JPH116172A - 消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン回転状況に応じて変化する騒音特性
に対応して、分岐管の管路長が１／４波長となる分岐管
型消音装置を提供する。 【解決手段】 マフラ２の内部に挿入された排気導入管
２１の側面に分岐管を設け、分岐管路長をシリンダ３で
可変とする。エンジン回転数センサ１１で検出されたエ
ンジン回転数と、マフラ２の内部に挿入された温度計２
３で検出された排気温度とを検出し、さらに次数設定ス
イッチ６１ａによってエンジン回転数に応じた次数を設
定する。これらの値から最大音圧の音響エネルギを消音
するために必要な分岐管路長を算定し、シリンダ３の伸
縮によりその音響周波数の１／４波長となるように分岐
管路長を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械、自動
車、産業機械の分野で広く利用される消音装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジン運転状況に応じて騒音特性が変
化する騒音源に適用する消音装置が知られている。とく
に所定の周波数の消音を行う可変式共鳴消音装置とし
て、例えば特公平５ー７５５３号公報および実公平５ー
１３９３３号公報に開示されているものがある。

【０００３】特公平５ー７５５３号公報には、吸気管の
空気吸入口近くに設置された音圧検出器により、あらか
じめ設定された周波数の特定評価範囲内における最大音
圧を実測し、この最大音圧を発生する周波数と等しい共
鳴周波数となるようにアクチュエータを用いて吸気管の
一部に設けられた共鳴容器の容積を変更することにより
消音する消音装置が開示されている。

【０００４】実公平５ー１３９３３号公報には、長さの
異なる複数のチューニングパイプを介して吸気または排
気が流れるダクトと共鳴室とを連通させ、これらのパイ
プをアクチュエータを用いて開閉制御することで、エン
ジン回転数に応じた共鳴周波数とすることにより消音す
る消音装置が開示されている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００５】しかしながら、特公平５ー７５５３号公報
に開示されている容積可変式の共鳴消音装置には、音圧
検出器および周波数分析装置が不可欠であるが、これら
は非常に精密かつ高価なものであり、実験室内での適用
はできたとしても、車載時のコストを考慮すると製品化
は難しい。さらに、この共鳴消音装置は吸気系の騒音を
低減させるものであり、吸気系よりもより高温な排気系
の騒音低減に適用しようとすると、耐熱性の高い音圧検
出器が必要となるが、そのような音圧検出器は高価であ
る。

【０００６】実公平５ー１３９３３号公報に開示されて
いる共鳴消音装置は、複数の長さの異なるチューニング
パイプの中から、エンジン回転数に応じた共鳴周波数と
なるように所定の長さのパイプを選択適用するものであ
り、消音可能な共鳴周波数はチューニングパイプの種類
に限定されてしまう。もし、すべてのエンジン回転数に
対応したチューニングパイプを提供しようとすると、チ
ューニングパイプの種類は大量に必要となり、その構造
も複雑かつ大型になってしまう。

【０００７】本発明の目的は、エンジン回転状況に応じ
て変化する騒音特性に対応した消音装置を安価にかつ容
易に提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
〜図４を参照して説明する。 （１） 請求項１の発明は、排気管２１または吸気管の
途中に一端が閉ざされた分岐管２５を有する消音装置に
適用され、エンジン回転数に基づいて音響周波数の１／
４波長を演算する波長演算手段６と、この波長演算手段
６の結果に基づいて分岐管２５の管路長ＬＡが音響周波
数の１／４波長になるように調節するアクチュエータ３
とを備えることにより上記目的を達成する。 （２） 請求項２の発明は、請求項１の消音装置におい
て、エンジン回転数の次数を設定する次数設定装置６１
ａを備え、この次数設定装置により設定された次数に応
じて波長演算手段６が１／４波長を演算するものであ
る。 （３） 請求項３の発明は、請求項１の消音装置におい
て、排気または吸気の温度を検知する温度計２３を備
え、波長演算手段６は排気または吸気温度に応じて音響
周波数の１／４波長を演算するものである。 （４） 請求項４の発明は、複数の運転モードの中から
いずれかを選択するモード選択手段７と、このモード選
択手段７で選択されたモードに応じてエンジン回転数を
調節するエンジン回転数設定手段１Ａ,６とを有する車
両に使用される消音装置であって、排気管２１または吸
気管の途中に一端が閉ざされた分岐管２５を有する消音
装置に適用される。そして、モード選択手段７で選択さ
れた運転モードに基づいて決定された次数とエンジン回
転数により音響周波数の１／４波長を演算する波長演算
手段６と、この波長演算手段６の演算結果に基づいて分
岐管２５の管路長ＬＡが音響周波数の１／４になるよう
に調節するアクチュエータ３を備えることにより上記目
的を達成する。 （５） 請求項５の発明は、請求項４の発明において、
排気温度または吸気温度を検出する温度計２３を備え、
波長演算手段６は検出された排気温度または吸気温度に
応じて音響周波数の１／４波長を演算するものである。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が
実施の形態に限定されるものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。 −第１の実施の形態− 図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる消音装置と
その周辺機器との関係を表す概要図である。図１におい
て、建設機械,産業機械,自動車等に供されるエンジン１
の排気マニホルドには排気管２１が接続され、エンジン
１の排気は排気管２１から可変分岐管型マフラ２に導か
れ、排気吐出管２２から外部へ排出される。エンジン１
の回転数は、制御回路６によりガバナ１Ａを駆動するこ
とにより調節される。

【００１１】図２に示すように、可変分岐管型マフラ２
の外殻２４に先端が挿入された排気管２１の側面には開
口部２１ａが開口され、そこに分岐管２５が接続されて
いる。分岐管２５の一端はマフラ外殻２４に接合され、
その接合部の中央には開口部２４ａが開口されている。
分岐管２５の内部には、開口部２４ａを貫通してシリン
ダ３のシリンダロッド３ａが挿入され、シリンダロッド
３ａの先端には、分岐管２５の内壁に沿って摺動可能な
ピストン３ｂが設けられている。

【００１２】シリンダ３の伸縮は、図１に示すように電
磁切換弁４により制御される。すなわち、制御回路６か
らの信号に基づいて電磁切換弁４を制御することによ
り、油圧源５からの油圧を制御してシリンダロッド３ａ
の位置が制御される。このシリンダロッド３ａのストロ
ークは位置センサ３１で検出され、検出されたストロー
ク信号λは制御回路６へ送出される。

【００１３】図２に示すようにマフラ２には、マフラ外
殻２４に開口された開口部２４ｂおよび排気導入管２１
に開口された開口部２１ｂを貫通して温度計２３が設け
られ、その先端の感温部は排気導入管２１の中心線Ｌ１
と分岐管２５の中心線Ｌ２との交点Ｐに設置されてい
る。また図１に示すように、温度計２３で検出された温
度ｔも制御回路６へ送出されるとともに、次数設定スイ
ッチ６１ａからは、消音する音響周波数の次数を決定す
る次数設定信号ｎが制御回路６へ送出される。さらに、
エンジンの回転数はエンジン回転数センサ１１で検出さ
れ、その回転数信号ｎｅも制御回路６へ入力される。制
御回路６は、エンジン回転数信号ｎｅ,排気温度信号ｔ,
次数設定信号ｎに基づいて目標管路長λｒｅｆを算出
し、位置センサ３１で検出されたストローク信号λが目
標管路長λｒｅｆになるように出力信号Ｉを出力してシ
リンダ３のストロークを制御する。

【００１４】図３は制御回路６の詳細を示す図で、次数
設定回路６１は次数設定スイッチ６１ａからの信号によ
り、エンジン回転数に応じた最大音圧を発生する次数ｎ
を設定する。音速演算回路６２は、排気導入管２１内に
挿入された温度センサ２３で検出された温度ｔを用い
て、次の式により音速ｃを算出する。

【数１】ｃ ＝ 331.5 √｛(273＋t)/273｝

【００１５】目標周波数演算回路６３は、エンジン回転
数センサ１１で検出されたエンジン回転数ｎｅに基づい
て、ｆｒ＝ｆ（ｎｅ）の関数として基本周波数ｆｒを算
出し、これに次数設定回路６１で設定された次数ｎを乗
じて目標周波数ｆｒｅｆを算出する。目標管路長演算回
路６４は、音速演算回路６２および目標周波数演算回路
６３で求められた音速ｃおよび目標周波数ｆｒｅｆを用
いて、次の式により最大音圧発生の１／４波長に相当す
る目標管路長λｒｅｆを算出する。

【数２】λｒｅｆ ＝ ｃ / 4fｒｅｆ

【００１６】サーボ制御回路６５は、位置センサ３１で
検出したストロークλと前述した目標管路長λｒｅｆと
の偏差ｅをＰＩＤ制御回路でＰＩＤ演算する。ＰＩＤ演
算によって得られた出力信号はアンプ６６を介して増幅
され、増幅された出力信号Ｉは電磁切換弁４に入力され
る。電磁切換弁４はこの出力信号Ｉに基づいて管路長Ｌ
Ａが目標管路長となるようにシリンダ３を制御する。

【００１７】次に、図１、２を用いて第１の実施の形態
の動作について説明する。エンジン１からの排気は、排
気導入管２１を通過してマフラ２の内部に流入する。マ
フラ２内に流入した排気は、分岐管２５において分岐管
の管路長ＬＡに対応する特定波長の音波の反射、干渉が
引き起こされる。管路長ＬＡは、上述したように制御回
路６からの信号に基づいて電磁切換弁４を制御してシリ
ンダ３のストロークを調節することによって目標値、す
なわち最大音圧を発生している音響周波数の１／４波長
に等しくなるように設定されている。管路長ＬＡが音響
周波数の１／４波長に等しくなると、図２の点線で示す
るように入射波ＩＷ,反射波ＲＷの位相が１８０゜逆転
し、音響エネルギが減衰、消音される。消音された排気
は、膨張室２８,排気吐出管２２を経てマフラ外部に流
出する。

【００１８】このように第１の実施の形態によると、分
岐管２５の管路長ＬＡを可変とし、排気ガス温度ｔ,エ
ンジン回転数ｎｅおよびエンジン回転次数ｎの設定によ
り分岐管２５の目標管路長を決定するので、排気ガス温
度およびエンジン回転数が変化しても常に最大音圧を消
音することとなり、最大限の消音効果を得ることができ
る。

【００１９】−第２の実施の形態− 図４は、本発明の第２の実施の形態に係わる制御回路の
構成を示す説明図である。なお、図３と同一の箇所には
同一の符号を付してその説明は省略する。第２の実施の
形態が第１の実施の形態と異なるのは、次数設定の手法
の点である。図４において、運転モード選択スイッチ７
は、例えば油圧ショベルの場合における高負荷モード
Ｐ,燃費モードＥ,低負荷モードＬのいずれかを選択する
もので、いずれかのモードを示す信号がガバナ駆動回路
６７に入力される。ガバナ駆動回路６７は入力されたモ
ードにしたがってガバナ１Ａを制御し、これによりエン
ジン回転数が各モードに適した値となる。次数設定回路
６８は、運転モード選択スイッチ７により選択された運
転モードに基づいて次数ｎを設定する。最大音圧を発生
する次数ｎは、エンジン回転数によって変化するが、こ
のエンジン回転数は作業状態に応じた運転モードによっ
て変化するので、あらかじめ単体試験等により運転モー
ドと次数ｎとの関係を把握しておけばこの関係を用いる
ことで、運転モード選択スイッチ７によって選択された
運転モードに応じた適切な次数が次数設定回路６８によ
って自動的に設定される。第２の実施の形態において
は、高負荷モードＰの次数が１次,燃費モードＥが２次,
低負荷モードＬが３次にそれぞれ対応する。以降、第１
の実施の形態と同一の手順によって音響エネルギの消音
がなされる。

【００２０】このように第２の実施の形態によると、次
数設定が自動的に行われるため次数切換スイッチ６１ａ
は不要となり、作業者の次数切換の操作が省かれ作業性
が向上する。

【００２１】この第２の実施の形態では、エンジン回転
数センサ１１からの信号を目標周波数変更演算回路６３
に入力するようにしたが、選択されたモードに基づいて
目標周波数が把握されるから、その目標周波数を実回転
数に代えて用いてもよい。

【００２２】なお、以上の実施の形態における消音装置
は排気系に適用したが吸気系に適用してもよい。また、
分岐管２５の管路長ＬＡを変化させるアクチュエータと
して油圧シリンダを用いたが、空圧としてもよい。さら
には、エンジン回転数に応じた運転モードと次数との関
係を用いたが、エンジン回転数と次数との関係を直接求
め、この関係を用いて、エンジン回転数に対応する所定
の次数に自動的に設定されるようにしても良い。

【００２３】さらにまた、図５に示すように排気導入管
２１と分岐管２５との交差部に頸部８を設け分岐管を可
変容積式共鳴容器とみなして用いてもよい。この場合、
エンジン回転数センサ１１および次数設定スイッチ６１
ａまたはモード選択スイッチ７の情報に基づいて、図３
または図４の目標周波数演算回路６３によりエンジン回
転数に応じた音響周波数を演算する。そして、その音響
周波数と等しい共鳴周波数を有する共鳴容器となるよう
に、管路長ＬＡが設定される。このように可変共鳴消音
装置として用いる場合には、波長の演算は不要なため温
度計も不要となる。

【００２４】以上の実施の形態と請求項との対応におい
て、制御回路６が波長演算手段を、シリンダ３がアクチ
ュエータを、次数設定スイッチ６１ａが次数設定装置
を、運転モード選択スイッチ７がモード選択手段を、ガ
バナ１Ａがエンジン回転数設定手段を構成する。

【００２５】

【発明の効果】

（１） 請求項１の発明によれば、エンジン回転状況に
応じて変化する音響周波数の１／４波長を演算し、分岐
管の管路長を音響周波数の１／４波長となるようにした
ので、エンジン回転数の変化により最大音圧発生の音響
周波数が変動しても常に最大音圧を消音することとな
り、最大限の消音効果を得ることができる。また、音圧
検出器などの高価な装置やチューニングパイプ等の複雑
な構造が不要であり、安価なかつ容易な構造によって消
音効果を達成することができる。 （２） 請求項２の発明によれば、消音したいエンジン
回転数の次数を入力し、この次数に応じて音響周波数の
１／４波長を演算するようにしたので、エンジン回転数
の大きさにより最大音圧発生次数が変化したとしても常
に最大音圧を消音することができる。 （３） 請求項４の発明によれば、ある運転モードが選
択されると、その運転モードに応じて自動的に次数設定
が行われ、この次数に応じて音響周波数の１／４波長を
演算するようにしたので、作業者の次数設定の手間が省
かれ作業性が向上する。 （４） 請求項３や５の発明によれば、排気温度も加味
して上記１／４波長を演算するようにしたので、温度に
よって音速が変化しても正確に分岐管の管路長を音響周
波数の１／４波長に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係わる消音装置とその周辺
機器とを示す図。

【図２】第１の実施の形態に係わる消音装置のマフラの
断面図。

【図３】第１の実施の形態に係わる制御回路の詳細ブロ
ック図。

【図４】第２の実施の形態に係わる制御回路の詳細ブロ
ック図。

【図５】本実施の形態に係わる変形例としての可変容積
式共鳴容器。

【符号の説明】

１ エンジン １Ａ ガバナ ３ シリンダ ６ 制御回路 ７ 運転モード選択スイッチ ２３ 温度計 ２１ 排気管 ２５ 分岐管 ６１ａ 次数設定スイッチ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気管または吸気管の途中に一端が閉ざ
   された分岐管を有する消音装置において、 エンジン回転数に基づいて音響周波数の１／４波長を演
   算する波長演算手段と、 この波長演算手段の結果に基づいて前記分岐管の管路長
   が音響周波数の１／４波長になるように調節するアクチ
   ュエータとを備えることを特徴とする消音装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の消音装置において、 エンジン回転数の次数を設定する次数設定装置を備え、
   この次数設定装置により設定された次数に応じて前記波
   長演算手段が１／４波長を演算することを特徴とする消
   音装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の消音装置にお
   いて、 排気または吸気の温度を検知する温度計を備え、前記波
   長演算手段は排気または吸気温度に応じて音響周波数の
   １／４波長を演算することを特徴とする消音装置。
4. 【請求項４】 複数の運転モードの中からいずれかを選
   択するモード選択手段と、このモード選択手段で選択さ
   れたモードに応じてエンジン回転数を調節するエンジン
   回転数設定手段とを有する車両に使用される消音装置で
   あって、排気管または吸気管の途中に一端が閉ざされた
   分岐管を有する消音装置において、 前記モード選択手段で選択された運転モードに基づいて
   決定された次数とエンジン回転数により音響周波数の１
   ／４波長を演算する波長演算手段と、 この波長演算手段の演算結果に基づいて前記分岐管の管
   路長が音響周波数の１／４になるように調節するアクチ
   ュエータとを具備することを特徴とする消音装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の消音装置において、 排気温度または吸気温度を検出する温度計を備え、前記
   波長演算手段は前記検出された排気温度または吸気温度
   に応じて前記音響周波数の１／４波長を演算することを
   特徴とする消音装置。