JPH05106420A - 内燃機関の吸排気音低減装置 - Google Patents

内燃機関の吸排気音低減装置

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Publication number
JPH05106420A
JPH05106420A JP3269692A JP26969291A JPH05106420A JP H05106420 A JPH05106420 A JP H05106420A JP 3269692 A JP3269692 A JP 3269692A JP 26969291 A JP26969291 A JP 26969291A JP H05106420 A JPH05106420 A JP H05106420A
Authority
JP
Japan
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intake
diaphragm
exhaust
pressure
chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP3269692A
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English (en)
Inventor
Yuichi Sakuma
裕一 佐久間
Yuji Hirabayashi
雄二 平林
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPH05106420A publication Critical patent/JPH05106420A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 内燃機関の吸排気音を有効に相殺する装置を
提供する。 【構成】 ダイヤフラム20により2つのダイヤフラム
室21,22を画成し、一方のダイヤフラム室21に吸
気導波管23を介して吸気管2から導かれる圧力波に対
して、他方のダイヤフラム室22に排気管5から排気導
波管24を介して導かれる圧力波の共鳴周波数を70〜
120Hzの周波数範囲で略一致させるように設定す
る。また、吸気管2に連通させた拡張室32の容積を可
変とする手段と、運転条件を検出する手段と、この検出
値から各ダイヤフラム室21,22に導かれる圧力波の
共鳴周波数が略一致するように拡張室32の容積を調節
する制御手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸排気音低
減装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車等では、機関本体の静粛性が向上
するのに伴って.吸排気音の低減に対する要求が高まっ
ている。
【0003】この対策として、例えば実開昭63−11
379号公報では、吸気管の途中にマイクとスピーカを
取付け、マイクから検出される音圧信号と、クランク角
センサからの位相信号をコントロールユニットに入力
し、ここで信号処理を行って、吸気音と逆位相となる音
の振幅と位相を求め、これらの情報をスピーカに送り、
スピーカから吸気音とほぼ同じ振幅を有し、かつ逆位相
の音波を発生することにより、吸気音を弱めるものが提
案されている。
【0004】吸気音は、主に吸気弁の開閉に伴う圧力脈
動に起因する圧力波としてとらえられるため、この圧力
波を打消すように同じ周波数で逆位相の圧力波を加える
ことができれば、両方の波が干渉して打消し合い、波の
振幅つまり音圧を弱められることが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、吸気音と同じ音圧をスピーカ
により作り出す構成であるため、機関全負荷状態で発生
する130〜150dBの吸気音と同等の音圧をスピー
カから発生させようとすると、100W以上のスピーカ
出力が必要となり、スピーカの大型化を招いて重量増大
や車両への搭載性の悪化を招くばかりか、スピーカを駆
動するための消費電力が大きくなる。
【0006】自動車用機関の場合、吸気音または排気音
が問題となるのは、70〜120Hzの比較的に低周波
数域であり、特にこの低周波数域で共鳴を起こすと振動
が増幅されて車室内に不快なこもり音を発生する可能性
がある。
【0007】本発明は上記の点に着目し、スピーカの代
わりに排気脈動を利用して吸排気音を有効に相殺するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧力に応動す
るダイヤフラムにより画成される二つのダイヤフラム室
と、一方のダイヤフラム室に吸気管に生じる圧力波を導
く吸気導波管と、他方のダイヤフラム室に排気管に生じ
る圧力波を導く排気導波管とを設け、各ダイヤフラム室
に導かれる圧力波の共鳴周波数を70〜120Hzの周
波数範囲で略一致させる。
【0009】また、圧力に応動するダイヤフラムにより
画成される二つのダイヤフラム室と、一方のダイヤフラ
ム室に吸気管に生じる圧力波を導く吸気導波管と、他方
のダイヤフラム室に排気管に生じる圧力波を導く排気導
波管と、吸気管に連通させた拡張室と、拡張室の容積を
可変とする拡張室容積可変手段と、運転条件を検出する
手段と、この検出値から各ダイヤフラム室に導かれる圧
力波の共鳴周波数が略一致するように拡張室容積可変手
段を制御する制御手段とを設ける。
【0010】
【作用】吸排気弁が機関回転に同期して所定のタイミン
グで開閉されると、吸気管と排気管にそれぞれ圧力波が
生じる。吸気管に生じた圧力波は吸気導波管を介して一
方のダイヤフラム室に導かれるとともに、排気管に生じ
た圧力波は排気導波管を介して他方のダイヤフラム室に
導かれる。各ダイヤフラム室に逆位相の圧力波が導かれ
ることにより、両方の圧力波が圧力に応動するダイヤフ
ラムを介して干渉して打消し合い、波の振幅つまり音圧
を弱められる。
【0011】各ダイヤフラム室に導かれる吸気管の圧力
波と排気管の圧力波は同一の周波数であるものの、吸排
気弁の開閉タイミングのずれによって位相差をもち、概
ね逆位相となる。
【0012】70〜120Hzの低周波の振動が車室内
に伝播してこもり音の原因になるが、これは吸排気音の
共鳴等によりさらに増幅される。この共鳴周波数を70
〜120Hzの領域からずらすには、吸気管長を大幅に
変更する必要があり、大型化等が不可避の問題となる。
これに対して、吸気系と排気系の圧力波をこの70〜1
20Hzの領域で互いの共鳴点を略一致させることは容
易に実現できる。
【0013】そこで、各ダイヤフラム室に導かれる逆位
相の圧力波の共鳴周波数を70〜120Hzの範囲で略
一致させるように設定することにより、共鳴エネルギを
利用して70〜120Hzの音圧を相殺し、吸排気音に
起因するこもり音を大幅に低減するとともに、車外への
騒音を有効に低減できる。
【0014】また、拡張室の容積を変えることにより、
一方のダイヤフラム室に導かれる吸気管の圧力波の共鳴
周波数が変わる。運転条件に応じて各ダイヤフラム室に
導かれる吸気管圧力波と排気管圧力波の共鳴点が略一致
するように拡張室の容積を制御することにより、広い周
波数域で吸排気音を効果的に相殺することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0016】図1に示すように、多気筒機関1の吸気管
2は、吸気弁3を介して各気筒に連通する複数のブラン
チ部11と、各ブランチ部11を集合するコレクタ部1
2と、コレクタ部12とエアクリーナ14を結ぶダクト
部13と、エアクリーナ14に外気を導入するダクト部
15とから構成され、コレクタ部12とエアクリーナ1
4の間にスロットルバルブ4が介装されて吸気量が調整
される。
【0017】排気管5は、排気弁6の開弁に伴って各気
筒から排出される排気ガスを外部に導き、その途中に触
媒コンバータ18とマフラ(消音器)19が介装されて
いる。
【0018】吸気管2と排気管5の間にはダイヤフラム
アクチュエータ7が設けられる。ダイヤフラムアクチュ
エータ7は、圧力に応動する可動膜として機能するダイ
ヤフラム20を備え、ダイヤフラム20によって2つの
ダイヤフラム室21,22が画成される。ダイヤフラム
室22にはダイヤフラム20を弾性支持するスプリング
25が介装される。
【0019】吸気管2内に生じる圧力波を一方のダイヤ
フラム室21に導く吸気導波管23と、排気管5内に生
じる圧力波を他方のダイヤフラム室22に導く排気導波
管24とが設けられる。排気導波管24の一端は排気管
5の触媒コンバータ21より上流側に接続される。この
排気導波管24の排気管5に対する開口部は、排気管5
に周波数が70〜120Hzの定常波が生じるときに、
この定常波の腹の部分が来る位置に配置される。吸気導
波管23の一端は吸気管2のスロットルバルブ4とコレ
クタ部12の間に接続される。この吸気導波管23の吸
気管2に対する開口部は、吸気管2に周波数が70〜1
20Hzの定常波が生じるときに、この定常波の腹の部
分が来る位置に配置される。
【0020】そして、吸気管2の圧力波と排気管5の圧
力波とが、70〜120Hzの周波数域において、互い
の共鳴周波数が略一致するように、吸排気系のボリュー
ム、管路長を適切に設定する。
【0021】このように構成され、吸気弁3と排気弁6
はクランクシャフト8の回転に同期して所定のタイミン
グで開閉されると、吸気管2と排気管5にそれぞれ圧力
波が生じる。両圧力波は同一周波数をもち、吸気管2に
生じた圧力波は吸気導波管23を介してダイヤフラム室
21に導かれるとともに、排気管5に生じた圧力波は排
気導波管24を介してダイヤフラム室22に導かれる。
各ダイヤフラム室21,22に逆位相の圧力波が導かれ
ることにより、両方の圧力波が圧力に応動するダイヤフ
ラム20を介して干渉して打消し合い、波の振幅つまり
音圧を弱められる。
【0022】各ダイヤフラム室21,22に導かれる吸
気管2の圧力波と排気管5の圧力波は同一の周波数であ
るものの、吸気弁3と排気弁6の開閉タイミングのずれ
によって、概ね逆位相となる。
【0023】本発明は、暖機後の運転状態で吸排気音が
車室内に伝播してこもり音を発生する可能性のある70
〜120Hzの低周波数域で、とくに吸排気音の共鳴が
さらにこもり音を増大させるのを防止するもので、吸気
音と排気音の共鳴周波数を略一致させることにより、相
互の共鳴エネルギを利用して互いに打消し合わせる。こ
れにより、70〜120Hzの低周波数域で吸排気音の
音圧レベルを下げ、吸排気音に起因する車室内のこもり
音を大幅に低減するとともに、車外への騒音を有効に低
減できる。
【0024】図2はダイヤフラムアクチュエータ7を持
たない場合に吸排気音を測定した結果であり、吸排気音
はそれぞれ90Hzの周波数で共鳴により音圧レベルの
ピークを迎える。図3はダイヤフラムアクチュエータ7
を持つ場合に吸排気音を測定した結果であり、全ての周
波数域で音圧レベルを相対的に下げるとともに、特に9
0Hzで生じていた音圧レベルのピークを解消すること
ができる。
【0025】この場合、ダイヤフラムアクチュエータ7
は従来装置のスピーカに比べて小型であるため、車両へ
の取付けが容易となり、またコスト的にも有利となる。
【0026】次に、図4に示す他の実施例について説明
する。
【0027】図5,図6にも示すように、エアクリーナ
14のエレメント31より下流側に画成される拡張室3
2の容積を可変とする手段として、拡張室32を画成す
るエアクリーナハウジング33に可動ハウジング34が
回動可能に連結されるとともに、可動ハウジング34の
内部に仕切り板35が回動可能に連結される。
【0028】可動ハウジング34は扇形の上下壁34
A,34Bと、この上下壁34A,34Bの外周端を結
び円弧断面をもって湾曲する外周壁34Cと、端壁34
Dと、上下壁34A,34Bの回動基端側に形成される
上下ボス部34Eとを有する。仕切り板35はその回動
基端側の上下に突出形成される軸部35Aと、その回動
先端側に可動ハウジング34の外周壁34Cに微小隙間
をもって対峙する外周面35Bとを有している。軸部3
5Aは可動ハウジング34の上下ボス部34Eに嵌合す
るとともに、エアクリーナハウジング33に回転自在に
支持されている。
【0029】可動ハウジング34を駆動するため、外周
壁34Cにラック37が形成され、このラック37にか
み合うピニオン38がステップモータ39の回転軸に連
結される。ステップモータ39のステップ数に応じてピ
ニオン38が回転することにより、ピニオン38のラッ
ク37に対するかみ合い位置が変わって、可動ハウジン
グ34が図5に白抜き矢印で示すように回動して拡張室
32の容積を変えられるようになっている。
【0030】仕切り板35を駆動するため、軸部34A
は図示しないリンク機構およびスロットルワイヤ等を介
して回動ハウジング34に対して回動するようになって
おり、スロットルバルブ4の開閉動作に連動して拡張室
32の容積が変わる。
【0031】一方、排気管5の途中に介装されて排気ガ
ス温度tを検出するセンサ41と、スロットルバルブ4
の開度Kを検出するセンサ42と、機関の回転数Neを
検出するクランク角センサ43が設けられ、これらの検
出信号は制御手段としてマイクロコンピュータからなる
コントロールユニット40に入力される。これらの検出
値t,K,Neはダイヤフラムアクチュエータ7の各ダ
イヤフラム室21,22に導かれる圧力波に関連する運
転条件を代表する値であるが、排気ガス温度tの代わり
に吸気温度を検出するようにしても良い。
【0032】コントロールユニット40はこれらの検出
値t,K,Neに応じて各ダイヤフラム室21,22に
導かれる吸気系と排気系の圧力波の共鳴周波数をCPU
で演算する。この共鳴周波数は、基本的に機関回転数N
eと拡張室32の容積に応じて定まり、さらに、スロッ
トルバルブ開度Kと排気温tの影響を受ける。
【0033】この演算により求められた共鳴周波数に応
じて各ダイヤフラム室20,21に導かれる圧力波の共
鳴周波数が略一致するように拡張室32の容積をCPU
で決定する。これらの特性は実験により求めておき、予
めメモリ(例えばROM)に記憶させておく。
【0034】コントロールユニット40は、CPUで決
定された拡張室32の容積に対応するステップモータ3
9のステップ数に変換し、このステップ数を含んだパル
ス信号をインターフェイスでつくりこれを出力する。こ
のパルス信号を受てステップモータ39は可動ハウジン
グ34を回動させて、拡張室32の容積を仕切り板35
と連動して変えて、ダイヤフラムアクチュエータ7を介
して広い周波数域で共鳴エネルギを利用して吸排気音を
相殺する。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、内燃機関
の吸排気音低減装置において、圧力に応動するダイヤフ
ラムにより画成される二つのダイヤフラム室と、一方の
ダイヤフラム室に吸気管に生じる圧力波を導く吸気導波
管と、他方のダイヤフラム室に排気管に生じる圧力波を
導く排気導波管とを設け、各ダイヤフラム室に導かれる
圧力波の共鳴周波数を70〜120Hzの周波数範囲で
略一致させるように設定したため、車両に搭載すること
が容易となり、車室内に吸排気音に起因するこもり音を
大幅に低減することができ、車外騒音も低減できる。
【0036】また、吸気管に連通させた拡張室の容積を
可変とする手段と、運転条件を検出する手段と、この検
出値から各ダイヤフラム室に導かれる圧力波の共鳴周波
数が略一致するように拡張室の容積を調節する制御手段
とを設けたため、広い周波数域で共鳴エネルギを利用し
て吸排気音を相殺することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す構成図である。
【図2】同じく作用を示す線図である。
【図3】同じく作用を示す線図である。
【図4】他の実施例を示す構成図である。
【図5】同じく要部断面図である。
【図6】同じく分解斜視図である。
【符号の説明】
1 機関 2 吸気管 4 スロットルバルブ 5 排気管 7 ダイヤフラムアクチュエータ 14 エアクリーナ 20 ダイヤフラム 21 ダイヤフラム室 22 ダイヤフラム室 23 吸気導波管 24 排気導波管 32 拡張室 33 エアクリーナハウジング 34 回動ハウジング 35 仕切り板 39 ステップモータ 40 コントロールユニット 41 排気温センサ 42 スロットルバルブ開度センサ 43 クランク角センサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力に応動するダイヤフラムにより画成
    される二つのダイヤフラム室と、一方のダイヤフラム室
    に吸気管に生じる圧力波を導く吸気導波管と、他方のダ
    イヤフラム室に排気管に生じる圧力波を導く排気導波管
    とを設け、各ダイヤフラム室に導かれる圧力波の共鳴周
    波数を70〜120Hzの周波数範囲で略一致させるよ
    うに設定したことを特徴とする内燃機関の吸排気音低減
    装置。
  2. 【請求項2】 圧力に応動するダイヤフラムにより画成
    される二つのダイヤフラム室と、一方のダイヤフラム室
    に吸気管に生じる圧力波を導く吸気導波管と、他方のダ
    イヤフラム室に排気管に生じる圧力波を導く排気導波管
    と、吸気管に連通させた拡張室と、拡張室の容積を可変
    とする拡張室容積可変手段と、運転条件を検出する手段
    と、この検出値から各ダイヤフラム室に導かれる圧力波
    の共鳴周波数が略一致するように拡張室容積可変手段を
    制御する制御手段とを設けたことを特徴とする内燃機関
    の吸排気音低減装置。
JP3269692A 1991-10-17 1991-10-17 内燃機関の吸排気音低減装置 Pending JPH05106420A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999014484A1 (en) * 1997-09-17 1999-03-25 Siemens Canada Limited Intake-exhaust manifold bridge noise attenuation system and method
US7610993B2 (en) * 2005-08-26 2009-11-03 John Timothy Sullivan Flow-through mufflers with optional thermo-electric, sound cancellation, and tuning capabilities
US7650965B2 (en) * 2006-06-09 2010-01-26 Emcon Technologies Llc Exhaust system

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