JP2007231930A - エアクリーナボックス及び吸気音制御装置及び吸気音制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース、省エネルギーで制御音を発生可能な吸気音制御装置等を提供する。
【解決手段】吸気音に干渉する制御音を発生するスピーカ装置１１を、エアクリーナボックス２内部に配置し、該エアクリーナボックス２内部の吸気音に、該エアクリーナボックス２内部で発生させた制御音を干渉させる。これによりスピーカの小型化や省電力化が図られ、即ち、省スペース省エネルギーな吸気音制御装置等を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明はエアクリーナボックス及び吸気音制御装置及び吸気音制御方法に関する。

近年、自動車等の吸気音が持つ周波数成分のうち、人が心地よいと感じる周波数成分を乗員のみに積極的に聞かせ、スポーティなサウンドを演出する試みがなされている。
そのような装置としては、特許文献１に示すものが挙げられる。この技術では、吸気音に干渉する制御音をスピーカから吸気経路に放射することで、吸気音の所望の周波数成分を増幅している。
特開平５−２０９５６３号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すように吸気音を調節するのに必要な音響パワーを確保するためには、スピーカのサイズを大きくしなければならないため、レイアウト上成立しにくいという問題がある。また、大電力が必要であり、これを得るためバッテリやオルタネータの容量を大きくしなければならない。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、省スペース、省エネルギーで制御音を発生可能な吸気音制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、エンジンの吸気経路中に配置されたエアクリーナボックス内部の吸気音に、エアクリーナボックス内部で発生させた制御音を干渉させることを特徴とする。

本発明によれば、閉空間であるエアクリーナボックス内部で制御音を発生することにより制御音が増幅されるので、制御音の出力低減が可能である。これによりスピーカの小型化や省電力化が図られ、即ち、省スペース省エネルギーな吸気音制御装置を提供できる。

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。
（吸気経路について）
まず、本実施形態の吸気音制御装置が適用される吸気経路について説明する。
図１に示すように、吸気ダクト４は、一端の外気導入口４ａが外気に開放され、他端部がエンジン３の各シリンダに連通している。吸気ダクト４の途中には、エアクリーナボックス２が介装されており、即ち、吸気ダクト４とエアクリーナボックス２とで吸気経路を構成している。そして吸気は、エアクリーナボックス２内部を通過することで清浄化された状態でエンジン３に供給される。エンジン３は、吸気動作に伴い、吸気ダクト４内に存在する気体に吸気脈動を発生させる加振源となり、吸気脈動が吸気音の音源となる。この吸気脈動は、吸気ダクト４内に存在する気体に発生する圧力変動であり、複数の周波数の吸気脈動から構成される。

（吸気音制御装置の構成について）
次に、上記吸気経路に適用される吸気音制御装置の構成について説明する。
本実施形態に係る吸気音制御装置は、エアクリーナボックス２内部に配置されるスピーカ装置１１と、導波管１３と、センサマイク１５と、コントローラ１４と、を備えて構成される。
エアクリーナボックス２は、上記のように吸気経路の途中に設けられ、外気導入口４ａ側で吸気ダクト４に接続する吸気入口２ａから吸気が内部に流入し、吸気出口２ｂからエンジン３側で接続する吸気ダクト４に吸気が流出する。即ち、吸気入口２ａと吸気出口２ｂとは、吸気経路としての貫通孔を形成する。一方、エアクリーナボックス２内部において、上記吸気脈動はエンジン３側から外気導入口４ａ側に向かって伝播する。エアクリーナボックス２内部には、上記吸気経路の途中にエアフィルタ２１が設けられており、吸気がこれを通過することで清浄化される。以下、エアフィルタ２１を境にエンジン３側の空間をクリーンサイド、外気導入口４ａ側の空間をダストサイドと呼ぶ。このエアフィルタ２１の種類は本発明の適用において特に限定されず、例えば、従来から使用されているオイルバスタイプ、乾式ペーパータイプ、湿式ペーパータイプのいずれを使用している場合にも、本発明を適用可能である。

スピーカ装置１１は、コントローラ（後述する）１４から入力する電気信号を増幅するアンプ部と、アンプ部から入力する電気信号を音波に変換し、制御音として放射するスピーカ部と、を備える。このスピーカ部の構成（発音原理等）は、音波を発生及び放射できれば本発明において特に限定されず、例えば動電型、電磁型、圧電型及び静電型の各種スピーカを用いることができる。なお、本実施形態では、スピーカ装置１１は、装置外部のバッテリ又はオルタネータ（図示せず）にケーブルを介して接続して必要な電力を受ける。

そして、本実施形態において、スピーカ装置１１は、エアクリーナボックス２内部のダストサイドに、スピーカ部の音響放射口（スピーカ面）を外気導入口４ａに向けた状態で配置されている。
上記スピーカ装置１１のスピーカ部が、本発明の音響変換器に相当する。
導波管１３は、エアクリーナボックス２に設けられた貫通孔１２を介して一端がエアクリーナボックス２内部に連通し、そこから車室に向けて延び、他端（以下、「車室側端部」という。）１３ａが車室に向けて開口している。尚、貫通孔１２は、吸気経路としての貫通孔とは別に設けられた孔である。

センサマイク１５は、導波管１３の車室側端部１３ａ近傍に配されて、車室側端部１３ａから放射される制御吸気音を捕捉し、コントローラ１４に出力する。ここで、制御吸気音は、制御音を干渉させることで制御された状態の吸気音である。
コントローラ１４は、マイクロコンピュータ、必要なインターフェース回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、記憶媒体（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）等で構成され、エアクリーナボックス２の外部に設けられる。コントローラ１４には、センサマイク１５とエンジン制御用コントロールユニット（ＥＣＵ）９とスピーカ装置１１とが信号線を介して夫々接続しており、センサマイク１５から制御吸気音の信号（発生信号Ｓ１）が入力するとともに、ＥＣＵ９からクランク角信号Ｓ２及びエンジン負荷信号Ｓ３が入力する。

ここで、クランク角信号Ｓ２は、エンジン３の回転数の情報を得るための信号である。吸気脈動はエンジンのシリンダ内部に吸気が間欠的に流入することにより起こるので、その周波数は、エンジンの回転速度に応じたものとなる。例えば、４気筒のエンジンであれば回転２次成分の音圧レベルが最も大きくなる。また、脈動発生タイミングは吸気弁の開弁に同期するため、脈動の位相も、クランク角信号に相関する。

また、エンジン負荷信号Ｓ３は、スロットルバルブ開度の値や吸気の負圧の値などから換算されるものである。このエンジン負荷が高いほど、例えばスロットルバルブ開度が大きいほど、吸気の圧力変動レベルは大きくなるため、吸気の圧力変動レベル、すなわち吸気脈動の振幅はエンジン負荷信号に相関する。
コントローラ１４は、入力したクランク角信号Ｓ２及びエンジン負荷信号Ｓ３に基づき、吸気音に干渉させる制御音を演算し、当該制御音を発生させる制御信号Ｓｉｗをスピーカ装置１１に出力する。具体的には、吸気音に含まれる特定の周波数成分と同一周波数で同相の制御音を発生させて当該周波数成分の吸気音を増音し、他の特定の周波数成分と同一周波数で逆相の制御音を発生させて当該周波数成分の吸気音を消音する。

なお、本実施形態では、さらにセンサマイク１５から入力した制御吸気音に基づいて、目標制御吸気音と実際に発生している制御吸気音とを比較し、相違が発生している場合には、発生させる制御音を補正するフィードバック処理も行っている。
以上のコントローラ１４の処理の例について、図２、図３及び図６のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図２で示すフローチャートの処理は、例えば１０ｍｓｅｃ程度に設定された所定サンプリング時間ΔＴ毎にタイマ割込によって実行される。なお、このフローチャートでは、特に通信のためのステップを設けていないが、演算処理によって得られた結果が随時記憶装置に更新記憶されるとともに、必要な情報やプログラムは随時記憶装置から読み込まれる。

図２に示す処理では、ステップＳ２で制御信号生成処理を行い、次いでステップＳ４に移行してフィードバック処理を行なう。制御信号生成処理は、図３に示すように、ステップＳ１０でクランク角信号Ｓ２（今回クランク角信号Ｓ２）、エンジン負荷信号Ｓ３（今回エンジン負荷信号Ｓ３）を読み込む。次いでステップＳ１２に移行し、今回読み込んだ今回クランク角信号Ｓ２と、前回読み込んだ前回クランク角信号Ｓ２ｚとを比較し、今回クランク角信号Ｓ２と前回クランク角信号Ｓ２ｚとが同一値であるときにはステップＳ１４に移行し、今回クランク角信号Ｓ２と前回クランク角信号Ｓ２ｚとが同一値でないときにはステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１４では、今回読み込んだ今回エンジン負荷信号Ｓ３と、前回読み込んだ前回エンジン負荷信号Ｓ３ｚとを比較し、今回エンジン負荷信号Ｓ３と前回エンジン負荷信号Ｓ３ｚとが同一値であるときには制御信号生成処理を終了してメインプログラムに復帰し、今回エンジン負荷信号Ｓ３と前回エンジン負荷信号Ｓ３ｚとが同一値でないときにはステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６では、図４で示すマップに基づいて制御音の位相Ｐを演算する。なお、図４のマップ情報は、今回読み込んだクランク角信号Ｓ２及びエンジン負荷信号Ｓ３と、これに対応して発生させる制御音の位相と、の関係を定めたものであり、予め記憶媒体に記憶させたものである。次いでステップＳ１８に移行し、図５で示すマップに基づいて制御音の振幅Ａを演算する。なお、図５のマップ情報は、今回読み込んだクランク角信号Ｓ２及びエンジン負荷信号Ｓ３と、これに対応して発生させる振幅と、の関係を定めたものであり、予め記憶媒体に記憶させたものである。これらマップ情報は、目標吸気制御音を発生させる制御音について、実験などにより求めた値を用いる。

次いでステップＳ２０に移行し、演算した位相Ｐと同一位相の制御音をスピーカ装置１１で発生させるための制御信号Ｓｉｗを演算する。次いでステップＳ２２に移行し、演算した制御信号Ｓｉｗをスピーカ装置１１に出力する。次いでステップＳ２４に移行し、今回クランク角信号Ｓ２を前回クランク角信号Ｓ２ｚとし、今回エンジン負荷信号Ｓ３を前回エンジン負荷信号Ｓ３ｚとしてからメインプログラムに復帰する。

一方、図２で示したフィードバック処理は、図６に示す処理を行なう。すなわち、先ず、ステップＳ３０において、センサマイク１５で捕捉したスピーカ装置１１で発生している現在発生している発生信号Ｓ１を読み込む。次いでステップＳ３２に移行し、発生信号Ｓ１から現在発生している制御吸気音を解析する。
次いでステップＳ３４に移行し、現在発生している吸気制御音と目標制御吸気音を比較し、現在の制御吸気音と目標制御吸気音とが一致している場合には、フィードバック処理を終了してメインプログラムに復帰する。現在の制御吸気音と制御吸気音とが一致していない場合、例えば位相ずれが生じたり音圧レベルが所望の値になっていない場合には、ステップＳ３６に移行する。ステップＳ３６では、現在発生している制御吸気音と制御吸気音の位相及び振幅のずれ量に基づいて、図４の制御音の位相Ｐを演算するマップ情報、図５の制御音の振幅Ａを演算するマップ情報を補正する。

（本実施形態の作用及び効果について）
次に、上記構成の作用及び効果について説明する。
エンジン３が駆動すると、エンジン３の吸気動作に伴って吸気脈動が発生し、吸気ダクト４中の気体に伝播する。
エンジン３の駆動により回転数の変化を検出したコントローラ１４は、吸気脈動に対応する制御信号をスピーカ装置１１に出力し、スピーカ装置１１はこれに基づきエアクリーナボックス２内で制御音を放射する。制御音は、エアクリーナボックス２内で吸気音に干渉する。従って、当該干渉領域からは、吸気音が、制御音により増音又は消音された制御吸気音として、導波管１３及び吸気ダクト４内を伝播し、それぞれ車室側端部１３ａ及び外気導入口４ａから放射される。このとき、閉空間であるエアクリーナボックス２内部で制御音が増幅されるので、制御音の出力低減が可能となり、スピーカ装置１１の小型化や省電力化が図られる。また、制御吸気音は、それぞれ異なる伝達特性の導波管１３及び吸気ダクト４を介して車室内に伝播されるため、一方の伝達特性では伝播しにくい制御吸気音も他方の経路で車室内に伝播され得る。

導波管１３の車室側端部１３ａから放射される制御吸気音（所定次数比成分）とエンジン回転数の関係を図７のグラフに示す。グラフ中、ａは本実施形態のマップ情報に従って制御音を発生させた場合、ｂはスピーカ装置１１から制御音を発生させなかった場合、ｃは吸気音と同相の制御音をスピーカ装置１１から発生させた場合、ｄは吸気音と逆相の制御音を発生させた場合について示している。グラフに示すように、ｂの吸気音のみの場合と比較し、同相の制御音を発生させた場合は増音され、逆相の制御音を発生させた場合は消音されている。本実施形態では、制御音の同相・逆相の別及び振幅を調整し、エンジン回転数の上昇に従って音圧レベルの上昇する制御吸気音を発生させることで、加速感のあるスポーティなサウンドを演出している。

また、本実施形態では導波管１３を設け、車室に向かって近接位置から制御吸気音を放射させているので、吸気音の伝達効率が高い。このため、吸気音をそれほど大きく増音しなくても、車室に伝播される吸気音のレベルを大きくすることができる。従って、スピーカ装置１１の容量を小さくできるので、消費エネルギーを低減でき、またスピーカ装置１１のサイズを縮小できるので、エアクリーナボックス２内に配置する際のレイアウト要件も満たしやすい。また、導波管１３を設けることで制御吸気音の音圧レベルをそれほど大きくしなくてもよいので、外気導入口４ａから放射される吸気制御音のレベルを小さくでき、実現性が高い。

なお、導波管１３は本発明において必須の構成要素ではなく、導波管１３を設けずにエアクリーナボックス２に設けた貫通孔１２から制御吸気音を放射させてもよい。この場合であっても、車両のグリルに近く車外に音が伝達されやすい外気導入口４ａからの放射音を小さくし、車外騒音が減少するという効果を生じる。
以上本実施形態について説明したが、本発明の適用は上記実施形態に限定されない。

（本発明の変形例について）
例えば、図１ではスピーカ装置１１をダストサイドに配置したが、クリーンサイドにスピーカ装置１１を配置することもできる。図８では、エアクリーナボックス２は、クリーンサイドが大きく形成され、ダストサイドが外気導入口４ａ側に向かって徐々に縮径する形状となっている。大きめに設定されたクリーンサイドは、フィルタ２３が設けられ、吸気出口２ｂに連通する空間と吸気出口２ｂから隔離された空間とに仕切られており、隔離された空間の方にスピーカ装置１１が配置されている。スピーカ装置１１は、スピーカ面を外気導入口４ａ側に向けて配置され、スピーカ装置１１から放射された制御音はエアフィルタ２１を介してダストサイドに伝播される。上記エアフィルタ２１及びフィルタ２３が本発明の仕切部材に相当する。
フィルタ２３を設けることで、クリーンサイドに配置した場合にも、例えばスピーカ装置１１の破損時に破損部品がエンジン３に吸入されたりするのを防止できる。なお、クリーンサイドは高温のため、熱の影響を防ぐためにもスピーカ装置１１をダストサイドに配置することが好ましい。

なお、図１や図８のようにスピーカ装置１１の配置は、スピーカ面をエアクリーナボックス２の吸気入口２ａに向ける配置に限定されない。例えば、図９のエアクリーナボックス２は、ダストサイドが大きく形成され、ダストサイドをエアフィルタ２１及び吸気入口２ａに連通する空間とこれらから隔離される空間とに仕切るフィルタ２３が設けられている。上記隔離される空間にはスピーカ装置１１が、スピーカ面を上記エアフィルタ２１及び吸気入口２ａに連通する空間に向けた状態で配置されており、制御音はフィルタ２３を通って吸気音に干渉する。また、同図では、スピーカ装置１１のスピーカ中心（音響中心）よりも外気導入口４ａ側に貫通孔１２が設けられており、これを介して導波管１３が設置されている。なお、図中、ＣＬはスピーカ中心軸を示す。

上記のように、エアクリーナボックス２内部の吸気脈動に音波を放射できれば、スピーカ装置１１の配置は限定されない。但し、図１や図８に示すように、外気導入口４ａ側の方にスピーカ面を向けると、エンジン側から発生する吸気脈動の進行方向に対して、制御音波の進行方向が平行になるので、目標通りの制御を行いやすい。
また、上記のように、スピーカ中心よりも外気導入口４ａ側に貫通孔１２を設けると、制御音が干渉した後の制御吸気音をエアクリーナボックス２外部に導くことができる。もし仮に、貫通孔１２をスピーカ中心よりもエンジン側に設けるとすると、制御音が干渉する前の吸気音がそのまま、あるいは、吸気音に制御音の反射波等が干渉し目標の制御吸気音から位相ずれした状態の制御吸気音がエアクリーナボックス２外部に導出されるおそれがある。

なお、上記図９に示すように、ダストサイドにスピーカ装置１１を配置した場合にもフィルタ２３を設けると、外気中の異物がスピーカ装置１１のスピーカ面に当たるのを防止し、雑音の発生やスピーカ装置１の故障を防止できる。
また、導波管１３の形状も上記実施形態に限定されない。
例えば、図１０では、導波管１３は、車室側端部１３ａの近傍から車室側端部１３ａまでが、当該車室側端部１３ａに向かって徐々に拡径した形状のフレア部１３ｃを備えている（同図（ａ））。また、同図（ｂ）に示すように、車室側端部１３ａの断面を閉塞するようにして振動膜１３ｄが設けられている。このように車室側端部１３ａを拡径させることで、制御吸気音は車室側端部１３ａ付近で開口端反射等を起こすことなく、種々の周波数成分が効率よく放射されるため、自然なフィーリングの迫力あるサウンドを車室内に伝播させることができる。この増音効果は、車室側端部１３ａに設けられた振動膜１３ｄによって、さらに高められる。また、この振動膜１３ｄは、車室側端部１３ａから吸気経路に外気が吸気されるのを防止するため、エンジン燃焼効率の悪化を防止できる。

また、図１１では、導波管１３は、車室側端部１３ａがダッシュパネル５に接続している。ダッシュパネル５に、車室側端部１３ａの外周を取り囲む形状の弾性部材５１が貼着されており、車室側端部１３ａはその弾性部材５１を介してダッシュパネル５に接続している。また、車室側端部１３ａには、図１０と同様に、断面を閉塞する振動膜１３ｄが取り付けられている。もし仮に、車室側端部１３ａをダッシュパネル５に接続させずに、ダッシュパネル５との間にクリアランスを設けると、放射された制御吸気音が拡散してエネルギー密度が小さくなり、ダッシュパネル５を透過する効率が低下する。このため、上記のようにダッシュパネル５に接続させることで、放射音のエネルギーが集中した状態でダッシュパネル５を透過するため、透過効率が良く、車室内に伝わる合成音のレベルが大きくなる。また、振動膜１３ｄを設けたときと同様に車室側端部１３ａから吸気して、エンジンの燃焼に悪影響を及ぼすことを回避できる。

また、上記実施形態ではいずれもスピーカ装置１１のアンプ部もエアクリーナボックス２内部に配置したが、少なくともスピーカ部が内部に配置されれば、アンプ部はエアクリーナボックス２の外部に配置してもよい。但し、サイズが大きいのでエアクリーナボックス２内部に配置することが最も好ましい。また、スピーカ部のように電気的に駆動されるもののみならず、例えば油圧駆動により振動膜を振動させるようなものであってもよい。
また、コントローラ１４による処理は、本発明の一例であり、上記実施形態に限定されない。例えば、フィードバック処理は本発明に必須の構成ではなく省いてもよい。また、センサマイク１５の集音位置も上記に限らず、もっと干渉領域に近い部分で吸気制御音を集音し、これを基に評価を行ってもよい。

本実施形態に係る吸気音制御装置の構成を説明する図である。 コントローラによる処理を説明するフローチャートである。 コントローラによる制御信号生成処理を説明するフローチャートである。 制御音の位相を決定するためのマップ情報を説明する図である。 制御音の振幅を決定するためのマップ情報を説明する図である。 コントローラによるフィードバック処理を説明するフローチャートである。 エンジン回転数と音圧レベルとの関係を示すグラフである。 本発明の他の例を説明するための図である。 本発明の他の例を説明するための図である。 本発明の他の例を説明するための図である。 本発明の他の例を説明するための図である。

符号の説明

１ スピーカ装置、１２ 貫通孔、１３ 導波管、１３ａ車室側端部、１３ｃ フレア部、１３ｄ 振動膜、１４ コントローラ、１５ センサマイク、２，２′エアクリーナボックス、２１，２１ エアフィルタ、２ａ 吸気入口、２ｂ吸気出口、２３ フィルタ、３ エンジン、４ 吸気ダクト、４ａ 外気導入口、５ダッシュパネル、８ レゾネータ、５１ 弾性部材

Claims (12)

1. 外気導入口とエンジンの吸気口とを連通する吸気経路中に配置され、エアフィルタを内蔵するエアクリーナボックスにおいて、
   前記エアクリーナボックス内部に配置され、前記エアクリーナボックス内部の吸気音に干渉する制御音を発生する音響変換器と、
   前記吸気経路とは別に前記エアクリーナボックス内の音をエアクリーナボックス外に通過させる貫通孔と、
   を備えることを特徴とするエアクリーナボックス。
2. 車両に配置される吸気音制御装置であって、
   外気導入口とエンジンの吸気口とを連通する吸気経路中に配置され、エアフィルタを内蔵するエアクリーナボックスと、
   前記エアクリーナボックス内部に配置され、前記エアクリーナボックス内部の吸気音に干渉する制御音を発生する音響変換器と、
   前記吸気経路とは別にエアクリーナボックス内の音をエアクリーナボックス外に通過させる貫通孔と、
   ことを特徴とする吸気音制御装置。
3. 前記貫通孔は前記エアクリーナボックスに形成されることを特徴とする請求項２に記載の吸気音制御装置。
4. 一端が前記貫通孔を介して前記エアクリーナボックス内部と連通し、他端が車室に向けて開口する導波管を備えることを特徴とする請求項２〜３のいずれかに記載の吸気音制御装置。
5. 前記貫通孔は、前記吸気経路に直交する方向から見て、前記音響変換器と重なる位置、又は、当該音響変換器よりも前記外気導入口側の位置に設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の吸気音制御装置。
6. 前記導波管は、前記車室に向けて開口する端部が弾性部材を介してダッシュパネルに接続していることを特徴とする請求項４〜５のいずれかに記載の吸気音制御装置。
7. 前記導波管は、前記車室に向けて開口する端部に向かって、拡径したフレア部を備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の吸気音制御装置。
8. 前記導波管は、断面を閉塞し、面外方向に振動する振動部材を備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の吸気音制御装置。
9. 前記音響変換器は、音響放射口を前記外気導入口側に向けて配置されていることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の吸気音制御装置。
10. 前記音響変換器は、前記エアフィルタを境に前記外気導入口側の空間に配置されることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の吸気音制御装置。
11. 前記音響変換器の配置空間と前記エアクリーナボックス内の他の空間とを仕切ると共に、少なくとも一部が前記音響変換器の発生する制御音を前記他の空間に伝播可能に形成された仕切部材を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の吸気音制御装置。
12. 外気導入口とエンジンの吸気口とを連通する吸気経路中に配置されてエアフィルタを内蔵するエアクリーナボックス内部の吸気音に、該エアクリーナボックス内部で発生させた制御音を干渉させ、該エアクリーナボックス内部の音を前記吸気経路とは別に備えた貫通孔により外に通過させることを特徴とする吸気音制御方法。

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