JP5048695B2 - EGR cooler - Google Patents
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Description
本発明は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラに関する。 The present invention relates to an EGR (Exhaust Gas Recirculation) cooler.
従来、ディーゼルエンジンに搭載されるEGRシステムにおいては、給気側に戻す排気ガスを冷却するためのEGRクーラが設けられることがある。EGRクーラは、排気ガスを流通させる複数のチューブと、これらのチューブが収容されるケース(シェルという場合もある)とを備え、ケースの一端側には冷却水を流入させる流入口が設けられ、他端側には冷却水を流出させる流出口が設けられている。 Conventionally, in an EGR system mounted on a diesel engine, an EGR cooler for cooling exhaust gas to be returned to the air supply side may be provided. The EGR cooler includes a plurality of tubes through which exhaust gas is circulated, and a case (also referred to as a shell) in which these tubes are accommodated, and an inflow port through which cooling water flows is provided at one end side of the case. On the other end side, an outlet for allowing the cooling water to flow out is provided.
また、ケースは筒状とされ、ケースの一端側の開口部分には排気ガスを流入させてチューブへと流す入口側タンクが設けられ、ケースの他端側の端部にはチューブからの排気ガスを流出させる出口側タンクが設けられている。このようなケース内においてチューブは、それぞれの端部がヘッダプレートに鑞付け等によって固着されており、該ヘッダプレートが溶接により、ケースの開口部分を塞ぐようにしてその内周面に固着されている。つまり、両端側がヘッダプレートで塞がれたケース内にあって、複数のチューブの外側を冷却水が流れ、チューブの内部を排気ガスが流れる。 In addition, the case has a cylindrical shape, and an inlet side tank is provided in the opening on one end side of the case to allow exhaust gas to flow into the tube, and the exhaust gas from the tube is provided at the other end of the case. An outlet side tank is provided for discharging the water. In such a case, each end of the tube is fixed to the header plate by brazing or the like, and the header plate is fixed to the inner peripheral surface by welding so as to close the opening of the case. Yes. That is, in the case where both end sides are closed by the header plate, the cooling water flows outside the plurality of tubes, and the exhaust gas flows inside the tubes.
ところで、入口側タンク内では、ヘッダプレートの一方の面、つまり入口側タンクに向いた面に高温の排気ガスが直接当たることになるため、ヘッダプレートとチューブとの鑞付け部分が排気ガスによって加熱されることになり、高温化して接合強度が低下し、鑞付け部分に亀裂が入るという問題がある。 By the way, in the inlet side tank, the hot exhaust gas directly hits one side of the header plate, that is, the side facing the inlet side tank, so the brazed portion between the header plate and the tube is heated by the exhaust gas. Therefore, there is a problem that the joint strength is lowered due to high temperature, and cracks are formed in the brazed portion.
そこで、このようなヘッダプレートに排気ガスが直接当たらないようにするために、ヘッダプレートと略同形状の遮蔽板をヘッダプレートの上流側に設け、この遮蔽板にまでチューブ端部を延設させる構造のEGRクーラが提案されている(例えば、特許文献1)。 このような構造では、入口側タンクとケース内との間が2重構造となるため、入口側タンクに流入した高温の排気ガスがヘッダプレートに当たることがなく、チューブとの鑞付け部分が高温化するのを抑制できる。従って、そのような鑞付け部分に亀裂が入る心配がなく、ケース内の冷却水が漏れ出すのを防止できる。 Therefore, in order to prevent exhaust gas from directly hitting such a header plate, a shielding plate having substantially the same shape as the header plate is provided on the upstream side of the header plate, and the tube end is extended to this shielding plate. A structure EGR cooler has been proposed (for example, Patent Document 1). In such a structure, since the space between the inlet side tank and the inside of the case is a double structure, the high temperature exhaust gas flowing into the inlet side tank does not hit the header plate, and the brazed portion with the tube is heated. Can be suppressed. Therefore, there is no fear that such a brazed portion will crack, and the cooling water in the case can be prevented from leaking.
しかしながら、前記公報記載のEGRクーラでは、排気ガスが直に鑞付け部分に当たるのを防ぐことはできるものの、入口側タンクの周壁部(ボンネット)には依然として排気ガスが直に接触するため、入口側タンクとしては、周壁部が外方側へ大きく熱膨張してしまい、入口側タンクとこれが固着されるケースやヘッダプレートとの間において熱膨張差が生じることになる。つまり、ケースやヘッダプレートは、その大部分が常時冷却水と接触しているためにさほど高温にならず、熱膨張の度合いも小さいが、入口側タンクの周壁部は冷却水と接触することがなく、排気ガスとのみ接触するために熱膨張も著しい。 However, in the EGR cooler described in the above publication, although exhaust gas can be prevented from directly hitting the brazing portion, the exhaust gas is still in direct contact with the peripheral wall portion (bonnet) of the inlet side tank. As the tank, the peripheral wall portion is greatly expanded outward, and a difference in thermal expansion occurs between the inlet side tank and the case or header plate to which the inlet side tank is fixed. In other words, most of the case and header plate are always in contact with the cooling water, so the temperature is not so high and the degree of thermal expansion is small, but the peripheral wall of the inlet side tank may be in contact with the cooling water. In addition, the thermal expansion is significant because it is only in contact with the exhaust gas.
従って、入口側タンクとケースやヘッダプレートとの接合部分では、入口側タンクの著しい熱膨張により、ケースやヘッダプレートが外方側に変形し、この変形により結果として、ヘッダプレートとチューブとの接合部分に高応力が生じて亀裂が発生する。 Therefore, at the joint between the inlet side tank and the case or header plate, the case or header plate is deformed outward due to the significant thermal expansion of the inlet side tank. As a result, the joint between the header plate and the tube is caused by this deformation. High stress is generated in the part and cracks occur.
本発明の目的は、入口側タンクとの大きな熱膨張差による熱変形を抑制でき、亀裂が生じるのを防止できるEGRクーラを提供することにある。 The objective of this invention is providing the EGR cooler which can suppress the thermal deformation by a big thermal expansion difference with an inlet side tank, and can prevent that a crack arises.
本発明のEGRクーラは、内部を冷却水が流れるケースと、内部を排気ガスが流れ、前記ケース内に収容される複数のチューブと、前記複数のチューブの端部が接合されて前記ケースの端部に接合されるヘッダプレートと、排気ガスが入り込むように構成されて前記ケースの端部に接合される入口側タンクとを備え、前記入口側タンク内には、入り込んだ排気ガスを前記複数のチューブに案内することで当該入口側タンクの周壁部に接触しにくくする遮蔽部材が設けられ、前記遮蔽部材は、筒状であるとともに、前記入口側タンクの入口端部に一体とされた遮蔽部材の入口端部と、全ての前記チューブの入口側の全域に対応した出口側の開口面積を有する出口端部と、前記入口端部および前記出口端部をつなぐ周壁部とで構成され、前記遮蔽部材と前記ヘッダプレートとの間には、当該遮蔽部材の熱膨張時の前記ヘッダプレートへの接触を回避し、かつ前記入口側タンクの周壁部への排気ガスの回り込みが生じないほどの隙間が形成されていることを特徴とする。 The EGR cooler according to the present invention includes a case in which cooling water flows inside, a plurality of tubes in which exhaust gas flows and inside the case, and ends of the plurality of tubes joined to each other. A header plate that is joined to the portion, and an inlet side tank that is configured to allow exhaust gas to enter and is joined to an end portion of the case . A shielding member that makes it difficult to come into contact with the peripheral wall portion of the inlet side tank by being guided to the tube is provided, and the shielding member has a cylindrical shape and is integrally formed with the inlet end portion of the inlet side tank. The inlet end portion of the tube, an outlet end portion having an opening area on the outlet side corresponding to the entire area of the inlet side of all the tubes, and a peripheral wall portion connecting the inlet end portion and the outlet end portion. Between the material and the header plate, there is a gap that avoids contact with the header plate during thermal expansion of the shielding member and does not cause exhaust gas to wrap around the peripheral wall portion of the inlet side tank. It is formed .
本発明のEGRクーラでは、前記遮蔽部材は、排気ガスの出口側に向けて拡開して設けられていることを特徴とする。 In the EGR cooler of the present invention, the shielding member is provided so as to expand toward the exhaust gas outlet side.
本発明のEGRクーラにおいて、前記出口側端部は、排気ガスの流れ方向に沿って略等しい径寸法とされていることを特徴とする。 In the EGR cooler of the present invention, the outlet end is characterized that you are substantially equal diameter along the flow direction of the exhaust gas.
本発明によれば、入口側タンク内に遮蔽部材を設けるので、入口側タンク内に流入した高温の排気ガスは、入口側タンクの周壁部に接触しにくくなり、周壁部の外方側への熱膨張を抑制する。従って、入口側タンクと接合されるケースやヘッダプレートが入口側タンクの熱膨張に影響されないために、大きく変形する心配がなく、ヘッダプレートとチューブとの接合部分に大きな応力が生じるのを防止して、亀裂の発生を防ぐことができる。 According to the present invention, since the shielding member is provided in the inlet side tank, the high-temperature exhaust gas that has flowed into the inlet side tank is less likely to come into contact with the peripheral wall portion of the inlet side tank. Suppresses thermal expansion. Therefore, since the case and header plate joined to the inlet side tank are not affected by the thermal expansion of the inlet side tank, there is no fear of large deformation, and a large stress is prevented from being generated at the joint portion between the header plate and the tube. Thus, the generation of cracks can be prevented.
遮蔽部材を入口側タンクに設ける場合には、ヘッダプレートとチューブとで構成されるコアとしては、遮蔽部材が設けられないことで前後の勝手が同じになるので、前後の向きが決められているようなケースに対して、前後を誤って組み付ける心配がなく、組み立てを容易にできる。 When the shielding member is provided in the inlet side tank, the front / rear direction is determined because the core constituted by the header plate and the tube has the same front / rear direction by not providing the shielding member. For such cases, there is no need to worry about wrong assembly before and after, making assembly easier.
ここで、遮蔽部材とヘッダプレートとの間に隙間を設けることにより、遮蔽部材が排気ガスに触れて熱膨張しても、遮蔽部材とヘッダプレートとが接触するおそれがなく、ヘッダプレートが押圧されることによる応力発生を防止できる。 Here, by providing a gap between the shielding member and the header plate, even if the shielding member touches the exhaust gas and thermally expands, there is no possibility that the shielding member and the header plate come into contact with each other, and the header plate is pressed. Can prevent the occurrence of stress.
遮蔽部材の出口側の開口部分を全チューブの端部を覆う大きさとすれば、遮蔽部材から出た排気ガスを満遍なく各チューブに流入させることができ、排気ガスの冷却効率を向上させることができる。 If the opening on the outlet side of the shielding member is sized to cover the end of all the tubes, the exhaust gas emitted from the shielding member can be evenly flowed into each tube, and the exhaust gas cooling efficiency can be improved. .
遮蔽部材を出口側に向けて拡開させることにより、入口側タンクでの入口側の開口面積が小さく、出口側の開口面積が大きい場合でも、排気ガスを各チューブに確実に案内でき、やはり良好な冷却効率を実現できる。 By expanding the shielding member toward the outlet side, exhaust gas can be reliably guided to each tube even when the inlet side opening area in the inlet side tank is small and the outlet side opening area is large. Cooling efficiency can be realized.
遮蔽部材の出口側に拡散抑制用の出口端部を設ける場合には、排気ガスが拡がらずに各チューブに流入することになるので、排気ガスの流れがスムースになり、冷却効率を一層向上させることができる。 When an outlet end for suppressing diffusion is provided on the outlet side of the shielding member, the exhaust gas flows into each tube without spreading, so the flow of the exhaust gas becomes smoother and the cooling efficiency is further improved. Can be made.
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10を排気ガス(ハッチング矢印参照)の流れ方向に沿って断面した断面図。図2は、図1のII−II線に沿った断面図。図3は、EGRクーラ10の要部を示す拡大図。図4は、EGRクーラ10に用いられる構成部品を示す図、図5はその断面斜視図。なお、以下の説明において、前側とは、排気ガスの流れの上流側をいい、後側とは下流側をいう。また、左右とは、前側から見た場合の左右をいう。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an
図1において、EGRクーラ10は、円筒形状のケース11と、ケース11の内部に収容された排気ガス流通用の複数の偏平チューブ12と、各チューブ12の端部が接合された両側のヘッダプレート13と、各ヘッダプレート13を介してケース11に接合された入口側タンク14および出口側タンク15とを備え、入口側タンク14には流入口16Aを有した取付フランジ16が、出口側タンク15には流出口17Aを有した取付フランジ17がそれぞれ設けられている。
In FIG. 1, an EGR
ケース11の一端側および他端側には、中央の胴体部分よりも径寸法の一回り大きい円筒形状の突部18が形成されている。前側の突部18の下方には、ケース11内部に冷却水(白抜き矢印参照)を流入させる流入口21が設けられ、後側の突部18の上方には、ケース11内の冷却水が流出する流出口22が設けられている。また、冷却水の流入口21側の突部18において、その上部には、一対のガス抜き孔23が周方向に所定角度離れて設けられている(図1に1つのみを図示)。
On one end side and the other end side of the
図2において、並設された各チューブ12の互いに対向する表面間の隙間は、冷却水が通る冷却水流路24になっている。各冷却水流路24は好ましくは全て同じ幅寸法に設定されている。チューブ12が左右に並設されている本実施形態において、冷却水の流入口21(図1)が突部18の下方に位置しているのは、流入口21からの冷却水が冷却水流路24に即座に入り込むようにするためである。従って、そのような流入口21は、本実施形態のように、突部18の下方中央部に位置していることが好ましい。つまり、本実施形態では、流入口21から流入した直後の冷却水の流れ方向と、各チューブ12の上下方向が同一方向になっており、冷却水の流れが阻害されることがない。
In FIG. 2, the gap between the mutually facing surfaces of the
また、本実施形態では、チューブ12同士は、詳細な図示を省略するが、表面の一部が点状の突出部分で互いに鑞付けされているとともに、これらのチューブ12の端部にヘッダプレート13が鑞付けされている。そして、チューブ12およびヘッダプレート13を含んでコア25が構成されている。
In the present embodiment, the
EGRクーラ10を組み立てる際には、チューブ12同士の鑞付けや、これへのヘッダプレート13の鑞付けによりコア25を予め製作しておき、このコア25を上下または左右半割構造のケース体11A,11Bからなるケース11内に収容し、ケース体11A,11B同士を溶接等で接合する。そして、ケース11(ヘッダプレート13)の端部に各タンク14,15を溶接等で取り付ける。
When assembling the
この際、図3に拡大して示すように、ケース11の開口端部111の内側にヘッダプレート13の外周に形成された筒状部131が嵌め込まれ、この筒状部131のさらに内側に各タンク14,15の開口端部141,151が嵌め込まれ、これらが一体に溶接によって接合される。なお、本実施形態では、開口端部111,141,151および筒状部131の外形形状は円形ではなく、図4に入口側タンク14の開口端部141を代表して示すように、僅かに四角形をなした異形形状とされている。
At this time, as shown in an enlarged view in FIG. 3, a
以下には、図1,4,5に基づき、本実施形態で用いられる入口側タンク14について詳説する。入口側タンク14は、取付フランジ16の流入口16Aに嵌め込まれる筒状の入口端部142と、出口側を形成する前述の開口端部141と、これらの端部141,142同士をつなぐ周壁部143とで形成され、周壁部143が入口端部142から開口端部141側に向けて拡開した形状になっている。
Hereinafter, the
また、入口側タンク14の内部には、流入した排気ガスが周壁部143の内面に接触しにくくする遮蔽部材19が設けられている。遮蔽部材19は、入口側タンク14の入口端部142内に嵌め込まれて溶接される円筒状の入口端部192と、後方側に向けて開口した外形四角形状の出口端部191と、これらの端部191,192同士をつなぐ周壁部193とで形成されている。
ただし、出口端部191の外形形状は四角形状に限定されず、円形状等であってもよく、チューブ12の断面形状や、コア25の端部形状、あるいは入口側タンク14の開口端部141の形状等を勘案して任意に決められてよい。
In addition, a shielding
However, the outer shape of the
出口端部191の開口面積は、並設された全チューブ12の入口側の全域を覆う大きさとされ、流入した排気ガスが満遍なく各チューブ12に流れ込むようになっている。出口端部191はまた、排気ガスの流れ方向に沿って(前後にわたって)径寸法が等しいストレートな筒状とされ、遮蔽部材19から出た排気ガスを拡散させずに各チューブ12に良好に流入させることが可能である。
The opening area of the
このような出口端部191とヘッダプレート13との間には、微小な隙間Sが形成されている(図1では、見易くするために誇張して大きく描かれている)。隙間Sは、排気ガスが入口側タンク14の周壁部143側に回りこまないよう小さいほうがよく、また、排気ガスを各チューブ12へスムースに流すためにも小さいほうがよい。そこで、本実施形態での隙間Sは、遮蔽部材19が高温の排気ガスと接触して熱膨張した場合でも、遮蔽部材19がヘッダプレート13に接触することない範囲内でより小さく設定されている。
A small gap S is formed between the
周壁部193は、入口端部192から出口端部191側に向けて拡開している。つまり、出口端部191の開口面積は、入口端部192の開口面積よりも大きい。ただし、周壁部193としては、流入口16Aの大きさに応じた形状であってよく、例えば、流入口16Aの開口面積がより大きく、チューブ12の図中の上下寸法と略同じ径寸法で開口している場合には、入口端部192や出口端部191と同形状のストレートな筒状に形成される。
The
以上に説明した本実施形態のEGRクーラ10によれば、流入口16Aから入口側タンク14内に流入した高温の排気ガスは、遮蔽部材19に案内されることで周壁部143にほとんど接触することなく、各チューブ12に流入する。各チューブ12を流れる排気ガスは、ケース11内でチューブ12の外側を流れる冷却水で冷却され、出口側タンク15に流出し、出口側タンク15からエンジンの給気側に戻る。
According to the
従って、入口側タンク14内では、排気ガスが周壁部143に接触しにくくなるので、図3中に2点鎖線で示すような周壁部143の熱膨張を大幅に低減でき、ケース11やヘッダプレート13の変形を防止できる。そして、特にヘッダプレート13の変形が防止されることにより、チューブ12との接合部分での応力発生を抑制でき、外接合部分に亀裂が生じるのを防ぐことができる。
Accordingly, in the
なお、本発明は前述の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範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、入口側タンク14、取付フランジ16、および遮蔽部材19とは互いに別体とされ、それぞれが溶接当で接合されていたが、図6に示すように、それぞれを鋳造により一体物として製造してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the
前記実施形態では、遮蔽部材19が入口側タンク14に設けられていたが、ヘッダプレート13に設けられていてもよい。
また、遮蔽部材19の形状としては、前記実施形態のようなストレートな筒状の出口端部191がなく、後側が周壁部143をそのまま開口させた形状の場合も本発明に含まれる。ただし、出口端部191を設けることで、排気ガスの流れを各チューブ12に向けて効率的に各チューブ12に流入させることができるため、そうすることが好ましい。
In the embodiment, the shielding
Further, the shape of the shielding
さらに、周壁部193の形状も任意であり、前記実施形態のように直線状に拡開した形状に限定されず、周壁部193全体が曲面で形成されるようにラウンドした形状であってもよく、その実施にあたって適宜な形状を適用できる。
Furthermore, the shape of the
前記実施形態では、本発明に係るチューブとして、偏平チューブ12が用いられていたが、チューブとしては断面円形のチューブであってもよく、任意の形状のチューブを適用できる。そして、チューブが断面円形の場合には、遮蔽部材19の出口端部191の形状も円形状とすることが好ましい。
In the said embodiment, although the
その他、ヘッダプレート13の形状も任意であり、前記実施形態のような筒状部131を有したものに限らない。つまり、平板状とされてその外周がケース11の内周面に接合されていてもよい。このような場合でも、入口側タンク14の周壁部143が熱膨張した場合には、ケース11の変形に伴ってヘッダプレート13も変形するおそれがあり、ヘッダプレート13とチューブ12との接合部分に大きな応力が生じる可能性があるため、本発明を適用して応力発生を防止することは有効である。
In addition, the shape of the
本発明は、EGRシステムを備えたエンジンが搭載される建設機械、輸送車両、各種産業機械に好適に適用できる。 The present invention can be suitably applied to construction machines, transportation vehicles, and various industrial machines on which an engine equipped with an EGR system is mounted.
10…EGRクーラ、11…ケース、12…チューブ、13…ヘッダプレート、14…入口側タンク、19…遮蔽部材、191…出口端部、S…隙間。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
内部を冷却水が流れるケースと、
内部を排気ガスが流れ、前記ケース内に収容される複数のチューブと、
前記複数のチューブの端部が接合されて前記ケースの端部に接合されるヘッダプレートと、
排気ガスが入り込むように構成されて前記ケースの端部に接合される入口側タンクとを備え、
前記入口側タンク内には、入り込んだ排気ガスを前記複数のチューブに案内することで当該入口側タンクの周壁部に接触しにくくする遮蔽部材が設けられ、
前記遮蔽部材は、筒状であるとともに、
前記入口側タンクの入口端部に一体とされた遮蔽部材の入口端部と、
全ての前記チューブの入口側の全域に対応した出口側の開口面積を有する出口端部と、
前記入口端部および前記出口端部をつなぐ周壁部とで構成され、
前記遮蔽部材と前記ヘッダプレートとの間には、当該遮蔽部材の熱膨張時の前記ヘッダプレートへの接触を回避し、かつ前記入口側タンクの周壁部への排気ガスの回り込みが生じないほどの隙間が形成されている
ことを特徴とするEGRクーラ。 In the EGR cooler,
A case where cooling water flows inside,
Exhaust gas flows inside, a plurality of tubes accommodated in the case,
Header plates joined to the ends of the case by joining the ends of the plurality of tubes;
An inlet side tank configured to allow exhaust gas to enter and joined to an end of the case;
In the inlet side tank, a shielding member that makes it difficult to contact the peripheral wall portion of the inlet side tank by guiding the exhaust gas that has entered into the plurality of tubes is provided ,
The shielding member is cylindrical, and
The inlet end of the shielding member integrated with the inlet end of the inlet side tank;
An outlet end having an opening area on the outlet side corresponding to the entire area on the inlet side of all the tubes;
It is composed of a peripheral wall portion connecting the inlet end portion and the outlet end portion,
Between the shielding member and the header plate, contact with the header plate during thermal expansion of the shielding member is avoided, and exhaust gas does not wrap around the peripheral wall portion of the inlet side tank. An EGR cooler characterized in that a gap is formed .
前記遮蔽部材は、排気ガスの出口側に向けて拡開して設けられている
ことを特徴とするEGRクーラ。 The EGR cooler according to claim 1 ,
The EGR cooler, wherein the shielding member is provided to expand toward an exhaust gas outlet side.
前記出口側端部は、排気ガスの流れ方向に沿って略等しい径寸法とされている
ことを特徴とするEGRクーラ。 In the EGR cooler according to claim 1 or 2 ,
The outlet side end portion, EGR cooler, characterized in that in the flow direction of the exhaust gas is substantially equal diameter.
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