JP4993755B2 - 吸気音発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの吸気脈動を利用して吸気音を発生させる装置に関する。

従来から、吸気脈動に起因して発生する音波（以下「吸気音」という）を車室内に伝達するエンジンが知られている（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載の吸気音発生装置では、吸気脈動によって振動体であるダイヤフラムを振動させ、これにより発生する吸気音の所定周波数における音圧を共鳴管で増大させる。これにより、車室内において迫力のある吸気音を得ることができる。
特開２００７−１７０２２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の吸気音発生装置では、ダイヤフラムを円盤形状の膜として形成し、ダイヤフラムの外縁を導入管と共鳴管とによって挟み込むことでダイヤフラムを固定するため、ダイヤフラムが振動しにくい。そのためダイヤフラムが振動しやすいように低弾性率のゴムによってダイヤフラムを形成することが考えられるが、このようなゴム製のダイヤフラムは振動体としての部材強度が低いため、寿命が短く耐久性に問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、振動体の耐久性を向上でき、かつ吸気音の音圧を増大することができる吸気音発生装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明は、エンジンの吸気通路に接続されて吸気系内の吸気脈動を導く導入管と、前記吸気脈動によって振動する振動面と、その振動面の振動を促進する蛇腹部とを有し、前記導入管の一端を覆うように設けられる振動体と、前記振動体を介して前記導入管と連接されるとともに、その振動体の振動によって生じる吸気音のうち所定周波数帯の吸気音の音圧を増大する共鳴管と、を備え、前記振動体が配置される側の前記導入管の端部には、前記導入管よりも通路内径が小さく、前記振動体内に挿入される挿入管が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、導入管と共鳴管との間に配置される振動体は、振動面の振動を促進する蛇腹部を備えるので、ゴムよりも部材強度の高い樹脂によって振動体を形成しても振動面の振動は阻害されない。そのため、所定周波数の吸気音の音圧を共鳴管によって増大することができるだけでなく、振動体の耐久性を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、車両上方から見た車両のエンジンルーム１を示す概略構成図である。図中下側が車両前方である。

エンジンルーム１の内部には、６気筒のエンジン２が収納される。

エンジン２は、外部から取り込んだ空気（以下「吸気」という）を各気筒に供給する吸気系３を有する。吸気系３は、吸気通路３０と、エアクリーナ３１と、スロットルバルブ３２と、吸気マニホールド３３とを備える。

吸気通路３０は、車両の前面に空気を取り入れるための吸気口３４を開口する。吸気通路３０には、エアクリーナ３１とスロットルバルブ３２とが上流側から順番に配置される。そして、この吸気通路３０は、スロットルバルブ３２を介して吸気マニホールド３３に接続する。

エアクリーナ３１は、フィルタエレメント３１Ａによってダストサイド３１Ｂとクリーンサイド３１Ｃに隔成する。エアクリーナ３１のフィルタエレメント３１Ａは、吸気口３４から取り込まれた吸気に含まれる塵や埃を除去する。

スロットルバルブ３２は、吸気流通面積を変化させることで、吸気通路３０を流れる吸気の吸気量を調整する。

吸気マニホールド３３は、複数のブランチ管３３Ａを備える。これらブランチ管３３Ａは、エンジン２の各気筒にそれぞれ連通する。したがって、吸気通路３０を通り吸気マニホールド３３に流入した吸気は、ブランチ管３３Ａを介してエンジン２の各気筒に分配される。

上記した吸気系３ではエンジン２のピストンや吸気バルブの往復運動に起因して吸気脈動が生じる。この吸気脈動を利用して吸気音を発生させるため、エアクリーナ３１とスロットルバルブ３２との間の吸気通路３０に吸気音発生装置４０が設けられる。この吸気音発生装置４０は、吸気脈動を加振源として振動体５０を振動させることによって吸気音を発生させ、その吸気音を車室内に伝達する。

この吸気音発生装置４０について、図２を参照して説明する。

図２は、吸気音発生装置４０の概略構成図である。図２（Ａ）は吸気音発生装置４０の斜視図であり、図２（Ｂ）は吸気音発生装置４０の断面図である。

図２（Ａ）に示すように、吸気音発生装置４０は、吸気脈動を加振源として振動する振動体５０と、吸気通路内の吸気脈動を導く導入管４１と、所定周波数帯の吸気音の音圧を増大させる共鳴管４２とを備える。そして、吸気音発生装置４０では、図２（Ｂ）に示すように、導入管４１が共鳴管４２に接続し、導入管４１と共鳴管４２との間に振動体５０が配置される。

導入管４１は一端側で、エアクリーナ３１とスロットルバルブ３２との間の吸気通路３０に連通する。導入管４１の他端側にはフランジ４１Ａが形成され、フランジ４１Ａで共鳴管４２の一端と接続する。また、導入管４１の他端側には、振動体５０の内部に挿入される挿入管４１Ｂが形成される。この挿入管４１Ｂの内径は、導入管４１の内径よりも小さく設定される。

振動体５０は、挿入管４１Ｂを覆うように導入管４１の端部に固定され、共鳴管４２の内部に収納される。振動体５０は、ゴム特性を有する樹脂であって部材強度がゴムよりも高いポリエステル系の熱可塑性エラストマー（ＴＰＥＥ）によって形成される。この振動体５０は一端が閉塞された円筒形状（カップ形状）に形成され、フランジ部５１と、振動面５２と、蛇腹部５３とを備える。

フランジ部５１は、振動体５０の開口端側に形成される。このフランジ部５１を導入管４１と共鳴管４２とによって挟み込んで溶着することによって、振動体５０は導入管４１と共鳴管４２との間に配置される。

振動面５２は、振動体５０の一端を閉塞する端面として形成される。この振動面５２は、吸気脈動を加振源として振動する。

蛇腹部５３は、振動体５０の円筒側面に形成される。この蛇腹部５３は、振動面５２が図中左右に振動しやすくなるように形成される。

このように構成される振動体５０では、導入管４１内の吸気脈動の圧力変動によって振動面５２が振動し、この振動面５２の振動に起因して音波（吸気音）が共鳴管４２の内部に発生する。

共鳴管４２は、所定周波数帯の吸気音の音圧をいわゆる気柱共鳴によって増大する。共鳴管４２は外部に開口する開口部４２Ａを有し、この開口部４２Ａから増大された吸気音が放出される。開口部４２Ａは、吸気音が車室内で聞きやすいようにエンジンルーム１内の遮音されにくい位置に配置される。

共鳴管４２では、共鳴管４２の軸方向長さ及び内径を調整することで、目的とする周波数帯の吸気音の音圧を増加させることができる。なお、本実施形態では、高周波数側の吸気音の音圧を増加させるように共鳴管４２の軸方向長さ及び内径を設定する。

このような吸気音発生装置４０を備えた車両では、吸気脈動を利用して振動体５０によって吸気音を発生させ、その吸気音の所定周波数帯の音圧を共鳴管４２によって増大させるので、車室内において迫力のある吸気音を得ることができる。

ところで、吸気音発生装置４０は共鳴管４２によって所定周波数帯の吸気音の音圧を増大させるほか、振動体内に挿入される挿入管４１Ｂの形状（挿入管長さＬ₁及び挿入管内径Ｄ₁）を最適化することで吸気音発生時の音圧をできるだけ増大させる。このように吸気音発生時の音圧を増大させてから、共鳴管４２によって所定周波数帯の音圧を大きくすれば、車室内において吸気音がより聞きやすくなる。

そこで、吸気音発生装置４０では、（１）挿入管長さＬ₁に対する振動体長さＬ₂の割合（以下「長さ割合」という）Ｒ_Lに基づく音圧特性、及び（２）挿入管内径Ｄ₁に対する振動体内径Ｄ₂の割合（以下「内径割合」という）Ｒ_Dに基づく音圧特性から、吸気音発生時の音圧ができるだけ大きくなるように挿入管４１Ｂの形状を最適化する。

なお、図２（Ｂ）に示すように、挿入管長さＬ₁は振動体５０の開口端から振動体内に挿入される挿入管４１Ｂの長さであり、振動体長さＬ₂は振動体５０の開口端から振動面５２までの長さである。また、挿入管内径Ｄ₁は挿入管４１Ｂの直径であって、振動体内径Ｄ₂は円筒形状に形成される振動体５０の直径である。

図３は、吸気音の音圧向上代を示す図である。図３（Ａ）は長さ割合Ｒ_Lに基づく音圧向上代を示し、図３（Ｂ）は内径割合Ｒ_Dに基づく音圧向上代を示す。
（１）長さ割合Ｒ_Lに基づく吸気音の音圧向上
長さ割合Ｒ_Lに基づく音圧特性は、図３（Ａ）に示すように、長さ割合Ｒ_Lが所定値Ｒ_L0を越えるまでは長さ割合Ｒ_Lが大きくなるほど（挿入管４１Ｂの端部が振動体５０の振動面５２に近くなるほど）音圧向上代は増加し、所定値Ｒ_L0を越えると一定となる。

挿入管４１Ｂからの吸気脈動は振動体内で放射状に広がるが、挿入管４１Ｂの端部が振動面５２に近づくほど挿入管４１Ｂからの吸気脈動が振動面５２に当たりやすくなり、振動面５２の振動が大きくなるので、吸気音の音圧向上代は増加する。しかしながら、挿入管４１Ｂの端部がある程度振動面５２に近づくと、吸気脈動のほとんどが振動面５２に当たるようになるので、吸気音の音圧向上代は一定となる。

したがって、吸気音発生装置４０では、長さ割合Ｒ_Lが所定値Ｒ_L0よりも大きくなるように挿入管長さＬ₁を決定して、吸気音発生時の音圧を増大させる。但し、長さ割合Ｒ_Lを大きくして挿入管４１Ｂの端部を振動面５２に近づけすぎると、振動面５２が振動した時に振動面５２と挿入管４１Ｂとが接触してしまうおそれがあるので、振動面５２と挿入管４１Ｂとが接触しない範囲で、長さ割合Ｒ_Lが所定値Ｒ_L0よりも大きくなるように挿入管長さＬ₁を決定する。

（２）内径割合Ｒ_Dに基づく吸気音の音圧向上
内径割合Ｒ_Dに基づく音圧特性は、図３（Ｂ）に示すように、内径割合Ｒ_Dが所定値Ｒ_D0と所定値Ｒ_D1との間にあるときに吸気音の音圧向上代が最大となる。

内径割合Ｒ_Dが所定値Ｒ_D0を越えるまでは内径割合Ｒ_Dを小さくするほど（挿入管４１Ｂの内径を小さくするほど）、導入管４１から挿入管４１Ｂに流れる吸気脈動の圧力変動の振幅が大きくなり、振動面５２の振動が大きくなるので、吸気音の音圧向上代は増加する。内径割合Ｒ_Dが所定値Ｒ_D0よりも小さくなると、吸気脈動の圧力変動の振幅がそれ以上大きくならないため音圧向上代は一定となる。しかしながら、内径割合Ｒ_Dが所定値Ｒ_D1を越えて小さくなると、挿入管４１Ｂの内径が小さくなりすぎて吸気脈動が挿入管４１Ｂを通過しにくくなり、振動面５２が加振されにくくなるので、吸気音の音圧向上代は低下してしまう。

したがって、吸気音発生装置４０では、内径割合Ｒ_Dが所定値Ｒ_D0と所定値Ｒ_D1との間となるように挿入管内径Ｄ₁を決定して、吸気音発生時の音圧を増大させる。

そして、長さ割合Ｒ_Lが所定値Ｒ_L0よりも大きいＲ_LAとなるように挿入管長さＬ₁を設定し（図３（Ａ）参照）、内径割合Ｒ_Dが所定値Ｒ_D0と所定値Ｒ_D1との間にあるＲ_DAとなるように挿入管内径Ｄ₁を設定して（図３（Ｂ）参照）、挿入管形状を最適化したときの車室内での吸気音の音圧について、図４を参照して説明する。

図４は、車室内での６次の吸気音の周波数と音圧との関係を示す音圧特性図である。吸気音発生装置４０ではエンジン気筒数に基づいて定まる次数の吸気音を共鳴管４２の開口部４２Ａから放出し、６気筒エンジンの場合には６次の吸気音が支配的となる。図４において、実線Ａは挿入管形状を最適化した場合の音圧特性を示し、破線Ｂは挿入管４１Ｂを設けずに導入管４１の端部に振動体５０を配置した場合の音圧特性を示す。

吸気音発生装置４０の共鳴管４２は高周波数の吸気音の音圧を増大するように設定されており、吸気音発生時の音圧が増加するように挿入管形状を最適化されているので、挿入管４１Ｂを使用していない破線Ｂの音圧特性と比較して、実線Ａの音圧特性では領域Ｃで示す高周波数側において吸気音の音圧が特に向上する。そのため、目的とする所定周波数の吸気音を車室内においてより聞こえやすくすることができる。

以上により、第１実施形態の吸気音発生装置４０では、下記の効果を得ることができる。

吸気音発生装置４０において、導入管４１と共鳴管４２との間に配置される振動体５０は、円周側面に振動面５２の振動を促進する蛇腹部５３を備えるので、ゴムよりも部材強度の高い樹脂によって振動体５０を形成しても振動面５２の振動は阻害されない。そのため、吸気音発生装置４０では、所定周波数の吸気音の音圧を共鳴管４２によって増大することができるだけでなく、振動体５０の耐久性を向上させることが可能となる。

また、吸気音発生装置４０では、導入管４１の端部に挿入管４１Ｂを形成し、この挿入管形状（挿入管長さＬ₁や挿入管内径Ｄ₁）を振動体形状（振動体長さＬ₂や振動体内径Ｄ₂）に対して最適化するので、吸気音発生時の音圧を高めることができ、車室内においてより迫力のある吸気音を得ることが可能となる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の吸気音発生装置４０の概略構成図である。図５（Ａ）は、吸気音発生装置４０の断面を示す。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す。

第２実施形態の吸気音発生装置４０は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、共鳴管４２の構成において一部相違する。つまり、振動体５０の振動面５２の位置を規制するストッパ６０を共鳴管内部に設けるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

エンジン２において、いわゆるバックファイアが発生すると、吸気系３の内部には非常に大きな圧力波（以下「過大脈動」という）が形成される。このような圧力波を振動体５０の振動面５２が受けると、振動体５０が軸方向（図５（Ａ）中右方向）に伸長しすぎて、振動体５０が破損してしまうおそれがある。

そこで、第２実施形態の吸気音発生装置４０では、図５（Ａ）に示すように、振動面５２の位置を規制するストッパ６０を共鳴管４２の内部に形成する。

ストッパ６０は、共鳴管内部において振動体５０の振動面５２との間隔が間隔ｄとなる位置に設けられる。ストッパ６０は、共鳴管軸方向に延びる板状の突起として形成される。このストッパ６０は、図５（Ｂ）に示す通り、共鳴管内周壁から共鳴管中心に向かって、振動面５２の一部と対向するように突出形成される。ストッパ６０は、共鳴管内周方向に等間隔に４つ設けられる。なお、ストッパ６０は、共鳴管４２に一体形成するようにしてもよいし、共鳴管４２とは別体として形成するようにしてもよい。

このように共鳴管４２にストッパ６０を形成するため、振動面５２が過大脈動を受けて振動体５０が伸長しても、振動面５２がストッパ６０に当接するので、振動体５０が伸長しすぎることがない。そのため、過大脈動による振動体５０の破損が抑制される。

ところで、ストッパ６０を共鳴管４２に形成する吸気音発生装置４０では、（１）共鳴管軸方向に直交する方向におけるストッパ断面積に対する共鳴管断面積の割合（以下「絞り率」という）Ｒ_Sや、（２）振動面５２とストッパ６０との間隔ｄを調整することで、共鳴管４２の共鳴周波数を変更することができる。導入管内での共鳴効果によって導入管４１の共鳴周波数近傍の吸気脈動も増大されるが、この導入管４１の共鳴周波数と共鳴管４２の共鳴周波数とを近づけることで、所定周波数帯の吸気音の音圧を増大させることができる。

図６は、吸気音の音圧向上効果を示す図である。図６（Ａ）は絞り率Ｒ_Sに基づく音圧向上代を示し、図６（Ｂ）は振動面５２とストッパ６０との間隔ｄに基づく音圧向上代を示す。

（１）絞り率Ｒ_Sに基づく吸気音の音圧向上
ストッパ６０の断面積を変化させて絞り率Ｒ_Sを変えると、共鳴管４２での共鳴周波数を変更することができ、図６（Ａ）に示すように絞り率Ｒ_Sが所定値Ｒ_S0で吸気音の音圧向上代が最も大きくなる。これは絞り率Ｒ_Sが所定値Ｒ_S0において、共鳴管４２の共鳴周波数が導入管４１の共鳴周波数に近づくからである。また、絞り率Ｒ_Sが所定値Ｒ_S0を越えるまでは絞り率Ｒ_Sを大きくするほど（ストッパ位置での共鳴管４２の断面積を小さくするほど）、ストッパ６０を通過する吸気音圧力波の圧力変動の振幅が大きくなるので吸気音の音圧向上代は増加するが、絞り率Ｒ_Sが所定値Ｒ_S1を越えて大きくなると、共鳴管４２の断面積が小さくなりすぎて吸気音が遮音されやすくなるので音圧向上代は低下する。

（２）間隔ｄに基づく吸気音の音圧向上
ストッパ６０の振動体５０の振動面５２との間隔ｄを変えると、共鳴管４２での共鳴周波数を変更することができ、図６（Ｂ）に示すように間隔ｄが所定値ｄ₀で吸気音の音圧向上代が最も大きくなる。これは間隔ｄが所定値ｄ₀において、共鳴管４２の共鳴周波数が導入管４１の共鳴周波数に近づくからである。

そして、絞り率Ｒ_Sが所定値Ｒ_S0となるようにストッパ６０の断面積を設定し（図６（Ａ）参照）、ストッパ６０と振動面５２との間隔ｄが所定値ｄ₀となるように設定して（図６（Ｂ）参照）、ストッパ６０の構成を最適化したときの車室内での吸気音の音圧について、図６（Ｃ）を参照して説明する。

図６（Ｃ）は、車室内での６次の吸気音の周波数と音圧との関係を示す音圧特性図であって、吸気音の音圧が増幅される吸気音の高周波側を示す図である。図６において、実線Ｄはストッパ６０の構成を最適化した場合の音圧特性を示し、破線Ｅはストッパ６０を形成していない場合の音圧特性を示す。

ストッパを形成しない場合の共鳴管４２の共鳴周波数はｆ₃であるが、ストッパ６０の構成を最適化すると、共鳴管４２の共鳴周波数がｆ₂となって、導入管４１の共鳴周波数ｆ₁に近づく。そのため、ストッパ６０を備える吸気音発生装置４０では、実線Ｄに示すように、領域Ｆにおいて共鳴管４２の共鳴周波数帯の吸気音の音圧を特に向上させることができる。これにより、目的とする所定周波数の吸気音を車室内においてより聞こえやすくすることができる。

以上により、第２実施形態の吸気音発生装置４０では、下記の効果を得ることができる。

吸気音発生装置４０は、共鳴管４２にストッパ６０を形成するため、振動面５２が過大脈動を受けて振動体５０が伸長しても、振動面５２がストッパ６０に当接するので、過大脈動による振動体５０の破損を抑制することが可能となる。

また、吸気音発生装置４０では、ストッパ６０の断面積や配置位置によって共鳴管４２の共鳴周波数を調整することができ、所定周波数の吸気音の音圧を増加させることが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

例えば、第１実施形態では振動体５０をＴＰＥＥで構成したが、ゴムで構成するようにしてもよい。この場合には振動体５０の部材強度を確保するためにゴム厚さを厚くするが、ゴム厚さを厚くしても振動体５０は蛇腹部５３を備えるので、振動面５２の振動が阻害されることはない。

また、第１実施形態では、内径割合Ｒ_Dに基づいて吸気音発生時の音圧が増大するように挿入管４１Ｂの内径を決定したが、挿入管４１Ｂの開口面積に対する振動体５０の開口面積の割合と音圧向上代との関係に基づいて挿入管４１Ｂの開口面積を決定するようにしてもよい。

車両のエンジンルーム内の概略構成図である。 吸気音発生装置の概略構成図である。 吸気音の音圧向上代を示す図である。 車室内における吸気音の周波数−音圧特性を示す図である。 第２実施形態の吸気音発生装置の概略構成図である。 吸気音の音圧向上効果を示す図である。

符号の説明

２ エンジン
３ 吸気系
３０ 吸気通路
３１ エアクリーナ
３２ スロットルバルブ
３３ 吸気マニホールド
４０ 吸気音発生装置
４１ 導入管
４１Ｂ 挿入管
４２ 共鳴管
５０ 振動体
５１ フランジ部
５２ 振動面
５３ 蛇腹部
６０ ストッパ（突出部）

Claims (11)

1. エンジンの吸気通路に接続されて吸気系内の吸気脈動を導く導入管と、
   前記吸気脈動によって振動する振動面と、その振動面の振動を促進する蛇腹部とを有し、前記導入管の一端を覆うように設けられる振動体と、
   前記振動体を介して前記導入管と連接されるとともに、その振動体の振動によって生じる吸気音のうち所定周波数帯の吸気音の音圧を増大する共鳴管と、を備え、
   前記振動体が配置される側の前記導入管の端部には、前記導入管よりも通路内径が小さく、前記振動体内に挿入される挿入管が形成されることを特徴とするエンジンの吸気音発生装置。
2. 前記振動体は円筒形状であって、円筒一端を閉塞する端面として前記振動面を形成し、円筒側面に軸方向に沿って前記蛇腹部を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気音発生装置。
3. 前記振動体は、前記振動体の開口端にフランジ部を備え、前記導入管の端部と前記共鳴管の端部との間に前記フランジ部を溶着することで固定される、
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸気音発生装置。
4. 前記挿入管の挿入長さは、前記挿入管の挿入長さに対する前記振動体の開口端から前記振動面までの長さの割合と音圧向上代との関係に基づいて吸気音の音圧が増大するように設定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のエンジンの吸気音発生装置。
5. 前記挿入管の開口面積は、前記挿入管の開口面積に対する前記振動体の開口面積の割合と音圧向上代との関係に基づいて吸気音の音圧が増大するように設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のエンジンの吸気音発生装置。
6. 前記共鳴管は、過大脈動が入力した時に前記振動面の位置を規制するストッパを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のエンジンの吸気音発生装置。
7. 前記ストッパは、前記振動面の一部と対向するように前記共鳴管内部から突出形成される突出部であることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの吸気音発生装置。
8. 前記ストッパは、前記共鳴管の内周に複数形成されることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの吸気音発生装置。
9. 前記ストッパの共鳴管軸方向に直交する方向の断面積は、ストッパ断面積に対する共鳴管断面積の割合と音圧向上代との関係に基づいて吸気音の音圧が増大するように設定されることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一つに記載のエンジンの吸気音発生装置。
10. 前記ストッパの配置位置は、前記振動面と前記ストッパの間隔と音圧向上代との関係に基づいて吸気音の音圧が増大するように設定されることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一つに記載のエンジンの吸気音発生装置。
11. 前記振動体は、ゴム特性を有する樹脂であるポリエステル系の熱可塑性エラストマーによって形成されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一つに記載のエンジンの吸気音発生装置。

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