JPH04203308A

JPH04203308A - 内燃機関の消音器

Info

Publication number: JPH04203308A
Application number: JP33355190A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Okuda; 奥田　晏弘
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1992-07-23
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH0641727B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

第１表［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”ｆｑ度
に抑えていたので、繊維同志の絡みも少なかった。また
、高温耐熱性も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、脆いなめ
、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
に飛散しな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、Ｓｉ０２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Ｓ　ｉ　０２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。

第２表本発明の目的は、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成と
した。

第３表なお、従来の第１表のグラスウールが多量に含有してい
たＣａ０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、Ｓｉ０２分とＡ、ｌ！　２０３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
／ｃｍ２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なめ、ニードルパンチング時に折
れに＜＜、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。

第４表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／ｍｍ２以上という優れた繊維強度と
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／ｃｍ２て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
分をふるい落とした。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、５
０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なめに、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、針の打込本数が同して゛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力ご確認された。

（本頁、以下余白）（２）熱収縮性試験試料として厚さ６ｍｍ、密度１００ｋｇ／ｍ３、針の打
込本数２０本／Ｃｍ２のウールマットを１２０ｍｍＸ７
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ｆＪｌ
としな。このグラスウールマットを８５０℃の炉に４時
間入れて取り出しな後、目印の間隔を再度ノギス等で測
定してρ２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（％）　＝　（４１１４１２）／ｆＪ１ｘｌＯ
Ｏ第６表（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１
５０ｍｍＸ５０ｍｍ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
２８ｍｍ／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。

第７表（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ツＩ・を
１０１００ｍｍＸ１５０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
ｌ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Ｗ２
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（％）＝　（Ｗｌ−Ｗ２　）／ｗ１Ｘ１００第８表（５）吸音性能試験試料として厚さ１０ｍｍ、密度１００ｋｇ／ｍ３、針の
打込本数２０本／ｃｍ”のグラスウールマットを使用し
、Ｊ　Ｉ　５−Ａ１４０５　ｒ管内法」に従い、垂直入
射吸音率針により吸音率を測定した。試料の背後の空気
層の厚さはＯｍｍとした。

この試験結果を第９表に示す。

第９表（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−子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／ｍ３、針
の打込本数２０本／ｃｍ２の比較例１のグラスウールマ
ット３３ａを５０ｍｍＸ５０ｍ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＝　１
８− ット３３ａ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に成長しな。

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
／ｍ３の比較例１のグラスウールマット３３ａと、密度
１３０ｋｇ／ｍ３の比較例１のグラスウールマット３３
ａとを、第−子備試験と同様に、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Ｗｌ、熱風を当てた後
の試料の重量をＷ２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（％）　−（Ｗ１Ｗ２　）　／Ｗ１Ｘ　１００第
１０表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、グラスウールマツ＝　２０− 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／ｍ３．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−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。

第１１表なお、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
るフィルタ層を設けて、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。Ｌｒ）Ｌｒ）３ａ窮８図　　　　　　第９図

Claims

【特許請求の範囲】

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、ＳｉＯ＿２
５８〜７０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（３
ａ）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。