JP2010209878A - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラの入口ヘッダーの形状を変更せずに、排気ガスの流量を平準化することができ、また、ガス抵抗が少ないＥＧＲクーラを提供する。
【解決手段】排気ガスを流通させる多数のプレートチューブ４を中空筒状のシェル６の内部に積層して両端をエンドプレート５に貫装し固定してなり、この排気ガスとプレートチューブ４の周囲を流れる冷却水との熱交換を行うコア部１と、一端を上記コア部１のガス流れ上流側に取り付けられて上記コア部１へ上記排気ガスを供給する筒状の入口ヘッダー２と、一端を上記コア部１のガス流れ下流端に取り付けられて上記コア部から上記排気ガスを送出する筒状の出口ヘッダー３とからなるＥＧＲクーラであって、上記入口ヘッダー２の内部には、排気ガスの流れに沿って通路を仕切り、その両側の排気ガスの流量を平準化するための整流板２ｃを架設した。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばディーゼル車などの車両において、排気ガスの一部を還流してエンジンの吸気系に戻すことで窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の発生を低減させるＥＧＲシステムに用いられ、上記排気ガスを冷却するＥＧＲクーラに関する。

従来のＥＧＲクーラは、図６に示すように、排気ガスと冷却水との熱交換を行うコア部１の両端に、排気ガスの出入口となる入口ヘッダー２および出口ヘッダー３を取り付けた構造である。上記コア部１は、排気ガスを通過させる多数のプレートチューブ４を所定の間隙を設けて積層し、その両端をエンドプレート５に貫装して固定し、二分割された部材を組み合わせた角筒状のシェル６でこれを囲ってなる。

エンジンの排気系（図示せず）から供給される排気ガスは、筒体に形成された入口ヘッダー２からＥＧＲクーラへ流入し、コア部１に積層されたそれぞれのプレートチューブ４に分岐して通過し、筒体に形成された出口ヘッダー３で合流してエンジンの吸気系（図示せず）に戻される。
一方、コア部１内のプレートチューブ４周囲では、シェル６に接続された一方の冷却水パイプ６ａから他方の冷却水パイプ６ａへ冷却水が流れて、プレートチューブ４を通過する排気ガスとの間で熱交換を行う。

ＥＧＲクーラに用いられる入口ヘッダー２および出口ヘッダー３は、鋳物成形またはプレス成形により成形されており、エンジンルーム内でＥＧＲクーラ用に確保できる限られたスペースの範囲内で、コア部１の大きさや排気ガスの流れを考慮して形状を設定していた。

近年のＥＧＲ率の増加に伴い、ＥＧＲクーラには低いガス抵抗で高い熱交換性能を実現することが求められている。
このため、エンジンの排気系からの排気ガスの流れを良好にしてガス抵抗を少なくするために、プレートチューブに挿入されるインナーフィンの形状を改良したり、入口ヘッダーおよび出口ヘッダーを排気ガスの流れが良好となる形状に改良したりしていた。

しかし、コア部の形状の制約やエンジンルームで確保できるスペースの制約により、エンジンの排気系からの配管を入口ヘッダーの理想的な位置に接続できない場合も多く発生しており、入口ヘッダー内部の排気ガスの流れに偏りが生じていた。
図７中の矢印は排気ガスの流れを示している。実線矢印は排気ガスの流量の多い部分、破線矢印は排気ガスの流量の少ない部分を示す。このように、エンジンの排気系（図示せず）から入口ヘッダー２への配管の取付角度が大きい場合、各プレートチューブ４の排気ガスの流量に偏りが生じていたが、エンジンルーム内のスペースの制約から、入口ヘッダー２の形状を変更して排気ガスの流れを改善することも困難であった。

また、限られたスペース内でＥＧＲクーラの熱交換率を上げるためにコア部１の体積を大きく取る傾向にあるが、その場合には図８のように入口ヘッダー２を短く設定しなければならなかった。図８中の実線矢印は排気ガスの流量の多い部分、破線矢印は排気ガスの流量の少ない部分を示している。このように、エンドプレート５までの入口ヘッダー２内部で、流入する排気ガスを上下に十分に拡散することができず、各プレートチューブ４の排気ガスの流量の差が大きくなっていた。

これらの結果、排気ガスが各プレートチューブ４を均一に流れなくなり、プレートチューブ４ごとに熱交換する熱量に差が生じ、ＥＧＲクーラ全体の熱交換性能の低下を招いていた。また、ＥＧＲクーラ全体のガス抵抗が増えてしまったり、熱交換の多い部分で冷却水が加熱されて局部的な沸騰を引き起こすなどの問題を生じていた。

特許文献１には、吸入空気とＥＧＲクーラからの排気ガスとが合流してエンジンの吸気系へ供給される管継手の内部に、通路を仕切る仕切りを設けることで、吸入空気と排気ガスとをよく混合して各シリンダへ均等に供給するものが記載されている。

また、特許文献２には、ＥＧＲクーラの入口ヘッダー内部に、多数の孔またはスリットを有するバッフルプレートを排気ガスの流れに直交するように配置して、上記孔またはスリットを通過する排気ガスを分散するとともに旋廻流を起こさせて、個々のプレートチューブにバランスよく排気ガスを分配できるものが記載されている。

さらに、特許文献３には、ＥＧＲクーラの入口ヘッダーの側面部から半径方向に貫通する排気ガス流入管によって排気ガスを流入させ、この排気ガス流入管の先端部を周方向に湾曲させたことで、排気ガスを周方向に誘導して、個々のプレートチューブにバランスよく流すことができるものが記載されている。

特開２０００−８９６９号公報 特開２００７−１７０２７１号公報 特開２００７−１７８１０９号公報

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ＥＧＲクーラの入口ヘッダーの形状を変更せずに、排気ガスの流量を平準化することができ、また、ガス抵抗の少ないＥＧＲクーラを提供することを課題とする。

本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、排気ガスを流通させる多数のプレートチューブを中空筒状のシェルの内部に積層して両端をエンドプレートに貫装し固定してなり、この排気ガスとプレートチューブの周囲を流れる冷却水との熱交換を行うコア部と、一端を上記コア部のガス流れ上流側に取り付けられて上記コア部へ上記排気ガスを供給する筒状の入口ヘッダーと、一端を上記コア部のガス流れ下流端に取り付けられて上記コア部から上記排気ガスを送出する筒状の出口ヘッダーとからなるＥＧＲクーラであって、上記入口ヘッダーの内部には、排気ガスの流れに沿って通路を仕切り、その両側の排気ガスの流量を平準化するための整流板を架設したことを特徴とする。

第２の発明に係るＥＧＲクーラは、上記入口ヘッダーはプレス成形にて形成され、上記整流板はろう付けまたは溶接により、上記入口ヘッダーの内部に接合されたことを特徴とする。
第３の発明に係るＥＧＲクーラは、上記入口ヘッダーは、その内部に上記整流板を一体に配設して鋳物成形にて形成されたことを特徴とする。

第１の発明によれば、上記入口ヘッダーの内部には、排気ガスの流れに沿って通路を仕切り、その両側の排気ガスの流量を平準化するための整流板を架設したことにより、入口ヘッダーに流入した排気ガスが整流板により分岐させられるため、各プレートチューブを流れる排気ガスの流量の差を少なくすることができ、熱交換性能を向上させることができるとともに、局部的な加熱による冷却水の沸騰を防止することができる。
また、排気ガスを偏りなくプレートチューブに流すことで、ＥＧＲクーラ内のガス抵抗が低減してガス流れが円滑になる。

第２の発明によれば、上記入口ヘッダーはプレス成形にて形成され、上記整流板はろう付けまたは溶接により、上記入口ヘッダーの内部に接合されたことにより、第１の発明の効果を確実に達成することのできるＥＧＲクーラを提供することができる。

第３の発明によれば、上記入口ヘッダーは、その内部に上記整流板を一体に配設して鋳物成形にて形成されたことにより、第１の発明の効果を確実に達成することのできるＥＧＲクーラを提供することができる。

本発明の第一実施形態に係るＥＧＲクーラの縦断面図である。 図１中の入口ヘッダー付近の拡大図である。 同入口ヘッダーの斜視図である 本発明の第二実施形態に係るＥＧＲクーラの入口ヘッダー付近の部分拡大縦断面図である。 同入口ヘッダーの斜視図である。 従来のＥＧＲクーラの縦断面図である。 図６中の入口ヘッダー付近の拡大図である。 従来の他のＥＧＲクーラの入口ヘッダー付近の部分拡大縦断面図である。

以下、本発明の第一実施形態に係るＥＧＲクーラについて説明する。
図１に示すように、このＥＧＲクーラは、排気ガスと冷却水との熱交換を行うコア部１の両端に、エンジンの排気系（図示せず）から排気ガスを供給する入口ヘッダー２と、エンジンの吸気系（図示せず）へ排気ガスを排出する出口ヘッダー３とを取り付けてなる。

上記コア部１は、排気ガスを通過させる多数のプレートチューブ４を所定の間隙にて積層し、その両端をエンドプレート５、５に貫装して固定し、二分割された部材を組み合わせた角筒状のシェル６でこれを囲ってなる。

上記プレートチューブ４は中空の扁平形状に形成されて積層され、上記エンドプレート５に設けられた多数の孔にその両端を貫装して固定されている。各プレートチューブ４の上下面にはダボ（図示せず）を突設して、プレートチューブ４相互の間に間隙を保持できるようにしている。
上記シェル６は、２枚のコ字状の板材を組み合わせてなり、両端にエンドプレート５と一致する開口部を有して、積層したプレートチューブ４を収容できる筒体に形成されている。また、シェル６の入口側上部と出口側下部とには、一対の冷却水パイプ６ａ、６ａがそれぞれ接続されている。

コア部１の上流側に取り付けられる上記入口ヘッダー２は、エンジンの排気系からの配管（図示せず）を接続する小さな上流側開口部２ａと、上記コア部１に接続される大きな下流側開口部２ｂとを有し、下流側開口部２ｂに向かって徐々に拡径する略角筒状に形成されている。また、上流側開口部２ａは入口ヘッダー２の下側面に設けられ、エンジンルーム内のＥＧＲクーラの設置スペースに制約があっても配管を接続しやすくなっている。

コア部１の下流側に取り付けられる上記出口ヘッダー３は、上記コア部１に接続される大きな上流側開口部３ａと、エンジンの吸気系への配管（図示せず）を接続する小さな下流側開口部３ｂとを有し、上流側開口部３ａに向かって徐々に拡径する略角筒状に形成されている。

図２、図３に示すように、このＥＧＲクーラでは、入口ヘッダー２の内部を、流入する排気ガスの流れを分断して表裏の流量を調節する整流板２ｃを設置して仕切っている。整流板２ｃの板厚は薄く形成してガス抵抗が増加しないようにし、入口ヘッダー２の板厚と同等またはそれ以下とする。
このような整流板２ｃを設置するには、プレス成形によって形成した入口ヘッダー２の内部に、この入口ヘッダー２内の形状に合わせて形成した整流板２ｃを、排気ガスの流れに沿うようにろう付けまたは溶接により架設する。また、入口ヘッダー２を鋳物成形により形成する場合には、入口ヘッダー２と一体に成型して設置する。

図２中の実線矢印は排気ガスの流れを示している。
エンジンの排気系（図示せず）から供給される排気ガスが入口ヘッダー２に流入すると、排気ガスは整流板２ｃにより二分されてコア部１へと流れ、エンドプレート５に固定された各プレートチューブ４へと流入する。一度分断された排気ガスはコア部１付近まで合流することがないので、図２に示すように、中央付近のプレートチューブ４にガス流れが集中するのを防止して、中央付近のプレートチューブ４と上下端付近のプレートチューブ４とで流量の偏りなく排気ガスを流すことができる。

入口ヘッダー２からコア部１に積層されたそれぞれのプレートチューブ４に分岐した排気ガスは、各プレートチューブ４を通過し、出口ヘッダー３内部で合流してエンジンの吸気系（図示せず）に戻される。一方、コア部１内のプレートチューブ４の周囲では、シェル６に接続された一方の冷却水パイプ６ａから他方の冷却水パイプ６ａへ冷却水が流れて、プレートチューブ４を通過する排気ガスを冷却する。このとき、各プレートチューブ４の排気ガスの流れが平準化されているため、排気ガスを満遍なく冷却することができて熱交換性能が向上するとともに、局部的な過熱による冷却水の沸騰を防止することができる。
さらに、排気ガスを偏りなくプレートチューブ４に流すことで、ＥＧＲクーラ内のガス抵抗が低減してガス流れが円滑になるため、車両のＥＧＲシステムを十分に機能させることができる。

＜第二実施形態＞
上記の実施形態において、入口ヘッダー２の形状や上流側開口部の設置箇所、コア部１の大きさ等によって排気ガスの流れが変化するため、これらに合わせて整流板２ｃの形状や枚数、設置箇所を変更し、各プレートチューブ４の排気ガスの流量を平準化できるようにする。
図４のように入口ヘッダー２の全長が短い場合には、入口ヘッダー２内部で排気ガスを十分に拡散して偏りなく各プレートチューブ４に流入させられるように、上流側開口部２ａから下流側開口部２ｂへ放射方向に複数の整流板２ｃを配設してもよい。

すなわち、第二実施形態に係るＥＧＲクーラにおいても、コア部１の上流側端部には入口ヘッダー２が取り付けられている。この入口ヘッダー２は、エンジンの排気系からの配管（図示せず）を接続する小さな上流側開口部２ａと、上記コア部１に接続される大きな下流側開口部２ｂとを有し、下流側開口部２ｂに向かって徐々に拡径する略角筒状に形成されている。
入口ヘッダー２では、図４、５に示すように、上流側開口部２ａは下流側開口部２ｂの対向面に形成されているが、上流側開口部２ａから下流側開口部２ｂまでの距離が短いため、排気ガスの拡散を促す２枚の整流板２ｃ、２ｃを架設している。整流板２ｃ、２ｃは、ガス抵抗を増大させることなく排気ガスの流れを拡散させるように、排気ガスの流れに沿って、上流側開口部２ａから下流側開口部２ｂへ放射方向に入口ヘッダー２内部を仕切っている。
入口ヘッダー２以外のＥＧＲクーラの構成は、第一実施形態と同様とする。

図４中の実線矢印は排気ガスの流れを示している。
排気ガスが入口ヘッダー２に流入するとガス流れが整流板２ｃ、２ｃによって分断されて拡散し、整流板２ｃ、２ｃに沿って流れることで上下端付近にも十分な流量の排気ガスが流れる。これにより、中央付近のプレートチューブ４にガス流れが集中するのを防止して、中央付近のプレートチューブ４と上下端付近のプレートチューブ４とで流量の偏りなく排気ガスを流すことができる。
さらに、排気ガスを偏りなくプレートチューブ４に流すことで、ＥＧＲクーラ内のガス抵抗が低減してガス流れが円滑になるため、車両のＥＧＲシステムを十分に機能させることができる。

１ コア部
２ 入口ヘッダー
２ａ 上流側開口部
２ｂ 下流側開口部
２ｃ 整流板
３ 出口ヘッダー
３ａ 上流側開口部
３ｂ 下流側開口部
４ プレートチューブ
５ エンドプレート
６ シェル
６ａ 冷却水パイプ

Claims (3)

1. 排気ガスを流通させる多数のプレートチューブを中空筒状のシェルの内部に積層して両端をエンドプレートに貫装し固定してなり、この排気ガスとプレートチューブの周囲を流れる冷却水との熱交換を行うコア部と、
   一端を上記コア部のガス流れ上流側に取り付けられて上記コア部へ上記排気ガスを供給する筒状の入口ヘッダーと、
   一端を上記コア部のガス流れ下流端に取り付けられて上記コア部から上記排気ガスを送出する筒状の出口ヘッダーとからなるＥＧＲクーラであって、
   上記入口ヘッダーの内部には、排気ガスの流れに沿って通路を仕切り、その両側の排気ガスの流量を平準化するための整流板を架設したことを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 上記入口ヘッダーはプレス成形にて形成され、上記整流板はろう付けまたは溶接により、上記入口ヘッダーの内部に接合されたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラ。
3. 上記入口ヘッダーは、その内部に上記整流板を一体に配設して鋳物成形にて形成されたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラ。

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