JP7623193B2 - 自動車用エンジンのエアクリーナ - Google Patents

Description

本願発明は、自動車用エンジンに使用するエアクリーナに関するものである。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンには、空気を浄化するエアクリーナが必須の装置として設けられている。エアクリーナは、固定式の本体ケースと、可動式（着脱式又は回動式）のカバーと、両者の間に着脱自在に配置されたフィルターエレメントとで構成されており、空気は本体ケースに入ってからフィルターエレメントを通過してカバーに抜ける。従って、本体ケースには空気の入口とダーティ室とが形成されて、カバーには、空気の出口とクリーン室とが形成されている。

そして、エアクリーナにおいて、一般に、カバーと本体ケースとが上下に配置されて、フィルターエレメントが略水平姿勢に配置されていることが多く、この場合、クリーン室とダーティ室とはフィルターエレメントを挟んで上下に配置されており、空気はフィルターエレメントを下から上に向けて通過する。

その例が、特許文献１に開示されている。特許文献１には、自動車のエンジンルーム（エンジンコンパートメント）にエアクリーナとバッテリーとを前後に並べて配置した場合において、自動車が衝突事故を起こしたときにバッテリーに損傷が及ぶことを防止する対策が開示されている。

特許文献１では、エアクリーナの本体ケースに接続された吸気ダクトはラジエータの上部を支持するアッパラジエータサポートの上方部に延びて下向きに開口しており、このように構成すると、エンジンルームが狭くてもスペースを有効利用できる利点や、エンジンの熱気で昇温していない外気を取り込むことができて充填効率悪化を防止できる利点がある。

特開２０２０－５１２９０号公報

特許文献１ではカバーとフィルターエレメントと本体ケースとが上下に並んでおり、この場合は、空気をダーティ室で拡散させやすいため、フィルターエレメントに対する空気の分散性を高めやすい。

他方、エンジンルームが狭くて他の部材との干渉回避等の関係から、カバーとフィルターエレメントと本体ケースとを水平方向に並べて、本体ケースの入口を上向きに開口させねばならない場合があり、この場合は、入口から下向きに流れた空気は水平方向に方向変換してフィルターエレメントを通過することになる。

この場合、ダーティ室の上半部で方向変換させると、本体ケースの容積をできるだけ小さくして配置スペースを抑制できるが、この場合は、空気がフィルターエレメントの上半部を集中的に通過するため、目詰まりが発生しやすくてフィルターエレメントの寿命が短くなるのみならず、吸気量の低下による出力低下や加減速の応答性悪化が発生しやすくなる問題が発生する。

他方、ダーティ室の容積を十分に大きくして、空気がダーティ室で十分に拡散するように配慮すると、フィルターエレメントに対する空気の分散性を高めてフィルターエレメントの寿命低下と出力低下とを抑制できるが、この場合は、本体ケースが大型化して他の部材と干渉してしまいやすくなる。従って、ダーティ室の容積を大きくすることは困難であることも多い。

本願発明はこのような実情を背景に成されたものであり、空気がフィルターエレメントを水平方向に通過するエアクリーナにおいて、ダーティ室の容積をできるだけ小さくしてスペースの有効利用を図りつつ、フィルターエレメントに対する空気の分散性を向上させんとするものである。

本願発明のエアクリーナは、請求項１のとおり、
「空気の入口を設けた本体ケースと、浄化された空気の出口を設けたカバーと、前記本体ケースとカバーとで挟まれたフィルターエレメントとが水平方向に並べて配置されており、
前記フィルターエレメントは、広幅面を略鉛直姿勢にして配置されて、前記本体ケースとフィルターエレメントとの間にダーティ室が形成されている一方、
前記入口は、前記本体ケースとカバーとフィルターエレメントとの並び方向から見て前記フィルターエレメントの左右方向の外側において前記本体ケースの上部に配置されていて、空気は、前記入口から下向きに流れて方向変換して前記ダーティ室に流入する」
という基本構成において、
「前記本体ケースのダーティ室に、前記フィルターエレメントの下方に位置して空気を上向きに拡散させるバッファ空間と、前記入口から流下した空気を前記バッファ空間にスムースに導くように下に行くに従って前記フィルターエレメントに近づくように傾斜した案内面とが形成されている」
という特徴を有している。

請求項１の展開例として請求項２では、
「前記ダーティ室は、縦長隔壁により、前記フィルターエレメントが露出した第２室と前記案内面の側に位置した第１室とに区分されており、前記縦長隔壁は、空気が前記第１室から第２室に入り込むことを許容する高さになっている」
という構成を採用している。
エアクリーナのカバーや本体ケースは一般に合成樹脂の成形品が採用されており、本願発明でも従来と同様に合成樹脂の成形品を作用できる。そして、本体ケースは単一の成形品を使用することも可能であるが、複数のシェル状部材を溶着等で接合した複合品も採用可能である。

本願発明では、カバーとフィルターエレメントと本体ケースとを水平方向に並べたエアクリーナにおいて、ダーティ室にバッファ空間と案内面とを設けたことにより、ダーティ室の容積を大きくすること無く、フィルターエレメントに対する空気の分散性を向上できる。従って、エンジンルームの占有容積をできるだけ小さくして他の部材との干渉を回避しつつ、フィルターエレメントの寿命を向上できると共に出力低下を防止できる。

また、フィルターエレメントに対する空気の通気性能が高くなるため、振動や通気騒音の抑制にも貢献できる。上記のように、本体ケースを複数の部材からなる複合品で構成すると、複雑な形状であっても容易に製造できる（設計の自由性を向上できる）ため、空気の分散性を向上させたり他の部材との干渉を回避したりする上で有益である。

また、本願発明では、本体ケースの入口がフィルターエレメントの幅方向にずれていて、空気は水平方向にも方向変換してバッファ空間に流入するため、空気の拡散性を更に向上できて好適である。
請求項２の発明では、縦長隔壁の存在によって第２室も空気流の勢いを殺すバッファ空間として機能するため、フィルターエレメントの全面に対して空気を分散した状態で流すことができる。従って、バッファ空間を設けたことによる分散効果と、縦長隔壁による分散効果とが相まって、空気をフィルターエレメントの全面に均等に流すことができる。その結果、フィルターエレメントの全体をフルに使用して、寿命を長くすることができると共に、通気量を増大させて出力向上に貢献できる（或いは、加減速の応答性を向上できる。）。また、本願発明では、、本体ケースは案内面の箇所において下面が大きく抉られた状態になるため、本体ケースをできるだけコンパクト化して、他の部材との干渉を回避できる。

実施形態を示す図で、（Ａ）は前側方から見た斜視図、（Ｂ）は吸気吸い込みダクト及び吸気送りダクトの配置例を示す模式図である。 エアクリーナを後ろから見た斜視図である。 エアクリーナの側面図である。 本体ケースの外パーツを外した状態で前側方から見た斜視図である。 本体ケースの外パーツを外した状態で後ろ側方から見た斜視図である。 本体ケースの外パーツの内部を示す斜視図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のエアクリーナは、特許文献１と同様に自動車のエンジンルームの前部に配置されるものである。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向は自動車の前進・後退方向であり、左右方向は車幅方向である。従って、前後・左右は運転手から見た状態の方向である。各図に適宜、方向を明示している。

(1).基本構造
エアクリーナは、例えば図１に示す本体ケース１及びカバー２と、図４，５に示すフィルターエレメント３とを主要要素にして、これらを左右方向（水平方向）に重ねて構成されている。本体ケース１は、図１においてハッチングを施した内部材４と、この内部材４に横から（左から）重なった外部材５とで構成されており、両者は溶着によって接合されている。従って、本体ケース１は、シェル状に形成された内部材４と外部材５との複合品であり、内部材４とカバー２とが重なって、カバー２と内部材４とでフィルターエレメント３が挟まれている。

図２でも、本体ケース１の内部材４にはハッチングを施して境界を明瞭化している。図３～５においてハッチングを施しているのはカバーである。従って、本実施形態においてハッチングは断面の表示ではない。

図３から理解できるように、本体ケース１は概ね前後に長い形態であり、符号Ｘで示す下基準線が、概ねフィルターエレメント３（又はカバー２）の下面になっている。そして、本体ケース１の前後中途部でフィルターエレメント３の真下に位置した部位に、基準線Ｘよりも下方に突出した下向き突出部６が形成されており、下向き突出部６の内部がバッファ空間７（図４～６参照）になっている。本体ケース１は内部材４と外部材５とで構成されているが、下向き突出部６とバッファ空間７とは、主として内部材４に形成されている。

図１，３～６に示すとおり、本体ケース１の下向き突出部６は、側面視で下端に頂点がある三角形状になっている。従って、下向き突出部６は前傾斜面６ａと後ろ傾斜面６ｂとを有している。そして、本体ケース１の前面部は、下向き突出部６の前傾斜面６ａと滑らかに連続する湾曲部８になっており、湾曲部８の内面が、内部に向けて膨れた（外側に向けて凹んだ、或いは、下方に行くに従ってフィルターエレメント３に近づくように傾斜した）案内面９になっている。なお、案内面９は湾曲せずに傾斜した平坦面であってもよい。

そして、本体ケース１を構成する内部材４における前部の上端に、上下に開口した入口１０が形成されている。入口１０には、図１（Ｂ）に模式的に示す吸気取り込みダクト１１が接続されている。他方、カバー２は、大まかには、本体ケース１から下向き突出部６を除去したのと同様の側面視形状になっており、内部にクリーン室が形成されていると共に、その前端に、クリーン室と連通して前向きに開口した出口１２が形成されている。

出口１２には、図１に模式的に示す吸気ホース１３の一端（上流端）が接続されており、吸気ホース１３の他端（下流端）は、図示しないスロットルボデー（又は過給機のコンプレッサハウジング）に接続されている。

図４，５に示すように、フィルターエレメント３は側面視で上下長手の長方形になっており、本体ケース１の内部材４とカバー２とで挟まれている。このため、本体ケース１の内部材４には角形の通気空間１４が開口して、通気空間１４には、フィルターエレメント３を保持する内向きフランジ１５が形成されている。カバー２も同様であり、各コーナー部に、フィルターエレメント３を押さえ保持する段部３ａ（図４，５参照）が形成されている。

カバー２はその下端縁を支点にして左右方向に水平回動するようになっており、図２～５に示すＣ型のクリップ１６によって閉じ状態に保持されている。クリップ１６による固定を解除してカバー２を右側に倒して開き回動させることにより、フィルターエレメント３の交換（抜き差し）を行える。この場合、カバー２の出口１２は前向きに開口していて吸気ホース１３のうち出口１２に接続された部分は前後長手の姿勢になっているため、カバー２の開閉に際して吸気ホース１３は左右方向に少し曲がるだけである。従って、カバー２の開閉に対して吸気ホース１３は抵抗にはならず、フィルターエレメント３の交換を容易に行える。

なお、クリップ１６は本体ケース１の内部材４に連結されており、顎部１６ａ（例えば図４参照）がカバー２の外向きフランジ部（図示せず）に係合する。図３に示すように、クリップ１６は、回動軸心が前後長手になっているものと、回動軸心が上下長手になっているものとの２個が使用されているが、いずれも上からの操作で回動できるため、エンジンルームに部材が高い密度で配置されていても、カバー２の開閉を容易に行える。

(2).本体ケース１の内部空間
図３，４に示すように、本体ケース１の入口１０は、カバー２と連通した通気空間１４の手前側（主要要素の並び方向視である側面視ではフィルターエレメント３の左側方）に位置している。すなわち、入口１０は、フィルターエレメント３の幅方向（前後方向）のうち手前に位置している。従って、ダーティ室１７は、通気空間１４の手前に位置した第１室１７ａと、通気空間１４と対向した第２室１７ｂとを有している。

第１室１７ａ及び第２室１７ｂとも内部材４と外部材５との両方で構成されているが、入口１０はカバー２の側にずれているため、第１室１７ａは内部材４において大きな容積になっている。すなわち、第１室１７ａは、図４から最も良く理解できるが、縦長隔壁１８を介してフィルターエレメント３の配置空間と仕切られつつ、入口１０に向けてカバー２に近づくように右側に深く入り込んでいる。

従って、第１室１７ａは、その下面が湾曲した案内面９になっていると共に、内部材４の箇所に位置した内側面１９も、手前に行くに従ってカバー２に近寄る傾斜面（又は湾曲面）になっている。

他方、図６から理解できるように（図１も参照）、外部材５では、第１室１７ａは下に行くに従って左右幅が大きくなっている。また、図５と図６との対比から理解できるように、第２室１７ｂは第２室１７ｂおいて大きい容積になっている。そして、バッファ空間７は内部材４と外部材５との両方に形成されているが、図４，５に示すように、バッファ空間７は、内部材４の箇所ではフィルターエレメント３の下方まで入り込んでいる。

入口１０から下向きに流入した空気の一部は、矢印２０で示すように、案内面９にガイドされて下方にスムースに流れつつ外部材５に向けて横ずれしてバッファ空間７に至り、バッファ空間７で上向きに方向変換してから水平方向に方向変換してフィルターエレメント３を通過し、カバー２のクリーン室に至る。また、縦長隔壁１８は外部材５には至っておらず、縦長隔壁１８と外部材５との間には空間が存在するため、空気の他の一部は、図５に矢印２１で示すように、バッファ空間７に至ることなく水平方向に方向変換してフィルターエレメント３を通過する。

入口１０から噴出した空気は下向きの方向性を持っているため、矢印２０のようにバッファ空間７に向かう強い流れができるが、強い流れはバッファ空間７で方向変換して勢いが停止してから上向きの弱い流れになるため、フィルターエレメント３に対しては、広く分散した状態で通過する。

また、本実施形態では、内部材４において第１室１７ａには縦長隔壁１８が存在するため、矢印２１のように水平方向に向かった空気は縦長隔壁１８に塞き止められて外部材５に向かい、外部材５で反射してフィルターエレメント３に向かう傾向を呈する。従って、第２室１７ｂも空気流の勢いを殺すバッファ空間として機能しており、この面でも、フィルターエレメント３の全面に対して空気を分散した状態で流すことができる。

従って、本実施形態では、バッファ空間７を設けたことによる分散効果と、縦長隔壁１８による分散効果とが相まって、空気をフィルターエレメント３の全面に均等に流すことができる。従って、フィルターエレメント３の全体をフルに使用して、寿命を長くすることができると共に、通気量を増大させて出力向上に貢献できる（或いは、加減速の応答性を向上できる。）。そして、本体ケース１は、湾曲部８を有して下面が大きく抉られた状態なっているため、本体ケース１をできるだけコンパクト化して、他の部材との干渉を回避できる。

本実施形態のように、バッファ空間７をフィルターエレメント３の下方に入り込ませると、図５に矢印２２で示すように、フィルターエレメント３の下方に入り込んだ空気が外部材５の側に噴き戻ることにより、バッファ空間７に入った空気を外部材５に向けて押し出す作用を発揮する。これによって、空気は外部材５の全面に広がるような作用を受けて、第２室１７ｂでの拡散性を更に向上できる。この点も、本実施形態の利点の一つである。

なお、図４，５に示すように、本体ケース１を構成する内部材４の後端部に、ダーティ室１７の第２室１７ｂと連通した後部空間２３を後ろ向きに突設しており、後部空間２３に下向きの補助ポート２４を設けている。補助ポート２４は、図示しないホースによって動弁室と連通している。すなわち、補助ポート２４は、動弁室やクランク室に新気を導入するためのポートである。

図１（Ｂ）に示すように、吸気取り込みダクト１１の先端は、ラジエータの上端を保持しているアッパラジエータサポート２５の手前に配置された横長部材２６に形成した吸い込み口２７に連通している（アッパラジエータサポート２５の上面に開口させてもよい。）。従って、他の部材との干渉を回避してスペースを有効利用できると共に、エンジンの熱気で昇温していない空気を取り込んで、充填効率の低下を防止できる。

また、吸気ホース１３は、その一部をアッパラジエータサポート２５の上に配置してから、スロットルボデー（又は過給機）に向かわせている。この点においても、他の部材との干渉を回避してエンジンルームにスペースの余裕を持たせることができる。

ハイブリッド自動車では、ＰＣＵ（パワー・コントロール・ユニット）がエンジンルームで大きなスペースを占めるため、各種部材の配置に苦労することがあるが、本実施形態では、吸気取り込みダクト１１と吸気ホース１３とをアッパラジエータサポート２５の上方に配置してエンジンルームにできるだけ余裕を設けているため、ハイブリッド自動車のようにエンジンルームに余裕がない場合でも、エアクリーナを適切に機能する状態に配置できる。

本願発明は、図示した形態の他にも様々に具体化できる。例えば、本体ケースは単一の部材で構成してもよいし、ダーティ室をフィルターエレメントと対向する位置のみに形成してもよい。また、カバーとフィルターエレメントと本体ケースとは前後方向に並べて配置してもよい（この場合は、カバーを手間に配置すると、フィルターエレメントの交換の作業性がよい。）。

本願発明は、自動車用エンジンのエアクリーナに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 本体ケース
２ カバー
３ フィルターエレメント
４ 本体ケースを構成する内部材
５ 本体ケースを構成する外部材
６ 下向き突出部
７ バッファ空間
８ 湾曲部
９ 湾曲した案内面
１０ 入口
１１ 吸気取り込みダクト
１２ 出口
１３ 吸気ホース
１４ 通気空間
１７ ダーティ室
１７ａ 第１室
１７ｂ 第２室
１８ 縦長隔壁
Ｘ フィルターエレメントの下端を大まかに示す下基準線

Claims (2)

1. 空気の入口を設けた本体ケースと、浄化された空気の出口を設けたカバーと、前記本体ケースとカバーとで挟まれたフィルターエレメントとが水平方向に並べて配置されており、
   前記フィルターエレメントは、広幅面を略鉛直姿勢にして配置されて、前記本体ケースとフィルターエレメントとの間にダーティ室が形成されている一方、
   前記入口は、前記本体ケースとカバーとフィルターエレメントとの並び方向から見て前記フィルターエレメントの左右方向の外側において前記本体ケースの上部に配置されていて、空気は、前記入口から下向きに流れて方向変換して前記ダーティ室に流入する構成であって、
   前記本体ケースのダーティ室に、前記フィルターエレメントの下方に位置して空気を上向きに拡散させるバッファ空間と、前記入口から流下した空気を前記バッファ空間にスムースに導くように下に行くに従って前記フィルターエレメントに近づくように傾斜した案内面とが形成されている、
   自動車用エンジンのエアクリーナ。
2. 前記ダーティ室は、縦長隔壁により、前記フィルターエレメントが露出した第２室と前記案内面の側に位置した第１室とに区分されており、前記縦長隔壁は、空気が前記第１室から第２室に入り込むことを許容する高さになっている、
   請求項１に記載した自動車用エンジンのエアクリーナ。

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