JP2021085396A - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスによる入口側エンドプレートの加熱を効果的に抑制する。【解決手段】ＥＧＲクーラ１は、ハウジング２と、ハウジング内に配置されＥＧＲガスが流れる複数のガス管３と、複数のガス管の入口側端部３Ａとハウジングとに固定され、冷却水Ｗが流れる水室６を区画する入口側エンドプレート４と、複数のガス管および入口側エンドプレートよりも入口側に離間して配置された遮熱プレート２０とを備える。【選択図】図２

Description

本開示はＥＧＲクーラに係り、特に、ＥＧＲガスを冷却するための水冷式ＥＧＲクーラに関する。ここでＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）とは排気再循環の略称であり、内燃機関の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を取り出して吸気系に環流させることをいう。

かかる水冷式ＥＧＲクーラでは一般的に、ハウジング内に、ＥＧＲガスが流れる複数のガス管を配置すると共に、入口側エンドプレートと出口側エンドプレートでハウジング内を仕切り、冷却水が流れる水室をハウジング内に画成している（例えば特許文献１参照）。そして、水室内の冷却水によりＥＧＲガスの熱を奪うことで、ＥＧＲガスを冷却している。

特開平１１−１３５５１号公報

かかるＥＧＲクーラにおいて、入口側エンドプレートの表面（入口側の面）ではＥＧＲガスが直接当たるため、入口側エンドプレートが加熱される一方、入口側エンドプレートの裏面（出口側の側）では冷却水が接触されるため、入口側エンドプレートが冷却される。よってこれら熱の授受の影響で、入口側エンドプレートに熱歪が発生し、亀裂が発生することがある。

この対策として、例えば特許文献１に記載されたように、入口側エンドプレートよりも入口側に伝熱プレートを設け、入口側エンドプレートの表面にＥＧＲガスが直接当たるのを抑制することが考えられる。

しかし、特許文献１の伝熱プレートは、熱を分散して加熱の均等化を図るものであるため、全てのガス管に固着されていると考えられる。これだと、伝熱プレートがＥＧＲガスから受けた熱が、全てのガス管を伝わって入口側エンドプレートに伝達されるため、入口側エンドプレートの加熱を抑制する効果が低減されてしまう。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、ＥＧＲガスによる入口側エンドプレートの加熱を効果的に抑制することができるＥＧＲクーラを提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置されＥＧＲガスが流れる複数のガス管と、
前記複数のガス管の入口側端部と前記ハウジングとに固定され、冷却水が流れる水室を区画する入口側エンドプレートと、
前記複数のガス管および前記入口側エンドプレートよりも入口側に離間して配置された遮熱プレートと、
を備えることを特徴とするＥＧＲクーラが提供される。

好ましくは、前記ＥＧＲクーラは、前記ハウジングの入口側端部に固定された入口側フランジをさらに備え、
前記遮熱プレートは前記入口側フランジに固定される。

好ましくは、前記遮熱プレートは、周方向に間隔を隔てた複数箇所で前記入口側フランジに固定される。

好ましくは、前記遮熱プレートは前記ハウジングに固定される。

好ましくは、前記ＥＧＲクーラは、
前記ハウジングの入口側端部に固定された入口側フランジと、
前記入口側フランジのフランジ面に重ね合わされるガスケットと、
を備え、
前記遮熱プレートは、前記ガスケットに一体に設けられる。

好ましくは、前記遮熱プレートは、前記複数のガス管のうちの一部のガス管に固定される。

好ましくは、前記遮熱プレートは、複数のガス通過穴を有する。

本開示によれば、ＥＧＲガスによる入口側エンドプレートの加熱を効果的に抑制することができる。

第１実施形態に係るＥＧＲクーラの概略断面図である。 ＥＧＲクーラの要部拡大断面図である。 遮熱プレートを軸方向から見たときの図である。 第２実施形態に係るＥＧＲクーラの要部拡大断面図である。 第３実施形態に係るＥＧＲクーラの要部拡大断面図である。 第４実施形態に係るＥＧＲクーラの要部拡大断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

［第１実施形態］
図１は、本開示の第１実施形態に係るＥＧＲクーラの概略断面図である。本実施形態のＥＧＲクーラは、車両に搭載された内燃機関に適用されるものである。例えば、車両はトラック等の大型車両であり、内燃機関（エンジンともいう）はディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。

なおエンジンは、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであってもよい。またエンジンは、移動体に搭載されたものでなくてもよく、定置式のものであってもよい。

図示するＥＧＲクーラ１においては、図中右側が、ＥＧＲガスＧが導入される入口側であり、図中左側が、ＥＧＲガスＧが排出される出口側である。以下便宜上、入口側を前、出口側を後とし、その他の上下左右の各方向を図示の如く定める。但しこれら各方向が説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。

ＥＧＲクーラ１の中心軸すなわちクーラ軸を符号Ｃで示す。以下特に断らない限り、軸方向、半径方向および周方向といった場合、クーラ軸Ｃを基準とした軸方向、半径方向および周方向を意味するものとする。クーラ軸Ｃは前後方向に平行である。ＥＧＲクーラ１は概して、軸方向に沿って直線的に延びた細長い形状を有している。

ＥＧＲクーラ１は、ハウジング２と、ハウジング２内に配置されＥＧＲガスＧが流れる複数のガス管３と、複数のガス管３の前側端部３Ａとハウジング２に固定された入口側エンドプレート４と、複数のガス管３の後側端部３Ｂとハウジング２に固定された出口側エンドプレート５とを備える。入口側エンドプレート４と出口側エンドプレート５は、両者の間に、冷却水Ｗが流れる水室６を区画する。複数のガス管３は水室６内に収容され、水室６内の冷却水Ｗが、ガス管３内のＥＧＲガスの熱を奪うことで、ＥＧＲガスが冷却される。

ＥＧＲクーラ１は、ハウジング２の前側端部に固定された入口側フランジ７と、ハウジング２の後側端部に固定された出口側フランジ８とをさらに備える。これらフランジ７，８は、ＥＧＲクーラ１の上下流側に配置された上流側ＥＧＲ管９および下流側ＥＧＲ管１０との接続に使用される。

入口側フランジ７は、上流側ＥＧＲ管９のフランジ１１に入口側ガスケット１２を挟んで接合され、図示しない複数のボルトによりフランジ１１に締結される。同様に、出口側フランジ８は、下流側ＥＧＲ管１０のフランジ１３に出口側ガスケット１４を挟んで接合され、図示しない複数のボルトによりフランジ１３に締結される。

ＥＧＲガスＧは、上流側ＥＧＲ管９からＥＧＲクーラ１に導入され、ＥＧＲクーラ１を通じて冷却された後、ＥＧＲクーラ１から下流側ＥＧＲ管１０へと排出される。

またＥＧＲクーラ１は、ハウジング２の前側端部に固定された冷却水入口管１５と、ハウジング２の後側端部に固定された冷却水出口管１６とをさらに備える。これら冷却水入口管１５および冷却水出口管１６は、水室６に対する冷却水Ｗの入口および出口をなす。冷却水入口管１５および冷却水出口管１６は対角状に配置され、すなわち、冷却水入口管１５はハウジング２の前側端部の上端部に配置され、冷却水出口管１６はハウジング２の後側端部の下端部に配置される。

加えてＥＧＲクーラ１は、複数のガス管３および入口側エンドプレート４よりも前側に離間して配置された遮熱プレート２０を備える。この点については後に詳述する。

ハウジング２は、軸方向に延びる断面円形の直管により形成される。ガス管３も、軸方向に延びる断面円形の直管により形成され、ハウジング２より小径とされる。複数のガス管３は、軸方向から見て概ね千鳥状に配列されるが、その配列方法は任意であり、例えば格子状に配列されても構わない。

入口側エンドプレート４、出口側エンドプレート５および遮熱プレート２０は、軸方向に垂直でかつハウジング２と同軸の円形板により形成される。これらプレートには、複数のガス管３またはＥＧＲガスＧの通過を許容すべく複数の穴が設けられている。入口側フランジ７および出口側フランジ８の外形は任意であり、三角形、円形、四角形等とすることができる。

ＥＧＲクーラ１を構成する上述の各部品は金属製、例えばステンレス製であり、各部品をロー付けによって組み立てることで、ＥＧＲクーラ１が作製される。

ＥＧＲクーラ１は、前側に遮熱プレート２０があることと、冷却水入口管１５および冷却水出口管１６の配置が上下逆であることとを除き、前後対称に構成される。よって以下、図２を参照して、ＥＧＲクーラ１の前端部かつ上端部の構造のみを代表的に説明し、他の部分については説明を割愛する。

図２に示すように、ハウジング２の前端面に、同一外径の入口側エンドプレート４が、ロー付けにより液密かつ同軸に固定される。入口側エンドプレート４には複数の管挿通穴２１が設けられる。ガス管３は、その前端がフレア状に拡径され、前方から管挿通穴２１に挿通された後、入口側エンドプレート４にロー付けで液密に固定される。ガス管３と入口側エンドプレート４のロー付け部（固定部）を参考までに符号２２で示す。なおガス管３の前端はフレア状に拡径されていなくてもよい。

入口側フランジ７は、概して周方向に延びる環状に形成される。入口側フランジ７は、その後端内周部に形成されたハウジング嵌合面２３と、ハウジング嵌合面２３の前方に隣接して段差状に縮径された縮径部２４と、縮径部２４の内周面により形成されたプレート嵌合面２５と、プレート嵌合面２５の前方に隣接されたテーパ部２６とを備える。

ハウジング嵌合面２３は、入口側エンドプレート４が縮径部２４の後端面に突き当たるまで、ハウジング２および入口側エンドプレート４の外周面に、前方から後方に向かって嵌合される。入口側フランジ７は、こうした嵌合により軸方向および径方向に正確に位置決めされた後、ロー付けによりハウジング２および入口側エンドプレート４に固定される。

遮熱プレート２０は、こうした入口側フランジ７の固定前に、予め入口側フランジ７に固定される。すなわち、遮熱プレート２０は、プレート嵌合面２５の内側に後方から前方に向かって嵌合された後、プレート嵌合面２５の軸方向の所定位置に位置決めされる。そして遮熱プレート２０は、その外周縁部において、ロー付けによりプレート嵌合面２５に固定される。ロー付け部（固定部）を符号２７で示す。図示例ではロー付けを遮熱プレート２０の前面に対し行っているが、後面に対し行ってもよい。

図３に示すように、遮熱プレート２０は、熱による伸縮を許容できるよう、周方向に間隔を隔てた複数箇所でプレート嵌合面２５に固定される。本実施形態の場合、周方向等間隔（１２０°間隔）の３箇所にロー付け部２７があり、これらロー付け部２７でのみ、遮熱プレート２０が固定されている。なおロー付け部２７の位置および数は変更可能である。但し遮熱プレート２０は全周で固定せず、できるだけ拘束の少ない形で固定するのが好ましい。

こうして、遮熱プレート２０が予め固定された入口側フランジ７が、ハウジング２に固定されると、その組立後の状態は図２に示す通りとなる。図示するように、遮熱プレート２０は、入口側エンドプレート４よりも距離Ｘ１だけ前側に離間して配置され、さらには複数のガス管３よりも、距離Ｘ２だけ前側に離間して配置される（Ｘ１＞Ｘ２）。

遮熱プレート２０には、その前側に導入されたＥＧＲガスを通過させてガス管３に導入させるための複数のガス通過穴２８が設けられる。ガス通過穴２８は、ガス管３の最前端に位置するガス管入口２９と同軸、同径かつ同形状の円形穴とされ、ガス管３と同数設けられる。これらガス通過穴２８の一部のみを図３に示す。

テーパ部２６の半径方向内側には、ＥＧＲガスＧを導入するためのガス入口３０が画成される。ここに導入されたＥＧＲガスＧは、複数のガス通過穴２８をそれぞれ通った後、直後のガス管３にそれぞれ導入される。テーパ部２６により、最も半径方向外側のガス通過穴２８までＥＧＲガスＧをスムーズに案内できる。

さて、仮に遮熱プレート２０が無い比較例を想定した場合、ガス入口３０に導入されたＥＧＲガスＧは、そのまま後方に流れて入口側エンドプレート４の表面すなわち前面に直接当たる。これにより入口側エンドプレート４は前面側から加熱される。一方、入口側エンドプレート４の裏面すなわち後面には冷却水Ｗが接触されているため、入口側エンドプレート４は後面側から冷却される。よってこれら熱の授受の影響で、入口側エンドプレート４に熱歪が発生し、亀裂が発生することがある。

特に、入口側フランジ７も、ガス入口３０に導入されたＥＧＲガスＧにより加熱されている。入口側エンドプレート４が全周で入口側フランジ７に固定されているため、入口側フランジ７が熱により伸長すると、これに合わせて入口側エンドプレート４も伸長する。すると、入口側エンドプレート４の熱歪が益々大きくなり、亀裂が発生し易くなる。

そこで本実施形態では、入口側エンドプレート４よりも前側に離間して遮熱プレート２０を設けている。これによると、ガス入口３０内で後方に流れるＥＧＲガスＧを、入口側エンドプレート４ではなく、遮熱プレート２０に直接衝突させることができる。これにより、入口側エンドプレート４の前面にＥＧＲガスＧが直接当たるのを抑制し、入口側エンドプレート４をＥＧＲガスＧから遮熱することができる。そしてＥＧＲガスＧにより入口側エンドプレート４が加熱されること、および、入口側エンドプレート４に熱歪が発生することを抑制することができる。

また本実施形態では、遮熱プレート２０を、複数のガス管３よりも前側に離間して設けている。仮に遮熱プレート２０を、複数のガス管３に接触させて設けると、遮熱プレート２０がＥＧＲガスから受けた熱を、複数のガス管３を通じて、入口側エンドプレート４に伝達させてしまい、入口側エンドプレート４の加熱を抑制する効果を低減させてしまう。しかしながら本実施形態によれば、遮熱プレート２０を複数のガス管３から離間しているため、遮熱プレート２０の熱が、複数のガス管３、ひいては入口側エンドプレート４に伝達するのを回避できる。これにより、ＥＧＲガスによる入口側エンドプレート４の加熱を効果的に抑制することができる。そして入口側エンドプレート４における熱歪および亀裂の発生を効果的に抑制することができる。

また、遮熱プレート２０を、周方向に間隔を隔てた複数箇所で、入口側フランジ７に固定したので、それら固定箇所を除いて遮熱プレート２０を自由に伸縮させることができ、遮熱プレート２０の熱歪および亀裂も抑制できる。このとき、遮熱プレート２０が複数のガス管３に固定されないので、遮熱プレート２０の伸縮がガス管３によって阻害されたり、ガス管３に負荷を与えたりすることを回避できる。

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態を説明する。なお後述の他の実施形態において、前記第１実施形態と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、第１実施形態との相違点を主に説明する。

図４に示すように、第２実施形態においては、遮熱プレート２０がハウジング２に固定される。すなわち、ハウジング２は第１実施形態よりも前側に延長され、この延長部分の内側に遮熱プレート２０が嵌合され、ロー付けで固定されている。

入口側エンドプレート４も遮熱プレート２０と同様、ハウジング２の内側に嵌合され、ロー付けで固定されている。ハウジング２の延長に合わせて、入口側フランジ７のハウジング嵌合面２３も前側に延長される。ハウジング嵌合面２３とテーパ部２６は軸方向に垂直な段差面３１で接続される。この段差面３１にハウジング２の前端面が突き当てられることで、入口側フランジ７はハウジング２に対し軸方向に位置決めされる。

このように遮熱プレート２０をハウジング２に固定しても、第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

［第３実施形態］
図５に示すように、第３実施形態において、ＥＧＲクーラ１は、入口側フランジ７の前側のフランジ面３２に重ね合わされるガスケット３３を備える。そして遮熱プレート２０は、ガスケット３３に一体に設けられる。なお図１に示した入口側ガスケット１２は省略され、その代わりにガスケット３３が用いられる。

ガスケット３３は、ステンレス等の金属板で形成されたメタルガスケットである。ガスケット３３は、フランジ面３２に重ね合わされる外周側のガスケット部分３４と、遮熱プレート２０として機能する内周側の遮熱プレート部分３５と、ガスケット部分３４および遮熱プレート部分３５を連結する円筒状の連結部分３６とを一体に備える。

ガスケット３３は、遮熱プレート部分３５がガスケット部分３４より後方に突出する浅皿状に形成される。遮熱プレート部分３５と連結部分３６は入口側フランジ７内のガス入口３０に挿入され、遮熱プレート部分３５は第１実施形態の遮熱プレート２０と同様の軸方向位置に位置づけられる。最外周側に位置するガス通過穴２８（図５では最上端に位置するガス通過穴２８）へのＥＧＲガスの導入を容易にするため、このガス通過穴２８に連続する切り欠き３７が連結部分３６に設けられる。

本実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。特に本実施形態によれば、遮熱プレート２０をロー付けで固定する必要がなくなる。そして、ガスケット３３を挟んで入口側フランジ７と上流側ＥＧＲ管９のフランジ１１とを組み付けるだけで、遮熱プレート２０を正確な位置に自動的に位置決めすることができる。

［第４実施形態］
図６に示すように、第４実施形態において、遮熱プレート２０は、複数のガス管３のうちの一部のガス管３に固定される。

すなわち遮熱プレート２０は、第１実施形態と同様、周方向の複数箇所（３箇所）のロー付け部２７で入口側フランジ７に固定される。これに加え、遮熱プレート２０は、複数のガス管３のうちの一部のガス管３にもロー付けで固定される。ロー付け部を符号３８で示す。

このガス管３への固定に関し、遮熱プレート２０は、全数のガス管３には固定されず、全数より少ない数のガス管３に固定される。図示例の場合だと、上から３本目のガス管３にのみ、遮熱プレート２０が固定される。前述したように遮熱プレート２０は、熱による伸縮が自由にできる方が好ましい。よって遮熱プレート２０が固定されるガス管３の本数はできるだけ少ない方が好ましい。例えばこの本数を１本、２本または３本とすることができる。またガス管３への固定箇所は、外周縁部での固定箇所（ロー付け部２７）よりできるだけ離間させ、遮熱プレート２０全体で均等箇所に固定するのが好ましい。

本実施形態では図示するように、ガス管入口２９の周りで１周するガス管３の前端面全体と、ガス通過穴２８の周りで１周する遮熱プレート２０の後面の部分とをロー付けしている。しかしながら、ロー付けはこのように１周行わなくてもよく、例えば半周もしくは、１周のうちの一部のみで行ってもよい。

本実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。特に本実施形態によれば、遮熱プレート２０を内周側でも固定できるので、遮熱プレート２０の熱による伸縮を許容しつつ、遮熱プレート２０の支持剛性を向上することができる。

なお本実施形態の変形例に関し、遮熱プレート２０の外周縁部での固定（ロー付け部２７）をなくし、全数より少ない数のガス管３に対してのみ、遮熱プレート２０を固定してもよい。この構成が、全数のガス管に伝熱プレートを固定する特許文献１の構成と異なる点に留意されたい。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。

（１）例えば、遮熱プレート２０等の固定方法はロー付けに限られない。通常の溶接やネジ止め等の他の固定方法が可能である。

（２）ガス通過穴２８は、ガス管入口２９と同軸でなくてもよく、ガス管入口２９と同径でなくてもよく、ガス管入口２９と同形状でなくてもよい。またガス通過穴２８の形状は円形でなくてもよく、例えば三角形、四角形、多角形等であってもよい。

前述の各実施形態および変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ ＥＧＲクーラ
２ ハウジング
３ ガス管
３Ａ 前側端部
４ 入口側エンドプレート
６ 水室
７ 入口側フランジ
２０ 遮熱プレート
３２ フランジ面
３３ ガスケット
Ｇ ＥＧＲガス
Ｗ 冷却水

Claims (7)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置されＥＧＲガスが流れる複数のガス管と、
   前記複数のガス管の入口側端部と前記ハウジングとに固定され、冷却水が流れる水室を区画する入口側エンドプレートと、
   前記複数のガス管および前記入口側エンドプレートよりも入口側に離間して配置された遮熱プレートと、
   を備えることを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 前記ハウジングの入口側端部に固定された入口側フランジをさらに備え、
   前記遮熱プレートは前記入口側フランジに固定される
   請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
3. 前記遮熱プレートは、周方向に間隔を隔てた複数箇所で前記入口側フランジに固定される
   請求項２に記載のＥＧＲクーラ。
4. 前記遮熱プレートは前記ハウジングに固定される
   請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
5. 前記ハウジングの入口側端部に固定された入口側フランジと、
   前記入口側フランジのフランジ面に重ね合わされるガスケットと、
   を備え、
   前記遮熱プレートは、前記ガスケットに一体に設けられる
   請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
6. 前記遮熱プレートは、前記複数のガス管のうちの一部のガス管に固定される
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラ。
7. 前記遮熱プレートは、複数のガス通過穴を有する
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラ。

Images