エンジンの排気システムは、燃焼後に発生する排気ガスを処理して、車外に排出する役割を担っています。排気システムには、「三元触媒」などの様々な機器が搭載されていますので、それらについて紹介します。されます。パイプの途中には、騒音を減らす装置や排気ガス浄化装置、マフラーが設置されています。エンジンから伸びた排気ダクトは、車体を縦断して後部の排出口へとつながっています。
排気システムの概要
燃焼行程で発生した排気ガスを車外に排出する装置全体が排気システムです。排気システムは、排気ガスを集めてスムーズに合流させる排気マニホールド、排気ガスを浄化する三元触媒、騒音を小さくするマフラーなどで構成されています。
排気ガスが流れる際には、排気装置内部の圧力である排圧が高くなります。排圧が高くなりすぎると排気ガスが円滑に押し出されにくくなり、吸気効率やエンジン効率が低下します。このため、排気ダクトは太めに設計され、配管抵抗や圧力損失を減らすことが重要となります。
排気マニホールドの仕組み
各シリンダーで発生した排気を、ひとつの管に合流させる岐管が「排気マニホールド」です。エンジンから排出したばかりの排気は数百度の高温なので、耐熱性がある鋳鉄製や軽量化構造のステンレス鋼管などでつくられます。
排気マニホールドの重要な役割は、排気の流れを滞らせないことです。ひとつのシリンダーからの排気が続いている間に別のシリンダーからの排気が始まると、排気同士がぶつかって詰まる「排気干渉」が発生します。これを避けるために、排気マニホールドの形状には、枝分かれする岐管の長さを統一したり、合流地点をエンジンから遠ざけたりといったさまざまな工夫が施されています。設計時にはCFD解析という排気の流れ解析を行って、排気干渉が起こっていないかを確認します。
三元触媒の仕組み
三元触媒とは、プラチナなどの化学物質を触媒として使用して、大気汚染物質である炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)の3種類の大気汚染物質を化学反応させ、水、窒素、二酸化炭素に変化させる排ガス浄化装置のことです。
自動車やエンジンの排気ガスには、大気汚染の原因となる炭化水素、窒素酸化物、一酸化炭素などが含まれています。かつてはそれらをそのまま車外に排出していましたが、現在では三元触媒が開発されたおかげで、排気パイプの途中に三元触媒を設置することで、大気汚染物質を大幅に低減することができました。
マフラーの仕組み
マフラーは、排気システムの最後の出口付近に付いていて、排気の騒音を小さくする装置です。車両には騒音規制がありますので、それに対応するための重要な部品にもなっています。また、なるべく配管抵抗にならないように、圧損を下げる必要もあります。このニーズを満たしながら、音を反射させあって、騒音を打ち消すような構造になっています。
まとめ
排気装置は様々な機器が搭載されています。今回は自動車用エンジンを例に紹介しましたが、発電プラントや船舶で使われるエンジンはまた一味違う機器が搭載されます。お問合せいただければ、そのあたりの詳細解説もするようにします！
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