JP2008025473A

JP2008025473A - 騒音低減装置

Info

Publication number: JP2008025473A
Application number: JP2006199180A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Seko; 直史瀬古; Kazuhiro Hayashi; 和宏林; Naoya Kato; 直也加藤; Makoto Otsubo; 誠大坪
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-02-07
Also published as: US20080017156A1; CN101109346A; DE102007000298A1; CN100593637C; US7562646B2

Abstract

【課題】特定の周波数の音に限らず複数の周波数の音を打ち消すことができるように構成しつつ、高い制御精度と十分な消音レベルを確保し、さらに、アクチュエータを不要にして消費電力増大および装置の大型化を回避した騒音低減装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の燃焼室２に吸入される吸気が流通するサージ通路１１を形成するサージタンク１０と、サージ通路１１の上流側に位置するダクト通路２１を形成する吸気ダクト２０と、サージ通路１１から分岐するとともにダクト通路２１から分岐する共用容積部３１を形成するレゾネータ３０とを備える。また、サージ通路１１と共用容積部３１とを仕切るように配置された第１振動膜４０と、ダクト通路２１と共用容積部３１とを仕切るように配置された第２振動膜５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室にて発生した音が吸気通路を伝播して外部に漏れ出ることによる騒音を低減する、騒音低減装置に関する。

例えば、自動車のエンジンの騒音対策として、吸気通路を形成する通路部材にレゾネータを設ける技術が知られている。そして、特許文献１記載の騒音低減装置は、レゾネータ内部の容積部と吸気通路とを仕切る振動膜を備えており、この振動膜は、燃焼室にて発生して吸気通路を伝播した音の音圧により振動する。その結果、振動膜の振動が吸気通路を伝播する音の振動を打ち消すことで、エンジンの騒音低減を図っている。

また、特許文献１記載の騒音低減装置では、アクチュエータにより駆動する押圧棒で振動膜を押し付けることにより、振動膜の固有振動数を可変にすることで、特定の周波数の音に限ることなく複数の周波数の音を打ち消すことができるように構成されている。

特開２００４−２９３３６５号公報

しかしながら、吸気の流通方向のうちどの部分に騒音低減装置を設置するかによって、打ち消すことのできる度合い（消音レベル）は異なる。すなわち、騒音低減装置の設置場所によって消音し易い周波数が異なるため、特許文献１記載の騒音低減装置により振動膜の固有振動数を騒音の周波数に合わせて調整したとしても、十分な消音を行うことはできない。
また、特許文献１記載の騒音低減装置では、振動膜の張力を制御することにより固有振動数を変化させる構成であるため、所望の固有振動数に制御するにあたりその制御精度が悪い。また、張力制御のためにアクチュエータを必要とするため、消費電力増大および装置の大型化を招いてしまう。

そこで、本発明の目的は、特定の周波数の音に限らず複数の周波数の音を打ち消すことができるように構成しつつ、高い制御精度と十分な消音レベルを確保し、さらに、アクチュエータを不要にして消費電力増大および装置の大型化を回避した騒音低減装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、内燃機関の燃焼室に吸入される吸気が流通する第１吸気通路を形成する第１通路部材と、第１吸気通路の上流側に位置する第２吸気通路を形成する第２通路部材と、第１吸気通路から分岐するとともに第２吸気通路から分岐する共用容積部を形成するレゾネータと、第１吸気通路と共用容積部とを仕切るように配置され、燃焼室にて発生して第１吸気通路を伝播した音の音圧により振動する第１振動膜と、第２吸気通路と共用容積部とを仕切るように配置され、燃焼室にて発生して第２吸気通路を伝播した音の音圧により振動する第２振動膜と、を備える。

これによれば、吸気流れの上流側と下流側に別々の第１振動膜と第２振動膜とを配置するので、例えば、第１吸気通路にて最も効果的に消音できる騒音の周波数をｆ１とし、第２吸気通路にて最も効果的に消音できる騒音の周波数をｆ２とすると、第１振動膜についてはｆ１の騒音と共鳴するように設定でき、第２振動膜についてはｆ２の騒音と共鳴するように設定できる。従って、特定の周波数の音に限らず複数の周波数の音を打ち消すことができるように構成しつつ十分な消音レベルを確保することができる。
しかも、請求項１記載の発明では、第１振動膜に対応する容積部と第２振動膜に対応する容積部とを、共用容積部として共用するので、各々の容積部を別々に設ける場合に比べてレゾネータの大型化を抑制でき、ひいては騒音低減装置の大型化を抑制できる。

また、請求項１記載の発明によれば、従来の張力可変用アクチュエータを不要にしつつ、燃焼室にて発生して吸気通路を伝播した音の振動のうち複数種の周波数の音を打ち消すことができるので、複数種の周波数の音を打ち消すことができるように構成しつつ、高い制御精度を確保し、さらに、消費電力増大および騒音低減装置の大型化を回避できる。

ここで、吸気通路を形成する通路部材として、インテークマニホールドと、サージタンクと、サージタンクよりも流路断面積が小さいダクトとを少なくとも有する場合において、サージタンクおよびダクトの部分に振動膜を設置すると効果的に消音できることが、本願の発明者らによる試験等により明らかになった。
この点に鑑み、請求項２記載の発明では、第１通路部材は、複数の燃焼室の各々に吸気を導くインテークマニホールドに接続されたサージタンクであり、請求項３記載の発明では、第２通路部材は、複数の燃焼室の各々に吸気を導くインテークマニホールドに接続されたサージタンクの上流側部分に連結され、サージタンクよりも流路断面積が小さいダクトである。従って、請求項２および請求項３記載の発明によれば、消音レベルを高めることができる。

また、第１振動膜に対応する容積部と第２振動膜に対応する容積部とを、共用容積部として共用する請求項１記載の構造を実現するにあたり、請求項４記載の発明の如く、レゾネータを、共用容積部が吸気流通方向の中心軸周りに環状に延びる形状となるように形成して好適である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本実施形態に係る騒音低減装置は、内燃機関を備えた車両に搭載されており、内燃機関の燃焼室にて発生した音のうち吸気通路を伝播してきた音の音圧を低減することで、車両搭乗者等に対するエンジン騒音を低減するものである。以下、騒音低減装置の構造を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る騒音低減装置１を模式的に示す断面図であり、図１に示す如く、騒音低減装置１は、第１通路部材としてのサージタンク１０、第２通路部材としての吸気ダクト２０、レゾネータ３０、第１振動膜４０、および第２振動膜５０を備えている。なお、サージタンク１０、吸気ダクト２０およびレゾネータ３０は樹脂製であり、第１および第２振動膜４０、５０は弾性変形可能な材質（例えばゴムおよびエラストマーゴム等）である。本実施形態では両振動膜４０、５０の材質に、燃料に対する耐膨潤性に優れたシリコンゴム（例えばフロロシリコンゴム）を採用している。

複数の燃焼室２の各々に吸気を導く吸気ポート３には、樹脂製のインテークマニホールド４が接続されている。インテークマニホールド４は、燃焼室２に吸気を導く吸気経路の一部を構成するものであり、インテークマニホールド４の各ポートから各燃焼室２に吸入される吸気量は、図示しないスロットルバルブを作動させることにより調整される。因みに、本実施形態に係るスロットルバルブはサージタンク１０の上流側に配置されている。

インテークマニホールド４の吸気流れ上流側端部には、サージタンク１０が接続されている。サージタンク１０は、燃焼室２に吸気を導く吸気経路の一部を構成するものであり、サージタンク１０内には、第１吸気通路としてのサージ通路１１が形成されている。サージタンク１０により、インテークマニホールド４の吸気流れ上流側部分の圧力（サージタンク１０内の圧力）を大気圧に近づけることができ、その結果、燃焼室２での負圧に対する圧力差を大きくすることができ、吸気量の低下を回避できる。

サージタンク１０の吸気流れ上流側端部には、吸気ダクト２０が接続されている。吸気ダクト２０は、燃焼室２に吸気を導く吸気経路の一部を構成するものであり、吸気ダクト２０内には、第２吸気通路としてのダクト通路２１が形成されている。ダクト通路２１の流路断面積はサージ通路１１の流路断面積よりも小さい。なお、吸気ダクト２０の吸気流れ上流側には、図示しないエアクリーナー装置が接続されており、このエアクリーナー装置により吸気中のゴミや異物が取り除かれる。

サージタンク１０には開口部１２が形成されており、この開口部１２には第１振動膜４０が取り付けられている。また、吸気ダクト２０には開口部２２が形成されており、この開口部２２には第２振動膜５０が取り付けられている。そして、第１振動膜４０に対してサージ通路１１の反対側、かつ、第２振動膜５０に対してダクト通路２１の反対側には、レゾネータ３０が取り付けられている。レゾネータ３０の内部には共用容積部３１が形成されている。

すなわち、共用容積部３１は、サージ通路１１から分岐するとともにダクト通路２１から分岐することとなる。また、第１振動膜４０はサージ通路１１と共用容積部３１とを仕切り、第２振動膜５０はダクト通路２１と共用容積部３１とを仕切るように配置されることとなる。

共用容積部３１は、レゾネータ３０および両振動膜４０、５０により閉塞された空間である。そして、燃焼室にて発生してサージ通路１１を伝播した音の音圧により第１振動膜４０は中心軸方向（図１の上下方向）に振動する。共用容積部３１は上述の如く閉塞された空間であるため、第１振動膜４０の上記振動は、共用容積部３１の空気を空気ばねとしたばねマス系の振動となる。

また、燃焼室にて発生してダクト通路２１を伝播した音の音圧により第２振動膜５０は中心軸方向（図１の上下方向）に振動する。共用容積部３１は上述の如く閉塞された空間であるため、第２振動膜５０の上記振動は、共用容積部３１の空気を空気ばねとしたばねマス系の振動となる。なお、第１振動膜４０および第２振動膜５０はともに円板形状であり、開口部１２、２２は両振動膜４０、５０と同心円状の円形形状である。

ここで、本願の発明者らは、燃焼室にて発生した音により、インテークマニホールド４、サージタンク１０および吸気ダクト２０にて構成される吸気経路中で、どのような周波数の音がどのような分布で発生しているのかに関する音響特性を、図１に示す騒音低減装置１を用いた場合において数値解析を行った。図２は解析結果を示す図であり、図２（ａ）中の符号Ｐ１はインテークマニホールド４による吸気経路を、符号Ｐ２はサージタンク１０による吸気経路を、符号Ｐ３は吸気ダクト２０による吸気経路を示している。なお、吸気経路Ｐ１の経路長は５６０ｍｍ、吸気経路Ｐ２の経路長は３２０ｍｍ、吸気経路Ｐ３の経路長は３００ｍｍである。

当該解析に係る騒音低減装置１では開口部１２、２２を閉塞している。そして、エンジンにて発生した騒音がインテークマニホールド４、サージタンク１０および吸気ダクト２０を伝播したときにおける、吸気経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の各々に対応する音スペクトルを検出した。図２（ｂ）は、吸気経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の各々に対応する音スペクトルを示しており、縦軸は振幅、横軸は波長を現している。

図２（ｂ）の符号Ｑ１に示す音波は、半波長が吸気経路Ｐ１の経路長（５６０ｍｍ）であり、周波数が１５２Ｈｚである。符号Ｑ２に示す音波は、半波長が吸気経路Ｐ１+Ｐ２の経路長（８８０ｍｍ）であり、周波数が９７Ｈｚである。符号Ｑ３に示す音波は、半波長が吸気経路Ｐ１+Ｐ２+Ｐ３の経路長（１１８０ｍｍ）であり、周波数が７２Ｈｚである。符号Ｑ４に示す音波は、半波長が吸気経路Ｐ２の経路長の半分（１６０ｍｍ）であり、周波数が５３１Ｈｚである。符号Ｑ５に示す音波は、半波長が吸気経路Ｐ２、Ｐ３の経路長の半分（３１０ｍｍ）であり、周波数が２７４Ｈｚである。符号Ｑ６に示す音波は、半波長が吸気経路Ｐ３の経路長の半分（１５０ｍｍ）であり、周波数が５６７Ｈｚである。
なお、音波Ｑ２は音波Ｑ１とＱ４との共振により生じ、音波Ｑ３は音波Ｑ１とＱ４とＱ６との共振により生じ、音波Ｑ５は音波Ｑ４とＱ６との共振により生じたものである。

図３は、開口部１２、２２を閉塞した状態の実際の騒音低減装置１を用いて行った試験結果を示すグラフであり、エンジンにて発生した騒音がインテークマニホールド４、サージタンク１０および吸気ダクト２０を伝播したときにおける、周波数（Ｈｚ）と音圧（ｄＢ）との関係を示している。

図３に示す試験結果によれば、数値解析における音波Ｑ３による周波数７２Ｈｚ付近の音圧と、音波Ｑ５による周波数２７４Ｈｚ付近の音圧とがピーク値となることが分かる。従って、音波Ｑ３および音波Ｑ５を打ち消すようにレゾネータ３０および両振動膜４０、５０を設定すれば、燃焼室２にて発生して伝播した音の振動を効果的に消音できることが分かった。

ここで、音波Ｑ１〜Ｑ６のいずれにおいても、振幅が大きくなっている箇所で振動膜により打ち消すようにすることが消音を図る上で望ましい。従って、音波Ｑ３を打ち消すことを鑑みると、振動膜をインテークマニホールド４の部分に設けることが望ましい。しかしながら、インテークマニホールド４は各々の燃焼室２分岐する形状であるため、このような複雑な形状のインテークマニホールド４に振動膜およびレゾネータを設置することは困難である。そこで、図２の解析結果、図３の試験結果および設置容易性を鑑みて、本第１実施形態では、第１振動膜４０をサージタンク１０に取り付けている。この第１振動膜４０により、音波Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５（特に音波Ｑ３）を打ち消すことを図っている。
また、図２の解析結果および図３の試験結果を鑑みて、本第１実施形態では、第２振動膜５０を吸気ダクト２０に取り付けている。この第２振動膜５０により、音波Ｑ３、Ｑ５、Ｑ６（特に音波Ｑ６）を打ち消すことを図っている。

図４は、図１の騒音低減装置１による効果を説明するグラフであり、燃焼室２にて発生してサージ通路１１およびダクト通路２１を伝播した音の振動のうち騒音低減装置１により打ち消される周波数帯域を示している。以下に試験の概要および結果（図４参照）を説明する。

＜試験概要＞
先ず、インテークマニホールド４の燃焼室２側の端部にスピーカを設置し、反対側の端側にマイクを設置する。次に、３０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲内で複数種の周波数の音をスピーカから順次出力し、マイクにて各々の周波数の音圧を検出する。そして、スピーカから出力された各々の周波数の音圧とマイクで検出された音圧とを比較して、各々の周波数において消音された音圧を消音レベル（ｄＢ）として算出する。

＜試験結果＞
図４は、このようにして算出された消音レベル（ｄＢ）を縦軸とし、周波数（Ｈｚ）を横軸としたグラフであり、グラフ中の実線は、本実施形態に係る騒音低減装置１による試験結果、グラフ中の点線は、第１振動膜４０を廃止してレゾネータ３０を吸気ダクト２０にのみ設けて共用容積部を第２振動膜５０専用の容積部とした構造（以下、吸気ダクトのみ取付の構造と呼ぶ）による試験結果、グラフ中の一点鎖線は、第２振動膜５０を廃止してレゾネータ３０をサージタンク１０にのみ設けて共用容積部を第１振動膜４０専用の容積部とした構造（以下、サージタンクのみ取付の構造と呼ぶ）による試験結果を現している。

この試験結果から、騒音低減装置１による消音効果は、吸気ダクトのみ取付の構造による消音効果と、サージタンクのみ取付の構造による消音効果の両効果を奏していることが分かる。すなわち、吸気ダクトのみ取付の構造による消音効果は、グラフ中の符号Ｒ１に示す実線部分に現われており、サージタンクのみ取付の構造による消音効果は、グラフ中の符号Ｒ２、Ｒ３に示す実線部分に現われていることが分かる。
そして、Ｒ１の部分により図２に示す音波Ｑ３を打ち消していることが分かり、Ｒ２の部分により音波Ｑ１を打ち消していることが分かり、Ｒ３の部分により音波Ｑ５を打ち消していることが分かる。

以上により、本第１実施形態によれば、第１振動膜４０をサージタンク１０に設け、第２振動膜５０を吸気ダクト２０に設け、両振動膜４０、５０により閉塞される共用容積部３１を内部に形成したレゾネータ３０を備える。
これによれば、吸気流れの上流側と下流側に別々の第１振動膜４０と第２振動膜５０とを配置するので、例えば、サージ通路１１にて最も効果的に消音できる騒音の周波数の音波Ｑ３とし、ダクト通路２１にて最も効果的に消音できる騒音の周波数の音波Ｑ６とすると、第１振動膜４０についてはＱ３の騒音と共鳴するように第１振動膜４０の直径等を設定でき、第２振動膜５０についてはＱ６の騒音と共鳴するように第２振動膜５０の直径等を設定できる。従って、特定の周波数の音に限らず複数の周波数の音を打ち消すことができるように構成しつつ十分な消音レベルを確保することができる。

しかも、本第１実施形態では、第１振動膜４０に対応する容積部と第２振動膜５０に対応する容積部とを、共用容積部３１として共用するので、各々の容積部を別々に設ける場合に比べてレゾネータ３０の大型化を抑制でき、ひいては騒音低減装置１の大型化を抑制できる。

また、本第１実施形態によれば、従来の張力可変用アクチュエータを不要にしつつ、燃焼室２にて発生してサージ通路１１およびダクト通路２１を伝播した音の振動のうち２種の周波数の音を打ち消すことができるので、２種の周波数の音を打ち消すことができるように構成しつつ、高い制御精度を確保し、さらに、消費電力増大および騒音低減装置１の大型化を回避できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５および図６に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。なお、図５は本第２実施形態による騒音低減装置１を模式的に示す断面図であり、図６は図５のVI−VI断面図である。

本第２実施形態では、図５および図６に示すようにレゾネータ３２を吸気ダクト２０の外周を覆う形状に形成することで、レゾネータ３２および吸気ダクト２０による二重管構造に形成している。従って、レゾネータ３２と吸気ダクト２０との間に形成される共用容積部３３は、吸気流通方向（図５の左右方向）の中心軸周りに環状に延びる形状となる。
また、本第２実施形態では、振動膜５１、５２、５３を３つ設けている。そして、振動膜５１、５２、５３に対してダクト通路２１の反対側には、共用容積部３３が位置しており、共用容積部３３は、振動膜５１、５２、５３およびレゾネータ３０により密閉された空間となっている。

本第２実施形態によっても、振動膜５１、５２、５３の各々に対応する容積部を、共用容積部３３として共用するので、各々の容積部を別々に設ける場合に比べてレゾネータ３２の大型化を抑制でき、ひいては騒音低減装置１の大型化を抑制できる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では振動膜４０、５０、５１、５２、５３をサージタンク１０および吸気ダクト２０に取り付けているが、その他に、振動膜をエアクリーナー装置に取り付けるようにしてもよい。また、複数の振動膜をサージタンク１０に取り付けるようにしてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による騒音低減装置を模式的に示す断面図。（ａ）は、図１の騒音低減装置を解析用に模式化したモデルを示し、（ｂ）は、上記モデルによる解析結果としての音スペクトルを示す図。図１の騒音低減装置を用いて行った試験結果を示すグラフであり、エンジンにて発生した騒音が吸気経路を伝播したときにおける、周波数（Ｈｚ）と音圧（ｄＢ）との関係を示している。第１実施形態による騒音低減装置の消音効果を示すものであり、燃焼室にて発生して吸気経路を伝播した音の周波数（Ｈｚ）と消音レベル（ｄＢ）との関係を示すグラフ。本発明の第２実施形態による騒音低減装置を模式的に示す断面図。図５のVI−VI断面図。

符号の説明

１：騒音低減装置、２：燃焼室、１０：サージタンク（第１通路部材）、１１：サージ通路（第１吸気通路）、２０：吸気ダクト（第２通路部材）、２１：ダクト通路（第２吸気通路）、３０：レゾネータ、３１：共用容積部、４０：第１振動膜、５０：第２振動膜。

Claims

内燃機関の燃焼室に吸入される吸気が流通する第１吸気通路を形成する第１通路部材と、
前記第１吸気通路の上流側に位置する第２吸気通路を形成する第２通路部材と、
前記第１吸気通路から分岐するとともに前記第２吸気通路から分岐する共用容積部を形成するレゾネータと、
前記第１吸気通路と前記共用容積部とを仕切るように配置され、前記燃焼室にて発生して前記第１吸気通路を伝播した音の音圧により振動する第１振動膜と、
前記第２吸気通路と前記共用容積部とを仕切るように配置され、前記燃焼室にて発生して前記第２吸気通路を伝播した音の音圧により振動する第２振動膜と、
を備える騒音低減装置。
前記第１通路部材は、複数の前記燃焼室の各々に吸気を導くインテークマニホールドに接続されたサージタンクである請求項１記載の騒音低減装置。
前記第２通路部材は、複数の前記燃焼室の各々に吸気を導くインテークマニホールドに接続されたサージタンクの上流側部分に連結され、前記サージタンクよりも流路断面積が小さいダクトである請求項１または２記載の騒音低減装置。
前記レゾネータは、前記共用容積部が吸気流通方向の中心軸周りに環状に延びる形状となるように形成されている請求項１から３のいずれか一項記載の騒音低減装置。