JP2882491B2 - 吸気音制御装置 - Google Patents

吸気音制御装置

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JP2882491B2 JP2316601A JP31660190A JP2882491B2 JP 2882491 B2 JP2882491 B2 JP 2882491B2 JP 2316601 A JP2316601 A JP 2316601A JP 31660190 A JP31660190 A JP 31660190A JP 2882491 B2 JP2882491 B2 JP 2882491B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吸気音制御装置に関し、特に内燃機関の吸気
音を滑らかな吸気音とするものである。
〔従来の技術〕
従来、内燃機関の吸気騒音の低減を計るために、吸気
管にレゾネータなどの消音器を用いるものがあった。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、我々の鋭意研究の結果、特に吸気騒音の
内、エンジン回転の2次成分の他、(n+0.5)次成分
の周波数にあたる音がエンジンの加速時の異音として問
題となり、この周波数にあたる音を消去することで、違
和感の無い滑らかな吸気音とすることができることがわ
かった。
そこで、本発明は、吸気騒音のレベルを低減すると共
に、リニア感のある滑らかな吸気音作りを実現できるよ
うにしたものである。
〔課題を解決するための手段〕
そこで本発明は、内燃機関の吸気音を直接的又は間接
的に検出する音波検出手段と、前記内燃機関の回転数を
検出する回転数検出手段と、前記音波検出手段及び前記
回転数検出手段からの信号が入力され、前記音波検出手
段からの入力信号のうち、前記回転数検出手段によって
検出された回転数のn+0.5次成分(nは整数、n≧
0)に相当する周波数について、前記吸気音と逆位相と
なる制御信号を演算する演算手段と、該演算手段によっ
て演算された制御信号に基づいて、前記吸気音と逆位相
の音を出力する音波発生手段とからなる吸気音制御装置
を提供するものである。
〔作用及び発明の効果〕
本発明は、演算手段へ入力される音波検出手段からの
入力信号のうち、回転数検出手段によって検出された回
転数のn+0.5次成分(nは整数、n≧0)に相当する
周波数について、吸気音と逆位相となる制御信号を求
め、この制御信号に基づいて、音波発生手段が吸気音と
逆位相の音を出力することにより、吸気騒音のレベルを
低下することができると共に、リニア感のある滑らかな
吸気音作りを実現することができる。
〔実施例〕
以下本発明を図に示す第一実施例について説明する。
1は内燃機関を示し、この内燃機関1はシリンダ11、こ
のシリンダ11内に設けられたピストン12、このシリンダ
11に取付けられた吸気管13および排気管14とからなる。
また、15は、吸気管13もしくは排気管14を開閉するバル
ブである。
2はレゾネータであり、このレゾネータ2は、吸気管
13に連結する小径部21と、この小径部21に連結される空
間部22とからなる。また、空間部22には、この空間部22
の第1空間部23を区切る壁面24を有し、かつ上記第1空
間部23は、吸気管13に開口している。
3は音波発生手段であるキャンセルスピーカであり、
上記第1空間部23内に収納されている。このキャンセル
スピーカ3には、例えば小型で大きな力を引き出されセ
ラミックススピーカを用い、PZT(ピエゾ)アクチュエ
ータ31により振動板32を振動させて、キャンセル音を発
生する。
吸気圧センサ4は、吸気管13内の吸気音を捉えるため
のもので、吸気管13のレゾネータ2よりも下流側に設け
てある。
5は、騒音制御を行なうための演算手段である制御回
路である。この制御回路5には、吸気圧センサ4からの
信号を受け取る入力回路51,ディジタルフィルタ52,キャ
ンセルスピーカ3に信号を出すための出力回路56,CPU5
3,ROM54、およびRAM55を有する。
上記構成に基づいて、その作動を説明する。吸気圧セ
ンサ4で捉えられた吸気波形は、制御回路5の入力回路
51に入り、フィルタリング及び増幅などが施される。キ
ャンセルスピーカ3から発生する音波は、吸気圧センサ
4の信号を源として作られるため、次にディジタルフィ
ルタ52に取り込まれ、必要な周波数成分、特にエンジン
回転の2次及び(n+0.5)次成分(nは整数n≧0)
について、位相制御を行なう。
この場合、ディジタルフィルタ52はCPU53の命令によ
り、所定の回転数別にフィルタ特性を形成する。またCP
U53は、第2図のフローチャートに示す様に、ステップ1
00にてエンジンからの回転数情報などを取込み、この回
転数情報に基づいて、ステップ110にてマップ情報を検
出する。そして、あらかじめ記憶されているマップ情報
を検索し、2次及び(n+0.5)次成分に相当する周波
数の位相データをROM54内より引き出している。尚、こ
の位相データは各々の内燃機関の吸気系路別に作成され
たものである。
この様にして取り出した位相データに基づいたフィル
タ特性をディジタルフィルタ52で形成し、これに吸気波
形信号を通過させた後、この信号を出力回路56で増幅
し、キャンセルスピーカ3に出力するわけである。
これにより、吸気圧センサ4で捉えられた音波と同じ
波がレゾネータ2に達した時、キャンセルスピーカ3よ
り発生される逆位相の成分を持つ音波と干渉を持つこと
で不必要な成分のみが消音されることとなる。これによ
り吸気騒音はそのレベルが下がるばかりでなく、(n+
0.5)次成分の音の干渉により発生するとされる不快音
を消音でき、滑らかな音作りが可能となるものである。
例として、今、回転数S〔rpm〕で回転している4気
筒エンジンが有り、(n+0.5)次成分の不快音を発生
しているとすると、その周波数成分は、S*(n+0.
5)/60〔Hz〕となる。具体的には、4000rpmで回転して
いるエンジンの4.5〜6.5次成分に着目すると、その周波
数は300〜433Hzとなり、それらの位相を制御して、それ
ぞれが音源に対して逆位相の音波となる様にするもので
ある。
さらに、本実施例においては、空間部22とキャンセル
スピーカ3を併用したので、吸気音中の低音域の騒音を
空間部22にて共振させ、低減させることができ、さらに
吸気音中の中高音域の騒音を上述した制御により、リニ
ア感のある滑らかな吸気音を得ることができた。
そのため、低音域の制御をスピーカで行うためには、
大型かつ大出力のスピーカが必要であったが、空間部22
のみによって低音域を低減でき、かつ小出力のみで良好
なレゾネータを得ることができた。
第3図(a),(b)に示したものは、エンジンの吸
気系騒音分析結果を表わしたキャンベル図であり、横軸
に周波数、縦軸にエンジン回転数を取り、音圧レベルを
正方形の大きさで示したものである。
さらに、この図の上部に示した数字は、次数成分を示
す。この次数成分は、回転数(Hz)の何倍が実際の音の
周波数かを示す数値である。例えば、エンジン回転数が
6000rpmでは、エンジンの周波数が100Hzであり、これに
対応する2次成分は、200Hzとなる。
そして、第3図(a)は本発明の実施例のもので、第
3図(b)は従来のものであり、これらの図より明らか
な如く、本発明のものは、(n+0.5)次成分の音がほ
とんど存在しないことがわかる。
第4図(a),(b)はそれぞれ第3図(a),
(b)におけるエンジン回転数4,000rpm時の周波数分析
図である。
つまり、この第3図(b)および第4図(b)で示さ
れる(n+0.5)次成分の音が、車室内騒音での不快音
の要因の一つとなっているものであり、本発明では第3
図(a)および第4図(a)で示される如く、この(n
+0.5)次成分の音を消去して心地良い音色を出すエン
ジンとすることを実現しようとするものである。
次に、第2実施例の本発明の吸気音制御装置の構成を
第5図に示す。
第2実施例では、本発明の吸気音制御装置であるレゾ
ネータ100を内燃機関1の吸気管13の径を一部太くする
ことにより、形成した。このレゾネータ100内には、レ
ゾネータ100の中心部である吸気管部100aを中心として
相対向するように2種の音波発生手段である第1及び第
2のキャンセルスピーカ101,102が設けられている。こ
のキャンセルスピーカ101,102は、円形かつ超薄型で、
例えば、第1のキャンセルスピーカは、5cmで第2のキ
ャンセルスピーカは4cmであるそれぞれ直径の異なる2
枚のPZTパイモルフ素子101a,102aと、このPZTパイモル
フ素子101a,102aとを略中心部のみにて固定する、軽量
且つ、低比重の物が良く、例えば発泡性又はハニカム構
成をなす放射板101c,102cとから形成されている。そし
て、これらのキャンセルスピーカ101,102は、レゾネー
タ100内において、吸気管部100aを形成する、ダンパ103
と、レゾネータ100の外周部とによって形成された音波
発生部100bに、放射板101c,102cがダンパ103側に設置さ
れるように、設けられている。そして、このダンパ103
により、バイモルフ素子101a,102aの振動を容易に、レ
ゾネータ100内の吸気管部100aに伝えることができる。
本実施例におけるキャンセルスピーカ101,102の制御
では、吸気音の周波数がエンジン回転数のみに存在する
ところに着目し、図示しないエンジン回転数検出器から
の信号のみで行う。
つまり、第2実施例での制御回路では、エンジン回転
数検出器からエンジン回転数を検出し、この信号に基づ
いて、あらかじめ記憶されたマップ情報により、吸気音
の低、中、高音域のそれぞれの周波数に対する位相変換
量を演算する。その後、この演算信号に基づいて、吸気
音の中音域を第1のキャンセルスピーカ101にて共振さ
せ、吸気音の高音域を第2のキャンセルスピーカ102に
て、共振させることによって、所望の吸気音を得ること
ができる。
第6図は、第2実施例のレゾネータ100を使用した場
合の特性図を示す。
第2実施例のレゾネータ100では、レゾネータ100の吸
気管部100aを囲むように、共振周波数域の異なるPZTバ
イモルフ素子101a,102aを設けることによって、第6図
に示されるように、吸気音に対して、吸気管部100aに
て、吸気音の低音域を、第1のキャンセルスピーカ101
にて、中音域を第2のキャンセルスピーカ102にて、高
音域を、それぞれ共振させることにより、幅広い周波数
域における合成共振音を得ることができ、吸気音の幅広
い周波数範囲での制御が可能となり、リニア感のある滑
らかな吸気音を実現させることができる。
さらに、キャンセルスピーカを、超薄型のPZTバイモ
ルフ素子および発泡性の材質等からなる軽量の放射板か
ら構成したので、小型薄型で、低周波数の大音量再生が
可能となった。
さらに、このキャンセルスピーカを吸気管を挟みこむ
ように構成したので、スピーカから発生される音と吸気
音との共振をとりまくように行うことができ、効率のよ
い吸気音の制御が可能となった。
第7図は、第3実施例の吸気音制御装置であるレゾネ
ータ110を示す。尚、同一の部材には、同一の符号を符
した。
本実施例では、吸気管部110aを構成するダンパ103と
レゾネータ110の外周によって構成される音波発生部110
bの一部に、音波発生部110bと吸気管13とが直接連通可
能な連通部115を新たに設けた。
この連通部115により、キャンセルスピーカ101,102に
よって音を発生させる際、110b内の空気によって振動板
の動きを阻害されないようにした。また、キャンセルス
ピーカ101,102の音波発生部110b側から出る音と吸気管1
3側の音は逆位相であるが、第7図の示す構成とするこ
とにより、音波発生部110bと連通部115により、キャン
セルスピーカ101,102の背面から出る音が逆相となり、
キャンセルスピーカ共振音を無駄なく利用することがで
きる。
第3実施例のレゾネータ110を採用することにより、
キャンセルスピーカの発生音をより効率よく吸気音に伝
えることができる。
第1実施例では、騒音制御デバイスとして、ディジタ
ルフィルタ52を用いたが、これに限られるものではな
く、例えば、遅延素子などの組合せにより必要な成分の
消音が実現されるものでも良い。
また、キャンセルスピーカ3は、PZTスピーカに限ら
れるものではなく、キャンセル音を再生できるものであ
れば良い。尚、その取付け位置についても、レゾネータ
2内に限られるものではなく吸気系の途中で消音が成り
立てば良い。
更に、第1実施例における吸気圧センサ4からの波形
の代わりに、エンジン吸気音は、エンジンの回転パルス
およびエンジンの負荷状態等により、間接的に求めるこ
ともできるので、エンジンの回転パルスおよび負荷状態
等の検出信号を取り込み、エンジン2の吸気音を間接的
に検出して、この吸気音を検出した後、上記実施例と同
様に、キャンセルスピーカ3より逆位相の成分を発生さ
せるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明吸気音制御装置の第1実施例を示すブロ
ック図、第2図はCPU内の演算を示すフローチャート、
第3図(a),(b)はそれぞれ本発明および従来のエ
ンジンの吸気系騒音分析結果を表わしたキャンベル図、
第4図(a),(b)は上記第3図(a),(b)にお
けるエンジン回転数4,000rpm時の周波数分析図、第5図
は本発明吸気音制御装置の第2実施例を示す断面図、第
6図は第2実施例の特性図、第7図は本発明吸気音制御
装置の第3実施例を示す断面図である。 1……内燃機関,13……吸気管,2……レゾネータ,3……
キャンセルスピーカ,4……吸気圧センサ,5……制御回
路,51……入力回路,52……ディジタルフィルタ,56……
出力回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 康司 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小浜 時男 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 西尾 佳高 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−117978(JP,A) 特開 昭62−168913(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02M 35/12 - 35/14 F01N 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の吸気音を直接的又は間接的に検
    出する音波検出手段と、 前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、 前記音波検出手段及び前記回転数検出手段からの信号が
    入力され、前記音波検出手段からの入力信号のうち、前
    記回転数検出手段によって検出された回転数のn+0.5
    次成分(nは整数、n≧0)に相当する周波数につい
    て、前記吸気音と逆位相となる制御信号を演算する演算
    手段と、 該演算手段によって演算された制御信号に基づいて、前
    記吸気音と逆位相の音を出力する音波発生手段とを備え
    たことを特徴とする吸気音制御装置。
  2. 【請求項2】前記演算手段は、更に前記内燃機関の回転
    数の2次成分に相当する周波数に対する周波数につい
    て、前記吸気音と逆位相となる制御信号を演算すること
    を特徴とする請求項1記載の吸気音制御装置。
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