JPS6316822Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は多孔質吸音体の目詰まり防止機能を
備えた内燃機関用排気消音装置の圧力損失の低減
に関するものである。

一般に、内燃機関においては、排気音の低減の
ため、排気消音装置が内燃機関の排気系の出口に
装着される。かかる排気消音装置は排気ガス流に
対してある抵抗をもつため、内燃機関の背圧の上
昇を招き、機関の出力の低下をもたらす。従つ
て、この種の内燃機関においては、圧力損失が小
さく、消音効果の大きい排気用消音装置が望まれ
る。

このような要望に応えるためには、まず装置内
の風路を直線的に配列して圧力損失を小さくしな
ければならない。装置内の風路を直線的に配設
し、しかも所要の消音性能を得るには、吸音体を
用いる以外に手段はない。しかも、通常排気音は
広い周波数帯域のスペクトル音から構成されてい
るので、吸音材としても、広い周波数帯域にわた
つて吸音力を有するものが望まれることから多孔
質吸音体を使用することが望ましい。しかし、排
気ガス中にはタールやすすなどが混有しており、
それらが多孔質吸音体の表面に付着すると吸音体
が目詰りを起こして吸音体中に音波が透過しなく
なり、その吸音力は著しく低下する。したがつ
て、内燃機関の排気消音装置に多孔質吸音体を応
用するには、タールやカーボンが吸音体の表面に
付着することによる吸音体の目詰りを抑制しなけ
ればならない。

一方、タールやすすが吸音体表面に付着する理
由について各種の検討を行なつて究明したとこ
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すすは、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、吸音体表面に付着している水まれはター
ルによつて付着力（表面エネルギ）が大となるた
めに、吸音体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、すすの付着を防
止するためには、吸音体表面を低表面エネルギを
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、つぎに、種々の低表面エネルギを有する物質
を用いて吸音体表面を被覆し、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は、排気消音装置内の吸
音体の表面温度が150〜500℃となるために分解し
てしまい、その低表面エネルギ性が失なわれてし
まうことが判明した。つぎに、黒鉛や二硫化モリ
ブデンなどの無機質固体潤滑剤を吸音体表面に分
散付着させた後、同様の検討を行なつたところ、
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、吸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。しかしながら、ふつ素と炭素との共有結
合による化合物であるふつ化黒鉛（グラフアイト
フルオライド）の微粒子を吸音体表面に均一に付
着分散させた場合には、すすなどの付着を大幅に
抑止できることはもちろん、ふつ化黒鉛自身が有
する積層状構造のためか、これを表面に付着分散
させることによつても、吸音性能の低下はなく、
むしろ同性能は向上する傾向にあることが見出さ
れた。

この考案は、叙上の事実を基礎にしてなされた
ものである。すなわち、この考案は、排気ガス通
路を形成する円筒形多孔質吸音体の内周壁面にふ
つ化黒鉛を均一に分散付着させて、排気ガスに同
伴するすすなどの付着を抑制すると同時に、上記
吸音体の内周壁面やその内部の空孔壁面に不可避
的に付着するすすなどを速かに吹き飛ばし、ある
いは、上記ふつ化黒鉛が排気ガス温度で加熱され
てその付着防止機能が劣化するのを避けるため
に、上記吸音体の外周側から上記排気ガス通路内
へ清浄な低温空気流を通過させるようにして、長
期間にわたるすぐれた吸音性能の維持をはかり、
加えて内燃機関の出力の低下を防止することを目
的とする。

以下、実施例にしたがつて、この考案の詳細を
説明する。

第１図中、１は消音装置の筐体、２は一端が内
燃機関（図示せず）側に連結し、他端が上記筐体
１と接続された排気ガス入口管、３は上記入口管
２とほヾ同じ内径を有する円筒形状で、かつ、上
記筐体１内部にほヾ直線的に配置された多孔質吸
音体、４はその一端が筐体１に装着され、他端が
大気中に開放され、また流れの方向に沿つて、そ
の断面積が拡大する拡大管、５は筐体１における
排気ガス流の下流側に穿孔され、大気と筐体１内
とを連通する通気孔である。このように構成され
た消音装置において、図中実線矢印で示すよう
に、機関から排出された排気ガスは、入口管３よ
り多孔質吸音体３の内側を通り、拡大管４より大
気中に排出される。一方、排気ガスと共に機関か
ら放出した排気音も、上記排気ガスと同様の経路
を辿つて、大気中に放射されるが、音波は多孔質
吸音材６により吸収され、拡大管７より大気中に
放射される排気音が低減される。なお、通気孔８
からも大気中に排気音が放射されるが、通気孔は
排気音が十分に減音された筐体の後方部に穿孔さ
れているので、通気孔から放射される排気音は小
さく問題とならない。また、上記の場合におい
て、多孔質吸音体３の内周壁面３ａには、ふつ化
黒鉛粒子が均一に分散付着されている。

第１図の構成によれば、多孔質吸音体３によつ
て形成される排気ガス通路の圧力は以下の理由に
より大気圧より低くなる。図中に示すように、多
孔質吸音体３の入口、出口および、拡大管４の出
口の位置をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃとするとベルヌー
イの定理より、下記の式が与えられる。

P_A＋１／２ρV_A ²＝P_B＋１／２ρV_B ²＋h_B ＝P_C＋１／２ρV_C ²＋h_C … ここで、Ｐは静圧、Ｖは排気ガス流速、ρは排
気ガス密度、h_Bは多孔質吸音体３の排気ガスに対
する抵抗損失、h_Cは拡大管４の拡大損失を表わ
す。なお添字Ａ，Ｂ，Ｃは上記検査面の位置を示
す。多孔質吸音体３はほヾ直線的に配設されてお
り、流れに対する抵抗は小さいので、式中のh_B
は無視でき、さらに拡大管４の拡がり角（図中
θ）があまり大きくなければ、拡大損失h_Cも無視
できるので式は下記のようになる。

P_A＋１／２ρV_A ²P_B＋１／２ρV_B ²P_C ＋１／２ρV_C ² … 多孔質吸音体３より形成された風路断面積は、
流れ方向に沿つて一様であるので、V_A＝V_Bとな
り、またP_Cは大気圧力P_Oと等しいので、式よ
り次式を得る。

P_AP_BP_O＋１／２ρ（V_C ²−V_B ²） … 拡大管４の作用によりV_C＜V_Bであるので、
式の右辺の第２項は負の圧力となり、したがつて
多孔質吸音体３の排気ガスが流れる排気ガス通路
圧力P_A，P_Bは大気圧P_Oより低くなる。従つて、
図中点線矢印で示すように、大気中に連通した通
気孔５より、空気が筐体１内に流入し、多孔質吸
音体を透過して、排気ガス通路中へ噴出する。こ
の空気流によつて排気ガス中のタールやススが多
孔質吸音体の表面に付着するのを防止される。す
なわち、この空気流によつて、多孔質吸音体の内
周壁面３ａおよび空孔壁に不可避的に付着したす
すが速かに吹き飛ばされ、同時に、ふつ化黒鉛が
冷却されてその機能の劣化が防止される。

第２図は、この考案の排気消音装置を自動車用
排気消音装置として用いた場合の背圧測定結果を
従来装置と対比して示している。供試内燃機関は
市販の1400cc乗用車のガソリンエンジンを用い
た。背圧測定点は排気消音器の入口近傍である。
エンジン出力は100％負荷である。図中実線はこ
の考案の装置の背圧を示し、破線は従来装置のそ
れを示す。図より明らかなように、この考案の装
置の背圧は、従来装置のそれに比べて約1/4程度
まで低減された。

第３図はエンジン性能に対する効果を実測した
ものである。測定方法はJISD−1002に基ずいた。
図中、実線はこの考案の装置によるもの、破線は
従来装置によるものを示している。図から明らか
なように、この考案の装置は従来装置に比べて、
エンジン出力、燃料消費率共に向上しエンジン回
転数5000rpmではそれぞれ約７％向上した。

第４図は、吸音性能を実測したものである。測
定法はJISD−1616に基ずいた。消音性能は消音
装置あり、なし時の排気音の音圧レベルの差から
求めた。図中実線はこの考案の装置、破線は従来
装置の消音性能を示す。図から明らかなように、
この考案装置の消音性能は従来装置のそれより上
廻り、しかも、従来装置のように、消音性能があ
る周波数帯域で急激に落ち込む現象も見られた。

第５図は、1400cc乗用車にこの考案の排気消音
装置を装着し、約１万Kmの実走行を行つた際の、
消音性能の劣化を調査した結果である。図中、Ａ
曲線は走行前の消音性能、Ｂ曲線は１万Km走行後
のそれを示す。走行後、若干の消音性能の劣化が
見られるが、ほとんど影響がない程度のものであ
る。消音装置の分解結果からも、多孔質吸音体表
面へのタールやすすの付着は僅かであつた。図中
Ｃ曲線は通気孔を塞いだ場合であり、空気流の供
給が断たれるため、タールやすすが吸音体に付着
し、急激な消音性能の劣化が見られた。

上記実施例では通気孔を筐体後部の上面側に設
けたが、第６図に示すように通気孔５を筐体後部
の下面側に設けても良い。この場合、通気孔は消
音装置内で生じる凝縮水のドレン孔としても機能
する。すなわち、内燃機関の始動時や、周囲温度
がかなり低温の場合、内燃機関の排気系の温度が
低く、内燃機関から排出される排気ガス中の水蒸
気が凝縮し水を生成する。この凝縮水中に排気ガ
ス中の亜硫酸ガスが溶け込むことによつて硫酸が
生成されるため、凝縮水は一般に強い腐食性を有
することから、消音装置の筐体のように凝縮水が
溜まりやすい部分には、ドレン孔を設けることは
有効である。

第７図は他の実施例であり、通気孔５を筐体１
の前部端面に設けたものである。この場合、通気
孔が消音器の前面側、つまり筐体内の音圧レベル
が高い部分に設けられるので、この通気孔から大
気中に放射される騒音が大きくなることが懸念さ
れるが、しかし、自動車などに応用する場合下記
の理由で、この通気孔の断面積は筐体後部に設け
た場合のそれより、かなり小さくできることから
通気孔から放射される排気騒音は抑制される。つ
まり、自動車用排気消音装置に応用する場合、自
動車の車速によつて、消音装置の外周には空気流
が生じる。その空気流（図中矢印Ａ）に対して
ほヾ直角に消音装置の前部端面が対面する場合
（通常、自動車用排気消音装置はこのような取付
け状態となる。）その空気流の連動エネルギを筐
体内部への空気の導入に利用でき、従つて、消音
装置の後部側に通気孔を設けた第１図あるいは第
６図に示した実施例の場合よりも、その断面積を
かなり小さくできる。なお、この実施例では、通
気孔を筐体の前部端面の上部側に設けたが、第６
図で示した実施例を同じ理由で通気孔を筐体の前
部端面の下部側に設けて、ドレン孔と兼用するこ
とは有効であることは言うまでもない。

第８図は他の実施例を示している。この実施例
では、排気ガス入口管２の先端を多孔質吸音体３
の排気ガス通路入口部６に臨ませて、この部分に
エジエクタ７を形成させるとともに、筐体１の前
端部を二重壁構造としてその内部に空気導入路８
を構成している。９は通気孔である。

これによれば、入口管２から多孔質吸音体３の
排気ガス通路中へ排気ガスが噴出されると、エジ
エクタ７の作用により、通気孔９および空気導入
路８を通して清浄な低温外気が多孔質吸音体３の
排気ガス通路中へ直接導入される。そのため、多
孔質吸音体３の表面に保持されているふつ化黒鉛
が冷却され、その劣化が防止される。その結果、
排気ガス中に含まれるタールやすすなどの多孔質
吸音体の内周壁面３ａへの付着が長期にわたつて
防止される。

第９図および第１０図はさらに他の実施例を示
している。すなわち、この実施例は、自動車１０
に本来的に設備されているエヤポンプ１１を利用
して、その排気消音装置１２内へ強制的に送気を
行なうようにしたものである。１３は送気管であ
り、この送気管の先端が、第７図で説明したもの
に類似する構成の排気消音装置１２の通気孔５に
接続されている。その他の構成は第７図で説明し
たものと同様であるため、その詳細を省略する。

このようなものによれば、筐体１内へエヤポン
プ１１から強制送気されるので、第７図について
説明したものと同様に、ふつ化黒鉛の劣化が有効
に防止される。

つぎに、多孔質吸音体３の内周壁面３ａにふつ
化黒鉛微粒子を均一に分散付着させる方法として
は、適当なバインダとふつ化黒鉛微粒子との混練
物をスプレー法や塗布法などによつて多孔質吸音
体３の内周壁面に保持させた後、高温（300℃程
度）で焼成してバインダを消失させる。このよう
な方法によつて得られた多孔質吸音体３の拡大断
面図を第１１図に示した。第１１図において、１
４は金属多孔体の骨格、１５は金属多孔体表面に
均一に分散付着されているふつ化黒鉛粒子、１６
は金属多孔体の孔（空げき）であり、ふつ化黒鉛
粒子は、上記塗布作業によつて金属多孔体表面ば
かりでなく、第１１図のように内部の孔１６内に
もはいり込んでいる。なお、第１１図中には示し
ていないが、300℃程度の温度ではバインダとし
て用いた樹脂の焼成残渣も金属多孔体の表面およ
び孔内に若干量存在している。

以上のように、この考案によれば、圧力損失が
小さく、消音性能も良好で、特定の周波数帯域で
消音性能が落ち込む現象もなく、長期の運転にわ
たつて安定した消音性能を発揮することができ
る。しかも構造的に簡単であり、極めて生産性の
高い構造を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例による内燃機関用
排気消音装置の断面側面図、第２図、第３図、第
４図、第５図は性能図表、第６図、第７図、第８
図、第１０図はこの考案の他の実施例の概略的な
断面図、第９図は排気消音装置を自動車に取付け
た場合の側面図、第１１図は多孔質吸音体の拡大
断面図である。 １……筐体、２……入口管、３……多孔質吸音
体、４……拡大管、５……通気孔、１５……ふつ
化黒鉛。なお、図中、同一符号は同一又は相当部
分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直線状排気ガス通路を形成する円筒形多孔質吸
   音体の内周壁面にふつ化黒鉛微粒子を均一に分散
   付着させ、この吸音体を筐体内部に配置してこの
   筐体の排気ガス入口管と排気ガス出口管を連通さ
   せるとともに、上記吸音体の内周壁面側へ空気流
   を導入するように構成した内燃機関用排気消音装
   置。