(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部材によって形成されるサージタンクを回転させることにより、その周囲に周回した複数の吸気管との間に形成された第１の連通部の周方向の位置と、前記サージタンクの周囲に配置された共鳴室との間に形成された第２の連通部の断面積とを可変に設定する内燃機関の吸気装置において、
前記第２の連通部は、前記円筒部材の円筒面に形成された第１の開口部と、前記共鳴室を区画する区画部材に形成された第２の開口部とを含んでおり、前記第１の開口部または前記第２開口部の一方は周方向に沿って軸方向の長さが変化する形状とし、前記円筒部材を回転させたときに、前記第１の開口部と前記第２の開口部との重複面積を変化させることにより、前記第２の連通部の断面積を可変に設定することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
円筒部材によって形成されるサージタンクを回転させることにより、その周囲に周回した複数の吸気管との間に形成された第１の連通部の周方向の位置と、前記サージタンクの周囲に配置された共鳴室との間に形成された第２の連通部の断面積とを可変に設定する内燃機関の吸気装置において、
前記第２の連通部は、前記円筒部材の底面に形成された第１の開口部と、前記共鳴室を区画する区画部材に形成された第２の開口部とを含んでおり、前記第１の開口部または前記第２開口部の一方は周方向に沿って径方向の長さが変化する形状とし、前記円筒部材を回転させたときに、前記第１の開口部と前記第２の開口部との重複面積を変化させることにより、前記第２の連通部の断面積を可変に設定することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン回転数に応じて吸気通路の長さが可変に設定される吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンのトルクを向上させるためには、吸気慣性効果を利用して、低速回転時には吸気マニホールドの長さを長く設定し、高速回転時には短く設定することが有効である。このように、エンジン回転数に応じて吸気マニホールドの長さを可変に設定するためには、従来から各種の吸気装置が提案されている。例えば、特願昭６０−１３２０２３号公報には、サージタンクを回動部材を用いて構成し、この回動部材を回転させてその連通部の位置を変えることにより、エンジンへ通じる吸気管の長さを可変に設定可能な吸気装置が開示されている。また、特開昭５９−１８８０２７号公報や特開昭６２−２１４２２３号公報にも同種の吸気装置が開示されている。
【０００３】
また、吸気通路の一部に共鳴室を配置し、この共鳴室に通じる連通管の断面積をエンジン回転数に応じて連続的に、あるいは階段状に変化させることにより、吸気騒音を広範囲のエンジン回転数において低減することができる可変周波数型レゾネータが提案されている。例えば、特開昭５９−１０５９５９号公報や実開昭５９−２９１９号公報には、エンジン回転数に応じて共鳴室に通じる連通管の断面積を変化させたレゾネータが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開昭６０−１３２０２３号公報等に開示された吸気装置ではエンジン回転数に応じてエンジンへ通じる吸気管の長さを可変に設定するものであり、特開昭５９−１０５９５９号公報等に開示されたレゾネータはエンジン回転数に応じて共鳴室に通じる連通管の断面積を可変に設定するものである。いずれの手法もエンジン回転数に応じて何らかの物理量（一方は分岐管の長さ、他方は連通管の断面積）を可変に設定する点で類似しており、各物理量を変化させるためにモータやアクチュエータ等の駆動部が必要になるため、両方の手法を採用するとなると、２種類の駆動部が必要になるため、構造が複雑になって部品コストや製造コストが増大する。また、エンジン回転数に応じた各物理量の変化の傾向が異なるため、２種類の駆動部を別々に制御する必要があり、制御が複雑になる。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、単純な構造や制御によって吸気管の長さと共鳴室に通じる連通部の断面積とを可変することができる内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の内燃機関の吸気装置は、円筒部材によって形成されるサージタンクを回転させることにより、その周囲に周回した複数の吸気管との間に形成された第１の連通部の周方向の位置を可変に設定して各吸気管の長さを変えるとともに、サージタンクの周囲に配置された共鳴室との間に形成された第２の連通部の断面積を変化させている。したがって、サージタンクの回転によって吸気管の長さと共鳴室に通じる連通部の断面積の両方を変化させることができ、サージタンクを回転させる駆動部が共用できるため、簡略化した単純な構造とすることができ、しかも１つの駆動部を制御するだけであるため、複雑な制御が不要となる。
【０００７】
上述したサージタンクを形成する円筒部材の側面あるいは底面に形成された第１の開口部と、共鳴室を区画する区画部材に形成された第２の開口部とを含んで第２の連通部を形成することにより、円筒部材の回転に応じて第１および第２の開口部の重複面積、すなわち第２の連通部の断面積を、第１の開口部または第２開口部の一方を周方向に沿って軸方向または径方向の長さが変化する形状とすることで可変に設定しており、このように２つの開口部の形状等を工夫することにより、円筒部材の回転角と第２の連通部の断面積との関係が任意に設定可能となる。したがって、内燃機関の回転数に応じて吸気管の長さが最適になるようにサージタンクの回転角を設定したときに、同じ内燃機関の回転数において吸気騒音が低減可能な第２の連通部の最適な断面積を設定することができ、最適な吸気管の長さと共鳴室に通じる連通部の最適な断面積とを設定することができる。
【０００８】
また、サージタンクを収納する収納部材と、収納部材の内部に固定されてサージタンクを包囲する包囲部材とを備えることにより、この包囲部材を収納部材と別体の部品として高い寸法精度で製造することができ、高い回転精度や各吸気管の間の気密性を確保することができる。特に、サージタンクを形成する円筒部材の外周に周回したつば部を形成して、このつば部を複数の吸気管のそれぞれの区画位置に対応させることにより、円筒部材と包囲部材との接触面積を少なくすることができ、少ない駆動力で円筒部材を回転させるとともに各吸気管の間の気密性を確保することが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した一実施形態のエンジンの吸気装置は、可変長の吸気管を実現するために用いられる回転式の円筒形状のサージタンクに共鳴室に通じる開口部を形成し、この開口部をサージタンクととともに回転させることにより共鳴室に通じる連通部の断面積を可変することに特徴がある。以下、本発明を適用した一の実施形態のエンジンの吸気装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１０】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明を適用した第１の実施形態によるエンジンの吸気装置の構造を示す断面図である。また、図２は図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１、図２に示すように、本実施形態の吸気装置１は、吸入空気を取り入れる通路１０と、この通路１０と開口部２１を介して連通して回転可能に装着されたサージタンク２０と、このサージタンク２０を内包する包囲部材としての円筒部４０と、円筒部４０が固定されてその周辺に４本の吸気管５２と共鳴室５４とを形成する収納部材としてのハウジング５０と、サージタンク２０を回転駆動する駆動部７０とを含んで構成されている。
【００１１】
サージタンク２０は、直管状の円筒部材であって、中心軸回りに回転可能に取り付けられている。サージタンク２０の円筒面には、通路１０に連通する開口部２１と、各吸気管５２に連通する第１の連通部としての開口部２２と、共鳴室５４に連通する開口部２３（第１の開口部に対応する）が形成されている。また、サージタンク２０の外周面には、各吸気管５２を区画する位置に対応して周回方向に複数の溝部２４が形成されており、この溝部２４にはつば部を形成するためのリング部材２５が緩挿されている。
【００１２】
図３は、サージタンク２０の外周面の形状を示す図である。同図（ａ）に示すように、サージタンク２０の外周面の６箇所に周方向の溝部２４が形成されており、各溝部２４に同図（ｂ）に示すリング部材２５が緩挿される。リング部材２５は、切り欠き部２６を有しており、この切り欠き部２６を押し広げた状態でサージタンク２０外周面の各溝部２４に装着される。
【００１３】
また、サージタンク２０の一方の端面である底面部２７の中心には回転軸２８が一体に形成され、外向きに突出している。また、サージタンク２０の他方の端面には、回転軸２９とこの回転軸２９の回りに一体に形成された歯車３０を有する蓋部３１が接合されている。
円筒部４０は、サージタンク２０を内包するようにハウジング５０に固定されており、サージタンク２０の外周面との間にほぼ均一な隙間が形成されるように、内径寸法が精度よく形成されている。この円筒部４０は、サージタンク２０の外周面に装着されたリング部材２５が当接しており、この当接部分以外については、サージタンク２０に形成された各開口部２１、２２、２３と通路１０、吸気管５２、共鳴室５４との間を連通する妨げとならないように、大きな開口部が形成されている。
【００１４】
ハウジング５０は、内部に接合された円筒部４０を周回するように螺旋状の４本の吸気管５２と、通路１０と、共鳴室５４とを一体に形成している。図２に示すように、各吸気管５２は、内包した円筒部４０の周囲を覆うように一巡しており、その先端に延びた取付部５６がエンジン（図示せず）にボルト等によって取り付けられる。
【００１５】
図４は、円筒部４０を内包したハウジング５０の構造を示す図である。同図に示すように、ハウジング５０には円筒部４０が内包されており、円筒部４０の内周であってハウジング５０に形成された４本の吸気管５２を区画する位置５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、５８ｅに、サージタンク２０の外周面の溝部２４に装着されたリング部材２５が当接される。この当接部分以外の円筒部４０には、各吸気管５２とサージタンク２０の開口部２２との連通を妨げないように、ほぼ全周にわたって開口部５９が形成され、通路１０と共鳴室５４との連通を妨げないように、開口部６０と開口部６１（第２の開口部に対応する）がそれぞれ形成されている。
【００１６】
共鳴室５４は、吸気騒音を低減するためのものであり、エンジン回転に応じて生じる共振音を低減するために、吸気通路の一部を構成するサージタンク２０に連通するように取り付けられる。本実施形態の吸気装置１では、サージタンク２０に形成された開口部２３と円筒部４０に形成された開口部６１とによって共鳴室５４に通じる連通部（第２の連通部に対応する）が形成されている。
【００１７】
また、図１に示すように、サージタンク２０の開口部２３の形状を周方向に沿って軸方向の長さが変化する三角形状とした場合には、この開口部２３と円筒部４０に形成された開口部６１との重複状態によって決まるサージタンク２０と共鳴室５４との間の連通部の断面積がサージタンク２０の回転状態によって変化するため、可変周波数型のレゾネータが実現される。
【００１８】
図５は、サージタンク２０と共鳴室５４との間の連通部の断面積を説明するための図である。同図（ａ）は、上述した吸気装置１におけるサージタンク２０の開口部２３と、円筒部４０の開口部６１とが重なった場合の連通部の状態を示している。ほぼ三角形形状の開口部２３とほぼ矩形形状の開口部６１を重ねた場合には、サージタンク２０に形成された開口部２３を矢印ａの方向に移動させることにより、２つの開口部２３、６１の重複部分である連通部の断面積が増大し、反対に、サージタンク２０に形成された開口部２３を矢印ｂの方向に移動させることにより、２つの開口部２３、６１の重複部分である連通部の断面積が減少する。
【００１９】
図５（ｂ）は、開口部２３、６１の形状を変更した場合の連通部の状態を示している。ほぼ矩形形状の開口部２３とほぼ三角形形状の開口部６１を重ねることにより、同じように連通部の断面積を変化させることもできる。図５（ｂ）に示した例では、サージタンク２０に形成された開口部２３を矢印ａの方向に移動させることにより、２つの開口部２３、６１の重複部分である連通部の断面積が増大し、反対に、サージタンク２０に形成された開口部２３を矢印ｂの方向に移動させることにより、２つの開口部２３、６１の重複部分である連通部の断面積が減少する。
【００２０】
また、駆動部７０は、サージタンク２０の一方の回転軸２９の軸受け部を兼ねたカバー７２に収納固定された歯車付きのモータ７４を有しており、この歯車を介してサージタンク２０の蓋部３１に形成された歯車３０に回転駆動力を伝達することにより、サージタンク２０を回転させる。
本実施形態の吸気装置１はこのような構成を有しており、次にその作動を説明する。取込口から取り込まれた空気は、エアクリーナやスロットル等（図示せず）を介して吸入口１２から通路１０内に吸引され、開口部２１を通してサージタンク２０内に導入される。この、開口部２１は、サージタンク２０の円筒面のほぼ全周にわたって形成されているため、サージタンク２０がどのような回転状態にあっても、通路１０から抵抗なくサージタンク２０内部に導入される。
【００２１】
このサージタンク２０内に導入された空気は、サージタンク２０の円筒面に形成された４箇所の開口部２２から各吸気管５２に分配され、エンジンに吸入される。ここで、４箇所の開口部２２の周方向の位置は、エンジンの回転数に応じて各吸気管の長さが最適になるように設定される。開口部２２の設定可能範囲は、図２に示す区間Ａで示した範囲であり、この開口部２２の周方向の位置を変えることにより、開口部２２から各吸気管５２の先端部までの長さが最大で区間Ａだけ変化する。例えば、図２に示した断面構造は、開口部２２から各吸気管５２の先端までの長さが最も長い場合の開口部２２の位置を示しており、エンジンの低速回転時に対応する。また、図６に示した断面構造は、開口部２２から各吸気管５２の先端までの長さが最も短い場合の開口部２２の位置を示しており、エンジンの高速回転時に対応する。エンジン回転数に応じてどの程度開口部２２の周方向の位置を変化させる必要があるかは予め決まっているため、エンジン制御部（図示せず）等によってモータ７４に回転指示を与えてサージタンク２０を所定量回転駆動し、開口部２２の周方向の位置を設定する。
【００２２】
このように、本実施形態の吸気装置１は、回転自在な円筒形状のサージタンク２０を有しており、各吸気管に連通する開口部２２の周方向の位置をエンジン回転数に応じて変えることにより、各吸気管５２の長さを可変に設定することができ、吸気慣性効果を利用してエンジンの各回転数におけるトルクの増加を図ることができる。
【００２３】
また、上述した吸気装置１は、サージタンク２０に隣接するように共鳴室５４を有しており、サージタンク２０に形成した開口部２３の形状と円筒部４０に形成した開口部６１の形状とを工夫することにより、具体的にはサージタンク２０を回転させたときに、これら２つの開口部２３、６１が重複する面積が変化するような形状に設定することにより、サージタンク２０の回転に応じて、すなわちエンジンの回転数に応じてサージタンク２０と共鳴室５４との間の連通部の断面積を変化させることができ、可変周波数型のレゾネータを実現することができる。
【００２４】
しかも、この連通部の断面積を可変する手段として、吸気管５２の長さを可変するサージタンク２０の回転動作を利用しているため、特別に駆動部を備える必要がなく、構造の簡略化が可能であり、また、２種類の駆動部を別々に備えて個別に制御を行う場合に比べて１つの駆動部７０を制御するだけであるため、制御が容易になる。なお、駆動部７０の制御は、エンジン回転数に応じて吸気管５２の長さが最適となるようにサージタンク２０の回転角を設定して行えばよい。また、各エンジン回転数に応じて、連通部の断面積が最適な値となるように、開口部２３、６１の形状を設定すればよい。
【００２５】
また、上述した吸気装置１は、サージタンク２０をハウジング５０に直接内包して保持するのではなく、その間に円筒部４０が介在している。この円筒部４０は、単純な構造を有しているため、単一部品として製造することができ、サージタンク２０を内包する内周面の高い寸法精度を確保することができる。また、複数の部品を溶着等によって接合した場合であっても、その内径面を切削することが容易であり、寸法精度を高くすることは容易である。したがって、この円筒部４０の内部にサージタンク２０を内挿して回転させた場合に、高い回転精度を確保することができる。
【００２６】
特に、円筒部４０の内周面であって各吸気管５２を区画する位置に、サージタンク２０の外周面にリング部材２５によるつば部を形成することにより、このつば部と円筒部４０の内周面との隙間をほとんどなくすことができ、各吸気管の間で充分な気密性を確保することができる。したがって、吸気慣性効果を充分に利用して各エンジン回転数におけるトルクの増加を図ることができ、低回転から高回転まで高出力を得ることが可能となる。
【００２７】
〔第２の実施形態〕
上述した第１の実施形態では、共鳴室５４をサージタンク２０の円筒面に隣接するように配置したが、サージタンク２０の底面部２７側に共鳴室を形成するようにしてもよい。
図７は、本発明を適用した第２の実施形態によるエンジンの吸気装置の構造を示す断面図である。図８は、図７に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。これらの図に示す吸気装置２は、上述した第１の実施形態の吸気装置１に対して、共鳴室５４を廃止して代わりにサージタンク２０の底面部２７側に共鳴室５４ａを形成した点が異なっており、この相違点に着目して説明する。
【００２８】
図７および図８に示すように、サージタンク２０の底面部２７に回転角によって径方向の長さが変化する開口部２３ａが形成されており、その外側に配置されたハウジング５０に所定の形状（例えば楕円形）の開口部６１ａが形成されている。また、この開口部６１ａが形成されたハウジング５０の外側には共鳴室５４ａが形成されている。
【００２９】
サージタンク２０がエンジン回転数に応じて回転すると、その一部である底面部２７も回転する。したがって、その回転角度によって開口部２３ａと開口部６１ａの重複面積が変化し、サージタンク２０と共鳴室５４との間の連通部の断面積を変化させることができ、上述した第１の実施形態の吸気装置１と同様に、可変周波数型のレゾネータを実現することができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、モータ７４を回転させて、歯車を介してサージタンク２０の回転軸２９に回転力を伝達するようにしたが、ステップモータ７６を用いて回転軸２９を直接回転駆動するようにしてもよい。あるいは、バキュームアクチュエータを用いて発生した直線的な駆動力を回転力に変換して用いるようにしてもよい。
【００３１】
また、上述した本実施形態の吸気装置１、２においては、直管状のサージタンク２０を用いるようにしたが、組み付け作業の容易性等を考えると、サージタンク２０の反モータ側端部を細く、モータ側端部を太くして、円筒面をいわゆるテーパ状に形成したり、多段構造に形成したりしてもよい。
また、上述した実施形態では、ハウジング５０に円筒部４０を接合し、その中にサージタンク２０を内挿するようにしたが、円筒部４０を備えずにハウジング５０に直接サージタンク２０を内挿するようにしてもよい。但し、この場合には、開口部６１が形成された円筒部４０がないため、共鳴室５４とサージタンク２０との間にハウジング５０あるいはその他の部材による壁面を形成し、この壁面に開口部６１を形成する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態によるエンジンの吸気装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】サージタンクの外周面の形状を示す図である。
【図４】円筒部を内包したハウジングの構造を示す図である。
【図５】サージタンクと共鳴室との間の連通部の断面積を説明するための図である。
【図６】吸気管の長さを変更した場合の吸気装置の断面図である。
【図７】第２の実施形態によるエンジンの吸気装置の構造を示す断面図である。
【図８】図７に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１  吸気装置
１０  通路
２０  サージタンク
２１、２２、２３、６１  開口部
４０  円筒部
５０  ハウジング
５２  吸気管
５４  共鳴室
７０  駆動部
【図１】
0003784157.tif 000002
【図２】
0003784157.tif 000003
【図３】
0003784157.tif 000004
【図４】
0003784157.tif 000005
【図５】
0003784157.tif 000006
【図６】
0003784157.tif 000007
【図７】
0003784157.tif 000008
【図８】
0003784157.tif 000009