JP4007029B2

JP4007029B2 - 排気熱交換装置

Info

Publication number: JP4007029B2
Application number: JP2002081281A
Authority: JP
Inventors: 孝幸林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP2003278609A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気と冷却流体との間で熱交換を行う排気熱交換装置に関するもので、ＥＧＲ（排気再循環装置）に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
通常、排気再循環装置のＥＧＲバルブ３０は、図１に示すように、排気再循環管４０の排気流れ途中に配設されて、エンジン４１の稼働状態に応じて排気量を調節し、ガスクーラ１０は、ＥＧＲバルブ３０の後方に配設されて排気とエンジンの冷却水との間で熱交換を行い排気を冷却する。
【０００３】
そこで、本発明は、上記構造と異なる新規な構造にて排気熱交換装置を構成することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、燃焼により発生した排気と冷却流体との間で熱交換を行うコア部を有する排気熱交換器（１０）と、排気熱交換器（１０）の排気流れ上流側に配置され、排気熱交換器（１０）内を流れる排気量を調節する排気弁（３０）とを有し、排気熱交換器（１０）は、排気が通過する複数本の排気チューブと、前記排気チューブを収容し、内部に冷却水流路が形成されるケーシング（１１）とを有するコア部を備えており、
排気弁（３０）は、排気熱交換器（１０）に連通する排気通路を構成するとともに、複数本の排気チューブに排気を分配するボンネットを構成するバルブハウジング（３１）と、バルブハウジング（３１）に設けられた弁体（３３）および弁体（３３）を変位させるアクチュエータ部（３４）とを備えており、
バルブハウジング（３１）は、ケーシング（１１）に一体化されているとともに、バルブハウジング（３１）のうちアクチュエータ部（３４）近傍に、ケーシング（１１）内に導入された冷却水の一部を導いて、アクチュエータ部（３４）を冷却する冷却通路（３１ａ）が形成されており、
ケーシング（１１）のバルブハウジング（３１）側には、ケーシング内に冷却流体を流入させる流入パイプ（１１ａ）が設けられているとともに、流入パイプ（１１ａ）からケーシング（１１）内に流入する冷却流体は、コア部を通過する冷却流体流れと交差する向きで流入するようになっており、
アクチュエータ部（３４）を冷却する冷却通路（３１ａ）は、流入パイプ（１１ａ）からケーシング（１１）内に流入する冷却流体の流入方向において、流入パイプ（１１ａ）側の部位と、流入パイプ（１１ａ）から離れた部位で、コア部と連通していることを特徴とする。
【０００５】
これにより、上記構造と異なる新規な構造となるとともに、排気熱交換装置の組み付け工数を低減することができるので、容易に排気再循環装置を、例えば車両に組み付けることができる。
【０００６】
ところで、排気弁（３０）を排気熱交換器（１０）に一体化するに当たっては、ねじ等の機械的締結手段により両者（１０、３０）を一体化するといった手段が考えられるが、この手段では、排気弁（３０）と排気熱交換器（１０）との合わせ面にねじを装着するためのフランジ部を形成する必要があるので、ねじによる一体化では、排気熱交換装置の大型化による車両搭載性の悪化、及び部品点数及び組み立て工数の増大による製造原価上昇を招いてしまう。
【０００７】
これに対して、本発明では、ろう接又は溶接により排気弁（３０）を排気熱交換器（１０）に一体化しているので、車両搭載性の悪化や部品点数及び組み立て工数の増大による製造原価上昇等の問題は発生しない。
【０００８】
したがって、例えば車両への搭載性の悪化や製造原価上昇等を招くことなく、容易に排気再循環装置を組み付けることができる。
【０００９】
また、排気弁（３０）が冷却流体により冷却されるように構成されているので、排気弁（３０）の熱損傷を未然に防止でき、排気熱交換装置の耐熱信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００１２】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る排気熱交換装置をディーゼル式のエンジン用排気冷却装置に適用したものであり、図１は本実施形態に係るＥＧＲ（排気再循環装置）の模式図である。
【００１４】
図１中、排気再循環管４０はエンジン４１から排出される排気の一部をエンジン４１の吸気側に還流させる配管であり、ＥＧＲバルブ３０は排気再循環管４０の排気流れ途中に配設されて、エンジン４１の稼働状態に応じて排気量を調節する周知の排気弁である。
【００１５】
ガスクーラ１０は、ＥＧＲバルブ３０の後方に配設されて排気とエンジンの冷却水との間で熱交換を行い排気を冷却する排気熱交換器であり、本実施形態では、ガスクーラ１０とＥＧＲバルブ３０とが一体化されて排気熱交換装置２０（図１の二点鎖線で囲まれたもの）が構成されている。
【００１６】
図２は排気熱交換装置２０の模式図であり、ガスクーラ１０は、角パイプ状のケーシング１１内に排気と冷却水とを熱交換するコア部を収納したもので、本実施形態では、冷却水と排気とが同一方向に流れるように構成されている。
【００１７】
バルブハウジング３１はＥＧＲバルブ３０のケーシングであり、このバルブハウジング３１は、排気通路を構成するとともに、ケーシング１１の長手方向一端部を閉塞してコア部に設けられた複数本の排気チューブに排気を分配するボンネットを兼ねるものである。
【００１８】
バルブ本体３２は、バルブハウジング３１内に流入した排気をコア部に流す場合と、コア部を迂回させてケーシング１１を挟んでバルブハウジング３１と反対が側に位置するボンネット１２に流す場合とを切り換える弁体３３、及び弁体３３を変位させるアクチュエータ部３４等からなるものである。
【００１９】
なお、バイパス管３５はコア部を迂回してバルブハウジング３１とボンネット１２とを繋ぐ配管であり、ボンネット１２はケーシング１１の長手方向他端部を閉塞して熱交換を終えた排気を集合させて排気再循環管４０に導くものである。
【００２０】
そして、ケーシング１１（コア部も含む。）、バルブハウジング３１、バイパス管３５及びボンネット１２は、耐食性に優れた金属（本実施形態では、ステンレス）製であり、これらがろう付けにて一体接合されて排気熱交換装置２０を構成している。
【００２１】
また、アクチュエータ部３４は、図３に示すように、圧力に応じて可動する薄膜状のダイヤフラム３４ａを有して構成された機械式のものである。具体的には、このアクチュエータ部３４は、ダイヤフラム３４ａを挟んで弁体３３と反対側に形成された背圧室３４ｂ内の圧力を、バキュームポンプ及びバキュームポンプにより生成された負圧を制御する負圧制御バルブにより制御することにより、ダイヤフラム３４ａを変位させて弁体３３を可動させるものである。
【００２２】
因みに、バネ３４ｃは弁口３３ａを閉じる向きに力をダイヤフラム３４ａに作用させ、背圧室３４ｂ内の圧力が低下すると、弁口３３ａを開く向きにダイヤフラム３４ａが変位する。
【００２３】
なお、アクチュエータ部３４、特に、ダイヤフラム３４ａの耐熱温度は、バルブハウジング３１、バイパス管３５及びボンネット１２のろう付け温度（本実施形態では、１０００℃）以下であるので、本実施形態では、バルブハウジング３１、バイパス管３５及びボンネット１２のろう付け終了後、アクチュエータ部３４をねじ３４ｄ等の機械的固定手段によりバルブハウジング３１に固定している。
【００２４】
また、バルブハウジング３１のうちアクチュエータ部３４近傍には、図４に示すように、ケーシング１１内に導入された冷却水の一部を導くウォータジャケット３１ａが形成されており、このウォータジャケット３１ａにより、主に、アクチュエータ部３４を冷却する冷却通路が構成されている。
【００２５】
なお、本実施形態では、冷却水流入パイプ１１ａをバルブハウジング３１側に設け、冷却水流出パイプ１１ｂ（図２参照）をボンネット１２側に設けることにより、できるだけ温度の低い冷却水をウォータジャケット３１ａに供給するように構成している。
【００２６】
因みに、図５は弁口３３ａを開いて排気をバイパス管３５に流通させる場合を示した図であり、図２に示す状態と図５に示す状態とを切り換えることによりエンジン４１に供給する排気の温度を調節するとともに、エンジン始動後の排気ガス温度が低くＨＣ濃度が高い状態でのガスクーラの目詰まりを防止する。
【００２７】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００２８】
本実施形態では、ＥＧＲバルブ３０とガスクーラ１０とが一体化されているので、排気再循環装置の車両への組み付け工数を低減することができ、容易に排気再循環装置を車両に組み付けることができる。
【００２９】
ところで、ＥＧＲバルブ３０をガスクーラ１０に一体化するに当たっては、ねじ等の機械的締結手段により両者１０、３０を一体化するといった手段が考えられるが、この手段では、ＥＧＲバルブ３０とガスクーラ１０との合わせ面にねじを装着するためのフランジ部を形成する必要があるので、ねじによる一体化では、排気熱交換装置２０の大型化による車両搭載性の悪化、及び部品点数及び組み立て工数の増大による製造原価上昇を招いてしまう。
【００３０】
これに対して、本実施形態では、ろう付けによりＥＧＲバルブ３０をガスクーラ１０に一体化しているので、車両搭載性の悪化や部品点数及び組み立て工数の増大による製造原価上昇等の問題は発生しない。
【００３１】
したがって、車両搭載性の悪化や製造原価上昇等を招くことなく、容易に排気再循環装置を車両に組み付けることができる。
【００３２】
また、ＥＧＲバルブ、特に、ダイヤフラム３４ａを含むアクチュエータ部３４が冷却水により冷却されるように構成されているので、アクチュエータ部３４の熱損傷を未然に防止でき、排気熱交換装置２０の耐熱信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００３３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ダイヤフラム３４ａを用いた負圧機械式のアクチュエータ部３４であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、比例ソレノイドやモータ等の電磁力を用いたアクチュエータやピエゾ素子等の電磁力を用いない電気的なアクチュエータ等であってもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態では、ろう付けによりＥＧＲバルブ３０をガスクーラ１０に一体化したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハンダ付けや溶接にて一体化してもよい。なお、本明細書で言う「ろう接」とは、「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう付けとハンダ付けと含む意味である。
【００３５】
また、上述の実施形態に係るＥＧＲバルブ３０は、排気流れを完全に切り換えるものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＧＲバルブ３０として、排気量を連続的に調節することができる流量調整バルブを用いてもよい。
【００３６】
また、上述の実施形態形態では、ガスクーラ１０の上流側にＥＧＲバルブ３０を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガスクーラ１０の下流側にＥＧＲバルブ３０を設けてもよい。
【００３７】
また、上述の実施形態では、排気再循環装置に本発明に係る排気熱交換装置を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えばマフラー内に配設されて排気の熱エネルギを回収する廃熱回収器等に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る排気再循環装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気熱交換装置の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＥＧＲバルブの断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態に係る排気熱交換装置のＥＧＲバルブ部分の拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る排気熱交換装置の模式図である。
【符号の説明】
１０…ガスクーラ、１１…ケーシング、３０…ＥＧＲバルブ、
３１…バルブハウジング、３１ａ…ウォータジャケット、３２…バルブ本体。

Claims

燃焼により発生した排気と冷却流体との間で熱交換を行うコア部を有する排気熱交換器（１０）と、
前記排気熱交換器（１０）の排気流れ上流側に配置され、前記排気熱交換器（１０）内を流れる排気量を調節する排気弁（３０）とを有し、
前記排気熱交換器（１０）は、
排気が通過する複数本の排気チューブと、前記排気チューブを収容し、内部に冷却水流路が形成されるケーシング（１１）とを有する前記コア部を備えており、
前記排気弁（３０）は、
前記排気熱交換器（１０）に連通する排気通路を構成するとともに、前記複数本の排気チューブに排気を分配するボンネットを構成するバルブハウジング（３１）と、
前記バルブハウジング（３１）に設けられた弁体（３３）および前記弁体（３３）を変位させるアクチュエータ部（３４）とを備えており、
前記バルブハウジング（３１）は、前記ケーシング（１１）に一体化されているとともに、前記バルブハウジング（３１）のうち前記アクチュエータ部（３４）近傍に、前記ケーシング（１１）内に導入された冷却水の一部を導いて、前記アクチュエータ部（３４）を冷却する冷却通路（３１ａ）が形成されており、
前記ケーシング（１１）の前記バルブハウジング（３１）側には、前記ケーシング内に冷却流体を流入させる流入パイプ（１１ａ）が設けられているとともに、前記流入パイプ（１１ａ）から前記ケーシング（１１）内に流入する冷却流体は、前記コア部を通過する冷却流体流れと交差する向きで流入するようになっており、
前記アクチュエータ部（３４）を冷却する冷却通路（３１ａ）は、前記流入パイプ（１１ａ）から前記ケーシング（１１）内に流入する冷却流体の流入方向において、前記流入パイプ（１１ａ）側の部位と、前記流入パイプ（１１ａ）から離れた部位で、前記コア部と連通していることを特徴とする排気熱交換装置。