JP2005337187A - 可変周波数消音システム - Google Patents

Abstract

【課題】 運転手を含めた乗員のその時々の気分によって、好みの吸気音（車室内音）を選択できる可変周波数消音システムの提供。
【解決手段】 車両用エンジン回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置２０と演算処理装置３０と可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０により回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する可変周波数消音システムであって、可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０が消音する周波数の制御を車室内の人が変更できるよう切換機能６０を備える、可変周波数消音システム１０。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用エンジンの回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置・演算処理装置・可変周波数共鳴型レゾネータ装置により回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する可変周波数消音システム（装置）に関する。

自動車のエンジンの吸気系には、レゾネータと呼ばれる共鳴型の消音器が装着される。レゾネータには、消音周波数が変化しない固定型レゾネータと、エンジン回転数、車両速度に応じて消音周波数を可変させる可変周波数レゾネータ（たとえば、特許文献１〜１２）とがあり、その目的は吸気騒音の低減である。
従来のレゾネータの目的が静粛性を重視した吸気騒音の低減（狙いの騒音レベル以下にすること）であるので、任意のエンジン回転数で騒音レベルを下げる場合、その回転数で最もレベルの大きい周波数成分を下げるように設定する。その結果、運転手を含めた乗員にとって静粛性は感じられる。

しかし、運転手を含めた乗員によっては、静粛性を好む人もいれば、エンジン回転数が高くなるにしたがって騒音が大きくなったり音が高くなるといった「運転をしている感じ」を好む人もいるし、一人の人でもその時々の気分によって好みが変化する。従来のレゾネータは、全ての人の好みに対応できるようになっていない。
特開２００１−５０１２７号公報 特開２００１−１２３９０２号公報 特開２０００−１５４７２５号公報 特開２０００−３３７２１９号公報 特開平１０−１０２６２１号公報 特開平１０−１５３１５２号公報 特開平７−２５９６７１号公報 特開平７−２９３３７７号公報 特開平１０−２９９４５１号公報 特開平８−１５８９６４号公報 特開平８−１０９８５７号公報 特開平８−８２２６０号公報

本発明が解決しようとする問題点は、運転手を含めた乗員の好みに対応できないことである。
本発明の目的は、運転手を含めた乗員のその時々の気分によって、好みの吸気音（車室内音）を選択できる可変周波数消音システムを提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 車両用エンジン回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置と演算処理装置と可変周波数共鳴型レゾネータ装置により回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する可変周波数消音システムであって、
前記可変周波数共鳴型レゾネータ装置が消音する周波数の制御を車室内の人が変更できるよう切換機能を備える、可変周波数消音システム。

上記（１）の可変周波数消音システムでは、切換機能を備えるので、不特定多数の人、あるいは一人の人のその時々の気分によって、好みの吸気音（たとえば、消音重視制御、エンジン回転数が高くなるにしたがって音が大きくなったり音が高くなったりする制御）を選択できる。

本発明実施例の可変周波数消音システム（装置）１０は、図１、図２に示すように、車両用エンジン回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置２０と演算処理装置３０と可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０によりエンジン回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する可変周波数消音システムであって、可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０が消音する周波数の制御を車室内の人が変更できるように切換機能６０を備える、可変周波数消音システムである。

可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０は、共鳴部４２と固定首壁４３と固定首壁４３に対して可動な周波数固定レゾネータ４４とを備える周波数可変レゾネータ４１と、周波数固定レゾネータ４４を駆動する駆動アクチュエータ（モーター）４５と、周波数固定レゾネータ４４の回転角を検出する回転角検出部４６とを、有する。

共鳴部４２は、エンジン吸気系の管路の途中に装着される。共鳴部４２は、図２に示すように、内部に共鳴室を有する。共鳴部４２の一壁には、エンジン吸気系とつながる開口４２ａが形成されている。開口４２ａは、図２、図３に示すように、中心Ｐを中心とする半円形状である。
固定首壁４３は、共鳴部４２内に位置する。固定首壁４３は、共鳴部４２に固定されている。固定首壁４３は、周波数可変レゾネータ４１の首部の一部を構成する。
固定首壁４３は、図３、図４に示すように、固定首壁Ａ４３ａと、固定首壁Ｂ４３ｂとを、有する。

固定首壁Ａ４３ａの形状は、中心Ｐを中心とする半円筒形状である。固定首壁Ａ４３ａは、開口４２ａの半径方向外側端（開口４２ａの円弧状の縁全体）に固定して設けられている。
固定首壁Ｂ４３ｂの形状は、平板形状である。固定首壁Ｂ４３ｂは、固定首壁Ａ４３ａと一体に形成されるか、または、固定首壁Ａ４３ａと別体に形成されて固定首壁Ａ４３ａに固定して取付けられる。固定首壁Ｂ４３ｂは、半円筒形状の固定首壁Ａ４３ａの周方向一辺から、固定首壁Ａ４３ａの半径方向に中心Ｐまで延びている。

周波数固定レゾネータ４４は、共鳴部４２内に位置する。周波数固定レゾネータ４４は、固定首壁４３に対して、中心Ｐまわりに回転動可能である。周波数固定レゾネータ４４は、図２に示すように、駆動アクチュエータ４５と、回動軸４５ａで結合している。周波数固定レゾネータ４４は、エンジン吸気系とつながる穴４４ａと、穴４４ａの縁から周波数固定レゾネータ４４内側に延びる延び部４４ｂを、有する。穴４４ａと延び部４４ｂとで、周波数固定レゾネータ４４の首部を構成する。周波数固定レゾネータ４４の、首部断面積と首部長さと共鳴室容積は、一定である。
周波数固定レゾネータ４４は、周波数可変レゾネータ４１の首部の一部を構成する。周波数固定レゾネータ４４と固定首壁４３とで、周波数可変レゾネータ４１の首部を構成する。

周波数固定レゾネータ４４は、図３、図５に示すように、円筒部４４ｃと、第１、第２の半円部４４ｄ、４４ｅと、平板部４４ｆとを、有する。
円筒部４４ｃは、中心Ｐを中心とする半円筒形状である。
第１の半円部４４ｄは、円筒部４４ｃの軸方向一端（開口４２ａ側端）に配置されている。第１の半円部４４ｄは、開口４２ａと同じ（ほぼ同じを含む）形状であり、中心Ｐを中心とする半円状である。第１の半円部４４ｄが開口４２ａと同じ形状であるので、周波数固定レゾネータ４４が中心Ｐまわりに回転する角度が増えるにつれて、開口４２ａの大きさが小さくなる。穴４４ａは、第１の半円部４４ｄに設けられている。
第２の半円部４４ｅは、円筒部４４ｃの軸方向他端に配置されている。第２の半円部４４ｅは、開口４２ａと同じ（またはほぼ同じ）形状であり、中心Ｐを中心とする半円状である。
平板部４４ｆは、円筒部４４ｃと第１の半円部４４ｄと第２の半円部４４ｅとで形成される空間の開口を塞ぐ。
円筒部４４ｃと第１の半円部４４ｄと第２の半円部４４ｅと平板部４４ｆとで囲まれる空間から、穴４４ａと延び部４４ｂとで構成される首部部分を除いた部分が、周波数固定レゾネータ４４の共鳴室である。

周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して図３の矢印方向に動くと、共鳴部４２の開口４２ａの大きさが変化する。そのため、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して動くと、周波数可変レゾネータ４１の首部断面積が変化する。

駆動アクチュエータ４５は、モーターからなる。モーターは、周波数固定レゾネータ４４を動かす。駆動アクチュエータ４５は、演算処理装置３０からの信号に基づいて、周波数固定レゾネータ４４を動かす。
回転角検出部４６は、周波数固定レゾネータ４４の回転角を検出しその信号を演算処理装置３０にフィードバックする。

切換機能６０は、車両の内装部材である図示略のインスツルメントパネル等に設けた図示略の切換スイッチ（ボタン）を有する。

ここで、本発明実施例の作用を説明する。
図１に示すように、回転数検出装置２０がエンジン５０の回転数を検出し、その信号を演算処理装置３０に送る。また、回転角検出部４６が周波数固定レゾネータ４４の回転角を検出しその信号を演算処理装置３０にフィードバックする。演算処理装置３０は、回転数検出装置２０からの信号に基づき周波数固定レゾネータ４４の回転角を決め、その角度と回転角検出部４６で検出された周波数固定レゾネータ４４の角度（移動前の角度）との差分を決め、駆動アクチュエータ４５をどれだけ動かすかを決める。駆動アクチュエータ４５（モーター）は、演算処理装置３０からの信号に基づいて回転する。モーターが回転することにより周波数固定レゾネータ４４が回動する。

周波数固定レゾネータ４４が回動し周波数固定レゾネータ４４の角度が狙い値まできたとき、演算処理装置３０がモーター停止信号を駆動アクチュエータ４５に出力し、その信号に基づいてモーターが止まる。モーターが止まるため周波数固定レゾネータ４４の回動が止まる。
周波数固定レゾネータ４４の角度が狙い値にあるとき、周波数可変レゾネータ４１は共振することで所望の騒音周波数を消音する。なお、消音される周波数以外のいずれかの周波数においては、反共振を起こし逆に音が大きくなる。
また、周波数固定レゾネータ４４の角度が狙い値にあるとき、周波数固定レゾネータ４４の穴４４ａが開口４２ａに重なっており、周波数固定レゾネータ４４は一定の周波数で発生する騒音を消音する。

図６は、ある自動車の吸気系に周波数可変レゾネータ４１を装着して、任意のエンジン回転数において、消音周波数をいくつか変更させて、そのときの吸気系騒音レベルの最大値と最小値（変化幅Ａ）を捉えたものである。すなわち、周波数固定レゾネータ４４の角度をある角度イに固定しそのときにエンジン回転数を変えてデータをとり、次いで周波数固定レゾネータ４４の角度をロに変更してそのときにエンジン回転数を変えてデータをとり、周波数固定レゾネータ４４の角度をハ、ニ、ホ、・・・と変更させてデータをることにより、吸気系騒音レベルの最大値と最小値（変化幅Ａ）を捉えたものである。
その結果、エンジン回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音することで、変化幅Ａ内で自由に騒音レベルを制御することが可能である。

この変化幅Ａ内でエンジン回転数のほぼ全域で吸気騒音の低減をはかれるようエンジン回転数に対する消音周波数（周波数固定レゾネータ４４の角度）を図７に示すように制御した。その結果、図８に示すように、エンジン回転数のほぼ全域で吸気騒音の低減を図ることができる（消音効果重視制御）。
また、変化幅Ａ内でエンジン回転数に比例して（エンジン回転数が高くなるにしたがって）、吸気騒音が直線的に大きくなるような吸気騒音の目標を定め（図９参照）、その目標に一致するようエンジン回転数に対する消音周波数（周波数固定レゾネータ４４の角度）を図１０に示すように制御した。その結果、図１１に示すように、エンジン回転数に対して比例して、吸気騒音が直線的またはほぼ直線的に大きくなるリニアな吸気音特性が得られる（リニア感効果重視制御）。

図１２は、ある自動車の吸気系に周波数可変レゾネータ４１を装着して、任意のエンジン回転数において、消音周波数をいくつか変更させて、そのときの吸気系騒音レベルにおける全体の騒音レベルに占める低い周波数の割合（割合値）の最大値と最小値（変化幅Ｂ）を捉えたものである。すなわち、周波数固定レゾネータ４４の角度をある角度ａに固定しそのときにエンジン回転数を変えてデータをとり、次いで周波数固定レゾネータ４４の角度をｂに変更してそのときにエンジン回転数を変えてデータを取り、周波数固定レゾネータ４４の角度をｃ、ｄ、ｅ、・・・と変更させてデータをとることにより、吸気系騒音レベルにおける全体の騒音レベルに占める低い周波数の割合の最大値と最小値（変化幅Ｂ）を捉えたものである。なお、「低い周波数」は、今回は、０Ｈｚより大で３００Ｈｚ以下としている。
その結果、エンジン回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音することで、変化幅Ｂ内で自由に割合を制御することが可能である。
この変化幅Ｂ内でエンジン回転数に比例して（エンジン回転数が高くなるにしたがって）、低い周波数の割合が直線的に小さくなるように目標を定め（図１３参照）、その目標に一致するようエンジン回転数に対する消音周波数（周波数固定レゾネータ４４の角度）を図１４に示すように制御した。
その結果、図１５に示すように、エンジン回転数に対して比例して、低い周波数の割合が直線的またはほぼ直線的に小さくなるような特性が得られる（音色効果重視制御）。

上記に示すように、可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０が消音する周波数の制御（消音効果重視制御、リニア感効果重視制御、音色効果重視制御）が異なることで、いろいろな吸気音を作ることができる。この制御の切換を車室内の人が変更できるよう切換機能６０を備える。
切換機能６０を備えているので、不特定多数の人、あるいは一人の人のその時々の気分によって、好みの吸気音（静粛性あるいは運転している感じ等のいろいろな吸気音（車室内音））が選択可能となる。

図３に示すように、可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０が周波数固定レゾネータ４４を有するので、エンジン回転数とは無関係に常に一定の周波数で発生する騒音（気柱共鳴）を周波数固定レゾネータ４４で消音できる。また、周波数固定レゾネータ４４と固定首壁４３とで周波数可変レゾネータ４１の首部を構成するので、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して動くことによりエンジン回転数と同期し周波数が変化する騒音（回転次数成分）を消音できる。したがって、２つの周波数を同時に消音することができる。

消音周波数と音速と首部長さと容積と首部断面積との関係は、（ａ）式で表される。
ｆ＝（ｃ／２π）｛Ｓ／（Ｌ・Ｖ）｝^１／２・・・・・（ａ）
ただし、
ｆ（Ｈｚ）：消音周波数
ｃ：音速
Ｌ：首部長さ
Ｖ：容積
Ｓ：首部断面積
である。
本発明実施例では、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して動くと、固定首壁４３が共鳴部４２内で囲むスペースに周波数固定レゾネータ４４が入り込む量が変化する。そのため、周波数可変レゾネータ４１の首部断面積が小さくなるにつれて（大きくなるにつれて）、周波数可変レゾネータ４１の共鳴部４２の容積は逆に大きくなる（小さくなる）。すなわち、上記（ａ）式の右辺の分子が小さくなるにつれて（大きくなるにつれて）、上記（ａ）式の右辺の分母が逆に大きくなる（小さくなる）。したがって、首部断面積だけあるいは容積だけを可変とする場合に比べて、消音周波数の可変幅が大きく、所望の消音周波数に素早く応答することができる。

周波数固定レゾネータ４４を移動させることで周波数可変レゾネータ４１の首部断面積と容積を変更できるので、首部断面積と容積の２つで消音周波数を変えることができる。そのため、首部断面積、首部長さ、容積のいずれか１つのみで消音周波数を変える場合に比べて、消音周波数の可変幅が大きい。消音周波数の可変幅が大きいので、周波数固定レゾネータ４４を移動させる量が少なくても消音周波数の可変幅が大きく、モーターを回転させるだけで所望の消音周波数に素早く応答することができる。
また、周波数固定レゾネータ４４を回動させることで首部断面積と容積を変えることができるので、複数個の首部形状は不要である。そのため、複数個の首部形状を持つ場合に比べて、省スペース化をはかることができる。

本発明実施例の可変周波数消音システムのブロック図である。 本発明実施例の可変周波数消音システムの透視斜視図である。 本発明実施例の可変周波数消音システムの、共鳴部の開口と固定首壁と周波数固定レゾネータとを示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例の可変周波数消音システムの、共鳴部の開口と固定首壁を示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例の可変周波数消音システムの、周波数固定レゾネータを示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例の可変周波数消音システムの、任意のエンジン回転数において、消音周波数をいくつか可変させて、その時の吸気音騒音レベルの最大値と最小値（変化幅）を捉えた、騒音レベル対エンジン回転数のグラフである。 エンジン回転数のほぼ全域で吸気騒音を低減できるようエンジン回転数と消音周波数を制御したときの、消音周波数対エンジン回転数のグラフである。 図７に示すように制御したときの、騒音レベル対エンジン回転数のグラフである。 図６に示す変化幅内でエンジン回転数に比例して吸気騒音が直線的に大きくなるような吸気騒音の目標を定めた、騒音レベル対エンジン回転数のグラフである。 図９の目標に一致するようエンジン回転数と消音周波数を制御したときの、消音周波数対エンジン回転数のグラフである。 図１０に示すように制御したときの、騒音レベル対エンジン回転数のグラフである。 本発明実施例の可変周波数消音システムの、任意のエンジン回転数において、消音周波数をいくつか変更させて、その時の吸気音騒音レベルにおける全体の騒音レベルに占める低い周波数の割合の最大値と最小値（変化幅）を捉えた、騒音レベル対エンジン回転数のグラフである。 図１２に示す変化幅内でエンジン回転数に比例して低い周波数の割合が直線的に小さくなるような割合値の目標を定めた、割合値対エンジン回転数のグラフである。 図１３の目標に一致するようエンジン回転数と消音周波数を制御したときの、消音周波数対エンジン回転数のグラフである。 図１４に示すように制御したときの、割合値対エンジン回転数のグラフである。

符号の説明

１０ 可変周波数消音システム
２０ 回転数検出装置
３０ 演算処理装置
４０ 可変周波数共鳴型レゾネータ装置
４１ 周波数可変レゾネータ
４２ 共鳴部
４２ａ 共鳴部の開口
４３ 固定首壁
４４ 周波数固定レゾネータ
４４ａ 周波数固定レゾネータの穴
４４ｂ 周波数固定レゾネータの延び部
４５ 駆動アクチュエータ
４６ 回転角検出部
５０ エンジン
６０ 切換機能
0

Claims (1)

1. 車両用エンジン回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置と演算処理装置と可変周波数共鳴型レゾネータ装置により回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する可変周波数消音システムであって、
   前記可変周波数共鳴型レゾネータ装置が消音する周波数の制御を車室内の人が変更できるよう切換機能を備える、可変周波数消音システム。

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