JP6171948B2

JP6171948B2 - プリクリーナ

Info

Publication number: JP6171948B2
Application number: JP2014010778A
Authority: JP
Inventors: 真澄柴田; 健司池田
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: JP2015137618A

Description

本発明は、エンジンの吸気通路におけるエアクリーナのフィルタエレメントの上流側に設けられるプリクリーナに関する。

エンジンの吸気通路には、エアに含まれるダストを補足するためのエアクリーナが設けられている。また、エアクリーナのインレットにプリクリーナを設け、エアクリーナのフィルタエレメントよりも上流側においてエアに含まれるダストの一部を除去することで、フィルタエレメントの寿命を延ばすようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

こうしたプリクリーナは、円筒状のケースと、同ケースの内部に設けられ、吸引されるエア流を旋回させる旋回発生翼とが設けられている。そして、旋回発生翼によりエア流を旋回させるによってエアに含まれるダストに遠心力を作用させるとともに、ケースの周壁に接続されたダストカップによってダストを回収するようにしている。

特開２００６―２７４９４８号公報

ところで、前記プリクリーナにおいて、旋回発生翼によって旋回方向の流れを付与されたエア流は旋回しながら下流側に向けて流れることとなる。このとき、エア流の流路長が当該旋回により実質的に延長されることなどによってエア流の圧力損失が増大するといった問題が生じる。

本発明の目的は、エア流の圧力損失の増大を抑制することができるプリクリーナを提供することにある。

上記目的を達成するためのプリクリーナは、エンジンの吸気通路においてエアクリーナのフィルタエレメントよりも上流側に位置し、吸引されるエア流を旋回させる旋回発生翼を備え、前記旋回発生翼によりエア流を旋回させることによってエアに含まれるダストに遠心力を作用させる。前記旋回発生翼と前記フィルタエレメントとの間であって前記旋回発生翼が設けられた通路の中心軸線上には、前記中心軸線に沿った流れに近づくようにエア流の流れ方向を変更する直進変更翼が設けられており、前記旋回発生翼は、複数の第１羽根からなる第１羽根群を備え、前記第１羽根の各々は、その下流側端部に、前記中心軸線に対して傾斜して延びる第１傾斜部を有し、前記直進変更翼は、複数の第２羽根からなる第２羽根群を備え、前記第２羽根の各々は、前記中心軸線に沿って延びる第２平行部と、前記第２平行部の上流側の端から上流側に向けて前記中心軸線に対して傾斜して延びる第２傾斜部とを有し、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部は、前記中心軸線に対する傾斜方向が同一とされている、

同構成によれば、直進変更翼をエア流が通過する際に、エア流の流れ方向が当該旋回発生翼が設けられた通路の中心軸線に沿った流れ方向に近づけられる。このため、エア流の実質的な流路長が短縮される。

本発明によれば、エア流の圧力損失の増大を抑制することができる。

第１実施形態に係るプリクリーナが設けられたエアクリーナの断面図。同実施形態のプリクリーナの斜視断面図。同実施形態のプリクリーナの断面図。同実施形態のプリクリーナを構成する旋回発生翼の羽根群及び直進変更翼の羽根群の形状を模式的に示す断面図。第２実施形態に係るプリクリーナの斜視断面図。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図４を参照して第１実施形態について説明する。
図１に示すように、エンジンの吸気通路には、エアに含まれるダストを捕捉するためのエアクリーナ４０が設けられている。エアクリーナ４０は、上部に開口を有する下側ハウジング４１、下部に開口を有する上側ハウジング４２、及び下側ハウジング４１と上側ハウジング４２との間に設けられたフィルタエレメント４３を備えている。下側ハウジング４１の側壁には開口４１ａが形成されている。また、上側ハウジング４２の側壁には筒状のアウトレット５２が突設されており、同アウトレット５２には吸入空気量を計測するためのエアフロメータ６０が取り付けられている。

下側ハウジング４１の開口４１ａにはプリクリーナ１０のケース１１が挿入されている。従って、プリクリーナ１０がエアクリーナ４０のインレット５１を構成している。
図１〜図４に示すように、前記ケース１１は円筒状の外筒１２を備えており、同外筒１２の上流側の端には、吸引されるエア流を旋回させる旋回発生翼２０が固設されている。図２及び図３に示すように、旋回発生翼２０は、外筒１２に内嵌された短円筒状の嵌合部２２と、外筒１２の中心部に位置するコーン２１と、嵌合部２２とコーン２１との間に設けられた複数の羽根２４からなる羽根群２３とを備えている。各羽根２４は周方向において等間隔にて形成されている。図２〜図４に示すように、各羽根２４は、ケース１１の中心軸線Ｃに沿って延びる平行部２６と、平行部２６の下流側の端から下流側に向けて前記中心軸線Ｃに対して傾斜して延びる傾斜部２５と、を有している。

図１〜図４に示すように、外筒１２の内部には、外筒１２と共に二重管構造をなす内筒１３が設けられている。内筒１３の下流端は全周にわたって径方向外側に向けて延びて外筒１２に連結されている。図２及び図３に示すように、外筒１２の下部における内筒１３に対向する部位には排出筒１５が突設されている。また、二点鎖線にて示すように、排出筒１５にはダストを収容するダストカップ１６が設けられている。排出筒１５及びダストカップ１６によって排塵部１４が構成されている。なお、ダストカップ１６の底部には、車両振動によって開放されてダストを落下させる図示しない弁が設けられている。

図１〜図４に示すように、ケース１１の内部における旋回発生翼２０の下流側には、エア流の流れ方向をケース１１の中心軸線Ｃに沿った流れ方向、すなわち当該旋回の中心軸線Ｃに沿った流れに変更する直進変更翼３０が固設されている。図２〜図４に示すように、直進変更翼３０は、ケース１１の内筒１３の中心部と同内筒１３の内周面との間に設けられた複数の羽根３４からなる羽根群３３を備えている。各羽根３４はケース１１の中心軸線Ｃに沿って延びる平行部３６と、平行部３６の上流側の端から上流側に向けて前記中心軸線Ｃに対して傾斜して延びる傾斜部３５と、を有している。傾斜部３５と、旋回発生翼２０の羽根２４の傾斜部２５とは前記中心軸線Ｃに対する傾斜方向が同一とされている。各羽根３４は周方向において等間隔にて形成されている。

図２及び図３に示すように、各羽根３４の傾斜部３５の外周側の端には周方向に延びる嵌合片３５ａが形成されており、嵌合片３５ａは内筒１３の上流側の端に形成された切欠１３ａに嵌合されている。また、直進変更翼３０は、羽根群３３の中心部からケース１１の中心軸線Ｃに沿って上流側に向けて延びる軸部３１を有している。軸部３１の先端はコーン２１の内底面に当接している。従って、直進変更翼３０は旋回発生翼２０と内筒１３の上流側の端とによって挟持されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、旋回発生翼２０をエアが通過する際に、エア流が旋回され、エアに含まれるダストに遠心力が作用する。そして、ダストはエア流と共に下流側に流れるとともに、エアよりも質量の大きいダストは遠心力によって外筒１２の内部において外周側に移動し、外筒１２と内筒１３との間の空間を通じて排塵部１４に排出される。このようにしてエアに含まれるダストの一部が除去される。

ところで、エンジンの高効率にて運転する上では、プリクリーナ１０やエアクリーナ４０を通過する際のエア流の圧力損失は小さい方が好ましい。しかしながら、プリクリーナ１０において、旋回発生翼２０によって旋回方向の流れを付与されたエア流は旋回しながら下流側に向けて流れることとなる。このとき、エア流の流路長が当該旋回により実質的に延長されることなどによってエア流の圧力損失が増大するといった問題が生じる。

また、プリクリーナ１０によるダストの分離率を高めるべく、吸気通路の流路断面積を小さくするなどしてプリクリーナ１０に流入するエア流の速度を増大させることが考えられる。この場合、エア流の速度の増大に伴って旋回発生翼２０によって旋回されたエア流の速度も増大されることとなり、エアに含まれるダストに作用する遠心力が大きくなり、より多くのダストを除去することが可能となる。しかしながら、この場合、プリクリーナ１０から流れ出るエア流の流速が増大されることとなり、ダストを含むエア流が大きな運動エネルギをもったままフィルタエレメントに衝突することで同フィルタエレメント４３が摩耗するなどの背反が生じるおそれがある。

また、プリクリーナ１０が設けられている場合、エアクリーナ４０内部を流れるエア流の速度分布は、プリクリーナ１０が設けられていない場合とは異なるものとなる。そのため、アウトレット５２内部のエアフロメータ６０を通過するエア流の速度分布が異なるものとなる。従って、エアフロメータ６０の出力特性がプリクリーナ１０の有無によって異なるといった問題が生じる。

これらの点に関し、本実施形態によれば、直進変更翼３０をエア流が通過する際に、エア流の流れ方向が当該旋回の中心軸線Ｃに沿った流れ方向に変更される。このため、エア流の実質的な流路長が短縮され、エア流の圧力損失の増大を抑制することができる。

また、直進変更翼３０が設けられていない構成に比べて、プリクリーナ１０から流れ出るエア流の流速が低減される。このため、プリクリーナ１０によるダストの分離効率を高めつつも、フィルタエレメント４３に衝突する際のエア流の運動エネルギを低減することができる。従って、フィルタエレメント４３の摩耗の発生を抑制することができる。

また、エアクリーナ４０内部を流れるエア流の速度分布、ひいてはエアフロメータ６０を通過するエア流の速度分布が、プリクリーナ１０が設けられていない場合に近づけられる。従って、エアフロメータ６０の出力特性がプリクリーナ１０の有無によって異なることを抑制することができる。

以上説明した本実施形態に係るプリクリーナによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）プリクリーナ１０は、エンジンの吸気通路においてエアクリーナ４０のフィルタエレメント４３よりも上流側に位置し、吸引されるエア流を旋回させる旋回発生翼２０を備え、旋回発生翼２０によりエア流を旋回させることによってエアに含まれるダストに遠心力を作用させる。旋回発生翼２０とフィルタエレメント４３との間には、エア流の旋回の中心軸線Ｃに沿った流れに近づくようにエア流の流れ方向を変更する直進変更翼３０が設けられている。

こうした構成によれば、直進変更翼３０をエア流が通過する際に、エア流の流れ方向が当該旋回の中心軸線Ｃに沿った流れ方向に近づけられる。従って、エア流の圧力損失の増大を抑制することができる。

また上記構成によれば、エアフロメータ６０の出力特性がプリクリーナ１０の有無によって異なることを抑制することができる。
また上記構成によれば、プリクリーナ１０によるダストの分離効率を高めつつも、フィルタエレメント４３に衝突する際のエア流の運動エネルギを低減することができ、フィルタエレメント４３の摩耗の発生を抑制することができる。

（２）直進変更翼３０は、旋回発生翼２０が設けられたケース１１の中心軸線Ｃ上に設けられている。
例えばエアクリーナのハウジングの内部などのように旋回発生翼２０から離間した位置においては、エア流の流れ方向が当該位置によって異なることとなる。そのため、このように複雑な流れとなった後のエア流を整流することは難しい。

この点、上記構成によれば、直進変更翼３０が旋回発生翼２０が設けられたケース１１の中心軸線Ｃ上に設けられているため、流れが複雑になる前のエア流を直進変更翼３０によって整流することが容易にできる。

（３）プリクリーナ１０は、エアクリーナ４０の下側ハウジング４１に接続される筒状のケース１１を備え、旋回発生翼２０及び直進変更翼３０はケース１１の内部に設けられている。

こうした構成によれば、旋回発生翼２０が設けられたケース１１の中心軸線Ｃ上に直進変更翼３０を設けることが容易にできる。
（４）直進変更翼３０は、ケース１１の中心部と同ケース１１の内周面との間に設けられた複数の羽根３４からなる羽根群３３を備え、各羽根３４はケース１１の中心軸線Ｃに沿って延びる平行部３６を有している。

こうした構成によれば、羽根群３３を構成する各羽根３４の平行部３６によってエア流の流れ方向がケース１１の中心軸線Ｃに沿った流れ方向に近づくように変更される。従って、直進変更翼３０を容易に具現化することができる。

（５）羽根３４の各々は、平行部３６の上流側の端から上流側に向けてケース１１の中心軸線Ｃに対して傾斜して延びる傾斜部３５を有している。
こうした構成によれば、エア流が傾斜部３５に沿って流れることで平行部３６に案内されることとなる。従って、エア流の流れ方向をケース１１の中心軸線Ｃに沿った流れ方向に近づくように円滑に変更することができる。

（６）ケース１１は、外筒１２と、外筒１２と共に二重管構造をなす内筒１３と、外筒１２と内筒１３との間の空間を通じてダストを排出する排塵部１４とを備えている。直進変更翼３０は旋回発生翼２０と内筒１３の上流側の端とによって挟持されている。

こうした構成によれば、プリクリーナ１０のケース１１とは別体にて形成された直進変更翼３０を旋回発生翼２０と内筒１３の上流側の端とによって挟持させることで同ケース１１に直進変更翼３０が組み付けられる。従って、プリクリーナ１０のケース１１に対して直進変更翼３０を安定して組み付けることが容易にできる。

＜第２実施形態＞
以下、図５を参照して第２実施形態について説明する。
図５に示すように、本実施形態では、直進変更翼１３０の形状が先の第１実施形態と相違している。すなわち、直進変更翼１３０は、内筒１１３の下流側の端に溶着された固定リング１３７を有しており、同固定リング１３７の内周面に羽根群１３３を構成する複数の羽根１３４の外周側の端が一体形成されている。従って、各羽根１３４は羽根１３４の外周側の端において固定リング１３７を介してケース１１１に固定されている。

また、羽根群１３３の中心部には羽根１３４が存在しない空洞部１３８が設けられている。
以上説明した本実施形態に係るプリクリーナによれば、以下に示す効果が得られるようになる。

（７）直進変更翼１３０の各羽根１３４は羽根１３４の外周側の端において固定リング１３７を介してケース１１１に固定されている。羽根群１３３の中心部には羽根１３４が存在しない空洞部１３８が設けられている。

ケース１１１内部におけるエア流の旋回方向の流れは、外周側ほど大きな速度を有している。換言すれば、エア流の旋回方向の流れは、内周側ほど小さな速度を有しており、中心軸線Ｃの近傍においては旋回方向の速度をほとんど無視することができる。従って、上記構成によるように、羽根群１３３の中心部に羽根１３４が存在しない空洞部１３８を設ければ、直進変更翼１３０の軽量化を図ることができる。

なお、本発明に係るプリクリーナは、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・プリクリーナを接続ダクトを介してエアクリーナに接続するようにしてもよい。

・直進変更翼をケースと一体成形するようにしてもよい。
・直進変更翼３０，１３０の傾斜部３５，１３５を省略し、平行部のみによって直進変更翼を構成することもできる。

・エアクリーナのインレットを有するハウジングにプリクリーナのケースを一体形成することもできる。

１０，１１０…プリクリーナ、１１，１１１…ケース、１２，１１２…外筒、１３，１１３…内筒、１３ａ…切欠、１４，１１４…排塵部、１５，１１５…排出筒、１６，１１６…ダストカップ、２０…旋回発生翼、２１…コーン、２２…嵌合部、２３…羽根群、２４…羽根、２５…傾斜部、２６…平行部、３０，１３０…直進変更翼、３１…軸部、３３，１３３…羽根群、３４，１３４…羽根、３５，１３５…傾斜部、３５ａ…嵌合片、３６，１３６…平行部、４０…エアクリーナ、４１…ケース、４２…キャップ、４３…フィルタエレメント、５１…インレット、５２…アウトレット、６０…エアフロメータ、１３７…固定リング、１３８…空洞部。

Claims

エンジンの吸気通路においてエアクリーナのフィルタエレメントよりも上流側に位置し、吸引されるエア流を旋回させる旋回発生翼を備え、前記旋回発生翼によりエア流を旋回させることによってエアに含まれるダストに遠心力を作用させるプリクリーナにおいて、
前記旋回発生翼と前記フィルタエレメントとの間であって前記旋回発生翼が設けられた通路の中心軸線上には、前記中心軸線に沿った流れに近づくようにエア流の流れ方向を変更する直進変更翼が設けられており、
前記旋回発生翼は、複数の第１羽根からなる第１羽根群を備え、
前記第１羽根の各々は、その下流側端部に、前記中心軸線に対して傾斜して延びる第１傾斜部を有し、
前記直進変更翼は、複数の第２羽根からなる第２羽根群を備え、
前記第２羽根の各々は、前記中心軸線に沿って延びる第２平行部と、前記第２平行部の上流側の端から上流側に向けて前記中心軸線に対して傾斜して延びる第２傾斜部とを有し、
前記第１傾斜部と前記第２傾斜部は、前記中心軸線に対する傾斜方向が同一とされている、
プリクリーナ。
前記エアクリーナのハウジングに接続される筒状のケースを備え、
前記旋回発生翼及び前記直進変更翼は前記ケースの内部に設けられている、
請求項１に記載のプリクリーナ。
前記直進変更翼は、前記ケースの中心部と同ケースの内周面との間に設けられた複数の前記第２羽根からなる前記第２羽根群を備えている、
請求項２に記載のプリクリーナ。
前記ケースは、外筒と、同外筒と共に二重管構造をなす内筒と、前記外筒と前記内筒との間の空間を通じてダストを排出する排塵部とを備え、
前記直進変更翼は前記旋回発生翼と前記内筒の上流側の端とによって挟持されている、
請求項２又は請求項３に記載のプリクリーナ。
前記第２羽根群の中心部には前記第２羽根が存在しない空洞部が設けられている、
請求項３に記載のプリクリーナ。