JPH0791222A - 能動型消音器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置を大型化することなく、所期の出力性能
を確保しつつバスレフ型の能動型消音器を構成する。 【構成】 排気管（３）の外径より大径の内径を有し排
気管の外周に対し空隙（ＡＧ）をもって配置する筒状部
材（３０）と、筒状部材回りに配設し軸方向に振動可能
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、音波出力装置を囲繞すると共に音波出力方
向に開口し、振動部材（５１）の裏面側に囲繞室（Ｅ
Ｒ）を郭成すると共に振動部材の表面側に開口室（Ｏ
Ｒ）を郭成するハウジング（４０）から成り、空隙（Ａ
Ｇ）を介して開口室と囲繞室を連通し、バスレフ構造と
する。而して、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。

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、内燃機関の排気音と相殺する音波
を出力し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号公報に記載さ
れているように、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４−１２９８１７号公報にお
いては、排気ガス圧による圧力波出力装置に対する背圧
の影響を抑えるべく、内燃機関の排気管の出口近傍に配
設し粗密圧力波を出力する少くとも一つの圧力波出力装
置と、前記排気管の出口を囲繞すると共に該出口側に開
口部を有する拡張管と、該拡張管内に配設し閉空間を郭
成すると共に、該閉空間と前記排気管の出口回りの空間
を連通する連通路を形成した遮蔽板を備え、前記圧力波
出力装置が、前記遮蔽板に支持する振動部材と、該振動
部材を駆動する駆動装置を具備して成るようにしたアク
ティブキャンセルマフラが提案されている。更に、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】上記実開平４−１５３
８７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、同公報に記載の装置に
おいても、小型軽量化、製造及び組付の容易性、耐久性
等に関し一層の向上が望まれていた。しかも、同公報に
記載の装置において、スピーカが排気管に直接装着され
ると、排気ガスによって排気管が高温になったとき、そ
の熱が直接スピーカに伝熱されることになる。

【０００５】このため、本件出願人は振動部材等を安定
した状態で支持し得るようにすると共に、排気管に対し
効果的に断熱し得るようにすることを目的とし、特願平
４−２２８０５７号の出願により以下の発明を提案して
いる。即ち、排気管の外径より大径の内径を有する筒状
部材と、該筒状部材回りに配設し軸方向に振動可能に支
持する環状の振動部材を有し、前記筒状部材に支持する
音波出力装置と、前記筒状部材に支持し、前記音波出力
装置を囲繞すると共に前記振動部材の音波出力方向に開
口する室を郭成するハウジングとを備え、前記筒状部材
を、前記排気管の外周に対し前記排気管の上流側及び下
流側にて開放する空隙をもって前記排気管に支持するよ
うにしたものである。

【０００６】ところで、前掲の実開平４−１２９８１７
号公報に記載のアクティブキャンセルマフラは、音響分
野において所謂バスレフ型（位相反転型）と呼ばれる構
成となっている。即ち、連通路を介して振動板の前後面
の室が連通しているので、振動板の前後面での圧力が等
しくなり、振動板の後面側の音波が連通路を介して放射
され、反共振周波数より高い周波数では前面から放射さ
れる音波と同相となり、反共振周波数より高い領域での
低周波特性が改善される。

【０００７】然し乍ら、同公報に記載のアクティブキャ
ンセルマフラ、即ち能動型消音器においては、振動板が
遮蔽板に支持されると共に、遮蔽板に連通路が形成され
るように構成されているので、拡張管即ちハウジングを
大径とせざるを得ず、装置が大型となる。これに対し装
置全体の大きさを規制することとすれば、振動板が小径
となり所期の出力性能を確保することが困難となる。

【０００８】そこで、本発明は、装置を大型化すること
なく、所期の出力性能を確保しつつバスレフ型の能動型
消音器を構成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、前記排気管の外径より大径の内径を有し前記排気
管の外周に対し空隙をもって配置する筒状部材と、該筒
状部材回りに配設し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、該音波出力装置を囲
繞すると共に音波出力方向に開口し、前記振動部材の裏
面側に囲繞室を郭成すると共に前記振動部材の表面側に
開口室を郭成するハウジングとを備え、前記筒状部材と
前記排気管との間の空隙を介して前記開口室と前記囲繞
室を連通することとしたものである。

【００１０】前記能動型消音器において、前記筒状部材
の一端が前記開口室に開口すると共に他端が前記囲繞室
に開口するように構成するとするとよい。

【００１１】あるいは、前記能動型消音器において、前
記筒状部材が、更に前記囲繞室を郭成する側の前記ハウ
ジングを貫通して前記ハウジング外で開口するように構
成することとしてもよい。

【００１２】

【作用】上記の構成になる能動型消音器においては、ハ
ウジング内に音波出力装置及び筒状部材が収容され、振
動部材を境にして囲繞室と開口室が郭成されるが、これ
らの室は筒状部材と排気管との間の空隙を介して連通す
るように構成されている。而して、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。この排気音のレベルに応じて
音波出力装置の振動部材が振動し、開口室内に逆位相の
音波が出力されると共に、囲繞室内の音波が上記空隙を
介して開口室側に出力され、これらの出力音波がバスレ
フ効果を以って排気音と相殺される。この場合におい
て、振動部材は筒状部材回りに配設され軸方向に振動可
能に支持されているので、排気管に対し断熱され、安定
した状態で振動する。

【００１３】前記筒状部材が更に囲繞室側のハウジング
を貫通してハウジング外で開口したものにあっては、空
隙内に常温の外気が導入され、この外気の空気層によっ
て音波出力装置が排気管に対し効果的に断熱されると共
に、囲繞室内の空気が外気と交換されて音波出力装置が
冷却される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の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乃至図３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。尚、上記排気管３に更にサブマフラ
（図示せず）を設けることとしてもよい。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。

【００１５】能動型消音器４は図１に示すように、音波
出力装置５、並びに第１のケース４１及び第２のケース
４２から成り音波出力装置５を支持し排気管３に固定す
るハウジング４０を備えたものである。第１のケース４
１はアルミニウム、合成樹脂等の有底円筒体で、その底
部が排気管３に固着され、その開口端が音波出力装置５
の支持部５３を介して第２のケース４２の大径開口端に
接合されている。而して、第１のケース４１によって囲
繞室ＥＲが郭成され、この囲繞室ＥＲは音波出力装置５
に対し所謂エンクロージャとして機能する。

【００１６】また、第２のケース４２は小径部４２ｂ
と、これに連続し外径が漸次拡大する形状の傾斜部４２
ａから成る筒体で、傾斜部４２ａの大径開口端が、音波
出力装置５の支持部５３を介して第１のケース４１の開
口端に接合され、図１に示すように排気管３の出口３ａ
を含む開口室ＯＲが郭成され、ミキサ（混合部）として
機能する。第２のケース４２は、例えばアルミニウム製
の第１のケース４１に対し、これと異なる材料の合成樹
脂等で形成することとしてもよい。

【００１７】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、排
気管３に対して所定の空隙ＡＧを形成するように筒状部
材３０が駆動装置５０に支持され、筒状部材３０の軸方
向に振動し得るように、振動板５１が支持部５３と第２
のケース４２との間に挾持されている。筒状部材３０は
例えばハウジング４０と同じ材料によって筒状に形成さ
れたもので、その中空部の内径は排気管３の外径より大
径に設定されているので、上記空隙ＡＧが形成される。
筒状部材３０の一方の開口端３０ａは囲繞室ＥＲにて開
口し、他方の開口端３０ｂは開口室ＯＲにて開口してい
る。尚、筒状部材３０の開口端３０ａを閉塞し排気管３
に接合すると共に、筒状部材３０の外周に連通孔を穿設
することとしてもよい。

【００１８】本実施例においては、筒状部材３０が音波
出力装置５に組み付けられ、音波出力装置５が第１のケ
ース４１と第２のケース４２との間に挾持されてアッセ
ンブリとされた後、第１のケース４１が排気管３に固定
される。尚、本実施例の振動板５１は中心に孔を有する
円錐（コーン）形状であるが、円環形状としてもよい。
音波出力装置５の駆動装置５０側は上述の第１のケース
４１の囲繞室ＥＲ内に収容されている。

【００１９】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（図示せず）に巻線（図示せず）
が巻回されて可動コイル５２が構成され、この可動コイ
ル５２がコア（図示せず）と、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（図示せず）との
間に配置されている。而して、駆動装置５０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、その表
面側の開口室ＯＲ方向に粗密圧力波即ち音波が出力され
る。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。

【００２０】更に、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の出力音波の排気音に対する干
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。

【００２１】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、開口室ＯＲ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。

【００２２】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、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、開
口室ＯＲ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。

【００２３】上述のように、本施例においては筒状部材
３０と排気管３との間の空隙ＡＧを介して囲繞室ＥＲと
開口室ＯＲが連通しているので、バスレフ効果が得られ
音波出力装置５の低周波出力が改善される。また、排気
管３の外周と筒状部材３０の内周との間の空隙ＡＧの存
在により、排気管３の熱が直接振動部材５１等に伝熱さ
れることはないので、熱による音波出力装置５の出力効
率の低下等の悪影響を防止でき、内燃機関１の運転状態
に影響されることなく所期の性能を維持することができ
る。

【００２４】図４は本発明の能動型消音器の他の実施例
を示すもので、筒状部材３１の一方の開口端３１ａが、
第１のケース４１の底部を貫通して第１のケース４１外
で開口するように構成され、筒状部材３１が囲繞室ＥＲ
に露呈する部分に連通孔３１ｃが穿設されており、空隙
ＡＧが連通孔３１ｃを介して囲繞室ＥＲに連通してい
る。即ち、囲繞室ＥＲと開口室ＯＲとが空隙ＡＧを介し
て相互に連通すると共に、開口室ＯＲが空隙ＡＧを介し
て上流側の外気と連通している。また、本実施例では、
筒状部材３１の他方の開口端３１ｂは排気管３の開口端
３ａと同一面とされている。尚、連通孔３１ｃは筒状部
材３１の外周に複数個形成することとしてもよい。

【００２５】而して、本実施例によれば、連通孔３１ｃ
を介して前述のバスレフ効果が得られると共に、排気管
３の出口３ａから高速で放出される排気ガス流によっ
て、排気管３と筒状部材３１との間の空隙ＡＧを介して
ハウジング４０内に外気が導入される。これにより、空
隙ＡＧ内には絶えず常温の新しい外気の空気層が形成さ
れるので、排気管３に対する断熱効果が増大すると共
に、連通孔３１ｃを介して囲繞室ＥＲ内の空気が外気と
交換され、囲繞室ＥＲひいては駆動装置５０、振動板５
１等が冷却されるので、音波出力装置５の良好な作動状
態が維持され、耐久性が向上する。また、開口室ＯＲ内
の空気密度が高く維持されるので、音波出力装置５の出
力低下が防止され、囲繞室ＥＲ内の空気の高温化による
共振周波数のズレも防止される。

【００２６】しかも、排気管３と筒状部材３１との間の
空隙ＡＧを介して流入する外気が排気管３の出口３ａま
で導かれ、出口３ａから放出される高温の排気ガス流の
周囲に、温度の低い常温の外気層が形成されるので、残
留音検出器６への高温排気の熱伝達を防止することがで
きる。更に、車両が走行中の場合には、走行風が空隙Ａ
Ｇに流入しこの間を通過する空気量が増加するので、一
層断熱効果が増大する。このような走行風の流入を助長
すべく、筒状部材３１の上流側（内燃機関１側）の開口
端３１ａを拡開しテーパ状に形成することとしてもよ
い。

【００２７】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４に示す筒状部材３２回りに小径
の連通孔３２ｃが複数個穿設されている。更に、筒状部
材３２の軸方向にも分散して複数の連通孔３２ｄが穿設
されている。本実施例によれば、図４の実施例に比し、
特定の低周波音がピーク性をもって強調されるのを防止
でき、低周波音の全域に亘り出力を向上させることがで
きる。而して、低周波音の広い周波数帯において消音効
果が向上する。また、筒状部材３２は、囲繞室ＥＲ内で
軸方向に離隔した部分に連通孔３２ｃ，３２ｄが穿設さ
れており、空隙ＡＧを流れる常温の外気が上流側の連通
孔３２ｃから囲繞室ＥＲ内に流入し下流側の連通孔３２
ｄから流出するので、囲繞室ＥＲ内の空気と空隙ＡＧ内
の外気との交換が促進され、冷却効果が一層向上する。

【００２８】

【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、筒状部材回りに配設された環状の振
動部材を有する音波出力装置を具備し、排気管の外周に
対し空隙をもって筒状部材が配置されると共に、筒状部
材と排気管との間の空隙を介して開口室と囲繞室を連通
するように構成されているので、装置を大型化すること
なく、また音波出力装置を小型に形成する必要なく、所
期の出力性能を確保しつつバスレフ構造とすることがで
きる。しかも、音波出力装置は筒状部材に支持され排気
管の外周に対し空隙をもって配置されているので、排気
管の熱が直接振動部材等に伝熱されることはなく、また
振動部材は筒状部材回りに軸方向に振動可能に配設され
ているので、音波出力装置の安定した性能を確保するこ
とができる。

【００２９】上記能動型消音器において、筒状部材の一
端が開口室に開口すると共に他端が囲繞室に開口するよ
うに構成したものにあっては、製造、組付が容易であ
る。

【００３０】更に、上記能動型消音器において、筒状部
材を、囲繞室を郭成する側のハウジングを貫通してハウ
ジング外で開口するように構成したものにあっては、音
波出力装置が排気管に対し適切に断熱されると共に、囲
繞室内の空気が外気と交換されて音波出力装置が冷却さ
れるので、音波出力装置の耐久性を向上することができ
る。しかも、空気密度が高く維持されるので音波出力装
置の出力効率の低下を防止することができる。また、囲
繞室内空気の高温化に起因する共振周波数のズレや、囲
繞室内の圧力上昇を防止することができる。

【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】図１に示す能動型消音器の側面図である。

【図４】本発明の能動型消音器の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。

【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 ３０，３１，３２ 筒状部材 ５０ 駆動装置 ５１ 振動板（振動部材） ＥＲ 囲繞室 ＯＲ 開口室 ＡＧ 空隙

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、前記排気管の外径より大径の内径を有し前記排気
   管の外周に対し空隙をもって配置する筒状部材と、該筒
   状部材回りに配設し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、該音波出力装置を囲
   繞すると共に音波出力方向に開口し、前記振動部材の裏
   面側に囲繞室を郭成すると共に前記振動部材の表面側に
   開口室を郭成するハウジングとを備え、前記筒状部材と
   前記排気管との間の空隙を介して前記開口室と前記囲繞
   室を連通することを特徴とする能動型消音器。
2. 【請求項２】 前記筒状部材の一端が前記開口室に開口
   すると共に前記筒状部材の他端が前記囲繞室に開口する
   ように構成することを特徴とする請求項１記載の能動型
   消音器。
3. 【請求項３】 前記筒状部材が、前記囲繞室を郭成する
   側の前記ハウジングを貫通して前記ハウジング外で開口
   することを特徴とする請求項１記載の能動型消音器。