JP6724657B2

JP6724657B2 - エアクリーナ

Info

Publication number: JP6724657B2
Application number: JP2016167243A
Authority: JP
Inventors: 龍介木村; 義則犬塚
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: US20180058396A1; DE102017119340A1; CN107781077A; JP2018035700A

Description

本発明は、内燃機関に供給される空気を濾過するエアクリーナに関するものである。

内燃機関のエアクリーナは、インレットを有する第１ハウジングと、アウトレットを有する第２ハウジングと、第１ハウジングの開口および第２ハウジングの開口の間に介設されたフィルタエレメントとを備えている。

特許文献１のエアクリーナでは、第１ハウジングの内面に発泡樹脂などの多孔質材料からなる吸音部が固定されており、この吸音部によって吸気騒音が低減されている。

特開２０００−１１０６８２号公報

ところで、内燃機関のエアクリーナでは、吸気騒音のうち、特に１ｋＨｚ以下の低周波数成分の音圧レベルが、１ｋＨｚよりも高い高周波数成分の音圧レベルと比べて大きく、騒音の主な原因になっていることが発明者によって確認された。

これに対して、多孔質材料からなる吸音部を有する従来のエアクリーナは、１ｋＨｚよりも高い高周波数成分の音圧レベルを低減することは可能であるものの、１ｋＨｚ以下の低周波数成分の音圧レベルを低減することが難しいため、吸気騒音を効果的に抑えるものになっていない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気騒音を効果的に低減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ためのエアクリーナは、インレットを有する第１ハウジングと、アウトレットを有する第２ハウジングと、前記第１ハウジングの開口および前記第２ハウジングの開口の間に介設されるフィルタエレメントとを備えるエアクリーナにおいて、前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングの少なくとも一方は、その内面から突出する環状の固定リブと、非通気性材料からなるとともに前記固定リブの突端に固定されたシート状またはフィルム状の振動体と、を有し、前記内面と前記固定リブの内周面と前記振動体とによって空気室が区画形成されている。

同構成によれば、エアクリーナの内部を進行する吸気音の波が振動体に衝突すると、同振動体が押されるとともに空気室内の空気がバネのように作用することで振動体が振動する。このとき、振動体や空気室内の空気の振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて減衰される。これにより、吸気音の音圧レベルが低減されるようになる。ここで、振動体の通気度が小さくなるほど、吸気音のうち、より低い周波数成分の音圧レベルが低減される。上記構成では、振動体がシート状またはフィルム状の非通気材料からなるため、多孔質材料からなる従来の吸音部よりも低い低周波数成分の音圧レベルを低減することができる。したがって、非通気材料からなる振動体を備えた上記エアクリーナによれば、吸気騒音を効果的に低減することができる。

本発明のエアクリーナによれば、吸気騒音を効果的に低減することができる。

一実施形態のエアクリーナの断面図。同実施形態における第１ハウジングの斜視図。同実施形態における振動体の斜視図。同実施形態における振動体が固定された状態の第１ハウジングの斜視図。変形例における第１ハウジングの平面図。他の変形例における第１ハウジングの平面図。

以下、エアクリーナの一実施形態について説明する。
図１に示すように、エアクリーナは、車載内燃機関の吸気通路に設けられるものであり、筒状のインレット１１を有する第１ハウジング１０と、筒状のアウトレット２１を有する第２ハウジング２０とを備えている。

図１および図２に示すように、第１ハウジング１０は、上部開口１２を取り囲む周壁１３と底壁１４とを備えている。上部開口１２の周縁には、外周側に向けて突出するフランジ１５が全周に渡って形成されている。インレット１１は、周壁１３の外周面に突設されている。第１ハウジング１０は、硬質の合成樹脂材料によって形成されている。

図１に示すように、第２ハウジング２０は、下部開口２２を取り囲む周壁２３と頂壁２４とを備えている。下部開口２２の周縁には、外周側に向けて突出するフランジ２５が全周に渡って形成されている。アウトレット２１は、周壁２３の外周面に突設されている。第２ハウジング２０は、硬質の合成樹脂材料によって形成されている。

第１ハウジング１０の上部開口１２と第２ハウジング２０の下部開口２２との間には、フィルタエレメント３０が介設されている。フィルタエレメント３０は、濾紙や不織布などの濾材シートを襞折りすることにより形成された濾過部３１と、濾過部３１の外周縁に設けられた環状のシール部３２とを有している。

エアクリーナでは、第１ハウジング１０のフランジ１５と第２ハウジング２０のフランジ２５とによってフィルタエレメント３０のシール部３２が挟持されている。このシール部３２により、第１ハウジング１０と第２ハウジング２０との間がシールされている。

第１ハウジング１０の底壁１４には、吸気騒音を低減するための振動低減構造が配置されている。以下、この振動低減構造について説明する。
図１および図２に示すように、第１ハウジング１０の底壁１４には、その内面から固定リブ１６と補強リブ１７とが突出している。固定リブ１６は、第１ハウジング１０の底壁１４の全体において格子状に並ぶように縦横に２本ずつ設けられている。補強リブ１７は、４本の固定リブ１６のうちの互いに並んで設けられた２本の固定リブ１６の間で、上記２本の固定リブ１６と平行に延びている。補強リブ１７の高さ（底壁１４からの突出量）は、固定リブ１６の高さよりも低くされている。

図１および図４に示すように、固定リブ１６の上端（突端）には、非通気性材料からなるフィルム状の振動体１８が固定されている。図３に示すように、振動体１８は、平面視四角形状をなしている。また、振動体１８の厚さは、数十〜数百マイクロメートルが好ましい。図１〜図４に示すように、この振動体１８は、固定リブ１６における環状で延びる部分（以下、環状壁１６Ａ）に、同環状壁１６Ａの突端側の開口（上部開口１６Ｂ）を塞ぐように設けられている。こうした振動体１８を設けることにより、第１ハウジング１０の内部には、底壁１４の内面と環状壁１６Ａの内周面と振動体１８の下面とによって、空気室１９（図１）が区画形成されている。

また、環状壁１６Ａの突端と振動体１８の外縁とは、その周囲方向全周に渡り、接着剤によって固定されている。これにより、環状壁１６Ａの突端と振動体１８の外縁との間が周囲方向全周に渡ってシールされている。なお本実施形態のエアクリーナでは、振動体１８が補強リブ１７に接触しない構造になっている。

以下、本実施形態の作用について説明する。
内燃機関の運転に伴って吸気音が発生すると、空気室１９内の空気がバネのように作用して、振動体１８が振動するようになる。そして、振動体１８の振動や空気室１９内の空気の振動が熱エネルギーに変換されることによって同振動、ひいては吸気音が低減されるようになる。

発明者等による各種の実験やシミュレーションの結果、こうした振動体１８および空気室１９からなる振動低減構造は、振動体１８の共振周波数を低周波帯域（本実施形態では、１０００ヘルツ以下の周波数帯域）に定めることが可能であり、低い周波数成分によって振動体１８を大きく振動させて同周波数成分の音圧レベルを効果的に低減させることの可能な構造であることが確認された。このことから本実施形態の振動低減構造は、吸気騒音の主な原因である低周波数成分の音圧レベルの低減に適していると云える。

したがって、そうした振動低減構造が採用された本実施形態のエアクリーナによれば、吸気騒音を効果的に低減することができるようになる。
また本実施形態のエアクリーナでは、環状壁１６Ａの突端と振動体１８の外縁との間が、同環状壁１６Ａの周囲方向全周に渡ってシールされている。そのため、吸気音の発生に伴う振動体１８の振動に際して、空気室１９から空気が漏れたり空気室１９内に空気が侵入したりすることを抑えることができる。これにより、振動体１８が振動し易くなり、その振動が熱エネルギーに変換され易くなるため、吸気騒音を効果的に低減することができるようになる。

さらに本実施形態のエアクリーナでは、空気室１９の内部に、第１ハウジング１０の底壁１４の内面から突出するとともにその突端が振動体１８に接触しない形状の補強リブ１７が設けられている。これにより、第１ハウジング１０の内面に固定リブ１６と振動体１８とからなる振動低減構造が配置されるとはいえ、同構造の配置部分に、振動体１８の振動の邪魔にならないように補強用のリブを配置することができる。そのため、振動低減構造の配置に起因して第１ハウジング１０の剛性が低下してしまうことを抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）第１ハウジング１０に、その底壁１４の内面から突出する環状の環状壁１６Ａと、環状壁１６Ａの突端に固定された振動体１８とを設けた。そして、底壁１４の内面と環状壁１６Ａの内周面と振動体１８とによって空気室１９を区画形成した。これにより、吸気騒音を効果的に低減することができる。

（２）環状壁１６Ａの突端と振動体１８の外縁との間を、同環状壁１６Ａの周囲方向全周に渡ってシールした。これにより、振動体１８が振動し易くなり、その振動が熱エネルギーに変換され易くなるために、吸気騒音を効果的に低減することができる。

（３）空気室１９の内部に、第１ハウジング１０の底壁１４の内面から突出するとともにその突端が振動体１８に接触しない形状の補強リブ１７を設けた。そのため、振動低減構造の配置に起因して第１ハウジング１０の剛性が低下してしまうことを抑えることができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・環状壁１６Ａの突端と振動体１８の外縁とを溶着によって固定してもよい。

・補強リブ１７を省略してもよい。また、固定リブ１６の環状壁１６Ａ以外の部分を省略することもできる。
・環状壁１６Ａの突端と振動体１８の外縁との間の一部がシールされていない構造を採用してもよい。

・エアクリーナの内部に上記空気室１９に準じた空気室を複数設けてもよい。この場合、それら空気室として、容積が互いに異なるものを設けるようにしてもよい。ここで、空気室の容積を変更すると、振動体が共振するようになる周波数が変化するため、音圧レベルを効果的に低減可能な周波数成分も変化する。詳しくは、他の条件が同一であれば、空気室の容積が大きくなるほど、振動体が共振するようになる周波数が低くなり、音圧レベルを効果的に低減可能な周波数成分が低い周波数成分になる。したがって、上記エアクリーナのように容積の異なる複数の空気室を設けることにより、異なる周波数成分の音圧レベルをそれぞれ効果的に低減することができるようになるため、吸気騒音をより効果的に低減することができるようになる。そうしたエアクリーナの具体例を図５および図６に示す。

図５に示す例では、第１ハウジング４０の底壁４４の内面において格子状に並ぶように、異なる間隔で延びる縦方向に３本と横方向に２本の合計５本の固定リブ４６が突設されている。これにより、第１ハウジング４０の底壁４４には、固定リブ４６における環状で延びる部分（環状壁）が複数形成される。そして、それら環状壁のうちの隣接するとともに容積の異なる２つの環状壁４６Ａ，４７Ａの各上部開口４６Ｂ，４７Ｂを塞ぐように、１枚の振動体４８が設けられている。これにより、第１ハウジング４０の内部には、底壁４４の内面と一方の環状壁４６Ａの内面と振動体４８とによって第１空気室４９Ａが区画形成されるとともに、底壁４４の内面と他方の環状壁４７Ａの内面と振動体４８とによって第２空気室４９Ｂが区画形成されている。このエアクリーナでは、第１空気室４９Ａの容積が第２空気室４９Ｂの容積よりも小さくなっている。

図６に示す例では、第１ハウジング５０の底壁５４の内面において格子状に並ぶように、異なる間隔で縦方向に延びる３本と等間隔で横方向に延びる３本の合計６本の固定リブ５５が突設されている。これにより、第１ハウジング５０の底壁５４には、固定リブ５５における環状で延びる部分（環状壁）が複数形成される。そして、それら環状壁のうち容積の異なる２つの環状壁５６Ａ，５７Ａの各上部開口５６Ｂ，５７Ｂを塞ぐように、２枚の振動体５８Ａ，５８Ｂが設けられている。これにより、第１ハウジング５０の内部には、底壁５４の内面と環状壁５６Ａの内面と振動体５８Ａとによって第１空気室５９Ａが区画形成されるとともに、底壁５４の内面と環状壁５７Ａの内面と振動体５８Ｂとによって第２空気室５９Ｂが区画形成されている。このエアクリーナでは、第１空気室５９Ａの容積は、第２空気室５９Ｂの容積よりも小さくなっている。

・振動体１８としては、ポリプロピレン以外の合成樹脂材料（例えばポリエチレンテレフタレート）によって形成されたフィルム状のものや、合成ゴム材料によって形成されたフィルム状のものを採用することができる。また、そうした樹脂フィルムやゴムフィルムに代えて、軟質の合成樹脂材料や合成ゴム材料によって形成されたシート状且つ非通気性の振動体を環状壁１６Ａの上部開口１６Ｂを塞ぐように設けてもよい。

・振動低減構造を、第１ハウジング１０の周壁１３に配置したり、第２ハウジング２０の周壁２３や頂壁２４に配置したりしてもよい。

１０，４０，５０…第１ハウジング、１１…インレット、１２…上部開口、１３…周壁、１４，４４，５４…底壁、１５…フランジ、１６，４６，５５…固定リブ、１６Ａ，４６Ａ，４７Ａ，５６Ａ，５７Ａ…環状壁、１６Ｂ，４６Ｂ，４７Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂ…上部開口、１７…補強リブ、１８，４８，５８Ａ，５８Ｂ…振動体、１９…空気室、４９Ａ，５９Ａ…第１空気室、４９Ｂ，５９Ｂ…第２空気室、２０…第２ハウジング、２１…アウトレット、２２…下部開口、２３…周壁、２４…頂壁、２５…フランジ、３０…フィルタエレメント、３１…濾過部、３２…シール部。

Claims

インレットを有する第１ハウジングと、アウトレットを有する第２ハウジングと、前記第１ハウジングの開口および前記第２ハウジングの開口の間に介設されるフィルタエレメントとを備えるエアクリーナにおいて、
前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングの少なくとも一方は、その内面から突出する環状の固定リブと、非通気性材料からなるとともに前記固定リブの突端に固定されたシート状またはフィルム状の振動体と、を有し、前記内面と前記固定リブの内周面と前記振動体とによって空気室が区画形成されており、
前記エアクリーナは前記空気室を複数有しており、それら前記空気室は容積が互いに異なることを特徴とするエアクリーナ。
請求項１に記載のエアクリーナにおいて、
前記固定リブの突端と前記振動体との間が、前記固定リブの周囲方向全周に渡ってシールされている
ことを特徴とするエアクリーナ。
請求項１または２に記載のエアクリーナにおいて、
前記空気室の内部には、前記内面から突出するとともにその突端が前記振動体に接触しない形状の補強リブが設けられていることを特徴とするエアクリーナ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエアクリーナにおいて、
前記振動体は、樹脂フィルムからなる
ことを特徴とするエアクリーナ。
インレットを有する第１ハウジングと、アウトレットを有する第２ハウジングと、前記第１ハウジングの開口および前記第２ハウジングの開口の間に介設されるフィルタエレメントとを備えるエアクリーナにおいて、
前記第１ハウジングおよび前記第２ハウジングの少なくとも一方は、その内面から突出する環状の固定リブと、非通気性材料からなるとともに前記固定リブの突端に固定されたシート状またはフィルム状の振動体と、を有し、前記内面と前記固定リブの内周面と前記振動体とによって空気室が区画形成されており、
前記空気室は、前記固定リブの突端と前記振動体との間が前記固定リブの周囲方向全周に渡ってシールされて密閉構造をなしていることを特徴とするエアクリーナ。