JP4571653B2 - 自動車用マフラ - Google Patents

Description

本発明は、脱臭、粒子状物質除去等、燃焼ガス中の有害成分を除去する自動車用マフラに関する。

特許文献１には、粉砕したざくろ石と、珪酸ソーダおよび珪酸カリウムを主体とする無機バインダとを混合して型枠内に充填し、焼成して発泡、成形させてなる断熱材が記載されている。図１１は特許文献１に記載された板状の断熱材を示す斜視図で、１は上記の成形されたボード、2a、2bはこれをはさむ２枚の表面材である。
このようにして製造されたボードは、断熱性、耐火性に優れているばかりでなく、内部の空隙が大きく通気性にも優れていることから、特許文献１の段落［００１６］には、このボードをフィルタとして使用したり、反応塔における触媒の担体としたりする利用法が示唆されてはいるものの、これらの用途についての具体的な提案はなされていない。
特開２００４−６９０６０号公報

本発明は、前記のボードをフィルタとして使用して、脱臭、粒子状物質除去等、燃焼ガス中の有害成分を除去する自動車用マフラを実現することを目的とする。

本発明は、粉砕したざくろ石と無機バインダとを素材として含む多孔質の板材が、一端から他端へ燃焼ガスが通過する筒体の内部に、その燃焼ガスが透過するように配置された自動車用マフラにおいて、前記筒体の内部で前記燃焼ガスの流動方向で前記板材より上流側に孔のあいた前板が配置されるとともに、前記筒体に伝播される衝撃波をその前板で受けて緩和するためにその前板と前記板材との間に所定の間隔があけられていることを特徴とするものである。
本発明における前記板材には、請求項２に記載されているように、該板材を多孔構造としている空隙より大きくかつ該空隙より抵抗の小さい複数の貫通孔が形成されていてよい。
また、本発明においては、請求項３に記載してあるように、前記板材は、表面材によって包まれるとともに、その表面材に前記燃焼ガスの出入り口となる開口が形成されていてよい。

本発明によれば、軽量でコストの安い自動車用マフラが実現し、環境保全に大きく寄与するというすぐれた効果を奏する。

本発明は、粉砕したざくろ石と無機バインダと、必要に応じてさらに粘土を加えたものを混合して圧縮し、焼成、させてなる板材を基本構成要素としている。ざくろ石は国内で豊富に産出する入手容易な原料である。また、粉砕したざくろ石を焼成して発泡させたものは「パーライト」の名称で農業用に市販されているから、これを使用する場合、１回目の焼成、発泡工程を省略することができる。無機バインダは苛性ソーダ、珪酸ソーダ、珪酸カリウムなどを主体とするものである。無機バインダだけでは結合力が不足する場合は、さらに少量の粘土を加える。これらの原料に水を加えて混合し、振動を与えながら型枠内に充填し、予熱（乾燥）した後、ざくろ石の溶融温度である６００〜１０５０℃で焼成する。得られる板材は機械加工が容易であるから、室温に放冷した後、必要であれば表面、周囲などを切削、あるいは切断加工して所定寸法とする。

この板材は、発泡したざくろ石の粒体が融着した構造であるから、内部に連続した空隙があり、気体との接触表面積が大きいことから、フィルタとして優れている。
さらに各種の触媒を予め含浸させることにより、いっそうその脱臭機能を増加させることができる。
また、この板材を表面材で包むことにより、板材表面の剥離や損傷を防止し、また表面材に開口を設けることにより、気体の透過を制御するための流路を構成することができる。表面材を使用しないで板材を直接使用する場合には、周辺部に水ガラスや無機溶剤等を刷毛塗りすると、縁部の割れや粉化を抑制することができる。

なお板材の空隙のみでは気体の通過に抵抗がある場合は、板材そのものに複数の貫通孔を形成すればよい。

本発明の第１の実施例で使用できるパネル体Ｐを図面により説明する。
図１はパネル体Ｐを示す斜視図、図２は同じく断面図で、１は粉砕したざくろ石と無機バインダと少量の粘土とを混合して型枠内に充填、圧縮し、焼成して発泡、成形させてなる板材、４は仕切り材、３は、仕切り材４をはさんで重ね合わせた２枚の板材１、１を包む表面材、３１、３２、４１はこれら表面材３および仕切り材４に設けられた開口である。寸法例を挙げると、ボード１ａ、１ｂはいずれも平面形状が６００×９００ｍｍの長方形で厚さは４０ｍｍである。したがってパネル体Ｐの寸法は平面形状はほぼ同じで厚さは８０ｍｍ＋板厚３枚分となる。表面材３および仕切り材４は金属板あるいは樹脂板などで、金属板の場合はステンレス鋼板を使用するか、めっきあるいは重塗装を施すなど、腐食に対して強いものが望ましい。

気体の入口と出口となる表面材３の開口31、32はパネル体Ｐの表側および裏側に設ける。また仕切り材４の開口41は、表面材３の開口31、32とはできるだけ離れた位置とするのがよい。これにより気体の内部経路をより長くすることができるが、場合によっては仕切り材４をはさまずにボードを直接重ねてもよいし、厚い１枚のボードであってもかまわない。いずれにしても、パネル体Ｐ内に侵入した気体が、できるだけ長い距離で内部を通過することが望ましい。

上記のパネル体Ｐの使用例を参考として示すと、図３はこのパネル体Ｐを使用した気体清浄ユニットＵの一例を示す断面図で、６は筒体、７は送風機である。筒体６の断面は前記のパネル体Ｐの平面形状、あるいはこれを複数枚敷き並べた形状とする。複数枚敷き並べる場合も、１枚のパネル体Ｐ毎に気体の入口と出口となる表面材３の開口が必要であるが、隣接するパネル体Ｐ間では側面の対応する位置にこれらを配置する必要がある。

そして筒体６の内部に、前記のパネル体Ｐ、またはこれを平面に敷き並べたものを１段以上、前記筒体６の長さ方向に配置して基本となる気体清浄器を構成する。この筒体６を縦向きとし、屋根上に設置し、筒体の上下いずれかに送風機７を取り付ければ屋根上設置用気体清浄ユニットＵが完成する。送風機７は筒体６の下面に取り付ける場合は押し込み形、上面の場合は吸込み形となる。パネル体Ｐは、その内部を空気が長く流れるように、また全体としては抵抗が少なくなるように、相互の間隔や開口の位置などを考慮することが望ましい。自然換気によって十分な風量が得られる場合には、特に送風機７を設けなくともよい。

例えば図１２に示すような建築物８があるとする。81は自然換気を目的とした越屋根、82は大屋根、83は壁や土台部分を含む建屋である。対流による自然換気により、建屋83の側面から周囲の空気が吸込まれ、越屋根81の側面のルーバから排気が行なわれる。しかしこの建築物８が例えば牛舎、豚舎、鶏舎などであれば、内部で発生する臭気が周囲に放散され、環境管理上はなはだ好ましくない。

図４は図１２における越屋根81の内部に前記の気体清浄ユニットＵを組み込んだ場合を示す建築物８の部分正面図である。場合によっては図１２の越屋根81のさらに上に気体清浄ユニットＵを取り付けてもよい。パネル体Ｐの内部を通過して脱臭された空気だけが放散されるから、周囲の環境が向上する。

本発明の第２の実施例を図面により説明する。図５は本発明を適用した自動車用マフラの斜視図、図６は断面図である。筒体６は円筒形で、パネル体Ｐもこれに合わせて円盤状となっている。矢印で示すように筒体６の一端から他端へ燃焼ガスが通過し、この間でパネル体Ｐを透過することにより浄化され、排出される。排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素の浄化、粒子状物質の除去等に各種の触媒が有効であることは周知であるが、本発明のパネル体Ｐは内部の板材が多孔質であるため、触媒を含浸させることが容易である。

寸法例としては筒体６の内径が240ｍｍ、円筒の長さが450ｍｍである。マフラとして、図示した以外に筒体６の内部にふさぎ板やじょうご管、孔あき管などを設けることは任意である。

本発明の第３の実施例である自動車用のマフラを図面により説明する。図７は斜視図、図８は断面図である。筒体６は角筒形で、板材１もこれに合わせて八角形状となっている。61は複数の孔のあいた前板、62は後面のふさぎ板で、これらの間で矢印で示すように筒体６の一端から他端へ燃焼ガスが通過し、この間で板材１を透過することにより浄化され、排出される。前板61、板材１、ふさぎ板62に代えて、実施例２のように本発明のパネル体Ｐを使用してもよい。

本発明の第４の実施例である自動車用のマフラを図面により説明する。図９は断面図である。構成は実施例３とほぼ同じであるが、高出力エンジン対応のため板材１に複数の貫通孔を設けている。貫通孔のない板材１と区別するため、便宜上これをボード1aと呼ぶ。図１０は第３、第４の実施例に使用している前板６１の正面図である。前板には複数の孔が設けられている他、周縁部にも切欠きが形成されている。これにより、内部に捕捉された粒子状物質の除去（清掃）が容易となる。前板６１の材料としては、腐食に強いことから例えばステンレス鋼板などが適当であるが、セラミックスや樹脂板などでもよい。

また、エンジンからの強い衝撃波を前板６１で受けて緩和し、後方の板材１の損傷を防ぐ目的から、前板６１は板材１からやや離して配置するのが好ましい。
実施例４で示した自動車用マフラを稼働中の日野ＰＢ−ＸＺＵ４２１Ｍ形式トラックに装着して、財団法人 日本自動車輸送技術協会においてシャシダイナモメータ法により１３モード試験を行い、排出ガスを測定した。

測定された排気ガス成分は、粒子状物質0.112（0.350）、窒素酸化物3.897（4.220）、
炭化水素0.512（1.470）、一酸化炭素2.416（3.460）二酸化炭素868.7（なし）（単位はｇ／ｋＷｈ、（ ）内は平成15年における規制値であり、全項目が規制値を下回って合格と判定された。

本発明実施例で使用できるパネル体を示す斜視図である。 本発明実施例で使用できるパネル体を示す断面図である。 パネル体の使用例としての気体清浄ユニットを示す断面図である。 その気体清浄ユニットを設置した建築物の部分正面図である。 本発明第２の実施例の自動車用マフラを示す斜視図である。 本発明第２の実施例の自動車用マフラを示す断面図である。 本発明第３の実施例の自動車用マフラを示す斜視図である。 本発明第３の実施例の自動車用マフラを示す断面図である。 本発明第４の実施例の自動車用マフラを示す断面図である。 本発明第３、第４の実施例の自動車用マフラにおける前板を示す正面図である。 従来の技術における断熱材の斜視図である。 従来の建築物を示す正面図である。

符号の説明

１ 板材
1a ボード
2a、2b、３ 表面材
４ 仕切り材
６ 筒体
７ 送風機
８ 建築物
31、32、41 開口
61 前板
62 ふさぎ板
81 越屋根
82 大屋根
83 建家
Ｐ パネル体
Ｕ 気体清浄ユニット

Claims (3)

1. 粉砕したざくろ石と無機バインダとを素材として含む多孔質の板材が、一端から他端へ燃焼ガスが通過する筒体の内部に、その燃焼ガスが透過するように配置された自動車用マフラにおいて、
   前記筒体の内部で前記燃焼ガスの流動方向で前記板材より上流側に孔のあいた前板が配置されるとともに、前記筒体に伝播される衝撃波をその前板で受けて緩和するためにその前板と前記板材との間に所定の間隔があけられていることを特徴とする自動車用マフラ。
2. 前記板材には、該板材を多孔構造としている空隙より大きくかつ該空隙より抵抗の小さい複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用マフラ。
3. 前記板材は、表面材によって包まれるとともに、その表面材に前記燃焼ガスの出入り口となる開口が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用マフラ。

Images