WO2012160606A1 - 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 PDF

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    • F01N2510/00—Surface coverings
    • F01N2510/08—Surface coverings for corrosion prevention

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system component used in an exhaust system of a vehicle equipped with an internal combustion engine, an EGR cooler using the exhaust system component, and a method for nitriding exhaust system components, and in particular, an exhaust system component capable of improving corrosion resistance and the use thereof
  • the present invention relates to a nitriding treatment method for exhaust system parts and an EGR cooler.
  • an internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile includes an engine body, an intake device, and an exhaust device.
  • the engine body burns fuel together with air to convert it into power.
  • the intake device sucks air and supplies it to the engine body.
  • the exhaust device discharges exhaust gas generated by burning fuel into the atmosphere.
  • This type of exhaust device includes, for example, an exhaust manifold, a catalytic converter, a heat recovery device, a muffler, and an exhaust pipe.
  • an exhaust gas recirculation (hereinafter simply referred to as EGR) device may be provided in an engine.
  • the EGR device extracts a part of exhaust gas from an exhaust device, supplies the exhaust gas to an intake device, and causes the engine body to reburn.
  • the EGR device includes, for example, an EGR pipe and an EGR cooler.
  • the EGR pipe connects the exhaust device and the intake device.
  • the EGR cooler is provided in the middle of the EGR pipe, cools the high-temperature exhaust gas supplied from the exhaust device, and supplies it to the intake device.
  • an exhaust system component such as the above-described exhaust device component or EGR device component that is in contact with exhaust gas is referred to as an exhaust system component.
  • the exhaust system parts include an exhaust contact portion that contacts exhaust gas and an exposed portion that contacts the atmosphere.
  • the exhaust gas contains a large amount of water vapor and carbon dioxide (CO 2 ), and also contains sulfurous acid gas (SO 2 ), nitrogen oxide (NO x ), and the like.
  • CO 2 water vapor and carbon dioxide
  • SO 2 sulfurous acid gas
  • NO x nitrogen oxide
  • gasoline which is the fuel for engines
  • gasoline may contain chlorine in some countries and regions.
  • Engine oil and air contain chlorine.
  • gasoline, engine oil, and atmospheric chlorine are mixed with exhaust gas in the combustion chamber of the engine, which may cause chlorine to be contained in the exhaust gas.
  • EGR cooler chlorine in the exhaust gas is dissolved in the condensed water, whereby hydrochloric acid (HCl) is generated.
  • stainless steel having high corrosion resistance is widely used as the material of the exhaust system part.
  • Stainless steel has an oxide film made of a chromium oxide film (CrO x film) on the surface layer. Due to the presence of this oxide film, the corrosion resistance of stainless steel is high.
  • Stainless steel oxide film has high corrosion resistance against oxidizing acids such as nitric acid. However, the stainless steel oxide film does not have high corrosion resistance against sulfuric acid, hydrochloric acid, or the like.
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an exhaust system component having high corrosion resistance, an EGR cooler using the exhaust system component, and a nitriding method for the exhaust system component. To do.
  • the exhaust system component distributes exhaust gas of an internal combustion engine, and supplies an upstream end to which the exhaust gas is supplied and a downstream end to which the exhaust gas is discharged. And an annular wall part formed between the upstream end and the downstream end and extending in a direction in which the exhaust gas is circulated.
  • a chromium oxynitride film made of a CrO x N y (x, y is an arbitrary number, the same applies hereinafter) film is formed on the inner surface of the wall portion.
  • a chromium oxynitride film is formed on the inner surface of the wall. For this reason, a film made of a chromium oxynitride film stronger than a passive film made of an oxide film formed on the surface layer of a conventional stainless steel is formed on the surface layer. Thereby, the corrosion resistance of the inner peripheral side of the wall portion of the exhaust system component is improved. Therefore, even if the inner peripheral side of the wall is exposed to high-concentration hydrochloric acid, the corrosion of the wall is suppressed.
  • nitrogen elutes from the chromium oxynitride film into the acidic aqueous solution attached to the inner peripheral side of the wall.
  • This nitrogen combines with hydrogen in an acidic aqueous solution to produce ammonium ions. Since hydrogen is used to generate ammonium ions, the hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution is lowered. For this reason, the erosion effect
  • the chromium oxynitride film is formed over the entire portion of the inner peripheral side of the wall portion in contact with the exhaust gas.
  • the chromium oxynitride film is subjected to nitriding treatment by removing the oxide film previously formed on the surface layer and adding nitrogen to the surface layer so that the surface layer reacts with the nitrogen. It is characterized by being applied.
  • a film made of a chromium oxynitride film stronger than a passive film made of a chromium oxide film formed on the surface layer of a conventional stainless steel is formed on the inner surface of the wall portion.
  • the chromium oxynitride film elutes nitrogen into the attached acidic aqueous solution, and the nitrogen combines with hydrogen in the acidic aqueous solution to generate ammonium ions, thereby reducing the hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution. It is characterized by having. With this configuration, the chromium oxynitride film can reduce the hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution. For this reason, the erosion effect
  • the EGR cooler according to the present invention includes a case, a cooling medium inflow pipe for allowing the cooling medium to flow into the case, a cooling medium outflow pipe for allowing the cooling medium to flow out of the case, and a pipe accommodated in the case.
  • An exhaust gas cooling pipe for circulating the exhaust gas of the internal combustion engine and exchanging heat between the cooling medium flowing outside and the exhaust gas to cool the exhaust gas, and the exhaust outside the case An exhaust gas inflow pipe connected to the upstream end of the gas cooling pipe in the exhaust gas flow direction; and an exhaust gas inflow pipe connected to the downstream end of the exhaust gas cooling pipe in the exhaust gas flow direction outside the case.
  • an exhaust gas outflow pipe for supplying the exhaust gas cooled by the exhaust gas cooling pipe to the intake device of the internal combustion engine, the EGR cooler, wherein the exhaust gas cooling pipe, Serial at least any one of the exhaust gas inlet pipe and the exhaust gas outlet pipe is characterized by an exhaust system component described above.
  • nitrogen is eluted from the chromium oxynitride film into the acidic aqueous solution adhering to the inner peripheral side of the wall part of the exhaust gas cooling pipe, exhaust gas inflow pipe and exhaust gas outflow pipe of the EGR cooler.
  • This nitrogen combines with hydrogen in an acidic aqueous solution to produce ammonium ions. Since hydrogen is used to generate ammonium ions, the hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution is lowered. For this reason, the erosion effect
  • the nitriding treatment method for exhaust system parts includes an upstream end to which exhaust gas from an internal combustion engine is circulated and supplied with the exhaust gas, and a downstream end to which the exhaust gas is discharged. And an annular wall part formed between the upstream end and the downstream end and extending in a direction in which the exhaust gas is circulated.
  • a film removal step for removing the oxide film previously formed on the surface layer, and a space filled with a nitriding gas
  • the temperature raising step of adding nitrogen to the surface layer by raising the temperature of the exhaust system component in the step, and the surface layer and the nitrogen are reacted by holding the exhaust system component soaked for a predetermined time so that CrO is added to the surface layer.
  • acid nitrogen consisting x N y film A soaking step for forming a chromium film, characterized by comprising a cooling step of cooling the exhaust system component.
  • a chromium oxynitride film is formed on the surface layer of the wall portion by performing the film removal process, the temperature raising process, the soaking process, and the cooling process.
  • a film made of a chromium oxynitride film stronger than a passive film made of a chromium oxide film formed on the surface layer of a conventional stainless steel is formed on the surface layer on the inner peripheral side of the wall portion.
  • the exhaust system component in which a coating made of a chromium oxynitride film is formed on the surface layer and corrosion resistance is improved, and It is possible to provide an EGR cooler utilizing this and a method for nitriding exhaust system parts.
  • the EGR cooler 1 includes a case 2, a cooling medium inflow pipe 4, a cooling medium outflow pipe 5, an exhaust gas cooling pipe 7 as an exhaust system component, an exhaust gas inflow pipe 8, and an exhaust.
  • a gas outflow pipe 9 is provided.
  • the cooling medium W engine cooling water is used.
  • the case 2 includes a substantially cylindrical case body 10, an upstream support plate 11, and a downstream support plate 12. Inside the case body 10, the cooling medium W flows along the axial direction.
  • the upstream support plate 11 is provided at an upstream end of the case body 10 in the flow direction of the cooling medium W so as to close the end.
  • the upstream support plate 11 has a plurality of through holes 11a.
  • the downstream support plate 12 is provided at the end of the case body 10 on the downstream side in the flow direction of the cooling medium W so as to close the end.
  • the downstream support plate 12 has a plurality of through holes 12a.
  • the same number of through-holes 11a in the upstream support plate 11 and through-holes 12a in the downstream support plate 12 are provided at positions facing each other with the case body 10 in between.
  • An exhaust gas cooling pipe 7 is supported in the through hole 11a of the pair of upstream support plates 11 and the through hole 12a of the downstream support plate which are opposed to each other.
  • the cooling medium inflow pipe 4 is attached in the vicinity of the end of the case body 10 on the upstream side in the flow direction of the cooling medium W.
  • the cooling medium inflow pipe 4 allows the cooling medium W to flow into the case 2.
  • the upstream end of the cooling medium inflow pipe 4 is connected to the cooling medium supply pipe 15.
  • the upstream end of the cooling medium supply pipe 15 is connected to a supply pump (not shown) for the cooling medium W.
  • the cooling medium outflow pipe 5 is attached in the vicinity of the end of the case body 10 on the downstream side in the flow direction of the cooling medium W.
  • the cooling medium outlet pipe 5 allows the cooling medium W to flow out of the case 2.
  • the downstream end of the cooling medium outlet pipe 5 is connected to the cooling medium discharge pipe 16.
  • the downstream end of the cooling medium discharge pipe 16 is connected to an engine water jacket (not shown).
  • the exhaust gas cooling pipe 7 is made of stainless steel and includes an upstream end 7a, a downstream end 7b, and a wall 7c.
  • the exhaust gas cooling pipe 7 circulates the exhaust gas G.
  • the upstream end 7a is pressed into the through hole 11a of the upstream support plate 11 and supported.
  • the exhaust gas G is supplied from the exhaust gas inflow pipe 8 to the upstream end 7a.
  • the downstream end 7b is press-fitted into and supported by the through hole 12a of the downstream support plate 12. Exhaust gas G is discharged from the downstream end 7 b to the exhaust gas outflow pipe 9.
  • the wall portion 7c is provided between the upstream end portion 7a and the downstream end portion 7b, and is formed in an annular shape extending in the direction in which the exhaust gas G is circulated.
  • the entire surface layer on the inner peripheral side of the wall 7c is subjected to nitriding treatment. Thereby, the chromium oxynitride film 17 is formed on the entire surface of the inner peripheral side of the wall 7c.
  • the exhaust gas cooling pipe 7 the exhaust gas G flowing inside is cooled by exchanging heat with the cooling medium W flowing outside.
  • the exhaust gas inflow pipe 8 is attached to the upstream end of the case body 10 in the flow direction of the exhaust gas G, and is connected to the exhaust gas cooling pipe 7.
  • the upstream end of the exhaust gas inflow pipe 8 is connected to the EGR gas supply pipe 13.
  • the upstream end of the EGR gas supply pipe 13 is connected to an exhaust device (not shown).
  • the exhaust gas outflow pipe 9 is attached to the end of the case body 10 on the downstream side in the flow direction of the exhaust gas G, and is connected to the exhaust gas cooling pipe 7.
  • the downstream end of the exhaust gas outflow pipe 9 is connected to the EGR gas exhaust pipe 14.
  • the downstream end of the EGR gas exhaust pipe 14 is connected to an intake device (not shown).
  • FIG. 2 shows a procedure for forming the chromium oxynitride film 17 on the inner peripheral surface of the wall portion 7c of the exhaust gas cooling pipe 7 by the exhaust system component nitriding method according to the embodiment of the present invention. This will be described with reference to the flowchart shown.
  • the nitriding treatment method for exhaust system parts includes a preparation step, a temperature raising step, a film removal step, a soaking step, and a cooling step, which are sequentially processed in the same vacuum furnace.
  • the chromium oxynitride film 17 is formed by a gas nitriding method.
  • a cover made of mild steel is attached to the outer peripheral side of the exhaust gas cooling pipe 7 to prevent nitriding.
  • the exhaust gas cooling pipe 7 is installed in the furnace (step S1).
  • step S3 a mixed gas of hydrogen sulfide (H 2 S) gas and ammonia (NH 3 ) gas is introduced into the furnace (step S3).
  • H 2 S hydrogen sulfide
  • NH 3 ammonia
  • the hydrogen sulfide gas reacts with an oxide film mainly composed of chromium oxide (CrO x ) formed in advance to remove the oxide film (film removal step).
  • an oxide film mainly composed of chromium oxide (CrO x ) formed in advance to remove the oxide film (film removal step).
  • hydrogen sulfide is used in the film removal process, but the present invention is not limited to this, and any gas may be used as long as it can remove the oxide film.
  • a mixed gas of hydrogen sulfide gas and ammonia gas is introduced into the furnace to treat the film removal step, but the present invention is not limited to this.
  • the temperature rising process may be started after introducing the mixed gas with the ammonia gas into the furnace, and the film removal process may be performed at the same time.
  • the furnace is maintained at 570 ° C. for 8 hours (reference numeral 21 in FIG. 3).
  • the exhaust gas cooling pipe 7 and the furnace atmosphere are maintained soaking (soaking process).
  • part of the ammonia gas in the atmosphere is decomposed into nitrogen and hydrogen.
  • nitrogen atoms in the atmosphere enter the surface layer of the wall portion 7 c of the exhaust gas cooling pipe 7.
  • chromium which is a component of stainless steel, oxygen forming the oxide film, and nitrogen that has entered the surface layer combine to produce chromium oxynitride.
  • the chromium oxynitride film 17 is formed on the inner peripheral surface of the wall 7c.
  • the exhaust gas cooling pipe 7 is cooled relatively slowly to about room temperature (cooling process).
  • Exhaust gas G is supplied from the engine exhaust device to the EGR cooler 1 through the EGR gas supply pipe 13.
  • the exhaust gas G is circulated in the order of the exhaust gas inflow pipe 8 ⁇ the exhaust gas cooling pipe 7 ⁇ the exhaust gas outflow pipe 9.
  • the exhaust gas G discharged from the EGR cooler 1 is supplied to the intake device of the engine through the EGR gas discharge pipe 14.
  • the cooling medium W is supplied from the supply pump to the EGR cooler 1 through the cooling medium supply pipe 15.
  • the cooling medium W is circulated in the order of the cooling medium inflow pipe 4 ⁇ the case body 10 ⁇ the cooling medium outflow pipe 5.
  • the cooling medium W discharged from the EGR cooler 1 is supplied to the water jacket of the engine through the cooling medium discharge pipe 16.
  • the exhaust gas G that circulates inside is cooled by heat exchange with the cooling medium W that circulates outside. At this time, water vapor contained in the exhaust gas G is condensed to form water droplets on the chromium oxynitride film 17 formed on the inner surface of the exhaust gas cooling pipe 7.
  • the chromium oxynitride film 17 has high corrosion resistance against sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and the like. For this reason, corrosion of the wall 7c of the exhaust gas cooling pipe 7 is suppressed.
  • nitrogen elutes from the chromium oxynitride film 17 into the acidic aqueous solution attached to the inner peripheral side of the wall 7c of the exhaust gas cooling pipe 7.
  • This nitrogen combines with hydrogen in an acidic aqueous solution to produce ammonium ions. Since hydrogen in the acidic aqueous solution is used for the production of ammonium ions, the hydrogen ion concentration of the acidic aqueous solution in the exhaust gas cooling pipe 7 is lowered.
  • the chromium oxynitride film 17 is formed on the inner peripheral surface of the wall portion 7 c of the exhaust gas cooling pipe 7. For this reason, the corrosion resistance of the wall 7c of the exhaust gas cooling pipe 7 is improved. Thereby, even if the inner peripheral side of the wall 7c is exposed to strong hydrochloric acid, corrosion of the wall 7c is suppressed.
  • the gas nitriding method is employed to form the chromium oxynitride film 17 on the wall 7c of the exhaust gas cooling pipe 7, the equipment can be simplified as compared with other nitriding methods. For this reason, the increase in cost can be suppressed.
  • the chromium oxynitride film 17 is formed on the inner peripheral side of the wall portion 7c of the exhaust gas cooling pipe 7, but in the EGR cooler according to the present invention, for example, a chromium oxynitride film may be formed on the inner peripheral side of the wall portion of the exhaust gas inflow pipe 8 or the exhaust gas outflow pipe 9.
  • a chromium oxynitride film is formed on the walls of the exhaust gas cooling pipe 7, the exhaust gas inflow pipe 8 and the exhaust gas outflow pipe 9, or the exhaust gas cooling pipe 7 and the exhaust gas outflow pipe 9.
  • a chromium oxynitride film can be formed only on the wall.
  • a chromium oxynitride film may be formed on a wall portion of a member other than the exhaust gas cooling pipe 7, the exhaust gas inflow pipe 8, and the exhaust gas outflow pipe 9.
  • the chromium oxynitride film 17 is formed on the entire surface layer on the inner peripheral side of the wall portion 7c of the exhaust gas cooling pipe 7, but the EGR according to the present invention.
  • the cooler is not limited to this.
  • the chromium oxynitride film 17 may be formed only on a portion of the surface layer on the inner peripheral side of the wall portion 7 c of the exhaust gas cooling pipe 7.
  • the soaking temperature in the soaking process is 570 ° C. and the soaking time is 8 hours.
  • the soaking temperature may be 300 ° C. to 590 ° C., and the soaking time may be 6 to 10 hours. In this case, the higher the soaking temperature, the shorter the soaking time.
  • the gas nitriding method is adopted to form the chromium oxynitride film 17, but the EGR cooler according to the present invention is not limited to this, for example, plasma Other nitriding methods such as a nitriding method, a salt bath nitriding method, and a gas soft nitriding method may be employed.
  • the exhaust system component of the present embodiment is applied to the EGR cooler 1, but the exhaust system component according to the present invention is not limited to this, and for example, an exhaust manifold or exhaust gas
  • the present invention can be applied to all parts constituting an exhaust device such as a pipe.
  • the exhaust system component according to the present invention and the EGR cooler using the exhaust system component are useful for exhaust system components suitable for improving corrosion resistance and for general EGR coolers using the exhaust system component.
  • the corrosion resistance test was performed using stainless steel (SUS316L) whose surface layer was subjected to various nitriding treatments as a sample.
  • SUS316L stainless steel
  • a process of immersing and heating the sample in a mixed solution of sulfuric acid and hydrochloric acid, drying and moistening was taken as one cycle.
  • the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was measured at the end of 10 and / or 20 cycles.
  • the maximum erosion depth was set to 1.0 using the measurement value of Comparative Example 1 as a reference value, and the measurement values of other examples were converted into a ratio with respect to the reference value and expressed in units.
  • the sample was nitrided by plasma nitriding.
  • the treatment atmosphere was nitrogen gas and hydrogen gas.
  • the heating temperature was 570 ° C.
  • the soaking time was 4 hours.
  • This sample was subjected to 10 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 0.0.
  • the nitriding treatment of the sample was performed by the A nitriding method.
  • the treatment atmosphere was a general nitrogen treatment gas.
  • the heating temperature was 500 ° C. to 600 ° C.
  • the soaking time was 1 to 3 hours.
  • This sample was subjected to 10 cycles and 20 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, in all cases, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 0.0.
  • the nitriding treatment of the sample was performed by the B nitriding method.
  • the treatment atmosphere was a general nitrogen treatment gas.
  • the heating temperature was 350 ° C. to 450 ° C.
  • the soaking time was 40 to 60 hours.
  • This sample was subjected to 10 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 0.0.
  • the sample was not nitrided. This sample was subjected to 10 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 1.0.
  • the sample was not nitrided. This sample was subjected to 10 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 1.1.
  • the sample was not nitrided. This sample was subjected to 20 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 1.4.
  • the sample was not nitrided. This sample was subjected to 20 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 2.2.
  • the sample was not nitrided. This sample was subjected to 20 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 3.1.
  • the sample was not nitrided. This sample was subjected to 20 cycles of corrosion resistance test. As a result, as shown in FIG. 4, the maximum erosion depth in the surface layer of the sample was 3.4.
  • Cooling medium inflow pipe 5 Cooling medium outflow pipe 7
  • Exhaust gas inflow pipe 9 Exhaust gas outflow pipe 17 Chromium oxynitride film G
  • Exhaust gas W Cooling medium S2 Temperature raising step S3 Film removal step S4 Soaking step S5 Cooling step

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Abstract

【課題】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。 【解決手段】内燃機関の排出ガスＧが流通されるとともに、排出ガスＧが供給される上流側端部７ａと、排出ガスＧが排出される下流側端部７ｂと、上流側端部７ａおよび下流側端部７ｂの間に設けられ排出ガスＧが流通される方向に延在される環状に形成された壁部７ｃと、を備えたステンレス鋼からなる排気系部品７において、壁部７ｃの内周側の表層にＣｒＯｘＮｙ膜からなる酸窒化クロム膜１７が形成されていることを特徴とする。

Description

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
　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。
特開２０１０－１０１２３９号公報
　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。
本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラを示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る排気系部品の窒化処理方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラの排出ガス冷却管の壁部の内周側の表層にプラズマ窒化法により窒化処理を施す際の処理時間と温度との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排気系部品の実施例と比較例とについて耐食試験を行った際のサイクル数と最大浸食深さとの関係を示すグラフである。
　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

Claims (6)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111441855A (zh) * 2019-01-17 2020-07-24 天纳克汽车经营有限公司 扩散表面合金金属排气部件

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
WO2007099809A1 (ja) * 2006-02-22 2007-09-07 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

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1685322A1 (en) * 2003-10-17 2006-08-02 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
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
WO2007099809A1 (ja) * 2006-02-22 2007-09-07 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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111441855A (zh) * 2019-01-17 2020-07-24 天纳克汽车经营有限公司 扩散表面合金金属排气部件

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