JPH02176113A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエンジンの吸気装置に関するものであって、と
くに吸気脈動によって吸気通路内に惹起される共振波を
低減する共鳴器を設け、吸気騒音の低減と吸気充填効率
の向上とを図ったエンジンの吸気装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ −ｍにエンジンにおいては、吸気弁の開弁時に発生する
吸気負圧によって吸気ボート近傍に吸気の周期的な圧力
変動、すなわち吸気脈動が発生する。例えば、各気筒の
独立吸気通路を集合するサージタンクを備えるとともに
、該サージタンクに吸気を導入する共通吸気通路を備え
た４気筒エンジンにおいては、サージタンクが吸気脈動
の発生源となり、このような吸気脈動によって吸気の疎
密波が発生し、この疎密波は共通吸気通路内を上流に向
かって音速で伝播しく以下、上流に向かって進行する疎
密波を入射波という）、共通吸気通路の上流側開口部（
以下、単に開口部という）で反射して、再び共通吸気通
路内を下流に向かってサージタンクまで伝播する（以下
、下流に向かって進行する疎密波を反射波という）。な
お、開口部は反射における自由端として作用するので、
反射時には位相のずれが発生せず、入射波と反射波とで
は疎密が反転する。上記反射波は入射波と同一の波長と
振幅とを有し、かつ進行方向が反対であるので、よく知
られているように、入射波と反射波とが干渉し合い、共
通吸気通路内には入・反射波と同一波長の定常波が形成
される。そして、共通吸気通路の経路長しと定常波の波
長λとの間に、Ｌ　＝（２ｎ＋　１　）λ／４ で表される関係が成立するときには、音圧に関してサー
ジタンク（吸気脈動発生源）を腹とする一方、開口部を
節として、共通吸気通路内の吸気が共振して、（０，５
＋ｎ）次の振幅の大きな定常波が形成され（以下、この
定常波を共振波という）、このとき開口部から大きな騒
音が発生するといった問題がある。

なお、経路長しと波長λとの間に、 Ｌ−２ｎλ／４ で表される関係が成立するときには、音圧に関してサー
ジタンクと開口部とを節として、共通吸気通路内の吸気
が共振して、ｎ次の振幅の大きな定常波が形成され、こ
のときにも開口部から大きな騒音が発生する。

そこで、このような吸気騒音を低減するために、共通吸
気通路には、開口部近傍において、共振波の音圧振動の
腹が形成される位置（通常はエアクリーナの上流）に、
サイドブランチ型あるいはへルムホルツ型の共鳴式消音
器を設け、共通吸気通路内に惹起される共振波の音圧振
動を抑制して、吸気装置を低減するようにした吸気装置
が提案されている（例えば、特開昭５４−９３１６号公
報、特開昭６１−１９０１５８号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題１ ところで、共通吸気通路内に発生する（０．５十〇）次
の共振波は、下流側端部（サージタンクへの開口部）に
音圧の腹が形成されるので、音圧（吸気圧）の振動に伴
って、サージタンク内の吸気の圧力が大きな振幅で振動
する。そして、この吸気圧力の振動は、定常波の形成に
おける一般的原理により、吸気脈動発生源において発せ
られる疎密波が最低圧となった時点（吸気弁が開かれる
時点とほぼ同じ）から３／４周期経過した時点で最低圧
力となる。４気筒４サイクルエンジンにおいては、疎密
波の周期は、クランク角１８０’に相当するので、吸気
弁開弁後クランク角１３５°の時点、すなわち吸気行程
末期でサージタンク内の吸気圧が最低値となる。そして
、通常各党筒とサージタンクとの間の吸気通路長は比較
的短いので、かかるサージタンク内の圧力変化は、実質
的に時間遅れなく各気筒に伝達される。このため、共通
吸気通路内で上記共振波が発生するような波長λに対応
するエンジンの回転領域では吸気の充填効率が低下し、
出力トルクが低下するといった問題が生じる。なお、上
記したｎ次の共振波は、共通吸気通路の下流側端部（サ
ージタンク）が音圧の節となるので、サージタンク内に
吸気圧振動を惹起しない。

なお、吸気騒音を低減するために設けられる、上記従来
例のごとき共鳴式消音器は、共通吸気通路内の共振波を
低減するものである。したがって、理論上はかかる共鳴
式消音器の作用により、（０゜５＋ｎ）次の共振波によ
ってサージタンク内に惹起される負圧も低減されるはず
であるが、上記共鳴式消音器は吸気騒音を低減するため
に共通吸気通路の上流側開口部近傍に配置されるので、
その共振波低減効果が、実質的にサージタンクにまで及
ばない。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、吸気通路内に惹起される吸気の共振波に起因する吸
気騒音を有効に低減することができるとともに、かかる
共振波に起因する充填効率の低下を有効に防止してエン
ジンの出力トルクを高めることができるエンジンの吸気
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達するため、本願用１の発明は、吸気脈動
発生源上流の吸気通路に、上記吸気脈動発生源から上流
に向かって発せられる疎密波によって惹起される上記吸
気通路の（０，５＋ｎ）次（ｎは０以上の整数）の共振
波を低減する共鳴器を上記吸気道路の下流端部に設けた
ことを特徴とするエンジンの吸気装置を提供する。

また、本願筒２の発明は、吸気脈動発生源上流の吸気通
路に、上記吸気脈動発生源から上流に向かって発せられ
る疎密波によって惹起される（０゜５十〇）次（ｎは０
以上の整数）の共振波を低減する共鳴器を設けるととも
に、上記共鳴器によって低減される共振波の２倍の次数
の共振波を低減する消音器を設けたことを特徴とするエ
ンジンの吸気装置を提供する。

［発明の作用・効果］ 本願筒１の発明によれば、吸気脈動の発生源（例えば、
サージタンク）で発生する疎密波の波長λと、吸気脈動
発生源上流の吸気通路の経路長しとの間に、 Ｌ＝（２ｎ＋１）λ／４　　　（ｎ＝０．１．２−）の
関係が成立するようなエンジンの回転領域において、吸
気通路内に惹起される（０．５＋ｎ）次Ｃｎ−０，１，
２・・・）の共振波が、共鳴器によって惹起される共鳴
波との干渉によって、振幅が大幅に低減される。このた
め、上記共振波の音圧レベルが低くなり、吸気通路の上
流側開口部から発せられる吸気騒音を大幅に低減するこ
とができる。

さらに、音圧振動すなわち吸気圧力振動の腹となる吸気
脈動発生源（例えば、サージタンク）において、吸気の
圧力振動の振幅が低減されるので、各気筒の吸気行程末
期において実質的に吸気圧の低下が生じない。つまり、
吸気圧が吸気脈動がない状態における吸気圧に維持され
るので、吸気の充填効率が高められ、エンジンの出力ト
ルクを高めることができる。また、このように１つの共
鳴器を、騒音低減手段及びトルク向上手段として兼用し
ているので、エンジンのコンパクト化ヲ図ることができ
る。

本願筒２の発明によれば、まず上記本願筒１の発明の効
果と同様の効果が得られる。ところで、一般に（０，５
＋ｎ）次の共振波を低減する共鳴器は、該共振波の２倍
の次数の共振波に対しては、逆にその振動を促進し、し
たがって吸気騒音を増加させることになる（ただし、通
常このような２倍の次数の共振波は高回転領域で発生す
るので、常用運転領域では問題とならない）。ところが
、（０゜５＋ｎ）次の共振波を低減する共鳴器に加えて
、このような２倍の次数の共振波を低減させる消音器を
設けているので、このような２倍の次数の共振波に起因
する吸気騒音の発生を有効に防止することができる。し
たがって、エンジンの広い回転領域にわたって吸気騒音
を低減することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図と第２図とに示すように、第１〜第４気筒＃１〜
＃４を備えた４気筒エンジンＣＥに吸気を供給するため
に、吸気装置ＣＫが設けられている。そして、吸気装置
ＧＫに吸気を導入するために、上流側の開口部ｌで大気
と連通ずるフレッシュエアダクト２が設けられ、該フレ
ッシュエアダクト２の下流側端部は、吸気中の浮遊塵を
除去するエアクリーナ３のリヤ側側面に設けられた吸気
流入口３ａに接続されている。エアクリーナ３の上面に
は、これと隣接して吸気量を検出するエアフローメータ
４が接続され、該エア７０−メータ４の吸気流出口４ａ
には、ラバー等の可視性材料で形成されたエアーインテ
ークホース５が接続されている。このエアインテークホ
ース５の下流側端部は、接続部材６を介して金属・プラ
スチック等の硬質材料で形成されたインテークパイプ７
に接続されている。さらに、インテークパイプ７の下流
側端部は、アクセルペダル（図示せず）と連動して開閉
されるスロットル弁（図示せず）を備えたスロットルボ
ディ８に接続され、このスロットルボディ８の下流側に
は、吸気流量を安定化するためのサージタンク１１が接
続されている。。サージタンク１１はエンジンＣＥの吸
気側側方（第１図では左側）に配置され、気筒配列方向
に長手となる細長い形状で所定の容積を有して形成され
、その気筒配列方向の長さはエンジンＣＥの全長とほぼ
等しくなっている。そして、サージタンク１１のエンジ
ンＣＥと反対側（第１図では左側）の側面壁には、各気
筒＃ｌ〜＃４に吸気を供給するインテークマニホールド
１２の上流側端部が開口しておリ、このインテークマニ
ホールド１２はサージタンク１１から分岐した後、下方
に向かって湾曲しつつ伸長方向を１８０°変え、サージ
タンク１１の下側を通って各気筒＃ｌ〜＃４の吸気ポー
ト１４に接続されている。このような吸気装置ＧＫにお
いて、吸気は開口部ｌから下流側に向かって順に、フレ
ッシュエア−ダクト２とエアクリーナ３とエアフローメ
ータ４とエアインテークホース５とインテークパイプ７
とスロットルボディ８とを介してサージタンクｌｌ内に
流入するが、このように、開口部ｌからサージタンクｉ
ｔに至る吸気流通経路を以下では吸気通路にと総称する
。

ところで、後で詳説するように、各気筒＃ｌ〜＃４の吸
気弁（図示せず）が開弁される度に吸気ポー１１４に発
生する負圧によってサージタンクｌｌ内の吸気圧力が低
下し、これによってサージタンク１１内の吸気が脈動し
て疎密波が発生し、この疎密波と、該疎密波の開口部ｌ
からの反射波との干渉によって、吸気通路に内には所定
のエンジン回転領域で共振波が惹起されるが、このよう
な共振波を低減するために、スロットルボディ８のすぐ
上流となる位置において、インテークパイプ７には、接
続管１５を介してヘルムホルツをの共鳴器１６が接続さ
れている。また、後で詳説するように、上記共鳴器１６
によって低減される共振波の２倍の次数の共振波を低減
するために、エアクリーナ３上流の上記２倍次数の共振
波の音圧の腹が形成される位置において、フレッシュエ
アダクト２には、サイドブランチ型の消音器１７が接続
されている。

以下、上記共鳴器１６と消音器１７の機能について説明
する。

第３図は、第１図に示す吸気装置ＣＫを模型的に示した
ものである。第３図に示すように、吸気通路にの経路長
しは１６８ｃｍである。そして、ヘルムホルツ型共鳴器
１６はサージタンク１１より上流側１０ｃｍの位置にお
いて、接続管１５を介して吸気通路Ｋ（インテークパイ
プ７）に接続されている。この共鳴器１６は１．５次の
共振（第４図参照）による１６０Ｈｚの音を消音するよ
うに設定されている。また、サイドブランチ型消音器１
７の全長は２９ｃｍであり、開口部ｌより下流側２９ｃ
ｍの位置において吸気通路Ｋ（フレッシュエアダクト２
）に接続されている。この消音器１７は３次の共振（第
５図参照）による３２０Ｈｚの音を消音するように設定
されている。

そして、各気筒＃ｌ〜＃４の吸気弁（図示せず）が開か
れる度に、吸気ボート１４には負圧が発生するが、この
負圧は比較的経路長の短いインテークマニホールド１２
を介して、極わずかな時間でサージタンク１１内に伝わ
る。このため、サージタンク１１内では各気筒＃ｌ〜＃
４の吸気弁（図示せず）が開かれる度に、吸気の圧力が
低下して吸気脈動が惹起される。すなわちサージタンク
１１が吸気脈動発生源となる。そして、この吸気脈動に
よって吸気の疎密波が発生するが、本実施例のような４
気筒４サイクルエンジンでは、上記疎密波の周波数ｆは
、エンジン回転数をＮとすればｆ−２Ｎ・・・　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式ｌとな
る。そして、音速をＶとすれば、上記疎密波の波長λは
、 λ−ｖ／ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・式２この疎密波は吸気通路に内を上流に
向かって音速Ｖで伝播しく以下、このように上流に向か
って進行する疎密波を入射波という）、大気と連通ずる
開口部ｌで反射されるが、大気は波動反射における自由
端として作用するので、入射波は位相を変えずに反射さ
れる。なお、よく知られているように、このとき入射波
と反射波とは疎密が反転する。

そして、上記反射波は吸気通路に内を下流に向かって音
速でサージタンク１１まで伝播す、る。このとき、吸気
通路に内には、入射波と反射波とが同時に存在するが、
入射波と反射波とは、振幅と波長がほぼ等しいので、互
いに干渉し合って入射波（反射波）と等しい波長λを有
する定常波が形成される。このような定常波は、通常は
顕在化しないが、Ｌ−（２ｎ＋１）λ／４・・・・・・
・・・・・・式３ただし、ｎ・・・０以上の任意の整数 Ｌ・・・吸気通路の経路長 λ・・・定常波の波長 の関係が成立するときには、音圧に関して吸気通路にの
下流側端部（サージタンク１１への開口部）を腹とする
一方、開口部１を節として、吸気通路に内の吸気は激し
く共振（共鳴）し、開口部ｌから外部に大きな吸気騒音
が発生する。そして、吸気通路長しは一定であるので、
ｎ＝０．１．２・・・において、波長λが式３を成立さ
せるような値となるエンジン回転数Ｎにおいて、すべて
共振波が発生する。

したがって、異なる所定のエンジン回転数において複数
の共振波が発生することになるが、例えば１−ｓｌのと
き、すなわち１．５次の共振波が発生する場合の共振波
の音圧特性は、第４図中の曲線Ｇ、で示すような形状と
なる。このような１．５次の共振波において、共鳴器１
６が設けられていない場合には、吸気通路にの下流側端
部（サージタンクＩＩへの開口部）に音圧振動（吸気圧
振動）の腹が形成されるので、吸気通路にの下流側端部
では、吸気の圧力が第４図中の矢印ｄで示すように大き
な振幅で振動する。そして、このような音圧振動を吸気
ボート１４の開閉タイミングと対比して考えると、ある
気筒（例えば第１気筒＃ｌ）において、吸気行程の末期
（吸気弁が開かれた後クランク角で１３５°近傍）に共
振波の音圧（吸気圧）が最小となる。したがって、この
時点においてはサージタンク１１内の吸気圧が低下する
ので、該気筒（第１気筒＃ｌ）の吸気充填効率が低下し
て、エンジンＣＥの出力トルクが低下することになる。

なお、このとき吸気通路に内の吸気は共振しているので
、開口部１からは大きな吸気騒音が発生することはもち
ろんである。

上記のような充填効率の低下と吸気騒音の発生を防止す
るために共鳴器１６が設けられている。

前記したように、この共鳴器１６はへルムホルッ型であ
って、接続管１５ないし共鳴器１６内に、サージタンク
ｌｌ内の吸気脈動に対応して共鳴波（定常波）を発生さ
せるものであるが、この共鳴波の特性は、接続管１５の
管長と管径、あるいは共鳴器１６の容積を調節すること
によって、任意に設定することができる。そこで、本実
施例では、接続管１５と共鳴器１６とを、吸気通路に内
に発生する１、５次の共振波（１６０Ｈｚ）が吸気通路
にの下流側端部に最小の音圧を発生させるタイミングで
、接続管１５の吸気通路にとの連通部に最大の音圧（正
圧）を発生させるような共鳴波を惹起するような特性に
設定している。そして、接続管１５の吸気通路にとの連
通部は、吸気通路にの下流側端部に接近して配置されて
いるので、各気筒＃１〜＃４の吸気行程末期には、吸気
通路にの下流側端部では、最小音圧となっている吸気通
路に内の共振波と、最大音圧となっている共鳴器１６の
共鳴波とが干渉し合い、はぼ平均的な音圧、つまり共振
が起こらない場合の吸気圧となる。したがって、共鳴器
Ｉ６が設けられていない場合に発生するような吸気行程
末期におけるサージタンク１１内の吸気圧の低下が起こ
らない。このため、充填効率が高められエンジンＣＥの
出力トルクの向上が図られる。

なお、共鳴器１６の接続管１５を他の音圧の腹が形成さ
れる位置において吸気通路Ｋに接続しても、同様の効果
が得られるが、本実施例のように、接続管１５をスロッ
トルボディ８のすぐ上流、すなわちサージタンク１１の
すぐ上流において吸気通路Ｋに接続すると、共鳴器１６
による共振波の負圧打ち消し作用が非常に強くなる。

このような共鳴器１６を設けた場合のエンジントルクの
エンジン回転数に対する特性の一例を第６図中の折れ線
Ｈ１で示す。同一のエンジンにおいて共鳴器を設けない
場合のエンジントルクのエンジン回転数に対する特性（
Ｈ２）に比べて、常用回転領域（３０００〜４５００　
ｒｐｍ）におけるエンジントルクが大幅に向上している
。

なお、本実施例では共鳴器１６を、１．５次の共振波を
低減するような特性に設定しているが、これは通常１．
５次の共振波はエンジンＣＥの常用回転領域で発生する
ので、このようにすることにより、もつとも使用頻度の
高い通常運転時のトルクアップと吸気騒音の低減とが図
られるからである。しかし、共鳴器１６を１．５次の共
振波を低減するような特性ではなく、任意の（０，５＋
ｎ）次の共振波を低減するような特性に設定してもよい
のはもちろんである。

ところで、一般に前記のような共鳴器１６を設けた場合
、吸気通路にの（０，５＋ｎ）次の共振波は低減される
が、半面このような共振波の２倍の次数の共振波の振幅
が増幅される。そこで、本実施例では、１．５次の共振
波の２倍の次数、すなわち３次の共振波（３２０Ｈｚ）
の振幅を低減するサイドブランチ型の消音器１７を設け
ている。この消音器１７は、第５図中の曲線Ｇ、で示す
ような、３次の共振波の開口部１に最も近い音圧の腹が
形成される位置において、吸気通路Ｋに接続されている
。この位置はエアクリーナ３上流のフレッシュエア−ダ
クト２の中央部のやや下流となる（第１図参照）、、ｌ
このように、消音器１７が開口部ｌに最も近い音圧の腹
が形成される位置に接続されているので、これを他の音
圧の腹が形成される位置に接続する場合に比べて、消音
器１７の共振波打ち消し作用が開ロ部ｌ＃：最も強く作
用し、開口部１からの吸気騒音の発生をより有効に防止
することができる。

第７図〜第１Ｏ図に、共鳴器１６を設けているが消音器
１７は設けていない、排気量１６００ｃｃの４気筒エン
ジンの、開口部ｌ近傍のフレッシュエアダクト２から発
生する吸気騒音の音圧レベルを、共鳴器１６と消音器１
７のいずれも設けていない同種のエンジンの吸気騒音の
音圧レベルと比較して示す。ここにおいて、第７図は全
騒音レベルの音圧レベルを示しており、第８図、第９図
、第１０図は、夫々、エンジン回転数に対する２次。

４次、６次の周波数を有する特定の部分的な騒音の音圧
レベルを示している。第７図から明らかなように、全騒
音でみれば、本発明にかかる共鳴器１６を備えたエンジ
ンでは、共鳴器を備えていないエンジンに比べて、はぼ
全回転領域で音圧レベルが低減されている。また、第８
図と第９図と第１Ｏ図とにおいて、夫々、Ｘ、Ｙ、Ｚで
示すように、１．５次の共振による１６０Ｈｚの周波数
の音はとくに音圧レベルが低減されていることが分かる
。

しかしながら、第９図と第１０図とにおいて、夫々、Ｙ
’、Ｚ’で示すように、３次の共振による３２０Ｈｚの
周波数の音は、共鳴器１６を設けることによって、逆に
音圧レベルが上昇している。前記したように、このよう
な３次の共振による３２０Ｈｚの音を消音するために消
音器１７が設けられている。

第１１図に、上記エンジンの吸気騒音の音圧レベルの周
波数特性を、エンジン回転数をパラメータとして示す。

第１１図から明らかなように、本発明にかかる消音手段
を備えたエンジンでは、消音手段を設けていないエンジ
ンに比べて、どのエンジン回転数においても、はぼ全周
波数域において、音圧レベルが低減されていることが分
かる。

以上、本発明によれば、吸気騒音の低減とエンジントル
クの向上とが有効に図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる吸気装置を備えた４気筒エン
ジンの平面説明図である。 第２図は、第１図に示すエンジンの正面説明図である。 第３図は、第１図に示す吸気装置の模式図であり、吸気
脈動による疎密波の伝播経路を示す。 第４図は、第３図に示す吸気通路内に惹起される１、５
次の共振波の振動を音圧で表した図である。 第５図は、第３図に示す吸気通路内に惹起される３次の
共振波の振動を音圧で表した図である。 第６図は、本発明にかかる共鳴器を備えたエンジンと、
かかる共鳴器を備えていないエンジンの、エンジントル
クのエンジン回転数に対する特性を示す図である。 第７図は、本発明にかかる消音手段を備えたエンジンと
、かかる消音手段を備えていないエンジンとについて、
開口部近傍の吸気通路から発生する吸気騒音の音圧レベ
ルのエンジン回転数に対する特性を比較して示す図であ
る。 第８図〜第１０図は、夫々、全吸気騒音中の、エンジン
回転数に対する２次、４次、６次の周波数を有する騒音
成分について、音圧レベルのエンジン回転数に対する特
性を示した、第７図と同様の図である。 第１１図は、本発明にかかる消音手段を備えたエンジン
と、かかる消音手段を備えていないエンジンとについて
、吸気騒音の周波数特性をエンジン回転数をパラメータ
として表した図である。 ＣＥ・・・エンジン、ＣＫ・・・吸気装置、Ｋ・・・吸
気通路、＃ｌ〜＃４・・・第１〜第４気筒、１・・・開
口部、２・・・フレッシュエアダクト、３・・・エアク
リーナ、４・・・エア７０−メータ、５・・・エアイン
テークホース、６・・・接続部材、７・・・インテーク
パイプ、８・・・スロットルボディ、１１・・・サージ
タンク、１２・・・インテークマニホールド、１４・・
・吸気ボート、１５・・・接続管、１６・・・共鳴器、
１７・・・消音器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気脈動発生源上流の吸気通路に、上記吸気脈動
   発生源から上流に向かって発せられる疎密波によって惹
   起される上記吸気通路の（０．５＋ｎ）次（ｎは０以上
   の整数）の共振波を低減する共鳴器を上記吸気通路の下
   流端部に設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. （２）吸気脈動発生源上流の吸気通路に、上記吸気脈動
   発生源から上流に向かって発せられる疎密波によって惹
   起される（０．５＋ｎ）次（ｎは０以上の整数）の共振
   波を低減する共鳴器を設けるとともに、上記共鳴器によ
   って低減される共振波の２倍の次数の共振波を低減する
   消音器を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。