JPH04129820U - アクテイブキヤンセルマフラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクティブキャンセルマフラにおいて、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良好な耐久性を確保する。 【構成】 排気管３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４を設ける。この拡張管４内に振動
板５ｂの一方の面が露呈するようにエッジ５ｃを介して
支持し、振動板５ｂを駆動する駆動装置５ａを具備した
圧力波出力装置５を設けると共に、振動板５ｂの反対側
の面を囲繞する筐体６を設ける。更に、エッジ５ｃには
少くとも一つの連通孔５ｄを穿設し、振動板５ｂに付与
される背圧を相殺する。

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】 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。

【０００７】

【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少くとも一つの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 ように支持し少くとも一つの連通孔を穿設した振動部材と、該振動部材を駆動す る駆動装置を具備して成り、前記振動部材の前記拡張管内に露呈する面に対し反 対側の面を囲繞する筐体を配設するようにしたものである。

【０００８】

【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音経路 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音経路か 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。この場合において、背圧は振動部材の連通孔を介して反対側にも 伝達されるので、振動部材に対しては相殺されることとなる。

【０００９】

【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５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。

【００１０】 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３ａ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。

【００１１】 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。本実施例においては、図 ４及び図５に明らかなようにエッジ５ｃに小径の連通孔５ｄが一個形成されてい る。

【００１２】 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。尚、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。

【００１３】 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。この筐体６内の環状空間は圧力波出力装置５に形成された連通孔５ｃを介し て拡張管４内の空間と連通しているのみで、従って圧力波出力装置５の背面側に 略密閉した空間が形成されている。

【００１４】 図３に示すように、排気管３の出口３ａ近傍には、排気管３及び圧力波出力装 置５の出力圧力波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。

【００１５】 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。

【００１６】 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。

【００１７】 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 １０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。

【００１８】 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。

【００１９】 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。

【００２０】 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。

【００２１】 圧力波出力装置５においては、駆動装置５ａ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 の出力圧力波は圧力センサ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。

【００２２】 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、背圧が連通孔５ｄを介して振動板５ｂ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。

【００２３】 上記実施例の圧力波出力装置５においては、連通孔５ｄは図５に示すように一 個のみであるが、図６に示すように複数個設けることとしてもよい。また、図５ の連通孔５ｄはエッジ５ｃに穿設されているが、振動板５ｂに連通孔５ｄを穿設 することとしてもよく、また図７に示すように複数個設けることとしてもよい。

【００２４】 図８は本考案の他の実施例を示すもので、前述の実施例のアクティブキャンセ ルマフラにおいては圧力波の出力方向が排気管３の軸と平行となるように圧力波 出力装置５が配設されているが、この実施例では圧力波出力装置５の圧力波の出 力方向が排気管３の軸に直交する方向となるように配設されている。従って、筐 体６は拡張管４を囲繞するように、その側面に接合されている。圧力波出力装置 ５を含むその他の構成は前述の実施例と同様であるので説明は省略する。而して 、この実施例においても、圧力波出力装置５には排気管３からの背圧が加わるが 、連通孔５ｄの存在によりこれを相殺することができる。

【００２５】 尚、上述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、圧力波出力装置が振動 部材を有し、そ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よう に配設されると共に、振動部材に少くとも一つの連通孔が穿設されており、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できると共に良好な耐 久性を確保することができる。しかも、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。

【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】本考案の一実施例における圧力波出力装置の拡
大部分断面図である。

【図５】本考案の一実施例における圧力波出力装置の正
面図である。

【図６】本考案のアクティブキャンセルマフラにおける
圧力波出力装置の他の実施例の正面図である。

【図７】本考案のアクティブキャンセルマフラにおける
圧力波出力装置の更に他の実施例の正面図である。

【図８】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縦断面図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 排気マニホールド（排気音経路） ３ 排気管（排気音経路） 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） ５ｃ エッジ（振動部材） ５ｄ 連通孔 ６ 筐体 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

Claims (1)

【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少くとも一つの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し少くとも一つの連通孔を穿
   設した振動部材と、該振動部材を駆動する駆動装置を具
   備して成り、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する筐体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。