JP2009197757A - 内燃機関の気流騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気絞り弁の機能を低下させることなく気流騒音を低減することが可能な内燃機関の気流騒音低減装置を提供する。
【解決手段】排気通路１を横断するように配置された回転軸２ａと、回転軸２ａと一体に回転し、全閉時に排気通路１との間に隙間が生じるように設けられる弁体２ｂとを有する排気絞り弁２を備えた内燃機関に適用される内燃機関の気流騒音低減装置において、排気絞り弁２の下流に配置され、排気通路１と同じ方向に延びる同じ長さの一対の通路１１を含み、一対の通路１１のうちの一方は入口及び出口の両方が開放される開放通路１１ｂであり、他方の通路は出口が栓１２で閉塞される閉塞通路１１ａである通路群１３が排気通路１内に複数形成されるように排気通路１内を仕切る整流部材１０を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁の閉弁時に、その排気絞り弁と排気通路との隙間を通過した気流により発生する気流騒音を低減する内燃機関の気流騒音低減装置に関する。

内燃機関の排気絞り弁は、全閉時においても排気通路との間に隙間が形成されるように設けられている。排気絞り弁の全閉時にこの隙間を排気が通過すると排気絞り弁の下流で旋回渦などの乱流が生じ、この乱流によって騒音（以下、気流騒音と称することがある。）が生じることが知られている。そこで、排気絞り弁の弁体に複数の連通孔を設け、これら連通孔を通過した排気によって排気絞り弁の下流に生じる乱流を整流して騒音を抑制する装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２０００−２１２５号公報 特開平１１−１３５００号公報 特表２００５−５１３３１７号公報 特公平８−６５７６号公報

特許文献１の装置では、排気絞り弁の弁体に連通孔を設ける必要があるため、この排気絞り弁を全閉にしても排気の流れを十分に止めることができないおそれがある。

そこで、本発明は、排気絞り弁の機能を低下させることなく気流騒音を低減することが可能な内燃機関の気流騒音低減装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の気流騒音低減装置は、排気通路を横断するように配置された回転軸と、前記回転軸と一体に回転し、全閉時に前記排気通路との間に隙間が生じるように設けられる弁体と、を有する排気絞り弁を備えた内燃機関に適用される内燃機関の気流騒音低減装置において、前記排気絞り弁の下流に配置され、前記排気通路と同じ方向に延びる同じ長さの一対の通路を含み、前記一対の通路のうちの一方の通路は入口及び出口の両方が開放され、他方の通路は入口又は出口が閉塞部材で閉塞される通路群が前記排気通路内に複数形成されるように前記排気通路内を仕切る隔壁部材を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の気流騒音低減装置によれば、排気絞り弁の下流に排気通路内を仕切って形成される複数の通路群が設けられるので、これら複数の通路群によって排気絞り弁の下流に生じた旋回渦などの乱流を整流することができる。また、各通路群に含まれる一対の通路のうちの他方の通路は入口又は出口が閉塞されているので、一方の通路内を伝播する騒音の位相に対して他方の通路内を伝播する音の位相を反転させることができる。そのため、一対の通路の長さを適切に設定することにより、他方の通路内を伝播する騒音で一方の通路内を伝播する騒音を打ち消したり、弱めたりすることができる。このように本発明の気流騒音低減装置によれば、排気絞り弁の下流に生じた乱流を複数の通路群で整流でき、また他方の通路内を伝播する騒音で一方の通路内を伝播する騒音を打ち消したり弱めたりできるので、気流騒音を従来よりもさらに低減することができる。本発明の気流騒音低減装置では、排気絞り弁には加工する必要がないため、全閉時に排気の流れを十分に止めることができる。そのため、排気絞り弁の機能を低下させることなく気流騒音を低減できる。

本発明の内燃機関の気流騒音低減装置の一形態において、前記隔壁部材は、前記排気通路内に形成される通路群間で通路の長さが互いに異なるように前記排気通路内を仕切っていてもよい（請求項２）。気流騒音は複数の周波数成分の合成であるため、このように通路群間で通路の長さを変えることにより、互いの異なる周波数成分の騒音を各通路群で打ち消したり弱めたりすることができる。そのため、気流騒音をさらに低減することができる。

この形態において、前記排気通路内に形成される各通路群の通路の長さは、前記排気絞り弁の全閉時に前記弁体と前記排気通路との間の隙間を通過した気流により発生する気流騒音の周波数域に含まれる複数の周波数成分のうち互いに異なる周波数成分の位相を反転させるようにそれぞれ設定されていてもよい（請求項３）。このように各通路群の通路の長さを設定することにより、気流騒音を確実に低減することができる。

本発明の内燃機関の気流騒音低減装置の一形態においては、前記一方の通路と前記他方の通路とが前記排気通路を横断する方向に交互に配置されるように前記排気通路内に複数の通路群が形成されていてもよい（請求項４）。この場合、通路群を通過した排気が排気通路の一方に偏って流れることを防止できる。

以上に説明したように、本発明によれば、排気絞り弁の下流に設けた複数の通路群で乱流を整流でき、また他方の通路を伝播する騒音で一方の通路を伝播する騒音を打ち消したり弱めたりすることができる。そのため、排気絞り弁の機能を低下させることなく気流騒音を低減することができる。

図１は、本発明の一形態に係る気流騒音低減装置が組み込まれた内燃機関の排気通路を拡大して示している。この内燃機関は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、内燃機関の各気筒から排出された排気を所定の排気位置まで導くための排気通路１を備えている。排気通路１には、内燃機関の暖機時などに排気が排出される難くなるように排気通路１を閉じるための排気絞り弁２が設けられている。排気絞り弁２は、排気通路１を横断するように配置された回転軸２ａと、回転軸２ａと一体に回転するように回転軸２ａに設けられる弁体２ｂとを備えている。図１に示したように排気絞り弁２の弁体２ｂは、全閉時に弁体２ｂが確実に停止するようにその面積が排気通路１の断面積よりも大きく設定されている。そのため、排気絞り弁２は、全閉時に弁体２ｂが所定の角度、例えば１０〜３０°傾いた状態で停止する。また、排気絞り弁２の弁体２ｂは、全閉時に排気通路１と弁体２ｂとの間に隙間が生じるように回転軸２ａに設けられている。

図１に示したように排気絞り弁２の下流の排気通路１内には、隔壁部材としての整流部材１０が設けられている。なお、図１では整流部材１０の一部を断面で示す。図２は、整流部材１０を排気流れの上流側、すなわち図１の左側から見た図である。図１に示したように整流部材１０は、排気通路１内に排気通路１と同じ方向に延びる複数の通路１１が形成されるように排気通路１内を仕切っている。図２に示したように各通路１１は、ほぼ同じ流路断面積になるように整流部材１０にて仕切られている。なお、図１及び図２に示したようにこの形態では、排気通路１内に直径の同じ複数の配管が詰めて配置され、これら複数の配管にて整流部材１０が形成される。図１に示したように整流部材１０は、通路１１の長さが図１の上から下に向かうに従って漸次長くなるように各通路１１を形成する。

図２に示したように複数の通路１１のうちの約半分の通路は、閉塞部材としての栓１２で出口（図１の右側の端）が閉塞される。以降、このように出口が閉塞されている通路を閉塞通路１１ａと称することがある。一方、複数の通路１１のうち入口及び出口の両方が開放されている通路を開放通路１１ｂと称することがある。閉塞通路１１ａにする通路１１は、同じ長さの開放通路１１ｂが複数の通路１１内に設けられるように設定される。そして、同じ長さの閉塞通路１１ａと開放通路１１ｂとによって一つの通路群１３が形成される。このように通路群１３を設ける方法としては、例えば図１において同じ高さに設けられた同じ長さの通路１１のうちの２つの通路を一組にし、そのうちの一方の通路の出口に栓１２を設けて閉塞通路１１ａとすればよい。このように通路群１３が形成されるため、閉塞通路１１ａが本発明の他方の通路に相当し、開放通路１１ｂが本発明の一方の通路に相当する。図２に示したように複数の通路群１１は、閉塞通路１１ａと開放通路１１ｂとが排気通路１を横断する方向に交互に並ぶように配置される。

図３及び図４を参照して整流部材１０にて排気通路１内に形成される各通路１１の長さの設定方法について説明する。なお、図３は排気絞り弁２の全閉時における排気の流れの一例を示す図であり、図４は全閉時における弁体２ｂを排気流れの下流側、すなわち図３の左側から見た図である。上述したように弁体２ｂは、全閉時においても排気通路１との間に隙間が生じるように設けられる。また、弁体２ｂは、全閉時に所定の角度傾いた状態で停止する。そのため、弁体２ｂと排気通路１との隙間を通過する排気は、図３に矢印Ｆで示したように弁体２ｂの傾きによって図３の右下方向に向かって流れる。この排気は、図４に示した排気通路１の中心断面ＣＳで衝突し、この中心断面ＣＳに沿って排気通路１内を上昇する。その後、この排気は、排気通路１の内面に沿った流れを形成し、図４に矢印Ｒ、Ｌで示したように中心断面ＣＳを挟んで対象の旋回渦となる。そして、この旋回渦は騒音（気流騒音）を発生する。

この気流騒音は、所定の周波数域内の音の集合である。この所定の周波数域内の音には、例えば周波数が２ｋＨｚの音、６ｋＨｚの音、及び１０ｋＨｚの音などが含まれる。そこで、例えば図１において排気通路１の上部Ｓ１に設けられる通路１１の長さには、その高さに配置された閉塞通路１１ａの出口、すなわち栓１２で閉塞されている端において周波数が１０ｋＨｚの音が反射したときにその音の位相が反転する長さが設定される。同様に排気通路１の中部Ｓ２に設けられる通路１１の長さには、その高さに配置された閉塞通路１１ａの出口で周波数が６ｋＨｚの音が反射したときにその音の位相が反転する長さが設定される。排気通路１の下部Ｓ３に設けられる通路１１の長さには、その高さに配置された閉塞通路１１ａの出口で周波数が２ｋＨｚの音が反射したときにその音の位相が反転する長さが設定される。このように各通路１１の長さを設定することにより、排気通路１の上部Ｓ１に設けた閉塞通路１１ａによって気流騒音の周波数成分のうち周波数が１０ｋＨｚの音を打ち消したり、弱めたりすることができる。同様に、排気通路１の中部Ｓ２に設けた閉塞通路１１ａによって周波数が６ｋＨｚの音を、排気通路１の下部Ｓ３に設けた閉塞通路１１ａによって周波数が２ｋＨｚの音をそれぞれ打ち消したり、弱めたりすることができる。

以上に説明したように、本発明の気流騒音低減装置によれば、排気絞り弁２の下流に複数の通路１１を排気通路１内に形成する整流部材１０を設けたので、排気絞り弁２の下流で旋回渦を形成して排気が乱流になってもこれら複数の通路１１でこの乱流を整流することができる。そのため、気流騒音を低減することができる。また、これら複数の通路１１のうちの約半分の通路を出口が閉塞された閉塞通路１１ａとし、同じ長さの開放通路１１ｂと閉塞通路１１ａとで通路群１３を形成させ、さらに排気通路１の上部Ｓ１、中部Ｓ２、下部Ｓ３の各部分の通路１１の長さを気流騒音の周波数成分に含まれる２ｋＨｚの音、６ｋＨｚの音、及び１０ｋＨｚの音の位相がそれぞれ反転する長さに設定したので、これら閉塞通路１１ａで反射させた音によってこれら２ｋＨｚの音、６ｋＨｚの音、及び１０ｋＨｚの音を打ち消したり、弱めたりすることができる。そのため、気流騒音をさらに低減することができる。なお、図２に示したように閉塞通路１１ａは、排気通路１を横断する方向に開放通路１１ｂと交互に並ぶように配置されるので、複数の通路１１を通過した排気が整流部材１０より下流で排気通路１の一方の側に偏って流れることを防止できる。

図５〜図７は、それぞれ本発明の気流騒音低減装置の変形例を示す図である。なお、図５〜図７は、各変形例において整流部材１０を排気流れの上流側から見た図を示している。それ以外、例えば各通路１１の長さなどは上述した形態と同じであるため、上述した形態と共通の部分には同じ符号を付して説明を省略する。図５に示した第１の変形例では、閉塞通路１１ａと開放通路１１ｂとが交互に配置される点は上述した形態と同じであるが、閉塞通路１１ａ同士の並び方向が排気通路１の上下方向に対して傾斜するように閉塞通路１１ａが設けられる点が異なる。この場合においても、同じ長さの閉塞通路１１ａと開放通路１１ｂとで一つの通路群１３を形成させることにより、上述した形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、複数の通路１１で乱流を整流でき、かつ排気通路１の上部Ｓ１、中部Ｓ２、下部Ｓ３の各部分に設けた閉塞通路１１ａで２ｋＨｚの音、６ｋＨｚの音、及び１０ｋＨｚの音を打ち消したり、弱めたりすることができる。そのため、気流騒音を低減することができる。

図６に示した第２の変形例では、閉塞通路１１ａを排気通路１の中心から排気通路１内の一方の側にまとめて配置し、開放通路１１ｂを排気通路１の中心から排気通路１内の他方の側にまとめて配置する点が上述した形態と異なる。図６に示したようにこの変形例では、排気通路１内において図６の右側に閉塞通路１１ａをまとめて配置し、排気通路１内において図６の左側に開放通路１１ｂをまとめて配置している。この場合も、図６に示したように、同じ長さの閉塞通路１１ａと開放通路１１ｂとで一つの通路群１３を形成することができる。そのため、上述した形態と同様に、複数の通路１１で乱流を整流でき、かつ排気通路１の上部Ｓ１、中部Ｓ２、下部Ｓ３の各部分に設けた閉塞通路１１ａで２ｋＨｚの音、６ｋＨｚの音、及び１０ｋＨｚの音を打ち消したり、弱めたりすることができる。そのため、気流騒音を低減することができる。

図７は、第３の変形例を示している。この変形例では、排気通路１内に排気通路１と同じ方向に延び、断面が格子上の隔壁２０を整流部材１０として設け、この隔壁２０で複数の通路１１を形成する点がことなる。それ以外は、上述した第２の変形例と同じであり、閉塞通路１１ａが排気通路１の中心から排気通路１内の一方の側にまとめて配置され、開放通路１１ｂが排気通路１の中心から排気通路１内の他方の側にまとめて配置される。この第３の変形例においても、隔壁２０で形成された複数の通路１１で乱流を整流できる。また、排気通路１の上部Ｓ１、中部Ｓ２、下部Ｓ３の各部分に設けた閉塞通路１１ａで２ｋＨｚの音、６ｋＨｚの音、及び１０ｋＨｚの音を打ち消したり、弱めたりすることができる。そのため、気流騒音を低減することができる。

本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、閉塞通路は、排気通路の上流側の端、すなわち入口を栓で閉塞させてもよい。整流部材にて形成される複数の通路の長さは、上述した形態の長さに限定されない。排気絞り弁と排気通路の隙間を通過した排気によって生じる気流騒音を形成する複数の音の周波数成分の範囲は排気絞り弁の大きさや排気通路の長さ及び流路断面積に応じて変化する。そのため、各通路の長さは、気流騒音に形成する音の周波数成分を閉塞通路で打ち消したり弱めたりできるようにこれら排気絞り弁の大きさや排気通路の長さ及び流路断面積に応じて適宜変更してもよい。

また、整流部材で形成される複数の通路の長さは、全て同じでもよい。この場合でも、この長さの閉塞通路で位相が反転する周波数の音を打ち消すことができる。そのため、乱流を整流することによる効果と併せて、従来よりも気流騒音をさらに低減することができる。

本発明の一形態に係る気流騒音低減装置が組み込まれた内燃機関の排気通路を拡大して示す図。 整流部材を排気流れの上流側から見た図。 排気絞り弁の全閉時における排気の流れの一例を示す図。 全閉時における弁体を排気流れの下流側から見た図。 本発明の気流騒音低減装置の第１の変形例を示す図。 本発明の気流騒音低減装置の第２の変形例を示す図。 本発明の気流騒音低減装置の第３の変形例を示す図。

符号の説明

１ 排気通路
２ 排気絞り弁
２ａ 回転軸
２ｂ 弁体
１０ 整流部材（隔壁部材）
１１ 通路
１１ａ 閉塞通路（他方の通路）
１１ｂ 開放通路（一方の通路）
１２ 栓（閉塞部材）
１３ 通路群

Claims (4)

1. 排気通路を横断するように配置された回転軸と、前記回転軸と一体に回転し、全閉時に前記排気通路との間に隙間が生じるように設けられる弁体と、を有する排気絞り弁を備えた内燃機関に適用される内燃機関の気流騒音低減装置において、
   前記排気絞り弁の下流に配置され、前記排気通路と同じ方向に延びる同じ長さの一対の通路を含み、前記一対の通路のうちの一方の通路は入口及び出口の両方が開放され、他方の通路は入口又は出口が閉塞部材で閉塞される通路群が前記排気通路内に複数形成されるように前記排気通路内を仕切る隔壁部材を備えていることを特徴とする内燃機関の気流騒音低減装置。
2. 前記隔壁部材は、前記排気通路内に形成される通路群間で通路の長さが互いに異なるように前記排気通路内を仕切る請求項１に記載の内燃機関の気流騒音低減装置。
3. 前記排気通路内に形成される各通路群の通路の長さは、前記排気絞り弁の全閉時に前記弁体と前記排気通路との間の隙間を通過した気流により発生する気流騒音の周波数域に含まれる複数の周波数成分のうち互いに異なる周波数成分の位相を反転させるようにそれぞれ設定されている請求項２に記載の内燃機関の気流騒音低減装置。
4. 前記一方の通路と前記他方の通路とが前記排気通路を横断する方向に交互に配置されるように前記排気通路内に複数の通路群が形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の気流騒音低減装置。

Images