JP5020859B2

JP5020859B2 - 吸気ダクト及び吸気ダクト装置

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Publication number: JP5020859B2
Application number: JP2008045673A
Authority: JP
Inventors: 勝博丹下; 浩治南部; 真也牧原
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2009203850A

Description

本発明は、エンジンのための空気を外部から取り込む吸気ダクト及び吸気ダクト装置に関する。

従来、エンジンのための空気を外部から取り込む吸気ダクト装置には、吸気音の低下が求められている。吸気音を低下させる従来の吸気ダクト装置として、図６に示すように、ダクト２の内部にインナーチューブ３を設けると共に前記インナーチューブ３の上流側内部に円盤状のカム７（弁手段）を設け、前記カム７をアクチュエーター９により閉じたり、開いたりするものが提案されている。前記カム７を設けた吸気ダクトにあっては、大量の空気を必要としないエンジンの低速回転時には、カム７を閉じてダクトの開口面積を小さくすることにより吸気音を低減し、一方、大量の空気を必要とするエンジンの高速回転時には、カム７を開いてダクトの開口面積を大きくする。図６における１はエンジンへの空気を濾過するエアクリーナーであり、前記エアクリーナー１にダクト２の下流端が接続される。

しかし、前記円盤状のカム７を設けた吸気ダクト装置にあっては、カム７を閉じた開口面積縮小状態ではインナーチューブ３とダクト２間の狭い空間を空気が流れることになるため通風抵抗が大きくなって、エンジンに対して十分な空気を供給できなくなる。したがって、エンジンの回転数が比較的低い段階から早めにカム７を開くようにしなければならず、カム７を閉じることによる吸気音低減効果を十分に発揮できない問題がある。また、前記円盤状のカム７を設けた吸気ダクト装置にあっては、開口面積縮小状態時、空気がカム７に衝突しながら流れることになるため、空気のスムーズな流れが妨げられ、これによっても吸気音の低減効果が損なわれる。

特開平９−６８１２１号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、エンジンへの空気供給量が少ない吸気ダクトの開口面積小の状態において、通風抵抗が小さく、吸気音の低減効果が高い吸気ダクト及び吸気ダクト装置の提供を目的とする。

請求項１の発明は、エンジンのための空気を外部から取り込む吸気ダクトにおいて、ダクト本体と、前記ダクト本体の空気取り込み側内に配置されて前記ダクト本体の長さ方向に前進後退可能とされたダクト開口面積可変部材とを備え、前記ダクト本体は、空気取り込み側端部に該空気取り込み側外方へ向けて拡径したベルマウス形状部を有する管状体からなり、前記ダクト開口面積可変部材は、空気取り込み側外方へ向けて拡径したベルマウス形状部を有し両端が開口した中空体からなり、前記ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部における拡径側端部の外径は、前記ダクト本体のベルマウス形状部における縮径側端部の内径よりも大とされ、かつ前記ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部における縮径側端部の外径は、前記ダクト本体のベルマウス形状部における縮径側端部の内径よりも小とされ、前記ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部の拡径側端部が前記ダクト本体のベルマウス形状部内面に当接して開口面積縮小状態になることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の吸気ダクトと、前記ダクト開口面積可変部材をエンジンの回転数に応じて前記ダクト本体の長さ方向に前進後退させる移動手段とを備え、前記移動手段は、前記エンジンの回転数増大により前記ダクト開口面積可変部材を前記ダクト本体の空気取り込み側外方へ向けて前進させ、前記エンジンの回転数減少により前記ダクト開口面積可変部材を前記空気取り込み側外方に対して反対方向へ後退させることを特徴とする吸気ダクト装置に係る。

本発明によれば、吸気ダクトの開口面積縮小状態では、ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部とダクト本体のベルマウス形状部間が閉鎖されているため、外部からの空気はダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部のみを通ることとなり、両ベルマウス形状部間が開口した開口面積拡大状態と比べて、空気の供給量が少なくなる。また、前記開口面積縮小状態では、外部から取り込まれる空気はダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部内のみを通り、ダクト開口面積可変部材とダクト本体の両ベルマウス形状部間の狭い部分を通らないため、通風抵抗を小さくすることができ、吸気音を小さくできる。さらに、本発明においては、開口面積縮小状態時にダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部を通って空気が取り込まれるため、ベルマウス形状部によって空気の流れがスムーズになり、これによっても吸気音を低減させることができる。

また、本発明によれば、エンジンの回転数増大に応じてダクト開口面積可変部材をダクト本体の空気取り込み側外方へ前進させることにより、必要な空気量が多いエンジンの高速回転時には、ダクト開口面積可変部材とダクト本体との両ベルマウス形状部同士を離して両ベルマウス形状部間が開口した開口面積拡大状態とすることができ、一方、エンジンの回転数減少に応じてダクト開口面積可変部材を空気取り込み側外方に対して反対方向へ後退させることにより、必要な空気量が少ないエンジンの低速回転時には、ダクト開口面積可変部材とダクト本体との両ベルマウス形状部間を閉じて開口面積縮小状態とすることができる。

以下本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例に係る吸気ダクト装置において吸気ダクトの開口面積縮小状態を示す断面図、図２は図１の２Ａ−２Ａ断面図、図３は第１実施例における開口面積拡大状態を示す断面図、図４は第２実施例に係る吸気ダクト装置において吸気ダクトの開口面積縮小状態と開口面積拡大状態を示す断面図、図５は第３実施例に係る吸気ダクト装置において吸気ダクトの開口面積縮小状態と開口面積拡大状態を示す断面図である。

図１ないし図３に示す第１実施例の吸気ダクト装置１０は、自動車のエンジンのための空気を外部から取り込むための吸気ダクト２０と、移動手段５０を有する。

前記吸気ダクト２０は、ダクト本体２１とダクト開口面積可変部材３１とを有する。

前記ダクト本体２１は、内径及び外径が一定の管状体からなる管状部２２と、前記管状部２２の空気取り込み側端部に、空気取り込み側外方Ｋへ向けて拡径（径が拡大、拡開と同意味）したラッパ状のベルマウス形状部２４とよりなる管状体で構成されている。前記ベルマウス形状部２４は、前記管状部２２と一連に形成され、ダクト本体２１において径の拡大開始部分がベルマウス形状部２４と管状部２２との境界であり、該境界部位がベルマウス形状部２４の縮径側端部２５に相当する。また、本実施例では前記ダクト本体２１の管壁における対向する位置には、ダクト本体２１の長さ方向Ｌに沿って前進後退規制用長孔２６、２７が形成されている。前記前進後退規制用長孔２６、２７は、前記ダクト開口面積可変部材３１が前記ダクト本体２１の長さ方向Ｌに沿って移動する量（移動可能量）を規制する。

前記ダクト開口面積可変部材３１は、空気取り込み側外方Ｋへ向けて拡径したベルマウス形状部３２を有し両端が開口した中空体からなる。本実施例における前記ダクト開口面積可変部材３１を構成する中空体は、前記ベルマウス形状部３２と、その縮径側端部３４から空気取り込み側外方Ｋの反対側へ形成された管状の基部３５とよりなる。なお、前記ダクト開口面積可変部材３１を構成する中空体において径の拡大開始部分がベルマウス形状部３２と管状の基部３５との境界であり、該境界部位が前記ベルマウス形状部３２の前記縮径側端部３４に相当する。

前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２は、拡径側端部３３の外径ｄ１が、前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４における縮径側端部２５の内径Ｄ２よりも大とされ、かつ縮径側端部３４の外径ｄ２が、前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４における縮径側端部２５の内径Ｄ２よりも小とされている。すなわち、ｄ１＞Ｄ２＞ｄ２となっている。さらに、本実施例では、前記ダクト開口面積可変部材３１におけるベルマウス形状部３２の拡径側端部３３は、前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４内に配置可能とされ、前記空気取り込み側外方Ｋとは反対側へ前記ダクト開口面積可変部材３１が後退することにより、前記ベルマウス形状部３２の拡径側端部３３が前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４の内面に当接するように構成されている。具体的には、前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２における拡径側端部３３の外径ｄ１が、前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４における拡径側端部２８の外径Ｄ１より小で、かつ縮径側端部２５の内径Ｄ２よりも大とされている。すなわち、Ｄ１＞ｄ１＞Ｄ２＞ｄ２となっている。なお、前記ダクト開口面積可変部材３１における前記管状の基部３５の外径は一定とされ、前記ベルマウス形状部３２の縮径側端部３４の外径ｄ２と等しくされている。

前記ダクト開口面積可変部材３１の外面には、前記ダクト本体２１の前進後退規制用長孔２６、２７と対応する位置に、ガイド用リブ３６、３７が突出形成されている。前記ガイド用リブ３６、３７は、図２に示すように、前記ダクト可変部材３１を、前記ダクト本体部２１の径方向に偏りなくダクト本体２１内に保持すると共に、前記ダクト本体２１の長さ方向Ｌへ前記ダクト可変部材３１を移動可能にするためのものである。前記ガイド用リブ３６、３７は、前記ダクト本体２１の管状部２２の内面と接する当接面３８、３９が形成され、前記当接面３８、３９に突部４０、４１が形成されている。前記突部４０、４１は、前記ダクト本体２１の前進後退規制用長孔２６、２７に挿入されて前記長孔２６、２７の長さ方向に移動可能なサイズで形成されている。

前記ダクト開口面積可変部材３１が、前記ダクト本体２１の長さ方向Ｌに沿って空気取り込み側外方Ｋへ向けて前進し、図３のように前記突部４０、４１が、前記前進後退規制用長孔２６、２７の前端と衝突することにより、前記ダクト開口面積可変部材３１がそれ以上空気取り込み側外方Ｋへ移動することが阻止される。一方、前記突部４０、４１が空気取り込み側外方Ｋに対して反対側へ後退し、図１のように前記突部４０、４１が前進後退規制用長孔２６、２７の後端と衝突することにより、前記ダクト開口面積可変部材３１がそれ以上空気取り込み側外方Ｋから後退することが阻止される。前記突部４０、４１が前記前進後退規制用長孔２６、２７の前端と衝突した際の前記ダクト開口面積可変部材３１の位置が、前記ダクト開口面積可変部材３１の最前進位置である。一方、前記突部４０、４１が前記前進後退規制用長孔２６、２７の後端と衝突した際の前記ダクト開口面積可変部材３１の位置が、前記ダクト開口面積可変部材３１の最後退位置である。

図３のように最前進位置では、前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２が前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４から離れ、両ベルマウス形状部３２、２４間が開口した開口面積拡大状態となり、外部からの空気が前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２内と、前記両ベルマウス形状部３２、２４間の両方を通って吸気ダクト２０内へ流入可能となる。一方、図１のように最後退位置では、前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２における拡径側端部３３が前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４の内面に当接し、前記両ベルマウス形状部３２、２４間が閉鎖された開口面積縮小状態となり、外部からの空気が前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２内のみを通って吸気ダクト２０内へ流入可能となる。

前記移動手段５０は、図１〜図３の第１実施例では、前記ダクト開口面積可変部材３１を常時空気取り込み側外方Ｋに対して反対側の後方へ付勢するバネ部材５１と、前記バネ部材５１の後方付勢に抗して、エンジンの回転数に応じて前記ダクト開口面積可変部材３１を前記空気取り込み側外方Ｋへ引っ張るワイヤ５２とよりなる。前記バネ部材５１は、前記ダクト開口面積可変部材３１の一方のガイド用リブ３６に突出形成されている突部４０と、前記ダクト本体２１の外面における前進後退規制用長孔２６よりも後方（空気取り込み側外方Ｋとは反対方向）に形成されたバネ係止部２３との間に張設され、前記ダクト開口面積可変部材３１を前記最後退位置へ向けて常時引っ張っている。

前記ワイヤ５２は、一端が前記ダクト開口面積可変部材３１の一方のガイド用リブ３６の突部４０に空気取り込み側外方Ｋ側から係止され、他端がエンジンのスロットルバルブに取り付けられて、前記エンジンの回転数の増大量に応じて前記ワイヤ５２を引っ張り、前記ダクト開口面積可変部材３１を空気取り込み側外方Ｋへ向けて前進させる。

前記吸気ダクト装置１０においては、エンジンの回転数が低い場合には、前記ワイヤ５２が送り出された状態となって、前記ダクト開口面積可変部材３１がバネ部材５１の張力により、前記空気取り込み側外方Ｋに対して反対の後方へ引っ張られ、図１に示す最後退位置になる。前記最後退位置では、前記ダクト開口面積可変部材３１におけるベルマウス形状部３２の拡径側端部３３が前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４の内面に当接し、前記両ベルマウス形状部３２、２４間が閉鎖された開口面積縮小状態となる。前記開口面積縮小状態では、外部からの空気が前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２内のみを通って吸気ダクト内へ流入するため、エンジンへの空気供給量が少なくなる。また、前記吸気ダクト２０が開口面積縮小状態となることによって吸気音が小さくなる。

一方、エンジンの回転数が増大すると、回転数の増大に応じて前記ワイヤ５２が引っ張られ、前記ダクト開口面積可変部材３１が空気取り込み側外方Ｋへ向けて前進し、前記ダクト開口面積可変部材３１におけるベルマウス形状部３２が、前記ダクト本体２１のベルマウス形状部２４から離れて開口面積拡大状態となる。前記開口面積拡大状態では、前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２内と、前記両ベルマウス形状部３２、２４間の両方を通って外部の空気が吸気ダクト２０内に流入するため、エンジンへの空気供給量は多くなる。さらにエンジンの回転数が増大して所定回転数になると、図３に示すように、前記ダクト開口面積可変部材３１における突部４０、４１が、前記前進後退規制用長孔２６、２７における前記空気取り込み側外方Ｋの前端に衝突してダクト開口面積可変部材３１の最前進位置となる。この最前進位置では前記両ベルマウス形状部３２、２４間の開口程度が最大となり、前記吸気ダクト２０の開口面積が最大となって吸気ダクト２０内への空気の流入量、すなわちエンジンへの空気供給量が最大となる。

前記ダクト開口面積可変部材３１の移動手段５０は、バネ部材５１とワイヤ５２を用いるものに限られない。例えば、図４に示す第２実施例の吸気ダクト装置１０Ａにおける移動手段５０Ａは、ダクト開口面積可変部材３１の外面に形成されたガイド用リブ３６Ａ、３７Ａの一方３６Ａに、ラック３８Ａを形成し、前記ラック３８Ａと噛み合う歯車３９Ａを有するモータ４０Ａを、エンジンの回転数に応じて回転させる構成からなる。なお、移動手段５０Ａ以外のダクト本体２０、ダクト本体開口面積可変部材３１等の構成は、第１実施例と同様である。

前記第２実施例では、エンジンの回転数が少ない時点では、前記モータ４０Ａの回転が停止し、図４の４−Ａに示すように、前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２における拡径側端部３３がダクト本体２１のベルマウス形状部２４の内面に当接し、前記両ベルマウス形状部３２、２４間が閉鎖された開口面積縮小状態とされる。一方、エンジンの回転数が増大して所定回転数を超えると、前記モータ４０Ａは前記ダクト開口面積可変部材３１を空気取り込み側外方Ｋへ向けて前進させるように回転し、前記両ベルマウス形状部３２、２４間が開口した開口面積拡大状態とする。エンジン回転数が所定回転数まで増大すると、図４の４−Ｂに示すように、前記ダクト開口面積可変部材３１が空気取り込み側外方Ｋへ向けて最前進位置となり、前記両ベルマウス形状部３２、２４間の開口が最大の開口面積拡大状態となる。

また、前記エンジン回転数が減少して所定回転数に至ると前記モータ４０Ａが逆回転を始め、前記ダクト開口面積可変部材３１を空気取り込み側外方Ｋに対して反対方向へ後退させる。そして、エンジン回転数が所定回転数まで減少すると、図４の４−Ａに示すように、前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２における拡径側端部３３がダクト本体２１のベルマウス形状部２４の内面に当接し、前記両ベルマウス形状部３２、２４間が閉鎖された開口面積縮小状態となる。

図５に示す第３実施例の吸気ダクト装置１０Ｂでは、移動手段５０Ｂがバネ部材５１Ｂとダイヤフラム５２Ｂで構成される。バネ部材５１Ｂは、第１実施例のバネ部材５１と同様の構成からなり、ダイヤフラム５２Ｂは第１実施例のワイヤ５２の代わりとされる。この第３実施例では、エンジンの回転数が少ない場合には、図５の５−Ａに示すように、前記ダイヤフラム５２Ｂを加圧して、ダクト開口面積可変部材３１を空気取り込み側外方Ｋに対して反対方向へ後退させ、前記ダクト開口面積可変部材３１のベルマウス形状部３２における拡径側端部３３をダクト本体２１のベルマウス形状部２４の内面に当接させ、前記両ベルマウス形状部３２、２４間が閉鎖された開口面積縮小状態となる。一方、エンジンの回転数が増大して所定回転数を超えると、前記ダイヤフラム５２Ｂを負圧にして、ダクト開口面積可変部材３１を空気取り込み側外方Ｋに前進させ、前記両ベルマウス形状部３２、２４間が開口した開口面積拡大状態となる。エンジン回転数が所定回転数まで増大すると、図５の５−Ｂに示すように、前記ダクト開口面積可変部材３１が空気取り込み側外方Ｋへ向けて最前進位置となり、前記両ベルマウス形状部３２、２４間の開口が最大の開口面積拡大状態となる。

図１のダクト本体２１及びダクト開口面積可変部材３１からなるポリプロピレン製の吸気ダクト２０を用いる吸気ダクト装置について、通風抵抗と吸音音を測定した。通風抵抗はＪＩＳＤ１６１２に基づき測定した。又、吸気音は、図７に示すように吸気ダクト２０のダクト本体２１における空気取り込み側開口の中央から４５°、１００ｍｍ離れた位置にマイクロフォンを設置して測定した。測定に使用した実施例におけるダクト本体２１は、全長＝４００ｍｍ、周壁の厚み２ｍｍ、ベルマウス形状部２４の長さ＝２０ｍｍ、ベルマウス形状部２４の拡径側端部の外径Ｄ１＝１７０ｍｍ、ベルマウス形状部２４の縮径側端部の内径Ｄ２＝９０ｍｍとした。また、ダクト開口面積可変部材３１は、全長＝８０ｍｍ、周壁の厚み２ｍｍ、ベルマウス形状部３２の拡径側端部の外径ｄ１＝１００ｍｍ、ベルマウス形状部３２の縮径側端部の外径ｄ２＝４０ｍｍとした。またエンジン回転数が４２００ｒｐｍ未満のときに、図１のように、ダクト開口面積可変部材３１におけるベルマウス形状部３２の拡径側端部３３を、ダクト本体２１のベルマウス形状部２４の内面に当接させて開口面積縮小状態とした。エンジン回転数が４２００ｒｐｍ以上になると、エンジン回転数の増大に応じてダクト開口面積可変部材３１を開口面積縮小状態の位置から空気取り込み側外方へ向けて前進させ、開口面積拡大状態とした。両ベルマウス形状部３２、２４間の間隔は最大で３５ｍｍになるようにした。

また、比較のため、ダクト開口面積可変部材３１に代えて、直径４０ｍｍの円盤状カムを、ダクト本体２１におけるベルマウス形状部２４の縮径側端部に設け、円盤状カムをエンジン回転数に応じて回転させて、通風抵抗と吸気音を測定した。その際、エンジン回転数が３６００ｒｐｍ未満の場合には、円盤状カムをダクト本体２１の横断面と平行にして開口面積縮小状態とし、エンジン回転数が３６００ｒｐｍ以上の場合には、エンジン回転数の増大に応じてダクト開口面積可変部材３１を回転させてダクト本体２１の長さ方向と平行して開口面積拡大状態とした。通風抵抗の測定結果は表１に、また吸気音の測定結果は表２に示す。

表１に示す通風抵抗の測定結果から、実施例では、より高いエンジン回転数まで断面積縮小状態を維持することができ、通風抵抗を低く抑えられることがわかる。また、表２に示す吸気音の測定結果から、実施例は、比較例の従来品に対して吸気音が低いことがわかる。このように、本発明の吸気ダクト及び吸気ダクト装置によれば、エンジンへの空気供給量が少ない吸気ダクトの開口面積小の状態において通風抵抗を小さくでき、吸気音を低減することができる。

第１実施例の吸気ダクト装置において吸気ダクトの開口面積縮小状態を示す断面図である。図２は図１の２Ａ−２Ａ断面図である。第１実施例における開口面積拡大状態を示す断面図である。図４は第２実施例に係る吸気ダクト装置において吸気ダクトの開口面積縮小状態と開口面積拡大状態を示す断面図である。第３実施例に係る吸気ダクト装置において吸気ダクトの開口面積縮小状態と開口面積拡大状態を示す断面図である。従来の吸気ダクト装置の概略を示す図である。吸気音の測定方法を示す図である。

符号の説明

１０吸気ダクト装置
２０吸気ダクト
２１ダクト本体
２４ダクト本体のベルマウス形状部
３１ダクト開口面積可変部材
３２ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部
５０移動手段

Claims

エンジンのための空気を外部から取り込む吸気ダクトにおいて、
ダクト本体と、前記ダクト本体の空気取り込み側内に配置されて前記ダクト本体の長さ方向に前進後退可能とされたダクト開口面積可変部材とを備え、
前記ダクト本体は、空気取り込み側端部に該空気取り込み側外方へ向けて拡径したベルマウス形状部を有する管状体からなり、
前記ダクト開口面積可変部材は、空気取り込み側外方へ向けて拡径したベルマウス形状部を有し両端が開口した中空体からなり、
前記ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部における拡径側端部の外径（ｄ１）は、前記ダクト本体のベルマウス形状部における縮径側端部の内径（Ｄ２）よりも大とされ、かつ前記ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部における縮径側端部の外径（ｄ２）は、前記ダクト本体のベルマウス形状部における縮径側端部の内径（Ｄ２）よりも小とされ、
前記ダクト開口面積可変部材のベルマウス形状部の拡径側端部が前記ダクト本体のベルマウス形状部内面に当接して開口面積縮小状態になることを特徴とする吸気ダクト。
請求項１に記載の吸気ダクトと、前記ダクト開口面積可変部材をエンジンの回転数に応じて前記ダクト本体の長さ方向に前進後退させる移動手段とを備え、
前記移動手段は、前記エンジンの回転数増大により前記ダクト開口面積可変部材を前記ダクト本体の空気取り込み側外方へ向けて前進させ、前記エンジンの回転数減少により前記ダクト開口面積可変部材を前記空気取り込み側外方に対して反対方向へ後退させることを特徴とする吸気ダクト装置。