JP2569030Y2 - アクティブキャンセルマフラ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は内燃機関に装着されるア
クティブキャンセルマフラに関し、特に排気管の出口近
傍に配設し粗密圧力波を出力する圧力波出力装置を備え
たアクティブキャンセルマフラに係る。

【０００２】

【従来の技術】アクティブキャンセルマフラとしては、
例えば実開昭６３−１１８３２１号公報に記載されてい
るように、騒音源の内燃機関に対し騒音流出管たる排気
管の出口にスピーカ管を設け、このスピーカ管にキャン
セルスピーカを接続し、制御手段からの所定の制御信号
に応じて、内燃機関からの騒音即ち排気音の圧力波と逆
位相の粗密圧力波をキャンセルスピーカから出力させ、
両圧力波の打ち消し作用によって消音を行うものが知ら
れている。尚、同公報に記載の考案はキャンセルスピー
カからの圧力波の指向特性に着目したものである。

【０００３】また、実開昭６３−１１９８１６号公報に
は、従来技術としてダクト（排気管）の出口近傍に密閉
箱とスピーカから成るスピーカユニットを配設したアク
ティブサイレンサを掲げ、これに対し密閉箱の容量を大
きくすると共に防水構造としたスピーカユニットが提案
されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】然し乍ら、上記従来の
アクティブキャンセルマフラにおいては、粗密圧力波を
出力する手段たるスピーカあるいはこれを収容するカバ
ーの開口部が排気管の出口と同位置に配設されているの
で、排気管からの圧力波（排気音）とスピーカからの圧
力波は、排気管、カバー等を含む装置の外部で合成され
ることになり、拡散する排気音を確実に消音することが
困難である。

【０００５】これに対し、排気管の出口を囲繞すると共
に出口側に開口部を有する拡張管を設け、この拡張管の
中で両圧力波を合成することとすれば、拡張管からは合
成結果のみが出力されることになり排気音の漏洩を防止
することができる。しかし、この場合にはスピーカ等に
常時所謂背圧が付与される。即ち、内燃機関の排気行程
中は常に排気ガスの圧力がスピーカ等に付与される。こ
のため、例えばスピーカの振動板を支持するエッジの耐
久性が損なわれる。また背圧のエネルギー分だけ振動板
駆動装置の駆動エネルギーを増大しなければならず、そ
のエネルギー分だけダイナミックレンジが小さくなる。

【０００６】これに対処するため、本願出願人は実願平
３−４６０６０号において振動部材を囲繞する筐体を配
設し、振動部材に穿設した連通孔を介して背圧が振動部
材の反対側の面に伝達されるようにしたアクティブキャ
ンセルマフラを提案している。また実願平３−４５９７
８号においては、連通管を介して背圧が振動部材の反対
側の面に伝達されるようにしたアクティブキャンセルマ
フラを提案している。これらによれば、振動部材に対す
る背圧が相殺されるので、駆動装置の消費エネルギーを
少なくすることができ、排気音を確実に消音することが
できる。また、振動部材に付与される圧力が低減される
ので圧力波出力装置の耐久性も従前に比し向上する。

【０００７】然し乍ら、これら何れのアクティブキャン
セルマフラにおいても、振動部材を駆動する駆動装置ま
でも高温の排気ガスにさらされることとなるため、何等
かの断熱手段を講ずる必要がある。また、筐体内に排気
ガスが導入された後機関停止等により筐体内が冷却され
ると、排気ガス中の水分が析出し駆動装置に結露するお
それがあるので、耐水性にも充分な配慮が必要となる。

【０００８】そこで、本考案は圧力波出力装置に対する
背圧の影響を抑え内燃機関の排気音を確実に消音すると
共に、簡単な構成で良好な耐久性を確保し得るアクティ
ブキャンセルマフラを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本考案は、内燃機関の排気管の出口近傍に配設し粗
密圧力波を出力する圧力波出力装置を備えたアクティブ
キャンセルマフラにおいて、前記排気管の出口を囲繞す
ると共に該出口側に開口部を有する拡張管を備え、前記
圧力波出力装置が、前記拡張管内に一方の面が露呈する
ように支持する振動部材と、該振動部材を駆動する駆動
装置を具備して成り、該駆動装置を囲繞すると共に前記
振動部材の前記拡張管内に露呈する面に対し反対側の面
を囲繞し閉空間を形成する筐体を配設し、且つ一方の面
が前記閉空間に露呈すると共に他方の面が前記拡張管内
に露呈するダイヤフラムを配設するようにしたものであ
る。

【００１０】

【作用】内燃機関が起動し回転すると、各気筒内の爆発
に応じて発生する爆発音は、排気管を含む排気音経路を
介して伝達され排気音が形成される。この排気音のレベ
ルに応じて駆動装置により振動部材が駆動され、圧力波
出力装置から排気管の出口近傍に粗密圧力波が出力され
る。而して、拡張管内において排気管から出力される排
気音の圧力波が粗密圧力波によって打ち消され、排気音
が消失することとなる。このとき振動部材の拡張管側の
面に所謂背圧が付与されるが、背圧はダイヤフラムを介
して筐体内にも伝達されるので、振動部材に対しては背
圧は相殺されることとなる。しかも、駆動装置は筐体に
囲繞され排気ガスから遮蔽されているので、排気ガスに
よって直接加熱されるといったことはなく、また結露が
生ずることもない。

【００１１】

【実施例】以下、本考案に係るアクティブキャンセルマ
フラの望ましい実施例を図面を参照して説明する。図１
乃至図３は本考案の一実施例に係り、まず全体構成を示
す図３を参照すると、内燃機関１の排気マニホールド２
に排気管３が接続されている。従って、排気音源たる内
燃機関１に対し排気マニホールド２及び排気管３により
排気音経路が構成されている。排気管３の出口３ａ近傍
には、筒体の拡張管４が排気管３と同軸に且つその出口
３ａを囲繞するように装着され、拡張管４には粗密圧力
波を出力する圧力波出力装置５が装着されている。

【００１２】本実施例の拡張管４は図１及び図２に示す
ように、排気管３の出口３ａ部分を収容し、この出口３
ａ側に開口部４ａを有する有底円筒体であり、その底部
４ｃが排気管３に固着されている。本実施例において
は、開口部４ａは排気管３と同軸で、拡張管４の本体部
４ｂより小径で排気管３より大径に設定されているが、
排気管３と同径としてもよい。

【００１３】そして、拡張管４の底部４ｃの排気管３回
りに四個の圧力波出力装置５が装着されている。各々の
圧力波出力装置５は駆動装置５ａ及び振動板５ｂを具備
し、振動板５ｂの外周に接合されたエッジ５ｃを介し
て、拡張管４の底部４ｃに穿設された孔に支持されてい
る。本実施例の振動板５ｂは図１及び図２に明らかなよ
うに円錐（コーン）形で、一方の面（内面）が拡張管４
内に露呈するように支持され、その中央に駆動装置５ａ
が固着されている。エッジ５ｃは振動板５ｂを支持し駆
動装置５ａによる振動板５ｂの振動を効果的に発生させ
るもので、振動板５ｂとエッジ５ｃにより本考案にいう
振動部材が構成されている。

【００１４】駆動装置５ａは、電気信号を振動板５ｂの
機械振動に変換するもので、例えば振動板５ｂの底部に
固着した可動コイル（図示せず）と、これに所定の間隙
を隔てて配置した永久磁石及びコア（図示せず）を備
え、可動コイルに交流電圧の駆動信号を供給することに
よって振動板５ｂを振動させる所謂動電型の装置が構成
されている。あるいは、永久磁石に接続したコアにコイ
ルを巻回し、このコイルに駆動信号を供給することによ
って振動板５ｂを振動させる電磁型の装置を構成するこ
ととしてもよい。駆動装置５ａは、これらに限ることな
くスピーカ分野において利用される静電型、電歪型、磁
歪型等の種々の構成を採用することができ、更には高出
力を確保すべく振動板５ｂを油圧駆動するように構成し
てもよい。尚、圧力波出力装置５は一個のみとしてもよ
い。

【００１５】上記圧力波出力装置５の駆動装置５ａ側
（背面側）には、これを囲繞する筐体６が配設され所謂
エンクロージャが構成されている。筐体６は拡張管４と
同径の有底筒体で、その開口端が拡張管４の底部４ｃの
外周に接合されると共に、底部中央が排気管３に接合さ
れている。従って圧力波出力装置５の背面側に略密閉し
た環状空間が形成されている。

【００１６】拡張管４の底部４ｃには孔４ｄが穿設さ
れ、この孔４ｄを塞ぐようにダイヤフラム７が配設され
ている。このダイヤフラム７はフッ素系シリコンゴム等
の耐熱性に優れた弾性部材で形成されており、一方の面
が拡張管４内に露呈し他方の面が筐体６内に露呈する。
尚、ダイヤフラム７は弾性金属板によって形成すること
としてもよい。また、ダイヤフラム７は、その両面に作
用する圧力の圧力差が微小でも作動し得るように、孔４
ｄを大径にしてダイヤフラム７の受圧面積を増大させる
とよい。本実施例においてはダイヤフラム７は二個設け
られているが、このダイヤフラム７は所望の受圧面積を
確保するに必要な数だけ設けられる。

【００１７】図３に示すように、排気管３の出口３ａ近
傍には、排気管３の排気音及び圧力波出力装置５の出力
圧力波の合成波の圧力に応じた信号を出力する圧力セン
サ８が設けられている。この圧力センサ８はマイクロホ
ン等、圧力信号を電気信号に変換する手段であれば、ど
のような態様であってもよい。更に、内燃機関１の回転
に同期した回転信号を出力する回転信号検出器９が設け
られている。この回転信号検出器９は、例えば内燃機関
１の点火信号、クランク軸に設けられたクランク角セン
サ（図示せず）の出力信号、気筒内圧力変動に応じた信
号等、内燃機関１の回転に同期した回転信号を検出する
ものである。具体的な一例を示せば、シリンダブロック
を締結するボルト（図示せず）に歪ゲージ（図示せず）
を貼着し、この歪ゲージにより気筒内圧力変動に伴うボ
ルトの歪みを検出し、気筒内圧力変動に応じた信号を出
力するように構成することができる。

【００１８】上記回転信号検出器９の出力信号は適応デ
ィジタルフィルタ１０に供給されるように構成されてい
る。この適応ディジタルフィルタ１０はアダプティブデ
ィジタルフィルタ（ＡＤＦ）と呼ばれ、制御系に影響を
及ぼす情報を検知し、その変化に応じて自らの制御特性
を自動的に変えて、負荷の変化に拘らず最適な状態とす
る適応制御を実現するものである。

【００１９】また、圧力センサ８の出力信号が入力アン
プ１１を介して増幅され、アンチエリアシングフィルタ
１２にて折り返し雑音即ちエリアシングノイズが阻止さ
れた後、Ａ／Ｄコンバータ１３によりディジタル信号に
変換されて適応ディジタルフィルタ１０に入力するよう
に構成されている。そして、適応ディジタルフィルタ１
０の出力ディジタル信号はＤ／Ａコンバータ１４により
アナログ信号に変換され、スムージングフィルタ１５に
て平滑化された後パワーアンプ１６を介して増幅され、
圧力波出力装置５に駆動信号として供給されるように構
成されている。

【００２０】適応ディジタルフィルタ１０はディジタル
フィルタ１０ｆを有し、これを構成する乗算器係数を逐
次制御するための適応アルゴリズム１０ａが構成されて
おり、ディジタルフィルタ１０ｆの伝達関数が排気マニ
ホールド２及び排気管３の排気音経路の伝達関数に対し
同定するように、各係数が適応アルゴリズム１０ａを介
して設定される。尚、ディジタルフィルタの伝達関数が
未知系の伝達関数に等しくなり予測誤差が零となるよう
に前者の伝達関数を調整することを「未知系を同定す
る」という。

【００２１】上記適応ディジタルフィルタ１０は乗算
器、加算器などを用いて集積回路化することにより実現
できるが、本実施例ではディジタルシグナルプロセッサ
（図示せず）、メモリ（図示せず）、回転信号検出器
９、Ａ／Ｄコンバータ１３及びＤ／Ａコンバータ１４に
よって実現することとしており、プログラムの変更によ
り容易にフィルタ機能を変更し得る。尚、これらは周知
のものであるので説明は省略する。

【００２２】次に、本実施例のアクティブキャンセルマ
フラの作動を説明する。内燃機関１が起動し回転する
と、各気筒内の爆発に応じて発生する爆発音は排気マニ
ホールド２及び排気管３の排気音経路を介して伝達され
排気音が形成される。従って、排気音は主に爆発の次数
成分の音によって構成されている。また、内燃機関１の
回転に同期した回転信号が回転信号検出器９から適応デ
ィジタルフィルタ１０に入力する。この回転信号に応じ
て適応ディジタルフィルタ１０にて後述するように処理
され、ディジタル信号が出力される。そして、出力ディ
ジタル信号はＤ／Ａコンバータ１４を介してアナログ信
号に変換され、スムージングフィルタ１５で平滑化され
た後パワーアンプ１６にて増幅され、圧力波出力装置５
が駆動される。

【００２３】圧力波出力装置５においては、駆動装置５
ａに駆動信号が供給されると、これに応じて振動板５ｂ
が駆動されて所定の周波数で振動し、拡張管４内に粗密
圧力波が出力される。而して、この粗密圧力波が排気音
の圧力波を囲繞するように出力される。即ち、両圧力波
が相互に打ち消されるように合成して出力される。この
合成波の圧力は圧力センサ８によって検出され、入力ア
ンプ１１を介して増幅され、アンチエリアシングフィル
タ１２を経てＡ／Ｄコンバータ１３にてディジタル信号
に変換された後適応ディジタルフィルタ１０にエラー信
号として入力する。そして、適応アルゴリズム１０ａに
より、ディジタルフィルタ１０ｆの伝達関数が排気マニ
ホールド２及び排気管３の排気音経路の伝達関数と同定
するように係数が更新される。

【００２４】上記作動に関し、圧力波出力装置５に対し
ては拡張管４を介して排気管３からの排気圧即ち背圧が
加わるが、この背圧の変化は数ヘルツ以下と比較的緩や
かであるので、背圧がダイヤフラム７を介して振動板５
ｂの反対側にも伝達されて相殺される。従って、排気行
程中常時大きなエネルギーの背圧が振動板５ｂに加えら
れるということはなく、また背圧の変化による振動の発
生は確実に防止される。而して、エッジ５ｃへの負担が
軽減され、従前に比し圧力波出力装置５の耐久性が向上
する。しかも、振動板５ｂを駆動する駆動装置５ａの消
費電力も背圧に抗する分が不要となるので、小電力で振
動板５ｂを駆動することができ、ダイナミックレンジも
大となる。このとき、筐体６内は拡張管４内に対して遮
蔽されているので、排気ガスが進入することなく背圧の
みが伝達される。従って、駆動装置５ａが排気ガスに直
接加熱されあるいは結露するといったことは生じない。

【００２５】上記実施例の圧力波出力装置５において
は、ダイヤフラム７は図１に示すように拡張管４の底部
４ｃに直接設けられているが、図４に示すように振動板
５ｂに連通管１７を設け、この連通管１７にダイヤフラ
ム７を装着することとしてもよく、またこれらを複数個
設けることとしてもよい。尚、図１及び図４の実施例に
おいては、何れも筐体６を拡張管４に接合する構造とし
たが、これらを一体で形成し遮蔽板（図示せず）によっ
て筐体６と同様の密閉空間を郭成することとしてもよ
い。

【００２６】

【考案の効果】本考案は上述のように構成されているの
で以下に記載する効果を奏する。即ち、本考案のアクテ
ィブキャンセルマフラによれば、圧力波出力装置の振動
部材の一方の面が拡張管に露呈し反対側の面が筐体に囲
繞されると共に、拡張管内の圧力がダイヤフラムを介し
て筐体内に伝達され振動部材に対する背圧が相殺される
ので、排気音を確実に消音することができる。また、振
動部材を駆動するための駆動力は背圧に抗する分が不要
となるので、それだけ駆動装置の消費エネルギーを少な
くすることができる。しかも、筐体内に排気ガスが進入
することはないので、駆動装置が排気ガスに直接加熱さ
れあるいは結露するといったことはなく、良好な耐久性
を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のアクティブキャンセルマフラの一実施
例における排気管出口部の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本考案の一実施例に係るアクティブキャンセル
マフラのブロック図である。

【図４】本考案のアクティブキャンセルマフラの他の実
施例における排気管出口部の上方部分の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

２ 排気マニホールド ３ 排気管 ４ 拡張管 ５ 圧力波出力装置 ５ａ 駆動装置 ５ｂ 振動板（振動部材） ６ 筐体 ７ ダイヤフラム ８ 圧力センサ ９ 回転信号検出器 １０ 適応ディジタルフィルタ １７ 連通管

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管の出口近傍に配設し粗
   密圧力波を出力する圧力波出力装置を備えたアクティブ
   キャンセルマフラにおいて、前記排気管の出口を囲繞す
   ると共に該出口側に開口部を有する拡張管を備え、前記
   圧力波出力装置が、前記拡張管内に一方の面が露呈する
   ように支持する振動部材と、該振動部材を駆動する駆動
   装置を具備して成り、該駆動装置を囲繞すると共に前記
   振動部材の前記拡張管内に露呈する面に対し反対側の面
   を囲繞し閉空間を形成する筐体を配設し、且つ一方の面
   が前記閉空間に露呈すると共に他方の面が前記拡張管内
   に露呈するダイヤフラムを配設したことを特徴とするア
   クティブキャンセルマフラ。