JPH0819885B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

エンジンの吸気装置

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JPH0819885B2
JPH0819885B2 JP63332568A JP33256888A JPH0819885B2 JP H0819885 B2 JPH0819885 B2 JP H0819885B2 JP 63332568 A JP63332568 A JP 63332568A JP 33256888 A JP33256888 A JP 33256888A JP H0819885 B2 JPH0819885 B2 JP H0819885B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエンジンの吸気装置に関するものであって、
とくに吸気脈動によって吸気通路内に惹起される共振波
を低減する共鳴器を設け、吸気騒音の低減と吸気充填効
率の向上とを図ったエンジンの吸気装置に関するもので
ある。
［従来の技術］ 一般にエンジンにおいては、吸気弁の開弁時に発生す
る吸気負圧によって吸気ポート近傍に吸気の周期的な圧
力変動、すなわち吸気脈動が発生する。例えば、各気筒
の独立吸気通路を集合するサージタンクを備えるととも
に、該サージタンクに吸気を導入する共通吸気通路を備
えた４気筒エンジンにおいては、サージタンクが吸気脈
動の発生源となり、このような吸気脈動によって吸気の
疎密波が発生し、この疎密波は共通吸気通路内を上流に
向かって音速で伝播し（以下、上流に向かって進行する
疎密波を入射波という）、共通吸気通路の上流側開口部
（以下、単に開口部という）で反射して、再び共通吸気
通路内を下流に向かってサージタンクまで伝播する（以
下、下流に向かって進行する疎密波を反射波という）。
なお、開口部は反射における自由端として作用するの
で、反射時には位相のずれが発生せず、入射波と反射波
とでは疎密が反転する。上記反射波は入射波と同一の波
長と振幅とを有し、かつ進行方向が反対であるので、よ
く知られているように、入射波と反射波とが干渉し合
い、共通吸気通路内には入・反射波と同一波長の定常波
が形成される。そして、共通吸気通路の経路長Ｌと定常
波の波長λとの間に、 Ｌ＝（2n＋１）λ/4 で表される関係が成立するときには、音圧に関してサー
ジタンク（吸気脈動発生源）を腹とする一方、開口部を
節として、共通吸気通路内の吸気が共振して、（0.5＋
ｎ）次の振幅の大きな定常波が形成され（以下、この定
常波を共振波という）、このとき開口部から大きな騒音
が発生するといった問題がある。
なお、経路長Ｌと波長λとの間に、 Ｌ＝2nλ/4 で表される関係が成立するときには、音圧に関してサー
ジタンクと開口部とを節として、共通吸気通路内の吸気
が共振して、ｎ次の振幅の大きな定常波が形成され、こ
のときにも開口部から大きな騒音が発生する。
そこで、このような吸気騒音を低減するために、共通
吸気通路には、開口部近傍において、共振波の音圧振動
の腹が形成される位置（通常はエアクリーナの上流）
に、サイドブランチ型あるいはヘルムホルツ型の共鳴式
消音器を設け、共通吸気通路内に惹起される共振波の音
圧振動を抑制して、吸気騒音を低減するようにした吸気
装置が提案されている（例えば、特開昭54−9316号公
報、特開昭61−190158号公報参照）。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、共通吸気通路内に発生する（0.5＋ｎ）次
の共振波は、下流側端部（サージタンクへの開口部）に
音圧の腹が形成されるので、音圧（吸気圧）の振動に伴
って、サージタンク内の吸気の圧力が大きな振幅で振動
する。そして、この吸気圧力の振動は、定常波の形成に
おける一般的原理により、吸気脈動発生源において発せ
られる疎密波が最低圧となった時点（吸気弁が開かれる
時点とほぼ同じ）から3/4周期経過した時点で最低圧力
となる。４気筒４サイクルエンジンにおいては、疎密波
の周期は、クランク角180°に相当するので、吸気弁開
弁後クランク角135°の時点、すなわち吸気行程末期で
サージタンク内の吸気圧が最低値となる。そして、通常
各気筒とサージタンクとの間の吸気通路長は比較的短い
ので、かかるサージタンク内の圧力変化は、実質的に時
間遅れなく各気筒に伝達される。このため、共通吸気通
路内で上記共振波が発生するような波長λに対応するエ
ンジンの回転領域では吸気の充填効率が低下し、出力ト
ルクが低下するといった問題が生じる。なお、上記した
ｎ次の共振波は、共通吸気通路の下流側端部（サージタ
ンク）が音圧の節となるので、サージタンク内に吸気圧
振動を惹起しない。
なお、吸気騒音を低減するために設けられる、上記従
来例のごとき共鳴式消音器は、共通吸気通路内の共振波
を低減するものである。したがって、理論上はかかる共
鳴式消音器の作用により、（0.5＋ｎ）次の共振波によ
ってサージタンク内に惹起される負圧も低減されるはず
であるが、上記共鳴式消音器は吸気騒音を低減するため
に共通吸気通路の上流側開口部近傍に配置されるので、
その共振波低減効果が、実質的にサージタンクにまで及
ばない。
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、吸気通路内に惹起される吸気の共振波に起因する
吸気騒音を有効に低減することができるとともに、かか
る共振波に起因する充填効率の低下を有効に防止してエ
ンジンの出力トルクを高めることができるエンジンの吸
気装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達するため、本願第１の発明は、夫々対
応する気筒に吸気を供給する各気筒毎の独立吸気通路
と、該独立吸気通路を上流側で集合させる集合部と、下
流端が上記集合部に接続され上流端が大気と連通する上
流吸気通路と、該上流吸気通路の途中に配置されるエア
クリーナとを備えているエンジンの吸気装置において、
疎密波によって上記上流吸気通路内に惹起される（0.5
＋ｎ）次（ｎは０以上の整数）の共振波の振幅を低減す
る共鳴器を、集合部直上流の上流吸気通路に設けたこと
を特徴とするエンジンの吸気装置を提供する。
また、本願第２の発明は、夫々対応する気筒に吸気を
供給する各気筒毎の独立吸気通路と、該独立吸気通路を
上流側で集合させる集合部と、下流端が上記集合部に接
続され上流端が大気と連通する上流吸気通路と、該上流
吸気通路の途中に配置されるエアクリーナとを備えてい
るエンジンの吸気装置において、疎密波によって上記上
流吸気通路内に惹起される（0.5＋ｎ）次（ｎは０以上
の整数）の共振波の振幅を低減する共鳴器を、集合部直
上流の上流吸気通路に設けるとともに、上記共鳴器によ
って振幅が低減される共振波の２倍の次数の共振波の振
幅を低減する消音器を設けたことを特徴とするエンジン
の吸気装置を提供する。
［発明の作用・効果］ 本願第１の発明によれば、集合部で発生する疎密波の
波長λと、上流吸気通路の経路長Ｌとの間に、 Ｌ＝（2n＋１）λ/4 （ｎ＝0,1,2,…） の関係が成立するようなエンジンの回転領域において、
上流吸気通路内に惹起される（0.5＋ｎ）次（ｎ＝0,1,
2,…）の共振波が、共鳴器によって惹起される共鳴波と
の干渉によって、振幅が大幅に低減される。このため、
上記共振波の音圧レベルが低くなり、上流吸気通路の上
流端開口部から発せられる吸気騒音を大幅に低減するこ
とができる。
さらに、音圧振動すなわち吸気圧力振動の腹となる集
合部での吸気の圧力振動の振幅が低減されるので、各気
筒の吸気行程末期において実質的に吸気圧の低下が生じ
ない。つまり、吸気圧が吸気脈動がない状態における吸
気圧に維持されるので、吸気の充填効率が高められ、エ
ンジンの出力トルクを高めることができる。また、この
ように１つの共鳴器を、騒音低減手段及びトルク向上手
段として兼用しているので、エンジンのコンパクト化を
図ることができる。
本願第２の発明によれば、まず上記本願第１の発明の
効果と同様の効果が得られる。ところで、一般に（0.5
＋ｎ）次の共振波の振幅を低減するように設定した共鳴
器は、該共振波の２倍の次数の共振波に対しては、逆に
その振動を促進し、したがって吸気騒音を増加させるこ
とになる（ただし、通常このような２倍の次数の共振波
は高回転領域で発生するので、常用運転領域では問題と
ならない）。ところが、（0.5＋ｎ）次の共振波の振幅
を低減するように設定した共鳴器に加えて、このような
２倍の次数の共振波の振幅を低減するように設定した消
音器を設けているので、このような２倍の次数の共振波
に起因する吸気騒音の発生を有効に防止することができ
る。したがって、エンジンの広い回転領域にわたって吸
気騒音を低減することができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
第１図と第２図とに示すように、第１〜第４気筒♯１
〜♯４を備えた４気筒エンジンCEに吸気を供給するため
に、吸気装置CKが設けられている。そして、吸気装置CK
に吸気を導入するために、上流側の開口部１で大気と連
通するフレッシュエアダクト２が設けられ、該フレッシ
ュエアダクト２の下流側端部は、吸気中の浮遊塵を除去
するエアクリーナ３のリヤ側側面に設けられた吸気流入
口3aに接続されている。エアクリーナ３の上面には、こ
れと隣接して吸気量を検出するエアフローメータ４が接
続され、該エアフローメータ４の吸気流出口4aには、ラ
バー等の可撓性材料で形成されたエアーインテークホー
ス５が接続されている。このエアインテークホース５の
下流側端部は、接続部材６を介して金属・プラスチック
等の硬質材料で形成されたインテークパイプ７に接続さ
れている。さらに、インテークパイプ７の下流側端部
は、アクセルペダル（図示せず）と連動して開閉される
スロットル弁（図示せず）を備えたスロットルボディ８
に接続され、このスロットルボディ８の下流側には、吸
気流量を安定化するためのサージタンク11が接続されて
いる。サージタンク11はエンジンCEの吸気側側方（第１
図では左側）に配置され、気筒配列方向に長手となる細
長い形状で所定の容積を有して形成され、その気筒配列
方向の長さはエンジンCEの全長とほぼ等しくなってい
る。そして、サージタンク11のエンジンCEと反対側（第
１図では左側）の側面壁には、各気筒♯１〜♯４に吸気
を供給するインテークマニホールド12の上流側端部が開
口しており、このインテークマニホールド12はサージタ
ンク11から分岐した後、下方に向かって湾曲しつつ伸長
方向を180°変え、サージタンク11の下側を通って各気
筒♯１〜♯４の吸気ポート14に接続されている。このよ
うな吸気装置CKにおいて、吸気は開口部１から下流側に
向かって順に、フレッシュエアーダクト２とエアクリー
ナ３とエアフローメータ４とエアインテークホース５と
インテークパイプ７とスロットルボディ８とを介してサ
ージタンク11内に流入するが、このように、開口部１か
らサージタンク11に至る吸気流通経路を以下では吸気通
路Ｋと総称する。
ところで、後で詳説するように、各気筒♯１〜♯４の
吸気弁（図示せず）が開弁される度に吸気ポート14に発
生する負圧によってサージタンク11内の吸気圧力が低下
し、これによってサージタンク11内の吸気が脈動して疎
密波が発生し、この疎密波と、該疎密波の開口部１から
の反射波との干渉によって、吸気通路Ｋ内には所定のエ
ンジン回転領域で共振波が惹起されるが、このような共
振波を低減するために、スロットルボディ８のすぐ上流
となる位置において、インテークパイプ７には、接続管
15を介してヘルムホルツ型の共鳴器16が接続されてい
る。また、後で詳説するように、上記共鳴器16によって
低減される共振波の２倍の次数の共振波を低減するため
に、エアクリーナ３上流の上記２倍次数の共振波の音圧
の腹が形成される位置において、フレッシュエアダクト
２には、サイドブランチ型の消音器17が接続されてい
る。
以下、上記共鳴器16と消音器17の機能について説明す
る。
第３図は、第１図に示す吸気装置CKを模型的に示した
ものである。第３図に示すように、吸気通路Ｋの経路長
Ｌは168cmである。そして、ヘルムホルツ型共鳴器16は
サージタンク11より上流側10cmの位置において、接続管
15を介して吸気通路Ｋ（インテークパイプ７）に接続さ
れている。この共鳴器16は1.5次の共振（第４図参照）
による160Hzの音を消音するように設定されている。ま
た、サイドブランチ型消音器17の全長は29cmであり、開
口部１より下流側29cmの位置において吸気通路Ｋ（フレ
ッシュエアダクト２）に接続されている。この消音器17
は３次の共振（第５図参照）による320Hzの音を消音す
るように設定されている。
そして、各気筒♯１〜♯４の吸気弁（図示せず）が開
かれる度に、吸気ポート14には負圧が発生するが、この
負圧は比較的経路長の短いインテークマニホールド12を
介して、極わずかな時間でサージタンク11内に伝わる。
このため、サージタンク11内では各気筒♯１〜♯４の吸
気弁（図示せず）が開かれる度に、吸気の圧力が低下し
て吸気脈動が惹起される。すなわちサージタンク11が吸
気脈動発生源となる。そして、この吸気脈動によって吸
気の疎密波が発生するが、本実施例のような４気筒４サ
イクルエンジンでは、上記疎密波の周波数ｆは、エンジ
ン回転数をＮとすれば ｆ＝2N…………………………式１ となる。そして、音速をｖとすれば、上記疎密波の波長
λは、 λ＝v/f………………………式２ となる。
この疎密波は吸気通路Ｋ内を上流に向かって音速ｖで
伝播し（以下、このように上流に向かって進行する疎密
波を入射波という）、大気と連通する開口部１で反射さ
れるが、大気は波動反射における自由端として作用する
ので、入射波は位相を変えずに反射される。なお、よく
知られているように、このとき入射波を反射波とは疎密
が反転する。そして、上記反射波は吸気通路Ｋ内を下流
に向かって音速でサージタンク11まで伝播する。このと
き、吸気通路Ｋ内には、入射波と反射波とが同時に存在
するが、入射波と反射波とは、振幅と波長がほぼ等しい
ので、互いに干渉し合って入射波（反射波）と等しい波
長λを有する定常波が形成される。このような定常波
は、通常は顕在化しないが、 Ｌ＝（2n＋１）λ/4…………式３ ただし、ｎ…０以上の任意の整数 Ｌ…吸気通路の経路長 λ…定常波の波長 の関係が成立するときには、音圧に関して吸気通路Ｋの
下流側端部（サージタンク11への開口部）を腹とする一
方、開口部１を節として、吸気通路Ｋ内の吸気は激しく
共振（共鳴）し、開口部１から外部に大きな吸気騒音が
発生する。そして、吸気通路長Ｌは一定であるので、ｎ
＝0,1,2…において、波長λが式３を成立させるような
値となるエンジン回転数Ｎにおいて、すべて共振波が発
生する。
したがって、異なる所定のエンジン回転数において複
数の共振波が発生することになるが、例えばｎ＝１のと
き、すなわち1.5次の共振波が発生する場合の共振波の
音圧特性は、第４図中の曲線G1で示すような形状とな
る。このような1.5次の共振波において、共鳴器16が設
けられていない場合には、吸気通路Ｋの下流側端部（サ
ージタンク11への開口部）に音圧振動（吸気圧振動）の
腹が形成されるので、吸気通路Ｋの下流側端部では、吸
気の圧力が第４図中の矢印ｄで示すように大きな振幅で
振動する。そして、このような音圧振動を吸気ポート14
の開閉タイミングと対比して考えると、ある気筒（例え
ば第１気筒♯１）において、吸気行程の末期（吸気弁が
開かれた後クランク角で135°近傍）に共振波の音圧
（吸気圧）が最小となる。したがって、この時点におい
てはサージタンク11内の吸気圧が低下するので、該気筒
（第１気筒♯１）の吸気充填効率が低下して、エンジン
CEの出力トルクが低下することになる。なお、このとき
吸気通路Ｋ内の吸気は共振しているので、開口部１から
は大きな吸気騒音が発生することはもちろんである。
上記のような充填効率の低下と吸気騒音の発生を防止
するために共鳴器16が設けられている。前記したよう
に、この共鳴器16はヘルムホルツ型であって、接続管15
ないし共鳴器16内に、サージタンク11内の吸気脈動に対
応して共鳴波（定常波）を発生させるものであるが、こ
の共鳴波の特性は、接続管15の管長と管径、あるいは共
鳴器16の容積を調節することによって、任意に設定する
ことができる。そこで、本実施例では、接続管15と共鳴
器16とを、吸気通路Ｋ内に発生する1.5次の共振波（160
Hz）が吸気通路Ｋの下流側端部に最小の音圧を発生させ
るタイミングで、接続管15の吸気通路Ｋとの連通部に最
大の音圧（正圧）を発生させるような共鳴波を惹起する
ような特性に設定している。そして、接続管15の吸気通
路Ｋとの連通部は、吸気通路Ｋの下流側端部に接近して
配置されているので、各気筒♯１〜♯４の吸気行程末期
には、吸気通路Ｋの下流側端部では、最小音圧となって
いる吸気通路Ｋ内の共振波と、最大音圧となっている共
鳴器16の共鳴波とが干渉し合い、ほぼ平均的な音圧、つ
まり共振が起こらない場合の吸気圧となる。したがっ
て、共鳴器16が設けられていない場合に発生するような
吸気行程末期におけるサージタンク11内の吸気圧の低下
が起こらない。このため、充填効率が高められエンジン
CEの出力トルクの向上が図られる。
なお、共鳴器16の接続管15を他の音圧の腹が形成され
る位置において吸気通路Ｋに接続しても、同様の効果が
得られるが、本実施例のように、接続管15をスロットル
ボディ８のすぐ上流、すなわちサージタンク11のすぐ上
流において吸気通路Ｋに接続すると、共鳴器16による共
振波の負圧打ち消し作用が非常に強くなる。
このような共鳴器16を設けた場合のエンジントルクの
エンジン回転数に対する特性の一例を第６図中の折れ線
H1で示す。同一のエンジンにおいて共鳴器を設けない場
合のエンジントルクのエンジン回転数に対する特性
（H2）に比べて、常用回転領域（3000〜4500rpm）にお
けるエンジントルクが大幅に向上している。
なお、本実施例では共鳴器16を、1.5次の共振波を低
減するような特性に設定しているが、これは通常1.5次
の共振波はエンジンCEの常用回転領域で発生するので、
このようにすることにより、もっとも使用頻度の高い通
常運転時のトルクアップと吸気騒音の低減とが図られる
からである。しかし、共鳴器16を1.5次の共振波を低減
するような特性ではなく、任意の（0.5＋ｎ）次の共振
波を低減するような特性に設定してもよいのはもちろん
である。
ところで、一般に前記のような共鳴器16を設けた場
合、吸気通路Ｋの（0.5＋ｎ）次の共振波は低減される
が、半面このような共振波の２倍の次数の共振波の振幅
が増幅される。そこで、本実施例では、1.5次の共振波
の２倍の次数、すなわち３次の共振波（320Hz）の振幅
を低減するサイドブランチ型の消音器17を設けている。
この消音器17は、第５図中の曲線G2で示すような、３次
の共振波の開口部１に最も近い音圧の腹が形成される位
置において、吸気通路Ｋに接続されている。この位置は
エアクリーナ３上流のフレッシュエアーダクト２の中央
部のやや下流となる（第１図参照）。このように、消音
器17が開口部１に最も近い音圧の腹が形成される位置に
接続されているので、これを他の音圧の腹が形成される
位置に接続する場合に比べて、消音器17の共振波打ち消
し作用が開口部１に最も強く作用し、開口部１からの吸
気騒音の発生をより有効に防止することができる。
第７図〜第10図に、共鳴器16を設けているが消音器17
は設けていない、排気量1600ccの４気筒エンジンの、開
口部１近傍のフレッシュエアダクト２から発生する吸気
騒音の音圧レベルを、共鳴器16と消音器17のいずれも設
けていない同種のエンジンの吸気騒音の音圧レベルと比
較して示す。ここにおいて、第７図は全騒音レベルの音
圧レベルを示しており、第８図，第９図，第10図は、夫
々、エンジン回転数に対する２次,4次,6次の周波数を有
する特定の部分的な騒音の音圧レベルを示している。第
７図から明らかなように、全騒音でみれば、本発明にか
かる共鳴器16を備えたエンジンでは、共鳴器を備えてい
ないエンジンに比べて、ほぼ全回転領域で音圧レベルが
低減されている。また、第８図と第９図と第10図とにお
いて、夫々、X,Y,Zで示すように、1.5次の共振による16
0Hzの周波数の音はとくに音圧レベルが低減されている
ことが分かる。しかしながら、第９図と第10図とにおい
て、夫々、Ｙ′,Z′で示すように、３次の共振による32
0Hzの周波数の音は、共鳴器16を設けることによって、
逆に音圧レベルが上昇している。前記したように、この
ような３次の共振による320Hzの音を消音するために消
音器17が設けられている。
第11図に、上記エンジンの吸気騒音の音圧レベルの周
波数特性を、エンジン回転数をパラメータとして示す。
第11図から明らかなように、本発明にかかる消音手段を
備えたエンジンでは、消音手段を設けていないエンジン
に比べて、どのエンジン回転数においても、ほぼ全周波
数域において、音圧レベルが低減されていることが分か
る。
以上、本発明によれば、吸気騒音の低減とエンジント
ルクの向上とが有効に図られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明にかかる吸気装置を備えた４気筒エン
ジンの平面説明図である。 第２図は、第１図に示すエンジンの正面説明図である。 第３図は、第１図に示す吸気装置の模式図であり、吸気
脈動による疎密波の伝播経路を示す。 第４図は、第３図に示す吸気通路内に惹起される1.5次
の共振波の振動を音圧で表した図である。 第５図は、第３図に示す吸気通路内に惹起される３次の
共振波の振動を音圧で表した図である。 第６図は、本発明にかかる共鳴器を備えたエンジンと、
かかる共鳴器を備えていないエンジンの、エンジントル
クのエンジン回転数に対する特性を示す図である。 第７図は、本発明にかかる消音手段を備えたエンジン
と、かかる消音手段を備えていないエンジンとについ
て、開口部近傍の吸気通路から発生する吸気騒音の音圧
レベルのエンジン回転数に対する特性を比較して示す図
である。 第８図〜第10図は、夫々、全吸気騒音中の、エンジン回
転数に対する２次,4次,6次の周波数を有する騒音成分に
ついて、音圧レベルのエンジン回転数に対する特性を示
した、第７図と同様の図である。 第11図は、本発明にかかる消音手段を備えたエンジン
と、かかる消音手段を備えていないエンジンとについ
て、吸気騒音の周波数特性をエンジン回転数をパラメー
タとして表した図である。 CE…エンジン、CK…吸気装置、Ｋ…吸気通路、♯１〜♯
４…第１〜第４気筒、１…開口部、２…フレッシュエア
ダクト、３…エアクリーナ、４…エアフローメータ、５
…エアインテークホース、６…接続部材、７…インテー
クパイプ、８…スロットルボディ、11…サージタンク、
12…インテークマニホールド、14…吸気ポート、15…接
続管、16…共鳴器、17…消音器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】夫々対応する気筒に吸気を供給する各気筒
    毎の独立吸気通路と、該独立吸気通路を上流側で集合さ
    せる集合部と、下流端が上記集合部に接続され上流端が
    大気と連通する上流吸気通路と、該上流吸気通路の途中
    に配置されるエアクリーナとを備えているエンジンの吸
    気装置において、 疎密波によって上記上流吸気通路内に惹起される（0.5
    ＋ｎ）次（ｎは０以上の整数）の共振波の振幅を低減す
    る共鳴器を、集合部直上流の上流吸気通路に設けたこと
    を特徴とするエンジンの吸気装置。
  2. 【請求項２】夫々対応する気筒に吸気を供給する各気筒
    毎の独立吸気通路と、該独立吸気通路を上流側で集合さ
    せる集合部と、下流端が上記集合部に接続され上流端が
    大気と連通する上流吸気通路と、該上流吸気通路の途中
    に配置されるエアクリーナとを備えているエンジンの吸
    気装置において、 疎密波によって上記上流吸気通路内に惹起される（0.5
    ＋ｎ）次（ｎは０以上の整数）の共振波の振幅を低減す
    る共鳴器を、集合部直上流の上流吸気通路に設けるとと
    もに、 上記共鳴器によって振幅が低減される共振波の２倍の次
    数の共振波の振幅を低減する消音器を設けたことを特徴
    とするエンジンの吸気装置。
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