JP3308968B2 - 内燃機関用エアフィルタ - Google Patents
内燃機関用エアフィルタInfo
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Description
内燃機関にエアを導入する際に、該エアに含まれる塵埃
を除去するためのエアフィルタに関する。
とされるエンジン等の内燃機関には、大気から取り込ん
だエアに含まれる塵埃によるシリンダ等の損傷を防止す
るため、エアに含まれる塵埃の除去を目的としたエアフ
ィルタが用いられている。
等に応じて様々な形状のものが使用されているが、自動
車のエンジンには、近年、小型でなおかつ高性能である
という理由から、図7に示されているような円筒型のエ
アフィルタ1Aが主に使用されている。
1Aは、シート状の濾材40を山折部41、谷折部42
が交互に位置する波形に形成し、さらにこの波形に形成
された濾材40の山折部41の稜線がループをなすよう
に筒状に形成したものが使用されている。このように、
濾材40を波形に形成することにより、小型でなおかつ
濾材40の表面積の大きい高性能なエアフィルタ1Aが
実現している。
紙、ガラス繊維等の材質のシート状の濾材40が使用さ
れている。これらの材質の濾材は、繊維同士を複雑に絡
み合わせて形成されていることから、濾過の際にエアの
通路となる繊維の隙間の形状が複雑に入り組んでいる。
そして、大気中から取り込んだエアに含まれている塵埃
をこの複雑に入り組んだ濾材の繊維の隙間に絡み取るよ
うになっている。
せる際に、塵埃を繊維に絡み取ることによって除去する
ことから、濾過を行うことによって繊維に絡み付いた塵
埃が濾材の内部に蓄積し、やがては目詰まりをおこす。
特に、塵埃の舞う工事現場等で使用されるコンクリート
ミキサー車等の作業車両のエンジンに使用されるエアフ
ィルタは、目詰まりを起しやすい。
ルタがエアを通し難くなることから、エンジンへのエア
の供給が阻害され、不完全燃焼がおこり、ひいては燃費
の悪化、排気ガス中の有害物質の増加等の環境問題が発
生する。
用状況に応じて目詰まりをおこす以前に交換しなくては
ならない。
うに、濾材40の材質として不織布、紙、ガラス繊維等
が使用されており、繊維同士が複雑に絡み合った構造と
なっていることから、濾過によって濾材の中に絡み取ら
れた塵埃が、繊維の奥深くに到達してしまう。
高圧エアの吹き付け等の手段によって洗浄を試みたとし
ても、ほとんどの塵埃が濾材40の繊維の内部に残留し
てしまい、目詰まりを解消することができない。また、
これら従来のエアフィルタ1Aの材質、特に紙の場合
は、洗浄に水を使用すると、材質が劣化してしまう場合
がある。
のエアフィルタは、再利用が不可能とされ、使用後には
そのほとんどが焼却等の手段によって処分されている。
また、従来の濾材は、接着に有機塩素接着剤等が使用さ
れていることから、焼却した際にダイオキシン等の有毒
物質が発生し、環境問題を引き起こす原因となってい
る。
く、再利用が可能であり、洗浄が容易な内燃機関用エア
フィルタを提供することを目的とする。
(1)〜(14)の本発明により達成される。
ーシングと、該外側ケーシングの内部に間隔をおいて設
けられ、多数の開口を有する筒状の内側ケーシングと、
前記外側ケーシング及び前記内側ケーシングの間に位置
する第1の濾材及び第2の濾材を有する内燃機関用エア
フィルタであって、前記第1の濾材は、山折部と谷折部
が交互に位置する波形に折り曲げられたステンレスメッ
シュで構成されており、該ステンレスメッシュは、径が
10〜100μmの空孔を有し、径が20〜200μm
の線材で構成され、略平行に延出する縦線または横線の
いずれか一方の線材の側面同士が相接するように形成さ
れており、前記第2の濾材は、前記外側ケーシングと前
記第1の濾材の間に位置していることを特徴とする内燃
機関用エアフィルタ。
ュは、畳織によって形成されていることを特徴とする上
記(1)に記載の内燃機関用エアフィルタ。 (3) 前記第1の濾材は、径が40〜75μmの空孔
を有していることを特徴とする上記(1)または(2)
に記載の内燃機関用エアフィルタ。
インチの面は、4500〜540000個の空孔を有す
ることを特徴とする上記(1)ないし(3)のいずれか
に記載の内燃機関用エアフィルタ。 (5) 前記第1の濾材は、複数枚の金属メッシュを厚
さ方向に重ね合わせることによって形成されており、外
側ケーシング側の金属メッシュが内側ケーシング側の金
属メッシュより大径の空孔を有することを特徴とする上
記(1)ないし(4)のいずれかに記載の内燃機関用エ
アフィルタ。
記第1の濾材の隣接する2つの山折部とこれらの山折部
の間に位置する前記谷折部とによって形成される空間に
設けられていることを特徴とする上記(1)ないし
(5)のいずれかに記載の内燃機関用エアフィルタ。 (7) 前記第2の濾材の空孔の径は、前記第1の濾材
に使用されている金属メッシュの空孔の径より大径であ
ることを特徴とする上記(1)ないし(6)のいずれか
に記載の内燃機関用エアフィルタ。 (8) 前記第2の濾材は、金属メッシュであることを
特徴とする上記(7)に記載の内燃機関用エアフィル
タ。
れる塵埃を除去するための内燃機関用エアフィルタであ
って、濾材として径が10〜100μmの空孔を有し、
径が20〜200μmの線材で構成され、略平行に延出
する縦線または横線のいずれか一方の線材の側面同士が
相接するように形成されたステンレスメッシュを使用し
たことを特徴とする内燃機関用エアフィルタ。
織によって形成されていることを特徴とする上記(9)
に記載の内燃機関用エアフィルタ。 (11) 前記ステンレスメッシュは、径が40〜75
μmの空孔を有することを特徴とする上記(9)または
(10)に記載の内燃機関用エアフィルタ。 (12) 前記ステンレスメッシュの1平方インチの面
は、4500〜540000個の空孔を有することを特
徴とする上記(9)ないし(11)のいずれかに記載の
内燃機関用エアフィルタ。
記山折部の稜線がループをなすように略筒状に形成され
ていることを特徴とする上記(9)ないし(12)のい
ずれかに記載の内燃機関用エアフィルタ。 (14) 前記ステンレスメッシュは、前記山折部の稜
線が直線をなすように略板状に形成されていることを特
徴とする上記(9)ないし(13)のいずれかに記載の
内燃機関用エアフィルタ。
を参照して行う以下の実施形態の説明から、より明らか
となるであろう。
ィルタを図面を参照して詳述する。
を示すものであり、図1は、その説明図、図2はその横
断面図である。
フィルタ1は、金属メッシュを円筒状に形成した外側ケ
ーシング10及び内側ケーシング11と、前記外側ケー
シング10及び内側ケーシング11の上端面及び下端面
を覆う上部カバー20及び下部カバー22と、前記外側
ケーシング10及び前記内側ケーシング11の間に位置
する第1の濾材30と、該第1の濾材30及び前記外側
ケーシング10の間に位置する第2の濾材33とによっ
て構成されている。
1は、金属メッシュを図1に示すように径の異なる円筒
状に形成したものであり、図2に示すように外側ケーシ
ング10の内部に、内側ケーシング11がほぼ同心円状
に配設されている。なお、これらの外側ケーシング10
及び内側ケーシング11には、本実施形態に使用されて
いる金属メッシュの代りにパンチメタルシート等のシー
ト材を用いることが可能であるが、洗浄する際の水はけ
をよくするため、本実施形態のように金属メッシュを用
いることが好ましい。
の線径や空孔の径は、後に詳述する第1の濾材30及び
第2の濾材33に使用されている金属メッシュを構成す
る線材の線径や空孔の径よりも大径のものを使用するこ
とが好ましい。
1に示すように、前記外側ケーシング10及び内側ケー
シング11の上端面及び下端面を覆うものであり、上部
カバー20の略中央部には、前記第2の濾材33及び第
1の濾材30を通過したエアを取り出すための通気口2
1が設けられている。なお、下部カバー22は、前記外
側ケーシング10の下端面の全体を覆うようになってお
り、前記上部カバー20のような通気口21は設けられ
ていない。
バー22は、エアフィルタ1の使用時に、エアが前記外
側ケーシング10の外部から前記内側ケーシング11の
内部に向かって流入するように、前記外側ケーシング1
0及び前記内側ケーシング11の両端面の気密性を確保
する機能を有している。
略一定の間隔で山折部31及び谷折部32が位置するよ
うに、波型に折り曲げ形成したものを、さらに図1及び
図2に示すように略円筒形になるように巻回したもので
ある。この第1の濾材は、前記外側ケーシング10及び
内側ケーシング11の間に配設され、前記山折部31の
稜線が、前記外側ケーシング10の内側の面に沿って配
置されるようになっている。また、前記谷折部32の稜
線は、前記内側ケーシング11の外側の面に沿って配置
されるようになっている。
ンレスメッシュを構成する線材の線径や空孔の径等の詳
しい仕様については後に詳述する。
0及び前記第1の濾材30の間に位置しており、より詳
しくは、図1及び図2に示すように、隣接する2つの前
記山折部31と、それらの間に位置する前記谷折部32
とによって形成される空間に配設されている。
ムまたはステンレス等の金属メッシュやデミスタを前述
した前記山折部31及び谷折部32とによって形成され
る空間に適合するように、折り畳むかあるいはロール状
に丸めることによって形成されている。
る金属メッシュを構成する線材の線径や空孔の径は、前
記第1の濾材30に使用されているステンレスメッシュ
を構成する線材の線径や空孔の径よりも大きく、なおか
つ前記外側ケーシング10に使用されている金属メッシ
ュを構成する線材の線径や空孔の径よりも小さいものを
使用することにより、エアに含まれる大径の塵埃を前記
第1の濾材30に到達する以前に予め除去することがで
きることから、効率的に濾過を行うことが可能となり、
洗浄の際の作業工程が簡略化される。
施形態では、洗浄やメンテナンスの容易性から酸化や腐
食等に対する耐久性の高いステンレスやアルミニウム、
チタン等の金属メッシュやデミスタを使用することが好
ましいが、本実施形態に限らず、不織布や、ガラス繊維
等の従来のエアフィルタ1Aに使用されている材質の濾
材を使用することも可能である。
ついて詳述する。本実施形態のエアフィルタ1は、従来
より使用されているエアフィルタ1Aと同様に、前記上
部カバー20に設けられた通気口21にエンジン等の吸
気管が接続されるようになっており、エンジン等からの
吸引によって、このエアフィルタ1の前記外側ケーシン
グ10の外部から前記内側ケーシング11の内部へとエ
アが取り込まれるようになっている。
まれたエアは、前記外側ケーシング10、前記第2の濾
材33、前記第1の濾材30、前記内側ケーシング11
の順に各々の空孔を通過する。そして、これらの金属メ
ッシュの空孔を通過し、前記内側ケーシング11の内部
に到達したエアは、前記上部カバー20に設けられた通
気口21からエンジン等の内燃機関へと送出される。な
お、このとき、大気中に含まれている塵埃等は、前記外
側ケーシング10、前記第2の濾材33、前記第1の濾
材30に吸着され、除去される。
来のエアフィルタ1Aと同様に濾材に対する塵埃の吸着
によって目詰まりをおこすことから、所定の走行距離毎
に濾材を洗浄する必要がある。本実施形態のエアフィル
タ1を洗浄する際には、エアフィルタ1の内側ケーシン
グ11から外側ケーシング10に向かって水や洗浄液な
どを噴射して洗浄することが好ましい。そして、そのよ
うにすることで当該エアフィルタ1の使用時に外側ケー
シング10側から内側ケーシング11側に向かってエア
とともに移動する過程で濾材に吸着された塵埃が、前記
使用時とは逆に内側ケーシング11側から外側ケーシン
グ10側へ向かって洗浄液とともに移動し、除去され
る。
すなわち第1の濾材30の線径や空孔の径等の仕様につ
いて詳述する。
織等の畳織によって形成したステンレスメッシュが使用
されている。
の間隔を保ち、一本ずつ相互に交わらせて織られた平織
の縦線あるいは横線のいずれか一方の略平行に延出する
2本の線材の側面同士が相接するように並べる織り方で
ある。また、綾畳織とは、縦線と横線が一定の間隔を保
ち、相互に2本以上ずつ乗り越し交わらせて織られた綾
織の縦線あるいは横線のいずれか一方の略平行に延出す
る2本の線材の側面同士が相接するように並べる織り方
である。
メッシュを製作する場合、平織や綾織で織られたステン
レスメッシュよりも小さな空孔のステンレスメッシュを
容易に製作することが可能であり、なおかつ強度も高い
ため、高い剛性及び濾過精度が要求される内燃機関用エ
アフィルタの第1の濾材30としての使用に適してい
る。
価を行った。
による性能曲線の変化 ディーゼルエンジンEK−100(日野自動車(株)
製、排気量13,260cc、270馬力)に未使用状
態のエアフィルタを取り付け、無負荷状態でエンジンの
回転数を増大させたときのエンジンの回転数と、エアフ
ィルタ1の外部と通気口21との間の差圧を測定し、そ
の測定値より得られた性能曲線から性能評価を行った。
方、線径、メッシュ数(1平方インチのメッシュの面に
含まれる空孔の数)、空孔の径の各仕様が示されたフィ
ルタA〜Gについての測定値より得られた性能曲線と、
濾材に濾紙を使用した従来のエアフィルタについての測
定値より得られた性能曲線とを比較することによって行
った。
軸に差圧、横軸に回転数をとり、各フィルタについての
測定値をプロットすることによって得られた各フィルタ
の性能曲線が示されている。
1の第1の濾材30にステンレスメッシュAを除くステ
ンレスメッシュB〜Gを使用したものが、いずれも従来
のエアフィルタ1と同様か、あるいは従来のエアフィル
タ1Aよりも低い差圧変化を示し、高性能となることが
確認された。
定結果から明らかなように、ステンレスメッシュの空孔
の径を10μmより小径にした場合には、従来のエアフ
ィルタ1Aより高い差圧を示し、低い性能となることが
確認された。
径をメッシュB〜Gの空孔の径である10ないし100
μm、より好ましくはメッシュD〜Fの空孔の径である
40ないし75μmとし、ステンレスメッシュを構成す
る線材の線径を20ないし200μm、さらには、ステ
ンレスメッシュのメッシュ数、すなわち、メッシュ1平
方インチ当たりに含まれる空孔の数を上記測定で使用さ
れた4500ないし540000個とすることにより、
従来のエアフィルタ1Aと同等かあるいはそれ以上の性
能のエアフィルタが実現することが確認された。
ンレスメッシュは、従来のエアフィルタ1Aより性能が
低くなるとともに、目詰まりを起しやすくなることか
ら、内燃機関用エアフィルタの濾材として使用するため
には、濾材の折数を増やすなどして、濾材の表面積を増
加させることによって性能を向上させなくてはならな
い。また、空孔の径が100μmより大径のステンレス
メッシュは、メッシュの空孔を通過した塵埃によって内
燃機関のシリンダが痛んでしまうことから、内燃機関用
エアフィルタに用いる濾材としての使用には適さない。
(日野自動車(株)製、排気量13,260cc、27
0馬力)に未使用状態、使用後の状態、使用後の状態の
エアフィルタを洗浄した状態のエアフィルタを取り付
け、上記測定と同様に無負荷状態でエンジンの回転数を
増大させたときのエンジンの回転数と、エアフィルタ1
の外部と通気口21との間の差圧を測定し、その測定値
より得られた性能曲線から性能評価を行った。
ルタB及びEについて行った。フィルタBについての測
定結果を図5、フィルタCについての測定結果を図6に
示す。これらのグラフは、上記測定と同様に、縦軸に差
圧、横軸に回転数をとり、それぞれの状態のフィルタに
ついて、測定値をプロットすることによって得られた性
能曲線が示されている。
ルタ1は、使用後に洗浄を行うことにより、ほぼ使用前
の状態に性能が復帰することが確認された。また、この
洗浄による性能の復帰が、フィルタB及びフィルタEの
両方で確認されたことから、ステンレスフィルタは、空
孔の径や線材の径、メッシュ数の大小に関わらず、使用
後に洗浄を行うことによって性能がほぼ使用前の状態へ
と復帰することが確認された。
単位である[mmH2O]は、次式によってSI単位の
[Pa]へと換算することが可能である。 1[mmH2O]≒0.0098[Pa]
μmの綾畳織、平畳織のステンレスメッシュA〜Gを使
用したが、図4のグラフに示された測定結果から明らか
なように、ステンレスメッシュA〜Gのうち、ステンレ
スメッシュB〜G、すなわち、空孔の径が10ないし1
00μmのステンレスメッシュを使用した際には、従来
のエアフィルタ1Aの濾材40と同等か、あるいは高い
性能を示すことが確認された。
材40として使用した従来のエアフィルタ1Aと同等の
性能のエアフィルタを本発明のエアフィルタ1によって
実現するためには、ステンレスメッシュの濾過精度、す
なわちステンレスメッシュの空孔の径を10ないし10
0μm、より好ましくは40ないし75μmとすることが
好ましく、また、使用するステンレスメッシュを線径が
20ないし200μmの線材で構成することが好ましい
ことが確認された。 なお、濾材30として空孔の径が
5〜6μmのステンレスメッシュAを使用する場合であ
っても、濾材30の折数を増やし、濾材30の表面積を
増加させることにより、従来のエアフィルタ1Aと同様
の性能のエアフィルタを実現することが可能であるもの
と思料される。
構成する金属メッシュとして、ステンレスメッシュを使
用したが、本実施形態に限らず、酸化や腐食に対する耐
久性の高い金属材料、例えば、アルミニウムやチタンに
よって構成した金属メッシュを使用することも可能であ
る。
1枚のステンレスメッシュによって形成しているが、本
実施形態に限らず、第1の濾材30を複数枚の金属メッ
シュを厚さ方向に重ねあわせることによって形成するこ
とも可能である。そして、その場合には、重ね合わされ
た金属メッシュのうち、外側ケーシング10側の金属メ
ッシュが内側ケーシング11側の金属メッシュより大径
の空孔を有するようにすることにより、洗浄等の作業が
容易になる。
に基づいて詳述したが、本発明のエアフィルタは、上記
実施形態のような外側ケーシング10及び内側ケーシン
グ11を必ずしも設ける必要はなく、図7に示した従来
のエアフィルタ1Aと同様に、これらのケーシングを省
略し、単に第1の濾材を前記山折部の稜線がループをな
すように略筒状に形成したものの上下の端面に、上記実
施形態のような上部カバー20及び下部カバー22を取
り付けたものをエアフィルタとして使用することも可能
である。
上記実施形態のような略円筒型である必要はなく、必要
に応じて上記実施形態のような円筒型のエアフィルタの
上端面と下端面の径をそれぞれ異なる径にした略円錐台
型や、四角形や三角形の上端面及び下端面を有する多角
形の筒型、さらには、上記実施形態のように波型に折り
曲げられた金属メッシュを前記山折部の稜線が直線をな
すように枠体の内部に略板状に形成した平板型にするこ
とも可能である。
定されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲
で種々の変更及び改良等が可能であることは言うまでも
ない。
第2の濾材、第1の濾材の2種類の濾材を使用すること
によって塵埃が効率的に除去されるとともに、塵埃が従
来の濾材のように濾材の繊維の奥深くに絡み付かないた
め、使用後の洗浄によって再利用することが可能であ
り、耐久性の高い内燃機関用エアフィルタが実現する。
0ないし100μmの空孔を有するステンレスメッシュ
を使用していることから、性能が従来のフィルターと同
様で、なおかつ目詰まりをおこしにくい構造となってい
る。
である。
ているステンレメッシュAないしG及び濾紙の仕様を示
した表である。
に用いたエアフィルタを使用した際のエンジンの回転数
の変化に対する差圧の変化を示したグラフである。
Bを濾材に用いたエアフィルタを使用した際のエンジン
の回転数の変化に対する差圧の変化を示したグラフであ
る。
Eを濾材に用いたエアフィルタを使用した際のエンジン
の回転数の変化に対する差圧の変化を示したグラフであ
る。
ある。
Claims (14)
- 【請求項1】 多数の開口を有する筒状の外側ケーシン
グと、該外側ケーシングの内部に間隔をおいて設けら
れ、多数の開口を有する筒状の内側ケーシングと、前記
外側ケーシング及び前記内側ケーシングの間に位置する
第1の濾材及び第2の濾材を有する内燃機関用エアフィ
ルタであって、前記第1の濾材は、山折部と谷折部が交
互に位置する波形に折り曲げられたステンレスメッシュ
で構成されており、該ステンレスメッシュは、径が10
〜100μmの空孔を有し、径が20〜200μmの線
材で構成され、略平行に延出する縦線または横線のいず
れか一方の線材の側面同士が相接するように形成されて
おり、前記第2の濾材は、前記外側ケーシングと前記第
1の濾材の間に位置していることを特徴とする内燃機関
用エアフィルタ。 - 【請求項2】 前記第1の濾材をなす金属メッシュは、
畳織によって形成されていることを特徴とする請求項1
に記載の内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項3】 前記第1の濾材は、径が40〜75μm
の空孔を有していることを特徴とする請求項1または2
に記載の内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項4】 前記ステンレスメッシュの1平方インチ
の面は、4500〜540000個の空孔を有すること
を特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の内燃
機関用エアフィルタ。 - 【請求項5】 前記第1の濾材は、複数枚の金属メッシ
ュを厚さ方向に重ね合わせることによって形成されてお
り、外側ケーシング側の金属メッシュが内側ケーシング
側の金属メッシュより大径の空孔を有することを特徴と
する請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関用エ
アフィルタ。 - 【請求項6】 前記第2の濾材は、少なくとも前記第1
の濾材の隣接する2つの山折部とこれらの山折部の間に
位置する前記谷折部とによって形成される空間に設けら
れていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか
に記載の内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項7】 前記第2の濾材の空孔の径は、前記第1
の濾材に使用されている金属メッシュの空孔の径より大
径であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか
に記載の内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項8】 前記第2の濾材は、金属メッシュである
ことを特徴とする請求項7に記載の内燃機関用エアフィ
ルタ。 - 【請求項9】 内燃機関に供給されるエアに含まれる塵
埃を除去するための内燃機関用エアフィルタであって、
濾材として径が10〜100μmの空孔を有し、径が2
0〜200μmの線材で構成され、略平行に延出する縦
線または横線のいずれか一方の線材の側面同士が相接す
るように形成されたステンレスメッシュを使用したこと
を特徴とする内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項10】 前記ステンレスメッシュは、畳織によ
って形成されていることを特徴とする請求項9に記載の
内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項11】 前記ステンレスメッシュは、径が40
〜75μmの空孔を有することを特徴とする請求項9ま
たは10に記載の内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項12】 前記ステンレスメッシュの1平方イン
チの面は、4500〜540000個の空孔を有するこ
とを特徴とする請求項9ないし11のいずれかに記載の
内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項13】 前記ステンレスメッシュは、前記山折
部の稜線がループをなすように略筒状に形成されている
ことを特徴とする請求項9ないし12のいずれかに記載
の内燃機関用エアフィルタ。 - 【請求項14】 前記ステンレスメッシュは、前記山折
部の稜線が直線をなすように略板状に形成されているこ
とを特徴とする請求項9ないし13のいずれかに記載の
内燃機関用エアフィルタ。
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