JP2005201204A - 内燃機関の吸気系構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転者が加速感を体感できるように、運転者の聴覚を刺激する内燃機関の吸気系構造を提供する。
【解決手段】 エンジン吸気系構造は、車両の外部から吸入された空気中の粉塵等の異物を捕集するエアクリーナ２００と、エンジンへの供給空気量を調節するスロットルボディに接続されるエアクリーナホース１００と、車両の外部からの空気取入れ口に接続される第１のクールエアダクト６００と、第１のクールエアダクト６００に設けられたレゾネータ７００と、第２のエアクールダクト８００と、第２のエアクールダクト８００とエアクリーナ２００との間に設けられたバルブ９００とを含む。バルブ９００は、車両の加速度が小さい領域においては閉じ側になるように、車両の加速度が大きい領域においては開き側になるような構造を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の吸気系構造に関し、特に、運転者の聴覚を刺激する吸気音等を調整する吸気系構造に関する。

従来、一般に車載内燃機関は、複数のピストンが往復移動可能に設けられたシリンダブロックと、シリンダブロックの上端に取り付けられたシリンダヘッドとを備えている。また、各ピストンの上端とシリンダヘッドとの間にはそれぞれ燃焼室が設けられ、その燃焼室には吸気通路および排気通路が接続されている。シリンダヘッドには吸気バルブおよび排気バルブが設けられている。この吸気バルブを開閉駆動することにより吸気通路と燃焼室とが連通・遮断され、排気バルブを開閉駆動することにより排気通路と燃焼室とが連通・遮断されるようになっている。

内燃機関の吸気行程においては吸気バルブが開き、吸気通路内の空気が脈動しながら燃焼室内へ吸入される。また、吸気通路には、吸気バルブが開いたときに燃焼室内へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。したがって、内燃機関の吸気行程中には、吸気通路から燃焼室内へ吸入される空気と、燃料噴射弁から燃焼室内へ噴射される燃料とが混じり合って混合ガスが形成され、その混合ガスが燃焼室へ吸入されるようになる。

内燃機関における、吸気音の低減や、サージタンクに発生する打音を除去するため、また内燃機関のトルクアップのために、内燃機関における吸気系（インテークマニホールド）にレゾネータが設けられる。

これは、単一の管またはダクト内に生じる気柱振動の腹にレゾネータを設けて、気柱振動音を低減させるものである。すなわち、インテークマニホールドに気柱振動音を低減するためのレゾネータを設けて、吸気音を低減するにようにしている。

レゾネータが付いているインテークマニホールドにおいては、インテークマニホールドとレゾネータとが別体に設けられることが多い。車両に設けられた外気取り入れ口から取り込まれた空気は、エアクリーナーやスロットルボディー等からサージタンクへ導かれる。このとき、サージタンクにおいて発生する吸気音はレゾネータによって低減されるとともに、レゾネータによって吸入空気の脈動が平滑化される。サージタンクへ導入された空気は分配管から内燃機関の各燃焼室へ送られる。

このような内燃機関において、内燃機関の燃焼室に吸入される空気の吸気音等を調整するための装置が、特許文献１（特開平２−１１５５１２号公報）に開示されている。特許文献１は、自動車用エンジンの吸排気装置を開示する。この自動車用エンジンの吸排気装置は、エンジンの吸気音および排気音の少なくとも一方を変化させるサウンド可変手段と、車両の運転状態を検知するセンサの出力に基づいて、車両の運転パターンを検出する運転パターン検出手段と、この運転パターン検出手段により検出される運転パターンを予め設定した標準パターンと比較して、標準パターンよりも静粛運転側か走行性能重視の運転側かを識別する比較手段と、この比較手段による識別に基づき、走行性能重視の運転側となったときに静粛運転側にあるときよりも音圧を高める方向にサウンド可変手段を作動させるサウンド可変手段とを含む。

この自動車用エンジンの吸排気装置によると、加速運転や高負荷運転が多く行なわれるというように、運転状態を検出するセンサの出力に基づいて検出される運転パターンが標準パターンよりも走行性能重視側となったとき、それに応じて吸気音等の音圧が高められることにより、運転パターンが明確に体感されるような車内音を発生させることができる。

特許文献１に開示された自動車用エンジンの吸排気装置は、サウンド可変手段として、吸気装置には電動式または油圧式のアクチュエータによって駆動制御される吸気音可変機構が設けられているので、その構造が複雑およびその周辺構造が極めて複雑となり、内燃機関全体としての設計にも制約を加えることともなる。特開平１０−３３９２２５号公報（特許文献２）は、これらの問題に鑑み、極めて簡易な構造により、加速走行時にはスポーツサウンドを発生させるなどの吸気音調整を行なうことができる車載内燃機関の吸気装置を開示する。この車載内燃機関の吸気装置は、車載内燃機関の燃焼室に空気を供給するための吸気通路と、この吸気通路を流れる空気の流量制御を行なう流量調整機構と、吸気通路に設けられ供給される空気の浄化を行う吸気浄化装置とを備える車載内燃機関の吸気装置であって、吸気浄化装置の側面は開口部を有し、その開口される吸気浄化装置側面の内側には同吸気浄化装置内の負圧に基づき該開口部を開閉する開閉板が設けられている。

この車載内燃機関の吸気装置によると、内燃機関を搭載する自動車が定常走行をしている状態においては、この内燃機関の吸気に伴い、吸気浄化装置内に作用する負圧は小さいため、開閉板は閉じられた状態を保つ。したがって、吸気浄化装置内の密閉性は保たれることとなり、低騒音状態を維持することができる。
特開平２−１１５５１２号公報 特開平１０−３３９２２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された自動車用エンジンの吸排気装置においては、各種センサにより検出された状態量に基づいて、走行パターンを判断して吸気音を高めるようにしており、たとえば登坂路走行、牽引走行等のエンジンの負荷が高い状態であって静粛性を求める場合であっても、吸気音を高めてしまう。特許文献２に開示された車載内燃機関の吸気装置においても、特許文献における機構の複雑さを解消したものに過ぎず、エンジン負荷（負圧の大きさ）で開閉するバルブを設けた。このため、特許文献１と同様に、エンジンの負荷が高い状態で、吸気音が高まるという問題がある。

これは、定常運転走行時には静粛であって欲しいが、加速時にはその加速感（運転者のアクセルペダルの踏み込み量に応じた加速感）に対応する吸気音や排気音により、運転者の聴覚を刺激したいという考えがある。加速時に発生させる音としてはエンジン回転次数成分が音色として好ましいと考えられ、回転次数の音を発生させるためには吸気音および排気音を大きくすることが好ましい。しかしながら、排気音を増加させると、車内に発生するこもり音が増加するので、運転者の聴覚を刺激して加速感を体験させるには、吸気音により音の発生が行なわれる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、運転者が加速感を体感できるように、運転者の聴覚を刺激する内燃機関の吸気系構造を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の吸気系構造は、車両に搭載された内燃機関の燃焼室に空気を供給する吸気通路と、吸気通路に設けられ、供給される空気を浄化する吸気浄化装置とを備える内燃機関の吸気系である。この内燃機関の吸気系は、車両の加速度に対応させて、吸気浄化装置への流入空気量を変更するための変更手段を含む。

第１の発明によると、車両の加速度が大きいときには、吸気浄化装置への流入空気量が多くなるように変更したり、車両の加速度が大きくないときには、吸気浄化装置への流入空気量が少なくなるように変更したりする。すなわち、定常走行時、緩加速時、登坂走行時には（スロットルバルブが開いている）、流入空気量を少なくして吸入音の音圧レベルを抑える。加速Ｇが大きい加速時には、流入空気量を多くして吸入音の音圧レベルを抑えることをしないで、吸気音を大きくして運転者の聴覚を刺激する車内音が回転次数成分を反映させた音色にする。これにより、単に内燃機関の負荷が高いときに吸気音が大きくなるのではなく、加速感に対応させて吸気音を発生させることができる。特に、吸気浄化装置への流入空気量を変更するので、大きな加速度を発生させるときには吸気系の吸気抵抗も低減させることができ内燃機関の出力向上も実現できる。その結果、運転者が加速感を体感できるように、運転者の聴覚を刺激する内燃機関の吸気系構造を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の吸気系構造においては、第１の発明の構成に加えて、変更手段は、加速度が大きいと流入空気量が多くなるように、加速度が小さいと流入空気量が少なくなるように変更するための手段を含む。

第２の発明によると、車両の加速度が大きいと流入空気量が多くなるように、加速度が小さいと流入空気量が少なくなるようにして、内燃機関の負荷に応じてではなく、車両の加速度に応じて吸気音の音圧レベルを調整できる。

第３の発明に係る内燃機関の吸気系構造においては、第１または２の発明の構成に加えて、変更手段は、吸気管路に設けられた開閉弁である。この開閉弁は、支軸と、支軸に設けられた円板状の弁体と、支軸に接続され、予め定められた質量から構成され、質量および加速度に対応した力を受けて支軸を回転させて弁体の開度を変更して、流入空気量を変更するものである。

第３の発明によると、加速度が大きくなるほどに支軸が回転して弁体を開くように開閉弁を設ける。これにより、加速度が大きいと弁体が開いて流入空気量が多くなるように、加速度が小さいと弁体が閉じて流入空気量が少なくなるように変更することができる。

第４の発明に係る内燃機関の吸気系構造は、内燃機関の燃焼室に空気を供給する吸気通路と、吸気通路に設けられたレゾネータとを備える内燃機関の吸気系である。この内燃機関の吸気系構造は、吸気通路とレゾネータとの連通部に設けられた開口部と、車両の加速度に対応させて、開口部の開口面積を変更するための変更手段とを含む。

第４の発明によると、車両の加速度が大きいときには、吸気通路からレゾネータへの開口部における開口面積を変更して、レゾネータへの空気量が少なくなるように変更したり、車両の加速度が大きくないときには、吸気通路からレゾネータへの開口部における開口面積を変更して、レゾネータへの空気量が多くなるように変更したりする。すなわち、定常走行時、緩加速時、登坂走行時には（スロットルバルブが開いている）、レゾネータへの流入空気量を多くしてレゾネータの機能を十分に発現させて吸入音の音圧レベルを抑える。加速Ｇが大きい加速時には、レゾネータへの流入空気量を少なくしてレゾネータの機能を十分に発現させないようにして吸入音の音圧レベルを抑えることをしないで、吸気音を大きくして運転者の聴覚を刺激する車内音が回転次数成分を反映させた音色にする。これにより、単に内燃機関の負荷が高いときに吸気音が大きくなるのではなく、加速感に対応させて吸気音を発生させることができる。その結果、運転者が加速感を体感できるように、運転者の聴覚を刺激する内燃機関の吸気系構造を提供することができる。

第５の発明に係る内燃機関の吸気系構造においては、第４の発明の構成に加えて、変更手段は、加速度が大きいと開口面積が小さくなるように、加速度が小さいと開口面積が大きくなるように変更するための手段を含む。

第５の発明によると、車両の加速度が大きいとレゾネータの機能を十分に発現しないように、レゾネータへの流入空気量が少なくなるように、加速度が小さいとレゾネータの機能を十分に発現するように、レゾネータへの流入空気量が多くなるようにして、内燃機関の負荷に応じてではなく、車両の加速度に応じて吸気音の音圧レベルを調整できる。

第６の発明に係る内燃機関の吸気系構造においては、第４または５の発明の構成に加えて、変更手段は、開口部に設けられた開閉弁である。この開閉弁は、支軸と、支軸に設けられた円板状の弁体と、支軸に接続され、予め定められた質量から構成され、質量および加速度に対応した力を受けて支軸を回転させて弁体の開度を変更して、開閉弁の開口面積を変更するものである。

第６の発明によると、加速度が大きくなるほどに支軸が回転して弁体を閉じるように開閉弁を設ける。これにより、加速度が大きいと弁体が閉じてレゾネータの機能が発現しなくなり、加速度が小さいと弁体が開いてレゾネータの機能が発現するように変更することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係るエンジン吸気系構造について説明する。図１は、エンジンに空気を供給するエンジン吸気系構造の一部の構造を示す概略図である。

このエンジン吸気系構造は、車両の外部から吸入された空気中の粉塵等の異物を捕集するエアクリーナ２００と、エンジンへの供給空気量を調節するスロットルボディに接続されるエアクリーナホース１００と、車両の外部からの空気取入れ口に接続される第１のクールエアダクト６００と、第１のクールエアダクト６００に設けられたレゾネータ７００と、第２のエアクールダクト８００と、第２のエアクールダクト８００とエアクリーナ２００との間に設けられたバルブ９００とを含む。エアクリーナ２００は、エアクリーナエレメント３００を含んで構成される。

エアクリーナホース１００は、エアクリーナ２００のエアクリーナエンジン側ケース４００に設けられ、第１のクールエアダクト６００および第２のクールエアダクト８００は、エアクリーナ２００のエアクリーナ外気側ケース５００に設けられる。また、吸気音は、レゾネータ７００によって低減されるとともに、レゾネータ７００によって吸入空気の脈動が平滑化される。このレゾネータ７００は、エンジン吸気系構造において１個以上設けられる。本発明においては、レゾネータ７００の個数は特に限定されるものではない。

通常、吸気音の音圧レベルを低減させるためには、第１のクールエアダクト６００の管路径を小さく設計する。本実施の形態においては、単に吸気音の音圧レベルを低減させるだけではないので、別途、エアクリーナ２００に第２のクールエアダクト８００を設けるとともに、第２のクールエアダクト８００を通過してエアクリーナ２００に吸入される空気量を調節するバルブ９００を設けている。

このバルブ９００は、後述する構造により、車両の加速度が小さい領域（定常走行、緩加速等の領域）においては閉じており、車両の加速度が大きい領域においては開く。このため、バルブ９００が閉じている車両の加速度が小さい領域においては、第２のクールエアダクト８００の吸入口近傍の吸気音の音圧は低いレベルに抑えられる。その結果、運転者の聴覚を刺激する車内音の音圧レベルも抑えられる。

一方、バルブ９００が開いている車両の加速度が大きい領域においては、第２のクールエアダクト８００の吸入口近傍の吸気音の音圧は高いレベルになる。その結果、運転者の聴覚を刺激する車内音の音圧レベルが上がる。このとき、第２のクールエアダクト８００の吸入口を車内への音の伝達感度の高い部分に設置すると車内音の音圧レベルがさらに上昇する。このとき、吸気音は、エンジン回転次数成分を主として含むため、加速感を聴覚により感じたい運転者にとっては心地良い音になる。

また、バルブ９００が開いて第２のクールエアダクト８００から空気を吸入するので、吸気抵抗が低減してエンジン性能を向上して、加速性能が向上する。すなわち、バルブ９００の開度の度合いを加速の大きさに対応させた（たとえば、比例させた）構造にすると、加速度の大きさに見合った音と、加速度とを実現させることができる。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に、バルブ９００の概略構造を示す。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、バルブ９００の基本的な構造は、いわゆるバタフライ弁といわれる開閉弁の構造であって、支軸９３０に円板状の弁体９２０が支軸９３０を中心として回転自在に設けられる。この支軸９３０には、一定の質量を有するマス９１０が設けられる。車両に加速度が生じるとこのマス９１０には、質量をｍ、加速度をαとして、Ｆ＝ｍαの力が生じる。この力は、マス９１０を矢示Ａの方向に移動させる力であって、弁体９２０を矢示Ｂの方向に回転させる。すなわち、加速度が大きいほど、力Ｆが大きくなり弁体９２０がより大きく開くことになる。

以上のような構造を有するエンジン吸気系構造の作用について説明する。

車両が走行中に、運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速させようとすると、スロットルバルブが開いてエンジンへ供給される空気量が増えてエンジン出力が上昇して、登坂路でなければ車両が加速する。この車両の加速の度合いに応じてバルブ９００が開く。加速度が大きくなるほど、バルブ９００が大きく開く。バルブ９００が開くと、第２のクールエアダクト８００を介して空気がエアクリーナ２００に供給される。このとき、第２のクールエアダクト８００に吸入する空気による吸気音が発生する。この吸気音の音圧レベルは、加速度が大きくなると、さらにバルブ９００が開くので、さらに大きくなる。このため、運転者は、加速感に見合った吸気音を聴覚で感じることができる。このとき、エンジンへの供給空気は、第１のクールエアダクト６００のみならず第２のクールエアダクト８００をも通って供給される。このため、供給空気の吸気抵抗が低下して、エンジンの出力も向上する。

加速度が下がってくると、バルブ９００が閉じてくるので、第２のクールエアダクト８００に吸入する空気が低下して吸気音の音圧レベルも低下する。この吸気音の音圧レベルは、加速度が小さくなると、さらにバルブ９００が閉じるので、さらに小さくなる。このため、運転者は、加速感に見合った吸気音を聴覚で感じることができる。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジン吸気系構造によると、車両の加速度に応じた吸気音の音圧レベルを発生させることができ、その吸気音はエンジン回転次数成分を主として含むので、運転者が望む加速感に対応した吸気音を発生させることができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係るエンジン吸気系構造について説明する。なお、以下の説明において、前述の第１の実施の形態のエンジン吸気系構造と同じ構成については同じ参照符号を付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

図３は、エンジンに空気を供給するエンジン吸気系構造の一部の構造を示す概略図である。図１との相違点は、第２のクールエアダクト８００およびバルブ９００を有しないこと、レゾネータ７００と第１のクールエアダクト６００との連通部にバルブ９５０を有することである。

前述の説明の通り、レゾネータ７００の機能は、吸気音を低減させることである。そのため、バルブ９５０が開いた状態でないとレゾネータ７００の機能を十分に発現しない。すなわち、吸気音の音圧レベルを大きくしたいときには、バルブ９５０を閉じるようにするとよい。

バルブ９５０は、バルブ９００と同じ構造を有する。ただし、加速度が大きいほどバルブ９５０が閉じるように、加速度が小さいほどバルブ９５０が開くように、バルブ９５０の設置方向が定められる。このため、車両の加速度が大きいときには、第１のクールエアダクト６００からレゾネータ７００への空気量が少なくなるように変更して、車両の加速度が大きくないときには、第１のクールエアダクト６００からレゾネータ７００への空気量が多くなる。すなわち、定常走行時、緩加速時、登坂走行時には、加速度が大きくないのでバルブ９５０が開いて、レゾネータ７００への流入空気量が多くなり、レゾネータ７００の機能を十分に発現させて吸入音の音圧レベルが抑えられる。

加速度が大きいと、レゾネータ７００への流入空気量を少なくしてレゾネータ７００の機能を十分に発現させないようにして吸入音の音圧レベルを抑えることをしないで、吸気音を大きくして運転者の聴覚を刺激する車内音が回転次数成分を反映させた音色を発生させる。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジン吸気系構造によっても、第１の実施の形態に係るエンジン吸気系構造と同様に、車両の加速度に応じた吸気音の音圧レベルを発生させることができ、その吸気音はエンジン回転次数成分を主として含むので、運転者が望む加速感に対応した吸気音を発生させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの吸気系の一部を表わす概略図である。 開閉弁の構造を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係るエンジンの吸気系の一部を表わす概略図である。

符号の説明

１００ エアクリーナホース、２００ エアクリーナ、３００ エアクリーナエレメント、４００ エアクリーナエンジン側ケース、５００ エアクリーナ外気側ケース、６００ 第１のクールエアダクト、７００ レゾネータ、８００ 第２のクールエアダクト、９００，９５０ バルブ、９１０ マス、９２０ 弁体、９３０ 支軸。

Claims (6)

1. 車両に搭載された内燃機関の燃焼室に空気を供給する吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、前記供給される空気を浄化する吸気浄化装置とを備える内燃機関の吸気系において、
   前記車両の加速度に対応させて、前記吸気浄化装置への流入空気量を変更するための変更手段を含む、内燃機関の吸気系構造。
2. 前記変更手段は、前記加速度が大きいと前記流入空気量が多くなるように、前記加速度が小さいと前記流入空気量が少なくなるように変更するための手段を含む、請求項１に記載の内燃機関の吸気系構造。
3. 前記変更手段は、前記吸気管路に設けられた開閉弁であって、
   前記開閉弁は、
   支軸と、
   前記支軸に設けられた円板状の弁体と、
   前記支軸に接続され、予め定められた質量から構成され、前記質量および前記加速度に対応した力を受けて前記支軸を回転させて前記弁体の開度を変更して、前記流入空気量を変更する、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気系構造。
4. 内燃機関の燃焼室に空気を供給する吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられたレゾネータとを備える内燃機関の吸気系において、
   前記吸気通路と前記レゾネータとの連通部に設けられた開口部と、
   前記車両の加速度に対応させて、前記開口部の開口面積を変更するための変更手段とを含む、内燃機関の吸気系構造。
5. 前記変更手段は、前記加速度が大きいと前記開口面積が小さくなるように、前記加速度が小さいと前記開口面積が大きくなるように変更するための手段を含む、請求項４に記載の内燃機関の吸気系構造。
6. 前記変更手段は、前記開口部に設けられた開閉弁であって、
   前記開閉弁は、
   支軸と、
   前記支軸に設けられた円板状の弁体と、
   前記支軸に接続され、予め定められた質量から構成され、前記質量および前記加速度に対応した力を受けて前記支軸を回転させて前記弁体の開度を変更して、前記開閉弁の開口面積を変更する、請求項４または５に記載の内燃機関の吸気系構造。
   

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