JP5293899B2 - 排気系部品およびegrクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法 - Google Patents
排気系部品およびegrクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5293899B2 JP5293899B2 JP2012530806A JP2012530806A JP5293899B2 JP 5293899 B2 JP5293899 B2 JP 5293899B2 JP 2012530806 A JP2012530806 A JP 2012530806A JP 2012530806 A JP2012530806 A JP 2012530806A JP 5293899 B2 JP5293899 B2 JP 5293899B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- exhaust
- exhaust system
- pipe
- system component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
- F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
- F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/16—Selection of particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/11—Manufacture or assembly of EGR systems; Materials or coatings specially adapted for EGR systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
- F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
- F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/50—Arrangements or methods for preventing or reducing deposits, corrosion or wear caused by impurities
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
- F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
- F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
- F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2510/00—Surface coverings
- F01N2510/08—Surface coverings for corrosion prevention
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Exhaust Silencers (AREA)
Description
本発明は、内燃機関を搭載した車両の排気装置に用いられる排気系部品およびこれを利用するEGRクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法に関し、特に、耐食性を向上できる排気系部品およびこれを利用するEGRクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法に関する。
一般に、自動車などの車両に搭載される内燃機関(以下、単にエンジンと呼ぶ)は、エンジン本体と、吸気装置と、排気装置とを備えている。エンジン本体は、燃料を空気とともに燃焼させて動力に変換する。吸気装置は、空気を吸引してエンジン本体に供給する。
排気装置は、燃料を燃焼することで発生する排出ガスを大気中に排出する。この種の排気装置は、例えば、排気マニホールドと、触媒コンバータと、熱回収器と、マフラと、排気管とを含んで構成されている。
また、近年では、エンジンに排出ガス再還流(以下、単にEGRと呼ぶ)装置が備えられることがある。EGR装置は、排気装置から排出ガスの一部を抜き出して吸気装置に供給してエンジン本体で再燃焼させるものである。
EGR装置は、例えば、EGR管とEGRクーラとを備えている。EGR管は、排気装置と吸気装置とを連結する。EGRクーラは、EGR管の途中に設けられるとともに、排気装置から供給された高温の排出ガスを冷却して吸気装置に供給する。
ここで、本明細書中では、上述した排気装置の構成部品やEGR装置の構成部品のように排出ガスに接触するものを排気系部品と呼ぶ。排気系部品は、排出ガスに接触する排気接触部と、大気に接触する露出部とを備えている。
一方、排出ガスは、水蒸気および炭酸ガス(CO2)を多く含み、その他に亜硫酸ガス(SO2)や窒素酸化物(NOx)などを含んでいる。高温の排出ガスが冷却されることにより、排出ガス中の水蒸気が凝縮されて凝縮水となり排気系部品の排気接触部に結露する。
そして、凝縮水に亜硫酸ガスが溶解することにより、硫酸(H2SO4)や無水硫酸(SO3)が生成される。また、凝縮水に窒素酸化物が溶解することにより、硝酸(NHO3)が生成される。
さらに、エンジンの燃料であるガソリンには原則として塩素は含まれないものの、国や地域によってはガソリンに塩素が含まれていることがある。また、エンジンオイルや大気には塩素が含まれる。このため、ガソリンやエンジンオイルや大気の塩素はエンジンの燃焼室で排出ガスに混合され、これにより排出ガス中に塩素が含まれることがある。そして、EGRクーラにおいて排出ガス中の塩素が凝縮水に溶解することにより、塩酸(HCl)が生成される。
これら硫酸、硝酸および塩酸のような強酸性の酸性水溶液が、排気系部品の排気接触部に接触して、排気接触部を腐食させる虞がある。
また、排気系部品の露出部には、車両により撥ね上げられた水分が付着する。このため、露出部に付着した水分により露出部が腐食される虞がある。
そこで、排気系部品の排気接触部および露出部の腐食を防止するために、排気系部品の材質として、耐食性の高いステンレス鋼が広く使用されている。ステンレス鋼は、表層に酸化クロム膜(CrOx膜)からなる酸化膜を備えている。この酸化膜があることにより、ステンレス鋼の耐食性は高いものとなっている。
ステンレス鋼の酸化膜は、硝酸のような酸化性の酸に対しては高い耐食性を有する。しかし、ステンレス鋼の酸化膜は、硫酸や塩酸等に対しては高い耐食性を有していない。
そこで、硫酸や塩酸のような非酸化性の酸に対しても耐食性を向上するために、EGRクーラの排気接触部に、炭酸カルシウム(CaCO3)からなる中和剤層を設けた構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。この構成によれば、排気接触部で硫酸や塩酸が生成されたときに、中和剤層がこれら硫酸や塩酸を中和することができる。
しかしながら、上述のような炭酸カルシウムからなる中和剤層を設けた排気系部品では、ある程度の濃度の塩酸に対しては中和剤層によって中和が可能であるものの、高濃度の塩酸に対しては十分な中和は困難であった。このため、EGRクーラの排気接触部で高濃度の塩酸が生成された時は、排気接触部が腐食する虞があるという問題があった。
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、耐食性の高い排気系部品およびこれを利用するEGRクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法を提供することを目的とする。
本発明に係る排気系部品は、上記目的達成のため、内燃機関の排出ガスが流通されるとともに、前記排出ガスが供給される上流側端部と、前記排出ガスが排出される下流側端部と、前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排出ガスが流通される方向に延在される環状に形成された壁部と、を備えたステンレス鋼からなる排気系部品において、前記壁部の内周側の表層にCrOxNy(x,yは任意の数。以下、同じ。)膜からなる酸窒化クロム膜が形成されていることを特徴とする。
この構成により、壁部の内周側の表層に酸窒化クロム膜が形成されるようになる。このため、従来のステンレス鋼の表層に形成された酸化膜からなる不動態皮膜よりも強固な酸窒化クロム膜からなる皮膜が表層に形成される。これにより、排気系部品の壁部の内周側の耐食性が向上される。よって、壁部の内周側が高濃度の塩酸に暴露されても壁部の腐食が抑制される。
また、壁部の内周側に付着した酸性水溶液に、酸窒化クロム膜から窒素が溶出する。この窒素が酸性水溶液中で水素と化合してアンモニウムイオンを生成する。アンモニウムイオンの生成のために水素が使用されるので、酸性水溶液の水素イオン濃度が低下する。このため、排気系部品の壁部での酸性水溶液による浸食作用が弱められる。
好ましくは、前記酸窒化クロム膜は、前記壁部の前記内周側のうちの前記排出ガスが接触する部位の全域に形成されていることを特徴とする。
この構成により、排出ガスが接触して酸性水溶液が付着する可能性のある部位の全域に酸窒化クロム膜からなる皮膜が形成される。このため、壁部の全域において酸性水溶液による腐食が抑制される。
好ましくは、前記酸窒化クロム膜は、前記表層に予め形成されていた酸化膜を除去して前記表層に窒素を添加することにより、前記表層と前記窒素とが反応して前記表層に窒化処理が施されて形成されたものであることを特徴とする。
この構成により、壁部の内周側の表層には、従来のステンレス鋼の表層に形成された酸化クロム膜からなる不動態皮膜よりも強固な酸窒化クロム膜からなる皮膜が形成される。これにより、壁部の内周側が高濃度の塩酸に暴露されても壁部の腐食が抑制される。
好ましくは、前記酸窒化クロム膜は、付着した酸性水溶液に窒素を溶出し、前記窒素が前記酸性水溶液中で水素と化合してアンモニウムイオンを生成し、前記酸性水溶液の水素イオン濃度を低下させる機能を有することを特徴とする。この構成により、酸窒化クロム膜は、酸性水溶液の水素イオン濃度を低下させることができる。このため、排気系部品の壁部での酸性水溶液による浸食作用が弱められる。
さらに、本発明に係るEGRクーラは、ケースと、前記ケースに冷却媒体を流入させる冷却媒体流入管と、前記ケースから前記冷却媒体を流出させる冷却媒体流出管と、前記ケースに収容される管からなるとともに、内燃機関の排出ガスを内部に流通させ、外部を流通する前記冷却媒体と前記排出ガスとで熱交換して前記排出ガスを冷却する排出ガス冷却管と、前記ケースの外部で前記排出ガス冷却管の前記排出ガスの流通方向の上流側端部に連結される排出ガス流入管と、前記ケースの外部で前記排出ガス冷却管の前記排出ガスの流通方向の下流側端部に連結されるとともに、前記排出ガス冷却管で冷却された前記排出ガスを前記内燃機関の吸気装置に供給する排出ガス流出管と、を備えたEGRクーラにおいて、前記排出ガス冷却管、前記排出ガス流入管および前記排出ガス流出管のうちの少なくともいずれか1つは上記に記載の排気系部品であることを特徴とする。
この構成により、EGRクーラの排出ガス冷却管、排出ガス流入管および排出ガス流出管のうちの排気系部品とされたものの壁部の内周側の表層に、酸窒化クロム膜からなる皮膜が形成されるようになる。このため、この皮膜を有する排気系部品の壁部の内周側の耐食性が向上される。これにより、壁部の内周側が高濃度の塩酸に暴露されても、壁部の腐食が抑制される。
しかも、EGRクーラの排出ガス冷却管、排出ガス流入管および排出ガス流出管のうちの排気系部品とされたものの壁部の内周側に付着した酸性水溶液に、酸窒化クロム膜から窒素が溶出する。この窒素が酸性水溶液中で水素と化合してアンモニウムイオンを生成する。アンモニウムイオンの生成のために水素が使用されるので、酸性水溶液の水素イオン濃度が低下する。このため、排気系部品の壁部での酸性水溶液による浸食作用が弱められる。
さらに、本発明に係る排気系部品の窒化処理方法は、内燃機関の排出ガスが流通されるとともに、前記排出ガスが供給される上流側端部と、前記排出ガスが排出される下流側端部と、前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排出ガスが流通される方向に延在される環状に形成された壁部と、を備えたステンレス鋼からなる排気系部品の前記壁部の内周側の表層に窒化処理を施す排気系部品の窒化処理方法において、前記表層に予め形成されていた酸化膜を除去する除膜工程と、窒化処理ガスを充填した空間内において前記排気系部品を昇温することにより前記表層に窒素を添加する昇温工程と、前記排気系部品を所定時間均熱保持することにより前記表層と前記窒素とを反応させて前記表層にCrOxNy膜からなる酸窒化クロム膜を形成する均熱保持工程と、前記排気系部品を冷却する冷却工程とを備えることを特徴とする。
この構成により、除膜工程と、昇温工程と、均熱保持工程と、冷却工程と、を処理することで、壁部の表層に酸窒化クロム膜が形成されるようになる。
また、壁部の内周側の表層には、従来のステンレス鋼の表層に形成された酸化クロム膜からなる不動態皮膜よりも強固な酸窒化クロム膜からなる皮膜が形成される。これにより、壁部の内周側が高濃度の塩酸に暴露されても壁部の腐食が抑制される。
本発明によれば、排気系部品の壁部の内周側の表層に窒化処理が施されているので、酸窒化クロム膜からなる皮膜が表層に形成されて耐食性が向上される排気系部品およびこれを利用するEGRクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法を提供することができる。
以下、本発明の排気系部品の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、本発明の排気系部品を自動車のEGRクーラに適用した例を示している。
まず、本実施の形態に係るEGRクーラ1の構成について説明する。
図1に示すように、EGRクーラ1は、ケース2と、冷却媒体流入管4と、冷却媒体流出管5と、排気系部品としての排出ガス冷却管7と、排出ガス流入管8と、排出ガス流出管9とを備えている。冷却媒体Wとしては、エンジンの冷却水を使用している。
ケース2は、略円筒形状のケース本体10と、上流側支持プレート11と、下流側支持プレート12とを備えている。ケース本体10の内部では、軸方向に沿って冷却媒体Wが流通する。
上流側支持プレート11は、ケース本体10の冷却媒体Wの流通方向の上流側の端部に、該端部を塞ぐように設けられている。上流側支持プレート11は、複数の貫通孔11aを有している。
下流側支持プレート12は、ケース本体10の冷却媒体Wの流通方向の下流側の端部に、該端部を塞ぐように設けられている。下流側支持プレート12は、複数の貫通孔12aを有している。
上流側支持プレート11の貫通孔11aと下流側支持プレート12の貫通孔12aとは、同数設けられるとともに、ケース本体10を挟んでそれぞれ対向する位置に設けられている。対向する一組の上流側支持プレート11の貫通孔11aおよび下流側支持プレートの貫通孔12aには、排出ガス冷却管7が支持されている。
冷却媒体流入管4は、ケース本体10の冷却媒体Wの流通方向の上流側の端部付近に取り付けられている。冷却媒体流入管4は、ケース2に冷却媒体Wを流入させるようになっている。
冷却媒体流入管4の上流側端部は、冷却媒体供給管15に連結されている。冷却媒体供給管15の上流側端部は、冷却媒体Wの供給ポンプ(図示せず)に連結されている。
冷却媒体流出管5は、ケース本体10の冷却媒体Wの流通方向の下流側の端部付近に取り付けられている。冷却媒体流出管5は、ケース2から冷却媒体Wを流出させるようになっている。
冷却媒体流出管5の下流側端部は、冷却媒体排出管16に連結されている。冷却媒体排出管16の下流側端部は、エンジンのウォータージャケット(図示せず)に連結されている。
排出ガス冷却管7はステンレス製で、上流側端部7aと、下流側端部7bと、壁部7cとを備えている。排出ガス冷却管7は排出ガスGを流通させるようになっている。
上流側端部7aは、上流側支持プレート11の貫通孔11aに圧入されて支持される。上流側端部7aには、排出ガス流入管8から排出ガスGが供給される。下流側端部7bは、下流側支持プレート12の貫通孔12aに圧入されて支持される。下流側端部7bから排出ガス流出管9に排出ガスGが排出される。
壁部7cは、上流側端部7aおよび下流側端部7bの間に設けられるとともに、排出ガスGが流通される方向に延在した環状に形成されている。壁部7cの内周側の表層の全域には、窒化処理が施されている。これにより、壁部7cの内周側の表層の全域には、酸窒化クロム膜17が形成されている。排出ガス冷却管7では、内部を流通する排出ガスGが、外部を流通する冷却媒体Wとの間で熱交換されて冷却される。
排出ガス流入管8は、ケース本体10の排出ガスGの流通方向の上流側の端部に取り付けられて、排出ガス冷却管7に連結されている。排出ガス流入管8の上流側端部は、EGRガス供給管13に連結されている。EGRガス供給管13の上流側端部は、排気装置(図示せず)に連結されている。
排出ガス流出管9は、ケース本体10の排出ガスGの流通方向の下流側の端部に取り付けられて、排出ガス冷却管7に連結されている。排出ガス流出管9の下流側端部は、EGRガス排出管14に連結されている。EGRガス排出管14の下流側端部は、吸気装置(図示せず)に連結されている。
次に、本発明の実施の形態に係る排気系部品の窒化処理方法により、排出ガス冷却管7の壁部7cの内周側の表層に酸窒化クロム膜17を形成する手順について、図2に示すフローチャートを参照して説明する。
排気系部品の窒化処理方法は、準備工程と、昇温工程と、除膜工程と、均熱保持工程と、冷却工程とを備え、これらを同じ真空炉中で順に処理するものとしている。また、本実施の形態では、酸窒化クロム膜17はガス窒化法により形成されるものとしている。
まず、準備工程として、排出ガス冷却管7の外周側に、窒化防止のために軟鋼板製のカバーが取り付けられる。この排出ガス冷却管7が炉に設置される(ステップS1)。
そして、昇温工程として、炉が570℃まで比較的急速に昇温される(ステップ2、図3中符号20)。これにより、排出ガス冷却管7および炉内雰囲気が昇温される。次いで、硫化水素(H2S)ガスとアンモニア(NH3)ガスとの混合ガスが炉内に導入される(ステップS3)。
そして、排出ガス冷却管7の表層において、硫化水素ガスが、予め形成されていた酸化クロム(CrOx)を主体とする酸化膜と反応して、酸化膜を除去する(除膜工程)。酸化膜の除去により、酸化膜を形成していたクロムおよび酸素の一部は壁部7cの表層に残留する。
また、ここでは除膜工程において硫化水素を使用しているが、これに限られず、酸化膜を除去できる気体であれば何を使用しても良い。さらに、ここでは、昇温工程の開始後に硫化水素ガスとアンモニアガスとの混合ガスを炉内に導入して除膜工程を処理するようにしているが、これには限られず、硫化水素ガスとアンモニアガスとの混合ガスを炉内に導入してから昇温工程を開始して、同時に除膜工程を処理するようにしてもよい。
続いて、炉が570℃に8時間維持される(図3中符号21)。これにより、排出ガス冷却管7および炉内雰囲気が均熱保持される(均熱保持工程)。
昇温工程および均熱保持工程において、雰囲気中のアンモニアガスの一部が窒素と水素に分解される。排出ガス冷却管7では、加熱されることにより、排出ガス冷却管7の壁部7cの表層に雰囲気中の窒素原子が入り込むようになる。そして、表層において、ステンレスの成分であるクロムと、酸化膜を形成していた酸素と、表層に入り込んだ窒素とが化合して、酸窒化クロムが生成される。これにより、壁部7cの内周側の表層に酸窒化クロム膜17が形成される。
均熱保持の後は、排出ガス冷却管7を比較的緩やかに室温程度まで冷却する(冷却工程)。
次いで、EGRクーラ1の動作について説明する。
排出ガスGが、エンジンの排気装置からEGRガス供給管13を経てEGRクーラ1に供給される。排出ガスGはEGRクーラ1において、排出ガス流入管8→排出ガス冷却管7→排出ガス流出管9の順に流通される。EGRクーラ1から排出された排出ガスGはEGRガス排出管14を経てエンジンの吸気装置に供給される。
また、冷却媒体Wが、供給ポンプから冷却媒体供給管15を経てEGRクーラ1に供給される。冷却媒体WはEGRクーラ1において、冷却媒体流入管4→ケース本体10→冷却媒体流出管5の順に流通される。EGRクーラ1から排出された冷却媒体Wは冷却媒体排出管16を経てエンジンのウォータージャケットに供給される。
そして、排出ガス冷却管7では、内部を流通する排出ガスGが、外部を流通する冷却媒体Wとの間で熱交換されて冷却される。この時、排出ガスGに含まれている水蒸気が凝縮されて、排出ガス冷却管7の内周側の表層に形成された酸窒化クロム膜17上で水滴になる。
この水滴に亜硫酸ガスや窒素酸化物や塩素が溶解して、硫酸や硝酸や塩酸などが生成される。酸窒化クロム膜17は、硫酸や硝酸や塩酸などに対して高い耐食性を有する。このため、排出ガス冷却管7の壁部7cの腐食が抑制される。
また、排出ガス冷却管7の壁部7cの内周側に付着した酸性水溶液に、酸窒化クロム膜17から窒素が溶出する。この窒素が酸性水溶液中で水素と化合してアンモニウムイオンを生成する。アンモニウムイオンの生成のために酸性水溶液中の水素が使用されるので、排出ガス冷却管7内の酸性水溶液の水素イオン濃度が低下する。
以上のように、本実施の形態に係るEGRクーラ1によれば、排出ガス冷却管7の壁部7cの内周側の表層に、酸窒化クロム膜17が形成される。このため、排出ガス冷却管7の壁部7cの耐食性が向上される。これにより、壁部7cの内周側が強塩酸に暴露されても、壁部7cの腐食が抑制される。
また、排出ガス冷却管7の壁部7cの酸窒化クロム膜17を形成するためにガス窒化法が採用されているので、他の窒化法に比べて設備を簡易にすることができる。このため、コストの増大を抑えることができる。
ここで、上述した本実施の形態のEGRクーラ1においては、排出ガス冷却管7の壁部7cの内周側に酸窒化クロム膜17を形成しているが、本発明に係るEGRクーラにおいては、これに限られず、例えば、排出ガス流入管8や排出ガス流出管9の壁部の内周側に酸窒化クロム膜を形成するようにしてもよい。
この場合、例えば、排出ガス冷却管7と排出ガス流入管8と排出ガス流出管9との壁部に酸窒化クロム膜を形成するようにしたり、あるいは排出ガス冷却管7と排出ガス流出管9との壁部のみに酸窒化クロム膜を形成するようにできる。さらには、これら排出ガス冷却管7と排出ガス流入管8と排出ガス流出管9以外の部材の壁部に酸窒化クロム膜を形成するようにしてもよい。
また、上述した本実施の形態のEGRクーラ1においては、排出ガス冷却管7の壁部7cの内周側の表層の全域に酸窒化クロム膜17が形成されているが、本発明に係るEGRクーラにおいては、これに限られず、例えば、排出ガス冷却管7の壁部7cの内周側の表層の一部のみに酸窒化クロム膜17を形成するようにしてもよい。
また、上述した本実施の形態のEGRクーラ1においては、均熱保持工程における均熱保持温度を570℃、均熱保持時間を8時間としたが、本発明に係るEGRクーラにおいては、これに限られず、例えば、均熱保持温度を300℃〜590℃、均熱保持時間を6〜10時間とすることができる。この場合、均熱保持温度が高いほど、均熱保持時間を短くすることができる。
また、上述した本実施の形態のEGRクーラ1においては、酸窒化クロム膜17を形成するためにガス窒化法を採用したが、本発明に係るEGRクーラにおいては、これに限られず、例えば、プラズマ窒化法、塩浴窒化法、ガス軟窒化法など他の窒化法を採用してもよい。
また、上述した本実施の形態の排気系部品においては、排気系部品をEGRクーラ1に適用しているが、本発明に係る排気系部品においては、これに限られず、例えば、排気マニホールドや排気管など、排気装置を構成する部品の全般に適用することができる。
以上説明したように、本発明に係る排気系部品とこれを利用するEGRクーラは、耐食性を向上する場合に好適な排気系部品とこれを利用するEGRクーラ全般に有用である。
表層に各種の窒化処理を施したステンレス鋼(SUS316L)を試料として、耐食試験が行われた。耐食試験では、試料を硫酸と塩酸の混合液に浸漬加熱して、乾固し、湿潤するという処理を1サイクルとした。
10サイクルおよび/または20サイクルの終了時点で、試料の表層における最大浸食深さが測定された。最大浸食深さは、比較例1の測定値を基準値として1.0に設定するとともに、他の例の測定値は基準値に対する比として換算して無単位で示した。
(実施例1)
試料の窒化処理はプラズマ窒化法により行われた。処理雰囲気は窒素ガスおよび水素ガスとされた。加熱温度は570℃とされた。均熱保持時間は4時間とされた。この試料について、耐食試験が10サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは0.0であった。
(実施例2)
試料の窒化処理はA窒化法により行われた。処理雰囲気は一般的な窒素処理ガスとされた。加熱温度は500℃〜600℃とされた。均熱保持時間は1時間〜3時間とされた。この試料について、耐食試験が10サイクルおよび20サイクル行われた。その結果、図4に示すように、いずれの場合も試料の表層における最大浸食深さは0.0であった。
(実施例3)
試料の窒化処理はB窒化法により行われた。処理雰囲気は一般的な窒素処理ガスとされた。加熱温度は350℃〜450℃とされた。均熱保持時間は40時間〜60時間とされた。この試料について、耐食試験が10サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは0.0であった。
(比較例1)
試料の窒化処理は行われなかった。この試料について、耐食試験が10サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは1.0であった。
(比較例2)
試料の窒化処理は行われなかった。この試料について、耐食試験が10サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは1.1であった。
(比較例3)
試料の窒化処理は行われなかった。この試料について、耐食試験が20サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは1.4であった。
(比較例4)
試料の窒化処理は行われなかった。この試料について、耐食試験が20サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは2.2であった。
(比較例5)
試料の窒化処理は行われなかった。この試料について、耐食試験が20サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは3.1であった。
(比較例6)
試料の窒化処理は行われなかった。この試料について、耐食試験が20サイクル行われた。その結果、図4に示すように、試料の表層における最大浸食深さは3.4であった。
以上の結果より、窒化処理を施した試料は、20サイクル以下では浸食はみられず、窒化処理を施さない試料に比べて高い耐食性を有することが確認された。
1 EGRクーラ
2 ケース
4 冷却媒体流入管
5 冷却媒体流出管
7 排出ガス冷却管(排気系部品)
8 排出ガス流入管
9 排出ガス流出管
17 酸窒化クロム膜
G 排出ガス
W 冷却媒体
S2 昇温工程
S3 除膜工程
S4 均熱保持工程
S5 冷却工程
2 ケース
4 冷却媒体流入管
5 冷却媒体流出管
7 排出ガス冷却管(排気系部品)
8 排出ガス流入管
9 排出ガス流出管
17 酸窒化クロム膜
G 排出ガス
W 冷却媒体
S2 昇温工程
S3 除膜工程
S4 均熱保持工程
S5 冷却工程
Claims (6)
- 内燃機関の排出ガスが流通されるとともに、
前記排出ガスが供給される上流側端部と、
前記排出ガスが排出される下流側端部と、
前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排出ガスが流通される方向に延在される環状に形成された壁部と、
を備えたステンレス鋼からなる排気系部品において、
前記壁部の内周側の表層にCrOxNy膜からなる酸窒化クロム膜が形成されていることを特徴とする排気系部品。 - 前記酸窒化クロム膜は、前記壁部の前記内周側のうちの前記排出ガスが接触する部位の全域に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の排気系部品。
- 前記酸窒化クロム膜は、前記表層に予め形成されていた酸化膜を除去して前記表層に窒素を添加することにより、前記表層と前記窒素とが反応して前記表層に窒化処理が施されて形成されたものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気系部品。
- 前記酸窒化クロム膜は、付着した酸性水溶液に窒素を溶出し、前記窒素が前記酸性水溶液中で水素と化合してアンモニウムイオンを生成し、前記酸性水溶液の水素イオン濃度を低下させる機能を有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の排気系部品。
- ケースと、
前記ケースに冷却媒体を流入させる冷却媒体流入管と、
前記ケースから前記冷却媒体を流出させる冷却媒体流出管と、
前記ケースに収容される管からなるとともに、内燃機関の排出ガスを内部に流通させ、外部を流通する前記冷却媒体と前記排出ガスとで熱交換して前記排出ガスを冷却する排出ガス冷却管と、
前記ケースの外部で前記排出ガス冷却管の前記排出ガスの流通方向の上流側端部に連結される排出ガス流入管と、
前記ケースの外部で前記排出ガス冷却管の前記排出ガスの流通方向の下流側端部に連結されるとともに、前記排出ガス冷却管で冷却された前記排出ガスを前記内燃機関の吸気装置に供給する排出ガス流出管と、
を備えたEGRクーラにおいて、
前記排出ガス冷却管、前記排出ガス流入管および前記排出ガス流出管のうちの少なくともいずれか1つが請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の排気系部品であることを特徴とするEGRクーラ。 - 内燃機関の排出ガスが流通されるとともに、
前記排出ガスが供給される上流側端部と、
前記排出ガスが排出される下流側端部と、
前記上流側端部および前記下流側端部の間に設けられ前記排出ガスが流通される方向に延在される環状に形成された壁部と、
を備えたステンレス鋼からなる排気系部品の前記壁部の内周側の表層に窒化処理を施す排気系部品の窒化処理方法において、
前記表層に予め形成されていた酸化膜を除去する除膜工程と、
窒化処理ガスを充填した空間内において前記排気系部品を昇温することにより前記表層に窒素を添加する昇温工程と、
前記排気系部品を所定時間均熱保持することにより前記表層と前記窒素とを反応させて前記表層にCrOxNy膜からなる酸窒化クロム膜を形成する均熱保持工程と、
前記排気系部品を冷却する冷却工程とを備えることを特徴とする排気系部品の窒化処理方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2011/002934 WO2012160606A1 (ja) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | 排気系部品およびegrクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5293899B2 true JP5293899B2 (ja) | 2013-09-18 |
JPWO2012160606A1 JPWO2012160606A1 (ja) | 2014-07-31 |
Family
ID=47216713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012530806A Expired - Fee Related JP5293899B2 (ja) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | 排気系部品およびegrクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140216423A1 (ja) |
JP (1) | JP5293899B2 (ja) |
CN (1) | CN102906412A (ja) |
DE (1) | DE112011105282T5 (ja) |
WO (1) | WO2012160606A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013221102A1 (de) | 2013-10-17 | 2015-05-07 | Mahle International Gmbh | Stahlkolben für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung |
JP6135822B2 (ja) * | 2014-04-04 | 2017-05-31 | 日産自動車株式会社 | エンジンの排気装置 |
US9506389B2 (en) | 2015-03-05 | 2016-11-29 | Caterpillar Inc. | System and method for nitriding components of aftertreatment system |
US9957863B2 (en) * | 2016-06-27 | 2018-05-01 | Indmar Products Company, Inc. | Exhaust conduits for marine engine exhaust systems |
US10385769B2 (en) * | 2016-08-30 | 2019-08-20 | Caterpillar Inc. | Fuel reformer cooler |
US10400714B2 (en) * | 2017-09-28 | 2019-09-03 | Senior Ip Gmbh | Heat exchanger with annular coolant chamber |
US10464652B2 (en) | 2018-01-23 | 2019-11-05 | Indmar Products Company Inc. | Riser conduits having inner tube extensions for marine engine exhaust systems |
US20200232376A1 (en) * | 2019-01-17 | 2020-07-23 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Diffusion Surface Alloyed Metal Exhaust Component |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003075091A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Usui Internatl Ind Co Ltd | Egrクーラー |
JP2007120386A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Komatsu Ltd | 摺動部材支持構造およびバルブ |
JP2007224786A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Komatsu Ltd | 排気ガス再循環装置 |
JP2010101239A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Toyota Motor Corp | 内燃機関のegrクーラー |
JP2013053769A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Toyota Motor Corp | 排気系部品および排気系部品の表層の形成方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7845338B2 (en) * | 2003-10-17 | 2010-12-07 | Honeywell International, Inc. | Internal bypass exhaust gas cooler |
KR100791274B1 (ko) * | 2007-06-20 | 2008-01-04 | 현대하이스코 주식회사 | 금속층/금속질화물층과 금속산질화물층을 포함하는 연료전지용 스테인리스 |
JP4561817B2 (ja) * | 2007-12-04 | 2010-10-13 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
KR100992545B1 (ko) * | 2008-08-26 | 2010-11-08 | 현대자동차주식회사 | 차량용 이지알쿨러 및 그 제조방법 |
JP5048695B2 (ja) * | 2009-02-27 | 2012-10-17 | 株式会社小松製作所 | Egrクーラ |
CN102534525A (zh) * | 2010-12-25 | 2012-07-04 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 镀膜件及其制备方法 |
-
2011
- 2011-05-26 US US13/521,315 patent/US20140216423A1/en not_active Abandoned
- 2011-05-26 JP JP2012530806A patent/JP5293899B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2011-05-26 DE DE112011105282.0T patent/DE112011105282T5/de not_active Withdrawn
- 2011-05-26 WO PCT/JP2011/002934 patent/WO2012160606A1/ja active Application Filing
- 2011-05-26 CN CN2011800116089A patent/CN102906412A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003075091A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Usui Internatl Ind Co Ltd | Egrクーラー |
JP2007120386A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Komatsu Ltd | 摺動部材支持構造およびバルブ |
JP2007224786A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Komatsu Ltd | 排気ガス再循環装置 |
JP2010101239A (ja) * | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Toyota Motor Corp | 内燃機関のegrクーラー |
JP2013053769A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Toyota Motor Corp | 排気系部品および排気系部品の表層の形成方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140216423A1 (en) | 2014-08-07 |
DE112011105282T5 (de) | 2014-02-20 |
WO2012160606A1 (ja) | 2012-11-29 |
CN102906412A (zh) | 2013-01-30 |
JPWO2012160606A1 (ja) | 2014-07-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5293899B2 (ja) | 排気系部品およびegrクーラ、ならびに排気系部品の窒化処理方法 | |
KR20140023280A (ko) | 암모니아 제해 장치 | |
JP4777105B2 (ja) | 船舶用排ガス浄化装置の排出液処理方法 | |
KR20160084527A (ko) | 질소산화물과 황산화물을 저감하는 선박의 배기가스 처리 장치 | |
US20180016651A1 (en) | Heat treating device | |
TWI406701B (zh) | 使來自退火及酸浸管線之廢氣去氮氧化之方法及特別是用於不銹鋼之熱軋或冷軋之退火及酸浸管線 | |
JP2003236337A (ja) | 排ガスの処理方法および処理装置 | |
JP2013053769A (ja) | 排気系部品および排気系部品の表層の形成方法 | |
EP1353042A2 (en) | A gas turbine single plant modifying method, a catalyst re-using method and a re-produced catalyst | |
KR101413747B1 (ko) | 리무버 및 이를 이용한 스크러버용 제습장치 | |
JP5050447B2 (ja) | 化学洗浄廃液の処理方法 | |
JP2013173982A (ja) | 排気系部品および排気系部品の窒化処理方法 | |
JP4239006B2 (ja) | 硝酸廃液の処理方法 | |
JP2001179051A (ja) | 水素含有排ガスの除害方法及び除害装置 | |
JP3556181B2 (ja) | 装置内部腐蝕防止手段を備えたガススクラバー | |
KR101889441B1 (ko) | 내식성이 향상된 이지알 쿨러의 가스튜브용 알루미늄 합금 소재 | |
JP2015121151A (ja) | 内燃機関システム | |
CN211706383U (zh) | 一种冷酸退火炉氨水脱硝系统 | |
KR102466935B1 (ko) | 침류질화 열처리장치 | |
JP2005324106A (ja) | 排煙脱硝装置とその起動方法 | |
KR100992752B1 (ko) | 반도체 제조 공정의 폐가스 처리장치 | |
US6020025A (en) | Method of manufacturing a crank shaft | |
JPH042771B2 (ja) | ||
JP2007054720A (ja) | パーフルオロカーボンガスの除害方法及び除害装置 | |
JP2009011977A (ja) | 除害塔におけるリンの安定化方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130514 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130527 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |