JP4437265B2 - 一体型マスエアフローセンサーと広帯域サイレンサーとを備えた空気導入アッセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、一体型マスエアフローセンサーと内燃機関の吸気システムへ使用される広帯域サイレンサーとを備えたアッセンブリに関する。

内燃機関の多くでは、エンジンに入る空気量を測定し好ましい空燃比を維持するための出力信号を出すために、マスエアフローセンサー（ＭＡＦＳ）が使用される。最適のエンジン性能、経済性、エンジン排気を達成するためには好ましい空燃比を維持することが重要となる。

出力信号、中でも一般的なマスエアフローセンサーの信号対雑音比は、空気の乱れによって悪影響が及ぶので、マスエアフローセンサーはエンジンが運転される状況下全体に渡って一定速度で空気の乱れが最小限の空気流を測定することが望ましい。

乱流によるマスエアフローセンサーへの影響は、エンジンアイドリング時など空気流量が少ない場合に特に問題となる。さらに、ＭＡＦＳが比較的大きな直径の流路に設置されると、低流量での乱流とそれに伴うＭＡＦＳ出力への悪影響は大きくなる。

ターボチャージャーまたはスーパーチャージャーを備えた内燃機関のように高性能の内燃機関の多くは、多量の吸入空気流量を必要とする。このように流量を多くするために通常、空気吸入システム中の流路の直径を比較的大きくする。そのような高性能エンジンは高い吸入空気流量が要求されることに加えて、特別な音響特性が備えられることが好ましく、調節可能な（例えば広帯域）消音器などの音響器具が吸気システムに組み込まれる。

マスエアフローセンサーや広帯域サイレンサーのような構成が組み込まれるスペースは、一般に設計や外観を考慮して制限される。更に、高性能エンジンの多くが大流量を必要とするのに対して、これらのエンジンに装着されるマスエアフローセンサーは乱流が少ないことを要求する。

従って、多くの高性能エンジンが要求する流量とスペースの両方に対応可能な広帯域サイレンサーとマスエアフローセンサーを提供することが望ましい。

本発明の目的は、内燃機関の吸気システムに用いられる広帯域サイレンサーと一体化したマスエアフローセンサーを備える装置を提供することである。

本発明の別の目的は、エンジンへの流量を最小限に制限した場合でも、全エンジン運転条件の下でマスエアフローセンサーに安定的に一定の空気を供給する吸気システムを提供することである。

本発明の更なる目的は、排気音の抑制を制御可能な吸気システムを提供することである。

本発明の更なる目的は、コンパクトな設計のマスエアフローセンサー及び広帯域サイレンサーを備えたアッセンブリを提供することである。

これら及び他の目的は、内燃機関の吸気システムへの組込みに適した空気導入アッセンブリを提供することによって達成される。空気導入アッセンブリは、ハウジングと、ハウジング内に嵌合される略円筒型の成型ボディと、成型ボディの環状の外面を覆うワイヤーメッシュ層と、ワイヤーメッシュの外面を覆う吸音材層と、成型ボディの内部に挿入されるマスエアフローセンサーとを備える。

成型ボディは上流側セグメント及び下流側セグメントより成り、前記成型ボディの長手方向軸に沿って延び、上流側セグメントの範囲内に複数の穿孔を有する第１の壁と、下流側セグメントの範囲内に、第１の壁に対して垂直で成型ボディの長手方向軸に合わせて形成される第２の壁と、下流側セグメントに形成され成型ボディの長手方向軸に対して同心円状に一致する中心に円形状開口がある複数のリングと、上流側セグメントの範囲内に成型ボディの長手軸方向に沿って形成されるマスエアフローセンサー流管を備える。マスエアフローセンサー流管は上流側セグメントの範囲内で第１の壁を二つに分岐する。

一実施形態によると、穿孔は上流側セグメントから放射される低周波振動の振動を減衰させるようなサイズと配置を有している。更なる実施形態によると、複数のリングは下流側セグメントから放射される高周波振動の振動を減衰させるようなサイズと配置間隔を有している。マスエアフローセンサーは、マスエアフローセンサー流管内に配置されることが好ましい。

更なる実施形態によると、空気導入アッセンブリを形成する方法は（ｉ）上流側セグメントと下流側セグメントを持つ略円筒状の成型ボディを形成し、（ｉｉ）成型ボディの環状の外面をワイヤーメッシュ層で覆い、（ｉｉｉ）ワイヤーメッシュの外面を吸音層で覆ってプリアッセンブリを形成し、（ｉｖ）ハウジングにそのプリアッセンブリを挿入し、（ｖ）成型ボディの内部にマスエアフローセンサーを挿入してアッセンブリを形成する工程より成る。

これら及び他の本発明の好ましい実施形態の特徴は請求項に提示されるだけでなく明細書及び／又は図面にも開示されており、各々の特徴は個々に若しくは複数を組み合わせて実施しても良いし、他の分野において適用してもよい。

発明の第１実施形態による一体型マスエアフローセンサー／広帯域サイレンサーのアッセンブリを示す。 発明の第２実施形態による一体型マスエアフローセンサー／広帯域サイレンサーのアッセンブリを示す。 プリアッセンブリの斜視図である。

図１は第１実施形態による一体型マスエアフローセンサー／広帯域サイレンサーアッセンブリの断面図である。アッセンブリ１００は、成型ボディ１１０とワイヤーメッシュ１８０の層と吸音材１８４の層とから成るプリアッセンブリ１０２を含む。成型ボディの外周面はワイヤーメッシュと吸音材で覆われており略円筒型のプリアッセンブリを規定する。プリアッセンブリ１０２の斜視図を図３に示す。

成型ボディは、複数の壁とマスエアフローセンサー流管１３０と一対の任意の止め具受け部１３８より成り、好ましくは一体形成される。成型ボディは、上流側セグメント１２０と下流側セグメント１４０とに分かれる。上流側セグメント１２０の長さは、下流側セグメント１４０の長さとほぼ等しくすることが好ましい。

吸音材層はワイヤーメッシュに支持され、ワイヤーメッシュは以下に記述するように
成型ボディの外側の径方向エッジで支持される。空気がアッセンブリ中を通過する際に、音波は吸音材層で減衰される。ワイヤーメッシュと吸音材によりアッセンブリの室内容積１５０が規定される。

プリアッセンブリは、組み立てられた状態でハウジング２００へ差し込まれる。一実施形態では、ハウジングは吸気システム中の出口２０４を備える。例えば、出口２０４は、フィルタボックスのカバー壁２１０に形成される。ハウジングにプリアッセンブリを挿入して、マスエアフローセンサー１９０をハウジング２００、吸音材１８４、ワイヤーメッシュ１８０、マスエアフローセンサー流管１３０に形成された開口から室内容積１５０に挿入して完全なアッセンブリ１００が形成される。組み立てられた状態において、マスエアフローセンサー１９０の検出部１９２はＭＡＦＳ流管１３０内に位置する。好ましくは、検出部１９２が、流管に対して同心円状に位置されるようにする。

成型ボディ内の複数の壁により室内容積１５０は複数の流室に分割される。これら流室を用いることで広範囲の周波数に渡って消音（すなわち、ダンピング）効果が得られる。また、これら流室を用いることによりアッセンブリを通して下流側に位置する内燃機関への流量を最小限に絞ったとしてもマスエアフローセンサー１９０に一定の気流を供給することができる。図１に示すように、空気流が矢印Ａで示される方向でアッセンブリの中を通過する。

第１の壁１２２は、プリアッセンブリの軸と直角方向の径方向に沿って形成され、室内容積１５０の上流側セグメントを２つの主室１５２、１５４に軸方向に分割する。第１の壁１２２はアッセンブリ全体の長さにわたるが、２つの主室は上流側セグメント１２０の長さ部分である。アッセンブリの内部を通る吸入空気とその音波はこれら２つの主室を通過することになる。

上流側セグメントでは、複数の穿孔１２４が第１の壁１２２に形成される。実施形態によると、穿孔のサイズは約０．１〜５ｍｍの範囲であり、好ましくは約０．１〜２ｍｍの範囲である。穿孔のサイズおよび配置間隔は、アッセンブリの上流側セグメントを通過する空気流による低周波振動（例えば２００〜１５００Ｈｚ）の振動を抑制するようにサイズ及び間隔を選択することが好ましい。

上流側セグメントの各主室を通過する音波は穿孔を有する第１の壁を横切り、隣接した主室に流れる音波と相互に作用する。これらの相互作用により、低周波振動を抑制する相殺現象が起こり有利である。

マスエアフローセンサー流管１３０もまた成型ボディの上流側セグメント１２０に形成され、第１の壁を分岐し、流管壁の外部表面により各主室の内部表面が形成される。流管はアッセンブリの中心軸に合わせて形成され、略円筒状のＭＡＦＳ流室１３４が形成される。流管は壁（穿孔なし）を有し、その上流端はラッパ状開口１３２を備えている。

実施形態によれば、ＭＡＦＳ流管１３０は約２５〜４５ｍｍ、好ましくは約３５ｍｍの内径であり、ラッパ状開口の直径は、約４０〜６０ｍｍ、好ましくは約５０ｍｍである。流管の長さは約７５〜１００ｍｍである。

アッセンブリの全長は約２００〜２５０ｍｍが好ましく、外径は約１００〜１５０ｍｍであることが好ましい。流管の長さは、アッセンブリ全長の５０％以下であることが好ましく、流管の断面積は内部の断面積の好ましくは５０％以下、更に好ましくは２５％以下である。

成型ボディは、流管１３０の下流端に第１の壁１２２に形成された切り取り部１２６を有する。切り取り部１２６により流管を流れる空気流の抵抗を低減できる。切り取り部を備えることで、第１の壁１２２の断面端部１２８と流管１３０における下流端の開放面の間には有限距離が置かれ、それによって空気流が流管を出てすぐに妨害されることがなくなる。一実施形態では切り取り部１２６が半円形状で形成されている。

アッセンブリに入る空気流は２つの軸方向に設けられた主室１５２、１５４のいずれか一方又は流管１３０を介して上流側セグメント１２０を通過する。好ましいことに、流管１３０がアッセンブリの長手方向軸に対して同心的に配置されることで、流管を通る空気流がそれほど乱れることがなく内部を通る全体の空気流よりも安定した速度となる。従って、マスエアフローセンサー１９０の検出部１９２を流管の中に置くことにより、マスエアフローセンサーは内部を通り抜ける空気流の部分のみを測定する。センサーで測定した空気流の部分は比較的速度が安定しており乱れも少ない。

上記した通り、ＭＡＦＳ流室１３４内部にマスエアフローセンサー１９０を挿入するために、開口１３６が流管１３０の壁に形成される。さらに、開口１３６と合わせて第１の壁１２２にノッチ１２９が形成されている。さらに、ワイヤーメッシュ１８０および吸音材１８４、ハウジング２００にも開口１８２、１８６、２０２を、ノッチ１２９と開口１３６の位置と合わせて形成され、マスエアフローセンサー１９０を「
差し込み式 」で挿入可能にしている。

任意ではあるが、成型ボディは一対の止め具受け部１３８を更に備える。マスエアフローセンサー１９０は一度挿入されると、セルフタッピングねじのようなねじ部材１９８を用いてアッセンブリに固定される。ねじ部材１９８はプリアッセンブリをハウジングに固定するのにも用いられる。

上流側セグメントを通り抜ける空気流は、下流側セグメントへ流れる。上記した通り、第１の壁１２２は上流側セグメント１２０から下流側セグメント１４０へと繋がっている。しかし、下流側セグメントでは、第１の壁１２２は中実壁（穿孔なし）より成り、第２の壁１４２は第１の壁１２２に対して直角方向であり、室内容積１５０の軸方向と一致するように形成される。このようにして、アッセンブリの下流側セグメントでは、室内容積１５０は、１６２、１６４、１６６、１６８の合計４室の軸上の室へ分かれる。アッセンブリを出る空気流は、軸上の４室のうちの１室を通って下流側セグメントを通過する。

下流側セグメントの軸上の室はアッセンブリから放出される高周波振動（例えば、１，５００〜１５，０００Ｈｚの振動）を減衰するために分割されている。第１及び第２の壁１２２、１４２の両方に対して垂直に配置されて、アッセンブリの中心軸（長手方向軸）と同軸に複数のリング１６３−１６９によって室内が分割されている。リング１６３−１６９はそれぞれ外周側が中実の（穿孔なしの）壁となっている。第１と第２の壁とともに、リングによって下流側の軸上の室は複数の連続した同調室１７０に分割される。図１で示される４つのリング１６３−１６９により、４つの下流側軸上の室が全部で１２の同調室に分割される。一実施形態によれば、アッセンブリは３〜６個のリングを有する。

各リングは中心に円形の開口１６３ａ、１６５ａ、１６７ａ、１６９ａを有する。開口によって、同調室を通る空気通路を形成する。好ましくは、連続する円形開口の直径が下流になるにつれて大きくなる。更に、好ましくは各リング間の軸方向における間隔が下流になるにつれて狭くなる。

リング間の軸方向の間隔と円形開口の直径は、所定周波数のデシベルの減少に効果がある。例えば、リング間の距離を近づけることによって同デシベルの減少をより高い周波数で達成することができる。下流側セグメントをリングの配置間隔と開口のサイズを選択することにより調整して、アッセンブリから発せされる低周波振動を減少させることができる。

同調室を通過する音波は隣接する同調室を通過する音波と相互作用する。この相互作用により高周波振動を減少させる相殺現象が起こり有利である。

下流側セグメントの変形例としては、２つの平行の壁からなりそれぞれ第１の壁１２２と垂直に形成される。このように構成することで、４つのリングを持つ下流側セグメントは１８室の同調室へ細分される。室の数を増加させることによって（例では１２から１８へ）各室の軸方向の断面積は狭くなり結果としてより高い周波数で減衰が大きくなる。

下流側セグメント１４０では、各リングの外周端１６０がその上に重なるワイヤーメッシュ１８０を支持する。また、下流側セグメントではワイヤーメッシュは、第２の壁１４２における外側端１４７で支持される。上流側セグメントではワイヤーメッシュ１８０は第１の壁１２２における外側端１２７でも支持される。ワイヤーメッシュは、エンジン運転中に内部に起こる負圧でその上に重なる吸音材１８４が変形し軸方向の室に引きこまれることを防ぐ。

実施形態によれば、ワイヤーメッシュは約０．３ｍｍ未満の厚さで、吸音材は約５〜２０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍの厚さである。第１の壁、第２の壁、流管および各リング１６３−１６９の厚さは、約１．５〜３ｍｍで、約２ｍｍであることが好ましい。

ワイヤーメッシュは好ましくはステンレススチールで形成され、メッシュ穴は約３ｍｍ×３ｍｍであることが好ましいが、他の素材で異なる穴の大きさでも良い。吸音材はエチレン・プロピレン・ジエン・モノマー（ＥＰＤＭ）から得られる素材のように多孔性で、オープンセルの合成樹脂材料であることが好ましい。成型ボディ１１０はポリプロピレンのような材料によって射出成型により形成してもよい。

アッセンブリは、内燃機関の吸気システムに組み込まれていることが好ましい。詳細には、アッセンブリはエアフィルターの下流（つまり、清浄された空気側）でエンジンスロットル本体の上流に組込まれるようにする。上記した図１の第１実施形態によれば、プリアッセンブリは、フィルタボックスの出口となるハウジングへ差し込まれる。そのような構成においてハウジングは、下流端に円周方向に一段高い縁２１２を有する。その縁を使用することによって通常ホースクランプと共に使用してハウジング下流端にゴムホースのようなフレキシブルホースを固定できる。ホースの下流はスロットル本体に差し込んで接続される。

図２に示される第２実施形態によれば、アッセンブリは、独立したハウジングに挿入されハウジングは次に吸気システムに取り付けられる。独立したハウジングは下流側の端と上流側の端の両方に円周方向に一段高い縁を備えることが好ましい。したがって、図1の実施形態のように、独立したハウジングの下流側の端はスロットル本体への流入ダクトのような吸気システム中の下流の構成部材と連結し、独立したハウジングの上流側の端はエアフィルターの出力ダクトのような吸気システム中の上流の構成部材と連結する。これらの下流側及び上流側での連結はフレキシブルホース（例えばゴムホース）やホースクランプを使用して行なう。

上記した開示は単に本発明を例示的に記述したに過ぎず、本発明の範囲を限定する趣旨ではない。ここに開示された本発明の意図および実質を具体化した実施形態に対する変更が、この技術分野における当業者にとって可能であり、本発明は請求の範囲に記載の範囲およびそれと均等な範囲内の全てを含むものと解釈されるべきである。

Claims (29)

1. ハウジングと、
   上流側セグメントと下流側セグメントよりなり、前記ハウジング内に嵌合する略円筒型の成型ボディと、
   前記成型ボディの環状の外面を覆うワイヤーメッシュ層と、
   前記ワイヤーメッシュの外面を覆う吸音材層と、
   前記成型ボディの内部に挿入されるマスエアフローセンサーとより成り、内燃機関の吸気システムへ組込まれる空気導入アッセンブリにおいて、
   前記成型ボディは、
   前記成型ボディの長手方向軸に沿って延び、前記上流側セグメントに複数の穿孔を有する第１の壁と、
   前記下流側セグメントに形成され前記第１の壁に対して垂直で成型ボディの長手方向軸に沿って配置される少なくとも１つの第２の壁と、
   前記下流側セグメントに形成され前記成型ボディの長手方向軸に同軸的に配置され中心に円形開口がある複数のリングと、
   前記上流側セグメントに形成され、前記成型ボディの長手方向軸に沿って配置されて上流側セグメント内で前記第１の壁を二つに分岐するマスエアフローセンサー流管と、を有することを特徴とする空気導入アッセンブリ。
2. 前記成型ボディは合成樹脂材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
3. 前記第１の壁、第２の壁、マスエアフローセンサー流管および複数のリングは、それぞれ約１．５〜３ｍｍの厚さを持つことを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
4. 前記ワイヤーメッシュはステンレススチールより成ることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
5. 前記ワイヤーメッシュの厚さは、約０．３ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
6. 前記吸音材はエチレンプロピレンジエンモノマーより成ることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
7. 前記吸音材の厚さは約５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
8. 全長が約２００〜２５０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
9. 外径が約１００〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
10. 成型ボディは１対の止め具受け部を有することを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
11. 前記ハウジングはフィルタボックスの吐出ダクトを備えることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
12. 前記ハウジング下流側の端部に円周方向に一段高い縁を備えることを特徴とする請求項１１記載の空気導入アッセンブリ。
13. 前記ハウジングは独立したハウジングを含むことを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
14. 前記ハウジングはその下流側と上流側の端部に円周方向に一段高い縁を備えることを特徴とする請求項１３記載の空気導入アッセンブリ。
15. 前記上流側セグメントの長さは、下流側セグメントの長さとほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
16. 前記穿孔の大きさは約０．１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
17. 前記穿孔の大きさは約０．１〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１６記載の空気導入アッセンブリ。
18. 前記穿孔の大きさと間隔は上流側セグメント中の低周波振動を抑制するような大きさ及び間隔に構成したことを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
19. 前記マスエアフローセンサーはマスエアフローセンサー流管に形成された開口によってマスエアフローセンサー流管へ挿入されることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
20. 前記マスエアフローセンサー流管の内径は約２５〜４５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
21. 前記マスエアフローセンサー流管の長さは約７５〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
22. 前記第１の壁は、マスエアフローセンサー流管の下流に半円状切り取り部を有することを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
23. アッセンブリに３〜６個のリングを含むことを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
24. 連続する円形開口の直径は下流になるに従って大きくなることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
25. 各連続したリングの軸方向の間隔は下流になるに従って短くなることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
26. 下流側セグメントは前記第１の壁に対して垂直であり成型ボディの長手方向軸に沿って形成された２つの平行に配置された第２の壁を備えたことを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
27. 前記複数のリングの大きさ及びその配置間隔は下流側セグメント中の高周波振動を減衰するように設定されることを特徴とする請求項１記載の空気導入アッセンブリ。
28. 成型ボディは、成型ボディの長手方向軸に沿って延び、上流側セグメントに複数の穿孔を有する第１の壁と、
    下流側セグメントに形成され前記第１の壁に対して垂直で成型ボディの長手方向軸に沿って配置される少なくとも１つの第２の壁と、
    前記下流側セグメントに形成され前記成型ボディの長手方向軸に同軸的に配置され中心に円形開口がある複数のリングと、
    前記上流側セグメントに形成され、前記成型ボディの長手方向軸に沿って配置されて上流側セグメント内で前記第１の壁を二つに分岐するマスエアフローセンサー流管と、を備えてなり、
    前記上流側セグメントと下流側セグメントよりなる略円筒型の前記成型ボディを形成し、
    前記成型ボディの環状の外面にワイヤーメッシュ層を覆い、
    前記ワイヤーメッシュの外面を吸音材層で覆ってプリアッセンブリを形成し、
    前記プリアッセンブリをハウジングに挿入し、
    前記成型ボディの内部に挿入されるマスエアフローセンサーを挿入してアッセンブリを形成することを特徴とする内燃機関の吸気システムへの組込みに適した空気導入アッセンブリの形成方法。
29. 複数の止め具を使用してプリアッセンブリに形成された止め具受け部を介して前記ハウジング及び前記マスエアフローセンサーをプリアッセンブリに固定することを特徴とする請求項２８記載の空気導入アッセンブリの形成方法。

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