(57)【要約】【課題】曲がり部の内側部分の通気抵抗を低減させる吸気ダクトを提供する。【解決手段】  吸気ダクト１１は、入口、出口及び曲がり部を有する。曲がり部を有する吸気ダクト１１の流路中心線を含む仮想平面Ｐと曲がり部の断面である断面Ｍとが交差する点１８，１９の間の距離Ｌ（内径Ｌ）は、曲がり部以外の断面である円形断面Ｎの直径に等しい。曲がりの内側となる一対の領域２０，２１は、円形断面Ｎよりも半径方向外側へ張り出しており、内側壁部１６は、円形断面Ｎの円弧よりも緩い曲率の湾曲面をなす。曲がりの外側となる一対の領域２２，２３は、円形断面Ｎよりも半径方向内側へ入り込んでいる。平面Ｐに沿った内径Ｌの寸法及び通路断面積は、吸気ダクト１１全体に亘って一定である一方、断面Ｍの通路断面積の分布としては、円形断面Ｎに比較して、曲がりの内側の領域で拡大し、曲がりの外側の領域で縮小したものとなっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形の基本断面形状を有し、かつ第１の直線状部分と第２の直線状部分とが曲がり部を介して接続されてなるエンジンの吸気ダクトにおいて、
上記曲がり部は、
上記第１の直線状部分及び上記第２の直線状部分の通路断面積と等しい通路断面積を有し、
かつ、曲がりの内側となる領域の断面積が曲がりの外側となる領域の断面積よりも大きい異形断面形状を有している、吸気ダクト。
【請求項２】
上記曲がり部が、曲がりの外側に頂角が向いた三角形に近似した断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気ダクト。
【請求項３】
上記曲がり部の断面形状は、第１の直線状部分及び第２の直線状部分の円形断面に比べて、曲がりの方向に沿った内径が上記円形断面の直径に等しく、かつ曲がりの内側となる一対の部分が円形断面から半径方向外側へ張り出しているとともに、曲がりの外側となる一対の部分が円形断面から半径方向内側に入り込んでいることを特徴とする請求項２に記載の吸気ダクト。
【請求項４】
上記吸気ダクトは複数の曲がり部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の吸気ダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジンに用いられる吸気ダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンの吸気部品に用いられる吸気ダクトは、外部から取り入れた外気をエンジンに供給するために用いられる。エンジンルームは空間の制約があるため、吸気ダクトは、空間を有効に活用すべく、通常は曲がり部を有している。このような吸気ダクトでは、最短距離を通る流体の性質により曲がり部の曲がりの内側に吸入空気の流れが集中する。このため、曲がり部の曲がり角度が大きくなるほど、曲がり部の下流において吸入空気の流れが剥離しやすくなり、これによりダクト内を通流する吸入空気の圧力損失が増大することとなる。
【０００３】
吸気ダクトで生じる圧力損失を低減させる方法としては、例えば、特許文献１に記載されているように、曲がり部の下流側に位置する部分の内壁面を内側に窪ませて、当該部分におけるダクトの断面積を減少させたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８８８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述の吸気ダクトは、流れが集中する曲がり部そのものに対応したものではないため、曲がり部における抵抗を低減させることはできず、ダクト内を通流する吸入空気の圧力損失を効果的に低減させるためにはなお改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る吸気ダクトは、断面円形の基本断面形状を有し、かつ第１の直線状部分と第２の直線状部分とが曲がり部を介して接続されてなる。曲がり部は、第１の直線状部分及び第２の直線状部分の通路断面積と等しい通路断面積を有し、かつ、曲がりの内側となる領域の断面積が曲がりの外側となる領域の断面積よりも大きい異形断面形状を有している。
【０００７】
このように、曲がり部が、直線状部分の通路断面積と等しい通路断面積を有しつつ、曲がりの内側となる領域の断面積を曲がりの外側となる領域の断面積よりも大きくしたことにより、吸気ダクト全体の断面積を大きくすることなく、曲がり部における抵抗を効果的に低減させることができる。
【０００８】
一つの好ましい態様では、曲がり部は、曲がりの外側に頂角が向いた三角形に近似した断面形状を有する。
【０００９】
より具体的には、曲がり部の断面形状は、第１の直線状部分及び第２の直線状部分の円形断面に比べて、曲がりの方向に沿った内径が円形断面の直径に等しく、かつ曲がりの内側となる一対の部分が円形断面から半径方向外側へ張り出しているとともに、曲がりの外側となる一対の部分が円形断面から半径方向内側に入り込んでいる。
【００１０】
また、本発明では、吸気ダクトは複数の曲がり部を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸気ダクト全体の断面積を大きくすることなく、曲がり部における抵抗を効果的に低減させ、吸入空気の圧力損失を低減させることができるので、エンジンルームを有効に活用することができるとともに、ダクト径を拡大させることに起因するノイズの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る吸気ダクトの斜視図。
【図２】本発明に係る吸気ダクトの曲がり部の断面を示す図。
【図３】断面Ａ〜Ｅの位置を示す、本発明に係る吸気ダクトの側面図。
【図４】円形断面と本発明に係る曲がり部の断面形状との比較図。
【図５】断面Ａにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図６】断面Ｂにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図７】断面Ｃにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図８】断面Ｄにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図９】断面Ｅにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図１０】本発明に係る吸気ダクトを自動車用エアクリーナに適用した例を示す図。
【図１１】従来の吸気ダクトの斜視図。
【図１２】図１１の吸気ダクトの曲がり部の断面を示す図。
【図１３】断面ａ〜ｅの位置を示す、図１１の吸気ダクトの側面図。
【図１４】断面ａにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図１５】断面ｂにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図１６】断面ｃにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図１７】断面ｄにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【図１８】断面ｅにおける吸入空気の流速を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
初めに、図１１，１２に基づいて、従来の吸気ダクト１を説明する。吸気ダクト１は、第１の直線状部分２と、第２の直線状部分３と、所定の角度をなして屈曲している曲がり部４と、を有しており、第１の直線状部分２と第２の直線状部分３とが曲がり部４を介して接続されている。第１の直線状部分２の一方の開口端部は、吸気ダクト１の入口２ａとなり、第２の直線状部分３の一方の開口端部は、吸気ダクト１の出口３ａとなる。曲がり部４の曲がり角度は９０度である。吸気ダクト１は、断面円形の管状をなしており、入口２ａから出口３ａに亘って同一の断面形状を有している。図１２に示すように、吸気ダクト１は、円形断面の中で、曲がり部４の曲がりの内側に沿った内側壁部６と、曲がり部４の曲がりの外側に沿った外側壁部７と、を備える。
【００１４】
図１３に示すように、従来の吸気ダクト１について、流れ方向に沿って、入口２ａの断面を断面ａ、その下流に位置する部分の断面を断面ｂ、曲がり部４の断面を断面ｃ、その下流に位置する部分の断面を断面ｄ、出口３ａの断面を断面ｅとし、断面ａ〜断面ｅにおける吸入空気の流速分布を図１４〜図１８に示す。なお、図１４〜図１８では、図の左側が吸気ダクト１の曲がり部４の内側に沿った内側壁部６であり、図の右側が曲がり部４の外側に沿った外側壁部７である。これらの図では、最も流速の速い領域をＳ１とし、最も流速の遅い領域をＳ９として、各断面における吸入空気の流速の領域をＳ１〜Ｓ９までの９段階（図１４参照）に区分して示している。
【００１５】
図１４に示す断面ａでは、吸入空気の流速は、吸気ダクト１の中央部分が最も速く、外周に向かうにつれて減少し、外周部が最も遅くなっている。つまり、断面ａでは、吸入空気の流量は、吸気ダクト１の中央部分に集中している。
【００１６】
これに対し、図１５に示すように、曲がり部４の入口部となる断面ｂでは、吸気ダクト１の内側壁部６に近い部分での流速が上昇しており、逆に外側壁部７に近い部分での流速が減少している。
【００１７】
図１６に示す断面ｃでは、断面ｂと比べて、曲がり部４の内側壁部６に近接した領域において流速がさらに上昇しており、曲がりの外側となる部分では、特に曲がり部４の外側壁部７に近接した領域において流速が減少している。つまり、断面ｃでは、吸入空気の流量は、吸気ダクト１の内側部分に集中しており、外側部分では大きく減少している。
【００１８】
図１７に示す断面ｄでは、吸入空気の流速は、吸気ダクト１の内側部分において僅かに遅く、かつ中央部分で速くなっている。また、図１８に示す断面ｅでは、吸入空気の流速は、吸気ダクト１の曲がりの内側となる部分に比べて、曲がりの外側となる部分で逆に速くなる。
【００１９】
このように、従来の円形断面の吸気ダクト１では、入口２ａから出口３ａへと流れが最短距離で流れようとするので、曲がり部４において流れが曲がりの内側に集中する。その結果、この曲がり部４において吸気ダクト１全体の流量が制限されている。
【００２０】
次に、図１，２に基づいて、本発明に係る吸気ダクトの一実施例について説明する。吸気ダクト１１は、第１の直線状部分１２と、第２の直線状部分１３と、所定の角度をなして屈曲している曲がり部１４と、を有しており、第１の直線状部分１２と第２の直線状部分１３とが曲がり部１４を介して接続されている。第１の直線状部分１２の一方の開口端部は、吸気ダクト１１の入口１２ａとなり、第２の直線状部分１３の一方の開口端部は、吸気ダクト１１の出口１３ａとなる。本実施例では、曲がり部１４の曲がり角度は９０度である。図示するように、吸気ダクト１１の断面は、入口１２ａ及び出口１３ａにおいて円形であるが、曲がり部１４は、図２に示すように、曲がりの外側に頂角が向いた三角形に近似した断面形状を有している。このように、曲がり部１４と入口１２ａ及び出口１３ａとでは断面形状が異なっているが、曲がり部１４の断面積は、入口１２ａ及び出口１３ａの断面積と同一である。
【００２１】
図３に示すように、吸気ダクト１１について、流れ方向に沿って、入口１２ａの断面を断面Ａ、その下流に位置する部分の断面を断面Ｂ、曲がり部１４の中央部の断面を断面Ｃ、その下流に位置する部分の断面を断面Ｄ、出口１３ａの断面を断面Ｅとし、以下、断面Ａ〜断面Ｅについて説明する。なお、断面Ｂ及び断面Ｄは、９０°に曲がる曲がり部１４と直線状部分１２，１３との入口側及び出口側の境界にそれぞれ相当する。
【００２２】
図４は、実施例の曲がり部１４の中央断面（断面Ｃ）と、円形断面（断面Ａ等）とを対比させた図であり、実施例の曲がり部１４の通路断面形状を実線Ｍで示し、曲がり部１４以外の円形の通路断面形状を破線Ｎで示している。図において、平面Ｐは、曲がり部１４を有する吸気ダクト１１の流路中心線を含む仮想の平面を示している。つまり、吸気ダクト１１は、この平面Ｐに沿って湾曲しつつ延びている。図示するように、略三角形の断面Ｍが平面Ｐと交差する２つの点１８，１９は、円形断面Ｎに合致する。換言すれば、断面Ｍの平面Ｐに沿った内径Ｌ（曲がりの方向に沿った２つの点１８，１９の間の距離Ｌ）は、円形断面Ｎの直径に等しい。
【００２３】
そして、曲がり部１４における曲がりの内側となる一対の領域２０，２１（点１８を挟む両側の領域）は、円形断面Ｎよりも半径方向外側へ張り出しており、点１８近傍の曲がりの内側に沿った内側壁部１６は、円形断面Ｎの円弧よりも緩い曲率の平面に近い湾曲面をなしている。また、逆に、曲がりの外側となる一対の領域２２，２３（点１９を挟む両側の領域）は、円形断面Ｎよりも半径方向内側へ入り込んでおり、曲がりの外側に沿った外側壁部１７全体としては、点１９を頂点とする山型に近い形状をなしている。つまり、曲がり部１４は、曲がりの内側となる領域の断面積が曲がりの外側となる領域の断面積よりも大きい異形断面形状を有している。
【００２４】
このように、一対の領域２０，２１が半径方向外側へ張り出し、かつ一対の領域２２，２３が半径方向内側へ入り込んでいる結果、断面Ｍの通路断面積の分布としては、円形断面に比較して、曲がりの内側の領域で拡大し、かつ曲がりの外側の領域で縮小したものとなっている。
【００２５】
断面Ｃと断面Ｂ，Ｄとの間においては、点１８，１９間の内径Ｌを一定に保ちつつ上記の領域２０，２１，２２，２３が徐々に変形しており、断面Ｃから断面Ｂ，Ｄへと滑らかに遷移している。
【００２６】
このように、上記実施例の吸気ダクト１１においては、平面Ｐに沿った内径Ｌの寸法並びに通路断面積は、直線状部分１２，１３及び曲がり部１４を含め吸気ダクト全体に亘って一定であり、かつ曲がり部１４における通路断面積の分布が、曲がりの内側で拡大したものとなっている。前述したように、入口１２ａから出口１３ａへ向かって流れる吸入空気の流れは、最短距離を流れようとして曲がり部１４では曲がりの内側に片寄るので、曲がり部１４の通路断面形状を上記のような略三角形の形状とすることで、通路抵抗が低減し、より大きな流量を得ることができる。
【００２７】
図５〜図９は、本発明に係る吸気ダクト１１の断面Ａ〜断面Ｄにおける吸入空気の流速分布を示している。なお、図５〜図９では、図の左側が吸気ダクト１１の曲がり部１４の曲がりの内側に沿った内側壁部１６であり、図の右側が曲がり部１４の曲がりの外側に沿った外側壁部１７である。これらの図では、最も流速の速い領域をＳ１とし、最も流速の遅い領域をＳ９として、各断面における吸入空気の流速の領域をＳ１〜Ｓ９までの９段階（図５参照）に区分して示している。
【００２８】
図５に示す断面Ａでは、吸入空気の流速は、吸気ダクト１１の中央部分が最も速く、外周部が最も遅くなっている。これに対し、図６に示すように、曲がり部１４の入口部となる断面Ｂでは、吸気ダクト１１の内側壁部１６に近い部分での流速が上昇しており、逆に外側壁部１７に近い部分での流速が減少している。
【００２９】
図７に示すように、断面Ｃでは、円形断面Ｂと比較して、曲がり部１４の内側壁部１６に近接した領域において流速がさらに上昇している。しかし、この流速の最も速い領域（Ｓ１）は、曲がりの内側となる部分の断面積を拡大したことにより、図１６に示す曲がり部４の円形断面ｃにおける流速の最も速い領域（Ｓ１）と比べて大幅に減少している。他方、曲がり部１４の曲がりの外側となる部分では、円形断面Ｂと比較して、外側壁部１７に近接した領域において流速が減少している。この流速の遅い領域は、曲がりの外側となる部分の断面積を縮小したことにより、図１６に示す曲がり部４の円形断面ｃと比べて範囲が狭くなっている。
【００３０】
図８に示す断面Ｄでは、吸入空気の流速は、吸気ダクト１１の内側壁部１６の側において僅かに遅く、かつ中央部分で速くなっている。また、図９に示す断面Ｅでは、吸入空気の流速は、吸気ダクト１１の内側壁部１６の側に比べて、外側壁部１７の側で逆に速くなっている。
【００３１】
このように、上記実施例では、曲がり部１４における曲がりの内側領域の流速が低下し、通気抵抗の上昇が抑制されるため、流量の増大が図れる。上記実施例によれば、図７に示す断面形状の曲がり部１４と円形断面を有する従来の曲がり部４との断面積が同一である場合に、通気抵抗が１０％程度低減する効果が得られた。
【００３２】
次に、図１０に基づき、本発明に係る吸気ダクト１１を自動車用のエアクリーナ２０に適用したより具体的な構成例について説明する。エアクリーナ２０は、ケース本体２２と、フィルタエレメント２４と、カバー２６と、を備える。ケース本体２２の一側壁に設けられた吸気取入口には外気導入ダクト２５の一端が接続されている。一方、カバー２６の一側壁に設けられた吸気出口には吸気ダクト１１が接続されている。吸気ダクト１１は、複数の曲がり部１４を有し、細長い略Ｓ字状をなすように湾曲している。
【００３３】
本実施例では、吸気ダクト１１は、３つの曲がり部１４ａ〜１４ｃを有している。最も上流に位置する第１の曲がり部１４ａ及びその下流に位置する第２の曲がり部１４ｂは、約６０度の曲がり角度を有している。さらに下流に位置する第３の曲がり部１４ｃは、約１８０度の曲がり角度を有しており、略Ｕ字状をなしている。これらの曲がり部１４ａ〜１４ｃの中央断面は、いずれも、各々の曲がりの方向に対応して図４，７に示すような略三角形をなしている。
【００３４】
エンジンの運転時に、空気は、外気導入ダクト２５及び吸気取入口を通ってエアクリーナ２０内に流入し、フィルタエレメント２４を通過してダストが除去される。ダストが除去された空気は、吸気出口を通ってエアクリーナ２０から流出して吸気ダクト１１内に流れ込み、第１の曲がり部１４ａ、第２の曲がり部１４ｂ及び第３の曲がり部１４ｃを順次通過して、吸気ダクト１１から図外のエンジンへと流れる。このとき、各々の曲がり部１４ａ〜１４ｃが通気抵抗となるが、前述したように曲がり部１４ａ〜１４ｃの曲がりの内側となる部分の断面積を拡大することにより通路抵抗が低減するため、単純な円形断面のものに比べて、より大きな流量を得ることができる。
【００３５】
したがって、吸気ダクト全体の断面積を大きくすることなく、曲がり部における抵抗を効果的に低減させて、流量の増大を図ることができる。
【００３６】
さらに、上記実施例によれば、吸気ダクト全体の断面積を大きくすることなく、曲がり部１４における抵抗を低減させることができるため、ダクト径を拡大させることに起因するノイズの発生を抑制することができる。
【００３７】
以上、この発明の一実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。
【００３８】
図示の実施例では、曲がり部１４の断面形状を略三角形としているが、本発明は必ずしも図４のような具体的な形状に限定されるものではない。また、曲がり部１４の曲がり角度は上記実施例に限定されず、他の角度としてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１１  吸気ダクト
１２  第１の直線状部分
１２ａ  入口
１３  第２の直線状部分
１３ａ  出口
１４  曲がり部
１６  内側壁部
１７  外側壁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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