JP2000205068A - 配管系の消音装置 - Google Patents

配管系の消音装置

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JP2000205068A
JP2000205068A JP11006770A JP677099A JP2000205068A JP 2000205068 A JP2000205068 A JP 2000205068A JP 11006770 A JP11006770 A JP 11006770A JP 677099 A JP677099 A JP 677099A JP 2000205068 A JP2000205068 A JP 2000205068A
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JP
Japan
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side branch
intake
noise
pipe
engine
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Application number
JP11006770A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasumasa Kimura
康正 木村
Toshimitsu Tanaka
俊光 田中
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/04Devices damping pulsations or vibrations in fluids

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な消音効果を得ながらサイドブランチの
管長を短くできるとともに、消音効果を広い周波数域で
得る。 【解決手段】 エンジン吸気主配管12に、先端が閉塞
した管体であるサイドブランチ11を分岐接続し、この
サイドブランチ11の入口部分に多孔板13を取付けて
サイドブランチ式共鳴型の消音装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は建設機械のエンジン
吸気配管系等に使用される所謂サイドブランチ式共鳴型
の消音装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本発明の好適例である油圧ショベル等の
建設機械のエンジン吸気配管系を例にとって従来の技術
とその問題点を説明する。
【0003】図9は建設機械のエンジンルーム内の概略
構成を示すもので、吸気配管1の吸気取り入れ口1aか
ら吸引された空気は、エアクリーナー2で粉塵等を除去
された後、吸気マニホールド3を通過し、エンジン4の
燃焼室に入る。
【0004】この種の建設機械における大きな騒音源の
一つにエンジン吸気取り入れ口1aからの放射音があ
る。
【0005】これは、エンジン4の間欠燃焼に起因して
発生する吸気脈動音が吸気配管1を伝播し、吸気取り入
れ口1aから外気に放出される低周波数域の騒音であ
る。
【0006】従来、この吸気騒音対策として、サイドブ
ランチ式共鳴型消音装置、すなわち、吸気配管(主配
管)1の途中に、基本的には主配管1と同径でかつ先端
が閉塞した管体であるサイドブランチ5を分岐接続し、
このサイドブランチ5での音の気柱共鳴作用によって消
音する装置を設けることが公知となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のサイ
ドブランチ式消音装置によると、単なる閉鎖管体を設置
しているだけであるため、十分な消音効果が得られず、
あるいはサイドブランチ5の管長Lが長くなるという欠
点があった。
【0008】すなわち、最も常用されるハイアイドル
(2500rpm)時のエンジンの吸気脈動周波数は10
0Hz前後であり、その一次卓越ピークは4気筒4サイ
クルエンジンの場合、2500÷60×4÷2で約83
Hzとなる。
【0009】そして、音速(344m/s)=波長
(λ)×周波数(83Hz)の関係、および気柱共鳴現
象を得るための条件である1/4λの関係から、消音対
象となる83Hzの吸気脈動音に対して気柱共鳴現象に
よる消音効果を得るためには、サイドブランチ管長Lを
約1.0mとする必要がある。
【0010】このため、建設機械の狭いエンジンルーム
に設置するのに不利となっていた。
【0011】また、従来装置によると、消音効果の高い
周波数域が狭く、消音効果の中心周波数と、これに隣接
する周波数域とで消音効果の差が激しいという特性、つ
まり、消音効果の中心が急峻となる(ピークが高くて裾
野が狭い)という特性を有する。
【0012】このため、運転時にエンジン回転数が変化
すると、消音効果の中心周波数(83Hz)の前後で消
音効果が極端に低下してしまい、かつ、騒音レベルが極
端に変化することでオペレータや周辺住民等に与える音
質的な違和感が大きいという問題があった。
【0013】そこで本発明は、高い消音効果を得ながら
サイドブランチ管長を短くできるとともに、消音効果を
広い周波数域で得ることができる配管系の消音装置を提
供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、流体
が通される主配管に、先端が閉塞した管体であるサイド
ブランチが分岐接続され、このサイドブランチ内に、流
体の流れを絞る絞り手段が設けられたものである。
【0015】請求項2の発明は、請求項1の構成におい
て、絞り手段がサイドブランチの入口部分に設けられた
ものである。
【0016】請求項3の発明は、請求項1または2の構
成において、絞り手段として、複数の絞り孔を持った多
孔板が用いられたものである。
【0017】請求項4の発明は、請求項1乃至3のいず
れかの構成において、絞り手段の近傍に、繊維状金属材
の集合体から成る音響抵抗層が設けられたものである。
【0018】請求項5の発明は、請求項1乃至4のいず
れかの構成において、主配管の途中に三方継手が設けら
れ、この三方継手の一方の継手部に先端が閉鎖した管体
が取付けられてサイドブランチが構成されたものであ
る。
【0019】上記構成によると、サイドブランチ本来の
共鳴吸音効果に加え、 絞り手段における空気質量とサイドブランチの容積
による質量−バネ系の共鳴現象による消音効果 絞り手段での粘性抵抗によるダンピング効果によっ
て音の振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され
る効果 が得られる。
【0020】これにより、サイドブランチでの共鳴周波
数が下がり、消音効果の中心周波数が低周波側へ移行す
る特性が得られるため、十分な消音効果を得ながらサイ
ドブランチの管長を短くすることができる。
【0021】また、別の特性として、消音効果の中心部
分でピークが低く裾野が広くなるため、消音の有効周波
数域が広くなるとともに、たとえば音源がエンジンの場
合にエンジン回転数の変化に対して騒音レベルが緩やか
に変化し、音質的な違和感がなくなる。
【0022】この場合、とくに請求項2のように絞り手
段をサイドブランチの入口部分に設けることで上記
の効果が顕著となる。
【0023】また、入口部分に設ければよいため、サイ
ドブランチ内の中間部に設置する場合と比較して、絞り
手段のサイドブランチへの組込みが容易となる。
【0024】この場合、請求項3のように絞り手段とし
て多孔板を用いることによって組込みがさらに容易とな
る。
【0025】また、請求項4のように絞り手段の近傍に
音響抵抗層を設けることにより、ダンピング効果がさら
に増し、消音効果の有効周波数域が広がる。
【0026】また、請求項5の構成によると、三方継手
の一方の継手部に閉鎖管体を取付けてサイドブランチを
構成するため、このサイドブランチに対する絞り手段の
組込みがさらに容易となる。
【0027】
【発明の実施の形態】第1実施形態(図1〜図5参照) 図1において、11は閉鎖管体を主配管12に分岐接続
して構成されたサイドブランチで、このサイドブランチ
11の入口部分に、絞り手段として多数の絞り孔13a
…を備えた多孔板(パンチングメタル)13が取付けら
れて、サイドブランチ式共鳴型の消音装置が構成されて
いる。
【0028】この消音装置によって吸気配管の入口音圧
が減音される割合を表す出入り間の伝達関数の測定結果
を図2に示す。
【0029】このときの条件は、サイドブランチ11の
管長Lが1.0m、多孔板13の厚さtが10mm、開
口率が15%である。
【0030】同図に示すように、管長1.0mの閉鎖管
のみによるの多孔板無しサイドブランチの場合、83
Hzを中心に消音効果が生じる。このとき、図示のよう
に消音中心の立上りが急峻となり、ピークが高くて裾野
が狭い特性を示す。
【0031】これに対し、この実施形態のの多孔板付
き消音装置によると、消音効果の中心周波数は76Hz
に低下する。
【0032】また、条件を変え、サイドブランチ11の
管長Lを0.8mとした場合の伝達関数の測定結果を図
3に示す。
【0033】同図に示すように、管長Lを20%短縮し
ているにもかかわらず、消音効果の中心周波数は管長
1.0mの多孔板無しサイドブランチ(以下、従来装置
という)の場合と同じ83Hzとなる。
【0034】このとき、従来装置と比較して、83Hz
でのピーク点が低くて裾野が広い特性を示し、従来装置
と比較してピークでの消音効果は10dB程度低下する
ものの、サイドブランチ無しの場合よりも25dB向上
し、実用上十分な消音効果が得られる。
【0035】従って、従来装置と同レベルの消音効果を
得るのにサイドブランチ管長Lを1.0mから0.8m
まで20%まで短縮することができる。
【0036】しかも、図2,3に示すように、周波数変
化に対する消音量の急激な変化が緩和されるため、消音
効果の有効周波数域が広がるとともに、エンジン回転数
の変化に対して騒音がリニアに変化し、オペレータや周
辺住民等に音質的な違和感を起こさせない。
【0037】さらに、条件を変え、図4に示すようにサ
イドブランチ11の管長Lを60%短縮して0.4mと
し、かつ、多孔板13の厚さtを110mmに増加させ
た(開口率は同じ)場合の伝達マトリックス法による解
析結果を図5に示す。
【0038】同図に示すように、サイドブランチ管長L
を短縮したにもかかわらず、消音効果の中心周波数は8
3Hzで、図3の場合と同等の効果を得た。
【0039】これにより、多孔板13の厚さtを大きく
とることにより、消音効果を向上でき、サイドブランチ
管長Lをさらに短縮できることが立証された。
【0040】なお、図示しないが、多孔板13の開口率
を小さくするほど消音効果の中心周波数が低周波数域に
移行することが本発明の解析結果によって確認された。
【0041】第2実施形態(図6,7参照) 第1実施形態との相違点のみを説明すると、第2実施形
態では、サイドブランチ11内における多孔板13の裏
側に、アルミニウムの金属屑やスチールウール等の繊維
状金属材の集合体から成る音響抵抗層14を設けてい
る。15はこの音響抵抗層14の飛散を防止するための
金網である。
【0042】この構成によると、音響抵抗層14によっ
てダンピング作用がさらに高まり、消音効果の作用する
周波数域を一層広げることができる。
【0043】この第2実施形態の装置による吸気配管の
出入間の伝達関数の測定結果を図7に示す。
【0044】条件は、アルミニウムの金属屑を厚さ60
mm、重さ170g、密度4Kg/m3で設置して音響
抵抗層14を構成し、他は図2の場合と同じとした。な
お、金網15は開口率が80%以上ある場合、音響的な
影響を受けない。
【0045】同図に示すように、消音効果の中心周波数
は76Hzとなり、多孔板13のみの場合と比較して、
55Hzから70Hz、および80Hzから100Hz
の間で2〜3dBの低減効果が表れた。
【0046】また、図3の場合よりも周波数変化に対す
る消音量の変化が小さく、エンジン回転数変化時の音質
的リニア感が改善される。
【0047】第3実施形態(図8参照) 第3実施形態では、多孔板付きサイドブランチ式消音装
置の構成例として、配管接手に多孔板を設けている。
【0048】すなわち、三方継手(T字継手)16の一
方の継手部16aに管体17を取付けてサイドブランチ
18を構成するとともに、同継手部16aの根元部分内
側に多孔板19を取付けてサイドブランチ式消音装置を
構成している。19a…は多孔板19の絞り孔である。
【0049】他の二方継手部16b,16cには主配管
であるゴムホース(金属管でもよい)20,20を接続
している。
【0050】このように、継手16に多孔板19を設置
することにより、消音装置を容易に組み込むことができ
る。
【0051】他の実施形態 (1)多孔板13,19は、上記実施形態のようにサイ
ドブランチ11,18の入口部分に設けるのが望ましい
が、入口近く、またはこれよりも奥の中間部に設けても
よい。
【0052】(2)上記第2実施形態では、音響抵抗層
14を多孔板13の裏側に設けたが、表側、あるいは表
裏両側に設けてもよい。
【0053】(3)本発明は上記実施形態で挙げた建設
機械のエンジンの吸気配管に限らず、建設機械以外の各
種機械のエンジン吸気配管に、またエンジン排気配管に
適用することができる。
【0054】また、エンジン配管に限らず、油圧ポンプ
の油圧配管等、流体配管全般に適用することができる。
【0055】
【発明の効果】上記のように本発明によるときは、先端
が閉塞した管体であるサイドブランチ内に、流体の流れ
を絞る絞り手段を設けたから、サイドブランチ本来の共
鳴吸音効果に加え、 絞り手段における空気質量とサイドブランチの容積
による質量−バネ系の共鳴現象による消音効果 絞り手段での粘性抵抗によるダンピング効果によっ
て音の振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され
る効果 が得られる。
【0056】これにより、サイドブランチでの共鳴周波
数が下がり、消音効果の中心周波数が低周波側へ移行す
る特性が得られるため、十分な消音効果を得ながらサイ
ドブランチの管長を短くすることができる。
【0057】また、別の特性として、消音効果の中心部
分でピークが低く裾野が広くなるため、消音の有効周波
数域が広くなるとともに、たとえば音源がエンジンの場
合にエンジン回転数の変化に対して騒音レベルが緩やか
に変化し、音質的な違和感がなくなる。
【0058】この場合、とくに請求項2の発明による
と、絞り手段をサイドブランチの入口部分に設けること
によって上記の効果が顕著となる。
【0059】また、入口部分に設ければよいため、サイ
ドブランチ内の中間部に設置する場合と比較して、絞り
手段のサイドブランチへの組込みが容易となる。
【0060】この場合、請求項3の発明によると、絞り
手段として多孔板を用いることによって組込みがさらに
容易となる。
【0061】また、請求項4の発明によると、絞り手段
の近傍に音響抵抗層を設けことによってダンピング効果
がさらに増し、消音効果の有効周波数域が広がる。
【0062】一方、請求項5の発明によると、三方継手
の一方の継手部に閉鎖管体を取付けてサイドブランチを
構成するため、このサイドブランチに対する絞り手段の
組込みがさらに容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる消音装置の概略
構成図である。
【図2】同装置による吸気配管の出入間の伝達関数の測
定結果を示す図である。
【図3】図2の場合と条件を変えた場合の吸気配管の伝
達関数の測定結果を示す図である。
【図4】図1の場合と条件を変えた消音装置の概略構成
図である。
【図5】図4の場合の伝達マトリックス法による解析結
果を示す図である。
【図6】本発明の第2実施形態にかかる消音装置の概略
構成図である。
【図7】同装置による吸気配管の出入間の伝達関数の測
定結果を示す図である。
【図8】本発明の第3実施形態にかかる消音装置の概略
構成図である。
【図9】油圧ショベル等の建設機械のエンジンルーム内
の概略構成図である。
【符号の説明】
11 サイドブランチ 12 主配管 13 多孔板(絞り手段) 13a 絞り孔 14 音響抵抗層 16 三方継手 16a 一方の継手部 17 閉鎖管体 18 サイドブランチ 19 多孔板(絞り手段) 19a 絞り孔

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体が通される主配管に、先端が閉塞し
    た管体であるサイドブランチが分岐接続され、このサイ
    ドブランチ内に、流体の流れを絞る絞り手段が設けられ
    たことを特徴とする配管系の消音装置。
  2. 【請求項2】 絞り手段がサイドブランチの入口部分に
    設けられたことを特徴とする請求項1記載の配管系の消
    音装置。
  3. 【請求項3】 絞り手段として、複数の絞り孔を持った
    多孔板が用いられたことを特徴とする請求項1または2
    記載の配管系の消音装置。
  4. 【請求項4】 絞り手段の近傍に、繊維状金属材の集合
    体から成る音響抵抗層が設けられたことを特徴とする請
    求項1乃至3のいずれかに記載の配管系の消音装置。
  5. 【請求項5】 主配管の途中に三方継手が設けられ、こ
    の三方継手の一方の継手部に先端が閉鎖した管体が取付
    けられてサイドブランチが構成されたことを特徴とする
    請求項1乃至4のいずれかに記載の配管系の消音装置。
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