JP2009250183A - 内燃機関の吸気ダクト - Google Patents

Abstract

【課題】気流音が問題となる吸気ダクト１において、吸音材のみでは低減できない比較的低い周波数域の音圧低減を図る。
【解決手段】合成樹脂製の吸気ダクト１の一部に上方へ膨出した拡張部１４が設けられており、主吸気通路１０との間を仕切る中間壁１６が設けられている。中間壁１６は、複数のスリット１７を備える。拡張部１４内の空間には、上部壁１４ａの内壁面に沿って発泡ポリウレタン等からなる吸音材層１８が設けられているが、この吸音材層１８は中間壁１６から離れており、該吸音材層１８の表面と中間壁１６との間に、空間層１９が残存している。吸音材層１８の吸音作用に加えて、空間層１９が一種のレゾネータとして機能し、特定の周波数の音圧が低減する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の吸気系に用いられる合成樹脂製の吸気ダクト、特に、気流音の低減を図った吸気ダクトの改良に関する。

例えば自動車用内燃機関の吸気取り入れ口からエアクリーナに至る吸気ダクトやエアクリーナから吸気マニホルドに至る吸気ダクトとして合成樹脂製の吸気ダクトが多用されているが、これらの吸気ダクトにあっては、内部を吸気流が高速で流れるため、高周波音を含む気流音が生じやすい。そのため、従来から、特許文献１に開示されているように、通路断面積を部分的に拡張した拡張部を設けたり、吸音材を吸気ダクト内周面に配置したりして、気流音を低減する試みがなされている。特許文献１では、多数の開口を設けた管の外周を拡張ダクト部で覆い、両者間の空間に吸音材を充填した構成が開示されている。
特開平８−２８６６７３号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、拡張ダクト部内が吸音材で埋まっているため、実際には、この部分は所謂拡張要素としては機能せず、実質的には、ダクト内周面に吸音材を貼着した構成と騒音低減作用の上で本質的な差異がない。従って、吸音材の特質として、比較的高い周波数領域の音圧は低減できるものの、例えば２５００Ｈｚ以下の音に対する音圧低減作用が十分に得られない。

そこで、この発明は、拡張部内に、吸音材層に加えて一種のレゾネータとなる空間を設け、特定周波数の低減を図ったものである。すなわち、２つ割り状に成形した２つの合成樹脂製部品を互いに接合してなる内燃機関の吸気ダクトにおいて、上記合成樹脂製部品の少なくとも一方に、通路長の一部で通路断面積が部分的に拡大するように外側へ膨出した拡張部を備えるとともに、この拡張部内の空間と主吸気通路部分とを仕切る中間壁に、両者を連通する多数の開口部が開口形成されており、上記拡張部内の空間には、上記拡張部の内壁面に沿って吸音材層が設けられているとともに、この吸音材層が上記中間壁から離れており、該吸音材層の表面と上記中間壁との間に層状に空間が設けられていることを特徴としている。

上記の吸音材層を構成する吸音材としては、例えば、発泡ポリウレタン等の発泡合成樹脂材料、フェルト等の繊維材料、グラスウール、等の公知の種々の吸音材料を用いることが可能である。一つの例では、上記吸音材層は、上記拡張部の内壁面に沿った三次元形状に予め成形されており、上記内壁面に両面テープによって取り付けられている。また、吸音材の表面積を過度に覆わない適宜な保持部材を介して拡張部の内壁面に固定するようにしてもよく、例えば吸気ダクト長手方向に沿って細長いコイルスプリングを保持部材として吸音材層と上記中間壁との間の空間内に配設し、コイルスプリングの径方向の撓み変形を利用して吸音材を拡張部の内壁面に押し付けるようにしてもよい。

また本発明の一つの態様では、上記吸音材層の厚さが部分的に異なっている。この場合、望ましくは、上記吸音材層の厚さに対応して上記拡張部の内壁面の位置が変化しており、上記層状の空間となる上記吸音材層表面と上記中間壁との間隔は、ほぼ一定である。

この構成では、上記吸音材層の厚さに応じて低減し得る音の周波数が異なるので、吸音材層の厚さが種々異なることで、全体として広い周波数帯域に亘って音圧が低減する。

この発明によれば、吸気ダクトの内側へ向かって露出した吸音材層によって気流音の音圧が低減するとともに、中間壁と吸音材層との間に確保された空間が一種のレゾネータとして機能して所定の周波数領域、例えば吸音材では音圧低減が不十分となる２５００Ｈｚ以下の領域を低減でき、全体としてより一層の騒音低減が図れる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施例となる合成樹脂製の吸気ダクト１を備えた自動車用内燃機関のエアクリーナ２を示している。上記吸気ダクト１は、基端がエアクリーナ２のダストサイド側の側面に接続されたものであり、細長い略Ｓ字状をなすように緩く湾曲しており、先端が吸気取り入れ口３として開口している。

図２〜図４は、上記吸気ダクト１の具体的な構成を示しており、図２は、略Ｓ字形の中央長手方向に沿って切断した断面図、図３は、吸気ダクト１の一部の上面側を矩形に切り取って示す切欠斜視図、図４は図２の切断面と直交する面に沿って切断した断面図である。この吸気ダクト１は、内部の主吸気通路１０の中心軸線にほぼ沿って２つ割り状に分割構成されているものであって、図では下側部分となる第１ダクト半部１１と上側部分となる第２ダクト半部１２とから大略構成されており、両者が、その側縁の接合線１３に沿って互いに一体に接着ないし接合されている。そして、上側部分となる第２ダクト半部１２には、通路長の一部で通路断面積が部分的に拡大するように上方へ膨出した拡張部１４が設けられている。

より詳しくは、この拡張部１４は、成形の都合上、第２ダクト半部１２の本体部分とは別のカバー状の部品として成形されており、周縁の接合線１５に沿って第２ダクト半部１２に接着ないし接合されている。このカバー状の拡張部１４によって覆われた第２ダクト半部１２の本体部分には、拡張部１４内の空間と本来の主吸気通路１０部分とを仕切る中間壁１６が残存している。つまり、吸気ダクト１の両端部における通路断面積と基本的に等しい略一定断面積の主吸気通路１０が、上記中間壁１６と第１ダクト半部１１との間に構成されており、この通路断面積を拡大するように拡張部１４が付加されている。そして、上記中間壁１６には、拡張部１４内の空間と主吸気通路１０とを連通する開口部として、吸気ダクト１の長手方向に沿った細長いスリット１７が複数設けられている。なお、スリット１７に代えて多数の孔を開口形成してもよい。図３および図４に明らかなように、上記主吸気通路１０は、角部が丸められた略矩形の断面形状を有しており、拡張部１４は、主吸気通路１０を構成する一対の平行な側壁１２ａ，１２ａを上方へ延長した形に形成されている。また、図４のような断面形状において、拡張部１４の上部壁１４ａは、第１ダクト半部１１の底壁１１ａと平行な略直線状をなしており、従って、この上部壁１４ａと中間壁１６との間に生じる拡張部１４内の空間は、全体として、偏平な略矩形状をなしている。この空間の高さは、吸気ダクト１の長手方向に沿って殆ど変化せず、略一定である。

上記吸気ダクト１を構成する第１ダクト半部１１，第２ダクト半部１２およびカバー状拡張部１４は、いずれもナイロンやポリプロピレン等の硬質合成樹脂を用いて例えば射出成形されている。なお、上記拡張部１４を第２ダクト半部１２の一部として一体に成形し、中間壁１６部分を別部品として成形して、互いに接着ないし接合するようにしてもよい。

ここで、上記拡張部１４内の空間には、その上部壁１４ａの内壁面に沿って吸音材層１８が設けられている。この吸音材層１８は、その厚さが拡張部１４内の空間の高さ（厚さ）のほぼ半分程度のものであり、上記空間の上側部分を占めている。そして、残りの部分つまり下側部分は、実質的な拡張空間となる層状の空間つまり空間層１９が占めている。換言すれば、吸音材層１８は中間壁１６から離れており、該吸音材層１８の表面と中間壁１６との間に、空間層１９が残存している。一例を挙げると、上記拡張部１４内の空間は約２０ｍｍ程度の高さを有し、吸音材層１８の厚さは約１０ｍｍであり、従って厚さが約１０ｍｍの空間層１９が確保されている。

上記吸音材層１８は、例えば発泡ポリウレタン等の発泡合成樹脂材料からなり、図５に示すように、拡張部１４の上部壁１４ａの内壁面に沿った三次元形状に予め成形されている。そして、例えば両端部および中間部の６箇所に配設された両面テープ２０でもって、上記内壁面に取り付けられている。なお、フェルト等の繊維材料やグラスウール等の吸音材料を例えば適宜なバインダとともに所定形状に成形して、同様に取り付けるようにしてもよい。

上記のような構成においては、主吸気通路１０内を流れる吸気による気流音に対し、吸音材層１８の作用により音圧レベルが低減することに加えて、空間層１９が一種のレゾネータとして機能し、より一層の音圧低減が達成できる。しかも、吸音材層１８は中間壁１６から離れており、その表面積が中間壁１６により覆われてしまうことがないため、吸音材層１８による吸音作用も優れたものとなる。図６は、吸気ダクト１の気流音に対する音圧低減効果の例を示したものであり、従来例として空間層１９を具備せずに１０ｍｍ厚の吸音材層のみを備えた場合の音圧低減効果（実線）と、１０ｍｍ厚の空間層１９を介して１０ｍｍ厚の吸音材層１８を備えた本実施例の音圧低減効果（一点鎖線）と、を対比して示している。図示するように、空間層１９を付加することで、特に吸音材では音圧低減が不十分となり易い２０００Ｈｚ〜２５００Ｈｚ付近の音の低減が図れる。なお、空間層１９の大きさ等を変えることで、音圧低減を図る周波数域をチューニングすることが可能である。

なお、上記実施例では、主吸気通路１０の一方の側（つまり第２ダクト半部１２側）のみに空間層１９および吸音材層１８が設けられているが、逆に第１ダクト半部１１側に設けても良く、あるいは、両側に、つまり第１，第２ダクト半部１１，１２の双方に拡張部１４を形成して、各々に空間層１９および吸音材層１８を設けるようにしてもよい。

また、上記実施例では、吸音材層１８を両面テープ２０でもって固定するようにしているが、吸気ダクト１長手方向に沿って細長いコイルスプリングを保持部材として吸音材層１８と中間壁１６との間（つまり空間層１９内）に配設し、該コイルスプリングの径方向の撓み変形を利用して吸音材層１６を拡張部１４の上部壁１４ａに押し付けるようにして固定保持することもできる。このようなコイルスプリングであれば、吸音面となる吸音材層１８の表面を過度に覆ってしまうことがなく、上記実施例と同様に良好な音圧低減が図れる。

次に、図７および図８は、この発明の第２実施例を示している。この実施例においては、拡張部１４の上部壁１４ａの高さが階段状に３段階に変化しており、これに対応して、内部に配設されている吸音材層１８の厚さが３段階に異なっている。具体的には、吸気ダクト１の長手方向に沿って配設された吸音材層１８の中で、最も下流側の部分つまりエアクリーナ２側に近い第１の部分１８ａは、最も厚さが薄く、例えば約１０ｍｍの厚さである。これよりも上流側となる中間の第２の部分１８ｂは、中間の厚さ、例えば約１５ｍｍの厚さを有する。そして、最も上流側の第３の部分１８ｃは、最も厚さが厚く、例えば約３０ｍｍの厚さを有する。これらの３つの部分１８ａ〜１８ｃからなる吸音材層１８は、例えば、前述した実施例と同様に、拡張部１４の上部壁１４ａの内壁面に沿った所定の三次元形状に予め成形されており、図５で示したような両面テープ２０でもって、上記内壁面に取り付けられている。あるいは、３つの部分１８ａ〜１８ｃを別々に形成して、個々に取り付けるようにしてもよい。なお、吸音材としては、前述した実施例と同様に、例えば発泡ポリウレタン等の発泡合成樹脂材料が用いられているが、その他、フェルト等の繊維材料あるいはグラスウール等の種々の材料を用いることができる。

上記吸音材層１８は、３つの部分１８ａ〜１８ｃの厚さが異なるものの、各部の下側の面は段差なく連続しており、この吸音材層１８の下側の表面と中間壁１６との間に、ほぼ一定の厚さの空間層１９が残存している。この空間層１９の厚さは、一例として約１０ｍｍである。

吸音材を用いて騒音を吸音する場合、吸音材の厚さが異なると、吸音される音の周波数帯域が異なるものとなる。図９は、厚さが異なる吸音材について、垂直入射音に対する吸音率の周波数特性を示したものであり、厚さ１０ｍｍの吸音材の特性（実線）と、厚さ１５ｍｍの吸音材の特性（一点鎖線）と、厚さ３０ｍｍの吸音材の特性（二点鎖線）と、を対比して示している。図示するように、厚さが最も薄い１０ｍｍの吸音材では、４０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ付近の音が効果的に吸音され、厚さが最も厚い３０ｍｍの吸音材では、２０００Ｈｚ以下の音が効果的に吸音され、厚さが中間の１５ｍｍの吸音材では、２０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ付近の音が効果的に吸音される。

従って、これらの厚さの異なる吸音材を組み合わせることで、広い周波数に亘って気流音の低減が可能である。図１０は、吸気ダクト１の気流音に対する音圧低減効果の例を示したものであり、従来例として空間層１９を具備せずに１０ｍｍ厚の吸音材層のみを備えた場合の音圧低減効果（実線）と、１０ｍｍ厚の空間層１９を介して上記のように３段階（１０ｍｍ、１５ｍｍ、３０ｍｍ）に厚さが異なる吸音材層１８を備えた本実施例の音圧低減効果（一点鎖線）と、を対比して示している。図示するように、本実施例では、広い周波数全域に亘って音圧が低減する利点がある。なお、高周波領域に効果的な厚さの薄い（つまり１０ｍｍ厚）吸音材部分１８ａの占める面積が相対的に減少することから、高周波領域での音圧低減が逆に悪化しているが、広い周波数全域に亘ってほぼ均一なレベルで騒音低減が図れる。

上記実施例では、吸気流の上流側から吸音材層１８の厚さが順次減少していくように構成されているが、このような配置に限定されるものではなく、厚さが異なる各部を適宜に配置することが可能である。また、３段階ではなく、さらに細かく厚さが変化するようにしてもよく、さらには、厚さが連続的に変化するように構成してもよい。

本発明の吸気ダクトを備えたエアクリーナの斜視図。 この吸気ダクトの長手方向に沿った断面図。 この吸気ダクトの上面の一部を切り欠いて示す斜視図。 この吸気ダクトの横断面図。 吸音材層を背面側から見た平面図。 この実施例の吸気ダクトの音圧低減効果を従来例と比較して示す特性図。 第２実施例の吸気ダクトの長手方向に沿った断面図。 第２実施例の吸気ダクトの斜視図。 厚さが異なる吸音材の吸音率の周波数特性を示す特性図。 第２実施例の吸気ダクトの音圧低減効果を従来例と比較して示す特性図。

符号の説明

１…吸気ダクト
１０…主吸気通路
１４…拡張部
１６…中間壁
１７…スリット
１８…吸音材層
１９…空間層

Claims (4)

1. ２つ割り状に成形した２つの合成樹脂製部品を互いに接合してなる内燃機関の吸気ダクトにおいて、
   上記合成樹脂製部品の少なくとも一方に、通路長の一部で通路断面積が部分的に拡大するように外側へ膨出した拡張部を備えるとともに、
   この拡張部内の空間と主吸気通路部分とを仕切る中間壁に、両者を連通する多数の開口部が開口形成されており、
   上記拡張部内の空間には、上記拡張部の内壁面に沿って吸音材層が設けられているとともに、この吸音材層が上記中間壁から離れており、該吸音材層の表面と上記中間壁との間に層状に空間が設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気ダクト。
2. 上記吸音材層は、上記拡張部の内壁面に沿った三次元形状に予め成形されており、上記内壁面に両面テープによって取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクト。
3. 上記吸音材層の厚さが部分的に異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気ダクト。
4. 上記吸音材層の厚さに対応して上記拡張部の内壁面の位置が変化しており、上記層状の空間となる上記吸音材層表面と上記中間壁との間隔は、ほぼ一定であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気ダクト。

Images