JP2007332915A - 吸気音制御構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】車室内外にさらに好ましい吸気音を放射できるようにする。
【解決手段】吸気流路の一部に分岐接続された管体２に、軸方向で少なくとも一つの区画室22に区画するとともに特定周波数の音に対して共振可能な複数の隔壁20、21を備え、区画室22内に気体を封入した。
隔壁20、21の固有振動数に対応した特定周波数の音以外の音は、隔壁20、21と区画室22内の気体とのマスバネ効果によって音圧が低下する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンへ空気を供給する吸気流路に設けられる吸気音制御構造体に関し、詳しくは車室内外に好ましい音を放射できる吸気音制御構造体に関する。

自動車エンジンの吸気系では、吸気時に吸気口から騒音が発生するという問題がある。この吸気騒音は、特にエンジンの低速回転時に耳障りである。そこで従来より、吸気ダクトにサイドブランチ、レゾネータなどを設け、ヘルムホルツの共鳴理論などに基づいて計算される特定周波数の騒音を低減することが行われている。

また、吸気騒音を低減する他の手段として、スピーカから吸気音と逆位相の音を発音させることで、吸気音を弱めることが提案されている。吸気音は、主に吸気弁の開閉に伴う圧力脈動に起因する圧力波としてとらえられるので、この圧力波を打ち消すように同じ周波数で逆位相の圧力波を加えることで、両方の波が干渉して打ち消し合い、吸気音の波の振幅つまり音圧を弱めることができる。

例えば実開昭63−113759号公報には、吸気管の途中にマイクとスピーカユニットを取付け、マイクで検出される音圧信号と、クランク角センサからの位相信号をコントロールユニットに入力し、演算によって吸気音と逆位相となる音の振幅と位相を求め、これらの情報をスピーカユニットに送り、吸気音とほぼ同じ振幅を有しかつ逆位相の音波を発生させることで、吸気音を弱める手段が提案されている。

一方、車室内においては、運転状況に応じた吸気音が聞こえることが好ましい。すなわち、アクセルを踏み込んだ場合には大きな吸気音が聞こえ、アイドリング時などには小さな吸気音が聞こえるようにすれば、運転状況と吸気音が一致し好ましい運転フィーリングが得られる。そこで上記公報に記載の技術を応用し、マイクで検出される音圧信号と、クランク角センサからの位相信号をコントロールユニットに入力し、演算によって車室内に伝わる音の増幅度を制御することが考えられる。

しかしながら吸気管の途中にスピーカを配置した場合には、吸気口から漏れる音によって車外騒音が増大する。また車室内までの距離が長いために伝播ロスが大きく、車室内における評価も好ましいものとは言えなかった。

そこで特開2005−139982号公報には、吸気系内の吸気脈動によって振動する共鳴体と、共鳴体を介して吸気系に接続された容積室と、容積室の内部空間を外部に連通させる容積室開口部と、を有する共鳴器を備え、共鳴体によって容積室の内部空間と吸気系内部との間が仕切られ、共鳴体の振動により所定の周波数帯の音が容積室開口部から外部に放出されるように共鳴器を設定した音質制御装置が提案されている。

同公報には、共鳴体の固有振動数、容積室の容積、容積室開口部の形状などに応じた周波数帯の音圧が吸気音に付加されることによって、スピーカを用いることなく、アクセル開度に追従して車室内における吸気音を制御することができることが記載されている。

ところが上記音質制御装置では、共鳴体の固有振動数に相当する特定周波数以外の音の放射を抑制することが困難であり、特にこもり音となる低周波成分の音の放射を抑制することは困難であった。

また特開2006−090184号公報には、吸気騒音抑制効果と放射騒音抑制効果とを併有する騒音低減技術が記載されている。
実開昭63−113759号 特開2005−139982号 特開2006−090184号

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、不要な音の放射を抑制することで車室内外にさらに好ましい吸気音を放射できるようにすることを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明の吸気音制御構造体の特徴は、自動車の吸気流路の一部に分岐接続され一端が吸気流路と連通し他端が開放された管体と、管体の内部を軸方向で少なくとも一つの区画室に区画するとともに特定周波数の音に対して共振可能な複数の隔壁と、を備えてなり、区画室内には気体が封入されていることにある。

区画室内の気体は、空気より体積弾性率が小さいことが特に望ましい。また管体の軸方向における区画室の長さは、特定周波数の音の波長の１／２より短いことが望ましい。さらに、管体には区画室に連通する消音器が設けられていることも好ましい。

本発明の吸気音制御構造体によれば、吸気流路に最も近い位置に配置された第１の隔壁が特定周波数の音に共振し、その振動が区画室内の気体を介して第２の隔壁に伝達されることで第２の隔壁が共振する。区画室が一つの場合は、第２の隔壁の共振によって管体の他端から特定周波数の音が放射される。また区画室が直列に複数個形成されている場合は、第２の隔壁の振動が区画室内の気体を介して第３以降の隔壁へ順次伝達された後に、管体の他端側に配置された最後の隔壁の振動によって特定周波数の音が放射される。

一方、区画室内の気体の剛性は隔壁の剛性より低いので、気体によって伝達される音が小さくなる。この作用は低周波の音ほど大きく、低周波のこもり音などの放射が抑制される。したがって、特定周波数の音を吸気音に付加するとともに、不要な音の音圧を低減させて放射することができ、アクセル開度に追従した吸気音とするなど、車外あるいは車室内で聞こえる吸気音を好ましいものに制御することができる。

さらに区画室にはレゾネータなどの消音器を形成することができるので、不要な周波数の音の音圧をさらに低減することができ、車室内で聞こえる吸気音をさらに好ましいものとすることができる。

本発明にいう特定周波数の音とは、人間の感覚に依存するものであるので断定できるものではないが、一般には 200Hz〜 800Hzの範囲の周波数域の周波数の音である。本発明の吸気音制御構造体によれば、この特定周波数の音が主として放射されるので、車外あるいは車室では吸気音にその特定周波数の音が混じって聞こえる。

本発明の吸気音制御構造体は、管体と、複数の隔壁とから構成される。管体は吸気流路の一部に分岐接続されている。その位置は特に制限されない。管体の一端は吸気流路に連通し、他端は例えば車室に向かって対向している。この管体は、樹脂あるいは金属など、通気性が無く剛性のある材質から形成される。

隔壁は、管体の内部を軸方向で少なくとも一つの区画室に区画するとともに特定周波数の音に対して共振可能なものであり、２個以上の複数個設けられる。一対の隔壁どうしの間の空間が区画室となる。隔壁は、特定周波数の音波に共振可能な固有振動数をもつものが用いられる。その材質は金属板、樹脂板、ゴム板などから選択することができる。このような材質から、目的とする特定周波数の音に対応した固有振動数をもつ形状に形成すればよい。

区画室には気体が封入されている。この気体としては空気が最も簡便であるが、特定周波数以外の音の音圧低減率は区画室内の気体の体積弾性率に反比例することがわかっている。すなわち体積弾性率が小さい気体ほど、特定周波数以外の音の音圧が効果的に低減する。したがって区画室内の気体は、空気より体積弾性率が小さいことが望ましく、例えば二酸化硫黄などを封入することが特に望ましい。

また特定周波数以外の音の抑制効果は、区画室の体積に比例することがわかっている。したがって区画室の体積はできる限り大きくすることが望ましい。

一方、区画室では区画室の軸方向長さに応じた共鳴音が発生する場合がある。しかし共鳴音は低音域の場合に特に問題となり、特定周波数以上の高音域の共鳴音であれば、自動車用の吸気音制御構造体としてはさほど不具合がない。したがって管体の軸方向における区画室の長さは、特定周波数の音の波長の１／２より短くすることが好ましい。このようにすることで、区画室で発生する共鳴音を特定周波数の音より高音とすることができる。

管体には、区画室に連通する消音器を１個又は複数個設けることも好ましい。例えば区画室の一壁面にレゾネータあるいはサイドブランチを形成することで、管体先端からの放射音の音圧レベルや周波数帯域の調整が可能となり、放射音の波形をより理想に近くすることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１に本実施例の吸気音制御構造体を示す。ＰＰ樹脂製の吸気ダクト１の吸気口10とエアフィルタケース11の間には、内径70mmの円筒状の管体２が分岐接続されている。管体２はＰＰ樹脂からなり、吸気ダクト１との接続部分で管体２の開口を覆う第１隔壁20と、管体２の先端開口を覆う第２隔壁21が気密に保持されている。

第１隔壁20及び第２隔壁21は、ＰＥＴ製で厚さ 0.5mmの樹脂板から形成され、それぞれ 340Hzの音波によって共振するように設計されている。第１隔壁20と第２隔壁21とは、80mmの間隔を隔てて設けられ、第１隔壁20と第２隔壁21との間に区画室22が形成されている。区画室22の体積は約300cm³であり、内部には大気圧の空気が封入されている。

（実施例２）
図２に示すように、第１隔壁20と第２隔壁21との間隔を５mmとし、それに応じて管体２の長さを短くしたこと以外は実施例１と同様である。区画室22の体積は、約20cm³である。

（比較例１）
図３に示すように、管体２を形成せず、吸気ダクト１の管壁に形成された開口12に実施例１と同様の第１隔壁20を保持した。

（比較例２）
管体２及び開口12をもたない吸気ダクト１のみを比較例２とした。

＜試験・評価＞
各実施例及び各比較例の吸気音制御構造体を、それぞれ自動車に装着し、隔壁近傍における音圧レベルを各周波数毎に測定した。結果を図４に示す。

図４より、比較例１は比較例２より 330Hz近傍の音の音圧が高い。すなわち、開口12に第１隔壁20を形成することで 330Hz近傍の音が新たに加わったことがわかり、第１隔壁20の共振によって特定周波数の音が発生していることがわかる。

ところが各実施例の吸気音制御構造体によれば、比較例１と同様に特定周波数の音が加わっているとともに、特定周波数の音より低周波数域及び高周波数域の音の音圧が比較例より低下している。これは第２隔壁21と区画室22を形成したことによる効果であることが明らかである。

さらに実施例１と実施例２とを比較すると、特定周波数の音の音圧は同等であるのに対し、低周波数域及び高周波数域の音の音圧の低下度合いは実施例２の吸気音制御構造体の方が大きい。これは区画室22の体積を大きくしたことによる効果であり、区画室22の体積は大きいほど好ましい。

（実施例３）
本実施例の吸気音制御構造体は、図５に示すように、第１隔壁20と第２隔壁21との間にさらに第３隔壁23を設けたこと以外は実施例１と同様である。第２隔壁21と第３隔壁23との間には第２区画室24が形成されている。

本実施例の吸気音制御構造体によれば、第１隔壁20から第２隔壁21に圧力が伝わる途中に第３隔壁23が存在している。したがって圧力の一部が第３隔壁23によって受け止められる結果、第２隔壁21へ伝わる圧力が低下し、特定周波数以外の音の音圧を実施例１よりさらに低減することができる。また区画室の合計容積を大きくすれば、特定周波数以外の音の音圧をさらに低減することができる。また、隔壁の数を多くしても同様の効果が得られる。

（実施例４）
本実施例の吸気音制御構造体を図６及び図７に示す。吸気ダクト１の途中から分岐管12が分岐形成され、分岐管12の先端に分岐管12より径が大きな管体２が連通している。管体２は、長さは実施例１と同様であるが径が実施例１の約２倍であり管体２の軸方向中間には、４枚の第１隔壁20a 〜20d が保持されている。また管体２の先端開口には、４枚の第１隔壁20a 〜20d に直列に対向するように４枚の第２隔壁21a 〜21d が保持されている。

本実施例の吸気音制御構造体によれば、第１隔壁20a 〜20d 及び第２隔壁20a 〜20d がそれぞれ一対、合計で４対形成されているので、特定周波数の音圧をさらに大きくすることができる。

なお第１隔壁20a 〜20d あるいは第２隔壁21a 〜21d は、本実施例では共振周波数を同一としたが、それぞれ共振周波数が異なっていてもよい。また第１隔壁20a 〜20d と第２隔壁21a 〜21d とで、共振周波数を変えることもできる。また、分岐管12を延長して、放射される音がより車室内に伝達されやすい部位に管体２を配置することもできる。

（実施例５）
図８に示す本実施例の吸気音制御構造体は、区画室22に連通するレゾネータ３と、区画室22に連通するサイドブランチ４を設けたこと以外は、実施例１と同様である。

本実施例の吸気音制御構造体によれば、レゾネータ３及びサイドブランチ４の形状を最適に設計することで、管体２の先端からの放射音の音圧レベルや周波数帯域の調整が可能となり、放射音の波形をより理想に近くすることができる。

本発明の一実施例に係る吸気音制御構造体の模式的な断面図である。 本発明の第２の実施例に係る吸気音制御構造体の模式的な断面図である。 比較例１に係る吸気音制御構造体の模式的な断面図である。 周波数と音圧との関係を示すグラフである。 本発明の第３の実施例に係る吸気音制御構造体の模式的な断面図である。 本発明の第４の実施例に係る吸気音制御構造体の模式的な断面図である。 本発明の第４の実施例に係る吸気音制御構造体の斜視図である。 本発明の第５の実施例に係る吸気音制御構造体の模式的な断面図である。

符号の説明

１：吸気ダクト ２：管体 ３：レゾネータ
４：サイドブランチ 20：第１隔壁 21：第２隔壁
22：区画室

Claims (4)

1. 自動車の吸気流路の一部に分岐接続され一端が該吸気流路と連通し他端が開放された管体と、
   該管体の内部を軸方向で少なくとも一つの区画室に区画するとともに特定周波数の音に対して共振可能な複数の隔壁と、を備えてなり、
   該区画室内には気体が封入されていることを特徴とする吸気音制御構造体。
2. 前記区画室内の気体は空気より体積弾性率が小さい請求項１に記載の吸気音制御構造体。
3. 前記管体の軸方向における前記区画室の長さは前記特定周波数の音の波長の１／２より短い請求項１に記載の吸気音制御構造体。
4. 前記管体には、前記区画室に連通する消音器が設けられている請求項１に記載の吸気音制御構造体。

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