JPH0693825A - 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】 内燃機関の排気管３の出口近傍に配設する音
波出力装置５と、排気管３の出口及び少くとも音波出力
装置５の音波出力側を囲繞すると共に音波出力装置５か
ら所定距離隔てて開口部を有するハウジング（第１のケ
ース４０及び第２のケース４５）と、ハウジング内に露
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
えている。ハウジングの少くとも音波出力装置５から残
留音検出器６に至る部分（第２のケース４５）は吸音材
料で形成する。而して、排気管３からの排気音に対し、
音波出力装置５から出力する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６及び図７は排気管ＥＸに対するスピーカＳ
Ｐ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が
直接マイクＭＣに入力すると共に、一部がハウジングＨ
１，Ｈ２で反射した後マイクＭＣに入力するように構成
されている。

【０００５】即ち、図６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（混合部）Ｍ１が郭成されている。また、図
７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ＥＸ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。

【０００６】これらの装置においては、スピーカＳＰの
指向方向の音波の主成分はハウジングＨ１、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ＳＰからマイクＭ
Ｃまでの伝達経路が長くなるためハウジング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】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。

【０００８】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。

【０００９】

【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する
音波出力装置と、前記排気管の出口及び少くとも前記音
波出力装置の音波出力側を囲繞すると共に前記音波出力
装置から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
渉させて消音を行なう能動型消音器において、前記ハウ
ジングの少くとも前記音波出力装置から前記残留音検出
器に至る部分を吸音材料で形成することとしたものであ
る。

【００１０】

【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、ハウジングの少くとも音
波出力装置から残留音検出器に至る部分が吸音材料で形
成されているので、音波出力装置の出力音波のうちハウ
ジング内で反射する成分は、吸音材料で形成された部分
で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。更に、
出力音波を排気管の出口端部から放出される排気音と同
軸上で干渉するように構成した場合には、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。

【００１１】

【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。

【００１２】能動型消音器４は、図１に拡大して示すよ
うに有底筒体形状の第１のケース４０に音波出力装置５
が収容され、第１のケース４０に筒体形状の第２のケー
ス４５が接合されたもので、音波出力装置５の駆動装置
５ａ側の第１のケース４０内にエンクロージャ４０ｂが
郭成されると共に、音波出力装置５の振動板５ｂが指向
する第２のケース４５内にミキサ４５ｂ（混合部）が郭
成されている。

【００１３】第２のケース４５は吸音材料で形成されて
おり、第１のケース４０に接合されると共に開口端部４
５ｃを介して外部に開口している。開口端部４５ｃの内
径は排気管３の外径より大きく形成されているが、エン
クロージャ４５ｂ部分の外径より小さく、絞り形状とさ
れている。排気管３は、図１に示すように略クランク形
状に屈曲形成され、第２のケース４５に対し斜め方向か
ら側壁４５ａを貫通し、出口端部３ｂが第２のケース４
５の開口端部４５ｃと音波出力装置５とを結ぶ軸上に位
置するように取付けられている。

【００１４】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５ｂと、これを駆動する駆動装置５ａを
具備し、駆動装置５ａがハウジング４０に支持され、振
動板５ｂ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５ｂは、例え
ば電気信号を振動板５ｂ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５ｂが振動し、粗密圧力波即ち音
波が出力される。

【００１５】更に、第２のケース４５の開口端部４５ｃ
には振動板５ｂ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。

【００１６】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４５ｃ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。

【００１７】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５ａに駆動信号が入力されると、これに応じて振動
板５ｂが駆動されて所定の周波数で振動し、第２のケー
ス４５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を含む第２のケース４５の開口端
部４５ｃ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４５ｃの開口断面部分に
適切な消音領域が形成される。

【００１８】この場合において、第２のケース４５は吸
音材料で形成されているので、音波出力装置５の出力音
波の第２のケース４５の内側面で反射する成分は減衰
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。

【００１９】ところで、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。

【００２０】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。

【００２１】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
ように第２のケース４５が吸音材料で形成されているの
で、音波出力装置５からの出力音波は第２のケース４５
にて減衰し、従って残留音検出器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。

【００２２】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、本実施例の能動型消音器４ｘは、第１の
ケース４１及び第２のケース４２を有し、第１のケース
４１に音波出力装置５ｘ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し、段部４１ｄが形成されている。
本実施例ではこれら外筒部４１ａ、内筒部４１ｂ及び壁
部４１ｃ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。尚、上記第１のケース４１は内
筒部４１ｂに排気管３が嵌着され、排気管３に接合され
たステー４３に対しボルト及びナット４４によって固定
される。

【００２３】第２のケース４２は大径部４２ａ、小径部
４２ｂ及びこれらの間の傾斜部４２ｃから成り、吸音材
料で形成された筒体である。この第２のケース４２の大
径部４２ａの開口に、第１のケース４１の段部４１ｄが
嵌着され、排気管３の出口３ａを囲繞するミキサが郭成
されている。そして、第２のケース４２の小径部４２ｂ
には、前述の実施例と同様の残留音検出器６が設けられ
ている。

【００２４】本実施例の音波出力装置５ｘは、環状の振
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５ｘの駆動装
置５０側は第１のケース４１に囲繞されエンクロージャ
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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】而して、本実施例においては、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。この場
合において、本実施例の第２のケース４２は吸音材料で
形成されているので、音波出力装置５ｘからの出力音波
のうち第２のケース４２の内側面で反射する成分は減衰
する。即ち、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。

【００２８】図４及び図５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、図１の実施例の音波出力装
置５が排気管３の開口端部３ｂと同軸に音波を出力する
ように配設されているのに対し、図４の実施例では排気
管３の軸と垂直方向に音波を出力するように音波出力装
置５が配設され、図５の実施例では排気管３の軸と平行
に音波を出力するように音波出力装置５が配設されてい
る。従って、これらの実施例の第１のケース４６，４８
及び第２のケース４７，４９の形状は図１の実施例と異
なるが、ミキサを郭成する第２のケース４７，４９は前
述の第２のケース４５と同様吸音材料で形成されてい
る。その余の構成は図１の実施例と同様であるので、実
質的に同一の部品には同一符号を付して説明を省略す
る。而して、これらの実施例においても、音波出力装置
５からの出力音波のうち第２のケース４７，４９で反射
する成分は減衰し、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できる。

【００２９】尚、上述の実施例においては、何れもミキ
サ側の第２のケースを吸音材料で形成することとした
が、エンクロージャ側の第１のケースも吸音材料で形成
することとしてもよい。これにより、音波出力装置から
第１のケースを介して放射される放射音も低減すること
ができる。

【００３０】

【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、ハウジングの少くとも音波出力装置
から残留音検出器に至る部分が吸音材料で形成されてお
り、音波出力装置の出力音波のうちハウジング内で反射
する成分は、吸音材料で形成された部分で減衰し、従っ
て残留音検出器に直接伝達される成分の割合が大となる
ので、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拡大断面図
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】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】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６】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７】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 ４，４ｘ 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 ４０，４１，４６，４８ 第１のケース ４２，４５，４７，４９ 第２のケース

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する
   音波出力装置と、前記排気管の出口及び少くとも前記音
   波出力装置の音波出力側を囲繞すると共に前記音波出力
   装置から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
   渉させて消音を行なう能動型消音器において、前記ハウ
   ジングの少くとも前記音波出力装置から前記残留音検出
   器に至る部分を吸音材料で形成したことを特徴とする能
   動型消音器。