JP6859848B2 - 内燃機関のエアクリーナ - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関のエアクリーナに関する。
内燃機関のエアクリーナは、吸気通路に設けられて吸気を濾過するものであり、インレットを有する第１ハウジングと、アウトレットを有する第２ハウジングと、第１ハウジングと第２ハウジングとの間に設けられたフィルタエレメントとを備えている。なお、第１ハウジングのインレットには、インレットダクトが接続される。
内燃機関では吸気騒音が問題となる。そこで、例えば特許文献１に記載のエアクリーナでは、第１ハウジングの内部にヘルムホルツレゾネータ（以下、レゾネータ）を設けることにより、特定の周波数帯の吸気音を低減するようにしている。
特開２０１４−２２７８７４号公報
ところで、インレットダクトの管長を長くするほど、あるいはインレットダクトの内径を小さくするほど、不快に感じやすい、より低い周波数帯の吸気音を低減できることが知られている。しかしながら、例えば車載内燃機関のように搭載スペースの都合によりインレットダクトの管長を確保することが難しい場合がある。また、インレットダクトの内径を小さくした場合には、吸気の流路断面積が小さくなることで圧力損失が増大するという背反が生じる。
本発明の目的は、より低い周波数帯の吸気音を低減することを可能とした内燃機関のエアクリーナを提供することにある。
上記目的を達成するための内燃機関のエアクリーナは、インレットを有する第１ハウジングと、アウトレットを有する第２ハウジングと、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの間に設けられたフィルタエレメントとを備える。前記第１ハウジングの内部には、ヘルムホルツレゾネータが設けられており、前記第１ハウジングの底壁には、前記フィルタエレメントに向けて突出するとともに前記インレットの軸線方向に沿って延在して前記ヘルムホルツレゾネータのチャンバーを構成する立壁が設けられており、前記立壁、前記第１ハウジングの側壁、前記底壁、及び前記フィルタエレメントによって、前記インレットに連なるとともに前記軸線方向に沿って延在する消音空間が区画されている。
同構成によれば、第１ハウジングの内部に設けられたヘルムホルツレゾネータ（以下、レゾネータ）により特定の周波数帯の吸気音が低減される。また、レゾネータのチャンバーを構成する立壁、第１ハウジングの側壁、底壁、及びフィルタエレメントによって、インレットに連なる消音空間が区画される。このため、インレットにおける流路断面積と消音空間における流路断面積とを同等に設定すれば、消音空間によってインレットが実質的に延長されることとなる。
本発明によれば、より低い周波数帯の吸気音を低減することが可能となる。
内燃機関のエアクリーナの一実施形態について、エアクリーナ全体を示す斜視図。 同実施形態のエアクリーナを構成する第１ハウジング、第１プレート、第２プレート、フィルタエレメント、及び第２ハウジングを互いに離間して示す分解斜視図。 同実施形態の第１ハウジング、第１プレート、及び第２プレートを互いに離間して示す分解斜視図。 図７の４−４線に沿ったエアクリーナの断面図。 図４のＡ部を拡大して示す断面図。 図７の６−６線に沿ったエアクリーナの断面図。 同実施形態における蓋体が取り付けられた状態の第１ハウジングを示す平面図。 同実施形態の第１プレートを裏側から示す斜視図。 同実施形態の第２プレートの裏面を示す平面図。
以下、図１〜図９を参照して、一実施形態について説明する。
図１、図４、及び図６に示すように、エアクリーナは、内燃機関の吸気通路に設けられて吸気を濾過するものであり、インレット１５を有する第１ハウジング１０と、アウトレット２５を有する第２ハウジング２０とを備えている。
図２、図４、及び図６に示すように、第１ハウジング１０と第２ハウジング２０との間には、フィルタエレメント３０が設けられている。
次に、フィルタエレメント３０、第１ハウジング１０、及び第２ハウジング２０の基本的な構成について説明する。
＜フィルタエレメント３０＞
図２、図４、及び図６に示すように、フィルタエレメント３０は、不織布や濾紙などの濾材シートを襞折りして形成された濾過部３１と、濾過部３１の周縁に設けられたシール部３２とを有している。本実施形態の濾過部３１は、扁平な直方体状をなしている。本実施形態のシール部３２は、独立気泡のポリウレタンなどの発泡成形体により形成されている。
＜第１ハウジング１０＞
図２〜図４、図６及び図７に示すように、第１ハウジング１０は、フィルタエレメント３０の濾過部３１を収容する平面視長方形状の開口１３を有している。
第１ハウジング１０は、開口１３を取り囲む側壁１１と、開口１３に対向する底壁１２とを有している。開口１３の周縁には、フランジ１４が全周にわたって設けられている。
インレット１５は、円筒状をなしており、側壁１１のうち長方形の開口１３の短辺の一方に対応する部分に設けられている。
なお、以降において、第１ハウジング１０の長方形の開口１３の４つの辺のうち、長辺の延在方向を長さ方向Ｌとし、短辺の延在方向を幅方向Ｗとして説明する。また、長さ方向Ｌにおいてインレット１５に近接する側を手前側とし、インレット１５から離間する側を奥側として説明することがある。また、開口１３の周方向を単に周方向として説明する。
図１〜図４に示すように、インレット１５は、側壁１１のうち幅方向Ｗの一方側に偏倚して設けられている。
図１〜図３、図６及び図７に示すように、側壁１１のうちインレット１５が設けられている部分の外面には、フランジ１４よりも第２ハウジング２０に向けて突出する一対のアーチ部１６が周方向に互いに間隔をおいて設けられている。
側壁１１のうちインレット１５が設けられている部分に対向する部分の外面と、長さ方向Ｌに沿って延在する側壁１１の一方の外面とには、それぞれ支持部１７ａ，１７ｂが突設されている。
図１に示すように、各支持部１７ａ，１７ｂには、クランプ８０が傾動可能に支持されている。
＜第２ハウジング２０＞
図４及び図６に示すように、第２ハウジング２０は、第１ハウジング１０の開口１３に対向する平面視長方形状の開口２３を有している。
第２ハウジング２０は、開口２３を取り囲む側壁２１と、開口２３に対向する頂壁２２とを有している。開口２３の周縁には、フランジ２４が全周にわたって設けられている。
図１、図２、図４、及び図６に示すように、アウトレット２５は、円筒状をなしており、側壁２１のうち長方形の開口２３の短辺に対応する部分に設けられている。本実施形態のアウトレット２５は、長さ方向Ｌにおいてインレット１５と同じ側に設けられている。
図１、図２、及び図６に示すように、フランジ２４の外面のうち第１ハウジング１０の一対のアーチ部１６に対応する部分には、外周側に向けて突出する一対の突出部２６がそれぞれ設けられている。
フランジ２４のうち第１ハウジング１０の支持部１７ａ，１７ｂに対応する部分には、クランプ８０が係止される係止部２７ａ，２７ｂがそれぞれ設けられている。
図１に示すように、第１ハウジング１０の開口１３にフィルタエレメント３０の濾過部３１が収容された状態で、一対のアーチ部１６に一対の突出部２６をそれぞれ挿通し、クランプ８０を係止部２７ａ，２７ｂにそれぞれ係止することにより、第１ハウジング１０と第２ハウジング２０とが組み付けられている。
このとき、図４及び図６に示すように、第１ハウジング１０のフランジ１４と第２ハウジング２０のフランジ２４とによってフィルタエレメント３０のシール部３２が挟持されている。これにより、第１ハウジング１０及び第２ハウジング２０とシール部３２との間がシールされている。
なお、一対のアーチ部１６及び一対の突出部２６は、第１ハウジング１０に対して第２ハウジング２０を傾動可能に支持するヒンジとしても機能する。
次に、本実施形態のエアクリーナの特徴部分について説明する。
図４に示すように、第１ハウジング１０の内部には、ヘルムホルツレゾネータ（以下、レゾネータ４０）と、インレット１５に連なる消音空間９０とが幅方向Ｗに並んで設けられている。
＜レゾネータ４０＞
図２〜図４に示すように、第１ハウジング１０の内部には、平面視略長方形状をなす開口１８２を側壁１１と共に取り囲む立壁１８が底壁１２と一体に設けられている。
図６及び図７に示すように、立壁１８のうち長さ方向に沿って延在する部分は、第１ハウジング１０の幅方向Ｗの中央に位置しており、底壁１２からフィルタエレメント３０に向けて突出するとともにインレット１５の軸線方向に沿って延在している。本実施形態では、立壁１８の当該部分が、第１ハウジング１０の軸線方向（長さ方向Ｌ）の中央位置よりも奥側、すなわちインレット１５とは反対側の位置まで延在している。
図２〜図４に示すように、立壁１８の当該部分には、円弧状の凹部１８１が形成されている。
上記開口１８２の内部には、開口１３に向けて突出する複数のピン１９が底壁１２または側壁１１と一体に設けられている。
図４、図６、及び図７に示すように、第１ハウジング１０の内部には、開口１８２を閉塞する蓋体５０が設けられている。側壁１１、底壁１２、立壁１８、及び蓋体５０によって、レゾネータ４０のチャンバー４１が区画されている。
＜蓋体５０＞
図２〜図４に示すように、蓋体５０は、第１プレート６０と第２プレート７０とにより構成されている。
＜第１プレート６０＞
図２、図３、及び図８に示すように、第１プレート６０は、プレート部６１、プレート部６１からチャンバー４１の内側に向けて膨出された半割筒状の膨出部６２、膨出部６２の一端に接続された円筒状の入口部４３、及び膨出部６２の他端に接続された円筒状の出口部４４を有している。
プレート部６１の縁部には、複数の挿通孔６３が互いに間隔をおいて設けられている。また、プレート部６１における第２プレート７０に対向する面には、位置決め用の２つの突起６４が設けられている。
膨出部６２は、プレート部６１の面に沿って蛇行して延在している。
入口部４３は、プレート部６１の縁部よりも外側に突出しており、立壁１８の凹部１８１によって入口部４３を受けられている（図６参照）。このことにより、図７に示すように、入口部４３が立壁１８を貫通して消音空間９０内に突出している。
図８に示すように、出口部４４は、膨出部６２の他端の底部から底壁１２に向けて突出している。
＜第２プレート７０＞
図２、図３、図７、及び図９に示すように、第２プレート７０は、膨出部６２と共にレゾネータ４０の連通管４２を構成する平らな管形成部７１、管形成部７１を取り囲む周縁部７２、及び周縁部７２の裏側に形成された接合部７３を有している。また、周縁部７２には、位置決め用の２つの孔７４が貫通して設けられている。
第１プレート６０の膨出部６２、第２プレート７０の管形成部７１、入口部４３、及び出口部４４によって、連通管４２が構成されている。
第１プレート６０の複数の挿通孔６３に第１ハウジング１０の複数のピン１９が挿通されており、開口１８２の周縁に第１プレート６０の周縁が支持されることで同開口１８２がプレート部６１によって閉塞されている（図４参照）。
図７に示すように、第１プレート６０の２つの突起６４が第２プレート７０の２つの孔７４に挿入されている。これにより、第１プレート６０に対する第２プレート７０の位置決めがなされている。
この状態において、図５に示すように、第１ハウジング１０のピン１９の先端及び第１プレート６０の挿通孔６３の外周部分に対して、第２プレート７０の接合部７３が超音波溶着により接合されている。これにより、第１ハウジング１０に対して第１プレート６０及び第２プレート７０、すなわち蓋体５０が固定されている。
図４及び図６に示すように、消音空間９０は、インレット１５の軸線方向に沿って延在する立壁１８、立壁１８に対向する第１ハウジング１０の側壁１１、底壁１２、及びフィルタエレメント３０の濾過部３１によって区画されており、インレット１５に連なるとともに軸線方向に沿って延在している。
本実施形態では、消音空間９０における流路断面積がインレット１５における流路断面積と同等に設定されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のエアクリーナによれば、第１ハウジング１０の内部に設けられたレゾネータ４０により特定の周波数帯の吸気音が低減される。
また、レゾネータ４０のチャンバー４１を構成する立壁１８、第１ハウジング１０の側壁１１、底壁１２、及びフィルタエレメント３０の濾過部３１によって、インレット１５に連なる消音空間９０が区画される。また、インレット１５における流路断面積と消音空間９０における流路断面積とが同等に設定されているため、消音空間９０によってインレット１５が実質的に延長されることとなる。したがって、より低い周波数帯の吸気音を低減することが可能となる。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関のエアクリーナによれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）第１ハウジング１０の内部には、ヘルムホルツレゾネータ（以下、レゾネータ４０）が設けられている。第１ハウジング１０の底壁１２には、フィルタエレメント３０に向けて突出するとともにインレット１５の軸線方向に沿って延在してレゾネータ４０のチャンバー４１を構成する立壁１８が設けられている。立壁１８、第１ハウジング１０の側壁１１、底壁１２、及びフィルタエレメント３０によって、インレット１５に連なるとともに軸線方向に沿って延在する消音空間９０が区画されている。
こうした構成によれば、上記実施形態の作用を奏するため、より低い周波数帯の吸気音を低減することが可能となる。
また、上記構成によれば、第１ハウジング１０の内部に形成された消音空間９０によってインレット１５を実質的に延長することにより吸気音を低減できる。このため、インレット１５に接続されるインレットダクトの管長を短くすることができ、搭載性を向上させることができる。また、インレット１５及びインレットダクトの径を小さくすることなく吸気音を低減できるため、圧力損失の増大を抑制することができる。
（２）立壁１８が、第１ハウジング１０における軸線方向の中央位置よりもインレット１５とは反対側の位置まで延在している。
こうした構成によれば、インレット１５の軸線方向における消音空間９０の長さを確保することができるため、消音空間９０によりインレット１５を実質的に延長することで、より低い周波数帯の吸気音を低減することができる。
図６に矢印にて示すように、インレット１５を通じて第１ハウジング１０の内部にエアと共に流入したダストは、慣性力によって直進しようとする。このため、ダストは、第１ハウジング１０内の奥側まで到達するようになり、フィルタエレメント３０の濾過部３１のうち奥側の部位から順にダストが堆積するようになる。したがって、濾過部３１に対して全体的にダストが堆積する構成に比べて、フィルタエレメント３０の圧力損失の増大の進行を遅らすことができ、フィルタエレメント３０の寿命を延ばすことができる。
（３）第１ハウジング１０の内部には、立壁１８によって区画された開口を閉塞するとともにチャンバー４１を構成する蓋体５０が設けられている。蓋体５０には、チャンバー４１の内外を連通するとともにチャンバー４１と共にレゾネータ４０を構成する連通管４２が蓋体５０の面に沿って一体に設けられている。
こうした構成によれば、連通管４２の管長を確保することができるため、レゾネータ４０によって、より低い周波数帯の吸気音を低減することができる。
（４）蓋体５０は、プレート部６１及びプレート部６１からチャンバー４１の内側に向けて膨出された半割筒状の膨出部６２を有する第１プレート６０と、プレート部６１に取り付けられて膨出部６２と共に連通管４２を構成する第２プレート７０とを備えている。
こうした構成によれば、連通管４２を蓋体５０に沿って一体に設けながらも、連通管４２を設けることに起因して蓋体５０がフィルタエレメント３０に近接する側に膨出することを抑制できる。これにより、立壁１８をフィルタエレメント３０に近接して配置することができ、第１ハウジング１０の容積を大きくすることなくレゾネータ４０のチャンバー４１の容積を大きくすることができる。したがって、レゾネータ４０によって、より低い周波数帯の吸気音を低減することができる。
（５）連通管４２の出口部４４は、円筒状をなすとともに膨出部６２からチャンバー４１内に突出している。これにより、連通管４２の管長を更に延長することができ、レゾネータ４０によって、より低い周波数帯の吸気音を低減することができる。
（６）連通管４２の入口部４３は、消音空間９０内に突出している。これにより、連通管４２の管長を更に延長することができ、レゾネータ４０によって、より低い周波数帯の吸気音を低減することができる。
（７）立壁１８には、入口部４３を受ける凹部１８１が設けられている。このため、連通管４２の入口部４３を蓋体５０の面に沿った姿勢にて消音空間９０内に突出させることができる。
（８）膨出部６２がプレート部６１の面に沿って蛇行して延在している。これにより、連通管４２の管長を更に延長することができ、レゾネータ４０によって、より低い周波数帯の吸気音を低減することができる。
（９）第１ハウジング１０のピン１９の先端及び第１プレート６０の挿通孔６３の外周部分に対して、第２プレート７０の接合部７３が超音波溶着により接合されている。
こうした構成によれば、第１ハウジング１０、第１プレート６０、及び第２プレート７０を同時に接合固定することができる。したがって、レゾネータ４０のチャンバー４１を３つの部品により構成しながらも組み付け工程を簡単にすることができる。
＜変形例＞
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。
・連通管４２の入口部４３を消音空間９０内に突出させないようにすることもできる。
・第２プレート７０の管形成部７１を、周縁部７２からフィルタエレメント３０側に向けて膨出された半割筒状にすることもできる。
・膨出部６２の底部に貫通孔を形成し、同貫通孔を連通管４２の出口部としてもよい。
・インレット１５の軸線方向に沿って延在する立壁１８の長さ方向Ｌの長さを適宜変更することができる。
１０…第１ハウジング、１１…側壁、１２…底壁、１３…開口、１４…フランジ、１５…インレット、１６…アーチ部、１７ａ，１７ｂ…支持部、１８…立壁、１８１…凹部、１８２…開口、１９…ピン、２０…第２ハウジング、２１…側壁、２２…頂壁、２３…開口、２４…フランジ、２５…アウトレット、２６…突出部、２７ａ，２７ｂ…係止部、３０…フィルタエレメント、３１…濾過部、３２…シール部、４０…レゾネータ、４１…チャンバー、４２…連通管、４３…入口部、４４…出口部、５０…蓋体、６０…第１プレート、６１…プレート部、６２…膨出部、６３…挿通孔、６４…位置決め用の突起、７０…第２プレート、７１…管形成部、７２…周縁部、７３…接合部、７４…位置決め用の孔、８０…クランプ、９０…消音空間。

Claims (5)

  1. インレットを有する第１ハウジングと、アウトレットを有する第２ハウジングと、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとの間に設けられたフィルタエレメントとを備える内燃機関のエアクリーナにおいて、
    前記第１ハウジングの内部には、ヘルムホルツレゾネータが設けられており、
    前記第１ハウジングの底壁には、前記フィルタエレメントに向けて突出するとともに前記インレットの軸線方向に沿って延在して前記ヘルムホルツレゾネータのチャンバーを構成する立壁が設けられており、
    前記立壁、前記第１ハウジングの側壁、前記底壁、及び前記フィルタエレメントによって、前記インレットに連なるとともに前記軸線方向に沿って延在する消音空間が区画されており、
    前記第１ハウジングの内部には、前記立壁によって区画された開口を閉塞するとともに前記チャンバーを構成する蓋体が設けられており、
    前記蓋体には、前記チャンバーの内外を連通するとともに前記チャンバーと共に前記ヘルムホルツレゾネータを構成する連通管が前記蓋体の面に沿って一体に設けられている、
    内燃機関のエアクリーナ。
  2. 前記立壁が、前記第１ハウジングにおける前記軸線方向の中央位置よりも前記インレットとは反対側の位置まで延在している、
    請求項１に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  3. 前記蓋体は、プレート部及び前記プレート部から前記チャンバーの内側に向けて膨出された半割筒状の膨出部を有する第１プレートと、前記プレート部に取り付けられて前記膨出部と共に前記連通管を構成する第２プレートとを備えている、
    請求項１または請求項２に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  4. 前記連通管の出口部は、筒状をなすとともに前記膨出部から前記チャンバー内に突出している、
    請求項３に記載の内燃機関のエアクリーナ。
  5. 前記連通管の入口部は、前記消音空間内に突出している、
    請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関のエアクリーナ。
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