JPH04203407A - アクティブキャンセルマフラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明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、特に適応ディジタルフィルタを備えたアク
ティブキャンセルマフラに係る。

［従来の技術Ｊ アクティブキャンセルマフラとしては、例えば実開昭６
３−１１８３２１号公轄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
消し作用で消音を行うものが知られている。同公報に記
載の考案はキャンセルスピーカがらの圧力波の指向特性
に着目したものであり、アクティブキャンセル制御手段
に関しては、入力された各種の情報をＣＰＵにより予め
定められた処理条件に従って演算処理を行う旨簡単に説
明されているのみである。

ところで、近時、入力アナログ信号をディジタル量に変
換し、ディジタル信号処理回路にて適宜処理した後、再
度アナログ信号に変換して出力し、入力アナログ信号と
出力アナログ信号との間に所定の特性をもたせるディジ
タルフィルタが注目されている。

このディジタルフィルタにより、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
制御を実現することができ、これが適応ディジタルフィ
ルタ（アダプティブディジタルフィルタ、ＡＤＦ）と呼
ばれ種々の制御への利用が検討されている。就中、音響
分野においてスピーカとマイクとの間の音響経路を通っ
て発生するエコーを消去するため、このエコーと略等し
い擬似エコー信号を発生させて同定する音響エコーキャ
ンセラへの利用が注目されている。尚、適応ディジタル
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Ｊという。

［発明が解決しようとする課題］ 前述のアクティブキャンセルマフラにおいて、内燃機関
は排気音の発生源であり、排気マニホールド及び排気管
の排気音経路は音響経路ということができるので、上記
音響エコーキャンセラ技術を適用し得る可能性があるが
、内燃機関特有の問題との整合性に多くの課題があり直
ちに適用可能というものではない。例えば、騒音検出器
を一般的な配置に従い内燃機関の排気マニホールド出口
近傍に装着して騒音源の圧力波を検出することとする場
合には、外部環境の温度変化に留まらず高温の排気ガス
にさらされることになるので耐久性が問題となる。前掲
の実開昭６３−１１８３２１号公報には排気騒音の圧力
波の周波数が内燃機関の回転数に比例して高くなること
に着目し、クランク角センサによりクランク軸の角速度
を検出し間接的に騒音圧力波の周波数を検出することと
している。然し乍ら、これもそのまま適応ディジタルフ
ィルタに適用できるものではない。

そこで、本発明は信号の検出が容易で、適応ディジタル
フィルタを利用した制御により確実に消音し得るアクテ
ィブキャンセルマフラを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は内燃機関の排気管
を含む排気音経路の出力口に開口し粗密圧力波を出力す
る圧力波出力手段と、前記排気音経路の出力口近傍に配
置し出力圧力波に応じた信号を出力する圧力波検出手段
と、前記内燃機関の回転に応じた回転信号を出力する回
転検出手段と、該回転検出手段の回転信号に基づき前記
内燃機関の回転に同期したインパルスを出力するエツジ
検出手段と、適応ディジタルフィルタを有し、前記圧力
波検出手段の出力信号を入力し前記エツジ検出手段の出
力インパルスに応じて前記適応ディジタルフィルタの伝
達関数が前記排気音経路の伝達関数と同定するように前
記圧力波出力手段を駆動制御するフィルタ手段とを備え
ることとしたものである。

［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。また、内燃機関の回転に応
じた回転信号が回転検出手段からエツジ検出手段に出力
される。このエツジ検出手段にて回転信号がインパルス
に変換され、内燃機関の回転に同期したインパルスが適
応ディジタルフィルタに出力される。一方、排気音経路
から出力される出力圧力波に応じた信号が圧力波検出手
段によって検出され、適応ディジタルフィルタに出力さ
れる。

適応ディジタルフィルタにおいては、エツジ検出手段の
出力インパルスに応答し圧力波検出手段の出力信号に基
づきその伝達関数が排気音経路の伝達関数と等しくなる
ように設定され、これに応じ圧力波出力手段に対し駆動
信号が出力される。

この駆動信号に応じて圧力波出力手段から排気音経路の
出力口に粗密圧力波か出力され、排気音経路から出力さ
れる排気音の圧力波が打ち消され排低音が消失すること
となる。

［実施例］ 以下、本発明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。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、内燃機関ｌ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ｌ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の出口近傍には、スピーカ管４が排気管３と同軸に
且つその出口を囲繞するように装着され、電磁型あるい
は動電型のスピーカから成り粗密圧力波を出力するアク
チュエータ５がスピーカ管４内に収容されている。これ
らのアクチュエータ５及びスピーカ管４により本発明に
いう圧力波出力手段が構成されている。尚、アクチュエ
ータ５は一個でも複数個でもよく、また電磁型スピーカ
等（こ限らず、高出力を確保すべく電磁弁により振動板
を油圧駆動するように構成してもよい。

また、排気管３の出口近傍には、排気管３及びスピーカ
管４の出力圧力波に応じた信号を出力する圧力センサ６
が設けられている。この圧力センサ６は本発明にいう圧
力波検出手段を構成するもので、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。

一方、内燃機関ｌにはその回転に同期したパルス信号を
出力する回転信号検出器７が設けられている。この回転
信号検出器７は本発明にいう回転検出手段を構成するも
ので、例えば内燃機関ｌに同期して回転する回転板（図
示せず）に対向して設けられ磁束密度の変化に応じて電
気信号を出力する電磁誘導型ピックアップ等周知の検出
器であるが、周知の点火信号発生装置（図示せず）の点
火信号を回転信号として利用することとしてもよい。回
転信号検出器７には本発明にいうエツジ検出手段たるエ
ツジ検出器８が接続され、これに入力する回転信号に基
づき内燃機関ｌの−−，ニー　ＩＥ？　１１１１したイ
ンパルスが出力される。

上記エツジ検出器８の出力インパル ィジタルフィルタＩＯに供給されるように構成されてい
る。また、圧力センサ６の出力信号が入力アンプ１１を
介して増幅され、Ａ／Ｄ変換器１２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ｌＯ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ｌＯの出力ディジタル信号はＤ／Ａ変換器Ｉ３により
アナログ信号に変換され、パワーアンプＩ４を介して増
幅されアクチュエータ５に駆動信号として供給されるよ
うに構成されている。

適応ディジタルフィルタ１０はディジタルフィルタ１０
ｆ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。

上記適応ディジタルフィルタｌＯ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
施例では第２図に示すようにディジタルシグナルプロセ
ッサ（Ｄ、Ｓ　Ｐ）　Ｉ　Ｏｐ、メモリＩＯｍ及び発振
器１０ｓ等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。発振
器１０ｓはサンプリング（標本化）用に供されるもので
あり、メモリＩＯｍはディジタルシグナルプロセッサ１
０ｐに内蔵することとしてもよい。尚、これらは周知の
ものであるので説明は省略する。

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カ≦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ｌの回転に応じた
回転信号が回転信号検出器７からエツジ検出器８に出力
される。このエツジ検出器８にて回転信号がインパルス
に変換され、内燃機関ｌの回転に同期したインパルスが
ディジタルシグナルプロセッサＩＯｐに入力する。この
インパルスに応じてディジタルシグナルプロセッサ１０
ｐにおいて後述するように処理されてディジタル信号が
出力される。そして、出力ディジタル信号はＤ／Ａ変換
器１３を介してアナログ信号に変換された後パワーアン
プ１４にて増幅され、アクチュエータ５が駆動される。

これによりスピーカ管４に粗密圧力波が形成され、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６によって検出され、入力ア
ンプ１１を介して増幅され、Ａ／Ｄ変換器１２にてディ
ジタル信号に変換された後ディジタルシグナルプロセッ
サ１０ｐにエラー信号として入力する。そして、適応ア
ルゴリズムｌｏａ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。

この間のディジタルシグナルプロセッサｌＯｐにおける
作動を第３図を参照して説明する。先ず、ステップ１０
１において発振器１０ｓのサンプリング信号に応して変
換タイミングか否かが判定され、変換タイミングであれ
ばステップ１０２に進みエツジ検出器８からの入力の有
無が判定される。エツジ検出ありの場合、即ちインパル
ス入力があったときには、ステップ＋０３にてディジタ
ルフィルタｌＯｆに対し“１″が入力され、エツジ検出
なしの場合にはステップ１０４にてディジタルフィルタ
１０ｆに対し“０”が入力される。従って、前者の“１
″信号に応じて伝達関数が演算され、ステップ１０５に
てディジタルフィルタ］Ｏｆからディジタル信号が出力
される。

尚、この出力ディジタル信号はＤ／Ａ変換器１３にてア
ナログ信号に変換され、その出力アナログ信号によりア
クチュエータ５が駆動される。

更に、ステップ＋０６において圧力センサ６の出力信号
がＡ／Ｄ変換されてディジタルフィルタ１０ｆにディジ
タル信号として入力し、ステップ１０７にてディジタル
フィルタ１０ｆの係数が適応アルゴリズム１０ａに従っ
て更新され、その伝達関数が排気音経路の伝達関数と等
しくなるように設定されステップ１０１に戻る。このよ
うにして、圧力センサ６の出力が最小となるように上記
ステップが繰り返される。

而して、前述のように内燃機関１の排気音は主に爆発の
次数成分の音により構成されているため、内燃機関ｌの
回転に同期したインパルスを入力することにより高次の
成分の音まで消音することができると共に、適応ディジ
タルフィルタ１０の次数が少なく済み構造が簡単になる
。

第４図は本発明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対し、更にアクチュ
エータ５から圧力センサ６に至るまでの伝達関数を考慮
に入れて構成したものである。即ち、第１及び第２のデ
ィジタルフィルタ１０ｆ＋、１０ｆｔ並びに第１及び第
２の適応アルゴリズムＩＯａ＋、ｌ０ａｔが第４図に示
す関係にある。而して、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、制御システムとし
ての伝達関数とアクチュエータ５から圧力センサ６に至
るまでの伝達関数の同定が行なわれ、−層良好な消音効
果が得られる。

［発明の効果Ｊ 本発明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、本発明のアクティブキャンセルマフラによれば、
内燃機関の回転に同期したインパルス応答で適応ディジ
タルフィルタの伝達関数が排気音経路の伝達関数と同定
されるように制御されるので、簡単な構成で確実に消音
することができ、また圧力波検出手段の耐久性を懸念す
る必要もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明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、第２図は同、適応ディジタルフィ
ルタの構成を示すブロック図、第３図は同、ディジタル
シグナルプロセッサの制御作動を示すフローチャート、
第４図は本発明の他の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。 ｌ・・・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・・・スピーカ管（圧力波出力手段）。 ５・・・アクチュエータ（圧力波出力手段）２６・・・
圧力センサ（圧力波検出手段）。 ７・・・回転信号検出器（回転検出手段）。 ８・・・エツジ検出器（エツジ検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気管を含む排気音経路の出力口に開
   口し粗密圧力波を出力する圧力波出力手段と、前記排気
   音経路の出力口近傍に配置し出力圧力波に応じた信号を
   出力する圧力波検出手段と、前記内燃機関の回転に応じ
   た回転信号を出力する回転検出手段と、該回転検出手段
   の回転信号に基づき前記内燃機関の回転に同期したイン
   パルスを出力するエッジ検出手段と、適応ディジタルフ
   ィルタを有し、前記圧力波検出手段の出力信号を入力し
   前記エッジ検出手段の出力インパルスに応じて前記適応
   ディジタルフィルタの伝達関数が前記排気音経路の伝達
   関数と同定するように前記圧力波出力手段を駆動制御す
   るフィルタ手段とを備えたことを特徴とするアクティブ
   キャンセルマフラ。