JPH11101121A

JPH11101121A - 内燃機関の消音器

Info

Publication number: JPH11101121A
Application number: JP26306297A
Authority: JP
Inventors: Kozo Hamada; 孝三浜田; Shinji Hori; 慎治堀; Hirotake Matsuoka; 宏威松岡
Original assignee: Ibiden Co Ltd; Sango Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Ibiden Co Ltd; Sango Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】吸音系と共鳴系を共有する消音器において、
特に耐熱性に関する問題を解消した吸音材と、その有利
な保護を実現する構造とについて提案する。【解決手段】複数の小孔を周壁に有する金属管と、こ
の金属管の外側を囲む金属シェルとの間に、該金属管の
周壁に沿って無機繊維質の吸音材を配設し、かつ該吸音
材と金属シェルとの間に空気層を形成した消音器であっ
て、上記吸音材の内周面および外周面を耐熱性の編物で
覆うとともに、その端面を無機結合剤で硬化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車用エンジ
ン等の内燃機関の排気を流通する排気管に接続し、該排
気中に含まれる騒音成分を減衰する消音器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジンの排気管の途
中には、そこを流れる排気中に含まれる騒音成分を減衰
する消音器が設けられるのが、通例である。この消音器
は、各種の構造のものが知られており、エンジンの排気
量等の各種条件に応じて適当な構造のものが選択使用さ
れている。

【０００３】すなわち、排気管の内径を部分的に急激に
拡張することで音を減衰する手法、吸音材を用いて音を
吸収する手法、または共鳴減衰を応用した手法などがあ
り、さらに、吸音と共鳴減衰とを併用する消音器も提案
されている。

【０００４】例えば、図１に示す消音器は、多数の小孔
１を周壁に形成した金属管２と、この金属管２の外側を
囲む金属シェル３との間に区画した空間に、金属管２の
周壁に沿って繊維状の吸音材４を配置し、この吸音材４
を金属製のカバーパイプ５で覆って吸音材４を保持する
ともに、吸音材４と金属シェル３との間に空気層６を形
成し、吸音材４による吸音系と空気層６による共鳴系を
共有した構造である。このような構造の消音器では、吸
音材の厚みは10〜25mm程度で十分であり、それ以上増厚
しても消音効果の上昇は望めないことが経験上判明して
いる。一方、空気層の体積（厚さ）は、大きいほど消音
効果はあるが、消音器の車両への搭載位置によって容量
が決定される。

【０００５】図１に示した消音器では、金属管２にカバ
ーパイプ５の開口端を、例えばスポット溶接７にて固定
し、金属管２にカバーパイプ５を取り付けているため、
エンジンの作動に伴って金属管２の温度が上昇すると、
金属管２とカバーパイプ５との間に熱膨張差が生じる結
果、溶接箇所間で金属管２またはカバーパイプ５が圧縮
座屈したり、あるいは溶接箇所が剥離して、故障を誘発
することになる。

【０００６】かかる問題を解消するものとして、図２に
示す消音器が、実開昭５９−７１９１２号公報に提案さ
れている。すなわち、カバーパイプ５の中央部分５１を
除外して、吸音材４に長繊維であるガラス繊維を絡み合
わせて筒状に形成するとともに、吸音材４の外表面に不
燃性の無機結合剤の塗布層４１を形成したものである。

【０００７】この構造によって、金属管２の圧縮座屈や
溶接部の剥離は解消されるが、カバーパイプ５の中央部
分５１において吸音材４を保持するものがないために、
この部分を中心に、エンジンの振動や排気ガスの脈動等
によって、吸音材４がばらばらになるという、新たな問
題が生じる。この問題に対しては、吸音材４に長繊維
（ガラス繊維）を絡み合わせて筒状に形成することで対
処してはいるが、ガラス繊維は耐熱性が低いために、近
年の排気ガスの高温化によって耐久性を確保することが
難しくなっている。

【０００８】そこで、図３に示すように、上記したカバ
ーパイプ５に代えて、金網８で吸音材４を覆い、吸音材
４の端面付近の金網８の端部径を絞って金属管２に、ス
ポット溶接７にて固定して成る消音器が、実開昭６１−
１３４５１２号公報に提案されている。

【０００９】この消音器は、耐熱性および柔軟性に優れ
るステンレス鋼線製金網を用いることによって、図１に
示した消音器において金属管２やカバーパイプ５に発生
する、圧縮座屈を解消するとともに、吸音材４を金網８
で保持することができるため、エンジンの振動や排気ガ
スの脈動による、吸音材繊維の飛散は抑制される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図３に示した
消音器では、金網５の端部を絞り加工して金属管２に取
り付けるが、金網の材質がステンレス鋼のように伸びに
くいと、絞り加工の際に金網端部に皺が発生して、金網
端部を所望形状に加工することが難しくなる結果、金属
管２に対する固定が不安定になって製品の品質が阻害さ
れる。しかも、金網５内における吸音材４の充填密度が
均等にならないことから、消音機能が低下する傾向にあ
る。さらに、金網５の両端を溶接にて固定しているた
め、組み付け工数が増えてコスト増をまねく。

【００１１】また、在来の消音器で使用されている吸音
材は、ガラス繊維やロックウール等であり、その耐熱温
度は６００〜８００℃程度である。一方、近年の排気ガ
ス規制、或いは低燃費化に伴って、８００℃以上の排気
ガスが消音器を通るため、これまでの吸音材では耐熱性
に問題が生じてきている。とりわけ、吸音系と共鳴系を
共有する消音器は、金属管と金属シェルとの間に吸音材
を充填した型の消音器と違って空気層が存在し、この空
気層内で熱風が対流するために、排気ガス温度の影響を
強く受ける。従って、吸音系と共鳴系を共有する消音器
は、在来の吸音材を用いている限り、今後も続くであろ
う、排気ガスの高温化の流れに追随することが難しく、
結局は当該構造の消音器は使用できなくなる、おそれが
ある。

【００１２】従って、この発明は、吸音系と共鳴系を共
有する消音器において、特に耐熱性に関する問題を解消
した吸音材と、その有利な保護を実現する構造とについ
て提案することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の小孔
を周壁に有する金属管と、この金属管の外側を囲む金属
シェルとの間に、該金属管の周壁に沿って無機繊維質の
吸音材を配設し、かつ該吸音材と金属シェルとの間に空
気層を形成した消音器であって、上記吸音材の内周面お
よび外周面を耐熱性の織物で覆うとともに、その端面を
無機結合剤で硬化して成ることを特徴とする内燃機関の
消音器である。

【００１４】ここで、織物は、線径：０．１〜１ｍｍお
よび網目：５〜１００メッシュのステンレス鋼線製金
網、またはシリカ、アルミナおよびシリカ・アルミナか
ら選ばれるいずれか１種または２種以上を原料とする、
径が３〜１００μｍの線材からなる織物であること、ま
た吸音材は平均径が３．５〜１５μｍの結晶質アルミナ
繊維およびシリカ繊維のいずれか１種または２種からな
ること、が実施に当たり有利に適合する。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、この発明を図４を参照して
詳細に説明する。図示の消音器は、図１〜３に示した消
音器と同様に、吸音系と共鳴系を共有する構造、すなわ
ち多数の小孔１を周壁に形成した金属管２とこの金属管
２の外側を囲む金属シェル３との間に区画した空間に、
金属管２の周壁に沿って無機繊維質の吸音材９および空
気層６を形成した、吸音材９による吸音系と空気層６に
よる共鳴系とを共有した構造である。

【００１６】上記構造において、吸音材９と金属管２と
の間に耐熱性の織物１０ａを配置する一方、吸音材９と
空気層６との間に同織物１０ｂを配置することによっ
て、吸音材９の内周面および外周面を織物１０ａおよび
１０ｂで覆って、吸音材９を金属管２の周囲に固定する
とともに、吸音材９の飛散を防止する。さらに、吸音材
９が露出する端面に、無機結合剤による硬化層１１を形
成することによって、この部分の吸音材９が飛散するこ
ともない。

【００１７】ここで、織物１０ａおよび１０ｂは、金属
線材または無機繊維線材によるものであり、具体的に
は、金属線材としてステンレス鋼線を用いた金網、また
はシリカ、アルミナおよびシリカ・アルミナから選ばれ
るいずれか１種または２種以上を原料とする、線材から
なる織物が、好適である。

【００１８】まず、ステンレス鋼線製金網としては、耐
熱性および柔軟性に富む、ＳＵＳ３０４または同４３０
系などのステンレス鋼線製金網、とりわけ線径：０．１
〜１ｍｍおよび網目：５〜１００メッシュのステンレス
鋼線製金網が有利に適合する。すなわち、線径が０．１
ｍｍ未満では、柔軟性に優れる反面、高温の排気ガスに
よって早期に溶損または酸化して耐久性が阻害され、一
方、線径が１ｍｍを越えると、耐久性に優れるが柔軟性
に劣るために加工性が阻害され、さらに網目が４０〜１
００メッシュの金網では、開口面積が減少して吸音率が
低下する、おそれがある。従って、線径は０．１〜１ｍ
ｍの範囲、より好ましくは０．１２〜０．２０ｍｍの範
囲とするのが有利である。

【００１９】網目は、５メッシュより粗いと、自動車の
振動や排気流等により吸音材が網目から脱落して飛散
し、一方１００メッシュより細かくなると、排気中に含
まれる騒音成分が線材で反射するために消音効果が低減
する。従って、網目は、５〜１００メッシュの範囲、よ
り好ましくは５０〜８０メッシュの範囲とするのが有利
である。

【００２０】また、無機繊維線材からなる織物として
は、耐熱性、耐蝕性および柔軟性に優れていることが必
要であり、シリカ、アルミナおよびシリカ・アルミナか
ら選ばれるいずれか１種または２種以上を原料とする、
高耐熱性のセラミック繊維により製造されたものが有利
に適合する。

【００２１】とりわけ、厚さが０．５〜２ｍｍ、繊維線
径が３〜１００μｍ、２５ｍｍ²当たりの横糸と縦糸の
本数がそれぞれ５〜５０本である、織物が推奨される。
すなわち、厚さが０．５ｍｍ未満では、排気ガスの脈動
により織物の網目が拡張され、吸音材が飛散する。一方
厚さが２ｍｍをこえると、通気抵抗が大きく、消音特性
が劣化する。

【００２２】線径は、３μｍ未満になると、柔軟性に優
れるが十分な耐久性が得られず、一方１００μｍを越え
ると、耐久性に優れるが柔軟性に劣り、加工性が悪化す
るため、線径は３〜１００μｍの範囲、中でも５〜１５
μｍの範囲がより好ましい。

【００２３】２５ｍｍ²当たりの糸本数は、５本未満に
なると、自動車の振動や排気流等により、吸音材が織目
から脱落して飛散し、一方５０本をこえると、排気中に
含まれる騒音成分を糸が反射して消音効果が低減する。
従って、２５ｍｍ²当たりの横糸と縦糸の本数はそれぞ
れ５〜５０本、中でも９〜３０本であることがより好ま
しい。

【００２４】次に、吸音材９の端面の硬化処理に使用す
る無機結合剤としては、シリカゾルやアルミナゾル等の
耐熱性に優れるものを使用し、好ましくは吸音材９の端
面を無機結合剤溶液に浸漬することによって、硬化層１
１を形成する。この硬化層１１の厚さは、耐久性を考慮
すると１０ｍｍ程度が好ましい。

【００２５】なお、吸音材９には、平均径が３．５〜１
５μｍの結晶質アルミナ繊維およびシリカ繊維のいずれ
か１種または２種からなるものを用いることができる。
すなわち、吸音材の平均繊維径が３．５μｍ未満では、
通気抵抗が高くなり、高周波側の吸音率が低下し、一方
１５μｍを越えると、通気抵抗が低くなり低周波側の吸
音率が低下し、また繊維強度も低下するため、平均径を
３．５〜１５μｍの範囲とすることが好ましい。

【００２６】以上述べたように、この発明に従う消音器
は、従来の消音器で使用していたカバーパイプに替え
て、織物を用いて吸音材の外周面を覆っているために、
金属管と織物との接点が存在しないから、従来は金属管
に不可避に発生していた圧縮座屈や溶接剥離が、発生す
ることはない。

【００２７】また、吸音材の外周面および金属管と吸音
材との間に織物を配設する一方、端面に無機結合剤によ
る硬化処理を施しているため、エンジンの振動や排気ガ
スの脈動による吸音材の飛散は防止される。しかも、吸
音材は、例えば結晶質アルミナファイバーやシリカファ
イバーなどからなる、高温耐久性に優れる無機繊維質で
あるから、近年の排気ガスの高温化に対応することがで
き、吸音材の熱劣化による飛散も防止できる。

【００２８】さらに、吸音材の外周面に織物を配置する
際、織物に絞り加工を与える必要がないため、織物に皺
が発生したり、織物の皺によって吸音材の充填密度がば
らつくこともない。さらに、織物を吸音材の内、外周面
に巻き付ければよく、その製造が容易であるため、コス
トが低減され、消音器の軽量化およびコンパクト化にも
貢献できる。

【００２９】

【実施例】図４に示した構造に従って、厚さが１．２mm
のＳＵＳ４０９の金属管（外径：６３．５mm）に直径２
ｍｍφ、開口率３５％の小孔１を形成して金属管２と
し、また金属シェル３には厚さが１．５ｍｍのＳＵＳ４
０９のパイプ（外径：１２３．５ｍｍ）を使用した。

【００３０】そして、金属管２の周囲に、ステンレス鋼
線製金網（線径：０．１２ｍｍ、網目：８０メッシュ、
ＳＵＳ３０４製）による織物１０ａを、スポット溶接１
２にて固定したのち、その周囲に、アルミナ：８０wt％
およびシリカ：２０wt％の組成になる、平均繊維径５．
９μｍの結晶質アルミナファイバーマットによる吸音材
９を、厚さ：２０ｍｍおよび充填密度：０．２４ｇ／ｃ
ｍ³で配置した。

【００３１】次いで、予めカットされたステンレス鋼線
製金網（線径：０．１２ｍｍ、網目：８０メッシュ、Ｓ
ＵＳ３０４製）による織物１０ｂを、吸音材９の外周面
に巻き付けて巻き始端と終端とを相互に重ねて、その重
ねた部分をスポット溶接して筒状に形成した。従って、
織物１０ｂの巻き始端と終端とを重ねて溶接を行うため
に、吸音材９の外周長よりも長めに織物１０ｂをカット
することが肝要である。

【００３２】さらに、吸音材９の端面を、無機結合剤で
あるコロイダルシリカ（固形分濃度３０％）中に浸漬
し、その端縁から１０ｍｍの部分にコロイダルシリカを
含ませて硬化をはかった。

【００３３】次いで、金属管２および吸音材９のサブア
ッセンブリー品、すなわち金属管２に織物１０ａ，１０
ｂ及び吸音材９を配設し、吸音材端部を硬化処理したも
のを金属シェル３内に収納してから、金属シェル３の両
端部にコーン１３を溶接して金属管２に対して金属シェ
ル３を固定し、消音器（発明例１）を完成させた。

【００３４】また、織物１０ａおよび１０ｂとして、ス
テンレス鋼線製金網に換えて、線径が１０μｍで、２５
ｍｍ²当たりの横糸と縦糸の本数がそれぞれ１５本のア
ルミナファイバーの織物（１ｍｍ厚）を使用し、織物１
０ａとしては金属管２に対して金属管２の外径よりも径
の小さいスリーブ状の織物１０ａを金属管２に通し織物
１０ａの復元力にて固定する一方、織物１０ｂとしては
織物の巻き始端と終端とを重ねて、重なり部分を接着剤
で固定して、別の消音器（発明例２）を製作した。

【００３５】さらに、織物１０ａおよび１０ｂに、ステ
ンレス鋼線製金網（線径：０．０９ｍｍ、網目：１２０
メッシュ、ＳＵＳ３０４製）を使用した消音器（発明例
３）、織物１０ａおよび１０ｂに、線径が１１０μｍ
で、２５ｍｍ²当たりの横糸と縦糸の本数がそれぞれ３
本のアルミナファイバーの織物（２．３ｍｍ厚）を使用
した消音器（発明例４）および吸音材９に、アルミナ：
８０wt％およびシリカ：２０wt％の組成になる、平均繊
維径が９μｍで充填密度が０．１６ｇ／ｃｍ³の結晶質
アルミナファイバーマットを使用した消音器（発明例
５）を製作した。

【００３６】比較として、図１、２および３に示した消
音器、そして図５に示す消音器も製作した。すなわち、
図１および２に示した構造に従って、図４と同様な金属
管２および金属シェル３を用いて、厚さ１．０ｍｍのＳ
ＵＳ４０９製のカバーパイプ５内に、平均繊維径９μm
、密度０．１６ｇ／ｃｍ³のガラス繊維からなる吸音
材４を収容した消音器（比較例１および２）を、このカ
バーパイプ５に換えて、線径０．１８ｍｍで網目が５０
メッシュのＳＵＳ３０４製の金網８で吸音材４を覆っ
て、図３に示した構造の消音器（比較例３）を、それぞ
れ製作した。

【００３７】また、図５に示す構造に従って、発明例１
と同様の金属管２および金属シェル３を用いて、金属管
２の周囲にステンレスウール１４（線径７０μｍ，ＳＵ
Ｓ４３０製）を充填密度０．５６ｇ／ｃｍ³、厚さ５ｍ
ｍで配設し、その周囲に、アルミナ：８０wt％およびシ
リカ：２０wt％の組成になる、平均繊維径が９μｍで充
填密度が０．１６ｇ／ｃｍ³の結晶質アルミナファイバ
ーマット１５を配置した消音器（比較例３）を製作し
た。

【００３８】かくして得られた各消音器を、２リットル
および４気筒のガソリンエンジンの排気管に連設して、
このエンジンを毎分３０００回転で運転し、この運転中
の排気管からの騒音を測定した。次いで、各消音器を実
車に装着して実車走行を行い、平均時速６０ｋｍで１０
００００ｋｍの走行前後における排気管からの騒音およ
び吸音材の重量損失割合について調査した。これらの結
果を、表１および２に示す。なお、表１に示す値は、排
気管の後方１ｍ離れた位置で測定した騒音値（オーバー
オール、Ａ特性）であり、表２に示す結果は、管内法に
よる垂直入射吸音率測定法に従って、各周波数における
吸音率について測定した値を示したものである。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、高温の排気ガスに晒
されても吸音材が飛散することがないため、長期にわた
って高い吸音率を持続することができ、また構造が簡単
であるため容易に製造することが可能である。従って、
耐久性に優れる内燃機関の消音器を安価に提供すること
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の消音器を示す模式図である。

【図２】従来の消音器を示す模式図である。

【図３】従来の消音器を示す模式図である。

【図４】この発明に従う消音器の模式図である。

【図５】比較の消音器を示す模式図である。

【符号の説明】

１小孔２金属管３金属シェル４吸音材５カバーパイプ６空気層７スポット溶接８金網９吸音材１０ａ，１０ｂ織物１１硬化層１２スポット溶接１３コーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀慎治愛知県西加茂郡三好町大字三好字八和田山５番地35 株式会社三五八和田山工場内 (72)発明者松岡宏威岐阜県大垣市河間町三丁目200番地イビデン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の小孔を周壁に有する金属管と、こ
の金属管の外側を囲む金属シェルとの間に、該金属管の
周壁に沿って無機繊維質の吸音材を配設し、かつ該吸音
材と金属シェルとの間に空気層を形成した消音器であっ
て、上記吸音材の内周面および外周面を耐熱性の織物で覆う
とともに、その端面を無機結合剤で硬化して成ることを
特徴とする内燃機関の消音器。
【請求項２】織物は、線径：０．１〜１ｍｍおよび網
目：５〜１００メッシュのステンレス鋼線製金網である
請求項１記載の消音器。
【請求項３】織物は、シリカ、アルミナおよびシリカ
・アルミナから選ばれるいずれか１種または２種以上を
原料とする、径が３〜１００μｍの線材からなる織物で
ある請求項１記載の消音器。
【請求項４】吸音材は、平均径が３．５〜１５μｍの
結晶質アルミナ繊維およびシリカ繊維のいずれか１種ま
たは２種からなる請求項１、２または３記載の消音器。