JP2019002359A - 内燃機関のプリクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失の増大を抑制しつつ、ダストの分離効率を高めること。【解決手段】プリクリーナ１０は、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筒状のケーシング３０と、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の軸線を中心とする周方向に間隔をおいて設けられて軸線を中心に吸気を旋回させる複数の旋回発生翼２６と、ケーシング３０よりも小径であり、複数の旋回発生翼２６よりも下流側に設けられてケーシング３０と共に二重管を構成する内筒４０とを備え、複数の旋回発生翼２６により吸気を旋回させて吸気に含まれるダストを遠心分離することによりケーシング３０と内筒４０との間を通じてダストを排出する。内筒４０の上流側の縁部４３には、吸気の旋回流が縁部４３に衝突する際の角度が周方向に沿って縁部が延在する場合よりも９０度に近づくように周方向に対して傾斜して延在する第１の傾斜部４４が設けられている。【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、例えば多塵地域向けの車載内燃機関においては、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、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、筒状のケーシングと、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、ケーシングの下流側において同軸上に設けられてケーシングよりも小径の内筒とを備えている。

また、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。吸気に含まれるダストは、遠心力によって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、ケーシングと内筒との間に入り込んだダストは、ケーシングの下流側開口と内筒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、プリクリーナにおいては、ケーシングと内筒との間により多くのダストを入り込ませて外部に排出すること、すなわちダストの分離効率を高めることが求められている。ここで、ケーシングに対する内筒の径を相対的に小さくすれば、ケーシングと内筒との間にダストが入り込みやすくなり、ダストの分離効率を高めることができる。しかしながら、この場合には、内筒の径が相対的に小さくされることによって内筒の内周面によって形成される吸気通路が狭くなり、吸気の圧力損失が増大するという背反が生じる。

本発明の目的は、圧力損失の増大を抑制しつつ、ダストの分離効率を高め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る筒状のケーシングと、前記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軸線を中心とする周方向に間隔をおいて設けられて前記軸線を中心に吸気を旋回させる複数の旋回発生翼と、前記ケーシングよりも小径であり、前記複数の旋回発生翼よりも下流側に設けられて前記ケーシングと共に二重管を構成する内筒と、を備え、前記複数の旋回発生翼により吸気を旋回させて吸気に含まれるダストを遠心分離することにより前記ケーシングと前記内筒との間を通じてダストを排出する。前記内筒の上流側の縁部には、吸気の旋回流が当該縁部に衝突する際の角度が前記周方向に沿って前記縁部が延在する場合よりも９０度に近づくように前記周方向に対して傾斜して延在する傾斜部が設けられている。

吸気の旋回流は内筒の上流側の縁部に衝突することによって減速し、これに伴って上記縁部の近傍には、周囲よりも圧力の高い領域が発生する。そして、上記縁部の近傍には、こうした圧力差によってケーシングの径方向外側に向かう空気の流れが生じる。こうした圧力差、吸気の旋回流による遠心力、及び慣性力によって、吸気に含まれるダストがケーシングと内筒との間に入り込む。

上記構成によれば、内筒の上流側の縁部に設けられた傾斜部が周方向に対して上記態様にて傾斜して延在するため、縁部が周方向に沿って延在する場合に比べて、吸気の旋回流が当該縁部に衝突する際の角度が９０度に近づけられることとなる。このため、吸気の旋回流の衝突によって上記傾斜部の近傍に発生する圧力差が大きくなる。これにより、内筒の径を小さくしなくともダストがケーシングと内筒との間に入り込みやすくなる。

本発明によれば、圧力損失の増大を抑制しつつ、ダストの分離効率を高めることができる。

内燃機関のプリクリーナの一実施形態について、プリクリーナが設けられたエアクリーナを示す断面図。 同実施形態のケーシングを破断して示すプリクリーナの斜視図。 同実施形態のプリクリーナの縦断面図。 同実施形態の作用を説明する図であって、内筒の上流側の縁部を拡大して示す斜視図。

以下、図１〜図４を参照して、内燃機関のプリクリーナの一実施形態について説明する。
まず、プリクリーナ１０が適用される車載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、第１のハウジング７１と第２のハウジング８０との間に設けられて吸気を濾過するフィルタエレメント９０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が互いに対向して配置されている。
フィルタエレメント９０は、濾材が襞折りされてなる濾過部９１と、濾過部９１の周縁に形成された環状のシール部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及び図３を参照して、プリクリーナ１０の構成について説明する。
図２及び図３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）の端部に設けられた旋回発生部２０と、ケーシング３０よりも小径であり、旋回発生部２０よりも下流側に設けられてケーシング３０と共に二重管を構成する円筒状の内筒４０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の中心軸線Ｃを中心とする周方向（以下、単に周方向と称する。）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。

各旋回発生翼２６は、互いに同一の形状を有しており、ケーシング３０の軸線方向（以下、単に軸線方向と称する。）に沿って延在する平行部２６ａと、平行部２６ａの下流側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３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。
吸気の旋回流５０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Ｃを中心に旋回されるようになる。

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。
吸気の旋回流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。

内筒４０は、周壁４１と、周壁４１の下流側の端に設けられてケーシング３０の内周面に連結されたフランジ部４２とを有している。
内筒４０の上流側の縁部４３は、周方向に間隔をおいて設けられた複数（本実施形態では１２）の第１の傾斜部４４と、周方向において隣り合う第１の傾斜部４４同士の間に介在する第２の傾斜部４５とを有しており、全体としてジグザグ形状をなしている。各第１の傾斜部４４は、吸気の旋回流が当該縁部４３に衝突する際の角度が周方向に沿って縁部が延在する場合よりも９０度に近づくように周方向に対して傾斜して延在している。

本実施形態では、各第１の傾斜部４４がいずれも同一の形状及び大きさを有しており、周方向に対する各第１の傾斜部４４の傾斜角度γが、上記所定の迎角αと同一とされている。

また、各第２の傾斜部４５がいずれも同一の形状及び大きさを有しており、各第２の傾斜部４５と当該第２の傾斜部４５に隣り合う第１の傾斜部４４とが直交している。
ケーシング３０の周壁３２の下部における内筒４０の周壁４１と対向する部分には、上記のように遠心分離されてケーシング３０と内筒４０との間に入り込んだダストを外部へ排出する排出孔３４が設けられている。ケーシング３０の外側には、周知の排塵弁６０が取り付けられている（図１参照）。排塵弁６０は、排出孔３４を通じて排出されたダストを収容するとともに車両振動などにより開弁することでダストを外部に排出する。

以上の構成を備えるプリクリーナ１０は、排出孔３４が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３に示すように、吸気の旋回流は内筒４０の上流側の縁部４３に衝突することによって減速し、これに伴って上記縁部４３の近傍には、周囲よりも圧力の高い領域が発生する。そして、上記縁部４３の近傍には、こうした圧力差によってケーシング３０の径方向外側に向かう空気の流れが生じる。こうした圧力差、吸気の旋回流による遠心力、及び慣性力によって、吸気に含まれるダストがケーシング３０と内筒４０との間に入り込む。

本実施形態のプリクリーナ１０によれば、内筒４０の上流側の縁部４３に設けられた第１の傾斜部４４が周方向に対して前述した態様にて傾斜して延在するため、吸気の旋回流が当該縁部４３に衝突する際の角度が略９０度となる。このため、吸気の旋回流の衝突によって上記第１の傾斜部４４の近傍に発生する圧力差が大きくなる。これにより、内筒４０の内径を小さくしなくともダストがケーシング３０と内筒４０との間に入り込みやすくなる（以上、作用１）。

また、本実施形態のプリクリーナ１０によれば、各第２の傾斜部４５と当該第２の傾斜部４５に隣り合う第１の傾斜部４４とが直交している。このため、各第２の傾斜部４５が、当該第２の傾斜部４５に隣り合う第１の傾斜部４４に衝突する吸気の旋回流５０の流線に沿って延在することとなり、吸気の旋回流が第１の傾斜部４４に衝突する前に第２の傾斜部４５に衝突することを抑制できる。これにより、吸気の旋回流が第１の傾斜部４４に衝突するまでの圧力損失を低減でき、ケーシング３０の径方向外側に向かう空気の流れを強めることができる（以上、作用２）。

ところで、上記特許文献１に記載のプリクリーナのように、内筒の上流側の縁部が全周にわたって中心軸線Ｃに直交する面上に位置する場合には、以下の不都合が生じるおそれがある。

すなわち、吸気の旋回流は、内筒の上流側の縁部に衝突した後に同縁部の下流側において内筒から剥離してリング状の渦流となる。吸気の流速が速くなると、こうした渦流の発生に伴って、上記縁部の近傍において流速の遅い領域と、反対に流速の速い領域とが生じることとなり、空気が局所的に圧縮及び膨脹を繰り返すことで空気の疎密波が生じ、吸気騒音（異音）が発生する。

特に、上述したように内筒の上流側の縁部が全周にわたって中心軸線Ｃに直交する面上に位置する場合には、渦流の発生する位置が軸線方向において一致することから、各渦流による吸気騒音が同時に発生するために、吸気騒音の音圧レベルが大きくなりやすい。

この点、本実施形態のプリクリーナ１０によれば、図４に示すように、内筒４０の上流側の縁部４３に対する各旋回流５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃの衝突位置が軸線方向において分散される。このため、各渦流５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの発生位置が軸線方向において分散され、各渦流５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃによる吸気騒音の発生時期がずれることとなる（以上、作用３）。

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）内筒４０の上流側の縁部４３には、吸気の旋回流が当該縁部４３に衝突する際の角度が周方向に沿って縁部が延在する場合よりも９０度に近づくように周方向に対して傾斜して延在する第１の傾斜部４４が設けられている。

こうした構成によれば、上記作用１を奏することから、圧力損失の増大を抑制しつつ、ダストの分離効率を高めることができる。
また、上記構成によれば、上記作用３を奏することから、内筒４０の上流側の縁部４３への旋回流５０の衝突に起因して発生する吸気騒音の音圧レベルを低減することができる。

（２）複数の旋回発生翼２６の各々はケーシング３０の軸線方向に対して所定の迎角αを有している。周方向に対する第１の傾斜部４４の傾斜角度γが所定の迎角αと同一とされている。

こうした構成によれば、吸気の旋回流が当該縁部４３に衝突する際の角度が略９０度となるため、吸気の旋回流の衝突によって上記第１の傾斜部４４の近傍に発生する圧力差を最大化できる。したがって、上記効果（１）をより確実に奏することができる。

（３）複数の第１の傾斜部４４が周方向に間隔をおいて且つ軸線方向における同一の位置に設けられている。縁部４３は、複数の第１の傾斜部４４と、周方向において隣り合う第１の傾斜部４４同士の間に介在する第２の傾斜部４５とを有しており、全体としてジグザグ形状をなしている。

こうした構成によれば、吸気の旋回流を全周にわたって第１の傾斜部４４に衝突させることができ、ケーシング３０の径方向外側に向かう空気の流れを全周にわたって発生させることができる。したがって、上記効果（１）をより確実に奏することができる。

（４）各第２の傾斜部４５と当該第２の傾斜部４５に隣り合う第１の傾斜部４４とが直交している。
こうした構成によれば、上記作用２を奏することから、上記効果（１）をより確実に奏することができる。

＜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。
・上記実施形態では、各第１の傾斜部４４をいずれも同一の形状及び大きさを有するものとするとともに、各第２の傾斜部４５をいずれも同一の形状及び大きさを有するものとしたが、第１の傾斜部の各々の形状や大きさを互いに異ならせてもよいし、第２の傾斜部の各々の形状や大きさを互いに異ならせてもよい。また、第１の傾斜部及び第２の傾斜部の数を適宜変更してもよい。

・第２の傾斜部の各々と当該第２の傾斜部に隣り合う第１の傾斜部とのなす角度を９０度よりも大きくしてもよいし、９０度よりも小さくしてもよい。
・第１の傾斜部と第２の傾斜部とで構成される角部や隅部を円弧形状にすることもできる。

・上記実施形態では、内筒４０の上流側の縁部４３が複数の第１の傾斜部４４と複数の第２の傾斜部４５とからなるものとしたが、例えば内筒の上流側の縁部の一部に、周方向に沿って延在する部分を設けるようにしてもよい。

・周方向に対する第１の傾斜部の傾斜角度γは旋回発生翼の迎角αと同一でなくともよく、迎角αに対して±２０°の範囲内に設定することが好ましい。このように第１の傾斜部の傾斜角度γを設定すれば、吸気の旋回流５０の衝突によって第１の傾斜部の近傍に発生する圧力差を好適に大きくすることができ、内筒の径を小さくしなくともダストがケーシングと内筒との間に入り込みやすくなる。

１０…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…ケーシング、３２…周壁、３４…排出孔、４０…内筒、４１…周壁、４２…フランジ部、４３…縁部、４４…第１の傾斜部、４５…第２の傾斜部、５０，５０Ａ〜５０Ｃ…旋回流、５２Ａ〜５２Ｃ…渦流、６０…排塵弁、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。

Claims (4)

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筒状のケーシングと、
   前記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軸線を中心とする周方向に間隔をおいて設けられて前記軸線を中心に吸気を旋回させる複数の旋回発生翼と、
   前記ケーシングよりも小径であり、前記複数の旋回発生翼よりも下流側に設けられて前記ケーシングと共に二重管を構成する内筒と、を備え、
   前記複数の旋回発生翼により吸気を旋回させて吸気に含まれるダストを遠心分離することにより前記ケーシングと前記内筒との間を通じてダストを排出するプリクリーナにおいて、
   前記内筒の上流側の縁部には、吸気の旋回流が当該縁部に衝突する際の角度が前記周方向に沿って前記縁部が延在する場合よりも９０度に近づくように前記周方向に対して傾斜して延在する傾斜部が設けられている、
   内燃機関のプリクリーナ。
2. 前記複数の旋回発生翼の各々は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、
   前記周方向に対する前記傾斜部の傾斜角度が前記所定の迎角と同一とされている、
   請求項１に記載の内燃機関のプリクリーナ。
3. 前記傾斜部を第１の傾斜部とするとき、
   複数の前記第１の傾斜部が前記周方向に間隔をおいて且つ前記軸線方向における同一の位置に設けられており、
   前記縁部は、複数の前記第１の傾斜部と、前記周方向において隣り合う前記第１の傾斜部同士の間に介在する第２の傾斜部とを有しており、全体としてジグザグ形状をなしている、
   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. 前記複数の旋回発生翼の各々は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、
   前記周方向に対する前記第１の傾斜部の各々の傾斜角度が前記所定の迎角と同一とされており、
   前記第２の傾斜部の各々と当該第２の傾斜部に隣り合う前記第１の傾斜部とが直交している、
   請求項３に記載の内燃機関のプリクリーナ。