JP2004330854A

JP2004330854A - 建設機械の消音装置

Info

Publication number: JP2004330854A
Application number: JP2003128639A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Kimura; 康正木村
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】共鳴方式によりとくに低・中周波数の騒音に対して高い消音効果を発揮しながら、冷却風量の低下等の弊害を除去する。
【解決手段】エンジンルーム２を形成するエンジンガード１のボンネット４内に消音ダクト１１を空気排出口５に臨んで設ける。この消音ダクト１１内は複数の流路１３…に仕切り、各流路１３…内に、消音対象となる音波の波長の１／４の長さを備えかつ一端が閉じた音響管１４を外気側に開口する状態で設けた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル等の建設機械におけるエンジン騒音（とくに低・中周波数の騒音）を低減する消音装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械においては、エンジンガードによって形成されたエンジンルーム内にエンジンと、ラジエータ等の冷却器及び冷却用のファンを設置し、ファンの回転により空気導入口から外気を吸い込んで上記冷却器を冷却し、空気排出口から排出する構成をとっている。
【０００３】
この構成によると、エンジン及びファン等から発生した騒音が空気導入口及び空気排出口から外部に放散し、騒音問題となっている。
【０００４】
従来、この騒音対策として、一般に、エンジンガードの内面に吸音材を貼り付ける吸音材方式がとられている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、空気導入口及び同排出口に消音ダクトを設け、この消音ダクト内に、エンジン側に開口する複数の凹穴（音響器）を設けることにより、凹穴に入って反射する音とその外側を通過しようとする音との相互干渉作用によって消音効果を得る共鳴方式も公知である（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１９３１０２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１２９７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
建設機械に使用されるエンジンにおいては、エンジン本体音のみならずこれらの周辺機器からも大きな騒音が発生する。このうち、ファンや油圧ポンプから発生する騒音は、回転数と羽根枚数、あるいは回転数とシリンダ本数に関係した周波数の基本次及びその倍音の卓越ピークの形態で発生する。
【０００８】
通常、これらは２００Ｈｚから４００Ｈｚまでの低・中周波数域の騒音であり、上記吸音材方式ではこの低・中周波数の騒音に対して十分な消音効果が得られなかった。
【０００９】
これに対し、共鳴方式によると、低・中周波数域の騒音に対して吸音材方式よりも高い消音効果を得ることができる。
【００１０】
しかし、この共鳴方式をとる上記公知技術においては、凹穴をエンジン側に開口させているため、排気側に設置した場合に、空気流の一部が凹穴に侵入することによって流れが阻害され、大きな通風抵抗が発生するため、冷却風量の低下を招くという弊害が生じる。
【００１１】
また、エンジン側に開口していることから、凹穴内に粉塵等が付着・堆積し易い上に、外部から手が届きにくいため清掃も困難である等の問題もあった。
【００１２】
そこで本発明は、共鳴方式をとりながら、冷却風量の低下等の弊害を除去することができる建設機械の消音装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジンルームを形成するエンジンガードに空気導入用または排出用の通気口を設けるとともに、エンジンガード内におけるこの通気口に臨む位置に、上記通気口を通る空気の流れに沿って消音ダクトを設け、この消音ダクト内に、一端が閉じた複数の音響管を外気側に開口する状態で設けたものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、消音ダクトを、エンジンルームにおけるエンジン外周の空間に設けたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、音響管を、消音対象とする音波の波長のほぼ１／４の長さに設定したものである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３の構成において、消音ダクトの長さを、対象音波の波長のほぼ１／２とし、この消音ダクト内の中央部に音響管の開口部を配置したものである。
【００１７】
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、消音ダクト内を仕切板によって複数の流路に分割し、音響管をこの流路内に設けたものである。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの構成において、パイプ材の一端を閉塞して音響管を形成したものである。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかの構成において、消音ダクト内に長さの異なる複数種類の音響管を設けたものである。
【００２０】
上記構成によると、音響管をエンジン側でなく外気側に開口させているため、空気が音響管の外面に沿ってスムーズに流れる。このため、空気流の通過抵抗が少なくなり、必要な冷却風量を確保することができる。
【００２１】
また、エンジン側に開口させた場合と比較して、音響管内部への粉塵の付着・堆積が少なくなるとともに、清掃等のメンテナンスが容易となる。
【００２２】
この場合、請求項２の構成によると、エンジン外周の十分長い空間に消音ダクトを設けるため、エンジンルームの幅をことさら拡張しなくても、同ダクトを十分な長さに設定して音響管に必要かつ十分な長さ寸法を確保することができる。このため、公知の凹穴構造のものと比較して、低・中周波数域の騒音に対する消音効果を高めることができる。
【００２３】
請求項３，４の構成によると、波長が音響管の４倍長さの音波に対して高い消音効果を得ることができる。たとえばエンジン騒音の中でも最も問題となっているファン騒音の基本次成分である２５０Ｈｚ前後の低・中周波数の音波に対して長さ０．３３ｍの音響管を配置することにより、著しい消音効果が得られる。
【００２４】
ここで、両端が開放した消音ダクトの場合、気柱共鳴により音響モードが発生し、波長がダクト長さの２倍となる周波数においてダクト中央部の音圧が高くなる。従って、請求項４のように、このダクト中央部に音響管の開口部を配置することにより、より一層高い消音効果を得ることができる。
【００２５】
一方、請求項５の構成によると、配管に枝管（サイドブランチ）を設置したのに近い構造となり、ダクト内を通過する音波が音響管の影響を受け易くなるため、消音効果をさらに向上させることができる。
【００２６】
請求項６の構成によると、ダクト内に凹穴を設けて音響管とする場合と比較して、音響管の加工、設置が容易でコストが安くてすむ。
【００２７】
また、請求項７の構成によると、波長が異なる複数の周波数（たとえば特定の音波の基本次成分とその倍音成分）に対して同時に消音効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図によって説明する。
【００２９】
第１実施形態（図１〜図４参照）
図１において、１はエンジンルーム２を形成するエンジンガードで、このエンジンガード１の一側に空気導入口３が設けられている。
【００３０】
また、エンジンガード１の上面側に、エンジン外周の空間を上側に広げる状態でボンネット４が設けられ、このボンネット４における空気導入口３と反対側の端部に空気排出口５が設けられている。
【００３１】
エンジンルーム２内には、エンジン６、冷却用のファン７、冷却器としてのラジエータ８及びオイルクーラー９、それにエンジン６によって駆動される油圧ポンプ１０が設置され、ファン７の回転によって空気導入口３から吸い込まれた外気が、図１中に矢印で示すようにオイルクーラー９、ラジエータ８を通過した後、ボンネット４内を通って空気排出口５から外部に排出される。
【００３２】
このエンジンルーム２内におけるボンネット４の内側に、扁平な四角筒状に形成された消音ダクト１１が、空気排出口５に臨んでかつ上記空気流に沿って設けられている。
【００３３】
この消音ダクト１１は、図２に示すように、空気流と平行な複数の仕切板１２…によって内部が複数（図例では六つ）の流路１３…に仕切られ、この各流路１３…の上部に音響管１４…が設けられている。
【００３４】
この音響管１４…は、丸パイプ材の一端が板材で閉塞されて形成され、開口部１５が外気側（空気排出口５）に臨む状態で設置されている。
【００３５】
この構成において、ファン７の回転音を含むエンジン騒音は、空気流とともに消音ダクト１１内に入り、一部が各音響管１４…内に開口部１５から侵入して端面で反射する。
【００３６】
この反射した音波と、ダクト内を通過しようとする音波が音響管１４…の開口部１５付近で干渉し、この相互干渉作用によって消音効果が働く。
【００３７】
この場合、消音ダクト１１内を複数の流路１３…に分割し、各流路１３…に音響管１４…を設けているため、音波が消音ダクト１１内を各流路１３…に分かれて通過することで音響管１４…の影響を受け易くなり、この点で消音効果をさらに高めることができる。
【００３８】
また、この装置においては、ファン騒音等の低・中周波数域の騒音を低減対象とし、音響管１４…の長さＬ２が、対象音波の基本次成分の波長の１／４またはこれに近い長さに設定されている。
【００３９】
たとえば、ファン７が七枚羽根で、回転数が２２００ｒｐｍの場合、発生する音の基本次成分は、
７×２２００÷６０＝２５６Ｈｚ
となり、２５６Ｈｚの波長λは１．３２ｍであるから、音響管長さＬ２は０．３３ｍとなる。
【００４０】
また、消音ダクト１１がこの実施形態のように両端開放の場合、気柱共鳴により音響モードが発生し、ダクト長さＬ１が１／２波長となる周波数においてダクト中央部の音圧が高くなる。
【００４１】
従って、音圧の高いダクト中央部に音響管１４の開口部１５を配置すれば消音効果が最も高くなる。
【００４２】
よって、ダクト長さＬ１は、対象とする音の波長のほぼ１／２とするのが望ましく、上記例でいうと０．６６ｍとなる。
【００４３】
この例での騒音レベルの測定結果を図４に示す。
【００４４】
図中、実線は音響管１４…の両端を閉じた場合（音響管１４…を設置しない場合と同じ）の騒音レベルを示し、２５６Ｈｚの卓越ピーク（丸囲い部分）は約８５ｄＢとなり、相互干渉による騒音レベルの低減効果は出ていない。
【００４５】
これに対し、消音ダクト１１、及び一端が閉じた音響管１４…を外気側に開口して設置し、それぞれの長さ寸法Ｌ１，Ｌ２を波長の１／２、１／４に設定した場合、破線で示すように卓越ピークは約７５ｄｂとなり、約１０ｄＢの低減効果が得られた。
【００４６】
なお、消音ダクト１１の高さ寸法Ｈ１（図２参照）を音響管１４の直径寸法Ｈ２のほぼ２倍とするととくに消音効果が高くなることも判明し、これを受けて、消音ダクト１１の高さ寸法Ｈ１をたとえば０．０８ｍ、音響管１４…の直径Ｈ１をその半分の０．０４ｍとした。
【００４７】
また、周波数を変えて数例で行った測定結果でも同様の結果が得られ、この装置によると、低・中周波数の騒音に対して高い低減効果を得ることができる。
【００４８】
しかも、音響管１４…を外気側に開口させているため、冷却風が音響管１４…の外壁面に沿ってスムーズに流れ、空気の流通抵抗が大きくなって冷却風量が必要量以下に低下する現象は発生しない。
【００４９】
また、音響管１４…を外気側に開口させているため、公知技術のようにエンジン側に開口させた場合と比較して、音響管１４…内への粉塵等の付着、堆積が少なくなるとともに、外部からの清掃等のメンテナンスが容易となる。
【００５０】
第２、第３実施形態（図５〜図８参照）
図５，６に示す第２実施形態においては、消音ダクト１１内の各流路１３…（図例では仕切板１２，１２によって縦横に仕切られた四つの流路を示す）に長さＬ０１，Ｌ０２の異なる二種類の音響管１４，１４′が間隔を置いて平行に設けられている。
【００５１】
こうすれば、各流路１３…において両音響管１４，１４′によって波長の異なる二つの周波数（たとえば短い第１の音響管１４で特定の音波の基本次成分、長い第２の音響管１４′でその倍音成分）を低減することができる。
【００５２】
図７，８に示す第３実施形態においては、消音ダクト１１が空気導入口３側に設けられ、仕切板１２…によって分割形成された各流路１３…に音響管１４…が、空気導入口３側に開口する状態で設けられている。
【００５３】
この構成によっても、第１実施形態の場合と基本的に同じ消音効果を得ることができる。
【００５４】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、音響管をエンジン側でなく外気側に開口させているため、空気が音響管の外面に沿ってスムーズに流れる。このため、空気流の通過抵抗が少なくなり、必要な冷却風量を確保することができる。
【００５５】
また、エンジン側に開口させた場合と比較して、音響管内部への粉塵の侵入、付着が少なくなるとともに、清掃等のメンテナンスが容易となる。
【００５６】
この場合、請求項２の発明によると、エンジン外周の十分長い空間に消音ダクトを設けるため、エンジンルームの幅をことさら拡張しなくても、同ダクトを十分な長さに設定して音響管に必要かつ十分な長さ寸法を確保することができる。このため、公知の凹穴構造のものと比較して、低・中周波数域の騒音に対する消音効果を高めることができる。
【００５７】
請求項３，４の発明によると、波長が音響管のほぼ４倍長さの音波（たとえばエンジン騒音の中でも最も問題となっているファン騒音の基本次成分である２５０Ｈｚ前後の低・中周波数の音波）に対して高い消音効果を得ることができる。
【００５８】
請求項４の発明によると、波長がダクト長さのほぼ２倍となる周波数において音圧が高くなる消音ダクトの中央部に音響管の開口部を配置したことにより、より一層高い消音効果を得ることができる。
【００５９】
一方、消音ダクト内を仕切板によって複数の流路に分割し、音響管をこの流路内に設けた請求項５の発明によると、ダクト内を通過する音波が音響管の影響を受け易くなるため、消音効果が大きくなる。
【００６０】
請求項６の発明によると、ダクト内に凹穴を設けて音響管とする場合と比較して、音響管の加工、設置が容易でコストが安くてすむ。
【００６１】
また、請求項７の発明によると、波長が異なる複数の周波数に対して同時に消音効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すエンジンルームの概略縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。
【図３】図１における消音ダクト部分の拡大図である。
【図４】同実施形態の装置と、両端が閉じた音響管を備えた装置についての騒音測定結果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図２相当図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示すエンジンルームの概略縦断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線拡大断面図である。
【符号の説明】
１エンジンガード
２エンジンルーム
３空気導入口（通気口）
４ボンネット
５空気排出口（通気口）
６エンジン
７冷却用のファン
１１消音ダクト
１２消音ダクト内を仕切る仕切板
１３流路
１４，１４′ 音響管
１５音響管の開口部

Claims

エンジンルームを形成するエンジンガードに空気導入用または排出用の通気口を設けるとともに、エンジンガード内におけるこの通気口に臨む位置に、上記通気口を通る空気の流れに沿って消音ダクトを設け、この消音ダクト内に、一端が閉じた複数の音響管を外気側に開口する状態で設けたことを特徴とする建設機械の消音装置。
消音ダクトを、エンジンルームにおけるエンジン外周の空間に設けたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の消音装置。
音響管を、消音対象とする音波の波長のほぼ１／４の長さに設定したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の消音装置。
消音ダクトの長さを、対象音波の波長のほぼ１／２とし、この消音ダクト内の中央部に音響管の開口部を配置したことを特徴とする請求項３記載の建設機械の消音装置。
消音ダクト内を仕切板によって複数の流路に分割し、音響管をこの流路内に設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の消音装置。
パイプ材の一端を閉塞して音響管を形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の建設機械の消音装置。
消音ダクト内に長さの異なる複数種類の音響管を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の建設機械の消音装置。