JP2007239546A

JP2007239546A - 吸気装置

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Publication number: JP2007239546A
Application number: JP2006061327A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kino; 等木野; Yutaka Iwao; 裕岩尾
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP4535005B2

Abstract

【課題】窓部および多孔質部材を持ち、圧力損失の増大を抑制できる吸気装置を提供すること。
【解決手段】筒状をなし内部が吸気流路を形成する非孔質の本体部と、本体部の周壁に形成され内外を連通する窓部と、窓部を覆う多孔質部材と、を持つ吸気装置において、本体部に、真っ直ぐに延びる直筒部と、直筒部に連絡し湾曲して延びる湾曲筒部と、を設け、窓部を直筒部に形成する。また、窓部は、湾曲筒部と直筒部との境界部分の径方向断面において湾曲筒部の曲率が最大になる点と最小になる点とをとおり直筒部の軸線に平行な第１平面と、直筒部の周壁と、が交わる部分を避けた位置に配する。吸気の流速が非常に大きくなる湾曲筒部を避けた部分に窓部を形成することで、窓部および多孔質部材を通じて吸気流路に流入する空気の量を低減できる。また、直筒部に窓部を形成することで、上述した乱流の攪拌を抑制できる。第１平面と直筒部の周壁とが交わる部分を避けた位置に窓部を配することで、窓部の位置を、流速が非常に大きい領域の影響を受け難い位置にできる。本発明の吸気装置によると、これらの協働によって、圧力損失の増大を抑制できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、自動車用の吸気ダクトやエアクリーナホースなどの吸気装置に関する。

吸気ダクトやエアクリーナホースなどの吸気装置は、筒状をなし内部に吸気流路を形成する本体部を持つ。吸気装置の本体部は一般には非孔質である。充分な吸気圧を確保するためである。近年、吸気騒音を低減する目的で、本体部の周壁に内外を連通する窓部を形成し、この窓部を多孔質部材で覆う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の吸気装置では、吸気圧（負圧）により、窓部および多孔質部材を通じて吸気流路に空気が流入する。このため、吸気装置の形状によっては、窓部よりも吸気流路の下流側では圧力損失が増大し、吸気装置よりも吸気流路の下流側に供給できる空気の量が少なくなる場合があった。
特開２０００−２８２９８１号公報

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、窓部および多孔質部材を持ち、圧力損失の増大を抑制できる吸気装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の吸気装置は、筒状をなし内部が吸気流路を形成する非孔質の本体部と、該本体部の周壁に形成され内外を連通する窓部と、該窓部を覆う多孔質部材と、を持つ吸気装置であって、本体部は真っ直ぐに延びる直筒部と、直筒部に連絡し湾曲して延びる湾曲筒部と、を持ち、窓部は直筒部に形成され、窓部は、湾曲筒部と直筒部との境界部分の径方向断面において湾曲筒部の曲率が最大になる点と最小になる点とをとおり直筒部の軸線に平行な第１平面と、直筒部の周壁と、が交わる部分を避けた位置に配されていることを特徴とする。

本発明の吸気装置は、下記の構成（１）または（２）を備えるのが好ましい。構成（１）（２）の両方を備えるのが望ましい。
（１）上記直筒部は、上記湾曲筒部の吸気流路上流側に連絡する上流直筒部と、上記湾曲筒部の吸気流路下流側に連絡する下流直筒部と、を持ち、上記窓部は、下流直筒部に形成されている。
（２）上記窓部は、上記第１平面に直交し上記直筒部の軸線を含む第２平面と、上記直筒部の周壁と、が交わる部分の少なくとも一部を含んだ位置に配され、上記直筒部における上記窓部の周方向長さは、上記直筒部の周方向長さの１／４以下である。

上述したように、窓部および多孔質部材を持つ吸気装置は、その形状によっては、圧力損失が大きくなる場合がある。この現象は、特に、吸気装置が湾曲して延びる部分（湾曲筒部）を持つ場合に顕著である。これは、以下の理由によると考えられる。

一般的な吸気装置を吸気流路に沿って切断した様子を模式的に表す断面図を図１に示す。図１に示す吸気装置を図１中Ａ−Ａ’位置で切断した様子を模式的に表す断面図を図２に示す。図１に示す吸気装置を図１中Ｂ−Ｂ’位置で切断した様子を模式的に表す断面図を図３に示す。図１に示す吸気装置を図１中Ｃ−Ｃ’位置で切断した様子を模式的に表す断面図を図４に示す。図１に示すように、湾曲筒部１１を持つ吸気装置の吸気系路には、流速が非常に大きい領域Ｘと、乱流が生じて流速が非常に小さくなる領域Ｙとが生じる。図１に示すように、湾曲筒部１１のなかで曲率が大きい領域Ｚでは、吸気の流速が非常に大きくなる。したがって、湾曲筒部１１に窓部を形成すると、吸気流路に流入する空気の量が増大し、圧力損失が増大する。また、曲率が大きい領域Ｚに隣接した吸気流路の下流側の領域Ｙでは、乱流が発生し、吸気の流速が非常に小さくなる。上述したように、湾曲筒部１１に窓部を形成すると吸気流路に流入する空気の量が増大するため、乱流が攪拌されて増大する。したがって、乱流によって吸気の流れが大きく阻害され、圧力損失が増大する。

本発明の吸気装置は、窓部を直筒部１０に形成することで、圧力損失の増大を抑制できる。直筒部１０、すなわち、吸気の流速が非常に大きくなる湾曲筒部１１を避けた部分に窓部を形成することで、多孔質部材を通じて窓部から吸気流路に流入する空気の量を低減できる。また、直筒部１０に窓部を形成することで、上述した乱流の攪拌を抑制できる。

さらに、図２〜図４に示すように、流速が非常に大きい領域Ｘは、湾曲筒部１１の前後で径方向に位置ズレする。このため、本発明の吸気装置では、領域Ｘが形成され易い部分を避けた位置に窓部を配し、窓部が領域Ｘの影響を受け難いようにした。領域Ｘが形成され易い部分とは、後述する第１平面と直筒部１０の周壁とが交わる部分（図１におけるＬ１、Ｌ２）である。

本発明の吸気装置によると、これらの協働によって、圧力損失の増大を抑制できる。

本発明の吸気装置が上記構成（１）、（２）の何れかを備える場合には、圧力損失の増大率をさらに低減できる。

本発明の吸気装置において、本体部は筒状をなす。本体部の径方向断面は、例えば、円形であっても良いし矩形であっても良い。本体部は非孔質であり、樹脂等の既知の材料で形成できる。本体部は直筒部と湾曲筒部とを持つ。直筒部と湾曲筒部とはそれぞれ１つずつであっても良いし、複数であっても良い。直筒部と湾曲筒部とは、一体に形成しても良いし、別体で成形し組み立てて一体化しても良い。湾曲筒部は、軸線の曲率が一定であっても良いし、一定でなくても良い。

直筒部には窓部が形成されている。窓部の開口面積や形状は特に問わない。なお、窓部の開口面積が小さいほど圧力損失の増大を抑制でき、窓部の開口面積が大きいほど吸気騒音を低減できる。また、窓部を覆う多孔質部材としては、発泡樹脂、織布、不織布等の既知のものを使用できる。

本体部が複数の湾曲筒部を持つ場合には、ある特定の湾曲筒部に対して吸気流路の上流側に連絡する直筒部が上流直筒部となり、吸気流路の下流側に連絡する直筒部が下流直筒部となる。例えば、直筒部と湾曲筒部とが、吸気流路の下流側に向けて、第１の直筒部→第１の湾曲筒部→第２の直筒部→第２の湾曲筒部→第３の直筒部の順に配置されている場合には、第１の湾曲筒部に対する上流直筒部は第１の直筒部であり、第１の湾曲筒部に対する下流直筒部は第２の直筒部である。第２の湾曲筒部に対する上流直筒部は第２の直筒部であり、第２の湾曲筒部に対する下流直筒部は第３の直筒部である。したがって、この場合には、窓部は第１の直筒部、第２の直筒部、第３の直筒部の何れかに形成すれば良い。なお、窓部は下流直筒部に形成するのが好ましいため、この場合には、第３の直筒部または第２の直筒部に窓部を形成するのが好ましい。なお、複数の窓部を形成する場合には、何れか１つの直筒部のみに複数の窓部を形成しても良いし、２以上の直筒部に１つずつの窓部を形成しても良い。

本発明の吸気装置において、窓部は、直筒部の特定の位置に形成される。湾曲筒部は筒状をなし湾曲して延びるため、湾曲筒部の曲率は湾曲筒部上の各点において異なる。本発明の吸気装置の一例を模式的に表す斜視図を図５に示す。図５に示すように、湾曲筒部１１と直筒部１０との境界部分における径方向断面Ｓには、湾曲筒部１１の曲率が最大になる点Ｐ１と最小になる点Ｐ２とが存在する。

本発明の吸気装置では、点Ｐ１と点Ｐ２とをとおり直筒部１０の軸線Ｌ０に平行な第１平面Ｆ１と、直筒部１０の周壁と、が交わる部分（Ｌ１、Ｌ２）を避けた位置に窓部を形成する。直線Ｌ１およびＬ２を避けた位置に窓部を形成すれば、上述したように、窓部の位置を、流速が非常に大きい領域の影響を受け難い位置にできる。このため、圧力損失の増大を抑制できる。

また、図６に示すように、湾曲筒部１１の軸線（図略）が３次元的に湾曲している場合にも同様に、窓部は、点Ｐ１と点Ｐ２とをとおり直筒部１０の軸線Ｌ０に平行な第１平面Ｆ１と、直筒部１０の周壁と、が交わる部分（Ｌ１、Ｌ２）を避けた位置に形成すればよい。

以下、本発明の吸気装置を図面を基に説明する。

（実施例１）
実施例１の吸気装置は、上記構成（１）、（２）を備える。実施例１の吸気装置を模式的に表す側面図を図７に示す。

実施例１の吸気装置は、本体部１と、窓部２と、多孔質部材３と、を持つ。本体部１はＰＰ（ポリプロピレン）製であり、非孔質である。本体部１は筒状をなす。本体部１は、１つの湾曲筒部１１と２つの直筒部１０（上流直筒部１０ａ、下流直筒部１０ｂ）とをもつ。上流直筒部１０ａは湾曲筒部１１の吸気流路上流側に連絡し、下流直筒部１０ｂは湾曲筒部１１の吸気流路下流側に連絡している。上流直筒部１０ａと下流直筒部１０ｂとは直交する方向に延び、同じ平面に接する。本体部１の軸線の長さは６００ｍｍである。上流直筒部１０ａの軸方向長さは２５０ｍｍであり、下流直筒部１０ｂの軸方向長さは２５０ｍｍである。湾曲筒部１１の軸線の曲率半径は６５ｍｍである。本体部１の肉厚は３ｍｍであり、内径（直径）は５６ｍｍである。

実施例１の吸気装置は、１つの窓部２を持つ。窓部２は下流直筒部１０ｂに形成されている。湾曲筒部１１と下流直筒部１０ｂとの境界部分の径方向断面には、湾曲筒部１１の曲率が最大になる点Ｐ１と湾曲筒部１１の曲率が最小になる点Ｐ２とが存在する。実施例１の吸気装置において、窓部２は、第１平面と下流直筒部１０ｂの周壁とが交わる部分（Ｌ１、Ｌ２）を避け、かつ、第２平面と下流直筒部１０ｂの周壁とが交わる部分（Ｌ３）を含む位置に形成されている。第１平面は、点Ｐ１および点Ｐ２をとおり下流直筒部１０ｂの軸線Ｌ０に平行な平面である。第２平面は、第１平面に直交し下流直筒部１０ｂの軸線Ｌ０を含む平面である。下流直筒部１０ｂにおける窓部２の周方向長さは、下流直筒部１０ｂの周方向長さの１／４である。窓部２は多孔質部材３で覆われている。多孔質部材３はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の不織布からなる。

（実施例２）
実施例２の吸気装置は、上記構成（２）を備える。実施例２の吸気装置を模式的に表す側面図を図８に示す。

実施例２の吸気装置は、１つの窓部２と１つの多孔質部材３とを持つ。実施例２の吸気装置において、窓部２は上流直筒部１０ａに形成され、多孔質部材３で覆われている。湾曲筒部１１と上流直筒部１０ａとの境界部分の径方向断面には、湾曲筒部１１の曲率が最大になる点Ｐ１と湾曲筒部１１の曲率が最小になる点Ｐ２とが存在する。実施例２の吸気装置において、窓部は、第１平面と上流直筒部１０ａの周壁とが交わる部分（Ｌ１、Ｌ２）を避け、かつ、第２平面と上流直筒部１０ａの周壁とが交わる部分（Ｌ３）を含む位置に形成されている。第１平面は、点Ｐ１および点Ｐ２をとおり上流直筒部１０ａの軸線Ｌ０に平行な平面である。第２平面は、第１平面に直交し上流直筒部１０ａの軸線Ｌ０を含む平面である。実施例２の吸気装置における窓部２は、実施例１の吸気装置における窓部２と同形状である。実施例２の吸気装置は、窓部２および多孔質部材３の配置位置以外は実施例１と同じである。

（実施例３）
実施例３の吸気装置は、上記構成（２）を備える。実施例３の吸気装置を模式的に表す側面図を図９に示す。

実施例３の吸気装置は、２つの窓部２と２つの多孔質部材３とを持つ。実施例３の吸気装置において、窓部２は、下流直筒部１０ｂと上流直筒部１０ａとにそれぞれ１つずつ形成されている。各々の窓部２は多孔質部材３で覆われている。下流直筒部１０ｂに形成されている窓部２は、実施例１の吸気装置における窓部２と同形状かつ同位置に形成されている。上流直筒部１０ａに形成されている窓部２は、実施例２の吸気装置における窓部２と同形状かつ同位置に形成されている。

（比較例１）
比較例１の吸気装置は、窓部が湾曲筒部に形成されていること以外は、実施例１の吸気装置と同じである。比較例１の吸気装置を模式的に表す側面図を図１０に示す。

比較例１の吸気装置は、１つの窓部２と１つの多孔質部材３とを持つ。比較例１の吸気装置において、窓部２は湾曲筒部１１に形成されている。比較例１の吸気装置における窓部２は、実施例１の吸気装置における窓部２と平行に形成されている。比較例１の吸気装置における窓部２の開口面積は、実施例１の吸気装置における窓部２の開口面積と同じである。

（比較例２）
比較例２の吸気装置は、窓部が湾曲筒部と上流直筒部と下流直筒部とにそれぞれ形成されていること以外は実施例１の吸気装置と同じである。比較例２の吸気装置を模式的に表す側面図を図１１に示す。

比較例２の吸気装置は、３つの窓部２と３つの多孔質部材３とを持つ。比較例２の吸気装置において、窓部２は、下流直筒部１０ｂと湾曲筒部１１と上流直筒部１０ａとにそれぞれ１つずつ形成されている。各々の窓部２は多孔質部材３で覆われている。下流直筒部１０ｂに形成されている窓部２は、実施例１の吸気装置における窓部２と同形状かつ同位置に形成されている。湾曲筒部１１に形成されている窓部２は比較例１の吸気装置における窓部２と同形状かつ同位置に形成されている。上流直筒部１０ａに形成されている窓部２は、実施例２の吸気装置における窓部２と同形状かつ同位置に形成されている。

（比較例３）
比較例３の吸気装置は、窓部が湾曲筒部と上流直筒部と下流直筒部とにそれぞれ形成されていること以外は実施例１の吸気装置と同じである。比較例３の吸気装置を模式的に表す側面図を図１２に示す。

比較例３の吸気装置は、３つの窓部２と３つの多孔質部材３とを持つ。比較例３の吸気装置において、窓部２は、下流直筒部１０ｂと湾曲筒部１１と上流直筒部１０ａとにそれぞれ１つずつ形成されている。各々の窓部２は多孔質部材３で覆われている。下流直筒部１０ｂに形成されている窓部２は、第１平面と下流直筒部１０ｂの周壁とが交わる部分の一方（Ｌ２）を含む位置に形成されている。湾曲筒部１１に形成されている窓部２は比較例１の吸気装置における窓部２と同形状かつ同位置に形成されている。上流直筒部１０ａに形成されている窓部２は、実施例２の吸気装置における窓部２と同形状かつ同位置に形成されている。

（比較例４）
比較例４の吸気装置は、窓部および多孔質部材を持たないこと以外は実施例１の吸気装置と同じである。

（圧力損失測定試験）
実施例１〜３および比較例１〜４の吸気装置を用い、各吸気装置による圧力損失（以下、単に圧力損失と略する）を測定した。詳しくは、各吸気装置に３段階の流量（２ｍ^３／分、４ｍ^３／分、６ｍ^３／分）で空気を供給し、吸気装置よりも吸気流路上流側における吸気圧（Ｐａ）と、吸気装置よりも吸気流路下流側における吸気圧（Ｐａ）と、を測定した。そして、２つの吸気圧の差を算出し、各吸気装置による圧力損失（Ｐａ）とした。圧側損失測定試験の結果を表すグラフを図１３に示す。

比較例４の吸気装置は、窓部２および多孔質部材３を持たないため、圧力損失が最も小さい。この比較例４の吸気装置による圧力損失を基準値として、実施例１〜３および比較例１〜３の吸気装置による圧力損失とを比較した。なお、図１３に示すように、実施例１〜３および比較例１〜３の吸気装置による圧力損失と基準値との差は、吸気装置に供給する空気の流量（ｍ^３／分）が大きくなるほど増大する。したがって、吸気装置に６ｍ^３／分で空気を供給したときの各吸気装置による圧力損失を比較すれば、実施例１〜３および比較例１〜３の吸気装置による圧力損失が、基準値に比べてどの程度増大しているかがわかる。以下、吸気装置に６ｍ^３／分で空気を供給したときの各吸気装置による圧力損失を、単に圧力損失と略する。

基準値を１００％としたときの実施例１の吸気装置による圧力損失は約１０２％である。基準値を１００％としたときの実施例２の吸気装置による圧力損失は約１０６％である。基準値を１００％としたときの実施例３の吸気装置による圧力損失は約１０７％である。基準値を１００％としたときの比較例１の吸気装置による圧力損失は約１１７％である。基準値を１００％としたときの比較例２の吸気装置による圧力損失は約１１５％である。基準値を１００％としたときの比較例３の吸気装置による圧力損失は約１２５％である。

実施例１の吸気装置による圧力損失は基準値よりも約２％増大しているのみであり、実施例２の吸気装置による圧力損失は基準値よりも約６％増大しているのみである。これに対して、比較例１の吸気装置による圧力損失は基準値よりも約１７％増大している。実施例１〜２の吸気装置および比較例１の吸気装置は、窓部２の数が同じであり、窓部２の形成位置が異なるのみである（実施例１では下流直筒部１０ｂ、実施例２では上流直筒部１０ａ、比較例１では湾曲筒部１１）。したがって、この結果から、窓部２を直筒部１０に形成する場合には、窓部２を湾曲筒部１１に形成する場合に比べて、圧力損失の増大を抑制できることがわかる。すなわち、本発明の吸気装置によると、窓部２および多孔質部材３を設けるにもかかわらず、圧力損失の増大を抑制できることがわかる。

また、比較例２の吸気装置による圧力損失は基準値よりも約１５％増大している。これに対して、比較例３の吸気装置による圧力損失は基準値よりも約２５％増大している。比較例２の吸気装置と比較例３の吸気装置とは、下流筒部における窓部２の配置位置が異なるのみである。すなわち、比較例２の吸気装置では、Ｌ１部分およびＬ２部分を避けた位置に窓部２を形成しているのに対して、比較例３の吸気装置では、Ｌ２部分を含む位置に窓部２を形成している。この結果から、Ｌ１部分およびＬ２部分を避けた位置に窓部２を形成している本発明の吸気装置は、圧力損失の増大を抑制できることがわかる。

さらに、実施例１の吸気装置による圧力損失は基準値とほぼ同等であり、実施例２の吸気装置による圧力損失よりも小さい。この結果から、窓部２を直筒部１０に形成した吸気装置、すなわち、本発明の吸気装置においては、窓部２を下流直筒部１０ｂに形成する場合に、圧力損失の増大をより一層抑制できることがわかる。

また、実施例３の吸気装置による圧力損失は基準値よりも約７％増大しているのみであり、実施例１の吸気装置による圧力損失（約２％の増大）や実施例２の吸気装置による圧力損失（約６％の増大）と大差ない。よって、窓部２を下流直筒部１０ｂと上流直筒部１０ａとの両方に形成する場合にも、窓部２を下流直筒部１０ｂと上流直筒部１０ａとの一方に形成する場合と同様に、圧力損失の増大を抑制できることがわかる。なお、上述したように、窓部２の開口面積が大きいほど吸気騒音を低減できる。このため、実施例３の吸気装置は、実施例１および実施例２の吸気装置に比べて、吸気騒音をより一層低減できる。すなわち、本発明の吸気装置では、窓部２を下流直筒部１０ｂと上流直筒部１０ａとの両方に形成するのが好ましい。

一般的な吸気装置を吸気流路に沿って切断した様子を模式的に表す断面図である。図１に示す吸気装置を図１中Ａ−Ａ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。図１に示す吸気装置を図１中Ｂ−Ｂ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。図１に示す吸気装置を図１中Ｃ−Ｃ位置で切断した様子を模式的に表す断面図である。本発明の吸気装置の一例を模式的に表す斜視図である。本発明の吸気装置の一例を模式的に表す斜視図である。実施例１の吸気装置を模式的に表す側面図である。実施例２の吸気装置を模式的に表す側面図である。実施例３の吸気装置を模式的に表す側面図である。比較例１の吸気装置を模式的に表す側面図である。比較例２の吸気装置を模式的に表す側面図である。比較例３の吸気装置を模式的に表す側面図である。圧側損失測定試験の結果を表すグラフである。

符号の説明

１：本体部、２：窓部、３：多孔質部材、１０ａ：上流直筒部、１０ｂ：下流直筒部

Claims

筒状をなし内部が吸気流路を形成する非孔質の本体部と、該本体部の周壁に形成され内外を連通する窓部と、該窓部を覆う多孔質部材と、を持つ吸気装置であって、
該本体部は真っ直ぐに延びる直筒部と、該直筒部に連絡し湾曲して延びる湾曲筒部と、を持ち、
該窓部は該直筒部に形成され、
該窓部は、該湾曲筒部と該直筒部との境界部分の径方向断面において該湾曲筒部の曲率が最大になる点と最小になる点とをとおり該直筒部の軸線に平行な第１平面と、該直筒部の周壁と、が交わる部分を避けた位置に配されていることを特徴とする吸気装置。
前記直筒部は、前記湾曲筒部の吸気流路上流側に連絡する上流直筒部と、前記湾曲筒部の吸気流路下流側に連絡する下流直筒部と、を持ち、
前記窓部は、該下流直筒部に形成されている請求項１に記載の吸気装置。
前記窓部は、前記第１平面に直交し前記直筒部の軸線を含む第２平面と、前記直筒部の周壁と、が交わる部分の少なくとも一部を含む位置に配され、
前記直筒部における前記窓部の周方向長さは、前記直筒部の周方向長さの１／４以下である請求項１に記載の吸気装置。