JP2021008827A - 内燃機関の吸気ダクト - Google Patents

Abstract

【課題】放射音を含む吸気騒音を好適に低減することのできる内燃機関の吸気ダクトを提供する。【解決手段】吸気ダクト１０は、非通気の合成樹脂製の内管部と、発泡ウレタンによって形成されて内管部１１の外周面の全体を覆う被覆部とを有する。内管部１１の周壁には、延伸方向に間隔を置いて並ぶ態様で複数の貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３と、被覆部１２における貫通孔２３の開口部分を外周側に延ばした範囲に収まる部分とが、吸気ダクト１０の内部から外部に音波の圧力を逃がす音波通路の少なくとも一部をなしている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の吸気ダクトに関するものである。

特許文献１には、熱可塑性樹脂バインダーを含む不織布を圧縮成形することにより形成された内燃機関の吸気ダクトが開示されている。この吸気ダクトによれば、周壁が通気性を有しているため、吸気の音波の一部が周壁を通過することで吸気の音波の定在波が発生することを抑制でき、吸気騒音が低減される。また上記吸気ダクトは、その大部分が通気性を有する不織布によって形成されている。そのため、広範囲の周波数の吸気騒音が抑えられる。

特開平１１−３４３９３９号公報

特許文献１に記載の吸気ダクトでは、吸気の音波の定在波の発生が抑えられるものの、周壁を介して吸気ダクトの内部から外部に放射される放射音が大きくなってしまう。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、放射音を含む吸気騒音を好適に低減することのできる内燃機関の吸気ダクトを提供することにある。

上記課題を解決するための内燃機関の吸気ダクトは、非通気性の合成樹脂によって構成された内管部と、前記内管部の延伸方向に間隔を置いて並ぶ態様で前記内管部の周壁に形成された複数の貫通孔と、通気性を有する材料によって構成されるとともに前記周壁における前記貫通孔の形成部分の外周面を覆う被覆部と、を有する内燃機関の吸気ダクトであって、前記貫通孔と、前記被覆部における前記貫通孔の開口部分を外周側に延ばした範囲に収まる部分と、が前記吸気ダクトの内部から外部に音波の圧力を逃がす音波通路の少なくとも一部をなしている。

上記構成によれば、非通気の合成樹脂によって構成された内管部を有しているため、この内管部の周壁によって吸気ダクトの内部から外部への音の放射が遮られるようになる。これにより、吸気ダクトの内部から外部に放射される放射音を抑えることができる。

上記構成では、吸気の音波の定在波の腹となる位置、すなわち定在波の音圧が最も高くなる位置に、内管部の貫通孔と被覆部における同貫通孔を覆う部分とを有する音波通路が存在すれば、その音波通路を介して吸気の音波の圧力を吸気ダクトの外部に逃がすことにより、当該定在波の発生を効果的に抑制できる。上記構成によれば、そうした音波通路が延伸方向に間隔を置いて並ぶ態様で配置されるため、吸気ダクトの内部に発生し得る様々な周波数の定在波の腹となる位置に貫通孔および被覆部が存在することとなり、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる。したがって上記構成によれば、放射音を含む吸気騒音を好適に低減することができる。

本発明によれば、放射音を含む吸気騒音を好適に低減することができる。

一実施形態の内燃機関の吸気ダクトの分解斜視図。 吸気ダクトの側面図。 吸気ダクトの側端面図。 吸気ダクトの図２の４−４線に沿った断面図。 （ａ）および（ｂ）は形成過程における被覆部および膜部の側端面図。 貫通孔およびその周辺を拡大して示す側端面図。 （ａ）〜（ｃ）は吸気ダクトの作用を説明するための図であって、吸気ダクトの内部に発生する吸気の音波の定在波の圧力分布を示す図。 変形例の吸気ダクトの周壁の一部を拡大して示す側端面図。 変形例の吸気ダクトの周壁の一部を拡大して示す側端面図。

以下、内燃機関の吸気ダクトの一実施形態について説明する。
図１および図２に示すように、吸気ダクト１０は、筒状の内管部１１と、同内管部１１の外周面を覆う被覆部１２と、被覆部１２の外面を覆う膜部１３とからなる多層構造をなしている。この吸気ダクト１０は、図示しないエアクリーナのインレットに接続されて、駆動源として車両に搭載される内燃機関の吸気通路の一部を構成する。

内管部１１は硬質の合成樹脂材料（例えば、ポリプロピレン）により形成される。内管部１１は、吸気流れ方向の上流側の部分を構成する導入部２１と、下流側の部分を構成するダクト部２２とを有している。導入部２１は、吸気ダクト１０の入口を構成するものであり、上流側ほど外周側に位置するように反り返ったファンネル形状をなしている。ダクト部２２は、導入部２１を介して吸気ダクト１０内に流入した空気が通過する部分を構成するものであり、延伸方向において略同一の断面で延びる円管形状をなしている。

図１に示すように、内管部１１のダクト部２２の周壁には複数の貫通孔２３が形成されている。各貫通孔２３は、内管部１１の周方向および延伸方向にそれぞれ沿って延在する長辺および短辺を有する断面矩形状をなしている。貫通孔２３は、周方向に互いに間隔をおいて形成されるとともに、軸線方向に互いに間隔をおいて形成されている。ダクト部２２の周壁全体に占める貫通孔２３の形成部分の割合は、４５％以上、５５％以下の範囲内に設定されることが好ましい。本実施形態では、上記割合が略５０％に設定されている。なお、ダクト部２２の周壁における貫通孔２３が形成されない部分は、延伸方向の全体にわたり同延伸方向に沿って直線状に延在する部分と周方向に沿って延在する部分とによって格子状をなしている。

図３および図４に示すように、被覆部１２は通気性を有する発泡ウレタンによって形成されている。この被覆部１２は、内管部１１におけるダクト部２２の外周面の全体を覆うとともに、ダクト部２２の貫通孔２３を埋める態様で同貫通孔２３の内部まで延びている。被覆部１２の通気度（ＪＩＳＬ１０９６，Ａ法（フラジール形法））は、０．５〜５０．０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓに設定されることが好ましい。本実施形態では、被覆部１２の通気度が、３．０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓに設定されている。

膜部１３は、被覆部１２の外周面の全体、同被覆部１２の内周面と内管部１１の外周面との間に挟まれた部分、および被覆部１２の外面と内管部１１の貫通孔２３の内周面との間に挟まれた部分に設けられている。膜部１３としては、非通気性の薄膜が設けられている。本実施形態では、膜部１３の厚さが数十μｍになっている。

本実施形態の吸気ダクト１０は、以下の手順で形成される。
先ず、合成樹脂材料を用いた金型成形によって内管部１１が形成されるとともに、発泡ウレタンの原液を用いた金型成形によって被覆部１２および膜部１３が形成される。

図５（ａ）に示すように、被覆部１２および膜部１３の金型成形に際しては、被覆部１２および膜部１３のうちの上記内管部１１の貫通孔２３の内部に嵌まる部分Ａが、同貫通孔２３を通過して内管部１１の内部まで突出する形状に形成される。発泡ウレタンの原液を用いた金型成形では、金型内部で原液が発泡することによって発泡ウレタンからなる部分が形成されるとともに、金型からの受熱によって硬化することにより、発泡ウレタンからなる部分の表面に薄膜が形成される。本実施形態では、発泡ウレタンからなる部分が被覆部１２として用いられるとともに、薄膜からなる部分が膜部１３として用いられる。

そして、図５（ｂ）に示すように、金型成形によって成形した被覆部１２および膜部１３のうち、上記内管部１１の貫通孔２３を通過して同内管部１１の内部に突出する部分、具体的には図５（ａ）中の一点鎖線よりも先端側の部分が切り落とされる。

その後、図１に示すように、内管部１１のダクト部２２に被覆部１２および膜部１３を挿入する態様で、それら被覆部１２および膜部１３が内管部１１に嵌められる。このようにして、内管部１１、被覆部１２、および膜部１３によって構成される多層構造の吸気ダクト１０が形成される。

図３に示すように、このようにして形成された吸気ダクト１０は以下のように構成される。吸気ダクト１０では、被覆部１２が内管部１１の貫通孔２３の内部まで延設されている。また吸気ダクト１０では、被覆部１２における上記貫通孔２３内に配置される部分の先端面と内管部１１の内面とが略同一の面で延びている。さらに吸気ダクト１０では、被覆部１２における上記貫通孔２３内に配置される部分の先端には膜部１３が形成されていないため、内管部１１内を流れる空気の一部が貫通孔２３を介して被覆部１２の内部に流入可能になっている。

以下、本実施形態の吸気ダクト１０の作用について説明する。
吸気ダクト１０は非通気性の合成樹脂によって構成された筒状の内管部１１を有している。この内管部１１の周壁によって吸気ダクト１０の内部から外部への音の放射が遮られるため、吸気ダクト１０の内部から外部に放射される放射音が抑えられるようになる。

また吸気ダクト１０は、発泡ウレタンからなる被覆部１２を有しているとはいえ、その内部に合成樹脂製の内管部１１が設けられているため、全体が発泡ウレタンによって形成された吸気ダクトと比較して、全体の強度が高められている。

図６中に白抜きの矢印で示すように、本実施形態の吸気ダクト１０では、内管部１１内を通過する吸気の音波が貫通孔２３を介して被覆部１２内に進入するとともに同被覆部１２内を外周側に進んだ後に、膜部１３を振動させることによって吸気ダクト１０の外部に放出される。このように吸気ダクト１０では、貫通孔２３と、被覆部１２および膜部１３における上記貫通孔２３の開口部分を外周側に延ばした範囲Ｓに収まる部分とが、同吸気ダクト１０の内部から外部に音波の圧力を逃がす音波通路１４を構成している。

ここで、図７（ａ）〜７（ｃ）に示すように、吸気ダクト１０において吸気の音波の定在波の腹Ｂとなる位置、すなわち定在波の音圧が最も高くなる位置は、定在波の周波数（波長）によって異なる。吸気ダクト１０においては、吸気の音波の定在波の腹Ｂとなる位置に上記音波通路１４が存在すれば、同音波通路１４を通じて吸気の音波の圧力を吸気ダクト１０の外部に逃がすことにより当該定在波の発生を効果的に抑制できる。

この点、本実施形態の吸気ダクト１０によれば、図３に示すように、内管部１１の貫通孔２３、被覆部１２、および膜部１３からなる上記音波通路１４（図６参照）が延伸方向に間隔を置いて並ぶ態様で配置される。そのため、吸気ダクト１０の内部に発生し得る様々な周波数の定在波の腹Ｂとなる位置に音波通路１４が存在することとなり、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる。なお駆動源として車両に搭載される内燃機関では、駆動力を調整するべく機関出力軸の回転速度が広い速度範囲で変更されるため、これに伴って吸気音波の定在波の周波数が広範囲で変化する。本実施形態によれば、そうした車載内燃機関の吸気ダクト１０内における様々な周波数の定在波の発生を効果的に抑制することができる。

また、図６中に黒塗りの矢印で示すように、被覆部１２の内部に進入した音波の一部は上記音波通路１４から逸れて被覆部１２内を進むようになる。そして、この音波は被覆部１２の通過に際して吸収されるようになる。すなわち、音波によって被覆部１２が振動するとともに、その振動のエネルギが被覆部１２の摩擦熱に変換されて消費される。これにより、吸気騒音を低減することができる。

このように本実施形態の吸気ダクト１０によれば、放射音を含む吸気騒音を好適に低減することができる。
吸気ダクト１０では、内管部１１の貫通孔２３の内部にも被覆部１２が形成されている。そのため、吸気ダクト１０の大型化を抑えつつ、貫通孔２３の形成部分における被覆部１２の厚さを大きくすることができる。したがって、被覆部１２を利用した消音効果の向上を図るうえで、同被覆部１２の形状設定の自由度を高くすることができる。

ここで、内管部１１のダクト部２２の周壁全体に占める貫通孔２３の開口部分の割合が７０％よりも高い場合には、内管部１１の内面近傍に形成される境界層、すなわち吸気の粘性が無視できない層の厚さが無視できなくなる。この場合には、吸気の主流の通気抵抗を低減する効果が発揮され難くなってしまうため、圧力損失の増大を招くおそれがある。

一方、ダクト部２２の周壁全体に占める貫通孔２３の開口部分の割合が３０％よりも低い場合には、吸気音の音圧を低減する効果が発揮されにくくなるため、幅広い周波数の吸気騒音を低減するといった上述の効果が発揮され難くなってしまう。

この点をふまえて、本実施形態の吸気ダクト１０では、ダクト部２２の周壁全体に占める貫通孔２３の開口部分の割合が略５０％に設定されている。これにより、吸気ダクト１０の圧力損失の増大が抑制されるようになるとともに、幅広い周波数の吸気騒音を低減する効果が確実に発揮されるようになる。

吸気ダクト１０は、内管部１１に設けられた貫通孔２３や通気性を有する被覆部１２を有しているとはいえ、同被覆部１２の外周面の全体を覆う非通気性の膜部１３を有している。この膜部１３を設けることによって、吸気ダクト１０の外周面を介して同吸気ダクト１０の外部から内部に空気が吸われることがなくなるため、膜部１３が設けられない吸気ダクトと比較して、内管部１１の内面近傍に形成される境界層を小さくすることができる。これにより、内管部１１内を流れる吸気の主流の通気抵抗が増大することを抑制でき、吸気ダクト１０の圧力損失の増加を抑えることができる。しかも、上記膜部１３により、吸気ダクト１０の外周面を介した同吸気ダクト１０の外部から内部への水分の進入が防止されるため、吸気ダクト１０の防水性能を向上させることもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）吸気ダクト１０を非通気の合成樹脂製の内管部１１と発泡ウレタン製の被覆部１２とを有する多層構造にするとともに、内管部１１の周壁に延伸方向に並ぶ態様で複数の貫通孔２３を形成した。そして、この貫通孔２３と、被覆部１２および膜部１３における貫通孔２３の開口部分を外周側に延ばした範囲に収まる部分とによって、吸気ダクト１０の内部から外部に音波の圧力を逃がす音波通路１４を構成した。そのため、放射音を含む吸気騒音を好適に低減することができる。

（２）吸気ダクト１０に被覆部１２の外周側の面を覆う非通気性の膜部１３を設けた。そのため、吸気ダクト１０に貫通孔２３や通気性を有する被覆部１２が配設されているとはいえ、それらの配設に起因する吸気ダクト１０の圧力損失の増加を抑えることができる。

（３）被覆部１２が貫通孔２３の内部まで延設されている。これにより、被覆部１２の形状設定の自由度を高くすることができるため、被覆部１２を利用した消音効果の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・図５（ａ）に示す金型成形によって成形した被覆部１２および膜部１３を内管部１１に嵌めた後に、被覆部１２および膜部１３のうちの上記内管部１１の内部に突出する部分、具体的には図５（ａ）中の一点鎖線よりも先端側の部分を切り落とすことにより、多層構造の吸気ダクト１０を形成するようにしてもよい。

・図８に示すように、発泡ウレタンからなる被覆部３２と非通気の薄膜からなる膜部３３とのうち、内管部１１の貫通孔２３の内部に配置される部分を省略してもよい。
・被覆部１２を、圧縮成形した不織布によって構成するようにしてもよい。同構成においては、不織布からなる被覆部１２の外周にフィルムを巻き付けることによって膜部１３を形成してもよい。また上記構成においては、膜部１３のうちの前記貫通孔２３の内面と被覆部１２との間に挟まれる部分や、内管部１１の外周面と被覆部１２の内周面との間に挟まれる部分を省略することができる。

・被覆部１２の外面を覆う膜部１３を省略してもよい。すなわち図９に一例を示すように、吸気ダクト４０を、貫通孔４３を有する内管部４１と同内管部４１の外周面の全体を覆う被覆部４２とからなる二層構造にしてもよい。

・ダクト部２２の周壁全体に占める貫通孔２３の開口部分の割合を３０〜４５％の範囲内に設定することができる。また、同割合を３０％よりも僅かに低く設定してもよい。
・ダクト部２２の周壁全体に占める貫通孔２３の開口部分の割合を５５〜７０％の範囲内に設定することもできる。また、同割合を７０％よりも僅かに高く設定してもよい。

・各貫通孔２３の形状は任意に変更することができる。
・内管部１１の貫通孔２３と同貫通孔２３の外周側を覆う被覆部１２とを有する音波通路１４を、吸気ダクト１０の周壁の一部のみに設けるようにしてもよい。例えば吸気ダクト１０の周壁における延伸方向の中央部分のみに音波通路１４を設けたり、吸気ダクト１０の周壁における半周部分のみに音波通路１４を設けたりすることができる。

１０，４０…吸気ダクト、１１，４１…内管部、１２，３２，４２…被覆部、１３，４３…膜部、１４…音波通路、２１…導入部、２２…ダクト部、２３…貫通孔。

Claims (4)

1. 非通気性の合成樹脂によって構成された内管部と、
   前記内管部の延伸方向に間隔を置いて並ぶ態様で前記内管部の周壁に形成された複数の貫通孔と、
   通気性を有する材料によって構成されるとともに前記周壁における前記貫通孔の形成部分の外周面を覆う被覆部と、を有する内燃機関の吸気ダクトであって、
   前記貫通孔と、前記被覆部における前記貫通孔の開口部分を外周側に延ばした範囲に収まる部分と、が前記吸気ダクトの内部から外部に音波の圧力を逃がす音波通路の少なくとも一部をなしている
   内燃機関の吸気ダクト。
2. 前記被覆部は、発泡ウレタンによって構成されている
   請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクト。
3. 前記被覆部の外周側の面を覆う非通気性の膜からなる膜部を有する
   請求項１または２に記載の内燃機関の吸気ダクト。
4. 前記被覆部は、前記貫通孔の内部まで延びている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクト。