JPS59105959A - 共鳴器 - 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】 本発明は内燃機関の回転数に同期して共鳴周波数を可能
にする共鳴器に関するものである。

従来の共鳴器は第１図の如く構成されていた。

即ち、従来型の共鳴器１８は吸気ダクト１３の途中に装
着され、吸気ダクト１３の内側吸入路１４と連通する管
状部材１５とこの管状部材１５の端面が開口する共鳴室
１７とから構成されていた。

そして、この共鳴器１８の共唱周波数ｆｐは、ｆＰで求
められる。

ここで、Ｄは連通管状部材１５の内径、ｌは連通管□状
部材１５の長さ、Ｖは共鳴室１８の内容積である。従っ
て、従来の共鳴器では、その構造から共鳴周波数ｆｐが
一律に決まってしまい、その特定共鳴周波数ｆｐでのみ
減衰効果が得られていた。

本発明は、特定の単一共鳴周波数のみ得られる従来の共
鳴器に対して、（１）式で示される連通管状部材の長さ
ｌ、およびその開口断面積を同時に変えることにより共
鳴周波数を可変とし、制御可能な周波数範囲を広げよう
とするものである。

即ち、（１）式で共鳴器の共鳴周波数ｆｐを変化させる
には、連通管状部材の形状すなわり管状部材の内径Ｄ及
び長さｌ、もしくは共鳴室容積Ｖを変えればよい。しか
し通常共用室容積は可能な限り大きくとられ、共鳴室容
積を可変型にして制御することは技術的に難しい為、本
発明では形状が簡単な連通管状部材長さｌ、およびその
開口断面積Ｓ（Ｓ＝π／４・Ｄ２）を変えるという構成
を採用した。

以下、本発明に係る共鳴器を内燃機関吸気系における吸
気騒音消音装置として用いた一実施例を第２図に基づい
て説明する。図中１はピストン２を摺動自在に嵌装した
シリンダで、その上部はシリンダヘッド３で覆われてお
り、また、シリンダヘッド３には吸入弁４、排気弁５で
周期的に開閉される吸入口６、及び排気口７が形成され
ている。

そして排気口７は排気通路８を介して排気管に連通し、
この排気管には排気消音を行なう消音器（図示せず）が
設けられている。

一方吸入口６は、吸気通路９、及びキャブレタ１０（デ
ィーゼル車の場合キャブレタ１０は存在しない）を介し
て吸入空気の浄化を行なうエアクリーナ１１に接続され
ている。そしてエアクリーナ１１の上流端には、吸入管
１２が取り付けられており、この吸入管１２の先端には
吸気ダクト１３が接続され、吸気ダクト１３の先端開口
部１３ａは、大気に開口している。

この吸入管１２、もしくは吸気ダクト１３　（本実施例
では吸気ダクト１３）の途中には管状部材１５が分岐し
ている。管状部材１５の一端は吸気ダクト１３内の吸入
路１４と連通し、他端は密閉空間よりなる共鳴室１６に
開口している。そして、管状部材１５は一端側から他端
側に向けて開口面積が増大するテーパ形状となっている
。そして、この管状部材１５と、共鳴室１７とにより共
鳴器１８が形成される。固定テーパ管状部材１５の内側
にはその内壁と同一のテーパ角度形状の外壁を有する可
動部材１６が、共鳴器１８の固定テーパ管状部材１５と
外向した側に固定されたリニアアクチュエータ１９のシ
ャフト２０に固定されている。

尚、吸気ダクト１３は、固定テーパ竹状部材１５、可動
部材１６、及び共鳴室１７は、樹脂ブロー成形品である
。従って、前記吸気ダクト１３、固定テーパ管状部材１
５、および共鳴室１７の固定は接着、ねじ止め、カシメ
溶着など適宣の手段により行なわれる。

リニアアクチュエータ１９は軸方向の位置制御が電気的
に容易、かつ精度良く行なえるようなアクチュエータ、
例えばステップモータを用いている。そして、内燃機関
の回転検出器（図示せず）からの回転信号を基にコント
ロールコンピュータ２１により機関回転に同期した共鳴
周波数を計算し、その計算に基づいた電気信号かリニア
アクチュエータ１９に印加される様になっている。その
為、アクナユコーータ１９のシャフト２０に固定された
た可動部材１６は、コンピュータ２１からの電気信号に
対応した量だけ図中の上下に移動する。

ぞして、この移動に伴なって固定テーパ管状部材１５の
内壁と稼動部材１６の外壁で囲まれた隙間２２の断面積
が可変面積可変制御される。

次に上記共鳴器１８による共進周波数可変方法について
説明する。

第３図は共鳴室容積Ｖ＝２０００ｃｃ、連通管状部材の
開口断面積Ｓ＝３１０ｍｍとした場合の連通管状部材長
さｌの変化に対応する共鳴周波数の対応を（１）式より
求めたものであり、第４図は共鳴室容積Ｖ＝２０００Ｃ
Ｃ、連通管状部材長さｌ＝４６ｍｍとした場合の連通管
状部材の開口断面積Ｓの変化に対する共鳴周波数の対応
を求めたものである。

この第３図、第４図より明らかな様に共鳴周波数を高く
変化させるためには、連通管状部材１５の長さｌを短く
し、又、開口断面積Ｓを大きくすればよい。

そこで、上記構成の共鳴器１８では第２図に示すように
連通管状部材形状を固定テーパ管状部材１５とすると共
に、この管状部材１５内に同じくテーパ形状をした可動
部材１６を配接する構造とし、可動部材１６をリニアア
クチュエータ１９により上下に移動させることにより、
連通管状部材の実質長さｌ、および実質開口断面積Ｓを
同時に可変制御する様にしているのである。

この可変制御を第５図、第６図を用いて更に詳細に説明
する。第５図は連通管状部材の固定テーパ管状部材１５
と可動部材１６の初期設定位置を示すものであり、連通
通路２２の開口面積Ｓｏは固定テーバ、管状部材１５の
内壁と可動テーパ管状部材１６の外壁の隙間２２にて形
成される。従ってこの時の共鳴周波数ｆｌは、固定テー
パ管状部材１５、可動部材１６が重なり合う長さ、即し
可動部材１６の側面長さｌｏを連通管長さｌとし又両テ
ーバ管隙間の平均開口断面積Ｓｏを連通管間口断面積Ｓ
とすることにより決まる。第６図は可動部材１６をリニ
アアクチュエータ１９にてＸｍｍ移動させた場合を示す
が、この場合には実質連通管長さｌば可動部材１６が重
なり合う長さｌ１となり、又実質連通管か憩う断面積Ｓ
は可動部材１６外周の隙間Ｓ１となる。従ってこの場合
には初期設定位置と比べてｌ１＜ｌｏ、Ｓ１＞Ｓｏとな
り、共鳴周波数は初期設定位置で得られるｆｌより高く
なる。

この様にして共鳴周波数の可変範囲は、初期設定位置で
決まる下限共鳴周波数ｆｌから、可動テーパ管状部材を
移動するりニアアクチュエータ１９のストローク変化量
で規定される上限共鳴周波数ｆｈまで変えることができ
る。

第７図は共鳴室１７容積Ｖ＝２０００ｃｃ、固定テーパ
管状部材１５の一端側直径（第８図図示）Ｄｐ＝２０ｍ
ｍ、固定テーパ管状部材１５の長さｌｐ＝４０ｍｍとし
、かつ固定テーパ管状部材１５のテーパ角θを４０°と
したものと６０°としたものについて、可動部材１６の
ストロークＸを可変して、共鳴加波数を測定した実験結
果である。この実験結果より明εがな様にテーバ角度θ
が大きい程、移動ストロークＸに対する共鳴周波数の変
化が大きく、テーバ角度６０°のものは２ｍｍで共鳴周
波数を５０Ｈｚから１８０Ｈｚまで変化させることがで
きる。即ち、本例のものでは必要共鳴周波数の変位域に
比して可動部材１６のストロークＸ変化量を小さくする
こができる。

尚、上述の説明から明らかな様に、本例の共鳴器１８の
共鳴周波数の可変範囲は可動部材１６の移動ストローク
Ｘで決まるが、さらには第８図に示した諸元、ずなわち
テーバ角度θ固定テーパ管状部材高さｌｐ、その開口径
Ｄｐおよび共鳴室容積Ｖを適切に固定することにより、
同じ移動ストローク量Ｘでも共鳴周波数の可変範囲を希
望すべき範囲にチューニングすることができる。

次に上記作用を行なう共鳴器１８を実際に内燃機関の回
転数に同期して使用する例を説明する。

第２図に示す様に内燃機関の回転信号（例えばディスト
リビュータ又はクランクプーリ等から得られる）かマイ
クロコンピュータを応用してコントロールコンピュータ
２１に入力され、コンピュータ２１内で機関回転数を読
み取り、各回転貼の吸気騒音の支配的周波数成分を計算
する。そして、その周波数成分に対応する共鳴周波数が
得られるよつアクチュエータペ駆動信号を送りシャフト
２０を介して可動部材１６をスライド移動させ共鳴周波
数を変える。以上の制御フローチャートを第９図に示す
。

この様に制御するため、内燃１幾関の回転数の上昇、下
降に対してもリニアアクチュエータ１９を、正、逆方向
に移動させ、常に回転数に同期して共鳴周波数を可変に
できるようにすることができる。

又、機関回転数を同期方法としては、第１０図に示すよ
うに共鳴周波数可変位置ｆｐからｆｈまで機関回転数に
対して直線的に連続して同期させたり、又階段状に同期
させたり、コン□トロールコンピュータにより自在に同
期させることができる。

第１１図は上記共鳴器１７を内燃機関に用いたことによ
る吸気騒音低減効果を示す。図中細線イは共鳴器１８を
装着しない時の吸気騒音で４０００から４８００回転付
近に大きな騒音ピークが存在し問題となっている。この
騒音ピークは、機関回転数の２次成分、すなわち１３３
Ｈｚから１６０Ｈｚが支配的である。従って共鳴器１８
の共鳴周波数可変範囲を第７図に示したテーパ角θ＝６
０°にてリニアアクチュエータ１９のストローク量Ｘ＝
１０ｍｍで１００Ｈｚから１６０Ｈｚまで可変にできる
諸元に選定し、機関回転数３０００回転から４８００回
転まで同期して可変することにより図中太線ハで示すよ
うに従来型の共鳴器装着（図中一点鎖線ロ）より前記回
転域で大幅に吸気騒音を低減することができる。

尚、本例の共鳴器１７は併せて次の効果を奏することも
できる。

即ち、吸気系の吸入空気の吸入通路管の固有共鳴共振振
動数と吸入弁の開閉振動数を一致させると多量の混合気
体（燃料と吸入空気）をシリンダ内に吸入されるのはよ
く知られており、その為従来ては吸入管長さを、内燃載
量のある回転数で共振が得られるよう選定し、その回転
時の機関出力を乱めている。そこで、共鳴器１８を前記
吸入管の途中に装着し、その共鳴周波数を可変にするこ
とにより吸入管全体の固有共振振動数を変化させ吸入弁
４の開閉タイミングと同期させれば内燃機関の全回転域
に於いて出力を高める手段として便用することもできる
。

尚、上述の例は本発明の望ましい態様であるが、不発明
は上記例以外にも種々の態様がある。

即ち、上述の例ではリニアアクチュエータ１９を共鳴器
に装着したか、第１２図に示す様に吸気ダクト１３側に
装着してもよい。さらには第１３図に示すようにその装
着性を考慮して共鳴器取付部２２を吸気ダクト１３から
分離して、自在にその取付位置を変えることができるよ
うにすることも可能である。

更に上述の実施例では共鳴器１７を吸気系に配設して、
つ気騒音低減手法として用いたか、同一構成の共鳴器を
排気系へ配設して、排気騒音低減装置として実施しても
同様の効果が発揮できる。

以上説明した様に、本発明の共鳴器は、従来の連通竹状
部材に対して、その構造を固定テーパ管上部材と可動部
材との２重構造とすることにより両部材の隙間を連通通
路とし、かつ可動部材をリニアアクチュエータに連動し
て移動させて、前記連通通路の実質長さ、および実質開
口断面積を同時に変化（実質りさを短くすると同時に実
質開口断面積を大きくする）させるようにしたため、リ
ニアアクチュエータのわずかなストローク変化量で大き
く共鳴周波数を可変制御することかできる。

さらにリニアアクチェエータが内燃機関回転数に同期し
て駆動できるようにコントロールコンピュータにて制御
しているため機関回転数に共鳴周波数を同期させ減衰効
果が得られる機間回転域を、大幅に広くすることかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の共鳴器を示す断面図、第２図は本発明の
共鳴器の一実施例を内燃機関への装着状態を示す断面図
、第３図は共鳴器連通箔状部材長さと共鳴周波数との関
係を示す説明図、第４図は共鳴連通管状部材開口断面積
と共鳴周波数との関係を示す説明図、第５図、第６図は
第２図図示共鳴器の共鳴周波数変化状態を示す断面図、
第７図は第２図図示共鳴器の可動部材の移動ストローク
と可変周波数との関係を示す説明図、第８図は第２図図
示共鳴器の諸元を示す断面図、第９図は第２図図示共鳴
器の制御フローチャート図、第１０図は機関回転数と共
鳴周波数の同期方法を示す説明図、第１１図は第２図図
示共鳴器の吸気騒音低減の効果を示す説明図、第１２図
、第１３図は夫々本発明の他の実施例を示す断面図であ
る。 １・・・内燃機関シリンダ、３・・・シリンダヘッド、
４・・・吸入弁、５・・・排気弁、６・・・吸入口、９
・・・吸気通路、１２・・・吸入管、１３・・・吸気ダ
クト、１４・・・吸入路、１５・・・固定テーバ管状部
材、１６・・・可動部材、１７・・・共鳴室、１８・・
・共鳴器、１９・・・リニアアクチュエータ、２０・・
・リニアアクチュエータシャフト、２１・・・コントロ
ールコンピュータ。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 手続補正書 昭和５７年１２月１６日 特許庁長官殿 １事件の表示 昭和５７年１２月９日提出の特許願（４）２発明の名称 共　　鳴　　器 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 （４２６）日本電装株式会社 代表者　戸田憲吾 ４代　理　人 〒４４８　　愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装
株式会社内 （７４７７）弁理士　岡部隆 ５補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、図面の簡単な説明の欄
、及び図面。 ６補正の内容 明細書を以下の通り補正します。 （１）第２頁第８行の「可能」を「可変」に訂正します
。 （２）第２頁第１２行・第１７行・第１８行の「１５」
を「１５′」に訂正します。 （３）第４項第１９行の「１６」を「１７」に訂正しま
す。 （４）第５頁第６行の「外向」を「対向、に訂正します
。 （５）第５頁第８行の「吸気ダクト１３は」を「吸気ダ
クト１３」に訂正します。 （６）第５頁第９行の「ブロー」を削除します。 （７）第５頁第１２行の「かしめ溶着」を「かしめ、溶
着」に訂正します。 （８）第６頁第７行の「可変面積が」を削除します。 （９）第８頁第１３行の「共鳴室１７」を「共鳴室１７
の」に訂正します。 （１０）第１０頁第１７行、第１１頁第１２行、第１２
頁第１５行の「１７」を「１８」に訂正します。 （１１）第１１頁第１４行・第１５行の「共鳴」を削除
します。 （１２）第１２頁第１２行の「２２」を「２３」に訂正
します。 （１３）第１２頁第１２行の「・・・可能である。」の
後に次の文章を加入します。 「また、上述の例では共鳴器１８を１つのみ接地けてい
たが、第１４図に示す様に共鳴器１８を複数としても良
い。この様に共鳴器１８を複数設けた場合、各共鳴器１
８の共鳴室容積■、連通管状部材開口面積Ｓ、もしくは
連通管状部材長さｌ（第１４図図示の例では容積Ｕ）を
互いに異なるようにすれば、制御可能な共鳴周波数域を
広げることができる。」 （１４）第１４頁第８行の「第１３図」を「第１３図、
第１４図に訂正します。 （１５）図面の第１図及び第１３図を別紙の通り訂正し
ます。（符号の訂正） （１６）図面の第１４図を別紙の通り追加します。 Endpage: 7

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関のシリンダに通じる通路に一端が開口し
   た固定テーパ管状部材と、この固定テーパ管状部材の他
   端に連通した密閉空間よりなる共鳴室と、前記固定テー
   バ管状部材内に摺動自在に配設されたテーバ形状の可動
   部材と、電気信号に基づいてこの可動部材を変位させる
   リニアアクチュエータと、前記内燃機関の回転数を検出
   してこのりニアアクチュエータに出力する電気信号を制
   御するコントロールコンピュータとを備える共鳴器。
2. （２）前記固定テーパ管状部材の一端が吸気ダクトに開
   口し、前記コントロールコンピュータが前記内燃機関の
   回転数に応じた共鳴周波数を計算し、その共鳴周波数を
   得るべり前記リニアアクチュエータに電気信号を出力す
   る特許請求の範囲第１項記載の共鳴器。
3. （３）前記固定テーパ管状部材の一端が吸入管に開口し
   、前記コントロールコンピュータが前記内燃機関の吸入
   弁の開閉振動数に対応する共鳴周波数を計算し、その共
   鳴周波数を得るべく前記リニアアクチュエータに電気信
   号を出力する特許請求の範囲第１項記載の共鳴器。