(57)【要約】【課題】エアクリーナの内部容積を変化させることによる充填効率の向上を、簡単な構成で実現する。【解決手段】エアクリーナ１の内部において、エアフィルタ下流側のクリーンサイド空間Ｂに可動板１２を設置し、この可動板１２を駆動してエアクリーナ１の内部容積を変化させるようにする。可動板１２の中央には、前後を連通させる貫通孔１２１を設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気中のダストを除去するためのエアクリーナと、このエアクリーナの内部に設置された可動板と、この可動板を駆動するためのアクチュエータとを含んで構成され、
前記可動板が、エアクリーナの内部をエアクリーナの上下流各側に接続されたダクト部分と連通する第１の空間と、吸入空気の流れから実質的に隔離された第２の空間とに区画し、
前記アクチュエータが、前記可動板を駆動して前記第１の空間の容積を連続的に変化させる内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
上流側のダクト部分と下流側のダクト部分とが互いにオフセットしてエアクリーナに接続され、エアクリーナエレメントが、このオフセットの方向と交差してこれらのダクト部分の間に設置された請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記可動板が、エアクリーナエレメントの下流側に設置された請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
エアクリーナが、エアクリーナエレメントの下流側の空間を吸入空気の流れに関してエアクリーナの上流側に向けて膨出させる張出し部を有し、前記第２の空間が、この張出し部に形成された請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記可動板が、吸入空気の流れに直交する軸によりエアクリーナに対して一端で支持され、この軸を中心とする回転方向に駆動される請求項３又は４に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
前記可動板が、エアクリーナの内外方向に関して外向きに凸に湾曲している請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項７】
前記可動板の自由端が、その軌道上でエアクリーナの上下流いずれかの側のダクト部分の開口端に近接する請求項６に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項８】
前記可動板が、前記第１及び第２の空間を連通させる貫通孔を有する請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項９】
前記貫通孔が、小孔である請求項８に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項１０】
運転状態に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラを更に備える請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項１１】
前記コントローラが前記アクチュエータを制御して、エンジン回転数の上昇に応じて前記第１の空間を縮小させる請求項１０に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、詳細には、エアクリーナの内部容積を実質的に可変として、共鳴過給効果による高い充填効率が得られるようにした自動車用エンジンの吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共鳴過給効果を利用した内燃機関の吸気装置として次のものが知られている（下記特許文献１）。すなわち、エアクリーナの内部において、エアクリーナエレメント下流側の空間を隔壁により区画して、その一方の空間を容積室とし、この容積室外の空間とコレクタ部とを第１の吸気ダクトで接続する一方、容積室とコレクタ部とを第２の吸気ダクトで接続する。そして、前記隔壁に孔を形成して容積室内外を連通させ、この孔に第１の開閉弁を設置するとともに、第２の吸気ダクトの下流端に第２の開閉弁を設置し、これら第１及び第２の開閉弁の開閉の組み合わせを機関回転数に応じて切り換えるようにしたものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０５−１９５７９３号公報（段落番号００１３〜００１５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の共鳴過給吸気装置は、吸気ダクトの等価管長及び通路断面積を機関回転数に応じて適宜に切り換え、これら共鳴過給効果に関する条件双方を制御することができるようにしたものである。このため、運転領域全体に渡って充填効率の落ち込みを抑え、フラットなトルク特性を実現可能としているものの、本来の吸気ダクトに加えて第２の吸気ダクトを追加するとともに、複数の開閉弁を設置することが必要とされるので、部品点数が多くコストが嵩んでしまう。また、エアクリーナの内部を区画するための隔壁により吸入空気の円滑な流れが妨げられてしまう。
【０００５】
本発明は、以上の実状に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で運転領域全体に渡って落ち込みの少ない充填効率が得られるようにした内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、エアクリーナにおいて、その内部をエアクリーナの上下流各側に接続されたダクト部分と連通する第１の空間と、吸入空気の流れから実質的に隔離された第２の空間とに区画するように可動板を設置するとともに、この可動板を駆動するためのアクチュエータを設置する。そして、このアクチュエータにより可動板を駆動して、第１の空間の容積を連続的に変化させる。
【０００７】
このような構成によれば、エアクリーナの内部容積が連続して実質的に変化し、それに応じて共鳴同調点がシフトすることになるので、運転領域毎に共鳴過給効果が得られるようにして、充填効率の落ち込みを抑えることができる。また、可動板自体を移動させるようにしたことで、可動板が吸入空気の流れに対する妨げとならないので、出力性能を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自動車用エンジン（以下「エンジン」という。）のエアクリーナ１の構成図である。
【０００９】
エアクリーナ１は、エンジンに吸入される空気中のダストを除去するためのものであり、エンジンの吸気通路入口に設置される。エアクリーナ１の上下流各側にダクト部分としての吸気ダクト（ダストサイド吸気ダクト２、クリーンサイド吸気ダクト３）が互いに上下にオフセットして接続されるとともに、クリーンサイド吸気ダクト３に吸気マニホールドが接続されて、エンジンの吸気装置が構成される。従って、吸入空気は、ダストサイド吸気ダクト２からエアクリーナ１に流入し、後述するエアクリーナエレメントを通過後、クリーンサイド吸気ダクト３を介してエンジンに供給される。
【００１０】
エアクリーナ１は、エアクリーナエレメントとしてのエアフィルタ１１、エアクリーナの内部容積を実質的に変化させるための可動板１２、及びこれらエアフィルタ１１及び可動板１２を内包した、吸入空気の通路を形成するエアクリーナケース１３から構成される。エアクリーナ１の内部は、エアフィルタ１１を境に、ダストサイド吸気ダクト２と連通するダストサイド空間Ａと、クリーンサイド吸気ダクト３と連通するクリーンサイド空間Ｂとに区画されている。
【００１１】
ダストサイド空間Ａは、上面をエアフィルタ１１により、それ以外の面をエアクリーナケース１３により形成されている。一方、クリーンサイド空間Ｂは、底面の一部をエアフィルタ１１により、底面の他の部分及び底面以外の面をエアフィルタケース１３により形成されている。クリーンサイド空間Ｂを形成するこれらの壁面のうち、クリーンサイド吸気ダクト３が接続する前面は、ダストサイド空間Ａを形成する前方壁面と同一平面内に形成されており、クリーンサイド吸気ダクト３が接続する前面と対向する後面は、ダストサイド空間Ａを形成する後方壁面よりも後方に張り出している。エアクリーナケース１３にこのようなエアクリーナ１の上流側に向けて張り出す張出し部１３１が形成されたことで、エアクリーナ１の内部は、エアフィルタ１１を境に、エアフィルタ１１を通過する流れに直交する断面が拡大されている。
【００１２】
内部容積を調整するための可動板１２は、長手方向の断面で弧状に湾曲する縦長の板状に形成されており、クリーンサイド空間Ｂに設置されて、その背部の空間（「第２の空間」に相当する。）Ｂ２を、ダストサイド及びクリーンサイドの各吸気ダクト２，３と連通する第１の空間Ｂ１から隔離している。そして、張出し部１３１の底面前端に近接して設置された軸１４によりエアクリーナケース１３に対して片持支持され、この軸１４を中心として回転することが可能とされている。
【００１３】
第１及び第２の空間Ｂ１，Ｂ２は、可動板１２の中央に形成された前記貫通孔１２１により連通している。
エアクリーナ１の断面図である図２に示すように、可動板１２の長さＬは、軸１４からクリーンサイド吸気ダクト３の開口部上端３０１までの距離にほぼ等しく（幅は、エアフィルタ１１の幅にほぼ等しい。）、クリーンサイド空間Ｂを形成するエアクリーナケース上面の前方部分１３２は、吸入空気の流れに直交する軸１４を中心として、Ｌよりも僅かに大きな半径で弧状に形成されている。可動板１２は、その自由端１２２がクリーンサイド吸気ダクト３の開口部上端近傍にある第１の位置（この位置にある可動板を符号１２ａで示す。）と、自由端１２２が軸１４の上方にある第２の位置（この位置にある可動板を符号１２で示す。）との間で回転することが可能とされている。
【００１４】
可動板１２の位置は、軸１４に取り付けられたアクチュエータとしてのステッピングモータアクチュエータ２１により制御される。アクチュエータ２１は、コントローラ３１からの指令信号に基づいて作動する。コントローラ３１には、エンジンの運転状態を検出する手段としてのクランク角センサ４１からのエンジン回転数検出信号等が入力される。コントローラ３１は、検出されたエンジン回転数ＮＥに基づいてアクチュエータ２１を制御する。
【００１５】
次に、コントローラ３１の動作を図３のフローチャートにより説明する。
Ｓ１では、エンジン回転数ＮＥを読み込む。Ｓ２では、読み込んだＮＥに基づいて、その単位時間当たりの変化量である回転加速度δＮを算出する。
【００１６】
Ｓ３では、エンジン回転数ＮＥがエンジンの低回転域及び中回転域の間のしきいを定める第１の所定回転数Ｎａよりも低いか否かを判定する。Ｎａよりも低いと判定したときは、Ｓ４に進み、可動板１２を第２の位置（全開位置）に設定するためのアクチュエータ２１の指令信号を発生する。Ｎａ以上であると判定したときは、Ｓ５へ進む。
【００１７】
Ｓ５では、エンジン回転数ＮＥが中回転域及び高回転域の間のしきいを定める第２の所定回転数Ｎｂよりも低いか否かを判定する。Ｎｂよりも低いと判定したときは、Ｓ６へ進み、Ｓ２で算出された回転加速度δＮに応じた可動板１２の開閉速度Ｒを設定する。開閉速度Ｒは、δＮが大きな値であるときほど高く設定される。そして、Ｓ７では、可動弁１２を第１及び第２の位置の間の位置（中間位置）に開閉速度Ｒで移動させるためのアクチュエータ２１の指令信号を発生する。この中間位置は、エンジン回転数ＮＥに応じて設定され、ＮＥが高いときほど第１の位置寄りに設定される。
【００１８】
エンジン回転数ＮＥが第２の所定回転数Ｎｂ以上であると判定したときは、Ｓ８へ進み、可動板１２を第１の位置（全閉位置）に設定するためのアクチュエータ２１の指令信号を発生する。
【００１９】
本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
第１に、エアクリーナ１の内部に設置した可動板１２の位置をエンジン回転数ＮＥに応じて切り換えて、吸入空気が流れる第１の空間Ｂ１の容積を変化させ、これにより共鳴同調点をシフトさせることができるようにした。このため、簡単な構成でありながら、エンジン回転数ＮＥにより定められる運転領域毎に共鳴過給効果が得られるようにして、充填効率の落ち込みを抑えることができる。
【００２０】
図４は、吸気装置にエアクリーナ１を備えるエンジンの出力特性Ａ（実線）を示している。
エンジン回転数ＮＥが第１の所定回転数Ｎａよりも低い低回転域では、可動板１２を第２の位置としての全開位置に設定し、第１の空間Ｂ１を拡張させることとした。このため、エアクリーナ１の内部容積が実質的に拡大され、共鳴過給効果が得られるので、内部容積が不変の一般的なエアクリーナを備えるエンジンの出力特性Ｂ（一点鎖線）と比較して、低回転域における充填効率を高めることができる。
【００２１】
第１の所定回転数Ｎａから第２の所定回転数Ｎｂまでの中回転域では、エンジン回転数ＮＥに応じて可動板１２を倒すことで、第１の空間Ｂ１を縮小させることとした。このため、共鳴同調点が中回転側にシフトすることになり、中回転域でも共鳴過給効果が得られるようになるので、この領域における充填効率の落ち込みを抑えることができる。
【００２２】
第２の所定回転数Ｎｂ以上の高回転域では、可動板１２を第１の位置としての全閉位置に設定するとともに、可動板１２の形状を最適化したことで、通気抵抗を減少させて充填効率を高めることができる。具体的には、可動板１２を弧状に形成して、エアクリーナ１の内外方向に対して外向きに凸となるように配置するとともに、可動板１２の長さを設定して、全閉位置でその自由端１２２がクリーンサイド吸気ダクト３の開口部上端近傍に位置するようにしたことで、通気抵抗が減少する。
【００２３】
第２に、可動板１２をクリーンサイド空間Ｂに設置したことで、ダストの付着による作動不良を防止することができる。
第３に、可動板１２自体を移動させてエアクリーナ１の内部容積を拡大させるようにしたことで、可動板１２が吸入空気の流れに対する妨げとならないので、充填効率を更に向上させることができる。また、エアクリーナ１の内部で吸入空気が一様に流れるようになるので、エアフィルタ１１の全面を活用してダストを除去することができる。
【００２４】
第４に、可動板１２に貫通孔１２１を形成し、第１及び第２の空間Ｂ１，Ｂ２を連通させたことで、エンジン回転数ＮＥの上昇とともに第２の空間Ｂ２が拡大し、エアクリーナ１がレゾネータとしても機能するようになる。このため、レゾネータを別に設置することなく、中及び高回転域における吸気騒音を低減することができる。貫通孔１２１は、第１及び第２の空間Ｂ１，Ｂ２を実質的に２室に区画するとともに、第２の空間Ｂ２をレゾネータとして機能させるのに必要な大きさ及び形状とし、具体的には、丸型の小孔であるとよい。
【００２５】
第５に、ダストサイド吸気ダクト２とクリーンサイド吸気ダクト３とを互いにオフセットさせてエアクリーナ１に接続し、エアフィルタ１１をこのオフセットの方向と交差させてこれらの吸気ダクト２，３の間に設置したので、比較的に小さなエアクリーナ１でありながら、エアフィルタ１１の濾過面積を広く形成することができる。また、ダストサイド吸気ダクト２とクリーンサイド吸気ダクト３とがオフセットしたエアクリーナ１において、クリーンサイド空間Ｂをダストサイド吸気ダクト２に沿って膨出させる張出し部１３１を設け、この張出し部１３１に第２の空間Ｂ２を形成したので、高さを抑えたコンパクトなエアクリーナ１を構成することができる。
【００２６】
以上では、モータアクチュエータ２１により可動板１２を回転させて、第１の空間Ｂ１の容積を変化させるものを例に説明した。しかしながら、他の実施形態に係る可動板は、直線運動をすることができるようにしたものであってよく、往復運動するアクチュエータのロッドによりこの可動板をエアクリーナ１の内外方向に移動させて、第１の空間Ｂ１の容積を変化させることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエアクリーナの構成
【図２】同上エアクリーナの断面
【図３】コントローラの動作を示すフローチャート
【図４】本発明を適用したエンジンの出力特性
【符号の説明】
１…エアクリーナ、２…ダクト部分としてのダストサイド吸気ダクト、３…ダクト部分としてのクリーンサイド吸気ダクト、１１…エアクリーナエレメントとしてのエアフィルタ、１２…可動板、１２１…貫通孔、１３…エアクリーナケース、１４…軸、２１…アクチュエータとしてのステッピングモータアクチュエータ、３１…コントローラ、４１…クランク角センサ、Ａ…ダストサイド空間、Ｂ…クリーンサイド空間、Ｂ１…第１の空間、Ｂ２…第２の空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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