(57)【要約】【課題】軽量化を図ることができるとともに、排気による錆や腐食等の不具合の発生を抑制することができる排気管、及び、この排気管の製造方法を提供する。【解決手段】排気管３０は、エンジン１０から排出された排気が通過する貫通孔３３を有するとともに、炭素素材によって構成された管である炭素管３１と、炭素管３１の貫通孔３３の側とは反対側の表面である外周表面３４に配置されるとともに、金属素材によって構成された層である金属層３５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気が通過する貫通孔を有するとともに、炭素素材によって構成された管である炭素管と、
前記炭素管の前記貫通孔の側とは反対側の表面である外周表面に配置されるとともに、金属素材によって構成された層である金属層と、を備える排気管。
【請求項２】
エンジンから排出された排気が通過する貫通孔を有するとともに、炭素素材によって構成された管である炭素管を準備する準備工程と、
前記準備工程で準備された前記炭素管の前記貫通孔の側とは反対側の表面である外周表面に、金属素材によって構成された層である金属層を形成する金属層形成工程と、を含む排気管の製造方法。
【請求項３】
前記金属層形成工程は、前記炭素管の前記外周表面に、前記金属素材からなる複数の金属粒子を付着させ、付着した前記金属粒子を加熱して溶解させた後に凝固させることで、前記金属層を形成する工程である請求項２記載の排気管の製造方法。
【請求項４】
前記金属層形成工程は、前記炭素管の前記外周表面に、加熱されることで溶解した状態の前記金属素材を付着させ、付着した前記金属素材を凝固させることで、前記金属層を形成する工程である請求項２記載の排気管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気管及び排気管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンから排出された排気が通過する排気管は、金属素材によって構成されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、排気管の軽量化が求められてきている。また、従来の金属製の排気管は、排気に接触する部分（排気管における貫通孔の外周表面部分）に、錆や腐食等の不具合が発生するおそれがあった。
【０００５】
本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量化を図ることができるとともに、排気による錆や腐食等の不具合の発生を抑制することができる排気管、及び、この排気管の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示に係る排気管は、エンジンから排出された排気が通過する貫通孔を有するとともに、炭素素材によって構成された管である炭素管と、前記炭素管の前記貫通孔の側とは反対側の表面である外周表面に配置されるとともに、金属素材によって構成された層である金属層と、を備える。
【０００７】
また、上記目的を達成するため、本開示に係る排気管の製造方法は、エンジンから排出された排気が通過する貫通孔を有するとともに、炭素素材によって構成された管である炭素管を準備する準備工程と、前記準備工程で準備された前記炭素管の前記貫通孔の側とは反対側の表面である外周表面に、金属素材によって構成された層である金属層を形成する金属層形成工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る排気管によれば、軽量化を図ることができるとともに、排気による錆や腐食等の不具合の発生を抑制することができる。また、本開示に係る排気管の製造方法によれば、このような排気管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は実施形態１に係るエンジンシステムの概略構成を示す構成図である。図１（ｂ）は実施形態１に係る排気管のＸ−Ｘ線断面の模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）は実施形態２に係る準備工程を説明するための模式的断面図である。図２（ｂ）は実施形態２に係る金属層形成工程を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
まず、本開示の実施形態１に係る排気管３０について説明する。具体的には、最初に本実施形態に係る排気管３０を備えるエンジンシステム１の概略構成を説明し、次いで、排気管３０の構成について説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係るエンジンシステム１の概略構成を示す構成図である。図１に例示されているエンジンシステム１は、乗用車、バス、トラック等の車両に搭載されている。但し、エンジンシステム１は、このような車両に搭載されて用いられるものに限定されず、例えば、産業機械、船舶、航空機等に搭載されて用いられることもでき、工場等において所定の位置に定置されて用いられることもできる。
【００１１】
図１に例示されているエンジンシステム１は、エンジン１０と、吸気管２０と、排気管３０とを備えている。エンジン１０は、気筒１１を有するシリンダブロック、このシリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッド、気筒１１内に配置されたピストン、このピストンにコネクティングロッドを介して連結されたクランクシャフト、燃料を噴射する燃料噴射弁等を備えている。本実施形態に係るエンジン１０は、一例として複数個の気筒１１を有しているが、気筒１１の個数は複数に限定されるものではなく、例えば１個であってもよい。エンジン１０としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等、種々のエンジンを用いることができる。本実施形態では、エンジン１０の一例として、ディーゼルエンジンを用いている。
【００１２】
吸気管２０は、エンジン１０に吸入される吸気が通過するための管部材であり、その下流側端部がエンジン１０の気筒１１の吸気ポートに接続している。具体的には、本実施形態に係る吸気管２０は、その下流側端部が複数本に分岐して、各々の気筒１１の吸気ポートに接続している。排気管３０は、エンジン１０から排出された排気が通過するための管部材であり、その上流側端部がエンジン１０の気筒１１の排気ポートに接続している。具体的には、本実施形態に係る排気管３０は、その上流側端部が複数本に分岐して、各々の気筒１１の排気ポートに接続している。
【００１３】
図１（ｂ）は、本実施形態に係る排気管３０のＸ−Ｘ線断面を模式的に示す模式的断面図である。本実施形態に係る排気管３０は、筒状の断面形状を有している。排気管３０は、炭素管３１と金属層３５とを備えている。
【００１４】
炭素管３１は、肉厚部３２と、この肉厚部３２の中央部に設けられた貫通孔３３と、を有している。貫通孔３３は、炭素管３１の軸方向に貫通するように設けられている。この貫通孔３３を、エンジン１０から排出された排気が通過する。また、炭素管３１の肉厚部３２は、炭素素材によって構成されている。すなわち、本実施形態に係る炭素管３１は、エンジン１０の排気が通過する貫通孔３３を有するとともに、炭素素材によって構成された管である。
【００１５】
炭素管３１を構成する炭素素材は、炭素を主成分とする素材であればよく、その具体的な種類は特に限定されるものではない。この炭素管３１を構成する炭素素材としては、例えば、炭素粒子や炭素繊維等を用いることができる。本実施形態においては、この炭素素材の具体例として、炭素繊維を用いている。具体的には、本実施形態に係る炭素管３１は、複数本の炭素繊維からなる管によって構成されている。なお、仮に、炭素管３１の炭素素材として炭素粒子を用いる場合、この炭素管３１は、例えば、複数の炭素粒子（炭素粉末）が焼結されて成る管によって構成される。
【００１６】
金属層３５は、炭素管３１の外周表面３４（これは、炭素管３１の貫通孔３３の側とは反対側の表面である）に配置されるとともに、金属素材によって構成された層である。具体的には、本実施形態に係る金属層３５は、炭素管３１の外周表面３４（具体的には、肉厚部３２の外周表面３４）を全体的に覆うように配置されている。
【００１７】
金属層３５の金属素材は、金属を主成分とする素材であればよく、その具体的な種類は特に限定されるものではなく、鉄やアルミニウム等の種々の金属を用いることができる。本実施形態においては、この金属素材の具体例として、アルミニウムを用いている。すなわち、本実施形態に係る排気管３０は、複数本の炭素繊維からなる炭素管３１の外周表面３４に、アルミニウムからなる金属層３５が配置された構成を有している。
【００１８】
続いて、本実施形態に係る排気管３０の作用効果について説明する。まず、一般に、炭素素材は金属素材よりも比重が小さい。また、炭素素材は、金属素材よりも、排気に対する耐食性が良好であり、排気による錆や腐食等の不具合が生じ難い。したがって、本実施形態に係る排気管３０によれば、排気に接触する部分が炭素管３１によって構成されているので、排気管の全体が金属素材のみによって構成された従来の排気管（すなわち、「金属製の排気管」）に比較して、排気管３０の軽量化を図ることができるとともに、排気による錆や腐食等の不具合の発生を抑制することができる。
【００１９】
また、本実施形態に係る排気管３０によれば、上記のように、排気による錆や腐食等の不具合の発生を抑制することができるので、排気管３０の信頼性を向上させることもできる。
【００２０】
また、一般に、炭素素材は金属素材よりも耐熱性が高い（具体的には、高温時の耐腐食性能が高く、且つ、高温時の強度も高い）。したがって、本実施形態に係る排気管３０によれば、金属製の排気管に比較して、高い耐熱性を有することができる。また、本実施形態に係る排気管３０によれば、炭素管３１の外周表面３４に配置されている金属層３５によって、炭素管３１の外周表面３４からの排気の漏洩を抑制することもできる。すなわち、金属層３５によって、排気管３０の気密性を十分に担保することができる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、エンジン１０に接続された排気管３０が、全体的に、炭素管３１及び金属層３５を有する構成になっているが、この構成に限定されるものではない。エンジン１０に接続された排気管３０のうち、所定の部分が炭素管３１及び金属層３５を有する構成になっていてもよい。この例を挙げると、排気管３０のうち、複数本に分岐している箇所（すなわち、排気マニホールドの箇所）、あるいは、この排気マニホールドの一部分のみが、炭素管３１及び金属層３５を有する構成になっていてもよい。あるいは、排気管３０のうち、排気マニホールドよりも下流側の箇所、あるいは、この排気マニホールドよりも下流側の箇所の一部分のみが、炭素管３１及び金属層３５を有する構成になっていてもよい。このような場合においても、エンジン１０に接続された排気管が全体的に金属製の排気管によって構成されている場合に比較して、前述した作用効果を奏することは可能である。
【００２２】
（実施形態２）
続いて、本開示の実施形態２に係る排気管３０の製造方法について説明する。本実施形態に係る製造方法は、以下に説明する「準備工程」と「金属層形成工程」とを含んで構成されている。図２（ａ）は、本実施形態に係る準備工程を説明するための模式的断面図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係る金属層形成工程を説明するための模式的断面図である。図２（ａ）に示すように、準備工程においては、貫通孔３３を有する炭素管３１を準備する。
【００２３】
図２（ｂ）を参照して、金属層形成工程においては、準備工程で準備された炭素管３１の外周表面３４に金属層３５を形成する。具体的には、本実施形態に係る金属層形成工程は、以下の手順によって行われている。
【００２４】
まず、炭素管３１の外周表面３４に、金属素材からなる複数の金属粒子（この複数の金属粒子を「金属粒子群３６」と称する）を付着させる。具体的には、金属粒子群３６によって炭素管３１の外周表面３４が全体的に覆われるように、例えば吹付機を用いて金属粒子群３６（本実施形態では、一例として、アルミニウムの粒子群）を外周表面３４に吹き付けて、金属粒子群３６を付着させる。次いで、この付着した金属粒子群３６を加熱して溶解させた後に凝固させる。具体的には、金属粒子群３６が付着した状態の炭素管３１を加熱炉に入れて、金属粒子群３６が溶解する温度まで加熱した後に空冷させることで金属粒子群３６を凝固させる。これにより、この溶融・凝固した金属粒子群３６は、図１（ｂ）で説明した金属層３５になる。このようにして、炭素管３１の外周表面３４に金属層３５を形成することができる。以上の工程により、図１（ｂ）で説明したような排気管３０が製造される。
【００２５】
以上説明したような本実施形態に係る製造方法によれば、軽量化を図りつつ排気による錆や腐食等の不具合の発生を抑制することができる排気管３０を、容易に製造することができる。
【００２６】
（実施形態２の変形例）
上述した実施形態２の金属層形成工程として、炭素管３１の外周表面３４に、加熱されることで溶解した状態の金属素材（以下、「溶解金属素材」と称する）を付着させ、この付着した溶解金属素材を凝固させることで、金属層３５を形成する工程を採用することもできる。
【００２７】
具体的には、この場合、溶解金属素材によって炭素管３１の外周表面３４が全体的に覆われるように、例えば吹付機を用いて溶解金属素材（本変形例では、一例として、加熱されることで溶融した状態のアルミニウム）を外周表面３４に吹き付けて、溶融金属素材を付着させる。あるいは、溶解金属素材の中に炭素管３１の外周表面３４を浸すことで、この外周表面３４に溶解金属素材を付着させることもできる。次いで、この溶融金属素材が付着した状態の炭素管３１を空冷させることで溶融金属素材を凝固させる。これにより、凝固した溶融金属素材は、図１（ｂ）で説明した金属層３５になる。この結果、図１（ｂ）で説明したような排気管３０が製造される。
【００２８】
本変形例に係る製造方法においても、軽量化を図りつつ排気による錆や腐食等の不具合の発生を抑制することができる排気管３０を、容易に製造することができる。
【００２９】
以上、本開示に係る実施形態やその変形例について説明したが、本開示はかかる特定の実施形態や変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１  エンジンシステム
１０  エンジン
２０  吸気管
３０  排気管
３１  炭素管
３３  貫通孔
３４  外周表面
３５  金属層
３６  金属粒子群
【図１】
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【図２】
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