JPH0674017A - 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ことを目的とする。 【構成】 排気管３の回りに配設し排気管３の軸方向に
振動可能に支持する環状の振動部材５１を有する音波出
力装置５と、音波出力装置５を囲繞すると共に振動部材
５１から音波出力方向に所定距離隔てて開口部を有する
ハウジング４０と、ハウジング４０内に露呈するように
開口部近傍に配設する残留音検出器６を備え、残留音検
出器６近傍から振動部材５１方向にハウジング４０の内
径が増加すると共に、この内径の増加率が残留音検出器
６と振動部材５１との中間部で小さくなるように形成す
る。而して、排気管３からの排気音に対し音波出力装置
５から逆位相の音波を干渉させて消音を行なう。

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。

【０００３】また、実開平４−１５３８７号公報にはリ
ング状の振動部材を排気管の外周とアウターケースの内
周との間に配設したアクティブキャンセルスピーカが開
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記実開昭６３−１１
８３２１号公報に記載の装置においては、スピーカの出
力音波は屈曲した管の壁面で反射し、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。図４は排気管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。即ち、図４
において排気管ＥＸの出口部を囲繞するようにハウジン
グＨＳが設けられ、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。そ
して、ハウジングＨＳ内には、スピーカＳＰの後方にエ
ンクロージャＥＣ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ＭＸが郭成されてい
る。ミキサＭＸ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ＨＳ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】図４に示す装置においては、スピーカＳＰ
の指向方向の音波の主成分はハウジングＨＳ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ＳＰからマイクＭＣま
での伝達経路が長くなるためハウジングＨＳ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。

【０００６】これに対し、実開平４−１５３８７号公報
に記載の装置によれば、振動板による粗密圧力波即ち音
波が排気管回りに均一に出力され、排気管の外周で均一
な特性が得られるので、消音作用を効果的に行なうこと
ができる。然し乍ら、同公報においては残留音を検出す
るためのマイクロフォンとアウターケース（ハウジン
グ）に関連した上述の問題点についての記載はない。

【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、前記排気管回りに配設し前記排気管の軸方向に振
動可能に支持する環状の振動部材を有する音波出力装置
と、前記音波出力装置を囲繞すると共に前記振動部材か
ら音波出力方向に所定距離隔てて開口部を有するハウジ
ングと、該ハウジング内に露呈するように前記開口部近
傍に配設する残留音検出器とを備え、前記残留音検出器
近傍から前記振動部材方向に前記ハウジングの内径が増
加すると共に該内径の増加率が前記残留音検出器と前記
振動部材との中間部で小さくなるように形成したもので
ある。

【０００９】また、本発明は、内燃機関の排気管からの
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、前記排気管回りに配設し前記排気
管の軸方向に振動可能に支持する環状の振動部材を有す
る音波出力装置と、前記音波出力装置を囲繞すると共に
前記振動部材から音波出力方向に所定距離隔てて開口部
を有するハウジングと、該ハウジング内に露呈するよう
に前記開口部近傍に配設する残留音検出器とを備え、前
記残留音検出器近傍から前記振動部材近傍に至る前記ハ
ウジングの内側面を粗面に形成したものとしてもよい。

【００１０】上記能動型消音器において、前記ハウジン
グを、前記排気管に支持し前記音波出力装置を囲繞する
第１のケースと、該第１のケースに接合し、接合部から
前記振動部材の音波出力方向に所定距離隔てて開口部を
有する第２のケースとを備えたものとするとよい。

【００１１】

【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、ハウジングの内径が所定
の関係に設定され、あるいは内側面が粗面に形成されて
いるので、音波出力装置の出力音波は、その出力方向の
ハウジング開口部に配設された残留音検出器に直接伝達
される成分に比し、ハウジング内で反射する成分は残留
音検出器に至るまで何度も反射することとなり、反射を
繰り返すうちに減衰することとなる。換言すれば、出力
音波が残留音検出器に直接伝達される成分の割合が大と
なる。しかも排気管の出口端部から放出される排気音と
同軸上で干渉するので、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確実に干
渉することとなる。

【００１２】

【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。

【００１３】能動型消音器４は、図１に示すように第１
のケース４１及び第２のケース４２から成るハウジング
４０に音波出力装置５が収容されたもので、第１のケー
ス４１に音波出力装置５が支持され音波出力ユニットが
構成されている。第１のケース４１は大径の外筒部４１
ａと、この外筒部４１ａに同軸に配置される小径の内筒
部４１ｂを有し、両者の一方の軸方向端部間は壁部４１
ｃで閉塞された形状とされている。外筒部４１ａの他方
の軸方向端部は開口端部４１ｄとされている。尚、本実
施例ではこれら外筒部４１ａ、内筒部４１ｂ、壁部４１
ｃ及び開口端部４１ｄは例えば排気管３と同一の金属材
料によって一体的に形成されている。

【００１４】音波出力装置５は、環状の振動部材たる振
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が第１のケース４１の内筒部４１ｂに支持さ
れ、振動板５１が内筒部４１ｂの軸方向に振動するよう
に配設されている。而して、音波出力装置５の駆動装置
５０側は第１のケース４１に囲繞され所謂エンクロージ
ャが郭成されている。尚、本実施例の振動板５１は円環
形状であるが、中心に孔を有する円錐（コーン）形状と
してもよい。

【００１５】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、振動板５１の中央
部に固着されたボビン５２に巻線が巻回されて可動コイ
ル５３が構成され、第１のケース４１の内筒部４１ｂに
嵌合されるコア５４及びこれに接合され所定の間隙を隔
てて外側に配置される永久磁石５５の間に、可動コイル
５３が配置されている。更に、ボビン５２の外周面と外
筒部４１ａの内周面に波形断面の弾性部材５６が接合さ
れている。而して、可動コイル５３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。

【００１６】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。

【００１７】第２のケース４２は大径部４２ａ、小径部
４２ｂ及びこれらの間の湾曲部４２ｃから成る筒体で、
大径部４２ａの開口に、第１のケース４１の開口端部４
１ｄが嵌着されている。湾曲部４２ｃは、小径部４２ｂ
から大径部４２ａに向けて内径が増加すると共に、その
内径の増加率が小径部４２ｂと大径部４２ａとの中間部
で小さくなるように形成されている。即ち、例えば湾曲
部４２ｃは略エクスポネンシャルカーブを形成し、中間
部で内側空間に膨出するように形成されている。第２の
ケース４２は例えば第１のケース４１と異なる材料の合
成樹脂等で形成されている。これにより軽量化が可能と
なると共に、適用車種に応じて種々の大きさ、形状に設
定することができる。そして、第１のケース４１にボル
ト等によって接合されると、図１に示すように排気管３
の出口３ａを囲繞する所謂ミキサ（混合部）が郭成され
る。

【００１８】図１に示すように、第２のケース４２の小
径部４２ｂには、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。

【００１９】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、小径部４２ｂ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１
０に出力される。

【００２０】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排気管３の軸方向に
振動し、第２のケース４２内の排気管３の出口３ａ回り
に排気音と逆位相の音波が出力され、排気管３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
含む第２のケース４２の小径部４２ｂ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を含む小径
部４２ｂの開口断面部分に適切な消音領域が形成され
る。

【００２１】この場合において、第２のケース４２は上
記の形状の湾曲部４２ｃを有しているので、音波出力装
置５の出力音波は一旦湾曲部４２ｃの内側面で反射する
と反射を繰り返すこととなり、残留音検出器６には到達
し難くなる。而して、残留音検出器６に到達するときに
は反射音は減衰し、残留音検出器６に対し間接音として
入力する音波のレベルが低下し、直接伝達される成分、
即ち直接音に対する割合が低減することとなる。換言す
れば直接音の割合が大となっている。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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、残留音検出器６に
対し直接伝達される成分即ち直接音の割合が大となり、
しかも残留音検出器６が音波出力装置５の音波出力方向
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。

【００２５】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、本実施例における第２のケース４３は大
径部４３ａ、小径部４３ｂ及びこれらの間の傾斜部４３
ｃから成る筒体で、大径部４３ａの開口端に、第１のケ
ース４１のフランジ部４１ｄと衝合するフランジ部４３
ｄが形成されている。この第２のケース４３も第１のケ
ース４１と異なる材料の合成樹脂等で形成されている。
大径部４３ａ及び傾斜部４３ｃの内側面には、略全面に
複数の凹部４３ｅが形成されており、粗面となってい
る。尚、これらの凹部４３ｅに替え複数の凸部を形成す
ることとしてもよい。

【００２６】而して、本実施例によれば音波出力装置５
からの出力音波が第２のケース４３の内側面で反射する
間接音は、反射方向が区々となり散乱することとなる。
これにより、残留音検出器６に対し間接音がまとまって
伝達されることはなく、従って高レベルで位相のそろっ
た間接音の伝達が防止される。換言すれば、残留音検出
器６に伝達される直接音の割合が大となり、前述の実施
例同様、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る。

【００２７】

【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、ハウジングの内径が所定の関係に設
定され、あるいは内側面が粗面に形成されているので、
音波出力装置の出力音波は、ハウジング内で反射する成
分は乱反射して残留音検出器に対し高レベルで位相がそ
ろった形で伝達されることが防止され、残留音検出器に
直接伝達される成分の割合が大となり、しかも残留音検
出器が音波出力方向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、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。

【００２８】前記能動型消音器において、ハウジングを
第１のケース及び第２のケースに分割して構成したもの
にあっては、両者を異なる材料で形成することができ、
例えば第２のケースを合成樹脂で形成し軽量化を図るこ
ともできる。更に、第１のケース内に音波出力装置を収
容して音波出力ユニットを構成することができるので、
組付が容易であり、また適用車種に応じて大きさ、形状
の異なる種々の第２のケースを接合することができる。

【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】本発明の能動型消音器の他の実施例の断面図で
ある。

【図４】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。

【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 ４１ 第１のケース ４２ 第２のケース， ４２ｃ 湾曲部 ４３ 第２のケース， ４３ｅ 凹部 ５０ 駆動装置 ５１ 振動板（振動部材）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の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、前記排気管回りに配設し前記排気管の軸方向に振
   動可能に支持する環状の振動部材を有する音波出力装置
   と、前記音波出力装置を囲繞すると共に前記振動部材か
   ら音波出力方向に所定距離隔てて開口部を有するハウジ
   ングと、該ハウジング内に露呈するように前記開口部近
   傍に配設する残留音検出器とを備え、前記残留音検出器
   近傍から前記振動部材方向に前記ハウジングの内径が増
   加すると共に該内径の増加率が前記残留音検出器と前記
   振動部材との中間部で小さくなるように形成したことを
   特徴とする能動型消音器。
2. 【請求項２】 内燃機関の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、前記排気管回りに配設し前記排気管の軸方向に振
   動可能に支持する環状の振動部材を有する音波出力装置
   と、前記音波出力装置を囲繞すると共に前記振動部材か
   ら音波出力方向に所定距離隔てて開口部を有するハウジ
   ングと、該ハウジング内に露呈するように前記開口部近
   傍に配設する残留音検出器とを備え、前記残留音検出器
   近傍から前記振動部材近傍に至る前記ハウジングの内側
   面を粗面に形成したことを特徴とする能動型消音器。
3. 【請求項３】 前記ハウジングが、前記排気管に支持し
   前記音波出力装置を囲繞する第１のケースと、該第１の
   ケースに接合し、接合部から前記振動部材の音波出力方
   向に所定距離隔てて開口部を有する第２のケースとを備
   えたことを特徴とする請求項１又は２記載の能動型消音
   器。