(57)【要約】【課題】過給機におけるインペラの回転騒音の外部への放出を更に抑制できるようにする。【解決手段】一端部を閉塞させた円筒型とし、外周壁１６ｂに空気入口１８を設け、他端壁１６ａ中央部に空気出口１７を設けたケーシング１６の中央部に、一端側がケーシングの一端壁１６ｃにて閉塞され、他端側が空気出口１７に連通する円筒状の消音器内空洞２２を設ける。消音器内空洞２２の外周側に、側壁面を吸音材２４で覆った空気吸込流路２３を、消音器内空洞２２の外周部と空気入口１８を連通させるよう設ける。消音器内空洞２２と対応するケーシング一端壁１６ｃの中央部内面に、吸音材２５を貼り付けて過給機用吸入消音器１５ａを形成する。空気出口１７よりケーシング１６内に進入するコンプレッサ３のインペラ７の回転騒音を、一端部に吸音材２５を設けた消音器内空洞２２にて、空気吸込流路２３に入る前に予め低減させる。【選択図】図１
2005214048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周壁に多数の空気入口を形成して軸心方向一端側を閉塞させ、且つ他端側の中央部に設けた空気出口をコンプレッサの吸入口に接続できるようにした円筒型のケーシング内に、ケーシングの外周部からケーシングの軸心部へ向けて空気入口から入る空気を導くようにする空気吸込流路を多層に形成すると共に、上記ケーシングの軸心部へ導かれた空気を上記空気出口に導くようにする消音器内空洞を備え、外部の空気を、上記空気入口、空気吸込流路、消音器内空洞、空気出口を経て、下流側のコンプレッサへ吸入させると同時に、コンプレッサの吸入口より放出されて上記空気の流通経路を逆に進むコンプレッサのインペラの回転騒音が、上記各空気吸込流路を通るときに、該各空気吸込流路内の吸音材にて吸音させて騒音放出を抑制できるようにしてある過給機用吸入消音器において、上記消音器内空洞の反空気出口側端部に、吸音性をもたせてなる構成を有することを特徴とする過給機用吸入消音器。
【請求項２】
消音器内空洞の反空気出口側端部と対応するケーシングの一端壁中央部の内面に吸音材を取り付けて、上記消音器内空洞の反空気出口側端部に吸音性をもたせるようにした請求項１記載の過給機用吸入消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービン過給機等の過給機におけるコンプレッサの空気吸入側に取り付けて、外部へ放出されるコンプレッサのインペラの回転騒音を抑制させる過給機用消音器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン及びガソリンエンジン用の排気タービン過給機の１つとして、ラジアル式のターボチャージャが広く一般に用いられている。かかるラジアル式のターボチャージャは、図５にその一例の概略を示す如く、タービン１のタービン車室２とコンプレッサ３のブロワ車室４を軸受車室５を介して一体構造とし、タービン車室２内のタービン翼車６とブロワ車室４内のブロワ扇車（以下、インペラと云う）７を、軸受車室５内に回転自在に支持されたタービン軸８によって一体に連結した構成としてある。これにより、タービン車室２の外周部に設けてあるガス流入路９より取り入れたエンジンの排気ガス１０によって上記タービン翼車６を回転させて、タービン軸８を介して上記インペラ７を回転させ、上記ブロワ車室４におけるインペラ７の軸方向先端側に設けてある吸入口１１より取り入れた空気１２を、インペラ７の回転により圧縮して、ブロワ車室４の外周部に設けてある圧縮空気送出路１３よりエンジンの吸気側等の下流側の所要機器へ送出することができるようにしてある。上記タービン車室２におけるタービン翼車６の回転駆動に供された後の排気ガス１０は、タービン車室２におけるタービン翼車６の軸方向先端側に設けたガス出口１４より排気させるようにしてある。又、上記コンプレッサ３の吸入口１１は、空気１２を取り込む必要上、外部に連通させてある。このため、通常、該吸入口１１の上流側に吸入消音器１５を取り付けて、コンプレッサ３のインペラ７の回転騒音による外部への騒音放出を抑制させるようにしてある。
【０００３】
この種の過給機用の吸入消音器１５は、以下のような構成としてある。すなわち、外周壁１６ｂと一端壁１６ｃと他端壁１６ａとからなる円筒型ケーシング１６の軸心方向の他端側の他端壁１６ａの中央部に、空気出口１７を設けて、該空気出口１７を上記コンプレッサ３の吸入口１１に連通接続させるようにする。一方、上記ケーシング１６の外周壁１６ｂ部には、たとえば、該外周壁１６ｂをパンチングメタル等により形成することにより内外方向に空気を流通させることができる空気入口１８を形成して、その外周側に筒状の空気吸入フィルタ１９を保持させておくようにしてある。更に、上記ケーシング１６の内側には、外周面が上記ケーシング１６の外周壁１６ｂの内側面に接するような外径を有し、且つ中央部に上記ケーシング１６の空気出口１７に対応した内径の開口部２１を形成するようにした仕切部材２０を、上記ケーシング１６内に軸心方向に所要間隔で配置して、各外周面をケーシング１６の外周壁１６ｂの内面に取り付け、該各仕切部材２０の開口部２１により、一端が上記ケーシング１６の一端壁１６ｃにて閉塞され、且つ他端側が上記空気出口１７に連通させられる円筒状の消音器内空洞２２を形成する。上記各仕切部材２０同士の間には、上記消音器内空洞２２とケーシング外周壁１６ｂ部に設けた空気入口１８とを連通させる放射方向の空気吸込流路２３が多層に形成させてあり、外周壁１６ｂの各空気入口１８から入る空気を各空気吸込流路２３を通って消音器内空洞２２に導かれるようにしてあり、更に、該消音器内空洞２２から空気出口１７へ導かれるようにしてある。更に又、上記各空気吸込流路２３の側壁面には、吸音性を付与できるよう上記各仕切部材２０の両面に吸音材２４を全面に亘り貼り付けるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。これにより、外部の空気１２を、過給機用吸入消音器１５における上記空気吸入フィルタ１９、空気入口１８、各空気吸込流路２３、消音器内空洞２２、空気出口１７を順に経た後、コンプレッサ３へ吸入口１１より吸入させることができると同時に、該コンプレッサ３の吸入口１１より放出されるインペラ７の回転騒音が、上記吸入消音器１５の空気出口１７、消音器内空洞２２へ伝えられた後、上記各空気吸込流路２３を通って空気入口１８側へ伝えられるときに、該各空気吸込流路２３の側壁面に設けてある吸音材２４にて吸収させて、該吸入消音器１５の空気入口１８より外部へ放出される上記コンプレッサ３のインペラ７の回転騒音のレベルを低減させることができるようにしてある。
【０００４】
なお、上記吸入消音器１５のケーシング１６内に収納する各仕切部材２０同士は、所要間隔を保持させるようにするが、その手段としては、外周端部をケーシング外周壁１６ｂの内面における軸心方向所要間隔位置に取り付けたり、図示しないスペーサ状の部材を介在させたり、上記ケーシング１６内にて軸心方向に延びる連結部材の所要間隔位置に取り付けることができるようにしてある。
【０００５】
【特許文献１】実開昭５３−４６４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来の過給機用の吸入消音器１５によれば、外部へ放出されるコンプレッサ３のインペラ７の回転騒音を低減できるものである。しかし、近年、上記排気タービン過給機におけるコンプレッサ３は、より高効率、大流量化する傾向にあり、これに伴い、インペラ７の回転騒音も大きくなる傾向にあるため、外部への騒音放出を、更に抑制できるようにすることが望まれているのが実状である。
【０００７】
そこで、本発明者等は、過給機におけるインペラの回転騒音の外部への騒音放出をより抑制できるようにするための工夫、研究を重ねた結果、上記従来の過給機用吸入消音器では、インペラの回転騒音が上記吸入消音器に進入した後、空気吸込流路に入るまでは騒音の低減がなされていない事実に着目し、インペラの回転騒音が吸入消音器内にて空気吸込流路へ入るまでに騒音低減対策を施すようにすれば、上記空気吸込流路を経て空気入口より外部へ放出されるインペラの回転騒音を更に低減できることを見出し、本発明をなした。
【０００８】
したがって、本発明の目的とするところは、外部へ放出されるインペラの回転騒音を更に抑制することができる過給機用吸入消音器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、外周壁に多数の空気入口を形成して軸心方向一端側を閉塞させ、且つ他端側の中央部に設けた空気出口をコンプレッサの吸入口に接続できるようにした円筒型のケーシング内に、ケーシングの外周部からケーシングの軸心部へ向けて空気入口から入る空気を導くようにする空気吸込流路を多層に形成すると共に、上記ケーシングの軸心部へ導かれた空気を上記空気出口に導くようにする消音器内空洞を備え、外部の空気を、上記空気入口、空気吸込流路、消音器内空洞、空気出口を経て、下流側のコンプレッサへ吸入させると同時に、コンプレッサの吸入口より放出されて上記空気の流通経路を逆に進むコンプレッサのインペラの回転騒音が、上記各空気吸込流路を通るときに、該各空気吸込流路内の吸音材にて吸音させて騒音放出を抑制できるようにしてある過給機用吸入消音器において、上記消音器内空洞の反空気出口側端部に、吸音性をもたせてなる構成とする。
【００１０】
又、上記構成における消音器内空洞の反空気出口側端部と対応するケーシングの一端壁中央部の内面に吸音材を取り付けて、上記消音器内空洞の反空気出口側端部に吸音性をもたせるようにした構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の過給機用吸入消音器によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。  
（１）外周壁に多数の空気入口を形成して軸心方向一端側を閉塞させ、且つ他端側の中央部に設けた空気出口をコンプレッサの吸入口に接続できるようにした円筒型のケーシング内に、ケーシングの外周部からケーシングの軸心部へ向けて空気入口から入る空気を導くようにする空気吸込流路を多層に形成すると共に、上記ケーシングの軸心部へ導かれた空気を上記空気出口に導くようにする消音器内空洞を備え、外部の空気を、上記空気入口、空気吸込流路、消音器内空洞、空気出口を経て、下流側のコンプレッサへ吸入させると同時に、コンプレッサの吸入口より放出されて上記空気の流通経路を逆に進むコンプレッサのインペラの回転騒音が、上記各空気吸込流路を通るときに、該各空気吸込流路内の吸音材にて吸音させて騒音放出を抑制できるようにしてある過給機用吸入消音器において、上記消音器内空洞の反空気出口側端部に、吸音性をもたせてなる構成としてあるので、空気出口の下流側に接続してあるコンプレッサより該空気出口を通してケーシング内に進入する該コンプレッサのインペラの回転騒音が、消音器内空洞を通って空気吸込流路に入るまでに、該消音器内空洞内にて騒音の低減化を図ることができる。このため、従来の過給機用吸入消音器に比して、上記コンプレッサのインペラの回転騒音による外部への騒音放出を、更に抑制させることができる。  
（２）消音器内空洞の反空気出口側端部と対応するケーシングの一端壁中央部の内面に吸音材を取り付けて、上記消音器内空洞の反空気出口側端部に吸音性をもたせるようにした構成とすることにより、消音器内空洞の反空気出口側端部に吸音性を持たせた構成を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の過給機用吸入消音器の実施の一形態を示すもので、図５に示した過給機用吸入消音器１５と同様の構成において、ケーシング１６の一端壁１６ｃにおける消音器内空洞２２と対応する中心部の内面に、全面に亘り吸音材２５を貼り付け、これにより、上記消音器内空洞２２の一端部閉塞面に吸音性を付与した構成としてなる過給機用吸入消音器１５ａとする。その他の構成は図５に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００１４】
次に、上記構成としてある本発明の過給機用吸入消音器１５ａにおける騒音低減効果について、有限要素解析法を用いて予測した計算結果について説明する。
【００１５】
ここで、先ず、有限要素解析の基本となるエネルギ原理を導く。運動エネルギＴ及びポテンシャルエネルギＵを、それぞれ音圧ｐと媒質変位ｕを用いて表すと、
【数１】
2005214048.tif 000003
ここで、ρ：媒質（空気）の密度（１．２ｋｇ／ｍ３）
となる。
【００１６】
上記運動エネルギＴは、運動方程式
【数２】
2005214048.tif 000004
ここで、ｊ：虚数単位（√（−１））、ω：角振動数
を上記（１）式に代入することにより、以下のように音圧ｐで表される。
【数３】
2005214048.tif 000005
【００１７】
一方、上記ポテンシャルエネルギＵは、媒質の変位の発散（体積変化）を体積弾性率Ｋで表す関係
【数４】
2005214048.tif 000006
と
【数５】
2005214048.tif 000007
を上記（１）式に代入することにより、以下のように音圧ｐのみで表される。
【数６】
2005214048.tif 000008
【００１８】
又、境界面でなされる仕事Ｗは、境界面を、媒質変位の法線方向成分ｕｎが指定される面Ｓ１とインピーダンスＺが指定される面Ｓ２とに分けて以下のように表せる。
【数７】
2005214048.tif 000009
【００１９】
以上より、ラグランジュアンＬは、
【数８】
2005214048.tif 000010
となる。したがって、これを円筒座標で離散化してマトリックス方程式に変換し、各周波数について解くようにした。
【００２０】
本発明の過給機用吸入消音器１５ａの評価モデルを図２に示す如く設定する。図２に実線で示す四角は、上記過給機用吸入消音器１５ａの中心部に形成される円筒状の消音器内空洞２２の半径部分に対応した断面を、該消音器内空洞２２の中心軸を下辺として示すもので、該消音器内空洞２２は、半径方向（ｒ方向）の寸法を０．５ｍとし、又、騒音入口側となるコンプレッサ３との接続側端部、すなわち、空気出口１７側端部を音源側端部（ｚ＝０）として、軸心方向（ｚ方向）に０．８ｍの長さ寸法を有するものとして設定してある。したがって、図２に実線で示した四角の上辺が、空気吸込流路２３（図２では一点鎖線で示す）との接続部となる消音器内空洞２２の外周部を示し、右辺が、上記消音器内空洞２２の反空気出口１７側の閉塞面（一端部閉塞面）となるケーシング一端壁１６ｃを示すものとしてある。
【００２１】
上記のように設定した消音器内空洞２２を有限要素分割（ｒ方向及びｚ方向に１０×１６要素分割）して解析することにより、騒音低減効果を評価した。該評価は、上記消音器内空洞２２における空気出口１７側端部（ｚ＝０、すなわち、図２に実線で示される四角の左辺）が音圧１で加振されるものとし、この際、消音器内空洞２２からの騒音の出口側となる外周部（空気吸込流路２３との接続部）付近の２個所（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．３ｍ）及び（０．４ｍ，０．７ｍ）における音圧レベルを求めることで行なうようにした。
【００２２】
ところで、アドミタンスはインピーダンスの逆数（複素数）で大きいほど吸音性が高く、小さいほど吸音性のない剛体面に近い。そこで、上記消音器内空洞２２の一端部閉塞面を吸音材２５により吸音性とした場合の該一端部閉塞面のアドミタンス（以下、端面アドミタンスと云う）Ａ２を、Ａ２＝０．００１６＋ｊ０．０００８（ｊは虚数単位、以下同様）と高く設定した場合の上記２つの座標における音圧レベルについてそれぞれ算出し、比較として、上記消音器内空洞２２の一端部閉塞面が剛体の場合、すなわち、端面アドミタンスＡ２を、Ａ２＝０．０００１＋ｊ０．０００１と低く設定した場合に上記各座標にてそれぞれ算出される音圧レベルとの比較を行なった。
【００２３】
なお、図２に示した四角の上辺に相当する上記消音器内空洞２２の外周部における空気吸込流路２３との接続部分のアドミタンス（以下、側壁アドミタンスと云う）Ａ１は設定が困難であるため、吸音性に近い場合（Ａ１＝０．００４＋ｊ０．００２）と、剛体面に近い場合（Ａ１＝０．０００１＋ｊ０．０００１）とした両極端な場合を設定し、それぞれの場合について得られる音圧レベルで比較を行なうようにした。
【００２４】
図３（イ）（ロ）はいずれも、側壁アドミタンスＡ１を吸音性に近いものとして設定した場合（Ａ１＝０．００４＋ｊ０．００２）について示すもので、図３（イ）に示す実線及び図３（ロ）に示す実線は、消音器内空洞２２の一端部閉塞面を吸音性とした場合（Ａ２＝０．００１６＋ｊ０．０００８）に、（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．３ｍ）及び（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．７ｍ）の座標においてそれぞれ得られる音圧の周波数依存性を示す。一方、図３（イ）及び図３（ロ）に示す破線は、消音器空洞２２の一端部閉塞面を剛体面に近いものとした場合（Ａ２＝０．０００１＋ｊ０．０００１）に上記の対応する各座標にてそれぞれ得られる音圧の周波数依存性を比較として示すものである。
【００２５】
図４（イ）（ロ）はいずれも、側壁アドミタンスＡ１を剛体面に近いものとして設定した場合（Ａ１＝０．０００１＋ｊ０．０００１）について示すもので、図４（イ）及び図４（ロ）に示す実線は、消音器内空洞２２の一端部閉塞面を吸音性とした場合（Ａ２＝０．００１６＋ｊ０．０００８）に、（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．３ｍ）及び（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．７ｍ）の座標においてそれぞれ得られる音圧の周波数依存性を示す。
一方、図４（イ）及び図４（ロ）に示す破線は、消音器空洞２２の一端部閉塞面を剛体面に近いものとした場合（Ａ２＝０．０００１＋ｊ０．０００１）に上記の対応する各座標にてそれぞれ得られる音圧の周波数依存性を比較として示すものである。
【００２６】
これらの結果より、図３（イ）（ロ）における実線と破線の比較、並びに、図４（イ）（ロ）における実線と破線の比較を行なうことにより、上記消音器内空洞２２の一端部閉塞面を吸音性にすると、該一端部閉塞面を剛体のままとする場合に比して、空気出口１７より該消音器内空洞２２に入る騒音が、該消音器内空洞２２の外周部付近に達する際の音圧レベルを引き下げることができ、このことから、該消音器内空洞２２より空気吸込流路２３へ伝えられる騒音について低減効果が生じることが認められる。
【００２７】
なお、図３（イ）と図３（ロ）との比較、及び、図４（イ）と図４（ロ）との比較より、上記消音器内空洞２２の外周部を吸音性に近いものとして設定した場合、及び、剛体面に近いものとして設定した場合のいずれの場合も、消音器内空洞２２の一端部閉塞面に近い座標（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．７ｍ）の方が、騒音低減効果が顕著であることが判る。
【００２８】
したがって、本発明の過給機用吸入消音器によれば、ケーシング１６の一端壁１６ｃ内面における消音器内空洞２２と対応する中心部に吸音材２５を貼り付けて、上記消音器内空洞２２における一端部閉塞面に吸音性を付与することができるため、図５に示した如きケーシング１６の一端壁１６ｃの中央部が剛体面となっている従来の過給機用吸入消音器１５に比して、消音器内空洞２２における反響音を小さくすることができて、空気吸込流路２３に入るまでに騒音低減効果を生じさせることができる。これにより、上記本発明の過給機用吸入消音器１５ａを、たとえば、図１に二点鎖線で示す如き排気タービン過給機のコンプレッサ３における吸入口１１の上流側に取り付けることにより、該吸入消音器１５ａの消音器内空洞２２を経た後、空気吸込流路２３、空気入口１８を経て外部へ放出されるコンプレッサ３のインペラ７の回転騒音を、従来用いられている過給機用吸入消音器１５に比してより低減させることが可能となる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、ケーシング１６の一端壁１６ｃにおける消音器内空洞２２と対応する中央部内面に吸音材２５を貼り付けて該消音器内空洞２２の一端部閉塞面に吸音性を付与することができれば、ケーシング１６の径や消音器内空洞２２の径は自在に設定してよい。消音器内空洞２２の外周に設ける空気吸込流路２３は、径方向に延びるものとして示したが、ケーシング１６の外周壁１６ｂに設ける空気入口１８を通して外部より取り入れる空気１２を、ケーシング１６の中心部に沿って形成される消音器内空洞２２へ導くことができれば、空気吸込流路２３の形状（経路）は屈曲する等、任意の形状としてもよい。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の過給機用吸入消音器の実施の一形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の過給機用吸入消音器の評価モデルを示す図である。
【図３】図２の評価モデルの消音器内空洞の外周部を吸音性に近いものと設定した場合において、（イ）は（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．３ｍ）の座標、（ロ）は（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．７ｍ）の座標にてそれぞれ得られる音圧の周波数依存性を示す図である。
【図４】図２の評価モデルの消音器内空洞の外周部を剛体面に近いものと設定した場合において、（イ）は（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．３ｍ）の座標、（ロ）は（ｒ，ｚ）＝（０．４ｍ，０．７ｍ）の座標にてそれぞれ得られる音圧の周波数依存性を示す図である。
【図５】排気タービン過給機の一例の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
３  コンプレッサ
７  インペラ
１１  吸入口
１２  空気
１５ａ  過給機用吸入消音器
１６  ケーシング
１６ａ  他端壁
１６ｂ  外周壁
１６ｃ  一端壁
１７  空気出口
１８  空気入口
２２  消音器内空洞
２３  空気吸込流路
２４  吸音材
２５  吸音材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005214048.tif 000015