JPH0331039A - 車室内騒音の低減装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は車室内騒音の低減ｖｃｒＩｉ、特に２次音の
位相の基準値として使用する同期信号に関する。

（従来の技術） 車室内騒音の低減装置として、たとえば第１１図に示す
ようなものがある（米国特許ＵＳＰ４４９０８４１、英
国特許ＧＢＰ２１４９６１４、実開昭６２−１２７０５
２号公報参照）。

これは、マイクロホン２にて受信した騒音源１からの騒
音Ｐに対して、同一の振幅で逆位相となる２大音Ｓをス
ピーカー（２次音源）８から発生させることによって車
室内騒音を低減しようとするものである。なお、４と６
は７−リエ変換器、３と７はコミ１チーター　５はプロ
セッサである。

（発明が解決しようとする課Ｍ） ところで、このような装置では、車室内騒音の位相の変
動に対応して２次音の位相をフィードバック制御により
随時修正しなければならないため、車室内騒音に急激な
位相の変化があると、その変化に追随させきれなくなる
ので、その場合には車室内騒音を十分に低減することが
できなくなる。

かといって、フィードバック制御の追随性を高めようと
高速型のプロセッサを使用するのでは、コストアップを
招いてしまう。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされたも
ので、エンジンの回転数および負荷にて定まる不平衡慣
性力と燃焼慣性力を用いて、車室内騒音のクランク角に
対する位相遅れ分を求め、この位相遅れ分だけクランク
角信号を遅らせたものを同期信号とすることにより、過
渡時の車室内騒音の位相変動に対応させるようにした装
置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、第１図に示すように、エンジンのクランク
角を検出するセンサ１１と、このクランク角信号に基づ
いてエンジン回転数の白木に比例する不平衡慣性力を計
算する手段１２と、エンジンの負荷を検出するセンサ１
３と、二のエンジン負荷に応じて燃焼加振力を計算する
手段１４と、この燃焼加振力お上り前記不平衡慣性力と
からクランク角に対する位相遅れ分を計算する手段１５
と、この位相遅れ分だけ前記クランク角信号を遅らせ、
この遅らせたクランク角信号を２次音の位相の基準値と
して使用する同期（３号として生成する手段１６と、こ
の同期信号を用いて２次音信号を生成する手段１７と、
この２次音信号を車室内に配置した２次音源１９に出力
する手段１８とを設けた。

（作用） エンジンの回転数や負荷の変化によりエンジン振動やト
ルク変動のクランク角に対する位相が変わると、この変
化に応じて車室内騒音（直接的にはエンジン回転２犬成
分）のクランク角に対する位相が変動する。

この場合に、この発明によれば車室内騒音のクランク角
に対する位相遅れ分が、そのときの回転数および負荷に
て定まる不平衡慣性力と燃焼加振力を用いて求められる
。たとえば負荷が急激に大きくなる場合には、車室内騒
音のクランク角に対する位相が大さ（遅れるが、この大
きく遅れる車室内騒音の位相に対応して、２次音の位相
が太きく遅らされる。また、回転数の急激な低下により
車室内騒音のクランク角に対する位相が大きく遅れると
、これに対応して２次音の位相も大きく遅らされる。こ
こに、車室内騒音の位相の変化に対し、２次音の位相が
良く追随して変化する。

（実施例） 第２図は燃料噴射装置を備える４気筒エンジンに適用し
た一実施例を示すシステム図である。

２３はエンジン２１のクランク紬２２に取り付けられ、
クランク角で１８０度ごとのパルス信号（クランク角信
号）を出力するクランク角センサで、このクランク角信
号は、エンジン制御ユニット２４に入力されるとともに
、矩形波生成器２５に入力される。なお、上記クランク
角信号の代わりに、点火信号に点火進角情報を加えて寅
質上クランク角信号相当の信号としたものを採用しても
構わない。

矩形波生成器２５（後述する矩形波生成器２７について
も）は、第３図で示したような多少の乱れを含む入力波
形を第４図で示したようなきれいな矩形波に整形する回
路で、この矩形波生成器２５からの矩形波信号は同期信
号生成器２８に入力される。

矩形波信号は周波数電圧変換器２６にも入力され、周波
数電圧変換器２６からの電圧信号はエンジンの回転数情
報として同期信号生成器２８に入力される。これは、矩
形波信号も所定の時間当たりの矩形波の数として捕らえ
ればそれは周波数（エンジン回転数）を表すので、電圧
信号の電圧値がエンジン回転数に対応するのである。

上記クランク角信号が入力されるエンジン制御ユニット
２４からは混合比制御信号が図示しないインジエクタへ
と送られるが、この混合比制御信号は、矩形波生成器２
７を介して同期信号生成器２８に入力される。

混合比制御信号は略矩形波のパルス信号であり、その矩
形波のハイレベルになっている長さが燃料噴射量に対応
する。つまり、間欠噴射方式によれば、インジェクタに
作用させる燃料圧力を一定に保っておくと、ハイレベル
にある長さの大小にて燃料噴射量が制御されるのである
。ここでは、混合比制御信号がエンジンの負荷情報とし
て採用されている。なお、混合比制御信号でなく、ノッ
キング（燃焼トルクに相関する）を検出するセンサの出
力を用いても良い。

同期信号生成器２８では、電圧信号の電圧値と混合比制
御信号のハイレベルの長さに応じて、つまりエンジンの
回転数および負荷の情報に応じてクランク角に対する位
相遅れ分を計算し、この位相遅れ分だけ矩形波生成器２
５からのクランク角信号を遅らせる。

上記位相遅れ分は、ｆｆ＄５図で示すように、周波数電
圧変換器２６からの電圧値より不平衡慣性力を、混合比
制御信号のハイレベル氏さより燃焼加振力をそれぞれ計
算し、同成分を合成することで求めるようにする。なお
、第５図では、矩形波生成器２５．２７、周波数電圧変
換器２６および同期信号生成器２８の行う各動作を流れ
図として示している。

第６図は第５図に示した同期信号生成器２８の各機能を
実現するための具体的構成例である。

２９は入力電圧値の自乗に比例した電圧値を出力する増
幅回路で、この増幅回路２９に周波数電圧変換器２６か
らの、エンジン回転数に比例した電圧信号が入力される
。ここに、不平衡慣性力はエンジン回転数の自乗に比例
するので、この増幅回路２９からの出力が不平衡慣性力
に相当する。

これは第１図の不平衡慣性力計算手段１２の機能を果た
す部分である。

３０は入力の長さに比例した電圧値を出力する増幅回路
で、混合比制御信号がこの増幅回路３０に入力される。

この増幅回路３０がらはハイレベルの長さに応じた出力
がされ、この出力はエンジン負荷を表す。

３１は入力電圧値に比例した電圧値を出力する通常の増
幅回路で、この増幅回路３１に増幅回路３０からの出力
が入力される。燃焼加振力はエンジン負荷にほぼ比例す
るので、増幅回路３１がらの出力が燃焼加振力に相当す
る。ここに、２つのＪｅ幅回路３０．３１が第１図の燃
焼加振力計算手段１４の機能を果たす。

この燃焼加振力と上記不平衡慣性力の各相当量が入力さ
れる位相遅れ公演算回路３２では、増幅回路３１からの
出力電圧値と増幅回路２９からの出力電圧値の比を八と
したとき、入力Ａに対して位相遅れ分θを次式により演
算する。

θ＝　Ｌａｎ−Ｉ（Ａ−ｓｉｎ（φ）／　（１＋　Ａ−
ｃｏｓ（φ））ただし、開式において、φは不平衡慣性
力と燃焼加振力どの位相差であり、開式によれば、振幅
と位相の異なる二つの正弦波を合成した波の位相θが求
まることを表している。これは、第１図の位相遅れ分計
算手段１５の機能を果たす部分である。

なお、位相遅れ公演算回路３２は厳密に上の式を実現す
るものでなくとも良い。すなわち、三角関数の代わりに
近似式を用いても購わない。

この位相遅れ公演算回路３２からの信号は遅延回路３３
に入力され、ここで位相遅れ分θだけクランク角信号が
遅延される。これは第１図の同期信号生成手段１６の機
能を果たす。

上記のように増幅回路２９〜３１や演算回路３２を組み
合わせることにより、クランク角に対する位相遅れ分θ
をその都度求めるのでなく、予め演算したθの値をメモ
リに記憶しておき、エンジンの回転数と負荷に応じてθ
の値を読み出すようにすることもできる。この場合には
、エンジン回転数が一定ならば負荷が小さくなるにつれ
て小さくなるように、またエンジン回転が高くなるにつ
れてその回転数での位相値の最大値（すなわち最大負荷
時の位相値）が小さくなるようにθの値を設定する。し
たがって、θの値はエンジンが低速回転でかつ最大負荷
のとトに最大となる。なお、シビアな精度が要求されな
いのであれば、高速回転でθの値を零、低中速回転で一
定値と、荒く設定しても構わない。

第２図に戻り、同期信号生成器２８にて生成された同期
信号（位相遅れ分だけ遅らされたクランク角信号）は演
算処理を行うプロセッサユニット４１に送られ、プロセ
ッサユニット４１ではこの同期信号に基づいて、車室内
騒音と同一の振幅で逆位相の２次盲信号を生成する。こ
の２次音信号はパワーアンプ４２を介してラウドスピー
カ−４３に送られ、ここで２次音が発生される。つまり
、プロセッサユニット４１が第１図の２次音生戊手段１
７と出力手段１８の８！能を、パワーアンプ４２とラウ
ドスピーカ−４３が２次音源１９の機能を果たす。

なお、車室内にマイクロフォンを設け、車室内騒音が最
小となるようにフィードバック制御を行なうようにして
も構わない。第２図では矩形波生成器２５．２７を用い
ているが、これらに入力される信号がほぼ矩形波に近い
波形であるときはこれらを省いても差し支えない、さら
に、第６図で示した増幅回路、演算回路および遅延回路
の各機能は、マイクロプロセッサユニット４１に肩代わ
りさせることもできる。

ここで、この実施例の作用を説明する。

車室内の騒音源と仮定しているエンジンの振動やトルク
変動は多気筒エンジンの場合、ピストン等の重量物が往
復運動を行うことによって発生する往復慣性力のうち、
運動の位相の異なるピストン間でつり合わずに残る不平
衡慣性力と、燃焼による加振力とによって発生する。現
在来用１１１用エンジンとして最も一般的な形式である
４サイクル４気筒エンジンの場合、不平衡慣性力、燃焼
加振力ともにエンジン回転の２倍の周波数成分（エンジ
ン回転２犬成分）が最も支配的であり、また不平衡慣性
力、燃焼加振力はともにクランク角４ｙ号に同期する。

ただし、不平衡慣性力と燃焼加振力とて・はその位相は
異なり（はぼ逆位相）、アクセル全開の条件においては
、エンジン負荷にほぼ比例する燃焼加振力が低速回転で
、エンジン回転数の自乗に比例する不平衡慣性力が高速
回転で、それぞれ支配的となるため、燃焼加振力と不平
衡慣性力とを合成した加振力のエンジン回転２犬成分は
低速回転と高速回転でほぼ逆位相となる。エンジン回転
が２０００　ｒｐｍの場合にアクセルを全開にしたとき
と、エンジン回転が６０００ｒｐ−の場合にアクセルを
全開にしたときの各トルク変動をシミュレーションした
結果を第７図と第８図に示す、同じアクセル全開条件で
も第７図の低速回転域では燃焼加振力が、第８図の高速
回転域では不平衡慣性力が支配的となっていることがわ
かる。

トルク変動はピストンに加わる力がクランク機構を介し
て回転のモーメントに変化したものであり、燃焼力も含
めたエンジン上下方向の不平衡力と密接な関係がある。

よって、回転数および負荷とエンジンそのものの振動と
の関係は、それらとトルク変動との関係とほぼ同様であ
る。したがって、騒音振動の発生源や伝達経路が回転数
によって大トく変わらない限り、回転数および負荷の変
化によりエンクン振動やトルク変動のクランク角に対す
る位相が変わると、この変化に応じて車室内騒音のクラ
ンク角に対する位相も変動する。

従来例では、この位相の変動に対してフィードバック制
御により随時修正しなければならないため、急激な位相
の変化があると追随しきれず、十分に車室内騒音を低減
することができなかった。

これに対して、この例によれば、車室内騒音のクランク
角に対する位相遅れ分が、そのときの回転数および負荷
にて定まる不平衡慣性力と燃焼加振力を用いて求められ
る。つまり、車室内＠音のクランク角に対する位相が回
転数および負荷に応じ、一定の関係を有して変動するこ
とより、たとえば負荷が急激に大きくなる場合には、車
室内騒音のクランク角に対する位相が大きく遅れる。こ
の場合に、大きく遅れる車室内騒音の位相に対応して、
２次音の位相も大きく遅らされるのである。

また、回転数の急激な低下によりｉ７Ｌ室内騒音のクラ
ンク角に対する位相が大きく遅れると、これに対応して
２次音の位相も大きく遅らされる。

この結果、車室内騒音の位相が大きく変化する過渡時に
もその位相の変化に十分追随させることが可能となり、
過渡時における車室内ＷＪＬ音の低減効果が高まる。ま
た、従来並みの制御精度で良いならより安価なプロセッ
サを坩いることができる。

第９図とＰＩｔＪｉｏ図は他の実施例で、それぞれ第２
図と第５図に対応させている。この他の実施例では位相
遅れ公演ｎ器５１においてクランク角に対する位相遅れ
分θが演算され（第１０図参照）、この位相遅れ分の信
号および矩形波生成器２５からのクランク角信号の入力
されるプロセッサユニット５２において同期信号が生成
される。

また、ここでのプロセッサユニット５２は、車室内に設
置され実際の車室内騒音を検出するマイクロホン（図示
しない）からの出力に基づいてフィードバック制御をも
行うものである。つまり、ここでの車室内騒音のクラン
ク角に対する位相遅れ分は、位相遅れ公演算器５１にて
演算された値とフィードバックによるものとの和で与え
られることになる。なお、この場合プロセッサユニット
５２により騒音と同一振幅で逆位相の２次音信号が（ヤ
られることはいうまでもない。

（発明の効果） この発明は、エンジンの回転数および負荷にて定まる燃
焼加振力と不平衡慣性力を用いてクランク角に対する位
相遅れ分を計算し、この位相遅れ分だけクランク角信号
を遅らせたものを、２次音を生成する際の同期信号とし
て採用するため、運転条件が急激に変化しても、車室内
騒音を良く低減することができる。

【図面の簡単な説明】

ｍｉ図はこの発明のクレーム対応図、Ｐｔ５２図は一実
施例のシステム図、第３図と第４図はそれぞれ矩形波生
成器への入力波形と出力波形を示す図、第５図は前記実
施例の制御内容を説明するための流れ図、第６図は前記
実施例の同期１３号生成器の具体的回路図、ｆ５７図と
第８図はそれぞれエンジン回転速度が毎分２０００回軒
で全負荷のときと毎分６０００回軒で全負荷のときのエ
ンジンが２回転するあいだのトルク変動を示す波形図で
ある。 Ｐｔ５９図は他の実施例のシステム図、ｔＰＪ１０図は
この他の実施例の制御内容を説明するための流れ図、第
１１図は従来例のブロック図である。 １１・・・クランク角センサ、１２・・・不平衡慣性力
計算手段、１３・・・エンジン負荷センサ、１４・・・
燃焼加振力計算手段、１５・・・位相遅れ分計算手段、
１６・・・同期信号生成手段、１７・・・２次音信号生
成手段、１８・・・出力手段、１９・・・２次音源、２
１・・・エンジン、２３・・・クランク角センサ、２４
・・・エンジン制御ユニット、２５．２７・・・矩形波
生成器、２６・・・周波数電圧変換器、２８・・・同期
信号生成器、２９〜３１・・・増幅回路、３２・・・位
相遅れ公演算回路、３３・・・遅延回路、４１・・・プ
ロセッサユニット、４３・・・ラウドスピーカ−５１・
・・位相遅れ公演算器、５２・・・プロセッサユニ７ト
。 第５図 （プロセッサユニットへ） 第 ９ 図 第１０図 （プロセッサユニットへ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンのクランク角を検出するセンサと、このクラン
   ク角信号に基づいてエンジン回転数の自乗に比例する不
   平衡慣性力を計算する手段と、エンジンの負荷を検出す
   るセンサと、このエンジン負荷に応じて燃焼加振力を計
   算する手段と、この燃焼加振力および前記不平衡慣性力
   とからクランク角に対する位相遅れ分を計算する手段と
   、この位相遅れ分だけ前記クランク角信号を遅らせ、こ
   の遅らせたクランク角信号を２次音の位相の基準値とし
   て使用する同期信号として生成する手段と、この同期信
   号を用いて２次音信号を生成する手段と、この２次音信
   号を車室内に配置した２次音源に出力する手段とを設け
   たことを特徴とする車室内騒音の低減装置。