JP4375088B2

JP4375088B2 - 可変消音器制御装置

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Publication number: JP4375088B2
Application number: JP2004104173A
Authority: JP
Inventors: 幸久堀向
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: US20050217930A1; EP1582733A3; EP1582733B1; US7357220B2; JP2005291022A; EP1582733A2

Description

本発明は、車両におけるエンジンの吸気経路あるいは排気経路に設置される可変消音器制御装置に関する。

可変消音器制御装置の一例であるヘルムホルツタイプのレゾネータ９０は、図４に示すように、エンジンの吸気ダクト９２に接続された分岐管９４に対して閉塞した容器９６を接続する構造である。レゾネータ９０の消音周波数ｆ（共鳴周波数ｆ）は、分岐管９４の断面積Ｓ、分岐管９４の長さ寸法Ｌ、容器９６の容積Ｖで決まり、共鳴周波数ｆ＝（ｃ／２π）×（√（Ｓ／Ｌ×Ｖ））の式で表される。なお、ｃは、音速（＝340m/ｓ）である。
ここで、エンジンの吸気脈動によって発生する吸気騒音では、エンジンの回転数に対応した特定の周波数Ｆの騒音レベルが高くなる。このため、レゾネータ９０の共鳴周波数ｆをエンジンの回転数に対応した吸気騒音（吸気音）の周波数Ｆに一致させるように制御することで、その周波数Ｆの吸気音が共鳴原理により小さくなる。即ち、騒音レベルの高い周波数Ｆの吸気音が小さくなるため、結果的にエンジンの吸気音が最小になる。なお、排気経路についても吸気経路と同様にレゾネータ９０により排気音の消音が可能である。
特許文献１では、分岐管９４の長さ寸法Ｌと分岐管９４の断面積Ｓとを可変にすることで、レゾネータ９０の共鳴周波数ｆをエンジンの回転数に対応した吸気音（排気音）の周波数Ｆに一致させるようにしている。

特開平５−２８８０３３号公報

上記したように、レゾネータ９０はエンジンの吸気音及び排気音を可能な限り小さくするために使用される。しかし、例えば、スポーティな走りを楽しむような場合には、吸気音や排気音が小さいと迫力が感じられず、物足りなさを感じる場合がある。このような場合には、適正範囲でエンジンの吸気音や排気音を大きくするのが好ましい。一方、オーディオを聴くような場合には、従来どおり、エンジンの吸気音及び排気音を可能な限り小さくしたい。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、車両の使用状況に合わせて適切な吸気音あるいは排気音が得られるようにすることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、車両におけるエンジンの吸気経路あるいは排気経路に設けられており、共鳴周波数を調整可能に構成された可変消音器と、複数の制御パターンが設定されており、各々の前記制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能な制御手段と、前記制御手段がいずれか一つの制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能なように、前記制御パターンの切替えを行う切替え手段とを備える可変消音器制御装置であって、前記制御手段は、一つの制御パターンとして、前記可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数と一致するように、その可変消音器を制御する消音パターンを有しており、前記切替え手段は、シートの着座センサーによって複数の乗車人員が認められた場合に、前記制御パターンを前記消音パターンに切替え、これにより、前記制御手段が前記消音パターンに基づいて前記可変消音器を制御する構成であることを特徴とする。
このため、複数の乗車人員が認められた場合に、騒音レベルの高い周波数の吸気音あるいは排気音が共鳴原理で小さくなるため、結果的にエンジンの吸排気音が小さくなり、乗車人員の会話が妨げられなくなる。

請求項２の発明は、車両におけるエンジンの吸気経路あるいは排気経路に設けられており、共鳴周波数を調整可能に構成された可変消音器と、複数の制御パターンが設定されており、各々の前記制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能な制御手段と、前記制御手段がいずれか一つの制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能なように、前記制御パターンの切替えを行う切替え手段とを備える可変消音器制御装置であって、前記制御手段は、一つの制御パターンとして、前記可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数と一致するように、その可変消音器を制御する消音パターンを有しており、前記切替え手段は、オーディオの電源スイッチがオンされた場合に、前記制御パターンを前記消音パターンに切替え、これにより、前記制御手段が前記消音パターンに基づいて前記可変消音器を制御する構成であることを特徴とする。
このため、オーディオの電源スイッチがオンされた場合に、エンジンの吸排気音が小さくなり、静かな室内でオーディオを楽しむことができる。
請求項３の発明は、車両におけるエンジンの吸気経路あるいは排気経路に設けられており、共鳴周波数を調整可能に構成された可変消音器と、複数の制御パターンが設定されており、各々の前記制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能な制御手段と、前記制御手段がいずれか一つの制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能なように、前記制御パターンの切替えを行う切替え手段とを備える可変消音器制御装置であって、前記制御手段は、一つの制御パターンとして、前記可変消音器の共鳴周波数が前記エンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数からずれるように、その可変消音器を制御する消音抑制パターンを有しており、前記切替え手段は、エアコンスイッチがオンされた場合に、前記制御パターンを前記消音抑制パターンに切替え、これにより、前記制御手段が前記消音抑制パターンに基づいて前記可変消音器を制御する構成であることを特徴とする。
このため、エアコンスイッチがオンされた場合に、エンジンの吸排気音によりエアコンの風音が気にならなくなる。

請求項４の発明によると、制御手段は、可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数と一致するように、その可変消音器を制御する消音パターンと、前記可変消音器の共鳴周波数が前記エンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数からずれるように、その可変消音器を制御する消音抑制パターンとを備えていることを特徴とする。
このため、切替え手段により消音パターンが動作するように切替えが行われると、可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数にほぼ一致するようになる。これによって、騒音レベルの高い周波数の吸気音あるいは排気音が共鳴原理で小さくなるため、結果的にエンジンの吸気音あるいは排気音が最小になる。
一方、切替え手段により消音抑制パターンが動作するように切替えが行われると、可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数からずれるようになる。これによって、騒音レベルの高い周波数の吸気音あるいは排気音がさほど小さくならず、結果的にエンジンの吸気音あるいは排気音が大きくなる。

請求項５の発明によると、切替え手段は、オートマチックトランスミッションのモード選択スイッチによってノーマルモードが選択された場合に、前記制御手段が前記消音パターンに基づいて前記可変消音器を制御させるように前記制御パターンの切替えを行い、パワーモードが選択された場合に、前記制御手段が前記消音抑制パターンに基づいて前記可変消音器を制御させるように前記制御パターンの切替えを行うことを特徴とする。
即ち、パワフルに走りたい場合に、消音抑制パターンが動作してエンジンの吸気音や排気音が比較的大きくなるため、迫力が増し、走る楽しみが感じられるようになる。

本発明によると、車両の使用状況に応じて吸気音あるいは排気音を演出することが可能になる。

以下、図１〜図３に基づいて、本発明の実施形態１に係る可変消音器制御装置について説明する。本実施形態に係る可変消音器制御装置は、エンジンの吸気経路において使用される装置であり、エンジンの吸気音を制御する働きをする。ここで、図１は本実施形態に係る可変消音器制御装置を備えるエンジンを表す模式系統図であり、図２は可変消音器の縦断面図である。また、図３は可変消音器制御装置の動作を表すフローチャートである。

エンジン１の吸気経路は、図１に示すように、インレットダクト３、エアークリーナ４、吸気管５、サージタンク６及びインテークマニホールド７とを備えている。車外の空気はインレットダクト３によってエアークリーナ４に導かれ、そのエアークリーナ４で濾過された後、吸気管５によってサージタンク６まで導かれる。そして、サージタンク６から各々のインテークマニホールド７によってエンジン１の各気筒に供給される。
吸気経路を構成する吸気管５には、可変消音器制御装置１０の可変消音器２０が取り付けられている。

可変消音器制御装置１０は、可変消音器２０の共鳴周波数ｆを調整してエンジンの吸気音を制御する装置であり、可変消音器２０と、その可変消音器２０を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２と、制御パターンを選択する選択装置１４とから構成されている。
可変消音器２０は、ヘルムホルツの共鳴原理を利用してエンジンの吸気音を低減させる消音器（レゾネータ）であり、図２に示すように、密閉構造の共鳴箱２２を備えている。そして、その共鳴箱２２が分岐管２４を介して吸気管５と連通している。分岐管２４は、その基端部２４ｍが吸気管５に接続された状態で、共鳴箱２２の内側に突出しており、その突出部分に開口２５が形成されている。開口２５は、分岐管２４の突出端に位置する先端開口２５ｆと、その先端開口２５ｆの一端から分岐管２４の基端部２４ｍ近傍にかけて凹円弧形に形成された円弧開口２５ｅとから構成されている。そして、円弧開口２５ｅの部分が扇形の可動板２６によって開閉可能に構成されている。

可動板２６は、上記したように扇形に形成されており、その扇の周縁部分の曲率半径が分岐管２４の円弧開口２５ｅの曲率半径とほぼ等しく設定されている。そして、可動板２６の周縁部分に分岐管２４の円弧開口２５ｅを塞ぐ蓋部２６ｈが形成されている。また、可動板２６の扇の要に相当する部位に回転シャフト２６ｓが固定されており、その回転シャフト２６ｓがモータ２６ｍ（図１参照）に連結されている。前記モータ２６ｍは、回転シャフト２６ｓを介して可動板２６を軸心まわりに回転させることで、その可動板２６の蓋部２６ｈを分岐管２４の円弧開口２５ｅに沿って摺動させて、その円弧開口２５ｅの開度を調整する。

モータ２６ｍによって可動板２６が左方向に回転すると、円弧開口２５ｅが閉じられて、分岐管２４の開口面積Ｓが小さくなるとともに、分岐管２４の有効長さ寸法Ｌが大きくなる。即ち、図４における分岐管２４の断面積Ｓが小さくなるとともに、分岐管２４の長さ寸法Ｌが大きくなり、共鳴周波数ｆ＝（ｃ／２π）×（√（Ｓ／Ｌ×Ｖ））は、小さくなる。
また、前記モータ２６ｍによって可動板２６が右方向に回転すると、円弧開口２５ｅが開かれて、分岐管２４の開口面積Ｓが大きくなるとともに、分岐管２４の有効長さ寸法Ｌが小さくなる。即ち、図４における分岐管２４の断面積Ｓが大きくなるとともに、分岐管２４の長さ寸法Ｌが小さくなり、共鳴周波数ｆ＝（ｃ／２π）×（√（Ｓ／Ｌ×Ｖ））は大きくなる。

可動板２６の回転に使用されるモータ２６ｍは電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２からの信号に基づいて駆動される。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２は、モータ２６ｍを駆動させる制御プログラムを二パターン（制御パターンＡ、制御パターンＢ）記憶している。
制御パターンＡは、可変消音器２０の共鳴周波数ｆがエンジン１の回転数Ｒに対応した吸気音の周波数Ｆに一致するように、モータ２６ｍを駆動させる。ここで、エンジン１の吸気脈動によって発生する吸気騒音（吸気音）は、エンジンの回転数Ｒに対応した特定の周波数Ｆで騒音レベルが高くなる。
４サイクルエンジンにおける前記周波数Ｆは、Ｆ＝（１／２）×Ｒ×（１／６０）×ｓ×ｎで表される。ここで、ｓは気筒数であり、ｎは、１,２,３…である。即ち、エンジンの回転数Ｒが増加すると周波数Ｆは大きくなり、回転数が減少すると周波数Ｆは小さくなる。なお、エンジンの回転数Ｒは、回転センサ１ｒ（図１参照）によって検出され、その信号が電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２に入力される。
制御パターンＡに基づいて可変消音器２０のモータ２６ｍが駆動され、その可変消音器２０の共鳴周波数ｆがエンジン１の回転数Ｒに対応した吸気音の周波数Ｆに一致すると、その周波数Ｆの吸気音（騒音レベルの高い周波数Ｆの吸気音）が小さくなり、結果的にエンジン１の吸気音が最小になる。

制御パターンＢは、可変消音器２０の共鳴周波数ｆがエンジン１の回転数Ｒに対応した吸気音の周波数Ｆからずれるように、モータ２６ｍを駆動させる。制御パターンＢに基づいて前記モータ２６ｍが駆動され、可変消音器２０の共鳴周波数ｆがエンジン１の回転数に対応した吸気音の周波数Ｆからずれると、その周波数Ｆの吸気音がさほど小さくならない。これによって、結果的にエンジンの吸気音が大きくなる。
即ち、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２が本発明の制御手段に相当する。また、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２における制御パターンＡが本発明の消音パターンに相当し、制御パターンＢが本発明の消音抑制パターンに相当する。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２における制御パターンＡと制御パターンＢとは、選択装置１４からの信号によって切替えられる。本実施形態では、選択装置１４として車両のオートマチックトランスミッションのモード選択スイッチ（図示省略）が使用される。即ち、運転者がモード選択スイッチを操作してノーマルモードに切替えた場合には、そのノーマルモード切替え信号によって制御パターンＡが選択される。逆に、運転者がモード選択スイッチを操作してパワーモードに切替えた場合には、そのパワーモード切替え信号によって制御パターンＢが選択される。

また、選択装置１４としてオートマチックトランスミッションのモード選択スイッチと共に、オーディオの電源スイッチ（図示省略）が使用されている。即ち、オーディオの電源がオンされている時は、車室内を静かにするため、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２の制御パターンＡ（消音パターン）が選択される。
即ち、選択装置１４であるオートマチックトランスミッションのモード選択スイッチ、オーディオの電源スイッチ及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２が本発明の切替え手段に相当する。

次に、上記した可変消音器制御装置１０の動作を図３に基づいて説明する。
運転者がオートマチックトランスミッションのモード選択スイッチをノーマルモードに切替えると（ステップＳ１０１ＹＥＳ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２の制御パターンＡが選択される（ステップＳ１０３）。これによって、可変消音器２０の共鳴周波数ｆがエンジン１の回転数Ｒに対応した吸気音の周波数Ｆに一致するように、その可変消音器２０のモータ２６ｍが駆動させられる（ステップＳ１０５）。即ち、エンジン１の回転数Ｒが変化してその回転数Ｒに対応した吸気音の周波数Ｆが変化すると、それに追従するように可変消音器２０の共鳴周波数ｆが調整される。この結果、エンジン１の吸気音が小さくなって、車室内が静かになる。

次に、運転者がオートマチックトランスミッションのモード選択スイッチをパワーモードに切替えると（ステップＳ１０１ＮＯ）、オーディオの電源スイッチがオンされていない場合（ステップＳ１０２ＮＯ）、電子制御ユニッＥＣＵ）１２の制御パターンＢが選択される（ステップＳ１０４）。これによって、可変消音器２０の共鳴周波数ｆがエンジン１の回転数に対応した吸気音の周波数Ｆからずれるように、その可変消音器２０のモータ２６ｍが駆動させられる（ステップＳ１０６）。この結果、エンジン１の吸気音が比較的大きくなり、力強い吸気音の演出によって、スポーティな走りを楽しめるようになる。
また、オートマチックトランスミッションのモード選択スイッチがパワーモードに切替えられている場合でも（ステップＳ１０１ＮＯ）、オーディオの電源スイッチがオンされている場合には（ステップＳ１０２ＹＥＳ）、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２の制御パターンＡが選択され（ステップＳ１０３）、エンジン１の吸気音が最小になる。これによって、静かな車室内でオーディオを楽しむことができるようになる。

このように、本実施形態に係る可変消音器制御装置１０によると、車両の使用状況に応じて制御パターンＡと制御パターンＢとを切替えることで、可変消音器２０を使用して吸気音を演出することが可能になる。
また、選択装置１４は、オートマチックトランスミッションのモード選択スイッチにおいてノーマルモードが選択された場合に消音パターンを動作させ、パワーモードが選択された場合に消音抑制パターンを動作させる。このため、パワフルに走りたい場合に、消音抑制パターンが動作してエンジンの吸気音や排気音が比較的大きくなるため、迫力が増し、走る楽しみが感じられるようになる。

ここで、本実施形態では、エンジン１の吸気経路（図１参照）に可変消音器制御装置１０を設ける例を示したが、エンジン１の排気経路（図示省略）に可変消音器制御装置１０を設けることも可能である。
また、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２がモータ２６ｍを駆動させる制御プログラムを二パターン（制御パターンＡ、制御パターンＢ）記憶する場合を例示したが、制御パターンＢ（消音抑制パターン）を複数パターン用意することも可能である。
また、選択装置１４としてオートマチックトランスミッションのモード選択スイッチ及びオーディオの電源スイッチを例示したが、これ以外にも、ライトスイッチ、エアコンスイッチ、ワイパースイッチ及び窓の開閉スイッチ等を使用することも可能である。

即ち、ライトスイッチがオンのとき（夜等）に吸排気音を小さくし、オフのときに吸排気音を大きくしたり、エアコンスイッチがオンのときに吸排気音を大きくし、オフのときに吸排気音を小さくするようにしても良い。また、ワイパースイッチがオンのとき及び窓が開のときに吸排気音を大きくし、ワイパースイッチがオフ、窓が閉のときに吸排気音を小さくしても良い。さらに、シートの着座センサーによって複数の乗車人員が認められた場合には、会話を妨げないように、吸排気音を小さくするようにしても良い。

以下、実施形態に記載された発明のうちで特許請求の範囲には記載されていない発明を列記する。
（１）請求項１に記載の可変消音器制御装置であって、
切替え手段は、オーディオの電源スイッチがオンされた場合に消音パターンを動作させることを特徴とする可変消音器制御装置。
（２）請求項１に記載の可変消音器制御装置であって、
切替え手段は、ライトスイッチがオンされた場合に消音パターンを動作させることを特徴とする可変消音器制御装置。
（３）請求項１に記載の可変消音器制御装置であって、
切替え手段は、エアコンの風量が大きなときに消音抑制パターンを動作させることを特徴とする可変消音器制御装置。
（４）請求項１に記載の可変消音器制御装置であって、
切替え手段は、ワイパースイッチがオンされた場合に消音抑制パターンを動作させることを特徴とする可変消音器制御装置。
（５）請求項１に記載の可変消音器制御装置であって、
切替え手段は、シートの着座センサーによって複数の乗車人員が認められた場合に消音パターンを動作させることを特徴とする可変消音器制御装置。
（６）請求項１に記載の可変消音器制御装置であって、
切替え手段は、窓の開閉スイッチに基づいて消音パターンと消音抑制パターンとを切替えることを特徴とする可変消音器制御装置。

本実施形態に係る可変消音器制御装置を備えるエンジンを表す模式系統図である。可変消音器の縦断面図である。可変消音器制御装置の動作を表すフローチャートである。一般的なレゾネータを表す模式図である。

符号の説明

５吸気管
１０可変消音器制御装置
１２電子制御ユニット（ＥＣＵ）（制御手段、消音パターン、消音抑制パターン）
１４選択装置（切替え手段）
２０可変消音器

Claims

車両におけるエンジンの吸気経路あるいは排気経路に設けられており、共鳴周波数を調整可能に構成された可変消音器と、複数の制御パターンが設定されており、各々の前記制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能な制御手段と、前記制御手段がいずれか一つの制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能なように、前記制御パターンの切替えを行う切替え手段とを備える可変消音器制御装置であって、
前記制御手段は、一つの制御パターンとして、前記可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数と一致するように、その可変消音器を制御する消音パターンを有しており、
前記切替え手段は、シートの着座センサーによって複数の乗車人員が認められた場合に、前記制御パターンを前記消音パターンに切替え、これにより、前記制御手段が前記消音パターンに基づいて前記可変消音器を制御する構成であることを特徴とする可変消音器制御装置。
車両におけるエンジンの吸気経路あるいは排気経路に設けられており、共鳴周波数を調整可能に構成された可変消音器と、複数の制御パターンが設定されており、各々の前記制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能な制御手段と、前記制御手段がいずれか一つの制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能なように、前記制御パターンの切替えを行う切替え手段とを備える可変消音器制御装置であって、
前記制御手段は、一つの制御パターンとして、前記可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数と一致するように、その可変消音器を制御する消音パターンを有しており、
前記切替え手段は、オーディオの電源スイッチがオンされた場合に、前記制御パターンを前記消音パターンに切替え、これにより、前記制御手段が前記消音パターンに基づいて前記可変消音器を制御する構成であることを特徴とする可変消音器制御装置。
車両におけるエンジンの吸気経路あるいは排気経路に設けられており、共鳴周波数を調整可能に構成された可変消音器と、複数の制御パターンが設定されており、各々の前記制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能な制御手段と、前記制御手段がいずれか一つの制御パターンに基づいて前記可変消音器を制御可能なように、前記制御パターンの切替えを行う切替え手段とを備える可変消音器制御装置であって、
前記制御手段は、一つの制御パターンとして、前記可変消音器の共鳴周波数が前記エンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数からずれるように、その可変消音器を制御する消音抑制パターンを有しており、
前記切替え手段は、エアコンスイッチがオンされた場合に、前記制御パターンを前記消音抑制パターンに切替え、これにより、前記制御手段が前記消音抑制パターンに基づいて前記可変消音器を制御する構成であることを特徴とする可変消音器制御装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の可変消音器制御装置であって、
制御手段は、可変消音器の共鳴周波数がエンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数と一致するように、その可変消音器を制御する消音パターンと、
前記可変消音器の共鳴周波数が前記エンジンの回転数に対応した吸気音あるいは排気音の周波数からずれるように、その可変消音器を制御する消音抑制パターンとを備えていることを特徴とする可変消音器制御装置。
請求項４に記載の可変消音器制御装置であって、
切替え手段は、オートマチックトランスミッションのモード選択スイッチによってノーマルモードが選択された場合に、前記制御手段が前記消音パターンに基づいて前記可変消音器を制御させるように前記制御パターンの切替えを行い、パワーモードが選択された場合に、前記制御手段が前記消音抑制パターンに基づいて前記可変消音器を制御させるように前記制御パターンの切替えを行うことを特徴とする可変消音器制御装置。