JP2015218725A - 可変バルブが適用された可変吸気システム - Google Patents

Abstract

【課題】可変吸気システムを提供する。【解決手段】エンジンに吸入される空気を誘導するエアダクト１０と、開閉量が可変する可変バルブ４０とを備えて吸入空気量を調節する可変吸気システムにおいて、エアダクト１０は、外部に開口した第１吸入口２１および第２吸入口２２を含み、エアダクト１０には、一端が第１吸入口２１に連結される第１流路３１と、一端が第２吸入口２２に連結される第２流路３２とが形成され、第２流路３２は、第１流路３１の一部を共有し、第１流路３１の他端と第２流路３２の他端は、同一の流出口を共有し、第２流路３２の長さが第１流路３１の長さよりも長いことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、可変吸気システムに関するものであって、より詳細には、自動車エンジンの空気吸入量の変化に応じてその開放程度が変化する可変バルブが適用された可変吸気システムに関するものである。

一般に、自動車エンジンの可変吸気システムでは、エアダクトを介して吸入される空気がエアクリーナ内部のフィルタによってろ過し、エンジンを高速高負荷領域で運転する場合、吸入される空気の不足を補うために、複数のエアダクトを備えている。

空気は、吸気システムを介してエンジンに吸入され、エンジン騒音は、吸気システムを介してエアダクトの空気吸入口に吐出される。これによって、吸気システムは、エンジン出力を向上させるために、エンジンに流入する空気の流動抵抗を最少化し、エンジン騒音がエアダクトの吸入口に伝播する程度を最少化するように設計されるのが一般的である。

車両の室内騒音は、ロードノイズ、エンジン放射音、ウインドノイズ、車体構造の振動などの多様な出所を持つが、前記出所の騒音がエンジンＲＰＭ（回毎分）および車速に比例して変化するのとは異なり、エンジン騒音の吐出音は必ずしもエンジンＲＰＭに比例するわけではない。これによって、低エンジンＲＰＭで、エンジン騒音の吐出音の室内騒音に対する寄与度が相対的に大きくなる。

したがって、従来の可変吸気システムでは、低ＲＰＭで吐出音を減少させ、高ＲＰＭで吸気の流動抵抗を低減するために、２つ以上のエアダクトを備え、そのうちの一部にバルブを装着して、低ＲＰＭではバルブを選択的に閉鎖し、高ＲＰＭではバルブを選択的に開放する方法を活用する。

従来の可変吸気システムは、複数のエアダクトのうちのいずれか一部を選択的に開閉するためのバルブアセンブリと、そのバルブアセンブリに駆動力を提供するアクチュエータとが備えられ、このうち、アクチュエータは、半能動タイプと能動タイプに区分される。

ここで、半能動タイプのアクチュエータは、ソレノイドを用いた真空式アクチュエータ、磁石を用いた自然開閉式アクチュエータを例として挙げることができ、能動タイプのアクチュエータは、ＤＣモータを用いている。

このような従来技術には、複数のエアダクトを採用することに起因する空間的負担問題と、複数のエアダクトおよび高価なアクチュエータによる原価および重量上昇の問題が台頭した。

本発明の目的は、アクチュエータが装着されていない１つのエアダクトだけでも吸気の流動抵抗およびエンジン騒音の吐出音を制御して、エンジンＲＰＭの変化に応じて効果的に対応できる可変吸気システムを提供することである。

本発明の一または複数の実施形態では、エンジンに吸入される空気を誘導するエアダクトと、開閉量が可変する可変バルブとを備えて吸入空気量を調節する可変吸気システムにおいて、前記エアダクトは、外部に開口した第１吸入口および第２吸入口を含み、前記エアダクトには、一端が前記第１吸入口に連結される第１流路と、一端が前記第２吸入口に連結される第２流路とが形成され、前記第２流路は、前記第１流路の一部を共有し、前記第１流路の他端と前記第２流路の他端は、同一の流出口を共有し、前記第２流路の長さが前記第１流路の長さよりも長いことを特徴とする、可変吸気システムが提供できる。

この時、前記第１流路の横断面は、前記第１流路と共有されない前記第２流路の部分の横断面よりも広くてよい。

また、前記可変バルブは、空気吸入量の変化に応じた前記エアダクト内の圧力変化によってその開放程度が変化できる。

前記可変バルブは、前記第１流路の一端に装着され、前記第２流路と共有されない第１流路の一部を開閉することができる。

本発明の実施形態にかかる可変吸気システムは、前記可変バルブが開放されると、前記第１吸入口および第２吸入口を介して流入した空気がすべてエンジンに供給され、前記可変バルブが閉鎖されると、前記第２吸入口を介して流入した空気のみがエンジンに供給されるようになっていることを特徴とすることができる。

前記可変バルブは、前記第１流路の長さ方向に垂直な軸を基準として回転運動をし、選択的に前記第１流路の横断面とほぼ同一の形状を有するバルブフラップを含むことができる。

前記可変バルブは、前記バルブフラップの回転運動の軸となるバルブヒンジと、一端は前記バルブフラップによって支持され、他端は前記エアダクトによって支持されて、前記バルブヒンジを回転軸とする前記バルブフラップの回転運動に復元力を提供するバルブスプリングとをさらに含むこともできる。

前記可変バルブは、前記可変バルブの前記第１流路の長さ方向断面上で、前記バルブヒンジから左側端部または右側端部に形成または装着されるバルブストッパをさらに含むこともできる。

前記バルブヒンジは、前記第１流路の長さ方向断面上で上部に位置し、前記バルブストッパは、前記バルブヒンジから近い前記バルブフラップの端部に装着される弾性体であってよい。

前記バルブフラップは、前記バルブフラップの前記第１流路の長さ方向断面上で、その下部がその上部と予め設定された角度をなすように折り曲がっている形状、または下部にいくほど緩やかに湾曲する形状を有して、前記バルブヒンジの中心と前記バルブフラップの上部とを結ぶ延長線に対して、前記バルブフラップの下端が前記バルブフラップの開放方向に離隔できる。

前記エアダクトの長さ方向断面の上部または下部には、前記バルブフラップの上端または下端が係止されて止まるように停止顎（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）または停止溝（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）が形成または装着されてよい。

本発明の実施形態にかかる可変吸気システムは、前記可変バルブが閉鎖時、または前記可変バルブが開放時、気柱共鳴周波数を

によって上方または下方調節することができる。

この時、前記第１流路の長さはＬ１、前記第２流路の長さはＬ１＋Ｌ２、前記第１流路と共有されない前記第２流路の部分の長さはＬ２、前記第１流路の横断面の直径はＤ１、そして前記第１流路と共有されない前記第２流路の部分の横断面の直径はＤ２であり、前記可変バルブの閉鎖時には、前記気柱の長さはＬ１＋Ｌ２、前記気柱の直径はＤ１とＤ２に関係した任意の値であり、前記可変バルブの開放時には、前記気柱の長さはＬ１、前記気柱の直径はＤ１である。

前記第１吸入口は、複数個が形成されてよく、これによって、前記第１流路が複数個形成されてよいし、少なくとも１つ以上の前記可変バルブが前記複数の第１流路の一端に選択的に装着されてよい。併せて、本発明の実施形態にかかるエアダクトは、複数個が備えられてよい。

このように、本発明によれば、可変吸気システムにおいて、複数のエアダクトの構成の困難が解消し、アクチュエータの適用がなくて、原価および重量が節減されながらも、同時に、低ＲＰＭでエンジン騒音の吐出音を減衰し、高ＲＰＭで吸気の流動抵抗を低減しようとする従来の設計目標を達成することができる。

併せて、吐出音の減衰だけでなく、可変バルブの位置変更を通じて、所望の帯域の周波数を強調したスポーティー、ダイナミックな音色などを開発することができ、１つのエアダクトに位置ごとに複数の可変バルブを適用したり、複数のエアダクトを適用する方法と組み合わせて、より精密なサウンドチューニングが可能である。

本発明の実施形態にかかる可変吸気システムの吸入口からエンジンへの空気の流れ（ａｉｒ ｆｌｏｗ）を示す図である。 エンジンから本発明の実施形態にかかる可変吸気システムの吸入口への騒音の伝播を示す図である。 本発明の実施形態にかかる可変吸気システムの構成要素の概略図である。 本発明の実施形態にかかる可変バルブの構成要素を示す図である。 本発明の実施形態にかかる可変バルブの作動原理を示す図である。 本発明の実施形態にかかるエアダクトの吸入口における空気の流れの脈動（ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）を示すグラフである。 本発明の実施形態にかかる可変バルブが設けられたエアダクトの長さ方向断面図である。 本発明の実施形態にかかるバルブストッパが装着された可変バルブの斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかるバルブストッパが装着された可変バルブの斜視図である。 本発明の実施形態にかかるバルブフラップの形状に応じて流路断面積の変化を示すエアダクトの長さ方向断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる湾曲した形状のバルブフラップの側面図である。 バルブフラップの形状に応じた空気の流動抵抗（ｆｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の比較グラフである。 吸気システムの音響伝播の原理を示す概略図である。 本発明の他の実施形態により複数の可変バルブが設けられた状態を示す概略図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面に基づいて、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。

このような実施形態は本発明にかかる一実施形態であって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が種々の異なる形態で実現できるため、本発明の権利範囲は、以下に説明する実施形態に限定されない。

明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。また、構成要素の名称が当該構成要素の機能を限定しない。

図１は、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムの吸入口からエンジンへの空気の流れ（ａｉｒ ｆｌｏｗ）を示す図である。

図２は、エンジンから本発明の実施形態にかかる可変吸気システムの吸入口への騒音の伝播を示す図である。

図１において、空気は、吸気システムを介してエンジンに吸入され、図２において、エンジン騒音は、吸気システムを介して吸入口に吐出される。吸気システムは、エンジン出力の向上のために、エンジンに流入する空気の流れに対して抵抗を最少化し、エンジンからの騒音が吸入口に伝播するのを最少化することが目標である。

図１と図２の実施形態にかかる可変吸気システムは、従来の可変吸気システムとは異なり、１つのエアダクト１０を有する。エアダクト１０は、吸入される空気をエンジン燃焼室に誘導する単一のパイプ構造物である。エアダクト１０の一端には外部に開口した吸入口が形成され、他端にはエアクリーナ５０が連結されてよい。したがって、吸入空気は、エアダクト１０の吸入口からエアダクト１０の内部に形成された単一流路（ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）に沿って流れ、エアクリーナ５０で不純物がろ過した後、エンジンに流入する。従来は、複数のエアダクト１０を用いたが、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムは、１つのエアダクト１０を用いて空気流動抵抗の最小化とエンジン騒音伝播の最小化を実現しようとする。

このために、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムは、１つのエアダクト１０に２つの吸入口、つまり、第１吸入口２１および第２吸入口２２を含む。第１吸入口２１は、全体流路のうちの、エアクリーナ５０により近い側に形成され、第２吸入口２２は、エアクリーナ５０から最も遠い位置に形成され、前記エアダクト１０の一端に形成されてよい。

これによって、単一流路が前記第１吸入口２１と前記第２吸入口２２によって２つの流路に分岐（ｆｕｒｃａｔｅ）することができる。つまり、一端が前記第１吸入口２１に連結される第１流路３１と、一端が前記第２吸入口２２に連結される第２流路３２とが同時に形成できる。この時、前記第２流路３２は、前記第１流路３１の一部を共有することができる。これは、１つのエアダクト１０構造であるので、前記第１吸入口２１が閉鎖される場合には、単一の流路構造が残ることができなければならないからである。全部でない一部を共有する理由は、前記第１流路３１の一端は外部に開口した前記第１吸入口２１に向かうからであり、前記第２流路３２が共有可能な前記第１流路３１の開口部は前記第２吸入口２２に向かったものが唯一であるからである。つまり、前記第２流路３２は、前記第１流路３１のうちの、第１吸入口２１に向かった開口部は共有することができない。

構造的に、前記第１流路３１の長さより前記第２流路３２の長さがより長く、前記第２流路３２が前記第１流路３１の一部を含むことによって、前記第１流路３１および第２流路３２の他端は、同一の空気流出口（ａｉｒ ｏｕｔｌｅｔ）を共有するようになる。

図３は、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムの構成要素の概略図である。

図３を参照すれば、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムは、第１吸入口２１および第２吸入口２２を含む１つのエアダクト１０と、可変バルブ４０とを含む。

前記可変バルブ４０は、空気吸入量の変化に応じた前記エアダクト１０内の圧力変化によってその開放程度が変化できる。つまり、前記可変バルブ４０は、アクチュエータによって開閉されてもよいが、車両の加速または減速時、エンジンＲＰＭに応じて変化する吸入空気の流量に合わせて自ら開閉されてもよい。これは、エンジンＲＰＭが大きくなると空気吸入力も大きくなり、これによって吸入空気の流量も大きくなるからである。これを実現するために、本発明の実施形態にかかる可変バルブ４０は、スプリングを活用することができる。

前記可変バルブ４０は、前記第１吸入口２１に連結される第１流路３１の一端に装着されてよい。これによって、第２流路３２と共有されない前記第１流路３１の一部を開閉する。前記可変バルブ４０の開放時には、前記第１流路３１の一端が前記第１吸入口２１と連通して空気が吸入され、閉鎖時には、前記第１流路３１と前記第１吸入口２１との間の空気の流出入が遮断されてよい。前記可変バルブ４０が前記第２吸入口２２に連結される第２流路３２の一端に装着される場合にも同様である。

前記第１流路３１の長さはＬ１であり、前記第１流路３１と共有されない前記第２流路３２の部分の長さはＬ２である。したがって、前記第２流路３２の長さはＬ１＋Ｌ２である。ここで、Ｌ１とＬ２は距離の概念と異なる長さの概念であり、流路が湾曲した場合にも、湾曲している長さが加えられる。

図３を参照すれば、前記第１流路３１の横断面はＡ１であり、前記第１流路３１と共有されない前記第２流路３２の部分の横断面はＡ２である。Ａ１の面積がＡ２の面積よりも大きくなるように流路が形成されてよい。

前記可変バルブ４０が開放されると、前記第１吸入口２１および第２吸入口２２を介して流入した空気がすべてエンジンに供給され、前記可変バルブ４０が閉鎖されると、前記第２吸入口２２を介して流入した空気のみがエンジンに供給される。

エンジンＲＰＭが小さい時は、エンジン出力が低い状態であるので、前記第２流路３２の横断面積が小さく、長さが長くても、吸気の流動抵抗が大きな問題にならず、エンジン騒音は、騒音源から最も遠い第２吸入口２２を介して吐出されるため低減される。

エンジンＲＰＭが大きい時は、エンジンの空気吸入力が大きくなるにつれ、前記可変バルブ４０の前後面間の圧力差によって前記可変バルブ４０が徐々に開放され、前記第１流路３１および前記第２流路３２のすべてを介して空気が吸入される。高ＲＰＭでは、エンジン騒音の吐出音の室内騒音に対する寄与度が低いため、前記第１吸入口２１と前記第２吸入口２２がすべて開放されていても、吐出音が室内騒音には大きな問題にならない。

したがって、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムは、１つのエアダクト１０のみを備え、高価なアクチュエータは活用しないにもかかわらず、空気流動抵抗の最小化とエンジン騒音伝播の最小化という目的を達成することができる。

図４は、本発明の実施形態にかかる可変バルブの構成要素を示す図である。

図４を参照すれば、本発明の実施形態にかかる可変バルブ４０は、流路の一端を開放または閉鎖する構造物のバルブフラップ４１を含む。

前記バルブフラップ４１が第１流路３１の一端に装着される場合、前記第１流路３１の長さ方向に垂直な軸を基準として回転運動をすることで、前記第１流路３１の一端を開放または閉鎖することができる。したがって、前記バルブフラップ４１は、初期位置で前記第１流路３１の横断面をほぼ覆う形状を有する必要がある。つまり、前記バルブフラップ４１は、前記第１流路３１の横断面とほぼ同一の形状を有するように形成されてよい。

また、本発明の実施形態にかかる可変バルブ４０は、前記バルブフラップ４１の回転運動の軸となるバルブヒンジ４２と、前記バルブフラップ４１の回転運動の復元力を提供するバルブスプリング４３とをさらに含むことができる。

前記バルブスプリング４３は、前記バルブフラップ４１によって一端が支持され、前記エアダクト１０によって他端が支持されて、前記バルブフラップ４１の回転時、回転変位に伴う回転反対方向の復元力を発生させる。つまり、前記バルブスプリング４３は、一種のトーションスプリングであってよい。エンジンＲＰＭが増加するにつれて空気吸入量が増加すると、前記バルブフラップ４１の第１流路３１の長さ方向前後面に圧力差が発生し、前記バルブスプリング４３の弾性力（または復元力）に勝って徐々に開放される。加速ペダルから足を離した瞬間、前記バルブスプリング４３の復元力によって、前記バルブフラップ４１は原位置に復帰することができる。

図４において、前記バルブヒンジ４２は、前記エアダクト１０に固定支持されたバルブスプリング４３および前記バルブフラップ４１を貫通して装着され、前記バルブフラップ４１を回転可能に支持することができる。

図５は、本発明の実施形態にかかる可変バルブの作動原理を示す図である。

低ＲＰＭの時と高ＲＰＭの時のバルブ作動メカニズムがそれぞれ示される。上で説明されたように、低ＲＰＭの時は、バルブフラップ４１の回転反対方向に作用するバルブスプリング４３の弾性力が、前記バルブフラップ４１の前後面の圧力差による回転方向の力に勝るため、前記バルブフラップ４１は閉鎖されていることになる。高ＲＰＭの時は、前記バルブフラップ４１の前後面の圧力差による回転方向の力が、前記バルブフラップ４１の回転反対方向に作用する前記バルブスプリング４３の復元力に勝るため、前記バルブフラップ４１は開放されていることになる。

可変バルブ４０の開放時点および開放量は、バルブフラップ４１の湾曲した程度または表面突起の存否など、バルブフラップ４１の形状、バルブフラップ４１の自重、バルブスプリング４３の特性を変化させることによって調節可能である。

本発明の実施形態によれば、従来技術とは異なり、可変バルブ４０の開閉がもっぱらスプリング力に依存するため、磁石またはソレノイドバルブを用いる場合に比べて原価および重量が節減される。

反面、本発明には、付加的な問題が発生する。つまり、低ＲＰＭで、高負荷条件（例：低段ギヤでのフルアクセル）の時、エンジン吸入空気の脈動（ｐｕｌｓａｔｉｏｎ）によって可変バルブ４０の振動が発生し、可変バルブ４０の原位置復帰時、非常に強い打撃音が発生する。これは、前記可変バルブ４０のバルブフラップ４１の下端とエアダクト１０との衝突によるものであり、打撃エネルギーが非常に大きくて、前記バルブフラップ４１の下端部に設けられる弾性部材の厚さを大きくしても、騒音の減少はあるものの消滅はない。

図６は、本発明の実施形態にかかるエアダクトの吸入口における空気の流れの脈動を示すグラフである。

図６に示しているように、エアダクト１０内の空気の脈動を把握するための流量計測点の位置は、第１吸入口２１付近の特定地点である。

図６のグラフは、全負荷（ｆｕｌｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）時、前記第１吸入口２１で１サイクル、つまり、４気筒であるため、４回のサイクルの間の空気の流れを示し、負（−）の符号がエンジン側への流動を、０より大きい値は、エンジンから前記第１吸入口２１側への流動をそれぞれ示す。高ＲＰＭでグラフの長さがより短い理由は、より速い時間に１サイクルが終わるからである。

ここで注目すべきは、吸入、圧縮、燃焼、そして排気行程の順序によって空気流動の速度が変化、つまり、脈動しており、流速変化（脈動）の最大の大きさは、１０００ＲＰＭでは１５ｍ／ｓ、５５００ＲＰＭでは８ｍ／ｓで、ＲＰＭの上昇に伴って脈動の大きさがむしろ減少するということである。特に、５５００ＲＰＭで平均流速が１５ｍ／ｓの点を考慮すると、このような脈動の大きさが可変バルブ４０の挙動に大きな影響を与えることが分かる。しかも、低ＲＰＭでは、脈動の大きさが大きいだけでなく、流動の方向が＋方向、つまり、前記第１吸入口２１側に逆流する脈動が発生する。

したがって、バルブフラップ４１の下端の弾性部材の追加として解決できなかったバルブフラップ４１の原位置復帰時の打撃音発生の問題は、低ＲＰＭでの前記脈動の大きさの増加および第１吸入口２１側に逆流する脈動によることを推論することができる。

このような状況に適切に対処するために、バルブフラップ４１の回転速度は、バルブヒンジ４２から遠く離れるほど速くなり、これに伴って衝撃量が増大することに着目して、バルブヒンジ４２から遠く離れたバルブフラップ４１の下端のストッパを除去し、バルブヒンジ４２の近接部に十分な大きさのストッパを設けることによって、前記打撃音の問題が解決できる。

図７は、本発明の実施形態にかかる可変バルブが設けられたエアダクトの長さ方向断面図である。

図８は、本発明の実施形態にかかるバルブストッパが装着された可変バルブの斜視図である。

図９は、本発明の他の実施形態にかかるバルブストッパが装着された可変バルブの斜視図である。

図７を参照すれば、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムの可変バルブ４０は、バルブストッパ４４をさらに含むことができる。

図７の前記バルブストッパ４４は、可変バルブ４０の第１流路３１の長さ方向断面上で、前記バルブヒンジ４２から左側端部に形成または装着される。しかし、本発明の実施形態は、これに限定されず、右側端部にも形成または装着されてよい。ただし、先に説明したように、左側端部に形成または装着される場合、右側端部に形成または装着される場合に比べて衝撃量が減少するため、打撃音の問題がより効果的に解決できる。

図７において、可変バルブ４０の前記左側端部が前記バルブヒンジ４２に近接した部位となる理由は、前記バルブヒンジ４２が流路を容易に開放する目的で、前記第１流路３１の長さ方向断面上で上部に位置するからである。仮に、バルブヒンジ４２が流路の高さ方向の中間部に位置する場合には、バルブストッパ４４の位置または構造が異なっていてよい。

図８と図９には、前記バルブストッパ４４の好ましい実施形態が提示されている。前記バルブストッパ４４は、一般に、前記バルブヒンジ４２から最も近い前記バルブフラップ４１の端部に装着される弾性体であってよい。

本発明にかかるもう一つの付加的な問題は、エンジンの吸入空気量が最大の時、バルブフラップ４１の自重およびスプリング力によってバルブフラップ４１の開放量が不足し得る点である。この場合、吸気の流動抵抗が大きくなってエンジン出力が減少することがある。バルブスプリング４３のスプリング力を半分に縮小しても前記問題が解決されず、前記スプリング力の過度縮小時、バルブフラップ４１の復帰が行われない場合も発生した。

図１０は、本発明の実施形態にかかるバルブフラップの形状に応じて流路断面積の変化を示すエアダクトの長さ方向断面図である。

図１１は、本発明の他の実施形態にかかる湾曲した形状のバルブフラップの側面図である。

図１０を参照すれば、本発明の実施形態にかかる可変吸気システムでは、エンジンの空気吸入力によってバルブフラップ４１のエアダクト１０の長さ方向後面に形成される負圧（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が、前記バルブフラップ４１の回転運動の主要因子であることに着目して、前記回転運動がより容易に起こることができ、流路断面積の変化が最大となるように、バルブフラップ４１の側面の形状がベンディングされるようにした。

図１０には、前記バルブフラップ４１の流路の長さ方向断面上で、その下部が上部と予め設定された角度をなすように折り曲がっている形状が提示されており、図１１には、前記バルブフラップ４１の上部から下部へいくほど緩やかに湾曲する形状が提示されている。

前記バルブフラップ４１の形状は、図１０および図１１から見るように、バルブヒンジ４２の中心と前記バルブフラップ４１の上部とを結ぶ延長線に対して、前記バルブフラップ４１の下端が前記バルブフラップ４１の開放方向に離隔している。本発明にかかる様々な実施形態によりバルブフラップ４１の形状を多様に変更して、流路断面積の変化を吸気流動性能と騒音減衰性能の目標に応じてチューニングすることができる。

図１０には、本発明の実施形態にかかる停止顎（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）６０および停止溝（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）６１が示されている。前記停止顎６０または前記停止溝６１は、エアダクト１０の長さ方向断面の上部または下部に形成または装着され、バルブフラップ４１の原位置復帰時、前記バルブフラップ４１の上端または下端が係止されて前記停止顎６０または前記停止溝６１に止まるようにする。併せて、前記バルブフラップ４１の初期位置を決定する役割も果たす。図１０には、前記停止顎６０と前記停止溝６１が前記エアダクト１０の下部にそれぞれ形成されている様子が示されている。

図１２は、バルブフラップの形状に応じた空気の流動抵抗（ｆｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の比較グラフである。

図１２を参照すれば、スプリング力を半分に縮小時、吸気の流動抵抗が最大０．５ｋＰａだけ減少するのに対し、バルブフラップ４１の形状変更（ベンディング）時、最大１．３ｋＰａの吸気流動抵抗の減少効果を得ることができる。

図１３は、吸気システムの音響伝播の原理を示す概略図である。

図１３を参照すれば、エンジンから伝達される音波は、急激に断面が拡張するエアクリーナ５０に至っては、音響インピーダンスの差で音響反射を起こし、この反射波は、エンジンからの入射波との音響干渉または重畳を通じて減衰が起こることができる。

エアクリーナ５０を経て減衰しても伝播し続ける残留音波は、エアダクト１０を経て吸入口に吐出されるが、この時、この残留波がエアダクト１０内の音場（ｓｏｕｎｄ ｆｉｅｌｄ）を加振（ｅｘｃｉｔｅ）して、幾何形状による特定周波数領域での気柱共鳴（ａｉｒ ｃｏｌｕｍｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）が発生し得る。これは、追加的な騒音源とされる。このような気柱共鳴周波数は、式（１）の音響理論式によって計算され、エアダクト１０の流路の直径よりは、長さによって決定される。この時、式（１）は、エアダクト１０の横断面が円の場合の関係式であるが、前記横断面が円でない場合にも、気柱共鳴周波数の変化傾向は式（１）による。

式（１）によれば、最高音圧レベルの差は大きくなくても、騒音が発生するエンジンＲＰＭの位置、つまり、共鳴周波数は異なることを理解することができる。例えば、気柱の長さが長くなると、上記式（１）の分母が大きくなるので、気柱共鳴周波数が小さくなる。

さらに図３を参照して説明すれば、第１流路３１の長さはＬ１、第２流路３２の長さはＬ１＋Ｌ２、前記第１流路３１の横断面の直径はＤ１、そして前記第２流路３２の前記第１流路３１と共有されない部分の横断面の直径はＤ２とする時、低ＲＰＭでは、前記第１流路３１の第１吸入口２１側の一端に位置した可変バルブ４０が閉鎖されるため、上記式（１）の気柱の長さはＬ１＋Ｌ２となり、気柱の直径はＤ１とＤ２に関係した任意の値となる。これは、Ｄ１がＤ２よりも大きいことがあるからであり、気柱の長さによる影響がより強いため、上記式（１）の気柱の直径をＤ１とＤ２との中間値として取っても、気柱共鳴周波数のチューニングには大きな問題にならない。

気柱の長さがＬ１＋Ｌ２に長くなるにつれ、第一次気柱共鳴周波数は相対的に非常に小さくなり、これによって非常に低いエンジンＲＰＭ状況で第一次気柱共鳴が発生する。この時、エンジンＲＰＭは、エアダクト１０内の音場を加振（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）する周波数（Ｈｚ）に換算できる。単位換算方法およびこの換算された加振周波数（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）と前記第一次気柱共鳴周波数とが一致する場合、気柱共鳴が発生することは自明であるので、詳細な説明は省略する。

一般に、車両の出発直後には緩やかに加速し、この時は、エンジンからの音響加振（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）の大きさが非常に小さい。したがって、Ｌ１＋Ｌ２とＤ１およびＤ２をチューニングして、エンジンＲＰＭの緩加速区間内に第一次気柱共鳴周波数が位置できるようにすれば、低ＲＰＭでの気柱共鳴による付加的な騒音の問題は効果的に解決できる。特に、低ＲＰＭであるほど、エンジンからの音響加振の大きさが小さくなるため、前記第一次気柱共鳴周波数を最少化することが最も良い解決方法である。

高ＲＰＭでは、第１吸入口２１側の前記第１流路３１の一端に位置した前記可変バルブ４０が開放されるため、吸気の流動抵抗は低くなってエンジン出力が増大し、エアダクト１０の流路の長さはＬ１として作用する。したがって、上記式（１）の気柱の長さはＬ１、気柱の直径はＤ１とすることができる。上記式（１）によって非常に高いエンジンＲＰＭ状況で気柱共鳴が発生する。これは、上記式（１）によって第一次気柱共鳴周波数が相対的に非常に大きくなるからであり、気柱共鳴が発生するには、走行中の商用ＲＰＭ区間内に前記第一次気柱共鳴周波数が位置しなければならない。したがって、Ｌ１およびＤ１をチューニングして、前記第一次気柱共鳴周波数をエンジンＲＰＭの商用区間、つまり、２０００〜５０００ＲＰＭの区間を外れて位置するように高くすると、エンジン騒音の吐出音の問題だけでなく、前記気柱共鳴による付加的な騒音の問題が同時に解決できる。エンジン騒音の吐出音問題の解決原理に関しては、図３に関する先の説明ですでに取り扱われた。

図１４は、本発明の他の実施形態により複数の可変バルブが設けられた状態を示す概略図である。

本発明の他の実施形態によれば、エンジン騒音の吐出音の減衰だけでなく、可変バルブ４０の位置変更を通じて、所望の帯域の周波数を強調したスポーティー、ダイナミックな音色などを開発することができる。つまり、第１吸入口２１を第２吸入口２２側に移動させることによって音色が変化するため、所望の音色を予め設定することができる。

また、図１４のように、１つのエアダクト１０に位置ごとに複数の可変バルブ４０を適用したり、本発明の実施形態にかかる可変バルブ４０を採用した複数のエアダクト１０を備えて、より精密なサウンドチューニングが可能である。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって容易に変更されて均等と認められる範囲のすべての変更を含む。

１０：エアダクト
２１：第１吸入口
２２：第２吸入口
３１：第１流路
３２：第２流路
４０：可変バルブ
４１：バルブフラップ
４２：バルブヒンジ
４３：バルブスプリング
４４：バルブストッパ
５０：エアクリーナ
６０：停止顎（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）
６１：停止溝（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）

Claims (14)

1. エンジンに吸入される空気を誘導するエアダクトと、開閉量が可変する可変バルブとを備えて吸入空気量を調節する可変吸気システムにおいて、
   前記エアダクトは、外部に開口した第１吸入口および第２吸入口を含み、
   前記エアダクトには、一端が前記第１吸入口に連結される第１流路と、一端が前記第２吸入口に連結される第２流路とが形成され、
   前記第２流路は、前記第１流路の一部を共有し、
   前記第１流路の他端と前記第２流路の他端は、同一の流出口を共有し、
   前記第２流路の長さが前記第１流路の長さよりも長いことを特徴とする、可変吸気システム。
2. 前記第１流路の横断面は、前記第１流路と共有されない前記第２流路の部分の横断面よりも広いことを特徴とする、請求項１に記載の可変吸気システム。
3. 前記可変バルブは、空気吸入量の変化に応じた前記エアダクト内の圧力変化によってその開放程度が変化することを特徴とする、請求項１に記載の可変吸気システム。
4. 前記可変バルブは、前記第１流路の一端に装着され、前記第２流路と共有されない第１流路の一部を開閉するようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の可変吸気システム。
5. 前記可変バルブが開放されると、前記第１吸入口および第２吸入口を介して流入した空気がすべてエンジンに供給され、前記可変バルブが閉鎖されると、前記第２吸入口を介して流入した空気のみがエンジンに供給されるようになっていることを特徴とする、請求項４に記載の可変吸気システム。
6. 前記可変バルブは、前記第１流路の長さ方向に垂直な軸を基準として回転運動をし、選択的に前記第１流路の横断面とほぼ同一の形状を有するバルブフラップを含むことを特徴とする、請求項４に記載の可変吸気システム。
7. 前記可変バルブは、
   前記バルブフラップの回転運動の軸となるバルブヒンジと、
   一端は前記バルブフラップによって支持され、他端は前記エアダクトによって支持されて、前記バルブヒンジを回転軸とする前記バルブフラップの回転運動に復元力を提供するバルブスプリングとをさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の可変吸気システム。
8. 前記可変バルブは、前記可変バルブの前記第１流路の長さ方向断面上で、前記バルブヒンジから左側端部または右側端部に形成または装着されるバルブストッパをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の可変吸気システム。
9. 前記バルブヒンジは、前記第１流路の長さ方向断面上で上部に位置し、
   前記バルブストッパは、前記バルブヒンジから近い前記バルブフラップの端部に装着される弾性体であることを特徴とする、請求項８に記載の可変吸気システム。
10. 前記バルブフラップは、前記バルブフラップの前記第１流路の長さ方向断面上で、その下部がその上部と予め設定された角度をなすように折り曲がっている形状、または下部にいくほど緩やかに湾曲する形状を有して、前記バルブヒンジの中心と前記バルブフラップの上部とを結ぶ延長線に対して、前記バルブフラップの下端が前記バルブフラップの開放方向に離隔していることを特徴とする、請求項７に記載の可変吸気システム。
11. 前記エアダクトの長さ方向断面の上部または下部には、前記バルブフラップの上端または下端が係止されて止まるように停止顎（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）または停止溝（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）が形成または装着されることを特徴とする、請求項６に記載の可変吸気システム。
12. 前記可変バルブが閉鎖時、または前記可変バルブが開放時、気柱共鳴周波数を
    

    

    によって上方または下方調節することができることを特徴とする、請求項５に記載の可変吸気システム。
    ただし、前記第１流路の長さはＬ１、前記第２流路の長さはＬ１＋Ｌ２、前記第１流路と共有されない前記第２流路の部分の長さはＬ２、前記第１流路の横断面の直径はＤ１、そして前記第１流路と共有されない前記第２流路の部分の横断面の直径はＤ２であり、前記可変バルブの閉鎖時には、前記気柱の長さはＬ１＋Ｌ２、前記気柱の直径はＤ１とＤ２に関係した任意の値であり、前記可変バルブの開放時には、前記気柱の長さはＬ１、前記気柱の直径はＤ１である。
13. 前記第１吸入口は、複数個が形成され、これによって、前記第１流路が複数個が形成され、
    少なくとも１つ以上の前記可変バルブが前記複数の第１流路の一端に選択的に装着されることを特徴とする、請求項４に記載の可変吸気システム。
14. 前記エアダクトは、複数個が備えられることを特徴とする、請求項４に記載の可変吸気システム。

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