JP2019044751A - 内燃機関の吸気系部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】通気抵抗を低減することのできる内燃機関の吸気系部品を提供する。【解決手段】内燃機関のインレットダクト１０は、湾曲して延在する筒状の湾曲部２３を有する。湾曲部２３のうち内部通路２１に対して当該湾曲の内側に位置する内側壁部３４は、通気性の繊維成形体からなる。湾曲部２３のうち内側壁部３４以外の部位には、内側壁部３４よりも通気度の低い部位が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気系部品に関する。
内燃機関の吸気通路には、吸気ダクトが設けられている。こうした吸気ダクトとしては、硬質の樹脂材料からなるインレットダクト（例えば特許文献１参照）がある。
特開２０１６−１２５３７９号公報
ところで、湾曲して延在する筒状の湾曲部を有する吸気ダクトにおいては、以下の不都合が生じる。すなわち、図５に示すように、湾曲部１２３においては、内部通路１２１に対して湾曲の内側に位置する内側壁部１３４の壁面においてエアの剥離が生じて渦Ｖ１が発生する。そのため、上記内側壁部１３４の壁面近傍をエアが流れにくくなり、湾曲部１２３内のエアの主流の流路断面積が制限される。その結果、圧力損失が増大し、通気抵抗が増大する。
なお、こうした問題は、吸気ダクトに限定されるものではなく、湾曲して延在する筒状の湾曲部を有する他の吸気系部品においても同様にして生じるものである。
本発明の目的は、通気抵抗を低減することのできる内燃機関の吸気系部品を提供することにある。
上記目的を達成するための内燃機関の吸気系部品は、湾曲して延在する筒状の湾曲部を有するものであって、前記湾曲部のうち内部通路に対して当該湾曲の内側に位置する内側壁部は、通気性の繊維成形体からなり、前記湾曲部のうち前記内側壁部以外の部位には、前記内側壁部よりも通気度の低い部位が設けられている。
同構成によれば、湾曲部のうち渦流が生じやすい内側壁部が通気性の繊維成形体からなるため、内側壁部が非通気とされた場合に渦が発生する領域よりも上流側の領域において、内側壁部を通じて外部のエアが吸い込まれる。これにより、内側壁部の壁面近傍では乱流境界層が形成されることで上記大きな渦よりも小さい渦が発生するとともに、内側壁部の壁面近傍を流れるエアに対して運動エネルギが補われる。これにより、内側壁部の壁面近傍を流れるエアの下流側と上流側とでのエアの圧力差が小さくなり、上記大きな渦の発生が抑制される。したがって、湾曲部内の主流の流路断面積が大きくなることで圧力損失が低減される。
一方、湾曲部のうち内側壁部以外の他の部位には、内側壁部よりも通気度の低い部位が設けられている。このため、上記通気度の低い部位を通じて外部のエアが吸い込まれることを抑制できる。これにより、上記他の部位の壁面近傍における境界層、すなわちエアの粘性が無視できない層の厚さの増大を抑制することができる。
本発明によれば、通気抵抗を低減することができる。
内燃機関の吸気系部品の一実施形態について、吸気ダクトの側面図。 同実施形態の吸気ダクトの断面図。 同実施形態の吸気ダクトの湾曲部を中心とした断面図。 変形例の吸気ダクトの湾曲部を中心とした断面図。 従来の吸気ダクトの湾曲部を中心とした断面図。
以下、図１〜図３を参照して、一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、内燃機関のインレットダクト１０は、繊維成形体からなるダクト本体２０、いずれも硬質の樹脂材料により形成された筒状の上流側接続部材１２及び下流側接続部材１４を備えている。
なお、以降において、インレットダクト１０内における吸気の流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ単に上流側及び下流側と称する。
＜上流側接続部材１２＞
図１及び図２に示すように、上流側接続部材１２は、インレットダクト１０の入口１６を構成するものであり、円筒状の接続部１２ａ、接続部１２ａの外周面に突設された円環状のフランジ部１２ｂ、及び接続部１２ａの上流側に連なるとともに上流側ほど外周側に位置するように反り返った形状のファンネル部１２ｃを有している。
＜下流側接続部材１４＞
図１及び図２に示すように、下流側接続部材１４は、インレットダクト１０の出口１８を構成するものであり、円筒状の第１接続部１４ａ及び第１接続部１４ａの外周面に突設された円環状の第１フランジ部１４ｂを有している。また、下流側接続部材１４は、第１接続部１４ａの下流側に連なるとともに第１接続部１４ａよりも拡径された円筒状の第２接続部１４ｃ及び第２接続部１４ｃの外周面に突設された円環状の第２フランジ部１４ｄを有している。第２接続部１４ｃがエアクリーナのインレット（図示略）に接続される。
＜ダクト本体２０＞
図１及び図２に示すように、ダクト本体２０は、円筒状の繊維成形体からなり、湾曲して延在する湾曲部２３を有している。
ダクト本体２０は、半割円筒状をなす一対の内側半割体３０及び外側半割体４０を有している。内側半割体３０は、ダクト本体２０のうち曲率半径が小さい、すなわち曲率が大きい部分を構成している。外側半割体４０は、ダクト本体２０のうち曲率半径が大きい、すなわち曲率が小さい部分を構成している。
各半割体３０，４０の周方向の両端には、外周側にそれぞれ突出する一対の接合部３２，４２が各半割体３０，４０の延在方向全体にわたって設けられている。内側半割体３０の一対の接合部３２と、外側半割体４０の一対の接合部４２とが互いに接合されることにより、ダクト本体２０が形成されている。
各半割体３０，４０を構成する繊維成形体は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）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の不織布により構成されている。なお、変性ＰＥＴがＰＥＴ同士を結合するバインダとして機能する。
変性ＰＥＴの配合割合は、３０〜７０％であることが好ましい。本実施形態では、変性ＰＥＴの配合割合が５０％とされている。
なお、こうした複合繊維としては他に、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる芯部と、同ＰＥＴ繊維よりも融点の低いＰＰ（ポリプロピレン）からなる鞘部（いずれも図示略）とを有するものであってもよい。
不織布の目付け量は、５００〜１５００ｇ／ｍ２であることが好ましい。本実施形態では、不織布の目付け量が８００ｇ／ｍ２とされている。
各半割体３０，４０は、例えば１ｍｍ〜１００ｍｍの厚さの不織布シートを熱圧縮成形することにより成形されている。
ダクト本体２０は、上記湾曲部２３を有する本体部２２と、本体部２２の両側に設けられた端部２４，２５とを有している。
本体部２２は、互いに間隔をおいて設けられた複数の高圧縮部２６と、互いに隣り合う高圧縮部２６の間に位置し、高圧縮部２６よりも低い圧縮率にて熱圧縮成形された通気性の複数の低圧縮部２８とを有している。
本実施形態では、高圧縮部２６の通気度は、略０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓとされている。また、高圧縮部２６の板厚としては、０．５〜１．５ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、高圧縮部２６の板厚が０．７ｍｍとされている。
低圧縮部２８の通気度は、３ｃｍ３／ｃｍ２・ｓとされている。また、低圧縮部２８の板厚としては、０．８〜３．０ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、低圧縮部２８の板厚が１．０ｍｍとされている。なお、図１及び図２においては、低圧縮部２８の板厚を誇張して示している。
低圧縮部２８は、本体部２２の軸線方向の全体にわたって同軸線方向に沿って延在する部分と、本体部２２の周方向に沿って延在する部分とを有している。
ダクト本体２０の外面においては高圧縮部２６と低圧縮部２８とが段差を介して連なる一方、ダクト本体２０の内面においては高圧縮部２６と低圧縮部２８とが滑らかに連なっている。
本実施形態では、外側半割体４０の本体部２２が、複数の高圧縮部２６と複数の低圧縮部２８とから構成されている。これに対して、内側半割体３０における本体部２２の湾曲部２３のうち内部通路２１に対して当該湾曲の内側に位置する部分（以下、内側壁部３４）全体が、上記低圧縮部２８と同等の圧縮率にて熱圧縮成形されている。
一方、ダクト本体２０の各端部２４，２５は、本体部２２よりも拡径されている。各端部２４，２５及び各半割体３０，４０の接合部３２，４２は、本体部２２の高圧縮部２６と同等の圧縮率にて熱圧縮成形されている。
上流側接続部材１２の接続部１２ａをダクト本体２０の上流側の端部２４に挿入し、フランジ部１２ｂを端部２４に突き当てた状態において、接続部１２ａの外周面と端部２４の内周面とが接着剤を介して固定されている。
また、下流側接続部材１４の第１接続部１４ａをダクト本体２０の下流側の端部２５に挿入し、第１フランジ部１４ｂを端部２５に突き当てた状態において、第１接続部１４ａの外周面と端部２５の内周面とが接着剤を介して固定されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図３に示すように、湾曲部２３のうち渦流が生じやすい内側壁部３４が通気性の繊維成形体からなり、低圧縮部２８と同等の通気度を有している。このため、例えば硬質の樹脂材料からなり、内側壁部１３４が非通気とされた場合（図５参照）に渦Ｖ１が発生する領域よりも上流側の領域において、内側壁部３４を通じて外部のエアが吸い込まれる。これにより、内側壁部３４の壁面近傍では乱流境界層が形成されることで上記渦Ｖ１よりも小さい渦Ｖ２が発生するとともに、内側壁部３４の壁面近傍を流れるエアに対して運動エネルギが補われる。これにより、内側壁部３４の壁面近傍を流れるエアの下流側と上流側とでの圧力差が小さくなり、上記大きな渦の発生が抑制される。したがって、湾曲部２３内の主流の流路断面積が大きくなることで圧力損失が低減される。
一方、湾曲部２３のうち内側壁部３４以外の他の部位、すなわち外側半割体４０は、複数の高圧縮部２６を有しており、内側壁部３４よりも通気度の低い部位が設けられている。このため、高圧縮部２６を通じて外部のエアが吸い込まれることを阻止できる。これにより、外側半割体４０の壁面近傍における境界層、すなわちエアの粘性が無視できない層の厚さの増大を抑制することができる。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関の吸気系部品によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）インレットダクト１０のダクト本体２０には、湾曲して延在する筒状の湾曲部２３が設けられている。湾曲部２３のうち内部通路２１に対して当該湾曲の内側に位置する内側壁部３４は、通気性の繊維成形体からなる。湾曲部２３のうち内側壁部３４以外の部位には、内側壁部３４よりも通気度の低い部位である高圧縮部２６が設けられている。
こうした構成によれば、上述した作用を奏することから、通気抵抗を低減することができる。
（２）インレットダクト１０は、繊維成形体からなり、湾曲部２３を有する筒状のダクト本体２０を備えている。湾曲部２３のうち内側壁部３４以外の部位は、内側壁部３４よりも通気度の低い高圧縮部２６と、高圧縮部２６よりも低い圧縮率にて圧縮成形された通気性の低圧縮部２８とを有している。
こうした構成によれば、ダクト本体２０が繊維成形体からなるため、ダクト本体２０が硬質の樹脂材料からなる場合に比べて軽量化を図ることができる。
また、上記構成によれば、ダクト本体２０の周壁のうち通気性の部分を通じて吸気の音圧を逃がすことができるため、吸気騒音を低減することができる。
また、上記構成によれば、湾曲部２３のうち内側壁部３４以外の部位が、通気度が略０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓである高圧縮部２６と通気性の低圧縮部２８とを有しているため、湾曲部２３のうち内側壁部３４以外の部位における通気性部分の割合を内側壁部３４よりも小さくすることができる。
したがって、軽量化を図りつつ、上記効果（１）を奏することができる。
（３）ダクト本体２０は、一対の半割体３０，４０からなる。内側壁部３４は、内側半割体３０に設けられている。
こうした構成によれば、ダクト本体２０が一対の半割体３０，４０からなるため、各半割体３０，４０の一対の接合部３２，４２同士を接合することでダクト本体２０を容易に形成することができる。しかも、上記構成によれば、内側壁部３４には一対の半割体同士を接合するための接合部が存在しないため、内側壁部３４全体を通気性部分にすることが可能となる。これにより、内側壁部３４全体を通じて外部のエアを吸い込むことができ、内側壁部３４全体の壁面近傍を流れるエアに対して運動エネルギを補うことができる。したがって、通気抵抗を効果的に低減することができる。
（４）ダクト本体２０の外面においては高圧縮部２６と、内側壁部３４及び低圧縮部２８とが段差を介して連なる一方、ダクト本体２０の内面においては高圧縮部２６と、内側壁部３４及び低圧縮部２８とが平らに連なっている。
高圧縮部２６及び低圧縮部２８を形成することに伴いダクト本体２０の内面に段差が生じると、ダクト本体２０の内面近傍を流れる吸気の通気抵抗が増大するおそれがある。
この点、上記構成によれば、ダクト本体２０の内面においては高圧縮部２６と低圧縮部２８とが平らに連なっていることから、吸気の主流の通気抵抗の増大を回避できる。
（５）ダクト本体２０が高圧縮部２６を有している。このため、低圧縮部２８よりも硬質な高圧縮部２６によりダクト本体２０の強度を高めることができる。
＜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。
・ダクト本体２０の分割構造は上記実施形態において例示したものに限定されない。他に例えば、内側壁部の一部に一対の半割体の接合部が存在していてもよい。また、ダクト本体は一対の半割体からなるものに限定されず、３つ以上の分割体によりダクト本体を構成してもよい。
・樹脂成形体からなり、湾曲部を有する筒状のダクト本体を備えた吸気ダクトに対して本発明を適用することもできる。図４に示すように、吸気ダクト２１０のダクト本体２２０は、硬質の樹脂成形体からなり、湾曲部２２３のうち内部通路２２１に対して当該湾曲の内側に位置する部位には、貫通孔２２７が設けられている。貫通孔２２７は、通気性の繊維成形体からなる内側壁部２３４により閉塞されている。この場合であっても、湾曲部２２３のうち内側壁部２３４以外の部位における通気性部分の割合が、内側壁部２３４よりも小さくされていることから、上記実施形態の効果（１）に準じた効果を奏することができる。
・本発明の適用対象はインレットダクトに限定されない。要するに、湾曲して延在する筒状の湾曲部を有する吸気系部品であればよく、内燃機関の吸気通路を構成する他の吸気系部品に対して本発明を適用することができる。
１０，２１０…インレットダクト（吸気系部品、吸気ダクト）、１２…上流側接続部材、１２ａ…接続部、１２ｂ…フランジ部、１２ｃ…ファンネル部、１４…下流側接続部材、１４ａ…第１接続部、１４ｂ…第１フランジ部、１４ｃ…第２接続部、１４ｄ…第２フランジ部、１６…入口、１８…出口、２０，２２０…ダクト本体、２１，１２１，２２１…内部通路、２２…本体部、２３，１２３，２２３…湾曲部、２４，２５…端部、２６…高圧縮部、２８…低圧縮部、３０…内側半割体、３２…接合部、３４，１３４，２３４…内側壁部、４０…外側半割体、４２…接合部，２２７…貫通孔。

Claims (4)

  1. 湾曲して延在する筒状の湾曲部を有する内燃機関の吸気系部品であって、
    前記湾曲部のうち内部通路に対して当該湾曲の内側に位置する内側壁部は、通気性の繊維成形体からなり、
    前記湾曲部のうち前記内側壁部以外の部位には、前記内側壁部よりも通気度の低い部位が設けられている、
    内燃機関の吸気系部品。
  2. 前記吸気系部品は、繊維成形体からなり、前記湾曲部を有する筒状のダクト本体を備える吸気ダクトであり、
    前記湾曲部のうち前記内側壁部以外の部位は、前記内側壁部よりも通気度の低い高圧縮部と、前記高圧縮部よりも低い圧縮率にて圧縮成形された通気性の低圧縮部とを有している、
    請求項１に記載の内燃機関の吸気系部品。
  3. 前記ダクト本体は、一対の半割体からなり、
    前記内側壁部は、前記一対の半割体の一方に設けられている、
    請求項２に記載の内燃機関の吸気系部品。
  4. 前記吸気系部品は、樹脂成形体からなり、前記湾曲部を有する筒状のダクト本体を備える吸気ダクトであり、
    前記湾曲部のうち内部通路に対して当該湾曲の内側に位置する部位には、貫通孔が設けられており、
    前記貫通孔が通気性の繊維成形体からなる前記内側壁部により閉塞されている、
    請求項１に記載の内燃機関の吸気系部品。
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