(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のエアクリーナに空気を導入する長さＬの外気導入ダクトに、該外気導入ダクトの一部又は全部を２つの流路に分割する長さＬ／２以上の連続する仕切壁を形成し、
第１の流路に共鳴型消音器の首管を取付けて主流路となし、且つ該共鳴型消音器の首管の取付位置が前記仕切壁の範囲内に完全に含まれるようにし、
第２の流路を副流路となし、該副流路に開閉バルブを配設したことを特徴とする内燃機関の吸気騒音低減装置。
【請求項２】
仕切壁が外気導入ダクトの基端を起点として形成されたものであり、開閉バルブが基端寄りに設けられている請求項１記載の内燃機関の吸気騒音低減装置。
【請求項３】
外気導入ダクトの基端付近に仕切壁が存在しない請求項１記載の内燃機関の吸気騒音低減装置。
【請求項４】
外気導入ダクトの基端付近及び先端付近の両方に仕切壁が存在しない請求項１記載の内燃機関の吸気騒音低減装置。
【請求項５】
共鳴型消音器の首管が外気導入ダクトの先端と基端との中間点より基端側であるエアクリーナ寄り位置に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気騒音低減装置。
【請求項６】
外気導入ダクトが水平方向に分割される２つの部品より構成され、２つの部品の全部又は一部の合わせ部により仕切壁が形成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気騒音低減装置。
【請求項７】
外気導入ダクトが断面筒状体の中間部に平板状の仕切壁を一体形成した形状である請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の内燃機関の騒音性能に係り、特に吸気系の騒音を低減して快適性の向上を図ることができる内燃機関の吸気騒音低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に用いられる内燃機関の吸気装置において、外気導入ダクトを２つの流路に分け、一方にバルブを付けて、エンジン回転数の変化等に応じて開閉制御することが既に知られており、これらの構造は、例えば特開平３−２９００５２号公報、特開平４−８８６１号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の吸気装置にあっては、低回転でバルブを閉じた場合に、共鳴型消音器が形成されて特定周波数に消音効果を示したり（特開平３−２９００５２号公報）、通常２００〜３００Ｈｚのダクト共鳴をサイドブランチで低減したり（特開平４−８８６１号公報）する効果が得られるだけで、より低周波からの広い周波数範囲の騒音を十分に低減することは困難である。
【０００４】
この発明はこのような従来の技術に着目してなされたものであり、人間が通常聞こえると言われる４０Ｈｚ程度の低周波から数百Ｈｚ程度の中周波までを広範囲に消音できる内燃機関の吸気騒音低減装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内燃機関のエアクリーナに空気を導入する長さＬの外気導入ダクトに、該外気導入ダクトの一部又は全部を２つの流路に分割する長さＬ／２以上の連続する仕切壁を形成し、第１の流路に共鳴型消音器の首管を取付けて主流路となし、且つ該共鳴型消音器の首管の取付位置が前記仕切壁の範囲内に完全に含まれるようにし、第２の流路を副流路となし、該副流路に開閉バルブを配設したものである。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、広範囲の周波数領域で大幅な消音性能向上が図られ、吸気騒音を大幅低減することができる。すなわち、エンジン負荷の小さい時には副流路の開閉バルブが閉じていることにより、エアクリーナの容積部としての断面積とダクトとしての主流路の断面積の比が大きくなり、いわゆる拡張比が大きくなることにより４０Ｈｚ程度の低周波数から上側の周波数領域で消音効果が高まる。
【０００７】
更に、共鳴型消音器の首管の取付位置が仕切壁の範囲内に完全に含まれる効果で、つまり、共鳴型消音器の首管が取付けられたダクト部位が小径である効果で、共鳴周波数付近から上側の周波数領域、例えば８０Ｈｚ以上の周波数で大幅に消音効果が高まるという効果が同時に得られ、広範囲の周波数領域で大幅な消音性能向上が図られ、吸気騒音を大幅低減することができる。
【０００８】
一方、エンジン負荷の高い運転条件では、副流路の開閉バルブが開き、吸気の流路抵抗が十分に低下するので、所定のエンジン出力を得ることができる。尚、吸気騒音に対しては、主流路を伝搬する音と副流路を伝搬する音の位相差が生じることにより、共鳴型消音器の単体の設計周波数より低周波側で若干の騒音低減が得られ、あたかも共鳴室の容積を増やしたような周波数シフトの効果が得られ、スペースが限られるエンジンルーム内での消音器の配置に自由度が高まる効果も得られ、従来よりも優れた消音性能を示す。従って、本発明の吸気騒音低減装置にあっては、運転頻度の高い常用的な低負荷運転の条件において、大幅に吸気騒音を低減することができ、静粛性を向上することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、仕切壁が外気導入ダクトの基端を起点として形成されたものであり、開閉バルブが基端寄りに設けられている。
【００１０】
請求項２記載に発明によれば、開閉バルブの部品が雨水等の影響を受けにくく、耐久性に優れるという利点がある。また、開閉バルブの取付けに、エアクリーナ内の空間を利用できるため、従来の吸気構造と同じスペースで車載が可能であり、エンジンルーム内の大幅なレイアウト変更などを伴わずに実施できる長所もある。
【００１１】
請求項３記載の発明は、外気導入ダクトの基端付近に仕切壁が存在しない。
【００１２】
請求項３記載に発明によれば、外気導入ダクトの基端側に仕切壁が存在しないため、基端を大径にして、エアクリーナ側の突起部との差込構造を形成し易い利点がある。
【００１３】
請求項４記載の発明は、外気導入ダクトの基端付近及び先端付近の両方に仕切壁が存在しない。
【００１４】
請求項４記載に発明によれば、仕切壁の長さが短くても、共鳴型消音器の首管の取付位置を仕切壁の範囲内に含ませやすい。
【００１５】
請求項５記載の発明は、共鳴型消音器の首管が外気導入ダクトの先端と基端との中間点より基端側であるエアクリーナ寄り位置に設けられている。
【００１６】
請求項５記載に発明によれば、共鳴型消音器の首管が外気導入ダクトのエアクリーナ寄り位置に設けられているため、若干低周波側の消音性能に優れている。
【００１７】
請求項６記載の発明は、外気導入ダクトが水平方向に分割される２つの部品より構成され、２つの部品の全部又は一部の合わせ部により仕切壁が形成される。
【００１８】
請求項６記載に発明によれば、２つの部材を合わせることにより、外気導入ダクトを形成できるため、該外気導入ダクトの形成が容易である。
【００１９】
請求項７記載の発明は、外気導入ダクトが断面筒状体の中間部に平板状の仕切壁を一体形成した形状である。
【００２０】
請求項７記載に発明によれば、外気導入ダクトが断面筒状体の中間部に平板状の仕切壁を一体形成した形状であるため、小さいスペースで大きな流路面積を確保できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の仕切壁の長さは、外気導入ダクトの全長をＬとした場合に、長い場合でＬとし、短い場合ではＬ／２とした。これは、仕切壁の長さをパラメータとして変えた構造での消音特性測定実験により、１００Ｈｚ以下の低周波数でも大幅な消音効果を得るためにはＬ／２以上でなければならないことが判明したからである。また、共鳴型消音器の首管の取付位置が仕切壁の範囲内に完全に含まれていなければならないことが判明したからである。
【００２２】
以下、図１〜図８を用いて、仕切壁の長さと、首管の取付範囲の条件を決めるに至った実験を実施形態として説明する。尚、同様な部分には、長さや位置が相違しても、同じ符号を用いて説明する。
【００２３】
図１は、エアクリーナ側の基端１を仕切壁２の起点とした外気導入ダクト３を示している。この外気導入ダクト３の全長Ｌは３００ｍｍで、外気導入ダクト３の高さは７６ｍｍで、幅は４０ｍｍである。首管７の長さは５０ｍｍで、首管７の先端４からの間隔は１００ｍｍである。この外気導入ダクト３は、仕切壁２により主流路Ａと副流路Ｂに分離されている。共鳴型消音器６は、首管７を介して主流路Ａ側に設けられている。副流路Ｂは仕切壁２の先端４寄り位置に設けた閉塞部材５により塞いだ。
【００２４】
仕切壁２の長さＸは、７５ｍｍ（Ｌ／４）、１５０ｍｍ（Ｌ／２）、２２５ｍｍ（３Ｌ／４）の３種類を実験した。そして、７５ｍｍをＮｏ．（２）、１５０ｍｍをＮｏ．（３）、２２５ｍｍをＮｏ．（４）とする。仕切壁２の長さＸが７５ｍｍ、１５０ｍｍのものは仕切壁２が、共鳴型消音器６の首管７にかかっておらず、長さＸが、２２５ｍｍのものは仕切壁２が首管７の取付位置を完全に含む領域まで形成されている。
【００２５】
図３は、首管７の取付範囲を含む中間位置に仕切壁２を形成したもので、該仕切壁２の長さＸは、７５ｍｍ、１５０ｍｍ、２２５ｍｍの３種類を実験した。そして、７５ｍｍをＮｏ．（５）、１５０ｍｍをＮｏ．（６）、２２５ｍｍをＮｏ．（７）とする。この場合は、全ての仕切壁２が首管７の取付位置を完全に含む。
【００２６】
図５は、外気導入ダクト３の先端４を仕切壁２の起点としたもので、仕切壁２の長さＸは、７５ｍｍ、１５０ｍｍ、２２５ｍｍの３種類である。そして、７５ｍｍをＮｏ．（８）、１５０ｍｍをＮｏ．（９）、２２５ｍｍをＮｏ．（１０）とする。仕切壁２の長さＸが７５ｍｍのものは、仕切壁２が首管７の取付範囲にかかっておらず、長さＸが１５０ｍｍ、２２５ｍｍの２種類は、仕切壁２が首管７の取付範囲を完全に含む領域まで形成されている。
【００２７】
次に、実験結果を、図２、図４、図６のグラフに示す。グラフでは、基本寸法の同じ従来型のダクトを用いた場合の消音特性をＮｏ．（１）として記載し比較してある。これらを見ると、車内音の原因となりやすい３つの周波数領域も含めて、広範囲で大幅な消音性能の変化があることがわかるが、これらの性能差を注目する３つの周波数について表に整理したものが図７である。
【００２８】
図７において、消音量向上効果の数値を長丸で囲んであるものは、前述の通り首管７の取付範囲が仕切壁２の形成されている範囲に完全に入っているものである。図７を見ると、長丸で囲んだ数値に大きいものが多く、首管７の取付範囲が仕切壁２の形成されている範囲に入っていることが有効であることが読み取れる。
【００２９】
更に、図８に、横軸に首管７の取付位置をとり、縦軸に消音効果の向上代をとったグラフを示している。これから、仕切壁２の長さがＬ／２以上で、且つ、首管７の取付範囲が、該仕切壁２の形成されている範囲内に完全に入っている仕様は、高い消音効果を示していることがわかる。この条件を満たす仕様の平均的な消音効果向上代は、約９．５ｄＢと非常に高い。一方、仕切壁２の長さがＬ／４であるか、首管７の取付範囲が一部でも仕切壁２から出ている仕様では、平均的な消音効果向上代は約４．４ｄＢとなり、非常に高い効果とは言えない。以上から、大幅な消音効果の向上を図るためには、仕切壁２の長さを外気導入ダクト３の全長Ｌの２分の１以上とし、且つ首管７の取付領域を仕切壁２の形成されている範囲に完全に入るように構成することが必要である。
【００３０】
【実施例】
以下、この発明の好適な複数の実施例を説明する。尚、以下の説明において、共通する部分には同一の符号を付し、相違する部分のみに異なる符号を付す。
【００３１】
図９〜図１３は、この発明の第１実施例を示す図である。まず、図９により全体構造を説明する。自動車のエンジンルームＥの中央にはエンジン８が配置されている。９は吸気コレクタで、１０はエアクリーナである。吸気コレクタ９とエアクリーナ１０とはクリーンサイドダクト１１にて連結されている。エアクリーナ１０からは外気導入ダクト１２が前方へ向けて延びている。
【００３２】
図１０〜図１２により、外気導入ダクト１２の構造を説明する。外気導入ダクト１２の下側には、先端１３から２Ｌ／５程度の位置に、共鳴型消音器１４が首管１５により接続されている。従って、共鳴型消音器１４の首管１５の取付位置は、仕切壁１６の範囲内に完全に含まれる。
【００３３】
外気導入ダクト１２の内部には、外気導入ダクト１２の上側と下側を２つの流路に分割する前記仕切壁１６が、先端１３から基端１７までの全長Ｌにわたって形成されており、下側の主流路Ａと上側の副流路Ｂを形成している。副流路Ｂの下側にはバタフライ式の開閉バルブ１８が設けられている。この開閉バルブ１８は、負圧アクチュエータ１９により、エンジン８が軽負荷の場合に副流路を閉じ、高負荷の場合に開くようになっている。図１２は、外気導入ダクト１２の仕切壁１６がある部分の断面形状を示すもので、左右２つの部品で構成されていることが分かる。そして、主流路Ａ及び副流路Ｂがそれぞれ円形になるように、全体が断面「８」の字形状をしており、仕切壁１６は左右の部品の中央の合わせ部で形成されている。
【００３４】
次に、第１実施例の作用を説明する。エンジン８が軽負荷で、吸入空気量が少ない場合には、吸気系で生じる流路抵抗は小さく、副流路Ｂに空気を流す必要がないので、負圧アクチュータ１９により開閉バルブ１８を閉じておく。これにより、外気導入ダクト１２は、その断面積が小さくなったのと等価となり、エアクリーナ１０によって得られる低周波の消音特性が向上するのと同時に、首管１５の取付けられた主流路Ａが細くなったのと等価となり、共鳴型消音器１４の効果が向上する。この２つの作用により、車室内のこもり音の原因になる可能性のある低周波から中周波の吸気騒音を効果的に低減することができる。
【００３５】
前輪駆動２０００ｃｃクラスの乗用車の吸気系に本実施例の吸気騒音低減装置を適用して、吸気系としての消音性能を測定した結果を図１３のグラフに示す。このグラフでは、消音量のレベルが高いほど良い。図１３は、周波数２００Ｈｚまでのグラフであるが、実際には２５０Ｈｚまで大幅な消音性能向上、及び３００Ｈｚ〜５００Ｈｚでの大幅な消音性能向上が確認されており、低周波の４０Ｈｚ付近から１０ｄＢ以上の消音量の向上が得られている。
【００３６】
一方、エンジン負荷が高い場合には、吸気空気量が多くなるので、吸気系の流路抵抗は小さくする必要がある。特に、高回転領域ではその必要性が高い。従って、吸気空気量やエンジン回転数などを判断基準として、エンジン負荷が高い場合には、開閉バルブ１８を開く。これにより、吸い込まれる空気が副流路Ｂにも流れて、流路抵抗が下がり、エンジン８は所定の出力を発生できる。
【００３７】
図１４は、この発明の第２実施例を示す図である。この第２実施例も左右に分割される２部品により形成されたものであるが、外気導入ダクト２０が断面筒状体で、その中央に平板状の仕切壁２１を形成したようにしても良い。このようにすることにより、第１実施例と同一の流路面積を、第１実施例よりも小さいスペースで確保できるという利点がある。
【００３８】
図１５は、この発明の第３実施例を示す図である。この第３実施例の外気導入ダクト２２に係る仕切壁１６は第１実施例と同様の長さを有したものであるが、開閉バルブ１８は逆に外気導入ダクト２２の基端１７側に設けられている。この第３実施例によれば、先端１３側に設ける場合と比べて、開閉バルブ１８の部品が雨水等の影響を受けにくく、耐久性に優れるという利点がある。また、開閉バルブ１８の取付けに、エアクリーナ１０内の空間を利用できるため、従来の吸気構造と同じスペースで車載が可能であり、エンジンルーム内の大幅なレイアウト変更などを伴わずに実施できる長所もある。
【００３９】
図１６及び図１７は、この発明の第４実施例を示す図である。この第４実施例では、外気導入ダクト２３の先端１３を起点とした長さ３Ｌ／４程度の仕切壁２４を形成したものである。そして、開閉バルブ１８を先端１３寄り位置に設けた。
【００４０】
この第４実施例によれば、外気導入ダクト２３の基端１７側に仕切壁２４が存在しないため、基端１７を大径にして、エアクリーナ１０側の突起部２５との差込構造を形成し易い利点がある。
【００４１】
また、この第４実施例に係る吸気騒音低減装置を車両に搭載して、エンジンルーム内における外気導入ダクト２３の先端１３付近の近接音を測定した結果を図１７のグラフに示す。このデータは結果的にエンジン回転４０００ｒｐｍ以上で開閉バルブ１８を開くように制御したものであるが、４０００ｒｐｍ以下の広い範囲でエンジン回転２次成分の吸気騒音が大幅に低下していることが、従来の吸気構造との比較により分かる。
【００４２】
図１８は、この発明の第５実施例を示す図である。この第５実施例では、外気導入ダクト２６の基端１７を起点とした長さ３Ｌ／４程度の仕切壁２７を形成したものである。また、開閉バルブ１８は基端１７に設けた。そして、共鳴型消音器１４の首管１５も、基端１７より位置に設けた。
【００４３】
この第５実施例は、エンジンルーム内のレイアウトの都合により、共鳴型消音器１４の位置を比較的エアクリーナ寄りに設定した場合に適している。そして、共鳴型消音器１４をエアクリーナ寄りに設定したことによる特有の効果としては、若干低周波側の消音性能に優れている点が上げられる。
【００４４】
図１９は、この発明の第６実施例を示す図である。この第６実施例では、外気導入ダクト２８の先端１３よりＬ／４の位置から基端１７よりＬ／４の位置に至る長さＬ／２の仕切壁２９を形成したものである。そして、共鳴型消音器１４の首管１５は、該仕切壁２９の略中間位置に設けた。この第６実施例によれば、最小限の長さ（Ｌ／２）で、確実な消音性能が得られる利点がある。また、仕切壁２９の長さが短くても、共鳴型消音器１４の首管１５の取付位置を仕切壁２９の範囲内に含ませやすい。
【００４５】
尚、以上の各実施例では、主流路と副流路の断面積の割合を５０％づつにしたが、自動車のコンセプトによりその割合を変えることがあり得る。静粛性を重視するか最高馬力を重視するかの違いなどで、主流路と副流路の断面積の割合を変えることができる。即ち、軽負荷条件での吸気音を非常に静かにしたければ、主流路の断面積を３０％程度に小さくすれば良く、軽負荷条件での出力もある程度確保するような性格の自動車であれば、主流路の断面積を７０％程度に大きくすれば良い。このようにして、自動車の性格に合わせた、吸気騒音の静粛性向上とエンジン出力の確保が適切にできるようになる。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によれば、運転の頻度が高く継続時間の長い低負荷の緩加速や一定速の運転条件において、副流路の開閉バルブを閉じてエアクリーナと共鳴型消音器の低中周波の消音効果を高め、吸気騒音を大幅に低減し、快適性を向上すると共に、急加速や登坂などの高負荷条件では副流路の開閉バルブを開いて吸気系の流路抵抗を低減し、必要なエンジン出力を得ることができるという効果が得られ、運転条件に応じた静粛性とエンジン出力を得ることができるという効果が得られる。仕切壁の長さを、外気導入ダクトの長さＬに対してＬ／２以上としたため、１００Ｈｚ以下の低周波領域で大幅な消音効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】仕切壁の長さと首管位置の関係による消音特性変化を調べるための外気導入ダクトで、仕切壁を基端寄りに設定した構造を示す断面図。
【図２】図１の外気導入ダクトの消音特性を示すグラフ。
【図３】仕切壁を外気導入ダクトの中間位置に設定した構造を示す断面図。
【図４】図３の外気導入ダクトの消音特性を示すグラフ。
【図５】仕切壁を先端寄りに設定した構造を示す断面図。
【図６】図５の外気導入ダクトの消音特性を示すグラフ。
【図７】周波数に対する消音効果の向上を説明する表。
【図８】共鳴型消音器の首管位置で整理した消音効果比較図。
【図９】第１実施例を示すエンジンルームの平面図。
【図１０】第１実施例の吸気騒音低減装置を示す断面図。
【図１１】第１実施例の外気導入ダクトを示す斜視図。
【図１２】第１実施例の外気導入ダクトの断面図。
【図１３】第１実施例の消音特性データを示すグラフ。
【図１４】第２実施例の外気導入ダクトの断面図。
【図１５】第３実施例の吸気騒音低減装置を示す断面図。
【図１６】第４実施例の吸気騒音低減装置を示す断面図。
【図１７】第４実施例の実車搭載時の近接騒音レベルを示すグラフ。
【図１８】第５実施例の吸気騒音低減装置を示す断面図。
【図１９】第６実施例の吸気騒音低減装置を示す断面図。
【符号の説明】
１、１７  基端
２  仕切壁
３  外気導入ダクト
４、１３  先端
１０  エアクリーナ
１４  共鳴型消音器
１５  首管
１６  仕切壁
１８  開閉バルブ
１２  外気導入ダクト
２０  外気導入ダクト
２２  外気導入ダクト
２３  外気導入ダクト
２６  外気導入ダクト
２８  外気導入ダクト
２１  仕切壁
２４  仕切壁
２７  仕切壁
２９  仕切壁
Ａ  主流路
Ｂ  副流路
Ｅ  エンジンルーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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