JPH0131418B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関用排気消音装置の吸音材
等に適用される燃焼残渣の付着防止剤に関するも
のである。

たとえば、内燃機関用排気消音装置に用いる吸
音材としては、ガラスウール、セラミツク多孔
体、金属多孔体などの繊維状、発泡状、粒子状等
の形状を成すいわゆる多孔性材料がある。しか
し、これらのものをそのまま吸音材として使用し
た場合、内燃機関運転時にガソリン等の燃料の燃
焼残渣であるスス等が表面および多孔性材料内部
にまで侵入付着して、比較的短期のうちに目詰ま
りを起こすため、吸音性能が低下してしまい、騒
音が激化したり、内燃機関の燃費にも悪影響を及
ぼしてしまうことが避けられない問題であつた。

発明者らは、ススが吸音材表面に付着する理由
について各種の検討を行つて究明したところ、ガ
ソリンの燃焼によつて生じた水（蒸気）もしく
は、その燃焼残渣であるタール状の物質が主原因
であることがわかつた。すなわち、エンジン排気
口から排出されるススは、平均粒径数100Å程度
の粒子であるが、それに付着されているかもしく
は、吸音材表面に付着している水またはタールに
よつて付着力（表面エネルギー）が大となるため
に、吸音材表面全体および内部にもびつしりと付
着されてしまう。したがつて、ススの付着を防止
するためには、吸音材表面を低表面エネルギーを
有する物質で被覆し表面への付着ならびに内部へ
の侵入を抑止すればよいことがわかつた。そこ
で、発明者らは種々の低表面エネルギーを有する
物質を燃焼残渣の付着防止剤として吸音材表面を
被覆し、実際に内燃機関用の排気消音装置として
使用したところ、ふつ素樹脂をはじめとする有機
物で構成したものでは、排気消音装置内の吸音材
の表面温度が150〜500℃となるために分解してし
まい低表面エネルギー性が失なわれてしまうこと
が判明した。つぎに、黒鉛や二硫化モリブデン等
の無機質固体潤滑剤をこの種防止剤として吸音材
表面に分散付着させた後、同様の検討を行つたと
ころ、やはり表面温度が高くなるために、分解し
たり表面エネルギーが大となつてススが付着して
しまい、またあるものは表面に付着させたがため
に、目詰まりを生じ、消音性能に著しい支障をき
たしてしまい、かえつて新たな欠点が生じてしま
うものもあつた。

このような問題を解決するため、この発明者等
は低表面エネルギー性物質としてのふつ化黒鉛を
この種付着防止剤として適用することを案出し
た。ふつ化黒鉛とは、ふつ素と炭素との共有結合
による微粒子状無機高分子である。その性質は低
表面エネルギー性を有し、摩擦係数が小さいた
め、固体潤滑剤等に利用されている。ただし、そ
の極端に低い表面エネルギー性のために、物質表
面に付着させることが容易でなく、現在、グリー
ス等に少量分散させたり、Ni等の金属と共析め
つきをすることにより金属表面に付着させてい
る。しかし、グリース等に分散させたものは、被
着物に塗着した場合、耐熱性ならびに接着性が不
良であり、共析めつきの場合には被着物が金贈で
あることが必要であるため、適用性が狭いもので
あつた。発明者らは、ふつ化黒鉛微粒子を耐熱性
結合剤に含有分散させて燃焼残渣の付着防止剤を
構成し、これを、たとえば内熱機関の吸音基材の
表面に塗着して使用した場合、耐熱性結合剤の多
孔性皮膜中に分散されているふつ化黒鉛の働き
で、燃料の燃焼残渣であるススや水（蒸気）が付
着しにくいことを見い出した。

ところが、上記構成のものは接着性や寿命にも
優れている反面、たとえば吸音基材等の表面に一
旦付着したタールやススなどを迅速かつ完全に除
去できにくく、燃焼残渣の付着防止剤として十分
なものとは言えなかつた。

この発明は、上記のような短所が全く生じず、
なおかつ吸音材等のもつスス付着を大幅に抑止で
きる新しい燃焼残渣の付着防止剤を提供するもの
である。すなわち、この発明に係る燃焼残渣の付
着防止剤は、低表面エネルギー物質としてふつ化
黒鉛粒子を使用し、低温酸化触媒を上記ふつ化黒
鉛とともに耐熱性結合剤に含有分散させることを
特徴としている。

ここで、Alめつきが施こされた鋼板を用意し、
この鋼板を250℃に加熱した状態でその表面に10
ｇのタールを滴下させたのち、該鋼板の表面に、
たとえば10メートル／秒の風を当てた場合、上記
鋼板の表面を露出させたものでは、上記タールを
鋼板の表面から吹き飛ばせにくく、ほとんどのも
のは付着したままとなる。これに対し、ふつ化黒
鉛微粒子を耐熱性結合剤に分散含有させたもので
上記鋼板の表面を被覆した場合には、上述の場合
よりもタールが吹き飛ばされるものの、一部のタ
ールは重合が進んで付着力が強まることから、や
はりタールが上記鋼板に付着したままとなる。し
かるに、この発明に係る燃焼残渣の付着防止剤で
上記鋼板の表面を被覆した場合には、タールの重
合が抑制され、ほとんどのタールが上記鋼板から
スムーズに吹き飛ばされることが確認された。し
たがつて、この発明による燃焼残渣の付着防止剤
は吸音基材等の表面に塗着するだけで、タールや
ススなどの付着を有効に抑止できるものであるこ
とが判る。

以下、実施例にしたがつて、この発明の詳細を
説明する。

実施例 １ 燃焼残渣の付着防止剤が塗着されるものとし
て、内燃機関用排気消音装置の剤音基材に使用さ
れるNi−Cr合金製発泡状金属多孔体を用意した。
シンナーに溶解したけい素樹脂を耐熱性結合剤と
し、この中に分散剤（界面活性剤）および若干の
添加剤を加えて50重量％とし、この中にふつ化黒
鉛を全体の25重量％、さらに低温酸化触媒を25重
量％含有分散させたものをこの発明に係る燃焼残
渣の付着防止剤としてスプレーにて上記多孔体の
表面に塗布し、80℃で20分間予備焼成した後、
250℃で30分間焼成した。これにより第１図に拡
大断面図を示したような吸音材が製作できた。第
１図において、１は多孔体の骨格、２はふつ化黒
鉛粒子、３はふつ化黒鉛粒子２と低温酸化触媒５
とを含有分散させている耐熱性結合剤の硬化物
で、この発明の燃焼残渣の付着防止剤Ｍを構成し
ている。４は多孔体の孔（空げき）である。この
発明に係る燃焼残渣の付着防止剤Ｍは上記塗布作
業によつて多孔体表面ばかりでなく、第１図のよ
うに内部の孔４内にもはいり込んでいる。このよ
うに構成された吸音材を用いて、上記のような処
理を全く行わない金属多孔体のみのものと比較し
ながら吸音率およびスス付着性とそれに伴う消音
性能の経時劣化について調査した。

第２図は、管内法（JISA1405）によつて同一
条件で測定した垂直入射吸音率を示したものであ
る。曲線ａはこの発明の燃焼残渣の付着防止剤を
塗着した吸音材、曲線ｂは金属多孔体のみの吸音
材の特性である。第２図から、この発明の燃焼残
渣の付着防止剤を塗着した吸音材は、金属多孔体
のみからなるものに比べて、吸音率がかなり高く
なることがわかる。これは、ふつ化黒鉛と低温酸
化触媒とを含有分散させた耐熱性結合剤の硬化
物、つまり、この発明の燃焼残渣の付着防止剤が
本質的に多孔質であつて、その内部を空気が流通
することができるため、音波エネルギーも吸収減
衰されることによるものと思われる。

つぎに、上記２種の吸音材の筒状に成形して、
第３図のようにして排気消音装置を構成し、市販
の国産乗用車（排気量1600c.c.）内に組み込し、約
１万Kmの実走行を行つた後にJISD1616によつて
消音性能を測定し、実走行前の初期値と比較し
た。第３図において、３１は排気消音装置を構成
する筐体、３２は排気ガスの入口管、３３は排気
ガス通路、３４は吸音材、３５は排気ガスの出口
管である。第４図に消音性能の周波数特性を示
す。曲線c₁およびc₂はこの発明に係る燃焼残渣の
付着防止剤を塗着した吸音材を用いた場合のそれ
ぞれ初期ならびに実走後の特性であり、曲線d₁お
よびd₂は金属多孔体のみの吸音材を用いた場合の
それぞれ初期ならびに実走後の特性である。第４
図からわかるように、この発明の燃焼残渣の付着
防止剤を塗着した吸音材を用いたものは初期消音
性能が良好であることはもちろん、実走行１万Km
後もほとんど初期性能が低下していないのに対
し、金属多孔体のみの吸音材を用いたものは実走
後にはすべての周波数帯において消音性能が著し
く低下してしまつた。また、消音性能測定後に、
両者の吸音材を取り出して目視観察を行つたとこ
ろ、この発明の燃焼残渣の付着防止剤を塗着した
吸音材は初期と同様にほとんど清浄であり、ふつ
化黒鉛のもつ優秀なスス付着抑止効果が実証され
たのに加えて、低温酸化触媒粒子が、排ガスの温
度によつて活性化され、上記燃焼残渣を、実際に
それが燃え去つてしまう温度よりも低い排気ガス
温度において、自動的に酸化分解（表面燃焼）さ
せて浄化除去してしまうことも実証された。これ
に対し、金属多孔体のみのものは、表面全体に黒
色のススならびに黄緑色の腐食生成物が多量に付
着して激しい目詰まりを起こしていた。すなわ
ち、この発明の燃焼残渣の付着防止剤を塗着した
吸音材は、スス付着抑止作用を有すると同時に、
ふつ化黒鉛と低温酸化触媒を耐熱結合剤に含有さ
せたことによつて一旦付着したススを除去でき、
しかも顕著な腐食防止作用をも有することが明ら
かとなつた。そして、この発明の燃焼残渣の付着
防止剤を塗着した吸音材において、実走行後も上
記付着防止剤が全く剥離や割れを生じていなかつ
たことから、この付着防止剤は被塗着体との接着
性にすぐれ、かつ長寿命なものであることも判明
した。

実施例 ２ 燃焼残渣の付着防止剤が塗着されるものとし
て、内燃機関用排気消音装置の吸音基材に使用さ
れるSiO₂−Al₂O₃系セラミツク多孔体を用意し
た。実施例１と同様にして、ふつ化黒鉛微粒子と
低温酸化触媒粒子とを、第１りん酸アルミニウム
（アルミニウムホスフエート）を主剤とする結合
剤中に、分散剤および添加剤とともに含有分散さ
せてなるこの発明の燃焼残渣の付着防止剤を上記
多孔体の表面に塗着させて吸音材を製作した。こ
の吸音材および上記と同一のセラミツク多孔体
で、上記付着防止剤を塗着させないものについて
も、実施例１の場合と全く同様に吸音率およびス
ス付着抑止性について調査した。その結果、この
発明に係る燃焼残渣の付着防止剤を塗着した吸音
材は吸音率ならびに実車走行における目詰まり防
止による消音性能の経時変化のいずれの場合にお
いても、実施例１の第２図、第４図の場合とほぼ
同等に良好な特性を有することが判明した。

ここで、上記ふつ化黒鉛と耐熱性結合剤と低温
酸化触媒との比率について述べると、ふつ化黒鉛
は１重量％未満であればその機能がほとんど発揮
されず、逆に60重量％を越えると皮膜が形成され
にくくなり、皮膜が形成されたとしても脆弱なも
のとなる。また耐熱性結合剤は10重量％未満であ
ればふつ化黒鉛などの他の粒子を結合させる機能
がなくなり、70重量％を越えると、やはり結合機
能が発揮されなくなる。低温酸化触媒は10重量％
未満であればその働きが有効に行なわれず、80重
量％を越えても皮膜が形成されにくいなどの問題
が生じる。したがつて、ふつ化黒鉛、耐熱性結合
剤および低温酸化触媒はそれぞれ１〜60重量％、
10〜70重量％および10〜80重量％の範囲内に設定
する必要があり、好適には上記の実施例で示した
値、つまりそれぞれ25重量％、50重量％および25
重量％である。

なお、上記各実施例では、触媒として低温酸化
触媒のみを用いたが、この低温酸化触媒に、還元
剤とアルカリ剤の少なくともいずれか一方のもの
や固体酸触媒を選択的に付加してもよい。

ところで、この発明で、ふつ化黒鉛微粒子など
を含有分散させる耐熱性結合剤としては、内燃機
関における排気消音装置内の吸音材の表面音度
（150〜500℃）以上の耐熱温度がある無機質の結
合剤であれば使用することができる。発明者らの
検討では、ガラス質フリツト、金属のりん酸塩、
金属のけい酸塩、コロイダルシリカ、コロイダル
アルミナ、けい素樹脂のそれぞれ添加剤（接着
性、クラツク防止性の向上のために加える）を加
えたものが良好であつた。

また、この発明で使用する低温酸化触媒剤とし
ては、組成例１〜３に記したもののほかに、
CoO、Co₃O₄、Cr₂O₃、Fe₂O₃、Ag₂O、ZnO、
PbOなどの金属酸化物やNiCr₂O₄、MnCr₂O₄、
CuCr₂O₄、MnFe₂O₄などの複合金属酸化物およ
びPt、Pd、Rh、Ru、Agなどの貴金属のそれぞ
れ粉末や微粒子のように酸化触媒活性を有し耐熱
性のあるものを用いることができ、もちろん、こ
れらのものを２種以上混合して用いてもよい。

この発明に係る燃焼残渣の付着防止剤は、内燃
機関の排気消音装置に用いることが前提である
が、使用の仕方によつては燃焼機器等の他の機器
に用いてもさしつかえない。

以上のように、低温酸化触媒をふつ化黒鉛とと
もに耐熱性結合剤に含有させてなるこの発明の燃
焼残渣の付着防止剤は、たとえば、内燃機関用排
気消音装置の吸音材に塗着して使用した場合、ス
スによる目詰まりによつて起こる消音性能の劣果
を防止して初期の良好な消音性能を持続させるこ
とができ、また金属製の多孔体に塗着した場合に
は、顕著な腐食防止効果が得られる。したがつ
て、高性能かつ長寿命を確約できるものであるた
め、自動車をはじめとする内燃機関用の排気消音
装置等に広く使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る燃焼残渣の付着防止剤
を吸音材に塗着した構成を示す拡大図、第２図お
よび第４図は第１図吸音材の性能を示す特性図、
第３図は第１図の吸音材の応用例を示す断面図で
ある。 ２……ふつ化黒鉛、３……耐熱性結合剤、５…
…低温酸化触媒。なお、図中同一符号は同一もし
くは相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 低温酸化触媒がふつ化黒鉛とともに耐熱性結
   合剤に含有分散されていることを特徴とする燃焼
   残渣の付着防止剤。