(57)【要約】【課題】  排気ガス通路及びこの排気ガス通路内に設けられた冷却フィンの排気ガスと接触する表面に耐熱性、密着性及び熱伝導性に優れた被膜層が形成されている排気熱交換器を提供する。【解決手段】  ステンレス製基材２により形成され、冷却水通路３と内部に冷却フィン５が設けられた排気ガス通路４とから成る排気熱交換器１において、排気ガス通路４及び冷却フィン５の排気ガスと接触する表面がガラス化された被膜層１１が形成されている構成としたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス製基材により形成され、冷却水通路と内部に冷却フィンが設けられた排気ガス通路とから成る排気熱交換器において、
前記排気ガス通路及び冷却フィンの排気ガスと接触する表面がガラス化された被膜層とされていることを特徴とする排気熱交換器。
【請求項２】
前記ガラス化された被膜層は、前記ステンレス製基材に含まれている珪素とイオン注入法により注入されたチタンとを含むことを特徴とする請求項１記載の排気熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気再循環装置に用いられて排気再循環ガスを冷却する排気熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関（以下「エンジン」という）から排出される排気ガス中の窒素酸化物を低減させるために排気ガスの一部を吸気通路に戻して混合気に加える排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ装置」という）がある。排気ガスは温度が高く排気熱交換器（ＥＧＲクーラ）により冷却してＥＧＲ装置に再循環させている。排気熱交換器として平板式積層型熱交換器がある。これは、耐食性に優れたステンレス（ＳＵＳ）製の薄板（プレート）を間隔を存して対向させて配置して冷却水通路と排気ガス通路とから成る一組の熱交換器（以下「コア」という）を形成し、このコアを多段に積層して構成したもので、各冷却水通路にエンジン冷却水を流し、各排気ガス通路に排気ガスを流して冷却する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、排気ガスは、冷却する際に排気ガス通路に腐食性の強い水（硫酸）が凝縮したり、粒子状物質（ＰＭ）やその他の沈降物質や沈着物質から成る堆積物（以下「デポジット」という）が排気ガス通路及びこの排気ガス通路内に設けられた冷却フィンの排気ガスと接触する表面に付着して熱交換性能の低下や排気ガス通路の目詰まりを起こす等の不具合の原因となる。そこで、排気ガス通路及び冷却フィンの排気ガスと接触する表面に付着するデポジットを低減するために排気ガス通路及び冷却フィンの排気ガスと接触する表面に無機系酸化珪素（SiO2）ガラス被膜をコーティングしたものが提案されている。無機系酸化珪素（SiO2）ガラス被膜は、酸化珪素（SiO2）を主成分とし、硬化剤、希釈剤、添加剤から成る処理液（ゾル液）を前記排気ガス通路及び冷却フィンの排気ガスと接触する表面に塗布し、加熱乾燥して形成されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１２１２８６号公報
【特許文献２】特開２００１−３３０３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、無機系酸化珪素（SiO2）ガラス被膜の熱膨張係数（１.０×１０-6／℃以下）は、ステンレス(SUS）製の基材の熱膨張係数（１６.５×１０-6／℃）よりも小さく、しかも、高温強度が低いために排気温度が高くなると前記ガラス被膜に亀裂が発生する不具合があり、耐熱性に問題がある。また、ガラス被膜に亀裂が発生すると密着性が低下して剥離するおそれがある。そして、剥離した微細なガラス被膜が混合気と共にシリンダに入り込むとエンジンの耐久性を低下させる要因となる。更に、無機系酸化珪素（SiO2）ガラス被膜は、熱伝導率が小さく、膜厚も数〜数１０μｍと厚いために熱交換器の熱交換性能に不利な影響を与える等の問題がある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、排気ガス通路及びこの排気ガス通路内に設けられた冷却フィンの排気ガスと接触する表面に耐熱性、密着性及び熱伝導性に優れた被膜層が形成されている排気熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ステンレス製基材により形成され、冷却水通路と内部に冷却フィンが設けられた排気ガス通路とから成る排気熱交換器において、前記排気ガス通路及び冷却フィンの排気ガスと接触する表面がガラス化された被膜層とされている構成としている。
請求項２の発明は、前記ガラス化された被膜層は、前記ステンレス製基材に含まれている珪素とイオン注入法により注入されたチタンとを含む構成としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、ステンレス製基材により形成された排気ガス通路及び冷却フィンの排気ガスと接触する表面のガラス化された被膜層は、基材との界面が無い一体化されたものであり、ガラス並の耐熱性を有し、且つ密着性が向上して排気熱交換器の耐久性が向上する。更に熱伝導性が向上して排気ガスの冷却効率が向上する。
請求項２の発明によれば、ガラス化された被膜層は、イオン注入法により形成されていることで、高精度の薄膜化が可能とされ、高耐熱性、熱伝導性の向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
【実施例】
【０００９】
図１は本発明に係る排気熱交換器の一部切欠斜視図である。図１に示すように排気熱交換器１は、平板式積層熱交換器で、耐食性に優れたステンレス（ＳＵＳ）製の薄板（基材）２を間隔を存して対向させて配置して冷却水通路３と排気ガス通路４とから成る一組の熱交換器（以下「コア」という）６を形成し、このコア６を多段に積層して構成されている。排気ガス通路４の内部には排気ガスの冷却効率を高めるためにステンレス製の薄板で形成された冷却フィン５が設けられている。各冷却水通路３は、冷却水導入口７と冷却水導出口８に連通接続され、各排気ガス通路４は、排気ガス導入口９と排気ガス導出口１０に連通接続されている。このようにして、排気熱交換器１が構成されている。そして、排気熱交換器１の排気ガス通路４及び冷却フィン５の排気ガスと接触する表面に耐熱性、密着性及び熱伝導率が良好な被膜層１１が形成されている。
【００１０】
被膜層１１は、ステンレス製基材の表面が改質されてガラス化された被膜層である。ステンレス製基材は、1.0％程度の珪素（Si）を含有している。そこで、このステンレス製基材に含まれている珪素（Si）を利用して、イオン注入法により表面を改質してガラス化した被膜層１１を形成したものである。
図２にステンレス製基材の表面を改質してガラス化した被膜層１１を形成するプロセスの一例を示す。この表面改質は、イオン注入法により行われ、図１に示す排気熱交換器１を組み立てる前に行われる。
【００１１】
先ず、排気通路４を形成するステンレス製の薄板（基材）２がセットされる（ステップＳ１）。次に、イオン注入法によって前記ステンレス製薄板２の排気ガスと接触する表面に酸化雰囲気でガラス化に必要な改質成分例えば、チタン(Ti)を注入する（ステップＳ２）。これにより、ステンレス製薄板２の前記表面が改質されてガラス化された被膜層（酸化珪素（SiO2）無機被膜）が形成される（ステップＳ３）。このガラス化された被膜層にはステンレス製基材に含まれている珪素（Si）の他前記イオン注入法により注入されたチタン(Ti)が含まれている。このガラス化された被膜層は、ステンレス製薄板２のガラス化改質であるためにステンレス製基材固有の金属成分が含まれており、被膜層と基材の界面が無い一体化されたものである。従って、このガラス化された被膜層は、耐熱性はガラス並でありながら、密着性及び熱伝導性は素材成分と異なる前記ガラス被膜よりも遙かに優れている。
【００１２】
また、前記ガラス化された被膜層は、注入するチタン（Ti）の量、注入時間等を制御することにより被膜層の厚みを制御して高精度の薄膜化することが可能であり、数１０ｎｍ〜数μｍの厚みとすることができる。この被膜層の厚みは、前記先行技術におけるガラス被膜の膜厚（数〜数１０μｍ）の１／１０程度の厚さである。このように薄膜化することで、より高耐熱性、熱伝導性の向上を図ることが可能となる。
【００１３】
冷却フィン５についても上述と同様にして排気ガスと接触する表面が改質されてガラス化した被膜層が形成されている。
尚、イオン注入法により注入するイオンとしては、チタン（Ti）の他にマグネシウム（Mg）、ナトリウム（Na）がある。また、イオン注入法の他にレーザ法、拡散処理法等がある。
【００１４】
図１に戻り、冷却水導入口７及び冷却水導出口８は、エンジンの冷却水通路（図示せず）に接続され、排気ガス導入口９は、前記エンジンの排気通路に接続され、排気ガス導出口１０は、ＥＧＲ装置（図示せず）に接続される。冷却水導入口７に導入されたエンジン冷却水は、各冷却水通路３を矢印で示す方向に流れて冷却水導出口８から流出し、排気ガス導入口９に導入された排気ガスは、各排気ガス通路４内を冷却水の流れと反対方向に矢印方向に流れて冷却されて排気ガス導出口１０から流出する。
【００１５】
排気ガス通路４及び冷却フィン５の排気ガスと接触する表面に形成されているガラス化された被膜層１１は、耐熱性、密着性、及び熱伝導性が極めて優れており、亀裂の発生及び亀裂に起因する剥離が防止される。更に、被膜層１１の熱伝導性が向上して排気ガスの冷却効果が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る排気熱交換器の実施の形態を示す一部切欠斜視図である。
【図２】図１に示す排気熱交換器の排気ガス通路の排気ガスと接触する表面を改質してガラス化された被膜層を形成する処理手順の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  排気熱交換機
２  ステンレス製薄板（基材）
３  冷却水通路
４  排気ガス通路
５  冷却フィン
６  熱交換器（コア）
７  冷却水導入口
８  冷却水導出口
９  排気ガス導入口
１０  排気ガス導出口
１１  ガラス化された被膜層
【図１】
2005133982.tif 000003
【図２】
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