JP6610414B2 - 排気音の制御方法及び排気音の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気音の制御方法及び排気音の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、内燃機関の排気ガスを複数の膨張室を通過させることにより消音する多段式マフラーが開示されている。

この多段式マフラーを排気系に備えた構成では、高回転域における内燃機関の出力向上を図りつつ、低回転域における排気音の音色向上を図ることができる。

特開２０１２−１８９０２０号公報

しかしながら、この特許文献１においては、機関回転数が高い場合の排気音を演出できない虞がある。

本発明の排気音の制御方法は、マフラー下流側の排気通路を流れる排気ガス量を制御する流量制御弁の開度を大きくするとき、車室内の音の特定波長域と同位相の音を生成して上記特定波長域を強調することを特徴としている。

本発明によれば、流量制御弁の開度を大きくすると、車室内の特定波長域の音が強調され、加速音を効果的に演出することができる。

本発明が適用された内燃機関のシステム構成図。 本発明の第１実施例における制御の流れの概略を示したブロック図。 部品保護領域判定に用いる部品保護領域判定マップ。 流量制御弁の開度を決定する際に用いる制御マップ。 音信号生成ユニットで生成される音信号を決定する際に用いる制御マップ。 本発明の第１実施例の制御マフラーシステムの制御の流れを示すフローチャート。 本発明の第１実施例の室内音制御システムの制御の流れを示すフローチャート。 エンジン回転数と車室内の音量の相関を模式的に示した説明図。 本発明の第２実施例の制御マフラーシステムの制御の流れを示すフローチャート。 本発明の第２実施例の室内音制御システムの制御の流れを示すフローチャート。

以下、本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、本発明が適用された内燃機関のシステム構成図である。

内燃機関１は、自動車の駆動源として図示せぬ車両に搭載されている。内燃機関１から排出された排気ガスは、上流側排気通路２を介してマフラー３に導入されている。マフラー３は、排気音を消音するものであって、その構造自体は、既存のマフラーと同じである。

マフラー３に導入された排気ガスは、マフラー下流側排気通路としての２本の下流側排気通路４、５を介して外部に排出されている。これら下流側排気通路４、５は、マフラー３の下流側端部に並列に接続されている。下流側排気通路４、５のそれぞれの下流側端が、それぞれ排気出口４ａ、５ａとなっている。下流側排気通路４、５は、同一の通路断面積、同一の長さとなっている。

そして、一方の下流側排気通路４には、電子制御式の流量制御弁６が配置されている。流量制御弁６は、コントロールユニット７からの指令によりその開度を変更可能なものであり、下流側排気通路４を流れる排気ガス量を制御する。詳述すると、流量制御弁６は、下流側排気通路４内に位置する弁部材（図示せず）と、この弁部材を駆動して流量制御弁６の開度（弁部材の開度）を変更する電動のアクチュエータ（図示せず）と、を有している。

第１実施例における流量制御弁６は、全閉位置（開度最小）または全開位置（開度最大）のいずれかを目標値として制御される。流量制御弁６の開度が全閉になると、マフラー３を通過した排気ガスは流路規制を受け、下流側排気通路４を排気ガスが流れないようになる。流量制御弁６の開度が全開になると、下流側排気通路４、５を流れる排気ガス量は略同一となる。つまり、流量制御弁６の開度が全開になると、マフラー３を通過した排気ガスは、流路規制を受けることなく下流側排気通路４、５の双方に略均等に分かれて流れる。

コントロールユニット７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備えている。コントロールユニット７には、クランクシャフト（図示せず）の回転数（機関回転数）を検出するクランク角センサ８、内燃機関１の吸入空気量を検知するエアフローメータ９、上流側排気通路２に取り付けられて排気ガスの温度を検出する排気温度センサ１０等の各種センサ類からの信号が入力されている。

コントロールユニット７は、これら各種センサ類からの検出信号に基づいて、内燃機関１の燃料噴射量、燃料噴射のタイミング、内燃機関１の点火時期等を制御するとともに、流量制御弁６の開度を制御する。排気音は、流量制御弁６の開度を小さくすると相対的に小さくなり、流量制御弁６の開度を大きくすると相対的に大きくなる。

そして、流量制御弁６、コントロールユニット７及びコントロールユニット７に信号を入力する各種センサ類（クランク角センサ８、エアフローメータ９、排気温度センサ１０）によって、制御マフラーシステム２０が構成される。制御マフラーシステム２０は、内燃機関１の機関回転数が高くなるほどまたは出力トルクが大きくなるほど流量制御弁６の開度を大きくするものである。

また、コントロールユニット７は、排気音コントロールユニット１１に制御指令を出力して車室内の特定波長域（特定周波数帯域）の排気音を制御する。

排気音コントロールユニット１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備えている。

排気音コントロールユニット１１は、コントロールユニット７からの制御信号に基づいて、排気音に付加する音の音信号を生成する音信号生成ユニット１２を制御する。音信号生成ユニット１２は、特定波長域の排気音を変化させる音信号を生成可能なものである。

音信号生成ユニット１２で生成された音信号は、オーディオ用等に用いる車室内の既存のスピーカー１３を利用して音として車室内に出力される。つまり、音信号生成ユニット１２及びスピーカー１３によって、排気音に付加する音を生成する音生成部が構成される。

そして、排気音コントロールユニット１１、音信号生成ユニット１２及びスピーカー１３によって、車室内の音の特定波長域を強調または抑制する室内音制御システム３０が構成される。

図２は、第１実施例における制御の流れの概略を示したブロック図である。

コントロールユニット７は、エアフローメータ９の検出信号に基づいて、エンジントルク（内燃機関１の出力トルク）を演算する。そして、このエンジントルクと、クランク角センサ８で検出された機関回転数（エンジン回転数）と、に応じて、流量制御弁６や排気音コントロールユニット１１を介して音信号生成ユニット１２を制御する。音信号生成ユニット１２で生成された音信号は、スピーカー１３で変換されて音として車室内に出力される。

コントロールユニット７は、エンジントルクと機関回転数とを用いて、内燃機関１の運転状態が排気系部品等を保護する必要がある運転状態であるか否か、すなわち内燃機関１の運転状態が所定の部品保護領域にあるか否かを判定する。この判定には、例えば、予めコントロールユニット７内に記憶させてある部品保護領域判定マップを用いる。部品保護領域判定マップは、例えば図３に示すようなものであって、機関回転数（エンジン回転数）が高くなるほど、エンジントルクが低くても部品保護領域となるように設定されている。換言すると、図３において、部品保護領域と部品保護領域ではない非部品保護領域との境界を示す特性線Ｌは、機関回転数（エンジン回転数）が低いほどエンジントルクが大きくなるように設定されている。

そして、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にある場合には、流量制御弁６の開度を全開とする。このとき、音信号生成ユニット１２は、排気音に付加する音信号を生成しないように制御される。

内燃機関１の運転状態が部品保護領域にない場合には、図４、図５に示す制御マップを用いて、流量制御弁６の開度と、音信号生成ユニット１２で生成される音信号と、を制御する。

詳述すると、機関回転数が低回転でエンジントルクが小さい場合、流量制御弁６を全閉（流路規制）して排気音を相対的に小さくする。換言すると、機関回転数が低回転、またはエンジントルクが小さい場合、流量制御弁６を全閉状態にして排気音を相対的に小さくする。そして、このとき、車室内の排気音が相対的に小さくなるような音を音信号生成ユニット１２で生成する。車室内の排気音が相対的に小さくなるような音とは、本明細書においては特定波長域の排気音を相対的に小さくする音のことである。つまり、このとき音信号生成ユニット１２では、車室内の特定波長域の排気音を抑制する音を生成する。

また、機関回転数が中高回転でエンジントルクが大きい場合、流量制御弁６を全開（流路緩和）して排気音を相対的に大きくする。換言すると、機関回転数が中高回転、またはエンジントルクが大きい場合、流量制御弁６を全開状態にして排気音を相対的に大きくする。そして、このとき、車室内の排気音が相対的に大きくなるような音を音信号生成ユニット１２で生成する。車室内の排気音が相対的に大きくなるような音とは、本明細書においては特定波長域の排気音を相対的に大きくする音のことである。つまり、このとき音信号生成ユニット１２では、車室内の特定波長域の排気音を強調する音を生成する。

ここで、上述した排気音の特定波長域、すなわち排気音の特定周波数帯域は、機関回転数と気筒数によって決定されるものであり、例えば約３０Ｈｚ〜１０００Ｈｚである。そして、特定波長域の排気音を小さくする場合には、例えば、排気音の特定波長域の音とは逆位相の音を出力して干渉（合成）により特定波長域の排気音を相対的に小さくする。特定波長域の排気音を大きくする場合には、例えば、排気音の特定波長域の音と同位相の音を出力して干渉（合成）により特定波長域の排気音を相対的に大きくする。

図６は、上述した第１実施例の制御マフラーシステム２０の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１では、エンジントルク、機関回転数（エンジン回転数）を読み込む。Ｓ２では、内燃機関１の運転状態が部品保護領域であるか否かを判定する。部品保護領域であるか否かの判定は、上述した部品保護領域判定マップ（図３を参照）を用いて行う。内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあればＳ２からＳ３へ進み、流量制御弁６を全開にする。内燃機関１の運転状態が部品保護領域になければＳ２からＳ４へ進み、上述した制御マップ（図４を参照）を用いて、流量制御弁６の開度を制御する。

図７は、上述した第１実施例の室内音制御システム３０の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１１では、エンジントルク、機関回転数（エンジン回転数）を読み込む。Ｓ１２では、内燃機関１の運転状態が部品保護領域であるか否かを判定する。部品保護領域であるか否かの判定は、上述した部品保護領域判定マップ（図３を参照）を用いて行う。内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあればＳ１３へ進み、排気音に付加する音を生成しないこととする。内燃機関１の運転状態が部品保護領域になければＳ１４へ進む。Ｓ１４では、流量制御弁６が全開であるか否かを判定する。流量制御弁６が全開であれば、Ｓ１４からＳ１５へ進む。流量制御弁６が全開でなければ（全閉であれば）、Ｓ１４からＳ１６へ進む。Ｓ１５では、上述した制御マップ（図５を参照）を用いて、特定波長域の排気音と同位相の音を生成する。Ｓ１６では、上述した制御マップ（図５を参照）を用いて、特定波長域の排気音と逆位相の音を生成する。

図８は、エンジン回転数と車室内の音量の相関を模式的に示した説明図である。図８中の実線は、上述した第１実施例（制御マフラーシステム２０と室内音制御システム３０の双方を用いた場合）の音量特性を示し、図８中の破線は、制御マフラーシステム２０のみを用いた場合の音量特性を示している。

図８から明らかなように、上述した第１実施例においては、機関回転数が低いときには静粛性を確保できるとともに、機関回転数が高いときには加速音を演出することができる。

詳述すると、上述した第１実施例においては、機関回転数が低回転時には、流量制御弁６を全閉として排気音を相対的に小さくできるとともに、特定波長域の排気音を相対的に小さくする音を車室内に出力することでいわゆるこもり音を消音することができる。すなわち、機関回転数が低回転時には、流量制御弁６全閉により排気音が相対的に小さくなるのに加え、車室内の特定波長域の排気音が抑制されるため、車室内の排気音が相対的により一層小さくなる。換言すると、流量制御弁６の開度を小さくすると、車室内の特定波長域の排気音が抑制される。

また、機関回転数が中高回転時には、流量制御弁６を全開として排気音を相対的に大きくできるとともに、特定波長域の排気音を大きくする音を車室内に出力することで車室内の排気音を相対的に大きくすることができる。すなわち、機関回転数が中高回転時には、流量制御弁６全開により排気音が相対的に大きくなるのに加え、車室内の特定波長域の排気音が強調されるため、車室内の排気音が相対的により一層大きくなる。換言すると、流量制御弁６の開度を大きくすると、車室内の特定波長域の排気音が強調される。

つまり、機関回転数が低回転時には車室内の静粛性を確保できるとともに、機関回転数が中高回転時には車室内の排気音を積極的に大きくして加速音を演出することができる。

そして、音信号生成ユニット１２で生成された音信号は、車室内のスピーカー１３から音として出力されるので、車室内における排気音の演出を容易にかつ効果的に実施することができる。

また、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあるような場合には、流量制御弁６が全開となるように制御されるので、排気系部品等の部品保護を確実に行うことができる。

以下、本発明の他の実施例について説明する。なお、上述した第１実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施例における内燃機関１の排気制御装置は、上述した第１実施例と略同一構成となっているが、排気温度に基づいて内燃機関１の運転状態が排気系部品等を保護する必要がある運転状態であるか否かを判定している。

すなわち、この第２実施例においては、排気温度が所定温度以上（例えば９２０℃以上）であれば、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあると判定する。

図９は、第２実施例の制御マフラーシステム２０の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ２１では、エンジントルク、機関回転数（エンジン回転数）及び排気温度を読み込む。Ｓ２２では、検出された排気温度が所定温度以上であれば内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあると判定する。Ｓ２３、Ｓ２４で行われる処理は、上述した図６のＳ３、Ｓ４で行われる処理と同じである。

図１０は、第２実施例の室内音制御システム３０の制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ３１では、エンジントルク、機関回転数（エンジン回転数）及び排気温度を読み込む。Ｓ３２では、検出された排気温度が所定温度以上であれば内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあると判定する。Ｓ３３〜Ｓ３６で行われる処理は、上述した図７のＳ１３〜Ｓ３６で行われる処理と同じである。

このような第２実施例においても、上述した第１実施例と同等の作用効果を奏することができる。

なお、上述した各実施例においては、マフラー３を通過した排気ガスが２本の下流側排気通路４、５に導入される構成となっているが、マフラー３を通過した排気ガスが１本の下流側排気通路に導入される構成とし、この１本の下流側排気通路に流量制御弁を設けることも可能である。

そして、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にないとき、機関回転数が低回転、またはエンジントルクが小さい場合、機関回転数が低くなるほど、またはエンジントルクが小さくなるほど、流量制御弁６の開度を小さくするよう制御してもよい。流量制御弁６の開度が小さくなるほど、下流側排気通路４を流れる排気ガス量が相対的に少なくなる。

また、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にないとき、機関回転数が低回転、またはエンジントルクが小さい場合、機関回転数が低くなるほど、またはエンジントルクが小さくなるほど、車室内における特定波長域の排気音が小さくなるように音信号生成ユニット１２を制御してもよい。

内燃機関１の運転状態が部品保護領域にないとき、機関回転数が中高回転、またはエンジントルクが大きい場合、機関回転数が高くなるほど、またはエンジントルクが大きくなるほど、車室内における特定波長域の排気音が大きくなるように音信号生成ユニット１２を制御してもよい。

また、内燃機関１の運転状態が部品保護領域であるか否かの判定は、排気流量や排気圧を用いて判定することも可能である。

そして、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあるとき、機関回転数とエンジントルクに応じて音信号生成ユニット１２で車室内の排気音に付加する音を生成することも可能である。すなわち、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあるとき、機関回転数が低回転、またはエンジントルクが小さい場合、機関回転数が低くなるほど、またはエンジントルクが小さくなるほど、車室内における特定波長域の排気音が小さくなるように音信号生成ユニット１２を制御するようにしてもよい。また、内燃機関１の運転状態が部品保護領域にあるとき、機関回転数が中高回転でエンジントルクが大きい場合、機関回転数が高くなるほど、またはエンジントルクが大きくなるほど、車室内における特定波長域の排気音が大きくなるように音信号生成ユニット１２を制御するようにしてもよい。

１…内燃機関
２…上流側排気通路
３…マフラー
４…下流側排気通路
４ａ…排気出口
５…下流側排気通路
５ａ…排気出口
６…流量制御弁
７…コントロールユニット
８…クランク角センサ
９…エアフローメータ
１０…排気温度センサ
１１…排気音コントロールユニット
１２…音信号生成ユニット
１３…スピーカー
２０…制御マフラーシステム
３０…室内音制御システム

Claims (3)

1. マフラー下流側の排気通路を流れる排気ガス量を制御する流量制御弁を含み、内燃機関の機関回転数が高くなるほどまたは出力トルクが大きくなるほど上記流量制御弁の開度を大きくする制御マフラーシステムと、
   車室内の音の特定波長域を強調又は抑制する室内音制御システムと、
   を備えた車両における排気音の制御方法であって、
   上記流量制御弁の開度を大きくするとき、上記排気音の特定波長域と同位相の音を生成して上記特定波長域を強調することを特徴とする排気音の制御方法。
2. 上記流量制御弁の開度を小さくするとき、上記排気音の特定波長域と逆位相の音を生成して上記特定波長域を抑制することを特徴とする請求項１に記載の排気音の制御方法。
3. マフラー下流側の排気通路を流れる排気ガス量を制御する流量制御弁を含む制御マフラーシステムと、
   車室内の音の特定波長域を強調又は抑制する室内音制御システムと、
   を備えた車両における排気音の制御装置であって、
   上記室内音制御システムは、上記制御マフラーシステムが上記流量制御弁の開度を大きくするときに、上記排気音の特定波長域と同位相の音を生成して上記特定波長域を強調する音生成ユニットを有することを特徴とする排気音の制御装置。

Images