JP4905431B2 - EGR cooler for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関のEGRクーラに関する。 The present invention relates to an EGR cooler for an internal combustion engine.
ディーゼルエンジンでは、燃焼温度を抑制してNOxを低減する目的で排気の一部を吸気系に戻すEGRが行われている。EGRによるNOx低減効果を高めるためには、EGRガスの流通経路上にEGRクーラを備えてEGRガスを冷却することが有効である。 In a diesel engine, EGR for returning a part of exhaust gas to an intake system is performed for the purpose of suppressing combustion temperature and reducing NOx. In order to enhance the NOx reduction effect by EGR, it is effective to cool the EGR gas by providing an EGR cooler on the EGR gas flow path.
EGRクーラ内壁に排気中の煤が付着するとEGRガスの冷却効率が低下してEGRガス量が減少するため、NOx低減効果が落ちる。これに対して、EGRクーラの排気流通路に煤の付着防止効果に優れるコーティング材をコートする技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
煤の付着防止効果の高いコーティング材をコートしても、EGRクーラ内における煤の堆積を完全に防止することは困難であり、煤の堆積に伴ってEGRクーラの冷却効率が低下してエミッションが悪化する虞があった。また、EGRクーラに煤が堆積してEGRクーラの冷却効率が最も低下した場合においても排気規制に適合するように、例えば噴射時期をリタードする燃焼制御を行うため、EGRクーラが新品時の燃費性能が制限されるという問題もあった。 It is difficult to completely prevent soot accumulation in the EGR cooler even if it is coated with a coating material having a high effect of preventing soot adhesion, and as the soot accumulates, the cooling efficiency of the EGR cooler decreases and the emission is reduced. There was a risk of deterioration. In addition, even when soot accumulates on the EGR cooler and the cooling efficiency of the EGR cooler is the lowest, for example, combustion control is performed to retard the injection timing so that the EGR cooler is retarded so that the fuel efficiency performance when the EGR cooler is new There was also a problem that was limited.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、EGRクーラの冷却効率の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a problem, and it aims at providing the technique which suppresses the fall of the cooling efficiency of an EGR cooler.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のEGRクーラは、
EGRガスと冷媒との熱交換によってEGRガスを冷却するEGRクーラであって、
前記EGRクーラは、EGRガスと冷媒との熱的な接触部におけるEGRガスの流通側の壁面にコーティング材がコートされ、
前記コーティング材は、
EGRガスの流通により前記コーティング材が経時的に劣化することによる前記接触部を介した熱伝導の効率の上昇度合と、
EGRガスの流通により前記接触部におけるEGRガスの流通側の壁面へ排気成分が付着することによる前記接触部を介した熱伝導の効率の低下度合と、
が略同等となるように、コートされることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an EGR cooler for an internal combustion engine of the present invention includes:
An EGR cooler that cools the EGR gas by heat exchange between the EGR gas and the refrigerant,
The EGR cooler is coated with a coating material on the wall surface on the EGR gas distribution side in the thermal contact portion between the EGR gas and the refrigerant,
The coating material is
The degree of increase in the efficiency of heat conduction through the contact portion due to the deterioration of the coating material over time due to the flow of EGR gas,
The degree of decrease in the efficiency of heat conduction through the contact portion due to the exhaust component adhering to the wall surface on the EGR gas flow side in the contact portion due to the flow of EGR gas;
Are coated so that they are substantially equivalent.
EGRガスと冷媒との熱的な接触部とは、例えば、EGRガスの流通路内に冷媒の流通路が設けられる構成では、EGRガスの流通路と冷媒の流通路とを隔てる隔壁である。 The thermal contact portion between the EGR gas and the refrigerant is a partition that separates the EGR gas flow path from the refrigerant flow path in a configuration in which the refrigerant flow path is provided in the EGR gas flow path, for example.
この接触部におけるEGRガスの流通側の壁面にコートされたコーティング材は、酸性の排気成分や排気の熱によって経時的に劣化して減少していく。コーティング材の減少に伴ってEGRガスと冷媒との熱交換に対する抵抗が減少するため、接触部を介した熱伝導の効率は上昇する。すなわち、EGRクーラにおけるEGRガスの冷却効率が上昇する。 The coating material coated on the wall on the EGR gas distribution side in this contact portion deteriorates with time due to acidic exhaust components and exhaust heat and decreases. As the coating material decreases, the resistance to heat exchange between the EGR gas and the refrigerant decreases, so that the efficiency of heat conduction through the contact portion increases. That is, the cooling efficiency of the EGR gas in the EGR cooler is increased.
一方、接触部におけるEGRガスの流通側の壁面には排気成分が付着・堆積していく。
排気成分としては、煤や未燃燃料(炭化水素)などが挙げられる。このような排気成分の壁面への付着・堆積に伴ってEGRガスと冷媒との熱交換に対する抵抗が増大するため、接触部を介した熱伝導の効率は低下する。すなわち、EGRクーラにおけるEGRガスの冷却効率が低下する。
On the other hand, exhaust components adhere to and accumulate on the wall surface on the EGR gas distribution side in the contact portion.
Examples of exhaust components include soot and unburned fuel (hydrocarbon). As the exhaust component adheres to and accumulates on the wall surface, resistance to heat exchange between the EGR gas and the refrigerant increases, so that the efficiency of heat conduction through the contact portion decreases. That is, the cooling efficiency of the EGR gas in the EGR cooler is lowered.
EGRクーラが新品に近い使用過程初期においては、コーティング材はほとんど劣化していないため、コーティング材の存在によりEGRガスの冷却効率が制限される一方、排気成分はまだほとんど付着・堆積していないため、排気成分の存在によるEGRガスの冷却効率の低下は少ない。 In the early stage of use, when the EGR cooler is close to new, the coating material is hardly deteriorated. Therefore, the cooling efficiency of EGR gas is limited by the presence of the coating material, but the exhaust components are hardly adhered or deposited yet. The decrease in the cooling efficiency of the EGR gas due to the presence of exhaust components is small.
一方、EGRクーラの使用期間が長くなるに従い、コーティング材が徐々に劣化していくため、コーティング材の減少によりEGRガスの冷却効率が高くなっていく一方、排気成分の付着・堆積量が増大によりEGRガスの冷却効率が低くなっていく。 On the other hand, as the EGR cooler usage period becomes longer, the coating material gradually deteriorates, so the EGR gas cooling efficiency increases due to the decrease in the coating material, while the amount of exhaust components attached and accumulated increases. The cooling efficiency of EGR gas becomes lower.
本発明においては、このようなコーティング材の経時劣化に伴うEGRガスの冷却効率の上昇の度合と、EGRクーラ内壁面への排気成分の付着・堆積に伴うEGRガスの冷却効率の低下の度合と、が略同等となるように、コーティング材がコートされるので、EGRクーラの新品時から、長期の使用過程に亘って、常に略一定のEGRガスの冷却効率を維持することができる。 In the present invention, the degree of increase in the cooling efficiency of EGR gas due to such aging degradation of the coating material, and the degree of decrease in the cooling efficiency of EGR gas due to the attachment / deposition of exhaust components on the inner wall surface of the EGR cooler Since the coating material is coated so as to be substantially equivalent to each other, it is possible to maintain a substantially constant cooling efficiency of the EGR gas from a new EGR cooler over a long period of use.
従って、EGRクーラの新品時における燃費性能が制限されないような燃焼制御を行うことができる。 Therefore, it is possible to perform combustion control so that the fuel efficiency performance of the EGR cooler when it is new is not limited.
本発明におけるコーティング材としては、前記接触部を構成する材料の熱伝導率よりその熱伝導率が低く、EGRガスに対する耐食性が所定レベルより低いものを用いると良い。 As the coating material in the present invention, a coating material whose thermal conductivity is lower than the thermal conductivity of the material constituting the contact portion and whose corrosion resistance against EGR gas is lower than a predetermined level may be used.
耐食性が所定レベルより低いとは、長期間のEGRガスの流通に伴う経時的な排気成分の付着・堆積による接触部における熱伝導率の低下度合と、同程度の熱伝導率の上昇をもたらすような劣化が、経時的にコーティング材に生じるような耐食性である。 If the corrosion resistance is lower than the predetermined level, the degree of decrease in the thermal conductivity at the contact portion due to the attachment / deposition of exhaust components over time associated with the flow of EGR gas over a long period of time and the same increase in thermal conductivity The corrosion resistance is such that a serious deterioration occurs in the coating material over time.
接触部を構成する材料より熱伝導率が低いコーティング材を接触部壁面にコートすることにより、当該接触部を介したEGRガスと冷媒との熱交換の効率は、コーティング材をコートしない場合よりも低くなる。そして、接触部における熱伝導率は、コーティング材の劣化に伴って、接触部を構成する材料の熱伝導率と等しい熱伝導率に向かって徐々に増加していくことになる。 By coating the wall surface of the contact portion with a coating material having a lower thermal conductivity than the material constituting the contact portion, the efficiency of heat exchange between the EGR gas and the refrigerant through the contact portion is greater than when the coating material is not coated. Lower. And the thermal conductivity in a contact part will increase gradually toward thermal conductivity equal to the thermal conductivity of the material which comprises a contact part with deterioration of a coating material.
EGRガスに対する耐食性が比較的弱いコーティング材をコートするので、EGRクーラの使用過程での経時的なコーティング材の劣化が確実に起こるようになる。これにより、接触部における排気成分の付着・堆積による熱伝導の効率の低下と好適にバランスするように、接触部におけるコーティング材の劣化由来の熱伝導率の上昇を生じせしめることが可能となる。 Since the coating material having a relatively weak corrosion resistance against the EGR gas is coated, the deterioration of the coating material with the passage of time during the use of the EGR cooler is surely caused. As a result, it is possible to cause an increase in the thermal conductivity derived from the deterioration of the coating material in the contact portion so as to balance with a decrease in the efficiency of heat conduction due to the adhesion / deposition of exhaust components in the contact portion.
上述したように、接触部におけるEGRガスと冷媒との間の熱伝導の効率は、接触部における排気成分の付着・堆積により低下する。本発明は、この低下の度合を相殺するような熱伝導率の上昇が生じるように、比較的耐食性の弱いコーティング材を接触部にコートすることを特徴とする技術である。 As described above, the efficiency of heat conduction between the EGR gas and the refrigerant in the contact portion decreases due to the attachment / deposition of exhaust components in the contact portion. The present invention is a technique characterized in that the contact portion is coated with a coating material having relatively low corrosion resistance so as to cause an increase in thermal conductivity that cancels out the degree of the decrease.
ここで、接触部の壁面に付着する排気成分量は、EGRクーラ内の位置や排気成分の種類に応じたばらつきが生じる。従って、排気成分の付着に起因する熱伝導の効率の低下度
合も、EGRクーラ内の位置や排気成分の種類に応じてばらつくと考えられる。従って、コーティング材は、このEGRクーラ内の位置や排気成分の種類に応じた熱伝導の効率の低下度合のばらつき応じて、接触部壁面にコートすることが好ましい。
Here, the amount of exhaust component adhering to the wall surface of the contact portion varies depending on the position in the EGR cooler and the type of exhaust component. Therefore, it is considered that the degree of decrease in the efficiency of heat conduction caused by the attachment of exhaust components varies depending on the position in the EGR cooler and the type of exhaust components. Therefore, it is preferable that the coating material is coated on the wall surface of the contact portion according to the variation in the degree of decrease in the efficiency of heat conduction according to the position in the EGR cooler and the type of exhaust component.
例えば、EGRガスの流通により前記接触部の壁面に付着する排気成分量のEGRクーラ内の位置によるばらつきに応じて、前記コーティング材の厚みを異ならせるようにすると良い。 For example, the thickness of the coating material may be varied in accordance with the variation in the amount of exhaust component adhering to the wall surface of the contact portion due to the flow of EGR gas depending on the position in the EGR cooler.
接触部における排気成分の付着量が多い箇所ほど、熱伝導の効率の低下の度合が大きい。従って、そのような箇所は熱伝導の効率の上昇が生じ易くなるように、言い換えると、コーティング材の劣化が進行し易くなるように、コーティング材の厚みを薄くすると良い。逆に、接触部における排気成分の付着量が少ない箇所では、熱伝導の効率の低下の度合が小さいので、コーティング材の劣化が進行しにくくなるように、コーティング材の厚みを厚くすると良い。 The more the amount of exhaust component adhering to the contact portion, the greater the degree of decrease in heat conduction efficiency. Therefore, the thickness of the coating material is preferably thin so that the efficiency of heat conduction is likely to occur in such a part, in other words, the deterioration of the coating material is likely to proceed. Conversely, at locations where the amount of exhaust component attached to the contact portion is small, the degree of decrease in the efficiency of heat conduction is small, so that the thickness of the coating material is preferably increased so that the deterioration of the coating material is unlikely to proceed.
例えば、排気中の煤は、EGRクーラの入口に近いほど壁面に堆積し易い。従って、煤の堆積に起因する熱伝導の効率の低下の度合は、EGRクーラの入口に近い位置ほど大きい。よって、煤の堆積に起因する熱伝導の効率の低下を好適に相殺するような熱伝導の効率の上昇を、コーティング材の劣化によって生じせしめるためには、EGRクーラのEGRガスの流入口からの距離が短いほど、コーティング材の厚みを薄くすると良い。 For example, soot in the exhaust gas is more likely to accumulate on the wall surface as it is closer to the inlet of the EGR cooler. Therefore, the degree of decrease in the efficiency of heat conduction due to soot deposition is greater as the position is closer to the EGR cooler inlet. Therefore, in order to cause an increase in the efficiency of heat conduction that suitably offsets the decrease in the efficiency of heat conduction caused by soot deposition, the deterioration of the coating material causes the increase in the efficiency from the EGR gas inlet of the EGR cooler. The shorter the distance, the better the thickness of the coating material.
こうすることにより、煤の堆積に起因して熱伝導の効率が低下し易いEGRクーラの入口に近い位置ほど、コーティング材の劣化が進行し易くなるので、コーティング材の劣化に起因して経時的に熱伝導の効率が上昇し易くなる。よって、EGRクーラ全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。 By doing so, the closer the entrance to the EGR cooler where the efficiency of heat conduction is likely to be reduced due to the accumulation of soot, the easier the deterioration of the coating material proceeds. In addition, the efficiency of heat conduction is likely to increase. Therefore, it becomes possible to make the cooling efficiency of EGR gas constant throughout the entire EGR cooler.
排気中の未燃燃料等の炭化水素(HC)は、EGRクーラの入口から遠いほど壁面に付着し易い。これは、EGRクーラの入口から遠いほど温度が低いからである。EGRクーラにおけるHCの付着は、例えば、酸化触媒後の排気をEGRガスとして取り出すように構成されたEGRシステム(例えばLPL−EGRシステム)において、酸化触媒が活性化していない低温条件で、起こり易い。 Hydrocarbons (HC) such as unburned fuel in the exhaust gas are more likely to adhere to the wall surface as the distance from the EGR cooler inlet increases. This is because the temperature is lower as the distance from the inlet of the EGR cooler increases. For example, in the EGR system (for example, LPL-EGR system) configured to take out the exhaust gas after the oxidation catalyst as EGR gas, the adhesion of HC in the EGR cooler is likely to occur under a low temperature condition where the oxidation catalyst is not activated.
HCの付着に起因する熱伝導の効率の低下の度合は、EGRクーラの入口から遠い位置ほど大きい。よって、HCの付着に起因する熱伝導の効率の低下を好適に相殺するような熱伝導の効率の上昇を、コーティング材の劣化によって生じせしめるためには、EGRクーラのEGRガスの流入口からの距離が長いほど、コーティング材の厚みを薄くすると良い。 The degree of decrease in the efficiency of heat conduction due to the adhesion of HC is larger as the position is farther from the inlet of the EGR cooler. Therefore, in order to cause an increase in the efficiency of heat conduction that suitably offsets the decrease in the efficiency of heat conduction caused by the adhesion of HC due to the deterioration of the coating material, the EGR gas from the EGR gas inlet of the EGR cooler The longer the distance, the thinner the coating material.
こうすることにより、HCの付着に起因して熱伝導の効率が低下し易いEGRクーラの入口から遠い位置ほど、コーティング材の劣化が進行し易くなるので、コーティング材の劣化に起因して経時的に熱伝導の効率が上昇し易くなる。よって、EGRクーラ全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。 By doing so, the further away from the EGR cooler inlet the heat transfer efficiency is likely to be reduced due to the adhesion of HC, the deterioration of the coating material is more likely to proceed. In addition, the efficiency of heat conduction is likely to increase. Therefore, it becomes possible to make the cooling efficiency of EGR gas constant throughout the entire EGR cooler.
また、煤はEGRクーラの中心軸付近ほど堆積し易い。従って、煤の堆積に起因する熱伝導の効率の低下の度合は、EGRクーラの中心軸に近い位置ほど大きい。よって、煤の堆積に起因する熱伝導の効率の低下を好適に相殺するような熱伝導の効率の上昇を、コーティング材の劣化によって生じせしめるためには、EGRクーラの中心軸からの距離が短いほど、コーティング材の厚みを薄くすると良い。 In addition, soot is more likely to accumulate near the central axis of the EGR cooler. Therefore, the degree of decrease in the efficiency of heat conduction caused by soot deposition is greater as the position is closer to the central axis of the EGR cooler. Therefore, in order to cause an increase in the efficiency of heat conduction that suitably offsets the decrease in the efficiency of heat conduction caused by soot deposition due to the deterioration of the coating material, the distance from the central axis of the EGR cooler is short. It is better to reduce the thickness of the coating material.
こうすることにより、煤の堆積に起因して熱伝導の効率が低下し易いEGRクーラの中
心軸から近い位置ほど、コーティング材の劣化が進行し易くなるので、コーティング材の劣化に起因して経時的に熱伝導の効率が上昇し易くなる。よって、EGRクーラ全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。
By doing so, the closer to the central axis of the EGR cooler where the efficiency of heat conduction is likely to be reduced due to soot accumulation, the deterioration of the coating material is more likely to proceed. In particular, the efficiency of heat conduction is likely to increase. Therefore, it becomes possible to make the cooling efficiency of EGR gas constant throughout the entire EGR cooler.
以上のように、EGRクーラ内の位置による煤やHCの付着・堆積量のばらつきに応じて、コーティング材の厚みを異ならせることにより、EGRクーラの全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。すなわち、EGRガスの冷却効率の時間的(経時的)な変動のみならず空間的な変動をも抑制することが可能となり、より一層の燃費の向上が可能となる。 As described above, the cooling efficiency of the EGR gas is constant over the entire EGR cooler by varying the thickness of the coating material according to the variation in the amount of adhesion and deposition of soot and HC depending on the position in the EGR cooler. It becomes possible to. That is, not only the temporal (temporal) variation of the cooling efficiency of the EGR gas but also the spatial variation can be suppressed, and the fuel efficiency can be further improved.
また、本発明において、EGRクーラ内の位置や排気成分の種類に応じた熱伝導の効率の低下度合のばらつきに応じてコーティング材をコートするために、
前記コーティング材は、EGRガスに対する耐食性が比較的弱い第1成分と、EGRガスに対する耐食性が比較的強い第2成分と、を含み、
EGRガスの流通により前記接触部の壁面に付着する排気成分量のEGRクーラ内の位置によるばらつきに応じて、前記コーティング材の前記第1成分と前記第2成分との成分比率を異ならせるようにしても良い。
In the present invention, in order to coat the coating material according to the variation in the degree of reduction in the efficiency of heat conduction according to the position in the EGR cooler and the type of exhaust component,
The coating material includes a first component having relatively weak corrosion resistance against EGR gas and a second component having relatively strong corrosion resistance against EGR gas,
The component ratio between the first component and the second component of the coating material is made different according to the variation in the amount of exhaust component adhering to the wall surface of the contact portion due to the flow of EGR gas depending on the position in the EGR cooler. May be.
接触部における排気成分の付着量が多い箇所ほど、熱伝導の効率の低下の度合が大きいので、そのような箇所は熱伝導の効率の上昇が生じ易くなるように、言い換えると、コーティング材の劣化が進行し易くなるように、コーティング材の成分構成において、耐食性の弱い第1成分の比率を高くすると良い。逆に、接触部における排気成分の付着量が少ない箇所では、熱伝導の効率の低下の度合が小さいので、コーティング材の劣化が進行しにくくなるように、コーティング材の成分構成において、耐食性の強い第2成分の比率を高くすると良い。 The higher the amount of exhaust component adhering to the contact part, the greater the degree of decrease in the efficiency of heat conduction, so that such places are more likely to increase the efficiency of heat conduction, in other words, the deterioration of the coating material In the component composition of the coating material, it is preferable to increase the ratio of the first component having a weak corrosion resistance. Conversely, in places where the amount of exhaust components adhering to the contact portion is small, the degree of decrease in the efficiency of heat conduction is small, so that the coating material composition is highly corrosion resistant so that the coating material does not easily deteriorate. It is preferable to increase the ratio of the second component.
例えば、排気中の煤はEGRクーラの入口に近いほど壁面に堆積し易い。従って、煤の堆積に起因する熱伝導の効率の低下の度合は、EGRクーラの入口に近い位置ほど大きい。よって、煤の堆積に起因する熱伝導の効率の低下を好適に相殺するような熱伝導の効率の上昇を、コーティング材の劣化によって生じせしめるためには、EGRクーラのEGRガスの流入口からの距離が短いほど、耐食性の弱い第1成分の比率を高くすると良い。 For example, soot in the exhaust gas is more likely to accumulate on the wall surface as it is closer to the EGR cooler inlet. Therefore, the degree of decrease in the efficiency of heat conduction due to soot deposition is greater as the position is closer to the EGR cooler inlet. Therefore, in order to cause an increase in the efficiency of heat conduction that suitably offsets the decrease in the efficiency of heat conduction caused by soot deposition, the deterioration of the coating material causes the increase in the efficiency from the EGR gas inlet of the EGR cooler. The shorter the distance, the higher the ratio of the first component having a weak corrosion resistance.
こうすることにより、煤の堆積に起因して熱伝導の効率が低下し易いEGRクーラの入口に近い位置ほど、コーティング材の劣化が進行し易くなるので、コーティング材の劣化に起因して経時的に熱伝導の効率が上昇し易くなる。よって、EGRクーラ全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。 By doing so, the closer the entrance to the EGR cooler where the efficiency of heat conduction is likely to be reduced due to the accumulation of soot, the easier the deterioration of the coating material proceeds. In addition, the efficiency of heat conduction is likely to increase. Therefore, it becomes possible to make the cooling efficiency of EGR gas constant throughout the entire EGR cooler.
排気中のHCは、上述したように、EGRクーラの入口から遠いほど壁面に付着し易い。従って、HCの付着に起因する熱伝導の効率の低下の度合は、EGRクーラの入口から遠い位置ほど大きい。よって、HCの付着に起因する熱伝導の効率の低下を好適に相殺するような熱伝導の効率の上昇を、コーティング材の劣化によって生じせしめるためには、EGRクーラのEGRガスの流入口からの距離が長いほど、耐食性の弱い第1成分の比率を高くすると良い。 As described above, the HC in the exhaust gas is more likely to adhere to the wall surface as the distance from the inlet of the EGR cooler increases. Therefore, the degree of decrease in the efficiency of heat conduction due to the adhesion of HC is larger as the position is farther from the EGR cooler inlet. Therefore, in order to cause an increase in the efficiency of heat conduction that suitably offsets the decrease in the efficiency of heat conduction caused by the adhesion of HC due to the deterioration of the coating material, the EGR gas from the EGR gas inlet of the EGR cooler The longer the distance, the higher the ratio of the first component with weak corrosion resistance.
こうすることにより、HCの付着に起因して熱伝導の効率が低下し易いEGRクーラの入口から遠い位置ほど、コーティング材の劣化が進行し易くなるので、コーティング材の劣化に起因して経時的に熱伝導の効率が上昇し易くなる。よって、EGRクーラ全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。 By doing so, the further away from the EGR cooler inlet the heat transfer efficiency is likely to be reduced due to the adhesion of HC, the deterioration of the coating material is more likely to proceed. In addition, the efficiency of heat conduction is likely to increase. Therefore, it becomes possible to make the cooling efficiency of EGR gas constant throughout the entire EGR cooler.
また、煤はEGRクーラの中心軸付近ほど堆積し易い。従って、煤の堆積に起因する熱
伝導の効率の低下の度合は、EGRクーラの中心軸に近い位置ほど大きい。よって、煤の堆積に起因する熱伝導の効率の低下を好適に相殺するような熱伝導の効率の上昇を、コーティング材の劣化によって生じせしめるためには、EGRクーラの中心軸からの距離が短いほど、耐食性の弱い第1成分の比率を高くすると良い。
In addition, soot is more likely to accumulate near the central axis of the EGR cooler. Therefore, the degree of decrease in the efficiency of heat conduction caused by soot deposition is greater as the position is closer to the central axis of the EGR cooler. Therefore, in order to cause an increase in the efficiency of heat conduction that suitably offsets the decrease in the efficiency of heat conduction caused by soot deposition due to the deterioration of the coating material, the distance from the central axis of the EGR cooler is short. It is better to increase the ratio of the first component having weak corrosion resistance.
こうすることにより、煤の堆積に起因して熱伝導の効率が低下し易いEGRクーラの中心軸から近い位置ほど、コーティング材の劣化が進行し易くなるので、コーティング材の劣化に起因して経時的に熱伝導の効率が上昇し易くなる。よって、EGRクーラ全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。 By doing so, the closer to the central axis of the EGR cooler where the efficiency of heat conduction is likely to be reduced due to soot accumulation, the deterioration of the coating material is more likely to proceed. In particular, the efficiency of heat conduction is likely to increase. Therefore, it becomes possible to make the cooling efficiency of EGR gas constant throughout the entire EGR cooler.
以上のように、EGRクーラ内の位置による煤やHCの付着・堆積量のばらつきに応じて、コーティング材の成分比率を異ならせることにより、EGRクーラ全体に亘って、EGRガスの冷却効率を一定にすることが可能となる。すなわち、EGRガスの冷却効率の時間的(経時的)な変動のみならず空間的な変動をも抑制することが可能となり、より一層の燃費の向上が可能となる。 As described above, the cooling efficiency of the EGR gas is constant over the entire EGR cooler by changing the component ratio of the coating material according to the variation in the amount of adhesion and deposition of soot and HC depending on the position in the EGR cooler. It becomes possible to. That is, not only the temporal (temporal) variation of the cooling efficiency of the EGR gas but also the spatial variation can be suppressed, and the fuel efficiency can be further improved.
EGRガスに対する耐食性が比較的弱い第1成分としては、例えば、アルミナ−チタン・カーバイド系セラミック(Al2O3−TiC)を例示できる。また、EGRガスに対する耐食性が強い第2成分としては、例えば、アルミナ系セラミック(Al2O3)を例示できる。
The relatively weak first component corrosion resistance to EGR gas, for example, alumina - titanium carbide-based ceramic (Al 2 O 3 -TiC) can be mentioned. As the second component is a strong corrosion resistance to EGR gas, for example, it can be exemplified alumina-based
本発明により、EGRクーラの冷却効率の低下を抑制することが可能になる。 By this invention, it becomes possible to suppress the fall of the cooling efficiency of an EGR cooler.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
図1は、本発明に係るEGRクーラを適用する内燃機関及びその吸気系、排気系の概略構成を模式的に示す概念図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an EGR cooler according to the present invention is applied and its intake system and exhaust system.
エンジン1は4つの気筒4を有するディーゼルエンジンである。各気筒4には筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁10が備えられている。
The
各気筒4は図示しない吸気ポートを介して吸気マニホールド17に連通している。吸気マニホールド17は吸気通路2に接続している。吸気通路2には後述するEGR通路26が接続され、その上流側にスロットル弁9が備えられ、その上流側にインタークーラ6が備えられ、その上流側にターボチャージャ13のコンプレッサ11が備えられ、その上流側にエアフローメータ7が備えられている。
Each cylinder 4 communicates with an intake manifold 17 via an intake port (not shown). The intake manifold 17 is connected to the
各気筒4は図示しない排気ポートを介して排気マニホールド18に連通している。排気マニホールド18は排気通路3に接続している。排気通路3にはEGR通路26、その下流側にターボチャージャ13のタービン12、その下流側に排気浄化装置8が備えられている。排気浄化装置8は、ディーゼルパティキュレートフィルタ、酸化触媒、吸蔵還元型NOx触媒等を含んで構成される。
Each cylinder 4 communicates with an
EGR通26は、排気通路3と吸気通路2とを連通し、エンジン1からの排気の一部を取り出してEGRガスとして吸気通路2に流入させる。EGR通路26には、EGR通路
26内を流通するEGRガスを冷却するEGRクーラ27が備えられている。EGRクーラ27より下流側(吸気通路2側)にはEGRガス量を調節するEGR弁25が備えられている。
The
エンジン1には、アクセルペダル22の開度を測定するアクセル開度センサ19、エンジン1のクランクシャフトの回転角度を測定するクランク角度センサ20が備えられている。
The
エンジン1には、エンジン1の運転状態を制御するコンピュータユニットであるECU16が備えられている。ECU16は制御プログラムを実行するCPU、制御プログラムを格納したROM、測定データや演算結果を一時的に格納するRAM等を有する。ECU16には上述したエアフローメータ7、アクセル開度センサ19、クランク角度センサ20の他、各種センサが接続され、それら各センサによる計測値がECU16に入力される。また、ECU16には上述した燃料噴射弁10、スロットル弁9、EGR弁25の他、各種機器が接続され、それら各機器の動作がECU16からの制御信号により制御される。
The
図2は、EGRクーラ27の断面図を表す図である。図2に示すように、EGRクーラ27内部は、EGRガスが流通するEGRガス流路28と、冷媒であるエンジン1の冷却水が流通する冷却水流路29と、が形成されており、両者の間の隔壁30を介して、EGRガスと冷媒との間で熱交換が行われることにより、EGRガスが冷却される。隔壁30が本発明における「EGRガスと冷媒との熱的な接触部」に相当する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
隔壁30のEGRガス流路28側の壁面には、経時的にEGRガス中の煤が堆積し、隔壁30を介したEGRガスと冷媒との熱交換の効率を低下させ、EGRガス量が減少する要因となる。図3は、EGRクーラ27の使用期間とEGRガス量との関係を示す図である。図3の横軸はEGRクーラ27の使用期間を月単位で示し、縦軸はEGRガス量を示している。図3に示すように、EGRクーラ27の使用期間が長くなるにつれて、EGRガス量が低下していく。
On the wall surface of the
EGRガス量が減少すると十分なNOx低減効果が得られなくなる。従来、このようにEGRガス量の減少によりNOx低減効果が低下した条件下においても、排気規制に適合可能なように、燃料噴射時期をリタードする等の燃焼制御を行うことによって、EGRクーラの長期に亘る使用過程において排気規制に適合するようにしていた。 When the amount of EGR gas decreases, a sufficient NOx reduction effect cannot be obtained. Conventionally, long-term operation of the EGR cooler has been performed by performing combustion control such as retarding the fuel injection timing so as to be compatible with the exhaust regulations even under such a condition that the NOx reduction effect is reduced due to the decrease in the EGR gas amount. In order to meet the exhaust emission regulations in the process of use.
しかしながら、そのようなNOx低減効果の最も不利な条件で燃焼制御を適合させると、EGRクーラの新品時における燃費性能が制限されるという問題がある。図4は、EGRクーラが新品の状態と、EGRクーラに煤が堆積してEGRガス量が減少した状態と、のそれぞれの状態においてこのような燃焼制御を行った場合の筒内圧の変化の様子を示す図である。図4の横軸はクランク角度を表し、縦軸は筒内圧を表す。図4に示すように、EGRクーラに煤が堆積してEGRガス量が減少した状態において、NOx排出量が排気規制に適合するように、燃料噴射時期をリタードしておくと、EGRクーラに煤が堆積していない新品状態では筒内圧が十分に上昇せず、燃費の面で不利になる。 However, when the combustion control is adapted under the most disadvantageous condition of such NOx reduction effect, there is a problem that the fuel efficiency performance when the EGR cooler is new is limited. FIG. 4 shows how the in-cylinder pressure changes when such combustion control is performed in a state where the EGR cooler is new and a state where soot accumulates on the EGR cooler and the amount of EGR gas decreases. FIG. The horizontal axis in FIG. 4 represents the crank angle, and the vertical axis represents the in-cylinder pressure. As shown in FIG. 4, when the fuel injection timing is retarded so that the NOx emission amount conforms to the exhaust regulations in the state where soot has accumulated in the EGR cooler and the amount of EGR gas has decreased, the EGR cooler will In a new state in which no deposit is accumulated, the in-cylinder pressure does not rise sufficiently, which is disadvantageous in terms of fuel consumption.
このような問題に鑑みて、本実施例では、EGRクーラ27内の隔壁30のEGRガス流路28側の壁面に、隔壁30を構成する材料の熱伝導率よりその熱伝導率が低く、且つ、EGRガス中の硝酸等の酸性成分に対する耐食性が強過ぎないコーティング材をコートし、コーティング材が経時的に劣化していくようにした。
In view of such a problem, in this embodiment, the thermal conductivity of the wall surface on the EGR
このコーティング材は、硝酸などの排気成分や排気の熱によって経時的に劣化して減少
していく。コーティング材の減少に伴ってEGRガスと冷却水との熱交換に対する抵抗が減少するため、隔壁30を介した熱伝導の効率は上昇する。すなわち、経時的にEGRクーラ27におけるEGRガスの冷却効率が上昇する。
This coating material degrades and decreases over time due to exhaust components such as nitric acid and heat of exhaust. As the coating material decreases, the resistance to heat exchange between the EGR gas and the cooling water decreases, so the efficiency of heat conduction through the
一方、隔壁30におけるEGRガス流路28側の壁面には排気中の煤が堆積していく。煤の堆積に伴ってEGRガスと冷却水との熱交換に対する抵抗が増大するため、隔壁30を介した熱伝導の効率は低下する。すなわち、経時的にEGRクーラ27におけるEGRガスの冷却効率が低下する。
On the other hand, soot in the exhaust gas accumulates on the wall surface of the
EGRクーラ27が新品に近い使用過程初期においては、コーティング材はほとんど劣化していないため、コーティング材の存在によりEGRガスの冷却効率が制限される一方、煤はまだほとんど堆積していないため、煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の低下は少ない。
When the
一方、EGRクーラ27の使用期間が長くなるに従い、コーティング材が徐々に劣化していくため、コーティング材の減少によりEGRガスの冷却効率が高くなっていく一方、煤の堆積量の増大によりEGRガスの冷却効率は低くなっていく。
On the other hand, as the usage period of the
本実施例では、このようなコーティング材の経時的な劣化に伴うEGRガスの冷却効率の上昇の度合と、EGRクーラ27の隔壁30のEGRガス流路28側の壁面への煤の堆積に伴うEGRガスの冷却効率の低下の度合と、が略同等となるように、コーティング材をコートするようにした。
In this embodiment, the degree of increase in the cooling efficiency of the EGR gas due to the deterioration of the coating material with time and the accumulation of soot on the wall surface of the
ここで、EGRクーラ27の入口からの距離と煤の堆積量との関係を図5に示す。図5において、横軸はEGRクーラ27の入口からの距離xを表し、縦軸は煤の堆積量を表す。EGRクーラ27の入口からの距離xは、図6に示すように、EGRクーラ27の入口を原点として張ったEGRガスの流れる向き(図6の矢印の向き)を正とする座標軸上の値である。図5に示すように、EGRクーラ27の入口からの距離が短い箇所では、煤が堆積し易く、従って煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が起こり易い。一方、EGRクーラ27の入口からの距離が長くなるほど、煤が溜まりにくくなるので、煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下は起こりにくくなる。すなわち、EGRクーラ27の入口側ほど、煤の堆積に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な低下の度合が大きくなる。
Here, the relationship between the distance from the inlet of the
そこで、本実施例では、EGRクーラ27の入口からの距離が短いほど、コーティング材の厚さを薄くするようにした。図7は、EGRクーラ27の入口からの距離とコーティング材の厚さとの関係を表す図である。図7の横軸はEGRクーラ27の入口からの距離xを表し、縦軸はコーティング材の厚さを表す。
Therefore, in this embodiment, the thickness of the coating material is reduced as the distance from the inlet of the
コーティング材の厚さが薄い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こり易い。従って、コーティング材の劣化によってEGRガスの冷却効率が経時的に上昇し易い。一方、コーティング材の厚さが厚い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こりにくいので、EGRガスの冷却効率の経時的な上昇が起こりにくい。よって、図7に示すように、EGRクーラ27の入口側ほどコーティング材の厚さを薄くすることにより、EGRクーラ27の入口側ほど、コーティング材の劣化に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な上昇の度合が大きくなる。
In places where the thickness of the coating material is thin, the coating material is likely to be deteriorated by an acidic component in the EGR gas. Therefore, the cooling efficiency of the EGR gas tends to increase with time due to the deterioration of the coating material. On the other hand, since the coating material is hardly deteriorated by the acidic component in the EGR gas at the portion where the coating material is thick, the cooling efficiency of the EGR gas hardly increases with time. Therefore, as shown in FIG. 7, the thickness of the coating material is made thinner toward the inlet side of the
本実施例では、煤の堆積に起因する経時的なEGRガスの冷却効率の低下度合と略同等の度合のEGRガスの冷却効率の上昇が、コーティング材の劣化に起因して経時的に生じるように、耐食性の強過ぎないコーティング材を、EGRクーラ27における煤の堆積量
のEGRクーラ27の入口からの距離によるばらつきに応じてその厚みを異ならせて、コーティング材をコートするようにした。
In this embodiment, an increase in the cooling efficiency of the EGR gas that is substantially the same as the degree of decrease in the cooling efficiency of the EGR gas over time due to soot deposition is likely to occur over time due to the deterioration of the coating material. In addition, the coating material that is not too strong in corrosion resistance was coated with the coating material having a different thickness depending on the variation in the amount of soot accumulated in the
こうすることで、煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が、コーティング材の劣化による経時的なEGRガスの冷却効率の上昇によって相殺され、結果としてEGRクーラ27のEGRガスの冷却効率が時間的に一定に保たれる。また、EGRクーラ27のEGRガスの流れ方向の位置の相違による煤の堆積量のばらつきに応じて、コーティング材の厚さを異ならせるようにしたので、EGRクーラ27のEGRガスの冷却効率が空間的にも一定に保たれる。
By so doing, the time-dependent decrease in the cooling efficiency of the EGR gas due to deposition of soot is offset by the increase in the cooling efficiency of the EGR gas over time due to the deterioration of the coating material. As a result, the cooling of the EGR gas in the
このように、本実施例のEGRクーラ27においては、EGRガスの冷却効率の経時的な変動やEGRクーラ27内の位置によるばらつきを抑制することができるので、EGRクーラ27の新品状態と長期間の使用過程を経た後とで、EGRガス量の変動を抑制することができる。従って、EGRクーラ27の新品状態においても長期間の使用過程を経た後においても燃費を最適化するとともに排気規制に適合させることも可能な燃焼制御を行うことが可能となる。
As described above, in the
実施例1では、EGRクーラ27における煤の堆積による経時的な冷却効率の低下の度合を相殺するような冷却効率の上昇が、コーティング材の経時的な劣化によってもたらされるようにするために、煤の堆積し易い箇所ほどコーティング材の厚さを薄くする例について説明した。
In Example 1, an increase in cooling efficiency that offsets the degree of decrease in cooling efficiency over time due to accumulation of soot in the
本実施例では、コーティング材の経時的な劣化に伴うEGRガスの冷却効率の上昇の度合と、EGRクーラ27の隔壁30のEGRガス流路28側の壁面への煤の堆積に伴うEGRガスの冷却効率の低下の度合と、が略同等となるように、煤の堆積し易さに応じてコーティング材の成分比率を異ならせてコーティング材をコートする例について説明する。
In the present embodiment, the degree of increase in the cooling efficiency of the EGR gas due to the deterioration of the coating material over time, and the EGR gas accompanying the accumulation of soot on the wall surface of the
本実施例では、EGRガス中の酸性成分に対する耐食性が強いアルミナ系セラミック(Al2O3)と、EGRガス中の酸性成分に対する耐食性がアルミナ系セラミックと比較して弱いアルミナ・チタン・カーバイド系セラミック(Al2O3−TiC)と、の複数の成分を主要成分として含有するコーティング材を、EGRクーラ27内のEGRガス流路28と冷却水流路29との隔壁30におけるEGRガス流路28側の壁面にコートする。そして、当該隔壁30の壁面において、煤が堆積し易く、経時的にEGRガスの冷却効率が低下し易い箇所ほど、耐食性の比較的弱いAl2O3−TiCの成分比率を高くするようにした。
In this example, alumina ceramic (Al 2 O 3 ) having strong corrosion resistance to acidic components in EGR gas and alumina / titanium / carbide ceramic having weak corrosion resistance to acidic components in EGR gas compared to alumina ceramics. (Al 2 O 3 —TiC) and a coating material containing a plurality of components as main components, the EGR
図8は、EGRクーラ27の入口からの距離とコーティング材のAl2O3−TiCの成分比率との関係を表す図である。図8の横軸はEGRクーラ27の入口からの距離xを表し、縦軸はコーティング材のAl2O3−TiCの成分比率を表す。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the distance from the inlet of the
コーティング材のAl2O3−TiCの成分比率が高い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こり易い。従って、コーティング材の劣化によってEGRガスの冷却効率が経時的に上昇し易い。一方、コーティング材のAl2O3−TiCの成分比率が低い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こりにくいので、EGRガスの冷却効率の経時的な上昇が起こりにくい。よって、図8に示すように、EGRクーラ27の入口側ほどコーティング材のAl2O3−TiCの成分比率を高くすることにより、EGRクーラ27の入口側ほど、コーティング材の劣化に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な上昇の度合が大きくなる。
In the portion where the Al 2 O 3 —TiC component ratio of the coating material is high, the coating material is likely to be deteriorated by the acidic component in the EGR gas. Therefore, the cooling efficiency of the EGR gas tends to increase with time due to the deterioration of the coating material. On the other hand, in a portion where the Al 2 O 3 —TiC component ratio of the coating material is low, deterioration of the coating material due to the acidic component in the EGR gas is unlikely to occur, so that the cooling efficiency of the EGR gas is unlikely to increase with time. Therefore, as shown in FIG. 8, by increasing the component ratio of Al 2 O 3 —TiC of the coating material toward the inlet side of the
本実施例では、煤の堆積に起因する経時的なEGRガスの冷却効率の低下度合と略同等の度合のEGRガスの冷却効率の上昇が、コーティング材の劣化に起因して経時的に生じるように、コーティング材における耐食性の比較的弱いAl2O3−TiCの成分比率を、EGRクーラ27における煤の堆積量のばらつきに応じて異ならせたコーティング材をコートするようにした。
In this embodiment, an increase in the cooling efficiency of the EGR gas that is substantially the same as the degree of decrease in the cooling efficiency of the EGR gas over time due to soot deposition is likely to occur over time due to the deterioration of the coating material. Furthermore, the coating material was made such that the component ratio of Al 2 O 3 —TiC, which is relatively weak in corrosion resistance in the coating material, was varied according to the variation in the amount of soot accumulated in the
こうすることで、煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が、コーティング材の劣化による経時的なEGRガスの冷却効率の上昇によって相殺され、結果としてEGRクーラ27のEGRガスの冷却効率が時間的に一定に保たれる。また、EGRクーラ27のEGRガスの流れ方向の位置の相違による煤の堆積量のばらつきに応じて、コーティング材における耐食性の比較的弱い成分の比率を異ならせるようにしたので、EGRクーラ27のEGRガスの冷却効率が空間的にも一定に保たれる。
By so doing, the time-dependent decrease in the cooling efficiency of the EGR gas due to deposition of soot is offset by the increase in the cooling efficiency of the EGR gas over time due to the deterioration of the coating material. As a result, the cooling of the EGR gas in the
従って、本実施例においても、EGRクーラ27のEGRガスの冷却効率の経時的な変動やEGRクーラ27内の位置によるばらつきを抑制することができるので、EGRクーラ27の新品時から長期の使用過程に亘って、排気規制に適合しかつ燃費を最適化する燃焼制御を行うことが可能となる。
Therefore, also in this embodiment, it is possible to suppress the variation over time of the cooling efficiency of the EGR gas of the
上記各実施例では、EGRクーラ27内のEGRガスの流れ方向の位置の相違による煤の堆積量のばらつきに応じて、コーティング材の厚さやコーティング材の成分比率を異ならせることにより、EGRクーラ27のEGRガス冷却効率の空間的なばらつきを抑制する例について説明したが、煤の堆積量のばらつきは、EGRクーラ27の中心軸からの距離によっても生じる。
In each of the above-described embodiments, the
EGRクーラ27の中心軸からの距離と煤の堆積量との関係を図9に示す。図9において、横軸はEGRクーラ27の中心軸からの距離rを表し、縦軸は煤の堆積量を表す。EGRクーラ27の中心軸からの距離rは、図2に示すように、EGRクーラ27の中心軸を原点として外側に向かう径方向の座標軸上の値である。図9に示すように、EGRクーラ27の中心軸に近い箇所では、煤が堆積し易く、従って煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が起こり易い。一方、EGRクーラ27の中心軸から遠くなるほど(外側に近くなるほど)、煤が溜まりにくくなるので、煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下は起こりにくくなる。すなわち、EGRクーラ27の中心軸側ほど、煤の堆積に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な低下の度合が大きくなる。
FIG. 9 shows the relationship between the distance from the central axis of the
そこで、本実施例では、EGRクーラ27の中心軸からの距離が短いほど、コーティング材の厚さを薄くするようにした。図10は、EGRクーラ27の中心軸からの距離とコーティング材の厚さとの関係を表す図である。図10の横軸はEGRクーラ27の中心軸からの距離rを表し、縦軸はコーティング材の厚さを表す。
Therefore, in this embodiment, the thickness of the coating material is reduced as the distance from the central axis of the
上述したように、コーティング材の厚さが薄い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こり易く、コーティング材の劣化によるEGRガスの冷却効率の経時的な上昇が生じ易い。一方、コーティング材の厚さが厚い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こりにくく、コーティング材の劣化によるEGRガスの冷却効率の経時的な上昇が生じにくい。よって、図10に示すように、EGRクーラ27の中心軸側ほどコーティング材の厚さを薄くすることにより、EGRクーラ27の中心軸側ほど、コーティング材の劣化に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な上昇の度合が大きくなる。
As described above, in a portion where the thickness of the coating material is thin, the coating material is likely to be deteriorated by an acidic component in the EGR gas, and the cooling efficiency of the EGR gas is likely to increase with time due to the deterioration of the coating material. On the other hand, in a portion where the thickness of the coating material is thick, the coating material is hardly deteriorated by an acidic component in the EGR gas, and the cooling efficiency of the EGR gas is hardly increased with time due to the deterioration of the coating material. Therefore, as shown in FIG. 10, by reducing the thickness of the coating material toward the central axis side of the
このように、本実施例では、煤の堆積に起因する経時的なEGRガスの冷却効率の低下
度合と略同等の度合のEGRガスの冷却効率の上昇が、コーティング材の劣化に起因して経時的に生じるように、耐食性の強過ぎないコーティング材を、EGRクーラ27における煤の堆積量のEGRクーラ27の中心軸からの距離によるばらつきに応じてその厚みを異ならせて、コーティング材をコートするようにした
As described above, in this example, the increase in the cooling efficiency of the EGR gas with the degree of the decrease in the cooling efficiency of the EGR gas with the lapse of time due to the accumulation of soot is caused by the deterioration of the coating material. Thus, the coating material is coated with a coating material that is not too strong in resistance to corrosion depending on the variation in the amount of soot accumulation in the
こうすることで、煤の堆積によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が、コーティング材の劣化による経時的なEGRガスの冷却効率の上昇によって相殺され、結果としてEGRクーラ27のEGRガスの冷却効率が時間的に一定に保たれる。また、EGRクーラ27の中心軸からの距離の相違による煤の堆積量のばらつきに応じて、コーティング材の厚さを異ならせるようにしたので、EGRクーラ27のEGRガスの冷却効率が空間的にも一定に保たれる。
By so doing, the time-dependent decrease in the cooling efficiency of the EGR gas due to deposition of soot is offset by the increase in the cooling efficiency of the EGR gas over time due to the deterioration of the coating material. As a result, the cooling of the EGR gas in the
なお、本実施例では、EGRクーラ27の中心軸からの距離に応じてコーティング材の厚さを異ならせることによって、EGRクーラ27における煤の堆積に起因する冷却効率の低下度合のEGRクーラ27の中心軸からの距離によるばらつきを吸収するようにしたが、実施例2と同様に、コーティング材における耐食性の異なる2つの成分の混合比率をEGRクーラ27の中心軸からの距離に応じて異ならせることによって、当該冷却効率の低下度合のばらつきを吸収するようにしても良い。
In this embodiment, the thickness of the coating material is varied according to the distance from the central axis of the
その場合、EGRクーラ27の中心軸からの距離が短いほど、コーティング材における耐食性の比較的弱いAl2O3−TiCの成分比率を高くするようにすればよい。
In that case, the shorter the distance from the central axis of the
次に、本発明をLPL−EGRシステムに適用した例について説明する。 Next, an example in which the present invention is applied to an LPL-EGR system will be described.
図11は、LPL−EGRシステムを備えたエンジンの概略構成を示す図である。図11において、図1で説明したエンジン構成と実質的に同一の構成要素については、同一の名称及び符号を用いて詳細な説明を割愛する。 FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of an engine including the LPL-EGR system. In FIG. 11, components that are substantially the same as the engine configuration described in FIG. 1 are not described in detail using the same names and symbols.
図11に示すシステムでは、図1で説明したEGR通路26とは別の系統のEGRシステムを備える。排気浄化装置8より下流側の排気通路3と、コンプレッサ11より上流側の吸気通路2とを連通し、エンジン1から排出されて排気浄化装置8を通過した排気の一部を取り出してEGRガスとして吸気通路2に流入させるLPL−EGR通路36を備える。LPL−EGR通路36には、LPL−EGR通路36内を流通するEGRガスを冷却するLPL−EGRクーラ37が備えられている。LPL−EGRクーラ37より下流側(吸気通路2側)にはEGRガス量を調節するLPL−EGR弁35が備えられている。LPL−EGR弁35の開度はECU16によって制御される。LPL−EGRクーラ37も、図2に示したEGRクーラ27と同様の構造を有し、その内部にEGRガス流路28及び冷却水流路29を有し、両者が隔壁30によって物理的に隔てられ、且つ熱的に接触している。
The system shown in FIG. 11 includes an EGR system of a system different from the
LPL−EGR通路36を流通するEGRガスは、上記のように排気浄化装置8を通過した排気であり、含有する煤の大部分が排気浄化装置8のディーゼルパティキュレートフィルによって捕集された排気である。従って、LPL−EGR通路36に設けられたLPL−EGRクーラ37においては、上記各実施例で説明したような、EGRガス量の顕著な低下をもたらすほどの煤の堆積は起こりにくい。
The EGR gas flowing through the LPL-
しかしながら、排気浄化装置8に含まれる酸化触媒が十分に活性化していない場合等においては、排気中の未燃燃料(炭化水素、HC)が排気浄化装置8において十分に除去されないので、HCを多く含む排気がLPL−EGRクーラ37に流入することになる。従
って、LPL−EGRクーラ37において、隔壁30のEGR流路28側の壁面には、HCが付着する。HCが付着すると、煤が堆積した場合と同様に、EGRガスと冷却水との隔壁30を介した熱交換に対する抵抗となり、LPL−EGRクーラ37のEGRガスの冷却効率が低下する要因となる。
However, in the case where the oxidation catalyst included in the exhaust purification device 8 is not sufficiently activated, unburned fuel (hydrocarbon, HC) in the exhaust gas is not sufficiently removed in the exhaust purification device 8, so that a large amount of HC is produced. The contained exhaust gas flows into the LPL-
従って、本実施例では、LPL−EGRクーラ37におけるHCの付着による経時的な冷却効率の低下の度合と、コーティング材の経時的な劣化に伴うEGRガスの冷却効率の上昇の度合と、が略同等となるように、コーティング材をコートすることとした。
Therefore, in the present embodiment, the degree of decrease in cooling efficiency over time due to HC adhesion in the LPL-
ここで、LPL−EGRクーラ37の入口からの距離とHCの付着量との関係を図12に示す。図12において、横軸はLPL−EGRクーラ37の入口からの距離xを表し、縦軸はHCの付着量を表す。LPL−EGRクーラ37の入口からの距離xは、図6に示したEGRクーラ27の場合と同様に、LPL−EGRクーラ37の入口を原点として張ったEGRガスの流れる向きを正とする座標軸上の値である。LPL−EGRクーラ37の入口側ほど温度が高く、入口から離れるほど温度が低くなる。HCは低温の場所ほど付着し易いので、図12に示すように、LPL−EGRクーラ37の入口からの距離が短い箇所では、HCが付着しにくく、従ってHCの付着によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が起こりにくい。一方、LPL−EGRクーラ37の入口からの距離が長くなるほど、HCが付着し易くなるので、HCの付着によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が起こり易くなる。すなわち、LPL−EGRクーラ37の入口から離れるほど、HCの付着に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な低下の度合が大きくなる。
Here, the relationship between the distance from the inlet of the LPL-
そこで、本実施例では、LPL−EGRクーラ37の入口からの距離が長いほど、コーティング材の厚さを薄くするようにした。図13は、LPL−EGRクーラ37の入口からの距離とコーティング材の厚さとの関係を表す図である。図13の横軸はLPL−EGRクーラ37の入口からの距離xを表し、縦軸はコーティング材の厚さを表す。
Therefore, in this embodiment, the coating material is made thinner as the distance from the inlet of the LPL-
コーティング材の厚さが薄い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こり易い。従って、コーティング材の劣化によってEGRガスの冷却効率が経時的に上昇し易い。一方、コーティング材の厚さが厚い箇所では、EGRガス中の酸性成分によるコーティング材の劣化が起こりにくいので、EGRガスの冷却効率の経時的な上昇が起こりにくい。よって、図13に示すように、LPL−EGRクーラ37の出口側ほどコーティング材の厚さを薄くすることにより、LPL−EGRクーラ37の出口側ほど、コーティング材の劣化に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な上昇の度合が大きくなる。
In places where the thickness of the coating material is thin, the coating material is likely to be deteriorated by an acidic component in the EGR gas. Therefore, the cooling efficiency of the EGR gas tends to increase with time due to the deterioration of the coating material. On the other hand, since the coating material is hardly deteriorated by the acidic component in the EGR gas at the portion where the coating material is thick, the cooling efficiency of the EGR gas hardly increases with time. Therefore, as shown in FIG. 13, by reducing the thickness of the coating material toward the outlet side of the LPL-
本実施例では、HCの付着に起因するEGRガスの冷却効率の経時的な低下度合と略同等の度合のEGRガスの冷却効率の上昇が、コーティング材の劣化に起因して経時的に生じるように、耐食性の強過ぎないコーティング材を、LPL−EGRクーラ37におけるHCの付着量のLPL−EGRクーラ37の入口からの距離によるばらつきに応じてその厚みを異ならせて、コーティング材をコートするようにした。
In the present embodiment, an increase in the cooling efficiency of the EGR gas, which is approximately the same as the time-dependent decrease in the cooling efficiency of the EGR gas due to the adhesion of HC, appears to occur over time due to the deterioration of the coating material. Furthermore, the coating material that is not too strong in corrosion resistance is coated with the coating material by varying the thickness according to the variation in the distance from the inlet of the LPL-
こうすることで、HCの付着によるEGRガスの冷却効率の経時的な低下が、コーティング材の劣化による経時的なEGRガスの冷却効率の上昇によって相殺され、結果としてLPL−EGRクーラ37のEGRガスの冷却効率が時間的に一定に保たれる。また、LPL−EGRクーラ37のEGRガスの流れ方向の位置の相違によるHCの付着量のばらつきに応じて、コーティング材の厚さを異ならせるようにしたので、LPL−EGRクーラ37のEGRガスの冷却効率が空間的にも一定に保たれる。
By doing so, the time-dependent decrease in the cooling efficiency of the EGR gas due to the adhesion of HC is offset by the increase in the cooling efficiency of the EGR gas over time due to the deterioration of the coating material. As a result, the EGR gas of the LPL-
このように、本実施例のLPL−EGRクーラ37においては、EGRガスの冷却効率
の経時的な変動やLPL−EGRクーラ37内の位置によるばらつきを抑制することができるので、LPL−EGRクーラ37の新品状態と長期間の使用過程を経た後とで、EGRガス量の変動を抑制することができる。従って、LPL−EGRクーラ37の新品状態においても長期間の使用過程を経た後においても燃費を最適化するとともに排気規制に適合させることも可能な燃焼制御を行うことが可能となる。
As described above, in the LPL-
なお、LPL−EGRクーラ37に本発明を適用する場合においても、EGRクーラ27についての上記各実施例と同様に、LPL−EGRクーラ37内の位置によるHCの付着量のばらつきに応じて、コーティング材における耐食性の比較的弱いAl2O3−TiCの成分比率を異ならせるようにしても良い。その場合、上述のようにLPL−EGRクーラ37の入口からの距離が長くなるほどHCの付着量が多くなる傾向があるので、LPL−EGRクーラ37の入口からの距離が長くなるほど、耐食性の比較的弱いAl2O3−TiCの成分比率を高くすると良い。
Even in the case where the present invention is applied to the LPL-
また、LPL−EGRクーラ37内の中心軸からの距離の相違によるHCの付着量のばらつきに応じて、コーティング材の厚さや耐食性に弱い成分比率を異ならせるようにしても良い。
In addition, depending on the variation in the amount of HC deposited due to the difference in the distance from the central axis in the LPL-
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記の各実施例ではEGRクーラの入口からの距離xに対してコーティングの厚さやAl2O3−TiCの成分比率を連続的且つリニアに変化させる例について説明したが、距離xに対してこれらの量を段階的に変化させても良いし、リニアでない関数関係で変化させても良い。例えば、実施例1の場合であれば距離xの増加に対してコーティング厚さを厚くする、実施例2の場合であれば距離xの増加に対してAl2O3−TiCの成分比率を低くする、という変化の傾向であれば、どのような変化のさせ方であっても良い。 The above-described embodiment is an example for explaining the present invention, and various modifications can be made to the above-described embodiment without departing from the gist of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, the example in which the coating thickness and the Al 2 O 3 —TiC component ratio are continuously and linearly changed with respect to the distance x from the inlet of the EGR cooler has been described. These amounts may be changed stepwise or may be changed in a non-linear functional relationship. For example, in the case of Example 1, the coating thickness is increased with increasing distance x, and in the case of Example 2, the component ratio of Al 2 O 3 —TiC is decreased with increasing distance x. Any change may be used as long as the change tendency is.
1 エンジン
2 吸気通路
3 排気通路
4 気筒
6 インタークーラ
7 エアフローメータ
8 排気浄化装置
9 スロットル弁
10 燃料噴射弁
11 コンプレッサ
12 タービン
13 ターボチャージャ
16 ECU
17 吸気マニホールド
18 排気マニホールド
19 アクセル開度センサ
20 クランク角度センサ
22 アクセルペダル
25 EGR弁
26 EGR通路
27 EGRクーラ
35 LPL−EGR弁
36 LPL−EGR通路
37 LPL−EGRクーラ
1
17
Claims (11)
前記EGRクーラは、EGRガスと冷媒との熱的な接触部におけるEGRガスの流通側の壁面にコーティング材がコートされ、
前記コーティング材は、
EGRガスの流通により前記コーティング材が経時的に劣化することによる前記接触部を介した熱伝導の効率の上昇度合と、
EGRガスの流通により前記接触部におけるEGRガスの流通側の壁面へ排気成分が付着することによる前記接触部を介した熱伝導の効率の低下度合と、
が略同等となるように、コートされることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 An EGR cooler that cools the EGR gas by heat exchange between the EGR gas and the refrigerant,
The EGR cooler is coated with a coating material on the wall surface on the EGR gas distribution side in the thermal contact portion between the EGR gas and the refrigerant,
The coating material is
The degree of increase in the efficiency of heat conduction through the contact portion due to the deterioration of the coating material over time due to the flow of EGR gas,
The degree of decrease in the efficiency of heat conduction through the contact portion due to the exhaust component adhering to the wall surface on the EGR gas flow side in the contact portion due to the flow of EGR gas;
Is an EGR cooler for an internal combustion engine, which is coated so as to be substantially equivalent.
前記コーティング材は、前記接触部を構成する材料の熱伝導率よりその熱伝導率が低く、EGRガスに対する耐食性が所定レベルより低いことを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 1,
The EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the coating material has a thermal conductivity lower than a thermal conductivity of a material constituting the contact portion, and has a corrosion resistance against EGR gas lower than a predetermined level.
EGRガスの流通により前記接触部の壁面に付着する排気成分量のEGRクーラ内の位置によるばらつきに応じて、前記コーティング材の厚みを異ならせることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 1 or 2,
An EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the thickness of the coating material is made different according to variations in the amount of exhaust components adhering to the wall surface of the contact portion due to the flow of EGR gas depending on the position in the EGR cooler.
前記EGRクーラのEGRガス流入口からの距離が短いほど、前記コーティング材の厚みを薄くすることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 3,
An EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the coating material is made thinner as the distance from the EGR gas inlet of the EGR cooler is shorter.
前記EGRクーラのEGRガス流入口からの距離が長いほど、前記コーティング材の厚みを薄くすることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 3,
An EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the coating material is made thinner as the distance from the EGR gas inlet of the EGR cooler is longer.
前記EGRクーラの中心軸からの距離が短いほど、前記コーティング材の厚みを薄くすることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 3,
An EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the coating material is made thinner as the distance from the central axis of the EGR cooler is shorter.
前記コーティング材は、EGRガスに対する耐食性が比較的弱い第1成分と、EGRガスに対する耐食性が比較的強い第2成分と、を含み、
EGRガスの流通により前記接触部の壁面に付着する排気成分量のEGRクーラ内の位置によるばらつきに応じて、前記コーティング材の前記第1成分と前記第2成分との成分比率を異ならせることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 1 or 2,
The coating material includes a first component having relatively weak corrosion resistance against EGR gas and a second component having relatively strong corrosion resistance against EGR gas,
The component ratio between the first component and the second component of the coating material is made different according to the variation in the amount of exhaust component adhering to the wall surface of the contact portion due to the flow of EGR gas depending on the position in the EGR cooler. An EGR cooler for internal combustion engines.
前記EGRクーラのEGRガス流入口からの距離が短いほど、前記第1成分の比率を高くすることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 7,
An EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the ratio of the first component is increased as the distance from the EGR gas inlet of the EGR cooler is shorter.
前記EGRクーラのEGRガス流入口からの距離が長いほど、前記第1成分の比率を高くすることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 7,
The EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the ratio of the first component is increased as the distance from the EGR gas inlet of the EGR cooler is longer.
前記EGRクーラの中心軸からの距離が短いほど、前記第1成分の比率を高くすることを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 7,
An EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the ratio of the first component is increased as the distance from the central axis of the EGR cooler is shorter.
前記第1成分は、アルミナ−チタン・カーバイド系セラミックであり、
前記第2成分は、アルミナ系セラミックである
ことを特徴とする内燃機関のEGRクーラ。 In claim 7,
The first component is an alumina-titanium carbide ceramic,
The EGR cooler for an internal combustion engine, wherein the second component is an alumina-based ceramic.
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