(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を出力する音波出力装置と、内燃機関の排気管口近傍部および前記音波出力装置を囲繞する、一つの開口部を有したハウジングと、からなり、前記排気管口から放出される排気音と逆位相の音波を前記音波出力装置から出力させて排気音の消音を行うアクティブ消音装置において、
前記排気管は緩やかな曲率で曲がり、前記排気管後部が前記ハウジングの開口部付近から前記ハウジング内に挿入され、かつ、直線状になっており、
前記ハウジングは排気管前部の軸に対して所定の角度をもって付設され、前記排気管後部の軸と音波出力装置の音波放出軸との交差角度が小さくなるように取付けられており、
前記ハウジングはその開口部が下側に向くように傾斜し、かつ、前記ハウジングの開口部近傍に複数のフィンが付設されていることを特徴とするアクティブ消音装置。
【請求項２】
音波を出力する音波出力装置と、内燃機関の排気管口近傍部および前記音波出力装置を囲繞する、一つの開口部を有したハウジングと、からなり、前記排気管口から放出される排気音と逆位相の音波を前記音波出力装置から出力させて排気音の消音を行うアクティブ消音装置において、
前記排気管は緩やかな曲率で曲がり、前記排気管後部が前記ハウジングの開口部付近から前記ハウジング内に挿入され、かつ、直線状になっており、
前記ハウジングは排気管前部の軸に対して所定の角度をもって付設され、前記排気管後部の軸と音波出力装置の音波放出軸との交差角度が小さくなるように取付けられており、
前記ハウジングには、複数のフィンが前記音波出力装置に近づけて付設されていることを特徴とするアクティブ消音装置。
【請求項３】
音波を出力する音波出力装置と、内燃機関の排気管口近傍部および前記音波出力装置を囲繞する、一つの開口部を有したハウジングと、からなり、前記排気管口から放出される排気音と逆位相の音波を前記音波出力装置から出力させて排気音の消音を行うアクティブ消音装置において、
前記排気管は緩やかな曲率で曲がり、前記排気管後部が前記ハウジングの開口部付近から前記ハウジング内に挿入され、かつ、直線状になっており、
前記ハウジングは排気管前部の軸に対して所定の角度をもって付設され、前記排気管後部の軸と音波出力装置の音波放出軸との交差角度が小さくなるように取付けられており、
前記ハウジングの開口部近傍に複数のフィンが付設され、当該フィンは、ハウジングに囲繞された排気管の軸と平行となるように形成されていることを特徴とするアクティブ消音装置。
【請求項４】
前記排気管口近傍の排気管に吸音材料が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のアクティブ消音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気管から放出される排気音を消音する消音装置に関し、特に、排気音と逆位相の音波を出力して消音するアクティブ消音装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブ消音装置の従来例を図１０ないし図１３に示す。
（１）図１０（ａ）は一従来例の全体構成図であり、図１０（ｂ）はその消音装置部の断面図である。図１０（ａ）において、内燃機関からの爆発音が排気管２１を介して排気管口２１ａから排気音となって放出される。一方、この排気音と逆位相の音波がアクティブ消音装置２０の音波出力装置２２から出力され、排気音と干渉させることにより排気音を消音させる。この音波出力装置２２から出力される音波はコントローラ２６により制御されており、残留音検出器２４からの出力信号および排気管２１の経路中にある参照音検出器２５からの出力信号がコントローラ２６に入力され、残留音検出器２４の出力信号が最小となるように音波出力装置２２を駆動制御している。ここで、音波出力装置２２から出力される音波はハウジング２３内で反射が起き、この反射音波は、反射せずに直接残留音検出器２４に到達する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ではないため、残留音検出器２４の位置での排気音との干渉効果が上がらないという問題が生じる。そのためにハウジング内壁を吸音材２７で形成し、反射音を吸音させるという方法が採られている。
【０００３】
（２）また、排気管とアクティブ消音装置のハウジングとの位置関係にかかる構造の従来例としては図１１ないし図１３に示す態様のものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のアクティブ消音装置は下記の問題点を有していた。
（１）▲１▼上述のハウジング内壁を吸音材２７で形成したアクティブ消音装置では、音波出力装置の歪が大きい場合は有効であるが、歪が小さい場合には効果が少ないという欠点がある。
また、ハウジング内壁全体を吸音材料で形成するので、コスト的にも不利となる。
▲２▼排気管２１内では排気ガスの気流の乱れが常に発生しており、また排気管自体も激しく振動するので、その影響で参照音検出器２５位置における排気音の周波数成分と排気管口２１ａから放出される排気音の周波数成分が相違するという現象が生じる。上述したようにコントローラ２６は排気管２１経路中にある参照音検出器２５からの出力信号を取り込むが、このコントローラ２６はこの参照音検出器２５からの出力信号に応じたアルゴリズムに基づいて音波出力装置２２に駆動信号を出力するため、上記現象の結果、前記駆動信号に基づいて音波出力装置２２から出力される逆位相の音波は、排気管口２１ａからの周波数と食い違いを生じ、所定の消音効果があがらないという問題が生じている。  上述のアクティブ消音装置では、この参照音検出器２５位置から残留音検出器２４位置までの音響伝達特性には全く効果がないことになる。
【０００５】
（２）また、図１１ないし図１３に示す構造の従来のアクティブ消音装置は下記の問題点を有していた。
▲１▼図１１に示すアクティブ消音装置では、音波出力装置内を排気管が貫通する構造となっているので、排気管から発生する熱が音波出力装置に伝導されやすく、その熱害対策のために音波出力装置の構造は非常に複雑なものとなり、部品点数も多くなる。
▲２▼図１２に示すアクティブ消音装置では、排気管が排気管口近傍で略直角に曲がっているために気流音の発生度が大きくなり、また、ハウジング内に占める排気管容量が大きくなるので、音波出力装置に対する熱害の点でも不利な構造となっている。
▲３▼図１３に示すアクティブ消音装置では、排気管がハウジング上部で緩やかな曲率で曲がっているため、気流音が発生しにくくなり、またハウジング内に挿入された部分は直線状に形成されているため、ハウジング内に占める容量も小さくなり音波出力装置に対する熱害においては有利であるが、排気管口から放出される排気音の向きと音波出力装置から出力される音波の向きが一致しないため、消音効果が小さいという問題を有している。
【０００６】
また、音波出力装置から出力された音波を効率良く排気音に干渉させるにはハウジング開口面積を大きくする必要があり、その結果、ハウジング内に水や塵埃が侵入しやすくなり、それらがハウジング内に堆積すると、音波出力装置からの出力音波が効率良く伝播されず消音効果が低下するという問題も従来のアクティブ消音装置では大きな課題となっていた。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みて創案されたものであり、部品点数や吸音材使用量が少なくコスト的に低廉であるとともに、効率の良い排気音の消音が可能なアクティブ消音装置の提供を目的としている。また，水や塵埃等が侵入しにくい構造のアクティブ消音装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記の目的を達成するために以下の手段を用いた。
第１の手段として、音波を出力する音波出力装置と、内燃機関の排気管口近傍部および前記音波出力装置を囲繞する、一つの開口部を有したハウジングと、からなり、前記排気管口から放出される排気音と逆位相の音波を前記音波出力装置から出力させて排気音の消音を行うアクティブ消音装置において、前記排気管は緩やかな曲率で曲がり、前記排気管後部が前記ハウジングの開口部付近から前記ハウジング内に挿入され、かつ、直線状になっており、前記ハウジングは排気管前部の軸に対して所定の角度をもって付設され、前記排気管後部の軸と音波出力装置の音波放出軸との交差角度が小さくなるように取付けられており、前記ハウジングをその開口部が下側に向くように傾斜させ、かつ、前記ハウジングの開口部近傍に複数のフィンを付設した。
【０００９】
また、第２の手段として、音波を出力する音波出力装置と、内燃機関の排気管口近傍部および前記音波出力装置を囲繞する、一つの開口部を有したハウジングと、からなり、前記排気管口から放出される排気音と逆位相の音波を前記音波出力装置から出力させて排気音の消音を行うアクティブ消音装置において、前記排気管は緩やかな曲率で曲がり、前記排気管後部が前記ハウジングの開口部付近から前記ハウジング内に挿入され、かつ、直線状になっており、前記ハウジングは排気管前部の軸に対して所定の角度をもって付設され、前記排気管後部の軸と音波出力装置の音波放出軸との交差角度が小さくなるように取付けられており、前記ハウジングに、複数のフィンを前記音波出力装置に近づけて付設した。
【００１０】
また、第３の手段として、音波を出力する音波出力装置と、内燃機関の排気管口近傍部および前記音波出力装置を囲繞する、一つの開口部を有したハウジングと、からなり、前記排気管口から放出される排気音と逆位相の音波を前記音波出力装置から出力させて排気音の消音を行うアクティブ消音装置において、前記排気管は緩やかな曲率で曲がり、前記排気管後部が前記ハウジングの開口部付近から前記ハウジング内に挿入され、かつ、直線状になっており、前記ハウジングは排気管前部の軸に対して所定の角度をもって付設され、前記排気管後部の軸と音波出力装置の音波放出軸との交差角度が小さくなるように取付けられており、前記ハウジングの開口部近傍に複数のフィンを付設し、当該フィンを、ハウジングに囲繞された排気管の軸と平行となるように形成した。
【００１１】
また、第４の手段として、前記第１の手段乃至第３の手段において、前記排気管口近傍の排気管に吸音材料を形成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１（ａ）は、実施の第１の形態（参考例）を説明する側面断面図である。図において、アクティブ消音装置１は、消音用音波を発生する音波出力装置４と、この音波出力装置４にて発生した音波を外部に出力するための金属または硬質プラスチックから形成された音波出力装置４を囲繞するための円筒形状のハウジング５と、後記する排気管２から放出される排気音と音波出力装置から出力される音波が干渉し合って、排気音が消音された際に残留する残留音を検知するための残留音検出器６と、から構成されている。残留音検出器６は消音領域となるハウジング５の開口部近傍に取付けられている。また、内燃機関からの排気ガスおよび排気音を放出させるための排気管２の排気管口２ａ近傍部がハウジング５内に挿入されている。そして、この排気管口２ａ近傍部の排気管内周面には吸音材３が形成されている。本実施形態では吸音材３としてグラスウールを使用している。
【００１３】
次に本アクティブ消音装置の作動について説明する。
内燃機関（図示せず）からの爆発音が排気管２を介して排気管口２ａから放出される。このとき排気管２内の音は参照音として排気管２経路中にある参照音検出器７によって検出されその信号がコントローラ８に出力される。また、ハウジング５の開口部の消音領域における残留音が残留音検出器６によって検出されその信号がコントローラ８に出力される。上記２つの信号が入力されたコントローラ８は、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４に駆動信号を出力する。この駆動信号に応じて音波出力装置４から、排気管口２ａから放出される排気音と逆位相の音波が出力され、干渉作用によって排気音がハウジング５開口部付近の消音領域で消音される。
【００１４】
ここで、排気管２経路内における排気音の周波数成分は排気管２内で発生する気流の乱れ等により変化するものであり、参照音検出器７位置における周波数成分と排気管口２ａにおける周波数成分または残留音検出器６位置における周波数成分が相違することになる。一般には乱流の影響により高周波数成分が増大する場合が多い。いわゆる、参照音検出器７の位置から残留音検出器６の位置までの音響伝達特性が悪くなるという現象が起きる。
このため、参照音検出器７からの出力信号に応じたアルゴリズムに基づいてコントローラ８は音波出力装置４を駆動制御しているために、音波出力装置４から出力される逆位相の音波は、排気管口２ａからの周波数成分と食い違いを生じ所定の消音効果はあがらないことになる。
本実施形態では、上述したように排気管口２ａ近傍の排気管内周面に吸音材３を形成したので、主に高周波成分が吸収され参照音検出器７の位置の排気音周波数と同様の成分を持つ排気音が排気管口２ａから放出される。よって、参照音検出器７からの出力信号に基づいてコントローラ８から駆動制御された音波出力装置４の音波と、排気管口２ａから放出される排気音が効率良く干渉し合い、排気音の消音効率が上がることになる。
【００１５】
本実施形態の測定結果を図２ないし図４に示す。
実線が吸音材を形成した場合、点線が吸音材なしの場合をそれぞれ示し、両線間において黒く塗り潰した部分が吸音材を形成したことによる効果を示している。
図２は残留音の各周波数成分における音圧を表すグラフである。広範囲の周波数帯域にわたって残留音の音圧が低下することが判明した。
図３は参照音検出器６の位置および残留音検出器５の位置でのそれぞれの音波の周波数成分の一致度を示すグラフであり、縦軸にコヒーレンスとしてその一致度を示す。１．０が完全に一致していることを意味し、値が下がる程周波数成分に関連性がないことを示している。本結果では吸音材を形成することにより、広範囲の周波数帯域において両周波数成分に差が小さくなり、参照音検出器７の位置から残留音検出器６の位置までの音響伝達特性が良好となることが判明した。図４は音波出力装置４の位置および残留音検出器５の位置でのそれぞれの音波の周波数成分の一致度を示すグラフであり、測定の結果、音波出力装置４の位置から残留音検出器６の位置までの音響伝達特性が良好となることが判明した。
【００１６】
なお、吸音材の形成形態は、上述の排気管内周面に形成する形態の他、図１（ｂ）に示すように、排気管に多数の孔を穿孔し、その排気管外周部に吸音材３を内包した円筒形状の吸音材ホルダ１１を挿嵌させるという態様等を用いても良い。吸音材ホルダ１１は溶接やリベット止め等により排気管に固定される。
【００１７】
次に本発明の実施の第２の形態を図５に基づいて説明する。図５はアクティブ消音装置１′の側面断面図である。排気管２′が緩やかな曲率で曲がり、排気管後部２ｃがハウジング５′内に延出している。ハウジング５′は排気管前部２ｂの軸に対して所定の角度をもって付設され、排気管後部２ｃの軸と音波出力装置の音波放出軸との交差角度θが小さくなるように取付けられている。これにより排気管口２ａ′から放出される排気音の向きと音波出力装置４から放出される音波の向きが近づくことになり消音効果を上げることができる。また、排気管後部２ｃはハウジング５′の開口部付近からハウジング５′内に挿入され、かつ、直線状になっているので、ハウジング５′内に占める排気管２′の容量が小さくなり、また音波出力装置４から離れているために排気管後部２ｃの発する熱が音波出力装置４に及ぼす影響が軽減される。
また、ハウジング５′の開口部近傍位置には、図５および図８（ａ）に示すようにハウジング５′の開口円形断面全体にわたってフィン９が形成されている。ハウジング５′はその開口部を下向きにして傾斜しているので、このフィンが上方向および水平方向からの水や塵埃の侵入を防ぎ、その結果音波出力装置４からの出力音波を効率良く消音領域まで伝播させることができ、消音効率を常に一定に維持できる。
また、フィン９の形状としては、図８（ｂ）に示すようなスティフナー付きのもの、図８（ｃ）に示すような格子状のものにしてもよい。
【００１８】
次に第３の形態は図６に示すように、上記の第２の形態例におけるフィン９を音波出力装置４に近づけて形成した場合である。本形態でもフィン９は図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の形状のものが用いられる。
【００１９】
次に第４の形態について説明する。図７において、排気管２′は前述の第２、第３の形態と同様にハウジング５′内に延出している。ハウジング５′は排気管前部２ｂの軸に平行に取付けられている。そしてハウジング５′開口部近傍にはハウジング５′の開口円形断面全体にわたってフィン１０が、その面が排気管後部２ｃの軸と平行となるように複数形成されている。よって、音波出力装置４から出力された音波はフィン１０により反射され、排気管口２ａ′から放出される排気音の向きと完全に一致することになり、高効率の安定した消音効果が発揮されることになる。
また、本形態では、フィン１０が上述した防塵の機能を兼ねることになる。さらに音波出力装置４に対する熱の影響が小さいのも上述の形態と同様である。
フィン１０の形状も前述の図８（ａ）の他、図８（ｂ）、（ｃ）に示すものを用いてもよい。
【００２０】
次に第５の形態について説明する。本形態は図９に示すように上述の第１の形態および第４の形態にかかる手段を併用した場合であり、排気管口２ａ′近傍の排気管内周面に吸音材３′を形成し、かつ、ハウジング５′開口部近傍にフィン１０を排気管後部２ｃの軸と平行となるように複数形成したものである。
フィン１０の形状も前述の図８（ａ）の他、図８（ｂ）、（ｃ）に示すものを用いてもよい。本形態が最も効率の良い消音効果を上げることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明にかかるアクティブ消音装置によれば、次のような効果が奏される。
排気管口近傍の排気管に吸音材を形成したので、排気管内の排気音と排気管口から放出された排気音の周波数成分差を減少させることができ、排気管口から放出された排気音とほぼ一致した逆位相音波を音波出力装置から出力させることができるので、効率の良い排気音の消音が可能となる。
ハウジング内の排気管軸と音波出力装置からの音波出力軸の交差角度が小さくなるように、ハウジングをその開口部が下向きにして傾斜させたので、排気音の向きと音波出力装置からの出力音波の向きが近づき、効率の良い排気音の消音が可能となる。
ハウジング内における排気管の占める容量が小さいので、音波出力装置に対する熱害が軽減される。
ハウジング開口部にフィンを付設したので、上方向および水平方向からの水や塵埃の侵入を防止することができ、消音効果を維持できる。
ハウジング内の排気管軸と平行となるようにハウジング開口部にフィンを形成したので、音波出力装置からの出力音波がフィンにより反射し、排気音の向きと一致することになるので、効率の良い排気音の消音が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）実施の第１の形態を説明する側面断面図である。
（ｂ）吸音材形成方法の別形態を説明する説明図である。
【図２】実施の第１の形態における周波数−音圧の測定結果を示すグラフである。
【図３】実施の第１の形態における周波数−コヒーレンスの測定結果を示すグラフである。
【図４】実施の第１の形態における周波数−コヒーレンスの測定結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の第２の形態を説明する側面断面図である。
【図６】本発明の実施の第３の形態を説明する側面断面図である。
【図７】本発明の実施の第４の形態を説明する側面断面図である。
【図８】図５におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図９】本発明の実施の第５の形態を説明する側面断面図である。
【図１０】従来のアクティブ消音装置の説明図である。
【図１１】従来のアクティブ消音装置の説明図である。
【図１２】従来のアクティブ消音装置の説明図である。
【図１３】従来のアクティブ消音装置の説明図である。
【符号の説明】
１、１′    ：アクティブ消音装置
２、２′    ：排気管
２ａ、２ａ′：排気管口
２ｂ        ：排気管前部
２ｃ        ：排気管後部
３、３′    ：吸音材
４          ：音波出力装置
５、５′    ：ハウジング
６          ：残留音検出器
７          ：参照音検出器
８          ：コントローラ
９、１０    ：フィン
１１        ：吸音材ホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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