JP3022963B2 - Egr熱交換装置 - Google Patents

Egr熱交換装置

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JP3022963B2 JP10123859A JP12385998A JP3022963B2 JP 3022963 B2 JP3022963 B2 JP 3022963B2 JP 10123859 A JP10123859 A JP 10123859A JP 12385998 A JP12385998 A JP 12385998A JP 3022963 B2 JP3022963 B2 JP 3022963B2
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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気系
と吸気系とを再循環する経路に設けられるEGR熱交換
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】いわゆるEGR(Exhaust Ga
s Recirculation・排気再循環)方式
は、エンジンからの排出ガスの一部を排気系から抜き出
して、吸気系に再循環させ、排気という不活性ガスを混
合気に追加することにより、その熱容量を高め、燃焼最
高温度を抑えて地窒素酸化物を低減する。
【0003】このEGRは図9(a)に示すように、エ
ンジン1の排気系9からの排気ガス2の一部を再循環経
路3に沿って配管されるEGRパイプ16を経由して吸
気系4に送るものであるが、吸気系4に送り込まれる際
の排気ガス2としてのEGRガスの温度は高温過ぎると
(例えば300度以上)EGRの効果が低下する。この
ため、図9(b)に示すように、通常、上記再循環経路
3の途中にEGR熱交換装置15を設けて排気ガス2の
熱を冷却する方法が用いられている。吸気系4との間に
はEGRバルブ10が設けられ、このEGRバルブ10
によって適時流量を調節する。
【0004】上記EGR熱交換装置5は積層タイプと呼
ばれているものであり、これは図10(a)(b)に示
すように、所定の間隔をおいて冷却液が通過するチュー
ブ6が積層され、これらチューブ6間に排気ガス2が通
過するフィン7が配置され、全体をアウタケース8で覆
い、このアウタケース8の両端部は円錐形筒状のヘッダ
11が取付けられている。このヘッダ11の中央部には
排気ガス2を通過させる開口部12が設けられている。
【0005】図10(b)に示すように、上記アウタケ
ース8は、上部側のアッパケース8a及び下部側のロア
ーケース8bからなり、両者はアウタケース8の中央の
接合部で溶接13により接続されている。またアウタケ
ース8と上記ヘッダ11との接合部についても溶接14
により接続されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記積層タイプ
のEGR熱交換装置は、チューブ6、フィン7等の積層
部材の積層方向Hについてはクリアランス管理が難しい
という問題がある。即ち、アウタケース8装着の際、ア
ッパケース8a及びロアーケース8bを接合部方向に適
度に押さえつけ積層部材がガタつかないように収納し、
かつ部品の寸法誤差を適切に吸収する必要がある。ま
た、アッパケース8aとロアーケース8bとを接続して
アウタケース8とした端部に、ヘッダ11を適正に装着
する必要がある。
【0007】このため、個々の接続について個別に対処
する必要があることから、アッパケース8aとロアーケ
ース8bとの接続ではろう接が困難であり、通常は溶接
により接続される。このようなことから、製造に際して
は、組立工数及び負荷が増え製造コストの負担となって
いた。
【0008】一方、上記積層タイプのEGR熱交換装置
は、所定の大きさの箱型形状のものであり、設置のため
には相当の配置スペースを確保する必要がある。大型の
車両等エンジン周りに比較的余裕のある車両については
大きな制約とはなりにくいが、特に、エンジン排気量の
小さい乗用車或いは小型トラック等ではエンジン周りの
レイアウトに大きな制約が生じる。このように、上記E
GR熱交換装置は、目標とする熱交換性能を満足させる
ためにはそれなりの容積が必要となり、これがエンジン
回りのレイアウト上の制約になり、その配置場所を確保
する上で問題があった。
【0009】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、製造工程が削減でき製造容易な、また設置に特
別のスペースを要しないコンパクトなEGR熱交換装置
を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】以上の技術的課題を解決
するため、本発明は、図1乃至図3に示すように、エン
ジンの排気ガスの一部を排気系から抜き出して吸気系に
再循環させる再循環経路に設けられ、排気ガスの熱交換
を行うEGR熱交換装置において、冷却液が通過し複数
に積層形成されるインナチューブ22、及びこれらイン
ナチューブ22間に設けられ排気ガスが通過するフィン
23を有する積層部材29と、上記積層部材29の積層
方向の略半分の一方側を覆い、上記インナチューブ22
と連結される冷却液の注液口及び排液口が突出する一の
ケース24、及び積層方向の略半分の他の側を覆う他の
ケース25とからなり、各ケース24,25の端部近傍
を外側に屈曲形成しかつ端部同士を重ねてこの部位に積
層方向に所定の幅を有し両ケースをろう付けにより接合
する帯状部26,27を外側に膨出形成させて設け、こ
れらのケース24,25を接合した状態では両端部が括
れてそれぞれ排気ガスの流入口34及び流出口35が形
成されるアウタケース21とを有し、接合に際し、上記
両ケースに一定の圧力を加えて上記積層部材29の積層
方向の誤差を上記帯状部26,27の幅内で吸収しつ
つ、上記積層部材29を両ケース内に隙間のないように
収納し、この状態でろう付けにより両ケース24,25
を上記帯状部26,27で固着した構成である。
【0011】また、本発明に係るEGR熱交換装置は、
図5乃至図7に示すように、エンジンの排気ガスの一部
を排気系から抜き出して吸気系に再循環させる再循環経
路に設けられ、排気ガスの熱交換を行うEGR熱交換装
置において、排気ガスが通過し、予め必要なライン形状
に加工され、中央部に1本その周辺に6本が配置された
インナチューブ42と、断面半円状にプレス加工された
アッパケース53及びロアーケース54からなるアウタ
ケース41とを有し、上記各ケース53,54の端部
を、ケース同士を嵌め込む方向に所定の幅を有して重
ね、この部位にろう付により接合される帯状部55,5
6を形成し、内部に上記インナチューブ42が長尺方向
にわたって収納されるとともに、長尺方向は上記再循環
経路の設置部位の形状に沿った形状に形成される一方、
一の端部に排気ガスの流入口48を他の端部に排気ガス
の流出口49をそれぞれ形成し、インナチューブ42の
端部には遮蔽板47が設けられ、この遮蔽板47に設け
た孔51とインナチューブ42とを連結させるととも
に、遮蔽板47はアウターケース41の端部に取り付け
られて内外を遮蔽し、上記ケースの端部近傍の排気ガス
の流入口48側に冷却液の注液口44を、排気ガスの流
出口49側に冷却液の排液口46をそれぞれ形成して上
記インナチューブ42との間に冷却水を通過させる構成
である。
【0012】
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明に係るEGR熱交換装
置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1乃至図
3は、第1の実施の形態に係るEGR熱交換装置を示し
たものである。このEGR熱交換装置20は上記従来の
EGR熱交換機と同様に再循環経路3の途中に設けられ
る。
【0014】この熱交換装置20は、両端部が括れた筒
状のアウタケース21、及びこのアウタケース21に収
納される積層部材29を有し、この積層部材29は、所
定の間隔をおいて積層形成され冷却液5が通過する偏平
なインナチューブ22と、これらインナチューブ22間
に設けられ排気ガス2が通過するフィン23とからな
る。
【0015】またアウタケース21は、アッパケース2
4及びロアーケース25から構成され、各ケース24,
25の接合部に沿って、それぞれ積層方向に所定の幅W
を有する帯状部26,27が形成されている。このアウ
タケース21は、従来と異なり、ヘッダ11をアウタケ
ース21と一体化しており、アッパケース24及びロア
ーケース25をそれぞれの帯状部26,27で接合すれ
ば、アウタケース21が形成される。
【0016】その際、帯状部26,27の幅W内であれ
ば、いずれの位置であっても接合が可能であり、上記積
層部材29の積層方向の誤差を帯状部26,27の幅W
内で吸収することができる。このため接合に際しては、
アッパケース24とロアーケース25に対して一定の圧
力を加え、積層部材29をアウタケース21内に隙間の
ないように適切に収納し、この位置で両ケース24,2
5を固着すればよい。したがって、従来技術で行われて
いたクリアランス管理は特に必要がなくなり、アッパケ
ース24とロアーケース25との接合では、ろう接が可
能となり、この実施の形態ではニッケルろう材を用いた
ろう接を採用した。
【0017】また、アウタケース21の一端部には、エ
ンジンからの排気ガス2の流入口34が形成され、他端
部には冷却された排気ガス2の流出口35が形成されて
いる。これら流入口34及び流出口35には、それぞれ
再循環経路3と連結するための連結フランジ36,37
がろう付けにより取付けられている。また、アッパケー
ス24の流入口34側には冷却液の注液口31が、また
流出口35側には排液口32がそれぞれ筒状に突出形成
されている。これら注液口31及び排液口32は、積層
部材29内を上下に通過する筒状部30を介して各層の
インナチューブ22と連通している。一方、ロアーケー
ス25の外面の略中央には固定具33がろう接されてい
る。
【0018】冷却に際して、排気ガス2の流入口34側
に冷却液5の排液口32を設けるか、或いは逆に注液口
31を設けるか、即ち対向流とするか並行流とするかで
あるが、冷却液が排気ガス2より受けとる熱量は、対向
流であっても並行流であっても大きな差異はない。しか
し、図4(a)(b)に示すように、冷却液5の排液口
32を基準に熱量を比較した場合、並行流における温度
差T2が、対向流のT1より小さく、並行流の方が、冷
却液の出口である排液口32周辺での局部沸騰が起きに
くい。このため、この実施の形態においては、並行流を
採用し、排気ガス2の流入口34側に冷却液の注液口3
1を、また流出口35側に排液口32を設けた。
【0019】装置の取付けに際しては、排気ガス2の再
循環経路3の排気系9側にEGR熱交換装置20の流入
口34を、エンジンの吸気系4側に流出口35をそれぞ
れ連結する。また、エンジンのラジエータ(図示せず)
から送られる冷却液の連通管にEGR熱交換装置20の
注液口31を接続し、ラジエータに戻す冷却液の連通管
に排液口32を接続する。
【0020】運転中は、冷却液5は注液口31から筒状
部30を経てインナチューブ22に流れ込み、インナチ
ューブ22を介してフィン23を冷却し、排液口32か
ら流出する。一方、流入口34から流入した高熱の排気
ガス2はフィン23を通過し、ここで冷却されて流出口
35から流出して吸気系4に送られる。
【0021】この第1の実施の形態に係るEGR熱交換
装置によれば、従来と異なり、ヘッダ11をアウタケー
ス21と一体化して、アウタケース21を、アッパケー
ス24及びロアーケース25から構成し、さらに各ケー
ス24,25の接合部に帯状部26,27を形成したか
ら、上記積層部材29の積層方向の誤差を帯状部26,
27の幅W内で吸収することができ、このため従来技術
で行われていたクリアランス管理は必要なくなり、アッ
パケース24とロアーケース25との接続では、一体ろ
う付けが可能となり、また他の接合部についても全てろ
う付けを採用しており、これにより従来の溶接工程が省
略され、製造工数が低減されてコストダウンが図れた。
【0022】図5乃至図7は、第2の実施形態に係るE
GR熱交換装置40を示したものである。このEGR熱
交換装置40は長尺状で、再循環経路3に沿った形状に
形成されて、また外部は筒状のアウタケース41で覆わ
れ、このアウタケース41の内部には7本のインナチュ
ーブ42が配設されている。
【0023】この熱交換装置40は、予め必要なライン
形状に加工したインナチューブ42を所定性能を満足さ
せる本数だけ(例えば7本)束ね、これに別途プレス加
工したアウタケース41を被せて冷却液路を形成したも
のである。これら7本のインナチューブ42は全て同一
径のものであり、中央部に1本のインナチューブ42を
配置し、その周辺に6本のインナチューブ42を均一に
配置したものである。この各インナチューブ42内は排
気ガス2が通過し、またアウタケース41内面とインナ
チューブ42外面との間の隙間部分は冷却液5が通過す
る。
【0024】アウタケース41の一方の端部は、排気ガ
ス2の流入口48が形成され、他の端部には排気ガス2
の流出口49が形成されている。また、アウタケース4
1の流入口48側には冷却液の注液口44が、流出口4
9側には排液口46がそれぞれ筒状に突出形成されてい
る。
【0025】図6に示すように、アウタケース41は、
断面半円状のアッパケース53及びロアーケース54か
ら構成され、各ケース53,54の接合部に沿って、そ
れぞれ帯状部55,56が形成されている。これら両ケ
ース53,54は、帯状部55,56の箇所をニッケル
ろう材を用いたろう付けにより接合する。インナチュー
ブ42の端部には遮蔽板47が設けられ、この遮蔽板4
7に設けた孔51とインナチューブ42とは連通させて
いる。また遮蔽板47はアウタケース41の端部に取り
付けられ内外を遮蔽しており、さらにアウタケース41
の端部には排気ガス2の流入口48(流出口49)を形
成するヘッダ57が延設されている。アウタケース41
の途中には固定具52がろう付けされている。図7は、
アウタケース41をより具体的に示したものである。
【0026】このEGR熱交換装置40は、この装置4
0が取付けられるエンジン回りの形状に沿ったライン形
状に成形されており、装置40を設置するために特別の
スペースを確保する必要はない。また、このEGR熱交
換装置40の長さは、エンジン型の大小等に応じ、また
車両の形態等に応じて、適宜に設定されるが、要は、従
来のEGR熱交換装置に比べて長い形状にして径を小さ
くするとともに設置部位の形状に沿った形状に構成した
ものである。
【0027】EGR熱交換装置40の取付けに際して
は、再循環経路3の排気系9側に装置40の流入口48
を連結し、吸気系4側に流出口49を連結する。また、
エンジンのラジエータ(図示せず)からの冷却液の連通
管に装置40の注液口44を接続し、ラジエータに冷却
液を戻す連通管に排液口46を接続する。この場合、排
気ガス流に対する冷却液の流れは同一方向の並行流を採
用し、冷却液5の注液口44を排気ガス2の流入口48
側に設けている。
【0028】運転中は、EGR熱交換装置40の流入口
48から流入した高熱の排気ガス2はヘッダ57内を通
過して遮蔽板47の7つの孔11からそれぞれインナチ
ューブ42に流れ込む。一方、冷却液は注液口44から
アウタケース41内に注がれ、7本のインナチューブ4
2間の隙間を通過してインナチューブ42内の排気ガス
2を冷却する。
【0029】したがって、上記第2の実施の形態に係る
EGR熱交換装置40は、自由度のあるコンパクトな設
計が可能であり、エンジン回りに特別にスペースを確保
しなくても好適に設置をすることができ、このためエン
ジン回りのレイアウトに制約を与えないという効果があ
る。特に、装置40の設置のために特別のスペースを確
保する必要がないことから、スペースの限られた小型車
両等に有効である。また、このEGR熱交換装置40
は、接合部分の全てにろう付を用いたことから、溶接工
程が省略できコストダウンが図れた。
【0030】図8は第3の実施の形態に係るEGR熱交
換装置60を示したものである。この熱交換装置60
は、第2の実施の形態の装置と同様、再循環経路に沿っ
て設けられる。この熱交換装置の外部は筒状のアウタケ
ース61で覆われ、このアウタケース61の内部には1
本のインナチューブ62が配設されている。
【0031】アウタケース61の一方の端部は、排気ガ
ス2の流入口68が形成され、他の端部には排気ガス2
の流出口69が形成されている。また、アウタケース6
1の流入口68側には冷却液の注液口64が、流出口6
9側には排液口66がそれぞれが筒状に突出形成されて
いる。アウタケース61の両端部には、筒状のヘッダ6
7が取付けられインナチューブ62との間が閉塞されて
いる。
【0032】このアウタケース61及びインナチューブ
62はともに、筒の内面外面が筒長手方向に波形状をな
している。この波形の形状は、特に特定されるものでは
なく、要は凹凸が繰り返される形状であればよい。この
図8(a)(b)の部分断面部Aに示すように、このイ
ンナチューブ62内には排気ガス2が流れ、またアウタ
ケース61とインナチューブ62との間には冷却液5が
流れる。このアウタケース61についても、第2の実施
の形態と同様に、接合部は全てニッケルろう材を用いて
ろう付けにより接合する。
【0033】このEGR熱交換装置60は図8(a)に
示すように、当初直線状に形成し、上記ろう付けの後、
図8(b)に示すようにこの装置60が取付けられるエ
ンジン回りに沿った形状に曲げられる。装置60の取付
けに際しては、第2の実施の形態と同様であり、再循環
経路及びラジエータ冷却液の循環系に連結し、また排気
ガス流に対する冷却液流は並行流を採用し、排気ガス2
の流入口68側に冷却液の注液口64を設けている。
【0034】運転中は、排気ガス2の流入口68から流
入した高熱の排気ガス2はインナチューブ62を流れ、
一方、冷却液5は注液口64からアウタケース61内に
注がれ、アウタケース61とインナチューブ62との間
を通過し、インナチューブ62内の排気ガス2を冷却す
る。
【0035】この第3の実施の形態に係るEGR熱交換
装置60は、熱交換の効率を高めるため、インナチュー
ブ62の表面裏面部、及びアウタケース61の表面裏面
部ともに波形に形成して表面積を広くしかつフレキシビ
リティをもたせている。
【0036】したがって、このEGR熱交換装置60を
用いれば、エンジン回りの限られた空間であっても好適
に配置をすることができ、エンジン回りのレイアウトに
制約を与えない、自由度のあるコンパクトなEGR熱交
換装置が提供できる。また熱交換装置60は、フレキシ
ビリティに富んだ2種類のチューブで2重管を構成し、
管に凸凹を設けたので、熱伝導が向上され、加えて曲げ
加工が容易で施工性がよいという効果が得られた。特
に、このEGR熱交換装置60は設置に際しては特別の
スペースを確保する必要がないことから、小型車両など
において有用である。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るEG
R熱交換装置によれば、冷却液が通過するインナチュー
ブ、及び排気ガスが通過するフィンを有する積層部材
と、積層部材の積層方向の略半分の一方側を覆う一のケ
ース、及び他の側を覆う他のケースからなり、各ケース
の端部同士を重ねてこの部位に積層方向に所定の幅を有
し両ケースをろう付けにより接合する帯状部を外側に膨
出形成させて設け、両端部に排気ガスの流入口及び流出
口が形成されるアウタケースとを有し、積層部材の積層
方向の誤差を帯状部で吸収する構成を採用したから、積
層部材の積層方向の誤差を帯状部で自由に吸収すること
ができ、このためクリアランス管理は必要なくなり、一
のケースと他のケースとの接続では、一体ろう付けが可
能となり、これにより従来の溶接工程が省略され、製造
工数が低減されてコストダウンが図れるという効果があ
る。
【0038】また、本発明に係るEGR熱交換装置によ
れば、排気ガスが通過するインナチューブと、プレス加
工されたアッパケース及びロアーケースの端部を、ケー
ス同士を嵌め込む方向に所定の幅を有して重ね、この部
位にろう付により接合される帯状部を形成し、再循環経
路に沿った形状に形成し、内部にインナチューブを収納
し、インナチューブの端部には遮蔽板を設けて内外を遮
蔽して当該インナチューブとの間に冷却液を通過させる
アウタケースと、を有する構成を採用したから、装置が
コンパクトに形成され、エンジン回りに特別にスペース
を確保しなくても好適に設置をすることができ、このた
めエンジン回りのレイアウトに制約を与えることがな
く、特にスペースが限られレイアウトの難しい小型車両
などでは有用であり、またろう付けにより製造工数が省
略できコストダウンが図れるという効果がある。
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る係るEGR熱
交換装置の斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るEGR熱交換
装置につき(a)は側面図を、(b)は断面図(A−A
線)を示す。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るEGR熱交換
装置の断面図(図2B−B線)を示す。
【図4】排気ガスと冷却液との温度分布を示すグラフで
あり(a)は対向流、(b)は並行流の場合を示す。
【図5】第2の実施の形態に係る係るEGR熱交換装置
につき(a)は再循環経路の概念図、(b)は熱交換装
置の斜視図を示す。
【図6】第2の実施の形態に係る係るEGR熱交換装置
の分解斜視図である。
【図7】第2の実施の形態に係る係るEGR熱交換装置
につき(a)は側面図、(b)は断面図(C−C線)、
(c)は断面図(D−D線)、(d)は部分詳細図(E
矢視)を示す。
【図8】第3の実施の形態に係る係るEGR熱交換装置
の側面図であり(a)は屈曲前、(b)は屈曲後を示
す。
【図9】従来例に係るEGRの再循環経路につき(a)
は概念図、(b)はEGR熱交換装置を配置した図を示
す。
【図10】従来例に係るEGR熱交換装置につき(a)
は正面からみた断面図(b)は側面からみた断面図を示
す。
【符号の説明】
21,41,61 アウタケース 22,42,62 インナチューブ 23 フィン 24 一のケース 25 他のケース 26,27 帯状部 29 積層部材 34,35 開口部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 25/07 580 F28D 1/06 F28F 3/08 301 F28F 9/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排気ガスの一部を排気系から
    抜き出して吸気系に再循環させる再循環経路に設けら
    れ、排気ガスの熱交換を行うEGR熱交換装置におい
    て、 冷却液が通過し複数に積層形成されるインナチューブ、
    及びこれらインナチューブ間に設けられ排気ガスが通過
    するフィンを有する積層部材と、 上記積層部材の積層方向の略半分の一方側を覆い、上記
    インナチューブと連結される冷却液の注液口及び排液口
    が突出する一のケース、及び積層方向の略半分の他の側
    を覆う他のケースとからなり、各ケースの端部近傍を外
    側に屈曲形成しかつ端部同士を重ねてこの部位に積層方
    向に所定の幅を有し両ケースをろう付けにより接合する
    帯状部を外側に膨出形成させて設け、これらのケースを
    接合した状態では両端部が括れてそれぞれ排気ガスの流
    入口及び流出口が形成されるアウタケースとを有し、 接合に際し、上記両ケースに一定の圧力を加えて上記積
    層部材の積層方向の誤差を上記帯状部の幅内で吸収しつ
    、上記積層部材を両ケース内に隙間のないように収納
    し、この状態でろう付けにより両ケースを上記帯状部で
    固着したことを特徴とするEGR熱交換装置。
  2. 【請求項2】 エンジンの排気ガスの一部を排気系から
    抜き出して吸気系に再循環させる再循環経路に設けら
    れ、排気ガスの熱交換を行うEGR熱交換装置におい
    て、 排気ガスが通過し、予め必要なライン形状に加工され
    中央部に1本その周辺に6本が配置されたインナチュー
    ブと、 断面半円状にプレス加工されたアッパケース及びロアー
    ケースからなるアウタケースとを有し、上記 各ケースの端部を、ケース同士を嵌め込む方向に所
    定の幅を有して重ね、この部位にろう付により接合され
    る帯状部を形成し、内部に上記インナチューブが長尺方
    向にわたって収納されるとともに、長尺方向は上記再循
    環経路の設置部位の形状に沿った形状に形成される一
    方、一の端部に排気ガスの流入口を他の端部に排気ガス
    の流出口をそれぞれ形成し、インナチューブの端部には遮蔽板が設けられ、この遮蔽
    板に設けた孔とインナチューブとを連結させるととも
    に、遮蔽板はアウターケースの端部に取り付けられて内
    外を遮蔽し、 上記ケースの端部近傍の排気ガスの流入口側に冷却液の
    注液口を、排気ガスの流出口側に冷却液の排液口をそれ
    ぞれ形成して上記インナチューブとの間に冷却水を通過
    させことを特徴とするEGR熱交換装置。
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