JPH07507164A - 自動車マフラ用能動型消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車マフラ用能動型消音装置 免艶ｑ立■ 本発明は、自然環境に右いて好ましくない音響エネルギーの能動的消去に関し、 特に、能動型消音用自動車マフラ及びマフラ装置に間する。

免弊叫背１ 内燃機関で用いられる能動型消音用マフラ装置は、典型的に、排気装置及びガス 流の選択されたパラメータを監視し、前記バラメークを用いて、消音用音響波形 を発生させるための手段を含む、この“適音波゛は、典型的に、まず制御装置で 発生する電気的波形として形成される。この制御装置は、消去信号を発生するト ランスジューサ用増幅器に接続されたコンピュータまたはチップドライバである 。消去用波と排気ガスエネルギーは、連続的にかつ減算的に結合されて望ましい 騒音低下をもたらす。

能動型消音用マフラ装置では、消去用波の負のパルスが排気ガスの正のパルスと 一致するように、空間的かつ時間的に消音用音響信号を制御する必要がある。先 行技術は、トランスジューサを含んで適音波を発するさまざまな物理的構造を用 いる種々の制御戦略を教示している。しかし、装置の物理的デザインは、制御信 号の効率と同様に、コスト及び信頼性に関して望まれることが多く残されている 。

制御装置は、有効なトランスジューサ入力信号を発生させるために、上流排気ガ ス基準圧に関する正確な情報を要する。先行技術の多くの前記装置に伴う１つの 問題は、音響的または機械的結合が逆音波発生装置と内燃機関の排気装置との間 に生じることである。消音装置からの機械的または音響的結合で乱される排気ガ ス基準圧力の読取り値は、前記外乱を補償するためにより複雑で時間のかがる計 算を必要とすることにより、制御装置の機能を複雑にする。実際に進行中の基準 ガス圧変動が前記外乱で実質的に隠された場合には、装置の機能が全体的に損な われることがある。

絶えず有効な騒音低減装置は、排気の温度、頻度及び振幅を含む変動状態に対し て消去用波形を絶えず調整する必要がある。理想的には、前記変動状態にもかか わらず、排気ガス音響エネルギーは消去用波形によって常にゼロにされる。

完全な消去を達成することの成功の度合いは、排気管出口で生じる実際の騒音低 減を連続的に測定することに一部依存する。騒音低減の測定は、トランスジュー サに排気ガス騒音を絶えずゼロにさせる制御装置入力を決定する際重要である。

大抵の先行技術の能動制御型消音用車両マフラ装置では、消去用波形と排気騒音 波形は同じ管の中で音響的かつ機械的に結合されるので、直接的には、共通の出 口に１個のセンサを配置するだけで実際の騒音低減を測定することができる。一 方、消音発生器と排気管が物理的に結合されていない場合は、実際の騒音低減を 測定するのに遺した前記先行技術は役に立たない、さらに、排気管を越えた場所 にピックアップマイクロフォンを配置して、実際の低減された騒音排気ガス振幅 を測定するのは、コスト及び信頼性の理由のため実用的でない、非結合装置に用 いられるには、騒音が低減された排気ガス圧力の空間的かつ時間的成分の実際量 が必要とされる。

見団夏Ｊ［ ガス排気管と消音用信号発生管の実質的に完全な音響的かつ機械的な非結合は、 本発明により、ガス排気管から完全に物理的に分離されて独立した消音用信号送 出管を提供することによって達成される。一実施例において、消音用管の出口端 部は排気管の出口と並行して配置される。消音装置は、遠い方の端部がふさがれ 、そこにトランスジューサが取り付けられた管である。この管の出口端部は、好 適には、マフラ排気管の出口と本質的に同平面になっている。この２本の管は接 近した間隔で配置されているが、直接的に機械的結合はされていない、消音用管 はできるだけ短く形成される。

２つの出口を越えてすぐの空間で起こって遠方現場の消音が行なわれる、排気騒 音と消音用音響エネルギーの混合を、精密かつ連続的に、電子的に模倣するため の方法及び装置が用いられる。このアプローチを用いれば、非常に効率の良い消 音用信号を、いくつかの有効なアルゴリズムのうちのどれかを用いて発生させる ことができる。排気管及び消音用管の出口のすぐ内側に、それぞれ圧力センサが 配置される。各並行管の内部に２個の端部センサを配置することにより、各圧力 読取値はそれぞれガス排気圧力及び消音用信号圧力のみを示すということが高く 保証される。いずれの読取値も、他方からの音響エネルギーの交差結合による影 響を受けない、さらに、隣接環境の周囲騒音がたとえあったとしても、読取値に ほとんど影響を与えない。

４１五１１ 図１は、一般的な自動車排気装置の概略図である。

図２は、本発明による自動車排気装置の概略図である。

図３は１本発明の自動車排気装置及び消音制御装置のブロック図である。

図４は、騒音波形及び消音用波形の空間的混合を示す図である。

図５は１本発明の消音工程を示すフローチャートである。

図６は、排気管に関する複数の独立した消音用管の第２の物理的配置である。

八　−１ｔヨ 図１に見られるように、典型的な自動車両の排気装置ｌＯは、マフラ１２と出口 １４を備えた排気管１３との部分からなる。この排気装置は、騒音遮断取付部材 １５を常備した車両シャーシ１１に取り付けられる。

図２に見られるように、消音装置！２０は、消音用管２２に結合された閉鎖端部 室２１と、ガス圧力センサ１６．１７．１８と、信号制御装置３０と、トランス ジューサ及び増幅器２４．４０とからなる。

本発明装置の管２２は出口２３を有する。２つの出口端部１４．２３は、互いに 隣接して、好適には並行関係に配置される。トランスジューサ２４は管２２の閉 鎖端部の内部に取り付けられる。好適には、制御信号を発生させる際に補償しな ければならない歪すなわち高調波成分を出力中に持ち込むのを避けるために、比 較的小さい非直線性特性を有するトランスジューサが用いられるべきである。

さらに、結合された閉鎖端部室２１と消音用管２２の音響デザインは、トランス ジューサの非直線な副産物が出口２３を介して大気側に伝送されるのをできるだ け少なくするように構成されるべきである。

管２２及び室２１は、図１のような遮断取付部材で■両シャーシに接続される。

これらの取付部材は、消音袋ａ！２０が排気装ｆｉｌ。

に対して持つ唯一の機械的または構造的接続部である。説明されるべきその及び 他の手段は、ガス排気装置と消音装置を実質的に音響的には結合させない。

管２２には、トランスジューサ２４で発生する的確な逆音響波形以外の音響エネ ルギーが無いことが不可欠である。管２２のいかなる共振特性も、トランスジュ ーサ２４で発生する小さいが重大な高調波音響エネルギーを増幅することがある ため有害である。管２２の固有共振周波数をできるだけなくすために、管２２に 結合される適当な形状の音響空洞２５を備えることができる。しかし、長さが約 ０．２５メートル以下、すなわち、より一般的には消去されるべき最高周波数の 波長の約半分以下、になるように管２２を構成することにより、管２２の共振は 、排気ガス流共振から消去されるべき周波数より高い周波数で起こるだろう。

次に図３を参照すると、第１のガス圧力センサ１６は排気装置１０の上流すなわ ち排気出口１４の前部の地点に取り付けられる。

その地点は、消去されるべき最高周波数の波長の半分より長い出口からの距離の ところに設けられるべきである。センサ１６は、輸送中の排気ガス波の初期及び 進行中の測定量を提供する。第２の排気ガス圧力センサ１７は排気管１３の出口 １４のちょうど内側に取り付けられる。第３の圧力センサ１８は送出管２２の出 口２３のちょうど内側に取り付けられる。センサ１７及び１８の出力は１本発明 の一態様にしたがって加算器１９で電子的に加算される。温度、ガス流、排気管 及び消音管の直径に起因する音放射差を補償するためにセンサ１７の読取値をフ ィルタに通して重み付けするのが有効であり、それにより遠方現場での消音が改 善される。この重み付けは操作者の管理下にある調整で行なうことができる。す なわち、重み付けは制御袋Ｗ１３０で行なうことができる。

制御袋＠３０はコンビエークまたはカスタムチップで構成することができる。制 御装置３０は、加算器１９の出力またはかけがえとしてセンサ１７及び１８の個 々の出力とセンサ１６とを受け取る。

制御装置！３０は、ガス圧力のいくつかの入力に基づし）たトランスジューサ用 増幅器４０への制御信号を計算するためのデジタルシグナルプロセッサまたは同 等物を含む。

増幅器４０への電気的な入力を生成する際、ガス圧力のほかにも種／Ｚの入力１ 例えばエンジンＲＰＭ、が制御袋ｆ１３０で考慮に入れるために望まれ得る。特 に、温度情報は逆音響波形の適切な形作りのためにｆｆ１ｌ’になり得る。まず 車両エンジンが起動した時、排気ガスは比較的冷たい、しかし、エンジンが暖ま る力）負荷を負うにつれて、排気ガスは急激に熱くなり、圧力センサ１７のとこ ろで数１００乃至１０００度Ｆの温度に達する。もちろん、高温により、前述の センサ１７の読取値のフィルタリング及び重み付け＋ｔ　ｉ；響を受ける。

装置！２０の消音性能は、圧力センサ１７の近傍に温度センサ３６を、また圧力 センサ１８の近傍に温度センサ３７を追加することにより改善される。ＩＣエン ジンＲＰＭまたは排気ガス速度のどちらかの量に関連する温度読取値を、消音用 管及び排気管間の音放射差を考慮するべくセンサ１７の読取値に関する重み付は 係数を計算するために用いることができる。理想的な管径に関して、この係数Ｇ ｉ、重要な周波数帯域の大きさの縮尺条件であり、各エンジン排気及び消音用管 構造に関して実験的に決定することができる。この係数は。

デープルルックアップ値として、すなわち重要な周波数範囲にわたる結果を表わ す実験式として制御アルゴリズムに含まれる。

制御袋Ｗ１３０には、加算器１９で測定された値の到来読取値の関数として制御 装置出力を変化させるための手段が備えられる。この加算は可能な最小の量に連 続的に維持される。その結果、図４に示されるように、２つの出口を越えてすぐ の空間３１における排気ガス波３２と逆音響波形３３の音響的混合は、実質的に 相殺される。

加算器１９の値を連続的に最小にするための１つの戦略は、制御袋Ｗ１３０にお いて、　′フィルタ済Ｘ最小手段２乗アルゴリズム”として知られるアルゴリズ ムを実行することである。このアルゴリズムは、Ａｄ旦匹上四シ１倶１叶悲担恒 住■ｂｙ　Ｂ、Ｗｉｄｒｏｖ　ａｎｄ　Ｓ、Ｄ、５Ｌｅａｒｎｓ。

１’ｒｅｎｔｉｃｅ　）Ｉａｌｌ、Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ　Ｃ１１ｆ［ｓ、Ｎｅｗ 　Ｌｅｒｓｅｙ、ｐｐ　２８１−２９７　１９８５　に完全に開示されており、 参照によりここに含まれる。

“フィルタ済Ｘ”アルゴリズムは、例えば、制御袋Ｍ３０の従来のデジタルシグ ナルプロセッサ３４内に書き込まれているソフトウェアで実行することができる 。フィルタ済Ｘアルゴリズムを実行する際、センサ１６で検出された時間進み基 準圧力が約２５０マイクロ秒毎にサンプリングされる０次いで、この信号は、消 音路の反復的な断続時間フィルタ方式によるフィルタに通されて、圧力基準信号 のフィルタ済変形を形成する。フィルタ済基準は、次に現サンプル期間の間加算 されたエラー信号と相関させられ、収束利得係数μで換算される。この換算され 相関させられた信号は、　“フィルタ済Ｘ”アルゴリズムにおける適応重み付は 更新になる０重み付は更新計算から、トランスジューサ２４の駆動信号は、現重 み付は更新な前のサンプリング期間の間に計算された重み付は更新に加えること によって決定される。この加算は、　増幅器４０ｉこ供給されるトランスジュー サ駆動信号になる１重み付は更新と、その結果生じるトランスジューサ駆動信号 の変化は連続的なものである。

再び図２及び図３を参照すると、排気管１３と送出管２２の実質的な非結合のた め、圧力センサ１６でピックアップされた読取（直るまトランスジューサ２４の 出力による影響を受けなｌ／Ｘ、その結果、Ｉ１１御装置３０のアルゴリズムを 実行する際には、消音用波で生じるガス排気エネルギーの変調を考慮に入れる必 要はなし＼、さらに、２つの管の分離は、２つの管が直接機械的結合されてしす る場合より４１常に容易に制御装置３０が消音管の伝達関数のゆっくりした変イ ヒを追跡できるようにする。

信号が加算器１９に入る前の消音用管センサ１８のｊｐカカ）またｉよ加算器１ ９の出力のどちらかと、制御装置３０の出力をアクセスすることによって、消音 用管伝達関数の信頼できる連続的なオンライン評価を、排気騒音からの干渉なし に行なうことカーできる。これ番よ、消音用信号な送出管の特性の変化に応答さ せること力（できるよう１ここの伝達関数を確認するためにパイロット信号を用 しｓるＩ７１＜つ力）の先行技術の自動車排気騒音消去装置に勝る効果である。

ノ（イロット信号は必然的にさらなる騒音を装置の出力もこ付加するカ＄、これ （ま消音マフラ装置の目的に逆らうものである。

また、消音用管の温度を監視して消音用管の伝達関数特性のオンライン評価を手 伝うことが望ましい、消音用管の監視された温度情報は、制御装置３０のデータ ベースに含まれる予め決められた伝達関数のライブラリから、現在の測定された 温度器こ適する伝達関数の初期の評価を選択するために用いることができる。こ の手段は、アルゴリズムのランニングを始めるための効果的な方法であり、さも なければ潤度測定なしに得られる必要な伝達関数のより早い評価を提供するとい う利点を有する。

排気管１３と管２２の音響的遮断及び分離の他の利点は、排気管で起こる温度偏 位は、少な（とも、送出管が排気管に直接機械的結合されなかった場合のように 、消音路伝達関数に基づく排気ガスの効果に起因するトランスジューサ２４の振 幅または位相の調整を瞬時に補償する必要はないことである。

本発明の原理はガス排気管のそばに取り付けられた１本の消音用管の例で説明さ れた。しかし、この原理は、実質的にどのような形態の消音用管にも適用可能で ある。前記の１つの変形は図６に示され、ここでは一連の消音用管２２がガス排 気管１３の回りに対称的に配置されている。他の形態は当業者により容易に想像 され得る。

ＰＬＡＮＥ Ｆｌに、３

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．出口１４を有する排気管１３と、前記排気管１３から独立しているがそれの 近くに配置されると共に前記排気管出口１４の近くに配置された出口を有する消 音信号送出管２２と、前記送出管の遠い方の端部に取り付けられ、排気ガス騒音 消去用信号を発生させるためのトランスジューサ２４とからなる内燃機関排気ガ ス装置において、前記出口における排気流の音響エネルギーを減少させるための 装置であって、基準ガス圧力を発生する第１のガス圧力力センサ１６が前記排気 管の上流に取り付けられ、 第２及び第３の圧力センサ１７，１８が前記排気流及び前記送出管の出口端部に それぞれ取り付けられ、前記第２及び第３のガス圧力カからの読取値を含む手段 ３０が、前記管出口１４，２３を越えてすぐの空間３１における排気騒音波形と 消音用波形の結合波形を模倣する電子信号を発生するために備えられ、 前記第１のセンサからの読取値と、前記模倣電子信号の前記印とに応答する手段 ３４，４０が、前記トランスジューサ２４の駆動信号を発生するために備えられ ていることを特徴とする装置。
2. ２．請求の範囲第１項記載の装置において、前記電子的模倣信号発生手段は、さ らに、前記第２及び第３の圧力センサ１７，１８の読取値を加算する手段を含み 、前記装置は、さらに、前記トランスジューサ駆動信号を、手段１９における前 記和を最小値に維持するレベルに周期的に調整するための手段を含む装置。
3. ３．請求の範囲第２項記載の装置において、前記第２及び第３の圧力センサは、 それぞれ前記排気管１３及び前記消音用送出管２２の前記管出口の内側に配置さ れる装置。
4. ４．請求の範囲第３項記載の装置において、前記管出口端部１４，２３は互いに 近接して配置され、実質的に同平面の関係にある装置。
5. ５．請求の範囲第４項記載の装置において、前記消音用送出管２２は、その遠い 方の端部から出口まで測定された長さが、前記排気流において消去されるペく存 在する最高周波数の波長の実質的に半分に等しくなるように形成される装置。
6. ６．求の範囲第５項記載の装置において、前記トランスジューサ駆動信号を発生 する手段は、さらに、前記基準圧力センサ１６を周期的にサンブリングして圧力 基準信号を発生する手段３０と、 消音路の反復する断続時間フィルタ方式によるフィルタに前記サンブルを通し、 それにより前記圧力基準信号のフィルタ済変形を形成する手段３４と、 現サンブル期間の間前記圧力基準信号を前記第２及び第３の圧力センサ読取値と 相関させ、その結果を収束利得係数で換算して現重み付け更新値を作る手段と、 前記現重み付け更新値を前のサンブル期間の間に計算された重み付け更新値に加 算することにより前記トランスジューサ２４の駆動信号を現在的に調整する手段 ３０とを含む装置。
7. ７．請求の範囲第６項記載の装置において、さらに、前記第２の圧力センサ１７ 及び前記第３の圧力センサ１８の各々の近傍に配置された温度センサ３６，３７ と、前記温度センサ３６，３７からの読取値に応答して、前記トランスジューサ ２４の駆動信号を調整し、前記第１及び第２の圧力の和を最小値に駆動し続ける 手段３０を含む装置。
8. ８．請求の範囲第７項記載の装置において、さらに、前記ガス排気管１３の回り に対称的に配置された複数の消音用信号送出管２２を含む装置。