JP2019105231A - エアクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】エアクリーナにおいて、ケース内部におけるフィルタエレメントよりも上流側に雪が堆積した場合でも、車両の走行を継続させる。【解決手段】エアクリーナケース１１と、エアクリーナケース１１内に設けられ、当該エアクリーナケース１１内をインレット１４側とアウトレット１５側とに分割するフィルタエレメント２と、を備えるエアクリーナ１である。エアクリーナケース１１内におけるインレット１４側には、インレット１４からエアクリーナケース１１内に侵入した雪を堰き止める第１プレフィルタ４およびケミカルフィルタ３がフィルタエレメント２と間隔を空けて設けられている。エアクリーナケース１１には、エアクリーナケース１１内におけるケミカルフィルタ３とフィルタエレメント２との間の空間Ｓ１Ａと、エアクリーナケース１１の外部空間Ｓ３とを連通させるバイパス経路１６が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気を濾過するフィルタエレメントがケース内部に設けられたエアクリーナに関するものである。

空気をエンジンに供給するエンジン車両等における吸気系や、水素と化学反応させる空気を燃料電池スタックに供給する燃料電池車両等における吸気系には、空気中の異物を除去するエアクリーナを設けるのが一般的である。

かかるエアクリーナでは、通常、フロントグリルから導入された空気を、エアクリーナの内部に備えられたフィルタエレメントを通過させることで濾過した後、エンジンや燃料電池スタックに供給するが、降雪時に車両を走行させると、空気と共に雪がエアクリーナ内に吸い込まれ、エアクリーナ内に滞留した雪によってフィルタエレメントが閉塞されたり、目詰まりしたりする場合がある。このように、フィルタエレメントが閉塞されて空気の供給が停止したり、目詰まりにより吸気圧損が高くなったりすると、所謂エンストや発電停止が発生し、車両の走行を継続することが困難になる場合がある。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、吸気側ケースと排気側ケースとの間に保持されるフィルタエレメントを備え、吸気側ケースに、フィルタエレメントとの間に隙間を有するように吸気側スペース内に突出する棚状突出部と、フィルタエレメントと棚状突出部との隙間からなる空気通路と、外気とを連通させる連通孔が形成されたエアクリーナが開示されている。この特許文献１のものによれば、吸気側スペース内の空気の内圧と大気圧との差圧により、吸入空気に混じった雪を空気通路から排出することができるとされている。

特開２０１１−２２０２３６号公報

ところで、上記特許文献１のものでは、吸気側スペース内における棚状突出部の棚部よりも低い空間に雪を堆積させながら、空気通路から雪を排出するが、例えばエンジンコンパートメント（またはモータルーム）のスペースの制限により、吸気側スペースの容量を確保することが困難な場合や、想定以上の降雪量のため空気通路が閉塞されてしまう場合等があることを考慮すると、特許文献１のものには改善の余地がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エアクリーナにおいて、ケース内部におけるフィルタエレメントよりも上流側に、空気と共に吸い込まれた雪が堆積した場合でも、車両の走行を継続させる技術を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るエアクリーナでは、ケース内部におけるフィルタエレメントよりも上流側で雪を堰き止めるとともに、インレットとは異なる経路を介してフィルタエレメントの上流側へ空気を導くようにしている。

具体的には、本発明は、インレットとアウトレットとを有するケースと、当該ケース内に設けられ、当該ケース内をインレット側とアウトレット側とに分割し、インレット側からアウトレット側へ流れる空気を濾過するフィルタエレメントと、を備えるエアクリーナを対象としている。

そして、このエアクリーナは、上記ケース内におけるインレット側には、上記インレットから当該ケース内に侵入した雪を堰き止める、通気性を有する堰止め部材が、当該フィルタエレメントと間隔を空けて設けられており、上記ケースには、当該ケース内における上記堰止め部材と上記フィルタエレメントとの間の空間と、当該ケースの外部とを連通させるバイパス経路が形成されていることを特徴とするものである。

なお、本発明において「通気性を有する堰止め部材」としては、例えばプレフィルタやケミカルフィルタ等のフィルタや、空気濾過機能は有しないが雪を堰き止めることが可能な程度に目の細かいメッシュ部材等を挙げることができる。

また、本発明において「ケースの外部」とは、エアクリーナが配置される、例えばエンジンコンパートメント内の空間やモータルーム内の空間を意味する。

この構成によれば、ケース内におけるフィルタエレメントよりも上流側に堰止め部材が設けられているが、かかる堰止め部材は通気性を有することから、通常状態（空気と共に吸い込まれた雪がケース内に堆積していない状態）において、インレットから吸い込まれた空気をフィルタエレメントで濾過して、アウトレットから送り出すことができる。

一方、空気と共に吸い込まれた雪がケース内に堆積した場合には、インレットから空気を吸い込むことは困難となるが、フィルタエレメントよりも上流側に間隔を空けて設けられた堰止め部材によって雪が堰き止められるので、フィルタエレメント自体が雪によって閉塞されることはない。

ここで、ケースには、堰止め部材とフィルタエレメントとの間の空間と、ケースの外部とを連通させるバイパス経路が形成されていることから、ケース内に堆積した雪によってインレットから空気を吸い込むことが困難になった場合でも、かかるバイパス経路を介して例えばエンジンコンパートメント内の空気を吸気することができ、これにより、フィルタエレメントで濾過された空気をアウトレットから継続的に送り出すことができる。したがって、空気と共に吸い込まれた雪がケース内に堆積した場合でも、異物が除去された清浄な空気がエンジンや燃料電池スタックに継続的に供給されるので、車両の走行を継続させることができる。

以上説明したように、本発明に係るエアクリーナによれば、ケース内部におけるフィルタエレメントよりも上流側に、空気と共に吸い込まれた雪が堆積した場合でも、車両の走行を継続させることができる。

本発明の実施形態１に係るエアクリーナを模式的に示す断面図である。 エアクリーナ内部に雪が堆積した場合における空気の流れを模式的に説明する断面図である。 本発明の実施形態１の変形例に係るエアクリーナのバイパス経路を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るエアクリーナを模式的に示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るエアクリーナ１を模式的に示す断面図である。このエアクリーナ１は、図１に示すように、空気を濾過するフィルタエレメント２等を備えていて、燃料電池車両（図示せず）のモータルーム内に搭載されて燃料電池システムの一部を構成している。この燃料電池システムは、燃料電池車両前方に設けられたグリル（図示せず）から取り入れられた空気を、フィルタエレメント２等で濾過して、空気中に含まれる異物を除去した後、エアコンプレッサー（図示せず）によって、カソードガスとして燃料電池スタック（図示せず）に供給するように構成されている。

ところで、燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜の両面に水素極触媒および酸素極触媒をそれぞれ塗布した電極複合体をセパレーターで挟んだセルを、複数積層することによって形成されるのが一般的であるが、白金等の貴金属を用いた触媒は、空気中のダスト、ＰＭ２．５、化学物質といった不純物に接触すると活性が低下する。それ故、カソードガスとして用いる空気を、不純物を除去しないまま燃料電池スタックに供給すると、触媒の活性が低下し、電気化学反応が弱くなって出力低下が起こる場合があるが、フィルタエレメント２だけでは、分子状（気体状）の有害な化学物質等を除去することは困難である。

他方、降雪時に燃料電池車両を走行させると、空気と共に雪がエアクリーナ１内に吸い込まれ、エアクリーナ１内に滞留した雪によってフィルタエレメント２が閉塞されたり、目詰まりしたりする場合がある。このように、フィルタエレメント２が閉塞されて空気の供給が停止したり、目詰まりによって吸気圧損が高くなったりすると、発電停止が発生し、燃料電池車両の走行を継続することが困難になる場合がある。

そこで、本実施形態では、ダストや粒子状物質を除去するフィルタエレメント２の上流側に、雪を堰き止める部材（堰止め部材）を設けるとともに、燃料電池スタックに供給される空気から有害な化学物質等（例えばＳＯ₂、ＮＨ₃、ＮＯｘ等）を除去すべく、かかる堰止め部材として、ケミカルフィルタ３およびこれを保護するプレフィルタ４を採用するようにしている。

具体的には、本実施形態のエアクリーナ１は、インレット（入口）１４とアウトレット（出口）１５とを有するエアクリーナケース１１と、フィルタエレメント２と、第１プレフィルタ４と、第２プレフィルタ５と、ケミカルフィルタ３と、を備えている。

エアクリーナケース１１は、インレット１４が形成されている樹脂製のインレット側ケース部材１２と、アウトレット１５が形成されている樹脂製のアウトレット側ケース部材１３とからなる２分割構造になっていて、インレット側ケース部材１２に形成された嵌合部１２ａとアウトレット側ケース部材１３に形成された嵌合部１３ａとを嵌め合せることで矩形筒状に形成されている。インレット１４にはインレットダクト（図示せず）が接続されていて、グリルから取り入れられた空気が導入される一方、アウトレット１５にはアウトレットダクト（図示せず）が接続されていて、エアクリーナケース１１内部を通過した空気が送り出されるようになっている。インレット側ケース部材１２には、嵌合部１２ａよりもインレット１４に近い側に、エアクリーナケース１１の内側に向かって突出する係止用突起１７が矩形状の全周に亘って形成されている。

また、エアクリーナケース１１には、当該エアクリーナケース１１の内部と外部空間Ｓ３とを連通させるバイパス経路１６が形成されていて、エアクリーナ１が配置されるモータルーム内の空気を導入することが可能となっている。バイパス経路１６は、係止用突起１７よりもインレット１４に近い側で後述するインレット側空間Ｓ１と連通されているとともに、インレット側ケース部材１２に形成された開口部１８を介して、係止用突起１７よりもアウトレット１５に近い側でもインレット側空間Ｓ１と連通されている。もっとも、バイパス経路１６は、図１に示すように、シール部材６（ゴムリップ、ウレタンスポンジ等）が詰められることで、係止用突起１７よりもインレット１４に近い側でのインレット側空間Ｓ１との連通が遮断されているため、開口部１８を介してのみインレット側空間Ｓ１と連通されている。

フィルタエレメント２は、目の細かい濾紙または不織布を襞折りすることにより形成された角形の濾材２ａと、濾材２ａの外周に設けられて当該フィルタエレメント２の外周縁部を構成するシール部材２ｂと、を有している。このフィルタエレメント２は、外周縁部（シール部材２ｂ）がインレット側ケース部材１２の嵌合部１２ａとアウトレット側ケース部材１３の嵌合部１３ａとに挟まれることによって、エアクリーナケース１１に固定されるとともに、インレット側ケース部材１２とアウトレット側ケース部材１３との間の隙間をシールするようになっている。フィルタエレメント２は、このようにしてエアクリーナケース１１内に設けられることで、当該エアクリーナケース１１内をインレット側空間Ｓ１とアウトレット側空間Ｓ２とに分割するとともに、インレット１４側からアウトレット１５側へ流れる空気を濾過して、空気中からダストや粒子状物質を除去する。

第１プレフィルタ４および第２プレフィルタ５は共に、不織布等の目の粗い多孔質材で構成されている。一方、ケミカルフィルタ３は、ハニカム構造のアルミニウム材（以下、アルミニウムハニカムともいう。）に触媒や活性炭等を添着することで構成されていて、ＳＯ₂、ＮＨ₃、ＮＯｘ等の有害な化学物質を自身に吸着させて分解・除去するようになっている。アルミニウムハニカムの外周部には矩形状のウレタン枠（図示せず）が設けられている。これら第１および第２プレフィルタ４，５並びにケミカルフィルタ３は、図１に示すように、上流側から第１プレフィルタ４、ケミカルフィルタ３、第２プレフィルタ５の順で、係止用突起１７とフィルタエレメント２との間に挟まれることでエアクリーナケース１１内に固定されている。

このように、本実施形態のエアクリーナ１では、係止用突起１７とフィルタエレメント２との間に挟むという簡単な構成で、第１および第２プレフィルタ４，５並びにケミカルフィルタ３がエアクリーナケース１１内にガタつきなく固定される。また、ケミカルフィルタ３の上流側に第１プレフィルタ４を設置することで、空気と共に吸い込まれた小石等が当接することによってケミカルフィルタ３が変形したり、空気と共に吸い込まれた葉っぱ等がへばり付いたりすることによって、ケミカルフィルタ３が閉塞されるのが抑えられる。さらに、ケミカルフィルタ３とフィルタエレメント２との間に第２プレフィルタ５を設置することで、ケミカルフィルタ３と当たることによってフィルタエレメント２が傷付くのが抑えられる。なお、第２プレフィルタ５は、インレット側空間Ｓ１における、ケミカルフィルタ３とフィルタエレメント２との間の空間であり、且つ、開口部１８を介してバイパス経路１６と連通される空間Ｓ１Ａに配置されている。

以上のように構成されたエアクリーナ１では、通常状態（空気と共に吸い込まれた雪５０（図２参照）がエアクリーナケース１１内に堆積していない状態）において、図１の白抜き矢印で示すように、インレット１４から導入された空気は、第１プレフィルタ４およびケミカルフィルタ３をインレット１４側からアウトレット１５側へ通過する際、先ず第１プレフィルタ４で小石等の相対的に大きな異物が除去された後、ケミカルフィルタ３でＳＯ₂、ＮＨ₃、ＮＯｘ等の有害な化学物質が除去される。その後、第２プレフィルタ５を通過した空気は、フィルタエレメント２で濾過されてダストや粒子状物質等が除去された後、図１の黒塗り矢印で示すように、アウトレット１５からアウトレットダクトへ送り出される。

図２は、エアクリーナ１内部に雪５０が堆積した場合における空気の流れを模式的に説明する断面図である。図２に示すように、空気と共に吸い込まれた雪５０がエアクリーナケース１１内に堆積した場合には、インレット１４から空気を吸い込むことは困難となるが（図２の×印参照）、フィルタエレメント２よりも上流側に設けられた第１プレフィルタ４およびケミカルフィルタ３によって雪５０が堰き止められるので、フィルタエレメント２自体が雪５０によって閉塞されることはない。

これらにより、本実施形態では、第１プレフィルタ４およびケミカルフィルタ３が、本発明で言うところの「ケース内におけるインレット側にフィルタエレメントと間隔を空けて設けられ、インレットからケース内に侵入した雪を堰き止める、通気性を有する堰止め部材が」に相当する。

ここで、エアクリーナケース１１には、ケミカルフィルタ３とフィルタエレメント２との間の空間Ｓ１Ａと、エアクリーナケース１１の外部空間Ｓ３とを連通させるバイパス経路１６が形成されていることから、エアクリーナケース１１内に堆積した雪５０によってインレット１４から空気を吸い込むことが困難になった場合でも、モータルーム内の空気を、かかるバイパス経路１６を介して吸気することができる。なお、バイパス経路１６には、シール部材６が詰められており、係止用突起１７よりもインレット１４に近い側でのインレット側空間Ｓ１との連通が遮断されているので、エアクリーナケース１１内に堆積した雪５０によってバイパス経路１６が閉塞されることはない。

そうして、雪５０や小石等が含まれない外部空間Ｓ３の空気は、エアコンプレッサーで吸引されることで、図２の白抜き矢印で示すように、バイパス経路１６から導入され、開口部１８を通ってケミカルフィルタ３とフィルタエレメント２との間の空間Ｓ１Ａに至り、当該空間Ｓ１Ａに設けられた第２プレフィルタ５を通過した後、フィルタエレメント２でダストや粒子状物質等が除去されて、図２の黒塗り矢印で示すように、アウトレット１５からアウトレットダクトへ送り出される。

このように、本実施形態のエアクリーナ１によれば、空気と共に吸い込まれた雪５０がエアクリーナケース１１内に堆積した場合でも、異物が除去された清浄な空気が燃料電池スタックに供給されるので、発電停止の発生を抑えることができ、これにより、燃料電池車両の走行を継続させることができる。

（実施形態１の変形例）
本変形例は、バイパス経路２６における開口部１８よりもインレット１４に近い部位２６ａの形状が、実施形態１と異なるものである。以下、実施形態１と異なる点について説明する。

図３は、本変形例に係るエアクリーナ２１のバイパス経路２６を模式的に示す断面図である。上記実施形態１では、バイパス経路１６にシール部材６を詰めることで、エアクリーナケース１１内に堆積した雪５０がバイパス経路１６内に侵入するのを抑えるようにしたが、本変形例では、図３に示すように、バイパス経路２６における開口部１８よりもインレット１４に近い部位２６ａをラビリンス形状に形成している。

これにより、雪５０がエアクリーナケース１１内に堆積した場合でも、雪５０は部位２６ａの途中までしか侵入することができないため、バイパス経路２６が閉塞されるのを抑えることができ、これにより、図３の白抜き矢印で示すように、外部空間Ｓ３の空気をバイパス経路２６から導入することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、エアクリーナ３１をエンジン車両に適用した点が、上記実施形態１と異なるものである。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

上述の如く、空気と共に雪５０が吸い込まれると、フィルタエレメント２が閉塞されたり、目詰まりしたりする場合があるが、エンジン用エアクリーナ３１において、フィルタエレメント２が閉塞されて空気の供給が停止したり、目詰まりによって吸気圧損が高くなったりすると、所謂エンストが発生し、車両の走行を継続することが困難になる場合がある。

もっとも、エンジンの吸気系では、空気中の化学物質の除去や、ＰＭ２．５等の微小な粒子状物質の除去までは要求されていない。

そこで、本実施形態のエアクリーナ３１では、第１プレフィルタ４およびケミカルフィルタ３に代えて、専用の堰止め部材３３をフィルタエレメント２の上流側に設けるようにしている。

図４は、本実施形態に係るエアクリーナ３１を模式的に示す断面図である。堰止め部材３３は、フィルタ等で構成される本体部３３ａと、本体部３３ａの外周に設けられた取付け枠部３３ｂと、を有している。この堰止め部材３３は、図４に示すように、エアクリーナケース１１の係止用突起１７に取付け枠部３３ｂを取り付けることで、エアクリーナケース１１におけるフィルタエレメント２の上流側に、フィルタエレメント２と間隔を空けて固定されている。

以上のように構成されたエアクリーナ３１では、堰止め部材３３はフィルタ等で構成されており、通気性を有していることから、通常状態において、インレット１４から吸い込まれた空気をフィルタエレメント２で濾過して、アウトレット１５から送り出すことができる。

一方、空気と共に吸い込まれた雪５０がエアクリーナケース１１内に堆積した場合には、インレット１４から空気を吸い込むことは困難となるが（図4の×印参照）、フィルタエレメント２よりも上流側に間隔を空けて設けられた堰止め部材３３によって雪５０が堰き止められるので、フィルタエレメント２自体が雪５０によって閉塞されることはない。

そうして、エアクリーナ３１には、上記実施形態１と同様に、堰止め部材３３とフィルタエレメント２との間の空間Ｓ１Ｂと、外部空間Ｓ３とを連通させるバイパス経路１６が形成されていることから、インレット１４から空気を吸い込むことが困難になった場合でも、図４の白抜き矢印で示すように、エンジンコンパートメント内の空気を、かかるバイパス経路１６を介して吸気することができる。したがって、空気と共に吸い込まれた雪５０がエアクリーナケース１１内に堆積した場合でも、図４の黒塗り矢印で示すように、異物が除去された清浄な空気がエンジンに供給されるので、車両の走行を継続させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

上記実施形態１では、本発明を燃料電池車両に適用し、また、上記実施形態２では、本発明をエンジン車両に適用したが、これに限らず、本発明をハイブリッド車両のエアクリーナに適用してもよい。

上記実施形態２では、堰止め部材３３の本体部３３ａをフィルタ等で構成したが、これに限らず、空気濾過機能は有しないが雪５０を堰き止めることが可能な程度に目の細かいメッシュ等で本体部３３ａを構成してもよい。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明によると、ケース内部におけるフィルタエレメントよりも上流側に、空気と共に吸い込まれた雪が堆積した場合でも、車両の走行を継続させることができるので、エアクリーナに適用して極めて有益である。

１、２１、３１ エアクリーナ
２ フィルタエレメント
３ ケミカルフィルタ（堰止め部材）
４ 第１プレフィルタ（堰止め部材）
１１ エアクリーナケース
１４ インレット
１５ アウトレット
１６、２６ バイパス経路
３３ 堰止め部材
Ｓ１Ａ、Ｓ１Ｂ 空間

Claims (1)

1. インレットとアウトレットとを有するケースと、当該ケース内に設けられ、当該ケース内をインレット側とアウトレット側とに分割し、インレット側からアウトレット側へ流れる空気を濾過するフィルタエレメントと、を備えるエアクリーナであって、
   上記ケース内におけるインレット側には、上記インレットから当該ケース内に侵入した雪を堰き止める、通気性を有する堰止め部材が、当該フィルタエレメントと間隔を空けて設けられており、
   上記ケースには、当該ケース内における上記堰止め部材と上記フィルタエレメントとの間の空間と、当該ケースの外部とを連通させるバイパス経路が形成されていることを特徴とするエアクリーナ。

Images