JPH07501372A - 気体導入および排気システムのための消音器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 気体導入および排気システムのための消音器発明の背景 技術分野 本発明は気体導入および排気システムのための消音器に関する。より詳しくは、 本発明は迷路配列を有する新規な消音器を備えた内燃機関の空気導入システムに 関する。迷路配列は、自動車のエンジンルームの特性を示している限られた空間 内における低周波数消音器のパッケージを可能とする。

内燃機関の吸気あるいは排気システムからの騒音の主な源は、シリンダ内のピス トンの往復運動に起因しシリンダの吸気弁を通り抜けるパルス状の空気の流れで ある。この騒音は、エンジンに空気を運ぶフローダクト内を伝播し、エンジン回 転数（ｒｐｍ）に比例する基本周波数ｆ。を有する低周波数吸気音として特性付 けられる。４サイクルエンジンにおいては、この周波数は ｆ、＝　ＣＮ／１２０ から計算でき、ここにおいて、Ｃはシリンダ数、Ｎはエンジンの回転数（ｒｐｍ ）である。例えば、４シリンダエンジンでは、吸気音は３．００Ｏｒｐｍにおい て１００Ｈｚの周波数を有する。内燃機関については、この周波数は典型的には ５００Ｈｚ以下であり、この低周波数領域において、騒音は障壁および隔壁を通 して、例えば車両の乗員室に、高周波数の騒音に比べて比較的減衰することなく 伝達される。

エンジンルーム設計のコンパクト化への傾向が増大していることから、低周波数 （長波長）吸気騒音を効果的に減衰するという課題の解決は、スペースが限られ ているので、増々困難となっている。このことは、可撓性か可撓性部分を有する 側方分岐チューブの使用を開示している米国特許第４．８００．９８５号でも認 識されている。このチューブは、基本的にフローダクトの断面積よりもかなり小 さい断面積を有する直線バイブ形状である。特許権者は、騒音範囲の重要な低周 波数端をカバーするに充分な長さのチューブは搭載スペース限界を越えることを 意味する高周波減衰器として、このチューブを称している。

他の形態の消音器は、米国特許第２．０９６．２６０号に開示されている。一端 が閉鎖された相当な長さのダンピングチューブが、ダンピングチューブ内の流体 流れ径路の方向における突然の変更ないしは逆転を生ずるよう位置されている。

このようなチューブは、本発明とは関係ない。というのも、これらは共鳴チュー ブではな（、逆に、そこに入る音を吸収するよう゛デザインされたチューブであ り、共鳴が生じないからである。このような吸収を達成するために、かがるチュ ーブには多孔物質が充填されるか、あるいは他の吸音手段が設けられている。

低周波数騒音を効果的に減衰し、かつ同時に、限られたスペース内に設置できる よう形成される消音器が必要とされている。

発明の開示 本発明に従って、一端で開口し他端で閉鎖された多数の集合チャンネルを画成す る複数の隔壁を内部に合体したハウジングを備え、迷路形態を有する気体導入な いしは排気システムのための消音器が提供される。

チャンネルの開口端は、フローダクトに連結されている共通領域に連通ずる。各 チャンネルは選択された共鳴周波数をもたらすようチューンされる。

本発明の迷路消音器によれば、特異な形態ではあるが、エンジンルーム内での限 られたスペース要求との適合性を維持しながら、側方分岐共鳴チューブとして機 能する多数のチャンネルを合体することが可能である。一般に、自動車用エンジ ンの吸気騒音を効果的に消音するためには、２つ以上、好ましくは５つまでのチ ャンネルが必要とされる。選択された数は重大ではなく、スペースおよびデザイ ン的考慮によって影響されるであろう。自動車用エンジンと共に用いられるとき には、上述の共通領域の配置はできるだけ騒音源、すなわちシリンダバルブに近 づける。

チャンネルは直線状チューブないしは曲がっていてもよく、隣接するチャンネル は共通の側壁を有してもよい。チャンネルの１つ以上は９０度の角度で曲げられ るか、あるいは完全に折り返されてもよい。チャンネルの断面形状は変えられ得 る。しかしながら、好ましい実施例では、各チャンネルの断面積はその全長に亘 りほぼ均一であるべきである。消音器は、幅および長さに対し、より小さい厚み 寸法を有し、かつエンジンルーム内の低優先度のスペースあるいはフードまたは 防火壁に直接に搭載することを許容する形状を有するパネル状にパッケージする ことができる。

本消音器は一体構造を有するが、しかしながら、部品が別々に製作され、後で組 立てられることも可能であることが一般に好ましい。いずれの場合にも、本消音 器は隣接するチャンネルが共通壁を共有し得るようデザインすることができる。

吸気騒音の効果的な減衰をもたらすことに加えて、この迷路消音器は既知の吸気 システムから得られる性能と比べて、エンジン性能、すなわち速度に対するトル クの増大をもたらすことがわかっている。

この迷路消音器によって得ることのできる減衰は、各チャンネルの断面積のフロ ーダクトの断面積に対する比に依存する。好ましくは、この比は０．５よりも大 きくあるべきである。この比は、単一のチャンネル、あるいは同一のまたはオー バラップするバンド幅の多数のチャンネルの断面積の合計によって達成すること ができる。断面積比の上限は、スペースおよびデザインの考慮によって制御され るであろう。

図面の簡単な説明 第１図は、内燃機関の吸気システムに組込まれた本発明の消音器の一実施例の斜 視図である。

第２図は、多数のチャンネルを露出すべくカバ一部分を取除いて示す、第１図の 消音器の分解破断図である。

第３図は、フローダクト内の共通連通領域に対するチャンネルの関係を示す消音 器の単純化された概略図である。

第４図は、既知の消音器システムに対し、エンジン回転数の関数として吸気音に 対する消音器の騒音減衰を示すグラフである。

第５図は、本発明の消音器を使用することによるエンジン性能の改良を示すグラ フである。

第６図、第７図および第８図は消音器の異なる形状を示す概略図である。

第９図は、製作エレメントを示す本発明の消音器の他の実施例の斜視図である。

第１Ｏ図は、第９図の１０−１０４！に沿う断面図である。

発明の詳細な説明 第１図を参照するに、本発明の消音器の一実施例が内燃機関の空気導入（吸気） システムの一部品として示されている。多数のチャンネルおよびチャンネルに対 し連通ずる共通領域を囲むハウジング１０は、内燃機関１４の吸入マニホルド１ ２に大気からの空気の通路をもたらしている。可撓性ダクト１６は、ハウジング １ｏとマニホルド１２に接続されたスロットルボディ１７とを接続している。空 気入口１８はハウジング１０への空気の流通を許容し、空気出口２ｏはハウジン グ１０がら可撓性ダクト１６を介してマニホルド１２への空気の流通を許容する 。

空気人口１８への空気流入による径路が第２図に示されている。空気はフローダ クトを通って共通領域２４に進み、フィルタボックス２８内に保持されている空 気フィルタ２６に進む。この分解破断図において、チャンネル２２の全てが共通 領域２４に連通ずる開口端２３を有していることがわかるであろう。全てのチャ ンネル２２の他端は閉鎖されている。チャンネル２２は空気のいがなる平均流れ も生じさせず、流れは共通領域２４に限られ、チャンネル２２の開口端（ボート ）をかすめて通り中に入らない。

本発明の消音器は、設けられるチャンネルの数、あるいはチャンネルの特別な形 状には限定されない。第３図は、４つのチャンネル２２を囲むハウジングｌＯを 示す単純化した図である。チャンネル２２は、それらの開口端が共通領域２４に 連通されたユニットに集合されている。入口３０および出口３２は、共通領域２ ４を介して相互に連絡されている。はとんど無限の折り角（ｆｏｌｄｉｎｇ　ａ ｎｇｌｅ）、（例えば、コノ角でチャンネルハ直線から離れる）の組合わせが可 能である。

最適な性能のためには、消音器は用いられる個々のエンジンに対応して形成され ねばならない。個々の適用のための好ましい実施例は、以下の選択された騒音制 御工学原理によって作られ得る。

（ａ）チャンネルは、減衰されるべき吸気音（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏｎｅ） に可能な限り近い共鳴周波数をもたらすようチューンされるべきである。吸気音 の周波数が低下するに従いチャンネルに要求される長さは増加するということに 留意すべきである。他のチャンネルは、特にエンジン速度に関係する周波数にお いて、広範囲に基づく減衰を達成するよう高倍音（ｈｉｇｈｅｒｈａｒｍｏｎｉ ｃｓ）および周波数にチューンされ得る。

（ｂ）各共鳴チャンネルの最小断面積は、そのチャンネルが連通の共通領域に連 絡しているところで測定したとき、フローダクト（例えば、第３図における入口 ３０）の最小断面積の実質上分数、好ましくは０．５より大きくなければならな い。本発明の目的のためのフローダクトは、連通の共通領域と気体源領域との間 、および／または該共通領域と気体受取領域との間に、そのような部分（ｓｅｃ ｔｉｏｎ）を備えている。共通領域と騒音源との間、あるいはそれらを連絡する ダクト部分は、ここで述べたフローダクトの一部とは考えない。

（ｃ）迷路消音器によりもたらされる減衰は、フローダクトに沿う連通領域の配 置に依存する。好ましい配置は、このダクトのエンジン端において、騒音源に可 能な限り近いことである。というのも特にこのようなエンジンは高いインピーダ ンス源であるからである。

一般に、騒音源に対する連通領域の配置は、騒音源のインピーダンスに基づき決 定される。

均一な断面を有するチャンネルは、基本共鳴周波数 ｆ＋＝ｃ／４Ｌ の音響共鳴器のように作用し、ここでＣは音速であり、Ｌはチャンネルの長さく チャンネルの水力半径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｒａｄｉｕｓ）のオーダである端 部修正　（ｅｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を含む）である。共鳴の「バンド幅Ｊ 　ｄｆは、減衰率Ｄ＝ｄｆ／ｆ、、あるいはその逆数のｒＱ−値」でしばしば表 わされる。それは、チャンネルの内壁における粘性−熱（ｖｉｓｃｏ−ｔｈｅｒ ｍａｌ）損失、およびチャンネル入口ないしはボートにわたってかすめ通る流れ （しばしば減衰効果を支配する）によって影響される。

長さ、およびＱ−値の異なるチャンネルが、迷路消音器の減衰がエンジンの適切 な回転数領域をカバーするように選ばれている。

第４図を参照するに、本発明の消音器は、既知の、すなわち従来の大容量減衰シ ステムと比較するとき、騒音低減に著しい改善をもたらすということが、グラフ から理解される。

第４図に示されたグラフのデータは、本発明の消音器を用いて、シャシ−ダイナ モメータ上での一連のエンジン加速テストから、および既知のシステムの性能と 本発明の性能とを比較して得られたものである。

本発明の消音器は、ガラス繊維強化のエポキシ樹脂をブロー成形することにより 製作される。この消音器は、高出力のｒ　Ｑｕａｄ４　Ｊエンジンを有するオー ルズモビル力ライス（Ｏｌｄｓｍｏｂｉｌｅ　Ｃａ１ａｉｓ）に搭載された。テ ストは電動シャシ−ダイナモメータ上で行われた。性能は、３．１２５ボンドの 慣性負荷に対する時限加速走行により評価された。データは、５．００Ｏｒｐｍ 作動バンドを越えて記録された。騒音レベルは、燃焼騒音を排除するために、ダ イナモメータによるエンジンのモータリング中に」り定された。本発明の消音器 を使用することで、広い領域の回転数および周波数にわたり、２０デシベルを越 える挿入損失値（ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ　１ｏｓｓ　ｖａｌｕｅｓ）の改善が達成 された。

音響的性能の改善に加えて、本発明の迷路消音器は、エンジン効率を改善するこ とがわかった。性能における相対的変化を測定すべく行われた一連のテスト結果 が、グラフ的に第５図に示されている。慣性負荷は、３．１２５ボンドにセット された。加速テストの全ては上述の車両で３速状態で行われた。一連の全開加速 テストが、１，０００から６．０００ｒｐｍの領域で行われた。本発明の消音器 、およびオールズモビル力ライスに元々搭載されていた消音器を用いたテスト結 果が、本発明の消音器を用いたときのエンジン性能の改善を示している。第５図 に示すように、迷路消音器システムは、特にその低速時において、エンジントル クを増大させた。トルクの増大は、迷路システムにおける低背圧および音響的に 誘導された過給の結果であると信じられる。

本発明の消音器の迷路形態は、それに限られるものではないが、ブロー成形を含 む高効率の製造方法に役立つ。第６図、第７図および第８図に示されたもののよ うに、多種の形態のみならず、パネルが、それ自体上で折られたものも、利用可 能なスペースを有効活用するために造られ得る。この柔軟性は、パッケージング 、騒音低減、エンジン性能、外観、フィルタエレメントへの容易なアクセス、お よび製造上の要求に対する要求を同時に満たすことを可能とする。

本発明の消音器の他の実施例が第９図に示されている。この消音器の製造では、 多数のチャンネル２２は、ブロー成形工程における直線状の平行なタックオフ（ ｔａｃｋ−ｏｆｆｓ）　３４によって形成されている。入口３０は、ハウジング ｌＯの本体からフラッシュ（ｆｌａｓｈ）をトリミングすることにより形成され る。第１θ図は、第９図の１０−１０線に沿う断面図である。

消音器は、従来の樹脂成形および他の形成技術を用いて製作され得る。適正なモ ールド樹脂あるいは繊維質材料は、その搭載のために利用可能なスペースが何で あれ、これに一致するよう形状付けされる。消音器の製作においては、金属、繊 維質および高分子材料のような広範囲の材料が用いられてもよい。例えば、熱可 塑性および熱硬化性樹脂や強化繊維を含む化合物のエンジニアリングプラスチッ クを含む軽量高分子材料が好ましい。多くの適正な材料のうち、ポリアミド。

ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエポキシ、ボリステレ□ン およびポリカーボネートのような重合体および共重合体が好ましい。ブロー成形 方法によって形成可能な材料が特に好ましい。

本発明の消音器を内燃機関の吸気システムにおいて使用するために説明してきた が、上述の教示に従うことにより、当業者はこの消音器を排気システムや他のシ ステムに使用するために適合できるということが理解されるべきである。他のシ ステムとしては、往復型圧縮機、ロータリ正答積形ブロワ−および圧縮機、真空 ポンプ、遠心機、ガスタービン、およびボイラーや予熱器のようなエンジンおよ び燃焼システムを含む。

本発明の消音器のために特別な構造形態が図示されたが、消音器は、本発明の関 連する技術分野において既知のなシ）シは慣用の手段内で、さらなる変更および 発展が可能である。

従って、かかる変更および発展は以下の請求の範囲に記載の発明の範囲内にある 。

ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、５ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　インガード、カール、ウノアメリカ合衆国　０３９０５　メイ ン州　キラテリー　ポイント　ゲリッチ　アイランドピー、オー、ボックス　１ ４１ （７２）発明者　シュチャード、マーク、エルデンアメリカ合衆国　４８０６９ 　ミシガン州　プレサント　リッジ　シルヴアン　３

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．互いに隣接して迷路状に配列された多数の集合チャンネルを画成する複数の 隔壁をハウジング内に合体し、 各チャンネルは開口端および閉鎖端を有し、前記チャンネルの開口端は前記ハウ ジング内の共通領域および前記ハウジング内に設けられ前記共通領域と連通する フローダクトに連通し、 前記フローダクトは前記共通領域を通しておよび該フローダクトを通して気体の 流通を許容する入口および出口を有し、 前記チャンネルは選択された共鳴周波数をもたらすようチューンされていること を特徴とする気体導入および排気システムのための消音器。
2. ２．一体構造であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の消音器。
3. ３．前記チャンネルの各々および前記フローダクトは最小断面積比０．５以上を 有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の消音器。
4. ４．隣接するチャンネルの少なくとも一部は共通壁を有することを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の消音器。
5. ５．高分子材料から形成されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の 消音器。
6. ６．選択されたチャンネルが９０°より大きな折れ角を有することを特徴とする 請求の範囲第５項に記載の消音器。
7. ７．空気導入システムにおいて、消音器が、互いに隣接して迷路状に配列された 多数の集合チャンネルを画成する複数の隔壁をハウジング内に合体し、各チャン ネルは開口端および閉鎖端を有し、前記チャンネルの開口端は前記ハウジング内 の共通領域および前記ハウジング内に設けられ前記共通領域と連通するフローダ クトに連通し、 前記フローダクトは前記共通領域を通しておよび該フローダクトを通して気体の 流通を許容する入口および出口を有し、 前記チャンネルは選択された共鳴周波数をもたらすようチューンされていること を特徴とする空気導入システム。
8. ８．前記消音器が一体構造であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の空 気導入システム。
9. ９．選択されたチャンネルが９０°より大きな折れ角を有し、かつ前記チャンネ ルの各々および前記フローダクトは最小断面積比０．５以上を有することを特徴 とする請求の範囲第８項に記載の空気４入システム。
10. １０．一体構造であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の空気導入シス テム。