JP7278203B2 - エアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、エアクリーナに関し、特に出口管に空気流量センサを取付可能な内燃機関の吸気系のエアクリーナに関する。

内燃機関の吸気系には、外部から取り込んだ空気を内燃機関に供給する前に、空気中のダストを除去するためにエアクリーナが設けられる。エアクリーナの出口管や、出口管から内燃機関までの吸気系の経路中には、内燃機関に供給される空気量を測定する空気流量センサ（ＭＡＦ（Ｍａｓｓ Ａｉｒ Ｆｌｏｗ）センサ）が設けられる。近年、内燃機関の燃費性能向上や排ガスのクリーン化のために、空気量測定の要求精度が高くなり、エアクリーナの個体間のバラツキを抑えることが求められている。特に、出口管にＭＡＦセンサを組み込むエアクリーナにおいては、出口管を流れる空気流の流速分布が横断面内で均一であることが求められるが、エアクリーナのハウジングの構造やフィルタエレメントの均一性に起因する空気流の流速分布の偏りが生ずる。

例えば、出口管の軸線が、平板状のフィルタエレメントの法線と異なる方向を向く構造を有するエアクリーナでは、空気流がフィルタエレメントを通過後に角度をもって出口管に流れるため、出口管の横断面内において空気流の流速分布の偏りが生ずる。また、フィルタエレメントは空気の流れを妨げる抵抗体でもあるが、抵抗の大きさはフィルタエレメントの面内で一様ではなく、また個体差もあるため、フィルタエレメント通過後の空気流の流速分布に偏りが生ずる。このようなエアクリーナの構造やフィルタエレメントの均一性に起因する空気流の流速分布の偏りは、特にＭＡＦセンサが取り付けられている出口管で顕著であるため、出口管内における空気流の流速分布の偏りを抑えることが求められてきた。

このため、出口管の入口に金属メッシュや樹脂成型部品など整流構造を設けたり、特許文献１に記載されたように、クリーン側空気室内に整流板を設けて、流速分布の偏りを抑えることが行われてきた。

特開２０１４－４０７７９号公報

しかしながら、整流構造や整流板などの整流部品は、空気の流れを妨げる抵抗体であるため、特に空気流量の低い場合に空気の流れが大きく阻害される。また、整流部品をハウジングと別部品とした場合、別体の整流部品をハウジングに固定することが必要となるため、部品点数の増加や製造工程の複雑化が発生する。出口管の入口に部品整流部品を設ける場合には、ハウジングと一体成形して部品点数の増加や製造工程の複雑化を防止することは可能であるが、成形状態（例えばバリ等）により流速分布の偏りが生じ、さらに出口管の入口からＭＡＦセンサまでの距離が小さいことから、ＭＡＦセンサはこの流速分布の偏りの影響を大きく受けて測定精度が劣化するなど二次的な不具合が生ずる問題があった。

ところで、出願人の研究の結果、フィルタエレメントの均一性に起因する空気流の流速分布の偏りは、空気流の流量に依存することがわかった。図５は、フィルタエレメントを１８０度回転させて取り付けた前後のＭＡＦセンサの測定値のバラツキを示した図である。図で横軸は空気流量の大きさを、縦軸はフィルタエレメントの回転前後のＭＡＦセンサの測定値の平均値Ｑに対する、回転前７１と回転後７２の測定値の偏差ｄＱの割合ｄＱ／Ｑを示している。空気流量が低い場合には回転前後でｄＱ／Ｑは小さく、空気流量が高くなるにつれて偏差が拡大していることがわかる。この結果から、フィルタエレメントの均一性に起因する空気流の流速分布の偏りは、空気流量が高いときに顕著となることがわかる。さらに、空気流量が低いときには、フィルタエレメントを通過した空気はそのまま進行方向を変えながら出口管に向かうために流速分布の偏りは小さいが、空気流量が高いときには、ハウジングの内面に沿って出口管に向かう流れが発生するため、流速分布の偏りが大きくなる。

よって、エアクリーナの構造やフィルタエレメントの均一性に起因する流速分布の偏りを小さくし、ＭＡＦセンサの測定精度を向上させるためには、空気流量が高いときに空気の乱れが生じるポイント、すなわち出口管やフィルタエレメントから遠位のハウジングの角部の空気流の整流を行うことが重要である。

上記課題は、ハウジング（２、３）によって画定された内部容積が、フィルタエレメント（４）によって上流側のダスト側空気室（３３）と、下流側のクリーン側空気室（２３）とに仕切られ、前記ダスト側空気室（３３）に導入された空気を前記フィルタエレメント（４）で濾過して前記クリーン側空気室（２３）に流し、前記クリーン側空気室（２３）に接続され、空気流量センサ（２２）が取付可能な出口管（２１）から排出するエアクリーナ（１）において、前記出口管（２１）は、前記フィルタエレメント（４）の法線（５２）方向と異なる方向に延び、前記エアクリーナ（１）は、前記クリーン側空気室（２３）を画定するハウジング（２）の内面に配置された複数のリブ（４１、４２、４３）を有し、前記複数のリブ（４１、４２、４３）は、前記フィルタエレメント（４）および前記出口管（２１）から遠位の前記ハウジングの角部（２４）から、前記フィルタエレメント（４）および前記出口管（２１）に向かって延び、前記出口管（２１）が接続されたハウジングの面（２５）よりも手前で終端し、隣り合うリブの間隔（ｄ）が、前記出口管（２１）に向かって狭くなるように構成される、エアクリーナにより、解決することができる。

空気流量が高いときに空気の乱れが生じるポイント、すなわち出口管やフィルタエレメントから遠位のハウジングの角部に整流のためのリブを設け、かつ、隣り合うリブの間隔（ｄ）を出口管（２１）に向かって狭くなるように構成することにより、空気流量が高いときに空気の乱れを抑えながら空気流を出口管に導くことができる。これにより、出口管内における流速分布の偏りを小さくすることが可能となり、ＭＡＦセンサの測定精度を向上させることができる。また、空気流量が低いときには、空気流の多くの部分は内面に沿うことなく、出口管に流れるため、整流部材であるリブが空気の流れの妨げとなることがない。

ここで、複数のリブ（４１、４２、４３）は、ハウジング（２、３）と一体成形することが望ましい。これにより、部品点数の増加や製造工程の複雑化を防止することができる。また成形されたリブに成形バリが生じたとしても、リブは出口管から離れて配置されていることから、出口管に取り付けられているＭＡＦセンサは、成形バリによって生ずる空気流の乱れによる影響をほとんど受けない。

さらに、複数のリブ（４１、４２、４３）は、出口管の軸線（５１）に対して対称に延びることが望ましい。出口管の軸線（５１）に対して対称に収束する流れを作ることができることから、出口管における流速分布の偏りを小さくすることが可能となる。

さらに、リブ（４１、４２、４３）の出口管（２１）側の端部（４５）は、ハウジングの内面から、出口管（２１）から離れる方向に延びることが望ましい。これにより、リブの端部が出口管の入口付近に達することを防止することができ、出口管における流速分布の偏りを小さくすることが可能となる。

エアクリーナの概略的な分解斜視図である。 エアクリーナの概略的な断面図である。 クリーン側ハウジングの内面を概略的に示した斜視図である。 クリーン側空気室の空気の流れの説明図である。 従来のエアクリーナの空気流の偏りを示す説明図である。 本発明に係るエアクリーナの空気流の偏りを示す説明図である。

本発明の一実施例であるエアクリーナ１の概略的な構成を図１および図２に示す。図１は、エアクリーナ１を主要な構成要素ごとに分解した概略的な斜視図であり、図２はエアクリーナ１の上下方向に切ったときの概略的な断面図である。

エアクリーナ１は、下部が開口したクリーン側ハウジング２と、上部が開口したダスト側ハウジング３と、ハウジングの内部に配置される平板状のフィルタエレメント４を備える。クリーン側ハウジング２の下端部とダスト側ハウジング３の上端部とが係合することにより、それぞれのハウジングの開口が閉鎖されてエアクリーナ１の内部容積が画定される。

エアクリーナ１の内部容積は、閉鎖された開口位置に配置されたフィルタエレメント４によって、ダスト側空気室３３とクリーン側空気室２３とに分けられる。上流側の空気室であるダスト側空気室３３は、フィルタエレメント４とダスト側ハウジング３とによって画定される。また、下流側の空気室であるクリーン側空気室２３は、フィルタエレメント４とクリーン側ハウジング２とによって画定される。

ダスト側ハウジング３には、外気を吸気するための入口管３１が、ハウジング３を貫いて接続されている。入口管３１から吸気されたダストを含む外気は、ダスト側空気室３３を通ってフィルタエレメント４に流れる。

フィルタエレメント４は、蛇腹状に折り目が形成されたフィルタ部材によって形成された、平らな上面および下面を有する平板状のエレメントである。フィルタエレメント４は、フィルタ部材を通過する空気中のダストを捕獲することにより、空気を濾過する機能を有する。

クリーン側ハウジング２には、フィルタエレメント４を通過して濾過された空気を排出する出口管２１が接続されている。出口管２１が延びる方向、すなわち出口管２１の軸線５１は、平板状のフィルタエレメント４の法線５２とは、異なる方向を向いている。このため、フィルタエレメント４を通過した空気は、クリーン側空気室２３内で進行する方向を変えながら出口管２１に向かって流れる。出口管２１から排出された空気は、吸気系経路を経て内燃機関に供給される。

出口管２１の周面には、空気流量センサ（ＭＡＦセンサ）２２を脱着自在に取付可能なセンサ取付部２６が設けられている。センサ取付部２６に取り付けられたＭＡＦセンサ２２は、出口管２１の内部に向かって延出し、出口管２１内を流れる空気流量を測定することできる。

クリーン側ハウジング２の内面６０には、内面６０から垂直に延びる３枚のリブ４１、４２、４３が配置されている。本実施態様のエアクリーナ１のリブ４１、４２、４３は３枚であるが、リブの枚数は２枚以上あれば適宜設定可能である。また、本実施態様のエアクリーナ１では、リブ４１、４２、４３をクリーン側ハウジング２と同一の材料で、リブ４１、４２、４３をクリーン側ハウジング２とを一体成形して、部品点数の増加や製造工程の複雑化を防止しているが、リブ４１、４２、４３とクリーン側ハウジング２とを異なるパーツで個別に製造し、溶着などによって固定してもよい。

リブ４１、４２、４３の配置を図２と図３に示す。図３は、クリーン側ハウジング２の開口から内部をみたときの概略的な斜視図である。リブ４１、４２、４３は、いずれもフィルタエレメント４および出口管２１から遠位のクリーン側ハウジング２の角部２４から、クリーン側ハウジング２の内面６０、６１、６２に沿って、フィルタエレメント４と出口管２１に向かって延びている。

ここで、ハウジング２の角部２４とは、ハウジング２の２つの面が交差する辺の部分である。すなわち、中央のリブ４１と一方の側方のリブ４２は、面６０と面６１とが交差する角部２４から、面６１に沿ってフィルタエレメント４の方向に、かつ、面６０に沿って出口管２１に向かって延びる。他方の側方のリブ４３は、面６０と面６２との交差する角部２４から、面６２に沿ってフィルタエレメント４の方向に、かつ、面６０に沿って出口管２１に向かって延びる。

出口管２１の方向に延びるリブ４１、４２、４３は、いずれも出口管２１が接続されたハウジング２の面２５に達することなく、その手前で終端する。よって、リブ４１、４２、４３の出口管側の端部４５は、出口管２１から離れた場所に位置する。このため、リブ４１、４２、４３の存在によって出口管２１付近の空気流が乱されることがない。特に、リブ４１、４２、４３をクリーン側ハウジング２と一体成形する場合には、リブの端部に生ずる可能性がある成形バリによって出口管２１付近の空気流の乱れが発生することを防止することができる。これにより、出口管２１内の流速分布の偏りを抑制した空気の流れを作り出すことが可能となる。

これに対して、フィルタエレメント４の方向には、リブ４１、４２、４３は、フィルタエレメント４に達するまで（すなわちクリーン側ハウジング２の開口まで）延びてもよい。フィルタエレメント４は、フィルタ材料が蛇腹状に構成されているため粗密が生ずる。このため、空気流がフィルタエレメント４を通過するときの抵抗の大きさはフィルタエレメントの面内で一様ではなく、また個体差もあるため、フィルタエレメント４通過後の空気流の流速分布には偏りが生ずる。リブ４１、４２、４３をフィルタエレメント４付近まで延ばすことにより、フィルタエレメント４通過後の空気流を整流して、流速分布の偏りを小さくすることができる。また、フィルタエレメント４は出口管２１から離れているため、リブ４１、４２、４３の成形バリの影響が出口管２１付近の空気流に及ぶことがない。

隣り合うリブどうし（リブ４１と４２、リブ４１と４３）の間隔ｄは、出口管２１に向かって狭くなる。この構成により、クリーン側空気室２３内の空気流を、リブ４１、４２、４３によって出口管２１に向かって整流することができ、出口管２１付近の空気流の乱れを抑制し、出口管２１内を流れる空気流の流速分布の偏りを小さくすることができる。

さらに、本実施態様のリブ４１、４２、４３は、出口管の軸線５１に対して対称となる方向に延びている。すなわち、中央のリブ４１は、面６１から出口管の軸線５１と平行に延び、側方のリブ４２、４３は、中央のリブ４１からの距離ｄが互いに等しくなるように、出口管２１に向かって延びる。このため、中央のリブ４１の両側から出口管２１に流れ込む空気流量がほぼ等しくなるため、出口管２１付近の空気流の乱れが抑制され、出口管２１内を流れる空気流の流速分布の偏りを小さくすることができる。

また、リブ４１、４２、４３の出口管側の端部４５は、クリーン側ハウジング２の内面６０から、出口管２１から離れる方向に延びている。すなわち、リブ４１、４２、４３の出口管側の端部４５は、ハウジング２の内面６０から内面６０の法線方向ではなく、法線よりも出口管２１とは反対側の方向に延びる。リブの出口管側の端部４５は、出口管２１に最も近く位置するため、端部４５をハウジング２の内面６０の法線方向に延ばすと、ハウジングの内面６０から離れるにしたがって、端部４５が出口管２１に近づき、出口管２１入口付近の空気流の流れを乱す原因となる。このため、端部をハウジングの内面から出口管から離れる方向に延出させることで、出口管２１内を流れる空気流の流速分布の偏りを小さくすることができる。

次に、エアクリーナ１のリブ４１、４２、４３の作用について述べる。図４は、クリーン側空気室２３を流れる空気流の流れの説明図である。エアクリーナ１を流れる空気流量が低いときには、矢印Ａで示すように、フィルタエレメント４を通過した空気流は、クリーン側ハウジング２の内面６０まで達することなく、クリーン側空気室２３の中央部付近を、次第に進行方向を変化させながら出口管２１に向かって流れる。このため、空気流Ａはリブ４１、４２、４３によって、流れが妨げられることなく、出口管２１に流れることができる。

一方、空気流量が高いときには、矢印Ａで示す流れのほかに、矢印Ｂで示すような空気流の流れ、すなわち、クリーン側ハウジング２の内面６０の付近まで達し、あるいは内面６０に沿って流れる空気流Ｂが存在する。リブ４１、４２、４３が無い場合には、空気流Ｂはクリーン側空気室２３内の空気流の乱れの原因となるが、リブ４１、４２、４３によって空気流Ｂは出口管２１の方向に向かって整流されるため、クリーン側空気室２３内の空気流の乱れを抑制し、出口管２１内を流れる空気流の流速分布の偏りを小さくすることができる。

図６は、エアクリーナ１に取り付けるフィルタエレメント４を１８０度回転した前後の、ＭＡＦセンサ２２の測定値のバラツキを示した図である。図において横軸は空気流量の大きさを、縦軸はフィルタエレメント４の回転前後のＭＡＦセンサ２２の測定値の平均値Ｑに対する、回転前７３と回転後７４の測定値の偏差ｄＱの割合ｄＱ／Ｑを示している。図５で示したリブがないハウジングでの測定したときのｄＱ／Ｑと比べると、空気流量が低い領域から高い領域まで、測定値の偏差の割合ｄＱ／Ｑが小さく抑えられていることがわかる。このことから、出口管２１の横断面内の流速分布の偏りが抑制され、より精度の高い流量測定が可能となることがわかる。

以上、本願発明にかかるエアクリーナに関する説明を行ったが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。例えば、本実施態様のリブ４１、４２、４３は、平板状のリブで、ハウジング２の内面６０に対して垂直に延びているが、内面６０に対して非垂直方向に傾斜して延びてもよく、また曲面を有するリブであってもよい。

１ エアクリーナ
２ クリーン側ハウジング
３ ダスト側ハウジング
４ フィルタエレメント
２１ 出口管
２２ 空気流量センサ（ＭＡＦセンサ）
２３ クリーン側空気室
２４ 角部（ハウジングの辺）
２５、６０、６１、６２ ハウジングの面
２６ センサ取付部
３１ 入口管
３３ ダスト側空気室
４１、４２、４３ リブ
４５ リブの端部
５１ 出口管の軸線
５２ フィルタエレメントの法線

Claims (4)

1. ハウジング（２、３）によって画定された内部容積が、フィルタエレメント（４）によって上流側のダスト側空気室（３３）と、下流側のクリーン側空気室（２３）とに仕切られ、前記ダスト側空気室（３３）に導入された空気を前記フィルタエレメント（４）で濾過して前記クリーン側空気室（２３）に流し、前記クリーン側空気室（２３）に接続され、空気流量センサ（２２）が取り付けられた出口管（２１）から排出するエアクリーナ（１）において、
   前記出口管（２１）は、前記フィルタエレメント（４）の法線（５２）とは異なる方向に延び、
   前記エアクリーナ（１）は、前記クリーン側空気室（２３）を画定するハウジング（２）の内面に配置された複数のリブ（４１、４２、４３）を有し、
   前記複数のリブ（４１、４２、４３）は、前記フィルタエレメント（４）および前記出口管（２１）から遠位の前記ハウジングの角部（２４）から、前記フィルタエレメント（４）および前記出口管（２１）に向かって延び、前記出口管（２１）が接続されたハウジングの面（２５）よりも手前で終端し、
   隣り合うリブの間隔（ｄ）が、前記出口管（２１）に向かって狭くなるように構成され、
   前記複数のリブ（４１、４２、４３）は、前記クリーン側空気室（２３）の空気流を、前記出口管（２１）の方向に向かって整流する、
   エアクリーナ。
2. 前記複数のリブ（４１、４２、４３）は、前記ハウジング（２、３）と一体成形されている、請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 前記複数のリブ（４１、４２、４３）は、前記出口管の軸線（５１）に対して対称に延びる、請求項１または２に記載のエアクリーナ。
4. 前記リブ（４１、４２、４３）の前記出口管（２１）側の端部（４５）は、前記ハウジングの内面から、前記出口管（２１）から離れる方向に延びる、請求項１から３までのいずれか１項に記載のエアクリーナ。

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