JP2022075391A - エアクリーナ - Google Patents

Abstract

【課題】エアクリーナにおいて、空気の通路長を確保するために要するスペースを拡大することなく、吸気音を抑制する技術を提供する。【解決手段】エアクリーナは、内燃機関に供給される空気が流れる吸気通路に配置される。エアクリーナは、上面と下面と側面とを有するケーシングと、ケーシング内に配置されたエレメントと、ケーシングに設けられた空気の流入口と、ケーシングの下面に設けられた空気の流出口と、ケーシング内に配置されており、ケーシングを平面視したときに、流入口と流出口とを結ぶ範囲に跨って配置されており、上面から前記下面まで伸びる内壁と、を備える。【選択図】図３

Description

本明細書に開示する技術は、エアクリーナに関する。

内燃機関に供給される空気が流れる吸気通路には、塵埃を除去した上で空気をシリンダ内に導入するために、エアクリーナが配置される。特許文献１には、ケーシングと、ケーシング内に配置されたエレメント（フィルタ）を備えるエアクリーナが開示されている。

特開平８－１３５５２６号公報

この種のエアクリーナでは、吸気通路の入口からエアクリーナの流入口までの空気の通路長が短いほど、吸気音が大きくなることが知られている。一方で、吸気音を低減するために当該通路長を長くするには、大きなスペースを要するという問題が生じる。本明細書では、空気の通路長を確保するために要するスペースを拡大することなく、吸気音を低減する技術を提供する。

本明細書が開示するエアクリーナは、内燃機関に供給される空気が流れる吸気通路に配置される。前記エアクリーナは、上面と下面と側面とを有するケーシングと、前記ケーシング内に配置されたエレメントと、前記ケーシングに設けられた前記空気の流入口と、前記ケーシングの前記下面に設けられた前記空気の流出口と、前記ケーシング内に配置されており、前記ケーシングを平面視したときに、前記流入口と前記流出口とを結ぶ範囲に跨って配置されており、前記上面から前記下面まで伸びる内壁と、を備える。

エアクリーナのケーシング内を空気が流通する際には、ケーシングの流入口から流出口に向かって空気が流れる。上述したエアクリーナでは、ケーシングを平面視したときに、空気の流入口と流出口とを結ぶ範囲に跨るとともに、ケーシングの上面から下面まで伸びる内壁が設けられている。したがって、流入口からケーシング内に流入した空気は、流入口から流出口までの最短距離を通らずに、内壁に沿って迂回して流出口まで到達する。このように、上記のエアクリーナでは、ケーシングの内部空間の一部を空気の通路として機能させることができる。このため、従来のエアクリーナから体格を変更することなく、空気の通路長を確保することができ、吸気音を低減することができる。

前記流出口は、前記ケーシングを平面視したときに、前記エレメント及び前記内壁によって包囲されていてもよい。

このような構成では、エレメントの必要面積を効率良く確保することができるとともに、ケーシングをコンパクトに設計することができる。

前記エレメントは、前記ケーシングを平面視したときに、前記流出口の周囲を一巡するように配置されていてもよい。前記内壁は、前記エレメントよりも前記流入口に近接して配置されていてもよい。

このような構成では、エレメントの面積を効率良く確保することができるとともに、形状や構造が比較的簡易であり、エレメントの配置やメンテナンスを容易に行うことができる。

前記ケーシングの外側に設けられたレゾネータをさらに備えていてもよい。前記ケーシングを平面視したときに、前記レゾネータが前記ケーシングの外周縁よりも内側に配置されていてもよい。

上記の構成では、レゾネータを配置することによって吸気音が低減される。また、平面視において、レゾネータがケーシングの外周縁よりも内側に配置されている。このため、例えば、ケーシングよりも上流や下流の吸気通路にレゾネータを接続する場合と比較して、レゾネータの設置に要するスペースを縮小することができる。

前記ケーシングを平面視したときに、前記ケーシングの内部と前記レゾネータの内部を連通する連通口が、前記内壁と前記側面に挟まれた範囲を除く範囲内に形成されていてもよい。

上記の構成では、ケーシングの内部とレゾネータの内部を連通する連通口が、内壁と側面に挟まれた範囲を除く範囲内に形成されている。すなわち、流入口からケーシング内に流入した空気が内壁に沿って迂回した後の空間に連通口が形成されている。このため、低減された吸気音の周波数に合わせてレゾネータを設計することができる。

前記ケーシングの前記上面に設けられており、前記流出口を開閉して前記内燃機関に供給される前記空気の流量を変化させるスロットルをさらに備えてもよい。前記スロットルは、前記ケーシングの内部で前記流出口を開閉するポペットバルブを備えていてもよい。

上記の構成では、スロットルがケーシングの上面に設けられているため、スロットルの組み付けや交換を容易に行うことができる。

前記ケーシングは、円筒形状を有していてもよい。

このような構成では、流入口から流入した空気が、ケーシングの側面に沿って流通し易い。このため、空気がケーシング内を効率良く流れることができる。

実施例のエアクリーナを含む吸気システムの構成を示す概略図である。 実施例のエアクリーナの拡大断面図。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。 実施例のエアクリーナの平面図。 図４のＶ－Ｖ線断面図。 実施例のエアクリーナにおける空気の流れを示す図。 変形例のエアクリーナの図３に対応する断面図。 他の変形例のエアクリーナの図２に対応する断面図。

（実施例）
図面を参照して、実施例のエアクリーナ１０を含む吸気システム１の構成について説明する。吸気システム１は、エアクリーナ１０を介して空気を大気からエンジン２に供給する。なお、エンジン２内で燃焼された後の排気は、排気管６を介して大気に排出される。エアクリーナ１０の下流側には、インテークマニホールド４６が配置されている。

まず、図１を参照して、エンジン２の構成について説明する。図１に示すように、エンジン２は、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２、クランクケース１３、ヘッドカバー１４、及びオイルパン１５を備えている。

シリンダブロック１１は、複数個のシリンダ２０を備えている。１個のシリンダブロック１１に対して、例えば６個、８個、又は１０個のシリンダ２０が形成されている。

シリンダ２０は、ピストン２１を収容している。ピストン２１とシリンダ２０によって囲まれた部分に燃焼室２２が形成されている。空気と燃料の混合気体が燃焼室２２で燃焼する。混合気体が燃焼したときのエネルギーによってシリンダ２０内でピストン２１が往復動する。シリンダ２０内のピストン２１は、コンロッド２９を介してクランクシャフト２８に接続されている。ピストン２１が往復動することによってクランクシャフト２８が回転する。

シリンダブロック１１は、第１連通路２５と、第２連通路２６とをさらに備えている。シリンダブロック１１には、シリンダ２０と、第１連通路２５と、第２連通路２６とが横に並んで形成されている。また、シリンダブロック１１には、インジェクタ３３が固定されている。インジェクタ３３は、燃料供給通路（図示省略）を介して燃料タンク（図示省略）に接続されている。インジェクタ３３は、燃料タンクから供給される燃料をエンジン２の燃焼室２２に供給する。

シリンダブロック１１の上部には、シリンダヘッド１２が固定されている。シリンダヘッド１２には、点火プラグ３４が固定されている。点火プラグ３４は、燃焼室２２に存在している空気と燃料の混合気体に点火する。

また、シリンダヘッド１２は、吸気ポート３１、排気ポート３２、吸気弁２３、及び排気弁２４を備えている。吸気ポート３１と排気ポート３２のそれぞれは、燃焼室２２と連通する位置に形成されている。吸気ポート３１から燃焼室２２に空気が導入される。そして、空気と燃料の混合気体が燃焼室２２で燃焼した後の排ガスが燃焼室２２から排気ポート３２に排出される。吸気弁２３は、吸気ポート３１を開閉する。吸気弁２３が吸気ポート３１を開状態にしたときに燃焼室２２に空気が導入される。排気弁２４は、排気ポート３２を開閉する。排気弁２４が排気ポート３２を開状態にしたときに燃焼室２２から排ガスが排出される。

シリンダブロック１１の下部には、クランクケース１３が固定されている。クランクケース１３は、クランクシャフト２８を収容している。クランクケース１３は、クランクシャフト２８を回転可能な状態で支持している。クランクケース１３の下部には、オイルパン１５が固定されている。オイルパン１５は、エンジンオイルを貯留する。また、シリンダヘッド１２の上部には、ヘッドカバー１４が固定されている。ヘッドカバー１４は、シリンダヘッド１２を覆っている。

続いて、図２～図５を参照して、エアクリーナ１０の構成について説明する。エアクリーナ１０は、大気からエンジン２に供給される空気中の異物を除去する。図２に示すように、エアクリーナ１０は、ケーシング５０と、エレメント５２と、内壁６０と、スロットル６２と、レゾネータ７０と、を備えている。

ケーシング５０は、図２及び図３に示すように、概して円筒形状を有している。ケーシング５０は、上側ケーシング５０ａ及び下側ケーシング５０ｂを有している。上側ケーシング５０ａと下側ケーシング５０ｂとを重ね合わせることにより、ケーシング５０の上面５３ａ、下面５３ｂ、及び側面５３ｃが規定されるとともに、ケーシング５０の内部空間８２が画定される。

ケーシング５０には、流入口６６及び流出口６８が設けられている。流入口６６は、ケーシング５０の側面５３ｃ（すなわち、周面）に設けられている。流出口６８は、ケーシング５０の下面５３ｂに設けられている。また、流入口６６から周方向外側に向かって吸気部５１が設けられている。吸気部５１によって流入口６６への吸気通路８０が形成されている。大気中の空気は、吸気部５１の吸気通路８０を介して流入口６６からケーシング５０の内部空間８２に流入する。そして、後述するエレメント５２によって当該空気の異物が除去され、清浄化された空気は、流出口６８からエンジン２に向かってケーシング５０から流出する。

ケーシング５０内には、エレメント５２が配置されている。エレメント５２を構成する材料は特に限定されず、例えば、濾紙や不織布、発泡ウレタン等によって構成することができる。図２に示すように、エレメント５２は、ケーシング５０の上面５３ａから下面５３ｂまで伸びるように配置されている。また、図３に示すように、エレメント５２は、平面視において流出口６８の周囲を一巡するように配置されている。エレメント５２は、第１エレメント５２ａと第２エレメント５２ｂを有している。第１エレメント５２ａは、ケーシング５０を平面視したときに、ケーシング５０の内周側において流出口６８の周囲を一巡している。第２エレメント５２ｂは、第１エレメント５２ａよりもケーシング５０の外周側において流出口６８の周囲を一巡している。換言すると、第１エレメント５２ａ及び第２エレメント５２ｂは、ケーシング５０の流出口６８を中心として同心円状に配置されている。

ケーシング５０内にはまた、内壁６０が配置されている。図２に示すように、内壁６０は、ケーシング５０の上面５３ａから下面５３ｂまで伸びるように配置されている。また、図３に示すように、内壁６０は、ケーシング５０を平面視したときに、流入口６６と流出口６８を結ぶ範囲Ｒ１に跨って設けられている。本実施例では、内壁６０は、範囲Ｒ１に跨って、ケーシング５０の周方向に沿って長く伸びている。内壁６０は、エレメント５２よりも流入口６６に近接して配置されている。

図２に示すように、上側ケーシング５０ａの上部には、スロットル６２が設けられている。スロットル６２は、ポペットバルブ６４を備えている。スロットル６２は、ポペットバルブ６４を上下に駆動可能に構成されている。ポペットバルブ６４が上下に移動することによって、流出口６８を開閉することができる。ポペットバルブ６４によって流出口６８が閉鎖されると、ケーシング５０の内部空間８２とエンジン２との連通が遮断される。ポペットバルブ６４が図２の上方向に移動して、ポペットバルブ６４と流出口６８の距離が離れるにつれて空気の流路面積が増加し、空気がエンジン２に供給される。なお、図３では、スロットル６２の図示を省略している。

図２に示すように、スロットル６２、上側ケーシング５０ａ、及び下側ケーシング５０ｂには、２本のボルト５６が挿通されている。各ボルト５６は、スロットル６２、上側ケーシング５０ａ、及び下側ケーシング５０ｂを貫通しており、その下端は、インテークマニホールドなどの支持部材５４に締結されている。各部材６２、５０ａ、５０ｂ、５４がボルト５６によって接続され、一体化されている。支持部材５４は、流出口６８の周囲を一巡しており、下側ケーシング５０ｂの下端（流出口６８の下側部分）と支持部材５４の間には、Ｏリング５８が配置されている。

図２、図４に示すように、ケーシング５０の外側（詳細には、上側ケーシング５０ａの上側）には、複数のレゾネータ７０が配置されている。レゾネータ７０は、吸気音を抑制するために配置されている。図４に示すように、本実施例では、３つのレゾネータ７０がケーシング５０の外側に配置されている。各レゾネータ７０は、平面視において、ケーシング５０の外周縁（すなわち、側面５３ｃ）よりも内側に配置されている。各レゾネータ７０は、平面視において湾曲しており、ケーシング５０の周方向に沿って伸びている。２つのレゾネータ７０がケーシング５０の外周縁に隣接して配置されており、他の１つのレゾネータ７０が、上記２つのレゾネータ７０よりも内周側に配置されている。各レゾネータ７０には、レゾネータ７０の内部空間７６（図５参照）とケーシング５０の内部空間８２とを連通する連通口７０ａがそれぞれ設けられている。連通口７０ａは、ケーシング５０を平面視したときに、内壁６０と側面５３ｃに挟まれた範囲Ｒ２を除く範囲に形成されている。

図５に示すように、レゾネータ７０の内部には、レゾネータ７０の連通口７０ａが位置する側の側面から内側に突出する隔壁７２が設けられている。この隔壁７２によって、ケーシング５０の内部空間とレゾネータ７０の内部空間７６を連結する連結通路７４が画定されている。なお、図５において、参照符号Ｌはケーシング５０内とレゾネータ７０内の空間を連結する連結通路７４の長さを示しており、参照符号Ｓは連結通路７４の断面積を示しており、参照符号Ｖは、レゾネータ７０の内部空間７６の容積を示している。ケーシング５０の流入口６６から流入した空気は、連通口７０ａから連結通路７４を介してレゾネータ７０の内部空間７６に到達する。レゾネータ７０の内部空間７６に音波が流入するときに、音波エネルギーを摩擦による熱エネルギーに変換することで、吸気音が低減される。なお、図５においては、内壁６０の図示を省略している。

（効果）
エアクリーナ１０のケーシング５０内を空気が流通する際には、ケーシング５０の流入口６６から流出口６８に向かって空気が流れる。本実施例のエアクリーナ１０では、ケーシング５０を平面視したときに、空気の流入口６６と流出口６８とを結ぶ範囲Ｒ１に跨るとともに、ケーシング５０の上面５３ａから下面５３ｂまで伸びる内壁６０が設けられている。したがって、流入口６６からケーシング５０内に流入した空気は、流入口６６から流出口６８までの最短距離を通らずに、図６の矢印１００（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）に示すように、内壁６０に沿って迂回して流出口６８まで到達する。仮に内壁６０が存在しない場合、吸気部５１から流入する空気は、流入口６６から流出口６８までの最短距離を通過するため、ケーシング５０の内部空間８２までの空気の通路長が距離Ｌ１となる。これに対し、本実施例では、内壁６０を備えているため、空気が吸気部５１を介して流出口６８に達するまでに、矢印１００ａ及び１００ｂで示す通路を通る。したがって、ケーシング５０の内部空間８２までの実質的な通路長が、距離Ｌ１＋Ｌ２となる。すなわち、距離Ｌ１に加えてケーシング５０の内部空間８２の一部（距離Ｌ２）を実質的な空気の通路として機能させることができる。このため、従来のエアクリーナから体格を変更することなく、空気の通路長（すなわち、距離Ｌ１＋Ｌ２）を長く確保することができ、吸気音を抑制することができる。

また、本実施例では、エレメント５２が、ケーシング５０を平面視したときに、流出口６８の周囲を一巡するように配置されている。このため、エレメント５２の面積を効率良く確保することができるとともに、エレメント５２の形状や構造が比較的簡易であり、エレメント５２の配置やメンテナンスを容易に行うことができる。

また、本実施例では、ケーシング５０を平面視したときに、レゾネータ７０がケーシング５０の外周縁よりも内側に配置されている。このため、ケーシング５０とレゾネータ７０を一体化して設計することができ、エアクリーナ１０の設置に要するスペースをコンパクト化することができる。

また、本実施例では、レゾネータ７０の連通口７０ａが、内壁６０とケーシング５０の側面５３ｃに挟まれた範囲Ｒ２を除く範囲に形成されている。ここで、レゾネータ７０により低減可能な音の周波数ｆは、ｆ＝Ｃ（Ｓ／ＶＬ）^０．５によって定義されることが知られている（Ｃは定数）。レゾネータ７０の内部空間７６の容積Ｖ、連結通路７４の長さＬ、及び連結通路７４の断面積Ｓは、隔壁７２の高さや長さを変更することによって調節することができる。また、ケーシング５０内で発生する吸気音の周波数は、内壁６０の長さや位置を変更することによって調節することができる。すなわち、吸気音の周波数と、レゾネータ７０により低減可能な音の周波数ｆとを、任意の値に設定することができる。したがって、本実施例では、ケーシング５０内で発生する吸気音の周波数と、レゾネータ７０により低減可能な音の周波数とを容易に一致させることができる。

また、本実施例では、スロットル６２が、ケーシング５０の上面５３ａに設けられている。このため、スロットル６２の組み付けや交換を容易に行うことができる。

また、本実施例では、ケーシング５０が円筒形状を有している。このため、流入口６６から流入した空気が、ケーシング５０の側面５３ｃに沿って流通し易い。したがって、空気がケーシング５０内を効率良く流れることができる。

以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上述した実施例の変形例を以下に列挙する。

（変形例）
ケーシング５０を平面視したときに、流出口６８をエレメント５２及び内壁６０によって包囲してもよい。例えば、図７に示すように、外周側に位置するエレメント５２ｂと内壁６０とを接続し、第１エレメント５２ａと、第２エレメント５２ｂ及び内壁６０とによって流出口６８を包囲するように構成してもよい。このような構成では、ケーシング５０の体格（平面視したときの半径）をより小さくすることができる。

また、スロットルの弁は、ポペットバルブ６４に限られない。例えば、図８に示すように、バタフライバルブを備えるスロットル１１０を適用してもよい。この場合、例えば、図８に示すように、流出口６８を覆うようにエレメント１５０を設けてもよい。

また、レゾネータ７０の連通口７０ａは、範囲Ｒ２内に形成されてもよい。このように構成した場合であっても、内壁６０によって空気の通路長（すなわち、距離Ｌ２）の長さを調節することにより、レゾネータ７０により低減可能な音の周波数を、吸気音の周波数に適宜一致させることができる。

また、流入口６６は、ケーシング５０の側面５３ｃではなく、ケーシング５０の上面５３ａや下面５３ｂに設けられてもよい。このように構成した場合であっても、流入口６６と流出口６８とを結ぶ範囲に跨る内壁６０を配置することにより、空気の通路長を確保することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１：吸気システム、２：エンジン、６：排気管、１０：エアクリーナ、５０：ケーシング、５０ａ：上側ケーシング、５０ｂ：下側ケーシング、５１：吸気部、５２：エレメント、５２ａ：第１エレメント、５２ｂ：第２エレメント、５３ａ：上面、５３ｂ：下面、５３ｃ：側面、５４：支持部材、５６：ボルト、５８：Ｏリング、６０：内壁、６２：スロットル、６４：ポペットバルブ、６６：流入口、６８：流出口、７０：レゾネータ、７０ａ：連通口、７２：隔壁、８０：吸気通路、８２：内部空間

Claims (7)

1. 内燃機関に供給される空気が流れる吸気通路に配置されるエアクリーナであって、
   上面と下面と側面とを有するケーシングと、
   前記ケーシング内に配置されたエレメントと、
   前記ケーシングに設けられた前記空気の流入口と、
   前記ケーシングの前記下面に設けられた前記空気の流出口と、
   前記ケーシング内に配置されており、前記ケーシングを平面視したときに、前記流入口と前記流出口とを結ぶ範囲に跨って配置されており、前記上面から前記下面まで伸びる内壁と、
   を備える、エアクリーナ。
2. 前記流出口は、前記ケーシングを平面視したときに、前記エレメント及び前記内壁によって包囲されている、請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記エレメントは、前記ケーシングを平面視したときに、前記流出口の周囲を一巡するように配置されており、
   前記内壁は、前記エレメントよりも前記流入口に近接して配置されている、請求項１に記載のエアクリーナ。
4. 前記ケーシングの外側に設けられたレゾネータをさらに備えており、
   前記ケーシングを平面視したときに、前記レゾネータが前記ケーシングの外周縁よりも内側に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のエアクリーナ。
5. 前記ケーシングを平面視したときに、前記ケーシングの内部と前記レゾネータの内部を連通する連通口が、前記内壁と前記側面に挟まれた範囲を除く範囲内に形成されている、請求項４に記載のエアクリーナ。
6. 前記ケーシングの前記上面に設けられており、前記流出口を開閉して前記内燃機関に供給される前記空気の流量を変化させるスロットルをさらに備えており、
   前記スロットルは、前記ケーシングの内部で前記流出口を開閉するポペットバルブを備えている、請求項１～５のいずれか一項に記載のエアクリーナ。
7. 前記ケーシングは、円筒形状を有している、請求項１～６のいずれか一項に記載のエアクリーナ。
   

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