JP2005076619A - 車両用エンジンの吸気音制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転２次成分の共鳴に伴う耳障りな音を抑制して、澄んだ回転４次成分の共鳴に伴う吸気音をエンジンの回転上昇に応じて再現し、快適でリニア感のある車内音を提供する。
【解決手段】４サイクルの４気筒エンジンＥにおいて、第２吸気ダクト１５内に設けられる可変バルブＶは、エンジンの回転数の増加と共に開度を大とする駆動手段によって駆動される一方、第２吸気ダクト１５は、最高回転数付近で回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長Ｌに設定する。可変バルブＶの開度を調節する駆動手段には、吸気マニホールド９の負圧を利用してアクチュエータ４１を駆動する制御と、エンジン回転数と可変バルブＶの開度との関係をマップ情報として収納するマップ情報格納部５３からの出力によりステップモータＭを駆動する制御とがある。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用エンジンの吸気音制御装置に関するものである。

自動車用内燃機関の吸気装置としては、下記特許文献１が知られている。これは、吸気口から吸入した空気をエアクリーナに導入する吸気ダクトを備えた自動車用内燃機関の吸気装置において、互いに異なる共鳴周波数を持つ複数の吸気ダクトを有し、内燃機関の高負荷時に複数の吸気ダクトで吸気音を発生させ、加速時にスポーツサウンドを得ようとするものである。

詳細には、上記互いに異なる共鳴周波数を持つ複数の吸気ダクトには夫々、所定の周波数帯域の音響を減衰するレゾネータが設けられると共に、１つの吸気ダクトは吸気口をカウルボックスに開口し、他の１つは吸気口をフェンダに開口させた構造を有している。そして、互いに異なる共鳴周波数は、これら吸気ダクトのダクト径とダクト長が異なったものとされることによって設定されている。

ところで、例えば、４サイクル４気筒エンジンの場合、実用エンジン回転領域で回転２次成分の共鳴に伴う吸気音と、回転４次成分の共鳴に伴う吸気音が発生する。ここで、回転２次成分の吸気音の波長は、回転４次成分の吸気音の波長の２倍である。即ち、回転２次成分の共鳴に伴う吸気音は極低周波で、車室内の乗員にとってはこもり音として聴こえ、耳障りな音である。
これに対し、回転４次成分の共鳴に伴う吸気音（車内音）は車室内の乗員にとって澄んだ音で心地よい。

したがって、回転２次成分の共鳴に伴う耳障りな吸気音（車内音）を抑え、回転４次成分の共鳴に伴う快適な吸気音（車内音）を得ることが望まれるが、上記、特許文献１に開示されている吸気装置は、ダクト径、ダクト長、及びダクト開口位置によって設定される吸気音のみを視点として音作りがなされ、回転２次成分の共鳴に伴う吸気音については考慮されていないので、乗員にとって耳障りな吸気音となってしまうという問題がある。

特開２０００−３０３９２５号公報

以上から本発明は、回転２次成分の共鳴に伴う耳障りな音を抑制して、澄んだ回転４次成分の共鳴に伴う吸気音をエンジンの回転上昇に応じて再現し、快適でリニア感のある車内音を提供することを課題とする。

本発明に関わるの第一の構成は、車両用エンジンのエアクリーナに第１吸気ダクトと第２吸気ダクトの２つの吸気ダクトが設けられ、第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのいずれか一方の通路内には可変バルブが設けられると共に、運転状態に応じて可変バルブを開作動させる車両用エンジンの吸気装置であって、エンジンが４サイクルの４気筒エンジンであり、可変バルブは、エンジンの回転数の増加と共に開度を大とする駆動手段によって駆動される一方、可変バルブが設けられる吸気ダクトは、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定されているものである。

第一の構成によれば、第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのうち可変バルブが設けられる吸気ダクトが回転４次成分の共鳴が１／２波長のダクト長に設定されている場合には、回転２次成分の吸気音は同ダクト長に対し１／４波長となるので共鳴しない。これは、回転２次成分の吸気音を波形として表した場合、一般に、山または谷の部分を腹、山と谷の中間部を節と称するが、吸気ダクトの吸気取り入れ開口が節とならず腹になってしまうので共鳴が起こらないという現象に因る。また、第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのうち可変バルブが設けられる吸気ダクトが回転４次成分の共鳴が３／２波長のダクト長に設定されている場合には、回転２次成分の吸気音は同ダクト長に対し３／４波長となるので、やはり吸気ダクトの吸気取り入れ開口が節とならず腹になってしまうので共鳴しない。つまり、可変バルブが設けられている一方の吸気ダクトは、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定されているので、耳障りな音の原因である回転２次成分の共鳴が起きず、澄んだ４次成分の共鳴に伴う吸気音（車内音）を作り出すことができる。

しかも、第1吸気ダクトまたは第２吸気ダクトに設けられる可変バルブは、エンジン回転数の増加と共に開度を大とする駆動手段によって駆動されるので、エンジン回転数の増加に応じて回転４次成分の音圧レベルを高めることができ、乗員は走り感に応じて快適でリニア感のある車内音を得ることできる。

本発明に関わる第二の構成は、駆動手段は、エンジン回転数が所定の高回転域の設定回転数に達すると、可変バルブを開き始めるように制御されるものである。

第二の構成によれば、駆動手段は、エンジン回転数が所定の高回転域の設定回転数に達すると、可変バルブを開き始めるように制御されるので、特に所定の高回転域での加速の際に、回転４次成分の音圧レベルが次第に高められ、乗員は加速感に応じて特定の周波数が強調された鮮明な車内音を得ることできる。

本発明に関わる第三の構成は、車両用エンジンのエアクリーナに第１吸気ダクトと第２吸気ダクトの２つの吸気ダクトが設けられ、第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのいずれか一方の通路内に可変バルブが設けられた車両用エンジンの吸気装置であって、エンジンが４サイクルの４気筒エンジンであり、可変バルブが設けられる吸気ダクトが、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定され、可変バルブを任意の開度に開閉する可変バルブ駆動部と、エンジン回転数の低回転域から高回転域までの上昇に対して吸気音の音圧を上昇させるべく、エンジン回転数に対する可変バルブの開度の特性を記憶する記憶部と、エンジン回転数の検出値に基づいて記憶部内の特性データから可変バルブの要求開度を求めて可変バルブ駆動部に制御信号を出力する制御部とを有するものである。

第三の構成によれば、第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのうち可変バルブが設けられる吸気ダクトが、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定されているので、耳障りな音の原因である回転２次成分の共鳴が起きず、澄んだ４次成分の共鳴に伴う吸気音（車内音）を作り出すことができる。これは第一の構成よる効果の説明と同様、第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのうち可変バルブが設けられる吸気ダクトが回転４次成分の共鳴が１／２波長のダクト長に設定されている場合には、回転２次成分の吸気音は同ダクト長に対し１／４波長となるので共鳴しない。これは、回転２次成分の吸気音を波形として表した場合、一般に、山または谷の部分を腹、山と谷の中間部を節と称するが、吸気ダクトの吸気取り入れ開口が節とならず腹になってしまうので共鳴が起こらないという現象に因る。また、第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのうち可変バルブが設けられる吸気ダクトが回転４次成分の共鳴が３／２波長のダクト長に設定されている場合も第一の構成よる効果の説明と同様であり、回転２次成分の吸気音は同ダクト長に対し３／４波長となるので、やはり吸気ダクトの吸気取り入れ開口が節とならず腹になってしまうので共鳴しない。つまり、可変バルブが設けられている吸気ダクトは、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定されているので、耳障りな音の原因である回転２次成分の共鳴が起きず、澄んだ４次成分の共鳴に伴う吸気音（車内音）を作り出すことができる。

また、第三の構成によれば、車両用エンジンの吸気音制御装置は、エンジン回転数に対する可変バルブの開度の特性を記憶する記憶部と、エンジン回転数の検出値に基づいて記憶部内の特性データから可変バルブの要求開度を求めて可変バルブ駆動部に制御信号を出力する制御部とを有している。したがって、可変バルブ駆動部は、エンジン回転数の低回転域から高回転域まで共鳴吸気音の音圧を次第に高めるように可変バルブ開度を制御するので、エンジンのほぼ全回転域で、快適でリニア感のある車内音を提供できる。

本発明に関わる第四の構成は、可変バルブが設けられる吸気ダクトの先端開口がエンジンルーム内のダッシュパネル前方部またはカウルボックス内の空間もしくはフェンダ内の空間に臨んで設けられているものである。

第四の構成によれば、可変バルブが設けられる吸気ダクトの先端開口がエンジンルーム内のダッシュパネル前方部またはカウルボックス内の空間もしくはフェンダ内の空間に臨んで設けられているので、回転４次成分の共鳴に伴う吸気音の車室内への放射をより強調でき、快適でリニア感のある車内音を提供できる。

以上により、本発明は、回転２次成分の共鳴に伴う耳障りな音を抑制して、澄んだ回転４次成分の共鳴に伴う吸気音をエンジンの回転上昇に応じて再現し、快適でリニア感のある車内音を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る自動車用エンジンの可変吸気装置を示す全体概略図である。

図１において、自動車１の前部にはエンジンルームＥＲが形成されており、エンジンルームＥＲには、４サイクル４気筒エンジンＥ（以下、エンジンＥと称す）が配設されている。エンジンＥは、車幅方向に４つの気筒が並ぶように横置きに設置され、各気筒には複数の吸気弁５と排気弁７とが備えられている。

各気筒の吸気弁５に向かっては、シリンダヘッドＨに吸気ポートＰが設けられており、シリンダヘッドＨにおける各吸気ポートＰの開口部（符号なし）には、空気を導き入れるための吸気マニホールド９の分岐管９ａが連結されている。

吸気マニホールド９の空気導入上流側は１本の管状とされ、エアクリーナボックス１１と連結されている。（なお、吸気マニホールド９は簡略して示され、サージタンクやスロットル弁などは図面上省略されている）

エアクリーナボックス１１は、略直方体形状に形成され、平面視で前面部１１ａと、後面部１１ｃと、側方面１１ｂと、吸気マニホールド９が連結される連結面部１１ｄとが設けられている。そしてエアクリーナボックス１１の内部にはフィルタエレメントＦが収納されている。また、エアクリーナボックス１１の前面部１１ａには、車両前方に向かう開口１３ａを有した第１吸気ダクト１３が連結されている。

さらに、第２吸気ダクト１５は、一端がエアクリーナボックス１１の後面部１１ｃに連結され、ウインドガラスＷの下部前方において車幅方向に延設されたカウルボックス２３の内部空間に他端の開口１５ａが臨むように配設されている。

なお、図１においては、３つの第２吸気ダクト１５、１７、１９を示しているが、そのうちの１つが採用されれば良い。

第２吸気ダクト１７は、一端がエアクリーナボックス１１の後面部１１ｃに連結され、エンジンルームＥＲと車室（不図示）とを仕切り、且つカウルボックス２３の下部において車幅方向に延びるダッシュパネル２１のエンジンルームＥＲ側の面の近傍、即ちエンジンルームＥＲ内のダッシュパネル２１前方に他端の開口１７ａが臨むように配設されているものである。

あるいはまた、第２吸気ダクト１９は、エアクリーナボックス１１の吸気マニホールド９が連結されている連結面部１１ｄと対面する側方面部１１ｂにその一端が連結され、エンジンルームＥＲの側方を覆うフロントフェンダパネル２５の車両内方部に形成された空間部２５ａに他端の開口１９ａが臨むように配設されているものである。

このように、第２吸気ダクトの開口１５ａ、１７ａ、１９ａは夫々、車室に近い位置に開口しているので、４次成分の共鳴に伴う吸気音の車室内への放射をより強調でき、快適でリニア感のある車内音を提供できる。

そして、これら第２吸気ダクト１５、１７、１９のエアクリーナボックス１１に近い位置には、夫々、吸気音の音圧レベルを変える可変バルブＶが設けられている。これについては、図２他で詳細に説明する。

以上、図１に基づいてエアクリーナボックス１１に連結された第１吸気ダクト１３と、第２吸気ダクト１５（又は１７、１９）と、吸気マニホールド９について説明したが、本発明の主旨からは、第１吸気ダクト１３と第２吸気ダクト１５（又は１７、１９）から導入された空気がフィルタエレメントＦを通過して吸気マニホールド９に流れる構造であれば良く、例えば、第１吸気ダクト１３と第２吸気ダクト１５（又は１７、１９）とはエアクリーナボックス１１の同じ面に連結されていても良い。

なお、第１吸気ダクト１３は、第２吸気ダクトに設けられているような可変バルブＶが備えられておらず、エンジンＥの運転時において常時、空気を導入するようにされているため、車両前方からの比較的低温な空気を導入できるよう、開口１３ａは車両前方部に設けられ、且つ車両前方にむかって開口していることが好ましい。

図２は、一例として第２吸気ダクト１５に設けられた可変バルブＶの開閉を制御する駆動手段を模式的に表した図で、詳細には、吸気マニホールド９内の負圧を利用して可変バルブＶの開閉を制御する構成を示している。

図２において、エアクリーナボックス１１の一面には、第１吸気ダクト１３と、第２吸気ダクト１５が連結されており、第２吸気ダクト１５内には開閉自在に制御される可変バルブＶが備えられている。

エアクリーナボックス１１内には、フィルタエレメントＦが設けられ、第１吸気ダクト１３と第２吸気ダクト１５とから導入された空気がフィルタエレメントＦを通して吸気マニホールド９に流れこむようになっており、吸気マニホールド９には、エンジンＥの各気筒燃焼室に吸入される空気量を調節するスロットル弁Ｓを備えるスロットルボディＳＢが設けられている。スロットル弁Ｓが開くと空気が白抜き矢印で示すように吸気マニホールド９内を通り、分岐管９ａ、吸気ポートＰ（図１参照）を経てエンジンＥの各気筒燃焼室に吸入される。

スロットルボディＳＢの下流部の吸気マニホールド９には、小径の開口（不図示）が形成されており、この小径の開口にバキュームチューブ３１が連結されている。

バキュームチューブ３１には、吸気マニホールド９側から、チェックバルブ３３、バキュームタンク３５、ソレノイドバルブ３７、及びオリフィス３９が順次介装され、末端はアクチュエータ４１に連結されている。

アクチュエータ４１には、周知のリンクアーム４１ａが設けられている。リンクアーム４１ａは、バキュームチューブ３１内の負圧に応じてアクチュエータ４１から出入り自在となっている。

一方、第２吸気ダクト１５に設けられた可変バルブＶには、シャフト部材Ｖｓが固定されており、このシャフト部材Ｖｓの先端は、リンクアーム４１ａを介してアクチュエータ４１に連結されている。

したがって、アクチュエータ４１の負圧による作動に応じて可変バルブＶは回動し、第２吸気ダクト１５の通路を開作動することができる。

バキュームチューブ３１の経路内に介装されているソレノイドバルブ３７は、制御装置４５によって開閉が制御されている。制御装置４５は、スロットル弁Ｓの開度が８０％以上になり、かつ、所定のエンジン回転数、例えば、５０００ｒｐｍに達するとソレノイドバルブ３７に対してこれを開状態にする信号を出すようになっている。即ち、自動車が加速状態にあって、エンジン回転数が５０００ｒｐｍを越えて上昇している状況下で、制御装置４５からの信号によってソレノイドバルブ３７が開くこととなる。

そして、ソレノイドバルブ３７とアクチュエータ４１との間のバキュームチューブ３１の経路内にはオリフィス３９が介装されているので、制御装置４５によってソレノイドバルブ３７が開状態になっても、オリフィス３９からアクチュエータ４１内は徐々にしか負圧状態にならない。したがって、可変バルブＶも徐々に回動し、第２吸気ダクト１５の通路面積をあたかもエンジン回転数の上昇に応じて開状態にするように再現することができる。

ここで、オリフィス３９の代わりにディレイバルブ３９を設けてアクチュエータ４１に至るバキュームチューブ３１内を徐々に負圧状態になるようにしても良い。

そして、可変バルブＶの開度を、所定のエンジン回転数（例えば、５０００ｒｐｍ）から開き始め、最高回転数（例えば、６０００ｒｐｍ）において、１００％の開度となるようにオリフィス、又はディレイバルブ３９、及びアクチュエータ４１を設定しておくと、エンジン回転数の上昇とともに吸気音の音圧も上昇していき、快適でリニア感のある吸気音（車内音）が得られる。

したがって、図２に示した最良の実施形態によれば、制御装置が負圧を利用するものであるため低コストであり、且つ快適でリニア感のある吸気音（車内音）を得ることができる。

以上のようにして可変バルブＶは第２吸気ダクト１５通路内を開閉するが、図３〜５を用いて第２吸気ダクト１５のダクト長について説明する。

図３において、（Ａ）は第２吸気ダクト１５のダクト長を、回転４次成分の共鳴が１／２λ（波長）で発生するように設定した場合の模式図、（Ｂ）は回転４次成分の共鳴が３／２λ（波長）で発生するように設定した場合の模式図を示している。

図３（Ａ）において、エアクリーナボックス１１には、第１吸気ダクト１３と第２吸気ダクト１５が連結されている。第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌは、回転４次成分の共鳴が１／２λで発生する長さに設定されている。したがって、第２吸気ダクト１５の通路内における回転４次成分の吸気音の定在波は、エアクリーナボックス１１に第２吸気ダクト１５が臨む開口に節（Ｘで示す）、第２吸気ダクト１５のダクト長の１／２の長さの部分に腹（Ｙで示す）、さらに第２吸気ダクト１５の他端の開口１５ａ（図１参照）に節Ｘが形成される。したがって回転４次成分の気柱共鳴現象が発生する。

一方、回転２次成分の吸気音は、その波長が回転４次成分の吸気音の波長の略２倍であるところから、このダクト長Ｌにおいて、エアクリーナボックス１１に第２吸気ダクト１５が臨む開口に節Ｘが、第２吸気ダクト１５の他端の開口１５ａに腹Ｙが形成される。即ち、回転２次成分の吸気音に対しては、ダクト長Ｌ＝１／４λでその気柱共鳴現象が発生しない。

また、図３（Ｂ）においても、エアクリーナボックス１１には、第１吸気ダクト１３と第２吸気ダクト１５が連結されている。第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌは、回転４次成分の共鳴が３／２λで発生する長さに設定されている。したがって、第２吸気ダクト１５の通路内における回転４次成分の吸気音の定在波は、エアクリーナボックス１１に第２吸気ダクト１５が臨む開口と、第２吸気ダクト１５の他端の開口１５ａに節Ｘが形成される。したがって回転４次成分の気柱共鳴現象が発生する。

一方、回転２次成分の吸気音は、その波長が回転４次成分の吸気音の波長の略２倍であるところから、回転４次成分の共鳴が３／２λで発生するダクト長Ｌにおいて、エアクリーナボックス１１に第２吸気ダクト１５が臨む開口に節Ｘが、第２吸気ダクト１５の他端の開口１５ａに腹Ｙが形成される。即ち、回転２次成分の吸気音に対しては、ダクト長Ｌ＝３／４λでその気柱共鳴現象が発生しない。

このように、第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌを、回転４次成分の共鳴が１／２λ、或いは３／２λで発生する長さに設定しておくと、回転４次成分の共鳴による澄んだ吸気音が車内音として得られ、低周波で耳障りな回転２次成分の吸気音は共鳴しないので、乗員にとって快適な車内音が得られる。

ここで第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌについて詳細に説明を加える。波長（λ）と、音速（Ｃ）と、共鳴周波数（ｆ）との間には、λ＝Ｃ／ｆの関係がある。また、共鳴周波数（ｆ）と、エンジン回転数（Ｎ）と、回転ｎ次成分の次数（ｎ）との間には、ｆ＝（Ｎ／６０（秒））・ｎの関係がある。

そして、Ｃ＝３４０ｍ／秒とし、例えば、エンジン最高回転数を６０００ｒｐｍの回転４次成分の波長λを求めると、λ＝３４０／（（６０００／６０）・４）＝０．８５ｍとなる。即ち、回転４次成分の共鳴が１／２λで発生する第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌは０．４２５ｍ、回転４次成分の共鳴が３／２λで発生する第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌは１．２７５ｍである。これらのダクト長Ｌは、自動車、とりわけ普通乗用車、小型乗用車等のエンジンルーム内で吸気管を取りまわすには適当な長さであり、好ましいものである。なお、本発明の技術的な考え方からすると、第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌを、回転４次成分の共鳴が５／２λで発生する長さに設定しても澄んだ回転４次成分の吸気音が提供できるが、この場合のダクト長Ｌは２．１２５ｍとなり、乗用車におけるエンジンルーム内での吸気管の取りまわしが困難である。但し、大型の車両への適用は可能と考えられる。

なお、不快で抑制したい共鳴吸気音が発生する場合は、図４に示すように、可変バルブＶからエアクリーナボックス１１の開口に至る第２吸気ダクトの長さＬａを、その不快で抑制したい共鳴吸気音の１／４λの長さに設定すれば、可変バルブＶからエアクリーナボックス１１の開口に至る第２吸気ダクト通路が閉塞管レゾネータとして作用し、共鳴を吸収、消音させることができる。

図５は、第２吸気ダクト１５のダクト長Ｌを、回転４次成分の共鳴が１λで発生する長さに設定した場合を示している。

これによると、第２吸気ダクト１５の通路内における回転４次成分の吸気音の定在波は、エアクリーナボックス１１に第２吸気ダクト１５が臨む開口と、第２吸気ダクト１５の他端の開口１５ａに節Ｘが形成されるので、回転４次成分の気柱共鳴現象が発生する。しかし、回転２次成分の吸気音の定在波も、エアクリーナボックス１１に第２吸気ダクト１５が臨む開口と、第２吸気ダクト１５の他端の開口１５ａに節Ｘが形成される。つまり回転２次成分の共鳴が１／２λで発生するダクト長Ｌとなってしまい、回転４次成分の共鳴による澄んだ吸気音と、低周波で耳障りな回転２次成分の吸気音とが混ざり合った不快な車室音となってしまうので好ましくない。

なお、上記の実施形態では、吸気マニホールド９の負圧を利用しオリフィス３９とアクチュエータ４１を用いて、可変バルブＶをエンジン回転数の上昇に応じて開くようにしたが、後述する別の実施形態に示すように、エンジン回転数の検出に基づいてステップモータを作動させ、これにより可変バルブＶをエンジン回転数の上昇に応じて開くようにしてもよい。

図６は、第２吸気ダクト１５に設けられた可変バルブＶの開閉を制御する別の実施形態を表し、詳細には、エンジン運転条件のマップを利用して可変バルブＶの開閉をモータ駆動により制御する構成を示すものである。図５に示す構成では、図２と同様に、エアクリーナボックス１１と、エアクリーナボックス１１の内部に設けられているフィルタエレメントＦと、エアクリーナボックス１１に連結されている第１吸気ダクト１３、並びに第２吸気ダクト１５が設けられている。なお、スロットル弁Ｓを含むスロットルボディＳＢは省略している。

第２吸気ダクト１５の通路内には可変バルブＶが設けられている。可変バルブＶは、例えば、ステップモータＭで回動可能とされ、第２吸気ダクト１５の通路をきめ細かく開閉するように制御される。

ステップモータＭによる可変バルブＶの開閉制御は、エンジン運転条件決定部５１と、エンジン運転条件決定部５１からの信号を受けてステップモータ（可変バルブ駆動部）Ｍの回動角度を制御するためのマップ情報を格納しているマップ情報格納部（記憶部）５３と、マップ情報格納部（記憶部）５３からの信号を受けてステップモータ（可変バルブ駆動部）Ｍに可変バルブＶの開度信号を出力する制御部５５とによって実行される。

エンジン運転条件決定部５１は、エンジン回転数、車速、スロットル弁開度、燃料噴射量、エンジン水温、吸入空気温度他、エンジンの運転状態を検知した信号が入力され、その時のエンジン運転条件のうち最適な条件を決定し、エンジンの制御を行うとともに、マップ情報格納部５３にエンジン回転数等のデータを出力する。また、回転数マップ情報格納部５３には、例えば、エンジン回転数と可変バルブＶの開度、ステップモータＭの回動角度との関係をマトリックスとするマップ情報が格納されている。

したがって、エンジン運転条件決定部５１に入力されたエンジン回転数の情報がマップ情報格納部５３に出力されると、そのマップ情報を参照して可変バルブＶの開度に想到するステップモータＭの回動角度が決定され、制御部５５にステップモータＭの回動角度の指示信号が出力され、制御部５５から回動角度を指示する制御信号がステップモータＭに出力される。そして最終的にステップモータＭは所定量の回動動作を実行し、これに対応するように可変バルブＶが所定の角度で第２吸気ダクト１５の通路を開く。

このように、エンジン運転条件を決定する、例えばエンジン回転数と、ステップモータＭの回動角度との関係に基づいて可変バルブＶの開度を決定するようにすると、エンジンの低回転から高回転のほぼ全領域できめ細かく制御でき、エンジン回転数の上昇とともにリニアに吸気音の音圧も上昇していき、快適でリニア感のある吸気音（車内音）が得られる。

なお、この図５のように、エンジン運転条件のマップにより可変バルブＶの開度を制御する実施の形態においても、第２吸気ダクト１５のダクト長は図３で示したように、回転４次成分の共鳴が１／２λ、或いは３／２λで発生する長さに設定されていれば快適でリニア感のある吸気音（車内音）が得られる。

次に、第２吸気ダクト１５に設けられた可変バルブＶの開閉制御を行った実施例について説明する。

本実施例１は、図２で示した負圧の利用による可変バルブＶの開閉制御を行ったものである。以下の説明における符号は図２と同じである。

実験方法としては、２０００ｃｃ、４サイクル４気筒エンジンを、図１で示したように搭載し、エンジン回転数を徐々に上げていき、第２吸気ダクトの開口部での回転４次成分の吸気音音圧レベルを計測した。第２吸気ダクトの開口はカウルボックス内に臨ませた構造の吸気装置を用い、第２吸気ダクトのダクト長は、回転４次成分の共鳴が３／２λで発生する長さに設定した。また、エンジン回転数が５０００ｒｐｍに達すると制御装置４５からソレノイドバルブ３７に開の指示信号が出力され可変バルブＶが開き始め、６０００ｒｐｍで可変バルブＶの開度が１００％になるようにオリフィス３９、アクチュエータ４１を設定した。

図７には、本実施例１における実験結果を示している。可変バルブＶの開度が０％、及び１００％のデータは比較例として示している。

図７によれば、可変バルブＶの開度を０％で固定した場合、エンジン回転数が４０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍにかけて回転４次成分の共鳴吸気音の音圧は徐々に上昇するが、５０００ｒｐｍ以上では余り上昇しないことが分かる。つまり、５０００ｒｐｍ以上では、エンジン回転数の上昇とともに共鳴吸気音の音圧は上昇して来ないために、快適な走行フィーリングが得られない。

一方、可変バルブＶの開度を１００％で固定した場合、エンジン回転数が約４０００ｒｐｍで大きな音圧が得られるが、これを過ぎると次第に音圧が低下していき、約５６００ｒｐｍを過ぎると再度音圧が上昇していくことが分かる。したがって、可変バルブＶの開度を１００％で固定した場合、エンジン回転数の上昇とともに回転４次成分の共鳴吸気音の音圧もリニアに上昇していくことはないので、快適な走行フィーリングが得られない。

これに対し、本実施例１のように吸気マニホールドの負圧を利用して可変バルブＶを制御した場合、エンジン回転数が５０００ｒｐｍに達すると、可変バルブＶが徐々に開かれ、６０００ｒｐｍのエンジン回転数において１００％の開度となり、これに応じて回転４次成分の共鳴吸気音の音圧もリニアに上昇している。

したがって、所定の高回転域での加速の際に、回転４次成分の音圧レベルが次第に高められ、乗員は加速感に応じて特定の周波数が強調された鮮明な車内音を得ることできる。

なお、本実施例１のように吸気マニホールドの負圧を利用して可変バルブＶを制御する構成においては、第２吸気ダクトは所定のエンジン回転数に達すると可変バルブＶが徐々に開かれるため、エンジン高回転領域において第１吸気ダクトと協働で吸入空気量を増加させることができる。

本実施例２は、図６で示したエンジン運転条件のマップを利用して可変バルブＶの開閉制御を行ったものである。以下の説明における符号は図６と同じである。

実験方法としては、実施例１と同様、２０００ｃｃ、４サイクル４気筒エンジンを、図１で示したように搭載し、エンジン回転数を徐々に上げていき、第２吸気ダクトの開口部での回転４次成分の吸気音音圧レベルを計測した。第２吸気ダクトの開口はカウルボックス内に臨ませた構造の吸気装置を用い、第２吸気ダクトのダクト長は、回転４次成分の共鳴が３／２λで発生する長さに設定した。

図６で説明したように、この可変バルブＶの開閉制御方法は、エンジン運転条件決定部５１に入力されたエンジン回転数の情報がマップ情報格納部５３に出力されると、そのマップ情報を参照してステップモータＭの回動角度が決定され、マップ情報格納部５３から制御部５５にステップモータＭの回動角度指示信号が出力され、さらに制御部５５からステップモータＭに回動角度を指示する制御信号が出力され、最終的にステップモータＭは所定量の回動動作を実行し、これに対応するように可変バルブＶが所定の角度で第２吸気ダクト１５の通路を開くものである。

本実験におけるマップ情報は、予め、可変バルブ開度０％〜１００％の間で５％毎に可変バルブＶの開度を固定して、エンジン回転数を１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍまで上昇させながら第２吸気ダクトの開口部における回転４次成分の共鳴吸気音の音圧を測定した。そしてエンジン回転数が１０００ｒｐｍの時に開度０％、６０００ｒｐｍの時に開度１００％をマップ情報としてマップ情報格納部５３に収納し、１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍの間では、エンジン回転数の上昇とともに音圧がリニアに上昇する可変バルブ開度をマップ情報としてマップ情報格納部５３に収納した。

また、マップ情報格納部５３には、可変バルブ開度に対応するステップモータＭの回動角度が参照されるようにし、マップ情報格納部５３から制御部５５を経てステップモータＭへ回動角度を指示する制御信号を出力するようにした。

図８には、本実施例２における実験結果を示している。なお、可変バルブ開度０％〜１００％のエンジン回転数と吸気ダクト開口部の音圧との関係の予備実験データ全てを示すと、グラフが読み難くなるため、可変バルブ開度が０％と１００％の場合のエンジン回転数と吸気ダクト開口部の音圧との関係の予備実験データのみを示している。なお、可変バルブ開度が０％と１００％の間において、可変バルブ開度と音圧との関係は、０％から５％に開度を大きくした場合が音圧の増加幅が最も大きく、５％から１０％、１０％から１５％へと開度が大きくなるにしたがって音圧の増加幅が小さくなるという傾向であった。また、予備実験結果では、０％と１００％のデータでも示されているように、エンジン回転数の上昇とともに音圧がリニアに上昇していないことが分かる。

一方、マップ情報を利用した場合、１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍまでリニアに音圧が上昇していることが分かる。これは、括弧内に可変バルブ開度を示しているが、エンジン回転数が１０００ｒｐｍでは可変バルブ開度が０％、２０００ｒｐｍでは５％、３０００ｒｐｍでは３０％、３４００ｒｐｍでは５％、５０００ｒｐｍでは１０％、６０００ｒｐｍでは１００％という、予め収納したマップ情報に基づいてステップモータＭが回動したことを示している。

したがって、１０００ｒｐｍの低回転域から６０００ｒｐｍの高回転域まで、エンジンのほぼ全回転域で、快適でリニア感のある車内音を提供できる。

なお、３０００ｒｐｍでは３０％、３４００ｒｐｍでは５％というように、エンジン回転数は上昇しても可変バルブ開度が小さくなると、吸入空気量が減少するかに思うが、第１吸気ダクトのみでも十分な吸入空気量を確保できるようにしておけば、エンジン出力等に問題は生じない。

本発明は、４サイクル４気筒エンジンについて、第２吸気ダクト内に設けられる可変バルブは、エンジンの回転数の増加と共に開度を大とする駆動手段によって駆動される一方、第２吸気ダクトは、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定されていることを特徴とするものであるが、４サイクル６気筒エンジンの場合、第２吸気ダクトは、回転６次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定されると、エンジンの回転数の増加と共に快適でリニア感のある回転６次成分の共鳴吸気音（車内音）が提供できる。

本発明に係る自動車用エンジンの可変吸気装置を示す全体概略図 吸気マニホールド内の負圧を利用して可変バルブの開閉を制御する構成を示す図 本発明に係る第２吸気ダクトのダクト長の設定を説明する図 閉塞管レゾネータの作用を示す図 第２吸気ダクトのダクト長を、回転４次成分の共鳴が１λで発生する長さに設定した場合の図 エンジン運転条件のマップを利用して可変バルブの開閉をモータ駆動により制御する構成を示す 実施例１の結果を示す図 実施例２の結果を示す図

符号の説明

９・・・吸気マニホールド
１１・・・エアクリーナボックス
１３・・・第１吸気ダクト
１５、１７、１９・・・第２吸気ダクト
１５ａ、１７ａ、１９ａ・・・第２吸気ダクトの開口
２１・・・ダッシュパネル
２３・・・カウルボックス
２５・・・フェンダパネル
３１・・・チェックバルブ
３７・・・ソレノイドバルブ
３９・・・オリフィス、又はディレイバルブ
４１・・・アクチュエータ
４５・・・ソレノイドバルブ制御装置
５１・・・エンジン運転条件決定部
５３・・・マップ情報格納部（記憶部）
５５・・・制御部
Ｅ・・・４サイクル４気筒エンジン
Ｍ・・・ステップモータ（可変バルブ駆動部）
Ｖ・・・可変バルブ
Ｓ・・・スロットル弁
ＳＢ・・・スロットルボディ

Claims (4)

1. 車両用エンジンのエアクリーナに第１吸気ダクトと第２吸気ダクトの２つの吸気ダクトが設けられ、前記第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのいずれか一方の通路内には可変バルブが設けられると共に、運転状態に応じて該可変バルブを開作動させる車両用エンジンの吸気装置であって、
   前記エンジンが４サイクルの４気筒エンジンであり、前記可変バルブは、前記エンジンの回転数の増加と共に開度を大とする駆動手段によって駆動される一方、
   前記可変バルブが設けられる吸気ダクトは、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定されていることを特徴とする車両用エンジンの吸気音制御装置。
2. 請求項１において、前記駆動手段は、エンジン回転数が所定の高回転域の設定回転数に達すると、前記可変バルブを開き始めるように制御されることを特徴とする車両用エンジンの吸気音制御装置。
3. 車両用エンジンのエアクリーナに第１吸気ダクトと第２吸気ダクトの２つの吸気ダクトが設けられ、前記第1吸気ダクトと第２吸気ダクトのいずれか一方の通路内に可変バルブが設けられた車両用エンジンの吸気装置であって、
   前記エンジンが４サイクルの４気筒エンジンであり、前記可変バルブが設けられる吸気ダクトが、回転４次成分の共鳴が１／２波長または３／２波長で発生するダクト長に設定され、
   前記可変バルブを任意の開度に開閉する可変バルブ駆動部と、
   エンジン回転数の低回転域から高回転域までの上昇に対して吸気音の音圧を上昇させるべく、エンジン回転数に対する可変バルブの開度の特性を記憶する記憶部と、
   エンジン回転数の検出値に基づいて前記記憶部内の特性データから可変バルブの要求開度を求めて前記可変バルブ駆動部に制御信号を出力する制御部とを有することを特徴とする車両用エンジンの吸気音制御装置。
4. 請求項１及至請求項３のいずれか一つにおいて、前記可変バルブが設けられる吸気ダクトの先端開口がエンジンルーム内のダッシュパネル前方部またはカウルボックス内の空間もしくはフェンダ内の空間に臨んで設けられていることを特徴とする車両用エンジンの吸気音制御装置。

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