(57)【要約】【課題】１つのレゾネータで、内燃機関の運転状態に応じて生じる広い範囲の周波数の音の低減を可能とする。【解決手段】吸気通路に配置されたスーパーチャージャ２０と、バイパス管２１と、バイパス管に配置されたバイパス弁２３と、吸気通路に配置されたレゾネータ１９と、可変圧縮比機構Ｂと、を具備し、レゾネータは、レゾネータ本体７５を有し、レゾネータ本体は、上流側端部と下流側端部との間の端部間長さを変化させることによって容積を変化させることができ、レゾネータ本体が、上流側端部及び下流側端部のうち一方の端部において、クランクケース１に対して固定され、且つ、他方の端部において、シリンダ部材に固定され、且つ、クランクケースとシリンダ部材との間の相対距離を変化させることによって、端部間長さが変化してレゾネータ本体の容積が変化するように構成された、内燃機関による。【選択図】図１
2016133114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に配置されたスーパーチャージャと、
該スーパーチャージャをバイパスするバイパス管と、
該バイパス管に配置されたバイパス弁と、
前記スーパーチャージャの吸気流れ方向の下流側における前記バイパス管と前記吸気通路との合流部と、燃焼室と、の間の前記吸気通路に配置されたレゾネータと、
クランクケースと内燃機関のシリンダを画成するシリンダ部材との間の相対距離を変化させることによって機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、を具備し、
前記レゾネータは、前記吸気流れを通す貫通孔を有する上流側端部と下流側端部とによって上流側及び下流側の端を封止された筒状のレゾネータ本体を有し、
前記レゾネータ本体は、前記上流側端部と前記下流側端部との間の端部間長さを変化させることによって容積を変化させることができ、
前記レゾネータ本体が、前記上流側端部及び前記下流側端部のうち一方の端部において、前記クランクケースに対して固定され、且つ、他方の端部において、前記シリンダ部材に固定され、且つ、前記クランクケースと前記シリンダ部材との間の前記相対距離を変化させることによって、前記端部間長さが変化して前記レゾネータ本体の容積が変化するように構成された、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変レゾネータを有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の内燃機関の吸気音を低減するために、内燃機関の吸気通路内にレゾネータを設ける技術が公知である。レゾネータとしては、例えば、特許文献１に開示されたようなスリットレゾネータが知られている。
【０００３】
スリットレゾネータは、レゾネータ内にスリット又は孔を有する筒状の部材を有し、これにより、一つ又は複数の所定の限られた周波数帯域内の音を低減するように形成されるものである。具体的には、スリットレゾネータは、筒状のレゾネータ本体内にスリット又は孔を有する内管部材を有し、レゾネータ本体の容積、又は、内管部材のスリット間隔若しくは孔径により、目的の共振周波数帯域内の音で共鳴するように構成される。これにより、その共振周波数帯域内の音がスリットレゾネータ内を通ったときに、その音を取り込んで共鳴させて減衰させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３１９１８号公報
【特許文献２】特開平７−２９３３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、特許文献１に記載のレゾネータは、低減することのできる音の周波数帯域が限られる。したがって、内燃機関の運転時に吸気通路入口において生じる吸気音がその限られた周波数帯域内の音のみであれば、レゾネータにより内燃機関の吸気音を低減させることができる。しかしながら、内燃機関の運転状態が変化して、吸気通路入口に生じる吸気音の周波数が上記限られた周波数帯域外のものになった場合には、レゾネータによって吸気音が十分に低減されないといった問題が生じる。
【０００６】
こうした問題は、スーパーチャージャを有する内燃機関において生じやすい。このような内燃機関においては、一般的に、吸気通路に配置され且つ駆動されることにより内燃機関に過給するスーパーチャージャと、スーパーチャージャをバイパスするバイパス管と、このバイパス管に配置されたバイパス弁と、が設けられる。そして、このバイパス弁の開度を調整することによって燃焼室に供給される空気の圧力が制御される。
【０００７】
このような内燃機関においては、バイパス弁の開度によって、吸気通路入口に生じる吸気音が異なる。具体的には、バイパス弁を閉じたときには内燃機関の吸気による低周波数の吸気脈動音が支配的となり、バイパス弁を開いたときにはスーパーチャージャの駆動による高周波数の過給機音が支配的となる。
【０００８】
こうした内燃機関の吸気通路において、スーパーチャージャの下流側に特許文献１に係るレゾネータを配置した場合を考える。この場合、バイパス弁を閉じたときに支配的となる低周波数の吸気脈動音を低減する特性を有するようにレゾネータを構成すると、バイパス弁を開いたときに支配的となる高周波数の過給機音を低減することができない。これに対し、高周波数の過給機音を低減する特性を有するようにレゾネータを構成すると、バイパス弁を閉じたときに支配的となる低周波数の吸気脈動音を低減することはできない。
【０００９】
このため、上記のように内燃機関の状態の変化に応じて生じる音を低減するためには、高周波数の過給機音を低減することが可能なレゾネータと、低周波数の吸気脈動音を低減することが可能なレゾネータとの２つのレゾネータを吸気通路に配置しなければならない。しかしながら、この場合、レゾネータを配置するのに必要なスペースが大きくなるうえ、製造コストも高くなる。
【００１０】
そこで、かかる課題に鑑みて、本発明の目的は、１つのレゾネータで、内燃機関の運転状態に応じて生じる広い範囲の周波数の音の低減を可能とするレゾネータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１の発明によれば、吸気通路に配置されたスーパーチャージャと、スーパーチャージャをバイパスするバイパス管と、バイパス管に配置されたバイパス弁と、スーパーチャージャの吸気流れ方向の下流側におけるバイパス管と吸気通路との合流部と、燃焼室と、の間の吸気通路に配置されたレゾネータと、クランクケースと内燃機関のシリンダを画成するシリンダ部材との間の相対距離を変化させることによって機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、を具備し、レゾネータは、吸気流れを通す貫通孔を有する上流側端部と下流側端部とによって上流側及び下流側の端を封止された筒状のレゾネータ本体を有し、レゾネータ本体は、上流側端部と下流側端部との間の端部間長さを変化させることによって容積を変化させることができ、レゾネータ本体が、上流側端部及び下流側端部のうち一方の端部において、クランクケースに対して固定され、且つ、他方の端部において、シリンダ部材に固定され、且つ、クランクケースとシリンダ部材との間の相対距離を変化させることによって、端部間長さが変化してレゾネータ本体の容積が変化するように構成された、内燃機関が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、１つのレゾネータで、内燃機関の運転状態に応じて生じる広い範囲の周波数の音の低減を可能とするレゾネータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、内燃機関の全体図である。
【図２】図２は、可変圧縮比機構の分解斜視図である。
【図３】図３は、図解的に表した内燃機関の側面断面図である。
【図４】図４は、内燃機関の負荷と機械圧縮比との関係を示す図である。
【図５】図５は、内燃機関の吸気通路内における空気の流れ及び各場合において生じる支配的な音を説明するための概略図である。
【図６】図６は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関を構成する部材とレゾネータとの構成上の関係及びその動作の前後を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関を構成する部材とレゾネータとの構成上の関係及びその動作の前後を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に亘り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
【００１５】
＜内燃機関の構成＞
図１は内燃機関の側面断面図を示す。
図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。破線で示したＡは、実際の圧縮作用の開始時期を変更するための可変バルブタイミング機構を示し、破線で示したＢは、クランクケース１とシリンダブロック２との間の相対距離を変化させることによって機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を示す。なお、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取り付けられる代りに各燃焼室５内に配置されてもよい。なお、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３は、内燃機関のシリンダを画成する構成要素であることから、本明細書ではこれらをまとめてシリンダ部材と称する。
【００１６】
サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内には、アクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と、例えば熱線を用いたエアフロメータ１８と、レゾネータ１９と、が配置される。レゾネータ１９の構成については後述する。
【００１７】
さらに吸気ダクト１４には、エアクリーナ１５とスロットル弁１７との間にスーパーチャージャ２０が設けられる。また、本実施形態の内燃機関では、スーパーチャージャ２０をバイパスするためのバイパス管２１が設けられる。バイパス管２１の一方の端部は、スーパーチャージャ２０とエアクリーナ１５との間、すなわちスーパーチャージャ２０と吸気ダクト１４の入口との間において吸気ダクト１４に連結される。また、バイパス管２１の他方の端部は、スーパーチャージャ２０と吸気ポート８との間、特にスーパーチャージャ２０とスロットル弁１７との間において吸気ダクト１４に連結される。バイパス管２１には、アクチュエータ２２によって駆動されるバイパス弁２３が設けられる。バイパス弁２３の開度がゼロであるときにはバイパス管２１を通る空気の流れが遮断される。一方、バイパス弁２３の開度が大きいときには、バイパス管２１を通って空気が流れることができるようになる。なお、吸気ポート８、吸気枝管１１、サージタンク１２及び吸気ダクト１４は、吸気通路を形成する。また、バイパス管２１は、バイパス通路を形成する。
【００１８】
スーパーチャージャ２０は、ルーツブロワ式のスーパーチャージャであり、電磁クラッチ２４に連結される。電磁クラッチ２４は、内燃機関のクランク軸（図示せず）に連結される。したがって、電磁クラッチ２４は、スーパーチャージャ２０とクランク軸との接続及び遮断を切り換えることができる。このため、電磁クラッチ２４が接続状態にあるときにはスーパーチャージャ２０はクランク軸によって駆動される。一方、電磁クラッチ２４が遮断状態にあるときにはスーパーチャージャ２０は駆動されない。なお、スーパーチャージャ２０は、吐出される空気の圧力が周期的に上下に変動するものであれば、スクロール式等、他の方式のスーパーチャージャであってもよい。
【００１９】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１８の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランク軸が例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。ＥＣＵ３０では、クランク角センサ４２の出力に基づいて機関回転数が算出せしめられる。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、バイパス弁駆動用アクチュエータ２２、電磁クラッチ２４及び可変バルブタイミング機構Ａに接続される。したがって、ＥＣＵ３０は、点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁１７の開度、バイパス弁２３の開度等を制御する。
【００２０】
＜可変圧縮比機構＞
図２は、図１に破線で示した可変圧縮比機構Ｂの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。可変圧縮比機構Ｂは、スーパーチャージャ２０を駆動させたときに、内燃機関の負荷に応じて燃焼室５の容積を変化させて機械圧縮比を調整するための機構である。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。
【００２１】
図２に示したように一対のカムシャフト５４、５５が設けられており、各カムシャフト５４、５５上には一つおきに各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が固定されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には図３に示すように各カムシャフト５４、５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれら円形カム５６は各円形カム５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。
【００２２】
図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４、５５上に固定された円形カム５８を図３（Ａ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示したように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印で示した方向に回転させると図３（Ｃ）に示したように偏心軸５７は最も低い位置となる。
【００２３】
なお、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）にはそれぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。
【００２４】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を比較するとわかるようにクランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。すなわち、可変圧縮比機構Ｂは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２（或いは、シリンダ部材）間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２（或いは、シリンダ部材）がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大し、したがって各カムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。
【００２５】
図２に示したように各カムシャフト５４、５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォーム６１、６２が取付けられており、これらウォーム６１、６２と噛合するウォームホイール６３、６４がそれぞれ各カムシャフト５４、５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。なお、図２及び図３に示した可変圧縮比機構Ｂは一例を示すものであって、いかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。
【００２６】
本実施形態では、内燃機関が高負荷となっている場合には、この可変圧縮比機構Ｂにより、図３（Ａ）に示したように機械圧縮比が低くされ、よってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積が大きくされる。すなわち、燃焼室５への吸入空気量が増大した状態で機械圧縮比が高いと混合気の燃焼時にノッキングが生じる。これに対して、燃焼室５への吸入空気量が増大した場合、すなわち機関負荷が高負荷となっている場合に、機械圧縮比を下げることにより、ノッキングの発生を低減させることができる。
【００２７】
逆に、内燃機関が低負荷となっている場合には、可変圧縮比機構Ｂにより、図３（Ｃ）に示したように機械圧縮比が高くされ、よって燃焼室５の容積が小さくされる。すなわち、機関負荷の低下に伴って、吸入空気量を減らすにあたり、スロットル弁１７の開度を小さくすることによって吸入空気量を減少させると、ポンピングロスが生じる。これに対して、機関負荷の低下に伴って、吸気弁７の閉弁時期を吸気下死点から離れるように遅角することで吸入空気量を減少させた場合、吸気通路内に負圧が生じなくなり、その結果、ポンピングロスを低減させることができる。しかしながら、吸気弁７の閉弁時期を遅角させると、実圧縮比が低下せしめられ、混合気の燃焼が不安定になる。そこで、本実施形態では、内燃機関が低負荷となっている場合には、吸気弁７の閉弁時期を遅角させることに伴って機械圧縮比を増大させることにより、実圧縮比の変化を抑制し、よって混合気の燃焼が不安定になるのを抑制している。したがって、本実施形態では基本的に、図４に示したように、内燃機関の負荷が低いほど機械圧縮比が高くなるように設定される。
【００２８】
＜吸入空気の流れ＞
次に、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して、上述したスーパーチャージャ２０を有する内燃機関における吸気通路内の空気の流れについて説明する。図５（Ａ）は、スーパーチャージャ２０とクランク軸との接続及び遮断を切り換える電磁クラッチ２４が遮断状態にあり且つバイパス弁２３が全開になっている状態における空気の流れを示している。図５（Ｂ）は、電磁クラッチ２４が接続状態とされており且つバイパス弁２３が全開になっている状態における空気の流れを示している。図５（Ｃ）は、電磁クラッチ２４が接続状態とされており且つバイパス弁２３が全閉になっている状態における空気の流れを示している。
【００２９】
図５（Ａ）に示したように、電磁クラッチ２４が遮断状態にある場合、スーパーチャージャ２０はクランク軸と接続されておらず、よってスーパーチャージャ２０は駆動されない。一方、このときバイパス弁２３は全開になっている。このため、エアクリーナ１５が配置された吸気通路入口から吸入された空気は、スーパーチャージャ２０を介して流れず、その全量がバイパス管２１を通って流れる。この場合、スーパーチャージャ２０による過給は行われないことから、燃焼室５に供給される空気量（以下、「吸入空気量」という）はそれほど多くない。したがって、機関負荷が低い場合に、電磁クラッチ２４やバイパス弁２３は図５（Ａ）に示した状態とされ、このとき、機関負荷に応じた吸入空気量の調整はスロットル弁１７の開度によって行われる。
【００３０】
図５（Ｂ）に示したように、電磁クラッチ２４が接続状態にされると、スーパーチャージャ２０はクランク軸によって駆動される。このため、吸気ダクト１４の入口から吸入された空気は、スーパーチャージャ２０を介して吸気ダクト１４内を流れる。また、スーパーチャージャ２０の上流側（すなわち、吸気ダクト１４の入口側）とスーパーチャージャ２０の下流側（すなわち、燃焼室５側）とを比べると、スーパーチャージャ２０によって空気が加圧される分、下流側の空気の方が圧力が高い。このため、バイパス弁２３が開いていると、スーパーチャージャ２０によって加圧された空気の一部がバイパス管２１を通ってスーパーチャージャ２０よりも上流側に戻される。この場合、過給された空気の一部が上流側に戻されるが、スーパーチャージャ２０による過給は行われることから、燃焼室５に供給される空気量は或る程度多い。したがって、機関負荷が中程度である場合に、電磁クラッチ２４やバイパス弁２３は図５（Ｂ）に示した状態とされ、このとき、機関負荷に応じた吸入空気量の調整はバイパス弁２３の開度によって行われる。
【００３１】
図５（Ｃ）に示したように、電磁クラッチ２４が接続状態にある状態でバイパス弁２３が全閉されると、スーパーチャージャ２０によって加圧された空気はバイパス管２１を通ってスーパーチャージャ２０よりも上流側には戻されない。したがって、吸気ダクト１４の入口から吸入された空気は、スーパーチャージャ２０によって加圧されると共に、加圧された空気の全量が燃焼室５内に供給される。このため、このときには燃焼室５内には多量の空気を供給することができる。この場合、過給された空気の全量が燃焼室５に供給されることから、燃焼室５に供給される空気量は極めて多い。したがって、機関負荷が全負荷である場合に、電磁クラッチ２４やバイパス弁２３は図５（Ｃ）に示した状態とされる。
【００３２】
次に、図５（Ａ）から図５（Ｃ）のそれぞれの場合において、吸気によって生じる音について説明する。吸気によって生じる音は、大別すると、燃焼室５への吸気に伴って生じる吸気脈動音と、スーパーチャージャ２０の駆動によって生じる過給機音と、に分けられる。
【００３３】
吸気脈動音は、繰り返される吸気弁７の開閉による吸気によって生じる圧力脈動により生じる音である。具体的に説明すると、吸気通路から吸入される空気は、吸気弁７が吸気ポート８を開く度に燃焼室５へと吸入される。この吸気弁７の繰り返される開閉は、吸気方向とは逆方向に、吸気脈動を生じさせる。この吸気脈動は、燃焼室５から吸気通路を通ってエアクリーナ１５へと至り、そこから大気へと開放される。この結果、エアクリーナ１５において（すなわち、吸気通路の入口において）吸気脈動音が生じる。
【００３４】
過給機音は、スーパーチャージャ２０の回転機構により生成される圧力波によるものである。例えばルーツ式の場合には、クランク軸の回転がスーパーチャージャ２０内のロータに伝達される。これによって、回転するロータの外面と、ケーシングの内面との間で画成される室内の空気が周期的に放出される。これにより圧力波が放出され、この圧力波がスーパーチャージャ２０から吸気通路を通ってエアクリーナ１５へと至り、そこから大気へと開放される。この結果、エアクリーナ１５において過給機音が生じる。
【００３５】
吸気通路を通ってエアクリーナ１５から大気へと開放されるこれらの吸気脈動音及び過給機音は、図５（Ａ）から図５（Ｃ）のそれぞれの場合で、いずれかの音が支配的となる。
【００３６】
まず図５（Ａ）の場合、スーパーチャージャ２０は駆動されないため、吸気脈動音が支配的となる。このとき、燃焼室５への繰り返される吸気によって生じた吸気脈動は、バイパス管２１を通って吸気ダクト１４入口にあるエアクリーナ１５へと至り、そこから大気へと開放されて吸気脈動音を生じさせる。
【００３７】
図５（Ｂ）の場合、スーパーチャージャ２０の駆動によって生じる圧力波は、スーパーチャージャ２０の下流側から放出された後、上述した空気の流れと同様に、その一部がバイパス管２１を通ってスーパーチャージャ２０よりも上流側に戻され、吸気ダクト１４の入口にあるエアクリーナ１５へと至り、そこから大気へと開放されて過給機音を生じる。この場合は、上述した吸気脈動音よりも過給機音のほうが支配的となる。
【００３８】
図５（Ｃ）の場合、バイパス弁２３が全閉にされるため、スーパーチャージャ２０によって生じる圧力波は、スーパーチャージャ２０から下流側方向にのみ伝わり、上流側には戻されない。これに対し、燃焼室５への吸気により生じる吸気脈動は、吸気弁７が開いた状態から閉じた状態へと戻る際、すなわち、吸気弁７が燃焼室５内に突出した状態から吸気ポート８内へと戻る際に生じる。したがって、吸気脈動は、吸気ポート８から上流側方向へと伝わり、吸気ダクト１４の入口にあるエアクリーナ１５へと至って、そこから大気へと開放されて吸気脈動音を生じる。この結果、図５（Ｃ）の場合には、過給機音はほとんど大気に放出されず、吸気脈動音が支配的となる。
【００３９】
以上に説明したように、図５（Ａ）から図５（Ｃ）のそれぞれの場合により、支配的な音が異なるものとなるが、ここで、吸気脈動音の周波数と、過給機音の周波数との違いについて説明する。まず、吸気脈動音は、上述したように燃焼室５への吸気によって生じる圧力波であるため、内燃機関２回転（１サイクル）につき、１つの燃焼室で１回の吸気が行われ、これにより１つの圧力波が生じることになる。したがって、４つの燃焼室を有する４気筒の内燃機関の場合、内燃機関２回転につき４つの圧力波が生じることから、内燃機関１回転では２つの圧力波が生じることになる。この圧力波の周波数が吸気脈動音の周波数となる。
【００４０】
これに対し、過給機音の周波数は、スーパーチャージャの回転機構により生成される圧力波によるものである。例えばルーツ式の場合には、クランク軸の回転がスーパーチャージャ内のロータに伝達され、ロータ外面及びケーシング内面間で画成される空間内の気体を周期的に放出する際に生じる圧力波が過給機音となる。二葉ルーツ式の場合、ロータ１回転につき、２つのロータがそれぞれ２回ずつ気体を放出するため、４つの圧力波が生じることとなる。このロータの回転は、ロータ軸に接続されたプーリと、そのプーリに回転を伝えるクランク軸のプーリとの間のプーリ比によって増速されるため、内燃機関１回転につき、ロータは増速比×１回転することとなり、したがって、内燃機関１回転につき、増速比×４つの圧力波が生じることとなる。この圧力波の周波数が過給機音の周波数となる。同様に三葉ルーツ式の場合は、内燃機関１回転につき、増速比×６つの圧力波を生じさせる。
【００４１】
したがって、例えば４気筒内燃機関の場合、内燃機関１回転につき、吸気脈動では２つの圧力波が生じるのに対し、二葉ルーツ式のスーパーチャージャは、増速比×４つの圧力波を生じさせ、さらに三葉ルーツ式のスーパーチャージャの場合は、増速比×６つの圧力波を生じさせることになる。この圧力波の違いは、生じる音の周波数の違いとなる。したがって、図５（Ａ）及び図５（Ｃ）の場合に支配的と成る吸気脈動音の周波数は、図５（Ｂ）の場合に支配的となる過給機音の周波数よりも低いものとなる。
【００４２】
このような内燃機関において、図５のそれぞれの場合に生じる支配的な音を低減するためには、高周波数の過給機音を低減することが可能なレゾネータと、低周波数の吸気脈動音を低減することが可能なレゾネータとの２つのレゾネータを吸気通路に配置しなければならない。しかしながら、この場合、レゾネータを配置するのに必要なスペースが大きくなるうえ、製造コストも高くなる。
【００４３】
＜第一実施形態＞
そこで、本実施形態では、レゾネータ１９は、レゾネータ本体の端部間長さを変化させることによって容積を変化させることができるように構成される。加えて、本実施形態のレゾネータは、上流側端部及び下流側端部のうち一方の端部においてクランクケースに対して固定され、且つ、他方の端部においてシリンダ部材に固定され、且つ、クランクケースとシリンダ部材との間の相対距離を変化させることによって、端部間長さが変化してレゾネータの容積が変化するように構成される。以下、図６を参照して、レゾネータ１９の構成について詳細に説明する。
【００４４】
＜第一実施形態のレゾネータの構成＞
図６は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関のレゾネータ１９を示す概略的な断面図である。レゾネータ１９は、レゾネータ本体７５と、そのレゾネータ本体７５内に配置された上流側内管部材７７及び下流側内管部材７８と、を具備する。レゾネータ本体７５は、上流側端部７３と、下流側端部７４と、上流側端部７３と下流側端部７４との間で吸気流れ方向に伸縮可能な蛇腹部７１と、を有する。
【００４５】
レゾネータ本体７５の上流側端部７３は、吸気流れ方向と垂直に延びてレゾネータ本体７５の上流側の端を封止する上流側端壁７３ａと、吸気流れ方向に延びる円筒状の上流側外周壁７３ｂとを有する。また、下流側端部７４も、同様に、吸気流れ方向と垂直に延びてレゾネータ本体７５の下流側の端を封止する下流側端壁７４ａと、吸気流れ方向に延びる円筒状の下流側外周壁７４ｂとを有する。加えて、上流側端壁７３ａ及び下流側端壁７４ａは、吸気流れ方向に貫通する貫通孔をそれぞれ有する。これら貫通孔には、上流側内管部材７７及び下流側内管部材７８がそれぞれ挿入されるように配置される。上流側端壁７３ａは、上流側内管部材７７に対して吸気流れ方向に摺動可能に取り付けられる。上流側端壁７３ａと上流側内管部材７７との間には、これらが相対的に摺動してもレゾネータ本体７５内の空気が漏れ出すことのないように、シール部材８０が設けられる。これに対して下流側端壁７４ａは、その貫通孔に配置された下流側内管部材７８に対して吸気流れ方向に摺動できないように下流側内管部材７８に固定される。また、蛇腹部７１は、レゾネータ本体７５の上流側外周壁７３ｂと下流側外周壁７４ｂとの間に配置されている。
【００４６】
レゾネータ１９は、図１に示したように、スーパーチャージャ２０の吸気流れ方向下流側におけるバイパス管２１と吸気通路との合流部と、燃焼室５と、の間の吸気通路に配置される。上流側内管部材７７の上流側端部はスーパーチャージャ２０側の吸気ダクト１４に連結され、下流側内管部材７８の下流側端部は、燃焼室５側の吸気ダクト１４に連結される。したがって、上流側の吸気通路から流れてくる空気は、上流側内管部材７７の上流側からレゾネータ１９内へと入り、下流側内管部材７８の下流側から下流側の吸気通路へと流れ出ることになる。
【００４７】
加えて、本実施形態では、レゾネータ本体７５の下流側端部７４は、第一固定部材ｓ１によってクランクケース１に対して固定される。また、レゾネータ本体７５の上流側端部７３は、第二固定部材ｓ２によってシリンダブロック２に対して固定される。したがって、クランクケース１に対してシリンダブロック２が相対的に移動すると、レゾネータ本体７５の下流側端部７４に対して上流側端部７３が相対的に移動する。
【００４８】
＜第一実施形態の作用・効果＞
図６（Ａ）は、可変圧縮比機構Ｂによって機械圧縮比が高くされているときのレゾネータ１９の状態を示している。一方、図６（Ｂ）は、可変圧縮比機構Ｂによって機械圧縮比が低くされているときのレゾネータ１９の状態を示している。したがって、図６（Ｂ）に示した状態では、図６（Ａ）に示した状態と比較して、シリンダブロック２がクランクケース１に対して矢印ａの方向へと移動されている。このようにシリンダブロック２が矢印ａの方向へと移動する際には、第一固定部材ｓ１を介してクランクケースに固定された下流側端部７４は移動しないのに対し、第二固定部材ｓ２を介してシリンダブロック２に固定されたレゾネータ本体７５の上流側端部７３は、矢印ｂの方向へと移動する。このとき、レゾネータ本体７５は、蛇腹部７１の伸長により、レゾネータ本体の端部間長さが図６（Ａ）に示すｄ１から図６（Ｂ）に示すｄ２へと長くなるように変化し、これに伴いレゾネータ本体７５の容積は大きくなるように変化する。
【００４９】
ここで、レゾネータ１９は、レゾネータ本体７５の容積によって決定される共振周波数帯域を有しており、これにより、その共振周波数帯域内の音がレゾネータ１９内を通ったときに、その音を取り込んで共鳴させて減衰させることができる。特に、レゾネータの容積が大きくなると低減できる音の周波数は低くなり、容積が小さくなると低減できる音の周波数は高くなる。したがって、図６（Ａ）で示したようにレゾネータ１９の容積が小さいときにレゾネータ１９が低減できる音の周波数は、図６（Ｂ）で示したようにレゾネータの容積が大きいときにレゾネータ１９が低減できる音の周波数よりも高い。
【００５０】
ここで、図４を用いて説明したように、本実施形態の内燃機関では、内燃機関の負荷に応じて機械圧縮比が変化せしめられる。したがって、可変圧縮比機構Ｂは、ＥＣＵ３０によって、内燃機関が低負荷の場合には図６（Ａ）で示す状態になり、高負荷の場合には図６（Ｂ）で示す状態になるように変化せしめられる。このため、内燃機関が低負荷の場合にはレゾネータ１９によって低減することができる音の周波数が高くなり、内燃機関が高負荷の場合にはレゾネータ１９によって低減することができる音の周波数が低くなる。
【００５１】
一方、図６（Ａ）で示す低負荷の場合の吸気流れは、図５（Ｂ）を用いて説明したように、スーパーチャージャ２０の圧力波がバイパス管２１から吸気流れの上流側へと戻されることにより、過給機音が支配的となる。この過給機音は、上述したように周波数の高い音である。また、上述したように、内燃機関が低負荷の場合にはレゾネータ１９の容積が小さくされ、よってレゾネータ１９によって低減される音の周波数が高くなる。このため、レゾネータ１９によって高周波数の過給機音を適切に低減することができる。換言すると、レゾネータ１９は、その容積が最も小さくなったときに高周波数の過給機音を低減するような共振周波数を有するように構成される。
【００５２】
図６（Ｂ）で示す高負荷の場合の吸気流れは、図５（Ｃ）を用いて説明したように、吸気脈動音が支配的となる。この吸気脈動音は、上述したように周波数の低い音である。また、上述したように、内燃機関が高負荷の場合にはレゾネータ１９の容積が大きくされ、よってレゾネータ１９によって低減される音の周波数が低くなる。このため、レゾネータ１９によって低周波数の吸気脈動音を適切に低減することができる。換言すると、レゾネータ１９は、その容積が最も大きくなったときに低周波数の吸気脈動音を低減するような共振周波数を有するように構成される。
【００５３】
したがって、第一実施形態に係るレゾネータ１９を有する内燃機関の発明によれば、１つのレゾネータで、内燃機関の運転状態に応じて生じる広い範囲の周波数の音の低減が可能となる。
【００５４】
＜第二実施形態の構成＞
図７は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関のレゾネータ２９を示す概略的な断面図である。第二実施形態に係るレゾネータ２９の構成は、以下に説明する部分を除いて基本的に第一実施形態に係るレゾネータ１９の構成と同様である。第二実施形態に係るレゾネータ２９は、レゾネータ本体８５と、そのレゾネータ本体８５内に配置された上流側内管部材８７及び下流側内管部材８８と、を具備する。レゾネータ本体８５は、上流側端部８３と、下流側端部８４と、上流側端部８３と下流側端部８４との間で吸気流れ方向に伸縮可能な蛇腹部８１と、を有する。
【００５５】
レゾネータ本体８５の上流側端部８３は、図６で説明した第一実施形態のレゾネータ本体７５と同様に、上流側端壁８３ａと上流側外周壁８３ｂとを有する。下流側端部８４も、同様に、下流側端壁８４ａと下流側外周壁８４ｂとを有する。上流側端壁８３ａ及び下流側端壁８４ａは、吸気流れ方向に貫通する貫通孔をそれぞれ有する。これら貫通孔には、上流側内管部材８７及び下流側内管部材８８がそれぞれ挿入されるように配置される。また、本実施形態では、上流側端壁８３ａ及び下流側端壁８４ａは、それぞれ上流側内管部材８７及び下流側内管部材８８に対して吸気流れ方向に摺動可能に取り付けられる。上流側端壁８３ａと上流側内管部材８７との間、及び下流側端壁８４ａと下流側内管部材８８との間には、これらが相対的に摺動してもレゾネータ本体８５内の空気が漏れ出すことのないように、シール部材８０が設けられる。蛇腹部８１は、レゾネータ本体８５の上流側外周壁８３ｂと下流側外周壁８４ｂとの間に配置されている。
【００５６】
レゾネータ本体８５の下流側端部８４は、第一固定部材ｓ３によってクランクケース１に対して固定される。また、レゾネータ本体８５の上流側内管部材８７は、内燃機関本体が配置されたエンジンルーム内の他の部材に固定される。したがって、レゾネータ本体８５の上流側内管部材８７は、クランクケース１に対して相対的に移動しないように配置される。なお、上流側内管部材８７は、クランクケース１に対して固定されてもよい。加えて、レゾネータ本体８５の上流側端部８３及び下流側内管部材８８は、共通の第二固定部材ｓ４によってシリンダブロック２に対して固定される。以上より、クランクケース１に対してシリンダブロック２が相対的に移動すると、レゾネータ本体７５の下流側端部７４に対して上流側端部７３が相対的に移動し、また、レゾネータ本体７５の上流側内管部材８７に対して下流側内管部材８８が相対的に移動する。
【００５７】
＜第二実施形態の作用・効果＞
図７（Ｂ）に示した状態では、図７（Ａ）に示した状態と比較して、シリンダブロック２が、クランクケース１に対して矢印ｃの方向へと移動されている。このとき、第一固定部材ｓ３を介してクランクケース１に固定されたレゾネータ本体８５の下流側端部８４は移動しないのに対し、第二固定部材ｓ４を介してシリンダブロック２に固定されたレゾネータ本体８５の上流側端部８３及び下流側内管部材８８は、矢印ｄ及び矢印ｅで示す方向へとそれぞれ移動する。このため、レゾネータ本体８５は、蛇腹部８１の伸長により、レゾネータ本体８５の端部間長さが図７（Ａ）に示すｄ５から図７（Ｂ）に示すｄ６へと変化し、これに伴いレゾネータ本体８５の容積は大きくなるように変化する。さらに、下流側内管部材８８は、第二固定部材ｓ４によって図７（Ｂ）の矢印ｅの方向へと移動されるため、上流側内管部材８７の端部と下流側内管部材８８の端部と間の相対間隔、すなわちスリット間隔が、図７（Ａ）で示すｄ７から図７（Ｂ）で示すｄ８へと小さくなるように変化する。
【００５８】
ここで、レゾネータ２９は、図６で示したレゾネータ１９と同様に、レゾネータ本体８５の容積が大きくなると低減できる音の周波数は低くなり、容積が小さくなると低減できる音の周波数は高くなる。したがって、図７（Ａ）で示したようにレゾネータ本体の容積が小さいときにレゾネータ２９が低減できる音の周波数は、図７（Ｂ）で示したようにレゾネータの容積が大きいときにレゾネータ２９が低減できる音の周波数よりも高い。
【００５９】
さらにレゾネータ２９は、スリット間隔が大きくなると低減できる音の周波数は高くなり、スリット間隔が小さくなると低減できる音の周波数は低くなる。したがって、図７（Ａ）で示したようにスリット間隔が小さいときにレゾネータ２９が低減できる音の周波数は、図７（Ｂ）で示したようにスリット間隔が大きいときにレゾネータ２９が低減できる音の周波数よりも低い。ここで、図６を用いて説明したように、本実施形態の内燃機関では、可変圧縮比機構Ｂは、ＥＣＵ３０によって、内燃機関が低負荷の場合には図７（Ａ）で示す状態になり、高負荷の場合には図７（Ｂ）で示す状態になるように変化せしめられる。このため、内燃機関が低負荷の場合にはレゾネータ２９によって低減することができる音の周波数が高くなり、内燃機関が高負荷の場合にはレゾネータ２９によって低減することができる音の周波数が低くなる。
【００６０】
一方、図５（Ｂ）を用いて説明したように、内燃機関が低負荷の場合には、周波数の高い過給機音が支配的となる。この場合、レゾネータ２９の容積が小さくされ且つスリット間隔が大きくされることよってレゾネータ２９によって低減される音の周波数が高くなる。このため、レゾネータ２９によって高周波数の過給機音を適切に低減することができる。換言すると、レゾネータ２９は、その容積が最も小さく且つそのスリット間隔が最も大きくなったときに高周波数の過給機音を低減するような共振周波数を有するように構成される。
【００６１】
さらに、図５（Ｃ）を用いて説明したように、内燃機関が高負荷の場合には、周波数の低い吸気脈動音が支配的となる。この場合、レゾネータ２９の容積が大きくされ且つスリット間隔が小さくされることよってレゾネータ２９によって低減される音の周波数が低くなる。このため、レゾネータ２９によって低周波数の吸気脈動音を適切に低減することができる。換言すると、レゾネータ２９は、その容積が最も大きく且つそのスリット間隔が最も小さくなったときに低周波数の吸気脈動音を低減するような共振周波数を有するように構成される。
【００６２】
したがって、第二実施形態に係るレゾネータ２９を有する内燃機関の発明によっても、１つのレゾネータで、内燃機関の運転状態に応じて生じる広い範囲の周波数の音の低減が可能となる。
【００６３】
加えて、本第二実施形態に係るレゾネータ２９は、第一実施形態に係るレゾネータ１９の場合と同様に、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）のそれぞれの場合に生じる音を低減させることが可能となるが、レゾネータの容積の調整のみならず、スリット間隔の調整によっても目的とする周波数帯域の音を低減するように構成することが可能となるため、より幅広い周波数帯域の音の低減が可能となる。
【００６４】
図６において固定部材ｓ１及びｓ２は、下流側外周壁７４ｂ及び上流側外周壁７３ｂに固定されるものとして示されているが、それぞれ、下流側端壁７４ａ及び上流側端壁７３ａに固定されてもよい。同様に、図７において第一固定部材ｓ３は、下流側外周壁８４ｂに固定されるものとして示されているが、下流側端壁８４ａに固定されてもよい。さらに、図７において、第二固定部材ｓ４は、上流側外周壁８３ｂに固定されるものとして示されているが、上流側端壁８３ａに固定されてもよい。
【００６５】
本明細書で、第一実施形態及び第二実施形態において、第二固定部材ｓ２、ｓ４はシリンダブロック２に固定されているが、シリンダヘッド３に固定されてもよい。したがって、これらをまとめて表現すると、第二固定部材ｓ２、ｓ４は、シリンダ部材に固定されるといえる。
【符号の説明】
【００６６】
１    クランクケース
２    シリンダブロック
３    シリンダヘッド
４    ピストン
５    燃焼室
６    点火プラグ
７    吸気弁
８    吸気ポート
９    排気弁
１０    排気ポート
１１    吸気枝管
１２    サージタンク
１３    燃料噴射弁
１４    吸気ダクト
１５    エアクリーナ
１６    アクチュエータ
１７    スロットル弁
１８    エアフロメータ
１９    レゾネータ
２０    スーパーチャージャ
２１    バイパス管
２２    アクチュエータ
２３    バイパス弁
２４    電磁クラッチ
３０    ＥＣＵ
７１    蛇腹部
７３    上流側端部
７４    下流側端部
７７    上流側内管部材
７８    下流側内管部材
Ｂ    可変圧縮比機構
ｓ１    第一固定部材
ｓ２    第二固定部材
【図１】
2016133114.tif 000003
【図２】
2016133114.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016133114.tif 000006
【図５】
2016133114.tif 000007
【図６】
2016133114.tif 000008
【図７】
2016133114.tif 000009