JP2012241597A - Exhaust gas cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気冷却器に関し、特に内燃機関の排気再循環システムに装備されるEGRクーラに好適な排気冷却器に関する。 The present invention relates to an exhaust cooler, and more particularly to an exhaust cooler suitable for an EGR cooler installed in an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine.
車両用の内燃機関においては、NOx(窒素酸化物)の低減に効果的な排気再循環を行うEGR(Exhaust Gas Recirculation)システムを装着したものが多くなっており、希薄燃焼が可能でEGR流量が多くなるエンジンにおいては、排気再循環される還流排気ガスの温度を下げるためにEGRクーラ(排気冷却器)が多用されている。 Many internal combustion engines for vehicles are equipped with an exhaust gas recirculation (EGR) system that performs exhaust gas recirculation that is effective in reducing NOx (nitrogen oxides), so that lean combustion is possible and the EGR flow rate is high. In many engines, an EGR cooler (exhaust cooler) is frequently used to lower the temperature of the recirculated exhaust gas that is recirculated.
EGRクーラにおいては、排気ガス中の水分が冷やされることで凝縮水が発生するが、その凝縮水に硫黄化合物等の排気ガス成分が溶け込んで酸性度の高い凝縮水となり易いため、凝縮水による腐食を抑える工夫がなされている。 In the EGR cooler, condensed water is generated when the moisture in the exhaust gas is cooled, but exhaust gas components such as sulfur compounds dissolve in the condensed water, and it tends to become highly acidic condensed water. The device which suppresses is made.
そのようなEGRクーラとしては、例えばEGRガスを通す複数の偏平チューブの間に冷却水通路が形成されるとともに、その冷却水通路を通る冷却水の流れを整流する整流板が設置されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このEGRクーラでは、ガス流入部をガス流出部よりも下側に配置することで、排気ガスが熱交換部で冷却される際に酸性の凝縮水が生成されても、この凝縮水が重力により流下してガス流入部から排気管側へ排出されるようになっている。 As such an EGR cooler, for example, a cooling water passage is formed between a plurality of flat tubes through which EGR gas passes, and a rectifying plate for rectifying the flow of the cooling water through the cooling water passage is installed. It is known (see, for example, Patent Document 1). In this EGR cooler, by disposing the gas inflow portion below the gas outflow portion, even if acidic condensed water is generated when the exhaust gas is cooled by the heat exchange portion, the condensed water is The gas flows down and is discharged from the gas inflow portion to the exhaust pipe side.
しかしながら、従来の排気冷却器にあっては、EGRクーラ中で冷却水通路とEGRガス通路を仕切る熱交換チューブ等の主要部品が熱伝導性に優れたアルミニウム合金や耐腐食性に優れたステンレス鋼等の素材によって形成されていたため、次のような問題があった。 However, in the conventional exhaust cooler, the main components such as the heat exchange tube that partitions the cooling water passage and the EGR gas passage in the EGR cooler are aluminum alloys having excellent thermal conductivity and stainless steel having excellent corrosion resistance. As a result, the following problems existed.
すなわち、エンジンの冷却水温度が低い状況でEGRクーラにEGRガスが導入される場合、EGRガスの熱によりEGRクーラを昇温させることによってEGRクーラ中での凝縮水の発生を抑えることが好ましいが、EGRクーラを耐腐食性に優れたステンレス鋼で形成した従来の排気冷却器にあっては、そのステンレス鋼の熱伝導率が低いために、EGRガスの熱によるEGRクーラの均一で迅速な昇温が容易でなかった。 That is, when the EGR gas is introduced into the EGR cooler in a state where the engine coolant temperature is low, it is preferable to suppress the generation of condensed water in the EGR cooler by raising the temperature of the EGR cooler by the heat of the EGR gas. In the conventional exhaust cooler in which the EGR cooler is made of stainless steel having excellent corrosion resistance, the heat conductivity of the stainless steel is low, so that the EGR cooler is uniformly and rapidly raised by the heat of the EGR gas. The temperature was not easy.
一方、EGRクーラを熱伝導性に優れたアルミニウム合金等の素材で形成した従来の排気冷却器では、エンジンの冷却水温度が低い状況下でEGRクーラにEGRガスが導入させると、EGRガスの熱によりEGRクーラを容易にかつ均一に昇温させることができ、EGRクーラ中での凝縮水の発生を抑えることができる。しかし、この場合、排気ガス中の硫黄化合物等が溶け込んだ酸性の凝縮水によってEGRクーラの主要部品が腐食し易くなってしまい、特に、EGRクーラの中で温度が低くなる部分に凝縮水が発生することで、EGRクーラの凝縮水による腐食が発生し易くなっていた。 On the other hand, in the conventional exhaust cooler in which the EGR cooler is formed of a material such as an aluminum alloy having excellent thermal conductivity, when the EGR gas is introduced into the EGR cooler under a condition where the engine coolant temperature is low, the heat of the EGR gas Thus, the temperature of the EGR cooler can be easily and uniformly raised, and the generation of condensed water in the EGR cooler can be suppressed. However, in this case, the main components of the EGR cooler are easily corroded by acidic condensed water in which sulfur compounds in the exhaust gas are dissolved. In particular, condensed water is generated in the portion of the EGR cooler where the temperature is low. As a result, the EGR cooler is easily corroded by the condensed water.
そこで、本発明は、冷却水温度が低くとも還流排気ガスの熱によって容易に昇温させることができ、しかも、凝縮水による腐食を確実に防止することのできる排気冷却器を提供するものである。 Accordingly, the present invention provides an exhaust cooler that can be easily heated by the heat of the recirculated exhaust gas even when the cooling water temperature is low, and that can reliably prevent corrosion due to condensed water. .
本発明に係る排気冷却器は、上記課題を解決するため、(1)内燃機関の排気再循環通路の一部をなすガス通路および前記内燃機関の冷却水を通す冷却水通路が形成され、前記ガス通路を通る還流排気ガスと前記冷却水との間の熱交換によって前記還流排気ガスを冷却する排気冷却器であって、前記ガス通路と前記冷却水通路とを仕切るとともに互いに離間するよう対向配置された複数の対向壁面部と、前記複数の対向壁面部の間に介装されて前記冷却水通路中に配置され、前記冷却水通路の特定通路領域における前記冷却水の流れを部分的に制限するスペーサと、を備え、前記スペーサが、前記複数の対向壁面部より熱伝導率の高い素材からなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an exhaust cooler according to the present invention includes (1) a gas passage forming a part of an exhaust gas recirculation passage of an internal combustion engine and a cooling water passage through which cooling water of the internal combustion engine passes. An exhaust cooler that cools the recirculated exhaust gas by heat exchange between the recirculated exhaust gas that passes through the gas passage and the cooling water, and that is disposed to face and separate the gas passage and the cooling water passage A plurality of opposed wall surface portions, and interposed between the plurality of opposed wall surface portions and disposed in the cooling water passage, and partially restricts the flow of the cooling water in a specific passage region of the cooling water passage. And the spacer is made of a material having a higher thermal conductivity than the plurality of opposing wall surface portions.
この排気冷却器の動作には、複数の対向壁面部が、ガス通路側の壁面では還流排気ガスからの熱を全面的に受ける状態となるものの、冷却水通路の特定通路領域側の壁面ではスペーサに接しない範囲内で冷却水により熱を奪われ、スペーサに接する範囲内で冷却水により熱を奪われ難く相互に熱伝導し易い状態となる。したがって、ガス通路のうち凝縮水が発生し易くなる部位を一面側に有する対向壁面部の他面側(冷却水通路側)にスペーサを配置することで、凝縮水の発生を有効に抑制したり凝縮水が発生しても迅速に蒸発させたりすることができる。なお、ここにいう複数の対向壁面部は、少なくともガス通路側の壁面部分がスペーサより耐酸腐食性に優れたものであるのが望ましい。 In the operation of the exhaust cooler, a plurality of opposing wall surfaces are in a state of receiving the heat from the recirculated exhaust gas entirely on the wall surface on the gas passage side, but on the wall surface on the specific passage region side of the cooling water passage, Heat is taken away by the cooling water within a range not contacting the spacer, and heat is hardly taken away by the cooling water within a range coming into contact with the spacer, so that heat conduction is easily achieved. Therefore, by arranging a spacer on the other surface side (cooling water passage side) of the opposing wall surface portion having a portion on the one surface side where condensed water is likely to be generated, the generation of condensed water can be effectively suppressed. Even if condensed water is generated, it can be quickly evaporated. In addition, it is desirable that the plurality of opposing wall surface portions described here have at least a wall portion on the gas passage side that has better acid corrosion resistance than the spacer.
上記構成を有する本発明の排気冷却器においては、(2)前記ガス通路が、他の通路部より前記熱交換中の還流排気ガスの温度が低くなる低温通路部を有し、前記複数の対向壁面部が、一面側で前記低温通路部に接するとともに他面側で前記スペーサに接するように配置されていることが好ましい。この場合、ガス通路のうち凝縮水が発生し易くなる低温部分に対してスペーサが隣接配置されることになり、スペーサにより冷却水の流れが低温部分を迂回するように制限されることで、凝縮水の発生が有効に抑制される。なお、ここにいう低温通路部とは、隣り合う冷却水通路における冷却水の通過流量が多くなるために、あるいは、局所的に還流排気ガスの流量が少なくなったり冷却水の温度が低くなったりするために、冷却水の流れを部分的に制限しないと、他の通路部分に比べて冷却が過度となって熱交換中の還流排気ガスの温度が低くなり易い通路部分である。 In the exhaust cooler of the present invention having the above-described configuration, (2) the gas passage has a low-temperature passage portion in which the temperature of the recirculated exhaust gas during heat exchange is lower than the other passage portions, It is preferable that the wall surface portion is disposed so as to be in contact with the low temperature passage portion on one surface side and in contact with the spacer on the other surface side. In this case, the spacer is disposed adjacent to the low temperature portion where the condensed water is likely to be generated in the gas passage, and the flow is limited by the spacer so that the flow of the cooling water bypasses the low temperature portion. Water generation is effectively suppressed. Note that the low temperature passage portion referred to here is because the flow rate of cooling water in adjacent cooling water passages is increased, or the flow rate of the recirculated exhaust gas is locally reduced or the temperature of the cooling water is lowered. Therefore, unless the flow of the cooling water is partially limited, the passage portion is likely to be excessively cooled as compared with other passage portions, and the temperature of the recirculated exhaust gas during heat exchange is likely to be low.
本発明の排気冷却器においては、(3)前記複数の対向壁面部が、それぞれの内部に前記ガス通路を形成する複数の偏平管同士の互いに対向する部分によって構成されるとともに前記スペーサに接する低温壁面部分を有し、前記冷却水通路の特定通路領域が、前記複数の偏平管の間に形成され、前記スペーサが、前記複数の偏平管の間に挟まれて前記低温壁面部分に接する板状体によって構成されているのが好ましい。これにより、スペーサの配置および支持が容易となる。 In the exhaust cooler of the present invention, (3) the plurality of opposed wall surface portions are configured by mutually facing portions of the plurality of flat tubes forming the gas passages in the respective interiors, and are in contact with the spacer A plate-like shape having a wall surface portion, wherein the specific passage region of the cooling water passage is formed between the plurality of flat tubes, and the spacer is sandwiched between the plurality of flat tubes and is in contact with the low temperature wall surface portion. It is preferably constituted by a body. Thereby, arrangement | positioning and support of a spacer become easy.
上記(2)または(3)の構成を有する排気冷却器においては、(4)前記低温通路部は、前記冷却水通路の特定通路領域のうち前記熱交換中における前記冷却水の通過流量が他の冷却水通路部分より多くなる冷却水集中部分に近接しているものであってもよい。この場合、スペーサによって低温通路部の近傍における冷却水の流量が制限され、冷却水量が多いために低温通路部が過冷却となることが確実に防止される。 In the exhaust cooler having the configuration of the above (2) or (3), (4) the low temperature passage portion has a flow rate of the cooling water other than the specific passage region of the cooling water passage during the heat exchange. It may be close to the cooling water concentration portion that is larger than the cooling water passage portion. In this case, the flow rate of the cooling water in the vicinity of the low temperature passage portion is limited by the spacer, and since the amount of the cooling water is large, the low temperature passage portion is reliably prevented from being overcooled.
上記(4)の構成を有する排気冷却器においては、(5)前記複数の偏平管が、前記複数の対向壁面部の離間方向に互いに離間する3つ以上の平行偏平管部を有し、前記複数の対向壁面部の前記低温壁面部分は、前記平行偏平管部のうち前記離間方向で最端側に位置する第1平行偏平管部と該第1平行偏平管部に隣り合う第2平行偏平管部とが対向する部分で構成されていることが好ましい。これにより、外側にガス通路が無く冷却水による冷却が過度になり易い最端側の第1平行偏平管部の冷却を的確に制限することができる。 In the exhaust cooler having the configuration of (4), (5) the plurality of flat tubes have three or more parallel flat tube portions that are separated from each other in the separation direction of the plurality of opposing wall surface portions, The low-temperature wall surface portions of the plurality of opposing wall surface portions are a first parallel flat tube portion positioned on the extreme end side in the separation direction among the parallel flat tube portions, and a second parallel flat tube adjacent to the first parallel flat tube portion. It is preferable that the tube portion is constituted by a portion facing the tube portion. Accordingly, it is possible to accurately limit the cooling of the first parallel flat tube portion on the extreme end side where there is no gas passage on the outside and the cooling with the cooling water is likely to be excessive.
上記(5)の構成を有する排気冷却器においては、(6)前記複数の対向壁面部の前記低温壁面部分は、前記複数の対向壁面部のうち鉛直方向の下方側に位置しているものであってもよい。この場合、偏平なガス通路内の還流排気ガスあるいは偏平な冷却水通路の特定通路領域内で還流排気ガスや冷却水が対流し、鉛直方向の下方側で低温となり易い場合でも、局部的にガス通路の内壁部が低温になることを防止することができる。 In the exhaust cooler having the configuration of (5) above, (6) the low temperature wall surface portion of the plurality of opposed wall surface portions is located on the lower side in the vertical direction among the plurality of opposed wall surface portions. There may be. In this case, even if the recirculated exhaust gas in the flat gas passage or the recirculated exhaust gas or the cooling water in the specific passage area of the flat cooling water passage convects and tends to be low in the vertical direction, the gas locally It can prevent that the inner wall part of a channel | path becomes low temperature.
本発明の排気冷却器においては、(7)前記スペーサが、アルミニウム系の合金からなり、前記複数の対向壁面部が、ステンレス鋼からなることが好ましい。これにより、ガス通路のうち凝縮水が発生し易くなる低温通路部に接する低温壁面部分について、スペーサにより冷却水による冷却を制限するとともに隣り合うガス通路側からの熱の伝動を助長して、凝縮水の発生を有効に抑制することができる。 In the exhaust cooler of the present invention, (7) it is preferable that the spacer is made of an aluminum-based alloy, and the plurality of opposing wall surfaces are made of stainless steel. As a result, the low-temperature wall surface portion in contact with the low-temperature passage portion where the condensed water is easily generated in the gas passage is limited by the cooling by the cooling water by the spacer and the heat transfer from the adjacent gas passage side is promoted to condense. Generation of water can be effectively suppressed.
本発明によれば、複数の対向壁面部が、ガス通路のうち凝縮水が発生し易くなる部位を一面側に有する対向壁面部の他面側にスペーサを配置することで、スペーサに接する範囲内で冷却水により熱を奪われ難く相互に熱伝導し易くなるようにして、凝縮水の発生を有効に抑制したり凝縮水が発生しても迅速に蒸発させたりするようにしているので、冷却水温度が低くとも還流排気ガスの熱によって容易に昇温させることができ、しかも、凝縮水による腐食を確実に防止することのできる排気冷却器を提供することができる。 According to the present invention, the plurality of opposing wall surface portions are disposed within the range in contact with the spacer by disposing the spacer on the other surface side of the opposing wall surface portion having a portion on the one surface side where condensed water is easily generated in the gas passage. The cooling water is not easily deprived of heat, and it is easy to conduct heat mutually, so that the generation of condensed water is effectively suppressed, and even if condensed water is generated, it is evaporated quickly. It is possible to provide an exhaust cooler that can be easily heated by the heat of the recirculated exhaust gas even when the water temperature is low, and that can reliably prevent corrosion due to condensed water.
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(一実施形態)
図1〜図5は、本発明の一実施形態に係る排気冷却器とそれを含む水冷エンジンの冷却系概略ブロック構成図である。
(One embodiment)
1 to 5 are schematic block configuration diagrams of an exhaust cooler according to an embodiment of the present invention and a cooling system of a water-cooled engine including the exhaust cooler.
まず、構成について説明する。 First, the configuration will be described.
(第1実施形態)
図1〜図5は、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置を示している。
(First embodiment)
1 to 5 show an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
本実施形態の排気冷却器は、車両に搭載される水冷式の内燃機関であるエンジン1(図5参照)のEGR(排気再循環)システムに、排気ガスとエンジン冷却水との間の熱交換により排気再循環される還流排気ガスの温度を下げるEGRクーラ10として実装されている。なお、このEGRクーラ10以外のEGRシステムの構成は公知のものと同様である。エンジン1は、ここでは4サイクルガソリンエンジンとするが、燃料が異なる他のエンジンであってもよいことはいうまでもない。
The exhaust cooler of the present embodiment is configured to exchange heat between exhaust gas and engine coolant in an EGR (exhaust gas recirculation) system of an engine 1 (see FIG. 5) that is a water-cooled internal combustion engine mounted on a vehicle. Is implemented as an
まず、図5に示すエンジンの冷却システムについて説明すると、エンジン1は、詳細を図示しないが、内部のウォータージャケットを通る冷却水によって冷却されるようになっている。このエンジン1は、排気ガスの一部をその排気装置側から吸気装置側に還流させ再循環させるEGR装置を備えており、そのEGR装置には、エンジン1の各燃焼室(図示せず)をバイパスして排気通路と吸気通路とを連通させる排気還流用のEGRガス通路51(還流排気ガス通路;図1参照)と、エンジン1の冷却水を通す冷却水通路9と、EGRガス通路51の途中で排気還流量を調整するEGRバルブ53と、EGRガス通路51を通って還流する排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するEGRクーラ10と、が設けられている。
First, the engine cooling system shown in FIG. 5 will be described. The engine 1, although not shown in detail, is cooled by cooling water passing through an internal water jacket. The engine 1 includes an EGR device that recirculates and recirculates a part of the exhaust gas from the exhaust device side to the intake device side. In the EGR device, each combustion chamber (not shown) of the engine 1 is provided. An exhaust gas recirculation EGR gas passage 51 (a recirculation exhaust gas passage; see FIG. 1) that bypasses and connects the exhaust passage and the intake passage, a cooling water passage 9 that passes the cooling water of the engine 1, and an
エンジン1のウォータージャケットを通過した冷却水は、エンジン1のシリンダヘッド1hに形成された冷却水出口e1から流出するようになっており、エンジン1から流出した冷却水はラジエータ2によって外部の空気との熱交換により冷却されるようになっている。このラジエータ2には、例えば完全密閉式のリザーブタンク3が装着されている。また、エンジン1のウォータージャケットの上流端側には図示しないウォータポンプが配置されており、そのウォータポンプの吸入側に冷却水の温度に感応して開弁および閉弁するサーモスタット4が配置されている。
The cooling water that has passed through the water jacket of the engine 1 flows out from a cooling water outlet e1 formed in the
エンジン1から流出した冷却水は、車室内の暖房等のために冷却水と空気との間の熱交換を行うヒータコア5にも供給されるようになっており、そのヒータコア5を通過したエンジン冷却水は、冷却水通路9の2つの分岐通路9a,9bを介して、EGRクーラ10と、エンジン1の排気管中を通る排気ガスとエンジン冷却水との間の熱交換により排気熱を回収することでヒータコア5やエンジン1の暖機性能を向上させることができる排気熱再循環装置6とに、それぞれ供給されるようになっている。
The cooling water that has flowed out of the engine 1 is also supplied to the
ここで、EGRクーラ10は、ヒータコア5を通過したエンジン冷却水とEGRガス通路51を通る還流排気ガスとの間の熱交換により、その還流排気ガスを冷却する機能を有している。また、排気熱再循環装置6は、制御アクチュエータの6aによりエンジン冷却水の通水量を可変制御されることで、排気熱再循環量を制御されるようになっている。エンジン1から流出する冷却水は、さらに、吸気通路の一部を形成するとともにスロットルバルブの一部を構成するスロットルボデー7にも通水されるようになっている。
Here, the
図1〜図4に示すように、EGRクーラ10は、外殻である略角筒状のケース11と、そのケース11内に互いに平行に収納された複数の偏平な熱交換チューブ12(偏平管)と、を有している。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
ケース11は、ヒータコア5を通過したエンジン冷却水を通す冷却水通路11hを形成するタンク状のケース本体部11aと、ホース等の冷却水配管に接続できるようケース本体部11aから外方に突き出し、冷却水通路11hと冷却水通路9の2つの分岐通路9a,9bとを連通させる第1、第2の冷却水導入管部11b,11cと、エンジン1の排気装置側からのEGRガスを複数の熱交換チューブ12に導入するEGRガス導入管部11dと、複数の熱交換チューブ12を通過した後のEGRガスをエンジン1の吸気装置側に還流させるEGRガス排出管部11eと、冷却水通路11hを通過した冷却水をエンジン1側に還流させる冷却水排出管部11gと、エンジン1への取付けブラケット11j,11kと、を備えている。
The
このEGRクーラ10は、ケース11のEGRガス導入管部11dおよびEGRガス排出管部11eと複数の熱交換チューブ12とによってEGRガス通路51の一部をなすガス通路13を形成するとともに、ケース11と複数の熱交換チューブ12とによってエンジン1の冷却水を通す冷却水通路14を形成しており、そのガス通路13を通る還流排気ガスと冷却水通路14を通る冷却水との間の熱交換によって還流排気ガスを冷却するようになっている。
The
具体的には、複数の熱交換チューブ12は、熱伝導率の高い金属によって一定厚さの偏平なチューブ状に形成されている。そして、これら複数の熱交換チューブ12は、それぞれの両端部でケース11のEGRガス導入管部11dおよびEGRガス排出管部11eに配管接続されることで、ガス通路13の延在方向に直交する厚さ方向Dtに互いに所定の間隔gを隔ててケース11に支持されている。そして、複数の熱交換チューブ12によってそれらの内部に還流排気ガスが通過する複数の偏平なガス通路13aが互いに平行に形成されている。これら複数のガス通路13aは、ガス通路13の一部として、ガス通路13の途中で複数の分岐通路状をなしている。なお、各熱交換チューブ12の内部には、EGRガスの流れを乱して熱交換を促進させるよう複数の凹凸状の屈曲部17aを有するインナーフィン17が収納されている。
Specifically, the plurality of
より具体的には、図2〜図4に示すように、ケース11のケース本体部11aは、略U字形断面を有する一対のケース部材111,112をろう付け等により固着接合して形成されており、そのケース本体部11aに対して、第1、第2の冷却水導入管部11b,11c、EGRガス導入管部11d、EGRガス排出管部11e、冷却水排出管部11gおよびエンジン1への取付けブラケット11j,11kがそれぞれ固着されている。
More specifically, as shown in FIGS. 2 to 4, the case body 11 a of the
複数の熱交換チューブ12は、それぞれの一面側に略平坦(小さい凹凸や溝を有していてもよい)な壁面部21を、それぞれの他面側に略平坦な壁面部22を、それぞれ有しており、これらの壁面部21,22は所定の間隔gを隔てて互いに対向する複数の対向壁面部となっている。すなわち、厚さ方向Dtにおいて隣り合う各一対の熱交換チューブ12のうち互いに対向する一対の壁面部21,22は、両熱交換チューブ12の内部のガス通路13aと両熱交換チューブ12の間の所定の間隔gに対応する冷却水通路14の特定通路領域14aとを仕切るとともに、互いに平行に離間する平行壁面部を構成している。
Each of the plurality of
また、複数の熱交換チューブ12の間には、対向壁面部21,22の間で冷却水通路14の特定通路領域14aにおける冷却水の流れを部分的に制限するよう略平板状(小さい凹凸や溝を有していてもよい)のスペーサ15,16が設けられている。ここにいう冷却水の流れを制限するとは、特定通路領域14aにおける冷却水の流れをスペーサ15,16の設置範囲内で部分的に堰き止めることの他、スペーサ15,16によって絞ることや異なる方向に方向付けることを含む意であり、スペーサ15,16はそれぞれの設置範囲内における冷却水の流量を周囲の冷却水通路部分に比べて顕著に低減させる(本実施形態では流量ゼロにする)よう冷却水の流れを妨げるものとなっている。
In addition, between the plurality of
これらのスペーサ15,16は、それぞれ隣接する一対の対向壁面部21,22に例えばろう付け等により固着され、熱伝導可能に接触している。また、各スペーサ15,16は、複数の対向壁面部21,22より熱伝導率の高い素材からなる。本実施形態では、複数の熱交換チューブ12の壁面部21,22がそれぞれステンレス鋼で形成されるのに対し、スペーサ15,16は、それぞれステンレス鋼より熱伝導率が高い熱交換器用のアルミニウム合金(アルミニウム系の合金)からなる。なお、ステンレス鋼からなる複数の熱交換チューブ12は、少なくともそれらの対向壁面部21,22のうちガス通路13側の壁面部分が、スペーサ15,16より耐酸腐食性に優れたものとなっている。
The
一方、EGRクーラ10においては、ケース11のケース本体部11aに対する第1、第2の冷却水導入管部11b,11cや冷却水排出管部11gの接続位置がケース本体部11aの端部側に偏倚し、それらの接続方向も互いに異なっている。そのため、ガス通路13は、他の通路部より熱交換中の還流排気ガスの温度が低くなる低温通路部13e,13fを有している。
On the other hand, in the
ガス通路13の低温通路部13eは、図2および図3に示すように、複数の熱交換チューブ12の幅方向(図3中の上下方向)において、ヒータコア5および排気熱再循環装置6を通過した冷却水が導入される第2の冷却水導入管部11c側に位置し、その両側の壁面部21,22に沿った冷却水の流量が最も多くなり易い部分である。この低温通路部13eは、冷却水通路14の特定通路領域14aのうち熱交換中における冷却水の通過流量が他の冷却水通路部分14a2(図3中の下方側の部分)より多くなる冷却水集中部分14a1(図3中の上方側の部分)に近接している。
The low
ガス通路13の低温通路部13fは、図4に示すように、ヒータコア5を通過した冷却水が導入される第1の冷却水導入管部11bの近傍においてケース11の内部の鉛直方向下方側に位置し、かつ、複数の熱交換チューブ12の離間方向における両端側の熱交換チューブ12(図2中に12Eで示す)の内部に位置するガス通路部分となっている。なお、ヒータコア5を通過し第1の冷却水導入管部11bを通してケース11内に導入される冷却水は、ケース11の内壁面に沿って図4中の下方側に多く流れるので、同図中の左右の低温通路部13fの近傍の壁面部21,22に接する冷却水の温度は、ケース11の内部の他の冷却水通路部分(特定通路領域14aのうちの他の部分)より低くなる。
As shown in FIG. 4, the low-
これらガス通路13の低温通路部13e,13fは、隣り合う冷却水通路14の特定通路領域14aにおける冷却水の通過流量が多くなるために、あるいは、局所的にガス通路13a内の還流排気ガスの流量が少なくなったり冷却水の温度が低くなったりするために、冷却水の流れを部分的に制限しないと、他のガス通路部13gに比べて冷却が過度となって熱交換中の還流排気ガスの温度が低くなり易い通路部分となっている。
The low-
そして、厚さ方向Dtにおいて両端側に位置する一対の熱交換チューブ12Eとそれらに隣り合う一対の熱交換チューブ12とは、互いに対向する一対の壁面部21,22の外面側(一面側)で低温通路部13e,13fのいずれかに接するとともに内面側(他面側)でスペーサ15,16に接する低温壁面部分21a,22aを有している。また、各スペーサ15,16は、複数の熱交換チューブ12の間に挟まれて低温壁面部分21a,22aに接する板状体となっており、低温通路部13eに近接する一方の複数のスペーサ15と低温通路部13fに近接する他方の複数のスペーサ16とは、板厚が略同一であるが、それらの板面の形状および広さが互いに異なってもよい。
And a pair of heat exchange tube 12E located in the both ends side in thickness direction Dt and a pair of
すなわち、本実施形態においては、図2〜図4に示すように、複数の熱交換チューブ12は、複数の対向壁面部21,22の離間方向に互いに離間する3つ以上の平行偏平管部12pを有しており、複数の対向壁面部21,22の低温壁面部分21a,22aは、複数の平行偏平管部12pのうち離間方向で最端側に位置する第1平行偏平管部12p1とその第1平行偏平管部12p1に隣り合う第2平行偏平管部12p2とが対向する部分で構成されている。
That is, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, the plurality of
なお、EGRバルブ53は、EGRガス通路51を吸気通路側に連通させる開弁状態と、その連通・接続状態を制限、例えば遮断する閉弁状態とに切替え可能になっており、図示しないECU(電子制御ユニット)により公知の方法でエンジン1の運転状態に応じて制御されるようになっている。
The
次に、その作用について説明する。 Next, the operation will be described.
上述のように構成された本実施形態のEGRクーラ10においては、エンジン1の運転中に、その運転状態に応じてEGRバルブ53が制御され、EGRバルブ53の開弁時にEGRガス通路51を通る還流排気ガスがEGRクーラ10により冷却される。
In the
このEGRクーラ10の動作時には、複数の熱交換チューブ12の対向壁面部21,22が、ガス通路13側の壁面では還流排気ガスからの熱を全面的に受ける状態となるものの、冷却水通路14の特定通路領域14a側の壁面ではスペーサ15,16に接しない範囲内で冷却水により熱を奪われる一方、スペーサ15,16に接する範囲内では冷却水により熱を奪われ難くかつ相互に熱伝導し易い状態となる。
During operation of the
したがって、ガス通路13のうち凝縮水が発生し易くなる部位を一面側に有する対向壁面部21,22の他面側(冷却水通路側)にスペーサ15,16を配置することで、特定通路領域14a中における冷却水の流量が局所的に大きくなるように偏ったり冷却水温度が局所的に低くなったりすることを防止することができ、凝縮水の発生を有効に抑制したり凝縮水が発生しても迅速に蒸発させたりすることができることとなる。
Accordingly, by disposing the
しかも、複数の対向壁面部21,22は、少なくともガス通路13側の壁面部分がスペーサ15,16より耐酸腐食性に優れているので、前述のような凝縮水の発生抑制および蒸発促進と相俟って、酸性の凝縮水による腐食が有効に抑制可能となる。
In addition, since the plurality of
また、本実施形態では、複数の対向壁面部21,22が、一面側で低温通路部13e,13fに接するとともに他面側でスペーサ15,16に接する低温壁面部分21a,22aを有しているので、ガス通路13のうち凝縮水が発生し易くなる低温通路部13e,13fに対して板状のスペーサ15,16が隣接配置されることになり、スペーサ15,16により冷却水の流れが低温壁面部分21a,22aを迂回するように制限されることと、スペーサ15に接する比較的広い範囲内で対向壁面部21,22が冷却水により熱を奪われ難くかつ相互に熱伝導し易くなることで、凝縮水の発生がより有効に抑制されることになる。
Moreover, in this embodiment, the some opposing
さらに、各スペーサ15,16は、複数の偏平な熱交換チューブ12の間に挟まれ、対向壁面部21,22の低温壁面部分21a,22aに接する板状体となっているので、各スペーサ15,16の配置および支持が容易である。
Further, each
また、低温通路部13eは、冷却水通路14の特定通路領域14aのうち熱交換中における冷却水の通過流量が他の冷却水通路部分より多くなる冷却水集中部分に近接しているものの、スペーサ15によって低温通路部13eの近傍における冷却水の流量が有効に制限され、図3中で下方側に位置する他の冷却水通路部分での冷却水の流量が増加するので、冷却水量が多いために低温通路部13eが過冷却となることが確実に防止される。
In addition, the low-
加えて、複数の熱交換チューブ12が、対向壁面部21,22の離間方向に互いに離間する3つ以上の平行偏平管部12pを有し、複数の対向壁面部21,22の低温壁面部分21a,22aが、平行偏平管部12pのうちそれらの離間方向で最端側に位置する第1平行偏平管部12p1とその第1平行偏平管部12p1に隣り合う第2平行偏平管部12p2とが対向する部分で構成されているので、外側にガス通路13が無く冷却水による冷却が過度になり易い最端側の第1平行偏平管部12p1の冷却を的確に制限することができる。
In addition, the plurality of
また、複数の対向壁面部21,22の低温壁面部分21a,22aは、ケース11内で複数の対向壁面部21,22のうち鉛直方向の下方側部分となっているので、偏平なガス通路13a内の還流排気ガスあるいは偏平な冷却水通路14の特定通路領域14a内で還流排気ガスや冷却水が対流し、鉛直方向の下方側で低温となり易い場合であっても、局部的にガス通路13の内壁部が低温になることを防止することができる。
Moreover, since the low-temperature
本実施形態では、さらに、スペーサ15,16が熱交換器用のアルミニウム合金からなり、複数の対向壁面部21,22がステンレス鋼からなるので、ガス通路13aのうち凝縮水が発生し易くなる低温通路部13e,13fに接する低温壁面部分21a,22aについて、スペーサ15,16により冷却水による冷却を制限するとともに隣り合うガス通路13a側からの熱の伝動を助長して、凝縮水の発生を有効に抑制することができる。
In the present embodiment, the
このように、本実施形態の排気冷却器によれば、複数の対向壁面部21,22が、ガス通路13aのうち凝縮水が発生し易くなる部位を一面側に有する対向壁面部21,22の他面側にスペーサ15,16を配置するようになっているので、スペーサ15,16に接する範囲内で対向壁面部21,22が冷却水により熱を奪われ難くかつ相互に熱伝導し易くなるようにして、凝縮水の発生を有効に抑制したり凝縮水が発生しても迅速に蒸発させたりするようにすることができる。したがって、エンジン冷却水の温度が低い段階から還流排気ガスの熱によってEGRクーラ10を容易にかつ対向壁面部21,22の各部で一様に昇温させることができ、凝縮水による腐食を確実に防止することのできるEGRクーラ10を提供することができる。
As described above, according to the exhaust cooler of the present embodiment, the plurality of opposing
なお、上述の一実施形態に係る排気冷却器においては、複数の熱交換チューブ12がステンレス鋼からなり、スペーサ15,16がアルミニウム合金からなるものとしたが、スペーサ15,16がそれぞれ複数の対向壁面部21,22より熱伝導率の高い素材からなり、複数の熱交換チューブ12の素材が耐腐食性に優れたものであれば、他の材料であってもよいし、スペーサ15,16が互いに相違する素材であってもよい。
また、複数の熱交換チューブ12は、板状の偏平管となっていたが、円形、多角形、略U字形または略E字形のような任意の断面形状を有する偏平管が部分的に対向する少なくとも一対の対向壁面部を有するようなものであってもよい。EGRクーラ10の設置姿勢は図1に示すような水平に限定されるものでなく、一端側が他端側より鉛直方向上方側に位置するように傾斜していてもよいことは勿論である。
さらに、スペーサ15,16は、冷却水通路14の特定通路領域14a中における冷却水量の集中を抑制したり流れの偏りを抑えたりすることで、冷却水の流れを好適な状態に調整可能なものであれば、その形状は平板状に限定されず、複数の孔や溝、凹凸等を有するものであってもよい。
また、ケース11の形状は略矩形の横断面となっていたが、円形や小判形の断面等のような非円形断面であってもよい。また、ケース11が冷却水配管を介することなくシリンダヘッド1hの後端部等に直接に装着され、冷却水通路14がエンジン1のウォータージャケットに直結されるような形態であることも考えられる。
In the exhaust cooler according to the above-described embodiment, the plurality of
Moreover, although the several
Furthermore, the
The
以上説明したように、本発明に係る排気冷却器は、複数の対向壁面部が、ガス通路のうち凝縮水が発生し易くなる部位を一面側に有する対向壁面部の他面側にスペーサを配置することで、スペーサに接する範囲内で冷却水により熱を奪われ難く相互に熱伝導し易くなるようにして、凝縮水の発生を有効に抑制したり凝縮水が発生しても迅速に蒸発させたりするようにしているので、冷却水温度が低くとも還流排気ガスの熱によって容易に昇温させることができ、しかも、凝縮水による腐食を確実に防止することのできる排気冷却器を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の排気再循環システムに装備されるEGRクーラに好適な排気冷却器全般に有用である。 As described above, in the exhaust cooler according to the present invention, the plurality of opposing wall surfaces have a spacer on the other surface side of the opposing wall surface having a portion on the one surface side where condensed water is easily generated in the gas passage. In this way, heat is not easily taken away by the cooling water within the range in contact with the spacer, making it easy to conduct heat to each other, effectively suppressing the generation of condensed water and allowing it to evaporate quickly even if condensed water is generated. To provide an exhaust cooler that can be easily heated by the heat of the recirculated exhaust gas even when the cooling water temperature is low, and that can reliably prevent corrosion due to condensed water. It is useful for general exhaust gas coolers suitable for an EGR cooler equipped in an exhaust gas recirculation system of an internal combustion engine.
1 エンジン(内燃機関)
2 ラジエータ
5 ヒータコア
6 排気熱再循環装置
9 冷却水通路
9a,9b 分岐通路
10 EGRクーラ(排気冷却器)
11 ケース
11a ケース本体部
11b 第1の冷却水導入管部
11c 第2の冷却水導入管部
11d EGRガス導入管部
11e EGRガス排出管部
11g 冷却水排出管部
11h 冷却水通路
12 熱交換チューブ(複数の偏平管)
12E 熱交換チューブ(離間方向の端部側の偏平管)
12p,12p1,12p2 平行偏平管部
13 ガス通路(EGRガス通路)
13a ガス通路(熱交換チューブ内の偏平なガス通路)
13e,13f 低温通路部
13g 他のガス通路部
14 冷却水通路
14a 特定通路領域
14a1 冷却水集中部分
14a2 他の冷却水通路部分
15,16 スペーサ
21,22 壁面部(対向壁面部)
21a,22a 低温壁面部分
51 EGRガス通路
52 冷却水通路
53 EGRバルブ
e1 冷却水出口
1 engine (internal combustion engine)
2
DESCRIPTION OF
12E heat exchange tube (flat tube on the end side in the separation direction)
12p, 12p1, 12p2 Parallel
13a Gas passage (flat gas passage in the heat exchange tube)
13e, 13f Low-temperature passage portion 13g Other
21a, 22a Low
Claims (7)
前記ガス通路と前記冷却水通路とを仕切るとともに互いに離間するよう対向配置された複数の対向壁面部と、
前記複数の対向壁面部の間に介装されて前記冷却水通路中に配置され、前記冷却水通路の特定通路領域における前記冷却水の流れを部分的に制限するスペーサと、を備え、
前記スペーサが、前記複数の対向壁面部より熱伝導率の高い素材からなることを特徴とする排気冷却器。 A gas passage forming a part of an exhaust gas recirculation passage of the internal combustion engine and a cooling water passage for passing the cooling water of the internal combustion engine are formed, and the heat exchange between the recirculated exhaust gas passing through the gas passage and the cooling water An exhaust cooler for cooling the reflux exhaust gas,
A plurality of opposing wall surfaces arranged to face the gas passage and the cooling water passage and to be separated from each other;
A spacer that is interposed between the plurality of opposing wall surfaces and is disposed in the cooling water passage, and partially restricts the flow of the cooling water in a specific passage region of the cooling water passage,
The exhaust cooler, wherein the spacer is made of a material having higher thermal conductivity than the plurality of opposed wall surface portions.
前記複数の対向壁面部が、一面側で前記低温通路部に接するとともに他面側で前記スペーサに接するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の排気冷却器。 The gas passage has a low temperature passage portion in which the temperature of the recirculated exhaust gas during the heat exchange is lower than the other passage portions;
2. The exhaust cooler according to claim 1, wherein the plurality of opposed wall surface portions are arranged so as to contact the low temperature passage portion on one surface side and to contact the spacer on the other surface side.
前記冷却水通路の特定通路領域が、前記複数の偏平管の間に形成され、
前記スペーサが、前記複数の偏平管の間に挟まれて前記低温壁面部分に接する板状体によって構成されていることを特徴とする請求項2に記載の排気冷却器。 The plurality of opposing wall surface portions are constituted by portions facing each other of a plurality of flat tubes that form the gas passages inside thereof, and have a low temperature wall surface portion in contact with the spacer,
A specific passage region of the cooling water passage is formed between the plurality of flat tubes;
The exhaust cooler according to claim 2, wherein the spacer is configured by a plate-like body that is sandwiched between the plurality of flat tubes and is in contact with the low-temperature wall surface portion.
前記複数の対向壁面部の前記低温壁面部分は、前記平行偏平管部のうち前記離間方向で最端側に位置する第1平行偏平管部と該第1平行偏平管部に隣り合う第2平行偏平管部とが対向する部分で構成されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の排気冷却器。 The plurality of flat tubes have three or more parallel flat tubes separated from each other in the separation direction of the plurality of opposing wall surfaces;
The low-temperature wall surface portions of the plurality of opposed wall surface portions are a first parallel flat tube portion positioned on the extreme end side in the separation direction among the parallel flat tube portions and a second parallel adjacent to the first parallel flat tube portion. The exhaust cooler according to claim 2 or 3, wherein the exhaust cooler is configured by a portion facing the flat tube portion.
前記複数の対向壁面部が、ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のうちいずれか1の請求項に記載の排気冷却器。 The spacer is made of an aluminum-based alloy,
The exhaust cooler according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of opposing wall surface portions are made of stainless steel.
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JP2011111632A JP2012241597A (en) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | Exhaust gas cooler |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021059921A1 (en) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | 株式会社ユタカ技研 | Heat exchanger |
-
2011
- 2011-05-18 JP JP2011111632A patent/JP2012241597A/en not_active Withdrawn
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