JP6144599B2 - エアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、エアクリーナに関する。

通常、車両等のエンジンでは、吸入する空気中の異物を除去するためにエアクリーナを備えている。また、エアクリーナによって異物が取り除かれた空気をエンジンに供給するダクト（以下「排出ダクト」という）には、エンジンの吸入空気量を検出するエアフロメータが取り付けられることが多い。

ところで、車両を設計する際に、エンジンルーム内のレイアウト上の制約からエアクリーナをより小型化することが要求されることがある。そこで、エアクリーナを小型化するために、例えば、エアフロメータが組み付けられた排出ダクトをエアクリーナケースの容積部分に突き出させた構造とすることが考えられる。しかし、このような構造とした場合、吸気の流れに乱れが生じ、エアフロメータの検出値がばらつくことがある。

ここで、特許文献１には、吸気中の異物を除去するクリーナエレメントを収容するクリーナケースと、その上流側端部がクリーナケース内に突出し、かつクリーナケース内の吸気流れと交差する方向に接続された出口管（排出ダクト）とを備えるエアクリーナが開示されている。上記出口管は、流量計（エアフロメータ）の取付部が設けられている管部と、管部の上流側端部に接続され、エアクリーナケース内に開口し、エアクリーナケース内の吸気流れを凹曲面に沿って管部に案内する案内部とを備えている。このエアクリーナによれば、凹曲面がエアクリーナケース内の吸気流れを受ける位置に設けられていることにより、流量計に向かう吸気流れの乱れが小さくなるため、流量の変化に対する流量計の出力変動幅が小さくなる。これにより、吸気流量を高精度に測定することができる。

特開平１１−２２９９７９号公報

しかしながら、上述した特許文献１記載のエアクリーナの構成では、例えば、エアフィルタエレメントと出口管（排出ダクト）との隙間がより狭くなった場合などに、流量計（エアフロメータ）の検出値のばらつきを十分に抑えることができないことがある。また、特に、低流量の領域において、検出値のばらつきが顕著になることがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、エンジンの吸気側に連通する排出ダクトがエアクリーナケース内に突出して配設されたエアクリーナにおいて、空気の流量に関わらず、エアフロメータの検出値がばらつくことを抑制することが可能なエアクリーナを提供することを目的とする。

本発明者は、上記の問題点につき鋭意検討を重ねた結果、例えばエアフロメータが組み付けられた排出ダクトがエアクリーナケースの容積部分に突き出ている構造とした場合、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間から流れ出し、排出ダクトの開口端部（吸出口）付近でＵターンして該開口端部に流れ込む空気の流れが生じることにより、該開口端部近傍で剥離が発生することと、吸入ダクトから排気ダクトへ直接的に流れ込む比較的速い流れと、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間を通る比較的遅い流れがミキシングされる際に空気の流れが不安定になり（すなわち流速が不均一で空気流れの強弱ムラが大きくなり）、その結果、エアフロメータの検出値（出力値）がばらつくとの知見を得た。また、本発明者は、高流量領域では、吸入ダクトから排出ダクトへの直接的な流れが支配的となるため、エアフロメータの出力値のばらつきは、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間の流れの影響が大きくなる低流量領域で顕著になるとの知見を得た。

そこで、本発明に係るエアクリーナは、内部に設けられたエアクリーナエレメントを通過する空気の流れと交差するように配設され、吸入空気量を検出するエアフロメータが取り付けられる排出ダクトを備えるエアクリーナであって、エアクリーナエレメントを通過した後、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間を、排出ダクトの軸線方向に流れる空気と交わる方向に延び、かつ、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの隙間を狭めるようにエアクリーナエレメントに対して略垂直に立ち上がるように設けられた第１整流プレートと、第１整流プレートと略平行に、かつ、第１整流プレートよりも排出ダクトの開口端部側の位置に、エアクリーナエレメントと対向するエアクリーナケースの内面からエアクリーナエレメントに向けて伸びるように形成された第２整流プレートとを備えることを特徴とする。

本発明に係るエアクリーナによれば、第１整流プレート及び第２整流プレートを通過する際の縮流効果により流速が増加することで、エアクリーナエレメントを通過し、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間を流れる空気が整流され、かつ、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間から流れ出た空気がエアクリーナケース内で大きく弧を描いて排出ダクトの開口端部（吸出口）に流れ込む。そのため、排出ダクトの開口端部近傍において剥離渦が発生することが抑制される。また、第１整流プレート及び第２整流プレートにより、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの隙間が狭められることによって空気の流速が上がり、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間を流れることなく排出ダクトの開口端部に直接的に流れ込む比較的速い流れとの速度差が小さくなり（又は無くなり）、流速が均一になる（すなわち空気流れの強弱ムラが小さくなる）。その結果、空気の流量に関わらず全領域において、エアフロメータの検出値のばらつきを抑制することが可能となる（出力値を安定させることができる）。

本発明に係るエアクリーナは、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間に配設され、燃料蒸気を吸着する燃料吸着フィルタをさらに備え、第１整流プレートが、燃料吸着フィルタと排出ダクトとの間に設けられていることが好ましい。

このようにすれば、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間に燃料吸着シートが介装され、排出ダクトとの間の空気が流れる隙間がより狭くなった場合であっても、エアフロメータの検出値のばらつきを抑制することができる。

本発明に係るエアクリーナでは、軸線がエアクリーナエレメントと略平行となるように、かつ、開口端部がエアクリーナケース内に突出するように排出ダクトが設けられていることが好ましい。

このようにすれば、エアクリーナをよりコンパクトにすることができる。また、エアクリーナをよりコンパクトにしたとしても、エアフロメータの検出値のばらつきを抑制することができる。

本発明に係るエアクリーナでは、第１整流プレート、及び第２整流プレートそれぞれの端部が、排出ダクトの軸線方向から見た場合に、エアクリーナエレメントの主面と略平行になるように設けられていることが好ましい。

このようにすれば、第１整流プレートと第２整流プレートとにより、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間を流れる空気を効率よく整流することができる。また、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間からエアクリーナケース内に流れ出た空気がより大きな円を描いて排出ダクトの開口端部に流れ込むようになるため、開口端部近傍での剥離の発生を効果的に抑えることが可能となる。

本発明に係るエアクリーナでは、第１整流プレートが、排出ダクトの外周部に沿って、当該外周部と所定の間隔を空けて配設されていることが好ましい。

このようにすれば、第１整流プレートと排出ダクトの外周部との間の距離を適切かつ一定に保つことができるため、エアクリーナエレメントと排出ダクトとの間を流れる空気をより効率よく整流することが可能となる。

本発明によれば、エンジンの吸気側に連通する排出ダクトがエアクリーナケース内に突出して配設されたエアクリーナにおいて、空気の流量に関わらず、エアフロメータの検出値がばらつくことを抑制することが可能となる。

実施形態に係るエアクリーナの構成を示す斜視図（透視図）である。 実施形態に係るエアクリーナの正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。 第１整流プレートがある場合の空気の流れの解析結果を示す図である。 第１整流プレートがない場合の空気の流れの解析結果を示す図である。 第１整流プレートがある場合のエアフロメータの出力結果を示す図である。 第１整流プレートがない場合のエアフロメータの出力結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１〜図４を併せて用いて、実施形態に係るエアクリーナ１の構成について説明する。ここで、図１は、エアクリーナ１の構成を示す斜視図（透視図）である。また、図２は、エアクリーナ１の正面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図であり、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。

エアクリーナ１は、エンジンが吸入する空気中の異物（塵埃）を捕捉して除去するための濾過装置である。エアクリーナ１は、主として、エアクリーナケース１０と、エアクリーナエレメント２０と、燃料吸着フィルタ３０とを備えて構成されている。エアクリーナケース１０は、上下方向に２分割されており、上側の部分であるアッパケース１０ａと、下側の部分であるロワケース１０ｂとを有している。アッパケース１０ａおよびロワケース１０ｂは、それぞれの開口部において互いに接合され、クランプにより着脱可能に結合されている。

アッパケース１０ａとロワケース１０ｂとの間には、山部と谷部とを連続させたプリーツ状のフィルタが直方体状に収められたエアクリーナエレメント２０が、吸入ダクト１１から排出ダクト４０に至るエア流路と交差するように配設されている。そして、このエアクリーナエレメント２０により、エンジンに吸入される空気が濾過されて、吸入空気中に含まれる塵埃（異物）等が捕捉されて除去される。なお、本明細書中では、プリーツ状のフィルタの複数の山部のピーク（又は谷部のピーク）を含む面を、エアクリーナエレメント２０の主面とする。

エアクリーナエレメント２０に対してエア流の下流側（すなわちエアクリーナエレメント２０と排出ダクト４０との間）に位置するように、燃料吸着フィルタ３０が、エアクリーナエレメント２０と平行に（すなわち上記エア流路と交差するように）取り付けられている。燃料吸着フィルタ３０は、例えば活性炭などの燃料吸着材を含んだシート状のフィルタであり、エンジンの吸気系から漏れ出す燃料蒸気を吸着する。

ロワケース１０ｂの側壁には、外部からの空気を吸入するための管状の吸入ダクト１１が一体的に形成されている。また、アッパケース１０ａには、エンジンの吸気側に連通する管状の排出ダクト４０が一体的に形成されている。

排出ダクト４０は、その軸線が、エアクリーナエレメント２０及び燃料吸着フィルタ３０（以下、「エアクリーナエレメント２０等」という）の主面と平行となるように、すなわち、エアクリーナエレメント２０等を通過する空気の流れと略直角に交差するように、かつ、開口端部（ベルマウス部）がエアクリーナケース１０（アッパケース１０ａ）内に突出するように設けられている。そのため、吸入ダクト１１から吸い込まれ、エアクリーナエレメント２０等を通過した空気の一部は、直接的に排出ダクト４０に流れ込み、他の一部（残りの空気）は、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０の外周部との間（隙間）を排出ダクト４０の軸線方向に流れ、当該隙間からエアクリーナケース１０内に流れ出した後、排出ダクト４０の開口端部に流れ込む。なお、排気ダクト４０の開口端部はファンネル状に形成されている。

排出ダクト４０の開口端部付近には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ５０が取り付けられている。本実施形態では、エアフロメータ５０として、発熱体を空気の流れの中に置き、奪われる熱量から空気量を求めるホットワイヤ式のエアフロメータを用いた。

排出ダクト４０とエアクリーナエレメント２０等との間には、第１整流プレート６０が配設されている。より具体的には、第１整流プレート６０は、エアクリーナエレメント２０等を通過した後、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間を排出ダクト４０の軸線方向に流れる空気と略直交する方向に延び、かつ、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との隙間を狭めるようにエアクリーナエレメント２０等に対して略垂直に立ち上がるように設けられている（垂設されている）。また、第１整流プレート６０は、その端部が、排出ダクト４０の外周部に沿って、当該外周部と所定の間隔を空けて配設可能なように形成されている。なお、第１整流プレート６０は、強度を確保するため、断面がＬ字状に形成されていることが好ましい。

第２整流プレート７０は、第１整流プレート６０と略平行（すなわち排出ダクト４０の軸線と略直交する方向）に、かつ、第１整流プレート６０よりも排出ダクト４０の開口端部側の位置に、エアクリーナケース１０（アッパケース１０ａ）のエアクリーナエレメント２０等と対向する内面からエアクリーナエレメント２０等に向けて伸びるように形成されている。また、第１整流プレート６０及び第２整流プレート７０は、排出ダクト４０の軸線方向から見た場合に、それぞれの端部が、エアクリーナエレメント２０等の主面と平行に、かつ互いに若干重なる（オーバーラップする）ように設けられている。なお、第２整流プレート７０は、エアクリーナケース１０を射出形成により製造する際に一体形成される。

上述したように構成されることにより、吸入ダクト１１から吸い込まれ、エアクリーナエレメント２０等を通過した後、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間を通る空気は、図３に実線矢印で示されるように、第１整流プレート６０及び第２整流プレート７０を通過する際の縮流効果により流速が増加される。そのため、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間から流れ出る空気は、整流され、エアクリーナケース１０内で大きく弧を描いて排出ダクト４０の開口端部に流れ込む。そのため、排出ダクト４０の開口端部近傍における空気剥離による乱流の発生が抑制される。

また、第１整流プレート６０及び第２整流プレート７０により、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との隙間が狭められることによって流速が上がるため、吸入ダクト１１から排出ダクト４０の開口端部に直接的に流れ込む比較的速い流れとの速度差が小さくなり（又は無くなり）、流速が均一になる（すなわち空気流れの強弱ムラが小さくなる）。

続いて、第１、第２整流プレート６０，７０によるエアフロメータ５０の検出値ばらつきに対する抑制効果を確認するために、第１整流プレート６０の有無によるエアクリーナ１内の空気の流れの違い、及び、エアフロメータ５０の出力値ばらつきの違いの解析を行った。その解析結果を図５〜図８に示す。ここで、図５は、第１整流プレート６０がある場合の空気の流れを示す図である。また、図７は、第１整流プレート６０がある場合のエアフロメータ５０の出力結果を示す図である。一方、図６は、第１整流プレート６０がない場合の空気の流れを示す図である。また、図８は、第１整流プレート６０がない場合のエアフロメータ５０の出力結果を示す図である。なお、第２整流プレート７０はエアクリーナケース１０（アッパケース１０ａ）と一体的に形成されているため、双方とも有している状態で比較を行った。

まず、図６，８を併せて用いて、第１整流プレート６０がない場合の解析結果について説明する。図６に示されるように、第１整流プレート６０がない場合、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間から流れてきた空気は、排出ダクト４０の開口端部近くで大きく変向してＵターンするように開口端部に流れ込む。このような流れの場合、排出ダクト４０の開口端部近傍で剥離が生じ易くなる。また、空気の流れが遅くなるため、吸入ダクト１１から排出ダクト４０の開口端部に直接的に流れ込む比較的速い流れとミキシングされることにより、空気の流れが不安定になる（すなわち、流速が不均一で空気流れの強弱ムラが大きくなる）。

その結果、図８に示されるように、エアフロメータ５０の出力値（検出結果）が大きくばらつく。特に、ばらつきは低流量領域で顕著になる。これは、高流量領域では、吸入ダクト１１から排出ダクト４０の開口端部に直接的に流れ込む速い流れが支配的になるためと考えられる。

次に、図５，７を併せて用いて、第１整流プレート６０がある場合の解析結果について説明する。図５に示されるように、第１整流プレート６０がある場合には、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間を通る空気が、第１整流プレート６０を通過する際の縮流効果により流速が増加されることで、第１整流プレート６０がない場合と比較して、大きく弧を描いて排出ダクト４０の開口端部に流れ込む。それにより、排出ダクト４０の開口端部近傍における空気剥離による乱流の発生が抑制されることが確認された。また、第１整流プレート６０により、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との隙間が狭められることによって流速が上がるため、吸入ダクト１１から排出ダクト４０の開口端部に直接的に流れ込む比較的速い流れとの速度差が小さくなり（又は無くなり）、流速が均一になる（すなわち空気流れの強弱ムラが小さくなる）。

その結果、図７に示されるように、全領域において、エアフロメータ５０の出力値（検出結果）のばらつきを抑制できる（すなわち出力値を安定させることができる）ことが確認された。

以上、説明したように、本実施形態によれば、第１整流プレート６０及び第２整流プレート７０を通過する際の縮流効果により流速が増加することで、エアクリーナエレメント２０等を通過し、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間を流れる空気が整流され、かつ、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間から流れ出た空気がエアクリーナケース１０内で大きく弧を描いて排出ダクト４０の開口端部に流れ込む。そのため、排出ダクト４０の開口端部近傍における剥離渦の発生が抑制される。また、第１整流プレート６０及び第２整流プレート７０により、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との隙間が狭められることによって空気の流速が上がり、吸入ダクト１１から排出ダクト４０の開口端部に直接的に流れ込む比較的速い流れとの速度差が小さくなり（又は無くなり）、流速が均一になる（すなわち空気流れの強弱ムラが小さくなる）。その結果、空気の流量に関わらず全領域において、エアフロメータ５０の出力値のばらつきを抑制することが可能となる。

また、本実施形態によれば、エアクリーナエレメント２０と排出ダクト４０との間に燃料吸着シート３０が介装され、排出ダクト４０との間の隙間がより狭くなるような場合であっても、エアフロメータ５０の検出値のばらつきを抑制することができる。

本実施形態によれば、軸線がエアクリーナエレメント２０等の主面と略平行となるように、かつ、開口端部がエアクリーナケース１０内に突出するように排出ダクト４０が設けられているため、エアクリーナ１をよりコンパクトにすることができる。また、エアクリーナ１をよりコンパクトにしたとしても、エアフロメータ５０の検出値がばらつくことを抑制することができる。

本実施形態よれば、第１整流プレート６０及び第２整流プレート７０それぞれの端部が、排出ダクト４０の軸線方向から見た場合に、エアクリーナエレメント２０等の主面と平行に、かつ互いに若干重なるように設けられているため、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間を流れる空気を効率よく整流することができる。また、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間からエアクリーナケース１０内に流れ出た空気がより大きな円を描いて排出ダクトの開口端部に流れ込むようになるため、開口端部近傍での剥離の発生を効果的に抑えることが可能となる。

また、本実施形態よれば、第１整流プレート６０が、排出ダクト４０の外周部に沿って、当該外周部と所定の間隔を空けて配設されているため、第１整流プレート６０と排出ダクト４０の外周部との間の距離を適切かつ一定に保つことができる。そのため、エアクリーナエレメント２０等と排出ダクト４０との間を流れる空気をより効率よく整流することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、エアフロメータ５０として、ホットワイヤ式のものを例にして説明したが、エアフロメータ５０は、ホットワイヤ式のものには限られない。

１ エアクリーナ
１０ エアクリーナケース
１０ａ アッパケース
１０ｂ ロワケース
１１ 吸入ダクト
２０ エアクリーナエレメント
３０ 燃料吸着フィルタ
４０ 排出ダクト
５０ エアフロメータ
６０ 第１整流プレート
７０ 第２整流プレート

Claims (5)

1. 内部に設けられたエアクリーナエレメントを通過する空気の流れと交差するように配設され、吸入空気量を検出するエアフロメータが取り付けられる排出ダクトを備えるエアクリーナであって、
   前記エアクリーナエレメントを通過した後、前記エアクリーナエレメントと前記排出ダクトとの間を、前記排出ダクトの軸線方向に流れる空気と交わる方向に延び、かつ、前記エアクリーナエレメントと前記排出ダクトとの隙間を狭めるように前記エアクリーナエレメントに対して略垂直に立ち上がるように設けられた第１整流プレートと、
   前記第１整流プレートと略平行に、かつ、前記第１整流プレートよりも前記排出ダクトの開口端部側の位置に、前記エアクリーナエレメントと対向するエアクリーナケースの内面から前記エアクリーナエレメントに向けて伸びるように形成された第２整流プレートと、を備えることを特徴とするエアクリーナ。
2. 前記エアクリーナエレメントと前記排出ダクトとの間に配設され、燃料蒸気を吸着する燃料吸着フィルタをさらに備え、
   前記第１整流プレートは、前記燃料吸着フィルタと前記排出ダクトとの間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記排出ダクトは、軸線が前記エアクリーナエレメントの主面と略平行となるように、かつ、開口端部が前記エアクリーナケース内に突出するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエアクリーナ。
4. 前記第１整流プレート、及び前記第２整流プレートは、前記排出ダクトの軸線方向から見た場合に、それぞれの端部が、前記エアクリーナエレメントの主面と略平行になるように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエアクリーナ。
5. 前記第１整流プレートは、前記排出ダクトの外周部に沿って、当該外周部と所定の間隔を空けて配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエアクリーナ。
   

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