(57)【要約】【課題】車外騒音を抑制するとともに、車室内に聞こえる吸気音を好ましいものに制御できるようにする。【解決手段】吸気通路を構成する吸気管１と、吸気管１の分岐部11から分岐し車室内に向かって延びる分岐管２と、を備え、分岐管２の一部には分岐管２内へ向かって発声する音源３をもち、分岐部11と音源３との間に通気性の多孔質部材からなる隔壁13を設けた。  隔壁13によって吸気騒音を低減できるとともに、音源３によって車室内での音を好ましい音に制御できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の外気取り入れ口とエンジンのインテークマニホールドとの間に配置された吸気ダクトであって、吸気通路を構成する吸気管と、該吸気管の分岐部から分岐し車室内に向かって延びる分岐管と、を備え、
該分岐管の一部には該分岐管内へ向かって発声する音源をもち、該分岐部と該音源との間に通気性の多孔質部材からなる隔壁を設けたことを特徴とする吸気ダクト。
【請求項２】
前記分岐管には、消音器がさらに備えられている請求項１に記載の吸気ダクト。
【請求項３】
エンジン回転数に対応した音圧で前記音源を発声させる制御装置をさらに備えた請求項１に記載の吸気ダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンへ空気を供給する通路としての吸気ダクトに関し、詳しくは吸気時の騒音が低減されるとともに、車室内に好ましい音を発声できる吸気ダクトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンの吸気系では、吸気時に騒音が発生するという問題がある。この吸気騒音は、特にエンジンの低速回転時に耳障りである。そこで従来より、吸気ダクトにサイドブランチ及び／又はレゾネータを設け、ヘルムホルツの共鳴理論などに基づいて計算される特定周波数の騒音を低減することが行われている。
【０００３】
ところがサイドブランチは、長いものでは約30cmの長さにもなり、レゾネータの容積は大きいものでは14リットルもの大きさとなる。そのためこれらの消音器のエンジンルーム内に占めるスペースが大きくなり、他の部品の搭載の自由度が低くなるという不具合が生じる。
【０００４】
そこで種々の提案がなされ、例えば特開2001−336457号公報には、吸気管の一部に管壁の長手方向に長い開口を形成し、その開口を通気性の多孔質部材で覆った吸気ダクトが提案されている。この吸気ダクトによれば、理由は不明であるが、吸気騒音を大きく低減することができる。また発生する共鳴波の腹位置と重なるように開口を形成することで、特に大きな音量となる一次共鳴音及び二次共鳴音を効果的に低減することができる。
【０００５】
ところが上記吸気ダクトにおいては、多孔質部材の通気性が高すぎると、多孔質部材を透過した透過音によって車外騒音が増大するという不具合があった。
【０００６】
また、吸気騒音を低減する他の手段として、スピーカから吸気音と逆位相の音を発声させることで、吸気音を弱めることが提案されている。吸気音は、主に吸気弁の開閉に伴う圧力脈動に起因する圧力波としてとらえられるので、この圧力波を打ち消すように同じ周波数で逆位相の圧力波を加えることで、両方の波が干渉して打ち消し合い、吸気音の波の振幅つまり音圧を弱めることができる。
【０００７】
例えば特開平05−106524号公報には、吸気管の途中に背後室を構成するエンクロージャをもつスピーカユニットを取付け、さらに背後室と吸気管とを連通する共鳴管を設け、吸気管と共鳴管の共鳴周波数を所定の低周波数域で略一致させることが提案されている。また特開平07−036468号公報には、車室内にラウドスピーカを配置し、車室内に発生するこもり音をラウドスピーカから発する制御音によって打ち消すことが記載されている。
【０００８】
しかしながら吸気管の途中にスピーカを配置した場合には、特に低周波数域の吸気音を低減するためには大型のスピーカが必要となり、吸気口から漏れる音によって車外騒音が増大する。また車室内までの距離が長いために伝播ロスが大きく、車室内における評価も好ましいものとは言えなかった。
【０００９】
一方、車室内においては、運転状況に応じた吸気音が聞こえることが好ましい。すなわち、アクセルを踏み込んだ場合には大きな吸気音が聞こえ、アイドリング時などには小さな吸気音が聞こえるようにすれば、運転状況と吸気音が一致し好ましい運転フィーリングが得られる。しかし車室内にラウドスピーカを配置した従来の技術では、吸気音を打ち消すことのみを目的とし、運転フィーリングのことまでは考慮されていない。
【特許文献１】特開2001−336457号
【特許文献２】特開平05−106524号
【特許文献３】特開平07−036468号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、車外騒音を抑制するとともに、車室内に聞こえる吸気音を好ましいものに制御できるようにすることを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の吸気ダクトの特徴は、自動車の外気取り入れ口とエンジンのインテークマニホールドとの間に配置された吸気ダクトであって、吸気通路を構成する吸気管と、吸気管の分岐部から分岐し車室内に向かって延びる分岐管と、を備え、分岐管の一部には分岐管内へ向かって発声する音源をもち、分岐部と音源との間に通気性の多孔質部材からなる隔壁を設けたことにある。
【００１２】
分岐管には、消音器がさらに備えられていることが望ましい。また、エンジン回転数に対応した音圧で音源を発声させる制御装置をさらに備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
吸気時に生じる騒音は、主として吸気ダクトの内部で発生する音波の定在波に起因し、定在波の周波数は吸気ダクト長、吸気ダクト径及び吸気ダクトの材質などによって決まる。そこで本発明では、吸気管の分岐部から音源までの間に、通気性の多孔質部材からなる隔壁を配置している。これにより以下の三つの作用が奏され、吸気騒音が低減される。
（１）通気性の多孔質部材は弾性体である場合が多く、隔壁による制振作用によって管壁の振動に起因する音波の発生が抑制される。
（２）多孔質部材の多数の隙間に入り込んだ音波は、隙間の粘性と熱伝導の作用によりそのエネルギーが弱まり、また音圧の変動に伴い多孔質部材自身が共振して音エネルギーが減衰する。
（３）隔壁がある程度の通気性を有することにより、音波の一部がその管壁を通過することで定在波の発生が抑制される。
【００１４】
さらに吸気管から分岐し車室内へ向かって延びる分岐管に音源を配置したことで、分岐部から隔壁を通過して洩れる音波に音源からの発声を加味することができ、車室内で知覚される音を任意に制御することが可能となる。すなわち分岐部から隔壁を通過して洩れる音波と同じ周波数で逆位相の音を音源から発声すれば、車室内の騒音を大きく低減することができる。またエンジン回転数に応じた音圧で音源を発声させることで、運転状況と車室内での知覚音が一致し、好ましい運転フィーリングが得られる。そして車室内までの距離が短いので伝播ロスが小さくなり、小型の音源で十分な効果が得られるので、搭載スペースを低減することができる。
【００１５】
そして本願発明では、分岐管は車室内へ向かって延びているので、音源からの音が車外に洩れにくい。また、分岐部から隔壁を通過して洩れる音は、分岐管を介して車室内側にのみ伝達される。したがって音源の発声により乗員の運転フィーリングを向上させつつ、車外騒音は抑制されるという大きな利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の吸気ダクトは、吸気管と、吸気管の分岐部から分岐する分岐管と、分岐管に配置された音源と、分岐部と音源との間で分岐管に配置された隔壁と、から構成されている。
【００１７】
吸気管は、外気取り入れ口とエンジンのインテークマニホールドとの間の吸気通路を構成する。吸気通路にはエアフィルタ装置が配置されるのが一般的であるが、分岐部はエアフィルタ装置の上流側及び下流側のどちらに設けてもよい。またエアフィルタ装置に分岐部を設けることもできる。
【００１８】
分岐管は、吸気管に形成された分岐部から分岐し、吸気管と連通している。したがって吸気管の分岐部には、分岐管に連通する開口が形成されている。通気性の多孔質部材からなる隔壁は、この開口を覆うように配置してもよいし、分岐管内を区画するように分岐管内に配置してもよい。分岐部から音源までの間であれば、隔壁の位置に制限はない。
【００１９】
分岐部の開口を覆うように隔壁を配置する場合、吸気管に形成される分岐部の開口は、形状を長尺形状とすることが望ましく、開口の短手方向の幅を管壁の周長の１／20以上とすることが好ましい。このようなスリット状の開口を多孔質部材からなる隔壁で覆うことにより、理由は不明であるが吸気騒音を大きく低減することができる。開口の短手方向の幅が管壁の周長の１／20より小さくなると、隔壁を配置した効果を得にくくなり吸気騒音が大きくなってしまう。また開口の短手方向の幅の上限には特に制限がないものの、幅を大きくしても吸気騒音低減の効果はほとんど変化がなく、隔壁の大きさの増大によりコストが上昇するという不具合がある。したがって、コストの問題に加えて成形工程あるいは多孔質部材の接合工程などを考慮した現実的な開口幅としては、管壁の周長の１／20以上で１／４以下程度とすることが好ましい。
【００２０】
また開口の長手方向の長さが長いほど吸気騒音を低減することができるが、多孔質部材の量が多くなるためコスト増大の不具合も大きくなってしまう。そのバランスを考慮すると、開口の長さは上記した幅より大きければよく、管壁の全長の１／４以下とするのが好ましい。なおこの長さは、エンジンの必要吸気量、吸気管の径あるいは通気抵抗などによって適宜調整される値である。
【００２１】
開口の長手方向の中心は、吸気管の端部から管壁の全長の１／４の位置にあることが望ましい。このようにすることにより、吸気騒音を一層低減することができる。吸気管内では、吸気管の長さの２倍と同じ波長の一次共鳴音、吸気管の長さと同じ波長の二次共鳴音、吸気管の長さの２／３の波長の三次共鳴音などが発生し、これらが吸気騒音となる。そして共鳴音を低減するには、各音波の節に相当する位置を外して開口を設けることが好ましい。つまり開口の長手方向の位置を、発生する共鳴波の腹位置と重なるように設定することが望ましい。例えば開口の長手方向の中心を、吸気管の端部から管壁の全長の１／４の位置とすれば、特に大きな音量となる一次共鳴音及び二次共鳴音を効果的に低減することができる。
【００２２】
隔壁を構成する多孔質部材は、各種材質の繊維、紙あるいは発泡体などから形成されたものを用いることができるが、熱可塑性繊維から形成された不織布あるいは織布、編布などが特に望ましい。熱可塑性樹脂繊維製の不織布などを用いれば、分岐部の開口形状、分岐管の断面形状に合わせて、熱プレス成形などで容易に賦形することができる。また溶着によって管壁に接合できるので、工数を低減することができる。なお熱可塑性樹脂繊維は不織布などの一部を構成していてもよいし、全体が熱可塑性樹脂繊維から構成されていてもよい。また熱可塑性ではない繊維に熱可塑性樹脂製のバインダを含浸させた布でも、熱可塑性樹脂繊維から形成された布と同様に熱プレス成形などによる賦形が可能である。
【００２３】
隔壁の通気性が高すぎると、吸気管からの音が隔壁を透過し、車室内の騒音が増大するという不具合がある。そこで通気性の程度は、圧力差98Paのときの空気の通気量が１ｍ2 当たり6000m3/h以下とすることが望ましい。なお通気量とは、試験体により区画された２室間の圧力差を98Paに設定した時に、試験体の単位面積あたりを通過する単位時間あたりの空気量をいう。単位面積当たり6000m3/h以下という限定は、もちろん圧力差が98Paの空気の場合の限定であり、吸気の圧力が異なれば通気量の限定数値も異なることはいうまでもない。
【００２４】
圧力差98Paのときの空気の１ｍ2 当たりの通気量が6000m3/hを超えると、隔壁を通過する音波が多くなって透過音が大きくなる。また通気量がゼロであると、 200Hz以下の低周波数域の騒音の抑制作用が小さくなるが、従来の吸気ダクトに比べれば騒音を抑制することができる。通気量がゼロの多孔質部材とするには、多孔質部材の外側表面に膜状の表皮層を形成すればよい。内側表面に表皮層を形成しても通気量をゼロとすることはできるが、前述した（２）の理由による騒音の低減が困難となるので好ましくない。なお多孔質部材における圧力差98Paのときの空気の通気量は、ゼロより大きく4200m3/h未満であることが好ましく、０＜通気量＜3000m3/hの範囲が特に好ましい。
【００２５】
また、経年変化、水分の浸入などにより不織布の厚さや特性が変化し、隔壁を透過する透過音及び吸気管先端の吸気口から放射される出口音のバランスが崩れて吸気騒音を抑制する性能が変化する場合がある。
【００２６】
そこで隔壁は所定機能が付与された機能層をもつことが望ましい。この機能層としては、撥水層、目詰まり防止層などが例示され、それぞれの機能を有する繊維をその部分に混在させた多孔質部材を用いることで容易に形成することができる。またそれぞれの機能をもつフィルムを多孔質部材に積層して用いてもよい。
【００２７】
分岐管は、吸気管の分岐部で分岐して車室内に向かって延びるものであり、車室内に開口してもよいし車室内に開口せず車体パネルなどで先端が塞がれていてもよい。車室内に開口するように構成すれば、分岐管からの直接音が知覚されるので、音源をより小型化することができる場合が多い。なお分岐管は、分岐部の開口の全体を覆うように分岐しているのが望ましいが、開口の一部が分岐管の外方にはみ出ていてもよい。
【００２８】
音源としては、電磁力によるコーンの振動で発声するスピーカが代表的に例示される。その背後にエンクロージャをもち共鳴により低周波数域の発声能力に優れたスピーカ装置を用いることが望ましい。この場合、エンクロージャは密閉型であってもよく、バス・レフレックス型であってもよい。
【００２９】
この音源は、分岐管の一部に配置され分岐管内へ向かって発声するように配置される。こうすることで、音源からの発声は分岐管を通じて車室内の乗員に効率よく知覚される。
【００３０】
音源は、分岐部の開口から隔壁を通過して洩れる音に応じて発声を制御することができる。例えば隔壁の通気性が高く、洩れる吸気音が大きい場合には、その吸気音と同振幅で逆位相の音を発声する。これにより隔壁から洩れる吸気音が打ち消され、車室内の静粛性が向上する。
【００３１】
さらに、エンジン回転数に応じた音圧で音源を発声させることも好ましい。例えば加速時には徐々に音量が大きくなるように音源を発声させ、減速時には徐々に音量が小さくなるように音源を発声させる。このようにすることで運転状況と知覚音が一致し、好ましい運転フィーリングが得られる。また音源の発声の音色をエンジン音あるいは吸気音に近い音色とすれば、さらに心地よい音色を楽しむことができる。
【００３２】
なおエンジン回転数に応じた音圧で音源を発声させるには、エンジン回転数に対応した物理量を検出できるセンサを用い、その信号によって音源を駆動する制御装置を用いることができる。エンジン回転数に対応した物理量としては、エンジン回転数そのもの、吸気負圧、アクセルペダルの踏み角などがある。
【００３３】
また、分岐管には、サイドブランチあるいはレゾネータなどの消音器をさらに設けることが好ましい。これにより分岐部から洩れる吸気音、音源からの雑音など、好ましくない音を消音することができる。消音器の位置は特に制限されないが、分岐部から洩れる音及び音源からの音を消音するという目的から、音源より下流側、すなわち車室に近い位置に設けることが望ましい。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１に本実施例の吸気ダクトを示す。この吸気ダクトは、下流側にエアクリーナケース10が連結された高密度ポリエチレン製の吸気管１と、吸気管１の分岐部11の管壁に形成された窓開口12の周縁部に溶着されて分岐し車室内に連通する高密度ポリエチレン製の分岐管２と、分岐管２の一部に配置されたスピーカ装置３と、スピーカ装置３を駆動する制御装置４と、から構成されている。
【００３６】
窓開口12は、短手方向の幅である周方向の長さが吸気管１の一般周長の１／４である50mmとされ、長さが 200mmの略長方形に形成されている。この窓開口11は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維製の不織布（目付量1000g/m2、厚さ 3.5mm、通気量1680m3/h・m2）よりなる隔壁13によって覆われている。なお隔壁13は、周縁部が窓開口12の周縁部に熱溶着されることで、吸気管１と一体化されている。
【００３７】
分岐管２は、窓開口12を覆う隔壁13より一回り大きな径のフランジ部20で窓開口12の周縁部に溶着され、そこから分岐して車室内に向かって延び、その先端は車体パネル５に固定されている。車体パネル５には車室内外を連通する貫通孔50が形成され、分岐管２の先端は貫通孔50を覆うように固定されている。
【００３８】
またスピーカ装置３は、スピーカユニット30と、スピーカユニット30を保持するスピーカボックス31とからなり、スピーカユニット30の背後に密閉エンクロージャが形成されている。スピ−カボックス31は、スピーカユニット30のコーン部が分岐管２の内部に表出するように、分岐管２に固定されている。
【００３９】
制御装置４は、図２に示すように、 I/O部40と、演算部41と、 ROM42とからなる。この吸気ダクトが装着された自動車には、アクセルペダルの踏み角に対応した信号を送出する図示しないセンサが設けられている。そのセンサからの出力信号は、先ず I/O部40で処理されて演算部41に入力される。演算部41では、その時のアクセルペダルの踏み角から運転状況を判断し、その時のエンジンの回転数に略比例した駆動電圧を演算する。また演算部41は、同時に ROM42を参照し発声すべき音色を読み取る。そして演算部41は、決定された音色と駆動電圧に基づき I/O部40を介してスピーカユニット30を駆動する。
【００４０】
したがって本実施例の吸気ダクトによれば、吸気管１に窓開口12が形成され、その窓開口12は不織布からなる隔壁13で覆われているので、吸気騒音が抑制され、車内騒音及び車外騒音とも抑制される。また隔壁13を透過した音は、分岐管２を通じて車室内に直接伝達されるので、車外騒音がさらに抑制されている。
【００４１】
そしてスピーカ装置３がエンジンの回転数に略比例した音圧で発声し、その発声は分岐管２を通じて車室内に発せられる。したがって吸気音あるいはエンジン音を模した音色でスピーカユニット30を駆動するように設定しておくことで、運転状況に応じた好ましい模擬音が乗員に聞こえるため、運転フィーリングがよい。また窓開口12から隔壁13を透過した透過音も、エンジン回転数に比例した音圧となる場合が多いので、スピーカ装置３の駆動電圧は透過音の音圧に加味するだけでよい。したがってスピーカ装置３を小型化することができ、スペース面で有利であるとともに、スピーカ装置３から発声される模擬音は分岐管２から車室内に発せられるものであるので、車外騒音となることもない。
【００４２】
（実施例２）
図３に本実施例の吸気ダクトを示す。本実施例は、分岐管２の端部が車室内に開口しておらず、端面が車体パネル５に突き当てられた状態となっていること以外は実施例１と同様である。
【００４３】
本実施例では、分岐管２からの音が車室内においては車体パネル５を介して間接的に知覚されるので、実際の吸気音又はエンジン音に近い聞こえとなり、運転フィーリングがより向上する場合がある。
【００４４】
（実施例３）
図４に本実施例の吸気ダクトを示す。本実施例は、スピーカ装置３の下流側の分岐管２に、さらに消音器６を設けたこと、隔壁13を分岐管２側に接合したこと以外は実施例１と同様である。
【００４５】
本実施例では、窓開口12から隔壁13を透過した透過音、又はスピーカ装置３で発声された模擬音の一部を消音器６の共鳴によって消音することができる。したがって特に好ましい音のみを車室内に供給することができ、運転フィーリングがより向上する。
【００４６】
（実施例４）
図５に本実施例の吸気ダクトを示す。本実施例は、吸気管１の途中から分岐筒部14を突出させ、分岐筒部14を分岐管２の端部に挿通して接合することで、分岐部11を形成している。また分岐部11とスピーカ装置３との間に、実施例１と同様の不織布からなる隔壁13を配置し分岐管２を隔壁13で区画している。
【００４７】
本実施例の吸気ダクトも、他の実施例と同様の作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例の吸音ダクトの構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の一実施例の吸音ダクトに用いた制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第２実施例の吸音ダクトの構成を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第３実施例の吸音ダクトの構成を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の第４実施例の吸音ダクトの構成を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：吸気管                ２：分岐管          ３：スピーカ装置（音源）
４：制御装置              ５：車体パネル      11：窓開口
13：隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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