JP6880965B2 - 内燃機関のインレットダクト - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮成形された繊維材料により形成されたダクト部材を有する内燃機関のインレットダクトに関する。
特許文献1には、熱可塑性樹脂バインダを含む不織布を圧縮成形することにより形成された内燃機関のインレットダクトが開示されている。同文献に記載のインレットダクトは、圧縮率の大きな硬質部と圧縮率の小さな軟質部とを有している。同文献に記載のインレットダクトによれば、管壁の少なくとも一部がある程度の通気性を有する軟質部により形成されているため、吸気の音波の一部が軟質部を通過することで吸気の音波の定在波が発生することを抑制でき、吸気騒音が低減される。
特開平11−343939号公報
ところで、特許文献1に記載の内燃機関のインレットダクトでは、特定の周波数の吸気騒音が低減できるものの、より幅広い周波数の吸気騒音を低減する上では、なお、改善の余地がある。
本発明の目的は、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる内燃機関のインレットダクトを提供することにある。
上記目的を達成するための内燃機関のインレットダクトは、圧縮成形された繊維材料により形成されたダクト部材を有する内燃機関のインレットダクトにおいて、前記ダクト部材は、高圧縮部、及び前記高圧縮部よりも低い圧縮率にて圧縮成形された低圧縮部を有する本体部と、前記本体部の軸線方向の両側に設けられた端部とを有しており、前記本体部には、その軸線方向の全体にわたって前記低圧縮部が形成されている。
インレットダクトにおいては、吸気の音波の定在波の腹となる位置、すなわち定在波の音圧が最も高くなる位置に通気性を有する低圧縮部が存在すれば、吸気の音波の圧力を、低圧縮部を通じて逃がすことにより当該定在波の発生を効果的に抑制できる。
上記構成によれば、ダクト部材の本体部には、その軸線方向の全体にわたって低圧縮部が形成されているため、インレットダクトの内部に発生し得る様々な周波数の定在波の腹となる位置に低圧縮部が存在することとなり、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる。
本発明によれば、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる。
内燃機関のインレットダクトの第1実施形態について、インレットダクトを構成する上流側接続部材、ダクト部材、及び下流側接続部材を互いに分離して示す分解斜視図。 同実施形態のインレットダクトを示す側面図。 同実施形態のインレットダクトを示す断面図。 (a)〜(c)は、同実施形態の作用を説明するための図であって、インレットダクトの内部に発生する吸気の音波の定在波の圧力分布を示す図。 第2実施形態の内燃機関のインレットダクトを示す斜視図。 同実施形態のインレットダクトについて、第1半割体が省略されている状態を示す平面図。 第3実施形態の内燃機関のインレットダクトを示す斜視図。 同実施形態の第1半割体を内側から示す斜視図。 図8の9−9線に沿った断面図。 内燃機関のインレットダクトの変形例を示す斜視図。 同変形例のインレットダクトを示す側面図。 内燃機関のインレットダクトの他の変形例について、インレットダクトを構成する上流側接続部材、ダクト部材、及び下流側接続部材を互いに分離して示す分解斜視図。
<第1実施形態>
以下、図1〜図4を参照して、第1実施形態について説明する。
図1〜図3に示すように、内燃機関のインレットダクト10は、硬質の樹脂材料により形成された筒状の上流側接続部材12、熱圧縮成形された不織布により形成されたダクト部材20、及び硬質の樹脂材料により形成された筒状の下流側接続部材14を備えている。インレットダクト10は、図示しないエアクリーナのインレットに接続されて吸気通路の一部を構成する。
なお、以降において、インレットダクト10内における吸気の流れ方向の上流側及び下流側をそれぞれ単に上流側及び下流側と称する。
<上流側接続部材12>
図1〜図3に示すように、上流側接続部材12は、インレットダクト10の入口16を構成するものであり、円筒状の接続部12a、接続部12aの外周面に突設された円環状のフランジ部12b、及び接続部12aの上流側に連なるとともに上流側ほど外周側に位置するように反り返った形状のファンネル部12cを有している。
<下流側接続部材14>
図1〜図3に示すように、下流側接続部材14は、インレットダクト10の出口18を構成するものであり、円筒状の第1接続部14a、及び第1接続部14aの外周面に突設された円環状の第1フランジ部14bを有している。また、下流側接続部材14は、第1接続部14aの下流側に連なるとともに第1接続部14aよりも拡径された円筒状の第2接続部14c、及び第2接続部14cの外周面に突設された円環状の第2フランジ部14dを有している。第1接続部14aと第2接続部14cとは同一軸線上に設けられており、第1接続部14aと第2接続部14cとの間には、全周にわたって段差29が形成されている。
<ダクト部材20>
図1〜図3に示すように、ダクト部材20は、半割円筒状をなす第1半割体30及び第2半割体40を互いに接合することにより形成されている。
各半割体30,40は互いに同一形状を有している。各半割体30,40の周方向の両端には、外周側にそれぞれ突出する一対の接合部32,42が軸線方向全体にわたって形成されている。
第1半割体30の接合部32と第2半割体40の接合部42とが接合されることにより、ダクト部材20が形成されている。
各半割体30,40を構成する不織布は、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)からなる芯部と、同PET繊維よりも融点の低い変性PETからなる鞘部(いずれも図示略)とを有する周知の芯鞘型の複合繊維により構成されている。変性PETがPET同士を結合するバインダとして機能する。
変性PETの配合割合は、30〜70%であることが好ましい。本実施形態では、変性PETの配合割合が50%とされている。
なお、こうした複合繊維としては他に、PET(ポリエチレンテレフタレート)からなる芯部と、同PET繊維よりも融点の低いPP(ポリプロピレン)からなる鞘部(いずれも図示略)とを有するものであってもよい。
不織布の目付け量は、500〜1500g/m2(m2は平方メートル)であることが好ましい。本実施形態では、不織布の目付け量が800g/m2とされている。
各半割体30,40は、例えば30mm〜100mmの厚さの不織布シートを熱圧縮(熱プレス)することにより成形されている。
ダクト部材20は、本体部22と、本体部22の軸線方向の両側に設けられた端部24,25とを有している。
本体部22は、複数の高圧縮部26と、互いに隣り合う高圧縮部26の間に位置し、高圧縮部26よりも低い圧縮率にて熱圧縮成形された低圧縮部28とを有している。
高圧縮部26の通気度(JISL1096,A法(フラジール形法))は、略0cm3/cm2・sとされている。また、高圧縮部26の板厚としては、0.5〜1.5mmであることが好ましい。本実施形態では、高圧縮部26の板厚が0.7mmとされている。
低圧縮部28の通気度は、3cm3/cm2・sとされている。また、低圧縮部28の板厚としては、0.8〜3.0mmであることが好ましい。本実施形態では、低圧縮部28の板厚が1.0mmとされている。
各高圧縮部26は、本体部22の周方向及び軸線方向にそれぞれ沿って延在する長辺及び短辺を有する矩形状をなしている。各高圧縮部26は、周方向に互いに間隔をおいて形成されるとともに、軸線方向に互いに間隔をおいて形成されている。
低圧縮部28は、本体部22の軸線方向の全体にわたって同軸線方向に沿った直線状に延在する部分と、本体部22の周方向に沿って延在する部分とを有している。
図3に示すように、ダクト部材20の外面においては高圧縮部26と低圧縮部28とが段差29を介して連なる一方、ダクト部材20の内面においては高圧縮部26と低圧縮部28とが平らに連なっている。
本実施形態では、ダクト部材20の本体部22の外面全体に占める高圧縮部26の面積の割合が45%以上、55%以下の範囲内に設定されている。
本体部22の各端部24,25は、本体部22よりも拡径されている。
本体部22の各端部24,25、及び各半割体30,40の接合部32,42は、本体部22の高圧縮部26と同等の圧縮率にて熱圧縮成形されている。
図1〜図3に示すように、上流側接続部材12の接続部12aがダクト部材20の上流側の端部24に内挿され、フランジ部12bに対して端部24が突き当てられた状態において、接続部12aの外面と端部24の内面とが接着剤を介して接合されている。
下流側接続部材14の第1接続部14aがダクト部材20の下流側の端部25に内挿され、第1フランジ部14bに対して端部25が突き当てられた状態において、第1接続部14aの外面と端部25の内面とが接着剤を介して接合されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図4(a)〜4(c)に示すように、吸気の音波の定在波の腹Aとなる位置、すなわち定在波の音圧が最も高くなる位置は、定在波の周波数(波長)によって異なる。インレットダクトにおいては、吸気の音波の定在波の腹Aとなる位置に通気性を有する低圧縮部28が存在すれば、吸気の音波の圧力を、低圧縮部28を通じて逃がすことにより当該定在波の発生を効果的に抑制できる。
本実施形態のインレットダクト10によれば、ダクト部材20の本体部22には、その軸線方向の全体にわたって低圧縮部28が形成されているため、インレットダクト10の内部に発生し得る様々な周波数の定在波の腹Aとなる位置に低圧縮部28が存在することとなり、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる。
また、ダクト部材20の本体部22が高圧縮部26と低圧縮部28とを有しているため、高圧縮部26については同高圧縮部26を通じて外部から空気が吸われにくくなる。このため、ダクト部材20全体が低圧縮部28により形成されている場合に比べて、ダクト部材20を通じて外部から空気が吸われることを抑制できる。これにより、ダクト部材20の内面近傍に形成される境界層、すなわち吸気の粘性が無視できない層の厚さを小さくすることができ、インレットダクト10の入口16から出口18に向けて流れる吸気の主流の通気抵抗が増大することを抑制できる。したがって、圧力損失の増大を抑制することができる。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関のインレットダクトによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)内燃機関のインレットダクト10は、圧縮成形された繊維材料(不織布)により形成されたダクト部材20を有している。ダクト部材20は、高圧縮部26、及び高圧縮部26よりも低い圧縮率にて圧縮成形された低圧縮部28を有する本体部22と、高圧縮部26により形成され、本体部22の軸線方向の両側に設けられた端部24,25とを有している。本体部22には、その軸線方向の全体にわたって低圧縮部28が形成されている。
こうした構成によれば、前述した作用を奏することから、幅広い周波数の吸気騒音を低減できる。
また一般に、インレットダクトの管長が長くなるほど通気抵抗が増大する一方、より低い周波数の吸気音を低減することができる。この点、本実施形態のインレットダクト10によれば、前述したように、通気抵抗の増大を抑制できるため、インレットダクト10の管長を長くすることが可能となり、より低い周波数の吸気騒音を低減することができる。
(2)ダクト部材20の外面においては高圧縮部26と低圧縮部28とが段差を介して連なる一方、ダクト部材20の内面においては高圧縮部26と低圧縮部28とが平らに連なっている。
高圧縮部26及び低圧縮部28を形成することに伴いダクト部材20の内面に段差が生じると、ダクト部材20の内面近傍を流れる吸気の通気抵抗が増大するおそれがある。
この点、上記構成によれば、ダクト部材20の内面においては高圧縮部26と低圧縮部28とが平らに連なっていることから、吸気の主流の通気抵抗の増大を回避できる。
(3)ダクト部材20の本体部22の外面全体に占める高圧縮部26の面積の割合が45%以上、55%以下の範囲内に設定されている。
ダクト部材20の本体部22の外面全体に占める高圧縮部26の面積の割合が30%よりも低い場合には、低圧縮部28の割合が過度に大きくなるためにダクト部材20の内面近傍に形成される境界層の厚さが無視できなくなり、吸気の主流の通気抵抗を低減する効果が発揮されにくくなる。
一方、ダクト部材20の本体部22の外面全体に占める高圧縮部26の面積の割合が70%よりも高い場合には、低圧縮部28の割合が過度に小さくなるために、吸気音の音圧が低減される効果が発揮されにくくなる。
この点、上記構成によれば、ダクト部材20の本体部22の外面全体に占める高圧縮部26の面積の割合が45%以上、55%以下の範囲内に設定されていることから、圧力損失の増大を抑制できるとともに、幅広い周波数の吸気騒音を低減できるという上記効果(1)を確実に発揮できる。
(4)ダクト部材20が高圧縮部26を有している。このため、低圧縮部28よりも硬質な高圧縮部26によりダクト部材20の強度を高めることができる。
<第2実施形態>
以下、図5及び図6を参照して、第2実施形態について第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以降において、第1実施形態の構成と同一または対応する構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
<上流側接続部材12>
図5に示すように、上流側接続部材12の接続部12aには、一対のスリット12dが軸線方向に沿って延設されている。一対のスリット12dは、ダクト部材20の中心を挟んで対向している。
<下流側接続部材14>
図5に示すように、下流側接続部材14の第1接続部14aには、一対のスリット14eが軸線方向に沿って延設されている。一対のスリット14eは、ダクト部材20の中心を挟んで対向している。
<ダクト部材20>
図5及び図6に示すように、複数の高圧縮部26及び複数の低圧縮部28は、本体部22の軸線を中心に螺旋状に設けられている。互いに隣り合う2つの高圧縮部26の間に1つの低圧縮部28が位置している。
図5に示すように、ダクト部材20の外面において高圧縮部26と低圧縮部28とが螺旋状に設けられるとともに段差29aを介して連なっている。
図6に示すように、ダクト部材20の内面において高圧縮部26と低圧縮部28とが螺旋状に設けられるとともに段差29bを介して連なっている。
図5及び図6に示すように、上流側接続部材12の接続部12aがダクト部材20の上流側の端部24に外挿される。このとき、各半割体30,40の一対の接合部32,42の端部が接続部12aの一対のスリット12dにそれぞれ挿入される。フランジ部12bに対して一対の接合部32,42が突き当てられた状態において、接続部12aの内面と端部24の外面とが接着剤を介して接合されている。
下流側接続部材14の第1接続部14aがダクト部材20の下流側の端部25に外挿される。このとき、各半割体30,40の一対の接合部32,42の端部が第1接続部14aの一対のスリット14eにそれぞれ挿入される。第1フランジ部14bに対して一対の接合部32,42が突き当てられた状態において、第1接続部14aの内面と端部25の外面とが接着剤を介して接合されている。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関のインレットダクトによれば、第1実施形態の効果(1)、(3)、及び(4)に加えて、新たに以下に示す作用効果が得られるようになる。
(5)ダクト部材20の内面において高圧縮部26と低圧縮部28とが螺旋状に設けられるとともに段差29bを介して連なっている。
こうした構成によれば、インレットダクト10の入口16から出口18に向けて流れる吸気の主流が、本体部22の軸線方向の全体にわたって螺旋状に設けられた高圧縮部26と低圧縮部28とに沿って旋回するようになる。したがって、高圧縮部26及び低圧縮部28を利用して吸気を整流することができる。
<第3実施形態>
以下、図7〜図9を参照して、第3実施形態について第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、以降において、第1実施形態の構成と同一または対応する構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
本実施形態の接続部材12,14は、第2実施形態の接続部材12,14と同一の構成である。
また、本実施形態のダクト部材20を構成する第2半割体40は、第1実施形態と同一の構成である。
次に、図8及び図9を参照して、本実施形態のダクト部材20を構成する第1半割体30について説明する。
第1半割体30には、本体部22の下部から外周側に向けて膨出され、内燃機関の蒸発燃料を吸着する吸着材50を収容する収容部34を有している。
図9に示すように、収容部34は、平面視略矩形状の底壁部34aと、底壁部34aの周縁において屈曲して立ち上がる立壁部34bと、立壁部34bの上端において屈曲して外側に向けて延在する固定部34cと、固定部34cの周縁において屈曲して立ち上がるとともに本体部22に連なる側壁部34dとを有している。
ここで、底壁部34a全体が低圧縮部28により形成されている。一方、立壁部34b、固定部34c、及び側壁部34dはいずれも高圧縮部26により形成されている。
吸着材50は、例えば活性炭粒子などである。吸着材50は、一対のガラス繊維ネット54により挟まれた状態で、一対の保持シート52により挟まれることにより保持されている。
保持シート52を構成する不織布は、例えば変性PETの繊維により構成されている。
なお、保持シート52を構成する不織布は、例えばPETからなる芯部と、同PET繊維よりも融点の低い変性PET、またはPPからなる鞘部(いずれも図示略)とを有する周知の芯鞘型の複合繊維により構成されるものであってもよい。
保持シート52を構成する不織布の目付け量は、30〜150g/m2であることが好ましい。本実施形態では、不織布の目付け量が60g/m2とされている。
保持シート52の板厚としては、0.1〜1.5mmであることが好ましい。本実施形態では、保持シート52の板厚が0.3mmとされている。
収容部34の底壁部34a上に、吸着材50及び一対のガラス繊維ネット54を内包した一対の保持シート52が載置されるとともに、保持シート52の縁部が固定部34c上に載置される。この状態において、保持シート52の縁部が固定部34cに対して超音波溶着により固定されている。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関のインレットダクトによれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
(6)ダクト部材20は、本体部22から外周側に向けて膨出され、内燃機関の蒸発燃料を吸着する吸着材50を収容する収容部34を有している。収容部34の底壁部34aが低圧縮部28により形成されている。
こうした構成によれば、収容部34の底壁部34aが低圧縮部28により形成されているため、底壁部34aを通じて外部から吸われる空気により、吸着材50に吸着されている燃料成分がパージされる。したがって、燃料成分のパージ性能を高めることができる。
(7)吸着材50は、不織布により形成された一対の保持シート52により挟んで保持されている。収容部34の底壁部34aの周囲には、保持シート52の縁部が固定される固定部34cが形成されている。固定部34cは高圧縮部26により形成されている。
こうした構成によれば、固定部34cが高圧縮部26により形成されているため、固定部34cを好適に硬化させることができ、固定部34cに対して保持シート52の縁部を確実に固定することができる。
<変形例>
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第3実施形態において、保持シート52の縁部を固定部34cに対して固定する態様は超音波溶着に限定されない。他に例えば、接着剤を用いて固定してもよい。また、収容部34の底壁部34aに対して保持シート52の縁部を固定するようにしてもよい。
・収容部34の底壁部34aの一部または全部を高圧縮部26により形成してもよい。
・ダクト部材20の本体部22の外面全体に占める高圧縮部26の面積の割合を30〜45%の範囲内に設定することもできる。また、高圧縮部26の面積の割合を30%よりも僅かに低く設定してもよい。
・ダクト部材20の本体部22の外面全体に占める高圧縮部26の面積の割合を55〜70%の範囲内に設定することもできる。また、高圧縮部26の面積の割合を70%よりも僅かに高く設定してもよい。
・低圧縮部28が本体部22の軸線方向の全体にわたって設けられているのであれば、高圧縮部26の形状を適宜変更することができる。例えば図10及び図11に示すように、第1実施形態において例示した複数の高圧縮部26のうち、周方向及び軸線方向において互いに隣り合う2つの高圧縮部26の間に位置する低圧縮部28を高圧縮部26に変更してもよい。
・図12に示すように、第2実施形態において例示した接続部材12,14を、第1実施形態において例示したダクト部材20に対して適用することもできる。
・高圧縮部26の形状を、例えば文字や図形、当該インレットダクト10またはダクト部材20に関連した識別記号として具現化することもできる。
・上記各実施形態及び変形例では、ダクト部材20の各端部24,25が高圧縮部26と同等の圧縮率にて熱圧縮成形されたものについて例示した。しかしながら、本発明は、各端部24,25全体を高圧縮部にするものに限定されない。すなわち、端部24,25の少なくとも一方に、本体部22の低圧縮部28と同等の圧縮率にて熱圧縮成形された部位を設けるようにしてもよい。
10…インレットダクト、12…上流側接続部材、12a…接続部、12b…フランジ部、12c…ファンネル部、12d…スリット、14…下流側接続部材、14a…第1接続部、14b…第1フランジ部、14c…第2接続部、14d…第2フランジ部、14e…スリット、16…入口、18…出口、20…ダクト部材、22…本体部、24,25…端部、26…高圧縮部、28…低圧縮部、29,29a,29b…段差、30…第1半割体、32…接合部、34…収容部、34a…底壁部、34b…立壁部、34c…固定部、34d…側壁部、40…第2半割体、42…接合部、50…吸着材、52…保持シート、54…ガラス繊維ネット。

Claims (6)

  1. 圧縮成形された繊維材料により形成されたダクト部材を有する内燃機関のインレットダクトにおいて、
    前記ダクト部材は、高圧縮部、及び前記高圧縮部よりも低い圧縮率にて圧縮成形された通気性の低圧縮部を有する本体部と、前記本体部の軸線方向の両側に設けられた端部とを有しており、
    前記本体部には、その軸線方向の全体にわたって前記低圧縮部が延在している、
    内燃機関のインレットダクト。
  2. 前記ダクト部材の外面においては前記高圧縮部と前記低圧縮部とが段差を介して連なる一方、前記ダクト部材の内面においては前記高圧縮部と前記低圧縮部とが平らに連なっている、
    請求項1に記載の内燃機関のインレットダクト。
  3. 前記ダクト部材の内面において前記高圧縮部と前記低圧縮部とが螺旋状に設けられるとともに段差を介して連なっている、
    請求項1に記載の内燃機関のインレットダクト。
  4. 前記ダクト部材の前記本体部の外面全体に占める前記高圧縮部の面積の割合が30%以上、70%以下の範囲内に設定されている、
    請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関のインレットダクト。
  5. 前記ダクト部材は、前記本体部から外周側に向けて膨出され、内燃機関の蒸発燃料を吸着する吸着材を収容する収容部を有しており、
    前記収容部の底壁部が前記低圧縮部により形成されている、
    請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関のインレットダクト。
  6. 前記吸着材は、繊維材料により形成された保持シートにより挟んで保持されており、
    前記収容部の底壁部の周囲には、前記保持シートの縁部が固定される固定部が形成されており、
    前記固定部は前記高圧縮部により形成されている、
    請求項5に記載の内燃機関のインレットダクト。
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