JP6530977B2 - 建設機械の吸気構造 - Google Patents
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Description
また、騒音を低減するために、ヘルムホルツレゾネータやサイドブランチなどの干渉型の消音装置が用いられる場合がある。特許文献3および4には、サイドブランチを用いて騒音の低減を図ったものが記載されている。
図1〜図5を参照して第1実施形態の建設機械の吸気構造1について説明する。
なお、特許文献3(同文献の図2参照)に記載の技術におけるエアクリーナをファンに置き換えたとする。すると、ダクトが延びる方向とファン吸込方向とが同じ方向(水平方向)なので、ダクトからエンジンルームの外部に騒音が直接放射されやすい。
図1に示すように、ファン21が作動(回転)すると、冷却風Cが発生する。この冷却風Cは、エンジンルーム10の外部、吸気開口17、ダクト30、吸気室13、フィルタ27、主室11、の順に流れる。主室11に導入された冷却風Cは、ラジエタ25、ファン21、エンジン23よりも上側の配管、排気開口19、エンジンルーム10の外部、の順に流れる。
図3に示すファン21が作動すると、ファン21から音が発生する。この音は、ファン21、ラジエタ25、フィルタ27、吸気室13、の順に伝わる。主室11から吸気室13へ進む経路において、フィルタ27の位置で経路の断面積が急拡大し、この位置で音が回折(分散)する。
なお、特許文献1(同文献の図1参照)に記載の技術のように、吸気室から吸気開口に近づくにしたがって徐々に断面積が小さくなるダクト構造では、ダクトの入口で音の反射が生じないので、この反射による消音効果が得られない。
なお、特許文献2(同文献の図1参照)に記載の技術では、上記矢印S5に示す反射が生じないので、この反射による消音効果が得られない。
図4に、様々な吸気構造について、100Hz〜200Hzにおける騒音の低減効果量を示す。図4に低減効果量を示した吸気構造には、ダクト30の長さLが、0.1m、0.2m、および0.3mの3種類の吸気構造1と、比較例1と、比較例2と、がある。比較例1は、本実施形態の吸気構造1からダクト30を省略したもの(長さLが0mのもの)である。比較例2は、本実施形態の吸気構造1からダクト30を省略するとともに、長さLが0.2mの従来のサイドブランチを吸気開口17の近傍に配置した吸気構造である。図4に示すグラフでは、比較例1の低減効果量を基準(0dB)とし、他の吸気構造の低減効果量を相対的に示した。このグラフより、本実施形態の吸気構造1によって、低周波音の低減効果が生じることが確認できる。また、長さL=0.2mの吸気構造1と比較例2とを比較すると、比較例2の単なるサイドブランチではほとんど消音効果が得らない長さ(L=0.2m)であっても、吸気構造1のダクト30では消音効果を発揮できることが分かる。この効果は、フィルタ27およびダクト下端開口37での断面積の急拡大および急縮小による効果と、ダクト周囲空間40に形成されるサイドブランチによる効果と、が重ね合わされることにより得られると考えられる。この効果の詳細は次の通りである。
図1に示す吸気構造1による効果は次の通りである。吸気構造1は、エンジンルーム10と、フィルタ27(室間開口)と、吸気開口17と、ファン21と、ダクト30と、を備える。エンジンルーム10は、主室11と、主室11の横に配置される吸気室13と、を備える。
[構成1−1]フィルタ27は、主室11と吸気室13とを連通させ、主室11と吸気室13とが対向する方向から見たときに吸気室13よりも狭い。
[構成1−2]吸気開口17は、吸気室13側に形成される。
[構成1−3]ファン21は、吸気開口17、吸気室13、フィルタ27、および主室11の順に流れる冷却風Cを発生させ、主室11内に配置される。
[構成1−4]ダクト30は、吸気開口17から吸気室13内に向かって延びる。
[構成1−5]ダクト30は、ファン吸込方向Xと異なる向きに延びるように形成される。
[構成1−6]ダクト30は、ダクト外周面33の周囲にダクト周囲空間40が形成されるように配置される。
また、吸気構造1では、吸気開口17は、吸気室13側(吸気構造1における吸気室13側の部分)に形成され(上記[構成1−2])、ダクト30は、吸気開口17から吸気室13内に向かって延びる(上記[構成1−4])。さらに、ダクト30は、ファン吸込方向Xと異なる向きに延びる(上記[構成1−5])。よって、主室11から吸気室13に伝わる音(200Hzを超える高周波音を含む)がダクト30に当たりやすいので、エンジンルーム10の外部に騒音が直接放射されることを抑制できる。よって、吸気開口17からエンジンルーム10の外部へ放射される騒音を抑制できる。
[構成2]ダクト30が延びる向きから見たとき、ダクト30の断面積は、吸気開口17の断面積と等しい。
この[構成2]により、次の効果が得られる。吸気開口17の断面積よりもダクト30の断面積の方が広い場合、ダクト周囲空間40に侵入しようとする音がダクト30で遮られやすくなり、ダクト周囲空間40での反射音(矢印S4および矢印S5参照)が減り、干渉による消音効果が減るおそれがある。図1に示す吸気開口17の断面積よりもダクト30の断面積の方が狭い場合、ダクト30が冷却風Cの通風抵抗となり、冷却風Cの流量が阻害されるおそれがある。一方、上記[構成2]では、ダクト周囲空間40での反射音による消音効果が確実に得られ、かつ、冷却風Cの流量を確保しやすい。
[構成3]ダクト30の先端の開口(ダクト下端開口37)は、ファン吸込方向Xから見たときにフィルタ27(室間開口)の外端よりも外側に配置される。
この[構成3]により、ダクト30からフィルタ27に冷却風Cが流れやすいので、冷却風Cの流量を確保しやすい。
[構成9]ダクト30は、ファン吸込方向Xに直交する向きに延びるように形成される。
この[構成9]により、主室11から吸気室13に伝わる音がダクト30に、より当たりやすい。よって、エンジンルーム10の外部に騒音が直接放射されることを、より抑制できる。
図6を参照して、第2実施形態の吸気構造201について、第1実施形態の吸気構造1(図1参照)との相違点を説明する。なお、第2実施形態の吸気構造201のうち、第1実施形態との共通点については、第1実施形態と同一の符号を付し、説明を省略した(共通点の説明を省略する点については他の実施形態の説明も同様)。吸気構造201は、第1実施形態では設けられない多孔部材250を備える。
図6に示す第2実施形態の吸気構造201による効果は次の通りである。
[構成4]吸気構造201は、ダクト30の先端の開口(ダクト下端開口37)を覆うとともに多数の孔が形成される多孔部材250を備える。
この[構成4]により、多孔部材250を通過する音のエネルギーが消散される。その結果、吸気開口17からエンジンルーム10の外部に放射される騒音を抑制できる。
図7を参照して、第3実施形態の吸気構造301について、第2実施形態の吸気構造201(図6参照)との相違点を説明する。第2実施形態では多孔部材250(図6参照)は平面状であったが、第3実施形態の多孔部材350は、ダクト30の先端の開口からダクト30よりも外側に突出し、さらに詳しくは、ダクト下端開口37から下側に突出する。多孔部材350は、ダクト下端開口37から下向きに(ダクト30が延びる向きに)突出し、直線的に突出する。多孔部材350の孔の開口面積(合計)は、ダクト下端開口37の開口面積以上である。
図7に示す吸気構造301による効果は次の通りである。
[構成5]多孔部材350は、ダクト30の先端の開口(ダクト下端開口37)から、ダクト30よりも外側に突出する。
この[構成5]の多孔部材350の形状により、多孔部材350の孔の開口面積を大きくしやすい。よって、多孔部材350を通る冷却風Cの通風抵抗を小さくしやすいので、冷却風Cの流量を確保しやすい。
図8を参照して、第4実施形態の吸気構造401について、第2実施形態の吸気構造201(図6参照)との相違点を説明する。吸気構造401は、第2実施形態にはない吸音材460を備える。吸音材460は、高周波音を吸音する部材であり、多孔部材250で発生する風切り音を抑制する。吸音材460は、ダクト内周面31に設置され、さらに詳しくは、ダクト内周面31のファン吸込方向Xの上流側X1部分に固定(貼り付け)される。吸音材460は、例えば多孔質体(ウレタン、グラスウールなど)により構成される。
図8に示す吸気構造401による効果は次の通りである。
[構成6−1]吸気構造401は、ダクト内周面31に設置される吸音材460を備える。
この[構成6−1]により、吸音材460に当たる音を抑制でき、具体的には例えば、多孔部材250で発生する風切り音などを抑制できる。
図9を参照して、第5実施形態の吸気構造501について、第4実施形態の吸気構造401(図8参照)との相違点を説明する。第4実施形態では吸音材460(図8参照)はダクト内周面31に設置されたが、第5実施形態では吸音材560は多孔部材350の内周面に設置される。吸音材560は、多孔部材350からフィルタ27に流れる冷却風C(図1参照)の通風抵抗になりにくいように配置され、具体的には、多孔部材350のファン吸込方向Xの上流側X1部分に固定(貼り付け)される。なお、低周波音は吸音材560を通過するので、吸音材560はダクト周囲空間40への音の侵入を阻害しない(またはほとんど阻害しない)。
図9に示す吸気構造501による効果は次の通りである。
[構成6−2]吸気構造401は、多孔部材350に設置される吸音材460を備える。
この[構成6−2]により、吸音材460に当たる音を抑制でき、具体的には例えば、多孔部材250で発生する風切り音などを抑制できる。
図10を参照して、第6実施形態の吸気構造601について、第5実施形態の吸気構造501(図9参照)との相違点を説明する。第5実施形態では吸音材560(図9参照)は多孔部材350の内周面に設置されたが、第6実施形態の吸音材660は、多孔部材350の外周面に設置され、内周面には設置されない。
図10に示す吸気構造601による効果は次の通りである。
[構成7]吸音材660は、多孔部材350の外周面に設置され、かつ、多孔部材350のうちファン吸込方向Xの上流側X1の部分に設置される。
この[構成7]では、多孔部材350の内部での冷却風C(図1参照)の流路、および、多孔部材350からフィルタ27への冷却風Cの流路を、吸音材660が遮ることがない。よって、冷却風Cの流量を確保しやすい。また、多孔部材350よりも上流側X1のスペースがデッドスペースになっている場合は、このデッドスペースに吸音材660が配置されるので、デッドスペースを有効活用できる。
図11を参照して、第7実施形態の吸気構造701について、第4実施形態の吸気構造401(図8参照)との相違点を説明する。第7実施形態の吸気構造701は、第4実施形態の多孔質体により構成された吸音材460(図8参照)に代えて、吸音材760を備える。
図11に示す吸気構造801による効果は次の通りである。
[構成8]吸音材760は、ダクト内周面31に設置される。吸音材760は、金属により構成された多孔板761と、多孔板761とダクト内周面31との間に形成される空気層763と、を備える。
この[構成8]により、吸音材760がウレタンなどの多孔質体により構成される場合に比べ、雨水などによる吸音材760の劣化を抑制できる。
上記実施形態は様々に変形できる。例えば、異なる実施形態の構成要素どうしを組み合わせてもよい。例えば、図8に示す第4実施形態のようにダクト内周面31に吸音材460が設置される吸気構造401に対し、図10に示す第6実施形態のように多孔部材350に設置される吸音材660を付加してもよい。
上記実施形態の構成要素の形状を適宜変更してもよい。例えば、図2に示すように、上から見たとき、吸気開口17およびダクト30は台形であった。しかし、上から見た吸気開口17は、長方形などでもよく、四角形以外の多角形でもよく、曲線を有する形状などでもよい。
上記実施形態の構成要素の数を適宜変更してもよい。例えば、吸気開口17およびダクト30は複数設けられてもよい。
上記実施形態の構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、図1に示すフィルタ27は設けられなくてもよい。この場合、主室11と吸気室13とを連通する室間開口は、ラジエタ25のうち冷却風Cが通過可能な部分である。
上記実施形態では、ダクト30は、吸気開口17から下向きに延びたが、吸気開口17から斜め下向きに延びてもよい。また、ダクト30は、吸気開口17の位置によっては、吸気開口17から横向き、上向き、または、斜め上向きなどに延びてもよい。
図8に、変形例の吸気構造801を示す。この例では、吸気開口17は、吸気室13の下壁部に形成される。ダクト30が延びる向きは、ファン吸込方向Xに対して斜め方向であり、この例では斜め上向きであり、さらに詳しくは、上側ほど上流側X1に配置されるような向きである。
上記実施形態では、ダクト周囲空間40に形成されるサイドブランチの長さと、ダクト30の長さLとが等しかったが、これらは異なってもよい。
上記実施形態では、ダクト30が延びる方向から見たダクト30の断面積および断面形状は、図1に示すダクト上端開口35からダクト下端開口37にわたって一定だったが、これらは一定でなくてもよい。
図7に示す多孔部材350は、ダクト下端開口37からダクト30が延びる向き(下向き)に突出したが、さらに、ダクト30が延びる向きに直交する方向(ファン吸込方向Xなど)に突出してもよい。
10 エンジンルーム
11 主室
13 吸気室
17 吸気開口
21 ファン
27 フィルタ(室間開口)
30 ダクト
31 ダクト内周面(ダクト30の内周面)
33 ダクト外周面(ダクト30の外周面)
37 ダクト下端開口(ダクト30の先端の開口)
40 ダクト周囲空間
250、350 多孔部材
460、560、660、760 吸音材
761 多孔板
763 空気層
Claims (8)
- 主室および前記主室の横に配置される吸気室を有するエンジンルームと、
前記主室と前記吸気室とを連通させ、前記主室と前記吸気室とが対向する方向から見たときに前記吸気室よりも狭い室間開口と、
前記吸気室側に形成される吸気開口と、
前記吸気開口、前記吸気室、前記室間開口、および前記主室の順に流れる冷却風を発生させ、前記主室内に配置されるファンと、
前記吸気開口から前記吸気室内に向かって延びるダクトと、
前記ダクトの先端の開口を覆うとともに多数の孔が形成される多孔部材と、
を備え、
前記ダクトは、前記ファンの吸込方向と異なる向きに延びるように形成され、前記ダクトの外周面の周囲にダクト周囲空間が形成されるように配置される、
建設機械の吸気構造。 - 請求項1に記載の建設機械の吸気構造であって、
前記ダクトが延びる向きから見たとき、前記ダクトの断面積は、前記吸気開口の断面積と等しい、
建設機械の吸気構造。 - 請求項1または2に記載の建設機械の吸気構造であって、
前記ダクトの先端の開口は、前記ファンの吸込方向から見たときに前記室間開口の外端よりも外側に配置される、
建設機械の吸気構造。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の建設機械の吸気構造であって、
前記多孔部材は、前記ダクトの先端の開口から、前記ダクトよりも外側に突出する、
建設機械の吸気構造。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の建設機械の吸気構造であって、
前記ダクトの内周面に、または前記多孔部材に設置される吸音材を備える、
建設機械の吸気構造。 - 請求項5に記載の建設機械の吸気構造であって、
前記吸音材は、前記多孔部材の外周面に設置され、かつ、前記多孔部材のうち前記ファンの吸込方向上流側の部分に設置される、
建設機械の吸気構造。 - 請求項5または6に記載の建設機械の吸気構造であって、
前記吸音材は、前記ダクトの内周面に設置され、
前記吸音材は、
金属により構成された多孔板と、
前記多孔板と前記ダクトの内周面との間に形成される空気層と、
を備える、
建設機械の吸気構造。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の建設機械の吸気構造であって、
前記ダクトは、前記ファンの吸込方向に直交する向きに延びるように形成される、
建設機械の吸気構造。
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