JP6646033B2

JP6646033B2 - 消音装置

Info

Publication number: JP6646033B2
Application number: JP2017238052A
Authority: JP
Inventors: フンクォングェン
Original assignee: Roki Co Ltd
Current assignee: Roki Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: JP2019105214A

Description

本発明は、消音装置に係り、特に、内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気騒音を低減する消音装置に関するものである。

内燃機関の駆動によって吸気バルブが開閉することで脈動音が発生し、該脈動音が吸気騒音となることが知られており、この吸気騒音を低減するためにレゾネータやサイドブランチ型レゾネータ（以下、単に「サイドブランチ」という）などを吸気通路と連続的に形成した消音装置が知られている。

消音装置としてのレゾネータは、所定容積のレゾネータ本体と吸気通路から分岐し、吸気通路とレゾネータ本体とを連通せしめる連通管を有しており、ヘルムホルツの共鳴理論等に基づいて計算される周波数の騒音を低減するようにレゾネータ本体の容積を定めている。

また、サイドブランチは、所定の均一断面を有する有底筒状の筒状体であり、吸気通路から分岐している。サイドブランチは、低減しようとする周波数に応じてサイドブランチの全長を適宜定めている。

また、内燃機関に連通する吸気通路から発せられる騒音は、吸気バルブが開いた際に空気を吸引することによる空気の間欠流を原因とする吸気音であることが知られている。この吸気音は種々の周波数を含んでおり、耳障りな騒音となり得る特定の周波数を減衰させるために、上述したレゾネータの容積やサイドブランチの長さを適宜調整しながら、これらのレゾネータやサイドブランチを吸気通路から分岐するように配置することが行われており、このような消音装置は種々の形態が知られている。

しかし、従来のレゾネータやサイドブランチの構成によると、吸気通路に複数の連通管を設ける必要があり、吸気通路に複数の消音装置を設置することによって吸気通路が大型化してしまうという問題があった。このような吸気通路の大型化を抑制するために、種々の構造が知られている。

特許文献１に記載の消音装置は、上端が開放し、側壁に開口を設け、該開口の周囲に首部を形成した筒体部に中心孔を設けた上壁と底壁を有する箱体部の上壁の中心孔に挿設し、中心孔周縁を筒体部の上端と上記開口との間の側壁に固着するとともに筒体部の下端を上記底壁に固着してなるという構成を備えている。

特許文献２に記載された消音装置は、気体が通過可能な流通管の外側に配設され、かつ所定内容積を有する本体ケースと、前記流通管及び本体ケースを連通状態で連結する共鳴管と、前記本体ケース内に配設されて、その本体ケース内部を複数の共鳴室に区画する仕切り部材とを備え、前記流通管内を伝播する伝播音の複数の所定周波数成分を、共鳴管及び共鳴室の共鳴作用により低減するようにしたレゾネータであって、前記本体ケース内の仕切り部材を、流通管と共鳴管の接続部分まで延長し、その延長部にて共鳴管内部を複数に区画したという構成を備えている。

特許文献３に記載された消音装置は、気体の流通可能な流通管に接続され、内部には複数の共鳴室を有する複数室式レゾネータにおいて、前記流通管に接続される連通管部を有する中空の本体ケースと、前記連通管部の内径よりも外形の小さい小連通管部とを有し、かつ前記本体ケースよりも小さく形成された中空の小ケースとからなり、前記本体ケース内には前記小ケースが収納されて、前記本体ケース内が前記小ケース内からなる小ケース共鳴室と残りの部分からなる本体共鳴室とに分けられ、前記連通管部内には前記小連通管部が収納されて、前記連通管部内が、前記流通管と前記小ケース共鳴室を連通させる残りの部分とに分けられているという構成を備えている。

実開平６−２５５５０号公報特開平５−２４０１２０号公報特開２００７−３１５２１９号公報

しかしながら、上述した従来の消音装置の構成によると、複数のレゾネータやサイドブランチを一体に構成して複数の周波数を消音しようとするものであって、例えば低い周波数帯を消音したい場合には、レゾネータの容積を大きくする必要があることから、消音装置全体の小型化を図ることが難しいという問題があった。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、十分に騒音を低減させることができると共に、省スペース化を図ることができ、吸気通路の通気抵抗の悪化を抑えることができる消音装置を提供することを目的とする。

本発明に係る消音装置は、所定容積の第１の共鳴室と、該第１の共鳴室と内燃機関の吸気通路とを連通する第１の連通管とを有する消音装置であって、前記第１の共鳴室内に前記第１の連通管から不連続に形成されるとともに開口部を有する第２の連通管と、該第２の連通管の一端に形成される第２の共鳴室とが形成され、前記第２の共鳴室は、前記第１の共鳴室の対向する壁面のそれぞれから延設されると共に、開放端を有する第１の筒状部材と第２の筒状部材によって画成され、前記第１の筒状部材は、前記第２の筒状部材内に所定の隙間を介して挿通され、前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材の重畳部分によって前記第２の連通管を形成することを特徴とする。

また、本発明に係る消音装置において、前記第２の連通管の長さは、前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材の重畳する長さを調整することにより調整可能であると好適である。

また、本発明に係る消音装置において、前記第１の共鳴室は、少なくとも前記対向する壁面の一方の壁面を備えるとともに、前記一方の壁面から延設される前記第１の筒状部材を備えた有底筒状の第１の分割体と、前記対向する壁面の他方の壁面を備えるとともに、前記他方の壁面から延設される前記第２の筒状部材を備えた有底筒状の第２の分割体とを備えると好適である。

上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

本発明に係る消音装置は、第１の共鳴室内に前記第１の連通管から不連続に形成されるとともに開口部を有する第２の連通管と、該第２の連通管の一端に形成される第２の共鳴室とが形成されるので、第１の共鳴室の容積に応じた周波数の減衰効果に影響を与えることなく第２の共鳴室の容積に応じた周波数も減衰することができるので、複数の周波数を減衰して十分に騒音を低減させることができると共に、省スペース化を図ることができる。

本実施形態に係る消音装置の概要を説明するための図。本実施形態に係る消音装置の消音効果を説明するためのグラフ。本実施形態に係る消音装置の変形例を説明するための図。本実施形態に係る消音装置の変形例の構造を説明するための断面図。本実施形態に係る消音装置の変形例の消音効果を説明するためのグラフ。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る消音装置の概要を説明するための図であり、図２は、本実施形態に係る消音装置の消音効果を説明するためのグラフであり、図３は、本実施形態に係る消音装置の変形例を説明するための図であり、図４は、本実施形態に係る消音装置の変形例の構造を説明するための断面図であり、図５は、本実施形態に係る消音装置の変形例の消音効果を説明するためのグラフである。

図１に示すように、本実施形態に係る消音装置１は、外気を図示しないエアクリーナによって塵埃等をろ過した後に内燃機関にろ過された外気を導入するための吸気通路１２に取り付けられている。吸気通路１２は、内壁が平滑に形成された筒状部材であり、その断面形状は円形、楕円形、多角形など、種々の形態が知られている。

また、本実施形態に係る消音装置１は、所定容積を有する第１の共鳴室１１と、該第１の共鳴室１１と吸気通路１２とを連通する第１の連通管１３とを備えている。第１の共鳴室１１は、直方体や円筒形状等種々の形状に形成することができ、その容積は、減衰しようとする周波数に応じてヘルムホルツの共鳴理論に基づいて決定される。

第１の共鳴室１１と第１の連通管１３による効果周波数Ｆ１は、第１の共鳴室１１の容積Ｖ（Ｌ）及び第１の連通管１３の長さＬ（ｍｍ）並びに第１の連通管１３の断面積Ｓ（ｍｍ²）によって下記の計算式によって求めることができる。

ここで、ｃは常温での音速（３４３ｍ／ｓ）とする。

また、第１の共鳴室１１の内部には、第１の共鳴室１１の底壁１４から立設するように配置された第２の共鳴室２０が形成され、第２の共鳴室２０には、第１の連通管１３と不連続に形成されるとともに一端に開口部２２が形成された第２の連通管２１が形成されている。第２の共鳴室は、上述した第１の共鳴室１１と同様に直方体や円筒形状等種々の形状に形成することができ、その容積は、減衰しようとする周波数に応じてヘルムホルツの共鳴理論に基づいて決定される。

この第２の共鳴室２０及び第２の連通管２１による効果周波数Ｆ２は、発明者等の検証結果から、以下の数式によって求めることができることがわかった。

ここで、ｃは、常温での音速、Ｖ２は、第２の共鳴室２０の容積（Ｌ）、Ｓ２は、第２の連通管２１の断面積（ｍｍ²）、Ｌ２は、第２の連通管２１の長さ（ｍｍ）、αは、第１の連通管１３の吸気通路１２の設置位置によって決定される変数である。

第１の共鳴室１１、第１の連通管１３、第２の共鳴室２０及び第２の連通管２１は、どのような材質で形成しても構わないが、例えば、合成樹脂で形成されると好適であり、例えばポリプロピレン系樹脂やポリアミド系樹脂等の熱可塑性の合成樹脂が好適に用いられる。また、第１の共鳴室１１、第１の連通管１３、第２の共鳴室２０及び第２の連通管２１は、一体に形成しても構わないし、第２の共鳴室２０と第２の連通管２１を第１の共鳴室１１に組み込んだのち、別途構成した第１の連通管１３を公知の結合手段によって組み合わせても構わない。

なお、第１の連通管１３及び第２の連通管２１は、略一定の断面積を有する筒状の部材であり、第１の連通管１３の断面積は、吸気通路１２、第１の共鳴室１１よりも小さく形成され、第２の連通管２１の断面積は、第２の共鳴室よりも小さく形成される。なお、筒状とは、断面形状が円形に限らず、例えば多角形状に形成しても構わない。

このように形成した本実施形態に係る消音装置１の消音効果について実験を行った結果が図２に示すグラフである。図２に示すグラフにおける実施例は、上述した消音装置１を用いて消音効果を各周波数ごとに確認したものであり、比較例は、第１の共鳴室１１内に第２の共鳴室２０を形成せずに従来のレゾネータ本体のように第１の共鳴室１１のみで消音装置を構成した場合の消音効果を確認したグラフである。なお、図２は、実施例及び比較例の減衰量を比較したものであり、縦軸の減衰量が高い程効果があるものとして判定される。

図２からも明らかなように、第１の共鳴室１１と第１の連通管１３による効果周波数であるＦ１については、実施例及び比較例において同様の消音効果が確認できた。これに対し、実施例では、Ｆ１による消音効果と共に、第２の共鳴室２０と第２の連通管２１による効果周波数Ｆ２での消音効果も確認することができ、比較例に比べて当該効果周波数において優位であることが確認できた。

また、本実施形態に係る消音装置１は、第１の共鳴室１１の内部に第２の共鳴室２０を形成することで、複数の消音効果を得ることができるので、第１の共鳴室１１の大型化を来すことなく複数の効果周波数の消音効果を得ることができるので、消音装置１の大きさを抑えたままで、効果周波数が増加することができる。

なお、本実施形態に係る消音装置１は、吸気通路１２から分岐する第１の連通管１３が単一であるため、消音装置１の設置に伴って吸気通路１２の内壁に形成される孔の数を低減することができ、該孔の数の増加に伴う通気抵抗の悪化を抑えることができる。

さらに、本実施形態に係る消音装置１は、上述した数式１及び２によって効果周波数を設定することが可能であるので、減衰しようとする効果周波数に応じて第１の共鳴室１１や第２の共鳴室２０の容積及び第１の連通管１３や第２の連通管２１の長さや断面積を適宜設定することで、容易に効果周波数の調整を行うことができる。

また、本実施形態に係る消音装置１は、上述したように第１の共鳴室１１の底壁１４に載置するように第２の共鳴室２０を形成した場合について説明を行ったが、第２の共鳴室の形成方法はこれに限らない。例えば、図３〜４に示すように、第１の共鳴室１１´をそれぞれ（対向する壁面としての）側壁１５を有する有底筒状の第１の分割体１６と第２の分割体１７とを組み合わせることによって構成しても構わない。この変形例について以下に説明を行う。

第１の分割体１６及び第２の分割体１７には、それぞれ側壁１５から延設される第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２がそれぞれ形成されている。図４に示すように、第１の筒状部材３１は、第２の筒状部材３２を所定の隙間を有して挿通可能なように第２の筒状部材３２の外径よりも大きく形成されている。また、第１の筒状部材３１と第２の筒状部材３２の先端は互いに重畳しており、この重畳部分の長さは適宜変更可能に構成されると好適である。なお、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２の先端は、それぞれ対向する第２の分割体１７の側壁１５又は第１の分割体１６の側壁１５に当接しておらず、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２はそれぞれ開放端を有している。なお、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２の断面形状は、円形に限らず、例えば多角形状に形成しても構わない。

このように構成された変形例に係る消音装置１´は、第１の筒状部材３１および第２の筒状部材３２によって形成される空間を第２の共鳴室２０´として構成することができ、第１の筒状部材３１と第２の筒状部材３２の重畳部分のうち、第１の筒状部材３１の内面と第２の筒状部材３２の外面の間の略円環状の隙間の面積を第２の連通管２１´の断面積、第１の筒状部材３１と第２の筒状部材３２の重畳部分の長さを第２の連通管２１´の長さとして効果周波数を求めることができる。

なお、本実施形態に係る消音装置の変形例は、例えば第１の筒状部材３１又は第２の筒状部材３２の一方のみで第２の共鳴室を構成しても構わない。この場合、第１の筒状部材３１又は第２の筒状部材３２のみで従来のサイドブランチと同様の消音効果を実現することが可能となる。このとき、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２の開放端は、第１の連通管１３と不連続に形成されていると好適である。

このように形成した本実施形態の変形例に係る消音装置１´の消音効果について実験を行った結果が図５に示すグラフである。図５に示すグラフにおける実施例は、上述した消音装置１´を用いて消音効果を各周波数ごとに確認したものであり、比較例は、図２における比較例と同様の消音装置を用いた場合の消音効果を確認したグラフである。なお、図５は、図２と同様に実施例及び比較例の減衰量を比較したものであり、縦軸の減衰量が高い程効果があるものとして判定される。

図５からも明らかなように、第１の共鳴室１１と第１の連通管１３による効果周波数であるＦ１については、実施例及び比較例において同様の消音効果が確認できた。これに対し、実施例では、Ｆ１による消音効果と共に、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２で画成される第２の共鳴室と第２の連通管による効果周波数Ｆ２での消音効果も確認することができ、比較例に比べて当該効果周波数において優位であることが確認できた。

以上説明したように、本実施形態に係る消音装置１，１´は、第１の共鳴室と第１の連通管及び第２の共鳴室と第２の連通管によるそれぞれの効果周波数を有効に低減することで、第１の共鳴室による消音効果に影響を与えずに複数の周波数を減衰して十分に騒音を低減させることができるので、省スペース化を図ることができ、吸気通路から分岐する連通管の数を抑えることで吸気通路の通気抵抗の悪化を抑えることができる。

なお、本実施形態の変形例においては、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２はそれぞれ第１の分割体１６及び第２の分割体１７に形成した場合について説明を行ったが、側壁１５に第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２が嵌合可能な貫通孔を形成し、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２の挿入量を調整することで互いの重畳部分の長さを調整可能に形成しても構わない。

また、本実施形態に係る消音装置は、第１の共鳴室内に第２に共鳴室を一つ形成した場合について説明を行ったが、第１の共鳴室内に複数の共鳴室を形成しても構わない。この場合、共鳴室の数に応じて効果周波数が増加するため、より広い範囲の騒音を低減することが可能となる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１，１´ 消音装置，１１、１１´ 第１の共鳴室，１２吸気通路，１３第１の連通管，１４底壁，１５側壁，１６第１の分割体，１７第２の分割体，２０，２０´ 第２の共鳴室，２１，２１´ 第２の連通管，２２開口部，３１第１の筒状部材，３２第２の筒状部材。

Claims

所定容積の第１の共鳴室と、該第１の共鳴室と内燃機関の吸気通路とを連通する第１の連通管とを有する消音装置であって、
前記第１の共鳴室内に前記第１の連通管から不連続に形成されるとともに開口部を有する第２の連通管と、該第２の連通管の一端に形成される第２の共鳴室とが形成され、
前記第２の共鳴室は、前記第１の共鳴室の対向する壁面のそれぞれから延設されると共に、開放端を有する第１の筒状部材と第２の筒状部材によって画成され、
前記第１の筒状部材は、前記第２の筒状部材内に所定の隙間を介して挿通され、前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材の重畳部分によって前記第２の連通管を形成することを特徴とする消音装置。
請求項１に記載の消音装置において、
前記第２の連通管の長さは、前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材の重畳する長さを調整することにより調整可能であることを特徴とする消音装置。
請求項１に記載の消音装置において、
前記第１の共鳴室は、少なくとも前記対向する壁面の一方の壁面を備えるとともに、前記一方の壁面から延設される前記第１の筒状部材を備えた有底筒状の第１の分割体と、前記対向する壁面の他方の壁面を備えるとともに、前記他方の壁面から延設される前記第２の筒状部材を備えた有底筒状の第２の分割体とを備えることを特徴とする消音装置。