JP5554148B2 - 吸気ダクト - Google Patents
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Description
アクリーナの上流側の設置に好適な吸気ダクトに関する。
エンジンの吸気口音を下げる対策には、レゾネータ等の消音器を用いる方法が一般的であるが、これに対し、エンジン騒音のなかでもダクト管内で発生する気柱共鳴を減衰させるのが有効であるとして消音用通孔(チューニングホール)を穿設した吸気ダクトが提案されている(例えば特許文献1、2)。
ここで、本発明でいう「筒状ダクト本体」に係る筒状には、円筒状のみならず四角筒状等の多角筒状を含む。「ダクト筒部(3)」に係る筒部も、円筒部のみならず四角筒部等の多角筒部を含む。筒状ダクト本体に通孔が設けられるが、ダクト本体のなかで、該通孔周囲を形成するダクト部分をダクト筒部とする。通孔周囲のダクト筒部のダクト壁の厚みを符号t3で表す。
請求項2の発明たる吸気ダクトは、請求項1で、前記通孔(5)の孔径が5mmφ〜10mmφの範囲にあることを特徴とする。
請求項3の発明たる吸気ダクトは、請求項1又は2で、通孔(5)の中心軸(C 5 )が互いに平行に配設されることを特徴とする。
ダクト本体2は空気を取り入れる気体流路を形成する円筒状の導管で、ここでのダクト本体2は吸気口20からエアクリーナまでのエアクリーナ上流側ダクトとする。符号211は空気を導入する吸入部で、図1のごとく円筒形主部21から吸気口20へ向けてラッパ状に広がる。符号29はダクト本体2に導入された空気の下流側出口で、エアクリーナ側に接続される。符号Dは図2の吸気ダクト1ではダクト本体2の内径、下流側出口29の口径になっている。ダクト本体2をストレート管で簡略図示するため、通孔5周囲のダクト筒部3に係る中心軸C3とダクト本体2の中心軸C2とが一致する。符号t3はダクト筒部3に係るダクト壁の厚み(肉厚)である。通常、ダクト本体2はエンジンルーム内で屈曲配設されるが、ここでは便宜的に一直線状のストレート管で図示する。ダクト本体2には、その長手方向途中のダクト筒部3にチューニングホールたる通孔5が設けられる。
通孔5が所定位置に設けられると、実開平1−95566号公報に記載のごとく、圧力振幅の腹とする次数モードの共鳴音が低減せしめられ、広い周波数範囲に亘り共鳴音の発生が防止される。通孔5は一種の共鳴型消音器であり、バネマスモデルで示せば、通孔5のダクト筒部3の板厚分がマス、ダクト筒部外側の空気がばねとして作用すると考えられる。音圧の腹、見方を変えれば粒子(音を伝える媒質の微小部分)の動きの最も小さい部分にチューニングホールたる通孔5を、吸気ダクト1に形成することによって、バネマスでダクト内の粒子を動かし、音響モードを変更し吸気音を下げる作用をする。
5mmφ〜10mmφの範囲にある小さな孔径の通孔5が、ダクト筒部3に係るダクト壁の厚みt3方向に貫通するよう複数設けられる。通孔5の最大径を10mmφとするのは、エンジンルーム内のホットエアの吸込み量を抑えるためである。通孔5の径を5mmφ以上とするのは、それ未満だと気柱共鳴を崩す圧力の抜けが悪くなるからである。本実施形態は、図2のごとく吸気口20から全長L1の1/2にあたる長さL2の地点にまず通孔5が形成される。さらに、該通孔5付近のダクト筒部3に係るダクト上流側の軸方向及びダクト下流側の軸方向に向けて、小幅L3のピッチ間隔でそれぞれ2つずつ、合計5つの横断面円形の通孔5が設けられる(図2)。気柱共鳴音の発生防止には、ダクト本体全長L1の中間点だけでなくその地点から多少ずれても効果がある。複数の通孔5を設けるのは、通孔5の大きさを最大10mmφと小さくしてホットエアの吸込み量を抑制しながら気柱共鳴を効果的に崩すためである。各通孔5はそれらの各中心軸C5が互いに平行に配設されるのが好ましい。吸気口20から吸気ダクト1内に導入される空気ARの気流線を乱す度合いがより少なくなるからである。
通孔5が壁外面31から壁内面35に進むにつれ、ダクト吸気口20からダクト本体2に導入された空気ARが流れる下流側へと進んで、通孔5の中心軸C5を傾斜させることで、吸気口20から所要空気量を吸い込む際の吸気ダクト1の圧力損失を低くできる。と同時に、通孔5からのエンジンルーム内のホットエア吸込み量を減らすことができる(詳細後述)。
(1−1)吸気ダクトの通風性能比較試験
次に、数値流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)の数値解析,シミュレーション手法を用いて、前記吸気ダクト1の性能比較試験を行った結果を図4に示す。
各吸気ダクト1は、その円筒形ダクト本体2が内径D76[mmφ],ダクト壁の厚みt3が10[mm]で、全長400[mm]とした。通孔5は孔径10[mmφ]で、ダクト本体2の中心軸方向に沿って、その中央付近にそれぞれ5個設けた。
図4に示すように、吸気ダクト1内の圧力損失は、参考品が97.1[Pa]と最も低く、さらに通孔5からダクト本体2内へ流入する空気ARの割合が比較例1,2に比べて少ない結果が得られた。参考品の吸気ダクトは、エンジンルーム内のホットエアの吸い込みを減らすこともできる構造になっている。
例えば、ダクト筒部3のダクト壁の厚みを2mmにして、開孔口50側への通孔5の延長先がそのままノズル孔60となるノズル6が、ダクト筒部3の壁外面31からダクト本体2の上流側へ傾斜角度45°で傾倒して、ノズル高さh6が8mmとなるよう突出形成した吸気ダクト1は、図4のダクト筒部3のダクト壁の厚みを10mmとした本参考品とほぼ同じ結果が得られた。また、ダクト筒部3のダクト壁の厚みを2mmにして、筒外面に高さ8mmで垂直起立するノズル6を設けた吸気ダクト1は、比較例1とほぼ同じ結果が得られた(後述)。
通孔5の形状を種々変化させて、吸気ダクト1の性能比較を行ったCFD結果を図5に示す。図5に示すCASE−1からCASE−7に図示した各種断面形状の通孔と、通孔なしの場合とをそれぞれ比較した。吸気ダクト1の形状、通孔5の孔径、個数、さらに設定流量が9.0[m3/min]等は、前記(1−1)吸気ダクトの通風性能比較試験と同じにした。
吸気ダクト1での圧力損失(通気抵抗)は、図5に示すごとく本参考品のCASE−1が97.1[Pa]と、最も低い値となった。本参考品の圧損は、孔なしの圧損94.0[Pa]と殆ど変わらず、理想状態に近づいている。
図5のCASE−1とCASE−4と、図5のCASE−1でダクト筒部3のダクト壁の厚みt3を2[mm]にしたCASE−8と、図5のCASE−4でダクト壁の厚みt3を2[mm]にしたCASE−9と、について、性能比較したCFD結果を図6に示す。
吸気ダクト1での圧力損失(通気抵抗)は、図6に示すごとくダクト壁の厚みt3が薄くなっても、通孔5を図3のごとく傾斜形成することで、従来型吸気ダクト1に比べれば低い値が得られる。さらに、本吸気ダクト1の圧力損失は、ダクト壁の厚みt3が増すにしたがって大きく改善されていく。
また、図5で用いた孔なしの吸気ダクトと、CASE−1の本参考品と、CASE−4の従来型吸気ダクトと、の音響解析試験を行った結果を図7に示す。
図7に示すごとく、CASE−1の本参考品とCASE−4の従来型吸気ダクトとで、騒音減衰性能に違いが認められないことが判明した。本参考品の吸気ダクトは従来型吸気ダクトと同じように騒音低減に威力を発揮した。
図8に、図4で用いた吸気ダクトの断面流速分布を示す。図8で、CASE−2は図4の比較例1に相当し、CASE−3は図4の比較例2に相当し、CASE−4が図4の本発明品に相当する。図8のCASE−1は、図4の比較例1の吸気ダクト1で、ダクト筒部3のダクト壁の厚みを2mmにして、通孔5が設けられたダクト筒部3の外面に高さ8mmで垂直起立するノズル6を設けた吸気ダクトの場合を表す。
CASE−4の本吸気ダクト1は剥離が小さく、最も圧力損失が低い形状になっている。また、ダクト本体2内への通孔5の流入影響が小さいため、吸気口20からダクト本体2内への空気経路が殆ど曲げられずに流れており、吸気口20からの流入量が多くなった。一方、CASE−3の吸気ダクトは、剥離する部分が大きくなって圧力損失(通気抵抗)が悪化している。通孔5からのダクト内への流入が、ダクト内の流れ方向とは反対方向を向いていることに起因すると考えられる。また、既述のごとく、CASE−2の吸気ダクトと、ダクト筒部3のダクト壁の厚みt3を薄くし、且つ各通孔5の箇所に薄くした分の高さh6を有するノズル6を設けたCASE−1ごとくの吸気ダクトとは、ほぼ同じ断面流速分布になった。
このように構成した吸気ダクト1は、(1−4)音響解析試験結果のごとく、従来型吸気ダクトとのあいだで騒音減衰性能に特段の差異が見られず、従来型吸気ダクトと同様、騒音低減に優れた効果を発揮する。
本発明の吸気ダクト1は所望の減衰性能を確保しながら、その一方で、従来型吸気ダクトと比較すると、吸気ダクトでの圧力損失が低くなり、吸気ダクトの通風性能を向上させる。本吸気ダクト1はエンジンルーム内ホットエアの吸込みを抑え、吸気口20からの冷たい空気(外気)ARの吸引量を増やすことができる。通孔5の中心軸C5が、該ダクト筒部3の壁外面31から壁内面35へと進むにしたがい、ダクト吸気口(20)からダクト本体2に導入された空気ARが流れる下流側へ向かう傾斜構成によって、吸気ダクトの通気抵抗を減らす優れた効果を生む。
2 ダクト本体(ダクト)
3 ダクト筒部
31 壁外面(筒外面)
35 壁内面(筒内面)
5 通孔(チューニングホール)
50 開孔口
6 ノズル
60 ノズル孔
60a 基端口
61 ノズル管本体
C3 ダクト筒部の中心軸
C5 通孔の中心軸
t3 ダクト壁の厚み
AR 空気
L 1 ダクト本体の全長
L 2 ダクト本体の全長の1/2となる長さ
Claims (3)
- 筒状ダクト本体(2)の途中に、エンジンルーム内のホットエアに通じて、気柱共鳴周波数を変化させる消音用通孔(5)が吸気口(20)からダクト本体(2)の全長(L 1 )の1/2となる長さ(L 2 )の領域に設けられ、さらに該通孔(5)付近のダクト筒部(3)に係るダクト上流側の軸方向及びダクト下流側の軸方向に通孔(5)がそれぞれ設けられ、且つ、ダクト壁の厚み(t3)方向に貫通する該通孔(5)の中心軸(C5)が、その通孔周囲のダクト筒部(3)に係る中心軸(C3)に対し、該ダクト筒部(3)の壁外面(31)から壁内面(35)へと進むにしたがい、ダクト吸気口(20)からダクト本体(2)内に導入された空気(AR)が流れる下流側へ向かうように傾斜形成されると共に、
前記壁外面(31)側の前記通孔(5)に係る開孔口(50)に、基端口(60a)を一致させ、さらに前記開孔口(50)側への前記通孔(5)の延長先がそのままノズル孔(60)となるノズル管本体(61)を有したノズル(6)が、その壁外面(31)からダクト本体(2)の上流側へ傾倒して突出形成されることを特徴とする吸気ダクト。 - 前記通孔(5)の孔径が5mmφ〜10mmφの範囲にある請求項1記載の吸気ダクト。
- 前記通孔(5)の中心軸(C 5 )が互いに平行に配設される請求項1又は2に記載の吸気ダクト。
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