JPH03105014A - 断熱排気マフラ - 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】 Ｃ産業上の利用分野３ 本発明は、オートバイ、乗用車等の内燃機関の排気マフ
ラに関する。

［従来の技術」 オートバイ、乗用車等の内燃機関の排気ガス系には、ス
ピード競技等の特別な場合を除いてマフラ（消音器）が
配置されている．このマフラの主目的は、排気騒音の低
減にあり、従ってマフラの内部には消音効果を得る為の
機構が設けられている、 一方、運転条件によっては、排気ガス温度が５００゜Ｃ
を越える為、ケーシングの耐久性の確保、ケーシング高
温化に伴う周囲機器への安全確保、火傷防止等の対策が
必要となり、例えば円筒状のマフラでは、第１図に示す
ように断熱層を取り付けた吸音構造が採用されている．
このＩ！７ｒ熱層は、従来のマフラでは第４図に示すよ
うに、内筒１と外＠２との間の空間に、繊維径５〜２０
μｍのガラス繊維から成るグラスウール４１が充填され
、これらグラスウールの飛敗防止を目的としてグラスり
ールの内面に無アルカリガラス（Ｅガラス）クロス４２
が配置されている。

しかしながら、このようなグラスウールとガラスクロス
のみでは断然効果が不十分であり、オートバイの場合に
は、マフラ外表面温度が上昇して、運転車あるいは同乗
者が火傷を負うというトラブルがしばしば発生している
． また、Ｅガラスクロスおよびグラスウーノレ自身の温度
も高くなり、材料の劣化による飛散あるいは溶融固着に
よる断熱性の大巾低下を起し、断熱性と共に耐久性の点
でも問題となっていた。

そこで、断熱性を向上させる方法として、魔法瓶の如く
断熱部を真空にする方法も考えられるが、組立て、製造
上の問題およびオートバイ転倒時の安全上の問題から、
実用化がむづかしく、実現されていない。

一方、アルミ箔と無機繊維との多層構造体から成る断熱
材が、『伝熱工学資料』　（日本機械学会、改訂第３版
、昭和５６年９月２１日発行、ｐｐ．　２６８）に提示
されている。即ち、アルミ箔とグラスファイハとの組み
合わせで第１表のような断熱性能が得られている。

このｌＩＩｒ熱材は、真空を併用している為、前述の問
題があって、そのままマフラ用の断熱材に実用化するこ
とは出来ない。

一方、同一の構造体で、大気圧雰囲気とすることも考え
られるが、排気ガスの温度が６００℃を寒上告 《　横戊　》 輻射シールド材　：アルミ箔 ｎ　　　　　厚さ：　０．０５１　ｍｍノＩ　　　枚数
二１０　　枚 無機繊維材　　　：グラスファイバ ＩＩ　　　厚さ　：０．５１ｍｍ 多層体密度　　　：　０．２６　ｇ／ｃｍ３，，　　　
Ｈ　さ　　　　　　：　　６．３５　　１１１１Ｉ１真
空度　　　　　：　Ｔｏ　　ｍｍｕｇ以下《　特性　》 平均熟伝導率 ：　０．０００３４７　Ｋｃａｌ／ｍ／ｈ／’Ｃ越える
こともあるので、このよう会グラスファイバおよびアル
ミ箔等の耐熱性、またさらには、高温の排気ガスと振動
によるグラスファイバの劣化とこれにｆｔう飛散の問題
がある． ［本発明が解決しようとする課Ｍ］ 前述の通り、従来のＵｒ熱構造体では、相当な厚さにし
ないと十分な断然性能が得られないと共に、耐熱性と耐
久性の点でも十分なものが見当らない。

また、断熱性にすぐれた構造体が知られていても耐熱性
、耐久性、安全性の点で内燃機関用排気マフラの断熱材
としては満足できるものがなかった。

本発明の目的は、断熱性を高めて、従来と変わらない厚
さの薄い断熱材を使用して、マフラの外表面温度を低下
させ、火傷、火災等を防止し、且つ、長期間の使用でも
その断熱性能が低下しない信頼性の高い断熱排気マフラ
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
る。

本発明の排気断熱マフラでは、内燃機関の排気通路に設
けられ、かつ、排気ガス流路を形成する内筒とマフラ外
形状を形成する外筒との間の所要空間に断熱材を装填し
、前記断然材としてセラミックスフェルト層の外周上に
ガラス繊維から成るファイングラスファイバ・シートと
薄板状の輻射反射箔とを交互に複数層積層していること
を特徴としている． 本発明の排気断熱マフラの好ましい形態では、前記ファ
イングラスファイバ・シートの単層の厚さが０．２ｍｍ
以上であり、かつ、前期輻射反射箔との積層数が３層以
上である。

また、更に好ましくは、前記セラミックスフェルトが、
耐熱温度５００゜Ｃ以上のガラスあるいはセラミックス
から成る繊維をフエルト状に或形し、熱抵抗〔＝（厚さ
）／′（熱伝導率〉〕が０．０２ｒｒｌ’−ｈ「・゜Ｃ
／ｋｃａｌ以上なる特性を有するものを使用する。

本発明のさらに好ましい形態では、前記セラミンクスフ
ェルトの内周側に石英ガラスから成るガラスクロスを配
置し、前記セラミックスフェルトおよび前記ファイング
ラスファイバ・シートの飛散を防止している． さらに、本発明の排気断熱マフラの他の好ましい形態で
は、前記輻射反射箔が．板厚０．１ｕ以下、表面の輻射
率０．２以下なる金属箔である。

ファイングラスファイバの平均繊維径としては、細い程
断熱性を得るために都合が良く、３μＩｎ以下とするの
が好ましい。

ファイングラスファイバシ一トと反射箔とを複数層積層
した断熱材の内側にセラミックスフェルト層を配置する
理由は、ファイングラスファイバの温度を、耐熱許容温
度以下に保持するためである。

また、セラミックスフェルト層の然抵抗一（厚さ）／（
熱伝導率〉を０．０２ｒｒ＋’　−　ｈｒ　−　’Ｃ／
　ｋｃａｌ以上とした理由は、オートバイの排気ガス温
度の最高値６５０℃とした場合でも前記ファイングラス
ファイバシー１・の温度が５００℃を越えないようにす
る上で好ましいためである。

ファイングラスファイバシーＩ・の単層の厚さとしては
、単層の厚さを増やすより、むしろ単層の厚さを薄くし
て、同じ全体厚さの中で、反射酒との積層数を増やした
方が断熱性を高める上では好ましい．具体値としては、
ファイングラスファイバの単層の厚さは１ｍｍ以下とす
るのが好ましい。

一方、０．２ｍｍより薄くするとファイングラスファイ
バシ一トの密度にムラが生じ易くなり、反射箔間で直接
の輻射伝熱や、時には反射箔同士の接触が生じたりして
熟伝導率の増加を招くので好ましくない。

ファイングラスファイバシ一トと反射箔の積層数は、そ
れぞれ３層以上とするのが断熱性を得る上で効果があっ
て好ましい。

前記セラミックスフェルトの内側に石英ガラスから成る
ガラスクロスを配置する理由は、セラミックスフェルト
が排気ガスの動圧およびエンジン振動等によってちぎれ
吹き飛ばされるのを防ぐためであり、石英ガラスクロス
を使用したのは、振動や排気ガスの動圧によってちぎれ
たり、弾力性を失う等の劣化をせず、セラミックスフェ
ルトの消耗を効果的に防止出来る材料として好ましいか
らである。

輻射反射箔の厚みは、耐久性があれば薄い方が好ましく
、０．１１０１以下であれば耐久性の点で問題がない材
料が得られる．また、反射箔の輻射率を０２以下とする
理由は、通常輻射率の小さい材料は反射率が大きいので
、輻射率を０２以下とすることにより輻射による伝熱を
抑制し、十分な断熱効果を得ることが出来、かつ、金属
箔など入手が容易な材料が利用出来、好ましいためであ
る。

［実施例］ 第１図〜第３図に、本発明による断熱排気マフラの一実
施例の説明図を示す． 排気ガスは、図示されていない排気パイプを経て第１図
のマフラ入口１１よりマフラヘ導入され、さらに連通バ
イブ１５を経て膨脹室１９へ、さらに多孔板１３を経て
中間膨脹室１８へ、そして連通バイプ１６を経て最終的
に大気へ放出される。これらの過程、即ち連通バイブヘ
流入する際の収縮、ｈ５脹室へ放出される際の膨脹とを
繰返す事によって、排気騒音が減衰される． また、マフラの外周へ放出される放射音に対しては、内
筒１を多孔板として、外筒２との間に形成される空間に
、後述する＠熱材３を装着する事一方、マフラヘ導入さ
れる排気ガスの温度は、通常の運転では３００〜６５０
゜Ｃ程度となり、何等がの対策を施さない限り、外筒２
の温度も排気ガス温度並にまで上昇する． 試験用に試作を行った実斃例では、肉厚１．２ｍｍ、外
径９２ｍｍ、円孔径３ｍｍ、円孔ビッチ６ｕのステンレ
ス製多孔板から成る前記内筒１と、肉厚１．２ｍｍ、外
径１１４、４ｕのアルミ合金製外筒２との間に形成され
る空間に、第３図に示すように、繊維径平均１０μｍの
石英ガラスファイバを厚さ　０．３ｍｍで引張り強度に
優れる綾織り形態にしたシリカ・クロスと、充填密度１
６０ｋｏ／ｍ３、Ｊ’Ｊさ２．Ｏｎ＋ｍのアルミナーシ
リ力系の短繊維から成るセラミ・ソクス・フエルト、さ
らにその外周に繊維径０．８μｍ、充填３ 密度１１５　ｋｇ／ｍ　　、１層の厚さ０．　７ｍｍノ
グラスファイバ・シートと厚さ１４μｍのアルミ箔とを
交互にそれぞれ１０層積層し、さらに最外周にもう１層
グラスファイバ・シー１一層を積層した断熱構造体が装
着されている．尚、第３図構戒説明図では、図表記の制
約上、グラスファイバ・シートを４層に省略して示して
ある。

ここで、グラスファイバの繊維径は、＠熱の観点から細
い方が好ましく、上記実施例では、０．８μｍのファイ
ン・グラスファイバを用いた。これにより、グラスファ
イバ単独の熱伝導率として，従来のマフラで使用されて
いる繊維径１３μｍの場合の０．　０６ｋｃａ　ｌ／ｍ
／ｈｒ／”Ｃに比べて、約１７２の０．　０３５ｋｃａ
　ｌ／ｍ／ｈｒ／℃に改善されテイル．また、前記グラ
スファイバ・シートは、断熱の観点からは、単層の厚さ
を極力薄くして、断熱材全体の許容厚さ内で積層数を増
やす事が好ましい。

一方、単層厚さの最低値としては、前記のとおり極力薄
い方が良い訳であるが、グラスファイバ充填の観点から
、０．２ｍｍ以上が好ましい。０．１〜．０．１５ｍｎ
＋の範囲で試作評価した結果では、充填密度の不均質か
ら、一部でアルミ箔が接触して、全体熱伝導率が上昇す
る結果が観察された．そこで、上記実施例では、単層厚
さを０．７ｍｍとして、全体で合計１１層積層した． 積層数としては、多い程＠熱性に浸れているが、Ｕｒ熱
性と積層数とが１次比例していない為、実用的範囲とし
て３層以上、さらに好ましくは５層以上となる．０．８
μｍのファイン・グラスファイバを用いた実測値では、
１層の場合の熱伝導率が０．０３５　ｋｃａｌ／ｍ／ｈ
ｒ／’Ｃであるにに対して、３層で０．０２５ｋｃａｌ
／ｎ＋／ｈｒ／　”Ｃ，　５層で０．０２１ｋｃａｌ／
ｍ／ｈｒ／　℃、１０層で０．０２０ｋｃａｌ／ｍ／ｈ
ｒ／　℃と、３層、５層の有効性が確認されている．上
記実施例では、断熱材厚さとして許容できる寸法を十分
に利用して、全体としてグラスファイバ・シートを１１
層積層させた．また、前記セラミックス・フェルトは、
その外周側に配置されているグラス・ファイバ・シー１
・の温度を下げて耐久性を確保する為に配置されている
。即ち、素材のＵｒ熱性の観点からは、本発明の横或の
主要要素であるグラス・ファイバとアルミ箔との積層体
の方が殴れているのであるが、このグラスファイバ・シ
ートの耐熱性が５００゜Ｃと排気ガスの最高温度よりも
低い為、グラス・ファイバ・シートの内測に耐熱温度の
高いセラミックス・フェルトを配置′シー′、グラス・
ファイバ・シートの温度をその耐熱温度以下にまで低下
させている。

従って、このセラミックス・フェルト層は、耐熱性が要
求され、薄くて尚且つ熱伝導率が極力低いものが望まし
い．現在比較的容易に入手できる材料として、前記アル
ミナーシリ力系のセラミックス・フェルト（熱伝導率０
．　０６ｋｃａ　ｌ／ｍ／ｈｒ／’Ｃ　）を用いた。こ
こで、セラミックスーフエルトの厚さを０．５ｍｍとし
て（熱抵抗値−０．００８　）その他の構成を全く同一
としてテストすると、排気ガス温度が６６０℃の場合に
、グラスファイバ・シートの温度が５００℃を越える事
が観察されたため、上記実施例では、グラスファイバ・
シートの温度を５００℃以下に制限する様にセラミック
ス・フェルトの厚さを２ｕ（熱抵抗値−０．０３３　＞
とした。

前記石英ガラスファイバクロスは、排気ガスの温度レベ
ルでは弾力性と耐久性に優れており、その外周に配置さ
れているセラミックス・フェルトとグラスファイバ・シ
ートの繊維が排気ガスによって飛敗することを防止する
役割を担っている。

従って、比較的密度の濃い編み方が好ましい．また、本
発明の排気断熱マフラでは、＠熱材の断熱性能が大巾に
改善される為、内側の部材、即ち、本実施例ではこの石
英ガラスファイバクロスが従来の実施例の場合に比べて
高温となる。従って、内測の部材には耐熱性が要求され
、従来採用されていた無アルカリガラスによるクロスで
は耐久性の点で使用できない。

尚、本実施例では、前記石英ガラスファイバクロスに対
して、無機バインダによる強化処理を施した． アルミ箔については、薄い方が断熱構造体の厚さの観点
から好ましいが、強度、耐久性、取扱上の観点から本実
施例では、１４μｍの厚さとした。

また、輻射伝熱を低下せしめる観点より、表面の輻射率
は低く反射率は高い方が好ましい。一般的に輻射率の低
い表面は、然線の吸収率が低く、熱線を良く反射する．
光沢の有るアルミ箔（輻射率０．０４）を用いた場合の
積層体の熱伝導率が前述のとおり、０．　０２０ｋｃａ
　ｌ／ｍ／ｈｒ／　”Ｃであったのに対して、６００’
Ｃ’″Ｃ″酸化させたアルミ箔（輻射率０１８）を用い
た場合には約１０％、６００℃で酸化させた銅箔〈輻射
率０．５５）を用いた場合には約３０％の熱伝導率上昇
（ｌｇｒ熟性低下〉が観察された。そこで上記実施例で
は、アルミ箔の光沢のある面が内側になる様に配置した
。

さらに、本実施例では、１７ｉ熱構造体を事前に圧縮し
た状態で有機接着剤を用いて固定し、前記内筒と外筒と
の間に形成される空間に装着後、排気ガスの熱による加
熱で、前記有機接着剤を飛ばして、ｍ脹、固定させた． 本発明の一実施例である前述の１１層のグラスファイバ
・シートを積層させた断熱排気マフラに、高温の燃焼ガ
スを通して、外筒表面の温度を計測し、第２表に示す結
果を得た。

また、比較例として、本発明のＵｒ熱構造体の代わりに
従来採用されていた図４図に示すＥガラスクロスと繊維
径１３μｍのグラスファイバの単一層とから成る排気マ
フラについても同様の計測を行い，結果を第２表に併せ
て示した。

尚、外気条件としては、市販の扇風機を用いて約２５℃
の大気で強制空冷させた． 果の為、排気ガス温度が６５０゜Ｃにまで達しても外筒
表面温度を８０℃以下に抑えることができる。

第２表 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、通常のマフラの構造
を大巾に変更せず、従来とほぼ同等の厚さの断熱材との
交換のみによって、マフラ外表面温度を低下させ、周囲
機器への熱害や火傷、火災等の危険性を防止することが
できる。

また、本発明の断熱排気マフラを用いれば、排気騒音は
従来並に低減された上に、十分な断熱効

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による＠然排気マフラの一実施
例を示す概略構造説明図、第２図は第■図のＡ−＾゛に
おける断面構造図、第３図は断熱排気マフラの断熱楕遣
体の拡大断面図である。第４図は従莱採用されていたマ
フラの断熱構造体を説明するための拡大断面図である。 図中、１は内筒、２は外筒、３は断然構造体、１１はマ
フラ入口、１５，　１７．　１９はマフラ膨脹室、１３
は多孔板、１５．１６はマフラ連通管、３１は石英ガラ
スクロス、３２はセラミックスフェルト、３３はグラス
ファイバ・シート、３４は輻射反射箔、４２はＥガラス
クロス、４１はグラスファイバ層である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気通路に設けられ、かつ、排気ガス
   流路を形成する内筒とマフラ外形状を形成する外筒との
   間の所要空間に断熱材を装填したマフラにおいて、前記
   断熱材としてセラミックスフェルト層の外周上にガラス
   繊維から成るファイングラスファイバ・シートと薄板状
   の輻射反射箔とを交互に複数層積層していることを特徴
   とする断熱排気マフラ。
2. （２）前記ファイングラスファイバ・シートの単層の厚
   さが０．２ｍｍ以上であり、かつ、前期輻射反射箔との
   積層数が３層以上である請求項１に記載の断熱排気マフ
   ラ。
3. （３）前記セラミックスフェルトが、耐熱温度５００℃
   以上のガラスあるいはセラミックスから成る繊維をフェ
   ルト状に成形したものであり、その熱抵抗Ｒ値〔＝（厚
   さ）／（熱伝導率）〕が０．０２ｍ＾２・ｈｒ・℃／ｋ
   ｃａｌ以上なる特性を有するものである請求項１又は２
   に記載の断熱排気マフラ。
4. （４）前記セラミックスフェルトの内周側に更に石英ガ
   ラスから成るガラスクロスを配置し、前記セラミックス
   フェルトおよび前記ファイングラスファイバ・シートの
   飛散を防止している請求項１、２又は３に記載の断熱排
   気マフラ。
5. （５）前記輻射反射箔が、板厚０．１ｍｍ以下、表面の
   輻射率０．２以下なる金属箔である請求項１〜４の何れ
   か１つに記載の断熱排気マフラ。