JPH0658127A - 能動型消音器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 能動型消音器において、音波出力装置と残留
音検出器との間の音響伝達特性を安定したものとし、良
好な消音性能を確保する。 【構成】 内燃機関１の排気管３の出口近傍に配設した
ハウジング４０に音波出力装置５及び残留音検出器６を
設け、排気管３からの排気音に対し、音波出力装置５か
ら出力する逆位相の音波を干渉させ、残留音検出器６の
検出信号に応じて音波出力装置５を駆動することにより
消音を行なう能動型消音器において、排気管３の出口方
向と略同方向上であって、且つ音波出力装置５の音波出
力方向と略同方向上のハウジング４０の所定位置に残留
音検出器６を配設する。そして、音波出力装置６の出力
音波が排気管３を除き実質的に直接残留音検出器６に伝
達する形状にハウジング４０を形成する。

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、スピーカの出力音波は屈曲した管の
壁面あるいはアンチノイズ室の壁面で反射し、種々の特
性の反射音となって排気管の出口近傍のマイクに伝達さ
れることとなる。

【０００４】図５及び図６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の一般的な配置例
を示すものであるが、これらの配置例においてはスピー
カＳＰから出力される音波の一部のみが直接マイクＭＣ
に入力し得るように構成されている。図５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６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Ｅ
Ｘ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５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。

【０００６】また、図５及び図６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Ｈ
１，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。更に、スピーカＳ
Ｐ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。

【０００７】そこで、本発明は、音波出力装置及び残留
音検出器を備え、排気管からの排気音に対し逆位相の音
波を干渉させて消音を行なう能動型消音器において、音
波出力装置と残留音検出器との間の音響伝達特性を安定
したものとし、良好な消音性能を確保することを目的と
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、本発明は、内燃機関の排気管の出口近傍に配設した
ハウジングに音波出力装置及び残留音検出器を設け、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、前記残留音検出器の検
出信号に応じて前記音波出力装置を駆動することにより
消音を行なう能動型消音器において、前記排気管の出口
方向と略同方向上であって、且つ前記音波出力装置の音
波出力方向と略同方向上の上記ハウジングの所定位置に
前記残留音検出器を配設すると共に、前記ハウジング
を、前記音波出力装置の出力音波が前記排気管を除き実
質的に直接前記残留音検出器に伝達する形状に形成した
ものである。

【０００９】

【作用】上記の構成になる能動型消音器において、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
れ排気音となって排気管から放出される。一方、残留音
検出器の検出信号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。この場合において、音波出力装置の出力音波
が、その出力方向と略同方向上にある残留音検出器に実
質的に直接伝達され、しかも残留音検出器が排気管の出
口方向と略同方向上に配設されているので、広い周波数
帯に亘り出力変動が小さく位相が揃った出力音波が排気
音に対して干渉することとなる。

【００１０】

【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及び図２は本発
明の一実施例に係り、まず全体構成を示す図１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３ａ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。

【００１１】能動型消音器４は、図２に拡大して示すよ
うにハウジング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５１が指向する側
に、振動板５１の指向方向（破線矢印で示す）と略同方
向の軸（一点鎖線Ｂで示す）を有するミキサ４０ｂ（混
合部）が郭成されている。そして、ミキサ４０ｂは、そ
の軸に対し所定角度をなす軸（一点鎖線Ｃで示す）を有
する開口端部４０ｃを介して大気と連通している。尚、
これらエンクロージャ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。

【００１２】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、駆動装置５０がハウジング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５１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。

【００１３】また、上記ハウジング４０の開口端部４０
ｃの軸Ｃと同方向、即ち振動板５１の指向方向に対し所
定角度をなす方向から、排気管３がハウジング４０の壁
部を貫通して取り付けられ、出口３ａがミキサ４０ｂ内
に開口している。換言すれば、排気管３の出口３ａを囲
繞するようにミキサ４０ｂが郭成されている。

【００１４】更に、ハウジング４０の開口端部４０ｃ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。而して、残留音検出器６は振動板５１の指向方向
即ち音波の出力方向と略同方向上で、且つ排気管３の出
口方向と略同方向上に位置している。

【００１５】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、開口端部４０ｃ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。

【００１６】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の開口端部４０ｃ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を含む開口端部４０ｃの開口断面部分に適切な消音
領域が形成される。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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、しかも残留音検出器６が排気管３の出口３ａ方向
と略同方向上に位置しているので、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。

【００２０】図３は本発明の能動型消音器の他の実施例
を示すもので、図２の実施例のハウジング４０が屈曲し
た筒体であるのに対し、本実施例ではハウジング４１は
一軸の有底筒体で、音波出力装置５が同軸に収容されて
いる。而して、音波出力装置５の駆動装置５０側にエン
クロージャ４１ａが郭成され、振動板５１の指向方向に
ミキサ４１ｂが郭成されている。開口端部４１ｃはミキ
サ４１ｂと同軸であるが小径に形成されており絞り開口
となっている。残留音検出器６は開口端部４１ｃに設け
られており、従って振動板５１の指向方向上に位置して
いる。一方、排気管３は屈曲部３ｂにて屈曲され、ハウ
ジング４１に対し斜め方向から側壁を貫通し、出口３ａ
が残留音検出器６を指向するように配置されている。

【００２１】図４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４２が排気管３に対し平
行な面と垂直な面を有する。本実施例においては、図２
の実施例に比しエンクロージャ４２ａが異形となり、ミ
キサ４２ｂが拡大しているが開口端部４２ｃ、排気管
３、音波出力装置５及び残留音検出器６の配置関係は図
２の実施例と同じである。このように上記の配置関係が
維持され、音波出力装置５の出力音波が排気管３を除き
残留音検出器６に実質的に直接伝達される限り、ハウジ
ング４２は種々の形状に形成することができる。

【００２２】

【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、音波出力装置の出力音波が、その出
力方向と略同方向上にある残留音検出器に実質的に直接
伝達され、しかも残留音検出器が排気管の出口方向と略
同方向上に配設されているので、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いので、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】本発明の一実施例に係る能動型消音器の拡大断
面図である。

【図３】本発明の能動型消音器の他の実施例の断面図で
ある。

【図４】本発明の能動型消音器の更に他の実施例の断面
図である。

【図５】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６】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】

１ 内燃機関 ２ 排気マニホールド 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 ４０ ハウジング ５０ 駆動装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管の出口近傍に配設した
   ハウジングに音波出力装置及び残留音検出器を設け、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、前記残留音検出器の検
   出信号に応じて前記音波出力装置を駆動することにより
   消音を行なう能動型消音器において、前記排気管の出口
   方向と略同方向上であって、且つ前記音波出力装置の音
   波出力方向と略同方向上の前記ハウジングの所定位置に
   前記残留音検出器を配設すると共に、前記ハウジング
   を、前記音波出力装置の出力音波が前記排気管を除き実
   質的に直接前記残留音検出器に伝達する形状に形成した
   ことを特徴とする能動型消音器。