JP6242088B2 - 車両用エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は車両用エンジンの吸気装置に関する。

車両用エンジンの吸気装置として、特許文献１、２に記載のものがある。
特許文献１に記載の車両用エンジンの吸気装置は、エンジンの吸気ポートに接続された吸気マニホールドにスロットル弁を配設し、この吸気マニホールドにエアクリーナボックスを連通している。そして、エアクリーナボックスに第１吸気ダクトと第２吸気ダクトの２つの吸気ダクトを連通し、一方の吸気ダクトに可動弁を設け、可動弁の開度をエンジン回転数の増加とともに大とする一方、可動弁が設けられる吸気ダクトのダクト長を適宜に設定するものである。これにより、エンジンの高負荷時に、複数の吸気ダクトから吸気音を放出させ、加速時にスポーツサウンドを得ようとするものである。

特許文献２に記載の車両用エンジンの吸気装置は、エンジンの吸気ポートに第１エアクリーナボックスと第２エアクリーナボックスのそれぞれを連通している。そして、第１エアクリーナボックスには第１エアダクトと第２エアダクトが連通し、第１エアクリーナボックスと第１エアダクトの連通部には第１開閉バルブが設けられ、第１エアクリーナボックスと第２エアダクトの連通部には第２開閉バルブが設けられる。また、第２クリーナボックスには第３エアダクトが連通し、第２エアクリーナボックスと第３エアダクトの連通部には第３開閉バルブが設けられる。エンジンの回転数によって第１〜第３のエアダクトを選択的に開閉するものであり、高速領域では全ての開閉バルブを開き、３個の全てのエアダクトに空気を通すことにより、エンジンを最高出力で稼動できるようにするものである。

特開2005-76619 特開2011-106445

四輪自動車等の車両では、エンジンの吸気弁が吸気ポートを開き、吸気ポートから燃焼室に吸気を吸込むときに該吸気ポートで生ずる吸気音が車室の内外に放出される。

車両の使用者によっては、この吸気音の音響的効果を楽しむところがあり、車室の内外への吸気音の放出の大きな変化や増大化が求められる。

特許文献１に記載の車両用エンジンの吸気装置では、エンジンの高負荷時に可動弁の開度が大きくなり、複数の吸気ダクトに空気を通すことになってエンジンに供給される吸気量が大きくなり、結果としてこの吸気量の増加に伴う吸気音の増大化が見込まれる。

しかしながら、特許文献１に記載の車両用エンジンの吸気装置は、エンジンの吸気ポートで生じた吸気音が吸気マニホールド、エアクリーナボックスを経由した後、複数の吸気ダクトから車室の内外に放出される。吸気音のエネルギは、吸気マニホールドと各吸気ダクトの間でそれらの管路に比して大断面のエアクリーナボックスを通るとき、エアクリーナボックスの拡張型消音効果や、該エアクリーナボックスに収納されているエアフィルタが吸音材になることによる吸音型消音効果を得て減衰される。このため、吸気音の放出の大きな変化や増大化を十分には期待できない。

また、特許文献２に記載の車両用エンジンの吸気装置では、エンジンの高速領域で全てのエアダクトに空気を通すことになってエンジンに供給される吸気量が大きくなり、結果としてこの吸気量の増加に伴う吸気音の増大化が見込まれる。

しかしながら、特許文献２に記載の車両用エンジンの吸気装置は、エンジンの吸気ポートで生じた吸気音が吸気マニホールド、第１と第２のエアクリーナボックスを経由した後、複数のエアダクトから車室の内外に放出される。この場合にも、吸気音のエネルギは、吸気マニホールドと各エアダクトの間でそれらの管路に比して大断面の各エアクリーナボックスを通るとき、それらのエアクリーナボックスの拡張型消音効果や、それらのエアクリーナボックスに収納されているエアフィルタが吸音材になることによる吸音型消音効果を得て減衰される。このため、吸気音の放出の大きな変化や増大化を十分には期待できない。

本発明の課題は、車両用エンジンの吸気装置において、エンジンの吸気ポートで生じた吸気音の車室の内外に対する音響効果を高めることにある。

請求項１に係る発明は、エンジンの吸気ポートに接続された吸気マニホールドにスロットル弁を配設し、この吸気マニホールドにエアクリーナボックスが連通され、このエアクリーナボックスに吸気ダクトが連通され、エンジンの吸気音が吸気マニホールドを経てエアクリーナボックス、吸気ダクトを通る第１放出経路から放出される車両用エンジンの吸気装置であって、吸気マニホールドにおけるエアクリーナボックスの連通部とスロットル弁の配設部との間にサブ吸気管を連通し、このサブ吸気管の流路面積を調整するための可動弁が該サブ吸気管に配設され、エンジンの吸気音が吸気マニホールドを経てサブ吸気管を通る第２放出経路から放出され、第１放出経路の管路抵抗に比し、第２放出経路の管路抵抗を小さく設定することにより、第２放出経路から放出される吸気音の音量をより大きくすることができるようにしたものである。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記第１放出経路の管路長に起因する管路抵抗に比し、第２放出経路の管路長に起因する管路抵抗を小さく設定することにより、第２放出経路から放出される吸気音の音量をより大きくすることができるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記可動弁に付帯させた駆動手段が、エンジン回転数、車速、スロットル弁開度、及び吸気マニホールド負圧の１つ又は２つ以上の運転状態の予め定めた変化に応じて、該可動弁の開度を予め定めた開度に調整するようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明において更に、前記サブ吸気管の外気取入口にエアフィルタ装置を設けてなるようにしたものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において更に、前記エアフィルタ装置がサブ吸気管の外気取入口の外側周囲に直に臨む略半球形状のフィルタを有してなるようにしたものである。

（請求項１、２）
(a)吸気マニホールドにおけるエアクリーナボックスの連通部とスロットル弁の配設部との間にサブ吸気管を連通し、このサブ吸気管の流路面積を調整するための可動弁を該サブ吸気管に配設した。

可動弁によりサブ吸気管を閉じたとき、エンジンの吸気ポートで生じた吸気音は、吸気マニホールドを経てエアクリーナボックスからエンジンルームに放出され、ひいては車室の内外に放出される。吸気音のエネルギは、エアクリーナボックスの拡張型消音効果、吸音型消音効果を得て減衰され、車室の内外に放出されるものになる。

可動弁によりサブ吸気管が開かれると、外気はエアクリーナボックスを通る第１吸気経路に、サブ吸気管を通る第２吸気経路が加わった複数の経路からエンジンの吸気ポートを経て燃焼室に吸い込まれるものになり、吸気量はサブ吸気管を開く可動弁の開度に応じて増量される。そして、このとき、エンジンの吸気ポートで生ずる吸気音は、吸気マニホールドを経てエアクリーナボックスを通る第１放出経路（第１吸気経路上を逆行する経路）と、吸気マニホールドを経てサブ吸気管を通る第２放出経路（第２吸気経路上を逆行する経路）とからエンジンルームに放出される。

第１放出経路を通って放出される吸気音のエネルギは、エアクリーナボックスの拡張型消音効果、吸音型消音効果を得て減衰される。

他方、第２放出経路を通って放出される吸気音は、エアクリーナボックスを通ることなく直にエンジンルームに放出され、エアクリーナボックスによる拡張型消音効果等の消音効果を付加されることがなく、吸気ポートで生じたリアルな音をダイレクトにサブ吸気管からエンジンルームに放出するものになる。そして、この第２放出経路を通って放出される吸気音は、可動弁の開度の大小の調整に応じて増減され、変化されるものになり、車室の内外に対する吸気音の音響効果を高めることができる。

第１放出経路の管路長等に起因する管路抵抗に比し、第２放出経路の管路長等に起因する管路抵抗を小さく設定することにより、サブ吸気管から放出される吸気音の音量をより大きくすることができる。これにより、車室の内外に対する吸気音の音響効果を一層高めることができる。

（請求項３）
(b)前記可動弁に付帯させた駆動手段が、エンジン回転数、車速、スロットル弁開度、及び吸気マニホールド負圧の１つ又は２つ以上の運転状態の予め定めた変化に応じて、該可動弁の開度を予め定めた開度に調整する。例えば、駆動手段は、エンジン回転数が4000rpmで可動弁を全開し、5000rpmで可動弁を半開し、6000rpmで可動弁を再び全開する。或いは、アクセルペダルの踏み込みによってスロットル弁開度が開かれ、かつエンジン回転数が4000rpmで可動弁を全開し、アクセルペダルの踏み込みが戻されたら可動弁を閉じる。このように、使用者は、可動弁の開度をエンジンの運転状態に応じて任意に調整することができ、吸気音の音響効果を自在に高めて楽しむことができる。

（請求項４）
(c)前記サブ吸気管の外気取入口にエアフィルタ装置を設け、エンジンの燃焼室に吸い込まれる外気中の異物をろ過することもできる。この場合、エアフィルタ装置はサブ吸気管の管路にエアクリーナボックス等を介さずに直に設置され、吸気音に対して拡張型消音効果等の消音効果を付与するところがない。

（請求項５）
(d)前記エアフィルタ装置がサブ吸気管の外気取入口の外側周囲に直に臨む略半球形状のフィルタを有する。これにより、サブ吸気管から放出される吸気音をエンジンルームに直に臨む略半球形状のフィルタからその周囲に放射状に放出し、車室の内外の広い範囲にその音響効果を及ぼすものになる。

図１は実施例１に係る車両用エンジンの吸気装置を示す模式図である。 図２は実施例２に係る車両用エンジンの吸気装置を示す模式図である。 図３は可動弁の駆動手段を示す模式図である。 図４は車両を示す模式図である。

（実施例１）（図１、図３、図４）
自動車１は、図４に示す如く、４サイクル４気筒エンジン１０をエンジンルーム２に配置している。エンジン１０は、各気筒に吸気弁１１と排気弁１２を備える。

エンジン１０は、図１に示す如く、各吸気弁１１によって開閉されて燃焼室に連通可能にされる吸気ポート１３を気筒毎に備える。エンジン１０の各吸気ポート１３は単一のサージタンク１４を介して吸気マニホールド１５が接続され、この吸気マニホールド１５の流路面積を調整するためのスロットル弁１６を該吸気マニホールド１５の管路内に配設している。吸気マニホールド１５にはエアクリーナボックス１７が連通され、エアクリーナボックス１７には吸気ダクト１８が連通され、吸気ダクト１８の外気取入口１８Ａが車両前方に向けて開口している。

尚、エアクリーナボックス１７は吸気マニホールド１５と吸気ダクト１８の間でそれらの管路に比して大断面の箱状をなし、その内部に収納されているフィルタ１７Ａにより外気中の異物をろ過する。このとき、エアクリーナボックス１７は吸気ダクト１８が接続されず、エアクリーナボックス１７に設けた外気取入口を外界に向けて直に開口しても良い。

エンジン１０は、吸気マニホールド１５におけるエアクリーナボックス１７の連通部と、スロットル弁１６の配設部との間にサブ吸気管２１を連通し、このサブ吸気管２１の流路面積を調整するための可動弁２２を該サブ吸気管２１の管路内に配設している。サブ吸気管２１は、エンジン１０が吸気弁１１により開かれた吸気ポート１３から燃焼室に吸気を吸い込むときに、該吸気ポート１３で生じたリアルな吸気音をダイレクトに車室の内外に放出して音響効果を高め得るように、その外気取入口２１Ａを外界に向けて直に開口し、その外気取入口２１Ａとの間にエアクリーナボックスを介するところがない。外気取入口２１Ａは車室に近い位置に開口することにより、吸気音の車室への音響効果をより高めることができる。

エンジン１０は、可動弁２２の駆動手段３０を付帯して備える。駆動手段３０は、エンジン回転数Ｎ、車速度Ｖ、スロットル弁開度θ、及び吸気マニホールド負圧Ｐ等の１つ又は２つ以上のエンジン運転状態の予め定めた変化に応じて、該可動弁２２の開度を予め定めた開度に調整する。

駆動手段３０は、エンジン１０に設けた運転状態検出手段が検出したエンジン回転数信号Ｎi、車速信号Ｖi、スロットル弁開度信号θi、吸気マニホールド負圧信号Ｐi等の検出信号を転送される制御ユニット３１を備える。制御ユニット３１は、それらの検出信号から演算されるエンジン回転数Ｎ、車速Ｖ、スロットル弁開度θ、吸気マニホールド負圧Ｐ等の１つ又は２つ以上のエンジン運転状態が、コントローラ３２によって予め定められた状態に達したとき、可動弁２２の開度がコントローラ３２において予め定めた開度となるように該可動弁２２のアクチュエータ３３を制御する。アクチュエータ３３は、吸気マニホールド１５におけるスロットル弁１６より吸気下流側に連通されて吸気マニホールド負圧Ｐを取出す負圧取出管３３Ａと、この負圧取出管３３Ａの管路面積を一定の絞り度に絞って適宜の制御負圧を生成するニードル弁３３Ｂと、制御ユニット３１により駆動されてニードル弁３３Ｂを変位させ、その絞り度を制御するステッピングモータ３３Ｃと、ニードル弁３３Ｂがその絞り度に応じて生成した制御負圧Ｒにより作動されるダイヤフラム３３Ｄと、ダイヤフラム３３Ｄの作動量に応じて駆動されて可動弁２２を所望の開度となる位置に回動させるリンク機構部３３Ｅとから構成される。

従って、エンジン１０によれば以下の作用効果を奏する。
(a)吸気マニホールド１５におけるエアクリーナボックス１７の連通部とスロットル弁１６の配設部との間にサブ吸気管２１を連通し、このサブ吸気管２１の流路面積を調整するための可動弁２２を該サブ吸気管２１に配設した。

可動弁２２によりサブ吸気管２１を閉じたとき、エンジンの吸気ポート１３で生じた吸気音は、吸気マニホールド１５を経てエアクリーナボックス１７、吸気ダクト１８からエンジンルーム２に放出され、ひいては車室の内外に放出される。吸気音のエネルギは、エアクリーナボックス１７の拡張型消音効果、吸音型消音効果を得て減衰され、車室の内外に放出されるものになる。

可動弁２２によりサブ吸気管２１が開かれると、外気は吸気ダクト１８、エアクリーナボックス１７を通る第１吸気経路４１に、サブ吸気管２１を通る第２吸気経路４２が加わった複数の経路からエンジンの吸気ポート１３を経て燃焼室に吸い込まれるものになり、吸気量はサブ吸気管２１を開く可動弁２２の開度に応じて増量される。そして、このとき、エンジンの吸気ポート１３で生ずる吸気音は、吸気マニホールド１５を経てエアクリーナボックス１７、吸気ダクト１８を通る第１放出経路５１（第１吸気経路４１上を逆行する経路）と、吸気マニホールド１５を経てサブ吸気管２１を通る第２放出経路５２（第２吸気経路４２上を逆行する経路）とからエンジンルーム２に放出される。

第１放出経路５１を通って放出される吸気音のエネルギは、エアクリーナボックス１７の拡張型消音効果、吸音型消音効果を得て減衰される。

他方、第２放出経路５２を通って放出される吸気音は、エアクリーナボックス１７を通ることなく直にエンジンルーム２に放出され、エアクリーナボックス１７による拡張型消音効果等の消音効果を付加されることがなく、吸気ポート１３で生じたリアルな音をダイレクトにサブ吸気管２１からエンジンルーム２に放出するものになる。そして、この第２放出経路５２を通って放出される吸気音は、可動弁２２の開度の大小の調整に応じて増減され、変化されるものになり、車室の内外に対する吸気音の音響効果を高めることができる。

第１放出経路５１の管路長等に起因する管路抵抗に比し、第２放出経路５２の管路長等に起因する管路抵抗を小さく設定することにより、サブ吸気管２１から放出される吸気音の音量をより大きくすることができる。これにより、車室の内外に対する吸気音の音響効果を一層高めることができる。

(b)前記可動弁２２に付帯させた駆動手段３０が、エンジン回転数、車速、スロットル弁１６開度、及び吸気マニホールド１５負圧の１つ又は２つ以上の運転状態の予め定めた変化に応じて、該可動弁２２の開度を予め定めた開度に調整する。例えば、駆動手段３０は、エンジン回転数が4000rpmで可動弁２２を全開し、5000rpmで可動弁２２を半開し、6000rpmで可動弁２２を再び全開する。或いは、アクセルペダルの踏み込みによってスロットル弁１６開度が開かれ、かつエンジン回転数が4000rpmで可動弁２２を全開し、アクセルペダルの踏み込みが戻されたら可動弁２２を閉じる。このように、使用者は、可動弁２２の開度をエンジンの運転状態に応じて任意に調整することができ、吸気音の音響効果を自在に高めて楽しむことができる。

（実施例２）（図２、図３、図４）
図２に示した実施例２が図１に示した実施例１と異なる点は、サブ吸気管２１の外気取入口２１Ａにエアフィルタ装置２３を設けたことにある。

エアフィルタ装置２３は、サブ吸気管２１の外気取入口２１Ａの外側周囲に直に臨む略半球形状のフィルタ２３Ａを有してなるものである。エアフィルタ装置２３は、例えば特許2720286のエアフィルタ装置を採用でき、ファンネルの拡径開口部をインナフレーム及びアウタフレームが覆うように設置され、これらのフレーム間にフィルタが配設されたエアクリーナ装置において、上記ファンネルの上記拡径開口部は、空気の流れ方向に対し上流側へ向って漸次拡径するリップ部によって形成され、上記ファンネルには、空気の流れ方向に対し上記リップ部の下流側に外方へ向って延びるフラット部が形成され、上記リップ部と上記フラット部との間に空間が形成されるとともに、上記リップ部の先端部が膨出して湾曲面に形成される。インナフレームは、ファンネルの拡径開口部の中央へ延びるトップ部と、このトップ部から放射状に延在する複数本のフレーム枠と、を備えて構成される。アウタフレームは、ハニカム形状のネットにて成形される。フィルタはセルの大きな多孔質樹脂から成形され、この多孔質樹脂に高粘度粘着材が浸透して構成される。

本実施例によれば、実施例１の前述(a)、(b)の作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。
(c)前記サブ吸気管２１の外気取入口２１Ａにエアフィルタ装置２３を設け、エンジン１０の燃焼室に吸い込まれる外気中の異物をろ過することもできる。この場合、エアフィルタ装置２３はサブ吸気管２１の管路にエアクリーナボックス等を介さずに直に設置され、吸気音に対して拡張型消音効果等の消音効果を付与するところがない。

(d)前記エアフィルタ装置２３がサブ吸気管２１の外気取入口２１Ａの外側周囲に直に臨む略半球形状のフィルタ２３Ａを有する。これにより、サブ吸気管２１から放出される吸気音をエンジンルーム２に直に臨む略半球形状のフィルタ２３Ａからその周囲に放射状に放出し、車室の内外の広い範囲にその音響効果を及ぼすものになる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、可動弁はバタフライ弁、フラップ弁等、いかなるものでも良い。

また、可動弁の駆動手段は、吸気マニホールド負圧を駆動源とするものに限らず、モータの回転力、ソレノイドの電磁力等を用いるものでも良い。

尚、本発明は、ガソリンエンジン、ＬＮＧエンジン、ＣＮＧエンジン、ディーゼルエンジン、ロータリーエンジン等であって、燃焼用空気等の気体燃料が吸気ポートから燃焼室に吸込まれるエンジンに広く適用できる。このとき、ガソリン等の液体燃料は、吸気ポートの上流側で空気等の気体燃料と混合されてから燃焼室に供給されても良いし、気体燃料とは別に燃焼室に直接供給されるものでも良い。

本発明は、エンジンの吸気ポートに接続された吸気マニホールドにスロットル弁を配設し、この吸気マニホールドにエアクリーナボックスが連通されてなる車両用エンジンの吸気装置であって、吸気マニホールドにおけるエアクリーナボックスの連通部とスロットル弁の配設部との間にサブ吸気管を連通し、このサブ吸気管の流路面積を調整するための可動弁を該サブ吸気管に配設してなるものである。本発明によれば、車両用エンジンの吸気装置において、エンジンの吸気ポートで生じた吸気音の車室の内外に対する音響効果を高めることができる。

１０ エンジン
１３ 吸気ポート
１５ 吸気マニホールド
１６ スロットル弁
１７ エアクリーナボックス
２１ サブ吸気管
２１Ａ 外気取入口
２２ 可動弁
２３ エアフィルタ装置
２３Ａ フィルタ
３０ 駆動手段
５１ 第１放出経路
５２ 第２放出経路

Claims (5)

1. エンジンの吸気ポートに接続された吸気マニホールドにスロットル弁を配設し、この吸気マニホールドにエアクリーナボックスが連通され、このエアクリーナボックスに吸気ダクトが連通され、エンジンの吸気音が吸気マニホールドを経てエアクリーナボックス、吸気ダクトを通る第１放出経路から放出される車両用エンジンの吸気装置であって、
   吸気マニホールドにおけるエアクリーナボックスの連通部とスロットル弁の配設部との間にサブ吸気管を連通し、このサブ吸気管の流路面積を調整するための可動弁が該サブ吸気管に配設され、エンジンの吸気音が吸気マニホールドを経てサブ吸気管を通る第２放出経路から放出され、
   第１放出経路の管路抵抗に比し、第２放出経路の管路抵抗を小さく設定することにより、第２放出経路から放出される吸気音の音量をより大きくすることができる車両用エンジンの吸気装置。
2. 前記第１放出経路の管路長に起因する管路抵抗に比し、第２放出経路の管路長に起因する管路抵抗を小さく設定することにより、第２放出経路から放出される吸気音の音量をより大きくすることができる請求項１に記載の車両用エンジンの吸気装置。
3. 前記可動弁に付帯させた駆動手段が、エンジン回転数、車速、スロットル弁開度、及び吸気マニホールド負圧の１つ又は２つ以上の運転状態の予め定めた変化に応じて、該可動弁の開度を予め定めた開度に調整する請求項１又は２に記載の車両用エンジンの吸気装置。
4. 前記サブ吸気管の外気取入口にエアフィルタ装置を設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載の車両用エンジンの吸気装置。
5. 前記エアフィルタ装置がサブ吸気管の外気取入口の外側周囲に直に臨む略半球形状のフィルタを有してなる請求項４に記載の車両用エンジンの吸気装置。

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