JP2006083787A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気音の音質感を損なうことのない内燃機関の吸気装置を提供する
【解決手段】 内燃機関の吸気装置は、内燃機関に吸気を導入する第１外気ダクト６と、第１外気ダクト６から分岐する第２外気ダクト９と、を有し、第２外気ダクト９は、吸気音に対して所定周波数帯の音圧を付加するようにその通路長さが設定されていることを特徴としている。これによって、第１外気ダクト６から第２外気ダクト９に吸気音の一部を洩らすことで吸気音の音圧を低減することができると共に、第２外気ダクト９内に導かれた吸気音を第２外気ダクト９内で共鳴させることで、第２外気ダクト９の一端９ａから吸気音の音質向上に必要な周波数成分の音圧を放出することができる。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

内燃機関に必要な空気を取り入れる吸気通路において、吸気通路の周壁の一部から外部（吸気通路の外側）に吸気音の一部が漏れるようにすることで、特定の周波数の音圧を低減させ、吸気系の静粛性を実現させる技術が従来から知られている。例えば、特許文献１においては、エアクリーナに外気を導入する吸気ダクトの周壁の一部に開口部を設け、この開口部を覆うように通気性を有する多孔質材が接合された吸気ダクトが開示されている。
特開２００１−１２３２４号公報

しかしながら、このような従来技術においては、吸気系の静粛性を重視するあまり吸気音が所定の目標レベルを満たせば良いという観点に立っていたため、一部の周波数域ではかえって吸気音の音圧レベルが下がりすぎてしまい、運転者が車室内で感じる吸気音の音質感としては物足りなくなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、吸気音の音質感を損なうことのない内燃機関の吸気装置を提供することを目的としている。

そこで、本発明に係る内燃機関の吸気装置は、内燃機関に吸気を導入する吸気通路と、吸気通路から分岐する共鳴通路と、を有し、共鳴通路は、一端が大気開放され他端が吸気通路に接続されていると共に、吸気音に対して所定周波数帯の音圧を付加するようにその通路長さが設定されていることを特徴としている。これによって、吸気音の一部は吸気通路から共鳴通路に導かれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置において、共鳴通路には、通気性を有する音透過材が介装されていることを特徴としている。これによって、吸気音の一部は吸気通路から音透過材を介して共鳴通路に導かれる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置において、吸気通路には、エアクリーナが介装され、共鳴通路は、エアクリーナよりも上流側で吸気通路に連通しているものであって、共鳴通路が接続された吸気通路の接続部に、機関運転状態に応じて、共鳴通路もしくは吸気通路の接続部よりも上流側部分のいずれか一方を閉じ、他方を開放する切り換え弁が配置され、切り換え弁は、その弁体の少なくとも一部が通気性を有する音透過材からなっていることを特徴としている。これにより、機関運転状態に応じ、低回転時には吸気音低減とともにエアクリーナ上流側の吸気導入経路のローカル共振が図られ、中高速回転時には、第１外気ダクトからエンジンへの十分な空気流量が確保されつつ、第２外気ダクトより吸気音の音質向上に有効な周波数成分の音圧が放出される。

本発明によれば、吸気通路から共鳴通路に吸気音の一部を洩らすことで吸気音の音圧を低減することができると共に、共鳴通路内に導かれた吸気音を共鳴通路内で共鳴させることで、共鳴通路の一端から吸気音の音質向上に必要な周波数成分の音圧を放出することができる。

また、通気性を有する音透過材を介して、吸気通路から共鳴通路に吸気音の一部を洩らすようにすれば、一層効果的に吸気音の音圧を低減することができる

本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、第１実施形態において、車両上方から車両のフロントボディに位置するエンジンルーム１を見た状態を模式的に示した説明図である。

ダッシュパネル２及び左右のサイドパネル３ａ、３ｂ等によって画成されたエンジンルーム１には、直列４気筒のエンジン４が配置されている。

エンジン４に対して吸気を導入する吸気装置５は、車両前面で一端６ａが開口する第１外気ダクト６と、一端９ａがサイドパネル３ｂとフロントフェンダ７ｂとによって画成された空間８内にダッシュパネル２側に向け開口し、他端９ｂが第１外気ダクト６に接続された第２外気ダクト９と、第１外気ダクト６の他端６ｂが接続されたエアクリーナ１０と、エアクリーナ１０のクリーンサイドに一端が接続されたクリーンサイドダクト１１と、クリーンサイドダクト１１の他端に接続された吸気マニホールド１２と、から大略構成されている。

尚、図１中の７ａは車室内から見て右側のフロントフェンダである。また、図１中の１３はエアクリーナ１０内に配置されたフィルタエレメントであり、このフィルタエレメント１３よりも上流側がいわゆるダストサイドとなり、下流側がいわゆるクリーンサイドとなる。また、吸気マニホールド１２よりも上流側で、かつエアクリーナ１０よりも下流側となる位置には、図示してはいないがスロットル弁が配置されている。

図２〜図４を用いて、この第１実施形態における吸気装置５の要部となる、第１外気ダクト６及び第２外気ダクト９について説明する。

第１外気ダクト６は、第２外気ダクト９が接続される一端６ａ側の接続部１５において、その通路断面形状が略矩形となるよう形成されている。

第１外気ダクト６の通路断面積は、第２外気ダクト９の通路断面積よりも大きくなるよう設定されている。また、第１外気ダクト６は、第１外気ダクト６の一端６ａから接続部１５までの管路長さが、第２外気ダクト９に比べて短くなるよう設定されている。

第１外気ダクト６から分岐する第２外気ダクト９は、エンジン中・高回転時にその一端９ａから吸気音の車室内における音質向上に必要な周波数成分の音が放出されるように、その軸方向に沿った長さ、すなわちダクト長さが設定されている。

そして、第１外気ダクト６の接続部１５には、機関運転状態に応じて、第２外気ダクト９もしくは第１外気ダクト６の接続部１５よりも上流側部分のいずれか一方を閉じ、他方を開放する切り換え弁１６が配置されている。

換言すれば、第２外気ダクト９の他端９ｂを閉じる場合には主として第１外気ダクト６の一端６ａから取り入れられた空気をエアクリーナ１０に導入でき、第１外気ダクト６の接続部１５よりも上流側となる部分を閉じる場合には主として第２外気ダクト９の一端９ａから取り入れられた空気をエアクリーナ１０に導入できるように、切り換え弁１６が接続部１５に配置されている。つまり、この第１実施形態における吸気装置５では、運転状態に応じて切り換え弁１６を制御することで、エアクリーナ１０に導入される吸入空気量を可変することができるよう構成されている。

この切り換え弁１６は、アクチュエータ１７によって駆動するものであり、切り換え弁１６の弁体１８は、略矩形板状を呈し、接続部１５の通路断面積と略同じ大きさとなるよう形成されている。そして弁体１８の枠状の外周縁部１９以外の部分、すなわち弁体１８の中央部分は通気性を有するポリプロピレン製の繊維シートからなる音透過材２０によって形成されている。尚、音透過材２０は、上述したエアクリーナ１０のフィルタエレメント１３等と比較するとその通気抵抗は大きく（目が細かい）、実質的には吸気音のみが通過するものである。また、音透過材２０を、ポリエステル繊維等からなる防炎加工が施された防炎シート、発泡性ウレタン製シートあるいはポリエステル繊維等からなる不織布シートとすることも可能である。そして、音透過材２０は、ゴム等の弾性部材からなる非通気性の加振膜とは異なり、吸気脈動により積極的に振動させるものではないため、延びたり、破れたりすることがなく所期の機能が長期に亙って維持される。

このような第１実施形態における吸気装置５においては、エンジン回転数が低くく、吸入空気量が少ないエンジン低回転時において、図５に示すように、第１外気ダクト６の接続部１５よりも上流側の部分が切り換え弁１６によって閉じられて、第２外気ダクト９から取り入れられた外気がエアクリーナ１０に導入される。つまり、エンジン低回転時においては、第２外気ダクト９の一端９ａからエアクリーナ１０に至る経路が吸気通路の構成要素となり、第１外気ダクト６の接続部１５よりも上流側の部分が共鳴通路に相当することになる。

そのため、エンジン低回転時においては、相対的に通路断面積が小さい第２外気ダクト９からエアクリーナ１０に空気を取り入れることで吸気音を低減することができる。さらに、音透過材２０を通して第１外気ダクト６の一端６ａ側に向かって吸気音の一部を洩らすことにより、音質付加がなく静粛性を求めるべく騒音低減に働くと共に、第１外気ダクト６の他端６ｂから接続部１５までの管路長と、第２外気ダクト９の管路長と、によって決定されるエンジン低回転時におけるエアクリーナ１０上流側の吸気導入経路の持つローカル共振を緩和することができる。

一方、エンジン回転数が高くなり、吸入空気量が多くなるエンジン中・高回転時においては、図６に示すように、第２外気ダクト９の他端９ｂが切り換え弁１６によって閉じられて、第１外気ダクト６の一端６ａから取り入れられた外気がエアクリーナ１０に導入される。つまり、エンジン中・高回転時においては、第１外気ダクト６が吸気通路の構成要素となり、第２外気ダクト９が共鳴通路に相当することになる。

そのため、エンジン中・高回転時においては、相対的に通路断面積が大きい第１外気ダクト６からエアクリーナ１０に空気を取り入れることでエンジン４の出力性能を確保することができる。さらに、音透過材２０を通して第２外気ダクト９内に吸気音の一部を導き、第２外気ダクト９内でいわゆる気柱共鳴をさせることで、第２外気ダクト９から吸気音の音質向上に必要な周波数成分の音圧を放出することができる。また、第１外気ダクト６に対してローカル共振を緩和しつつ、第２外気ダクト９へもローカル共振を誘発する。

その結果、図７に示すように、エンジン低回転時においては車室内の音圧レベルを低減することができ、エンジン中・高回転時においては第２外気ダクト９から車室内における音質向上に必要な周波数成分の音圧を放出することで吸気音の音質を向上させることができる。つまり、吸気音の音圧低減と、吸気音の音質向上の双方を実現することが可能となる。

ここで、切り換え弁１６の切り換えのタイミングは、実験適合等によって設定されるものであり、本実施形態においては、図７におけるＰのタイミングで行っている。

尚、図７中の特性線Ａは、第１外気ダクト６の接続部１５より上流側の部分を切り換え弁１６で閉じた状態でエンジン回転数を変化させた場合の車室内音圧レベルを示し、特性線Ｂは第２外気ダクト９の他端９ｂを切り換え弁１６で閉じた状態でエンジン回転数を変化させた場合の車室内音圧レベルを示し、特性線Ｃは運転状態に応じてエアクリーナに空気を送り込む通路が切り換えられることのない一般的な吸気装置でエンジン回転数を変化させた場合の車室内音圧レベルを示している。

また、上述した第１実施形態においては、切り換え弁１６の切り換えをエンジン回転数に応じて行っているが、エンジン運転状態によって決まる目標吸入空気量に応じて切り換え弁１６の切り換えが行われるようにしてもよい。

以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し重複する説明を省略するものとする。

次に本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態における吸気装置は、上述した第１実施形態と同一のレイアウト（図１を参照）で略同一構成となっているが、第１外気ダクト６と第２外気ダクト９との接続部分における構成が上述した第１実施形態と異なっている。

すなわち、この第２実施形態においては、図８に示すように、第１外気ダクト６から分岐する第２外気ダクト９に音透過材３１が介装されている。詳述すると、第１外気ダクト６に接続された第２外気ダクト９の他端９ｂが音透過材３１によって覆われ、音透過材３１を介して空気が第１外気ダクト６を流通可能となっていると共に、第１外気ダクト６と第２外気ダクト９との接続部分に第１実施形態における切り換え弁１６に相当する構成が配置されていない。そのため、この第２実施形態においては、第１外気ダクト６が吸気通路の構成要素となり、第２外気ダクト９が共鳴通路に相当している。

また、この第２実施形態における第２吸気ダクト９のダクト長は、吸気音に対して所定周波数帯の音圧を付加できるように設定されている。

このような第２実施形態においては、音透過材３１を通して第２外気ダクト９に吸気音の一部を洩らすことで吸気音の音圧を低減することができると共に、音透過材３１を通して第２外気ダクト９内に導かれた吸気音を第２外気ダクト９内で共鳴させることで、第２外気ダクト９の一端９ａから吸気音の音質向上に必要な周波数成分の音圧を放出することができる。

尚、この第２実施形態においては、第１外気ダクト６に接続された第２外気ダクト９の他端９ｂが音透過材３１によって覆われた構成となっているが、音透過材３１の配置位置は第２外気ダクト９の他端９ｂ位置に限定されるものではない。具体的には、音透過材３１から洩れ出た音が第２外気ダクト９内で共鳴するよう、第２外気ダクト９の一端９ａよりも他端９ｂ側の位置、すなわち第２外気ダクト９の通路途中に設けることも可能であり、例えば図９に示すように、第２外気ダクト９を、第１外気ダクト６に一体形成された他端側部３５と、この他端側部３５に接続される一端側部３６とで構成し、他端側部３５と一端側部３６との接続部分に音透過材３１を配置するように構成することも可能である。

次に本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態における吸気装置は、上述した第１実施形態と同様のレイアウト（図１を参照）で略同一構成となっているが、第１外気ダクト６と第２外気ダクト９との接続部分における構成が上述した第１実施形態と異なっている。

すなわち、この第３実施形態においては、図１０に示すように、第１外気ダクト６から第２外気ダクト９が分岐するよう形成されている。詳述すると、この第３実施形態における吸気装置は、上述した第２実施形態における吸気装置において、第２外気ダクト９の他端９ｂに配置された音透過材３１を取り除いた構成となっている。そのため、この第３実施形態においても、第１外気ダクト６が吸気通路の構成要素となり、第２外気ダクト９が共鳴通路に相当している。

このような第３実施形態においては、第１外気ダクト６から第２外気ダクト９に吸気音の一部を洩らすことで吸気音の音圧を低減することができると共に、第２外気ダクト９内に導かれた吸気音を第２外気ダクト９内で共鳴させることで、第２外気ダクト９の一端９ａから吸気音の音質向上に必要な周波数成分の音圧を放出することができる。但し、この第３実施形態で得られる吸気音の音圧低減効果は、音透過材３１を介して吸気音の一部を第２外気ダクト９に洩らす第２実施形態に比べると小さいものとなる。

ここで、上述した第１〜第３実施形態においては、第２外気ダクト９の一端９ａがサイドパネル３ｂとフロントフェンダ７ｂとによって画成された空間８内に開口するレイアウト構成となっているが、図１１に示すように、第２外気ダクト９の一端９ａがサイドパネル３ｂとダッシュパネル２とによって形成されたエンジンルーム１の角部に近接して開口するようにしてもよく、また、図１２に示すように、第２外気ダクト９の一端９ａがダッシュパネル２に近接して開口するようにしてもよい。換言すれば、第２外気ダクト９の一端９ａがエンジン４を指向しないようにして、吸気音の音質向上に必要な周波数成分を車室内に放出しやすい位置に構成することも可能である。

また、上述した第２実施形態及び第３実施形態においては、第２外気ダクト９を必ずしも第１外気ダクト６から分岐させる必要はなく、図１３〜図１５に示すように、エアクリーナ１０のダストサイドと連通するように構成することも可能である。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態における吸気装置は、上述した第２実施形態と略同様のレイアウト構成となっているが、図１６及び図１７に示すように、共鳴通路としての第２外気ダクト４１が第１外気ダクト６から分岐する構成とはなっておらず、エアクリーナ１０に内蔵された構成となっている。

サイドパネル３ｂに隣接したエアクリーナ１０は、クリーンサイドダクト１１が接続されるエアクリーナ上部１０ａと、第１外気ダクト６が接続されるエアクリーナ下部１０ｂと、エアクリーナ上部１０ａとエアクリーナ下部１０ｂとによって挟持されるフィルタエレメント１３（図１６及び図１７には図示せず）と、から大略構成され、主としてエアクリーナ下部１０ｂよりも下流側がクリーンサイドとなっている。そして、エアクリーナ下部１０ｂには、その内部に第２外気ダクト４１を構成する第２外気ダクト本体部４２が一体に形成されている。この第２外気ダクト本体部４２は、エアクリーナ上部１０ａ側の上面が全面的に開口した略箱形状を呈し、かつその内部がいわゆるラビリンス状に仕切られている。

そして、第２外気ダクト本体部４２の上面に、第２外気ダクト本体部４２とは別体で略板状の第２外気ダクト蓋部４３を組み付けることによって、第２外気ダクト本体部に一本の通路が画成され、エアクリーナ１０内に第２外気ダクト４１が形成される構造となっている。第２外気ダクト蓋部４３には、貫通穴４４が形成されている。そして、この貫通穴４４は、音透過材４５によって覆われている。

また、エアクリーナ下部１０ｂの一側面には、第２外気ダクト本体部４２に画成された上記通路と連通して第２外気ダクト４１の一部を構成する第２外気ダクト突出部４６が突出形成されている。この第２外気ダクト突出部４６の先端は、サイドパネル３ｂとフロントフェンダ３ｂとによって画成された空間８内まで延出し、この空間８に開口している。

ここで、この第４実施形態における第２吸気ダクト４１のダクト長は、吸気音に対して所定周波数帯の音圧を付加できるように設定されている。

このような第４実施形態においては、上述した第２実施形態と同様の作用効果に加え、第２外気ダクト４１がエアクリーナ１０に内蔵されることで吸気装置のレイアウトの自由度を向上させることができる。

尚、この第４実施形態においては、第２外気ダクト蓋部４３に形成された貫通穴が音透過材４５によって覆われた構成となっているが、音透過材４５の配置位置は第２外気ダクト蓋部４３の貫通穴４４に限定されるものではない。具体的には、音透過材４５から洩れ出た音が第２外気ダクト４１内で共鳴するよう、第２外気ダクト本体部４２内に音透過材４５を配置するようにしてもよい。また、この第４実施形態においては、音透過材４５によって第２外気ダクト蓋部４３の貫通穴４４が覆われているが、第２外気ダクト４１に音透過材４５を配置しないようにすること可能である。

本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態における全体構成を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態における要部を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態における要部を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態における要部を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態における要部を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態における要部を模式的に示した説明図。 車室内の音圧レベルを示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第２実施形態における要部を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第３実施形態における要部を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第４実施形態における要部を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気装置の第１実施形態における要部を示す説明図。

符号の説明

２…ダッシュパネル
３…サイドパネル
６…第１外気ダクト
９…第２外気ダクト
１６…切り換え弁
２０…音透過材
３１…音透過材
４１…第２外気ダクト
４５…音透過材

Claims (3)

1. 内燃機関に吸気を導入する吸気通路と、吸気通路から分岐する共鳴通路と、を有し、
   共鳴通路は、一端が大気開放され他端が吸気通路に接続されていると共に、吸気音に対して所定周波数帯の音圧を付加するようにその通路長さが設定されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 共鳴通路には、通気性を有する音透過材が介装されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 吸気通路には、エアクリーナが介装され、
   共鳴通路は、エアクリーナよりも上流側で吸気通路に連通しているものであって、
   共鳴通路が接続された吸気通路の接続部に、機関運転状態に応じて、共鳴通路もしくは吸気通路の接続部よりも上流側部分のいずれか一方を閉じ、他方を開放する切り換え弁が配置され、
   切り換え弁は、その弁体の少なくとも一部が通気性を有する音透過材からなっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。

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