JP2520983Y2 - 切換式動弁機構を備える内燃機関の吸気音低減装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本考案は切換式動弁機構を備える内燃機関の吸気音を
低減するための装置に関し、特に機関の中速域に於ける
トルク出力の落ち込みを軽減することのできる吸気音低
減装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の動弁機構を低減域及び高速域に於いてそれ
ぞれ適切な弁開度を実現するために、内燃機関の運転状
態に応じて切換え可能な動弁機構が例えば特開昭63-147
909号公報に開示されている。このような内燃機関に於
いては、従来の内燃機関に比較して、広い回転速度範囲
に亘って高出力が得られるが、高速域に於ける吸気流量
の増大に伴い、比較的大きな吸気騒音を発生することが
見い出された。

このような吸気騒音を低減するための装置としては、
レゾネータ即ち共鳴箱を用いることが知られており、例
えば特開昭60-30463号公報には、複数のレゾネータを並
設して複数の周波数域の騒音低減効果を得ることが提案
されている。しかしながら、この吸気音低減装置は、吸
気通路に向けて開かれた複数の開口を有するもので、吸
気音の低減には効果的であるものの、吸気流を乱すため
に内燃機関の性能を損なう虞れがある。

他方、内燃機関の出力トルク特性は、ある回転速度で
ピークとなる山なりの曲線を描くのが一般的であり、上
記切換式動弁機構を備えた内燃機関に於いては、それぞ
れ異なる弁作動特性で低速域と高速域とを別個に受け持
つため、弁作動特性の切換段数に応じてピークトルクが
複数出現し、作動特性の切換速度域の近傍に於いて出力
トルクの局部的な落ち込みが生じる。このような出力ト
ルクの落ち込みは、円滑な運転感覚に影響を及ぼすの
で、できる限り軽減若しくは解消し得るものであるのが
望ましい。

〈考案が解決しようとする課題〉 このような従来技術の問題点及び考案者の知見に鑑
み、本考案の主な目的は、切換式動弁機構を備える内燃
機関に於いて、吸気音を効果的に低減し得ると共に機関
の性能を向上し得るように改良された吸気音低減装置を
提供することにある。

［考案の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本考案によれば、回転速度を含む
運転状態の変化に応じて作動状態を切換可能な切換式動
弁機構を備える内燃機関の吸気音低減装置であって、第
１の接続管を介して当該内燃機関の吸気通路に連通する
第１の共鳴室と、第２の接続管を介して前記第１の共鳴
室に連通する第２の共鳴室と、前記第２の接続管に設け
られた開閉制御弁と、前記開閉制御弁を、前記切換式動
弁機構を切換える回転速度の近傍領域では閉じ、前記切
換え回転速度の前後の領域では開くように制御するため
の制御手段とを有すると共に、少なくとも前記第１の共
鳴室の容積を前記第２の共鳴室の容積よりも大きく形成
して両共鳴室の共振周波数を互いに異なるものとしたこ
とを特徴とする吸気音低減装置を提供することにより達
成される。

〈作用〉 これによれば、開閉制御弁を備えた接続管を介して互
いに連通させた共振周波数の互いに異なる２つの共鳴室
が、１つの接続管によって吸気通路に接続されるので、
吸気音低減装置を設けたことによる吸気流への悪影響を
最小限に止めることができる。そして切換式動弁機構の
作動を切換える回転速度の近傍領域に於いては開閉制御
弁を閉鎖し、切換式動弁機構の作動を切換える回転速度
の前後の領域に於いては開閉制御弁を開放するものとす
ることにより、第１の共鳴室の共振周波数を切換式動弁
機構を切換える回転速度域に合わせることで、吸気系に
於ける共鳴過給効果を活用して動弁機構の作動状態切換
点近傍の出力トルクの落ち込みを軽減することができ、
切換え回転速度の前後の領域に於いては、２つの共鳴室
によるピーク共振周波数が互いにずれた２つの周波数帯
域に於ける吸気音の減衰作用（消音作用）を発揮するこ
とができる。

〈実施例〉 以下に添付の図面を参照して本考案を特定の実施例に
ついて詳細に説明する。

第１図〜第３図は本考案に基づく吸気装置及び内燃機
関の動弁機構の一部を示す。各気筒には１対の吸気弁1
a、1bが設けられ、クランク軸の1/2の回転速度をもって
回転するカム軸２には、各気筒毎に２つの低速用カム3
a、3bと、１つの高速用カム４とが設けられ、ロッカ軸
８には、３本のロッカアーム５〜７が互いに並列に枢支
されている。これらロッカアームの中間部には、前記カ
ム3a、3b、４と係合するスリッパ面5a、6a、7aがそれぞ
れ形成されると共に、左右両側方に位置するロッカアー
ム５、７の遊端部は、ロックナット10a、10bにより固定
されるタペットねじ9a、9bを介して吸気弁1a、1bのステ
ム側遊端部に当接している。

良く知られているように、吸気弁1a、1bは、スプリン
グリテーナ15a、15bを介してバルブスプリング16a、16b
により閉弁方向に弾発付勢されており、カム軸２の回転
に伴い、左右のロッカアーム５、７を介して開閉駆動さ
れる。中央のロッカアーム６は、高速用カム４により駆
動されるが、シリンダヘッド11に於ける該ロッカアーム
６に対応する部分に設けられたリフタ12により常時高速
用カム４の摺接面に向けて弾発付勢されている。

次に、これらのロッカアーム５〜７の連携動作を達成
するための動弁切換機構14について説明する。

第２図に良く示されているように、各ロッカアーム５
〜７には、互いに整合するガイド孔17、20、21が設けら
れている。一端に位置するロッカアーム７のガイド孔17
は、閉塞された盲孔とされており、その内部にはピスト
ン25が受容されている。ガイド孔17の閉塞端は、ロッカ
アーム５に形成された通路32及び中空ロッカ軸８に開設
されたポート33を介してロッカ軸８内部の油供給路30に
連通している。中央に位置するロッカアーム６のガイド
孔20は貫通孔とされており、その内部には該ガイド孔20
の全長と略等しい長さを有するピストン26が受容されて
いる。他端に位置するロッカアーム５のガイド孔21に
は、ストッパ27が受容されている。このストッパ27は、
概ね有底筒状をなし、その内側とガイド孔21の底部との
間に挾設された圧縮コイルばね28により中央のロッカア
ーム６に向けて常時弾発付勢されている。

この切換式動弁機構14によれば、油供給路30の油圧が
低い時にあっては、圧縮コイルばね28の付勢力により、
ピストン25がガイド孔17内に、ピストン26がガイド孔20
内に、ピストン27がガイド孔21内にそれぞれ位置するこ
とにより、各ロッカアーム５〜７は、互いに独立して運
動し得る。従って、中央のロッカアーム６は、高速用カ
ム４により駆動され、リフタ12を繰り返し押し下げるの
みの所謂ロストモーション運動を行なうのに対し、左右
のロッカアーム５、７は、それぞれ低速用カム3a、3bに
より駆動され、吸気弁1a、1bを低速モードで開閉駆動す
る。

油供給路30の油圧が高められると、圧縮コイルばね28
のばね力に抗して、ピストン25がガイド孔20内に突入す
ると共に、ピストン26をロッカアーム５のガイド孔21内
に向けて突入させる。従って、３本のロッカアーム５〜
７は互いに一体的に結合される。ここで、低速用カム3
a、3bに対して高速用カム４のカムプロフィールが相対
的に大きいことから、ロッカアーム５、７も中央の高速
用カム４により駆動されるようになり、吸気弁1a、1bは
高速モードにより開閉駆動されるようになる。

一方、この内燃機関の吸気弁口を臨む吸気ポート40
は、スロットル弁41を介して吸気通路42に連通してお
り、吸気通路42の上流端はエアクリーナ43を介して大気
に連通している。吸気ポート40の下流端には、燃料噴射
弁44が吸気弁口に向けて装着されている。

吸気通路42の適所には、第１の接続管45を介して第１
の共鳴室46が連通しており、この第１の共鳴室の第１の
接続管45とは相反する側の壁面には第２の接続管47が接
続され、第１の共鳴室46を第２の共鳴室48に連通してい
る。第２の接続管47には開閉制御弁49が設けられ、この
開閉制御弁49は、アクチュエータ50を介して制御ユニッ
ト51により開閉制御される。制御ユニット51は動弁切換
機構14を作動させるための油圧コントローラ52及び内燃
機関の回転速度を検出する速度センサ53にも接続されて
いる。

ここで、第１及び第２の接続管45、47の通路半径を
R₁、R₂とし、これら接続管の長さをL₁、L₂とし、第１及
び第２の共鳴室46及び48の容積をV₁、V₂とし、音速をＣ
とし、係数β＝2/πとした時に、両共鳴室の共振周波数
f₀₁、f₀₂をそれぞれ以下の式により表すことができる。

これら２つの共鳴箱を連通させた状態で用いた場合に
は、以下の式により表される２つの周波数に於いて減衰
作用を発揮することができる。

但し、Ｆ＝f₀₁ ²＋f₀₂ ²（１＋V₂/V₁） Ｇ＝f₀₁ ²・f₀₂ ² …（３） 言うまでもなく、開閉制御弁49を閉じると、第１の共
鳴室46のみが有効となることから、周波数f₀₁に於いて
減衰作用を発揮することができる。

この式に示されるように、第１の共鳴室46に対する第
２の共鳴室48の容積比、即ちV₂/V₁が大きくなるに従っ
てf₁、f₂の周波数差は大きくなり、一般には４気筒エン
ジンの場合3000rpmに相当する100Hzを超える周波数差が
あると周波数の設定が困難となるため、一般にV₂/V₁＜
１としなければならず、第１の共鳴室46の容量を第２の
共鳴室48の容量よりも大きくしなければならない。更に
f₁とf₂との間の差を小さくするためには、第２の接続管
47の径も小さくしなければならない。

第４図は、本考案に示される切換式動弁機構を備える
内燃機関に於ける、回転速度に対する吸気音のレベルの
変化を示すもので、一点鎖線により示される切換式動弁
機構を持たない通常の内燃機関の場合に比較して、実線
により示される切換式動弁機構を備える内燃機関の吸気
騒音は２つ顕著なピークを有することがわかる。これ
は、特に高回転速度域に於いて、吸気弁のリフト量及び
吸気弁の開いている時期が長くなることに伴い流入空気
量が増加するためである。しかして、本考案によれば、
これら２つのピークに適合するように２つの共鳴箱の容
積或いは接続管の長さ及び径を調節することにより、第
４図に於いて破線により示されるように、回転速度の全
域に亘って吸気音を低減することができる。

ところで、内燃機関の出力トルク特性は、ある回転速
度でピークとなる山なりの曲線を描くのが一般的である
が、切換式動弁機構を備えた内燃機関に於いては、それ
ぞれ異なる弁作動特性で低速域と高速域とを別個に受け
持つため、各速度域にピークトルクがそれぞれ出現す
る。そのため、作動特性の切換速度域の近傍に於いて出
力トルクが局部的に落ち込む。そこで、第１の共鳴室46
の共振周波数f₀₁をこのようなトルクの谷の前後に設定
しておけば、第５図に於いて実線により示されるよう
に、共鳴過給効果によって出力トルクの落ち込みを軽減
することができる。そのような目的で、本考案によれ
ば、出力トルクが局部的に落ち込むような速度域の回転
速度N₁よりもやや低い回転速度N₂と、回転速度N₁よりも
やや高い回転速度N₃との間に於いて開閉制御弁49を開く
ようにしている。これにより出力トルクの局部的な落ち
込みを軽減若しくは解消することができる。

［考案の効果］ このように本考案によれば、作動特性を切換える動弁
機構の各段の作動領域（低速域・高速域）に顕著なトル
クピークをもった内燃機関に於いて、接続管を介して直
列に接続された共振周波数が互いに異なる２つの共鳴室
により、運転状態（回転速度）の全域に渡って吸気音を
低減し得ると共に、２つの共鳴室間の接続管に設けられ
た開閉制御弁を閉鎖することで得られる第１の共鳴室側
のみの共鳴過給効果により、切換式動弁機構の切換時の
内燃機関の出力トルクの局部的な落ち込みを軽減若しく
は解消し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に基づく吸気装置を備える内燃機関の一
部を模式的に示す断面図である。 第２図は動弁機構の一部を模式的に示す構成図である。 第３図は動弁機構の要部を示す断面図である。 第４図及び第５図は、本考案に基づく吸気騒音低減装置
による音圧低減及び出力トルク向上の効果を示すグラフ
である。 1a、1b……吸気弁、２……カム軸 3a、3b……低速カム、４……高速カム ５〜７……ロッカアーム 5a、6a、7a……スリッパ面 ８……ロッカ軸、9a、9b……タペットねじ 10a、10b……ロックナット 11……シリンダヘッド、12……リフタ 14……動弁切換機構 15、15b……スプリングリテーナ 16a、16b……バルブスプリング 17、20、21……ガイド孔 25〜27……ピストン、27b……小径部 28……圧縮コイルばね、30……油供給路 32……通路、33……ポート 34……通路、35……ポート 40……吸気ポート、41……スロットル弁 42……吸気通路、43……エアクリーナ 44……燃料噴射弁、45……第１の接続管 46……第１の共鳴室、47……第２接続管 48……第２の共鳴室、49……開閉制御弁 50……アクチュエータ、51……制御ユニット 52……油圧コントローラ 53……速度センサ

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転速度を含む運転状態の変化に応じて作
   動状態を切換可能な切換式動弁機構14を備える内燃機関
   の吸気音低減装置であって、 第１の接続管45を介して当該内燃機関の吸気通路42に連
   通する第１の共鳴室46と、 第２の接続管47を介して前記第１の共鳴室に連通する第
   ２の共鳴室48と、 前記第２の接続管に設けられた開閉制御弁49と、 前記開閉制御弁を、前記切換式動弁機構を切換える回転
   速度の近傍領域では閉じ、前記切換回転速度の前後の領
   域では開くように制御するための制御手段51とを有する
   と共に、 少なくとも前記第１の共鳴室の容積を前記第２の共鳴室
   の容積よりも大きく形成して両共鳴室の共振周波数を互
   いに異なるものとしたことを特徴とする切換式動弁機構
   を備える内燃機関の吸気音低減装置。