JP2007002681A - 吸気音制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気音に干渉させる制御音を発生する装置を簡素化する。
【解決手段】内燃機関の吸気経路に制御音発生手段を接続し、吸気音に制御音を干渉させて吸気音を制御する吸気音制御装置である。上記制御音発生手段は、一方の面が上記吸気配管２２に臨む平板状の弾性体８と、上記弾性体８の他方の面への圧力を調整することで上記制御音発生のための振動を上記弾性体に生じさせる圧力調整手段とからなる。上記圧力調整手段は、所定の圧力をもった流体が付与される流体通路１０を、上記弾性体８の他方の面に連通し、該流体通路１０からの流体の開放量を調整することで上記弾性体への圧力を調整する流量調整装置を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸気音に対し制御音を干渉させることにより、吸気音を消音したり所望の特性を持つ吸気音に調整したりする吸気音制御装置に関する。

従来の吸気音制御装置としては、例えば特許文献１に記載される装置がある。この装置は、吸気経路にスピーカを臨ませ、吸気音に干渉させるための制御音を、該スピーカによって発生させるというものである。
特開平５-２０９５６３号公報

吸気系にスピーカを設置するため、重量が嵩むと共にスピーカを配置するだけのスペースを確保する必要がある。
また、スピーカを用いるためコストが高くなる。さらに、スピーカを駆動するために、通常は信号増幅手段(アンプ)が必要であり、これにより、さらにコストが高くなると同時に、消費電力が大きくなり、それによって燃費性能を低下させるおそれもある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、制御音を発生する発生する装置を簡素化することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の吸気経路に制御音発生手段を接続し、吸気音に制御音を干渉させて吸気音を制御する吸気音制御装置において、
上記制御音発生手段は、一方の面が上記吸気経路に臨む平板状の弾性体と、上記弾性体の他方の面への圧力を調整することで上記制御音発生のための振動を上記弾性体に生じさせる圧力調整手段とからなり、
上記圧力調整手段は、所定の圧力をもった流体が付与される流体通路を、上記弾性体の他方の面に連通し、該流体通路からの流体の開放量を調整することで上記弾性体への圧力を調整することを特徴とするものである。

本発明によれば、スピーカを使用することなく、制御音を発生させるエネルギーとして、流体が付与される流体通路を利用することで、流量調整に要するエネルギーだけで制御音を発生させることができる。
また、流体通路を、既設の流路をバイパスして形成すれば、制御音発生のために要する消費電力を小さくすることができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に、内燃機関３０、内燃機関３０に接続する吸気経路を構成する吸気配管２２、そこに適用した吸気音制御装置その他の概略構成図を示す。
上記吸気音制御装置は、制御音発生部２、流体通路１０、流量調整装置３、および制御装置４を備える。

上記制御音発生部２は、図２に示すように、上下が開口した本体ケース９と、本体ケース９内を上下の室２Ａ、２Ｂに区画する平板状の弾性体８とからなる。弾性体８は、薄板状の可動板８ａが水平に配置され、その可動板８ａが支持バネ８ｂによって本体ケース９内に支持されて構成されることで、上記可動板８ａが面外方向（上下方向）に変位可能となっている。

上記流体通路１０は、上記吸気経路を形成する吸気配管２２をバイパスしたバイパス路によって形成され、上記制御音発生部２を設置する位置を挟んだ前後を連通する。その流体通路１０の途中に、流量調節弁からなる流量調整装置３が介装され、その流量調整装置３を境として、下流側（エンジン側）の負圧通路６と大気圧通路７とに分離され、負圧通路６に対し吸気配管２２から所定圧の流体が付与されることとなる。

そして、上記負圧通路６と吸気配管２２を接続するように上記制御音発生部２を配置する。つまり、本体ケース９の下室２Ａを負圧通路６に連通し、本体ケース９の上室２Ｂを吸気配管２２に連通する。これによって、上記弾性体８の上面が、吸気配管２２に臨むと共に、弾性体８の下面が、負圧通路６に連通する。これによって、流量調整装置３により流体通路１０から開放する流量を制御することで、負圧通路６の負圧つまり弾性体８の下面に掛かる圧が制御されて、当該弾性体８が面外方向（図では上下方向）に変位するように振動し、その振動による制御音が吸気配管２２内に伝達されて吸気音に干渉して、吸気音を消音したり所望の特性に変更したりする。

図３に本実施形態の流量調整装置３を示す。この装置では、弁棒３ａが電磁ソレノイド３ｂで変位して大気通路側のポートに形成した弁座３ｃの開口量を調整する。上記電磁ソレノイド３ｂは、制御装置４からの駆動信号によって駆動され、同電磁ソレノイド３ｂに対する印加電圧の有無に応じてオン／オフ作動する。すなわち、初期状態（オフ状態）では、不図示のバネによって弁棒３ａは閉じ方向に付勢されており、電磁ソレノイド３ｂのコイルに対して電圧が印加されて弁棒３ａがオン作動したときに、流体通路１０５と吸気配管２２とが連通されるようになる。このとき、制御音発生部２の下室２Ａからは、吸入空気の負圧によって空気が排出され、その容積が縮小するようになる。

このように、制御音発生部２の特性は、下室２Ａに対する空気の給排に基づきその容積を変更することで可変とされるようになる。本実施形態の制御音発生部２では、流量調整装置３をオン作動した状態に保持することで、下室２Ａ内の空気量は最小となり、流量調整装置３をオフ作動した状態に保持することで、下室２Ａ内の空気量は最大となる。このオン／オフ作動を連続的に行うことにより圧力変動を発生することが可能である。このように制御音発生部２の特性を、脈動の発生状態に応じて適宜可変とすることで、吸気音を所望の特性を持つ音に加工ための制御音を発生することができる。

つまり、流量調整装置３のオン時間およびオフ時間の比率を変えることにより、下室２Ａから吸引される空気量が変化するため、前述の比率を調整することにより任意の圧力変動を薄板状の弾性体８に発生することが可能である。
なお、流量調整装置３を構成する流量調節弁の構成はこれに限定されない。
また、クランク角センサからクランク角信号４０が制御装置４に出力される。ここで、吸入空気の脈動発生は、各気筒のシリンダ３３内部への空気流入が間欠的に発生することにより起こる。したがって、脈動の周波数成分は内燃機関３０の回転速度により変化し、その脈動の変動レベルは、例えば４気筒の内燃機関３０なら２次成分が最も大きくなる。発生する脈動の周波数は内燃機関３０に備えられるクランク角信号４０により把握することができる。また、脈動発生タイミングは吸気弁３１の開弁に同期するため、脈動の位相はクランク角信号４０により把握できる。

さらに、スロットルバルブ開度信号４１が制御装置４に供給される。スロットルバルブ２３の上流側における吸入空気の圧力変動レベルはスロットルバルブ２３の開弁率により変化するため、スロットルバルブ開度信号４１を参照することにより吸入空気の圧力変動レベルを把握可能である。
そして、制御装置４は、クランク角信号４０やスロットル開度信号４１その他の吸気に関する情報を入力し、入力情報に基づき吸気音に干渉させる制御音を演算し、その制御音とする駆動信号４２を生成して、上記電磁ソレノイド３ｂに出力する。

次に、上記制御装置４の処理（制御装置４による流量調整装置３の具体的な駆動制御手順）の例について説明する。
まず、制御装置４には、クランクシャフト３４に設けられた図示されてないロータの信号歯を検出し、そのパルス信号を出力する図示されていないクランク角センサの出力信号であるクランク角信号４０、及びスロットルバルブ２３の開度を検出しその開度に応じた電圧信号を出力するスロットルバルブ開度信号４１が入力される。

上記クランク角信号４０は、図４に示すように、クランクシャフト３４の回転角１０° ＣＡ間隔でパルスが存在し、クランクシャフト３４の回転位置を把握するために１８０°ＣＡ毎に歯抜けが設けられた信号であるため、この信号より内燃機関３０の回転速度Ｎｅ、クランクシャフト３４の回転位置が把握できる信号となっている。また、図４に示すスロットルバルブ開度信号４１は、吸気配管２２の経路上に設置されたスロットルバルブ２３の開度を検出し出力される信号であり、その特性は図５に示すように出力電圧が高いほどスロットルバルブ２３の開度が大きいことを示している。

そして、制御装置４は、このクランク角信号４０およびスロットルバルブ開度信号４１を用いて負圧切換弁駆動信号４２を生成、出力する。
これを図６に示すフローを参照して説明すると、所定サンプリング時間毎に、次の処理が行われ、まずＳＴＥＰ１０にて、クランク角信号４０、スロットルバルブ開度信号４１の信号を入力する。
次に、ＳＴＥＰＳ２０にて、クランク角信号４０のクランク回転角１８０° ＣＡ毎にある歯抜け部分を検出し、歯抜け後１パルス目の立下りを負圧切換弁駆動信号４２の位相基準とする。さらに歯抜け発生の周期を算出し、これより内燃機関３０の回転速度ＮＥを算出する。また、スロットルバルブ開度信号４１の電圧値Vsvを検知する。

次に、ＳＴＥＰＳ３０及び４０にて、上記内燃機関３０回転速度ＮＥとスロットルバルブ開度信号４１の電圧値Vsvを用いて、図７に示すような弁３のＤｕｔｙ比制御マッブおよび位相制御マップに基づき、Ｄｕｔｙ比と位相の値を選定する。本マップは内燃機関３０の回転速度ＮＥとスロットルバルブ開度信号４１の電圧値vsvの値を軸としたマップでそれぞれには流量調整装置３駆動信号４２の特性を決めるＤｕｔｙ比と前述の位相基準を基とした位相が記憶されており、これらの値に基づき流量調整装置３駆動信号４２を生成、出力する。

図４では、Ｄｕｔｙ比は（Ａ／Ｂ）、位相はＣとなる。
ここで、制御マップに記されるＤｕｔｙ比と位相は、評価点における吸入空気の脈動、または、この脈動を元に発生する放射音などの騒音について、図８のように（エンジン基本次数×Ｎ成分）は増音、その他の周波数成分は消音するように実験などにより求めた値を用いる。

上記評価点は、脈動の大きさを評価する場合は、内燃機関３０への空気の吸入経路上の任意の点、また騒音レベルの大きさを評価する場合は、吸気配管２２の空気取り入れ口２１の近接音や車室内の騒音レベルであり、内燃機関３０の回転速度ＮＥに応じて、つまりは脈動の発生周波数に応じて評価点を使い分けたり、複数の評価点を重み付けし、和をとったものを用いても良い。
また、上記説明では、上記制御装置４への入力信号してクランク角信号４０及びスロットル開度信号４１を例示しているがこれに限定されない。例えば、エアフローメータからの信号や負圧センサからの信号を使用しても良い。

エアフローメータは、内燃機関３０の制御のため吸気配管２２の経路上に設けられる。エアフローメータは、吸気配管２２に流入する空気量を逐次計測するものであるため、エアフローメータからの信号によって、脈動による流入空気量の変動も検知できる。よってこのエアフローメータの出力信号により、その場所における脈動の変動レベルおよび位相が把握可能である。
また、負圧センサは、内燃機関３０の制御のため吸入空気の経路上に設けられる。負圧センサは、流入空気の圧力を逐次計測するものであるから、脈動による流入空気の圧力変動も検知する。これによって、このセンサ出力によりその場所における脈動の変動レベルおよび位相が把握可能である。

次に、上記構成の作用・効果について説明する。
内燃機関３０の空気の吸入経路上に圧力発生装置２を設け、それによって発生する圧力の振幅、位相を、吸入空気の脈動、もしくはこれに起因する振動、騒音が所望の特性になるように調整することで、脈動により発生する吸気音による振動、騒音を所望の特性にすることが可能となる。
また、従来では、制御音発生のために重量物であるスピーカ及びそれに付随する装置が必要であったが、本実施形態では、重量が軽く、新たなマイクロフォン等の検出センサを用いず廉価であり、スピーカ、アンプ等を用いないため小さい消費電力で実現可能である、等の利点を有する。すなわち、制御音を発生させるエネルギーとして、既存の流路を流れる流体を利用するために、流量調整装置３の駆動に要するエネルギーだけで制御音を発生させることが出来る。

また、既設の流路として吸気配管２２を使用することで、加速時のみ流体の流れ、つまり加速時のみ弾性体８に負圧を付与して制御音を発生出来ることから、吸気音を聞かせたい加速時のみ音を発生させることが出来る。
また、上述のように、吸気音の周波数成分のうち、エンジン基本次数×Ｎ成分の音を強調して、他の周波数成分を打ち消すようにすると、加速時の吸気音を運転操作する運転者にとって心地よい音にすることが出来る。もっとも、発生する制御音は、これに限定されず、加工後の吸気音に応じて適宜制御すればよい。

また、上記制御音発生部２の設定位置を、車幅方向において、車両中心よりも運転者側に偏心して配置すると良い。この場合には、運転操作する運転者が、運転操作と吸気音との変化の関係を把握しやすくなるため、吸気音の効果を最もよく体感することができる。
ここで、本実施形態では、内燃機関３０によって発生する吸入負圧と大気圧との圧力差を用いて圧力発生装置２を駆動する方法を用いて説明したが、過給機による過給圧と大気圧の圧力差等を用いても構わない。

また、バイパスする既存の既存流路として吸気配管２２を使用する場合を例示したが、図９に示すように、ラジエータとラジエータポンプとを結ぶ流路、図１０に示すように、ステアリングラックとステアリングポンプとを結ぶ流路を、既存流路として使用し、それぞれをバイパスした場合においてもシステムの動作は同じである。
また、上記実施形態として、平板状の弾性として、可動板８ａとバネ８ｂからなるものを例示したが、弾性膜で構成しても良い。

また、流量調整装置３として流量調節弁を例示したが、圧力調節弁を使用して流体通路１０に付与されている流体の開放量を調整しても良い。
また、上記実施形態では、制御音発生部２を１つ用いた例で説明を行ったが、複数個設けても構わない。
また、流量調整装置３として電磁式の弁を用いているが、機械式の切換弁を用いても良い。
また、駆動信号４２を生成するために制御マップを用いる制御方法を示したが、他の制御方法で各信号を生成しても構わない。
また、吸気音制御装置１の制御装置４を個別に設置する場合を例示したが、内燃機関３０の制御装置等の別の制御装置内部に本制御プログラムを内蔵しても構わない。

本発明に基づく実施形態に係る吸気音制御装置の概略図である。 本発明に基づく実施形態に係る制御音発生部を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る流量調整装置を示す断面図である。 本発明に基づく実施形態に係る信号を時間波形図である。 本発明に基づく実施形態に係るスロットバルブの開度信号の特性図である。 本発明に基づく実施形態に係る制御装置の処理例を示す図である。 制御マップ例を示す図である。 吸気変動の変化例を示す図である。 吸気音制御装置の別の例を示す概要図である。 吸気音制御装置の別の例を示す概要図である。

符号の説明

２ 制御音発生部
２Ａ 下室
３ 流量調整装置
４ 制御装置
６ 負圧通路
７ 大気圧通路
８ 弾性体
８ａ 可動板
８ｂ 支持バネ
９ 本体ケース
１０ 流体通路
２２ 吸気配管（吸気経路）
３０ エンジン

Claims (8)

1. 内燃機関の吸気経路に制御音発生手段を接続し、吸気音に制御音を干渉させて吸気音を制御する吸気音制御装置において、
   上記制御音発生手段は、一方の面が上記吸気経路に臨む平板状の弾性体と、上記弾性体の他方の面への圧力を調整することで上記制御音発生のための振動を上記弾性体に生じさせる圧力調整手段とからなり、
   上記圧力調整手段は、所定の圧力をもった流体が付与される流体通路を、上記弾性体の他方の面に連通し、該流体通路からの流体の開放量を調整することで上記弾性体への圧力を調整することを特徴とする吸気音制御装置。
2. 上記流体通路に流量調整弁若しくは圧力調整弁を設け、その弁を調整することで上記流体の開放量を調整することを特徴とする請求項１に記載した吸気音制御装置。
3. 上記流体通路は、流体が流れる既設の既設流路をバイパスしてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した吸気音制御装置。
4. 上記既設流路は、上記吸気経路であることを特徴とする請求項３に記載した吸気音制御装置。
5. 上記既設流路は、ラジエータとラジエータポンプとを結ぶ流路であることを特徴とする請求項３に記載した吸気音制御装置。
6. 上記既設流路は、ステアリングラックとパワーステアリングポンプとを結ぶ流路であることを特徴とする請求項３に記載した吸気音制御装置。
7. 上記制御音は、吸気音の周波数成分のうち、エンジン基本次数×Ｎ成分の音を強調して、それ以外の周波数成分を打ち消すことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載した吸気音制御装置。
8. 上記弾性体は、車両幅方向において、車両幅方向中心よりも運転席側に配置することを特徴とした請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載した吸気音制御装置。

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