JP2018035701A - エアクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造で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突出壁部１６と、突出壁部１６に設けられた連通孔１７と、多孔質材料によって形成された吸音部４０とを有する。第１ハウジング１０の内部には、その内面と突出壁部１６と吸音部４０とによって共鳴室５１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ハウジングや、アウトレットを有する第２ハウジング、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設されたフィルタエレメントを備えている。

こうしたエアクリーナに吸気騒音を低減する機能を付与することが提案されている。特許文献１に記載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が固定されており、この吸音部によって吸気騒音が低減されている。また、エアクリーナに、インレットから分岐して延びる連通管と同連通管が接続された共鳴室とからなるレゾネータを一体形成することなども提案されている。このエアクリーナでは、レゾネータ内部において発生するヘルツホルム共鳴現象を利用して、吸気騒音が低減される。

特開２０００−１１０６８２号公報

ここで、吸気音低減のための構成をエアクリーナの内部に複数種（吸音部やレゾネータなど）設けることにより、それら構成毎に異なる周波数成分の吸気音を低減することが可能になるため、吸気騒音を効果的に低減することが可能になる。ただし、この場合には、エアクリーナの構造が複雑になってしまうために、エアクリーナの大型化やコストアップを招くおそれがある。

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、簡素な構造で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のハウジングの内部には、多孔質材料により形成された吸音部と前記ハウジングの内面とにより区画されるとともに連通孔によって内外を連通された共鳴室が区画形成されている。

上記構成によれば、エアクリーナの内部を進行する吸気音の波が吸音部を通過する際に、吸音部自身や同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。また、共鳴室と連通孔とからなる部分をヘルムホルツ共鳴現象を利用するレゾネータとして機能させることができるため、このレゾネータによっても吸気音を低減することができる。このように上記エアクリーナによれば、内部に吸音部とレゾネータとが配置されるため、吸気騒音を効果的に低減することができる。しかも、上記エアクリーナでは、吸音部とレゾネータとを内蔵しているとはいえ、上記共鳴室を区画する壁の一部を吸音部によって構成しているため、内部スペースを有効に活用してエアクリーナを簡素な構造にすることができる。

本発明のエアクリーナによれば、簡素な構造で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ハウジングの分解斜視図。 同実施形態における吸音部が固定された状態の第１ハウジングの斜視図。 他の実施形態における第１ハウジングの断面図。

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を取り囲む四角筒状の周壁１３と下部底壁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を取り囲む四角筒状の周壁２３と上部底壁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の内部には、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の下部底壁１４の内面には突出壁部１６が一体に突設されている。この突出壁部１６は、第１ハウジング１０の周壁１３における平行に延びる２組の壁部１３Ａ，１３Ｂのうちの一方（壁部１３Ａ）の間でそれら壁部１３Ａと平行に延びるとともに、他方（壁部１３Ｂ）の対向部分同士を繋ぐように延びている。こうした突出壁部１６を設けることにより、第１ハウジング１０の内部に突出壁部１６が配置されるとはいえ、金型成形によって第１ハウジング１０を形成する場合における型抜きを容易に行うことができ、第１ハウジング１０の形成を容易に行うことができる。

突出壁部１６には断面円形状の連通孔１７が形成されている。連通孔１７はインレット１１と同一方向（図１の左右方向）に延びている。
また、第１ハウジング１０の内部には、下部底壁１４から上部開口１２に向けて突出して周壁１３と一体のリブ１８Ａ，１８Ｂが設けられている。詳しくは、突出壁部１６と周壁１３（壁部１３Ｂ）との接続部分における上記インレット１１から遠い側の角部にはそれぞれリブ１８Ａが設けられている。これらリブ１８Ａは下部底壁１４から突出壁部１６の突端まで延びている。また、周壁１３の４つの角部のうち、上記インレット１１との間に突出壁部１６を挟む２つの角部には、それぞれリブ１８Ｂが設けられている。これらリブ１８Ｂは下部底壁１４から周壁１３の途中まで延びている。

さらに、図１〜図３に示すように、第１ハウジング１０の内部には、大部分が多孔質材料（本実施形態では、不織布）によって形成された吸音部４０が設けられている。吸音部４０は、下部底壁１４に沿って延びる部分と周壁１３に沿って延びる部分とからなる断面Ｌ字形状に形成されており、多孔質材料によって形成された吸音部本体４１と、その表面を覆うように吸音部本体４１に固定された保持層４３とを有している。

吸音部本体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。また保持層４３は、ポリプロピレンからなる非通気性のシートによって構成されており、吸音部本体４１の下部底壁１４側（図１の下側）の面と周壁１３に沿う面（図１の右側）との全体を覆っている。この保持層４３によって吸音部本体４１の形状が保持される構造になっている。

吸音部４０は、第１ハウジング１０の周壁１３の内面に対向する部分が同内面に溶着されるとともに、突出壁部１６の突端に対向する部分が同突端に溶着されることによって、同第１ハウジング１０の内部に固定されている。こうした吸音部４０を設けることにより、第１ハウジング１０の内部には、下部底壁１４の内面と、周壁１３の内面と、突出壁部１６と、吸音部４０とによって、共鳴室５１（図１）が区画形成されている。この共鳴室５１は、その内外が前記連通孔１７によって連通されている。

吸音部４０は、その下面（保持層４３）が各リブ１８Ａ，１８Ｂの突端（上部開口１２側の先端）に当接した状態で、第１ハウジング１０の内部に配置されている。そのため、吸音部４０を固定する際には、各リブ１８Ａ，１８Ｂの突端に吸音部４０を突き当てることによって同吸音部４０の位置決めを行うことができる。したがって、リブ１８Ａ，１８Ｂを有していないエアクリーナと比較して、吸音部４０の固定作業を容易に行うことができる。また、第１ハウジング１０の内面にリブ１８Ａ，１８Ｂを設けることによって、同第１ハウジング１０の強度を高くすることもできる。

図１および図３に示すように、インレット１１は、第１ハウジング１０の周壁１３の外方において、吸音部４０における共鳴室５１の外方側（図１における上方）の表面（上面４４）に向けて延びている。これに対して、吸音部４０の上面４４におけるインレット１１に近い部分は下部底壁１４に沿って延びており、同上面４４におけるインレット１１から遠い部分は周壁１３に沿って延びている。そして、この吸音部４０の上面４４には、インレット１１から離間するにつれてフィルタエレメント３０に近接するように傾斜した傾斜部４４Ａが形成されている。

こうした吸音部４０により、インレット１１を介して第１ハウジング１０内に流入する空気の流れが、同吸音部４０の上面４４に沿って流れることによって偏向されて、第１ハウジング１０の上部開口１２（フィルタエレメント３０の配設位置）に案内されるようになる。このように本実施形態によれば、第１ハウジング１０の内部に配置される吸音部４０を利用して空気を円滑に流すことができ、エアクリーナの通気抵抗を低くすることができる。

以下、本実施形態の作用について説明する。
内燃機関の運転に伴って吸気音が発生すると、エアクリーナの内部を進行する吸気音の波の一部が吸音部４０（詳しくは、吸音部本体４１）の内部を通過するようになる。このとき、吸音部本体４１自身や同吸音部本体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ることにより、吸気音が低減されるようになる。

また本実施形態のエアクリーナでは、共鳴室５１と連通孔１７とからなる部分がヘルムホルツ共鳴現象を利用するレゾネータ５０として機能するようになるため、このレゾネータ５０によっても吸気音が低減されるようになる。なお本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、吸気騒音の主な原因である低周波数成分（本実施形態では、１０００ヘルツ以下の周波数帯域）の音圧レベルをレゾネータ５０によって効果的に低減できるように、連通孔１７の断面積および長さ、共鳴室５１の容積がそれぞれ定められている。

このように本実施形態のエアクリーナでは、内部に吸音部４０とレゾネータ５０とが配置されているために、吸気騒音を効果的に低減することができる。
ここで、本実施形態のエアクリーナは、吸音部４０とレゾネータ５０とを有しているために構造が複雑になり易い。とはいえ、共鳴室５１を区画する壁の一部が吸音部４０によって構成されている。そのため、吸音部およびレゾネータとして独立構造のものが各別に設けられるエアクリーナと比較して、内部スペースを有効に活用することができ、エアクリーナを簡素な構造にすることができる。

また、吸音部４０が、多孔質材料によって形成された吸音部本体４１と、同吸音部本体４１の共鳴室５１側の面に設けられて吸音部本体４１の形状を保持する保持層４３とによって構成されている。これにより、吸音部４０の共鳴室５１側の面、すなわち共鳴室５１の内壁面の変形が抑えられるようになるため、共鳴室５１の容積変化を抑えることができ、レゾネータ５０による狙いの騒音低減効果を的確に得ることができる。

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）第１ハウジング１０の内面と同内面から突出する突出壁部１６と吸音部４０とによって第１ハウジング１０の内部に共鳴室５１を区画形成し、突出壁部１６に連通孔１７を設けた。そのため、吸気騒音を効果的に低減することができる。

（２）吸音部本体４１における共鳴室５１側の面に同吸音部本体４１の形状を保持する保持層４３を設けた。そのため、共鳴室５１の容積変化を抑えることができ、レゾネータ５０による狙いの騒音低減効果を的確に得ることができる。

（３）吸音部４０を、その保持層４３が各リブ１８Ａ，１８Ｂの突端に当接した状態で、第１ハウジング１０の内部に固定した。そのため、リブ１８Ａ，１８Ｂを有していないエアクリーナと比較して、吸音部４０の固定作業を容易に行うことができる。しかも、第１ハウジング１０の内面にリブ１８Ａ，１８Ｂが設けられているため、同第１ハウジング１０の強度を高くすることもできる。

（４）吸音部４０の上面４４に、インレット１１から離間するにつれてフィルタエレメント３０に近接するように傾斜した傾斜部４４Ａを形成した。そのため、第１ハウジング１０の内部に配置される吸音部４０を利用して空気をスムーズに流すことができ、エアクリーナの通気抵抗を低くすることができる。

＜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。
・突出壁部１６の突端や第１ハウジング１０の内面への吸音部４０の固定を、接着によって行うようにしてもよい。

・リブ１８Ａ，１８Ｂを省略してもよい。
・吸音部４０の保持層４３を、ポリプロピレン以外の合成樹脂材料（例えばポリエチレンテレフタレート）からなるシートによって構成したり、合成ゴム材料からなるシートによって構成したりしてもよい。

・吸音部本体４１の表面を溶かして固めることによって吸音部４０の保持層を形成してもよい。こうした構成によっても、保持層によって吸音部本体４１の形状を保持することができる。

・吸音部４０の保持層を、通気性材料（例えば、不織布など）によって形成するなどして、通気性を有する構造にしてもよい。同構成によれば、吸気音の波が吸音部４０の保持層を通過し易くなるため、同波が共鳴室５１の内部に侵入し易くなる。そして、吸音部４０を通過して共鳴室５１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４０に戻ってくる。そのため、このように反射して吸音部４０に戻ってくる吸気音と共鳴室５１の外方から吸音部４０に入射される吸気音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可能になる。上記構成では、第１ハウジング１０の内面と吸音部４０との間に共鳴室５１が区画形成されているため、共鳴室５１を有していないものと異なり、吸気音が吸音部４０を通過した後に反射して同吸音部４０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、上記エアクリーナにおいて、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、共鳴室５１の形状を定めることにより、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ようになる。

・吸音部４０における共鳴室５１側の面の変形が抑えられるのであれば、吸音部４０の保持層４３を省略してもよい。
・吸音部４０の上面４４の形状は、フィルタエレメント３０と平行に延びる形状など、任意の形状に変更することができる。

・第１ハウジング１０の周壁１３の内面に突出壁部を一体に突設してもよい。
・図４に示すように、突出壁部６６を吸音部６０と一体に形成してもよい。この場合には、突出壁部６６を、その表面を溶かして固めたり圧縮したりする等して、高い強度を有する構造にすることが好ましい。

・振動低減構造を、第２ハウジング２０の内部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、１３Ａ，１３Ｂ…壁部、１４…下部底壁、１５…フランジ、１６，６６…突出壁部、１７…連通孔、１８Ａ，１８Ｂ…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…上部底壁、２５…フランジ、３０…フィルタエレメント、３１…濾過部、３２…シール部。４０，６０…吸音部、４１…吸音部本体、４３…保持層、４４…上面、４４Ａ…傾斜部、５０…レゾネータ、５１…共鳴室。

Claims (8)

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のハウジングの内部には、多孔質材料により形成された吸音部と前記ハウジングの内面とにより区画されるとともに連通孔によって内外を連通された共鳴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、
   前記吸音部は、多孔質材料により形成された吸音部本体と、前記吸音部本体における前記共鳴室側の面に設けられ、前記吸音部本体の形状を保持する保持層とを有している
   ことを特徴とするエアクリーナ。
3. 請求項１または２に記載のエアクリーナにおいて、
   前記ハウジングの内部には、その内面から突出して、前記連通孔を有する突出壁部が設けられており、
   前記共鳴室は、前記突出壁部と前記吸音部と前記ハウジングの内面とにより区画されている
   ことを特徴とするエアクリーナ。
4. 請求項３に記載のエアクリーナにおいて、
   前記突出壁部は前記ハウジングの内面に一体形成されており、
   前記吸音部は前記突出壁部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。
5. 請求項４に記載のエアクリーナにおいて、
   前記ハウジングは、前記開口を取り囲む周壁と底壁とを有してなり、
   前記突出壁部は、前記周壁の対向部分同士を繋ぐ形状で前記底壁に突設されており、
   前記吸音部は、前記突出壁部の突端と前記周壁の内面とに固定されている
   ことを特徴とするエアクリーナ。
6. 請求項５に記載のエアクリーナにおいて、
   前記ハウジングの内部には、前記底壁から前記開口に向けて突出して前記周壁と一体のリブが設けられており、
   前記吸音部は、前記リブの突端に当接している
   ことを特徴とするエアクリーナ。
7. 請求項３に記載のエアクリーナにおいて、
   前記突出壁部は前記吸音部の一部として形成されている
   ことを特徴とするエアクリーナ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、
   前記共鳴室は前記第１ハウジングに設けられており、
   前記吸音部の表面には、前記インレットから離間するにつれて前記フィルタエレメントに近接するように傾斜した傾斜部が形成されている
   ことを特徴とするエアクリーナ。

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