JP4342348B2 - 複合型可変周波数消音システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジンの回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置・演算処理装置・可変周波数共鳴型レゾネータ装置により回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する可変周波数消音システム（装置）に関する。

自動車のエンジンの吸気系には、レゾネータと呼ばれる共鳴型の消音器が装着される。しかし、共鳴型消音器は一つの周波数しか消音することができないため消音したい周波数が複数ある場合、消音器が複数個必要となる。そこで、部品点数、スペースといった欠点を補うために、エンジン回転数あるいは車両速度に応じて消音周波数を可変させる可変周波数共鳴型レゾネータ装置が考えられており、その可変構造は数多く提案されている（たとえば、特許文献１〜１２）。

従来の可変周波数共鳴型レゾネータ装置には、つぎの問題点がある。
吸気騒音の主成分は、エンジン回転数に同期し周波数が変化する騒音（回転次数成分）とエンジン回転数とは無関係に常に一定の周波数で発生する騒音（気柱共鳴）の２つがあげられる。しかし、従来の可変周波数共鳴型レゾネータ装置では、エンジン回転数あるいは車両速度に応じて、所望の単一の騒音周波数を消音するのみであり、どちらか一方しか消音できず、結果的に全体での騒音レベルが期待ほど大きく得られない。
特開２００１−５０１２７号公報 特開２００１−１２３９０２号公報 特開２０００−１５４７２５号公報 特開２０００−３３７２１９号公報 特開平１０−１０２６２１号公報 特開平１０−１５３１５２号公報 特開平７−２５９６７１号公報 特開平７−２９３３７７号公報 特開平１０−２９９４５１号公報 特開平８−１５８９６４号公報 特開平８−１０９８５７号公報 特開平８−８２２６０号公報

本発明が解決しようとする問題点は、回転次数成分と気柱共鳴のどちらか一方しか消音できないことである。
本発明の目的は、エンジン回転数と同期し周波数が変化する騒音（回転次数成分）を消音するとともに、常に一定の周波数で発生する騒音（気柱共鳴）を同時に消音できる複合型可変周波数消音システムを提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 車両用エンジン回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置と演算処理装置と可変周波数共鳴型レゾネータ装置により回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する複合型可変周波数消音システムであって、
前記可変周波数共鳴型レゾネータ装置が、（ａ）共鳴部と固定首壁と該固定首壁内に可動状態に配置された部材とを備え該部材により前記固定首壁の断面積が変更されるとともに前記部材自体が周波数固定レゾネータとして構成される周波数可変レゾネータと、（ｂ）前記周波数固定レゾネータを駆動する駆動アクチュエータと、（ｃ）前記周波数固定レゾネータの位置を検出する位置検出部を有する、複合型可変周波数消音システム。
（２） 前記周波数固定レゾネータは、前記固定首壁とともに周波数可変レゾネータの首壁を構成する（１）記載の複合型可変周波数消音システム。
（３） 前記固定首壁と前記周波数固定レゾネータは、前記周波数可変レゾネータの共鳴部内に配置されている、（１）記載の複合型可変周波数消音システム。
（４） 前記周波数固定レゾネータは、前記固定首壁に対して回動可能とされている（１）記載の複合型可変周波数消音システム。
（５） 前記周波数固定レゾネータは、前記固定首壁に対して直線動可能とされている（１）記載の複合型可変周波数消音システム。

上記（１）の複合型可変周波数消音システムでは、可変周波数共鳴型レゾネータ装置が周波数固定レゾネータを有するので、エンジン回転数とは無関係に常に一定の周波数で発生する騒音（気柱共鳴）を周波数固定レゾネータで消音できる。また、可変周波数共鳴型レゾネータ装置が固定首壁と可動の周波数固定レゾネータを有するので、固定首壁に対して周波数固定レゾネータを動かすことにより、エンジン回転数と同期し周波数が変化する騒音（回転次数成分）を消音できる。したがって、２つの周波数を同時に消音することができる。
上記（２）の複合型可変周波数消音システムでは、周波数固定レゾネータを構成する壁の一部が固定首壁とともに周波数可変レゾネータの首壁を構成する。
上記（３）の複合型可変周波数消音システムでは、周波数固定レゾネータが固定首壁に対して動くと、周波数固定レゾネータが共鳴部内で固定首壁が囲むスペースに入り込む量が変化する。そのため、周波数可変レゾネータの首部断面積が小さくなるにつれて（大きくなるにつれて）周波数可変レゾネータの容積は逆に大きくなる（小さくなる）。したがって、首部断面積だけあるいは容積だけを可変とする場合に比べて、消音周波数の可変幅が大きく、所望の消音周波数に素早く応答することができる。
上記（４）の複合型可変周波数消音システムでは、周波数固定レゾネータを回転させることで周波数可変レゾネータの首部断面積を変えることができる。そのため、複数個の首部形状は不要である。そのため、複数個の首部形状を持つ場合に比べて、省スペース化をはかることができる。
上記（５）の複合型可変周波数消音システムでは、周波数固定レゾネータを直線動させることで周波数可変レゾネータの首部断面積を変えることができる。そのため、複数個の首部形状は不要である。そのため、複数個の首部形状を持つ場合に比べて、省スペース化をはかることができる。

図１〜図７は、本発明実施例１の複合型可変周波数消音システムを示しており、図８〜図１０は、本発明実施例２の複合型可変周波数消音システムを示している。ただし、図１は、本発明実施例２にも適用可能である。
本発明実施例１と本発明実施例２にわたって共通する部分には、本発明実施例１と本発明実施例２にわたって共通する符号を付してある。
まず、本発明実施例１と本発明実施例２にわたって共通する部分を、たとえば、図１〜図３、図８を参照して、説明する。
本発明実施例の可変周波数消音システム（装置）１０は、図１、図２に示すように、車両用エンジン回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置２０と演算処理装置３０と可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０によりエンジン回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する可変周波数消音システムである。

可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０は、共鳴部４２と固定首壁４３と固定首壁４３に対して可動な周波数固定レゾネータ４４とを備える周波数可変レゾネータ４１と、周波数固定レゾネータ４４を駆動する駆動アクチュエータ（モーター）４５と、周波数固定レゾネータ４４の位置を検出する位置検出部４６とを、有する。

共鳴部４２は、エンジン吸気系の管路の途中に装着される。共鳴部４２は、図２に示すように、内部に共鳴室を有する。共鳴部４２の一壁には、エンジン吸気系とつながる開口４２ａが形成されている。
固定首壁４３は、共鳴部４２内に位置する。固定首壁４３は、共鳴部４２に固定されている。固定首壁４３は、周波数可変レゾネータ４１の首部の一部を構成する。

周波数固定レゾネータ４４は、共鳴部４２内に位置する。周波数固定レゾネータ４４は、固定首壁４３に対して移動可能である。ここで、移動は、回転動であってもよく、直線動（スライド）であってもよい。
周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して図３（または図８）の矢印方向に動くと、共鳴部４２の開口４２ａの大きさが変化する。そのため、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して動くと、周波数可変レゾネータ４１の首部断面積が変化する。
周波数固定レゾネータ４４は、内部に空間（共鳴室）を有しており、エンジン吸気系とつながる穴４４ａと、穴４４ａの縁から周波数固定レゾネータ４４内側に延びる延び部４４ｂを、有する。穴４４ａと延び部４４ｂとで、周波数固定レゾネータ４４の首部を構成する。周波数固定レゾネータ４４の、首部断面積と首部長さと共鳴室は、一定である。
周波数固定レゾネータ４４は、周波数可変レゾネータ４１の首部の一部を構成する。周波数固定レゾネータ４４と固定首壁４３とで、周波数可変レゾネータ４１の首部を構成する。

駆動アクチュエータ４５は、モーターからなる。モーターは、周波数固定レゾネータ４４を動かす。駆動アクチュエータ４５は、演算処理装置３０からの信号に基づいて、周波数固定レゾネータ４４を動かす。
位置検出部４６は、周波数固定レゾネータ４４の位置を検出しその信号を演算処理装置３０にフィードバックする。

ここで、本発明実施例１と本発明実施例２にわたって共通する部分の作用を説明する。 図１に示すように、回転数検出装置２０がエンジン５０の回転数を検出し、その信号を演算処理装置３０に送る。また、位置検出部４６が周波数固定レゾネータ４４の位置（回転角）を検出しその信号を演算処理装置３０にフィードバックする。演算処理装置３０は、位置検出部４６からの信号に基づき周波数固定レゾネータ４４の位置（回転角）を決め、その位置と位置検出部４６で検出された周波数固定レゾネータ４４の位置（移動前の位置）との差分を決め、駆動アクチュエータ４５をどれだけ動かすかを決める。駆動アクチュエータ４５（モーター）は、演算処理装置３０からの信号に基づいて回転する。モーターが回転することにより周波数固定レゾネータ４４が動く。
周波数固定レゾネータ４４が移動し周波数固定レゾネータ４４の位置が狙い値まできたとき、演算処理装置３０がモーター停止信号を駆動アクチュエータ４５に出力し、その信号に基づいてモーターが止まる。モーターが止まるため周波数固定レゾネータ４４の移動が止まる。
周波数固定レゾネータ４４の位置が狙い値にあるとき、周波数可変レゾネータ４１は所望の騒音周波数を消音する。また、周波数固定レゾネータ４４の位置が狙い値にあるとき、周波数固定レゾネータ４４の穴４４ａが開口４２ａに重なっており、周波数固定レゾネータ４４は一定の周波数で発生する騒音を消音する。

図３、図８に示すように、可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０が周波数固定レゾネータ４４を有するので、エンジン回転数とは無関係に常に一定の周波数で発生する騒音（気柱共鳴）を周波数固定レゾネータ４４で消音できる。また、周波数固定レゾネータ４４と固定首壁４３とで周波数可変レゾネータ４１の首部を構成するので、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して動くことによりエンジン回転数と同期し周波数が変化する騒音（回転次数成分）を消音できる。したがって、２つの周波数を同時に消音することができる。

消音周波数と音速と首部長さと容積と首部断面積との関係は、（ａ）式で表される。
ｆ＝（ｃ／２π）｛Ｓ／（Ｌ・Ｖ）｝^１／２・・・・・（ａ）
ただし、
ｆ（Ｈｚ）：消音周波数
ｃ：音速
Ｌ：首部長さ
Ｖ：容積
Ｓ：首部断面積
である。
本発明実施例では、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して動くと、固定首壁４３が共鳴部４２内で囲むスペースに周波数固定レゾネータ４４が入り込む量が変化する。そのため、周波数可変レゾネータ４１の首部断面積が小さくなるにつれて（大きくなるにつれて）、周波数可変レゾネータ４１の共鳴部４２の容積は逆に大きくなる（小さくなる）。すなわち、上記（ａ）式の右辺の分子が小さくなるにつれて（大きくなるにつれて）、上記（ａ）式の右辺の分母が逆に大きくなる（小さくなる）。したがって、首部断面積だけあるいは容積だけを可変とする場合に比べて、消音周波数の可変幅が大きく、所望の消音周波数に素早く応答することができる。

周波数固定レゾネータ４４を移動させることで周波数可変レゾネータ４１の首部断面積と容積を変更できるので、首部断面積と容積の２つで消音周波数を変えることができる。そのため、首部断面積、首部長さ、容積のいずれか１つのみで消音周波数を変える場合に比べて、消音周波数の可変幅が大きい。消音周波数の可変幅が大きいので、周波数固定レゾネータ４４を移動させる量が少なくても消音周波数の可変幅が大きく、モーターを回転させるだけで所望の消音周波数に素早く応答することができる。
また、周波数固定レゾネータ４４を移動させることで首部断面積と容積を変えることができるので、複数個の首部形状は不要である。そのため、複数個の首部形状を持つ場合に比べて、省スペース化をはかることができる。

つぎに、本発明各実施例に特有な部分を説明する。
[本発明実施例１]（図１〜図７）
本発明実施例１では、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して回転動可能とされている場合を示している。

共鳴部４２の開口４２ａは、図２、図３に示すように、中心Ｐを中心とする半円形状である。
固定首壁４３は、図３、図４に示すように、固定首壁Ａ４３ａと、固定首壁Ｂ４３ｂとを、有する。
固定首壁Ａ４３ａの形状は、中心Ｐを中心とする半円筒形状である。固定首壁Ａ４３ａは、開口４２ａの半径方向外側端（開口４２ａの円弧状の縁全体）に固定して設けられている。
固定首壁Ｂ４３ｂの形状は、平板形状である。固定首壁Ｂ４３ｂは、固定首壁Ａ４３ａと一体に形成されるか、または、固定首壁Ａ４３ａと別体に形成されて固定首壁Ａ４３ａに固定して取付けられる。固定首壁Ｂ４３ｂは、半円筒形状の固定首壁Ａ４３ａの周方向一辺から、固定首壁Ａ４３ａの半径方向に中心Ｐまで延びている。

周波数固定レゾネータ４４は、中心Ｐまわりに固定首壁４３に対して回転可能である。周波数固定レゾネータ４４は、図２に示すように、駆動アクチュエータ４５と、回動軸４５ａで結合している。
周波数固定レゾネータ４４は、図３、図５に示すように、円筒部４４ｃと、第１、第２の半円部４４ｄ、４４ｅと、平板部４４ｆとを、有する。
円筒部４４ｃは、中心Ｐを中心とする半円筒形状である。
第１の半円部４４ｄは、円筒部４４ｃの軸方向一端（開口４２ａ側端）に配置されている。第１の半円部４４ｄは、開口４２ａと同じ（ほぼ同じを含む）形状であり、中心Ｐを中心とする半円状である。第１の半円部４４ｄが開口４２ａと同じ形状であるので、周波数固定レゾネータ４４が中心Ｐまわりに回転する角度が増えるにつれて、開口４２ａの大きさが小さくなる。穴４４ａは、第１の半円部４４ｄに設けられている。

第２の半円部４４ｅは、円筒部４４ｃの軸方向他端に配置されている。第２の半円部４４ｅは、開口４２ａと同じ（またはほぼ同じ）形状であり、中心Ｐを中心とする半円状である。
平板部４４ｆは、円筒部４４ｃと第１の半円部４４ｄと第２の半円部４４ｅとで形成される空間の開口を塞ぐ。
円筒部４４ｃと第１の半円部４４ｄと第２の半円部４４ｅと平板部４４ｆとで囲まれる空間から、穴４４ａと延び部４４ｂとで構成される首部部分を除いた部分が、周波数固定レゾネータ４４の共鳴室である。

本発明実施例１の作用、効果を説明する。
周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して回転する角度が増えると、開口４２ａが小さくなる。そのため、周波数可変レゾネータ４１の首部断面積が小さくなる。
ここで、図６に示すような吸気系に見立てた管路６０の途中に可変周波数共鳴型レゾネータ装置４０を装着し、周波数固定レゾネータ４４を固定首壁４３に対して軸芯Ｐまわりに図３の矢印方向に回転させたときにおける３パターン（回転角２０°、回転角７０°、回転角１２０°）位置の消音周波数を図７に示す。図７に示すように、角度が変わることで周波数可変レゾネータ４１の首部断面積と容積が変わり、消音周波数を可変させることができる。また、周波数固定レゾネータ４４を有するので、周波数固定レゾネータ４４でエンジン回転数とは無関係に常に一定の周波数で発生する騒音（気柱共鳴）を消音できる。

[本発明実施例２]（図８〜図１０）
本発明実施例２では、周波数固定レゾネータ４４が固定首壁４３に対して直線動可能とされている場合を示している。

共鳴部４２の開口４２ａは、矩形である。
固定首壁４３は、図９に示すように、固定首壁Ｃ４３ｃと、固定首壁Ｄ４３ｄと、固定首壁Ｅ４３ｅとを、有する。固定首壁Ｃ４３ｃと固定首壁Ｄ４３ｄと固定首壁Ｅ４３ｅの形状は、平板形状である。固定首壁Ｃ４３ｃと、固定首壁Ｄ４３ｄと、固定首壁Ｅ４３ｅは、共鳴部４２の開口４２ａの縁に固定して設けられている。固定首壁Ｃ４３ｃと、固定首壁Ｄ４３ｄとは、互いに対向している。固定首壁Ｅ４３ｅは、固定首壁Ｃ４３ｃと固定首壁Ｄ４３ｄとをつないでいる。

周波数固定レゾネータ４４は、固定首壁Ｅ４３ｅに接近・離反する方向に直線動（スライド）可能である。周波数固定レゾネータ４４は、固定首壁Ｃ４３ｃと固定首壁Ｄ４３ｄとの間に出入り可能である。
周波数固定レゾネータ４４は、直方体である。穴４４ａは、周波数固定レゾネータ４４の開口４２ａ側の一壁に設けられている。

本発明実施例２の作用、効果を説明する。
周波数固定レゾネータ４４が固定首壁Ｅ４３ｅに接近すると、開口４２ａが小さくなる。そのため、周波数可変レゾネータ４１の首部断面積が小さくなる。

本発明実施例１の複合型可変周波数消音システムのブロック図である。 本発明実施例１の複合型可変周波数消音システムの透視斜視図である。 本発明実施例１の複合型可変周波数消音システムの、共鳴部の開口と固定首壁と周波数固定レゾネータとを示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例１の複合型可変周波数消音システムの、共鳴部の開口と固定首壁を示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例１の複合型可変周波数消音システムの、周波数固定レゾネータを示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例１の複合型可変周波数消音システムの、可変周波数共鳴型レゾネータ装置を、吸気系に見立てた管路の途中に装着した状態を示す、斜視図である。 図６の状態で、周波数固定レゾネータの回転角を異ならせたときの音響伝達特性対周波数のグラフである。 本発明実施例２の複合型可変周波数消音システムの、共鳴部の開口と固定首壁と周波数固定レゾネータとを示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例２の複合型可変周波数消音システムの、共鳴部の開口と固定首壁を示す拡大透視斜視図である。 本発明実施例２の複合型可変周波数消音システムの、周波数固定レゾネータを示す拡大透視斜視図である。

符号の説明

１０ 可変周波数消音システム
２０ 回転数検出装置
３０ 演算処理装置
４０ 可変周波数共鳴型レゾネータ装置
４１ 周波数可変レゾネータ
４２ 共鳴部
４２ａ 共鳴部の開口
４３ 固定首壁
４４ 周波数固定レゾネータ
４４ａ 周波数固定レゾネータの穴
４４ｂ 周波数固定レゾネータの延び部
４５ 駆動アクチュエータ
４６ 位置検出部
５０ エンジン
６０ 管路

Claims (5)

1. 車両用エンジン回転数に応じて発生変化するエンジン吸気系騒音をエンジン回転数検出装置と演算処理装置と可変周波数共鳴型レゾネータ装置により回転数に応じて所望の騒音周波数を選択的に消音する複合型可変周波数消音システムであって、
   前記可変周波数共鳴型レゾネータ装置が、（ａ）共鳴部と固定首壁と該固定首壁内に可動状態に配置された部材とを備え該部材により前記固定首壁の断面積が変更されるとともに前記部材自体が周波数固定レゾネータとして構成される周波数可変レゾネータと、（ｂ）前記周波数固定レゾネータを駆動する駆動アクチュエータと、（ｃ）前記周波数固定レゾネータの位置を検出する位置検出部を有する、複合型可変周波数消音システム。
2. 前記周波数固定レゾネータは、前記固定首壁とともに周波数可変レゾネータの首壁を構成する請求項１記載の複合型可変周波数消音システム。
3. 前記固定首壁と前記周波数固定レゾネータは、前記周波数可変レゾネータの共鳴部内に配置されている、請求項１記載の複合型可変周波数消音システム。
4. 前記周波数固定レゾネータは、前記固定首壁に対して回動可能とされている請求項１記載の複合型可変周波数消音システム。
5. 前記周波数固定レゾネータは、前記固定首壁に対して直線動可能とされている請求項１記載の複合型可変周波数消音システム。

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