JP5125231B2 - Ｖ型多気筒内燃機関の吸気消音装置 - Google Patents

Description

この発明は、Ｖ型多気筒内燃機関の吸気消音装置の改良に関する。

左右バンクが交互にかつ等間隔で爆発する点火時期を有するＶ型多気筒内燃機関において、エアクリーナとエアクリーナの下流に位置するスロットルボディとを備える吸気系を左右バンク毎に独立して左右対称に一対設けると共に、エアクリーナチャンバ下流に膨張チャンバやレゾネータチャンバを設けて吸気消音を行うようにしたものがある（特許文献１参照）。
特開２０００−８９７９号公報

ところで、Ｖ型多気筒内燃機関の吸気系が左右バンクで独立しており、２つの吸気系が分離されたまま外気を導入する構成では、点火順序を問わず、片方のバンク内で音響位相が相殺しきれない全ての機関回転次数成分の吸気騒音が大振幅で発生する。

こうした吸気騒音を小さくするため、上記特許文献１の技術のように膨張チャンバやレゾネータチャンバを設けるのでは、エンジンルーム内のレイアウト上大きな制約となってしまう。

そこで本発明は、簡単な構成で多数のレゾネータと同等の効果の得られる吸気消音装置を提供することを目的とする。

本発明は、左右のバンク（３ａ，３ｂ）毎に独立して一対の吸気系を設けると共に、前記一対の吸気系にそれぞれ接続される一対の連絡部位（２１，２２）と、前記一対の連絡部位（２１，２２）に流れ方向に沿ってそれぞれ設けられる整流板（２５，２６）と、を有するＶ型多気筒内燃機関の吸気消音装置において、前記一対の連絡部位（２１，２２）を集合し、左バンクのすべての気筒からの合成音と右バンクのすべての気筒からの合成音とが混じり合うための所定の空間を確保するダクト集合部（１９）、を設け、前記整流板（２５，２６）の最上流側先端（２７，２８）は前記所定の空間に入らない。

本発明によれば、左右のバンク毎に独立して一対の吸気系を設けると共に、前記一対の吸気系にそれぞれ接続される一対の連絡部位と、前記一対の連絡部位に流れ方向に沿ってそれぞれ設けられる整流板と、を有するＶ型多気筒内燃機関の吸気消音装置において、前記一対の連絡部位を集合し、左バンクのすべての気筒からの合成音と右バンクのすべての気筒からの合成音とが混じり合うための所定の空間を確保するダクト集合部、を設け、前記整流板の最上流側先端は前記所定の空間に入らないので、一方のバンクすべての気筒からの合成音と他方のバンクすべての気筒からの合成音とはバンク集合部で位相相殺されるため、その分だけ吸気騒音の音圧を低下させることができ、レゾネータを設けたのと同じ音圧低減効果が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の吸気消音装置が適用されるＶ型多気筒内燃機関の概略構成図、図２は本発明の外気導入ダクトを車両前方斜め上方から見た斜視図、図３は本発明の外気導入ダクトを車両前方少し上から見た斜視図、図４は本発明の外気導入ダクトの平面図を示している。

左右のバンク３ａ，３ｂを有するＶ型多気筒エンジンは縦置きＶ型８気筒内燃機関１であって、自動車の車体前方に搭載されている。

図５にも示したように左右バンク３ａ，３ｂには４つずつの気筒群を有し、これら４つの各気筒群は、車両進行方向（図１では下方を車両前方とする。）にわずかに位置をずらして配置されるが、各気筒群に吸入空気を供給する左右の吸気マニホルド４ａ，４ｂが左右の各バンク３ａ，３ｂより左右に少しはみ出る位置に配置されている。各吸気マニホルド４ａ、４ｂは、所定の容積を有するほぼ直方体状のコレクタ部４２ａ，４２ｂと、このコレクタ部４２ａ，４２ｂから分岐する４つの分岐部４１ａ，４１ｂとからなり、直方体状の各コレクタ部４２ａ，４２ｂは左右バンクの気筒群と平行に位置し、４つの各分岐部４１ａ，４１ｂは各気筒のシリンダからコレクタ部４２ａ，４２ｂまでの有効管路長さが同等となるようにかつ急な曲がりがないような形状にされている。

左右の吸気マニホルド４ａ，４ｂの上流端には同じサイズのスロットルボディ５ａ，５ｂが別々に連結され、これら２つのスロットルボディ５ａ，５ｂは、図１で左右方向に所定距離離れた左右対称な位置に配置されている。左右のスロットルボディ５ａ，５ｂの上流側には曲がりを抑えた同じ長さの吸気ダクト（クリーンサイドダクト）６ａ，６ｂと同じサイズのエアクリーナ７ａ，７ｂとが、図１で左右対称な位置において別々に接続されている。

このように、エアクリーナ７ａ，７ｂ、吸気ダクト６ａ，６ｂ、スロットルボディ５ａ，５ｂ、吸気マニホルド４ａ，４ｂを備える吸気系を左右バンク毎に独立して左右対称に一対設けることで、通気抵抗の低減を図っている。

さて、Ｖ型８気筒内燃機関のクランクシャフトには２プレーンクランクシャフト（クランクピンを９０°間隔で四方向に振り分けたもの）と、１プレーンクランクシャフト（クランクピンを１８０°間隔で二方向に振り分けたもの）とが、また点火方法として等間隔点火方法（点火を左右のバンク３ａ，３ｂで交互に行わせる点火方法）と、不等間隔点火方法（点火を一方のバンクで連続して行うことがある点火方法）とがあるため、Ｖ型８気筒内燃機関には二種類のクランクシャフトと二種類の点火方法との組合せの数だけの様々な態様があり得る。そこで、これら様々な態様について本発明者が各気筒の音響音響位相（クランク角表示）を機関回転次数別にシミュレーションしてみたところ、下記の２つの態様があることを新たに見出している。

態様１：２プレーンクランクシャフトを用い、図５に示した気筒配置において点火順序を１番気筒−８番気筒−７番気筒−３番気筒−６番気筒−５番気筒−４番気筒−２番気筒の順番としたとき（これは不等間隔点火方法の一つ）、片バンクすべての気筒の合成音が機関回転の１．５＋４ｎ次成分及び２．５＋４ｎ次成分で最大となり、しかも片バンクすべての気筒の合成音の音響位相が左右２つのバンク３ａ，３ｂで互いに逆位相となる。

態様２：１プレーンクランクシャフトを用い、図５に示した気筒配置において点火順序を１番気筒−４番気筒−５番気筒−２番気筒−７番気筒−６番気筒−３番気筒−８番気筒の順番としたとき（これは等間隔点火方法の一つ）、片バンクすべての気筒の合成音が機関回転の２＋４ｎ次成分で最大となり、しかも片バンクすべての気筒の合成音の音響位相が左右２つのバンク３ａ，３ｂで互いに逆位相となる。

ここで、上記の音響位相とは、１つの機関回転次数の音波を特定した場合に、その特定した音波の位相を、円の中心からのベクトル（位相ベクトル）で表したものである。片バンクでは４つの位相ベクトルが得られるので、４つの位相ベクトルを合成することによって片バンクすべての気筒の位相合成ベクトルが得られると共に、その位相合成ベクトルから片バンクすべての気筒の合成音の音響位相が定まることとなる。

また、上記のｎはゼロまたは自然数である。従って、態様１では片バンクすべての気筒の合成音についての機関回転の基本次数は１．５次と２．５次である。態様２では片バンクすべての気筒の合成音についての機関回転の基本次数は２次である。

上記２つの態様のＶ型８気筒内燃機関については、左右バンク３ａ，３ｂの一対の吸気系を集合させてやれば、一方のバンクすべての気筒の合成音と他方のバンクすべての気筒の合成音とを合わせた合成音の振幅を位相相殺することができる。ここで、位相相殺とは１の音波の所定の機関回転次数成分の音響位相と他の音波の同じ所定回転次数成分の音響位相との間に互いに逆位相の関係があり、これら２つの音波を合成させることによって、合成後の音波の振幅が減少することをいう。

そこで本発明の実施形態では、こうした２つの態様のＶ型８気筒内燃機関を対象とし、かつ上記のように吸気系を左右バンク３ａ，３ｂ毎に独立して左右対称に一対設けているものにおいて、１つの外気導入開口端から導入される外気を分流部で左右２つに分流し一方の分流をエアクリーナ７ａの入口（左右バンクの一方の吸気系の入口）に、他方の分流をエアクリーナ７ｂの入口（左右バンクの他方の吸気系の入口）に導入する左右対称の外気導入ダクト１１を設け、この外気導入ダクト１１の外気導入開口端から分流部までの間に、一方のバンクすべての気筒の所定の機関回転次数の合成音と他方のバンクすべての気筒の同じ機関回転次数の合成音とが混じり合う所定の空間を有し、一方のバンクすべての気筒の合成音の所定の機関回転次数成分の音響位相と、他方のバンクすべての気筒の合成音の同じ所定機関回転次数の音響位相とが逆位相になる関係を有するようにする。

これを以下に詳述すると、右バンク３ａすべての気筒の合成音と左バンク３ｂすべての気筒の合成音を合成させた音波の位相相殺効果を最大限にあげるため、外気導入ダクト１１は基本的に単管構造とする。このため、外気導入ダクト１１は、車両後方の縦壁１２と車両前方の縦壁１３とこれらをつなぐ下壁１４及び上壁１５とから構成され、これら４つの壁１２〜１５で所定の空間が区画されるものである。

先ず、車両後方（図１で上方）の縦壁１２は、図１にも示したように、中央で車両後方から車両前方に向けてせり出す円弧状のせり出し壁１２ａ（分流部）と、このせり出し壁１２ａと滑らかにつながり、左右のエアクリーナ７ａ，７ｂへと緩やかにカーブする一対の曲線壁１２ｂ，１２ｃとからなっている。

車両前方の縦壁１３は上記一対の曲線壁１２ｂ，１２ｃとほぼ平行な位置に形成される一対の曲線壁１３ａ，１３ｂのみで、中央部には縦壁は形成されていない。また、一対の曲線壁１３ａ，１３ｂの上流端１３ｃ，１３ｄは、図４に示したように、せり出し壁１２ａの車両方向最前端よりも所定距離Ｌ１だけ車両前方に位置して設けられている。このため、後述する下壁１４と上壁１５とが縦壁１２，１３に接続され内部に空間が区画されたとき、車両前方の縦壁１３の形成されてない部分が外気導入開口端１６として形成される。

また、一対のエアクリーナ７ａ，７ｂと接続されるほぼ直線の部分にも車両後方の縦壁１２が設けられていない。このため、後述する下壁１４と上壁１５とが縦壁１２，１３に接続され内部に空間が区画されたとき、車両後方の縦壁１２の形成されてない部分が外気導入ダクト１１の下流側開口端１７，１８として形成される。

これらの縦壁１２，１３を上下から覆うように、翼を広げたような平面状の下壁１４と上壁１５が形成され、これら下壁１４及び上壁１５と、上記の車両後方縦壁１２及び車両前方縦壁１３とで内部に空間が区画されている。この空間は、後述するダクト集合部１９（所定の空間）と一対の連絡部位２１，２２とからなるものである。

このようにして構成される外気導入ダクト１１は、全体として左右方向に扁平な形状であり、左右方向に細長い長方形状の外気導入開口端１６より外気が、外気導入ダクト１１内のダクト集合部１９へと導入される。ここで、ダクト集合部１９とは、図４に示した所定長さＬ１の範囲で規定される内部空間のことである。このダクト集合部１９には、左右のバンク全ての気筒から外気導入ダクト１１へと伝わってくる音波の伝達を遮るものが何もなく、従って、右バンク３ａの４つの各気筒で機関回転次数毎に発生する音は右バンク３ａの吸気系、外気導入ダクト１１の連絡部位２１（後述する）を、また左バンク３ｂの４つの各気筒で機関回転次数毎に発生する音は左バンク３ｂの吸気系、外気導入ダクト１１の連絡部位２２（後述する）を伝わってきてこのダクト集合部１９において混じり合うこととなる。

本発明では、特に、右バンク３ａ（一方のバンク）すべての気筒の合成音の所定の機関回転次数成分の音響位相と、左バンク３ｂ（他方のバンク）すべての気筒の合成音の同じ所定機関回転次数成分の音響位相とが逆位相になる関係を有する、右バンク３ａの所定の機関回転次数の合成音と左バンク３ｂの同じ所定機関回転次数の合成音とが混じり合うための所定の空間が確保されるように、上記の所定長さＬ１を定めることとなる。ここで、所定の機関回転次数成分とは、上記態様１のＶ型８気筒内燃機関においては機関回転の１．５＋４ｎ次成分及び２．５＋４ｎ次成分であり、上記態様２のＶ型８気筒内燃機関においては機関回転の２＋４ｎ次成分である。

外気導入ダクト１１内のダクト集合部１９に導入された外気は、せり出し壁１２ａに衝突して左右に分流し、外気導入ダクト１１内の一対の各連絡部位２１，２２を流れて外気導入ダクト１１の下流端開口端１７，１８よりエアクリーナ７ａ，７ｂに入る。ここで、外気導入ダクト１１内の連絡部位２１，２２とは、せり出し壁１２ａ（分流部）で分かれた分流がエアクリーナ７ａ，７ｂの入口（吸気系入口）である下流端開口端１７，１８へと流れる通路空間のことである。

この実施形態では、外気導入ダクト１１内の各連絡部位２１，２２における外気の流れをスムーズに行わせるため、各連絡部位２１，２２のほぼ中央位置に流れ方向に沿う整流板２５，２６を設けている。この各整流板２５，２６によって、各連絡部位２１，２２の外気は外気導入開口端１６から遠い側の通路２１ａ，２２ａと、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂとに整流されて流れる。各整流板２５，２６は大気導入ダクト１１の補強リブとしても働く。

さらに、各整流板２５，２６は分割して、つまり途中に整流板を設けない部分を挟んで上流側の整流板２５ａ，２６ａと、下流側の整流板２５ｂ，２６ｂとから構成する。

ここで、上流側整流板２５ａ，２６ａの上流側先端２７，２８は、図４にも示したように外気導入開口端１６から所定長さＬ１だけ入った位置として、上流側先端２７，２８が外気導入開口端１６まで達しないようにする。これは、上流側整流板２５ａ，２６ａの上流側先端２７，２８を外気導入開口端１６まで位置させた場合、外気導入開口端１６から遠い側の通路２１ａ，２２ａを伝わる音波は、ダクト集合部１９に近いためバンク３ａ，３ｂ間で音響相殺されるが、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂを伝わる音波はダクト集合部１９から遠いためバンク３ａ，３ｂ間で音響相殺されずに外気導入開口端１６の外に放出されてしまい、吸気騒音の十分な音圧低下が得られなくなるので、これを避けるためである。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態によれば、左右のバンク３ａ，３ｂを有するＶ型８気筒内燃機関の吸気消音装置において、エアクリーナ７ａ，７ｂとエアクリーナの下流に位置するスロットルボディ５ａ，５ｂとを備える吸気系を左右バンク３ａ，３ｂ毎に独立して左右対称に一対設けると共に、１つの外気導入開口端１６から導入される外気をせり出し壁１２ａ（分流部）で２つに分流し一方の分流をエアクリーナ７ａ（左右バンクの一方の吸気系の入口）に、他方の分流をエアクリーナ７ｂ（左右バンクの他方の吸気系の入口）に導入する左右対称の外気導入ダクト１１を設け、この外気導入ダクト１１の外気導入開口端１６からせり出し壁１２ａ（分流部）までの間に、右バンク３ａすべての気筒の所定の機関回転次数の合成音と左バンク３ｂすべての気筒の同じ所定機関回転次数の合成音とが混じり合うダクト集合部１９（所定の空間）を有し、右バンク３ａ（一方のバンク）すべての気筒の合成音の前記所定の機関回転次数成分（上記態様１のＶ型８気筒内燃機関においては機関回転の１．５＋４ｎ次成分及び２．５＋４ｎ次成分であり、上記態様２のＶ型８気筒内燃機関においては機関回転の２＋４ｎ次成分）の音響位相と、左バンク３ｂ（他方のバンク）すべての気筒の合成音の同じ前記所定機関回転次数成分の音響位相とが逆位相になる関係を有するので、右バンク３ａ（一方のバンク）すべての気筒の所定の機関回転次数の合成音と左バンク３ｂ（他方のバンク）すべての気筒の同じ所定機関回転次数の合成音とはダクト集合部１９で位相相殺されることとなり、その分だけ吸気騒音の音圧を低下させることができ、レゾネータを設けたのと同じ音圧低減効果が得られる。

さらに、本実施形態によれば、外気導入ダクト１１は、せり出し壁１２ａ（分流部）で分かれた分流がエアクリーナ７ａ，７ｂの入口（吸気系入口）へと流れる連絡部位２１，２２を有し、この連絡部位２１，２２に、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂと、外気導入開口端１６から遠い側の通路２１ａ，２２ａとの２つに区画する整流板２５，２６を備え、この整流板２５，２６を分割して設けるので、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂを伝わる音波が、連通孔２５ｃ，２６ｃ（分割した箇所）を通して、外気導入開口端１６から遠い側の通路２１ａ，２２ａに伝わることが可能となり、これにより、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂを伝わる音波をバンク間で確実に音響相殺させることができる。

実験（あるいはシュミレーション）に用いた上記２つの態様のＶ型８気筒内燃機関では、１０ｄＢ〜３０ｄＢの音圧低減効果がもたらされることを確認している。このように、吸気消音を行うと、機関全体の音圧も大幅に低減されるものとなる。こうした音圧低減効果は、通常はエンジンルームに入りきれない多数の大容量のレゾネータと同等の効果を持つものである。

整流板２５，２６の上流側先端２７，２８を外気導入開口端１６まで位置させた場合、外気導入開口端１６から遠い側の通路２１ａ，２２ａを伝わる音波は、ダクト集合部１９に近いためバンク間で音響相殺されるが、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂを伝わる音波はダクト集合部１９から遠いためバンク間で音響相殺されずに外気導入開口端１６の外に放出されてしまい、吸気騒音の十分な音圧低下が得られないのであるが、本実施形態によれば、整流板２５，２６の上流側先端２７，２８は、外気導入開口端１６まで達しないので、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂを伝わる音波もダクト集合部１９に近くなり、外気導入開口端１６から近い側の通路２１ｂ，２２ｂを伝わる音波がバンク間で音響相殺され、これによって吸気騒音の十分な音圧低下が得られる。

実施形態では、Ｖ型８気筒内燃機関で説明したが、８気筒以外のＶ型多気筒機関（例えばＶ型６気筒内燃機関やＶ型１２気筒内燃機関）で、上記のように吸気系を左右バンク３ａ，３ｂ毎に独立して左右対称に一対設けているものに対しては適用がある。すなわち、上記態様１、２のようにして、一方のバンクすべての気筒の合成音の所定の機関回転次数成分の音響位相と、他方のバンクすべての気筒の合成音の同じ所定機関回転次数成分の音響位相とが逆位相になる関係を有するＶ型多気筒内燃機関を見出すことができれば、その見出したＶ型多気筒内燃機関に対して本発明を適用するのでことができる。

本発明の吸気消音装置が適用されるＶ型多気筒内燃機関の概略構成図。 本発明の外気導入ダクトを車両前方斜め上方から見た斜視図。 本発明の外気導入ダクトを車両前方少し上から見た斜視図。 本発明の外気導入ダクトの平面図。 Ｖ型８気筒内燃機関の気筒配置図。

符号の説明

５ａ，５ｂ スロットルボディ
７ａ，７ｂ エアクリーナ
１１ 外気導入ダクト
１２ 車両後方の縦壁
１３ 車両前方の縦壁
１４ 下壁
１５ 上壁
１２ａ せり出し壁（分流部）
１６ 外気導入開口端
１９ ダクト集合部（所定の空間）
２１，２２ 連絡部位
２１ａ，２２ａ 外気導入開口端から遠い側の通路
２１ｂ，２２ｂ 外気導入開口端から近い側の通路
２１ｃ，２２ｃ 連通孔（分割する箇所）
２５，２６ 整流板
２７，２８ 上流側先端

Claims (4)

1. 左右バンク毎に独立して一対の吸気系を設けると共に、
   前記一対の吸気系にそれぞれ接続される一対の連絡部位と、
   前記一対の連絡部位に流れ方向に沿ってそれぞれ設けられる整流板と、
   を有するＶ型多気筒内燃機関の吸気消音装置において、
   前記一対の連絡部位を集合し、左バンクのすべての気筒からの合成音と右バンクのすべての気筒からの合成音とが混じり合うための所定の空間を確保するダクト集合部、を設け、
   前記整流板の最上流側先端は前記所定の空間に入らないことを特徴とするＶ型多気筒内燃機関の吸気消音装置。
2. 前記ダクト集合部は、前記外気導入開口端に向けて最もせり出した部分が、前記整流板の最上流側先端と一直線上に並ぶせり出し壁を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のＶ型多気筒内燃機関の吸気消音装置。
3. 前記Ｖ型多気筒内燃機関はＶ型８気筒内燃機関であり、
   この機関のクランクシャフトは２プレーンクランクシャフトであり、
   このクランクシャフトを用い点火順序を１番気筒−８番気筒−７番気筒−３番気筒−６番気筒−５番気筒−４番気筒−２番気筒の順番としたとき、片バンクすべての気筒の合成音が機関回転の１．５＋４ｎ次成分及び２．５＋４ｎ次成分（ただし、ｎはゼロまたは自然数）で最大となり、しかも片バンクすべての気筒の合成音の音響位相が２つのバンクで互いに逆位相となるものであることを特徴とする請求項１記載のＶ型多気筒内燃機関の吸気消音装置。
4. 前記Ｖ型多気筒内燃機関はＶ型８気筒内燃機関であり、
   この機関のクランクシャフトは１プレーンクランクシャフトであり、
   この１プレーンクランクシャフトを用い点火順序を１番気筒−４番気筒−５番気筒−２番気筒−７番気筒−６番気筒−３番気筒−８番気筒の順番としたとき、片バンクすべての気筒の合成音が機関回転の２＋４ｎ次成分（ただし、ｎはゼロまたは自然数）で最大となり、しかも片バンクすべての気筒の合成音の音響位相が２つのバンクで互いに逆位相となるものであることを特徴とする請求項１記載のＶ型多気筒内燃機関の吸気消音装置。