JP4659511B2 - EGR cooler device - Google Patents
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Description
本発明は、例えばディーゼルエンジンのEGR(exhaust-gas recirculation)システムに用いられるEGRクーラ装置に関する。 The present invention relates to an EGR cooler device used in, for example, an exhaust-gas recirculation (EGR) system of a diesel engine.
従来、ディーゼルエンジンでの燃焼温度を下げてNOxの発生を抑制するEGRシステムが知られている。このようなEGRシステムでは、エンジンからの排気ガスの一部を給気側に再循環させるのであるが、再循環させる排気ガスを冷却するためにEGRクーラ装置が設けられることがある。 Conventionally, an EGR system that suppresses the generation of NOx by lowering the combustion temperature in a diesel engine is known. In such an EGR system, a part of the exhaust gas from the engine is recirculated to the supply air side, but an EGR cooler device may be provided to cool the exhaust gas to be recirculated.
EGRクーラ装置は、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う一種の熱交換器として機能するEGRクーラと、このEGRクーラをエンジンの排気マニホールド等に固定するブラケットとを備え、EGRクーラを構成する複数の熱交換チューブ内に排気ガスを流通させるとともに、熱交換チューブを外周側から冷却水で冷却し、排気ガスの温度を下げるのである(例えば特許文献1参照)。 The EGR cooler device includes an EGR cooler that functions as a kind of heat exchanger that exchanges heat between exhaust gas and cooling water, and a bracket that fixes the EGR cooler to an exhaust manifold of the engine. While exhaust gas is circulated through a plurality of heat exchange tubes, the heat exchange tube is cooled with cooling water from the outer peripheral side to lower the temperature of the exhaust gas (see, for example, Patent Document 1).
また、EGRクーラとしては、エンジンの大型化に対応した大容量タイプが提案されている。このタイプのEGRクーラでは、熱応力低減のために熱交換チューブが排気ガスの流れ方向に沿って複数段に分割配置されており、各段の熱交換チューブを個別に冷却水で冷却する。従って、各段において熱交換チューブを覆うボディには、冷却水の取入口と取出口とが一対となって設けられている(例えば特許文献2参照)。 Moreover, as an EGR cooler, a large-capacity type corresponding to an increase in engine size has been proposed. In this type of EGR cooler, heat exchange tubes are divided into a plurality of stages along the flow direction of exhaust gas in order to reduce thermal stress, and the heat exchange tubes at each stage are individually cooled with cooling water. Therefore, the body that covers the heat exchange tube in each stage is provided with a pair of a cooling water intake and an extraction outlet (see, for example, Patent Document 2).
一方のブラケットは、板金製のものが多く、エンジン側へはボルトで固定される。そして、このようなブラケットに対してEGRクーラがボルト止め等されることになる。 One bracket is often made of sheet metal and is fixed to the engine side with bolts. Then, the EGR cooler is bolted to such a bracket.
しかしながら、従来のEGRクーラ装置において、EGRクーラを冷却する冷却水は、エンジン冷却水の一部をシリンダブロックから取り出して用いており、冷却水といえども80℃程度の温度を有している。このため、EGRクーラのボディはエンジンの始動とともにエンジン冷却水によって徐々に暖められることになり、ブラケットとの間で温度差が生じる。そして、この温度差が大きいと、例えばボディの熱膨張にブラケット側が追従できず、ボディとブラケットとに熱応力が生じて耐久性が低下する。 However, in the conventional EGR cooler apparatus, the cooling water for cooling the EGR cooler uses a part of the engine cooling water extracted from the cylinder block, and even the cooling water has a temperature of about 80 ° C. For this reason, the body of the EGR cooler is gradually warmed by the engine coolant when the engine is started, and a temperature difference is generated between the bracket and the bracket. If this temperature difference is large, for example, the bracket side cannot follow the thermal expansion of the body, and thermal stress is generated between the body and the bracket, resulting in a decrease in durability.
この問題を解決するためには、温度上昇を伴う排気マニホールドにブラケットを固定し、排気マニホールドからの熱伝達を利用して熱応力を緩和することが考えられる。
しかし、このような場合には、EGRクーラ装置の取付が排気マニホールドに限定されるため、EGRクーラ装置の配置位置に制約が生じるという問題がある。
In order to solve this problem, it is conceivable that a bracket is fixed to the exhaust manifold accompanied by a temperature rise, and thermal stress is relieved by using heat transfer from the exhaust manifold.
However, in such a case, since the mounting of the EGR cooler device is limited to the exhaust manifold, there is a problem that the arrangement position of the EGR cooler device is restricted.
本発明の目的は、熱応力を軽減でき、かつ配置位置の制約を解消できるEGRクーラ装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the EGR cooler apparatus which can reduce a thermal stress and can eliminate the restriction | limiting of an arrangement position.
本発明の請求項1に係るEGRクーラ装置は、エンジンからの排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行うEGRクーラと、前記EGRクーラをエンジン側に固定するブラケットとを備え、前記ブラケットには、前記ブラケット内を通過して前記EGRクーラでの熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路と、前記ブラケット内を通過して前記ブラケットを暖めるエンジン冷却水が通る冷却水通路とが設けられていることを特徴とする。 An EGR cooler device according to a first aspect of the present invention includes an EGR cooler that exchanges heat between exhaust gas from an engine and engine coolant, and a bracket that fixes the EGR cooler to the engine side. A cooling water passage through which the engine cooling water used for heat exchange in the EGR cooler passes, and a cooling water passage through which the engine cooling water that passes through the bracket and warms the bracket passes. Is provided.
本発明の請求項2に係るEGRクーラ装置は、請求項1に記載のEGRクーラ装置において、前記ブラケット内を通過して前記EGRクーラでの熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路は、前記EGRクーラに向かうエンジン冷却水が通る冷却水通路および/または前記EGRクーラから戻るエンジン冷却水が通る冷却水通路であることを特徴とする。 The EGR cooler apparatus according to claim 2 of the present invention is the EGR cooler apparatus according to claim 1, wherein the cooling water passage through which the engine cooling water that passes through the bracket and is used for heat exchange in the EGR cooler passes is provided. A cooling water passage through which engine cooling water toward the EGR cooler passes and / or a cooling water passage through which engine cooling water returning from the EGR cooler passes.
以上において、請求項1のEGRクーラ装置によれば、ブラケットにエンジン冷却水を流す冷却水通路が設けられているため、ブラケットがエンジン冷却水によって暖められ、EGRクーラ側との温度差を小さくでき、熱応力の発生を抑制できて耐久性を向上させることができる。また、ブラケットを排気マニホールドに配置する必要性がないので、配置位置の制約をも解消できる。 In the above, according to the EGR cooler device of the first aspect, since the cooling water passage for flowing the engine cooling water is provided in the bracket, the bracket is warmed by the engine cooling water, and the temperature difference from the EGR cooler side can be reduced. The generation of thermal stress can be suppressed and the durability can be improved. In addition, since there is no need to arrange the bracket on the exhaust manifold, the restriction on the arrangement position can be eliminated.
請求項2のEGRクーラ装置によれば、冷却水通路を流れるエンジン冷却水がEGRクーラ用であるため、この冷却水通路をブラケット内で複数に分岐してエンジン冷却水をEGRクーラ側に向かわせるようにすれば、エンジン冷却水の取入口が複数設けられる大容量タイプのEGRクーラに容易に対応できる。つまり、大容量タイプのEGRクーラにおいて、複数の取入口にエンジン冷却水を送るためには従来、エンジン冷却水の分配器が必要であったが、本発明によれば、冷却水通路が分配機能を有することになるので、そのような分配器を不要にできるうえ、配管を短くしてコンパクトにできる。 According to the EGR cooler device of the second aspect, since the engine cooling water flowing through the cooling water passage is for the EGR cooler, the cooling water passage is branched into a plurality of portions in the bracket to direct the engine cooling water toward the EGR cooler. By doing so, it is possible to easily cope with a large-capacity type EGR cooler provided with a plurality of intake ports for engine cooling water. That is, in the large-capacity type EGR cooler, in order to send engine cooling water to a plurality of intake ports, conventionally, an engine cooling water distributor has been required. However, according to the present invention, the cooling water passage has a distribution function. Therefore, such a distributor can be made unnecessary, and the piping can be shortened and made compact.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態に係るEGRクーラ装置10が搭載されたエンジン1を模式的に示す側面図である。図2は、エンジン1の正面図である。
図1、図2において、エンジン1は、本実施形態ではディーゼルエンジンであり、ターボチャージャ2と、EGRクーラ装置10を含むEGRシステムとを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view schematically showing an engine 1 on which an
1 and 2, the engine 1 is a diesel engine in the present embodiment, and includes a turbocharger 2 and an EGR system including an
ターボチャージャ2は公知のものあでり、詳細な説明を省略するが、簡潔に説明すると、排気マニホールド3(図2)と排気マフラ4との間の排気通路途中に設けられ、エンジン1の排気ガスエネルギでタービンおよびコンプレッサを駆動してエアクリーナ5からの吸気を過給し、過給された給気を給気通路用の給気配管6を通して給気マニホールド7に送り込む。なお、図1では図示を省略してあるが、給気配管6からの給気は、エンジン1の前面に配置されるアフタクーラを通ってさらに給気配管8に送り込まれ、給気マニホールド7に供給される。
The turbocharger 2 is a well-known turbocharger and will not be described in detail. However, in brief, the turbocharger 2 is provided in the middle of the exhaust passage between the exhaust manifold 3 (FIG. 2) and the exhaust muffler 4. The turbine and compressor are driven by gas energy to supercharge intake air from the
EGRシステムは、排気マニホールド3および給気マニホールド7上流の給気配管8を連通させるEGR配管9と、EGR配管9の途中に設けられた前述来のEGRクーラ装置10と、EGRクーラ装置10の下流に設けられたEGRバルブ11とを備え、EGRバルブ11の開閉を図示しないエンジンコントローラで制御することで、必要に応じて排気ガスの一部を排気マニホールド3側から給気マニホールド7側へ再循環させることが可能である。また、EGRシステムを効率的に稼動させるために、給気配管6と排気マニホールド3とを連通させるバイパス通路を設けることもある。
The EGR system includes an EGR
EGRシステムを構成するEGRクーラ装置10は、図3、図4に示すEGRクーラ20と、このEGRクーラ20をエンジン1のシリンダブロック1Aに取り付けるためのブラケット40とを備えている。
The EGR
図3、図4において、本実施形態のEGRクーラ20は大容量タイプであり、排気ガスの流れ方向に沿って直列に配置された一対の筒状のボディ21を備えている。前段側のボディ21には排気ガスの流入口22Aを有した取付フランジ22が設けられ、後段側のボディ21には排気ガスの流出口23Aを有する取付フランジ23が設けられている。各ボディ21の内部には、両端がヘッダプレート24(片側のみを図示)で支持された複数の熱交換チューブ25が設けられている。
3 and 4, the EGR
また、ボディ21同士は、互いに対向するヘッダプレート24の内周に溶接または鑞付け等される環状の連結部材26を介して連結されており、この連結部分の空間でわずかなガス室27が形成されるようになっている。すなわち、このガス室27を形成することにより、熱交換チューブ25を各ボディ21に相当する長さに抑えてあり、ヘッダプレート24と熱交換チューブ25とに生じる熱応力を緩和している。
The
より具体的に、それぞれのボディ21の長手方向の一端側には、内部に冷却水を流入させる冷却水入口28が、他端側には内部から冷却水を流出させる冷却水出口29が設けられている。これらの冷却水入出口28,29は径方向に対向して位置している。冷却水入出口28,29には、エンジン1側からのエンジン冷却水を引き入れる供給管31、およびエンジン冷却水をエンジン1側に戻す戻し管32とが接続されている。ここで、2本の戻し管32は集合器33に接続されており、集合器33で集められた各ボディ21からのエンジン冷却水は、一本の戻し管34を通して戻される。
More specifically, one end side of each
さらに、各ボディ21において、冷却水入口28と径方向に略対向した位置には、内部に溜まっているエアを抜き出すエア抜き孔35が設けられている。エア抜き孔35は、周方向に近接して一対設けられているのであるが、図4では1つのみが図示されている。エア抜き孔35が一対設けられるのは、EGRシステムが搭載された車両等が傾いた場合でも、エアを確実に除去するためである。各エア抜き孔35と前記集合器33とはエア配管36で接続されており、集められたエアが集合器33の排気孔33Aから放出される。
Further, in each
そして、各ボディ21の外周には、合計4つの取付片37が設けられており、各取付片37に穿設された丸孔37Aに挿通されるボルトにより、EGRクーラ20がブラケット40に固定される。
A total of four
以下には、本実施形態の最も特徴的なブラケット40について具体的に説明する。
図5は、ブラケット40が取り付けられるシリンダブロック1Aを模式的に示す正面図である。図6は、ブラケット40の正面側を示す斜視図、図7は、その背面側を示す斜視図である。図8は、ブラケット40を示す正面図であり、図9は、図8のIX−IX線断面図、図10は、図8のX−X線断面図である。
Below, the most
FIG. 5 is a front view schematically showing the
図5において、シリンダブロック1Aの正面側には、ブラケット40をボルト止めするための複数(本実施形態では10個所)のボルト孔1Bが穿設されているとともに、これらのボルト孔1Bに隣接して、内部のウォータジャケットに連通した冷却水取出孔1Cおよび冷却水戻し孔1Dが設けられている。このように本実施形態では、ブラケット40を排気マニホールド3に取り付ける必要があるといった制約はなく、シリンダブロック1Aの正面側に配置してある。
In FIG. 5, a plurality (10 in this embodiment) of
ブラケット40はその下部側において、前記シリンダブロック1Aのボルト孔1Bに対応したボルト挿通孔40Aを有し、これらに挿通されるボルト41で固定される。このようなブラケット40は、ボルト41で固定される部分から上方に向けて大きく設けられており、シリンダブロック1Aからその上方のシリンダヘッド1E、ロッカハウジング1F、およびヘッドカバー1G(共に図1、図2)に達する大きさを有した鋳鉄製である。また、ブラケット40には、全体にわたってリブ構造が採用されており、軽量化および剛性向上が図られている。
The
ブラケット40の正面側には、EGRクーラ20を取り付けるための取付座42が4箇所に設けられており、EGRクーラ20の丸孔37Aに挿通されたボルトが取付座42のボルト孔42Aに螺合される。この結果、EGRクーラ20がブラケット40を介してエンジン1に固定されることになる。
On the front side of the
図6、図7において、ブラケット40の前記取付座42が設けられている領域の背面側には、エンジン冷却水を通すための第1冷却水通路43が設けられている。第1冷却水通路43は、エンジン冷却水がブラケット40の側方から入り込むように開口した流入口43Aと、ブラケット40の上端面から流れ出るように開口した流出口43Bとを有し、流入口43Aから流出口43BにわたってL字形状に形成されている。
6 and 7, a first
この第1冷却水通路43内を流れるエンジン冷却水は、シリンダヘッド1Eから流出して図示しないラジエータに向かう途中の冷却水であり、従って、シリンダヘッド1Eと流入口43Aとの間、および流出口43Bとラジエータとの間にはそれぞれ、図示しないラジエータホースが接続される。この際、流入出口43A,43Bには、ラジエータホースを接続するためのホース継手44,45が設けられる。そして、第1冷却水通路43内を大流量のエンジン冷却水が流れることによりブラケット40が暖められ、この際の熱が取付座42に固定されているEGRクーラ20に伝達され、EGRクーラ20のボディ21も暖められてブラケット40との温度差が略解消される。
The engine coolant flowing in the
また、ブラケット40の背面側において、シリンダブロック1Aの冷却水取出孔1Cおよび冷却水戻し孔1Dに対応した位置には、冷却水供給用入口46Aおよび冷却水戻し用出口47Bが設けられている。一方、ブラケット40の正面側には、冷却水供給用入口46Aと連通した一対の冷却水供給用出口46B,46Cと、冷却水戻し用出口47Bと連通した冷却水戻し用入口47Aとが設けられている。
On the back side of the
つまり、図8、図9に示すように、冷却水供給用入口46Aと一対の冷却水供給用出口46B,46Cとは第2冷却水通路46で連通しており、冷却水供給用入口46Aからブラケット40内の第2冷却水通路46に引き込まれたエンジン冷却水は、当該第2冷却水通路46で分配され、冷却水供給用出口46B,46Cから流出する。これに対して、図8、図10に示すように、冷却水戻し用入口47Aと冷却水戻し用出口47Bとは第3冷却水通路47で連通しており、冷却水戻し用入口47Aからブラケット40内の第3冷却水通路47に戻されたエンジン冷却水は、そのまま冷却水戻し用出口47Bからシリンダブロック1A内のウォータジャケットに戻される。このような第2、第3冷却水通路46,47は、複数工程にわたる所定方向からのドリル加工により形成されている。
That is, as shown in FIGS. 8 and 9, the cooling
ここで、第2、第3冷却水通路46,47内を流れるエンジン冷却水は、EGRクーラ20での熱交換に用いられる。このため、正面側の冷却水供給用出口46B,46Cや冷却水戻し用入口47Aが設けられた部分は、EGRクーラ20への供給管31およびEGRクーラ20からの戻し管34が接続される接続面48とされ、冷却水供給用出口46B,46Cにはそれぞれ供給管31が、冷却水戻し用入口47Aには戻し管34がボルトを用いて接続される。
Here, the engine coolant flowing in the second and
このことにより、流量は第1冷却水通路43を流れる冷却水ほどではないが、第2、第3冷却水通路46,47内にもエンジン冷却水が流れることにより、ブラケット40の温度上昇が促進される。また、特に第2冷却水通路46は、流れるエンジン冷却水を一対の供給管31へ分配する分配機能を有しているため、別の専用の分配器を不要にでき、供給管31等を簡素にかつ短くすることが可能である。なお、図6において、符号49は、ブラケット40の背面側にボルト止めされた吊り具である。
As a result, the flow rate is not as high as the cooling water flowing through the first
ところで、本実施形態では、図8ないし図10に示すように、第2冷却水通路46からは略水平方向に延びた第4冷却水通路51が分岐し、また、第3冷却水通路47からも同様に、第5冷却水通路52が分岐している。第4、第5冷却水通路51,52は、ブラケット40の側面に達しており、側面に設けられた別の冷却水供給用出口51Aおよび冷却水戻し用入口52Aと連通している。このような第4、第5冷却水通路51,52も、所定方向からのドリル加工により形成されている。
By the way, in this embodiment, as shown in FIGS. 8 to 10, the fourth cooling water passage 51 extending in the substantially horizontal direction branches from the second
そして、冷却水供給用出口51Aには、エンジン冷却水を図1に示すコロージョンレジスタ53に供給する供給管54が接続され、冷却水戻し用入口52Aには、コロージョンレジスタ53からの戻し管55が接続される。すなわち、第4冷却水通路51内には、コロージョンレジスタ53に向かう腐食成分が含まれたエンジン冷却水が流れ、第5冷却水通路52内には、コロージョンレジスタ53で清浄化されたエンジン冷却水が流れる。これら第4、第5冷却水通路51,52にもエンジン冷却水が流れることで、ブラケット40の温度分の均一化を図ることが可能である。
A
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態のブラケット40には、ラジエータに向かうエンジン冷却水、EGRクーラ20に向かって戻るエンジン冷却水、コロージョンレジスタ53に向かって戻るエンジン冷却水が通る第1〜第5冷却水通路43,46,47,51,52が設けられていたが、エンジン冷却水の向かう先等に関しては任意であり、単にシリンダブロック1Aから出たエンジン冷却水がブラケット40内を通過し、その後にシリンダブロック1Aに戻るような冷却水通路が設けられていてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Including other structures etc. which can achieve the objective of this invention, the deformation | transformation etc. which are shown below are also contained in this invention.
For example, in the
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
The best configuration for implementing the present invention has been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of quantity, other details, and the like.
Therefore, the description limited to the shape, quantity and the like disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.
本発明は、EGRクーラ装置を備えたエンジンが搭載された建設機械、輸送用トラック、およびその他の産業機械に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a construction machine equipped with an engine equipped with an EGR cooler device, a transportation truck, and other industrial machines.
1…エンジン、10…EGRクーラ装置、20…EGRクーラ、40…ブラケット、43…第1冷却水通路、46…第2冷却水通路、47…第3冷却水通路、51…第4冷却水通路、52…第5冷却水通路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 10 ... EGR cooler apparatus, 20 ... EGR cooler, 40 ... Bracket, 43 ... 1st cooling water passage, 46 ... 2nd cooling water passage, 47 ... 3rd cooling water passage, 51 ... 4th
Claims (2)
エンジン(1)からの排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行うEGRクーラ(20)と、
前記EGRクーラ(20)をエンジン(1)側に固定するブラケット(40)とを備え、
前記ブラケット(40)には、前記ブラケット(40)内を通過して前記EGRクーラ(20)での熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路(46,47)と、前記ブラケット(40)内を通過して前記ブラケット(40)を暖めるエンジン冷却水が通る冷却水通路(43,51,52)とが設けられている
ことを特徴とするEGRクーラ装置(10)。 In the EGR cooler device,
An EGR cooler (20) for exchanging heat between the exhaust gas from the engine (1) and the engine coolant;
A bracket (40) for fixing the EGR cooler (20) to the engine (1) side,
The bracket (40) includes cooling water passages (46, 47) through which the engine cooling water used for heat exchange in the EGR cooler (20) passes through the bracket (40), and the bracket (40). The EGR cooler device (10) is provided with cooling water passages (43, 51, 52) through which engine cooling water that passes through the interior and warms the bracket (40) passes .
前記ブラケット(40)内を通過して前記EGRクーラ(20)での熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路(46,47)は、前記EGRクーラ(20)に向かうエンジン冷却水が通る冷却水通路(46)および/または前記EGRクーラから戻るエンジン冷却水が通る冷却水通路(47)である
ことを特徴とするEGRクーラ装置(10)。 In the EGR cooler device (10) according to claim 1,
In the cooling water passages (46, 47) through which the engine cooling water used for heat exchange in the EGR cooler (20) passes through the bracket (40 ), the engine cooling water directed to the EGR cooler (20) flows. An EGR cooler device (10), characterized in that it is a cooling water passage (46) through and / or a cooling water passage (47) through which engine cooling water returning from the EGR cooler passes.
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