(57)【要約】【課題】高出力の往復動式内燃機関が発生する低周波の減音に適したコンパクトな消音装置を提供する。【解決手段】内燃機関に接続連通された第１主管１には第１閉止端３を有する長さλ/4の第１サイドブランチ２が同軸で連通し、同連通部からは長さが(2n ＋1)λ/4（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値の分岐管４が分岐して第１主管と同軸の第２主管５に接続され、第２主管の上流には第２閉止端７を有する長さλ/4の第２サイドブランチ６が接続される。分岐管の入口が節となって下流に伝わる音を下げ、再度主管に合流する位置で第２サイドブランチの干渉効果により更に減音する。分岐管の長さ設定により分岐管の入口出口が共に節にはならない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００Ｈｚ以下の低周波が発生する定格出力２００ｋＷ以上の出力を備えた往復動式の内燃機関に設けられて前記内燃機関からの排気に含まれる波長λの前記低周波を低減させる消音装置において、
前記内燃機関に一端部が接続連通されて前記内燃機関から排気が送り込まれる第１主管と、
排気方向の下流にある前記第１主管の他端部に一端部が接続連通されるとともに前記第１主管と同方向に延設されて排気方向の下流にある他端部が第１閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第１サイドブランチと、
接続された前記第１主管の他端部と前記第１サイドブランチの一端部から分岐して排気方向の下流に先端部が延設され、長さが（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値となるように設定された分岐管と、
前記第１主管と同軸に配置され、前記分岐管の先端部に他端部で接続連通されて排気方向の下流にある一端部から排気を放出する第２主管と、
前記第２主管の他端部及び前記分岐管の先端部に一端部が接続連通されるとともに前記第２主管と同方向に延設されて他端部が第２閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第２サイドブランチと、
を有することを特徴とする消音装置。
【請求項２】
１００Ｈｚ以下の低周波が発生する定格出力２００ｋＷ以上の出力を備えた往復動式の内燃機関に設けられて前記内燃機関からの排気に含まれる波長λの前記低周波を低減させる消音装置において、
前記内燃機関に一端部が接続連通されて前記内燃機関から排気が送り込まれる第１主管と、
排気方向の下流にある前記第１主管の他端部に一端部が接続連通されるとともに前記第１主管と交差する方向に延設されて他端部が第１閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第１サイドブランチと、
前記第１主管の他端部から前記第１サイドブランチと逆方向に分岐して排気方向の下流に先端部が延設され、長さが（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値となるように設定された分岐管と、
前記第１主管と同軸に配置され、前記分岐管の先端部に他端部で接続連通されて排気方向の下流にある一端部から排気を放出する第２主管と、
前記第２主管の他端部及び前記分岐管の先端部に一端部が接続連通され、前記第２主管と交差する前記分岐管と同方向に延設されて他端部が第２閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第２サイドブランチと、
を有することを特徴とする消音装置。
【請求項３】
前記第１サイドブランチ及び前記第２サイドブランチの長さを調整自在としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定格出力２００ｋＷ以上の大出力を備えた往復動式の内燃機関に設けられ、排気に含まれる１００Ｈｚ以下の低周波を低減させる消音装置に係り、特にサイドブランチを用いた干渉型の消音装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気中に含まれる騒音を低減するために消音装置が用いられている。この消音装置には、減音の目的や達成しようとする減音の程度、減音の対象となる周波数等に応じて、膨張型、吸音型、共鳴型、干渉型などの種類が知られているが、特定の低周波成分の音を低減させたい場合に、比較的簡便でよく用いられるものとして、干渉型の１種であるサイドブランチを用いた消音装置がある。
【０００３】
図４は、従来から知られている通常のサイドブランチの構造を示す図であり、音源（図中左方）に接続連通された主管１００の中途に、消したい周波数の１／４波長の長さに設計されたサイドブランチ１０１と呼ばれる先端が閉止された管を設けたものである。主管１００から来てサイドブランチ１０１の入口（分岐点）で分かれてサイドブランチ１０１に入った音波は、サイドブランチ１０１のパイプ内で往復することにより、１／２波長ずれて元の分岐点に戻り、主管１００内の音源からの音波と逆位相で干渉しあって音が消去される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このサイドブランチの設計に際しては、次のような課題を考慮しなければならず、設計上などの制約から実機エンジンへの採用が難しいのが実情である。
【０００５】
(1) エンジンの排気ガス温度は負荷率に応じて変化するが、温度が変われば音速も変化し、従って周波数を固定して考えると音速の変化に伴って波長が変化することとなる。エンジンから発生する騒音の周波数は、当該エンジンの回転数とシリンダ数で決まるので、エンジンが発生する騒音中の減音対象である特定周波数について考えると、エンジンの負荷率に応じて当該周波数の音波の波長が変化し、これを減音するために最適なサイドブランチの長さも負荷率に応じて変化することになる。
【０００６】
(2) 消音装置の管内に存在する音波は定常波となっており、サイドブランチは、主管内の減音の対象である音波の音圧が最大である定常波の腹の位置に取り付けると効果がでるが、音圧が最小である節の位置に取付けても効果は得られない。主管内の減音の対象である音波の腹と節の位置を正確に知るためには、管内音圧分布の計測が必要であるが、この計測は例えば管内にプローブマイクを配置して軸方向の位置を少しずつずらしながら音圧の計測を行なうというやっかいな作業を伴うものであるため、実際上は困難である。
【０００７】
(3) 低周波になればなるほど音波の波長が長くなるので、最適なサイドブランチ長さも長くなり、配置スペース上の確保、支持サポートの取り付け方法が難しくなる。
【０００８】
(4) サイドブランチの長さは減音の対象となる周波数の音波の１／４波長という前述した制限の他、サイドブランチを接続する主管の径の２倍以上にした方が好ましいという制限もある。サイドブランチの長さが主管の径の２倍未満になると、主管からの音波がサイドブランチの内部に対して様々な角度で入って反射するので、減音の対象である特定の周波数の音波だけを逆位相の干渉によって消去することができにくくなり、干渉型の消音装置というよりは、むしろ膨張型の消音装置に近くなり、十分な消音の効果が得にくいという問題がある。
【０００９】
特に、出力が大きい往復動式の内燃機関では主管の径がかなり大きくなるため、減音の対象とする周波数によっては１／４波長の長さが主管の径の２倍より小さくなってしまうことがある。例えば１００Ｈｚ以下の低周波を減音の対象とした場合を考えると、温度が３００℃、音速が４８０ｍ／ｓ、周波数が４０Ｈｚ、波長（λ）が１２ｍである場合、サイドブランチの長さは（１／４）λ＝３ｍということとなるが、このような低周波が問題となる例えば出力が定格出力２００ｋＷ以上の往復動式の内燃機関では、この１／４波長の長さが前記内燃機関の排気管の径の２倍より小さくなってしまう場合がありうる。
【００１０】
本発明は、以上説明した従来の種々の問題点を解決することを課題としており、負荷率の変動による減音対象音波の波長変動に対応可能であり、主管に対する最適な取り付け位置を発見するために管内の音圧分布を調べる必要もなく、また特に１００Ｈｚ以下の低周波を発生させる定格出力２００ｋＷ以上の出力を備えた往復動式の内燃機関に適しており、設置スペース効率の高いコンパクトな消音装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載された消音装置は、
１００Ｈｚ以下の低周波が発生する定格出力２００ｋＷ以上の出力を備えた往復動式の内燃機関に設けられて前記内燃機関からの排気に含まれる波長λの前記低周波を低減させる消音装置において、
前記内燃機関に一端部が接続連通されて前記内燃機関から排気が送り込まれる第１主管と、
排気方向の下流にある前記第１主管の他端部に一端部が接続連通されるとともに前記第１主管と同方向に延設されて排気方向の下流にある他端部が第１閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第１サイドブランチと、
接続された前記第１主管の他端部と前記第１サイドブランチの一端部から分岐して排気方向の下流に先端部が延設され、長さが（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値に設定された分岐管と、
前記第１主管と同軸に配置され、前記分岐管の先端部に他端部で接続連通されて排気方向の下流にある一端部から排気を放出する第２主管と、
前記第２主管の他端部及び前記分岐管の先端部に一端部が接続連通されるとともに前記第２主管と同方向に延設されて他端部が第２閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第２サイドブランチと、
を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載された消音装置は、
１００Ｈｚ以下の低周波が発生する定格出力２００ｋＷ以上の出力を備えた往復動式の内燃機関に設けられて前記内燃機関からの排気に含まれる波長λの前記低周波を低減させる消音装置において、
前記内燃機関に一端部が接続連通されて前記内燃機関から排気が送り込まれる第１主管と、
排気方向の下流にある前記第１主管の他端部に一端部が接続連通されるとともに前記第１主管と交差する方向に延設されて他端部が第１閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第１サイドブランチと、
前記第１主管の他端部から前記第１サイドブランチと逆方向に分岐して排気方向の下流に先端部が延設され、長さが（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値に設定された分岐管と、
前記第１主管と同軸に配置され、前記分岐管の先端部に他端部で接続連通されて排気方向の下流にある一端部から排気を放出する第２主管と、
前記第２主管の他端部及び前記分岐管の先端部に一端部が接続連通され、前記第２主管と交差する前記分岐管と同方向に延設されて他端部が第２閉止端とされ、その長さがλ／４に設定された第２サイドブランチと、
を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載された消音装置は、請求項１又は２に記載の消音装置において、
前記第１サイドブランチ及び前記第２サイドブランチの長さを調整自在としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１及び２に記載された本発明の消音装置によれば、次のような効果が得られる。エンジンの排気出口から放出される原音に含まれる周波数の中、特に低周波はエンジンの各シリンダの燃焼タイミングに基づいた一定の強弱のリズ厶となって主管内に定常波として分布している。ところが第１主管内の途中を第１閉止端で塞ぎ、そこから１／４波長の位置に分岐管を取り付けると、この部分が第１サイドブランチとなって分岐管の入口部が節（音圧最小）となって、元の原音の主管内の強弱のリズ厶分布を壊す働きをして音を下げることができる。この作用でも残った音波は分岐管に入った後、再度主管に合流する位置で第２サイドブランチにより、更に小さくなる。ここで分岐管の長さを（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値、例えば（２ｎ＋０．５）λ／４以上、（２ｎ＋１．５）λ／４以下（但しｎは１以上の整数）の範囲内の数値に設定することにより、分岐管の入口部と出口部で共に節となることはなくなるので、第１サイドブランチと第２サイドブランチが両方とも全く効果がなくなるようなことはない。
【００１５】
特に、請求項１に記載の消音装置によれば、サイドブランチと主管が同方向に連続しており、サイドブランチを主管と直角に取付ける構造ではないため、サイド方向の出っ張りを最小に出来る。
【００１６】
特に、請求項２に記載の消音装置によれば、サイドブランチと主管が直交する構造にできるため、排気管に対して同方向に連通する主管の長手方向の長さを最小に出来る。
【００１７】
特に、請求項３に記載の消音装置によれば、次のような効果が得られる。すなわち、エンジンの排気ガス温度は負荷率に応じて変化するが、温度が変われば音速も変化する。そして音速が変化すれば、エンジンが発生する騒音中の減音対象である特定周波数についてみると、その波長の長さが変化することとなるので、最適なサイドブランチの長さも負荷率に応じて変化することになる。このようなエンジン負荷率の変動によるサイドブランチの最適長さの変化に対しては、第１サイドブランチ及び第２サイドブランチの長さを調整可能とし、例えばそれぞれ低負荷時に最適な長さと、高負荷時に最適な長さとすることで解決できる。また、実際に運転した結果により最適長さを調整する必要が生じた場合でも、例えば各サイドブランチの閉止端に長さ調整用の管を付ける等の手段により、最適長さの調整を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の第１実施形態を図１及び図２を参照して説明する。
図１は第１実施形態に係る消音装置の断面図であり、図２は第１実施形態に係る消音装置の変形例の部分図であり、これらを参照して本例の消音装置の構成を説明する。
この消音装置は、１００Ｈｚ以下の低周波が発生する定格出力２００ｋＷ以上の出力を備えた往復動式の内燃機関に設けられ、内燃機関からの排気に含まれる低周波（波長λとする）を低減させるものである。
【００１９】
図示しないが、内燃機関の排気管には第１主管１の一端部が接続連通されており、内燃機関から排気が送り込まれるようになっている。
【００２０】
排気方向の下流である前記第１主管１の他端部には、第１主管１と同径の第１サイドブランチ２の一端が第１主管１に軸心を一致させて接続連通されている。排気方向（図中白抜き矢印で示す）の下流にある第１サイドブランチ２の他端は閉止されており、ここを第１閉止端３と呼ぶ。第１サイドブランチ２の長さはλ／４（１／４波長）に設定されている。
【００２１】
接続された第１主管１の他端部と第１サイドブランチ２の一端部からは分岐管４が分岐されている。分岐管４は、第１主管１及び第１サイドブランチ２から直交する方向に分岐した後、排気方向の下流に向けて湾曲し、第１主管１及び第１サイドブランチ２に平行に延設された後、さらに第１主管１の軸線に接近する方向に湾曲しており、その先端部は、前記第１主管１と同軸に下流に配置されている第２主管５の他端部に接続連通されている。分岐管４の長さは、（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値、例えば（２ｎ＋０．５）λ／４以上、（２ｎ＋１．５）λ／４以下（但しｎは１以上の整数）の範囲内の数値（範囲の両端の数値を含む）に設定されている。さらに具体的に言えば、３／４波長（上記式でｎ＝１の場合）を含む２．５／４波長から３．５／４波長の範囲内の値、５／４波長（上記式でｎ＝２の場合）を含む４．５／４波長から５．５／４波長の範囲内の値、７／４波長（上記式でｎ＝３の場合）を含む６．５／４波長から７．５／４波長の範囲内の値に設定されている。なお、図１においては、分岐管４の長さは、約３／４波長又は約５／４波長又は約７／４波長に設定されるものとして図示している。前記第２主管５は、分岐管４の先端部から流入した排気を下流にある一端部から放出する。
【００２２】
分岐管４の先端部が接続連通されている第２主管５の他端部には、第２主管５と同径の第２サイドブランチ６の一端が、第２主管５と同軸に接続連通されている。第２サイドブランチ６の他端部は閉止されており、ここを第２閉止端７と呼ぶ。第２サイドブランチ６の長さはλ／４（１／４波長）に設定されている。
【００２３】
次に以上の構成における作用を説明する。
エンジンの排気出口から放出される原音に含まれる周波数の中、特に低周波はエンジンの各シリンダの燃焼タイミングに基づいた一定の強弱のリズ厶となって主管内に定常波として分布している。
【００２４】
前述した本例の消音装置の構成によれば、第１主管１に連続する管の端部を第１閉止端３として塞ぎ、そこからλ／４の位置に分岐管４を取り付けると、分岐管４の取り付け部よりも先の部分が第１サイドブランチ２となる。第１閉止端３では定常波は音圧最大の腹となり、ここからλ／４の位置にある分岐管４の連通部分では定常波は音圧最小の節となる。従って、第１閉止端３が無い場合に存在したであろう主管内における原音の強弱のリズ厶分布が、上記定常波の分布と異なる場合は、元の音響回路を破壊する働きをして減音の効果を奏することができる。
【００２５】
この作用でも残った音波は分岐管４に入った後、再度第２主管５に合流する位置で第２主管５と第２サイドブランチ６の２方向に分かれ、第２サイドブランチ６による干渉作用により更に減音されて排出される。ここで分岐管４の長さは、（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値、例えば（２ｎ＋０．５）λ／４以上、（２ｎ＋１．５）λ／４以下（但しｎは１以上の整数）の範囲内の数値（範囲の両端の数値を含む）に設定されている。さらに具体的に言えば、３／４波長（上記式でｎ＝１の場合）を含む２．５／４波長から３．５／４波長の範囲内の値、５／４波長（上記式でｎ＝２の場合）を含む４．５／４波長から５．５／４波長の範囲内の値、７／４波長（上記式でｎ＝３の場合）を含む６．５／４波長から７．５／４波長の範囲内の値に設定されている。従って、分岐管４の出口部（第２主管５に接続連通する位置）では定常波は概ね音圧最大の腹となり、分岐管４の入口部と出口部が共に節となることはないので、第１サイドブランチ２と第２サイドブランチ６が両方とも全く効果がなくなるようなことは起こりえない。
【００２６】
また、本例の消音装置によれば、第１主管１と、第１サイドブランチ２と、第２サイドブランチ６と第２主管５がすべて同方向に連続して配置されており、サイドブランチを主管と直角に取付ける構造ではないため、サイド方向の出っ張りを最小に出来る。このため、設置スペース上の制約にも容易に対応できる。
【００２７】
図２は、第１実施形態における第１サイドブランチ２の変形例を示す図である。図２では、第１サイドブランチ２の他端側（第１閉止端３の側）がフランジ８によって交換自在に連結される管９で構成されており、交換される管９の長さ（例えばＬ１、Ｌ２）を種々に設定することにより、第１サイドブランチ２の長さを調整することができる。
【００２８】
すなわち、前述したように、エンジンの負荷率に応じて排気ガス温度は変化し、排気ガスの温度が変われば音速も変化する。そして音速が変化すれば、エンジンが発生する騒音中の減音対象である特定周波数についてみると、その波長の長さが変化することとなり、最適なサイドブランチの長さも負荷率に応じて変化することになる。
【００２９】
このようなエンジン負荷率の変動によるサイドブランチの最適長さの変化に対しては、第１サイドブランチ２及び第２サイドブランチ６の長さを上述した構成で調整して対応することができる。例えば、それぞれ適当な長さの管９を選択して接続することで、低負荷時に最適な長さと、高負荷時に最適な長さとすることができる。また、実際に運転した結果により最適長さを調整する必要が生じた場合も同様である。
【００３０】
本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。
図３は第２実施形態に係る消音装置の断面図である。
この消音装置は、１００Ｈｚ以下の低周波が発生する定格出力２００ｋＷ以上の出力を備えた往復動式の内燃機関に設けられ、内燃機関からの排気に含まれる低周波（波長λとする）を低減させるものである。
【００３１】
図示しないが、内燃機関の排気管には第１主管１１の一端部が接続連通されており、内燃機関から排気が送り込まれるようになっている。
【００３２】
排気方向（図中白抜き矢印で示す）の下流である前記第１主管１１の他端部には、第１主管１１と同径の第１サイドブランチ１２の一端が第１主管１１と直交する方向に接続連通されている。第１サイドブランチ１２の他端は閉止されており、ここを第１閉止端１３と呼ぶ。第１サイドブランチ１２の長さはλ／４（１／４波長）に設定されている。
【００３３】
第１主管１１の他端部からは、第１サイドブランチ１２と反対方向に向けて分岐管１４が分岐されている。分岐管１４は、第１主管１１と直交する方向に沿って、第１サイドブランチ１２と反対の向きに分岐した後、排気方向の下流に向けて湾曲し、第１主管１１に平行に延設された後、さらに第１主管１１の軸線に接近する方向に湾曲しており、その先端部は、前記第１主管１１と同軸に下流に配置されている第２主管１５の他端部に接続連通されている。分岐管１４の長さは、（２ｎ＋１）λ／４（但しｎは１以上の整数）又はこれに近い値、例えば（２ｎ＋０．５）λ／４以上、（２ｎ＋１．５）λ／４以下（但しｎは１以上の整数）の範囲内の数値（範囲の両端の数値を含む）に設定されている（具体的にｎ＝１、２…等の場合の各値は第１実施形態と同じである。）。なお、図３においては、分岐管１４の長さは、約３／４波長又は約５／４波長又は約７／４波長に設定されるものとして図示している。前記第２主管１５は、分岐管１４の先端部から流入した排気を下流にある一端部から放出する。
【００３４】
分岐管１４の先端部が接続連通されている第２主管１５の他端部には、第２主管１５と同径の第２サイドブランチ１６の一端が、分岐管１４と連続する方向、すなわち第２主管１５と直交する方向に接続連通されている。第２サイドブランチ１６の他端部は閉止されており、ここを第２閉止端１７と呼ぶ。第２サイドブランチ１６の長さはλ／４（１／４波長）に設定されている。
【００３５】
本例においても、第１例と同様の作用で効果的な消音を行なうことができる。
【００３６】
特に、本例の消音装置によれば、第１及び第２サイドブランチ１２，１６と、第１及び第２主管１１，１５が直交する構造であるため、排気管に対して同方向に連通する主管１１，１５の長手方向の長さを最小にすることが出来る。このため、設置スペース上の制約にも容易に対応できる。
【００３７】
なお、第１実施形態において図２を参照して説明したサイドブランチの長さ調整手段（フランジ８を有する管９）は、本例においても同様に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は第１実施形態に係る消音装置の断面図である。
【図２】図２は第１実施形態に係る消音装置の変形例の部分図である。
【図３】図３は第２実施形態に係る消音装置の断面図である。
【図４】図４はサイドブランチを用いた従来の干渉型の消音装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１１…第１主管
２，１２…第１サイドブランチ
３，１３…第１閉止端
４，１４…分岐管
５，１５…第２主管
６，１６…第２サイドブランチ
７，１７…第２閉止端
８…フランジ
９…管
【図１】
2010025020.tif 000003
【図２】
2010025020.tif 000004
【図３】
2010025020.tif 000005
【図４】
2010025020.tif 000006