JP6075263B2

JP6075263B2 - 車両用吸気装置

Info

Publication number: JP6075263B2
Application number: JP2013208998A
Authority: JP
Inventors: 西尾　佳高; 佳高西尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015071993A; US20150096520A1; US9291131B2

Description

本発明は、エンジンの燃焼室に吸気を導く車両用吸気装置に関し、特に熱音響効果（熱音響現象）によって吸気の冷却を行う吸気冷却技術に関する。

背景技術を図５、図６を参照して説明する。なお、符号は後述する「実施例」と同一機能物に同一符号を付したものである。
図５に示すように、音波による空気の断熱圧縮と断熱膨張にる音響エネルギーによって、圧縮側で放熱し、膨張側で吸熱する熱音響効果が知られている。
具体的に、熱音響効果は、音波による空気の断熱圧縮と断熱膨張によって温度勾配を生じさせる「音響スタック」を用いるものであり、音響スタックの両側に吸熱と放熱による温度差が生じる。

（問題点１）
特許文献１には、吸気通路１内で発生する音響エネルギー（吸気脈動などによる音波エネルギー）を利用して、吸気通路１を流れる吸気を冷却する技術が提案されている。
特許文献１の技術は、吸気通路１の途中に音響スタックを介在させて、吸気通路１を通過する吸気を冷却しようとしたものである。
しかし、特許文献１の技術は、吸気が音響スタックを直接通過するものであったため、音響スタックが大きな吸気抵抗として作用してしまい、吸気通路１において過大な吸気圧損が生じてしまう。

（問題点２）
一方、吸気通路１内には、吸気脈動等による「気柱共鳴（好ましくない音）」が発生する場合がある。低音域において気柱共鳴が吸気通路１内で発生すると、低音は周囲に伝わり易い性質を備えるため、車室内にこもり音として伝わり、車室内騒音の要因になってしまう。
そこで、吸気通路１内における気柱共鳴を低減する技術として、図６（ａ）に示すように、吸気通路１の途中にレゾネータ２を設ける技術が知られている。

レゾネータ２は、共鳴室を成す容積室３と、この容積室３と吸気通路１を連通させる連通管４とを用いて構成される。
ここで、レゾネータ２は、吸気通路１内で生じる音響エネルギー（消音対象の音波）を容積室３に導き、レゾネータ２の消音効果を高めるために、連通管４の管径が比較的大きく設けられる。すると、吸気通路１を通過する吸気の流れが、連通管４の接続箇所（分岐部）で乱されてしまい、吸気通路１内で吸気圧損が生じてしまう。

（問題点３）
レゾネータ２は、共鳴によって消音を行うものであり、共鳴周波数に合致する騒音を消音する。レゾネータ２による消音特性は、図６（ｂ）の実線βに示すように、共鳴周波数でピーク状に大きくなる。
しかし、従来技術のレゾネータ２は、図６（ｂ）の実線γに示すように、共鳴周波数（ピーク周波数）の前後の周波数域において、消音とは逆に、増音してしまう。このため、従来技術のレゾネータ２は、共鳴周波数の前後の周波数域の騒音を悪化させてしまう不具合がある。

特開２００７−２７０６１９号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸気圧損を招くことなく、吸気通路内で発生する音響エネルギーを利用して、吸気通路を流れる吸気を冷却できる車両用吸気装置を提供することにある。

（本発明の効果１）
本発明の車両用吸気装置は、吸気通路の音響エネルギーによって吸気を冷却する音響スタックを「レゾネータの連通管」に設けている。
音響スタックは、レゾネータの連通管に配置されるため、従来技術とは異なり、吸気通路を通過する吸気は音響スタックを直接的に通過しない。このため、音響スタックは、従来技術とは異なり、吸気圧損を大きくしない。そして、連通管に配置した音響スタックは、吸気通路において発生する音響エネルギーによって吸気通路を通過する吸気を冷却する。
このように、本発明の車両用吸気装置は、レゾネータの連通管に音響スタックを配置するというシンプルな構成を採用することで、吸気圧損を招くことなく、吸気通路を流れる吸気を冷却することができる。

（本発明の効果２）
本発明の車両用吸気装置は、レゾネータの連通管に音響スタックを配置している。これにより、連通管の吸気側開口において吸気が連通管に侵入し難くなり、吸気が連通管の影響を受けずに吸気通路を流れ易くなる。このため、吸気通路を流れる吸気が連通管の接続箇所（分岐部）で乱れ難くなり、吸気圧損を抑制できる。

（本発明の効果３）
本発明の車両用吸気装置は、レゾネータの連通管に音響スタックを配置している。これにより、連通管の内部が音響スタックによって細分化されるため、連通管の内部が空気粘性の影響を受け易くなる。連通管の内部が空気粘性を受け易くなると、レゾネータの特性が共鳴周波数で過剰なピーク状にならなくなるとともに、共鳴周波数の前後周波数まで広く消音作用が生じる。このため、従来技術のレゾネータが有していた不具合（共鳴周波数の前後の周波数域の騒音を悪化させてしまう不具合」）を回避できる。

（ａ）レゾネータの概略図、（ｂ）レゾネータの消音特性図である（実施例１）。レゾネータの概略図である（実施例２）。レゾネータの概略図である（実施例３）。レゾネータの概略図である（実施例４）。熱音響効果の説明図である。（ａ）レゾネータの概略図、（ｂ）レゾネータの消音特性図である（従来技術）。

以下の実施例を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。

以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１を参照して実施例１を説明する。
車両用吸気装置は、エンジンの燃焼室に吸気を導く吸気通路１を備える。
吸気通路１は、エアクリーナやスロットルバルブ等が設けられる吸気ダクトと、吸気ダクト１によって導かれた空気をエンジンの各気筒に分配するインテークマニホールドと、エンジンのシリンダヘッドに形成される吸気ポートとを備えて構成される。

吸気通路１の途中（例えば、吸気ダクト等の途中等）には、騒音要因となるターゲット周波数の音波（一例として、吸気脈動等による低音域の気柱共鳴）を消音させるヘルムホルツのレゾネータ２が、１つまたは複数設けられる。なお、レゾネータ２が複数設けられる場合、各レゾネータ２におけるそれぞれのターゲット周波数（消音周波数）は共通であっても良いし、異なるものであっても良い。

レゾネータ２は、内部に共鳴室を形成する容積室３と、この容積室３内と吸気通路１内を連通する連通管４とを備える。容積室３および連通管４の材料は、限定するものではないが、具体的な一例として、軽量化と低コスト化を目的で、容積室３および連通管４を樹脂によって設けている。

連通管４の内部には、音響エネルギーによって温度勾配が生じる音響スタック５を設けている。
音響スタック５は、多数の細管によって構成されるものであり、多数の細管が吸気通路１内と容積室３内とを連通する。なお、細管の形状は、限定するものではなく、例えば、パイプ状であっても良いし、金網を積層した積層体であっても良いし、連続気泡状であっても良い。

また、音響スタック５の材料は、例えば連通管４と同様に樹脂によって設けられる。具体的な一例として、音響スタック５は、組付性を高める目的で連通管４とともに樹脂により一体に設けられる。もちろん、音響スタック５の材料や組付け技術は限定するものではなく、金属やセラミックで設けて、連通管４の内部に固定配置するものであっても良い。補足すれば、音響スタック５の材料は、熱伝導率の高い材料が好ましい。

（実施例１効果１）
この実施例１は、上述したように、音響スタック５をレゾネータ２の連通管４の内部に配置するものであり、吸気通路１からエンジンへ向かう吸気は音響スタック５を直接的に通過しない。このため、音響スタック５が吸気圧損を大きくする不具合を回避できる。そして、連通管４に配置した音響スタック５が、吸気通路１内で生じた音響エネルギー（脈動等による音波エネルギー）によって吸気を冷却する。具体的に音響スタック５は、吸気通路１側で吸熱し、容積室３側で放熱することで、吸気通路１を通過する吸気を冷却する。

このように、この実施例１では、レゾネータ２の連通管４に音響スタック５を配置するというシンプルな構成を採用することで、吸気圧損を招くことなく、吸気通路１を流れる吸気を冷却することができる。
そして、音響スタック５が音響エネルギーを利用して吸気を冷却することによって、エンジン燃焼室の吸気充填率を高めることができ、エンジン出力の向上および燃費向上を図ることが可能になる。

（実施例１の効果２）
この実施例１の車両用吸気装置は、上述したように、音響スタック５をレゾネータ２の連通管４に配置している。これにより、連通管４の吸気側開口において吸気が連通管４に侵入し難くなる。即ち、吸気が連通管４の影響を受け難くなる。
このため、吸気通路１を流れる吸気が連通管４の接続箇所（分岐部）で乱れ難くなり、吸気圧損を抑制する効果を高めることができる。

（実施例１の効果３）
この実施例１の車両用吸気装置は、音響スタック５をレゾネータ２の連通管４に配置している。これにより、連通管４の内部が音響スタック５によって細分化されるため、連通管４の内部が空気粘性の影響を受け易くなる。
連通管４の内部が空気粘性を受け易くなることで、レゾネータ２の特性が共鳴周波数で過剰なピーク状になり難くなるとともに、図１（ｂ）の実線αに示すように、共鳴周波数の前後周波数まで広く消音作用が生じる。このため、従来技術のレゾネータ２が有していた不具合（共鳴周波数の前後の周波数域の騒音を悪化させてしまう不具合」）を解決できる。

［実施例２］
図２を参照して実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において、上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。
この実施例２は、音響スタック５を構成する多数の細管径を吸気通路１側で小さくしたものである。具体的に、この実施例２の音響スタック５の吸気通路１側に、細管径の小さい微細管スタック５ａを設けたものである。
即ち、この実施例２は、音響スタック５の吸気通路１側の端部における各空気通過穴の平均開口率を、音響スタック５の容積室３側の各空気通過穴の平均開口率より小さく設定したものである。

（実施例２の効果）
このように音響スタック５の吸気通路１側に微細管スタック５ａを設けることで、音響スタック５における吸気通路１側の吸熱効果を高めることができ、吸気通路１内を通過する吸気の冷却効果を、より高めることができる。

［実施例３］
図３を参照して実施例３を説明する。
この実施例３のレゾネータ２は、容積室３において連通管４と接する容器部材３ａの外面に、放熱フィン３ｂを設けたものである。

（実施例３の効果）
上述したように、音響スタック５は、容積室３側において放熱する。このため、連通管４と接触する容積室３の容器部材３ａに放熱フィン３ｂを設けたことで、音響スタック５における容積室３側の放熱量を増やすことができ、熱音響効果を高めることができる。即ち、音響スタック５による吸気の冷却効果を、より高めることができる。

［実施例４］
図４を参照して実施例４を説明する。
この実施例４のレゾネータ２は、容積室３において「連通管４に接する容器部材３ａ」を、他の容器部材より、熱伝導率の高い材料によって設けている。具体的には、容積室３において「連通管４に接する容器部材３ａ」のみをアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で設け、他の容器部材を上記実施例１で示したように樹脂で設けるものである。また、容器部材３ａの全体を熱伝導率の高い材料で設けても良い。

（実施例４の効果）
上述したように、音響スタック５は、容積室３側において放熱する。このため、容積室３において「連通管４と接触する容器部材３ａ」をアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で設けることで、上記実施例３と同様、音響スタック５における容積室３側の放熱量を増やすことができ、熱音響効果を高めることができる。即ち、音響スタック５による吸気の冷却効果を、より高めることができる。

上記の実施例では、音響スタック５を有するレゾネータ２を設ける箇所は、吸気ダクトに限定するものではなく、エアクリーナや、インテークマニホールドのサージタンクなど、吸気通路１の途中箇所あれば、いずれであっても良い。

１吸気通路
２レゾネータ
３容積室
４連通管
５音響スタック

Claims

エンジンの燃焼室に吸気を導く吸気通路（１）内に連通するヘルムホルツのレゾネータ（２）を備える車両用吸気装置において、
前記レゾネータ（２）は、共鳴室を成す容積室（３）、およびこの容積室（３）と前記吸気通路（１）とを連通する連通管（４）を備え、この連通管（４）に、音響エネルギーによって温度勾配が生じる音響スタック（５）を設けたことを特徴とする車両用吸気装置。
請求項１に記載の車両用吸気装置において、
前記音響スタック（５）の前記吸気通路（１）側の端部における各空気通過穴の平均開口率は、
前記音響スタック（５）の前記容積室（３）側の各空気通過穴の平均開口率より小さいことを特徴とする車両用吸気装置。
請求項１または請求項２に記載の車両用吸気装置において、
前記容積室（３）において前記連通管（４）と接する容器部材（３ａ）は、放熱フィン（３ｂ）を備えることを特徴とする車両用吸気装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の車両用吸気装置において、
前記容積室（３）において前記連通管（４）と接触する容器部材（３ａ）は、他の容積室（３）を成す部材より、熱伝導率が高い材料によって設けられることを特徴とする車両用吸気装置。
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の車両用吸気装置において、
前記容積室（３）を成す容器部材（３ａ）は、前記連通管（４）を成す部材より、熱伝導率が高い材料によって設けられることを特徴とする車両用吸気装置。