JPH0237105A - 燃焼排気ガス騒音用消音器 - Google Patents

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】 本発明は燃焼排気ガス騒音を消音させる消音器に関し、
特に自動車、バイラなどの内燃機関、ジェットエンジン
、ガスタービンなどに装着して、該機関から発生する排
気ガスを通過させながら排気音を減衰させる排気消音器
およびボイラーや暖房用もしくは調理用等の燃焼藷の排
気消音器に関するものである。

（従来の技術） 燃焼機関内で、高圧の空気と燃料との燃焼により生成し
た燃焼排気ガスが大気中に放出されると、急激に膨張し
て太きな騒音を発生し、これが騒音公害として問題にな
っている。

そこで排気ガス通路内に消音器を設けて、排気騒音を減
少させることが行われている。

（発明が解決しようとする課！！［） 従来から、燃焼排気ガス用消音器としては鋼、ステンレ
ス等の金属材料からなる筒状本体の内部の空間にグラス
ウール、岩綿（ロックウール）などの吸音材を充填する
ことが試みられているが、密度を高めないと満足な吸音
効果が得られないために、背圧の増加による燃焼効率の
低下、消音器重量の大幅な増加が生じ、さらに高温ガス
により充填物が劣化して部分剥離放出が新たな２次公害
源となるという問題を有していた。この問題を解決する
ために、たとえば特開昭６２−１８４２０号公報には、
繊維状物を加熱融着させて、所望の気孔率とした多孔質
吸音材を用いることが開示されており、繊維状物として
ステンレス繊維が例示されている。しかし、ステンレス
繊維も、排気ガスにより腐食し寿命の点で満足できるも
のではない。

また、消音器外筒を金属材料に代えて騒音減衰効果のあ
る合成樹脂を用いることが特開昭５５−７５５２１号公
報に開示されており、カーボン繊維、ガラス繊維等で強
化された、繊維強化樹脂が例示されている。しかし、合
成樹脂は排気ガスの高温に耐え得ないこと、鏡板との接
続が困難であることなどの問題がある。

以上、いずれの手段によっても、最近特に厳しくなって
きた環境公害としての騒音を低減するという点で満足で
きるものではない。

本発明の目的は、このような従来の吸音材における問題
点、すなわち劣化による吸音材の剥離放出による２次公
害、吸音材の腐食による劣化、高充填による背圧上昇、
重量増加を解決すること、および騒音減衰効果が期待さ
れる合成樹脂外筒の耐熱性を向上させる構造を吸音材と
の組合せによって達成することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、筒状本体、入口管、出口管を備え、該筒状本
体内部に嵩高の炭素繊維集積体を充填もしくは装着した
ことを特徴とする燃焼排気ガス騒音用消音器に関する。

本発明の消音器を構成する筒状本体、入口管および出口
管の形状構造は従来の公知のものを適宜使用することが
でき、所望により、仕切板、導管などを設けたり、入口
管、出口管、導管等に共鳴孔を付けたりしたものも用い
うる。

本発明の消音器に充填もしくは装着する嵩高の炭素繊維
集積体の形状としては、マット状物、フェルト状物、織
物および３次元織物などが含まれる。

本発明に用いる嵩高の炭素繊維集積体は、かさ比重００
０１〜０．２０　ｇ　／ｃＩＩｒであることが好ましい
。ここで、かさ比重とは装着ないし充填した時の該炭素
繊維集積体のかき比重をいう。

かさ比重が０．００１　ｇ　／ｃｌｌ以下の場合は消音
効果が充分でなく、０．２０ｇ／ｃｄ以上の場合は消音
効果が充分であるが圧力損失により、燃料消費量が悪く
なる。特に好ましくは、０．０２〜０．２０ｇ／ｃｄの
範囲である。

本発明に用いられる嵩高の炭素繊維集積体の原料となる
炭素繊維はレーヨン系、ポリアクリ戸ニトリル系、石油
ピッチ系および石炭ピッチ系のいずれでもよいがピッチ
系の炭素繊維が特に効果が大きい。また、該炭素繊維の
長さは、短繊維、生繊維、長繊維のいずれでもよい。こ
れら炭素繊維の特徴としては耐熱性、耐酸性に優れ、熱
伝導率が低いことがあげられる。ここで炭素繊維とは、
炭素繊維、黒鉛繊維の総称である。

本発明に用いられる嵩高の炭素繊維集積体を製造する方
法は、特に制限はな（通常用いろ方法で製造することが
できろ。

たとえば、炭素繊維の原糸を集積してニードルパンチす
る方法あるいは溶融ピッチから渦流法で繊維化され堆積
されたピッチ繊維集積体を不融化、炭化する方法、炭素
繊維を抄紙する方法、これらをさらにニードルパンチす
る方法等により該炭素繊維集積体を製造することができ
る。さらに、該炭素繊維集積体に加熱炭化形の合成樹脂
を含浸させたのち熱処理して合成樹脂を炭化したものも
用いることができる。これにより、強度向上、形状保持
性が良くなり、劣化放散防止、耐熱性が向上する。

また本発明に用いる嵩高の炭素繊維集積体は、炭素繊維
と有機繊維もしくは無機繊維と混合したものであっても
よい。

これにより、強度向上、形状保持性などを良くすること
もできる。併用しうる無機繊維としては、特に制限はな
く、たとえばボロン繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維
、シリコーンチタンカーボン酸化繊維、アモルファス繊
維などがあげられる。有機繊維を混合する場合は、混合
後加熱して炭化することが耐熱性向上上好ましい。

筒状本体の内部に前記嵩高の炭素繊維集積体を装着もし
くは充填する方法には特に制限はない。たとえば、充填
は該消音器の空間内に適宜充填すればよく、また、装着
方法に関しても適宜の個所、好ましくは、筒状本体の内
壁、導管内外面上、仕切板の表面などの少なくともに１
ケ所に装着すればよい。

筒状本体は、従来から用いられている金属材料を用いろ
こともできるが、軽量であること、および消音性能の点
から耐熱性樹脂を用いろことがより好ましい。耐熱性樹
脂として、特に制限はなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹
脂のいずれでもよい。好ましくは、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂
、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、熱硬化型ポ
リカルボジイミド樹脂、液晶ポリエステル、の中から選
択された少なくとも１種が用いられる。

耐熱性樹脂は、そのガラス転移点以上の粘弾性領域で、
吸音効果が特に発揮されるものである。また、液晶ポリ
マーは熱変形温度が３００℃以上と極めて高く耐熱性に
特にすぐれている。

また、該耐熱性樹脂には種々の添加剤を添加してもよい
。

添加剤としては特に制限はないが、たとえば、マイカ、
酸化珪素、タルク、アルミ粉末、炭素繊維、グラスウー
ルおよび炭素粉末などの中から少なくとも１種を添加す
ることができろ。

以下、図面により、本発明をさらに具体的に説明する。

第１図は本発明による消音器の一例を示す断面図である
。

排気ガスは矢印に従って入口管２、室６を通って出口管
３を経て排出される。筒状本体１は円筒状、楕円または
角筒状を有しており、筒状本体１の両端部に、排気ガス
の入口管２および出口管３が連結された鏡板４が連結さ
れている。筒状本体１および鏡板４は耐熱樹脂を用いて
加工成形されている。

第１図では筒状本体１と鏡板４の内面に内張５として該
嵩高の炭素繊維集積体が装着されていて、かつ筒状本体
１および入口管２、出口管３の間の室６に該嵩高の炭素
繊維集積体が充填されている。内張５は、他の耐熱性材
料を用いてもよい。

第２図は、鏡板４に連結した出口管３の一方の端に仕切
板７をとりつけて室６を仕切り、この隔室８に該嵩高の
炭素繊維集積体を充填し、隔室１０は排気ガスの自由膨
張室としたものである。また、隔室８および隔室１０を
通じろ導管９を仕切板７に設けている。

第３図は、前記第２図において、前記仕切板７の両面に
該嵩高の炭素繊維集積体を装着物１１とし取付け、隔室
８および隔室１０に該嵩高の炭素ｗＡｎ集積体を充填し
、さらに筒状本体１と鏡板４の内面に内張５として該嵩
高の炭素繊維集積体が装着したものである。

（実施例、比較例） 試験例１゜ 第１図のような断面をもつ構造をした、耐熱性樹脂（フ
ェノール樹脂）からなる筒状本体１の内面にセラミック
ペーパーを内張５として、かつ室６に石油ピッチ系の炭
素繊維フェルトを、かき比重を変えて充填した消音９３
１１を実施例とし、未充填の消音器、およびロックウー
ルを充填した消音器を比較例として製作して、これらに
ついてそれぞれ消音効果を試験した。これらの消音器を
１，５Ｌ−４気筒水冷４サイクルガソリンエンジンに取
付けて、消音器の出口管の排気騒音を、騒音測定用のマ
イクロフォンによし、普通騒音計（ＪＩＳ−Ｃ−１０５
２）により測定した。なおマイクロフォンは、出口管と
同じ高さで、出口管から外側に向かって４５度の方向５
０ｃｍの所に設置させた。エンジンの出力を１５ｋｗ一
定にしたときのエンジンの回転数（ｒｐ＠）と全騒音レ
ベル（ｄｕ　（Ａ）　）との関係を第４図に示す。

第４図中は、■は空間のままの未充填の場合、■、■、
■はそれぞれかさ比重が００３５．００５３．０．０７
０　（ｇ　／ｃＩｌｒ）で嵩高な炭素繊！ｉｋ集積体を
充填した場合、■はロックウールを０．１５ｇ／ｃｄを
充填した場合の結果を示す。

試験例２．・ 試験例１で使用した消音器および充填物を変えた消音器
についてＦ　ＦＴ　（ｆａｓｔ　ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒ
ａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）分析計を用いて消音効果を
調べた。試験方法は試験例１と同様に行った。

■　試験例１の■と同じ該嵩高の炭素繊維集積体をかさ
比重０．０７ｇ／ａｄを充填したものと、■　ロックウ
ールを０．１５ｇ／ｃｗｔを充填したもの、および■　
何も充填せずに空間のままのもの それぞれの消音器について周波数と騒音レベルの関係を
周波数解析した結果を第５図に示した。

従来例である■、■に比べて本発明の実施例であろ■の
場合の騒音レベルが低く消音効果が優れていることが明
らかである。

（発明の作用効果） 本発明による消音器は以下のような作用効果がある。

（Ｉ）　　嵩高の炭素繊維集積体を装着または充填によ
る作用効（ａｌ　　ロックウールなどの従来の吸音材に
比べて吸音効果が高い。

嵩高の炭素繊維集積体が他の吸音材に比し顕著に優れた
吸音効果を示す理由は明らかではないが、個々の炭素繊
維の結晶および非結晶組織の組合せが燃焼排気ガス条件
と適合しているためと推測される。即ち炭素繊維を構成
する結晶組織が弾性を持つばねに非結晶組織が粘弾性を
持つダッシュポットに相当し、全体としてばねとダッシ
ュポットを持つ粘性減衰振動系として機能し、この系が
エンジンの排気ガス等の燃焼排気ガスの振動数と共振し
てエネルギーをより効果的に吸収するものと推測される
。特に燃焼排気ガスの温度条件下で大きな効果を示す点
に本発明の特徴がある。

ｆｂｌ　　フェルト、マット状等の嵩高い集積体である
ので消音器を軽量化することができる。

ｔｅｌ　　エンジンまたは燃焼器出口の背圧を上昇させ
ず、燃料消費量を悪化させることがない。

（ｄｌ　　該嵩高の炭素繊維集積体が排気ガスにより部
分劣化して外部に放散することはな（，２次公害をおこ
すことがない。

（ｎ）　　筒状本体を耐熱性樹脂にすることによる作用
効果（ｅ）　　耐酸性、耐熱性に優れているので、筒状
本体が金属製の消音器より寿命が長い。

（ｆ）　　金属製の消音器に比べて、耐熱性樹脂を用い
た場合は軽量化することができる。

（ｇｌ　　金属製の消音器に比べ騒音減衰効果が高い。

（ｈｌ　　ガラス転移点以上の粘弾性領域では、吸音効
果が特に発揮される。

（Ｉ）　　筒状本体を耐熱性樹脂とし、内面を該嵩高の
炭素繊維集積体を装着したときの相乗的作用効果＋ｉｌ
　　非常に軽量な消音器を提供することができる。

（ｊｌ　　寿命が長い消音器を提供することができる。

（（転）消音効果の高い消音器を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はそれぞれ本発明による消音器の一例を
示す断面図である。 第４図は、普通騒音計（Ｊ　Ｉ　５−Ｃ−１０５２）で
測定した結果を示すグラフである。 第５図は、各種消音器のＦＦＴ分析結果を示すグラフで
ある。 １・・・・・筒状本体、　　２・・・・・入口管、　　
３・・・・・出口管、４・・・鏡板、 ７　・・仕切板、 １０・・・・隔室、 ５・・・・・内張、 訃・・・・・隔室、 １１・・・・・装着物。 ６・・・・・室、 ９・・・・・・導管、

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状本体、入口管、出口管を備え、該筒状本体内
   部に嵩高の炭素繊維集積体を充填もしくは装着したこと
   を特徴とする燃焼排気ガス騒音用消音器。
2. （２）前記嵩高の炭素繊維集積体が、炭素繊維から成形
   されたマット状物、フェルト状物、織物および３次元織
   物の中から選択された少なくとも１種であることを特徴
   とする請求項１記載の消音器。
3. （３）前記嵩高の炭素繊維集積体が、炭素繊維と有機繊
   維もしくは無機繊維との混合体であることを特徴とする
   請求項２記載の消音器。
4. （４）前記嵩高の炭素繊維集積体が、かさ比重０．０２
   〜０．２０ｇ／ｃｍ＾２をもつことを特徴とする請求項
   １〜３のいづれか１項記載の消音器。
5. （５）前記筒状本体が耐熱性樹脂から成り、該筒状本体
   の内面に前記嵩高の炭素繊維集積体を装着したことを特
   徴とする請求項１〜４のいづれか１項記載の消音器。
6. （６）該耐熱性樹脂がエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
   シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフ
   タレート樹脂、メラミン樹脂および熱硬化型ポリカルボ
   ジイミド樹脂および液晶ポリエステルの中から選択され
   た少なくとも１種の耐熱性樹脂であることを特徴とする
   請求項５記載の消音器。
7. （７）該耐熱性樹脂がマイカ、酸化珪素、タルク、酸化
   アルミ（アルミナ）、アルミナ粉末、炭素繊維、ガラス
   繊維、グラスウールおよび炭素粉末の中から選択された
   少なくとも１種の無機物を添加したものであることを特
   徴とする請求項６記載の消音器。