JP6572813B2

JP6572813B2 - エアクリーナ

Info

Publication number: JP6572813B2
Application number: JP2016058724A
Authority: JP
Inventors: 俊介力武
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017172446A

Description

本発明は、内燃機関に供給される吸気を濾過するエアクリーナに関する。

内燃機関には、吸気通路を通じて吸気が供給される。エアクリーナは、吸気通路を構成する一部材である。特許文献１に記載のエアクリーナは、内部を吸気が流動するケースを有する。ケースは、２分割される構成であり、第１ケースと第２ケースとを対向させて互いに組付けることにより構成されている。ケースの内部には吸気を濾過するエレメントが収容されている。エレメントはその周縁が第１ケース及び第２ケースに挟まれている。エレメントによって、ケースの内域が第１ケース側と第２ケース側とに仕切られている。第１ケースには吸気が導入される導入部が設けられている。第２ケースには吸気を導出する導出部が設けられている。導入部から第１ケース内に導入された吸気は、エレメントを通過して第２ケース内に流動する。吸気はエレメントを通過するときに塵や埃などが取り除かれて濾過される。第２ケース内に流れた吸気は導出部から排出され、エアクリーナよりも下流側の吸気通路を通じて内燃機関に供給される。特許文献１に記載のエアクリーナには、第１ケース内に、吸気の流れを誘導するガイド部が設けられている。導入部を通じて第１ケースに導入された吸気は、ガイド部に沿って、その流れがエレメントに向けられる。

特開２００８‐２５３９６号公報

吸気通路では、吸気脈動による空気の振動が吸気下流側の吸気マニホールドから吸気上流側のエアクリーナに向けて伝達される。この振動がエアクリーナを通過して、吸気通路の上流端である吸気口まで伝達されると、該吸気口から空気が放出されて騒音が生じるおそれがある。上記特許文献１に記載のエアクリーナは、吸気通路における空気の振動をその内域で拡散させることにより減衰させる。しかしながら、吸気脈動に起因した騒音を抑える上では、エアクリーナにおける吸音効果をより高めることが望ましく、特許文献１に記載されているエアクリーナであっても未だ改善の余地がある。

上記課題を解決するためのエアクリーナは、吸気を濾過するエレメントを収容し、該エレメントによって内部が仕切られているケースを有し、前記ケースは、前記エレメントによって仕切られている一方の内域に連通している導入部と、前記エレメントによって仕切られている他方の内域に連通している導出部とを有し、前記導入部から導入された吸気を前記エレメントによって濾過した後に前記導出部から導出するエアクリーナであって、前記ケースには、樹脂からなる枠体と、該枠体に固定された吸音体とから構成されたガイド部が収容されており、前記枠体及び前記吸音体は、前記導入部から導入された吸気の流れを前記導出部側に指向させる指向面を構成し、前記ケースの内部には、前記ガイド部における前記指向面とは反対側の対向面と前記ケースの内壁面とによって囲まれた吸音室が設けられている。

上記構成では、エアクリーナに吸音体を有するガイド部が設けられており、吸気脈動による空気の振動がエアクリーナに伝達されたときに該振動を吸音体によって減衰させる。また、エアクリーナには、ガイド部とケースとの間に吸音室が設けられている。吸音室には、空気が存在し、該空気はその粘性によりばねのように機能する。低周波の振動は、吸音体を透過する場合があるが、この場合には、吸音室のばね効果により該振動が減衰される。これにより、吸音体や吸音室を備えない構成に比して、吸気脈動による空気の振動を減衰させることができる。また、吸音体は枠体と共にガイド部の指向面を構成しており、吸気の流れを導入部から導出部側に指向させる。そのため、ガイド部を備えない構成に比して、エアクリーナの吸気の圧力損失を低下させることもできる。

車両のエンジンルームに設けられている内燃機関とエアクリーナとを示す模式図。エアクリーナの構成を示す断面図。図２の３−３線に沿った断面図。図２の一部を拡大して示す断面図。第１ガイド部を第１ケースに組付ける前の状態を示す断面図。第１ガイド部を第１ケースに組付けたときの状態を示す断面図。第１ガイド部と第１ケースとの固定態様を示す断面図。他の例のエアクリーナの構成を示す断面図。同エアクリーナのガイド部の構成を示す断面図。

エアクリーナの一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示すように、車両のエンジンルーム１００には、内燃機関１１０が収容されている。内燃機関１１０には、吸気通路１２０を通じて吸気が供給される。吸気通路１２０は、内燃機関１１０に連結されている吸気マニホールド１２１を有している。吸気マニホールド１２１には、吸気管１２２の一端が連結されている。吸気管１２２の他端には、エアクリーナ１０が連結されている。エアクリーナ１０にはエアダクト１２３が連結されている。エアダクト１２３の一端は開口し、吸気口１２３Ａを構成している。吸気口１２３Ａから取り込まれた吸気は、エアダクト１２３、エアクリーナ１０、吸気管１２２、及び吸気マニホールド１２１を順に流れて内燃機関１１０に供給される。

図２に示すように、エアクリーナ１０は、樹脂製のケース２０を有している。ケース２０は、２分割される構成であり、第１ケース３０と第２ケース４０とからなる。第１ケース３０は、底壁３１と、該底壁３１の周縁に全周に亘って連結されている周側壁３２とを有している。周側壁３２は、図２及び図３に示すように、互いに対向する左側壁３２Ａ及び右側壁３２Ｂと、左側壁３２Ａ及び右側壁３２Ｂを連結し、互いに対向する前側壁３２Ｃ及び後側壁３２Ｄとからなる。第１ケース３０は、底壁３１の反対側（図２の上側）が開口した箱状に形成されている。底壁３１の内周面及び周側壁３２の内周面は、第１ケース３０の内壁面３３を構成している。周側壁３２の開口端（図２の上端）には、全周に亘ってフランジ３４が設けられている。フランジ３４は、周側壁３２の前記開口端から外方に延びている第１延設部３４Ａと、第１延設部３４Ａの先端から屈曲して第２ケース４０側に延びている第２延設部３４Ｂとを有している。周側壁３２の左側壁３２Ａには、筒状に形成されている導入部３５が設けられている。第１ケース３０の内域と導入部３５とは連通している。導入部３５には、エアダクト１２３が連結されている。

第２ケース４０は、底壁４１と、該底壁４１の周縁に全周に亘って連結されている周側壁４２とを有している。周側壁４２は、図２に示すように、互いに対向する左側壁４２Ａ及び右側壁４２Ｂと、左側壁４２Ａ及び右側壁４２Ｂを連結し、互いに対向する前側壁（図示略）及び後側壁４２Ｄとからなる。第２ケース４０は、底壁４１の反対側（図２の下側）が開口した箱状に形成されている。底壁４１の内周面及び周側壁４２の内周面は、第２ケース４０の内壁面４３を構成している。周側壁４２の開口端（図２の下端）には、全周に亘ってフランジ４４が設けられている。フランジ４４は、周側壁４２の前記開口端から外方に延びている第３延設部４４Ａと、第３延設部４４Ａの先端から屈曲して第１ケース３０側に延びている第４延設部４４Ｂとを有している。周側壁４２の左側壁４２Ａには、筒状に形成されている導出部４５が設けられている。第２ケース４０の内域と導出部４５とは連通している。導出部４５には、吸気管１２２が連結されている。

第１ケース３０と第２ケース４０とは、それらの開口が互いに連通するように対向した状態で組付けられている。こうして構成されているケース２０には、エレメント５０が収容されている。エレメント５０は、濾紙などの濾材から構成されており、厚板状の濾過部５１と、該濾過部５１の周面から突出し、濾過部５１よりも薄板状の連結片５２とを有している。連結片５２は、濾過部５１の周方向全周に亘って連続して設けられている。連結片５２は、第１ケース３０のフランジ３４と第２ケース４０のフランジ４４とによって挟まれている。これにより、ケース２０にエレメント５０が保持されている。フランジ３４の第２延設部３４Ｂの内周面から周側壁３２の内周面までの長さＬ１、フランジ４４の第４延設部４４Ｂの内周面から周側壁４２の内周面までの長さＬ２、及び連結片５２の突出長さＬ３は同じである（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）。濾過部５１の周面は、第１ケース３０及び第２ケース４０の周側壁３２，４２の内周面に当接しており、該エレメント５０によってケース２０の内域が、第１ケース３０側と第２ケース４０側とに仕切られている。

エアダクト１２３から導入部３５に流れた吸気は、第１ケース３０側の内域に導入される。第１ケース３０側の内域に導入された吸気は、エレメント５０を通過して濾過された後、第２ケース４０側の内域に流れる。第２ケース４０側の内域に流れた吸気は、導出部４５から吸気管１２２へ導出される。

ケース２０には、第１ガイド部６０及び第２ガイド部７０も収容されている。なお、第１ガイド部６０の構成と第２ガイド部７０の構成とは、図２において上下対称である。そのため、本実施形態では、第１ガイド部６０の構成について説明し、第２ガイド部７０の構成については同様の符号を付してその説明を省略する。

図２及び図３に示すように、第１ガイド部６０は、枠体６１と、該枠体６１に固定された吸音体６４とからなる。枠体６１は、樹脂からなり、格子状に形成されている。すなわち、枠体６１は、複数の縦桟６１１と、該縦桟６１１と直交する複数の横桟６１２とによって構成されており、四角形状の複数の孔６２を有している。図２に示すように、枠体６１は、第１ケース３０の左側壁３２Ａから右側壁３２Ｂまで延びている。図３に示すように、枠体６１の周面は、左側壁３２Ａ、前側壁３２Ｃ、及び後側壁３２Ｄの内周面に当接している。枠体６１には、左側壁３２Ａに当接している一端部に、導入部３５側に突出した固定板部６８を有している。固定板部６８の裏面は、導入部３５の内周面に当接している。

図２及び図３に示すように、枠体６１は、右側壁３２側ほどエレメント５０に近接するように湾曲している。枠体６１のエレメント５０側の表面６１Ａには、整流リブ６３が設けられている。第１ガイド部６０は、整流リブ６３が形成されている部分が他の部分に比して厚肉になっている。整流リブ６３は、導入部３５側に位置する第１リブ６３Ａ、第２リブ６３Ｂ、及び第３リブ６３Ｃと、これら第１リブ６３Ａ、第２リブ６３Ｂ、及び第３リブ６３Ｃよりも導入部３５から離間した位置に設けられている第４リブ６３Ｄ、第５リブ６３Ｅ、及び第６リブ６３Ｆとを有している。第２リブ６３Ｂ、第４リブ６３Ｄ、第５リブ６３Ｅ、及び第６リブ６３Ｆは、導入部３５の軸線方向（図３の左右方向）と同じ方向に延びている。第１リブ６３Ａ及び第３リブ６３Ｃは、前記軸線方向に対して傾斜した方向に延びており、枠体６１における他端部側（図３の右側）ほど互いに離間している。

図２に示すように、吸音体６４は、例えばウレタン素材のスポンジであって、枠体６１よりも厚肉の板状に形成されている。吸音体６４は、枠体６１の表面６１Ａの反対側の裏面６１Ｂに、例えば溶着によって固定されている。図２及び図３に示すように、吸音体６４の周面は、左側壁３２Ａ、右側壁３２Ｂ、前側壁３２Ｃ、及び後側壁３２Ｄの内周面に当接している。吸音体６４は、枠体６１の孔６２を塞いでいる。第１ケース内の吸気は、枠体６１の孔を通じて吸音体６４に接触可能である。

図２及び図３に示すように、第１ガイド部６０には、エレメント５０と対向している吸音体６４の表面６４Ａと、枠体６１の表面６１Ａとによって指向面６５が形成されている。第１ケース３０に導入された吸気はこの指向面６５に沿って流れる。指向面６５は、導入部３５から離間するほどエレメント５０に近接するように湾曲しており、図２に実線の矢印で示すように、導入部３５から導入された吸気の流れをエレメント５０側、すなわち導出部４５側に指向させる。また、第２ガイド部７０の指向面６５は、図２に一点鎖線の矢印で示すように、エレメント５０を通過した吸気の流れを導出部４５側に指向させる。なお、吸音体６４の表面６４Ａと枠体６１の表面６１Ａとによって指向面６５が構成されていることから、図３に示すように、該指向面６５には枠体６１の厚さの分だけ段差Ｓが生じているが、枠体６１の厚さは、この段差Ｓによって吸気に乱れが生じない厚さ（例えば１．５ｍｍ）に設定されている。

吸音体６４における表面６４Ａの反対側の裏面６４Ｂは、第１ガイド部６０における指向面６５と反対側の対向面６７を構成している。第１ガイド部６０における対向面６７は、第１ケース３０の内壁面３３から離間している。また、第２ガイド部７０における対向面６７は、第２ケース４０の内壁面４３から離間している。そのため、ケース２０の内部には、対向面６７、底壁３１の内周面、及び周側壁３２の内周面によって囲まれた第１吸音室８０が第１ケース３０側の内域に設けられ、対向面６７、底壁４１の内周面、及び周側壁４２の内周面によって囲まれた第２吸音室８１が第２ケース４０側の内域に設けられている。吸気を通過させる通気率は、吸音体６４よりもエレメント５０の方が高く、エアクリーナ１０を流れる吸気は、エレメント５０を通過する一方で吸音体６４を通過しにくい。そのため、第１吸音室８０及び第２吸音室８１には吸気は流れ難い。

図４に示すように、第１ガイド部６０における枠体６１の固定板部６８は、導入部３５の内周面に設けられている突出ピン３６を介して第１ケース３０に固定されている。次に、この固定方法について説明する。

図５に示すように、枠体６１の固定板部６８には、挿通孔６６が設けられている。挿通孔６６に突出ピン３６が挿通されるように第１ガイド部６０を第１ケース３０に組付ける。

図６に示すように、第１ケース３０に第１ガイド部６０が組付けられた状態では、吸音体６４の周面が第１ケース３０の内壁面３３に当接する。そして、挿通孔６６に挿通されている突出ピン３６と対向するように、かしめ具２００を配置する。かしめ具２００は、熱源から熱が伝えられて高温になる。図７に示すように、高温のかしめ具２００を突出ピン３６の先端から基端に向けて該突出ピン３６に押し付けることにより、突出ピン３６の先端部を熱により変形させて拡径させる。これにより、導入部３５と突出ピン３６の先端部とによって固定板部６８が挟まれて保持される。なお、図３に示すように、枠体６１の固定板部６８には、複数の挿通孔６６が形成されており、各挿通孔６６はそれぞれ突出ピン３６を介して導入部３５に固定されている。また、図２に示すように、枠体６１の右側壁３２Ｂ側の他端部にも挿通孔６６が複数形成されている。第１ケース３０の右側壁３２Ｂの内周面には、該挿通孔６６に対応させて突出ピン３６が設けられている。この他端部も、固定板部６８と同様に、挿通孔６６に挿通された突出ピン３６の先端部をかしめ具２００によってかしめることにより、第１ケース３０に固定されている。なお、第２ケース４０の導出部４５の内周面及び右側壁４２Ｂの内周面にも突出ピン４６が設けられている。第２ガイド部７０は、上述した方法と同様の方法によって、第２ケース４０に固定されている。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
（１）本実施形態のエアクリーナ１０には、吸音体６４を有する第１ガイド部６０及び第２ガイド部７０が設けられている。そのため、図２に破線の矢印で示すように、吸気脈動による空気の振動が吸気下流側の吸気管１２２からエアクリーナ１０に伝達されたときに、吸音体６４が吸収して該振動を減衰させる。また、エアクリーナ１０には、第１ガイド部６０と第１ケース３０との間に第１吸音室８０が設けられ、第２ガイド部７０と第２ケース４０との間に第２吸音室８１が設けられている。各吸音室８０，８１には、空気が存在し、該空気はその粘性によりばねのように機能する。低周波の振動は、吸音体６４を透過する場合があるが、この場合には、各吸音室８０，８１のばね効果により該振動が減衰される。これにより、吸音体６４や吸音室８０，８１を備えない構成に比して、吸気脈動による空気の振動を減衰させることができる。そのため、図２に示すように、吸気下流側からエアクリーナ１０に伝達された空気の振動をエアクリーナ１０よりも吸気上流側に伝達する間に、該振動は減衰される。

また、吸音体６４は枠体６１と共に各ガイド部６０，７０の指向面６５を構成しており、図２に実線及び一点鎖線の矢印で示すように、吸気の流れを導入部３５から導出部４５側に指向させる。そのため、各ガイド部６０，７０を備えない構成に比して、エアクリーナ１０を吸気が流れる際の圧力損失を低下させることもできる。

（２）第１ガイド部６０の枠体６１には、整流リブ６３が設けられている。導入部３５側に位置する第１リブ６３Ａ及び第３リブ６３Ｃは、導入部３５の軸線方向に対して傾斜した方向に延びており、導入部３５から離間するほど互いに離間している。そのため、図３に矢印で示すように、第１ガイド部６０では、導入部３５から導入された吸気が第１リブ６３Ａ及び第３リブ６３Ｃに沿って流れることにより、第１ケース３０内に広がって流れやすくなる。そして、指向面６５に沿ってエアクリーナ１０に案内されるため、エアクリーナ１０の一部に吸気が偏って流れることが抑えられる。また、第２ガイド部７０では、エアクリーナ１０を通過した吸気を整流リブ６３に沿って流すことにより、該吸気が導出部４５側に向けて収束しやすくなる。このように、エアクリーナ１０を流れる吸気を整流リブ６３によって整流することにより、吸気の圧力損失を低下させる上で、適切な構成を実現できる。

（３）ウレタン素材の剛性の低い吸音体６４を、樹脂からなるより剛性の高い枠体６１に固定して、各ガイド部６０，７０を構成している。そのため、吸音体６４が枠体６１によって支持されて、吸音体６４の配置状態が安定する。したがって、吸気通路１２０内の負圧が吸音体６４に作用したとしても、吸音室８０，８１の容積を相応に確保して吸音効果を維持することができる。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・整流リブ６３の形状、数、配置は適宜変更が可能である。例えば、第１リブ６３Ａ、第２リブ６３Ｂ、及び第３リブ６３Ｃのみを備え、第４リブ６３Ｄ、第５リブ６３Ｅ、及び第６リブ６３Ｆを備えなくてもよい。また、第２リブ６３Ｂ、第４リブ６３Ｄ、第５リブ６３Ｅ、及び第６リブ６３Ｆが導入部３５の軸線方向に対して傾斜していてもよいし、第１リブ６３Ａ及び第３リブ６３Ｃが前記軸線方向と同じ方向に延びていてもよい。

・第１ガイド部６０の枠体６１に設けられている整流リブ６３の構成と、第２ガイド部７０の枠体６１に設けられている整流リブ６３の構成が異なっていてもよい。また、各ガイド部６０，７０の少なくとも一方の整流リブ６３を省略してもよい。

・枠体６１の裏面６１Ｂに吸音体６４を固定していたが、枠体６１の表面６１Ａに吸音体６４を固定してもよい。この構成では、吸音体６４の表面６４Ａによって指向面６５が構成され、枠体６１の裏面６１Ｂ及び吸音体６４の裏面６４Ｂによって対向面６７が構成される。

・ガイド部６０，７０の構成は上記実施形態に記載した構成に限られない。例えば、次のような構成を採用してもよい。
すなわち、枠体６１を厚くすると、該枠体６１の表面６１Ａと吸音体６４の表面６４Ａとの段差Ｓが大きくなる。そのため、図８に示すように、吸音体６４の表面６４Ａに、枠体６１の孔６２の形状と同形状の凸部９０を設ける。凸部９０の突出高さは枠体６１の厚さと同じである。これにより、図９に示すように、枠体６１に吸音体６４が固定された状態では、枠体６１の表面６１Ａと吸音体６４の表面６４Ａとが面一になり、指向面６５が滑らかになる。こうした構成によれば、枠体６１の厚さを厚くした場合における吸気の圧力損失の増大を抑えることができる。

また、枠体６１の孔６２と同じ形状の複数の吸音体を設け、該吸音体を孔６２に嵌めて固定することによってガイド部６０，７０が構成されていてもよい。さらには、吸音体の内部に枠体を埋設したものであってもよい。

・第１ガイド部６０及び第２ガイド部７０の構成は、対称でなくてもよい。例えば、吸音体６４の厚さが異なっていてもよいし、一方の枠体６１の形状が格子状でなくてもよい。

・第１ガイド部６０及び第２ガイド部７０の一方を省略してもよい。また、ケース２０内に、第１ガイド部６０及び第２ガイド部７０とは異なる第３ガイド部を収容するようにしてもよい。なお、ケース２０内に収容されるガイド部の数は４つ以上であってもよい。

・枠体６１の縦桟６１１と横桟６１２とは直交している必要はなく、それらの交差角度は適宜変更可能である。
・吸音体６４と枠体６１との固定方法は溶着に限らない。例えば、接着剤を用いて接着してもよい。

・ガイド部６０，７０をケース２０に固定する方法は、上述した方法に限られない。例えば、弾性変形を利用して互いの部材を係止するスナップフィットやクリップ止めなどの方法を用いてガイド部６０，７０をケース２０に固定してもよい。

・ケース２０は、２分割された構成に限らず、３つ以上に分割された構成部材を互いに組付けることによって構成されていてもよい。

１０…エアクリーナ、２０…ケース、３０…第１ケース、３１…底壁、３２…周側壁、３２Ａ…左側壁、３２Ｂ…右側壁、３２Ｃ…前側壁、３２Ｄ…後側壁、３３…内壁面、３４…フランジ、３４Ａ…第１延設部、３４Ｂ…第２延設部、３５…導入部、３６…突出ピン、４０…第２ケース、４１…底壁、４２…周側壁、４２Ａ…左側壁、４２Ｂ…右側壁、４２Ｃ…前側壁、４２Ｄ…後側壁、４３…内壁面、４４…フランジ、４４Ａ…第３延設部、４４Ｂ…第４延設部、４５…導出部、４６…突出ピン、５０…エレメント、５１…濾過部、５２…連結片、６０…第１ガイド部、６１…枠体、６１１…縦桟、６１２…横桟、６１Ａ…表面、６１Ｂ…裏面、６２…孔、６３…整流リブ、６３Ａ…第１リブ、６３Ｂ…第２リブ、６３Ｃ…第３リブ、６３Ｄ…第４リブ、６３Ｅ…第５リブ、６３Ｆ…第６リブ、６４…吸音体、６４Ａ…表面、６４Ｂ…裏面、６５…指向面、６６…挿通孔、６７…対向面、６８…固定板部、７０…第２ガイド部、８０…第１吸音室、８１…第２吸音室、９０…凸部、１００…エンジンルーム、１１０…内燃機関、１２０…吸気通路、１２１…吸気マニホールド、１２２…吸気管、１２３…エアダクト、１２３…吸気口、２００…かしめ具。

Claims

吸気を濾過するエレメントを収容し、該エレメントによって内部が仕切られているケースを有し、
前記ケースは、前記エレメントによって仕切られている一方の内域に連通している導入部と、前記エレメントによって仕切られている他方の内域に連通している導出部とを有し、
前記導入部から導入された吸気を前記エレメントによって濾過した後に前記導出部から導出するエアクリーナにおいて、
前記ケースには、樹脂からなり、格子状に形成された枠体と、該枠体に固定された吸音体とから構成されたガイド部が収容されており、
前記枠体及び前記吸音体は、前記導入部から導入された吸気の流れを前記導出部側に指向させる指向面を構成し、
前記ケースの内部には、前記ガイド部における前記指向面とは反対側の対向面と前記ケースの内壁面とによって囲まれた吸音室が設けられている
エアクリーナ。