JP2021189334A - 通気部品 - Google Patents

Abstract

【課題】壁部の消音性能を効果的に向上できる通気部品を提供する。【解決手段】吸気ダクト１１は、繊維を含んで通気性を持つ内層１４と、内層１４の外周側に設けられて弾性を持つ外層１５とを有する壁部１３を、周壁１２の少なくとも一部に備えている。壁部１３は、内層１４を質量部とし且つ外層１５をばね部としたときの振動系の固有振動数が、部分的に変化している。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関の吸気ダクトなどに用いられる通気部品に関する。

従来、この種の通気部品に用いられる吸音材として、例えば特許文献１に示すものが知られている。こうした吸音材は、内側に配置された繊維からなる高密度層と、高密度層の外側に配置された低密度層とを備えた積層構造体によって構成されている。この積層構造体は、高密度層を質量部、低密度層をばね部としたマス−ばね系を形成することで、音のエネルギーを減衰させるようにしている。

特開平８−１５２８９０号公報

ところで、上述の吸音材では、減衰させる狙いの周波数の音波をマス−ばね系で調整しているが、減衰させることができる周波数の音波が単一である。このため、複数の周波数の音波を減衰させることができないので、消音性能を向上する上では改善の余地を残すものとなっている。本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされた。その目的は、壁部の消音性能を効果的に向上できる通気部品を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する通気部品は、繊維を含んで通気性を持つ内層と、前記内層の外周側に設けられて弾性を持つ外層とを有する壁部を、周壁の少なくとも一部に備えた通気部品であって、前記壁部は、前記内層を質量部とし且つ前記外層をばね部としたときの振動系の固有振動数が、部分的に変化していることを要旨とする。

この構成によれば、壁部が複数の固有振動数を持っているので、複数の周波数の音波を共振させて効果的に減衰させることができる。したがって、壁部の消音性能を効果的に向上できる。

一実施形態の吸気ダクトの一部を示す断面図。 変更例の吸気ダクトの要部拡大断面図。 変更例の吸気ダクトの側面図。

以下、通気部品を内燃機関の吸気ダクトに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、通気部品の一例としての吸気ダクト１１は、略円筒状をなしている。吸気ダクト１１は、円筒状の周壁１２の少なくとも一部が繊維を含む壁部１３によって構成されている。本実施形態の周壁１２は、全部が壁部１３によって構成されている。本実施形態の壁部１３は、熱圧縮成型された不織布によって構成されている。

壁部１３は、周壁１２における内周側に位置する円筒状の内層１４と、内層１４の外周側に設けられて弾性を持つ円筒状の外層１５とを有している。内層１４及び外層１５は、共に繊維を含んで通気性を持っている。内層１４の通気度は、外層１５の通気度よりも低くなっている。内層１４と外層１５とは、内層１４及び外層１５をそれぞれ構成する不織布の繊維同士をニードルパンチによって絡め合わせることによって接合されている。

したがって、内層１４と外層１５とは、接着剤を使用せずに接合されているため、内層１４と外層１５との境界部分１６は、通気性を持っている。この場合、境界部分１６の通気度は、内層１４の通気度以上になっている。また、内層１４の厚さは、外層１５の厚さよりも薄くなっている。すなわち、内層１４の圧縮率は、外層１５の圧縮率よりも高くなっている。つまり、内層１４は、外層１５よりも密度が大きくなっている。

壁部１３は、内層１４を質量部とし且つ外層１５をばね部とした振動系である１自由度のマス−ばね系を形成している。壁部１３は、外層１５の厚さを部分的に変化させることで、マス−ばね系の固有振動数を部分的に変化させている。一般に、マス−ばね系の固有振動数は、質量部（内層１４の通気度）及びばね部のばね定数（外層１５の厚さ）のうち少なくとも一方を変化させることで変化する。

本実施形態の壁部１３は、内層１４の厚さを一定にし、外層１５の厚さを部分的に変化させてマス−ばね系のばね部のばね定数を部分的に変化させることで、マス−ばね系の固有振動数を部分的に変化させている。すなわち、本実施形態の壁部１３は、内層１４の厚さが一定であり、外層１５の厚さが三段階で変化している。

外層１５は、径方向の厚さが最も薄い第１肉厚部１７と、第１肉厚部１７に隣接して第１肉厚部１７よりも径方向の厚さが厚い第２肉厚部１８と、第２肉厚部１８に隣接して第２肉厚部１８よりも径方向の厚さが厚い第３肉厚部１９とを有している。このため、第１肉厚部１７と第２肉厚部１８との間には段差が形成され、第２肉厚部１８と第３肉厚部１９との間にも段差が形成される。

したがって、第１肉厚部１７のばね定数と、第２肉厚部１８のばね定数と、第３肉厚部１９のばね定数とは互いに異なる。よって、壁部１３においては、第１肉厚部１７と対応する部分である第１壁部２０の固有振動数と、第２肉厚部１８と対応する部分である第２壁部２１の固有振動数と、第３肉厚部１９と対応する部分である第３壁部２２の固有振動数とが互いに異なる。

次に、吸気ダクト１１の作用について説明する。
さて、吸気ダクト１１の周壁１２を構成する壁部１３の内部に吸気（空気）が流れると、吸気によって様々な周波数（振動数）の音波が発生する。この発生した音波のうち、周波数が第１壁部２０の固有振動数と同じ音波は第１壁部２０と共振することで効率よく減衰され、周波数が第２壁部２１の固有振動数と同じ音波は第２壁部２１と共振することで効率よく減衰され、周波数が第３壁部２２の固有振動数と同じ音波は第３壁部２２と共振することで効率よく減衰される。

このように、吸気ダクト１１の壁部１３は複数（本例では３つ）の固有振動数を持っているので、複数（本例では３つ）の周波数の音波がそれぞれ第１壁部２０、第２壁部２１、及び第３壁部２２と共振して効果的に減衰される。したがって、壁部１３の内部を流れる吸気によって発生する騒音レベルが効果的に低減される。

加えて、壁部１３の内部を流れる吸気の音波の圧力は、一部が通気性を持つ壁部１３の外層１５を通過する際に外層１５を構成する繊維を振動させることによって熱エネルギーに変換されて減衰される。このため、吸気の音波の定在波の発生が抑制されるので、吸気の流れによって発生する騒音が低減される。したがって、壁部１３内を流れる吸気による騒音の発生及び壁部１３外へ放出される放射音が低減される。

また、壁部１３は通気性を持っているため、壁部１３の外部の空気は壁部１３の内部に進入しようとする。しかしながら、本実施形態の吸気ダクト１１では、壁部１３における内層１４は外層１５よりも通気度が低いため、壁部１３の外部の空気の壁部１３の内部への進入が内層１４によって効果的に抑制される。つまり、内層１４は、周壁１２を構成する壁部１３の通気をコントロールしている。このため、壁部１３の内部を流れる吸気が壁部１３の外部から壁部１３の内部に進入する空気の悪影響を受け難くなるので、壁部１３の内部を流れる吸気の圧力損失が低減される。

以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）吸気ダクト１１は、繊維を含んで通気性を持つ内層１４と、内層１４の外周側に設けられて弾性を持つ外層１５とを有する壁部１３を、周壁１２の少なくとも一部に備える。壁部１３は、内層１４を質量部とし且つ外層１５をばね部としたときの振動系の固有振動数が、部分的に変化している。この構成によれば、壁部１３が複数の固有振動数を持っているので、吸気ダクト１１内を流れる吸気の複数の周波数の音波を共振させて効果的に減衰させることができる。したがって、壁部１３の消音性能を効果的に向上できる。また、壁部１３に持たせる固有振動数を適宜調整することで、所望の周波数（例えば、１０００Ｈｚ〜５００Ｈｚ以下の比較的低い周波数）の音波を狙って減衰させることもできる。

（２）吸気ダクト１１において、外層１５は、繊維を含んで通気性を持ち、部分的に厚さが変化している。この構成によれば、外層１５の厚さを部分的に変化させるだけで、外層１５のばね定数を部分的に変化させることができる。したがって、壁部１３の固有振動数を容易に部分的に変化させることができる。

（３）吸気ダクト１１において、内層１４は外層１５よりも密度が大きくなっている。この構成によれば、内層１４の内面が滑らかになるので、内層１４（壁部１３）の内側を流れる吸気の圧力損失を低減できる。

（４）吸気ダクト１１において、内層１４と外層１５とは、ニードルパンチによって内層１４及び外層１５の繊維同士を絡め合わせることによって接合されている。この構成によれば、内層１４と外層１５とを接合するための接着剤などの材料を別途用意することなく、内層１４と外層１５とを接合できる。

（５）吸気ダクト１１は、周壁１２全体が通気性を持つ不織布からなる壁部１３によって構成されている。この構成によれば、周壁１２全体が通気性を持たない硬質の合成樹脂によって構成される場合に比べて、吸気ダクト１１を軽くすることができる。

（変更例）
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。また、上記実施形態及び以下の変更例は、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２に示すように、吸気ダクト１１において、外層１５は、通気性を有する通気部２５と、通気性を有さない非通気部２６とを備え、通気部２５は、周壁１２の内部を流れる吸気の音波の定在波の腹となる位置と対応するように配置されていてもよい。この場合、外層１５には、部分的に圧縮率を変えることによって通気性を有する通気部２５と、通気性を有さない非通気部２６とが設けられる。つまり、外層１５における径方向の厚さの薄い高圧縮部が非通気部２６となり、外層１５における径方向の厚さの厚い低圧縮部が通気部２５となる。さらにこの場合、通気部２５は、周壁１２の内部を流れる吸気の音波の定在波のうち一次の定在波Ｗ１の腹と対応する位置Ａ及び二次の定在波Ｗ２の腹と対応する位置Ｂに配置されている。

このように構成すれば、周壁１２の内部を流れる吸気の複数の周波数の音波のそれぞれの音圧が最も高くなる位置Ａ，Ｂに通気部２５が配置され、且つ通気部２５以外の位置に非通気部２６が配置される。このため、周壁１２全体として、周壁１２の内部から外部へ放出される放射音を低減でき、且つ周壁１２の外部から周壁１２の内部に進入する空気を低減して周壁１２の内部を流れる吸気の圧力損失を低減できる。この場合、周壁１２の外周面には通気部２５と非通気部２６とによって段差が形成されるので、周壁１２の面剛性が向上する。このため、音波による周壁１２の揺れが抑えられるので、周壁１２の内部から外部へ放出される放射音の低減に対してより有利となる。

・図３に示すように、吸気ダクト１１において、外層１５に、通気性をほとんど持たない高圧縮部２７と、高圧縮部２７よりも低い圧縮率で圧縮成形されて通気性を持つ低圧縮部２８とを設け、低圧縮部２８を外層１５の軸線方向（図３では左右方向）の全体にわたって連続して延びるように配置してもよい。通常、吸気ダクト１１においては、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通気性を持つ低圧縮部２８が存在すれば、吸気の音波の圧力を、低圧縮部２８を通じて外部に逃がすことで当該定在波の発生を効果的に抑制できる。この点、この構成によれば、外層１５にその軸線方向の全体にわたって連続して延びるように低圧縮部２８が形成されているため、吸気ダクト１１の内部に発生し得る様々な周波数の音波の定在波の腹となる位置に低圧縮部２８が存在することになる。したがって、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる。

・外層１５の厚さを一定にし、内層１４の通気度を部分的に変化させることによって、壁部１３の固有振動数を部分的に変化させるようにしてもよい。この場合、内層１４は、例えば、部分的にバインダーの配合を変化させることによって、通気度を部分的に変化させるようにしてもよい。

・外層１５は、グラスウールやウレタンなどの発泡成形によって、互いに厚さの異なる第１肉厚部１７、第２肉厚部１８、及び第３肉厚部１９の密度が同じになるように構成してもよい。

・外層１５は、必ずしも通気性を持つ必要はない。すなわち、外層１５は、通気性を持っていなくてもよい。
・外層１５の径方向の厚さは、第１肉厚部１７、第２肉厚部１８、及び第３肉厚部１９の三段階で変化させるようにしたが、二段階で変化させるようにしてもよいし、四段階以上で変化させるようにしてもよい。

・吸気ダクト１１は、必ずしも周壁１２全体が壁部１３によって構成されている必要はない。すなわち、周壁１２の一部を壁部１３によって構成してもよい。
・吸気ダクト１１において、内層１４は、必ずしも外層１５よりも密度が大きくなっている必要はない。すなわち、内層１４は、外層１５と同じ密度であってもよいし、外層１５よりも密度が小さくてもよい。

・吸気ダクト１１において、外層１５の外周面に撥水剤を塗布するようにしてもよい。すなわち、外層１５の外周面に例えばフッ素コーティングなどを施して撥水性を持たせてもよい。この場合、撥水剤は、外層１５の通気性が維持されるように、外層１５の外周面に塗布することが好ましい。

・吸気ダクト１１は、円筒形状に限らず、四角筒形状や六角筒形状などの多角筒形状であってもよいし、楕円筒形状であってもよい。
・通気部品は、吸気ダクト１１に限らず、インレットダクト、エアクリーナ、エアコンの給気ダクトや外気ダクト、電気自動車のモータに冷却風を供給するためのダクト、燃料電池車の燃料電池スタックに酸素を供給するためのダクトなどであってもよい。

１１…吸気ダクト
１２…周壁
１３…壁部
１４…内層
１５…外層
１６…境界部分
１７…第１肉厚部
１８…第２肉厚部
１９…第３肉厚部
２０…第１壁部
２１…第２壁部
２２…第３壁部
２５…通気部
２６…非通気部
２７…高圧縮部
２８…低圧縮部
Ａ…一次の定在波Ｗ１の腹と対応する位置
Ｂ…二次の定在波Ｗ２の腹と対応する位置
Ｗ１…一次の定在波
Ｗ２…二次の定在波

Claims (4)

1. 繊維を含んで通気性を持つ内層と、前記内層の外周側に設けられて弾性を持つ外層とを有する壁部を、周壁の少なくとも一部に備えた通気部品であって、
   前記壁部は、前記内層を質量部とし且つ前記外層をばね部としたときの振動系の固有振動数が、部分的に変化していることを特徴とする通気部品。
2. 前記外層は、繊維を含んで通気性を持ち、部分的に厚さが変化していることを特徴とする請求項１に記載の通気部品。
3. 前記内層は、前記外層よりも密度が大きいことを特徴とする請求項２に記載の通気部品。
4. 前記外層は、通気性を持つ通気部と、通気性を持たない非通気部とを備え、
   前記通気部は、前記周壁の内部を流れる空気の音波の定在波の腹となる位置と対応する
   ように配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の通気部品。

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