JP2007120391A - Exhaust muffler and construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンから排出される排気ガスによる排気音を低減する排気消音装置および建設機械に関する。 The present invention relates to an exhaust silencer and a construction machine that reduce exhaust noise caused by exhaust gas discharged from an engine.
この種の排気消音装置には、所定周波数の騒音低減を目的として共鳴器を設けたものがある。例えば特許文献1記載の装置では、マフラの内部に共鳴器を設け、共鳴器においてエンジン爆発音等を消音するようにしている。 Some exhaust silencers of this type are provided with a resonator for the purpose of reducing noise at a predetermined frequency. For example, in the apparatus described in Patent Document 1, a resonator is provided inside the muffler so that engine explosion sound and the like are muted in the resonator.
しかしながら、上記特許文献1記載の装置では、マフラの内部に共鳴器を設けるため、マフラが大型化し、マフラの配置の自由度が損なわれる。 However, in the apparatus described in Patent Document 1, since the resonator is provided inside the muffler, the muffler becomes large and the degree of freedom of arrangement of the muffler is impaired.
本発明による排気消音装置は、建設機械のエンジンから排出された排気流体を機体の外部に排出するための排気経路に設けられる消音用のマフラと、マフラの外部において、排気経路に沿って排気通路を形成する通路形成部材と、排気通路に連通して通路形成部材に設けられる共鳴型消音器とを備えることを特徴とする。
共鳴型消音器を、排気経路の終端部を形成する尾管に設けることが好ましい。
排気通路を囲むように通路形成部材に吸音材を設けることもできる。
マフラをエンジン室内に配置し、尾管を、エンジン室を形成する開閉可能なエンジン室カバーに取り付けることもできる。
本発明による建設機械は、作業時に一定回転数で駆動されるエンジンと、該エンジンから排出された排気流体を機体の外部に排出するための排気経路に設けられる消音用のマフラと、マフラの外部において、排気経路に沿って排気通路を形成する通路形成部材と、排気通路に連通して通路形成部材に設けられる共鳴型消音器とを備え、共鳴型消音器は、作業時のエンジン回転数に対応した騒音周波数に共鳴周波数が一致するように設けられることを特徴とする。
An exhaust silencer according to the present invention includes a muffler for silencing provided in an exhaust path for discharging exhaust fluid discharged from an engine of a construction machine to the outside of the fuselage, and an exhaust passage along the exhaust path outside the muffler. And a resonance type silencer provided in the passage forming member so as to communicate with the exhaust passage.
It is preferable to provide a resonance type silencer in the tail pipe that forms the end of the exhaust path.
A sound absorbing material may be provided on the passage forming member so as to surround the exhaust passage.
The muffler can be arranged in the engine compartment, and the tail pipe can be attached to an openable and closable engine compartment cover that forms the engine compartment.
A construction machine according to the present invention includes an engine that is driven at a constant rotational speed during work, a muffler for silencing provided in an exhaust path for discharging exhaust fluid discharged from the engine to the outside of the fuselage, and an outside of the muffler In the above, a passage forming member that forms an exhaust passage along the exhaust path, and a resonance type silencer that communicates with the exhaust passage and is provided in the passage forming member. The resonance frequency is provided so as to coincide with the corresponding noise frequency.
本発明によれば、マフラの外部の排気通路に連通して通路形成部材に共鳴型消音器を設けるようにしたので、マフラが大型化することを防止できる。 According to the present invention, since the resonance silencer is provided in the passage forming member so as to communicate with the exhaust passage outside the muffler, it is possible to prevent the muffler from becoming large.
−第1の実施の形態−
以下、図1〜図5を参照して本発明による排気消音装置の第1の実施の形態について説明する。
図1は、本発明が適用される油圧ショベルの外観側面図である。走行体1上には旋回可能に旋回体2が搭載されている。旋回体2のフレーム(旋回フレーム4)の前部には、ブーム3A,アーム3B,バケット3Cからなる作業用フロント3が取り付けられ、旋回フレーム4の後端部にはカウンタウエイト5が取り付けられている。また、旋回フレーム上の前部左側には運転室6が設けられ、運転室6の後方にエンジン室7が設けられている。
-First embodiment-
Hereinafter, a first embodiment of an exhaust silencer according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an external side view of a hydraulic excavator to which the present invention is applied. A
図2は、エンジン室7の内部構成を示す図1のII-II線断面図である。エンジン室内には、旋回フレーム4上に設けられたブラケット11により防振マウント12を介してエンジン10が支持されている。エンジン10の側方には冷却ファン13が配設され、そのさらに側方に熱交換器14が配設されている。冷却ファン13にはベルト16を介してエンジンクランク軸の回転が伝達され、エンジン10の駆動により冷却ファン13が回転する。冷却ファン13が回転すると、エンジン室内に冷却空気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は熱交換器14を通過し、シュラウド15の内側を通過してエンジン室内を流れる。エンジン10の冷却ファン13の反対側には油圧ポンプ17が設けられ、エンジン10の駆動により油圧ポンプ17が回転する。
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. The
エンジン10は例えば4気筒4サイクルのディーゼルエンジンであり、エンジン10からの排気ガスは以下の排気経路を通って外部に排出される。すなわちエンジン上部には排気マニホールド18が設置され、各気筒の排気ポートからの排気ガスは、排気マニホールド18に集合し、排気管19を介してエンジン上方のマフラ20に導かれる。そして、マフラ20を通過した後、尾管21を通過してエンジン室外に排出される。エンジン室7の上部カバー22はヒンジ22aを介して開閉可能であり、上部カバー22を開放した状態でエンジン室内の各部をメンテナンス可能となっている。
The
図3は、図2のマフラ20を機体の側方から見た拡大図である。マフラ20は全体が略円柱形状をなし、その周面がエンジン上部に設けられたブラケット23(図2参照)に、U字ボルト24により固定されている。マフラ20の周面には、排気管19からの排気ガスが流入する流入管201と、上部カバー22に設けた貫通孔22bを介して尾管21に排気ガスを流出する排出管202とが突設されている。
FIG. 3 is an enlarged view of the
尾管21は、上端面が機体後方に向けて斜めに切断された略円筒状の外管211と、外管211の上端面に溶接された出口管212とを有し、出口管212の端面には、雨水等の侵入を防ぐために後方やや下方に向けて排気口21aが開口されている。外管211の底部にはフランジ部21bが設けられ、フランジ部21bは、貫通孔22bを塞ぐように上部カバー22の上面にボルトで締結されている。
The
このように上部カバー22にフランジ部21bを介して尾管21を取り付けることで、上部カバー22の貫通孔22bの付近が補強され、上部カバー22の剛性が高まるとともに、エンジン室内の騒音が流出管202と貫通孔22bとの間の隙間を介して外部に漏れることを防止できる。これに対し、尾管21を排出管202の先端に溶接などにより連設した場合、上部カバー22を開閉するためには貫通孔22bと尾管21との間に隙間が必要となるため、上部カバー22の剛性が低下し、隙間から外部に騒音が漏れやすい。
By attaching the
次に、マフラ20の消音構造を説明する。図4はマフラ20の内部構成を概略的に示した図である。マフラ20の内部は隔壁203,204により第1室205,第2室206,第3室207に区画されている。第1室205には流入管201の端部が挿入され、第3室207には排出管202の端部が挿入されている。第1室205から第3室207にかけては隔壁203,204を貫通して内部管208が配設されている。
Next, the silencing structure of the
流入管201および流出管202の端面は、それぞれ閉塞壁201a,207aで塞がれている。流入管201および流出管202の周面には、それぞれ第1室205および第3室207に面して複数の連通孔201b,207bが開口されている。内部管208の内側には閉塞壁208aが設けられ、閉塞壁208aにより内部管208内の通路が遮断されている。内部管208の周面には、閉塞壁208を挟んでそれぞれ第2室206に面して連通孔208b,208cが開口されている。
The end surfaces of the
図4の矢印は排気ガスの流れを示している。流入管201を介してマフラ内に導かれた排気ガスは、連通孔201bを介して第1室205に流出する。第1室205の排気ガスは内部管208に流入し、連通孔208bを介して第2室206に流出する。第2室206の排気ガスは連通孔208cを介して内部管208に再び流入し、内部管208を介して第3室207に流出する。第3室207の排気ガスは連通孔207bを介して排出管202に流入し、尾管21に流出する。これにより排気ガスはマフラ内で膨張,圧縮を繰り返し、排気騒音が低減される。
The arrows in FIG. 4 indicate the flow of exhaust gas. Exhaust gas introduced into the muffler through the
本実施の形態は、その特徴的構成として尾管21に共鳴器を設けている。以下、この点について説明する。図5(a)は第1の実施の形態に係る尾管21の内部構成を概略的に示した図であり、図5(b)は図5(a)のb-b線断面図である。尾管21の内部(外管211の内側)には、その下端面から排気ガスの流れ方向に沿って所定長さにわたり、略円筒状の内管213が配設され、内管213の内側のガス通路部210に排出管202の端部が挿入されている。すなわち尾管21は外管211と内管213とを有する二重管構造をなしている。
In the present embodiment, a resonator is provided in the
内管213の上下端面には、それぞれ内管213と外管211の間の隙間を塞ぐように略リング状の上板214および下板215が固設され、外管211と内管213と上板214と下板215とにより略円筒状の共鳴室216が形成されている。内管213には周方向に1カ所だけ貫通孔217が開口され、貫通孔217がガス通路部210と共鳴室216とを連通する頸部となり、共鳴器が形成されている。
A substantially ring-shaped
尾管21の製造は例えば次のように行う。外管211の上端面に出口管212を溶接する前に、まず、外管211の内周面に上板214を溶接する。次いで、上板214の端部に内管213の上端面を溶接する。次いで、外管211と内管213の下端面に下板215を溶接し、最後に外管211の上端面に出口管212を溶接する。
The
頸部(貫通孔217)の断面積をS,頸部の長さをL,共鳴室216の容積をV,音速をcとすると、共鳴器により低減される騒音の周波数F1、すなわち共鳴周波数は次式(I)で表せる。
F1=c×(S/LV)1/2/2π (I)
一方、エンジン気筒数をk(=4),エンジン回転数をN(rpm)とすると、エンジン10の爆発一次音の周波数F2は次式(II)で表せる。
F2=(k/2)×N/60 (II)
When the cross-sectional area of the neck (through hole 217) is S, the length of the neck is L, the volume of the
F1 = c × (S / LV) 1/2 / 2π (I)
On the other hand, assuming that the number of engine cylinders is k (= 4) and the engine speed is N (rpm), the frequency F2 of the primary explosion sound of the
F2 = (k / 2) × N / 60 (II)
通常、油圧ショベルは、エンジン回転数Nを一定(例えば2000rpm)とした状態で掘削作業等が行われる。そこで、本実施の形態では、上式(II)に通常の掘削作業時のエンジン回転数Nを代入してエンジン爆発音の周波数F2を求め、このF2と共鳴周波数F1とが等しくなるように、頸部の断面積S,長さL,共鳴室216の容積Vを適宜設定する。これにより作業時のエンジン爆発による排気騒音を低減することができる。
Normally, excavation work or the like is performed with a hydraulic excavator in a state where the engine speed N is constant (for example, 2000 rpm). Therefore, in the present embodiment, the engine rotation sound frequency F2 is obtained by substituting the engine speed N at the time of normal excavation work into the above formula (II), so that this F2 and the resonance frequency F1 are equal. The cross-sectional area S, the length L, and the volume V of the
本実施の形態の主要な動作を説明する。所定のエンジン回転数Nで掘削作業を行っている場合、エンジン10から排出された排気ガスは、排気管19を介してマフラ20に流入し、マフラ内で膨張および圧縮を繰り返して消音される。さらに、マフラ20を通過した排気ガスは尾管21のガス通路部210に流入し、ガス通路部210を排気口21aに向けて流れ、排気口21aから排出される。この際、共鳴周波数F1付近の音波に対しての頸部における空気の振幅が大きくなり、空気の摩擦が生じる。これにより共鳴周波数域の騒音、すなわち作業時のエンジン爆発音の周波数F2に対応した排気騒音を低減することができ、排気音の十分な消音効果が得られる。
The main operation of this embodiment will be described. When excavation work is performed at a predetermined engine speed N, the exhaust gas discharged from the
第1の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)尾管21の内側に共鳴室216を設けて共鳴器を形成するようにしたので、排圧(排気ガス圧力)の上昇が抑えられ、エンジン爆発等による特定周波数の騒音を効果的に低減できる。
(2)マフラ20を大型化する必要がなく、マフラ20の配置の自由度を確保できる。
(3)共鳴器を有する尾管21をエンジン室7の外側に設けるので、エンジン室自体を大型化する必要もない。
(4)共鳴器を有する尾管21を上部カバー22の上面に固定するようにしたので、上部カバー22の剛性が高まるとともに、エンジン室内の騒音が流出管202と貫通孔22bとの間の隙間を介して外部に漏れることを防止できる。
(5)作業時のエンジン回転数に対応した騒音周波数F2に共鳴周波数F1が一致するように共鳴器の寸法を設定したので、エンジン回転数を一定として作業することが多い油圧ショベルの騒音を効果的に低減できる。
According to 1st Embodiment, there can exist the following effects.
(1) Since the
(2) It is not necessary to increase the size of the
(3) Since the
(4) Since the
(5) Since the dimensions of the resonator are set so that the resonance frequency F1 coincides with the noise frequency F2 corresponding to the engine speed at the time of work, the effect of the noise of a hydraulic excavator that is often operated at a constant engine speed is effective. Can be reduced.
−第2の実施の形態−
図6を参照して本発明による排気消音装置の第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態では、尾管21の内側に共鳴器を設けるとともに、吸音材を設置する。図6は、第2の実施の形態に係る尾管21の内部構成を概略的に示した図である。なお、図5と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第1の実施の形態との相違点を主に説明する。
-Second Embodiment-
A second embodiment of the exhaust silencer according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, a resonator is provided inside the
図6に示すように内管213の上方には、複数個の連通孔218aが周面全体にわたって開口された略円筒状の孔空き管218が配設されている。孔空き管218の径は内管213の径と等しく、孔空き管218の下端面は内管213との間に段差がないように上板214に溶接されている。孔空き管218と外管211の間にはグラスウールやロックウールなどの吸音材220が充填され、吸音材の上方には上板219が設けられ、上板219は外管211の内周面と孔空き管218の上端面に溶接されている。
As shown in FIG. 6, a substantially cylindrical
このように尾管21の内側に孔空き管218を設け、孔空き管218と外管211の間に吸音材220を収容することで、広帯域の周波数成分の騒音が吸音材220に吸音される。このため所定周波数の排気騒音を共鳴器により低減するとともに、広帯域の排気騒音を吸音材20により低減することができる。内管213の上端に孔空き管218を連設するので、内管213と孔空き管218の接続部に段差が生じることがなく、短い通路内で騒音を効率よく吸音することができる。
As described above, by providing the
上記実施の形態では、尾管21のガス通路部210に連通して、いわゆるヘルムホルツ型共鳴器を設けたが、サイドブランチ型共鳴器等、他の共鳴型消音器を設けてもよい。サイドブランチ型共鳴器を設ける場合、例えば図7に示すように尾管21にサイドブランチ25を分岐接続し、サイドブランチ25をガス通路部210に連通させればよい。なお、図7の例では、サイドブランチ25はフランジ部21bおよび上部カバー22を貫通し、上部カバー22の内側に沿って延設している。サイドブランチ25の管路長は、例えばエンジン爆発音の周波数の1/4波長に設定すればよい。
In the above embodiment, a so-called Helmholtz type resonator is provided in communication with the
これらの共鳴器は、マフラ20の外部に設けるのであれば、すなわちマフラ20の外部において排気経路に沿って排気通路を形成する通路形成部材(尾管21や排気管19)に設けるのであれば、上述した以外の場所に設けてもよい。マフラ20の内部に共鳴器を設けないようにするのであれば、消音用のマフラ20の構成は図4に示したものに限らない。尾管21を上部カバー22に取り付けるようにしたが、上部カバー以外に取り付けてもよい。尾管21のガス通路部210の周囲に吸音材220を設置するようにしたが、排気通路を囲む他の場所に吸音材220を設置してもよい。
If these resonators are provided outside the
上記実施の形態は、油圧ショベルに適用したが、エンジン10から排出された排気流体を機体の外部に排出する排気経路を有する他の建設機械、とくにエンジン回転数を一定で作業することが多い他の建設機械にも本発明は同様に適用可能である。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の排気消音装置に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。
Although the above embodiment is applied to a hydraulic excavator, other construction machines having an exhaust path for exhausting exhaust fluid discharged from the
7 エンジン室
10 エンジン
20 マフラ
21 尾管
22 上部カバー
25 サイドブランチ
211 外管
213 内管
217 貫通孔
220 吸音材
7
Claims (5)
前記マフラの外部において、前記排気経路に沿って排気通路を形成する通路形成部材と、
前記排気通路に連通して前記通路形成部材に設けられる共鳴型消音器とを備えることを特徴とする排気消音装置。 A muffler for silencing provided in an exhaust path for discharging exhaust fluid discharged from the engine of the construction machine to the outside of the fuselage,
A passage forming member that forms an exhaust passage along the exhaust path outside the muffler;
An exhaust silencer comprising: a resonance silencer that communicates with the exhaust passage and is provided in the passage forming member.
前記共鳴型消音器は、前記排気経路の終端部を形成する尾管に設けられることを特徴とする排気消音装置。 The exhaust silencer according to claim 1,
The exhaust silencer, wherein the resonance silencer is provided in a tail pipe that forms a terminal portion of the exhaust path.
前記排気通路を囲むように前記通路形成部材に吸音材が設けられることを特徴とする排気消音装置。 The exhaust silencer according to claim 1 or 2,
An exhaust silencer, wherein a sound absorbing material is provided on the passage forming member so as to surround the exhaust passage.
前記マフラはエンジン室内に配置され、前記尾管は、エンジン室を形成する開閉可能なエンジン室カバーに取り付けられることを特徴とする排気消音装置。 The exhaust silencer according to claim 2 or 3,
The exhaust muffler according to claim 1, wherein the muffler is disposed in an engine compartment, and the tail pipe is attached to an openable / closable engine compartment cover that forms an engine compartment.
該エンジンから排出された排気流体を機体の外部に排出するための排気経路に設けられる消音用のマフラと、
前記マフラの外部において、前記排気経路に沿って排気通路を形成する通路形成部材と、
前記排気通路に連通して前記通路形成部材に設けられる共鳴型消音器とを備え、
前記共鳴型消音器は、前記作業時のエンジン回転数に対応した騒音周波数に共鳴周波数が一致するように設けられることを特徴とする建設機械。 An engine that is driven at a fixed speed during work;
A muffler for silencing provided in an exhaust path for discharging the exhaust fluid discharged from the engine to the outside of the fuselage,
A passage forming member that forms an exhaust passage along the exhaust path outside the muffler;
A resonance silencer provided in the passage forming member in communication with the exhaust passage;
The construction machine according to claim 1, wherein the resonance silencer is provided so that a resonance frequency coincides with a noise frequency corresponding to an engine speed during the work.
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