JPH0688555A - 内燃機関の吸排気音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 内燃機関の吸排気音を有効に低減する装置を
提供する。 【構成】 吸気管２と排気管３を連通する導波管６，７
を設け、導波管６，７を機関回転に同期して開通させる
弁手段８を設ける。また、４ストローク機関において、
ロータリバルブ８を吸・排気弁のカムシャフトの一端に
結合し、ロータリバルブ８に２つのポートを互いに直交
して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸排気音低
減装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】自動車等では、機関本体
の静粛性が向上するのに伴って．吸排気音の低減に対す
る要求が高まっている。

【０００３】この対策として、例えば実開昭６３−１１
３７９号公報では、吸気管の途中にマイクとスピーカを
取付け、マイクから検出される音圧信号と、クランク角
センサからの位相信号をコントロールユニットに入力
し、ここで信号処理を行って、吸気音と逆位相となる音
の振幅と位相を求め、これらの情報をスピーカに送り、
スピーカから吸排気音とほぼ同じ振幅を有し、かつ逆位
相の音波を発生することにより、吸排気音を弱めるもの
が提案されている。

【０００４】ところで、自動車用機関の場合、吸気音ま
たは排気音が問題となるのは、１００Ｈｚ以下の低周波
数域であり、特にこの低周波数域で共鳴を起こすと振動
が増幅されて車室内に不快なこもり音を発生する可能性
がある。

【０００５】しかしながら、このような従来装置にあっ
ては、吸排気音と同じ音圧をスピーカにより作り出す構
成であるため、吸気管に１００Ｈｚ以下の低周波数域で
発生する共鳴音と同等の音圧をスピーカから発生させる
ことが難しく、スピーカの大型化を招いて重量増大や車
両への搭載性の悪化を招くばかりか、スピーカを駆動す
るための消費電力が大きくなる。

【０００６】また、特開昭５７−１８１９６５号公報で
は、吸気管と排気管を連通する管路を設け、管路の途中
に開閉弁を介装し、所定の運転条件で管路を開通させて
吸気の圧力脈動と排気の圧力脈動を干渉させて吸気音を
弱めるものが提案されている。

【０００７】しかしながら、排気の圧力脈動は吸気の圧
力脈動に比べて振幅ピークが大きいため、吸気の圧力脈
動を干渉により打ち消すことが難しかった。

【０００８】本発明は上記の点に着目し、吸排気音を有
効に低減する装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸気弁と排気
弁をもつ往復動型の内燃機関において、吸気管と排気管
を連通する導波管を設け、導波管の途中に弁手段を介装
し、この弁手段を機関回転に同期して開閉させるよう構
成する。

【００１０】クランクシャフトの１／２の速度で回転し
て吸気弁または排気弁を開閉駆動するカムシャフトを備
え、前記弁手段としてその回転位置により導波管を開通
させるポートを有するロータリバルブを設け、ロータリ
バルブを前記カムシャフトの一端に結合し、ロータリバ
ルブに互いに直交して貫通する２つのポートを形成す
る。

【００１１】

【作用】吸・排気弁の開閉作動により吸・排気管には機
関回転に同期した圧力脈動が生じるが、弁手段が吸・排
気管を機関回転に同期して連通させ、両圧力脈動の振幅
レベルが同等となり、かつ位相が逆転するように弁手段
の開閉時期および吸・排気管のボリューム等を適切に設
定することにより、両圧力脈動が干渉して打ち消し合
い、吸・排気管に生じる圧力波の振幅つまり吸排気音の
音圧を弱められる。

【００１２】また、４ストローク機関において、ロータ
リバルブを吸気弁または排気弁を開閉駆動するカムシャ
フトの一端に結合し、ロータリバルブに２つのポートを
互いに直交して形成したため、クランクシャフトが１回
転する毎に導波管がロータリバルブの２つのポートを介
して２回開通するため、機関の２次振動と周期が一致す
る吸・排気の圧力脈動を効率的に打ち消し、車室内のこ
もり音を低減することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】図１に示すように、４つの気筒１０を有す
る４ストローク機関１には、吸気管２と排気管３がそれ
ぞれ接続される。吸気管２は吸気ポートを介して各気筒
１０に接続する吸気マニホールド４を備え、排気管３は
排気ポートを介して各気筒１０に接続する吸気マニホー
ルド５を備えている。

【００１５】吸気管２と排気管３を連通する導波管６と
導波管７が設けられる。導波管６は吸気管２の吸気マニ
ホールド４より上流側に接続し、導波管７は排気管３の
排気マニホールド５より下流側に接続している。

【００１６】導波管６と７を機関回転に同期して連通す
る弁手段として、図２にも示すように、ロータリバルブ
８がシリンダヘッド１１上のカムシャフト１２に結合し
て設けられる。

【００１７】図３にも示すように、カムシャフト１２の
後端にはセレーション溝の切られた穴３１が形成される
一方、ロータリバルブ８の前端にはこれに嵌合するセレ
ーション溝の切られた軸部３２が形成されて、ロータリ
バルブ８にカムシャフト１２の回転が伝達される。

【００１８】なお、カムシャフト１２は各気筒１０毎に
吸気弁を開閉駆動するカム１２Ａと、排気弁を開閉駆動
するカム１２Ｂを有し、その前端に取り付けられる図示
しないスプロケットとこれに掛け回されるチェーン等を
介してクランクシャフトからの回転力が伝達され、クラ
ンクシャフトが２回転する間にカムシャフト１２が１回
転するようになっている。

【００１９】カムシャフト１２は吸・排気弁からの反力
により曲げ変形を起こすが、ロータリバルブ８とカムシ
ャフト１２はセレーション軸部３２とセレーション穴３
１の嵌合により結合する構造のため、この結合部分でカ
ムシャフト１２の曲げ方向の変位が吸収され、ロータリ
バルブ８に曲げ応力が作用することを防止でき、ロータ
リバルブ８のフリクションが増大することを抑えられ
る。

【００２０】ロータリバルブ８には第一ポート２１と、
第二ポート２２が十字形に直交して形成され、ロータリ
バルブ８が１回転することにより各導波管６と７が４回
開通し、クランクシャフトが１回転する間に各導波管６
と７が２回開通するようになっている。なお、この実施
例では第一ポート２１と第二ポート２２が互いに連通し
ているが、第一ポート２１と第二ポート２２をロータリ
バルブ８の回転軸方向にオフセットして形成しても良
い。

【００２１】図４にも示すように、ロータリバルブ８は
シリンダヘッド１１の前端を延長して一体形成されたハ
ウジング部１３と、これとは別体で形成されたアッパハ
ウジング１４との間に回転自在に収装される。

【００２２】図３，図４において、４１はシリンダブロ
ック、４２はロッカカバーであり、４３はシリンダヘッ
ド１１に形成されたカムシャフト１２の軸受け、４４は
排気ポート、４５は排気マニホールド５に対する接合フ
ランジ、図２において、４６は吸気ポートである。

【００２３】アッパハウジング１４には導波管６の一端
が接続する吸気側ポート１８が形成され、ハウジング部
１３には導波管７に連通する排気側ポート１９が形成さ
れる。ハウジング部１３にはその側壁部１３Ｂに導波管
７のフランジ７Ａが複数のボルトを介して接続される。

【００２４】吸気側ポート１８が上部に、排気側ポート
１９が下部に配置され、これら各ポート１８，１９とを
傾斜して連通する。排気側ポート１９はロータリバルブ
８から導波管７にかけて下向きに傾き、水平線に対して
大きく傾斜して形成されているため、排気管３から導波
管７を介して侵入するカーボン粒や水滴がロータリバル
ブ８内に侵入することが防止され、あるいはロータリバ
ルブ８を経由して吸気系へ侵入することが防止される。

【００２５】なお、導波管７およびポート１９の途中に
圧力に応動するダイヤフラム等の仕切り壁を設けて、ロ
ータリバルブ８を介して吸気管２に排気ガス等が侵入す
ることを完全に防止するようにしても良い。

【００２６】ロータリバルブ８は円筒形に形成され、ハ
ウジング部１３およびアッパハウジング１４にはロータ
リバルブ８の外周面８Ａに摺接する内周面１３Ａ，１４
Ａがそれぞれ断面円弧形に形成される。各ポート１８，
１９は各内周面１４Ａ，１３Ａのロータリバルブ８の回
転中心を挟んで対向する位置に開口して、ロータリバル
ブ８の各ポート２１，２２を介して互いに連通するよう
になっている。

【００２７】ハウジング部１３の内部にはロータリバル
ブ８のまわりとポート１９のまわりにウォータジャケッ
ト３７が形成され、このウォータジャケット３７に機関
の冷却水が循環することにより、ポート１９に流入する
排気ガスおよびロータリバルブ８の温度を下げて、シー
ルリング３８，３９等の過熱が防止されるようになって
いる。

【００２８】ロータリバルブ８の外周にはつば状に突出
する軸受け板８Ｂが形成される一方、ハウジング部１３
およびアッパハウジング１４にはこの軸受け板８Ｂが係
合する環状溝１５が形成されて、ロータリバルブ８の軸
方向の位置決めが行われる。

【００２９】図５にも示すように、各内周面１３Ａ，１
４Ａに形成された２条の環状溝１６，１７と、ロータリ
バルブ８の外周面８Ａとの間にはシールリング３８，３
９が介装される。シリンダヘッド１１に形成された環状
溝３４およびロッカカバー４２のアーチ部４２Ａと、カ
ムシャフト１２のセレーション軸外周面３１Ａの間には
シールリング３５が介装される。シリンダヘッド１１お
よびアッパハウジング１４の後端面にはプレート３６が
取り付けられる。

【００３０】次に、作用について説明する。

【００３１】吸気弁と排気弁がクランクシャフトの回転
に同期して所定のタイミングで開閉されると、吸気管２
と排気管３に例えば図６に示すような圧力脈動が生じ
る。排気圧力波は排気弁の開弁直後に最も高く、これに
反射圧力波や他の気筒１０からの排気圧力波等が合成さ
れつつ減衰されていくが、吸気圧力波との関係におい
て、位相が逆位相となり、振幅レベルも略一致する部分
がある。これに対して、吸気圧力波は各気筒１０からの
圧力波が合成され、略均一的な脈動波となるため、各排
気圧力波を選択して順次作用させることにより、脈動波
を相殺して低減することができる。

【００３２】図６に示すように、ロータリバルブ８は各
導波管６と７を機関回転に同期したタイミングで開通さ
せて、排気圧力波を吸気圧力波に対して逆位相とすると
ともに、かつ圧力の絶対値を略均等にすることにより、
各導波管６と７に導かれる圧力波が干渉して打ち消し合
い、波の振幅つまり音圧を弱められる。

【００３３】ロータリバルブ８をカムシャフト１２の一
端に結合し、ロータリバルブ８に２つのポート２１，２
２を互いに直交して形成したため、クランクシャフトが
１回転する毎に導波管６と７が２つのポート２１，２２
を介して２回開通するため、４ストローク機関１の２次
振動と周期が同一となる吸・排気の圧力脈動を効率的に
打ち消し、車室内のこもり音を低減するとともに、車外
への騒音を有効に低減できる。

【００３４】また、ロータリバルブ８をシリンダヘッド
１１の後端に一体形成されたハウジング部１３に介装し
たため、ロータリバルブ８の支持剛性を十分に確保する
とともに、導波管６，７の管路長を最小限にすることが
でき、装置の大型化が避けられる。

【００３５】前記実施例における導波管６，７を吸気マ
ニホールド４または排気マニホールド５と一体形成し
て、部品数を削減することも可能である。

【００３６】自動車用機関等にあっては、機関の２次振
動を抑制するため、バランサ（偏心質量）を有するバラ
ンサシャフトが設けられるものがあるが、ロータリバル
ブをバランサシャフトを介して回転駆動することも考え
られる。

【００３７】また、ロータリバルブ８を回転駆動するモ
ータを設けて、制御装置を介して機関回転に同期して駆
動するようにしても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、内燃機関
の吸排気音低減装置において、吸気管と排気管を連通す
る導波管を設け、導波管を機関回転に同期して開通させ
る弁手段を設けたため、相殺する圧力波の振幅レベルと
位相制御が可能となり、吸排気音を効率的に低減するこ
とができ、機関の低回転時に発生しやすい車室内のこも
り音を低減するとともに、車両騒音の低減がはかれる。

【００３９】また、弁手段としてその回転位置により導
波管を開通させるポートを有するロータリバルブを設
け、ロータリバルブを吸気弁または排気弁を開閉駆動す
るカムシャフトの一端に結合し、ロータリバルブに２つ
のポートを互いに直交して形成したため、従来ある動弁
系を利用して容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す機関の平面図である。

【図２】同じく要部断面図である。

【図３】同じく機関の分解斜視図である。

【図４】同じく機関の斜視図である。

【図５】同じくシリンダヘッド等の斜視図である。

【図６】各部の圧力脈動およびロータリバルブの開閉時
期を示す線図である。

【符号の説明】

１ 機関 ２ 吸気管 ３ 排気管 ６ 導波管 ７ 導波管 ８ ロータリバルブ １１ シリンダヘッド １２ カムシャフト ２１ ポート ２２ ポート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気弁と排気弁をもつ往復動型の内燃機
   関において、吸気管と排気管を連通する導波管を設け、
   導波管の途中に弁手段を介装し、この弁手段を機関回転
   に同期して開閉させるよう構成したことを特徴とする内
   燃機関の吸排気音低減装置。
2. 【請求項２】 クランクシャフトの１／２の速度で回転
   して吸気弁または排気弁を開閉駆動するカムシャフトを
   備え、前記弁手段としてその回転位置により導波管を開
   通させるポートを有するロータリバルブを設け、ロータ
   リバルブを前記カムシャフトの一端に結合し、ロータリ
   バルブに互いに直交して貫通する２つのポートを形成し
   たことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸排気音
   低減装置。