JP2000501471A - エンジンノイズを低減させるためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃エンジンへの吸入空気流を受容するダクトハウジング（１０）を用いて該内燃エンジンからのノイズを低減するためのシステム及び方法。環状空間の上流側の開放空間に面しているスピーカー（３０）に関連せしめられたスピーカー包囲体（２２）を囲繞しているダクトハウジング（１０）内に空間が画成されている。環状空間が開放空間に開放している軸線方向位置での音トランスデューサ（４２）は空気導入ダクトを介して伝播するエンジンノイズに対応する電気信号を発生する。該信号は増幅され、また、位相がずらされてスピーカーを駆動し、取消ノイズあるいは取消音を出力し、もって、環状空間からのエンジンノイズを少なくとも低減させている。スピーカー包囲体の長さは、エンジンノイズの選定された周波数帯でのスピーカーパフォーマンスを高めるよう設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】 エンジンノイズを低減させるためのシステム及び方法発明の背景 本発明は、自動車両における内燃エンジンのノイズを低減させることに関する 。 エンジンノイズを低減させることは、長い間、自動車設計者の目標であった。 ノイズあるいはある種の音を低減させるための１つのアプローチとしては、感知 された特定のエンジンノイズのレベルを低減すべくこのようなノイズに応答して 取消しノイズを電子的に発生することを含んでいた。「アクティブノイズ除去シ ステム」と題する１９９５年６月２０日に発行された米国特許第５，４２６，７ ０３号及び「車両内部ノイズ低減システム」と題する１９９５年６月２０日に発 行された米国特許第５，４２６，７０５号はこのようなシステムに関係するもの である。 いくつかのシステムはスピーカーを用いて自動車両の乗客コンパートメントの ごとき包囲された空間にある種の音を指向させていた。しかし、音は空間に分散 して取消音は、或るノイズ、即ち、或る音を低減させる際、取消ノイズ即ち取消 音が集中せられてこのノイズをよりよく中和させる場合よりも、それ程有効では ない。 しかし、このようなシステムのパフォーマンスすなわち性能は発生される取消 ノイズに依存している。 それ故、本発明の目的は、内燃エンジンのノイズを低減させるのにより有効で あるアクティブなノイズ即ちアクティブな音低減システムを提供することである 。発明の要約 発明者は、ある種の内燃エンジンのノイズあるいはエンジンの音が空気吸入シ ステムを介して伝播され、また、例えば、エンジンバルブノイズ及び燃焼室ノイ ズ、並びに、空気をエンジンに吸入させることにより発生するノイズも含んでい るかも知れないことを確認した。従って、本発明は、空気吸入システムに通る空 気を受領する環状空間を画成する空気ダクトハウジングを有している。この環状 空間の中心はスピーカー包囲体の湾曲した周囲により画成されており、スピーカ ーは流入してくる吸入された空気の流れ方向に向かって上流に面して該スピーカ ー包囲体に同心円関係をなして装架されている。 マイクロホンのごとき音トランスデューサはスピーカーに装架されていて該音 トランスデューサは環状空間に隣接しているとともにほぼスピーカー面平面内に 存在し、もって、吸入システムにおけるエンジンのノイズ即ち音を検出するよう になっている。マイクロホンは音を検出するとともに対応する電気信号を発生さ せ、該対応する電気信号はエンジンノイズ信号から位相が１８０°ずらされて増 幅されるようになっている。増幅された位相のづらされた信号はスピーカー駆動 装置にパワーを与えて環状空間から発散してくるエンジンノイズあるいはエンジ ン音と相互に作用する取消ノイズあるいは取消音を作り出す。同心円的に整合さ れたスピーカーコーンからの取消音は吸収されて、スピーカーを囲繞している環 状空間から発散されるエンジンノイズを中和させるようになっている。 好ましくは、スピーカー包囲体の後部は覆われており、また、絶縁されていて 取消音が空気吸入システムを通して伝播されるのを制限し、もって、発生される 取消音に関するカットオブフェーズ（cut-of-phase）構成要素の効果を低減させ てしまう。 アダプタ遷移ダクト区分もスピーカー包囲体の上流で絶縁されていてもよく、 エアクリーナ等のごとき他の空気吸入システム構成要素への接続を可能にしてい る。 スピーカー包囲体もそれの長さを調節することにより同調されていてエンジン ノイズの取消卓越振動数あるいは選定された周波数におけるスピーカーのパフォ ーマンスを高めるようになっている。図面の説明 図１は、本発明によるノイズ低減システム構成要素を、エンジンと空気吸入シ ステムとのブロックダイアフラムでの表示とともに示している。 図２は、図１において断面で示されているフレーム構成要素の端面図である。詳細な説明 以下の詳細な説明において、ある種の特定の用語を用いて目的を明瞭にしてい るとともにシステムの特定実施例を記載している。しかし、該特定実施例は限定 するようには意図されていず、また、そのように構成されるべきではない。何故 なら、別の実施例は請求の範囲の範囲内にある異なる形態を取ることができるか らである。 上述したごとく、発明者は、エンジンに空気を引き入れる空気吸入システムに おける空気を介してノイズ及び音が伝播することを確認した。 図１に示されているごとく、空気ダクトハウジング１０は、湾曲した壁の、滑 らかに集束するメイン空気ダクトハウジング区分１２として形状決めされており 、このメイン空気ダクトハウジング区分１２は内燃エンジン１４のインテークマ ニホルドに接続されるようになった小さな直径の端部を有している。副遷移区分 １６が含まれていてもよく、この副遷移区分１６は末広がり形状をしていてそれ の大きい方の端部はメイン空気ダクトハウジング区分１２の大きい直径の端部に タブ１９により取り付けられ、あるいは、それに関連せしめられており、該タブ １９は、双方の構造体に取り付けられ、あるいは、関連せしめられている概ね円 形の（丸いあるいは楕円形の）フレーム１８の外方リム２１から軸線方向に突出 している。遷移区分１６は、エアクリーナ等のごとき上流の空気吸入システムの 構成要素２０に都合のよい接続部を提供している。 スピーカー包囲体、即ち、スピーカー組立体２２は、一連のタブ２１により、 メイン空気ダクトハウジング区分１２の大きい端部内に支持されており、該タブ ２１はフレーム１８の内方リム２４から突出している。スピーカー包囲体２２は 、メイン空気ダクトハウジング区分１２の大きい方の端部の内方の形態に追随す るよう概ね形状決めされた湾曲した外周囲を有していて区分１２の内部と包囲体 ２２の外部との間に囲繞する環状空気流れ空間２６を画成するようになっている 。 ダクト区分１２及びスピーカー包囲体２２は、円形形状及び楕円形状を含む様 様な適宜の形態を取ることができる。 図２に示されているフレーム１８は、内方リム２４を支持する等しく離隔され た４つの半径方向バー２８を有していて遷移区分１６から環状空間２６への適宜 の空気の流れを可能にするようになっている。 スピーカー包囲体２２は中空であり、また、遷移区分１６に面している大きい 直径の端部のところで開放しており、その遷移区分１６のところで環状空間２６ は終端している。スピーカー３０は、リム２４の孔２５に受容されている適宜の 定着具（図示せず）で該リム２４に装架されている。スピーカー包囲体２２の小 さい直径の端部は剛体板３８により隔離されていてスピーカー包囲体２２の下流 側に伝播するスピーカーコーン３２の後部からの音を低減させている。消音材料 ４０の質量体は板３８の前方に、且つ、スピーカーコーン３２の後部に配備され ていてかような音を更に低減している。 マイクロホン４２あるいは他の音トランスデューサは、それをフレーム１８に 取り付けるか、あるいは、それをフレーム１８に関連させることにより空気吸入 流れ経路内に装架されていて、該マイクロホン４２あるいは他の音トランスデュ ーサは、スピーカーコーン３２の前方のほぼ平面内に、環状空間２６のすぐ上流 側に置かれている。 マイクロホン４２は環状空間２６から発散されるエンジンノイズに対応する電 気信号を発生する。該電気信号は音声広帯域増幅器４４で増幅され、増幅された 電気信号はスピーカー３０の駆動装置コイルに入力されてスピーカーコーン３２ から音を出力する。この信号は、入力リードをスピーカーに切り換えることによ り、あるいは、電子手段（図示せず）により等で１８０°位相がずらされていて 、「アンチノイズ」あるいは取消音を作り出す。スピーカー出力音はエンジンの 音即ちエンジンノイズに対して１８０°位相がずれているので、それらエンジン の音即ちエンジンノイズは吸収されてエンジンノイズレベルを少なくとも部分的 に取り消し、且つ、低減させるようになっている。 環状空間２６内にスピーカー３０を共軸線関係に位置決めすることにより、ま た、スピーカーコーン３２のほぼ平面内にマイクロホン４２を位置決めすること により、エンジンノイズはよりよく低減される。エンジンノイズはスピーカーコ ーン３２を囲繞している環状領域内に局限されているので、スピーカーからの取 消ノイズ即ち取消音はよりよく吸収されてエンジンのノイズ即ちエンジンの音を 部分的に取り消してそれらを低減させるようになっている。 スピーカー包囲体の軸線方向長さＬは調整され、あるいは、同調されてエンジ ンのノイズ即ちエンジンの音の選定された周波数帯でのスピーカーパフォーマン スを強化してもよい。このことは、以下の式に従って軸線方向長さＬを設定する ことによりなすことができる。 Ｌ＝（Ｃ／４ｆｓ） − １．９ｒ ここで、Ｃは海抜での空気中の音の早さ（１秒当たり１１２０フィート（３４１ ．３８ｍ／ｓｅｃ））であり、ｆｓは卓越振動数即ち選定された周波数であり、 ｒはスピーカー包囲体の半径である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１０月２０日（１９９７．１０．２０） 【補正内容】 明細書 エンジンノイズを低減させるためのシステム及び方法発明の背景 本発明は、自動車両における内燃エンジンのノイズを低減させることに関する 。 エンジンノイズを低減させることは、長い間、自動車設計者の目標であった。 ノイズあるいはある種の音を低減させるための１つのアプローチとしては、感知 された特定のエンジンノイズのレベルを低減すべくこのようなノイズに応答して 取消ノイズを電子的に発生することを含んでいた。「アクティブノイズ除去シス テム」と題する１９９５年６月２０日に発行された米国特許第５，４２６，７０ ３号及び「車両内部ノイズ低減システム」と題する１９９５年６月２０日に発行 された米国特許第５，４２６，７０５号はこのようなシステムに関係するもので ある。 いくつかのシステムはスピーカーを用いて自動車両の乗客コンパートメントの ごとき包囲された空間にある種の音を指向させていた。しかし、音は空間に分散 して取消音は、或るノイズ、即ち、或る音を低減させる際、取消ノイズ即ち取消 音が集中せられてこのノイズをよりよく中和させる場合よりも、それ程有効では ない。 ノイズ低減システムの別の例は米国特許第３，９３６，６０６号に示されてお り、この米国特許第３，９３６，６０６号では、コヒーレント伝播手段に外部的 に伝播されるノイズ波面が伝播手段の外側のマイクロホンにより検出されるとと もに、ノイズの取消を与える伝播手段内のスピーカーを制御するための信号を発 するよう用いられている。そのシステムは、スピーカーが周囲圧力からずれた１ つ以上の圧力でガスを供給する１つ以上のブリードポートに結合された調整され たガス流スピーカーであるガスタービンエンジンに用いられている。 しかし、このようなシステムのパフォーマンスすなわち性能は発生される取消 ノイズに依存している。 それ故、本発明の目的は、内燃エンジンのノイズを低減させるのにより有効で あるアクティブなノイズ即ちアクティブな音低減システムを提供することである 。発明の要約 発明者は、ある種の内燃エンジンのノイズあるいはエンジンの音が空気吸入シ ステムを介して伝播され、また、例えば、エンジンバルブノイズ及び燃焼室ノイ ズ、並びに、空気をエンジンに吸入させることにより発生するノイズも含んでい るかも知れないことを確認した。従って、本発明は、空気吸入システムに通る空 気を受領する環状空間を画成する空気ダクトハウジングを有している。この環状 請求の範囲 １．空気吸入システムを有する内燃エンジンにより作り出されるノイズを低減 するためのシステムであって、 前記空気吸入システムを通る空気流を受容するためのメインダクトハウジング と、 前記メインダクトハウジング内に位置決めされていて前記スピーカー組立体の 周囲部分を囲繞する該メインダクトハウジング内に環状流れ空間を提供するスピ ーカー包囲体と、 前記包囲体及び前記囲繞空間内に共軸線関係をなして整合されたスピーカーと 、 エンジンノイズあるいはエンジン音に対応する電気信号を発するよう位置決め された音トランスデューサを有しており、また、前記環状流れ空間が終端する前 記メインダクトハウジングの点に装架されており、且つ、前記スピーカー包囲体 の開端のところの平面にほぼ整合されている音トランスデューサ組立体と、 を有しており、 前記音トランスデューサ組立体は、前記電気信号を受容し且つ増幅するよう接 続された音声増幅器を有しており、該音声増幅器は前記スピーカーに作動可能に 接続された出力を有していて１８０°位相がずらされた前記増幅された信号で該 スピーカーを駆動し、もって、該スピーカーから取消音を発生させるようになっ ている、 ノイズを低減するためのシステム。 ２．請求項１記載のシステムにおいて、前記スピーカー包囲体は別の端部で閉 じられているとともに、前記開放端部は空気が前記メインダクトハウジング内を 流れる方向に対して逆に面しており、前記スピーカーは前記包囲体の前記開放端 部に面している前記包囲体内に装架されていて前記メインダクトハウジング内の 前記空気流に面しているシステム。 ３．請求項２記載のシステムにおいて、前記環状流れ空間は前記スピーカー包 囲体の前記開端で終端しているシステム。 ４．請求項３記載のシステムであって、前記スピーカー包囲体の前記閉端内に 音吸収材料を更に含んでいるシステム。 ５．空気導入システムを有している内燃エンジンにより発生されるノイズを低 減する方法にして、前記空気導入システムは前記エンジンへの空気流を受容する 空気ダクトを有している前記方法であって、 前記空気導入システムの空気ダクト内にスピーカーを装架する工程と、 前記スピーカーが置かれている前記空気導入システムにおける近似点での前記 エンジンノイズに対応する電気信号を発生する工程と、 前記信号を増幅し、また、位相がずらされている該増幅された信号で前記スピ ーカーを駆動して該スピーカーの取消エンジンノイズから音を発生し、もって、 前記エンジンのノイズのレベルを低減させている工程と、 を有している方法。 ６．請求項５記載の方法において、前記スピーカーを装架する前記工程では、 前記空気導入システムの空気ダクトに環状流れ空間を画成するスピーカー包囲体 内に、前記スピーカーを同心円的に装架し、前記環状流れ空間は前記導入システ ムの空気ダクトを介して通る空気流の全てを受容する方法。 ７．請求項５記載の方法において、エンジンノイズに対応する電気信号を発生 する前記工程は、前記空気導入システムの空気ダクトにおける前記スピーカーの 近似の位置でマイクロホンを位置決めする工程を含んでいる方法。 ８．請求項６記載の方法において、前記包囲体の軸線方向長さを調節して前記 エンジンノイズの卓越振動数帯におけるスピーカーパフォーマンスを高めている 方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．空気吸入システムを有する内燃エンジンにより生じられるノイズを低減す るためのシステムであって、 前記空気吸入システムを通る空気流を受容するためのメインダクトハウジング と、 前記メインダクトハウジング内に位置決めされていて前記スピーカー組立体の 周囲部分を囲繞する前記メインダクトハウジング内に流れ空間を提供するスピー カー包囲体と、 前記包囲体及び前記囲繞空間内に共軸線関係をなして整合されたスピーカーと 、 エンジンノイズあるいはエンジン音に対応する電気信号を発するよう位置決め された音トランスデューサを有している音トランスデューサ組立体と、 を包含し、 前記音トランスデューサ組立体は、更に、前記電気信号を受容し且つ増幅する よう接続された音声増幅器を有しており、該音声増幅器は前記スピーカーに作動 可能に接続された出力を有していて１８０°位相がずらされた前記増幅された信 号で該スピーカーを駆動し、もって、該スピーカーから取消音を発生させるよう になっている、 ノイズを低減するためのシステム。 ２．請求項１記載のシステムにおいて、前記スピーカー包囲体は一端で閉じら れているとともに、空気が前記メインダクトハウジング内で流れる方向と逆に面 している別の端で開放しており、前記スピーカーは前記開放端部に面している前 記包囲体内に装架されているシステム。 ３．請求項２記載のシステムにおいて、前記囲繞空間は前記スピーカー包囲体 の前記開端で終端しているシステム。 ４．請求項３記載のシステムにおいて、前記音トランスデューサは、前記環状 空間が終端している前記ハウジングの点に装架されており、また、前記スピーカ ーの終端の前記開端のところの平面にほぼ整合されているシステム。 ５．請求項３記載のシステムであって、前記スピーカー包囲体の前記閉端内に 音吸収材料を更に含んでいるシステム。 ６．空気導入システムを有している内燃エンジンにより発生されるノイズを低 減する方法であって、 前記空気導入システム内にスピーカーを装架する工程と、 前記スピーカーが置かれている前記空気導入システムにおける近似点での前記 エンジンノイズに対応する電気信号を発生する工程と、 前記信号を増幅し、また、位相がずらされている該増幅された信号で前記スピ ーカーを駆動して該スピーカーからエンジンノイズ取消音を発生し、もって、前 記エンジンノイズのレベルを低減させる工程と、 を有している方法。 ７．請求項６記載の方法において、前記スピーカーを装架する前記工程では、 前記空気導入システム内の環状空間を画成するスピーカー包囲体内に前記スピー カーを同心円関係をなして装架し、前記環状空間が前記吸入システムを通る空気 流を受容する方法。 ８．請求項６記載の方法において、エンジンノイズに対応する電気信号を発生 する前記工程は、前記空気導入システムにおける前記スピーカーの近似の位置に マイクロホンを位置決めする工程を含んでいる方法。 ９．請求項７記載の方法において、前記包囲体の軸線方向長さを調節して前記 エンジンノイズの卓越振動数帯におけるスピーカーパフォーマンスを高めている 方法。 10．請求項９記載の方法において、前記スピーカー包囲体の長さＬは、ほぼ以 下の式に従って調節されており、即ち、 Ｌ＝（Ｃ／４ｆｓ） − １．９ｒ ここで、Ｃは空気中の音の早さであり、ｆｓは選定された周波数であり、ｒは前 記スピーカー包囲体の半径である、 方法。