JP2016145524A - EGR cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、再循環される排出ガスを冷却するEGRクーラに関する。 The present invention relates to an EGR cooler that cools recirculated exhaust gas.
自動車用エンジンから排出される排出ガスを再び吸気側に戻して再利用するEGR(Exhaust Gas Recirculation)という技術が知られており、このEGRを効率的に行えるように排出ガスの温度を下げるEGRクーラが開発されている。 A technique called EGR (Exhaust Gas Recirculation) is known, in which exhaust gas discharged from an automobile engine is returned to the intake side and reused. An EGR cooler that lowers the temperature of the exhaust gas so that EGR can be performed efficiently. Has been developed.
このEGRクーラを搭載した車両では、排出ガスの一部を吸気系に戻す際にその排出ガスがEGRクーラにより冷却され、燃焼時の最高温度を低くしてNOxの生成量を抑える効果がある。このため、ガソリン車と比較してNOxを多く排出するディーゼル車にEGRクーラが搭載されている。特許文献1に記載の技術もまた、ディーゼル車用に開発されたEGRクーラについてである。 In a vehicle equipped with this EGR cooler, when a part of the exhaust gas is returned to the intake system, the exhaust gas is cooled by the EGR cooler, and there is an effect that the maximum temperature during combustion is lowered and the amount of NOx produced is suppressed. For this reason, EGR coolers are mounted on diesel vehicles that emit more NOx than gasoline vehicles. The technique described in Patent Document 1 is also an EGR cooler developed for a diesel vehicle.
この特許文献1では、排出ガスを流入する導入部内部に整流板を設け、コア内部に積層されたプレートチューブに流入する排出ガスの流量差を少なくする技術が開示されている。 In this patent document 1, a technique is disclosed in which a flow straightening plate is provided inside an introduction portion into which exhaust gas flows and the flow rate difference between exhaust gases flowing into plate tubes stacked inside the core is reduced.
しかしながら、世界的な燃費・排出ガス規制の強化に伴って、ガソリン車にもEGRクーラの導入が試みられている。この場合、例えば特許文献1に記載のEGRクーラをガソリン車に適用しようとすると、EGRクーラ内部に流入する排出ガスの温度がディーゼル車の排出ガスの温度よりも高いために、コア内部(主部内)に流入した高温度の排出ガスにより冷却水が沸騰するという問題が生じる可能性がある。 However, with the tightening of global fuel economy and emission regulations, the introduction of EGR coolers in gasoline vehicles has been attempted. In this case, for example, when the EGR cooler described in Patent Document 1 is applied to a gasoline vehicle, the temperature of the exhaust gas flowing into the EGR cooler is higher than the temperature of the exhaust gas of the diesel vehicle. There is a possibility that the cooling water will boil due to the high-temperature exhaust gas flowing into the gas.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ガソリン車に搭載されても主部内に流れる冷却水が沸騰する事を抑制することのできるEGRクーラを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an EGR cooler that can suppress boiling of the cooling water flowing in the main part even when mounted on a gasoline vehicle. .
本発明は、EGRクーラであって、排出ガスを流通させる複数に分かれたガス流路を有し、前記ガス流路の周囲を流れる冷却水と前記排出ガスとの熱交換を行う主部と、前記主部のガス流れ上流側端に設けられて、前記主部へ前記排出ガスを導入する筒状の導入部と、を備えるEGRクーラであって、前記導入部は、前記導入部の内壁に熱的に接合され、前記排出ガスの流れに沿って前記導入部内部を仕切る整流板と、前記整流板と前記導入部の内壁との接合部を冷却するように冷却水を流通させる水路と、を備えることを特徴とする。 The present invention is an EGR cooler having a plurality of divided gas passages through which exhaust gas is circulated, and a main part that performs heat exchange between the cooling water flowing around the gas passages and the exhaust gas; An EGR cooler provided at a gas flow upstream end of the main part and including a cylindrical introduction part for introducing the exhaust gas into the main part, wherein the introduction part is provided on an inner wall of the introduction part A rectifying plate that is thermally joined and partitions the inside of the introduction portion along the flow of the exhaust gas; and a water channel that circulates cooling water so as to cool the joining portion between the rectification plate and the inner wall of the introduction portion; It is characterized by providing.
上記構成によれば、EGRクーラは、主部と、導入部とを備えている。主部は、排出ガスを流通させる複数に分かれたガス流路を有している。このガス流路周囲には冷却水が流れており、冷却水と排出ガスとの熱交換が行われる。導入部は、主部のガス流れ上流側端に設けられており、主部へ排出ガスが供給される。 According to the above configuration, the EGR cooler includes the main part and the introduction part. The main part has a plurality of gas flow paths through which the exhaust gas flows. Cooling water flows around the gas flow path, and heat exchange between the cooling water and the exhaust gas is performed. The introduction part is provided at the upstream end of the gas flow of the main part, and exhaust gas is supplied to the main part.
導入部にはさらに、その内壁と少なくとも一端が熱的に接合され、排出ガスの流れに沿って導入部内部を仕切る整流板と、整流板と導入部の内壁との接合部を冷却するように冷却水を流通させる水路と、が備えられている。このため、導入部に流入した排出ガスが導入部内部を仕切る整流板により分岐させられるため、排出ガスの流量が平準化される。その結果、整流板がなく排出ガスを分岐させなかった場合と比較して、一部のガス流路にのみ排出ガスが多く流入することが抑制される。したがって、主部に排出ガスが流入した際に一部のガス流路のみが過剰に加熱されることが抑制される。 Further, at least one end of the inner wall and the inner wall is thermally bonded to the introducing portion, and the rectifying plate that partitions the inside of the introducing portion along the flow of exhaust gas and the bonding portion between the rectifying plate and the inner wall of the introducing portion are cooled. And a water channel through which the cooling water flows. For this reason, since the exhaust gas flowing into the introduction part is branched by the rectifying plate that partitions the inside of the introduction part, the flow rate of the exhaust gas is leveled. As a result, compared with the case where there is no flow straightening plate and the exhaust gas is not branched, it is possible to suppress a large amount of exhaust gas flowing into only some gas flow paths. Therefore, when the exhaust gas flows into the main part, it is suppressed that only a part of the gas passages is heated excessively.
さらに、整流板の少なくとも一端が導入部の内壁と熱的に接合されているため、水路に流れる冷却水により整流板も冷却される。これにより排出ガスの流量差を抑制する整流板もまた排出ガスを冷却する役割を担うことが出来、導入部内での排出ガスの冷却効率の上昇を見込むことが可能となる。よって、導入部に流入した高温度の排出ガスは、温度を下げた状態で主部に流入することとなる。以上により、主部内を流れる冷却水が沸騰するのを抑制する事が可能となる。 Furthermore, since at least one end of the current plate is thermally joined to the inner wall of the introduction portion, the current plate is also cooled by the cooling water flowing through the water channel. Accordingly, the rectifying plate that suppresses the flow rate difference of the exhaust gas can also play a role of cooling the exhaust gas, and it is possible to expect an increase in the cooling efficiency of the exhaust gas in the introduction portion. Therefore, the high-temperature exhaust gas flowing into the introduction part flows into the main part with the temperature lowered. As described above, it is possible to suppress boiling of the cooling water flowing in the main portion.
以下、本実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図1〜図3は、本実施形態に係るEGRクーラを示している。 1 to 3 show an EGR cooler according to the present embodiment.
なお、本実施形態のEGRクーラ100は、車両に搭載される水冷式の内燃機関(以下、エンジンという)のEGRシステムに実装されるものであり、EGRシステムは、エンジンの排出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て排気再循環させるものである。また、EGRシステムは、エンジンの各燃焼室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ガス通路の途中に、排気還流量を調整するEGRバルブと、EGRガス通路を通って還流する排出ガス(以下、EGRガスという)をエンジン冷却水との熱交換によって冷却するEGRクーラ100とを有している。
The EGR
まず、本実施形態の構成について説明する。 First, the configuration of the present embodiment will be described.
図1に示すように、このEGRクーラ100は、EGRガスと冷却水との熱交換を行うコア部20(主部に該当)の両端に、エンジンの排気装置側からEGRガスを流入させる入口ヘッダ10(導入部に該当)と、エンジンの吸気装置側へEGRガスを排出する出口ヘッダ30とが取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the
入口ヘッダ10は、外殻である筒状の第一ケース11を備え、第一ケース11外周の所定位置に第一冷却水導入管部12aが設けられ、第一ケース11外周においてその所定位置の反対側に第一冷却水排出管部12bが設けられている。このとき、図1における第一ケース11のII−II部の横断面を示す図2に記載の第一水路14(水路に該当)は、第一ケース11の周方向に沿って環状に設置される。これにより、第一冷却水導入管部12aから導入された冷却水は、第一水路14を通って第一ケース11の内壁全周に流通する。
The
また、エンジンの排気装置側からのEGRガスを導入するガス導入口13を第一ケース11のガス流れ上流側端に形成している。ガス導入口13から流入したEGRガスは、EGRガスの流れに沿うように設置された図2に示す仕切りプレート15(整流板に該当)により分岐させられて、コア部20に流入するようになっている。この仕切りプレート15は、第一ケース11の内壁と鋳造により一体形成されている。なお、本実施形態では、二枚の仕切りプレート15が図2に示すように第一ケース11の横断面中央を通るように十字に交差している。
A
コア部20は、外殻である第二ケース21を備えており、第二ケース21は全体として「I」字状を成している。この第二ケース21外周のガス流れ下流側端には第二冷却水導入管22aが設けられ、第二ケース21外周のガス流れ上流側端には第二冷却水排出管部22bが設けられている。このため、冷却水の流れはEGRガスの流れに対して対向することになる。
The core part 20 is provided with the
図3は図1における第二ケース21のIII−III部の横断面を示している。第二ケース21内には、複数のガス流路25が横一列に並んで設けられている。これらのガス流路25に、入口ヘッダ10内に設けられた仕切りプレート15により分岐させられたEGRガスが流れこむ。複数のガス流路25は、互いに独立して形成されており、一つのガス流路25に流入したEGRガスは、他のガス流路25へ流入することなく出口ヘッダ30へと流れる。
FIG. 3 shows a cross section taken along the line III-III of the
各々のガス流路25周囲には、第二冷却水導入管部22aから流入した冷却水が流通するための第二水路24が設けられている。また、ガス流路25内部には、ガス流路25内壁に対して、ガス流路25の並び方向における両端が熱的に接合されたフィン26が多数設けられている。
Around each
出口ヘッダ30は、外殻である筒状の第三ケース31を備え、その第三ケース31のガス流れ下流側端に、エンジンの吸気装置側へEGRガスを排出するガス排出口32を形成している。
The
次に、本実施形態のEGRクーラ100の作用について説明する。
Next, the operation of the
入口ヘッダ10が備える第一ケース11の内壁の周方向に沿って環状に第一水路14が設置されている。このため、第一ケース11の外周の所定位置に設置された第一冷却水導入管部12aから冷却水が第一水路14に流入することで、第一ケース11内壁の全周が冷却される。また、第一ケース11内壁と一体形成されている仕切りプレート15も第一水路14を流通する冷却水により冷却される。これにより、第一ケース11のガス流れ上流側端に設けられたガス導入口13より流入したEGRガスは、冷却された第一ケース11内壁及び仕切りプレート15により冷却され、さらに仕切りプレート15により分岐させられてコア部20に流入することになる。
A
コア部20に流入したEGRガスは、コア部20を構成する第二ケース21内に存在するガス流路25に流入する。ガス流路25内には多数のフィン26が存在し、ガス流路25の並び方向におけるフィン26の両端とガス流路25内壁とが熱的に接合されている。EGRガスからフィン26に伝達された熱は、フィン26を介して冷却水に伝達される。これにより、コア部20内において冷却水とEGRガスとで熱交換が行われる。
The EGR gas that has flowed into the core portion 20 flows into the
またコア部20について、第二ケース21のガス流れ下流端に第二冷却水導入管部22aが設けられ、そこから冷却水が流入し、EGRガスの流れに対向するように第二ケース21のガス流れ上流側端に向かって流れ、第二ケース21のガス流れ上流側端に設置された第二冷却水排出管部22bから冷却水が排出される。この構成により、冷却水とEGRガスとの温度差が大きくなり、フィン26を介しての冷却水とEGRガスとの熱交換率を向上させることができる。
Moreover, about the core part 20, the 2nd cooling water introduction pipe |
以上の工程で冷却されたEGRガスは、出口ヘッダ30のガス流れ下流端にて形成されたガス排出口32から吸気装置へと排出される。
The EGR gas cooled in the above steps is discharged from the
上記構成により、本実施形態に係るEGRクーラは、以下の効果を奏する。 With the above configuration, the EGR cooler according to the present embodiment has the following effects.
・入口ヘッダ10は、筒状の第一ケース11を備えている。この第一ケース11の内壁と両端とが熱的に接合され、EGRガスの流れに沿って第一ケース11内部を仕切る仕切りプレート15と、仕切りプレート15と第一ケース11の内壁との接合部を冷却するように冷却水を流通させる第一水路14と、が備えられている。このため、第一ケース11のガス流れ上流側端に設けられたガス導入口13から流入したEGRガスが第一ケース11内部を仕切る仕切りプレート15により分岐させられるため、EGRガスの流量が平準化される。その結果、仕切りプレート15がなくEGRガスを分岐させなかった場合と比較して、一部のガス流路25にのみEGRガスが多く流入することが抑制される。したがって、コア部20にEGRガスが流入した際に一部のガス流路25のみが過剰に加熱されることが抑制される。
The
さらに、仕切りプレート15の両端が第一ケース11の内壁と鋳造により一体形成されているため、第一水路14に流れる冷却水により仕切りプレート15も冷却される。これによりEGRガスの流量差を抑制する仕切りプレート15もまたEGRガスを冷却する役割を担うことが出来、入口ヘッダ10内でのEGRガスの冷却効率の上昇を見込むことが可能となる。よって、入口ヘッダ10に流入した高温度のEGRガスは、温度を下げた状態でコア部20に流入することとなる。以上により、コア部20内を流れる冷却水が沸騰するのを抑制する事が可能となる。
Furthermore, since both ends of the
・第一ケース11内に設置された第一水路14は、第一ケース11の周方向に沿って環状に冷却水を流通させる。これにより、第一ケース11の内壁の全周を冷却することが可能となり、第一ケース11の内壁によるEGRガスの冷却効果を向上させることができる。
-The
・第一ケース11の外周の所定位置から冷却水が供給され、第一ケース11の外周において所定位置の反対側から冷却水が排出される。これにより、コア部20とは別に冷却水を流すことができるので、第一ケース11の内壁によるEGRガスの冷却効果を高めることが可能となる。 Cooling water is supplied from a predetermined position on the outer periphery of the first case 11, and cooling water is discharged from the opposite side of the predetermined position on the outer periphery of the first case 11. Thereby, since cooling water can be flowed separately from the core part 20, the cooling effect of the EGR gas by the inner wall of the first case 11 can be enhanced.
・コア部20内を流れる冷却水の流れがEGRガスの流れに対して対向している。このような構成では、ガス流れ上流側に冷却水が移動するにつれ水温が上昇し、EGRガスの温度が最も高いコア部内のガス流れ上流端で冷却水が沸騰する可能性がある。しかし、入口ヘッダ10で既にEGRガスの温度を低下させているため、コア部20内で冷却水が沸騰する可能性は少ない。よって、安全であり、且つ、コア部20内を流れる冷却水の流れをEGRガスの流れに対して対向させているため、コア部20内でのEGRガスと冷却水との温度差が大きくなり、熱交換率を上昇させることが可能となる。
-The flow of the cooling water flowing in the core part 20 is opposed to the flow of the EGR gas. In such a configuration, as the cooling water moves to the upstream side of the gas flow, the water temperature rises, and the cooling water may boil at the upstream end of the gas flow in the core portion where the temperature of the EGR gas is highest. However, since the temperature of the EGR gas has already been lowered at the
・仕切りプレート15が、コア部20の横断面の中央を通るように設置される。仕切りプレート15がEGRガスの流れに沿って、入口ヘッダ10の横断面中央を通るように設置されることで、最も高温となるEGRガスの主流部を分散させることが可能となる。
The
・第一ケース11において、仕切りプレート15と、第一水路14を形成する内壁とが鋳造により一体形成されている。これにより、確実に仕切りプレート15と第一水路14とが熱的に接合され、仕切りプレート15によるEGRガスの冷却効果を達成することが可能となる。
In the first case 11, the
・EGRガスは入口ヘッダ10に流入した時点から冷却水による冷却が開始されているので、EGRクーラ100全体の熱交換率が高くなる。よって、EGRガスの冷却に必要なコア部20の長さを従来よりも短縮することが可能なため、EGRクーラ100の小型化が見込める。
-Since the EGR gas starts cooling with the cooling water from the time when it flows into the
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。 In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
・上記実施形態では、第二ケース21のガス流れ下流端に第二冷却水導入管部22aが設けられ、そこから冷却水が流入し、EGRガスの流れに対向するように流れ、第二冷却水排出管部22bから冷却水が排出される構成となっていた。このことについて、第二冷却水導入管部22aと第二冷却水排出管部22bとを入れ替えてもよい。具体的には、第二ケース21のガス流れ上流端に第二冷却水導入管部22aを設け、第二ケース21のガス流れ下流端に第二冷却水排出管部22bを設けてもよい。
In the above embodiment, the second cooling water
・入口ヘッダ10は、コア部20の一端に取り付けられていた。このことについて、コア部20と入口ヘッダ10とは一体形成されてもよい。この場合、コア部20のガス流れ下流側から冷却水が供給され、入口ヘッダ10から冷却水を排出させるように構成することもできる。このような構成をとることで、冷却水を供給する配管の数を抑制することができる。
The
本別例について、コア部20のガス流れ下流側から冷却水が供給され、入口ヘッダ10から冷却水を排出させるように構成していた。このことについて、入口ヘッダ10から冷却水を供給し、コア部20のガス流れ下流側から排出するように構成してもよい。
About this example, the cooling water was supplied from the gas flow downstream side of the core part 20, and the cooling water was discharged from the
・第一ケース11外周の所定位置に第一冷却水導入管部12aが設けられ、その所定位置の反対側に第一冷却水排出管部12bが設けられていた。このことについて、第一ケース11外周の所定位置の反対側に第一冷却水排出管部12bを設けず、第一ケース11外周の別の位置に第一冷却水排出管部12bを設けてもよい。
-The 1st cooling water
・仕切りプレート15は、第一ケース11の内壁と鋳造により一体形成されていた。このことについて、仕切りプレート15は例えばねじ止めにより第一ケース11の内壁に固定されてもよい。
The
・上記実施形態では、仕切りプレート15の両端が第一ケース11の内壁と熱的に接合されていた。このことについて、仕切りプレート15の一端が第一ケース11の内壁と熱的に接合されていれば、他方の一端が第一ケース11の内壁と接合されていなくてもよい。
In the above embodiment, both ends of the
・図2に示すように、二枚の仕切りプレート15が第一ケース11の横断面中央を通るように十字に交差して設置されていた。このことについて、例えば図4に示すように第一ケース11の横断面中央を通るように対角線上に設置されてもよい。
As shown in FIG. 2, the two
・二枚の仕切りプレート15が第一ケース11の横断面中央を通るように十字に交差して設置されていた。このことについて、一枚の仕切りプレート15が第一ケース11の横断面中央を通るように設置されてもよい。また複数の仕切りプレート15を設置する場合でも、例えば図5に示すように少なくとも一枚の仕切りプレート15が第一ケース11の横断面中央を通るように設置されるなら、他の仕切りプレート15は第一ケース11の横断面中央を必ずしも通るように設置される必要はない。
The two
・上記実施形態において、第二ケース21内部に存在する複数のガス流路25は、横一列に並んで設けられていた。このことについて、複数のガス流路25は、例えば縦一列に並べて設けてもよい。
In the above embodiment, the plurality of
・コア部内に存在する複数のガス流路25は、それぞれに多数のフィン26を有していた。このことについて、ガス流路25は、例えば図6に示すようにフィン26を有さない複数のチューブ125で形成されてもよい。この場合でも、チューブ125を囲むように配置されている第二水路124に流れる冷却水により、EGRガスを冷却することが可能となる。
-The several
・上記実施形態では、コア部20を構成する第二ケース21は全体として「I」字状を成していた。このことについて、図7に示すように、コア部20を全体として「U」字状に構成してもよい。この場合、入口ヘッダ10の外周に冷却水導入管部を設置し、入口ヘッダ10の外周において冷却水導入管部の位置から可能な限り離れた位置に冷却水排出管部を設置する。
In the above-described embodiment, the
本別例において、コア部20と入口ヘッダ10とが一体形成されている場合には、コア部20のガス流れ下流側から冷却水が供給され、入口ヘッダ10から冷却水を排出させるように構成することもできる。このような構成をとることで、冷却水を供給する配管の数を抑制することができる。
In this another example, when the core part 20 and the
・仕切りプレート15は、必ずしも入口ヘッダ10の横断面中央を通るように設置されていなくてもよい。具体的には、図8に示すように最も高温となるEGRガスの主流部が入口ヘッダ10の横断面中央を通らない場合には、EGRガスの流れに応じた仕切りプレート15の位置や傾きの調整を行ってもよい。これにより、EGRガスの主流部が入口ヘッダ10の横断面中央を通らない場合でも、仕切りプレート15の調整によりEGRガス主流部を分散させることが可能となる。
The
10…入口ヘッダ、14…第一水路、15…仕切りプレート、20…コア部、25…ガス流路、100…EGRクーラ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記主部のガス流れ上流側端に設けられて、前記主部へ前記排出ガスを導入する筒状の導入部(10)と、
を備えるEGRクーラ(100)であって、
前記導入部は、
前記導入部の内壁に熱的に接合され、前記排出ガスの流れに沿って前記導入部内部を仕切る整流板(15)と、
前記整流板と前記導入部の内壁との接合部を冷却するように冷却水を流通させる水路(14)と、
を備えることを特徴とするEGRクーラ。 A main part (20) having a plurality of divided gas passages (25) for circulating the exhaust gas, and performing heat exchange between the cooling water flowing around the gas passages and the exhaust gas;
A cylindrical introduction part (10) provided at the gas flow upstream end of the main part for introducing the exhaust gas into the main part;
An EGR cooler (100) comprising:
The introduction part is
A rectifying plate (15) that is thermally joined to the inner wall of the introduction portion and partitions the introduction portion along the flow of the exhaust gas;
A water channel (14) for circulating cooling water so as to cool a junction between the current plate and the inner wall of the introduction portion;
An EGR cooler comprising:
前記主部のガス流れ下流端から前記冷却水を供給し、前記導入部から冷却水を排出させることを特徴とする請求項4に記載のEGRクーラ。 The main part and the introduction part are integrated,
The EGR cooler according to claim 4, wherein the cooling water is supplied from a gas flow downstream end of the main part, and the cooling water is discharged from the introduction part.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2022210035A1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 東京ラヂエーター製造株式会社 | Egr cooler |
JP7448520B2 (en) | 2018-07-31 | 2024-03-12 | サフラン・エアクラフト・エンジンズ | Heat exchanger for turbomachinery |
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2015
- 2015-02-06 JP JP2015021831A patent/JP2016145524A/en active Pending
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WO2022210035A1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 東京ラヂエーター製造株式会社 | Egr cooler |
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