JP6943815B2 - エンジン用エアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、産業用エンジン、農業用エンジン、汎用エンジンなどのエンジンに用いられるエアクリーナ、即ちエンジン用エアクリーナに関するものである。

例えば、発展途上国向けのシンプル構造による小型汎用エンジン（特許文献１を参照）などにおいては、エアクリーナでのオイル持ち去りなどの種々の原因により、意図しないオーバーラン（過回転）を起すことがある。

産業用ディーゼルエンジンにおいてオーバーランが生じた場合は、速度レバーを全閉にして燃料供給を止めるか、デコンプレバーを引いて圧縮を抜くことにより、エンジンを停止させていた。

特開２００２−３４７４５２号公報

前述した従来のエンジンでは、オーバーランを起したときに自動停止させる装置は付いていないので、停止させるには過回転状態のエンジンに近付き、速度レバーやデコンプレバーを引くなどの対処をするしかなく、停止操作が行い難かった。

本発明の目的は、エアクリーナに着目することにより、停止制御装置などの高価な手段を用いることなく、オーバーランが生じた際にはエンジン停止させるなど、素早く回転数を下げることができるようにして、不測のオーバーラン対処が簡単に行えるように改善されたエンジン用エアクリーナを提供する点にある。

本発明は、エンジン用エアクリーナにおいて、
エアクリーナエレメントは、濾過部又はエア通路部でなるエレメント部と通路遮断部とを備え、複数の前記エアクリーナエレメントが互いに遠近移動可能にエアクリーナケースに収容され、複数の前記エアクリーナエレメントのうちのいずれかのエアクリーナエレメントのエレメント部は濾過部に形成され、
複数の前記エアクリーナエレメントは、遠近移動方向視で互いの前記エレメント部が互いの前記通路遮断部で覆われる状態に構成され、
前記エアクリーナケースに作用する吸気負圧が所定未満のときは、複数の前記エアクリーナエレメントが互いに遠近移動方向に離間され、かつ、所定以上のときは、複数の前記エアクリーナエレメントが互いに接近移動して当接される状態に設定されていることを特徴とする。

例えば、エア吸入方向で下流側の第１エアクリーナエレメント及び上流側の第２エアクリーナエレメントの両エレメント部を濾過部とし、第２エアクリーナエレメントのみ往復スライド移動可能にエアクリーナケースに内嵌する構成が挙げられる。通常の吸気負圧では、第２エアクリーナエレメントは動かず、各エアクリーナエレメントの濾過部を通ってエアが流れて行き、吸気負圧が相当に高いときは、その圧で第２エアクリーナエレメントが移動されて第１エアクリーナエレメントに当接し、エア供給が断たれる、という構成である。

本発明によれば、エアクリーナケースに作用する吸気負圧が所定未満のときは、複数のエアクリーナエレメントが遠近移動方向に離間されているので、エアクリーナケースに吸込まれたエア（空気）は、複数のエレメント部を通ることで良好に濾過されてエンジンへと流れて行く。エアクリーナケースに作用する吸気負圧が所定以上になると、各エアクリーナエレメントは過大な圧を受けることにより、複数のエアクリーナエレメントが互いに接近移動して当接し、それによってエア通路が塞がれる。

故に、吸気負圧が過大となるオーバーランが生じると、複数のエアクリーナエレメントがたがいに当接してエア通路が塞がれてエア供給が不能になり、エンジン回転数が迅速に下がる。そして、回転数が低下すると吸気負圧が下がり、エアクリーナエレメントどうしの当接が解除されて、エア通路が開通してエア供給が再開される。この絶妙なバランス設定によって不測のオーバーランが生じたときは、エンジン停止させるか或いは適正回転数に戻すなど、素早く回転数を減じる制御を自動的に行わせることが可能になる。

その結果、エアクリーナに着目することにより、停止制御装置などの高価な手段を用いることなく廉価に、オーバーランが生じた際に素早く回転数を減じることができるようにして、不測のオーバーラン対処が簡単に行えるように改善されたエンジン用エアクリーナを提供することができる。

エアクリーナの原理構造を示す縦断面図 （Ａ）第１エアクリーナエレメントを示す平面図、（Ｂ）第２エアクリーナエレメントを示す平面図 第２エアクリーナエレメントが最上昇した状態を示すエアクリーナの縦断面図 横型ディーゼルエンジンの側面図

以下に、本発明によるエンジン用エアクリーナの実施の形態を、産業用の横型ディーゼルエンジンに用いられるエアクリーナの場合について、図面を参照しながら説明する。なお、図１〜図３は、エアクリーナの機能を示すための概略図である。

図４に示されるように、エンジン４２はクランクケース４３の後方にシリンダ部４４が、そしてシリンダ部４４の後方にシリンダヘッド４６がそれぞれ配置された水冷で横形のエンジンである。燃料タンク５はクランクケース４３の真上に配置され、ヘッドランプ２は燃料タンク５の前方に配置されている。シリンダ部４４の真上には、エンジン冷却水のラジエータ４５が取り付けられている。

燃料タンク５の左右両側には、サイドカバー５６が配置され、このサイドカバー５６はヘッドランプ支持体１の横側枠部１２とラジエータ４５にサイドカバー固定手段５８で固定されている。６は燃料タンクの取付フランジ、５７は給油口、５８はサイドカバー固定手段、３２は上カバー、３７は下カバーである。３８は潤滑ポンプ、３９は燃料フィルタ、３はエアクリーナ、４０は排気マフラ、４１はフライホイール、３３は排気上流管、３４は排気出口管、３５はエンジン台、３６は吸気ダクトである。次に、エアクリーナ３について説明する。

〔実施形態１〕
図１，２，３に示されるように、実施形態１のエアクリーナ３は、濾過部１６（エレメント部１６の一例）と通路遮断部１７とを備える第１及び第２エアクリーナエレメント８，９が互いに遠近移動可能にエアクリーナケース４に収容され、第１及び第２エアクリーナエレメント８，９は、遠近移動方向視で互いの濾過部１６，１６が互いの前記通路遮断部１７，１７で覆われる状態に構成されている。そして、エアクリーナケース４に作用する吸気負圧が所定未満のときは、第１及び第２エアクリーナエレメント８，９が互いに遠近移動方向に離間され、かつ、所定以上のときは、第１及び第２エアクリーナエレメント８，９が互いに接近移動して当接される状態に設定されている。

図１〜図３に示されるように、エアクリーナ３は、エアクリーナケース４と、円筒状のパイプ材７と、上下一対の第１及び第２エアクリーナエレメント８，９と、コイルスプリング１０とを備えて構成されている。エアクリーナ３は、図４に示されるように、着脱可能な上蓋３Ａを有しているが、図１と図３では上蓋３Ａは省略し、かつ、上側が閉塞された図として描いてある。また、パイプ材７の下端部に、シリンダヘッド４６に続く吸気ダクト３６が接続されている。

エアクリーナケース４は、円筒状の本体ケース部４Ａと、上壁４Ｂとを備えた有蓋無底円筒状に形成されている。上壁４Ｂは、実際には着脱可能な上蓋３Ａがその役割を担うが、図１と図３では、簡単のため、本体ケース部４Ａの上端を閉じる壁として描いてある。
金属や合成樹脂などの丸パイプによるパイプ材７は、本体ケース部４Ａと同じ軸心Ｐを持ち、図示しない支持部材により、本体ケース部４Ａに対して位置固定で支持されている。なお、軸心Ｐ方向視（軸心方向視）は遠近移動方向視のことである。

図１、図２（Ａ）、図３に示されるように、上側の第１エアクリーナエレメント８は、本体ケース部４Ａの内周面１１に内嵌される外周面１３と、パイプ材７の外周面７Ａに外嵌される内周面１４とを備え、軸心Ｐ方向視で円環状（ドーナツ状）を呈するように形成されている。内周面１４の下側には、この内周面１４よりも少し径の大きい拡大内周面１５が形成されており、この拡大内周面１５とパイプ材７の外周面７Ａとの間の環状空間部（符記省略）にコイルスプリング１０の上部が収容される。

つまり、第１及び第２エアクリーナエレメント８，９のそれぞれに対しては軸心Ｐ方向（遠近移動方向）に沿っての相対移動が可能に内嵌され、かつ、エアクリーナケース４には相対固定されるパイプ材７が設けられている。そして、エアクリーナケース４の軸心Ｐ方向の一端が閉塞され、軸心Ｐ方向の他端におけるエアクリーナケース４とパイプ材７との間の環状部がエア吸入口２３に設定され、かつ、パイプ材７の他端側の開口部がエア出口２６に設定されている。

第１エアクリーナエレメント８は、円環状の上面８Ａ及び下面８Ｂを有するとともに、２箇所の濾過部１６，１６と、２箇所の通路遮断部１７，１７とを備えている〔図２（Ａ）を参照〕。上面８Ａ及び下面８Ｂには、軸心Ｐを中心とする９０度の角度範囲線ｒより僅かに狭い角度範囲を有する上及び下円弧孔８ａ，８ｂが、軸心Ｐ回りで１８０度離れて２箇所ずつ形成されている。つまり、２箇所のエレメント部１６，１６は、共に濾過部に形成されている。

上及び下円弧孔８ａ，８ｂは、軸心Ｐに対する９０度の角度範囲線ｒから周方向で互いに近付く方向に僅かに寄って前記角度範囲線ｒに平行な端縁１８と、パイプ材７の外周面７Ａより少し径の大きい上内円弧縁１９及び下内円弧縁２０と、本体ケース部４Ａの内周面１１よりも少し径の小さい外円弧縁２１とを有している。そして、各濾過部１６は、不織布や網状体などによりなる濾材１６Ａが、上下の円弧孔８ａ，８ｂをカバーする状態で第１エアクリーナエレメント８に装備されている。

第１エアクリーナエレメント８においては、エアは２箇所の通路遮断部１７，１７は通れないので、２箇所の濾過部１６，１６を通過し、その際に濾材１６Ａによって濾過されるように構成されている。各通路遮断部１７、１７の軸心Ｐに対する角度範囲は、９０度よりも僅かに大きい。

図１、図２（Ｂ）、図３に示されるように、下側の第２エアクリーナエレメント９は、第１エアクリーナエレメント８よりも上下幅が明確に小さく、内周面１４とほぼ同径の単一の内周面１４を持つ以外は、基本的に第１エアクリーナエレメント８と同じ構造を持っている。従って、同じ機能を持つ箇所には、第１エアクリーナエレメント８に付した符号と同じ符号又は対応する符号を付し、その説明が為されたものとする。対応する符号としては上及び下円弧孔９ａ，９ｂ、上面９Ａ、下面９Ｂであり、その他は同符号である。

第２エアクリーナエレメント９における第１エアクリーナエレメント８と異なる点は次の１．と２．である。
１．パイプ材７の外周面７Ａに内周面１４が遊外嵌され、かつ、本体ケース部４Ａの内周面１１に外周面１３が遊内嵌されており、第２エアクリーナエレメント９は、エアクリーナケース４及びパイプ材７に対して軸心Ｐ方向に往復スライド移動可能である。従って、第１エアクリーナエレメント８と第２エアクリーナエレメント９は軸心Ｐ方向において遠近移動可能にエアクリーナケース４に収容されている。

２．図２に示されるように、第１エアクリーナエレメント８と第２エアクリーナエレメント９は、濾過部１６と通路遮断部１７の配置箇所が、軸心Ｐに関して互いに９０度ずれた設定とされている。従って、第１エアクリーナエレメント８と第２エアクリーナエレメント９とが上下に当接した状態では、互いの濾過部１６，１６が相手の通路遮断部１７，１７で塞がれた状態、即ち、エアクリーナ３内でのエア流れが不能となるように構成されている。なお、図示は省略するが、突条と溝の嵌合等、エアクリーナケース４又はパイプ材７と第２エアクリーナエレメント９との軸心Ｐ周り移動は不能に構成されている。

図１、図３に示されるように、コイルスプリング１０は、第２エアクリーナエレメント９の上面９Ａに当接し、かつ、拡大内周面１５の内側に入り込む状態で第１エアクリーナエレメント８の中間下面（符記省略）に当接する状態（当接しなくてもよい）で設けられた圧縮型のばねである。第２エアクリーナエレメント９は図１で示される上下位置に、コイルスプリング１０による下方付勢と重力との合算により、又は重力のみにより位置保持されている。

つまり、吸気ダクト３６からパイプ材７の内部通路２２に作用する吸気負圧が所定未満の通常時のときは、図１に示されるように、第１及び第２エアクリーナエレメント８，９が互いに軸心Ｐ方向（遠近移動方向）に離間されている。従って、本体ケース部４Ａ及びパイプ材７の下端部どうしの間の円環状のエア吸入口２３から吸込まれるエア（空気）は、白抜きの矢印で示されるように、第２エアクリーナエレメント９の濾過部１６，１６、第１及び第２エアクリーナエレメント８，９の間の中間環状スペース２４、第１エアクリーナエレメント８の濾過部１６，１６、ケー内上部スペース２５、パイプ材７の内部通路２２、その下端のエア出口２６を通って吸気ダクト３６に進む。

そして、何らかの原因でエンジン４２が定格回転数以上の回転数、即ちオーバーラン状態（過回転状態）になると、吸気負圧が所定以上に増大する。その場合は、両エアクリーナエレメント８，９を持上げようとする強い力（図３の白抜き矢印や線矢印を参照）が作用し、重力及びコイルスプリング１０の付勢力に抗して可動体である第２エアクリーナエレメント９が強制的に上昇移動される。その結果、図３に示されるように、第２エアクリーナエレメント９の上面９Ａが、第１エアクリーナエレメント８の下面８Ｂに当接する状態が齎される。

図３に示すオーバーラン時（吸気負圧過大時）では、前述したとおり、第１及び第２エアクリーナエレメント８，９の当接によって互いの濾過部１６，１６が塞がれてしまい、エアが通れないエア通路遮断状態になる。つまり、図２（Ａ）で示される第１エアクリーナエレメント８の下側に図２（Ｂ）で示される第２エアクリーナエレメント９が当接されるので、第１エアクリーナエレメント８の２箇所の濾過部１６，１６は、第２エアクリーナエレメント９の２箇所の通路遮断部１７，１７で覆われて塞がれ、かつ、第２エアクリーナエレメント９の２箇所の濾過部１６，１６は、第１エアクリーナエレメント８の２箇所の通路遮断部１７，１７で覆われて塞がれる。

全ての濾過部１６が塞がれてしまうので、エアクリーナ３からシリンダヘッド４６へのエア供給が不能になり、それによってエンジン回転数が迅速に低下される。エンジン回転数が下がると吸気負圧も下がるので、最上昇されていた第２エアクリーナエレメント９が下降移動してエア供給が再開されるようになる。この絶妙なバランス設定により、オーバーランが生じたらエア供給を断って迅速にエンジン停止させる、或いは定格回転数などの通常の回転数に戻すなど、回転数を減じる制御を自動的に行わせることができる。

つまり、第２エアクリーナエレメント９の昇降移動により、エンジン４２のオーバーランが実質的に生じないように機械的に制御する機能を備えたエアクリーナ３が構成されている。このエアクリーナ３に備えられたオーバーラン防止装置によるエンジン回転数（制御回転数）は、第２エアクリーナエレメント９のスライド移動のし易さや重さ（質量）、エア吸入口２３の面積、コイルスプリング１０のばね定数や初期荷重設定など、種々の要素に基づいて任意に設定することが可能である。

〔別実施形態〕
（１）第１エアクリーナエレメント８は、その濾過部１６が濾材１６Ａの省略によってなるエア通路部とされたものでも良い。２箇所の通路遮断部１７，１７が吸気負圧を受けるので、ある程度吸気負圧が高くなると上昇移動するように設定することが可能である。

（２）第２エアクリーナエレメント９の下にもう一つのエアクリーナエレメント（第３エアクリーナエレメント）をスライド移動可能に配置しても良い。エレメント部１６が２箇所ずつ設けられる場合は、軸心に対して１８０度離れた箇所に６０度の角度範囲で一対のエレメント部１６，１６を形成し、かつ、第１、第２、第３のエアクリーナエレメントで各々のエレメント部１６が６０度ずつ位置ずれされた構成とすれば好ましい。

（３）実施形態１、別実施形態（１）、（２）によるエアクリーナにおいて、弾性機構１０が省かれた構成とされたもの。
（４）エアクリーナケース４が、一端にエア吸入口２３を、かつ、他端にエア出口２６を備える構成（パイプ材７は無し）とされ、本体ケース部４Ａに対して往復スライド移動可能に内嵌される複数のエアクリーナエレメント８，９を有するエアクリーナ。

４ エアクリーナケース
４Ａ ケース本体部
７ パイプ材
８ エアクリーナエレメント（第１エアクリーナエレメント）
９ エアクリーナエレメント（第２エアクリーナエレメント）
１０ 弾性機構（コイルスプリング）
１６ エレメント部（濾過部、エア通路部）
１７ 通路遮断部
２３ エア吸入口
２６ エア出口

Claims (9)

1. エアクリーナエレメントは、濾過部又はエア通路部でなるエレメント部と通路遮断部とを備え、複数の前記エアクリーナエレメントが互いに遠近移動可能にエアクリーナケースに収容され、複数の前記エアクリーナエレメントのうちのいずれかのエアクリーナエレメントのエレメント部は濾過部に形成され、
   複数の前記エアクリーナエレメントは、遠近移動方向視で互いの前記エレメント部が互いの前記通路遮断部で覆われる状態に構成され、
   前記エアクリーナケースに作用する吸気負圧が所定未満のときは、複数の前記エアクリーナエレメントが互いに遠近移動方向に離間され、かつ、所定以上のときは、複数の前記エアクリーナエレメントが互いに接近移動して当接される状態に設定されているエンジン用エアクリーナ。
   
2. 前記いずれかのエアクリーナエレメントは移動可能なエアクリーナエレメントである請求項１に記載のエンジン用エアクリーナ。
3. 前記いずれかのエアクリーナエレメント以外のエアクリーナエレメントのエレメント部も濾過部に形成されている請求項２に記載のエンジン用エアクリーナ。
4. 前記エアクリーナケースが筒状のケース本体部を有し、複数の前記エアクリーナエレメントが前記ケース本体部にスライド移動可能に内嵌されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジン用エアクリーナ。
5. 複数の前記エアクリーナエレメントのそれぞれに対しては前記遠近移動方向に沿っての相対移動が可能に内嵌され、かつ、前記エアクリーナケースには相対固定されるパイプ材が設けられ、
   前記エアクリーナケースの遠近移動方向の一端が閉塞され、遠近移動方向の他端における前記エアクリーナケースと前記パイプ材との間の環状部がエア吸入口又はエア出口の一方に設定され、かつ、前記パイプ材の前記他端側の開口部がエア吸入口又はエア出口の他方に設定されている請求項４に記載のエンジン用エアクリーナ。
6. 複数の前記エアクリーナエレメントのうちのエア吸入方向で最下流側の第１エアクリーナエレメントが前記エアクリーナケース及び前記パイプ材に相対移動不能に支持され、前記第１エアクリーナエレメント以外のエアクリーナエレメントが前記エアクリーナケース及び前記パイプ材に対してスライド移動可能に構成されている請求項５に記載のエンジン用エアクリーナ。
   
7. 前記エアクリーナエレメントの数が２に設定されている請求項１〜５の何れか一項に記載のエンジン用エアクリーナ。
   
   
8. 一方の前記エアクリーナエレメントと他方の前記エアクリーナエレメントとを互いに引き離す方向に付勢する弾性機構が装備されている請求項７に記載のエンジン用エアクリーナ。
9. 前記弾性機構がコイルスプリングを有して構成されている請求項８に記載のエンジン用エアクリーナ。

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