JPH07508573A - 往復運動する機械用の引き入れまたは吐き出しライン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 往復運動する機械用の引き入れまたは吐き出しライン本発明は、往復運動する機 械用の引き入れまたは吐き出しラインに関する。 本発明に関するかぎり、往復運動する機械とは、例えば燃焼機関、コンプレッサ ー、ヒートポンプ等、人口的にまたは自然発生的に流れに脈動を生成する任意の 装置を意味する。 往復運動する機械のガスの引き入れまたは吐き出しの脈動が主要な騒音源とくに 低周波数の騒音源であることは知られている。すべての往復運動する機械（コン プレッサー、真空ポンプ、ヒートポンプ等）の出力装置およびそれらの機械の引 き入れ口に関しても同様である。 この種の脈動は、機械の動作周期に正確に関係する周波数ではきわめて高いエネ ルギーを示すが、異なる中間周波数では、エネルギーはきわめて弱い。 実際、この種の騒音を音響学的に分析すると、きわめて高いエネルギーを示す不 連続な線をもつスペクトルが得られる。 例えば燃焼機関の脈動によって発生する騒音のレベルを下げるためには、サイレ ンサーを取り付けた排気ラインが用いられる。 しかし、この種のサイレンサーは、排気ガスの低周波脈動をある程度減衰させる ことができるか、同時に、排気ラインに流れの変動および騒乱現象が生じ、その ために中および高周波数の騒音が発生する。 さらに、排気ラインを自動車に設置する場合には、車体の下の利用可能な空間に 取り付ける必要があるため、その形状上の特殊性がさらに重要な意味をもつよう になる。すなわち、パイプの内部断面は、一端から他端にかけて数度にわたって 変化し、また排気ラインにはそらせ板その他の騒音を発生する多数の障害物が含 まれている場合が多い。 その結果、サイレンサーを接続する管状パイプで構成される通常の排気ラインは 、比較的かさ張ったものとなり、余分な騒音を発生する原因となる。その上、か なりの圧力低下を生じる。 可能な限り排気ラインが出す騒音と等しい音波を排気ラインの方向に発生する排 気ラインの騒音低減装置も知られている。 しかし、この種の装置は、きわめてかさ張り、きわめて敏感な電子・音波機器を 必要とし、しかも自動車の排気ラインのきわめて苛酷な使用条件のもとであまり 信頼性が高いものとはいえない。 ・　さらに、エネルギーの面から見て、この種の装置は、騒音の発生に寄与する エネルギーを減少させようとするものではなく、逆に少なくともそれと等しい量 の付加的エネルギーを消費するものである点で、満足できるものではない。 最後に、この種の装置では、エンジンに取り付けてこの種の機器上に設置する排 気ラインの設計にあたって、該排気ライン内部での流体の動作の複雑なシミュレ ーションを行なうことが必要となるが、いかに複雑なシミュレーションを行なっ ても、それを構成する部品が相互干渉を起こす可能性はきわめて高い。 流体の特定の脈動にではなくパイプの流量全体に制限手段の動作を適合させてパ イプ内の共鳴周波数を変える構成の可変形状装置を用いてパイプ内の流体の流れ の脈動を減らす試みも行なわれてきた。 本発明は、既知の技術に認められる欠点がなく、またとくに燃焼機関の騒音レベ ルを相当程度に減衰させることができ、同時に簡単かつ経済的に製造できる新規 な引き入れまたは吐き出しラインを提供することを目的とするものである。 さらに、本発明の内容は、その構造から、各種の往復運動する機械およびそれに められる各種の形状にきわめて適したものである。 本発明にもとづけば、とくに往復運動する機械のための引き入れまたは吐き出し ラインにおいて、ガス流用のパイプで構成さね、前記パイプにはガスの瞬間流量 の特性を示す物理量を測定するための少なくとも一つのセンサーが取り付けらね 、該吐き出しラインは、さらに、ガスが通るその断面を可変的に制限するための 少なくとも一つの装置を含み、該装置は、主としてそれがガス導管内に存在する ことによって生じる騒音の低周波脈動を低減するために、該パイプ内を流れるガ スのエネルギー損を該センサーが測定した量に応じて瞬間的に変化させ、また、 該パイプの内壁は、主としてガスの高周波脈動ならびに該制限装置がパイプ内で 発生させる騒音の高周波成分を減衰させるために、音のエネルギーを吸収する材 料のライニングが施されていることを特徴とする引き入れまたは吐き出しライン が提供される。 すなわち、本発明は、ガス流の脈動を能動的に制御する可変制限装置の効果とパ イプの壁のライニングの効果とを組み合わせたものである。 本発明の発明者等は、同じ一つの引き入れまたは吐き出しラインでこれら二つの 装置を組み合わせると、これらの装置を個別に用いることによって得られるより すぐれた騒音減衰効果が得られることを発見した。 可変制限装置とパイプの内壁のライニングの相補性は、可変制限装置が、ガス導 管内に置かれて障害物となり、それ自身が騒音の発生源となるという事実に由来 する。 さて、この寄生的騒音の音のレベルは、可変制限装置が、自らが発生源であるも のも含めてガスの低周波脈動を自動的に除去することから、構造的にいって、中 または高周波数のものに限定されることになる。 それに対して、壁のライニングは、低周波数の騒音には比較的効果がないが、高 周波数の騒音の減衰にはきわめて好適である。 すなわち、壁のライニングは、ガスの高周波騒音ならびに能動的制限装置が発生 する騒音の高周波成分の除去に適している。ライニングのもう一つの役割として 、パイプないの音波の有意な反射を避けることが挙げられる。 燃焼機関の場合には、本発明にもとづく吐き出しラインを用いれば、先行技術の サイレンサーを用いずにすますことができる。 本発明の好ましい一実施形態にあっては、パイプの断面を制限するための装置は 、脈動を発生する機械から離れたパイプの部分に作用する。 実際、往復運動する機械のエネルギー効率への悪影響を避けるためには、該機械 からできる限り離れたところで、すなわち、制限装置の上流側に大量の流体ガス を保持することによって、ガスの脈動を能動的に制御することが好ましい。 他の一実施形態にあっては、制限装置の上流側に配置されるパイプの部分は、該 制限装置を中に収めたパイプの部分の直径より大きい直径を有する。したがって 、パイプは、上の実施形態と同様に比較的容量が大きく、そのため制限装置の作 動中に発生する背圧が限定されることになる。 この構成は、例えばある種の車両のエンジンあるいは工業用エンジンの吐き出し 口など限定された場所に設置するラインなどで有用であろう。 本発明にもとづく引き入れまたは吐き出しラインは、とくに、先行技術の吐き出 しラインに比較してきわめて小さい容積しか必要としないという効果がある。 その結果、サイレンサーを用いないため、引き入れまたは吐き出しラインの重量 がパイプの重量をほとんど増大させないこととなり、大量生産が容易となる。 この効果は、車両の下に取り付けられる場合、本発明にもとづく吐き出しライン のハウジングおよびそのアタッチメントが、これまでにみられたような車両の寸 法や重量の増大の問題を生じないため、自動車産業にとっては大きな意味をもつ ことになる。 本発明にもとづく引き入れまたは吐き出しラインは、内部にライニングが施され ることによって、さらに下記の効果を有する。 −　パイプの壁がガスの脈動と共鳴するおそれがなくなる。 −一つには、引き入れまたは吐き出しラインの外壁がガスの振動にさらされるこ とがなく、またもう一つには、引き入れまたは吐き出しラインの騒音発生面すな わち全外表面が従来の吐き出しラインの比較的長くまた外径の大きいサイレンサ ーを含んだ表面に比べてかなり小さくなるため、放射される騒音が実質的にゼロ となる。 本発明の特定の一実施形態にあっては、引き入れまたは吐き出しラインは、ライ ンが特定の反響を生じることを可能にする選好的領域でのガス脈動周波数の減衰 が得られるようにする制限装置の調節手段を含む。 このようにすれば、引き入れまたは吐き出しラインの「音色」を、のぞましい騒 音に見合ったものとすることができる。 例えば、自動車のメーカーあるいはバイヤーにとっては、自動車の吐き出しライ ンがスポーティ−な響きの騒音を出すようにしたい場合、あるいは騒音全体を大 きく減衰差せたい場合などがあろう。 同様に、工業施設でも、音のレベルがきわめて低くても人の耳に不快な周波数を 組み合わせて得られる不快な音色の騒音を発生する場合がある。 本発明にもとづく引き入れまたは吐き出しラインによれば、制限装置を適当に調 節することによって、減衰する周波数を選定することが可能となる。 さらに、本発明の特定の一実施形態にあっては、引き入れまたは吐き出しライン は、自動車に装備されるものであり、その制限装置は、該自動車が低速で移動し ているときには排気音をできるだけ減衰させるために、また、自動車が高速で移 動しているときには排気ガスの圧力低下を最小限に抑えて燃焼機関の性能を改善 するために、自動車の移動速度を付加的パラメーターとして取り入れる。 この実施形態は、市街地でしたがって低速で使用される場合と、幹線道路あるい は高速道路でしたがって高速で使用される場合の両方で、自動車の騒音レベルに 対応できる点でとくに効果的であることは理解されよう。 本発明の他の一実施形態にあっては、引き入れまたは吐き出しラインは、往復運 動する機械の故障を検出しまたできれば診断するために測定センサーが出力する 信号を分析する電子装置を含む。 これを行なうためには、前記分析装置が、測定した音波信号を異なる周期で基準 信号と比較するだけで十分である。 例えば、四気筒の内燃機関では、検出される音波信号は、−サイクルが四つの周 期をもっている。これらの周期の一つが他の三つと比較して不規則であれば、四 つの気筒の一つが故障しているおそれがある。 本発明の理解を助けるために、以下、添付図面を参照して二つの実施形態を説明 する。ただし、これらの実施形態は、いかなる意味でも本発明を限定するもので はない。 −第１図は、本発明の第一の実施形態の吐き出しラインを示す。 −第２図は、先行技術の吐き出しラインを示す。 −第３図は、本発明の第二の実施形態の吐き出しラインを示す。 −第４図〜第６図は、第２図および第３図の吐き出しラインの騒音低減効果の差 を示すグラフである。 −第７図は、本発明にもとづく吐き出しラインで行なった圧力測定の結果を示す 。 パイプ１の壁１ａは、金属製で、滑らかに連続する表面を有する。 パイプの内側では、ライニング２が、例えば金属の網細工のような幅広の網目を 有する網状材料１ｂによってパイプ１の壁１ａに押し付けられている。 例として、本発明にもとづく吐き出しラインは、外径が９５ｍｍ、全長が０゜６ ０ｍ１内部が厚さ２５ｍｍのロックウールでライニングさワ、シたがって排気ガ スが通る内部断面の直径が４５ｍｍにつくられる。 ライニング２は、制限装置３の近辺を除いてパイプの端から端まで伸びている。 図には、該制限装置のシャッター４が半分閉じられた状態で示されている。 制御部材５は、パイプ１の厚みの中に収められているセンサー６から受け取る信 号に応じて制限装置３を制御する。 この種の制限装置の機能は、文献ＦＲ−Ａ−２６１３０８９に記載されている。 燃焼機関が出す脈動ガスは、矢印７で示す方向に吐き出しラインの中に流れ込む 。 本発明にもとづく吐き出しラインは、その全体的な形状のためにほとんど場所を とらず、また、放射面積がかなり小さい。 さらに、この吐き出しラインは、制限装置の適合性がフィードバック制御の法則 にのみもとづいて得られるものであるため、本来、どのような種類のエンジンに も対応できる。 経営的見地からいえば、吐き出しラインのメーカーは、それが使用される各エン ジンごとに吐き出しラインを設計・製造する必要がないため、きわめて有利であ る。 第２図は、先行技術の吐き出しラインの概要を示す。この吐き出しラインは、エ ンジン９の排気ガスの出口に取り付けられた直径４５ｍｍのパイプ８を含む。 パイプ８上には、排気ガスの通る方向に、触媒コンバーター１０、膨張ポット１ １、およびサイレンサー１２が連続して配設されている。 第３図は、本発明の吐き出しラインの第二の実施形態を示す。この吐き出しライ ンは、上に述べたものと同じ長さを有する。 しかし、構成部分の外径が小さいため、第３図の吐き出しラインの全体の大きさ は、第２図の吐き出しラインの大きさより小さい。 この実施形態の触媒コンバーター１０は、先行技術のものと同じ機能を果たすが 、その先では、先行技術の膨張ボット１１とサイレンサー１２は、二つの長さ１ ３ａおよび１３ｂとなっており、これらの長さは、それぞれ内壁に吸収材が配設 され、また、作動子１５によって操作されるスロットル弁式の弁１４で構成され る可変制限装置のいずれかの側に配置されている。該作動子自身は、それぞれエ ンジン９の上と弁１４の下流側でパイプ８上に配置された二つのセンサー１７ａ および１７ｂのデータ出力を分析する電子装置１６によって制御される。 第一の長さ１８ａには、長さ０．８ｍのパイプ状で、内側に厚さ２０ｍｍのロッ クウールがラインされた吸収材が配設さね〜該吸収材は、円筒状で直径４５ｍｍ の円筒状の網細工または穴を開けた金属シートによって所定の位置に保持される 。 第二の長さ１３ｂは、やはり吸収材を備えて同じ構造を有するが、長さは０．６ ｍである。 第２図および第３図の二本の吐き出しラインを用いて比較試験を行なった。その 結果を第４図〜第６図に示す。 吐き出しラインの騒音レベルは、あらかじめ校正したマイクロフォンを各吐き出 しラインの出口開口の面から１０ｃｍのところに該ラインの軸に対して４５°で 配置して各ラインとも同様に測定した。 音のレベルは、エンジン９を毎分１２００から３８００回転まで変化させながら 、２０ないし２００００Ｈｚ帯域で測定した。その結果を第４図に示す。同図で 、上の曲線１８は第２図の吐き出しラインを示し、下の曲線１９は第３図の吐き 出しラインを示す。 第４図から、エンジン９の速度にかかわらず、先行技術の吐き出しラインは本発 明にもとづく吐き出しラインよりかなり騒音が大きいことが明確にわかる。 同様に、第２図および第３図の二つのラインの性能を、挿入損測定と呼ばれる方 法を用いて比較した。すなわち、各吐き出しラインごとに、測定したい部品を取 り付けた吐き出しラインが出す騒音の測定を連続して行ない、次に、問題の部品 を長さの等しいパイプで置き換えてその吐き出しラインが出す騒音を同様にして 測定した。騒音低減用部品を取り付けなかった場合と取り付けた場合に測定した 騒音レベルのさをプロットして得られた曲線が第５図と第６図である。 曲線２０と２２は第３図の吐き出しラインを示し、曲線２１と２３は第２図の吐 き出しラインを示す。 第５図は、いわゆるなまの測定値をデシベルで示したものである。同図から、本 発明にもとづく吐き出しラインの効率が先行技術の吐き出しラインのそれよりは るかにすぐれていることがわかる。 人の耳の感覚を考慮に入れて、第５図のなまの測定値を既知の加重法を用いて補 正した。その結果を第６図に示す。同図で、音のレベルの単位はデシベルＡ　（ ｄＢ　（Ａ）　）である。 第６図から、エンジン９のすべての運転速度で、本発明にもとづく吐き出しライ ンと先行技術の吐き出しラインの効率の差が大きいことが明確にわかる。 第７図は、弁工４のすぐ下流に配置したセンサー１７ｂが検出した第３図の吐き 出しラインの圧力測定値を示す。 この圧力測定値は、毎分１３００回転の速度で走行する６気筒の列形エンジンに 関するものである。 曲線の各ピークは、一つの気筒の吐き出し弁が開いたときを示してい１　る。　 第７図の曲線は、ニサイクル分を示す。各ピークには気筒の番号に対応する１か ら６までの数字が付しである。 この場合には、圧力測定値から、ピーク２とピーク３の間に圧力低下が認められ ないことから、気筒３の吐き出し弁に欠陥があり、気筒３における圧力上昇時に 排気の漏出が生じていることがわかる。 また、気筒６の排気ガス出力の圧力が気筒１−５のそれよりかなり低いことから 、気筒６には燃焼の欠陥があることもわかる。 このような内燃機関が正しく作動しているかどうかをモニターする方法はすでに 知られているが、本発明にもとづく吐き出しラインは、そのエンジンを用いたと きのリアルタイムでのモニターを可能にするものである。 上に示した実施形態が本発明を限定するものではなく、また、本発明の範囲を逸 脱することなく該実施形態に任意の好ましい修正を行ない得ることは明らかであ ろう。 バリエーションの一例として、パイプの騒音発生量をさらに小さくするために二 重壁を用いることもできる。 本発明にもとづく引き入れまたは吐き出しラインは、往復運動する機械の入口ま たは出口ノズルに適用する以外にも、気体または液体用パイプあるいは気体およ び液体両相用パイプに使用することができる。その場合にも、本発明の引き入れ または吐き出しラインによって、パイプ内を伝播する多少とも偶発的または周期 的な波が生成する騒音ならびに圧力および流量の変動を減衰させることが可能と なる。 ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ 国際調査報告　。、７２．。。ｔ／ｎｎ７ｎｔ１１７＋＋＋＋＋＋＋７＋Ｎ＋　 ＰＣＴ／ＦＲ９３１００７０３フロントページの続き （７２）発明者　ローモニエ、ジャニックフランス国、エフ−８６０００・ポワ テイエ。 グランドーリュ、７０

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．とくに往復連動する機械用の引き入れまたは吐き出しラインにおいて、ガス 流用のパイプ（１）で構成されへ前記パイプにはガスの瞬間流量の特性を示す物 理量を測定するための少なくとも一つのセンサー（６）が取り付けられ、該吐き 出しラインは、さらに、ガスが通るその断面を可変的に制限するための少なくと も一つの装置（３）を含み、該制限装置は、主としてそれがガス導管内に存在す ることによって生じる騒音の低周波脈動を低減するために、該パイプ（１）内を 流れるガスのエネルギー損を該センサー（６）が測定した量に応じて瞬間的に変 化させ、また、該パイプ（１）の内壁（１ａ）は、主としてガスの高周波脈動と 共に該制限装置（３）がパイプ（１）内で発生させる騒音の高周波成分を減衰さ せるために、音のエネルギーを吸収する材料（２）のライニングが施されている ことを特徴とする引き入れまたは吐き出しライン。
2. ２．パイプ（１）の断面を制限するための装置（３）は、往復連動する機械（９ ）から離れたパイプ（１）の部分に作用することを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の引き入れまたは吐き出しライン。
3. ３．制限装置（３）の上流側に配置されるパイプの部分（２）は、該制限装置を 中に収めたパイプの部分の直径より大きい直径を有することを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の引き入れまたは吐き出しライン。
4. ４．引き入れまたは吐き出しラインが特定の反響を生じることを可能にする選好 的領域でのガス脈動周波数の減衰が得られるようにする制限装置の調節手段を含 むことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の引き入れ または吐き出しライン。
5. ５．往復運動する機械（９）の故障を検出しまたできれば診断するために測定セ ンサー（６）が出力する信号を分抗する電子装置を含むことを特徴とする請求の 範囲第１項〜第４項のいずれか一項に記載２の引き入れまたは吐き出しライン。
6. ６．自動車に装備されへまた制限装置が、該自動車が低速で移動しているときに は排気音をできるだけ減衰させるために、また、自動車が高速で移動していると きには排気ガスの圧力低下を最小限に抑えて内燃機関の性能を改善するために、 自動車の移動速度を付加的パラメーターとして取り入れることを特徴とする請求 の範囲第１項〜第５項のいずれか一項に記載の引き入れまたは吐き出しライン。