JP2016148266A - 内燃機関の吸気音低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気脈動に対する弾性部材１４の軸方向の振幅を大きく確保して吸気音低減作用を高める。
【解決手段】内燃機関の吸気系に接続される吸気音低減装置は、連通管を介して吸気通路に接続された蛇腹状の弾性部材１４を有し、ヘルムホルツ型共鳴要素としての吸気音低減作用に加え、弾性部材１４の伸縮変形に伴う吸気音低減作用が得られる。弾性部材１４の周壁１４ｃは、テーパ壁３３で接続された山部３１と谷部３２とを有し、各々の頂部は、直線部３５，３６となっている。直線部３５，３６は、円筒状をなすので、音圧変化に対し径方向の変位が抑制され、それだけ軸方向の振幅が大きく得られる。
【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関の吸気音を低減する吸気音低減装置に関し、特に、弾性変形可能な蛇腹状の容積室を備えた吸気音低減装置に関する。

特許文献１は、本出願人が先に提案した新規な形式の内燃機関の吸気音低減装置を開示している。この吸気音低減装置は、弾性変形可能な蛇腹状の弾性部材によって容積室を画成し、この容積室をヘルムホルツ型共鳴要素の首管となる連通管を介して、内燃機関の吸気通路に接続した構成となっている。上記弾性部材は、大気開放された円筒状のケース内に収容されている。

特開２０１３−１２４５９９号公報

上記のような吸気音低減装置では、首管を介して容積室を吸気通路に接続することにより構成されるヘルムホルツ型共鳴要素の作用によって特定の周波数帯域の吸気音が低減することに加えて、蛇腹状の弾性部材が吸気脈動に応答して伸縮変形することによって音圧エネルギが低減するため、第２の特定の周波数帯域の吸気音をさらに低減することができる。

ここで、従来は、蛇腹状の弾性部材として山部および谷部がそれぞれ単純なＶ字形断面をなす構成のものが用いられていた。しかしながら、本出願人のさらなる研究によれば、このような一般的なＶ字形断面の蛇腹状弾性部材では、吸気脈動によって蛇腹状弾性部材が軸方向のみならず径方向にも微小に変位するため、蛇腹状弾性部材の軸方向の振幅が小さくなり、伸縮変形による吸気音低減作用が最大限に得られていないことが判明した。すなわち、吸気音低減作用の上で、なお改善の余地がある。

この発明は、基端が開口するとともに先端が封止された略円筒状をなし、かつ周壁が蛇腹状に屈曲形成されてなる弾性部材と、
上記弾性部材の上記基端を保持するベースプレートと、
上記弾性部材の内部に形成される容積室を内燃機関の吸気通路に連通させるように上記ベースプレートに一端が接続された連通管と、
を備えてなる内燃機関の吸気音低減装置であって、
上記弾性部材の蛇腹状の周壁に、径方向の剛性を部分的に高めた高剛性部が、軸方向に離れた複数箇所に形成されている、ことを特徴としている。

上記高剛性部は、例えば、蛇腹状の周壁の山部および谷部の少なくとも一方の頂部に、当該弾性部材の軸方向と平行な直線部を設けることにより形成される。

このように高剛性部を軸方向に離れた複数箇所に設けることにより、弾性部材内部の容積室に導入された吸気脈動による弾性部材の径方向の変位が抑制される。そのため、吸気脈動による弾性部材の軸方向の振幅が増大し、音圧エネルギが弾性部材の運動エネルギにより効果的に変換される。従って、弾性部材の伸縮変形による吸気音低減作用がより効果的に得られる。

この発明によれば、ヘルムホルツ型共鳴要素として特定の周波数帯域の吸気音が低減するとともに、蛇腹状弾性部材の伸縮変形による第２の特定の周波数帯域の吸気音低減作用が得られる。そして、特に、蛇腹状弾性部材の径方向の変位が抑制されることで、第２の特定の周波数帯域の吸気音低減作用がより効果的に得られる。

この発明に係る吸気音低減装置を備えた内燃機関の吸気系を示す斜視図。 吸気音低減装置をケースの一部を切り欠いて示す斜視図。 弾性部材の斜視図。 弾性部材の半断面図。 弾性部材の要部の拡大断面図。 実施例の弾性部材の吸気脈動による軸方向の振幅を比較例のものと対比して示した特性図。 比較例の弾性部材の要部拡大断面図。 実施例の吸気音低減装置の吸気音低減作用を示す特性図。 異なる周波数帯域における実施例の吸気音低減装置の吸気音低減作用を示す特性図。 第２実施例を示す弾性部材の要部拡大断面図。 第３実施例を示す弾性部材の要部拡大断面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る吸気音低減装置１を備えた自動車用内燃機関の吸気系を示している。エアクリーナエレメントを内部に備えたエアクリーナ２は、エアクリーナエレメントの下流側いわゆるクリーンサイドが可撓性を有する吸気ダクト３を介して図外の内燃機関に接続されており、エアクリーナエレメントの上流側いわゆるダストサイドに硬質合成樹脂成形品からなる外気導入ダクト４が接続されている。外気導入ダクト４の先端は、外気導入口４ａとして開口しており、ここから取り込まれた外気がエアクリーナ２を通過した後、吸気ダクト３を介して内燃機関に導入される。

この実施例では、吸気音低減装置１は、外気導入口４ａから内燃機関に至る吸気通路の一部を構成する外気導入ダクト４の側面に接続されており、外気導入口４ａから外部へ漏洩する吸気音（吸気の脈動に伴う脈動音や吸気の流れに伴う気流音等）の低減を図っている。詳しくは、合成樹脂製の外気導入ダクト４に、吸気主流の流れとほぼ直交する方向に分岐した形で分岐管５が形成されており、ここに吸気音低減装置１が接続されている。

吸気音低減装置１は、図２にも示すように、上記分岐管５に嵌合接続される連通管１１を中心部に備えた円形（より詳しくは円環状）のベースプレート１２と、このベースプレート１２が一端１３ａに嵌合する円筒状のケース１３と、このケース１３内に収容された蛇腹状の弾性部材１４と、から大略構成されている。

上記ベースプレート１２は、例えば、連通管１１と一体に硬質合成樹脂にて成形されており、軸方向に立ち上がった外周縁部１２ａの内周にケース１３の一端１３ａが嵌合する。連通管１１は、分岐管５とともにいわゆるヘルムホルツ型共鳴要素の首管を構成するものであり、分岐管５と組み合わせた状態での管長や口径が所望の共鳴周波数に対応して設定されている。

上記ケース１３は、例えば硬質合成樹脂成形品からなり、ベースプレート１２の外周縁部１２ａ内周に嵌合する一端１３ａ寄りに、上記外周縁部１２ａと軸方向に接して位置決めを行うフランジ部１６が円環状に形成されているとともに、他端１３ｂに、端部壁１７を備えている。この端部壁１７は、ケース１３の軸方向と直交する面に沿ってケース１３の外周側部分を覆っているが、他端１３ｂの中心部は、円形の連通口１８として開口している。従って、ケース１３の内部は連通口１８を介して大気開放された状態となっている。上記連通口１８は、端部壁１７に連続した比較的短い円筒部１９によって囲まれている。なお、このケース１３は、基本的には、弾性部材１４を外部との接触から保護するためのものであり、吸気音低減装置として必須のものではない。

弾性部材１４は、図３，図４にも示すように、基端１４ａ（図４参照）が開口するとともに先端１４ｂが封止された略円筒状をなし、周壁１４ｃが蛇腹状に屈曲形成されている。この弾性部材１４は、適宜な弾性を有するエラストマー例えば熱可塑性エラストマーにて一体に成形されたものであって、封止端となる先端１４ｂには、端面部分の不要な変形を回避するために、硬質合成樹脂成形品からなる円形のエンドプレート２１が配置されている。このエンドプレート２１は、弾性部材１４の成形時に、いわゆるインサート成形によって弾性部材１４に一体に取り付けられている。

また開口端となる基端１４ａには、相対的に厚肉に形成した取付フランジ２２が円環状に形成されている。この取付フランジ２２は、ベースプレート１２の外周縁部１２ａの内側に比較的密に嵌合する外径を有しており、この取付フランジ２２がベースプレート１２とケース１３の一端１３ａとの間で挟持されることによって、弾性部材１４がベースプレート１２に固定・保持されている。取付フランジ２２のベースプレート１２との接触面には、シール突起２３が形成されている。

弾性部材１４がベースプレート１２に取り付けられた状態では、弾性部材１４の内部に形成される容積室２４は、ケース１３内側の空間からは遮断された密閉空間となり、かつベースプレート１２の連通管１１を介して外気導入ダクト４内の吸気通路に連通している。

弾性部材１４の周壁１４ｃの外径は、ケース１３の内径よりも僅かに小さく設定されており、また、弾性部材１４の先端１４ｂは、ケース１３の端部壁１７から適宜に離れて位置している。従って、弾性部材１４は、基端１４ａがベースプレート１２に固定された状態でもって、先端１４ｂが自由端としてケース１３内で自由に伸縮変形することが可能である。

上記のように構成された吸気音低減装置１の基本的な作用としては、適宜な容積に設定される容積室２４が首管となる連通管１１ならびに分岐管５を介して内燃機関の吸気通路に接続されるため、いわゆるヘルムホルツ型共鳴要素が構成され、特定の周波数帯域での吸気音が低減する。なお、吸気音低減作用が所望の周波数帯域で得られるように、容積室２４の容積等がチューニングされる。

また同時に、吸気脈動が容積室２４内に導入される結果、弾性部材１４が軸方向に伸縮変形し、音圧エネルギが弾性部材１４の運動エネルギに変換される。これにより、第２の特定の周波数帯域において、吸気音低減作用が得られる。この第２の周波数帯域は、弾性部材１４のばね定数や重量の設定等により所望の周波数帯域にチューニングすることが可能である。なお、第２の周波数帯域とヘルムホルツ型共鳴要素としての周波数帯域とが重複していてもよいが、両者を適宜に設定することで、より広範囲に吸気音の低減が可能である。

次に、本発明の要部である弾性部材１４の周壁１４ｃの構成について、さらに詳細に説明する。

図４に示すように、この実施例では、取付フランジ２２とエンドプレート２１との間で、ｎ個（例えば１０個）の山部３１と（ｎ−１）個（例えば９個）の谷部３２とが交互に形成されることで、周壁１４ｃが蛇腹状に形成されている。ｎ個の山部３１はいずれも同一の断面形状を有し、（ｎ−１）個の谷部３２はいずれも同一の断面形状を有する。そして、図５に拡大して示すように、互いに隣接する山部３１と谷部３２との間は、弾性部材１４の中心軸線に対し傾斜したテーパ壁３３でもってそれぞれ接続されている。このテーパ壁３３は、図５に示すように、断面において、直線状に延びている。弾性部材１４は、図４ならびに図５に示すような断面形状を中心軸線を中心に回転させてなる回転体形状であるので、テーパ壁３３は、厳密には、幅の狭い円環状の円錐面となる。一つの山部３１に着目すると、その上下両側に一対のテーパ壁３３が存在するが、これら２つのテーパ壁３３は、山部３１を挟んで互いに対称形状をなしている。

また、山部３１の頂部は、弾性部材１４の中心軸線と平行な直線部３５として形成されており、同様に、谷部３２の頂部も弾性部材１４の中心軸線と平行な直線部３６として形成されている。つまり、山部３１は、図５に示すように、断面形状として、Ａ１点およびＡ２点の２点で屈曲しており、両側の２つのテーパ壁３３を含めて台形状の断面形状を構成している。同様に、谷部３２は、断面形状として、Ａ３点およびＡ４点の２点で屈曲しており、両側の２つのテーパ壁３３を含めて台形状の断面形状を構成している。ここで、断面形状として見ると、山部３１の台形形状と谷部３２の台形形状とは、等しい形状をなしている。なお、取付フランジ２２を除き、各部の肉厚は基本的に一定である。

ここで、テーパ壁３３の傾斜角度α（弾性部材１４の中心軸線に直交する平面に対する角度）は、弾性部材１４の軸方向の変形ないし振動を容易とするために、比較的小さい角度とすることが望ましく、例えば、２５°以下とすることが望ましい。

上記のような実施例の構成によれば、山部３１の直線部３５および谷部３２の直線部３６が、いずれも、立体形状として見たときに、長さが短いものの円筒状の構成となるので、径方向に変形しにくい部位となる。つまり、径方向の剛性を部分的に高めた高剛性部となる。そして、容積室２４の内圧が変化すると、山部３１の直線部３５と谷部３２の直線部３６とをつなぐテーパ壁３３が屈曲点Ａ１〜Ａ４を中心として揺動するため、弾性部材１４は、基本的に軸方向にのみ伸縮変形することとなる。その結果、吸気脈動に対し軸方向の振幅が大きく得られ、より効果的な吸気音低減作用が得られる。換言すれば、円環状の高剛性部が軸方向に離れて複数個存在し、これら高剛性部の間を揺動変形可能なテーパ壁３３が接続している構成となるため、径方向の変位を抑制しつつ軸方向の自由な変形が許容され、音圧変化に対し、より大きな振幅が得られる。

図６は、上記弾性部材１４の吸気脈動に対する振動の振幅（エンドプレート２１の変位）を比較例と対比して示したものである。比較例の弾性部材は、図７に示すように、山部１３１および谷部１３２をそれぞれ単純なＶ字形の断面形状に形成したものであり、山部１３１および谷部１３２の個数や周壁の肉厚等は実施例と基本的に同一に設定してある。

図６に示すように、上記実施例では、比較例に比べて、約３倍の振幅が得られた。なお、図６では、山部３１，１３１および谷部３２，１３２の断面形状の相違から、消音効果のピークとなる周波数が多少異なっているが、同一周波数でピークとなるようにチューニングした場合でも基本的に同様となる。

図８は、上記のような台形断面の蛇腹状とした弾性部材１４を用いた吸気音低減装置１による吸気音低減作用の特性を示した特性図である。ここでは、「比較例２」として、図１に示した吸気系から吸気音低減装置１を取り除いた場合の吸気音特性と比較している。図８に示すように、領域ａで示す周波数帯域において、吸気音低減作用が得られている。これは、前述した弾性部材１４の軸方向の伸縮変形による吸気音低減作用によるものであり、特に、上記実施例では図６に示したように軸方向の振幅が大きく得られることから、音圧エネルギが運動エネルギに効果的に変換され、より大きな吸気音低減作用が得られる。

一方、図９は、ヘルムホルツ型共鳴要素としての吸気音低減作用が得られる周波数域（図８に比較して相対的に高い周波数となる）での吸気音低減作用を示している。「比較例２」は、やはり吸気音低減装置１を具備しない吸気系の特性である。図示するように、山部３１や谷部３２を台形断面としてもヘルムホルツ型共鳴要素としての吸気音低減作用が損なわれることはなく、比較的広い周波数帯域において良好な吸気音低減作用が得られる。

なお、上記実施例では、山部３１と谷部３２の双方に直線部３５，３６つまり高剛性部を設けるようにしているが、いずれか一方のみに直線部３５，３６を設けるようにしてもよい。また、山部３１と谷部３２とを異なる台形形状としてもよい。さらには、複数の山部３１あるいは複数の谷部３２が、必ずしも同一の形状でなくてもよく、異なる断面形状のものを含んでいてもよい。

次に、図１０は、弾性部材１４の第２実施例を示している。この実施例は、径方向の剛性を特に高めていない主谷部３２Ａを複数個（例えば３〜５個）有し、軸方向に隣接する２つの主谷部３２Ａの間に、２つの副山部３１Ｂと１つの副谷部３２Ｂとが、ピッチ（軸方向の距離）を局部的に狭めた形で設けられている。これらの主谷部３２Ａ、副山部３１Ａ、副谷部３２Ｂは、いずれも単純なＶ字形断面をなしている。

つまり、弾性部材１４の周壁１４ｃは、図１０に示すＢ１〜Ｂ５の５つの屈曲点で屈曲しており、副山部３１Ａの頂部の屈曲点Ｂ１から次の副山部３１Ａの頂部の屈曲点Ｂ３までのピッチが、主谷部３２Ａを挟む屈曲点Ｂ３から屈曲点Ｂ５までのピッチよりも狭くなっている。換言すれば、２つの隣接する主谷部３２Ａの間に、短いピッチで向きが変わる３つの屈曲点（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）を有しており、これらの屈曲点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３つまり２つの副山部３１Ａおよび両者間の副谷部３２Ｂによって、径方向の剛性が部分的に高くなった高剛性部が構成される。なお、図示するように、副谷部３２Ｂの内径は、主谷部３２Ａの内径よりも大きなものとなっている。

次に、図１１は、弾性部材１４の第３実施例を示している。この実施例は、互いに隣接する山部３１と谷部３２との間に、弾性部材１４の中心軸線に対し直交する平面にほぼ沿った直線部４１を設けたものである。山部３１は、略Ｖ字形に組み合わされる一対のテーパ壁４２からなり、谷部３２は、略Ｖ字形に組み合わされる一対のテーパ壁４３からなる。そして、山部３１のテーパ壁４２と谷部３２のテーパ壁４３とが直線部４１によって接続されている。

換言すれば、断面形状において、１つの山部３１と１つの谷部３２とを含む１つの組み合わせが、図示する６個の屈曲点Ｃ１〜Ｃ６によって構成されている。このように複数回屈曲することで、特に、屈曲点Ｃ３，Ｃ４を含む直線部４１において径方向の剛性が部分的に高くなり、音圧変化による弾性部材１４の径方向の変位を抑制する。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、弾性部材１４を用いた吸気音低減装置１が吸気系の外気導入ダクト４に接続されているが、吸気系の他の位置に吸気音低減装置１を接続することも可能である。

１…吸気音低減装置
１１…連通管
１２…ベースプレート
１３…ケース
１４…弾性部材
２１…エンドプレート
２４…容積室
３１…山部
３２…谷部
３３…テーパ壁
３５，３６…直線部

Claims (4)

1. 基端が開口するとともに先端が封止された略円筒状をなし、かつ周壁が蛇腹状に屈曲形成されてなる弾性部材と、
   上記弾性部材の上記基端を保持するベースプレートと、
   上記弾性部材の内部に形成される容積室を内燃機関の吸気通路に連通させるように上記ベースプレートに一端が接続された連通管と、
   を備えてなる内燃機関の吸気音低減装置であって、
   上記弾性部材の蛇腹状の周壁に、径方向の剛性を部分的に高めた高剛性部が、軸方向に離れた複数箇所に形成されている、ことを特徴とする内燃機関の吸気音低減装置。
2. 上記高剛性部として、蛇腹状の周壁の山部および谷部の少なくとも一方の頂部に、当該弾性部材の軸方向と平行な直線部を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気音低減装置。
3. 山部および谷部の双方の頂部に上記直線部を備えており、山部および谷部が、それぞれ断面台形状をなす、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気音低減装置。
4. 上記高剛性部として、ピッチを局部的に狭めた一対の山部ないし一対の谷部を隣接して配置した、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気音低減装置。

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