JP6209960B2 - 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。

エンジンに吸引される空気を濾過するエアクリーナとして、フィルタエレメントを収容するハウジングがケース及びキャップによって構成されたものが知られている。キャップは、キャップ本体と、流量センサが取付けられるアウトレットパイプとを備える。このエアクリーナでは、フィルタエレメントによって濾過された後にアウトレットパイプを流れる空気の流量を流量センサによって正確に検出することが求められる。こうした高精度の検出のためには、空気を整流された状態で流量センサに導くことが重要である。

そこで、アウトレットパイプ内の流量センサよりも上流に整流板を設置することが行なわれている。また、特許文献１に記載されているように、流路堰を設置することも考えられている。

特開２００３−３２８８７８号公報 特開２０１０−１８５３１９号公報

ところで、エアクリーナの中には、特許文献２に記載されているように、エンジンルーム内のレイアウトの関係から、アウトレットパイプが、キャップ本体の角部等の空気の流れにおいて好条件ではない位置に接続されるものもある。このエアクリーナにおいても、空気の流量を流量センサによって正確に検出することが求められる。しかし、整流板を設置しても、整流が充分行なわれず、流量センサの必要な検出精度を確保することが難しい場合がある。まして、流路堰の設置は乱流の発生を招くおそれが多分にある。

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、アウトレットパイプ内の流量センサよりも上流で空気を良好に整流することのできる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、ハウジングの一部を構成するキャップが、キャップ本体と、前記キャップ本体から流出される濾過後の空気の流路を有するアウトレットパイプとを備え、前記アウトレットパイプが、その主要部を構成する本体管部と、前記本体管部の上流側に隣接し、かつ自身の一部を前記キャップ本体から突出させた状態で、同キャップ本体の角部に接続された接続管部とを備え、前記本体管部には、前記流路を流れる空気の流量を検出する流量センサが取付けられるエアクリーナであって、前記接続管部は、前記空気の流れ方向の上流側から下流側へ向けて順に、上流側端部、中間部及び下流側端部を備え、前記接続管部の流路断面積は、前記下流側端部において最小となり、前記上流側端部において最大となるように設定され、前記中間部は、前記下流側端部に近づくに従い流路断面積が徐々に小さくなる徐変部を有し、前記下流側端部は円形の流路断面を有し、前記上流側端部は長円の流路断面を有している。

上記の構成によれば、キャップ本体内の濾過後の空気は、角部からアウトレットパイプの接続管部に流入する。この際、接続管部中、最大の流路断面積を有する上流側端部の周りのより多くの空気が集められて、同上流側端部に効率よく流入される。接続管部の中間部に設けられて、上流側端部から下流側端部に近づくに従い流路断面積が徐々に小さくなる徐変部では、空気は、同徐変部の壁面に沿って流れることで、流れ方向を徐々に変えられながら下流側へ流れる。そのため、接続管部では空気の流れが剥離しにくく、乱流が生じにくい。そして、このように整流されて本体管部を流れる空気の量が流量センサによって検出される。

上記エアクリーナによれば、アウトレットパイプ内の流量センサよりも上流で空気を良好に整流することができる。

一実施形態におけるエアクリーナの正面図。 一実施形態において、ハウジングのキャップを示す斜視図。 図２のキャップの一部を上下方向に反転させた状態で示す部分斜視図。 （ａ）は図３の４−４線断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す部分断面図。 図４（ａ）の５−５線断面図。 （ａ）は下流側端部の流路断面を示す略図、（ｂ）は徐変部の流路断面を示す略図、（ｃ）は上流側端部の流路断面を示す略図。

以下、エアクリーナの一実施形態について、図面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。図１に示すように、エアクリーナ１０の合成樹脂材料よりなるハウジング１１は、ケース１２と、ケース１２の上側に配置されるキャップ１４とを備えている。ケース１２は、空気Ａ１をハウジング１１内に流入させるためのインレットパイプ１３を有しており、そのインレットパイプ１３には、大気に開放されたインレットダクト（図示略）が接続される。ケース１２とキャップ１４との間には、空気Ａ１を濾過するフィルタエレメント（図示略）が配置される。

図２及び図３に示すように、キャップ１４は、キャップ本体１５及びアウトレットパイプ２３を備えている。キャップ本体１５は、複数の壁部を備え、これらの壁部によって下面を開放した箱状に形成されている。図２の略奥行き方向に相対向する一対の壁部を第１側壁部１６，１７といい、図２の略左右方向に相対向する一対の壁部を第２側壁部１８，１９といい、図２の上部で隣合う一対の壁部を上壁部２０，２１というものとする。

このように構成されたキャップ本体１５では、隣合う２つの壁部の境界部分が角部を構成している。また、隣合う３つの壁部の境界部分も角部を構成している。本実施形態では、複数の角部のうち、第１側壁部１６、第２側壁部１８及び上壁部２０の３つの壁部の境界部分によって構成される角部２２にアウトレットパイプ２３が一体に形成されている。

アウトレットパイプ２３は、フィルタエレメントによって濾過された空気Ａ１の流路２４を形成している。アウトレットパイプ２３は、その主要部を構成する本体管部２５と、本体管部２５の上流側に隣接する接続管部２７とを備えている。本体管部２５は、第２側壁部１８と上壁部２０との境界部分の稜線Ｌ１の延長方向に沿って角部２２から遠ざかる方向へ真っ直ぐ延びている。本体管部２５は、空気Ａ１の流れ方向において一様に円形の流路断面を有している。本体管部２５の下流部には、エンジンとの間に位置するアウトレットダクト（図示略）が接続される。図４（ａ）に示すように、本体管部２５において、空気Ａ１の流れ方向の中間部分には、センサ取付孔２６が貫通されている。本体管部２５には、エアフロメータ等の流量センサ４０がセンサ取付孔２６に挿通された状態で取付けられている。流量センサ４０は、流路２４を流れる空気Ａ１の流量を検出するセンシング部４０ａを、本体管部２５の中心軸線Ｌ２上、又は同中心軸線Ｌ２に接近した箇所に備えている。

一方、接続管部２７を、空気Ａ１の流れ方向の上流側から下流側へ向けて順に、上流側端部２８、中間部３０及び下流側端部２９とする。図４（ａ）では、符号αで示す一点鎖線の周囲の領域が上流側端部２８であり、符号βで示す一点鎖線の周囲の領域が下流側端部２９であり、上記両領域によって挟まれた領域が中間部３０である。接続管部２７は、次の条件を満たすように形成されている。

条件１：接続管部２７の流路断面積が、下流側端部２９において最小であり、上流側端部２８において最大であること。
条件２：中間部３０は、下流側端部２９に近づくに従い流路断面積が徐々に小さくなる徐変部３１を有していること。

本実施形態では、中間部３０の全体が徐変部３１によって構成されている。この徐変部３１の一部は、キャップ本体１５から膨出状に突出するように湾曲させられている。
図６（ａ）は下流側端部２９における流路断面Ｓ２の外形形状を示し、図６（ｃ）は上流側端部２８における流路断面Ｓ１の外形形状を示し、図６（ｂ）は、徐変部３１の特定箇所（図４（ａ）において符号γで示す一点鎖線の周囲の領域）における流路断面Ｓ３の外形形状を示している。流路断面Ｓ２は本体管部２５の上流端と同じ大きさの円形をなし、流路断面Ｓ１は長円をなしている。また、流路断面Ｓ３は、流路断面Ｓ１とは異なる長円をなしている。

長円は、円を、その中心を通る分割線によって２つの半円に分割し、それらの半円を分割線に対して直交する方向へ離間させ、離間させた半円の端部同士を２本の直線で結ぶことにより形成される形状である。ここで、図５に示すように、流路断面Ｓ１の互いに直交する２つの軸のうち長い方を長軸３２といい、短い方を短軸３３という。また、長軸３２の長さを長径Ｂ１といい、短軸３３の長さを短径Ｂ２というものとする。流路断面Ｓ１における長径Ｂ１と短径Ｂ２との比（＝Ｂ１／Ｂ２）は、１．０〜１．５であることが望ましい。この比が１．５よりも大きくなると、空気Ａ１が上流側端部２８に流入する際に管壁からの剥離を生ずるおそれがある。

なお、接続管部２７の下流側端部２９は、アウトレットパイプ２３では空気Ａ１の流れ方向の中間部分に位置する。そのため、下流側端部２９の流路断面Ｓ２は、実際に管状になっている箇所での流路断面である。これに対し、上流側端部２８の流路断面Ｓ１は、接続管部２７のうち、キャップ本体１５から突出している箇所と、キャップ本体１５の内部空間において仮想した箇所との組合わせによって構成された管状部分での流路断面である。仮想した箇所とは、接続管部２７において、キャップ本体１５から突出している箇所の断面形状をもとに補間した箇所であり、図５では二点鎖線で示されている。

また、本実施形態では、流路断面Ｓ１，Ｓ３の各短径Ｂ２は、流路断面Ｓ２の直径Ｄ１と同じ長さに設定されており、流路断面Ｓ３の長径Ｂ１は、下流側端部２９に近づくに従い徐々に短くなるように設定されている。この設定により、徐変部３１の流路断面積は、下流側端部２９に近づくに従い徐々に小さくなっている。

さらに、図４（ａ），（ｂ）に示すように、接続管部２７において、その中心軸線Ｌ３を挟んで、キャップ本体１５から突出した部分に対向する部分（以下「対向部分」という）３４には、実線で示す面取り部３５が形成されている。面取り部３５は、その主要部を構成する傾斜部３６と、傾斜部３６の上流側に隣接する湾曲部３７とを備えている。傾斜部３６は、補助線Ｌ４で示すように、本体管部２５の中心軸線Ｌ２に対し、鋭角の角度θで傾斜した状態で、流量センサ４０のセンシング部４０ａに向けて延びている。湾曲部３７は、キャップ本体１５の内方へ凸曲線を形成するように湾曲している。

次に、上記のように構成されたエアクリーナ１０の作用について説明する。
図１に示すように、エアクリーナ１０の外部の空気Ａ１は、インレットパイプ１３を通ってハウジング１１内に取り込まれる。この空気Ａ１に含まれているダストは、空気Ａ１がフィルタエレメントを通過する際に捕捉（濾過）される。清浄になった空気Ａ１は、図４（ａ）に示すように、キャップ本体１５の角部２２に集められ、ここからアウトレットパイプ２３の接続管部２７に流入する。

上流側端部２８が接続管部２７において最大の流路断面積を有している本実施形態では、同上流側端部２８の周りのより多くの空気Ａ１が集められて、同上流側端部２８に効率よく流入する。

図４（ａ）に示すように、徐変部３１では、下流側端部２９に近づくに従い、流路断面Ｓ３が長円から徐々に円形に近づけられることで、流路断面積が徐々に小さくされている。そのため、徐変部３１では、空気Ａ１は、同徐変部３１の壁面に沿って流れることで、流れ方向を徐々に変えられながら下流側端部２９に向けて流れる。その結果、接続管部２７では空気Ａ１の流れが管壁から剥離しにくく、乱流が生じにくい。空気Ａ１は、接続管部２７よりも下流側の本体管部２５でさらに乱流を生じにくい。

また、接続管部２７の対向部分３４が、仮に図４（ｂ）において二点鎖線で示すように角張っていると、空気Ａ１が対向部分３４に沿って流れることで、流れ方向を急激に大きく変えられて、流れを乱されるおそれがある。この点、本実施形態では、空気Ａ１は、対向部分３４に形成された面取り部３５に沿って流れ方向を変えながら流れる。空気Ａ１の流れ方向は、対向部分３４が角張っている場合よりも少しずつ変えられる。より詳しくは、空気Ａ１は、湾曲部３７に沿って流れることで、流れ方向が徐々に下流側へ変えられる。湾曲部３７を通過した空気Ａ１は、本体管部２５の中心軸線Ｌ２に対し傾斜した傾斜部３６に沿って流れることで、流れ方向を、センシング部４０ａに向かう方向へ変えられる。上記のように、湾曲部３７及び傾斜部３６に沿って流れることで空気Ａ１の流れ方向が徐々に変えられることから、接続管部２７における空気Ａ１の流れの剥離及び乱流がより一層生じにくい。

上記のように整流された空気Ａ１は、本体管部２５を通過する過程で、流量センサ４０のセンシング部４０ａに導かれ、空気Ａ１の流量を検出される。そして、本体管部２５から流出した空気Ａ１は、アウトレットダクト等を通ってエンジンに吸引される。

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）アウトレットパイプ２３が接続管部２７においてキャップ本体１５の角部２２に接続され、かつ本体管部２５に流量センサ４０が取付けられるエアクリーナ１０において、接続管部２７を、空気Ａ１の流れ方向の上流側から下流側へ向けて順に、上流側端部２８、中間部３０及び下流側端部２９を備える構造とする。接続管部２７の流路断面積を、下流側端部２９において最小にし、上流側端部２８において最大にする。中間部３０を、下流側端部２９に近づくに従い流路断面積が徐々に小さくなる徐変部３１によって構成している（図４（ａ））。

そのため、上流側端部２８の周りのより多くの空気Ａ１を集めて、同上流側端部２８に効率よく流入させることができる。また、アウトレットパイプ２３内の流量センサ４０よりも上流で、空気Ａ１の流れの剥離及び乱流を生じにくくして、空気Ａ１を良好に整流することができる。その結果、空気Ａ１の流れの乱れに起因する流量センサ４０の検出精度の低下を抑制し、必要な検出精度を確保することができる。

（２）接続管部２７において、中心軸線Ｌ３を挟んで、キャップ本体１５から突出した部分に対向する対向部分３４に面取り部３５を形成している（図４（ａ））。そのため、空気Ａ１を面取り部３５に沿って流れさせることで、空気Ａ１の流れ方向を少しずつ下流側へ向けさせることができ、接続管部２７における空気Ａ１の流れの剥離及び乱流をより生じにくくすることができる。

（３）面取り部３５の一部を、本体管部２５の中心軸線Ｌ２に対し傾斜した状態で流量センサ４０のセンシング部４０ａに向けて延びる傾斜部３６によって構成している（図４（ａ），（ｂ））。そのため、対向部分３４の近くを流れる空気Ａ１を、センシング部４０ａに向かわせることができ、流量センサ４０の検出精度のさらなる向上を図ることができる。

（４）下流側端部２９の流路断面Ｓ２を円形にし、上流側端部２８の流路断面Ｓ１を長円にすることで、流路断面Ｓ２及び流路断面Ｓ１を比較的単純で、互いに類似する形状にしている（図６（ａ），（ｃ））。そのため、流路断面Ｓ２の直径Ｄ１、流路断面Ｓ１の長径Ｂ１及び短径Ｂ２等、少ない要素を変更することで、上記条件１を満たす流路断面Ｓ１及び流路断面Ｓ２を容易に設計することができる。

（５）流路断面Ｓ１の短径Ｂ２を、流路断面Ｓ２の直径Ｄ１と同じ長さに設定している（図６（ａ），（ｃ））。そのため、徐変部３１では、流路断面Ｓ３における短径Ｂ２を一定にしつつ、長径Ｂ１を下流ほど徐々に短くなるように設定することで、すなわち、長径Ｂ１のみを変える設計を行なうことで、上記条件２を容易に満たすことができる。

また、徐変部３１では短径Ｂ２が一定であることから、空気Ａ１が徐変部３１を流れる際に、乱流がより発生しにくくなる。
（６）アウトレットパイプ内の流量センサよりも上流に整流板や流路堰を設置した場合には、それらが空気の流れの抵抗となり圧力損失を増大させる。これに伴い、エンジンに供給される空気の量が少なくなり、エンジンの出力低下を招く。

この点、上記実施形態では、整流板、流路堰等の別部材を追加することなく、接続管部２７の形状を工夫することで整流するようにしている。そのため、圧力損失を増大させることなく整流効果を高め、エンジンの出力低下を抑制することができる。

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。
・面取り部３５の全体が傾斜部３６によって構成されてもよい。この場合であっても、対向部分３４が角張っているものに比べると、空気Ａ１の流れを少しずつ変える効果が得られる。

・流量センサ４０が、本体管部２５の中心軸線Ｌ２から離れた箇所にセンシング部４０ａを有し、かつそのセンシング部４０ａに空気Ａ１を導くバイパス流路を中心軸線Ｌ２上、又は中心軸線Ｌ２に接近した箇所に有する場合には、面取り部３５の傾斜部３６は、バイパス流路に向けて延びるように形成されてもよい。この場合には、面取り部３５の近くを流れる空気Ａ１は傾斜部３６に沿って流れることで、流れ方向をバイパス流路に向かう方向に変えられる。バイパス流路まで流れた空気Ａ１は、そのバイパス流路によってセンシング部４０ａに導かれる。従って、この場合にも上述した（３）と同様の効果が得られる。

・面取り部３５の全体が湾曲部３７によって構成されてもよい。
・中間部３０において徐変部３１の下流側に隣接する箇所に、同徐変部３１の下流端と同じ流路断面積を有している、すなわち徐変していない領域が設けられてもよい。

また、中間部３０において徐変部３１の上流側に隣接する箇所に、同徐変部３１の上流端と同じ流路断面積を有している、すなわち徐変していない領域が設けられてもよい。
・上流側端部２８の流路断面Ｓ１の形状が、長円とは異なる形状、例えば、楕円、円等に変更されてもよい。楕円は、平面上の２定点からの距離の和が一定となるような点の集合からなる曲線であり、長円とは異なり直線部分を有していない。

・アウトレットパイプ２３は、キャップ本体１５において上記実施形態とは異なる角部に接続されてもよい。この場合の角部は、隣合う３つの壁部の境界部分によって形成される角部に限らず、隣合う２つの壁部の境界部分によって形成される角部であってもよい。

１０…エアクリーナ、１１…ハウジング、１４…キャップ、１５…キャップ本体、２２…角部、２３…アウトレットパイプ、２４…流路、２５…本体管部、２７…接続管部、２８…上流側端部、２９…下流側端部、３０…中間部、３１…徐変部、３４…対向部分、３５…面取り部、３６…傾斜部、４０…流量センサ、４０ａ…センシング部、Ａ１…空気、Ｂ２…短径、Ｄ１…直径、Ｌ２，Ｌ３…中心軸線、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…流路断面。

Claims (4)

1. ハウジングの一部を構成するキャップが、キャップ本体と、前記キャップ本体から流出される濾過後の空気の流路を有するアウトレットパイプとを備え、
   前記アウトレットパイプが、その主要部を構成する本体管部と、前記本体管部の上流側に隣接し、かつ自身の一部を前記キャップ本体から突出させた状態で、同キャップ本体の角部に接続された接続管部とを備え、
   前記本体管部には、前記流路を流れる空気の流量を検出する流量センサが取付けられるエアクリーナであって、
   前記接続管部は、前記空気の流れ方向の上流側から下流側へ向けて順に、上流側端部、中間部及び下流側端部を備え、
   前記接続管部の流路断面積は、前記下流側端部において最小となり、前記上流側端部において最大となるように設定され、
   前記中間部は、前記下流側端部に近づくに従い流路断面積が徐々に小さくなる徐変部を有し、
   前記下流側端部は円形の流路断面を有し、前記上流側端部は長円の流路断面を有しているエアクリーナ。
2. 前記接続管部において、同接続管部の中心軸線を挟んで、前記キャップ本体から突出した部分に対向する部分には面取り部が形成されている請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記面取り部の少なくとも一部は、前記本体管部の中心軸線に対し傾斜した状態で前記流量センサのセンシング部に向けて延びる傾斜部により構成されている請求項２に記載のエアクリーナ。
4. 前記上流側端部の流路断面における短径は、前記下流側端部の流路断面における直径と同じ長さに設定されている請求項１に記載のエアクリーナ。