JPH0566781A - 騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体通路内に発生した騒音に対して逆位相の
脈動を重畳させるようにした騒音低減装置において、脈
動を発生させるための消費電力を低く抑えつつ騒音を良
好に低減させる。 【構成】 内燃機関の排気通路１内の排気ガスに脈動を
与えるための振動板８が板ばね１０の一端に固定され
る。板ばね１０は板ばね支持用可動部材１２上に取付け
られた一対の支持ローラ１４間に支持される。可動部材
１２内には加振器１６が組込まれている。振動板８およ
び板ばね１０の固有振動数が機関本体の爆発燃焼による
排気騒音の１次周波数に一致するように可動部材１２の
位置が制御される。加振器１６は騒音の１次周波数成分
と等しい周波数でかつ逆位相をなすように振動板８を加
振する。加振された振動板８が共振することにより振幅
が増幅される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は騒音低減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体通路内に発生した騒音の波形を検出
するための発生騒音検出用マイクロホンと、流体通路内
に向けて音波を発生するスピーカと、このスピーカによ
り発生された音波が流体通路内の騒音に対して重畳され
た出力騒音の波形を検出するための出力騒音検出用マイ
クロホンとを具備し、発生騒音検出用マイクロホンによ
り検出された騒音の波形と出力騒音検出用マイクロホン
により検出された出力騒音の波形とに基づいて、流体通
路内に発生した騒音の周波数と同一の周波数でかつ騒音
の位相と逆位相をなしかつ騒音の振幅と等しい振幅を有
する音波をスピーカによって発生させるようにしたフィ
ードバック補償型騒音低減装置が公知である（特開昭６
１−２３４２１６号公報参照）。この騒音低減装置では
流体通路内に発生した騒音と同一の周波数でかつ等しい
振幅でかつ逆位相をなす音波がこの騒音に重畳せしめら
れるので、この音波により騒音がほぼ相殺せしめられ、
斯くして出力騒音が大幅に低減せしめられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの騒音
低減装置では上述のように流体通路内に発生した騒音の
振幅と等しい振幅を有する音波をスピーカによって発生
させなければならない。従って騒音の振幅が大きいとき
にはその振幅と等しい大きな振幅を有する音波をスピー
カによって発生させなければならず、その結果スピーカ
を駆動するための消費電力が非常に大きくなってしまう
という問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば図２の発明の構成図に示されるよう
に、流体通路Ａ内の流体に脈動を与えるための振動板８
と、振動板８の共振周波数を変化させる周波数可変手段
Ｂと、流体通路Ａ内に発生した騒音の周波数と位相を検
出する騒音検出手段Ｃと、騒音検出手段Ｃにより検出さ
れた騒音の周波数と同一の周波数でかつ騒音の位相と逆
位相をなして振動するように振動板８を加振するための
加振手段Ｄと、振動板８の共振周波数が騒音の周波数に
一致するように周波数可変手段Ｂを制御する制御手段Ｅ
とを具備している。

【０００５】

【作用】流体通路内に発生した騒音と同一の周波数でか
つ逆位相をなして振動するように振動板が加振手段によ
り加振されると共に、この振動板の振動の振幅が振動板
がこの周波数で共振することにより増幅される。この共
振により振幅が増幅された振動板の振動によって流体通
路内の流体に脈動が与えられ、この脈動が流体通路内に
発生した騒音に重畳される。

【０００６】

【実施例】図１に本発明を内燃機関の排気通路内に発生
する騒音の低減に適用した場合を示す。図１を参照する
と、１は機関排気通路を示し、図１において排気通路１
の左側は図示しない触媒コンバータを介して機関本体に
接続されており、一方排気通路１の右側は大気に開放さ
れている。排気通路１には騒音低減装置のハウジング３
が気密的に連結される。このハウジング３内には仕切板
４が設けられ、仕切板４に関して排気通路１側に位置す
るハウジング３部分によって排気通路１内に連通する閉
鎖空間６が形成される。排気通路１に対する閉鎖空間６
の開口部内にはこの開口部のほぼ全体を覆う皿状の振動
板８が配置される。図１に示す実施例ではこの皿状の振
動板８の大径部の直径が約１００mmに形成されている。
この振動板８は板ばね１０の一端に固定されており、一
方板ばね１０の他端は仕切板４に固定されている。

【０００７】また、仕切板４内に固定された板ばね１０
の固定端部と振動板８が固定された板ばね１０の自由端
部との中間位置において板ばね１０は、板ばね支持用可
動部材１２上に取り付けられた一対の支持ローラ１４間
に挟み込まれて支持されている。板ばね支持用可動部材
１２内にはピエゾ圧電素子の積層体からなる加振器１６
が組み込まれている。従ってこの加振器１６に印加する
電圧を振動させることにより板ばね１０および振動板８
が加振され、振動板８の振動により排気通路１内の排気
ガスに脈動が与えられる。

【０００８】閉鎖空間６内にはねじ付きシャフト１８が
板ばね１０に対し平行に延びており、板ばね支持用可動
部材１２がこのねじ付きシャフト１８に螺合している。
このねじ付きシャフト１８は仕切板４に関し閉鎖空間６
と反対側のハウジング３内に配置されたステッピングモ
ータ２０に連結されている。従ってステッピングモータ
２０によりねじ付きシャフト１８を回転させると、板ば
ね支持用可動部材１２が板ばね１０の長手方向に沿って
移動せしめられ、その結果一対の支持ローラ１４による
板ばね１０の支持位置が変化せしめられる。

【０００９】板ばね１０および振動板８が加振器１６に
より加振されたとき、仕切板４内に固定された板ばね１
０の固定端部と、一対の支持ローラ１４間に支持された
板ばね１０の支持部とは夫々振動の節を形成する。一
方、板ばね１０の固定端部と支持部間の中央部と、振動
板８が固定された板ばね１０の自由端部とは夫々振動の
腹を形成し、支持部に関し両側の板ばね１０部分は互い
に反対向きに凸の湾曲形状をなして振動する。この場
合、板ばね支持用可動部材１２が移動して板ばね１０の
支持部と自由端部間の長さＬが変化すると、板ばね１０
および振動板８の振動の形状が変化し、その結果板ばね
１０および振動板８の固有振動数ｆｒが変化する。即
ち、板ばね１０の支持部と自由端部間の長さＬが短くな
ると固有振動数ｆｒが高くなる。従ってステッピングモ
ータ２０により板ばね支持用可動部材１２の位置を制御
することにより板ばね１０および振動板８の固有振動数
ｆｒを変化させることができる。ステッピングモータ２
０は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて制御さ
れる。なお、板ばね１０および振動板８は固有振動数ｆ
ｒにおいて共振するので、本明細書では固有振動数ｆｒ
のことを「共振周波数ｆｒ」と称する。

【００１０】電子制御ユニット３０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具
備する。入力ポート３５には機関クランクシャフト（図
示しない）が例えば３０度回転する毎に出力パルスを発
生するクランク角センサ２５と、例えば１番気筒が上死
点にあることを示す出力パルスを発生する上死点検出セ
ンサ２６とが接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角セ
ンサ２５の出力パルスに基づいて機関回転数Ｎ(rpm) が
計算される。またクランク角センサ２５および上死点検
出センサ２６の出力信号から１番気筒の上死点を基準と
した現在のクランク角を計算することができる。更に、
図示しない機関吸気通路内には機関吸入空気量Ｑに比例
した出力電圧を発生するエアフローメータ２７が配置さ
れ、このエアフローメータ２７の出力電圧がＡＤ変換器
３８を介して入力ポート３５に入力される。一方、出力
ポート３６は対応する駆動回路４０，４１を介して夫々
ステッピングモータ２０および加振器１６に接続され
る。

【００１１】次に図１，図３および図４を参照して、排
気通路１内に発生した騒音の低減方法について説明す
る。図１，図３および図４に示す実施例では、機関本体
の爆発燃焼により発生する排気通路の１次周波数成分を
消音するようにしている。この機関本体の爆発燃焼によ
る排気騒音の１次周波数成分は排気通路１内に発生する
騒音の主成分であり、その周波数ｆｎ（Ｈｚ）は機関本
体の全気筒当り１秒間に発生する爆発燃焼の回数に等し
い。即ち排気騒音の１次周波数ｆｎは次式で表わせる。

【００１２】 ｆｎ＝（Ｎ／６０）×（２／ｚ）×ｎ ───（１） ここでｚは機関のサイクル数であり、ｎは機関の気筒数
である。式（１）からわかるように排気騒音の１次周波
数ｆｎは機関回転数Ｎのみの関数である。従って、クラ
ンク角センサ２５の出力信号から求まる機関回転数Ｎに
基づいて排気騒音の１次周波数ｆｎを算出することがで
きる。また、クランク角センサ２５の出力信号と上死点
検出センサ２６の出力信号とから１番気筒の上死点を基
準とした現在のクランク角を計算することができるので
排気騒音の１次周波数成分の位相φｎを算出することが
できる。

【００１３】次いで、板ばね１０および振動板８の共振
周波数ｆｒが上述のように機関回転数Ｎに基づいて算出
された排気騒音の１次周波数ｆｎに等しくなるように板
ばね支持用可動部材１２の位置がステッピングモータ２
０により制御される。一方、加振器１６は、排気騒音の
１次周波数ｆｎと同一の周波数ｆｓ、即ち板ばね１０お
よび振動板８の共振周波数ｆｒと同一の周波数ｆｓで板
ばね１０および振動板８を加振する。従って、加振され
た板ばね１０および振動板８の振動の振幅は共振作用に
より増幅せしめられる。また、加振器１６の振動の位相
φｓは、振動板８の振動により排気通路１内の排気ガス
に与えられた脈動が排気騒音の１次周波数成分に対し逆
位相をなして重畳するように上述の排気騒音の周波数ｆ
ｎ、位相φｎ等に基づいて決定される。更に、加振器１
６の振動の振幅Ｐｓは、振動板８の振動により排気通路
１内の排気ガスに与えられた脈動の振幅が排気騒音の１
次周波数成分の振幅Ｐｎに等しくなるように決定され
る。ここで排気騒音の１次周波数成分の振幅Ｐｎは機関
負荷Ｑ／Ｎ（機関吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）と機関
回転数Ｎとに応じて変化するので、加振器１６の振動の
最適な振幅Ｐｓを予め実験により求めておく。実際には
加振器１６の機械的振動の最適な振幅Ｐｓが得られるよ
うな印加電圧の振幅Ｅｓを予め実験により求めておき、
この実験により求められた値を図３に示すようにマップ
の形で予めＲＯＭ３２内に記憶しておく。なお、このよ
うに加振器１６に印加する電圧を制御する代りに、加振
器１６を構成する圧電素子の積層体に貯えられる電荷量
を検出してこの電荷量を制御するようにすることもでき
る。

【００１４】このように機関運転状態に拘らず常に排気
騒音の１次周波数成分と等しい周波数でかつ逆位相をな
して振動するように振動板８が加振器１６により加振さ
れると共に、この振動板８の振動の振幅が共振作用によ
って増幅される。その結果、この振動板８の振動によっ
て、排気騒音の１次周波数成分と周波数が等しくかつ逆
位相をなしかつ振幅が等しい脈動が排気通路１内の排気
ガスに与えられ、この脈動が排気騒音に重畳される。従
って排気騒音の１次周波数成分がこの重畳された脈動に
よって相殺され、その結果排気騒音が大幅に低減され
る。しかも、このように加振器１６の振動が振動板８お
よび板ばね１０の共振作用により増幅されるので、加振
器１６自体の振動の振幅Ｐｓは小さくて済む。従って、
排気騒音が大きいときにも加振器１６を駆動するための
消費電力を低く抑えつつ騒音を大幅に低減させることが
できる。また、板ばね１０および振動板８の共振作用を
利用することによって騒音低減装置の大きさを小型化す
ることができる。

【００１５】次に、図４を参照して本実施例における騒
音低減のための制御ルーチンについて説明する。この制
御ルーチンは一定クランク角間隔毎の割込みによって実
行される。図４を参照するとまず始めにステップ６０に
おいて、エアフローメータ２７の出力信号から求まる機
関吸入空気量Ｑ、およびクランク角センサ２５の出力信
号から求まる機関回転数Ｎに基づいて機関負荷Ｑ／Ｎが
算出される。次いでステップ６１では機関本体の爆発燃
焼により排気通路１内に発生する排気騒音の１次周波数
成分の周波数ｆｎおよび位相φｎが計算される。

【００１６】次いでステップ６２では板ばね１０および
振動板８の共振周波数ｆｒが排気騒音の１次周波数ｆｎ
に等しくなるようにするための板ばね支持用可動部材１
２の目標位置Ｙが計算される。次いでステップ６３では
加振器１６の加振周波数ｆｓが排気騒音の１次周波数ｆ
ｎと等しい値に設定される。次いでステップ６４では加
振器１６の振動の位相φｓが計算される。次いでステッ
プ６５では加振器１６に印加する電圧の振幅Ｅｓが図３
に示すマップに基づいて計算される。次いでステップ６
６では板ばね支持用可動部材１２の位置を目標位置Ｙに
すべくステッピングモータ２０が駆動される。次いでス
テップ６７では周波数ｆｓ、位相φｓ、および印加電圧
の振幅Ｅｓなる条件で加振器１６が駆動される。

【００１７】図５に別の実施例を示す。図５に示す実施
例では、振動板８の下流側に位置する排気通路１内に耐
熱構造を有するマイクロホン５０が配置されている。こ
のマイクロホン５０は、振動板８の振動によって排気通
路１内の排気ガスに与えられた脈動が排気通路１内の騒
音に対して重畳された出力騒音の周波数、位相および振
幅を検出するためのものである。このマイクロホン５０
の出力電圧はＡＤ変換器５１を介して入力ポート３５に
入力される。

【００１８】図５に示す実施例では、図１，図３および
図４に示す実施例における加振器１６の駆動制御および
板ばね支持用可動部材１２の位置制御に加えて更に、マ
イクロホン５０により検出された出力騒音の周波数、位
相および振幅に基づいて、加振器１６の振動の振幅Ｐｓ
（印加電圧の振幅Ｅｓ）、周波数ｆｓ、位相φｓ、およ
び板ばね支持用可動部材１２の目標位置Ｙの内の少くと
も一つをフィードバック補正するようにしている。

【００１９】図６に更に別の実施例を示す。図６に示す
実施例は、内燃機関の排気通路や吸気通路以外の流体通
路５５内に発生した騒音を低減するのに本発明を適用し
た場合を示している。図６において流体通路５５の左側
が騒音の発生源に連通している。振動板８に対して騒音
の発生側に位置する流体通路５５内にマイクロホン５６
が配置されている。このマイクロホン５６は、流体通路
５５内に発生した騒音の周波数ｆｎ、位相φｎおよび振
幅Ｐｎを検出するためのものである。このマイクロホン
５６の出力電圧はＡＤ変換器５７を介して入力ポート３
５に入力される。

【００２０】図６に示す実施例ではマイクロホン５６の
出力信号から求まる流体通路５５内の騒音の周波数ｆｎ
および位相φｎに基づいて、図１，図３および図４に示
す実施例の場合と同様にして加振器１６の振動の周波数
ｆｓ、位相φｓ、および板ばね支持用可動部材１２の目
標位置Ｙが決定される。また加振器１６の振動の振幅Ｐ
ｓ（印加電圧の振幅Ｅｓ）は、振動板８の振動により流
体通路５５内の流体に与えられる脈動の振幅が流体通路
５５内の騒音の振幅Ｐｎに等しくなるように、マイクロ
ホン５６の出力信号から求まる騒音の振幅Ｐｎに基づい
て決定される。

【００２１】

【発明の効果】流体通路内に発生した騒音の周波数およ
び振幅に拘らず、振動板を加振する加振手段の駆動エネ
ルギを低く抑えつつ騒音を大幅に低減させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の排気通路に適用された騒音低減装置
の全体図である。

【図２】発明の構成図である。

【図３】加振器に印加する電圧の目標振幅のマップを示
す線図である。

【図４】加振器による板ばねおよび振動板の加振の制
御、および板ばね支持用可動部材の位置の制御ルーチン
を示すフローチャートである。

【図５】騒音低減装置の別の実施例を示す全体図であ
る。

【図６】騒音低減装置の更に別の実施例を示す全体図で
ある。

【符号の説明】

１…排気通路 ８…振動板 １０…板ばね １２…板ばね支持用可動部材 １６…加振器 ２０…ステッピングモータ ５０…マイクロホン ５５…流体通路 ５６…マイクロホン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体通路内の流体に脈動を与えるための
   振動板と、該振動板の共振周波数を変化させる周波数可
   変手段と、該流体通路内に発生した騒音の周波数と位相
   を検出する騒音検出手段と、該騒音検出手段により検出
   された騒音の周波数と同一の周波数でかつ該騒音の位相
   と逆位相をなして振動するように該振動板を加振するた
   めの加振手段と、該振動板の共振周波数が該騒音の周波
   数に一致するように該周波数可変手段を制御する制御手
   段とを具備する騒音低減装置。