JP2021148086A - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Abstract

【課題】入口側エンドプレートにおける亀裂発生を抑制する。【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Ｇ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とハウジングの入口側端部２Ａ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、ハウジングの入口側端部に固定された入口側フランジ７とを備える。入口側フランジは、フランジ面２５と、複数のボルト穴と、複数のボルト穴の間の位置においてフランジ面とは反対側の面２８に形成された肉抜部３０とを有する。【選択図】図４

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。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。ハウジングの入口側端部には、ＥＧＲ管との接続のために使用される入口側フランジが固定されている。

特開２０１２−３１７８２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（出口側の面）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。

また、入口側エンドプレートが入口側フランジに固定された場合、入口側フランジがＥＧＲガスにより加熱されて伸長すると、これに合わせて入口側エンドプレートも伸長する。

このように入口側エンドプレートと入口側フランジが共に熱膨張した状態で、ＥＧＲガスの流れが停止されると、冷却水に接触する入口側エンドプレートの方が入口側フランジよりも先に冷却され、収縮する。すると両者の間で熱歪が発生し、強度的に弱い入口側エンドプレートに亀裂が発生することがある。

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、入口側エンドプレートにおける亀裂発生を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の入口側端部とに固定され、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、
を備え、
前記入口側フランジは、フランジ面と、複数のボルト穴と、前記複数のボルト穴の間の位置において前記フランジ面とは反対側の面に形成された肉抜部とを有する
ことを特徴とするＥＧＲクーラが提供される。

好ましくは、前記肉抜部の入口側の面は前記入口側エンドプレートよりも入口側に位置される。

好ましくは、前記肉抜部は、その内周側と入口側が閉止され、その外周側と出口側が開放されている。

本開示によれば、入口側エンドプレートにおける亀裂発生を抑制することができる。

ＥＧＲクーラの概略縦断側面図である。 ＥＧＲクーラの正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 ＥＧＲクーラの後端部の拡大縦断側面図である。 変形例に係るＥＧＲクーラの前端部の拡大縦断側面図である。 変形例に係るＥＧＲクーラの前端部の拡大縦断側面図である。

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。

図１は、本開示の実施形態に係るＥＧＲクーラの概略縦断側面図である。図２は、ＥＧＲクーラを入口側から見たときの正面図である。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。

ＥＧＲクーラ１においては、図１の右側が、ＥＧＲガスＧが導入される入口側であり、図１の左側が、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。

図１および図２に示すように、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の前側端部２Ａと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の後側端部２Ｂと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２Ａ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２Ｂ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（相手側フランジ）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（相手側フランジ）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２Ａ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２Ｂ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２Ａ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２Ｂの下端部に配置される。

ハウジング２は、クーラ軸Ｃと同軸に配置され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。なお図２には一部のガス管３のみを示す。

入口側エンドプレート４および出口側エンドプレート５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４，５には、複数のガス管３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。本実施形態の場合は円形とされる。

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、入口側フランジ７および出口側フランジ８の形状が異なることと、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。まず、図２〜図４を参照して、ＥＧＲクーラ１の前端部の構造を説明する。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。

図３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、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、周方向に延びて１周する円環板状に形成される。入口側フランジ７は、その前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の前方に隣接されたテーパ部２６と、入口側フランジ７の前端面に形成されたフランジ面２５とを有する。

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の前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。このように入口側フランジ７は、入口側エンドプレート４に接触され、入口側エンドプレート４に固定されている。

入口側フランジ７の半径方向内側で、かつ入口側エンドプレート４の前側には、ＥＧＲガスＧを導入するためのガス入口２９が画成される。ここに導入されたＥＧＲガスＧは、複数のガス管３に分配供給される。テーパ部２６は、後方に向かうほど拡径され、ガス入口２９に導入されたＥＧＲガスＧを最外周側のガス管３に案内する。

フランジ面２５は、図１に示したように、入口側ガスケット１２を挟んで上流側ＥＧＲ管９の相手側フランジ１１に接合される面である。このフランジ面２５は、入口側エンドプレート４および複数のガス管３よりも前方に位置される。

入口側フランジ７は、複数のボルト穴２７を有する。本実施形態の場合、４つのボルト穴２７が周方向等間隔で配置されている。ボルト穴２７は、入口側フランジ７を、単に厚さｔ（図４参照）方向に貫通した円形のネジ無し穴である。相手側フランジ１１にも対応する同様のボルト穴（図示せず）が複数設けられる。両フランジのボルト穴にボルトが挿通され、ボルトにナットが締め付けられることで、入口側フランジ７と相手側フランジ１１が互いに固定される。なお入口側フランジ７と相手側フランジ１１の一方のボルト穴をネジ付き穴とし、ナットを省略してもよい。

ここで図２および図４に示すように、本実施形態の入口側フランジ７は、複数のボルト穴２７の間の周方向位置において、フランジ面２５とは反対側の面すなわちフランジ裏面２８に形成された肉抜部３０を有する。図２には肉抜部３０の輪郭を破線で示す。

肉抜部３０は、入口側フランジ７におけるボルト穴２７の周囲の部分３４と、ハウジング２に固定される内周側部分とを除き、フランジ裏面２８を一定の所定厚さｔ１（＜ｔ）だけ肉抜きすることにより形成される。これにより入口側フランジ７には、肉抜部３０の無い基準厚さｔの厚肉部３１と、肉抜部３０の有る厚さｔ２（＝ｔ−ｔ１）の薄肉部３２とが形成される。肉抜部３０は、全てのボルト穴２７の間の位置に、計４つ設けられる。

ボルトの締結力をフランジ面２５の全体に確実に伝えるため、ボルト穴２７の周囲部分３４は当然に厚肉部３１とされ、また隣り合う厚肉部３１同士は薄肉部３２により周方向に連結されている。これにより、フランジ面２５全体が入口側ガスケット１２を介して相手側フランジ１１に密着され、ガス漏れが防止される。

入口側フランジ７の内周側部分が肉抜きされないので、肉抜部３０は、その内周側と前側が閉止され、その外周側と後側が開放されている。そして十分な前後長のハウジング嵌合面２３を残すことができる。

本実施形態において、肉抜部３０の前面３３（入口側の面）は、入口側エンドプレート４（特にその前面）よりも前側（入口側）に位置される。すなわち、肉抜部３０の前面３３の前後方向の位置Ｘ２は、入口側エンドプレート４の前面の位置Ｘ１より所定距離ΔＸだけ前側とされる。

次に図５を参照して、ＥＧＲクーラ１の後端部の構造を説明する。なお図５は図２のＩＶ−ＩＶ断面相当図である。

ハウジング２の後端面に、同一外径の出口側エンドプレート５が、ロー付けにより液密かつ同軸に固定される。出口側エンドプレート５の複数の管挿通穴５１に、複数のガス管３の後端部３Ｂがそれぞれ挿通され、ロー付けで液密に固定される。ガス管３の後端はフレア状に拡径されているが、拡径されていなくてもよい。ロー付け部（固定部）を参考までに符号５２で示す。

出口側フランジ８は、肉抜部３０が無いことと前後逆の配置であることとを除き、入口側フランジ７と同様である。すなわち出口側フランジ８に肉抜部３０を設けたものを入口側フランジ７として使用している。これにより部品共通化を図り、製造コストを削減できる。但し、入口側フランジ７は出口側フランジ８を流用したものでなくてもよい。

出口側フランジ８は、周方向に延びて１周する円環板状に形成される。出口側フランジ８は、その前端内周部に形成されたハウジング嵌合面５３と、ハウジング嵌合面５３の後方に隣接して段差状に縮径された縮径部５４と、縮径部５４の後方に隣接されたテーパ部５５とを備える。

ハウジング嵌合面５３は、出口側エンドプレート５が縮径部５４の前端面に突き当たるまで、ハウジング２および出口側エンドプレート５の外周面に、後方から前方に向かって嵌合される。出口側フランジ８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および出口側エンドプレート５に固定される。このように出口側フランジ８は、出口側エンドプレート５に接触され、出口側エンドプレート５に固定されている。

出口側フランジ８の半径方向内側で、かつ出口側エンドプレート５の後側には、ＥＧＲガスＧを排出するためのガス出口５６が画成される。

さて、図４に示すように、ガス入口２９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。入口側フランジ７は、ガス入口２９に導入されたＥＧＲガスＧにより半径方向内側から加熱される。

また、入口側フランジ７がＥＧＲガスにより加熱されて伸長すると、これに合わせて入口側エンドプレート４も伸長する。

このように入口側エンドプレート４と入口側フランジ７が共に熱膨張した状態で、例えばＥＧＲ停止等により、ＥＧＲガスの流れが停止されると、冷却水に接触する入口側エンドプレート４の方が入口側フランジ７よりも先に冷却され、収縮する。すると両者の間で熱歪が発生し、強度的に弱い入口側エンドプレート４に亀裂が発生する虞がある。

そこで本実施形態では、図４に示すように入口側フランジ７に肉抜部３０を設けた。こうすると、入口側フランジ７の剛性を低下させることができ、入口側エンドプレート４が、入口側フランジ７の熱による膨張収縮の影響を受け難くすることができる。入口側エンドプレート４に対する入口側フランジ７の拘束を弱めることができ、入口側フランジ７よりも先に冷却され収縮しようとする入口側エンドプレート４の収縮を、入口側フランジ７によって抵抗され難くすることができる。

従って、入口側エンドプレート４が冷却水によって入口側フランジ７よりも先に冷却され、収縮しても、その収縮を自由に行わせることができる。そして両者の間の熱歪を抑制し、入口側エンドプレート４における亀裂発生を抑制することができる。

また本実施形態では、肉抜部３０の前面３３を、入口側エンドプレート４よりも前側に位置させた。こうすると、ボルト穴２７とその周囲の部分３４との周方向位置を除き、入口側エンドプレート４の厚さｔ３領域内における入口側フランジ７の半径方向の幅ｔｒ１を、肉抜部３０が無いと仮定した場合の半径方向の幅ｔｒ２より減少することができる。これにより、入口側フランジ７の半径方向における熱膨張収縮の影響を、入口側エンドプレート４がさらに受け難くすることができ、入口側エンドプレート４における亀裂発生をさらに抑制することができる。

なお本実施形態において、ｔｒ１はｔｒ２の半分（１／２）より小さくされ、０．２×ｔｒ２程度とされている。ｔｒ１を小さくするほど、入口側エンドプレート４に対する拘束は弱くなるが、入口側フランジ７の剛性が低下するので、これらのバランスを考慮してｔｒ１を設定するのが好ましい。好ましくはｔｒ１＜０．５×ｔｒ２である。

また本実施形態では、肉抜部３０の内周側と前側を閉止し、外周側と後側を開放したので、肉抜部３０の加工が容易であると共に、入口側エンドプレート４の厚さｔ３領域内に肉抜部３０を容易に設けることができる。

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、入口側フランジ７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）実用上問題なければ、肉抜部３０の前面３３の前後方向の位置Ｘ２は、図６に示すように入口側エンドプレート４の前面の位置Ｘ１と同じ位置であってもよいし、図７に示すように入口側エンドプレート４の前面の位置Ｘ１より後側の位置であってもよい。

（３）肉抜部３０は、全てのボルト穴２７の間の位置に設けなくてもよく、一部のボルト穴２７の間の位置に設けてもよい。

（４）必要に応じて、出口側フランジ８に同様の肉抜部を設けてもよい。こうすると、入口側フランジ７を出口側フランジ８に流用できる。

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
２Ａ 前側端部
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
２５ フランジ面
２７ ボルト穴
２８ フランジ裏面
３０ 肉抜部
３３ 前面
Ｇ ＥＧＲガス
Ｗ 冷却水

Claims (3)

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の入口側端部とに固定され、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、
   を備え、
   前記入口側フランジは、フランジ面と、複数のボルト穴と、前記複数のボルト穴の間の位置において前記フランジ面とは反対側の面に形成された肉抜部とを有する
   ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 前記肉抜部の入口側の面は前記入口側エンドプレートよりも入口側に位置される
   請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
3. 前記肉抜部は、その内周側と入口側が閉止され、その外周側と出口側が開放されている 請求項１または２に記載のＥＧＲクーラ。

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