JP4711238B2

JP4711238B2 - 吸気装置

Info

Publication number: JP4711238B2
Application number: JP2006354816A
Authority: JP
Inventors: 直史瀬古; 治久柴田; 和宏林; 佳高西尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008163854A

Description

本発明は、吸気音を低減するエンジンの吸気装置に関する。

例えば、自動車のエンジンの騒音対策として、吸気音の低減を図るレゾネータを設ける技術が知られている。レゾネータは、吸気通路の途中に設けられる容積部を有し、吸気通路を流れる特定の周波数の音を低減する。また、吸気通路と容積部との間に振動膜を設け、この振動膜を振動させることにより、吸気音と逆位相の圧力波を形成して共鳴させ、吸気音を低減する技術も知られている。さらに、近年では、この吸気通路と容積部との間に設けられる振動膜の張力を変更することにより、共鳴周波数を変更し、幅広い周波数領域で吸気音の低減を図っている（引用文献１参照）。

しかしながら、吸気通路と容積部との間に設けられている振動膜は、吸気の圧力波に応じて振動させるために、薄い膜状に形成されている。そのため、例えばバックファイアやスロットル開度の急変などによって、吸気の圧力変化が大きくなると、振動膜の破損を招くおそれがある。その結果、吸気音が増大したり、エンジンに異物が吸入されるおそれがある。

特開２００４−２９３３６５号公報

そこで、本発明の目的は、過大な圧力変化による振動膜部材の振動を制限し、振動膜部材の破損を低減する吸気装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、振動膜部材の振動幅を制限する制限手段を備えている。そのため、吸気通路における過大な圧力変化によって振動膜部材の振動幅が大きくなるとき、制限手段は振動膜部材の振動を制限する。これにより、振動膜部材の過大な振動が低減される。したがって、振動膜部材の破損を低減することができる。また、制限手段で振動膜部材の振動幅を制限することにより、振動膜部材の振動幅自体を調整可能である。そのため、適用する車種ごとに吸気音を制御することができる。

請求項１記載の発明では、制限手段は振動膜部材に設けられている開口部である。開口部は、振動膜部材の変形が所定よりも大きくなると開口する。すなわち、振動膜部材の変形が小さいとき、振動膜部材は開口部が開口することなく振動する。一方、振動膜部材の変形が所定よりも大きくなると、振動膜部材の開口部は開口する。これにより、振動膜部材の変形が所定よりも大きくなると、開口部を通して吸気通路と容積部との間で空気が出入りする。その結果、開口部が開口すると、振動膜部材の変形は制限される。したがって、振動膜部材は自身の開口部の開口によって振動幅が制限され、部品点数の増大を招くことなく振動膜部材の破損を低減することができる。

請求項２記載の発明では、制限手段は振動膜部材と一体の制限層部を有している。制限層部は、力に対する変位量が振動膜部材と異なる材料で形成されている。そのため、振動膜部材の振動幅が大きくなると、制限層部が変形を制限する。その結果、振動膜部材の過大な振動は低減される。したがって、振動膜部材は一体の制限層部によって振動幅が制限され、部品点数の増大を招くことなく振動膜部材の破損を低減することができる。

以下、本発明の複数の実施形態及び参考例を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態及び参考例において実質的に同一に構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１参考例）
第１参考例による吸気装置を図１に示す。吸気装置１０は、通路形成部材１１、ケース１２、振動膜部材１３および制限手段としてのストッパ１４を備えている。通路形成部材１１は、通路部２１、サージタンク２２および分配管部２３を有している。通路部２１は、内部に吸気通路３１を形成している。サージタンク２２は、通路部２１に接続し、分配管部２３が分岐している。通路部２１は、サージタンク２２と反対側の端部が図示しない吸入口を経由して大気に開放している。分配管部２３は、サージタンク２２とエンジン１５の各気筒１６とをそれぞれ接続している。サージタンク２２は、内部にタンク室３２を形成している。分配管部２３は、内部に分配通路３３を形成している。これにより、通路部２１の図示しない吸入口から吸入された空気は、吸気通路３１、タンク室３２および分配通路３３を経由してエンジン１５の各気筒１６へ供給される。吸気通路３１、タンク室３２および分配通路３３は、特許請求の範囲の吸気通路を構成している。

ケース１２は、吸気通路３１の一部に容積が大きな容積部３４を形成している。容積部３４は、吸気通路３１から分岐している。第１参考例の場合、ケース１２は、通路形成部材１１の通路部２１に取り付けられている。また、ケース１２は、スロットル１７よりも図示しない吸入口側に設けられている。スロットル１７は、吸気通路３１を流れる吸気の流量を調整する。なお、ケース１２は、通路形成部材１１と一体に形成してもよく、通路形成部材１１とは別体の管部材により接続する構成としてもよい。ケース１２および振動膜部材１３は、レゾネータを構成している。

振動膜部材１３は、通路形成部材１１が形成する吸気通路３１とケース１２が形成する容積部３４との間に設けられている。振動膜部材１３は、容積部３４の吸気通路３１側の端部を覆っている。これにより、振動膜部材１３は、吸気通路３１と容積部３４との間を仕切っている。すなわち、振動膜部材１３は、通路形成部材１１とともに吸気通路３１を形成するとともに、ケース１２とともに容積部３４を形成している。振動膜部材１３は、例えばフロロシリコンやシリコンエラストマーなどの弾性を有する材料で形成されている。これにより、振動膜部材１３は、柔軟であり、吸気通路３１を流れる吸気の圧力変化によって振動する。振動膜部材１３は、吸気通路３１と容積部３４とを仕切る薄い膜状に形成されている。振動膜部材１３は、径方向外側の端部すなわち外周側の端部がケース１２に支持されている。

ストッパ１４は、ケース１２に取り付けられている。ストッパ１４は、図２に示すように振動膜部材１３と概ね平行に設けられている。これにより、振動膜部材１３とストッパ１４とは概ね同一の形状である。例えば振動膜部材１３を円板状に形成する場合、ストッパ１４も円板状に形成される。ストッパ１４は、振動膜部材１３から所定の間隔で配置されている。第１参考例の場合、ストッパ１４は、振動膜部材１３の吸気通路３１とは反対側すなわち振動膜部材１３の容積部３４側に設けられている。ストッパ１４は、例えば金属や樹脂などにより空気が通過可能に形成されている。すなわち、ストッパ１４は、例えば開口を有していたり、網状または多孔状に形成されている。これにより、吸気通路３１と容積部３４との間の圧力差によって振動膜部材１３が振動するとき、容積部３４の空気はストッパ１４を通して移動可能である。その結果、振動膜部材１３とストッパ１４との間に形成される空間は、容積部３４と同一の圧力に維持される。

振動膜部材１３は、吸気通路３１を流れる吸気の音によって振動する。振動膜部材１３は、振動によって音を発生する。このとき、振動膜部材１３の振動によって生じる音の位相が吸気の音と逆位相であれば、吸気通路３１を流れる吸気の音と振動膜部材１３の振動によって生じる音とが共鳴し、吸気の音は減衰される。そのため、振動膜部材１３の固有振動数を設定することにより、吸気通路３１を流れる吸気の音は減衰される。このように、吸気通路３１を流れる吸気の音が生じるとき、振動膜部材１３は吸気の音すなわち吸気の圧力変動に対応して振動する。その結果、吸気通路３１の圧力が容積部３４の圧力よりも高くなると、柔軟な材料で形成されている振動膜部材１３は容積部３４側へ変形する。

一方、例えばエンジン１５でバックファイアが生じたりすると、吸気通路３１における吸気の圧力は急激に上昇する。そのため、吸気通路３１の圧力は、大気圧を大きく上回る。その結果、振動膜部材１３の振動幅も、通常の吸気の圧力変化にともなう振動幅よりも大きくなる。第１参考例の場合、吸気通路３１における吸気の圧力が急激に増大し、振動膜部材１３の容積部３４側への振動幅が大きくなると、図３に示すように振動膜部材１３はストッパ１４に接する。すなわち、振動膜部材１３は、変位が最も大きくなる中心部がストッパ１４に接する。これにより、振動膜部材１３は、容積部３４側へのさらなる変位が制限される。したがって、振動膜部材１３は、例えばバックファイアなどにより吸気通路３１の圧力が急激に増大し、過大な圧力に達しても、ストッパ１４によって過大な変位が制限される。

第１参考例では、振動膜部材１３は振動時における容積部３４側への変位がストッパ１４によって制限される。そのため、吸気通路３１の圧力の上昇によって、振動膜部材１３の振動幅が増大するときでも、振動膜部材１３の容積部３４側への過大な変位はストッパ１４によって制限される。これにより、薄く柔軟な材料で形成されている振動膜部材１３は、吸気通路３１の圧力変化による過大な移動が制限される。したがって、振動膜部材１３の破損を低減することができる。

また、第１参考例では、ストッパ１４は、空気の通過が可能な開口を有していたり、多孔状または網目状に形成されている。そのため、ストッパ１４の容積部３４側の空気は、ストッパ１４を経由して振動膜部材１３側へ円滑に移動する。その結果、ストッパ１４を設ける場合でも、振動膜部材１３の振動応答性は変化せず、吸気の音の変化に対応して振動する。したがって、吸気の騒音を低減することができる。

さらに、第１参考例では、振動膜部材１３とストッパ１４との間の距離は任意に設定可能である。これにより、振動膜部材１３の最大の振動幅すなわち振幅は任意に設定される。そのため、吸気装置１０が搭載される車種によって、低減する吸気の音量を制御することができる。

（第２参考例）
第２参考例による吸気装置のレゾネータを図４に示す。
第２参考例の場合、図４に示すようにストッパ４０は曲面部４１を有する湾曲状に形成されている。ストッパ４０は、振動膜部材１３側の端部に曲面部４１を有している。第２参考例の場合、ストッパ４０は、両端面が湾曲形状に形成されている。しかし、ストッパ４０は、少なくとも振動膜部材１３側の端部にのみ曲面部４１を有する形状であってもよい。ストッパ４０は、第１参考例と同様に開口を有していたり、多孔または網目状に形成されている。

曲面部４１は、図４に示すように振動膜部材１３の変形形状に対応して設定されている。振動膜部材１３は、外周側の端部がケース１２に支持されている。そのため、吸気通路３１の圧力が大きくなると、振動膜部材１３は径方向の中心側ほどストッパ４０側へ変形する。その結果、振動膜部材１３は、ストッパ４０側へ椀状に変形する。この振動膜部材１３の変形形状に対応して、曲面部４１の形状は設定されている。

第２参考例の場合、吸気通路３１の圧力の変化によって振動膜部材１３の容積部３４側への変形が大きくなると、振動膜部材１３は曲面部４１によって過大な変位が制限される。このとき、振動膜部材１３は、椀状に変形するとともに、ストッパ４０側の面が曲面部４１に接する。そのため、振動膜部材１３とストッパ４０とは面接触を形成する。その結果、振動膜部材１３とストッパ４０とが接する面積は増大し、変形時に振動膜部材１３がストッパ４０から受ける力は分散される。したがって、第２参考例では、振動膜部材１３の破損をより低減することができる。

（第３参考例）
第３参考例による吸気装置のレゾネータを図５に示す。
第３参考例の場合、図５および図６に示すようにストッパ５０はケース１２に設けられている。すなわち、ストッパ５０は、ケース１２と一体に形成され、ケース１２の底部１８から振動膜部材１３側へ突出している。これにより、振動膜部材１３の振動幅が大きくなると、振動膜部材１３はストッパ５０と接することによって変位が制限される。したがって、振動膜部材１３の過大な変位が制限され、振動膜部材１３の破損を低減することができる。

また、第３参考例では、ストッパ５０はケース１２と一体に形成されている。したがって、部品点数の増加を招くことなく、振動膜部材１３の破損を低減することができる。
さらに、第３参考例では、図６に示すようにストッパ５０はケース１２の中心から放射状に形成されている。これにより、容積部３４の容積の低下を抑制しつつ、ストッパ５０の振動膜部材１３側の端部の面積が確保される。その結果、ケース１２による騒音低減効果を確保しつつ、ストッパ５０と振動膜部材１３との接触面積が確保される。したがって、振動膜部材１３とストッパ５０との局所的な接触が低減され、振動膜部材１３の破損を低減することができる。なお、図５および図６に示すストッパ５０の形状は一例であり、ストッパ５０の形状はケース１２の形状に応じて任意に設定することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による吸気装置のレゾネータを図７に示す。
第１実施形態の場合、図７に示すように振動膜部材６０は中心部に切り込み部６１を有している。振動膜部材６０は、上述のように例えば弾性を有する柔軟な材料によって形成されている。そのため、振動膜部材６０は、図７に示すように変形していないとき、または変形量が小さいとき、自身の弾性力によって切り込み部６１を塞ぐ方向へ変形している。一方、振動膜部材６０は、図８に示すように変形量が大きくなると、切り込み部６１が拡大し、開口部６２を形成する。そのため、振動膜部材６０は、変形量が大きくなると、開口部６２を通して吸気通路３１側から容積部３４側へ空気が通過する。その結果、振動膜部材６０のさらなる変形すなわち容積部３４側への変位は、開口部６２の形成によって制限される。つまり、第１実施形態では、振動膜部材６０自身に設けられている切り込み部６１が振動膜部材６０の過大な変位を制限する制限手段である。したがって、第１実施形態では、部品点数の増大を招くことなく、簡単な構成で振動膜部材６０の破損を低減することができる。

なお、第１実施形態では、振動膜部材６０の変形が大きくなると、切り込み部６１が拡大し、開口部６２を形成する例について説明した。しかし、振動膜部材６０を周方向へ放射状に複数の振動片に分割し、この振動片が径方向の中心部において重なる形状としてもよい。この場合、振動膜部材６０の振幅が大きくなると、互いに重なっている振動片が開き、開口部を形成する。このように、第１実施形態では、振動膜部材６０の変位が大きくなると開口部を形成する構造であれば、上記の例に限定するものではない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による吸気装置のレゾネータを図９に示す。
第２実施形態の場合、図９に示すように振動膜部材７０は内部に制限層部７１を有している。制限層部７１は、加わった力に対する伸び率が振動膜部材７０と異なる材料で形成されている。制限層部７１は、例えばポリアミド樹脂など引っ張りに対する変形が比較的小さな樹脂などによって網目状に形成されている。これにより、図１０（Ａ）、図１０（Ｃ）に示すように振動膜部材７０の変形量が小さいとき、制限層部７１は振動膜部材７０とともに変形し、制限層部７１が振動膜部材７０の変形を制限しない。一方、図１０（Ｂ）、図１０（Ｄ）に示すように振動膜部材７０の変形量が大きくなると、制限層部７１が振動膜部材７０の変形を妨げる。そのため、振動膜部材７０に力が加わっても、振動膜部材７０の変位は制限層部７１によって制限される。したがって、第２実施形態では、部品点数の増大を招くことなく、簡単な構成で振動膜部材７０の破損を低減することができる。
なお、第２実施形態では、制限層部７１を樹脂で網状に形成する例について説明したが、制限層部７１は例えば金属などにより網状あるいは繊維状に設けてもよい。

（第４参考例）
第４参考例による吸気装置を図１１に示す。
第４参考例の場合、図１１に示すようにケース１２はサージタンク２２に設けられている。すなわち、ケース１２は、スロットル１７よりもエンジン１５側に設けられている。第６実施形態のようにスロットル１７のエンジン１５側にケース１２を設ける場合、スロットル１７の開閉によってタンク室３２の圧力は大気圧よりも小さくなることがある。サージタンク２２の内部すなわちタンク室３２の圧力が低下すると、容積部３４とタンク室３２との間に設けられている振動膜部材１３は上述の実施形態及び参考例とは逆にタンク室３２側に変形する。つまり、スロットル１７のエンジン１５側にケース１２を設ける場合、吸気通路であるタンク室３２と容積部３４とを仕切る振動膜部材１３は容積部３４側だけでなくタンク室３２側にも変形する。

そこで、第４参考例では、振動膜部材１３を挟んで容積部３４側およびタンク室３２側にそれぞれストッパ８１、８２を設けている。これにより、例えばエンジン１５のバックファイアなどによってタンク室３２の圧力が上昇するとき、振動膜部材１３の変形はストッパ８１によって制限される。一方、例えばスロットル１７の急激な開閉などによってタンク室３２の圧力が低下するとき、振動膜部材１３の変形はストッパ８２によって制限される。したがって、ケース１２をスロットル１７よりもエンジン１５側に配置するときでも、振動膜部材１３の破損を低減することができる。

以上説明した複数の実施形態及び参考例では、ケース１２を通路部２１またはサージタンク２２に設ける例について説明した。しかし、ケース１２は、分配管部２３に設けてもよい。また、上述の実施形態及び参考例では、吸気装置１０へ各実施形態を個別に適用する例について説明したが、吸気装置１０へ複数の実施形態及び参考例を組み合わせて適用してもよい。
以上説明したように、本発明は、上記実施形態及び参考例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

第１参考例による吸気装置の概略を示す断面図。第１参考例による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図。第１参考例による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図。第２参考例による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図。第３参考例による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図。図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図。本発明の第１実施形態による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図であって、振動膜部材が変形していない状態を示す図。本発明の第１実施形態による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図であって、振動膜部材が変形した状態を示す図。本発明の第２実施形態による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図。本発明の第２実施形態による吸気装置の振動膜部材を示す模式図であり、（Ａ）は変形が小さい状態を示す平面図、（Ｂ）は変形が大きい状態を示す平面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＤ−Ｄ線における断面図。第４参考例による吸気装置の概略を示す断面図。第４参考例による吸気装置のレゾネータの概略を示す断面図。

符号の説明

１０：吸気装置、１１：通路形成部材、１２：ケース、１３、６０、７０：振動膜部材、１４、４０、５０、８１、８２：ストッパ（制限手段）、２１：通路部（通路形成部材）、２２：サージタンク（通路形成部材）、２３：分配管部（通路形成部材）、３１：吸気通路、３４：容積部、６２：開口部、７１：制限層部

Claims

吸気通路を形成する通路形成部材と、
前記吸気通路から分岐する容積部を形成するケースと、
前記吸気通路と前記容積部との間に設けられ、前記吸気通路を流れる吸気の脈動によって振動可能な振動膜部材と、
前記振動膜部材の振動幅を制限する制限手段と、
を備え、
前記制限手段は、前記振動膜部材に設けられ、前記振動膜部材の変形が所定よりも大きくなると開口する開口部であることを特徴とする吸気装置。
吸気通路を形成する通路形成部材と、
前記吸気通路から分岐する容積部を形成するケースと、
前記吸気通路と前記容積部との間に設けられ、前記吸気通路を流れる吸気の脈動によって振動可能な振動膜部材と、
前記振動膜部材の振動幅を制限する制限手段と、
を備え、
前記制限手段は、前記振動膜部材と一体に設けられ、加わる力に対する変位量が前記振動膜部材と異なる材料で形成されている制限層部であることを特徴とする吸気装置。