JP2010127171A

JP2010127171A - Ｕターン型ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP2010127171A
Application number: JP2008302342A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Miura; 洋孝三浦
Original assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Current assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】コンパクトな構造で、熱交換性能と目詰まり抑制とのバランスを調整することができるＵターン型ＥＧＲクーラを提供する。
【解決手段】熱交換部を囲む角筒状のシェル１の一方側の端面に排気ガスの入口および出口を並列に設けるとともに、その反対側の端面を円弧状に形成した円弧ヘッダー２で閉塞してなるＵターン型ＥＧＲクーラであって、上記熱交換部には、多数の扁平なチューブを並列配置し、上記排気ガスを上記入口から上記円弧ヘッダー２まで導く往路部にはオフセットフィンを挿入したオフセットフィン挿入チューブ４を用い、上記排気ガスを上記円弧ヘッダーから上記出口まで導く復路部にはウェイビーフィンを挿入したウェイビーフィン挿入チューブ５を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明はＥＧＲクーラに係り、特に、シェルの同一端面に排気ガスの入口と出口とを並設し、その反対端面に排気ガスがＵターンする円弧ヘッダーを設けたＵターン型ＥＧＲクーラに関する。

従来のプレートチューブタイプのＥＧＲクーラでは、図３に示すように、扁平管にインナーフィン（例えばウェイビーフィン９）を挿入してろう付けしたチューブを使用していた。このチューブは、上下に２分割した上部プレート６と下部プレート７とをろう付けする方法や、押出し成形による方法によって製造する。
このようなチューブをシェル内で縦置きに多数並列し、シェルの一端を入口とし他端を出口として、チューブの内部を流れる排気ガスと周囲を流れる冷却水との間で熱交換を行うコア部を形成していた。

また、近年では図１、図６のように、シェル１内のコア部のガス通路を往路部と復路部とに２分割し、入口パイプ３ａから流入した排気ガスが往路部を経て、反対端面の円弧ヘッダー２でＵターンし復路部を通過して、入口パイプ３ａと同じ端面に設けた出口３ｂから排出されるＵターン型ＥＧＲクーラも用いられている（特許文献１、特許文献２）。これらのＵターン型ＥＧＲクーラでは排気ガスの入口と出口とを同じ側に設ける構造であるため、限られたエンジンルームのスペースを有効活用することができる。

従来のＵターン型ＥＧＲクーラにおいても、図６に示すようにインナーフィン（例えばウェイビーフィン９）を挿入した扁平なチューブ１１が縦置きに並列してエンドプレート１０、１０で固定されており、コア部の中央を境として往路部と復路部とに分けて使用されている。
図１中の矢印は排気ガスの流れを示している。出入口ヘッダー３の入口パイプ３ａから流入した排気ガスは往路部のチューブ１１を通り反対側の円弧ヘッダー２内でＵターンして、復路部のチューブ１１を通過し出入口ヘッダー３の出口パイプ３ｂから流出する構造となっている。また、各チューブ１１の周囲では、冷却水が、シェル１の出入口ヘッダー３側下面に設けられた冷却水入口パイプ１ａから円弧ヘッダー２側上面に設けられた冷却水出口パイプ１ｂに向かって流れており、排気ガスと冷却水との間で熱交換が行われる。

チューブ１１のインナーフィンとしては、図４に示すような熱交換性能に優れたオフセットフィン８が使われていた。しかし、オフセットフィン８は幾重にも重なるスリット状のフィン形状で煤が付着しやすく、エンジンの排気ガス中に含まれる粒子が煤としてフィンに付着し、時間とともにインナーフィンに付着した煤が成長して最終的に目詰まりを起こすことがあった。
また、チューブ入口側に堆積した煤の塊が排気ガスの圧力で吹き飛ばされ、チューブ出口側で引っかかり再び堆積して目詰まりの原因になることもあった。

チューブにインナーフィンを挿入しないシェルチューブタイプのＥＧＲクーラでは、煤による目詰まりを起こしづらく有利であるが、近年の車両のＥＧＲ率の増加によりＥＧＲクーラでは熱交換性能が重視されており、コンパクトで熱交換効率の高いプレートチューブタイプのＥＧＲクーラでの目詰まり対策が求められていた。

そのため、図５に示すような目詰まりしづらいウェイビーフィン９もインナーフィンとして用いられている（図６）。
ウェイビーフィン９は一枚の板を折り曲げた波板状の形状であり、切れ込みがなく煤が付着しづらいが、オフセットフィン８よりも熱交換性能に劣る。このため、ＥＧＲ率の増大に伴いＥＧＲクーラの高い熱交換性能が求められる場合には、チューブの本数を増やしたり、チューブの長さを延ばすなど、ＥＧＲクーラを大きくする必要があり、Ｕターン型ＥＧＲクーラにおいてもコンパクトに作ることは困難であった。

また、エンジンの仕様や使われ方によって煤の発生量や湿り具合が変化するため、このような従来のＥＧＲクーラでは熱交換性能と目詰まり抑制との両立が難しかった。
このためＥＧＲクーラの上流に煤回収フィルタを設置することも考えられているが、高温に耐え得るフィルタが必要であったり、部品点数が増えることによるコストの増加、設置スペースの確保が必要であるなどの問題があった。

目詰まりを起こす煤の微粒子は、排気ガスの温度が高い場合は乾燥してインナーフィンに付着しづらく、排気ガスの温度が低くなると湿気を帯び、インナーフィンへ付着しやすくなる傾向がある。このため、温度の低い排気ガスの出口側で煤が堆積しやすい。

また、特許文献１のように曲り度の異なる複数のチューブを用いた場合、複数の型が必要になりコストがかかっていた。特許文献２では円弧ヘッダーでも熱交換を行うが、構造が複雑なものになっており、材料費もかかっていた。

特開２０００−９７１１３号公報特開２００４−１１６９１３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、コンパクトな構造で、熱交換性能と目詰まり抑制とのバランスを調整することができるＵターン型ＥＧＲクーラを提供することをその課題とする。

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。
本発明は、熱交換部を囲む角筒状のシェルの一方側の端面に排気ガスの入口および出口を並列に設けるとともに、その反対側の端面を円弧状に形成した円弧ヘッダーで閉塞してなるＵターン型ＥＧＲクーラであって、上記熱交換部には、多数の扁平なチューブを並列配置し、上記排気ガスを上記入口から上記円弧ヘッダーまで導く往路部の上記チューブにはオフセットフィンを挿入し、上記排気ガスを上記円弧ヘッダーから上記出口まで導く復路部の上記チューブにはウェイビーフィンを挿入したことを特徴とする。

本発明によれば、上記熱交換部には、多数の扁平なチューブを並列配置し、上記排気ガスを上記入口から上記円弧ヘッダーまで導く往路部の上記チューブにはオフセットフィンを挿入し、上記排気ガスを上記円弧ヘッダーから上記出口まで導く復路部の上記チューブにはウェイビーフィンを挿入したことにより、排気ガスの温度が高く煤が付着しづらい往路部ではオフセットフィンにより熱交換性能を高め、排気ガスの温度が低く煤が付着しやすい復路部ではウェイビーフィンにより目詰まりを抑制することができて、熱交換性能と目詰まり抑制とを両立させることができる。

また、オフセットフィン挿入チューブとウェイビーフィン挿入チューブとの割合を変更することによって、Ｕターン型ＥＧＲクーラの大きさおよび形状を変えることなく熱交換性能と目詰まり抑制とのバランスをエンジンおよび車両に最適なものに調整することができる。
たとえば、熱交換性能を向上させたい場合には、復路部にオフセットフィン挿入チューブ４を数本用いることで、熱交換性能を向上させることができる。
また、目詰まり抑制性能を向上させたい場合には、往路部にウェイビーフィン挿入チューブ５を数本用いればよい。

以下、本発明の実施形態に係るＵターン型ＥＧＲクーラについて説明する。
本発明の第１実施形態に係るＵターン型ＥＧＲクーラは、図１、図２に示すように、角筒状のシェル１の両端に円弧ヘッダー２と出入口ヘッダー３とをそれぞれ接合してなり、シェル１にはチューブを内蔵し、排気ガスと冷却水との熱交換を行うコア部を形成している。

ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のシェル１は、幅広な角筒状に形成され、出入口ヘッダー３側の下面には冷却水入口パイプ１ａが接続され、円弧ヘッダー２側の上面には冷却水出口パイプ１ｂが接続され、内部を冷却水が流通するようになっている。
ＳＵＳ製または鋼製の円弧ヘッダー２は、略半円状に形成された上面と底面とが、それぞれの円弧状部分に設けた側壁により接続されて形成されている。上面および下面の直径にあたる部分は側壁を設けずに開口してあり、シェル１と接合される。

ＳＵＳ製または鋼製の出入口ヘッダー３は、一面を開口した箱形で、この開口面でシェル１と接続される。その裏面側（外側）には、入口パイプ３ａと出口パイプ３ｂとが左右に並列して接続され（図１では右が入口パイプ３ａ、左が出口パイプ３ｂ）、入口パイプ３ａと出口パイプ３ｂの中間位置に出入口ヘッダー３の内部を左右に二分する仕切板３ｃが設けられている。

シェル１の内部では、図２のように、ＳＵＳ製の扁平なチューブが縦置きにして多数並列されている。これらのチューブはシェル１の幅方向中央を境として、入口パイプから円弧ヘッダーへ排気ガスを通過させる往路部と、円弧ヘッダーから出口パイプへ排気ガスを通過させる復路部とに分けられる。
本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラでは、往路部にはオフセットフィン８を挿入したオフセットフィン挿入チューブ４を用い、復路部にはウェイビーフィン９を挿入したウェイビーフィン挿入チューブ５を用いている（図２）。

図４に示すように、オフセットフィン８は１枚のＳＵＳ板に切り込みを入れ、プレスによって所定の規則でオフセットすることで成形されており、高温の排気ガスが効率良く熱交換を行える形状のインナーフィンとなっている。
他方ウェイビーフィン９は、図５に示すように、切り込みのない１枚のＳＵＳ板を幾何学的に折り曲げて形成する形状であり、スリット状の切り込みがないため目詰まりしづらい形状となっている。

ウェイビーフィン挿入チューブ５は、図３に示すように、扁平管の上壁部分から側壁を垂下した上部プレート６と、扁平管の底板部分に側壁を立設した下部プレート７とからなり、ウェイビーフィン９を敷設した下部プレート７に上部プレート６を被せ、溶接またはろう付けにて接合して形成する。このとき、上部プレート６の側壁が下部プレート７の側壁よりも一回り外側に設けられているため、下部プレート７の側壁は上部プレート６の側壁に内接する。

また、上部プレート６の上壁の上面には複数のダボ６ａが所定の間隔で設置され、シェル１内でウェイビーフィン挿入チューブ５を並列に配置したとき、冷却水が流通するための間隙を各ウェイビーフィン挿入チューブ５の相互の間に設けることができる（図２）。
同様に、オフセットフィン挿入チューブ４を形成するには、下部プレート７にオフセットフィン８を敷設して、上部プレート６を被せて溶接またはろう付けにて接合する。

往路部にはオフセットフィン挿入チューブ４を縦置きに並列し、復路部にはウェイビーフィン挿入チューブ５を縦置きに並列して、管の両端付近をＳＵＳ製のエンドプレート１０、１０で束ねて固定し、コア部を構成する（図２）。このコア部をシェル１に挿入し、シェル１の両端の開口部を円弧ヘッダー２および出入口ヘッダー３によって閉塞し、溶接またはろう付けにて接合して、Ｕターン型ＥＧＲクーラを形成する。出入口ヘッダー３をシェル１に接合する際、出入口ヘッダー３の仕切板３ｃがのエンドプレート１０に突き当たるように設定してあり、排気ガスの流入側と流出側とを仕切る役割を果たす。

図２中の矢印は、このように構成したＵターン型ＥＧＲクーラにおける排気ガスの流れを示している。
入口パイプ３ａから出入口ヘッダー３に流入した排気ガスは、往路部のオフセットフィン挿入チューブ４に流れ込み、円弧部でＵターンした後復路部のウェイビーフィン挿入チューブ５を通過して、出入口ヘッダー３の出口パイプ３ｂから流出する。この排気ガスはコア部の往路部と復路部とを通過する際に、シェル１内のチューブ４、５周囲を流れる冷却水により冷却される。

排気ガスの温度が高く煤が付着しづらい往路部のオフセットフィン挿入チューブ４では、オフセットフィン８により熱交換が効率的に行われる。一方、排気ガスの温度が低い復路部のウェイビーフィン挿入チューブ５では煤が湿気を帯びて付着しやすくなるため、ウェイビーフィン９により目詰まりを抑制することができて、熱交換性能と目詰まり抑制とを両立させることができる。

＜別態様＞
ＥＧＲクーラを搭載するエンジンの特性や車両の用途によって排気ガスの温度、湿度、煤の量等が異なってくるため、インナーフィンへの煤の付着量も変わってくる。このため、コア部におけるオフセットフィン挿入チューブ４とウェイビーフィン挿入チューブ５との割合を変更することで、熱交換性能と目詰まり抑制性能とを調整することができる。

たとえば、熱交換性能を向上させたい場合には、復路部にオフセットフィン挿入チューブ４を数本用いることで、熱交換性能を向上させることができる。
また、目詰まり抑制性能を向上させたい場合には、往路部にウェイビーフィン挿入チューブ５を数本用いればよい。

このようにコア部におけるオフセットフィン挿入チューブ４とウェイビーフィン挿入チューブ５との割合を変更することで、Ｕターン型ＥＧＲクーラの大きさおよび形状を変えることなく、熱交換性能と目詰まり抑制とのバランスをエンジンおよび車両に最適なものに調整することができる。

本発明の実施形態に係るＵターン型ＥＧＲクーラの斜視図である。同Ｕターン型ＥＧＲクーラのガス流路を示す説明図である。本発明の実施形態に係るチューブの分解斜視図である。同チューブに内装されるオフセットフィンを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は説明図である。同チューブに内装されるウェイビーフィンを示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）は説明図である。従来のＵターン型ＥＧＲクーラ（出入口ヘッダーを除く）の斜視図である。

符号の説明

１シェル
１ａ冷却水入口パイプ
１ｂ冷却水出口パイプ
２円弧ヘッダー
３出入口ヘッダー
３ａ入口パイプ
３ｂ出口パイプ
３ｃ仕切板
４オフセットフィン挿入チューブ
５ウェイビーフィン挿入チューブ
６上部プレート
６ａダボ
７下部プレート
８オフセットフィン
９ウェイビーフィン
１０エンドプレート
１１チューブ

Claims

熱交換部を囲む角筒状のシェルの一方側の端面に排気ガスの入口および出口を並列に設けるとともに、その反対側の端面を円弧状に形成した円弧ヘッダーで閉塞してなるＵターン型ＥＧＲクーラであって、
上記熱交換部には、多数の扁平なチューブを並列配置し、
上記排気ガスを上記入口から上記円弧ヘッダーまで導く往路部の上記チューブにはオフセットフィンを挿入し、上記排気ガスを上記円弧ヘッダーから上記出口まで導く復路部の上記チューブにはウェイビーフィンを挿入したことを特徴とするＵターン型ＥＧＲクーラ。