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JP3034258B2 - エンジンの吸気消音装置 - Google Patents

エンジンの吸気消音装置

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JP3034258B2
JP3034258B2 JP1013231A JP1323189A JP3034258B2 JP 3034258 B2 JP3034258 B2 JP 3034258B2 JP 1013231 A JP1013231 A JP 1013231A JP 1323189 A JP1323189 A JP 1323189A JP 3034258 B2 JP3034258 B2 JP 3034258B2
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Japan
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intake
resonator
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engine
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幹雄 中田
光一 永本
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Mazda Motor Corp
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    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/12Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification
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    • F02M35/1255Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance
    • F02M35/1261Helmholtz resonators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M35/1255Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance
    • F02M35/1266Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification using resonance comprising multiple chambers or compartments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
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    • B29K2995/0001Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular acoustical properties

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は吸気騒音の低減を図ったエンジンの吸気消音
装置に関する。
(従来技術) 近時、乗用自動車の高級化に伴ってエンジンの静粛性
が要求されるようになり、このため、吸気管内の吸気の
脈動にもとづく特定周波数での共鳴現象によって発生す
る吸気騒音を低減することが課題となっている。
ところで、吸気通路の途中に設けられるエアクリーナ
は、本来比較的大きな容積室を形成しているから、この
エアクリーナが膨張型消音器を構成して吸気騒音を遮断
していると考えられていた。
そこで従来、エアクリーナの下流または上流の吸気管
内にそれぞれ発生する共鳴現象を対象にして対策を行な
っている。すなわち、たとえば特開昭54−9317号公報に
開示されているように、エンジンの吸気ポートとエアク
リーナとを接続する吸気管に、この吸気管内に発生する
振動波の周波数に対応する共鳴周波数を有する共鳴型消
音器を設けたり、あるいは特開昭58−172451号公報およ
び実開昭61−192560号公報に開示されているように、エ
アクリーナの上流側の吸気管に、この吸気管内に発生す
る振動波の周波数に対応する共鳴周波数を有する共鳴型
消音器を設けたりして吸気騒音の低減を図っていた。
しかしながら、多気筒エンジンでは、エンジンの高出
力に伴い、共通吸気通路から分岐して多気筒へ接続され
る独立吸気管がエンジンルーム内で大きなスペースを占
有することになり、これに伴ってエアクリーナの容積も
縮少される傾向がある。特に燃料噴射型のエンジンで
は、小容積のエアクリーナを用いており、エアクリーナ
による低音域の吸気騒音の遮断効果が得られにくい状況
にある。
(発明の目的) そこで本発明は、多気筒エンジンの各気筒に接続され
る複数の独立吸気通路がそれらの上流側で合流され、こ
の合流部の上流側に、第1の吸気管と、容積拡大室を形
成するエアクリーナと、一端に吸気口を備えた第2の吸
気管とが直列に接続されて上流系吸気通路を構成するエ
ンジンにおいて、上記上流系吸気通路全体の共鳴周波数
に対応した共鳴器に用いて吸気騒音の低減を図ったエン
ジンの吸気消音装置を提供することを目的とする。
(発明の構成) 請求項1に記載された発明は、多気筒エンジンの各気
筒に接続される複数の独立吸気通路と、独立吸気通路の
上流側に形成されたサージタンクと、サージタンクの上
流に配設される容積拡大室と、容積拡大室とサージタン
クとを連通する第1の吸気管と、一端を容積拡大室に接
続し、他端を容積拡大室より吸気上流側に配設される吸
気口に延設した第2の吸気管とを配設して上流系吸気通
路を構成しているエンジンにおいて、容積拡大室とサー
ジタンクとに、夫々上流系吸気通路形状によって発生す
る定常波の増大を抑制すべく、上流系吸気通路の基本共
鳴周波数にほぼ等しい共鳴周波数を有する第1の共鳴器
及び第2の共鳴器を配設したものである。
請求項2に記載された発明は、多気筒エンジンの各気
筒に接続される複数の独立吸気通路と、独立吸気通路の
上流側に形成されたサージタンクと、サージタンクの上
流に配設された容積拡大室と、容積拡大室とサージタン
クとを連通する第1の吸気通路と、一端を容積拡大室に
接続し、他端を容積拡大室より吸気上流側に配設される
吸気口に延設した第2の吸気通路とを配設して上流系吸
気通路を構成しているエンジンにおいて、容積拡大室に
接続された第1の共鳴器と、第1の吸気通路に接続され
た第3の共鳴器と、サージタンクに接続された第2の共
鳴器とを備えたものである。
請求項3に記載された発明は、多気筒エンジンの各気
筒に接続される複数の独立吸気通路と、独立吸気通路の
上流側に形成されたサージタンクと、サージタンクの上
流に配設された容積拡大室と、容積拡大室とサージタン
クとを連通する第1の吸気管と、一端を容積拡大室に接
続し、他端を容積拡大室より吸気上流側に配設される吸
気口に延設した第2の吸気管とを配設して上流系吸気通
路を構成しているエンジンにおいて、第1の吸気管に設
けられるスロットルバルブと、スロットルバルブの上流
に設けられ、上流系吸気通路の基本共鳴周波数にほぼ等
しい共鳴周波数を有する第1の共鳴器と、スロットルバ
ルブの下流側であってかつサージタンクの近傍に設けら
れ、基本周波数にほぼ等しい共鳴周波数を有する第2の
共鳴器とを備えたものである。
請求項4に記載された発明は、請求項2に記載のエン
ジンの吸気消音装置において、第1の共鳴器の共鳴周波
数は第3の共鳴器の共鳴周波数と異なる周波数に設定し
たものである。
請求項5に記載された発明は、請求項4に記載のエン
ジンの吸気消音装置において、第1の共鳴器の共鳴周波
数は、第3の共鳴器の共鳴周波数よりも低周波側に設定
したものである。
請求項6に記載された発明は、請求項2に記載のエン
ジンの吸気消音装置において、第1の共鳴器はサイドブ
ランチ型共鳴器であり、第2の共鳴器および第3の共鳴
器はヘルムホルツレゾネータ型共鳴器としたものであ
る。
請求項7に記載された発明は、請求項1または3に記
載のエンジンの吸気消音装置において、第1の共鳴器は
サイドブランチ型共鳴器よりなるとともに、第2の共鳴
器はヘルムホルツレゾネータ型共鳴器としたものであ
る。
請求項8に記載された発明は、請求項1乃至3のいず
れかに記載のエンジンの吸気消音装置において、容積拡
大室は、エアクリーナにより形成されるとともに、容積
拡大室の下流にエアフローメータをこれに隣接して配置
したものである。
(発明の効果) 請求項1に記載された発明によれば、以下に述べるよ
うな効果が得られる。
サージタンクと容積拡大室との間の第1の吸気管、及
び、容積拡大室と大気開放端との間の第2の吸気管に
は、サージタンク、容積拡大室及び大気開放端が節とな
る定常波(中間周波)が存在する。一方、共鳴器は、消
音する周波数の倍の周波数を強召すように作用する。根
お時、消音するべき騒音の倍の周波数が定常波に相当し
た場合、共鳴器を吸気管中に開口させると、定常波騒音
を増大させてしまう欠点がある。これに対して、容積拡
大室とサージタンクとに、各々上流系吸気通路の基本共
鳴周波数にほぼ等しい共鳴周波数を有する第1の共鳴器
及び第2の共鳴器を配設することにより、共鳴器を吸気
管中に開口させた場合の、サージタンク、容積拡大室お
よび大気開放端が節となる定常波(中間周波)の増強作
用を排除しながら、定常波よりも低い基本共鳴周波に基
づく騒音に対して消音効果を得ることができる。この消
音効果は、第1の共鳴器と第2の共鳴器の2つを上流側
の容積拡大室とサージタンクに離間して配設することに
より得るため、配設スペースを小さくしながら十分な消
音効果を得ることができる。
請求項2に記載された発明によれば、以下に述べるよ
うな効果が得られる。
容積拡大室とサージタンクとに各々接続された第1の
共鳴器及び第2の共鳴器を備えることにより、共鳴器を
吸気管中に開口させた場合の、サージタンク、容積拡大
室および大気開放端が節となる定常波(中間周波)の増
強作用を排除しながら、定常波よりも低い周波に基づく
騒音に対しての消音効果を、第1の共鳴器と第2の共鳴
器の2つを上流側の容積拡大室とサージタンクに離間し
て配設することにより得るため、配設スペースを小さく
しながら十分な消音効果を得ることができる。更に、容
積拡大室とサージタンクとを連通する第1の吸気通路に
接続された第3の共鳴器を備えることにより、定常波の
消音効果を得ることができ、結果として、上流系吸気通
路の騒音を、小さなスペースで、消音することができ
る。
請求項3に記載された発明によれば、スロットルバル
ブの上流に設けられ、上流系吸気通路の基本共鳴周波数
にほぼ等しい共鳴周波数を有する第1の共鳴器と、スロ
ットルバルブの下流側であってかつサージタンクの近傍
に設けられ、基本周波数にほぼ等しい共鳴周波数を有す
る第2の共鳴器とを備えることにより、基本共鳴周波に
対して、共鳴器の配設スピードを小さくしながら十分な
消音効果を得ることができる。更に、スロットルバルブ
の上流側と下流側に設けられた2つの共鳴器により消音
効果を得るために、スロットルバルブの下流側に設けら
れた共鳴器の容積を大きくすることによる走行性の悪化
を招くことなく、十分な消音効果を得ることができる。
請求項4に記載された発明によれば、第1の共鳴器の
共鳴周波数を第3の共鳴器の共鳴周波数と異なる周波数
に設定することにより、消音する騒音の中で、音圧レベ
ルの高い特定の周波数に対して、より効果的に消音する
ことができ、広い音圧レベル域で騒音を低減できる。
請求項5に記載された発明によれば、第1の共鳴器の
共鳴周波数を第3の共鳴器の共鳴周波数よりも低周波側
に設定することにより、基本共鳴周波の低減と中間周波
の低減とが同時に行われる。
請求項6に記載された発明によれば、第1の共鳴器を
サイドブランチ型共鳴器とし、第2の共鳴器および第3
の共鳴器をヘルムホルツレゾネータ型共鳴器とすること
により、取付等に際して比較的スペースを必要とするサ
イドブランチ型共鳴器を最も上流側に備えて十分な消音
を可能とする。
請求項7に記載された発明によれば、第1の共鳴器を
サイドブランチ型共鳴器とし、第2の共鳴器をヘルムホ
ルツレゾネータ型共鳴器とすることにより、取付等に際
して比較的スペースを必要とするサイドブランチ型共鳴
器を最も上流側に備えて十分な消音を可能とする。
請求項8に記載された発明によれば、容積拡大室をエ
アクリーナにより形成し、その下流にエアフローメータ
を隣接して配置することにより、エアフローメーター等
のエンジン機器に対する清浄性に配慮して第1の共鳴器
の気密性を必要以上に確保する必要無しに、十分な消音
効果を得ることができ、水抜き穴を第1の共鳴器に設け
ることが可能となるなどの、配置の自由度が向上する。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例について図面を
参照して詳細に説明する。
第1図は本発明を直列4気筒エンジンに適用した場合
の一実施例を示しており、エンジン本体1には1番〜4
番の各気筒2a、2b、2c、2dを備えている。各気筒2a〜2d
にはそれぞれ吸気ポート3a〜3dおよび排気ポート4a〜4d
が設けられている。これら吸気ポート3a〜3dおよび排気
ポート4a〜4dは、図示しない吸気弁および排気弁によっ
てそれぞれ所定のタイミングで開閉される。
上記各吸気ポート3a〜3dには独立吸気通路5a〜5dの一
端が接続され、他端はサージタンク6で合流されてい
る。各独立吸気通路5a〜5dには燃料噴射弁7がそれぞれ
配設されている。サージタンク6には共通吸気通路を形
成する第1の吸気管8が接続され、この第1の吸気管8
の上流端に容積拡大室を形成するエアクリーナ9が接続
されている。上記第1の吸気管8の下流端にはサージタ
ンク6に近接してスロットルバルブ10が設けられ、上流
端には吸気量を検出するためのエアフローメータ11がエ
アクリーナ9に隣接して設けられている。エアクリーナ
9の上流側には第2の吸気管12が接続され、この第2の
吸気管12の上流端は吸気口12aとして大気に開口してい
る。このように独立吸気通路5a〜5dの合流部であるサー
ジタンク6の上流側において互いに直列に接続された第
1の吸気管8、エアクリーナ9および第2の吸気管12に
よって上流系吸気通路13が構成されている。第1の吸気
管8にはサージタンク6に近接してスロットルバルブ14
が配設されている。
上記上流系吸気通路13の中間で容積拡大室を形成して
いるエアクリーナ9には、一端が閉塞されたサイドブラ
ンチ型の第1の共鳴器15が付設されている。
一方、上記上流系吸気通路13の共鳴周波数は次の
(1)式で与えられる。
λ=l/4 f=c/λ ……(1) ここで l:上流系吸気通路全長の長さ c:音速≒360m/秒/50℃ λ:音波の波長 したがって、上流系吸気通路13の全長lを1mとした場
合にこの上流系吸気通路13の上流端を節とし、下流端を
腹とする1/4波長の振動波の基本共鳴周波数f0は f0=360/4=90Hz 直列4気筒エンジンにおいては、そのクランクシャフト
の1回転に対して吸気行程が2回訪れるから、1分間当
りのエンジン回転数が2700回転、すなわち1秒当り45回
転のとき上流系吸気通路13内に発生する吸気の脈動の周
波数が90Hzとなり、共鳴音を発生することになる。そし
て上記サイドブランチ型共鳴器15は、その最低次の共鳴
周波数fpが上記基本共鳴周波数f0にほぼ等しくなるよう
に設定されている。
一般にサイドブランチ型共鳴器の管長をLとすれば、
この共鳴器の共鳴周波数fpは次の(2)式で与えられ
る。
但し、n:正の整数、最低次の共鳴周波数では n=1 したがって、fp=90HzとすればL=1mとなる。
また、サージタンク6には共鳴周波数を90Hzとするヘ
ルムホルツ型の第2の共鳴器16が付設されている。
この共鳴器16の共鳴周波数fpは次の(3)式で与えら
れる。
ここでV:共鳴室16aの容積 S:首部16bの断面積 L:首部16bの長さ このヘルムホルツ型共鳴器16の共鳴周波数fpも約90Hz
に設定されている。
さらに、第1の吸気管8の途中にはヘルムホルツ型の
第3の共鳴器17が設けられている。この共鳴器17は首部
がなく、吸気管8に開口する孔17bを共鳴室17aに開けた
形状をしている。この第3の共鳴器17の共鳴周波数は約
330Hzに設定され、長さが45cmの第1の吸気管8の共鳴
周波数に対応させている。
第2図は第1図に示す構成における各共鳴器の作用を
説明する音圧レベルの周波数特性図で、共鳴器15〜17を
設けた場合の音圧レベルを実線で示し、設けない場合の
音圧レベルを破線で示す。第2図から明らかなように、
上流系吸気通路13の共鳴による音圧レベルのピークA′
が、共鳴器15、16を設けることによってAに示す状態に
まで低減され、また、吸気管8の共鳴による音圧レベル
のピークB′が、共鳴器17を設けることによってBに示
す状態にまで低減される。なお、共鳴器17を設けること
によってピークCが発生するが、その音圧レベルは低い
のでほとんど影響はない。ピークDは吸気管12の共鳴に
よって生じたものである。
次に第3図はエンジン回転数とトルクとの関係を示す
図である。独立吸気通路5a〜5dの長さの選定およびその
他の機構によって慣性過給を行なうことにより、エンジ
ンの低回転域および高回転域の双方におけるトルクアッ
プを図った場合、第3図に破線で示すようなトルク曲線
になり、低回転域と高回転域との間の領域にトルクの谷
を生じるが、本実施例のように共鳴器15、16を設けるこ
とにより、吸気消音効果のみでなく、第3図の実線で示
すようにトルクの谷が解消されて滑らかなトルクの特性
が得られることが確認された。
なお、上述の実施例においてサイドブランチ型共鳴器
15をエアクリーナ9に設けら代りに吸気管8の途中に設
けてもよいが、エアクリーナ9に設けるのがもっとも効
果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す吸気通路の概略図、第
2図はその音圧レベルの周波数特性を示すグラフ、第3
図はトルク特性を示すグラフ、第4図は本発明の説明に
供する吸気通路の概略図である。 1……エンジン本体 5a〜5d……独立吸気通路 6……サージタンク、8、12……吸気管 9……エアクリーナ、13……上流系吸気通路 14……スロットルバルブ 15……サイドブランチ型共鳴器 16、17……ヘルムホルツ型共鳴器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−49361(JP,A) 特開 昭63−208613(JP,A) 特開 昭62−67227(JP,A) 実開 昭53−98228(JP,U) 実開 平2−14457(JP,U) 実開 昭63−104666(JP,U) 実開 昭61−70567(JP,U) 実開 昭58−40555(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 35/14 F02M 35/12

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多気筒エンジンの各気筒に接続される複数
    の独立吸気通路と、該独立吸気通路の上流側に形成され
    たサージタンクと、該サージタンクの上流に配設された
    容積拡大室と、該容積拡大室と上記サージタンクとを連
    通する第1の吸気管と、一端を上記容積拡大室に接続
    し、他端を該容積拡大室より吸気上流側に配設される吸
    気口に延設した第2の吸気管とを配設して上流系吸気通
    路を構成しているエンジンにおいて、 上記容積拡大室と上記サージタンクとに、夫々上記上流
    系吸気通路形状によって発生する定常波の増大を抑制す
    べく、上記上流系吸気通路の基本共鳴周波数にほぼ等し
    い共鳴周波数を有する第1の共鳴器及び第2の共鳴器を
    配設したことを特徴とするエンジンの吸気消音装置。
  2. 【請求項2】多気筒エンジンの各気筒に接続される複数
    の独立吸気通路と、該独立吸気通路の上流側に形成され
    たサージタンクと、該サージタンクの上流に配設された
    容積拡大室と、該容積拡大室と上記サージタンクとを連
    通する第1の吸気通路と、一端を上記容積拡大室に接続
    し、他端を該容積拡大室より吸気上流側に配設される吸
    気口に延設した第2の吸気通路とを配設して上流系吸気
    通路を構成しているエンジンにおいて、 上記容積拡大室に接続された第1の共鳴器と、上記第1
    の吸気通路に接続された第3の共鳴器と、上記サージタ
    ンクに接続された第2の共鳴器とを備えたことを特徴と
    するエンジンの吸気消音装置。
  3. 【請求項3】多気筒エンジンの各気筒に接続される複数
    の独立吸気通路と、該独立吸気通路の上流側に形成され
    たサージタンクと、該サージタンクの上流に配設された
    容積拡大室と、該容積拡大室と上記サージタンクとを連
    通する第1の吸気管と、一端を上記容積拡大室に接続
    し、他端を該容積拡大室より吸気上流側に配設される吸
    気口に延設した第2の吸気管とを配設して上流系吸気通
    路を構成しているエンジンにおいて、 上記第1の吸気管に設けられるスロットルバルブと、該
    スロットルバルブの上流に設けられ、上記上流系吸気通
    路の基本共鳴周波数にほぼ等しい共鳴周波数を有する第
    1の共鳴器と、上記スロットルバルブの下流側であって
    かつ上記サージタンクの近傍に設けられ、上記基本周波
    数にほぼ等しい共鳴周波数を有する第2の共鳴器とを備
    えたことを特徴とするエンジンの吸気消音装置。
  4. 【請求項4】請求項2に記載のエンジンの吸気消音装置
    において、上記第1の共鳴器の共鳴周波数は上記第3の
    共鳴器の共鳴周波数と異なる周波数に設定したことを特
    徴とするエンジンの吸気消音装置。
  5. 【請求項5】請求項4に記載のエンジンの吸気消音装置
    において、上記第1の共鳴器の共鳴周波数は、上記第3
    の共鳴器の共鳴周波数よりも低周波側に設定したことを
    特徴とするエンジンの吸気消音装置。
  6. 【請求項6】請求項2に記載のエンジンの吸気消音装置
    において、上記第1の共鳴器はサイドブランチ型共鳴器
    であり、上記第2の共鳴器および上記第3の共鳴器はヘ
    ルムホルツレゾネータ型共鳴器であることを特徴とする
    エンジンの吸気消音装置。
  7. 【請求項7】請求項1または3に記載のエンジンの吸気
    消音装置において、上記第1の共鳴器はサイドブランチ
    型共鳴器よりなるとともに、上記第2の共鳴器はヘルム
    ホルツレゾネータ型共鳴器であることを特徴とするエン
    ジンの吸気消音装置。
  8. 【請求項8】請求項1乃至3のいずれかに記載のエンジ
    ンの吸気消音装置において、上記容積拡大室は、エアク
    リーナにより形成されるとともに、該容積拡大室の下流
    にエアフローメータをこれに隣接して配置したことを特
    徴するエンジンの吸気消音装置。
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