JP4140496B2 - 消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の吸気騒音を抑制する消音装置に関する。

吸気通路は、外気とエンジンの燃焼室との間を連通している。吸気通路には、吸気騒音を抑制するために、レゾネータやサイドブランチなどの消音器が取り付けられている。このうち、レゾネータは、比較的広い周波数域の音の音圧レベルを低下させるのに有効である。

これに対し、サイドブランチの音圧レベル低下幅は比較的大きい。サイドブランチは、比較的狭い周波数域の音の音圧レベルを低下させるには有効である。したがって、サイドブランチにより広周波数域の音の音圧レベルを低下させるには、抑制対象となる周波数域が異なる複数のサイドブランチを並置する必要がある。

特許文献１、２には、二つのサイドブランチ部を持つ消音装置が紹介されている。図７に、これらの文献に記載された消音装置の概略図を示す。図に示すように、消音装置１００は、蛇行するバイパス通路１０１を備えている。バイパス通路１０１は、吸気通路１０２に分岐接続されている。バイパス通路１０１の中間部には、半透過仕切ブロック１０３が配置されている。この半透過仕切ブロック１０３により、バイパス通路１０１は、二つのサイドブランチ部１０４、１０５に区画されている。サイドブランチ部１０４、１０５は、各々、管内の共鳴により音の音圧レベルを低下させている。すなわち、音と管内の気柱振動とを共鳴させると空気振動が発生する。このとき、空気の粘性は空気振動の抵抗となり、この粘性抵抗により熱が発生する。このように、サイドブランチ部１０４、１０５は、抑制対象となる周波数域の音（以下、「抑制対象音」と称する）のエネルギーを、共鳴により熱に変換して、音圧レベルを低下させている。

サイドブランチ部１０４、１０５の路長は、それぞれ抑制対象音の波長の１／４の長さに設定されている。路長の異なるサイドブランチ部１０４、１０５を配置することにより、二つの抑制対象音のみならず、これら二つの抑制対象音の間の周波数域の音の音圧レベルまでも低下させることができる。
実開昭６４−４１６６４号公報 実開平２−１４６１号公報

しかしながら、抑制対象音の異なるサイドブランチ部１０４、１０５は、半透過仕切ブロック１０３のみにより仕切られている。半透過仕切ブロック１０３の表面側と背面側とでは、それぞれ共鳴周波数が異なる。したがって、半透過仕切ブロック１０３を音が透過することにより、サイドブランチ部１０４、１０５の共鳴が互いに干渉してしまう。干渉する分、それぞれのサイドブランチ部１０４、１０５の騒音抑制効果は小さくなる。また、干渉により、新たな異音が発生するおそれがある。

本発明の消音装置は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、サイドブランチ部の共鳴の干渉を抑制できる消音装置を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の消音装置は、外気から燃焼室に吸気を導入する吸気通路を区画する通路壁に配置される消音装置であって、一端が前記吸気通路に分岐接続される分岐通路を内部に区画する複数のサイドブランチ部と、表面が各々の該分岐通路の他端を覆う通気性弾性部材と、該通気性弾性部材の全ての背面同士を連通する連通室を内部に区画する連通ハウジングと、を備えてなることを特徴とする。

つまり、本発明の消音装置は、通気性弾性部材の背面側に連通ハウジングを配置するものである。連通ハウジング内には、連通室が区画されている。各々の通気性弾性部材の背面は、この連通室に表出している。すなわち、連通室を介して、各々の通気性弾性部材の背面同士が連通している。

従来の消音装置１００の場合、単一の半透過仕切ブロック１０３は二つのサイドブランチ部１０４、１０５兼用であった。これに対し、本発明の消音装置の通気性弾性部材とサイドブランチ部とは、一対一に対応している。また、通気性弾性部材同士は、連通室を介して連通している。任意のサイドブランチ部の分岐通路内にて発生する共鳴は、通気性弾性部材の振動を介して、連通室に伝達される。しかしながら、連通室内において共鳴は減衰される。したがって、この共鳴が他の通気性弾性部材に及ぼす影響は小さくなる。このように、本発明の消音装置によると、連通室によりサイドブランチ部の共鳴の干渉が抑制される。したがって、各々のサイドブランチ部は、それぞれの抑制対象音の音圧レベルを充分に低下させることができる。このため、本発明の消音装置によると騒音抑制効果が高くなる。

また、本発明の消音装置の通気性弾性部材は、サイドブランチ部の分岐通路内の音の圧力により振動する程度の弾性を有している。すなわち、通気性弾性部材は自励により振動する。この通気性弾性部材自身の自励振動により、サイドブランチ部内の共鳴の振幅が増幅される。したがって、音圧レベルの低下幅が大きくなる。このように、本発明の消音装置によると、通気性弾性部材の自励振動による騒音抑制効果も得ることができる。

さらに、本発明の消音装置によると、複数の分岐通路は、通気性弾性部材および連通室を介して、連通している。この点において、本発明の消音装置は、分岐通路と通気性弾性部材と連通室とからなるバイパス通路を有することになる。したがって、バイパス通路を伝搬する音と吸気通路を伝搬する音とが干渉することによる騒音抑制効果も得ることができる。

さらにまた、本発明の消音装置によると、通気性弾性部材の背面が連通ハウジングにより囲われている。このため、通気性弾性部材の背面が消音装置外部に剥き出しの場合と比較して、通気性弾性部材を透過した騒音が消音装置外部に漏出するのを抑制することができる。

（２）好ましくは、前記サイドブランチ部の共鳴周波数と、該サイドブランチ部の前記分岐通路の前記他端を覆う前記通気性弾性部材の固有振動数と、は同等レベルに設定されている構成とする方がよい。本構成によると、通気性弾性部材自身の自励振動により、サイドブランチ部内の共鳴の振幅が、さらに増幅される。このため、音圧レベルの低下幅がさらに大きくなる。

（３）好ましくは、前記分岐通路の前記他端の通路断面積は、前記一端の通路断面積よりも広い構成とする方がよい。分岐通路の他端は通気性弾性部材により覆われている。このため、本構成によると、分岐通路から音を受ける通気性弾性部材の受圧面積が大きくなる。したがって、より通気性弾性部材が振動しやすくなる。すなわち、通気性弾性部材自身の自励振動がさらに大きくなる。

本発明によると、サイドブランチ部の共鳴の干渉を抑制できる消音装置を提供することができる。

以下、本発明の消音装置の実施の形態について説明する。

（１）第一実施形態
まず、本実施形態の消音装置の構成について説明する。図１に、本実施形態の消音装置が取り付けられた吸気装置の概要図を示す。図に示すように、吸気装置１は、吸気ダクト１０とエアクリーナ１１とエアクリーナホース１２とスロットルボディ１３とインテークマニホールド１４とを備える。吸気装置１の内部には、吸気ダクト１０上流端の吸気口１５と、インテークマニホールド１４の下流端に分流接続された燃焼室１６と、を連通する吸気通路２が区画されている。吸気通路２を介して、外気から燃焼室１６に吸気が導入される。

消音装置３は、吸気ダクト１０の側壁１７に取り付けられている。側壁１７は、請求項１の通路壁に含まれる。図２に、本実施形態の消音装置の分解斜視図を示す。図３に、同消音装置の合体断面図を示す。これらの図に示すように、消音装置３は、サイドブランチハウジング３０と、通気性弾性板３１と、連通ハウジング３２と、を備えている。サイドブランチハウジング３０には、サイドブランチ部３００ａ、３００ｂが配置されている。サイドブランチ部３００ａ、３００ｂは、隔壁３００により仕切られている。

サイドブランチ部３００ａには、蛇行する分岐通路３０１ａが区画されている。分岐通路３０１ａの上端には、分岐口３０２ａが配置されている。分岐口３０２ａは、サイドブランチハウジング３０の上面に開口している。分岐口３０２ａを介して、分岐通路３０１ａは前記吸気通路２と分岐接続されている。一方、分岐通路３０１ａの下端には、膜取付口３０３ａが配置されている。膜取付口３０３ａは、サイドブランチハウジング３０の下面に開口している。

サイドブランチ部３００ｂの構成は、このサイドブランチ部３００ａの構成と、隔壁３００を挟んで略面対称である。すなわち、サイドブランチ部３００ｂには、蛇行する分岐通路３０１ｂが区画されている。分岐口３０２ｂを介して、分岐通路３０１ｂは吸気通路２と分岐接続されている。また、分岐通路３０１ｂの下端には、膜取付口３０３ｂが配置されている。

連通ハウジング３２は、樹脂製であって上方に開口する箱状を呈している。連通ハウジング３２は、サイドブランチハウジング３０の下方に配置されている。連通ハウジング３２の内部には、連通室３２０が区画されている。連通ハウジング３２下面からは、フレーム支持リブ３２１が連通室３２０内に向かって突設されている。ただし、フレーム支持リブ３２１は、連通室３２０内を二室に仕切るものではない。

通気性弾性板３１は、フレーム３１０と通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂとを備えている。通気性弾性板３１は、サイドブランチハウジング３０と連通ハウジング３２との間に、介装されている。通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂは、請求項１の通気性弾性部材に含まれる。通気性弾性板３１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の不織布等により、一体に形成されている。フレーム３１０は、中央に仕切部３１２を持つロ字状を呈している。フレーム３１０外縁は、前記連通ハウジング３２の開口縁に溶着されている。また、仕切部３１２は、前記フレーム支持リブ３２１に溶着されている。通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂは、仕切部３１２に仕切られて、並置されている。このうち、通気性弾性膜３１１ａは、前記膜取付口３０３ａを覆っている。同様に、通気性弾性膜３１１ｂは、前記膜取付口３０３ｂを覆っている。

サイドブランチ部３００ａの共鳴周波数および通気性弾性膜３１１ａの固有振動数は、ともに８０Ｈｚである。一方、サイドブランチ部３００ｂの共鳴周波数および通気性弾性膜３１１ｂの固有振動数は、ともに１２０Ｈｚである。また、分岐通路３０１ａ、３０１ｂの下端の通路断面積Ｓ２は、上端および通路中間部の通路断面積Ｓ１よりも、大きく設定されている。

次に、本実施形態の消音装置の効果について説明する。本実施形態の消音装置３の通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂとサイドブランチ部３００ａ、３００ｂとは、それぞれ一対一に対応している。また、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂ同士は、連通室３２０を介して連通している。サイドブランチ部３００ａの分岐通路３０１ａ内にて発生する共鳴は、通気性弾性膜３１１ａの振動を介して、連通室３２０に伝達される。しかしながら、連通室３２０内において共鳴は減衰される。したがって、この共鳴が通気性弾性膜３１１ｂに及ぼす影響は小さくなる。同様に、サイドブランチ部３００ｂの分岐通路３０１ｂ内にて発生する共鳴が、通気性弾性膜３１１ａに及ぼす影響も小さくなる。このように、本実施形態の消音装置３によると、連通室３２０によりサイドブランチ部３００ａ、３００ｂの共鳴の干渉が抑制される。したがって、各々のサイドブランチ部３００ａ、３００ｂは、それぞれの抑制対象音の音圧レベルを充分に低下させることができる。このため、本実施形態の消音装置３によると騒音抑制効果が高くなる。

また、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂは、自励により振動する。この通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂ自身の自励振動により、サイドブランチ部３００ａ、３００ｂ内の共鳴の振幅が増幅される。したがって、音圧レベルの低下幅が大きくなる。このように、本実施形態の消音装置３によると、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂの自励振動による騒音抑制効果も得ることができる。

さらに、二つの分岐通路３０１ａ、３０１ｂは、二つの通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂおよび連通室３２０を介して、連通している。この点において、消音装置３は、分岐通路３０１ａ、３０１ｂと通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂと連通室３２０とからなるバイパス通路を有することになる。したがって、バイパス通路を伝搬する音と吸気通路２を伝搬する音とが干渉することによる騒音抑制効果も得ることができる。

また、サイドブランチ部３００ａの共鳴周波数および通気性弾性膜３１１ａの固有振動数は、ともに８０Ｈｚである。また、サイドブランチ部３００ｂの共鳴周波数および通気性弾性膜３１１ｂの固有振動数は、ともに１２０Ｈｚである。したがって、本実施形態の消音装置３によると、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂ自身の自励振動により、サイドブランチ部３００ａ、３００ｂ内の共鳴の振幅が、さらに増幅される。このため、音圧レベルの低下幅がさらに大きくなる。

また、分岐通路３０１ａ、３０１ｂの下端の通路断面積Ｓ２は、上端および通路中間部の通路断面積Ｓ１よりも、大きく設定されている。このため、分岐通路３０１ａ、３０１ｂから音を受ける通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂの受圧面積が大きくなる。したがって、より通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂが振動しやすくなる。すなわち、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂ自身の自励振動がさらに大きくなる。

また、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂは連通ハウジング３２により囲われている。このため、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂが消音装置３外部に剥き出しの場合と比較して、通気性弾性部材３１１ａ、３１１ｂを透過した騒音が消音装置３の外部に漏出するのを抑制することができる。

次に、本実施形態の消音装置３に対して行った吸気騒音抑制実験の結果について説明する。図４に、吸気騒音の周波数特性を示す。なお、この周波数特性は、インテークマニホールド１４下流側に配置したスピーカからホワイトノイズを発生させ、吸気口１５上流側に配置したマイクロホンにより吸気騒音を採取することにより測定した。

図中、実施例は、上記消音装置３を取り付けた吸気装置１を示す。比較例１は、消音装置を取り付けない吸気装置を示す。比較例２は、連通ハウジング３２を有さず、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂの代わりに通気性を有する剛体壁を配置した吸気装置を示す。比較例３は、連通ハウジング３２を有さず、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂの代わりに通気性の無い弾性膜を配置した吸気装置を示す。比較例４は、連通ハウジング３２を有さず、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂの代わりに通気性の無い剛体壁を配置した吸気装置を示す。

図から、消音装置の無い比較例１よりも、本実施形態の消音装置３を持つ実施例の方が、吸気騒音の音圧レベルが低いことが判る。特に、６０Ｈｚから１６０Ｈｚの低周波数域において音圧レベルの低下が著しいことが判る。

また、通気性の無い比較例３、比較例４よりも、通気性の有る実施例、比較例２の方が、比較的広い周波数域において、音圧レベル低下効果を有することが判る。また、剛体壁を持つ比較例２、比較例４よりも、弾性膜を持つ実施例、比較例３の方が、音圧レベルの低下幅が大きいことが判る。以上の結果を、表１にまとめて示す。

表１から、実施例は、比較例１、比較例２、比較例３、比較例４と比較して、広い周波数域において、大きな音圧レベル低下効果を有することが判る。また、実施例は、吸気騒音のうち、１００Ｈｚ付近の低周波こもり音の抑制に特に好適であることが判る。

（２）第二実施形態
本実施形態と第一実施形態との相違点は、消音装置をエアクリーナに配置した点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。

図５に、本実施形態の消音装置の分解斜視図を示す。図６に、同消音装置の合体断面図を示す。なお、これらの図において、図１、図２、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。

エアクリーナ１１は、ダーティ側ケース１１０とクリーン側ケース１１１とエレメント１１２とを備えている。ダーティ側ケース１１０は、樹脂製であって上方に開口する箱状を呈している。クリーン側ケース１１１は、樹脂製であって下方に開口する箱状を呈している。エレメント１１２は、ＰＥＴ不織布をひだ折り加工した矩形板状を呈している。エレメント１１２は、ダーティ側ケース１１０とクリーン側ケース１１１との間に挟持されている。

消音装置３のサイドブランチハウジング３０は、ケース部材３０４と蓋部材３０５とからなる。ケース部材３０４は、樹脂製であって側方に開口する箱状を呈している。ケース部材３０４は、ダーティ側ケース１１０の側壁１１３に取り付けられている。側壁１１３は、請求項１の通路壁に含まれる。蓋部材３０５は、樹脂製であって矩形板状を呈している。蓋部材３０５は、ケース部材３０４の開口を覆っている。サイドブランチハウジング３０には、サイドブランチ部３００ａ、３００ｂが配置されている。このうち、サイドブランチ部３００ａには、分岐通路３０１ａが区画されている。分岐通路３０１ａは、分岐口３０２ａを介して、吸気通路２と分岐接続されている。また、分岐通路３０１ａの下端には、膜取付口３０３ａが配置されている。膜取付口３０３ａは、通気性弾性膜３１１ａにより覆われている。なお、サイドブランチ部３００ｂの構成も同様である。

連通ハウジング３２下面からは、フレーム支持リブ３２１が連通室３２０内に向かって突設されている。フレーム支持リブ３２１は、連通室３２０内を二つに仕切っている。ただし、フレーム支持リブ３２１には、三つの貫通孔３２２が穿設されている。三つの貫通孔３２２は、フレーム支持リブ３２１により二室に仕切られた連通室３２０を、一室につないでいる。

サイドブランチ部３００ａの共鳴周波数および通気性弾性膜３１１ａの固有振動数は、ともに１００Ｈｚである。同様に、サイドブランチ部３００ｂの共鳴周波数および通気性弾性膜３１１ｂの固有振動数も、ともに１００Ｈｚである。このため、本実施形態の消音装置３によると、１００Ｈｚ付近の周波数域の音の音圧レベルを、ピンポイントで大幅に低下させることができる。

（３）その他
以上、本発明の消音装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、分岐通路３０１ａ、３０１ｂの長さ、蛇行の程度は特に限定しない。上記実施形態においては、抑制対象音の周波数域が低く分岐通路３０１ａ、３０１ｂの路長を稼ぐ必要があるため、分岐通路３０１ａ、３０１ｂを蛇行させたに過ぎない。抑制対象音の周波数域が高い場合は、分岐通路３０１ａ、３０１ｂの路長は短くて済むため、分岐通路３０１ａ、３０１ｂの蛇行回数を少なくすることができる。

また、本実施形態の消音装置３の配置場所も特に限定しない。上記実施形態の吸気通路２の場合、吸気通路２全長における定在波の低次共鳴モードの腹に相当する部位は、吸気ダクト１０におけるダーティ側ケース１１０取付部、ダーティ側ケース１１０、クリーン側ケース１１１、エアクリーナホース１２におけるクリーン側ケース１１１取付部などである。したがって、１００Ｈｚ付近の低周波こもり音を抑制する場合には、これらの部位に消音装置３を配置すると効果的である。なお、エレメント１１２よりも下流側に消音装置３を配置すると、吸気中の塵埃による通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂの詰まり、汚れなどを抑制しやすくなる。

また、通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂの材質も特に限定しない。例えばゴム質の繊維からなる不織布、各種織布、連泡タイプのスポンジなどにより通気性弾性膜３１１ａ、３１１ｂを作製してもよい。

また、上記実施形態においては合計二つのサイドブランチ部３００ａ、３００ｂを配置したが、サイドブランチ部の配置数も特に限定しない。共鳴周波数の異なる多数のサイドブランチ部を配置して、より広周波数域の音の音圧レベルを低下させてもよい。あるいは、共鳴周波数の等しい多数のサイドブランチ部を配置して、特定の周波数域の音の音圧レベルをピンポイントで低下させてもよい。また、サイドブランチ部の共鳴周波数と、通気性弾性部材の固有振動数とは、一致させなくてもよい。

第一実施形態の消音装置が取り付けられた吸気装置の概要図である。 同消音装置の分解斜視図である。 同消音装置の合体断面図である。 吸気騒音の周波数特性を示すグラフである。 第二実施形態の消音装置の分解斜視図である。 同消音装置の合体断面図である。 従来の消音装置の概略図である。

符号の説明

１：吸気装置、２：吸気通路、３：消音装置、３０：サイドブランチハウジング、３００：隔壁、３００ａ：サイドブランチ部、３００ｂ：サイドブランチ部、３０１ａ：分岐通路、３０１ｂ：分岐通路、３０２ａ：分岐口、３０２ｂ：分岐口、３０３ａ：膜取付口、３０３ｂ：膜取付口、３０４：ケース部材、３０５：蓋部材、３１：通気性弾性板、３１０：フレーム、３１１ａ：通気性弾性膜（通気性弾性部材）、３１１ｂ：通気性弾性膜（通気性弾性部材）、３１２：仕切部、３２：連通ハウジング、３２０：連通室、３２１：フレーム支持リブ、３２２：貫通孔、１０：吸気ダクト、１１：エアクリーナ、１１０：ダーティ側ケース、１１１：クリーン側ケース、１１２：エレメント、１１３：側壁（通路壁）、１２：エアクリーナホース、１３：スロットルボディ、１４：インテークマニホールド、１５：吸気口、１６：燃焼室、１７：側壁（通路壁）。

Claims (3)

1. 外気から燃焼室に吸気を導入する吸気通路を区画する通路壁に配置される消音装置であって、
   一端が前記吸気通路に分岐接続される分岐通路を内部に区画する複数のサイドブランチ部と、
   表面が各々の該分岐通路の他端を覆う通気性弾性部材と、
   該通気性弾性部材の全ての背面同士を連通する連通室を内部に区画する連通ハウジングと、
   を備えてなることを特徴とする消音装置。
2. 前記サイドブランチ部の共鳴周波数と、該サイドブランチ部の前記分岐通路の前記他端を覆う前記通気性弾性部材の固有振動数と、は同等レベルに設定されている請求項１に記載の消音装置。
3. 前記分岐通路の前記他端の通路断面積は、前記一端の通路断面積よりも広い請求項１に記載の消音装置。

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