JP6373159B2 - 車両用内燃機関の吸気音増幅装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の吸気脈動に応答して振動する共振体を用いた車両用内燃機関の吸気音増幅装置の改良に関する。

いわゆるスポーツカーなどの車両において、運転者に躍動感のあるエンジン音を提供するために、共振体の振動を利用して所望の帯域の吸気音の増幅を行う吸気音増幅装置が従来から提案されており、かつ実用に供されている（例えば、特許文献１，２）。

これは、内燃機関の吸気系から分岐した吸気音入口側の管状体と、先端が外部（例えば車室内空間）へ向けて開口した吸気音出口側の管状体と、互いに接続されたこれら２つの管状体の境界部に、入口側の管状体の先端を封止するように設けられた例えば蛇腹状の共振体と、を備えて構成されている。

このような吸気音増幅装置では、内燃機関の吸気系から入口側管状体を介して伝播する吸気脈動に応答して共振体が振動し、この共振体の振動が、さらに入口側管状体および出口側管状体の内部で気柱共鳴することにより、出口側管状体の先端開口から増幅された吸気音が放出される。ここで、２つの管状体の管長や共振体の構成は、増幅すべき所望の帯域に沿ってチューニングされる。

特開２００８−２６７２２０号公報 特開２００９−２７０４８９号公報

上記の吸気音増幅装置をスポーツカーなどの車両に適用する場合、例えば運転者がアクセルペダルを踏み込んだ加速時に心地よいエンジン音が提供されるように、常用回転速度よりも多少高い機関回転速度域での回転４次成分に対応（直列４気筒機関の場合）する３００〜４００Ｈｚ前後の吸気音を増幅するようにチューニングされることが多い。

しかしながら、このように３００〜４００Ｈｚ前後を狙いとして管状体の管長等をチューニングした場合に、同時に、管状体内部の気柱共鳴によって、回転２次成分に相当する１００〜２００Ｈｚの音が発生することがある。この１００〜２００Ｈｚ付近の帯域の音は、車室内のいわゆる「こもり音」と呼ばれる不快な騒音であり、車室内の構成等によってはさらに増幅することもあり、好ましくない。

そして、上記の吸気音増幅装置において、このような「こもり音」の消音を図ると、同時に、本来の目的とした増幅音も低減してしまう。つまり、従来の吸気音増幅装置では、所望の増幅したエンジン音の提供と「こもり音」の抑制とを両立させることが困難であった。

この発明は、内燃機関の吸気系に、該吸気系から分岐するように接続された入口側管状体と、この入口側管状体に接続され、かつ先端が外部へ向けて開口した出口側管状体と、これら２つの管状体の境界部に、入口側管状体の先端を封止するように設けられ、吸気脈動に応答して振動する共振体と、を備えてなる車両用内燃機関の吸気音増幅装置において、
上記出口側管状体の内部に、増幅対象となる周波数帯域よりも低い所望の帯域の共鳴音に対し損失を与える発泡ゴムからなる吸音材が装填されていることを特徴としている。
詳しくは、上記出口側管状体の長手方向の一部に、径が拡大した拡管部を有し、この拡管部に上記吸音材が配置されている。さらに、上記拡管部の長手方向の一部に上記吸音材を配置することが可能である。

例えば、上記吸音材は、独立気泡ないし半独立気泡の発泡ゴムからなり、増幅対象となる周波数帯域の音に比較して、これよりも低い周波数帯域の好ましくない帯域の音に対し、より大きな損失を与える。これにより、本来の目的とする増幅音を確保しつつ不快な「こもり音」などの増加を抑制できる。一つの例では、上記吸音材は、３００〜４００Ｈｚの損失に比較して１００〜２００Ｈｚの損失が大きい特性を有する。

また好ましい一つの態様では、上記吸音材は、圧縮された状態でもって装填されている。

この発明によれば、共振体を利用して好ましい帯域での吸気音を増幅する吸気音増幅装置において、増幅対象となる好ましい帯域の増幅音を大きく確保しつつ、不快な「こもり音」となる相対的に低い帯域の音の増加を回避することができる。

この発明に係る吸気音増幅装置の一実施例を示す平面図。 この吸気音増幅装置を車両のエンジンルーム内に配置した状態で示す平面図。 拡管部を含む出口側管状体を図１とは異なる方向から示した図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。 拡管部の要部を溶着前の状態で示す斜視図。 音圧発生部の断面を示す断面図。 実施例の吸気音増幅装置の伝達特性を吸音材を具備しない比較例と対比して示す特性図。 吸音材の作用を模式的に示す説明図。 吸音材の位置による吸気音増幅装置の伝達特性を比較して示す特性図。 図９の特性図の実験に供した吸音材の配置の説明図。 拡管部内での吸音材の異なる位置による吸気音増幅装置の伝達特性を比較して示す特性図。 図１１の特性図の実験に供した拡管部内での吸音材の配置の説明図。 吸音材の圧縮率が異なる場合の吸気音増幅装置の伝達特性を比較して示す特性図。 連続気泡の吸音材および半独立気泡の吸音材の透過損失を示す特性図。 独立気泡の吸音材および半独立気泡の吸音材の透過損失を示す特性図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る吸気音増幅装置１の一実施例を示す平面図である。図２は、この吸気音増幅装置１を車両２のエンジンルーム３に配置した状態で示している。吸気音増幅装置１は、合成樹脂等の比較的硬質な材料からなる入口側管状体４と、同じく合成樹脂等の比較的硬質な材料からなる出口側管状体５と、両者の境界部に位置する音圧発生部６と、の三者から大略構成されている。入口側管状体４は、内燃機関７の吸気系に、該吸気系から分岐するように接続されている。図示例では、内燃機関７は、車両２にいわゆる縦置き形式に搭載された直列４気筒ガソリン機関であり、吸気マニホルド８の吸気入口部にスロットルボディ９が取り付けられており、このスロットルボディ９が吸気ダクト１０を介してエアクリーナ１１に接続されている。入口側管状体４の基端４ａは、スロットルボディ９の上流側の直前位置で吸気ダクト１０に接続されている。これにより、内燃機関７の吸気系で生じる吸気脈動が入口側管状体４内に取り込まれる。

入口側管状体４の先端４ｂは、径が拡大した円筒状をなす音圧発生部６の一端面に接続されている。音圧発生部６は、ブラケット１３を介して車両２に固定されている。

出口側管状体５の基端５ａは、円筒状をなす音圧発生部６の他端面に接続されている。この出口側管状体５の先端５ｂは、増幅した吸気音の放出口として外部へ開口している。図２の例では、車両２の運転席前方に位置するカウルボックス１２内部またはダッシュパネルに向かって出口側管状体５の先端５ｂが開口している。

音圧発生部６は、図６に示すように、吸気脈動に応答して振動する蛇腹状の共振体１４を内部に備えている。この共振体１４は、入口側管状体４の先端４ｂが中心部に開口する円板状のフランジ１５に蛇腹の基端１４ａが固定されており、入口側管状体４の先端４ｂを封止している。そして、カップ状のハウジング１６が蛇腹状共振体１４の周囲ならびに自由端１４ｂを囲っており、このハウジング１６の端面中央に出口側管状体５の基端５ａが接続されている。出口側管状体５の基端５ａは、蛇腹状共振体１４の自由端１４ｂに対向して開口している。

また、出口側管状体５の中間部、より具体的には出口側管状体５の中央よりも先端５ｂに近い位置に、共鳴作用の増強のために径を部分的に拡大した拡管部１７が設けられている。

このような吸気音増幅装置１においては、内燃機関７の吸気系から取り込まれる吸気脈動に応答して共振体１４が振動し、この共振体１４の振動が、さらに入口側管状体４および出口側管状体５の内部で気柱共鳴することにより、出口側管状体５の先端５ｂの開口から増幅された吸気音が放出される。このようにして増幅される吸気音の帯域は、共振体１４の構成や入口側管状体４ならびに出口側管状体５の管長に依存して変化するが、本実施例では、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ加速時に心地よいエンジン音が提供されるように、常用回転速度よりも多少高い機関回転速度域での回転４次成分に対応する４００Ｈｚ前後の吸気音を増幅するように、各部がチューニングされている。

ここで、上記のように４００Ｈｚ前後を狙いとして管長等をチューニングした場合に、同時に、管状体４，５内部の気柱共鳴によって、回転２次成分に相当する１００〜２００Ｈｚの不快な「こもり音」と呼ばれる音が発生することがある。そこで、上記実施例の吸気音増幅装置１では、１００〜２００Ｈｚの共鳴音に対し損失を与える発泡ゴムからなる吸音材２１が音の経路内に設けられている。

具体的には、図３〜図５に示すように、拡管部１７が２つのカップ状部材から構成され、中央のフランジ１７ａで互いに突き合わせて溶着されているが、その内部に、短い円柱状ないし円盤状に成形した発泡ゴムからなる吸音材２１が直径方向および管軸方向に僅かに圧縮された状態でもって装填されている。吸音材２１は、拡管部１７の音圧発生部６側の端部に位置し、拡管部１７のテーパ状端部壁１７ｂと内部の４つのリブ２２との間に保持されている。円柱状の吸音材２１は、拡管部１７の内周壁面との間に隙間が生じないように、径方向に７パーセントの圧縮率でもって圧縮されている。また、端部壁１７ｂがテーパ状をなすことで、円柱状に成形された吸音材２１の外周角部が積極的に圧縮されており、これによっても周囲の隙間の発生が防止されている。一実施例では、吸音材２１は、拡管部１７に装填する前の自由状態において２０ｍｍの厚さ（音が伝わる軸方向寸法）を有している。

吸音材２１は、例えば、日東電工株式会社から「エプトシーラーＥＶ１０００」なる商品名で入手可能なエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）系の半独立半連続気泡の発泡ゴムが用いられる。勿論、本発明は、このような特定の発泡ゴムに限定されるものではなく、商業的に入手可能な種々の発泡ゴムを利用することができ、独立気泡あるいは半独立気泡のいずれであってもよい。なお、半独立気泡のものは、圧縮された状態では、気泡間の連通が遮断されるので、独立気泡に近付く。

図８は、上記の吸音材２１の作用を模式的に示した説明図であり、独立気泡ないし半独立気泡の発泡ゴムは、図示するように、気泡を仕切る多数の薄膜の集合体となる。このような吸音材２１に対し入力された音が該吸音材２１を通過する際に、３００〜４００Ｈｚ前後の帯域の音は、それほど大きく減衰せずに吸音材２１を通過する。これに対し、相対的に低い帯域である１００〜２００Ｈｚの音は、吸音材２１の通過時に、相対的に大きく減衰する。

図７のグラフは、上記実施例の吸気音増幅装置１の音響特性を測定した実験結果を示しており、特に、吸音材２１を具備しない比較例と対比して示している。これは、図１に示すように車両に取り付けていない単体での状態において、吸気脈動の入口となる入口側管状体４の基端４ａに向けてスピーカを配置するとともに、増幅された吸気音の出口となる出口側管状体５の先端５ｂに向けてマイクロフォンを配置し、スピーカから所定の音（いわゆるホワイトノイズ）を発して、マイクロフォンで集音した音を分析したものである。なお、図の縦軸は伝達特性（ｄＢ）として損失の大小を示しているので、図の下側ほど音が大きなものとなる。

図示するように、吸音材２１を具備した実施例と吸音材２１を具備しない比較例のいずれも、狙いとする４００Ｈｚ付近で増幅作用が得られており、この付近の音を心地よいエンジン音として運転者に提供することができる。

しかしながら、吸音材２１を具備しない比較例では、同時に、１００〜２００Ｈｚにおいても音のピークが生じる。これは、運転者にとってはいわゆる「こもり音」として不快な音となる。これに対し、吸音材２１を具備した実施例では、１００〜２００Ｈｚの間での音のピークが消失し、４００Ｈｚ付近での増幅作用のみが得られる。比較例と比べた場合の４００Ｈｚ付近の音の減少は、極めて僅かである。

次に、上記の吸音材２１の最適な位置等について説明する。

図９および図１０は、吸気音増幅装置１全体の中での吸音材２１の最適位置について検討した結果を示している。図１０にＡ〜Ｆで示す６箇所に、吸音材２１の位置を変更し、各々について、前述したものと同様の実験を行ったところ、図９に示すような結果が得られた。図示するように、吸気音増幅装置１のいずれかの箇所に発泡ゴムからなる吸音材２１を配置することで、吸音材２１を具備しない比較例に比べて、１００〜２００Ｈｚのピークが低減する。一方、狙いとする４００Ｈｚ付近の音に着目すると、図１０に位置Ｆとして示す拡管部１７内に吸音材２１を配置した実施例が、最も減衰が少ない。従って、拡管部１７内部に吸音材２１を配置した構成が最も有利である、と言える。なお、図１０の位置Ａのように入口側管状体４内部に吸音材２１を配置した構成は、４００Ｈｚ付近の音の減衰が少ないものの吸音材２１に吸入負圧が繰り返し作用するので、吸音材２１の劣化や万一の脱落の際に吸音材２１が吸気系内に吸い込まれてしまう点で不利である。しかし、こうした劣化や脱落を防止できれば、位置Ａでも効果が得られる。

図１１および図１２は、さらに拡管部１７の中での吸音材２１の最適位置について検討した結果を示している。図１２にａ〜ｅで示す５箇所に、吸音材２１の位置を変更し、各々について、前述したものと同様の実験を行ったところ、図１１に示すような結果が得られた。なお、図１２においては、位置ｃが音圧発生部６側の端部であり、位置ｄが吸気音の放出口となる先端５ｂ（図１参照）側の端部である。図示するように、拡管部１７の中のどの箇所に発泡ゴムからなる吸音材２１を配置しても、吸音材２１を具備しない比較例に比べて、１００〜２００Ｈｚのピークが低減する。しかし、狙いとする４００Ｈｚ付近の音に着目すると、図１２に位置ｃとして示す拡管部１７の音圧発生部６側の端部に吸音材２１を配置した実施例が、最も減衰が少ない。従って、拡管部１７の中でも、音圧発生部６側の端部に吸音材２１を配置した構成が最も有利である、と言える。

図１３は、拡管部１７内に装填した状態での吸音材２１の径方向の圧縮率について検討した結果を示している。これは、径方向の圧縮率を、２パーセント、７パーセント、１２パーセント、１９パーセント、とした例、さらには、吸音材２１を拡管部１７の内径よりも小さくして８パーセントの隙間が生じるようにした例、について前述と同様の実験を行ったものである。ここで圧縮率とは、拡管部１７に装填する前後での吸音材２１の直径の変化率のことである。図示するように、４００Ｈｚ付近の増幅作用については、圧縮率の多少は殆ど影響がない。これに対し、１００〜２００Ｈｚのピークに関しては、２パーセントの圧縮ならびに８パーセントの隙間の例では、吸音材２１を具備しない比較例と同様の特性となり、殆ど低減作用が得られない。これは、周囲からの音の漏洩が影響しているものと考えられる。従って、７パーセント以上の圧縮率を有することが必要である、と言える。さらに、好ましい圧縮率としては、１０〜２５パーセントである。

次に、図１４および図１５は、吸音材２１を構成する発泡ゴムとして、連続気泡のものと、独立気泡のものと、半独立半連続気泡のものと、の三者について、音の透過時の損失の特性について実験した結果を示している。これは、発泡ゴムの試料片を治具に固定して音響測定用スピーカに取り付け、治具の前後にそれぞれマイクロフォンを設置して、スピーカから発した音の吸音材（試料片）による損失を測定したものである。

図１４は、音の透過方向の肉厚を２０ｍｍとした４つの試料片について測定を行ったものであり、試料片１は、ブリジストン化成品株式会社から「ノンハロ難燃フォームＶＯ」なる商品名で入手可能な連続気泡の軟質ポリウレタンフォームからなる。試料片２は、実施例で用いた日東電工株式会社製の「エプトシーラーＥＶ１０００」である。試料片３は、同じく日東電工株式会社製の「エプトシーラーＥＥ１０００」、試料片４は、同じく日東電工株式会社製の「エプトシーラーＮｏ．６８５」である。これらは、試料片２と同様にエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）系の半独立半連続気泡の発泡ゴムである。

図示するように、これらはいずれも４００Ｈｚ付近の音を透過させつつ１００〜２００Ｈｚの音を低減する上で有効であるが、連続気泡である試料片１に比較して、半独立気泡である試料片２〜４の方が、１００Ｈｚ前後の音の低減の点でより良好な結果が得られた。

図１５は、音の透過方向の肉厚を１５ｍｍとした４つの試料片について同様に測定を行ったものであり、上記の試料片２〜４に加えて、試料片５について測定を行った。試料片５は、日東電工株式会社製の「エプトシーラーＮｏ．６８００」であり、これは、独立気泡のエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）系発泡ゴムである。

図示するように、独立気泡であっても半独立気泡であっても、４００Ｈｚ付近の音を透過させつつ１００〜２００Ｈｚの音を低減する上で、同様の結果が得られた。

１…吸気音増幅装置
４…入口側管状体
５…出口側管状体
６…音圧発生部
７…内燃機関
１０…吸気ダクト
１４…共振体
２１…吸音材

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気系に、該吸気系から分岐するように接続された入口側管状体と、この入口側管状体に接続され、かつ先端が外部へ向けて開口した出口側管状体と、これら２つの管状体の境界部に、入口側管状体の先端を封止するように設けられ、吸気脈動に応答して振動する共振体と、を備えてなる車両用内燃機関の吸気音増幅装置において、
   上記出口側管状体の長手方向の一部に、径が拡大した拡管部を有し、この拡管部の内部に、増幅対象となる周波数帯域よりも低い所望の帯域の共鳴音に対し損失を与える発泡ゴムからなる吸音材が装填されていることを特徴とする車両用内燃機関の吸気音増幅装置。
2. 上記拡管部の長手方向の一部に上記吸音材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の吸気音増幅装置。
3. 上記吸音材は、圧縮された状態でもって装填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関の吸気音増幅装置。
4. 上記吸音材は、３００〜４００Ｈｚの損失に比較して１００〜２００Ｈｚの損失が大きい特性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関の吸気音増幅装置。

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