自動車メーカーがゴムではなくシリコンホースを使用する理由

自動車メーカーが使用している シリコンホース なぜなら彼らは 標準的なゴムホースよりも 3 ～ 5 倍長持ちし、-60 °C ～ 220 °C (-76 °F ～ 428 °F) の温度に耐え、極度の圧力や化学物質への暴露下でも一貫した性能を維持します。 。 EPDM やネオプレンゴムとは異なり、シリコーンは車両の通常の寿命にわたって亀裂、硬化、劣化することがありません。このため、シリコーンは、OEM 生産ラインとパフォーマンス アフターマーケット アプリケーションの両方にわたって、冷却システム、ターボチャージャー配管、インタークーラー接続、および排出ガス制御に推奨される材料となっています。

コア素材 ゴムに対するシリコーンの利点

シリコーンは、天然ゴムや合成ゴムのような炭素鎖ではなく、ケイ素と酸素の主鎖を中心に構築された合成ポリマーです。この根本的な分子の違いが、シリコーンホースに自動車環境における優れた特性を与えているのです。

温度耐性

標準の EPDM ゴムホースは通常、次の間で動作します。 -40℃および150℃ 。シリコンホースはその範囲を拡張します。 -60℃～220℃連続 、一部の強化グレードは 260°C までの短時間のスパイクに耐えます。ブースト下で給気温度が 180°C を超える可能性があるターボチャージャー付きエンジンでは、この差はわずかではありません。これが、シリコンがデフォルトで指定されている理由です。

耐老化性と耐硬化性

ゴムホースは、エンジンオイル、オゾン、熱によりカーボンチェーン構造が破壊されるため、弾力性が失われます。シリコーンの無機主鎖は、オゾンや紫外線による劣化の影響をほとんど受けません。工場で取り付けられたシリコン冷却剤ホースは、取り付け後も曲がり、正しく密閉できます。 150,000～200,000マイル 一方、ゴムホースは60,000〜80,000マイルで交換が必要になる場合があります。

化学的適合性

シリコーンは、冷却剤添加剤、ブレーキ液蒸気、および希釈燃料蒸気にさらされても膨潤や劣化に耐性があります。濃縮石油ベースのオイルや燃料に対する耐性は限られているため、メーカーはすべてのタイプのホースで単一グレードを使用するのではなく、燃料に隣接する用途向けに特定のシリコーン化合物または強化バリアントを選択します。

シリコンホースとゴムホース: 直接比較

以下の表は、自動車用ホースの選択に最も関連する性能指標全体でシリコーンと標準 EPDM ゴムを比較しています。

自動車メーカーが特にシリコーンを選択する場所

車両のすべてのホースがシリコーンを使用しているわけではありません。メーカーは、ゴムが確実に供給できる以上の熱、圧力、寿命要件が要求される用途向けに戦略的にシリコーンを選択しています。

クーラントホースとラジエーターホース

最新のエンジンの冷却回路は、流体を次の温度で循環させます。 90℃～110℃連続 、サーモスタットハウジング付近のサージ温度が高くなることがよくあります。シリコーンは、ゴムホースが冷却システムに粒子を流す原因となる内面の劣化を起こすことなく、この範囲全体にわたってシールの完全性と柔軟性を維持します。 BMW、ポルシェ、アウディは、まさに交換間隔がごくわずかであるため、複数のモデルラインにわたってシリコン冷却剤ホースを標準装備として使用しています。

ターボチャージャーとインタークーラーの配管

ターボチャージャーから出る圧縮空気は、次の温度に達することがあります。 150℃～200℃ インタークーラー前。ターボ出口をインタークーラー、そしてインテークマニホールドに接続するホースは、通常、高熱と過給圧の両方に直面します。 量産車両では 10 ～ 25 PSI (パフォーマンスの高いアプリケーションではより高くなります)。ここでは、多層強化シリコンホース（通常はポリエステルまたはアラミド編組が 2 層または 3 層ある）が標準的な選択です。これは、ブースト下でも形状を保持し、代替ゴムをすぐに破壊してしまうヒートサイクル疲労に耐えられるためです。

排出と真空ライン

排気マニホールドや EGR (排気ガス再循環) システムの近くに配線された真空ラインは、再循環された排気ガスからの熱と化学物質の両方にさらされます。シリコーンはオゾンや熱酸化に対する耐性があるため、この分野ではゴムよりも信頼性が大幅に高くなります。ゴムは亀裂を生じて真空漏れを引き起こし、故障コードや排出ガス試験の不合格を引き起こす可能性があります。

ヒーターコアホース

ヒーターホースは冷却水をキャビン暖房システムに運びますが、特に防火壁のグロメットを通過する部分で曲げ応力を受けやすくなります。シリコーンの柔軟性は高温でも低温でも柔軟性を保ちます。 -40℃ ゴムが硬化する箇所 - 寒い天候での始動時に屈曲点でのひび割れを防ぎます。

自動車用シリコーンホースの工学構造

量産自動車用シリコーンホースは、単なるシリコーンゴムのチューブではありません。これは、特定の圧力、温度、曲げ半径の要件に合わせて設計された層状複合材料です。

• インナーライナー: 流量制限を最小限に抑え、冷却剤やチャージエアによる化学的攻撃に耐える滑らかなシリコンボア
• 補強層: 破裂圧力を定義し、ブースト時のバルーニングを防止する 1 ～ 4 層のポリエステルまたはアラミド (ケブラー タイプ) 織布
• 外層: 補強材をフード下の汚れから保護する耐紫外線性と耐摩耗性のシリコンスキン

生産冷却システムで使用される標準的な 2 層シリコン ホースの壁の厚さは通常、 5～6mm およその破裂圧力 150 ～ 180 PSI 。高ブースト用途で使用される 4 層バリアントのパフォーマンスは、 250 PSI 破裂圧力 壁厚は 8 ～ 9 mm まで。

量産車ではなぜ高コストが正当化されるのか

シリコンホースのコスト ユニットあたり 3 ～ 5 倍 同等のEPDMゴムホースよりも優れています。量産車の場合、このコスト差は、保証とリコールの経済性を考慮して慎重に評価されます。

1 本の冷却剤ホースが故障すると、数分以内にエンジンが過熱し、ヘッド ガスケットに損害を与える可能性があります。 修理には 1,500 ～ 3,000 ドル 保証請求において。数万台の車両にまたがると、ゴムホースの早期故障による保証責任は、シリコンの材料コストの増分をはるかに超えます。トヨタ、ホンダ、フォルクスワーゲンなどのメーカーは、贅沢品としてではなく、長期保証のリスクを軽減するために計算された冷却およびターボホースの重要な位置にシリコーンを組み込んでいます。

さらに、車両の整備間隔が延びるにつれて、多くの現代車両の冷却液整備間隔は 100,000～150,000マイル — 同じ間隔で確実に持続するホースを使用することで、ディーラーの労力を必要とする個別のメンテナンスのタッチポイントが不要になります。

電気自動車およびハイブリッド自動車のシリコン ホース

自動車製造におけるシリコンホースの使用は減少するどころか、電動化への移行が拡大しています。バッテリー電気自動車 (BEV) とプラグイン ハイブリッドでは、バッテリー パック、パワー エレクトロニクス、電気モーターの精密な熱管理が必要です。これらすべてで液体冷却回路が使用されており、シリコン ホースは非常によく機能します。

• Tesla Model 3 や Hyundai Ioniq 6 などの車両のバッテリー熱管理システムは、シリコン ホースを使用して、グリコール冷却剤をバッテリー セル モジュールに制御された温度で循環させます。通常、 15℃と35℃ 最適な細胞化学のために
• インバーターとオンボード充電器の冷却回路は高温で動作し、ICE 用途でシリコーンが好まれるのと同じ長期使用、低劣化特性が必要です。
• シリコーンの電気絶縁特性により、冷却回路の完全性が重要となる高電圧環境において二次的な安全上の利点が追加されます。

アフターマーケットのシリコンホースのアップグレード: 意味がある場合

ゴムホースが高熱位置にある状態で工場から出荷された車両の場合、アフターマーケットのシリコン交換品は確立されたアップグレードであり、特定の状況において明確な実用的な利点があります。

1. 走行距離の多い車両： 80,000 ～ 100,000 マイルの時点で劣化したゴム製クーラントとターボ ホースをシリコンに交換すると、将来交換を繰り返すことなく、よくある故障箇所が排除されます。
2. 改造または調整されたエンジン: ブースト圧を高めた車両（工場出荷時の仕様を超える）や動作温度を上げるエンジン管理調整を行っている車両は、シリコンのより高い圧力と耐熱性の恩恵を直接受けられます。
3. トラックまたはモータースポーツでの使用: サーキットセッション中に熱サイクルを繰り返すと、ゴムホースが急速に劣化します。シリコーンは硬化したりひび割れたりすることなくこの環境に対応します。
4. クラシックまたはレストアされた車両: OEM ゴムホースが付属しなくなった車両には、再度交換する必要のないユニバーサルフィットシリコン代替品の恩恵を受けられます。

比較的新しいホースを使用した標準的な未改造のデイリードライバーの場合、アフターマーケットのシリコンキットのコストが高くなります。通常、 車両とキットの完成度に応じて $80 ～ $300 — OEM ホースがすでに経年劣化しているか、車両が頻繁に運転される場合を除き、これを正当化するのは困難です。

シリコンホースの限界 メーカーは依然として回避策を講じている

シリコーンは、車両のあらゆるホース用途に万能なソリューションではありません。メーカーは、既知の制限に基づいて、それが使用される場所と使用されない場所を慎重に選択します。

• 燃料ライン: 標準的なシリコーンは、ガソリン、ディーゼル、またはエタノール混合物にさらされると膨張して劣化します。フルオロシリコーンコンパウンドは耐燃料性が優れていますが、コストが大幅に高いため、ほとんどの燃料ラインでは代わりにフルオロポリマーまたは NBR ゴムが使用されています。
• パワーステアリングとブレーキライン: これらのシステムは、標準的なシリコーンを攻撃する石油ベースの作動油を使用しています。ここでは専用のゴムまたは PTFE でライニングされたホースが使用されます
• 引裂抵抗: シリコーンは天然ゴムよりも引き裂き強度が低いため、保護スリーブなしでは鋭利なエッジ、重大な摩耗、または外部からの機械的ストレスがかかる用途にはあまり適していません。
• 圧縮永久歪み: (特定のホース クランプ構成のように) 一定のクランプ圧縮下では、シリコンは時間の経過とともに永久硬化し、シール力が低下する可能性があります。これはエンジニアがクランプのタイプとトルク仕様で考慮する要素です