JP2013221408A

JP2013221408A - Ｅｇｒガス冷却装置

Info

Publication number: JP2013221408A
Application number: JP2012091353A
Authority: JP
Inventors: Rentaro Kuroki; 錬太郎黒木; Yuichi Shimazaki; 勇一島崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-28
Also published as: WO2013153445A1

Abstract

【課題】ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることを課題とする。
【解決手段】ＥＧＲガス冷却装置は、内側にＥＧＲガス流通部を備えるとともに、外側に冷却水通路を有するＥＧＲクーラと、一端部が前記ＥＧＲガス流通部に接続されるＥＧＲガス導入部と、ＥＧＲガス導入部に接続され、ＥＧＲガス導入部内に導入される排気ガスに旋回成分を付与するＥＧＲガス導入管と、を備える。ＥＧＲガス流通部に接続された前記ＥＧＲガス導入部の一端部の断面積は、ＥＧＲガス導入管が接続された位置におけるＥＧＲガス導入部の断面積よりも小さい。これによりＥＧＲガスの旋回流が加速され、ＥＧＲガスは、ＥＧＲガス流通部の外周縁側に沿って流通し、冷却効率が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明はＥＧＲガス冷却装置に関する。

従来、排気再循環装置が備えるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、ＥＧＲ配管の内部及び外部に水冷ジャケットを配設し、このＥＧＲ配管内を流れるＥＧＲガスをこのＥＧＲ配管の内部および外部から冷却する方式が開示されている。

特開２００１−２０７９１９号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたＥＧＲガス冷却装置のように、ＥＧＲ配管の外部に水冷ジャケットを配置する場合、排気ガスは、ＥＧＲ配管の断面に対して均等に流入することが望ましい。ＥＧＲ配管内には、熱交換体が収納されている。このため、ＥＧＲ配管の断面に対して均等にＥＧＲガスが流入されると、ＥＧＲ配管の外部方向へ均等に熱が伝導され、効率よくＥＧＲガスが冷却される。しかしながら、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ配管へ偏って導入されることが多い。これは、ＥＧＲガス冷却装置を車両へ搭載する際に、ＥＧＲガス導入管をＥＧＲ配管の軸線方向に沿って配置することが困難であること等が理由となる。熱交換体の内部には、複数のガス流路が平行して形成されており、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ配管内で拡散することができない。このため、ＥＧＲ配管内へＥＧＲガスが偏って導入されると、ＥＧＲ配管の一部にしかＥＧＲガスが流れず、外部に配置された水冷ジャケットによる冷却を効果的に利用することができない。前記特許文献１に開示されたＥＧＲガス冷却装置もこのような現象に対処するものとはなっていない。

そこで本明細書開示のＥＧＲガス冷却装置は、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために本明細書開示のＥＧＲガス冷却装置は、内側にＥＧＲガス流通部を備えるとともに、外側に冷却水通路を有するＥＧＲクーラと、一端部が前記ＥＧＲガス流通部に接続されるＥＧＲガス導入部と、前記ＥＧＲガス導入部に接続され、前記ＥＧＲガス導入部内に導入される排気ガスに旋回成分を付与するＥＧＲガス導入管と、を備え、前記ＥＧＲガス流通部に接続された前記ＥＧＲガス導入部の前記一端部の断面積は、前記ＥＧＲガス導入管が接続された位置における前記ＥＧＲガス導入部の断面積よりも小さい。

ＥＧＲガス導入管から旋回成分を付与されたＥＧＲガスは、ＥＧＲガス導入部内において、断面積が小さい領域に向かって流れる。ＥＧＲガスの旋回流は、断面積が小さい領域に流入することによって、その旋回速度が増す。旋回速度が増した状態でＥＧＲガス流通部内に流入するＥＧＲガスは、その遠心力により、旋回流の外縁付近の密度が高い。すなわち、多くのＥＧＲガスを、ＥＧＲガス流通部の外周縁に沿って流通させることができる。ＥＧＲガス流通部の外側には、冷却水通路が設けられているため、冷却水路の内周面全体を効率よく利用することができ、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。前記ＥＧＲガス導入管は、前記ＥＧＲガス導入部に対し、オフセットさせて前記ＥＧＲガス導入部に接続されることにより、前記ＥＧＲガス導入部内に導入される排気ガスに旋回成分を付与することができる。

前記ＥＧＲガス導入管は、前記ＥＧＲガス流通部内を流通する排気ガスの流通方向と一致するベクトル成分を有する方向に沿って前記ＥＧＲガス導入部に接続されることができる。

これにより、スムーズに旋回流をＥＧＲガス流通部へ導入し、流速の低減を図り、圧力損失の発生を抑制することができる。

前記ＥＧＲガス導入管の内周面と前記ガス導入部の内周面とは、円滑連続面で接続されることが望ましい。これにより、ＥＧＲガス導入管とＥＧＲガス導入部との接続部におけるＥＧＲガスの流れの剥離が抑制される。この結果、ＥＧＲガスが、ＥＧＲガス導入部へ導入される際の流速低下、ひいては、圧力損失の発生が抑制され、良好な冷却効率を得ることができる。

本明細書開示のＥＧＲガス冷却装置は、前記ＥＧＲガス導入管の前記ＥＧＲガス導入部への接続位置に対応させて、前記ＥＧＲガス導入部内に突起部を設けることができる。これにより、効率よく旋回流を作り出して旋回流の旋回速度を増し、旋回流を強化することができる。この結果、ＥＧＲガスのＥＧＲガス流通部へのスムーズな導入が可能となる。

本明細書開示の他のＥＧＲガス冷却装置は、内側にＥＧＲガス流通部を備えるとともに、外側に冷却水通路を有するＥＧＲクーラと、一端部が前記ＥＧＲガス流通部に接続されるＥＧＲガス導入部と、前記ＥＧＲガス導入部に接続され、前記ＥＧＲガス導入部内に導入される排気ガスに旋回成分を付与するＥＧＲガス導入管と、を備える。この場合も、前記ＥＧＲガス導入管は、前記ＥＧＲガス流通部内を流通する排気ガスの流通方向と一致するベクトル成分を有する方向に沿って前記ＥＧＲガス導入部に接続されることができる。

本明細書に開示されたＥＧＲガス冷却装置によれば、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。

図１は実施例１のＥＧＲガス冷却装置の概略構成を示す説明図である。図２（Ａ）は実施例１のＥＧＲガス冷却装置が備えるＥＧＲガス導入部を拡大して示す説明図であり、図２（Ｂ）はＥＧＲガス導入部を図２（Ａ）における矢示Ａの方向からみた状態を示す説明図である。図３はＥＧＲガスによる旋回流がＥＧＲガス流通部へ導入される様子を示す説明図である。図４は実施例２におけるＥＧＲガス導入部に対するＥＧＲガス導入管の接続角度を示す説明図である。図５は実施例３におけるＥＧＲガス導入部に対するＥＧＲガス導入管の接続状態を示す説明図である。図６（Ａ）（Ｂ）は実施例４におけるＥＧＲガス導入部に設けられる突起部を示す説明図である。図７（Ａ）は実施例５のＥＧＲガス冷却装置が備えるＥＧＲガス導入部を拡大して示す説明図であり、図７（Ｂ）はＥＧＲガス導入部を図７（Ａ）における矢示Ａの方向からみた状態を示す説明図である。図８は実施例６におけるＥＧＲガス導入部に対するＥＧＲガス導入管の接続角度を示す説明図である。図９（Ａ）〜（Ｃ）はガス導入部の形状の変形例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。

図１は実施例１のＥＧＲガス冷却装置１の概略構成を示す説明図である。図２（Ａ）は実施例１のＥＧＲガス冷却装置１が備えるＥＧＲガス導入部３０を拡大して示す説明図であり、図２（Ｂ）はＥＧＲガス導入部３０を図２（Ａ）における矢示Ａの方向からみた状態を示す説明図である。図３はＥＧＲガスによる旋回流がＥＧＲガス流通部へ導入される様子を示す説明図である。なお、ＥＧＲガス導入部３０は、配管内の空間であり、各図において、ＥＧＲガス導入部３０は、その空間の形状として描かれている。また、ＥＧＲガス導入部に接続されるＥＧＲガス導入管４０も内部空間の形状として描かれている。

ＥＧＲガス冷却装置１は、ＥＧＲクーラ２０を備える。ＥＧＲクーラ２０は、内側にＥＧＲガス流通部２１を備えるとともに、外側に冷却水通路２２を有する。ＥＧＲクーラ２０は、排気ガスを吸気通路へ流入させるＥＧＲ配管上に設置される。ＥＧＲ配管の一端は、吸気管へ接続されてもよいし、インテークマニホールドへ接続されていてもよい。ＥＧＲガス流通部２１は、内部にＳＩＣ（セラミック）製の熱交換体が配置されている。冷却水通路２２は、ＥＧＲガス流通部２１の周囲を覆うように環状に設けられている。そして、冷却水流入口２２ａから流入した冷却水が冷却水通路２２内を循環する。冷却水通路２２内の冷却水は冷却水流出口２２ｂから流出してＥＧＲガス流通部２１から熱を奪いＥＧＲガス流通部２１内に配置された熱交換体を冷却する。これによりＥＧＲガス流通部２１内を流通するＥＧＲガスが冷却される。

ＥＧＲガス冷却装置１は、一端部３１がＥＧＲガス流通部２１に接続されるＥＧＲガス導入部３０を備えている。ＥＧＲガス導入部３０の軸線は、ＥＧＲガス流通部２１の軸線ＡＸ１と一致している。ＥＧＲガス冷却装置１は、このＥＧＲガス導入部３０に接続され、ＥＧＲガス導入部３０内に導入される排気ガスに旋回成分を付与するＥＧＲガス導入管４０を備えている。ここで、図２（Ｂ）を参照すると、ＥＧＲガス導入管４０の軸線ＡＸ２は、ＥＧＲガス流通部３０の軸線ＡＸ１とずらされている。すなわち、ＥＧＲガス導入管４０は、ＥＧＲガス導入部３１に対し、オフセットさせてＥＧＲガス導入部３１に接続されている。このように、ＥＧＲガス導入管４０をＥＧＲガス導入部３０に対してオフセットさせることにより、ＥＧＲガス導入管４０を通じてＥＧＲガス導入部３０内に流入するＥＧＲガスは、旋回成分が付与され、旋回流となる。なお、図１、図２（Ａ）を参照すると、ＥＧＲクーラ２０を側方からみたときに、軸線ＡＸ１と軸線ＡＸ２とは、ほぼ直交している。ＥＧＲガスに旋回成分を付与する手段は、このように、ＥＧＲガス導入管４０をＥＧＲガス導入部３０に対してオフセットさせるものに限定されず、他のどのような手段も用いることができる。

ここで、ＥＧＲガス流通部２１に接続されたＥＧＲガス導入部３０の断面積について説明する。図２（Ａ）を参照すると、ＥＧＲガス導入部３０の一端部３１の断面積は、Ｓ１である。これに対し、ＥＧＲガス導入管４０が接続された位置３２におけるＥＧＲガス導入部３０の断面積は、Ｓ２である。ここで、図２（Ａ）から明らかなように、断面積Ｓ１は断面積Ｓ２よりも小さい。実施例１では、ＥＧＲガス導入部３０の内部空間を円錐状に成形することにより、断面積Ｓ２を断面積Ｓ１まで縮小している。

ＥＧＲガス導入部３０に流入し、旋回流となったＥＧＲガスは、矢示５０の方向に流れる。図３を参照すると、ＥＧＲガスは、ＥＧＲガス導入部３０の内部形状に従って、旋回の半径を狭めながらＥＧＲガス流通部２１へ導入される。旋回流は、断面積が小さい領域に流入し、旋回の半径が狭められることにより、流速が増し、旋回の勢いが増す。流速を増してＥＧＲガス流通部２１内へ導入されたＥＧＲガスは、その遠心力により、旋回流の外縁付近の密度が高くなる。すなわち、多くのＥＧＲガスを、ＥＧＲガス流通部２１の外周縁に沿って流通させることができる。ＥＧＲガス流通部２１の外側には、冷却水通路２２が設けられているため、冷却水路の内周面全体を効率よく利用することができ、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。

つぎに、実施例２について図４を参照して説明する。図４は実施例２におけるＥＧＲガス導入部３０に対するＥＧＲガス導入管４５の接続角度を示す説明図である。他の構成要件については、実施例１と同様であるので、共通する構成要素には、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。

実施例１では、ＥＧＲクーラ２０を側方からみたときに、ＥＧＲガス導入部３０の軸線ＡＸ１とＥＧＲガス導入管４０の軸線ＡＸ２とは、ほぼ直交していた。これに対し、実施例２では、ＥＧＲガス導入管４５は、ＥＧＲガス流通部２１内を流通する排気ガスの流通方向と一致するベクトル成分Ｒ１を有する方向に沿ってＥＧＲガス導入部３０に接続されている。ＥＧＲガス導入管４５内を通過するＥＧＲガスの流れは、その軸線ＡＸ２に沿ったベクトルＲを有する。すなわち、軸線ＡＸ１と軸線ＡＸ２とは、角度θをなしている。この角度θを０°〜９０°の範囲で設定することにより、ベクトルＲをベクトル成分Ｒ１とベクトル成分Ｒ２とに分解することができる状態とすることができる。ＥＧＲガス導入管４５からＥＧＲガス導入部３０へ流入するＥＧＲガスの流れが、ベクトル成分Ｒ１を有することにより、スムーズに旋回流をＥＧＲガス流通部２１へ導入し、流速の低減を図り、圧力損失の発生を抑制することができる。この結果、多くのＥＧＲガスがＥＧＲガス流通部２１の外周縁側を流通し、良好な冷却効率を実現することができる。

つぎに、実施例３について、図５を参照しつつ説明する。図５は実施例３におけるＥＧＲガス導入部３０に対するＥＧＲガス導入管４６の接続状態を示す説明図である。図５において、参照符号Ｂを付して示した箇所において、ＥＧＲガス導入管４６とＥＧＲガス導入部３０とは、段差なく滑らかに接続されている。すなわち、前記ＥＧＲガス導入管の内周面と前記ガス導入部の内周面とは、円滑連続面３０ａで接続されている。これにより、ＥＧＲガス導入管４６とＥＧＲガス導入部３０との接続部において、ＥＧＲガスの流れの剥離が抑制される。この結果、ＥＧＲガスがＥＧＲガス導入部３０へ導入される際の流速低下を抑制することができる。これにより、スムーズに旋回流をＥＧＲガス流通部２１へ導入し、流速の低減を図り、圧力損失の発生を抑制することができる。この結果、多くのＥＧＲガスがＥＧＲガス流通部２１の外周縁側を流通し、良好な冷却効率を実現することができる。

つぎに、実施例４について、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ説明する。図６（Ａ）（Ｂ）は実施例４におけるＥＧＲガス導入部３０に設けられる突起部３６、３７を示す説明図である。

突起部３６は、ＥＧＲガス導入部３０の端部に設けられている。突起部３６は、円柱状をなしている。突起部３６は、ＥＧＲガス導入管４０のＥＧＲガス導入部３０への接続位置に対応させて、軸線ＡＸ１上に設けられている。突起部３６を設けることにより、ＥＧＲガス導入管４０からＥＧＲガス導入部３０に導入されるＥＧＲガスは、効率よく旋回流となることができる。そして、旋回流の旋回速度を増し、旋回流を強化することができる。この結果、ＥＧＲガスのＥＧＲガス流通部２１へのスムーズな導入が可能となる。

突起部の形状は種々変更することができる。例えば、図６（Ｂ）に示すように、ＥＧＲガスの流通方向に沿って徐々に先細となる円錐形状とすることもできる。突起部は、その形状を工夫することにより、自らが、ＥＧＲガスの流れの抵抗となることを抑制することができる。

つぎに、実施例５について、図７を参照しつつ説明する。図７（Ａ）は実施例５のＥＧＲガス冷却装置１００が備えるＥＧＲガス導入部１３０を拡大して示す説明図であり、図７（Ｂ）はＥＧＲガス導入部１３０を図７（Ａ）における矢示Ａの方向からみた状態を示す説明図である。

実施例５が実施例１と異なる点は、ＥＧＲガス導入部の形状である。実施例１のＥＧＲガス導入部３０において、一端部３１の断面積Ｓ１とＥＧＲガス導入管４０の接続部３２の断面積Ｓ２は異なっていた。これに対し、実施例５のＥＧＲガス導入部１３０の断面積は、軸線ＡＸ１に沿って、同一である。このような形状であっても、ＥＧＲガスは、旋回流を維持して、ＥＧＲガス流通部２１へ導入される。これにより、この結果、多くのＥＧＲガスがＥＧＲガス流通部２１の外周縁側を流通し、良好な冷却効率を実現することができる。要は、ＥＧＲガス導入部の内部形状は、ＥＧＲガスの旋回流のＥＧＲガス流通部２１への導入が阻害されないものであればよい。

つぎに、実施例６について、図８を参照しつつ説明する。図８は実施例６におけるＥＧＲガス導入部１３０に対するＥＧＲガス導入管１４０の接続角度を示す説明図である。ＥＧＲガス導入管１４０は、実施例５のＥＧＲガス導入部１３０に対して、実施例２と同様に、ＥＧＲガス流通部２１内を流通する排気ガスの流通方向と一致するベクトル成分Ｒ１を有する方向に沿ってＥＧＲガス導入部１３０に接続されている。このように、ベクトル成分Ｒ１を有することにより、スムーズに旋回流をＥＧＲガス流通部２１へ導入し、流速の低減を図り、圧力損失の発生を抑制することができる。この結果、多くのＥＧＲガスがＥＧＲガス流通部２１の外周縁側を流通し、良好な冷却効率を実現することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、実施例１において、ＥＧＲガス導入部３０の内部形状は、円錐形状とされている。これにより、断面積Ｓ１と断面積Ｓ２との関係が創出されている。これに対し、図９（Ａ）を参照すると、ＥＧＲガス導入部３０の内周面３０ｂは、内側凸状の湾曲面となり、一端部３１に向かって徐々に小径となっている。また、図９（Ｂ）を参照すると、ＥＧＲガス導入部３０の内周面３０ｃは、外側凸状の湾曲面となり、一端部３１に向かって徐々に小径となっている。このような内周面の形状として、ＥＧＲガス流通部２１に接続されたＥＧＲガス導入部３０の一端部３１の断面積Ｓ１を、ＥＧＲガス導入管４０が接続された位置におけるＥＧＲガス導入部３０の断面積Ｓ２よりも小さくしてもよい。

さらに、ＥＧＲガス導入部３０の内周面にＥＧＲガスの流れを案内するガイド溝３０ｄを設けてもよい。ガイド溝３０ｄを設けることによりＥＧＲガスを滑らかに流通させることができ、旋回流を強化することができる。この結果、ＥＧＲガスをＥＧＲガス流通部２１の外周縁側を流通させ、良好な冷却効率を実現することができる。

１、１００ＥＧＲ冷却装置
２０ＥＧＲクーラ
２１ＥＧＲガス流通部
２２冷却水通路
２２ａ冷却水流入口
２２ｂ冷却水流出口
３０、１３０ＥＧＲガス導入部
３１一端部
３２接続位置
３６、３７、１３６突起部
４０、４５、４６、１４０ＥＧＲガス導入管

Claims

内側にＥＧＲガス流通部を備えるとともに、外側に冷却水通路を有するＥＧＲクーラと、
一端部が前記ＥＧＲガス流通部に接続されるＥＧＲガス導入部と、
前記ＥＧＲガス導入部に接続され、前記ＥＧＲガス導入部内に導入される排気ガスに旋回成分を付与するＥＧＲガス導入管と、を備え、
前記ＥＧＲガス流通部に接続された前記ＥＧＲガス導入部の前記一端部の断面積は、前記ＥＧＲガス導入管が接続された位置における前記ＥＧＲガス導入部の断面積よりも小さいＥＧＲガス冷却装置。
前記ＥＧＲガス導入管は、前記ＥＧＲガス導入部に対し、オフセットさせて前記ＥＧＲガス導入部に接続された請求項１記載のＥＧＲガス冷却装置。
前記ＥＧＲガス導入管は、前記ＥＧＲガス流通部内を流通する排気ガスの流通方向と一致するベクトル成分を有する方向に沿って前記ＥＧＲガス導入部に接続された請求項１又は２に記載のＥＧＲガス冷却装置。
前記ＥＧＲガス導入管の内周面と前記ＥＧＲガス導入部の内周面とは、円滑連続面で接続された請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＥＧＲガス冷却装置。
前記ＥＧＲガス導入管の前記ＥＧＲガス導入部への接続位置に対応させて、前記ＥＧＲガス導入部内に突起部を設けた請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＥＧＲガス冷却装置。
内側にＥＧＲガス流通部を備えるとともに、外側に冷却水通路を有するＥＧＲクーラと、
一端部が前記ＥＧＲガス流通部に接続されるＥＧＲガス導入部と、
前記ＥＧＲガス導入部に接続され、前記ＥＧＲガス導入部内に導入される排気ガスに旋回成分を付与するＥＧＲガス導入管と、を備えたＥＧＲガス冷却装置。
前記ＥＧＲガス導入管は、前記ＥＧＲガス流通部内を流通する排気ガスの流通方向と一致するベクトル成分を有する方向に沿って前記ＥＧＲガス導入部に接続された請求項６記載のＥＧＲガス冷却装置。