【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、詳細には、エアクリーナの内部容積を実質的に可変として、共鳴過給効果による高い充填効率が得られるようにした自動車用エンジンの吸気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
共鳴過給効果を利用した内燃機関の吸気装置として次のものが知られている(下記特許文献1)。すなわち、エアクリーナの内部において、エアクリーナエレメント下流側の空間を隔壁により区画して、その一方の空間を容積室とし、この容積室外の空間とコレクタ部とを第1の吸気ダクトで接続する一方、容積室とコレクタ部とを第2の吸気ダクトで接続する。そして、前記隔壁に孔を形成して容積室内外を連通させ、この孔に第1の開閉弁を設置するとともに、第2の吸気ダクトの下流端に第2の開閉弁を設置し、これら第1及び第2の開閉弁の開閉の組み合わせを機関回転数に応じて切り換えるようにしたものである。
【0003】
【特許文献1】
特開平05−195793号公報(段落番号0013〜0015)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の共鳴過給吸気装置は、吸気ダクトの等価管長及び通路断面積を機関回転数に応じて適宜に切り換え、これら共鳴過給効果に関する条件双方を制御することができるようにしたものである。このため、運転領域全体に渡って充填効率の落ち込みを抑え、フラットなトルク特性を実現可能としているものの、本来の吸気ダクトに加えて第2の吸気ダクトを追加するとともに、複数の開閉弁を設置することが必要とされるので、部品点数が多くコストが嵩んでしまう。また、エアクリーナの内部を区画するための隔壁により吸入空気の円滑な流れが妨げられてしまう。
【0005】
本発明は、以上の実状に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で運転領域全体に渡って落ち込みの少ない充填効率が得られるようにした内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、エアクリーナにおいて、その内部をエアクリーナの上下流各側に接続されたダクト部分と連通する第1の空間と、吸入空気の流れから実質的に隔離された第2の空間とに区画するように可動板を設置するとともに、この可動板を駆動するためのアクチュエータを設置する。そして、このアクチュエータにより可動板を駆動して、第1の空間の容積を連続的に変化させる。
【0007】
このような構成によれば、エアクリーナの内部容積が連続して実質的に変化し、それに応じて共鳴同調点がシフトすることになるので、運転領域毎に共鳴過給効果が得られるようにして、充填効率の落ち込みを抑えることができる。また、可動板自体を移動させるようにしたことで、可動板が吸入空気の流れに対する妨げとならないので、出力性能を向上させることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る自動車用エンジン(以下「エンジン」という。)のエアクリーナ1の構成図である。
【0009】
エアクリーナ1は、エンジンに吸入される空気中のダストを除去するためのものであり、エンジンの吸気通路入口に設置される。エアクリーナ1の上下流各側にダクト部分としての吸気ダクト(ダストサイド吸気ダクト2、クリーンサイド吸気ダクト3)が互いに上下にオフセットして接続されるとともに、クリーンサイド吸気ダクト3に吸気マニホールドが接続されて、エンジンの吸気装置が構成される。従って、吸入空気は、ダストサイド吸気ダクト2からエアクリーナ1に流入し、後述するエアクリーナエレメントを通過後、クリーンサイド吸気ダクト3を介してエンジンに供給される。
【0010】
エアクリーナ1は、エアクリーナエレメントとしてのエアフィルタ11、エアクリーナの内部容積を実質的に変化させるための可動板12、及びこれらエアフィルタ11及び可動板12を内包した、吸入空気の通路を形成するエアクリーナケース13から構成される。エアクリーナ1の内部は、エアフィルタ11を境に、ダストサイド吸気ダクト2と連通するダストサイド空間Aと、クリーンサイド吸気ダクト3と連通するクリーンサイド空間Bとに区画されている。
【0011】
ダストサイド空間Aは、上面をエアフィルタ11により、それ以外の面をエアクリーナケース13により形成されている。一方、クリーンサイド空間Bは、底面の一部をエアフィルタ11により、底面の他の部分及び底面以外の面をエアフィルタケース13により形成されている。クリーンサイド空間Bを形成するこれらの壁面のうち、クリーンサイド吸気ダクト3が接続する前面は、ダストサイド空間Aを形成する前方壁面と同一平面内に形成されており、クリーンサイド吸気ダクト3が接続する前面と対向する後面は、ダストサイド空間Aを形成する後方壁面よりも後方に張り出している。エアクリーナケース13にこのようなエアクリーナ1の上流側に向けて張り出す張出し部131が形成されたことで、エアクリーナ1の内部は、エアフィルタ11を境に、エアフィルタ11を通過する流れに直交する断面が拡大されている。
【0012】
内部容積を調整するための可動板12は、長手方向の断面で弧状に湾曲する縦長の板状に形成されており、クリーンサイド空間Bに設置されて、その背部の空間(「第2の空間」に相当する。)B2を、ダストサイド及びクリーンサイドの各吸気ダクト2,3と連通する第1の空間B1から隔離している。そして、張出し部131の底面前端に近接して設置された軸14によりエアクリーナケース13に対して片持支持され、この軸14を中心として回転することが可能とされている。
【0013】
第1及び第2の空間B1,B2は、可動板12の中央に形成された前記貫通孔121により連通している。
エアクリーナ1の断面図である図2に示すように、可動板12の長さLは、軸14からクリーンサイド吸気ダクト3の開口部上端301までの距離にほぼ等しく(幅は、エアフィルタ11の幅にほぼ等しい。)、クリーンサイド空間Bを形成するエアクリーナケース上面の前方部分132は、吸入空気の流れに直交する軸14を中心として、Lよりも僅かに大きな半径で弧状に形成されている。可動板12は、その自由端122がクリーンサイド吸気ダクト3の開口部上端近傍にある第1の位置(この位置にある可動板を符号12aで示す。)と、自由端122が軸14の上方にある第2の位置(この位置にある可動板を符号12で示す。)との間で回転することが可能とされている。
【0014】
可動板12の位置は、軸14に取り付けられたアクチュエータとしてのステッピングモータアクチュエータ21により制御される。アクチュエータ21は、コントローラ31からの指令信号に基づいて作動する。コントローラ31には、エンジンの運転状態を検出する手段としてのクランク角センサ41からのエンジン回転数検出信号等が入力される。コントローラ31は、検出されたエンジン回転数NEに基づいてアクチュエータ21を制御する。
【0015】
次に、コントローラ31の動作を図3のフローチャートにより説明する。
S1では、エンジン回転数NEを読み込む。S2では、読み込んだNEに基づいて、その単位時間当たりの変化量である回転加速度δNを算出する。
【0016】
S3では、エンジン回転数NEがエンジンの低回転域及び中回転域の間のしきいを定める第1の所定回転数Naよりも低いか否かを判定する。Naよりも低いと判定したときは、S4に進み、可動板12を第2の位置(全開位置)に設定するためのアクチュエータ21の指令信号を発生する。Na以上であると判定したときは、S5へ進む。
【0017】
S5では、エンジン回転数NEが中回転域及び高回転域の間のしきいを定める第2の所定回転数Nbよりも低いか否かを判定する。Nbよりも低いと判定したときは、S6へ進み、S2で算出された回転加速度δNに応じた可動板12の開閉速度Rを設定する。開閉速度Rは、δNが大きな値であるときほど高く設定される。そして、S7では、可動弁12を第1及び第2の位置の間の位置(中間位置)に開閉速度Rで移動させるためのアクチュエータ21の指令信号を発生する。この中間位置は、エンジン回転数NEに応じて設定され、NEが高いときほど第1の位置寄りに設定される。
【0018】
エンジン回転数NEが第2の所定回転数Nb以上であると判定したときは、S8へ進み、可動板12を第1の位置(全閉位置)に設定するためのアクチュエータ21の指令信号を発生する。
【0019】
本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
第1に、エアクリーナ1の内部に設置した可動板12の位置をエンジン回転数NEに応じて切り換えて、吸入空気が流れる第1の空間B1の容積を変化させ、これにより共鳴同調点をシフトさせることができるようにした。このため、簡単な構成でありながら、エンジン回転数NEにより定められる運転領域毎に共鳴過給効果が得られるようにして、充填効率の落ち込みを抑えることができる。
【0020】
図4は、吸気装置にエアクリーナ1を備えるエンジンの出力特性A(実線)を示している。
エンジン回転数NEが第1の所定回転数Naよりも低い低回転域では、可動板12を第2の位置としての全開位置に設定し、第1の空間B1を拡張させることとした。このため、エアクリーナ1の内部容積が実質的に拡大され、共鳴過給効果が得られるので、内部容積が不変の一般的なエアクリーナを備えるエンジンの出力特性B(一点鎖線)と比較して、低回転域における充填効率を高めることができる。
【0021】
第1の所定回転数Naから第2の所定回転数Nbまでの中回転域では、エンジン回転数NEに応じて可動板12を倒すことで、第1の空間B1を縮小させることとした。このため、共鳴同調点が中回転側にシフトすることになり、中回転域でも共鳴過給効果が得られるようになるので、この領域における充填効率の落ち込みを抑えることができる。
【0022】
第2の所定回転数Nb以上の高回転域では、可動板12を第1の位置としての全閉位置に設定するとともに、可動板12の形状を最適化したことで、通気抵抗を減少させて充填効率を高めることができる。具体的には、可動板12を弧状に形成して、エアクリーナ1の内外方向に対して外向きに凸となるように配置するとともに、可動板12の長さを設定して、全閉位置でその自由端122がクリーンサイド吸気ダクト3の開口部上端近傍に位置するようにしたことで、通気抵抗が減少する。
【0023】
第2に、可動板12をクリーンサイド空間Bに設置したことで、ダストの付着による作動不良を防止することができる。
第3に、可動板12自体を移動させてエアクリーナ1の内部容積を拡大させるようにしたことで、可動板12が吸入空気の流れに対する妨げとならないので、充填効率を更に向上させることができる。また、エアクリーナ1の内部で吸入空気が一様に流れるようになるので、エアフィルタ11の全面を活用してダストを除去することができる。
【0024】
第4に、可動板12に貫通孔121を形成し、第1及び第2の空間B1,B2を連通させたことで、エンジン回転数NEの上昇とともに第2の空間B2が拡大し、エアクリーナ1がレゾネータとしても機能するようになる。このため、レゾネータを別に設置することなく、中及び高回転域における吸気騒音を低減することができる。貫通孔121は、第1及び第2の空間B1,B2を実質的に2室に区画するとともに、第2の空間B2をレゾネータとして機能させるのに必要な大きさ及び形状とし、具体的には、丸型の小孔であるとよい。
【0025】
第5に、ダストサイド吸気ダクト2とクリーンサイド吸気ダクト3とを互いにオフセットさせてエアクリーナ1に接続し、エアフィルタ11をこのオフセットの方向と交差させてこれらの吸気ダクト2,3の間に設置したので、比較的に小さなエアクリーナ1でありながら、エアフィルタ11の濾過面積を広く形成することができる。また、ダストサイド吸気ダクト2とクリーンサイド吸気ダクト3とがオフセットしたエアクリーナ1において、クリーンサイド空間Bをダストサイド吸気ダクト2に沿って膨出させる張出し部131を設け、この張出し部131に第2の空間B2を形成したので、高さを抑えたコンパクトなエアクリーナ1を構成することができる。
【0026】
以上では、モータアクチュエータ21により可動板12を回転させて、第1の空間B1の容積を変化させるものを例に説明した。しかしながら、他の実施形態に係る可動板は、直線運動をすることができるようにしたものであってよく、往復運動するアクチュエータのロッドによりこの可動板をエアクリーナ1の内外方向に移動させて、第1の空間B1の容積を変化させることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るエアクリーナの構成
【図2】同上エアクリーナの断面
【図3】コントローラの動作を示すフローチャート
【図4】本発明を適用したエンジンの出力特性
【符号の説明】
1…エアクリーナ、2…ダクト部分としてのダストサイド吸気ダクト、3…ダクト部分としてのクリーンサイド吸気ダクト、11…エアクリーナエレメントとしてのエアフィルタ、12…可動板、121…貫通孔、13…エアクリーナケース、14…軸、21…アクチュエータとしてのステッピングモータアクチュエータ、31…コントローラ、41…クランク角センサ、A…ダストサイド空間、B…クリーンサイド空間、B1…第1の空間、B2…第2の空間。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine, and more particularly, to an intake device for an automobile engine in which the internal volume of an air cleaner is substantially variable so as to obtain high filling efficiency by a resonance supercharging effect.
[0002]
[Prior art]
The following is known as an intake device for an internal combustion engine utilizing the resonance supercharging effect (Patent Document 1 below). That is, inside the air cleaner, the space on the downstream side of the air cleaner element is partitioned by a partition, and one of the spaces is defined as a volume chamber, and the space outside the volume chamber and the collector are connected by the first intake duct, while the volume is reduced. The chamber and the collector are connected by a second intake duct. A hole is formed in the partition wall to allow communication between the inside and outside of the volume chamber. A first opening / closing valve is installed in this hole, and a second opening / closing valve is installed at a downstream end of the second intake duct. The combination of opening and closing the first and second on-off valves is switched according to the engine speed.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-05-195793 (paragraphs 0013 to 0015)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described resonance supercharged intake device, the equivalent pipe length of the intake duct and the passage cross-sectional area are appropriately switched according to the engine speed, and both of these conditions relating to the resonance supercharge effect can be controlled. For this reason, a drop in charging efficiency is suppressed over the entire operation area, and flat torque characteristics can be realized. However, in addition to the original intake duct, a second intake duct is added, and a plurality of on-off valves are installed. Is required, the number of parts is large, and the cost is increased. Further, a smooth flow of intake air is hindered by a partition for partitioning the inside of the air cleaner.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an intake device for an internal combustion engine capable of obtaining a charging efficiency with a simple configuration and a small drop over the entire operation range. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, according to the present invention, in the air cleaner, the first space communicating the inside thereof with the duct portions connected to the upstream and downstream sides of the air cleaner, and the second space substantially isolated from the flow of the intake air are provided. The movable plate is installed so as to partition the movable plate, and an actuator for driving the movable plate is installed. Then, the movable plate is driven by the actuator to continuously change the volume of the first space.
[0007]
According to such a configuration, since the internal volume of the air cleaner changes substantially continuously and the resonance tuning point shifts accordingly, the resonance supercharging effect can be obtained for each operation region. In addition, a decrease in the filling efficiency can be suppressed. In addition, since the movable plate itself is moved, the movable plate does not hinder the flow of the intake air, so that the output performance can be improved.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an air cleaner 1 of an automobile engine (hereinafter, referred to as “engine”) according to an embodiment of the present invention.
[0009]
The air cleaner 1 is for removing dust in the air taken into the engine, and is installed at an inlet of an intake passage of the engine. An intake duct (a dust side intake duct 2, a clean side intake duct 3) as a duct portion is connected to each of the upstream and downstream sides of the air cleaner 1 so as to be vertically offset from each other, and an intake manifold is connected to the clean side intake duct 3. Thus, an intake device for the engine is configured. Therefore, the intake air flows into the air cleaner 1 from the dust side intake duct 2, passes through an air cleaner element described later, and is supplied to the engine via the clean side intake duct 3.
[0010]
The air cleaner 1 includes an air filter 11 as an air cleaner element, a movable plate 12 for substantially changing the internal volume of the air cleaner, and an air cleaner case including the air filter 11 and the movable plate 12 and forming a passage for intake air. 13. The interior of the air cleaner 1 is partitioned by an air filter 11 into a dust side space A communicating with the dust side intake duct 2 and a clean side space B communicating with the clean side intake duct 3.
[0011]
The dust side space A is formed by the air filter 11 on the upper surface and by the air cleaner case 13 on the other surface. On the other hand, the clean side space B is formed by the air filter 11 on a part of the bottom surface and by the air filter case 13 on the other part and the surface other than the bottom surface. Of these walls forming the clean side space B, the front surface to which the clean side intake duct 3 is connected is formed in the same plane as the front wall surface forming the dust side space A, and the clean side intake duct 3 is connected. The rear surface opposing the front surface that protrudes further rearward than the rear wall surface that forms the dust side space A. Since the overhanging portion 131 projecting toward the upstream side of the air cleaner 1 is formed in the air cleaner case 13, the inside of the air cleaner 1 is orthogonal to the flow passing through the air filter 11 with the air filter 11 as a boundary. The cross section is enlarged.
[0012]
The movable plate 12 for adjusting the internal volume is formed in a vertically long plate shape curved in an arc shape in a cross section in the longitudinal direction, is installed in the clean side space B, and has a space at the back (“second space”). B2) is isolated from the first space B1 communicating with the intake ducts 2 and 3 on the dust side and the clean side. The shaft 131 is provided at a position near the front end of the bottom surface of the overhang 131 and is cantilevered with respect to the air cleaner case 13. The shaft 14 can rotate about the shaft 14.
[0013]
The first and second spaces B1 and B2 communicate with each other through the through hole 121 formed in the center of the movable plate 12.
As shown in FIG. 2 which is a sectional view of the air cleaner 1, the length L of the movable plate 12 is substantially equal to the distance from the shaft 14 to the upper end 301 of the opening of the clean side intake duct 3 (the width of the air filter 11 is The front portion 132 of the upper surface of the air cleaner case forming the clean side space B is formed in an arc shape with a radius slightly larger than L about the axis 14 orthogonal to the flow of the intake air. . The movable plate 12 has a free end 122 at a first position near the upper end of the opening of the clean side intake duct 3 (the movable plate at this position is indicated by reference numeral 12a) and a free end 122 above the shaft 14. (A movable plate at this position is indicated by reference numeral 12).
[0014]
The position of the movable plate 12 is controlled by a stepping motor actuator 21 as an actuator attached to the shaft 14. The actuator 21 operates based on a command signal from the controller 31. The controller 31 receives an engine speed detection signal and the like from a crank angle sensor 41 as means for detecting the operating state of the engine. The controller 31 controls the actuator 21 based on the detected engine speed NE.
[0015]
Next, the operation of the controller 31 will be described with reference to the flowchart of FIG.
In S1, the engine speed NE is read. In S2, the rotational acceleration δN, which is the amount of change per unit time, is calculated based on the read NE.
[0016]
In S3, it is determined whether or not the engine speed NE is lower than a first predetermined speed Na that determines a threshold between a low engine speed range and a medium engine speed range. When it is determined that it is lower than Na, the process proceeds to S4, and a command signal for the actuator 21 for setting the movable plate 12 to the second position (fully open position) is generated. When it is determined that it is equal to or more than Na, the process proceeds to S5.
[0017]
In S5, it is determined whether or not the engine speed NE is lower than a second predetermined speed Nb that defines a threshold between the middle speed range and the high speed range. If it is determined that it is lower than Nb, the process proceeds to S6, where the opening / closing speed R of the movable plate 12 is set according to the rotational acceleration δN calculated in S2. The opening / closing speed R is set higher as δN has a larger value. In S7, a command signal for the actuator 21 for moving the movable valve 12 to a position (intermediate position) between the first and second positions at the opening / closing speed R is generated. The intermediate position is set in accordance with the engine speed NE, and is set closer to the first position as the NE increases.
[0018]
When it is determined that the engine speed NE is equal to or higher than the second predetermined speed Nb, the process proceeds to S8, and a command signal for the actuator 21 for setting the movable plate 12 to the first position (fully closed position) is generated. I do.
[0019]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
First, the position of the movable plate 12 installed inside the air cleaner 1 is switched according to the engine speed NE to change the volume of the first space B1 through which the intake air flows, thereby shifting the resonance tuning point. I was able to do it. For this reason, it is possible to obtain a resonance supercharging effect for each operation region determined by the engine speed NE, while suppressing the drop in the charging efficiency, with a simple configuration.
[0020]
FIG. 4 shows an output characteristic A (solid line) of an engine provided with the air cleaner 1 in the intake device.
In the low rotation range where the engine speed NE is lower than the first predetermined speed Na, the movable plate 12 is set to the fully open position as the second position, and the first space B1 is expanded. For this reason, the internal volume of the air cleaner 1 is substantially enlarged, and a resonance supercharging effect is obtained. Therefore, the output capacity B (dot-dash line) of an engine including a general air cleaner having an invariable internal volume is low. The filling efficiency in the rotation range can be increased.
[0021]
In the middle rotation range from the first predetermined rotation speed Na to the second predetermined rotation speed Nb, the first space B1 is reduced by tilting the movable plate 12 according to the engine rotation speed NE. For this reason, the resonance tuning point shifts to the middle rotation side, and the resonance supercharging effect can be obtained even in the middle rotation region, so that a drop in the charging efficiency in this region can be suppressed.
[0022]
In the high rotation range equal to or higher than the second predetermined rotation speed Nb, the movable plate 12 is set to the fully closed position as the first position, and the shape of the movable plate 12 is optimized to reduce the airflow resistance. Filling efficiency can be increased. Specifically, the movable plate 12 is formed in an arc shape, is arranged so as to protrude outward with respect to the inside and outside directions of the air cleaner 1, and the length of the movable plate 12 is set so that the movable plate 12 is fully closed. By arranging the free end 122 near the upper end of the opening of the clean side intake duct 3, the ventilation resistance is reduced.
[0023]
Secondly, since the movable plate 12 is installed in the clean side space B, it is possible to prevent malfunction due to dust adhesion.
Third, since the movable plate 12 itself is moved to increase the internal volume of the air cleaner 1, the movable plate 12 does not hinder the flow of the intake air, so that the charging efficiency can be further improved. Further, since the intake air flows uniformly inside the air cleaner 1, dust can be removed by utilizing the entire surface of the air filter 11.
[0024]
Fourth, by forming the through-hole 121 in the movable plate 12 and communicating the first and second spaces B1 and B2, the second space B2 expands as the engine speed NE increases, and the air cleaner 1 Will also function as a resonator. For this reason, the intake noise in the middle and high rotation regions can be reduced without separately installing a resonator. The through hole 121 divides the first and second spaces B1 and B2 into substantially two chambers, and has a size and a shape necessary to allow the second space B2 to function as a resonator. It is good to be a round small hole.
[0025]
Fifth, the dust side intake duct 2 and the clean side intake duct 3 are offset from each other and connected to the air cleaner 1, and the air filter 11 is installed between the intake ducts 2 and 3 so as to intersect the direction of this offset. As a result, the filtration area of the air filter 11 can be increased while the air cleaner 1 is relatively small. Further, in the air cleaner 1 in which the dust side intake duct 2 and the clean side intake duct 3 are offset from each other, an overhang portion 131 is provided for expanding the clean side space B along the dust side intake duct 2. Since the space B2 is formed, a compact air cleaner 1 having a reduced height can be configured.
[0026]
In the above, an example has been described in which the movable plate 12 is rotated by the motor actuator 21 to change the volume of the first space B1. However, the movable plate according to another embodiment may be capable of performing linear movement, and the movable plate is moved in and out of the air cleaner 1 by a rod of an actuator that reciprocates, and The volume of one space B1 may be changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration of an air cleaner according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the air cleaner. FIG. 3 is a flowchart showing an operation of a controller. FIG. 4 is an output characteristic of an engine to which the present invention is applied. ]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air cleaner, 2 ... Dust side intake duct as duct part, 3 ... Clean side intake duct as duct part, 11 ... Air filter as air cleaner element, 12 ... Movable plate, 121 ... Through hole, 13 ... Air cleaner case, 14: shaft, 21: stepping motor actuator as actuator, 31: controller, 41: crank angle sensor, A: dust side space, B: clean side space, B1: first space, B2: second space.