JP2005248916A - レゾネータを備える装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低い共鳴周波数が得られるレゾネータの小型化を図る。
【解決手段】 装置Ａは、吸気圧力波が存在する吸気通路９に連通する共鳴室20が形成されたレゾネータ１を備える。共鳴室20の容積部22の室壁24は、容積部22内の圧力波に共振する振動壁26を有する。ダイヤフラム28から構成される振動壁26は、容積部22内の吸気により構成される音響振動系Ｓ１に直列に連成する構造振動系Ｓ２を構成する。構造振動系Ｓ２は振動壁26にバネ力を作用させる気体バネ29を備え、装置Ａは、気体バネ29の気体の圧力を変更するバネ定数制御手段２としての圧力制御装置Ｃ１を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力波が存在する空間に連通する共鳴室を有し、共鳴による消音機能または加圧機能を持つレゾネータを備える装置に関し、該レゾネータは、例えば内燃機関の吸気装置や排気装置に設けられて、吸気音や排気音の消音または過給のために使用される。

例えば内燃機関の吸気消音に使用されるヘルムホルツ型レゾネータは、吸気通路に連通するのど部と該のど部に連なる容積部とから構成される共鳴室を有する。このレゾネータは、のど部の気体の質量を等価質量とし、容積部の気体を等価バネとする音響振動系を構成し、１つの特定周波数の吸気圧力波に対して共鳴して消音効果を発揮する。そして、異なる特定周波数に対して消音を行う必要があるときには、レイアウト上の観点から、別個のレゾネータを使用することなく、のど部の断面積の変更や容積部の容積の変更が可能な１つのレゾネータ、いわゆる可変ヘルムホルツ型レゾネータが使用される。

例えば特許文献１に開示されたレゾネータ装置は、吸気管内に連通する空間（共鳴室に相当）の容積を可変するべく変形するゴム膜を備える。ゴム膜が吸気負圧やアクセルに連動して変形されることにより、エンジン回転数と共に変化する吸気騒音の周波数に対応して、異なる周波数の吸気騒音が低減される。また、特許文献２に開示されたレゾネータは、吸気ダクトに連通する共鳴空間（共鳴室に相当）の容積を変化させる仕切板を備える。仕切板は、回転数検出装置により検出されるエンジン回転数と、流体脈動検出装置により検出される吸気ダクト内の流体脈動とに基づいて制御されるステップモーターにより回転駆動される。これにより、レゾネータの共鳴周波数が流体脈動の周波数からずれることが防止されて、吸気騒音を安定して消音することができる。
特開平１０−１５３１５２号公報 特開平５−２５７４８２号公報

前記従来技術においては、ゴム膜や仕切板の位置に応じた共鳴室の容積で決まる音響振動系のみにより共鳴周波数が設定されるので、その共鳴周波数を低くする場合には、等価バネ定数を小さくするために共鳴空間の容積を大きくする必要があることから、レゾネータが大型化して、重量が増加するうえ、レイアウト上の制約が多くなる難点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１−７記載の発明は、低い共鳴周波数が得られるレゾネータの小型化を図ることを目的とする。さらに、請求項２−７記載の発明は、レゾネータの消音性能または加振性能の向上を図ることを目的とし、請求項３，７記載の発明は、構造振動系の構造を簡単にすることを目的とし、請求項４記載の発明は、構造振動系に機械的バネを使用したレゾネータでの共鳴周波数の制御を可能とすることを目的とし、請求項５記載の発明は、広い周波数範囲に渡る消音性能または加振性能の向上を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、脈動気体の圧力波が存在する空間に連通する共鳴室が形成されたレゾネータを備える装置において、前記共鳴室の室壁は、前記共鳴室内の前記圧力波に共振する振動壁を有し、前記振動壁は前記共鳴室内の前記脈動気体により構成される音響振動系に直列に連成する構造振動系を構成する装置である。

これによれば、同じ共鳴振動数を得るための振動系として、振動壁を有する構造振動系は、共鳴室を有する音響振動系に比べて小型であり、しかもレゾネータの振動系は構造振動系と音響振動系とが直列に連成した連成振動系であることから、音響振動系のみの従来の音響振動系に構造振動系を付加するだけで、レゾネータの等価バネ定数が小さくなって、共鳴周波数を低域側に移行させることができるので、同じ共鳴周波数を得るためのレゾネータの大きさが、音響振動系のみを有する従来のレゾネータに比べて小型化される。また、連成振動系を有することから、レゾネータにより複数の共鳴周波数が得られるので、それら共鳴周波数を消音に利用できるほか、脈動気体を加振する場合には、特定の共鳴周波数を脈動気体の加振に利用し、残りの共鳴周波数を脈動気体の騒音の消音に利用できる。例えば、レゾネータが内燃機関の吸気装置に設けられる場合、特定の共鳴周波数で共鳴過給を行い、残りの共鳴周波数で消音を行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記構造振動系の等価バネ定数を変更するバネ定数制御手段を備えるものである。

これによれば、バネ定数制御手段により、レゾネータの共鳴周波数を、消音または加振すべき脈動気体の圧力波の周波数に合うように制御することができる。しかも、構造振動系の等価バネ定数が変更されるので、共鳴周波数を制御するために共鳴室の容積を変更する従来のレゾネータに比べてゾネータが小型化される。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の装置において、前記振動壁は可撓性の薄膜により構成され、前記バネ定数制御手段は前記薄膜の張力を変更する張力制御装置であるものである。

これによれば、薄膜から構成される振動壁が構造振動系の等価バネを兼ねて、薄膜の張力が変更されて等価バネ定数が変更されるので、構造振動系が振動壁とは別部材の等価バネを備える必要がない。

請求項４記載の発明は、請求項２の装置において、前記構造振動系は前記振動壁にバネ力を作用させる機械的バネを備え、前記バネ定数制御手段は、前記機械的バネが前記振動壁の振動により撓む部分のうちのバネ定数の設定に関与する有効バネ部の長さを変更する可動部材を備えるものである。

これによれば、機械的バネの有効バネ部の長さが可動部材の移動位置に応じて変更されることにより、構造振動系の等価バネ定数が変更される。

請求項５記載の発明は、請求項２記載の装置において、前記構造振動系は前記振動壁にバネ力を作用させる気体バネを備え、前記バネ定数制御手段は、前記気体バネの気体の圧力を変更する圧力制御装置であるものである。

これによれば、圧力制御装置により気体バネの気体の圧力が変更されることにより、構造振動系の等価バネ定数が変更されるので、広い周波数範囲に渡って高精度に消音または加振を行うことができる。

請求項６記載の発明は、請求項２記載の装置において、前記構造振動系は前記振動壁にバネ力を作用させる前記気体バネを備え、前記バネ定数制御手段は、前記気体バネの気体室の容積を変更する容積制御装置であるものである。

これによれば、構造振動系の等価質量は、音響振動系の等価質量よりも大きいので、構造振動系を構成する気体バネの気体室の容積を変更することにより、共鳴室の容積を変更して等価バネ定数を変更する従来のレゾネータに比べて小型化されたレゾネータで、低域側の共鳴周波数を変更することができる。

請求項７記載の発明は、請求項２記載の装置において、前記振動壁は可撓性の薄膜により構成され、前記バネ定数制御手段は前記振動壁の面積を変更する面積制御装置であるものである。

これによれば、振動壁の面積が変更されることで、実質的に共振する振動領域の面積が変更されて、構造振動系の等価バネ定数が変更されるので、構造振動系が振動壁とは別部材の等価バネを備える必要がない。。

請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、レゾネータは、構造振動系と音響振動系とが直列に連成した連成振動系を有するので、低い共鳴周波数が得られるレゾネータの大きさが、音響振動系のみを有する従来のレゾネータに比べて小型化される。また、複数の共鳴周波数が得られることから、すべての共鳴周波数を消音に利用できるほか、一部の共鳴周波数を脈動気体の加振に利用し、残りの共鳴周波数を消音に利用できるので、この点でも、レゾネータが小型化される。

請求項２記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、バネ定数制御手段により、共鳴周波数が消音または加振すべき脈動気体の圧力波の周波数に合うように変更されるレゾネータの消音性能または加振性能が向上し、しかも、構造振動系の等価バネ定数が変更されるので、ゾネータが小型化される。

請求項３記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、振動壁が構造振動系の等価バネを兼ねるので、構造振動系の構造が簡単になり、レゾネータが小型化される。

請求項４記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、構造振動系を構成する機械的バネの有効バネ部の長さを変更する可動部材により等価バネ定数が変更されるので、構造振動系に機械的バネを使用したレゾネータでの共鳴周波数の制御が可能になる。

請求項５記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、構造振動系を構成する気体バネの気体の圧力を変更することにより等価バネ定数が変更されるので、広い周波数範囲に渡って消音性能または加振性能が向上する。

請求項６記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、構造振動系を構成する気体バネの気体室の容積を変更することにより等価バネ定数が変更されるので、低域側の共鳴周波数を変更可能なゾネータが小型化される。

請求項７記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、振動壁の面積を変更することにより等価バネ定数が変更されるので、構造振動系の構造が簡単になり、レゾネータが小型化される。

以下、本発明の実施形態を図１ないし図１２を参照して説明する。
図１〜図３は、第１実施形態を説明するためのものである。図１を参照すると、本発明に係る装置Ａのレゾネータ１は、吸気騒音の消音のために、車両に搭載される４ストロークの内燃機関Ｅの吸気装置10に設けられる。

ピストン５が往復動可能に嵌合するシリンダ３とシリンダヘッド４とを備える内燃機関Ｅは、ピストン５とシリンダヘッド４との間に形成される燃焼空間６にエアクリーナ７を経た燃焼用の空気を含む吸気を導く吸気通路９を形成する吸気管８を有する吸気装置10と、燃料供給装置から吸気通路９または燃焼空間６に供給された燃料が燃焼することにより発生する燃焼ガスを排気ガスとして燃焼空間６から外部に導く排気通路12の一部を形成する排気管11を有する排気装置13とを備える。

吸気通路９の吸気は、吸気行程において開弁する吸気弁14を介して燃焼空間６に吸入され、圧縮行程において燃料と混合された状態で圧縮される。混合気は圧縮行程の終期に着火されて燃焼し、膨張行程において燃焼ガスの圧力により駆動されるピストン５がクランク軸16を回転駆動し、燃焼ガスは、排気行程において開弁する排気弁15を介して燃焼空間６から排気通路12に排出される。

装置Ａは、吸気弁14の開閉に起因して吸気の圧力波が存在する空間である吸気通路９に連通する共鳴室20が形成されたレゾネータ１と、レゾネータ１の等価バネ定数を変更して共鳴周波数を制御するバネ定数制御手段２とを備える。ここで、吸気は、圧力波を有する気体である脈動気体である。

共鳴室20は、吸気通路９に連通するのど部21ａ，21ｂと、のど部21ａ，21ｂを介して吸気通路９に連通する容積部22とを有する。そして、レゾネータ１は、吸気管８を上流管部８ｂと下流管部８ａとに分けるように配置されて容積部22を形成する筒状の本体部24と、本体部24に設けられて第１，第２のど部21ａ，21ｂをそれぞれ形成する第１，第２連通部23ａ，23ｂとを備える。この実施形態において、第１，第２連通部23ａ，23ｂは、それぞれ下流管部８ａおよび上流管部８ｂにより構成され、本体部24は吸気管８の一部を構成する。

容積部22の室壁である本体部24の壁25は、吸気の圧力波が導かれる容積部22内の圧力波に共振することが可能な振動壁26と、圧力波の圧力変動に実質的に応動しない剛性壁27とを有する。ここで、振動壁26は、容積部22側の面である内面26ａと、内面26ａとは反対側の面であると共に空気または気体に曝されている外面26ｂとを有する。振動壁26を構成する可撓性の薄膜であるダイヤフラム28は、ゴム状弾性を示す弾性材料、例えばゴムから形成される。そして、レゾネータ１は、周縁部28ａが剛性壁27に気密に固定されたダイヤフラム28を挟んで容積部22とは反対側に、ダイヤフラム28にバネ力を作用させる気体バネ29を備える。気体バネ29はダイヤフラム28との間に気体室31を形成する室壁30を備え、室壁30はダイヤフラム28の周縁部28ａに気密に接する共に剛性壁27に固定される。

レゾネータ１において、共鳴室20内の吸気により音響振動系Ｓ１が構成され、振動壁26（ダイヤフラム28）と気体バネ29とにより構造振動系Ｓ２が構成される。ここで、音響振動系Ｓ１の等価質量および等価バネは、それぞれ、第１，第２のど部21ａ，21ｂの吸気の質量および容積部22内の吸気であり、構造振動系Ｓ２の等価質量および等価バネは、それぞれ、ダイヤフラム28の質量および気体バネ29である。そして、音響振動系Ｓ１と構造振動系Ｓ２とは、両振動系Ｓ１，Ｓ２が直列に連成した連成振動系Ｓを構成する。

この連成振動系Ｓは２自由度の振動系であるため、図２，図３に示されるように、２つの共鳴振動数ｆａ，ｆｂが得られる。具体的には、図２に示されるように、低域側共鳴周波数ｆａは、音響振動系Ｓ１のみの共鳴周波数ｆｃおよび構造振動系Ｓ２のみの共鳴周波数ｆｄよりも低く、高域側共鳴周波数ｆｂは、共鳴周波数ｆｃおよび共鳴周波数ｆｄよりも高い。このうち、低域側共鳴振動数ｆａは、連成振動系Ｓの等価バネ定数が音響振動系Ｓ１の等価バネ定数および構造振動系Ｓ２の等価バネ定数よりも小さくなる結果であり、音響振動系Ｓ１のみのレゾネータにおいて、その容積部の容積を増加させたものに相当する。

図１を参照すると、吸気騒音の主たる周波数成分である主要周波数は機関回転速度および吸気温度に応じて変化することから、該主要周波数に同調する共鳴周波数を得るために、レゾネータ１（または連成振動系Ｓ）の最適な等価バネ定数を設定するバネ定数制御手段２は、この実施形態においては気体バネ29のバネ定数を変更するものであり、気体バネ29の気体室31内の気体の圧力を制御する圧力制御装置Ｃ１から構成される。圧力制御装置Ｃ１は、圧力源としての排気管11の排気ガスを気体室31に導く導管40と、導管40に設けられて気体室31の排気ガスの給排を制御する圧力制御弁41と、内燃機関Ｅの機関回転速度を検出する回転速度検出手段42および吸気温度を検出する気体温度検出手段43および気体室31内の圧力を検出する圧力検出手段44と、これら検出手段42，43，44の検出結果に基づいて圧力制御弁41を制御する制御装置である電子制御ユニット（ＥＣＵ）45とを備える。

ＥＣＵ45には、前記主要周波数に同調する共鳴周波数を得るためのバネ定数に対応する気体室31内の設定圧力が、機関回転速度および吸気温度をパラメータとしたマップとして記憶されており、ＥＣＵ45は、圧力検出手段44により検出される圧力が、回転速度検出手段42および気体温度検出手段43によりそれぞれ検出される機関回転速度および吸気温度に対応した前記設定圧力になるように、圧力制御弁41を制御する。

図２，図３を参照すると、低域側および高域側共鳴周波数ｆａ，ｆｂは、気体バネ29のバネ定数が大きくなるにつれて高くなる。そして、音響振動系Ｓ１の共鳴周波数ｆｃと構造振動系Ｓ２の共鳴周波数ｆｄとが等しくなるときのバネ定数ｋ_０を境に、バネ定数の制御領域を、該バネ定数ｋ_０よりも小さい領域Ｒａと該バネ定数ｋ_０よりも大きい領域Ｒｂとに二分したとき、領域Ｒａにおいては、バネ定数が小さくなるにつれて、低域側共鳴周波数ｆａは共鳴周波数ｆｄに近づき、高域側共鳴周波数ｆｂは共鳴周波数ｆｃに近づく。また、領域Ｒｂにおいては、バネ定数が大きくなるにつれて、低域側共鳴周波数ｆａは共鳴周波数ｆｃに近づき、高域側共鳴周波数ｆｂは共鳴周波数ｆｂに近づく。なお、図３において、気体バネ29のバネ定数の大きさは、ｋ_１＜ｋ_２＜ｋ_３＜ｋ_４＜ｋ_５の関係になっている。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
吸気圧力波が存在する吸気通路９に連通する共鳴室20が形成されたレゾネータ１を備える装置Ａにおいて、共鳴室20の室壁25は振動壁26を有し、振動壁26は音響振動系Ｓ１に直列に連成する構造振動系Ｓ２を構成することにより、同じ共鳴振動数を得るための振動系として、振動壁26を有する構造振動系Ｓ２は、共鳴室20を有する音響振動系Ｓ１に比べて小型であり、しかもレゾネータ１の振動系は構造振動系Ｓ２と音響振動系Ｓ１とが直列に連成した連成振動系Ｓであることから、音響振動系のみの従来の音響振動系に構造振動系Ｓ２を付加するだけで、レゾネータ１の等価バネ定数が小さくなって、共鳴周波数を低域側に移行させることができるので、同じ共鳴周波数を得るためのレゾネータ１の大きさが、音響振動系のみを有する従来のレゾネータに比べて小型化される。また、連成振動系Ｓを有することから、レゾネータ１により複数の共鳴周波数ｆａ，ｆｂが得られるので、それら共鳴周波数ｆａ，ｆｂを吸気騒音の消音に利用できる。

この結果、レゾネータ１は、構造振動系Ｓ２と音響振動系Ｓ１とが直列に連成した連成振動系Ｓを有するので、低い共鳴周波数が得られるレゾネータ１の大きさが、音響振動系のみを有する従来のレゾネータに比べて小型化される。また、複数の共鳴周波数ｆａ，ｆｂが得られることから、すべての共鳴周波数ｆａ，ｆｂを消音に利用できるので、この点でも、レゾネータ１が小型化される。

装置Ａが、レゾネータ１の構造振動系Ｓ２の等価バネ定数を変更するバネ定数制御手段２を備えることにより、レゾネータ１の共鳴周波数を、消音すべき吸気圧力波の周波数に合うように制御することができる。しかも、構造振動系Ｓ２（すなわち連成振動系Ｓ）の等価バネ定数が変更されるので、共鳴周波数を制御するために共鳴室の容積を変更する従来のレゾネータに比べてゾネータが小型化される。この結果、バネ定数制御手段２によりレゾネータ１の消音性能または加振性能が向上し、しかも、構造振動系Ｓ２の等価バネ定数が変更されるので、ゾネータが小型化される。

構造振動系Ｓ２はダイヤフラム28から構成される振動壁26にバネ力を作用させる気体バネ29を備え、装置Ａが気体の圧力を変更する圧力制御装置Ｃ１を備えることにより、圧力制御装置Ｃ１により気体バネ29の気体の圧力が変更されて、構造振動系Ｓ２の等価バネ定数が変更されるので、広い周波数範囲に渡って高精度に消音を行うことができる。この結果、広い周波数範囲に渡って消音性能が向上する。

次に、図４〜図１２を参照して、本発明の第２〜第１０実施形態を説明する。これら実施形態は、第１実施形態と部分的に同一の構成を有するものであることから、同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態の部材と同一の部材または対応する部材については、必要に応じて同一の用語および符号を使用している。

先ず、図４を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。内燃機関Ｅの排気装置13は、排気管11と、排気管11に接続された消音器46とを備える。消音器46に一体化されて設けられるレゾネータ１は、消音器46の外壁46ａの一部および燃焼空間６からの排気ガスが排気管11から直接導入される第１消音室46ｃを形成する室壁46ｂから構成される本体部24と、室壁46ｂに設けられて圧力波が存在する空間であって排気通路12の一部である第１消音室46ｃに連通するのど部21を形成する管からなる連通部23と、気体バネ29とを備える。容積部22の室壁である本体部24の壁25は、ダイヤフラム28から構成される振動壁26を有し、気体バネ29の気体室31を形成する室壁30は、消音器46の外壁46ａの一部で構成される。ここで、排気ガスは、圧力波を有する気体である脈動気体である。

レゾネータ１において、のど部21と容積部22とからなる共鳴室20内の排気ガスにより音響振動系Ｓ１が構成され、ダイヤフラム28と気体バネ29とにより構造振動系Ｓ２が構成され、両振動系Ｓ１，Ｓ２は、直列に連成した連成振動系Ｓを構成する。バネ定数制御手段２は、気体バネ29の気体室31内の気体の圧力を制御する圧力制御装置Ｃ１から構成される。この圧力制御装置Ｃ１は、気体温度検出手段43の代わりに排気ガスの温度を検出する気体温度検出手段47が備えられる点を除いて、第１実施形態と同様である。
この第２実施形態によれば、第１実施形態における吸気の消音の代わりに、排気ガスの騒音の消音に関して、第１実施形態と同様の作用および効果が奏される。

次に、図５，図６を参照して、本発明の第３，第４実施形態を説明する。これらの実施形態において、バネ定数制御手段２はダイヤフラム28の張力を変更する張力制御装置から構成される。

図５を参照すると、第３実施形態の装置Ａに備えられるレゾネータ１は、管状の連通部23により形成されるのど部21が吸気通路または排気通路に連通する。ダイヤフラム28の周縁部28ａの一部は剛性壁27に気密に固定され、周縁部28ａの残りの部分は剛性壁27にほぼ気密に摺動可能に取り付けられる。バネ定数制御手段２を構成する張力制御装置Ｃ２は、周縁部28ａの前記残りの部分でダイヤフラム28に結合される操作部材48とを備える。それゆえ、振動壁26を構成するダイヤフラム28は、構造振動系Ｓ２の等価バネを兼ねる。

操作部材48は、回転速度検出手段で検出される機関回転速度に応じて駆動量がＥＣＵにより制御される駆動部材としてのアクチュエータで駆動される。また、負荷がほぼ一定である内燃機関においては、操作部材48は、その操作量が機関回転速度に比例する駆動部材としてのスロットルワイヤにより駆動されてもよい。

そして、機関回転速度に応じた操作量で操作部材48が操作されて、ダイヤフラム28の張力が大きくなるにつれて、ダイヤフラム28で構成される構造振動系Ｓ２の等価バネ定数が大きな値に設定される。

この第３実施形態によれば、バネ定数制御手段２が圧力制御装置Ｃ１であることによる作用および効果を除いて、第１実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、次の作用および効果が奏される。
すなわち、振動壁26はダイヤフラム28により構成され、バネ定数制御手段２はダイヤフラム28の張力を変更する張力制御装置Ｃ２でることにより、ダイヤフラム28から構成される振動壁26が構造振動系Ｓ２の等価バネを兼ねると共に、ダイヤフラム28の張力が変更されて構造振動系Ｓ２（すなわち連成振動系Ｓ）の等価バネ定数が変更されるので、構造振動系Ｓ２が、振動壁26とは別部材の等価バネを備える必要がない。この結果、振動壁26が構造振動系Ｓ２の等価バネを兼ねるので、構造振動系Ｓ２の構造が簡単になり、レゾネータ１が小型化される。

図６を参照すると、第４実施形態の装置Ａにおけるレゾネータ１は、第３実施形態のレゾネータ１が、さらに気体バネ29を備えた形態のものである。ダイヤフラム28は、気体室31を形成する室壁30に対しても、ほぼ気密に摺動可能に取り付けられる。それゆえ、構造振動系Ｓ２の等価バネは、ダイヤフラム28および気体バネ29から構成される。
この第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、気体バネ29の分、第３実施形態に比べて高められた共鳴周波数が得られる。また、装置Ａが室壁30を備えることにより、ダイヤフラム28の共振に起因する振動放射音が装置Ａの外部に放射されることを抑制できる。

次に、図７を参照して、本発明の第５実施形態を説明する。
第５実施形態において、バネ定数制御手段２は、レゾネータ１に備えられて構造振動系Ｓ２を構成する等価バネとして、物体の弾性を利用した機械的バネが使用されたレゾネータ１に適用される。

レゾネータ１は、管状の連通部23により形成されるのど部21が吸気通路または排気通路に連通し、振動壁26を構成するダイヤフラム28は、剛性壁27に気密に固定される。バネ定数制御手段２は、一端が吸気装置または排気装置の固定部49に固定された機械的バネとしての片持ちバネ50と、周縁部28ａが固定されたダイヤフラム28の中央部付近と片持ちバネ50とを連結してダイヤフラム28の振動を片持ちバネ50に伝達する伝達部材としてのロッド51と、片持ちバネ50の自由端50ａと固定端50ｂとの間で移動可能に配置される可動部材としてのスライダ52と、固定部49に固定されてスライダ52を摺動可能に案内する案内部材としてのガイド筒53と、ガイド筒53内に摺動可能に嵌合するスライダ52を片持ちバネ50の長手方向に沿って操作する操作部材54と、ガイド筒53内に配置されて操作部材54に駆動力が作用しないときにスライダ52を初期位置に戻す戻しバネ55とを備える。

ロッド51は片持ちバネ50との連結部としての自由端50ａに結合され、貫通孔52ａに挿入された片持ちバネ50の挿入部分50ｃが撓むことがないように保持するスライダ52は、ガイド筒53に保持された状態で片持ちバネ50に沿って移動可能である。そして、スライダ52に結合された操作部材54がスライダ52を移動させて、片持ちバネ50における長手方向でのスライダ52の位置を変更することにより、前記連結部とスライダ52との長手方向での間隔Ｌが変更されて、振動による変位をロッド51を通じて抑制すべくダイヤフラム28にバネ力を作用させる片持ちバネ50のバネ定数が変更される。この間隔Ｌは、片持ちバネ50が圧力波によるダイヤフラム28の振動により撓む部分のうちのバネ定数の設定に関与する部分である有効バネ部50ｅの長さである。なお、前記連結部は、自由端50ａ以外の部分であってもよい。

操作部材54は、第３実施形態と同様に、回転速度検出手段で検出される機関回転速度に応じて駆動量がＥＣＵにより制御される駆動部材としてのアクチュエータまたはスロットルワイヤにより駆動される。そして、間隔Ｌが短くなるにつれて、構造振動系Ｓ２のバネ定数が大きくなり、共鳴回転数が高められる。

この第５実施形態によれば、バネ定数制御手段２が圧力制御装置Ｃ１であることによる作用および効果を除いて、第１実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、次の作用および効果が奏される。
すなわち、構造振動系Ｓ２は振動壁26にバネ力を作用させる片持ちバネ50を備え、バネ定数制御手段２は、片持ちバネ50が振動壁26の振動により撓む部分のうちのバネ定数の設定に関与する有効バネ部50ｅの長さである間隔Ｌを変更するスライダ52を備えることにより、構造振動系Ｓ２を構成する片持ちバネ50の有効バネ部50ｅの長さがスライダ52の移動位置に応じて変更されて、構造振動系Ｓ２の等価バネ定数が変更されるので、構造振動系Ｓ２に片持ちバネ50を使用したレゾネータ１での共鳴周波数の制御が可能になる。

次に、図８，図９を参照して、本発明の第６，第７実施形態を説明する。
図８を参照すると、第６実施形態において、装置Ａに備えられるレゾネータ１は、管状の連通部23により形成されるのど部21が吸気通路または排気通路に連通し、ダイヤフラム28は、剛性壁27に気密に固定される。バネ定数制御手段２は、ダイヤフラム28において容積部22内の圧力波に共振する振動壁26の面積を変更する面積制御装置Ｃ３から構成される。面積制御装置Ｃ３は、ダイヤフラム28の内側28ｄおよび外側28ｅの一方である内側28dの表面を覆うことが可能な半円板状のシャッタ55と、振動壁26を圧力波に曝す際に容積部22内でシャッタ55を収納する半円板状の収納部56と、ダイヤフラム28が固着されて支持される支持部材57と、シャッタ55を操作する操作部材58と、回転速度検出手段と、操作部材58を駆動する駆動部材と、回転速度検出手段の検出結果に基づいて駆動部材を制御するＥＣＵとを備える。

支持部材57には、前記表面が圧力波に曝されるように複数の孔57ａ、この実施形態では多数の円孔が形成され、ダイヤフラム28において各孔57ａと重なる部分が振動壁26を構成する。それゆえ、レゾネータ１は、壁24に分散して設けられた多数の振動壁26を有する。そして、シャッタ55に覆われない振動壁26または振動壁26の一部分は、圧力波に共振する振動領域26ａとなり、シャッタ55に覆われる振動壁26または振動壁26の一部分は、圧力波に共振しない非振動領域26ｂとなる。なお、孔57ａの形状および大きさは任意であり、異なる形状または大きさの孔が含まれていてもよい。

ＥＣＵにより制御される駆動部材により操作部材58が駆動されて、機関回転速度に応じた回転量でシャッタ55が回転する。そして、シャッタ55により覆われる振動壁26の数が増加して、シャッタ55により覆われる振動壁26の面積が大きくなるにつれて、構造振動系Ｓ２の等価バネ定数が大きくなり、共鳴周波数が高められる。

この第６実施形態によれば、バネ定数制御手段２が圧力制御装置Ｃ１であることによる作用および効果を除いて、第１実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、次の作用および効果が奏される。
すなわち、振動壁26はダイヤフラム28により構成され、バネ定数制御手段２は振動壁26の面積を変更する面積制御装置Ｃ３であることにより、シャッタ55により覆われる振動壁26の数が変更されて、容積部22内の圧力波に曝される振動壁26の面積が変更されることで、実質的に共振する振動壁26の振動領域26ａの面積が変更されて、構造振動系Ｓ２の等価バネ定数が変更されるので、構造振動系Ｓ２が振動壁26とは別部材の等価バネを備える必要がない。この結果、構造振動系Ｓ２の構造が簡単になり、レゾネータ１が小型化される。しかも、振動壁26が構造振動系Ｓ２の等価バネを兼ねることによりレゾネータ１が小型化される。そして、振動壁26が構造振動系Ｓ２の等価バネを兼ねるレゾネータ１での共鳴周波数の制御が可能になる。

図９を参照すると、第７実施形態の装置Ａにおけるレゾネータ１は、第６実施形態のレゾネータ１が、さらに気体バネ29を備えた形態のものである。ダイヤフラム28は、気体室31を形成する室壁30に対して気密に取り付けられる。それゆえ、構造振動系Ｓ２の等価バネは、ダイヤフラム28および気体バネ29から構成される。
この第７実施形態によれば、第６実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、気体バネ29の分、第６実施形態に比べて高められた共鳴周波数が得られる。また、装置Ａが室壁30を備えることにより、ダイヤフラム28の共振に起因する振動放射音が装置Ａの外部に放射されることを抑制できる。

次に、図１０，図１１を参照して、本発明の第８，第９実施形態を説明する。
図１０を参照すると、第８実施形態における装置Ａの面積制御装置は、第６実施形態における面積制御装置に対して、シャッタ55を収納する収納部56がなく、シャッタ55がダイヤフラム28の外側28ｅの表面を覆う点で異なり、その他の構造は同様である。この装置Ａにおいて、容積部22側から見て、シャッタ55が振動壁26と重なる位置を占めて振動壁26がシャッタ55により覆われると、振動壁26がシャッタ55に接触するため、振動壁26が圧力波に共振することが阻止される。したがって、シャッタ55により覆われない振動壁26または振動壁26の一部分は、圧力波に共振する振動領域26ａとなり、シャッタ55に覆われる振動壁26または振動壁26の一部分は、圧力波に共振しない非振動領域26ｂとなる。
この第８実施形態によれば、第６実施形態と同様の作用および効果が奏される。

図１１を参照すると、第９実施形態の装置Ａにおけるレゾネータ１は、第８実施形態のレゾネータ１が、さらに気体バネ29を備えた形態のものである。ダイヤフラム28は、気体室31を形成する室壁30に対して気密に取り付けられる。それゆえ、構造振動系Ｓ２の等価バネは、ダイヤフラム28および気体バネ29から構成される。
この第９実施形態によれば、第８実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、気体バネ29の分、第３実施形態に比べて高められた共鳴周波数が得られる。また、装置Ａが室壁30を備えることにより、ダイヤフラム28の共振に起因する振動放射音が装置Ａの外部に放射されることを抑制できる。

次に、図１２を参照して、本発明の第１０実施形態を説明する。
装置Ａに備えられるレゾネータ１は、管状の連通部23により形成されるのど部21が吸気通路または排気通路に連通し、振動壁26を構成するダイヤフラム28は剛性壁27に気密に固定される。バネ定数制御手段２は、気体バネ29の気体室31の容積を制御する容積制御装置Ｃ４から構成される。気体バネ29は、円筒状の本体部24に移動可能に結合される円筒状の可動室壁30を備え、容積制御装置Ｃ４は、可動室壁30と、気体室31の容積が変更されるように可動室壁30を操作する操作部材59と、回転速度検出手段と、操作部材59を駆動する駆動部材と、回転速度検出手段の検出結果に基づいて駆動部材を制御するＥＣＵとを備える。なお、空気で満たされる気体室31に対して、空気が微小な間隙を通じて流入および流出する。

剛性壁27の周壁27ａの外周面には、可動室壁30の周壁30ａの内周面に形成されたねじ部30ｃと螺合するねじ部27ｃが形成される。ＥＣＵにより制御される駆動部材により操作部材59が回転駆動されて、機関回転速度に応じた移動量で、室壁30の底壁30ｂが振動壁26に接近しまたは振動壁26から遠ざかることにより、気体室31の容積が変更される。そして、気体室31の容積が減少するにつれて、気体バネ29のバネ定数が大きくなり、共鳴周波数が高められる。なお、気体室31の容積が最小となるときの底壁30ｂの位置が二点鎖線により示されている。

この第１０実施形態によれば、バネ定数制御手段２が圧力制御装置Ｃ１であることによる作用および効果を除いて、第１実施形態と同様の作用および効果が奏されるほか、次の作用および効果が奏される。
すなわち、構造振動系Ｓ２は振動壁26にバネ力を作用させる気体バネ29を備え、バネ定数制御手段２は気体バネ29の気体室31の容積を変更する容積制御装置Ｃ４であることにより、構造振動系Ｓ２の等価質量は、音響振動系Ｓ１の等価質量よりも大きいので、構造振動系Ｓ２を構成する気体バネ29の気体室31の容積を変更することにより、共鳴室の容積を変更して等価バネ定数を変更する従来のレゾネータに比べて小型化されたレゾネータ１で、低域側の共鳴周波数を変更することができる。この結果、低域側の共鳴周波数を変更可能なレゾネータ１が小型化される。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
第１実施形態では、レゾネータ１を備える装置Ａが吸気騒音の消音のために使用されたが、脈動気体である吸気を加振するためにレゾネータ１を備える装置Ａを使用することができ、その場合には、特定の共鳴周波数を吸気の加振に利用し、残りの共鳴周波数を吸気騒音の消音に利用できる。具体的には、特定の機関回転速度において、吸気圧力波を加振して共鳴過給を行うために使用される。そして、例えば、レゾネータ１により、低域側共鳴周波数において、前記特定の機関回転速度に対応する特定の共鳴周波数で共鳴過給が行われ、高域側共鳴周波数において、残りの共鳴周波数で吸気騒音の消音が行われる。このように、レゾネータ１を備える装置Ａを、特定の共鳴周波数を加振に利用し、残りの共鳴周波数を消音に利用できるので、レゾネータ１が小型化される。

第６〜第９実施形態において、複数の振動壁26の代わりに、ダイヤフラム28により単一の振動壁26が構成され、該振動壁26の面積がシャッタを備える面積制御装置Ｃ４により変更されてもよい。また、シャッタは、回転駆動されることなく、並進するように駆動されてもよい。

レゾネータ１は、ヘルムホルツ型以外のレゾネータであってもよい。
内燃機関Ｅは、前記実施形態では車両に使用されるものであったが、鉛直方向を指向するクランク軸を備える船外機等の船舶推進装置に使用されるものであってもよい。また、装置Ａは、脈動気体の圧力波が存在する空間が形成された内燃機関以外の機器に、圧力波の減衰または加振のために使用されてもよい。

本発明の第１実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置が内燃機関の吸気装置に設けられたときの模式図である。 図１のレゾネータにおいて、バネ定数と共鳴周波数との関係を示すグラフである。 図１のレゾネータにおいて、バネ定数をパラメータとして、周波数と減衰量との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置が内燃機関の排気装置に設けられたときの模式図である。 本発明の第３実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図である。 本発明の第４実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図である。 本発明の第５実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図である。 本発明の第６実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図であり、（Ａ）は、（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視での断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ矢視での断面図である。 本発明の第７実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図であり、図８の（Ａ）に対応する断面図である。 本発明の第８実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図であり、（Ａ）は、（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視での断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ矢視での断面図である。 本発明の第９実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図であり、図１０の（Ａ）に対応する断面図である。 本発明の第１０実施形態を示し、本発明に係るレゾネータを備える装置の模式図である。

符号の説明

１…レゾネータ、２…バネ定数制御手段、３…シリンダ、４…シリンダヘッド、５…ピストン、６…燃焼空間、７…エアクリーナ、８…吸気管、９…吸気通路、10…吸気装置、11…排気管、12…排気通路、13…排気装置、14…吸気弁、15…排気弁、16…クランク軸、20…共鳴室、21，21ａ，21ｂ…のど部、22…容積部、23，23ａ，23ｂ…連通部、24…本体部、25…壁、26…振動壁、27…剛性壁、28…ダイヤフラム、29…気体バネ、30…室壁、31…気体室、40…導管、41…圧力制御弁、42…回転速度検出手段、43，47…気体温度検出手段、44…圧力検出手段、45…ＥＣＵ、46…消音器、48，54，58，59…操作部材、49…固定部、50…片持ちバネ、51…ロッド、52…スライダ、53…ガイド筒、55…シャッタ、56…収納部、57…支持部材、
Ａ…装置、Ｅ…内燃機関、Ｓ…連成振動系、Ｓ１…音響振動系、Ｓ２…構造振動系、ｆａ，ｆｂ，ｆｃ，ｆｄ…共鳴周波数、Ｃ１…圧力制御装置、Ｃ２…、張力制御装置、Ｃ３…面積制御装置、Ｃ４…容積制御装置、ｋ_０〜ｋ_５…バネ定数、Ｒａ，Ｒｂ…領域、Ｌ…間隔。

Claims (7)

1. 脈動気体の圧力波が存在する空間に連通する共鳴室が形成されたレゾネータを備える装置において、
   前記共鳴室の室壁は、前記共鳴室内の前記圧力波に共振する振動壁を有し、前記振動壁は前記共鳴室内の前記脈動気体により構成される音響振動系に直列に連成する構造振動系を構成することを特徴とする装置。
2. 前記構造振動系の等価バネ定数を変更するバネ定数制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記振動壁は可撓性の薄膜により構成され、前記バネ定数制御手段は前記薄膜の張力を変更する張力制御装置であることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記構造振動系は前記振動壁にバネ力を作用させる機械的バネを備え、前記バネ定数制御手段は、前記機械的バネが前記振動壁の振動により撓む部分のうちのバネ定数の設定に関与する有効バネ部の長さを変更する可動部材を備えることを特徴とする請求項２の装置。
5. 前記構造振動系は前記振動壁にバネ力を作用させる気体バネを備え、前記バネ定数制御手段は、前記気体バネの気体の圧力を変更する圧力制御装置であることを特徴とする請求項２記載の装置。
6. 前記構造振動系は前記振動壁にバネ力を作用させる前記気体バネを備え、前記バネ定数制御手段は、前記気体バネの気体室の容積を変更する容積制御装置であることを特徴とする請求項２記載の装置。
7. 前記振動壁は可撓性の薄膜により構成され、前記バネ定数制御手段は前記振動壁の面積を変更する面積制御装置であることを特徴とする請求項２記載の装置。
   
   

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