JP6193653B2

JP6193653B2 - Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP6193653B2
Application number: JP2013143319A
Authority: JP
Inventors: 石森　崇; 崇石森
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP2015017508A

Description

本発明は、ＥＧＲクーラに関するものである。

従来、自動車等のエンジンの排気ガスの一部をエンジンに再循環してＮＯx（窒素酸化物）の発生を低減させるＥＧＲ装置が知られているが、このようなＥＧＲ装置では、エンジンに再循環する排気ガスを冷却すると、該排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることによって、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的にＮＯxの発生を低減させることができるため、エンジンに排気ガスを再循環するラインの途中に、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを装備したものがある。

図６は前記ＥＧＲクーラの一例を示す断面図であって、図中１は円筒状に形成されたシェルを示し、該シェル１の軸心方向両端には、シェル１の端面を閉塞するようプレート２が固着されていて、該各プレート２には、多数のチューブ３の両端が貫通状態で固着されており、これら多数のチューブ３はシェル１の内部を軸心方向に延びている。

そして、シェル１の一方の端部近傍には、外部から冷却水入口管４が取り付けられ、シェル１の他方の端部近傍には、外部から冷却水出口管５が取り付けられており、冷却水９が冷却水入口管４からシェル１の内部に供給されてチューブ３の外側を流れ、冷却水出口管５からシェル１の外部に排出されるようになっている。

更に、各プレート２の反シェル１側には、椀状に形成されたボンネット６が前記各プレート２の端面を被包するように固着され、一方のボンネット６の中央には排気ガス入口７が、他方のボンネット６の中央には排気ガス出口８が夫々設けられており、エンジンの排気ガス１０が排気ガス入口７から一方のボンネット６の内部に入り、多数のチューブ３を通る間に該チューブ３の外側を流れる冷却水９との熱交換により冷却された後に、他方のボンネット６の内部に排出されて排気ガス出口８からエンジンに再循環するようになっている。

尚、図中１１は冷却水入口管４に対しシェル１の直径方向に対峙する位置に設けたバイパス出口管を示し、該バイパス出口管１１から冷却水９の一部を抜き出すことにより、冷却水入口管４に対峙する箇所に冷却水９の澱みが生じないようにしてある。

このようなＥＧＲクーラによれば、排気側から吸気側へ再循環される排気ガス１０をチューブ３を通す間に冷却水９により冷却し、その温度及び容積を低下させて効果的なＮＯxの低減化を図ることができるが、将来的な排ガス規制の更なる強化に対応するためには、これまで以上に排気ガス１０の再循環量を増やしてＥＧＲ率を高めることが求められている。

ところが、前述の如き複数本のチューブ３を均等に配置してシェル１内に収容する構造では、単位体積当たりの交換熱量が小さいためにＥＧＲクーラ全体が大きくなり過ぎて車両への搭載が難しくなるという問題があったため、図７に示す如き偏平チューブ１２が創案され、この偏平チューブ１２を複数列並べて熱交換用コア１３を構成するようにしてＥＧＲクーラのコンパクト化を図ることが検討されている。

ここで、前記偏平チューブ１２の端部は、矩形状に拡管されてヘッダ部１２ａを成すようになっており、両ヘッダ部１２ａに挟まれた本体部分１２ｂは、複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部１４として接続した如き形状の円管部１５により構成されており（図８参照）、前記ヘッダ部１２ａ同士が隣接するように並べた時に、拡管されていない本体部分１２ｂの相互間にできる隙間が、冷却水（図７中には図示なし）の流路１６を成すようになっている。

尚、この種の偏平チューブに関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に提案されている。

特開２０１３−７９７７９号公報

しかしながら、前述の如き偏平チューブ１２を夫々のヘッダ部１２ａ同士が隣接するように並べた場合、いかにヘッダ部１２ａの角部の曲率半径を極小としても、図９に図７のＡ部を拡大して示す通り、略三角形状の隙間Ｓが、ヘッダ部１２ａ相互の角部の隣接箇所にできてしまうことが避けられず、この隙間Ｓに対しろう付け時に溶け出したろう材が毛細管現象により吸い込まれ、更には、その吸い込まれたろう材が前記隙間Ｓの開放端面から流れ出て、接合箇所に必要なろう材を連続的に吸い続けてしまうので、接合箇所におけるろう材量不足を招き易く、これによりろう付け品質が低下してしまう虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、偏平チューブを採用しても高いろう付け品質を確保し得るＥＧＲクーラを提供することを目的とする。

本発明は、偏平チューブの端部を矩形状に拡径してヘッダ部を形成し、該ヘッダ部同士が隣接するように前記偏平チューブを複数列並べて熱交換用コアを構成し、該熱交換用コアを矩形筒状のシェルにより抱持し、該シェルの端面を被包するようにボンネットを前記シェルの両端部に継手部材を介して接続すると共に、該各ボンネットの一方に排気ガス入口を他方には排気ガス出口を夫々開口し、前記各偏平チューブの拡管されていない本体部分の相互間に形成される隙間を冷却水の流路として前記各偏平チューブ内を流れる排気ガスと前記冷却水とを熱交換させるようにしたＥＧＲクーラであって、前記継手部材が一端側で前記ボンネットを内嵌し且つ他端側では前記シェルを外嵌し得るように形成されていると共に、該継手部材の一端側の四隅に切欠部が形成され且つ他端側の内周面に前記各ヘッダ部の角部の隣接箇所を埋没させて該隣接箇所の隙間を閉塞するように段差部が形成されていることを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、ヘッダ部相互の角部の隣接箇所が継手部材の段差部に埋没して前記隣接箇所の隙間が閉塞されているので、ろう付け時に溶け出したろう材が毛細管現象により前記隣接箇所の隙間に吸い込まれても、該隙間がろう材で満たされた後は、毛細管現象による更なるろう材の吸い込みが継続しなくなり、接合箇所におけるろう材量不足が未然に回避されることになる。
尚、この継手部材における一端側の四隅には、切欠部が形成されているので、ボンネットを内嵌せしめた後で前記継手部材の一端側をかしめて隙間を減らすことができ、継手部材とボンネットとの接合品質の大幅な向上を図ることが可能である。

また、本発明においては、偏平チューブの両ヘッダ部に挟まれた本体部分を、複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部として接続した如き形状の円管部により構成し、該円管部の内周面に該円管部の中心軸と同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起を形成し、前記各円管部に個別に排気ガスの旋回流を形成し得るように構成することが好ましい。

このようにすれば、排気ガスが偏平チューブの本体部分における各円管部を流れる際に、該各円管部の内周面の旋回流形成突起により螺旋軌道に沿う方向に流れを案内され、これにより各円管部に個別に排気ガスの旋回流が形成される結果、該各円管部における内周面に対する排気ガスの接触頻度や接触距離が増加して熱交換効率が高められることになり、しかも、各円管部の相互間は連通部を介し連通した状態となっていて、排気ガスが流通するための流路断面積が大きく確保されるようになっているので、単位体積当たりの交換熱量が大きくなると共に、圧力損失の低減にもなる。

更に、本発明においては、隣り合う円管部の旋回流形成突起の向きが、互いに逆向きの螺旋軌道に沿うように形成されていることが好ましく、このようにすれば、隣り合う円管部の連通部で旋回流同士が同じ向きの流れとなって互いに加速し合い、各円管部の相互間に連通部があっても、より確実に排気ガスを旋回流として形成することが可能となる。

上記した本発明のＥＧＲクーラによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ヘッダ部相互の角部の隣接箇所にできる隙間の開放端面を継手部材の段差部により閉塞することができるので、ろう付け時に前記隣接箇所の隙間がろう材で満たされた後の毛細管現象による更なるろう材の吸い込みを防ぐことができ、これにより接合箇所におけるろう材量不足を未然に回避することができて、偏平チューブを採用しても高いろう付け品質を確保することができ、しかも、ボンネットを内嵌せしめた後で前記継手部材の一端側をかしめて隙間を減らすことができ、継手部材とボンネットとの接合品質の大幅な向上を図ることができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気ガスに旋回流を与えて高い熱交換効率を実現しながらも単位体積当たりの熱交換量を従来より大幅に向上することができ、ＥＧＲクーラの全体構成をコンパクト化して車両等への搭載性の向上を図ることができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、隣り合う円管部の連通部で旋回流同士を同じ向きの流れとすることで互いに加速させることができ、各円管部での旋回流の形成をより確実なものとすることができる。

本発明を実施する形態の一例を示す一部を切り欠いた斜視図である。図１のＥＧＲクーラの全体図である。図１の偏平チューブの本体部分の構造を説明する断面図である。図１の要部を拡大して示す断面図である。図１の継手部材の一端側の四隅に切欠部を形成した例を示す斜視図である。従来のＥＧＲクーラの一例を示す断面図である。偏平チューブを採用した熱交換用コアの一例を示す斜視図である。図７の本体部分の構造を一部を切り欠いて示す斜視図である。図７のＡ部を拡大して示す正面図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図６〜図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図１及び図２に示す如く、本形態例のＥＧＲクーラにおいては、偏平チューブ１２の端部を矩形状に拡径してヘッダ部１２ａを形成し、該ヘッダ部１２ａ同士が隣接するように前記偏平チューブ１２を縦に複数列並べて熱交換用コア１３を構成するようにしており、前記各偏平チューブ１２の拡管されていない本体部分１２ｂの相互間に形成される隙間を冷却水９の流路１６（図７参照）としている。

即ち、前記熱交換用コア１３は矩形筒状のシェル１により全体を抱持されており、該シェル１の入側下面に設けられた冷却水入口管４から前記シェル１内に導入された冷却水９が、前記本体部分１２ｂの相互間の流路１６を通り、前記シェル１の出側上面に設けられた冷却水出口管５から抜き出されるようになっている。

ここで、図３に示す如く、前記偏平チューブ１２の両ヘッダ部１２ａに挟まれた本体部分１２ｂは、複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部１４として接続した如き形状の円管部１５により構成されており、該円管部１５の内周面に該円管部１５の中心軸Ｏと同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起１７が形成され、前記各円管部１５に個別に排気ガス１０の旋回流が形成されるようになっている。尚、特に本形態例においては、隣り合う円管部１５の旋回流形成突起１７の向きが、互いに逆向きの螺旋軌道に沿うように形成されている。

そして、図１及び図４に示す如く、前記シェル１の両端部には、従来同様に椀状に形成されたボンネット６が前記シェル１の端面を被包するように設けられているが、このボンネット６とシェル１との間には、一端側でボンネット６を内嵌し且つ他端側ではシェル１を外嵌し得るようにした継手部材１８が介装されている。

この継手部材１８における一端側の四隅には、図５に示す如き切欠部２０が形成されており、また、この継手部材１８における他端側の内周面には、前記各ヘッダ部１２ａの角部の隣接箇所を埋没させて該隣接箇所の隙間Ｓ（図９参照）を閉塞するように段差部１９が形成され、少なくともヘッダ部１２ａの板厚以上の段差（図４参照）を設定するようにしている。

而して、このようにすれば、ヘッダ部１２ａ相互の角部の隣接箇所が段差部１９に埋没して前記隣接箇所の隙間Ｓが閉塞されているので、ろう付け時に溶け出したろう材が毛細管現象により前記隣接箇所の隙間Ｓに吸い込まれても、該隙間Ｓがろう材で満たされた後は、毛細管現象による更なるろう材の吸い込みが継続しなくなり、接合箇所におけるろう材量不足が未然に回避されることになる。
尚、この継手部材１８における一端側の四隅には、切欠部２０が形成されているので、ボンネット６を内嵌せしめた後で前記継手部材１８の一端側をかしめて隙間を減らすことができ、継手部材１８とボンネット６との接合品質の大幅な向上を図ることが可能である。

また、排気ガス１０が偏平チューブ１２の本体部分１２ｂにおける各円管部１５を流れる際に、該各円管部１５の内周面の旋回流形成突起１７により螺旋軌道に沿う方向に流れを案内され、これにより各円管部１５に個別に排気ガス１０の旋回流が形成される結果、該各円管部１５における内周面に対する排気ガス１０の接触頻度や接触距離が増加して熱交換効率が高められることになり、しかも、各円管部１５の相互間は連通部１４を介し連通した状態となっていて、排気ガス１０が流通するための流路断面積が大きく確保されるようになっているので、単位体積当たりの交換熱量が大きくなると共に、圧力損失の低減にもなり、特に本形態例のように、隣り合う円管部１５の旋回流形成突起１７の向きが、互いに逆向きの螺旋軌道に沿うように形成されていれば、隣り合う円管部１５の連通部１４で旋回流同士が同じ向きの流れとなって互いに加速し合い、各円管部１５の相互間に連通部１４があっても、より確実に排気ガス１０を旋回流として形成することが可能となる。

従って、上記形態例によれば、ヘッダ部１２ａ相互の角部の隣接箇所にできる隙間Ｓの開放端面を継手部材１８の段差部１９により閉塞することができるので、ろう付け時に前記隣接箇所の隙間Ｓがろう材で満たされた後の毛細管現象による更なるろう材の吸い込みを防ぐことができ、これにより接合箇所におけるろう材量不足を未然に回避することができて、偏平チューブ１２を採用しても高いろう付け品質を確保することができ、しかも、ボンネット６を内嵌せしめた後で前記継手部材１８の一端側をかしめて隙間を減らすことができ、継手部材１８とボンネット６との接合品質の大幅な向上を図ることができる。

また、偏平チューブ１２の本体部分１２ｂにおける各円管部１５を流れる排気ガス１０に旋回流を与えて高い熱交換効率を実現しながらも単位体積当たりの熱交換量を従来より大幅に向上することができ、ＥＧＲクーラの全体構成をコンパクト化して車両等への搭載性の向上を図ることができる。

特に本形態例の場合には、隣り合う円管部１５の旋回流形成突起１７の向きが、互いに逆向きの螺旋軌道に沿うように形成されているので、隣り合う円管部１５の連通部１４で旋回流同士を同じ向きの流れとすることで互いに加速させることができ、各円管部１５での旋回流の形成をより確実なものとすることができる。

尚、本発明のＥＧＲクーラは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

９冷却水
１０排気ガス
１２偏平チューブ
１２ａヘッダ部
１２ｂ本体部分
１３熱交換用コア
１４連通部
１５円管部
１６流路
１７旋回流形成突起
１８継手部材
１９段差部
Ｏ中心軸
Ｓ隙間

Claims

偏平チューブの端部を矩形状に拡径してヘッダ部を形成し、該ヘッダ部同士が隣接するように前記偏平チューブを複数列並べて熱交換用コアを構成し、該熱交換用コアを矩形筒状のシェルにより抱持し、該シェルの端面を被包するようにボンネットを前記シェルの両端部に継手部材を介して接続すると共に、該各ボンネットの一方に排気ガス入口を他方には排気ガス出口を夫々開口し、前記各偏平チューブの拡管されていない本体部分の相互間に形成される隙間を冷却水の流路として前記各偏平チューブ内を流れる排気ガスと前記冷却水とを熱交換させるようにしたＥＧＲクーラであって、前記継手部材が一端側で前記ボンネットを内嵌し且つ他端側では前記シェルを外嵌し得るように形成されていると共に、該継手部材の一端側の四隅に切欠部が形成され且つ他端側の内周面に前記各ヘッダ部の角部の隣接箇所を埋没させて該隣接箇所の隙間を閉塞するように段差部が形成されていることを特徴とするＥＧＲクーラ。
偏平チューブの両ヘッダ部に挟まれた本体部分を、複数本の円管を互いに近接させて平面状に並べ且つその相互間の近接部位を連通部として接続した如き形状の円管部により構成し、該円管部の内周面に該円管部の中心軸と同心の螺旋軌道に沿うように旋回流形成突起を形成し、前記各円管部に個別に排気ガスの旋回流を形成し得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
隣り合う円管部の旋回流形成突起の向きが、互いに逆向きの螺旋軌道に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲクーラ。