(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気システムまたは排気システムのための騒音減衰器であって、ハウジングを備え、前記ハウジングは、
気体入口と、
気体出口と、
前記ハウジングの内部にあり、前記気体入口を前記気体出口に接続する第一気体流路と、
前記ハウジングの内部にあり、前記第一気体流路に通じている４分の１波長レゾネータ管と、
を備え、
前記ハウジングは、基体と、基体に立設される側壁によりベース上に形成された開放したチャネルとが一体に成形された部品を有し、
また、前記ハウジングは、部分的に仕切って第一気体流路と４分の１波長レゾネータ管を画定し、前記成形部品の側壁を含む複数の区画壁を有し、
前記ハウジングの内部には、ハウジングの区画壁により、前記第一気体流路に通じるよう部分的に仕切って画定されるヘルムホルツ型レゾネータが追加して備えられ、前記ヘルムホルツ型レゾネータおよび前記４分の１波長レゾネータ管はまとめられて単一の装置に統合され、前記単一の装置は前記吸気システムまたは前記排気システムに着脱可能であることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項２】
請求の範囲１に記載の騒音減衰器において、少なくともひとつの区画壁は、前記４分の１波長レゾネータ管の内側に面する面を提供する一側面および前記ヘルムホルツ型レゾネータの内側に面する面を提供する第二側面を有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項３】
請求の範囲１または２に記載の騒音減衰器において、前記騒音減衰器は自立型一体ものとして製造され、第一気体流路は変形しない流路であることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項４】
請求の範囲１から３のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記ハウジングは、結合され合体されるとき、区画壁を提供し、また前記第一気体流路、前記４分の１波長レゾネータ管、および前記ヘルムホルツ型レゾネータを形成する二つの成形部品を含むことを特徴とする騒音減衰器。
【請求項５】
請求の範囲１から４のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記４分の１波長レゾネータ管は非円形軸断面を有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項６】
請求の範囲５に記載の騒音減衰器において、各４分の１波長レゾネータ管は、略長方形の軸断面を有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項７】
請求の範囲１から６のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記ヘルムホルツ型レゾネータは非円形軸断面の入口路を有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項８】
請求の範囲７に記載の騒音減衰器において、前記ヘルムホルツ型レゾネータの前記入口路は略長方形の軸断面を有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項９】
請求の範囲１から８のいずれかに記載の騒音減衰器において、複数の気体流路が前記ハウジング内に備えられ、前記複数の各流路は前記気体入口を前記気体出口に接続し、少なくともひとつの４分の１波長レゾネータ管またはヘルムホルツ型レゾネータが各気体流路に通じていて、少なくとも一つの気体流路は、他の気体流路とは、当該流路の断面積と当該流路に通じるレゾネータの断面積との比が異なる、ことを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１０】
請求の範囲１から９のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記ハウジングを車体に固定するための取付手段を備え、前記取付手段は前記ハウジングから前記車体への振動の伝達を減衰する振動絶縁手段を備えることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１１】
請求の範囲１から１０のいずれかに記載の騒音減衰器において、さらに、第二ヘルムホルツ型レゾネータを前記ハウジング内部に備えることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１２】
請求の範囲１から１１のいずれかに記載の騒音減衰器において、さらに、複数の４分の１波長レゾネータ管を前記ハウジング内部に備えることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１３】
請求の範囲１２に記載の騒音減衰器において、少なくともひとつの第一４分の１波長レゾネータ管が前記第一気体流路の一側面に備えられ、また少なくともひとつの第二４分の１波長レゾネータ管が前記第一気体流路の反対側側面に備えられることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１４】
請求の範囲１２または１３に記載の騒音減衰器において、少なくともひとつの４分の１波長レゾネータ管はＬ字型であることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１５】
請求の範囲１２から１４のいずれかに記載の騒音減衰器において、少なくともひとつの４分の１波長レゾネータ管は直線部分と湾曲部分とを有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１６】
請求の範囲１から１５のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記ヘルムホルツ型レゾネータまたはひとつのヘルムホルツ型レゾネータは、断面積がＬ字型である空洞を有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１７】
請求の範囲１から１６のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記ヘルムホルツ型レゾネータまたはひとつのヘルムホルツ型レゾネータは、少なくとも一部分は湾曲面によって形成される空洞を有することを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１８】
請求の範囲１から１７のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記ハウジングは、前記ハウジングの他の二つの寸法のそれぞれの半分より小さい第一寸法を有する構造に作られることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項１９】
請求の範囲１から１８のいずれかに記載の騒音減衰器において、前記第一気体流路は、前記ハウジング内に、前記第一気体流路を流れる気体が、前記第一気体流路に通じている連続した前記ヘルムホルツ型レゾネータまたはレゾネータ群および前記４分の１波長レゾネータ管または管群を通過する様式によって形成されることを特徴とする騒音減衰器。
【請求項２０】
請求の範囲１から１９のいずれかに記載の騒音減衰器において、自動車において使用するために、前記ハウジングは６から１０リットルまでの範囲のレゾネータ体積を含むことを特徴とする騒音減衰器。
【請求項２１】
請求の範囲１に記載の騒音減衰器の製造方法であって、
基体と、基体に側壁によって形成された開放チャネルとを有するハウジングの第一部品を一体に成形するステップと、
前記第一部品の開放チャネルに対応した開放チャネルを有する基体であって、開放チャネルが基体に立設された側壁により形成された基体を含むハウジングの第二部品を一体に成形するステップと、
第一部品および第二部品のそれぞれの対応する前記開放チャネルが共同で作用しすべての前記気体流路、ヘルムホルツ型レゾネータ、および４分の１波長レゾネータ管を前記ハウジング内に形成するように、前記第一および第二部品を合体させて結合するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求の範囲２１に記載の方法において、少なくともひとつの部品は射出成形によって形成されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求の範囲２２に記載の方法において、少なくともひとつの部品はポリプロピレン製であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求の範囲２３に記載の方法において、少なくともひとつの部品はナイロンを基材とするプラスチック製であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求の範囲１から２０に記載の騒音減衰器を自動車に使用する方法であって、前記騒音減衰器の前記ハウジングを使用し前記自動車の構造部品を提供するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求の範囲２５に記載の使用方法において、前記ハウジングを使用しホイールアーチライナを形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求の範囲２５に記載の使用方法において、前記ハウジングを使用しバンパの部品を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
内燃機関の吸気システムであって、エアフィルタ、吸入マニホールド、および請求の範囲１から２０のいずれかに記載の騒音減衰器を備え、前記エアフィルタは前記騒音減衰器の前記気体入口に接続され、前記吸入マニホールドは前記騒音減衰器の前記気体出口に接続されることを特徴とする吸気システム。
【請求項２９】
内燃機関の吸気システムであって、エアフィルタ、外気入口、および請求の範囲１から２０のいずれかに記載の騒音減衰器を備え、前記外気入口は前記騒音減衰器の前記ハウジングの前記気体入口に接続され、前記騒音減衰器の前記ハウジングの前記気体出口は前記エアフィルタに接続されることを特徴とする吸気システム。
【請求項３０】
請求の範囲２８に記載の吸気システムにおいて、ひとつの４分の１波長レゾネータ管または前記４分の１波長レゾネータ管の内側に面する面は、少なくとも一部は騒音減衰を向上させる二次材料によって被覆されることを特徴とする吸気システム。
【請求項３１】
請求の範囲２８または３０に記載の吸気システムにおいて、ひとつのヘルムホルツ型レゾネータまたは前記ヘルムホルツ型レゾネータの内側に面する面は、少なくとも一部は騒音減衰を向上させる二次材料によって被覆されることを特徴とする吸気システム。
【請求項３２】
内燃機関のための吸気システムであって、
排気マニホールドと、
排気出口と、
請求の範囲１から２０のいずれかに記載の騒音減衰器と、
を備え、
前記排気マニホールドは前記騒音減衰器の前記ハウジングの前記気体入口に接続され、前記排気出口は前記騒音減衰器の前記ハウジングの前記気体出口に接続されることを特徴とする吸気システム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、吸気システムまたは排気システムのための騒音減衰器に関する。
本明細書においては、本発明を、自動車の内燃機関の吸気システムまたは排気システムにおける本発明の使用に関して述べる。しかし、本発明による騒音減衰器は、このような用途に限定されると考えるべきではなく、本発明は、多数の気体流システム（例えば、空調システム、カーヒータシステム、ファンシステムまたは家庭用用途）、多数の吸気システム、または多数の排気システムにおいて騒音を減衰させるために使用できることを理解する必要がある。
現在、自動車の内燃機関の吸気システムにおける騒音の減衰に関して一般に認められている手段は、吸気ダクトに沿って、ダクトの別々の点にヘルムホルツ型レゾネータと４分の１波長管レゾネータとを取り付けることであり、各レゾネータは独立した完全体であり、多数の異なる完全体が吸気ダクトの全長にわたってダクトに接続されている。独立したレゾネータの体積の合計は、通常、１２リットルとなる。種々のレゾネータが、通常、エンジン室周辺に配置される。
米国特許第５０１４８１６号には、内燃機関の吸気システムまたは排気システムのためのサイレンサが開示されており、そのサイレンサは、単独のハウジングに配列される多数のチャネルによって形成される多数の４分の１波長管レゾネータを備える。このシステムは、本質上、先行技術のシステムより小型であるので、ある一定の先行技術のシステムより有利である。しかし、米国特許第５０１４８１６号の構造は、低周波を減衰させるためには非常に長い４分の１波長管を使用する必要があるという欠点がある。したがって、設計者は、長い４分の１波長管を組み込むための非常に大きなハウジングを設計するかまたは吸入システムが低波長を減衰しないことを許容するかのいずれかを選択しなければならない。
本発明によれば、吸気システムまたは排気システムのための騒音減衰器が提供され、この騒音減衰器はハウジングを備え、ハウジングは、
気体入口と、
気体出口と、
ハウジングの内部において気体入口を気体出口につなぐ第一気体流路と、
ハウジング内部にあり、第一気体流路に通じている４分の１波長レゾネータ管とを有し、
さらに、第一気体流路に通じているヘルムホルツ型レゾネータがハウジング内部に備えられ、ヘルムホルツ型レゾネータと４分の１波長レゾネータ管とはまとめて単一の装置に統合され、この単一の装置は吸入システムまたは排気システムに脱着可能であることを特徴とする。
騒音減衰器のハウジングは、低周波数騒音を減衰するヘルムホルツ型減衰器を有する。したがって、本発明によれば、吸気システムまたは排気システムの騒音の減衰のために必要とされるすべての要素が小型で経済的な方法によってひとつのハウジングに入れて提供される利点がある。このように、ハウジングは、低周波騒音を減衰するために非常に長い４分の１波長管を有する必要がない。
ヘルムホルツ型レゾネータは、低波長騒音の減衰において４分の１波長管レゾネータに優る重要な利点を有する。例えば、１００Ｈｚ周波数騒音を減衰するためのヘルムホルツ型レゾネータの体積は２．４リットルであり、同じ周波数騒音を減衰するための４分の１周波数管の体積はそれより小さいが、４分の１波長管は少なくとも１メートルの長さを必要とするので、ヘルムホルツ型レゾネータを用いる場合より一つにまとめることが困難である。さらに、ヘルムホルツ型レゾネータによって、騒音消去の周波数帯域が４分の１波長レゾネータ管より良好に形成されるようになる。
本発明によれば、騒音減衰器が多数の利点を有するひとつの完全な統合型装置として提供される。第一に、本統合型減衰器を通過する際の圧力損失は、同等の減衰を提供するが吸気システム全体にわたり分散配置される独立型レゾネータを有する先行技術のシステムを通過する際における圧力損失より小さい。この結果、下流の内燃機関の効率が向上する。第二に、本出願人は、吸気システム全体に分散配置される独立型レゾネータよりなる合計１２リットルのレゾネータを有する先行技術システムは、６から１０リットルの範囲、好適には約７リットルの体積を有する本発明による騒音減衰器によって代替することが可能であり、同時に、実際、減衰特性は改良され、通過時騒音（ｄｒｉｖｅｂｙ  ｎｏｉｓｅ）（法律により課せられる標準試験によって測定される騒音であり、自動車から７．５メートルの場所における騒音の測定値を含む）は、７４ｄＢから７１ｄＢに減少することを見出した。通過時騒音の必要とされる３ｄＢの減少を実現するためには、その騒音の一因となる吸気騒音を８ｄＢ減少させる必要がある。ｄＢ測定値は対数尺度の測定値であるので、３ｄＢの減少は騒音をおよそ半分にすることを表す。騒音減衰システムの合計体積の減少は、さらに、システムの重量を減少させ、システムの費用を低下させる利点がある。本発明による減衰器によれば、合計体積を減少させた条件において、分散配置される先行技術システムと同じ（および通常さらに優れた）騒音減衰を実現することができる。これは、ヘルムホルツ型レゾネータを４分の１波長管レゾネータと一緒にまとめてひとつのハウジングに含めることの騒音消去に対する相乗効果のためである。
完全な騒音減衰器システムを単独の完全体として提供することによって、騒音減衰器の設計において、特定の適用対象を所定の空間内に納めるということ、すなわちパッケージングの制約に最も良く適合させることができる。例えば、騒音減衰器は二つの目的を考慮に入れて設計することができる。すなわち、例えば、騒音減衰器およびホイールアーチライナの両者、騒音減衰器およびボンネットライナの両者、または騒音減衰器および自動車バンパの一部の両者のための機能を果たす装置として設計することができる。
この一体化された装置を、例えば絶縁ゴムなどの絶縁物により自動車の他の部分に結合することによって、一体に形成された完全な騒音減衰システムは、騒音により減衰することが可能となる。これまでは、騒音減衰システムの独立した各々の部材は、かたかたと音を立てる場合があったが、前記の各々の部材を騒音の発生を防止するように他の部分、例えば自動車の他の部分に結合することは非常に困難であり、また費用がかかった。本発明による騒音減衰器においては、複数の壁を使用することによって、減衰器を剛体として作ることができるので、振動による騒音を低く保つことが容易になる。
先行技術システムの分散される複数のレゾネータの配置は、パッケージングの制約されるが、一方、吸気システムにおける４分の１波長管またはヘルムホルツ型レゾネータの位置決めがレゾネータによる特定の周波数の消去に最も適合するように選択されたていた。しかし、一般に認められている手段とは反対に、すべてのレゾネータを吸気システムの一点にまとめて配置することの不利益は重大ではなく、本発明による利益の方が優ることが明らかとなった。
軸断面が非円形（および好適には長方形）である入口流路を有するヘルムホルツ型レゾネータが、特に、軸断面が非円形（および好適には長方形）であるレゾネータ管と共に備えられることは、殊に有利であることが見出された。円形断面を使用するときは、騒音減衰特性は良好であるが定常波が騒音減衰器を貫通する気体流通管にはっせいする傾向がある。本出願人は、非円形軸断面を使用することによって、定常波の波形を変更できることを発見した。
本発明の一態様は、ハウジングを貫通する二つ以上の気体流通管を有している。複数の流通管は、各気体流通管に対して異なるアスペクト比（すなわち、気体流通路の断面積とレゾネータの断面積の比）を選択することができるので、騒音減衰器を一層良く同調させるという利益をもたらすことができる。
レゾネータのハウジング壁に防音材を組み込み、騒音消去を向上させることができる。
射出成形は正確な成形方法（例えば、吹き込み成形より正確）であるので、正確な公差が必要とされるときは、レゾネータの部品は射出成形することが好ましい。射出成形過程には、ポリプロピレンを使用することができる。
ハウジング内のレゾネータの数は、必要とされる騒音消去の適用対象および特質によって、最低ひとつのヘルムホルツ型レゾネータおよびひとつの４分の１波長管から始まりいずれかのレゾネータを任意の数まで増加させることができる。レゾネータの配置は、所定の空間内に納めるという要求および騒音最適化によっても変更することができる。
以下、本発明の実施形態を、下記の添付図面を参照して述べる。
図１は、本発明による騒音減衰器の第一実施形態を示す側面図である。
図２は、図１に示す騒音減衰器の矢印で示す線Ａ−Ａ′に沿った断面を示す図である。
図３は、本発明による騒音減衰器の第二実施形態を示す概略斜視図である。
図４は、本発明による騒音減衰器の第三実施形態を示す概略斜視図である。
図５は、本発明による騒音減衰器の第四実施形態を示す概略斜視図である。
図１によれば、本発明による騒音減衰器は単独の一体ものであり、プラスチック成形ハウジングであるハウジング１０を備えることが分かる。ハウジング１０は、１００ｍｍの最大深さを有する。ハウジング１０は、入口オリフィス１３を有することが分かる。このオリフィス１３は、内燃機関の吸気システムにおける外気のための入口とすることができる。一方、騒音減衰器が自動車の排気システムに結合されるときは、このオリフィスは排気ガスの入口とすることが可能であり、その場合は、ハウジング１０は、金属または他の耐熱性材料で作られる。
図２は、ハウジングの断面図であり、ハウジング１０は、入口オリフィス１３から出口オリフィス１１までハウジング１０を貫通する第一気体流路１２を有することを示す図である。使用時には、入口オリフィス１３はエアフィルタに接続され、出口オリフィス１１は内燃機関用の吸気マニホールドに接続されるように、ハウジング１０は接続される。別の使用法の場合は、ハウジング１０は、入口オリフィス１３は内燃機関の排気マニホールドにつながるパイプに接続され、出口オリフィス１１は燃焼ガスを大気に排出するパイプに接続されるように、自動車の排気システムに接続されることができる。
ハウジング１０は、二つの部品１０Ａおよび１０Ｂより形成される（図１参照）。各部品は、簡単な射出成形操作によって形成される。射出成形は、他の成形方法（例えば、吹き込み成形）より精密な公差の部品を生産する利益を有する。部品１０Ａおよび１０Ｂは、ポリプロピレンによって成形することまたはナイロンを基体とする材料によって成形することができるので、その結果、振動を生じ難い剛性構造となる。しかし、高価なものではある。
部品１０Ａは、多数の区画を有するように形成されるので、ハウジング１０の二つの部品１０Ａと１０Ｂとが一緒に結合されるとき、二つの部品は合体して、ここに述べるような管および空洞を形成する。ハウジング１０の最大寸法は、５４０ｍｍである。
図２によれば、ハウジング１０は、ハウジング１０内において最も長い４分の１波長レゾネータ管である第一４分の１波長レゾネータ管１４を備えていることが分かる。４分の１波長レゾネータ管１４は、その端部１５が第一気体流路１２に開口している。４分の１波長レゾネータ管１４は、Ｌ字型であり、ハウジング１０の二つの側面に沿って延在する。
比較的短い４分の１波長レゾネータ管１６も、ハウジング１０内に存在し、この管は第一流路１２に通じている端部１７を有する。外気または排気が第一流路１２を入口オリフィス１３から出口オリフィス１１まで通過するとき、その気体は、最初に４分の１波長管１４の開口部１５を、次に４分の１波長管１６の開口端１７を連続して通過する。
４分の１波長レゾネータ管１６の端部１７を通過した気体は、次に、ヘルムホルツ型レゾネータ１８の端部２２を通過する。ヘルムホルツ型レゾネータ１８は、空洞２１に延びる入口路２０を備える。入口路２０および空洞２１は、両者とも、部品１０Ａと部品１０Ｂとが合体されるとき、ハウジング１０の二つの部品１０Ａおよび１０Ｂの形状によって形成される。
気体は管２０の開口端２２を通過後、気体は４分の１波長レゾネータ管２３の開口端２４を通過する。４分の１波管２３は、図２に示すようにＬ字型であり、最初は第一流路１２に対して直角であり次に９０°曲がり４分の１波長レゾネータ管１４の末端部分と平行に位置する。
気体は、４分の１波長管２３の開口端２４に沿って通過後、気体は、次にヘルムホルツ型レゾネータ２５の開口端２８を通過する。ヘルムホルツ型レゾネータ２５は、入口路２６および空洞２７を備え、入口路２６および空洞２７は両者共、ハウジング１０の二つの部品の形状によって形成される。
第一流路１２を通過する気体は、ヘルムホルツ型レゾネータ２５の開口端２８を通過後、次に、最も短い４分の１波長レゾネータ管２９の開口端を通過する。４分の１波長レゾネータ管２９は、ハウジング１０の二つの部品１０Ａと１０Ｂとが合体されるときに形成される。
第一流路１２に沿って通過する気体は、出口１１に到達する前に、最後に４分の１波長レゾネータ管３１の開口端３２を通過する。４分の１波長レゾネータ管１４、１６、２３、および２９は気体流路１２の同じ側に存在するが、一方、４分の１波長レゾネータ管３１は気体流路１２の反対側であるが同一面上に位置する。
図２には、ハウジング１０内に形成される除去可能パネル３３も示されている。ハウジング１０は、使用時には、内燃機関の頂部に配置されるように設計されるので、除去可能パネル３３を除去することによって、ハウジング１０の下にあるオイルフィルタキャップを操作することが可能となる。
レゾネータを形成するために二つの異なる成形部品を製造することしか必要とせず、次に、これらの部品を合体させて４分の１波長レゾネータ管とヘルムホルツ型レゾネータとを有するハウジングが形成され、これらのレゾネータは、ハウジング１０のひとつの部品１０Ａの成形過程において形成される一連の区画が、ハウジング１０のもう一方の部品１０Ｂと共同で作用して形成されるので、本発明による騒音減衰器は経済的に製造できることが理解される。部品１０Ａと１０Ｂとはサイズが等しくなく、図１に見られるように、部品１０Ａがハウジング１０の全体の厚さの５分の４を占め、部品１０Ｂは残りの５分の１である。
この図は、ヘルムホルツ型レゾネータの深さは、４分の１波長レゾネータ管の深さより深いことを、十分に図解していない。ハウジング１０の二つの部品１０Ａおよび１０Ｂの対向する面は、それぞれ、複雑な３次元形状を有し、ハウジング１０の二つの部品１０Ａと１０Ｂとが合体され互いに結合されるとき、４分の１波長レゾネータ管およびヘルムホルツ型レゾネータが、必要とされる３次元形状を有するように設計されている。ヘルムホルツ型レゾネータ１８および２５のそれぞれの底部は（図２に示すように）平坦である。
好適な実施形態においては、各４分の１波長レゾネータ管はほぼ長方形の軸断面を有し、長方形軸断面の角は丸みを持たせてある。また、ヘルムホルツ型レゾネータ２１および２７の入口路２０および２９も、ほぼ長方形の軸断面を有し、軸断面の角は丸みを持たせてある。
非円形軸断面を有することが驚くほど重要であることが、分かった。円形軸断面は相当な騒音減衰を与えるが、気体流路１２に定常波が形成されることがあり、この定常波は相当に騒音の一因となることがある。気体流路１２内の定常波の波形は、非円形（および好適には長方形）軸断面を選択することによって変更することができるので、その結果、騒音が減少する。軸断面は、楕円形、六角形、または他の非円形形状とすることができるが、断面の最小の寸法が気体流路１２の軸と平行であることが好ましい。
４分の１波長レゾネータ管およびヘルムホルツ型レゾネータの正確な寸法およびレゾネータの配置は、減衰する必要がある気体流の可聴音周波数スペクトルを考慮して、特定の適用対象に応じて選択される。
吸気システムに使用される４分の１波長管の場合は、基本式ｆ＝Ｃ／４Ｌ（非常に簡略化した式であり、例えば、温度および端末効果を無視している）を使用して、選択される長さを計算することができる（さらに複雑な数学モデルが好ましいが）。ここで、ｆは同調周波数、Ｃは２０℃における空気中の音速の概略値、またＬはチャネルの中心線の長さである。例えば、中心線長さが０．６メートルの場合は、ｆ＝３４０／２．４であり、ｆ＝１４１ヘルツとなる。中心線長さが０．４５メートルの場合は、ｆ＝３４０／１．８、すなわち、ｆ＝１８９ヘルツである。
ヘルムホルツ型レゾネータの場合は、ヘルムホルツ型レゾネータを形成する管および空洞の寸法は、特定の周波数を減衰するように調整される。この調整は、吸気システムに対しては、基本式ｆ＝Ｃ／２π√（Ａ／ＬＶ）を使用して行われる（非常に簡略化した式であり、例えば、温度および端末効果を無視している）。ここで、ｆは同調周波数、Ｃは音速の概略値、Ａは空洞に導く管の断面積、Ｌは空洞に導く管の長さ、またＶは空洞の体積である。実際には、さらに複雑な数学モデルが好ましい。
例えば、ヘルムホルツ型レゾネータ１８の管２０は、１００ｍｍの長さおよび１２５６ｍｍ2の断面積を有するように選択することができる。空洞２１は、１．４７リットルの体積を有するように選択することができる。この場合、同調周波数は、１４１ヘルツとなる。ヘルムホルツ型レゾネータ２５の管２６は、４５ｍｍの長さおよび１２５６ｍｍ2の断面積を有するように選択することができる。ヘルムホルツ型レゾネータ２５の空洞２７の体積は、１．４０リットルであるように選択することができる。この場合、同調周波数は、１９１ヘルツとなる。
周波数の計算のための二つの式を注意深く考察すれば、周波数は管の面積および長さならびにヘルムホルツ型レゾネータの体積に非常に依存するので、低周波数を減少させるための４分の１波長レゾネータ管は長さが長いことが必要とされるが、同等のヘルムホルツ型レゾネータの管は非常に短いことが分かる。小さい断面積を有する管および大きな体積を有する空洞を選択することによって、非常に長い４分の１波長レゾネータ管を騒音減衰器のハウジングに設ける必要なしに、低周波数を減衰することができる。
前述した式は、レゾネータのための基本式に過ぎず、単に、ヘルムホルツ型レゾネータと４分の１波長レゾネータとの特性が異なることを示すためのものである。正確な同調周波数は、レゾネータの開口部の寸法のような多数の因子によって変わる。
図２には、それぞれ閉鎖端を有する４分の１波長レゾネータ管が示されている。実際には、事実上、各４分の１波長レゾネータ管は、４分の１波長レゾネータ管から水分を排出するために小さい孔をその端部に有することがある。吸気システムは理想的には防水性であるが、幾分の水分が入るのでその排出手段が必要とされる。孔は、４分の１波長管の可聴音特性に最小の影響を有するように十分に小さく選択できる。同様に、各ヘルムホルツ型レゾネータは、ハウジング１０内からの水分の排出を可能とするために小さい孔を有する。繰り返すが、ヘルムホルツ型レゾネータの孔は、ヘルムホルツ型レゾネータの可聴音特性に対する影響を最小限とするように十分に小さく選択される。
ハウジングは射出成形によるプラスチック材料製であると前述したが、ハウジングは、二つの金属部分をスタンピングし、その二つの金属部分を合体させて結合することによって製造することもできる。実際、ハウジングは、例えば、ロータリー成形のような多数の異なる製造方法によって、あるいはガラス繊維または何らかの繊維状材料のような多数の異なる材料によって製造することができる。ハウジングの二つの部品は、一緒に成形あるいは機械結合または他の適切な方法を使用して確実に合体させることができる。代替方法としては、ハウジングは、単一部材として製造することができる。
前述した実施形態においては、５個の４分の１波長レゾネータ管および２個のヘルムホルツ型レゾネータが存在するが、これは決定的なものではなく、４分の１波長レゾネータ管およびヘルムホルツ型レゾネータの数は異なる適用対象に対しては変更することができる。各適用対象において重要であるのは、減衰する必要がある可聴音騒音の周波数スペクトルを解析し、可聴音騒音を減衰するために４分の１波長レゾネータ管とヘルムホルツ型レゾネータとの最良の組合せを選択することである。通常、ヘルムホルツ型レゾネータは、周波数スペクトルの低周波数部分を減衰するように選択され、４分の１波長レゾネータ管は、可聴音周波数騒音スペクトルの高周波数成分を減衰するように設計される。４分の１波長レゾネータ管およびヘルムホルツ型レゾネータは、パッケージングから要求される条件によって、多数の異なる形状に作ることが可能であり、４分の１波長レゾネータ管は、例えば、直管または曲管とすることができる。実際に、一部の４分の１波長レゾネータ管は、任意の角度（例えば、９０°）で曲げることができる。また、４分の１波長レゾネータ管は、３次元で変化する形状、例えば、らせん状に形成することができる。各４分の１波長レゾネータ管の軸断面積は、その全長のわたり事実上一様であることが好ましい。
ハウジング１０は厚さ寸法（１１０ｍｍ）を有し、この寸法はハウジングの他の寸法より遥かに小さいことが理解される。このため、ハウジングを、例えば、エンジンの上、エンジンとボンネットとの間のような限定された空間に配置することができる。ハウジングは、実際に、エンジンルームのいかなる場所にも配置することが可能であり、例えば、エンジンルームの側壁に固定することができる。実際、騒音減衰器は、必ずしもエンジンルームでなく、自動車のどこにでも設置することができる。ハウジングは、自動車内において他の目的の機能を果たすこともできる（例えば、ハウジングは自動車のバンパの一部とすることができる）。
前述したハウジング１０は別々の二つの部品１０Ａおよび１０Ｂによって形成されるが、ハウジングは異なる部品の任意の部材によって同様に適切に形成することが可能であり、実際、ハウジングは単独の部品としてひとつの構造に形成することができる。
ハウジング１０は、成形樹脂または繊維状材料によって製造することができる。例えば、熱可塑性プラスチックスまたは熱硬化性プラスチックのような軽量高分子材料を使用することができる。また、複合材料を使用することもできる。
前述した騒音減衰器は内燃機関の吸気システムまたは排気システムの騒音を減衰する使用法について述べたが、騒音減衰器は、圧縮機、タービン、またはポンプについて同様に適切に使用することができる。実際に、騒音減衰器は、複数の導管輸送構成要素および騒音を生成する構成要素を有するシステム（例えば、空気調和システム）、または気体が異なる寸法の多様なチャンバを通過して流れる必要があるシステムにおいて使用することができる。
前述した実施形態においては、ひとつの４分の１波長レゾネータ管は、外気吸入路の、他の４分の１波長管と反対側の側面にある。これは、パッケージング上の特性が改良されるので、好適な態様である。
前述した本発明の実施形態においては、第一流路１２を通過する気体流は、ハウジング内において、ひとつのヘルムホルツ型レゾネータの開口端を通過後、次に、４分の１波長レゾネータ管の開口端を通過してから、第二ヘルムホルツ型レゾネータの開口端を通過する。騒音減衰器の配置を設計するときに、設計者は、主要流路（例えば、気体流路１２）は、それ自体が特定の周波数において共鳴するので、減衰器には、主要流路の共鳴によって生成される騒音を減衰するように設計される４分の１波長レゾネータ管またはヘルムホルツ型レゾネータが含まれることを考慮する。この４分の１波長レゾネータまたはヘルムホルツ型レゾネータの位置決めは、騒音減衰器の効果が最大に発揮されるように選択される。この位置が固定されると、次に、他のレゾネータの相互の位置関係が好適に選択される。各レゾネータによって提供される騒音減衰が最大の効果を発揮するために、主要流路において（気体流の方向に）連続した開口を有するレゾネータは、互いに共鳴周波数が離れるように相互位置関係が選択される。言い換えれば、近接した共鳴周波数を有するレゾネータを離すことが、有益である。しかし、レゾネータをこの方法によって配置する必要はなく、パッケージングと音響特性の都合の良い妥協が与えられる方法によってパッケージングすることができる。
レゾネータを区画する前述した区画壁は中実壁であるが、これらは、同様に適切に、空気空隙によって分離される二つの薄膜を有する中空壁とすることができる。
間隔を置いて配置される独立した区画壁を各レゾネータに対して備えることは可能であり、区画壁の外部に面する面は互いに、例えば、空気空隙によって分離される。これは、区画壁がハウジングに対する補強波形を形成するので、ハウジングを強化するために実行される。
前述したハウジングは長方形箱形であり、これは、製造上の実用性のためおよびパッケージングを考察する上で有利であるが、ハウジングは、本来は、いかなる形式を有することも可能であり、例えば、ハウジングは円筒状または球状とすることができる（しかし、これらの両形式は同じ体積の長方形箱形より同位置において多くの空間を占める）。
減衰器が吸気システムにおいて使用されるとき、減衰器はエアフィルタの「汚染」側または「清浄」側に配置することができる（すなわち、気体流の方向においてフィルタの前または後のいずれかに配置することができる）。レゾネータの内側に面する面を二次防音性（例えば、繊維状）材料を使用して被覆することによって騒音減衰器の騒音減衰性能を向上させることが好ましいことがある。この場合、騒音減衰器は、エアフィルタの「汚染」側に配置されることになるので、防音性材料から遊離される微粒子がエンジンに入ることはない。
前述した実施形態においては、気体流路の内側に面する面は平滑なプラスチック面であるが、この面を故意に粗面にして減衰特性を改良することができるし、また無響チャンバ内のように一連の傾斜反射面を備えることができる。
ここで、図３を参照して本発明の第二実施形態について述べる。図３にはハウジング４０を備えるレゾネータが示されている。ハウジングは入口４１を有し、入口４１は、使用時には内燃機関のエアフィルタに接続される。外気は、ハウジング４０内の気体流路４２を通過し、外気入口４１から外気出口４３に流れ、外気出口４３は使用時はエンジンの入口マニホールドに接続される。外気が外気入口４１から外気流路４２を経由して外気出口４３に流れるとき、外気は、連続して、
Ｌ字型４分の１波長レゾネータ管４３と、
気体流路４２に通じているＬ字型入口路４５を有するヘルムホルツ型レゾネータ４４と、
４分の１波長レゾネータ４６と、
４分の１波長レゾネータ４７と、
４分の１波長レゾネータ４８と、
の開口端を通過して流れる。
したがって、図３に示す騒音減衰器は４個の４分の１波長レゾネータと１個のヘルムホルツレゾネータを備えることが分かる。図には、３個のゴム製振動絶縁体４９Ａ、４９Ｂおよび４９Ｃが示され、これらによって、ハウジング４０は自動車本体に連結される。振動絶縁体４９Ａ、４９Ｂおよび４９Ｃは、ハウジング４０から自動車本体への振動の伝達を減衰するので、ドライバが体感する騒音が低下される。
本発明による第三実施形態を図４に示す。この実施形態においては、騒音減衰器はハウジング５０を有し、ハウジング５０は、使用時は内燃機関のエアフィルタに接続される外気入口５１を有する。ハウジング５０は、使用時は内燃機関の入口マニホールドに接続される外気出口５２も有する。外気入口５１は、気体流路５３によって外気出口５２に接続され、気体流路５３はハウジング５０を貫通する二つの独立した流路５３Ａおよび５３Ｂを備える。流路５３を流れる外気は、最初に入口５１を通り、次に、流路５３Ａを通過する第一外気流と流路５３Ｂを通過する第二外気流とに分かれる。流路５３Ａおよび５３Ｂを流れる外気は、外気出口５２を通過する前に再度合流される。図示の実施形態においては、外気流路５３Ａの断面積は外気流路５３Ｂの断面積と異なる。４分の１波長レゾネータ５４、ヘルムホルツ型レゾネータ５５、および４分の１波長レゾネータ５６は、外気流路５３Ａに通じている。外気流路５３Ｂに通じているのは、Ｌ字型入口路５８を有するヘルムホルツ型レゾネータ５７、およびＬ字型４分の１波長レゾネータ５９である。
独立した流路５３Ａおよび５３Ｂによって外気を分割することにより、図示のレゾネータは、レゾネータの同調によって騒音が有効に消去される一層重要な機会を提供することができる。外気流路５３Ａの断面積を外気流路５３Ｂの断面積と異なるように選択することによって、異なるアスペクト比（すなわち、外気流路の断面積とレゾネータの断面積との比）を利用することができる。
図５は、本発明の第四実施形態を示す図であり、自動車用ホイールアーチライナを形成する形状とされるハウジング６０を備える騒音減衰器を示す図である。したがって、ハウジングは騒音減衰器のハウジングとしての機能および自動車の構造構成要素、すなわちホイールアーチライナとしての機能の両者を果たすので、ハウジングは二重機能を果たすことが分かる。
ハウジング６０は、外気入口６１および外気出口６２、ならびに外気入口６１と外気出口６２とを接続する外気流路６３を有する。外気流路６３（これは、ホイールアーチライナの湾曲特性のために、湾曲された流路である）を流れる外気は、連続して、
Ｌ字型入口路６５を有するヘルムホルツ型レゾネータ６４と、
Ｕ字型４分の１波長管レゾネータ６６と、
Ｌ字型４分の１波長管レゾネータ６７と、
Ｌ字型入口路６９を有するヘルムホルツ型レゾネータ６８と、
４分の１波長管レゾネータ７０と、
Ｌ字型４分の１波長管レゾネータ７１と、
Ｌ字型入口路７２を有するヘルムホルツ型レゾネータ７３と、
の開口端を通過する。
ホイールアーチライナを設けるためにハウジング６０を使用することによって、自動車に対する全体の費用および重量節減の利益が得られ、その自動車は騒音減衰器およびホイールアーチライナの独立した構成要素を必要としない。さらに、ホイールアーチライナとしてハウジング６０を使用することは、自動車のデッドスペースの有効利用であるので、エンジン周辺を混乱していない状態に保つことができる。
本発明のすべての実施形態において、本発明は多数の長所を有することが認められる。自動車用として現在市販されているレゾネータシステムは、およそ１２リットルのレゾネータ体積を有するが、これが約７リットルに減少されると共に、通過時騒音が７７ｄＢから７４ｄＢに低下される。さらに、本発明によって提供される統合型装置は、市販レゾネータシステムに比べて重量が減少され、費用も低下されるものである。その上、統合型装置前後の圧力損失は、分散型装置の前後の圧力損失の総合より小さく、この結果、エンジンの出力が改良される。統合型装置は、自動車の構造構成要素、例えば、ホイールアーチライナまたはボンネットライナとして使用することができる。統合型装置は、現在使用されている独立型装置より強固に作ることが可能であり、また、統合型装置は、振動絶縁体を介して自動車本体に連結することが容易である。これらの両因子によって、騒音減衰器による自動車本体への振動伝達は減少される。
ひとつの統合型装置内のヘルムホルツ型レゾネータおよび４分の１波長レゾネータの相互作用は有利な効果を有し、体積が減少される上に一層高度の騒音減少が達成されることが明らかとなった。４分の１波長レゾネータおよびヘルムホルツ型レゾネータをひとつの統合型装置内に配置することによって、結果として騒音消去において相乗効果が得られる。これは、自動車の吸気システムの外気流路の異なる部分に独立型騒音減衰器を配置することが最善であると仮定する前に、外気入口路を通って流れる外気の圧力プロファイルの波形を考慮するためである。
統合型装置内のヘルムホルツ型レゾネータは、４分の１波長管レゾネータによって提供される騒音消去の帯域より一層良好に定められる騒音消去の帯域を提供する。ひとつの統合型装置内のヘルムホルツ型レゾネータと４分の１波長管レゾネータとの相互作用の結果、最適化が達成され、これは、統合型装置の全体積は、独立型構成要素として接続する必要があると想定されるレゾネータを合計して得られる体積に比較して、減少させることができることを意味する。
本発明によって提供される統合型装置は、成形処理によって二つの部品として製造されるので、本発明によれば、費用節減が可能となる。高度な公差を有するが良好な程度の剛性も有するレゾネータを提供するには、ナイロンを基体とする材料を使用する射出成形処理は特に有利である。
【図１】
0003818392.tif 000002
【図２】
0003818392.tif 000003
【図３】
0003818392.tif 000004
【図４】
0003818392.tif 000005
【図５】
0003818392.tif 000006