JPH0672158A

JPH0672158A - 内燃機関

Info

Publication number: JPH0672158A
Application number: JP3190316A
Authority: JP
Inventors: Rainer Cicocki; ライネル・チチヨキ; Franz Brandl; フランツ・ブランドル; Othmar Skatsche; オ−トマ−ル・スカチエ; Helmut Melde-Tuczai; ヘルム−ト・メルデ−ツウクアイ; Klaus-Christoph Dr Harms; クラウス−クリストッフ・ハルムス
Original assignee: AVL List GmbH; AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1994-03-15
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: EP0470064A3; EP0470064B1; DE59103765D1; JP2587153B2; EP0470064A2; ATE115067T1

Abstract

(57)【要約】【構成】音を導く内燃機関の内部構造体は、それぞれ
一つの能動的消音装置５を有する少なくとも３個の保持
部２を介して、音を減衰する外部構造体３に連結されて
いる。能動的な消音装置５はそれぞれ、固体伝送音振動
を検出するためのセンサ要素６と、反対相の固体伝送音
振動を発生させるためのアクター要素７を備えている。
この場合、アクター要素７をセンサ要素６に接続する特
に電子的な調整および制御装置が設けられている。【効果】本内燃機関の場合には、空気音の放射と固体
伝送音の放出が最少となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音を導く内部構造体が
実質的に、シリンダブロック、シリンダヘッドおよびク
ランク軸の軸受からなり、かつ能動的に消音する装置を
備えた保持部を介して支持されている内燃機関に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】能動的に消音するための装置はずっと以
前から知られている。このような装置は、特に管および
導管、例えば空調ダクト、燃焼装置および排気系の空気
音の消音に、成果がある。その際、簡単な場合には、一
次音を消音するために、拡音器によって位相が１８０°
ずれた同じ大きさの“反対の音”が重ね合わされた。こ
の反対の音は一次音に反作用し、破壊性の干渉によって
一次音を相殺する。その場合、マイクロフォンによって
あるいは一次音源から直接、信号が得られる。この信号
から、調節または制御ユニットが、拡音器を制御するた
めの信号を発生する。

【０００３】この簡単な消音は、一次元的で、あたかも
無限に拡張した、従って反射しない系内でのみ達成され
る。実際の系の場合には、経験的に導き出される適当な
手段によって、一方では全体の標準的な場所範囲で消音
が保証され、他方では固有振動への系の自励が発生しな
い。反射する構造物と画成部を備えた多次元の系には、
このような手段は往々にして不可能であるかまたはセン
サとアクターに莫大なコストがかかり、複雑な信号処理
や制御技術を必要をする。

【０００４】上記の状況は、内燃機関における能動的な
消音の利用を妨げていた。

【０００５】実際のエンジン運転では特に二つの難点が
ある。この難点は、放射される空気音と、エンジン振動
およびエンジン振動による車両励振、すなわち低い周波
数と高い周波数の振動に基づくものである。低い周波数
の振動は例えば直列４気筒エンジンの場合には二次慣性
力に起因し、２０〜２００Ｈｚである。この振動は二次
慣性相殺によって相殺することができる。しかし、多大
のコストを必要とする。この慣性相殺を行わない内燃機
関の場合には、車両では不快な励起振動が、コストのか
かるエンジン懸架または内部構造体の保持によって低減
可能である。

【０００６】内燃機関に関連して能動的に消音する装置
を備えたこのような保持装置は例えば、本発明の根底を
なすドイツ連邦共和国特許出願公開第３４１９４３７号
公報によって知られている。液圧で緩衝されるエンジン
軸受と呼ばれる装置は、絞り個所を備えた中間板によっ
て分離され、圧液を充填した二つの室を備えている。こ
の場合、エンジン側の室は予備設定可能な運転温度に依
存して制御可能な能動的な加振装置（アクター）を備え
ている。空気圧、液圧または電気力学的に作動し得るこ
の加振動装置によって、保持部内の振動と反対相の適切
な振動を発生させることができる。それによって、固体
伝播音のそれ以上の伝播が阻止される。しかし、この装
置は放射された空気音を消音できないという欠点があ
る。

【０００７】更に、米国特許第４６００８６３号明細書
から、類似の装置が知られている。この装置の場合、保
持はセンサ要素とアクター要素を介して行われ、この要
素は制御回路に接続されている。この保持部は更に、保
持部の長手軸線に対して平行な力だけを伝達することが
できる要素を備えている。前記の装置は機械的および磁
気ひずみ的アクターを使用する。しかし、この装置も、
空気音が拡散するので、空気音について消音をしない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、音を
導く内部構造体がエンジン軸受または車両から振動的に
充分に分離されるように、冒頭に述べた種類の内燃機関
を次のように改良することである。この場合、放射され
た空気音も消音すべきである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題は、内燃機関が
消音作用のある特に閉じた外部構造体を備え、この外部
構造体が能動的に消音する装置をそれぞれ一つ有する少
なくとも３個の保持部を介して、内部構造体に連結さ
れ、各装置が固体伝播音振動を検出するための少なくと
も一つのセンサ要素と、反対相の固体伝播音振動を発生
させるための少なくとも一つのアクター要素とを備え、
特に電子的な調整および制御装置が設けられ、この調整
および制御装置を介して、アクター要素がセンサ要素に
接続されていることによって解決される。能動的に消音
するこのような内燃機関の基本思想は、力を伝達する内
部構造体が少ない連結要素によって外部構造体に連結さ
れ、それによって少ない所定の固体伝播音だけに対応す
ればよく、この固体伝播音の伝達が音波導体として作用
する保持機構を介して適当な装置によって阻止されるこ
とにある。消音すべき音は誘導され、それによって能動
的な消音の原理が個々の一次元音伝達経路に適用可能で
ある。空気音は消音作用のある外部構造体によって効果
的に消音される。

【００１０】本発明の他の実施形では、各保持部のそれ
ぞれ一つの枢着個所が、内部構造体または外部構造体に
枢着されて、特に玉継手として形成されている。この場
合、本発明に従って、保持部の枢着個所が内部構造体と
外部構造体の機械的強度（インピーダンス）の大きな個
所に設けられている。それによって、保持部から伝達さ
れる固体伝送音の幾つかが最小に消音可能である。

【００１１】すなわち、力を伝達する内部構造体と消音
する外部構造体との連結が次のように行われる。１．保持部の数を少なくし、少なくとも３個とする。そ
のうち２個は特に、回転モーメントを発生するはずみ車
の近くに、対をなして設けられ、他の一つの支持のため
の反対のはずみ車の側に設けられる。２．内部構造体の枢着個所は、保持部によってできるだ
け少ない固体伝送音を伝送するように選択される。特
に、高強度（インピーダンス）の個所が選択される。こ
の個所では、優勢な固体伝送音モードの運動振幅が小さ
い。３．保持部の種類と取付けに優先して、エンジンが正し
い位置に保持され、発生するすべての力とモーメントが
吸収される。所定の力と運動を伝達し、対応する固体伝
送音振動モードにとって音を伝達する連結が前提とな
る。その他の固体伝送音振動モードはできるだけ伝達で
きないようにすべきである。特に、保持部が阻止すべき
モードの運動方向にできるだけ自由に動くことができ、
例えば滑動するようあるいはやわらかく緩衝される。そ
の際、例えばヒンジやばねのような対応する装置は、保
持部自体でおよびまたは枢着個所に設けることができ
る。４．能動的な消音のための装置は一つまたは複数のアク
ターまたはアクター系を備えている。このアクターまた
はアクター系は、保持部の邪魔な固体伝送音に、対応す
る反対音を重ね合わせ、それによって能動的な消音を行
うのに適している。その際、いろいろな固体伝送音振動
モードが別個のチャンネルとして観察され、妨害作用の
あるもが個別的に消音される。例えば制御エネルギーの
不足により、アクターが停止した場合にも、保持部がエ
ンジンを保持するというその役目を発揮することが重要
である。アクターとしては特に圧電式、電気力学式、機
械式および液圧式のアクターを用いることができるが、
例えば電気ひずみ式、磁気ひずみ式、容量形または空気
圧式のものまたはその組合せが適している。アクターは
保持部の長手方向（“縦方向”の圧力と引張り）と、そ
れに対して横方向（剪断力、“横方向”）、長手軸線回
りの回転方向（ねじれモーメント）およびそれに対して
垂直な軸線回りの回転方向（曲げモーメント）に力と運
動を反作用させることができる。

【００１２】本発明に従って例えば、センサ要素とアク
ター要素がそれぞれ、少なくとも一つの圧電式要素から
なり、この圧電式要素の電極面が調整および制御装置の
少なくとも一つの制御チャンネンルを介して接続されて
いるかあるいは少なくとも２個の圧電式要素が予備締め
付け要素を介してまとめられ、各圧電式要素が電極を有
する少なくとも３個の範囲を備え、２個の圧電式要素の
互いに付設された範囲がそれぞれ、調整および制御装置
の制御チャンネルを介して接続され、かつ対をなしたア
クター要素とセンサ要素を形成する。

【００１３】この代わりの本発明による実施形では、ア
クター要素とセンサ要素からなる複数のユニットが、保
持部の長手軸線に対して直角の平面内に設けられ、各セ
ンサ要素と各アクター要素がそれぞれ圧電式要素からな
り、各ユニットが調整および制御装置の固有の制御チャ
ンネルを使用している。この保持部によって、モーメン
トも伝達することができる。この場合、振動の強さは保
持部の長手軸線に対して垂直に反作用する。

【００１４】消音装置を振動系にインピーダンス適合さ
せるための装置が場合によって必要であることを特に考
慮すべきである。例えば、圧電式アクターにより、変位
が小さく強さが大きな音だけしか発生しない。しかし、
適当な変圧（変換）器により、もたらされた出力を音の
強さと音の速さとの必要な比で出すことができる。

【００１５】本発明に従い、センサ要素とアクター要素
はそれぞれ円板状の圧電式要素からなり、この圧電式要
素が中央の電極板によって分離されて二つの膜の間にあ
り、消音装置の互いに連結可能なケーシング部分が両膜
に隣接し、少なくとも一つのケーシング部分が隣接する
膜によって閉鎖された、圧液を収容するための圧力室を
備え、圧力室がピストン室に接続され、ばね要素によっ
て付勢されたピストンが枢着個所に通じる支持部材に連
結されている。

【００１６】本発明に従って更に、少なくとも一つの圧
力室が液圧接続部を備え、内燃機関で測定可能で、二次
慣性力によって引き起こされて振動へ移相する圧力波が
圧力室に導入可能である。

【００１７】

【実施例】次に、図に基づいて本発明を詳しく説明す
る。

【００１８】図１に示すように、実質的にシリンダブロ
ック、シリンダヘッドおよびクランク軸軸受からなる、
内燃機関の音を導く内部構造体１は、少なくとも３か所
（図示されているのは２か所）において、保持部材２に
よって、消音（音減衰）する外部構造体３に連結されて
いる。保持部材２は枢着個所４で内部構造体１と消音す
る外部構造体３に固定される。両枢着点４の間には、能
動的（積極的）に消音する（音を小さくする）装置５が
設けられている。枢着個所４は機械的強度（インピーダ
ンス）の大きな個所に設けられているので、小さな運動
振幅だけが発生する。

【００１９】図２は、対をなしたセンサ６とアクター
（Aktor ）７に所属する電子調節および制御装置８（図
１）の簡単な実施例を例示している。圧電式センサ６か
ら来る荷電信号７は荷電増幅器段９、受動式低域フィル
タ１０および出力増幅器（ブースタ）１１で増幅され、
変圧器１２を経て電気的なインピーダンス適合のために
圧電式アクター７に達する。オームのフィードバック１
３は直流−動作点を安定化し、低い周波数での有効周波
数範囲を制限する。アクター７とセンサ６が実質的に同
じ場所にあるので、理想的な場合にはエンジンから来る
力Ｆ_Nはアクターによって発生する力Ｆ_Aによって相殺
される。操作されない力Ｆ_Eはセンサ６によって捕らえ
られ、処理される。

【００２０】図３は、図２の電子制御装置の理想化した
周波数経過を示している。センサにおける登録した音の
力Ｆ_Eに対する、アクターにおける発生した音の力Ｆ_A
の量的な比が、周波数Ｆに対してダブル対数の基準で記
入してある。この特性曲線は制御装置の特性も示してい
る。所望の周波数範囲でのみ有効である比例制御装置で
ある。この場合、周波数範囲はこの簡単な場合には一次
フィルタによって制限される。

【００２１】構造部材は、機械的な共振が制御の周波数
帯の範囲において励起され得ないように、すなわち固定
部および保持部が励起可能な固体伝送音振動モードに関
して強固で軽量に形成されるように構成されている。

【００２２】図４は保持部２を示している。この場合、
枢着個所４が例えば内部構造体１に強固に形成され、他
の枢着個所が外部構造体３に枢着形成、例えばボールジ
ョイント１４として形成されている。従って、縦方向の
力と両曲げモーメントを伝達可能である。対をなして並
べて設けた圧電式アクター７と６が能動的な要素として
の働きをする。このアクターとセンサはそれぞれ調整お
よび制御装置８の制御チャンネルを介して接続されてい
る。圧電式要素１５はバイアス要素（付勢要素）１７を
介してまとめられている。

【００２３】図５に示した図４の変形例の場合には、各
圧電要素１５が電極１８を備えた４つの範囲を有する。
この場合、重なっている二つの要素１５の互いに付設さ
れた範囲はそれぞれ対をなしたアクター要素とセンサ要
素を形成し、調整および制御装置８の通路１６を介して
供することができる。

【００２４】図６の場合には、アクター要素とセンサ要
素（例えば１個のセンサ要素と複数のアクター要素）か
らなる複数のユニットが保持部の長手軸線２０に直角な
平面２１内に設けられている。この場合、センサ要素６
とアクター要素７は分離された（図６で上下に配置され
た）圧電要素１５′からなっている。

【００２５】アクターを選択する場合、機械的なインピ
ーダンスの充分な適合に留意しなければならない。それ
によって、必要な距離や力を効果的に発生させることが
できる。図４と図７では、曲げモーメントのために、枢
着個所の大きな距離に加えて、圧電要素の小さな調整距
離が変換される。変換は保持部２の有効長さＬと曲げ要
素を生じる２個のアクターの間隔との長さの比によって
与えられる。図７の実施例の場合特に、保持部２の曲げ
モーメントに関する剪断力Ｆ_X＝（Ｘ／Ｌ）・（Ｆ₁−
Ｆ₂）と引張りおよび圧縮力Ｆ_Z＝（Ｆ₁＋Ｆ₂）の発
生が明瞭に示してある。この場合、アクターとセンサの
要素は内部構造体１に直接支持されている。

【００２６】長手方向力のために、この構造では前記の
ような変換は発生しない。インピーダンスの適合の可能
性は、複数のアクター要素７を積層することによって必
要な距離を生じることにある。他の可能性は機械的な伝
動装置または液圧系を使用することである。

【００２７】図８の変形実施例では、能動的な要素とし
て、圧電要素と液圧ピストン系との組合せが示してあ
る。センサ要素６とアクター要素７はここではそれぞ
れ、大きな面積の圧電要素１５からなっている。両要素
は電極板２２によって分離されて２枚の膜２３の間に挟
まれている。両膜２３には、装置５の互いに連結可能な
ケーシング部分２４が接続されている。装置は隣接する
膜によって閉鎖された、圧液を収容するためた圧力室２
５を備えている。各圧力室２５はピストン室２６に接続
されている。ばね要素２７によって付勢されたピストン
室のピストン２８は枢着個所へ案内された支持材２９に
連結されている。圧電要素１５の調整距離は、圧電要素
の面積に対するピストンの面積の比を介して大きく変換
し、充分なピストンストロークを得ることができる。更
に、装置を非対称に形成すること、および一方の圧力室
２５と一つのピストン系を設けることができる。

【００２８】圧力室２５は液圧式接続部３０を備えるこ
とができる。この接続部を経て、圧力波を圧力室２５に
導入可能である。圧力波は例えば内燃機関の二次慣性力
によって生じる振動に移相することができる。ここで、
能動的な要素はエネルギー的に非常に効率的に実施可能
な制御される能動的な要素である。従って、調節される
圧電式要素による残りの消音のために、少ないエネルギ
ーしか必要としない。

【００２９】図９は同じ原理の他の実施例を示してい
る。この場合、両ピストン２８が圧電式要素１５に対し
て平行に配置され、スペースを節約する構造となってい
る。

【００３０】原理的には、圧電式要素の代わりに、例え
ば適当な強磁性材料からなる磁気ひずみ要素が使用可能
である。図示構造と電子制御装置の原理は所定のセンサ
とアクターを前提としていないがしかし勿論、構造や電
子装置を、使用されるセンサやアクターに合わせなけれ
ばならない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関
は、音を導く内部構造体をエンジン軸受または車両から
振動的に充分に分離し、空気音の放射と固体伝送音の放
出を最少とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】能動的な消音装置を備えた本発明による内燃機
関を示す図である。

【図２】能動的な消音装置のための電子制御装置の一例
を示す図である。

【図３】図２の電子制御装置の理想化された周波数過程
を示す図である。

【図４】能動的な消音装置の変形例を示す図である。

【図５】能動的な消音装置の変形例を示す図である。

【図６】能動的な消音装置の変形例を示す図である。

【図７】能動的な消音装置の変形例を示す図である。

【図８】能動的な消音装置の変形例を示す図である。

【図９】能動的な消音装置の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１内部構造体２保持部３外部構造体５能動的な消音装置６センサ要素７アクター要素８調節および制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フランツ・ブランドルオーストリア国、クムベルク、ビルケンウエーク（番地なし) (72)発明者オ−トマ−ル・スカチエオーストリア国、グラーツ、ケルブレルガッセ、26 (72)発明者ヘルム−ト・メルデ−ツウクアイオーストリア国、グラーツ、ライフエンタールガッセ、22 (72)発明者クラウス−クリストッフ・ハルムスオーストリア国、グラーツ、アテムスガッセ、11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音を導く内部構造体が実質的に、シリン
ダブロック、シリンダヘッドおよびクランク軸の軸受を
備え、かつ能動的に消音する装置を備えた保持部を介し
て支持されている内燃機関において、内燃機関が消音作
用のある特に閉じた外部構造体（３）を備え、この外部
構造体が能動的に消音する装置（５）をそれぞれ一つ有
する少なくとも３個の保持部（２）を介して、内部構造
体（１）に連結され、各装置（５）が固体伝播音振動を
検出するための少なくとも一つのセンサ要素（６）と、
反対相の固体伝播音振動を発生させるための少なくとも
一つのアクター要素（７）とを備え、特に電子的な調整
および制御装置（８）が設けられ、この調整および制御
装置を介して、アクター要素（７）がセンサ要素（６）
に接続されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】各保持部（２）のそれぞれ一つの枢着個
所（４）が、内部構造体（１）または外部構造体（３）
に枢着されて、特に玉継手（１４）として形成されてい
ることを特徴とする請求項１の内燃機関。
【請求項３】保持部（２）の枢着個所（４）が内部構
造体（１）と外部構造体（３）の機械的強度（インピー
ダンス）の大きな個所に設けられていることを特徴とす
る請求項２の内燃機関。
【請求項４】センサ要素（６）とアクター要素（７）
がそれぞれ、少なくとも一つの圧電式要素（１５，１
５′）からなり、この圧電式要素の電極面が調整および
制御装置の少なくとも一つの制御チャンネンルを介して
接続されていることを特徴とする請求項１から３までの
いずれか一つの内燃機関。
【請求項５】少なくとも２個の圧電式要素（１７）が
締め付け要素（１５）を介してまとめられ、各圧電式要
素（１５）が電極を有する少なくとも３個の範囲を備
え、２個の圧電式要素（１５）の互いに付設された範囲
がそれぞれ、調整および制御装置（８）の制御チャンネ
ル（１６）を介して接続され、かつ対をなしたアクター
要素（７）とセンサ要素（６）を形成することを特徴と
する請求項４の内燃機関。
【請求項６】アクター要素とセンサ要素からなる複数
のユニット（１９）が、保持部の長手軸線（２０）に対
して直角の平面（２１）内に設けられ、各センサ要素
（６）と各アクター要素（７）がそれぞれ圧電式要素
（１５′）からなり、各ユニット（１９）が調整および
制御装置（８）の固有の制御チャンネル（１６）を使用
していることを特徴とする請求項４の内燃機関。
【請求項７】センサ要素（６）とアクター要素（７）
がそれぞれ円板状の圧電式要素（１５）からなり、この
圧電式要素（１５）が中央の電極板（２２）によって分
離されて二つの膜（２３）の間にあり、消音装置（５）
の互いに連結可能なケーシング部分（２４）が両膜（２
３）に隣接し、少なくとも一つのケーシング部分（２
４）が隣接する膜（２２）によって閉鎖された、圧液を
収容するための圧力室（２５）を備え、圧力室（２５）
がピストン室（２６）に接続され、ばね要素（２７）に
よって付勢されたピストン（２８）が枢着個所に通じる
支持部材（２９）に連結されていることを特徴とする請
求項４の内燃機関。
【請求項８】少なくとも一つの圧力室（２５）が液圧
接続部（３０）を備え、内燃機関で測定可能で、二次慣
性力によって引き起こされて振動へ移相する圧力波が圧
力室（２５）に導入可能であることを特徴とする請求項
７の内燃機関。