(57)【要約】 【課題】自動車エンジンへのサージ・チューブやバルーン・バッファー・チューブ技術の適用を図る。【解決手段】エンジン１の吸気管系において、エァー・フィルタ４と流量検出装置の下流側であって、吸入マニホールド１５と絞り弁の上流側に位置する吸気管路に、サージ・チューブまたはバルーン・バッファー・チューブを適合できるように改造を加えて取付け、空気取り入れ口、エァー・フィルタ４及び流量検出部における流れの脈動を、バッファー部材内の管路系内部の内部容積の変化により吸収して吸気管系の脈動を減衰させるようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気管系において、エァー・フィルタと流量検出装置の下流側であって、吸入マニホールドと絞り弁の上流側に位置する吸気管路に、圧力や流速に脈動のある気体の管路系の中で、一部の管路の側壁面に気体が自由に出入りできる断面積を持つ孔を１個以上設けて、当該部分の外周に容積を持ちかつ弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブまたはベローズからなる薄膜弾性体を配置し、前記薄膜弾性体の側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造のバッファー管路を構成して、材質の伸縮による前記バッファー管路の内部容積の変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するサージ・チューブ，または管路系の管路の中間に側方管路を前記管路から分岐させて設けて、その側方管路にシリコーンゴムなど弾性強度及び耐熱性を有する材質で構成された平面または凹面の薄膜弾性体を周辺で気密に取り付けて側方管路系を構成し、前記側方管路系の内部の圧力と外部の圧力との差圧に応じて薄膜弾性体が伸縮することにより前記側方管路系内部の内部容積を変化させて、前記管路系の圧力あるいは流速の脈動を減衰させるバルーン・バッファー・チューブ，を有するバッファー部材を周辺に適合できるように取付け、空気取り入れ口、エァー・フィルタ及び流量検出部における流れの脈動を、前記バッファー部材内の前記管路系内部の前記内部容積の変化により吸収して吸気管系の脈動を減衰させるようにしたバッファー装置。
【請求項２】
請求項１のバッファー装置のサージ・チューブとして、前記吸気管路と同程度の剛性があり通気抵抗の小さいメッシュ状の円筒を配置して前記一部の管路を構成し、管路断面積のほぼ５倍以上の側方断面積を持つようにした外周部に、エンジンの１シリンダの行程容積に対応する容積以上の空間を保持して０．５ｍｍ以下の厚さのシリコーンゴム薄膜で構成された気密の保たれた円筒からなる前記チューブまたはベローズからなる薄膜弾性体を配置し、さらにその外周を空気流動の容易なメッシュまたは穴あき容器壁で囲み前記薄膜弾性体を保護するように構成したことを特徴とするバッファー装置。
【請求項３】
請求項１のバッファー装置のバルーン・バッファー・チューブとして前記吸気管路に、全円周を含む側方に管路断面積のほぼ５倍以上の前記側方管路を配置して円形その他周長に対する面積効率の良い形状の底部に０．５ｍｍ以下の厚さのシリコーンゴム薄膜からなる前記薄膜弾性体を気密に保持して前記側方管路系を構成し、前記薄膜弾性体よりも前記吸気管路の側にエンジンの１シリンダの行程容積に対応する容積以上の空間を保持して、前記吸気管路との間に通気抵抗が充分に小さくてシリコーンゴム薄膜の変形を制約して保護するメッシュなどを配置し、前記薄膜弾性体よりも外部側も空気流動を容易にできるメッシュなどの保護装置を配置して内部容積の変化により管路の脈動を吸収し減衰させるバッファー装置。
【請求項４】
請求項１のバッファー装置のバルーン・バッファー・チューブとして気密性があり１２０°Ｃ以上の耐熱性のある管路を含めた容器壁を成形して、その一部の外側表面にシリコーンゴムなどの薄膜弾性体を気密に保持するように構成して前記側方管路系を設け、前記容器の前記吸気管路の側は薄膜弾性体の変形範囲をある程度制約するような構造とし、容器の薄膜弾性体の外側を空気の流動が容易な保護面で囲い、容器内部の圧力変化に対応して内部容積が変化できるようにして、吸気管系の脈動を容積変化で吸収して減衰させるようにしたバッファー装置。
【請求項５】
請求項２のバッファー装置のサージ・チューブにおいて、気密に保たれた円筒形のシリコーンゴム薄膜からなる薄膜弾性体について内部圧力がかからない初期条件におけるゴム張力を調整可能にできるようにシリコーンゴム薄膜の両端または一方の端部を保持する部材の円筒軸方向位置を調節設定できる構造として、内部圧力の変動範囲に適応可能にした吸気管系の脈動を容積変化で吸収して減衰させるようにしたバッファー装置。
【請求項６】
請求項３のバッファー装置のバルーン・バッファー・チューブにおいて、シリコーンゴム薄膜からなる薄膜弾性体の内部圧力がかからない初期条件においてゴム張力を調整できるように表面が滑らかなリングを前記薄膜弾性体と接触して配置して内部圧力の変動におけるシリコーンゴム薄膜による容積変化範囲を確保するとともに、内部圧力と内部容積変化の関係をシリコーンゴム薄膜の厚さ、シリコーンゴム薄膜の外径とその接触リングの径との相対関係およびリング位置により適切に設定できるようにして、吸気管系の脈動を容積変化で吸収して減衰させるようにしたバッファー装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかのバッファー装置において、同一の吸気管系にサージ・チューブからなるバッファー部材及びまたはバルーン・バッファー・チューブからなるバッファー部材の組を２組以上装着して、複数個のバッファー部材による等価容量の加算効果により効果的な脈動減衰効果を有するようにした複合構成のバッファー装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかのバッファー装置において、前記バッファー部材の前記薄膜弾性体に接触して前記薄膜弾性体の変形時の姿勢を案内する抑制リングを有することを特徴とするバッファー装置。
【請求項９】
エンジンの吸気管系において、エアーフィルタと流量検出装置の下流側であって、吸入マニホールドと絞り弁の上流側に位置する吸気管路に取付けられるバッファー装置であって、前記バッファー装置は伸縮性のある材質からなる薄膜弾性体を有し前記薄膜弾性体が前記吸気管路の内外圧差により伸縮して前記吸気管系の内部の内部容積が変化することによって前記吸気管系の脈動を抑制・緩和することを特徴とするエンジン吸気管系用バッファー装置。
【請求項１０】
圧力や流速に脈動のある気体の管路系の中で、一部の管路の側壁面に気体が出入りできる断面積を持つ孔を１個以上設けて、当該部分の外周に容積を持ちかつ弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブまたはベローズからなる薄膜弾性体を配置し、薄膜弾性体の側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造のバッファー管路を構成して、材質の伸縮による前記バッファー管路の容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和することを特徴とするエンジンの吸気管系用サージ・チューブ。
【請求項１１】
管路系の管路の中間に側方管路を前記管路から分岐させて設けて、その側方管路にシリコーンゴムなど弾性強度及び耐熱性を有する材質で構成された平面または凹面の薄膜弾性体を周辺で気密に取り付けて前記側方管路系の内部の圧力と外部の圧力との差圧に応じて薄膜弾性体が伸縮することにより前記側方管路系内部の容積を変化させて、前記管路系の圧力あるいは流速の脈動を減衰させることを特徴とするエンジン吸気管系用バルーン・バッファー・チューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの吸気系に関するもので、エンジンの制御に直接関係する各種の吸入空気流量の検出装置に関して検出精度を向上させる技術であり、内燃機関の熱効率向上と排気ガス清浄化に関連する技術分野である。さらに脈動減少によりフィルタを含む吸入管路系での抵抗減少にも寄与することが期待できる。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの制御には各種あるが、排気ガスの清浄化に関連して電子制御が一般化してきた。特に空燃比制御に直接関係して吸入空気流量の正確な把握は最も重要視されて種々の流量検出手段が電子燃料噴射技術の中核として発展してきている。エンジンの吸入管系において流量・流速を検出するには空気の運動量変化、カルマン渦発生とその検出、さらには熱線あるいは薄膜と吸入空気との熱伝導を利用した流速や質量流量の検出手法などが広く用いられてきているが、いずれも管路に脈動がある場合は誤差を生じることがよく知られており、電子的に種々な補正手段を講じている。とくに４シリンダ・エンジンの場合には吸入管系で逆流を生じることもあり、複雑な補正を必要としている。多くの流速検出手段が非線形な物理的特性に基づいており、管路の流れに脈動がなければ検出精度は格段に改善される。また空気取り入れ口やエァー・フィルタあるいはそこから吸気管入り口などにおいても脈動によって流速
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の二乗に比例する圧力の抵抗損失が時間平均流速
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による場合より
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の関係があって常に増える訳で、こうした抵抗増大がエンジン出力やエネルギー損失にも影響する。
【０００３】
一方、エンジンの車両などへの実装状態では脈動を効果的に減衰させるサージタンクは１００Ｌ程度以上の容積を必要とするので、実用は不可能と見なされて全く検討もされて来なかったが、サージ・チューブ（Ｓｕｒｇｅ  Ｔｕｂｅ）（商標登録第４６３３３５３号）（以下単にＳＴと略称する場合がある）［特許文献１），２）］やバルーン・バッファー・チューブ（以下単に「ＢＢＴ」と略称する場合がある）［特許文献３）および非特許文献１），２）］のバッファー装置が開発されて吸気系への実装も不可能ではなくなった。ＳＴの原理は図６に示すように、圧力や流速に大きな振幅の脈動のある気体の管路系の中で、適当な長さの一部の管路１０１側壁面に気体が自由に出入りできる適切な断面積を持つ孔１０４、１０４´を１個以上設けて、当該部分の外周に適切な容積を持ちかつ適切な弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブ１０７またはベローズを配置し、チューブ１０７またはベローズの側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造の管路を構成して、等価容量の大きなサージ・タンクに対応するようにし、０．５ｍｍ以下の薄いゴム膜などの伸縮による容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するものである（特許文献１参照）。
また、ＢＢＴの原理は図７に示すように、管路１０２、１０６の側方に大きな通路断面積をもつ側方管路１１７を配置しその管端部に耐熱性と弾性に富む薄膜で構成された平板状または凹状のゴム薄膜１１１を気密に配置して、内部圧力に応じて内部体積を十分に大きく変化できるようにバルーン状に変形させてゴム薄膜の伸びに対する体積変化を極めて効率的になるように構成し、バルーン状に膨張する薄膜を保護し制約する金属メッシュ１１３、１１４などを管路内部および外部の適切な位置に配置して、必要な強度を確保しながら高温の管路と適切な距離を保つことにより必要な耐熱性が実現できるように構成した管路の脈動を平滑化できるものである（特許文献３参照）。
本発明は基本的にはすでに開発されたバッフアー装置の応用であるが、使用環境がエンジン排気系とは異なり吸気系は常温近傍から１５０°Ｃ以下と限られており、プラスチックなども利用できる有利さがある。また脈動１周期の体積流量も温度幅が小さいのでエンジンのシリンダ行程容積以下にほぼ限定される。ただし、実エンジンへの装着には空間や配置についての制約がいろいろ生じる。
本発明はこうした背景に沿って自動車エンジンへのサージ・チューブやバルーン・バッファー・チューブ技術の適用を図ったものである。
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録３０８５９６０号
【特許文献２】特開２００３−２６９６８５
【特許文献３】特願２００６−２１６４３５（出願中）
【非特許文献１】Ｓ．Ｙａｎａｇｉｈａｒａ  ｅｔ  ａl．  Ｂｕｆｆｅｒ  Ｔｕｂｅ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｆｉｌｍ  Ｆｏｒ  Ｄａｍｐｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｐｕｌｓａｔｉｎｇ  Ｆｌｏｗ  ｉｎ  Ｅｘｈａｕｓｔ  ｏｒ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅｓ、ＳＡＥ  Ｐａｐｅｒ  ２００３−０１−２０１６．
【非特許文献２】柳原  茂、他、吸排気系の脈動減衰バッファーチューブ、日本機械学会、第１９回内燃機関シンポジウム  Ｂ２−３、２００７．０１．０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実用状態においてエンジンの吸気管系で正確な吸入空気流量を検出するためには、既設の流量センサが脈動影響を受けないようにする必要がある。吸気管路において脈動を効果的に減衰させるためには固定容積のバッファータンクではエンジンの１シリンダの吸入空気流量の約１００倍以上で、できれば２００倍程度の容積を必要とするが、等価的にこうした脈動減衰の装置を制約されたエンジンルーム内で実現することが課題である。
【０００６】
本発明はゴム薄膜の伸縮を利用した容積変化を繰り返す装置であり、材質の耐久性が重要でほぼ１０８回程度の伸縮回数に対応できることが大きな課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のバッファー装置はエンジンの吸気管系において、エァー・フィルタと流量検出装置の下流側であって、吸入マニホールドと絞り弁の上流側に位置する吸気管路に、圧力や流速に脈動のある気体の管路系の中で、一部の管路の側壁面に気体が出入りできる断面積を持つ孔を１個以上設けて、当該部分の外周に容積を持ちかつ弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブまたはベローズからなる薄膜弾性体を配置し、前記薄膜弾性体の側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造のバッファー管路を構成して、材質の伸縮による前記バッファー管路の内部容積の変化によって管路系の脈動を抑制・緩和するサージ・チューブ，または管路系の管路の中間に側方管路を前記管路から分岐させて設けて、その側方管路にシリコーンゴムなど弾性強度及び耐熱性を有する材質で構成された平面または凹面の薄膜弾性体を周辺で気密に取り付けて側方管路系を構成し、前記側方管路系の内部の圧力と外部の圧力との差圧に応じて薄膜弾性体が伸縮することにより前記側方管路系内部の内部容積を変化させて、前記管路系の圧力あるいは流速の脈動を減衰させるバルーン・バッファー・チューブ，を有するバッファー部材を適合できるように取付け、空気取り入れ口、エァー・フィルタ及び流量検出部における流れの脈動を、前記バッファー部材内の前記管路系内部の前記内部容積の変化により吸収して吸気管系の脈動を減衰させるようにした。
またこの発明のバッファー装置は前記のバッファー装置のサージ・チューブとして、前記吸気管路と同程度の剛性があり通気抵抗の小さいメッシュ状の円筒を配置して前記一部の管路を構成し、管路断面積のほぼ５倍以上の側方断面積を持つようにした外周部に、エンジンの１シリンダの行程容積に対応する容積以上の空間を保持して０．５ｍｍ以下の厚さのシリコーンゴム薄膜で構成された気密の保たれた円筒からなる前記チューブまたはベローズからなる薄膜弾性体を配置し、さらにその外周を空気流動の容易なメッシュまたは穴あき容器壁で囲み前記薄膜弾性体を保護するように構成したことを特徴とする。
またこの発明のバッファー装置は前記のバッファー装置のバルーン・バッファー・チューブとして前記吸気管路に、全円周を含む側方に管路断面積のほぼ５倍以上の前記側方管路を配置して円形その他周長に対する面積効率の良い形状の底部に０．５ｍｍ以下の厚さのシリコーンゴム薄膜からなる前記薄膜弾性体を気密に保持して前記側方管路系を構成し、前記薄膜弾性体よりも前記吸気管路の側にエンジンの１シリンダの行程容積に対応する容積以上の空間を保持して、前記吸気管路との間に通気抵抗が充分に小さくてシリコーンゴム薄膜の変形を制約して保護するメッシュなどを配置し、外部側も空気流動を容易にできるメッシュなどの保護装置を配置して内部容積の変化により管路の脈動を吸収し減衰させる。
またこの発明のバッファー装置は前記のバッファー装置のバルーン・バッファー・チューブとして気密性があり１５０°Ｃ以上の耐熱性のある管路を含めた容器壁を成形して、その一部の外側表面にシリコーンゴムなどの薄膜弾性体を気密に保持するように構成して前記側方管路系を設け、前記容器の前記吸気管路の側は薄膜弾性体の変形範囲をある程度制約するような構造とし、容器の薄膜弾性体の外側を空気の流動が容易な保護面で囲い、容器内部の圧力変化に対応して内部容積が変化できるようにして、吸気管系の脈動を容積変化で吸収して減衰させるようにした。
またこの発明のバッファー装置は前記のバッファー装置のバルーン・バッファー・チューブにおいて、気密に保たれた円筒形のシリコーンゴム薄膜からなる薄膜弾性体について内部圧力がかからない初期条件におけるゴム張力を調整可能できるようにシリコーンゴム薄膜の両端または一方の端部を保持する部材の円筒軸方向位置を調節設定できる構造として、内部圧力の変動範囲に適応可能にした吸気管系の脈動を容積変化で吸収して減衰させるようにした。
またこの発明のバッファー装置は前記のバッファー装置のバルーン・バッファー・チューブにおいて、シリコーンゴム薄膜からなる薄膜弾性体の内部圧力がかからない初期条件においてゴム張力を調整できるように表面が滑らかなリングを前記薄膜弾性体と接触して配置して内部圧力の変動におけるシリコーンゴム薄膜による容積変化範囲を確保するとともに、内部圧力と内部容積変化の関係をシリコーンゴム薄膜の厚さ、シリコーンゴム薄膜の外径とその接触リングの径との相対関係およびリング位置により適切に設定できるようにして、吸気管の脈動を容積変化で吸収して減衰させるようにした。
またこの発明の複合構成のバッファー装置は前記のバッファー装置において、同一の吸気管系にサージ・チューブからなるバッファー部材及びまたはバルーン・バッファー・チューブからなるバッファー部材の組を２組以上装着して、複数個のバッファー部材による等価容量の加算効果により効果的な脈動減衰効果を有するようにした。
またこの発明のバッファー装置は前記のバッファー装置において、前記バッファー部材の前記薄膜弾性体に接触して前記薄膜弾性体の変形時の姿勢を案内する抑制リングを有することを特徴とする。
またこの発明のエンジン吸気管系用バッファー装置はエンジンの吸気管系において、エアーフィルタと流量検出装置の下流側であって、吸入マニホールドと絞り弁の上流側に位置する吸気管路に取付けられるバッファー装置であって、前記バッファー装置は伸縮性のある材質からなる薄膜弾性体を有し前記薄膜弾性体が前記吸気管路の内外圧差により伸縮して前記吸気管系の内部の内部容積が変化することによって前記吸気管系の脈動を抑制・緩和することを特徴とする。
またこの発明のエンジンの吸気管系用サージ・チューブは圧力や流速に脈動のある気体の管路系の中で、一部の管路の側壁面に気体が出入りできる断面積を持つ孔を１個以上設けて、当該部分の外周に容積を持ちかつ弾性と強度および耐熱性を有するゴム膜など伸縮性のある材質で構成したチューブまたはベローズから成る薄膜弾性体を配置し、薄膜弾性体の側面などが内外差圧により伸縮して容積変化する構造のバッファー管路を構成して、材質の伸縮による前記バッファー管路の容積変化によって管路系の脈動を抑制・緩和することを特徴とする。
またこの発明のエンジン吸気管系用バルーン・バッファー・チューブは管路系の管路の中間に側方管路を前記管路から分岐させて設けて、その側方管路にシリコーンゴムなど弾性強度及び耐熱性を有する材質で構成された平面または凹面の薄膜弾性体を周辺で気密に取り付けて前記側方管路系の内部の圧力と外部の圧力との差圧に応じて薄膜弾性体が伸縮することにより前記側方管路系内部の容積を変化させて、前記管路系の圧力あるいは流速の脈動を減衰させることを特徴とする。
エンジンの吸気管系ではスロットル弁より上流では大気圧力より２〜３ｋＰａ程度以内に圧力低下を生じるが、主には入り口における流速に起因する静圧の低下とエァー・フィルタの抵抗による圧力損失や管路の抵抗などが関係する。エンジンの制御のための流量検出は多くの場合スロットル弁の上流で行われるので、その近傍の圧力は流速に影響されるが、平均的には負圧としてほぼ３ｋＰａ程度以内で、大気圧との差圧が制約となるＳＴやＢＢＴなどのバッファー装置を用いるには概ね適している。すなわち、１Ｌ位の実容積で１００Ｌ程度以上の等価容量が実現できる可能性がある。（非特許文献１）、２）参照）
【０００８】
吸気管系における脈動の１周期の流量はほぼエンジンの１シリンダの行程容積以内と考えて良く、多くのガソリンエンジンでは２００〜６００ＣＣ以下と見なして良い。ディーゼルエンジンでは１０００ＣＣを越えるものがあるが、必要に応じては複数個の装置を組み合わせることが可能である。通常吸入空気の温度は常温程度であり耐熱性の要求も１５０°Ｃ以下である。多くの構成部材にはプラスチックが利用できる。
【０００９】
構成部材の耐久性では繰返し伸縮をするシリコーンゴム薄膜が最も厳しい条件であるが、設計面で最大の伸び率を１００％程度に抑えて破断限界の１／４以下とした。さらに変形率の大きいＢＢＴ型の場合には変形を抑制する狙いもあって接触リングを配置して負圧に対する伸びを減少させる手段も講じるようにした。通常のエンジン負荷条件では概ね５％以下の伸び率であり、耐久性には問題を生じないようにした。
【００１０】
装置として工夫を要する点は限られた空間に配置する形状の適合性であるが、サージ・チューブ型では吸気管路を、スロットル弁の上流部で１２０ｍｍ程度長くして外径７０ｍｍ程度を１００ｍｍ程度に拡大する位の変更である。既設の吸気管系を若干変更して拡大することになるが、普通には許容できる範囲であろう。ＢＢＴ型の場合には同様な管路位置で長さ方向に加えて側方にも空間を必要とするが、方向や形状には自由度があって既設の吸気管系の大幅な変更には至らないであろう。いずれも設計と適合性の問題であるが、既設の吸気管系との接続が重要である。
【００１１】
本発明ではシリコーンゴム薄膜を気密に保持することが必要であるが、サージ・チューブ型においてもＢＢＴ型においても端部にＯ−リングを配置する必要は必ずしも無くて、プラスチックを含めた構成部材で挟むことにより気密を保ちゴム膜を保持することが可能である。ＢＢＴ型の場合ゴム膜面積と内部面積とくに可変容積の確保が重要であるが、１周期の１方向流量に１００％対応できなくとも相応の脈動減衰効果は生じる。さらにまた内部の変動圧力の範囲が平均的には負圧で１ｋＰａ以内であることが多い点も本発明の方式による脈動減衰効果が大きい有利な要因となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によってはエンジンのピストン吸気行程に起因する間欠的な圧力波形が集合吸気管を経由してスロットル下流側においてもエンジン回転数の整数倍周期の脈動となり、スロットル上流側の吸気管においてもほぼ正弦波に近い圧力波および流速・流量の波形として存在するときに内部圧力に応じて内部容積が変化するサージ・チューブあるいはＢＢＴ型のバッファー装置をその管系に装着することにより、変動を吸収して減衰させることができる。脈動の１周期の１方向変動流量に対比してバッファー装置の容積変化が充分に大きければ、脈動は完全に減衰される。バッファー装置の容積変化が不十分な場合でもバッファー装置の圧力変化に対応する容積変化は吸収されて、脈動振幅は減少される。多くの場合振幅として１／２０程度に減少できる。
【００１３】
圧力波動の伝播は音速と流速を加味したもので、脈動減衰には位相のずれを伴うが流量変化の遅れは実際の管路系の実容積が支配するので、脈動減衰の等価的容積に比して流量変化の遅れは極めて小さくなる。
【００１４】
本発明によるバッファー装置では脈動減衰効果は内部圧力と環境大気圧力の差の影響をも受けるが、固定容積のタンクとして等価的には１００Ｌ〜３００Ｌ以上とすることも可能である。
【００１５】
エンジンの吸気系のスロットル弁の上流側に本発明のバッファー装置を装着することによって装置の下流側の脈動を平滑化して減衰させ、装置の上流側ではほぼ脈動を含まない平滑流を得ることができる。この場合、位相遅れは極めて僅かであって脈動の１周期の１／１０以内程度である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明をガソリン自動車エンジンのエンジンルーム内の吸気系にサージ・チューブ型バッファー装置を装着した例を図１に示す。エンジン１の吸気管系には各種の装置が取り付けられているが、吸入空気２はエァー・フィルターケース３の入り口からほぼ大気圧条件で取り入れられ、フィルタ・エレメント４を通過して吸気管５に入る。吸入空気流量はフロー・センサ６で検出されるが、流量制御は主として電子制御スロットル弁７により行われる。クランクケースからのブローバイガスや燃料装置からの蒸発成分を活性炭キャニスタで捕集したものをエァー・パージする管路５１、ＥＧＲガスを吸気管側に入れる管路５２などが図に示していない制御弁などを介して吸気管に連結されている。スロットル弁７で制御された空気は吸気マニホールド１５で各シリンダに配分され、電子燃料噴射弁８により噴射される燃料と混合してエンジンの吸入弁１６の開きとピストン９の動きにより、シリンダに吸入される。この吸入は４サイクルエンジンでは２回転に１回ほぼ１／２回転の間行われるので、吸気管内には大きな脈動流を生じる。
【００１７】
バッファー装置１０は吸気管系のフロー・センサー６の下流側管路５´とスロットル弁７の上流側管路５´´の間に配置され両側のフランジ１４と１４´は管路５´と管路５´´とそれぞれ気密に嵌合している。フランジの外周部には厚さ０．５ｍｍ以下の気密に保持されたシリコーンゴム薄膜１１の筒が取り付けられ、その外側は剛性があり通気抵抗が少なく薄膜１１を保護する外壁メッシュ１３が装着されている。内周側には管路５´とほぼ同じ径の筒状の制約メッシュ１２が取り付けられていて、ゴム薄膜１１の内周側への動きを制約している。
【００１８】
典型的なサージ・チューブ型の圧力と内部容積変化の関係を実測した例を図２に示すが、ここでは負圧側だけでなく加圧側の測定も含まれている。実際の吸気系では吸気管内での平均圧力は０〜−０．３ｋＰａ程度である。実際に下流側での圧力振幅が大きくこの範囲を超えてもバッファー装置により吸収されるので平均レベルだけを考えればよい。この例における負側の０〜−０．３ｋＰａまでの容積変化はほぼ１．０Ｌであるが、減衰能力には関係曲線の傾斜が重要である。この図２において平均圧が−０．１ｋＰａ付近で容積変化が０．１Ｌとすれば、それによる圧力変化はほぼ０．０２ｋＰａである。これは固定容積のサージ・タンクでは５００Ｌ程度に相当する。
【００１９】
吸気管内の圧力は脈動に応じて変化するが、バッファー装置１０がない場合に１周期の変動流量が０．１Ｌで圧力振幅が０．５ｋＰａあったとして、バッファー装置において例えば２０Ｐａの変化により０．１Ｌ程度の容積変化を生じると、バッファー装置の取り付けにより２０Ｐａの圧力変化があって０．１Ｌの容積の容積変化は完全に吸収される。簡単に言えば２０／５００すなわち１／２５に振幅が減少する。多くの場合この減衰はほぼ脈動影響を無視できるレベルに抑制すると言える。
【００２０】
バッファー装置としては図３のＢＢＴ型２０があり、配置の関係からはこの形式が適している場合もある。吸気管５の側方に十分に大きな断面積をもつ空気通路２２を配して、ほぼ円形で広い底面を持つケース２４を備える。ケース２４の内部に気密に保持されたシリコーン薄膜２１が配置されて留め具２６でケース２４に気密に固定され、吸気管の内部圧力と外気圧力との差に応じて内部容積が変るように構成されている。底部には通気容易な保護メッシュ２５が配置され、ゴム薄膜２１を保護し、吸気管路側にはメッシュ２３が通気容易にしかもゴム膜の動きを制約して、伸びなどを限度内に抑制するように配置される。図３では吸気管路の圧力が外気圧力より低い状態でのゴム膜の変位を示しており、ゴム膜の内部容積の変化が管路の脈動吸収の働きをする。
【００２１】
図４には図３と同様なＢＢＴ方式のバッファー装置２０´で底面面積を広く出来るような例を示しているが、ゴム薄膜２１は保護メッシュ２５と制約メッシュ２４との間にあって動きを制約されるだけでなく表面が滑らかな内部抑制リング２７，２７´によって吸気管内部の圧力がある程度低くなっても容積変化が確保できるような特性を持たせることが出来る。抑制リング２７、２７´はゴム薄膜２１に接触してゴム薄膜２１の変形時の姿勢を案内する。２８，２９は抑制リングを支持する支柱でケース２４に取り付けてある。点線で示すシリコーンゴム薄膜２１´は抑制リング２７，２７´に接している状態を例示している。
【００２２】
図５に示したサージ・チューブ方式のバッファー装置３０は気密に保たれた円筒形のシリコーンゴム薄膜３１の初期張力を調整できるように、両フランジ３５、３６を、または一方のフランジを、この実施態様では一方の可動フランジ３５を吸気管５の外周円筒に沿って気密に摺動できる構造である。可動フランジ３５を吸気管５に沿って位置を調節することによってシリコーンゴム薄膜３１の初期張力を調整する。固定側フランジ３４には外側の円筒形保護メッシュ３３と内側の円筒抑制メッシュ３２が取り付けられている他に、ゴム薄膜を気密に保持する表面が滑らかな膜固定リング３８が備えられている。可動フランジ３５にも同様に膜固定リング３９が備えてあり、また摺動部には気密確保のために０−リング３６を配置し、設定位置固定のためのセットネジ３７がある。
【００２３】
例示したバッファー装置は多くの場合１組で十分な脈動減衰効果が期待できるが、１周期の流量が大きい大型ディーゼルエンジンなどでは複数組を組み合わせることで効果を大きくすることが出来る。直列あるいは並列いずれも可能であるが、並列組み合わせが位相ずれの点からは望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のエンジン吸気系に装着するバッファー装置は吸入空気流量の正確な検出を必要とするすべての内燃機関に簡単に適用でき、効果が極めて大きいもので、自動車産業だけでなく建設機械、農業機械その他を含めて広い分野の産業に活用できる可能性が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態における自動車エンジンへのサージ・チューブ型バッファー装置の適用配置例
【図２】サージ・チューブ型バッファー装置における内部圧力と容積変化の実測例
【図３】本発明のエンジン吸気系に装着する形態のバルーン・バッファー・チューブ型バッファー装置の例
【図４】本発明のエンジン吸気系に装着する内部抑制リング付きバルーン・バッファー・チューブ型バッファー装置の例
【図５】本発明のエンジン吸気系に装着するフランジ位置を可変設定できるサージ・チューブ型バッファー装置の例
【図６】サージチューブを示す断面説明図
【図７】バルーン・バッファー・チューブを示す断面説明図
【符号の説明】
【００２６】
１  エンジン
２  吸入空気
３  エァー・フィルタケース
４  エァー・フィルタ
５  吸気管
５´管路
５´´管路
６  フロー・センサ
７  電子制御スロットル弁
８  電子燃料噴射弁
９  ピストン
１０  バッファー装置（サージ・チューブ型）
１１  シリコーンゴム薄膜
１２  制約メッシュ
１３  外壁保護メッシュ
１４  フランジ
１４´フランジ
１５  吸気マニホールド
１６  吸入弁
１７  排気弁
１８  排気マニホールド
１９  ジルコニア酸素センサ
２０  バッファー装置（バルーン・バッファー・チューブ型）
２１  シリコーンゴム薄膜
２１´シリコーンゴム薄幕
２２  空気通路
２３  制約メッシュ
２４  ケース
２５  保護メッシュ
２６  留め具
２７  内部抑制リング
２７´内部抑制リング
２８  支柱
２９  支柱
３０  フランジ位置可変サージ・チューブ型バッファー装置
３１  シリコーンゴム薄膜
３２  制約メッシュ
３３  保護メッシュ
３４  固定フランジ
３５  可動フランジ
３６  Ｏ−リング
３７  セットネジ
３８  膜固定リング
３９  膜固定リング
１０１  管路
１０２  管路
１０４  １０４´孔
１０６  管路
１０７  ゴム膜チューブ
１１１  ゴム薄膜
１１３  金属メッシュ
１１４  金属メッシュ
１１７  側方管路
【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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