JP2012087797A - エアダクトアッテネータ - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域波形に渡りノイズ及び振動を減衰し、経済的に製造され且つ審美的に受け入れ可能なエンジンルーム外観を提供し得る小型装置を提供することである。
【解決手段】内燃機関の吸気管路用のアッテネータであって、障害物の無いチューブ（４）を含み、該チューブが、チューブを包囲するエンクロージャー（９）にして、チューブ入口と流体連通するプライマリチャンバ（１１）と、プライマリチャンバと流体連通するセカンダリチャンバ（１２）とに分割されるエンクロージャを含む。２つのセカンダリチャンバ（１２、１３）を設け得る。前記構成が、広範囲の周波数を減衰させるよう調整され得る。
【選択図】図２

Description

本発明はエアダクト用アッテネータに関し、詳しくは、これに限定しないが、自動車用内燃機関の給気ダクト（以下、単にダクトまたは流体ダクトとも称する）に関する。本発明の各様相は、アッテネータ、装置、エンジン及び自動車に関する。

自動車用エンジンでは、その可動パーツ損耗を最小化するために吸気を濾過する必要がある。代表的には、エアフィルタボックスをエンジンの吸気マニホルドから離間して装着する結果、浄化エアをエアフィルタボックスからエンジンに送る密閉型のダクトが必要となる。ダクトのサイズ、形状、及び経路はエンジンの最大エアフロー条件、エンジンベイ内空間及びパッケージに関するその他条件により決定される。
給気ダクト内のエアフローはノイズを生じ、当該ダクトのマウント部を介して車両構造を振動させ得る。これらノイズ及び振動の周波数は広範囲に及び、特定周波数でダクト内及びまたはダクト自体が共振するとノイズや振動は増幅され得る。

エンジンやエアインテークに関わるノイズ及び振動は自動車乗員にとって不快なものであるため、特には２０００Ｈｚ以下に減衰させることが望ましい。防振化や消音化によりそれら問題を解消させ得るが、ダクトの全体サイズが大型化するため密集したエンジンベイ内への組み込みが困難化する。ダクト長全体に渡る防振化は不可能であり、ダクト内への非固定（ｌｏｏｓｅ）材料配置はそれらが自動車エンジンに吸い込まれるリスクがある点で望ましくない。
給気ダクト設計形状を良好化する別の解決策では、その目的上、４分の１波長ホルムヘルツ同調共振子を用いて狭帯域波形、特には共振発生周波数が減衰される。

幾つかの４分の１波長帯域に渡る減衰化用に幾つかの４分の１波長またはヘルムホルツ共振子を使用する必要があるがエンジンベイの利用可能空間は限られており、従って、当該解決策は特には各共振子が相当量の容積を占有する点で実用的ではない。

解決しようとする課題は、広帯域波形に渡りノイズ及び振動を減衰し、経済的に製造され且つ審美的に受け入れ可能なエンジンルーム外観を提供し得る小型装置を提供することである。解決しようとする他の課題は、エンジンベイ内における全体サイズ及び位置を実質的に変化させることなく調整可能とし且つ好ましくは４〜８気筒のガソリン及びディーゼルエンジンの全形態に対して好適な前記小型装置を提供することである。

本発明によれば、前記問題の１つ以上が解決される。本発明の各実施例によれば流体ダクト用のアッテネータが提供され得、当該アッテネータは吸気ダクト内に誘起されるノイズ及び振動をコンパクトなパッケージ形態において広帯域有効減衰する。

本発明の１様相によれば付随する請求項に従うアッテネータ、エンジン及び自動車が提供される。
本発明の１様相によれば、流体ダクト内のノイズ及びまたは振動の減衰用装置であって、チューブ壁を有するチューブと、入口及び出口と、前記チューブを包囲するエンクロージャと、少なくとも１つのバッフルにして該エンクロージャを、該バッフルの一方側の第１またはプライマリチャンバと、該バッフルの他方側の第２またはセカンダリチャンバとに分割するバッフルと、を含み、前記チューブの内部が前記チューブ壁の孔を介して前記プライマリチャンバと流体連通し、前記セカンダリチャンバが前記バッフルの開口を介して前記プライマリチャンバと連通する減衰用装置が提供される。

本明細書において、“孔”及び“開口”とは、チューブ壁及びバッフルの各通路を区別するため用いられ、その形状、寸法または外観については限定されないものとし、同様に、“プライマリ”及び“セカンダリ”とは、寸法、位置あるいは機能に関する相対的な重要性等の任意の特定特性を意図及び付与あるいは限定付加するものでは無く、“第１”及び“第２”は同等に用いられるものとする。
何れにせよ、プライマリ及びセカンダリの各チャンバは閉じ、孔及び開口からは離間される。複数の孔及びまたは開口を設け得る。

本発明のアッテネータは、直列状のプライマリ及びセカンダリの各チャンバを含み、吸気ダクト内に誘起される、特には５００〜２０００Ｈｚ範囲のノイズ及び振動を有効広帯域減衰することが分かった。当該アッテネータはコンパクトで且つ、代表的には、しかし必ずしもそうでなくて良いが、吸気ダクトの直線状セクションの周囲に全体に同中心状態下に設けた円形または楕円形セクション状のエンクロージャを含む。当該円形または楕円形セクションが最適性能を提供すると考えられる。然し乍ら、実質上は断面形状を、四角形、矩形、六角形等の任意のその他断面形状とし得、吸気ダクト及びエンクロージャは実質的に非同中心を有し得る。

本発明の特定の特徴は、アッテネータが、許容インスタレーションエンベロープ内における広帯域応答調整を許容し、またその内側コンポーネントの調整により調節自在の多数の調節自在パラメータを有することである。本発明のアッテネータは、４〜８気筒範囲のエンジン用に有効であることが示され、多気筒式の全ガソリン及びディーゼルエンジン用に有益であると考えられる。
かくして、エンクロージャの外径及び長さは、チューブ及びエンクロージャの横断方向寸法比と共に選択自在である。エンクロージャ外形はその長さ方向に沿って可変であり得、例えば一端から連続的に狭幅化され得る。

アッテネータ内部の、プライマリチャンバに相当するチューブ長さを選択自在であり、かくして、プライマリ及びセカンダリの各チャンバの相対軸方向寸法を選択自在である。また、孔及び開口数を選択自在である。
ある実施例において、各開口はチューブの周囲で実質的に等間隔、例えば、等角度間隔配置される。
ある実施例において、バッフルは吸気ダクトの流れ方向に実質的に直交され、かくして、流れ方向に関して各孔は全体に半径方向に配置され、各開口は全体に軸方向に配置される。

ある実施例において、プライマリチャンバの各側に１つの計２つのセカンダリチャンバを形成する第２バッフルが設けられる。各セカンダリチャンバは、例えば、同一断面積を有するが軸方向寸法が異る構成とすることで各容積が相違化され得る。セカンダリチャンバにおける開口部の数及び寸法は相違化させ得る。本発明のアッテネータの内部構成は広範に変更し得るものとする。

他の実施例において、関連するセカンダリチャンバを各々有する２つのプライマリチャンバを設け得る。２つのセカンダリチャンバは隣接し、中実壁により分離されることが好ましい。
エンクロージャは任意の好適な断面輪郭を有し得るが、代表的には円形または楕円形であり、全体に吸気ダクトと同中心を有する。単数あるいは複数のバッフル及び、仮に設ける場合は中実壁は平行面内に配置することが好ましい。エンクロージャは、所望であれば一方の端部方向にテーパ付けされ得る。２つのセカンダリチャンバを有する実施例において前記テーパ付けした場合、各セカンダリチャンバはその容積が相違するが長さは同一となり得る。テーパ付けしたエンクロージャによれば、容積は異なるが長さが同一の２つのプライマリチャンバも提供され得る。

アッテネータは、給気ダクト内に当該給気ダクトの１セクションに代替する状態下に挿通した構成を有し得る。この場合、チューブの入口及び出口は流体ダクトの隣り合う各部分とのシール状態下に連結された構成を有し得る。チューブはエンクロージャと一体化またはユニット化して形成され得る。
他の実施例ではアッテネータは流体ダクトの既存セクションまたはアッテネータ本体の一部を構成しない部分を包囲する構成を有し得る。

本発明の更に他の様相によれば、流体ダクト用のアッテネータであって、流体ダクトを実質的に包囲する構成を有するエンクロージャと、バッフルにして、前記エンクロージャを、流体ダクト壁の孔を介して流体ダクト内と流体連通するプライマリチャンバと、バッフルの開口を介してプライマリチャンバと連通するセカンダリチャンバとに分割するバッフルと、を含むアッテネータが提供される。２つのセカンダリチャンバは単一のプライマリチャンバと組み合わせた、または各プライマリチャンバと組み合わせた各状態下に提供され得る。

ある実施例において、エンクロージャは流体ダクトを包囲するように配置した２つの半分体から構成され得る。２つの半分体は各一方の縁部位置で相互に蝶着した２枚貝的構成を有し得、また流体ダクト周囲にクランプされ且つ各他方の縁部位置で相互に締着され得るようになっている。
あるいは２つの半分体は個別化され得、好適な締め具により流体ダクト周囲で相互クランプされ得る。前記締め具はアッテネータの半分体と一体形成され得、あるいはストラップ、タイまたはウォーム駆動タイプのクリップ等の別個のクランプ用装置から構成され得る。

当該実施例では必要な孔は流体ダクト周囲へのエンクロージャ組み込みに先立ち、流体ダクト壁に形成されるべきである。
他の実施例では管状のシェルがエンクロージャを含み得、且つ流体ダクト及びバッフルを含むユニット化したコンポーネントが当該シェルに挿通され得る。エンクロージャが一方の端部壁を提供し、前記ユニットコンポーネントが他方の端部壁を提供し、かくして前記挿通により閉じたエンクロージャが形成される。ユニットコンポーネントによる端部壁は、任意の好適な実質的に気密様式下にエンクロージャに固定され得る。シェルは好ましくはテーパ付けされ、ユニット化したアセンブリが大直径側の端部から挿通される。

本発明の各実施例において、各プライマリチャンバは一般に高周波数減衰用レゾネータを構成し、各セカンダリチャンバは低周波数減衰用レゾネータを構成する。

自動車の内燃機関の吸気管路の概略図である。 本発明に従うアッテネータの第１実施例の斜視図である。 本発明の各実施例の効果を現すグラフである。 本発明の各実施例の効果を現すグラフである。 本発明の各実施例の効果を現すグラフである。 本発明の各実施例における異なる孔形状の例示図である。 本発明の各実施例における異なる孔形状の例示図である。 本発明の第２実施例の略断面図である。 第２実施例における周波通応答のグラフである。 第２実施例のパラメータ調節の効果を現すグラフである。 本発明の他の実施例に従うアッテネータの斜視図である。

図１には内燃機関１用の吸気構成が略示され、吸気ダクト３、給気ダクト４、フィルタ要素５を有するエアフィルタボックス２を含む。矢印６で示す未濾過エアはフィルタ要素５を通過し、給気ダクト４を介してエンジン内の各パーツに送られる。給気ダクト４内にはノイズ及び振動減衰用のアッテネータ７を設ける。
図２にはアッテネータ７の１例の詳細図が示される。給気ダクト４が障害無くアッテネータを貫通し、エアフローは物理的妨害を受けない。本実施例ではアッテネータは給気ダクトと同中心を有する管状のドラム９を含み、当該ドラムは例示目的上円形断面を有している。ドラムは直交方向の端部プレート１０を有し、その内部は２枚のバッフル１６、１８により３つのチャンバ１１、１２、１３に分割される。上述した如く、他の実施例ではバッフルは１枚であり得る。

給気ダクト４は孔１７を介して中央のチャンバ１２と連通し、当該チャンバ１２は開口１５、１９を介してチャンバ１２、１３と連通する。チャンバ１１、１２、１３は閉鎖され、孔及び開口１５、１７、１９から離間され、ノイズ及び振動の広帯域減衰用に調整可能な多数のレゾネータを提供する。
本実施例における設計形状は、
・各チャンバの軸方向長さ
・チャンバ外径
・給気ダクト径
・給気ダクトの孔開け長
・給気ダクトの孔サイズ
・給気ダクトの孔数
・バッフルの孔サイズ
・バッフルの孔数
を変更可能である。

図３〜図５には吸気ダクト内の特定のノイズ及び振動周波数を最良減衰させるべくアッテネータの１つ以上の調節自在パラメータを変化させた場合の効果の幾つかが示される。図では伝達ロスＴＬが周波数Ｆに対してプロットされている。周波数範囲は約０〜２０００Ｈｚ、伝達ロス範囲は０〜４０ｄＢである。本発明によれば、従来、小型装置では提供困難であった周波数範囲５００〜２０００Ｈｚにおける良好な減衰が提供される。
図３には、比較目的上、従来構造の１／４波長レゾネータ、代表的には吸気ダクトに直交し、吸気ダクト径の３〜５倍の長さを有するレゾネータにより提供された狭帯域減衰がライン３１で示される。

図２に示す全体形状を有するレゾネータは２つのセカンダリチャンバを有し、流路径５７．６ｍｍの円形の吸気ダクトと、給気ダクトと同中心の、内径１１５．２ｍｍの円形エンクロージャとを有する。プライマリチャンバ及び各セカンダリチャンバは軸方向長さが５０ｍｍである。バッフルには直径１０ｍｍの孔を設けるが、孔数が増えるとレゾネータの周波数応答はライン３２、３３及び方向矢印３４で示す如く右上方にシフトされ得る。
図４には、形状寸法を同一とし、セカンダリチャンバの軸方向長さを増大し、バッフルの孔数を一定としたレゾネータにおける効果を示す。当該レゾネータの周波数応答はライン４２、４３及び方向矢印４４で示す如く、長さの増大に伴い左側にシフトされる。

図５には、セカンダリチャンバの軸方向全長を変えずにバッフルを１枚から２枚構成とした場合の効果を示す。この場合、周波数応答はライン５２、５３及び方向矢印５４で表す如く、２枚バッフル化により右上方にシフトされる。
上述した如く、パラメータ及び、単数または複数のバッフルにおけるチューブ壁の孔及び開口数等のその他特徴を多様な可能性において変化させ得る。例えば、孔を図６の単純な穴形態とし得、または刺込み操作（図７）により形成した、例えば、単数または複数のセカンダリチャンバからの異なる周波数応答を呈示するスロートとし得る。かくして、レゾネータは要求周波数応答を提供するべく調整され得る。

図８には本発明の第２実施例の略断面が例示され、矢印６１で示す方向への妨害されないエア流れを提供する給気ダクト６０を含んでいる。アッテネータは給気ダクトと同中心のテーパ付けした管状のドラム６２を含む。給気ダクト６０及びドラム６２は代表的には円形断面を有するが必ずしもそうでなくとも良い。ドラム６２は直交方向の端部プレート６３であり、孔無しの環状の壁６４と、その各側の環状のバッフル６５、６６とにより４つのチャンバに分割される。
給気ダクトは端部のプライマリチャンバ７１、７２と孔６７を介して連通し、各プライマリチャンバ７１、７２は開口６８を介して関連するセカンダリチャンバ７３、７４と連通する。セカンダリチャンバ７３、７４は中実壁６４に直ぐ隣り合い且つ当該壁により分離され、かくして独立化される。各孔には流れは実質的に生じないが、これらの孔の近辺には多少の乱流が予測される。

１組み立て法において、ドラム６２が小端部壁６３ａを有する状態下に好適なプラスチックにより成型される。一体プラスチック成型において、給気ダクト６０、壁６４、バッフル６５、６６、大端部壁６３ｂ、がドラム開口部から挿入され、例えば超音波溶接または弾発嵌入等の任意の好適様式下に挿入位置でシールされる。
各バッフルはテーパ部によりドラム内面に係合し得、またはリブに押し当てて座着させ得、好適なシーラントまたは接着剤を必要に応じて設け得る。
開口６８を例示した如くバッフルを貫通して設ける必要は無いが、エンクロージャでのバッフル組み付け時に孔を形成するよう、周囲縁部位置の切り欠き形態を有し得る。切り欠きは標準的な対称形状、例えば“Ｃ”字または“Ｕ”字型を有し得、または製造プロセスに適した異形状を有し得るが、要求事項はそれら切り欠きの面積が実質的に同一であることである。

第２実施例では調整を可能とするために提供される変数は第１実施例に関して説明されたそれと同じであるが、プライマリ及びセカンダリの各チャンバは共振周波数帯域の重ね合わせを可能とする若干異なる共振周波数をも有する。
図９には、給気ダクト内径を７５ｍｍ、テーパ付けしたエンクロージャの一端における内径を９８ｍｍ、他端における内径を１０９ｍｍ、全長を９４ｍｍとした場合の図８の実施例に関する周波数応答が示される。各セカンダリチャンバ７３、７４は長さが２０ｍｍであり、各プライマリチャンバの孔６７は８×１５ｍｍのサイズを有し、各チャンバ対の開口６８は８×９ｍｍのサイズを有する。図９では伝達ロスは周波数に対してプロットされる。孔のサイズは相当程度において変更可能であり、端実施例では小型のチャンバ７１における孔サイズは８×９ｍｍであり、大型のチャンバ７２では４×９ｍｍである。
大型のチャンバ対７２、７４における個別の応答の減衰ピークは約８００Ｈｚであった。小型のチャンバ対７１、７３では減衰ピークは１０００Ｈｚであり、それらの組み合わせ効果による減衰ピークは約１５００Ｈｚであった。

上述した如く、これらの共振周波数を、アッテネータのパラメータ調節により、しかしアッテネータにより画定される空間エンベロープを変化させることなく調整させ得る。伝達ロス（減衰）は、空間的に許容されるのであれば図８の構成上の直径を増大させることで増大させ得るが、全長は増大させる必要は無い。
本実施例は、直ぐ隣り合うセカンダリチャンバに関して説明したが、セカンダリチャンバはプライマリチャンバを軸方向内側に配置する状態下に、または一方を端部位置に、他方を中心位置に配置する状態下において最外部に配置し得る。かくして、調整目的でのパラメータ調節性が増進する。

図１０には、図８の基本構成において１５ｍｍ径の孔６７の数を２から８個に漸次変化させた点についてのみ変更した調整方法が例示される。
図示される如く、当該測定のみにおいて、減衰ピークは約７００Ｈｚから約１３００Ｈｚに移動され得る。

本発明のアッテネータはエアダクトの実質直線状または直線状の各セクションのみに対して限定されるものでは無い。本発明の有益な実施例ではエアダクトの曲げ部位置又はその近辺にアッテネータが位置決めされる。図１１にはアッテネータをエアダクトの直角曲げ部位置に位置決めした構成が例示される。
当該実施例では各バッフルはエアダクトの方向変化を収受するべく相対的に角度付けまたは傾斜される。更に、アッテネータハウジングの断面は一般に四角形または矩形であり、バッフルのディメンションはハウジング内でのその配置次第で異なる。その形態や機能が上述した各構成と実質上相違しない構成が、特定用途上のパッケージ化を容易化し得る。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

３ 吸気ダクト
４ 給気ダクト
５ フィルタ要素
６ 矢印
７ アッテネータ
９ ドラム
１０ 端部プレート
１１ チャンバ
１２ チャンバ
１５ 開口
１６ バッフル
１７ 孔
３１ ライン
３２ ライン
３４ 方向矢印
４２ ライン
４４ 方向矢印
５２ ライン
５４ 方向矢印
６０ 給気ダクト
６２ ドラム
６３ 端部プレート
６３ａ 端部壁
６３ｂ 端部壁
６４ 壁
６５ バッフル
６７ 孔
６８ 開口
７１ プライマリチャンバ
７２ プライマリチャンバ
７３ セカンダリチャンバ

Claims (18)

1. 流体ダクト用のアッテネータであって、
   壁を有するチューブと、
   入口及び出口と、
   前記チューブを包囲するエンクロージャと、
   該エンクロージャをプライマリ及びセカンダリの各チャンバに分割する環状のバッフルと、
   を含み、
   前記チューブの内部が前記チューブの壁の孔を介して前記プライマリチャンバと流体連通し、
   前記セカンダリチャンバが前記バッフルの開口を介して前記プライマリチャンバと連通するアッテネータ。
2. 前記バッフルが前記チューブの軸に実質的に直交する請求項１に記載のアッテネータ。
3. 前記エンクロージャの断面が実質的に円形または楕円形である請求項１または２に記載のアッテネータ。
4. 前記エンクロージャが前記チューブを通しての流体流れ方向でその断面が実質的に変化する請求項１〜３の何れかに記載のアッテネータ。
5. 前記開口が前記チューブの周囲で実質的に等間隔に設けられる請求項１〜４の何れかに記載のアッテネータ。
6. 前記開口の合計断面積が前記開口の合計断面積より大きい請求項１〜５の何れかに記載のアッテネータ。
7. 前記エンクロージャの最大横断方向寸法が前記チューブの最大横断方向寸法の３倍未満である請求項１〜６の何れかに記載のアッテネータ。
8. 前記各孔の断面積が実質的に同一であり、各孔の断面積が５〜１００ｍｍ²の範囲である請求項１〜７の何れかに記載のアッテネータ。
9. 前記各開口の断面積が実質的に同一であり、各開口の断面積が１００〜３００ｍｍ²の範囲である請求項１〜８の何れかに記載のアッテネータ。
10. ２つのセカンダリチャンバを画定する２つのバッフルを有し、各バッフルがプライマリチャンバと関連する請求項１〜９の何れかに記載のアッテネータ。
11. 前記セカンダリチャンバが前記プライマリチャンバの各側に各１つ設けられる請求項１０に記載のアッテネータ。
12. ２つのプライマリチャンバを有する請求項１０または１１に記載のアッテネータ。
13. 前記プライマリチャンバがエンクロージャの各端部位置に設けられる請求項１２のアッテネータ。
14. 前記セカンダリチャンバが異なる容積を有する請求項１０〜１３の何れかに記載のアッテネータ。
15. 各バッフルが同数及び同サイズの開口を有する請求項１０〜１４の何れかに記載のアッテネータ。
16. プライマリ及びセカンダリの各チャンバがチューブを通しての流体流れ方向における実質的に同一長さを有する請求項１０〜１５の何れかに記載のアッテネータ。
17. エンクロージャの最大軸方向寸法及び最大横断方向寸法比が５：１またはそれ未満である請求項１〜１６の何れかに記載のアッテネータ。
18. 請求項１〜１７の何れかに記載のアッテネータを有するエンジンまたは自動車。

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