JP2020083055A - 車両の吸気配管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エアフローメータの上流における空気流の、配管からの剥離を抑制可能とする。【解決手段】エアクリーナ１００は、フィルタ部材１３０を収容するケーシング１１０と、ケーシング１１０の下流端に設けられるとともにエアインレットホース２００に接続されケーシング１１０よりも流路断面積の小さいアウトレットパイプ１２０とを備える。エアフローメータ３００は、アウトレットパイプ１２０に設けられる。アウトレットパイプ１２０の、ケーシング１１０と接続される上流端１２４からエアフローメータ３００の設置箇所に亘って、断面凸曲面状であり内径が縮小される絞り部１２２が形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、車外の空気を車内に取り込む、車両の吸気配管構造に関する。

車両には吸気配管構造として、エアクリーナ及びエアインレットホースが設けられる。エアクリーナは吸気配管構造の上流端（取り込み口）に設けられる。図５に例示されるように、エアクリーナ５００のケーシング５１０内には、エレメントとも呼ばれるフィルタ部材５２０が収容される。フィルタ部材５２０によって空気中の塵埃等の異物が除去される。

エアクリーナ５００の下流端にはエアインレットホース６００が接続される。より具体的には、ケーシング５１０の下流端にはアウトレットパイプ５３０が設けられ、その下流端に、エアインレットホース６００の上流端が接続される。さらに、例えば車両が燃料電池車両である場合には、エアインレットホース６００の下流端に図示しないコンプレッサが接続される。

燃料電池における反応量を調整するために、吸気配管構造には、吸入空気量を測定するエアフローメータが設けられる。例えば特許文献１には、エアインレットパイプの中間位置にエアフローメータが設けられる。

ここで、エアインレットホースには振動の伝達を防止するための蛇腹や、周囲の構造物に固定されるためのブラケット等が形成されており、これらを避けてエアフローメータを取り付ける必要がある。

例えば上述の蛇腹やブラケットを設けた結果、エアインレットホース６００の全長に亘ってエアフローメータ７００を取り付ける場所が確保できない場合がある。このような場合に、例えば、エアインレットホース６００にエアフローメータ７００を取り付ける代わりに、エアクリーナ５００のアウトレットパイプ５３０にエアフローメータ７００が取り付けられる。

特開２００４−１８２２２０号公報

ところで、エアクリーナ５００のケーシング５１０からアウトレットパイプ５３０に至る過程で流路断面積が縮小され、その結果、図５右側の破線枠で例示されるように、アウトレットパイプ５３０の入り口付近で渦８００が形成されアウトレットパイプ５３０の内壁面から空気流が剥離される。

上記剥離のため、アウトレットパイプ５３０の入り口を流れる空気の流束は、アウトレットパイプ５３０の内径よりもさらに絞られる。流量一定の条件で流束が絞られることで空気の流速が早められる。この領域にエアフローメータ７００が設置されると、上述した早められた流速が検出される。その結果、アウトレットパイプ５３０の内径と、早められた流速とに応じて吸入空気量が算出される等、吸入空気量の測定精度が低下するおそれがある。

そこで本発明は、エアフローメータの上流における空気流の、配管からの剥離を抑制可能な、車両の吸気配管構造を提供することを目的とする。

本発明は車両の吸気配管構造に関する。当該構造は、エアクリーナ、エアインレットホース、及びエアフローメータを備える。エアクリーナは、車外から取り込まれた空気中の異物を取り除くフィルタ部材を有する。エアインレットホースは、エアクリーナの下流端に接続される。エアフローメータは、エアクリーナ及びエアインレットホースを流れる吸入空気量（吸気量）を測定する。エアクリーナは、フィルタ部材を収容するケーシングと、ケーシングの下流端に設けられるとともにエアインレットホースに接続されケーシングよりも流路断面積の小さいアウトレットパイプとを備える。エアフローメータは、アウトレットパイプに設けられる。アウトレットパイプの、ケーシングと接続される上流端からエアフローメータの設置箇所に亘って、断面凸曲面状であり内径が縮小される絞り部が形成される。

本発明によれば、絞り部が形成されることで、いわゆるコアンダ効果によって空気の剥離が抑制される。この絞り部がエアフローメータの上流に設けられることで、当該箇所の、配管からの空気流の剥離が抑制可能となる。

本実施形態に係る車両の吸気配管構造を例示する平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２の破線枠を拡大した図である。 コアンダ効果について説明する図である。 従来の吸気配管構造について説明する図である。

図１に、本実施形態に係る車両の吸気配管構造が例示される。なお、図１〜図４において、車両前後方向を記号ＦＲで表される軸で示し、車幅方向を記号ＲＷで表される軸で示し、車両上下方向を記号ＵＰで表される軸で示す。車両前後軸ＦＲは車両前方方向を正方向とする。車幅軸ＲＷは右幅方向を正方向とする。また車両上下軸ＵＰは上方向を正方向とする。これら３軸は互いに直交する。

本実施形態に係る吸気配管構造は、例えば燃料電池車両に搭載される。図１に例示されるように、エアインレットホース２００の下流端に、コンプレッサ４１０が接続される。コンプレッサ４１０はエアクリーナ１００及びエアインレットホース２００を通過した清浄な空気を圧縮して図示しない燃料電池スタックに圧縮空気を送り込む。

また、本実施形態に係る吸気配管構造は、燃料電池車両だけでなく内燃機関を駆動源とする車両にも搭載可能である。例えば内燃機関に吸気を送るために、本実施形態に係る吸気配管構造が設けられる。

本実施形態に係る吸気配管構造は、エアクリーナ１００、エアインレットホース２００、及びエアフローメータ３００を備える。

エアインレットホース２００は、エアクリーナ１００とコンプレッサ４１０とを繋ぐ配管部材である。例えばエアインレットホース２００の上流端とエアクリーナ１００のアウトレットパイプ１２０の下流端とがクランプ４２０で接続される。同様にして、エアインレットホース２００の下流端とコンプレッサ４１０の上流端とがクランプ４３０で接続される。

エアインレットホース２００は、エアクリーナ１００及びコンプレッサ４１０の配置、及びその周辺機器の配置に応じて、上下左右に屈曲するようにして延設される。例えばエアインレットホース２００には、その形状を曲げるため、及び、ホースに伝達される振動を遮断するために蛇腹２１０が形成される。さらにエアインレットホース２００には、燃料電池スタックを支持するスタックフレーム（図示せず）等の周辺機器に接続されるブラケット２２０が形成される。

このように、エアインレットホース２００は蛇腹２１０やブラケット２２０等の付帯構造を備えており、これらの付帯構造との干渉を避けてエアフローメータ３００を設置することが困難な構造となっている。そこで本実施形態では、エアクリーナ１００の下流側に設けられた配管部材であるアウトレットパイプ１２０にエアフローメータ３００が設けられる。

エアクリーナ１００は、車外から取り込まれた空気中の異物を除去する。例えばエアクリーナ１００は、車両前方に設けられた図示しないラジエータサポートの上方に設けられる。

エアクリーナ１００の上流及び車両前後方向前方には、導風ダクト４００が設けられる。例えば車両前面のフロントグリルからエンジンコンパートメントに入り込んだ空気の一部がラジエータ（図示せず）に流れ込み、また他の一部はラジエータ上方の導風ダクト４００からエアクリーナ１００内に流れ込む。

図２には図１のＡ−Ａ断面図が例示される。エアクリーナ１００は、ケーシング１１０、アウトレットパイプ１２０、及びフィルタ部材１３０を備える。フィルタ部材１３０は例えばろ紙や不織布等で構成され、空気中の塵埃等の異物を除去（捕捉）する。

ケーシング１１０はフィルタ部材１３０を収容する筐体である。またその流路断面積は、アウトレットパイプ１２０の流路断面積よりも大きくなるように形成される。

ケーシング１１０の下流端にはアウトレットパイプ１２０が接続される。より具体的には、ケーシング１１０の車両前後方向後方端の壁（後壁１１２）は、例えば鉛直に立設される。さらに後壁１１２の高さ方向中央に、アウトレットパイプ１２０の上流端１２４が接続される。このような構造において、ケーシング１１０内のフィルタ部材１３０を通過した空気は、アウトレットパイプ１２０に流れ込む。

アウトレットパイプ１２０は例えばケーシング１１０と一体成形される。アウトレットパイプ１２０は例えば水平方向に延設され、その下流端はクランプ４２０を介してエアインレットホース２００の上流端に接続される。

本実施形態に係る車両の吸気配管構造では、アウトレットパイプ１２０にエアフローメータ３００が設けられる。例えばアウトレットパイプ１２０の上壁１２６にその壁厚方向に貫通孔が形成され、当該貫通孔にエアフローメータ３００のバイパス管３０２が挿入される。例えばエアフローメータ３００はアウトレットパイプ１２０の上流端１２４から車両後方に３ｃｍ以上１５ｃｍ以下の範囲に設置される。

図３を参照して、エアフローメータ３００はエアクリーナ１００及びエアインレットホース２００を流れる吸入空気量（吸気量）を測定する。エアフローメータ３００はいわゆるホットワイヤ式のエアフローメータであってよい。エアフローメータ３００はバイパス管３０２及び加熱抵抗３０４を備える。

ホットワイヤ式エアフローメータの測定原理は既知であるためここでは簡単に説明する。バイパス管３０２の流入口はアウトレットパイプ１２０の上流側に向けられ、流出口は下流側に向けられる。バイパス管３０２は流入口から鉛直上方向に延び途中で折れ曲がって鉛直下方向に延びて流出口に至るＵ字型に形成される。この折れ曲がり部分に加熱抵抗３０４が設けられる。

加熱抵抗３０４に空気流が流れることで加熱抵抗が冷やされる（放熱する）。この放熱量と空気の流速とが比例関係にある（早いほど冷える）ことから、放熱量に基づいて流速Ｖ_１を求めることができる。更にアウトレットパイプ１２０の内径Ｒ_１を用いて空気流量Ｑ_１が求められる。例えばＶ_１×π（Ｒ_１／２）^２＝Ｑ_１により空気流量Ｑ_１が求められる。

ここで、エアフローメータ３００はアウトレットパイプ１２０の上流端１２４に近接して配置されており、ケーシング１１０からアウトレットパイプ１２０に流れ込む空気流の影響を受け易い箇所に配置される。例えばケーシング１１０からアウトレットパイプ１２０に至る際に、流路断面積が急縮小し、これに応じてアウトレットパイプ１２０の内壁面から空気流が剥離し易くなる。またこの剥離によって流れが収縮され、それによって圧力損失が生じる。

そこで本実施形態に係る吸気配管構造では、アウトレットパイプ１２０の上流端１２４からエアフローメータ３００の設置箇所に亘って、断面凸曲面状であり内径が縮小される絞り部１２２が形成される。例えば絞り部１２２はアウトレットパイプ１２０の内周面全周に亘って形成される。この絞り部１２２によっていわゆるコアンダ効果が生じて、絞り部１２２の内壁面からの空気流の剥離が抑制される。

図４にはコアンダ効果を説明する図が例示される。一般的に流体は、断面凸の曲面４５０に沿って流れようとする性質（コアンダ効果）を備える。例えば図４の流線Ｌ２について、流体はその慣性によって破線矢印で示すような直線方向に進もうとする。このとき、破線矢印の脇の、楕円で囲む領域４５２の圧力が相対的に低くなる。この圧力差により、流体は低圧領域４５２側に引っ張られる。その結果流体は曲面４５０に沿って流れる。

図３を参照し、本実施形態に係る吸気配管構造では、流路断面積が急縮小されるアウトレットパイプ１２０の上流端１２４からエアフローメータ３００に亘る領域に、内径が絞られる断面凸曲面状の絞り部１２２が形成される。これにより、流線Ｌ１に例示されるように、当該領域における空気流の内壁面からの剥離が抑制される。

絞り部１２２の内壁面からの空気流の剥離が抑制されることで、エアフローメータ３００が測定した流速Ｖ_１と、エアフローメータ３００の直前の絞り部１２２の内径Ｒ１を用いて、精度の高い流量Ｑ_１を求めることができる。

１００ エアクリーナ、１１０ ケーシング、１１２ ケーシングの後壁、１２０ アウトレットパイプ、１２２ アウトレットパイプの絞り部、１２４ アウトレットパイプの上流端、１２６ アウトレットパイプの上壁、１３０ フィルタ部材、２００ エアインレットホース、２１０ 蛇腹、２２０ ブラケット、３００ エアフローメータ、３０２ バイパス管、３０４ 加熱抵抗、４００ 導風ダクト、４１０ コンプレッサ、４２０，４３０ クランプ。

Claims (1)

1. 車外から取り込まれた空気中の異物を取り除くフィルタ部材を有するエアクリーナと、
   前記エアクリーナの下流端に接続されるエアインレットホースと、
   前記エアクリーナ及び前記エアインレットホースを流れる吸入空気量を測定するエアフローメータと、
   を備える、車両の吸気配管構造であって、
   前記エアクリーナは、
   前記フィルタ部材を収容するケーシングと、
   前記ケーシングの下流端に設けられるとともに前記エアインレットホースに接続され、前記ケーシングよりも流路断面積の小さいアウトレットパイプと、
   を備え、
   前記エアフローメータは、前記アウトレットパイプに設けられ、
   前記アウトレットパイプの、前記ケーシングと接続される上流端から前記エアフローメータの設置箇所に亘って、断面凸曲面状であり内径が縮小される絞り部が形成される、
   車両の吸気配管構造。

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