JP2012193691A - 吸気ダクト - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気騒音を低減し、小型軽量かつ組み付け性に優れた吸気ダクトを提供すること。
【解決手段】 吸気ダクトＳは、外気を内燃機関に導通するダクト部分１１、所定の周波数域の吸気騒音を低減するレゾネータ部分１２及びダクト部分１１とレゾネータ部分１２とを接続する連通管１３を一体的に集積した吸気ダクト本体部１０と、多孔質材料から成形されるポーラスダクト２０とから構成される。本体部１０は、ダクト部分１１の軸線を含む平面で分割されていて、ダクト部分１１に形成された収容凹部１１Ａａ、１１Ｂａ内にダクト２０を収容した状態で係合爪１０Ｃと係合孔１０Ｄとを係合させることにより一体的に組み付けられる。したがって、極めて容易に本体部１０とダクト２０とからなる小型軽量な吸気ダクトＳを組み立てることができるとともに、レゾネータ部分１２及びダクト２０により吸気騒音が低減される
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に対して外気を導入するための吸気系を構成する吸気ダクトに関する。

従来から、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が外気を吸気する際に、吸気系にて発生する吸気騒音を低減するため、例えば、下記特許文献１に示されているような吸気ダクトが採用されることは広く知られている。吸気系の吸気騒音は、インテークマニホールドに組み付けられたインテークバルブの開閉に応じて吸気系内部に生じる管内圧力脈動に起因した気柱共鳴により発生する場合がある。これに対処するために、上記従来の吸気ダクトにおいては、硬質材料によって形成された吸気口部材及び樹脂ダクトが、織布によって管形状に形成された所定長の繊維ダクトを介して連結されて構成されている。

この構成によれば、繊維ダクトが織布によって形成されて通気性を有しているため、管内圧力脈動を繊維ダクトの管壁を介して吸気系外部に逃がすことができる。このため、管内圧力脈に起因して発生する気柱共鳴を起こり難くすることができて、吸入騒音を低減することができる。

また、近年においては、上述したような管壁の一部が通気性を有する吸気ダクトに対して、例えば、下記特許文献２に示されているようにレゾネータを連結して設けることも広く知られている。このレゾネータは、特定周波数の騒音を低減させるためにヘルムホルツの共鳴理論に基づいて計算される容積を有していて、この容積値を適宜設定する（ことにより、吸気通路内（すなわち、吸気ダクト内）で発生する吸気騒音をより低減することができるようになっている。

特開２０００−６４９１８号公報 特開２００９−２９３４４２号公報

ところで、上記特許文献１に示されている吸気ダクトにおいては、吸気口部材及び樹脂ダクトに対して繊維ダクトを挿入して仮組み付けし、その後、例えば、リベット止めや接着剤止め（ホットメルト）等によって組み立てる必要がある。また、上記特許文献２に示されているようにレゾネータを吸気ダクトに連結する場合には、別途組み立てられた吸気ダクトをレゾネータに対して接続して組み立てる必要がある。

このように、上記従来の吸気ダクト単体及び上記従来の吸気ダクトに対してレゾネータを接続して設ける場合においては、吸気騒音を効果的に低減することができるものの、その組み付け性を改善する余地がある。すなわち、例えば、レゾネータを組み付ける上記従来の吸気ダクトにおいては、図７に示すように、個々の部品を一体的に組み付けるにあたり、ホットメルトによる接着や固定部材が必要となる。この場合、重量が増加することが懸念されるとともに、近年コンパクト化される傾向にあるエンジンルームにあって固定部材を設置するスペースを確保することが困難になりつつある。したがって、レゾネータの組み付けられる吸気ダクトに対しては、軽量化及び省スペース化を達成することが望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関が外気を吸気する際に発生する吸気騒音を低減し、小型軽量かつ組み付け性に優れた吸気ダクトを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、内燃機関に対して外気を導入するための吸気系を構成する吸気ダクトであって、前記吸気ダクトが、前記内燃機関に対して外気を導入するダクト部分と、前記内燃機関による吸気に伴って発生する吸気騒音を低減するレゾネータ部分と、前記ダクト部分と前記レゾネータ部分とを連通する連通管とを一体化した吸気ダクト本体部と、前記ダクト部分に形成された収容凹部内に収容されて、前記内燃機関による吸気に伴って前記ダクト部分にて発生する管内圧力脈動に伴う振動及び騒音を減衰するポーラスダクトとを備えたことにある。

これによれば、吸気ダクトを、ダクト部分、レゾネータ部分及び連通管を一体的に集積した吸気ダクト本体部と吸気ダクト本体部を構成するダクト部分に形成された収容凹部内に収容されるポーラスダクトとから構成することができる。これにより、吸気ダクト本体部においては、内燃機関による吸気に伴って発生する吸気騒音をダクト部分と連通管を介して接続されたレゾネータ部分が消音するとともに、ダクト部分に一体的に収容されたポーラスダクトが内燃機関による吸気に伴って発生する管内圧力脈動に伴う振動を低減して吸気騒音を消音する。すなわち、吸気ダクトにおいては、レゾネータ部分とポーラスダクトとが協調して吸気騒音を効果的に低減することができる。そして、このようにレゾネータ部分とポーラスダクトとを協調させることができることにより、レゾネータ部分の共鳴室を複数有する必要がなくなり、レゾネータ部分の構造を簡素化することができるとともに、小型化及び軽量化を達成することもできる。

また、本発明の他の特徴は、前記吸気ダクト本体部が、前記ダクト部分の軸線を含む面により、前記ダクト部分、前記レゾネータ部分及び前記連通管が分割されていて、前記分割された吸気ダクト本体部のうちの一方側に係合爪が形成され、前記分割された吸気ダクト本体部のうちの他方側に前記係合爪と係合する係合孔が形成されており、前記ポーラスダクトが前記分割されたダクト部分に形成された収容凹部に収容された状態で前記係合爪と前記係合孔とが互いに係合されることにもある。

これによれば、極めて容易に吸気ダクトを組み立てることができる。具体的には、ダクト本体部にポーラスダクトを一体的に組み付けるとき、ダクト部分に形成された収容凹部内にポーラスダクトを収容した状態で、吸気ダクト本体部に形成された係合爪と係合孔とを互いに係合させることで吸気ダクトの組み立てが完了する。したがって、従来から組み立てに必要であって各種部材（例えば、リベットや接着剤等）を廃止することができるとともに、極めて容易に吸気ダクトを組み立てることができる。又、ダクト部分、レゾネータ部分及び連通管をダクト本体部として一体的に集積化することにより、従来から必要であった固定部材やホットメルトによる接着を廃止することができ、その結果、極めて容易に吸気ダクトを組み立てることができるとともに軽量化及び省スペース化を達成することもできる。

本発明の実施形態に係る吸気ダクトの全体構成を概略的に示す図である。 図１の吸気ダクト本体部の構造を説明するための図である。 図１のポーラスダクトを説明するための図である。 図３のポーラスダクトの構造を説明するための図である。 図１の吸気ダクトによる吸気騒音低減効果を説明するためのグラフである。 共鳴室が複数形成される従来のレゾネータを説明するための図である。 従来の吸気ダクトを説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る吸気ダクトＳの全体を概略的に示している。この吸気ダクトＳは、吸気ダクト本体部１０と、多孔質材料（例えば、繊維材料）から成形されて吸気ダクト本体部１０に収容されるポーラスダクト２０とから構成される。

吸気ダクト本体部１０は、外気を内燃機関に導通する外気導入機能及びレゾネータ機能を有するものである。このため、吸気ダクト本体部１０は、図１に示すように、管状のダクト部分１１とレゾネータ機能を発揮する箱状のレゾネータ部分１２とを一体的に備えている。ダクト部分１１は、ファンネル形状を有する吸気口から導入した外気を、例えば、エアクリーナを介してエンジンに導入させるものであり、外気導入機能を発揮するものである。レゾネータ部分１２は、所定の容積を有してヘルムホルツの共鳴理論によって所定の周波数域における吸気騒音を低減するものであり、レゾネータ機能を発揮するものである。そして、ダクト部分１１とレゾネータ部分１２とは互いに１本の管状の連通管１３によって一体的に接続されている。

このように、吸気ダクト本体部１０を形成するダクト部分１１、レゾネータ部分１２及び連通管１３は、図２に示すように、例えば、ダクト部分１１の軸線を含む平面により上下２つに分割されている。なお、以下の説明では、図２に示すように上下に２つに分割された吸気ダクト本体部１０において、図２における上側部分を吸気ダクト本体部１０Ａと称呼し、図２における下側部分を吸気ダクト本体部１０Ｂと称呼する。また、ダクト部分１１、レゾネータ部分１２及び連通管１３のうち、吸気ダクト本体部１０Ａを形成する部分をそれぞれダクト部分１１Ａ、レゾネータ部分１２Ａ及び連通管１３Ａと称呼し、吸気ダクト本体部１０Ｂを形成する部分をそれぞれダクト部分１１Ｂ、レゾネータ部分１２Ｂ及び連通管１３Ｂと称呼する。

ここで、吸気ダクト本体部１０Ａを形成するダクト部分１１Ａ、レゾネータ部分１２Ａ及び連通管１３Ａは、例えば、樹脂材料を射出成形により金型内に射出することによって、図２に示すように一体的に形成されるものである。また、吸気ダクト本体部１０Ｂを形成するダクト部分１１Ｂ、レゾネータ部分１２Ｂ及び連通管１３Ｂも、例えば、樹脂材料を射出成型により金型内に射出することによって、図２に示すように一体的に形成されるものである。なお、本実施形態における箱状のレゾネータ部分１２は、図２に示すように、特にレゾネータ部分１２Ｂの内部が仕切られることなく、一つの共鳴室のみが形成されている。すなわち、本実施形態におけるレゾネータ部分１２は、ある特定の周波数域における吸気騒音を低減するようになっている。

そして、吸気ダクト本体部１０Ａ及び吸気ダクト本体部１０Ｂのいずれか一方（本実施形態においては吸気ダクト本体部１０Ａ）には吸気ダクト本体部１０として一体的に組み立てるための複数の係合爪１０Ｃが形成されているとともに、他方（本実施形態においては吸気ダクト本体部１０Ｂ）には係合爪１０Ｃと係合するための係合孔１０Ｄが形成されている。これにより、ダクト部分１１Ａ、レゾネータ部分１２Ａ及び連通管１３Ａを一体化して形成される吸気ダクト１０Ａと、ダクト部分１１Ｂ、レゾネータ部分１２Ｂ及び連通管１３Ｂを一体化して形成される吸気ダクト１０Ｂとは、係合爪１０Ｃと係合孔１０Ｄとが互いに係合することによって一体的に組み立てられて、吸気ダクト本体部１０を形成する。

又、ダクト部分１１Ａ及びダクト部分１１Ｂには、後述するように組み立てられてダクト部分１１を形成した際に、ポーラスダクト２０をその内部に収容して保持するように、それぞれ、外方に向けて膨出する収容凹部１１Ａａ及び収容凹部１１Ｂａが形成されている。そして、それぞれの収容凹部１１Ａａ及び収容凹部１１Ｂａには、開口部１１Ａａ１及び開口部１１Ｂａ１が形成されており、収容されるポーラスダクト２０の通気性を確保するようになっている。

ポーラスダクト２０は、図３に示すように、中空の管形状に成形されるものである。そして、ポーラスダクト２０は、図４に示すように、軸方向に伸びる縦糸２０ａと、周方向に伸びるワイヤ２０ｂ及び横糸２０ｃとを編み込んだ織布から形成されており、所定の管形状に成形されている。また、ポーラスダクト２０の外表面には、織布の編目の大きさを調整するための樹脂２０ｄが含浸塗布されている。このため、ポーラスダクト２０の管壁は、樹脂２０ｄの含浸量を適宜調整することによって、所望の通気性を有する状態とされている。

次に、作業者による吸気ダクトＳの組み立てについて説明する。

まず、作業者は、吸気ダクト本体部１０の下側部分である吸気ダクト本体部１０Ｂのダクト部分１１Ｂに形成されている収容凹部１１Ｂａに対して、樹脂２０ｄを含浸したポーラスダクト２０を設置する。このとき、ダクト部分１１Ｂに形成された収容凹部１１Ｂａの内周寸法は、設置されるポーラスダクト２０の外形寸法に対して若干大きな寸法とされており、作業者はポーラスダクト２０を収容凹部１１Ｂａに嵌め込むことなく極めて容易に設置することができる。

このように、吸気ダクト本体部１０Ｂの所定位置（より詳しくは、ダクト部分１１Ｂの収容凹部１１Ｂａ）にポーラスダクト２０を設置した後、作業者は吸気ダクト本体部１０の上側部分である吸気ダクト本体部１０Ａを、吸気ダクト本体部１０Ａに形成された収容凹部１１Ａａ内に前記設置されたポーラスダクト２０が収容されるように、吸気ダクト本体部１０Ｂに対して載置する。このとき、ダクト部分１１Ａに形成された収容凹部１１Ａａの内周寸法も、設置されるポーラスダクト２０の外形寸法に対して若干大きな寸法とされており、作業者はポーラスダクト２０を収容凹部１１Ａａに嵌め込むことなく吸気ダクト本体部１０Ａを載置することができる。そして、作業者は、載置した吸気ダクト本体部１０Ａを吸気ダクト本体部１０Ｂに向けて押下し、吸気ダクト本体部１０Ａに形成された係合爪１０Ｃを吸気ダクト本体部１０Ｂに形成された係合孔１０Ｄに係合させる。これにより、吸気ダクト本体部１０Ａ、吸気ダクト本体部１０Ｂ及びポーラスダクト２０を一体的に組み付けることができ、吸気ダクトＳの組み立てが極めて容易に完了する。

このように組み立てられた吸気ダクトＳにおいては、ダクト部分１１Ａ及びダクト部分１１Ｂによって管形状に形成されるダクト部分１１が外気導入機能を発揮することにより、内燃機関に対して適切に外気を導入することができる。また、吸気ダクトＳにおいては、レゾネータ部分１２Ａ及びレゾネータ部分１２Ｂによって所定の容積を有するように形成されるレゾネータ部分１２がレゾネータ機能を発揮することにより、ヘルムホルツの共鳴理論に基づいて吸気騒音を低減することができる。

さらに、吸気ダクトＳにおいては、レゾネータ部分１２による吸気騒音の低減効果に加えて、収容凹部１１Ａａ及び収容凹部１１Ｂａ内に収容されたポーラスダクト２０が吸気ダクト本体部１０の内部における気柱共鳴の発生を抑制することによって吸気騒音を大幅に低減することができる。以下、この騒音低減効果を図５に基づいて説明する。なお、図５に示すグラフにおいて、縦軸は、音源（内燃機関としてのエンジン）における音圧レベルに対して吸気口近傍における音圧レベルの比を表す音響伝達特性を示すものであり、音圧レベル（値）が高い（大きい）ほど吸気騒音として大きい音が発生していることを示し、音圧レベル（値）が低い（小さい）ほど吸気騒音として小さい音が発生していることを示している。また、図５に示すグラフにおいて、横軸は、音源（内燃機関としてのエンジン）の回転数に相当する周波数を示している。

ポーラスダクト２０を収容した吸気ダクトＳによる吸気騒音低減効果を比較するために、ポーラスダクト２０を収容していない吸気ダクト（以下、この吸気ダクトを従来品と称呼する。）を作製し音響伝達特性の測定を実施した。なお、この従来品においては、従前より吸気騒音を低減するために実施されているように、レゾネータ部分が複数の共鳴室（例えば、３つの異なる容積を有する共鳴室）を有するようになっている（図６を参照）。

そして、音響伝達特性を測定した結果、従来品は、図５にて破線により示すように、周波数の増加（すなわち、エンジンの回転数の増加）に伴って音圧レベルが増加する傾向を有し、特に、特定の周波数において音圧レベルが低下する。これは、従来品が、複数の共鳴室を有するレゾネータ部分がヘルムホルツの共鳴理論に基づいて、各共鳴室に設定された容積にそれぞれ対応する周波数域（すなわち、エンジンの特定の回転数域）にて吸気騒音を低減しているからである。なお、各共鳴室に設定された容積については、その容積が小さくなるほど、高周波域の吸気騒音を低減すると言われている。

これに対して、本発明品である吸気ダクトＳは、図５にて実線により示すように、周波数の増加（すなわち、エンジンの回転数の増加）に伴って音圧レベルが増加する傾向を有するものの、従来品のように特定の周波数にて音圧レベルが低下することなく全体的に吸気騒音の音圧レベルを良好に低減している。これは、吸気ダクトＳがレゾネータ部分１２を有するとともにポーラスダクト２０を収容して構成されているからである。すなわち、吸気ダクトＳにおいては、ダクト本体部１０のダクト部分１１内で発生した管内圧力脈動による振動が、空気を媒体としてポーラスダクト２０の管壁を通過するときに管壁内すなわち編目にて一様に減衰されて、収容凹部１１Ａａ及び収容凹部１１Ｂａに形成された開口部１１Ａａ１及び開口部１１Ｂａ１を介して外部に伝播する。このとき、管壁に含浸された樹脂２０ｄの含浸量を調整して通気度を調整することによって、収容されたポーラスダクト２０は、所定の管内圧力脈動による振動及び騒音（吸気騒音）を低減すなわち所定の周波数域における吸気騒音を低減することができる。特に、図５からも明らかなように、本実施形態における吸気ダクトＳは高周波域において従来品に比して吸気騒音の音圧レベル比が低減されており、従って、ポーラスダクト２０は高周波域における管内圧力脈動による振動及び吸気騒音を効果的に減衰するようになっている。

また、吸気ダクトＳにおけるレゾネータ部分１２は、複数の共鳴室を有していない。このため、レゾネータ部分１２は形成された容積に応じた特定の周波数における吸気騒音を低減する。この場合、レゾネータ部分１２の容積を適宜設定することによって、低周波域の吸気騒音を選択的に低減することができる。したがって、吸気ダクトＳにおいては、エンジンの回転数が小さいときにはレゾネータ部分１２がヘルムホルツの共鳴理論に基づいて低周波域における吸気騒音を効果的に低減し、エンジンの回転数が増加するに伴ってポーラスダクト２０が管内圧力脈動による振動を減衰することによって高周波域における吸気騒音を効果的に低減することができる。

以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、極めて容易に吸気ダクトＳを組み立てることができる。具体的には、ダクト本体部１０にポーラスダクト２０を一体的に組み付けるとき、上下のダクト部分１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ形成された多孔質材収容部としての収容凹部１１Ａａ及び収容凹部１１Ｂａにポーラスダクト２０を収容した状態で、吸気ダクト本体部１０Ａに形成された係合爪１０Ｃと吸気ダクト本体部１０Ｂに形成された係合孔１０Ｄとを互いに係合させることで吸気ダクトＳの組み立てが完了する。したがって、従来から組み立てに必要であって各種部材（例えば、リベットや接着剤等）を廃止することができるとともに、極めて容易に吸気ダクトＳを組み立てることができる。又、ダクト部分１１、レゾネータ部分１２及び連通管１３をダクト本体部１０として一体的に集積化することにより、従来から必要であった固定部材やホットメルトによる接着等を廃止することができ、その結果、極めて容易に吸気ダクトＳを組み立てることができるとともに軽量化及び省スペース化を達成することができる。

又、ダクト本体部１０において、ダクト部分１１に収容凹部１１Ａａ及び収容凹部１１Ｂａを形成してポーラスダクト２０を収容することができ、又、ダクト部分１１とレゾネータ部１２とを連通路１３を介して連通させることができるため、レゾネータ１２とポーラスダクト２０とが協調して吸気騒音を効果的に低減することができる。そして、このようにレゾネータ１２とポーラスダクト２０とを協調させることができることにより、レゾネータ１２の共鳴室を複数有する必要がなくなり、レゾネータ１２の構造を簡素化することができるとともに、軽量化を達成することもできる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更により実施することが可能である。

例えば、上記実施形態においては、レゾネータ１２が１つの共鳴室を有するように実施した。しかしながら、より吸気騒音を低減することを目的として複数の共鳴室を有するように実施可能であることは言うまでもない。この場合には、複数の共鳴室を有するレゾネータ１２とポーラスダクト２０とが協調することによって、より吸気騒音を効果的に低減することができる。

又、上記実施形態においては、ダクト本体部１０をダクト部分１１の軸線を含む平面で分割するように実施した。この場合、ダクト部分１１の軸線を含む面（例えば、曲面や複合面等）で分割して実施することも可能である。この場合においても、上記実施形態と同様に、係合爪１０Ｃと係合孔１０Ｄを形成することにより、極めて容易に吸気ダクトＳを組み立てることができる。その他の効果についても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

１０…吸気ダクト本体部、１１…ダクト部分、１２…レゾネータ部分、１３…連通管、２０…ポーラスダクト、Ｓ…吸気ダクト

Claims (2)

1. 内燃機関に対して外気を導入するための吸気系を構成する吸気ダクトであって、
   前記吸気ダクトが、
   前記内燃機関に対して外気を導入するダクト部分と、前記内燃機関による吸気に伴って発生する吸気騒音を低減するレゾネータ部分と、前記ダクト部分と前記レゾネータ部分とを連通する連通管とを一体化した吸気ダクト本体部と、
   前記ダクト部分に形成された収容凹部内に収容されて、前記内燃機関による吸気に伴って前記ダクト部分にて発生する管内圧力脈動に伴う振動及び騒音を減衰するポーラスダクトとを備えたことを特徴とする吸気ダクト。
2. 請求項１に記載した吸気ダクトにおいて、
   前記吸気ダクト本体部が、
   前記ダクト部分の軸線を含む面により、前記ダクト部分、前記レゾネータ部分及び前記連通管が分割されていて、
   前記分割された吸気ダクト本体部のうちの一方側に係合爪が形成され、前記分割された吸気ダクト本体部のうちの他方側に前記係合爪と係合する係合孔が形成されており、
   前記ポーラスダクトが前記分割されたダクト部分に形成された収容凹部に収容された状態で前記係合爪と前記係合孔とが互いに係合されることを特徴とする吸気ダクト。

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