JP2018035697A

JP2018035697A - エアクリーナ

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Publication number: JP2018035697A
Application number: JP2016167240A
Authority: JP
Inventors: 義則犬塚; Yoshinori Inuzuka; 龍介木村; Ryusuke Kimura
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: DE102017119333A1; US20180056222A1; US10500532B2; JP6737073B2; CN107781079A

Abstract

【課題】吸気騒音を効果的に低減することができる。【解決手段】エアクリーナは、インレット１１を有する第１ハウジング１０、アウトレット２１を有する第２ハウジング２０、及び第１ハウジング１０の上部開口１２と同上部開口１２に向かい合う第２ハウジング２０の下部開口２２との間に介設されたフィルタエレメント３０とを備えている。第１ハウジング１０は、第１ハウジング１０の互いに交差する２つの内面１３ａ，１４ａによって形成された隅部１６を有している。第１ハウジング１０の内部には、通気性材料により形成された吸音部４１を有するとともに隅部１６を覆う減音部材４０が２つの内面１３ａ，１４ａにわたって設けられている。減音部材４０と隅部１６との間には空気室５０が設けられている。【選択図】図１

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、インレットを有する第１ハウジング、アウトレットを有する第２ハウジング、及び第１ハウジングの開口と同開口に向かい合う第２ハウジングの開口との間に介設されたフィルタエレメントとを備えている。

こうしたエアクリーナにおいては、第１ハウジングの内部に発泡樹脂などの多孔質材料からなる吸音部材が設けられているものがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のエアクリーナでは、吸音部材が、第１ハウジングの内面に吸音部材の対向面全体が当接された状態で取り付けられている。こうしたエアクリーナでは、吸音部材によって吸気騒音が低減される。

特開２０００−１１０６８２号公報

ところが、上記エアクリーナでは、吸音部材による吸気騒音の低減効果には自ずと限界があり、こうした点において改善の余地がある。
本発明の目的は、吸気騒音を効果的に低減することのできる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エアクリーナは、インレットを有する第１ハウジング、アウトレットを有する第２ハウジング、及び前記第１ハウジングの開口と同開口に向かい合う前記第２ハウジングの開口との間に介設されたフィルタエレメントとを備える。前記第１ハウジング及び前記第２ハウジングの少なくとも一方のハウジングは、前記ハウジングの互いに交差する少なくとも２つの内面によって形成された隅部を有しており、前記ハウジングの内部には、通気性材料により形成された吸音部を有するとともに前記隅部を覆う減音部材が前記少なくとも２つの内面にわたって設けられており、前記減音部材と前記隅部との間には空気室が設けられている。

上記構成によれば、エアクリーナの内部において、空気の疎密波である吸気音が減音部材の吸音部を通過する際に、吸音部自身や吸音部の空隙中の空気が振動されるとともにその振動エネルギーが熱エネルギーに変換される。これにより、吸気音の音圧レベルが低減される。

また、空気室の外方から減音部材に入射される吸気音の入射波と、減音部材を一旦通過して空気室に入った後にハウジングの内面で反射して減音部材に戻ってくる吸気音の反射波とが干渉して弱め合うことによっても、吸気音の音圧レベルが低減される。

特に、ハウジングにおいて隅部に近接するほど空気の疎密波である吸気音が集中しやすく、定在波（定常波）の腹になりやすい。すなわち、隅部に近接するほど吸気音の音圧レベルが大きくなりやすい。

これに対して、上記構成によれば、ハウジングの隅部を覆う減音部材が隅部を形成する少なくとも２つの内面にわたって設けられており、減音部材と隅部との間に空気室が設けられている。このため、減音部材及び空気室を設けることによりエアクリーナの容積が犠牲になることを抑制しつつ、減音部材の吸音部により隅部における吸気音の音圧レベルを効果的に低減することができる。

更に、空気室を有していないものと異なり、吸気音が減音部材を通過した後に反射して同減音部材に戻ってくるまでの距離を任意に設定することができる。このため、吸気音の入射波の一部と反射波の一部とが逆位相になるように上記距離を設定することにより、吸気音の入射波と反射波とを相殺させることができ、吸気音の音圧レベルを効果的に低減することができる。

本発明によれば、吸気騒音を効果的に低減することができる。

エアクリーナの一実施形態について、エアクリーナ全体の縦断面構造を示す断面図。図１のＡ部を拡大して示す拡大断面図。第１ハウジングの段差部と減音部材の外周縁との固定態様を拡大して示す拡大断面図。同実施形態の減音部材の断面構造を拡大して示す拡大断面図。同実施形態の作用を説明する図であって、第１ハウジングの縦断面構造を示す断面図。

以下、図１〜図５を参照して、エアクリーナの一実施形態について説明する。
図１に示すように、エアクリーナは、車載内燃機関の吸気通路に設けられるものであり、上部開口１２を有する第１ハウジング１０と、下部開口２２を有する第２ハウジング２０と、第１ハウジング１０の上部開口１２と、上部開口１２に向かい合う第２ハウジング２０の下部開口２２との間に介設されたフィルタエレメント３０とを備えている。また、第１ハウジング１０の内部には、吸気音の音圧レベルを低減させる減音部材４０が設けられている。

次に、エアクリーナの各構成について順に説明する。
＜第１ハウジング１０＞
第１ハウジング１０は、平面視四角形状の上部開口１２を取り囲む周壁１３と、底壁１４とを備えている。周壁１３には、筒状のインレット１１が外周側に向けて突設されている。上部開口１２の周縁には、外周側に突出する環状のフランジ１５が形成されている。第１ハウジング１０は、硬質の合成樹脂材料によって形成されている。

周壁１３には、底壁１４側から上部開口１２側に向かって外周側に突出した段差部１７が全周にわたって形成されている。
周壁１３の内面のうちインレット１１に対向する内面１３ａ（同図の右側の面）と、底壁１４の内面１４ａとは互いに交差しており、これらの内面１３ａ，１４ａによって隅部１６が形成されている。

＜第２ハウジング２０＞
第２ハウジング２０は、平面視四角形状の下部開口２２を取り囲む周壁２３と、頂壁２４とを備えている。周壁２３には、筒状のアウトレット２１が外周側に向けて突設されている。下部開口２２の周縁には、外周側に突出する環状のフランジ２５が形成されている。第２ハウジング２０は、硬質の合成樹脂材料によって形成されている。

＜フィルタエレメント３０＞
フィルタエレメント３０は、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と、濾過部３１の外周縁に設けられた環状のシール部３２とを有している。

エアクリーナでは、第１ハウジング１０のフランジ１５と第２ハウジング２０のフランジ２５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。このシール部３２により、第１ハウジング１０と第２ハウジング２０との間がシールされている。

＜減音部材４０＞
減音部材４０は、周壁１３の内面のうちインレット１１に対向する内面１３ａと底壁１４の内面１４ａとにわたって設けられており、インレット１１に対向する隅部１６を覆っている。減音部材４０と隅部１６との間には、空気室５０が設けられている。

減音部材４０の表面には、インレット１１から離間するほどフィルタエレメント３０に近接するように傾斜した複数の傾斜部４７が設けられている。
図１及び図４に示すように、減音部材４０は、通気性材料により形成された吸音部４１と、吸音部４１における空気室５０の外方側の面に固定され、吸音部４１よりも通気度の低い通気性材料により形成された表皮層４２とを有している。

吸音部４１は、不織布シートにより形成されている。この不織布シートは、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維からなる芯部と、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って構成されている。なお、不織布シートの目付けは、１００〜１５００ｇ／ｍ^２が好ましい。また、複合繊維の繊度は、０．０１〜２５ｄｔが好ましい。また、吸音部４１の板厚は、１〜５０ｍｍが好ましい。

図４に示すように、表皮層４２は、表皮材４２ａと、表皮材４２ａと吸音部４１との間に介在された通気部４２ｂとを有している。
表皮材４２ａは、不織布シートにより形成されている。この不織布シートは、例えばＰＥＴ繊維により形成されている。なお、不織布シートの目付けは、２０〜１０００ｇ／ｍ^２が好ましい。また、ＰＥＴ繊維の繊度は、０．０１〜２５ｄｔが好ましい。また、吸音部４１の板厚は、０．１〜５ｍｍが好ましい。

通気部４２ｂは、多数の孔（図示略）が形成されたフィルムにより形成されている。このフィルムは、例えば接着層としてのＰＥ（ポリエチレン）層、ベース層としてのＮＹ（ナイロン）層、及び接着層としてのＰＥ層からなる三層フィルムである。すなわち、ＮＹ層の両面に設けられたＰＥ層により、通気部４２ｂの両面に吸音部４１及び表皮材４２ａがそれぞれ接着されている。なお、フィルムの目付けは、５〜３００ｇ／ｍ^２が好ましい。また、上記フィルムの板厚は０．０１〜１ｍｍが好ましい。また、フィルムの通気度は、１〜３０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃが好ましい。上記通気度は、ＪＩＳ．Ｌ．１０９６．Ａ法に規定されているフラジール形試験機を用いた通気性測定方法に従って測定した値である。

フィルムの多数の孔は、ニードルパンチにより形成されている。孔の大きさや密度を適宜設定することにより、通気部４２ｂの通気度、ひいては表皮層４２の通気度が上記範囲内に設定されている。

吸音部４１及び表皮層４２を熱プレスすることにより吸音部４１と表皮層４２とが一体に成形されている。このとき、吸音部４１を構成する低融点の変性ＰＥＴがバインダとして機能する。

この熱プレスによる成形に際しては、減音部材４０（特に、吸音部４１）の外縁部４３の圧縮度が、外縁部４３により囲まれた部分４４の圧縮度に比べて大きくされている。すなわち、減音部材４０の外縁部４３は、外縁部４３により囲まれた部分４４よりも厚さ方向に圧縮された形状を有している。本実施形態では、減音部材４０の外縁部４３の通気度が、略「０」とされている。

図１及び図２に示すように、第１ハウジング１０の底壁１４の内面には、減音部材４０の外縁部４３が当接されている。
図２に拡大して示すように、底壁１４の内面１４ａには、上部開口１２に向けて固定ピン１８が突設されている。固定ピン１８に、減音部材４０の外縁部４３に形成された孔４５を外挿した状態で固定ピン１８の先端部を加熱して潰す、所謂熱かしめすることにより、底壁１４の内面１４ａに外縁部４３が固定されている。

図１に示すように、第１ハウジング１０の周壁１３の段差部１７には、減音部材４０の外縁部４３が当接されている。
図３に拡大して示すように、段差部１７の周方向における４つの隅のうちの２つには、上部開口１２に向けて固定ピン１９がそれぞれ突設されている。なお、同図においては２つの隅のうちの１つが示されている。固定ピン１９に、減音部材４０の外縁部４３に形成された孔４６を外挿した状態で固定ピン１９の先端部を加熱して潰す、所謂熱かしめすることにより、周壁１３の内面に外縁部４３が固定されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
エアクリーナの内部において、空気の疎密波である吸気音が減音部材４０の吸音部４１を通過する際に、吸音部４１自身や吸音部４１の空隙中の空気が振動されるとともにその振動エネルギーが熱エネルギーに変換される。これにより、吸気音の音圧レベルが低減される。

また、図５に示すように、空気室５０の外方から減音部材４０に入射される吸気音の入射波（同図の波線）と、減音部材４０を一旦通過して空気室５０に入った後に第１ハウジング１０の内面で反射して減音部材４０に戻ってくる吸気音の反射波（同図の実線）とが干渉して弱め合うことによっても、吸気音の音圧レベルが低減される。

特に、第１ハウジング１０において隅部１６に近接するほど空気の疎密波である吸気音が集中しやすく、定在波（定常波）の腹になりやすい。すなわち、隅部１６に近接するほど吸気音の音圧レベルが大きくなりやすい。

これに対して、本実施形態によれば、第１ハウジング１０の隅部１６を覆う減音部材４０が隅部１６を形成する２つの内面１３ａ，１４ａにわたって設けられており、減音部材４０と隅部１６との間に空気室５０が設けられている。このため、減音部材４０及び空気室５０を設けることによりエアクリーナの容積が犠牲になることを抑制しつつ、減音部材４０により隅部１６における吸気音の音圧レベルを効果的に低減することができる。

更に、空気室５０を有していないものと異なり、吸気音が減音部材４０を通過した後に反射して減音部材４０に戻ってくるまでの距離を任意に設定することができる。このため、吸気音の入射波の一部と反射波の一部とが逆位相になるように上記距離を設定することにより、吸気音の入射波と反射波とを相殺させることができ、吸気音の音圧レベルを効果的に低減することができる（以降において、以上の作用を作用１とする）。

一方、エアクリーナの内部を進行する吸気音が減音部材４０における表皮層４２に衝突すると、表皮層４２が押されるとともに減音部材４０の内部の空気がバネのように作用して表皮層４２が振動する。このため、表皮層４２の振動エネルギーや、吸音部４１内部における空気の振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることによって吸気音の音圧レベルが低減される。

ここで、表皮層４２の通気度が低くなるほど、表皮層４２が低い周波数で共振するようになるため、吸気音のうち、より低い周波数成分の音圧レベルを効果的に低減することが可能になる。本実施形態によれば、表皮層４２が吸音部４１よりも通気度の低い材料により形成されているため、表皮層４２が設けられていない場合に比べて、より低い周波数成分の音圧レベルを効果的に低減することができる（以降において、以上の作用を作用２とする）。

以上説明した本実施形態に係る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は、第１ハウジング１０の互いに交差する２つの内面１３ａ，１４ａによって形成された隅部１６を有している。第１ハウジング１０の内部には、通気性材料により形成された吸音部４１を有するとともに隅部１６を覆う減音部材４０が２つの内面１３ａ，１４ａにわたって設けられている。減音部材４０と隅部１６との間には空気室５０が設けられている。

こうした構成によれば、上記作用１を奏することから、吸気騒音を効果的に低減することができる。
（２）減音部材４０は、インレット１１に対向する隅部１６を覆っている。このため、インレット１１を通じて第１ハウジング１０の内部に流入する吸気が減音部材４０を通過しやすくなる。このため、減音部材４０による吸気音の音圧レベルの低減効果を確実に発揮させることができる。

（３）減音部材４０の表面には、インレット１１から離間するほどフィルタエレメント３０に近接するように傾斜した傾斜部４７が設けられている。
こうした構成によれば、インレット１１を通じて第１ハウジング１０の内部に流入した吸気が減音部材４０の表面の傾斜部４７により案内されることでフィルタエレメント３０に向けて円滑に流れる。したがって、吸気を整流することができ、エアクリーナの圧力損失を低減することができる。

（４）減音部材４０の外縁部４３は、外縁部４３により囲まれた部分４４よりも厚さ方向に圧縮された形状を有しており、第１ハウジング１０の内面１３ａ，１４ａに当接されている。

こうした構成によれば、第１ハウジング１０の内面１３ａ，１４ａに当接される減音部材４０の外縁部４３の強度が高められる。このため、第１ハウジング１０に対して減音部材４０が安定して保持される。

（５）吸音部４１における空気室５０の外方側の面には、吸音部４１よりも通気度の低い通気性材料により形成された表皮層４２が設けられている。
こうした構成によれば、上記作用２を奏することから、表皮層４２が設けられていない場合に比べて、より低い周波数成分の音圧レベルを効果的に低減することができる。

＜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。
・表皮材４２ａはＰＥＴ繊維からなる不織布シートにより形成されたものに限られない。例えばＰＡ（ポリアミド）繊維や、ＰＰ（ポリプロピレン）繊維からなる不織布シートにより表皮材４２ａを形成することもできる。また、表皮材４２ａを樹脂フィルムや塗料により形成することもできる。この場合、ニードルパンチにより多数の孔を形成すればよい。

・通気部４２ｂの接着層はＰＥ（ポリエチレン）に限定されない。例えば、ＰＰ（ポリプロピレン）により接着層を形成することもできる。
・例えば主繊維とバインダ繊維とからなる不織布シートにより吸音部４１を形成することもできる。この場合、例えば主繊維としてＰＥＴ繊維を採用するとともに、バインダ繊維としてＰＰ繊維を採用することができる。また、主繊維としてガラス繊維や炭素繊維を採用することもできる。これらの場合、バインダ繊維として例えばＰＡ繊維やＰＰ繊維を採用することができる。

・吸音部４１は不織布シートにより形成されたものに限られない。例えば発泡ポリウレタンなどの発泡材料により吸音部４１を形成することもできる。
・表皮層４２を省略し、吸音部４１のみによって減音部材４０を形成してもよい。この場合であっても、上記作用１を奏することができる。

・減音部材４０の表面の形状を適宜変更することができる。
・インレット１１に対向しない隅部を覆うように減音部材４０を設けるとともに、同隅部と減音部材４０との間に空気室を設けるようにしてもよい。

・上記実施形態では、第１ハウジング１０の２つの内面１３ａ，１４ａによって形成された隅部１６を覆うように減音部材４０を設けた。これに代えて、周壁１３の互いに隣り合う２つの内面と、底壁１４の内面とによって形成された隅部を覆うように減音部材を設けるようにしてもよい。すなわち、互いに交差する３つの内面によって形成された隅部を覆うように減音部材を設けるようにしてもよい。この場合、減音部材及び空気室を設けることによりエアクリーナの容積が犠牲になることを一層抑制することができる。

・減音部材４０を第２ハウジング２０の内部に設けるとともに、減音部材４０と第２ハウジング２０の隅部との間に空気室５０を形成するようにしてもよい。

１０…第１ハウジング、１１…インレット、１２…上部開口、１３…周壁、１３ａ…内面、１４…底壁、１４ａ…内面、１５…フランジ、１６…隅部、１７…段差部、１８，１９…固定ピン、２０…第２ハウジング、２１…アウトレット、２２…下部開口、２３…周壁、２４…頂壁、２５…フランジ、３０…フィルタエレメント、３１…濾過部、３２…シール部、４０…減音部材、４１…吸音部、４２…表皮層、４２ａ…表皮材、４２ｂ…通気部、４３…外縁部、４４…外縁部により囲まれた部分、４５、４６…孔、４７…傾斜部、５０…空気室。

図４に示すように、表皮層４２は、表皮材４２ａと、表皮材４２ａと吸音部４１との間に介在された通気部４２ｂとを有している。
表皮材４２ａは、不織布シートにより形成されている。この不織布シートは、例えばＰＥＴ繊維により形成されている。なお、不織布シートの目付けは、２０〜１０００ｇ／ｍ^２が好ましい。また、ＰＥＴ繊維の繊度は、０．０１〜２５ｄｔが好ましい。また、表皮材４２ａの板厚は、０．１〜５ｍｍが好ましい。

Claims

インレットを有する第１ハウジング、アウトレットを有する第２ハウジング、及び前記第１ハウジングの開口と同開口に向かい合う前記第２ハウジングの開口との間に介設されたフィルタエレメントとを備えるエアクリーナにおいて、
前記第１ハウジング及び前記第２ハウジングの少なくとも一方のハウジングは、前記ハウジングの互いに交差する少なくとも２つの内面によって形成された隅部を有しており、
前記ハウジングの内部には、通気性材料により形成された吸音部を有するとともに前記隅部を覆う減音部材が前記少なくとも２つの内面にわたって設けられており、
前記減音部材と前記隅部との間には空気室が設けられている、
エアクリーナ。
前記減音部材は、前記第１ハウジングの内部に設けられ、前記インレットに対向する前記隅部を覆っている、
請求項１に記載のエアクリーナ。
前記減音部材の表面には、前記インレットから離間するほど前記フィルタエレメントに近接するように傾斜した傾斜部が設けられている、
請求項２に記載のエアクリーナ。
前記減音部材の外縁部は、前記外縁部により囲まれた部分よりも厚さ方向に圧縮された形状を有しており、前記第１ハウジングの内面に当接されている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のエアクリーナ。
前記吸音部における前記空気室の外方側の面には、前記吸音部よりも通気度の低い通気性材料により形成された表皮層が設けられている、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のエアクリーナ。