JP3429143B2 - 排ガス冷却用の熱伝達装置 - Google Patents
排ガス冷却用の熱伝達装置Info
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Description
多数の通路を有し、その通路に流れ方向に対して斜めに
対をなして配置され、通路の少なくとも1つの壁から突
出する舌片が設けられており、かつ通路の外側を冷却剤
が循環している、内燃機関の排ガスを冷却する熱伝達装
置に関するものである。
おいては、通路はディスク形状の熱交換部材によって形
成され、熱交換部材の間にそれぞれ乱流挿入片が配置さ
れており、その乱流挿入片に流れ方向に対して斜めに延
びる、対をなして配置された舌片が設けられている。こ
のドイツ実用新案DE−U9406197.1から知ら
れている熱伝達装置は、それに課せられた課題を満足の
行くように満たしている。しかし、種々の車両のために
異なる組み立て高さの熱伝達部材を実現することは、著
しいコストを必要とする。というのは、その場合には個
々の部材を正確な寸法で異なる大きさで仕上げなければ
ならないからである。
同じ構造で異なる大きさで形成することができ、その場
合に個々の構成部材について必ずしも高い寸法許容誤差
を守る必要のない、冒頭で述べた種類の熱伝達装置を提
供することである。
通路として矩形パイプの束が設けられ、その矩形パイプ
の端部が格子形状のパイプ底部内に溶接されており、矩
形パイプの束がその束の輪郭に従った薄板ジャケットに
よって包囲され、薄板ジャケットに冷却剤入口と冷却剤
出口が設けられ、かつ薄板ジャケットがパイプ底部と接
続されており、薄板ジャケットの端部に溶接で取り付け
られたフランジ薄板が設けられ、そのフランジ薄板がそ
れぞれ中央の開口部によって矩形パイプの束へ開放され
ており、かつ排ガスパイプのパイプ片に固定するための
固定手段を有することによって解決される。
において、簡単な方法で形成することのできる薄板構成
部材から形成される。溶接は、レーザー溶接またはマイ
クロ−WIG−溶接として実施されると効果的である。
約1mmから3mmの厚みのスチール薄板から打ち抜かれた
格子状のパイプ底部には、矩形パイプの数と配置に従っ
て切欠きが設けられている。矩形パイプの間隔とそれに
伴ってパイプ底のウェブ幅は、それぞれ冷却剤の質量流
量に応じて変化し、同様に1mmから3mmの大きさにあ
る。パイプ底部の外側輪郭はフラットパイプの数と配置
によって形成される。薄板ジャケットも簡単な方法で、
パイプ底部と同様の薄板厚を有するスチール薄板から形
成される。薄板ジャケットはパイプ底部の輪郭に従った
段部において簡単な方法で角をつけることができる。固
定手段を有するフランジ薄板によって簡単な方法で、例
えば触媒を配置するのと同様にして、排ガスパイプの2
つのパイプ片間に熱伝達装置を配置することが可能にな
る。
イプはそれぞれ互いに溶接された2つのパイプシェルか
ら形成される。対をなして設けられる舌片は矩形パイプ
に直接固定し、あるいはこの矩形パイプの構成部分とす
ることができる。しかしまた、矩形パイプ内に配置され
る挿入物の構成部分としてもよい。本発明の他の実施例
においては、フランジ薄板の互いにほぼ直径方向に対向
する領域に、ねじジャケットが設けられている。それに
よって簡単な方法で排ガスパイプのパイプ片の相手側フ
ランジとの螺合が可能となる。
板ジャケットの、排ガスの流れ方向において前方のフラ
ンジ薄板の近傍に冷却剤入口が、そして後方のフランジ
薄板の近傍には冷却剤出口が設けられている。それによ
ってまず、冷却剤が排ガスに対して同方向の流れで熱伝
達装置を通して案内される。それによって、排ガスの流
入側における蒸気形成の危険が減少される。というのは
そこにおいては冷却剤は相対的に最も低い温度を有する
からである。
入口と冷却剤出口は薄板ジャケットの互いに反対となる
側に配置されている。この配置によって矩形パイプを巡
る冷却剤の個々の流れルートがほぼひとしい長さになる
ので、この矩形パイプを均一に循環することが保証され
る。本発明の他の実施形態においては、薄板ジャケット
は2つの予め成形された薄板シェルから組み立てられて
おり、薄板シェルは継ぎ合わせ結合によってパイプ底部
に接続される。2つの薄板シェルは溶接後に堅固で圧力
に強いハウジングを形成する。継ぎ合わせ結合を行うこ
とによって、溶接すべき部材が溶接前にすでに所定に組
み立てられているので、溶接工程を比較的容易に実施す
ることができるという利点が得られる。
においては、フランジ薄板が継ぎ合わせ結合によって薄
板ジャケットに接続されている。さらに同じ目的のため
に、ねじジャケットが継ぎ合わせ結合によってフランジ
薄板に接続されている。それによって溶接工程が比較的
容易に実施される。
に述べる図面に示す実施形態の説明と従属請求項に記載
されている。図1と2に示す熱伝達装置には、0.3mm
から0.4mmの範囲の壁厚を有するフラットパイプ10
の束が設けられている。矩形パイプ10の端部は格子形
状のパイプ底部11内へ差し込まれて、このパイプ底部
と溶接されている。16本の矩形パイプ10を収容する
ために用いられるこの種のパイプ底部11の例が、図7
に図示されている。このパイプ底部11は、1mmから3
mmの大きさの板厚を有するスチール薄板から打ち抜かれ
ている。フラットパイプを収容するために用いられる切
欠き間のウェブは、矩形パイプ10の壁厚にほぼ相当す
る幅を有する。パイプ底部11の切欠きとそれに伴うウ
ェブの配置は、大体において円形または楕円形の横断面
が生じるように選択されている。外側に位置する矩形パ
イプを包囲するウェブも同じウェブ幅を有するので、パ
イプ底部の外側輪郭は、パイプの束の外側輪郭をウェブ
幅だけ拡大したものに相当する。
ジャケット12の端部内に溶接されている。薄板ジャケ
ット12は、パイプ底部11の厚みにほぼ相当する厚み
を有するスチール薄板からなる2つのハーフシェルから
形成されている。ハーフシェルはパイプ底部11の外側
輪郭に従って、例えば角をつけられ、あるいは高圧成形
方法によって成形されている。薄板ジャケット12の2
つのハーフシェルは長手方向の溶接継目13によって互
いに結合されている。図7から明らかなように、パイプ
底部11には全部で4つの少し拡幅された突出部14が
設けられており、この突出部に対応した切欠きが薄板ジ
ャケット12の両方のハーフシェルの端部に形成されて
いるので、それによって継ぎ合わせ結合が形成される。
薄板15が溶接されており、このフランジ薄板も同様に
金属薄板から打ち抜かれており、かつパイプ底部11の
薄板厚みと同様の厚みを有する。フランジ薄板15の直
径方向に対向する2つの領域が薄板ジャケットの輪郭を
越えて側方へ張り出している。薄板ジャケット12のこ
の領域はパイプ底部11を越えて軸方向に延長されて、
この延長された突出部がフランジ薄板15のスリット形
状の切欠き17内へ挿入されている。この領域において
はフランジ薄板15の外側から溶接が行われ、残りの領
域においては溶接は他の側から行われている。
板15には中央の、好ましくは円形の切欠き18が形成
されており、この切欠きの寸法は、上述並びに後述す
る、車両の排ガス装置あるいは排気装置の図示しないパ
イプ片の寸法に相当する。フランジ薄板15の直径方向
に対向する、薄板ジャケット12を越えて外側へ突出す
る領域にに、ねじジャケット19,20が設けられてい
る。ねじジャケット19の開放側に設けられている環状
段部がフランジ薄板15の孔内へ差し込まれて、フラン
ジ薄板15のそれぞれ外側からフランジジャケットに溶
接されている。ねじジャケット19の閉鎖側の領域に設
けられている環状段部は保持ウェブ21内へ差し込まれ
ている。この保持ウェブ21はねじジャケット19と薄
板ジャケット12に溶接されている。
対応する開放側に環状段部22を有するねじジャケット
20の閉鎖側にも環状段部23が設けられており、その
環状段部がそれぞれ接続パイプ24内へ差し込まれてい
る。接続パイプ24とねじジャケット20はそれぞれ溶
接継目25によって互いに結合されている。溶接継目2
5の外側は研磨される。その後接続パイプ24に側方の
切欠き26がフライス削りで形成される。ねじジャケッ
ト20の環状段部23?はフランジ薄板15の切欠き内
へ差し込まれて、フランジ薄板15と溶接される。接続
パイプ24はさらに保持ウェブ27によって薄板ジャケ
ットに溶接で取り付けられる。保持ウェブ27のそれぞ
れ外側端縁は接続パイプ24に対して接線状に薄板ジャ
ケットの平坦な面へ延びている。これら外側端縁は溶接
で取り付けられたカバー薄板28によって覆われてお
り、カバー薄板は薄板ジャケット12、保持ウェブ2
7、接続パイプ24、ねじジャケット20並びにフラン
ジ薄板15に溶接で取り付けられている。それによって
保持ウェブ27とフランジ薄板15との間の切欠き26
の領域に一種のウォーターケースが形成され、薄板ジャ
ケットのウォーターケースの領域に流入開口部が形成さ
れている。
とそれに結合されたウォーターケースは薄板ジャケット
の互いに反対となる側に配置されているので、矢印29
で示唆する冷却剤のためのほぼZ字形状の流れ通路が形
成される。この流れ通路は全ての矩形パイプ10の領域
にほぼ等しい流れルートを有するので、矩形パイプ10
を循環する極めて良好かつ均一な流れが得られる。図1
からさらに明らかなように、冷却剤入口(図1の上方)
は、矢印30で示唆する排ガスの入口も設けられている
側に配置され、冷却剤出口は矢印31で示唆する排ガス
流出側に配置されている。従って冷却剤と排ガスは、熱
伝達装置の内部で同方向の流れとなって流れる。
を用いて詳しく説明するように、矩形パイプには対をな
して配置され、それぞれ反対側の壁から内側へ突出する
舌片32が設けられており、この舌片は排ガスの流れ方
向に対して斜めに、最も狭い箇所から約40°の角度で
互いに離れるように延びて配置されている。矩形パイプ
はそれぞれ2つのパイプシェル10’から組み立て溶接
されており、これらパイプシェルのそれぞれ幅狭側が互
いに溶接されている。パイプシェルは約0.3mmから.
0.4mmの薄板厚を有する。舌片32はその薄板厚とほ
ぼ等しい厚みと約10倍の長さを有する。舌片は、約
1.2mmの間隔を有する最も狭い箇所から40°の角度
で互いに離れるように延びている。舌片32の高さは、
フラットパイプの全体高さの約4分の1から3分の1で
ある。図3aと3bに示す実施例においては、パイプ半
体10’にはスリットが形成されており、そのスリット
へ舌片32が差し込まれて、その後パイプ半体10’と
溶接されている。シール溶接を避けるために、舌片32
のパイプ半体10’の側には1つまたは多数の隆起部が
設けられいるので、舌片を公知のスタッド溶接技術によ
ってパイプ半体10’へ溶接することができるので、シ
ール溶接が省かれる。
ては、2つのパイプ半体の舌片32は互い対向して配置
されている。異なる実施形態においては、2つのパイプ
半体10’の舌片32は偏心して、上方のパイプ半体と
下方のパイプ半体10’の舌片32が横方向に互いに変
位するように、配置されている。排ガスの流れ方向にお
ける舌片32の間隔は約30mmである。
ては、それぞれパイプ半体10’から舌片32’が深絞
りと圧縮によって形成されている。それによって溶接工
程、特に舌片32’の領域のシール溶接も省かれる。図
4の(a)にはさらに、パイプ半体10’に外側へ向い
たボタン形状の刻印部33が形成されている。それぞれ
流れ方向において互いに連続する舌片32’の対の間に
配置されているこれらの刻印部33は、それぞれ隣接の
矩形パイプへのスペースホルダまたはスペーサーとして
用いられる。スペースホルダをこのように配置すること
は、特に熱伝達装置が長い場合に効果的である。
る角を立てた薄板部材34が図示されている。この構成
部材34の舌片35を結合するウェブの領域をポイント
溶接によってパイプ半体10’に固定することができ
る。それによって同様にシール溶接を省くことができ
る。図5の(a)および(b)と類似の変形された実施
形態においては、構成部材34の舌片35を結合するウ
ェブには反対側へ縁を折曲した舌片が設けられており、
その舌片がパイプ半体10’のスリットへ差し込まれ
て、溶接され、かつ外側へ突出して、それによって隣接
するパイプ半体へのスペースホルダが形成される。
ており、この矩形パイプは大きい方の壁の領域で長手方
向に分割された2つのパイプ半体36から形成されてい
る。両方のパイプ半体36内へ、S字またはZ字形状の
連続する部分として変形された薄板37が挿入される。
パイプ半体36の長い方の壁に対してそれぞれ平行に延
びる部分に対の舌片38が設けられており、これら舌片
は図3の(a)と(b)に関する説明に従って配置し、
かつ形成することができる。パイプ半体36はレーザー
溶接またはマイクロ−WIG−溶接によって互いに結合
され、その場合に挿入された薄板37は連続溶接によっ
て固定される。
パイプ半体10’に舌片32,32’,35または38
が設けられ、その後一緒に溶接される。このようにして
形成された矩形パイプに格子状に打ち抜かれたパイプ底
部11が設けられ、その後矩形パイプ10の端部がパイ
プ底と溶接される。次に、予め冷却剤用の流入開口部と
流出開口部が設けられている薄板ジャケット12の2つ
の輪郭のある薄板シェルがパイプ底部11に取り付けら
れて、パイプ底部と溶接される。その後フランジ薄板1
5が取り付けられて、薄板ジャケット12と溶接され
る。次に予め準備されたねじジャケット19,20がフ
ランジ薄板へ差し込まれて、フランジ薄板と溶接され、
かつ保持ウェブ21,27を用いて薄板ジャケット12
と溶接される。次に、さらにカバー薄板28が取り付け
られ、このカバー薄板は保持ウェブ27、薄板ジャケッ
ト12、接続パイプ24、ねじジャケット20並びにフ
ランジ薄板15と、一種のウォーターケースを形成する
ように、溶接される。
る。
の取付け状態を示す図である。
の取付け状態を示す図である。
の取付け状態を示す図である。
の取付け状態を示す図である。
格子状のパイプ底部を軸方向に見た上面図である。
に接続する接続パイプの軸方向の断面図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 排ガスを案内する多数の通路を有し、そ
の通路に流れ方向に対して斜めに対をなして配置され、
通路の少なくとも1つの壁から突出する舌片が設けられ
ており、かつ通路の外側には液状の冷却剤が循環してい
る、内燃機関の排ガス冷却用の熱伝達装置において、 排ガス用の通路として、矩形パイプ(10)の束が設け
られ、その矩形パイプの端部が格子状のパイプ底部(1
1)内に溶接されており、 矩形パイプの束が、その束の輪郭に従った薄板ジャケッ
ト(12)によって包囲されており、その薄板ジャケッ
トには冷却剤入口と冷却剤出口が設けられ、かつパイプ
底部と溶接されており、薄板ジャケット(12)の端部
に、溶接で取り付けられたフランジ薄板(15)が設け
られており、そのフランジ薄板はそれぞれ中央の開口部
(18)によって矩形パイプ(10)の束へ開放してお
り、かつフランジ薄板には排ガスパイプのパイプ片へ固
定するための固定手段(19、20)が設けられてい
る、ことを特徴とする内燃機関の排ガス冷却用の熱伝達
装置。 - 【請求項2】 矩形パイプ(10)がそれぞれ互いに溶
接された2つのパイプ半体(10’)から形成されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の熱伝達装置。 - 【請求項3】 パイプ半体の少なくとも一方に舌片(3
2、32’、35)が設けられていることを特徴とする
請求項2に記載の熱伝達装置。 - 【請求項4】 舌片(32、35)がパイプ半体(1
0’)に溶接で取り付けられていることを特徴とする請
求項3に記載の熱伝達装置。 - 【請求項5】 舌片(32’)が、パイプ半体(1
0’)の材料から深絞りとプレスによって形成されてい
ることを特徴とする請求項3に記載の熱伝達装置。 - 【請求項6】 舌片(38)が矩形パイプ(10)内に
配置された挿入物(37)の構成部分であることを特徴
とする請求項1または2に記載の熱伝達装置。 - 【請求項7】 矩形パイプ(10)に、それぞれ隣接の
矩形パイプ側のスペースホルダ(33)が設けられてい
ることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項
に記載の熱伝達装置。 - 【請求項8】 フランジ薄板(15)の互いにほぼ直径
方向に対向する領域に、ねじジャケット(10、20)
が設けられていることを特徴とする請求項1から7まで
のいずれか1項に記載の熱伝達装置。 - 【請求項9】 薄板ジャケット(12)の、排ガスの流
れ方向において前方のフランジ薄板(15)の近傍に冷
却剤入口が、そして後方のフランジ薄板の近傍に冷却剤
出口が設けられていることを特徴とする請求項1から8
までのいずれか1項に記載の熱伝達装置。 - 【請求項10】 冷却剤入口と冷却剤出口が、薄板ジャ
ケット(12)の互いに反対となる側に配置されている
ことを特徴とする請求項9に記載の熱伝達装置。 - 【請求項11】 冷却剤入口と冷却剤出口がそれぞれ接
続パイプ(24)を有し、その接続パイプが矩形パイプ
(10)に対して平行に整合され、かつそれぞれ側方の
開口部(26)を介して薄板ジャケット(12)の開口
部と接続されていることを特徴とする請求項9または1
0項に記載の熱伝達装置。 - 【請求項12】 フランジ薄板(15)と保持ウェブ
(27)の、接続パイプ(24)と薄板ジャケット(1
2)の開口部の領域に、それぞれ一種のウォーターケー
スが形成されていることを特徴とする請求項11に記載
の熱伝達装置。 - 【請求項13】 接続パイプ(24)の延長部にそれぞ
れその後方の端部に接続されたねじジャケット(20)
が配置されており、 それぞれねじジャケットと接続パイプとの間に、フラン
ジ薄板(15)から保持ウェブ(27)へ延びるカバー
薄板(28)によって一種のウォーターケースが形成さ
れることを特徴とする請求項12に記載の熱伝達装置。 - 【請求項14】 薄板ジャケット(12)が2つの予め
成形された薄板シェルをまとめて形成されており、その
薄板シェルが継ぎ合わせ結合によってパイプ底部(1
1)に接続されていることを特徴とする請求項1から1
3までのいずれか1項に記載の熱伝達装置。 - 【請求項15】 フランジジャケット(15)が継ぎ合
わせ結合によって薄板ジャケット(12)に接続されて
いることを特徴とする請求項1から14までのいずれか
2項に記載の熱伝達装置。 - 【請求項16】 ねじジャケット(19、20)が継ぎ
合わせ結合によってフランジ薄板(15)に接続されて
いることを特徴とする請求項1から15までのいずれか
1項に記載の熱伝達装置。
Applications Claiming Priority (2)
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JP28500396A Expired - Fee Related JP3429143B2 (ja) | 1995-11-01 | 1996-10-28 | 排ガス冷却用の熱伝達装置 |
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Families Citing this family (35)
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