JP2007002702A

JP2007002702A - 吸気ダクト

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Publication number: JP2007002702A
Application number: JP2005182446A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Tange; 勝博丹下; Shinichi Motosawa; 進一本澤
Original assignee: Inoue MTP KK; Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: JP4542470B2

Abstract

【課題】エンジンの回転数に応じて外部空気の取込量を適切に制御し得ると共に、エンジンの回転数に応じて発生するエンジン騒音を効果的に低減し得るようにする。
【解決手段】ダクト本体３０内の空気流通路５８の所要部位に空気流通口６０を形成する。空気流通口６０の下流側に、空気流通方向に沿ったスライド移動が可能で、該空気流通口６０を指向した側が略コーン形状に膨出したバルブ体７０を配設する。空気流通路５８の外側に、連通口４２を介して該空気流通路５８と空間的に連通する空間４０を画成する。バルブ体７０の外側に、該バルブ体７０のスライド移動に伴い該連通口４２の連通面積を増減調整するシャッター部材７６を設ける。エンジンの回転数に応じてバルブ体７０がスライド移動することで、空気流通口６０における空気流通面積を増減させると共に連通口４２の連通面積を増減させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、吸気ダクトに関し、更に詳細には、エンジンの空気取込部に接続され、ダクト本体の内部に画成された空気流通路の空気流通面積を、前記エンジンの回転数に応じて増減変化させるようにした吸気ダクトに関するものである。

近年生産される自動車では、エアバッグ装置やブレーキ装置等の種々安全装置を装備する一方、ボディやシャーシを高剛性化する対策を施すことで、安全性能の向上が図られている。従って、車両重量が必然的に増加する傾向にあるから、走行性能を確保するためにエンジンの高出力化が要求されている。しかしながら、環境問題がクローズアップされる今日にあっては、燃費向上、排気ガスクリーン化、騒音低減等の環境性能の向上が大きな課題となっており、排気量を大きくすることなく出力向上を図る対策が希求されている。

例えば図１２は、自動車のエンジンルーム１２内に搭載されたエンジンＥＧの空気供給部を示した説明断面図であって、該エンジンＥＧの回転駆動に必要とされる空気は、車体１０の前部に組付けた吸気ダクトＤ１から取込まれ、エアクリーナーＡＣで清浄された後にエンジンＥＧへ供給されるようになっている。このような構成においてエンジンＥＧの出力向上を図るには、外部空気を取込む吸気ダクトＤ１の空気流通抵抗をできるだけ低減させ、取込まれた外部空気がスムーズにエンジンＥＧへ供給されるようにする方法が効果的とされる。具体的には、吸気ダクトＤ１のダクト本体２０を大型化したもとで、空気取込口２２の連通面積を大きくすると共に、内部に画成された空気流通路の断面積(空気流通面積)を大きく設定すれば、エンジンの高出力化を図り易くなる。しかしながら、吸気ダクトＤ１を大型化した場合、空気取込口２２から車外へ放出されるエンジン騒音(特に燃焼音等)や吸気音等の騒音が増大するという新たな問題が発生する。

そこで、例えば図１３に図示するように、ダクト本体２０の内部に回動シャッタータイプのバルブ２６を配設し、このバルブ２６の姿勢を変位させることで空気流通路２４内の空気流通面積を変化させるようにした吸気ダクトＤ１が提案されている。このようなタイプの吸気ダクトＤ１では、通常走行時等のエンジンＥＧの回転数が低い場合は、図１３に実線表示した第１姿勢へバルブ２６を姿勢変位させて空気流通面積を小さくし、空気取込口２２から放出されるエンジン騒音を低減するようにする。また、加速走行時等のエンジンＥＧの回転数が上昇する場合は、図１３に２点鎖線表示した第２姿勢に向けてバルブ２６を回動変位させて空気流通面積を大きくすることで、多量の外部空気の取込みを許容してエンジンＥＧの高出力化に対応するようになっている。このような可変吸気構造を有する吸気ダクトは、例えば特許文献１に開示されている。
特開平１１−８２２０２号公報

ところで、前述した従来の吸気ダクトＤ１は、第１姿勢にバルブ２６が姿勢変位している場合、空気流通路２４における空気流通方向に対して略直角となっているため、空気流通抵抗が極端に悪化して充分な外部空気が取込めない不都合があった。これは、図１４に破線で図示するように、バルブ２６の端縁部で空気の剥離が大きく発生するため、実質的な有効空気流通面積が減少してしまうからである。このような不都合を解消するには、第１姿勢にあるバルブ２６の端縁部とダクト内壁面との間の間隔を大きくすればよい訳であるが、これでは空気流通面積が拡大してしまうからエンジン騒音を低減できなくなってしまう。

そこで、図１５に例示するように、ダクト本体２０に対してバイパス路２８を追加することで、低回転時はバルブ２６を第１姿勢にしてバイパス路２８を介して外部空気を取込むようにし、高回転時はバルブ２６を第２姿勢にしてダクト本体２０およびバイパス路２８の両方から外部空気を取込むようにした吸気ダクトＤ１も提案されている。しかしながら、このような形態の吸気ダクトＤ１の場合、部品点数が増加するために製造コストが嵩む難点があると共に、外形サイズが大きくなって設置スペースを大きく確保しなければならない不都合があり、小型車等では採用できない場合もあった。

また、前述した回動シャッタータイプのバルブ２６の場合、バルブ２６の回動変位量と空気流通面積の増減量とが比例しないため、外部空気の取込量を適切に制御することができず、エンジン出力特性にも影響を及ぼす問題がある。例えば図１６に例示するように、第１姿勢のバルブ２６(実線表示)に対して３０度だけ回動した３０度姿勢(破線表示)の場合には、回動量に対して空気流通面積の増加量は僅かである。しかしながら、３０度姿勢(破線表示)から６０度姿勢(一点鎖線表示)へ回動した場合には空気流通面積の増加量はかなり大きくなり、更に６０度姿勢(一点鎖線表示)から第２姿勢(二点鎖線表示)へ回動した場合には、空気流通面積の増加量が一気に２倍程度になってしまう。更に、バルブ２６が第１姿勢およびそれに近い姿勢にある場合には、前述したように空気流通抵抗が大きくなるばかりか、該バルブ２６の後方側(下流側)で空気流が大きく乱れる欠点も指摘される。

更に、エンジンＥＧの騒音は、エンジンＥＧの型式や排気量等により異なるものの、該エンジンＥＧの回転数に応じて周波数が変化し、一般的には回転数の増加に伴って周波数が高くなる傾向にある。このため、エンジンの回転数に応じた広帯域の騒音を効果的に低減するためには、複数の共鳴室を有する大型のレゾネータ等を装着する必要があり、エンジンルーム内へ設置する際にスペース的な制約があった。また、図１５に例示した吸気ダクトＤ１の場合は、バイパス路２８が常に開放状態となっているため、該バイパス路２８を介してエンジン騒音が外方へ放出されてしまう欠点を内在している。

従って本発明は、エンジンの回転数に応じて外部空気の取込量を適切に制御し得ると同時に、エンジンの回転数に応じて発生する周波数の異なるエンジン騒音を効果的に低減し得るようにし、かつ製造コストの低減等を図り得るようにした吸気ダクトを提供することを目的とする。

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に記載の発明は、
エンジンの空気取込部に接続され、ダクト本体の内部に画成された空気流通路の空気流通面積を、前記エンジンの回転数に応じて増減変化させるようにした吸気ダクトにおいて、
前記空気流通路の所要部位に形成された空気流通口と、
前記空気流通口の下流側に配設されて空気流通方向へのスライド移動が可能であり、前記空気流通口を指向した側が略コーン形状に膨出したバルブ体と、
前記空気流通路の外側に画成され、前記ダクト本体に開設した連通口を介して該空気流通路と空間的に連通し、共鳴室として機能する空間と、
前記バルブ体の外側に設けられて前記連通口に臨み、該バルブ体のスライド移動に伴い該連通口の連通面積を増減調整するシャッター部材とからなり、
前記エンジンの回転数に応じて前記バルブ体がスライド移動することで、前記空気流通口における空気流通面積を増減させると共に前記連通口の連通面積を増減させるよう構成したことを要旨とする。

従って、請求項１に係る発明によれば、エンジンの回転数に応じてバルブ体がスライド移動するため、空気流通路の空気流通面積を変化させ得ると共に、このバルブ体に設けたシャッター部材により、空気流通路と空間との連通面積を連続的または断続的に変化させ得る。従って、エンジンに必要な空気の取込みを許容すると同時に、回転数の変化に伴って周波数が変化するエンジン騒音を好適に低減し得る。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記バルブ体は、前記ダクト本体内に設けたバルブ設置部に取付けられ、空気流通路の空気流通方向に沿ったスライド移動が可能であることを要旨とする。
従って、請求項２に係る発明によれば、バルブ体が空気流通路の空気流通方向に沿ってスライド移動するに際し、取込まれた外部空気の流れに対して姿勢が変化しないため、空気流通路内を流通する空気流が乱れることが防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記バルブ体は、該バルブ体と前記ダクト本体との間に配設された付勢部材により、常には前記空気流通口側へ弾力付勢した状態で配設され、
前記エンジンの低回転時には、前記付勢部材の付勢力により前記空気流通口側へ近接し、該エンジンの回転上昇時には、取込まれた外部空気の圧力により該付勢部材の付勢力に抗して該空気流通口から離間することを要旨とする。

従って、請求項３に係る発明によれば、別途のバルブ移動機構等を特に必要とせず、全体がコンパクトになると共に製品コストが嵩むことが防止される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記付勢部材の付勢力は、前記エンジンの低回転時には前記空気流通口へ最接近した位置に前記バルブ体を停止保持させ得る大きさで、かつ該エンジンの回転上昇に伴って該バルブ体が前記空気流通口から離間移動するのを許容し得る大きさに設定されていることを要旨とする。
従って、請求項４に係る発明によれば、別途の駆動機構等を特に必要とせず、全体がコンパクトになると共に製品コストが嵩むことが防止される。

請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記バルブ体は、検知された前記エンジンの回転数に基づいて駆動されるバルブ移動機構に連繋され、該エンジンの回転数に連動してスライド移動することを要旨とする。
従って、請求項５に係る発明によれば、エンジンの回転数に応じてバルブ体を高精度に移動制御することが可能であり、エンジンの回転数に伴った空気流通面積の増減量および連通面積の増減量を正確に制御することが可能である。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記バルブ体のスライド移動量と、これに伴う前記空気流通口の空気流通面積の増減量とが、略比例関係となるよう設定されたことを要旨とする。
従って、請求項６に係る発明によれば、エンジンの回転数および出力が直接的に増加するようになり、理想的なエンジン出力特性を得ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記バルブ体のスライド移動量と、これに伴う前記連通口の連通面積の増減量とが、略比例関係となるよう設定されたことを要旨とする。
従って、請求項７に係る発明によれば、エンジンの回転数に応じて周波数が変化するエンジン騒音の低減効率を効果的に高め得る。

本発明に係る吸気ダクトによれば、エンジンの回転数に応じて外部空気の取込量を適切に制御し得ると共に、エンジンの回転数に応じて発生する周波数の異なるエンジン騒音を効果的に低減することができ、かつ製造コストの低減等を図り得る等の有益な効果を奏する。

次に、本発明に係る吸気ダクトにつき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。

図１は、好適実施例に係る吸気ダクトを、一部破断および省略した状態で示した平面図であり、図２は、図１に例示した吸気ダクトの主要部分を、一部破断して示した部分斜視図である。また図３は、図１のIII−III線断面図であって、バルブ体により空気流通面積および連通面積を最小とした状態を示しており、図４は図１のIV−IV線断面図である。更に図５は、バルブ体により空気流通面積および連通面積を最大とした状態で示した吸気ダクトの断面図である。

本実施例の吸気ダクトＤは、エンジンＥＧの空気取込部に接続され、ダクト本体２０の内部に画成された空気流通路５８の空気流通面積Ｓを、エンジンＥＧの回転数に応じて増減変化させるようにしたものである。すなわち、図１２の場合と同様に、車体１０の前部におけるエンジンルーム１２の前側に組付けられ、車体１０の前方方向へ空気取込口２２を指向させる一方、エンジンＥＧの空気取込部に配設されたエアクリーナーＡＣに後端部を連結して実施に供される。なお、説明の便宜上、図１の図面左側を吸気ダクトの前側、図面右側を吸気ダクトの後側とする。

ダクト本体３０内において空気流通路５８の所要位置には、空気流通口６０が形成されている。そして、空気流通口６０の下流側には、空気流通方向へのスライド移動が可能で、該空気流通口６０を指向した側が略コーン形状に膨出したバルブ体７０が配設されている。また、空気流通路５８の外部には、ダクト本体３０に開設した連通口４２を介して該空気流通路５８と空間的に連通し、共鳴室として機能する空間４０が画成されている。更に、バルブ体７０の外側には、ダクト本体３０の内側に対向して各連通口４２に臨み、該バルブ体７０のスライド移動に伴い該連通口４２の連通面積Ｒ(後述の数１参照)を増減調整するシャッター部材７６が設けられている。

一方、ダクト本体３０内に設けたバルブ設置部４６とバルブ体７０との間に圧縮スプリング(付勢部材)８２が配設され、常にバルブ体７０は空気流通口６０側へ弾力付勢された状態となっている。そして、エンジンＥＧが回転駆動することで吸引された空気の圧力と圧縮スプリング８２の付勢力とのバランス関係により、バルブ体７０が空気流通方向に沿ってスライド移動し、空気流通口６０における空気流通面積Ｓおよび連通口４２における連通面積Ｒを変化させる構造となっている。このような構成によれば、エンジンＥＧの低回転時には、空気流通口６０における空気流通面積Ｓが減少すると共に各連通口４２の開口面積を合計した連通面積Ｒが減少するので、エンジンＥＧに必要な空気の取込みを確保すると同時に該エンジンＥＧから発生するエンジン騒音を低減できる。また、エンジンＥＧの高回転時には、空気流通口６０における空気流通面積Ｓが増加すると共に各連通口４２の開口面積を合計した連通面積Ｒが増加するので、エンジンＥＧへの充分な空気の取込みを許容すると同時に該エンジンＥＧから発生するエンジン騒音を低減させ得る。

換言すると、本実施例の吸気ダクトＤは、エンジンＥＧの回転数に応じてバルブ体７０がスライド移動することで、空気流通口６０における空気流通面積Ｓを増減させると共に連通口４２の連通面積Ｒを増減させるよう構成されている。なお、バルブ体７０のスライド移動に対する空気流通面積Ｓの増減変化の態様は、連続的であってもよいし、断続的であってもよい。同様に、バルブ体７０のスライド移動に対する連通面積Ｒの増減変化の態様も、連続的であってもよいし、断続的であってもよい。

ダクト本体３０は、エアクリーナーＡＣに連結固定されるダクト部材３２と、このダクト部材３２の前側に装着される空気取込部材３４とからなっている。ダクト部材３２は、高密度ポリエチレン等を材質とする合成樹脂成形材であって、図１および図４に例示したように、複数の成形部品を組み付けて形成された２つの樋状半体３２Ａ,３２Ａを対向接合することで円筒形状をなし、前側部分がこれより後方の後側部分よりも太径となっている。そして、太径の前側部分の前面端面に、空気取込部材３４用の設置開口部３６が前側端面に形成されていると共に、エアクリーナーＡＣに連結される空気送出口３８が突出的に開設されている。前述した太径部分は、空気流通路５８の内径寸法も大きく設定されており、設置開口部３６を介して設置された空気取込部材３４のバルブ設置部４６が、その内側に収容されるようになっている。

更に、前述した太径部分には、空気流通路５８を囲繞するドーナツ状を呈した所要容積の空間４０が該空気流通路５８の外側に画成され、該太径部分は内外二重構造を呈している。そして、空気流通路５８と空間４０とは、ダクト本体３０の周方向へ所要間隔毎に開設された複数(実施例では４個)の連通口４２(４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄ)を介して空間的に連通しており、後で詳述するように、該空間４０は共鳴室(レゾネータ)として機能するようになっている。なお実施例では、空間４０を画成する外壁部分がダクト部材３２に一体形成されている場合を例示しているが、この外壁部分を別体構成としてダクト部材３２に取付ける形態としてもよい。

空気取込部材３４は、高密度ポリエチレン等を材質とする合成樹脂成形材であって、図７に例示するように、前方の空気取込口２２が先端に向けて拡大した所謂ファンネル形状を呈する空気取込筒部４４と、この空気取込筒部４４の後方側に連結して固定されるバルブ設置部４６とから構成されている。バルブ設置部４６は、前述した設置開口部３６を介してダクト部材３２内への挿通が許容され得る外径寸法に設定されている。これにより空気取込部材３４は、このバルブ設置部４６をダクト部材３２内へ挿入させ、空気取込筒部４４をダクト部材３２から前方へ延出させた状態で、当該ダクト部材３２の前側に取付固定される。そして、空気取込部材３４の外面に、その円周方向へ延在するリブ４８が突設されており、このリブ４８を設置開口部３６の開口端面へ当接させることで、ダクト部材３２に対する空気取込部材３４の位置決めが図られる。なお、ダクト部材３２に対する空気取込部材３４の固定は、図示しないビス等の適宜固定手段による。

バルブ設置部４６は、図２等に例示するように、その前側部分が前述した空気取込筒部４４に連通するバルブ収納空間５０とされて後述するバルブ体７０が収納され、このバルブ収納空間５０の後側に、該バルブ体７０をスライド移動可能に支持する摺動案内部５２,５４を有している。そして、空気取込筒部４４とバルブ設置部４６との境界部分、すなわちバルブ収納空間５０の前端部分が空気流通口６０とされ、またバルブ収納空間５０に対応した外壁部分には合計４個の矩形状の開口部５６が周方向へ開設されている。これにより、前述した空気流通口６０および夫々の開口部５６を介して、空気取込筒部４４の内部からダクト部材３２の内部へ至る空気流通路５８が画成される。

バルブ体７０は、前述したバルブ収納空間５０内に設置可能な外径サイズで、かつ空気流通口６０を指向した前側が膨出した略コーン形状を呈しており、その最大外形部分の外径寸法は空気流通口６０の内径寸法と略同一か僅かに小さく設定されている。そして、バルブ体７０の後端部には、細径の摺動案内部５２へ挿通されるロッド７２が配設されると共に、このロッド７２の先端に、太径の摺動案内部５４に摺接するストッパー７４が固定されている。従ってバルブ体７０は、ロッド７２およびストッパー７４が夫々の摺動案内部５２,５４へ摺接していることで、バルブ収納空間５０内で空気流通方向に沿ってストロークＨの範囲でスライド移動が許容される。なお、本願が規定する前述の「コーン形状」とは、各図に例示した砲弾形状の他に、円錐形状、円錐台形状、傘形状等、先端側に向けて外径寸法が漸減する形状のものを全て含むと共に、取込まれた外部空気に対する空気流通抵抗の増加を低く抑え得る形状であることが前提とされる。

ここで、ストッパー７４が摺動案内部５４の前端面に当接したバルブ体７０の最前進状態では、図３に例示するように、該バルブ体７０の前側膨出部が空気流通口６０へ適宜突入して、これらバルブ体７０と空気流通口６０との間に画成される空気流通面積Ｓが最小(Ｓ１)となるように設定されている。すなわち、バルブ体７０が最前進した場合には、該バルブ体７０の外面が空気流通口６０の端縁に若干の隙間を以て位置するようになり、図６(ａ)に概略図示するように、エンジンＥＧの低回転時に必要とされる空気の取込みが許容される必要最小限の空気流通面積Ｓ(Ｓ１)が確保される。

しかも、バルブ体７０の前側が砲弾形状に膨出しているため、空気取込口２２を介して空気取込部材３４の内部へ取込まれた外部空気を、該バルブ体７０の前側膨出面に衝突すると同時に該膨出面に沿って放射状にスムーズに広がらせ、空気流通口６０および各開口部５６を介してダクト部材３２の内部へ流れるよう考慮されている。従って、最小とされる空気流通面積Ｓは、図１３等に例示した従来の吸気ダクトＤと比べてかなり小さくても、エンジンＥＧに必要とされる空気の取込みが可能である。このため、空気流通面積Ｓを小さくすることができるので、エンジン騒音に対する遮蔽性能が向上するようになり、空気取込口２２を介して外部へ放射されるエンジン騒音の低減が図られる。

一方、バルブ体７０がバルブ収納空間５０の後端面に当接したバルブ体７０の最後退状態では、図５に例示したように、該バルブ体７０が空気流通口６０から略完全に抜け出るようになり、これらバルブ体７０と空気流通口６０との間に画成される空気流通面積Ｓが最大(Ｓ２)となるように設定されている。そして、バルブ体７０が最後退した場合には、ストッパー７４が摺動案内部５４から脱抜しないようになっており、図６(ｂ)に概略図示するように、エンジンＥＧの高回転時に必要とされる空気の取込みが許容される空気流通面積Ｓ(Ｓ２)が確保される。

しかも、バルブ体７０が前側へ砲弾形状に膨出しているため、空気取込口２２を介して空気取込部材３４の内部へ取込まれた外部空気を、該バルブ体７０の前側膨出面に衝突すると同時に該膨出面に沿って放射状にスムーズに広がらせ、空気流通口６０および各開口部５６を介してダクト部材３２の内部へ流れるようにし得る。そして、後方側へスライドするに際してバルブ体７０の姿勢が変化しないため、取込まれた多量の外部空気を安定的にダクト部材３２の太径部分へ流入させることができ、該ダクト部材３２内において空気の乱れが発生することが防止される。

次に、シャッター部材７６は、ダクト本体３０の内径寸法より若干小さい外形寸法に設定した円筒状を呈し、バルブ体７０の外周面から放射状に延出した合計４本の支持杆部７８を介し、該バルブ体７０に一体的に形成されている。そして、バルブ設置部４６に取付けられたバルブ体７０がスライド移動するに際し、ダクト本体３０の内周面に沿って移動して前述した各連通口４２(４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄ)へ臨むようになっている。またシャッター部材７６には、前述した４個のうちの１つの第１連通口４２Ａに整合する切欠部８０が形成されており、バルブ体７０の最前進状態において、第１連通口４２Ａに切欠部８０が整合するようになっている。なお、空気取込筒部４４から取込まれた空気は、シャッター部材７６の内側とバルブ体７０の外側との隙間を介して下流側へ流通するようになっている。また、バルブ体７０がバルブ設置部４６に設置された際には、各支持杆部７８が、各開口部５６を介して外方へ延出するようになる。

空気流通路５８と空間４０とを連通する前述の各連通口４２(４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄ)は、図１および図３等に例示したように、バルブ体７０のストロークＨの約１／３に相当する直径Ｋに設定した円形状に開設され、ダクト本体３０の周方向においては各々９０°の角度差を以て位置していると共に、該ダクト本体３０の長手方向においては次のようにオフセットした状態で位置している。具体的には、前述した切欠部８０が整合する第１連通口４２Ａと、この第１連通口４２Ａに隣接する第２連通口４２Ｂとは、ダクト本体３０の長手方向において同じ位置に開設される。第２連通口４２Ｂに隣接する第３連通口４２Ｃは、該第２連通口４２Ｂに対して直径Ｋに相当する寸法分だけ下流側にオフセットして位置する。また、第３連通口４２Ｃに隣接する第４連通口４２Ｄは、該第３連通口４２Ｃに対して更に直径Ｋに相当する寸法分だけ下流側にオフセットして位置する。

従って、バルブ体７０が最前進状態となっている場合には、図８(ａ)に例示するように、第２連通口〜第４連通口４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄがシャッター部材７６で閉成された状態となると共に切欠部８０が第１連通口４２Ａに整合しているため、この第１連通口４２Ａだけで空気流通路５８と空間４０とが連通している。そして、最前進状態からバルブ体７０が下流側へスライド移動するに伴い、図８(ｂ)〜図８(ｄ)に例示するように、第２連通口４２Ｂ、第３連通口４２Ｃ、第４連通口４２Ｄと順次開放され、空気流通路５８と空間４０との連通面積Ｒが徐々に増加するようになっている。

具体的には、バルブ体７０が最前進状態となっている場合には、空気流通路５８と空間４０との連通面積Ｒは、第１連通口４２Ａの開口面積となっている。バルブ体７０が最前進状態から１／３Ｈまでスライド移動する際は、第２連通口４２Ｂの開放が始まってその開口面積が徐々に大きくなり、１／３Ｈまでスライドした時点での空気流通路５８と空間４０との連通面積Ｒは、第１連通口４２Ａと第２連通口４２Ｂとを合計した開口面積となる(図８(ｂ))。また、バルブ体７０が１／３Ｈから２／３Ｈまでスライド移動する際は、第３連通口４２Ｃの開放が始まってその開口面積が徐々に大きくなり、２／３Ｈまでスライドした時点での空気流通路５８と空間４０との連通面積Ｒは、第１連通口４２Ａ、第２連通口４２Ｂおよび第３連通口４２Ｃを合計した開口面積となる(図８(ｃ))。更に、バルブ体７０が２／３Ｈから最後退状態までスライド移動する際は、第４連通口４２Ｄの開放が始まってその開口面積が徐々に大きくなり、最後退時点での空気流通路５８と空間４０との連通面積Ｒは、第１連通口４２Ａ、第２連通口４２Ｂ、第３連通口４２Ｃおよび第４連通口４２Ｄを合計した開口面積となる(図８(ｄ))。

前述した圧縮スプリング８２の付勢力は、(１)エンジンＥＧの低回転時には空気流通口６０へ最接近した位置(最前進状態)にバルブ体７０を停止保持させ得る大きさで、(２)かつ該エンジンＥＧの回転上昇に伴って該バルブ体７０が空気流通口６０から離間移動するのを許容し得る大きさに設定されている。すなわち、エンジンＥＧが回転駆動することで取込まれた空気の圧力と圧縮スプリング８２の付勢力とのバランス関係により、エンジンＥＧの回転数に追従連動するようにバルブ体７０を前後にスライド移動させ、空気流通口６０における空気流通面積Ｓを変化させ得る。

これにより、エンジンＥＧがアイドリング状態を含む低回転時には、取込まれた外部空気の圧力よりも圧縮スプリング８２の付勢力が勝っているため、バルブ体７０が最前進位置に停止保持されて空気流通口６０へ突入し、該空気流通口６０の空気流通面積Ｓが最小Ｓ１となると共に、第１連通口４２Ａによる連通面積Ｒが最小Ｒ１となる。従って、空気取込口２２を介して外部へ放射されるエンジン騒音(燃焼音等)が、好適に低減される。

一方、エンジンＥＧの回転上昇時には、取込まれた外部空気の圧力が圧縮スプリング８２の付勢力に勝るようになるため、圧縮スプリング８２の付勢力に抗してバルブ体７０が空気流通口６０から後方側へ離間移動し、該空気流通口６０の空気流通面積Ｓが増加すると共に、各連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄによる連通面積Ｒも増加する。しかも、エンジンの回転数が高くなる程に取込まれた外部空気の圧力が上昇するため、バルブ体７０のスライド移動量が大きくなって空気流通面積Ｓおよび連通面積Ｒが大きくなる。

そして実施例に例示した構造では、バルブ体７０のスライド移動量と、これに伴う空気流通口６０の空気流通面積Ｓの増減量とが、略比例関係となるよう設定されている。また、前述した第１連通口〜第４連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄを円形とすると共に、ダクト本体３０の長手方向へオフセットさせて開設してあることにより、バルブ体７０のスライド移動量と、各連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄによる連通面積Ｒの増減量とが、略比例関係となるよう設定されている。

なお、実施例の吸気ダクトＤでは、空気流通路５８において、空気取込筒部４４におけるポイントＰａでの断面積(空気流通面積)Ｓａと、ダクト部材３２の太径部分におけるポイントＰｂでの断面積(空気流通面積)Ｓｂは、略同一かＳｂの方が大きくなるように設定されている。また、バルブ体７０が最後退した際の空気流通口６０における空気流通面積Ｓ(Ｓ２)が、前述した各断面積Ｓａ,Ｓｂと略同一となるように設定されている。これにより、バルブ体７０が最後退した際には、空気流通路５８の断面積がどの位置でも略一定となり、取込まれた外部空気の円滑な流通が実現される。

前述したように本実施例の吸気ダクトＤでは、第１連通口〜第４連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄを介して空気流通路５８と連通した前述の空間４０を共鳴室として機能させ、該空気流通路５８内におけるエンジン騒音や吸気音を低減させ得るようにしたことを特徴としている。ここで、ダクトにおけるレゾネータの共鳴周波数は、周知のように、下記の計算式に基づいて算出される。

この計算式における各符号は、次のようになっている。
ｆｒ：共鳴周波数(Ｈｚ)
Ｃ：音速３４０×１０^３(ｍｍ／ｓ)
Ｖ：共鳴室(空間４０)の内部容積(ｍｍ^３)
Ｇ：コンダクティビティ
Ｌｅ＝ｔ＋(π／２)ａ
Ｒ：連通口４２の連通面積(ｍｍ^２)
(連通口４２の半径ａ(ｍｍ)、個数ｎの場合：ｎπａ^２)
ｔ：ダクト本体３０の肉厚(連通口４２の長さ)(ｍｍ)

前述の計算式によれば、連通口４２の開口面積である連通面積Ｒの設定条件や、共鳴室として機能する空間４０の内部容積Ｖの設定条件が、共鳴周波数ｆｒに大きく関与することが理解できる。すなわち、空間４０の内部容積Ｖが一定の場合は、連通口４２の連通面積Ｒを大きく設定するほど共鳴周波数ｆｒが高くなり、また連通面積Ｒが一定の場合は、内部容積Ｖを大きく設定するほど共鳴周波数ｆｒが低くなることが判る。

ここで本実施例の吸気ダクトＤは、前述したように、空間４０の内部容積Ｖは一定となっており、バルブ体７０のスライド移動に伴うシャッター部材７６の移動により第１連通口〜第４連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄの開口面積が変化するため、連通面積Ｒが増減変化するようなっている。すなわち、バルブ体７０が前方へ移動している場合は、連通面積Ｒが小さくなるから共鳴周波数ｆｒが低くなり、バルブ体７０が後方へ移動する程に、連通面積Ｒが大きくなるから共鳴周波数ｆｒが漸次高くなる。換言すると、バルブ体７０が前方へ移動している場合は低周波の騒音低減に効果的であり、バルブ体７０が後方へ移動するほどに高周波の騒音低減に効果的であると云える。

ところでエンジンの騒音は、エンジンＥＧの型式や排気量等により差異はあるものの、一般的にエンジンＥＧの回転数が低い場合は低周波であり、エンジンＥＧの回転数が高くなるほどに高周波となる。例えば一例として、直列４気筒エンジンの回転４次成分では、図１０に例示するように、１,２００ｒｐｍではエンジン騒音は８０Ｈｚ程度であるが、エンジン回転数が６００ｒｐｍ増加する毎に４０Ｈｚ程度ずつ高くなり、３,０００ｒｐｍでは２００Ｈｚ程度、６,０００ｒｐｍでは４００Ｈｚ程度となる。従って、本実施例の吸気ダクトＤは、エンジンＥＧの回転数が低い時は低周波のエンジンの騒音を低減することができ、エンジンＥＧの回転数が上昇するに伴って高周波のエンジン騒音を低減することができるから、低回転から高回転までの広い領域において、エンジンＥＧの回転数に応じて周波数が変化するエンジン騒音の低減に好適である。

次に、前述のように構成された本実施例の吸気ダクトＤにおけるエンジンの騒音低減効果につき、共鳴室として機能する空間４０を有さない直管タイプの吸気ダクトＤｎと比較した実験結果を例示する。ここで、実験に使用した吸気ダクトの諸元は、図９に例示すると共に次のようである。
１．従来の直管タイプの吸気ダクトＤｎ
・ダクト全長Ｌ：４００ｍｍ
・ダクト内径ｄ：６０ｍｍ
２．本実施例の吸気ダクトＤ
・ダクト全長Ｌ：４００ｍｍ
・ダクト内径(一般部分)ｄ：６０ｍｍ
・空間４０の直径Ｍ：１６０ｍｍ
・空間４０の長さＮ：９０ｍｍ
・空間４０の内部容積Ｖ：１.５５５×１０^６ｍｍ^３
・４個の各連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄの直径Ｋ：１３ｍｍ
・連通面積Ｒ(開口面積)：１３２.７〜５３０.７ｍｍ^２で可変

図１０から明らかなように、前述した諸元の吸気ダクトＤは、直管タイプの吸気ダクトＤｎと比較して、エンジン回転数の略全域において、エンジン騒音の低減効果を発揮することが確認できた。特に、２,０００〜２,５００ｒｐｍ前後の常用回転領域では５〜１０ｄＢ程度の音圧レベルの低減効果があり、またエンジン騒音が高まる３,０００ｒｐｍ以上の中〜高回転領域においては１０〜１５ｄＢ程度の音圧レベルの低減効果があり、どの回転領域にあってもエンジン騒音を極めて効果的に低減することができる。このことから、本実施例の吸気ダクトＤは、エンジンＥＧの回転数に応じて発生する周波数の異なるエンジン騒音を好適に低減できる。

なお、前述したように、空間４０の内部容積Ｖおよび各連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄの連通面積Ｒの設定を変更することにより、騒音低減特性を変化させることが可能である。従って、エンジンＥＧのエンジン騒音特性に応じてこれら内部容積Ｖおよび連通面積Ｒを設定変更することにより、騒音低減特性を変化させることが可能である。

また前述した実施例では、第１連通口〜第４連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄを同一サイズの円形とすると共に、ダクト部材３２の長手方向に沿ってオフセットして開設してあるため、バルブ体７０のスライド移動量と各連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄによる連通面積Ｒの増減量とが、略比例関係となるよう設定した場合を例示した。しかしながら、連通口４２の形状、サイズ、配設個数、配設位置等を変更することにより、バルブ体７０のスライド移動に対する連通面積Ｒの増減変化の態様を様々に設定することが可能である。例えば、長孔スリット状の連通口４２を、バルブ体７０のスライド方向に延在するように穿設すれば、バルブ体７０のスライド移動に対して連通面積Ｒを直線的に増減させ得る。また、円形状の連通口４２を、バルブ体７０のスライド方向へ適宜間隔をおいて複数穿設すれば、バルブ体７０のスライド移動に対して連通面積Ｒを断続的に増減させ得る。

前述した本実施例の吸気ダクトＤによれば、次のような効果を奏する。先ず、エンジンＥＧの回転数に応じてバルブ体７０がスライド移動するため、空気流通路５８の空気流通面積Ｓを変化させ得ると共に、空気流通路５８と空間４０との連通面積Ｒを変化させ得る。従って、エンジンＥＧの低回転時には、空気流通面積Ｓを減少させると共に連通面積Ｒを減少させて低速回転時に発生するエンジン騒音を好適に低減し得る。また、エンジンＥＧの高回転時には、空気流通面積Ｓを増大させると共に連通面積Ｒを増大させて高速回転時に発生するエンジン騒音を好適に低減し得る。すなわち、エンジンＥＧの回転数に応じて空気流通面積Ｓと連通面積Ｒとを可変させ得るので、エンジンＥＧに必要な空気の取込みを許容すると同時に、回転数の変化に伴って周波数が変化するエンジン騒音を好適に低減し得る。

また、バルブ体７０が空気流通口６０側へ膨出した略コーン形状を呈しているため空気流通抵抗が大きく改善され、図１５に例示した従来の吸気ダクトＤ１のようなバイパス路２８を設ける必要がなくなり、製造コスト低減、組付け作業の容易化、コンパクト化による設置スペースの減少等を図り得る。よって、低回転時における空気流通面積Ｓを小さくすることができるため、低回転時の空気取込口２２からのエンジン音の放射が効果的に低く抑えられ、容積の大きなレゾネータが不要となる。

そして、バルブ体７０が空気流通路５８の空気流通方向に沿ってスライド移動するに際し、取込まれた外部空気の流れに対して姿勢が変化しないため、空気流通路５８内を流通する空気流に乱れが生ずること等を好適に防止できる。また、バルブ体７０のスライド移動は、取込まれた外部空気の圧力と圧縮スプリング８２の付勢力のバランス関係に基づいて行なわれるため、別途のバルブ移動機構等を特に必要とせず、全体がコンパクトになると共に製品コストが嵩むことが防止される。更に、バルブ体７０のスライド移動量と、これに伴う空気流通口６０の空気流通面積Ｓの増減量とが、略比例関係となるよう設定されているため、エンジンＥＧの回転数および出力が直接的に増加するようになり、理想的なエンジン出力特性を得ることができる。更にまた、バルブ体７０のスライド移動量と、これに伴う各連通口４２Ａ,４２Ｂ,４２Ｃ,４２Ｄによる連通面積Ｒの増減量とが、略比例関係となるよう設定されているため、エンジンＥＧの回転数に応じて周波数が変化するエンジン騒音の低減効率を効果的に高め得る。

(別実施例)
図１１は、別実施例に係る吸気ダクトＤを示した断面図である。この別実施例の吸気ダクトＤでは、バルブ体７０が、検知されたエンジンＥＧの回転数に基づいて駆動されるバルブ移動機構９０に連繋され、該エンジンＥＧの回転数に連動してスライド移動するようになっている。このバルブ移動機構９０は、例えばバルブ設置部４６に設けたモータ９２と、このモータ９２の回転軸に連結されたボールスクリュー９４と、バルブ体７０に取付けられて該ボールスクリュー９４に螺合するボールガイド９６と、エンジンＥＧの回転数を検知すると共にこれに基づいてモータ９２を駆動制御するコントローラ９８とから構成されている。そして、モータ９２が正転または逆転することにより、ボールガイド９６がボールスクリュー９４に沿って移動することで、周方向への回動が規制されたバルブ体７０がスライド移動するようになる。なおモータ９２は、バルブ設置部４６から全くはみ出さずに該バルブ設置部４６に固定されているため、取込んだ外部空気の流通に支障を来たすことはない。

このような構成によれば、エンジンＥＧの回転数に応じてバルブ体７０を高精度に移動制御することが可能であり、エンジンＥＧの回転数に伴った空気流通面積Ｓの増減量および連通面積Ｒの増減量を正確に制御することが可能である。また、エンジンＥＧの回転数に対するバルブ体７０およびシャッター部材７６のスライド量を、比例関係以外の態様に変更することも可能であり、エンジン騒音の低減特性を自由に設定し得る。従って、別実施例に係る吸気ダクトＤにあっても、前述した実施例の吸気ダクトＤと同等の作用効果を奏する。

なお、前述した実施例および別実施例では、ダクト本体３０の主体をなすダクト部材３２が、真円形を呈する円筒形状の場合を例示したが、これに限らず、楕円形を呈する円筒形状や、矩形を呈する角筒形状であってもよい。

また、前述した実施例および別実施例では、空間４０を単一に画成した場合を例示したが、内部容積の異なる複数の空間４０を画成したタイプとすることもできる。

また、ボディ形状やサイズが違う車種に搭載する場合には、ダクト部材３２だけを、サイズ、形状が異なる別のダクト部材に変更すればよく、空気取込部材３４およびこれに取付けられるバルブ体７０を共通的に使用することができるため、部品の共通化によるコスト低減効果が更に高まる。

本発明に係る吸気ダクトは、エンジンの空気取込部に装着して実施に供されるため、エンジンを搭載した種々自動車やその他の産業機械等に広く実施することが可能である。

好適実施例に係る吸気ダクトを、一部破断および省略した状態で示した平面図。図１に例示した吸気ダクトの主要部分を、一部破断して示した部分斜視図。図１のIII−III線断面図であって、バルブ体により空気流通面積および連通面積を最小とした状態を示している。図１のIV−IV線断面図。バルブ体により空気流通面積および連通面積を最大とした状態で示した吸気ダクトの断面図。空気流通路における空気流通面積の最小状態および最大状態を概略的に示した説明図。空気取込部材、バルブ体および圧縮スプリングの分解斜視図。バルブ体の移動に伴ってシャッター部材が移動することで、空気流通路と空間との連通面積が増減変化することを示した説明図。実施例の吸気ダクトの騒音低減効果を確認する実験に使用した各吸気ダクトの形態を示した概略図。本実施例の吸気ダクトの騒音低減性能を示したグラフ。別実施例に係る吸気ダクトを、バルブ体により空気流通面積および連通面積を最小とした状態を示した断面図。吸気ダクトを組付けた車体前側部分を示した車両の側断面図。従来の吸気ダクトにおける空気流通面積の可変構造を概略的に図示した説明図。図１３に例示した吸気ダクトの問題点を示した説明図。従来実施されている吸気ダクトの構成を示した説明断面図。図１３に例示した吸気ダクトの更に別の問題点を示した説明図。

符号の説明

３０ダクト本体，４０空間，４２連通口，４６バルブ設置部，５８空気流通路，
６０空気流通口，７０バルブ体，７６シャッター部材，
８２圧縮スプリング(付勢部材)，９０バルブ移動機構，ＥＧエンジン，Ｒ連通面積，
Ｓ空気流通面積

Claims

エンジン(EG)の空気取込部に接続され、ダクト本体(30)の内部に画成された空気流通路(58)の空気流通面積(S)を、前記エンジン(EG)の回転数に応じて増減変化させるようにした吸気ダクトにおいて、
前記空気流通路(58)の所要部位に形成された空気流通口(60)と、
前記空気流通口(60)の下流側に配設されて空気流通方向へのスライド移動が可能であり、前記空気流通口(60)を指向した側が略コーン形状に膨出したバルブ体(70)と、
前記空気流通路(58)の外側に画成され、前記ダクト本体(30)に開設した連通口(42)を介して該空気流通路(58)と空間的に連通し、共鳴室として機能する空間(40)と、
前記バルブ体(70)の外側に設けられて前記連通口(42)に臨み、該バルブ体(70)のスライド移動に伴い該連通口(42)の連通面積(R)を増減調整するシャッター部材(76)とからなり、
前記エンジン(EG)の回転数に応じて前記バルブ体(70)がスライド移動することで、前記空気流通口(60)における空気流通面積(S)を増減させると共に前記連通口(42)の連通面積(R)を増減させるよう構成した
ことを特徴とする吸気ダクト。
前記バルブ体(70)は、前記ダクト本体(30)内に設けたバルブ設置部(46)に取付けられ、空気流通路(58)の空気流通方向に沿ったスライド移動が可能である請求項１記載の吸気ダクト。
前記バルブ体(70)は、該バルブ体(70)と前記ダクト本体(30)との間に配設された付勢部材(82)により、常には前記空気流通口(60)側へ弾力付勢した状態で配設され、
前記エンジン(EG)の低回転時には、前記付勢部材(82)の付勢力により前記空気流通口(60)側へ近接し、該エンジンの回転上昇時には、取込まれた外部空気の圧力により該付勢部材(82)の付勢力に抗して該空気流通口(60)から離間する請求項１または２記載の吸気ダクト。
前記付勢部材(82)の付勢力は、前記エンジン(EG)の低回転時には前記空気流通口(60)へ最接近した位置に前記バルブ体(70)を停止保持させ得る大きさで、かつ該エンジン(EG)の回転上昇に伴って該バルブ体(70)が前記空気流通口(60)から離間移動するのを許容し得る大きさに設定されている請求項３記載の吸気ダクト。
前記バルブ体(70)は、検知された前記エンジン(EG)の回転数に基づいて駆動されるバルブ移動機構(90)に連繋され、該エンジン(EG)の回転数に連動してスライド移動する請求項１または２記載の吸気ダクト。
前記バルブ体(70)のスライド移動量と、これに伴う前記空気流通口(60)の空気流通面積(S)の増減量とが、略比例関係となるよう設定された請求項１〜５の何れかに記載の吸気ダクト。
前記バルブ体(70)のスライド移動量と、これに伴う前記連通口(42)の連通面積(R)の増減量とが、略比例関係となるよう設定された請求項１〜６の何れかに記載の吸気ダクト。