JP2002129993A - ４サイクルエンジンにおいて高調波に富んだ、スポーティーな響きの吸気音および（または）排気音を発生させる方法 - Google Patents

４サイクルエンジンにおいて高調波に富んだ、スポーティーな響きの吸気音および（または）排気音を発生させる方法

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JP2002129993A JP2001273558A JP2001273558A JP2002129993A JP 2002129993 A JP2002129993 A JP 2002129993A JP 2001273558 A JP2001273558 A JP 2001273558A JP 2001273558 A JP2001273558 A JP 2001273558A JP 2002129993 A JP2002129993 A JP 2002129993A
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Bernd Fuhrmann
フーアマン ベルント
Patrick Garcia
ガルシア パトリック
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Heinrich Gillet GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリンダ数の少ない４サイクルエンジンの場合
にも高調波振動数に富んだ、いわゆるスポーティーな吸
気音および（または）排気音を発生させることができ、
しかも騒音の総和振幅を増大させることのない方法を提
供する。 【解決手段】少なくとも１つの吸気弁（３．１１）およ
び（または）少なくとも１つの排気弁（４．１１）の開
弁特性を、残りの弁（３．１２,３．２１,３．２２,３．
３１,３．３２,３．４１,３．４２,４．１２,４．２１,
４．２２,４．３１,４．３２,４．４１,４．４２）の開
弁特性に対して変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸気システムおよ
び（または）排気装置を付設した４サイクルエンジンに
おいて高調波に富んだ、スポーティーな響きの吸気音お
よび（または）排気音を発生させる方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】６気筒エンジン、８気筒エンジンまたは
１２気筒エンジンを搭載した自動車が、スポーティーと
顧客が称するような排気音を発することは知られてい
る。また、たとえば４気筒エンジンを搭載した自動車が
この種のスポーティーな排気音を発生させないことも知
られている。コスト上の理由およびその他の理由からど
のスポーツ車にも６気筒エンジン、８気筒エンジンまた
は１２気筒エンジンを搭載するわけにはいかないので、
少なくとも６気筒以下のエンジン、たとえば４気筒エン
ジンを備えた自動車の排ガス装置を改変して、スポーテ
ィーな騒音を発生させるような試みはこれまでなされな
かった。さらに、このような処置の多くは、排ガス消音器
の一部を音響的に切り離すことによって低回転数でのポ
ート騒音、特にアイドリング回転数でのポート騒音の振
幅だけを増大させるものであった。このような処置によ
りなるほど騒音は大きくなるが、６気筒エンジン、８気筒
エンジンまたは１２気筒エンジンの場合に知られている
人気の高い排気音に対応するものではない。
【０００３】内燃機関は排気音を発するばかりでなく、
吸気音も発生させる。通常の市街地走行に特定されてい
る車両の場合、この吸気音は、排気消音器と同じ原理で構
成された吸気消音器で緩衝される。このため、スポーツ車
には、スポーティーな吸気音を発生させる吸気消音器を
有しているものも多い。最近では、量産車のドライバー
にもこの種のスポーティーな吸気音を望む人が多い。し
かしながら、このための公知の処置は吸気分野において
も、吸気音が大きくなるが、６気筒エンジン、８気筒エン
ジンまたは１２気筒エンジンの場合に知られている人気
の高い排気音に対応するものではない。
【０００４】たとえば４気筒エンジンの排気音を分析す
ると、その中にはエンジンの回転数によって決定される
基本振動数の第２、第４、第６、第８等の高調波が含まれ
ていることが認められる。同じように６気筒エンジン、８
気筒エンジン、１２気筒エンジンの排気音を分析すると、
その中にも第１、第３、第５、第７等の高調波が含まれ、エ
ンジンのタイプに応じては第０．５、第１．５、第２．５
等の高調波も含まれていることが認められる。比較的高
いシリンダ数によって発生する奇数の高調波および（ま
たは）非整数の高調波は、たとえば４気筒エンジンには
完全に欠如している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、シリ
ンダ数の少ない４サイクルエンジンの場合にも高調波振
動数に富んだ、いわゆるスポーティーな吸気音および
（または）排気音を発生させることができ、しかも騒音
の総和振幅を増大させることのない方法を提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、少なくとも１つの吸気弁および（または）
少なくとも１つの排気弁の開弁特性を、残りの弁の開弁
特性に対して変化させることを特徴とするものである。
【０００７】本発明は、従来のエンジンにおいて均一且
つ不変の弁制御により設定される均一な音響事象、特に
機械的なカム軸を使用した場合の当該音響事象を、少な
くとも１つの吸気弁および（または）少なくとも１つの
排気弁の開弁特性を他の対応する弁の開弁特性に対して
変化させることによって、不均一な音響事象へ変化させ
るという原理に基づいている。弁制御を変化させること
により、少なくとも１つのシリンダは、他のシリンダの同
一で規則的な音響事象に対して変化した音響事象を発生
させ、この変化した音響事象は振動数スペクトルが欠如
した高調波、またはレベルの弱い奇数および（または）
非整数の高調波を生じさせる。このためには、内燃エンジ
ンが発生させる音響エネルギーを使用するのが特に有利
である。
【０００８】内燃エンジンはある特定のエンジン出力だ
けを発生させ、よってある特定の音響出力だけを発生さ
せるため、すべての高調波振動数の総和レベルは不変で
あるという事実に基づき、奇数の高調波および非整数の
高調波の振幅を増大させる場合、これに対応して他の存
在している高調波の振幅を低減させる。このように個々
の高調波の振幅に対し逆方向の作用を及ぼすことによ
り、４サイクルエンジンの弁制御にわずかに干渉しただ
けで、はっきりと聴き取れるような音像の音響的変化が
得られる。
【０００９】本発明の有利な構成によれば、少なくとも
１つの弁の開弁時点、開弁時間、開弁行程および（また
は）開弁曲線または閉弁曲線を変化させる。 本発明の他の構成によれば、１つの弁の開弁特性を、第２
回目、または第３回目、または第４回目・・・・・・のみ変化さ
せる。
【００１０】なお、１つの弁または複数の弁のこのよう
な均一性とは異なる開弁特性は、特別な弁制御を前提と
している。この理由から、開弁特性が変化した弁を電気力
学的制御により操作することが提案される。
【００１１】付加的な奇数または非整数の高調波の発生
を、他の処置により所望に応じて増強することができ
る。本発明の第１の実施形態によれば、エンジンに燃焼
空気を供給する管またはエンジンから排ガスを排出させ
る管の少なくとも１本の長さおよび（または）横断面
を、他の管の長さおよび（または）横断面に対し変化さ
せる。このようにして、変化した管によって誘導される
音響事象が吸気音の緩衝または排気音の緩衝を早い時期
にまたは遅い時期に達成させるので、均一で規則的な音
響信号に変化した音響信号が再び重畳され、所望の奇数
または非整数の高調波が形成される。
【００１２】上記構成の代わりに、管の少なくとも１本
に共振器を連結することによっても同様の結果を得るこ
とができる。 第３の実施形態によれば、同じ目的のために、管の少なく
とも１本にノズル、絞り、弁または他の流動活性部材が組
み込まれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を添付の
図面を用いて詳細に説明する。図２４は４つのシリンダ
２．１．．．．．．２．４を備えた４サイクルエンジン
１の概略図である。それぞれのシリンダには２つの吸気
弁３．１１．．．．．．３．４２と２つの排気弁４．１
１．．．．．．４．４２が付設されている。燃焼空気は
吸気システム５とガス吸入管６．１．．．．．．６．４
を介してエンジン１に供給される。エンジン１内で発生
する排ガスは４つのマニホールド管８．１．．．．．．
８．４を介して排ガス装置７に供給され、排ガス装置７
の下流側で大気中に放出される。排ガス装置７の下流側
には音響センサSが配置され、図１ないし図２３に図示し
た排気音分析が行なわれる。
【００１４】この排気音分析の結果を、図１ないし図２
３において、エンジン回転数によって設定される基本振
動数の第０．５高調波H０．５、第１．０高調波H１．０、
第１．５高調波H１．５、第２高調波H２．０、第２．５高
調波H２．５、第３高調波H３．０、第３．５高調波H３．
５、第４．０高調波H４．０および総和レベル（OA）に対
し図示した。この場合、４気筒・１６バルブ・４サイクル
内燃エンジン１において以下に述べるような測定系列を
実施した。騒音測定は、構造が対称なエンジン１を用いて
行なった。吸気管６．１,６．２,６．３,６．４はすべて
同じ長さであり、同じ径を有している。マニホールド管
８．１,８．２,８．３,８．４もすべて同じ長さであり、
４本の排気管を１本にまとめたものとして実施されてい
る。
【００１５】測定系列０ すべての吸気弁３．１１,３．１２,３．２１,３．２２,
３．３１,３．３２,３．４１,３．４２と排気弁４．１
１,４．１２,４．２１,４．２２,４．３１,４．３２,
４．４１,４．４２は互いに同じ開弁特性をもっている。
この場合に生じる高調波の回転数依存性レベル曲線をグ
ラフではa０で示した。
【００１６】測定系列１ 測定系列１に対しては、第１シリンダ２．１の排気弁
４．１１の開弁時点を５゜先行させた。開弁時間は変更
しなかった。測定曲線はグラフにおいてa１で示した。
【００１７】測定系列２ 測定系列２に対しては、第１シリンダ２．１の両排気弁
４．１１と４．１２の開弁時点を５゜先行させた。開弁
時間は変更しなかった。測定曲線はグラフにおいてa２で
示した。
【００１８】測定系列３ 測定系列３に対しては、第１および第２シリンダ２．
１，２．２の両排気弁４．１１と４．１２，４．２１と
４．２２の開弁時点を５゜先行させた。開弁時間は変更
しなかった。測定曲線はグラフにおいてa３で示した。
【００１９】測定系列４ この測定系列に対しては、第１シリンダ２．１の排気弁
４．１の開弁時点を１０゜先行させた。さらに開弁時間
を１０゜先行させた。測定曲線はグラフにおいて４で示
した。
【００２０】測定系列５ 測定系列５に対しては、第１シリンダ２．１の両排気弁
４．１１と４．１２の開弁時点を１０゜先行させた。開
弁時間を５゜延長させた。測定曲線はグラフにおいてa５
で示した。
【００２１】測定系列６ 測定系列６に対しては、第１シリンダ２．１の両排気弁
４．１１と４．１２の開弁時点を１０゜先行させた。開
弁時間を１０゜延長させた。測定曲線はグラフにおいてa
６で示した。
【００２２】測定系列７ 測定系列７に対しては、第１シリンダ２．１の両排気弁
４．１１と４．１２の開弁特性曲線を変更した。開弁時
間と開弁時点は変更しなかった。測定曲線はグラフにお
いてa７で示した。
【００２３】測定系列８ 測定系列８に対しては、第１および第２シリンダ２．
１，２．２の両排気弁４．１１と４．１２，４．２１と
４．２２の開弁時点を１０゜先行させた。開弁時間は変
更しなかった。測定曲線はグラフにおいてa８で示した。
【００２４】測定系列９ 測定系列９に対しては、第１および第２シリンダ２．
１，２．２の両排気弁４．１１と４．１２，４．２１と
４．２２の開弁時点を１０゜先行させた。開弁時間を１
０゜延長させた。測定曲線はグラフにおいてa９で示し
た。
【００２５】測定系列１０ 測定系列１０に対しては、第１シリンダ２．１の両排気
弁４．１１と４．１２の開弁時点を５゜遅らせた。開弁
時間は変更しなかった。測定曲線はグラフにおいてa１０
で示した。
【００２６】測定系列１１ 測定系列１１に対しては、第１および第２シリンダ２．
１，２．２の両排気弁４．１１と４．１２，４．２１と
４．２２の開弁時点を５゜先行させた。開弁時間を５゜
延長させた。測定曲線はグラフにおいてa１１で示した。
【００２７】測定系列１２ 測定系列１２に対しては、第１および第２シリンダ２．
１，２．２の両排気弁４．１１と４．１２，４．２１と
４．２２の開弁時点を１０゜先行させた。開弁時間は変
更しなかった。測定曲線はグラフにおいてa１２で示し
た。
【００２８】図１、図３、図５、図７、図９、図１１、図１
３、図１５、図１７は、前述の第１シリンダ２．１の両排
気弁４．１１,４．１２の開弁特性（時間）の変更が行
われた場合に、それぞれの高調波のレベルが曲線０を起
点にしていかに変化するかを示したものである。レベル
の最大上昇は測定系列８において達成される。ここでレ
ベル変化（増幅）は回転数範囲とすべての高調波にわた
って平均して約３０dBである。個々の高調波は５０dB以
下の増幅を蒙る。
【００２９】図２、図４、図６、図８、図１０、図１２、図１
４、図１６、図１８は、前述の最初の２つのシリンダ２．
１、２．２の排気弁４．１１,４．１２、４．２１，
４．２２の開弁特性（時間）の変更が行われた場合に、
それぞれの高調波のレベルが曲線０を起点にしていかに
変化するかを示したものである。レベルの最大上昇は測
定系列１２において達成される。ここでレベル変化（増
幅）は回転数範囲とすべての高調波にわたって平均して
約２４dBである。個々の高調波は５０dB以下の増幅を蒙
る。
【００３０】測定系列１,２,３,４,５,６,８,１０,１
１,１２のすべての変更において、図１７および図１８で
は総和レベルの増幅は見られない。その変化は１dBより
も小さい。 測定系列１,２,３,４,５,６,８,１０,１１,１２のすべ
ての変更において、図７、図８、図１５、図１６では高調波
H２と高調波H４の増幅は見られない。
【００３１】弁の開弁時間のを変化させることにより達
成される振動数変化とレベル変化は、次のよう物理学的
原因に起因している。 ４サイクルエンジンは、４サイクル過程「吸気」、「圧
縮」、「燃焼」、「排気」にしたがって７２０゜の周期性
を持っている。この７２０゜の角度の間に吸気弁と排気
弁は一様に開閉する。シリンダ間に相違はない。これによ
り８気筒エンジンの場合には７２０゜の音響事象の周期
性は８＝９０゜によって分割され、６気筒エンジンの場
合には７２０゜の周期性は６＝１２０゜によって分割さ
れ、５気筒エンジンの場合には７２０゜の周期性は５＝
１４４゜によって分割され、４気筒エンジンの場合には
７２０゜の周期性は４＝１８０゜によって分割され、３
気筒エンジンの場合には７２０゜の周期性は３＝２４０
゜によって分割され、２気筒エンジンの場合には７２０
゜の周期性は２＝３６０゜によって分割される。
【００３２】１つの弁の開弁特性を変化させると、音響
事象の周期性と場合によっては位相が変化する。換言す
れば、通常の音響事象に他の周期性の付加的な音響事象
が重畳されるということができる。いま１つのシリンダ
を変化させると、重畳された音響事象は７２０゜の周期
性を持つ。２つの弁を変化させると、通常の音響事象に２
つの付加的な音響事象が重畳され、その結果別の干渉が
生じて、弁制御を適宜行なえば、別の非整数の高調波が形
成される。
【００３３】第２回目、第３回目、第４回目・・・・のたび
に弁の開弁特性を変化させると、別の付加振動数と位相
ずれが生じて、同様に付加的な高調波が形成される。 すべての測定系列においては、高調波を形成するため、
エンジン１によって発生した音響出力だけを使用するの
で、スピーカー、切換え弁等のエネルギー消費手段を完全
に省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ないし２３】１つまたは２つの排気弁の開弁特性
を本発明にしたがって変化させたときに生じる、エンジ
ン回転数により設定される基本振動数に対する整数の高
調波、奇数の高調波、および非整数の高調波のレベル変化
を示す図である。
【図２４】吸気システム、排ガス装置、ガス案内管を備え
た４サイクル４気筒燃焼エンジンの概略構成図である。
【符号の説明】
１ エンジン ２．１，２．２，２．３，２．４ シリンダ ３．１１，３．１２……３．４１，３．４２ 吸気弁 ４．１１，４．１２……４．４１，４．４２ 排気弁 ５ 吸気システム ６．１．．．．．．６．４ ガス吸入管 ７ 排ガス装置 ８．１，８．２，８．３，８．４ マニホールド管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｚ (72)発明者 ベルント フーアマン ドイツ連邦共和国 デー・67373 デュー デンホーフェン コンラート・アデナウア ー・プラッツ ３ (72)発明者 パトリック ガルシア フランス共和国 エフ・67630 ネーヴィ ラー・ラウターブール リュ デ ニーダ ーラウターバッハ 12 Ｆターム(参考） 3G004 AA01 BA09 CA01 DA01 DA24 EA01 3G065 AA09 AA10 EA07 GA05 3G092 AA11 DA03 DC01 DC12 GA03 HA12X

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸気システム（５）および（または）排気
    装置（７）を付設した４サイクルエンジンにおいて高調
    波に富んだ、スポーティーな響きの吸気音および（また
    は）排気音を発生させる方法において、 少なくとも１つの吸気弁（３．１１）および（または）
    少なくとも１つの排気弁（４．１１）の開弁特性を、残
    りの弁（３．１２,３．２１,３．２２,３．３１,３．３
    ２,３．４１,３．４２,４．１２,４．２１,４．２２,
    ４．３１,４．３２,４．４１,４．４２）の開弁特性に
    対して変化させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】少なくとも１つの弁（３．１１,４．１
    １）の開弁時点を変化させることを特徴とする、請求項
    １に記載の方法。
  3. 【請求項３】少なくとも１つの弁（３．１１,４．１
    １）の開弁時間、開弁行程、開弁曲線および（または）閉
    弁曲線を変化させることを特徴とする、請求項１または
    ２に記載の方法。
  4. 【請求項４】少なくとも１つの弁（３．１１,４．１
    １）の開弁特性を、第２回目、または第３回目、または第
    ４回目・・・・・・のみ変化させることを特徴とする、請求項
    １から３までのいずれか一つに記載の方法。
  5. 【請求項５】電気力学的弁制御を使用することを特徴と
    する、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方
    法。
  6. 【請求項６】エンジン（１）に燃焼空気を供給する管
    （６．１；８．１）またはエンジン（１）から排ガスを
    排出させる管（６．１；８．１）の少なくとも１本の長
    さおよび（または）横断面を、平行な他の管（６．２,
    ６．３,６．４；８．２,８．３,８．４）の長さおよび
    （または）横断面に対し変化させることを特徴とする、
    請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】エンジン（１）に燃焼空気を供給する管
    （６．１；８．１）またはエンジン（１）から排ガスを
    排出させる管（６．１；８．１）の少なくとも１本に共
    振器が連結されていることを特徴とする、請求項１から
    ６までのいずれか一つに記載の方法。
  8. 【請求項８】エンジン（１）に燃焼空気を供給する管
    （６．１；８．１）またはエンジン（１）から排ガスを
    排出させる管（６．１；８．１）の少なくとも１本にノ
    ズル、絞り、弁または他の流動活性部材が組み込まれてい
    ることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一
    つに記載の方法。
  9. 【請求項９】開弁特性の変化を、特定の回転数範囲での
    み行なうことを特徴とする、請求項１から８までのいず
    れか一つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】開弁特性の変化を、特定の負荷範囲での
    み行なうことを特徴とする、請求項１から９までのいず
    れか一つに記載の方法。
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