JP2006329123A - 内燃機関のｅｇｒガスクーラ用のクーラエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】蛇腹状の熱交換チューブを用いたＥＧＲガスクーラにおいて、耐久性の向上をはかるとともに、熱交換性能の向上をはかる。
【解決手段】蛇腹状の熱交換チューブ１１内に、熱交換チューブ１１内壁との間に間隙９を形成してガス入口１７ａ側に向けて内方に開く傾斜ガイドＡ１８ａとガス出口１７ｂ側に向けて内方に開く傾斜ガイドＢ１８ｂとを形成してなるインナーパイプ１６を配設して二重管構造にするとともに熱交換チューブ１１の谷部の一部を深谷部１４となし、インナーパイプ１６と接触するようにして、熱交換チューブ１１の振動を防止するとともに、熱交換チューブ１１内のインナーパイプ１６の内外を排気ガスが流通できるようにして、熱交換チューブ１１の外壁における熱交換を促進させるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の排気ガス還流装置において、還流ガスを冷却水またはロングライフクーラント（ＬＬＣ）によって冷却するＥＧＲガスクーラのクーラエレメントに関する。

内燃機関から排出される窒素酸化物を抑制するために、内燃機関から排出される排気ガスの一部を機関の吸気系に還流するようにした排気還流装置が広く用いられている。この排気還流装置においては、機関への充填効率を高めるために、経路中に還流ガスの温度を低下させる熱交換器を配設するようにしている。この熱交換器として、多管式の熱交換器が用いられている。

特開平１１−２４１８９１号公報 特開２００１−２６３９７０号公報

このような構造のＥＧＲガスクーラにおいては、熱交換効率の向上のため熱交換チューブとして蛇腹状でしかもその肉厚を薄いものにしているので、機関の振動で互いに隣り合う熱交換チューブ同士がそれぞれの中央部において互いに接触して磨耗・破損をもたらすなど、耐久上の問題を有している。そのために熱交換チューブの中間部分をバッフルまたはステイで保持するようにしている。しかしこのようにした場合においては、製造時の組み付け性も悪く、冷却水の流れの阻害，機関の振動による熱交換チューブのバッフルまたはスティとの接触部分の磨耗・破損をもたらす。

さらに、熱交換チューブ内においては、排気ガスが抵抗の少ない中心部分に多くの量が流れ、排気ガスと冷却水との間で熱交換がなされる熱交換チューブの壁面近傍でのガスの流れは少ない状態となり、所定の熱交換性能が得られないなどの問題を有している。そこで、熱交換チューブ内にらせん状の乱流促進板を壁に接触させあるいは接触させないで配置するようにしているが、この場合においても機関の振動で熱交換チューブの内面と乱流促進板の外面との間で接触して、接触部分の磨耗・破損をもたらす。
この発明は、このような課題を解決するものである。

上記課題を解消するために、請求項１に係る発明は、側壁に冷却水入口および冷却水出口を有する筒状のボディと、このボディの両端をそれぞれ閉塞し、複数の取付け孔を有するエンドプレートと、両端部に円筒状の嵌合部を有し、両嵌合部間が、山部と谷部とが交互に蛇腹状に形成され、しかも所定箇所を除く多数の谷部内径が嵌合部の内径より大きく設定されるとともに、所定箇所の谷部内径が嵌合部の内径に等しく設定された深谷部を形成してなる熱交換チューブが両エンドプレートの取付け孔間に両嵌合部を介して配設され、さらに熱交換チューブの内側に、パイプ状でその一方側がガス入口、他方側がガス出口となし、外径が熱交換チューブの嵌合部の内径に等しく、側面にガス入口側に向けて内方に開く傾斜ガイドＡと該ガイドＡの形成によって作られる流入孔、さらに、ガス出口側に向けて内方に開く傾斜ガイドＢと該ガイドＢの形成によって作られる流出孔とを有するインナーパイプが配設され、インナーパイプの外面が熱交換チューブの両嵌合部および深谷部に内接し、他の部分は谷部との間に間隙を形成するように構成され、各接触部がろう付けされているＥＧＲガスクーラ用のクーラエレメントである。

本願発明は、熱交換チューブ内に、熱交換チューブ内壁との間に間隙を形成してガス入口側に向けて内方に開く傾斜ガイドＡと該ガイドＡの形成によって作られる流入孔、さらに、ガス出口側に向けて内方に開く傾斜ガイドＢと該ガイドＢの形成によって作られる流出孔を有するインナーパイプを配設して二重管構造にするとともに、熱交換チューブの蛇腹部の谷部の一部を深谷部となし、インナーパイプと接触するようにしたので、熱交換チューブが振動することによる破損を防止し、耐久性に優れたものである。さらに、インナーパイプに内向きのガイドおよび流入孔・流出孔を多数形成して、熱交換チューブの内部においてインナーパイプの内外を排気ガスが流通できるように構成したので、ガスが熱交換チューブの中心部にばかり流れるのを防止して、熱交換チューブの外壁における熱交換を促進することができ、熱交換効率が従来のものに比べて優れたものである。

以下、図面に示す実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。
図１は、この発明に係るクーラエレメントの実施の形態を示すもので、クーラエレメント１０は、側壁の一方側（図１で左下側）にパイプ状の冷却水入口５さらに他方側（図１で右上側）にパイプ状の冷却水出口６を有し、両端部に外向き環状のフランジ２，２を有する角筒状のボディ１と、ボディ１の両端をそれぞれ閉塞し、外形がボディ１のフランジ２の外形と同じに形成され、複数（本実施例では４つ）の熱交換チューブ１１の取付け孔４を有する皿状のエンドプレート３，３が配設される。さらに、両エンドプレート３，３の取付け孔４，４には、図２に示すように、両端部に円筒状の嵌合部１５，１５を有し、両嵌合部１５，１５間が山部１２と谷部１３とが交互に形成され、中央に位置する谷部を除いて各谷部１３の内径が嵌合部１５の内径より大きく設定されるとともに、中央位置の谷部の内径が嵌合部１５の内径に等しく設定されてなる深谷部１４を有する熱交換チューブ１１が、両嵌合部１５，１５を介して配設される。深谷部１４は環状に形成されている。

熱交換チューブ１１の内側には、パイプ状でその一方側がガス入口１７ａ、他方側がガス出口１７ｂを構成し、外径が熱交換チューブ１１の嵌合部１５の内径に等しいインナーパイプ１６が、その外面が熱交換チューブ１１の嵌合部１５，１５および深谷部１４に内接し、他の部分は各谷部１３との間に間隙９を有するように配設される。従って、間隙９は深谷部１４で分断され２つの部分に区画される。インナーパイプ１６はガス入口１７ａ側に向けてインナーパイプ１６内方に開く傾斜ガイドＡ１８ａと傾斜ガイドＡ１８ａの形成によって作られる流入孔１９ａ、さらに、熱交換チューブ１１のガス出口１７ｂ側に向けてインナーパイプ１６内方に開く傾斜ガイドＢ１８ｂと傾斜ガイドＢ１８ｂの形成によって作られる流出孔１９ｂとがジグザグ状に形成される。傾斜ガイドＡ１８ａ，傾斜ガイドＢ１８ｂは、円周方向の一辺と軸方向の二辺に切込みを入れて、インナーパイプ１６内方に所定角度折り曲げて形成され、そのようにしてできる孔が流入孔Ａ１９ａ，流出孔Ｂ１９ｂを構成する。

クーラエレメント１０の両端部には、ＥＧＲガスの入口７ａを有し、該入口の反対側がラッパ状に拡大する入口キャップ７（図１で右側）とＥＧＲガスの出口８ａを有し、該出口８ａの反対側がラッパ状に拡大する出口キャップ８（図１で左側）とが配設されて、ＥＧＲクーラ２０が構成される。入口キャップ７，出口キャップ８は、それぞれの拡大側端部によりエンドプレート３，３を間に挟んでボディ１のフランジ２，２を加締め止めされて固定される。
上記各部材はステンレス鋼で形成され、各接触部には、ニッケルまたは銅ろう材が塗布または配置されて、炉中でろう付けされる。

機関から排出された排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラ２０の入口キャップ７の入口７ａから流入し、熱交換チューブ１１の内側に配設されたインナーパイプ１６内に入り、その内部を流れ、出口キャップ８から出て、その後エアクリーナからの吸入空気とともに機関に吸入される。インナーパイプ１６内に入ったガスは、その内部を流れるとともにその一部は途中に設けられた傾斜ガイドＡ１８ａの形成により作られた流入孔１９ａから入り、熱交換チューブ１１とインナーパイプ１６との間すなわち間隙９内に導かれる。導かれたガスの一部はそのまま進み、他の一部は、その後傾斜ガイドＢ１８ｂの形成により作られた流出孔１９ｂより再びインナーパイプ１６の内部に戻る。熱交換チューブ１１とインナーパイプ１６との間の間隙９に導かれたガスは、インナーパイプ１６の外側の冷却水またはＬＬＣにより冷却される。ガスは傾斜ガイドＡ１８ａ，傾斜ガイドＢ１８ｂと流入孔１９ａ，流出孔１９ｂによりインナーパイプ１６内外を入ったり出たりする。ガスは徐々に冷却され、ガス出口１７ｂさらに出口キャップ８の出口８ａより排出される。ガスは冷却され体積が小さくなって機関内に吸入される。熱交換チューブ１１は蛇腹状になっており冷却水との熱交換が効率的に行われる。

機関からの振動は嵌合部１５，１５を介して熱交換チューブ１１に伝わるが、熱交換チューブ１１は剛性を持ったインナーパイプ１６に深谷部１４を介して保持されているため、大きく振れることはなく、ボディ１，他の熱交換チューブ１１と干渉することはない。機関の振動があっても肉厚の薄い熱交換チューブ１１内のインナーパイプ１６により保持されているので、強度上の問題が生じない。

図３は、この発明に係る第２の実施の形態を示すもので、熱交換チューブ１１は、上記実施の形態同様の構成すなわち両端部に円筒形の嵌合部１５，１５を有し、両嵌合部１５，１５間に山部１２と谷部１３とが交互に形成され、さらに、山部１２と谷部１３とで形成される蛇腹状部分の軸方向の中央に位置するところに深谷部１４が形成される。各部の寸法関係は上記実施の形態の場合と同じであり、深谷部１４は、上記実施の形態同様、環状に形成されている。

インナーパイプ３６は、パイプ状でその一方側がガス入口１７ａ、他方側がガス出口１７ｂを構成し、外径が熱交換チューブ１１の嵌合部１５の内径および深谷部１４内径に等しい。そして、インナーパイプ３６のガス入口１７ａ側に向けてインナーパイプ３６内方に開く傾斜ガイドＡ１８ａが対向する位置に一対形成され、傾斜ガイドＡ１８ａ，１８ａの形成によって流入孔１９ａ，１９ａが作られる。さらに、傾斜ガイド１８ａ，１８ａの下流側に、インナーパイプ３６のガス出口１７ｂ側に向けてインナーパイプ３６内方に開く傾斜ガイドＢ１８ｂが対向する位置に形成され、傾斜ガイドＢ１８ｂ，１８ｂの形成によって流出孔１９ｂ，１９ｂが作られる。一対の傾斜ガイドＡ１８ａ，１８ａと一対の傾斜ガイドＢ１８ｂ，１８ｂとは交互に形成される。傾斜ガイドＡ１８ａ、傾斜ガイドＢ１８ｂは、第１の実施の形態と同じように、すなわち、円周方向の一辺と軸方向の二辺に切込みを入れて、インナーパイプ３６内方に所定角度折り曲げて形成される。

この実施の形態では、傾斜ガイドＡ，Ｂを対向する位置にそれぞれ一対づつ形成しているので、第１の実施の形態のものに比べて流出孔１９ａ，流入孔１９ｂを出入りするガスの量が多いので熱交換効率が高い。さらに流出孔１９ｂ，１９ｂにおいては、２つの傾斜ガイドＢ１８ｂ，１８ｂで流路が狭くなっているので、ガスの流れを流れの絞り効果（エジェクタ効果）が得られ、チューブ内部とチューブと熱交換チューブの間とで、排気ガスの流出を促進させ冷却能力がさらに向上する。

傾斜ガイドＡ，Ｂはインナーパイプの組付けの関係上内向きでなければならないが、その形成位置は任意でよく、また、周方向または軸方向に設ける個数はいくつでもよい。さらに、深谷部は熱交換チューブの軸方向中央に１個設けた場合を例示したが、適宜増やすことができ、さらにまた周方向で断続するものであってもよい。

この発明は、内燃機関に使用される。

この発明を実施するための第１の形態を示す図。 この発明を実施するための第１の形態の熱交換チューブの断面図。 この発明を実施するための第２の形態の熱交換チューブの断面図。

符号の説明

１ ボディ
３ エンドプレート
４ 取付け孔
５ 冷却水入口
６ 冷却水出口
９ 間隙
１１ 熱交換チューブ
１２ 山部
１３ 谷部
１４ 深谷部
１５ 嵌合部
１６，３６ インナーパイプ
１７ａ ガス入口
１７ｂ ガス出口
１８ａ 傾斜ガイドＡ
１８ｂ 傾斜ガイドＢ
１９ａ 流入孔
１９ｂ 流出孔

Claims (1)

1. 側壁に冷却水入口および冷却水出口を有する筒状のボディと、このボディの両端をそれぞれ閉塞し、複数の取付け孔を有するエンドプレートと、両端部に円筒状の嵌合部を有し、両嵌合部間が、山部と谷部とが交互に蛇腹状に形成され、しかも所定箇所を除く多数の谷部内径が嵌合部の内径より大きく設定されるとともに、所定箇所の谷部内径が嵌合部の内径に等しく設定された深谷部を形成してなる熱交換チューブが両エンドプレートの取付け孔間に両嵌合部を介して配設され、さらに熱交換チューブの内側に、パイプ状でその一方側がガス入口、他方側がガス出口となし、外径が熱交換チューブの嵌合部の内径に等しく、側面にガス入口側に向けて内方に開く傾斜ガイドＡと該ガイドＡの形成によって作られる流入孔、さらに、ガス出口側に向けて内方に開く傾斜ガイドＢと該ガイドＢの形成によって作られる流出孔とを有するインナーパイプが配設されて、インナーパイプの外面が熱交換チューブの両嵌合部および深谷部に内接し、他の部分は谷部との間に間隙を形成するように構成され、各接触部がろう付けされているＥＧＲガスクーラ用のクーラエレメント。

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