JP2008008253A

JP2008008253A - 消音ダクト

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Publication number: JP2008008253A
Application number: JP2006181509A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ido; 靖井戸; Masaru Hattori; 勝服部
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17
Also published as: CN101096937A; CN100572791C; US20080041657A1; DE102007029344A1; US7556123B2

Abstract

【課題】長い連通管を必要とせずに低周波数の騒音を低減でき、かつ、低周波数の騒音を広い範囲で低減できる消音ダクトを提供すること。
【解決手段】ダクト本体と共鳴箱部とをもつ消音ダクトにおいて、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とを筒状の部材を介することなく直接連通させる。また、共鳴箱部の区画壁のなかで、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とが連通する連通開口に対面する位置に、貫通孔状の通気開口と、迷路状をなす通気路を持ち該通気開口を覆う通気性部材と、からなる通気開口部を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関の吸気管等として使用できるダクトに関する。

消音ダクトは、内燃機関や空調装置などの吸気管や排気管として用いられる。この消音ダクトは、内燃機関や空調装置などの騒音源から伝搬する伝搬音や、自身の吸気脈動などによって生じる騒音を低減する。消音ダクトとしては、筒状のダクト本体に、箱状の共鳴箱部と筒状の部材（連通管）とからなる消音装置（所謂ヘルムホルツ式のレゾネータ）が接続されてなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の消音ダクトでは、騒音の所定周波数成分（共鳴周波数Ｆ）に消音装置が共鳴して、共鳴周波数Ｆにおける音圧レベルを低減する。共鳴周波数Ｆは、以下に示す数式１で表されることが知られている。

ここで、Ｃは音速（ｃｍ／秒）、ｒは連通管の半径（ｃｍ）、Ｖは共鳴箱部の容積（ｃｍ^３）、Ｌは連通管の長さ（ｃｍ）を指す。

ところで、主として低周波数の騒音がユーザーに不快を与えることは広く知られている。このため、共鳴周波数Ｆが小さくなるように（低周波数になるように）消音装置を設計すれば、ユーザーに与える不快感を大きく低減できると考えられる。数式１によると、共鳴周波数Ｆを低周波数にするためには、共鳴箱部の容積Ｖと連通管の長さＬとの少なくとも一方を大きくすればよい。しかし、連通管の長さＬを大きくすると、消音装置が大型化して、消音ダクトが嵩高くなる。このため、消音ダクトを車両などに搭載し難くなる問題がある。また、共鳴箱部の容積Ｖを大きくすると、反共振（反共鳴）現象によって、特定の周波数成分における音圧レベルが増大する場合がある。

特許文献１には、共鳴箱部の区画壁に複数の開口を設けることで、共鳴周波数Ｆをチューニングする技術が紹介されている。しかし、この技術によると、共鳴周波数Ｆに近い周波数の騒音を低減できるだけで、低周波数の騒音を広い範囲で低減し得なかった。
特開平５−１６３９２５号公報

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、長い連通管を必要とせずに低周波数の騒音を低減でき、かつ、低周波数の騒音を広い範囲で低減できる消音ダクトを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の消音ダクトは、周壁によって内外が区画された筒状をなすダクト本体と、区画壁によって内外が区画された箱状をなしダクト本体に取り付けられている共鳴箱部と、を持ち、区画壁には、貫通孔状の通気開口と、迷路状をなす通気路を持ち通気開口を覆う通気性部材と、からなる通気開口部が形成され、共鳴箱部は、ダクト本体の一部を内部に収容し、周壁には、共鳴箱部の内部に開口する貫通孔状の連通開口が形成され、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とは、筒状の部材を介することなく連通開口を介して直接連通し、通気開口部は、区画壁のなかで連通開口に対面する位置に形成されていることを特徴とする。

本発明の消音ダクトは、下記の（１）〜（２）の少なくとも一つを備えるのが好ましい。
（１）上記共鳴箱部は、上記ダクト本体の軸方向の一部において上記ダクト本体を周方向に取り囲む。
（２）上記共鳴箱部は、上記ダクト本体の軸方向に沿って延びている。

本発明の消音ダクトは、一般的な消音ダクトとは異なり、筒状の部材すなわち連通管を持たない。このため、本発明の消音ダクトは嵩高くない。

また、本発明の消音ダクトは、低周波数の騒音を広い範囲で低減できる。その理由は定かではないが、本発明の消音ダクトが連通管を持たず、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とが直接連通していることと何らかの関係があると考えられる。

本発明の消音ダクトにおいて、共鳴箱部の区画壁には、貫通孔状の通気開口が形成されている。このため、共鳴箱部の内部と外界とは通気開口を介して連通する。したがって、本発明の消音ダクトでは、共鳴箱部の内部における音圧が低くなる。よって、反共振現象を抑制できる。また、この通気開口は通気性部材によって覆われている。通気開口が通気性部材で覆われていることで、共鳴箱部の内部から外界に漏出する騒音は低減する。

また、上述した特許文献１に記載されているように、消音ダクトの共鳴箱部に通気開口を設けると、共鳴箱部の内部と外界とが通気開口を介して連通する。こうすることで、共鳴周波数Ｆをずらす（共鳴周波数Ｆをチューニングする）ことが可能である。しかし、この場合には、チューニングした共鳴周波数付近の騒音は低減できるが、この低減した周波数の前後の周波数における音圧レベルが増大するため、低周波数の騒音を広い範囲で低減し得ない。これに対して、本発明の消音ダクトは、上述した数式１に基づいて算出される共鳴周波数Ｆ付近だけでなく、低周波数の騒音を広い範囲で低減できる。その理由は定かではないが、本発明の消音ダクトにおいて、共鳴箱部の通気開口が通気路を持つ通気性部材によって覆われていることと、この通気性部材が迷路状をなす通気路を持つこととに関係していると考えられる。本発明の消音ダクトにおいて、通気性部材は迷路状をなす通気路を持つため、共鳴箱部内部の空気は、複雑に方向を変えつつ通気性部材の内部を進み、緩やかに外界に流出する。

さらに、本発明の消音ダクトにおいて、通気開口と通気性部材とからなる通気開口部は、区画壁のなかで連通開口に対面する位置に形成されている。連通開口は、区画壁と周壁との接合部分か、または、周壁に形成され、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とを連通させる部分である。通気開口部が、区画壁のなかで連通開口に対面する位置に形成されていることで、ダクト本体から共鳴箱部に伝搬した騒音が、通気開口に到達し易くなる。このため、本発明の消音ダクトは、反共振現象をより確実に抑制できる。

すなわち、本発明の消音ダクトは、特許文献１に紹介されている消音ダクトと同様に、共鳴箱部の内外を連通する開口（通気開口部）を持つ。しかし本発明の消音ダクトにおける通気開口部は、特許文献１に紹介されている消音ダクトとは異なり、共鳴周波数Ｆのチューニングに寄与するのではなく、反共振現象の低減と、騒音の確実な低減とに寄与する。

上記（１）を備える本発明の消音ダクトは、連通開口と通気開口部との距離を短くできる。よって、反共振現象をさらに低減でき、かつ、騒音をさらに確実に低減できる。

本発明の消音ダクトにおける共鳴箱部の容積は、消音したい共鳴周波数Ｆに応じ、上述した数式１に基づいて設定すればよい。なお、本発明の消音ダクトでは、ダクト本体は共鳴箱部の外部に配される。本発明の消音ダクトでは、ダクト本体の軸方向の一部が共鳴箱部の内部に収容される。したがって、本発明の消音ダクトにおける共鳴箱部の容積Ｖは、共鳴箱部の内周面とダクト本体の外周面とで区画される空間の体積を指す。

本発明の消音ダクトにおいて、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とは連通開口を介して直接連通する。したがって、本発明の消音ダクトでは、数式１における連通管の半径ｒに相当する部分は、連通開口の半径となる。連通開口の半径もまた、共鳴箱部の容積と同様に、消音したい共鳴周波数Ｆに応じ、数式１に基づいて設定すればよい。なお、本発明の消音ダクトでは、数式１における連通管の長さＬに相当する部分は、連通開口の長さとなる。本発明の消音ダクトにおける連通開口の長さは、周壁の肉厚である。したがって、本発明の消音ダクトでは、連通管の長さＬに相当する連通開口の長さは非常に短くなる。

通気性部材は、迷路状をなす通気路を持てばよく、その材料や形状は特に限定されない。例えば通気性部材は、樹脂材料からなる不織布や、連泡型の細孔を持つスポンジ等で形成しても良い。なお、通気性部材の通気性が高すぎると、上述した不具合に加えて、共鳴箱部内部の音波が通気性部材を通過して過度に外部に漏出することになる。したがって、通気性部材の通気性には、ダクト本体を通って外界に出る騒音と通気性部材から外界に漏出する透過音とのバランスの面から、好ましい範囲が存在する。詳しくは、通気性部材の通気性は、共鳴箱部の内部と外界との圧力差が９８Ｐａのときの空気の通気量が、１ｍ^２あたり６０００ｍ^３／ｈ以下であるのが好ましい。さらに好ましくは、通気性部材の通気性は、共鳴箱部の内部と外界との圧力差が９８Ｐａのときの空気の通気量が、１ｍ^２あたり４２００ｍ^３／ｈ未満であるのがよい。さらに好ましくは、通気性部材の通気性は、共鳴箱部の内部と外界との圧力差が９８Ｐａのときの空気の通気量が、１ｍ^２あたり０ｍ^３／ｈを超え、３０００ｍ^３／ｈ未満であるのがよい。

以下、本発明の消音ダクトを図面を基に説明する。

（実施例）
実施例の消音ダクトは、上記（１）〜（２）を備える。実施例の消音ダクトを模式的に表す斜視図を図１に示す。また、実施例の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図を図２に示す。

図１および２に示すように、実施例の消音ダクトは、ダクト本体１と、共鳴箱部２とを持つ。ダクト本体１は略円筒状をなす。ダクト本体１の内部と外界とは周壁１０によって区画されている。共鳴箱部２は略直方体の箱状をなす。共鳴箱部２の内部と外界とは、区画壁２０によって区画されている。

ダクト本体１の軸方向の一部は、共鳴箱部２の長手方向に沿って、共鳴箱部２の内部２１に収容されている。詳しくは、共鳴箱部２の区画壁２０のなかで、長手方向の端末に位置する一対の区画側壁２２には、それぞれ円形の貫通孔状をなす取付開口２３が形成されている。ダクト本体１のなかで軸方向の略中央部は、共鳴箱部２の内部２１に収容されている。ダクト本体１の軸方向の一端部は、一方の取付開口２３を介して外界に露出している。ダクト本体１の軸方向の他端部は、他方の取付開口２３を介して外界に露出している。各区画側壁２２のなかで取付開口２３の周縁部は、ダクト本体１の周壁１０に固着されている。

ダクト本体１の周壁１０には、略円形の貫通孔状をなす連通開口１２が形成されている。したがって、ダクト本体１の内部１１と共鳴箱部２の内部２１とは、この連通開口１２を介して直接連通している。

共鳴箱部２の区画壁２０のなかで、連通開口１２に対面する対面区画壁２４には、矩形の貫通孔状をなす通気開口２５が形成されている。この通気開口２５は、樹脂製の不織布からなる通気性部材２６で覆われている。通気開口２５と通気性部材２６とからなる通気開口部２７は、対面区画壁２４のなかで連通開口１２に対面する位置に形成されている。

ダクト本体１の軸方向長さは２０００ｍｍであり、内径（半径）は４０ｍｍであり、肉厚は３ｍｍであった。連通開口１２の半径は２０．５ｍｍであった。共鳴箱部２の肉厚は３ｍｍであり、共鳴箱部２の容積（共鳴箱部２の内周面２８とダクト本体１の外周面１３とで区画される空間の体積）は１．４１７Ｌであった。連通開口１２の長さ（ダクト本体１の肉厚）は３ｍｍであった。通気開口２５の開口面積は４９００ｍｍ^２であった。共鳴箱部２の内部と外界との圧力差が９８Ｐａのときの、通気性部材２６の空気の通気量は、３５００ｍ^３／ｈであった。通気開口２５と連通開口１２との距離は５ｍｍであった。

（比較例１）
比較例１の消音ダクトは、通気開口部の位置以外は実施例の消音ダクトと同じである。比較例１の消音ダクトを模式的に表す斜視図を図３に示す。また、比較例１の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図を図４に示す。

図３および４に示すように、比較例１の消音ダクトにおける通気開口部２７は、対面区画壁２４に隣接する一般区画壁２９に形成されている。比較例１の消音ダクトにおける通気開口２５は、実施例の消音ダクトにおける通気開口２５と同形状である。また、比較例１の消音ダクトにおける通気性部材２６は、実施例の消音ダクトにおける通気性部材２６と同じものである。

（比較例２）
比較例２の消音ダクトは、通気開口部を持たないこと以外は実施例の消音ダクトと同じである。比較例２の消音ダクトを模式的に表す斜視図を図５に示す。また、比較例２の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図を図６に示す。

図５および６に示すように、比較例２の消音ダクトは通気開口部を持たず、連通開口１２の外側は、対面区画壁２４によって遮られている。

（比較例３）
比較例３のダクトは、連通開口を持たないダクト本体のみからなる。比較例３のダクトにおけるダクト本体は、連通開口を持たないこと以外は、実施例の消音ダクトにおけるダクト本体と同じである。

（比較例４）
比較例４の消音ダクトは、連通管を持ち共鳴箱部が略立方体の箱状をなすこと以外は、実施例の消音ダクトと同じである。比較例４の消音ダクトを模式的に表す斜視図を図７に示す。また、比較例４の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図を図８に示す。

図７および８に示すように、比較例４の消音ダクトは、ダクト本体１と共鳴箱部２とを持つ。ダクト本体１は実施例の消音ダクトにおけるダクト本体１と同形状である。共鳴箱部２は略立方体の箱状をなす。共鳴箱部２の内部２１と外界とは区画壁２０によって区画されている。区画壁２０の一つである連通区画壁２００には、略円筒状の連通管３が一体形成されている。連通管３の内部３０と共鳴箱部２の内部２１とは連通している。連通管３のなかで共鳴箱部２と逆側の端部は、ダクト本体１に接合されている。連通管３の内部３０とダクト本体１の内部１１とは連通している。よって、ダクト本体１の内部１１と共鳴箱部２の内部２１とは連通管３を介して連通している。

連通管３の内径（半径）は２０．５ｍｍであり、連通管３の長さは３４７ｍｍであった。共鳴箱部２の容積は１．４０５Ｌであった。

（比較例５）
比較例５の消音ダクトは、連通管を持たないこと以外は比較例４の消音ダクトと同じである。比較例５の消音ダクトを模式的に表す斜視図を図９に示し、比較例５の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図を図１０に示す。

比較例５の消音ダクトは、比較例３の消音ダクトから連通管３を取り除き、共鳴箱部２をダクト本体１に直接固着した例である。

図９および１０に示すように、比較例５の消音ダクトにおけるダクト本体１と共鳴箱部２とは、区画壁２０と周壁１０とが接合して一体化している。区画壁２０の外周面２０１と周壁１０の外周面１５とは対面している。すなわち、ダクト本体１は共鳴箱部２の外部に配されている。

周壁１０と区画壁２０との接合部分には、略円形の貫通孔状をなす連通開口１２が形成されている。ダクト本体１の内部１１と共鳴箱部２の内部２１とは、この連通開口１２を介して、直接連通している。

連通開口１２の半径は２０．５ｍｍであった。共鳴箱部２の肉厚は３ｍｍであり、共鳴箱部２の容積は１．４０５Ｌであった。連通開口１２の長さ（ダクト本体１の肉厚）は３ｍｍであった。

（比較例６）
比較例６の消音ダクトは、通気開口部を持つこと以外は比較例５の消音ダクトと同じである。比較例６の消音ダクトを模式的に表す斜視図を図１１に示し、比較例６の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図を図１２に示す。

比較例６の消音ダクトは、比較例５の消音ダクトに通気開口部を設けた例である。

図１１および１２に示すように、比較例６の消音ダクトにおける通気開口部２７は、対面区画壁２４に隣接する一般区画壁２９に形成されている。なお対面区画壁２４とは、実施例の消音ダクトと同様に、連通開口１２に対面する区画壁２０を指す。比較例６の消音ダクトにおける通気開口２５は、実施例の消音ダクトにおける通気開口２５と同形状である。比較例６の消音ダクトにおける通気性部材２６は、実施例の消音ダクトにおける通気性部材２６と同じものである。

（消音評価試験）
実施例の消音ダクトおよび比較例１〜５の消音ダクトの消音性能を評価した。詳しくは、各消音ダクトにおけるダクト本体の一端部にスピーカを配置し、このスピーカによって生じた周波数１０Ｈｚ〜８００Ｈｚの騒音をダクト本体の内部に伝搬させた。一方、各消音ダクトにおけるダクト本体の他端部にマイクロホンを配置したスピーカ加振装置を用いて、ダクト本体を伝搬した騒音の周波数（Ｈｚ）および音圧（ｄＢ）を測定した。各消音ダクトの消音性能を表すグラフを図１３および１４に示す。図１３は、比較例３〜６の消音ダクトの消音性能を表すグラフである。図１４は、実施例および比較例１〜３の消音ダクトの消音性能を表すグラフである。

図１３に示すように、共鳴箱部を持つ比較例４〜６の消音ダクトは、共鳴箱部を持たない比較例３のダクトに比べて、低周波数の騒音（５０〜１００Ｈｚの騒音）を低減できる。

比較例４の消音ダクトは、連通管の半径ｒが２０．５ｍｍであり、連通管の長さＬが３４７ｍｍであり、共鳴箱部の容積Ｖが１．４０５Ｌである。このため、数式１に基づいて算出される共鳴周波数Ｆは約９０Ｈｚである。図１３にも、比較例４の消音ダクトが、比較例３のダクトに比べて、９０Ｈｚ付近の騒音を低減することが示されている。

一方、比較例５の消音ダクトは、連通開口の半径ｒが２０．５ｍｍであり、連通開口の長さが３ｍｍであり、共鳴箱部の容積Ｖが１．４０５Ｌである。このため、数式１に基づいて算出される共鳴周波数Ｆは約２９０Ｈｚである。図１３にも、比較例５の消音ダクトが、比較例３のダクトに比べて、共鳴周波数である２９０Ｈｚ付近の騒音を低減することが示されている。

しかし、図１３に示すように、比較例５の消音ダクトは、比較例３のダクトに比べると、５０〜３００Ｈｚ付近の騒音を低減している。この結果から、連通管を設けない消音ダクト、すなわち、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とが直接連通する消音ダクトは、共鳴周波数Ｆ近傍の騒音だけでなく、低周波の騒音を広い範囲で低減できることがわかる。

比較例６の消音ダクトは、比較例５の消音ダクトと同様に、共鳴周波数Ｆが約２９０Ｈｚである。図１３に示すように、この消音ダクトは比較例５の消音ダクトと同様に、２９０Ｈｚ付近の騒音だけでなく、５０〜３００Ｈｚ付近の騒音を低減している。この結果からも、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とが直接連通する消音ダクトは、低周波の騒音を広い範囲で低減できることがわかる。

さらに比較例６の消音ダクトは、比較例５の消音ダクトに比べて、５０〜１７０Ｈｚ付近の騒音を大きく低減している。そして、比較例６の消音ダクトは、比較例５の消音ダクトに比べて、音圧レベルが急激に高くなる周波数領域が少ない。この結果から、通気開口部を持つ比較例６の消音ダクトは反共振現象を抑制できることがわかる。

実施例および比較例１〜２の消音ダクトは、連通開口の半径ｒが２０．５ｍｍであり、連通開口の長さが３ｍｍであり、共鳴箱部の容積Ｖが１．４１７Ｌである。このため、数式１に基づいて算出される共鳴周波数Ｆは約２９０Ｈｚである。

図１４には、実施例および比較例１〜２の消音ダクトが、比較例３のダクトに比べて、共鳴周波数である２９０Ｈｚ付近の騒音を低減することが示されている。また、図１４によると、実施例および比較例１〜２の消音ダクトもまた、２９０Ｈｚ付近の騒音（共鳴周波数Ｆ近傍の騒音）だけでなく、低周波の騒音を広い範囲で低減できることがわかる。この結果からも、ダクト本体の内部と共鳴箱部の内部とが直接連通する消音ダクトは、低周波の騒音を広い範囲で低減できることがわかる。

さらに、図１４によると、実施例の消音ダクトは、比較例１〜２の消音ダクトに比べて、５０〜３００Ｈｚの騒音（低周波数の騒音）をさらに全体的に低減している。実施例の消音ダクトと比較例１〜２の消音ダクトとは、通気開口部の形成位置のみが異なる。この結果から、通気開口部を、区画壁のなかで連通開口に対面する位置に形成することで、低周波の騒音をより広い範囲で低減できることがわかる。

これらの結果から、本発明の消音ダクトによると、低周波数の騒音を広い範囲で低減できることがわかる。

実施例の消音ダクトを模式的に表す斜視図である。実施例の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図である。比較例１の消音ダクトを模式的に表す斜視図である。比較例１の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図である。比較例２の消音ダクトを模式的に表す斜視図である。比較例２の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図である。比較例４の消音ダクトを模式的に表す斜視図である。比較例４の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図である。比較例５の消音ダクトを模式的に表す斜視図である。比較例５の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図である。比較例６の消音ダクトを模式的に表す斜視図である。比較例６の消音ダクトを、ダクト本体の径方向に対して平行に切断した様子を模式的に表す断面図である。比較例３〜６の消音ダクトの消音性能を表すグラフである。実施例および比較例１〜３の消音ダクトの消音性能を表すグラフである。

符号の説明

１：ダクト本体、２：共鳴箱部、１０：周壁、２０：区画壁、１２：連通開口、２５：通気開口、２６：通気性部材、２７：通気開口部

Claims

周壁によって内外が区画された筒状をなすダクト本体と、区画壁によって内外が区画された箱状をなし該ダクト本体に取り付けられている共鳴箱部と、を持ち、
該区画壁には、貫通孔状の通気開口と、迷路状をなす通気路を持ち該通気開口を覆う通気性部材と、からなる通気開口部が形成され、
該共鳴箱部は、該ダクト本体の一部を内部に収容し、
該周壁には、該共鳴箱部の内部に開口する貫通孔状の連通開口が形成され、
該ダクト本体の内部と該共鳴箱部の内部とは、筒状の部材を介することなく該連通開口を介して直接連通し、
該通気開口部は、該区画壁のなかで該連通開口に対面する位置に形成されていることを特徴とする消音ダクト。
前記共鳴箱部は、前記ダクト本体の軸方向の一部において前記ダクト本体を周方向に取り囲む請求項１に記載の消音ダクト。
前記共鳴箱部は、前記ダクト本体の軸方向に沿って延びている請求項１に記載の消音ダクト。