JP2004346919A - Egrクーラー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のチューブを収容するシェルに冷媒導出入パイプとEGRガス導出入パイプとを接続して、シェル内に冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至る冷却水流路と、EGRガス導入パイプから上記チューブを経てEGRガス導出パイプに至るEGRガス流路を形成したEGR装置のEGRクーラーに於て、上記各チューブのEGRガス上流側端部とEGRガス導入パイプが接続されたEGRガス導入口との間に複数の整流管を配置し、当該各整流管を介してEGRガスを各チューブに導くことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンのEGR装置に用いるEGRクーラーに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン(以下、「エンジン」という)の燃焼時に発生する窒素酸化物(NOX )を低減するため、従来、排ガスの一部をエンジンの吸気系に排気還流(以下、「EGR」という)させるEGR装置が知られている。
窒素酸化物は、高温の排ガスのもとで空気中の酸素と窒素が反応して生成されるため、EGR装置は、EGRによって燃焼温度を下げることでO2+N2→2NOの反応を抑制して窒素酸化物の排出を低減させるものである。
【0003】
そして、吸気系にEGRさせるEGRガスの温度を下げるほど、燃焼時のスモークの悪化を抑え、窒素酸化物の発生が減少することが知られている。
そこで、昨今では、エンジンの吸気系と排気系との間に接続したEGRパイプに、エンジン冷却水等を冷媒とするEGRクーラーを装着し、EGRパイプを流下するEGRガスをこのEGRクーラーで熱交換させてEGRガス温度を下げる方法が広く採用されている(例えば、下記の特許文献1,2参照。)。
【0004】
図9乃至図11は特許文献2に開示されたEGRクーラーを示し、このEGRクーラー1は、筒状に成形されたシェル3内に、その長手方向に沿って複数の均一内径のチューブ5を収容し、シェル3のEGRガス上流側端部とEGRガス下流側端部に取り付くディフューザ7,9に、夫々、EGRガス導入パイプ(EGRパイプ)11とEGRガス導出パイプ(EGRパイプ)13を接続すると共に、EGRガス導入パイプ11側のシェル3の周壁に冷却水導入パイプ15を接続し、また、EGRガス導出パイプ13側のシェル3の周壁に冷却水導出パイプ17を接続したもので、チューブ5は、夫々、シェル3の両端部に取り付くエンドプレート19に挿着されて両ディフューザ7,9内に開口している。
【0005】
そして、シェル3の中央には、断面円形形状の冷却水誘導部材21がシェル3の長手方向に沿ってエンドプレート19間に装着されており、図11に示すようにシェル3内に導入された冷却水Wが、この冷却水誘導部材21により渦流や旋回流となってシェル3の中心部から外周方向へ誘導されるようになっている。
而して、斯かる構造によって、シェル3内には、冷却水導入パイプ15から冷却水導出パイプ17に至る冷却水流路が形成されると共に、EGRガス導入パイプ11からチューブ5を経てEGRガス導出パイプ13に至るEGRガス流路が形成されており、EGRクーラー1内に導入されたEGRガスGがチューブ5内を流下する際に、シェル3内に導入された冷却水Wで熱交換されてEGRガス温度が下がるようになっている。
【0006】
【特許文献1】
特開2003−74417号公報(段落番号「0010」〜「0030」、図1)
【特許文献2】
特開2003−83174号公報(段落番号「0018」〜「0022」、図3)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、EGRされたEGRガスGはある程度の流速を有しているため、EGRクーラー1内に導入されたEGRガスGがディフューザ7内で拡散せずにそのまま直進して、EGRガスGの多くがシェル3の中心部に配置されたチューブ5内を流下しているのが実情であった。
【0008】
しかし、斯様にシェル3の中心部のチューブ5に多くのEGRガスGが集中して流下すると、周辺部に配置されたチューブ5による熱交換がなされないために所期の冷却効率を確保することができず、また、斯様に中心部のチューブ5に多くのEGRガスGが集中して流下すると、これらのチューブ5に早期目詰まりが発生して冷却効率が更に悪化してしまう虞も指摘されていた。
【0009】
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、シェル内に収容したチューブ内にEGRガスを均等に流下させることで、冷却効率の向上を図ったEGR装置のEGRクーラーを提供することを第1の目的とする。
そして、本発明の第2の目的は、冷却水との伝熱面積の拡大によって冷却効率の向上を図ったEGR装置のEGRクーラーを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、請求項1に係る発明は、複数のチューブを収容するシェルに冷却水導出入パイプとEGRガス導出入パイプとを接続して、シェル内に冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至る冷却水流路と、EGRガス導入パイプから上記チューブを経てEGRガス導出パイプに至るEGRガス流路を形成したEGR装置のEGRクーラーに於て、上記各チューブのEGRガス上流側端部とEGRガス導入パイプが接続されたEGRガス導入口との間に複数の整流管を配置し、当該各整流管を介してEGRガスを各チューブに導くことを特徴とする。
【0011】
そして、請求項2に係る発明は、請求項1記載のEGR装置のEGRクーラーに於て、チューブの外周に冷却フィンを設けたことを特徴とする。
【0012】
(作用)
各請求項に係るEGRクーラーによれば、シェル内に収容されたEGRガスがチューブ内を流下する際に、シェル内に導入された冷却水で熱交換されてEGRガス温度が下げられるが、EGRガスは、各整流管を介してEGRガス導入パイプから各チューブに均等に導かれることとなる。
【0013】
そして、請求項2に係る発明によれば、チューブを流下するEGRガスの熱は、冷却フィンを介して冷却水に伝達されて熱交換されることとなる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0015】
図1乃至図4は請求項1及び請求項2に係るEGRクーラーの一実施形態を示し、図1に於て、23は円筒状に成形されたシェルで、そのEGRガス上流側端部とEGRガス下流側端部に取り付くディフューザ25,27に、夫々、EGRガス導入パイプ(EGRパイプ)29とEGRガス導出パイプ(EGRパイプ)31が接続されている。
【0016】
そして、図2及び図3に示すようにシェル23内には、その長手方向に沿って複数の均一内径の円筒状のチューブ33が収容されており、各チューブ33は、シェル23の両端部に取り付くエンドプレート35,37に挿着されて両ディフューザ25,27内に開口している。
また、各チューブ33のEGRガス上流側外周とEGRガス下流側外周には、夫々、伝熱面積を拡大して冷却水Wとの冷却効率を高めるために複数の側面視矩形状の薄肉で長尺な冷却フィン39が、周方向に夫々45°の間隔を空けてチューブ33の長手方向に突設されている。
【0017】
更にまた、図1乃至図3に示すようにEGRガス導出パイプ31側のシェル23の底部周壁には、冷却水導入パイプ41がシェル23の中心方向に向かって接続されると共に、EGRガス導入パイプ29側のシェル23の上部周壁に、冷却水導出パイプ43がシェル23の中心方向に向かって接続されており、冷却水導入パイプ41と冷却水導出パイプ43は180°の間隔を以って配置されている。
【0018】
而して、上述の如き構成によって、本実施形態に係るEGRクーラー45も、シェル23内に冷却水導入パイプ41から冷却水導出パイプ43に至る冷却水流路が形成されると共に、EGRガス導入パイプ29からチューブ33を経てEGRガス導出パイプ31に至るEGRガス流路が形成されているが、本実施形態は上述の如き従来と同様の構成に加え、図2及び図5に示すようにディフューザ25内に開口する各チューブ33のEGRガス上流側端部47と、EGRガス導入パイプ29が接続されたディフューザ25のEGRガス導入口49との間に複数の整流管51を接続したことを特徴とする。
【0019】
即ち、図3に示すように本実施形態では、シェル23の中心部に1本のチューブ33が配置されると共に、当該チューブ33を中心に6本のチューブ33が60°の間隔を空けて放射状に配置されているが、図2に示すように各チューブ33のEGRガス上流側端部47に、整流管51の断面円形形状に成形されたEGRガス下流側端部53が接続されている。
【0020】
一方、図4に示すように整流管51のEGRガス上流側端部55は、既述したチューブ33の配列に対応して配置されているが、断面円形形状に成形されたディフューザ25のEGRガス導入口49との間に無駄な隙間が生じることを避けるために断面六角形状に成形され、これらがハニカム状に集合,接合してEGRガス導入口49の内周に一体的に接合されている。
【0021】
そして、上述の如く整流管51のEGRガス上流側端部55はハニカム状に集合,接合しているが、図2に示すように整流管51のEGRガス下流側端部53側は、互いに徐々に離間し乍ら、夫々、対応するチューブ39に向かって延設されている。そして、各整流管51は、EGRガス上流側端部55からEGRガス下流側端部53へ流路面積が順次拡大するように設けられており、各整流管51を介してEGRガスGが各チューブ33に均等に導かれるようになっている。
【0022】
その他、図4中、57は整流管51のEGRガス上流側端部55の外周とディフューザ25のEGRガス導入口49の内周との隙間を閉塞する薄肉な閉塞部材で、当該閉塞部材57は整流管51とディフューザ25との間に溶接されている。
本実施形態はこのように構成されているから、図示しないエンジンの排気系からEGRされてEGRクーラー45内に導入されたEGRガスGは、チューブ33内を流下する際に、シェル23内に導入された冷却水Wで熱交換されてEGRガス温度が下げられるが、EGRガスGは、各整流管51を介してEGRガス導入パイプ29から各チューブ33に均等に導かれ、そして、EGRガスGの熱は、複数の冷却フィン39を介して冷却水Wに伝達されて熱交換されることとなる。
【0023】
このように本実施形態によれば、EGRガスGがシェル23の中心部に位置するチューブ33のみならず、その周辺部に位置するチューブ33内を均等に流下するため、図9の従来例に比しEGRクーラー45本来の所期の冷却効率を得ることができると共に、中心部に位置するチューブ33の早期目詰まりを防止することができることとなった。
【0024】
而も、上記整流管51は、現行のEGRクーラーにも取付けが容易であるため、既販のエンジンについても対応可能である。
加えて、本実施形態は、各チューブ33の外周に冷却フィン39を設けて伝熱面積を拡大したため、冷却水Wとの冷却効率が更に向上し、この結果、EGRガス温度が低下することにより、EGRガス下流側の配管やガスケット等の材質についても耐熱性の低い材料が使用可能となり、また、EGRガス温度の低下によって材料各部の耐久性が向上する優れた利点を有する。
【0025】
そして、冷却フィン39の高さを変えて伝熱面積を調節することで、EGRクーラーの様々な仕様に対応することが可能である。
尚、チューブの外周に設ける冷却フィンの形状は、既述した実施形態に限定されるものではなく、例えば図5乃至図8に示すように様々な形態が選択可能である。
【0026】
図5に示す実施形態は、チューブ33の外周に所謂鉢巻き形状の冷却フィン39−1を所定間隔を空けてチューブ33の外周に複数突設したものであり、図6に示す実施形態は、側面視翼形状の冷却フィン39−2を、所定間隔を空けて複数突設したものである。
また、図7に示す実施形態は、チューブ33の外周に冷却フィン39−3を螺旋状に突設したものであり、図8に示す実施形態は、チューブ33の外周にブレード形状の冷却フィン39−4を所定間隔を空けて複数突設したもので、既述した冷却フィン39と同様、EGRクーラーの仕様に応じ各冷却フィン39−1〜39−4の高さを自由に変更すればよい。
【0027】
而して、これらの冷却フィンフィン39−1〜39−4を用いたEGRクーラーによっても、図1のEGRクーラー45と同様、冷却水Wとの冷却効率が向上するため、所期の目的を達成することが可能である。
更に、既述した整流管51も図2,図4の構造に限定されるものではなく、チューブに応じてその本数を適宜変更することが必要であるし、そのEGRガス上流側端部の形状等も仕様に応じ適宜変更可能である。
【0028】
【発明の効果】
以上述べたように、各請求項に係る発明によれば、整流管に案内されてEGRガスがシェル内のチューブ内を均等に流下するため、従来に比しEGRクーラー本来の所期の冷却効率を得ることができると共に、シェルの中心部に位置するチューブの早期目詰まりを防止することが可能となった。
【0029】
そして、整流管は現行のEGRクーラーにも取付けが容易であるため、既販のエンジンについても対応可能である。
また、請求項2に係る発明によれば、チューブの外周に冷却フィンを設けて伝熱面積を拡大したため、冷却水との冷却効率が更に向上し、この結果、EGRガス温度が低下することにより、EGRガス下流側の配管やガスケット等の材質についても耐熱性の低い材料が使用可能となり、また、EGRガス温度の低下によって材料各部の耐久性が向上する優れた利点を有する。
【0030】
そして、冷却フィンの高さを変えて伝熱面積を調節することで、EGRクーラーの様々な仕様に対応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1及び請求項2の一実施形態に係るEGRクーラーの全体斜視図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】図2のIII−III線断面図である。
【図4】図2のIV−IV線断面図である。
【図5】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図6】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図7】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図8】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図9】従来のEGRクーラーの全体斜視図である。
【図10】図9のX−X線断面図である。
【図11】図9のXI−XI線断面図である。
【符号の説明】
23 シェル
25,27 ディフューザ
29 EGRガス導入パイプ
31 EGRガス導出パイプ
33 チューブ
35,37 エンドプレート
39,39−1,39−2,39−3,39−4 冷却フィン
41 冷却水導入パイプ
43 冷却水導出パイプ
45 EGRクーラー
47 チューブのEGRガス上流側端部
49 ディフューザのEGRガス導入口
51 整流管
53 整流管のEGRガス下流側端部
55 整流管のEGRガス上流側端部
G EGRガス
W 冷却水
Claims (2)
- 複数のチューブを収容するシェルに冷却水導出入パイプとEGRガス導出入パイプとを接続して、シェル内に冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至る冷却水流路と、EGRガス導入パイプから上記チューブを経てEGRガス導出パイプに至るEGRガス流路を形成したEGR装置のEGRクーラーに於て、
上記各チューブのEGRガス上流側端部とEGRガス導入パイプが接続されたEGRガス導入口との間に複数の整流管を配置し、当該各整流管を介してEGRガスを各チューブに導くことを特徴とするEGR装置のEGRクーラー。 - チューブの外周に、冷却フィンを設けたことを特徴とする請求項1記載のEGRクーラー。
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