(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に接続されて吸気系内の吸気脈動を導く単一の導入管と、
上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ベローズ部とを有して、上記導入管の一端を覆うように取り付けられる振動体と、
上記振動体を介して導入管と接続されるとともに他端が開放されていて、その振動体によって生じた吸気音の音圧を増大させて放出する単一の共鳴管と、
を備えていて、
上記導入管および共鳴管の中心を振動体の中心に対して互いに逆方向にオフセットさせたことを特徴とする内燃機関の吸気音発生装置。
【請求項２】
上記オフセット量は振動体の直径の７〜４０％としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気音発生装置。
【請求項３】
上記振動体は有底円筒状のものであって、その底部相当部を振動面とし、円筒面相当部をベローズ部としたものであることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気音発生装置。
【請求項４】
上記振動体はチャンバ部の内部に配置してあり、そのチャンバ部の軸心方向の両側に当該チャンバ部よりも小径の導入管および共鳴管をそれぞれ接続してあることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気音発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気脈動を利用してアクセル操作に連動した効果音として吸気音を積極的に発生させるようにした吸気音発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の吸気音発生装置として特許文献１，２に記載のものが本出願人等により提案されている。
【０００３】
これらの特許文献１，２に記載のものでは、吸気脈動によってベローズ付きの振動体を振動（共振）させるとともに、それによって発生する所定周波数の音圧を共鳴管で増大させ、この共鳴効果による音質が付加されることで、車室内においてスポーツ感あるいは迫力感のある吸気音を効果音として得ることができるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２２０１１号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術では、振動体をはさんでその両側に配置されることになる導入ダクトおよび共鳴ダクト共に振動体の中心と同軸、すなわち三者共に同心状に配置してあるため、振動体の振動時の挙動（モード）は特定の方向だけのものとならざるを得ない。その結果として、効果音として発音される吸気音の共振周波数または共鳴周波数は比較的狭い帯域のものとなってしまい、エンジンの低回転域から高回転域までの広い帯域で相応の効果音を得ることができず、効果音の広帯域化の上でなおも改善の余地を残している。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、わずかな改良を加えるだけで、効果音として得られる吸気音の広帯域化を図ることを可能とした吸気音発生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気通路に接続されて吸気系内の吸気脈動を導く単一の導入管と、上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ベローズ部とを有して、上記導入管の一端を覆うように取り付けられる振動体と、上記振動体を介して導入管と接続されるとともに他端が開放されていて、その振動体によって生じた吸気音の音圧を増大させて放出する単一の共鳴管と、を備えていて、上記導入管および共鳴管の中心を振動体の中心に対して互いに逆方向にオフセットさせたことを特徴とする。
【０００９】
この場合において、上記オフセットの度合い、すなわちオフセット量としては、請求項２に記載のように、振動体の直径の７〜４０％の範囲内であれば、相応の広帯域化の効果が期待できる。
【００１０】
上記振動体のより具体的な構造としては、請求項３に記載のように、振動体は有底円筒状のものであって、その底部相当部を振動面とし、円筒面相当部をベローズ部としたものとする。
【００１１】
このように振動体を有底円筒状のものとした場合には、請求項４に記載のように、その振動体はチャンバ部の内部に配置し、そのチャンバ部の軸心方向の両側に当該チャンバ部よりも小径の導入管および共鳴管をそれぞれ接続してあるものとする。
【００１２】
したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、導入管および共鳴管の中心が振動体の中心に対して互いに逆方向にオフセットしていて、いわゆる偏心している状態にあることから、吸気音の脈動に基づく振動体の振動としては、軸心方向の振動成分に上記オフセット量に応じた径（横）方向の振動成分が加えられ、オフセットしていない場合と比べて、最終的に所定の音質が付加されて効果音として発音されることになる吸気音がより広い周波数帯域で得られるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導入管および共鳴管の中心を振動体の中心に対してオフセットさせたものであるから、共鳴による所定の音質が付加されて効果音として発音される吸気音がより広い周波数帯域で得られるため、吸気音の音質付加効果が一段と向上する。また、オフセット量の設定次第で気柱共鳴の共振周波数を変えることができるので、効果音として得ようとする吸気音の周波数のチューニングが容易に行えるほか、導入管および共鳴管が共にオフセットしていることを前提としているため、狭隘なエンジンルーム内でのレイアウトの自由度が向上し、例えば他の部品との干渉を容易に回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る吸気音発生装置が適用される車両のエンジンルームの概略を示す平面説明図。
【図２】本発明に係る吸気音発生装置の詳細を示す要部断面図。
【図３】図２に示した吸気音発生装置の機能を説明するための説明図。
【図４】図３の機能に基づいて得られる振動波形の変化を示す説明図。
【図５】導入ダクトおよび共鳴ダクトにオフセット量を設定しない場合の振動の帯域を示す振動特性線図。
【図６】導入ダクトおよび共鳴ダクトにオフセット量を設定した場合の振動の帯域を示す振動特性線図。
【図７】図２に示した吸気音発生装置をヘルムホルツ型共鳴器とみなした場合の周波数特性線図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明に係る吸気音発生装置が適用される車両のエンジンルームの概略を示す平面説明図である。
【００１６】
図１に示すように、エンジンルーム１の内部には、内燃機関としてエンジン、例えば６気筒タイプのエンジン２が収容配置される。エンジン２には、外部から取り込んだ空気（吸気）を各気筒に供給する吸気系３が付帯している。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。
【００１７】
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が開口していて、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に接続される。
【００１８】
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に隔離形成される。エアクリーナ３１のフィルタエレメント３１Ａは、吸気口３４から取り込まれた空気に含まれる塵や埃を除去する。また、スロットルバルブ３２は、空気通流面積を変化させることで吸気通路３０を流れる吸入吸気量を調整する。
【００１９】
吸気マニホールド３３は、複数のブランチ管３３Ａを備える。これらのブランチ管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。
【００２０】
このような吸気系３では、エンジン２の図示しない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、所定の音質が付加された吸気音を効果音として発生させるため、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４が設けられる。この吸気音発生装置４は、後述するように、吸気脈動を加振源として振動体としてのサウンドピース５を振動させることによって所定の音質を付加した特徴のある吸気音を発生させ、その吸気音を効果音として車室内に伝達する。
【００２１】
図２はこの吸気音発生装置４の詳細を示す図である。吸気音発生装置４は、吸気脈動を加振源として振動する振動体としてのサウンドピース５と、吸気通路３０内の吸気脈動を導く導入管としての円筒状またはパイプ状の導入ダクト６と、所定周波数帯の吸気音の音圧を増大させる共鳴管としての円筒状またはパイプ状の共鳴ダクト７とを備える。これらの導入ダクト６および共鳴ダクト７は共に樹脂製のものである。そして、吸気音発生装置４では、導入ダクト６と共鳴ダクト７とが接続され、両者の間にサウンドピース５が配置される。
【００２２】
導入ダクト６は、図１に示したように、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・接続される。導入ダクト６の他端側にはフランジ部６ａが形成され、このフランジ部６ａをもって後述する共鳴ダクト７側の大径のチャンバ部８と接続される。
【００２３】
サウンドピース５は、導入ダクト６の他端の開口部を覆うようにその導入ダクト６の端部に固定され、後述するように共鳴ダクト７と一体の大径のチャンバ部８に収容される。サウンドピース５は、所定の樹脂材料により一端が閉塞された有底円筒状またはカップ状のものとして形成されているもので、その底壁部相当部の所定肉厚のフラットな振動面５ａと、円筒面相当部のベローズ部５ｂと、ベローズ部５ｂの開口縁部側に形成されたフランジ部５ｃとを備えている。振動面５ａは導入ダクト６の中心（軸心）に対して直角な関係にあり、吸気脈動を加振源としてその振動面５ａが振動することになる。また、ベローズ部５ｂは上記振動面５ａの振動を助長するために当該振動面５ａよりも薄肉のものとしていわゆる蛇腹状に形成されている。
【００２４】
このように構成されるサウンドピース５では、導入ダクト６内の吸気脈動の圧力変動によって振動面５ａが振動し、この振動面５ａの振動に起因した所定の音質が付加された特徴ある吸気音が共鳴ダクト７の内部に発生することになる。
【００２５】
共鳴ダクト７は所定の周波数帯（エンジン２の気筒数によって定められる次数の周波数帯）の吸気音の音圧をいわゆる気柱共鳴によって増大させて放出する機能を有する。この共鳴ダクト７は、その一端に外部に向けて開放された開口部７ａを有し、この開口部７ａから増大された吸気音が放出されることになる。そして、共鳴ダクト７自体の機能からして、その開口部７ａが遮音されることのないように、共鳴ダクト７は例えばエンジンルーム１を隔離形成しているダッシュパネル等に向けて配置される。
【００２６】
また、共鳴ダクト７の他端には、共鳴ダクト７および導入ダクト６よりも大径の円筒状のチャンバ部８が一体に形成されているとともに、チャンバ部８の開口端にはフランジ部８ａが形成されている。チャンバ部８はサウンドピース５と同心状のものであり、導入ダクト６側のフランジ部６ａとチャンバ部８側のフランジ部８ａとを付き合わせることで両者が接続され、チャンバ部８の内部にサウンドピース５が非接触状態にて収容されることになる。
【００２７】
同時に、導入ダクト６側のフランジ部６ａとチャンバ部８側のフランジ部８ａとの間にサウンドピース５のフランジ部５ａを挟み込んだ上で溶着を施すことで、それらの三者が一体化され、導入ダクト６とチャンバ部８との間でサウンドピース５が固定保持されることになる。なお、共鳴ダクト７は、チャンバ部８以外の部分の長さおよび直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大させることができる。
【００２８】
このような吸気音発生装置４を備えた車両では、吸気系３の吸気脈動を利用してチャンバ部８内のサウンドピース５を積極的に振動させて、そのサウンドピース５あるいはチャンバ部８の気柱共鳴効果との相互作用により音質を付加した特徴ある吸気音を発生させ、さらにその吸気音の音圧を共鳴ダクト７での気柱共鳴にて増大させるので、車室内においてスポーツ感あるいは迫力感のある吸気音を効果音として得ることができることになる。
【００２９】
ここで、本実施の形態では、図２から明らかなように、導入ダクト６および共鳴ダクト７のそれぞれの中心Ｃ１，Ｃ２を、チャンバ部８とそれに収容されたサウンドピース５の中心Ｃ３に対して所定量αおよびβだけオフセット（偏心）させてある。より具体的には、サウンドピース５の直径方向において、導入ダクト６の中心Ｃ１をサウンドピース５の中心Ｃ３に対して所定量αだけオフセットさせてあるとともに、共鳴ダクト７についてもその中心Ｃ２をサウンドピース５の中心Ｃ３に対して導入ダクト６のオフセット方向とは逆方向に所定量βだけオフセットさせてある。ただし、導入ダクト６および共鳴ダクト７のそれぞれの中心Ｃ１，Ｃ２がチャンバ部８の中心Ｃ３に対してオフセットさえしていれば、チャンバ部８あるいはサウンドピース５の直径に相当する同一軸線上に導入ダクト６および共鳴ダクト７の中心が共に位置している必要はない。
【００３０】
そして、サウンドピース５の内径をＤ１、サウンドピース５の外径をＤ２、導入ダクト６のオフセット量をα、共鳴ダクト７のオフセット量をβとし、さらに導入ダクト６のオフセット（偏心）率Ｐ１と共鳴ダクト７のオフセット（偏）心率Ｐ２を下記の式（１），（２）のように定義した場合、それぞれのオフセット率Ｐ１，Ｐ２を７〜４０％の範囲に設定してある。
【００３１】
・導入ダクト６のオフセット率Ｐ１（％）＝
（導入ダクト６のオフセット量α／サウンドピース５の内径Ｄ１）×１００‥‥（１）
・共鳴ダクト７のオフセット率Ｐ２（％）＝
（共鳴ダクト７のオフセット量β／サウンドピース５の外径Ｄ２）×１００‥‥（２）
したがって、本実施の形態の吸気音発生装置４によれば、図３に示すように、エンジン２における吸気系３の吸気脈動Ｆを受けて振動体としてのサウンドピース５が矢印Ｍ１方向（軸心方向）に加振され、すなわちサウンドピース５の振動面５ａがベローズ部５ｂの伸縮変位を伴いながら加振され、その加振に基づく吸気音がサウンドピース５内およびチャンバ部８内での気柱共鳴との相互作用により所定の音質が付加された特徴ある吸気音とされ、その吸気音の音圧が共鳴ダクト７にてさらに増大されて最終的に開口部７ａから外部に放出されることになることは先に述べたとおりである。
【００３２】
その際に、導入ダクト６および共鳴ダクト７が共にサウンドピース５に対してオフセットしていることから、サウンドピース５は矢印Ｍ１方向だけでなく矢印Ｍ２方向（直径方向）にも加振され、図４に示すように、同図（Ａ）の矢印Ｍ１方向の振動に基づく正弦波的な波形Ｗ１に対して、同図（Ｂ）のＱ部のように、矢印Ｍ２方向の振動に基づく波形Ｗ２が重複または重畳されることになる。そのため、サウンドピース５の振動に基づく吸気音の帯域が広帯域化し、ひいては共鳴ダクト７にてさらに増大されて外部に放出されることになる吸気音の帯域も従来のものよりも広帯域化することになる。
【００３３】
図５，６はエンジン回転数とサウンドピース５の振動レベルである振幅との関係を示す図であり、図５は導入ダクト６および共鳴ダクト７にオフセット量α，βを設定しない場合であり、図６は上記実施の形態のように導入ダクト６および共鳴ダクト７にオフセット量α，βを設定した場合である。なお、エンジン回転数と周波数との間には相関があり、エンジン回転数が高くなればそれに応じて周波数も高くなる。また、図５，６において、実線Ｓ１は基本次数の成分を示し、さらに破線Ｓ２は基本次数−０．５次の成分を、一点鎖線Ｓ３は基本次数＋０．５次の成分をそれぞれ示している。なお、振動の基本次数は、先に述べたようにエンジン２の気筒数に依存するとされている。
【００３４】
図５から明らかなように、導入ダクト６および共鳴ダクト７にオフセット量α，βを設定していない場合には、いずれの次数の成分も５０００ｒｐｍ以上の高回転域Ｂ１において急激に減衰している。他方、図６に示すように、導入ダクト６および共鳴ダクト７にオフセット量α，βを設定してある場合には、全回転域において各次数の成分の振幅が図５よりも大きくなっているだけでなく、特に５０００ｒｐｍ以上の高回転域Ｂ１において各次数の成分が減衰することなく顕著にあらわれている。これは、エンジン２の低回転域から中・高回転域の広い範囲にわたって、言い換えるならば低周波数帯から高周波数帯の広い範囲にわたって、サウンドピース５の共振（振動）効果が得られていることを意味し、この広帯域化されたサウンドピース５の振動に基づく音波または吸気音が共鳴ダクト７の気柱共鳴によりさらに増幅されて、その開口部７ａから放出される。したがって、音質が付加された特徴ある吸気音が従来よりも広い帯域で迫力ある効果音として得られることになる。
【００３５】
また、図２において、振動体としてのサウンドピース５とそれに対してオフセット（偏心）している導入ダクト６との関係、およびサウンドピース５とそれに対してオフセット（偏心）している共鳴ダクト７との関係についてみた場合、いずれもサウンドピース５の内部空間またはチャンバ部８の内部空間を共鳴室とするヘルムホルツ型の共鳴器と理解することができるから、ヘルムホルツ型共鳴器の共鳴周波数式は式（３）のようになる。
【００３６】
【数３】
0005639794.tif 000002
【００３７】
この場合において、図２の断面において、導入ダクト６および共鳴ダクト７のオフセットのために、それぞれのダクト６または７のオフセット側の壁面が共鳴室として機能するサウンドピースまたはチャンバ部８の同じくオフセット側の壁面に近付くこととなり、その結果としてサウンドピース５またはチャンバ部８側の壁面の干渉を受けるかたちとなる。
【００３８】
それにより、導入ダクト６および共鳴ダクト７の気柱共鳴におけるいわゆる管端補正値σに影響を与えることから、それぞれの気柱共鳴の共鳴（共振）周波数が変化し、図７に示すように、導入ダクト６および共鳴ダクト７のそれぞれのオフセット量α，βを設定しない場合と比べて、その周波数特性がオフセットすることになる。このことから、導入ダクト６および共鳴ダクト７のオフセット量α，βを適宜調整することで、気柱共鳴の共鳴（共振）周波数、ひいては共鳴ダクト７から放出される吸気音の音圧レベルを積極的にチューニングすることが可能となる。
【００４０】
このように本実施の形態によれば、共鳴による所定の音質が付加されて効果音として発音される吸気音がより広い周波数帯域で得られるため、吸気音の音質付加効果が一段と向上することになる。また、オフセット量の設定次第で気柱共鳴の共振周波数を変えることができるので、効果音として得ようとする吸気音の周波数のチューニングが容易に行えることになる。さらに、導入管および共鳴管が共にオフセットしていることを前提としているため、狭隘なエンジンルーム内でのレイアウトの自由度が向上し、例えばエンジンルーム内の他の部品との干渉を容易に回避することが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
３…吸気系
４…吸気音発生装置
５…サウンドピース（振動体）
５ａ…振動面
５ｂ…ベローズ部
６…導入ダクト（導入管）
７…共鳴ダクト（共鳴管）
７ａ…開口部
８…チャンバ部
３０…吸気通路
Ｃ１…導入ダクトの中心
Ｃ２…共鳴ダクトの中心
Ｃ３…サウンドピースの中心
【図１】
0005639794.tif 000003
【図２】
0005639794.tif 000004
【図３】
0005639794.tif 000005
【図４】
0005639794.tif 000006
【図５】
0005639794.tif 000007
【図６】
0005639794.tif 000008
【図７】
0005639794.tif 000009