JP7196791B2

JP7196791B2 - 内燃機関のインレットダクト

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Publication number: JP7196791B2
Application number: JP2019126147A
Authority: JP
Inventors: 龍介木村
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2039-07-05
Also published as: CN112177819B; CN112177819A; JP2021011849A; US20210003067A1; DE102020117006A1; US11156150B2

Description

本発明は、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。また、硬質部と軟質部とがインレットダクトの軸線方向において交互に配置されている。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、吸気の音波が軟質部を構成する繊維を振動させることにより熱エネルギに変換される。このことにより吸気音の定在波の発生が抑制でき、吸気騒音が低減される。また、硬質部によってインレットダクトの剛性が確保される。

特開平１１－３４３９３９号公報

ところで、こうした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を低減することはできる。しかしながら、幅広い周波数の吸気騒音を低減する上で、なお、改善の余地を残すものとなっている。

本発明の目的は、幅広い周波数の吸気騒音を低減することの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成形体により形成された筒状の本体部を備えるものにおいて、前記本体部は、非通気性の高圧縮部と、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とが前記本体部の軸線方向に交互に配列された交互配列領域を有しており、前記交互配列領域を、前記インレットダクトの軸線方向の中心位置よりも吸気流れ方向の上流側の領域と下流側の領域とに分けたとき、前記上流側の領域及び前記下流側の領域のうち前記中心位置までの前記軸線方向の距離が互いに等しい任意の一対の部分は、いずれも前記低圧縮部からなる部分、及び一方が前記低圧縮部からなるとともに他方が前記高圧縮部からなる部分のみからなる。

インレットダクトの内部には、吸気音の定在波が発生する。定在波の腹は、インレットダクトの軸線方向の中心位置を基準として軸線方向において対称に位置する。また、インレットダクトの内部には、様々な周波数の吸気音の定在波が発生する。上記中心位置から定在波の腹までの軸線方向の距離は、当該定在波の周波数によって異なる。ここで、吸気の音波が低圧縮部を構成する繊維を振動させることにより熱エネルギに変換されるため、吸気音の定在波の発生が抑制される。ただし、上記中心位置から低圧縮部までの軸線方向の距離によって、当該低圧縮部により発生を抑制できる吸気の定在波の周波数が異なる。このため、上記中心位置から吸気流れ方向の上流側及び下流側に互いに等しい距離に一対の高圧縮部がそれぞれ設けられていると、これら高圧縮部によっては、当該距離に対応する特定の周波数の定在波の発生を抑制することが難しい。

この点、上記構成によれば、本体部に設けられた交互配列領域において、上記中心位置から互いに等しい距離にある任意の一対の部分には、いずれも高圧縮部となる部分が存在しない。すなわち、上記任意の一対の部分の少なくとも一方が低圧縮部であるため、当該部分において発生し得る特定の周波数の定在波の発生を低圧縮部により抑制することができる。これにより、交互配列領域の軸線方向の全体を利用して吸気音の定在波の発生を抑制することができる。したがって、幅広い周波数の吸気騒音を低減することができる。

本発明によれば、幅広い周波数の吸気騒音を低減することができる。

内燃機関のインレットダクトの一実施形態について、インレットダクトを構成する上流側接続部材、本体部、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。同実施形態の交互配列領域を中心に拡大して示す側面図。同実施形態のインレットダクトを示す断面図。（ａ）～（ｃ）は、比較例のインレットダクトと、インレットダクトの内部に発生する特定の周波数の定在波をそれぞれ模式的に示す側面図。同実施形態のインレットダクトにおける吸気騒音の周波数と騒音レベルとの関係を示すグラフ。変更例のインレットダクトを示す側面図。

以下、図１～図６を参照して、内燃機関のインレットダクト１０の一実施形態について説明する。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。

図１、図２、及び図４に示すように、内燃機関のインレットダクト１０は、筒状の本体部２０、本体部２０の上流側に設けられた筒状の上流側接続部材１２、及び本体部２０の下流側に設けられた筒状の下流側接続部材１４を備えている。

上流側接続部材１２は、インレットダクト１０の入口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は、インレットダクト１０の出口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Ｃ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が形成されている。なお、下流側接続部材１４の下流側端部は、エアクリーナのインレット（図示略）に接続される。

本体部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。第１半割体３０及び第２半割体４０は、圧縮成形された繊維成形体によって形成されている。

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Ｃ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、本体部２０が形成されている。

本体部２０は、軸線Ｃ方向の両側に設けられ、本体部２０を構成する他の部分よりも拡径された端部２４，２５を有している。
図４に示すように、上流側接続部材１２の接続部１２ａが本体部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が本体部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。

図１～図４に示すように、本体部２０の端部２４，２５同士の間には、非通気性の複数の高圧縮部２７と、高圧縮部２７よりも低い圧縮率にて熱圧縮成形された通気性の第１低圧縮部２８Ａとが軸線Ｃ方向に交互に配列された交互配列領域２６が設けられている。

高圧縮部２７は、本体部２０の周方向及び軸線Ｃ方向にそれぞれ沿って延在する長辺及び短辺を有する側面視矩形状である。
交互配列領域２６は、本体部２０の周方向に互いに所定の間隔をおいて複数設けられている。

周方向において隣り合う交互配列領域２６同士の間には、軸線Ｃ方向に沿って延在する第２低圧縮部２８Ｂが設けられている。第２低圧縮部２８Ｂは、本体部２０の端部２４，２５同士の間において軸線Ｃ方向全体にわたって設けられている。第２低圧縮部２８Ｂは、高圧縮部２７よりも低い圧縮率にて熱圧縮成形されて通気性を有している。なお、本実施形態では、第２低圧縮部２８Ｂは、第１低圧縮部２８Ａと同一の圧縮率にて熱圧縮成形されている。

図２及び図３に示すように、交互配列領域２６を、インレットダクト１０の軸線Ｃ方向の中心位置Ｏよりも上流側の領域及び下流側の領域に分ける。このとき、上流側の領域及び下流側の領域のうち中心位置Ｏまでの軸線Ｃ方向の距離が互いに等しい任意の一対の部分は、いずれも低圧縮部からなる部分、及び一方が低圧縮部からなるとともに他方が高圧縮部からなる部分のみからなる。

ここで、図３に例示するように、一対の部分Ｘは、上流側の部分Ｘ１及び下流側の部分Ｘ２のいずれも第１低圧縮部２８Ａからなる。また、一対の部分Ｙにおいては、上流側の部分Ｙ１が第１低圧縮部２８Ａからなるとともに下流側の部分Ｙ２が高圧縮部２７からなる。また、一対の部分Ｚにおいては、上流側の部分Ｚ１が高圧縮部２７からなるとともに下流側の部分Ｚ２が第１低圧縮部２８Ａからなる。

すなわち、交互配列領域２６には、上流側の領域及び下流側の領域のうち中心位置Ｏまでの軸線Ｃ方向の距離が互いに等しい任意の一対の部分がいずれも高圧縮部２７となる部分は存在しない。

なお、本実施形態において、上記中心位置Ｏは、上流側接続部材１２の上流側端部から、下流側接続部材１４のうちエアクリーナのインレットとの接続端（第２フランジ部１４ｄ）までの中心である（図４参照）。これは、吸気音の定在波が、インレットダクト１０の上流側端から、インレットダクト１０の内径が下流側において拡径される直前の上記接続端までの領域で発生するためである。

図３及び図４に示すように、本体部２０の外面においては高圧縮部２７と第１低圧縮部２８Ａとが段差２９を介して連なる一方、本体部２０の内面においては高圧縮部２７と第１低圧縮部２８Ａとが平らに連なっている。

次に、各半割体３０，４０を構成する繊維成形体について説明する。
繊維成形体は、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からなる不織布と、ＰＥＴ繊維からなる不織布とにより構成されている。なお、上記複合繊維の鞘部をなす変性ＰＥＴが繊維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よりも融点の低いＰＰ（ポリプロピレン）を有するものであってもよい。

繊維成形体の目付け量は、５００～１５００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。本実施形態では、繊維成形体の目付け量が８００ｇ／ｍ^２とされている。
各半割体３０，４０は、所定の厚さ（例えば３０ｍｍ～１００ｍｍ）の上記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。

高圧縮部２７の通気度（ＪＩＳＬ１０９６，Ａ法（フラジール形法））は、略０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓとされている。また、上記高圧縮部の板厚としては、０．５～１．５ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、上記高圧縮部の板厚が０．７ｍｍとされている。なお、本実施形態において、本体部２０の各端部２４，２５、及び各半割体３０，４０の接合部３２，４２は、上記高圧縮部２７と同等の圧縮率にて熱圧縮成形されている。

第１低圧縮部２８Ａ及び第２低圧縮部２８Ｂの通気度は、３ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓとされている。また、各低圧縮部２８Ａ，２８Ｂ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、各低圧縮部２８Ａ，２８Ｂの板厚が１．０ｍｍとされている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図５（ａ）～（ｃ）に示すように、インレットダクト１１０の内部には、吸気音の定在波が発生する。定在波の腹は、インレットダクト１１０の軸線Ｃ方向の中心位置Ｏ１を基準として軸線Ｃ方向において対称に位置する。また、インレットダクト１１０の内部には、様々な周波数の吸気音の定在波が発生する。上記中心位置Ｏ１から定在波の腹までの軸線Ｃ方向の距離は、当該定在波の周波数によって異なる。ここで、吸気の音波が低圧縮部を構成する繊維を振動させることにより熱エネルギに変換されるため、吸気音の定在波の発生が抑制される。ただし、上記中心位置Ｏ１から低圧縮部までの軸線Ｃ方向の距離によって、当該低圧縮部により発生を抑制できる吸気の定在波の周波数が異なる。このため、上記中心位置Ｏ１から吸気流れ方向の上流側及び下流側に互いに等しい距離に一対の高圧縮部がそれぞれ設けられていると、これら高圧縮部によっては、当該距離に対応する特定の周波数の定在波の発生を抑制することが難しい。

この点、本実施形態によれば、本体部２０に設けられた交互配列領域２６において、上記中心位置Ｏから互いに等しい距離にある任意の一対の部分Ｘ，Ｙ，Ｚには、いずれも高圧縮部２７となる部分が存在しない。すなわち、上記任意の一対の部分Ｘ，Ｙ，Ｚの少なくとも一方が第１低圧縮部２８Ａであるため、当該部分Ｘ，Ｙ，Ｚにおいて発生し得る特定の周波数の定在波の発生を第１低圧縮部２８Ａにより抑制することができる。これにより、交互配列領域２６の軸線Ｃ方向の全体を利用して吸気音の定在波の発生を抑制することができる。

図６を参照して、本実施形態のインレットダクト１０と、硬質樹脂製の比較例のインレットダクトとの吸気騒音の騒音レベルについて比較する。なお、インレットダクト１０の入口付近に配置したマイクによって吸気騒音の騒音レベルを検出している。

図６に一点鎖線にて示すように、比較例のインレットダクトの場合、騒音レベルは、高いベース値Ｂを有するとともに、共鳴周波数Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３において吸気管共鳴による高いピーク値Ｐを有している。

一方、図６に実線にて示すように、本実施形態のインレットダクト１０の場合、上述した作用を奏することから、比較例のインレットダクトに比べて騒音レベルのベース値Ｂが幅広い周波数にわたって低減されている。また、吸気の音波が第１低圧縮部２８Ａ及び第２低圧縮部２８Ｂを構成する繊維を振動させることにより熱エネルギに変換されるため、吸気管共鳴が抑制され、吸気管共鳴によるピーク値Ｐが低減されている。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）インレットダクト１０は、圧縮成形された繊維成形体により形成された筒状の本体部２０を備えている。本体部２０は、非通気性の高圧縮部２７と、高圧縮部２７よりも低い圧縮率にて圧縮成形された通気性の第１低圧縮部２８Ａとが本体部２０の軸線Ｃ方向に交互に配列された交互配列領域２６を有している。交互配列領域２６の上流側及び下流側の領域のうち中心位置Ｏまでの軸線Ｃ方向の距離が互いに等しい任意の一対の部分は、いずれも第１低圧縮部２８Ａからなる部分、及び一方が第１低圧縮部２８Ａからなるとともに他方が高圧縮部２７からなる部分のみからなる。

こうした構成によれば、上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することができる。
（２）本体部２０の周方向の一部には、軸線Ｃ方向に沿って延在するとともに高圧縮部２７よりも低い圧縮率にて圧縮成形された通気性の第２低圧縮部２８Ｂが設けられており、交互配列領域２６は、本体部２０の周方向において第２低圧縮部２８Ｂと隣り合って設けられている。

こうした構成によれば、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となる位置に第２低圧縮部２８Ｂが位置することとなる。このため、交互配列領域２６による吸気騒音の低減効果に加えて、第２低圧縮部２８Ｂによって幅広い周波数の吸気騒音を一層低減することができる。

＜変更例＞
上記実施形態は、例えば以下のように変更して実施することもできる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・インレットダクトは、上流側接続部材１２及び下流側接続部材１４を繊維成形体により本体部２０と一体形成されていてもよい。
・図７に示すように、例えば中心位置Ｏよりも下流側において、高圧縮部２７ａ，２７ｂの配置態様を第１半割体３０と第２半割体４０とで異ならせてもよい。また、こうした変更を中心位置Ｏよりも上流側において適用してもよい。

・第２低圧縮部２８Ｂを省略することもできる。

１０，１１０…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、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、２０…本体部、２４，２５…端部、２６…交互配列領域、２７，２７ａ，２７ｂ…高圧縮部、２８Ａ…第１低圧縮部、２８Ｂ…第２低圧縮部、２９…段差、３０…第１半割体、３２…接合部、４０…第２半割体、４２…接合部、Ｏ，Ｏ１…中心位置。

Claims

圧縮成形された繊維成形体により形成された筒状の本体部を備える内燃機関のインレットダクトにおいて、
前記本体部は、非通気性の高圧縮部と、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とが前記本体部の軸線方向に交互に配列された交互配列領域を有しており、
前記交互配列領域を、前記インレットダクトの軸線方向の中心位置よりも吸気流れ方向の上流側の領域と下流側の領域とに分けたとき、
前記上流側の領域及び前記下流側の領域のうち前記中心位置までの前記軸線方向の距離が互いに等しい任意の一対の部分は、いずれも前記低圧縮部からなる部分、及び一方が前記低圧縮部からなるとともに他方が前記高圧縮部からなる部分のみからなる、
内燃機関のインレットダクト。
前記低圧縮部を第１低圧縮部とするとき、
前記本体部の周方向の一部には、前記軸線方向に沿って延在するとともに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第２低圧縮部が設けられており、
前記交互配列領域は、前記本体部の前記周方向において前記第２低圧縮部と隣り合って設けられている、
請求項１に記載の内燃機関のインレットダクト。