WO2013035602A1 - エアクリーナ - Google Patents

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WO2013035602A1
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WO
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air cleaner
flow path
path forming
outlet pipe
forming portion
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PCT/JP2012/071849
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French (fr)
Inventor
津田 寛司
壮平 岩本
久史 肥田
和夫 古橋
Original Assignee
株式会社小松製作所
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02Air cleaners
    • F02M35/024Air cleaners using filters, e.g. moistened
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02Air cleaners
    • F02M35/0212Multiple cleaners
    • F02M35/0214Multiple cleaners arranged concentrically or coaxially
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02Air cleaners
    • F02M35/022Air cleaners acting by gravity, by centrifugal, or by other inertial forces, e.g. with moistened walls
    • F02M35/0223Air cleaners acting by gravity, by centrifugal, or by other inertial forces, e.g. with moistened walls by centrifugal forces, e.g. cyclones

Definitions

  • the present invention particularly relates to a cyclonic (swivel) air cleaner.
  • FIG. 7 shows such a cyclonic air cleaner 100.
  • the air cleaner 100 includes a cylindrical body 101 in which a filter element (not shown) is accommodated, and a service cover 102 that closes an opening portion of the body 101.
  • the body 101 is provided with an inlet pipe 103 for taking in air and an outlet pipe 104 for sending air to the engine side, and the service cover 102 is provided with a vacuator valve 105.
  • the center of the inlet pipe 103 is offset by a dimension L with respect to the radial center line C1 of the body 101, and air flows in from the tangential direction with respect to the inside of the body 101. It turns between the circumference and the outer circumference of the filter element (see the dotted line in the figure).
  • the outlet pipe 104 is attached to an end portion on the inlet pipe 103 side, which is one end of the body 101, and extends along the central axis C2 of the body 101.
  • the vacuator valve 105 is provided on the other end side of the body 101 and is suspended downward along the center line C1.
  • the air that enters through the inlet pipe 103 and swirls in the body 101 contains a lot of dust, but some of these dust is brought to the inner peripheral wall side of the body 101 by the centrifugal separation action caused by the swirling of air. And turn into the vacuator valve 105.
  • the valve unit 106 at the lower end of the vacuator valve 105 is made of elastic synthetic rubber or the like, and when the dust collected in the vacuator valve 105 reaches a predetermined amount, the valve unit 106 is pushed and spread by the weight. , Dust is discharged to the outside.
  • the swirling air from which most of the dust is removed passes through the filter element toward the axial center, and is sent out from the outlet pipe 104 in a state where the dust is removed.
  • an MAF (Mass Air Flow) sensor 107 that measures the flow velocity of air may be provided at the outlet pipe 104 of such an air cleaner 100.
  • the flow velocity measured by the MAF sensor 107 is used for engine operation control. By finely controlling the engine based on the flow velocity of air, the emission discharged from the engine is suppressed and the emission regulations that are becoming more stringent are met.
  • the air flowing in the outlet pipe 104 has a swirl component due to swirling in the body 101 as shown by a dotted line in FIG.
  • the flow velocity distribution is not stable and may affect the measurement result of the MAF sensor 107. Therefore, conventionally, it has been proposed to rectify the air that has passed through the filter element in the body 101 with a rectifying plate, and to make the flow velocity distribution of the air flowing through the outlet pipe 104 uniform (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 has a problem that the trapezoidal plate-like rectifying plate is merely accommodated in the internal space of the cylindrical filter element, and the swirling of air cannot be sufficiently stopped. Moreover, in order to stop the swirling of air and accurately perform measurement by the MAF sensor, it is effective to secure a sufficiently long straight flow path.
  • the flow path is a rectifying plate. There is a possibility that the sensor is bent at a right angle immediately downstream and the distance to the sensor is not sufficient.
  • the arrangement structure becomes complicated due to the interaction with other members in the engine room, and heat countermeasures are also required, resulting in a more structured structure. It becomes complicated.
  • An object of the present invention is to provide an air cleaner capable of improving the measurement accuracy of a sensor by reducing the influence of turning while maintaining the arrangement space.
  • the air cleaner of the present invention includes a body in which a cylindrical element is accommodated, and the body includes an inlet pipe that is offset from a radial center line of the body, and a center axis of the element.
  • An air cleaner provided with an outlet pipe extending along the central axis, and having a predetermined length along the central axis and communicating with the outlet pipe inside the element. Is provided.
  • the air flow including the swirling component is removed at the straight flow path forming part when it passes through the element and is rectified well, so that the flow velocity distribution is sufficiently uniformed when reaching the outlet pipe. It is possible to improve the measurement accuracy with the flow velocity sensor. Further, since the straight flow path forming portion is accommodated inside the air cleaner element, it is not necessary to arrange them outside the air cleaner, and the arrangement space in the engine room is the same as the conventional air cleaner arrangement space. What is necessary is just to secure.
  • the straight flow path forming portion is provided with a net-like rectifying member at a position near the end portion separated from the outlet pipe.
  • the net-like rectifying member is provided, the air flow velocity distribution can be made more uniform.
  • the straight flow path forming portion is provided with a rectifying device at a position near the end away from the outlet pipe, and the rectifying device includes a number of small flow paths along the central axis. May be formed.
  • the rectifier having a large number of small flow paths is provided, the swirl component of the air flow can be more reliably removed. Further, since the rectifier is also provided inside the element, it is not necessary to expand the arrangement space.
  • the rectifier preferably has a honeycomb structure.
  • the rectifying device since the rectifying device has a honeycomb structure, it is advantageous in terms of strength and rigidity, and also with respect to vibration transmitted from the engine, vibration due to work on rough terrain when mounted on a construction machine, etc. Therefore, it can be surely countered and good durability can be obtained.
  • the outlet pipe is provided with a sensor attachment portion to which a flow velocity sensor is attached, and the flow path between the rectifier and the sensor attachment portion has a mesh shape. It is preferable that a straightening member is provided. In such an invention, since the net-like rectifying member is provided in addition to the rectifying device, the air flow velocity distribution can be made more uniform.
  • the inner peripheral surface of the outlet pipe and the inner peripheral surface of the linear flow path forming portion are continuous in a flat state.
  • the air flow can be hardly disturbed, and the flow velocity distribution can be made more uniform.
  • the air cleaner of the present invention it is desirable that a gap be formed between the inner peripheral surface of the element and the outer peripheral surface of the linear flow path forming portion provided adjacent thereto. In such an invention, air can be sucked more smoothly to reduce pressure loss in the intake passage, and engine load can be reduced to improve fuel efficiency.
  • a length dimension of the linear flow path forming portion along the central axis is 1 to 5 times an inner diameter dimension of the linear flow path forming portion.
  • the outlet pipe and the straight flow path forming portion are molded in advance as one piece.
  • the outlet pipe and the straight flow path forming portion are manufactured by integral molding, a flat state in which no seam portion or the like exists in the middle can be easily formed, the air flow can be made smooth, and the uniform flow rate can be obtained. Distribution can be easily realized and parts can be handled easily, and the assembly process of the air cleaner can be simplified.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of an air cleaner 1 having the rectifying structure of the present embodiment.
  • an air cleaner 1 is used for intake of a diesel engine mounted on a construction machine such as a bulldozer or a hydraulic excavator, and has a cylindrical body 10 and an outlet side that closes an opening on one end side of the body 10.
  • a member 20 and a service cover 30 that closes the opening at the other end are provided.
  • the body 10 includes a metal or resin exterior case 11.
  • An inlet pipe 12 that takes in external air is connected to an outer peripheral portion near the one end side of the outer case 11.
  • the arrangement position of the inlet pipe 12 with respect to the body 10 is offset with respect to the center line of the body 10 like the conventional one shown in FIG. 7, and the air sucked from the inlet pipe 12 swirls in the body 10. To do.
  • a cylindrical outer element 13 is accommodated in the body 10, and a cylindrical inner element 14 having a smaller diameter is accommodated in the outer element 13. Dust and the like in the air that have not been removed by the centrifugal separation effect by swirling are captured by these elements 13 and 14.
  • the outlet side member 20 includes a closed portion 21 applied to the opening portion of the body 10 and an outlet pipe protruding from the center of the closed portion 21 along the central axis C2 of the body 10 (same as the central axis of the inner element 14). 22 are provided.
  • the closing portion 21 and the outlet pipe 22 are made of metal and are molded as a single piece by a lost wax manufacturing method, casting, or the like, or are integrally molded as a resin.
  • the closing portion 21 of the outlet side member 20 has a cylindrical body fitting portion 23 fitted and connected in the exterior case 11 of the body 10, and a first cylindrical portion 24 protruding inward.
  • the second cylindrical portion 25 is provided on the inner side.
  • the first cylindrical portion 24 extends inward to a position that covers the inlet opening 15 of the inlet pipe 12, and the air that has entered from the inlet pipe 12 does not directly hit the outer element 13 and has a flat surface.
  • the first cylindrical portion 24 flows along the outer periphery, and a swirling flow is generated smoothly by doing so.
  • the annular recess between the first and second cylindrical portions 24 and 25 is an outer element fitting portion 26 to which one end side of the outer element 13 is attached.
  • the element fitting portion 26 is fitted.
  • the outer seal 16 has an annular holding groove 16A.
  • the outer element 13 is inserted and held in the holding groove 16A.
  • the other end side of the outer element 13 is fitted into a resin outer cap 17 having a fitting groove 17A along the circumferential direction, and is closed by the outer cap 17.
  • the inner peripheral portion of the second cylindrical portion 25 is an inner element fitting portion 27 to which one end side of the inner element 14 is attached, and the inner element 14 is fitted to the inner element fitting portion 27 via the inner seal 18.
  • the inner seal 18 has an annular holding groove 18A.
  • the inner element 14 is inserted and held in the holding groove 18A.
  • the other end side of the inner element 14 is also fitted in a resin inner cap 19 having a fitting groove 19 ⁇ / b> A along the circumferential direction, and is closed by the inner cap 19.
  • the outlet pipe 22 is provided with a sensor attachment portion 22A to which the MAF sensor 60 is attached.
  • the MAF sensor 60 By measuring the flow rate of the air flowing through the outlet pipe 22 with the MAF sensor 60 and finely controlling the fuel injection amount and the injection timing to the engine according to the measurement result, the emission in the exhaust gas caused by the combustion is reduced. ing.
  • the service cover 30 is attached to the outer periphery of the body 10 by a plurality of hooks 31.
  • the outer cap 17 described above is fitted into the service cover 30, and the outer cap 17 is pressed in the axial direction by the flat portion 32 of the service cover 30. Is pressed in the axial direction by the outer cap 17, and as a result, the other end sides of the elements 13 and 14 are supported by the service cover 30 in a state where no rattling occurs.
  • Such a service cover 30 is provided with the vacuator valve shown in FIG. 7 in the same manner as in the prior art, but the illustration thereof is omitted in FIG.
  • the body 10 between the outer case 11 and the outer element 13, air sucked from the inlet pipe 12 turns toward the vacuator valve while turning, and most of the dust contained in the air is centrifuged during turning. It is separated by a separating action and captured by a vacuator valve.
  • straightening structure of this embodiment provided in the inner element 14 is demonstrated.
  • the air swirling in the body 10 passes through the elements 13 and 14 toward the axial center, and flows to the outlet pipe 22 through the internal space of the cylindrical inner element 14.
  • the swirl component remains in the air flowing through the inner element 14, and the flow velocity distribution of the air flowing through the outlet pipe 22 is not uniform, resulting in variations in measurement by the MAF sensor 60. Therefore, in this embodiment, in order to remove such a swirl component, a straight flow path forming portion 51 is provided inside the inner element 14.
  • the straight flow path forming portion 51 has a cylindrical shape made of a metal such as aluminum or stainless steel, or a resin, and is integrally molded as a part of the outlet side member 20 by the molding method described above. Therefore, the linear flow path forming part 51 and the outlet pipe 22 are integrated and communicate with each other.
  • the inner peripheral surface of the straight flow path forming portion 51 and the inner peripheral surface of the outlet pipe 22 are continuous in a flat state, and no joints or steps are generated between the two. For this reason, a turbulent flow such as a vortex does not occur in the air flowing from the straight flow path forming portion 51 to the outlet pipe 22.
  • the length dimension of the straight flow path forming portion 51 is shorter than the inner element 14 and is determined to be a predetermined length dimension according to the flow rate of air to be circulated through the inner element 14. It is approximately 1 to 5 times the inner diameter of the path forming portion 51.
  • An air inflow space 54 into which air that has passed through the inner element 14 enters is formed on the other end side of the straight flow path forming portion 51 and the inner element 14 due to the difference in length dimension between them.
  • a gap A is formed between the outer peripheral surface of the straight flow path forming portion 51 and the inner peripheral surface of the inner element 14 provided adjacent thereto.
  • the air that has passed through the inner element 14 in the radial direction flows into the air inflow space 54 through the gap A.
  • the air that has passed through the inner element 14 flows into the air inflow space 54 as it is.
  • a circular net-like rectifying member 40 made of metal or resin is provided at an end portion on the side away from the outlet pipe 22.
  • the rectifying member 40 is disposed so as to block the opening portion of the straight flow path forming portion 51, and uniformizes the flow velocity distribution of the air sent to the outlet pipe 22.
  • the rectifying member 40 is disposed at the upstream end of the straight flow path forming portion 51, but may be disposed at a position slightly inward from the upstream end, and is not necessarily at the end of the straight flow path forming portion 51. It does not have to be strictly arranged.
  • the air that has passed through the elements 13 and 14 flows into the air inflow space 54 with the swirl component still included, although the swirl component is somewhat weakened by the passage. . Thereafter, the air that enters the straight flow path forming portion 51 from the air inflow space 54 flows through the straight flow path forming portion 51 for a sufficient length, so that the swirl component is removed.
  • the net-like rectifying member 40 is provided at the upstream end of the straight flow path forming portion 51, the air flow is further adjusted. From the above, the air flowing through the straight flow path forming portion 51 becomes an axial flow with a uniform flow velocity around the central axis C ⁇ b> 2 and heads toward the outlet pipe 22.
  • the MAF sensor 60 provided in the outlet pipe 22 can realize measurement with little variation and improve the measurement accuracy.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
  • the rectifier 50 is disposed inside the inner element 14 in order to more reliably remove the swirling component of the air flowing in the inner element 14.
  • the rectifier 50 is attached to the inside of the inner element 14 via the straight flow path forming part 51.
  • the straight flow path forming portion 51 of the present embodiment is fitted into the inner element 14 without a gap and communicates with the outlet pipe 22, and one end thereof is in contact with the holding member 18.
  • the thickness dimension of the straight flow path forming portion 51 is substantially the same as the thickness dimension of the abutting portion of the holding member 18, and the holding member 18 and the straight flow path forming portion 51 The step between the two is eliminated.
  • the straightening device 50 is disposed at the other end side in the straight flow path forming portion 51, that is, at the end portion on the side away from the outlet pipe 22 to which the MAF sensor 60 is attached.
  • the length dimension of the rectifier 50 in the direction of the central axis C2 is appropriately determined to be a predetermined length dimension according to the flow rate of air to be circulated in the inner element 14 by taking into account the rated engine speed and the like. It is done.
  • FIG. 3 shows a front view of the rectifier 50.
  • the rectifying device 50 is formed with a large number of small flow paths 53 penetrating the upper and lower sides along the central axis C ⁇ b> 2.
  • the opening shape of the small channel 53 is hexagonal, and the inside of the rectifier 50 having a circular outer shape has a so-called honeycomb structure.
  • a number of small flow path 53 portions are made of, for example, aluminum and can be manufactured by a stretching method or the like.
  • the opening shape of the small flow path 53 is not limited to a hexagon, but may be a circle or other polygonal shapes.
  • the rectifying device 50 is disposed at the end of the straight flow path forming unit 51, but a sufficient straight flow path is secured by the straight flow path forming unit 51 on the downstream side of the straightening device 50.
  • the rectifying device 50 may be disposed at a position close to the end side, that is, a position slightly inward from the end portion, and is not necessarily disposed strictly at the end portion of the straight flow path forming portion 51. It does not have to be.
  • the outer periphery of many small flow-path 53 parts of the rectifier 50 may be directly contact
  • the air that enters the straight flow path forming portion 51 from the air inflow space 54 passes through the rectifier 50 having the honeycomb structure, so that the swirl component is more reliably removed.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
  • the straight flow path forming portion 51 is integrally formed with the closing portion 21 of the outlet side member 20, and the inner peripheral surfaces of the straight flow path forming portion 51 and the outlet pipe 22 are continuous with each other.
  • the inner element 14 is fitted to an inner element fitting portion 27 formed between the straight flow path forming portion 51 and the second tubular portion 25.
  • the net-like rectifying member 40 described in the first and second embodiments is not illustrated, but a support portion having an arbitrary shape is provided at an appropriate position between the rectifying device 50 and the MAF sensor 60. It is also possible to arrange the rectifying member 40 via Further, the inner element 14 may be fitted to the inner element fitting portion 27 via the inner seal 18 (see FIG. 1).
  • the straight flow path forming portion 51 is molded integrally with the outlet side member 20, the member can be easily handled and the assembly process of the air cleaner 1 can be simplified. Further, the inner circumferential surfaces of the straight flow path forming portion 51 and the outlet pipe 22 are continuous in a flat state without a step or a joint, and there is no connection portion between them and a step corresponding thereto. Can be made less disturbed and the flow velocity distribution can be made more uniform.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the closing portion 21 and the outlet pipe 22 of the outlet side member 20 are configured as separate members, while the outlet pipe 22 and a part of the linear flow path forming portion 51 are integrally molded. That is, the closing part 21 and the outlet pipe 22 are joined to each other by the bolt 28.
  • the straight flow path forming part 51 includes an upstream first flow path forming part 51A provided with the rectifying device 50 and a downstream second flow path forming part 51B provided integrally with the outlet pipe 22. It is comprised and it mutually joins with the appropriate joining means according to material, such as welding, brazing, or ultrasonic welding.
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is different from the fourth embodiment in that the outlet pipe 22 and the straight flow path forming portion 51 are molded in advance as an integral unit.
  • the third embodiment is different from the third embodiment in that the closing portion 21 and the outlet pipe 22 of the outlet side member 20 are formed of different members.
  • Other configurations are the same as those of the third embodiment or the fourth embodiment.
  • the linear flow path forming portion 51 is fitted to the inner element 14 over its entire length, and in a region corresponding to the length dimension of the linear flow path forming portion 51. The inner element 14 was blocked.
  • the filtering function of the inner element 14 is sufficient, but the gap A as described in the first embodiment is provided between the linear flow path forming portion 51 and the inner element 14, and the inner element
  • the filter function may be exerted in substantially the entire area of 14, so that air can be sucked more smoothly and pressure loss in the intake passage can be reduced, and engine load can be reduced and fuel efficiency can be improved. it can.
  • the rectifying device 50 is provided at the end of the straight flow path forming portion 51 that is separated from the outlet pipe 22, but the rectifying member 40 is employed instead of the rectifying device 50. Is also a desirable means for the present invention.
  • the outlet pipe 22 to which the MAF sensor 60 is attached has been described as a part of the air cleaner 1, but such an outlet pipe is configured as a part of an intake pipe separate from the air cleaner. Even when the air cleaner is provided so as to be able to be joined by an appropriate joining means, if the rectifier according to the present invention is provided in the air cleaner, it is included in the rectifying structure of the air cleaner of the present invention.
  • the two elements of the outer element 13 and the inner element 14 are accommodated in the body 10, but the rectifying structure of the present invention may be applied to an air cleaner having one element.
  • the present invention can be used not only for an air cleaner installed on a movable machine such as a construction machine but also for an air cleaner installed on a stationary machine.

Abstract

 配置スペースを維持したまま、旋回の影響をより少なくしてセンサでの計測精度を向上させるためにエアクリーナ(1)は、内部に筒状のインナーエレメント(14)が収容されたボディ(11)を備えるとともに、ボディ(11)には、該ボディ(11)の径方向の中心線からオフセットされて位置した入口管(12)と、インナーエレメント(14)の中心軸線(C2)に沿った出口管(22)とが設けられ、インナーエレメント(14)の内部には、中心軸線(C2)に沿った所定の長さ寸法を有し、かつ出口管(22)と連通した筒状の直線流路形成部(51)が設けられている。

Description

エアクリーナ
 本発明は、特にサイクロン式(旋回式)のエアクリーナに関する。
 従来、例えば砂塵等が多く舞い上がる現場で稼動する建設機械においては、エンジンへ供給される吸気用のエアクリーナとして、サイクロン式のものが知られている。
 図7には、そのようなサイクロン式のエアクリーナ100が示されている。エアクリーナ100は、内部に図示略のフィルタエレメントが収容された円筒状のボディ101、およびボディ101の開口部分を塞ぐサービスカバー102を備えている。ボディ101には、空気を取り入れる入口管103と、空気をエンジン側に送出する出口管104とが設けられ、サービスカバー102には、バキュエータバルブ105が設けられている。
 入口管103は、その中心がボディ101の径方向の中心線C1に対して寸法Lだけオフセットして設けられており、空気がボディ101の内部に対して接線方向から流入し、ボディ101の内周とフィルタエレメントの外周との間を旋回する(図中の点線参照)。
 出口管104は、ボディ101の一端である入口管103側の端部に取り付けられており、ボディ101の中心軸線C2に沿って延出している。
 バキュエータバルブ105は、ボディ101の他端側にあって、その中心線C1に沿って下方に垂設されている。
 入口管103から入り込んでボディ101内で旋回する空気は、多くの砂塵を含んでいるが、これらの砂塵の何割かは、空気の旋回による遠心分離作用により、ボディ101の内周壁側に寄せられて旋回し、バキュエータバルブ105に落とし込まれる。ここで、バキュエータバルブ105下端のバルブ部106は、弾性を有した合成ゴム等からなり、バキュエータバルブ105内に集められた砂塵が所定量になると、その重みでバルブ部106が押し広げられ、砂塵を外部へと排出する。一方、砂塵の大半が除かれた旋回空気は、フィルタエレメントを軸中心側に向けて通過し、砂塵が除かれた状態で出口管104から送出される。
 ところで、このようなエアクリーナ100の出口管104には、空気の流速を計測するMAF(Mass Air Flow)センサ107が設けられていることがある。MAFセンサ107で計測された流速は、エンジンの運転制御に使用される。空気の流速に基づいてエンジンをきめ細かく制御することにより、エンジンから排出されるエミッションを抑制し、一層厳しくなるエミッション規制に対応させている。
 しかし、サイクロン式のエアクリーナ100では、出口管104内を流れる空気が、図7中に点線で示すように、ボディ101内での旋回による旋回成分を有していることから、渦を巻いてしまうなど、流速分布が安定せず、MAFセンサ107での計測結果に影響を与える可能性が指摘されている。そこで従来では、ボディ101の内部において、フィルタエレメントを通過した空気を整流板にて整流し、出口管104を流れる空気の流速分布を均一化することが提案されている(例えば特許文献1)。
特開2007-170353号公報
 しかしながら、特許文献1では、筒状のフィルタエレメントの内部空間に、台形板状の整流板が収容されているだけであり、空気の旋回を十分に止めることができないという問題がある。
 また、空気の旋回を止めて、MAFセンサによる計測を正確に行うためには、直線状の流路を十分に長く確保することが有効であるが、特許文献1では、流路が整流板の直ぐ下流側で直角に折れ曲がっているうえ、センサまでの距離が十分ではない可能性がある。
 一方、そのような直線状の流路は、大きな配置スペースを必要とするため、エンジンルーム内での他部材との取り合いにより配置構造が複雑になるうえ、熱対策も必要になって構造がより複雑になる。
 本発明の目的は、配置スペースを維持したまま、旋回の影響をより少なくしてセンサでの計測精度を向上させることができるエアクリーナを提供することにある。
 本発明のエアクリーナは、内部に筒状のエレメントが収容されたボディを備えるとともに、前記ボディには、該ボディの径方向の中心線からオフセットされて位置した入口管と、前記エレメントの中心軸線に沿った出口管とが設けられるエアクリーナであって、前記エレメントの内部には、前記中心軸線に沿った所定の長さ寸法を有し、かつ前記出口管と連通した筒状の直線流路形成部が設けられていることを特徴とする。
 本発明によれば、エレメントを通過した段階で旋回成分を含む空気の流れは、直線流路形成部において除去され、良好に整流されるので、出口管に達する時点では流速分布を十分に均一化でき、流速センサでの計測精度を向上させることができる。
 また、直線流路形成部は、エアクリーナのエレメント内部に収容されるので、それらをエアクリーナの外部に配置する必要がなく、エンジンルーム内での配置スペースとしては、従来と同様にエアクリーナの配置スペースを確保すればよい。
 本発明のエアクリーナでは、前記直線流路形成部には、前記出口管から離間した端部寄りの位置に網状の整流部材が設けられていることが望ましい。
 このような発明では、網状の整流部材を設けるので、空気の流速分布をより均一化できる。
 本発明のエアクリーナでは、前記直線流路形成部には、前記出口管から離間した端部寄りの位置に整流装置が設けられ、前記整流装置には、前記中心軸線に沿った多数の小流路が形成されていてもよい。
 このような発明では、多数の小流路を有した整流装置を設けるので、空気の流れの旋回成分をより確実に除去できる。また、整流装置もエレメント内部に設けることになるから、配置スペースを拡張する必要がない。
 整流装置が設けられた本発明のエアクリーナでは、前記整流装置はハニカム構造であることが好ましい。
 このような発明では、整流装置はハニカム構造であるので、強度や剛性面で優位であり、エンジンから伝わる振動や、建設機械に搭載された場合の不整地での作業による振動などに対しても、確実に対抗できて良好な耐久性を得ることができる。
 また、整流装置が設けられた本発明のエアクリーナでは、前記出口管には、流速センサが取り付けられるセンサ取付部が設けられ、前記整流装置と前記センサ取付部との間の流路には、網状の整流部材が設けられていることが好ましい。
 このような発明では、整流装置の他に網状の整流部材を設けるので、空気の流速分布をより均一化できる。
 本発明のエアクリーナでは、前記出口管の内周面と前記直線流路形成部の内周面とは、フラットな状態で連続していることが望ましい。
 このような発明では、直線流路形成部から出口管にかけて段差がないことから、空気の流れに乱れを生じ難くでき、流速分布をより一層均一化できる。
 本発明のエアクリーナでは、前記エレメントの内周面およびこれに隣設された前記直線流路形成部の外周面との間には隙間が形成されていることが望ましい。
 このような発明では、空気をよりスムーズに吸引して吸気通路内での圧力損失をより小さくでき、エンジン負荷を低減して燃費を向上させることができる。
 本発明のエアクリーナでは、前記直線流路形成部の前記中心軸線に沿った長さ寸法は、該直線流路形成部の内径寸法の1倍ないし5倍であることが望ましい。
 このような発明では、直線流路形成部を適正な長さ寸法に設定することで、整流装置からの流出による空気の乱れを減衰させるのに十分な流路長を確保できる。
 本発明のエアクリーナでは、前記出口管および前記直線流路形成部は、予め一体ものとして成型されていることが望ましい。
 このような本発明では、出口管と直線流路形成部を一体成型により製作するため、途中に継ぎ目部分等が存在しないフラット状態を容易に形成でき、空気の流れをスムーズにできて均一な流速分布を実現し易くできるうえ、部品の取り扱いも容易にでき、エアクリーナの組立工程を簡素にできる。
本発明の第1実施形態に係るエアクリーナを示す断面図。 本発明の第2実施形態に係るエアクリーナを示す断面図。 前記第2実施形態のエアクリーナの整流装置を示す正面図。 本発明の第3実施形態に係るエアクリーナを示す断面図。 本発明の第4実施形態に係るエアクリーナの要部を示す断面図。 本発明の第5実施形態に係るエアクリーナの要部を示す断面図。 従来のエアクリーナを示す正面図および側面図。
〔第1実施形態〕
 以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
 なお、後述する第2実施形態以降において、第1実施形態と同一部材および同一機能部分等には、第1実施形態で使用した符号をそのまま使用することとし、それらの部材および部分の説明を省略または簡略化する。
 図1には、本実施形態の整流構造を備えたエアクリーナ1の断面図が示されている。
 図1において、エアクリーナ1は、ブルドーザや油圧ショベル等の建設機械に搭載されたディーゼルエンジンの吸気に用いられるものであり、円筒状のボディ10と、ボディ10の一端側の開口部分を塞ぐ出口側部材20と、他端側の開口部分を塞ぐサービスカバー30とを備えている。
 ボディ10は、金属製または樹脂製の外装ケース11を備えて構成されている。外装ケース11の一端側寄りの外周部分には、外部の空気を取り込む入口管12が接続されている。この入口管12のボディ10に対する配置位置は、図7に示す従来のものと同様、ボディ10の中心線に対してオフセットされており、入口管12から吸引された空気は、ボディ10内で旋回する。
 ボディ10の内部には、円筒状のアウターエレメント13が収容され、さらにアウターエレメント13の内部には、円筒状でより小径なインナーエレメント14が収容されている。旋回による遠心分離作用にて除かれなかった空気中の砂塵等は、これらのエレメント13,14にて捕捉される。
 出口側部材20には、ボディ10の開口部分にあてがわれる閉塞部21と、閉塞部21の中央からボディ10の中心軸線C2(インナーエレメント14の中心軸線と同じ)に沿って突出した出口管22とが設けられている。閉塞部21および出口管22は金属製とされてロストワックス製法や鋳造等により一体ものとして成型されるか、樹脂製として一体に成型される。
 出口側部材20の閉塞部21には、ボディ10の外装ケース11内に嵌合して接続される筒状のボディ嵌合部23と、内方に向かって突出した第1筒状部24と、その内側の第2筒状部25とが設けられている。第1筒状部24は、入口管12の入口開口15を覆う位置まで内方に延出しており、入口管12から入り込んだ空気は、アウターエレメント13に直接当たることなく、平坦な表面を有した第1筒状部24の外周に沿って流れるようになり、こうすることで旋回流がスムーズに生じるようになっている。
 このような第1、第2筒状部24,25の間の環状の凹部は、アウターエレメント13の一端側が取り付けられるアウターエレメント嵌合部26とされ、アウターエレメント13がアウターシール16を介してアウターエレメント嵌合部26に嵌合される。アウターシール16は、環状の保持溝16Aを有している。この保持溝16A内にアウターエレメント13が挿入され、挟持されている。アウターエレメント13の他端側は、周方向に沿った嵌合溝17Aを有する樹脂製のアウターキャップ17に嵌合しており、このアウターキャップ17で塞がれている。
 また、第2筒状部25の内周部分は、インナーエレメント14の一端側が取り付けられるインナーエレメント嵌合部27とされ、インナーエレメント14がインナーシール18を介してインナーエレメント嵌合部27に嵌合されている。インナーシール18は、環状の保持溝18Aを有している。この保持溝18A内にインナーエレメント14が挿入され、挟持されている。インナーエレメント14の他端側も、周方向の沿った嵌合溝19Aを有する樹脂製のインナーキャップ19に嵌合しており、このインナーキャップ19で塞がれている。
 一方、出口管22には、MAFセンサ60が取り付けらるセンサ取付部22Aが設けられている。出口管22内を流れる空気の流量をMAFセンサ60で計測し、その計測結果に応じてエンジンへの燃料噴射量や噴射タイミングをきめ細かく制御することにより、燃焼によって生じる排気ガス中のエミッションを低減させている。
 サービスカバー30は、複数のフック31によってボディ10の外周に取り付けられている。サービスカバー30がボディ10に取り付けられると、前述したアウターキャップ17がサービスカバー30内に嵌合されるとともに、そのアウターキャップ17がサービスカバー30の平面部32で軸方向に押圧され、インナーキャップ19がアウターキャップ17にて軸方向に押圧され、この結果、各エレメント13,14の他端側は、がたが生じない状態でサービスカバー30によって支持されることになる。
 このようなサービスカバー30には、図7で示したバキュエータバルブが従来と同様に設けられているが、図1ではその図示を省略してある。ボディ10内において、外装ケース11とアウターエレメント13との間では、入口管12から吸い込まれた空気が旋回しながらバキュエータバルブ側に向かい、空気中に含まれる大半の砂塵等が旋回時の遠心分離作用によって分離され、バキュエータバルブによって捕捉される。
 以下には、インナーエレメント14の内部に設けられた本実施形態の整流構造について説明する。
 ボディ10内で旋回していた空気は、各エレメント13,14を軸中心側に向かって通過し、筒状のインナーエレメント14の内部空間を通って出口管22へ流れる。従来、インナーエレメント14内を流れる空気には旋回成分が残っており、出口管22を流れる空気の流速分布が均一とはならず、MAFセンサ60での計測にばらつきが生じていた。
 そこで、本実施形態では、そのような旋回成分を取り除くために、インナーエレメント14の内部に直線流路形成部51が設けられている。
 直線流路形成部51は、アルミあるいはステンレス等の金属製、または樹脂製からなる筒状とされ、前述した成型方法により、出口側部材20の一部として一体成型されている。従って、直線流路形成部51と出口管22とは、一体ものとされて互いに連通している。直線流路形成部51の内周面と出口管22の内周面はフラットな状態で連続しており、両者間には継ぎ目や段差が生じていない。このため、直線流路形成部51から出口管22に流れる空気には、渦等の乱れた流れが生じない。
 直線流路形成部51の長さ寸法は、インナーエレメント14よりも短く、やはりインナーエレメント14内を流通させようとする空気の流量等に応じて適宜所定の長さ寸法に決められるが、直線流路形成部51の内径寸法の大凡1~5倍である。直線流路形成部51およびインナーエレメント14の他端側には、互いの長さ寸法の差分により、インナーエレメント14を通過した空気が入り込む空気流入空間54が形成されている。
 直線流路形成部51の外周面、およびこれに隣設するインナーエレメント14の内周面の間には、隙間Aが形成されている。直線流路形成部51が設けられている部分では、インナーエレメント14を径方向に通過した空気は、この隙間Aを通して空気流入空間54に流れ込む。その他の部分では、インナーエレメント14を通過した空気がそのまま空気流入空間54に流れ込むようになっている。
 また、直線流路形成部51において、出口管22から離間した側の端部には、金属製あるいは樹脂製からなる円形網状の整流部材40が設けられている。この整流部材40は、直線流路形成部51の開口部分を遮るように配置され、出口管22へ送られる空気の流速分布を均一化する。整流部材40は直線流路形成部51の上流端に配置されているが、上流端から幾分内方に入り込んだ位置に配置されていてもよく、必ずしも直線流路形成部51の端部に厳密に配置されていなくともよい。
 このような整流構造を有したエアクリーナ1では、各エレメント13,14を通過した空気は、その通過により旋回成分が幾分弱められるものの、依然として旋回成分を含んだ状態で空気流入空間54に流入する。この後、空気流入空間54から直線流路形成部51内に入り込む空気は、直線流路形成部51を十分な長さにわたって流れることにより、旋回成分が除去される。加えて本実施形態では、直線流路形成部51の上流端に網状の整流部材40が設けられているため、空気の流れがさらに整えられる。以上のことから、直線流路形成部51を流れる空気は、中心軸線C2回りの流速分布が均一な軸流となって出口管22に向かうことになる。
 従って、出口管22を流れる空気の流速分布が安定することから、出口管22に設けられたMAFセンサ60では、ばらつきの少ない計測を実現でき、計測精度を向上させることができる。
〔第2実施形態〕
 図2には、本発明の第2実施形態が示されている。
 本実施形態では、インナーエレメント14内を流れる空気の旋回成分をより確実に取り除くために、インナーエレメント14の内部に整流装置50が配置されている。
 整流装置50は、直線流路形成部51を介してインナーエレメント14の内部に取り付けられている。具体的に、本実施形態の直線流路形成部51は、インナーエレメント14内に隙間なく嵌合して出口管22と連通しており、その一端は保持部材18に当接されている。直線流路形成部51の厚さ寸法は、保持部材18の当接部分の厚さ寸法と略同じであり、流れる空気に渦等が生じないよう、保持部材18と直線流路形成部51との間での段差をなくしている。
 整流装置50は、直線流路形成部51において他端側、すなわちMAFセンサ60が取り付けられる出口管22から離間した側の端部に配置されている。整流装置50の中心軸線C2方向の長さ寸法は、エンジンの定格回転数等を勘案するなど、インナーエレメント14内を流通させようとする空気の流量等に応じて適宜所定の長さ寸法に決められる。
 図3には、整流装置50の正面図が示されている。
 図3において、整流装置50には、中心軸線C2に沿った多数の小流路53が上下流にわたって貫通して形成されている。小流路53の開口形状は六角形であり、外形形状が円形とされた整流装置50の内部が所謂ハニカム構造になっている。多数の小流路53部分(本実施形態では、ハニカム部分)は、例えばアルミ製であり、展張法などにより製造可能である。ただし、小流路53の開口形状は六角形に限らず、円形や他の多角形状であってもよい。
 また、本実施形態では、整流装置50は直線流路形成部51の端部に配置されているが、整流装置50の下流側に直線流路形成部51による十分な直線流路が確保されていれば、整流装置50は端部側に寄せた位置、つまり端部から幾分内方に入り込んだ位置に配置されていてもよく、必ずしも直線流路形成部51の端部に厳密に配置されていなくともよい。さらに、整流装置50の多数の小流路53部分は、その外周が直に直線流路形成部51の内周面やインナーエレメント14の内周面に当接されていてもよく、所定の幅寸法を有した円環状の枠材に組み込まれた状態で、当該内周面に取り付けられてもよい。
 本実施形態によれば、空気流入空間54から直線流路形成部51内に入り込む空気は、ハニカム構造の整流装置50を通過することで、旋回成分がより確実に除去される。
〔第3実施形態〕
 図4には、本発明の第3実施形態が示されている。
 本実施形態では、直線流路形成部51が出口側部材20の閉塞部21と一体成型されており、直線流路形成部51および出口管22の内周面同士が連続している。そして、直線流路形成部51と第2筒状部25との間に形成されたインナーエレメント嵌合部27にインナーエレメント14が嵌合している。
 なお、図4では、第1、第2実施形態で説明した網状の整流部材40が図示されていないが、整流装置50とMAFセンサ60との間の適宜な位置に、任意な形状の支持部を介して整流部材40を配置することも可能である。また、インナーエレメント14をインナーシール18(図1参照)を介してインナーエレメント嵌合部27に嵌合させてもよい。
 本実施形態によれば、直線流路形成部51が出口側部材20と一体ものとして成型されているため、部材の取り扱いを容易にできるとともに、エアクリーナ1の組立工程も簡素にできる。
 また、直線流路形成部51および出口管22の内周面同士が段差や継ぎ目のないフラットな状態で連続しており、互いの接続部分や、これに伴う段差が存在しないので、空気の流れに乱れを生じ難くでき、流速分布をより均一化できる。
〔第4実施形態〕
 図5には、本発明の第4実施形態が示されている。
 本実施形態では、出口側部材20の閉塞部21と出口管22とが別部材で構成される一方で、出口管22と直線流路形成部51の一部とが一体成型されている。つまり、閉塞部21および出口管22は、ボルト28により互いに接合されている。また、直線流路形成部51は、整流装置50が設けられた上流側の第1流路形成部51Aと、出口管22に一体に設けられた下流側の第2流路形成部51Bとで構成され、互いに溶接や鑞付け、あるいは超音波溶着など、材料に応じた適宜な接合手段にて接合されている。
〔第5実施形態〕
 図6には、本発明の第5実施形態が示されている。
 本実施形態では、出口管22と直線流路形成部51とが予め一体ものとして成型されている点が、前記第4実施形態とは異なる。別の見方をすると、出口側部材20の閉塞部21と出口管22とが別部材で構成されている点が、前記第3実施形態とは異なる。
 他の構成は、第3実施形態または第4実施形態と同様である。
 なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
 例えば、前記第2~第5実施形態では、直線流路形成部51は、その全長にわたってインナーエレメント14に対して嵌合しており、直線流路形成部51の長さ寸法に対応した領域において、インナーエレメント14が塞がれていた。
 このような構造でも、インナーエレメント14での濾過機能としては十分であるが、直線流路形成部51とインナーエレメント14との間に第1実施形態で説明したような隙間Aを設け、インナーエレメント14の略全域で濾過機能を発揮させてもよく、こうすることで空気をよりスムーズに吸引して吸気通路内での圧力損失をより小さくでき、エンジン負荷を低減して燃費を向上させることができる。
 前記第2~第5実施形態では、出口管22から離間した直線流路形成部51の端部に整流装置50が設けられていたが、この整流装置50に代えて整流部材40を採用することも、本発明としては望ましい手段である。
 前記実施形態では、MAFセンサ60が取り付けられる出口管22は、エアクリーナ1の一部として説明したが、そのような出口管がエアクリーナとは別体の吸気管の一部として構成され、この部分にエアクリーナが適宜な接合手段にて接合可能に設けられる場合でも、エアクリーナ内に本発明に係る整流装置が設けられていれば、本発明のエアクリーナの整流構造に含まれる。
 前記実施形態では、ボディ10の内部にはアウターエレメント13およびインナーエレメント14の2つのエレメントが収容されていたが、エレメントが1つのタイプのエアクリーナに本発明の整流構造を適用してもよい。
 本発明は、建設機械のような移動可能な機械に設置されたエアクリーナに利用できる他、定置式の機械に設置されたエアクリーナにも利用できる。
 1…エアクリーナ、11…ボディ、12…入口管、14…エレメントであるインナーエレメント、22…出口管、22A…センサ取付部、40…整流部材、50…整流装置、51…直線流路形成部、53…小流路、60…流速センサであるMAFセンサ、C1…中心線、C2…中心軸線。

Claims (9)

  1.  内部に筒状のエレメントが収容されたボディを備えるとともに、前記ボディには、該ボディの径方向の中心線からオフセットされて位置した入口管と、前記エレメントの中心軸線に沿った出口管とが設けられるエアクリーナであって、
     前記エレメントの内部には、前記中心軸線に沿った所定の長さ寸法を有し、かつ前記出口管と連通した筒状の直線流路形成部が設けられている
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  2.  請求項1に記載のエアクリーナにおいて、
     前記直線流路形成部には、前記出口管から離間した端部寄りの位置に網状の整流部材が設けられている
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  3.  請求項1に記載のエアクリーナにおいて、
     前記直線流路形成部には、前記出口管から離間した端部寄りの位置に整流装置が設けられ、
    前記整流装置には、前記中心軸線に沿った多数の小流路が形成されている
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  4.  請求項3に記載のエアクリーナにおいて、
     前記整流装置はハニカム構造である
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  5.  請求項3または請求項4に記載のエアクリーナにおいて、
     前記出口管には、流速センサが取り付けられるセンサ取付部が設けられ、
     前記整流装置と前記センサ取付部との間の流路には、網状の整流部材が設けられている
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  6.  請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のエアクリーナにおいて、
     前記出口管の内周面と前記直線流路形成部の内周面とは、フラットな状態で連続している
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  7.  請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のエアクリーナにおいて、
     前記エレメントの内周面およびこれに隣設された前記直線流路形成部の外周面との間には隙間が形成されている
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  8.  請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のエアクリーナにおいて、
     前記直線流路形成部の前記中心軸線に沿った長さ寸法は、該直線流路形成部の内径寸法の1倍ないし5倍である
     ことを特徴とするエアクリーナ。
  9.  請求項1ないし請求項8のいずれかに記載のエアクリーナにおいて、
     前記出口管および前記直線流路形成部は、予め一体ものとして成型されている
     ことを特徴とするエアクリーナ。
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