JP4238560B2 - Intake device for internal combustion engine - Google Patents

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JP4238560B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、自動車などに搭載される内燃機関(以下、エンジンという)の動作に起因する音は、いわゆるエンジンサウンドとして、ユーザの嗜好に合った音質が求められている。特に、SUV(Sport Utility Vehicles)系の車種では、迫力あるエンジンサウンドが求められている。迫力あるエンジンサウンドを得るため、エンジン回転数の偶数次成分音の発生を制御する吸気装置により、エンジン回転数の上昇にともない、エンジンサウンドの偶数次成分音を平滑に増加するものがあった。ここで、偶数次数成分音とは、エンジン回転数の2n倍(n=1,2…)の周波数成分の音(これを2n次成分音という)である。
【0003】
また、迫力あるエンジンサウンドを得るには、エンジン回転数の上昇に伴うハーフ次数成分音の発生が有効であり、互いに逆回転する吸排気カムシャフトが有するアンバランスウェイトによってハーフ次数成分音を発生する内燃機関があった。ここで、ハーフ次数成分音とは、エンジン回転数の(n+1/2)倍(n=1,2…)の周波数成分の音(これを(n+1/2)次成分音という)である。例えば、エンジン回転数が3000rpm(50Hz)であれば、75Hzの音が、1.5次成分音に相当する。
【0004】
下記特許文献1には、偶数次数成分音を制御する吸気装置が記載されている。
下記特許文献2には、ハーフ次数成分音を発生する内燃機関が記載されている。
【特許文献1】
特開平1−190957号公報
【特許文献2】
特開2002−227612号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の吸気装置では、エンジン回転数の上昇に伴うハーフ次数成分音の発生を制御していないため、迫力あるエンジンサウンドを十分に得ることはできなかった。
【0006】
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、迫力あるエンジンサウンドを十分に得ることのできる吸気装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記した課題を解決するため、外部から内燃機関へ空気を導入する吸気装置であって、所定の空間容量を有する拡張室を最終的に前記内燃機関の吸気経路へ連通し、それぞれ共鳴周波数の異なる複数の吸気ダクトの一端を、前記拡張室にそれぞれ連通して設け、前記複数の吸気ダクトの他端の各々を、それぞれ発する共鳴音の干渉により、前記内燃機関の機関回転数のハーフ次数成分音を発生可能な位置関係とし、前記複数の吸気ダクトのうち少なくとも一の吸気ダクトを開閉するダクト開閉手段を設け、前記ダクト開閉手段は、前記一の吸気ダクトを開閉する際に、前記拡張室の空間容量を増減することを特徴とする。
【0008】
かかる吸気装置によれば、複数の吸気ダクトから各々発生する共鳴周波数の異なる共鳴音が、これらの吸気ダクトの両端近傍において、内燃機関の吸気バルブの開閉に伴った空気の脈動により発生する吸気脈動音と干渉することにより、エンジン回転数の上昇に伴うハーフ次数成分音を作り出す。したがって、内燃機関の吸気装置により、迫力あるエンジンサウンドを十分に得ることができる。なお、複数の吸気ダクトの各々の共鳴周波数および位置関係は、内燃機関の特性や設置環境、求められるエンジンサウンドの特性など、種々の要因を検討して定めれば良い。こうした吸気ダクトの態様としては、例えば、前記複数の吸気ダクトは、2つの吸気ダクトとし、前記2つの吸気ダクトの共鳴周波数は、約200Hzから約500Hzの範囲とし、かつ、前記2つの吸気ダクトの共鳴周波数の比率は、約1対2から約1対3の範囲とするなどの態様が考えられる。ダクト開閉手段が一の吸気ダクトを閉鎖する場合には、一の吸気ダクトからの共鳴音による吸気脈動音の干渉が起こらないが、ダクト開閉手段が吸気ダクトを開放する場合には、一の吸気ダクトからの共鳴音による吸気脈動音の干渉が起きる。したがって、ダクト開閉手段が吸気ダクトを開閉することにより、迫力あるエンジンサウンドの音色を切り替えたり、または、迫力あるエンジンサウンドと通常のエンジンサウンドとを切り替えたりすることができる。ダクト開閉手段によって拡張室の空間容量を増加すると、吸気口で放出される吸入音の音圧レベルが減少し、拡張室の空間容量を減少すると、吸入音の音圧レベルが増大する。したがって、エンジンサウンドの音色の切り替えとともに、エンジンサウンドの音量の増減を行うことができ、迫力あるエンジンサウンドの取得に一層効果がある。
【0009】
上記の構成を有する本発明の吸気装置は、以下の態様を採ることもできる。前記複数の吸気ダクトを、それぞれ異なる管長に形成しても良い。吸気ダクトの管長を変更することにより、吸気ダクトの共鳴周波数を変更できるため、拡張室との連通箇所を設計変更することなく、エンジンサウンドのチューニングを行うことができる。
【0010】
前記複数の吸気ダクトのうち少なくとも一の吸気ダクトの他端を、他の吸気ダクトの途中に連通しても良い。外部に開放され空気を取り入れる吸気口の設置スペースが限られている場合に、吸気口となる吸気ダクトの他端を減らすことにより、限られた吸気口の設置スペースであっても、迫力あるエンジンサウンドを十分に得ることができる。
【0011】
前記複数の吸気ダクトのうち少なくとも一の吸気ダクトの他端を、他の吸気ダクトの他端の近傍に配置しても良い。複数の吸気ダクトの他端を吸気口とし、外部からより多くの空気を取り入れることにより、内燃機関の吸気効率を高めることができる。
【0012】
また、前記拡張室を、吸気の塵埃を除去するエアクリーナに設けても良い。エアクリーナ内部の空間を拡張室とすることにより、吸気装置の搭載スペース効率の向上を図ることができる。
【0014】
前記ダクト開閉手段を、吸気の塵埃を除去するエアクリーナに設けても良い。エアクリーナ内部の空間にダクト開閉手段を設けることにより、吸気装置の搭載スペース効率の向上を図ることができる。
【0016】
こうしたダクト開閉手段としては、例えば、前記ダクト開閉手段は、狭幅部と広幅部とから成る略半円筒状に形成した弁体と、前記弁体を嵌入する弁胴と、前記弁体を回転する駆動手段とを備えるロータリバルブなどが考えられる。このロータリバルブは、狭幅部が弁胴に嵌入して、吸気ダクトを開閉すると同時に、広幅部が弁胴から拡張室への出入を行い、拡張室の空間容量を増減する。したがって、一の動作により、エンジンサウンドの音色の切り替えとともに、エンジンサウンドの音量の増減を行うことができる。
【0017】
ダクト開閉手段とは別に、前記拡張室の空間容量を増減する容量増減手段を設けても良い。したがって、迫力あるエンジンサウンドの発生とは別に、エンジンサウンドの音量の増減を行うことができる。さらに、前記ダクト開閉手段が、前記一の吸気ダクトを開閉する際に、前記拡張室の空間容量を増減する容量増減手段を設けても良い。したがって、エンジンサウンドの音色と音量のチューニングを詳細に行うことができる。
【0018】
さらに、前記内燃機関の稼動状態を検出する状態検出手段と、前記状態検出手段で検出した前記稼動状態に基づいて、前記ダクト開閉手段により前記吸気ダクトの開閉を行い、前記複数の吸気ダクトに起因する前記ハーフ次数成分音の発生を制御する開閉制御手段を備えても良い。したがって、内燃機関の稼動状態に応じて、ハーフ次数成分音を発生するため、内燃機関の稼動状態とエンジンサウンドとの一体感を向上することができる。こうした内燃機関の稼動状態としては、例えば、少なくとも前記内燃機関の機関回転数または機関負荷などが考えられる。自動車などに搭載された内燃機関の場合、機関回転数と機関負荷から自動車が加速状態にあるか否かの判断により、ハーフ次数成分音の発生を制御でき、迫力あるエンジンサウンドをより効果的に発生することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下説明した本発明の構成及び作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した内燃機関の吸気装置の一実施例について説明する。
【0020】
図1は、本発明の第1の実施例である内燃機関の吸気装置の全体構成図である。この内燃機関(以下、エンジンという)10及びその吸気装置15は、自動車に搭載されている。エンジン10は、燃料と空気とからなる混合気が気筒内で爆発燃焼する際の爆発力を伝えるピストン110、吸気を取り入れる吸気ポート120、吸気ポート120を開閉する吸気バルブ130、排気を排出する排気ポート140、排気ポート140を開閉する排気バルブ150、エンジン回転数Nを検出するためのクランクポジションセンサ160などを備えている。
【0021】
エンジン10に空気を供給する吸気装置15は、空気の流れの上流側から、外部から空気を取り入れる吸気ダクト20a、吸気ダクト20aから分岐する吸気サブダクト20b、取り入れた空気を清浄するエアクリーナ50、清浄した空気をエンジン10の吸気ポート120へ導く吸気経路60を、この順に配設している。この他に、吸気装置15は、吸気サブダクト20bを開閉するダクト開閉手段としてのロータリバルブ40、このロータリバルブ40を制御する開閉制御手段としてのコントローラ70も備える。
【0022】
吸気ダクト20aは、所定の共鳴周波数を持つダクトであり、その一端をエアクリーナ50に連通して設け、その他端を外部に開放して空気を取り入れる吸気口としている。吸気サブダクト20bは、吸気ダクト20aとは異なる所定の共鳴周波数を持つダクトであり、その一端をエアクリーナ50に連通して設け、その他端を吸気ダクト20aの途中に連通してある。この吸気ダクト20aと吸気サブダクト20bとの位置関係は、それぞれを開放状態とした場合に、それぞれ発する共鳴音の干渉により、エンジン10のエンジン回転数のハーフ次数成分音を発生可能な位置関係としている。
【0023】
ここで、吸気ダクト20aと吸気サブダクト20bとの共鳴周波数の関係は、エンジン10の特性や設置環境、求められるエンジンサウンドの特性など、種々の要因を検討して定める。例えば、吸気ダクト20aおよび吸気サブダクト20bの共鳴周波数は、約200Hzから約500Hzの範囲とし、かつ、吸気ダクト20aと吸気サブダクト20bとの共鳴周波数の比率は、約1対2から約1対3の範囲とするなど考えられる。本実施例では、吸気ダクト20aの共鳴周波数を約200Hzとし、吸気サブダクト20bの共鳴周波数を約400Hzとしている。なお、本実施例では、吸気ダクト20aと吸気サブダクト20bとをほぼ同径とし、吸気ダクト20aの管長を吸気サブダクト20bの管長の約2倍にすることにより、すなわち、吸気ダクト20aと吸気サブダクト20bとの管長を、それぞれ異なる管長に形成することにより、それぞれの共鳴周波数を異なるものとしている。もとより、管径や断面形状などにより、共鳴周波数を調整するものとしても良い。
【0024】
エアクリーナ50は、内部に空間を有する略箱状に形成してあり、その内部の空間の中程に、取り入れた空気を濾過するエアフィルタ510を備える。エアフィルタ510の上流側には、所定の空間容量を有する第1拡張室30を備える。エアフィルタ510の下流側には、所定の空間容量を有する第2拡張室520を備える。第1拡張室30には、吸気ダクト20aおよび吸気サブダクト20bの一端が連通して設けてある。第1拡張室30は、吸気サブダクト20bを開閉するロータリバルブ40を収納する。第2拡張室520は、吸気経路60と連通し、最終的にエンジン10へ空気を導く。
【0025】
吸気経路60は、エアクリーナ50の第2拡張室520とエンジン10の吸気ポート120とを連通しており、空気の流れの上流側から、エンジン10が吸入する吸入空気量Qを検出するエアフロメータ610、エンジン10が吸入する吸入空気量を調整するスロットルバルブ620、燃料を空気の流れに噴射してエンジン10に供給するフューエルインジェクタ640を、この順に配設している。スロットルバルブ620は、スロットルバルブ620のスロットル開度θを検出するスロットルポジションセンサ630を備える。
【0026】
コントローラ70は、エンジン10の稼動状態を検出する状態検出手段であるクランクポジションセンサ160、エアフロメータ610、スロットルポジションセンサ630と接続して、これらのセンサからの検出信号を入力する。コントローラ70は、ロータリバルブ40と接続して、入力した検出信号に基づいてエンジン10の稼動状態を判断し、ロータリバルブ40に制御信号を出力して吸気サブダクト20bを開閉する。
【0027】
次に、ロータリバルブ40の構造について説明する。図2は、本発明の第1の実施例における吸気装置15のロータリバルブ40の構造を示す斜視図である。図2に示すロータリバルブ40の構造の理解を補助するため図3を示す。図3は、本発明の第1の実施例における吸気装置15のロータリバルブ40の構造を示す組立斜視図である。ロータリバルブ40は、吸気サブダクト20bと第1拡張室30との連通部を開閉する弁体410、弁体410を嵌入する弁胴420、弁胴420の外部に設けられ弁体410を回転する駆動手段であるサーボモータ440、サーボモータ440の回転駆動力を弁体410に伝える軸430を備える。駆動手段であるサーボモータ440は、前述のコントローラ70からの制御信号の入力に基づいて、弁体410の回転を行う。
【0028】
弁体410は、狭幅部411と広幅部412とから成る略半円筒状に形成してあり、この略半円筒の円中心でもある軸430を中心として弁胴420内を回転可能に設けてある。弁体410は、円筒を略半円筒に切る面で第1拡張室30に接する。狭幅部411は、略半円筒状の弁体410のうち、略4分の1円筒部を占め、広幅部412は、その残りの略4分の1円筒部を占める。広幅部412は、軸430方向の幅を、第1拡張室30の幅と同程度に形成してある。狭幅部411は、軸430方向の幅を、吸気サブダクト20bの径以上であって、かつ、広幅部412と比較して狭く形成してある。
【0029】
弁胴420は、弁体410を、弁体410の円筒を略半円筒に切る面以外の面を覆う形で嵌入するように形成してあり、エアクリーナ50の第1拡張室30の一部を形成する。弁胴420は、弁体410の狭幅部411を嵌入する狭幅嵌入部421と、吸気サブダクト20bと第1拡張室30とが連通するダクト連通部422とを備える。狭幅嵌入部421は、弁体410の狭幅部411の軸430方向の幅を広幅部412より狭くしたことによりできる空間を埋めるよう狭幅部411を挟む形に形成してある。ダクト連通部422は、弁体410の狭幅部411の円周面が接する位置であって、弁体410の回転による吸気サブダクト20bの開閉が可能な位置に形成してある。
【0030】
次に、ロータリバルブ40の動作について説明する。ロータリバルブ40が、吸気サブダクト20bを閉鎖する状態(以下、閉鎖状態という)について説明する。図4は、本発明の第1の実施例における吸気装置15の閉鎖状態にある吸気ダクト近傍の拡大断面図である。閉鎖状態では、弁体410の狭幅部411は、その円周面にて弁胴420のダクト連通部422と接して、弁胴420の狭幅嵌入部421に嵌入されている。よって、吸気サブダクト20bは、第1拡張室30に連通しない。一方、弁体410の広幅部412は、その全体が弁胴420に嵌入されている。
【0031】
したがって、外部からエンジン10へ導入される空気は、吸気サブダクト20bを通過せず、吸気ダクト20aを通過して第1拡張室30に入り、最終的にエンジン10の吸気ポートへ導入される。このとき吸気装置15から発生する主な音は、吸気バルブ130の開閉に伴った空気の脈動により発生する吸気脈動音となる。この吸気脈動音は、エンジン10のエンジン回転数と気筒数に関係した周期的な音であり、エンジン回転数の1次成分音と2次成分音を主体とする音となる。よって、閉鎖状態における吸気装置15は、1次成分音と2次成分音を主体とする音を発生する。
【0032】
ロータリバルブ40が、吸気サブダクト20bを開放する状態(以下、開放状態という)について説明する。図5は、本発明の第1の実施例における吸気装置15の開放状態にある吸気ダクト近傍の拡大断面図である。図5に示す状態は、弁体410の狭幅部411の円周面が、弁胴420のダクト連通部422に接触しなくなるまで、図4に示す閉鎖状態の弁体410が、軸430を中心として紙面反時計回りに回転した状態である。この開放状態では、弁体410の狭幅部411は、弁胴420の狭幅嵌入部421の奥にさらに嵌入し、図4の閉鎖状態において狭幅部411が占めていた領域A1は、第1拡張室30の空間の一部となり、第1拡張室30は、領域A1であった空間を介してダクト連通部422に接する。よって、吸気サブダクト20bは、第1拡張室30に連通する。
【0033】
さらに、弁体410の広幅部412は、弁体410が回転した分だけ、弁胴420から第1拡張室30に突出し、この広幅部412の突出した部分が占める領域A2は、空間ではなくなる。広幅部412の幅は、狭幅部411の幅よりも広いため、領域A2の体積は、領域A1の体積よりも大きい。よって、開放状態の第1拡張室30の空間容量は、領域A1により増加する容量よりも、領域A2により減少する容量の方が大きいため、閉鎖状態と比較して減少する。この作用から、ロータリバルブ40は、第1拡張室30の空間容量を増減する容量増減手段としても働く。
【0034】
したがって、外部からエンジン10へ導入される空気は、吸気ダクト20aを通過する経路と、吸気ダクト20aの途中から分岐して吸気サブダクト20bを通過する経路とを経て第1拡張室30に入り、最終的にエンジン10の吸気ポート120へ導入される。このとき吸気装置15から発生する主な音は、吸気バルブ130の開閉に伴った空気の脈動により発生する吸気脈動音と脈動干渉音となる。脈動干渉音は、吸気ダクト20aおよび吸気サブダクト20bの開放により各々発生する周波数の異なる共鳴音が、吸気ダクト20aおよび吸気サブダクト20bの両端近傍において、吸気脈動音と干渉することにより発生する。この脈動干渉音は、エンジン回転数のハーフ次数成分音である1.5次成分音を主体とする音となる。よって、開放状態における吸気装置15は、1次成分音と2次成分音に加えて1.5次成分音を主体とする音を発生する。
【0035】
さらに、第1拡張室30の空間容量が、閉鎖状態と比較して減少することにより、吸気装置15で発生する音の音圧レベルは大きくなる。一般に、音の経路を拡大し再び縮小させることによって生じる音の反射・干渉により、音圧レベルの低減を図る拡張型消音器が知られている。この拡張型消音器は、その空間容量が大きいほど、音の音圧レベルは小さくなり、逆に、その空間容量が小さいほど、音の音圧レベルは大きくなる。
【0036】
次に、エンジン10の稼動状態に基づいて、ロータリバルブ40による吸気サブダクト20bの開閉を制御する処理(以下、開閉制御処理という)について説明する。図6は、開閉制御処理を示したコントローラ70のフローチャートである。この開閉制御処理は、エンジン10の稼動中に所定のタイミングで繰り返し行われる処理である。エンジン10の起動時である初期状態には、ロータリバルブ40は、閉鎖状態である。
【0037】
図6に示した処理が開始されると、エアフロメータ610からの検出信号を入力して、エンジン10の吸入空気量Qを読み込む(ステップS701)。次に、スロットルポジションセンサ630からの検出信号を入力して、スロットル開度θを読み込む(ステップS702)。クランクポジションセンサ160からの検出信号を入力して、エンジン10のエンジン回転数Nを読み込む(ステップS703)。その後、ステップS701,S702で読み込んだ吸入空気量Qとスロットル開度θから、エンジン10のエンジン負荷Fの推定値の算出を行う処理を実行する(ステップS704)。
【0038】
以上の処理の後、現在のエンジン10の稼動状態、すなわちエンジン回転数Nとエンジン負荷Fとに基づいて、コントローラ70に内蔵の記憶回路(図示せず)に予め格納してある作動情報マップを参照して、エンジン10が所定の稼動状態にあるか否かを判断するのである。この作動情報マップは、エンジン回転数Nとエンジン負荷Fとの関係に対応して、ロータリバルブ40を開放状態とする所定の稼動状態を予め設定したデータである。所定の稼動状態としては、例えば、自動車が加速する場合を想定した高エンジン負荷・高エンジン回転数である状態を考えることができる。
【0039】
所定の稼動状態であると判断した場合には(ステップS705)、ロータリバルブ40を開放状態とする開放信号をロータリバルブ40へ出力する(ステップS706)。この開放信号の入力を受けたロータリバルブ40は、弁体410が吸気サブダクト20bを閉鎖していたら、サーボモータ440により弁体410を回転し吸気サブダクト20bを開放する。弁体410が吸気サブダクト20bを開放していたら、その開放を保持する。コントローラ70は、ステップS706の処理を行った後、開閉制御処理を終了する。
【0040】
一方、所定の稼動状態でないと判断した場合には(ステップS705)、ロータリバルブ40を閉鎖状態とする閉鎖信号をロータリバルブ40へ出力する(ステップS707)。この閉鎖信号の入力を受けたロータリバルブ40は、弁体410が吸気サブダクト20bを開放していたら、サーボモータ440により弁体410を回転し吸気サブダクト20bを閉鎖する。弁体410が吸気サブダクト20bを閉鎖していたら、その閉鎖を保持する。コントローラ70は、ステップS707の処理を行った後、開閉制御処理を終了する。
【0041】
以上説明した第1の実施例によれば、吸気装置15は、コントローラ70によりエンジン10が所定の稼動状態にあると判断した場合に、ロータリバルブ40により閉鎖していた吸気サブダクト20bを開放する。この結果、エンジン回転数の上昇に伴うハーフ次数成分音が発生し、加えて、吸気装置15で発生する音量は増大する。したがって、エンジン10の稼動状態に応じて、迫力あるエンジンサウンドを十分に得ることができる。
【0042】
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図7は、本発明の第2の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。この吸気装置15の全体構成は、図1に示した通りであり、吸気ダクトの構造のみが異なる。図7に示した第2の実施例では、第1の実施例の吸気ダクト20aと吸気サブダクト20bとに加えて、これらの吸気ダクトとは異なる所定の共鳴周波数を持つ吸気サブダクト20cを備える。吸気サブダクト20cは、その一端をエアクリーナ50に連通して設け、その他端を吸気ダクト20aの途中であって、吸気サブダクト20bが吸気ダクト20aに連通する位置より上流に連通してある。これらの吸気ダクト20aおよび吸気サブダクト20b,20cの位置関係は、それぞれを開放状態とした場合に、それぞれ発する共鳴音の干渉により、エンジン10のエンジン回転数のハーフ次数成分音を発生可能な位置関係としている。
【0043】
ロータリバルブ40は、第1の実施例吸気において吸気サブダクト20bを開放する開放状態Aの位置PAから、さらに、吸気サブダクト20cを開放する開放状態Bの位置PBまで回転できるように設けてある。コントローラ70は、エンジン10の稼動状態に応じて、ロータリバルブ40を閉鎖状態,開放状態A,開放状態Bに制御する。
【0044】
よって、開放状態Bでは、開放状態Aのときの干渉に加え、吸気サブダクト20cの共鳴音による吸気脈動音との干渉が起こり、開放状態Aとは異なる音色のハーフ次数成分音を発生する。さらに、開放状態Bでは、開放状態Aよりも第1拡張室30の空間容量が減少するため、開放状態Aよりもさらに吸気装置15で発生する音の音圧レベルを増大できる。したがって、エンジン10の稼動状態に応じて、異なる2種類の迫力あるエンジンサウンドを得ることができる。
【0045】
次に、本発明の第3の実施例について説明する。図8は、本発明の第3の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。この吸気装置15の全体構成は、図1に示した通りであり、吸気ダクトの構造のみが異なる。図8に示した第3の実施例では、第2の実施例における吸気サブダクト20cに代えて吸気サブダクト20dを備える。吸気サブダクト20dは、その一端をエアクリーナ50に連通して設け、その他端を吸気サブダクト20bの途中に連通してある。これらの吸気ダクト20aおよび吸気サブダクト20b,20dの位置関係は、それぞれを開放状態とした場合に、それぞれ発する共鳴音の干渉により、エンジン10のエンジン回転数のハーフ次数成分音を発生可能な位置関係としている。よって、第2の実施例と同様の効果を奏する。
【0046】
次に、本発明の第4の実施例について説明する。図9は、本発明の第4の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。この吸気装置15の全体構成は、図1に示した通りであり、吸気ダクトの構造のみが異なる。図9に示した第4の実施例では、第1の実施例における吸気サブダクト20bに代え吸気サブダクト20eを備える。吸気サブダクト20eは、その一端をエアクリーナ50に連通して設け、その他端を吸気ダクト20aの他端の近傍に配置してある。これらの吸気ダクト20aと吸気サブダクト20eとの位置関係は、それぞれを開放状態とした場合に、それぞれ発する共鳴音の干渉により、エンジン10のエンジン回転数のハーフ次数成分音を発生可能な位置関係としている。
【0047】
ロータリバルブ40は、吸気サブダクト20eを開放する開放状態Cの位置まで回転できるように設けてある。コントローラ70は、エンジン10の稼動状態に応じて、ロータリバルブ40を閉鎖状態と開放状態Cとに制御する。
【0048】
よって、閉鎖状態では、吸気ダクト20aのみから、外部より空気を取り入れる。開放状態Cでは、吸気ダクト20aに加えて吸気サブダクト20eからも、外部より空気を取り入れる。したがって、第1の実施例と同様の効果を奏する他、エンジン10の吸気効率を高めることができる。
【0049】
次に、本発明の第5の実施例について説明する。図10は、本発明の第5の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。この吸気装置15の全体構成は、図1に示した通りであり、吸気ダクトおよびダクト開閉手段の構造が異なる。図9に示した第4の実施例では、第2の実施例と同様に吸気ダクト20aと吸気サブダクト20b,20cとを備え、ロータリバルブ40に代えてバルブ45a,45b,45cを備える。バルブ45a,45b,45cは、それぞれ吸気ダクト20a,吸気サブダクト20b,20cの開閉を行い、それぞれ位置PD,PE,PFに移動して、これらのダクトを開放状態にする。コントローラ70は、エンジン10の稼動状態に応じて、バルブ45a,45b,45cの開閉をそれぞれ制御する。よって、開放する吸気ダクトの組み合わせにより、種々の異なる音色のハーフ次数成分音を発生する。したがって、多彩な音色の迫力あるエンジンサウンドを得ることができる。
【0050】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、吸気ダクトの数は、3つ以上であっても良い。吸気ダクトの形状は、円筒状に限るものではなく、種々の断面形状であっても良い。第1拡張室30は、エアクリーナ50とは別に設けても良い。ダクト開閉手段は、第1拡張室30内ではなく、吸気ダクトの入口や途中に設けても良い。開閉制御処理は、吸気装置15専用にコントローラ70を備える必要はなく、他の装置のコントローラ(例えば、燃料噴射制御装置(EFI−ECU)など)で行っても良い。吸気ダクトの開閉を、手動のスイッチで切替えるか、手動で直接ダクト開閉手段を切替えるなどしても良い。エンジン10の所定の稼動状態の判断は、エンジン10が搭載されている自動車の速度、トランスミッションの使用ギア、ユーザの操作パターンなどから判断しても良い。容量増減手段は、ダクト開閉手段を兼ねたロータリバルブ40ではなく、ダクト開閉手段とは別に設けても良い。また、自動車に搭載される内燃機関ではなく、オートバイや船舶などに搭載される内燃機関に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例である内燃機関の吸気装置15の全体構成図である。
【図2】 本発明の第1の実施例における吸気装置15のロータリバルブ40の構造を示す斜視図である。
【図3】 本発明の第1の実施例における吸気装置15のロータリバルブ40の構造を示す組立斜視図である。
【図4】 本発明の第1の実施例における吸気装置15の閉鎖状態にある吸気ダクト近傍の拡大断面図である。
【図5】 本発明の第1の実施例における吸気装置15の開放状態にある吸気ダクト近傍の拡大断面図である。
【図6】 開閉制御処理を示したコントローラ70のフローチャートである。
【図7】 本発明の第2の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。
【図8】 本発明の第3の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。
【図9】 本発明の第4の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。
【図10】 本発明の第5の実施例における吸気装置15の吸気ダクト近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
10…エンジン
15…吸気装置
20a…吸気ダクト
20b,20c,20d,20e…吸気サブダクト
30…第1拡張室
40…ロータリバルブ
45a,45b,45c…バルブ
50…エアクリーナ
60…吸気経路
70…コントローラ
110…ピストン
120…吸気ポート
130…吸気バルブ
140…排気ポート
150…排気バルブ
160…クランクポジションセンサ
410…弁体
411…狭幅部
412…広幅部
420…弁胴
421…狭幅嵌入部
422…ダクト連通部
430…軸
440…サーボモータ
510…エアフィルタ
520…第2拡張室
610…エアフロメータ
620…スロットルバルブ
630…スロットルポジションセンサ
640…フューエルインジェクタ
A1…領域
A2…領域
PA…ロータリバルブ40の開放状態Aの位置
PB…ロータリバルブ40の開放状態Bの位置
PC…ロータリバルブ40の開放状態Cの位置
PD…バルブ45aの開放状態の位置
PE…バルブ45bの開放状態の位置
PF…バルブ45cの開放状態の位置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the sound resulting from the operation of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) mounted on an automobile or the like has been required to have a sound quality that matches the user's preference as a so-called engine sound. In particular, powerful engine sounds are required for SUV (Sport Utility Vehicles) type vehicles. In order to obtain a powerful engine sound, there has been an intake device that controls the generation of even-order component sounds of engine speed, and evenly increases the even-order component sounds of engine sound as the engine speed increases. Here, the even-order component sound is a sound having a frequency component 2n times (n = 1, 2,...) The engine speed (this is referred to as a 2n-order component sound).
[0003]
In order to obtain a powerful engine sound, it is effective to generate a half order component sound as the engine speed increases, and a half order component sound is generated by the unbalanced weights of the intake and exhaust camshafts that rotate in reverse to each other. There was an internal combustion engine. Here, the half order component sound is a sound of a frequency component (n + 1, 2...) Times (n + 1/2) times the engine speed (this is referred to as an (n + 1/2) order component sound). For example, if the engine speed is 3000 rpm (50 Hz), a 75 Hz sound corresponds to a 1.5th order component sound.
[0004]
Patent Document 1 listed below describes an intake device that controls even-order component sounds.
Patent Document 2 listed below describes an internal combustion engine that generates a half-order component sound.
[Patent Document 1]
JP-A-1-190957
[Patent Document 2]
JP 2002-227612 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional intake device does not control the generation of the half-order component sound that accompanies the increase in the engine speed, a powerful engine sound cannot be obtained sufficiently.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an intake device that can sufficiently obtain a powerful engine sound.
[0007]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
  In order to solve the above-described problem, an intake device that introduces air from the outside to an internal combustion engine, and finally communicates an expansion chamber having a predetermined space capacity to the intake path of the internal combustion engine, each having a different resonance frequency. One end of each of the plurality of intake ducts is provided in communication with the expansion chamber, and each of the other end of the plurality of intake ducts is caused by interference of resonance sound emitted from each other, thereby generating a half-order component sound of the engine speed of the internal combustion engine. Is a possible positional relationshipA duct opening / closing means for opening / closing at least one of the plurality of intake ducts, and the duct opening / closing means increases or decreases a space capacity of the expansion chamber when opening / closing the one intake duct.It is characterized by that.
[0008]
  According to such an intake device, resonance pulsations having different resonance frequencies respectively generated from a plurality of intake ducts generate intake pulsations in the vicinity of both ends of these intake ducts due to air pulsations accompanying opening and closing of the intake valves of the internal combustion engine. Interfering with the sound creates a half-order component sound as the engine speed increases. Therefore, a powerful engine sound can be sufficiently obtained by the intake device of the internal combustion engine. The resonance frequency and positional relationship of each of the plurality of intake ducts may be determined by examining various factors such as the characteristics of the internal combustion engine, the installation environment, and the required engine sound characteristics. As an aspect of such an intake duct, for example, the plurality of intake ducts are two intake ducts, the resonance frequency of the two intake ducts is in the range of about 200 Hz to about 500 Hz, and the two intake ducts The resonance frequency ratio may be in the range of about 1: 2 to about 1: 3.When the duct opening / closing means closes one intake duct, there is no interference of the intake pulsation sound due to the resonance sound from the one intake duct, but when the duct opening / closing means opens the intake duct, Interference of intake pulsation due to resonance from the duct occurs. Therefore, when the duct opening / closing means opens and closes the intake duct, it is possible to switch the powerful timbre of the engine sound or switch between the powerful engine sound and the normal engine sound. When the space capacity of the expansion chamber is increased by the duct opening / closing means, the sound pressure level of the suction sound released from the intake port is decreased. When the space capacity of the expansion chamber is decreased, the sound pressure level of the suction sound is increased. Therefore, the sound volume of the engine sound can be increased / decreased together with the change of the timbre of the engine sound, which is more effective in obtaining a powerful engine sound.
[0009]
The intake device of the present invention having the above-described configuration can also take the following aspects. The plurality of intake ducts may be formed with different pipe lengths. Since the resonance frequency of the intake duct can be changed by changing the pipe length of the intake duct, the engine sound can be tuned without changing the design of the communication part with the expansion chamber.
[0010]
The other end of at least one of the plurality of intake ducts may be communicated with another intake duct. When the installation space of the intake port that is open to the outside and takes in air is limited, by reducing the other end of the intake duct that becomes the intake port, even if the installation space of the limited intake port is limited, it is a powerful engine You can get enough sound.
[0011]
The other end of at least one of the plurality of intake ducts may be disposed in the vicinity of the other end of the other intake duct. The intake efficiency of the internal combustion engine can be increased by using the other ends of the plurality of intake ducts as intake ports and taking in more air from the outside.
[0012]
The expansion chamber may be provided in an air cleaner that removes dust from the intake air. By making the space inside the air cleaner an expansion chamber, it is possible to improve the space efficiency of the intake device.
[0014]
The duct opening / closing means may be provided in an air cleaner that removes dust from intake air. By providing the duct opening / closing means in the space inside the air cleaner, it is possible to improve the mounting space efficiency of the intake device.
[0016]
As such a duct opening / closing means, for example, the duct opening / closing means includes a valve body formed in a substantially semi-cylindrical shape composed of a narrow part and a wide part, a valve body into which the valve body is fitted, and a rotating valve body. A rotary valve or the like provided with a driving means for performing the above is conceivable. In this rotary valve, the narrow portion is fitted into the valve body to open and close the intake duct, and at the same time, the wide portion enters and exits from the valve body to the expansion chamber to increase or decrease the space capacity of the expansion chamber. Accordingly, the engine sound volume can be changed and the volume of the engine sound can be increased or decreased by one operation.
[0017]
In addition to the duct opening / closing means, capacity increasing / decreasing means for increasing / decreasing the space capacity of the expansion chamber may be provided. Therefore, the volume of the engine sound can be increased or decreased separately from the generation of a powerful engine sound. Furthermore, the duct opening / closing means may be provided with a capacity increasing / decreasing means for increasing / decreasing the space capacity of the expansion chamber when opening / closing the one intake duct. Therefore, the timbre and volume of the engine sound can be tuned in detail.
[0018]
Further, the state detecting means for detecting the operating state of the internal combustion engine, and the intake duct is opened and closed by the duct opening and closing means based on the operating state detected by the state detecting means, resulting from the plurality of intake ducts And an open / close control means for controlling the generation of the half order component sound. Therefore, since the half order component sound is generated according to the operating state of the internal combustion engine, it is possible to improve the sense of unity between the operating state of the internal combustion engine and the engine sound. As the operating state of such an internal combustion engine, for example, at least the engine speed or the engine load of the internal combustion engine can be considered. In the case of an internal combustion engine mounted on an automobile, the generation of half-order component sounds can be controlled by determining whether the automobile is in an accelerated state based on the engine speed and engine load, and more powerful engine sound can be achieved more effectively. Can be generated.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described below, an embodiment of an intake device for an internal combustion engine to which the present invention is applied will be described below.
[0020]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an intake device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. The internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 10 and its intake device 15 are mounted on an automobile. The engine 10 includes a piston 110 that conveys an explosive force when a mixture of fuel and air explodes and burns in a cylinder, an intake port 120 that takes in intake air, an intake valve 130 that opens and closes the intake port 120, and an exhaust that discharges exhaust gas. A port 140, an exhaust valve 150 for opening and closing the exhaust port 140, a crank position sensor 160 for detecting the engine speed N, and the like are provided.
[0021]
The intake device 15 for supplying air to the engine 10 includes an intake duct 20a for taking in air from the upstream side of the air flow, an intake sub-duct 20b branched from the intake duct 20a, an air cleaner 50 for cleaning the intake air, and a clean air. An intake path 60 that guides air to the intake port 120 of the engine 10 is arranged in this order. In addition, the intake device 15 also includes a rotary valve 40 as duct opening / closing means for opening and closing the intake sub-duct 20b, and a controller 70 as opening / closing control means for controlling the rotary valve 40.
[0022]
The intake duct 20a is a duct having a predetermined resonance frequency, and one end thereof is provided in communication with the air cleaner 50, and the other end is opened to the outside to serve as an intake port for taking in air. The intake sub duct 20b is a duct having a predetermined resonance frequency different from that of the intake duct 20a. One end of the intake sub duct 20b communicates with the air cleaner 50, and the other end communicates with the intake duct 20a. The positional relationship between the intake duct 20a and the intake sub-duct 20b is a positional relationship that can generate a half-order component sound of the engine speed of the engine 10 due to interference of resonance sounds that are generated when the intake duct 20a and the intake sub-duct 20b are opened. .
[0023]
Here, the relationship between the resonance frequencies of the intake duct 20a and the intake sub duct 20b is determined by examining various factors such as the characteristics of the engine 10, the installation environment, and the required engine sound characteristics. For example, the resonance frequency of the intake duct 20a and the intake sub duct 20b is in the range of about 200 Hz to about 500 Hz, and the ratio of the resonance frequency between the intake duct 20a and the intake sub duct 20b is about 1: 2 to about 1: 3. It can be considered as a range. In this embodiment, the resonance frequency of the intake duct 20a is about 200 Hz, and the resonance frequency of the intake sub duct 20b is about 400 Hz. In the present embodiment, the intake duct 20a and the intake subduct 20b have substantially the same diameter, and the pipe length of the intake duct 20a is approximately twice the pipe length of the intake subduct 20b, that is, the intake duct 20a and the intake subduct 20b. By forming the tube lengths to be different from each other, the respective resonance frequencies are made different. Of course, the resonance frequency may be adjusted by the tube diameter, the cross-sectional shape, and the like.
[0024]
The air cleaner 50 is formed in a substantially box shape having a space inside, and includes an air filter 510 that filters the taken-in air in the middle of the space inside the air cleaner 50. The first expansion chamber 30 having a predetermined space capacity is provided on the upstream side of the air filter 510. A second expansion chamber 520 having a predetermined space capacity is provided on the downstream side of the air filter 510. The first expansion chamber 30 is provided with one end of an intake duct 20a and an intake sub duct 20b communicating with each other. The first expansion chamber 30 houses a rotary valve 40 that opens and closes the intake sub duct 20b. The second expansion chamber 520 communicates with the intake path 60 and finally guides air to the engine 10.
[0025]
The intake path 60 communicates with the second expansion chamber 520 of the air cleaner 50 and the intake port 120 of the engine 10, and an air flow meter 610 that detects an intake air amount Q taken in by the engine 10 from the upstream side of the air flow. A throttle valve 620 for adjusting the amount of intake air taken in by the engine 10 and a fuel injector 640 for injecting fuel into the air flow and supplying the fuel to the engine 10 are arranged in this order. The throttle valve 620 includes a throttle position sensor 630 that detects the throttle opening θ of the throttle valve 620.
[0026]
The controller 70 is connected to a crank position sensor 160, an air flow meter 610, and a throttle position sensor 630, which are state detection means for detecting the operating state of the engine 10, and inputs detection signals from these sensors. The controller 70 is connected to the rotary valve 40, determines the operating state of the engine 10 based on the input detection signal, outputs a control signal to the rotary valve 40, and opens and closes the intake sub duct 20b.
[0027]
Next, the structure of the rotary valve 40 will be described. FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the rotary valve 40 of the intake device 15 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is shown to assist in understanding the structure of the rotary valve 40 shown in FIG. FIG. 3 is an assembled perspective view showing the structure of the rotary valve 40 of the intake device 15 according to the first embodiment of the present invention. The rotary valve 40 is a valve body 410 that opens and closes a communication portion between the intake sub-duct 20b and the first expansion chamber 30, a valve body 420 into which the valve body 410 is fitted, a drive that is provided outside the valve body 420 and rotates the valve body 410. Servo motor 440 as a means, and a shaft 430 that transmits the rotational driving force of servo motor 440 to valve body 410 are provided. The servo motor 440 serving as a driving unit rotates the valve body 410 based on the control signal input from the controller 70 described above.
[0028]
The valve body 410 is formed in a substantially semi-cylindrical shape composed of a narrow width portion 411 and a wide width portion 412, and is provided in the valve body 420 so as to be rotatable around a shaft 430 that is also the center of the circle of the substantially semi-cylindrical shape. is there. The valve body 410 is in contact with the first expansion chamber 30 at a surface that cuts the cylinder into a substantially semi-cylinder. The narrow width portion 411 occupies approximately a quarter cylindrical portion of the substantially semi-cylindrical valve element 410, and the wide width portion 412 occupies the remaining approximately quarter cylindrical portion. The wide portion 412 has a width in the direction of the shaft 430 that is approximately the same as the width of the first expansion chamber 30. The narrow width portion 411 has a width in the direction of the shaft 430 that is equal to or larger than the diameter of the intake sub duct 20 b and is narrower than the wide width portion 412.
[0029]
The valve body 420 is formed so that the valve body 410 is fitted so as to cover a surface other than the surface of the valve body 410 that is cut into a substantially semi-cylindrical shape, and a part of the first expansion chamber 30 of the air cleaner 50 is formed. Form. The valve body 420 includes a narrow-width fitting portion 421 into which the narrow-width portion 411 of the valve body 410 is fitted, and a duct communication portion 422 in which the intake sub-duct 20b and the first expansion chamber 30 communicate with each other. The narrow-width fitting portion 421 is formed so as to sandwich the narrow-width portion 411 so as to fill a space formed by narrowing the width of the narrow-width portion 411 of the valve body 410 in the axis 430 direction compared to the wide-width portion 412. The duct communication portion 422 is formed at a position where the circumferential surface of the narrow width portion 411 of the valve body 410 is in contact with the intake sub duct 20b by the rotation of the valve body 410.
[0030]
Next, the operation of the rotary valve 40 will be described. A state in which the rotary valve 40 closes the intake sub duct 20b (hereinafter referred to as a closed state) will be described. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the intake duct in the closed state of the intake device 15 according to the first embodiment of the present invention. In the closed state, the narrow width portion 411 of the valve body 410 is fitted into the narrow width fitting portion 421 of the valve body 420 in contact with the duct communication portion 422 of the valve body 420 at the circumferential surface thereof. Therefore, the intake sub duct 20 b does not communicate with the first expansion chamber 30. On the other hand, the entire wide portion 412 of the valve body 410 is fitted into the valve body 420.
[0031]
Therefore, the air introduced into the engine 10 from the outside does not pass through the intake sub duct 20b, passes through the intake duct 20a, enters the first expansion chamber 30, and is finally introduced into the intake port of the engine 10. At this time, a main sound generated from the intake device 15 is an intake pulsation sound generated by air pulsation accompanying opening and closing of the intake valve 130. This intake pulsation sound is a periodic sound related to the engine speed and the number of cylinders of the engine 10, and is mainly composed of a primary component sound and a secondary component sound of the engine speed. Therefore, the intake device 15 in the closed state generates a sound mainly composed of a primary component sound and a secondary component sound.
[0032]
A state in which the rotary valve 40 opens the intake sub duct 20b (hereinafter referred to as an open state) will be described. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the intake duct in the open state of the intake device 15 according to the first embodiment of the present invention. In the state shown in FIG. 5, the valve body 410 in the closed state shown in FIG. 4 moves the shaft 430 until the circumferential surface of the narrow portion 411 of the valve body 410 does not contact the duct communication portion 422 of the valve body 420. It is in a state of rotating counterclockwise on the page as the center. In this open state, the narrow width portion 411 of the valve body 410 is further fitted in the back of the narrow width insertion portion 421 of the valve body 420, and the region A1 occupied by the narrow width portion 411 in the closed state of FIG. It becomes a part of the space of the 1 expansion chamber 30, and the 1st expansion chamber 30 contacts the duct communication part 422 through the space which was area | region A1. Therefore, the intake sub duct 20 b communicates with the first expansion chamber 30.
[0033]
Furthermore, the wide portion 412 of the valve body 410 protrudes from the valve body 420 to the first expansion chamber 30 by the amount of rotation of the valve body 410, and the region A2 occupied by the protruding portion of the wide portion 412 is not a space. Since the width of the wide portion 412 is wider than the width of the narrow portion 411, the volume of the region A2 is larger than the volume of the region A1. Accordingly, the space capacity of the first expansion chamber 30 in the open state decreases compared to the closed state because the capacity that decreases in the area A2 is larger than the capacity that increases in the area A1. From this action, the rotary valve 40 also functions as a capacity increasing / decreasing means that increases or decreases the space capacity of the first expansion chamber 30.
[0034]
Therefore, the air introduced into the engine 10 from the outside enters the first expansion chamber 30 through a path that passes through the intake duct 20a and a path that branches from the middle of the intake duct 20a and passes through the intake subduct 20b. Thus, it is introduced into the intake port 120 of the engine 10. At this time, main sounds generated from the intake device 15 are intake pulsation sound and pulsation interference sound generated by air pulsation accompanying opening and closing of the intake valve 130. The pulsation interference sound is generated when resonance sounds having different frequencies generated by opening the intake duct 20a and the intake sub duct 20b interfere with the intake pulsation sound in the vicinity of both ends of the intake duct 20a and the intake sub duct 20b. This pulsation interference sound is a sound mainly composed of a 1.5th order component sound that is a half order component sound of the engine speed. Therefore, the intake device 15 in the open state generates a sound mainly composed of a 1.5th order component sound in addition to the primary component sound and the secondary component sound.
[0035]
Furthermore, the sound pressure level of the sound generated in the intake device 15 increases as the space capacity of the first expansion chamber 30 decreases compared to the closed state. In general, an expansion silencer is known that reduces the sound pressure level by reflecting and interfering with sound generated by expanding and reducing the sound path. In the expansion silencer, the sound pressure level of the sound decreases as the space capacity increases, and conversely, the sound pressure level of the sound increases as the space capacity decreases.
[0036]
Next, a process for controlling the opening / closing of the intake sub duct 20b by the rotary valve 40 based on the operating state of the engine 10 (hereinafter referred to as an opening / closing control process) will be described. FIG. 6 is a flowchart of the controller 70 showing the opening / closing control process. This opening / closing control process is a process repeatedly performed at a predetermined timing while the engine 10 is operating. In an initial state when the engine 10 is activated, the rotary valve 40 is in a closed state.
[0037]
When the process shown in FIG. 6 is started, a detection signal from the air flow meter 610 is input, and the intake air amount Q of the engine 10 is read (step S701). Next, the detection signal from the throttle position sensor 630 is input, and the throttle opening θ is read (step S702). A detection signal from the crank position sensor 160 is input, and the engine speed N of the engine 10 is read (step S703). Thereafter, a process of calculating an estimated value of the engine load F of the engine 10 from the intake air amount Q and the throttle opening θ read in steps S701 and S702 is executed (step S704).
[0038]
After the above processing, based on the current operation state of the engine 10, that is, the engine speed N and the engine load F, an operation information map stored in advance in a storage circuit (not shown) built in the controller 70 is stored. Referring to this, it is determined whether or not the engine 10 is in a predetermined operating state. The operation information map is data in which a predetermined operation state in which the rotary valve 40 is opened is set in advance in accordance with the relationship between the engine speed N and the engine load F. As the predetermined operation state, for example, a state where the engine is high and the engine speed is high assuming that the automobile is accelerated can be considered.
[0039]
If it is determined that it is in a predetermined operating state (step S705), an opening signal for opening the rotary valve 40 is output to the rotary valve 40 (step S706). When the valve body 410 closes the intake sub duct 20b, the rotary valve 40 receiving the input of the opening signal rotates the valve body 410 by the servo motor 440 to open the intake sub duct 20b. If the valve body 410 opens the intake sub duct 20b, the opening is maintained. The controller 70 ends the opening / closing control process after performing the process of step S706.
[0040]
On the other hand, if it is determined that the operating state is not the predetermined operating state (step S705), a closing signal for closing the rotary valve 40 is output to the rotary valve 40 (step S707). In response to the input of the closing signal, when the valve body 410 opens the intake sub duct 20b, the rotary valve 40 rotates the valve body 410 by the servo motor 440 to close the intake sub duct 20b. If the valve body 410 closes the intake sub duct 20b, the closing is maintained. The controller 70 ends the opening / closing control process after performing the process of step S707.
[0041]
According to the first embodiment described above, the intake device 15 opens the intake sub-duct 20b closed by the rotary valve 40 when the controller 70 determines that the engine 10 is in a predetermined operating state. As a result, a half-order component sound is generated as the engine speed increases, and in addition, the volume generated by the intake device 15 increases. Therefore, a powerful engine sound can be sufficiently obtained according to the operating state of the engine 10.
[0042]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the intake duct of the intake device 15 according to the second embodiment of the present invention. The overall structure of the intake device 15 is as shown in FIG. 1, and only the structure of the intake duct is different. In the second embodiment shown in FIG. 7, in addition to the intake duct 20a and the intake sub duct 20b of the first embodiment, an intake sub duct 20c having a predetermined resonance frequency different from these intake ducts is provided. One end of the intake sub duct 20c communicates with the air cleaner 50, and the other end thereof is in the middle of the intake duct 20a, and communicates upstream from the position where the intake sub duct 20b communicates with the intake duct 20a. The positional relationship between the intake duct 20a and the intake sub-ducts 20b and 20c is a positional relationship in which a half-order component sound of the engine speed of the engine 10 can be generated due to interference of resonance sounds generated when the intake duct 20a and the intake sub-ducts 20b and 20c are opened. It is said.
[0043]
The rotary valve 40 is provided so as to be able to rotate from the position PA in the open state A where the intake sub duct 20b is opened in the intake air of the first embodiment to the position PB in the open state B where the intake sub duct 20c is opened. The controller 70 controls the rotary valve 40 to a closed state, an open state A, and an open state B according to the operating state of the engine 10.
[0044]
Therefore, in the open state B, in addition to the interference in the open state A, interference with the intake pulsation sound due to the resonance sound of the intake sub-duct 20c occurs, and a half-order component sound having a tone different from that in the open state A is generated. Furthermore, in the open state B, the space capacity of the first expansion chamber 30 is reduced compared to the open state A, so that the sound pressure level of the sound generated in the intake device 15 can be further increased than in the open state A. Therefore, two different types of powerful engine sounds can be obtained according to the operating state of the engine 10.
[0045]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the intake duct of the intake device 15 according to the third embodiment of the present invention. The overall structure of the intake device 15 is as shown in FIG. 1, and only the structure of the intake duct is different. In the third embodiment shown in FIG. 8, an intake sub duct 20d is provided instead of the intake sub duct 20c in the second embodiment. The intake sub duct 20d has one end communicating with the air cleaner 50 and the other end communicating with the intake sub duct 20b. The positional relationship between the intake duct 20a and the intake sub-ducts 20b and 20d is a positional relationship in which a half-order component sound of the engine speed of the engine 10 can be generated due to interference of resonance sounds generated when the intake duct 20a and the intake sub-ducts 20b and 20d are opened. It is said. Therefore, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
[0046]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the intake duct of the intake device 15 according to the fourth embodiment of the present invention. The overall structure of the intake device 15 is as shown in FIG. 1, and only the structure of the intake duct is different. In the fourth embodiment shown in FIG. 9, an intake sub duct 20e is provided instead of the intake sub duct 20b in the first embodiment. One end of the intake sub duct 20e communicates with the air cleaner 50, and the other end is disposed in the vicinity of the other end of the intake duct 20a. The positional relationship between the intake duct 20a and the intake sub-duct 20e is a positional relationship in which a half-order component sound of the engine speed of the engine 10 can be generated by interference of resonance sounds generated when the intake duct 20a and the intake sub-duct 20e are opened. Yes.
[0047]
The rotary valve 40 is provided so as to be able to rotate to the position of the open state C where the intake sub duct 20e is opened. The controller 70 controls the rotary valve 40 between a closed state and an open state C according to the operating state of the engine 10.
[0048]
Therefore, in the closed state, air is taken in from the outside only from the intake duct 20a. In the open state C, air is taken in from the outside from the intake sub duct 20e in addition to the intake duct 20a. Therefore, in addition to the same effects as in the first embodiment, the intake efficiency of the engine 10 can be increased.
[0049]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the intake duct of the intake device 15 in the fifth embodiment of the present invention. The overall configuration of the intake device 15 is as shown in FIG. 1, and the structures of the intake duct and the duct opening / closing means are different. In the fourth embodiment shown in FIG. 9, the intake duct 20a and the intake sub ducts 20b and 20c are provided as in the second embodiment, and valves 45a, 45b and 45c are provided instead of the rotary valve 40. The valves 45a, 45b, and 45c open and close the intake duct 20a and the intake sub-ducts 20b and 20c, respectively, and move to positions PD, PE, and PF, respectively, to open these ducts. The controller 70 controls the opening and closing of the valves 45a, 45b, and 45c, respectively, according to the operating state of the engine 10. Thus, half order component sounds of various different timbres are generated depending on the combination of the open intake ducts. Therefore, a powerful engine sound with various tones can be obtained.
[0050]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. is there. For example, the number of intake ducts may be three or more. The shape of the intake duct is not limited to a cylindrical shape, and may have various cross-sectional shapes. The first expansion chamber 30 may be provided separately from the air cleaner 50. The duct opening / closing means may be provided not in the first expansion chamber 30 but in the inlet duct or in the middle thereof. The opening / closing control process does not need to be provided with the controller 70 dedicated to the intake device 15, and may be performed by a controller of another device (for example, a fuel injection control device (EFI-ECU)). The opening / closing of the intake duct may be switched by a manual switch, or the duct opening / closing means may be switched directly by hand. The predetermined operating state of the engine 10 may be determined from the speed of the automobile on which the engine 10 is mounted, the gear used for the transmission, the user's operation pattern, and the like. The capacity increasing / decreasing means may be provided separately from the duct opening / closing means instead of the rotary valve 40 also serving as the duct opening / closing means. Moreover, you may apply to the internal combustion engine mounted in a motorcycle, a ship, etc. instead of the internal combustion engine mounted in a motor vehicle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an intake device 15 for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a rotary valve 40 of the intake device 15 in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an assembled perspective view showing the structure of the rotary valve 40 of the intake device 15 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of an intake duct in a closed state of the intake device 15 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the intake duct in the open state of the intake device 15 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart of the controller 70 showing an opening / closing control process.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of an intake duct of an intake device 15 according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of an intake duct of an intake device 15 according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of an intake duct of an intake device 15 according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged sectional view of the vicinity of an intake duct of an intake device 15 according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... Engine
15 ... Intake device
20a ... Intake duct
20b, 20c, 20d, 20e ... intake sub duct
30 ... 1st extension room
40 ... Rotary valve
45a, 45b, 45c ... valve
50 ... Air cleaner
60 ... Intake route
70 ... Controller
110 ... Piston
120 ... Intake port
130 ... Intake valve
140 ... exhaust port
150 ... Exhaust valve
160 ... Crank position sensor
410 ... Valve
411 ... narrow portion
412 ... Wide part
420 ... Valve body
421 ... Narrow insertion part
422 ... Duct communication part
430 ... axis
440 ... Servo motor
510 ... Air filter
520 ... Second extension room
610 ... Air flow meter
620 ... Throttle valve
630 ... Throttle position sensor
640 ... Fuel injector
A1 ... Area
A2 ... Area
PA: Position of the rotary valve 40 in the open state A
PB: Position of the rotary valve 40 in the open state B
PC: Position of the rotary valve 40 in the open state C
PD: Position of valve 45a in open state
PE: Valve 45b open position
PF: Position of valve 45c in open state

Claims (11)

外部から内燃機関へ空気を導入する吸気装置であって、
所定の空間容量を有する拡張室を最終的に前記内燃機関の吸気経路へ連通し、
それぞれ共鳴周波数の異なる複数の吸気ダクトの一端を、前記拡張室にそれぞれ連通して設け、
前記複数の吸気ダクトの他端の各々を、それぞれ発する共鳴音の干渉により、前記内燃機関の機関回転数のハーフ次数成分音を発生可能な位置関係とし
前記複数の吸気ダクトのうち少なくとも一の吸気ダクトを開閉するダクト開閉手段を設け、
前記ダクト開閉手段は、前記一の吸気ダクトを開閉する際に、前記拡張室の空間容量を増減する、吸気装置。
An intake device that introduces air into the internal combustion engine from outside,
An expansion chamber having a predetermined space capacity is finally communicated to the intake path of the internal combustion engine;
One end of a plurality of intake ducts each having a different resonance frequency is provided in communication with the expansion chamber,
Each of the other ends of the plurality of intake ducts has a positional relationship capable of generating a half-order component sound of the engine speed of the internal combustion engine due to interference of resonance sound emitted ,
Providing a duct opening and closing means for opening and closing at least one of the plurality of intake ducts;
The duct opening / closing means increases or decreases the space capacity of the expansion chamber when opening and closing the one intake duct .
前記複数の吸気ダクトを、それぞれ異なる管長に形成した請求項1記載の吸気装置。  The intake device according to claim 1, wherein the plurality of intake ducts are formed to have different pipe lengths. 前記複数の吸気ダクトのうち少なくとも一の吸気ダクトの他端を、他の吸気ダクトの途中に連通した請求項1または2記載の吸気装置。  The intake device according to claim 1 or 2, wherein the other end of at least one of the plurality of intake ducts is communicated with another intake duct. 前記複数の吸気ダクトのうち少なくとも一の吸気ダクトの他端を、他の吸気ダクトの他端の近傍に配置した請求項1ないし3のいずれか記載の吸気装置。  The intake device according to any one of claims 1 to 3, wherein the other end of at least one of the plurality of intake ducts is disposed in the vicinity of the other end of the other intake duct. 前記拡張室を、吸気の塵埃を除去するエアクリーナに設けた請求項1ないし4のいずれか記載の吸気装置。  The intake device according to any one of claims 1 to 4, wherein the expansion chamber is provided in an air cleaner that removes dust from intake air. 前記ダクト開閉手段を、吸気の塵埃を除去するエアクリーナに設けた請求項1ないし5のいずれか記載の吸気装置。6. The air intake apparatus according to claim 1, wherein the duct opening / closing means is provided in an air cleaner that removes dust from the intake air. 請求項1ないし6のいずれか記載の吸気装置であって、
前記ダクト開閉手段は、狭幅部と広幅部とから成る略半円筒状に形成した弁体と、前記弁体を嵌入する弁胴と、前記弁体を回転する駆動手段とを備えるロータリバルブである吸気装置。
The intake device according to any one of claims 1 to 6 ,
The duct opening / closing means is a rotary valve provided with a valve body formed in a substantially semi-cylindrical shape composed of a narrow part and a wide part, a valve body into which the valve body is fitted, and a drive means for rotating the valve body. An intake device.
請求項1ないし7のいずれか記載の吸気装置であって、
前記内燃機関の稼動状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段で検出した前記稼動状態に基づいて、前記ダクト開閉手段により前記吸気ダクトの開閉を行い、前記複数の吸気ダクトに起因する前記ハーフ次数成分音の発生を制御する開閉制御手段を備えた吸気装置。
The intake device according to any one of claims 1 to 7 ,
State detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Open / close control means for controlling the generation of the half-order component sound caused by the plurality of intake ducts by opening / closing the intake duct by the duct opening / closing means based on the operating state detected by the state detection means. Inhalation device.
前記稼動状態とは、少なくとも前記内燃機関の機関回転数または機関負荷である請求項記載の吸気装置。The intake device according to claim 8 , wherein the operating state is at least an engine speed or an engine load of the internal combustion engine. 前記拡張室の空間容量を増減する容量増減手段を設けた請求項1ないしのいずれか記載の吸気装置。The intake device according to any one of claims 1 to 9 , further comprising a capacity increasing / decreasing means for increasing or decreasing the space capacity of the expansion chamber. 前記ダクト開閉手段が、前記一の吸気ダクトを開閉する際に、前記拡張室の空間容量を増減する容量増減手段を設けた請求項1ないし9のいずれか記載の吸気装置。The intake device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the duct opening / closing means includes capacity increasing / decreasing means for increasing / decreasing a space capacity of the expansion chamber when the one intake duct is opened / closed.
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