JP2019148258A - 内燃機関のプリクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】異物の分離性能を向上させつつ通気抵抗の増大を抑制すること。【解決手段】プリクリーナ１０は、筒状の側壁１１ａを有するケーシング１１と、ケーシング１１の内部においてケーシング１１の軸線Ｃに対して傾斜して配置された羽根２３ａ，２３ｂを有し、軸線Ｃを中心に吸気を旋回させる旋回発生翼２０ａ，２０ｂとを備えている。旋回発生翼２０ａ，２０ｂは、ケーシング１１の軸線方向に互いに間隔をおいて配置されている。旋回発生翼２０ａ，２０ｂのうち上流側に位置する第１旋回発生翼２０ａの各羽根２３ａの軸線Ｃに対する傾斜角度Ｄ１は、下流側に位置する第２旋回発生翼２０ｂの各羽根２３ｂの軸線Ｃに対する傾斜角度Ｄ２よりも小さくされている（Ｄ１＜Ｄ２）。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路におけるエアクリーナの濾過部よりも上流側に設けられるプリクリーナに関する。

内燃機関の吸気通路には、吸気に含まれる異物を捕集するエアクリーナが設けられている。
また、車載内燃機関の吸気通路におけるエアクリーナの濾過部よりも上流側の部分には、吸気に含まれる比較的大きな異物を取り除くためのプリクリーナが設けられている（例えば特許文献１参照）。

プリクリーナは、吸気通路を構成する筒状のケーシングと、ケーシングの内部に設けられ、吸気が通過することによって同吸気の旋回流を発生させる旋回発生翼と、ケーシングにおける上記旋回発生翼よりも下流側の部分に設けられ、吸気の旋回流により同吸気から遠心分離された異物を外部に排出する排塵部とを備えている。

特許文献１に記載のプリクリーナの旋回発生翼は、ケーシングの内周面に固定されたリングと、リングの中心部に設けられたノーズコーンと、リングとノーズコーンとの間に配置された複数の羽根とを備えている。

各羽根は、ガイドフィンと、ガイドフィンの下流側においてガイドフィンに対して傾斜して設けられ、吸気に旋回力を付与する変向フィンとが一体とされた形状を有している。ガイドフィンにより整流された吸気は、変向フィンにより流れ方向を変えられることで旋回流となる。

特開昭６３−１９２９５１号公報（図３及び図６参照）

ところで、こうしたプリクリーナにおいて、吸気の旋回流の強さは、吸気通路の軸線に対する各羽根の傾斜角度に依存する。すなわち、軸線に対する各羽根の傾斜角度が大きくなるほど旋回流が強くなる。

ところが、旋回流が強くなるほど、遠心分離による異物の分離性能を向上させることができる一方、旋回発生翼を通過する際に各羽根から吸気が剥離しやすくなり、吸気の流れが乱れることによって通気抵抗が増大するという問題がある。

特に、特許文献１に記載のプリクリーナの場合には、ガイドフィンと変向フィンとの連結部を始点として吸気の剥離が生じやすい。
本発明の目的は、異物の分離性能を向上させつつ通気抵抗の増大を抑制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濾過部よりも上流側に設けられるものであり、筒状の側壁を有するケーシングと、前記ケーシングの内部において前記ケーシングの軸線に対して傾斜して配置された羽根を有し、前記軸線を中心に吸気を旋回させる旋回発生翼と、を備え、前記旋回発生翼は、前記ケーシングの軸線方向に互いに間隔をおいて複数配置されており、複数の前記旋回発生翼のうち上流側に位置する前記旋回発生翼ほど、前記軸線に対する前記羽根の傾斜角度が小さくされている。

同構成によれば、各旋回発生翼を吸気が通過する毎に吸気の旋回流の強さが徐々に高められるようになる。また、各旋回発生翼がケーシングの軸線方向に互いに間隔をおいて配置されているため、旋回発生翼を構成する羽根からの吸気の剥離を抑制することができる。

本発明によれば、異物の分離性能を向上させつつ通気抵抗の増大を抑制することができる。

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側面図。 同実施形態のプリクリーナ全体を示す斜視図。 同実施形態のプリクリーナについて、ケーシングを構成する各半割体及び旋回発生翼を互いに離間して示す分解斜視図。 同実施形態のプリクリーナを中心としたエアクリーナの断面図。 図４の５−５線に沿った断面図。 図４の６−６線に沿った断面図。 変形例のプリクリーナにおける図６に対応する断面図。 他の変形例のプリクリーナにおける図６に対応する断面図。 他の変形例のプリクリーナにおける図６に対応する断面図。

以下、図１〜図６を参照して、内燃機関のプリクリーナ（以下、プリクリーナ１０）の一実施形態について説明する。なお、以降において、内燃機関の吸気通路における吸気流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ単に上流側及び下流側と称する。

図１及び図４に示すように、車載内燃機関の吸気通路には、プリクリーナ１０を備えたエアクリーナ３０が設けられている。
エアクリーナ３０は、筒状のインレット３２を有する第１ハウジング３１ａと、筒状のアウトレット３４を有する第２ハウジング３１ｂとを備えている。第１ハウジング３１ａと第２ハウジング３１ｂとの間には、吸気を濾過するための濾過部３３が設けられている。

図４に示すように、第１ハウジング３１ａの側壁には、インレット３２と二重管をなす外筒部３５が突設されている。
図２及び図３に示すように、プリクリーナ１０は、円筒状の側壁１１ａを有するケーシング１１を備えている。

ケーシング１１の上流側端部である導入部１２は、上流側ほど径が大きくされたファンネル形状をなしている。
図４に示すように、ケーシング１１の下流側端部である導出部１３は、第１ハウジング３１ａの外筒部３５に接続されている。

図３及び図４に示すように、側壁１１ａの内周面には、上流側から順に、第１環状凹部１１ｂ及び第２環状凹部１１ｃがケーシング１１の軸線方向において互いに間隔をおいて設けられている。

図２及び図３に示すように、ケーシング１１は、半割筒状の第１半割体１１Ａ及び第２半割体１１Ｂとからなる。
第１半割体１１Ａの周方向の両端には、外周側に向けて突出する接合部１４Ａがケーシング１１の軸線方向の全体にわたって設けられている。

第２半割体１１Ｂの周方向の両端には、外周側に向けて突出する接合部１４Ｂがケーシング１１の軸線方向の全体にわたって設けられている。
第１半割体１１Ａの接合部１４Ａと、第２半割体１１Ｂの接合部１４Ｂとが互いに付き合わされて接合されることにより、筒状の側壁１１ａが形成されている。

図２〜図４に示すように、ケーシング１１の第１環状凹部１１ｂ及び第２環状凹部１１ｃには、第１旋回発生翼２０ａ及び第２旋回発生翼２０ｂがそれぞれ設けられている。
第１旋回発生翼２０ａは、円筒状の筒部２１ａと、筒部２１ａの中心部に位置するノーズコーン２２と、筒部２１ａの内周面とノーズコーン２２の外周面との間に配置された複数枚の羽根２３ａとを備えている。

複数の羽根２３ａは、周方向において等間隔に設けられている。各羽根２３ａは、ケーシング１１の軸線（以下、軸線Ｃ）に対して傾斜している。
第２旋回発生翼２０ｂは、第１旋回発生翼２０ａと同様にして、筒部２１ｂと、ノーズコーン２２と、複数枚の羽根２３ｂとを備えている。

複数の羽根２３ｂは、周方向において等間隔に設けられている。各羽根２３ｂは、軸線Ｃに対して傾斜している。
ここで、図４に示すように、第１旋回発生翼２０ａの各羽根２３ａの軸線Ｃに対する傾斜角度Ｄ１は、第２旋回発生翼２０ｂの各羽根２３ｂの軸線Ｃに対する傾斜角度Ｄ２よりも小さくされている（Ｄ１＜Ｄ２）。

図５に示すように、第１旋回発生翼２０ａの筒部２１ａの外周面には、筒部２１ａの外周面の一般部よりも外周側に突出した第１位置決め凸部２５が設けられている。
第１半割体１１Ａの第１環状凹部１１ｂの一部には、第１位置決め凸部２５の外面に沿った形状の内面を有する第１位置決め凹部１５が設けられている。

第１位置決め凸部２５と第１位置決め凹部１５とが互いに係止され、且つ、筒部２１ａの外周面が第１環状凹部１１ｂの内周面に接合されている。このことにより、第１旋回発生翼２０ａは、ケーシング１１の軸線Ｃを中心とする周方向において位置決めされる。

図６に示すように、第２旋回発生翼２０ｂの筒部２１ｂの外周面には、筒部２１ｂの外周面の一般部よりも外周側に突出した第２位置決め凸部２６が設けられている。
第１半割体１１Ａの第２環状凹部１１ｃの一部には、第２位置決め凸部２６の外面に沿った形状の内面を有する第２位置決め凹部１６が設けられている。

第２位置決め凸部２６と第２位置決め凹部１６とが互いに係止され、且つ、筒部２１ｂの外周面が第２環状凹部１１ｃの内周面に接合されている。このことにより、第２旋回発生翼２０ｂは、ケーシング１１の軸線Ｃを中心とする周方向において位置決めされる。

なお、第１位置決め凸部２５と第１位置決め凹部１５とにより、本発明に係る位置決め部が構成されている。また、第２位置決め凸部２６と第２位置決め凹部１６とにより、本発明に係る位置決め部が構成されている。

ここで、本実施形態では、第１位置決め凸部２５（第１位置決め凹部１５）と第２位置決め凸部２６（第２位置決め凹部１６）とは互いに異なる形状を有している。
すなわち、図５に示すように、第１位置決め凸部２５の外面を構成する一対の平面部２５ａのなす角度は１００度に設定されている。これに対して、図６に示すように、第２位置決め凸部２６の外面を構成する一対の平面部２６ａのなす角度は１００度よりも小さい角度（例えば９０度）に設定されている。

図４に示すように、第１ハウジング３１ａの外筒部３５の下部には、インレット３２と外筒部３５との間のダストを排出する排出口４１が突設されている。
排出口４１には、ゴムなどの可撓性部材により形成されたダストカップ４２が組み付けられている。ダストカップ４２の下端には、吸気通路内の圧力変動や車両振動によって開閉するリップ部４２ａが設けられている。

本実施形態の排出口４１及びダストカップ４２によって、排塵部４０が構成されている。
本実施形態では、各半割体１１Ａ，１１Ｂが圧縮成形された繊維成形体の一体成形品からなる。

次に、各半割体１１Ａ，１１Ｂを構成する繊維成形体について説明する。
側壁１１ａは、プリクリーナ１０の内周面を構成する内層と、内層の外周面に固定され、プリクリーナ１０の外周面をなす外層とを備えている（いずれも図示略）。

各層を構成する各繊維成形体は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）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からなる不織布と、ＰＥＴ繊維からなる不織布とにより構成されている。なお、上記複合繊維の鞘部をなす変性ＰＥＴが繊維同士を結合するバインダとして機能する。

変性ＰＥＴの配合割合は３０〜７０％であることが好ましい。本実施形態では、変性ＰＥＴの配合割合が５０％とされている。
なお、こうした複合繊維としては他に、ＰＥＴよりも融点の低いＰＰ（ポリプロピレン）を有するものであってもよい。

各層を構成する各繊維成形体の目付け量は共に、２５０ｇ／ｍ^２〜７５０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。本実施形態では、各層を構成する各繊維成形体の目付け量が共に４００ｇ／ｍ^２とされている。

各半割体１１Ａ，１１Ｂは、所定の厚さ（例えば３０〜１００ｍｍ）の上記不織布シートを熱圧縮（熱プレス）することにより成形されている。
次に、ケーシング１１の（各半割体１１Ａ，１１Ｂ）の各部の構成について詳細に説明する。

ケーシング１１の導出部１３、各接合部１４Ａ，１４Ｂ、各環状凹部１１ｂ，１１ｃ（各位置決め凹部１５、１６を含む）は、いずれも高圧縮部である。
また、ケーシング１１におけるそれ以外の部位は、上記高圧縮部よりも低い圧縮率にて熱圧縮成形された通気性の低圧縮部である。すなわち、各旋回発生翼２０ａ，２０ｂの上流側及び下流側に隣り合う側壁１１ａは、通気性を有している。

高圧縮部の通気度（ＪＩＳＬ１０９６，Ａ法（フラジール形法））は、略０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓとされている。また、高圧縮部の板厚としては、０．５〜１．５ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、高圧縮部の板厚が０．７ｍｍとされている。

低圧縮部の通気度は、３ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓとされている。また、低圧縮部の板厚としては、０．８〜３．０ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、低圧縮部の板厚が１．０ｍｍとされている。

次に、本実施形態のプリクリーナ１０の基本的な作用について説明する。
内燃機関の運転中においては、導入部１２を通じてケーシング１１内に吸気が導入される。そして、第１旋回発生翼２０ａを吸気が通過する際に、各羽根２３ａにより吸気の流れ方向を変えられることで旋回流となる。

また、第２旋回発生翼２０ｂを吸気が通過する際に、各羽根２３ｂにより吸気の流れ方向が更に変えられることで旋回流の強さが高められる。
吸気の旋回流により同吸気から遠心分離された異物は、インレット３２と外筒部３５との間に流入する。

そして、異物は自重により排出口４１を通じてダストカップ４２内に収容される。
なお、吸気通路内の圧力変動や車両振動などによってダストカップ４２のリップ部４２ａが開放される際に、ダストカップ４２内の異物が外部に排出される。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）プリクリーナ１０は、筒状の側壁１１ａを有するケーシング１１と、ケーシング１１の内部においてケーシング１１の軸線Ｃに対して傾斜して配置された羽根２３ａ，２３ｂを有し、軸線Ｃを中心に吸気を旋回させる旋回発生翼２０ａ，２０ｂとを備えている。旋回発生翼２０ａ，２０ｂは、ケーシング１１の軸線方向に互いに間隔をおいて配置されている。旋回発生翼２０ａ，２０ｂのうち上流側に位置する第１旋回発生翼２０ａの各羽根２３ａの軸線Ｃに対する傾斜角度Ｄ１は、下流側に位置する第２旋回発生翼２０ｂの各羽根２３ｂの軸線Ｃに対する傾斜角度Ｄ２よりも小さくされている（Ｄ１＜Ｄ２）。

こうした構成によれば、各旋回発生翼２０ａ，２０ｂを吸気が通過する毎に吸気の旋回流の強さが徐々に高められるようになる。また、各旋回発生翼２０ａ，２０ｂがケーシング１１の軸線方向に互いに間隔をおいて配置されているため、旋回発生翼２０ａ，２０ｂを構成する羽根２３ａ，２３ｂからの吸気の剥離を抑制することができる。したがって、異物の分離性能を向上させつつ通気抵抗の増大を抑制することができる。

（２）ケーシング１１の側壁１１ａのうち、第２旋回発生翼２０ｂの上流側及び下流側の双方に隣り合う部分が通気性の繊維成形体からなる。
下流側に配置される第２旋回発生翼２０ｂにおいては、吸気の旋回流の強さが高められることから、吸気が羽根２３ｂから剥離して渦流が発生しやすい。そのため、こうした渦流の発生に起因した吸気音、所謂、笛吹き音が生じやすい。こうした吸気音は、吸気通路の導入部１２を通じて外部に伝播される。

この点、上記構成によれば、下流側に配置される第２旋回発生翼２０ｂを吸気が通過する際に発生した吸気音のうち、第２旋回発生翼２０ｂから下流側に向かう音波及び第２旋回発生翼２０ｂの上流側に向かう音波の双方がケーシング１１の側壁１１ａを通過する際に吸収される。

すなわち、吸気音の音波の圧力が側壁１１ａを構成する繊維成形体の通気により熱エネルギに変換されて放出される。これにより、導入部１２を通じて外部に伝播される吸気音が減音される。

したがって、吸気騒音を低減しつつ異物の分離性能を向上させることができる。
（３）ケーシング１１の側壁１１ａ全体が通気性の繊維成形体により一体成形されている。

こうした構成によれば、側壁１１ａ全体が通気性の繊維成形体で一体成形されるため、部品点数を低減できる。これにより、ケーシング１１の構成を簡単にすることができる。
ところで、ケーシング１１の側壁１１ａを通気性の繊維成形体で一体成形した場合、剛性が不足しやすいために、吸気負圧によってケーシング１１が変形して閉塞するおそれがある。

この点、上記構成によれば、複数の旋回発生翼２０ａ，２０ｂが配置されることによってケーシング１１の剛性が高められるため、ケーシング１１の変形を抑制することができる。

（４）ケーシング１１は、半割筒状をなす一対の半割体１１Ａ，１１Ｂを有している。旋回発生翼２０ａ，２０ｂは、筒部２１ａ，２１ｂと、筒部２１ａ，２１ｂの内側に設けられた複数枚の羽根２３ａ，２３ｂとを有している。筒部２１ａ，２１ｂの外周面が各半割体１１Ａ，１１Ｂの内周面（環状凹部１１ｂ，１１ｃ）に接合されている。

こうした構成によれば、側壁１１ａの内部に旋回発生翼２０ａ，２０ｂを容易に接合して組み付けることができる。
（５）筒部２１ａ，２１ｂの外周面及び半割体１１Ａ，１１Ｂの内周面（環状凹部１１ｂ，１１ｃ）には、互いに係止されることで周方向におけるケーシング１１に対する旋回発生翼２０ａ，２０ｂの位置決めを行う位置決め部（第１位置決め凸部２５及び第１位置決め凹部１５，第２位置決め凸部２６及び第２位置決め凹部１６）が設けられている。

こうした構成によれば、ケーシング１１に対する旋回発生翼２０ａ，２０ｂの周方向における位置決めを容易に行うことができる。
（６）第１旋回発生翼２０ａの位置決め部（第１位置決め凸部２５及び第１位置決め凹部１５）と第２旋回発生翼２０ｂの位置決め部（第２位置決め凸部２６及び第２位置決め凹部１６）とは、互いに異なる形状を有している。

こうした構成によれば、位置決め部の形状が第１旋回発生翼２０ａと第２旋回発生翼２０ｂとで異なるため、例えば第１旋回発生翼２０ａが第２環状凹部１１ｃに組み付けられること、いわゆる誤組み付けを簡単且つ確実に抑制することができる。

＜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。
・図７〜図９に示すように、位置決め凸部は、筒部の外周面から軸線Ｃに対して垂直方向に延びる突片であってもよい。

また、上記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、上記実施形態と対応する構成について図７では「１００」を加算した「１＊＊」を付し、図８では「２００」を加算した「２＊＊」を付し、図９では「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。

例えば、図７に示すように、筒部１２１の外周面から延びる突片１２５が挿入される位置決め凹部１１５を、ケーシング１１１の内周面に設けるようにすることもできる。
また、図８に示すように、筒部２２１の外周面から延びる一対の突片２２５を、ケーシング２１１の各半割体２１１Ａ，２１１Ｂの両接合部１４Ａ，１４Ｂでそれぞれ挟み込み、接合するようにしてもよい。

さらに、図９に示すように、筒部３２１の外周面から延びる一対の突片３２５を、ケーシング３１１に設けた貫通孔３１５に差し込み、突片３２５のうち貫通孔３１５から突出した端部３２６を、貫通孔３１５の周方向の直径よりも大きくなるよう熱かしめすることにより、抜け止め構造をなすようにしてもよい。

・側壁１１ａのうち第２旋回発生翼２０ｂと第１旋回発生翼２０ａとの間の部分のみを通気性の繊維成形体により構成することもできる。
・側壁１１ａのうち導出部１３と第２旋回発生翼２０ｂとの間の部分のみを通気性の繊維成形体により構成することもできる。

・上記実施形態及び各変形例では、ケーシングの側壁が繊維成形体からなるものについて例示したが、ケーシングの側壁を硬質樹脂材料によって形成することもできる。この場合であっても、上記実施形態の効果（１）を奏することができる。

１０…プリクリーナ、１１，１１１，２１１，３１１…ケーシング、１１ａ…側壁、１１ｂ…第１環状凹部、１１ｃ…第２環状凹部、１１Ａ，１１１Ａ，２１１Ａ，３１１Ａ…第１半割体、１１Ｂ，１１１Ｂ，２１１Ｂ，３１１Ｂ…第２半割体、１２…導入部、１３…導出部、１４Ａ，１４Ｂ…接合部、１５…第１位置決め凹部、１６…第２位置決め凹部、１１５…位置決め凹部、２０ａ…第１旋回発生翼、２０ｂ…第２旋回発生翼、２１ａ，２１ｂ，１２１，２２１，３２１…筒部、２２…ノーズコーン、２３ａ，２３ｂ…羽根、２５…第１位置決め凸部、２６…第２位置決め凸部、２５ａ，２６ａ…平面部、３０…エアクリーナ、３１ａ…第１ハウジング、３１ｂ…第２ハウジング、３２…インレット、３３…濾過部、３４…アウトレット、３５…外筒部、４０…排塵部、４１…排出口、４２…ダストカップ、４２ａ…リップ部、１２５，２２５，３２５…突片、３１５…貫通孔、３２６…端部。

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気通路におけるエアクリーナの濾過部よりも上流側に設けられるプリクリーナにおいて、
   筒状の側壁を有するケーシングと、
   前記ケーシングの内部において前記ケーシングの軸線に対して傾斜して配置された羽根を有し、前記軸線を中心に吸気を旋回させる旋回発生翼と、を備え、
   前記旋回発生翼は、前記ケーシングの軸線方向に互いに間隔をおいて複数配置されており、
   複数の前記旋回発生翼のうち上流側に位置する前記旋回発生翼ほど、前記軸線に対する前記羽根の傾斜角度が小さくされている、
   内燃機関のプリクリーナ。
2. 前記ケーシングの前記側壁のうち、最も下流側に配置される前記旋回発生翼の上流側及び下流側の双方に隣り合う部分が通気性の繊維成形体からなる、
   請求項１に記載の内燃機関のプリクリーナ。
3. 前記ケーシングの前記側壁全体が通気性の繊維成形体により一体成形されている、
   請求項１に記載の内燃機関のプリクリーナ。
4. 前記ケーシングは、半割筒状をなす一対の半割体を有しており、
   前記旋回発生翼は、筒部と、前記筒部の内側に設けられた複数枚の前記羽根と、を有しており、
   前記筒部の外周面が前記半割体の各々の内周面に接合されてなる、
   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. 前記筒部の外周面及び前記半割体の内周面には、互いに係止されることで前記軸線を中心とする周方向における前記ケーシングに対する前記旋回発生翼の位置決めを行う位置決め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。
6. 複数の前記旋回発生翼における前記位置決め部は、互いに異なる形状を有している、
   請求項５に記載の内燃機関のプリクリーナ。