JP4253975B2

JP4253975B2 - Ｅｇｒガス冷却装置

Info

Publication number: JP4253975B2
Application number: JP36584499A
Authority: JP
Inventors: 昌美川崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP2001182627A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関のＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジン等において、燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するため、排気ガスの一部を排気系から取り出し、吸気系に還流させるＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）装置が知られている。窒素酸化物は、高温の燃焼ガスのもとでガス中の酸素と窒素とが反応して生成されるため、このＥＧＲ装置は排気ガスを吸気系に還流させることにより燃焼温度を下げて窒素酸化物の生成を低減させるものである。そして、このＥＧＲ装置にあっては、吸気側に還流されるＥＧＲガスの温度が高すぎると、ＥＧＲガスの体積が増加して新規の吸入空気量の割合が減少し、吸気温度が低下しないために窒素酸化物生成の抑制が促進されないとともに燃費が悪化するため、ＥＧＲガスを冷却することが必要になる。
【０００３】
そこで、近年では、ＥＧＲガスを冷却するために、エンジンの吸気通路と排気通路とを連結するＥＧＲ通路にＥＧＲガス冷却装置を設置したＥＧＲ装置が提供されている。このＥＧＲガス冷却装置としては、一般に多管式のＥＧＲガス冷却装置が利用される。図１１は従来の多管式ＥＧＲガス冷却装置の一例を示すもので、筒状の熱交換部７０の内部は、側面に設けられた冷却媒体導入口７６ａ及び冷却媒体排出口７６ｂを介して冷却媒体が通流するようになっており、且つ、筒状の熱交換部７０の両端を夫々閉塞する隔壁７２ａ，７２ｂに端部附近が固着された複数本の伝熱管群７４が配設されている。ここで、ＥＧＲガスの圧力損失を考慮すると、ＥＧＲパイプ４の内周の断面積と各伝熱管７４の内周の断面積の総和は少なくとも等しいことが望ましく、且つ、筒状の熱交換部７０の内部には冷却媒体を通流させる空間を確保することが必要であるため、筒状の熱交換部７０の断面積は必然的にＥＧＲパイプ４の断面積より大きくなる。さらに、冷却効率を向上させるために熱交換部７０内になるべく多量の冷却媒体を通流させるには、熱交換部７０内に冷却媒体が通流する空間を充分に確保する必要があり、熱交換部７０の断面積はＥＧＲパイプ４の断面積より一層大きくなる。そこで、筒状の熱交換部７０内の伝熱管７４内部にＥＧＲガスを分配して導入するため、及び、伝熱管７４内部のＥＧＲガスを収集してＥＧＲパイプ４に排出するために、筒状の熱交換部７０の両端部の隔壁７２ａ，７２ｂの外側にボンネット部材８０ａ，８０ｂが固着されている。ボンネット部材８０ａ，８０ｂは、内周面が熱交換部７０の両端部側に向けて拡径されており、ＥＧＲパイプ４と熱交換部７０の両端部の夫々とを連結している。そして、隔壁７２ａとボンネット部材８０ａとで上流側ＥＧＲガス室９０ａが形成され，隔壁７２ｂとボンネット部材８０ｂとで下流側ＥＧＲガス室９０ｂが形成されている。したがって、上流側ＥＧＲガス室９０ａを介して筒状の熱交換部７０に導入されたＥＧＲガスは、複数本の伝熱管内７４を並列に流れ、その周囲を囲む冷却媒体によって冷却されたのち、下流側ＥＧＲガス室９０ｂを介してＥＧＲパイプ４に排出される（特開平１０−３１８０５０号公報、特開平９−８９４９１号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲガスには多量の水分が含まれているため、ＥＧＲガスを冷却した場合には凝縮水が発生する。特に、冬季やエンジンの始動直後のように、冷却媒体の温度が低く、ＥＧＲガス冷却装置自体が冷えている時には、ＥＧＲガスと冷却媒体との温度差が大きいため、ＥＧＲガスが過冷却されて多量の凝縮水が発生する。そして、この凝縮水にＥＧＲガス中に含まれる硫黄成分が溶解して硫酸が生成される。上記のような従来の多管式ＥＧＲガス冷却装置では、上流側ＥＧＲガス室９０ａ，下流側ＥＧＲガス室９０ｂには、隔壁７２ａ，７２ｂとボンネット部材８０ａ，８０ｂの内周面とで凹状空間Ｃが形成されており、この凹状空間Ｃに硫酸を含んだ凝縮水１０が溜まる構造となっている。この凹状空間Ｃに溜まった凝縮水１０は、ＥＧＲガスが高温になるにつれてある程度の量は蒸発するものの、その全量が蒸発しきれずに凹状空間Ｃに残留してしまう。
【０００５】
このように、ＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水１０が、ＥＧＲガス室内の凹状空間Ｃに多量に溜まってしまうと、ＥＧＲガス冷却装置自体が、その軸線が水平方向に対して傾斜するように車両に搭載される場合において、伝熱管７４の開口端部が凝縮水１０で閉塞されることにより、熱交換部７０内でのＥＧＲガスの流れが阻害され、ＥＧＲガス冷却装置の冷却性能が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、ＥＧＲガスの冷却によって発生する凝縮水が溜まり得る量を低減させて、冷却性能の低下を防止するＥＧＲガス冷却装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るＥＧＲガス冷却装置は、内燃機関の排気系から排気ガスの一部を取り出し吸気系へ還流させるＥＧＲガス通路の途中に設けられるＥＧＲガス冷却装置は、前記ＥＧＲガス通路の上流側に連通する上流側ＥＧＲガス室と、前記ＥＧＲガス通路の下流側に連通する下流側ＥＧＲガス室と、前記上流側ＥＧＲガス室の内部空間と前記下流側ＥＧＲガス室の内部空間とを連通するとともに内部にＥＧＲガスが流通する複数の伝熱管と、前記上流側ＥＧＲガス室と前記下流側ＥＧＲガス室との間において、前記伝熱管の周囲に形成された冷却媒体通路と、から構成され、前記上流側ＥＧＲガス室が前記下流側ＥＧＲガス室より鉛直下側に位置するように前記伝熱管の軸線が水平方向に対して若干傾斜して車両に搭載され、前記上流側ＥＧＲガス室は、前記ＥＧＲガス冷却装置が車両に搭載された際において、前記上流側ＥＧＲガス室内に溜まり得る最大量の凝縮水の水面と、前記伝熱管のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管における前記水面側の開口端部内周縁の最下点と、が一致するか、又は、前記水面が前記最下点より鉛直下側に離間するよう形成されたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用と効果】
本発明に係るＥＧＲガス冷却装置によれば、上流側ＥＧＲガス室が、車両搭載時において、上流側ＥＧＲガス室内に溜まり得る最大量の凝縮水の水面と、伝熱管のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管の水面側の開口端部内周縁の最下点とが一致するか、又は、凝縮水の水面が伝熱管のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管の開口端部内周縁の最下点より鉛直下側に位置することにより、伝熱管の開口端部が凝縮水で閉塞されることがないので、ＥＧＲガスの流れが阻害されず、冷却性能の低下を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳述する。
（第１の実施の形態）
以下、第１の実施の形態を図１乃至図６に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本第１の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置の全体構成を示す縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は伝熱管２４を示す一部を省略した一部縦断側面図、図４は本第１の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置を車両に搭載した際の要部を示す中央を省略した縦断側面図、図５はボンネット部材３０ａの全体を示す斜視図、図６は本第１の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置を車両に搭載した際の凹状空間Ａに最大量の凝縮水が溜まった様子を示す縦断側面図である。
【００１１】
図１に示されるように、ＥＧＲガス冷却装置１は、大略すると熱交換部２と上流側ＥＧＲガス室３ａと下流側ＥＧＲガス室３ｂとにより構成されている。
【００１２】
熱交換部２は、主に、筒体２０，チューブシート２２ａ，２２ｂ，伝熱管２４等により構成されている。
【００１３】
筒体２０は、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、両端が開口して断面が円形を成す中空円柱部材で構成されている。筒体２０の両端附近の側面には、冷却水用導入口及び冷却水排出口が穿設され、この冷却水用導入口及び冷却水排出口の周縁に、オーステナイト系ステンレス鋼からなる冷却水用導入管２６ａ及び冷却水用排出管２６ｂの開口端部を拡径して形成されたフランジ部がＮｉろう付けされており、冷却媒体であるエンジン冷却水を筒体２０内部に導入及び排出するよう構成されている。筒体２０の両端外周縁には、チューブシート２２ａ，２２ｂの内周縁がＮｉろう付けされており、筒体２０の両端開口部をぞれぞれ閉塞して、筒体２０内部を冷却水が通流するよう構成されている。
【００１４】
図２に示されるように、チューブシート２２ａ，２２ｂは、オーステナイト系ステンレス鋼で成形され、伝熱管２４を放射状に配列して挿通固着するべく、伝熱管２４の外径に略等しい直径を有する貫通孔２３が放射状に穿設されている。
【００１５】
伝熱管２４は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる中空円柱部材で構成されている。図３に示されるように、ＥＧＲガスの上流側の開口端部がＥＧＲガスの上流側に向かってテーパ状に拡管されており、ＥＧＲガスが各伝熱管２４内に流入し易く構成されている。また、側面には外周面側から螺旋状に溝加工を施すことによって内周面側に螺旋状の突条２７が形成されており、伝熱管２４内を流れるＥＧＲガスに旋回力を与えて強制的に乱流を発生させることにより、伝熱性能が高められている。そして、両端部附近の外周面がそれぞれチューブシート２２ａ，２２ｂに穿設された貫通孔２３の内周面にＮｉろう付けされ、筒体２０の軸線２１に沿って並列に配列されて、後述する上流側ＥＧＲガス室３ａの内部空間と下流側ＥＧＲガス室３ｂの内部空間とを連通している。さらに、伝熱管２４の周囲の空間が冷却媒体通路である冷却水通路２８となり、伝熱管２４の周囲が冷却水によって囲まれている。
【００１６】
上流側ＥＧＲガス室３ａ，下流側ＥＧＲガス室３ｂは、チューブシート２２ａ，２２ｂ，ボンネット部材３０ａ，３０ｂにより構成されている。
【００１７】
ボンネット部材３０ａ，３０ｂは、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、円形断面形状を保ちつつ内周面が一端の開口端部側から他端の開口端部側に向けて拡径されている。ボンネット部材３０ａの小径側の開口端部内周は、内燃機関（図示せず）の排気通路（図示せず）に連通する上流側ＥＧＲパイプ４ａの開口端部外周にＮｉろう付けされて、ＥＧＲガス導入口３１ａを形成し、ボンネット部材３０ｂの小径側の開口端部内周は、内燃機関（図示せず）の吸気通路（図示せず）に連通する下流側ＥＧＲパイプ４ｂの開口端部外周にＮｉろう付けされて、ＥＧＲガス排出口３１ｂを構成している。そして、ボンネット部材３０ａ，３０ｂの大径側の開口端部内周は、熱交換部２の両端に固着されたチューブシート２２ａ，２２ｂにＮｉろう付けされてる。したがって、チューブシート２２ａ，２２ｂとボンネット部材３０ａ，３０ｂとにより、上流側ＥＧＲガス室３ａ，下流側ＥＧＲガス室３ｂが形成されている。
【００１８】
尚、図１に示されるように、本第１の実施の形態では、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂは、ＥＧＲガス冷却装置１が配設される附近において、その軸線が筒体２０の軸線２１に平行になるよう直線状に形成されており、ＥＧＲパイプ４ａは直線部分よりＥＧＲガスの上流側が低くなるように屈曲して形成され、ＥＧＲパイプ４ｂは直線部分よりＥＧＲガスの下流側が低くなるように屈曲して形成されている。したがって、ＥＧＲガス冷却装置１とＥＧＲパイプ４ａ，４ｂとで形成される系において、ＥＧＲガス冷却装置１が最も高い位置に配設されている。さらに、図４に示されるように、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂは、ＥＧＲガス冷却装置１が配設される直線部分が、ＥＧＲガスの上流側が下流側より低くなるように水平方向に対して若干傾斜して車両に搭載されている。したがって、ＥＧＲガス冷却装置１は、上流側ＥＧＲガス室３ａが下流側ＥＧＲガス室３ｂより鉛直下側に位置しており、筒体２０の軸線２１及び伝熱管２４の軸線（図示せず）が水平方向に対して若干傾斜して車両に搭載されている。
【００１９】
ここで、ボンネット部材３０ａ，３０ｂの各々の形状について詳述する。
【００２０】
図４及び図５に示されるように、ボンネット部材３０ａ，３０ｂのうち、ＥＧＲガスの上流側に配設されるボンネット部材３０ａは、大径側（熱交換部２側）の開口部の中心３２ａが筒体２０の軸線２１上に位置しており、小径側（ＥＧＲパイプ４ａ側）の開口部の中心３４ａが筒体２０の軸線２１に対して鉛直下方にオフセットして形成されている。さらに、ボンネット部材３０ａは、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、第１円筒部Ｔ１と斜円錐台形状部Ｔ２と第２円筒部Ｔ３とから構成されている（ここで、斜円錐台形状とは、斜円錐を頂点を通らない底面に平行な平面で切り、頂点を含む部分を除いてできる形状を示す）。第１円筒部Ｔ１では、その軸線が筒体２０の軸線２１に対して平行であり、内径がＥＧＲパイプ４ａの外径に略等しく形成されて、この部位でＥＧＲパイプ４ａが固着されている。斜円錐台形状部Ｔ２では、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、母線と円形底面とが垂直であるような斜円錐台状に内周面が拡径されるとともに、円形底面に垂直な母線が筒体２０の軸線２１に対して平行であり、且つ、母線のうちで最も鉛直下方に位置するよう形成されている。また、第２円筒部Ｔ３との境界部附近の下部においては、母線に対して所定の傾斜角をなして段差状に若干拡管されている。第２円筒部Ｔ３では、その軸線が筒体２０の軸線２１と同軸上に位置しており、内径がチューブシート２２ａの外径に略等しく形成されて、この部位でチューブシート２２ａが固着されている。そして、ボンネット部材３０ａの大径側開口部の中心３２ａ及び小径側開口部の中心３４ａを含む鉛直縦断面における２本の内側線のうち鉛直下側の内側線３６ａが、伝熱管２４のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管２４ａにおけるＥＧＲガス上流側の開口端部内周縁の最下点２５ａより鉛直下側に位置するよう構成されている。また、この内側線３６ａは、斜円錐台形状部Ｔ２で段差状に拡管されている部位以外の大部分では、筒体２０の軸線２１に対して平行となっており、水平方向に対して若干傾斜している。尚、第１円筒部Ｔ１，斜円錐台形状部Ｔ２，第２円筒部Ｔ３の夫々の境界部の内周面は、滑らかに連続して形成されている。
【００２１】
したがって、上流側ＥＧＲガス室３ａ内には、ボンネット部材３０ａが斜円錐台形状部Ｔ２で下部が段差状に拡管されていることにより、段差状の拡管が立ち下がる部位とチューブシート２２ａとの間において、ボンネット部材３０ａの内周面とチューブシート２２ａとで凹状空間Ａが形成されている。
【００２２】
一方、ＥＧＲガスの下流側に配設されるボンネット部材３０ｂは、従来のＥＧＲガス冷却装置のボンネット部材８０ａ，８０ｂと基本的には同一構成を成しており、大径側（熱交換部２側）の開口部の中心３２ｂと小径側（ＥＧＲパイプ４ｂ側）の開口部の中心３４ｂとが、筒体２０の軸線２１と同軸上に位置しており、小径側の開口部、即ちＥＧＲガス排出口３１ｂの内周縁の最下点が、伝熱管２４のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管２４ａにおけるＥＧＲガス下流側の開口端部内周縁の最下点２５ｂより鉛直上側に位置している。さらに、ボンネット部材３０ｂは、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、第１円筒部Ｓ１と円錐台形状部Ｓ２と第２円筒部Ｓ３とから構成されている（ここで、円錐台形状とは、直円錐を頂点を通らない底面に平行な平面で切り、頂点を含む部分を除いてできる形状を示す）。第１円筒部Ｓ１では、その軸線が筒体２０の軸線２１と同軸上に位置しており、内径がＥＧＲパイプ４ｂの外径に略等しく形成されて、この部位でＥＧＲパイプ４ｂが固着されている。円錐台形状部Ｓ２では、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、筒体２０の軸線２１と同軸状の円錐台状に内周面が拡径されている。第２円筒部Ｓ３では、その軸線が筒体２０の軸線２１と同軸上に位置しており、内径がチューブシート２２ｂの外径に略等しく形成されて、この部位でチューブシート２２ｂが固着されている。尚、第１円筒部Ｓ１，斜円錐台形状部Ｓ２，第２円筒部Ｓ３の夫々の境界部の内周面は、滑らかに連続して形成されている。
【００２３】
したがって、下流側ＥＧＲガス室３ｂ内には、ボンネット部材３０ｂが円錐台形状部Ｓ２で円錐台状に内周面が拡径されていることにより、円錐台形状部Ｓ２及び第２円筒部Ｓ３において、ボンネット部材３０ｂの内周面とチューブシート２２ｂとで凹状空間Ｂが形成されている。
【００２４】
尚、上流側ＥＧＲガス室３ａにおける凹状空間Ａの軸線２１方向の長さは、下流側ＥＧＲガス室３ｂにおける凹状空間Ｂの軸線２１方向の長さよりも短く形成されている。
【００２５】
さらに、ボンネット部材３０ａにおけるＥＧＲパイプ４ａ側の開口端部と熱交換部２側の開口端部との距離Ｌａが、ボンネット部材３０ｂにおけるＥＧＲパイプ４ｂ側の開口端部と熱交換部２側の開口端部との距離Ｌｂよりも長く設定されている。
【００２６】
以下、上記構成によるＥＧＲガス冷却装置の作用及び効果について説明する。
【００２７】
上記構成とされたＥＧＲガス冷却装置１によれば、ＥＧＲガスは、上流側ＥＧＲパイプ４ａから上流側ＥＧＲガス室３ａの内部空間を介して熱交換部２内の各伝熱管２４へ分配され、伝熱管２４内を通過しながら伝熱管２４の周囲を囲む冷却水によって冷却された後、下流側ＥＧＲガス室３ｂの内部空間にて集合されて下流側ＥＧＲパイプ４ｂに排出される。一方、冷却水は、冷却水用導入口２６ａから筒体２０内に導入されて、伝熱管２４の周囲の冷却水通路２８を通流した後、冷却水用排出口２６ｂから排出される。
【００２８】
このようにＥＧＲガスを冷却すると、上述のごとく凝縮水１０が発生するが、本第１の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置１によれば、図６に示されるように、チューブシート２２ａとボンネット部材３０ａの内周面とで形成される凹状空間Ａが凝縮水１０で満たされた場合、即ち、上流側ＥＧＲガス室３ａ内に溜まり得る最大量の凝縮水が溜まった場合において、内側線３６ａの大部分が水平方向に対して若干傾斜していることにより、凝縮水１０の水面１２は、内側線３６ａ上で、且つ、段差状の拡管が立ち下がる部位まで達する。ところが、内側線３６ａが、伝熱管２４ａにおけるＥＧＲガス上流側の開口端部内周縁の最下点２５ａより鉛直下側に形成されていることにより、凝縮水１０の水面１２は、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａよりも鉛直下側に離間している。したがって、伝熱管２４ａの開口端部が凝縮水１０によって閉塞されることがないので、ＥＧＲガスの流れが阻害されず、ＥＧＲガス冷却装置１の冷却効率の低下を防止することができる。
【００２９】
さらに、凹状空間Ａが凝縮水１０で満たされた後にも凝縮水が発生し続ける場合において、内側線３６ａ上で、且つ、段差状の拡管が立ち下がる部位が、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａより鉛直下側に形成されているとともに、ＥＧＲパイプ４ａが直線部分よりＥＧＲガス上流側が低くなるように屈曲して形成されていることにより、凝縮水１０は、ＥＧＲパイプ４ａ側、即ち、内燃機関の排気通路側に溢れ出す。したがって、上流側ＥＧＲガス室３ａ内で発生した凝縮水１０が、伝熱管２４内を通って下流側ＥＧＲガス室３ｂ側に流れ込むことがないので、凹状空間Ｂに溜まる凝縮水１０の水面１２を低く保つことができ、ＥＧＲガスの流れが阻害されることが抑制され、ＥＧＲガス冷却装置１の冷却効率の低下を防止することができる。また、凹状空間Ａから溢れ出した凝縮水１０が排気通路側に流れると、排気通路内の温度は高温であるために、溢れ出した凝縮水１０が蒸発し易いという利点が得られる。
【００３０】
さらに、上流側ＥＧＲガス室３ａが、下流側ＥＧＲガス室３ｂより鉛直下側に位置するように筒体２０の軸線２１及び伝熱管２４の軸線が水平方向に対して若干傾斜して車両に搭載されていることにより、伝熱管２４内で発生した凝縮水１０は、傾斜に沿って上流側ＥＧＲガス室３ａ側に向かって流れるので、下流側ＥＧＲガス室３ｂ側に凝縮水１０が流れることはない。したがって、ＥＧＲガス冷却装置１が、筒体２０の軸線２１及び伝熱管２４の軸線が水平方向に車両に搭載された場合に比べて、下流側ＥＧＲガス室３ｂに流れ込む凝縮水１０の量が低減されるので、凹状空間Ｂに溜まる凝縮水１０の水面１２を低く保つことができ、ＥＧＲガスの流れが阻害されることが抑制され、ＥＧＲガス冷却装置１の冷却効率の低下を防止することができる。
【００３１】
さらに、ボンネット部材３０ａの内側線３６ａが、伝熱管２４ａにおけるＥＧＲガス上流側の開口端部内周縁の最下点２５ａより鉛直下側に位置しているのに対して、ボンネット部材３０ｂのＥＧＲガス排出口３１ｂの内周縁の最下点が、伝熱管２４ａにおけるＥＧＲガス下流側の開口端部内周縁の最下点２５ｂより鉛直上側に位置しており、且つ、ボンネット部材３０ａにおける凹状空間Ａの軸線２１方向の長さは、ボンネット部材３０ｂにおける凹状空間Ｂの軸線２１方向の長さよりも短く形成されていることにより、上流側ＥＧＲガス室３ａにおける凹状空間Ａの容積は、従来のものと基本的に同一構成を有する下流側ＥＧＲガス室３ｂにおける凹状空間Ｂの容積より遥かに縮小されている。これにより、凹状空間Ａに溜まった少量の凝縮水１０は、ＥＧＲガスが高温になるにつれて簡単に蒸発し、残留することがないので、凝縮水１０の水面１２を一層低く保つことができ、従来のものに比べて、ＥＧＲガスの流れが阻害されることが抑制され、ＥＧＲガス冷却装置１の冷却効率の低下を防止することができる。
【００３２】
さらに、一般に、ボンネット部材３０ａにおけるＥＧＲパイプ４ａ側の開口部の中心３４ａと熱交換部２側の開口部の中心３２ａとがオフセットしている場合には、ボンネット部材３０ｂのごとくＥＧＲパイプ側の開口部の中心と熱交換部側の開口部の中心とが同軸上に位置するよう形成された従来のものに比べて、ＥＧＲガスの拡散が不均一になる。しかしながら、本第１の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置１によれば、ボンネット部材３０ａにおけるＥＧＲパイプ４ａ側の開口端部と熱交換部２側の開口端部との距離Ｌａが、従来のものと基本的に同一構成を有するボンネット部材３０ｂにおけるＥＧＲパイプ４ｂ側の開口端部と熱交換部２側の開口端部との距離Ｌｂよりも長く設定されている。このことにより、ＥＧＲガスが不均一に拡散されることが防止され、伝熱管２４の夫々に均一にＥＧＲガスが分配される。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について図７に基づいて説明する。
【００３３】
本第２の実施の形態も上記第１の実施の形態と同様に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置に本発明を適用したものであり、上記第１の実施の形態と基本的には同一の構成である。なお、上記第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３４】
図７は本第２の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置の要部を示す中央を省略した縦断側面図、図８は凹状空間Ａ’，Ｂ’に最大量の凝縮水が溜まった様子を示す縦断側面図である。
【００３５】
図７に示されるように、本第２の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置１においては、熱交換部２，ＥＧＲガスの上流側に配設されるボンネット部材５０ａは、上記第１の実施の形態と同一構成を成しているが、ＥＧＲガスの下流側に配設されるボンネット部材５０ｂが、ＥＧＲガスの上流側に配設されるボンネット部材５０ａと同一形状を成している点と、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂが、上記第１の実施の形態と同一形状を成しているものの、直線部分が水平方向に対して平行に車両に搭載され、筒体２０の軸線２１が水平方向に沿うよう傾斜せずに車両に搭載されている点で、上記第１の実施の形態と異なっている。
【００３６】
即ち、ボンネット部材５０ａ，５０ｂは、大径側（熱交換部２側）の開口部の中心５２ａ，５２ｂが筒体２０の軸線２１上に位置しており、小径側（ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂ側）の開口部の中心５４ａ，５４ｂが筒体２０の軸線２１に対して鉛直下側にオフセットして形成されている。さらに、ボンネット部材５０ａ，５０ｂは、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、第１円筒部Ｔ１’，Ｓ１’と斜円錐台形状部Ｔ２’，Ｓ２’と第２円筒部Ｔ３’，Ｓ３’とから構成されている。第１円筒部Ｔ１’，Ｓ１’では、その軸線が筒体２０の軸線２１に対して平行であり、内径がＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの外径に略等しく形成されて、この部位でＥＧＲパイプ４ａ，４ｂが固着されいる。斜円錐台形状部Ｔ２’，Ｓ２’では、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、母線と円形底面とが垂直であるような斜円錐台状に内周面が拡径されるとともに、円形底面に垂直な母線が筒体２０の軸線２１に対して平行であり、且つ、母線のうちで最も鉛直下方に位置するよう形成されている。また、第２円筒部Ｔ３’，Ｓ３’との境界部附近の下部においては、母線に対して所定の傾斜角をなして段差状に若干拡管されている。第２円筒部Ｔ３’，Ｓ３’では、その軸線が筒体２０の軸線２１と同軸上に位置しており、内径がチューブシート２２ａ，２２ｂの外径に略等しく形成されて、この部位でチューブシート２２ａ，２２ｂが固着されている。そして、ボンネット部材５０ａ，５０ｂの大径側開口部の中心５２ａ，５２ｂ及び小径側開口部の中心５４ａ，５４ｂを含む鉛直縦断面における２本の内側線のうち鉛直下側の内側線５６ａ，５６ｂが、伝熱管２４のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管２４ａにおけるＥＧＲガス上流側の開口端部内周縁の最下点２５ａ及びＥＧＲガス下流側の開口端部内周縁の最下点２５ｂより鉛直下側に位置するよう構成されている。尚、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂは、開口端部内周縁の最下点４２ａ，４２ｂが伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置するように肉厚が設定されている。尚、第１円筒部Ｔ１’，Ｓ１’，斜円錐台形状部Ｔ２’，Ｓ２’，第２円筒部Ｔ３’，Ｓ３’の夫々の境界部の内周面は、滑らかに連続して形成されている。
【００３７】
したがって、上流側ＥＧＲガス室５ａ，下流側ＥＧＲガス室５ｂ内には、ボンネット部材５０ａ，５０ｂが斜円錐台形状部Ｔ２’，Ｓ２’で下部が段差状に拡管されていることにより、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの開口端部壁面４４ａ，４４ｂとボンネット部材５０ａ，５０ｂの内周面とチューブシート２２ａ，２２ｂとで凹状空間Ａ’，Ｂ’が形成されている。
【００３８】
上記構成とされたＥＧＲガス冷却装置１によれば、図８に示されるように、凹状空間Ａ’，Ｂ’が凝縮水１０で満たされた場合、即ち、上流側ＥＧＲガス室５ａ，下流側ＥＧＲガス室５ｂ内に溜まり得る最大量の凝縮水が溜まった場合において、ＥＧＲパイプ４ａ及び４ｂが、ＥＧＲガス冷却装置１が配設されて水平方向に対して平行な直線部分より上流側及び下流側が低くなるよう屈曲して形成されていることにより、凝縮水１０の水面１２は、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの開口端部内周縁の最下点４２ａ，４２ｂまで達する。ところが、内側線５６ａ，５６ｂが、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置するよう構成されているとともに、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂが、開口端部内周縁の最下点４２ａ，４２ｂが伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置するように肉厚が設定されていることにより、凝縮水１０の水面１２は、伝熱管２４ａの開口端部内周の最下点２５ａ，２５ｂよりも鉛直下側に離間している。したがって、上流側ＥＧＲガス室５ａ側及び下流側ＥＧＲガス室５ｂ側の双方において、伝熱管２４ａの開口端部が凝縮水１０によって閉塞されることがなく、上記第１の実施の形態に比べて、一層、ＥＧＲガス冷却装置１の冷却性能低下の防止を促進することができる。
【００３９】
さらに、上流側ＥＧＲガス室５ａ内の凹状空間Ａ’が凝縮水１０で満たされた後にも凝縮水が発生し続ける場合において、ＥＧＲパイプ４ａが、開口端部内周縁の最下点４２ａが伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａより鉛直下側に位置するように肉厚が設定されており、且つ、水平方向に対して平行な直線部分より上流側が低くなるよう屈曲して形成されていることにより、凝縮水１０は、ＥＧＲパイプ４ａ側、即ち、内燃機関の排気通路側に溢れ出す。したがって、排気通路内の温度は高温であるために、溢れ出した凝縮水１０が蒸発し易いという利点が得られる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について図９に基づいて説明する。
【００４０】
本第３の実施の形態も上記第１及び第２の実施の形態と同様に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却装置に本発明を適用したものであり、上記第１及び第２の実施の形態と基本的には同一の構成である。なお、上記第１及び第２の実施の形態と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４１】
図９は本第３の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置の要部を示す中央を省略した縦断側面図、図１０は凹状空間Ａ”，Ｂ”に最大量の凝縮水が溜まった様子を示す縦断側面図である。
【００４２】
本第３の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置１においては、熱交換部２、及び、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂは上記第１及び第２の実施の形態と同一構成を成しているが、ボンネット部材６０ａ，６０ｂの形状が上記第１及び第２の実施の形態と異なっている。尚、本第３の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置１は、上記第２の実施の形態と同様に、筒体２０の軸線２１が水平方向に沿うよう傾斜せずに車両に搭載されている。
【００４３】
図９に示されるように、ボンネット部材６０ａ，６０ｂは、大径側（熱交換部２側）の開口部の中心６２ａ，６２ｂが筒体２０の軸線２１上に位置しており、小径側（ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂ側）の開口部の中心６４ａ，６４ｂが筒体２０の軸線２１に対して鉛直下方にオフセットして形成されている。さらに、ボンネット部材６０ａ，６０ｂは、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、第１円筒部Ｔ１”，Ｓ１”と斜円錐台形状部Ｔ２”，Ｓ２”と第２円筒部Ｔ３”，Ｓ３”とから構成されている。第１円筒部Ｔ１”，Ｓ１”では、その軸線が筒体２０の軸線２１に対して平行であり、内径がＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの外径に略等しく形成されて、この部位でＥＧＲパイプ４ａ，４ｂが固着されいる。斜円錐台形状部Ｔ２”，Ｓ２”では、小径側の開口部から大径側の開口部に向かって、母線と円形底面とが垂直であるような斜円錐台状に内周面が拡径されるとともに、円形底面に垂直な母線が筒体２０の軸線２１に対して平行であり、且つ、母線のうちで最も鉛直下方に位置するよう形成されている。第２円筒部Ｔ３”，Ｓ３”では、その軸線が筒体２０の軸線２１と同軸上に位置しており、内径がチューブシート２２ａ，２２ｂの外径に略等しく形成されて、この部位でチューブシート２２ａ，２２ｂが固着されている。そして、ボンネット部材６０ａ，６０ｂの大径側開口部の中心６２ａ，６２ｂ及び小径側開口部の中心６４ａ，６４ｂを含む鉛直縦断面における２本の内側線のうち鉛直下側の内側線６６ａ，６６ｂが、伝熱管２４のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管２４ａにおけるＥＧＲガス上流側の開口端部内周縁の最下点２５ａ及びＥＧＲガス下流側の開口端部内周縁の最下点２５ｂより鉛直下側に位置するよう構成されている。尚、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂは、開口端部内周縁の最下点４２ａ，４２ｂが伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置するように肉厚が設定されている。尚、第１円筒部Ｔ１”，Ｓ１”，斜円錐台形状部Ｔ２”，Ｓ２”，第２円筒部Ｔ３”，Ｓ３”の夫々の境界部の内周面は、滑らかに連続して形成されている。
【００４４】
したがって、上流側ＥＧＲガス室６ａ，下流側ＥＧＲガス室６ｂ内には、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの開口端部壁面４４ａ，４４ｂとボンネット部材６０ａ，６０ｂの内周面とチューブシート２２ａ，２２ｂとで微小な凹状空間Ａ”，Ｂ”が形成されている。
【００４５】
上記構成とされたＥＧＲガス冷却装置１によれば、図１０に示されるように、凹状空間Ａ”，Ｂ”が凝縮水１０で満たされた場合、即ち、上流側ＥＧＲガス室６ａ，下流側ＥＧＲガス室６ｂ内に溜まり得る最大量の凝縮水が溜まった場合において、ＥＧＲパイプ４ａ及び４ｂが、ＥＧＲガス冷却装置１が配設されて水平方向に対して平行な直線部分より上流側及び下流側が低くなるよう屈曲して形成されていることにより、凝縮水１０の水面１２は、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの開口端部内周縁の最下点４２ａ，４２ｂまで達する。ところが、内側線６６ａ，６６ｂが、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置するよう構成されているとともに、ＥＧＲパイプ４ａ，４ｂが、開口端部内周縁の最下点４２ａ，４２ｂが伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置するように肉厚が設定されていることにより、凝縮水１０の水面１２は、伝熱管２４ａの開口端部内周の最下点２５ａ，２５ｂよりも鉛直下側に離間している。したがって、上流側ＥＧＲガス室５ａ側及び下流側ＥＧＲガス室５ｂ側の双方において、伝熱管２４ａの開口端部が凝縮水１０によって閉塞されることがなく、上記第１の実施の形態に比べて、一層、ＥＧＲガス冷却装置１の冷却性能低下の防止を促進することができる。
【００４６】
さらに、本第３の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置１は、ボンネット部材６０ａ，６０ｂの円錐台形状部Ｔ２”，Ｓ２”で、上記第１及び第２の実施の形態のごとく下部が段差状に拡管されていないことにより、凹状空間Ａ”，Ｂ”が、上記第１及び第２の実施の形態における凹状空間Ａ，Ａ’，Ｂ’に比べて極めて小さい。したがって、凹状空間Ａ”，Ｂ”には、凝縮水１０がごく少量しか溜まることがなく、凝縮水１０が高温のＥＧＲガスによって蒸発すると、上記第１及び第２の実施の形態に比べて残留し難くなり、より一層、ＥＧＲガス冷却装置１の冷却性能低下の防止を促進することができる。
【００４７】
さらに、上流側ＥＧＲガス室６ａ内の凹状空間Ａ”が凝縮水１０で満たされた後にも凝縮水が発生し続ける場合において、ＥＧＲパイプ４ａが、開口端部内周縁の最下点４２ａが伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａより鉛直下側に位置するように肉厚が設定されており、且つ、水平方向に対して平行な直線部分より上流側が低くなるよう屈曲して形成されていることにより、凝縮水１０は、ＥＧＲパイプ４ａ側、即ち、内燃機関の排気通路側に溢れ出す。したがって、排気通路内の温度は高温であるために、溢れ出した凝縮水１０が蒸発し易いという利点が得られる。
【００４８】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して、以下のように実施することもできる。
（１）上記第１の実施の形態、及び、第２の実施の形態では、凹状空間Ａ，Ａ’，Ｂ’が凝縮水で満たされた場合、即ち、上流側ＥＧＲガス室３ａ，５ａ，５ｂに、溜まり得る最大量の凝縮水１０が溜まった場合において、凝縮水１０の水面１２が、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に離間する例を示したが、凝縮水１０の水面１２が、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂに一致するように構成されても、伝熱管２４ａの開口端部が閉塞されることがなく、従来に比べて冷却効率低下の防止が促進される。
（２）上記第１の実施の形態、及び、第２の実施の形態では、ボンネット部材３０ａ，５０ａ，５０ｂの第１円筒部Ｔ１，Ｔ１’，Ｓ２’において、内周面がＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの開口端部外周にＮｉろう付けされているが、ボンネット部材３０ａ，５０ａ，５０ｂの外周面がＥＧＲパイプ４ａ，４ｂの開口端部内周にＮｉろう付けされていても、内側線３６ａ，５６ａ，５６ｂが、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置するよう構成されていることにより、凹状空間Ａ，Ａ’，Ｂ’が、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂより鉛直下側に位置しており、凝縮水１０の水面１２が伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａ，２５ｂに達することはなく、冷却効率の低下を防止することができる。
（３）上記第１の実施の形態では、ＥＧＲガス冷却装置１が、上流側ＥＧＲガス室３ａが、下流側ＥＧＲガス室３ｂより鉛直下側に位置するように筒体２０の軸線２１及び伝熱管２４の軸線２８が水平方向に対して若干傾斜して車両に搭載された例を示したが、筒体２０の軸線２１及び伝熱管２４の軸線２８が水平方向に沿うように車両に搭載されても、従来に比べて冷却効率低下の防止が促進される。
（４）上記第１乃至第３の実施の形態では、凹状空間Ａ，Ａ’，Ａ”が凝縮水で満たされた場合、即ち、上流側ＥＧＲガス室３ａ，５ａ，６ａに溜まり得る最大量の凝縮水１０が溜まった場合において、凝縮水１０の水面１２が、伝熱管２４ａの開口端部内周縁の最下点２５ａより鉛直下側に離間しているため、凹状空間Ａ，Ａ’，Ａ”が凝縮水１０で満たされた後にも凝縮水１０が発生し続ける場合には、凝縮水１０は、上流側ＥＧＲガス室３ａ，５ａ，６ａが連通する上流側ＥＧＲパイプ４ａ側、即ち、内燃機関の排気通路側に溢れ出すことで、容易に蒸発させることができる例を示した。そこで、上流側ＥＧＲガス室３ａ，５ａ，６ａに溜まり得る最大量の凝縮水１０の水面１２と、伝熱管２４ａにおける上流側の開口端部内周縁の最下点２５ａとが一致する場合には、伝熱管２４ａが、ＥＧＲガス上流側に比べてＥＧＲガス下流側が高くなるよう傾斜させることで、凹状空間Ａ，Ａ’，Ａ”が凝縮水１０で満たされた後に凝縮水１０が発生し続けると、凝縮水１０は、上流側ＥＧＲガス室３ａ，５ａ，６ａが連通する上流側ＥＧＲパイプ４ａ側、即ち、内燃機関の排気通路側に溢れ出し、容易に蒸発させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置の全体構成を示す縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】伝熱管２４aを示す一部を省略した一部縦断側面図である。
【図４】第１の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置を車両に搭載した際の要部を示す中央を省略した縦断側面図である。
【図５】ボンネット部材３０ａの全体を示す斜視図である。
【図６】凹状空間Ａに最大量の凝縮水が溜まった様子を示す縦断側面図である。
【図７】第２の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置の要部を示す中央を省略した縦断側面図である。
【図８】凹状空間Ａ’，Ｂ’に最大量の凝縮水が溜まった様子を示す縦断側面図である。
【図９】第３の実施の形態に係るＥＧＲガス冷却装置の要部を示す中央を省略した縦断側面図である。
【図１０】凹状空間Ａ”，Ｂ”に最大量の凝縮水が溜まった様子を示す縦断側面図である。
【図１１】従来の多管式ＥＧＲガス冷却装置の一例の全体構成を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１ＥＧＲガス冷却装置
２熱交換部
３ａ上流側ＥＧＲガス室
３ｂ下流側ＥＧＲガス室
４ａ，４ｂＥＧＲガス通路
１０凝縮水
１２水面
２４伝熱管
２４ａ最も鉛直下方に位置する伝熱管
２５ａ開口端部内周縁の最下点
２８冷却媒体通路
Ａ凹状空間

Claims

内燃機関の排気系から排気ガスの一部を取り出し吸気系へ還流させるＥＧＲガス通路の途中に設けられるＥＧＲガス冷却装置は、前記ＥＧＲガス通路の上流側に連通する上流側ＥＧＲガス室と、前記ＥＧＲガス通路の下流側に連通する下流側ＥＧＲガス室と、前記上流側ＥＧＲガス室の内部空間と前記下流側ＥＧＲガス室の内部空間とを連通するとともに内部にＥＧＲガスが流通する複数の伝熱管と、前記上流側ＥＧＲガス室と前記下流側ＥＧＲガス室との間において、前記伝熱管の周囲に形成された冷却媒体通路と、から構成され、前記上流側ＥＧＲガス室が前記下流側ＥＧＲガス室より鉛直下側に位置するように前記伝熱管の軸線が水平方向に対して若干傾斜して車両に搭載され、前記上流側ＥＧＲガス室は、前記ＥＧＲガス冷却装置が車両に搭載された際において、前記上流側ＥＧＲガス室内に溜まり得る最大量の凝縮水の水面と、前記伝熱管のうち最も鉛直下方に位置する伝熱管における前記水面側の開口端部内周縁の最下点と、が一致するか、又は、前記水面が前記最下点より鉛直下側に離間するよう形成されたことを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。