JP2022152713A

JP2022152713A - Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP2022152713A
Application number: JP2021055579A
Authority: JP
Inventors: 正揮嶽下; Masaki Takeshita; 巧難波; Takumi Nanba
Original assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Current assignee: Tokyo Radiator Mfg Co Ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-10-12
Also published as: WO2022210035A1; CN116997711A

Abstract

【課題】脈動の干渉を抑えつつ、かつ、通気抵抗の増大が抑制されたＥＧＲクーラが提供する【解決手段】ＥＧＲクーラであって、内部に排気ガスが流れ、断面視において第一方向よりも第二方向の方が長い略矩形状の偏平なチューブ１１と、前記第一方向に配列された状態で複数のチューブ１１が収容されたケーシング１２と、排気ガスをチューブ１１に導入する単一のガス入口部２０と、を有し、ガス入口部２０は、二つのガス導入口２１ａ，２１ｂを備え、ガス入口部２０には、各々のガス導入口２１ａ，２１ｂからチューブ１１までの空間を互いに独立した二つの空間に隔てる仕切り部２２が設けられており、チューブ１１側からガス入口部２０側をチューブ１１の延びる方向に直交する断面で見たとき、仕切り部２２のチューブ１１側の端部が第二方向に沿って二つのチューブ１１の間に延びている。【選択図】図４

Description

本発明は、ＥＧＲクーラに関する。

特許文献１などにより、自動車などの排気ガスを冷却するＥＧＲクーラが知られている。

特開２０１４－１５２６２６号公報

ＥＧＲクーラには、内燃機関から流れ込むＥＧＲガスのガス導入口が設けられている。ガス導入口におけるＥＧＲガスの圧力は定常ではなく、内燃機関の動作によって周期的に変動する脈動が発生している。
ところで、ガス導入口が複数ある場合、エンジンの点火タイミングのずれや内燃機関からＥＧＲクーラまでを接続する配管の長さによるずれによって、互いのガス導入口における脈動の周期がずれていることがある。このとき、各ガス導入口の圧力差が平均化される脈動の干渉が発生することにより、ガス導入口で得られる最大圧力が低下し、ＥＧＲクーラ内において所望のＥＧＲガスの流れが得られないことがある。そこで、脈動の干渉を抑えつつ、かつ、通気抵抗の増大が抑制されたＥＧＲクーラの開発が望まれていた。

本発明は、脈動の干渉を抑えつつ、かつ、通気抵抗の増大が抑制されたＥＧＲクーラを提供する。

本発明の一側面に係るＥＧＲクーラは、
内部に排気ガスが流れ、断面視において第一方向よりも第二方向の方が長い略矩形状の偏平なチューブと、
前記第一方向に配列された状態で複数の前記チューブが収容されたケーシングと、
排気ガスを前記チューブに導入する単一のガス入口部と、を有し、
前記ガス入口部は、二つのガス導入口を備え、
前記ガス入口部には、各々の前記ガス導入口から前記チューブまでの空間を互いに独立した二つの空間に隔てる仕切り部が設けられており、
前記チューブ側から前記ガス入口部側を前記チューブの延びる方向に直交する断面で見たとき、前記仕切り部の前記チューブ側の端部が前記第二方向に沿って二つの前記チューブの間に延びている。

本発明によれば、ガス導入口からチューブまでの空間を互いに独立した二つの空間に隔てる仕切り部が、ガスの流れを阻害しないように設けられているので、脈動の干渉を抑えつつ、かつ、通気抵抗の増大が抑制されたＥＧＲクーラを提供する。

本発明の第一実施形態に係るＥＧＲクーラの斜視図である。第一実施形態に係るＥＧＲクーラの分解斜視図である。第一実施形態に係るＥＧＲクーラを上方から見た断面図である。図３におけるＩＶ－ＩＶ断面をガス入口部から見た断面矢視図である。第一実施形態に係るガス入口部を上方から見た断面図である。第二実施形態に係るガス入口部を上方から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

また、本実施形態の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「前後方向」、「上下方向」について適宜言及する。ここで、「上下方向」は、「上方向」及び「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」及び「後方向」を含む方向である。「左右方向」は、「左方向」及び「右方向」を含む方向である。以降に説明する図中に示した符号Ｕは上方向を示す。符号Ｄは下方向を示す。符号Ｆは前方向を示す。符号Ｂは後方向を示す。符号Ｌは左方向を示す。符号Ｒは右方向を示す。なお、ＥＧＲクーラを車両に取り付けたときにこれらの方向が車両について設定される各々の方向と一致するとは限らない。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係るＥＧＲクーラ１の斜視図である。図１に示したようにＥＧＲクーラ１は、熱交換部１０と、熱交換部１０へ排気ガスを導入するガス入口部２０と、熱交換部１０から排気ガスを排出するガス出口部３０と、熱交換部１０へ冷却水を導入する水入口部４０と、熱交換部１０から冷却水を排出する水出口部５０（図２参照）と、を有している。

図１に示した例においては、熱い排気ガスが前方からガス入口部２０を通って熱交換部１０へ流れ込み、熱交換部１０の内部で冷却水と熱交換が行われ、冷却された排気ガスは熱交換部１０からガス出口部３０を通って後方へ排出される。また、冷たい冷却水は下方から熱交換部１０の後部の水入口部４０を通って熱交換部１０へ流れ込み、熱交換部１０の内部で排気ガスと熱交換を行い、加熱された冷却水は熱交換部１０の前部の水出口部５０を通って下方へ排出される。図示したＥＧＲクーラ１は、熱交換部１０において排気ガスの流れる向きに対して冷却水の流れる向きが逆方向である、いわゆる対向流タイプのＥＧＲクーラである。

図２は、ＥＧＲクーラ１の分解斜視図である。図３は、上方から見たＥＧＲクーラ１の断面図である。図２に示したように、熱交換部１０は、複数のチューブ１１と、これらのチューブ１１を収容するケーシング１２を有している。
チューブ１１は中空の部材であり、その内部に排気ガスが流れる。チューブ１１は、断面視において第一方向よりも第二方向の方が長い偏平な略矩形状である。図示した例では、第一方向とは左右方向であり、第二方向とは上下方向である。
ケーシング１２は、第一方向に配列された状態で複数のチューブ１１を収容している。ケーシング１２内に収容されるチューブ１１の本数は、何本であっても構わないが、本実施形態においては、チューブ１１は１１本設けられている。
排気ガスはチューブ１１の内部を流れる。冷却水はケーシング１２の内部でチューブ１１の間の空間を流れる。チューブ１１の内部にはフィン１７が設けられており、排気ガスと冷却水との熱交換を助けている。チューブ１１の外面には、冷却水に乱流を引き起こして熱交換を促進するディンプル１３が設けられている。

ケーシング１２は前後方向に長い角筒状の部材である。ケーシング１２の前方の端部の開口には前エンドプレート１４が取り付けられている。ケーシング１２の後方の端部の開口には後エンドプレート１５が取り付けられている。ガス入口部２０は前エンドプレート１４を介してケーシング１２に取り付けられている。ガス出口部３０は後エンドプレート１５を介してケーシング１２に取り付けられている。チューブ１１はこれら前エンドプレート１４と後エンドプレート１５に取り付けられている。

図４は図３のＩＶ－ＩＶ断面における断面図である。図５は、上方から見たガス入口部２０の断面図である。図４および図５に示すように、前エンドプレート１４には、チューブ１１に対応する複数の位置にそれぞれ開口１４ａが設けられている。前エンドプレート１４の開口１４ａには、チューブ１１が嵌合されている。ガス入口部２０に導入された排気ガスは、開口１４ａに嵌合されたチューブ１１内に流れる。
後エンドプレート１５には、チューブ１１に対応する複数の位置にそれぞれ開口が設けられている。後エンドプレート１５の開口には、チューブ１１が嵌合されている。チューブ１１内を通過した排気ガスは後エンドプレート１５の開口を介してガス出口部に流れる。前エンドプレート１４の複数の開口１４ａの間、および、後エンドプレート１５の複数の開口の間は閉塞されており、ケーシング１２とチューブ１１と前エンドプレート１４と後エンドプレート１５の間に密閉された空間が形成されている。冷却水はこの密閉された空間内を流れる。

ガス入口部２０は、２つのガス導入口２１ａ，２１ｂと、仕切り部２２と、を有する。ガス導入口２１ａ，２１ｂは内燃機関からＥＧＲクーラ１までを接続するパイプに、直接的または間接的に接続されていて、内燃機関で熱せられて排出された排気ガスをガス入口部２０の内部に取り込む。仕切り部２２は、２つのガス導入口２１ａ，２１ｂの間からチューブに向かって延びている。つまり、仕切り部２２は、ガス導入口２１ａ，２１ｂからチューブ１１までの空間を、左方と右方の２つの独立した空間に隔てている。以降の説明において、左方に位置する空間を左ガス通路と、右方に位置する空間を右ガス通路と呼ぶことがある。なお、仕切り部２２は、左ガス通路と右ガス通路とを略半々に分けるように設けられている。

仕切り部２２のチューブ１１側の端部は、チューブ１１の扁平な方向（本実施形態では上下方向）に沿って延びる対向部２２ａ（第一部に相当）と、上下方向に対して交差するように延びる渡し部２２ｂ（第二部に相当）と、を有する。さらに、対向部２２ａは、第一対向部２２ａＡと第二対向部２２ａＢを有する。第一対向部２２ａＡは、前方から見ると、隣り合うチューブ１１の間に設けられている。また、第二対向部２２ａＢも、隣り合うチューブ１１の間に設けられていて、第二対向部２２ａＢは、第一対向部２２ａＡからチューブ１１を１本挟んで配置されている。
チューブ１１が偶数本設けられている場合、必ずしも渡し部２２ｂは設けられなくても良い。しかし、チューブ１１が奇数本設けられている場合は、ガス入口部２０内の空間を左ガス通路と右ガス通路とに略半々に分けるために、チューブ１１を横切るように配置される渡し部２２ｂが必要となる。

ここで、第一対向部２２ａＡの長さをｌ_１ａ、第二対向部２２ａＢの長さをｌ_１ｂ、渡し部２２ｂの長さをｌ_２とすると、次式を満たす。
ｌ_２／（ｌ_１ａ＋ｌ_１ｂ）≦１／３

また、本実施形態におけるガス入口部２０においては、仕切り部２２とチューブ１１との間に隙間Ｓが設けられている。このとき、隙間Ｓは、隙間Ｓの寸法が２ｍｍ以下であるように設けられている。

次に、ガス入口部２０における排気ガスの流れについて、図４および図５を用いて説明する。図５において排気ガスは前方から後方に向かって流れる。ガス入口部２０内を左ガス通路と右ガス通路とに隔てる仕切り部２２が設けられているので、ガス導入口２１ａ，２１ｂから導入された排気ガスは互いに混じりあうことなくチューブ１１まで達する。チューブ１１に達した排気ガスの多くは、複数あるチューブ１１のうち、最も近い位置にあるチューブ１１に流れ込もうとするので、チューブ１１近傍においても、２つのガス導入口２１ａ，２１ｂが導入された排気ガスはほとんど混じりあうことがなく、チューブ１１に流入する。

ここで、仕切り部２２の対向部２２ａはチューブ１１が扁平な方向である上下方向に延びており、さらに、対向部２２ａは、隣り合うチューブ１１の間に位置している。この対向部２２ａは、チューブ１１を塞がないように配置されているので、排気ガスのチューブ１１への流入が、対向部２２ａによって妨げられにくい。

本実施形態に係るＥＧＲクーラにおいて、ガス入口部２０には、各々のガス導入口２１ａ，２１ｂからチューブ１１までの空間を互いに独立した二つの空間である左ガス通路と右ガス通路とに隔てる仕切り部２２が設けられているので、左ガス通路と右ガス通路とを流れる排気ガスは、互いに混じりあうことなく、チューブ１１に流入する。また、仕切り部２２のチューブ１１側の端部は、チューブ１１が扁平な方向である上下方向に沿って、二つのチューブ１１の間に延びているので、排気ガスは、仕切り部２２によって、チューブ１１への流入が妨げられにくい。これにより、脈動の干渉を抑えつつ、かつ、通気抵抗の増大が抑制されたＥＧＲクーラ１が提供される。

本実施形態に係るＥＧＲクーラ１において、チューブ１１が奇数本設けられていて、仕切り部２２のチューブ１１側の端部は、第二方向である上下方向に沿って二つのチューブ１１の間に延びる第一部である対向部２２ａと、上下方向に交差する方向に延びる第二部である渡し部２２ｂとを有し、渡し部２２ｂの長さは対向部２２ａの長さの１／３以下であるので、チューブ１１を塞ぐように延びるため排気ガスがチューブ１１に流入する流れを阻害する虞がある渡し部２２ｂは、対向部２２ａと比べて短い。これにより、チューブ１１が奇数本設けられている場合においても、通気抵抗の増大を必要最低限に抑制できる。

本実施形態に係るＥＧＲクーラ１において、チューブ１１が延びる方向に直交する方向であるＥＧＲクーラ１の上方から見たとき、仕切り部２２のチューブ１１側の端部とチューブ１１との間に隙間Ｓが存在する。ガス入口部２０およびチューブ１１を通過する排気ガスは高温であるため、ガス入口部２０およびチューブ１１は熱により膨張する場合がある。このとき、仕切り部２２とチューブ１１との間に隙間Ｓが設けられているので、ガス入口部２０およびチューブ１１が膨張したときに、ガス入口部２０とチューブ１１とが互いに接触して干渉することを低減できる。

本実施形態に係るＥＧＲクーラ１において、ガス入口部２０とチューブ１１との間に設けられる隙間Ｓは２ｍｍ以下であるので、隙間Ｓは、ガス入口部２０およびチューブ１１の膨張を考慮した分だけ設けられている。このとき、二つのガス導入口２１ａ，２１ｂから導入された排気ガスが隙間Ｓを通って互いに混じりあうことをより抑制するので、脈動の干渉をより低減することができる。

次に、第二実施形態に係るＥＧＲクーラついて説明する。なお、第一実施形態の説明において既に説明された部材と実質的に同一の部材については、同一の参照番号を付し、繰り返しとなる説明は省略する。

図６は、第二実施形態に係るガス入口部２０Ａを上方から見た断面図である。第二実施形態に係るガス入口部２０Ａは、第一実施形態に係るガス入口部２０と比べると、仕切り部２２Ａがチューブ１１と接合されており、第一実施形態に係るガス入口部２０には存在した隙間Ｓは、第二実施形態においては存在しない点が異なっている。
なお、本実施形態においては、仕切り部２２Ａと前エンドプレート１４を貫通しているチューブ１１とが接合されるように構成されているが、仕切り部が前エンドプレートと接合されるように構成されても良い。

本実施形態に係るＥＧＲクーラにおいて、仕切り部２２Ａは、チューブ１１に接合されているので、チューブ１１近傍において、左ガス通路と右ガス通路とを流れる排気ガスが混ざりあうことをより低減できる。これにより、脈動の干渉をより抑制することができる。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明した。本実施形態は本開示の一例であって、上述した実施形態に限定されず、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所等は、本発明を開示できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、本実施例においては、水入口部が水出口部よりも後方にあるＥＧＲクーラを例に挙げて説明したが、水入口部が水出口部よりも前方にあって、冷却水が流れる方向と排気ガスが流れる方向とが同じ方向であるＥＧＲクーラであってもよい。

１ＥＧＲクーラ
１０熱交換部
１１チューブ
１２ケーシング
１３ディンプル
１４前エンドプレート
１４ａ開口
１５後エンドプレート
１７フィン
２０，２０Ａガス入口部
２１ａ，２１ｂガス導入口
２２，２２Ａ仕切り部
２２ａ対向部
２２ａＡ第一対向部
２２ａＢ第二対向部
２２ｂ渡し部
３０ガス出口部
４０水入口部
５０水出口部

Claims

内部に排気ガスが流れ、断面視において第一方向よりも第二方向の方が長い略矩形状の偏平なチューブと、
前記第一方向に配列された状態で複数の前記チューブが収容されたケーシングと、
排気ガスを前記チューブに導入する単一のガス入口部と、を有し、
前記ガス入口部は、二つのガス導入口を備え、
前記ガス入口部には、各々の前記ガス導入口から前記チューブまでの空間を互いに独立した二つの空間に隔てる仕切り部が設けられており、
前記チューブ側から前記ガス入口部側を前記チューブの延びる方向に直交する断面で見たとき、前記仕切り部の前記チューブ側の端部が前記第二方向に沿って二つの前記チューブの間に延びている、ＥＧＲクーラ。
前記チューブは奇数本あり、
前記チューブ側から前記ガス入口部側を前記チューブの延びる方向に直交する断面で見たとき、前記仕切り部の前記チューブ側の端部は、前記第二方向に沿って二つの前記チューブの間に延びる第一部と、前記第二方向に交差する方向に延びる第二部とを有し、前記第二部の長さは前記第一部の長さの１／３以下である、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
前記チューブが延びる方向に直交する方向から見たとき、前記仕切り部の前記チューブ側の端部と前記チューブとの間に隙間が存在する、
請求項１または２に記載のＥＧＲクーラ。
前記隙間は２ｍｍ以下である、
請求項３に記載のＥＧＲクーラ。
前記ケーシングは、
開口を有する筒状部と、
前記開口を閉塞するエンドプレートと、を有し、
前記エンドプレートは、冷却水が流れる前記ケーシング内部の冷却空間と前記排気ガスが流れる前記ガス入口部とを隔てており、
前記チューブは前記エンドプレートを貫通して前記ガス入口部から前記冷却空間に延びており、
前記仕切り部は、前記チューブまたは前記エンドプレートに接合されている、
請求項１または２に記載のＥＧＲクーラ。