JP2012047105A

JP2012047105A - Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP2012047105A
Application number: JP2010189879A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yokoo; 哲横尾; Susumu Kozai; 晋古財
Original assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Current assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】低コストで、ＥＧＲクーラの冷却水の流れをコントロールし、冷却水の沸騰が懸念される範囲の通水量を増加させて、各ガスチューブの冷却性能を平準化することができるＥＧＲクーラを提供する。
【解決手段】筒状に形成されたシェル２と、このシェル２の内部に並列されてＥＧＲガスを通過させる多数のガスチューブ３と、上記シェル２の両端を塞ぐとともに上記多数のガスチューブ３を貫装固定する一対のエンドプレート４と、シェル２の外表面に接続され、シェル２内に冷却水を供給する冷却水入口パイプ７と、を有して上記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラにおいて、冷却水入口パイプ７のシェル２内の出口に接合される有底筒状のプレス成形品であって、底面あるいは側面下部に冷却水を任意の方向へ向けて放出する放出口８ａを形成したアタッチメント８を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載され、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を冷却してエンジンの吸気系に戻すＥＧＲクーラの冷却構造に関する。

従来のＥＧＲクーラ２０は、図５のように、大径筒状に形成したシェル２の内部に多数（図５では８本）のガスチューブ３を並列に配置して、両端を一対のエンドプレート４で固定してなり、ガスチューブ３内に高温のＥＧＲガスを流すとともにガスチューブ３の周囲に冷却水を流して、ＥＧＲガスを冷却する構造であった。

シェル２内に冷却水を導入するために、シェル２のガス入口側の一部分には穿設またはバーリング加工によって開口を形成し、そこに冷却水入口パイプ７を挿入して、ろう付けまたは溶接により取り付けていた。
また、冷却水入口パイプ７の取り付け箇所と反対側でも、穿設またはバーリング加工によって開口を形成し、そこに冷却水出口パイプ９を挿入し、ろう付けまたは溶接により取り付けて、冷却水を排出できるようにしていた。
冷却水は、冷却水入口パイプ７から導入され、シェル２内部を通過する際に各ガスチューブ３のＥＧＲガスを冷却し、冷却水出口パイプ９から外部に排出される（図７）。

シェル２は、断面コの字状の一対の部材を接合して形成されており、上面中央部にはそのシェル接合部２ａが位置している。そのため、冷却水入口パイプ７は、ＥＧＲガスの流れ方向に対してシェル２の左右のどちらかに偏って配置されていた。
このＥＧＲクーラ２０は、シェル２の開口に冷却水入口パイプ７を挿入している構造のため、水流れの方向および量をコントロールすることができない。よって、冷却水入口パイプ７直下のガスチューブ３は周囲の通水量が多く十分に冷却されるが、冷却水入口パイプ７の取り付け箇所から遠い位置（図５中左側）のガスチューブ３の周囲では冷却水の通水量が少なくなり、ＥＧＲガスの冷却が不十分になることがあった。

これを解決するために、図６のように、シェル接合部２ａの左右両側に開口を設け、冷却水入口パイプ７とそれらの開口との間に鋳物成形（ロストワックス工法等）により略Ｙ字状に形成したアダプター２２を介在させて、冷却水をシェル２の左右に分岐させて導入するように流れをコントロールしたＥＧＲクーラ２１があった（特許文献１）。

しかし、各ガスチューブ３に分岐するＥＧＲガスの量に偏りがある場合には、ＥＧＲガスの流量の多いガスチューブ３では十分に冷却できないことがあった。
また、図７に示すように、ＥＧＲクーラ２０では冷却水は図中破線矢印のように流れるが、ＥＧＲクーラ２０の内部で最も高温のＥＧＲガスに晒されるガス入口側のエンドプレート４付近（網掛け部Ｅ）は、冷却水入口パイプ７よりもガス入口側に位置するため、冷却水が十分に行き渡らず通水量が少なくなり、特に高温になるおそれがあった。
上記のように十分に冷却されない高温の部分が生じると、ＥＧＲクーラ全体としての冷却性能が低下してしまう。また、高温部分の周囲の冷却水が沸騰することにより、熱膨張によって応力が発生し、ガスチューブ３とエンドプレート４との接合部などが破損するおそれがあった。

また、他の従来のＥＧＲクーラとして、冷却水入口パイプとシェルとの間に、シェルの周面を環状に覆って冷却水をシェルの周面全体からシェル内に導入する冷却水チャンバを設けたＥＧＲクーラもあった（特許文献２、３）が、このような冷却水チャンバを形成したり、これに合わせてシェルを特殊な形状にしたりするための材料コストおよび加工コストが大きなものとなっていた。

特開２００８−２３１９２９号公報特開２００５−３６７６５号公報特開２００７−１５４６８３号公報

ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガスの冷却性能は、冷却水温度とその部位の通水量とで決まるが、車両本体（ラジエーター）から供給される冷却水の温度は、およそ８０〜９５℃で決まってしまっている。
このため、ＥＧＲクーラ全体の通水量を増加させるか、冷却水入口パイプの配置を変更して高温になりやすい箇所の通水量を増加させるかして、冷却水の沸騰を防止することが考えられるが、いずれも、車両のウォーターポンプの容量の制約やエンジンルームのレイアウトの制約があり、容易に変更することができなかった。
また、エンジンやその他補機部品用の冷却水の量を減らしてＥＧＲクーラ全体の通水量を増加させることも考えられるが、冷却水を減らした系の冷却性能が低下し問題が発生するおそれがあった。

また、アダプター２２を設けたＥＧＲクーラ２１では、アダプター２２の形状を変更することにより、冷却水の流れをコントロールして、高温部分付近の通水量を増加させることも考えられる。
しかし、鋳物部品であるアダプター２２は板厚を薄くすることができないため、その下端にシェル２内部に突出して水流をコントロールする部分を設けると、冷却水の流出口が狭くなり、通水抵抗が大きくＥＧＲガスを十分に冷却する通水量が確保できなくなってしまう。また、板厚を薄くできないため、重量が大きいものになったり、レイアウト性が悪いものになったり、材料コストおよび加工コストが大きくなったりするといった問題があった。

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クーラの冷却水の流れをコントロールし、冷却水の沸騰が懸念される範囲の通水量を増加させて、各ガスチューブの冷却性能を平準化することができ、全体としての冷却性能を向上させることができる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、筒状に形成されたシェルと、このシェルの内部に並列されてＥＧＲガスを通過させる多数のガスチューブと、上記シェルの両端を塞ぐとともに上記多数のガスチューブを貫装固定する一対のエンドプレートと、上記シェルの外表面に接続され、上記シェル内に冷却水を供給する冷却水入口パイプと、上記シェルの外表面に接続され、上記シェル内から冷却水を排出する冷却水出口パイプと、を有して上記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラにおいて、上記冷却水入口パイプのシェル内の出口に接合される有底筒状のプレス成形品であって、底面あるいは側面下部に冷却水を任意の方向へ向けて放出する放出口を形成したアタッチメントを設けたことを特徴とする。

第２の発明は、上記放出口を、ＥＧＲガスの入口側の上記エンドプレート付近に向けて形成したことを特徴とする。
第３の発明は、上記放出口を、ＥＧＲガスの流量が相対的に多い上記ガスチューブに向けて形成したことを特徴とする。

第１の発明によれば、上記冷却水入口パイプのシェル内の出口に接合される有底筒状のプレス成形品であって、底面あるいは側面下部に冷却水を任意の方向へ向けて放出する放出口を形成したアタッチメントを設けたことにより、冷却水の通水量が少なかったりＥＧＲガスの偏流があり高温になりやすい箇所に向けて冷却水を放出することができ、冷却水の沸騰を防止するとともに、ガスチューブごとの冷却性能を平準化することができるから、ＥＧＲクーラ全体の冷却性能が向上する。
また、アタッチメントを冷却水入口パイプのシェル内の出口に設けたため、ＥＧＲクーラが搭載される車両内スペースのレイアウトや冷却水入口パイプの曲がりなどの条件に左右されず、冷却水の流れをコントロールすることができる。
また、アタッチメントをプレス成形としたことから、板厚を薄くすることができて放出口を大きく形成することができ、通水抵抗の増加を抑えることができるとともに、材料コストも低く抑えることができる。

第２の発明によれば、上記放出口を、ＥＧＲガスの入口側の上記エンドプレート付近に向けて形成したことにより、沸騰しやすいガス入口側のエンドプレート付近における冷却水の通水量を増大させることができ、冷却水の沸騰を防止することができる。

第３の発明によれば、上記放出口を、ＥＧＲガスの流量が相対的に多い上記ガスチューブに向けて形成したことにより、高温になりやすいガスチューブの周囲における冷却水の通水量を増大させることができ、冷却水の沸騰を防止することができるとともに、ガスチューブごとの冷却性能を平準化することができるから、ＥＧＲクーラ全体の冷却性能が向上する。

（ａ）本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラの部分斜視図であり、（ｂ）は同ＥＧＲクーラのアタッチメントの斜視図である。同ＥＧＲクーラの部分断面説明図であり、（ａ）は縦断面説明図、（ｂ）は水平断面説明図である。ＥＧＲクーラの通水量の試験を示す図であり、（ａ）はＥＧＲクーラの部分側方説明図、（ｂ）は本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラのＤ−Ｄ線断面の冷却水流速分布図、（ｃ）は従来のＥＧＲクーラのＤ−Ｄ線断面の冷却水流速分布図、（ｄ）は流速の目盛りである。（ａ）から（ｈ）は、それぞれ他のアタッチメントの例を示す斜視図である。従来のＥＧＲクーラを示す斜視図である。他の従来のＥＧＲクーラを示す斜視図である。従来のＥＧＲクーラの縦断面説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラについて説明する。
このＥＧＲクーラ１は、製造コストを低減させるためにステンレス鋼（ＳＵＳ）をプレスして成形した各部品によって構成されている。
図１（ａ）に示すように、このＥＧＲクーラ１は、大径角筒状のシェル２の内部に多数の中空のガスチューブ３を並列に配置している。

シェル２は、一対の断面コの字状の部材を組み合わせて角筒状に形成されており、上面および底面の中央部には部材同士を接合するシェル接合部２ａが位置している。
このシェル２の内部には、シェル２の長手方向に沿って縦置きにした多数の扁平なＳＵＳ製ガスチューブ３を、所定の間隔を保持して並列に配設している。また、各ガスチューブ３には、ＥＧＲガスの熱交換を促進するためにインナーフィンが挿入される（図示せず）。

シェル２の両端部は一対の矩形のエンドプレート４によって閉塞されており、各ガスチューブ３はエンドプレート４に貫装されている。

シェル２のガス流れ入口側には入口ヘッダー５が取り付けられ、シェル２のガス流れ出口側には出口ヘッダー６（図５参照）が取り付けられる。
入口ヘッダー５は、車両のエンジン排気系からの配管に接続するためのフランジ部５ａと、シェル２に取り付けられる下流開口部５ｂとを有しており、下流開口部５ｂはシェル２側へ徐々に拡径する角筒状に形成されている。
出口ヘッダー６は、シェル２に取り付けられる上流開口部６ｂと、車両のエンジン吸気系への配管に接続するためのフランジ部６ａとを有しており、上流開口部６ｂはシェル２側へ徐々に拡径する角筒状に形成されている（図５参照）。

シェル２の上面には、シェル接合部２ａから外れた上流側の位置に、ピアスバーリング等で開口を形成している。バーリング加工によって立設された開口の周縁部には冷却水入口パイプ７を挿通させ、冷却水入口パイプ７の挿入端（出口）が、シェル２の内壁面とほぼ合致するように接続する（図２（ａ））。
冷却水は冷却水入口パイプ７からシェル２内に導入され、各ガスチューブ３の間を通過する際に、ガスチューブ３を流れるＥＧＲガスを冷却する。

図１、図２に示すように、冷却水入口パイプ７の挿入端には、冷却水の流れをコントロールするためのＳＵＳ製のアタッチメント８が取り付けられる。
このアタッチメント８は、図１（ｂ）、図２に示すように、冷却水入口パイプ７の内径にほぼ一致する外径の有底円筒形状にプレス成形され、冷却水入口パイプ７の内部に圧入されて取り付けられている。
なお、アタッチメント８は、冷却水入口パイプ７の外径にほぼ一致する内径の有底円筒形状に形成され、冷却水入口パイプ７の挿入端を被覆するものであってもよい。この場合には、冷却水入口パイプ７の挿入端を、シェル２の内壁面から内方にわずかに突出させて、アタッチメント８との接合代を設ける。
冷却水入口パイプ７の挿入端とシェル２内のガスチューブ３との隙間は通常大きく設定できないことが多いので、アタッチメント８を冷却水入口パイプ７の内部に圧入するほうがレイアウト性がよい。
このようにして取り付けられたアタッチメント８は、底面および側面下部をシェル２の内壁面から内方にわずかに突出させて固定されている（図２（ａ））。

アタッチメント８の底面は、水平面状、斜面状や曲面状などから、ガスチューブ３との間隙や冷却水を導入したい向きに合わせて選択してよい。
図１（ｂ）に示すように、アタッチメント８の底面には、冷却水をガスチューブ３の高温部へ向けて放出するための放出口８ａが少なくとも一つ形成されている。この放出口８ａは、アタッチメント８を冷却水入口パイプ７に取り付けた状態で、ガス入口側のエンドプレート４の中央を向くようになっている（図２（ｂ））。実施形態では、図１（ｂ）に示すように、アタッチメント８の底面は、放出口８ａ（ガス入口側）に近いほど下方に傾斜した曲面に形成されるとともに、放出口８ａには中央部分を狭くしたしぼりを形成し、左右が大きく開口したものに形成して、図２（ａ）の破線矢印および図２（ｂ）の破線範囲に示すように、冷却水をガス入口側下方に傾斜して放出し、かつ、左右に拡散して放出できるようになっている。

シェル２の下面には、冷却水入口パイプ７と正反対となるガス出口側の位置にピアスバーリングで開口を形成し、冷却水入口パイプ７とほぼ等しい径を有する冷却水出口パイプ９を挿通して取り付けている（図５参照）。シェル２内部を通過してガスチューブ３（ＥＧＲガス）を冷却した冷却水は、この冷却水出口パイプ９から外部へ排出される。
ＥＧＲクーラ１を構成する各部品は、ＮｉまたはＦｅ系のろう材でろう付けすることにより接合される。特に、アタッチメント８は、その側面上部を冷却水入口パイプ７に圧入することで仮固定され、ＥＧＲクーラ１全体をろう付けする際に確実にろう付けされる。

このようなアタッチメント８を設けたＥＧＲクーラ１では、入口ヘッダー５から供給されるＥＧＲガスがガスチューブ３を通過しながら冷却水によって冷却され、出口ヘッダー６からエンジン吸気系へ流される。
冷却水は、冷却水入口パイプ７からシェル２内に導入され、各ガスチューブ３の周囲を通過しながらＥＧＲガスを冷却し、冷却水出口パイプ９から排出される。
このとき冷却水は、図２（ａ）破線矢印に示すように、アタッチメント８によって冷却水入口パイプ７の位置からガス入口側のエンドプレート４付近に向けて放出され、高温となり冷却水の沸騰が懸念されるエンドプレート４付近の通水量を増大させて強く冷却する。また、冷却水がアタッチメント８によって左右に拡散して放出されるため、冷却水入口パイプ７から左右方向に遠いガスチューブ３の周囲にも冷却水が行き渡り、冷却水の通水量が平準化されて、全体としての冷却性能が向上する（図２（ｂ））。

また、このアタッチメント８は、プレス成形によって形成したＳＵＳ製の部品であるため、板厚を薄く形成することができ、材料コストを抑えることができる。

＜効果試験＞
本発明の実施形態に係るアタッチメント８を備えたＥＧＲクーラ１と、図５に示す従来のＥＧＲクーラとで、冷却水の沸騰が懸念されるガス入口側のエンドプレート４付近の通水量を比較した。
図３（ｂ）（ｃ）は、ＥＧＲクーラを図３（ａ）のＤ−Ｄ線断面で切断した断面図である。
図３（ｂ）に示す本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラ１と、図３（ｃ）に示す従来のＥＧＲクーラ（図５参照）とにおいて、Ａ，Ｂ，Ｃの３箇所を通過する冷却水の流速をそれぞれシミュレーションによって求めた。なお、冷却水が冷却水入口パイプを通過する速度は約０．９４ｍ／ｓ（１０ｌ／ｍｉｎ）とした。

その結果、本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラにおいては、Ａを通過する冷却水の流速は１．２５ｍ／ｓ以上、Ｂを通過する冷却水の流速は０．８０〜１．００ｍ／ｓ、Ｃを通過する冷却水の流速は０．６０ｍ／ｓ程度であった。
一方、従来のＥＧＲクーラにおいては、Ａを通過する冷却水の流速は０．６０ｍ／ｓ〜０．７５ｍ／ｓ、Ｂを通過する冷却水の流速は０．１０〜０．２０ｍ／ｓ、Ｃを通過する冷却水の流速は０．０５ｍ／ｓ未満であった。
このように、本発明の実施形態では、ガス入口側のエンドプレート４付近における冷却水の通水量を増加させることができ、また、冷却水入口パイプ７から遠い箇所（Ｃ）においても十分な通水量を供給できることがわかった。

＜別態様＞
アタッチメント８は、シェル２内で高温となる範囲に冷却水を放出するものであればよく、設置されるＥＧＲクーラの形状に対応した形状とすることができる。たとえば、各ガスチューブにおけるＥＧＲガスの流量に偏りがあり、十分に冷却されずに高温となるガスチューブ３がある場合には、当該ガスチューブ３に向けて放出口を形成したアタッチメントを用いてよい。
図４は、アタッチメントのいくつかの例を示したものである。

図４（ａ）に示すアタッチメント１０は、ガス入口側へ傾斜した底面を有する有底円筒形状に形成されるとともに、底面のガス入口側に放出口１０ａを形成している。この放出口１０ａは仕切板によって左右に仕切られ、冷却水は左右に拡散してガス入口側のエンドプレート４付近へ放出される。

図４（ｂ）に示すアタッチメント１１は、ガス入口側へ傾斜した底面を有する有底円筒形状に形成されるとともに、底面のガス入口側に放出口１１ａを形成している。この放出口１１ａは図中左方に向けて、冷却水入口パイプ７から遠いガスチューブ３の周囲に冷却水を行き渡らせるようにしている。また、アタッチメント１１の側面下部には、図中右方に向く放出口１１ｂを切り欠きにより形成して、ガス入口側右方にも冷却水を分散して放出するようになっている。

図４（ｄ）に示すアタッチメント８は、本発明の実施形態と同じものである。
図４（ｃ）に示すアタッチメント１２は、（ｄ）とほぼ同様であるが、（ｄ）よりも放出口１２ａ中央部のしぼりを狭く形成し、水が左右方向へ拡散する指向性を強くしている。

図４（ｅ）に示すアタッチメント１３は、水平な底面を有する有底円筒形状に形成されるとともに、側面下部および底面の左半分を切り欠いて放出口１３ａを形成している。これにより、冷却水をアタッチメント１３の下方から左側方の範囲にかけて放出するようになっている。

図４（ｆ）に示すアタッチメント１４は、水平な底面を有する有底円筒形状に形成されるとともに、側面下部および底面の左端の一部を切り欠いて放出口１４ａを形成し、さらに、底面の右端の一部を切り欠いて放出口１４ｂを形成している。これにより、冷却水をアタッチメント１４の左下方と下方とに分散して放出するようになっている。

図４（ｇ）に示すアタッチメント１５は、水平な底面を有する有底円筒形状に形成されるとともに、ガス入口側の側面下部の周上に等間隔に５つの放出口１５ａを穿設している。これにより、冷却水を左右に分散して放出し、通水量を平準化することができる。

図４（ｈ）に示すアタッチメント１６は、水平な底面を有する有底円筒形状に形成されるとともに、ガス入口側の側面下部にコ字状あるいは横向きＵ字状の切り込みを入れ、この部分を立ち上げることで放出口１６ａを２つ形成している。これにより、冷却水を左右に分散して放出し、通水量を平準化することができる。

１ＥＧＲクーラ
２シェル
２ａシェル接合部
３ガスチューブ
４エンドプレート
５入口ヘッダー
５ａフランジ部
５ｂ下流開口部
６出口ヘッダー
６ａフランジ部
６ｂ上流開口部
７冷却水入口パイプ
８アタッチメント
８ａ放出口
９冷却水出口パイプ
１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６アタッチメント
１０ａ，１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１３ａ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１６ａ放出口
２０ＥＧＲクーラ
２１ＥＧＲクーラ
２２アダプター

Claims

筒状に形成されたシェルと、
このシェルの内部に並列されてＥＧＲガスを通過させる多数のガスチューブと、
上記シェルの両端を塞ぐとともに上記多数のガスチューブを貫装固定する一対のエンドプレートと、
上記シェルの外表面に接続され、上記シェル内に冷却水を供給する冷却水入口パイプと、
上記シェルの外表面に接続され、上記シェル内から冷却水を排出する冷却水出口パイプと、
を有して上記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラにおいて、
上記冷却水入口パイプのシェル内の出口に接合される有底筒状のプレス成形品であって、底面あるいは側面下部に冷却水を任意の方向へ向けて放出する放出口を形成したアタッチメントを設けたことを特徴とするＥＧＲクーラ。
上記放出口を、ＥＧＲガスの入口側の上記エンドプレート付近に向けて形成したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラ。
上記放出口を、ＥＧＲガスの流量が相対的に多い上記ガスチューブに向けて形成したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラ。