JP2010090761A

JP2010090761A - 内燃機関のｅｇｒクーラ

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Publication number: JP2010090761A
Application number: JP2008260103A
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Inventors: Akira Hasegawa; 亮長谷川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-06
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Abstract

【課題】ＥＧＲクーラの冷却効率の低下を抑制する技術を提供する。
【解決手段】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。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲクーラに関する。

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。

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）。
特開２００１−３３０３９４号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ａｌ_２Ｏ_３−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（Ａｌ_２Ｏ_３）を例示できる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ａｌ_２Ｏ_３）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（Ａｌ_２Ｏ_３−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Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣの成分比率を高くするようにした。

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Ａｌ_２Ｏ_３−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Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣの成分比率を表す。

コーティング材のＡｌ_２Ｏ_３−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Ａｌ_２Ｏ_３−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Ａｌ_２Ｏ_３−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。

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Ａｌ_２Ｏ_３−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣの成分比率を高くするようにすればよい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ａｌ_２Ｏ_３−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Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣの成分比率を高くすると良い。

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。

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Ａｌ_２Ｏ_３−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Ａｌ_２Ｏ_３−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。

実施例１〜３におけるエンジン及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。ＥＧＲクーラ及びＬＰＬ−ＥＧＲクーラの断面図である。ＥＧＲクーラの使用期間とＥＧＲガス量との関係を示す図である。ＥＧＲクーラが新品状態の場合とＥＧＲクーラに煤が堆積した状態とのそれぞれの場合における筒内圧の変化を表す図である。ＥＧＲクーラの入口からの距離と煤の堆積量との関係を表す図である。ＥＧＲクーラの入口からの距離を表す座標を示す図である。ＥＧＲクーラ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。ＥＧＲクーラの入口からの距離とコーティング材におけるＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣの成分比率との関係を表す図である。ＥＧＲクーラの中心軸からの距離と煤の堆積量との関係を表す図である。ＥＧＲクーラ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。実施例４におけるエンジン及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。ＬＰＬ−ＥＧＲクーラの入口からの距離とＨＣの付着量との関係を表す図である。ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ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。

符号の説明

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
１６ＥＣＵ
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
２５ＥＧＲ弁
２６ＥＧＲ通路
２７ＥＧＲクーラ
３５ＬＰＬ−ＥＧＲ弁
３６ＬＰＬ−ＥＧＲ通路
３７ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ

Claims

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内燃機関のＥＧＲクーラ。
請求項１において、
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。
請求項１又は２において、
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。
請求項３において、
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。
請求項３において、
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。
請求項３において、
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。
請求項１又は２において、
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。
請求項７において、
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。
請求項７において、
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。
請求項７において、
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。
請求項７において、
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。