JP2003504555A - 中空構造体における高温流体の流体導管 - Google Patents

中空構造体における高温流体の流体導管

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Abstract

(57)【要約】 中空構造体（１０）よりなる流体導管であって、該流体導管には導入接続管（１２）が連結構造体（３４）を介して取付けられている。該流体導管は内燃機関における吸気流（実線矢線）中に排気再循環ガス流（破線矢線）を導入するのに用いられる。セラミック製パイプ（１６）の使用により排気ガス流から吸気管である中空構造体における取付け部への熱伝導を妨げる。したがって、過大な熱負荷を避けられるので吸気管はセラミックで作製することができる。さらに導入接続管は流出開口（２０）が設けられた方向転換部（１９）を有する。これにより、最良の混合がなされ、排気ガスがプラスチック製吸気管の壁に直接に導かれることがない排気ガス流の吸気の流れ方向への導入が可能となる。これにより、プラスチック構造体のこの部分が溶けるのも防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、特に内燃機関の吸気通路への排気ガス再循環に用いることができる
請求項１および７に記載の型の流体導管に関する。
【０００２】 （背景技術） 内燃機関の吸気通路への排気ガス再循環が知られている。この措置は内燃機
関の有害排出物（エミション）を低減するためにとられるものである。しかしな
がら排気ガスの高温が問題になる。特に吸気通路がプラスチック製の場合、排気
ガスの導入により給気通路の排気ガス導入部が溶けることがある。
【０００３】 吸気通路の過大な熱負荷を避けるけるために、EP 486 338 A１には排気導管を
二重壁にすることが提案されている。排気ガスは内管を通して吸気通路に導入さ
れ、前記二重壁の間に形成される空間が排気ガス導入管の吸気管との接触部に対
して絶縁の機能を果たす。
【０００４】 さらに冷却効果を上げるために吸入された新気が前記壁間空間に導入される。
該新気は絞り弁の前から取り入れられ、迂回通路を通って前記壁間空間に達する
。該冷気は対応する開口から排気ガスの流れに平行に再び吸気通路に至る。
【０００５】 ただし、この提案の解決方法では貫流する燃焼空気に対する再循環される排気
ガスの分量を随意に増大することができない。二重壁の管は直接吸気管に連結さ
れているので、再循環率が高い場合には吸気通路の壁が溶ける危険がある。さら
に高温の排気ガスが遮られることなく対抗する壁面に当たるので、これによって
も又高い熱負荷を受ける領域が発生し、構成部品の損傷が惹起される。
【０００６】 EP 886 063 A2 の構造によれば、これを防止するために、吸気通路の壁に高温
排気ガスが直接に当たることを防護する熱負荷に耐え得るガス案内部材２６（図
２参照）を設けることができる。高温排気ガスは、このガス案内部材内で吸気と
混合する十分な時間を持つ。しかしながら、このような付加的な部品は構造的に
複雑となり、また吸気通路の重量も増大する。この両者とも、吸気管の製作およ
び利用に際してできる限り高い経済を追及する観点からは望ましくないことであ
る。
【０００７】 前述の欠点を避けるために、自動車技術誌（Automobiltechnische Zeitschrif
t） １９９２年号の５３０頁にプラスチック構成部品に高温になる導入管を取付
けることが提案されている。これは同様に二重壁の管からなり、しかしながら内
管は外管よりも手前で終る。これにより冷却空気が吸気通路から前記二重壁管の
空間を通って吸い出されるエジェクター効果が得られる。かくして、導入部が冷
却されるのみならず、同時に冷気が排気ガスと混合して該排気ガスを冷却する。
【０００８】 しかしながら、排気ガス再循環のこの形態においては、排気ガス再循環率の増
大は限られる。冷却気流を可能とするためには、排気ガス再循環パイプに吸気管
の排気ガス導管固定フランジに直接に移行するベルマウスを取付けなければなら
ない。この熱伝播通路は、排気ガス循環率が高い場合、排気ガス再循環域におけ
る吸気通路の熱負荷を高める。排気流は実際冷却される。しかしながら、ある排
気再循環率を越えると吸気通路にはEP 886 063 A2 によるガス案内部材を設けな
ければならない。
【０００９】 したがって、本発明の課題は、熱い流体を中空構造体内を貫流する冷たい流体
に導入する、製作コストが有利で、導入される熱い流体流量の貫流する流体流量
に対する比率を高めることができ、その際中空構造体の熱負荷を必要な限度に抑
える流体導入管を提供することである。
【００１０】 （発明の開示） この課題は、特許請求範囲１および７に記載の特徴により解決される。
【００１１】 流体導管の本発明による解決策は、導入接続管の中空構造体内部空間に達する
端部領域に、貫流する流体の流れ方向に向って開口された流出開口を設けること
である。この構造上の手段により、導入すべき流体の流れは中空構造体中の流れ
の方向に転換され、導入流体が中空構造体の壁に直接に当たるのが避けられる。
前記導入される流体はエジェクター効果によって貫流する流れに巻き込まれて連
れ去られ、かくて急速な混合が行われる。この混合は、同時に導入される流体を
冷却し貫流する流体を昇温するように働く。その結果の温度は、しかしながら中
空構造体の熱負荷の許容範囲内にある。
【００１２】 前記流出開口は導入接続管の端部領域の側面に沿って配設される。多数の該開
口は、導入される流体を多くの小さい流れに分割するので、混合を向上する。
【００１３】 本発明の他の実施例では、前記流出開口に案内板が設けられる。特に導入接続
管が板金製の場合は該案内板はプレスにより容易に形成することができる。好ま
しくは、該案内板は導入接続管の内側に曲げることにより導入される流体と貫流
する流体との最適の混合をもたらすようにするのがよい。加えるに、該案内板は
、導入される流体が導入接続管の端部領域から流出する際に中空構造体の壁に接
触するのを防止するように該流体を方向づける働きをする。そしてこの接触は中
空構造体中を貫流流体がさらに流れて混合が十分に広がってから初めて起こる。
【００１４】 両流体の混合をさらに促進するために、導入接続管を、中空構造体中を貫流す
る流れに関して最良の外形形状とするのが好ましい。導入接続管を迂回する際に
該導入接続管の外側、特にその端部領域に沿って層流が発生する。これにより導
入される流体との混合が増進される。
【００１５】 流体導入のためのさらに好ましい実施形態は請求項１と７に記載の特徴を組み
合わせることにより得られる。これにより、中空構造体の導入接続管取付け部分
および流体を導く壁部分における熱負荷が過大になる危険が十分に避けられる。
適用状態によっては本手段はまた個々に適用されて満足な解決をもたらす。例え
ば、特に導入接続管に対面する中空構造体の壁が遠く離れていて流体が広い空間
を貫流する場合には、導入接続管の端部領域の形状は必要不可欠なものではない
。これに反し、特に狭い中空構造体において導入接続管の端部領域におけるこの
手段は導入接続管の熱伝導がクリティカルでないときに必要不可欠である。
【００１６】 本発明のさらに他の形態は、導入接続管の端部領域が管部材で形成され、迂回
される側に流出開口が設けられる。管部材の断面は円形である必要はなく、種々
の断面形状が考えられる。該管部材は射出成形で作製することができる。他の可
能性は、変形できる管状の半製品から作成することである。その場合は開口はプ
レスで打ち出される。管部材にはさらにプラグコネクションが設けられ、それに
より導入接続管に嵌め込まれる。このようにすると、すでに使用中の吸気システ
ムにこの部品を後から取付けることが可能になる。
【００１７】 本発明のさらに他の形態では前記管部材の管端は開口されている。これは管状
の半製品から管部材を形成する場合にそのようにされる。開口した管端は再循環
される排気ガスの付加的な導入開口となる。
【００１８】 別の代替可能な流体導管は三つの構造上の機能領域、すなわち中空構造体と、
導入接続管と、連結構造体とよりなる。中空構造体は流体が貫通して通るように
導くのに適し、例えば内燃機関の吸気管よりなる。導入接続管は導入すべき熱い
流体を導く供給管に適する。さらに、第１には導入接続管を中空構造体に固定す
る役目を果たし、第２にはこれら両部材間のシールを可能にする連結構造体が設
けられる。
【００１９】 上記の流体導管は熱い流体の導入によって起る熱負荷に対応しなければならな
い。このことは、導入接続管は導入される流体に対して耐熱性がなければならな
いことを意味する。中空構造体には、しかしながら、しばしば融点の低い材料、
例えばプラスチックが用いられる。導入接続管は導入される流体によって強く加
熱されるので、該導入接続管と中空構造体との間の連結部分は、中空構造体のこ
の部分が熱的に過負荷にならないように絶縁されなければならない。このため、
連結構造体を設け、導入接続管から中空構造体への伝熱が前記連結構造体を通し
て行われるようにする。その場合、該連結構造体を通じて中空構造体に向って温
度勾配が生じるので、連結構造体と中空構造体との接触面は前記導入接続管より
も温度が低くなる。
【００２０】 中空構造体と連結構造体との連結部の温度のさらなる低下は、本発明によると
、導入接続管から連結構造体への熱伝導を最初から減じる手段を設けることによ
って達成される。そうすることにより、連結構造体と中空構造体との連結部の熱
負荷は当然低下し、伝熱を低減する手段を設けない流体導管よりも比較的高い排
気ガス再循環率を達成することができる。ディーゼル機関では部分的に６０％の
排気ガス再循環率が要求され、これは上記した手段を用いてのみプラスチック製
吸気通路に導入することができる。
【００２１】 本発明の有効な形態では熱伝導を低減する手段として導入接続管がセラミック
で作製される。この材質は導入される熱い流体に対して十分な耐熱性を有する。
セラミックは通常導入接続管の構成材料である金属材料に比較して熱伝導率が非
常に小さい。セラミック製導入接続管は熱絶縁体としてして機能し、連結構造体
にはより少ない熱量が伝えられる。
【００２２】 また、連結構造体をセラミックで作製すると有利である。それによりこの部分
では過度の伝熱が避けられる。導入接続管と連結構造体は一体構造に作成するこ
とができ、製作コストが有利に低減される。
【００２３】 さらに、熱伝導を低減する手段の有利な形態は導入接続管を２重壁構造とする
ことである。これは内壁と外壁とを有し、これらの壁間空間の流体が絶縁体とし
て作用する。導入すべき流体は内壁で形成される断面を通して導入される。
【００２４】 前記壁管空間を連結構造体へ伝達される熱エネルギを減らすのに利用するため
に、該構造体は導入接続管の外壁に取付けられる。本発明の上記形態に公知の技
術であるエジェクター効果を組む合わせると壁間空間の絶縁効果を高めることが
できる。これにより壁間空間の流体は常に入れ替えられ、連結構造体の温度上昇
が防止される。これにより外壁は最初からより冷たくなり、連結構造体への熱伝
導が低減する。
【００２５】 本発明の変形の１つによれば連結構造体における温度勾配に影響を与えること
ができる。これは連結構造体の表面面積を増大することによってなされる。これ
により連結構造体の表面積に比例する熱放射が増大し連結構造体と中空構造体と
の間の連結部の温度上昇が少なくなる。表面面積の増大のためには、例えば連結
構造体は薄板で作製され殻状構造とされる。該殻状構造の波形の壁は十分な補強
となり同時に表面積を増大する。 他の可能性は連結構造体を深皿形に形成する
ことで、該深皿の外径は導入接続管の取付けに要するよりも大きく選定される。
該深皿もまた薄板で作製され補強ビードで補強される。該補強ビードにより同時
に表面積が増大される。
【００２６】 重要な技術を確立するために、本発明思想の目的にかなう構成による連結構造
体はバイヨネット型ジョイントとして作製される。これにより中空構造体に容易
に組み込むことができるモジュールができる。特に連結構造体がプラスチック製
の場合、対応する取付け部はバイヨネット型ジョイントの一部として容易に壁構
造に一体化される。この場合、導入接続管と連結構造体は標準部品として製作で
きて量産化ができ、経済性の高い解決策をもたらす。バイヨネット型ジョイント
によって流体導管を容易に取付けることができ、組付け労力の低減は流体導管の
さらなる経済性の向上に寄与する。
【００２７】 上記した実施形態は、導入接続管と中空構造体と連結部の熱負荷低減に適し、
したがって貫通して通る流体に比して高温の導入流体の量を多く混合することが
できる。このことは、排気ガス再循環に使用する場合、燃焼用の吸気への排気ガ
ス再循環率の限度を増大できることを意味する。この再循環率の増大は、連結部
位の熱負荷を増大することのみならず中空構造体を駄目にしてしまうことを意味
する。と言うのは中空空間に再循環された流体は中空空間の壁で冷却されるから
である。それゆえ、この部分は中空構造体の熱負荷限度を超えることがある。こ
れは特に再循環される流体の流れが遮られることなく中空構造体の壁に衝突する
ことができる場合にそうである。
【００２８】 上記およびその他の本発明の好ましい特徴が、請求項、また明細書及び図面か
ら案出され、個々の特徴がそれ自身あるいは多くは本発明の実施形態を組合せた
形態でおよび他の分野で実現される有利かつそれ自身保護され得る実施形態を示
すことができ、それらに対して茲に保護を要請するものである。
【００２９】 （発明を実施するための最良の形態） 図１は内燃機関の吸気通路に排気ガスを導入する流体導管を示す。中空構造体
１０は吸気通路の一部をなしている。該中空構造体には導入接続管１２を該中空
構造体の内部空間１３に挿入できる取付け開口１１が設けられている。切断線部
は前記中空構造体を矢線で示すように貫流する空気の入口１４および出口１５を
示すと解すべきである。
【００３０】 前記導入接続管１２は接続部材１６からなり、該接続部材は外管１７と一体で
２重壁管構造に構成される。該２重壁管構造の一部をなす内管１８が破線の矢線
で示される排気ガスを導くように設けられている。該内管１８は前記導入接続管
１２の端部領域１９に達し、排気ガスを前記中空構造体の空気流中に導く出口開
口２０を有する。ここでも排気ガスは破線の矢線で示されている。前記導入接続
管１２を中空構造体１０に連結できる薄板殻２１が前記外管１７に強固に結合さ
れている。この関連で螺子２３により固定されO-リング２５を介してシールされ
る蓋２２が前記中空構造体の一部をなすことが理解できる。前記薄板殻の外縁２
５は前記蓋２２に注入されたフッ素樹脂（商標名テフロン）リングを備えている
。該フッ素樹脂（商標名テフロン）リングは、前記薄板殻を伝わったある程度の
熱によって装置全体が損なわれることがないように、前記蓋よりも高い耐熱性を
有する。前記薄板殻２１の内縁２７は前記外管１７に直接に、例えばろう付けで
結合される。
【００３１】 前記内管１８を外管１７内に固定するために内管１８の外壁に接合された補今
日強ビード２８が設けられている。内管と外管の間に形成される空間２９は断熱
効果と同時に吸気を導くのに利用される。この吸気は内管端３０におけるエジェ
クター効果によって吸入穴３１から流入した空気が前記環状空間２９から吸い出
されるものである。該吸気は前記吸入口への途中で前記薄板殻の内側を冷却する
。この冷却流の経路は点線の矢線で示されている。
【００３２】 前記端部領域１９の構成は図２に示されている。該領域は前記中空構造体１０
内の流れ（実線矢線）に囲まれる長く延びる空間領域に形成される。該空間領域
４５は、排気の流れ（破線矢線）を吸気が流れる方向に導くことができる、内部
空間１３に連通する出口開口２０を有する。排気流は先ず端部領域１９の側面３
２に到着し、つぎに徐々に吸気の流れに混入する。前記端部領域は板金で作製さ
れる。前記開口は材料から打ち出して内側に曲げる簡単な方法で作製される。こ
れにより案内板３３が形成され、前記開口２０からの排気のスムーズな流出が行
われる。
【００３３】 図３は２分割構成の導入接続管１２の実施例を示す。最上部は端部領域で図１
と同じように形成されている。該端部領域は、接続部材１６と中空構造体へ取付
けるための接続フランジ３４の機能を合せ持つセラミック部材に直接に結合され
ている。該構成部材のセラミック材料は、導入された排気ガス（破線矢線）から
の熱が少しだけしか中空構造体に伝わらないようにする断熱材として機能する。
【００３４】 前記導入接続管１２のセラミックフランジが中空構造体１０の取付け開口１１
に直接に鋳込まれる。この方法により製作容易な一体構造体が得られる。導入接
続管の幾何学形状は２分割構成により非常に単純になる。導入接続管は鋳造機の
対応する掴み具に固定され中空構造体の射出成型プロセスで直接に鋳込まれる。
組付け労力は完全に必要なくなる。
【００３５】 図４の導入接続管１２は図１に示された例と同様に内管１８と外管１７とより
なる２重壁構造である。この構造では冷却流（図１における点線矢線参照）は流
されない。環状空間２９内のガスは、したがって常に交換されることがなく、外
管と内管の間で絶縁材として機能する。
【００３６】 外管１７には導入接続管１２を中空構造体１０に固定するための鐘状薄板３５
が固定されている。鐘状薄板３５と取付け開口１１間のシールはO-リング２４ａ
によってなされる。鐘状薄板３５には補強のため補強ビード２８ａが設けられて
いる。
【００３７】 本実施例では先の実施例と異なり流出口２０は傾斜して配置されている。この
傾斜は流出する排気ガスを中空構造体中を流れる吸気の方向に修正するのに貢献
する。排気ガスの流れは端部領域１９で方向転換されるために回転モーメントが
付与される。排気ガスが端部領域を流出後に中空壁に接触するのをできるだけ長
い間避けるために、流出口２０の傾斜した案内板の助けによってこの回転の運動
量が消滅される。この経過は破線矢線で示唆されている。
【００３８】 鐘状薄板３５と中空構造体１０の間のシールは、図４および図５の助けを借り
て最もよく理解できるバイヨネット型ジョイント３６によってなされる。中空構
造体１０には取付け開口１１を囲んで取付けリブ３７が設けられている。該取付
けリブ３７はスリット３８を有しており、該スリットに前記鐘状薄板３５の外周
に半径方向に設けられた舌部３９を前記導入接続管１２を回転して滑り込ませる
ことにより鐘状薄板３５がO-リング２４ａに押付けられる。取付けリブ３７は、
取付け開口１１につながり補強リブ４１で中空構造体に固定された固定フランジ
４０に取り付けられる。端部領域の形状は明らかに流れに対して最良の形状にし
てある。
【００３９】 図５から内部空間１３に突出した導入接続管の部分である端部領域１９の形状
がわかる。図は吸入空気の流れの方向（図４の実線矢線参照）に見た図である。
【００４０】 図６は導入される排気ガスの流れの方向（図４の破線矢線参照）から見た導入
接続管の断面を示す。図には内管１８、接続部材１６、鐘状薄板３５内の補強ビ
ード２８ａの一つ、取付けリブ３７の下に押込まれた突板３９の端部、および取
付けリブ３７の間隙空間４３にあって舌部３９の一部である張出した舌板４４に
かみ合う停止爪４２が認められる。さらに案内板３３の端部が管内に認められる
。
【００４１】 図７および８は、もはや図示しない吸気システムでの吸気の流れ方向に達する
導入接続管１２の他の例を示す。本実施例では、プラグコネクション４３により
導入接続管の端部領域を形成する接続管４２が嵌め込まれている。流出口２０は
管形状の半製品に案内板３３を舌状に打ち出して形成される。管４２は再循環さ
れた排気ガスが吸気通路に導入されるように開口されている。
【図面の簡単な説明】
本発明のさらなる詳細は、実施例の概略を示す以下の図面を参照して記載される
。
【図１】 曲がる端部領域を有する２重壁の導入接続管が内部まで達する吸
気管からなる流体導管の従断面図である。
【図２】 図１におけるA-A断面である。
【図３】 セラミック製の導入接続管を有する流体導管の従断面図である。
【図４】 傾斜して配置された流出開口と連結構造体とが図１の場合と異な
る流体導管の従断面図である。
【図５】 吸気管に取付けられた導入接続管の後方から見た図である。
【図６】 図４および５の流体導管のバイヨネット型ジョイントの詳細を示
す図である。
【図７】 管部材として形成された流体導管の端部領域の断面図である。
【図８】 図７の管部材ｍ矢視図である。
【符号の説明】
１０ 中空構造体 １１ 取付け開口 １２ 導入接続管 １３ 内部空間 １４ 入口 １５ 出口 １６ 接続部材 １７ 外管 １８ 内管 １９ 端部領域 ２０ 流出開口 ２１ 薄板殻 ２２ 蓋 ２３ 螺子 ２４、２４ａ O-リング ２５ 外縁 ２６ テフロンリング ２７ 内縁 ２８、２８ａ 補強ビード ２９ 環状空間 ３０ 内管端 ３１ 吸入穴 ３２ 側面 ３３ 案内板 ３４ 接続フランジ ３５ 鐘状薄板 ３６ バイヨネット型ジョイント ３７ 取付けリブ ３８ スリット ３９ 舌部 ４０ 固定フランジ ４１ 補強リブ ４２ 停止爪 ４３ 間隙空間 ４４ 舌板 ４５ 空洞

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入口（１４）から出口（１５）に流体が貫流する中空構造体（
    １０）と、 前記中空構造体に配設された、前記貫流する流体よりも高温の流体を導入す
    るための導入接続管（１２）と、 前記導入接続管を前記中空構造体に気蜜に取付ける連結部材（２１、３４、
    ３５）とからなり、 前記導入接続管と前記連結部材は前記導入される流体の温度に対して前記中
    空構造体および前記導入接続管よりも高い耐熱性を有する流体導管であって、 前記導入接続管の端部領域（１９）は、前記貫流する流体の流れ方向に向き、
    前記端部領域の流れが迂回する側面に流出口（２０）が前記中空構造体の内部空
    間（１３）において設けられていることを特徴とする特に内燃機関の吸気通路に
    排気ガスを再循環する流体導管。
  2. 【請求項２】前記流出口（２０）が導入された流体の流れ方向に影響を与え
    る案内板（３３）を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の流体導管。
  3. 【請求項３】前記導入接続管（１２）は前記中空構造体（１０）の内部空間
    （１３）に突出する領域が貫流する流れに対して最適の外形形状を有しているこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項あるいは２項に記載の流体導管。
  4. 【請求項４】前記導入接続管の端部領域はプラグコネクション４３により前
    記導入接続管に取付けられた管部材４２からなることを特徴とする請求の範囲第
    １項あるいは２項に記載の流体導管。
  5. 【請求項５】前記管部材の管端は開口端に作製されていることを特徴とする
    請求の範囲第４項記載の流体導管。
  6. 【請求項６】入口（１４）から出口（１５）に流体が貫流する中空構造体（
    １０）と、 前記中空構造体に配設された、前記貫流する流体よりも高温の流体を導入す
    るための導入接続管（１２）と、 前記導入接続管を前記中空構造体に気蜜に取付ける連結部材（２１、３４、
    ３５）とからなり、 前記導入接続管と前記連結部材は前記導入される流体の温度に対して前記中
    空構造体および前記導入接続管よりも高い耐熱性を有する流体導管であって、 前記導入接続管（１２）から前記連結部材（２１、３４、３５）への熱伝導
    を低減する手段が設けられていることを特徴とする特に内燃機関の吸気通路に排
    気ガスを再循環する流体導管。
  7. 【請求項７】熱伝導低減手段としてセラミック製の導入接続管が設けられて
    いることを特徴とする請求の範囲第６項記載の流体導管。
  8. 【請求項８】前記導入接続管（１２）と前記連結部材（３４）がセラミック
    で一体に作製されていることを特徴とする請求の範囲第７項記載の流体導管。
  9. 【請求項９】前記導入接続管（１２）が２重壁構造であり前記導入される流
    体が該導入接続管の内管（１８）を通って導かれる請求項６記載の流体導管にお
    いて、前記連結部材（２１、３５）が前記導入接続管の外管（１７）に取付けら
    れており、熱伝導低減手段として前記内管と外管の間に環状空間（２９）が設け
    られていることを特徴とする流体導管。
  10. 【請求項１０】前記連結部材（３５）がバイヨネット型ジョイント（３６）
    によって前記中空構造体に結合されていることを特徴とする前記請求の範囲のい
    ずれか１項に記載の流体導管。
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