JP2019002358A - 内燃機関のプリクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】全長を短くしつつダストの排出性能を確保すること。【解決手段】プリクリーナ１０は、吸気通路におけるエアクリーナのフィルタエレメントよりも上流側に設けられる。プリクリーナ１０は、筒状のケーシング３０と、該ケーシング３０の中心部と内周面との間にてケーシング３０の周方向に間隔をおいて設けられて吸気を旋回させる複数の旋回発生翼２６とを備えており、複数の旋回発生翼２６によりケーシング３０の中心軸線を中心に吸気を旋回させることにより吸気に含まれるダストを遠心分離して除去する。ケーシング３０の周壁３２には、遠心分離されたダストをケーシング３０の外部に排出する排出孔４０が形成されている。排出孔４０は、ケーシング３０の軸線方向に沿って延在する場合に比べて、軸線方向において複数の旋回発生翼２６から離間するほど吸気の旋回流の各流線５０が上流側にて交差するように軸線方向に対して傾斜して延在している。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のプリクリーナに関する。

内燃機関の吸気通路には、吸気に含まれるダストを濾過するエアクリーナが設けられている。また、吸気通路におけるエアクリーナのフィルタエレメントよりも上流側に、吸気に含まれる比較的大きなダストを遠心分離して除去するプリクリーナが設けられているものがある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載のプリクリーナは、筒状の外側ケーシングと、外側ケーシングの上流側に設けられて吸気に旋回力を付与する旋回発生部と、外側ケーシングの下流側において同軸上に設けられて外側ケーシングよりも小径の内側ケーシングとを備えている。外側ケーシングの周壁には、軸線方向に沿って延在する排出孔が設けられている。

同文献に記載のプリクリーナでは、吸気が旋回発生部を通過することによって軸線を中心に吸気が旋回される。これにより、吸気に含まれるダストは、遠心力によって外側ケーシングの内周面に向けて移動するとともに、その一部が排出孔を通じて外部に排出される。また、外側ケーシングと内側ケーシングとの間に入り込んだダストは、外側ケーシングの下流側開口と内側ケーシングの外周面との間に連通する排出部を通じて外部に排出される。

特開２００３−１３８１６号公報

ところで、特許文献１に記載のプリクリーナのように排出孔がプリクリーナの軸線に沿って延在している場合、旋回力を付与されて外側ケーシングの内周面に向けて旋回しつつ移動するダストは、排出孔の延在方向に対して斜めに進入することとなる。そのため、外側ケーシングの内周面に沿って旋回するダストの略全てを、排出孔を通じて外部に排出させようとすると、排出孔の長さを十分に確保する必要が生じ、プリクリーナの全長を短くする上での制約となる。

本発明の目的は、全長を短くしつつダストの排出性能を確保することのできる内燃機関のプリ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プリクリーナは、内燃機関の吸気通路におけるエアクリーナのフィルタエレメントよりも上流側に設けられており、筒状のケーシングと、該ケーシングの中心部と内周面との間にて前記ケーシングの周方向に間隔をおいて設けられて吸気を旋回させる複数の旋回発生翼と、を備え、前記複数の旋回発生翼により前記ケーシングの中心軸線を中心に吸気を旋回させることにより吸気に含まれるダストを遠心分離して除去する。前記ケーシングの周壁には、遠心分離されたダストを該ケーシングの外部に排出する排出孔が形成されており、前記排出孔は、前記ケーシングの軸線方向に沿って延在する場合に比べて、前記軸線方向において前記複数の旋回発生翼から離間するほど吸気の旋回流の流線の各々が上流側にて交差するように前記軸線方向に対して傾斜して延在している。

同構成によれば、排出孔が上記態様にて軸線方向に対して傾斜して延在しているため、排出孔が軸線方向に沿って延在している場合と比較して、ケーシングの内周面に沿って旋回するダストの略全てを排出させるために必要とされる排出孔の軸線方向における形成範囲を短くすることができる。

また、吸気の旋回流は排出孔の縁部に衝突することによって減速し、このことに伴って周囲よりも圧力の高い領域が発生する。そして、排出孔の近傍においては、こうした圧力差により、排出孔を通じてケーシングの外部へ向かう空気の流れが生じる。

上記構成のプリクリーナでは、ダストを含む吸気の旋回流が排出孔の延在方向に対して、より９０度に近い進入角度にて進入するようになる。このため、旋回流の衝突によって発生する圧力差が大きくなり、ダストがケーシングの外部に排出されやすくなる。また、ケーシングの外部から排出孔を通じてダストが逆流することを適切に阻止することができる。

本発明によれば、全長を短くしつつダストの排出性能を確保することができる。

内燃機関のプリクリーナの第１実施形態について、プリクリーナが設けられたエアクリーナを示す断面図。 同実施形態のプリクリーナを示す斜視図。 図２の３−３線に沿った周壁の断面を示すプリクリーナの斜視図。 比較例の作用を説明するための図であって、プリクリーナの側面図。 同実施形態の作用を説明するための図であって、プリクリーナの側面図。 第２実施形態のプリクリーナを示す斜視図。 図６の７−７線に沿った周壁の断面を示すプリクリーナの斜視図。 第３実施形態のプリクリーナについて、周壁の断面を示す斜視図。 同実施形態のプリクリーナについて、（ａ）は排出孔を含む周壁の断面を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大して示す斜視図。 変形例の排出孔及び突出部を示す平面図。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、内燃機関のプリクリーナの第１実施形態について説明する。

まず、プリクリーナ１０が適用される内燃機関のエアクリーナ７０の構成について説明する。
図１に示すように、エアクリーナ７０は、内燃機関の吸気通路に設けられるものであり、開口７２を有する第１のハウジング７１と、開口８１を有する第２のハウジング８０とを備えている。

第１のハウジング７１は、開口７２を取り囲む周壁７３、及び開口７２に対向する底壁７４を有している。開口７２の周縁には、フランジ７５が設けられている。周壁７３から底壁７４にわたる角部には、開口部７６が設けられている。

第２のハウジング８０は、開口８１を取り囲む周壁８２、及び開口８１に対向する頂壁８３を有している。周壁８２には、内燃機関の燃焼室に向けて吸気を導出する筒状のアウトレット８４が外側に向けて突設されている。開口８１の周縁には、フランジ８５が設けられている。

第１のハウジング７１及び第２のハウジング８０は、それらの開口７２，８１が対向して配置されている。第１のハウジング７１と第２のハウジング８０との間には、吸気を濾過するためのフィルタエレメント９０が介設されている。

フィルタエレメント９０は、濾材が襞折りされた濾過部９１と、濾過部９１の周縁に形成されたシール部９２とを有している。第１のハウジング７１のフランジ７５と第２のハウジング８０のフランジ８５とによってシール部９２が挟持されている。これにより、第２のハウジング８０とシール部９２との間がシールされている。

第１のハウジング７１の開口部７６には、プリクリーナ１０が組み付けられている。
次に、図２、図３及び図５を参照して、プリクリーナ１０の構成について説明する。
なお、図２は、プリクリーナ１０の斜視図であり、排出孔４０が手前側に向けられた状態を示している。また、図３は、図２の３−３線に沿った断面を示すプリクリーナ１０の斜視図であり、図２のプリクリーナ１０に対して中心軸線を中心として旋回発生部２０側から視て時計回り方向に１２０度回転された状態を示している。

図２に示すように、プリクリーナ１０は、円筒状のケーシング３０と、ケーシング３０の上流側（同図の左側）に設けられた旋回発生部２０とを備えている。旋回発生部２０は、ケーシング３０の内周面に嵌合された円環状のリング２２と、リング２２の中心に設けられたノーズコーン２４と、ノーズコーン２４とリング２２との間にてケーシング３０の周方向に等間隔にて設けられた複数の旋回発生翼２６とを有している。

図２及び図５に示すように、各旋回発生翼２６は、互いに同一の形状を有しており、軸線方向に沿って延在する平行部２６ａと、平行部２６ａの下流側の端に連なるとともに軸線方向に対して傾斜しつつ下流側に向けて延在する傾斜部２６ｂとを備えている。

図５に示すように、各旋回発生翼２６の傾斜部２６ｂのうち最も下流側の部分は、軸線方向に対して所定の迎角αを有している。
図２及び図５に示すように、吸気は、旋回発生部２０を通過する際に各旋回発生翼２６の平行部２６ａ及び傾斜部２６ｂに沿って流れることにより、ケーシング３０の中心軸線（以下、中心軸線Ｃ）を中心に旋回されるようになる。

同図において、吸気の旋回流の複数の流線５０を破線にて示す。このとき、ダストは空気と共にケーシング３０の周壁３２の内周面に向けて旋回しつつ軸線方向において旋回発生部２０から離間する方向に移動する。

図５に示すように、旋回発生部２０を通過した吸気の旋回流の流線５０は、ケーシング３０の中心軸線Ｃに対して上記迎角αと略同一の傾斜角度βにて傾斜している。
ケーシング３０の周壁３２には、上記のように遠心分離されたダストをケーシング３０の外部に排出する排出孔４０が形成されている。

排出孔４０は、軸線方向に沿って延在する場合に比べて、ケーシング３０の軸線方向において複数の旋回発生翼２６から離間するほど（同図の右側ほど）吸気の旋回流の各流線５０が上流側にて交差するように軸線方向に対して傾斜して延在している。

本実施形態では、軸線方向に対する排出孔４０の傾斜角度γが、旋回発生翼２６の迎角αと同一とされている。これにより、排出孔４０の延在方向が吸気の旋回流の各流線５０と略直交する（図３参照）。

ただし、吸気の旋回流は下流側ほど減衰することとなり、各流線５０と排出孔４０の延在方向との直交関係は下流側ほど成立しにくくなる。
そこで、本実施形態では、吸気の旋回流の流線５０がケーシング３０の内周面を周方向に一周するまでの範囲内に排出孔４０が形成されている。

以上の構成を備えるプリクリーナ１０は、排出孔４０の全体が第１のハウジング７１の外方、図１の下方を向くようにして第１のハウジング７１に対して組み付けられることにより、エアクリーナ７０のインレットを構成する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図５に示すように、排出孔４０が上記態様にて軸線方向に対して傾斜して延在しているため、排出孔１４０が軸線方向に沿って延在している比較例のプリクリーナ１１０（図４参照）と比較して、ケーシング３０の内周面に沿って旋回するダストの略全てを排出させるために必要とされる排出孔４０の軸線方向における形成範囲を短くすることができる。

なお、図４に示す比較例のプリクリーナ１１０は、本実施形態のプリクリーナ１０と同一の旋回発生部２０を有している。
また、吸気の旋回流は排出孔４０の縁部に衝突することによって減速し、このことに伴って周囲よりも圧力の高い領域４２が発生する。そして、排出孔４０の近傍においては、こうした圧力差により、排出孔４０を通じてケーシング３０の外部へ向かう空気の流れが生じる。

図３及び図５に示すように、本実施形態のプリクリーナ１０では、ダストを含む吸気の旋回流が排出孔４０の延在方向に対して、略９０度の進入角度にて進入するようになる。このため、比較例のプリクリーナ１１０のように排出孔１４０に対する吸気の旋回流の進入角度の小さいものに比べて、旋回流の衝突によって発生する圧力差が大きくなり、ダストがケーシング３０の外部に排出されやすくなる。また、ケーシング３０の外部から排出孔４０を通じてダストが逆流することを適切に阻止することができる。

また、特許文献１に記載のプリクリーナのように外側ケーシングと内側ケーシングとの二重管構造を有するものにおいては、流路が絞られた二重管の間を吸気が流れるために圧力損失が増大するという問題がある。

この点、本実施形態のプリクリーナ１０によれば、排出孔４０を通じてダストがケーシング３０の外部に排出されることから、ケーシング３０を二重管構造にしなくて済む。このため、二重管構造を採用することに起因して圧力損失が増大する問題が発生しない。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関のプリクリーナによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ケーシング３０の周壁３２には、遠心分離されたダストを該ケーシング３０の外部に排出する排出孔４０が形成されている。排出孔４０は、ケーシング３０の軸線方向に沿って延在する場合に比べて、軸線方向において複数の旋回発生翼２６から離間するほど複数の旋回発生翼２６による旋回流の各流線５０が上流側にて交差するように軸線方向に対して傾斜して延在している。

こうした構成によれば、上記作用を奏することから、圧力損失を抑制しながらも、全長を短くしつつダストの排出性能を確保することができる。
（２）複数の旋回発生翼２６は共にケーシング３０の軸線に対して所定の迎角αを有している。軸線方向に対する排出孔４０の傾斜角度γが旋回発生翼２６の所定の迎角αと同一とされており、排出孔４０の延在方向が旋回流の各流線５０と直交する。

こうした構成によれば、複数の旋回発生翼２６によりそれぞれ遠心分離されたダストを排出可能な排出孔４０の長さを確保しつつ排出孔４０の軸線方向の長さを最も短くできる。これにより、ダストの排出性能を確保しつつケーシング３０の全長を最も短くできる。

＜第２実施形態＞
以下、図６及び図７を参照して、内燃機関のプリクリーナの第２実施形態について説明する。

なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに、第１実施形態と対応する構成については、第１実施形態の符号「＊＊」に「２００」を加算した「２＊＊」を付すことにより、重複する説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態のプリクリーナ２１０は、複数（本実施形態では４つ）の排出孔２４０が、ケーシング２３０の周方向に等間隔にて並設されている。各排出孔２４０は、ケーシング２３０の軸線方向における同一範囲内に設けられている。

軸線方向に対する各排出孔２４０の傾斜角度は、第１実施形態の排出孔４０の傾斜角度γと同一であり、旋回発生翼２６の迎角αと同一とされている。これにより、排出孔２４０の延在方向が吸気の旋回流の各流線５０と略直交する（図７参照）。

こうしたプリクリーナ２１０は、ケーシング２３０の下流側の端部が、エアクリーナの第１のハウジングの周壁に設けられた開口部（図示略）に組み付けられる。このため、各排出孔２４０が第１のハウジングの外部に位置する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のプリクリーナ２１０によれば、吸気の旋回流に含まれるダストが、複数の排出孔２４０のうちいずれか１つを通じて外部に排出される。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関のプリクリーナによれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）に加えて、新たに以下に示す効果が得られるようになる。
（３）複数の排出孔２４０が、ケーシング２３０の周方向に間隔をおいて並設されている。

こうした構成によれば、上記作用を奏することから、ケーシング２３０の内周面に沿って旋回するダストの略全てを排出させるために必要とされる各排出孔２４０の軸線方向における形成範囲を短くすることができる。このため、ダストの排出性能を確保しつつ、第１実施形態のケーシング３０に比べてケーシング２３０の全長を短くできる。

＜第３実施形態＞
以下、図８及び図９を参照して、内燃機関のプリクリーナの第３実施形態について説明する。

図８及び図９に示すように、本実施形態のプリクリーナ３１０では、各排出孔３４０における吸気の旋回流の流れ方向の下流側の縁部に整流部３６０が設けられている点が第２実施形態と相違している。

以下、第２実施形態との相違点について説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに、第１実施形態と対応する構成については、第１実施形態の符号「＊＊」に「３００」を加算した「３＊＊」を付すことにより、重複する説明を省略する。

図８及び図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、各整流部３６０は、径方向内側に向けて突出するとともに排出孔３４０の延在方向に沿って延在している。各整流部３６０は、排出孔３４０の延在方向の両端よりも外側まで延在している。

また、各整流部３６０における吸気の旋回流の流れ方向の上流側の面には、整流部３６０の延在方向に沿って凹部３６２が延設されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態のプリクリーナ３１０によれば、吸気の旋回流は各整流部３６０の凹部３６２に衝突することによって旋回流が減速し、このことに伴って整流部３６０の上流側に周囲よりも圧力の高い領域が発生する。そして、こうした圧力差により、各排出孔３４０を通じてケーシング３３０の外部へ向かう空気の流れが生じる。これにより、ダストがケーシング３３０の外部に排出されやすくなる。また、ケーシング３３０の外部から排出孔３４０を通じてダストが逆流することを適切に阻止することができる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関のプリクリーナによれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）、並びに第２実施形態の効果（３）に加えて、新たに以下に示す効果が得られるようになる。

（４）各排出孔３４０における吸気の旋回流の流れ方向の下流側の縁部には、径方向内側に向けて突出するとともに排出孔３４０の延在方向に沿って延在する整流部３６０が設けられている。各整流部３６０における吸気の旋回流の流れ方向の上流側の面には凹部３６２が設けられている。

こうした構成によれば、上記作用を奏することから、ダストの排出効果を高めることができる。
＜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。

・整流部３６０の凹部を省略することもできる。この場合、例えば図１０に示すように、排出孔４４０及び整流部４６０を、これらの延在方向の中央部が吸気の旋回流の下流側に突出するように湾曲させることもできる。こうした構成によれば、第３実施形態の整流部３６０の凹部３６２と同様な作用効果を奏することができる。すなわち、吸気の旋回流を整流部４６０に衝突させることによって周囲よりも圧力の高い領域を発生させることでダストの排出性能を高めることができる。このとき、排出孔４４０の下流側の縁部における延在方向の両端を結ぶ仮想直線Ｖが旋回流の流線５０と直交するように排出孔４４０及び整流部４６０を設けることが、周囲よりも圧力の高い領域を確実に発生させる上で好ましい。

・軸線方向に対する排出孔の傾斜角度γは、迎角αと同一でなくてもよく、迎角α±２０度の範囲内であれば、第１実施形態の効果（１）に準じた効果を奏することができる。
・ケーシングの外側に、排出孔を通じて排出されたダストを一時的に収容するとともに排出可能な排塵弁を設けるようにしてもよい。

・本発明を、特許文献１に記載のプリクリーナのような二重管構造を有するものに対して適用することもできる。この場合、例えば第１実施形態のケーシング３０の内部に同ケーシング３０よりも小径の内側ケーシングを設けるようにすればよい。

・本発明に係るプリクリーナは、上記各実施形態のようにケーシングの一端側に設けられた旋回発生部２０を通じて導入された吸気を他端側から導出するものに限定されない。例えば、ケーシングの一端側の外周部に設けられた旋回発生部を通じて導入された吸気をケーシングの内部で反射させるとともに同一端側の内周部に設けられた導出口を通じて導出するプリクリーナに対して本発明を適用することもできる。

１０、１１０，２１０，３１０…プリクリーナ、２０…旋回発生部、２２…リング、２４…ノーズコーン、２６…旋回発生翼、２６ａ…平行部、２６ｂ…傾斜部、３０，１３０，２３０，３３０…ケーシング、３２，１３２，２３２，３３２…周壁、４０，１４０，２４０，３４０，４４０…排出孔、４２…圧力の高い領域、５０…流線、７０…エアクリーナ、７１…第１のハウジング、７２…開口、７３…周壁、７４…底壁、７５…フランジ、７６…開口部、８０…第２のハウジング、８１…開口、８２…周壁、８３…頂壁、８４…アウトレット、８５…フランジ、９０…フィルタエレメント、９１…濾過部、９２…シール部、３６０、４６０…整流部、３６２…凹部。

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路におけるエアクリーナのフィルタエレメントよりも上流側に設けられるプリクリーナであって、筒状のケーシングと、該ケーシングの中心部と内周面との間にて前記ケーシングの周方向に間隔をおいて設けられて吸気を旋回させる複数の旋回発生翼と、を備え、前記複数の旋回発生翼により前記ケーシングの中心軸線を中心に吸気を旋回させることにより吸気に含まれるダストを遠心分離して除去するプリクリーナにおいて、
   前記ケーシングの周壁には、遠心分離されたダストを該ケーシングの外部に排出する排出孔が形成されており、
   前記排出孔は、前記ケーシングの軸線方向に沿って延在する場合に比べて、前記軸線方向において前記複数の旋回発生翼から離間するほど吸気の旋回流の流線の各々が上流側にて交差するように前記軸線方向に対して傾斜して延在している、
   内燃機関のプリクリーナ。
2. 前記複数の旋回発生翼は共に前記ケーシングの軸線方向に対して所定の迎角を有しており、
   前記軸線方向に対する前記排出孔の傾斜角度が前記所定の迎角と同一とされており、
   前記排出孔の延在方向が前記旋回流の流線の各々と直交する、
   請求項１に記載の内燃機関のプリクリーナ。
3. 複数の前記排出孔が、周方向に間隔をおいて並設されている、
   請求項１または請求項２に記載の内燃機関のプリクリーナ。
4. 前記排出孔における前記旋回流の流れ方向の下流側の縁部には、径方向内側に向けて突出するとともに前記排出孔の延在方向に沿って延在する整流部が設けられている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関のプリクリーナ。
5. 前記整流部における前記旋回流の流れ方向の上流側の面には凹部が設けられている、
   請求項４に記載の内燃機関のプリクリーナ。