JPH01310159A - 入口ディフューザを有するエンジンエアクリーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば米国特許第３，０３９，２５４号明細
書に開示された如き入口ディフューザを有する工ンジン
（内燃機関）のエアクリーナに関する。

［従来の技術及びその問題点］ エンジンで作動する車両において、エンジンエアクリー
ナの入口ディフューザ（シュノーケルともいう）の主た
る機能は、空気流の絞りを少なくし細溝入音でエアクリ
ーナへ空気を供給することである。ディフューザの入口
は典型的には、放射導入量を減少させるように小さくし
、出口面積はエアクリーナでの流れ絞りを最小化するよ
うに大きくする。

従来、エアクリーナの入口ディフューザは、エアクリー
ナへ進入する低速空気は高速空気より絞りが小さいとの
理由から、入口ディフューザへの高速入来空気を低出口
速度となるように膨張させるように作動すべく、普通の
直線対称形ディフューザのような形状としていた。直線
対称形ディフューザがエアクリーナの入口にとって最も
有効な形状であることは判っているが、このようなディ
フューザは、燃費節減のため小型化し流線型化したくそ
の結果エンジン区画の寸法が小さくなり、特に入口ディ
フューザを有するエアクリーナのための設置空間が小さ
くなった）現代の自動車に搭載するのは極めて困難であ
る。例えば、エアクリーナの入口を短くしたり、混雑し
たエンジン区画を通してエアクリーナの入口を曲がりく
ねらせたりする必要がある。しかし、直線対称形ディフ
ューザは、通常２５．４ｃｍ　（１０インチ）以上の直
線長さに形成しなければならず、この要件は、現代の自
動車の利用可能なボンネット空間には適さない。

し発明の目的］ 本発明の目的は、新規で改良した入口ディフューザを有
するエンジンエアクリーナを提供することである。

本発明の別の目的は、最小長さの角ばった入口ディフュ
ーザを有するエンジンエアクリーナを提供することであ
る。

本発明の他の目的は、短い長さを有するが直線対称形入
口ディフューザと実質上同程度の機能を果たす屈曲入口
ディフューザを有するエンジンエアクリーナを提供する
ことである。

［発明の構成並びに作用効果］。

本発明に係る入口ディフューザを有するエンジンエアク
リーナの特徴とするところは、入口ディフューザが、約
１２０゛ないし１５５°の交角で交わる中心線とそれぞ
れの中心線に沿って広がる流れ面積とを有する相互連結
した入口ステージ及び出口ステージを備えた屈曲入口デ
ィフューザであり、入口ステージが約１０°ないし２０
°の拡散角度でその中心線に沿って実質上均一に増加す
る流れ面積を有し、入口ステージが更に、この入口ステ
ージへの人口の有効直径の約１．５倍ないし３倍の長さ
を有することである。

本発明は、所定の屈曲及びある他の所定のディフューザ
幾何学にてディフューザを形成することにより、従来の
ディフューザと同じ最適な出ロ面積対入ロ面積の比率を
有するかなり短い長さをもつ入口ディフューザを提供す
る。比較すると、例えば、かなり有効であると考えられ
る従来のディフューザは８°の交角を有するが、現代の
小型自動車に搭載するのが困難である。静化効果のため
にディフューザ入口の直径を３８−簡に維持したとして
も、クリーナへの入口空気流れを所望の低速度に減少さ
せるべく７６ｍ５（３インチ）の直径のダクト（即ちエ
アクリーナ入口）への流れを膨張させるためには、ディ
フューザの長さを２８ｃｍ（１１インチ）にしなければ
ならない。上述の直線対称形入口ディフューザと同じ出
ロ面積対入ロ面積の比率を有する本発明の屈曲部を有す
る角ばっな入口ディフューザは、１８ｃｍ（フインチ）
の長さでも同程度の効果を発揮する。このため、同じ有
効な出口条件で長さを約３５％も減少できる６屈曲部を
有する入口ディフューザの長さが短いので、極めて搭載
し易い優れた性能を有する入口ディフューザを提供する
。

本発明の屈曲部を有する角ばった入口ディフューザによ
り提供される優れた性能は流れ分離制御を行なえること
である。屈曲ディフューザと同じ入口面積、出口面積及
び長さを有する従来の直線形ディフューザはディフュー
ザの壁に沿って完全な流れ分離を生じる。このような流
れ分離は騒音を発し、流れ絞りの原因となる撹乱流を生
じさせてしまう。一方、本発明による屈曲ディフューザ
における流れ分離は、屈曲部の内部においてのみ生じ、
その結果、流れはディフューザ壁の約７５％の壁にそっ
て分離を起さずに流れ、従って撹乱流や流れ絞りが生じ
にくくなる。これは、かなり短い長さで性能を維持でき
るようなディフューザ幾何形状を決定する厳密なファク
タのある組合せを発見することにより得られる。まず、
入口面積は音の放射を制御するものであり、大半のエン
ジン誘導装置に対して入口面積の直径を約６３．５ｍｍ
（２，５インチ）より小さくしかも２５．４ｍｍ（１イ
ンチ）より大きくすべきであることが発見された。一方
、拡散角度は２０°を越えてはならない。

この角度を越えると、好ましからざる流れ分離が生じる
ことが判明した。もし、発散角度が１０゜以下の場合、
ディフューザの長さが過剰になってしまう。更に、壁に
沿っての流れを維持すべく充分な二次流れ強度を保証す
るためには、屈曲部の交角は少なくとも１２０°にすべ
きである。しかし、屈曲部の交角は、１５５°を越えて
はならない。この角度を越えると、過度の流れ絞りが生
じることが判明したからである。更に、屈曲部は、入口
から、入口有効直径の１．５倍以上離すべきである。こ
れ以上短いと、屈曲部における流れ速度が速くなり、流
れ絞りが増大することが判明した。Ｍ後に、上記の諸制
約を守りながら出口面積をなるべく大きくすべきである
ことを考慮しつつエアクリーナの制限を最小化するため
には、出口の直径は６３．５Ｍ　（２，５インチ）以上
とすべきである。

［実施例］ 第１図を参照すると、従来のエンジンエアクリーナ１０
（その入口部分のみを示す）は８°の拡散角度を有し、
直径３８ｍ＋ａ（１，５インチ）の円形人口１４と、７
６ｍ（３インチ）の直径の円形出口１６に向かって流れ
を膨張させるための２８ｃ＋５（１１インチ）の長さと
を有する直線形入ロディフユーザ１２を備える。好まし
い出口条件の下では、第２５図に示す本発明に係る入口
ディフューザ１８は、−層短い長さを有するにも拘らず
、第１図に示すディフューザと同じ性能を有する。屈曲
入口ディフューザ（屈曲部を有するディフューザ）１８
は。

約１２０〜１５５°の交角で交差した中心線とそれぞれ
の中心線に沿って広がる流れ面積とを有する相互連結し
た入口ステージ２０及び出口ステージ２２を有する。入
口ステージ２０は、第３図に示すように、直径２５．４
〜６３．５ｍｍ（１，Ｃ）−２，５インチ）の円形人口
２４を有し、約１０〜２０°の普通の拡散角度より大き
な拡散角度でその中心線に沿って実質上均一に増加する
流れ面積を有する。壁に沿っての流れを維持するに充分
な二次流れ強度を保証するためには、屈曲部の交角は１
２０°以上にすべきであり、また過剰な流れ絞りを生じ
させないために１５５°を越すべきでないことが判明し
た。一方、入口ステージ２ｏの長さはその入口直径の少
なくとも１．５倍にすべきで、これ以上短いと、屈曲部
における流れ速度が速くなり、流れ絞りが著しく増大す
ることが判明した。出口ステージ２２も広がっているが
、その拡散角度は、絞りを最小化し他の上記制約を守り
つつその直径をできるだけ大きくするためには少なくと
も６’３．５Ｍ（２，５インチ）のステージ直径にすべ
きであるという事実に基づき決定される。出口ステージ
のための適当な直径の範囲は約６３．５〜１０１．６ｍ
である。

先に述べたように、従来の直線形ディフューザは典型的
には、第１図に２６にて示すような流れの周辺部におい
て完全な流れ分離を生じる。このような分離が生じると
、騒音が発生し、流れ絞りを生じさせる撹乱流が発生す
る。しかし、本発明における流れ分離は、屈曲ディフュ
ーザにより、第２．４図に２８にて示すように、屈曲部
の内側部分でのみ発生し、従って流れはディフューザ壁
のうちの約７５％の壁にわたり分離しない状態が維持さ
れ、このため撹乱流が少なく、流れ絞りも少なくなる。

２つのステージの接続部における流れ断面の形状は種々
の形にすることができる０例えば、この接続部の断面は
、第５Ａ図に示すように、高アスペクト比の形状（高さ
より幅の方が大き１ｗ１形状）３１を有し、屈曲部の内
側半径部分を比較的平坦な形状にしてもよい１代りに、
接続部を、第５Ｂ図に示すように、屈曲部の外側半径部
分が比較的平坦な形状となるような断面３２を有しても
よ１１゜また、接続部の断面は第５Ｃ図に３４にて示す
よう・な単なる円形形状であってもよい。

第２−５図に示す屈曲ディフューザを、圧力及び速度を
直接測定することにより確立された毎分２８．３２■コ
（１００ＯＣＦＭ）の標準流れに対して、第１図の従来
のディフューザと比較してみた。このような比較におい
て、４つのすべてのディフューザは、４．０の入ロ面積
対出ロ面積の比率、３８■（１，５インチ）の入口直径
、１８ｃｍ（フインチ）の長さ及び１５°の拡散角度で
形成した。

屈曲ディフューザが従来の入口ディフューザと異なる点
は、１３５°の交角を有し、アスペクト比１．７の非円
形の２つの接続部断面３１．３２を有する屈曲部を備え
たことである。

ディフューザ出口の下流１０α（約４インチ）の位置に
配置した水圧計で測定した静圧での標準流れで各入口デ
ィフューザを試験した。後記の表１に示された絞りに関
するデータから、第５Ａ図のような接続部断面を有する
屈曲ディフューザは第５Ｂ、５０図に示すような接続部
断面を有する屈曲ディフューザよりも僅かに良好に機能
することが判った。しかし、すべての屈曲ディフューザ
は第１図の従来の直線形ディフューザに比べて閉著に良
好に機能した。

表１ 第２−５Ａ図　　５．３３４　ｃｍ　　　１５．２４　
ｃｍ第２−５Ｂ図　　５．８４２　ｃｍ　　　１６．７
６　ａｍ第２−５Ｃ図　　５．８４２　ｃｍ　　　１５
．４９　ｃｍ第１図　　　　　６．８５８　ｅ＋ａ　　
　１８．５４　ｃｍ゛　、のエアクリーナを　　る　ム
の 第２−５Ａ図　　　　２２．８６　　　　９．０第２−
５Ｂ図　　　　２４．６４　　　　９．７第２−５Ｃ図
　　　　２４．１３　　　　９．５第１図　　　　　　
２７．９４　　　１１．０更に、入口ディフューザの出
口部を横ぎって４５°の隣接する角度で配置した３本の
熱線を使用した熱線風速装置で速度測定を行なった。こ
れらの測定データは第６−９図に示すが、すべての屈曲
ディフューザは互いに類似の速度特性を示すと共に、従
来のディフューザとは全く別の特性を示す。

速度特性は次の諸式で定義する３つの速度特性修正項を
使用して調べた。

ここに、■は平均速度、Ｕは局部速度、Ａはディフュー
ザの横断面積である。

速度特性のために計算した修正項の値を表２に示す。

表２ 第２−５Ａ図　　　１．２２　１．５９　２．１５　　
．２８　ＲＭＳ第２−５Ｂ図　　　１．２４　１．７０
　２．４１　　．２８　ＲＭＳ第２−５Ｃ図　　　１．
２２　１．６５　２．３５　　．２９　ＲＭＳ第１図　
　　　　　１．２１　１．６５　２．４１　．４６　Ｒ
ＭＳここに、ＭＣはモーメント修正、ＳＣは動エネルギ
修正、ＦＣは均一性修正、ＡＴは平均乱流を意味するも
のとする。

修正項を観察すると、第２−５Ａ図の実施例のものは第
２−５Ｂ図及び第２−５Ｃ図の実施例のものより若干均
一な速度特性を有することが判る。

理想的なディフューザは均一な速度特性を有する。

特性が不均一になる（均一性が損われる）はど、ディフ
ューザの機能は低下し、圧力損失が増大する。

更に明らかなことは、第２−５Ａ図、第２−５Ｂ図及び
第２−５Ｃ図の実施例に示すすべての屈曲ディフューザ
の速度特性が第１図に示す従来のディフューザの速度特
性と顕著に異なることである。

特性の均一性は入口間で類似しているが、乱流の発生は
従来の直線形ディフューザの方が遥かに多い、また、試
験を通して、従来の直線形ディフューザは振動し騒音を
発したが、屈曲ディフューザは安定しており静かである
ことが判った。特性を観察したところ、屈曲ディフュー
ザはディフューザ壁において流速が明確に速かったこと
が判り、また、直線形ディフューザでは入口周辺に沿っ
て壁から流れが分離したが、屈曲ディフューザでは、先
にも述べ第２．４図に示したように、流れは屈曲部内で
のみ分離し、ディフューザの７５％の壁に沿って（壁に
接したまま）流れることが判った。

屈曲部は遠心力を生じさせ、この遠心力が第２．４図に
矢印３０にて示す二次流れを発生させ、この二次流れが
、屈曲部の内部の区域を除き、ディフューザのすべての
壁からの流れの分離を防止するものと考えられる。その
結果、屈曲ディフューザは一層安定な流れを生じさせ、
静圧損失を減少させる。

従って、本発明の屈曲ディフューザは、少ない流れ絞り
で導入音を制御するための有効な装置である。また、屈
曲部は多くのボンネット空間の搭載制約に順応できるワ
クリーナ入口を提供する。

以上の本発明の実施例についての説明は単なる例示のた
めのものであり、発明を限定するものではない。従って
、種々の修正、変形が可能であることは言うまでもない
０例えば、上記実施例ではく直径という用語から分かる
ように）円形の入口、出口を有するものとして示したが
、楕円、卵形等の他の適当な形状の入口、出口とするこ
ともてきる。この場合、直径の代りに、普通の流体力学
に従ってそれぞれの面積により決定される直径と同価の
値を使用すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のエンジンエアクリーナの入口ディフュ
ーザの縦断面図、 第２図は、本発明に係るエンジンエアクリーナの屈曲入
口ディフューザの縦断面図、 第３図は、第２図の３−３線における断面図、第４図は
、第２図の４−４線における断面図、第５Ａ図、第５Ｂ
図及び第５Ｃ図は、第２図の５−５線における断面図で
あり、屈曲入口ディフューザの種々の実施例を示す図、 第６図ないし第９図は、第１図の従来の直線形入ロディ
フユーザと第２図ないし第５図の屈曲入口ディフューザ
の作動特性を比較したグラフ、第６Ａ図、第７Ａ図、第
８Ａ図及び第９ＡＩ２１は、それぞれ第６図、第７図、
第８図及び第９図における屈曲入口ディフューザの速度
測定の速度分布を示す図である。 符号の説明 １０・・・エンジンエアクリーナ １８・・・ディフューザ　２０・・・入口ステージ２２
・・・出口ステージ　２４・・・入口（外４名） ７Ｉ’ｆの浄書（内容に変ｙ！台し） ＨＩＱ（Ｑンテン 手続補正書（方式） 平成　元年　５月７２［１ 、発明の名称 入口ディフューザを白するエンジンエアクリーナ５、捕
ｉＦ命令の日付　　平成１年　４月２５日　（発送口）
６、補正の対象 嘴式ｆ−ヒス町；１　　・′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入口ディフューザを有するエンジンエアクリーナ（
   １０）において、 前記入口ディフューザが、約１２０°ないし１５５°の
   交角で交わる中心線とそれぞれの中心線に沿って広がる
   流れ面積とを有する相互連結した入口ステージ及び出口
   ステージ（２０、２２）を備えた屈曲入口ディフューザ
   （１８）であり、前記入口ステージ（２０）が約１０°
   ないし２０°の拡散角度でその中心線に沿って実質上均
   一に増加する流れ面積を有し、該入口ステージ（２０）
   が更に、この入口ステージへの入口（２４）の有効直径
   の約１．５倍ないし３倍の長さを有することを特徴とす
   るエンジンエアクリーナ。 ２、請求項第１項に記載の屈曲入口ディフューザ（１８
   ）を有するエンジンエアクリーナ（１０）において、前
   記入口ステージ（２０）が約２５．４ｍｍないし６３．
   ５ｍｍの有効直径を有する入口流れ面積を有し、前記出
   口ステージ（２２）が少なくとも６３．５ｍｍの有効直
   径を有する出口流れ面積を有することを特徴とするエン
   ジンエアクリーナ。 ３、請求項第１項又は第２項に記載の屈曲入口ディフュ
   ーザ（１８）を有するエンジンエアクリーナ（１０）に
   おいて、相互連結した前記入口ステージ及び出口ステー
   ジ（２０、２２）の前記中心線が、約１３５°の交角で
   交わり、前記入口ステージ（２０）が約１５°の拡散角
   度でその中心線に沿って実質上均一に増加する流れ面積
   を有し、前記出口ステージ（２２）が、該入口ステージ
   （２０）の入口流れ面積の約４．０倍の出口流れ面積を
   有することを特徴とするエンジンエアクリーナ。