JP2003232219A - 排気管 - Google Patents
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エンジン始動時に排気管を流れる排気ガスの
温度を高めにするとともに、排気管の温度が安定した状
態では、その温度を低くめにすることができる排気管を
提供する。 【解決手段】 排気管１６には、内面に輻射率を低くす
るコーティング２１が施されている。排気管の内面に輻
射率を低くするコーティングを施すと、排気管を流れる
高温ガスから排気管内面に輻射によって伝わる熱量が少
なくなる。このため、エンジン始動時のように排気管の
温度が低い状態であっても、排気ガスの温度を高めにす
ることができる。
温度を高めにするとともに、排気管の温度が安定した状
態では、その温度を低くめにすることができる排気管を
提供する。 【解決手段】 排気管１６には、内面に輻射率を低くす
るコーティング２１が施されている。排気管の内面に輻
射率を低くするコーティングを施すと、排気管を流れる
高温ガスから排気管内面に輻射によって伝わる熱量が少
なくなる。このため、エンジン始動時のように排気管の
温度が低い状態であっても、排気ガスの温度を高めにす
ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、排気管に関する
ものである。特に、排気管の表面に低輻射のコーティン
グや高輻射のコーティングを施すことにより、排気管を
流れる排気ガスや排気管自体の温度を調整する技術に関
するものである。
ものである。特に、排気管の表面に低輻射のコーティン
グや高輻射のコーティングを施すことにより、排気管を
流れる排気ガスや排気管自体の温度を調整する技術に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】 自動車等のエンジンで燃焼した高温の
排気ガスは、排気管（エキゾーストマニホールド、フロ
ントパイプ、触媒筒等）を経由して外部に排出される。
エンジンが始動する前には、排気管は冷えている。エン
ジンが始動すると、高温の排気ガスが排気管に流れ込
む。この状態では、排気ガスと排気管の温度差が大きい
ので、多くの熱量が排気ガスから排気管に伝わり、排気
ガスの温度は低下し、排気管の温度は上昇する。この熱
の伝わりは、輻射と対流伝熱（流体と固体が接触するこ
とによる伝熱）によって行われる。排気管の温度が上昇
すると、排気ガスと排気管との温度差が次第に小さくな
るので、排気ガスから排気管に伝わる熱量は徐々に減少
する。そして、排気ガスから排気管に伝わる熱量と、排
気管の外面から外部の空気中に伝わる熱量がバランスし
たときに、排気管の温度は安定する。一方、排気管の温
度が上昇して排気ガスから排気管に伝わる熱量が減少す
るのにしたがって排気ガスの温度は上昇する。排気管の
温度が安定すると、排気ガスの温度も安定する。
排気ガスは、排気管（エキゾーストマニホールド、フロ
ントパイプ、触媒筒等）を経由して外部に排出される。
エンジンが始動する前には、排気管は冷えている。エン
ジンが始動すると、高温の排気ガスが排気管に流れ込
む。この状態では、排気ガスと排気管の温度差が大きい
ので、多くの熱量が排気ガスから排気管に伝わり、排気
ガスの温度は低下し、排気管の温度は上昇する。この熱
の伝わりは、輻射と対流伝熱（流体と固体が接触するこ
とによる伝熱）によって行われる。排気管の温度が上昇
すると、排気ガスと排気管との温度差が次第に小さくな
るので、排気ガスから排気管に伝わる熱量は徐々に減少
する。そして、排気ガスから排気管に伝わる熱量と、排
気管の外面から外部の空気中に伝わる熱量がバランスし
たときに、排気管の温度は安定する。一方、排気管の温
度が上昇して排気ガスから排気管に伝わる熱量が減少す
るのにしたがって排気ガスの温度は上昇する。排気管の
温度が安定すると、排気ガスの温度も安定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 排気管の途中には、
触媒コンバータが設けられていることが多い。この場
合、エンジン始動時には、排気ガスの温度をできるだけ
高くして触媒コンバータを早く暖め、その浄化性能を早
くフルに発揮させたいという要請がある。また、排気管
の温度が安定した状態では、その温度をできるだけ低く
して、排気管が高温にさらされることによる腐食の促進
を抑制したいという要請がある。
触媒コンバータが設けられていることが多い。この場
合、エンジン始動時には、排気ガスの温度をできるだけ
高くして触媒コンバータを早く暖め、その浄化性能を早
くフルに発揮させたいという要請がある。また、排気管
の温度が安定した状態では、その温度をできるだけ低く
して、排気管が高温にさらされることによる腐食の促進
を抑制したいという要請がある。
【０００４】本発明は、かかる要請に対応するためにな
されたものであり、エンジン始動時に排気管を流れる排
気ガスの温度を高めにするとともに、排気管の温度が安
定した状態では、その温度を低くめにすることができる
排気管を提供することを課題とする。
されたものであり、エンジン始動時に排気管を流れる排
気ガスの温度を高めにするとともに、排気管の温度が安
定した状態では、その温度を低くめにすることができる
排気管を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用と効果】 請求
項１に記載の排気管は、内面に輻射率を低くするコーテ
ィングが施されている。排気管の内面に輻射率を低くす
るコーティングを施すと、排気管を流れる高温ガスから
排気管内面に輻射によって伝わる熱量が少なくなる。こ
のため、エンジン始動時のように排気管の温度が低い状
態であっても、排気ガスの温度を高めにすることができ
る。なお、ここで排気管とは、中空のものに限られず、
内部に部材が装着されているものを含んでいる（例え
ば、触媒コンバータの外筒）。
項１に記載の排気管は、内面に輻射率を低くするコーテ
ィングが施されている。排気管の内面に輻射率を低くす
るコーティングを施すと、排気管を流れる高温ガスから
排気管内面に輻射によって伝わる熱量が少なくなる。こ
のため、エンジン始動時のように排気管の温度が低い状
態であっても、排気ガスの温度を高めにすることができ
る。なお、ここで排気管とは、中空のものに限られず、
内部に部材が装着されているものを含んでいる（例え
ば、触媒コンバータの外筒）。
【０００６】請求項１に記載の排気管において、コーテ
ィングはアルミメッキまたはクロムメッキまたは金メッ
キであることが好ましい（請求項２）。排気管の内面に
アルミメッキまたはクロムメッキまたは金メッキのコー
ティングを施すと、そのコーティング自体の輻射率が低
く、また内面がより平滑になる（内面の表面粗さを向上
させることができる）ので、管内面の輻射率を低く保つ
ことができる。
ィングはアルミメッキまたはクロムメッキまたは金メッ
キであることが好ましい（請求項２）。排気管の内面に
アルミメッキまたはクロムメッキまたは金メッキのコー
ティングを施すと、そのコーティング自体の輻射率が低
く、また内面がより平滑になる（内面の表面粗さを向上
させることができる）ので、管内面の輻射率を低く保つ
ことができる。
【０００７】請求項１または２に記載の排気管におい
て、コーティング前に研磨加工が施されていることが好
ましい（請求項３）。コーティング前に研磨加工を施す
と、排気管の内面はより平滑になる。このため、排気管
内面の輻射率をより低くすることができる。
て、コーティング前に研磨加工が施されていることが好
ましい（請求項３）。コーティング前に研磨加工を施す
と、排気管の内面はより平滑になる。このため、排気管
内面の輻射率をより低くすることができる。
【０００８】請求項１または２または３に記載の排気管
において、コーティングの上に透過率が良好な二酸化珪
素（ＳｉＯ２）を含むコーティングがさらに施されてい
ることが好ましい（請求項４）。二酸化珪素を含むコー
ティングは耐高温酸化性に優れているので、高温の排気
にさらされても劣化しにくい。このため、二酸化珪素を
含むコーティングを施すことにより、その下のコーティ
ングを保護することができる。
において、コーティングの上に透過率が良好な二酸化珪
素（ＳｉＯ２）を含むコーティングがさらに施されてい
ることが好ましい（請求項４）。二酸化珪素を含むコー
ティングは耐高温酸化性に優れているので、高温の排気
にさらされても劣化しにくい。このため、二酸化珪素を
含むコーティングを施すことにより、その下のコーティ
ングを保護することができる。
【０００９】請求項５に記載の排気管は、外面に輻射率
を高くするコーティングが施されている。排気ガスから
排気管の内面に伝わった熱は、外面から外部の空気中に
放熱される。上記の排気管は、外面に輻射率を高くする
コーティングが施されているので、輻射による外部への
放熱量が多くなる。このため、排気管の温度を低くする
ことができる。排気管の温度を低くすることができる
と、排気管が高温にさらされることによる腐食の促進を
抑制することができる。
を高くするコーティングが施されている。排気ガスから
排気管の内面に伝わった熱は、外面から外部の空気中に
放熱される。上記の排気管は、外面に輻射率を高くする
コーティングが施されているので、輻射による外部への
放熱量が多くなる。このため、排気管の温度を低くする
ことができる。排気管の温度を低くすることができる
と、排気管が高温にさらされることによる腐食の促進を
抑制することができる。
【００１０】請求項５に記載の排気管において、コーテ
ィングは四硼化珪素（ＳｉＢ４）を含むことが好ましい
（請求項６）。四硼化珪素は高い輻射率を有している。
このため、四硼化珪素を含ませることにより高い輻射率
のコーティングを得ることができる。
ィングは四硼化珪素（ＳｉＢ４）を含むことが好ましい
（請求項６）。四硼化珪素は高い輻射率を有している。
このため、四硼化珪素を含ませることにより高い輻射率
のコーティングを得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】 本発明を自動車のエンジンの排
気系統に適用した実施形態を、図面を参照しながら説明
する。図１に示されているように、エンジン１２で燃焼
した高温の排気ガスは、エキゾーストマニホールド１４
とフロントパイプ１６を流れ、触媒コンバータ１５で浄
化されてから外部に排出される。これら、エキゾースト
マニホールド１４、フロントパイプ１６、触媒コンバー
タ１５が、請求項に記載の排気管に相当する。なお、エ
キゾーストマニホールド１４、フロントパイプ１６、触
媒コンバータ１５の管壁に係る構成は同様なので、これ
らをフロントパイプ１６で代表して、以下の説明を行
う。
気系統に適用した実施形態を、図面を参照しながら説明
する。図１に示されているように、エンジン１２で燃焼
した高温の排気ガスは、エキゾーストマニホールド１４
とフロントパイプ１６を流れ、触媒コンバータ１５で浄
化されてから外部に排出される。これら、エキゾースト
マニホールド１４、フロントパイプ１６、触媒コンバー
タ１５が、請求項に記載の排気管に相当する。なお、エ
キゾーストマニホールド１４、フロントパイプ１６、触
媒コンバータ１５の管壁に係る構成は同様なので、これ
らをフロントパイプ１６で代表して、以下の説明を行
う。
【００１２】図２に示されているように、フロントパイ
プ１６の内面には、輻射率が低いクロムメッキ層２１が
形成されている。クロムメッキ層２１の素地表面はエク
ストルードホーニングにより、表面粗さＲａが１０μｍ
程度になるまで鏡面化されている。このように、フロン
トパイプ１６の内面にクロムメッキ層２１が形成され、
さらに前加工のエクストルードホーニングにより鏡面化
されているので、フロントパイプ１６内面の輻射率はよ
り低くなる。なお、クロムメッキ層２１の代わりに、他
のメッキ（例えば、アルミメッキ、金メッキ）を形成し
てもよい。クロムメッキ層２１の上には、さらに厚さ
０．１〜１５μｍ程度の透過率が大きいＳｉＯ２薄膜２
２が形成されている。ＳｉＯ２薄膜２２が形成されてい
ると、クロムメッキ層２１の変色を防止することができ
る。
プ１６の内面には、輻射率が低いクロムメッキ層２１が
形成されている。クロムメッキ層２１の素地表面はエク
ストルードホーニングにより、表面粗さＲａが１０μｍ
程度になるまで鏡面化されている。このように、フロン
トパイプ１６の内面にクロムメッキ層２１が形成され、
さらに前加工のエクストルードホーニングにより鏡面化
されているので、フロントパイプ１６内面の輻射率はよ
り低くなる。なお、クロムメッキ層２１の代わりに、他
のメッキ（例えば、アルミメッキ、金メッキ）を形成し
てもよい。クロムメッキ層２１の上には、さらに厚さ
０．１〜１５μｍ程度の透過率が大きいＳｉＯ２薄膜２
２が形成されている。ＳｉＯ２薄膜２２が形成されてい
ると、クロムメッキ層２１の変色を防止することができ
る。
【００１３】フロントパイプ１６の外面には、高輻射コ
ーティング層２５が形成されている。高輻射コーティン
グ層２５の厚さは、１０〜１００μｍ程度であり、ガラ
ス組織と、そのガラス組織中にほぼ均一に分散した顔料
粒子とから構成されている。ガラス組織は、反応硬化ガ
ラスであり、全体がボロシリケートガラスから成り、後
述する高純度シリカガラスに由来してガラス組織の核を
成す純度９６ｗｔ％程度の高純度シリカ含有ボロシリケ
ートガラスから成る多孔質部と、その高純度シリカガラ
スと酸化硼素とから生成されてシリカ含有率が８２ｗｔ
％程度の緻密質部とから構成されている。
ーティング層２５が形成されている。高輻射コーティン
グ層２５の厚さは、１０〜１００μｍ程度であり、ガラ
ス組織と、そのガラス組織中にほぼ均一に分散した顔料
粒子とから構成されている。ガラス組織は、反応硬化ガ
ラスであり、全体がボロシリケートガラスから成り、後
述する高純度シリカガラスに由来してガラス組織の核を
成す純度９６ｗｔ％程度の高純度シリカ含有ボロシリケ
ートガラスから成る多孔質部と、その高純度シリカガラ
スと酸化硼素とから生成されてシリカ含有率が８２ｗｔ
％程度の緻密質部とから構成されている。
【００１４】顔料粒子は、平均粒径が２μｍ程度の四硼
化珪素（ＳｉＢ４）であり、高輻射コーティング層２５
全体に対して２．５ｗｔ％程度の割合で含まれている。
この顔料粒子の周囲、すなわちガラス組織との界面に
は、０．１〜数μｍ程度の厚さのシリカガラス層が備え
られている。このシリカガラス層は、純度９９ｗｔ％程
度の高純度シリカガラスから成るものである。シリカガ
ラス層は、ガラス組織のうち顔料粒子との界面近傍に位
置する緻密質部よりも高いシリカ含有率となっている。
そのため、顔料粒子とガラス組織との界面反応が抑制さ
れて、例えば１４００℃程度の高温下においても、高輻
射コーティング層２５は０．８以上の高い輻射率を有し
ている。また、高輻射コーティング層２５の表面には、
凹凸（エンボス）が形成されている。エンボスが形成さ
れていると、表面積が大きく、かつ輻射率が高い高輻射
コーティング層２５が得られる。
化珪素（ＳｉＢ４）であり、高輻射コーティング層２５
全体に対して２．５ｗｔ％程度の割合で含まれている。
この顔料粒子の周囲、すなわちガラス組織との界面に
は、０．１〜数μｍ程度の厚さのシリカガラス層が備え
られている。このシリカガラス層は、純度９９ｗｔ％程
度の高純度シリカガラスから成るものである。シリカガ
ラス層は、ガラス組織のうち顔料粒子との界面近傍に位
置する緻密質部よりも高いシリカ含有率となっている。
そのため、顔料粒子とガラス組織との界面反応が抑制さ
れて、例えば１４００℃程度の高温下においても、高輻
射コーティング層２５は０．８以上の高い輻射率を有し
ている。また、高輻射コーティング層２５の表面には、
凹凸（エンボス）が形成されている。エンボスが形成さ
れていると、表面積が大きく、かつ輻射率が高い高輻射
コーティング層２５が得られる。
【００１５】フロントパイプ１６が冷えた状態でエンジ
ン１２が始動すると、高温の排気ガスがフロントパイプ
１６に流れ込む。排気ガスからは、輻射と対流伝熱によ
って熱がフロントパイプ１６の内面に伝わる。排気ガス
からフロントパイプ１６に熱が伝わると、フロントパイ
プ１６を流れている間に排気ガスの温度が低下する。こ
のため、フロントパイプ１６の出口（触媒コンバータ１
５との接合部）の排気ガス温度は、フロントパイプ１６
の入口の排気ガス温度よりも低下する。
ン１２が始動すると、高温の排気ガスがフロントパイプ
１６に流れ込む。排気ガスからは、輻射と対流伝熱によ
って熱がフロントパイプ１６の内面に伝わる。排気ガス
からフロントパイプ１６に熱が伝わると、フロントパイ
プ１６を流れている間に排気ガスの温度が低下する。こ
のため、フロントパイプ１６の出口（触媒コンバータ１
５との接合部）の排気ガス温度は、フロントパイプ１６
の入口の排気ガス温度よりも低下する。
【００１６】排気ガスから熱を伝えられると、フロント
パイプ１６の温度は上昇する。フロントパイプ１６の温
度が上昇すると、その外面から輻射と対流伝熱によって
熱が外部に伝わる（放熱される）。そして、排気ガスか
らフロントパイプ１６に伝わる熱量と、フロントパイプ
１６から外部に伝わる熱量がバランスすると、フロント
パイプ１６の温度は安定する。また、フロントパイプ１
６の温度が上昇するのにつれて、排気ガスとフロントパ
イプ１６との温度差は小さくなり、排気ガスからフロン
トパイプ１６に伝わる熱量は減少する。このため、フロ
ントパイプ１６の出口の排気ガス温度は上昇する。フロ
ントパイプ１６の温度が安定すると、フロントパイプ１
６の出口の排気ガス温度も安定する。
パイプ１６の温度は上昇する。フロントパイプ１６の温
度が上昇すると、その外面から輻射と対流伝熱によって
熱が外部に伝わる（放熱される）。そして、排気ガスか
らフロントパイプ１６に伝わる熱量と、フロントパイプ
１６から外部に伝わる熱量がバランスすると、フロント
パイプ１６の温度は安定する。また、フロントパイプ１
６の温度が上昇するのにつれて、排気ガスとフロントパ
イプ１６との温度差は小さくなり、排気ガスからフロン
トパイプ１６に伝わる熱量は減少する。このため、フロ
ントパイプ１６の出口の排気ガス温度は上昇する。フロ
ントパイプ１６の温度が安定すると、フロントパイプ１
６の出口の排気ガス温度も安定する。
【００１７】上述したように、フロントパイプ１６の内
面は輻射率が低く、外面は輻射率が高い。フロントパイ
プ１６の内面の輻射率が低いと、排気ガスから輻射によ
ってフロントパイプ１６の内面に伝わる熱量は少ない
（言い換えると、内面から反射される熱量が多い）。こ
のため、エンジン始動時にフロントパイプ１６が冷えて
いても、フロントパイプ１６の出口の排気ガス温度を高
めにすることができる。従って、触媒コンバータ１５が
早く暖められ、その浄化性能が早期にフルに発揮され
る。なお、フロントパイプ１６内面に形成されているク
ロムメッキ層２１の上に、ＳｉＯ２薄膜２２が形成され
ているので、クロムメッキ層２１の変色や劣化を防止す
ることができる。また、ＳｉＯ２薄膜２２は低表面エネ
ルギ特性を有しているので、フロントパイプ１６内面に
排気ガス中のスス等の微粒子が付着するのを防止するこ
とができる。
面は輻射率が低く、外面は輻射率が高い。フロントパイ
プ１６の内面の輻射率が低いと、排気ガスから輻射によ
ってフロントパイプ１６の内面に伝わる熱量は少ない
（言い換えると、内面から反射される熱量が多い）。こ
のため、エンジン始動時にフロントパイプ１６が冷えて
いても、フロントパイプ１６の出口の排気ガス温度を高
めにすることができる。従って、触媒コンバータ１５が
早く暖められ、その浄化性能が早期にフルに発揮され
る。なお、フロントパイプ１６内面に形成されているク
ロムメッキ層２１の上に、ＳｉＯ２薄膜２２が形成され
ているので、クロムメッキ層２１の変色や劣化を防止す
ることができる。また、ＳｉＯ２薄膜２２は低表面エネ
ルギ特性を有しているので、フロントパイプ１６内面に
排気ガス中のスス等の微粒子が付着するのを防止するこ
とができる。
【００１８】フロントパイプ１６の外面の輻射率が高い
と、フロントパイプ１６の外面から外部の空気中に輻射
によって伝わる熱量が多くなる。このため、排気ガスか
らフロントパイプ１６の管壁を通過して外部に放熱され
る熱量が多くなる。従って、エンジン始動後に温度が上
昇し、その後に安定するフロントパイプ１６の温度を低
めにすることができる。フロントパイプ１６の温度を低
めにすることができると、フロントパイプ１６が高温環
境にさらされて腐食が促進されてしまう（高温腐食）の
を抑制することができる。さらには、フロントパイプ１
６の内面にクロムメッキ層２１とＳｉＯ２薄膜２２が、
外面に高輻射コーティング層２５が形成されているの
で、フロントパイプ１６の腐食（凝縮水腐食、塩害腐
食）を防止することができる。なお、フロントパイプ１
６の内面の輻射率を低くすることは、上述したように排
気ガスからフロントパイプ１６に伝わる熱量を少なくす
ることができるので、フロントパイプ１６の安定温度を
低くする効果もある。
と、フロントパイプ１６の外面から外部の空気中に輻射
によって伝わる熱量が多くなる。このため、排気ガスか
らフロントパイプ１６の管壁を通過して外部に放熱され
る熱量が多くなる。従って、エンジン始動後に温度が上
昇し、その後に安定するフロントパイプ１６の温度を低
めにすることができる。フロントパイプ１６の温度を低
めにすることができると、フロントパイプ１６が高温環
境にさらされて腐食が促進されてしまう（高温腐食）の
を抑制することができる。さらには、フロントパイプ１
６の内面にクロムメッキ層２１とＳｉＯ２薄膜２２が、
外面に高輻射コーティング層２５が形成されているの
で、フロントパイプ１６の腐食（凝縮水腐食、塩害腐
食）を防止することができる。なお、フロントパイプ１
６の内面の輻射率を低くすることは、上述したように排
気ガスからフロントパイプ１６に伝わる熱量を少なくす
ることができるので、フロントパイプ１６の安定温度を
低くする効果もある。
【００１９】また、フロントパイプ１６の外面から輻射
によって多くの熱量が外部に伝わると、フロントパイプ
１６の温度が安定した状態で、その出口から流出する排
気ガス温度を低めにすることができる。フロントパイプ
１６の出口から流出する排気ガス温度を低めにすること
ができると、触媒コンバータ１５を通過する排気ガスの
温度が低めになるので、触媒が高温で劣化してしまう
（高温劣化）を防止することができる。
によって多くの熱量が外部に伝わると、フロントパイプ
１６の温度が安定した状態で、その出口から流出する排
気ガス温度を低めにすることができる。フロントパイプ
１６の出口から流出する排気ガス温度を低めにすること
ができると、触媒コンバータ１５を通過する排気ガスの
温度が低めになるので、触媒が高温で劣化してしまう
（高温劣化）を防止することができる。
【００２０】フロントパイプ１６の外面に凹凸を形成し
て放熱面積が大きくなるように構成することもできる。
放熱面積を大きくすると、輻射と対流伝熱による放熱量
を多くすることができる。フロントパイプ１６の外面に
形成する凹凸を図３〜図５に例示する。図３は、外面に
溝３６が形成されている例を示す。図４は、外面が粗く
形成されている例を示す。図５は、外面に孔が形成され
ている例を示す。
て放熱面積が大きくなるように構成することもできる。
放熱面積を大きくすると、輻射と対流伝熱による放熱量
を多くすることができる。フロントパイプ１６の外面に
形成する凹凸を図３〜図５に例示する。図３は、外面に
溝３６が形成されている例を示す。図４は、外面が粗く
形成されている例を示す。図５は、外面に孔が形成され
ている例を示す。
【００２１】上述したフロントパイプ１６のように、管
内面の輻射率を低くした場合の効果をシミュレーション
計算した。以下、その結果を説明する。シミュレーショ
ン計算は、有限要素法解析の機能を組み込んだCAEを用
いて行った。計算モデルは、図６に示されているよう
に、真っ直ぐな管４２の四分の一断面である。管４２の
管径は５０ｍｍ、管長は１０００ｍｍである。有限要素
法解析のためのメッシュ分割は、図７と図８に示されて
いるように行った。メッシュの総数は５２５０である。
図７と図８に示されている外側の２層のメッシュ４３が
管４２に相当し、その他の部分は排気ガスに相当する。
なお、図８は、フロントパイプ１６の出口部分の長さ１
００ｍｍのみを図示している。
内面の輻射率を低くした場合の効果をシミュレーション
計算した。以下、その結果を説明する。シミュレーショ
ン計算は、有限要素法解析の機能を組み込んだCAEを用
いて行った。計算モデルは、図６に示されているよう
に、真っ直ぐな管４２の四分の一断面である。管４２の
管径は５０ｍｍ、管長は１０００ｍｍである。有限要素
法解析のためのメッシュ分割は、図７と図８に示されて
いるように行った。メッシュの総数は５２５０である。
図７と図８に示されている外側の２層のメッシュ４３が
管４２に相当し、その他の部分は排気ガスに相当する。
なお、図８は、フロントパイプ１６の出口部分の長さ１
００ｍｍのみを図示している。
【００２２】シミュレーション計算は、管４２の内面の
輻射率が大きい場合と、小さい場合とで行った。輻射率
が大きい場合の輻射率は０．８６、反射率は０．１４、
透過率は０とした。輻射率が小さい場合の輻射率は０、
反射率は０、透過率は１とした。また、管４２内の排気
ガスの流速は１０ｍ／ｓｅｃ、流入温度は、７００℃と
１００℃の２つとした。排気ガスと管壁との熱伝達に関
する熱抵抗は０．２、管壁と外部との間は断熱されてい
るとした。
輻射率が大きい場合と、小さい場合とで行った。輻射率
が大きい場合の輻射率は０．８６、反射率は０．１４、
透過率は０とした。輻射率が小さい場合の輻射率は０、
反射率は０、透過率は１とした。また、管４２内の排気
ガスの流速は１０ｍ／ｓｅｃ、流入温度は、７００℃と
１００℃の２つとした。排気ガスと管壁との熱伝達に関
する熱抵抗は０．２、管壁と外部との間は断熱されてい
るとした。
【００２３】図９、図１０は、管４２内面の輻射率が大
きく、排気ガスの流入温度７００℃の場合の管４２出口
部分の温度のシミュレーション計算結果を示している。
なお、図示の都合上、外側から２番目の層には６つの温
度をまとめて記載している。これらの６つの温度は、半
径方向にほぼ同じ厚さの層として分布している。なお、
これらの計算結果は、排気ガスと管４２の温度が安定し
た状態のものである。管４２内面の輻射率が大きく、流
入温度１００℃の場合のシミュレーション計算結果を図
１１、図１２に示す。図９〜図１２から明らかなよう
に、輻射率が大きい場合のシミュレーション計算結果で
は、管４２内部の温度は、中央部が高く、管壁に近づく
にしたがって次第に低下する傾向を示している。
きく、排気ガスの流入温度７００℃の場合の管４２出口
部分の温度のシミュレーション計算結果を示している。
なお、図示の都合上、外側から２番目の層には６つの温
度をまとめて記載している。これらの６つの温度は、半
径方向にほぼ同じ厚さの層として分布している。なお、
これらの計算結果は、排気ガスと管４２の温度が安定し
た状態のものである。管４２内面の輻射率が大きく、流
入温度１００℃の場合のシミュレーション計算結果を図
１１、図１２に示す。図９〜図１２から明らかなよう
に、輻射率が大きい場合のシミュレーション計算結果で
は、管４２内部の温度は、中央部が高く、管壁に近づく
にしたがって次第に低下する傾向を示している。
【００２４】管４２内面の輻射率が小さく、流入温度７
００℃の場合のシミュレーション計算結果を図１３に示
す。また、管４２内面の輻射率が小さく、流入温度１０
０℃の場合のシミュレーション計算結果を図１４に示
す。図１３、図１４から明らかなように、輻射率が小さ
い場合のシミュレーション計算結果では、管４２内部の
温度は、均一に分布している。
００℃の場合のシミュレーション計算結果を図１３に示
す。また、管４２内面の輻射率が小さく、流入温度１０
０℃の場合のシミュレーション計算結果を図１４に示
す。図１３、図１４から明らかなように、輻射率が小さ
い場合のシミュレーション計算結果では、管４２内部の
温度は、均一に分布している。
【００２５】冷えた状態の管４２に高温の排気ガスが流
入した場合の排気ガスと配管４２の温度変化を、輻射率
が高いケースと低いケースについてシミュレーション計
算した。その結果を図１５、図１６に示す。図１５は、
管４２の中央部の排気ガス温度である。図１６は、管４
２の管壁の温度である。なお、シミュレーション計算し
たのは、管４２の出口部分であり、管４２に流入する排
気ガスの温度は７００℃とした。図１５に示されている
ように、管４２の中央部の排気ガス温度は、輻射率が低
いケースでは早く上昇し、約１０秒でほぼ安定する。こ
れに対して、輻射率が高いケースでは、管４２中央部の
排気ガス温度が安定するのには時間がかかる。図１５で
はスケールアウトして示されていないが、シミュレーシ
ョン計算結果によれば、輻射率が高いケースでは、管４
２中央部の排気ガス温度が安定して輻射率が低いケース
と同じ値になるのには、約１２０秒を要する。以上のシ
ミュレーション計算から、管４２内面の輻射率を低くす
ると、排気ガス温度が早く上昇することが確認できた。
入した場合の排気ガスと配管４２の温度変化を、輻射率
が高いケースと低いケースについてシミュレーション計
算した。その結果を図１５、図１６に示す。図１５は、
管４２の中央部の排気ガス温度である。図１６は、管４
２の管壁の温度である。なお、シミュレーション計算し
たのは、管４２の出口部分であり、管４２に流入する排
気ガスの温度は７００℃とした。図１５に示されている
ように、管４２の中央部の排気ガス温度は、輻射率が低
いケースでは早く上昇し、約１０秒でほぼ安定する。こ
れに対して、輻射率が高いケースでは、管４２中央部の
排気ガス温度が安定するのには時間がかかる。図１５で
はスケールアウトして示されていないが、シミュレーシ
ョン計算結果によれば、輻射率が高いケースでは、管４
２中央部の排気ガス温度が安定して輻射率が低いケース
と同じ値になるのには、約１２０秒を要する。以上のシ
ミュレーション計算から、管４２内面の輻射率を低くす
ると、排気ガス温度が早く上昇することが確認できた。
【００２６】図１６に示されているように、管４２の管
壁の温度は、輻射率が低い方が早く安定する。安定した
後の管壁の温度は、輻射率が高い方が７００℃、低い方
が３７０℃である。以上のシミュレーション結果から、
管４２内面の輻射率を低くすると、安定後の管壁の温度
が低くなることが確認できた。
壁の温度は、輻射率が低い方が早く安定する。安定した
後の管壁の温度は、輻射率が高い方が７００℃、低い方
が３７０℃である。以上のシミュレーション結果から、
管４２内面の輻射率を低くすると、安定後の管壁の温度
が低くなることが確認できた。
【００２７】以上、本発明の具体例を詳細に説明した
が、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定する
ものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上
に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれ
る。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、
単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性
を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わ
せに限定されるものではない。また、本明細書または図
面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであ
り、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的
有用性を持つものである。
が、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定する
ものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上
に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれ
る。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、
単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性
を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わ
せに限定されるものではない。また、本明細書または図
面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであ
り、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的
有用性を持つものである。
【図１】本発明の実施形態のエンジンと排気系統の模式
図。
図。
【図２】本発明の実施形態のフロントパイプの断面図。
【図３】本発明の実施形態のフロントパイプ外面に形成
した溝の拡大断面図。
した溝の拡大断面図。
【図４】本発明の実施形態のフロントパイプ外面を粗く
形成した拡大断面図。
形成した拡大断面図。
【図５】本発明の実施形態のフロントパイプ外面に形成
した孔の拡大断面図。
した孔の拡大断面図。
【図６】本発明の実施形態で実施したシミュレーション
計算の計算モデルの斜視図。
計算の計算モデルの斜視図。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視図（シミュレーシ
ョン計算の計算モデルのメッシュ分割を示す）。
ョン計算の計算モデルのメッシュ分割を示す）。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視図（シミュレ
ーション計算の計算モデルのメッシュ分割を示す）。
ーション計算の計算モデルのメッシュ分割を示す）。
【図９】排気ガスとフロントパイプの温度分布（輻射率
−大、排気ガス温度７００℃）（フロントパイプ軸に対
して直角視）。
−大、排気ガス温度７００℃）（フロントパイプ軸に対
して直角視）。
【図１０】排気ガスとフロントパイプの温度分布（輻射
率−大、排気ガス温度７００℃）（フロントパイプ軸に
対して平行視）。
率−大、排気ガス温度７００℃）（フロントパイプ軸に
対して平行視）。
【図１１】排気ガスとフロントパイプの温度分布（輻射
率−大、排気ガス温度１００℃）（フロントパイプ軸に
対して直角視）。
率−大、排気ガス温度１００℃）（フロントパイプ軸に
対して直角視）。
【図１２】排気ガスとフロントパイプの温度分布（輻射
率−大、排気ガス温度１００℃）（フロントパイプ軸に
対して平行視）
率−大、排気ガス温度１００℃）（フロントパイプ軸に
対して平行視）
【図１３】排気ガスとフロントパイプの温度分布（輻射
率−小、排気ガス温度７００℃）（フロントパイプ軸に
対して直角視）。
率−小、排気ガス温度７００℃）（フロントパイプ軸に
対して直角視）。
【図１４】排気ガスとフロントパイプの温度分布（輻射
率−小、排気ガス温度１００℃）（フロントパイプ軸に
対して直角視）。
率−小、排気ガス温度１００℃）（フロントパイプ軸に
対して直角視）。
【図１５】エンジンが始動してからのフロントパイプ中
央部の排気ガス温度の変化を示すグラフ。
央部の排気ガス温度の変化を示すグラフ。
【図１６】エンジンが始動してからのフロントパイプの
管壁の温度変化を示すグラフ。
管壁の温度変化を示すグラフ。
１２：エンジン
１４：エキゾーストマニホールド
１５：触媒コンバータ
１６：フロントパイプ
２１：クロムメッキ層
２２：ＳｉＯ２薄膜
２５：高輻射コーティング層
４２：管
４３：メッシュの管相当部分
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 原 浩之
愛知県大府市共和町１丁目１番地の１ 愛
三工業株式会社内
(72)発明者 島崎 則和
愛知県大府市共和町１丁目１番地の１ 愛
三工業株式会社内
(72)発明者 仙田 正典
愛知県大府市共和町１丁目１番地の１ 愛
三工業株式会社内
(72)発明者 矢野 賢司
名古屋市西区則武新町３丁目１番36号 株
式会社ノリタケカンパニーリミテド内
(72)発明者 岩田 美佐男
名古屋市西区則武新町３丁目１番36号 株
式会社ノリタケカンパニーリミテド内
Ｆターム(参考） 3G004 BA06 BA07 DA02 DA15 EA05
FA04 FA07 GA06
4K044 AB03 BA02 BA08 BA10 BA11
BA14 BB11 BC11 BC12 CA21
CA24 CA27
Claims (6)
- 【請求項１】 内面に輻射率を低くするコーティングが
施されていることを特徴とする排気管。 - 【請求項２】 コーティングはアルミメッキまたはクロ
ムメッキまたは金メッキであることを特徴とする請求項
１に記載の排気管。 - 【請求項３】 コーティング前に研磨加工が施されてい
ることを特徴とする請求項１または２に記載の排気管。 - 【請求項４】 コーティングの上に透過率が良好な二酸
化珪素（ＳｉＯ２）を含むコーティングがさらに施され
ていることを特徴とする請求項１または２または３に記
載の排気管。 - 【請求項５】 外面に輻射率を高くするコーティングが
施されていることを特徴とする排気管。 - 【請求項６】 コーティングは四硼化珪素（ＳｉＢ４）
を含むことを特徴とする請求項５に記載の排気管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002032339A JP2003232219A (ja) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | 排気管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002032339A JP2003232219A (ja) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | 排気管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003232219A true JP2003232219A (ja) | 2003-08-22 |
Family
ID=27775493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002032339A Pending JP2003232219A (ja) | 2002-02-08 | 2002-02-08 | 排気管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003232219A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010101284A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Toyota Motor Corp | エキゾーストマニホールド |
| US7726121B2 (en) | 2004-08-06 | 2010-06-01 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Engine part |
| CN102536410A (zh) * | 2012-02-01 | 2012-07-04 | 芜湖恒耀汽车零部件有限公司 | 一种汽车尾管及其表面涂层方法 |
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-
2002
- 2002-02-08 JP JP2002032339A patent/JP2003232219A/ja active Pending
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