JP4618122B2

JP4618122B2 - 吸気音増音装置

Info

Publication number: JP4618122B2
Application number: JP2005377844A
Authority: JP
Inventors: 寛之阿部; 哲佐々木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007177717A

Description

本発明は吸気音増音装置に関し、特に広範囲の周波数の吸気音を増音可能な吸気音増音装置に関する。

近年、自動車等の吸気系統から発する吸気音の音質を改善、増音して乗員に聞かせ、スポーティなサウンドを演出する装置が知られている。
そのような装置としては、特許文献１に示すものが上げられる。特許文献１には、吸気経路とダッシュパネルとをパイプで連結して、吸気音の圧力変動でダッシュパネルを振動させることで、車室内に吸気音を伝える技術が開示されている。
特開２００４−２１８４５８号公報

しかしながら、特許文献１に示す技術では、増音できる周波数（＝音色）の範囲が狭い範囲に限られ、種々の周波数の範囲にわたる吸気音を十分に伝えることができなかった。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、より広範囲の周波数の吸気音を伝播可能にすることで心地よいサウンドを演出可能な吸気音増音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、本発明の吸気音増音装置は、エンジンの吸気経路に連通する中空の吸入経路連通部材と、前記吸入経路連通部材に連通する接続管と、前記吸入経路連通部材と前記接続管との接続部に介挿され、当該接続部の断面を閉塞すると共に、面外方向に振動可能な振動部材と、前記接続管に一端が連通し、他端が外気に連通する複数の外気連通管と、前記複数の外気連通管のうちの少なくとも１つの断面を開閉し、前記接続管との連通状態を断接する弁と、エンジン回転数に応じて前記弁を開閉させて、前記複数の外気連通管により形成される管路のうち前記接続管と連通する連通管路を設定するコントローラと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、吸気音に含まれる種々の周波数の音を増幅することができるので、よりスポーティなサウンドを演出することができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態の構成について説明する。
図１はフロントエンジンの車両に適用される本実施形態の吸気音増音装置の配置を示す図、図２は本実施形態における吸気音増音装置及び吸気系統の構成を示す図である。
本実施形態における吸気音増音装置は、図１に示すように、エンジン１への吸気経路を構成する吸気ダクト４に取り付けられ、ダッシュパネルよりも車両前後方向前方のエンジンルーム内に配置される。

吸気ダクト４は、図２に示すように、一端部が外気に開放され、他端部がインテークマニホールド３を介して、エンジン１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６及びスロットルチャンバ５が介装されている。ここで、スロットルチャンバ５は、アクセルペダルの踏み込み量に応じてサージタンク２への通気量を増減する。また、エンジン１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。

そして、本実施形態では、スロットルチャンバ５とエアクリーナ６との間に位置する吸気ダクト４の部分に対して、吸気音増音装置７が接続されている。
本実施形態の吸気音増音装置７は、吸入経路連通管ａと、接続管９３と、振動板ｆと、第１外気連通管ｂと、第２外気連通管ｃと、弁ｇと、コントローラ９２と、を備える。
吸入経路連通管ａは、一端開口部が吸気ダクト４内に接続し、他端が接続管９３に接続する。吸入経路連通管ａは、本発明の吸入経路連通部材に相当する。

接続管９３は、吸入経路連通管ａが接続する端部とは反対側の端部が２股に分岐しており、ここに第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃがそれぞれ接続している。接続管９３内部を介して、第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃが相互に連通している。
振動板ｆは、吸入経路連通管ａと接続管９３との接続部に、当該接続部の断面を閉塞するようにして介挿されている。振動板ｆは、例えば弾性膜から構成され、吸入経路連通管ａの管内気圧の変動によって面外方向に振動する。この振動板ｆが、本発明における振動部材に相当する。

第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃは、それぞれ接続管９３との接続部から異なる方向に向かって延び、終端がエンジンルーム内の異なる位置で外気に向かって開放されている。また、本実施形態ではこれら２つの管の長さは異なっており、第１外気連通管ｂの方が第２外気連通管ｃよりも長くなっている。吸入経路連通管ａ、第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃの長さは、増幅したい吸気音の周波数や適用する車両のエンジンルームのスペースに応じて定められる。詳細は後述する。

弁ｇは、開閉部材ｇ１と、アクチュエータｇ２と、を備えて構成され、接続管９３に設けられる。開閉部材ｇ１は、接続管９３との接続部における第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃそれぞれの断面を略覆うことができる大きさの部材であり、アクチュエータｇ２によって駆動される。アクチュエータｇ２は、後述するコントローラ９２からの駆動信号を受けて、開閉部材ｇ１を駆動することで、第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃの断面を開閉する。本実施形態ではステッピングモータで構成され、その駆動軸に開閉部材ｇ１が取り付けられる。

コントローラ９２は、エンジン回転数検出センサ（図示せず）などで検出されたエンジン回転数情報に基づき、いずれの連通管路を設定するかを判定し、これに基づきアクチュエータｇ２に駆動信号を出力する。ここで、連通管路は、弁ｇにより連通状態を断ち切られず、接続管９３と連通し、当該接続管９３内部と共に一体的に形成される管路である。本実施形態では、連通管路として、第１外気連通管ｂと接続管９３とが連通した管路、第２外気連通管ｃと接続管９３とが連通した管路、及び、第１外気連通管ｂと接続管９３と第２外気連通管ｃとが相互に連通した管路が設定可能である。なお、上記判定は、例えばエンジン回転数の閾値と連通管路との対応を定めたテーブルを用いて行う。このコントローラ９２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、上記機能を実現するためのプログラムを記憶する記憶装置（ＲＯＭなど）及びアクチュエータｇ２用のモータドライバなどを備えて構成される。より具体的には、エンジン制御用電子コントロールユニット（ＥＣＵ）に機能の一部として付加され、所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）のタイマ割込みによって実行され、エンジン回転数を常時監視し、その変化に応じて弁ｇの駆動信号を出力する。

次に、上記構成の吸気音増音装置７の動作及び効果について説明する。
エンジン回転数が低い場合、図３（ａ）に示すように、弁ｇは第１外気連通管ｂを開き、第２外気連通管ｃを閉じる。これにより、接続管９３と第１外気連通管ｂとが連通した連通管路が形成される。この状態において、エンジン１を加振源とする吸気脈動はインテークマニホールド３及びサージタンク２を介して吸気ダクト４内に伝播する。その吸気脈動が吸入経路連通管ａ内に伝播すると、気柱が振動し、当該気柱の長さＬ１により決定される共鳴周波数ｆ１付近の吸気音が増幅される。

さらに、吸入経路連通管ａに伝播した吸気脈動は振動板ｆを加振するため、吸気脈動は振動板ｆを挟んで下流側の連通管路にも伝えられる。このとき、上記のように第２外気連通管ｃは閉ざされているため第２外気連通管ｃ内に吸気脈動は伝播されない。そして、連通管路内で気柱が振動し、当該気柱の長さＬ２により決定される共鳴周波数ｆ２付近の吸気音が増幅される。増幅された吸気音は、開口端ｄより発音し、さらに車室内へ伝播される。なお、吸気脈動が連通管路に伝播する際、吸気自体は振動板ｆに阻止され、当該連通管路側には流入しない。

以上より、エンジン回転数が低い場合には、共鳴周波数ｆ１付近及び共鳴周波数ｆ２付近の吸気音が増音される。
エンジン回転数が中程度の場合、弁ｇは第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃの双方を開く。これにより、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２外気連通管ｂ，ｃが接続管９３内部を介して相互に連通した状態となり、連通管路は、両端が開口した１つの開管状になる。この状態において、振動板ｆよりも上流側では、エンジン回転数が低い場合と同様に吸気脈動が伝播され、吸入経路連通管ａにより共鳴周波数ｆ１付近の吸気音が増幅される。振動板ｆの下流側では、吸気脈動が伝播されると、上記開管状の連通管路内で気柱が振動し、当該気柱の長さ（Ｌ２＋Ｌ３）により決定される共鳴周波数ｆ４付近の吸気音が増音される。なお、Ｌ３は第２外気連通管ｃと振動板ｆとの間に形成される気柱の長さである（図２参照）。

以上より、エンジン回転数が中程度の場合には、共鳴周波数ｆ１付近及び共鳴周波数ｆ４付近の吸気音が増音される。
エンジン回転数が高い場合、弁ｇは第１外気連通管ｂを閉じ、第２外気連通管ｃを開く。これにより、接続管９３と第２外気連通管ｃとが連通した連通管路が形成される。この状態において、振動板ｆよりも上流側では、その他の場合と同様に吸気脈動が伝播され、吸入経路連通管ａにより共鳴周波数ｆ１付近の吸気音が増幅される。振動板ｆの下流側では、連通管路内の気柱に吸気脈動が伝播され、当該気柱の長さＬ３により決定される共鳴周波数ｆ３付近の吸気音が増幅される。

以上より、エンジン回転数が高い場合には、共鳴周波数ｆ１付近及び共鳴周波数ｆ３付近の吸気音が増音される。
上記共鳴周波数ｆ１〜ｆ４は下記式（１）〜（４）で示される。
ｆ１＝（１／４）・（ｃ／Ｌ１） …（１）
ｆ２＝（１／４）・（ｃ／Ｌ２） …（２）
ｆ３＝（１／４）・（ｃ／Ｌ３） …（３）
ｆ４＝（１／２）・｛ｃ／（Ｌ２＋Ｌ３）｝ …（４）
ただし、ｃは音速であり、ｃ＝３３１．４＋０．６０４ｔ（ｔは摂氏温度）である。また、共鳴周波数ｆ４が他と異なり（１／２）であるのは、開管状になっているためである。

ここで、本実施形態では、上記式（１）〜（４）により定められる共鳴周波数が、ｆ１＜ｆ２＜ｆ４＜ｆ３となるように、吸入経路連通管ａ、第１外気連通管ｂ及び第２外気連通管ｃの長さを定めている。従って、エンジン回転数が高くなり、吸気音の周波数が高くなると、これに応じて吸気音増音装置７で増幅可能な吸気音の周波数も高くなることから、広い周波数域の吸気音を増幅し、車室内に伝播することができる。

これを室内（車室内）音音圧レベルとエンジン回転数との関係を示す図４のグラフを用いて説明する。
同図には、種々のエンジン回転数において、図３（ａ）に示すように弁ｇにより第２外気連通管ｃを閉じたままで増幅させた場合（「ｆ１＋ｆ２」で示す）、図３（ｂ）に示すように第１及び第２外気連通管ｂ，ｃを開いたままで増幅させた場合（「ｆ１＋ｆ４」で示す）、図３（ｃ）に示すように第１外気連通管ｂを閉じたままで増幅させた場合（「ｆ１＋ｆ３」で示す）の各室内音音圧レベルを破線（一部実線）で示している。図４に示すように、第２外気連通管ｃを閉じたままの場合には、共鳴周波数ｆ１及びｆ２付近で高い音圧レベルとなるものの、エンジン回転数が高く、吸気音の周波数が高いと、音圧レベルが低くなっている。その他の場合も同様に共鳴周波数外の領域では音圧レベルが低い。

これに対し、本発明では、周波数ｆ４に相当するエンジン回転数の時点では、接続管９３と連通する管を第１外気連通管ｂから第２外気連通管ｃに切り替えることで、約２０ｄＢ音圧レベルが上昇していることが確認できる。すなわち、エンジン回転数に応じて、吸気音の周波数が高いと共鳴周波数が高い連通管路を設定するようにしているので、音圧レベルは図３に実線で示すようにどのエンジン回転数においても高い音圧レベルを維持することが可能である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態の構成を説明する図である。
第２実施形態の構成は、吸気音増音装置７のエンジンルームにおける配置以外は、第１実施形態の構成と略同様である。以下、異なる部分のみ説明する。
図５において、第１及び第２外気連通管ｂ，ｃの開口端ｄ，ｅは、互いにエンジンルーム内の異なる場所に向いていることから、それぞれの位置から車室内までの音響伝達特性（１），（２）が異なる。このため、各開口端ｄ，ｅから放射された音はその異なる音響伝達特性の影響を受けて車室内へ伝播される。

図５において、第１外気連通管ｂが接続管９３と連通管路を形成している場合には、第１実施形態で記述したように共鳴周波数ｆ１及びｆ２の音が増幅され、開口端ｄから放射される。このとき、開口端ｄからは増幅されなかった周波数の吸気音も放射されるが、音響伝達特性（１）は周波数ｆ５の伝達特性が低い状態とされているため、伝播過程で周波数ｆ５の吸気音の音圧レベルも高くなり、車室内は周波数ｆ１，ｆ２及びｆ５の吸気音が高い音圧レベルで伝達される。一方、第２外気連通管ｃが接続管９３と連通管路を形成している場合には、第１実施形態で記述したように共鳴周波数ｆ１及びｆ３の音が増幅され、開口端ｅから放射される。このとき、音響伝達特性（２）は周波数ｆ６の伝達特性が低い状態とされているため、伝播過程で周波数ｆ６の吸気音の音圧レベルも高くなり、車室内は周波数ｆ１，ｆ３及びｆ６の吸気音が高い音圧レベルで伝達される。これにより、車室内には幅広い周波数の吸気音が伝達されて、よりスポーティなサウンドを演出することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。
図６は、第３実施形態の構成を説明する図である。
第３実施形態の構成は、外気連通管が２本から複数になり、これら複数の外気連通管を連通管路に設定可能とされている以外は、第１実施形態の構成と略同様である。以下、異なる部分のみ説明する。

図６において、外気連通管は、ｂ，ｃに加えて、ｈ〜ｚまでｎ本設けられている。弁ｇは、接続管９３内に設けられ、これら全ての外気連通管について、接続管９３との接続部の断面を開閉可能に構成されている。そして、コントローラ９２も、弁ｇを制御することで、全ての外気連通管について連通管路として設定可能になっている。これにより、連通管路として閉管を設定したり、２本、３本以上の種々の組み合わせで設定したりすることで、非常に広汎な周波数の吸気音を増幅させることが可能になる。

以上、第１〜第３実施形態を用いて、本発明について説明したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
例えば、吸入経路連通管ａの共鳴周波数を最も低く設定する必要はなく、例えば最も高く設定してもよい。また、吸入経路連通部材の形状は、管状に限られず、箱状や複数の中空部材が結合したものであってもよい。
また、弁ｇを外気連通管と接続間との接続断面に設ける場合のみでなく、外気連通管の途中に設けたり、１つの外気連通管に複数設けたりしてもよい。

本実施形態の吸気音増音装置の配置を説明する図である。第１実施形態における吸気音増音装置及び吸気系統の構成を示す図である。種々のエンジン回転数における吸気音増音装置の状態を示す図である。室内音音圧レベルとエンジン回転数との関係を示すグラフである。第２実施形態の構成を説明する図である。第３実施形態の構成を説明する図である。

符号の説明

１エンジン、２サージタンク、３インテークマニホールド、４吸気ダクト、５スロットルチャンバ、６エアクリーナ、７吸気音増音装置、９２コントローラ、９３接続管、ａ吸入経路連通管、ｂ第１外気連通管，ｃ第２外気連通管、ｈ〜ｚ外気連通管、ｆ振動板、ｇ弁、ｇ１開閉部材、ｇ２アクチュエータ

Claims

エンジンの吸気経路に連通する中空の吸入経路連通部材と、
前記吸入経路連通部材に連通する接続管と、
前記吸入経路連通部材と前記接続管との接続部に介挿され、当該接続部の断面を閉塞すると共に、面外方向に振動可能な振動部材と、
前記接続管に一端が連通し、他端が外気に連通する複数の外気連通管と、
前記複数の外気連通管のうちの少なくとも１つの断面を開閉し、前記接続管との連通状態を断接する弁と、
エンジン回転数に応じて前記弁を開閉させて、前記複数の外気連通管により形成される管路のうち前記接続管と連通する連通管路を設定するコントローラと、
を備えることを特徴とする吸気音増音装置。
前記コントローラは、前記エンジン回転数が高くなるのに従って、前記連通管路の共鳴周波数が高くなるように前記弁の開閉を設定することを特徴とする請求項１に記載の吸気音増音装置。
２以上の前記外気連通管が、互いに異なる長さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸気音増音装置。
前記吸入経路連通部材を、前記複数の外気連通管とは異なる長さの管状部材としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸気音増音装置。
前記複数の外気連通管の前記外気に開放する端部を、互いに異なる位置に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸気音増音装置。
前記弁は、２以上の前記外気連通管のそれぞれと前記接続管との接続部の断面を開閉可能に構成され、
前記コントローラは、前記連通管路として、前記接続管と１つの前記外気連通管とが連通した閉管状の管路、及び、前記接続管と２以上の前記外気連通管とが相互に連通した開管状の管路を設定可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸気音増音装置。
前記外気連通管を２本としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の吸気音増音装置。