JPS6038531B2

JPS6038531B2 - 二次空気導入装置

Info

Publication number: JPS6038531B2
Application number: JP53072848A
Authority: JP
Inventors: 賢二米田; 文夫実沢; 靖雄高木; 優示牛島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1985-09-02
Also published as: US4319549A; DE2924153A1; US4441468A; DE2924153C2; JPS54163217A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は主として自動車用エンジンにおける二次空気導
入装置に関し、とくに逆止弁（リード弁）を透過してく
る排気騒音を低減するようにしたものである。

エンジン排気系に接続した二次空気導入通路の池端を逆
止弁を介して大気に開放し、排気の圧力脈動に応じて逆
止弁を開閉作動させ、脈動負圧により大気を排気中に吸
引導入するようにした装置がある。

ところが、この二次空気導入装置にあっては、エンジン
回転数に同期した排気騒音が二次空気導入通路を逆に伝
播し、逆止弁の開弁時にエンジンルーム内に放出されて
不快音を発生する。

この排気騒音は、本発明者らの実験によると、４気筒エ
ンジンの場合はエンジン回転の２次及び４次に比例する
周波数で、６０〜１２０ＨＺの範囲のものが支配的で、
６気筒エンジンの場合は同じく３次及び６次の成分で、
１００〜１７５日２の周波数城と、低周波の騒音がとく
に目立って大きい。

このため、従来、前述の逆止弁をエンジンェアクリーナ
の本体に取付け、逆止弁の上流側に接続する尾管をェア
クリーナ内周壁に沿って形成し、騒音の低減をはかって
いた。

しかし、空気取入通路となる尾管はェアクリーナの内部
スペース的な点と、二次空気導入量の点から、その長さ
及び通路断面積におのずと制限を受け、低周波城の騒音
を十分に消去するには至らず、中・高周波域の騒音を低
減するにとどまった。

また、騒音対策の手段として、二次空気導入系略の通路
断面積を部分的に拡大し、いわゆる拡張室を設けて消音
作用を生じさせることも考えられるが、この場合には、
消音対象となる周波数が低くなるほど拡張室の要求長さ
が大きくなり、スペース的にこのような拡張室を形成す
ることは、きわめて困難であると云える。

したがって、低周波数域の騒音を低減するために、尾管
の一部を絞って騒音の減衰効果を高めるようにしている
が、これでは通路抵抗の増大により二次空気の導入効率
が低下するという問題を生じていた。

本発明はこのような問題を解決するために提案されたも
ので、中高周波数城の騒音を減衰させる尾管と、上記低
周波数城の騒音を減衰させる共鳴室を備えて、二次空気
の導入効率を下げることなく全域的に騒音を低減させる
ことを目的とする。

そのために本発明は、排気の圧力脈動に応じて開閉する
逆止弁を介してェアクリーナと排気系とを蓮通し排気系
に二次空気を導入する装置において、中高周波音を減衰
させる尾管となる空気取入通路を逆止弁上流のェアクリ
ーナ内部に設けるとともに、低周波音を減衰させる共鳴
室を該空気取入通路の途中に蓮通路を介して接続して消
音器本体を構成し、かつ、上記空気取入通路断面積をＳ
。（地）、蓮通路長さをそ（肌）、共鳴室容積Ｖ（が）
、気筒数をＭとするとき、これらの関係を、２≦Ｓ。≦
５、ＳＳＳ。≦５、３３０／Ｍ・Ｓ。＜Ｖ＜１３００／
Ｍ・Ｓ。、４８／Ｍ・Ｓ／Ｓ。＜夕＜１８８／Ｍ・Ｓ／
Ｓ。となるように設定したのである。したがって、逆止
弁を透過する騒音のうち、中高遠周波音に対しては尾管
で減衰し、低周波音に対しては共鳴室により減衰するの
で、全域的に騒音を低減することができる。以下、いく
つかに実施例をもとに本発明を説明する。

第１図において、１はエンジン本体、２は吸気マニホー
ルド、３は排気マニホールド、４はェアクリーナを示す
。

排気マニホールド３に運通接続した二次空気導入通路５
ａ，５ｂの池端は逆止弁（リード弁）６ａ，６ｂに接続
され、この逆止弁６ａ，６ｂはェアクリーナケース４ａ
に取付けられる。

逆止弁６ａ，６ｂの上流側には、低周波数城から高周波
数城までの騒音を低減する消音器本体７が、ェアクリ−
ナ４の内部に位置して配置される。

消音器本体７は本実施例においては、プラスチックの一
体成型により形成され、ェアクリーナケース４ａに取付
けた挟持片８ａ，８ｂ，８ｃを介してワンタッチで着脱
自在に固着される。

消音器本体７は中・高周波騒音を減衰する尾管としての
空気敬入通路１０と、これの蓮通路１１を介して選通し
低周波騒音を共鳴による減衰する共鳴室１２とから構成
される。

空気取入通路１０は共鳴室１２の上部に隔壁１４を介し
て２階建となるように区画され、空気取入口１０ａから
吸込んだ空気を供給ローｏｂを介して逆止弁６ａ，６ｂ
へと流入させる。

蓮通路１１は空気取入通路１０と通ロー５を介して運通
し、同時に通〇１６を介して共鳴室１２と蓮通し、これ
によってへルムホルッ型（共鳴型）消音機構を構成して
いる。

消費器本体７は上記空気取入通路１０や共鳴室１２など
を構成するにあたり、ェアクリーナケース４ａの内周壁
の一部を利用してその外壁としているが、第６図に示す
ものは、この変更例であり、空気取入通路１０′を途中
で上方に関口ごせて取入口１０′ａとなし、これと並列
的に蓮通路１１′を設け、通口１５′で互に蓮適すると
ともに、通〇１６′により蓮通路１１′の下部の共鳴室
１２′を接続してある。

これらいずれの場合も、ェアクリーナケース４ａの荻持
片８ａ，８ｂ，８ｃに気密的に消音器本体７を差込んで
固着するが、第７図イ、口ないし第９図イ、口に示すよ
うに、予め完全密閉型とした消音器本体７′をェアクリ
ーナケ−ス４ａにビスなどで取付けてもよい。

空気取入通路ＩＱと蓮通路１１との部分を一体的に成型
した部材Ａ（第７図イ、口）と、共鳴室１２を一体成型
した部村Ｂ（第８図イ、口）とを、第９図イ、川こ示す
ように、互に接着して密閉型の消音器本体７′を構成す
る。

この場合は、例えば一側部に設けた取付片１８ａ，１８
ｂを介してヱアクリーナケース４ａにビス止めなどの手
段で固着すればよく、このときの取付シ−ル性は供給口
１０ｂと逆止弁６ａ，６ｂとの接続部分のみ確保するだ
けで十分である。

排気の圧力脈動に応じて逆止弁６ａ，６ｂが開閉作動す
ると、二次空気導入通路６ａ，５ｂに、逆止弁上流側の
大気が、脈動負圧に応じて吸引導入され、排気中の未燃
成分を燃焼させる二次空気とある。他方、二次空気導入
通路５ａ，５ｂを逆に伝播してくる排気騒音は、逆止弁
６ａ，６ｂの開弁に伴って上流側の空気取入通路１０か
らェアクリーナ外部へと放出されようとする。

本発明においては、この逆止弁透過騒音のうち、中・高
周波数域を消音器本体７の空気取入通路１０で、また低
周波数城のものは共鳴室１２により減衰する。

いま、ここで排気透過騒音について検討してみるに、実
験の結果、主としてエンジン回転が１１００〜１５０び
．ｐ．ｍと２３００〜３００仇．ｐ．ｍ附近で騒音レベ
ルが最大値をとることが確認されている。

この低周波騒音は逆止弁６ａ，６ｂの閥弁時に大気に放
出されるのであるから、逆止弁開閉周期に比例した周波
数のものが支配的になる。

逆止弁開閉周期は排気脈動周波数に等しく、次式で与え
られる。

Ｖ＝器導２ ‐・‐・‐‐‘１１ただし、Ｖ
：排気脈動周波数、Ｍ：エンジン気筒数、Ｎ：エンジン
回転数（ｒ．ｐ．ｍ）したがって、４気筒エンジンの場合は、この【１｝式に
あてはめてＶ＝２・Ｎ／６０となり、ちようどエンジン
回転の２次の周波数の音圧しベルが高くなる。

実験によれば、第１０図及び第１１図に示すように、２
次の倍の周波数、すなわち４次成分も２次成分と同様に
高いことが確認された。

さらに特徴的なことは、１８０仇．ｐ．ｍ以上のエンジ
ン回転域では、回転の２次に比例した周波数の騒音が支
配的であるのに対し、１８０仇．ｐ．ｍ以下の低速回転
城では、みしろ回転の４次に比例した成分が支配的にな
ることである。

（第１２図参照）。このため、１１００〜１５０仇．ｐ
．ｍ城の４次成分の音圧ピークと、２３００〜３００仇
．ｐ．ｍ城の２次成分の音圧ピークも、その周波数城は
ほぼ同一範囲になることが分かり、具体的には前記‘１
｝式から、４次成分の場合はこの回転数をあてはめて２
倍すると、ほぼ７５〜１００ＨＺとなり、２次成分は【
１｝式をそのまま適用して同様に７５〜１００ＨＺとな
る。したがって、４気筒の場合７５〜１００ＨＺの騒音
周波数を減衰させれば、２次と４次の成分を同時に低減
できることになる。一般に、気筒数をＭとすると１８．
７９Ｍ〜２８Ｍ（Ｈｚ）の周波数を減衰させればよい。

本発明は消音対象周波数城を、このような特定城に限定
して、これをへルムホルツ型（共鳴型）の消音機構で共
鳴効果によって減衰しようとするのである。

第１５図に示すようなへルムホルッ型消音器の共鳴周波
数ｈ及び減音レベルＺはそれぞれ次式であらわされる。

ただし、Ｃ：音速、Ｓ：首部断面積、そ：首部長さ、Ｖ
：共鳴室容積、ｆ：騒音周波数、Ｓ。

：空気取入通路断面積これら｛２’，（３ー式にもとづ
いて共鳴室容積など必要な諸元を上記消音対象周波数と
の関係から決定する。

まず、空気取入通路１０の断面積Ｓｏであるが、これは
所定の二次空気導入量を確保するために、第１４図に示
す実験結果から、２≦Ｓ。

≦５（地） ……｛４｝となるように
設定する（ただしＳ。＞５の範囲では中・高周波数の消
音作用が低下するので、これとの兼ね合いも含めてこの
ように設定する）。また、首部断面積Ｓ、つまり蓮通路
１１の最小断面積は、前記空気取入通路断面績Ｓ。と同
等かもし〈はそれ以下とする。Ｓ≦Ｓ。

≦５（地） ……（５’ここで、【３
｝式を変形するとまた、｛２）式に音速等の数値を代入
して変形すると｛６｝，【７｝式より、 ‘８’ 今、４気筒内燃機関の場合を考えると、低減すべき周波
数ｆの範囲は、前述したように７５ミｆＳ１００（ＨＺ
）であるから、共鳴周波数ｈも７５ＳｆｒＳＩｏｏ（Ｈ
ｚ）とすればよい。

このとき、減音レベルＺは、ｆの区間の両端で最４・と
なるから、ｆ＝７５（ＨＺ）及びｆ＝１００（ＨＺ）で
の減音レベルＺを燈すればよい。

ｆ＝７５（日２）で減音レベルがＺ（ｄＢ）のときのＶ
をＶ，，ｆ＝１００（Ｈｚ）で減音レベルＺ（ｄＢ）の
ときのＶを）２とすると、ｖ，＝１．０８２×１ぴｓ。

ゾ協了．ｌ溝‐秀ｌ．．，．．．‘９｝ノＵｚ・Ｖ２＝１・ｏ８２Ｘ１びＳ。

ｌ価−１・ｌ鞍−榊・．．・‐‐（１のＶ，及びＶ２は
、夫々ｆｒ＝１００（ＨＺ）、ｈ＝７５（日２）で最大
値をとり、その値は、ｖ，ｍａｘ＝６３．１ｓ。

ノ毎年了 …，．．（１，）Ｖ２ｍａＸ＝８４偽
ノ席７・・…（１２）Ｖ，＝Ｖ２となるｆｒの値
は、Ｖ，＝Ｖ２を解いてｆｒ＝８６．６（ＨＺ）である
。このとき、Ｖ，＝ｖ２＝３６瓜。

ノ蹄了・・…・（１３）騒音の低減レベルは、
８〜１２（ｄＢ）であるから、Ｚ＝８（ｄＢ）としたと
きの（１１），（１２），（１３）式の値を求めて、Ｖ
，ｍａｘ＝１４５．４Ｓ。

Ｖ２ｍａｘ＝１９３．だ。

Ｖ，＝Ｖ２＝８２．＄。

Ｚ＝１２（服）としたときの（１１），（１２），（１
３）式の値を求めて、Ｖ，ｍａｘ＝２４３．１Ｓ。

Ｖ２ｍａｘ＝３２４．４Ｓ。

Ｖ，＝Ｖ２＝１３８．＄。

これらをもとに、織音レベルＺが８〜１２船となるＶの
領域を求めると、第１６図の斜線部のようになる。

従って、８２．＄。

ミＶミ３２４．４Ｓ。 ……（１少気筒
数Ｍとの関係を考慮して書き換えると、筆￥６Ｓ。≦Ｖ
≦１等７‐６Ｓ。 ……（１９ラウンドナワバ一に
すると響ｏｓ。

≦ｖ≦鱗ｓ。・・．・・・（１５′）次に、‘６
１，‘７｝式よりＶを消去してその範囲を求める。Ｖの
範囲を求めたのとまったく同様にしてその範囲を求める
ことができる。

‘６），｛７ー式から、暑＝３．６９６×１０‐４Ｘｓ。

ゾ摘了．ｌｆ‐羊ｌ．・・．・・（１６）４気筒内燃機
関の場合を考えると、前述の場合と同様に、７５≦ｆ≦
１０止７５≦ｆｒＳＩＯ０（ＨＺ）である。

ｆ＝７５（ＨＺ）で減音レベルＺ（船）のときのＱ＝号
をＱ・，ｆ＝１００（ＨＺ）で減音レベルＺ■のときの
Ｑ＝》をＱ２とすると、ＱＩ＝３・６９６×１０‐４Ｘ
ｓ。

ゾ柿了，７５‐鯛．・‐‐‐‐（１７）Ｑ２＝３・６９
６×１０−４Ｘｓ。

ゾ補了血‐穂。ｌ
・…・・（１８）Ｑ，及びＱ２は夫々ｆｒ＝１０
０（ＨＺ）、ｈ＝７５（ＨＺ）で最大値をとり、その値
は、／ＵｚｌＱ，ｍａＸニ２，１５６×１０‐２×Ｓ。

１０前一・……（１９）＾／ＵＺ・Ｑ２ｍａ×ニ
１．６１７×１０‐２×Ｓ。

１０両一・ ……（２０）Ｑ，＝Ｑ２となるｆｒの値は
、８６．６（日２）で、このときの値は、−
＾／ＵＺ・ＱＩ＝Ｑ２＝９，２総×１０‐３× １０前一１．．
．．．．（２１）騒音の低減レベルは、８〜１２（ｄＢ
）であるから、Ｚ＝８（ｄＢ）としたときの（１９），
（２０），（２１）式の値を求めて、Ｑ・ｍａ×：４．
９６８×１０‐２Ｑ２ｍａｘ＝３．７２６×１０‐２ＱＩ＝Ｑ２＝２．１２９×１０‐２Ｚ＝１２（通）としたときの（１９），（２０），（２
１）式の値を求めて、Ｑ・ｍａ×＝８．３０３×１０‐
答。

Ｑ２ｍａ×＝６．２３１ＸＩＯ−権。

ＱＩ＝Ｑ２＝３．５６０×１０‐２Ｓ。

／．２．１２９×１０‐２Ｓ。ＳＯＳ８．３０８×１０
‐２Ｓ。２．１２９×１０‐２Ｓ２ＳＱＳ８．３０８×
１０‐客。

＾・２０冬き≦そミ４６９７さ ‐‐‐…（２２）気
筒数Ｍとの関係を考慮して書き換えると、鰐・登≦挫鰐
８・Ｓ・・・・・・（２３Ｓ。ラウンドナンバーに
して甥８‐き≦〆≦豊８≦‐き ……（２３′）すなわ
ち、（２３）式の範囲に蓮通路その範囲をとればよい。

なお、６気筒内燃機関についてはＭ＝６とすればよいが
、この場合、エンジン回転の３次及び６次の周波数成分
を低減することになる。以上の結果、低周波数域の逆止
弁透過騒音は、蓮通路１１を介して共鳴室１２に伝播す
ると、共鳴効果により振動ェネルギが吸収され、外部へ
の放出騒音が著しく減衰するのである。

第１３図に２次の成分と４次の成分についての減音程度
を従来と比較してあらわす。また、中・高周波数の透過
騒音については、空気敬入通路１０が、いわゆる尾管と
しての消音作用を発揮するため、これらについても効果
的に低減することが可能となる。

以上のように本発明は、低周波数の騒音は共鳴室により
低減し、中高周波数の騒音は崖管により低減するので、
二次空気の導入効率を下げることなく、逆止弁の透過騒
音を全域的に低減することできる。

消音器本体はェァクリーナの内部に比較的簡単に取付け
ることが可能で、また、消音器本体の製作もコスト的に
安価に抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の平面図、第２図はヱアクリーナの消音
器本体部分の横断面図、第３図ないし第５図はそれぞれ
第２図の１−１，０，ロ，瓜，ｍ線による拡大断面図、
第６図は消音器本体の他例の斜視図、第７図イ、口ない
し第９図イ、口は消音器本体のさらに池例の斜視図及び
断面図、第１０図、第１１図は二次空気導入装置を取付
けたときと取付けないときの騒音レベルと騒音周波数と
の関係を示す説明図、第１２図は同じく騒音レベルをエ
ンジン回転数との関係にもとづいて示す説明図、第１３
図は本発明と従来との２次と４次との騒音レベルを比較
してあらわす説明図、第１４図は空気取入通路の断面積
と二次空気導入率との関係を示す説明図、第１５図はへ
ルムホルッ型消音器の説明図、第１６図は共鳴室容積と
消音周波数の関係をあらわす説明図である。１……エンジン本体、２…・・・吸気マニホールド、３
……排気マニホールド、４……ェアクリーナ、５ａ，５
ｂ・・・・・・二次空気導入通路、６ａ，６ｂ・・・・
・・逆止弁、７・・・・・・消音器本体、１０・・・・
・・空気取入通路、１１・・・・・・達通路、１２・・
・・・・共鳴室。第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図第８図第９図第１２図第１５図第１０図第１１図第１３図第１４図第１６図

Claims

【特許請求の範囲】１排気の圧力脈動に応じて開閉する逆止弁を介してエ
アクリーナと排気系とを連通し排気系に二次空気を導入
する装置において、中高周波音を減衰させる尾管となる
空気取入通路を逆止弁上流のエアクリーナ内部に設ける
とともに、低周波音を減衰させる共鳴室を該空気取入通
路の途中に連通路を介して接続して消音器本体を構成し
、かつ、上記空気取入通路面積をＳ＿ｏ（ｃｍ＾２）、
連通路断面積Ｓ（ｃｍ＾２）、連通路長さをｌ（ｃｍ）
、共鳴室容積Ｖ（ｃｍ＾３）、気筒数をＭとするとき、
これらの関係を、２≦Ｓ＿ｏ≦５、Ｓ≦Ｓ＿ｏ≦５、３
３０／Ｍ・Ｓ＿ｏ＜Ｖ＜１３００／Ｍ・Ｓ＿ｏ、４８／
Ｍ・Ｓ／Ｓ＿ｏ＜ｌ＜１８８／Ｍ・Ｓ／Ｓ＿ｏとなるよ
うに設定したことを特徴とする二次空気導入装置。２前記消音器本体は、プラスチツクの一体成型により
形成され、エアクリーナ内周壁に沿つて着脱可能に配置
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の二
次空気導入装置。