JP5340816B2 - 通気ダクト - Google Patents

Description

本発明は、ダクトの内部に空気を通流する通気ダクトに関する。特にダクト壁にダクト壁の内外を連通する貫通穴が設けられた通気ダクトに関する。

通気ダクトは、特に自動車用内燃機関の吸気システムや、燃料電池の吸気システムや、二次電池などを冷却するための冷却風送風システムや空調システムなどにおいて一連の通気ダクト系を構成する部材として使用されている。このようなダクト系においては、一般にダクト壁が合成樹脂や金属板・管などの非通気性素材からなるダクトが使用され、そのために、エンジンやファンやモータなどを騒音源とする騒音がダクト内を伝播したり、ダクト系に生ずる気柱共鳴が発生したりして、かねてから騒音の低減が望まれていた。

そのため、これら通気ダクトにおいては、特にダクト系に発生する気柱共鳴を予防・抑制するために、あるいは、ダクト内を伝播する騒音をダクト外部に放散させ減衰させるために、チューニングホールと呼ばれるダクト壁を貫通する貫通穴を設けることが行われることがある。

チューニングホールを設ける形態は、通気ダクトのダクト壁に単に貫通穴を設けるだけのことも多いが、チューニングホールを設けるその他の形態としては、例えば、特許文献１に開示されるように、チューニングホールを覆うようなプロテクター部材を、チューニングホールに対向させて、かつプロテクター部材とダクトの間に隙間が設けられるように取り付ける吸気ダクトの形態が知られている。

特開２００１−４１１２２号公報

一方、これら通気ダクトには、上記音響性能だけではなく、その強度や耐久性といった通気ダクトの強度的側面の性能や、内部を通流する空気流の通気抵抗を低減するという性能も重視されるに至っており、特に、通気抵抗の低減は、吸気システムを通じて大量の吸気を内燃機関や燃料電池に供給するための吸気ダクトにおいて特に重要度が高く、空調ダクトや冷却風送風ダクトにおいても重要である。

しかしながら、通気ダクトにチューニングホールのような貫通穴を設けた場合には、貫通穴からも空気が吸い込まれるために、吸気ダクト内部の気流が乱されて、通気抵抗が増加することが判明した。

したがって、本発明の目的は、ダクト壁に貫通穴が設けられたダクトにおいて、通気ダクト内を通流する空気の通気抵抗を低減することにある。

発明者は、鋭意検討の結果、通気ダクトのダクト壁内周面がダクト壁の基本形状よりもダクト外側に向かって凹入する凹入部を設け、凹入部の流れ上流側部分に貫通穴を設けるようにすると、貫通穴を設けたことによる通気抵抗悪化を抑制できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、空気を吸引する通気経路を構成するための通気ダクトであって、通気ダクトにはダクト壁内周面がダクト壁の基本形状よりもダクト外側に向かって凹入する凹入部が設けられて、凹入部の上流側部分にはダクト壁を貫通してダクト外部からダクト内部に空気が通流可能なように貫通穴が設けられるとともに、通気ダクト中心軸を含む面での断面において、ダクト内の流れに沿う方向の凹入部の長さが貫通穴の大きさよりも長くされたことを特徴とする通気ダクトである。さらに、貫通穴中心軸がダクト外側に向かうにつれてダクト流れ上流側に向かうよう、貫通穴中心軸がダクトの径方向に対して上流側に傾斜して設けられると共に、通気ダクト中心軸を含む面での断面において、凹入部下流側部分が貫通穴中心軸の方向とほぼ平行にされて、下流側に向かうにつれて凹入部の凹入量が小さくなるように形成されている。

本発明においては、さらに、通気ダクト中心軸を含む面での断面において、凹入部下流側部分がダクト内側に向かって凸となるように形成され、通気ダクトの基本形状に滑らかに接続されることが好ましい（請求項２）。また、ダクト中心軸と貫通穴中心軸がなす角が０度〜６０度となるように貫通穴が設けられることが特に好ましい（請求項３）。

本発明によれば、ダクト壁に貫通穴が設けられた通気ダクトにおいて、貫通穴から吸引される空気の流れをダクト下流方向に向けて誘導することができ、貫通穴からの流れによってダクト内部の流れが乱されて通気抵抗が悪化することを抑制して、通気ダクト内を通流する空気の通気抵抗を低減することができる。

また、凹入部下流側部分をダクト内側に向けて凸としたり、ダクト中心軸と貫通穴中心軸がなす角が０度〜６０度となるように貫通穴を設けたりすることによって、より効果的に通気抵抗を低減することができる。

本発明の実施形態である吸気ダクトの斜視図である。 本発明の実施形態の吸気ダクトの貫通穴と凹入部付近の拡大断面図である。 本発明の実施形態の吸気ダクトの貫通穴と凹入部の詳細な形状を示す図である。 凹入部がない場合の貫通穴付近の流れを示す模式図である。 本発明における貫通穴付近の流れを示す模式図である。 比較例の吸気ダクトにおける貫通穴からの流れの流線を示す図である。 本発明実施形態の吸気ダクトにおける貫通穴からの流れの流線を示す図である。 本発明の実施例及び比較例の通気シミュレーションの結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態の吸気ダクトの貫通穴と凹入部の形状を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態の吸気ダクトの貫通穴と凹入部の形状を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態の吸気ダクトの貫通穴と凹入部の形状を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態の吸気ダクトにおける貫通穴からの流れの流線を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態の吸気ダクトにおける貫通穴からの流れの流線を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明実施形態の吸気ダクト１の外観を示す斜視図である。図２には、本発明の吸気ダクト１の貫通穴３付近のダクト軸方向に沿った断面を拡大して示す。本発明の通気ダクトは、自動車のエンジン（内燃機関）に空気を供給するための吸気システムの吸気ダクトの一部や、燃料電池に空気を供給するための吸気システムの一部や、電池などを冷却するための送風ダクトの一部として使用される。本実施形態においては、吸気ダクト１は内燃機関に空気を供給するための吸気システムの一部をなす吸気ダクトであり、吸気ダクト１は、他のダクト部材やエアクリーナの上流側に接続されて使用されるダクト部材である。

吸気ダクト１は、合成樹脂（本実施形態ではポリプロピレン樹脂）により形成された中空円筒状のダクト壁を有するダクト本体２に、ダクト内周面がダクト外側に向けて凹入する凹入部４が一体に形成され、吸気ダクト内を通流する空気の流れ方向で、凹入部４の上流側部分にダクト壁を貫通する貫通穴３が設けられたダクト部材である。ダクト本体２は、その内部に空気を通流する中空の部材であり、本実施形態においては、その上流側端部には、開放大気からダクト内に空気を吸い込むためのファンネル部２１が形成され、その下流側端部には、後続する他のダクト部品やコネクタ部材などと接続して、他部材と共に一連の空気の流通経路を形成するための円筒状ダクト部（口元部）２２が設けられている。吸気ダクト１には、必要に応じて取付け部材（図示せず）が設けられてもよい。

本発明の吸気ダクト１においては、吸気ダクト１に凹入部４を設けて、凹入部４の上流側部分に貫通穴３を設けた点に特徴がある。凹入部４は、ダクト内部空間を画定するダクト壁の基本形状部分２３の内周面（非凹入部である基本形状面）に比べて、ダクト内周面がダクト外側に向けて凹入するように形成された部分であり、本実施形態においては、凹入部４では、ダクト壁がダクト壁基本形状よりもダクト外側に向けて突起状に張り出して形成されている。

本実施形態では、凹入部４は、吸気ダクト４の内部を流れる空気の流れ方向に沿って細長く延びた内周面形状を有するようにダクト本体２に一体に形成されている。すなわち、図３に示すように、ダクト半径方向から見て（図３（ａ）参照）、上流側（貫通穴側）が丸く、下流側が紡錘状にすぼまった形状であり、流れ方向に沿う凹入部４の長さＬが貫通穴直径ｄ１の４倍程度、流れ方向に直角な方向の凹入部４の幅Ｗが貫通穴３の直径ｄ１よりもやや幅広とされ、ダクトの周方向に沿って見て（図３（ｂ）参照）凹入部４の凹入深さＨは貫通穴３の直径ｄ１よりもやや大きくされている。また、吸気ダクトの中心軸に沿う方向から見た凹入部の断面形状は、半円状にダクト外側に向けて突き出した形状となっている（図３（ｃ）参照）。すなわち、凹入部４の立体的な形状は、凹入深さが最大となる部分よりも上流側部分４１では貫通穴が設けられるべき略平坦な面が形成されてダクトの基本形状面２３から所定の角度αで立ち上がる一方、下流側部分４２では貫通穴中心線ｍとほぼ平行な半円筒面状に凹入部が形成されて、下流側に向かうに従って、凹入部の凹入深さや幅が徐々に少なくなる形状とされている。

そして、凹入部４の上流側部分４１には、貫通穴３が開口されている。本実施形態において貫通穴３は、貫通穴中心軸ｍがダクト外側に向かうにしたがって通気ダクトの上流側を向くような方向で、中心軸ｍがダクト中心軸（あるいはダクト基本形状）と約２０度の角度をなすように設けられている。そして、凹入部４の下流側部分４２は、貫通穴３の中心軸とほぼ平行な半円筒面状になるように形成されている。

凹入部４の上流側部分のダクト壁を貫通するように設けられた貫通穴３は本実施形態では円形の貫通穴であり、貫通穴３によって、ダクト本体２の内部空間と外部の空間とが互いに連通している。貫通穴３が設けられることによって、一連のダクトを接続した吸気システムに発生する気柱共鳴を予防あるいは抑制することができ、貫通穴３は気柱共鳴の予防、抑制に効果的なダクト軸方向位置および大きさ（好ましくは直径３ｍｍ〜１８ｍｍ程度、本実施形態では１０ｍｍ）に設けられて、いわゆるチューニングホールとしての機能を果たす。

また、吸気ダクト１を通じて吸気が行われる際には、主たる空気流路として、空気はファンネル部２１から吸い込まれてダクト内部空間を通って、ダクト口元部２２を通じて下流側へと流れていく。本発明において、吸気ダクト１はダクト外部の大気圧に対してダクト内部の静圧が負圧となるようにされて、即ち、空気を吸引するような形態で使用される。吸気ダクト１の主たる流路から吸気システムに空気を吸入するのにともなって、副次的に、貫通穴３からも空気が吸い込まれて、ファンネル２１から吸い込まれた主たる流れと合流して下流側に空気が流れていく。

吸気ダクト１を構成する材料としては、特に制限がなく、こうしたダクトを形成できる種々の材料が使用できる。例えば、ポリプロピレン樹脂やポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性合成樹脂や、熱硬化性合成樹脂といった比較的硬質な合成樹脂や、ゴムや熱可塑性エラストマーなどの比較的軟質なエラストマーや、アルミニウムや鉄などの金属材料が例示できる。中でも、ブロー成形法や射出成形法により効率的にダクト部材を成形できることから、熱可塑性樹脂やゴムや熱可塑性エラストマーなどの合成樹脂材料が好ましく使用できる。

吸気ダクト１は公知の方法により製造することができる。例えば、本実施形態の吸気ダクト１であれば、公知のブロー成形法によって、凹入部４が一体に形成されたダクト本体２を成形し、ファンネル部２１、口元部２２、貫通穴３をそれぞれ開口させて吸気ダクト１を得ることができる。貫通穴３の加工はドリル加工によって行ってもよいほか、貫通穴３となる部分をいわゆる捨て袋状にブロー成形して、捨て袋部分をブロー成形後にカットして貫通穴３を開口させてもよい。

また、吸気ダクト１の製造方法はブロー成形法に限定されるものではなく、射出成形法によって行うこともでき、特にダクト内周面形状の正確さが求められる場合には射出成形法によることが好ましい。また、凹入部４はダクト本体部２と必ずしも同時に一体成形される必要はなく、後述する第２実施形態のようにダクト本体部２と凹入部４とを別々に製造して、後で接着一体化させてもよい。

本発明の通気ダクトの作用効果を説明する。
本発明において貫通穴３が設けられる凹入部４は、貫通穴そのものの機能を妨げるものではないので、貫通穴は当初期待された効果を発揮し、本実施形態であれば、いわゆるチューニングホールとしてダクトシステムの音響特性を改善する効果が発揮されて、ダクトシステムの気柱共鳴を予防・抑制し、ダクト内部を伝播する音を外部に放散してファンネル側に伝播する騒音を低減することができる。

さらに、本発明の吸気ダクト１においては、流れ方向に沿って細長形状に設けられた凹入部４の上流側部分に貫通穴３を設けたことによって、吸気システムにより空気を吸い込む際の通気抵抗を低減できる。
まず、凹入部４が設けられていない従来の吸気ダクトにおけるダクト内部の空気流れを説明すると、図４に示すように、図の左側から流れる主たる流れに対し、貫通穴からの流れが合流するが、貫通穴の下流側の領域には、流れがよどむ領域や渦が発生し、こうした渦やよどみや貫通穴からの流れによって、ダクト内の主たる流れの流路が圧迫されて、通気抵抗が高まってしまう。

本発明の吸気ダクト１においては、貫通穴３が凹入部４の上流側部分に設けられることにより、細長形状に設けられた凹入部４の下流側部分の空間へと貫通穴３から吸引される空気の流れが誘導されて、図５に示すように、貫通穴４からの流れによる渦やよどみ領域の発生が予防ないしは抑制されて、貫通穴の下流側領域で、貫通穴からの流れがダクト内部に大きく入り込んでしまうことが予防されて、ダクト壁に沿うように流れるようになる。そのため、貫通穴からの流れによってダクト内の主たる流れの流路が圧迫される程度が緩和され、通気抵抗の悪化が抑制される。

このような通気抵抗低減効果を得るためには、上述したように、凹入部４が流れ方向に沿って細長形状に設けられていることが好ましいが、凹入部４の形状はダクトの流れ方向に沿った細長形状に限定されるものではなく、貫通穴から吸入された空気流をダクト内の空気流れの下流方向に向けて誘導できるように、貫通穴３の下流側に凹入部４による空間が形成されていれば良い。したがって、図３（ｂ）のようにダクト中心軸を含むような面での断面で見て、凹入部４のダクト長さ方向の長さ（Ｌ）が、貫通穴の大きさ（ｄ１）よりも大きくされて凹入部４が形成され、貫通穴３が凹入部の上流側部分に設けられていれば、本発明の通気抵抗低減効果が得られる。

以下に、このような通気抵抗低減効果を得るために特に好ましい凹入部や貫通穴の形状について説明する。

凹入部４は、ダクト中心軸を含む面での断面における貫通穴の大きさに対して、凹入部４の長さＬが１．５倍以上、より好ましくは２倍以上となるように形成されることが好ましい。

凹入部４の凹入深さＨや幅Ｗは、凹入部の上流側部分に貫通穴３を設けるのに十分な幅や深さとする。一方、貫通穴３の大きさよりも凹入部の凹入深さや幅が極端に大きいと、ダクト周辺のレイアウトスペースを無用に使ったり、通気抵抗の改善効果が減少したりするので、凹入部の凹入深さや幅は、貫通穴の代表寸法に対して同程度あるいはやや大きめで、かつ貫通穴の代表寸法の３倍を超えない程度であることが好ましい。

凹入部４の下流側部分４２の形状を、図３（ｂ）に示したように貫通穴の開口方向（中心軸ｍの方向）と凹入部下流側部分内周面とがほぼ平行となるように設けると、貫通穴３から吸入された流れが剥離することなく凹入部内周面に沿って流れるので、通気抵抗低減に特に効果的である。貫通穴の開口方向（中心軸ｍ方向）と凹入部下流側部分内周面とが互いに角度をなす場合であっても、その角度が４５度以下、より好ましくは３０度以下であるようにすることが好ましい。

そして、凹入部４の下流側部分４２において、凹入部の凹入量が下流側に向けて徐々に減少していく程度は、凹入部下流側部分のダクト壁基本形状面に対する勾配が１／１以下となるように、より好ましくは１／２以下となるようにすることが好ましく、凹入部の下流側部分４２を下流側に向かうにつれて凹入部の凹入量が徐々に少なくなるような形状にすることにより、貫通穴下流に発生するよどみや渦の領域を小さくし、効果的に通気抵抗を低減することができる。

また、凹入部の下流側部分４２とダクトの基本形状２３との境界部も、Ｒをつけるなどして滑らかに連続した曲面にして接続することが好ましい。また、主たる流れに沿う断面で見た際に、凹入部の下流側部分の断面がダクト内側に向かって凸な形状とされていると（例えば図９に示す第２実施形態のように）、凹入部下流側部分の内周面をダクトの基本形状２３に滑らかに接続でき、通気抵抗の低減に特に効果的である。

また、貫通穴３を凹入部の上流側部分に設ける位置は、貫通穴３が凹入部最奥部（凹入深さが最大の部分）に極力近接するような位置とすることが通気抵抗を低減する上で好ましい。そのようにすることによって、貫通穴から流れ込む空気流が凹入部内周面に沿って流れるようになり、貫通穴から流れ込む空気流の剥離が防止されて、貫通穴下流に発生するよどみや渦の領域を小さくし、効果的に通気抵抗を低減することができる。

また、貫通穴３はダクト流れ方向で極力上流側となるように凹入部４に設けることが好ましく、上流側に貫通穴を寄せるほど、貫通穴の下流側の凹入部の内部空間が効果的に働いて、貫通穴３から吸引される流れを偏向させて通気抵抗を効果的に抑制できる。

貫通穴３の開口方向即ち中心軸ｍの方向は、後述する実施形態のようにダクトの径方向と平行な方向であってもよいが、貫通穴３からの流れがダクト内の主たる流れと極力平行に近くなるように、通気ダクト１のダクト径方向に対して流れの上流側に傾いて、すなわち、貫通穴中心軸ｍがダクト外側に向かうにつれて、ダクト流れ上流側に向かうような方向に傾いて設けられることが好ましい。特に、貫通穴中心軸ｍがダクト中心軸（あるいはダクト基本形状面）となす角γが０度（平行）から８０度、より好ましくは０度から６０度となるように貫通穴の傾きを決定することが好ましい。

したがって、凹入部４の上流側部分４１において、凹入部４がダクト本体の基本形状面２３から立ち上がる角度αは、基本形状面と凹入部の境界部の角度αが１０度〜９０度、より好ましくは３０度〜９０度となるようにすることが好ましい。上流側部分４１をダクト基本形状面２３から立ち上がるように設けることにより、凹入部上流側部分４１に開口される貫通穴３が、通気ダクト１内部を通流する主たる流れの流れ方向に沿う方向に開口されることになって、貫通穴から流れ込む流れが、主たる流れに沿う方向に流れやすくなり、通気抵抗を低減する上で有利である。

数値流体シミュレーションによって、本発明の通気抵抗抑制効果を検証した結果を説明する。数値流体シミュレーションは、図１に示す吸気ダクト１に準ずるダクト形状について行った。吸気ダクトの具体的寸法は、ダクト全長４５０ｍｍ、ダクト本体部断面形状は長径４０ｍｍ短径２６ｍｍの長円形状（直径３６ｍｍの円断面相当）であり、ファンネル部先端部の形状は長径６０ｍｍ短径４６ｍｍの長円状に拡径された吸気ダクトである。また、吸気ダクトの全体形状は直管状のダクトである。ダクトの下流端部から２００ｍｍの位置には、凹入部が設けられて、凹入部上流側部分には貫通穴３が直径１０ｍｍで設けられている。凹入部形状の具体的寸法は、凹入深さ１２．６ｍｍ、内面の幅１２ｍｍ、長さ約４６ｍｍで、貫通穴の開口方向はダクト中心軸と２０度の角度をなす方向とされて、凹入部下流側部分の形状は貫通穴中心軸とほぼ平行な半円筒状に形成されている。（以下「角度２０度の実施例１」と呼ぶ）

貫通穴の開口方向とダクト中心軸がなす角度γを、３０度、４０度・・・８０度として、同様に凹入部形状を決定した吸気ダクトについても、同様にシミュレーションを行った（以下「各角度における実施例１」と呼ぶ）。なお、これら角度を変更した実施例１においては、凹入部下流側部分の形状を貫通穴の中心軸ｍとほぼ平行な半円筒面状としており、凹入部長さは貫通穴の開口方向の角度に対応して変化している。

また、ダクトの基本形状や貫通穴の形状は同じであるものの、凹入部が設けられずにダクト基本形状面に貫通穴が直接開口され、貫通穴がダクトの径方向に開けられた吸気ダクトを比較形状とした（比較例１）。
また、ダクトの基本形状は同じで、貫通穴が設けられていない吸気ダクトを貫通穴無しの比較形状とした（比較例２）。これら比較例についても、同様に数値流体シミュレーションを行って通気抵抗を求めた。

上記形状の本発明実施例及び比較例の吸気ダクトについて、ダクトの下流端部から吸引される空気量が４８リットル／秒となるように数値流体シミュレーションを行い、ダクトの下流端部のダクト壁面での静圧（大気圧との差圧）を求め、通気抵抗の評価を行った。解析結果によれば、角度２０度の実施例１では、通気抵抗が１８２４．５Ｐａであり、凹入部を設けずに貫通穴を設けた比較例１の吸気ダクトでは通気抵抗が１９８５．６Ｐａであって、８．１％の通気抵抗低減がなされた。また、貫通穴のない比較例２での通気抵抗は１８３８．７Ｐａであり、角度２０度の実施例１は貫通穴のない吸気ダクト（比較例２）よりも通気抵抗が低減できている。３０度、４０度・・・８０度に角度γを変更した各角度における実施例１を含めたシミュレーション結果を図８に示すが、いずれの実施例も、通気ダクトに通常の貫通穴を設けた比較例１に比べて通気抵抗が低減できている。また、貫通穴中心線がダクト中心線となす角γを６０度以下とした場合には、貫通穴のない吸気ダクト比較例２よりも通気抵抗が低減されて、貫通穴のない吸気ダクト（比較例２）と比較して、音響特性も通気特性も共に優れる吸気ダクトとなっていることがわかる。

数値流体シミュレーションで計算されたダクト内流れを可視化したものを図６、図７に示す。図６、図７には、本発明の実施例・比較例における貫通穴からの流れの流線を示し、いずれもダクト中心軸に沿うような断面で見た流線を示している。図６は比較例１における貫通穴からの流れの流線を示しており、貫通穴から吸入された気流がダクト壁から剥離してダクト内部まで侵入して、ダクト内部を通流する流れを阻害する様子が示されている。また、図７は角度４０度の実施例１における貫通穴からの流線を示しており、貫通穴から吸入された気流が凹入部下流側部分の内周面に沿って流れ、流れの剥離が抑制されて、ダクト内部を通流する主たる流れと滑らかに合流して、主たる流れの流路を狭くしていない様子が示されている。

なお、図中の細かい矢印は、各地点における流れの速度ベクトルの本断面における速度成分の方向を示す矢印であり、図の右側に示された流速のスケールのように、色が薄くなるほど流速が高いことを示している。すなわち、図６の比較例１においては、貫通穴の下流側部分に流速の低いよどみ領域が観察される。一方、図７の本発明実施例１においては、貫通穴の下流側部分でも、よどみ領域が生じずに、流れがスムーズであることが確認できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分については図に同じ番号を付すると共にその説明を省略する。

図９には、貫通穴と凹入部の別の実施形態を示す。本実施形態においては、貫通穴５はダクト周方向に長径を有する長円形状の穴とされ、凹入部６は、ダクト本体２とは別体に形成された凹入部材６１を、ダクト本体２のダクト壁に設けられた開口穴を覆うように接着一体化して形成されている。凹入部材６１の周縁部には、ダクト壁の肉厚に相当する段差部が設けられており、凹入部６の内周面とダクト基本形状面２３とが滑らかに接続するようにされている。また、凹入部６の流れ方向に沿う長さは、貫通穴５のダクト中心線を含む面における大きさ（すなわち、長円の短径に相当する長さ）よりも大きくされ、本実施形態では約３倍程度とされている。

凹入部６の上流部の形状は貫通穴５よりもやや幅広にダクト壁の基本形状面に対し約６０度の角度で立ち上がっており、凹入部６の下流部分は、その凹入深さが主たる流れの方向に沿う断面で見て（図９（ｂ））、下流に行くに従って凹入部の凹入量が漸減し、ダクト基本形状面に漸近するような形状とされている。すなわち、凹入部６の下流部分は、主たる流れの方向に沿う断面で見てダクト内側に向けて凸となるような形状とされている。

本実施形態においても、貫通穴からの流れが凹入部内周面に沿うように誘導されて、貫通穴５から流れ込む流れによってダクト内部の気流が乱されて通気抵抗が増加することが予防・抑制される。特に、本実施形態においては凹入部６の下流部分がダクト内側に向けて凸な形状とされているために、凹入部下流側部分が通気ダクトの基本形状面と滑らかに接続されて、通気抵抗の抑制効果が高い。

また、図１０には、凹入部形状や貫通穴の形状に関し別の実施形態を示す。図１０には、凹入部付近のダクト中心線に沿う断面のみを示す。凹入部７の下流側部分の形状は、図３や図９に示した実施形態のように下流側に向かうにつれて凹入量が漸減するような形状に限定されず、図１０（ａ）または（ｂ）に示すように、凹入部７の下流側部分の凹入量が凹入部主要部分に渡ってほぼ一定で、凹入部最下流部で急に凹入量が減少するような形態であってもよい。このような実施形態であっても、貫通穴５の下流側に凹入部７の内部空間が存在することになり、貫通穴５から吸入される空気の流れが通気ダクト下流側に偏向して、ダクトの通気抵抗が低減される。

本実施形態において、貫通穴５は、図１０（ａ）に示すようにダクト上流側に向けて傾斜して設けられていてもよいし、図１０（ｂ）に示すようにダクトの径方向にほぼ平行に設けられていてもよい。なお、貫通穴５がダクト上流側に向けて傾斜して設けられているほうが、通気抵抗の低減効果は高い。

図１０の実施形態に対応する数値流体シミュレーションを行った。すでに説明した実施例１と同様のダクト基本形状に対して、図１０のような断面形状の凹入部（幅１２ｍｍ、長さ２８．６ｍｍ、凹入深さ７ｍｍ）を設けて、図１０（ａ）のように直径１０ｍｍの貫通穴をダクト中心線との角度γが７０度となる方向に設けた例（以下「角度７０度の実施例２」と呼ぶ）と、図１０（ｂ）のように貫通穴をダクト径方向に平行に設けた例（以下「角度９０度の実施離２」と呼ぶ）とについて計算を行った結果、角度７０度の実施例２については通気抵抗が１８７０．２Ｐａ、角度９０度の実施例２については通気抵抗が１８８５．３Ｐａという結果が得られた。この結果を、実施例１の結果と共に図８のグラフに示す。いずれの実施例においても、単に貫通穴を設けた比較例１と比べ、通気抵抗が低減している。シミュレーションの結果得られた貫通穴を通過する流れの流線を、角度７０度の実施例２について図１２に、角度９０度の実施例２について図１３に示す。

このように、本発明は、貫通穴の形状や凹入部の形状を変更しても実施することができ、製造上の効率性や、通気抵抗の低減を目的として、あるいは他の目的のために、貫通穴や凹入部の形状を変化させて実施することができる。

また、上記実施形態の説明では、ダクト本体２のダクト断面形状が長円形であって、ダクトがほぼ直線状である吸気ダクト１について説明したが、本発明はそれに限定されず、ダクトの断面形状は、円、楕円、長円、四角形、多角形などの形状とできる。さらにダクトは長さ方向で曲がった形状であってもよい。また、通気ダクトはテーパ状に拡管ないし縮管したものであってもよい。

図１１には、本発明の通気ダクトのさらに他の実施形態の斜視図を示す。本実施形態においては、図３に示した第１実施形態と同様の形状を有する凹入部４，４とそれぞれの凹入部の上流側部分に設けられた貫通穴３，３が、ダクトの周方向で同じ位置に、かつ凹入部４，４がダクトの流れ方向に沿って並ぶようにして連続して設けられている。本実施形態においても、すでに説明したのと同じく、貫通穴３から吸入される流れがダクト内部を流れる主たる流れを圧迫して通気抵抗が高まることを効果的に予防することができる。貫通穴や凹入部を複数設ける場合には、本実施形態のようにダクト周方向で重なり合う位置で設けるようにすると、上流側の貫通穴から吸引された流れに下流側の貫通穴から吸引された流れが効果的に合流して、ダクトの通気抵抗を低減するのに特に効果的である。

また、上記実施形態の説明では、貫通穴３や貫通穴５は吸気ダクトの外部に対し解放された貫通穴である形態について説明をしたが、ダクトの消音性能をより高める目的や他の目的で、貫通穴の外部の構造に改変を加えるようにして実施することもできる。
また、本発明の実施において、貫通穴をダクト壁に設ける目的は、いわゆるチューニングホールのようなダクトの音響特性の改善目的に限定されるものではなく、種々の目的とすることができる。

また、上記実施形態の説明においては、自動車用の内燃機関の吸気システムに使用される吸気ダクトに本発明を適用した形態について説明したが、これまでの説明より明らかなように、本発明の実施はこれに限定されるものではなく、ダクトシステムによって空気を吸引する形態で使用されるダクトシステム一般に使用される通気ダクトにおいて実施可能である。すなわち、家庭用燃料電池などに供給する空気を吸引するためのダクトや、電気自動車の二次電池を冷却する冷却風を導くための通気ダクトや、エアコンなどの空調機器が吸引する空気を導く空調ダクトなどに、本発明の通気ダクトが使用できる。

本発明の通気ダクトは、内燃機関や燃料電池の吸気システムや、電池冷却システムや空調システムなどのダクトシステムに使用できる。本発明の通気ダクトは、ダクト壁に貫通穴を設けた際の通気抵抗の増加を抑制することができ、産業上の利用価値が高い。

１ 吸気（通気）ダクト
２ ダクト本体
３ 貫通穴
４ 凹入部
４１ 凹入部上流側部分
４２ 凹入部下流側部分
５ 貫通穴
６、７ 凹入部

Claims (3)

1. 空気を吸引する通気経路を構成するための通気ダクトであって、
   通気ダクトにはダクト壁内周面がダクト壁の基本形状よりもダクト外側に向かって凹入する凹入部が設けられて、
   凹入部の上流側部分にはダクト壁を貫通してダクト外部からダクト内部に空気が通流可能なように外気に開放された貫通穴が設けられて、貫通穴を通じて外気がダクト内に導入され、
   通気ダクト中心軸を含む面での断面において、ダクト内の流れに沿う方向の凹入部の長さが貫通穴の大きさよりも長くされるとともに、
   貫通穴中心軸がダクト外側に向かうにつれてダクト流れ上流側に向かうよう、貫通穴中心軸がダクトの径方向に対して上流側に傾斜して設けられると共に、
   通気ダクト中心軸を含む面での断面において、凹入部下流側部分が貫通穴中心軸の方向とほぼ平行にされて、下流側に向かうにつれて凹入部の凹入量が小さくなるように形成されたことを特徴とする通気ダクト。
2. 通気ダクト中心軸を含む面での断面において、凹入部下流側部分がダクト内側に向かって凸となるように形成され、通気ダクトの基本形状に滑らかに接続されたことを特徴とする請求項１に記載の通気ダクト。
3. ダクト中心軸と貫通穴中心軸がなす角が０度〜６０度となるように貫通穴が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の通気ダクト。