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JP2018193969A - 内燃機関の吸気ダクト - Google Patents

内燃機関の吸気ダクト Download PDF

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龍介 木村
Ryusuke Kimura
龍介 木村
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Abstract

【課題】吸気の通気抵抗の増大を抑制できるとともに吸気騒音を低減できる。【解決手段】内燃機関の吸気ダクトは、筒状のダクト本体を有する。ダクト本体を構成する各半割体３０，４０は、繊維成形体からなり、ダクト本体の内周面をなす通気性の内層６１と、内層６１の外周面に固定された非通気性のフィルム６２とを備えている。フィルム６２の目付け量は１５〜１００ｇ／ｍ２とされている。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の吸気ダクトに関する。
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吸気ダクトが開示されている。同文献に記載の吸気ダクトは、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。同文献に記載の吸気ダクトによれば、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の発生が抑制され、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に記載の吸気ダクトでは、内燃機関の吸気管負圧によって管壁を通じて外部の空気が吸われる。そのため、吸気ダクトの内周面近傍に形成される境界層、すなわち吸気の粘性を無視することのできない層の厚さが大きくなり、吸気ダクト内を流れる吸気の主流の通気抵抗が増大するという背反が生じる。
本発明の目的は、吸気の通気抵抗の増大を抑制できるとともに吸気騒音を低減できる内燃機関の吸気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吸気ダクトは、筒状のダクト本体を有するものであり、前記ダクト本体は、通気性の繊維成形体からなり、前記ダクト本体の内周面をなす内層と、前記内層の外周面に固定された非通気性のシートと、を備え、前記シートの目付け量は１５〜１００ｇ／ｍ２とされている。
同構成によれば、ダクト本体の内周面をなす内層が通気性の繊維成形体からなるため、吸気ダクト内における吸気音が内層を通過する際に、吸気音の圧力（音圧）の一部が繊維を振動させて熱エネルギに変換される。これにより、吸気音の定在波の発生を抑制でき、吸気騒音を低減できる。
また、上記構成によれば、内層の外周面に非通気性のシートが固定されているため、ダクト本体の管壁を通じて外部の空気が吸われることがない。このため、ダクト本体の内周面近傍に形成される境界層、すなわち吸気の粘性を無視することのできない層の厚さが増大することがない。したがって、吸気ダクト内を流れる吸気の主流の通気抵抗の増大を抑制できる。
ここで、上記構成によれば、シートの目付け量が１００ｇ／ｍ２以下であるため、内層を通過した吸気音がシートを透過することとなる。このため、非通気のシートを設けることによって吸気音の透過が妨げられることはなく、上述した吸気騒音の低減効果を発揮することができる。
また、シートの目付け量が１５ｇ／ｍ２以上であるため、シートの強度が確保されることでシートの破れを適切に回避できる。
本発明によれば、吸気の通気抵抗の増大を抑制できるとともに吸気騒音を低減できる。
内燃機関の吸気ダクトの一実施形態について、吸気ダクト全体を示す斜視図。 同実施形態の吸気ダクトを示す縦断面図。 同実施形態の第１半割体を内側から示す斜視図。 同実施形態の第１半割体を示す横断面図。 同実施形態のダクト本体の管壁の断面構造を示す断面図。 変形例におけるダクト本体の管壁の断面構造を示す断面図。
以下、図１〜図５を参照して、一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、内燃機関の吸気ダクト１０は、上流側接続部材１２、ダクト本体２０、及び下流側接続部材１４を備えている。吸気ダクト１０は、図２に二点鎖線にて示すエアクリーナのインレット９０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、吸気ダクト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及び図２に示すように、上流側接続部材１２は、硬質の樹脂材料からなり、円筒状をなすとともに吸気ダクト１０の入口１６を構成する。上流側接続部材１２は、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突条部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及び図２に示すように、下流側接続部材１４は、硬質の樹脂材料からなり、円筒状をなすとともに吸気ダクト１０の出口１８を構成する。下流側接続部材１４は、円筒状の接続部１４ａ、接続部１４ａの外周面に突設された円環状の突条部１４ｂ、接続部１４ａの下流側に同軸上に連なるとともに接続部１４ａよりも拡径された円筒状の拡径部１４ｃ、及び接続部１４ａと拡径部１４ｃとの境界部分の外周面に突設された円環状の当接部１４ｄを有している。
図２に示すように、下流側接続部材１４がインレット９０に接続された状態において、拡径部１４ｃがインレット９０の内側に挿入されるとともに、インレット９０の先端が当接部１４ｄに当接される。
＜ダクト本体２０＞
図１及び図２に示すように、ダクト本体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設けられている。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円筒状のダクト本体２０が形成されている。
ダクト本体２０は、本体部２２と、本体部２２の軸線方向の両側に設けられ、本体部２２よりも拡径された端部２４，２５とを有している。
図２に示すように、上流側接続部材１２の接続部１２ａがダクト本体２０の上流側の端部２４の内側に挿入されており、接続部１２ａの外周面と端部２４の内周面とが接着剤を介して接合されている。端部２４は突条部１２ｂに対して突き当てられている。
下流側接続部材１４の接続部１４ａがダクト本体２０の下流側の端部２５の内側に挿入されており、接続部１４ａの外周面と端部２５の内周面とが接着剤を介して接合されている。端部２５は、突条部１４ｂに対して突き当てられている。
図５に示すように、各半割体３０，４０は、通気性の不織布成形体からなり、ダクト本体２０の内周面をなす内層６１と、内層６１の外周面に固定された非通気性のフィルム６２と、通気性の不織布成形体からなり、フィルム６２の外周面に固定されてフィルム６２を保護する外層６３とを有している。
次に、内層６１、フィルム６２、及び外層６３の構成について詳細に説明する。
＜内層６１＞
内層６１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からなる芯部と、同ＰＥＴ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。
内層６１を構成する不織布の目付け量は、５００〜１５００ｇ／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８００ｇ／ｍ２とされている。
内層６１のうち本体部２２を構成する部分の通気度（ＪＩＳＬ１０９６，Ａ法（フラジール形法））は、例えば３ｃｍ３／ｃｍ２・ｓとされている。
一方、内層６１のうち各接合部３２，４２を構成する部分の通気度は、略０ｃｍ３／ｃｍ２・ｓとされている。
＜フィルム６２＞
フィルム６２は、本発明に係るシートとして機能するものであり、例えばナイロンからなる本体層と、本体層の両面に設けられた接着層とにより構成されている。接着層は、ＰＥＴ及び変性ＰＥＴよりも低い融点のポリエチレンからなり、内層６１と外層６３とに対してそれぞれフィルム６２を接着するための接着剤として機能する。
フィルム６２が内層６１の外周面全体に固定されている。
フィルム６２の目付け量は、１５〜１００ｇ／ｍ２である。本実施形態では、フィルム６２の目付け量が４５ｇ／ｍ２とされている。
＜外層６３＞
外層６３を構成する不織布は、例えばＰＥＴ繊維により構成されている。
なお、外層６３を構成する不織布を構成する繊維としては他に、内層６１と同様な複合繊維、すなわちＰＥＴからなる芯部と、同ＰＥＴよりも融点の低い変性ＰＥＴからなる鞘部とを有する芯鞘型の複合繊維であってもよい。この場合、変性ＰＥＴの配合割合は、７０％以下であることが好ましい。また、変性ＰＥＴに代えてＰＰによって鞘部を構成してもよい。
外層６３を構成する不織布の目付け量は、３０〜３００ｇ／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７０ｇ／ｍ２とされている。
各半割体３０，４０のうち本体部２２の板厚は、０．８〜３．０ｍｍであることが好ましい。本実施形態では、当該部分の板厚が１．０ｍｍとされている。
各接合部３２，４２はいずれも本体部２２よりも高い圧縮率にて圧縮されており、各接合部３２，４２の板厚は、本体部２２の板厚よりも薄くされている。各接合部３２，４２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、各接合部３２，４２の板厚が１．０ｍｍとされている。
図１〜図４に示すように、第１半割体３０には、本体部２２から外周側に向けて膨出された収容部３４が設けられている。
図２及び図４に示すように、収容部３４は、平面視略矩形状の底壁部３４ａ、底壁部３４ａの周縁において屈曲して立ち上がる立壁部３４ｂ、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、及び固定部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を有している。
ここで、収容部３４を構成する底壁部３４ａ、立壁部３４ｂ、固定部３４ｃ、及び側壁部３４ｄはいずれも、端部２４，２５や接合部３２，４２と同等の圧縮率にて圧縮されている。
収容部３４には、内燃機関の蒸発燃料を吸着する吸着材５０が収容されている。
吸着材５０は、例えば活性炭粒子が好ましい。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。
こうした各半割体３０，４０を形成する際には、内層６１の素材である不織布と外層６３の素材である不織布との間にフィルム６２を介在させた積層体を加熱してプレス成形する。
次に、本実施形態の作用について説明する。
吸気ダクト１０のダクト本体２０の内周面をなす内層６１が通気性の不織布成形体（繊維成形体）からなるため、吸気ダクト１０内における吸気音が内層６１を通過する際に、吸気音の圧力（音圧）の一部が繊維を振動させて熱エネルギに変換される。これにより、吸気音の定在波の発生を抑制でき、吸気騒音を低減できる。
また、内層６１の外周面に非通気性のフィルム６２が固定されているため、ダクト本体２０の管壁を通じて外部の空気が吸われることがない。このため、ダクト本体２０の内周面近傍に形成される境界層、すなわち吸気の粘性を無視することのできない層の厚さが増大することがない。したがって、吸気ダクト１０内を流れる吸気の主流の通気抵抗の増大を抑制できる。
ここで、フィルム６２の目付け量が１００ｇ／ｍ２以下であるため、内層６１を通過した吸気音がフィルム６２を透過することとなる。このため、非通気のフィルム６２を設けることによって吸気音の透過が妨げられることはなく、上述した吸気騒音の低減効果を発揮することができる。
また、フィルム６２の目付け量が１５ｇ／ｍ２以上であるため、フィルム６２の強度が確保されることでフィルム６２の破れを適切に回避できる。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関の吸気ダクトによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）吸気ダクト１０のダクト本体２０は、通気性の繊維成形体からなり、ダクト本体２０の内周面をなす内層６１と、内層６１の外周面に固定された非通気性のフィルム６２とを備えている。フィルム６２の目付け量は１５〜１００ｇ／ｍ２とされている。
こうした構成によれば、上記作用を奏することから、吸気の通気抵抗の増大を抑制できるとともに吸気騒音を低減できる。
（２）フィルム６２全体が内層６１の外周面に固定されている。
フィルム６２の目付け量が十分に小さいとはいえ、内層６１及び外層６３に対してフィルム６２の一部が固定されていない場合には、内層６１を通過した吸気音の音圧によって、フィルム６２のうち内層６１に固定されていない部分が共振する。また、吸気音のうちフィルム６２を共振させる周波数は、内層６１に固定されていないフィルム６２の面積に応じて決まる。このため、吸気音における当該周波数の成分については、フィルム６２を透過することができず、吸気騒音の低減効果が得られにくくなる。
この点、上記構成によれば、フィルム６２全体が内層６１の外周面に固定されているため、上述したようなフィルム６２の共振を適切に阻止することができ、上記効果（１）を確実に奏することができる。
（３）フィルム６２の外周面には、フィルム６２を保護する通気性の外層６３が設けられている。
こうした構成によれば、通気性の外層６３によってフィルム６２が保護されるため、フィルム６２の破れを適切に阻止できる。また、フィルム６２を透過した吸気音が外層６３を通過するため、上記効果（１）を確実に奏することができる。
（４）外層６３が不織布成形体からなる。このため、通気性の外層６３を容易に具現化することができる。
（５）内層６１及び外層６３はフィルム６２よりも高い融点の材料からなる。
例えばダクト本体２０が外層６３を有しておらず、内層６１がフィルム６２よりも高い融点の材料からなる場合には、内層６１の素材である不織布とフィルム６２とを積層した積層体を加熱して成形する際にフィルム６２が融けることを回避するべく、耐熱性のフィルムを採用する必要がある。
この点、上記構成によれば、内層６１の素材である不織布と外層６３の素材である不織布との間にフィルム６２を介在させた積層体を加熱して成形する際に、外層６３によってフィルム６２が熱から保護されるようになる。このため、耐熱性のフィルムを用いなくて済み、吸気ダクト１０の製造コストを低減できる。
＜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。
・図６に示すように、内層６１を構成する不織布成形体を、２枚の不織布６１ａ，６１ｂを積層して形成してもよい。一般に不織布は目付け量が大きくなるほど高価になる。この点、内層６１を構成する不織布成形体を、２枚の不織布６１ａ，６１ｂを積層することにより形成すれば、不織布１枚当たりの目付け量を小さくすることができ、吸気ダクト１０の製造コストを低減できる。また、内層６１を構成する不織布成形体を３枚以上の不織布を積層して形成することもできる。
・外層６３を省略することもできる。この場合、耐熱性のフィルムを用いればよい。
・内層６１や外層６３を織布成形体によって形成してもよい。
・本発明に係るシートはフィルム６２に限定されない。シートとしては、例えば内層６１の外周面に塗布された非通気の膜、すなわち塗膜であってもよい。
１０…吸気ダクト、１２…上流側接続部材、１２ａ…接続部、１２ｂ…突条部、１２ｃ…ファンネル部、１４…下流側接続部材、１４ａ…接続部、１４ｂ…突条部、１４ｃ…拡径部、１４ｄ…当接部、１６…入口、１８…出口、２０…ダクト本体、２２…本体部、２４，２５…端部、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、６１…内層、６２…フィルム（シート）、６３…外層。９０…インレット。

Claims (5)

  1. 筒状のダクト本体を有する内燃機関の吸気ダクトにおいて、
    前記ダクト本体は、
    通気性の繊維成形体からなり、前記ダクト本体の内周面をなす内層と、
    前記内層の外周面に固定された非通気性のシートと、を備え、
    前記シートの目付け量は１５〜１００ｇ／ｍ２とされている、
    内燃機関の吸気ダクト。
  2. 前記シートの外周面には、前記シートを保護する通気性の外層が設けられている、
    請求項１に記載の内燃機関の吸気ダクト。
  3. 前記外層が繊維成形体からなる、
    請求項２に記載の内燃機関の吸気ダクト。
  4. 前記内層及び前記外層は前記シートよりも高い融点の材料からなる、
    請求項２または請求項３に記載の内燃機関の吸気ダクト。
  5. 前記内層を構成する前記繊維成形体は、複数の不織布を積層してなる、
    請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクト。
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