JP6724658B2 - 内燃機関のエアクリーナ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のエアクリーナに関する。

内燃機関の吸気系に設けられるエアクリーナは、例えば特許文献１に示されるように、インレットを有する第１ハウジングの開口とアウトレットを有する第２ハウジングの開口とが向い合っており、それら向かい合う開口の間にフィルタエレメントが介在されている。

また、特許文献１のエアクリーナは、吸気騒音を低減することを意図して、第１ハウジングと第２ハウジングとのうちの一方の内側に吸音部材が取り付けられている。この吸音部材は、不織布等の通気性を有する材料によって形成されている吸音体と、不織布等の通気性を有する材料によって形成されて上記吸音体の周りを包み込む表皮体と、を備えている。そして、吸音体を包み込んだ表皮体をハウジングの内側に対しボルト締結することにより、吸音部材がハウジングの内側に対し取り付けられている。

上記エアクリーナにおいては、吸気騒音が吸音部材による吸音を通じて低減される。詳しくは、吸気騒音が吸音部材（吸音体及び表皮体）に対し入射されると、それら吸音体及び表皮体を形成している不織布等の材料が吸気騒音の入射に伴って微小に変動するようになる。このことは吸気騒音の持つエネルギが上記材料の運動に変換されて消費されていることを意味し、そうしたエネルギの消費によって吸気騒音が低減（吸音）される。

特開２０００−１１０６８２号公報

特許文献１のエアクリーナでは、吸気騒音のうち高周波数帯の成分については吸音部材による吸音を通じて低減することができるものの、吸気騒音のうち影響の大きい低周波数帯の成分については低減することが困難であり、それが上記エアクリーナで吸気騒音を効果的に低減するうえでの妨げとなっている。

本発明の目的は、吸気騒音のうち低周波数帯の成分を低減することができる内燃機関のエア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内燃機関のエアクリーナにおいては、インレットを有する第１ハウジングの開口とアウトレットを有する第２ハウジングの開口とが向い合っており、それら向かい合う開口の間にフィルタエレメントが介在されている。そして、第１ハウジングと第２ハウジングとの少なくとも一方は、通気性材料により形成されている吸音層、及び、吸音層の内面に設けられて同吸音層よりも通気度の低い通気性材料により形成されている内側表皮層を有している。また、上記内側表皮層は、吸音層に対し部分的に固定されている。

上記構成によれば、吸気騒音がエアクリーナにおけるハウジングの吸音層に対し入射されると、吸音層を形成している通気性材料が吸気騒音の入射に伴って微小に変動することにより、吸気騒音の持つエネルギが上記材料の運動に変換されて消費され、そうしたエネルギの消費によって吸気騒音が低減（吸音）される。この吸音層による吸音を通じて、吸気騒音のうち高周波数帯の成分が低減される。

更に、吸気騒音は、上記吸音層の内面に固定された内側表皮層に対し入射されるときに同内側表皮層が共振することに伴って、次のようにも低減される。すなわち、吸気騒音が内側表皮層に入射されて同内側表皮層が共振するとき、その共振時の振動に伴う内部摩擦によって内側表皮層が発熱する。このことは、上記吸気騒音の持つエネルギが熱に変換されて消費されていることを意味し、そうしたエネルギ消費によって吸気騒音のうち内側表皮層の共振周波数に対応した周波数帯の成分が低減される。

ここで、内側表皮層の共振周波数は、内側表皮層の通気度との相関があり、同通気度が小さくなるほど低くなる。そして、内側表皮層の通気度は吸音層の通気度よりも低いため、内側表皮層の共振周波数が低周波数帯の値となる。その結果、吸気騒音が内側表皮層に入射されて同内側表皮層が共振することに伴って、吸気騒音のうち低周波数帯の成分が低減される。

また、内側表皮層の吸音層に対する固定が部分的なものであることから、内側表皮層に対し吸気騒音が入射することによって同内側表皮層が共振するとき、内側表皮層が大きく振動しやすくなり、同振動に伴って吸気騒音の持つエネルギが熱に変換されて消費されやすくなる。従って、吸気騒音が内側表皮層に入射されて同内側表皮層が共振することに伴って、吸気騒音のうち低周波数帯の成分がより効果的に低減される。

本発明によれば、吸気騒音のうち低周波数帯の成分を低減することができる。

内燃機関のエアクリーナの全体構造を示す斜視図。 図１のエアクリーナの２−２線に沿った断面図。 図２のエアクリーナの３−３線に沿った断面図。

以下、内燃機関のエアクリーナの一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すエアクリーナは、内燃機関の吸気通路に設けられるものであり、筒状のインレット１８を有する第１ハウジング１０と、筒状のアウトレット２８を有する第２ハウジング２０とを備えている。上記インレット１８は吸気通路におけるエアクリーナよりも上流側の部分に接続される一方、上記アウトレット２８は吸気通路におけるエアクリーナよりも下流側の部分に接続される。

図２に示すように、第１ハウジング１０の上部開口１１と第２ハウジング２０の下部開口２１とは向かい合っており、それら上部開口１１と下部開口２１との間にはフィルタエレメント３０が介在されている。そして、内燃機関の吸気通路におけるエアクリーナよりも上流側の部分の空気は、インレット１８から第１ハウジング１０内に流入した後に上記フィルタエレメント３０を通過して第２ハウジング２０に流入し、その第２ハウジング２０からアウトレット２８を介して吸気通路におけるエアクリーナよりも下流側の部分に流出する。

第１ハウジング１０は、上部開口１１を取り囲むよう硬質樹脂材料によって形成された周壁１２を備えている。この周壁１２には、上記インレット１８が同周壁１２の外周面から突出するよう一体的に形成されており、且つ、上部開口１１の周縁から外側に向けて突出するフランジ１６が全周に亘って一体的に形成されている。周壁１２の外周面には、フランジ１６と繋がる複数のリブ１９が、周壁１２の周方向に沿って所定の間隔をおいて形成されている。また、上記周壁１２には不織布シートなどにより形成された減音壁１４がインサート成形を通じて周壁１２に対し一体化されている。そして、それら周壁１２及び減音壁１４により、上記第１ハウジング１０が形成されている。

第２ハウジング２０は、下部開口２１を取り囲むよう硬質樹脂材料によって形成された周壁２２を備えている。この周壁２２には、上記アウトレット２８が同周壁２２の外周面から突出するよう一体的に形成されており、且つ、上記下部開口２１の周縁から外側に向けて突出するフランジ２６が全周に亘って一体的に形成されている。周壁２２の外周面には、フランジ２６と繋がる複数のリブ２９が、周壁２２の周方向に沿って所定の間隔をおいて形成されている。また、上記周壁２２には不織布シートなどにより形成された圧縮壁２４がインサート成形を通じて周壁２２に対し一体化されている。そして、それら周壁２２及び圧縮壁２４により、上記第２ハウジング２０が形成されている。

上記フィルタエレメント３０は、第１ハウジング１０（周壁１２）のフランジ１６と第２ハウジング２０（周壁２２）のフランジ２６との間に挟持されるシール部３２を備えている。そして、そのシール部３２がフランジ１６，２６間に挟持されることにより、フランジ１６，２６間がシールされるとともに、フィルタエレメント３０が第１ハウジング１０の上部開口１１と第２ハウジング２０の下部開口２１との間に保持される。また、フィルタエレメント３０には例えば濾紙や不織布などの濾材シートを襞折りすることにより形成された濾過部３１が設けられている。この濾過部３１により、第１ハウジング１０からフィルタエレメント３０を介して第２ハウジング２０に流れる空気中の異物が取り除かれる。

次に、圧縮壁２４及び減音壁１４の詳細について個別に説明する。
圧縮壁２４は、不織布シートにより形成された圧縮層４２と、圧縮層４２の内面に接着剤により固定された内側表皮層４３と、圧縮層４２の外面に接着剤により固定された外側表皮層４４とを有している。詳しくは、エアクリーナを軽量化するため、圧縮層４２、内側表皮層４３、及び外側表皮層４４によって、第２ハウジング２０の圧縮壁２４が形成されている。圧縮層４２は、例えば３０〜１００ｍｍの厚さの不織布シートを熱プレスすることにより成形されている。ちなみに、圧縮層４２の肉厚は、１〜３ｍｍであることが好ましい。また、圧縮壁２４の縁部は、周壁２２の挟持部２５ａで厚さ方向の両側から挟持されており、それによって圧縮壁２４が周壁２２に対し一体化されている。

減音壁１４は、前述した圧縮層４２と同一の不織布シートにより形成された吸音層４１と、吸音層４１よりも通気度の低い不織布シートにより形成されて吸音層４１の内面に接着剤により部分的に固定された内側表皮層４３と、非通気性のフィルムにより形成されて吸音層４１の外面に接着剤により固定された外側表皮層４４とを有している。詳しくは、エアクリーナを軽量化するため、吸音層４１、内側表皮層４３、及び外側表皮層４４によって、第１ハウジング１０の減音壁１４が形成されている。これら吸音層４１、内側表皮層４３、外側表皮層４４の詳細については、以下に列記する。

＜吸音層４１＞
吸音層４１を形成する不織布シートは、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる芯部と、同ＰＥＴ繊維よりも融点の低い変性ＰＥＴからなる鞘部（いずれも図示略）とを有する周知の芯鞘型の複合繊維により構成されている。この吸音層４１を形成する不織布シートの目付け量は、３００ 〜１５００ｇ／ｍ2 （平方メートル）であることが好ましい。吸音層４１は、例えば３０〜１００ｍｍの厚さの不織布シートを熱プレスすることにより成形されている。

図２及び図３に示すように、吸音層４１は、第１ハウジング１０の中央部からインレット１８に対し離間する側（図２の右側）に延びている厚肉部４１ａと、その厚肉部４１ａに比べて不織布の圧縮度が大きい薄肉部４１ｂと、を有している。更に、吸音層４１における厚肉部４１ａと薄肉部４１ｂとの間の部分には、厚肉部４１ａから薄肉部４１ｂにかけて肉厚が徐々に薄くなる徐変部４１ｃが設けられている。上記薄肉部４１ｂは、減音壁１４の縁部に相当する部分全体にわたって設けられている。減音壁１４の縁部は周壁１２の挟持部１５ａで厚さ方向の両側から挟持されており、それによって減音壁１４が周壁１２に対し一体化されている。なお、厚肉部４１ａの肉厚は５〜５０ｍｍであることが好ましく、薄肉部４１ｂの肉厚は１〜３ｍｍであることが好ましい。

吸音層４１の内面側の部分であって、厚肉部４１ａに対応する部分、薄肉部４１ｂに対応する部分、及び、徐変部４１ｃに対応する部分はそれぞれ平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃとなっており、それら平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃの境界部分は屈曲部５２，５３，５４，５５となっている。ちなみに、各屈曲部５２，５３，５４，５５のうち、屈曲部５２，５４，５５は第１ハウジング１０の内側に対し谷状となっており、屈曲部５３は第１ハウジング１０の内側に対し山状となっている。また、平坦部５１ａ，５１ｃは、各屈曲部５２，５３，５４，５５によって囲まれており、平坦部５１ｂは薄肉部４１ｂにおける周壁１２の挟持部１５ａで挟持された部分及び屈曲部５５によって囲まれている。

＜内側表皮層４３＞
内側表皮層４３を形成する不織布シートは、例えばＰＥＴからなる主繊維と、ＰＰ（ポリプロピレン）からなり、主繊維同士を結合するバインダ繊維とにより構成されている。この内側表皮層４３の通気度（ＪＩＳＬ１０９６，Ａ法（フラジール形法））は、３ｃｍ3 （立法センチメートル）／ｃｍ2 （平方センチメートル）・ｓ以上であることが好ましく、５ｃｍ3 ／ｃｍ2 ・ｓ以上であることがより好ましい。また、内側表皮層４３の通気度は、５０ｃｍ3 ／ｃｍ2 ・ｓ以下であることが好ましく、２０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓ以下であることがより好ましい。なお、内側表皮層４３の厚さは、１〜５００μｍであることが好ましい。ちなみに、本実施形態では、内側表皮層４３の通気度が例えば５〜２０ｃｍ3 ／ｃｍ2 ・ｓとされており、内側表皮層４３の厚さが例えば１０〜１５μｍとされている。

内側表皮層４３は、上述したように吸音層４１に対し部分的に固定されている。詳しくは、内側表皮層４３は、屈曲部５２，５３，５４，５５のうち、第１ハウジング１０の内側に対し谷状となる屈曲部５２，５４，５５にはそれらの延在方向全体にわたって固定されており、平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び第１ハウジング１０の内側に対し山状となる屈曲部５３には固定されていない。従って、内側表皮層４３においては、上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する部分を厚さ方向に振動させることが可能となる。

＜外側表皮層４４＞
外側表皮層４４は、例えばＰＰからなる防水性のフィルムである。外側表皮層４４の厚さは、１０〜５００μｍであることが好ましい。

次に、本実施形態のエアクリーナの作用について説明する。
吸気騒音がエアクリーナにおける第１ハウジング１０（減音壁１４）の吸音層４１に対し入射されると、吸音層４１を形成している不織布の繊維が吸気騒音の入射に伴って微小に変動することにより、吸気騒音の持つエネルギが上記繊維の運動に変換されて消費され、そうしたエネルギの消費によって吸気騒音が低減される。なお、吸音層４１においては、主に厚肉部４１ａ及び徐変部４１ｃにおける肉厚が比較的厚い部位により、吸気騒音の低減（吸音）が行われる。そして、この吸音層４１による吸音を通じて、吸気騒音のうち高周波数帯の成分が低減される。

吸気騒音は、上記吸音層４１の内面に固定された内側表皮層４３に対し入射されるときに同内側表皮層４３が共振することに伴って、次のようにも低減される。すなわち、吸気騒音が内側表皮層４３に入射されて同内側表皮層４３が共振するとき、その共振時の振動に伴う内部摩擦によって内側表皮層４３が発熱する。このことは、上記吸気騒音の持つエネルギが熱に変換されて消費されていることを意味し、そうしたエネルギ消費によって吸気騒音のうち内側表皮層４３の共振周波数に対応した周波数帯の成分が低減される。

ここで、内側表皮層４３の共振周波数は、内側表皮層４３の通気度との相関があり、同通気度が小さくなるほど低くなる。そして、内側表皮層４３の通気度は、吸音層４１の通気度よりも低いため、内側表皮層４３の共振周波数が低周波数帯の値となる。その結果、吸気騒音が内側表皮層４３に入射されて同内側表皮層４３が共振することに伴って、吸気騒音のうち低周波数帯の成分が低減される。

また、内側表皮層４３の吸音層４１に対する固定が部分的なものであることから、内側表皮層４３に対し吸気騒音が入射することによって同内側表皮層４３が共振するとき、内側表皮層４３が振動しやすくなり、同振動に伴って吸気騒音の持つエネルギが熱に変換されて消費されやすくなる。従って、吸気騒音が内側表皮層４３に入射されて同内側表皮層４３が共振することに伴って、吸気騒音のうち低周波数帯の成分がより効果的に低減される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）エアクリーナによって、吸気騒音のうち高周波数帯の成分だけでなく、影響の大きい低周波数帯の成分を低減することができる。

（２）内側表皮層４３は、吸音層４１の内面側の部分における屈曲部５２，５３，５４，５５及び平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃのうち、屈曲部５２，５４，５５に対し固定されている。このため、吸音層４１の内面に設けられている内側表皮層４３は、上記屈曲部５２，５４，５５に対し固定される一方で、上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する部分で厚さ方向に振動させることが可能となる。このことにより、内側表皮層４３における上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する部分が大きく振動しやすくなる。従って、内側表皮層４３に対し吸気騒音が入射することによって同内側表皮層４３が共振するとき、内側表皮層４３における上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する部分が大きく振動し、同振動に伴って吸気騒音の持つエネルギが上記部分の内部摩擦により熱に変換されて消費されやすくなる。

（３）内燃機関の運転時には、エアクリーナ内における上記内側表皮層４３が、同機関の吸気負圧によって吸音層４１から離れる方向に引っ張られる。この内側表皮層４３は、第１ハウジング１０の内側に対し谷状となる屈曲部５２，５３，５４，５５に固定されている。このため、上記内側表皮層４３における上記屈曲部５２，５４，５５に隣接する平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する部分が、吸気負圧により上述したように引っ張られて平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃから過度に大きく離れることは、上記屈曲部５２，５４，５５に対し内側表皮層４３が固定されることによって抑制される。仮に、こうした内側表皮層４３の固定が行われていないとすると、内側表皮層４３における上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応した部分が、上記吸気負圧により引っ張られて吸音層４１から過度に大きく離れてしまうおそれがあるが、このような問題が生じることはない。

（４）内側表皮層４３は上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃを囲むように設けられている上記屈曲部５２，５４，５５に対し固定されているが、この場合には内側表皮層４３における上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する部分の共振周波数が同部分の面積に応じて変わる。このため、内側表皮層４３における上記平坦部５１ａ，５１ｂ，５１ｃに対応する部分の面積の設定を通じて、同部分の共振周波数を目標とする値に定めることができる。

（５）エアクリーナにおいては、第１ハウジング１０の減音壁１４が吸音層４１、内側表皮層４３、及び外側表皮層４４によって形成されているため、第１ハウジング１０の外壁全体を硬質樹脂で形成したタイプのものと比較して、軽量化することができる。

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。
・外側表皮層４４を不織布シートなどの通気性材料によって形成してもよい。この場合、外側表皮層４４の通気度を吸音層４１の通気度よりも低くすることが好ましい。

・外側表皮層４４については必ずしも設ける必要はなく、減音壁１４を吸音層４１及び内側表皮層４３のみによって形成してもよい。
・第２ハウジング２０に圧縮壁２４を設ける代わりに、第１ハウジング１０のような減音壁を設けるようにしてもよい。この場合、第１ハウジング１０に減音壁１４を設ける代わりに、第２ハウジング２０のような圧縮壁を設けることも可能である。

・減音壁１４を設ける代わりに第１ハウジング１０全体を硬質樹脂によって形成し、その第１ハウジング１０の内面に吸音層４１及び内側表皮層４３を設けるようにしてもよい。

・圧縮壁２４を設ける代わりに第２ハウジング２０全体を硬質樹脂によって形成してもよい。
・平坦部５１ａ，５１ｃについては、必ずしも屈曲部５２，５３，５４，５５によって囲まれている必要はない。

・屈曲部５２，５４，５５に対する内側表皮層４３の固定は、それら屈曲部５２，５４，５５の延びる方向において断続的に行われていてもよい。
・内側表皮層４３をハウジングの内側に対し山状となる屈曲部５３に対し固定するようにしてもよい。

・内側表皮層４３は、必ずしも吸音層４１に対し屈曲部のみで固定する必要はなく、屈曲に加えて平坦部に対して部分的に固定することも可能である。
・内側表皮層４３の通気度を、吸音層４１の通気度よりも低い値としつつ、３ｃｍ３／ｃｍ２・ｓよりも小さくしたり、５０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓよりも大きくしたりしてもよい。

・通気性材料として不織布を例示したが、これに代えて発泡ポリウレタンなどを用いるようにしてもよい。

１０…第１ハウジング、１１…上部開口、１２…周壁、１４…減音壁、１５ａ…挟持部、１６…フランジ、１８…インレット、１９…リブ、２０…第２ハウジング、２１…下部開口、２２…周壁、２４…圧縮壁、２５ａ…挟持部、２６…フランジ、２８…アウトレット、２９…リブ、３０…フィルタエレメント、３１…濾過部、３２…シール部、４１…吸音層、４１ａ…厚肉部、４１ｂ…薄肉部、４１ｃ…徐変部、４２…圧縮層、４３…内側表皮層、４４…外側表皮層、５１ａ…平坦部、５１ｂ…平坦部、５１ｃ…平坦部、５２…屈曲部、５３…屈曲部、５４…屈曲部、５５…屈曲部。

Claims (5)

1. インレットを有する第１ハウジングの開口とアウトレットを有する第２ハウジングの開口とが向い合っており、それら向かい合う開口の間にフィルタエレメントが介在されている内燃機関のエアクリーナにおいて、
   前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの少なくとも一方は、通気性材料により形成されている吸音層、及び、前記吸音層の内面に設けられて同吸音層よりも通気度の低い通気性材料により形成されている内側表皮層を有しており、
   前記内側表皮層は、前記吸音層に対し部分的に固定されており、
   前記吸音層は屈曲部と平坦部とを有しており、前記内側表皮層は前記屈曲部に対し固定されていることを特徴とする内燃機関のエアクリーナ。
2. 前記内側表皮層は、前記屈曲部のうち、ハウジングの内側に対し谷状となる屈曲部に対し固定されている請求項１に記載の内燃機関のエアクリーナ。
3. 前記内側表皮層は、前記平坦部を囲むように設けられている前記屈曲部に対し固定されている請求項１又は２に記載の内燃機関のエアクリーナ。
4. 前記吸音層及び前記内側表皮層によってハウジングの壁が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関のエアクリーナ。
5. インレットを有する第１ハウジングの開口とアウトレットを有する第２ハウジングの開口とが向い合っており、それら向かい合う開口の間にフィルタエレメントが介在されている内燃機関のエアクリーナにおいて、
   前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの少なくとも一方は、通気性材料により形成されている吸音層、及び、前記吸音層の内面に設けられて同吸音層よりも通気度の低い通気性材料により形成されている内側表皮層を有しており、
   前記内側表皮層は、前記吸音層に対し部分的に固定されており、
   前記吸音層及び前記内側表皮層によってハウジングの壁が形成されていることを特徴とする内燃機関のエアクリーナ。

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