JP2002048020A - 騒音反射弁付き消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧ショベルなどの建設機械のエンジンの吸
気管の途中に介装される消音装置において、装置の小型
化を図ることができるとともに、「運転室内におけるこ
もり音」の原因となる低周波数のエンジン吸気騒音を減
らすことができる騒音反射弁付き消音装置を提供するこ
と。 【解決手段】 エンジンの吸気管の途中に介装され、吸
気流路の一部を形成するケーシング１と、ケーシング１
内に可動可能に設けられ、開口部２ａを持つ開口付き騒
音反射弁２と、エンジンの回転数が予め設定されたエン
ジン回転数設定値以下のときは、吸気流路断面に対して
開口付き騒音反射弁１を正対させ、前記エンジン回転数
設定値を超えるときは、ケーシング内周壁面に対し開口
付き騒音反射弁１を正対させて吸気流路を全開状態にす
る開口付き騒音反射弁開閉制御手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル，ホ
イールローダなどの建設機械でのエンジン吸気騒音を減
らすに好適な騒音反射弁付き消音装置に関し、詳しく
は、軽負荷運転時などのエンジンの回転数が低く吸気流
量が小さいときに発生して「運転室内におけるこもり
音」の原因となる低周波数のエンジン吸気騒音を減らす
ことができるようにした騒音反射弁付き消音装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジン（内燃機関）の吸気管の
吸気口より放射されるエンジン吸気騒音を減らすための
消音装置については、例えば特公平５−７５５３号公報
に記載されたようなものがある。この容積可変式共鳴消
音装置は、エンジンの吸気管の空気吸入口近くに配置さ
れた音圧検知器により、予め設定された周波数の特定評
価範囲内における最大音圧を実測し、この最大音圧を発
生する周波数と等しい共鳴周波数となるようにアクチュ
エータを用いて、吸気管の側方にこれに連通して設けら
れた容積可変の共鳴容器の容積を変えることにより、消
音を行うようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、油圧ショベ
ル，ホイールローダなどの建設機械では、その運転室内
において「こもり音」と称されている低周波数の騒音が
発生するという問題がある。この「こもり音」の主音源
はエンジン吸気音であり、エンジン回転数がアイドリン
グ状態から通常負荷運転を行う最高回転数（例えば２２
００回転／ｍｉｎ）に至る途中の低速回転数域（例えば
１６００回転／ｍｉｎ付近）において、つまり、軽作業
時などエンジンの吸気流量が小さいときに、運転室の気
柱共鳴数と吸気脈動周波数とが一致すると、エンジン吸
気音が増幅されて「こもり音」が発生するものである。
これは、運転席のオペレータ（運転手）が聞くと、こも
った感じのする不快な音として感じるので、一般に「こ
もり音」と呼ばれている。図７は建設機械での運転手耳
元騒音の一例を示すグラフである。この例では、エンジ
ン回転数が１６００回転／ｍｉｎ付近のときにピークに
持つ低周波数（５０Ｈｚ程度）のエンジン吸気騒音が発
生しており、これが「こもり音」の原因となっている。

【０００４】ところが、前述した従来の消音装置では、
共鳴型であるため、消音の対象とするエンジン吸気騒音
周波数が前記「こもり音」の原因となるような低周波数
の場合、共鳴容器の容積が大きくなってエンジンルーム
内に大きな装置スペースが必要になるという問題点があ
った。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、油圧ショベル，ホイールローダなどの
建設機械のエンジンの吸気管の途中に介装されるエンジ
ン吸気騒音の消音装置において、騒音反射弁付きの構造
とすることにより、装置の小型化を図ることができると
ともに、軽負荷運転時などのエンジンの回転数が低く吸
気流量が小さいときに発生して「運転室内におけるこも
り音」の原因となる低周波数のエンジン吸気騒音を減ら
すことができる騒音反射弁付き消音装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、エンジンの吸気管の途中に介
装され、吸気流路の一部を形成するケーシングと、該ケ
ーシング内に可動可能に設けられ、開口部を持つ開口付
き騒音反射弁と、前記エンジンの回転数が予め設定され
たエンジン回転数設定値以下のときは、吸気流路断面に
対して前記開口付き騒音反射弁を正対させ、前記エンジ
ン回転数設定値を超えるときは、吸気流路を全開状態に
する開口付き騒音反射弁開閉制御手段とを備えているこ
とを特徴とする騒音反射弁付き消音装置である。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１記載の騒音反
射弁付き消音装置において、前記開口付き騒音反射弁開
閉制御手段が、前記開口付き騒音反射弁を回動させるア
クチュエータと、前記エンジンの回転数検出値とエンジ
ン回転数設定値とを比較し、前記エンジンの回転数が前
記エンジン回転数設定値以下のときは、吸気流路断面に
対して前記開口付き騒音反射弁が正対するように前記ア
クチュエータを駆動し、前記エンジン回転数設定値を超
えるときは、ケーシング内周壁面に対して前記開口付き
騒音反射弁が正対するように前記アクチュエータを駆動
する制御ユニットとにより構成されたものであることを
特徴とする。

【０００８】本発明による騒音反射弁付き消音装置で
は、エンジンによって吸引された空気の流路を形成する
ケーシングが吸気管の途中に介装されており、該ケーシ
ング内に、吸引された空気を通す開口部を持つ開口付き
騒音反射弁、例えば空気を通す円形開口部を持つ円環板
状の開口付き騒音反射弁が可動可能に設けられている。
そして、エンジンの回転数が予め設定されたエンジン回
転数設定値以下のときは、つまり、例えば５０Ｈｚ程度
をピークとする低周波数のエンジン吸気騒音が発生する
運転状態のときは、ケーシングの吸気流路断面に対して
開口付き騒音反射弁を正対させるように向けてあるの
で、エンジンからの吸気騒音が該開口付き騒音反射弁の
非開口部分で反射され、これによって吸気口から放射さ
れる低周波数のエンジン吸気騒音を減らすことができ
る。エンジンの回転数が前記エンジン回転数設定値を超
えているときは、ケーシング内周壁面に対して開口付き
騒音反射弁を正対させて、すなわち吸気流路方向に対し
て開口付き騒音反射弁を平行をなすようにして、平行吸
気流路を全開状態にし、通常の空気の吸引が行われる。

【０００９】ここで、ケーシングの流通面積（ケーシン
グ断面積）をＳ１とし、開口付き騒音反射弁の開口部の
流通面積（開口部面積）をＳ２とすると、減音量は流通
面積比（Ｓ１／Ｓ２）が大きくなるに従って増加し、簡
易式によれば、〔１０×ｌｏｇ（Ｓ１／Ｓ２）〕に従っ
て増加する。ところが一方、吸気抵抗圧も流通面積比
（Ｓ１／Ｓ２）に比例して大きくなる傾向がある。つま
り、吸気流路断面に対して開口付き騒音反射弁を正対さ
せることで該開口付き騒音反射弁によって吸気流路を閉
じ、該開口付き騒音反射弁の開口部によってのみ空気の
流通がなされている場合（流通面積：Ｓ２）は、吸気流
路が全開状態の場合（流通面積：Ｓ１）に比べると、空
気の流通面積が減少して吸気抵抗圧が大きくなる。この
吸気抵抗圧がエンジンの規定吸気抵抗圧よりも大きくな
ると、エンジン出力の低下や燃費の上昇を招くという不
具合が生じる。そこで、開口付き騒音反射弁の開口部の
大きさを適切に設定することにより、低周波数のエンジ
ン吸気騒音を低減しうるとともに、開口付き騒音反射弁
によって吸気流路を閉じている状態（開口付き騒音反射
弁の開口部によってのみ空気の流通がなされる状態）で
あっても吸気抵抗圧をエンジンの規定吸気抵抗圧以下に
することができる。

【００１０】このように、開口付き騒音反射弁を設ける
簡易な構造としたものであるから、装置の小型化を図る
ことができるとともに、「こもり音」の原因となる低周
波数のエンジン吸気騒音を減らすことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
による騒音反射弁付き消音装置の全体構成を示す図、図
２は図１に示す騒音反射弁付き消音装置の要部の概略を
示す一部切欠き斜視図、図３は図２におけるケーシング
及び開口付き騒音反射弁を説明するための断面図であ
る。

【００１２】図１に示すように、油圧ショベル，ホイー
ルローダなどの建設機械のエンジン１１の各シリンダに
吸気管１２，吸気マニホールド１３を通って燃焼用の空
気が吸入されるようになっており、吸気管１２の途中に
は、該吸気管１２の吸気口１２ａより順にこの例ではエ
アクリーナ（空気清浄器）１４と、内側に開口付き騒音
反射弁２が回動可能に設けられた円筒形のケーシング１
とが介装されている。なお、吸気口１２ａより順にケー
シング１とエアクリーナ１４を介装するようにしても差
し支えない。本例では吸気マニホールド１３、吸気管１
２及びケーシング１は、ステンレス鋼製のものである。
３は制御ユニットであり、エンジン１１の回転数を検出
する図示しないエンジン回転数検出器からのエンジン回
転数検出値（信号）が入力され、開口付き騒音反射弁２
を開閉するための駆動信号をアクチュエータとしての本
例ではパルスモータ（ステッピングモータ）４に出力す
るものである。

【００１３】図２，図３に示すように、吸気流路（吸気
管）の一部を形成する円筒形の前記のケーシング１は、
その内径が吸気管１２の内径と同寸法で、空気の流通面
積がＳ１である。また、ステンレス鋼製の前記開口付き
騒音反射弁２は、薄肉で円環形をなしており、外径がケ
ーシング１の内径寸法と略同一であって、その中心部分
に空気を通す流通面積Ｓ２の円形開口部２ａが設けられ
ている。図２に示すように、この開口付き騒音反射弁２
は、弁底部に固着された支持ピン２ｂと弁頂部に固着さ
れた回動軸２ｃなどにより、ケーシング１内に回動自在
に支持されている。そして、開口付き騒音反射弁２の回
動軸２ｃには、ケーシング１の外周壁面に固定された減
速機付きパルスモータ４のモータ軸が連結されており、
これによりケーシング１内に設けられた開口付き騒音反
射弁２が、制御ユニット３からの駆動信号が与えられる
パルスモータ４によって回動されるようになされてい
る。なお、ケーシング１内への開口付き騒音反射弁２の
組込みの際には、円筒形のケーシング１を円周１８０°
位置で２分割した状態で開口付き騒音反射弁２をセット
し、しかる後に組立てを行えるようになっている。騒音
反射弁付き消音装置は、ケーシング１、開口付き騒音反
射弁２、制御ユニット３及びパルスモータ４により構成
されている。

【００１４】このように構成される騒音反射弁付き消音
装置の動作を説明する。建設機械にのエンジン１１の回
転数については、通常負荷運転時は例えば２２００回転
／ｍｉｎであり、軽負荷運転時は例えば１０００〜２０
００回転／ｍｉｎである。そして前述したように、「こ
もり音」の原因となる低周波数のエンジン吸気騒音は、
エンジン１１の回転数が低く吸気流量が小さい前記軽負
荷運転時において発生し、エンジン回転数が高くなると
ほんとど発生しないものである。前記した図７の例で
は、エンジン回転数が１６００回転／ｍｉｎ付近のとき
にピークに持つ低周波数のエンジン吸気騒音が発生して
いる。そこで、この低周波数のエンジン吸気騒音がピー
クとなるときのエンジン回転数の値を実験、あるいは数
値シミュレーションなどにより求め、得られた該エンジ
ン回転数を考慮して、開口付き騒音反射弁２の開閉の基
準として用いるエンジン回転数設定値ＥＲを予め定めて
おくようにしている。

【００１５】そして、図示しないエンジン回転数検出器
からのエンジン回転数検出値ＥＤがエンジン回転数設定
値ＥＲ以下のときは、つまり、低周波数のエンジン吸気
騒音が発生する運転状態のときは、制御ユニット３は、
開口付き騒音反射弁２の現在位置情報を読み込み、該開
口付き騒音反射弁２が閉状態となっていないときはパル
スモータ４に弁閉信号を与える。この弁閉信号を受けて
パルスモータ４が駆動し、開口付き騒音反射弁２は、図
４に示すように、ケーシング１の吸気流路断面に対して
正対する状態で位置決めされる。これによってエンジン
１１からの吸気騒音が開口付き騒音反射弁２の非開口部
分で反射され、吸気口１２ａから放射される低周波数の
エンジン吸気騒音を減らすことができる。このとき、吸
気口１２ａからの空気は、開口付き騒音反射弁２の円形
開口部２ａ（流通面積：Ｓ２）を通ってエンジン１１へ
吸入される。

【００１６】そして、エンジン回転数検出器からのエン
ジン回転数検出値ＥＤがエンジン回転数設定値ＥＲを超
えたときは、つまり、エンジン１１の回転数が高く吸気
流量が大きい運転状態のときは、制御ユニット３は、開
口付き騒音反射弁２の現在位置情報を読み込み、該開口
付き騒音反射弁２が開状態となっていないときはパルス
モータ４に弁開信号を与える。この弁開信号を受けてパ
ルスモータ４が駆動し、開口付き騒音反射弁２は、図５
に示すように、ケーシング１の内周壁面に対して正対す
る状態で位置決めされる。これにより吸気通路が全開状
態となり、吸気口１２ａからの空気は、流通面積：略Ｓ
１のケーシング１を通ってエンジン１１へ吸入される。

【００１７】図６は本発明の騒音反射弁付き消音装置に
よる低周波数のエンジン吸気騒音の低減効果を調べた際
の実験結果の一例を示すグラフである。図６のグラフは
横軸に周波数を、縦軸に音圧レベルをとってあり、同図
において実線で示すものが騒音反射弁付き消音装置なし
の場合であり、破線で示すものが騒音反射弁付き消音装
置による場合である。図６の実験は、流通面積比（Ｓ１
／Ｓ２）の値を４、つまり、開口付き騒音反射弁２が閉
状態のときの空気流通面積（開口部面積）Ｓ２を開状態
のときの空気流通面積Ｓ１の１／４に設定し、建設機械
のエンジン回転数が１６００回転数／ｍｉｎでのエンジ
ン吸気騒音を測定したものである。

【００１８】図６から明らかなように、「こもり音」の
原因となる周波数５０Ｈｚ付近で約６ｄＢのエンジン吸
気騒音の低減効果が得られた。しかも、前述した容積可
変式共鳴消音装置とは違って、３０〜７５Ｈｚという約
４５Ｈｚの広い周波数範囲において低減効果が得られて
いる。容積可変式では５Ｈｚ程度の周波数範囲であっ
た。また、この実験例ではエンジン回転数設定値ＥＲを
１７００回転／ｍｉｎにし、これを超えると開口付き騒
音反射弁２を開状態とするように設定した。この場合、
この１７００回転／ｍｉｎ時における吸気抵抗圧は、
２．４５ｋＰａ（２５０ｍｍＡｑ）であり、エンジン規
定吸気抵抗圧２．９４ｋＰａ（３００ｍｍＡｑ）以下に
なしうることが確認できた。

【００１９】なお、開口付き騒音反射弁については、前
記実施形態では、図２に示すように円環形とし、その中
心部分に空気を通す円形開口部２ａを設けたものとした
が、これに限定されず、閉状態で所要の騒音反射面及び
空気流通面積が得られる形状のものであればよく、例え
ば、多数の小孔があけられた多孔板（いわゆるパンチン
グプレート）を円形に切り出したものであっても差し支
えない。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による騒音反
射弁付き消音装置によると、エンジンの吸気管の途中に
介装されたケーシング内に開口付き騒音反射弁を可動可
能に設け、予め設定されたエンジン回転数設定値以下の
ときは、吸気流路断面に対して開口付き騒音反射弁を正
対させるようにしたものであるから、油圧ショベルなど
の建設機械での「運転室内におけるこもり音」の原因と
なる低周波数のエンジン吸気騒音を減らすことができる
ので、運転者の作業環境を向上させることができ。ま
た、装置が小型化できるので、エンジンルーム内に容易
に設置することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による騒音反射弁付き消音
装置の全体構成を示す図である。

【図２】図１に示す騒音反射弁付き消音装置の要部の概
略を示す一部切欠き斜視図である。

【図３】図２におけるケーシング及び開口付き騒音反射
弁を説明するための断面図である。

【図４】開口付き騒音反射弁が閉じている状態を示す断
面図である。

【図５】開口付き騒音反射弁が開いている状態を示す断
面図である。

【図６】本発明の騒音反射弁付き消音装置による低周波
数のエンジン吸気騒音の低減効果を調べた際の実験結果
の一例を示すグラフである。

【図７】建設機械での運転手耳元騒音の一例を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１…ケーシング ２…開口付き騒音反射弁 ２ａ…円形
開口部 ２ｂ…支持ピン ２ｃ…回動軸 ３…制御ユニ
ット ４…パルスモータ １１…エンジン １２…吸気
管 １２ａ…吸気口 １３…吸気マニホールド １４…
エアクリーナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸気管の途中に介装され、吸
   気流路の一部を形成するケーシングと、該ケーシング内
   に可動可能に設けられ、開口部を持つ開口付き騒音反射
   弁と、前記エンジンの回転数が予め設定されたエンジン
   回転数設定値以下のときは、吸気流路断面に対して前記
   開口付き騒音反射弁を正対させ、前記エンジン回転数設
   定値を超えるときは、吸気流路を全開状態にする開口付
   き騒音反射弁開閉制御手段とを備えていることを特徴と
   する騒音反射弁付き消音装置。
2. 【請求項２】 前記開口付き騒音反射弁開閉制御手段
   が、前記開口付き騒音反射弁を回動させるアクチュエー
   タと、前記エンジンの回転数検出値とエンジン回転数設
   定値とを比較し、前記エンジンの回転数が前記エンジン
   回転数設定値以下のときは、吸気流路断面に対して前記
   開口付き騒音反射弁が正対するように前記アクチュエー
   タを駆動し、前記エンジン回転数設定値を超えるとき
   は、ケーシング内周壁面に対して前記開口付き騒音反射
   弁が正対するように前記アクチュエータを駆動する制御
   ユニットとにより構成されたものであることを特徴とす
   る請求項１記載の騒音反射弁付き消音装置。