JP2003343376A - 多気筒内燃機関の吸気装置 - Google Patents
多気筒内燃機関の吸気装置Info
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
- F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Characterised By The Charging Evacuation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸気音を低減しつつ、共鳴過給の減衰を抑制
する。 【解決手段】 平均横断面積Ａ'及び実効長Ｌ'を有する
共鳴管部５２Ａと、容積Ｖ'を有する空洞部５２Ｂと、
を含んで構成されるレゾネータ５２を吸気ダクト１４に
接続し、その接続部下流の吸気系を共鳴過給のための共
鳴器として利用する多気筒内燃機関１０において、レゾ
ネータ５２接続部下流において共鳴器の共鳴管部として
機能する部分の平均横断面積及び実効長を夫々Ａ及び
Ｌ、空洞部として機能する部分の容積をＶとしたとき、
レゾネータ５２の各部寸法を、Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'＝Ｌ＋Ｖ
／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ＝ＬＶ／Ａのようにする。
する。 【解決手段】 平均横断面積Ａ'及び実効長Ｌ'を有する
共鳴管部５２Ａと、容積Ｖ'を有する空洞部５２Ｂと、
を含んで構成されるレゾネータ５２を吸気ダクト１４に
接続し、その接続部下流の吸気系を共鳴過給のための共
鳴器として利用する多気筒内燃機関１０において、レゾ
ネータ５２接続部下流において共鳴器の共鳴管部として
機能する部分の平均横断面積及び実効長を夫々Ａ及び
Ｌ、空洞部として機能する部分の容積をＶとしたとき、
レゾネータ５２の各部寸法を、Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'＝Ｌ＋Ｖ
／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ＝ＬＶ／Ａのようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、共鳴過給により充
填効率を向上させる多気筒内燃機関において、特に、吸
気音を低減しつつ、共鳴過給の減衰を抑制する技術に関
する。
填効率を向上させる多気筒内燃機関において、特に、吸
気音を低減しつつ、共鳴過給の減衰を抑制する技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ターボチャージャなどの過給機付内燃機
関は、出力密度（出力／重量）が大きい反面、低速域に
おいては、トルク不足によるドライバビリティ（走行性
能）低下が生じてしまう。このため、実公昭６１−４０
９０９号公報及び実公昭６２−３７９４０号公報に開示
されるように、共鳴過給を利用することで、充填効率を
改善して低速トルクを向上させる技術が実用化されてい
る。
関は、出力密度（出力／重量）が大きい反面、低速域に
おいては、トルク不足によるドライバビリティ（走行性
能）低下が生じてしまう。このため、実公昭６１−４０
９０９号公報及び実公昭６２−３７９４０号公報に開示
されるように、共鳴過給を利用することで、充填効率を
改善して低速トルクを向上させる技術が実用化されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、４気筒
以下の内燃機関では、吸気干渉による充填効率の低下を
避けるために、吸気マニホルドを分割する必要がない反
面、吸気脈動が平滑化されないまま、吸気系最上流たる
エアクリーナの大気取入口まで伝達され、吸気音が大き
くなるという不具合があった。また、共鳴過給は、エア
クリーナ，過給機のコンプレッサ，インタークーラなど
で減衰され、充填効率は期待したほど改善されなかっ
た。
以下の内燃機関では、吸気干渉による充填効率の低下を
避けるために、吸気マニホルドを分割する必要がない反
面、吸気脈動が平滑化されないまま、吸気系最上流たる
エアクリーナの大気取入口まで伝達され、吸気音が大き
くなるという不具合があった。また、共鳴過給は、エア
クリーナ，過給機のコンプレッサ，インタークーラなど
で減衰され、充填効率は期待したほど改善されなかっ
た。
【０００４】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、吸気系に設けたレゾネータにより、その上流
側の吸気脈動を平滑化すると共に、その下流側の吸気通
路を共鳴器として活用することで、吸気音を低減しつ
つ、共鳴過給の減衰を抑制した多気筒内燃機関の吸気装
置を提供することを目的とする。
点に鑑み、吸気系に設けたレゾネータにより、その上流
側の吸気脈動を平滑化すると共に、その下流側の吸気通
路を共鳴器として活用することで、吸気音を低減しつ
つ、共鳴過給の減衰を抑制した多気筒内燃機関の吸気装
置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明では、平均横断面積Ａ'及び実効長Ｌ'を有する共
鳴管部と、容積Ｖ'を有する空洞部と、を含んで構成さ
れるレゾネータを吸気系に接続し、その接続部下流の吸
気系を共鳴過給のための共鳴器として利用する多気筒内
燃機関の吸気装置であって、前記吸気系において共鳴器
の共鳴管部として機能する部分の平均横断面積及び実効
長を夫々Ａ及びＬ、空洞部として機能する部分の容積を
Ｖとしたとき、前記レゾネータの各部寸法を、Ｌ'＋Ｖ'
／Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ'≒ＬＶ／Ａのように
設定したことを特徴とする。
の発明では、平均横断面積Ａ'及び実効長Ｌ'を有する共
鳴管部と、容積Ｖ'を有する空洞部と、を含んで構成さ
れるレゾネータを吸気系に接続し、その接続部下流の吸
気系を共鳴過給のための共鳴器として利用する多気筒内
燃機関の吸気装置であって、前記吸気系において共鳴器
の共鳴管部として機能する部分の平均横断面積及び実効
長を夫々Ａ及びＬ、空洞部として機能する部分の容積を
Ｖとしたとき、前記レゾネータの各部寸法を、Ｌ'＋Ｖ'
／Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ'≒ＬＶ／Ａのように
設定したことを特徴とする。
【０００６】かかる構成によれば、レゾネータの各部寸
法を、Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ'≒Ｌ
Ｖ／Ａのように設定することで、レゾネータ内の空気
は、吸気系内の吸気脈動と略同一共鳴周波数かつ逆位相
で振動することとなる。このため、レゾネータ接続部上
流の吸気系内の吸気脈動は、レゾネータにより平滑化さ
れ、吸気音が低減される。一方、レゾネータ接続部下流
の吸気系においては、共鳴が平滑化されることがなく、
共鳴過給の減衰が抑制される。そして、内燃機関の高回
転域では、吸気脈動の位相が遅れ、吸気弁の閉弁直前の
吸気圧が低くなるため、ポンピング損失が低減される。
法を、Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ'≒Ｌ
Ｖ／Ａのように設定することで、レゾネータ内の空気
は、吸気系内の吸気脈動と略同一共鳴周波数かつ逆位相
で振動することとなる。このため、レゾネータ接続部上
流の吸気系内の吸気脈動は、レゾネータにより平滑化さ
れ、吸気音が低減される。一方、レゾネータ接続部下流
の吸気系においては、共鳴が平滑化されることがなく、
共鳴過給の減衰が抑制される。そして、内燃機関の高回
転域では、吸気脈動の位相が遅れ、吸気弁の閉弁直前の
吸気圧が低くなるため、ポンピング損失が低減される。
【０００７】請求項２記載の発明では、前記吸気系にお
いて共鳴器の共鳴管部として機能する部分の平均横断面
積Ａは、気筒数及び音速を夫々ｚ及びｃとしたとき、次
式で表わされる共鳴回転速度Ｎrにおいて、平均管内流
速が２２±４[m/s]となるように設定されたことを特徴
とする。 Ｎr≒３０ｃ／｛ｚ（Ｌ＋Ｖ／Ａ）｝ 又は Ｎr≒６０ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（πｚ） かかる構成によれば、吸気系において共鳴器の共鳴管部
として機能する部分の平均横断面積Ａを適切に設定する
ことで、その平均管内流速が２２±４[m/s]となり、共
鳴過給の効果が一層向上する。即ち、流速が小さすぎる
と慣性が小さくなり、流速が大きすぎると吸気抵抗が大
きくなるので、慣性の低下及び吸気抵抗の増大を抑制す
る条件を適切に設定することで、共鳴過給の効果が一層
向上する。
いて共鳴器の共鳴管部として機能する部分の平均横断面
積Ａは、気筒数及び音速を夫々ｚ及びｃとしたとき、次
式で表わされる共鳴回転速度Ｎrにおいて、平均管内流
速が２２±４[m/s]となるように設定されたことを特徴
とする。 Ｎr≒３０ｃ／｛ｚ（Ｌ＋Ｖ／Ａ）｝ 又は Ｎr≒６０ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（πｚ） かかる構成によれば、吸気系において共鳴器の共鳴管部
として機能する部分の平均横断面積Ａを適切に設定する
ことで、その平均管内流速が２２±４[m/s]となり、共
鳴過給の効果が一層向上する。即ち、流速が小さすぎる
と慣性が小さくなり、流速が大きすぎると吸気抵抗が大
きくなるので、慣性の低下及び吸気抵抗の増大を抑制す
る条件を適切に設定することで、共鳴過給の効果が一層
向上する。
【０００８】請求項３記載の発明では、前記レゾネータ
の各部は、Ａ'＜Ａ、Ｖ'＜Ｖ及びＬ'＜Ｌのうち少なく
とも１つの関係式が成立する寸法に設定されたことを特
徴とする。かかる構成によれば、内燃機関の既存レイア
ウトに応じて、レゾネータの各部寸法を適切に設定する
ことで、その搭載スペースを最小限にすることが可能と
なる。このため、吸気音を低減すると共に共鳴過給の減
衰を抑制しつつ、レゾネータをコンパクトに設計できる
ようになる。
の各部は、Ａ'＜Ａ、Ｖ'＜Ｖ及びＬ'＜Ｌのうち少なく
とも１つの関係式が成立する寸法に設定されたことを特
徴とする。かかる構成によれば、内燃機関の既存レイア
ウトに応じて、レゾネータの各部寸法を適切に設定する
ことで、その搭載スペースを最小限にすることが可能と
なる。このため、吸気音を低減すると共に共鳴過給の減
衰を抑制しつつ、レゾネータをコンパクトに設計できる
ようになる。
【０００９】請求項４記載の発明では、排気の一部を吸
気系に再循環させる排気再循環通路に介装された排気再
循環弁を、少なくとも目標共鳴回転速度近傍の低負荷領
域で開弁させることを特徴とする。かかる構成によれ
ば、少なくとも目標共鳴回転速度近傍の低負荷領域で
は、排気再循環弁が開弁されることから、レゾネータ接
続部下流の吸気系と排気系とが連通されることとなる。
このため、レゾネータ接続部下流の吸気系において、共
鳴吸気が減衰（吸気脈動が平滑化）され、この領域での
ポンピング損失が低減される。
気系に再循環させる排気再循環通路に介装された排気再
循環弁を、少なくとも目標共鳴回転速度近傍の低負荷領
域で開弁させることを特徴とする。かかる構成によれ
ば、少なくとも目標共鳴回転速度近傍の低負荷領域で
は、排気再循環弁が開弁されることから、レゾネータ接
続部下流の吸気系と排気系とが連通されることとなる。
このため、レゾネータ接続部下流の吸気系において、共
鳴吸気が減衰（吸気脈動が平滑化）され、この領域での
ポンピング損失が低減される。
【００１０】請求項５記載の発明では、前記レゾネータ
の共鳴管部と吸気系において共鳴器の共鳴管部として機
能する部分とを連通する連通路に介装された開閉弁を、
少なくとも目標共鳴回転速度近傍の低負荷領域で開弁さ
せることを特徴とする。かかる構成によれば、少なくと
も目標共鳴回転速度近傍の低負荷領域では、開閉弁が開
弁されることから、レゾネータの共鳴管部とその接続部
下流の吸気系とが連通されることとなる。このため、レ
ゾネータ接続部下流の吸気系において、気柱の共鳴周波
数が変化して共鳴が起こらないことから、この領域での
ポンピング損失が低減される。
の共鳴管部と吸気系において共鳴器の共鳴管部として機
能する部分とを連通する連通路に介装された開閉弁を、
少なくとも目標共鳴回転速度近傍の低負荷領域で開弁さ
せることを特徴とする。かかる構成によれば、少なくと
も目標共鳴回転速度近傍の低負荷領域では、開閉弁が開
弁されることから、レゾネータの共鳴管部とその接続部
下流の吸気系とが連通されることとなる。このため、レ
ゾネータ接続部下流の吸気系において、気柱の共鳴周波
数が変化して共鳴が起こらないことから、この領域での
ポンピング損失が低減される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図１は、１気筒当たり２つの吸気弁
及び排気弁を備えた４気筒内燃機関（以下「内燃機関」
という）１０に対して、本発明に係る吸気装置を適用し
た第１実施形態を示す。
本発明を詳述する。図１は、１気筒当たり２つの吸気弁
及び排気弁を備えた４気筒内燃機関（以下「内燃機関」
という）１０に対して、本発明に係る吸気装置を適用し
た第１実施形態を示す。
【００１２】内燃機関１０の各燃焼室１２Ａ〜１２Ｄに
は、吸気ダクト１４，吸気マニホルド１６，吸気ポート
１８及び吸気弁２０の弁隙間を介して燃焼用空気が導入
される。吸気ダクト１４には、その上流から下流に向け
て、エアクリーナ２２，ターボチャージャ２４のコンプ
レッサ２４Ａ，インタークーラ２６及びスロットルバル
ブ２８が夫々介装される。吸気マニホルド１６は、各吸
気ポート１８に対して夫々独立した空間を有するチャン
バ１６Ａと、吸気ダクト１４とチャンバ１６Ａとを接続
する接続管１６Ｂと、を含んで構成される。接続管１６
Ｂには、チャンバ１６Ａの独立空間に燃焼用空気を分配
しつつ供給するため、軸方向に沿ってその内部に隔壁１
６Ｃが形成され、隔壁１６Ｃにより区画された吸気通路
の一方に、燃焼室１２Ａ〜１２Ｄ内にスワールを生成す
るためのスワールコントロールバルブ３０が介装され
る。
は、吸気ダクト１４，吸気マニホルド１６，吸気ポート
１８及び吸気弁２０の弁隙間を介して燃焼用空気が導入
される。吸気ダクト１４には、その上流から下流に向け
て、エアクリーナ２２，ターボチャージャ２４のコンプ
レッサ２４Ａ，インタークーラ２６及びスロットルバル
ブ２８が夫々介装される。吸気マニホルド１６は、各吸
気ポート１８に対して夫々独立した空間を有するチャン
バ１６Ａと、吸気ダクト１４とチャンバ１６Ａとを接続
する接続管１６Ｂと、を含んで構成される。接続管１６
Ｂには、チャンバ１６Ａの独立空間に燃焼用空気を分配
しつつ供給するため、軸方向に沿ってその内部に隔壁１
６Ｃが形成され、隔壁１６Ｃにより区画された吸気通路
の一方に、燃焼室１２Ａ〜１２Ｄ内にスワールを生成す
るためのスワールコントロールバルブ３０が介装され
る。
【００１３】一方、内燃機関１０の排気は、排気弁３２
の弁隙間，排気ポート３４，排気マニホルド３６及び排
気ダクト３８を介して大気中に放出される。排気ダクト
３８には、その上流から下流に向けて、ターボチャージ
ャ２４のタービン２４Ｂ，排気ブレーキ装置４０及びマ
フラ４２が夫々介装される。また、内燃機関１０には、
排気の一部を吸気系に再循環させることで、燃焼混合気
中における不活性ガス（Ｈ2Ｏ，Ｎ2，ＣＯ2など）の割
合を増加させ、燃焼温度の低下を通して排気中のＮＯｘ
を低減させる排気再循環（ＥＧＲ）装置４４が備えられ
る。即ち、チャンバ１６Ａの一方の独立空間と排気マニ
ホルド３６とは、ＥＧＲパイプ４４Ａにより連通接続さ
れる。ＥＲＧパイプ４４Ａには、機関運転状態に応じて
ＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ４４Ｂと、排気系から
吸気系に再循環されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクー
ラ４４Ｃと、が介装される。そして、ＥＧＲバルブ４４
Ｂは、マイクロコンピュータを内蔵したエンジンコント
ロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）４６により、
機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ４８及びア
クセル開度などの機関負荷Ｑを検出する負荷センサ５０
からの出力に応じて開閉制御される。
の弁隙間，排気ポート３４，排気マニホルド３６及び排
気ダクト３８を介して大気中に放出される。排気ダクト
３８には、その上流から下流に向けて、ターボチャージ
ャ２４のタービン２４Ｂ，排気ブレーキ装置４０及びマ
フラ４２が夫々介装される。また、内燃機関１０には、
排気の一部を吸気系に再循環させることで、燃焼混合気
中における不活性ガス（Ｈ2Ｏ，Ｎ2，ＣＯ2など）の割
合を増加させ、燃焼温度の低下を通して排気中のＮＯｘ
を低減させる排気再循環（ＥＧＲ）装置４４が備えられ
る。即ち、チャンバ１６Ａの一方の独立空間と排気マニ
ホルド３６とは、ＥＧＲパイプ４４Ａにより連通接続さ
れる。ＥＲＧパイプ４４Ａには、機関運転状態に応じて
ＥＧＲ量を制御するＥＧＲバルブ４４Ｂと、排気系から
吸気系に再循環されるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクー
ラ４４Ｃと、が介装される。そして、ＥＧＲバルブ４４
Ｂは、マイクロコンピュータを内蔵したエンジンコント
ロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）４６により、
機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ４８及びア
クセル開度などの機関負荷Ｑを検出する負荷センサ５０
からの出力に応じて開閉制御される。
【００１４】本発明の特徴として、インタークーラ２６
下流の吸気ダクト１４には、レゾネータ（共鳴器）５２
が接続される。レゾネータ５２は、管状の小さな入口と
奥に空間を有する構造をなし、機械的なばね質点系のよ
うな１自由度（１つの共振周波数を有する単一共振系）
の共鳴系を構成する。そして、レゾネータ５２は、平均
横断面積Ａ'[m2]及び実効長Ｌ'[m]を有する共鳴管部５
２Ａと、空洞容積Ｖ'[m 3]を有する空洞部５２Ｂと、を
含んで構成される。Ｌ'がＶ'／Ａ'に比べて大きい場
合、レゾネータ５２の基本振動数ｆ0'[Hz]は、次式によ
り表わされる。ここで、ｃは音速を示し、絶対温度をＴ
[K]としたとき、ｃ≒20.05Ｔ1/2［m/s］により演算され
る。
下流の吸気ダクト１４には、レゾネータ（共鳴器）５２
が接続される。レゾネータ５２は、管状の小さな入口と
奥に空間を有する構造をなし、機械的なばね質点系のよ
うな１自由度（１つの共振周波数を有する単一共振系）
の共鳴系を構成する。そして、レゾネータ５２は、平均
横断面積Ａ'[m2]及び実効長Ｌ'[m]を有する共鳴管部５
２Ａと、空洞容積Ｖ'[m 3]を有する空洞部５２Ｂと、を
含んで構成される。Ｌ'がＶ'／Ａ'に比べて大きい場
合、レゾネータ５２の基本振動数ｆ0'[Hz]は、次式によ
り表わされる。ここで、ｃは音速を示し、絶対温度をＴ
[K]としたとき、ｃ≒20.05Ｔ1/2［m/s］により演算され
る。
【００１５】ｆ0'＝ｃ／｛４（Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'）｝
一方、レゾネータ５２接続部下流における吸気系の基本
振動数ｆ0[Hz]は、共鳴管部として機能する吸気ダクト
１４の平均横断面積及び実効長を夫々Ａ[m3]及びＬ
[m]、空洞部として機能する部分の空洞容積をＶ[m3]と
すると、ＬがＶ／Ａに比べて大きい場合、次式により表
わされる。ここで、空洞容積Ｖは、共鳴管部として機能
する吸気ダクト１４下流における吸気系の容積が相当す
ることから、吸気マニホルド全容積＋吸気ポート全容積
＋１／２気筒容積、という演算式により求められる値を
使用する。
振動数ｆ0[Hz]は、共鳴管部として機能する吸気ダクト
１４の平均横断面積及び実効長を夫々Ａ[m3]及びＬ
[m]、空洞部として機能する部分の空洞容積をＶ[m3]と
すると、ＬがＶ／Ａに比べて大きい場合、次式により表
わされる。ここで、空洞容積Ｖは、共鳴管部として機能
する吸気ダクト１４下流における吸気系の容積が相当す
ることから、吸気マニホルド全容積＋吸気ポート全容積
＋１／２気筒容積、という演算式により求められる値を
使用する。
【００１６】ｆ0＝ｃ／｛４（Ｌ＋Ｖ／Ａ）｝
そして、レゾネータ５２接続部上流の吸気ダクト１４内
の吸気脈動を平滑化しつつ、その下流の吸気系を過給共
鳴のために利用するには、ｆ0'≒ｆ0という関係が成立
する必要があるから、次のような関係式が成り立つ。 ｃ／｛４（Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'）｝≒ｃ／｛４（Ｌ＋Ｖ／
Ａ）｝ 従って、この関係式を整理すると、レゾネータ５２の各
部寸法は、次のような関係式を満たす値に設定すればよ
いことがわかる。
の吸気脈動を平滑化しつつ、その下流の吸気系を過給共
鳴のために利用するには、ｆ0'≒ｆ0という関係が成立
する必要があるから、次のような関係式が成り立つ。 ｃ／｛４（Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'）｝≒ｃ／｛４（Ｌ＋Ｖ／
Ａ）｝ 従って、この関係式を整理すると、レゾネータ５２の各
部寸法は、次のような関係式を満たす値に設定すればよ
いことがわかる。
【００１７】Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ
また、Ｌ'がＶ'／Ａ'に比べて小さく、ＬがＶ／Ａに比
べて小さい場合、レゾネータ５２及びその接続部下流の
吸気系の共鳴周波数ｆ1[Hz]及びｆ2[Hz]は、次式により
表わされる。 ｆ1＝ｃ（Ａ'／Ｌ'Ｖ'）1/2／（２π） ｆ2＝ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（２π） そして、レゾネータ５２接続部上流の吸気ダクト１４内
の吸気脈動を平滑化しつつ、その下流の吸気系を過給共
鳴のために利用するには、ｆ1≒ｆ2という関係が成立す
る必要があるから、次のような関係式が成り立つ。
べて小さい場合、レゾネータ５２及びその接続部下流の
吸気系の共鳴周波数ｆ1[Hz]及びｆ2[Hz]は、次式により
表わされる。 ｆ1＝ｃ（Ａ'／Ｌ'Ｖ'）1/2／（２π） ｆ2＝ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（２π） そして、レゾネータ５２接続部上流の吸気ダクト１４内
の吸気脈動を平滑化しつつ、その下流の吸気系を過給共
鳴のために利用するには、ｆ1≒ｆ2という関係が成立す
る必要があるから、次のような関係式が成り立つ。
【００１８】ｃ（Ａ'／Ｌ'Ｖ'）1/2／（２π）≒ｃ（Ａ
／ＬＶ）1/2／（２π） 従って、この関係式を整理すると、レゾネータ５２の各
部寸法は、次のような関係式を満たす値に設定すればよ
いことがわかる。 Ｌ'Ｖ'／Ａ'≒ＬＶ／Ａ このように、レゾネータ５２の各部寸法を、Ｌ'＋Ｖ'／
Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ'≒ＬＶ／Ａを満たすよ
うに設定すれば、レゾネータ５２内の空気は、吸気ダク
ト１４内の吸気脈動と略同一共鳴周波数かつ逆位相で振
動することとなる。このため、レゾネータ５２接続部上
流の吸気ダクト１４内の吸気脈動は、レゾネータ５２に
より平滑化され、吸気音を低減させることができる。
／ＬＶ）1/2／（２π） 従って、この関係式を整理すると、レゾネータ５２の各
部寸法は、次のような関係式を満たす値に設定すればよ
いことがわかる。 Ｌ'Ｖ'／Ａ'≒ＬＶ／Ａ このように、レゾネータ５２の各部寸法を、Ｌ'＋Ｖ'／
Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ又はＬ'Ｖ'／Ａ'≒ＬＶ／Ａを満たすよ
うに設定すれば、レゾネータ５２内の空気は、吸気ダク
ト１４内の吸気脈動と略同一共鳴周波数かつ逆位相で振
動することとなる。このため、レゾネータ５２接続部上
流の吸気ダクト１４内の吸気脈動は、レゾネータ５２に
より平滑化され、吸気音を低減させることができる。
【００１９】一方、レゾネータ５２接続部下流の吸気系
においては、共鳴が平滑化されることがなく、共鳴過給
の減衰を抑制することができる。そして、内燃機関１０
の高回転域では、吸気脈動の位相が遅れ、吸気弁２０の
閉弁直前の吸気圧が低くなるため、ポンピング損失が低
減され、燃費を一層改善することができる。また、レゾ
ネータ５２接続部下流の吸気ダクト１４の平均横断面積
Ａは、次式により表わされる共鳴回転速度Ｎrにおい
て、平均管内流速が２２±４[m/s]となる値に設定され
ることが望ましい。ここで、共鳴回転速度Ｎrは、吸気
音を低減しつつ、共鳴過給によるトルクアップなどを望
む任意の回転速度に設定される。なお、次式中のｚは、
内燃機関の気筒数を示す。
においては、共鳴が平滑化されることがなく、共鳴過給
の減衰を抑制することができる。そして、内燃機関１０
の高回転域では、吸気脈動の位相が遅れ、吸気弁２０の
閉弁直前の吸気圧が低くなるため、ポンピング損失が低
減され、燃費を一層改善することができる。また、レゾ
ネータ５２接続部下流の吸気ダクト１４の平均横断面積
Ａは、次式により表わされる共鳴回転速度Ｎrにおい
て、平均管内流速が２２±４[m/s]となる値に設定され
ることが望ましい。ここで、共鳴回転速度Ｎrは、吸気
音を低減しつつ、共鳴過給によるトルクアップなどを望
む任意の回転速度に設定される。なお、次式中のｚは、
内燃機関の気筒数を示す。
【００２０】Ｎr≒３０ｃ／｛ｚ（Ｌ＋Ｖ／Ａ）｝
又は
Ｎr≒６０ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（πｚ）
ここで、各式の導出方法を簡単に示す。レゾネータ５２
接続部下流の吸気系における共鳴周波数ｆは、共鳴回転
速度をＮrとすると、 ｆ＝ｚＮr／１２０ と表わすことができる。そして、この式に、λ＝ｃ／ｆ
及びλ／４＝Ｌ＋Ｖ／Ａを代入して整理すると、Ｎr＝
３０ｃ／｛ｚ（Ｌ＋Ｖ／Ａ）｝となる。一方、この式
に、ｆ＝ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（２π）を代入して整理
すると、Ｎr＝６０ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（πｚ）とな
る。
接続部下流の吸気系における共鳴周波数ｆは、共鳴回転
速度をＮrとすると、 ｆ＝ｚＮr／１２０ と表わすことができる。そして、この式に、λ＝ｃ／ｆ
及びλ／４＝Ｌ＋Ｖ／Ａを代入して整理すると、Ｎr＝
３０ｃ／｛ｚ（Ｌ＋Ｖ／Ａ）｝となる。一方、この式
に、ｆ＝ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（２π）を代入して整理
すると、Ｎr＝６０ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（πｚ）とな
る。
【００２１】このように、吸気ダクト１４の平均横断面
積Ａを設定すると、共鳴過給の効果を一層向上させるこ
とができる。このとき、レゾネータ５２の搭載スペース
を最小限とするために、Ａ'＜Ａ，Ｖ'＜Ｖ及びＬ'＜Ｌ
の少なくとも１つの関係式が成立するように、レゾネー
タ５２の各部寸法を決定することが望ましい。かかる構
成によれば、本発明による効果を確保しつつ、レゾネー
タ５２をコンパクトに設計することができる。
積Ａを設定すると、共鳴過給の効果を一層向上させるこ
とができる。このとき、レゾネータ５２の搭載スペース
を最小限とするために、Ａ'＜Ａ，Ｖ'＜Ｖ及びＬ'＜Ｌ
の少なくとも１つの関係式が成立するように、レゾネー
タ５２の各部寸法を決定することが望ましい。かかる構
成によれば、本発明による効果を確保しつつ、レゾネー
タ５２をコンパクトに設計することができる。
【００２２】図２は、ＥＣＵ４６によるＥＧＲ装置４４
の制御内容を示す。なお、かかる制御は、内燃機関１０
の始動により開始され、所定時間毎に繰り返し実行され
る。ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同
様）では、回転速度センサ４８から機関回転速度Ｎe、
負荷センサ５０から機関負荷Ｑが夫々読み込まれる。ス
テップ２では、図３に示すような制御マップが参照さ
れ、機関回転速度Ｎe及び機関負荷Ｑにより特定される
機関運転状態が、少なくとも共鳴回転速度Ｎr近傍かつ
低負荷領域（以下「領域Ａ」という）にあるか否かが判
定される。そして、機関運転状態が領域Ａにあればステ
ップ３へと進み（Ｙｅｓ）、ＥＧＲバルブ４４Ｂが開弁
される。一方、機関運転状態が領域Ａになければステッ
プ４へと進み（Ｎｏ）、ＥＧＲバルブ４４Ｂが閉弁され
る。
の制御内容を示す。なお、かかる制御は、内燃機関１０
の始動により開始され、所定時間毎に繰り返し実行され
る。ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同
様）では、回転速度センサ４８から機関回転速度Ｎe、
負荷センサ５０から機関負荷Ｑが夫々読み込まれる。ス
テップ２では、図３に示すような制御マップが参照さ
れ、機関回転速度Ｎe及び機関負荷Ｑにより特定される
機関運転状態が、少なくとも共鳴回転速度Ｎr近傍かつ
低負荷領域（以下「領域Ａ」という）にあるか否かが判
定される。そして、機関運転状態が領域Ａにあればステ
ップ３へと進み（Ｙｅｓ）、ＥＧＲバルブ４４Ｂが開弁
される。一方、機関運転状態が領域Ａになければステッ
プ４へと進み（Ｎｏ）、ＥＧＲバルブ４４Ｂが閉弁され
る。
【００２３】なお、かかるＥＧＲ装置４４の制御は、既
存のＥＧＲ制御と共に行うようにしてもよい。このよう
にすれば、少なくとも共鳴回転速度Ｎr近傍の低負荷領
域では、ＥＧＲバルブ４４Ｂが開弁され、レゾネータ５
２接続部下流の吸気系と排気マニホルド３６とが連通さ
れることとなる。このため、レゾネータ５２接続部下流
の吸気系において、共鳴吸気が減衰（吸気脈動が平滑
化）され、この領域でのポンピング損失が低減され、燃
費を改善することができる。
存のＥＧＲ制御と共に行うようにしてもよい。このよう
にすれば、少なくとも共鳴回転速度Ｎr近傍の低負荷領
域では、ＥＧＲバルブ４４Ｂが開弁され、レゾネータ５
２接続部下流の吸気系と排気マニホルド３６とが連通さ
れることとなる。このため、レゾネータ５２接続部下流
の吸気系において、共鳴吸気が減衰（吸気脈動が平滑
化）され、この領域でのポンピング損失が低減され、燃
費を改善することができる。
【００２４】図４は、内燃機関１０に対して本発明を適
用した第２実施形態を示す。本実施形態では、第１実施
形態のＥＧＲ装置４４に代えて、レゾネータ５２の共鳴
管部５２Ａとその接続部下流の吸気ダクト１４とを連通
させる連通路５４と、これを機関運転状態に応じて開閉
する開閉弁５６と、が備えられる。なお、開閉弁５６の
制御内容は、第１実施形態におけるＥＧＲ装置４４の制
御内容と同一であるので、その説明は省略することとす
る。
用した第２実施形態を示す。本実施形態では、第１実施
形態のＥＧＲ装置４４に代えて、レゾネータ５２の共鳴
管部５２Ａとその接続部下流の吸気ダクト１４とを連通
させる連通路５４と、これを機関運転状態に応じて開閉
する開閉弁５６と、が備えられる。なお、開閉弁５６の
制御内容は、第１実施形態におけるＥＧＲ装置４４の制
御内容と同一であるので、その説明は省略することとす
る。
【００２５】このようにすれば、少なくとも共鳴回転速
度Ｎr近傍の低負荷領域では、開閉弁５６が開弁され、
レゾネータ５２の共鳴管部５２Ａとレゾネータ５２接続
部下流の吸気系とが連通されることとなる。このため、
レゾネータ５２接続部下流の吸気系において、気柱の共
鳴振動数が変化して共鳴が起こらないことから、この領
域でのポンピング損失が低減され、燃費を一層改善する
ことができる。
度Ｎr近傍の低負荷領域では、開閉弁５６が開弁され、
レゾネータ５２の共鳴管部５２Ａとレゾネータ５２接続
部下流の吸気系とが連通されることとなる。このため、
レゾネータ５２接続部下流の吸気系において、気柱の共
鳴振動数が変化して共鳴が起こらないことから、この領
域でのポンピング損失が低減され、燃費を一層改善する
ことができる。
【００２６】なお、以上説明した実施形態は、４気筒内
燃機関を前提としたが、４気筒未満の内燃機関にも本発
明を適用可能であることはいうまでもない。
燃機関を前提としたが、４気筒未満の内燃機関にも本発
明を適用可能であることはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、レゾネータ接続部上流の吸気系内の吸気脈
動は、レゾネータにより平滑化され、吸気音を低減する
ことができる。一方、レゾネータ接続部下流の吸気系に
おいては、共鳴が平滑化されることがなく、共鳴過給の
減衰を抑制することができる。そして、内燃機関の高回
転域では、吸気脈動の位相が遅れ、吸気弁の閉弁直前の
吸気圧が低くなるため、ポンピング損失が低減され、燃
費を改善することができる。
明によれば、レゾネータ接続部上流の吸気系内の吸気脈
動は、レゾネータにより平滑化され、吸気音を低減する
ことができる。一方、レゾネータ接続部下流の吸気系に
おいては、共鳴が平滑化されることがなく、共鳴過給の
減衰を抑制することができる。そして、内燃機関の高回
転域では、吸気脈動の位相が遅れ、吸気弁の閉弁直前の
吸気圧が低くなるため、ポンピング損失が低減され、燃
費を改善することができる。
【００２８】請求項２記載の発明によれば、共鳴過給の
効果を一層向上させることができる。請求項３記載の発
明によれば、吸気音を低減すると共に共鳴過給の減衰を
抑制しつつ、レゾネータをコンパクトに設計できる。請
求項４記載の発明によれば、レゾネータ接続部下流の吸
気系において、共鳴吸気が減衰（吸気脈動が平滑化）さ
れ、この領域でのポンピング損失が低減されるため、燃
費を一層改善することができる。
効果を一層向上させることができる。請求項３記載の発
明によれば、吸気音を低減すると共に共鳴過給の減衰を
抑制しつつ、レゾネータをコンパクトに設計できる。請
求項４記載の発明によれば、レゾネータ接続部下流の吸
気系において、共鳴吸気が減衰（吸気脈動が平滑化）さ
れ、この領域でのポンピング損失が低減されるため、燃
費を一層改善することができる。
【００２９】請求項５記載の発明によれば、レゾネータ
接続部下流の吸気系において、気柱の共鳴周波数が変化
して共鳴が起こらないことから、この領域でのポンピン
グ損失が低減されるため、燃費を一層改善することがで
きる。
接続部下流の吸気系において、気柱の共鳴周波数が変化
して共鳴が起こらないことから、この領域でのポンピン
グ損失が低減されるため、燃費を一層改善することがで
きる。
【図１】 本発明を適用した内燃機関の第１実施形態の
構成図
構成図
【図２】 同上における制御内容を示すフローチャート
【図３】 制御マップの説明図
【図４】 本発明を適用した内燃機関の第２実施形態の
構成図
構成図
１０ 内燃機関
１２Ａ〜１２Ｄ 燃焼室
１４ 吸気ダクト
１６ 吸気マニホルド
１８ 吸気ポート
４４ ＥＧＲ装置
４４Ａ ＥＧＲパイプ
４４Ｂ ＥＧＲバルブ
４６ ＥＣＵ
４８ 回転速度センサ
５０ 負荷センサ
５２ レゾネータ
５２Ａ 共鳴管部
５２Ｂ 空洞部
５４ 連通路
５６ 開閉弁
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ａ
３１１ ３１１Ｂ
Ｆ０２Ｍ 35/10 ３１１ Ｆ０２Ｍ 35/10 ３１１Ｅ
35/104 １０２Ｗ
Ｆターム(参考） 3G031 AA17 AA28 AB05 AC01 AD03
AD07 AD08 BA02 BA08 BA09
BA11 BA15 BA17 BA19 BB08
BB09 BB16 CA02 DA16 FA03
FA06 GA05 GA11 GA12 GA13
HA02 HA04 HA08 HA10
3G092 AA01 AA10 AA13 AA17 AA18
AB02 AB20 DB01 DB03 DC10
DF01 DF08 EA11 FA02 FA17
FA25 GA04 GA05 GA06 HA06Z
HA10Z HA11Z HE01Z
Claims (5)
- 【請求項１】平均横断面積Ａ'及び実効長Ｌ'を有する共
鳴管部と、容積Ｖ'を有する空洞部と、を含んで構成さ
れるレゾネータを吸気系に接続し、その接続部下流の吸
気系を共鳴過給のための共鳴器として利用する多気筒内
燃機関の吸気装置であって、前記吸気系において共鳴器
の共鳴管部として機能する部分の平均横断面積及び実効
長を夫々Ａ及びＬ、空洞部として機能する部分の容積を
Ｖとしたとき、前記レゾネータの各部寸法を、 Ｌ'＋Ｖ'／Ａ'≒Ｌ＋Ｖ／Ａ 又は Ｌ'Ｖ'／Ａ'≒ＬＶ／Ａ のように設定したことを特徴とする多気筒内燃機関の吸
気装置。 - 【請求項２】前記吸気系において共鳴器の共鳴管部とし
て機能する部分の平均横断面積Ａは、気筒数及び音速を
夫々ｚ及びｃとしたとき、次式で表わされる共鳴回転速
度Ｎrにおいて、平均管内流速が２２±４[m/s]となるよ
うに設定されたことを特徴とする請求項１記載の多気筒
内燃機関の吸気装置。 Ｎr≒３０ｃ／｛ｚ（Ｌ＋Ｖ／Ａ）｝ 又は Ｎr≒６０ｃ（Ａ／ＬＶ）1/2／（πｚ） - 【請求項３】前記レゾネータの各部は、Ａ'＜Ａ、Ｖ'＜
Ｖ及びＬ'＜Ｌのうち少なくとも１つの関係式が成立す
る寸法に設定されたことを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の多気筒内燃機関の吸気装置。 - 【請求項４】排気の一部を吸気系に再循環させる排気再
循環通路に介装された排気再循環弁を、少なくとも目標
共鳴回転速度近傍の低負荷領域で開弁させることを特徴
とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の多気
筒内燃機関の吸気装置。 - 【請求項５】前記レゾネータの共鳴管部と吸気系におい
て共鳴器の共鳴管部として機能する部分とを連通する連
通路に介装された開閉弁を、少なくとも目標共鳴回転速
度近傍の低負荷領域で開弁させることを特徴とする請求
項１〜請求項４のいずれか１つに記載の多気筒内燃機関
の吸気装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002147531A JP2003343376A (ja) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | 多気筒内燃機関の吸気装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002147531A JP2003343376A (ja) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | 多気筒内燃機関の吸気装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003343376A true JP2003343376A (ja) | 2003-12-03 |
Family
ID=29766558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002147531A Pending JP2003343376A (ja) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | 多気筒内燃機関の吸気装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003343376A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266233A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Nissan Motor Co Ltd | 吸気系発生音伝播構造 |
| EP1801382A3 (en) * | 2005-12-22 | 2009-08-12 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Air intake device for internal combustion engine |
| JP2012167639A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Daihatsu Motor Co Ltd | 内燃機関の排気ガス再循環システム |
| KR101189299B1 (ko) | 2006-11-22 | 2012-10-09 | 현대자동차주식회사 | 스월콘트롤밸브를 갖춘 흡기계 |
| KR101509817B1 (ko) * | 2009-12-02 | 2015-04-17 | 현대자동차주식회사 | 엔진 내 ｅｇｒ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치 |
| JP2015124665A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 三菱自動車工業株式会社 | 直列四気筒のエンジン |
| JP2015124664A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 三菱自動車工業株式会社 | 直列四気筒のエンジン |
-
2002
- 2002-05-22 JP JP2002147531A patent/JP2003343376A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266233A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Nissan Motor Co Ltd | 吸気系発生音伝播構造 |
| JP4561429B2 (ja) * | 2005-03-25 | 2010-10-13 | 日産自動車株式会社 | 吸気系発生音伝播構造 |
| EP1801382A3 (en) * | 2005-12-22 | 2009-08-12 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Air intake device for internal combustion engine |
| KR101189299B1 (ko) | 2006-11-22 | 2012-10-09 | 현대자동차주식회사 | 스월콘트롤밸브를 갖춘 흡기계 |
| KR101509817B1 (ko) * | 2009-12-02 | 2015-04-17 | 현대자동차주식회사 | 엔진 내 ｅｇｒ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치 |
| JP2012167639A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Daihatsu Motor Co Ltd | 内燃機関の排気ガス再循環システム |
| JP2015124665A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 三菱自動車工業株式会社 | 直列四気筒のエンジン |
| JP2015124664A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | 三菱自動車工業株式会社 | 直列四気筒のエンジン |
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