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ビート音

一級小型自動車整備士2003年11月【No.37】

6気筒ガソリン・エンジン搭載の後輪駆動車(FR式)を表の条件で走行したとき、90~105Hzの間でビート音が発生した。この場合の不具合要因に関する記述として、適切なものは次のうちどれか。

車速  80km/h
トランスミッションの変速比 0.7(4速ロックアップON)
最終減速比 4.0
タイヤの有効半径 0.3m
電動ファンの回転速度 2700min-1

「プロペラ・シャフトのアンバランス」と「エンジンのトルク変動」

「電動ファンのアンバランス」と「エンジンのトルク変動」

「電動ファンのアンバランス」と「プロペラ・シャフトのユニバーサル・ジョイントの位相ずれ」

「プロペラ・シャフトのユニバーサル・ジョイントの位相ずれ」と「エンジンのトルク変動」







解説

選択肢(4)が適切です。

回転速度に関するおさらいは、エンジン回転速度と車速 を参照してください。

 ビート音(beat noise)とは、高速道路など滑らかな路面を70~110km/hで走行中に感じられることのある周波数60~120Hzで毎秒2~4回聞こえるうなり音です。

タイヤの不均一性が原因となって発生する振動の高次成分等と、エンジンやプロペラ・シャフト系から発生する振動の振動数が近いとき、双方の音が干渉して起こります。

つまり2つの近接する振動数が干渉したノイズということができます。

 次の振動数を求めます。


①エンジンのトルク変動周波数


②電動ファンのアンバランスによる振動周波数


③プロペラ・シャフトのジョイントの位相ずれによる振動周波数


④プロペラ・シャフトの振動周波数


4速の変速比をK4=0.7、ファイナル・ギヤの減速比KF=4.0と表すこととします。


①エンジンのトルク変動周波数

公式を利用します。

車速
V[km/h]
エンジン回転速度N[min-1]
総減速比KT
× 2πr× 60
1000

上式を変形し、数値を代入します。

エンジン回転速度
 N[min-1 ]=
車速V[km/h]×総減速比KT
2πr
× 1000
60

80×0.7×4.0
2×3.14×0.3
× 1000
60

≒1982[min-1]

気筒エンジンのトルク変動に振動周波数。



1982[min-1]
60[秒]
×3≒99[Hz]

②電動ファンのアンバランスによる振動周波数

題意により、つぎのようになります。

2700[min-1]
60[秒]
=45[Hz]


③プロペラ・シャフトのジョイントの位相ずれによる振動周波数

題意により、つぎのようになります。

エンジン回転速度
N[min
-1]
60[秒]×K4
×2= 1982[min-1]
60[秒]×0.7
×2= ≒94[Hz]


④プロペラ・シャフトの振動周波数

題意により、つぎのようになります。

エンジン回転速度N[min-1]
60[秒]×K4
1982[min-1]
60[秒]×0.7
≒47[Hz]

データを比べてみます。



プロペラ・シャフトの振動周波数 47[Hz] 6気筒エンジンのトルク変動に振動周波数 99[Hz]
電動ファンのアンバランスによる振動周波数 45[Hz] プロペラ・シャフトのジョイントの位相ずれによる振動周波数 94[Hz]

上記の表は、2組の干渉系が存在していることを示しますが、

題意により90~105Hzの間でビート音という条件では選択肢は

「プロペラ・シャフトのユニバーサル・ジョイントの位相ずれ」と

「エンジンのトルク変動」しかありませんので、(4)が答えになります。

もし、計算方法を忘れたとしても、直感で解いてみましょう。

ビートはある特定の車速度で発生します。

スピードは80km/hです。

考えられるのは、エンジンのトルク変動とプロベラ・シャフトの位相ずれでしょう。

プロペラシャフトのアンバランスによる振動は、プロペラシャフトの回転数と同じですから、

高速では、位相ずれによる振動のより優先順位は後です。

ですから、車速から、おおよその原因は推測できます。


関連用語 
「クー」という異音(1級)

タイヤの振動・騒音


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