JP5998993B2 - エアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに吸引される空気を濾過するためのエアクリーナに関する。

エアクリーナには、ダストの捕捉性能に優れることが要求される。一方で、エンジンの出力向上のためには吸気に伴い生ずる抵抗（吸気抵抗）を低減する必要があり、エアクリーナには通気抵抗の低減が求められている。

そこで、例えば特許文献１に記載されたエアクリーナでは、フィルタエレメントの襞を構成する襞片が、インレットからハウジングに流入される空気の流れに沿うように形成されている。表現を変えると、インレットは、ハウジングにおいて襞の稜線に沿う方向に空気を流入させることのできる位置に設けられている。

そのため、上記エアクリーナによると、インレットからハウジング内に流入した空気は襞片に垂直に衝突せず、その襞片に沿って流れる。そして、空気は、流れの方向を大きく変えることなく襞片を通過する。その結果、エアクリーナの通気抵抗が小さく、エンジンの吸気抵抗が抑えられ、エンジンの出力向上が図られる。

実開昭５９−１０７９６７号公報

ところが、特許文献１に記載されたエアクリーナでは、襞の稜線に沿う方向に空気を流入させることのできるインレットの位置は限られている。そのため、ハウジングにおけるインレットの位置が制限されて、ハウジングの設計やエアクリーナのエンジンルーム内への組込み姿勢等における自由度が阻害されることがある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ハウジングにおけるインレットの位置が制限されにくく、設計等の自由度が高いエアクリーナを提供することにある。

上記課題を解決するエアクリーナは、シート状の濾材を襞折りすることにより形成されたフィルタエレメントをハウジング内に配置し、前記ハウジングの壁部のインレットを通じて前記ハウジングに流入する空気を前記フィルタエレメントで濾過し、前記ハウジングの壁部のアウトレットから濾過後の空気を流出させるようにしたエアクリーナであり、前記ハウジングの壁部は、前記フィルタエレメントの襞の稜線に沿う方向についての両側で相対向する一対の対向壁部を有しており、前記ハウジング内であって、前記インレットと前記フィルタエレメントとの間には、少なくとも前記稜線に沿って延び、一方の前記対向壁部との間に間隙部を形成するとともに、前記間隙部を通過した空気を他方の前記対向壁部側へ導くガイド片が設けられている。

上記の構成によれば、ハウジングの外部の空気は、インレットを通じてハウジング内のガイド片よりも上流側の空間に流入する。この空気は、ガイド片と一方の対向壁部との間の間隙部を通過する。間隙部を通過してガイド片とフィルタエレメントとの間の空間に流入した空気の一部は、ガイド片のフィルタエレメント側の面に沿って他方の対向壁部に向けて流れる。この空気の流れる方向は、フィルタエレメントの襞の稜線に沿う方向である。この空気は、稜線に沿って流れる過程で、襞を構成する襞片に対し、大きく流れの方向を変えることなく同襞片を通過する。空気が襞片を通過する際の抵抗は、空気が襞片を垂直に通過する際の抵抗よりも小さい。そして、上記のように襞片を通過する際に、空気中のダストが襞片に捕捉される。濾過により清浄になった空気は、ハウジング内のフィルタエレメントよりも下流側の空間を流れ、アウトレットを通じてハウジングの外部へ流出される。

上記のように、空気は、ハウジング内のフィルタエレメントよりも上流に設けられたガイド片によって襞の稜線に沿う方向に流れ方向を変えられる。空気は、インレットによって襞の稜線に沿う方向に流れ方向を変えられるわけではない。従って、ハウジングにおけるインレットの位置は制限されにくい。

上記エアクリーナによれば、ハウジングにおけるインレットの位置を制限されにくくし、設計等の自由度を高めることができる。

エアクリーナの一実施形態を示す図であり、（ａ）はエアクリーナの一部を破断して示す部分斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す部分斜視図。 一実施形態におけるエアクリーナの断面図。 比較例を示す図であり、（ａ）はエアクリーナの断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す部分断面図。 エアクリーナにおけるカーボンダスト供給量と圧力損失との関係を、実施形態及び比較例について示すグラフ。 ガイド片の変形例を示す部分斜視図。

以下、エアクリーナの一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態のエアクリーナは、車載エンジンの吸気通路に設けられて、吸気通路を通じてエンジンに吸引される空気を濾過するためのものである。濾過の対象となるダストには、一般的に空気中に浮遊している、比較的粒径の大きな塵埃のほか、自動車の排気に含まれるカーボンダストのような粒径の比較的小さな塵埃も含まれる。

図１（ａ）及び図２に示すように、エアクリーナ１０の外殻部分は、合成樹脂製のハウジング１１によって構成されている。ハウジング１１は、ケース１５と、ケース１５の上側に配置されるキャップ１６とを備えている。ケース１５には、ダストを含んだ空気をハウジング１１内に流入させるための管状のインレット１７が突設されている。キャップ１６には、ハウジング１１内の空気を流出させるための管状のアウトレット１８が突設されている。これらのインレット１７、ハウジング１１の内部空間及びアウトレット１８によって、エアクリーナ１０における空気の流路が形成されている。インレット１７には、大気に開放されたインレットダクトが接続されるとともに、アウトレット１８には、エンジンの吸気側との間に位置するアウトレットダクトが接続される。本実施形態のエアクリーナでは、空気の流路においてインレット１７に向かう側を上流側といい、アウトレット１８に向かう側を下流側というものとする。

ハウジング１１内であって、上記インレット１７とアウトレット１８との間にはフィルタエレメント２１が配置されている。フィルタエレメント２１の主要部は、濾紙からなるシート状の濾材２２を襞折りすることにより形成されている。すなわち、フィルタエレメント２１では、シート状の濾材２２が、一定幅ずつ交互に折り方向を変えながら折り返されている。ここで、襞折りされた濾材２２において、隣り合う折り線によって挟まれた箇所を襞片２３という。また、隣り合う襞片２３間の折り線を襞の稜線Ｌ１というものとする。濾材２２の稜線Ｌ１に沿う方向についての両端は閉塞されている。

襞折りされた濾材２２の周縁部には、ゴム等の弾性材よりなるシール２４が濾材２２を取り囲んだ状態で取付けられている。上記フィルタエレメント２１は、シール２４においてケース１５及びキャップ１６によって上下両側から挟み込まれている。

ここで、ハウジング１１の壁部のうち、襞の稜線Ｌ１に沿う方向についての両側で相対向するものを第１対向壁部１２及び第２対向壁部１３というものとする。また、襞片２３の配列方向についての両側で相対向するものを側壁部１４というものとする。本実施形態では、第１対向壁部１２にインレット１７が設けられ、一方の側壁部１４にアウトレット１８が設けられている。

ハウジング１１内であって、インレット１７とフィルタエレメント２１との間にはガイド片２５が設けられている。ガイド片２５は、上記稜線Ｌ１に沿い、かつ第２対向壁部１３に接近した箇所まで延び、第２対向壁部１３との間に間隙部２６を形成している。本実施形態では、ガイド片２５は、ケース１５の第１対向壁部１２から第２対向壁部１３に向けて突設されており、ケース１５と一体となっている。ガイド片２５の内部は中空となっている。ガイド片２５と第２対向壁部１３との間隔を間隙部２６の幅とすると、この幅は、襞の折り方向（襞片２３の配列方向）について均一に設定されている。また、ガイド片２５は、両側壁部１４に対しては接触又は接近している。このガイド片２５は、上記間隙部２６を通過した空気を、第１対向壁部１２側へ導くためのものである。ガイド片２５のフィルタエレメント２１側の面２５ａは、上記間隙部２６から遠ざかるに従いフィルタエレメント２１に近づくように傾斜している。

さらに、ハウジング１１内のガイド片２５とインレット１７との間であり、同ガイド片２５とケース１５の底壁部１９との間には消音用の空気室２７が形成されている。
次に、上記のように構成された本実施形態のエアクリーナ１０の作用について説明する。

図１（ａ）及び図２に示すように、ハウジング１１の外部のダストを含んだ空気は、インレット１７を通じてハウジング１１内のガイド片２５よりも上流側の空間である空気室２７に流入する。この空気に含まれたダストは、空気がフィルタエレメント２１の濾材２２を通過する際に捕捉される。ダストが捕捉されて清浄となった空気は、ハウジング１１内のフィルタエレメント２１よりも下流側の空間、及びアウトレット１８を通じてエンジンに吸引される。

ここで、仮に、図３（ａ）に示すように、ハウジング内にガイド片が設けられておらず、しかも、襞が、インレットから流入する空気の流れ方向に沿って形成されていないとする。こうした構成のエアクリーナを比較例とする。この比較例では、図３（ｂ）に示すように、空気は襞片を通過する際に、流れの方向を、襞片に対し直交する方向、又はそれに近い方向に変える。このように、空気が襞片を通過する際に、それまでとは大きく異なる方向に流れの向きを変えることで、フィルタエレメントでの通気抵抗が大きくなる。

これに対し、図１（ａ）及び図２に示すように、本実施形態では、インレット１７を通じてハウジング１１の空気室２７内に流入した上記空気は、ガイド片２５と第２対向壁部１３との間の間隙部２６を通過する。間隙部２６を通過してガイド片２５とフィルタエレメント２１との間の空間に流入した空気の大部分は、同ガイド片２５のフィルタエレメント２１側の面２５ａに沿って第１対向壁部１２に向けて流れる。この空気の流れる方向は、フィルタエレメント２１の襞の稜線Ｌ１に沿う方向とほぼ同じである。

図１（ｂ）に示すように、この空気は、稜線Ｌ１に沿って流れる過程で、襞を構成する襞片２３に対し、大きく流れの方向を変えることなく同襞片２３を通過する。図１（ｂ）中、矢印Ｂ１は襞片２３を通過する前の空気を示し、矢印Ｂ２は襞片２３を通過する際の空気を示し、矢印Ｂ３は襞片２３を通過した後の空気を示している。矢印Ｂ１，Ｂ３に示すように、空気は、襞片２３を通過する前にも通過した後にも稜線Ｌ１にほぼ沿って流れる。また、空気は、矢印Ｂ２に示すように、襞片２３を通過する際には、その直前の状態に対し僅かに流れ方向を変えるにとどまっている。なお、図１（ｂ）では、空気の流れが２系統示されている。図１（ｂ）中、手前の矢印Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、破断した状態で図示された手前の襞片２３に沿って流れて同襞片２３を通過する空気を示している。矢印Ｂ２のうち、破線と実線とが組合わされたものは、手前側の襞片２３を通過する空気を示している。すなわち、矢印Ｂ２のうち破線部分は通過直前の空気を示し、実線部分は通過直後の空気を示している。

また、図１（ｂ）中、奥側の矢印Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、破断されずに図示された奥側の襞片２３に沿って流れて同襞片２３を通過する空気を示している。
上記のように空気が襞片２３を通過する際の抵抗は、上記比較例において空気が襞片２３を垂直又はそれに近い状態で通過する際の抵抗よりも小さい。

さらに、本実施形態では、ガイド片２５のフィルタエレメント２１側の面２５ａが、間隙部２６から遠ざかるに従いフィルタエレメント２１に近づくように傾斜している。このことから、上記空気の一部は、ガイド片２５の面２５ａに沿って第１対向壁部１２側へ流れることで、フィルタエレメント２１に近づけられる。従って、間隙部２６を通過した空気の一部は、第２対向壁部１３に近い箇所だけでなく、第２対向壁部１３から遠ざかった箇所でもフィルタエレメント２１の近くで襞の稜線Ｌ１に沿って流れ、大きく流れの方向を変えることなく襞片２３を通過する。

さらに、図４は、エアクリーナ１０に流入する空気に、ダストとしてカーボンダストを供給（混入）した場合のカーボンダストの供給量（累積）と、フィルタエレメント２１により生ずる圧力損失との関係について、その傾向を示している。カーボンダスト供給量は、フィルタエレメント２１に捕捉されるカーボンダストの量に対応するとともに、フィルタエレメント２１の使用開始時からの経過時間に対応する。

図４からは、実施形態及び比較例のいずれにおいても、カーボンダスト供給量が多くなるに従い圧力損失が大きくなることが判る。また、実施形態では、圧力損失が予め定められた値αに達するまでに供給できるカーボンダストの供給量Ａ１が、比較例でのカーボンダストの供給量Ａ２よりも多くなることが判る。これは、上述したように、空気が襞片２３を通過する際の抵抗が小さくなったことによるものと考えられる。すなわち、圧力損失は、空気が襞片２３を通過する際の通気抵抗によっても、カーボンダストが堆積することによっても増大する。本実施形態では、通気抵抗が小さくなることから、通気抵抗による圧力損失が小さくなり、その分、圧力損失が値αに達するまでに堆積（供給）することのできるカーボンダストの量が多くなる。

上記のように、空気は、ハウジング１１内のフィルタエレメント２１よりも上流に設けられたガイド片２５によって襞の稜線Ｌ１に沿う方向に流れ方向を変えられる。空気は、特許文献１とは異なり、インレット１７によって襞の稜線Ｌ１に沿う方向に流れ方向を変えられるわけではない。従って、ハウジング１１におけるインレット１７の位置は制限されにくい。このことから、本実施形態では、インレット１７は第１対向壁部１２に設けられたが、ガイド片２５よりも上流側であることを条件に、ハウジング１１の他の壁部、例えば第２対向壁部１３、側壁部１４、底壁部１９等に設けられてもよい。同様の理由により、インレット１７がハウジング１１の壁部に対しなす角度（インレット１７の向き）も制限されにくい。

ところで、インレット１７を通じてエアクリーナ１０に対し、エンジンの吸気音が伝播した場合には、インレット１７が共鳴管として機能し、空気室２７が共鳴室として機能する。すなわち、インレット１７及び空気室２７がヘルムホルツの共鳴箱として機能する。そのため、インレット１７及び空気室２７は、上記音の所定周波数成分（共鳴周波数）と共鳴し、その共鳴周波数での音の音圧レベルを低減する。その結果、エンジンの吸気音が減衰される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）ハウジング１１内であって、インレット１７とフィルタエレメント２１との間には、襞の稜線Ｌ１に沿って延び、第２対向壁部１３との間に間隙部２６を形成するとともに、間隙部２６を通過した空気を第１対向壁部１２側へ導くガイド片２５を設けている。

そのため、空気の流れ方向をガイド片２５によって襞の稜線Ｌ１に沿う方向に変えることができ、ハウジング１１におけるインレット１７の位置を制限されにくくし、ハウジング１１の設計や、エアクリーナ１０のエンジンルーム内への組込み姿勢等における自由度を高めることができる。

また、空気の流れ方向を大きく変えることなく、襞片２３を通過させることで、空気が襞片２３を通過する際の抵抗を小さくすることができる。その分、圧力損失が値αに達するまでのカーボンダストの捕捉可能量を多くすることができる。

また、図３（ａ）及び（ｂ）に示す上記比較例では、カーボンダストの捕捉可能量を多くするには、フィルタエレメント２１を大型化する必要があり、それに伴いエアクリーナのコストが上昇する。これに対し、本実施形態では、上述したようにカーボンダストの捕捉可能量が多くなることから、上記比較例に比べ、フィルタエレメント２１を小型化し、コストダウンを図ることができる。

（２）ガイド片２５のフィルタエレメント２１側の面２５ａを、間隙部２６から遠ざかるに従いフィルタエレメント２１に近づくように傾斜させている。
そのため、間隙部２６から第１対向壁部１２側へ離れた箇所でも、間隙部２６を通過した空気を、襞片２３の近くで襞の稜線Ｌ１に沿って流れさせることができる。フィルタエレメント２１の稜線Ｌ１に沿う方向の広い領域において、空気が襞片２３を通過する際の抵抗を小さくすることができる。

（３）ガイド片２５をケース１５の第１対向壁部１２に一体に設けている。
そのため、ガイド片２５をハウジング１１の一部として簡単に形成することができる。特に、本実施形態ではガイド片２５及びケース１５が樹脂により形成されるが、ケース１５の成形時にガイド片２５も一緒に成形することができる。

（４）ハウジング１１のガイド片２５とインレット１７との間であり、同ガイド片２５とケース１５の底壁部１９との間に消音用の空気室２７を形成している。
そのため、インレット１７を通じてエアクリーナ１０に伝わる吸気音を、インレット１７及び空気室２７の共鳴作用により減衰することができる。

しかも、インレット１７の位置や向きに制約がほとんどないため、空気室２７の容積を自在に設計できて、所望する音域の消音効果を得ることができる。
なお、上記実施形態は、これを以下のように変更した変形例として実施することもできる。

・図５に示すように、ガイド片２５のフィルタエレメント２１側の面２５ａに、襞の稜線Ｌ１に沿う方向に延びる突状のリブ２８が設けられてもよい。このようにすると、間隙部２６を通過した空気を、面２５ａに加えリブ２８に沿って流れさせることで、その空気の流れ方向を稜線Ｌ１に沿う方向へより一層変えることが可能となる。

・ガイド片２５は第１対向壁部１２から離れた箇所に設けられてもよい。
・ガイド片２５のフィルタエレメント２１側の面２５ａが傾斜する態様は、稜線Ｌ１に沿う方向のどの箇所でも同一の角度で直線的に傾斜するもののほか、全体として、間隙部２６から遠ざかるに従い、フィルタエレメント２１に近づくように傾斜するものであれば、突状又は凹状に湾曲するものであってもよい。

・間隙部２６を通過した空気を、襞の稜線Ｌ１に沿って第１対向壁部１２側へ導くことが可能であれば、ガイド片２５の面２５ａがフィルタエレメント２１に平行に形成されてもよい。

・ガイド片２５は、ケース１５とは別部材によって構成されてもよい。この場合、ガイド片２５の内部は、中空となっていてもよいし、中実となっていてもよい。
・濾材２２としては、濾紙に代えて不織布によって形成されたものが用いられてもよい。

１０…エアクリーナ、１１…ハウジング、１２…第１対向壁部、１３…第２対向壁部、１７…インレット、１８…アウトレット、２１…フィルタエレメント、２２…濾材、２５…ガイド片、２５ａ…面、２６…間隙部、Ｌ１…稜線。

Claims (3)

1. シート状の濾材を襞折りすることにより形成されたフィルタエレメントをハウジング内に配置し、前記ハウジングの壁部のインレットを通じて前記ハウジングに流入する空気を前記フィルタエレメントで濾過し、前記ハウジングの壁部のアウトレットから濾過後の空気を流出させるようにしたエアクリーナにおいて、
   前記ハウジングの壁部は、前記フィルタエレメントの襞の稜線に沿う方向についての両側で相対向する一対の対向壁部を有しており、
   前記ハウジング内であって、前記インレットと前記フィルタエレメントとの間には、少なくとも前記稜線に沿って延び、一方の前記対向壁部との間に間隙部を形成するとともに、前記間隙部を通過した空気を他方の前記対向壁部側へ導くガイド片が設けられているエアクリーナ。
2. 前記ガイド片の前記フィルタエレメント側の面は、前記間隙部から遠ざかるに従い前記フィルタエレメントに近づくように傾斜している請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記ガイド片には、前記インレット側から前記フィルタエレメント側に貫通する孔が形成されていない請求項１又は２に記載のエアクリーナ。