JP2006250021A - 内燃機関の吸気装置およびそれを用いた吸気音の調律方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 車輌運転者にとって快適な吸気音を創造するのに好適な内燃機関の吸気装置および吸気音の調律方法を提供する。
【解決手段】 エアクリーナ20の上流側に、共振周波数が異なる少なくとも2本のエアダクト14a,14bを設ける。エアダクト14a,14bは、主音の共振周波数を1とした場合に、1/1, 16/15, 17/16, 18/17, 25/24, 9/8, 10/9, 6/5, 5/4, 4/3, 17/12, 24/17,25/18, 36/25, 45/32, 64/45, 3/2, 8/5, 5/3, 27/16, 9/5, 16/9, 30/17, 15/8, 2/1の何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有する。
【選択図】 図1

Description

この発明は、内燃機関に空気を供給する内燃機関の吸気装置、及び、この吸気装置を用いた吸気音の調律方法に関する。
例えば、特開2003−113748号公報には、所望の周波数の音圧レベルを増大させて、吸気音の音色を調整する装置が開示されている。この装置によれば、エアクリーナの上流側に共鳴箱を配置することにより、上記機能が達成される。
特開2003−113748号公報 特開平8−74593号公報 特開2000−124624号公報
しかしながら、上記従来の装置を用いることにより吸気音の音色を調整したとしても、得られた吸気音が必ずしも車輌運転者にとって快適な吸気音であるとは限らない。従って、上記従来の装置は、運転者にとって快適な吸気音を得るという点につき、未だ改良の余地を残すものであった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、車輌運転者にとって快適な吸気音を創造するのに好適な内燃機関の吸気装置および吸気音の調律方法を提供することを目的とする。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関に空気を導入する吸気装置であって、
エアクリーナの上流側に、共振周波数が異なる少なくとも2本の吸気管を設け、
該吸気管は、所定の音の共振周波数を1とした場合に、1/1, 16/15, 17/16, 18/17, 25/24, 9/8, 10/9, 6/5, 5/4, 4/3, 17/12, 24/17,25/18, 36/25, 45/32, 64/45, 3/2, 8/5, 5/3, 27/16, 9/5, 16/9, 30/17, 15/8, 2/1のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有することを特徴とする。
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記吸気管を3本設け、
該3本の吸気管が有する共振周波数の比率が、4:5:6、又は、3:4:5であることを特徴とする。
また、第3の発明は、第1又は第2の発明を用いた吸気音の調律方法であって、
少なくとも1本の吸気管に穴を開けることにより吸気音を所望の協和音に調律することを特徴とする。
第1の発明によれば、エアクリーナの上流側に、共振周波数が異なる少なくとも2本の吸気管を設けることにより、吸気管から空気が吸入される際に各吸気管から異なる周波数の音が発生する。この異なる周波数の音が相互に干渉することによって、所望の協和音が発生する。従って、車輌運転者にとって快適な吸気音を発生させることができる。
第2の発明によれば、3本の吸気管が有する共振周波数の比率を、4:5:6、又は、3:4:5にすることにより、車輌運転者にとって快適な吸気音を作り出すことができる。
第3の発明によれば、吸気管に穴を開けることにより吸気管が有する共振周波数を調整することができる。これにより、吸気管が発する音色を調律することができ、吸気音を車輌運転者にとって快適な所望の協和音に調律することができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による内燃機関の吸気装置を説明するための外観図である。
図1に示すように、吸気装置は、エアダクト10を備えている。エアダクト10には、レゾネータ16が設けられている。レゾネータ16は、共鳴周波数をずらすことにより吸気音の音圧レベルを下げるように構成されている。エアダクト10の一端は、集合部12において2本のエアダクト14a,14bに分岐されている。2本のエアダクト14a,14bの開口径はエアダクト10の開口径よりも短くなるように構成されている。2本のエアダクト14a,14bの先端は、それぞれ大気に開放されている。
2本のエアダクト14a,14bの長さは異なっている。このため、2本のエアダクト14a,14bは、異なる共振周波数を有している。ここで、2本のエアダクト14a,14bは、純正率音階の関係を満たす周波数比を有する。すなわち、エアダクト14a,14bは、主音(仮にドとする。)の共振周波数を1とした場合に、1/1(主音がドであればド。), 16/15(主音がドであればド♯。以下同様に示すこととする。), 17/16(ド♯), 18/17(ド♯), 25/24(ド♯), 9/8(レ), 10/9(レ), 6/5(レ♯), 5/4(ミ), 4/3(ファ), 17/12(ファ♯), 24/17(ファ♯), 25/18(ファ♯), 36/25(ファ♯), 45/32(ファ♯), 64/45(ファ♯), 3/2(ソ), 8/5(ソ♯), 5/3(ラ), 27/16(ラ), 9/5(ラ♯), 16/9(ラ♯), 30/17(ラ♯), 15/8(シ), 2/1(1オクターブ上のド)のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有する。
よって、これらのエアダクト14a,14bに空気が流れると、該エアダクト14a,14bが有する共振周波数の音がそれぞれ発生する。周波数が異なるこれらの音が相互に干渉することにより、協和音が発生する。
吸気管10の他端は、エアクリーナ20に連通している。エアクリーナ20は、吸入された空気中の異物を除去するために、図示しないエアフィルタを内部に備えている。エアクリーナ20は、拡張室として機能するものである。
エアクリーナ20の下流側には、吸気配管24の一端が接続されている。吸気配管24の他端は、インテークマニホールド30に連通している。吸気配管24には、レゾネータ22が設けられている。インテークマニホールド30は、図示しない内燃機関の吸気ポートに連通している。
次に、上述した内燃機関の吸気装置の動作について説明する。
内燃機関の吸気バルブの開動作に伴い、2本のエアダクト14a,14bからそれぞれ空気が吸入される。吸入された空気はエアダクト10の集合部12で合流した後、レゾネータ16に送られる。さらに、空気はエアダクト10を通ってエアクリーナ20に送られる。エアクリーナ20において異物が除去された空気は、レゾネータ22に送られる。その後、空気は吸気配管24を通ってインテークマニホールド30に送られる。そして、インテークマニホールド30に連通する内燃機関の気筒内に空気が供給される。
上記吸気バルブが開閉動作することにより、吸気装置内で空気の脈動が発生する。この空気の脈動により吸気音が発生する。既に従来技術で述べたように、吸気音の音圧レベルを増減させるだけでは、車輌の運転者にとって快適な吸気音が得られるとは限らない。そこで、本発明では、以下に述べるように、運転者にとって快適な吸気音が積極的に作り出される。すなわち、上記吸気装置において、異なる共振周波数を有する2本のエアダクト14a,14bを空気が流れる際に、異なる周波数の音がそれそれ発生する。周波数が互いに異なるこれらの音が干渉することにより、協和音が発生する。この協和音は、機関回転数の上昇に伴って連続して発生する音であり、車輌の運転者にとって快適な音である。従って、車輌の運転者にとって快適な吸気音が得られる。
以上説明したように、本実施の形態1では、エアクリーナ20の上流に共振周波数が異なる2本のエアダクト14a,14bを設けた。これにより、内燃機関に空気を供給する際の吸気音として協和音を発生させることができる。従って、本実施の形態1による吸気装置によれば、車輌運転者にとって快適な吸気音を発生させることができる。
また、2本のエアダクト14a,14bの開口径をエアダクト10の開口径よりも短くすることにより、吸気騒音を低減することができる。
ところで、本実施の形態1においては、エアダクト長を異ならしめることにより異なる共振周波数を有するエアダクト14a,14bを構成するようにしたが、エアダクトの共振周波数を異ならしめる手法はこれに限定されるものではない。例えば、エアダクトの開口径を異ならしめることにより、エアダクトの共振周波数を異ならしめるようにしてもよい(後述する実施の形態2についても同様)。
また、本実施の形態1では、2本のエアダクト14a,14bが純正率音階の関係を満たす周波数比を有する場合について説明したが、平均率音階の関係を満たす周波数比を有していてもよい。すなわち、エアダクト14a,14bが、主音(仮にドとする。)の共振周波数を1とした場合に、1(ド), 21/12(ド♯), 22/12(レ), 23/12(レ♯), 24/12(ミ), 25/12(ファ), 26/12(ファ♯), 27/12(ソ), 28/12(ソ♯), 29/12(ラ), 210/12(ラ♯), 211/12(シ), 2(1オクターブ上のド)のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有するように構成されていてもよい(後述する実施の形態2についても同様)。この場合も、実施の形態1と同様の効果が得られる。
次に、実施の形態1の変形例について説明する。
(第1変形例)
図2は、本発明の実施の形態1の第1変形例を示す外観図である。
上記実施の形態1では、エアダクト10の先端が2本のエアダクト14a,14bに分岐されていた。これに対して、本第1変形例では、図2に示すように、2本のエアダクト14a,14bがエアクリーナ20に直接接続されている。これにより、実施の形態1よりもエアダクト14a,14bの長さを長くすることができる。エアダクト長が長いほど、吸気騒音の低減効果は増大する。よって、実施の形態1よりも吸気騒音を更に低減することができるため、レゾネータが不要となる。従って、実施の形態1と比較して吸気装置をより簡略化することができ、製造コストをより低減することができる。
さらに、本第1変形例の吸気装置には集合部が存在しないため、2本のエアダクト14a,14bから吸入された空気が集合する際の集合ロスの発生を防ぐことができる。この集合ロスの発生は、吸入空気量が多いほど顕著になる。よって、本第1変形例は、ディーゼルエンジンのような吸入空気量が多い内燃機関に対して特に好適な例である。
(第2変形例)
図3は、本発明の実施の形態1の第2変形例を示す外観図である。
図3に示すように、本第2変形例では、エアダクト14a,14b先端の開口15の形状が、真円形状ではなく、楕円形状で形成されている。このような形状によれば、エアダクト14a,14bの内部に走行風を効率的に取り込むことができる。これにより、実施の形態1と比較してエアダクト14a,14b内をより正圧に保持することができる(後述する実施の形態2についても同様)。
実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2による内燃機関の吸気装置を説明するための外観図である。
上記実施の形態1では、エアダクト10の先端が2本のエアダクト14a,14bに分岐されている。一方、本実施の形態2では、図4に示すように、エアダクト10の先端が3本のエアダクト14a,14b,14cに分岐されている。
実施の形態1と同様に、3本のエアダクト14a,14b,14cの長さは異なっている。このため、3本のエアダクト14a,14b,14cは、異なる共振周波数を有している。ここで、3本のエアダクト14a,14b,14cは、純正率音階の関係を満たす周波数比を有する。すなわち、エアダクト14a,14b,14cは、主音(仮にドとする。)の共振周波数を1とした場合に、1/1(主音がドであればド。), 16/15(主音がドであればド♯。以下同様に示すこととする。), 17/16(ド♯), 18/17(ド♯), 25/24(ド♯), 9/8(レ), 10/9(レ), 6/5(レ♯), 5/4(ミ), 4/3(ファ), 17/12(ファ♯), 24/17(ファ♯), 25/18(ファ♯), 36/25(ファ♯), 45/32(ファ♯), 64/45(ファ♯), 3/2(ソ), 8/5(ソ♯), 5/3(ラ), 27/16(ラ), 9/5(ラ♯), 16/9(ラ♯), 30/17(ラ♯), 15/8(シ), 2/1(1オクターブ上のド)のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有する。
これらのエアダクト14a,14b,14cが有する共振周波数の比率として、4:5:6又は3:4:5が特に好適である。すなわち、4:5:6の比率である「ド・ミ・ソ」、「ファ・ラ・ド」、「ソ・シ・レ」、及び、3:4:5の比率である「ド・ファ・ラ」の和音が特に好適である。
その他の装置構成は、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
次に、上述した内燃機関の吸気装置の動作について説明する。
内燃機関の吸気バルブの開動作に伴い、3本のエアダクト14a,14b,14cからそれぞれ空気が吸入される。吸入された空気はエアダクト10の集合部12で合流した後、レゾネータ16に送られる。さらに、空気はエアダクト10を通ってエアクリーナ20に送られる。エアクリーナ20において異物が除去された空気は、レゾネータ22に送られる。その後、空気は吸気配管24を通ってインテークマニホールド30に送られる。そして、インテークマニホールド30に連通する内燃機関の気筒内に空気が供給される。
上記吸気バルブが開閉動作することにより、吸気装置内で空気の脈動が発生する。この空気の脈動により吸気音が発生する。上述したように、本発明では、以下に述べるように、運転者にとって快適な吸気音が積極的に作り出される。すなわち、上記吸気装置において、異なる共振周波数を有する3本のエアダクト14a,14b,14cを空気が流れる際に、異なる周波数の音がそれそれ発生する。周波数が互いに異なるこれらの音が干渉することにより、協和音が発生する。この協和音は、機関回転数の上昇に伴って連続して発生する音であり、車輌の運転者にとって快適な音である。従って、車輌の運転者にとって快適な吸気音が得られる。
以上説明したように、本実施の形態2では、エアクリーナ20の上流に共振周波数が異なる3本のエアダクト14a,14b,14cを設けた。これにより、内燃機関に空気を供給する際の吸気音として協和音を発生させることができる。従って、車輌運転者にとって快適な吸気音を発生させることができる。
さらに、吸気音として「ド・ミ・ソ」、「ファ・ラ・ド」、「ソ・シ・レ」、又は「ド・ファ・ラ」の協和音を発生させることにより、車輌運転者にとって特に快適な吸気音が得られる。
また、実施の形態1と比較して、3本のエアダクト14a,14b,14cの開口径を短くすることができる。開口径が短いほど、吸気騒音の低減効果は増大する。よって、実施の形態1よりも吸気騒音を更に低減することができる。
本実施の形態2においては、3本のエアダクト14a,14b,14cを有する場合について説明したが、4本以上のエアダクトを有する吸気装置であってもよい。この場合も、エアダクトの開口径を更に短くすることができるため、吸気騒音をより一層低減することができる。
次に、実施の形態2の変形例について説明する。
図5は、本発明の実施の形態2の変形例を示す外観図である。
上記実施の形態2では、エアダクト10の先端が3本のエアダクト14a,14b,14cに分岐されていた。図5に示すように、本変形例では、3本のエアダクト14a,14b,14cがエアクリーナ20に直接接続されている。これにより、実施の形態2よりもエアダクト14a,14b,14cの長さを長くすることができる。よって、実施の形態1よりも吸気騒音をより低減することができ、レゾネータが不要となる。エアダクト長が長いほど、吸気騒音の低減効果は増大する。従って、実施の形態2と比較して吸気装置をより簡略化することができ、製造コストをより低減することができる。
さらに、本変形例の吸気装置には集合部が存在しないため、3本のエアダクト14a,14b,14cから吸入された空気が集合する際の集合ロスの発生を防ぐことができる。この集合ロスの発生は、吸入空気量が多いほど顕著になる。よって、本変形例は、ディーゼルエンジンのような吸入空気量が多い内燃機関に対して特に好適である。
実施の形態3.
図6は、図1に示した内燃機関の吸気装置を用いた吸気音の調律方法を説明するための図である。
上記実施の形態1,2で説明したように、通常は、各エアダクトが有する共振周波数の音がそれぞれ発生する。しかし、あるエアダクトについては、製造時等に周波数が所望の値からずれてしまう場合が考えられる。この場合、吸気音を所望の協和音にするため、該当するエアダクトの共振周波数を調整することが望ましい。
図6は、エアダクト14bの共振周波数を調整する場合を示している。図6に示すように、エアダクト14bに開孔18を形成することにより、エアダクト14bの共振周波数を調整することができる。これにより、エアダクト14bから発せされる音色を調律することができ、ひいては吸気音を車輌運転者にとって快適な協和音に調律することができる。
本実施の形態3では、図1に示した吸気装置を用いて吸気音を調律する方法について説明したが、もちろん図2〜図5に示した吸気装置を用いて吸気音を調律することもできる。この場合も、実施の形態3と同様の効果が得られる。
本発明の実施の形態1による内燃機関の吸気装置を説明するための外観図である。 本発明の実施の形態1の第1変形例を示す外観図である。 本発明の実施の形態1の第2変形例を示す外観図である。 本発明の実施の形態2による内燃機関の吸気装置を説明するための外観図である。 本発明の実施の形態2の変形例を示す外観図である。 図1に示した内燃機関の吸気装置を用いた吸気音の調律方法を説明するための図である。
符号の説明
10 エアダクト
14a,14b,14c エアダクト
16,22 レゾネータ
20 エアクリーナ
30 インテークマニホールド

Claims (3)

  1. 内燃機関に空気を導入する吸気装置であって、
    エアクリーナの上流側に、共振周波数が異なる少なくとも2本の吸気管を設け、
    該吸気管は、所定の音の共振周波数を1とした場合に、1/1, 16/15, 17/16, 18/17, 25/24, 9/8, 10/9, 6/5, 5/4, 4/3, 17/12, 24/17,25/18, 36/25, 45/32, 64/45, 3/2, 8/5, 5/3, 27/16, 9/5, 16/9, 30/17, 15/8, 2/1のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の吸気装置において、
    前記吸気管を3本設け、
    該3本の吸気管が有する共振周波数の比率が、4:5:6、又は、3:4:5であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
  3. 請求項1又は2に記載の内燃機関の吸気装置を用いた吸気音の調律方法であって、
    少なくとも1本の吸気管に穴を開けることにより吸気音を所望の協和音に調律することを特徴とする吸気音の調律方法。
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