JPH04347311A - 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】

【０００１】

【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。

【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からの圧
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Ｃ
ＰＵ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。

【０００３】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。

【０００４】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」という。

【０００５】

【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。

【０００６】例えば、前掲の実開昭６３−１１８３２１
号公報に記載のシステムにおいては、排気音が内燃機関
の回転に同期して出力されることから、クランク角セン
サによって騒音圧力波（排気音）の周波数を検出するこ
ととしているが、排気音は排気音経路を介して伝達され
排気管の出口から出力される迄に数ミリ秒の時間を要す
るので、コントロールユニットへの入出力信号に遅延が
生ずる。従って、仮にコントロールユニットとして適応
ディジタルフィルタを備えたものを用いたとしても、例
えば加減速時のように内燃機関が高速で回転し、排気音
の変化が速い場合、即ち排気音の変動周期が短い場合に
は、消音効果は著しく低下するところとなる。しかも、
上述の排気音経路内での遅延時間は一定ではなく、排気
温度、排気の流速、排気密度等の変化に応じて絶えず変
動している。

【０００７】そこで、本発明は、適応ディジタルフィル
タを利用すると共に、排気音の排気音経路内での遅延及
びその遅延時間の変動に影響されることなく、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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のアクティブキャンセルマフラは、内燃機関
の排気管を含む排気音経路の出力口を囲繞するように配
設した拡張管と、該拡張管内に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検出手段と、前
記内燃機関の回転に同期した信号を出力する回転検出手
段と、前記排気音経路を介して伝達される排気音の遅延
時間を検出し前記回転検出手段の出力信号を当該遅延時
間だけ遅延するように補正する遅延補正手段と、適応デ
ィジタルフィルタを有し、前記圧力検出手段の出力信号
及び前記遅延補正手段を介して補正した前記回転検出手
段の出力信号を入力し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
たものである。

【０００９】上記アクティブキャンセルマフラの遅延補
正手段は、前記回転検出手段の出力信号を所定の遅延時
間遅延するように補正する遅延手段、及び予め前記内燃
機関の運転状態に対応する前記遅延時間を設定し格納す
る格納手段を有するものとし、前記内燃機関の運転状態
に応じて、前記格納手段に格納した遅延時間を選択し前
記遅延手段の遅延時間を更新設定するように構成するこ
とができる。

【００１０】

【作用】上記アクティブキャンセルマフラにおいて、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。そして、内燃機関の回転に同
期した信号が回転検出手段から出力される。この回転検
出手段の出力信号は、遅延補正手段にて排気音の遅延時
間だけ遅延するように補正されてフィルタ手段に供給さ
れる。一方、排気音経路から出力される出力圧力波に応
じた信号が圧力検出手段によって検出され、フィルタ手
段に出力される。

【００１１】そして、フィルタ手段において、遅延補正
手段を介して補正された回転検出手段の出力信号に応答
し、圧力検出手段の出力信号に基づき適応ディジタルフ
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が出力され、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
気音が低減することとなる。

【００１２】遅延手段及び格納手段を有する遅延補正手
段にあっては、格納手段に予め内燃機関の運転状態に対
応する遅延時間が格納されており、内燃機関の運転状態
に応じて、格納手段に格納された遅延時間が選択され、
遅延手段の遅延時間が更新設定される。そして、遅延手
段によって回転検出手段の出力信号が所定の遅延時間遅
延されてフィルタ手段に供給される。

【００１３】

【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。図１
は本発明の一実施例を示すもので、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
出口近傍には、拡張管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、この拡張管４内にアクチ
ュエータ５が収容されている。アクチュエータ５は本発
明にいう圧力波出力手段を構成するもので、動電型ある
いは電磁型のスピーカから成り、粗密圧力波が出力され
る。尚、アクチュエータ５は一個でも複数個でもよく、
また動電型スピーカ等に限らず、高出力を確保すべく振
動板を油圧駆動するように構成してもよい。

【００１４】排気管３の出口近傍には、排気管３及び拡
張管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。

【００１５】内燃機関１には、その運転を制御する制御
装置９が設けられており、内燃機関１の吸入空気量、燃
料噴射量、機関回転数、排気温度等を示す種々のデータ
が入力され、これらに基づいて演算した演算結果に応じ
て燃料噴射量等を設定し、内燃機関１を所望の状態で運
転するように構成されている。尚、これについては周知
であるので詳細な説明は省略する。

【００１６】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７は、本発明にいう回転検出手段
を構成し、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。

【００１７】上記回転信号検出器７の出力信号は遅延補
正装置８を介し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。遅延補正装置８は、図２に示
すように、格納手段を構成するセントラルプロセシング
ユニット（以下、ＣＰＵという）８ａと遅延手段たるデ
ィジタルディレー８ｂを有し、ＣＰＵ８ａによって設定
された遅延時間に応じて、回転信号検出器７から適応デ
ィジタルフィルタ１０に供給される信号がディジタルデ
ィレー８ｂにて遅延される。

【００１８】ディジタルディレー８ｂは、データを一定
時間の間隔で読み出し順次記憶して行き、記憶許容量を
超えたデータを出力したとき、間隔時間と記憶されたデ
ータ数の積の時間だけ遅延させることができるものであ
り、その構成は周知であるので説明は省略する。而して
、このときに記憶されるデータの数を適宜変更すること
により遅延時間を所望の値に設定することができる。

【００１９】ＣＰＵ８ａには、予め内燃機関１の種々の
運転状態に応じた排気音の遅延時間が所謂マップデータ
Ｍとして格納されている。また、制御装置９を介して吸
入空気量のデータＡ、燃料噴射量のデータＦ、機関回転
数のデータＲ、排気温度のデータＴ等がＣＰＵ８ａに入
力するように構成されており、これらのデータに基づき
マップデータＭが参照され、その時の内燃機関１の運転
状態に応じた遅延時間が設定される。

【００２０】圧力センサ６の出力信号は入力アンプ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、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。

【００２１】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の係数を
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。

【００２２】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、本実施例では図３に示すようにディジタルシグ
ナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０ｐ、メモリ１０ｍ、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、メモリ１０ｍはディジ
タルシグナルプロセッサ１０ｐに内蔵することとしても
よい。

【００２３】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７から出力され
る。この回転信号は遅延補正装置８を介して補正され図
３に示すディジタルシグナルプロセッサ１０ｐに入力さ
れる。

【００２４】遅延補正装置８のＣＰＵ８ａにおいては、
内燃機関１のその時の運転状態に応じて、予め格納され
たマップデータＭに基づき所定の遅延時間が選択され、
ディジタルディレー８ｂの遅延時間が更新設定される。 このように設定された遅延時間だけ回転信号検出器７の
出力回転信号が遅延され、この遅延回転信号に応じてデ
ィジタルシグナルプロセッサ１０ｐ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。この出力ディ
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、アクチュエータ５
が駆動される。

【００２５】而して、アクチュエータ５により拡張管４
内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、エラー信号としてアンチエリアシングフィルタ１
２を経てＡ／Ｄコンバータ１３に入力する。

【００２６】そして、適応ディジタルフィルタ１０にお
いては、遅延補正装置８にて補正された回転信号及び圧
力センサ６の出力信号に応じて、適応アルゴリズム１０
ａによりディジタルフィルタ１０ｆの伝達関数の係数が
更新され、そ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制御され
る。即ち、圧力センサ６の出力が最小となるように制御
される。

【００２７】この間の遅延補正装置８における作動を図
４を参照して詳細に説明する。先ず、ステップ１０１に
おいて制御装置９はＣＰＵ８ａに対して吸入空気量のデ
ータＡ等のデータを送信し得る状態にあるか否か判定さ
れ、そうであればステップ１０２以下に進む。即ち、ス
テップ１０２乃至１０５にて、内燃機関１に対する吸入
空気量のデータＡ、内燃機関１に対する燃料噴射量のデ
ータＦ、排気管３からの排気ガスの温度を示すデータＴ
、そして内燃機関１の回転数のデータＲが順次ＣＰＵ８
ａに取り込まれる。続いて、これらの入力データに基づ
きステップ１０６において、マップデータＭが参照され
、その時の運転状態に応じた遅延時間が設定される。 そして、ステップ１０７にてこの遅延時間がディジタル
ディレー８ｂに出力され、この遅延時間に応じて回転信
号検出器７の出力信号が遅延される。

【００２８】以上のように、本実施例においては、回転
信号検出器７と適応ディジタルフィルタ１０との間に、
遅延補正装置８が介装されているので、加減速時のよう
に内燃機関１が高回転時の排気音に対しても、排気管３
内の遅延及びその遅延時間の変動に影響されることなく
、良好な消音効果が得られる。

【００２９】尚、上記の実施例においては、本発明にい
う遅延補正手段が遅延手段及び格納手段を有するものに
係り、排気音の遅延時間は間接的に検出されるというこ
とができるが、もちろん遅延補正装置８を、排気音の遅
延時間を直接検出して回転信号を補正するように構成し
てもよい。

【００３０】

【発明の効果】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
した回転信号が遅延補正手段によって、例えば内燃機関
の運転状態に応じて、所定の遅延時間遅延するように補
正され、その補正された信号及び圧力検出手段の出力信
号に応じて設定された伝達関数を以って適応ディジタル
フィルタによる制御が行なわれるので、内燃機関が高回
転時の排気音に対しても、排気音経路内の遅延及びその
遅延時間の変動に拘らず確実に消音することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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である。

【図２】本発明の一実施例における遅延補正装置のブロ
ック図である。

【図３】本発明の一実施例における適応ディジタルフィ
ルタを実現する構成のブロック図である。

【図４】本発明の一実施例における遅延補正装置の制御
作動を示すフローチャートである。

【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　　アクチュエータ（圧力波出力手段）６　　圧力セ
ンサ（圧力検出手段） ７　　回転信号検出器（回転検出手段）８　　遅延補正
装置（遅延補正手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気管を含む排気音経路の
   出力口を囲繞するように配設した拡張管と、該拡張管内
   に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
   力する圧力検出手段と、前記内燃機関の回転に同期した
   信号を出力する回転検出手段と、前記排気音経路を介し
   て伝達される排気音の遅延時間を検出し前記回転検出手
   段の出力信号を当該遅延時間だけ遅延するように補正す
   る遅延補正手段と、適応ディジタルフィルタを有し、前
   記圧力検出手段の出力信号及び前記遅延補正手段を介し
   て補正した前記回転検出手段の出力信号を入力し前記適
   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。
2. 【請求項２】　　前記遅延補正手段は、前記回転検出手
   段の出力信号を所定の遅延時間遅延するように補正する
   遅延手段、及び予め前記内燃機関の運転状態に対応する
   前記遅延時間を設定し格納する格納手段を有し、前記内
   燃機関の運転状態に応じて、前記格納手段に格納した遅
   延時間を選択し前記遅延手段の遅延時間を更新設定する
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載のアクティブ
   キャンセルマフラ。