(57)【要約】【課題】エンジンの吸気装置において、簡単な構成で複数の周波数を強調した音を創出できるようにする。【解決手段】エアクリーナとスロットルバルブと間の吸気通路に連通する音伝達管路２０１と、その音伝達管路２０１の内部に配置された振動板２０２とを設けた構成において、振動板２０２に厚さ（剛性）が異なる第１振動領域２２１と第２振動領域２２２とを設けて、１つの振動板２０２に複数の共振周波数を持たせる。そして、このような構成の振動板２０２を用いることで、１台の吸気音制御装置２００で複数の周波数を強調した音を創り出すことが可能になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に連通する吸気通路と、前記内燃機関の燃焼室内に前記吸気通路を通じて供給する空気を浄化するエアクリーナとを有する内燃機関の吸気装置において、
前記エアクリーナの下流側の吸気通路に連通する音伝達管路と、前記音伝達管路に配置された振動板とを備えているとともに、前記振動板は、剛性が異なる複数の振動領域を有することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、
前記振動板は、厚さが異なる複数の振動領域を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、
前記振動板は、硬さが異なる複数の振動領域を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）は、複数のピストンが往復移動可能に設けられたシリンダブロックと、シリンダブロックの上端に取り付けられたシリンダヘッドとを備えている。また、各ピストンの上端とシリンダヘッドとの間にはそれぞれ燃焼室が設けられ、その燃焼室には吸気通路及び排気通路が接続されている。シリンダヘッドには吸気バルブ及び排気バルブが設けられている。この吸気バルブを開閉駆動することにより吸気通路と燃焼室とが連通・遮断され、排気バルブを開閉駆動することにより排気通路と燃焼室とが連通・遮断されるようになっている。
【０００３】
このようなエンジンの吸気行程においては、吸気バルブが開き、吸気通路内の空気が脈動しながら燃焼室内に吸入される。また、吸気通路には、吸気バルブが開いたときに燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられており、その燃料噴射弁から噴射される燃料と吸気通路から燃焼室内に吸入される空気とが混じり合って混合気が形成され、その混合気が燃焼室に導入される。燃焼室に導入された混合気は点火プラグにて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室内での燃焼・爆発によりピストンが往復運動して出力軸であるクランクシャフトが回転する。
【０００４】
エンジンが搭載された車両では、ユーザの嗜好にあった音質が求められている。特に、ＳＵＶ（Ｓｐｏｒｔ  Ｕｔｉｌｉｔｙ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）などの車両においては、車両の加速に応じた迫力感のあるスポーツサウンドが求められている。このようなスポーツサウンドを発生するものとして下記の特許文献１に記載の吸気音増幅機構がある。
【０００５】
特許文献１に記載の吸気音増幅機構は、エアクリーナホース（吸気通路）に一端が接続され、他端が車室内に導かれる共鳴パイプと、この共鳴パイプの他端を塞ぐ振動膜とを備え、前記共鳴パイプが、吸気音に含まれる周波数帯域のうち、特定の周波数と一致する周波数によって気柱共鳴し、この気柱共鳴に共鳴して振動膜が振動することにより、特定の周波数を有する吸気音（心地よい音）を増幅している。
【０００６】
また、他の吸気音制御装置として、図１０に示すように、エンジンの吸気通路６０１に一端が連通し、他端が車室内に導かれるダクト６０２と、このダクト６０２内に配置された振動膜６０３とを備え、その振動膜６０３に吸気通路６０１内の脈動圧力をダクト６０２を通じて導入し、振動膜６０３を振動させることにより、特定周波数の吸気音を増大させるサウンドジェネレータが知られている。
【特許文献１】特開２００６−２０７５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＳＵＶ等の車両において吸気音を制御する場合、吸気音に含まれる周波数帯域のうち、複数の特定周波数を強調した音色創りが要求される場合がある。しかし、図１０に示す構造のサウンドジェネレータでは、振動膜の前後（上流側・下流側）の管共鳴を利用して共鳴周波数を調整することは可能であるものの、単一の周波数の吸気音しか強調することができない。このため、１台のサウンドジェネレータで上記した音色創りに対応することができない。
【０００８】
なお、特許文献１には、心地よい吸気音として特定の周波数を複数設定することが記載されているが、その具体的手段として、複数の特定周波数に応じて複数の吸気音増幅機構を設定することが示されているだけであり、異なる周波数の共鳴音を創出する吸気音増幅機構については何ら示唆されていない。従って、特許文献１に記載の技術を利用しても、複数の周波数を強調した音色創りを簡単な構成のもとに実現することはできない。
【０００９】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、簡単な構成で複数の周波数を強調した音を創出することが可能な内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に連通する吸気通路と、前記内燃機関の燃焼室内に前記吸気通路を通じて供給する空気を浄化するエアクリーナとを有する内燃機関の吸気装置において、前記エアクリーナの下流側の吸気通路に連通する音伝達管路と、前記音伝達管路に配置された振動板とを備えているとともに、前記振動板は、剛性が異なる複数の振動領域を有することを特徴としている。
【００１１】
以上の構成において、吸気通路内の脈動圧力が音伝達管路を通じて振動板に作用して振動板が振動する。この振動板の振動によって発生する音が車室内に伝播される。このようにして振動板の振動で発生する音は、通常の場合（例えば図１０に示す構造の場合）、振動板の剛性（厚さ・硬さ等）で決定される共振周波数（単一周波数）の音である。これに対し、本発明では、振動板に剛性が異なる複数の振動領域を設けて、１つの振動板に複数の共振周波数を持たせているので、１つの振動板によって複数の周波数を強調した音を創り出すことができる。しかも、振動板の形状・硬さ等を工夫するだけで、吸気音制御装置を複数設置することなく、簡単な構成のもとに、複数の周波数を強調した音を創出することができる。
【００１２】
本発明において、振動板に厚さが異なる複数の振動領域を設けて、振動板に複数の共振周波数を持たせて、複数の周波数を強調した音を創出するようにしてもよい。
【００１３】
また、振動板に硬さが異なる複数の振動領域を設けて、振動板に複数の共振周波数を持たせて、複数の周波数を強調した音を創出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関の吸気装置によれば、エアクリーナの下流側の吸気通路に連通する音伝達管路を設けるとともに、この音伝達管路に振動板を配置し、その振動板に剛性が異なる複数の振動領域を設けて、１つの振動板に複数の共振周波数を持たせているので、簡単な構成のもとに、複数の周波数を強調した音を創出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。
【００１７】
−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。
【００１８】
エンジン１は、車両に搭載されるポート噴射型多気筒ガソリンエンジンであって、その各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１８を介してクランクシャフト１７に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１８によってクランクシャフト１７の回転へと変換される。
【００１９】
クランクシャフト１７にはシグナルロータ１９が取り付けられている。シグナルロータ１９の外周面には複数の突起（歯）１９ａが等角度ごとに設けられている。シグナルロータ１９の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）２１が配置されている。クランクポジションセンサ２１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１７が回転する際にシグナルロータ１９の突起１９ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。
【００２０】
エンジン１のシリンダブロック１ａには冷却水温を検出する水温センサ２２が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。エンジン１の燃焼室１ｄには点火プラグ３が配置されている。
【００２１】
エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の上流側にはエアクリーナ６が設けられている。エアクリーナ６は、エンジン１の燃焼室１ｄに供給する空気を浄化するものであって、吸気通路１１に接続されるエアクリーナホース６１、エアクリーナケース６２、吸気口６３ａを有するクールエアダクト（吸気ダクト）６３、及び、エアクリーナケース６２内に収容されるエアクリーナエレメント６４などによって構成されている。
【００２２】
エンジン１の吸気通路１１には、熱線式のエアフロメータ２３、吸気温センサ２４（エアフロメータ２３に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ４などが配置されている。スロットルバルブ４はスロットルモータ５によって駆動される。スロットルバルブ４の開度はスロットルポジションセンサ２５によって検出される。エンジン１の排気通路１２には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ２６及び三元触媒７などが配置されている。
【００２３】
吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１７の回転がタイミングベルト等を介して伝達される吸気カムシャフト１５及び排気カムシャフト１６の各回転によって行われる。
【００２４】
以上のエンジン１では、吸気行程において吸気バルブ１３が開き、吸気通路１１内の空気が脈動しながら燃焼室１ｄ内に吸入される。また、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されており、このインジェクタ２に燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料を供給することによって、吸気通路１１内に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ｄに導入される。燃焼室１ｄに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ｄ内での燃焼・爆発によりピストン１ｃが往復運動してクランクシャフト１７が回転する。
【００２５】
以上の吸気通路１１、エアクリーナ６、及び、スロットルバルブ４などによってエンジン１の吸気装置１００が構成されている。そして、この例では、吸気装置１００に吸気音制御装置２００を設けている点に特徴がある。
【００２６】
−吸気音制御装置−
吸気音制御装置２００は、図１及び図２に示すように、エアクリーナケース６２とスロットルバルブ４との間の吸気通路１１（エアクリーナ６の下流側の吸気通路１１）に一端が連通し、他端が開口された音伝達管路２０１と、振動板２０２とを備えている。音伝達管路２０１及び振動板２０２は樹脂によって成形されている。なお、振動板２０２は金属製であってもよい。
【００２７】
音伝達管路２０１の途中にはチャンバ２０１ａが設けられており、このチャンバ２０１ａ内に振動板２０２が配置されている。音伝達管路２０１の内部は振動板２０２に閉鎖されており、吸気通路１１内の空気が音伝達管路２０１の他端から外部に放出されることはない。
【００２８】
振動板２０２は、図２及び図３に示すように、円形平板の中央に円形凹部（ボス部）を設けた形状に成形されており、その円形凹部の周縁に円環平板形状の第１振動領域２２１が形成され、円形凹部内に円形平板形状の第２振動領域２２２が形成されている。第１振動領域２２１の厚さｔ１と第２振動領域の厚さｔ２とは異なっており、第１振動領域２２１の共振周波数ｆ１と、第２振動領域２２２の共振周波数ｆ２は互いに相違している。この例では、第１振動領域２２１の厚さｔ１と第２振動領域２２２の厚さｔ２とがｔ１＞ｔ２となるように設定されている。従って、第１振動領域２２１の共振周波数ｆ１と第２振動領域２２２の共振周波数ｆ２との関係は、図４に示すようにｆ１＜ｆ２の関係となる。
【００２９】
なお、音伝達管路２０１の他端は、エンジンルーム内に開放しておいてもよいし、車室内に導いておいてもよい。
【００３０】
以上の構造において、エンジン１が起動すると、吸気通路１１内の脈動圧力が音伝達管路２０１の上流側管路２１０を通じて振動板２０２に作用して振動板２０２が振動する。この例では、上記したように振動板２０２に、共振周波数が異なる第１振動領域２２１及び第２振動領域２２２を設けているので、脈動圧力による振動板２０２の振動によって、２種の周波数ｆ１，ｆ２を強調した音が、音伝達管路２０１の他端（開口端）から放出されて車室内に伝播される。
【００３１】
ここで、振動板の共振周波数ｆ、質量ｍ、ばね定数ｋとは、
ｆ＝（１／２π）（ｋ／ｍ）1/2    ・・・（１）
の関係があるので、第１振動領域２２１と第２振動領域２２２の各厚さｔ１，ｔ２（ばね定数ｋ）を、上記（１）式に基づいてチューニングすることにより、吸気音に含まれる周波数帯域のうち、２種の周波数を強調した心地よい音を創り出すことができる。なお、共振周波数ｆ１，ｆ２をチューニングする際に、第１振動領域２２１、第２振動領域２２２に質量体（マス）を取り付けて共振周波数の調整を行うようにしてもよい。
【００３２】
また、第１振動領域２２１と第２振動領域２２２の各厚さｔ１，ｔ２を適宜に選定することにより、例えばＶ型６気筒エンジンの起動において発生する爆発１次成分（回転３次成分）、爆発２次成分（回転６次成分）を強調した加速時に迫力感のあるスポーツサウンドを得ることができる。
【００３３】
以上のように、この例では、吸気音制御装置２００を複数設置することなく、振動板２０２の形状を工夫することで、簡単な構成のもとに、２種の周波数ｆ１，ｆ２を強調した音を創り出すことができる。このように、１台の吸気音制御装置２００で複数の周波数を強調した音を創出することが可能になることにより、例えば、スポーツサウンドの音色創りのバリエーションが広がる。
【００３４】
なお、以上の図２及び図３に示す例において、第１振動領域２２１の厚さｔ１と第２振動領域の厚さｔ２との関係をｔ１＜ｔ２としてもよい。
【００３５】
−他の実施形態−
次に、振動板の形状・形態の他の例について図５〜図９を参照して説明する。
【００３６】
まず、図５に示す例では、振動板３０２を、円形平板に４つの円形凹部（略半球面状）を設けた形状に成形して、振動板３０２に、第１振動領域３２１、第２振動領域３２２、第３振動領域３２３及び第４振動領域３２４と、円形凹部以外の第５振動領域３２５とを設けている点に特徴がある。
【００３７】
第１振動領域３２１、第２振動領域３２２、第３振動領域３２３、第４振動領域３２４は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、中央が最大の厚さｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４となる形状に成形されている。また、第５振動領域３２５の厚さｔ１５であり、これら５つの振動領域の厚さの関係は、ｔ１１＞ｔ１２＞ｔ１３＞ｔ１４＞ｔ１５である。従って、この例では、１つの振動板３０２に、５種の共振周波数ｆ１１〜Ｆ１５（ｆ１１＜ｆ１２＜ｆ１３＜ｆ１４＜ｆ１５）を持たせることができ、その各周波数を強調した音を創り出すことができる。
【００３８】
なお、第１振動領域３２１〜第４振動領域３２４は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、各厚さｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４が一様となるように成形してもよい。
【００３９】
図８に示す例は、振動板４０２に硬さが異なる第１振動領域４２１と第２振動領域４２２を設けている点に特徴がある。このように、２つの振動領域４２１，４２２の硬さ（剛性）を異ならせることにより、振動板４０２に２種の共振周波数を持たせることができ、その各周波数を強調した音を創り出すことができる。なお、このように硬さの異なる振動領域を設ける場合においても、振動領域の数は限定されず、例えば、図９に示すように、振動板５０２に３つの振動領域５２１，５２２，５２３を設けてもよいし、４つ以上の振動領域を振動板に設けてもよい。
【００４０】
ここで、図８の振動板４０２を作製する方法としては、硬さの異なる材料でそれぞれ半円形の平板を成形し、それら２つの平板を接合して振動板を得るという方法や、同じく２つの平板をフレーム等を利用して連結することによって振動板を得るという方法を挙げることができる。また、樹脂で振動板４０２を成形する際に、硬さを調整する添加物を、第１振動領域４２１及び第２振動領域４２２のいずれか一方もしくは双方に添加して、２つの振動領域４２１，４２２の硬さを異ならせるという方法も挙げることができる。
【００４１】
以上の例では、音伝達管路の内部に振動板を配置しているが、本発明はこれに限られることなく、音伝達管路の他端に振動板を配置してもよい。
【００４２】
以上の例では、ポート噴射型多気筒ガソリンエンジンの吸気装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、筒内直噴型多気筒ガソリンエンジンの吸気装置にも適用できる。また、多気筒ガソリンエンジンに限られることなく、多気筒ディーゼルエンジンの吸気装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の吸気装置を備えたエンジンの概略構成図である。
【図２】図１のＡ部詳細図である。
【図３】吸気音制御装置に用いる振動板の斜視図である。
【図４】共鳴周波数ｆ１，ｆ２を示す図である。
【図５】振動板の他の例を示す正面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ断面図（ａ）、及び、Ｙ−Ｙ断面図（ｂ）を併記して示す図である。
【図７】図５の振動板の振動領域の変形例を示す断面図（ａ）及び（ｂ）を併記して示す図である。
【図８】振動板の別の例を示す正面図である。
【図９】振動板の別の例を示す正面図である。
【図１０】サウンドジェネレータの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  エンジン
１１  吸気通路
１２  排気通路
１３  吸気バルブ
１４  排気バルブ
４  スロットルバルブ
６  エアクリーナ
６２  エアクリーナケース
６４  エアクリーナエレメント
１００  吸気装置
２００  吸気音制御装置
２０１  音伝達管路
２０１ａ  チャンバ
２０２  振動板
２２１  第１振動領域
２２２  第２振動領域
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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