JP2015102051A - Egrクーラ - Google Patents
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Abstract
【課題】温度が上昇したときに熱交換体に亀裂が発生することを抑制しつつ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。【解決手段】EGRクーラ(5)は、EGRガスが通過するセラミック製の複数の熱交換体(10a,10b)と、複数の熱交換体を内部に収容した金属製のハウジング(20)とを有し、複数の熱交換体の外周に冷媒通路(40a,40b)が設けられたEGRクーラにおいて、複数の熱交換体とハウジングとは緩衝材(30a,30b,30c)を介して接合され、隣接する2つの熱交換体の間には隙間(50)が形成され、隣接する2つの熱交換体が緩衝材を介してハウジングによって連結されていることで、隙間の外周は緩衝材によってシールされていることを特徴とする。【選択図】図1
Description
本発明はEGRクーラに関する。
従来、EGR(Exhaust Gas Recirculation)通路を通過するEGRガスを冷却する装置として、EGRクーラが知られている。特許文献1には、EGRクーラとして適用することが可能な熱交換装置が開示されている。この特許文献1に係る熱交換装置は、セラミック製の熱交換体(特許文献1ではハニカム構造体と称されている)が金属製のハウジングの内部に収容され、熱交換体の外周に冷媒通路が設けられた構造を有している。特許文献1に係る熱交換装置の熱交換体にEGRガスが流動するように、特許文献1に係る熱交換装置をEGR通路に配置すれば、特許文献1に係る熱交換装置をEGRクーラとして使用することができる。
ここで、セラミックはステンレス等の金属に比較して、排気に対する耐食性が良好である。したがって、特許文献1に係る熱交換装置をEGRクーラとして用いた場合、金属製の熱交換体を有するEGRクーラに比較して、EGRクーラの耐食性を向上させることができると考えられる。
ところで、セラミックの熱膨張率とスレンレス等の金属の熱膨張率とは大きく異なっている。そのため、特許文献1に係る熱交換装置の場合、熱交換体が熱膨張したときに、熱交換体の熱膨張率とハウジングの熱膨張率との相違によって、熱交換体の特にハウジングに接合している部分に応力集中が発生する可能性がある。その結果、熱交換体に亀裂が発生する可能性がある。また、特許文献1に係る熱交換装置の場合、熱交換体の外周に冷媒通路が配置されているため、熱交換体の中央部を通過するガスが外周部を通過するガスよりも冷却され難い構造となっている。この点において特許文献1に係る熱交換装置は、十分に高い冷却性能が得られているとはいえない。
本発明は、温度が上昇したときに熱交換体に亀裂が発生することを抑制しつつ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目的とする。
本発明に係るEGRクーラは、EGRガスが通過するセラミック製の複数の熱交換体と、複数の前記熱交換体を内部に収容した金属製のハウジングとを有し、複数の前記熱交換体の外周に冷媒通路が設けられたEGRクーラにおいて、複数の前記熱交換体と前記ハウジングとは緩衝材を介して接合され、隣接する2つの前記熱交換体の間には隙間が形成され、隣接する2つの前記熱交換体が前記緩衝材を介して前記ハウジングによって連結されていることで、前記隙間の外周は該緩衝材によってシールされていることを特徴とする。
本発明に係るEGRクーラによれば、EGRクーラの温度が上昇した場合であっても、緩衝材によってセラミック製の熱交換体に生じる応力集中を緩和することができる。それにより、熱交換体に亀裂が発生することを抑制できる。またEGRクーラによれば、隣接する2つの熱交換体のうち、隙間よりも上流側に配置された熱交換体の中央部を通過した高温のEGRガスと熱交換体の外周部を通過した低温のEGRガスとを隙間において混合させることができる。それにより、隙間よりも下流側に配置された熱交換体に流入するEGRガスの温度を均一化させることができる。そして、この温度が均一化したEGRガスがこの下流側に配置された熱交換体を通過することで、EGRガスの温度を効果的に低下させることができる。それにより、EGRクーラの冷却性能を向上させることができる。
本発明は、温度が上昇したときに熱交換体に亀裂が発生することを抑制しつつ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ができる。
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
本発明の実施例に係るEGRクーラ5について説明する。図1(a)はEGRクーラ5の模式的断面図である。図1(b)はEGRクーラ5のA−A線断面図である。図1(c)は図1(b)のB部分を拡大した模式図である。本実施例に係るEGRクーラ5は、車両に搭載された内燃機関の排気通路の通路途中と吸気通路の通路途中とを連通するEGR通路に配置されて用いられている。図1(a)を参照して、EGRクーラ5は、EGRガスが通過するセラミック製の複数の熱交換体(熱交換体10aおよび熱交換体10b)と、熱交換体を内部に収容した金属製のハウジング20とを有している。
熱交換体10bは、熱交換体10aよりもEGRガスの流動方向で下流側に配置されている。熱交換体10aの軸線100は熱交換体10bの軸線100と一致している(以下、この軸線100に沿った方向を軸線方向と称する)。また、隣接する2つの熱交換体の間、具体的には熱交換体10aと熱交換体10bとの間には、軸線方向で所定の長さを有する隙間50が形成されている。なお、熱交換体の個数は2に限定されるものではなく、3以上であってもよい。これ以降の説明において、下流および上流と称した場合、特段の断りがない限りEGRガスの流動方向で下流および上流を意味することとする。
図1(b)および図1(c)を参照して、熱交換体10bは、緻密なセラミックの層である緻密層13の内部が複数の隔壁部材11によって仕切られている。それにより、熱交換体10bの内部には、EGRガスが通過する内部ガス通路12が複数形成されている。熱交換体10aも、この熱交換体10bと同様に、複数の内部ガス通路12を有している。なお、緻密層13によって、後述する冷媒通路の冷媒が内部ガス通路12に流入することが抑制されている。
本実施例においては、熱交換体10aおよび熱交換体10bの材質であるセラミックの具体的な成分の一例として、SiCを成分中に含むセラミックを用いる。SiCは、排気に対する耐食性が良好であるとともに、熱伝導性が良好であり、加工性も良好であり、コストも高価でないため、EGRクーラ5用の熱交換体の素材として特に適しているからである。SiCを成分中に含むセラミックの具体例としては、SiC(つまりSiCの他に添加物が添加されていないもの)、Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC、金属複合SiC等、SiCを主成分とする種々の材質を用いることができる。本実施例においては、熱交換体10aおよび熱交換体10bの材質の一例として、Si含浸SiCを用いる。
図1(a)および図1(b)を参照して、ハウジング20は、略円筒形状を有する円筒部21と、略コーン形状(略円錐形状)を有するコーン部(コーン部22aおよびコーン部22b)と、金属管(金属管23a〜金属管23c)とを有している。また、円筒部21の金属管に接続している部分の外周には、凹部24が形成されている。すなわち、本実施例に係る円筒部21の外周は平坦になっていない。コーン部22aは、その大径部が円筒部21の上流側端部に接続している。コーン部22bは、その大径部が円筒部21の下流側端部に接続している。本実施例においては、ハウジング20の材質である金属の一例として、ステンレス(SUS)を用いる。
またEGRクーラ5は、複数の緩衝材(緩衝材30a〜緩衝材30c)を有している。本実施例においては緩衝材30a〜緩衝材30cの材質の一例として、弾性変形可能な材質であるとともに良好な熱伝導率を有する材質である黒鉛を用いる。本実施例に係る緩衝材30a〜緩衝材30cの形状は円筒形状である。具体的には本実施例に係る緩衝材30a〜緩衝材30cは、円筒形状を有する黒鉛シートによって構成されている。
EGRクーラ5は、熱交換体10aの上流側端部の外周上に緩衝材30aが配置され、緩衝材30aの外周上に金属管23aが配置され、金属管23aの外周上にコーン部22aの下流側端部が配置され、コーン部22aの下流側端部の外周上に円筒部21の上流側端部が配置された構造となっている。またEGRクーラ5は、熱交換体10bの下流側端部の外周上に緩衝材30bが配置され、緩衝材30bの外周上に金属管23bが配置され、金属管23bの外周上にコーン部22bの上流側端部が配置され、コーン部22bの外周上に円筒部21の下流側端部が配置された構造となっている。
図1(a)および図1(b)を参照して、緩衝材30cは熱交換体10aの下流側端部の外周と熱交換体10bの上流側端部の外周とに亘って配置されている。その結果、EGRクーラ5は、熱交換体10aの下流側端部の外周上および熱交換体10bの上流側端部の外周上に緩衝材30cが配置され、緩衝材30cの外周上に金属管23cが配置され、金属管23cの外周上に円筒部21の中央部が配置された構造となっている。すなわち、EGRクーラ5は、隣接する2つの熱交換体が、緩衝材30cを介してハウジング20(具体的には円筒部21および金属管23c)によって連結された構造となっている。このような構造を有することにより、本実施例に係るEGRクーラ5の隙間50の外周は緩衝材30cによってシールされている。
なお、金属管とコーン部と円筒部とは、溶接やロウ付け等によって接合している。緩衝材は、金属管と熱交換体とよって挟持されることで固定されている。具体的には、熱交換体と緩衝材と金属管とは焼き嵌めによって接合している。
またEGRクーラ5は、複数の熱交換体の外周に冷媒通路40aおよび冷媒通路40bが設けられた構成を有している。具体的には冷媒通路40aは熱交換体10aの外周と円筒部21の内周との間に設けられている。冷媒通路40bは熱交換体10bの外周と円筒部21の内周との間に設けられている。また冷媒通路40aには、冷媒供給通路41aおよび冷媒排出通路42aが接続している。冷媒通路40bには、冷媒供給通路41bおよび冷媒排出通路42bが接続している。冷媒供給通路41aを通過した冷媒は冷媒通路40aに流入し、冷媒通路40aを通過した後に冷媒排出通路42aに流入する。また、冷媒供給通路41bを通過した冷媒は冷媒通路40bに流入し、冷媒通路40bを通過した後に冷媒排出通路42bに流入する。
EGRクーラ5においてEGRガスは、熱交換体10a、隙間50および熱交換体10bを順に通過する。EGRガスが熱交換体10aを通過する際に、EGRガスの熱は熱交換体10aを伝導して冷媒通路40aの冷媒によって冷却される。またEGRガスが熱交換体10bを通過する際に、EGRガスの熱は熱交換体10bを伝導して冷媒通路40bの冷媒によって冷却される。このようにしてEGRクーラ5はEGRガスを冷却している。
本実施例に係るEGRクーラ5の作用効果をまとめると次のようになる。まず、EGRクーラ5によれば、EGRクーラ5の温度が上昇した場合であっても、緩衝材30a〜緩衝材30cによってセラミック製の熱交換体10aおよび熱交換体10bに生じる応力集中を緩和することができる。具体的には、EGRクーラ5の温度が上昇した場合における熱交換体10a、熱交換体10bおよびハウジング20の径方向の熱膨張差を、緩衝材30a〜緩衝材30cの弾性変形によって吸収することができる。それにより、熱交換体10aおよび熱交換体10bに生じる応力集中を緩和することができる。また、EGRクーラ5の温度が上昇した場合における熱交換体10a、熱交換体10bおよびハウジング20の軸線方向の熱膨張差は、緩衝材30aおよび緩衝材30cと熱交換体10aとの境界面の滑り並びに緩衝材30bおよび緩衝材30cと熱交換体10bとの境界面の滑りによって緩和することができる。それにより、熱交換体10aおよび熱交換体10bに生じる応力集中を緩和することができる。その結果、温度が上昇したときに熱交換体10aおよび熱交換体10bに亀裂が発生することを抑制できる。
さらに、EGRクーラ5によれば、隣接する2つの熱交換体10a,10bの間には隙間50が形成され、且つ隣接する2つの熱交換体10a,10bが緩衝材30cを介してハウジング20によって連結されていることで、隙間50の外周は緩衝材30cによってシールされている。この構成による作用効果について図を参照しつつ具体的に説明すると次のようになる。
まず、図1(a)に示すように、熱交換体10aの外周が冷媒通路40aによって効果的に冷却されているため、熱交換体10aの外周部を通過するEGRガスの温度は熱交換体10aの中央部を通過するEGRガスの温度よりも低温になり易い。本実施例に係るEGRクーラ5によれば、上述した構成を有することで、隣接する熱交換体10a,10bのうち隙間50よりも上流側に配置された熱交換体10aを通過して隙間50に流入したEGRガスが隙間50の外周から外部に漏洩することを抑制でき、その結果、隙間50においてEGRガスを混合させることができる。具体的にはEGRクーラ5によれば、熱交換体10aの中央部を通過した高温のEGRガスと熱交換体10aの外周部を通過した低温のEGRガスとを隙間50において混合させることができる。それにより、隙間50よりも下流側に配置された熱交換体10bに流入するEGRガスの温度を均一化させることができる。そして、この温度が均一化したEGRガスが熱交換体10bを通過することで、EGRガスの温度を効果的に低下させることができる。その結果、EGRクーラ5の冷却性能を向上させることができる。
なお、隙間50の軸線方向の長さの具体的な値は特に限定されるものではない。例えば、隙間50の軸線方向の長さとして、実験、シミュレーション等によって、熱交換体10aの中央部を通過した高温のEGRガスと熱交換体10aの外周部を通過した低温のEGRガスとが適切に混合できるような長さを求めて、この長さを採用すればよい。
また、本実施例に係るEGRクーラ5は、複数の熱交換体10a,10bのうち最上流側に配置されている熱交換体10aの上流側端部および最下流側に配置されている熱交換体10bの下流側端部が緩衝材を介してハウジング20によって保持されているのみならず、隣接する2つの熱交換体10a,10bの間の部分(隙間50の部分)も緩衝材30cを介してハウジング20によって保持されている。このような保持構造を有することにより、本実施例に係るEGRクーラ5によれば、例えば熱交換体10aの上流側端部および熱交換体10bの下流側端部のみが緩衝材を介してハウジング20によって保持されている構造のEGRクーラに比較して、複数の熱交換体を確実に保持することができる。それにより、EGRクーラ5の剛性を向上させることができる。
また本実施例に係るEGRクーラ5によれば、ハウジング20の円筒部21の外周に凹部24が形成されていることにより、円筒部21の外周が平坦になっていないことから、円筒部21の外周の表面積を大きく確保することができる。それにより、円筒部21の熱を効果的に外気に放出することができる。この点においても、本実施例に係るEGRクーラ5の冷却性能は向上している。
なお、本実施例において緩衝材30a〜緩衝材30cの材質の一例として黒鉛を用いているが、緩衝材30a〜緩衝材30cの材質はこれに限定されるものではない。緩衝材30a〜緩衝材30cの材質の他の例として、例えば、銅、アルミニウム、セラミックファイバー等を用いることもできる。なお、これら銅、アルミニウム、セラミックファイバーはEGRクーラ5の温度が上昇した場合における熱交換体10aおよび熱交換体10bに生じる応力集中を緩和することができ且つ熱伝導率も良好なものである。但し、黒鉛は撥水性を有しているため、本実施例のように緩衝材30a〜緩衝材30cの材質として黒鉛を用いた場合、冷媒通路40aおよび冷媒通路40bの冷媒の漏洩を効果的に抑制できる。この点において、緩衝材30a〜緩衝材30cの材質は黒鉛が特に好ましい。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許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。
5 EGRクーラ
10a,10b 熱交換体
20 ハウジング
30a,30b,30c 緩衝材
40a,40b 冷媒通路
50 隙間
10a,10b 熱交換体
20 ハウジング
30a,30b,30c 緩衝材
40a,40b 冷媒通路
50 隙間
Claims (1)
- EGRガスが通過するセラミック製の複数の熱交換体と、複数の前記熱交換体を内部に収容した金属製のハウジングとを有し、複数の前記熱交換体の外周に冷媒通路が設けられたEGRクーラにおいて、
複数の前記熱交換体と前記ハウジングとは緩衝材を介して接合され、
隣接する2つの前記熱交換体の間には隙間が形成され、
隣接する2つの前記熱交換体が前記緩衝材を介して前記ハウジングによって連結されていることで、前記隙間の外周は該緩衝材によってシールされていることを特徴とするEGRクーラ。
Priority Applications (1)
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2013
- 2013-11-26 JP JP2013244256A patent/JP2015102051A/ja active Pending
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