JP2013181423A - 舶用内燃機関の排気系統消音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで消音効果の高い舶用内燃機関の排気系統消音構造を提供する。
【解決手段】エンジン１Ａ，１Ｂを備えている舶用内燃機関の排気系統消音構造において、エンジン１Ａ，１Ｂの回転位相を制御するコントローラ１０と、エンジン１Ａ，１Ｂの排気管２Ａ，２Ｂを連結し、所定の内燃機関回転数における排気脈動周波数の周期と一致する長さのバイパス通路２０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば舶用主機のように、同型の内燃機関が複数台設置される場合に適用される舶用内燃機関の排気系統消音構造に関する。

従来、客船等の船舶においては、船舶推進用の内燃機関（舶用主機）として、同型のエンジンを複数台設置されている。
図４に示す従来例の船舶Ｓには、同型のエンジン１Ａ，１Ｂが２台設置されている。この場合、エンジン１Ａ，１Ｂから発生する運転騒音を低減するため、エンジン１Ａ，１Ｂ毎に排気管２Ａ，２Ｂ、消音機３Ａ，３Ｂ及び排気口４Ａ，４Ｂが設けられている。

また、舶用内燃機関等の内燃機関においては、たとえば下記の特許文献１に開示されているように、発生する騒音を取り込み、騒音を検出するソースマイクロホンの検出信号に基づいてスピーカから騒音と逆位相の音を発生させて相殺する技術が知られている。この従来技術は、騒音と逆位相の音を発生させて相殺するため、騒音検出用のマイクロホンや逆位相発生用のスピーカ等の機器類を付加した構成となる。

特開平９−２９７５８５号公報

ところで、上述した従来技術は、逆位相の音を発生させるために、騒音検出用のマイクロホンや逆位相発生用のスピーカ等の機器類が必要となる。しかし、特に排気音圧が大となるような舶用主機や、排気騒音が低周波数となる舶用主機の場合には、逆位相の音を発生させるスピーカの制作が困難になる。すなわち、スピーカ等の付加機器類は、舶用主機より排出される高温の排気環境に設置することから、たとえばスピーカのダイヤフラム等が、大きな排気音圧に対して十分な耐久性を得ることは困難である。特に、低周波数に対応するスピーカは、ダイヤフラムが大きくなるため、十分な耐久性を確保するのはより一層困難である。

このよう背景から、たとえば特に快適な居住空間が求められる客船のような船舶では、排気音圧が大となるような舶用主機や、排気騒音が低周波数となる舶用主機にも容易に適用でき、低コストで消音効果の高い排気騒音の低減対策が求められている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低コストで消音効果の高い舶用内燃機関の排気系統消音構造を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る舶用内燃機関の排気系統消音構造は、複数の同型内燃機関を備えている舶用内燃機関の排気系統消音構造であって、前記舶用内燃機関の回転位相を制御するコントローラと、前記舶用内燃機関の排気管を連結し、所定の内燃機関回転数における排気脈動周波数の周期と一致する長さのバイパス通路と、を備えている。

このような舶用内燃機関の排気系統消音構造によれば、舶用内燃機関の回転位相を制御するコントローラと、舶用内燃機関の排気管を連結し、所定の内燃機関回転数における排気脈動周波数の周期と一致する長さのバイパス通路と、を備えているので、舶用内燃機関の回転位相を逆位相の同回転数に設定すれば、バイパス通路内においては、逆位相で同一周波数の排気脈動が互いに干渉することになるので、この結果、排気騒音の低減が可能になる。

上記の発明において、前記バイパス流路に、複数の流路長さから一つを選択する流路変更部を設けておくことが好ましく、これにより、長さが可変のバイパス流路内では、異なる複数の運転条件（回転数等）において、逆位相で同一周波数の排気脈動が互いに干渉する結果、排気騒音の低減が可能になる。

本発明に係る舶用内燃機関の排気系統消音構造は、複数の同型内燃機関を備えている舶用内燃機関の排気系統消音構造であって、前記舶用内燃機関の回転位相を制御するコントローラと、前記舶用内燃機関の各排気管を等しい長さの位置で合流させた後に消音機へ導く排気系統と、を備えていることを特徴とするものでる。

このような舶用内燃機関の排気系統消音構造によれば、舶用内燃機関の回転位相を制御するコントローラと、舶用内燃機関の各排気管を等しい長さの位置で合流させた後に消音機へ導く排気系統と、を備えているので、舶用内燃機関の回転位相を逆位相の同回転数に設定すれば、合流位置において逆位相で同一周波数の排気脈動が互いに干渉する結果、排気騒音の低減が可能になる。

上述した本発明によれば、排気流路外に設置されるコントローラにより舶用内燃機関の回転位相を同回転数の逆位相に制御すると、バイパス通路や排気系統の配管流路内においては、排気脈動の干渉により排気騒音が低減される。このため、舶用主機より排出される高温の排気環境にスピーカ等の機器類を設置する必要がなく、排気音圧が大となるような舶用主機や、排気騒音が低周波数となる舶用主機にも容易に適用できる低コストで消音効果の高い舶用内燃機関の排気系統消音構造となる。

本発明に係る舶用内燃機関の排気系統消音構造として一実施形態（第１実施形態）を示しており、（ａ）は構成図、（ｂ）は逆位相で同一周波数の排気脈動が互いに干渉することを示す図である。 図１に示した第１実施形態の変形例を示す図で、（ａ）は構成図、（ｂ）はバイパス通路の配管系統図である。 本発明に係る舶用内燃機関の排気系統消音構造として一実施形態（第２実施形態）を示すもので、（ａ）は構成図、（ｂ）は逆位相で同一周波数の排気脈動が互いに干渉することを示す図である。 舶用内燃機関の排気系統消音構造に係る従来例を示す構成図である。

以下、本発明に係る舶用内燃機関の排気系統消音構造について、一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す第１実施形態の船舶Ｓａには、２台のエンジン（舶用内燃機関／同型内燃機関）１Ａ，１Ｂが設置されている。２台のエンジン１Ａ，１Ｂは、出力や型式等を同一にした同型内燃機関とされる。

２台のエンジン１Ａ，１Ｂには、運転騒音を低減するための排気系昇温構造として、排気管２Ａ，２Ｂ、消音機３Ａ，３Ｂ及び排気口４Ａ，４Ｂが設けられている。なお、消音機３Ａ，３Ｂは、それぞれ排気管２Ａ，２Ｂの途中に設置され、排気管２Ａ，２Ｂの出口開口が排気口４Ａ，４Ｂとなる。
さらに、本実施形態では、エンジン１Ａ，１Ｂの回転位相を制御するコントローラ１０と、排気管２Ａ，２Ｂ間を連結するバイパス通路２０とを備えている。このバイパス流路２０は、エンジン１Ａ，１Ｂにおける所定の回転数（内燃機関回転数）で排気脈動周波数の周期と一致する長さＬに設定されている。

上述したコントローラ１０は、エンジン１Ａ，１Ｂが同じ回転数で運転され、しかも、その回転位相が逆位相となるように、着火のタイミングを制御するものである。このようなコントローラ１０の制御機能は、たとえばエンジン全般の各種運転制御を行うために必要な制御装置内に組み込まれてもよいし、あるいは、単独設置してもよい。

バイパス流路２０は、２本の排気管２Ａ，２Ｂ間を単純に連結する配管流路であり、排気脈動の一部が排気管２Ａ，２Ｂから分岐して流入する。
このバイパス通路２０は、長さＬの設定が重要である。この長さＬは、逆位相の同回転数で運転されるエンジン１Ａ，１Ｂから排出される排気脈動周波数の周期と一致するように設定するが、この排気脈動周波数は、エンジン回転数に応じて変化する。このため、船舶Ｓａの航行中に最も使用頻度の高い回転数を選択し、この回転数に対応する長さＬに設定することが望ましい。具体的なエンジン回転数としては、たとえば定格運転時の回転数を選択し、この回転数に対応する排気脈動周波数の周期とバイパス流路２０の長さＬとを一致させることが望ましい。

図１（ｂ）は、エンジン１Ａ，１Ｂの回転位相を逆位相とし、かつ、回転数を同回転数に設定した場合、バイパス通路２０内において排気脈動が互いに干渉することを示す説明図である。
この場合、エンジン１Ａの排気脈動Ｗａ及びエンジン１Ｂの排気脈動Ｗｂは、同一波長λの排気脈動が互いに１／２周期ずれた逆位相となるため、互いの背と腹の干渉により排気脈動が相殺される。このように、バイパス通路２０内においては、逆位相で同一周波数の排気脈動が互いに干渉することになるので、最終的に排気口４Ａ，４Ｂから排出される排気騒音の低減が可能になる。

すなわち、消音機３Ａ，３Ｂ及び排気口４Ａ，４Ｂを通過して流出する排気脈動は、バイパス流路２０内において相殺された分だけ減少するため、エンジン１Ａ，１Ｂから発生する運転騒音の低減が可能になる。このような排気騒音の低減は、消音機３Ａ，３Ｂの小型化を可能にするので、コストの低減にも有効である。
また、図１（ｂ）に例示したバイパス流路２０は、長さＬが排気脈動Ｗａ及び排気脈動Ｗｂの波長λと同一長さとなっているが、波長λのｎ倍（Ｌ＝ｎλ）とする設定が可能なことは言うまでもない。この場合のｎは、０を除く正の整数となる。

ところで、排気脈動周波数はエンジン回転数に応じて変化するため、複数の異なるエンジン回転数（排気脈動周波数）に対応する場合は、たとえば図２（ａ），（ｂ）に示す変形例のように、バイパス流路２０の流路長さＬを可変とすればよい。
図２（ａ）に示す第１実施形態の変形例では、バイパス流路２０から分岐して再合流する分岐流路２１が設けられている。この分岐流路２１は、図２（ｂ）に示すように、分岐点Ｐ１から合流点Ｐ２までの迂回流路長さが、バイパス流路２０側を通過するよりαだけ長くなるように設定されている。

さらに、バイパス流路２０及び分岐流路２１には、両方に手動操作または遠隔操作の開閉弁２２，２３が設けられている。この結果、開閉弁２２，２３のいずれか一方を開にして他方を閉とすることで、流路長さＬのバイパス流路２０に加えて、流路長さがＬ＋αとなる分岐流路２１経由のバイパス流路２０′を選択できる。すなわち、開閉弁２２，２３の開閉操作により、流路長さの異なる二つのバイパス流路２０，２０′から適宜選択できるため、流路長さが可変のバイパス流路となる。

このため、船舶Ｓｂのエンジン１Ａ，１Ｂにおいては、２種類のエンジン回転数に対応してバイパス流路長さＬ，Ｌ＋αを選択できるようになり、この場合、分岐流路２１や開閉弁２２，２３が流路変更部となる。
このような流路変更部は、上述した１本の分岐流路２１に限定されることはなく、たとえば長さの異なる分岐流路２１を必要に応じてさらに追加して設けることも可能である。このような分岐流路２１の追加は、追加した分岐流路数が単純に増加するだけでなく、開閉弁との組合せにより複数の分岐流路を適宜選択して組合せることも可能になるので、さらに対応可能なエンジン回転数の数を増すことができる。

すなわち、上述したバイパス流路２０については、複数の流路長さから一つを選択する流路変更部を設けた変形例の排気系統消音構造を採用することにより、長さＬが可変のバイパス流路２０内では、異なる複数の運転条件（回転数等）において、逆位相で同一周波数の排気脈動を互いに干渉させることができ、この結果、排気騒音の低減が可能になる。

続いて、図３に示す第２実施形態について、図面を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施形態の排気系統消音構造は、同型のエンジン１Ａ，１Ｂが、各排気管２Ａ，２Ｂを等しい長さの位置で合流させた後に消音機３へ導く排気系統３０を備えている。すなわち、本実施形態の排気系統３０は、エンジン１Ａ，１Ｂに接続された同じ長さの排気管３１，３２と、両排気管３１，３２の出口を連結する連結排気管３３と、連結排気管３３の中心位置から排気口４に至る合流排気管３４と、合流排気管３４の途中に設置された消音機３と、を備えている。

この排気系統消音構造においても、エンジン１Ａ，１Ｂの回転位相を制御するコントローラ１０を備えており、両エンジン１Ａ，１Ｂが同一回転数の逆位相となるように、着火のタイミングが制御される。
このような排気系統３０は、排気脈動が同一長さの排気流路を通り、連通排気管３３の中央部で、すなわち、合流排気管３４の入口部で合流する。換言すれば、エンジン１Ａ，１Ｂの排気脈動は、合流位置となる連通排気管３３の中央部において、逆位相で同一周波数の排気脈動が互いに干渉する。この合流位置は、エンジン１Ａ，１Ｂからの流路長さが同じであるから、逆位相の排気脈動は、たとえば互いの背と腹が干渉して排気騒音の低減が可能になる。このような排気騒音の低減は、消音機３の小型化を可能にするので、コストの低減にも有効である。

このように、上述した本実施形態によれば、排気流路外に設置されるコントローラ１０でエンジン１Ａ，１Ｂの回転位相を同回転数の逆位相に制御すると、バイパス通路２０や排気系統３０の配管流路内においては、排気脈動の干渉により排気騒音が低減される。このため、排気管２Ａ，２Ｂのように、舶用主機のエンジン１Ａ，１Ｂから排出される高温の排気環境にスピーカ等の機器類を設置する必要がなく、従って、排気音圧が大となるような舶用主機や、排気騒音が低周波数となる舶用主機にも容易に適用できる。
また、本実施形態の排気系統消音構造は、基本的に排気流路の配管系統を工夫して変更するものであるから、耐久性や信頼性の面でも優れており、低コストで高い消音効果を得ることができる。

ところで、上述した実施形態では、２台の同型内燃機関（エンジン１Ａ，１Ｂ）を備えている場合について説明したが、たとえば４台の同型内燃機関を備えている場合には２台を１セットにして対応するなど、２台以上となる複数の同型内燃機関を備えている場合にも適用可能である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、たとえば２サイクルや４サイクルの舶用機関に適用可能であるなど、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１Ａ，１Ｂ エンジン（舶用内燃機関／同型内燃機関）
２Ａ，２Ｂ，３１，３２ 排気管
３，３Ａ，３Ｂ 消音機
４，４Ａ，４Ｂ 排気口
２０ バイパス通路
２１ 分岐流路
２２，２３ 開閉弁
３０ 排気系統
３３ 連結排気管
３４ 合流排気管
Ｌ 流路長さ

Claims (3)

1. 複数の同型内燃機関を備えている舶用内燃機関の排気系統消音構造であって、
   前記舶用内燃機関の回転位相を制御するコントローラと、前記舶用内燃機関の排気管を連結し、所定の内燃機関回転数における排気脈動周波数の周期と一致する長さのバイパス通路と、を備えていることを特徴とする舶用内燃機関の排気系統消音構造。
2. 前記バイパス流路に、複数の流路長さから一つを選択する流路変更部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の舶用内燃機関の排気系統消音構造。
3. 複数の同型内燃機関を備えている舶用内燃機関の排気系統消音構造であって、
   前記舶用内燃機関の回転位相を制御するコントローラと、前記舶用内燃機関の各排気管を等しい長さの位置で合流させた後に消音機へ導く排気系統と、を備えていることを特徴とする舶用内燃機関の排気系統消音構造。
   

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