JP7384120B2 - プリクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気系に設けられるプリクリーナに関する。

内燃機関の吸気系において、吸気中の異物を取り除くためのエアクリーナの濾過部よりも上流側の部分には、その濾過部で吸気から取り除かれる異物よりも大きい異物（塵埃等）を予め取り除くため、例えば特許文献１、２に示されるようなプリクリーナが設けられる。

このプリクリーナは、内燃機関の吸気系におけるエアクリーナの濾過部よりも上流側の部分に設けられる管と、その管内の中心部に設けられているコーンと、そのコーンから放射状に突出して上記管に繋がる複数の羽根と、同管におけるコーン及び羽根よりも下流側の部分に設けられている排塵部と、を備えている。なお、排塵部は、管の内周面に沿って環状に設けられている。

そして、内燃機関の吸気がプリクリーナの管内における羽根の間を通過することにより、管の内部には同管の軸線を中心とする上記吸気の旋回流が発生する。管内に上記吸気の旋回流が発生すると、その旋回流によって吸気から塵埃が遠心分離した後に上記排塵部から管の外に排出される。

特許第２６６６２７１号公報 特許第３８９８９１５号公報

上記プリクリーナでは、内燃機関の吸気が各羽根の間を通過することによって管内に上記吸気の旋回流が生じるようにはなるものの、その吸気が管内におけるコーン及び各羽根に対応する部分を通過することに伴って、同吸気の管内での通気抵抗が増大することは否めない。

なお、管内における吸気の通気抵抗を低減するため、管内における環状の排塵部の内径を大きくして管の出口部分における吸気の流通面積を大きくすることも考えられるが、この場合には管の出口部分における吸気の流通面積の増大に起因して管内での吸気の旋回流が弱くなるという問題が生じる。

本発明の目的は、管内における吸気の旋回流を弱めることなく同吸気の管内での通気抵抗を低減することができるプリクリーナを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するプリクリーナは、内燃機関の吸気系におけるエアクリーナの濾過部よりも上流側の部分に設けられる管と、その管内の中心部に設けられているコーンと、そのコーンから放射状に突出して管に繋がる複数の羽根と、管におけるコーン及び羽根よりも下流側の部分に設けられている排塵部と、を備える。このプリクリーナでは、内燃機関の吸気が管内における羽根の間を通過することによって管の軸線を中心とする吸気の旋回流が発生し、その吸気の旋回流によって同吸気から遠心分離した塵埃を排塵部から管の外に排出する。そして、上記コーンには管の内部における同コーンよりも上流側の部分と下流側の部分とを連通する貫通孔が形成されている。

上記構成によれば、内燃機関の吸気が管の内部を流れてコーン及び各羽根に到達すると、その吸気が各羽根の間を通過することによって管内に適切な強さの吸気の旋回流が生じる。また、そうした強さの吸気の旋回流が弱められることがないよう、管内における排塵部の内径の大きさ等が設定される。一方、管の内部を流れる吸気がコーン及び各羽根に到達すると、その吸気の一部がコーンの貫通孔を通過するようにもなる。ここで、管におけるコーンよりも下流側であって且つ同コーンの直下に対応する部分には吸気の渦流が生じやすく、そうした渦流の発生が管内における吸気の通気抵抗の増大を招く。しかし、管におけるコーンの直下に対応する部分には、コーンの貫通孔を通過した吸気が流れるため、その吸気によって下流側への流れが形成されることにより、上記部分に渦流が生じることは抑制される。このように管におけるコーンの直下に対応する部分に渦流が生じることが抑制される分、管内における吸気の通気抵抗が低減されるようになる。

本発明によれば、管内における吸気の旋回流を弱めることなく同吸気の管内での通気抵抗を低減することができる。

プリクリーナが適用される内燃機関の吸気系の構造を示す略図。 プリクリーナにおける管、コーン、及び羽根を示す斜視図。 プリクリーナにおける管、コーン、及び羽根を示す正面図。 コーンを図３の矢印Ａ－Ａ方向から見た状態を示す断面図。 羽根を図３の矢印Ｂ－Ｂ方向から見た状態を示す断面図。

以下、プリクリーナの一実施形態について、図１～図５を参照して説明する。
図１は、内燃機関１の吸気系の概要を示している。内燃機関１の吸気系は、吸気ダクト２、プリクリーナ３、及びエアクリーナ４等の吸気系部品によって構成されている。内燃機関１には、それら吸気系部品によって形成された吸気通路５を介して空気が吸入される。上記プリクリーナ３は、吸気通路５を通過する吸気中の異物を取り除くためのエアクリーナ４の濾過部（フィルタエレメント）４ａよりも上流側の部分に設けられている。プリクリーナ３は、フィルタエレメント４ａで吸気から取り除かれる異物よりも大きい異物（塵埃等）を予め取り除くためのものである。このプリクリーナ３における上流側の端部には上記吸気ダクト２が接続されている。

プリクリーナ３は、内燃機関１の吸気系におけるエアクリーナ４のフィルタエレメント４ａよりも上流側の部分を吸気ダクト２に繋ぐための管６を備えている。この管６内の中心部にはコーン７が設けられている。このコーン７の中心線Ｌｃは管６の軸線Ｌｒと一致している。プリクリーナ３には、コーン７から放射状に突出して管６に繋がる複数の羽根８が設けられている。そして、管６内を流れる吸気は、複数の羽根８の間を通過する際、それらの羽根８に当たることにより、矢印で示すように管６の軸線Ｌｒ周りに螺旋状に旋回する。その結果、管６内における複数の羽根８の下流側で吸気の旋回流が発生する。このように吸気の旋回流が発生すると、旋回する吸気中の塵埃が遠心力によって軸線Ｌｒから離れる方向に流れる。そして、吸気の旋回流から遠心分離した上記塵埃は管６の内壁に沿って下流側に流れる。

管６におけるコーン７及び羽根８よりも下流側（図１の右側）の部分には、上記吸気の旋回流により同吸気から遠心分離した塵埃を管６の外に排出するための排塵部９が設けられている。排塵部９は、管６の内部におけるエアクリーナ４側の端部に位置する内筒１０と、その内筒１０を管６に繋ぐ立壁１１と、を備えている。この立壁１１により管６と内筒１０との間の部分が閉塞されている。また、管６におけるエアクリーナ４側の端部の下端には、管６と内筒１０との間の空間に対し連通する外筒部１２が形成されている。この外筒部１２には排塵弁１３が取り付けられている。管６内における吸気の旋回流から遠心分離した塵埃は、管６の内壁に沿って下流側に流れることにより、排塵部９における管６と内筒１０との間の空間に入り込んで立壁１１に当たる。その後、上記塵埃は、自重により管６と内筒１０との間の空間内を落下し、外筒部１２及び排塵弁１３を介して管６の外に排出される。

次に、プリクリーナ３のコーン７及び羽根８について詳しく説明する。
図２及び図３に示すように、コーン７は、管６よりも小径の円筒壁１４と、その円筒壁１４における上流側の端部を閉塞する球面状の前壁１５と、を備えている。コーン７の前壁１５には、管６の内部におけるコーン７よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通する複数の貫通孔１６が形成されている。各貫通孔１６は、コーン７の中心線Ｌｃから離れて位置しており、その中心線Ｌｃ周りにおける互いの間隔が等しくなるようにされている。

コーン７の円筒壁１４には、同コーン７の中心線Ｌｃ方向に延びる複数のコーンスリット１７が形成されている。各コーンスリット１７は、コーン７の中心線Ｌｃ周りにおける互いの間隔が等しくなるようにされている。図４に示すように、コーンスリット１７は、円筒壁１４における下流寄りの部分（図４の右寄りの部分）に位置しており、同円筒壁１４の下流側の開口と繋がっている。コーンスリット１７は、コーン７の中心線Ｌｃ周りで、前壁１５の貫通孔１６に対応して位置するよう形成されている。

図２及び図３に示すように、コーン７と管６との間には、同コーン７の中心線Ｌｃ周りに等間隔をおいて、複数の羽根８が位置している。各羽根８には、管６の内部における羽根８よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通する羽根スリット１８が形成されている。羽根スリット１８は、複数の羽根８のそれぞれにコーン７側から管６側に向けて延びるよう形成されている。

図５は、各羽根８を図３の矢印Ｂ－Ｂ方向から見た状態を示している。図５から分かるように、羽根８は、コーン７の中心線Ｌｃ（図２）に対し傾斜している。羽根８における上流側の部分（図５の左側の部分）は、下流側の部分（図５の右側の部分）よりも、中心線Ｌｃに対する傾斜角度が小さくされている。そして、上記羽根スリット１８は、羽根８における上流側の部分（中心線Ｌｃに対する傾斜角度が小さい部分）と、下流側の部分（中心線Ｌｃに対する傾斜角度が大きい部分）との境界上に形成されている。

次に、本実施形態のプリクリーナの作用効果について説明する。
（１）内燃機関１の吸気が管６の内部を流れてコーン７及び各羽根８に到達すると、その吸気が各羽根８の間を通過することによって管６内に適切な強さの吸気の旋回流が生じる。また、そうした強さの吸気の旋回流が弱められることがないよう、管６内における排塵部９（内筒１０）の内径の大きさ等が設定される。

一方、管６の内部を流れる吸気がコーン７及び各羽根８に到達すると、その吸気の一部が図４に矢印Ｙ１で示すようにコーン７の貫通孔１６を通過するようにもなる。ここで、管６におけるコーン７よりも下流側であって且つ同コーン７の直下に対応する部分には吸気の渦流が生じやすく、そうした渦流の発生が管内における吸気の通気抵抗の増大を招く。しかし、管６におけるコーン７の直下に対応する部分には、コーン７の貫通孔１６を通過した吸気が流れるため、その吸気によって下流側への流れが形成されることにより、上記部分に渦流が生じることは抑制される。このように管６におけるコーン７の直下に対応する部分に渦流が生じることが抑制される分、管６内における吸気の通気抵抗が低減されるようになる。

従って、管６内における吸気の旋回流を弱めることなく同吸気の管６内での通気抵抗を低減することができる。
（２）上記貫通孔１６がコーン７の中心線Ｌｃから離れた位置で同中心線Ｌｃ周りに等間隔をおいて複数形成されている。このため、それら貫通孔１６をそれぞれ通過した吸気の流れが、コーン７の下流側で同コーン７の中心線Ｌｃ周りにおいてほぼ均等に生じるようになる。従って、コーン７の各貫通孔１６をそれぞれ通過した吸気の流れが、各羽根８の間を通過した吸気によって生じる同吸気の旋回流に影響を及ぼすとしても、その影響に伴って上記旋回流にコーン７の中心線Ｌｃ周りでの偏りが生じることは抑制される。

（３）コーン７の円筒壁１４には、同コーン７の中心線方向に延びるコーンスリット１７が形成されている。このため、各羽根８の間を通過した吸気の一部を、図４に矢印Ｙ２で示すように、上記コーンスリット１７を介して管６におけるコーン７よりも下流側であって且つ同コーン７の直下に対応する部分に流すことができる。その部分には吸気の渦流が生じやすいが、その部分には上述したように各羽根８の間を通過した吸気の一部がコーンスリット１７を介して流れるようになるため、その吸気の流れの形成によって上記渦流の発生を抑制することができる。従って、上記渦流の発生に伴って管６内における吸気の通気抵抗が増大することを抑制できる。

（４）上記コーンスリット１７はコーン１７の中心線Ｌｃ周りに等間隔をおいて複数形成されている。このため、各羽根８の間を通過する吸気の一部が上記各コーンスリット１７を介して管６におけるコーン７よりも下流側であって且つ同コーン７の直下に対応する部分に流れるとき、同吸気の流れがコーン７の中心線Ｌｃ周りにおいてほぼ均等に生じるようになる。従って、各コーンスリット１７を通過した上記吸気の流れが、各羽根８の間を通過した吸気によって生じる同吸気の旋回流に影響を及ぼすとしても、その影響に伴って上記旋回流にコーン７の中心線Ｌｃ周りでの偏りが生じることは抑制される。

（５）上記コーンスリット１７は、コーン７の中心線Ｌｃ周りで、前壁１５の貫通孔１６に対応して位置するよう形成されている。このため、各羽根８の間からコーンスリット１７を介して管６におけるコーン７よりも下流側であって且つ同コーン７の直下に対応する部分に流れる吸気と、その部分に貫通孔１６を介して流れる吸気とを合流させやすくなる。そして、合流した吸気の流れにより、上記部分での渦流の発生を効果的に抑制することができる。

（６）管６内の吸気が羽根８の近傍を通過するとき、その吸気の一部が図５に実線の矢印Ｙ３で示すように羽根８における上流側の面に沿って流れる一方、同吸気の残りの部分が図５に実線の矢印Ｙ４で示すように羽根８における下流側に回り込んで同下流側の面に沿って流れようとする。このように羽根８における下流側に回り込んだ吸気の流速が速いと、その吸気が図５に二点鎖線の矢印Ｙ５で示すように羽根８における下流側の面から剥離してしまう。そして、そうした剥離が吸気の流れの乱れに繋がり、管６内における吸気の通気抵抗を増大させることになる。

しかし、羽根８には羽根スリット１８が形成されているため、羽根８における上流側の面に沿って流れる吸気は、その面に沿って図５に実線の矢印Ｙ３で示すように流れるだけでなく、図５に破線の矢印Ｙ６で示すように羽根スリット１８を通過して羽根８の下流に流れるようにもなる。このため、羽根８における上流側の面に沿って流れる吸気の量が、羽根８に羽根スリット１８が形成されていない場合と比較して多くなる。その結果、管６内の吸気が羽根８の近傍を通過するに当たり、羽根８における下流側に回り込んで同下流側の面に沿って流れる吸気の量が相対的に少なくなる。これにより、上記吸気の流速が遅くなり、その吸気が図５に二点鎖線の矢印Ｙ５で示すように羽根８における下流側の面から剥離することは抑制される。従って、上記吸気が羽根８における下流側の面から剥離して吸気の流れが乱れ、管６内における吸気の通気抵抗が増大することは抑制されるようになる。

（７）上記羽根スリット１８が複数の羽根８のそれぞれにコーン７側から管６側に向けて延びるよう形成されているため、その羽根スリット１８を介して羽根８の上流側から下流側に効果的に吸気を流すことができる。これにより、管６内の吸気が羽根８の近傍を通過するに当たり、羽根８における上流側の面に沿って流れる吸気の量を効果的に多くすることができる。その結果、羽根８における下流側に回り込んで同下流側の面に沿って流れる吸気の量を少なくし易くなり、その吸気の流速を効果的に遅くすることができる。これにより、上記吸気が羽根８における下流側の面からより一層剥離しにくくなる。

（８）上記羽根スリット１８は、コーン７の中心線Ｌｃに対する傾斜角度が小さい部分（上流寄りの部分）と、同中心線Ｌｃに対する傾斜角度が大きい部分（下流寄りの部分）との境界上に形成されている。このため、管６内の吸気が羽根８の近傍を通過するに当たり、羽根８における上流側の面に沿って流れる吸気が羽根スリット１８を介して羽根８の下流側にも流れ易くなる。その結果、羽根８における上流側の面に沿って流れる吸気の量が多くなる一方、羽根８における下流側に回り込んで同下流側の面に沿って流れる吸気の量が少なくなり、それらのことがより効果的に生じるようになる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・羽根スリット１８の位置や形状を適宜変更してもよい。

・複数の羽根８すべてに羽根スリット１８を形成する代わりに、それら羽根８に対し選択的に羽根スリット１８を形成するようにしてもよい。
・コーン７の中心線Ｌｃ周りにおける複数のコーンスリット１７の間隔は、必ずしも等間隔である必要はない。

・コーン７の中心線Ｌｃ周りにおいて、必ずしも貫通孔１６とコーンスリット１７とが対応して位置している必要はない。
・コーンスリット１７は、一つだけ設けられていてもよい。

・コーン７の前壁１５における貫通孔１６の位置を適宜変更してもよい。
・コーン７の中心線Ｌｃ周りにおける複数の貫通孔１６の間隔は、必ずしも等間隔である必要はない。

・貫通孔１６は、一つだけ設けられていてもよい。
・プリクリーナ３には、貫通孔１６、コーンスリット１７、及び羽根スリット１８のうちのいずれか一つのみが設けられていてもよいし、貫通孔１６、コーンスリット１７、及び羽根スリット１８のうちの二つのみが設けられていてもよい。

１…内燃機関
２…吸気ダクト
３…プリクリーナ
４…エアクリーナ
４ａ…フィルタエレメント
５…吸気通路
６…管
７…コーン
８…羽根
９…排塵部
１０…内筒
１１…立壁
１２…外筒部
１３…排塵弁
１４…円筒壁
１５…前壁
１６…貫通孔
１７…コーンスリット
１８…羽根スリット

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気系におけるエアクリーナの濾過部よりも上流側の部分に設けられる管と、その管内の中心部に設けられているコーンと、そのコーンから放射状に突出して前記管に繋がる複数の羽根と、前記管における前記コーン及び前記羽根よりも下流側の部分に設けられている排塵部と、を備えており、内燃機関の吸気が前記管内における前記羽根の間を通過することによって前記管の軸線を中心とする前記吸気の旋回流が発生し、その吸気の旋回流によって同吸気から遠心分離した塵埃を前記排塵部から前記管の外に排出するプリクリーナにおいて、
   前記コーンは、前記管よりも小径であって下流側の端部が開口している円筒壁と、その円筒壁における上流側の端部を閉塞する前壁と、を備え、
   前記羽根は、前記コーンの前記円筒壁から放射状に突出して前記管に繋がり、
   前記コーンの前記前壁には前記管の内部における同コーンよりも上流側の部分と前記円筒壁の内部とを連通する貫通孔が形成され、
   前記コーンの前記円筒壁には、その下流側の開口から上流に向けて前記コーンの中心線方向に延びるコーンスリットが形成されていることを特徴とするプリクリーナ。
2. 前記貫通孔は、前記コーンの中心線から離れた位置で、その中心線周りに等間隔をおいて複数形成されている請求項１に記載のプリクリーナ。
3. 前記コーンスリットは、前記コーンの中心線周りに等間隔をおいて複数形成されている請求項１又は２に記載のプリクリーナ。
4. 前記羽根には、前記管の内部における前記羽根よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通する羽根スリットが形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載のプリクリーナ。
5. 前記羽根スリットは、複数の前記羽根のそれぞれに前記コーン側から前記管側に向けて延びるよう形成されている請求項４に記載のプリクリーナ。