JPH0641727B2 - 内燃機関の消音器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関の排気管に設けられる消音器に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来の一般的な内燃機関の消音器として、排気管の一部
に多数の通気孔を貫設し、該排気管の一部の外周に吸音
材からなる筒状の消音層を設け、該消音層の外周に外管
を被せた構造のものがある。この吸音材としては、次の
第１表に示す各成分を含むグラスウール（同表中の含有
率は、グラスウールの表面に付着しているバインダーを
除いて考えた含有率である。）をニードルパンチングす
ることにより繊維同志を絡ませてフェルト化し、このグ
ラスウールマットを排気管の外周に筒状に巻き付けて形
成したものが最も一般的である。このグラスウールは吸
音性が高くしかも安価なため、現在のほとんどの内燃機
関の消音器に欠かせないものとして使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような構成の消音器においては、排気管を流れる
高温・高圧の排気ガスが前記通気孔から吸音材に吹き出
すため、該吸音材には吸音性や安価性のみならず、高温
耐熱性、繊維強度、繊維同志の絡みの多さ等が要求され
る。

ところが、第１表に示す各成分を含むグラスウールは、
繊維強度が十分とはいえず、ニードルパンチングでの粉
体化を避けるため針の打込本数を２０本／ｃｍ^２程度に
抑えていたので、繊維同志の絡みも少なかった。また、
高温耐熱性の必ずしも十分とはいえなかったため、高温
の排気ガスにより次第に熱劣化して脆くなる場合があっ
た。このように繊維強度が不十分で、繊維の絡みが少な
い上に、熱劣化で脆くなったグラスウールは、高圧の排
気ガスにより次第に折れて粉体化し、通気孔から排気管
内へ吸引されて大気に飛散するため、消音器の消音効果
を徐々に低下させ、大気を汚染するという問題があっ
た。

特に、自動車の分野においては、最近の自動車用内燃機
関の高出力化や排気ガス処理装置の付加等の傾向に伴い
排気ガスの温度・圧力が上昇しているため、前記消音器
におけるグラスウールの飛散の問題は顕著になりつつあ
り、ときとしてグラスウールが溶融してガラス片となっ
てしまうことすらある。また、自動車は台数が非常に多
く、前記グラスウールの大気への総飛散量はかなり多く
なるため、排気ガラス規制の問題と同様に、早急に解決
する必要がある。

上記の問題を解決するには、前記吸音材として、高温耐
熱性に優れ、粉体化しにくいものを使用することが必要
である。そこで、これまでにも前記吸音材として、セラ
ミック繊維、シリカガラス繊維、アルミナ繊維、酸処理
ガラスマット、これらの混合品、これらと前記グラスウ
ールとの混合品等を使用することが試みられてきたが、
各素材とも次のような一長一短があり、適用は困難であ
った。

(1) セラミック繊維 高温耐熱性は十分である。しかし、繊維長が１０ｍｍ前
後と短いため、繊維同志の絡みが少なく、ニードルパン
チングによるフェルト化が困難である。また、脆いた
め、ニードルパンチング時に折れて粉体化しやすい。

(2) シリカガラス繊維やアルミナ繊維 高温耐熱性や繊維長は十分である。しかし、やはり脆い
ため、上記(1) と同様の問題がある。また、従来の前記
グラスウールに比較してコストが１００〜数１００倍も
高いため、一般には実用化の検討対象とすらならない。

(3) セラミック繊維と従来の前記グラスウールとの混合
マット 本発明者による試験では、前記(1) のセラミック繊維の
短所が現れ、ニードルパンチング時に折れて粉体化した
り、前記グラスウールの欠点が現れ、消音器の使用時に
飛散したりすることが判明している。

(4) 酸処理マット（従来の前記グラスウールを塩酸につ
けて、不純物を溶出させ、ＳｉＯ_２分を高めたものであ
り、第２表にその成分を示す。） 高温耐熱性は、前記グラスウールに比較してＳｉＯ_２分
が高い分だけ高い。しかし、グラスウールの繊維表面が
塩酸で侵されて脆くなるため、上記(1) と同様の問題が
ある。また、グラスウールの繊維に塩酸による腐蝕孔が
空いて空洞ができるため、塩酸を水で洗い流した程度で
は、該腐蝕孔に入り込んだ塩酸が残り、金属製品の排気
管や外管が腐蝕する原因となる。

本発明の目的は、上記の問題を解消し、繊維同志の絡み
が多く、粉体化が少ない良質な消音層が得られ、消音器
の使用時には消音層の熱劣化と粉体化による飛散が少な
く、また従来に比べてコストがさほど増加しない新規な
内燃機関の消音器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の消音器
は、内燃機関の排気管の一部に多数の通気孔が貫設さ
れ、該排気管の一部の外周には、次の第３表に示す各成
分を含み（同表中の含有率は、グラスウールの表面に付
着しているバインダーを除いて考えた含有率であ
る。）、ニードルパンチングによりフェルト化されてな
るグラスウールマットを用いた筒状の消音層が設けられ
た構造とした。

なお、従来の第１表のグラスウールが多量に含有してい
たＣａＯ分については、含有していても含有していなく
てもよく、含有している場合には１重量％以下が適当で
ある。また、本グラスウールの繊維径は平均値で７〜１
２μｍが一般的である。

本グラスウールは、従来の第１表のグラスウールに比べ
て、ＳｉＯ_２分とＡｌ_２Ｏ_３分とが高い分だけ、高温耐
熱性（具体的には例えば転移点や軟化点）及び繊維強度
が高く、また適度な柔軟性も備えている。

また、前記ニードルパンチングは例えば２４＃〜３２＃
の針で行うことができ、この針の打込本数は５〜７０本
／ｃｍ^２の範囲で適宜選択することができる。

また、前記グラスウールマットを用いた筒状の消音層と
しては、該グラスウールマットを排気管の外周に筒状
に巻き付けて形成したもの、該グラスウールマットを
樹脂で筒状に成形加工して排気管の外周に嵌合したも
の、の二通りの態様を例示することができる。

［作用］ 本発明の内燃機関の消音器は、上記の通り高温耐熱性及
び繊維強度が高く適度な柔軟性も備えたグラスウールを
ニードルパンチングしたグラスウールマットを用いて筒
状の消音層を形成しているので、次のような作用を奏す
る。

グラスウールは繊維長が十分に長いため、繊維同志
の絡みが多く、ニードルパンチングによるフェルト化が
容易である。さらに、本グラスウールは繊維強度及び柔
軟性を兼ね備えているため、ニードルパンチング時に折
れにくく、粉体化しにくい。従って、従来のグラスウー
ルと比べて、針の打込本数が同じであっても繊維同志の
絡みが多くなり、針の打込本数を増やせば、あまり粉体
化させることなく繊維同志の絡みをさらに多くすること
ができる。よって、繊維同志の絡みが多く、折れも少な
い良質な消音層が得られる。

この消音層は、前述の通り高温耐熱性及び繊維強度
が高いグラスウールにより形成されているので、消音器
の使用時に排気管の通気孔から吹き出す排気ガスによっ
ても熱劣化しにくく、また粉体化しにくい。従って使用
時における消音層の飛散が少なくなる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した内燃機関の消音器の実施例に
ついて、図面を参照して説明する。

第１図及び第２図に示すように、内燃機関の排気管１の
途中における所定長さ部分には、その全周に分散するよ
うに多数の通気孔２が貫設されている。この排気管１の
所定長さ部分の外周には、次の第４表に示す各成分を含
むグラスウール（同表中の含有率は、グラスウールの表
面に付着しているバインダーを除いて考えた含有率であ
る。）からなる筒状の消音層３が設けられている。

本実施例で使用した前記グラスウールは、連続溶融紡糸
法によって製造されたものであって、転移点７８０℃以
上、軟化点９５０℃以上という優れた高温耐熱性と、引
張強度４００ｋｇ／ｍｍ^２以上という優れた繊維照度と
を保有している。また、このグラスウールの繊維径は平
均値で９μｍである。

このグラスウールは、３２＃の針を使用して打込本数２
０〜７０本／ｃｍ^２でニードルパンチングされることに
より、フェルト化して繊維同志の絡みの多いグラスウー
ルマット３ａとなっている。そして、このグラスウール
マット３ａが前記排気管１の外周に筒状に巻き付けられ
ることにより前記消音層３が形成されている。

続いて、前記消音層３の外周には、該消音層３の外周面
と両側端面とを覆う外管４が被せられ、該外管４の縮径
された両端部は前記排気管１の外周に溶接又は圧着によ
り固定されている。

以上のように構成された本実施例の消音器は、前記作用
に基づき、繊維同志の絡みが多く、粉体化が少ない良質
な消音層３が得られており、また従来に比べてコストが
さほど増加せず、消音器の使用時には該消音層３の熱劣
化及び粉体化が起こりにくいため飛散が少ないという優
れた効果を奏する。

上記効果を確認するため、前記グラスウールマット３ａ
について次の各試験を行った。また、比較のため、従来
の第１表のグラスウールをニードルパンチングによりフ
ェルト化したグラスウールマット（比較例１とする。）
と、前述の酸処理マット（比較例２とする。）について
も同様の試験を行った。

(1) 粉体化試験 グラスウールマットの原料である連続ガラス繊維（原
糸）を、カット機を使って繊維長７５ｍｍ±２ｍｍとな
るように注意深く寸断し、この繊維をふるいにかけて粉
体化をふるい落とした。この繊維をニードルパンチング
機に投入し、３２＃の針を使用して打込本数を２０本、
５０本、７０本と変えてニードルパンチングすることに
より種々のグラスウールマットを作った。そして、各グ
ラスウールマットの厚さと密度とを測定するとともに、
ニードルパンチングによる粉体化率を知るために、繊維
長が１０ｍｍ未満の成分、１０〜３０ｍｍの成分、３０
〜５０ｍｍの成分、５０〜７５ｍｍの成分の各存在率を
調べた。この試験結果を第５表に示す。

この結果から、本実施例のグラスウールは従来のグラス
ウールと比べて、針の打込本数が同じであっても繊維同
志の絡みが多くなり、針の打込本数を増やせば、あまり
粉体化させることなく繊維同志の絡みをさらに多くする
ことができることが確認された。

(2) 熱収縮性試験 試料として厚さ６ｍｍ、密度１００ｋｇ／ｍ^３、針の打
込本数２０本／ｃｍ^２のウールマットを１２０ｍｍ×７
０ｍｍの寸法に切断した。その表面に適当に間隔をおい
て目印をつけ、目印の間隔をノギス等で測定してｌ_１と
した。このグラスウールマットを８５０℃の炉に４時間
入れて取り出した後、目印の間隔を再度ノギス等で測定
してｌ_２とし、次の式で熱収縮率を求めた。この試験結
果を第６表に示す。

熱収縮率(％)＝（ｌ_１−ｌ_２）／ｌ_１×１００ (3) 引張試験 試料として上記(2) と同様のグラスウールマットを１５
０ｍｍ×５０ｍｍの寸法で原反の縦方向が１５０ｍｍに
なるように切断し、つかみ間隔１００ｍｍ、引張速度２
８ｍｍ／分で引張試験を１０回行い、平均値を求めた。
この試験結果を第７表に示す。

(4) 重量変化試験 試料として上記(2) と同様のグラスウールマットを１０
０ｍｍ×１５０ｍｍの寸法に切断し、１００℃のオーブ
ンに１時間入れて取り出した後、重量を測定してＷ_１と
した。続いて、このグラスウールマットを８５０℃の炉
に４時間入れて取り出した後、重量を測定してＷ_２と、
次の式で重量変化率を求めた。この試験結果を第８表に
示す。

重量変化率(％)＝（Ｗ_１−Ｗ_２）／Ｗ_１×１００ (5) 吸音性能試験 試料として厚さ１０ｍｍ、密度１００ｋｇ／ｍ^３、針の
打込本数２０本／ｃｍ^２のグラスウールマットを使用
し、ＪＩＳ−Ａ１４０５「管内法」に従い、垂直入射吸
音率計により吸音率を測定した。試料の背後の空気層の
厚さは０ｍｍとした。この試験結果を第９表に示す。

(6) 耐飛散性試験 この試験については、本実施例について実施するより前
に、従来のグラスウールマットについて二種類の予備試
験を行った。

第一予備試験は繊維の飛散の進行状況を調べるための試
験であって、厚さ１０ｍｍ、密度１００ｋｇ／ｍ^３、針
の打込本数２０本／ｃｍ^２の比較例１のグラスウールマ
ット３３ａを５０ｍｍ×５０ｍの寸法に切断し、これを
第４図に示すように平板のパンチングメタル５（パンチ
孔５ａの直径３ｍｍ、間隔５ｍｍ）と鉄板６との間（間
隔は９ｍｍ）に挾んで試料とした。そして、第３図に示
すように、熱風発生装置７の口径１２ｍｍのノズル８を
前記パンチングメタル５の直前２ｍｍに位置させ、該ノ
ズル８から６５０℃、風速３４０ｍ／秒の熱風をグラス
ウールマット３３ａに直角に当たるように２０時間噴出
させた。このとき、モータ９により試料を後方に振幅４
ｍｍ、サイクル６０回／秒で往復運動させて風圧を変化
させた。このとき、グラスウールマット３３ａの飛散の
進行状況は次の通りであった。

まず、第５図に示すように、グラスウールマット３
３ａの表面に付着している繊維が飛散した。

続いて、第６図に示すように、グラスウールマット
３３ａの表面のうちパンチング孔５ａに対応した部位に
窪み３４ができた。

続いて、第７図に示すように、グラスウールマット
３３ａの内部に熱風が進入し、該内部の繊維同志の絡み
が少ない部分（例えば短く折れたショートファイバー）
が飛散した。

最後には、第８図に示すようにショートファイバー
や粉体化した繊維の飛散が進行し、グラスウールマット
３３ａの窪み３４同志がマット内部でつながるようにな
り、繊維長が長くて他繊維と絡まっている繊維だけが架
橋を作って残っている状態となった。

また、熱風の温度を７５０℃（高温）に上げて最初から
同じ試験を行ったところ、上記の飛散の進行状況〜
と概ね同様であったが、最後には、上記で残るはずの
繊維も高温によって脆くなり風圧により粉体化され、第
９図に示すように大きな窪み３４に成長した。

次に、第二予備試験はグラスウールマットの密度と飛散
との関係を調べるための試験であって、密度１００ｋｇ
／ｍ^３の比較例１のグラスウールマット３３ａと、密度
１３０ｋｇ／ｍ^３の比較例１のグラスウールマット３３
ａとを、第一予備試験と同様に、パンチングメタル５と
鉄板６との間に挾んで試料とし、５００℃（中低温）、
風速３４０ｍ／秒の熱風を２０時間噴出させた。そし
て、熱風を当てる前の試料の重量をＷ_１、熱風を当てた
後の試料の重量をＷ_２とし、次の式で飛散率を求めた。
この試験結果を第１０表に示す。

飛散率(％)＝（Ｗ_１−Ｗ_２）／Ｗ_１×１００ 以上の二種類の予備試験の結果から、耐飛散性に適する
条件は、ガラス繊維の耐熱性が高いこと、繊維長の
長いガラス繊維の存在率が高いこと、繊維同志の絡み
が多く、グラスウールマットの密度が高く仕上がること
（但し粉体化率が小さいこと）であることが判明した。

さて、本実施例についての耐飛散性試験は、厚さ１０ｍ
ｍ、密度１００ｋｇ／ｍ^３、針の打込本数２０本／ｃｍ
^２のグラスウールマット３ａを使用して、第一予備試験
と同様に７５０℃、風速３４０ｍ／秒の熱風を２０時間
噴出させて行った。この試験結果を第１１表に示す。こ
の結果から、本実施例の有効性が確認された。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものでは
なく、例えば以下のように発明の趣旨から逸脱しない範
囲で任意に変更して具体化することもできる。

（１）前記外管４を使用しない態様で実施化すること。

（２）前記排気管１と消音層３との間に金属繊維よりな
るフェルタ層を設けて、消音層の飛散をさらに減少させ
ること。

［発明の効果］ 本発明の内燃機関の消音器は、上記の通り構成されてい
るので、繊維同志の絡みが多く、粉体化が少ない良質な
消音層が得られ、消音器の使用時には消音層の飛散が少
なく、また従来に比べてコストがさほど増加しないとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した内燃機関の消音器の実施例
を一部破断して示す斜視図、第２図は同実施例の断面
図、第３図は耐飛散性試験の方法を示す側面図、第４図
は同試験に使用する試料を示す斜視図、第５図〜第９図
は従来の比較例について行った耐飛散性試験における飛
散の進行状況を示す断面図である。 １……排気管、２……通気孔、 ３……消音層、３ａ……グラスウールマット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気管（１）の一部に多数の通
   気孔（２）が貫設され、該排気管の一部の外周には、Ｓ
   ｉＯ_２５８〜７０重量％、Ａｌ_２Ｏ_３２０〜２８重量
   ％、ＭｇＯ７〜１２重量％の各成分を含みニードルパン
   チングによりフェルト化されてなるグラスウールマット
   （３ａ）を用いた筒状の消音層（３）が設けられた内燃
   機関の消音器。