JP4673108B2 - 車両のエンジン音導入構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両のエンジンの吸気音等を車室内に導入するエンジン音の導入構造に関するものである。

乗用車等の車両において、ユーザの嗜好に対応するため、エンジンが外気を吸入するインテークシステムから発生する吸気音を、搭乗者が居住する車室内に積極的に導入してスポーティさや高性能感を演出することが知られている。
例えば、エンジンの吸気側に接続されたインテークダクトの一部から分岐したパイプ部を設け、その他端部を、エンジンルームと車室との間の隔壁（バルクヘッド）に接続することが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００４−２１８４５８号公報

しかし、エンジンの吸気音やシリンダ内の爆発に伴う振動音には、広範な周波数成分が含まれる一方、車室内における演出に効果的な周波数帯域は、例えば２５０Ｈｚ近傍等の特定のものに限られることから、上述した従来技術のようにインテークダクト等が生ずる音をそのまま車室内に導入した場合、不要な周波数成分が含まれることによって、単なる騒音という印象をユーザに与えるおそれがあった。

また、車両のエンジン等のパワートレーンは、通常ゴム等の弾性体を有するマウントを介して車体に固定され、マウントの弾性変形によって車体に対して変位するから、このような変位を許容する構造とすることが要求される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、車体に対するエンジンの変位にかかわらず、特定の周波数成分を効果的に導入する車両のエンジン音導入構造を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、車両のエンジンに起因する振動によって加振される振動体と、前記振動体に対して間隔を隔てて対向して配置され、前記振動体が発生する放射音によって音響加振される第１の振動面部と、前記車両の車室内に配置され、車体と独立して振動可能に支持された第２の振動面部と、前記第１の振動面部及び前記第２の振動面部にそれぞれ接続され、前記車室の一部を構成するボディパネル部を貫通して配置された振動伝達部とを備える車両のエンジン音導入構造である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の車両のエンジン音導入構造において、前記振動伝達部は、前記第１の振動面部の振動を固体伝播によって前記第２の振動面部に伝達することを特徴とする車両のエンジン音導入構造である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両のエンジン音導入構造において、前記振動体の前記第１の振動面部に対向する面部は、前記第１の振動面部の固有振動数と略同じ固有振動数を有することを特徴とする車両のエンジン音導入構造である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両のエンジン音導入構造において、前記第１の振動面部は、前記第２の振動面部と略同じ固有振動数を有することを特徴とする車両のエンジン音導入構造である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両のエンジン音導入構造において、前記振動伝達部は、前記第１の振動面部、前記第２の振動面部の少なくとも一方と略同じ固有振動数を有することを特徴とする車両のエンジン音導入構造である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車両のエンジン音導入構造において、前記振動伝達部は、前記ボディパネル部に形成された開口の内周縁部に備えられた弾性部材を介してこのボディパネル部に支持されることを特徴とする車両のエンジン音導入構造である。

本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）第１の振動面部が音響加振されて振動する際の周波数特性は、その加振源となる振動体の振動の周波数特性と比較した場合、第１の振動面部の固有振動数近傍の成分が他の周波数帯域の成分に対して相対的に増幅されるから、この振動を第２の振動伝達部に伝達して加振し、第２の振動伝達部からの放射音を車内に拡散させることによって、第１の振動面部の固有振動数近傍の特定の周波数成分を効果的に車室内に導入することができる。また、第１の振動面部の固有振動数をチューニングすることによって、車室内に導入するエンジン音の周波数帯域を任意に変更することができる。
また、第１の振動面部と振動体とは非接触とすることができるから、振動体がエンジンの変位に追従して変位した場合であっても、各振動面部及び振動伝達部に影響を与えることがない。
（２）振動伝達部は、第１の振動面部の振動を第２の振動面部に固体伝播によって伝達するから、例えば管路等を用いてその内部で音響伝播させる場合と比較して、振動伝達部の配置に必要なスペースを低減でき、さらにその構造も簡素化することができる。
（３）第１の振動面部とこれと対向する振動体の面部とは略同じ固有振動数を有するから、振動体からの放射音によって第１の振動面部が共振し、このような周波数近傍の成分を強調することができる。
（４）第２の振動面部の固有振動数を第１の振動面部と略同じとしたから、第１の振動面部において強調された周波数帯域の成分によって第２の振動面部が共振し、この周波数成分をより強調することができる。
（５）振動伝達部の固有振動数を、第１の振動面部、第２の振動面部の少なくとも一方と略同じとしたから、振動伝達部と振動面部との間でも共振が生じ、特定の周波数成分をさらに強調することができる。
（６）振動伝達部は、弾性部材を介してボディパネル部に支持されているから、ボディパネル部の振動特性によってエンジン音導入構造の機能に影響を及ぼすことがない。

本発明は、車体に対するエンジンの変位にかかわらず、特定の周波数成分を効果的に導入する車両のエンジン音導入構造を提供するという目的を、吸気用のチャンバにより音響加振されるエンジン側振動板の振動を、ステーを介した固体伝播によって車内側振動板に固体伝播し、車内側振動板から車内に放射音として伝播することによって実現した。

以下、本発明を適用したエンジン音導入構造の実施例１について、図面等を参照して説明する。
図１及び図２は、実施例１のエンジン音導入構造の構成を示す概略図であって、それぞれ車両の側面側及び上方から見た状態を示す図である。また、図３は、エンジンの外観斜視図である。図４は、図１のIV部拡大図である。

車両１は、例えばセダン型やステーションワゴン型の乗用車であって、キャビン（車室）１１０と、エンジンルーム１５０と、パワートレーン２００と、エンジン音導入部３００とを備えている。
キャビン１１０は、搭乗者が収容される居室であって、トーボード１１１と、バルクヘッド１１２と、フロアパネル１１３と、フロアトンネル１１４等で形成され、キャビン１１０内にはダッシュボード１１５と、ステアリングシャフト１１６と、ステアリングサポートビーム１１７等とを備えている。

トーボード（ボディパネル部）１１１は、キャビン１１０の前端部に設けられ、キャビン１１０とエンジンルーム１５０とを区画する隔壁であって、前席搭乗者の足元及びその上部に相当する位置に設けられている。また、トーボード１１１の車内側の面部には、部分的に遮音材（インシュレータ）１１１ａが貼付されている。
トーボード１１１は、その一部に後述するエンジン音導入部３００のステー３３０が挿入され貫通する開口１１１ｂが形成されている（図４参照）。開口１１１ｂは、キャビン１１０内側から見て、ダッシュボード１１５の内側でありかつステアリングサポートビーム１１７の下側の領域に配置されている。また、上述したインシュレータ１１１ａは、開口１１１ｂの周辺部を避けて配置されている。

バルクヘッド１１２は、トーボード１１１の上部からエンジンルーム１５０側に突き出して設けられ、上方に開口したトレー状の部材であって、その内部に図示しないワイパモータ等を収容する空間部を備えている。
フロアパネル１１３は、キャビン１１０の床面部であって、トーボード１１１の下端部から車両の後方側へ延在して連続して形成されている。
フロアトンネル１１４は、フロアパネル１１３の車幅方向における中央部を車内側に凹ませて、車両の前後方向に延在して形成されており、その下側に形成される空間部に、後述するトランスミッション２３０の後部、車両の後方側に延在するプロペラシャフト、エキゾーストパイプ等を収容するものである。
なお、上述したトーボード１１１、バルクヘッド１１２、フロアパネル１１３、フロアトンネル１１４は、鋼板をプレス加工して形成され、それぞれ車体モノコックの一部を構成するものである。

ダッシュボード１１５は、トーボード１１１の車内側の面部に備えられ、図示しない空調装置、計器類、オーディオ機器、ＳＲＳ助手席エアバッグ等を収容するものであって、その上端側の縁部は、フロントウィンドシールドの下端部に沿って形成され、下端部側は車室内側に開口している。
ステアリングシャフト１１６は、ステアリングホイールと図示しないステアリングギアボックスと接続する回転部材であって、その一部が上述したダッシュボード１１５内に配置されている。
ステアリングサポートビーム１１７は、ダッシュボード１１５内に設けられ、車幅方向にわたして設けられた梁状の構造部材であって、ステアリングシャフト１１６を収容支持する図示しないステアリングコラム及び図示しない他の構成部材を支持するものである。

エンジンルーム１５０は、キャビン１１０に対して車両の前方側に設けられ、パワートレーン２００が収容される空間部を備えている。

パワートレーン２００は、エンジン本体２１０と、インテークシステム２２０と、トランスミッション２３０とを備えている。
エンジン本体２１０は、例えば４ストロークのガソリンエンジンであって、例えば水平対向４気筒の自然吸気エンジンであるが、エンジンの形式はこれに限らず、その運転に伴い、燃焼室内での爆発、吸気脈動、排気脈動、その他の機械的振動等によって周期的な振動を発生するものであればよい。

インテークシステム２２０は、インテークダクト２２１と、レゾネータ２２２と、エアクリーナケース２２３と、サイドブランチ２２４と、チャンバ２２５と、スロットルボディ２２６と、インテークマニホールド２２７とを備えている。

インテークダクト２２１は、その一端部側に外気に開放された吸気口を備え、他端部はエアクリーナケース２２３に接続され、その内部に連通している。
レゾネータ２２２は、インテークダクト２２１の側壁部に形成された図示しない開口部に接続された容器状の部材であって、吸気脈動等に起因するインテークダクト２２１内の圧力変動を加振源とするヘルムホルツ共鳴室として機能し、吸気音のチューニングに用いられるものである。
エアクリーナケース２２３は、容器状に形成され、その内部に、吸気中に含まれる微細なダスト等を濾過する図示しないエアクリーナエレメントが収容されている。
ブランチ管２２４は、エアクリーナケース２２３とチャンバ２２５との間の吸気管路から分岐して設けられ、その先端部を閉塞された管路であって、その内部に発生する気柱共鳴を利用して吸気音のチューニングに用いられるものである。
チャンバ（振動体）２２５は、エアクリーナケース２２３とスロットルボディ２２６との間の吸気管路の途中に設けられ、例えば樹脂等の材料によって容器状に形成された共鳴室であって、公知の共鳴過給効果を発揮することによって、エンジン本体２１０の出力を向上するものである。チャンバ２２５は、エンジン本体２１０の上部であってかつ車体１００のトーボード１１１の前部に配置され、図示しないステーによってエンジン本体２１０に対してリジットに固定されている。チャンバ２２５の車両後方側は、その上端部が下端部より後方側に設けられ、傾斜して配置された面部２２５ａが形成されている。
スロットルボディ２２６は、チャンバ２２５とインテークマニホールド２２７との間に備えられ、図示しないスロットルペダル等の操作部の操作に応じて、エンジン２１０の吸気量を制限するスロットルバルブを収容するものである。
インテークマニホールド２２７は、スロットルボディ２２６の下流側に接続され、エンジン２１０の図示しない各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続された分岐管を備えている。

トランスミッション２３０は、エンジン本体２１０の後方側に図示しない複数のボルトによってリジットに結合され、エンジン本体２１０の回転出力を減速又は増速する変速部、変速部の出力を前後輪側に分配するトランスファ部、トランスファ部の回転出力を左右前輪のドライブシャフトに伝達するフロントデファレンシャル部を同じケース内に収容しているものである。

エンジン音導入部３００は、エンジン側振動板（振動面部）３１０と、車内側振動板(振動面部)３２０と、ステー（振動伝達部）３３０とを備えている。
エンジン側振動板３１０は、例えば鋼板によって矩形の平板状に形成され、上述したチャンバ２２５の後端部の面部２２５ａと対向して配置されている。エンジン側振動板３１０は、この面部２２５ａとの間に間隔を隔てて略平行に配置されている。エンジン側振動板３１０と面部２２５ａとの間隔は、図示しないエンジンマウントの弾性変形によってエンジン本体２１０が車体１００に対して変位した場合に、面部２２５ａとエンジン側振動板３１０とが干渉しないように設定される。

車内側振動板３２０は、例えば鋼板によって矩形の平板上に形成され、トーボード１１１の車内側に配置されている。車内側振動板３２０は、トーボード１１１の車内側の面部に対して所定の間隔を隔てて略平行に配置されている。

ステー３３０は、例えば鋼製の丸棒等によって柱状に形成され、車両の前後方向に直線状に延在している。ステー３３０の前端部はエンジン側振動板３１０のチャンバ２２５と反対側の面部の略中央部に固定され、その後端部は、車内側振動板３２０のトーボード１１１と対向する面部の略中央部に固定されている。なお、ステー３３０とこれらの各振動板３１０、３２０との接続部は、例えばネジ結合や溶接等によってリジットに結合され、振動の固体伝播が可能となっている。
図４に示すように、ステー３３０は、その中間部分がトーボード１１１に形成された開口１１１ｂ内に挿入され、トーボード１１１を貫通して配置されている。
開口１１１ｂの内径はステー３３０の外径よりも大きく形成されている。開口１１１ｂは、その内周縁部に例えばゴム等の弾性を有する材料によって形成された円環状のグロメット１１１ｃが固定され、ステー３３０はその中央部に挿入されることによって、いわゆるフローティングがなされた状態でトーボード１１１に支持される。これにより、エンジン側振動板３１０、車内側振動板３２０、ステー３３０は、車体１００とは独立して振動可能に支持される。

次に、上述したチャンバ２２５、エンジン側振動板３１０、車内側振動板３２０、ステー３３０の振動特性及びエンジン音導入のメカニズムについて説明する。
チャンバ２２５は、そのエンジン側振動板３１０と対向する面部２２５ａの固有振動数が例えば約２５０Ｈｚ近傍となるように、構造、形状、表面部の剛性等が設計されている。
なお、このような周波数は、例えば運転者に車両の高性能感を訴求する演出効果を考慮して設定されるものであり、他の周波数であってもよい。
そして、エンジン本体２１０の運転時にその吸気脈動等によってチャンバ２２５が加振されると、面部２２５ａは約２５０Ｈｚ近傍の振動モードを示し、ここから約２５０Ｈｚ近傍にピークを有する放射音が発生する。

エンジン側振動板３１０、車内側振動板３２０、ステー３３０は、それぞれその固有振動数が例えば約２５０Ｈｚ近傍となるようにその材質、形状等を設計されている。これらの固有振動数は、例えばゴム紐等によって計測対象の部材単体を吊るし、ハンマリングにより加振することによって計測することができる。
エンジン側振動板３１０は、チャンバ２２５の面部２２５ａが発生する放射音によって音響加振され、このとき、共振によって約２５０Ｈｚ近傍の周波数帯域の成分が、他の周波数帯域の成分に対して相対的に増大される。
エンジン側振動板３１０において発生した振動はステー３３０を加振し、ステー３３０はこの振動を固体伝播によって車内側振動板３２０に伝達する。このとき、ステー３３０、車内側振動板３２０はともに約２５０Ｈｚ近傍に固有振動数を有するから、各部材において共振が生じ、約２５０Ｈｚ近傍の周波数帯域の成分はよりいっそう強調される。
そして、車内側振動板３２０はその振動によって放射音を発生し、この放射音はキャビン１１０内の空気の音響伝播によって、ダッシュボード１１５の下側の開口部から搭乗者側に伝播し、エンジン音の導入が行われる。

以上のように、本実施例によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）エンジン側振動板３１０の固有振動数を、キャビン内に導入すべきエンジン音の特定の周波数と略同じ約２５０Ｈｚ近傍としたから、エンジン側振動板３１０が音響加振されて生じた約２５０Ｈｚ近傍にピークを有する振動を車内側振動板３２０に伝達し、ここから放射音を発生させることによって、約２５０Ｈｚ近傍の特定の周波数成分をキャビン１１０内に効果的に導入することができる。
（２）チャンバ２２５とエンジン側振動板３１０とは、エンジンの変位量を考慮して設定された間隔を隔てて配置されているから、エンジンが変位した場合であってもこれらが相互に干渉することがない。
（３）ステー３３０は、エンジン側振動板３１０の振動を固体伝播によって車内側振動板３２０に伝達するから、例えば管路等を用いて音響伝播する場合と比較して、その配置に必要なスペースを低減でき、さらにその構造も簡素化することができる。
（４）チャンバ２２５のエンジン側振動板３１０と対向する面部２２５ａの固有振動数を、エンジン側振動板３１０と略同じ約２５０Ｈｚ近傍としたから、面部２２５ａから発生する放射音によってエンジン側振動板３１０が共振し、特定の周波数成分を強調することができる。
（５）車内側振動板３２０の固有振動数をエンジン側振動板３１０と略同じ約２５０Ｈｚ近傍としたから、車内側振動板３２０はエンジン側振動板３１０から伝達された振動によって共振し、特性の周波数成分をさらに強調することができる。
（６）ステー３３０の固有振動数は、エンジン側振動板３１０、車内側振動板３２０と略同じ約２５０Ｈｚ近傍としたから、ステー３３０が振動を固体伝播する際にも共振が生じ、特定の周波数成分をよりいっそう強調することができる。
（７）ステー３３０は、弾性を有する材料によって形成されたグロメット１１１ｃを介してトーボード１１１にフローティングマウントされているから、トーボード１１１の振動特性によってエンジン音導入部３００の機能に影響を与えない。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）上述した実施例は、振動体としてチャンバを用いているが、これに限らず、例えば、レゾネータ、エアクリーナケース、サイドブランチ、サージタンク等のインテークシステムの他の部位や、エンジンブロック、トランスミッションケース等のエンジンの運転に起因する振動によって生ずる音響を放射するものを用いることができる。
特に、本発明によれば、特定の周波数帯域の成分を強調するチューニングが比較的容易なインテークシステム等に限らず、広範な周波数帯域の成分が含まれるエンジン本体等を振動体とする場合であっても、振動体側、車室内側それぞれの振動面部や、その間に設けられた振動伝達部の周波数特性をチューニングすることによって、特定の周波数帯域の成分を効果的に導入することができる。
なお、エンジン起因の振動は、そのクランクシャフトの一回転ごとに周期的に発生する基本波成分及びその倍数の周波数を有する高次成分とを有し、これらはエンジンの回転数に比例して周波数が変化するが、エンジンの回転数が変化した場合であっても、いずれかの次数の成分に特定の周波数帯域が含まれていれば、これを加振源として上述した効果を得ることができる。
（２）実施例は、振動伝達部であるステーをボディパネル部でのみ支持する構成であるが、必要に応じて振動伝達部を複数箇所で支持するようにしてもよい。この場合、各支持箇所において弾性部材を介したフローティングマウントとするとよい。また、各振動面部をフローティングマウントによって支持してもよい。
（３）各振動面部や振動伝達部の構造、形状、材質等は上述した実施例に限定されず、他の構成であってもよい。
（４）実施例は、例えば２５０Ｈｚ近傍の周波数帯域を強調して演出するものであるが、このような周波数は変更してもよく、また、それぞれ異なった周波数特性を有する複数のエンジン音導入構造を組み合わせて使用してもよい。
（５）実施例は、ボディパネル部としてトーボードを用いているが、これに限らず、例えば、フロアパネル等の他の部材であってもよい。
（６）実施例におけるエンジンは４ストローク４気筒のガソリンエンジンであるが、例えばＣＮＧ、メタノール、水素等の代替燃料を用いるエンジンや、ディーゼルエンジンであってもよい。さらに、シリンダの気筒数や配列もこれに限らず、また、ヴァンケル式ロータリエンジン等であってもよい。

本発明を適用したエンジン音導入構造の実施例１の構成を示す概略図であって、車両の側面側から見た状態を示す図である。 図１のエンジン音導入構造の構成を示す概略図であって、車両の上方から見た状態を示す図である。 図１のエンジン音導入構造が備えられるエンジンの外観斜視図である。 図１のIV部拡大図である。

符号の説明

１ 車両
１１０ キャビン
１１１ トーボード
１１１ｂ 開口
１１１ｃ グロメット
１１５ ダッシュボード
１５０ エンジンルーム
２１０ エンジン本体
２２０ インテークシステム
２２５ チャンバ
３００ エンジン音導入部
３１０ エンジン側振動板
３２０ 車内側振動板
３３０ ステー

Claims (6)

1. 車両のエンジンに起因する振動によって加振される振動体と、
   前記振動体に対して間隔を隔てて対向して配置され、前記振動体が発生する放射音によって音響加振される第１の振動面部と、
   前記車両の車室内に配置され、車体と独立して振動可能に支持された第２の振動面部と、
   前記第１の振動面部及び前記第２の振動面部にそれぞれ接続され、前記車室の一部を構成するボディパネル部を貫通して配置された振動伝達部と
   を備える車両のエンジン音導入構造。
2. 請求項１に記載の車両のエンジン音導入構造において、
   前記振動伝達部は、前記第１の振動面部の振動を固体伝播によって前記第２の振動面部に伝達すること
   を特徴とする車両のエンジン音導入構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両のエンジン音導入構造において、
   前記振動体の前記第１の振動面部に対向する面部は、前記第１の振動面部の固有振動数と略同じ固有振動数を有すること
   を特徴とする車両のエンジン音導入構造。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両のエンジン音導入構造において、
   前記第１の振動面部は、前記第２の振動面部と略同じ固有振動数を有すること
   を特徴とする車両のエンジン音導入構造。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両のエンジン音導入構造において、
   前記振動伝達部は、前記第１の振動面部、前記第２の振動面部の少なくとも一方と略同じ固有振動数を有すること
   を特徴とする車両のエンジン音導入構造。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車両のエンジン音導入構造において、
   前記振動伝達部は、前記ボディパネル部に形成された開口の内周縁部に備えられた弾性部材を介してこのボディパネル部に支持されること
   を特徴とする車両のエンジン音導入構造。
   
   

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