JP2009299589A - 吸気系部品 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲部に蛇腹部が設けられた吸気系部品において、蛇腹部における耐負圧性を維持しつつ、吸気流路での圧力損失の増大を抑える。
【解決手段】吸気系部品は、蛇腹部が設けられた屈曲部と、上流側一般部と、下流側一般部とを備える。吸気流路１０ａの中心軸線Ｃを含む平面で切った軸方向断面において、屈曲部の屈曲内側における屈曲内壁１ａと上流側一般内壁２ａとの間の上流側境界部５と、屈曲内壁１ａと下流側一般内壁３ａとの間の下流側境界部６とを結び、かつ中心軸線Ｃのうち屈曲部における屈曲中心軸線Ｃ１の曲率中心を曲率中心とする基本曲率線Ｐを想定した場合、蛇腹部の屈曲内側における各谷部の谷内壁４２ａの頂点をそれぞれ結ぶ谷部曲率線Ｑが、基本曲率線Ｐよりも曲率中心側にオフセットしている。
【選択図】図２

Description

本発明は吸気系部品に関し、詳しくは蛇腹部を有し、自動車エンジン等の内燃機関の吸気系に配設される吸気部品に関する。

自動車エンジンの吸気系に配設される吸気系部品としての、例えばエアクリーナホースは、エアクリーナとエンジン側部材としてのスロットルボディ等とを連結している。このため、エアクリーナホースにはエンジンからの振動が伝わる。エアクリーナホースに伝わるエンジンの振動は、車両ボディに伝達されることで、車室内の騒音を大きくする一因となりうる。そこで、エンジンの振動を吸収するための蛇腹部を有するエアクリーナホースが知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、エアクリーナホースは、車両搭載上、限られたスペース内で他の部品と干渉しないような形状とする必要があることから、通常屈曲部を有している。屈曲部を有するエアクリーナホースでは、屈曲部を有しないホースと比べて、吸気流路内を流れる吸入空気の圧力損失が大きくなる。これは、屈曲部の下流、かつ屈曲内側で、空気流れの剥離が起こり、これにより乱流が発生するためである。

ところが、この屈曲部に蛇腹部が設けられると、吸気流路での圧力損失がより大きくなることが判明した。屈曲部に蛇腹部が設けられることで、吸気流路での圧力損失が増大する理由は、必ずしも明らかでないが、以下のように考えることができる。

蛇腹部の山部の内面側は吸気流路に開口する凹部となる。吸気流路内を流れる吸入空気の一部は、この凹部内に一旦入り込んでから再び吸気流路に戻ることを上流側から下流側に向かって繰り返す。屈曲内側に在る凹部内から吸気流路に戻る空気は、吸気流路の主流部（吸気流路内で実際に空気が流れているところ。以下、同様）を屈曲外側に押し遣って主流部の断面積を押し狭めるように作用する。凹部内から吸気流路に戻る空気による主流部の押し狭めが下流に向かって累積されることで、屈曲内側における空気流れの剥離がより起こりやすくなり、実質的な流路断面積が減少する。その結果、吸気流路での圧力損失が増大する。

吸気流路での圧力損失を低減させるには、エアクリーナホースの径を大きくして流路断面積を増大させればよい。しかし、エアクリーナホース内にはエンジン駆動時に負圧が作用する。ホース径の拡大は耐負圧性の低下に繋がる。このため、圧力損失の低減のためにエアクリーナホースの径を大きくすると、ホース内部に作用する吸気負圧により、ホースが閉塞する方向に特に蛇腹部が潰れるように変形し易くなる。そうすると、蛇腹部の振動吸収機能が損なわれたり、あるいはかえって流路断面積が低下したりする。また、エアクリーナホースの径を大きくすれば、他部品と干渉し易くなる。
特開２００５−９０５９３号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、屈曲部に蛇腹部が設けられた吸気系部品において、蛇腹部における耐負圧性を維持しつつ、吸気流路での圧力損失の増大を抑えることを解決すべき技術課題とするものである。

（１）上記課題を解決する本発明の吸気系部品は、内部に吸気流路を有する筒状をなして内燃機関の吸気系に配設され、かつ屈曲部と、該屈曲部の吸気流れの上流側に連設された上流側一般部と、該屈曲部の吸気流れの下流側に連設された下流側一般部と、を備えた吸気系部品であって、前記屈曲部が複数の山部及び谷部よりなる蛇腹部を有し、前記吸気流路の中心軸線を含む平面で切った軸方向断面において、前記屈曲部の屈曲内側における屈曲内壁と前記上流側一般部の上流側一般内壁との間の上流側境界部と、該屈曲部の屈曲内側における該屈曲内壁と前記下流側一般部の下流側一般内壁との間の下流側境界部とを結び、かつ該中心軸線のうち該屈曲部における屈曲中心軸線の曲率中心を曲率中心とする基本曲率線を想定した場合、前記蛇腹部の屈曲内側における各前記谷部の谷内壁の頂点をそれぞれ結ぶ谷部曲率線が、該基本曲率線よりも該曲率中心側にオフセットしていることを特徴とする。

本発明の吸気系部品では、蛇腹部の屈曲内側における各谷内壁の頂点をそれぞれ結ぶ谷部曲率線が、前記基本曲率線よりも曲率中心側にオフセットしている。これにより、後述する実施例で示されるように、吸気流路での圧力損失を減少させることができる。この理由は必ずしも明らかでないが、以下のように考えることができる。

すなわち、本発明の吸気系部品では、屈曲部の屈曲内側において、各谷内壁の頂点が吸気系部品の外側、すなわち吸気流路から離れる方向にオフセットしており、これにより谷内壁の頂点と吸気流路との間にオフセット分の隔たりが形成されている。このため、屈曲部の屈曲内側において、蛇腹部の山部の内面側の凹部に入り込んでから吸気流路に戻る空気の一部が、同凹部の下流側に隣接する谷内壁と吸気流路との前記隔たりを通って、次の下流側の凹部に入り込む。このように、凹部に入り込んだ空気が吸気流路に戻ることなく次の凹部に入り込むことで、凹部に入り込んでから吸気流路に戻る空気の量が減少する。その結果、凹部内から吸気流路に戻る空気による前記主流部の押し狭めが弱くなる。これにより、屈曲内側における空気流れの剥離が起こり難くなり、実質的な流路断面積の減少による吸気流路での圧力損失の増大を抑えることが可能となる。

また、本発明の吸気系部品では、屈曲部の屈曲内側において、各谷内壁の頂点が曲率中心側にオフセットしている分だけ、屈曲内外方向における蛇腹部の内径が拡大しているが、蛇腹部の全周を拡径する場合と比べて耐負圧性に対する影響は少なく、耐負圧性を良好に維持することができる。また、屈曲部の屈曲外側には拡大していないため、他部品との干渉の問題も生じにくい。

ここに、本発明の吸気系部品において、前記基本曲率線に対して前記谷部曲率線がオフセットしているオフセット量をＺとしたとき、１ｍｍ≦Ｚ≦５ｍｍであることが好ましい。

したがって、本発明の吸気系部品によると、蛇腹部における耐負圧性を維持しつつ、吸気流路での圧力損失の増大を抑えることができる。

よって、本発明の吸気系部品は、例えば、スロットルボディやインテークマニホールド等のエンジン側部材と、エアクリーナとを連結するエアクリーナホースに好適に用いることができる。

以下、本発明の吸気系部品の実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の吸気系部品は、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の吸気系部品は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

本実施形態は、本発明の吸気系部品を自動車エンジンの吸気系部品としてのエアクリーナホースに適用したものである。

図１の斜視図に示される本実施形態の吸気系部品１０は、内部に吸気流路１０ａを有する筒状をなしている。この吸気流路１０ａの軸直角断面形状は円形である（詳しくは、後述する上流側一般部２及び下流側一般部３における吸気流路１０ａの軸直角断面形状が円形であり、後述する屈曲部１における吸気流路１０ａの軸直角断面形状が楕円形である）。図２は、この吸気系部品１０の内面形状、すなわち吸気流路１０ａの中心軸線Ｃを含む平面で切った軸方向断面における吸気流路１０ａの形状を示している。図３は、後述する蛇腹部４の谷部４２の部分で切った図１のＡ−Ａ線断面図である。

吸気系部品１０の材料としては、ゴム又は熱可塑性エラストマー等の樹脂を採用することができる。また、吸気系部品１０の成形方法としては、ブロー成形又は射出成形を採用することができる。

図１及び図２に示されるように、本実施形態の吸気系部品１０は、屈曲部１と、屈曲部１の吸気流れの上流側（図１及び図２において右側）に連設された上流側一般部２と、屈曲部１の吸気流れの下流側に連設された下流側一般部３と、を備えている。吸気系部品１０の上流側一般部２はエアクリーナ（図示せず）に接続され、吸気系部品１０の下流側一般部３はスロットルボディやインテークマニホールド等のエンジン側部材（図示せず）に接続される。

屈曲部１には、複数の山部４１及び谷部４２よりなる蛇腹部４が設けられている。蛇腹部４における山部４１及び谷部４２の数は特に限定されず、適宜設定可能である。本実施形態では、６個の山部４１と６個の谷部４２とにより蛇腹部４が構成されている。

なお、上流側一般部２には、吸気流路１０ａと外部を連通する通孔２１ａを有する第１短筒部２１が設けられている。また、下流側一般部３には、吸気流路１０ａと外部を連通する通孔３１ａを有する第２短筒部３１が設けられている。これらのこの第１短筒部２１及び第２短筒部３１には、図示しない消音器（レゾネータやサイドブランチ）やベンチレーションホース（ＰＣＶホース）が接続される。

ここに、吸気流路１０ａの中心軸線Ｃを含む平面で切った軸方向断面（以下、「軸方向断面」とは、吸気流路１０ａの中心軸線Ｃを含む平面で切った軸方向断面を意味する）において、屈曲部１の屈曲内側における屈曲内壁１ａと上流側一般部２の上流側一般内壁２ａとの間の上流側境界部５と、屈曲部１の屈曲内側における屈曲内壁１ａと下流側一般部３の下流側一般内壁３ａとの間の下流側境界部６とを結び、かつ吸気流路１０ａの中心軸線Ｃのうち屈曲部１における屈曲中心軸線Ｃ１の曲率中心を曲率中心とする基本曲率線Ｐを想定する。

本実施形態の吸気系部品１０では、蛇腹部４の屈曲内側における各谷部４２の谷内壁４２ａの頂点をそれぞれ結ぶ谷部曲率線Ｑが、前記基本曲率線Ｐよりも曲率中心側に所定量だけオフセットしている。屈曲部１の屈曲内側において、各谷内壁４２ａの頂点が吸気系部品１０の外側（前記曲率中心側）、すなわち吸気流路１０ａから離れる方向にオフセットしており、これにより谷内壁４２ａの頂点と吸気流路１０ａとの間にオフセット分の隔たりが形成されている。

吸気流路１０ａ内を図２の矢印で示す吸気方向に流れる吸入空気の一部は、屈曲部１の屈曲内側において、蛇腹部４の山部４１の内面側の凹部４１ａに一旦入り込んでから再び吸気流路１０ａに戻ることを上流側から下流側に向かって繰り返す。屈曲内側に在る凹部４１ａ内から吸気流路１０ａに戻る空気は、吸気流路１０ａの主流部を屈曲外側に押し遣って主流部の断面積を押し狭めるように作用する。

ところが、本実施形態の吸気系部品１０では、前述のとおり谷内壁４２ａの頂点と吸気流路１０ａとの間に前記オフセット分の隔たりが形成されている。このため、屈曲部１の屈曲内側において、蛇腹部４の山部４１の内面側の凹部４１ａに入り込んでから吸気流路１０ａに戻る空気の一部が、同凹部４１ａの下流側に隣接する谷内壁４２ａと吸気流路１０ａとの前記隔たりを通って、次の下流側の凹部４１ａに入り込む。このように、凹部４１ａに入り込んだ空気が吸気流路１０ａに戻ることなく次の凹部４１ａに入り込むことで、凹部４１ａに入り込んでから吸気流路１０ａに戻る空気の量が減少する。その結果、凹部４１ａ内から吸気流路１０ａに戻る空気による前記主流部の押し狭めが弱くなる。これにより、屈曲内側における空気流れの剥離が起こり難くなり、実質的な流路断面積の減少による吸気流路１０ａでの圧力損失の増大を抑えることが可能となる。

また、本実施形態の吸気系部品１０では、屈曲部１の屈曲内側において、各谷内壁４２ａの頂点が曲率中心側にオフセットしている分だけ、屈曲内外方向における蛇腹部４の内径が拡大しているが、蛇腹部４の全周を拡径する場合と比べて耐負圧性に対する影響は少なく、耐負圧性を良好に維持することができる。また、屈曲部１の屈曲外側には拡大していないため、他部品との干渉の問題も生じにくい。

したがって、本実施形態の吸気系部品１０によると、蛇腹部４における耐負圧性を維持しつつ、吸気流路１０ａでの圧力損失の増大を抑えることができる。また、より小さな車両搭載スペースでの設置が可能となる。

ここに、前記基本曲率線Ｐに対して前記谷部曲率線Ｑがオフセットしているオフセット量をＺとしたとき、１ｍｍ≦Ｚ≦５ｍｍであることが好ましい。オフセット量Ｚが５ｍｍを超えると、耐負圧性が悪化するだけでなく、屈曲内側における膜長（ゴム自由長）が長くなるため耐久性が著しく悪化する。また、下流側境界部６における段差が圧力損失の原因となりうる。オフセット量Ｚが１ｍｍ未満であると、屈曲内側における空気流れの剥離を抑える効果が小さくなる。この空気流れの剥離をより起こり難くする観点より、オフセット量Ｚは２ｍｍ以上であることがより好ましい。

なお、吸気流路１０ａの軸直角断面形状は円形に限られず、楕円や略矩形等であってもよい。

（実施例）
実施例として、前記実施形態の吸気系部品１０について、吸気流路１０ａを流れる吸入空気の流速分布を調べるために、有限体積法を用いるＣＦＤ解析ソフトを利用した数値流体解析（ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析）を行った。

なお、前記屈曲中心軸線Ｃ１の曲率半径をＲ＝１００ｍｍ、屈曲内側における各谷部４２の深さをＤ＝７．５ｍｍ、前記基本曲率線Ｐに対して前記谷部曲率線Ｑがオフセットしているオフセット量をＺ＝３ｍｍとした。

また、前記数値流体解析は、空気流量６ｋｇ／ｓの条件で行った。

（比較例）
比較のため、前記谷部曲率線Ｑをオフセットさせることなく前記基本曲率線Ｐと一致させる（Ｚ＝０ｍｍ）こと以外は、上記実施例と同様の吸気系部品について、上記実施例と同様の数値流体解析を行った。

図４及び図５は、前記数値流体解析により得られた、吸気流路１０ａで起こった流れの剥離を示す。すなわち、図４中、斜線で示す部分Ｅは、実施例の吸気流路１０ａを流れる吸入空気の流速が１７ｍ／ｓ以下となって、吸気流路１０ａで起こった流れの剥離部分を示す。図５中、斜線で示す部分Ｆは、は、比較例の吸気流路１０ａを流れる吸入空気の流速が１７ｍ／ｓ以下となって、吸気流路１０ａで起こった流れの剥離部分を示す。

これらの結果から明らかなように、比較例の吸気部品では、屈曲部の下流で、かつ屈曲内側で、広範囲にわたって流れの剥離Ｆが起こった。これに対し、実施例の吸気系部品では、屈曲部の下流で、かつ屈曲内側で、狭い範囲でのみ流れの剥離Ｅが起こった。

したがって、前記基本曲率線Ｐから前記谷部曲率線Ｑをオフセットさせることにより、屈曲部の下流で、かつ屈曲内側で起こる流れの剥離を削減させることができ、よって吸気流路１０ａでの圧力損失の増大を抑えることが可能であることが確認された。

また、実施例の吸気系部品及び比較例の吸気系部品について、前記ＣＦＤ解析ソフトを利用して、空気流量６ｋｇ／ｓの条件で、数値流体解析により圧力損失を計算した。その結果、実施例の吸気系部品は、比較例の吸気系部品に対して、圧力損失を１５〜２０％低減させることができた。

実施形態の吸気系部品の斜視図である。 実施形態の吸気系部品における吸気流路の形状を示す線図である。 実施形態の吸気系部品の要部を示し、図１のＡ−Ａ線断面図である。 実施例の吸気系部品について、数値流体解析により得られた、吸気流路で起こった流れの剥離Ｅを示す図である。 比較例に吸気部品について、数値流体解析により得られた、吸気流路で起こった流れの剥離Ｅを示す図である。

符号の説明

１…屈曲部 ２…上流側一般部
３…下流側一般部 ４…蛇腹部
５…上流側境界部 ６…下流側境界部
１０…吸気系部品 １０ａ…吸気流路
１ａ…屈曲内壁 ２ａ…上流側一般内壁
３ａ…下流側一般内壁 ４１…山部
４１ａ…凹部 ４２…谷部
４２ａ…谷内壁 Ｃ…中心軸線
Ｃ１…屈曲中心軸線 Ｐ…基本曲率線
Ｑ…谷部曲率線 Ｚ…オフセット量

Claims (2)

1. 内部に吸気流路を有する筒状をなして内燃機関の吸気系に配設され、かつ屈曲部と、該屈曲部の吸気流れの上流側に連設された上流側一般部と、該屈曲部の吸気流れの下流側に連設された下流側一般部と、を備えた吸気系部品であって、
   前記屈曲部が複数の山部及び谷部よりなる蛇腹部を有し、
   前記吸気流路の中心軸線を含む平面で切った軸方向断面において、前記屈曲部の屈曲内側における屈曲内壁と前記上流側一般部の上流側一般内壁との間の上流側境界部と、該屈曲部の屈曲内側における該屈曲内壁と前記下流側一般部の下流側一般内壁との間の下流側境界部とを結び、かつ該中心軸線のうち該屈曲部における屈曲中心軸線の曲率中心を曲率中心とする基本曲率線を想定した場合、前記蛇腹部の屈曲内側における各前記谷部の谷内壁の頂点をそれぞれ結ぶ谷部曲率線が、該基本曲率線よりも該曲率中心側にオフセットしていることを特徴とする吸気系部品。
2. 前記基本曲率線に対して前記谷部曲率線がオフセットしているオフセット量をＺとしたとき、１ｍｍ≦Ｚ≦５ｍｍである請求項１に記載の吸気系部品。

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