JPH06101444A

JPH06101444A - 能動型消音器

Info

Publication number: JPH06101444A
Application number: JP4277896A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hase; 周一長谷
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】能動型消音器のハウジングと排気管とを適切
に接合し、良好な消音性能を確保すると共に、容易に製
造、組付けを行ない得るようにする。【構成】音波出力装置（５）から音波出力方向に所定
距離隔てて開口部（４０ｃ）を有する筒体のハウジング
（４０）を備え、その側壁（４０ｄ）に取付開口（４０
ｅ）を形成する。排気管（３）の出口端部（３ａ）を屈
曲形成すると共に、屈曲部にフランジ（３０）を設け
る。そして、排気管の出口端部を、ハウジングの取付開
口を介してハウジング内に挿入し、フランジをハウジン
グに固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に装着される能
動型消音器に関し、特に排気管からの排気音に対し逆位
相の音波を出力する音波出力装置を備え、音波の干渉作
用によって消音を行なう能動型消音器に係る。

【０００２】

【従来の技術】近時、内燃機関の排気音に対して音波を
干渉させて能動的に消音する能動型消音器が注目されて
いる。例えば実開昭６３−１１８３２１号公報に記載の
ように、騒音源の内燃機関に対し騒音流出管たる排気管
にスピーカを設け、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と逆位相の粗密圧
力波即ち音波をスピーカから出力させ、両音波の打ち消
し作用によって消音を行うものが知られている。また、
特表平２−５０３２１９号公報には、能動的音響低減シ
ステムにおける排気マフラ装置の構成が開示されてい
る。即ち、スピーカが排気管の軸心に対して対称に設け
られ、排気管を囲繞する環状室がアンチノイズ室として
形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記何れの公報に記載
の装置においても、排気管が一体的に収容された形態と
されており、製造上の課題については十分な配慮がなさ
れていない。図９及び図１０は上記公報に記載の装置と
同様、排気管ＥＸに対するスピーカＳＰ及びハウジング
Ｈ１，Ｈ２の一般的な配置例を示すものであるが、例え
ば図９に示す装置においては、排気管ＥＸの出口端部を
支持するためステーＳＴを設ける必要があり、能動型消
音器の製造時に排気管ＥＸの出口端部を一体的に形成す
る必要性も生じ得る。

【０００４】図９においては、排気管ＥＸの出口部を囲
繞するようにハウジングＨ１が設けられ、排気管ＥＸの
軸に対し直交する方向に音波を出力するようにスピーカ
ＳＰが配置されている。そして、ハウジングＨ１内に
は、スピーカＳＰの後方にエンクロージャＥ１が郭成さ
れ、スピーカＳＰの前方及び排気管ＥＸの出口部を含む
ミキサＭ１が郭成されている。また、図１０において
は、排気管ＥＸの軸に対し平行方向に音波を出力するよ
うにスピーカＳＰが配置されている。排気管ＥＸに設け
られるハウジングＨ２内には、スピーカＳＰの後方にエ
ンクロージャＥ２が郭成され、スピーカＳＰの前方及び
排気管ＥＸの出口部を含むミキサＭ２が郭成されてい
る。ミキサＭ２の開口部は排気管ＥＸより若干大径とさ
れているが、ハウジングＨ２の本体部より小径で、本体
部から開口部にかけて絞り形状とされており、スピーカ
ＳＰの前方に壁面が立設されている。

【０００５】一般的に、スピーカの特性は、その指向方
向即ち音波の出力方向においては広い周波数帯に亘り出
力変動が小さいが、指向方向に対し垂直あるいは斜め方
向においては周波数が高くなる程出力特性が低下する。
このため、図９に示すようにスピーカＳＰの指向方向に
対し垂直あるいは斜め方向にマイクＭＣが配置される場
合には、マイクＭＣに直接伝達される音波は低周波に片
寄ることになり、広い周波数帯に適用し得ない。また、
図９及び図１０の何れにおいても、スピーカＳＰの指向
方向の音波の主成分はハウジングＨ１，Ｈ２の壁面で反
射した後マイクＭＣに入力するが、この反射音は直接音
に対し時間遅れと位相ずれを伴い、しかもこれらの値は
一定していない。加えて、スピーカＳＰからマイクＭＣ
までの伝達経路が長いためハウジングＨ１，Ｈ２内の温
度変化等によって音響伝達特性が変動し易い。このよう
なことから、マイクＭＣの位置での消音制御が極めて困
難であり、所期の消音性能が得られないということにな
る。従って、スピーカＳＰ、ハウジングＨ１，Ｈ２及び
排気管ＥＸは相互の位置関係に留意し適切に配置する必
要がある。

【０００６】更に、これらの装置においては、排気ガス
によって排気管が高温になったときスピーカＳＰが加熱
されることになるので、この種のスピーカとしては耐熱
性に優れたものを用いる必要があり、コスト高となる。
特に図１０に記載の装置にあっては、エンクロージャ部
Ｅ２も加熱されスピーカＳＰの駆動装置部分が加熱され
ることになるので、所期の出力性能を得ることが困難と
なる。また、マイクＭＣについても、排気管からの熱放
射によりハウジングＨ１，Ｈ２内が加熱されるので、耐
熱性に優れたものを用いる必要があり、コスト高とな
る。

【０００７】そこで、本発明は、音波出力装置を備え、
排気管からの排気音に対しハウジング内で逆位相の音波
を干渉させて消音を行なう能動型消音器において、該能
動型消音器のハウジングと排気管とを適切に接合し、良
好な消音性能を確保すると共に、容易に製造、組付けを
行ない得るようにすることを目的とする。

【０００８】また、本発明の別の目的は、上記に加え、
ハウジング内に位置する排気管に対し効果的に断熱し得
るようにすることにある。

【０００９】

【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、内燃機関の排気管の出口近傍に音波出力
装置を配設すると共に、前記排気管の出口及び少くとも
前記音波出力装置の音波出力側を囲繞するハウジングを
配設し、前記排気管からの排気音に対し、前記音波出力
装置から出力する逆位相の音波を干渉させて消音を行な
う能動型消音器において、前記ハウジングを、前記音波
出力装置から音波出力方向に所定距離隔てて開口部を有
する筒体に形成すると共に該筒体の側壁に取付開口を形
成し、前記排気管の出口端部を屈曲形成すると共に屈曲
部にフランジを設け、前記排気管の出口端部を、前記ハ
ウジングの取付開口を介して前記ハウジング内に挿入
し、前記フランジを前記ハウジングに固定することとし
たものである。

【００１０】特に、前記排気管は、前記ハウジングの開
口部と前記音波出力装置を結ぶ軸上に前記出口端部の先
端部分が位置し前記ハウジングの開口部方向に開口する
ように配置するとよい。

【００１１】前記能動型消音器において、前記ハウジン
グ内に位置する前記排気管の出口端部を二重管とし、該
二重管の管壁間の間隙の一方側を前記ハウジング内に連
通すると共に、他方側を前記ハウジング外に連通するよ
うに形成するとよい。

【００１２】更に、前記二重管を構成する排気管の外側
の管に前記フランジを形成するとよい。

【００１３】

【作用】上記の構成になる能動型消音器においては、ハ
ウジングの取付開口を介して排気管の出口端部がハウジ
ング内に挿入され、所定の位置に配置される。そして、
排気管に設けられたフランジがハウジングに固定され
る。これにより、排気管の出口端部がハウジング内の適
切な位置に配置され、ハウジングと排気管が強固に接合
される。

【００１４】また、ハウジング内に位置する排気管を二
重管としたものにあっては、管壁間の間隙に外気が導入
されるので、ハウジング内においては常温の空気層によ
って排気管からの放射熱が遮断される。これにより、音
波出力装置等の温度上昇が抑えられ所期の性能が維持さ
れる。

【００１５】而して、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となって排気管から
放出される。この排気音のレベルに応じて音波出力装置
が作動し、ハウジング内に逆位相の音波が出力され、こ
れと排気音が相殺される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る能動型消音器の望ましい
実施例を図面を参照して説明する。図１乃至図４は本発
明の一実施例に係り、まず全体構成を示す図２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、排気管３に触媒コンバータ９が介装されてい
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、触媒コンバータ９及び排気管３により排気音
経路が構成されている。そして、排気管３の出口端部３
ａ近傍に、能動型消音器４が装着されている。能動型消
音器４には、音波を出力する音波出力装置５が設けら
れ、また排気管３の出口端部３ａ近傍における残留音を
検出する残留音検出器６が設けられている。更に、内燃
機関１の回転に同期した信号を出力する回転信号検出器
７が配設されており、残留音検出器６と共にアダプティ
ブコントローラ１０に接続されている。このアダプティ
ブコントローラ１０は適応ディジタルフィルタを有し、
回転信号検出器７の出力信号に基づき残留音検出器６の
出力信号に応じた適応アルゴリズムによって適応ディジ
タルフィルタの伝達関数の係数を更新し、残留音検出器
６の出力信号が最小となるように音波出力装置５を駆動
制御するものである。

【００１７】能動型消音器４は、図１及び図４に示すよ
うに有底円筒体形状のハウジング４０に音波出力装置５
が収容されたもので、音波出力装置５の駆動装置５０側
にエンクロージャ４０ａが郭成されると共に、振動板５
１の指向方向（破線矢印で示す）にミキサ４０ｂ（混合
部）が郭成されている。ミキサ４０ｂは、音波出力装置
５から上記指向方向に所定距離隔てて絞り形成された開
口部４０ｃを介して大気と連通している。即ち、開口部
４０ｃはミキサ４０ｂと同軸であるが小径に形成されて
いる。また、ハウジング４０の側壁４０ｄには略楕円形
の取付開口４０ｅが形成されている。ハウジング４０は
排気管３と同様、ステンレス等の耐熱性に優れた金属材
料で形成してもよいが、アルミニウム、合成樹脂等で形
成することもできる。また、エンクロージャ４０ａ部分
とミキサ４０ｂ部分を別材料で形成し、両部分を接合す
る構成としてもよい。

【００１８】排気管３は、その出口端部３ａが図１に示
すように略クランク形状に屈曲形成されており、上記ハ
ウジング４０の前方（内燃機関１側）から、ハウジング
４０の側壁４０ｄの取付開口４０ｅを介して斜め方向に
挿入され、ミキサ４０ｂ内で開口部４０ｃ方向に開口
し、出口端部３ａの先端部分が開口部４０ｃと音波出力
装置５とを結ぶ軸上に位置するように配置される。排気
管３の屈曲部にはフランジ３０が接合されており、この
フランジ３０とハウジング４０との間に断熱材料のガス
ケット３１が介装され、両者間が複数のボルト（代表し
て３２で表す）で接合されている。

【００１９】本実施例の音波出力装置５はコーンスピー
カ型で、振動板５１と、これを駆動する駆動装置５０を
具備し、ハウジング４０に支持され、振動板５１がその
軸方向に振動しミキサ４０ｂ内に音波を出力するように
配設されている。駆動装置５０は、電気信号を振動板５
１の機械振動に変換する動電型の装置で、可動コイル
（図示せず）に交流電圧の駆動信号が供給されると振動
板５１が振動し、粗密圧力波即ち音波が出力される。
尚、駆動装置５０としては、上記に限ることなく、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５１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。この外、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５１を油圧駆動するように構成しても
よい。

【００２０】更に、ハウジング４０の開口部４０ｃ近傍
には、振動板５１の略指向方向上に残留音検出器６が設
けられており、この残留音検出器６にて音波出力装置５
の出力音波による排気音に対する干渉作用の残留音が検
出され、これに応じた信号が出力される。尚、残留音検
出器６はマイクロホン、圧力センサ等、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。

【００２１】上記ハウジング４０と排気管３の接合構造
を説明すると、図４に示すように、ハウジング４０の取
付開口４０ｅ回りにガスケット３１が配設され、フラン
ジ３０が接合された排気管３の開口端部３ａが、取付開
口４０ｅを介してハウジング４０内に挿入される。そし
て、図３に示すように配置された後ボルト３２で接合さ
れる。このように、音波出力装置５等を収容したハウジ
ング４０と排気管３の二部品の接合によって能動型消音
器４が構成される。

【００２２】而して、本実施例によれば、ハウジング４
０を必ずしも耐熱性の高いステンレス等の金属材料で形
成する必要はなく、アルミニウムあるいは合成樹脂によ
って形成することができ、軽量且つ安価に構成すること
ができる。また、ハウジング４０と排気管３とのボルト
接合という簡単な方法で組付けることが出来るため製
造、組付けが容易である。しかも、ハウジング４０と排
気管３は別部品となっているので、排気管３の形状を車
種に合わせて変更するだけで、種々の車両に対し同様の
能動型消音器４を構成することができ、車種毎の専用設
計、専用製造を行う必要がなくコストダウンとなる。

【００２３】次に、本実施例の能動型消音器の作動を説
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、触媒
コンバータ９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。そして、内燃機関１の回転に同
期した回転信号がアダプティブコントローラ１０に出力
される。また、開口部４０ｃ近傍における残留音が残留
音検出器６によって検出され、アダプティブコントロー
ラ１０に出力される。

【００２４】アダプティブコントローラ１０において
は、回転信号検出器７の出力信号に基づき残留音検出器
６の出力信号に応じた適応アルゴリズムによって適応デ
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
同定するように、即ち残留音検出器６の出力信号が最小
となるように係数が更新され、これに応じ音波出力装置
５に対し駆動信号が出力される。音波出力装置５の駆動
装置５０に駆動信号が入力されると、これに応じて振動
板５１が駆動されて所定の周波数で振動し、ミキサ４０
ｂ内に排気音と逆位相の音波が出力され、排気管３の出
口端部３ａから放出される排気音と干渉することとな
る。即ち、排気音に対する逆位相の音波の干渉作用によ
って、残留音検出器６を含むハウジング４の開口部４０
ｃ近傍の開口断面内で排気音が相殺される。従って、残
留音検出器６を含む開口部４０ｃ近傍の開口断面部分に
適切な消音領域が形成される。

【００２５】上述のように、アダプティブコントローラ
１０は、回転信号検出器７の出力信号及び残留音検出器
６の検出信号即ち誤差信号を入力し、出力音波と排気音
が相殺される消音領域（残留音検出器６の設置位置）で
の残留音が最小となるように逆位相の音波を音波出力装
置５から出力させるものであるが、その際アダプティブ
コントローラ１０が出力する信号は、実際に消音領域に
達する出力音波を表す信号とは異なり、音波出力装置５
から消音領域までの音響伝達の影響を受ける。このた
め、アダプティブコントローラ１０は音波出力装置５か
ら消音領域までの音響伝達特性を補正する必要がある。

【００２６】この補正方法として二つの方法があり、一
つは音波出力装置５から残留音検出器６までの伝達特性
は一定であるという前提で、補正値として定数値を用い
る方法であり、他の一つはその補正値自体をアクティブ
キャンセルを実行しながら逐次同定更新していく方法で
ある。後者の補正方法は、音波出力装置５から残留音検
出器６までの伝達特性を測定するためのシステムが必要
となり、また計算量も増加し、車両の排気音のような広
い周波数帯で変化の激しい音が対象である場合には、そ
の消音の為の高速計算が要求され、コスト的に非常に高
価なものになる。従って、前者の補正方法を用いるのが
現実的である。

【００２７】然し乍ら、前者の補正方法は「音波出力装
置５から残留音検出器６までの伝達特性は常に一定であ
る」という条件が前提となるので、周波数範囲が広くそ
の変化も激しく、また環境温度変化も激しい排気音に適
用することは容易ではない。本実施例によれば、上述の
ように音波出力装置５の出力音波が、その出力方向と略
同方向上にある残留音検出器６に対し実質的に直接伝達
され、しかも排気管３の出口端部３ａから放出される排
気音と同軸上で干渉するので、音波出力装置５から残留
音検出器６までの音響伝達特性を安定させることが可能
となり、広い周波数帯で出力変動が小さい高特性を維持
し位相の揃った特性を得ることができる。従って、消音
性能が向上し、所期の消音性能を確保することができ
る。

【００２８】図５は本発明の能動型消音器の他の実施例
を示すもので、排気管３に対し略クランク状に屈曲され
た外側管３３が同軸に配置され、二重管構造の排気管が
構成されている。本実施例ではフランジ３０は外側管３
３に接合されており、この外側管３３はスペーサ（図示
せず）等によって排気管３に対し所定の間隙を以て支持
されている。また、外側管３３のハウジング４０の外側
に位置する端部は拡開されてテーパ状に形成されてい
る。尚、その他の構成は前述の実施例と同様であるので
同一部品には同一の符号を付して説明は省略する。

【００２９】而して、本実施例においては、排気管３の
出口端部３ａから高速で放出される排気ガス流によって
ハウジング４０のミキサ部４０ｂ内の空気が引きずら
れ、その結果排気管３と外側管３３の管壁間の間隙を介
してミキサ部４０ｂ内に常温の外気が導入される。排気
管３と外側管３３の間隙内には絶えず新しい外気の空気
層が形成されるので、排気管３からの放射熱はこの空気
層によって遮断され、ハウジング４０のミキサ４０ｂ内
の温度上昇が抑えられる。これにより、音波出力装置５
の良好な作動状態が維持され、耐久性が向上する。

【００３０】また、排気管３の出口端部３ａから噴出す
る排気ガスの周囲に常温の空気層が形成されることにな
るので、排気ガスの熱の拡散が抑えられ残留音検出器６
の加熱が防止されると共に、ハウジング４０内への排気
ガスの回り込みが阻止される。更に、車両が走行中の場
合には、走行風が排気管３と外側管３３の間隙に流入し
この間を通過する空気量が増加するので、断熱効果が増
大する。しかも、本実施例では外側管３３の前方側の端
部が拡開されテーパ状に形成されているので、走行風の
流入が助長される。

【００３１】図６乃至図８は本発明の能動型消音器の更
に他の実施例を示すもので、ハウジング４０内の排気管
３に対し二重管を構成すべく、排気管３と同軸に外側管
３４が配置されている。本実施例においては、外側管３
４の開口端に一体的にフランジ３４ａが形成されている
が、前述の実施例同様、両者を別体で形成し接合するこ
ととしてもよい。ハウジング４０の外側に位置する排気
管３に対しては、ハウジング４０との接合部近傍で、間
隙を以ってカバー３５に囲繞されている。

【００３２】カバー３５は、例えば金属板が図８に示す
形状にプレス成形され、外側管３４のフランジ３４ａと
重合する接合部３５ａが形成されると共に、この接合部
３５ａから延出し、排気管３が前記ハウジング４０と平
行となる部分近傍までを覆うように、蓋体部３５ｂが形
成されて成る。蓋体部３５ｂのハウジング４０との接合
部は、接合部３５ａに連続するフランジ形状に形成され
ており、これらの接合部を介して複数のボルト３２によ
ってカバー３５がハウジング４０に固定されている。ま
た、排気管３にもボルト３６が植設されており、スペー
サ３６ａを介してカバー３５の頂部の取付孔に挿通さ
れ、ナット３６ｂによって固定されている。これによ
り、図６に示すようにカバー３５が排気管３の全周に亘
り間隙を以って支持されることとなる。尚、その他の構
成は前述の実施例と同様であるので同一の部品には同一
の符号を付して説明は省略する。

【００３３】而して、本実施例においても、ハウジング
４０と排気管３とを容易に接合し得る。特に、フランジ
３４ａ部分のみならず、これから離隔した蓋体部分３５
ｂの先端でも固定されるので、両者を強固に接合するこ
とができる。しかも、排気管３とカバー３５との間隙を
介して常温の外気が導入され、更に排気管３と外側管３
４との間隙を介してハウジング４０内に導入されるの
で、ハウジング４０内の温度上昇が抑えられる。特に、
走行風が容易に流入するので、走行時の断熱効果は一層
大となる。尚、上述の実施例においては、取付具として
ボルトナットが用いられているが、溶接、接着等、他の
接合手段を用いることとしてもよい。

【００３４】

【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、本発明の能動型
消音器においては、ハウジング内に排気管の開口端部が
挿入され、ハウジングと排気管がフランジを介して接合
されるように構成されているので、製造、組付が容易で
あり、安価に構成することができる。しかも、例えば音
波出力装置とハウジングの開口部とを結ぶ軸上に排気管
の出口端部が位置するように、排気管とハウジングを確
実に接合することができるので、適切な逆位相の出力音
波が排気音に対して干渉することとなり、また出力音波
が反射音となる割合が低く伝達経路も短く、温度の影響
も受けにくくなる。而して、音波出力装置と残留音検出
器との間の音響伝達特性が安定し、良好な消音性能を確
保することができる。

【００３５】また、ハウジング内に位置する排気管の出
口端部が二重管とされたものにあっては、その管壁間の
間隙に外気が導入され、ハウジング内において排気管か
らの放射熱が遮断されるので、音波出力装置等に対する
熱的影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る能動型消音器の部分断
面図である。

【図２】本発明の能動型消音器の一実施例の全体構成を
示す構成図である。

【図３】本発明の一実施例に係る能動型消音器の斜視図
である。

【図４】本発明の一実施例に係る能動型消音器の分解斜
視図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る能動型消音器の断面
図である。

【図６】本発明の更に他の実施例に係る能動型消音器の
断面図である。

【図７】本発明の更に他の実施例に係る能動型消音器の
斜視図である。

【図８】本発明の更に他の実施例に係る能動型消音器の
分解斜視図である。

【図９】排気管に対するスピーカの一般的な配置例及び
ハウジング形状の一例を示す断面図である。

【図１０】排気管に対するスピーカの一般的な別の配置
例及びハウジング形状の別の例を示す断面図である。

【符号の説明】

３排気管４能動型消音器５音波出力装置６残留音検出器７回転信号検出器１０アダプティブコントローラ３０フランジ３１ガスケット３３，３４外側管３５カバー４０ハウジング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気管の出口近傍に音波出力
装置を配設すると共に、前記排気管の出口及び少くとも
前記音波出力装置の音波出力側を囲繞するハウジングを
配設し、前記排気管からの排気音に対し、前記音波出力
装置から出力する逆位相の音波を干渉させて消音を行な
う能動型消音器において、前記ハウジングを、前記音波
出力装置から音波出力方向に所定距離隔てて開口部を有
する筒体に形成すると共に該筒体の側壁に取付開口を形
成し、前記排気管の出口端部を屈曲形成すると共に屈曲
部にフランジを設け、前記排気管の出口端部を、前記ハ
ウジングの取付開口を介して前記ハウジング内に挿入
し、前記フランジを前記ハウジングに固定したことを特
徴とする能動型消音器。
【請求項２】前記ハウジング内に位置する前記排気管
の出口端部を二重管とし、該二重管の管壁間の間隙の一
方側を前記ハウジング内に連通すると共に、他方側を前
記ハウジング外に連通するように形成したことを特徴と
する請求項１記載の能動型消音器。