JP2016156379A - 排気ガス冷却器、および、排気ガス再循環システム - Google Patents

排気ガス冷却器、および、排気ガス再循環システム Download PDF

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Abstract

【課題】排気ガス再循環システムのための排気ガス冷却器であって、冷却パワーの異なる動作点を簡易な機構で達成可能とする。【解決手段】排気ガス冷却器は、冷却ダクトと追加ダクトとを有する冷却部２０，２０’、閉塞部材を有する排気ガス経路制御装置４０を備える。冷却ダクトは第１の冷却パワーおよび第１の圧力損失係数を備え、追加ダクトは第２の冷却パワーおよび第２の圧力損失係数を備える。第１の冷却パワーは第２の冷却パワーよりも大きく、かつ、第１の圧力損失係数は第２の圧力損失係数よりも大きい。全体の冷却パワーと全体の圧力損失係数を増加させるために、閉塞部材は追加ダクトにおける排気ガスの流れを妨げるのに好適な構成となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス再循環システムのための排気ガス冷却器、および、排気ガス冷却器を備えた排気ガス再循環システムに関する。
エンジン技術の分野において排気ガスの経路を部分的にエンジンの新鮮な空気の側に変更することによって汚染物質の排出を防止することが知られている。そのため、エンジンの運転状態次第で排気ガスを冷却することが必要である。と同時に、特に低エンジン温度時、及び／又は、低エンジン負荷時において排気ガスを冷却することは好ましくない。その目的のために、冷却器をバイパスするためのバイパス経路が設けられ、排気ガスがバイパス経路および冷却器をそれぞれどの程度流れるかについて適切な弁の設定によって調節する。
この種の冷却器は、欧州特許出願公開１２７７９４５Ａ１によって公知である。この冷却器は、冷却液を供給および排出するポートを有するハウジングを備えている。さらに、冷却器をパイパスするパイパス管が設けられ、それは、再循環された排気ガスが少なくとも部分的にバイパス管を流れ、冷却されないような方法が採られている。
欧州特許出願公開１２７７９４５Ａ１
本発明の目的は、追加の動作点を備えた排気ガス再循環システムのための排気ガス冷却器を提供することである。
この目的を達成するために本発明は、請求項１に係る排気ガス冷却器と、請求項１１に係る排気ガス再循環システムとを提案する。本発明に係る排気ガス冷却器の好適な実施形態は、請求項２〜１０に記載されている。
本発明によれば、排気ガス再循環システムのための排気ガス冷却器は、特に自動車に供するものであって、全体の冷却パワーおよび全体の圧力損失係数を有する。この排気ガス冷却器は、少なくとも１つの冷却ダクトと少なくとも１つの追加ダクトとを有する少なくとも１つの冷却部、少なくとも１つの冷却部をバイパスする少なくとも１つのバイパス経路、および、少なくとも１つの閉塞部材を有する排気ガス経路制御装置(routing device)を備える。上記少なくとも１つの冷却ダクトは第１の冷却パワーおよび第１の圧力損失係数を備え、上記少なくとも１つの追加ダクトは第２の冷却パワーおよび第２の圧力損失係数を備える。第１の冷却パワーは第２の冷却パワーよりも大きく、および／または、第１の圧力損失係数は第２の圧力損失係数よりも大きい。閉塞部材は、追加ダクトにおける排気ガスの流れをほぼ妨げることによって、全体の冷却パワー係数、および／または、全体の圧力損失係数を増大させるのに適している。
この実施形態は、追加の第３の動作点が設けられるという利点を有するが、それは、例えば追加の販売市場においてそのような第３の動作点に対する必要性がないならば、例えば標準的な偏向マニフォールドなどの従来の排気ガス経路制御装置によって請求項１の意味するところの排気ガス経路制御装置を置き換えることで、容易に取り外し可能である。第１の２つの動作点は、この置き換えによって影響を受けない。予冷却(pre-cooler)の利用を先に行うことができる。それによって、軽量かつコンパクトな排気ガス冷却器の設計が可能となる。
より高い冷却パワーは、安定した吸入口温度で冷却されるべき排気ガスの排出口の低温化をもたらす。圧力損失係数は、コンポーネントを通した一定程度の流れを維持するのに必要となる流入と流出の圧力差について事項を表す。
好ましくは、排気ガス冷却器は、平行に走り、かつ排気ガスがそれぞれ独立に流されるのに適した少なくとも２つのダクトを備え、第１の管は冷却ダクトに接続され、第２の管は追加ダクトに接続され、そして、閉塞部材が第２の管の内部に配置される。好ましくは、第１の管と第２の管は、壁によって隔てられる。
この実施形態は、閉塞部材の開放と閉塞が第２の管のフロー空間に影響を及ぼさないという利点を示しており、それによって、冷却部の圧力損失係数は、閉塞部材の開放または閉塞によって影響を受けない。この実施形態は、冷却ダクトによって排気ガス経路制御装置に供給される排気ガスが、追加ダクトによって供給される排気ガスとは無関係に、追加の冷却部に供給されうるという追加の利点を有する。
好ましくは、閉塞部材は、ハッチ(hatch)または弁として構成される。好ましくは、閉塞部材は、ストローク弁として構成される。
好ましい実施形態では、排気ガス冷却器は、排気ガス経路制御装置を経由して連結された２つの冷却部を備える。
排気ガス経路制御装置が互いに独立して排気ガスを流すことが可能な少なくとも２つの平行なダクトを備え、閉塞部材が第２の管の内部に配置され、そして、第２の管に、冷却部によって追加ダクトを経由した排気ガス、第２の冷却部の追加ダクトに送流される排気ガスが供給されるならば、２つの冷却部を備えた実施形態は特に有利である。そのため、閉塞部材の閉塞は、排気ガス経路制御装置の上流の第１の冷却部の追加ダクト内、および、排気ガス経路制御装置の下流の第２の冷却部の追加ダクト内において、同時に排気ガスの流れを中断させる。
排気ガス冷却器の好適な実施形態では、複数の冷却部は、排気ガス経路制御装置と係合する接続面を形成するために互いに同一平面上に配置される。
この実施形態は、２つの冷却部の間に排気ガス経路制御装置が容易に介在可能であるという有利な効果を備えている。この実施形態はまた、要望あるいは必要に応じて第３の動作点を非活性化させるために、排気ガス経路制御装置を偏向マニフォールドによって置き換え可能である。適切な場合、排気ガス冷却器はＵ状の冷却器として形成される。
代替的に、排気ガス冷却器はＩ字状の冷却器として形成することもできる。
好ましくは、排気ガス冷却器は、閉塞部材が少なくとも１つの冷却部の追加ダクトを閉塞することによって特徴付けられる。
この実施形態は、閉塞部材が冷却部の下流側に配置されるか、あるいは上流側に配置されるかとは無関係に、追加ダクトを通る排気ガスの流れを妨げるという技術的効果を備える。
好ましくは、排気ガス冷却器は、流入方向および流出方向によって特徴付けられる。流入方向が流出方向とほぼ平行となっており、流入方向は、好適には流出方向に対して逆の方向に延びている。
好ましくは、冷却ダクトは冷却部材を備えており、当該冷却部材は、好ましくは波状に形成され、さらに好ましくは、冷却ダクトの全長に亘って延びている。冷却部材は、タービュレータとして指定されることもできる。好ましくは、冷却部材はまた、ウェルフィン(wellfin)あるいはウィンレット(winlet)として指定されることもできる。好ましくは、冷却部材は、冷却ダクトを流れる排気ガスの乱気流(タービュランス)を生じさせるのに適したものである。
この実施形態は、冷却ダクトの改善された冷却パワーを提供する。さらに、この実施形態によれば、追加ダクトは、追加の冷却部材を挿入することによって冷却ダクトに改変させることが可能である。それとは反対に、冷却ダクトは、冷却部材を取り除くことによって、追加のダクトに改変させることが可能である。このモジュール構成の実施形態は、異なる冷却パワーでの異なる動作点が、必要に応じて、追加の構造上の労力無しに、かつ、冷却部の全般の設計を変更することなく提供可能であるという利点を有する。単に、排気ガス経路制御装置、特に閉塞部材を適応させるだけでよい。
好ましくは、冷却ダクトおよび追加ダクトは、実質的に同一の断面を有する。この実施形態によれば、冷却ダクトは追加ダクトに改変可能であり、その逆も可能である。
好ましい実施形態では、上記断面は、冷却ダクトおよび／または追加ダクトの全長に亘ってほぼ一定である。冷却ダクトまたは追加ダクトによって生ずる圧力損失は、流れが生ずるコンポーネントの断面に応じて得られるため、一定の断面とすることは、望ましい圧力損失を達成するために必要とされる長さの計算を促進させる。
好ましくは、上記断面はほぼ長方形である。好ましくは、上記断面は引き伸ばされた孔の形状を備える。
本発明に係る排気ガス再循環システムは、本発明に係る排気ガス冷却器を備える。
本発明に係る排気ガス冷却器および排気ガス再循環システムの詳細およびさらなる有利な点は、以下の好ましい例示的な実施形態の記載から明らかとなるであろう。例示的な実施形態を説明する図面の詳細は、以下の通りである。
第１の実施形態に対応する本発明に係る排気ガス冷却器の概略図。 第１の実施形態に対応する本発明に係る排気ガス冷却器の冷却部の詳細な図。 第１の実施形態に対応する本発明に係る排気ガス冷却器の排気ガス経路制御装置の概略図。 第１の実施形態に対応する本発明に係る排気ガス冷却器の排気ガス経路制御装置の流入方向と流出方向を横切る断面図。 第２の実施形態に対応する本発明に係る排気ガス冷却器の排気ガス経路制御装置の流入方向と流出方向を横切る断面図であって、閉塞部材が開放位置にある場合の図。 第２の実施形態に対応する本発明に係る排気ガス冷却器の排気ガス経路制御装置の流入方向と流出方向を横切る断面図であって、閉塞部材が閉塞位置にある場合の図。
本発明に係る排気ガス冷却器１０は、少なくとも１つの冷却部２０，２０’、少なくとも１つのバイパス経路（図示せず）、および、排気ガス経路制御装置４０を備える。
図面に示される両方の実施形態においては、排気ガス冷却器１０は、排気ガス経路制御装置４０を経由して接続される２つの冷却部２０，２０’から構成される。排気ガス経路制御装置４０は、第１の冷却部２０と第２の冷却部２０’の間に介在している。冷却されるべき排気ガスは、流入方向Ｅにおいて第１の冷却部２０に進入し、流出方向Ａにおいて第２の冷却部２０’を出て行く。排気ガス経路制御装置４０は、好ましくは、排気ガスの流れ方向を反転させる。それによって、排気ガス冷却器１０は、特に、最小の空間要求を満たした状態でいわゆるＵ字状冷却器を形成することができる。
排気ガス経路制御装置４０は、作動部材４３によって作動可能な閉塞部材４２を含む。
閉塞部材４２は、冷却部２０，２０’の一方の少なくとも１つの追加ダクト２４，２４’を通して排気ガスの流れを遮断するのに適している。好ましい形態では、閉塞部材４２は、第２の実施形態の図４および図５に特に図示されているように、冷却部２０，２０’の両方の追加ダクト２４，２４’を閉じる。
好ましい実施形態では、排気ガス経路制御装置４０は、排気ガス経路制御装置４０を第１の管４４および第２の管４６に分割する壁４７を備える。排気ガス冷却器１０のこの実施形態によれば、閉塞部材４２は、冷却部２０，２０’の両方のうち少なくとも１つの追加ダクト２４，２４’のみを閉じる。両方の管４４、４６を分離することによって、入力および当該入力の出力のいずれか一方において管４６を閉じることで十分となる。図３に特に示されているように、２つの管４４、４６は壁４７によって形成される。
図４および図５に図示される実施形態によれば、壁４７は設けられていない。そのため、２つの冷却部２０，２０’の間に介在される排気ガス経路制御装置４０の閉塞部材４２が、第１の冷却部２０の追加ダクト２４の出力を閉じ、それと同時に、第２の冷却部２０’の追加ダクト２４’を閉じる。
排気ガス経路制御装置４０は、排気ガスの流れ方向において、第１の冷却部２０と第２の冷却部２０’の間に介在している。第１の冷却部２０の出口の開口を形成する面と、第２の冷却部２０’の空気入口の開口を形成する面は、排気ガス経路制御装置４０が配設されている接続面３０を構成する。そのため、この実施形態によれば、排気ガス経路制御装置４０を接続面３０の上に置くことによって、簡易な方法で排気ガス経路制御装置４０を第１の冷却部２０と第２の冷却部２０’の間に介在させることができる。
例示的な実施形態に対して図１ａに特に図示されているように、冷却部２０，２０’はそれぞれ、５個の冷却ダクト２２，２２’および追加ダクト２４，２４’を備える。５個の冷却ダクト２２，２２’の内部には、冷却部材２５がそれぞれ設けられ、冷却ダクト２２，２２’を流れる排気ガスの流れに乱気流を生じさせ、それによって冷却ダクト２２，２２’の冷却パワーを増大させる。図面に図示されている両方の実施形態において、冷却ダクト２２，２２’は、追加ダクト２４，２４’とは、単に冷却部材２５が存在するかしないかによって異なるに過ぎない。冷却ダクト２２，２２’および追加ダクト２４，２４’の断面は、それ以外は同じである。特に図１に示されているように、冷却ダクト２２，２２’および追加ダクト２４，２４’は実質的に、凡そ長方形の断面を有しており、好ましくは引き伸ばされた孔の形状を備える。
排気ガス冷却器１０のこの実施形態は、冷却ダクト２２，２２’からそれに対応する冷却部材２５を取り除くことによって、冷却ダクト２２，２２’を追加ダクト２４，２４’に可変に改変することが可能である。逆に、追加ダクト２４，２４’に冷却部材２５を挿入することによって、追加ダクト２４，２４’を冷却ダクト２２，２２’に可変に改変することが可能である。そのため、排気ガス冷却器１０は、追加ダクト２４，２４’として使用されるダクト２２，２２’，２４，２４’の数を変更することによって異なる動作点に設定することができる。
特に、排気ガス冷却器１０は、排気ガス冷却器１０に対する異なる要求を有する異なる販売市場に対して意図される自動車において排気ガス冷却器１０が搭載されるときに、好ましく利用される。そして、冷却部２０，２０’が、請求項１に関する排気ガス経路制御装置４０の代わりに、標準的な偏向マニフォールド（バイパス管によって提供される動作点を含む）に接続されるときに、複数の販売市場のうち１つの市場の要求を充足する２つの動作点を設けることができるようにして、冷却部２０，２０’の長さに加えて冷却ダクト２２，２２’および追加ダクト２４，２４’が選択される。もし、追加の販売市場において、高い冷却パワーを可能とする追加の動作点が要請されているならば、その標準的な偏向装置は排気ガス経路制御装置４０によって置き換えられ、それによって第３の動作点が簡易な方法で提供される。
例示的な応用に対しては、排気ガス冷却器１０には、４５０℃の温度において１時間当たり１００ｋｇの排気ガスが供給される。冷却器の外側に向けられた表面温度は９５℃である。もし排気ガス冷却器１０が、閉塞部材４２が開放状態（動作点２）で作動させられるならば、排気ガスの出口温度が２０１℃の状態で２７．５ミリバールの圧力損失が達成される。一方、閉塞部材が閉塞状態（動作点３）では、５３ミリバールの圧力損失が達成され、出口温度は１７４℃に過ぎない。そのため、閉塞部材が閉塞状態である場合と比較して、閉塞部材４２が開放状態では、全体の冷却パワーＰＧは実質的により低くなる。
１０ 排気ガス冷却器
２０ 冷却部
２０’ 冷却部
２２ 冷却ダクト
２２’ 冷却ダクト
２４ 追加ダクト
２４’ 追加ダクト
２５ 冷却部材
３０ 接続面
４０ 排気ガス経路制御装置
４２ 閉塞部材
４３ 作動部材
４４ 管
４６ 管
４７ 壁
Ｅ 流入方向
Ａ 流出方向
ＰＧ 全体の冷却パワー
Ｐ１ 冷却パワー
Ｐ２ 冷却パワー
ＤＧ 全体の圧力損失係数
Ｄ１ 圧力損失係数
Ｄ２ 圧力損失係数
図面に示される両方の実施形態においては、排気ガス冷却器１０は、排気ガス経路制御装置４０を経由して接続される２つの冷却部２０，２０’から構成される。排気ガス経路制御装置４０は、第１の冷却部２０と第２の冷却部２０’の間に介在している。冷却されるべき排気ガスは、流入方向Ｂにおいて第１の冷却部２０に進入し、流出方向Ａにおいて第２の冷却部２０’を出て行く。排気ガス経路制御装置４０は、好ましくは、排気ガスの流れ方向を反転させる。それによって、排気ガス冷却器１０は、特に、最小の空間要求を満たした状態でいわゆるＵ字状冷却器を形成することができる。
１０ 排気ガス冷却器
２０ 冷却部
２０’ 冷却部
２２ 冷却ダクト
２２’ 冷却ダクト
２４ 追加ダクト
２４’ 追加ダクト
２５ 冷却部材
３０ 接続面
４０ 排気ガス経路制御装置
４２ 閉塞部材
４３ 作動部材
４４ 管
４６ 管
４７ 壁
Ｂ 流入方向
Ａ 流出方向
ＰＧ 全体の冷却パワー
Ｐ１ 冷却パワー
Ｐ２ 冷却パワー
ＤＧ 全体の圧力損失係数
Ｄ１ 圧力損失係数
Ｄ２ 圧力損失係数

Claims (11)

  1. 自動車に供する排気ガス再循環システムのための排気ガス冷却器であって、全体の冷却パワー（ＰＧ）および全体の圧力損失係数（ＤＧ）を有し、
    少なくとも１つの冷却ダクト（２２，２２’）と少なくとも１つの追加ダクト（２４，２４’）とを有する少なくとも１つの冷却部（２０，２０’）、
    少なくとも１つの冷却部（２０，２０’）をバイパスする少なくとも１つのバイパス経路、および、
    少なくとも１つの閉塞部材（４２）を有する排気ガス経路制御装置（４０）、
    を備え、
    前記少なくとも１つの冷却ダクト（２２，２２’）は第１の冷却パワー（Ｐ１）および第１の圧力損失係数（Ｄ１）を備え、前記少なくとも１つの追加ダクト（２４，２４’）は第２の冷却パワー（Ｐ２）および第２の圧力損失係数（Ｄ２）を備え、
    第１の冷却パワー（Ｐ１）は第２の冷却パワー（Ｐ２）よりも大きく、かつ、第１の圧力損失係数（Ｄ１）は第２の圧力損失係数（Ｄ２）よりも大きく、
    前記閉塞部材（４２）が前記追加ダクト（２４，２４’）における排気ガスの流れを妨げるときに、全体の冷却パワー（ＰＧ）と全体の圧力損失係数（ＤＧ）を増大させる、
    排気ガス冷却器。
  2. 前記排気ガス経路制御装置（４０）は、平行に走り、かつ排気ガスがそれぞれ独立に流されるのに適した少なくとも２つの管（４４，４６）を備え、
    第１の管（４４）は冷却ダクト（２２，２２’）に接続され、第２の管（４６）は追加ダクト（２４，２４’）に接続され、閉塞部材（４２）が第２の管（４６）の内部に配置されることを特徴とする、
    請求項１に記載された排気ガス冷却器。
  3. ２つの前記冷却部（２０，２０’）が、前記排気ガス経路制御装置（４０）を経由して接続されていることを特徴とする、
    請求項１または２に記載された排気ガス冷却器。
  4. 前記冷却部（２０，２０’）は、前記排気ガス経路制御装置（４０）と係合する接続面（３０）を形成するために互いに同一平面上に配置されていることを特徴とする、
    請求項３に記載された排気ガス冷却器。
  5. 前記閉塞部材（４２）は、前記少なくとも１つの冷却部（２０，２０’）の前記追加ダクト（２４，２４’）を閉塞することを特徴とする、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載された排気ガス冷却器。
  6. 流入方向（Ｅ）が流出方向（Ａ）と平行となっており、流入方向（Ｅ）は流出方向（Ａ）に対して逆の方向に延びていることを特徴とする、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載された排気ガス冷却器。
  7. 前記冷却ダクト（２２，２２’）は冷却部材を備えており、当該冷却部材は波状に形成され、かつ前記冷却ダクト（２２，２２’）の全長に亘って延びていることを特徴とする、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載された排気ガス冷却器。
  8. 前記冷却ダクト（２２，２２’）と前記追加ダクト（２４，２４’）は、同一の断面を有することを特徴とする、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載された排気ガス冷却器。
  9. 前記断面は、前記冷却ダクト（２２，２２’）および前記追加ダクト（２４，２４’）の少なくともいずれかのダクトの全長に亘って一定であることを特徴とする、
    請求項８に記載された排気ガス冷却器。
  10. 前記断面は、長方形であることを特徴とする、
    請求項８または９に記載された排気ガス冷却器。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載された排気ガス冷却器を備えた、排気ガス再循環システム。
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