(57)【要約】【課題】エンジンの可変吸気装置において、振動発生手段の信頼性及び耐久性を向上させる。【解決手段】  本発明は、エンジンの可変吸気装置においてコレクタとは別に設けた共鳴室で振動を発生させ、この振動を容積室に伝達することで吸気に脈動を与える構造となっている。よって、振動発生手段に揮発したオイルなどが付着せず、振動発生手段の信頼性及び耐久性を向上させることができる。【選択図】図１
2005264855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に接続される容積室を持ったコレクタと、
前記コレクタとエンジンの吸気ポートとを連結するマニホールドブランチと、
前記コレクタの容積室とは独立して設けられた共鳴室と、
前記共鳴室に配置され、前記共鳴室内に振動を発生させる振動発生手段と、
前記共鳴室内に張設され、前記振動発生手段によって加振される共鳴室振動膜と、
前記容積室内に前記吸気通路から前記マニホールドブランチへの吸気の流れを遮断しないように張設された容積室振動膜と、
前記共鳴室振動膜と前記容積室振動膜とをつなぎ、共鳴室振動膜の振動を容積室振動膜へ伝達する振動伝達手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの可変吸気装置。
【請求項２】
前記共鳴室振動膜の大きさは前記容積室振動膜の大きさと同等あるいはそれ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項３】
前記共鳴室振動膜は、その振動面が前記振動発生手段の振動面と対向するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項４】
前記容積室振動膜は、その振動面が前記コレクタと前記マニホールドブランチとの連結部にある管孔に対向するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項５】
前記共鳴室と前記容積室とは互いに隣接して設けられ、
前記共鳴室振動膜と前記容積室振動膜とは、前記共鳴室と前記容積室とを貫通する１枚の振動膜であって、
前記振動伝達手段が、前記振動膜の前記共鳴室と前記容積室との間で支持される部分である、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項６】
前記振動伝達手段が、前記共鳴室と前記容積室との間で、前記振動膜が張設されている方向に対して直交する方向にのびて、前記共鳴室と前記容積室との間を隔離する、
ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項７】
前記振動伝達手段は補強部材を有する、
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項８】
前記振動発生手段は、前記共鳴室振動膜を加振する加振器である、
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項９】
前記振動発生手段は、前記共鳴室振動膜を音圧により加振するスピーカである、
ことを特徴とする請求項８に記載のエンジンの可変吸気装置。
【請求項１０】
前記振動発生手段によって発生する振動の周波数を、前記共鳴室の共振周波数に設定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のエンジンの可変吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの可変吸気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの吸気工程で吸気弁を開くと吸気ポート内に吸気脈動を生じる。この吸気脈動の負圧波は吸気ポートの上流へと伝播し、反転した正圧波が吸気ポートの下流端の吸気弁に閉弁直前に到達する。これにより吸気の充填効率を高めることができる。
【０００３】
しかし、吸気管の長さは一定なので上記充填作用を利用できるのは、エンジン回転速度が特定の回転速度のときのみである。
【０００４】
そこで、吸気通路内に圧力波を発生させる発振周波数が可変の加振器を設け、吸気弁が閉じる所定時間前に加振器を作動させて吸気脈動を発生させることで、エンジンの全回転速度域にわたって吸気充填効率を高めることのできる技術が、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開昭６３−２４８９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような技術では、加振器によって発生させた脈動を吸気に対して直接付与する構造となっているので、加振器に揮発したオイルなどが付着して加振器の信頼性及び耐久性が低下する。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、加振器の信頼性及び耐久性を向上させて確実に吸気充填効率を高めることのできるエンジンの可変吸気装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、吸気通路（１）に接続される容積室（２ｂ）を持ったコレクタ（２）と、コレクタ（２）とエンジンの吸気ポートとを連結するマニホールドブランチ（１０）と、コレクタ（２）の容積室（２ｂ）とは独立して設けられた共鳴室（４）と、共鳴室（４）に配置され、前記共鳴室内に振動を発生させる振動発生手段（３）と、共鳴室内に張設され、振動発生手段（３）によって加振される共鳴室振動膜（５ａ）と、容積室内に吸気通路（１）からマニホールドブランチ（１０）への吸気の流れを遮断しないように張設された容積室振動膜（５ｂ）と、共鳴室振動膜（５ａ）と容積室振動膜（５ｂ）とをつなぎ、共鳴室振動膜（５ａ）の振動を容積室振動膜（５ｂ）へ伝達する振動伝達手段（６）とを備えることを特徴とする。なお、参照符号は実施形態に対応して付したものであり、本発明をこれらに限定するものではない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、共鳴室の内部で発振周波数が可変の振動発生手段で振動を発生させて、この振動を容積室に伝達する構造となっているので、振動発生手段には揮発したオイルなどが付着しない。
【０００９】
これにより、振動発生手段の信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００１０】
さらに、共鳴室振動膜の大きさを容積室振動膜の大きさより小さく設定することで小さな振動発生手段を用いても吸気脈動のような低周波数域の脈動を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１２】
図１は、本発明によるエンジンの可変吸気装置の構成図である。
【００１３】
本実施形態によるエンジンの可変吸気装置は吸気通路１と、コレクタ２と、加振器３と、共鳴室４と、振動膜５と、振動伝達部６とを有している。
【００１４】
吸気通路１は、外部からエンジンに空気を導き、スロットルバルブ７によってその流量を調節している。また、スロットルバルブ７の上流にはエアフロメータ８とエアクリーナ９とが設けられている。エアクリーナ９は、外部から吸入した空気の中の異物を取り除く。エアフロメータ８は、エアクリーナ９によって浄化されて内部へと流入する外気の流量を測定し、これに基づいてエンジンに供給される燃料の量が制御される。
【００１５】
コレクタ２は、吸気通路１によって導かれた空気を一時的に溜めておく容積室２ｂを有し、マニホールドブランチ１０によってシリンダ１１の各吸気ポートと連通している。コレクタ２の内部の容積室２ｂには、振動膜５ｂ（詳細は後述する）を張設している。なお、この振動膜５ｂの振動によって吸気に脈動を与えているので、脈動がマニホールドブランチ１０の内部を効率よく伝播していくように、振動膜５ｂの膜表面がコレクタ２とマニホールドブランチ１０との連結部にある管孔１０ａと向かい合うように設けられている。
【００１６】
加振器３は、振動を発生させる装置であり、所定の周波数範囲において、発生させる振動の周波数を変化させることができる。加振器３はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２によって周波数及び加振時期を制御される。ここでは、加振器３として例えばスピーカを用いる。
【００１７】
共鳴室４は、加振器３で発生させた振動を共鳴させる空間であり、内部に加振器３を有している。共鳴室４の内部には、加振器３によって発生した振動を受けて振動することのできる振動膜５ａ（詳細は後述する）を張設している。なお、この振動膜５ａは加振器３から発生する振動を効率よく受けるために、加振器３の振動発生部の振幅方向と垂直に膜表面が向かい合うように設けられている。
【００１８】
振動膜５ａ、５ｂは、共鳴室４から容積室２ｂまでを貫通するように張り渡されている１枚の膜５で構成される。振動膜５は、共鳴室４の壁のうち容積室２ｂと反対方向の壁４ａと、容積室２ｂの壁のうち共鳴室４と反対方向の壁２ａと、共鳴室４と容積室２ｂとの境界部を形成する振動伝達部６（詳細は後述する）との３点によって支持されている。共鳴室４の内部に配設された加振器３によって発生させた振動により、振動膜５のうち共鳴室内部分の振動膜５ａを加振して振動させ容積室内部分の振動膜５ｂまで伝達させた後に、この振動膜５ｂの振動によって吸気に脈動を与えている。ここで、振動膜５の材質は薄い金属又はゴムのような弾性体である。
【００１９】
振動伝達部６は、共鳴室４と容積室２ｂとの境界部１４における振動膜５の一部であり、この境界部１４で垂直方向及び水平方向の動きを拘束されている。また、振動膜５の振動を共鳴室４から容積室２ｂへと伝達する際に、揺動する振動膜５と壁２ｃ、４ｃとが干渉しないように、共鳴室４の壁４ｃと振動膜５ａとの間及び容積室２ｂの壁２ｃと振動膜５ｂとの間にそれぞれ隙間２３を設けた構造となっている。振動伝達部６には振動の減衰を防止して効率よく振動を伝達する目的で補強材１３を内設している。ここで、補強材１３の材質は樹脂又は金属などの剛性部材である。さらに、振動伝達部６は振動膜５が張設されている方向に対して直交する方向にのびており、共鳴室４と容積室２ｂとの境界部１４に挿通することで共鳴室４と容積室２ｂとの間を隔離している。
【００２０】
以下、本実施形態におけるエンジンの可変吸気装置の作用について図１を用いて説明する。
【００２１】
共鳴室４の内部に配設される加振器３によってそのときのエンジン回転速度に応じた所望の周波数の振動を発生させる。この振動は、振動膜５ａを加振し、振動膜５ａの振動は振動伝達部６を介して振動膜５ｂに伝達する。容積室２ｂでは、振動膜５ｂの振動によって吸気に脈動を与えている。
【００２２】
加振器３の加振時期は、加振器３によって振動を与えてから吸気脈動となって吸気弁に伝わるまでに要する時間を逆算して、吸気脈動が吸気弁の閉弁直前に吸気弁に到達するようにＥＣＵ１２によって制御される。
【００２３】
加振器３で発生させる振動の周波数を決定する方法について図２を用いて説明する。図２は振動膜５の大きさ（波長）と発生する周波数との関係図である。なお、図１と同等の機能を有する重複部分については同じ符号を用いて説明を省略する。
【００２４】
図２に示すように、振動膜５は３つの支点２０、２１、２２によって支持されている。支点２０は、図１の共鳴室４で振動膜５ａを固定支持する壁４ａに相当している。支点２１は、図１の境界部１４に相当している。支点２２は、図１の容積室２ｂで振動膜５ｂを固定支持する壁２ａに相当している。支点２０〜２１間の振動膜５ａの長さＬ１は図１の共鳴室４の大きさに相当し、支点２１〜２２間の振動膜５ｂの長さＬ２は図１の容積室２ｂの大きさに相当している。ここで、振動膜５ａに発生する振動の周波数をｆ１、振動膜５ｂに発生する振動の周波数をｆ２とすると、Ｌ１＜Ｌ２のとき、ｆ１＞ｆ２となる。
【００２５】
よって、振動膜５ａの支点間距離Ｌ１（共鳴室４の大きさに相当）を振動膜５ｂの支点間距離Ｌ２部分（容積室２ｂの大きさに相当）より小さくすることで、加振器３で発生させる振動の周波数（ｆ１）より低い周波数（ｆ２）の振動を容積室で発生させることができる。
【００２６】
また、加振器３によって発生する振動の周波数と共鳴室４の共振周波数とが一致するとき、共鳴室内の振動は共鳴して振動膜５の振幅を増幅させる。エンジンの回転速度によって発生させる吸気脈動の周波数は異なるので、共鳴室４の共振周波数を、エンジンが吸気脈動による慣性過給効果を最も必要とするときのエンジン回転速度に対応した周波数となるように共鳴室４の大きさを決定する。
【００２７】
これにより、予め設定された特定のエンジン回転速度のときに、共鳴室４の共鳴を利用することでより大きな吸気脈動を発生させることができる。
【００２８】
次に共鳴室４と容積室２ｂとの間で境界部１４によって支持される振動膜５、すなわち振動伝達部６について図３を用いて説明する。図３は図１の振動膜５の振動伝達部６を拡大した図である。図３（ａ）は補強材１３なしのとき、図３（ｂ）は補強材１３ありのときを表している。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、揺動する振動膜５と壁２ｃ、４ｃとが干渉しないように、共鳴室４の壁４ｃと振動膜５ａとの間及び容積室２ｂの壁２ｃと振動膜５ｂとの間にそれぞれ隙間２３を設けた構造となっている。しかし、これだけでは共鳴室側から伝達される振動の減衰が大きいので、図３（ｂ）に示すように振動伝達部６に補強材１３を内設している。
【００３０】
これにより、加振器３で発生した振動を効率良く容積室２ｂに伝達することができる。
【００３１】
以上のように本実施形態では、共鳴室４はコレクタ２の容積室２ｂとの間で共鳴室４の壁４ｃと容積室２ｂの壁２ｃと振動膜５の振動伝達部６とによって隔離されているので、加振器３に揮発したオイルなどが付着せず、加振器３の信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００３２】
また、共鳴室４の中に配設される加振器３によって加振し、この振動を共鳴室内の振動膜５ａより支点間距離の長い容積室内の振動膜５ｂに伝達することで、小型の加振器３を用いても吸気脈動のような低周波数域の脈動を発生させることができる。よって、加振器３の搭載性を向上させることができる。また、吸気装置を軽量化することができ、さらに加振器３の消費電力を低下させることができるので、燃費の悪化を抑えることができる。
【００３３】
さらに、加振器３から発生させる振動の周波数を共鳴室４の共振周波数に設定することで、共鳴室４の共鳴を利用して振動を増幅させることで、大きな慣性過給効果を必要とする特定のエンジン回転速度のときに、より大きな吸気脈動を起こすことができる。
【００３４】
さらにまた、振動膜５の振動伝達部６に補強材１３を内設したことにより共鳴室４から容積室２ｂへと伝達する振動の振動伝達部６における減衰を防いで効率よく振動を伝達することができる。
【００３５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００３６】
例えば、本実施形態では共鳴室４から容積室２ｂまで貫通する１枚の振動膜５を用いているが、共鳴室４と容積室２ｂとで別々の振動膜５を用いて振動伝達部６で連結してもよい。
【００３７】
また、共鳴室振動膜５ａとコレクタ振動膜５ｂとの支点間の距離は同じでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のエンジンの可変吸気装置の構成図である。
【図２】振動膜の大きさと発生する周波数との関係図である。
【図３】振動膜の振動伝達部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    吸気通路
２    コレクタ
２ａ  容積室の壁
２ｂ  容積室
２ｃ  容積室の壁
３    加振器（振動発生手段）
４    共鳴室
４ａ  共鳴室の壁
４ｃ  共鳴室の壁
５    振動膜
５ａ  振動膜（共鳴室振動膜）
５ｂ  振動膜（容積室振動膜）
６    振動伝達部（振動伝達手段）
７    スロットルバルブ
８    エアフロメータ
９    エアクリーナ
１０    マニホールドブランチ
１０ａ  管孔
１１    シリンダ
１２    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１３    補強材
１４    境界部
２０    支点
２１    支点
２２    支点
【図１】
2005264855.tif 000003
【図２】
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【図３】
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