JP2016070654A - 特に自動車における内燃機関の排ガス冷却器に関して、冷却材を熱交換器に供給する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用可能な冷却材流量が効率的に利用され、かつ、冷却材が沸騰する危険性が低減される装置を提供する。【解決手段】本発明は、特に自動車における内燃機関の排ガス冷却器に関して、閉じた流体回路に冷却材を供給するための、接続短管（６）を含む装置に関し、前記接続短管は冷却材接続部（５）内に嵌め込めるように形成されており、前記接続短管の内部に、突起状に形成された冷却材用流体案内機構（８）が組み込まれている。【選択図】 図１

Description

本発明は、特に自動車における内燃機関の排ガス冷却器に関して、冷却材を熱交換器に供給するための、接続短管を含む装置に関する。

自動車で用いられるような排ガス冷却器は、内燃機関からの高温の排ガスを冷却する働きを有し、これにより、この冷却された排ガスを再び吸気に混合することができる。内燃機関の熱力学的な効率が低下し過ぎないように、冷却を低いレベルで実現するように努める必要がある。この原理は一般に冷却排ガス再循環として知られており、排ガスにおける有害物質の低減を実現するために利用される。

内燃機関の排ガス温度が非常に高いことによって、冷却材がとりわけ排ガス冷却器におけるガス入口の直後の領域において沸騰する可能性があり、このことは、排ガス冷却器の寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。この沸騰の危険性は、限られた程度ではあるが、冷却材の流量を増大することによって軽減することができる。しかし、技術上、排ガス冷却器の中を流通する冷却材の量は、排ガス冷却器における冷却材側の流体抵抗によって限定されている。

特許文献１によってバルブと保護キャップとから成るシステムが公知であり、このシステムの場合、前記バルブの一端が、閉じた流体回路の管路に結合されている。この場合、前記バルブと前記保護キャップとの間に密封体が配置されており、これにより、汚染粒子が冷却材に入り込むことを防止できる。

特許文献２では巻線ヘッド冷却が開示されており、この場合、電気機械を冷却する２つの冷却回路構成要素が、いわゆるプラグ・シール要素によって結合されている。

独国特許発明第１０２００４０２７４７９号明細書（登録特許１次公報） 独国特許出願公開第１０２０１２２２１３２５号明細書

本発明の課題は、冷却材を熱交換器内、特に自動車における内燃機関の排ガス冷却器内に供給するための装置であって、利用可能な冷却材流量が効率的に利用され、かつ、冷却材が沸騰する危険性が低減される装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の諸特徴に従った装置によって解決される。

本発明の一実施例は、冷却材を熱交換器内、特に自動車における内燃機関の排ガス冷却器内および接続短管内へ供給するための装置に関し、この装置では、前記接続短管の内部に、突起状に形成された冷却材用流体案内機構が組み込まれている。この種の流体案内機構によって、冷却材は、熱交換器内へ流入した際に既に可能な限り均一に熱交換器の構成部材の断面全体にわたって分配され、これにより、それに続いて一様に分配されたまま、高温の排ガスを案内する熱交換器の管の間を平行に流れることができ、その際、前記流体案内機構は内壁のほぼ中央において前記接続短管の内部スペース内に突出するように形成されており、かつ、前記流体案内機構の輪郭形状は前記接続短管の長手延在方向において熱交換器の方向に向かって上昇するように延設されている。冷却されるべき流体の入口の直後における領域でこの均一な分配が行われるので、冷却材が沸騰する危険性は低減される。さらにこの場合、均一な分配とは、熱交換器へ流入する冷却材の流速が均一であることを意味するものとする。

この場合、前記接続短管は、有利には、冷却材接続部内に嵌め込むためのいわゆるプラグ・シール要素として形成されている。

本発明において、前記流体案内機構は内壁のほぼ中央において前記接続短管の内部スペース内に突出するように形成されており、前記流体案内機構の輪郭形状は前記接続短管の長手延在方向において熱交換器の方向に向かって上昇するように延設されている。両側において前記接続短管で終端するこのようなジャンプ台状の流体案内機構は、熱交換器の方向ならびに前記接続短管の内部両側に幅広く扇状に広がった冷却材案内部を形成する。その際、流体の加速はほぼ一定に行われ、かつ前記接続短管のほぼ全長にわたって行われる。

一実施態様では、前記流体案内機構の輪郭形状における軸方向の上昇部が、熱交換器の方向に線形に延在する。前記接続短管に組み込まれた前記流体案内機構におけるこのような線形の上昇部によって、構造上、複数の方向に分岐し得る管路を接続することが可能となる。

一別態様では、前記流体案内機構の輪郭形状における前記軸方向の上昇部が、熱交換器の方向に冪関数に従って延在する。このような延在部は、冷却材の流れを一定に加速することを支援し、従ってまた、冷却材が沸騰する危険性を低減する。

一実施形態では、前記流体案内機構の輪郭形状における前記軸方向の上昇部が放物線状に延在する。このような構成によって、沸騰を回避するために冷却材需要量を低減することが可能となる。

一変更態様では、前記流体案内機構の輪郭形状が前記接続短管の半径方向にほぼ鏡面対称に形成されており、中央に形成された最大部の両側において前記接続短管の内壁に湾曲部が接続されている。これらの湾曲部も冷却材の流速を均一に分配することを支援する。

有利には、前記各湾曲部は、前記流体案内機構の前記最大部を起点にして前記接続短管の内壁まで凹状に延在する。冷却材接続部におけるこのような接続短管によって、ホースや管を追加することなく、排ガス冷却器に対する特に構造スペース上効率的で、かつ最適化された接続が可能となり、内燃機関に直接接続することが可能となる。

一別態様において、前記流体案内機構の輪郭形状における半径方向の配置が、流体回路を含んでいるブロックの幅に従って決定されている。前記冷却材接続部における前記冷却材入口が前記ブロックよりも狭いことによって、通常、冷却材は鐘状に分配され、冷却材は中央において高い流速を有し、両側において流速が低下する。流速のこれらの差が、本発明に係る装置によって取り除かれる。前記流体案内機構は、流入する冷却材をほぼ一定の流速で分配する。

一実施態様では、前記接続短管がほぼ円形の断面を有し、直接熱交換器に配置されている。

その他の有利な実施態様に関しては、以下の図説および従属請求項によって説明されている。

以下において、本発明について、少なくとも１つの実施例に基づいて図面を参照しながらさらに詳述する。

排ガス冷却器の入口領域における本発明に係る装置の第１の実施例を示す。 図１の排ガス冷却器における本発明に係る装置および入口領域を示す線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図１の排ガス冷却器における本発明に係る装置および入口領域を示す線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 排ガス冷却器の入口領域における本発明に係る装置の第２の実施例を示す。 排ガス冷却器の入口領域における本発明に係る装置の第３の実施例を示す。 排ガス冷却器の入口領域における本発明に係る装置の第４の実施例を示す。

図１は排ガス冷却器１の排ガス用および冷却材用の入口領域を示し、この排ガス冷却器は、自動車の内燃機関、特にディーゼルエンジンにおいて、前記内燃機関から排出された高温の排ガスを冷却するために用いられ、これにより、この冷却された排ガスを前記内燃機関の吸気に再び混合することが可能となる。このような排ガス冷却器１は、冷却器ブロック３が接続されているディフューザ２から成る。前記冷却器ブロック３は互いに平行に延在する複数の管４を有し、これらの管の中を前記内燃機関によって生成された排ガスが誘導され、また直接前記冷却器ブロックに冷却材接続部５が締結されていて、この冷却材接続部によって冷却材が前記冷却器ブロック３内へ案内され、これにより、前記高温の排ガスが中を流通する前記管４を冷却できる。前記冷却材接続部５は、前記冷却器ブロック３とは反対側において図示されていない管路に結合されている。

前記冷却材接続部５内に、接続短管６が例えばプラグ・シール要素としてクランプ固定されている。このような接続短管６は、前記排ガス冷却器１の前記冷却器ブロック３上の前記冷却材接続部５内に容易に挿入可能であるだけでなく、有利にはオプションとして自己密封性を有するように形成されており、これにより、冷却材が流出することがなくなる。前記接続短管６は円形の断面を有し、その内壁７に流体案内機構８を含む。前記流体案内機構８は突起状に形成されており、中央に最大部９を有していて、この最大部は前記接続短管６の内部スペース１０内へ突出している。前記最大部９を起点にして、前記流体案内機構８は半径方向に形成された湾曲部１１、１２を有し、これらの湾曲部は前記接続短管６の内壁まで延在する。これらの湾曲部１１、１２は、この場合、最大部９に対して対称に形成されており、凹状に延在する。

前記排ガス冷却器１の線Ａ−Ａに沿った断面が図２に示されている。この図から分かるように、前記冷却材接続部５は前記接続短管６を包囲しており、前記流体案内機構８はその軸方向延設部１３において、前記排ガス冷却器１の前記冷却器ブロック３から、前記内燃機関、特に前記内燃機関のシリンダヘッドに配置された前記冷却材接続部５まで、放物線状の輪郭形状を有していて、この輪郭形状は前記冷却器ブロック３から前記冷却材接続部５に達するまで減少している。

線Ｂ−Ｂに沿った断面図である図３から分かるように、前記最大部９は前記流体案内機構８の最も高い凸部であり、前記流体案内機構８の前記湾曲部１１、１２もまた前記冷却器ブロック３から前記冷却材接続部５に達するまで低下する。

前記流体案内機構８は、その半径方向において、前記流体案内機構の平均幅に対する前記冷却材ブロック３の幅に関して所定の比が生じるように最適化されており、これにより、それぞれ常時、前記排ガス冷却器１のガス流量に対して冷却材の最適な流速を保証することができ、かつ、冷却材の沸騰を回避するために最低限の冷却材需要量のみが利用可能となるように保証できる。図４は、前記流体案内機構８の半径方向の平均幅と前記冷却材ブロック３のブロック幅との比が約３に調整されていることを示す。図５では、前記冷却材ブロック３の幅に対する前記冷却材分配部の調整は、前記流体案内機構８の平均幅に対する前記ブロック幅の比が約２となるように行われており、一方、図６の場合、前記平均幅に対する前記ブロック幅の比はほぼ５となっている。

前記接続短管６は、前記流体案内機構８と共に前記冷却材ブロック３のハウジング１４のほぼ内縁にまで達し、かつ、軸方向に最大移動した場合、前記ハウジング１４の内縁の手前２ｍｍにまで達するように実施されている。従って、製造公差および熱膨張の調整が可能であり、この調整は特に、さらに有利には前記ハウジングを２°傾斜させることができる場合に可能である。

上述の解決手段は、流体案内機構が組み込まれている追加装備可能な冷却材接続部を示しており、この流体案内機構によって、製造公差と熱膨張とを調整することが可能となる。その効果は、前記接続短管６内への前記流体案内機構８の各突出部に依存する。

１ 排ガス冷却器
２ ディフューザ
３ 冷却器ブロック、冷却材ブロック
４ 管
５ 冷却材接続部
６ 接続短管
７ 内壁
８ 流体案内機構
９ 最大部
１０ 内部スペース
１１ 湾曲部
１２ 湾曲部
１３ 軸方向延設部、長手延在方向
１４ ハウジング

Claims (9)

1. 冷却材を熱交換器内、特に自動車における内燃機関の排ガス冷却器内へ供給するための、接続短管（６）を含む装置において、
   前記接続短管が冷却材接続部（５）内に嵌め込めるように形成されており、前記接続短管の内部に、突起状に形成された冷却材用流体案内機構（８）が組み込まれていて、前記流体案内機構（８）が内壁のほぼ中央において前記接続短管（６）の内部スペース（１０）内に突出するように形成されており、かつ、前記流体案内機構（８）の輪郭形状が前記接続短管（６）の長手延在方向（１３）において前記熱交換器の方向に向かって上昇するように延設されていることを特徴とする装置。
2. 前記接続短管がプラグ・シール要素として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記流体案内機構（８）の輪郭形状における軸方向の上昇部が、前記熱交換器の方向に線形に延在することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記流体案内機構（８）の輪郭形状における前記軸方向の上昇部が、前記熱交換器の方向に少なくともほぼ冪関数に従って延在することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
5. 前記流体案内機構（６）の輪郭形状における前記軸方向の上昇部が放物線状に延在することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記流体案内機構（８）の輪郭形状が前記接続短管（６）の半径方向にほぼ鏡面対称に形成されており、中央に形成された最大部（９）の両側において前記接続短管（６）の内壁（７）にそれぞれ湾曲部（１１、１２）が接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記各湾曲部（１１、１２）が、前記流体案内機構（８）の前記最大部（９）を起点にして前記接続短管（６）の内壁（７）まで凹状に延在することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記流体案内機構（８）の輪郭形状における前記半径方向の配置が、前記熱交換器のブロック（３）の幅に従って決定されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
9. 前記接続短管（６）が円形またはほぼ円形の断面を有し、前記冷却材接続部（５）内に嵌め込まれていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。

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