EGRパイプの交換 排ガス漏れ対応 XC60

ちょっと大がかりな分解

自動車やバイクの修理で難しいな~と感じるのは、既に部品供給が終わって補修部品が手に入らない。更に厄介なのは修理する対象部位が細かすぎて老眼には酷な作業などです。

もしくは非常に入り組んだ部分で手が届かないとか、専用工具がないとアクセスできない。等々の状況に遭遇した時がほとんどです。

今回修理することになったEGRパイプの交換は、エンジンルームの奥の方にあるボルトを緩めないと外すことができないERGパイプの交換となります。素人整備なので4時間以内に終われば大成功という案件です。

車室内が排ガス臭いぞ~!

なぜ修理が必要なのかと言えば、エアコン作動時に外気導入を選ぶと、凄く排ガス臭い事象が10月の納車(群馬へ車を取りに行った帰り)時から、なんとなく感じていました。高速道路走行時は問題ないのですが、市街地走行やアイドリング時に排ガス臭いのです。

従ってエアコンON時は外気導入は止めて、常に内規循環で使ってました。まあ過走行車だし、このぐらい我慢するか~ と思って今まで3か月ほど乗ってきました。

但し、最近はEGRバルブが開いて、エキマニの排気ガスをEGRクーラーで冷やして、再度インマニに戻す動作を車がある条件下で勝手に開始し始めると、我慢ならぬ現象に遭遇するようになりました。

その現象とはボンネットから白煙がゆらゆらと上がってきて、車周辺がめっちゃ排ガス臭いというものです。

排ガス漏れ放置はご法度

これは早めに対処しないと、排ガスが漏れている部分(多分微小なクラック)がどんどん大きくなり、エキマニの排圧自体がスカスカになるパターンです。クラックから亀裂に成長して穴でも開く末期症状になると、
①エンジンルームから暴走族のような排気に伴う爆音がし始める
②ターボタービンを回す排圧が得られないのでエンジンパワーダウン
③ターボタービン自体の故障で高額修理発生
という最悪の状況が予想されます。

海外のVOLVOフォーラムをつらつら読み漁ると、赤丸部分がエンジン直後のエキマニに繋がっているとのことです。この赤丸部分の溶接が弱い(薄い)ため、過走行により冷熱サイクルによる熱膨張と収縮の繰り返しと振動が重なり、ストレスとして溶接部に蓄積されます。

その結果、を蓄積させて微小クラックが入るようです。
この症状は特定の時期に生産された車で発生する可能性があることを知りました。

この部位はエンジンルームのボンネットを開けて目視できない部分なので、故障個所が明確になってない中での見切り発車的な修理となります。まずは新品のEGRパイプを購入して本日分解確認をすることにします。

今回修理することになったEGRパイプの交換は、エンジンルームの奥の方にあるボルトを緩めないと外すことができないERGパイプの交換となります。

素人整備なので4時間以内で終れば大成功という案件です。

VOLVOフォーラムでは慣れれば2時間でできるとかコメントがありましたが、ブログ主のように初めてエンジンルーム奥の下側と御対面する人間には無理にきまってます。(笑)

赤丸で示した部分は助手席側のエンジンルームと助手席と仕切る壁の奥まったところにあるので、エアクリーナボックスやエアダクトホース類をごっそり分解し、アクセスすることになります。どう考えてもやっかいな作業になりそうです。

交換部品現物を確認してみるつもりですが、弱い溶接部分の対策が施された形状になっているとのこと。さて交換部品を確認してみましょう。

交換部品の品番は32225133

車を購入した群馬のディーラーさんに教えてもらい無事に手に入れることができました。
送料別で約24000円です。

パイプの両端にガスケットが必要なのですが、パイプについてないと思ってガスケットも新品を購入しておきました。 ところが、新品パイプの両端に既に新品ガスケットが付属しており、ガスケット単品の購入は必要ありませんでした。(税別価格)

迅速に部品を送ってくださった神対応のVOLVOディーラー(群馬)様に感謝する次第です。
(営業さん、サービスさん ありがとうございます)

ブログ主の近くのディーラーへ工賃払って交換してもらったら概算いくら? って尋ねると、
部品費込みで6万前後かな~ 診断機もかけるので6.5万円ぐらになってしまうかも。
と教えて頂いたのでDIYで修理できるのであれば、ずいぶん節約できますね~

なぜEGRパイプの交換が必要なの?

このパイプはエンジンの排気管(エキゾースト)からターボに繋がる部分の途中から、排ガスをリターンさせて、ERGクーラーで熱を冷ましつつ、インマニに排ガスを戻して煤を再燃焼させて排ガスに含まれる環境負荷物質を少しでも綺麗にするための機構の一部です。

ブログ主のXC60は群馬から高速道路を走って愛知に戻ってくる間に、エアコン外部導入モードにすると、車室内が若干排ガス臭いという状況だったので、亀裂は当初から入っていたものの、この2~3カ月の間に亀裂が進み、時にはエンジンルームから排ガスの白煙が出てくるのが目で確認できるほどになっていました。(そのように推測しています)

EGRパイプに亀裂があると…排ガスが漏れるわけですが、その影響としては

  • 車室内が排ガス臭くなる(外気モード)
  • 更に亀裂が大きくなれば、ターボのブースト圧不足になる
  • EGRの異常が検知されて、そのうちメータ内に異常メッセージが表れる

そのまま使い続けると、EGRクーラやEGRバルブ、ターボタービン等が連鎖的に不具合が発生する可能性もあるため、今回思い切ってDIYで交換することにしました。

先ほどの図中で赤丸部分(パイプとねじ止め部の溶接部分)が排ガスの圧力と冷熱サイクルによる熱ストレスで亀裂が発生し、排ガスが漏れていると思われる状況が発生しています。

EGRパイプ交換の手順

エンジンカバーの取り外し
4箇所あるので取り外します そこら中にハイプやダクトが通っており、まさにディーゼルエンジンって感じの風景が現れます。
エアクリボックス(エアクリーナーボックス)の取り外し
エアフィルター上部のボルトを外す。MAFセンサー(質量空気流量センサー)のコネクタを慎重に外す(爪を押して引き抜く)。

ダクトの金属締め付けリングも緩めて、パカ♪ってエアクリボックスの蓋部分がとれます。
ここまでは簡単ですね~
ボックスの下側も真上にまっすぐ引き上げれば、簡単にエンジンルームから取り除けます。
エンジンルーム奥に延びるエアダクトを取り除きます。ボルト1本を取り外した後、にゴムホースを外すため、強力締め付けクリップをプライヤーで緩めて外します。
エアダクトは奥側にも金属締め付けバンドがるので緩めておきましょう!
大物パーツの樹脂製ダクトホースが取り外せました。取り出したものは整理整頓!
バンパーやボデーの養生もお忘れなく!
ここまでは全く難しくないですよ~ 余裕の作業でした。
今からが難所なので、写真多めで説明します。エンジンルームに上半身を乗り上げての作業で、老体には厳しい姿勢のまま作業が続きます。(笑)

まずはエンジンルーム奥のエキマニ付近を覗くと、エンジンヘッドから僅かに漏れたような油汚れが確認できます。しかも電気配線のコネクタがやたら密集しているじゃないですか~
この部位はEGRクーラーに近い部位なので、もしかしたらクーラーからの排気漏れ?
と予想を覆すストーリを考え始めてちょっと作業する手が止まりました。
とは言え、EGRパイプの根本を観察してクラック有無を確認するまでは、当初の故障個所ストーリーを信じて分解するしかありません。

下記の写真にあるコネクタ類が邪魔ですね~。 コネクタを固定するステー類を全て取り除くと、パイプの根本が観察できそうです。ステー類を取り除くには3個のボルトを取り除く必要があります。(赤〇印)
エンジンルームの上に上半身を載せて、頭と手を突っ込んで、次々とコネクタを外します。(相当無理な態勢で手も疲れてきました)

お次はステーを外します。大小各々1個ずつボルトを外し、左上に見えるセンサーを固定する小型のステーもボルトを外します。

すると、ステーがフリーになります。手を突っ込むときに邪魔なのでステーとコネクタ類は右側に寄せて手を突っ込むスペースを確保しました。
右手が奥まで突っ込める空間ができたので、スマホ持った右手をEGRパイプの接合部があるであろう場所に突っ込んで写真撮影!

おぉぉ~排ガスがパイプの根本から漏れているような状態が写ってました。
やったね! DIY好きなブログ主の心が騒ぎ出します。
これは絶対にEGRパイプの根元にクラックあるぞ~ 拡大すると根元に細いスジが見えるような気がする。排気ガスが漏れているのはここに違いない! 
エンジンは始動させてないので熱くありません。手でパイプ根本の位置を確かめます。
10mmのソケットレンチで外せそうです。
まずはERGクーラーに近い側のパイプ固定ボルト(T40)を少し緩めてパイプが動きやすくしておきました。
その状態で奥側のパイプの根元にソケットレンチ10mmを突っ込んで、四苦八苦しながら2本のボルトを取り除きました。そしてEGRクーラー側のT40も2本取り除くことに成功です。
ゆっくりとEGRパイプを引き出してきます。
やっぱりね~ ほんの僅かですがクラックが確認できます。この程度の大きさなので排ガス臭さは感じるけど、アクセル踏み込んだ状態でターボタービン回すぐらいはなんとか可能な排圧を維持できていたと思われます。
LEDライトを使って光を裏から当てると、同様にクラック確認できました。
クラックから排ガス(オイルも含んでいる排ガス)が漏れると、走行時(高熱状態)のパイプに付着すると、漏れ量が多いとパイプに付着して白煙となったと想像できる痕跡が観察できました。
ちょっとだけ、ウンチクを書き留めておきます。

技術的考察

今回取り外したEGRパイプを詳細に観察したところ、クラックは**フランジ板とパイプを接合している溶接部の根元(溶接止端付近)**に発生していることが確認できました。
この部位は、
  • エンジン直後で排ガス温度が高い
  • フランジ締結により熱膨張が拘束されやすい
  • さらにエンジン振動やEGRクーラ重量の影響を受ける
という条件が重なる、構造的に非常に厳しい場所です。
クラックの入り方を見ると、特定の一点から急激に破断したというより、
円周方向に沿って徐々に進展した疲労クラックの様相を示しており、
これは単なる振動だけでなく、
  • 冷間始動〜停止を繰り返すことによる熱膨張・収縮(熱サイクル)
  • 走行中のエンジン振動
これらが長期間にわたって重畳した結果、
溶接部に応力が蓄積されて発生したものと考えるのが妥当です。

実際、パイプ表面には高温履歴を示す焼け色や煤の付着が確認でき、
排ガス漏れがクラック進展とともに徐々に顕在化していったことを裏付けています。

海外のVOLVOフォーラムでも同様の部位での事例が報告されていること、
また対策品では当該溶接部周辺の形状が見直されている点を踏まえると、
このEGRパイプは過走行車では疲労が表面化しやすい設計部位である可能性が高いと感じました。

今回のように走行距離が20万kmを超えてくると、
エンジンマウントや支持系部品の劣化によって振動入力が増えることもあり、
結果としてEGRパイプの溶接部にかかる負荷が加速された可能性も考えられます。

さてさて、新品部品と比較してみましょう!
角度を変えて、よく見てみると亀裂が入った部分は対策されてフランジ形状で肉厚に溶接されています。対策されているということは、耐久性に関する余裕度検証が不十分だったということですよね~ 2017~2019年前期頃のD4エンジンは対策前形状なのでしょうか? 

2019年後期ぐらいから、対策品になった可能性があります。
いつから対策部品に変わったのか興味があります。わかる人いましたら教えてください。
それにしても、やっかいな部分にあるEGRパイプです。メンテナンス性が悪い位置にある部品は信頼性評価を余裕度2~3倍で確認してほしいものです。

パイプ根本にアプローチする方法のおさらいします。手を突っ込む場所はサブバッテリーの左側(赤色〇印)となります。

この箇所の奥にコネクタ類が存在しているので、この各種コネクタとコネクタ固定ステー類を外せば、手が奥まで届きます。
そして手首を左に曲げていくと、パイプの根本(黄色〇印)が触れます。
亀裂があったパイプ側です。エキマニ側から飛び出ている部分はこんな感じ。それほど煤やオイルまみれの堆積物はなかったです。エンジンは過去に高速道路主体だったことを物語ってます。

この後、ガスケットが当たる面を綺麗にふき取って面出ししておきました。
今回はガスケットの当たる面から漏れていませんので、面は比較的綺麗でしたね!
通常トルクスネジは勝手に緩められたりしないような場所に使われますが、クラックが入った側は普通のM10ネジでした。奥まったところは素人が簡単に外したりできないだろうということでM10だったのかな? それともメンテしやすいようにM10なのかな~
(ちょっと疑問です。EGRクーラー側もM10でいいじゃんね~)
さて新品を取り付けていきましょう! 新品をレイアウトしていきます。
やっぱ新品っていいよね~
EGRクーラー側を仮固定しておきます。
T40トルクスネジが長すぎるように感じます。(何か設計思想があるのか...?)
奥側のM10の締め付け完了。写真1枚しか残ってないけど、手を突っ込んでボルトを回して穴位置を探ったりして.... 見えないところの作業なのでボルト落とさないように手の感触だけで仮締めしていきました。

その後、ソケットレンチで少し締め付け力を強めにしておきました。適正トルクは不明ですが排気ガス(排圧)系統はバイクのマフラーと同じで強めの締め付けが必要です。
その後はややこしい電気配線類を元通りにすべく、まずはステーを2本のボルト(側面)で固定して、カプラー同士をカチ♪っと嵌めていきます。嵌め忘れないように何度も確認しました。センサーがつながるサブステーのボルト(下写真でほぼ中央にあるボルト)も忘れずに締め付けして正確に元通りに復元しましょう!
このでかいコネクタが分解前から金属ステーに固定されてなかったんだよね~ 今回の復元できっちり固定していたけど、前ユーザーさんの整備の時に固定し忘れたのかな?
左下にAVワイヤーで蛇腹保護した配線を固定しています。分解時に固定クリップ割っちゃったので、固定はAVワイヤーで代用です。(もうちょっと慎重にやればよかったな~)
いろんな角度から何度も覗いて、カプラー嵌合漏れなし♪ 指差し声出しチェック(笑)
あとはさっさと復元していくだけです。分解したのの逆の手順をやれば大丈夫です。
写真は残していませんが、この後エアクリーナーボックスとエンジンカバーを取り付けて復元完了させました。

最終確認

ボンネットを締めてエンジン始動! エアコン風量マックスで外気導入モードで確認です。
ほほほ~ 全く排ガス臭くないです。エンジン周辺も無臭です。 大成功だったようでね~
作業時間も約3時間で目標の4時間以内でした。

我が家のVOLVO XC60D$ 現在の走行距離は223,000kmです。 試走した際にちょっとアクセル踏み込むと、ぐいぐいっとターボが効いて走りが力強くなるのが感じられます。いままでよりターボの体感が明らかに良化しています。
まだまだ元気に走ってくれそうです。www

日本では発売されていなXC60(D5)というモデルがあります。この車種のEGRパイプ交換の様子を紹介したYoutubeを見つけました。参考までにリンクを貼っておきます。

◆亀裂の入ったEGRパイプの使い道

ブログ主の相方(奥様)のV40もD4エンジンを搭載してます。現在11万kmです。
そのうち、こちらのEGRパイプの亀裂が入る可能性があります。
 
XC60で回収した亀裂が入ったEGRパイプは溶接して再利用できるようにしておきたいです。対策品同様にフランジ形状として肉厚に強度アップできないか近くの町工場に相談する予定です。(実は溶接機が欲しくてたまらないブログ主でしたwww)

AIといろいろ会話してみた

■ なぜEGRパイプのフランジ形状は変更されたのか

― 技術的背景と対策理論 ―

今回交換したEGRパイプは、旧品と比べてフランジ周辺の形状が見直された対策品となっていました。
この形状変更は、単なる「強度アップ」ではなく、疲労破壊のメカニズムを踏まえた設計対策であると考えられます。

以下、その技術的な背景を整理します。


1. 旧品フランジ構造の技術的な弱点

旧品のEGRパイプは、

  • パイプとフランジ板が比較的急峻な形状で接合
  • 溶接止端付近に肉厚変化が集中
  • フランジ締結によってパイプの熱膨張が拘束される構造

となっていました。

この構造では、以下の応力が同一点に集中します。

  • 排ガス温度変動による軸方向・曲げ方向の熱応力
  • エンジン振動やEGRクーラ重量による交番曲げ応力
  • フランジ締結による平均応力(拘束応力)

特に問題となるのが、
溶接止端+熱影響部(HAZ)+肉厚急変部が重なっている点です。

このような部位は、疲労設計上、
**最もクラックが発生しやすい“典型的な弱点”**として知られています。


2. 対策品フランジ形状変更の狙い(設計思想)

対策品で行われた形状変更は、
「応力を下げる」よりも「応力を分散させる」ことを主目的にしていると考えられます。

設計者の意図を分解すると、主に以下の3点です。


① 応力集中係数(Kt)の低減

フランジ周辺の形状変更により、

  • 溶接部近傍のR形状拡大
  • 肉厚変化のなだらかな遷移

が行われている場合、これは明確に
応力集中係数(Stress Concentration Factor)を下げるための対策です。

疲労破壊は、

最大応力ではなく、局所的な応力集中で始まるため、ピーク応力を数%下げるだけでも、疲労寿命は桁違いに延びることがあります。


② 熱膨張拘束の緩和(剛性の再配分)

フランジ部の形状を見直すことで、

  • フランジ根元の曲げ剛性を意図的に下げる
  • パイプ側に微小な変形余裕を持たせる

設計になっている可能性があります。これは一見「弱くしている」ように見えますが、実際には逆で、

  • 完全拘束 → 応力集中
  • 適度な変形許容 → 応力緩和

という、高温配管設計では王道の考え方です。特にEGR配管のように、

  • 高温
  • 大きな温度変動
  • 長期使用

が前提の部位では、「剛性を上げる」よりも「逃がす」設計のほうが有効な場合が多くなります。


③ 溶接部の疲労環境改善

溶接部は材料的に、

  • 組織が粗く
  • 残留応力を抱え
  • 疲労に弱い

という特性があります。

対策品では、

  • 溶接位置の最適化
  • 溶接部が最大応力点にならない形状設計

が意図されていると考えられます。

つまり、

「溶接部を強くする」のではなく
「溶接部に仕事をさせすぎない」

という発想です。


3. 今回のクラック事象との整合性

実際に確認されたクラックは、

  • フランジとパイプの溶接止端近傍
  • 円周方向に進展する典型的な疲労クラック
  • 高温履歴・煤付着が明確

という特徴を示していました。

これは、

  • 熱サイクルによる平均応力
  • 振動による交番応力
  • 溶接止端の応力集中

長期間重畳した結果として、非常に整合性の高い破損形態です。

対策品の形状変更は、
この**「応力が一点に集まる構造」そのものを見直した結果**と考えるのが自然です。


4. なぜ対策品で再発しにくくなるのか

対策品では、

  • 応力集中が緩和され
  • 熱膨張による拘束応力が低減され
  • 振動による交番応力の振幅が下がる

疲労クラックが「発生しにくく」「進展しにくい」

状態になります。

特に今回のような20万km超の過走行条件では、
この差が寿命後半で大きく効いてくると考えられます。


■ 技術的まとめ

EGRパイプ対策品のフランジ形状変更は、

  • 単なる強度アップではなく
  • 応力集中・拘束・疲労メカニズムを踏まえた合理的な設計変更


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