JP2008184992A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの吸気装置において、簡単な構成で複数の周波数の共鳴音を創出できるようにする。
【解決手段】エアクリーナとスロットルバルブと間の吸気通路に一端が連通し、他端が開口された音伝達管路２０１と、その音伝達管路２０１の内部に配設された振動板２０２とを設けるとともに、振動板２０２の下流側管路２２０を管長さが異なる複数の共鳴管２２１，２２２，２２３によって構成する。このように振動板２０２の下流側管路２２０を複数の共鳴管２２１，２２２，２２３で構成すると、各共鳴管はそれぞれの長さに応じた周波数の共鳴音ｆ１，ｆ２，ｆ３を出すので、１台の吸気音制御装置２００で複数の周波数の共鳴音を創り出すことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の吸気装置に関する。

車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）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及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及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。

このようなエンジン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に吸入される。また、吸気通路には、吸気バルブが開いたときに燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、その燃料噴射弁から噴射される燃料と吸気通路から燃焼室内に吸入される空気とが混じり合って混合気が形成され、その混合気が燃焼室に導入される。燃焼室に導入された混合気は点火プラグにて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室内での燃焼・爆発によりピストンが往復運動して出力軸であるクランクシャフトが回転する。

エンジンが搭載された車両では、ユーザの嗜好にあった音質が求められている。特に、ＳＵＶ（Ｓｐｏｒｔ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などの車両においては、車両の加速に応じた迫力感のあるスポーツサウンドが求められている。このようなスポーツサウンドを発生するものとして下記の特許文献１に記載の吸気音増幅機構がある。

特許文献１に記載の吸気音増幅機構は、エアクリーナホース（吸気通路）に一端が接続され、他端が車室内に導かれる共鳴パイプと、この共鳴パイプの他端を塞ぐ振動膜とを備え、前記共鳴パイプが、吸気音の有する周波数帯域のうち、特定の周波数と一致する周波数によって気柱共鳴し、この気柱共鳴に共鳴して振動膜が振動することにより、特定の周波数を有する吸気音（心地よい音）を増幅している。

また、他の吸気音制御装置として、図８に示すように、エンジンの吸気通路５０１に一端が連通し、他端が車室内に導かれるダクト５０２と、このダクト５０２内に配置された振動膜５０３とを備え、その振動膜５０３に吸気通路５０１内の脈動圧力をダクト５０２を通じて導入し、振動膜５０３を振動させることにより、特定周波数の吸気音を増大させるサウンドジェネレータが知られている。
特開２００６−２０７５１５号公報

ところで、ＳＵＶ等の車両において吸気音を制御する場合、吸気音に含まれる周波数帯域のうち、複数の特定周波数の共鳴による音色創りが要求される場合がある。しかし、図８に示す構造のサウンドジェネレータでは、振動膜の前後（上流側・下流側）の管共鳴を利用して共鳴周波数を調整することは可能であるものの、単一の周波数の共鳴しか行うことができない。このため、１台のサウンドジェネレータで上記した音色創りに対応することはできない。

なお、特許文献１には、心地よい吸気音として特定の周波数を複数設定することが記載されているが、その具体的手段として、複数の特定周波数に応じて複数の吸気音増幅機構を設定することが示されているだけであり、異なる周波数の共鳴音を創出する吸気音増幅機構については何ら示唆されていない。従って、特許文献１に記載の技術を利用しても、複数の周波数の共鳴による音色創りを簡単な構成のもとに実現することはできない。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、簡単な構成で複数の周波数の共鳴音を創出することが可能な内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の燃焼室内に連通する吸気通路と、前記内燃機関の燃焼室内に前記吸気通路を通じて供給する空気を浄化するエアクリーナとを有する内燃機関の吸気装置において、前記エアクリーナの下流側の吸気通路に一端が連通し、他端が開口された音伝達管路と、前記音伝達管路の内部に配設された振動板とを備えている。そして、前記音伝達管路の前記振動板上流側の上流側管路または下流側の下流側管路のいずれか一方または双方の管路を、管長さが異なる複数の共鳴管で構成していること特徴としている。

以上の構成において、吸気通路内の脈動圧力が音伝達管路の上流側管路を通じて振動板に作用して振動板が振動する。この振動板の振動によって発生する音が下流側管路の管端（開口端）から放出されるが、その下流側管路を、管長さが異なる複数の共鳴管で構成しておくと、その各共鳴管のそれぞれの長さの応じた周波数の共鳴音が各共鳴管の開口端から放出されて車室内に伝播される。

このように、本発明によれば、振動板の下流側管路を複数の共鳴管によって構成するという簡単な構成で、複数の周波数の共鳴音を創り出すことができる。

なお、振動板の下流側管路に限られることなく、振動板の上流側管路を管長さが異なる複数の共鳴管で構成しても、複数の周波数の共鳴音を創り出すことは可能である。

本発明において、振動板の上流側管路または下流側管路のいずれか一方または双方の管路を、管長さ及び管径が異なる複数の共鳴管が同心状に配置された多重管構造としてもよい。このような構造、つまり、１つの共鳴管の内部に、管長さの異なる複数の共鳴管を配置する構造を採用すると、共鳴管の設置スペースの増大をまねくことなく、複数の周波数の共鳴音を創り出すことができる。

本発明の内燃機関の吸気装置によれば、エアクリーナの下流側の吸気通路に一端が連通し、他端が開口された音伝達管路と、この音伝達管路の内部に配設された振動板とを設けるとともに、その振動板の上流側管路または下流側管路のいずれか一方または双方の管路を、管長さが異なる複数の共鳴管で構成しているので、簡単な構成のもとに、複数の周波数の共鳴音を創出することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。

−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

エンジン１は、車両に搭載されるポート噴射型多気筒ガソリンエンジンであって、その各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１８を介してクランクシャフト１７に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１８によってクランクシャフト１７の回転へと変換される。

クランクシャフト１７にはシグナルロータ１９が取り付けられている。シグナルロータ１９の外周面には複数の突起（歯）１９ａが等角度ごとに設けられている。シグナルロータ１９の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）２１が配置されている。クランクポジションセンサ２１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１７が回転する際にシグナルロータ１９の突起１９ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１ａには冷却水温を検出する水温センサ２２が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。エンジン１の燃焼室１ｄには点火プラグ３が配置されている。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の上流側にはエアクリーナ６が設けられている。エアクリーナ６は、エンジン１の燃焼室１ｄに供給する空気を浄化するものであって、吸気通路１１に接続されるエアクリーナホース６１、エアクリーナケース６２、吸気口６３ａを有するクールエアダクト（吸気ダクト）６３、及び、エアクリーナケース６２内に収容されるエアクリーナエレメント６４などによって構成されている。

エンジン１の吸気通路１１には、熱線式のエアフロメータ２３、吸気温センサ２４（エアフロメータ２３に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ４などが配置されている。スロットルバルブ４はスロットルモータ５によって駆動される。スロットルバルブ４の開度はスロットルポジションセンサ２５によって検出される。エンジン１の排気通路１２には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ２６及び三元触媒７などが配置されている。

吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１７の回転がタイミングベルト等を介して伝達される吸気カムシャフト１５及び排気カムシャフト１６の各回転によって行われる。

以上のエンジン１では、吸気行程において吸気バルブ１３が開き、吸気通路１１内の空気が脈動しながら燃焼室１ｄ内に吸入される。また、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されており、このインジェクタ２に燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料を供給することによって、吸気通路１１内に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ｄに導入される。燃焼室１ｄに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ｄ内での燃焼・爆発によりピストン１ｃが往復運動してクランクシャフト１７が回転する。

以上の吸気通路１１、エアクリーナ６、及び、スロットルバルブ４などによってエンジン１の吸気装置１００が構成されている。そして、この例では、吸気装置１００に吸気音制御装置２００を設けている点に特徴がある。

−吸気音制御装置−
吸気音制御装置２００は、図１及び図２に示すように、エアクリーナケース６２とスロットルバルブ４との間の吸気通路１１（エアクリーナ６の下流側の吸気通路１１）に一端が連通し、他端が開口された音伝達管路２０１と、振動板２０２とを備えている。音伝達管路２０１及び振動板２０２は樹脂によって成形されている。なお、振動板２０２は金属製であってもよい。

音伝達管路２０１の途中にはチャンバ２０１ａが設けられており、このチャンバ２０１ａ内に振動板２０２が配置されている。音伝達管路２０１の内部は振動板２０２に閉鎖されており、吸気通路１１内の空気が音伝達管路２０１の他端から外部に放出されることはない。

音伝達管路２０１は、振動板２０２の上流側（吸気通路１１側）の上流側管路２１０と、振動板２０２の下流側の下流側管路２２０によって構成されている。そして、音伝達管路２０１の下流側管路２２０は、互いに直径が異なる第１共鳴管２２１、第２共鳴管２２２及び第３共鳴管２２３の３つの断面円形の共鳴管によって構成されている。

これら第１共鳴管２２１、第２共鳴管２２２及び第３共鳴管２２３は、図３に示すように、同心円状に配置されており、第１共鳴管２２１がチャンバ２０１ａ及び上流側管路２１０と一体形成されている。また、第２共鳴管２２２は支持部材２２４を介して第１共鳴管２２１に支持されており、第３共鳴管２２３は第２共鳴管２２２に支持部材２２５を介して支持されている。なお、第１共鳴管２２１、第２共鳴管２２２及び第３共鳴管２２３は、各支持部材２２４，２２５を含めて一体成形が可能である。

第１共鳴管２２１の管長さ（気柱長さ）Ｌ１（振動板２０２からの距離）、第２共鳴管２２２の管長さＬ２、及び、第３共鳴管２２３の管長さＬ３は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係にある。従って、第１共鳴管２２１の共鳴周波数ｆ１、第２共鳴管２２２の共鳴周波数ｆ２、及び、第３共鳴管２２３の共鳴周波数ｆ３の関係は、図４に示すように、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係となる。

なお、音伝達管路２０１の他端（第１共鳴管２２１の管端）は、エンジンルーム内に開放しておいてもよいし、車室内に導いておいてもよい。

以上の構造において、エンジン１が起動すると、吸気通路１１内の脈動圧力が音伝達管路２０１の上流側管路２１０を通じて振動板２０２に作用し、振動板２０２が振動して音が発生する。この例では、振動板２０２の下流側管路２２０が第１共鳴管２２１、第２共鳴管２２２及び第３共鳴管２２３の３本の共鳴管で構成されているので、その第１共鳴管２２１で共鳴した共鳴音（周波数ｆ１）、第２共鳴管２２２で共鳴した共鳴音（周波数ｆ２）、及び、第３共鳴管２２３で共鳴した共鳴音（周波数Ｆ３）が、各共鳴管２２１，２２２，２２３の管端（開口端）から放出され、３種の周波数の共鳴音が車室内に伝播される。

ここで、共鳴管の共鳴周波数ｆと管長さ（気柱長さ）Ｌとは、
ｆ＝ｃ／（２Ｌ） ・・・（１） ｃ：音速
の関係があるので、第１共鳴管２２１、第２共鳴管２２２、第３共鳴管２２３の各管長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３を、上記（１）式に基づいてチューニングすることにより、吸気音が有する周波数帯域のうち、心地よい周波数の３種の共鳴音を創り出すことができる。

また、第１共鳴管２２１、第２共鳴管２２２、第３共鳴管２２３の各管長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３を適宜に選定することにより、例えば、Ｖ型６気筒エンジンの起動において発生する爆発１次成分（回転３次成分）、爆発２次成分（回転６次成分）、爆発３次成分（回転９次成分）を強調した加速時に迫力感のあるスポーツサウンドを得ることができる。

以上のように、この例では、吸気音制御装置２００を複数設置することなく、振動板２０２の下流側管路２２０を３本の共鳴管２２１，２２２，２２３によって構成するという簡単な構成によって、複数の周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の共鳴音を創出することができる。このように、１台の吸気音制御装置２００で複数の周波数の共鳴音を創出することが可能になることにより、例えば、スポーツサウンドの音色創りのバリエーションが広がる。

−他の実施形態−
以上の例では、管長さ及び管径の異なる３本の共鳴管２２１，２２２，２２３を同心円状に配置して振動板２０２の下流側管路２２０を構成しているが、本発明はこれに限定されない。

例えば、図５及び図６に示すように、管長さがＬ１の共鳴管３２１、Ｌ２の共鳴管３２２及びＬ３の共鳴管管３２３の３つの長さの異なる共鳴管を並列に配置して振動板２０２の下流側管路３２０を構成して、異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の共鳴音を創り出すようにしてもよい。なお、この図５及び上記した図２に示す構造において、共鳴管の数は２つまたは４つ以上としてもよい。また、図５及び図２に示す構造において、共鳴管の断面形状は矩形であってもよい。

さらに、図７に示すように、振動板２０２の下流側管路４２０を、円形直管の第１共鳴管４２１と、この第１共鳴管４２１とは長さの異なる第２共鳴管４２２によって構成し、第２共鳴管４２２を第１共鳴管４２１の外周面に螺旋状に巻き付けた構造としてもよい。

以上の例では、振動板の下流側管路を複数の共鳴管で構成しているが、振動板の上流側管路を複数の共鳴管で構成してもよい。また、振動板の上流側管路及び下流側管路の双方の管路を複数の共鳴管で構成してもよい。

以上の例では、ポート噴射型多気筒ガソリンエンジンの吸気装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、筒内直噴型多気筒ガソリンエンジンの吸気装置にも適用できる。また、多気筒ガソリンエンジンに限られることなく、多気筒ディーゼルエンジンの吸気装置にも本発明を適用することができる。

本発明の吸気装置を備えたエンジンの概略構成図である。 図１のＡ部詳細図である。 図２のＸ矢視図である。 共鳴周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を示す図である。 吸気音制御装置の他の例の概略構成図である。 図５のＹ矢視図である。 吸気装置の別の例の概略構成図である。 サウンドジェネレータの一例を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１３ 吸気バルブ
１４ 排気バルブ
４ スロットルバルブ
６ エアクリーナ
６２ エアクリーナケース
６４ エアクリーナエレメント
１００ 吸気装置
２００ 吸気音制御装置
２０１ 音伝達管路
２０１ａ チャンバ
２１０ 上流側管路
２２０ 下流側管路
２２１ 第１共鳴管
２２２ 第２共鳴管
２２３ 第３共鳴管
２０２ 振動板

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室内に連通する吸気通路と、前記内燃機関の燃焼室内に前記吸気通路を通じて供給する空気を浄化するエアクリーナとを有する内燃機関の吸気装置において、
   前記エアクリーナの下流側の吸気通路に一端が連通し、他端が開口された音伝達管路と、前記音伝達管路の内部に配設された振動板とを備え、前記音伝達管路の前記振動板上流側の上流側管路または下流側の下流側管路のいずれか一方または双方の管路が、管長さが異なる複数の共鳴管で構成されていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、
   前記上流側管路または下流側管路のいずれか一方または双方の管路が、管長さ及び管径が異なる複数の共鳴管が同心状に配置された構造であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。

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