JP3425120B2 - 過給機のサイレンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過給機の吸込口で
の騒音を消音するとともにエンジンの燃費を良好にして
燃料の節約に貢献する過給機のサイレンサに係り、特
に、大型ディーゼルエンジン用過給機に適用されるのに
好適なサイレンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、大型ディーゼルエンジンには、
その性能を高めるために過給機が使用されているが、近
年、ディーゼルエンジンの高出力化のために過給機にも
高圧力比と高効率が要求され、この結果、過給機は高回
転数で駆動されることになってきている。そして、この
過給機の高回転数の駆動により過給機からの騒音レベル
も高くなっている。

【０００３】過給機からの騒音は、圧縮機の上流側への
騒音と、エンジン側空気通路表面から輻射される騒音と
に分かれるが、いずれの騒音もその騒音源が圧縮機入口
部翼枚数の次数成分に相当する風切り音であるため、圧
縮機入口部における空気の流れが騒音レベルに影響を及
ぼすことになる。

【０００４】ところで、過給機の騒音についてみると、
図９に示すように、過給機は回転数×羽根枚数で表され
る基本周波数が高周波数（例えば、９０００ｒｐｍ×１
１（２２）枚／６０（秒）＝１６５０（３３００）Ｈ
ｚ）であり、この基本周波数とその倍音成分近傍におけ
る騒音が他の周波数に比べて高いレベルとなっている。

【０００５】この過給機の吸込口において発生する騒音
は吸込風量と吐出圧力によって異なるが、おおよそ１３
０〜１５０ｄＢ（Ａ）のレベルである。そして、過給機
を使用するエンジンの発生騒音が１００ｄＢ（Ａ）前後
であるから、過給機の吸込サイレンサを通過後の騒音も
１００ｄＢ（Ａ）前後に低減しなければならず、高消音
量のサイレンサが要求されている。

【０００６】また、過給機の吐出圧力は３．５ｋｇ／ｃ
ｍ ² Ｇ前後であるが、過給機の吸込口に取り付ける吸込
サイレンサの圧力損失が小さければ、過給機の吐出圧力
は高くなり、過給機の効率を高めることになる。この過
給機の効率は６０〜７０％であり、世界の過給機メーカ
は７０％台の高い効率を目指して、凌ぎを削っている。
一般に、吸込側の圧力損失を１０ｍｍＡｑ小さくする
と、過給機の効率が１％向上するといわれている。した
がって、過給機の吸込サイレンサにとって、圧力損失を
小さくすることは、消音量を大きくするのと同様に重要
である。つまり、過給機の効率を高めることによって、
エンジンの燃費が良くなり、燃料の節約に大きく貢献す
ることになる。

【０００７】一般に、大型過給機の吸込サイレンサの代
表的な構造として、吸込空気の流れ方向により区分され
る円筒外周吸込形と角形正面吸込形とがある。

【０００８】図７に示す円筒外周吸込形のサイレンサ７
０においては、サイレンサ７０の吸込面が、一端部を拡
開部とされた複数の異径の円筒体７４Ａ，７４ａ…を連
設して全体として円筒形をなすサイレンサ本体７４の外
周側にあることにより、エンジンの真横や真上に面して
いる吸込部からはエンジンによって温められた温度の高
い空気が吸い込まれ、エンジンと反対側の吸込部におい
てはエンジン室の比較的低い温度の空気が吸い込まれる
ために、吸込温度にアンバランスが生じ、これにより吸
込風量が一定にならない。

【０００９】また、図７Ｂに示すように空気の流れが円
筒外周吸込形のサイレンサ７０の円筒部の外周面７３ａ
から吸い込まれて、円筒部７１の中央部において合流し
て直角に流れの向きを変えて過給機のコンプレッサ７６
へ流入するようになっている。したがって、サイレンサ
本体７４に装着されている消音エレメント７２内を通過
する際、外周面７３ａから内周面７３ｂへと流速が早め
られて圧力損失が大きくなる。つまり、サイレンサ７４
の中央部において流速を早めながら空気の流れが合流し
て直角に流れを変えるので、曲がり損失が生じることに
より大きな圧力損失が発生することになる。このように
円筒外周吸込形のサイレンサ７４は圧力損失が大きくな
る構造となっている。

【００１０】このように圧力損失が大きくなると、吸込
風量が小さくなり、過給機の効率が低下して燃費が悪く
なる結果を招来することになる。

【００１１】さらに、円筒外周吸込形のサイレンサ７０
は過給機に直結してエンジン上に取り付けられている。
したがって、サイレンサ７０を設置するためには円筒外
周吸込形のサイレンサ７０にあっては、その外径を過給
機の外径とほぼ同寸法にしなければならない。また、そ
の内径も過給機の取合口径（Ｄ_T）により決まってく
る。したがって、消音エレメント７２を通過する音の通
過長さ｛（外径Ｄ_O―内径Ｄ_I ）／２｝が形状的に制限
されて、消音量を増やすことに限界が生じる。

【００１２】一方、角形正面吸込形のサイレンサ８０
は、図８の特に図８Ｂに示すように過給機８１の外形が
円形であるのに対して消音エレメント部８４を内蔵して
なるサイレンサ８０の外形が角形であるために、サイレ
ンサ８０の四隅部分を配置上確保しなければならない。
すなわち、狭いエンジン室の中で、このサイレンサ８０
の四隅部分を迂回して配管したり配線しなければなら
ず、サイレンサ８０の配置が煩雑となる。

【００１３】また、過給機８１の吸込口が円形であるか
ら角形正面吸込形のサイレンサ８０においてはサイレン
サ８０の後流部分には正方形（角形）から円形に形状を
滑らかに変化させる縮流部８５が圧力損失を小さくする
ために設けられている。そして、この縮流部８５の空気
流通方向寸法が長いために、サイレンサ８３の重心位置
が吸込口の取合フランジ８６面から遠くなっている。

【００１４】ところで、過給機８１のサイレンサ８０
は、過給機８１の吸込口の取合フランジ８６に片持ちの
状態で取り付けられており、サイレンサ８０の全体重量
を過給機８１の吸込口の取合フランジ８６により支持し
ている。このため、サイレンサ８０の重心位置がフラン
ジ８６から遠くなると、駆動時の加振力が大きくなって
しまい、過給機の吸込口の取合フランジ８６に作用する
荷重が大きくなるので、強固な構造が必要となる。

【００１５】さらに、角形正面吸込形のサイレンサ８０
の取合フランジ８６は円形断面であるから、サイレンサ
８３の正面から吸い込まれた空気の流れは、流れを早め
ながら取合フランジ８６の円形断面に縮流していく。サ
イレンサ８３の奥行は、外形の一辺とほぼ同じ寸法で、
そのうち縮流部が３／４を占めている。

【００１６】したがって、円錐状に縮流される空気の流
れの縮流形状はこの縮流部において形成され、上流にあ
る奥行１／４の消音エレメント部８４もその影響を受け
て、中央部の流れが速く、四隅部においては空気流が遅
くなったり淀んだりする部分が発生することになる。そ
して、消音エレメント部８４の中央部の流れが速くなる
と、圧力損失が大きくなるので、吸込風量や過給機の効
率、燃費などの低下の大きな原因となっている。

【００１７】本発明は、前述した点に鑑み、コンパクト
で消音効果を十分に発揮でき、圧力損失が小さく過給機
の効率を向上させることのできる過給機のサイレンサを
提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために請求項１に係る本発明の過給機のサイレンサの特
徴は、サイレンサケーシング内に、サイレンサケーシン
グの軸方向における中央部を中心方向に向けて環状に凹
ませるように彎曲させてなる吸音筒を同心円状に配列し
た点にある。そして、このような構成を採用したことに
より、吸音筒の軸方向に相当する奥行きを短い寸法にす
ることができ、高性能の消音量を得ることができる。す
なわち、過給機騒音である音波を強制的に凹部の吸音面
に衝突させることができ、音のエネルギを効果的に吸音
材に吸収し大きな消音量を得ることができる。

【００１９】請求項２に係る本発明の過給機のサイレン
サの特徴は、吸音筒の軸方向中央部における厚さ寸法が
端部近傍における厚さ寸法より小さい点である。そし
て、このような構成を採用したことにより、吸音筒の軸
方向中央部を流れる空気の流速を吸音筒の端部近傍を流
れる空気の流速より遅くでき、中央部の彎曲による圧力
損失を小さくすることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１および図２は本発明に係る過
給機のサイレンサの実施の形態を示すものである。図１
Ａ，Ｂは本発明に係るサイレンサの全体を示すものであ
り、サイレンサ１０の隣接部位には取合フランジ１１を
介して図示しない過給機が取り付けられている。

【００２１】前記サイレンサ１０は、図１Ｂに示すよう
に、消音エレメント部９と縮流部５とから構成されてい
る。このうち、前記消音エレメント部９は、円筒形状を
なすサイレンサケーシング３により外周部を被覆されて
おり、このサイレンサケーシング３の内側に、後述する
複数の吸音筒１，１…が同心円状に整列配置されてい
る。

【００２２】前記消音エレメント部９に連接されている
前記縮流部５は、前記サイレンサケーシング３の円形断
面の端部から過給機の空気吸込口である取合フランジ１
１の円形開口へ収斂するように延在するほぼ円錐台形の
ケーシングによって形成されている。なお、消音エレメ
ント部９の図１Ｂにおける左側は空気を吸い込む吸入口
（図示せず）とされており、この吸入口を被覆する吸込
フィルタ７が前記サイレンサケーシング３に取り付けら
れて張設されている。

【００２３】前記サイレンサケーシング３内に配設され
ている前記各吸音筒１は、それぞれほぼ円筒形状をなし
ており、サイレンサケーシング３の中心軸３ａを中心に
同心円状に吸音筒１が配列をなして収納されている。具
体的には、各吸音筒１の前記サイレンサケーシング３の
軸方向における中央部を吸音筒１の外周面においては中
心方向に向けて環状凹部１ａを形成するとともに吸音筒
１の内周面においては環状突起１ｂを形成し、吸音筒１
の全体としては、これらの環状凹部１ａおよび環状突起
１ｂにより中心方向に彎曲させるように構成されてい
る。

【００２４】前記各吸音筒１の詳細な構造は、図２に示
されているように、相互に連接されている外筒１２と内
筒１３とから構成されている。また、前記外筒１２およ
び外筒１３は、それぞれアルミニウム製の多孔板から形
成されており、これらの外筒１２および内筒１３は、そ
れぞれの軸方向における中央部が前記環状凹部１ａおよ
び環状突起１ｂを形成するため、前記サイレンサケーシ
ング３の中心方向に向けて凹ませた形状とされている。

【００２５】さらに、前記外筒１２と内筒１３との中間
には仕切板１１が設けられており、この仕切板１１の両
面にクラスウールのような吸音材１４が貼付されてお
り、前記吸音材１４は外筒１２および内筒１３を構成す
る多孔板の形状に合致した寸法とされている。また、前
記吸音筒１の両端部はそれぞれ型材１５により塞がれて
いる。本実施形態においては前記型材１５として山形状
のアルミニウム製押出型材を用いている。

【００２６】前記サイレンサケーシング３の内周面に
は、最外周に配設されている吸音筒１の前記環状凹部１
ａに対向するように環状突部３ｂが突設されている。ま
た、前記サイレンサケーシング３の中心部には、間隔形
成用の円柱体１６が前記サイレンサケーシング３の軸方
向に延在するように配設されており、この円柱体１６の
外周面には、最内周に配設されている吸音筒１の前記環
状突部１ｂに対向するように環状凹部１６ａが突設され
ている。これらのサイレンサケーシング３の環状突部３
ｂならびに円柱体１６の環状凹部１６ａにより図２に示
す隣位の１対の吸音筒１，１間の通路１ｃと同様の通路
が最外周の吸音筒１の外側ならびに最内周の吸音筒１の
内側に形成されることになる。

【００２７】前述した構成からなる本実施形態のサイレ
ンサにおける過給機に供給される音波の流れについて説
明する。

【００２８】図１において図示しない過給機方向からの
音波は、縮流部５を空気と逆方向に進み、サイレンサケ
ーシング３に入る。サイレンサケーシング３内に導入さ
れた音波は、隣位の１対の吸音筒１，１間、最外周の吸
音筒１およびサイレンサケーシング３間ならびに最内周
の吸音筒１および円柱体１６間に形成された平行な通路
１ｃを通過する際に、各環状凹部１ａ，１６ａおよび各
環状突部１ｂ，３ｂにより直進を妨げられる。そして、
それぞれ彎曲形状とされている各消音筒１の吸音面１ｄ
に強制的に衝突し、これにより、音波のエネルギは各吸
音筒１内の吸音材１４に良好に吸収される。

【００２９】つぎに、図３Ａに示す本実施形態の吸音筒
１と、図３Ｂに示す単純な円筒状をなす吸音筒２１とを
同心円状に同じ配列ピッチをもって配列したときの過給
機騒音の消音状態を対比する。図４において（○）で示
す本実施形態の吸音筒１の消音量は、各周波数において
（●）で示す円筒形状の吸音筒２１の消音量の約２倍と
なっており、本実施形態の吸音筒１０の消音量が吸音筒
２１の消音量をはるかに凌いでいることが明白である。

【００３０】前述した単純な円筒形状の吸音筒２１によ
れば、配列ピッチに合う波長の周波数はある程度消音す
ることができるが、そのピッチから外れた他の周波数の
消音量は極端に悪くなっている。これは、単純な円筒形
状の吸音筒２１においては、ピッチに合う波長以外の周
波数は吸音されずに通り抜けてしまうという現象が起き
ているからである。ここにおいて、配列ピッチに合う波
長の周波数とは、吸音筒１の配列ピッチが１００ｍｍで
あるとすると、この配列ピッチに合う波長の周波数は、
周波数＝音速／波長（ピッチ）より、３４０（ｍ／ｓ）
／０．１（ｍ）＝３４００Ｈｚとなる。この周波数３４
００Ｈｚの過給機騒音は良好に吸音されるが、この周波
数を離れるにつれて、吸音量が急激に減少することにな
る。

【００３１】これに対して、本実施形態の吸音筒１の同
心円状の配列によれば、隣位の１対の吸音筒１，１間に
形成された平行な通路１ｃは、各消音筒１の軸方向にお
ける中央部において彎曲するので、音波は強制的に各吸
音筒１の吸音面１ｄに衝突する。これによって音波のエ
ネルギが効果的に各吸音筒１内の吸音材１４に吸収され
て大きな消音量を得ることができる。

【００３２】このことは、配列ピッチ（隣位の吸音筒
１，１間の間隔）と一致する波長の周波数（音速／波長
（ピッチ））を中心に、他の周波数にも適応できるとい
うことである。特に、直線性の強い高周波に対しては大
きな効果を発揮することができる。

【００３３】ところで、本実施形態においては図５Ａに
示すように吸音筒１の軸方向における中央部をサイレン
サケーシング３の中心方向に向けて凹ませる構成とされ
ているが、これとは逆にサイレンサケーシング５３の外
周に向けて凹ませる構成の吸音筒５１との対比を行う。
この吸音筒５１においては、図５Ｂに示すように各消音
筒５１の内周面に環状凹部５１ａが形成されるとともに
外周面に環状突部５１ｂが形成されている。また、サイ
レンサケーシング５３の内周面には環状凹部５３ａが形
成されており、この環状凹部５３ａにより開口が形成さ
れるのを防止するためサイレンサケーシング５３の外周
面には環状突部５３ｂが形成されている。さらに、サイ
レンサケーシング５３の中心部に位置する円柱体５６の
外周面には、環状突部５６ｂが形成されている。

【００３４】図５Ａ，５Ｂにおいて過給機の吸込口から
サイレンサの縮流部５に導入される高周波成分の高い過
給機騒音（音波）は、放射状に拡開しながら直進してサ
イレンサケーシング３内の吸音筒１，１間などに形成さ
れた通路１ｃに導入されることになる。

【００３５】本実施形態の吸音筒１においては、サイレ
ンサケーシング３の軸方向における中央部をサイレンサ
ケーシング３の中心方向に向けて凹ませてあるため、縮
流部５において拡がった過給機騒音（音波）は通路１ｃ
を通過する際に吸音筒１の環状凹部１ａなどに縮流する
形で進入するので、過給機騒音（音波）は確実に環状凹
部１ａの吸音面１ｄに数回衝突し、音のエネルギは吸音
材１４に良好に吸収されて大きな消音量を得ることにな
る。

【００３６】これに対して、図５Ｂの吸音筒５１におい
ては吸音筒５１などの環状凹部５１ａなどが外側に向い
ているため、縮流部５５において放射状に拡開した過給
機騒音（音波）が通路５１ｃ内をさらに拡がって環状凹
部５１ａなどに進入するので、過給機騒音（音波）は環
状凹部５１ａの吸音面５１ｄに１〜２回しか衝突しない
ことになる。この結果、吸音材による音のエネルギの吸
収が少なくなり、消音量も図５Ａの本実施形態に比べ小
さくなる。

【００３７】さらに、図５Ａと図５Ｂとの構成を比較し
てわかるように、本実施形態の吸音筒１は、軸方向にお
ける中央部をサイレンサケーシング３の中心方向に向け
て凹ませていることにより、サイレンサの外形を小さく
でき、コンパクト化をはかることができる。これに対
し、図５Ｂのように凹みが外側に向いていると、サイレ
ンサケーシング５３の環状突部５３ｂの分だけサイレン
サの外径寸法が大きくなり、配置の面で制限され、また
コスト高になる傾向がある。

【００３８】つぎに、図６は本発明に係る過給機のサイ
レンサの実施形態における隣位の１対の吸音筒１，１間
の間隔の詳細を示すものである。

【００３９】すなわち、本実施形態においては、吸音筒
１の環状凹部１ａと隣位の吸音筒１の環状突部１ｂ間の
通路幅Ｗは、隣位の１対の吸音筒１，１の端部近傍の平
行な通路幅Ｗ´よりも大きくされている。このため、。
各吸音筒１の構成としては、軸方向における中央部の厚
さ寸法ａが端部近傍の厚さ寸法ａ′より小さく形成され
ている。

【００４０】このような構造によれば、吸音筒１の軸方
向における中央部における通路１ｃ’を流れる空気の流
速を軸方向における端部近傍の平行な通路１ｃを流れる
空気の流速より遅くすることができ、空気の流れの曲が
りによる圧力損失を小さくすることができる。

【００４１】なお、本発明は、前述した実施の形態に限
定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能
である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
イレンサの断面が円形で吸音筒が同心円状に配列してあ
るため、空気の流れのデッドスペースがなくなり、空気
の流れも偏らず、空気が効率よく吸い込まれる。また、
吸音筒の軸方向における中央部に彎曲部を形成している
ため全体の吸音面積も大きくなり、吸音筒間に形成され
た通路を直進する音波を吸音面で衝突させ、音のエネル
ギを効果的に吸収し大きな消音量を得ることができる。

【００４３】さらに、このように吸音筒の軸方向の中央
部を彎曲させることにより、消音エレメント部を短い長
さ、すなわち、短い奥行にして高性能の消音量を得るこ
とができる。そして、縮流部を設けた場合、消音エレメ
ント部の円形断面から過給機の取合フランジの円形断面
に円錐状にスムーズに縮流させられるので、角形正面吸
込サイレンサの縮流部よりも短くて済む。

【００４４】以上のことから、サイレンサの奥行が短く
なり、サイレンサ全体の重量が軽量化し、サイレンサ全
体の重量を支持している過給機の取合フランジからサイ
レンサの重心までの距離が短くなって、過給機の取合フ
ランジに作用する加振力が小さくなるので強度的にも有
利である。

【００４５】さらに、吸音筒の中央部の幅より端部近傍
の幅を大きくすることによって、中央部である凹みを流
れる空気の流速を端部近傍を流れる空気の流速より遅く
することができ、凹みの曲がりによる圧力損失を小さく
できる。

【００４６】また、吸音筒がサイレンサケーシングの中
心方向に向けて中央部を凹ませた構成であるため消音量
を増すことができるとともに、サイレンサのコンパクト
化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ａは本発明に係る過給機のサイレンサの実施
形態を示す部分断面正面図、Ｂは図１Ａの断面側面図

【図２】 図１の吸音筒の断面側面図

【図３】 図１の実施形態の吸音筒の同心円状の配列を
示す断面側面図、Ｂは円筒形の吸音筒の配列を示す断面
側面図

【図４】 図３の両吸音筒における消音量とバンド中心
周波数との関係を示すグラフ

【図５】 Ａは図１のサイレンサの概略断面図、Ｂは吸
音筒の外側に環状突部形成したサイレンサの概略断面図

【図６】 図１のサイレンサにおける各寸法を示す断面
側面図

【図７】 Ａは従来の円筒外周吸込形のサイレンサの一
例を示す断面側面図、Ｂはサイレンサ内の空気の流れを
示す円筒外周吸込形のサイレンサの概略断面図

【図８】 Ａは従来の角形正面吸込形のサイレンサの一
例を示す断面側面図、Ｂは過給機とサイレンサの外形を
示す正面図、Ｃは角形正面吸込形のサイレンサの概略を
示す側面図

【図９】 過給機内部で発生する騒音を示すグラフ

【符号の説明】

１ 吸音筒 １ａ 環状凹部 １ｂ 環状突部 １ｃ 通路 １ｄ 吸音面 ３ サイレンサケーシング ５ 縮流部 ９ 消音エレメント部 １０ サイレンサ １１ 仕切板 １２ 外筒 １３ 内筒 １４ 吸音材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今給黎 孝一郎 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 青野 義嗣 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 手島 貴典 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 平11−200969（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−154502（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−152111（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−46410（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−130723（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−152112（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 37/00 F02M 35/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過給機の空気吸込口に取り付けられ、サ
   イレンサケーシングの外方から吸い込まれる空気の消音
   を行うための過給機のサイレンサにおいて、前記サイレ
   ンサケーシング内に、サイレンサケーシングの軸方向に
   おける中央部を中心方向に向けて環状に凹ませるように
   彎曲させてなる吸音筒を同心円状に配列したことを特徴
   とする過給機のサイレンサ。
2. 【請求項２】 前記吸音筒の軸方向中央部における厚さ
   寸法が端部近傍における厚さ寸法より小さいことを特徴
   とする請求項１に記載の過給機のサイレンサ。