JP2010037980A - 吸気音の音調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気音の周波数の任意の高次数成分を増減してエンジンの音色を向上でき、かつエンジン回転数の変化に対して吸気音のリニア感を向上できる音調整装置を提供する。
【解決手段】吸気装置の吸気ダクト３中に設けられて、発生した吸気音の音色を調整する音調整装置１であって、吸気ダクト３の壁面から分岐した負圧ダクト５を介して空気を吸い込み、負圧を発生させるバキュームポンプ４と、吸気ダクト３と負圧ダクト５とを連結した連結口１０に設けられ、連結口１０を開閉する負圧周波数制御板６と、連結口１０の開口面積を調整する負圧レベル制御板７と、負圧周波数制御板６を開閉駆動するモータ８と、負圧レベル制御板７を駆動するモータ９と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気音を調整するための吸気音の音調整装置に関する。

内燃機関の吸気音を調整するために、吸気ダクトに共鳴周波数を可変とした複数の共鳴器を設けた音調整装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。また、吸気ダクト内の流速変動によって調整する装置も知られている
特開２００５−１５５４０２号公報

複数の共鳴器を設けた装置においては、複数の周波数成分に対して音調整効果が期待できるが、音圧の調整はできず、内燃機関の回転数上昇に対してリニアな吸気音を生成することができない。また、流速変動によって調整する場合においても、内燃機関の回転数とスロットル開度とで変動成分レベルが決定するので、同様にリニア感を向上させることはできない。

そこで、本発明は吸気音の周波数の任意の高次数成分を増減して内燃機関の音色を向上でき、かつ内燃機関の回転数の変化に対して吸気音のリニア感を向上できる吸気音の音調整装置を提供することを目的とする。

本発明の音調整装置は、吸気装置の吸気通路中に設けられて、発生した吸気音の音色を調整する音調整装置であって、前記吸気通路の壁面から分岐した負圧ダクトを介して空気を吸い込み、負圧を発生させる負圧発生手段と、前記吸気通路と前記負圧ダクトとを連結した連結口に設けられ、前記連結口を開閉する開閉手段と、前記連結口の開口面積を調整する開口面積調整手段と、前記開閉手段を開閉駆動する第１駆動手段と、前記開口面積調整手段を駆動する第２駆動手段と、を備えている（請求項１）。

本発明によれば、開閉手段により連結口が開閉するので、吸気通路を流れる空気は連結口が開いたときに負圧ダクトに吸い込まれ、負圧による吸気音が生じる。開閉手段は第１駆動手段により開閉が規則的に繰り返されるので、１回の連結口の開放を一周期とする周波数が生成される。内燃機関のピストンの吸い込み等により生じる吸気音に対して高次数成分を開閉手段により生成することで、吸気音の音色が向上される。開口面積調整手段により開口面積を変更することで、負圧による吸気音の音圧が変更される。第２駆動手段を車両の状態に応じて駆動することにより、吸気音の音圧を変更して吸気音のリニア感が向上される。従って、内燃機関の回転数の任意の高次数成分を増減して内燃機関の音色を向上でき、かつ内燃機関の回転数の変化に対してリニアかつ軽快な音色の吸気音を生成することができる。

本発明の音調整装置の一形態において、前記開閉手段は、前記連結口と前記吸気ダクトとを連通する連通孔を有し、前記連通孔の移動経路上に前記連結口が位置するように回転可能に支持された板部材であってもよい（請求項２）。この形態によれば、開閉手段が回転して連通孔が連結口に位置するときに吸気通路と負圧ダクトとが連通し、吸気通路を流れる空気が負圧発生手段により負圧ダクトに吸い込まれる。開閉手段の回転により連結口が開閉して、連結口が開くときに負圧による吸気音が生じる。つまり、開閉手段の一回転が一周期に相当する周波数が生成される。従って、簡易な構成で負圧による吸気音の周波数を生成することができる。

連通孔を有する形態において、前記連通孔は、前記連結口と同等の大きさを有していてもよい（請求項３）。この形態によれば、簡易な構成で負圧による吸気音の周波数を生成することができる。

本発明の音調整装置の一形態において、前記開口面積調整手段は、前記連結口が覆われない全開位置と、前記連結口が全て覆われた全閉位置との間を連続的に移動可能な板部材であってもよい（請求項４）。この形態によれば、開口面積調整手段を板部材で構成することで、簡易な構成で実現することができる。

開口面積調整手段が板部材で構成された形態において、前記開口面積調整手段と前記連結口との間に前記開閉手段が位置してもよい（請求項５）。この形態によれば、負圧発生手段により発生させた負圧の発生量を開口面積調整手段により確実かつ容易に調整することができる。

本発明の音調整装置の一形態において、予め記憶された所定条件に基づいて前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の駆動を制御する制御手段を備え、前記所定条件には、内燃機関の回転数及びスロットル開度の相関で表されたマップ上に前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の制御条件が指定されていてもよい（請求項６）。この形態によれば、内燃機関の回転数及びスロットル開度に応じた制御をすることで車両の状態に応じた制御が可能となり、内燃機関の回転数の変化に対してリニアかつ軽快な音色の吸気音を生成することができる。

以上、説明したように、本発明の音調整装置においては、開閉手段により連結口が開閉するので、吸気通路を流れる空気は連結口が開いたときに負圧ダクトに吸い込まれ、負圧による吸気音が生じる。開閉手段は第１駆動手段により開閉が規則的に繰り返されるので、１回の連結口の開放を一周期とする周波数が生成される。内燃機関のピストンの吸い込み等により生じる吸気音に対して高次数成分を開閉手段により生成することで、吸気音の音色が向上される。開口面積調整手段により開口面積を変更することで、負圧による吸気音の音圧が変更される。第２駆動手段を車両の状態に応じて駆動することにより、吸気音の音圧を変更して吸気音のリニア感が向上される。従って、内燃機関の回転数の任意の高次数成分を増減して内燃機関の音色を向上でき、かつ内燃機関の回転数の変化に対してリニアかつ軽快な音色の吸気音を生成することができる。

図１は本発明の一形態に係る吸気音の音調整装置が適用された吸気装置の概略図を示し、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図を示す。音調整装置１は、車両の吸気装置に設けられたエアクリーナ２に空気を送り込むための吸気ダクト３中に設けられている。音調整装置１は吸気ダクト３内に負圧を発生させる負圧発生手段としてのバキュームポンプ４と、バキュームポンプ４と吸気ダクト３とを連通する負圧ダクト５と、吸気音の周波数に対する高次成分を生成する開閉手段としての負圧周波数制御板６と、負圧周波数制御板６で生成した負圧による吸気音の音圧を調整する開口面積調整手段としての負圧レベル制御板７と、負圧周波数制御板６を駆動する第１駆動手段としてのモータ８と、負圧レベル制御板７を駆動する第２駆動手段としてのモータ９とを備えている。負圧周波数制御板６及び負圧レベル制御板７は、吸気ダクト３の壁面に設けられた凹部に設置される。

バキュームポンプ４は、吸気ダクト３内を流れる空気を吸い込み、吸気ダクト３内に負圧を発生させる。バキュームポンプ４は、周知の技術を適用でき、補機ベルトにより内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）から動力を得て駆動される。なお、バキュームポンプ４は他の駆動源から動力を得てもよく、駆動方式は限定されない。バキュームポンプ４の作動により吸気ダクト３内の空気が負圧ダクト５へ吸い込まれる。負圧ダクト５は、吸気ダクト３の壁面から分岐して設けられ、負圧ダクト５と吸気ダクト３とを連結する連結口１０を覆うようにして負圧周波数制御板６が設けられている。

図３に負圧周波数制御板６及び負圧レベル制御板７の拡大図を示す。負圧周波数制御板６は、円形状の板部材で、その円板の中心に設けられた軸線ＡＸ１の回りに回転自在に支持されている。負圧周波数制御板６には、軸線ＡＸ１を避けるようにして連結口１０と吸気ダクト３とを連通する連通孔１１が設けられている。連通孔１１は、負圧周波数制御板６を貫通する円形の孔で、負圧ダクト５の連結口１０とほぼ同じか若干大きいサイズである。連通孔１１は、負圧周波数制御板６が回転したときに連通孔１１の移動経路上に連結口１０が位置するように設けられている。負圧周波数制御板６が回転すると、連結口１０と連通孔１１とが重なる面積だけ吸気ダクト３と負圧ダクト５とが連通することとなり、開閉を繰り返す。これにより、連結口１０と連通孔１１とが最大で重なるときをピークとして負圧周波数制御板６が一回転する毎に一周期とする周波数が生成される。つまり、負圧周波数制御板６の回転数を制御することで周波数を調整することができる。

負圧レベル制御板７は、半円形状の板部材で、板上に設けられた軸線ＡＸ２の回りに回動自在に支持されている。負圧レベル制御板７は、負圧周波数制御板６の一部に被さるように連結口１０を覆うようにして設けられている。負圧周波数制御板６との間に隙間があると空気が漏れるので、負圧レベル制御板７は負圧周波数制御板６となるべく密着した位置に設けられている。負圧レベル制御板７は、連結口１０が覆われない全開位置と、連結口１０が全て覆われた全閉位置との間を連続的に往復移動可能であり、軸線ＡＸ２は、そのような移動を可能とする位置に適宜設けられる。なお、負圧レベル制御板７は、連結口１０を開閉できればよく、半円形に限定されない。例えば、長方形等の適宜の形状であってもよい。負圧レベル制御板７が回動することにより、連結口１０の開口面積を調整することができる。開口面積と負圧による吸気音の音圧とは相関関係があり、開口面積が大きくなると、負圧による吸気音の音圧が大きくなる。なお、音圧とは音の圧力変動をいい、単位はパスカル（Ｐａ）で表される。モータ８、９は、周知の電動モータ等が適用される。モータ８は負圧周波数制御板６を軸線ＡＸ１の回りに回転駆動し、モータ９は負圧レベル制御板７の軸線ＡＸ２の回りを回動自在に駆動する。このため、モータ８には回転速度が可変なモータが適用され、モータ９には回転方向が変更可能なモータが適用される。

音調整装置１には、モータ８、９の回転を制御する制御手段としての制御部２０が設けられている。制御部２０は、一例としてマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を有するコンピュータユニットとして構成される。なお、制御部２０は、エンジンの運転状態を適正に制御するコンピュータであるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）で実現してもよいし、ＥＣＵとは別装置で実現してもよい。

音調整装置１の動作を説明する。エンジンが作動し、吸気ダクト３に空気が流れ込むと吸気音が発生する。この吸気音を吸気一次成分と呼び、音調整装置１によって生成される負圧による吸気音を吸気二次成分と呼ぶ。図４に吸気一次成分の波形の一例を示し、図５に吸気二次成分の波形の一例を示す。各グラフの横軸は時間、縦軸は音圧である。吸気一次成分は、エンジンのピストンの吸い込みに基づく成分であるが、実際には多少の高次成分も含まれている。吸気一次成分に対し、吸気二次成分として吸気一次成分の周波数の二倍成分を付加すると音色が向上する。吸気二次成分は、バキュームポンプ４が作動して吸気ダクト３内に負圧を発生させ、かつ負圧周波数制御板６が回転することにより生成される。吸気一次成分が負圧による音であるので、吸気二次成分も負圧によることで自然な音を生成することができる。上述したように、負圧周波数制御板６の回転数を制御することにより任意の周波数に調整できる。負圧周波数制御板６の回転は、エンジン回転数に応じて制御部２０により制御される。例えば、制御部２０に設けられた記憶装置内に予めエンジン回転数と負圧周波数制御板６の周波数とを対応付けたデータを記憶させて、制御部２０はこれに基づいてモータ８を制御すればよい。図６に吸気一次成分に吸気二次成分を付加した波形の一例を示す。吸気一次成分に吸気二次成分を付加することで軽快な音色の吸気音を生成することができる。

負圧レベル制御板７は、その位置が変更されて連結口１０の開口面積を変更することにより、吸気二次成分の音圧を調整する。図７にエンジン回転数と吸気音の音圧との関係を説明するグラフを示す。図７のグラフの横軸はエンジン回転数、縦軸は音圧をそれぞれ示している。図７のグラフにおいて、実線Ａは吸気一次成分の一例を示す。吸気音は、エンジン回転数に比例して音圧が上がっていくと心地よい音として感じられ、エンジン回転数及びスロットル開度の情報に基づいて吸気二次成分を調整することになる。しかしながら、吸気音は車両の構造にも依存しており、このため、エンジン回転数と音圧との関係がリニアにならず、実線Ａで示した曲線のようになる。この特性は車両の種類毎に異なるため、適用する車種のエンジン回転数とスロットル開度との相関を実験にて明らかにし、これにより得られたマップ上に負圧レベル制御板７の位置制御条件等が指定されていてもよい。なお、このマップに負圧周波数制御板６の回転数制御条件がともに指定されていてもよい。マップは制御部２０の記憶装置内に予め記憶され、制御部２０はモータ８、９の駆動をそれぞれ制御する。図７の破線Ｂは、エンジン回転数の上昇に応じてリニアに音圧、つまり、吸気音レベルが上昇するような制御の一例を示している。従って、モータ８を制御することにより負圧周波数制御板６の回転を調整して、吸気一次成分に任意の吸気二次成分を付加することができ、さらに、エンジン回転数及びスロットル開度に応じてモータ９を制御することにより負圧レベル制御板７の位置を変更して、吸気二次成分の吸気音レベルを調整することができる。よって、エンジン回転数の上昇に応じてリニアかつ軽快な音色の吸気音を生成することができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、負圧周波数制御板６が連結口１０に隣接して、負圧レベル制御板７が負圧周波数制御板６に被さるようにして設けられているが、この位置関係は逆であってもよい。連結口１０側に隣接して負圧レベル制御板７を設けても同様の制御をすることができる。また、負圧周波数制御板６の連通孔１１の大きさは連結口１０と同等か、若干大きいサイズとして説明したが、これに限られず、連結口１０より小さくてもよい。また、円形に限られず、楕円形や切欠き等の適宜の形状であってもよい。車両の構造や連結口１０の大きさを考慮して、連通孔１１の大きさを適宜決定してよい。負圧周波数制御板６は、回転駆動に限られず、回動駆動により、開閉動作してもよい。負圧周波数制御板６及び負圧レベル制御板７は、板部材に限られず、例えば、シャッター部材等であってもよい。本形態では、エアクリーナ２の上流側に設けられている吸気ダクト３に音調整装置１を設けたが、これに限られず、エアクリーナ２の下流側の吸気通路に設けてもよい。吸気装置の適宜の位置に設けてもよい。

上述した形態では、吸気二次成分を吸気一次成分に付加して吸気音を改善したが、音調整装置１は、任意の高次成分を生成することもできる。負圧周波数制御板６を回転駆動するモータ８の制御を変更して回転数を調整すればよい。条件によっては、三次以上の高次成分を付加した方が吸気音の音色がよくなることもある。このような場合でも実験にて予め最適な負圧周波数制御板６の回転数を取得し、得られたデータを制御部２０に記憶させてモータ８を制御することができる。

本発明の一形態に係る吸気音の音調整装置が適用された吸気装置の概略図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 負圧周波数制御板及び負圧レベル制御板の拡大図。 吸気一次成分の波形の一例を示したグラフ。 吸気二次成分の波形の一例を示したグラフ。 吸気一次成分に吸気二次成分を付加した波形の一例を示したグラフ。 エンジン回転数と吸気音の音圧との関係を説明するグラフ。

符号の説明

１ 音調整装置
３ 吸気ダクト（吸気通路）
４ バキュームポンプ（負圧発生手段）
５ 負圧ダクト
６ 負圧周波数制御板（開閉手段）
７ 負圧レベル制御板（開口面積調整手段）
８ モータ（第１駆動手段）
９ モータ（第２駆動手段）
１０ 連結口
１１ 連通孔
２０ 制御部（制御手段）

Claims (6)

1. 吸気装置の吸気通路中に設けられて、発生した吸気音の音色を調整する音調整装置であって、
   前記吸気通路の壁面から分岐した負圧ダクトを介して空気を吸い込み、負圧を発生させる負圧発生手段と、
   前記吸気通路と前記負圧ダクトとを連結した連結口に設けられ、前記連結口を開閉する開閉手段と、
   前記連結口の開口面積を調整する開口面積調整手段と、
   前記開閉手段を開閉駆動する第１駆動手段と、
   前記開口面積調整手段を駆動する第２駆動手段と、
   を備えた吸気音の音調整装置。
2. 前記開閉手段は、前記連結口と前記吸気ダクトとを連通する連通孔を有し、前記連通孔の移動経路上に前記連結口が位置するように回転可能に支持された板部材である請求項１に記載の音調整装置。
3. 前記連通孔は、前記連結口と同等の大きさを有する請求項２に記載の音調整装置。
4. 前記開口面積調整手段は、前記連結口が覆われない全開位置と、前記連結口が全て覆われた全閉位置との間を連続的に移動可能な板部材である請求項１〜３のいずれか一項に記載の音調整装置。
5. 前記開口面積調整手段と前記連結口との間に前記開閉手段が位置する請求項４に記載の音調整装置。
6. 予め記憶された所定条件に基づいて前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の駆動を制御する制御手段を備え、
   前記所定条件には、内燃機関の回転数及びスロットル開度の相関で表されたマップ上に前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の制御条件が指定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の音調整装置。

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