JP4178368B2 - 低周波減衰型消音装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として内燃機関の低周波騒音を減衰させる低周波減衰型消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関からの騒音を減衰させる従来の方法は、排気管の一部を膨張させて、排気経路の膨張による減音を図るか、排気管の経路を分岐して共鳴室を設けて騒音の共鳴による減衰を図る方法が一般的であり、近年ではグラスファイバーや炭素繊維、金属繊維等の吸音材がこれらに併用または単独で使用されている。共鳴による減衰を図る方法では、実開平1-174562号、特開平7-293377号のようにシリンダ状の容器を共鳴室とし、ピストン状の蓋体を進退させて容器内の容積を変化させ、消音すべき騒音周波数が共鳴するように調整した例もみられる。更に、特開平8-137478号等にみられるように、騒音源から伝播する騒音波を検出し、該騒音波に関する信号をアクティブ消音スピーカ機構にコントローラを介して送信するセンサーマイクロフォンを、整音器の入口側に配置する例もみられる。
【０００３】
多気筒ディーゼル機関の基本周波数は20〜100Hz、音の波長は５〜30mと長く、低周波減衰のためには過大な寸法の消音器の配備が必要となる。更に、舶用内燃機関(ディーゼル機関)からの騒音は、図６のグラフで示すように(実線を源音、二点鎖線を消音器を設けた場合)、内燃機関の各シリンダから消音器までの排ガス配管距離が異なるので、中・高音波域で10〜30dB減音が可能であっても、低周波域ではほとんど減音できない。理由として考えられるのは、発生源では図７に示すように等間隔で周期的な排気に伴う圧力(音圧)Ｐの変化が、消音器まで伝播する間にシリンダ毎に図８に示すように不等間隔となり、「うなり」現象として低周波騒音が発生するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等は、内燃機関の各シリンダから消音器までの排ガス配管距離が異なる場合でも、消音器まで伝播する間にシリンダ毎の周期的な排気に伴う圧力(音圧)変化が不等間隔とならないよう検討し、「うなり」現象である低周波騒音の発生を抑制することを検討した。当然のことであるが、消音部を設置することにより中・高音波域における消音も可能にするのである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を検討した結果、内燃機関の排気ガス流路に内燃機関の複数あるシリンダの各シリンダと消音器間の音圧伝播距離を均一化することにより、低周波音の発生を抑えた上で、消音する低周波減衰型消音方法を実施するために、内燃機関の排気ガス流路に設けられた消音部の上流側に位相調整部を設けた下記低周波減衰型消音装置としたのである。
【０００６】
この低周波減衰型消音装置における消音部には、排気ガス流路に設けた吸音材と消音部ケーシングとの間に間隙を設けるとよい。吸音材の吸音率は低周波域では急激に低下する。そこで、吸音材と消音部ケーシングとの間に空気層を設けて、減音効果増大と共に断熱効果も増大させることとした。加えて、吸音材厚さ増大をも可能としたのである。
【０００７】
本発明の低周波減衰型消音装置における位相調整部は、等間隔で周期的な排気に伴う圧力(音圧)変化が消音器まで伝播する間にシリンダ毎に不等間隔となっても、再び元の等間隔で周期的な排気に戻す調整を行う手段である。位相調整部の機構としては種々考えられる。例えば、実用性に問題があるが、各シリンダ毎に同一長さとなるように排ガス管系を設置する等である。最も好ましいのは、内燃機関の複数の各シリンダの音圧伝播距離を均一化する長短異なる調整管群と、該調整管群のいずれかを選択するシャッタとからなる構造である。シャッタには円板の一部に通気穴のある回転選択盤と、該回転選択盤駆動用の同期モータとからなるものが好ましい。該調整管は共鳴室や膨張室等の消音作用を持つ手段を中空管内に設けてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はディーゼル機関に本発明の低周波減衰型消音装置を設けた例の側面図である。図２は位相調整部の断面図であり、図３は図２中Ａ−Ａ断面図である。この例に示す内燃機関１はシリンダがC1,C2,C3,C4,C5,C6の６気筒のディーゼル機関である。排気ガス流路となる排気管路２の下流側には、位相調整部３と消音部４とを設けている。位相調整部３が消音部４の上流側となる。シリンダC1の位相調整部３に達する迄の音圧伝播距離が最長であり、順次C2,C3,C4,C5,C6と音圧伝播距離が長くなっている。
【０００９】
位相調整部３の構造例を図２に示す。筒状ケーシング3aに排気管路２の排気ガス流路を連通する排気ガス入口５と、排気ガス出口６がある。排気ガス出口６からの排気ガスは消音部４へ流れるようになっている。筒状ケーシング3aの内部には、回転選択盤７が同期モータ８で回転するよう設置されている。回転選択盤７には通気穴7aを設けている。同期モータ８はシリンダC1,C2,C3,C4,C5，C6の駆動に同期して回転選択盤７を回転させる。
【００１０】
同じく筒状ケーシング3aの内部に長短異なる音圧伝播距離とする位相調整管D1,D2,D3,D4,D5,D6を同心円上に配置している。前記回転選択盤７を回転させると通気穴7aがいずれかの位相調整管Dに合致して排気ガス入口５と位相調整管Dと排気ガス出口６との間を連通させることができる。位相調整管Dはこの例では中空管としているが、消音性能上必要であれば、共鳴室や膨張室等の消音作用を持つ手段を中空管内に設けてもよい。位相調整管はD1-D2-D3-D4-D5-D6の順に短く形成している。同心円上の配置順は長短異なる音圧伝播距離に対応するように、回転方向にD1-D5-D3-D6-D2-D4の着火順である。最大音圧伝播距離差(最大位相差距離)Ｌの場合の最長の位相調整管D1の長さはＬ／２〜Ｌが適当である。
【００１１】
ディーゼル機関の場合、着火順序は、例えば、シリンダC1-C5-C3-C6-C2-C4の順に着火して円滑な駆動源となる。このことによって前述した従来のシリンダ毎の等間隔周期的な排気に伴う圧力(音圧)変化が伝播する間に不等間隔(図８)となって、「うなり」現象となっていたのである、ところが、本発明のように、排気ガス流路の消音部４の上流側に位相調整部３を設けたことによって、これを解消している。すなわち、シリンダ着火順序のC1-C5-C3-C6-C2-C4の音圧伝播距離が長短変化するのに対応させて、同心円上に配置順をD1-D5-D3-D6-D2-D4とした位相調整管の基部のシャッタである前記回転選択盤７の通気穴7aが同期モータ８で同期回転して、位相調整管D1-D5-D3-D6-D2-D4を順次選択しながら消音部４に達する音圧伝播距離を調整(音圧伝播距離を均一化)し、等間隔で周期的な音圧変化(図７参照)へと位相調整するのである。
【００１２】
図４は消音部４の断面図である。消音部４は前記位相調整部３の下流側に配置されており、前記位相調整部３によって等間隔で周期的な音圧変化へと位相調整された排気ガスの消音を行うこととなる。消音部４の構造は、消音部ケーシング９と吸音材10との間に間隙11(50〜300mm)を設けた構造である。吸音材10は排気ガス流路を外周から吸音するように設けており、吸音材10の吸音率が低周波域では急激に低下する。そこで、吸音材10と消音部ケーシング９との間に間隙11を設け、空気層を設けることによって低周波域での消音作用を増大させている。
【００１３】
そのことを図５に示す。中・高音波域で10〜30dB減音が可能である上に、低周波域でも20dB減音が可能となっている。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の低周波減衰型消音装置は、複数ある内燃機関の各シリンダから消音器までの排ガス配管距離が異なる場合で、シリンダ毎の周期的な排気に伴う圧力(音圧)変化が不等間隔となった場合でも、消音器まで伝播する間に位相調整部で等間隔で周期的な音圧変化へと位相が調整されるので、「うなり」現象である低周波騒音の発生を抑制することができる。
【００１５】
しかも、消音部における中・高音波域の消音に加えて、間隙部を設けたので、低音部の消音も可能とした。これらによって、従来困難であった、特に船舶における低周波減衰に必要とされていた過大な寸法の消音器の配備を不要にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼル機関に本発明の低周波減衰型消音装置を設けた例の側面図である。
【図２】位相調整部の断面図である。
【図３】図２中Ａ−Ａ断面図である。
【図４】消音部の断面図である。
【図５】源音と本発明の消音器を設けた場合の周波数毎の音圧測定結果のグラフである。
【図６】源音と従来の消音器を設けた場合の周波数毎の音圧のグラフである。
【図７】発生源での等間隔で周期的な排気に伴う圧力(音圧)変化を示すグラフである。
【図８】消音器まで伝播する間に不等間隔となった圧力(音圧)変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 内燃(ディ−ゼル)機関
２ 排気管路
３ 位相調整部
４ 消音部
５ 排気ガス入口
６ 排気ガス出口
７ 回転選択盤
８ 同期モータ
９ 消音部ケーシング
10 吸音材
11 間隙
C1,C2,C3,C4,C5,C6 シリンダ
D6,D5,D4,D3,D2,D1 位相調整管

Claims (2)

1. 内燃機関の排気ガス流路に設けられた消音部の上流側に位相調整部を設けた低周波減衰型消音装置において、位相調整部が内燃機関の複数の各シリンダの音圧伝播距離を均一化する長短異なる調整管群と、該調整管群のいずれかを選択するシャッタとからなることを特徴とする低周波減衰型消音装置。
2. シャッタが円板の一部に通気穴のある回転選択盤と、該回転選択盤駆動用の同期モータとからなる請求項１記載の低周波減衰型消音装置。

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