JP6452543B2 - エアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、通気経路の途中に設けられ、通気経路の内部を通流する空気をろ過するエアクリーナに関する。特に、共鳴型消音器が一体化されたエアクリーナに関する。

エアクリーナは、自動車用内燃機関の吸気システムや、空調システム・冷却風送風システムなどの一連の通気経路に使用されている。このようなエアクリーナを有する通気経路において、エンジンやファンやモータなどを騒音源とする騒音が通気経路内を伝播したり、エアクリーナに接続されるダクト系に気柱共鳴が発生したりするので、かねてから騒音の低減が望まれていた。

通気経路を伝播する騒音を低減する技術としては、通気経路中のエアクリーナそのものを拡径チャンバーとして活用する技術や、ダクトやエアクリーナにヘルムホルツレゾネータなどの共鳴型消音器を設けるものや、吸音材を設ける技術などが開発・応用されている。

例えば、特許文献１には、エアクリーナの吸入室内において隔壁部材と第１ケースとによりヘルムホルツレゾネータを形成することが記載され、レゾネータの開口を、排出口に近接するとともに排出口を向いて開口するように形成した技術が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、レゾネータによる消音性能を向上することができる

特開２０１０−１８０７７３号公報

特許文献１に記載された技術においては、レゾネータの開口とされる部分は、隔壁部材と第１ケースの間の隙間により実現されている。一方、開口とは異なる部分における、隔壁部材と第１ケースの間は、気密にシールされている必要がある。隔壁部材と第１ケースの間のシールを確保しようとすると、当該部分を溶着したり、シール材によりシールすることになるが、そのような作業は手間がかかり、製造のコストも高くなってしまう。そして、これらシールすべき部分でシール不良があると、レゾネータの共鳴周波数が変化してしまうなど、レゾネータの機能が十分に発揮できず、期待する消音効果が得られない恐れがあった。

本発明の目的は、共鳴型消音器が一体化されたエアクリーナにおいて、シールが必要な個所を少なくすることにある。

発明者は、鋭意検討の結果、ケースと隔壁部材により容積室を画定しつつ、隔壁部材の周縁部のうち、対向配置された２つの領域を少なくとも含む部分において、隔壁部材の周縁部とケースの間に所定の隙間を設けて連通穴とすると、上記課題が解決することを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、共鳴型消音器が一体化されたエアクリーナであって、エアクリーナは、ケースと、フィルタエレメントと、非通気性の隔壁部材とを有し、前記隔壁部材は、ケースの内側の拡張空間の一部を間仕切りするようにケースの内側に設けられていて、ケースと隔壁部材により、容積室が画定され、前記隔壁部材の周縁部のうち、対向配置された２つの領域を少なくとも含む部分において、隔壁部材の周縁部とケースの間に所定の隙間が設けられており、当該隙間が、エアクリーナの拡張空間と前記容積室が連通する連通穴となって、前記容積室と前記連通穴により、共鳴型消音器が構成されたエアクリーナである（第１発明）。

第１発明においては、隔壁部材の周縁部の全周にわたって隙間が設けられていて、連通穴が額縁状に設けられることが好ましい（第２発明）。また、第１発明もしくは第２発明においては、隔壁部材もしくはケースから、リブもしくは突起が突出形成されていて、当該リブもしくは突起によって、隔壁部材がケースに一体化されることが好ましい（第３発明）。

本発明のエアクリーナ（第１発明）によれば、従来技術に比べ、隔壁部材の周縁部とケース部材の間でシールすべき部分が少なくなる。そして、隔壁部材とケースにより共鳴型消音器が構成される。

また、第２発明によれば、隔壁部材の周縁部とケース部材の間をシールする必要がなくなる。
さらに、第３発明によれば、隔壁部材の周縁部とケース部材の間に所定の隙間を確保しつつ、効率的に隔壁部材をケース部材に取り付けることができる。

発明の第１実施形態のエアクリーナを示す図である。 第１実施形態におけるロワケースと隔壁部材の相対的配置を示す図である。 第１実施形態においてロワケースへの隔壁部材の取り付け方法を示す模式図である。 音響減衰量を測定する方法を示す模式図である。 発明の第１実施形態のエアクリーナによる消音効果を示す図である。 第２実施形態におけるロワケースと隔壁部材の相対的配置を示す図である。 第３実施形態におけるロワケースと隔壁部材の相対的配置を示す図である。 第４実施形態におけるエアクリーナを示す断面図である。

以下図面を参照しながら、自動車のエンジンに供給する空気をろ過するエアクリーナを例として、発明の実施形態について説明する。発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。図１に、発明の第１実施形態のエアクリーナ１を示す。図１では、エアクリーナ１を断面図で模式的に示している。
エアクリーナ１は、ロワケース１１とアッパケース１２と、フィルタエレメント１３と、隔壁部材１４を有している。アッパケース１２とロワケース１１とは組み合わされて一対の中空のケースを構成し、ケースにより通気経路中に拡張空間Ｃが画定される。フィルタエレメント１３は、エレメントの周縁部がアッパケース１２とロワケース１１の間に挟持されるように配置されて、フィルタエレメント１３により前記拡張空間Ｃは上流側拡張空間ＳＵと下流側拡張空間ＳＬに画定されている。フィルタエレメント１３の周縁部が挟持される部分は、必要に応じシールされる。本実施形態では、ケースは略直方体状であるが、その形態は特に限定されない。

ロワケース１１には、吸気口１１１が形成されている。吸気口１１１には、上流側ダクト（図示せず）が接続され、上流側ダクトの内部空間が、上流側拡張空間ＳＵに連絡している。一方、アッパケース１２には、排気口１２１が形成されている。排気口１２１には、下流側ダクト（図示せず）が接続され、下流側ダクトの内部空間が、下流側拡張空間ＳＬに連絡している。上流側ダクトとエアクリーナ１と下流側ダクトが接続されることによって、一連の通気経路が構成され、空気がろ過されて、エンジンへと導かれる。
エアクリーナ１は、必要に応じ、取付け部材や、消音器（例えば共鳴型消音器等）を備えてもよい。

ロワケース１１やアッパケース１２は、非通気性の材料により箱状に形成されている。非通気性の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、金属などが例示される。本実施形態のロワケース１１及びアッパケース１２は、ポリプロピレン樹脂を射出成形することにより成形されている。また、上流側ダクトや下流側ダクトは、通常、熱可塑性樹脂やゴムなどの非通気性材料により管状に形成される。必要に応じ、ロワケース１１には、水抜き穴などが設けられる。

隔壁部材１４は、ロワケース１１の内側に、ロワケースのコーナー部を覆うように、一体化されている。一体化は、接着や粘着、溶着のほか、インサート成形、はめ込みやバンド、ピンなどによる機械的接合（係合や係止による接合）によればよい。例えば、図３に示すように、ロワケース１１に突出形成された段付きピン１１２の先端部を、隔壁部材に設けられた穴に挿通し、ピン１１２の先端を溶かしてかしめることにより、隔壁部材１４がロワケース１１に一体化される。ピン１１２はリブであってもよいし、ピンやリブを隔壁部材１４の側から突出形成してもよい。

隔壁部材１４は、ロワケースやアッパケースと同じく、非通気性の材料により湾曲した板状に形成されている。隔壁部材の形状は、平板状であってもよい。非通気性の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、金属などが例示される。本実施形態の隔壁部材１４は、ポリプロピレン樹脂を射出成形することにより上方に凸となるように湾曲した板状に成形されている。

隔壁部材１４とロワケース１１の間には所定の空間が確保され、隔壁部材１４の周縁部がロワケースのケース壁に近接して配置されるように、隔壁部材１４がロワケース１１に一体化されている。それにより、エアクリーナケース１１，１２の内部の拡張空間Ｃ（本実施形態ではロワケース内部の上流側拡張空間ＳＵ）の一部が、隔壁部材１４により、間仕切りされる。そして、拡張空間Ｃから間仕切りされた部分は、隔壁部材１４とロワケース１１とによって画定される容積室Ｖとなる。

本実施形態では、隔壁部材１４は矩形状であり、隔壁部材１４の周縁部が、ロワケース１１の底面１１５と側面１１６，１１７，１１８に近接するように、隔壁部材１４が底面１１５に対し傾斜して、ロワケースのコーナー部に設けられている。吸気口１１１から流入する空気が、フィルタエレメント１３の方に流れやすくなる方向に、隔壁部材１４を傾斜して設けることが好ましい。

隔壁部材の周縁部とロワケースの間には、所定の隙間ｇが設けられている。図２には、ロワケース１１と隔壁部材１４を図１の矢視Ａ方向から見た図を示す。本実施形態においては、隙間ｇは、隔壁部材１４の周縁部の全周にわたって連続して設けられている。すなわち、本実施形態では、隙間ｇは、隔壁部材を取り囲むように額縁状に設けられている。

拡張空間Ｃ（ＳＵ）と容積室Ｖは、隔壁部材１４の周縁部の隙間ｇを通じて連通している。そして、この隙間ｇの部分が連通穴となり、容積室Ｖと連通穴（隙間ｇ）によって、ヘルムホルツ型共鳴器（共鳴型消音器）が構成される。この共鳴型消音器がエアクリーナの拡張空間Ｃに接続されることで、消音効果が高められる。

共鳴型消音器の連通穴となる隙間ｇは、必ずしも隔壁部材周縁部の全周にわたって設けられている必要はない。隙間ｇは、後述する実施形態のように、隔壁部材の周縁部のうち、対向配置された２つの領域を少なくとも含む部分において設けられていればよい。

隙間ｇの大きさは、隔壁部材周縁部の部位ごとに異なっていてもよい。本実施形態においては、隔壁部材周縁部の全周にわたってほぼ同じ大きさの幅で隙間ｇが設けられている。容積室Ｖの具体的な形状にもよるが、隙間ｇの大きさがそろっている方が、形成される消音器の共鳴が明瞭なものとなり、消音効果が高まる傾向がある。

上記エアクリーナ１は、公知の製造方法を利用して製造することができる。隔壁部材１４とロワケース１１の取り付けについては、両者の位置関係を適切に保てるよう、公知の組み立て技術を利用すればよい。

発明の作用及び効果について説明する。
エアクリーナ１によれば、隔壁部材１４とロワケース１１の間の容積室Ｖと隙間ｇによる連通穴によって、ヘルムホルツ型共鳴器が構成される。驚くべきことに、連通穴の形状が隔壁部材を取り囲むような額縁状であるにも関わらず、容積室Ｖと連通穴により共鳴型消音器として作用する。

以下、直径６０ｍｍ、長さ２８０ｍｍの上流側ダクトをエアクリーナ１の吸気口１１１に接続し、直径６０ｍｍ、長さ２６０ｍｍの下流側ダクトをエアクリーナ１の排気口１２１に接続して行った試験結果を示しながら、エアクリーナ１が有する作用及び効果を具体的に説明する。なお、以下の説明において、消音効果を示す音響減衰量とは、図４のように、試験対象の上流側ダクト２、エアクリーナ１、下流側ダクト３を、一連の通気経路をなすように接続しつつ、下流側ダクト３の末端を、音響加振を行うスピーカ装置９９に接続し、スピーカから音を出した際の出口側（上流側ダクトの最上流の末端開口部）音圧Ｐα（位置αで測定した音圧）と音源側（下流側ダクトの最下流の末端部）の音圧Ｐβ（位置βで測定した音圧）を測定し、両者の比（Ｐβ／Ｐα）を取って、消音効果を評価する指標である。音響減衰量の値が大きいことは、消音効果が大きいことを示し、音響減衰量の値が小さいことは、消音効果が小さいことを示している。

図５には、第１実施形態のエアクリーナ１（実施例１）の試験結果と、隔壁部材１４を備えない従来技術のエアクリーナ（比較例１：レゾネータ(隔壁部材)なし）、及び、隔壁部材の中央部に円形の連通穴を開けつつ隔壁部材の周縁部をロワケースに対し気密に取り付けた、従来技術のレゾネータ付エアクリーナ（比較例２）の試験結果の比較を示す。
なお、実施例１、比較例２における容積室Ｖの容積は０．４Ｌであり、比較例２における連通穴の大きさ（開口面積）は２７００平方ミリメートルであり、実施例１における連通穴の大きさ（開口面積）は１２７０平方ミリメートルである。

図４に示したように、レゾネータのない比較例１に対し、比較例２の従来技術のレゾネータ（隔壁部材に穴を設け周囲をシールしたレゾネータ）では、６９０Ｈｚ付近にレゾネータ（消音器）の共鳴による音響減衰量の極大ピークが現れ、６００Ｈｚから７００Ｈｚにかけての音響減衰量の増加がみられる。これが、従来技術のレゾネータの効果である。
実施例１においても、比較例２と同様に、６９０Ｈｚ付近に音響減衰量の極大ピークが現れ、６００Ｈｚから７００Ｈｚにかけての音響減衰量の増加がみられる。すなわち、実施例１のエアクリーナは、連通穴の形状が額縁状という新規な形状であるにも関わらず、ヘルムホルツ型共鳴器（共鳴型消音器）として機能している。

隔壁部材を取り囲むように額縁状に連通穴が設けられているので、共鳴は、容積室Ｖを取り囲むような連通穴から同時に空気が流入して、流れ込んだ空気が容積室Ｖの略中央部でぶつかり合うような共鳴モードとなる。

そして、第１実施形態のエアクリーナにおいては、隔壁部材１４の周縁部とロワケース１１の間には隙間ｇが設けられているため、隙間ｇの部分はシールする必要がない。したがって、隙間ｇとする部分においては、隔壁部材とロワケースとの間のシールを省略できる。特に本実施形態においては、隙間ｇが、隔壁部材１４の周縁部の全周にわたって額縁状に設けられているため、隔壁部材とロワケースとの間のシールが全く必要ない。これにより、隔壁部材をロワケースに取り付ける手間やコストが軽減されうる。

本実施形態のように、隔壁部材１４が矩形状であり、隙間ｇが隔壁部材１４の周縁部の全周にわたって額縁状に設けられる場合には、隔壁部材の形状が正方形状であることが好ましい。すなわち、隔壁部材１４が矩形状であり、１辺の長さをＡ、もう１辺の長さをＢとして、ＡとＢの比Ａ／Ｂが、０．８≦Ａ／Ｂ≦１．２とされることが好ましい。このような形状に隔壁部材１４や隙間が設けられることで、共鳴器としての働きがより効果的なものとなる。また、本実施形態のように、隔壁部材の形状が正方形状である場合には、同時に、隙間ｇの大きさを全周にわたってほぼ同じにすることが、共鳴器の働きの観点から好ましい。

また、本実施形態のように、隔壁部材１４を、ロワケースの底板１１５に対して傾斜して設けると、特に、隔壁部材１４が、ケースの底面１１５と側面１１６の間にまたがるように設けられ、ロワケース１１に設けられた空気出入り口１１１に向かうにつれて、拡張空間Ｃ（上流側拡張空間ＳＵ）が拡大するように、隔壁部材１４が底面１１５に対し傾斜して設けられていると、エアクリーナの通気抵抗の低減に有利である。

発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。また、以下に示す実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。

隔壁部材及びその周縁部に設けられる隙間（開口穴）の変形例について説明する。
図６には、発明の第２実施形態のエアクリーナにおける、ロワケース１１と隔壁部材１５を示す。本実施形態は、ロワケース１１と隔壁部材１５の間の隙間の設け方が異なるだけで、他の点は第１実施形態と同様である。

本実施形態においては、隔壁部材周縁部とケースの間の隙間ｇは、隔壁部材を挟んで対向するような形態に２か所設けられている。すなわち、矩形状の隔壁部材１５の周縁部のうち、ロワケース１１の底面に面する１辺１５ｄにおいて、隔壁部材周縁部とケース１１の間の隙間ｇが設けられており、辺１５ｄと対向する辺１５ｃにおいても、隔壁部材周縁部とケース１１の間の隙間ｇが設けられている。その一方で、それ以外の２辺１５ａ、１５ｂにおいては、隔壁部材１５の周縁部とロワケース１の側壁が、隙間を生じないように一体化されている。すなわち、矩形状の隔壁部材１５に対し、互いに対向する１対の辺１５ｃ、１５ｄにおいて隙間ｇが設けられ、他の２辺１５ａ，１５ｂでは隙間がなくなっており、本実施形態では、隔壁部材１５とロワケース１１の間に設けられる容積室が、隔壁部材を挟むように設けられた２つの連通穴（２か所の隙間ｇ）を通じて、エアクリーナの拡張空間に連通している。

このような実施形態であっても、連通穴と容積室により共鳴型消音器が構成され、消音効果が生ずる。隔壁部材を挟むように２つの連通穴が設けられているため、共鳴モードは、２つの連通穴から流入する空気が容積室の中央部でぶつかり合うような共鳴モードとなる。

また、この実施形態において、隔壁部材１５の周縁部とロワケース１１の間でシールする必要があるのは、辺１５ａ、１５ｂの２辺だけであり、従来のものと比べれば、シールすべき個所が削減できている。

図７には、発明の第３実施形態のエアクリーナにおける、ロワケース１１と隔壁部材１６を示す。この実施形態は、図６の第２実施形態と比べ、隙間を設ける辺を変更したものである。本実施形態では、矩形状の隔壁部材１６の周縁部のうち、ロワケース１１の底面に面する１辺１６ｄにおいて、隔壁部材１６の周縁部とロワケース１の底面が、隙間を生じないように一体化されている。また、辺１６ｄと対向する辺１６ｃにおいても、隔壁部材１６の周縁部とロワケース１の側面が、隙間を生じないように一体化されている。その一方で、それ以外の２辺１６ａ、１６ｂにおいては、隔壁部材１６の周縁部とケース１１の間の隙間ｇが設けられている。
本実施形態においても、共鳴型消音器としての作用効果を果たすとともに、隔壁部材１６の取り付けに際し，シールすべき個所を少なくできる。

隙間ｇは、第１実施形態（図１、図２）のように、隔壁部材の周縁部の全周にわたって設けられていることが好ましいが、これに限定されるものではなく、図６、図７の第２実施形態や第３実施形態に示したように、隙間ｇは、隔壁部材の周縁部のうちの一部に設けられたものでもよく、その一部に、少なくとも対向配置された２つの領域が含まれるようになっていればよい。このようになっていれば、隔壁部材の両側もしくは全周から、同時に空気が容積室に流れ込み、容積室中央部で流れがぶつかり合うような共鳴モードが実現されて、共鳴型消音器としての機能を果たす。共鳴を強く生じさせる観点からは、隙間ｇが容積室や隔壁部材の中央部に対し対称となるように設けられることが好ましい。

図８には、発明の第４実施形態のエアクリーナを示す。本実施形態においては、ロワケース１１が深い箱状に形成されていて、隔壁部材１７が、ロワケース１１の底面とほぼ平行に配置されて、エアクリーナの拡張空間Ｃと、隔壁部材１７とロワケース１１で画成される容積室Ｖが設けられている。隔壁部材１７の周縁部は、全周にわたって、ロワケース１１との間に隙間ｇが設けられており、隔壁部材１７を取り囲むように、額縁状の連通穴（隙間ｇ）が設けられている。本実施形態においても、共鳴型消音器としての作用効果を果たすとともに、隔壁部材１７の取り付けに際し，シールすべき個所を削減できる。

また、上記実施形態の説明では、エアクリーナに設けられる隔壁部材が、ロワケース１１の側に設けられる実施形態について説明したが、隔壁部材をアッパケース１２の側に設けてもよく、同様の効果が得られる。
また、上記実施形態の説明では、隔壁部材が矩形状である場合を中心に説明したが、隔壁部材は円形状や楕円状など、他の形状であってもよい。この場合も、隔壁部材の周縁部のうち、対向配置された２つの領域を少なくとも含む部分において、隔壁部材の周縁部とケースの間に所定の隙間が設けられていれば、上記実施形態と同様に、共鳴型消音器としての作用効果を果たすとともに、隔壁部材１７の取り付けに際し，シールすべき個所を削減できる。
また、発明のエアクリーナは、いわゆる水抜き穴を備えるものであってもよい。また、エアクリーナは、吸音材などの他の消音器を備えるものであってもよい。

また、上記実施形態の説明においては、エアクリーナが、自動車用エンジンの吸気経路に使用される実施形態について説明したが、エアクリーナが設けられる一連の通気経路の用途はそれに限定されるものではない。例えば、本発明のエアクリーナは、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される集合電池に冷却風を送る電池冷却システムの通気経路の一部を構成するために使用できる。また、エアコンディショナーなどの空調システムにおいて、空気を送風するための送風経路の一部を構成するためのエアクリーナとしても使用できる。

共鳴型消音器を備えるエアクリーナは、空気を送る送風系全般に使用でき、産業上の利用価値が高い。

１ エアクリーナ
１１ ロワケース
１１１ 吸気口
１２ アッパケース
１２１ 排気口
１３ フィルタエレメント
１４ 隔壁部材
２ 上流側ダクト
３ 下流側ダクト
１５，１６，１７ 隔壁部材
９９ スピーカ装置

Claims (3)

1. 共鳴型消音器が一体化されたエアクリーナであって、
   エアクリーナは、ケースと、フィルタエレメントと、非通気性の隔壁部材とを有し、
   前記隔壁部材は、ケースの内側の拡張空間の一部を間仕切りするようにケースの内側に設けられていて、ケースと隔壁部材により、容積室が画定され、
   前記隔壁部材の周縁部のうち、対向配置された２つの領域を少なくとも含む部分において、隔壁部材の周縁部とケースの間に所定の隙間が設けられており、当該隙間が、エアクリーナの拡張空間と前記容積室が連通する連通穴となって、
   前記容積室と前記連通穴により、共鳴型消音器が構成されたエアクリーナ。
2. 隔壁部材の周縁部の全周にわたって隙間が設けられていて、連通穴が額縁状に設けられた請求項１に記載のエアクリーナ。
3. 隔壁部材もしくはケースから、リブもしくは突起が突出形成されていて、当該リブもしくは突起によって、隔壁部材がケースに一体化されている請求項１または請求項２に記載のエアクリーナ。

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