JP2020133435A - エアクリーナ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気の流れに関して下流側に配置された流量センサの検出値のばらつきを低減して、流量の検出精度を向上させることができるエアクリーナ及びその製造方法を提供する。【解決手段】エアクリーナ１は、筐体２と、この筐体２の内部に設置された筒状の濾紙３と、この濾紙３の筒径方向内側又は外側に設置されてこの濾紙３を支持する筒状の支持材４と、を備えて、支持材４が、濾紙３を通過した空気Ａが筒径方向に通過する多数の空気穴５が形成されてなると共に、筒周方向に複数の通気部６と複数の阻害部７とが互い違いに配置されてなり、その阻害部７が、同一筒面積で比較したときに通気部６に対して空気Ａの通過量が少なくなることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、エアクリーナ及びその製造方法に関し、より詳細には、流量の検出精度を向上させるエアクリーナ及びその製造方法に関する。

エンジンのエアクリーナとして、筐体の内部に設置された筒状の濾紙と、この濾紙の筒径方向内側又は外側に設置されてこの濾紙を支持する筒状の支持材とを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００１−１３２５６２号公報

ところで、特許文献１に記載のエアクリーナの支持材は、濾紙を支持すると共に濾紙を通過後の空気が通過するように、パンチングメタルやエキスパンドメタルから構成されている。具体的に、支持材は、それらの板材を丸めて筒周方向の両端部を積層して接合することで筒状を成している。

しかし、積層して接合した部位がそれ以外の部位に対して空気の流れを阻害しており、支持材には、筒周方向の一部に、空気の流れを阻害する部位が形成されることになる。この空気の流れを阻害する部位が筒周方向の一部に形成されることにより、空気の流れに関してエアクリーナの下流側に配置された流量センサの検出値がばらつき、流量の検出精度が低下していた。特に、流量センサは吸気管の中で流路がストレートで内径の寸法ばらつきが少ない場所に設置することが精度向上に好ましいが、車両のレイアウトの制約のためエアクリーナの直後がその条件に適している場合がある。しかし、エアクリーナと流量センサとを近接させると、前述の検出値のばらつきは大きくなる。

本発明の目的は、空気の流れに関して下流側に配置された流量センサの検出値のばらつきを低減して、流量の検出精度を向上させることができるエアクリーナ及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明のエアクリーナは、筐体と、この筐体の内部に設置された筒状の濾紙と、この濾紙の筒径方向内側又は外側に設置されてこの濾紙を支持する筒状の支持材と、を備えて、その支持材が、前記濾紙を通過した空気が筒径方向に通過する多数の空気穴が形成されてなるエアクリーナにおいて、前記支持材は、筒周方向に複数の通気部と複数の阻害部とが互い違いに配置されてなり、前記阻害部は、同一筒面積で比較したときに前記通気部に対して空気の通過量が少なくなることを特徴とする。

また、上記の目的を達成する本発明のエアクリーナの製造方法は、筐体の内部に筒状に形成されてなる支持材を設置し、その支持材の筒径方向内側又は外側に筒状に形成されてなる濾紙を設置したエアクリーナの製造方法において、板材に前記濾紙を通過した空気が通過可能な空気穴を多数穿って、同一面積で比較したときに空気の通過量が多い通気部と空気の通過量が少ない阻害部とを形成し、前記板材を丸めて筒状に形成すると共に、前記通気部と前記阻害部とを筒周方向に互い違いに配置して、前記支持材を作成することを特徴とする。

また、上記の目的を達成する本発明のエアクリーナの製造方法は、筐体の内部に筒状に形成されてなる支持材を設置し、その支持材の筒径方向内側又は外側に筒状に形成されてなる濾紙を設置したエアクリーナの製造方法において、板材に前記濾紙を通過した空気が通過可能な多数の空気穴を空けると共に、空けられたその空気穴の一部を塞いで、同一面積で比較したときに空気の通過量が多い通気部と空気の通過量が少ない阻害部とを形成し、前記板材を丸めて筒状に形成すると共に、前記通気部と前記阻害部とを筒周方向に互い違いに配置して、前記支持材を作成することを特徴とする。

本発明によれば、支持材に、同一面積で比較したときに空気の通過量が多い通気部と少ない阻害部とを筒周方向に互い違いに配置して、筒周方向に周期的に空気の流れを阻害する部位を設けることで、支持材を通過した後の空気の流れを整流することができる。これにより、空気の流れに関してエアクリーナの下流側に配置された流量センサの検出値のばらつきを低減するには有利になり、流量センサによる流量の検出精度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態のエアクリーナの構成を例示する図である。 支持材を構成するパンチングメタルを例示する図である。 パンチングメタルを筒状に形成する際の状態を例示する図である。 本発明の第２実施形態の支持材を構成するエキスパンドメタルを例示する図である。 図４のエキスパンドメタルを筒状にした構成を例示する図である。

以下、本発明のエアクリーナ及びその製造方法について図に示した実施形態に基づいて説明する。なお、本実施形態では、Ｚ方向を筒状に形成された支持材４の筒軸方向、α方向を筒周方向とすると共に、Ｚ方向を筒状に形成する前の板状の支持材４における短手方向、α方向を長手方向とする。また、本実施形態では、後述する濾紙３、支持材４、９を円筒形状としているが、例えばこれらの部材を角筒形状等の他の形状としても支持材４または支持材９に接合部があれば本発明を適用することができる。

図１に示すように、本発明の第１実施形態のエアクリーナ１は、車両用のエンジンに吸入される空気Ａの不純物を取り除くものである。エアクリーナ１は、筐体２と、濾紙３と、支持材４、９とを備えている。

筐体２は、その内部に濾紙３及び支持材４、９を収納して、濾紙３及び支持材４、９を筐体２の外部から作用する衝撃力等から保護するケースである。筐体２は、上端が閉口し、下端が開口して吸気通路１３に連通した筒状を成している。筐体２には、側面（筒面）に大気から筐体２内部に空気（吸気）を流入させる空気流入口１１と、下端に筐体２内部に流入された空気を中心部（空洞）１２を介してエンジン側の吸気通路１３に流出させる空気流出口が設けられる。

吸気通路１３にはエアクリーナ１から吸気通路１３に流出する空気Ａの量を検出するＭＡＦセンサ（流量センサ）１４が設けられる。ＭＡＦセンサ１４は、吸気管（吸気通路）１３の中で流路がストレートで内径の寸法ばらつきが少ない場所に設置することが精度向上に好ましいが、車両のレイアウトの制約のためエアクリーナ１の直後がその条件に適している場合がある。しかし、エアクリーナ１とＭＡＦセンサ１４を近接させると、前述の検出値のばらつきは大きくなる。

濾紙３は、筐体２の内部に設置されて、空気流入口１１から流入される空気Ａに含まれる塵等を除去する筒状の濾過装置で、Ｚ方向から見てプリーツ加工により筒径方向外側に突出した部分と筒径方向内側に窪んだ部分とが交互に配置されたひだが形成されている。支持材（インナーライナー）４は、濾紙３の筒径方向内側に設置される筒状の装置である。支持材（アウターライナー）９は、濾紙３の筒径方向外側に設置される筒状の装置である。支持材４、９により濾紙３は支持される。濾紙３と支持材４、９を発泡ウレタン等で一体化したものはエレメント１０と称される。支持材４、９には、濾紙３を通過した空気Ａが筒径方向に通過する多数の空気穴５が形成されている。

本発明のエアクリーナ１では、支持材４はα方向に複数の通気部６（図１では３個）と複数の阻害部７（図１では３個）とが互い違いに配置される構成である。通気部６は、支持材４を構成する板材に形成されていた多数の空気穴５を塞ぐことなく形成される部位である。阻害部７は、支持材４を構成する板材における空気穴５が形成されていない部位か、あるいは、支持材４を構成する板材に既に形成されていた多数の空気穴５の一部または全部がホットメルト等の接着部材で塞がれた部位である。阻害部７における空気Ａの通過量は、同一筒面積で比較したときに通気部６に対して少なくなる。

本実施形態では、阻害部７の各々はα方向に等間隔に配置されている。支持材４に対して、阻害部７を２つ以上設けることが好ましく、阻害部７を３つ以上設けると中心部１２内での空気Ａの整流効果が飛躍的に向上するのでより好ましい。ただし、阻害部７により支持材４の吸気抵抗が高くなるので、通気部６の合計面積は阻害部７の合計面積よりも大きいことが好ましく、阻害部７の合計面積の倍以上大きいことがより好ましい。また、阻害部７のうちの一つは、支持材４を構成する板材のα方向の両端部（この両端部には空気穴５が形成されない）が積層した状態で接合されてなる構成である。すなわち、阻害部７のうちの一つは、支持材４を構成する板材の接合部８である。

図２に例示するように、支持材４はパンチングメタルを丸めて筒状に形成して構成される。パンチングメタルは、長手方向がα方向に、短手方向がＺ方向に向いてなる金属板材に空気穴５として多数の穿孔が形成されたものである。具体的に、パンチングメタルは、α方向の両端部に接合部８が配置され、α方向の中央部に通気部６と阻害部７とが交互に配置されている。

通気部６は、多数の空気穴５がＺ方向に等間隔に配置された多数の穴列がα方向に等間隔に配置されて構成された部位である。通気部６において、α方向に隣り合う穴列で空気穴５がＺ方向にずれていてもよい。阻害部７は、空気穴５が形成されていない部位である。接合部８は、阻害部７と同様に空気穴５が形成されていない部位であり、パンチングメタルを丸めて筒状を成すときに、互いに積層してスポット溶接等により接合する部位である。

各通気部６のα方向の長さは等しく、各通気部６のα方向の長さの合計値は、各阻害部７及び接合部８のα方向の長さの合計値よりも長い。また、各阻害部７のα方向の長さと、接合部８のα方向の長さは等しい。

パンチングメタルを丸めて筒状を成すときに、阻害部７は接合部８を基点に筒周方向に、例えば、６０°、９０°、１２０°毎に周期的に支持材４に形成されるが、この周期は阻害部７の設置数増加に伴う流体抵抗増加と空気Ａの整流効果増加の関係に基づいて設定される。

パンチングメタルの両端部には空気穴５が形成されていないので、この両端部の接合部８は空気穴５が形成されていない阻害部となる。各阻害部７のα方向の幅は接合部８の幅とほぼ等しく形成される。

エアクリーナ１の製造方法について説明する。この製造方法は、濾紙３の作成方法、支持材４の作成方法、エアクリーナ１の組み付け方法の３つの方法に大別される。

濾紙３の作成方法は、以下の第１〜３工程を順に行う方法である。第１工程では、濾紙３を予熱（プレヒート）し、その濾紙３をプリーツ加工してひだを形成する。第２工程では、第１工程でプリーツ加工した濾紙３をひだに直交する方向に切断して複数枚の濾紙３を形成する。第３工程では、第２工程で切断して形成された濾紙３を丸めてその両端部を接着して、筒状に形成する。

次に、支持材４の作成方法について説明する。まず、打ち抜き加工機の搬送レール上に上述した金属板材を置き、打ち抜き加工用のパンチを搬送レールの上部に設置した加工部まで金属板材を搬送する。次いで、加工部に到達した金属板材にパンチで多数の穿孔を穿つ（打ち抜く）ことで、空気穴５を形成してパンチングメタルは作成される。なお、金属板材に多数の穿孔を穿つときに、打ち抜き加工機の穴ピッチを調整して、穿孔を穿つ領域と、穿たない領域とを形成することで、α方向の両端部の接合部８と中央部に交互に配置される通気部６と阻害部７とを形成する。このパンチングメタルを丸めてα方向の両端部の接合部８を互いに積層して、スポット溶接等により接合して筒状に形成することで、通気部６と阻害部７とが筒周方向に互い違いに配置された支持材４の作成が完了する。

なお、支持材９については支持材４と同様の方法で作成してもよいが、阻害部７を設ける必要性がないため阻害部７は形成しなくてもよい。また、支持材９自体を作成しなくてもよい。

次に、筒状の濾紙３、支持材４、９を作成後、エアクリーナ１の組み付けを行う。この組み付け方法は以下の第１〜６工程を順に行う方法である。第１工程では、支持材９の筒径方向内側に筒状の濾紙３を取り付ける。第２工程では、第１工程で取り付けた筒状の濾紙３の筒径方向内側に支持材４を取り付ける。第３工程では、筒状の濾紙３、支持材４、９が一体化するよう出口側を通路を設けた形状で発泡ウレタン等で固定する。第４工程では、濾紙３、支持材４、９が一体化するように図１Ｚ方向を発泡ウレタン等で固定しエレメント１０は完成する。この第３、４工程の発泡ウレタン等は濾紙３の両端部のエア漏れを防止し、エレメント１０と筐体２間のエア漏れを防止し、エレメント１０が筐体２内で固定される形状に形成される。第５工程では、濾紙３と支持材４、９の間の隙間にシリコンやホットメルトを塗布して、濾紙３が支持材４、９により確実に固定されるようにしても良い。第６工程でエレメント１０が筐体２内に設置される。以上で、エアクリーナ１の組み付けが完了して、エアクリーナ１は完成する。

なお、濾紙３を作成する際のプリーツ加工は実施してもしなくてもよいが、実施する場合は支持材４の通気部６に対向する領域の濾紙３が密に、阻害部７に対向する領域の濾紙３が疎になるようにプリーツ加工を行うと、比較的通気量の多い通気部６の前段で空気Ａに含まれる塵の大部分が除去されるので好ましい。

また、エアクリーナ１を組み付ける際のホットメルト等の塗布は実施してもしなくてもよいが、実施する場合は濾紙３と支持材４の間で支持材４に形成した阻害部７に対向する位置にホットメルトを塗布することが望ましい。ホットメルトなどの接着部材は、空気穴５を塞ぐおそれがある。そこで、ホットメルトなどの接着部材を阻害部７や接合部８に対向する位置に塗布することで、通気部６における通気抵抗の増加を抑制することができる。

エアクリーナ１の空気流入口１１より空気Ａが流入し、この流入した空気Ａは支持材９の空気穴、濾紙３、支持材４の空気穴５を経由して、支持材４より筒径方向内側の中心部１２に流出する。本発明では複数の通気部６と阻害部７とが互い違いに配置される構成であるので、中心部１２内の接合部８付近でのみ空気Ａが乱流化することなく、エアクリーナ１を吸気通路１３側からみたときの中心部１２内の空気Ａは整流される。この整流された空気Ａは空気流出口より吸気通路１３側へ流出する。

以上より、本発明のエアクリーナ１によれば、支持材４に、同一面積で比較したときに空気Ａの通過量が多い通気部６と少ない阻害部７とを筒周方向に互い違いに配置して、筒周方向に周期的に空気Ａの流れを阻害する部位を設けることで、支持材４を通過した後の空気Ａの流れを整流することができる。これにより、空気Ａの流れに関してエアクリーナ１の下流側に配置された流量センサ１４の検出値のばらつきを低減するには有利になり、流量センサ１４による流量の検出精度を向上させることができる。

また、阻害部７が筒周方向に等間隔に配置されることで、エアクリーナ１を吸気通路１３側からみたときの中心部１２内での空気Ａの流れ方が支持材４の筒周方向で同じ流れ方となるので、空気Ａの整流効果をより増大させることができる。

また、阻害部７のうちの一つは、支持材４を構成する板材の筒周方向の両端部が積層した状態で接合される接合部８である。つまり、エアクリーナ１は、支持材４を作成する上で必然的に形成されて、空気Ａの通過量が他の部位よりも小さくなる接合部８を利用すると共に、その接合部８と同等の空気Ａの通過量となる阻害部７を形成している。それ故、接合部８と阻害部７とが整流翼のように機能することで、接合部８に起因する空気Ａの乱流化を抑制して、エアクリーナ１内部での空気Ａの流れを整流化することができる。

また、支持材４をパンチングメタルで構成する場合は、空気穴５を穿つ領域と穿たない領域を交互に形成することで比較的簡単に形成することができる。

図３に例示するように、支持材４を構成するパンチングメタルは、隣り合う空気穴５間が等ピッチｄで、かつ、空気穴５の直径Ｄがこのピッチｄよりも小さくなるものが好ましく、空気穴５の直径Ｄがこのピッチｄの半分以下となるものがより好ましい。例えば、このパンチングメタルは、互いに隣り合う三つの空気穴５が辺の長さが等ピッチｄの正三角形状に配置されている。なお、隣り合う空気穴５どうしの間が等ピッチｄであればよく、空気穴５の配置は特に限定されない。例えば、隣り合う四つの空気穴５が辺の長さが等ピッチｄの正方形状に配置されてもよい。

空気穴５の直径Ｄがピッチｄよりも小さいパンチングメタルは、筒周方向の両端部を積層して筒状にする際に、両端部が積層されて形成された接合部８において、一端部に形成された空気穴５Ａと他端部に形成された空気穴５Ｂとが積層方向に重なっていない状態である。つまり、一端部に形成された空気穴５Ａどうしの間に他端部に形成された空気穴５Ｂが配置される。換言すると、一端部の隣り合う四つの空気穴５Ａにより形成される菱形の領域の内部に、他端部の空気穴５Ｂが一つ配置される。

つまり、空気穴５の直径Ｄがピッチｄよりも小さいパンチングメタルにおいては、接合部８で一端部の空気穴５Ａと他端部の空気穴５Ｂとをずらして配置するだけで、容易に阻害部７のうちの一つを形成することができる。

図４に例示するように、第２実施形態のエアクリーナ１は、第１実施形態のエアクリーナ１の支持材４をパンチングメタルではなくエキスパンドメタルで構成する点で異なり、その他の点では同じ構成である。

エキスパンドメタルは、長手方向がα方向に、短手方向がＺ方向に向いてなる金属板材に空気穴５として千鳥状の切れ込みを押し広げて構成された菱形や亀甲形を成す多数の孔が形成されたメッシュ状のものである。

この実施形態の支持材４の作成方法について説明する。まず、メッシュ製造機を用いて金属板材の幅方向上側と下側に千鳥配列で切り込みを入れる。そして、この切り込みを入れた板材を幅方向に引き延ばすことで多数の菱形や亀甲形を成す孔を有するメッシュ状のエキスパンドメタルを作成する。

図５に例示するように、次いで、作成したエキスパンドメタルを丸めてα方向の両端部を積層してスポット溶接などにより接合して筒状に形成する。図５の符号１６はスポット溶接箇所を示している。なお、図５では、簡略化のため、メッシュ状の孔の図示を省略している。

次いで、濾紙３と支持材４、９の間の隙間にシリコンやホットメルトなどの接着部材１５を塗布して、濾紙３を支持材４、９に固定するときに、接着部材１５によりエキスパンドメタルの孔を埋めることで、阻害部７を形成する。具体的に、スポット溶接により両端部を積層して接合した接合部８と、その接合部８を基点にα方向に間隔を空けて、接着部材１５をエキスパンドメタルのＺ方向全体に塗布してメッシュ状の孔を塞ぐことで、孔が塞がれていない領域の通気部６と、孔が塞がれている領域の阻害部７及び接合部８を交互に形成する。

以上のように、支持材４をエキスパンドメタルで構成する場合は、空けられた空気穴５をホットメルトなどの接着部材１５を用いて塞いだ領域として阻害部７及び接合部８と塞がない領域として通気部６を交互に形成することで比較的簡単に形成することができる。

また、濾紙３を支持材４に固定するときに、阻害部７及び接合部８と通気部６とを形成することで、部材の固定と部位の形成とを一度に行うことができるので、製造を簡略化することができる。

なお、濾紙３を支持材４に固定する前に、エキスパンドメタルのメッシュ状の孔を接着部材１５で埋めてエキスパンドメタルに通気部６、阻害部７、接合部８を形成してもよい。

第１実施形態では、支持材４として通気部６、阻害部７、接合部８が形成されたパンチングメタルを用いたが、第２実施形態と同様に金属板材の全域に多数の穿孔を有するパンチングメタルを筒状に形成した後に、濾紙３を固定するときに接着部材１５で阻害部７及び接合部８に存在する穿孔を埋めてもよい。

また、第２実施形態では、支持材４としてメッシュ状の孔が接着部材１５で塞がれたエキスパンドメタルを用いたが、第１実施形態と同様に製造時に千鳥配列の切り込みの量を調整して切り込みが形成されていない領域と切り込みが形成されている領域を交互に形成するようにしてもよい。

加えて、第２実施形態では、エキスパンドメタルのメッシュ状の孔を接着部材１５により塞ぐことで阻害部７及び接合部８を形成したが、これらは通気部６よりも同一面積で空気Ａの通過量が少なくなればよく、阻害部７及び接合部８の部位の全領域のメッシュ状の孔を塞がなくてもよい。例えば、接合部８の積層による通気抵抗の増加や、スポット溶接による通過面積の減少などを考慮して、それと同等になるように阻害部７に存在するメッシュ状の孔を接着部材１５で塞げばよい。

このように、支持材４としてパンチングメタルやエキスパンドメタルを用いる場合は、製造上の過程で形成される接合部８の空気Ａの通過量を基準として阻害部７を形成するとよい。これにより、阻害部７や接合部８の全領域を塞ぐ構成に比して通気抵抗を減少することが可能になる。

既述した実施形態では、濾紙３の内側に配置される支持材４について説明したが、濾紙３の外側に配置される支持材９に通気部６や阻害部７を形成してもよい。また、支持材４、９の両方に形成してもよい。

また、支持材４としては、上記のように金属板材から構成されるパンチングメタルやエキスパンドメタルを用いる代わりに樹脂部材から構成されるものを用いてもよい。

１ エアクリーナ
２ 筐体
３ 濾紙
４ 支持材（インナーライナー）
５ 空気穴
６ 通気部
７ 阻害部
８ 接合部
９ 支持材（アウターライナー）
１０ エレメント

Claims (5)

1. 筐体と、この筐体の内部に設置された筒状の濾紙と、この濾紙の筒径方向内側又は外側に設置されてこの濾紙を支持する筒状の支持材と、を備えて、その支持材が、前記濾紙を通過した空気が筒径方向に通過する多数の空気穴が形成されてなるエアクリーナにおいて、
   前記支持材は、筒周方向に複数の通気部と複数の阻害部とが互い違いに配置されてなり、前記阻害部は、同一筒面積で比較したときに前記通気部に対して空気の通過量が少なくなることを特徴とするエアクリーナ。
2. 前記阻害部が、筒周方向に等間隔に配置されてなる請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記阻害部のうちの一つは、前記支持材を構成する板材の筒周方向の両端部が積層した状態で接合されてなる請求項１又は２に記載のエアクリーナ。
4. 筐体の内部に筒状に形成されてなる支持材を設置し、その支持材の筒径方向内側又は外側に筒状に形成されてなる濾紙を設置したエアクリーナの製造方法において、
   板材に前記濾紙を通過した空気が通過可能な空気穴を多数穿って、同一面積で比較したときに空気の通過量が多い通気部と空気の通過量が少ない阻害部とを形成し、
   前記板材を丸めて筒状に形成すると共に、前記通気部と前記阻害部とを筒周方向に互い違いに配置して、前記支持材を作成することを特徴とするエアクリーナの製造方法。
5. 筐体の内部に筒状に形成されてなる支持材を設置し、その支持材の筒径方向内側又は外側に筒状に形成されてなる濾紙を設置したエアクリーナの製造方法において、
   板材に前記濾紙を通過した空気が通過可能な多数の空気穴を空けると共に、空けられたその空気穴の一部を塞いで、同一面積で比較したときに空気の通過量が多い通気部と空気の通過量が少ない阻害部とを形成し、
   前記板材を丸めて筒状に形成すると共に、前記通気部と前記阻害部とを筒周方向に互い違いに配置して、前記支持材を作成することを特徴とするエアクリーナの製造方法。

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