４の内面には補強リブ１９が突設されている。この補強リブ１９は、上記２本の固定リブ１６Ａの間で、それら固定リブ１６Ａと平行に延びている。補強リブ１９の高さ（底壁１４からの突出量）は、固定リブ１６Ａ，１６Ｂの高さよりも低くされている。

図１および図３に示すように、第１ハウジング１０の内部には、不織布によって形成された吸音部４１が取り付けられている。この吸音部４１は、環状壁１７の突端側の開口（上部開口１７Ａ）を塞ぐように設けられている。

吸音部４１は、四角板状の減音部４３と、同減音部４３の上端の周囲全周に形成された平面視四角環状のフランジ部４４とを有している。吸音部４１を構成する不織布シートは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維からなる芯部と、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って構成されている。吸音部４１は、不織布シートを熱プレスすることにより一体に成形されている。この成形に際しては、吸音部４１の中央部分（減音部４３）の圧縮度と比べて、同吸音部４１の周縁部分（フランジ部４４）の圧縮度が大きくされている。これにより、減音部４３の通気度と比べて、フランジ部４４の通気度（本実施形態では、略「０」）が低くなっている。平面視四角環状のフランジ部４４の４つの角部には、それぞれ貫通孔（図示略）が形成されている。

吸音部４１の上面には表皮層４５が固定されている。この表皮層４５は平面視四角形状をなしており、吸音部４１の上面全体を覆っている。この表皮層４５を構成する不織布シートは、ＰＥＴからなる主繊維と、主繊維同士を結合するＰＰ（ポリプロピレン）からなるバインダ繊維とにより構成されている。表皮層４５の通気度は、吸音部４１の減音部４３の通気度よりも低くなっている。具体的には、表皮層４５の通気度は３ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ〜５０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓが好ましく、本実施形態では１０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓになっている。なお、この表皮層４５の通気度は、ＪＩＳ．Ｌ．１０９６．Ａ法に規定されているフラジール形試験機を用いた通気性測定方法に従って測定した値である。平面視四角形状の表皮層４５の各角部における吸音部４１の貫通孔にあたる部分には、それぞれ貫通孔４５Ａが形成されている。

吸音部４１および表皮層４５は、次のように、第１ハウジング１０に固定される。
先ず、図２〜図４に示すように、第１ハウジング１０の環状壁１７の突端の固定部１８が、吸音部４１の貫通孔と表皮層４５の貫通孔４５Ａ（図３）とに挿通される。これにより、吸音部４１および表皮層４５が環状壁１７の上部開口１７Ａを塞いだ状態（図１に示す状態）になる。そして、この状態で、固定部１８の突端（詳しくは、表皮層４５よりも上方に突出した部分）が熱かしめされる。このようにして吸音部４１および表皮層４５が環状壁１７の上端（突端）に固定される。

そして、このようにして吸音部４１および表皮層４５を固定することにより、第１ハウジング１０の内部には、底壁１４の内面と環状壁１７の内周面と吸音部４１の下面とによって空気室４６（図１）が区画形成される。なお本実施形態のエアクリーナでは、吸音部４１が、補強リブ１９に接触しない構造になっている。

以下、本実施形態による作用について説明する。
エアクリーナの内部を進行する吸気音の波が表皮層４５に衝突すると、表皮層４５が押されるとともに吸音部４１や空気室４６内の空気がバネのように作用して同表皮層４５が振動するようになる。そして、そうした表皮層４５の振動や、同表皮層４５と一体の吸音部４１の振動が熱エネルギーに変換されることによって吸気音が低減されるようになる。

ここで、表皮層４５の通気度が低くなるほど、表皮層４５が低い周波数で共振するようになるため、吸気音のうち、より低い周波数成分の音圧レベルを効果的に低減することが可能になる。本実施形態のエアクリーナでは、吸音部４１よりも通気度の低い材料からなる表皮層４５が同吸音部４１の表面全体を覆うように設けられているために、表皮層４５が設けられていないエアクリーナと比較して、低い低周波数成分の音圧レベルを効果的に低減することができるようになる。

また、本実施形態のエアクリーナでは、吸音部４１の周縁部分（フランジ部４４）、すなわち同吸音部４１における環状壁１７の突端と表皮層４５との間に挟まれる部分の通気度が低くなっている。そのため、表皮層４５の振動に際して、同表皮層４５と環状壁１７との間を介して空気室４６から空気が漏れたり空気室４６内に空気が侵入したりすることが抑えられる。これにより、表皮層４５が振動し易くなって、その振動が熱エネルギーに変換され易くなるため、吸気騒音を効果的に低減することができる。

さらに、吸気音の波の一部は、表皮層４５を通過して、吸音部４１（詳しくは、その減音部４３）を通過するようになる。吸気音が吸音部４１を通過する際には、吸音部４１自身や吸音部４１内部の空隙中の空気が振動し、その結果生じた摩擦によって振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、同振動、ひいては吸気音が低減されるようになる。

ここで、仮に吸音部４１における空気室４６の内方側の面（図１の下方側の面［内面］）に表皮層を設けるようにしても、吸音部４１を通過して表皮層に到達した吸気音によって同表皮層が振動するようになるため、低周波数成分の音圧レベルを低減することはできる。しかしながら、この場合には、表皮層に到達する前に、低周波数成分を含む吸気音の一部が吸音部４１の表面で反射してエアクリーナ内に戻されてしまうため、低周波数成分の音圧レベルを低減する効果が低くなってしまう。この点、本実施形態のエアクリーナでは、吸音部４１における空気室４６の外方側の面（図１の上方側の面［外面］）に表皮層４５が設けられているため、低周波数成分の音の全てが一旦表皮層４５に入射するようになる。したがって、音圧レベルが低減されることなく低周波成分の音が反射してしまうことを抑えることができ、吸音部４１および表皮層４５から反射する低周波数成分の音圧レベルを効果的に低減することができる。

また、図５に示すように、表皮層４５および吸音部４１を通過して空気室４６内に侵入した吸気音の波は、第１ハウジング１０の内面で反射して吸音部４１に戻ってくる。本実施形態のエアクリーナは、このように反射して吸音部４１に戻ってくる吸気音（図５中に矢印Ａで示す反射波）と空気室４６の外方から吸音部４１に入射される吸気音（図５中に矢印Ｂで示す入射波）とを干渉させることによっても、吸気音を低減することの可能な構造になっている。

本実施形態のエアクリーナでは、第１ハウジング１０の内面と吸音部４１との間に空気室４６が区画形成されているため、空気室４６を有していないものと異なり、吸気音が吸音部４１を通過した後に反射して同吸音部４１に戻ってくるまでの距離を変更することができる。そして、本実施形態のエアクリーナでは、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、上記距離が吸気音の入射波の一部と反射波の一部とを逆位相にすることの可能な長さになるように、空気室４６の形状が定められている。そのため、本実施形態のエアクリーナによれば、吸気音の入射波および反射波を相殺させて、吸気音を効果的に低減することができる。

さらに本実施形態のエアクリーナでは、空気室４６の内部に、第１ハウジング１０の底壁１４の内面から突出するとともにその突端が吸音部４１の下面に接触しない形状の補強リブ１９が設けられている。これにより、第１ハウジング１０の内面に固定リブ１６Ａ，１６Ｂ、吸音部４１、および表皮層４５からなる振動低減構造が配置されるとはいえ、同構造の配置部分に、吸音部４１や表皮層４５の振動の邪魔にならないように補強用のリブを配置することができる。そのため、振動低減構造の配置に起因して第１ハウジング１０の剛性が低下してしまうことを抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）吸気音が吸音部４１を通過する際に、吸音部４１内部の空隙中の空気が振動することによって、同振動、ひいては吸気音を低減することができる。しかも、空気室４６の外方から吸音部４１に入射される吸気音の入射波と、吸音部４１を一旦通過して空気室４６に入った後に第１ハウジング１０の内面で反射して吸音部４１に戻ってくる吸気音の反射波とを干渉（相殺）させることによっても、吸気音を低減することができる。このように本実施形態のエアクリーナによれば、吸気騒音を効果的に低減することができる。

（２）吸音部４１よりも通気度の低い材料からなる表皮層４５が同吸音部４１の外面全体を覆うように設けられているため、表皮層４５が設けられていないエアクリーナと比較して、低い低周波数成分の音圧レベルを効果的に低減することができる。

（３）吸音部４１のフランジ部４４の通気度が減音部４３の通気度と比べて低くなっており、フランジ部４４が環状壁１７の突端に固定されている。これにより、表皮層４５が振動し易くなって、その振動が熱エネルギーに変換され易くなるため、吸気騒音を効果的に低減することができる。

（４）空気室４６の内部に、第１ハウジング１０の底壁１４の内面から突出するとともにその突端が吸音部４１に接触しない形状の補強リブ１９を設けた。そのため、振動低減構造の配置に起因して第１ハウジング１０の剛性が低下してしまうことを抑えることができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・吸音部４１を、不織布によって形成することに限らず、発泡樹脂（例えば発泡ポリウレタン）などの多孔質材料によって形成してもよい。

・補強リブ１９を省略してもよい。また、固定リブ１６Ａ，１６Ｂの環状壁１７以外の部分を省略することもできる。
・吸音部４１のフランジ部４４を環状壁１７の突端に接着固定する等して、フランジ部４４と環状壁１７の突端との間を周囲全周に渡ってシールするようにしてもよい。同構成によれば、表皮層４５の振動に際して、同表皮層４５と環状壁１７との間を介して空気室４６から空気が漏れたり空気室４６内に空気が侵入したりすることを好適に抑えることができる。これにより、表皮層４５がより振動し易くなって、その振動が熱エネルギーに変換され易くなるため、吸気騒音をより効果的に低減することができるようになる。

・環状壁１７の突端と吸音部４１のフランジ部４４とを溶着によって固定するようにしてもよい。
・補強リブ１９の突端と吸音部４１の下面とが当接するように、固定リブ１６Ａ，１６Ｂや、補強リブ１９、吸音部４１の形状を定めてもよい。こうした構成によれば、補強リブ１９の取り付け作業に際して同補強リブ１９に吸音部４１を当接させることにより、補強リブ１９を吸音部４１の位置決めを行う部材として機能させたり、吸音部４１の最大変形位置を定めるストッパ部材として機能させたりすることができる。

・吸音部４１の外面に表皮層４５を設けることに加えて、吸音部４１の内面にも通気性材料からなる表皮層を設けるようにしてもよい。この場合、吸音部４１の外面の表皮層４５および内面の表皮層として、通気度が互いに異なるものを設けるようにしてもよい。ここで、表皮層の通気度を変更すると、表皮層が共振するようになる周波数が変化するため、音圧レベルを効果的に低減可能な周波数成分も変化する。詳しくは、他の条件が同一であれば、表皮層の通気度が低くなるほど、同表皮層の共振周波数が低くなり、音圧レベルを効果的に低減可能な周波数成分が低い周波数成分になる。したがって、上記エアクリーナのように通気度の異なる表皮層を吸音部４１の内面および外面に設けることにより、異なる周波数成分の音圧レベルをそれぞれ効果的に低減することができるようになるため、吸気騒音をより効果的に低減することができるようになる。

・表皮層４５を省略してもよい。
・エアクリーナの内部に前記空気室４６に準じた空気室を複数設けてもよい。この場合、それら空気室として、容積が互いに異なるものを設けるようにしてもよい。ここで、空気室の容積を変更すると、表皮層の共振周波数が変化するため、音圧レベルを効果的に低減可能な周波数成分も変化する。詳しくは、他の条件が同一であれば、空気室の容積が大きくなるほど、表皮層の共振周波数が低くなり、音圧レベルを効果的に低減可能な周波数成分が低い周波数成分になる。したがって、上記エアクリーナのように容積の異なる複数の空気室を設けることにより、異なる周波数成分の音圧レベルをそれぞれ効果的に低減することができるようになるため、吸気騒音をより効果的に低減することができるようになる。

・振動低減構造を、第１ハウジング１０の周壁１３に配置したり、第２ハウジング２０の周壁２３や頂壁２４に配置したりしてもよい。

１０…第１ハウジング、１１…インレット、１２…上部開口、１３…周壁、１４…底壁、１５…フランジ、１６Ａ，１６Ｂ…固定リブ、１７…環状壁、１７Ａ…上部開口、１８…固定部、１９…補強リブ、２０…第２ハウジング、２１…アウトレット、２２…下部開口、２３…周壁、２４…頂壁、２５…フランジ、３０…フィルタエレメント、３１…濾過部、３２…シール部、４１…吸音部、４３…減音部、４４…フランジ部、４５…表皮層、４５Ａ…貫通孔、４６…空気室。

Claims (5)

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ハウジングの開口および前記第２ハウジングの開口の間に介設されるフィルタエレメントとを備えるエアクリーナにおいて、
   前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングの少なくとも一方は、その内面から突出する環状の固定リブと、通気性材料からなるとともに前記固定リブの突端に固定された吸音部と、を有し、前記内面と前記固定リブの内周面と前記吸音部とによって空気室が区画形成されている、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、
   前記吸音部における前記空気室の外方側の面および内方側の面の少なくとも一方には、同吸音部よりも通気度の低い材料からなる表皮層が設けられている
   ことを特徴とするエアクリーナ。
3. 請求項２に記載のエアクリーナにおいて、
   前記表皮層は、前記吸音部における前記外方側の面の全体を覆う形状であり、
   前記吸音部は、その周縁部分の通気度が中央部分の通気度と比べて低くなっており、前記周縁部分が前記固定リブの突端に固定されている
   ことを特徴とするエアクリーナ。
4. 請求項２または３に記載のエアクリーナにおいて、
   前記吸音部および前記表皮層は共に不織布からなる
   ことを特徴とするエアクリーナ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、
   前記空気室の内部には、前記内面から突出するとともにその突端が前記吸音部に接触しない形状の補強リブが設けられている
   ことを特徴とするエアクリーナ。

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