JP5859371B2

JP5859371B2 - 消音器付き吸気ダクト

Info

Publication number: JP5859371B2
Application number: JP2012098078A
Authority: JP
Inventors: 俊介阪田
Original assignee: Tigers Polymer Corp
Current assignee: Tigers Polymer Corp
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: JP2013224644A

Description

本発明は、消音器付き吸気ダクトに関する。特に共鳴型消音器が備えられた消音器付き吸気ダクトに関するものである。

内燃機関への空気の供給や、冷却風の供給や、空調用など、多様な用途に、吸気ダクトが用いられている。吸気ダクトの内部に設けられた通気経路に空気が通流して、必要な空気が送られる。また、吸気ダクトは、騒音の伝達経路や騒音の発生源となることもあるため、消音器が設けられることがある。

吸気ダクトには、消音器として、共鳴型消音器（いわゆるレゾネータやサイドブランチなど）が設けられることがある。共鳴型消音器は、吸気ダクトの通気経路から分岐するように設けられる。共鳴型消音器を使用すると、特定の周波数の騒音を効率的に消音できる。

共鳴型消音器を備える吸気ダクトにおいて、いわゆる笛吹き音が発生することがある。笛吹き音は、空気の流量が大きい（流速が高い）使用条件で発生しやすく、笛吹き音が発生すると非常にうるさい騒音となる。そのため共鳴型消音器付きの吸気ダクトでは、笛吹き音の発生を防止することが求められている。

笛吹き音の発生を防止する技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたような技術がある。特許文献１には、ダクト本体内面に、レゾネータ連通孔の上流側周辺に空気の流れ制御突起を空気流路内に突出して形成し、笛吹き音の発生を抑えることが開示されている。また、特許文献２には、レゾネータに通じるダクト本体の開口の周縁が、上流側開口縁部分より下流側開口縁部分の方を外側に張り出すようにダクト本体を形成することによって、笛吹き音の発生を抑えることが開示されている。

特開２００８−２６７２１０号公報特開２００２−２４０５３４号公報

発明者が検討したところ、特許文献１に開示された技術は、流れ制御突起を空気流路内に突出して形成するため、その部分で通気経路の断面が小さくなり、空気の通気抵抗が大きくなりやすいことが判明した。

また、特許文献１に開示された技術は、レゾネータの連通管がダクト本体に接続される部分の形状が斜めになるなど、複雑な連通管形状となるため、レゾネータを設定周波数どおりに設計するのが難しく、レゾネータの周波数ずれが起こりやすいということが判明した。

本発明の目的は、他の技術的手段によって、共鳴型消音器を備える吸気ダクトの笛吹き音の発生を抑制・予防することにある。

発明者は、鋭意検討の結果、吸気ダクトのダクト壁に貫通穴を設けると、ダクト内部の空気の流れを変えることができることを発見した。そして、これを応用すると笛吹き音の発生を抑制できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、内部に空気を通流させるダクト本体と共鳴型消音器が一体化された消音器付き吸気ダクトであって、共鳴型消音器はダクト本体から分岐するように設けられ、ダクト本体には、共鳴型消音器が分岐する部分に近接した位置に、吸気ダクトの内側と外側を連通させる貫通穴が設けられており、貫通穴は、少なくとも上記分岐部よりも上流または下流に設けられている消音器付き吸気ダクトである（第１発明）。

本発明においては、貫通穴は、少なくとも分岐部よりも上流に設けられていることが好ましい（第２発明）。また、本発明においては、ダクト本体は曲がり形状に形成されており、共鳴型消音器と貫通穴は、曲がり形状の外側に設けられていることが好ましい（第３発明）。

本発明の消音器付き吸気ダクト（第１発明）によれば、共鳴型消音器を備える吸気ダクトの笛吹き音の発生を抑制・予防される。さらに、第２発明のように、貫通穴を分岐部上流側に設けた場合には、より効果的に笛吹き音の発生を抑制・予防できる。

本発明第１実施形態の消音器付き吸気ダクトの外観を示す斜視図である。本発明第１実施形態の消音器付き吸気ダクトの流れ方向に沿った断面図である。本発明第１実施形態の消音器付き吸気ダクトにおけるダクト内部の空気の流れを示す模式図である。従来の消音器付き吸気ダクトにおけるダクト内部の空気の流れを示す模式図である。本発明第２実施形態の消音器付き吸気ダクトの外観を示す斜視図である。本発明第３実施形態の消音器付き吸気ダクトの外観を示す斜視図である。

以下図面を参照しながら、自動車のエンジンに供給する空気を通流する吸気ダクトを例として、本発明の第１実施形態について説明する。本発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。

図１及び図２に示すダクト部材は、自動車エンジン吸気系の通気経路の一部に用いられる合成樹脂製の吸気ダクトである。吸気ダクト１は、中空管状のダクト本体１１とヘルムホルツレゾネータ１２が一体成形された部材である。ダクト本体１１の両端部には、他のダクト部材やエアクリーナなどが接続されて、ダクト本体１１は、自動車エンジン吸気系の通気経路の一部を形成している。図１及び図２では、上流側や下流側に接続される部品は省略して、吸気ダクト１のみを図示している。また、図１中の白抜き矢印は一連の通気経路を通流する空気が流れる向きを示している。

吸気ダクト１に一体化されたレゾネータ１２は、チャンバー（容積室）１３と連通管１４を備える、ヘルムホルツ型レゾネータである。レゾネータ１２は、特定の周波数で共鳴し、その共鳴周波数付近で消音効果を有する。レゾネータ１２は、共鳴型消音器の一種である。レゾネータ１２は、ダクト本体１１内部の空気通路から分岐するように設けられている。即ち、チャンバー１３の内部空間は連通管１４の内部を通じて、ダクト本体１１の空気通路と連通している。

吸気ダクト１のダクト本体１１には、吸気ダクトの内側と外側（外気）を連通させる貫通穴１５が設けられている。貫通穴１５は、共鳴型消音器（レゾネータ）１２がダクト本体１１から分岐する部分（以下「分岐部」と略称する）に近接した位置に、ダクト本体１１に設けられている。すなわち、本実施形態においては、レゾネータの連通管１４とダクト本体とが接続される部分が分岐部である。また、本実施形態においては、貫通穴１５は、分岐部よりも上流に、連通管１４の中心と貫通穴１５の中心とが空気の流れ方向に沿って並ぶように、１つ設けられている。

貫通穴１５が分岐部に近接する程度は、分岐部の代表寸法（本実施形態では連通管の直径寸法）に対して定められることが好ましく、分岐部代表寸法の２倍以内に貫通穴１５が設けられるようにすることが好ましく、分岐部代表寸法の１倍以内に貫通穴１５が設けられることが特に好ましい。貫通穴１５が分岐部から遠ざかりすぎると、笛吹き音の抑制予防効果が低くなる。

貫通穴１５は、好ましくは連通管の直径の１／２０〜１／２、より好ましくは１／１０〜１／３程度の直径を有する。貫通穴１５は、分岐部から貫通穴直径の１〜５倍程度距離だけ隔たった位置に設けられることが好ましい。

また、本実施形態においては、ダクト部材１のダクト本体１１は曲がった形状（曲がり形状）に形成されている。そして、レゾネータ１２や貫通穴１５は、ダクトの曲がり形状の外側（ダクト壁の曲率半径の大きい側に設けられている。

本実施形態の吸気ダクト１は、合成樹脂（例えばポリプロピレン樹脂）のブロー成形により、一体成形して製造することができる。貫通穴１５は、ブロー成形の後工程で穴あけすればよい。なお、吸気ダクトの製造方法は、ブロー成形に限定されず、樹脂の射出成形や他の製造方法により製造しても良い。

吸気ダクト１の作用及び効果を説明する。
吸気ダクト１は、空気が吸引されるような通気経路中に置かれて使用される。すると、貫通穴１５に、ダクト外側から内側に向かう空気の流れが生じる。この貫通穴からの流入空気により、ダクト本体１１内部の空気の流れが変化して、笛吹き音の発生が抑制される。以下に、それを説明する。

図４は、従来の共鳴消音器付き吸気ダクト９内部の空気の流れを模式的に示した断面図である。第１実施形態の吸気ダクト１との違いは、貫通穴１５の有無である。従来の吸気ダクト９では、ダクト内部を流れる空気流の一部が、レゾネータ９２の連通管が分岐する部分の下流側の角部Ｃにぶつかり、流れが乱れる。空気流の流速が高くなって、この流れの乱れが大きくなると、この乱れが原因となる自励振動が起きて笛吹き音が発生すると考えられる。

図３には、上記第１実施形態の吸気ダクト内部の空気の流れを模式的に示している。吸気ダクト１においては、貫通穴１５からダクト内部に空気が流れ込んでくる。そして、ダクト内部を通流する空気の流れは、貫通穴からの流れに押されて、レゾネータが分岐する部分から離れて流れるようになる。その結果、レゾネータ１２の連通管１４が分岐する部分の下流側の角部Ｃに、空気流がぶつかりにくくなり、笛吹き音の発生が抑制または予防される。

特に、本実施形態においては、貫通穴１５が、分岐部よりも上流に設けられているので、分岐部下流側の角部Ｃにダクト内の空気流がぶつかるのをより効果的に防ぐことができて、笛吹き音の抑制予防効果が高い。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に本発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。また、以下に示す実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施することもできる。

図５には、本発明第２実施形態の吸気ダクト２を示す。吸気ダクト２も、第１実施形態の吸気ダクト１と同じく、ダクト本体２１を有し、共鳴型消音器２２を有し、貫通穴２５が消音器が分岐する部分近傍に設けられている。本実施形態においては、共鳴型消音器はいわゆるサイドブランチである。本発明でダクト本体から分岐するように設けられる共鳴型消音器は、ヘルムホルツ型レゾネータやサイドブランチであっても良いし、他の共鳴型消音器であっても良い。また、共鳴型消音器の端部にはいわゆる水抜き穴が設けられていても良い。

本実施形態においては、貫通穴２５は、共鳴型消音器２２が分岐する部分よりも下流に設けられている。また、貫通穴２５は、共鳴型消音器２２が分岐する部分の周方向に並んで、２つ設けられている。

貫通穴が、分岐部よりも下流側に設けられていても、ダクト内部の空気の流れを変えて笛吹き音の発生を抑制・予防できる。即ち、貫通穴を通じてダクト外部からダクト内部に流れ込む空気の流れは、ダクト中心に向かう流れ成分を持っており、ダクト内側へと膨らむように流れていく。すると、貫通穴よりも上流側の領域でも、消音器分岐部を通過する空気の流れが、ダクト内側に偏向して流れるようになって、笛吹き音の発生が抑制・予防される。なお、前述した第１実施形態のように貫通穴が分岐部よりも上流側に設けられていた方が、笛吹き音発生の抑制・予防効果が高い。

また、貫通穴の断面積の合計が同じであるならば、貫通穴を複数設けた場合の方が、笛吹き音発生の抑制・予防効果が高められる。貫通穴が複数設けられている方が、ダクト内部を通流する空気流に影響する範囲が広くなるからである。

図６には、本発明第３実施形態の吸気ダクト３を示す。吸気ダクト３は、第２実施形態の吸気ダクト２と比べ、貫通穴３５，３５がダクト内空気流の流れ方向に沿って並んでいる点が異なっており、他の点は同様である。このような実施形態であっても、笛吹き音発生を抑制・予防することができる。

また、第２実施形態の吸気ダクト２や第３実施形態の吸気ダクト３では、第１実施形態の吸気ダクト１に比べ、ダクト本体の曲がりが小さい。本発明は、吸気ダクト１のようなダクト本体の曲がりが比較的大きなダクトから、吸気ダクト２や吸気ダクト３のようなダクト本体の曲がりが比較的大きなダクト、あるいは、直管状のダクト本体を有する吸気ダクトに適用できる。

また、上記実施形態の説明においては、レゾネータなどの共鳴型消音器の分岐部がダクト本体の曲げ形状の外側にある例を中心に説明したが、レゾネータ１２の分岐部や貫通穴１５はダクト本体の周方向のそれ以外の位置、例えば、ダクト本体の曲げ内側や、曲げ内側と曲げ外側の中間部に設けられていても良い。レゾネータなどの分岐部が曲げの外側にあると笛吹き音が発生しやすいので、本発明はダクト本体の曲げの外側部分に共鳴型消音器の分岐部がある場合に、特に有用であるといえる。

本発明の消音器付き吸気ダクトは、上記実施形態で説明した以外の他の技術分野にも応用できる。例えば、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されるバッテリーシステムを冷却するための冷却風を送る送風システム、エアコンや空調システムの空気を通流するための通気ダクトなどにも、本発明の吸気ダクトは応用できる。

実施例として、上記第１実施形態の吸気ダクトを製作し、エアクリーナなどの一連の吸気系部品を接続してエンジンの吸気系とした。吸気ダクトの断面の等価直径は６０ｍｍであり、連通管直径は２３ｍｍ、貫通穴は直径５ｍｍで設けた。貫通穴は分岐部から上流側に１０ｍｍ隔たった位置に設けた。吸気系に対し、騒音試験や通気抵抗試験、レゾネータの共鳴周波数測定試験を行った。また、比較例として、貫通穴を設けていない吸気ダクトを用いて同様の試験を行った。

（騒音試験）
一連の吸気系の空気吸い込み口から１０ｃｍ隔たった位置で騒音を測定しながら、ブロワにより吸気系を通じて空気を吸引した。吸気系を通じて流れる空気流量を増大させていき、笛吹き音の発生を調べた。

空気流量が１００Ｌ／ｓｅｃよりも小さい間は、実施例・比較例ともに笛吹き音の発生はなく、測定される騒音も同等レベルであった。空気流量が１２０Ｌ／ｓｅｃでは、実施例（貫通穴あり）では笛吹き音の発生はなかったが、比較例（貫通穴なし）では笛吹き音が発生した。騒音測定結果では、実施例が９５ｄＢＡ、比較例が１０９ｄＢＡであり、実施例は約１５ｄＢＡの騒音低減効果があった。

（通気抵抗試験）
吸気系に所定の空気を流すための通気抵抗の測定を行った。空気流量が１２０Ｌ／ｓｅｃのときの吸気系全体の通気抵抗は、実施例が２．７７ｋＰａ、比較例が２．７６ｋＰａであって、通気抵抗の増加はごくわずかであった。
なお、特許文献１に開示されたような、空気経路に突出するような突起を設けた場合（参考例１）に同様な通気抵抗の測定を行うと、２．９４ｋＰａとなり、比較例と比べ、かなり通気抵抗が増加する。即ち、本発明の吸気ダクトによれば、特許文献１に開示された技術（参考例１）に比べ、通気抵抗の増加を抑えることができるという効果も得られることが確認された。

実施例（貫通穴あり）や比較例（貫通穴無し）の吸気ダクトにおいて、ＦＦＴ装置を用いてレゾネータの共鳴周波数を測定した。実施例も比較例も、共鳴周波数は３７０Ｈｚであり、差はなかった。
なお、特許文献２に開示されたような、レゾネータに通じるダクト本体の開口の周縁が、上流側開口縁部分より下流側開口縁部分の方を外側に張り出すようにダクト本体を形成した吸気ダクトを作成し（参考例２）、同様に共鳴周波数の測定を行ったが、参考例２の共鳴周波数は３８６Ｈｚであり、かなりレゾネータの設定周波数から外れる結果となった。また、参考例１の鳴周波数は３６０Ｈｚであり、これもまた、レゾネータの設定周波数から外れる結果となった。即ち、本発明の吸気ダクトによれば、特許文献１や特許文献２に開示された技術（参考例１や参考例２）に比べ、共鳴型消音器の共鳴周波数の変化を抑えることができるという効果も得られることが確認された。

本発明の消音器付き吸気ダクトは、空気が吸引される空気経路を画成する吸気系の一部として使用でき、産業上の利用価値が高い。

１吸気ダクト
１１ダクト本体
１２レゾネータ
１３チャンバー
１４連通管
１５貫通穴
２、３吸気ダクト
２１，３１ダクト本体
２２，３２サイドブランチ
２５，３５貫通穴

Claims

内部に空気を通流させるダクト本体と共鳴型消音器が一体化された消音器付き吸気ダクトであって、
共鳴型消音器はダクト本体から分岐するように設けられ、
ダクト本体には、共鳴型消音器が分岐する部分に近接した位置に、吸気ダクトの内側と外側を連通させる貫通穴が設けられており、
貫通穴は、少なくとも上記分岐部よりも上流または下流に設けられている消音器付き吸気ダクト。
貫通穴は、少なくとも分岐部よりも上流に設けられている請求項１に記載の消音器付き吸気ダクト。
ダクト本体は曲がり形状に形成されており、
共鳴型消音器と貫通穴は、曲がり形状の外側に設けられている請求項１または請求項２に記載の消音器付き吸気ダクト。