JP6228365B2 - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル車等の車両に備えて、排気ガスの一部を還流してエンジンの吸気系に戻すことで窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低減させるＥＧＲシステムにおいて、前記還流する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラに関する。

図５は従来のＥＧＲクーラの一例を示すものである。図５のＥＧＲクーラ１は、冷却水との熱交換を行うコア部２を有しており、このコア部２は、図示しないエンドプレートに貫通固定した多数のコアチューブ３を有しており、該コアチューブ３の周囲にはシェル４が設けられている。更に、シェル４の一側に接続した冷却水入口パイプと、他側に接続した冷却水出口パイプとにより冷却水をシェル４内へ供給するようにしている。従って、シェル４内へ供給された冷却水はコアチューブ３内を通過する排気ガスと熱交換することで排気ガスを冷却している。

前記コア部２の一端２ａにおけるガス流れ上流側には上流管５が配置されており、該上流管５に接続されて排気ガスを前記コア部２に導くための入口ヘッダー６が前記コア部２の一端２ａに固定されている。又、前記コア部２の他端２ｂには、排気ガスを導出するための出口ヘッダー７が固定されている。８は出口ヘッダー７に接続された下流管である。

エンジンの排気系から供給される排気ガスは、入口ヘッダー６内に対して小さい口径を有する上流管５から入口ヘッダー６内へ流入した後、入口ヘッダー６内に広がって、コア部２に備えた多数のコアチューブ３に分岐されて通過し、各コアチューブ３から出た排気ガスは出口ヘッダー７で合流して下流管８によりエンジンの吸気系に供給される。

ＥＧＲクーラ１に用いられる入口ヘッダー６及び出口ヘッダー７は、鋳物成形またはプレス成形により成形されており、エンジンルーム内でＥＧＲクーラ用に確保できる限られたスペースの範囲内に配置できるように、形状や大きさ等を設定している。

近年のＥＧＲ率の増加に伴い、ＥＧＲクーラには小さいガス抵抗で高い熱交換性能を実現できることが求められている。

しかし、エンジンルームで確保できるスペースの制約により、エンジンの排気系からの上流管５及び入口ヘッダー６を理想的な位置、形状で接続できない場合も多く発生している。

図５に示すＥＧＲクーラ１では、コア部２の軸線２Ｓに対して、上流管５の軸線５Ｓが９０゜前後の角度で交叉しており、このために、入口ヘッダー６には、上流管５に接続される上流開口６ａとコア部２に接続される下流開口６ｂとの間で９０゜前後に曲げられた曲り形状部９を有している。

このような曲り形状部９を有する入口ヘッダー６では、曲り形状部９の曲り径ｒ方向での曲り外径部９ａ側と曲り内径部９ｂ側との排気ガスの流れに偏りが発生する問題がある。即ち、排気ガスは、曲り形状部９の曲り内径部９ｂ側よりも曲り外径部９ａ側を多く流れるようになり、これによって、不均一な流量の排気ガスがコア部２に供給されるために、ＥＧＲクーラ１の冷却性能が低下するという問題がある。

このため、ＥＧＲクーラの入口ヘッダーの内部に、排気ガスの流れを良好に保持するための整流板を設け、入口ヘッダーの形状を変更することなしに、排気ガスの流量を平準化できるようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２０９８７８号公報

しかし、特許文献１においては、上流管に接続された小さい口径の上流開口から入口ヘッダー内へ流入した排気ガスは、速度による慣性をもってコア部の一端に向かうために、入口ヘッダー内に整流板を設置しても、コア部の端部に対して排気ガスを均一に供給することが難しいという問題を有する。

又、前記入口ヘッダーは鋳物成形またはプレス成形によって成形されるが、特許文献１のように、内部に整流板を備えた入口ヘッダーは製造が難しく、そのために入口ヘッダーのコストが増加するという問題がある。

本発明は上記従来の問題点を解決するためになしたものであり、ＥＧＲクーラの形状を簡略化して製造を容易にし、しかも、コア部に導かれる排気ガスの流量を平準化できるようにしたＥＧＲクーラを提供しようとするものである。

本発明のＥＧＲクーラは、排気ガスを流通させる複数のコアチューブがシェルの内部に備えられ、前記コアチューブの内部を流れる排気ガスとコアチューブの外部を流れる冷却水が熱交換するコア部と、該コア部の軸線と軸線が交叉するようにガス流れ上流側に備えた上流管と、該上流管からの排気ガスを曲り形状部を備えて前記コア部に導く入口ヘッダーと、前記コア部のガス流れ下流端に取り付けられて前記コア部からの排気ガスを送出する出口ヘッダーとを有するＥＧＲクーラであって、
前記入口ヘッダーにおける曲り形状部の曲り外径部を曲り内径部側へ向けて凹ませた凹部を設け、該凹部により前記上流管からの排気ガスの流れのベクトルが前記コア部の一端おける前記上流管の軸線方向での中心へ向かう絞り部を形成し、該絞り部には、コア部の軸線と上流管の軸線とが交叉することで形成される面に対して鉛直な方向へ延びた扁平流路が形成され、該扁平流路の下流には、該扁平流路からの排気ガスを前記コア部の一端の全面に向かわせる拡散流路を有し、前記絞り部から前記コア部の一端の周辺部に向かい流路面積が徐々に狭められた形状を有することを特徴とする。

上記ＥＧＲクーラにおいて、前記入口ヘッダーの絞り部には、コア部の軸線と上流管の軸線とが交叉することで形成される面に対して鉛直な方向へ延びた扁平流路が形成され、該扁平流路の下流には、該扁平流路からの排気ガスを前記コア部の一端の全面に向かわせる拡散流路を有することが好ましい。

又、上記ＥＧＲクーラにおいて、前記入口ヘッダーの凹部により、前記上流管からの排気ガスが衝突して前記絞り部へ向かう衝突面が形成されることが好ましい。

本発明のＥＧＲクーラによれば、上流管からの排気ガスは入口ヘッダーの凹部によって形成された絞り部により、該絞り部を通る排気ガスの流れのベクトルが、コア部の一端における前記上流管の軸線方向での中心へ向かうようにコア部へ導かれるため、コア部に供給される排気ガスの流量は平準化され、よって、ＥＧＲクーラの冷却性能が高められる効果を奏する。

更に、前記入口ヘッダーは、凹部を設けたのみの簡単な形状であるため、製作が容易であり、コストを低減できる効果を奏し得る。

本発明のＥＧＲクーラの一実施例を示す正面図である。 図１における入口ヘッダーを切断した断面図である。 図１をＩＩＩ方向から見た矢視図である。 （ａ）は図１をＩＶＡ−ＩＶＡ方向から見た矢視図、（ｂ）は図１をＩＶＢ−ＩＶＢ方向から見た矢視図である。 従来のＥＧＲクーラの一例を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１〜図４は本発明のＥＧＲクーラの一実施例を示すもので、図５と同一の部分には同じ符号を付して説明の重複を省略する。

図１はＥＧＲクーラ１の正面図であり、図１中、１０は前記上流管５が接続されるエキゾーストマニホールドである。

図１の断面図である図２に示すように、前記上流管５の軸線５Ｓに対して軸線２Ｓが交叉するようにコア部２が配置されており、該コア部２と前記上流管５との間は、入口ヘッダー２０により接続している。図２中、１１はコアチューブ３の端部を貫通固定するエンドプレートである。前記コア部２は、図３に示すように断面４角形の矩形形状を有する場合を示している。

前記入口ヘッダー２０には、上流管５に接続された部分から断面積が徐々に増加する広がり部２０'が形成されており、二点鎖線で示す曲り形状部９の曲り外径部９ａを曲り内径部９ｂ側へ向けて凹ませた凹部２１を設けることにより、前記入口ヘッダー２０の内部に絞り部２２を形成している。前記絞り部２２は、前記上流管５からの排気ガスの流れのベクトルＢが前記コア部２の一端２ａにおける前記上流管５の軸線５Ｓ方向での中心Ｐへ向かうように形成している。

前記入口ヘッダー２０の絞り部２２には、コア部２の軸線２Ｓと上流管５の軸線５Ｓとが交叉することで形成される面に対して鉛直な方向（図２の紙面に対して鉛直な方向）へ延びた扁平流路２３（図４（ａ）に示す）が形成されている。更に、前記扁平流路２３の下流には、該扁平流路２３から前記コア部２の一端の全面に向かう拡散流路２４が形成されている。この拡散流路２４は、前記絞り部２２からの排気ガスをコア部２の一端２ａに均一に導くように、絞り部２２からコア部２の一端２ａの周辺部に向かい流路面積が徐々に減少した（狭められた）形状を有している。

又、前記入口ヘッダー２０に設けた凹部２１により、前記入口ヘッダー２０内には、前記上流管５からの排気ガスが衝突して前記絞り部２２へ向かうように偏向させる衝突面２５が形成されている。

次に、上記実施例の作動を説明する。

図４（ｂ）に示すように前記上流管５は断面が円形を有しており、前記上流管５から図２の入口ヘッダー２０内に流入した排気ガスは、広がり部２０'によって入口ヘッダー２０内に広がって流れる。更に、排気ガスは凹部２１によって入口ヘッダー２０に形成された衝突面２５に衝突することで絞り部２２へ向かうように偏向されると共に、凹部２１によって横方向（軸線２Ｓと上流管５の軸線５Ｓとが交叉することで形成される面に対して鉛直な方向）へ潰された形状の絞り部２２による扁平流路２３の長手方向へ分散される。そして、絞り部２２の扁平流路２３を通る排気ガスは、その流れのベクトルＢが、コア部２の一端２ａにおける前記上流管５の軸線５Ｓ方向での中心Ｐへ向かうように方向付けされる。

更に、絞り部２２の下流には、コア部２の周辺部に向かって流路断面積を徐々に減少させた拡散流路２４を有しているので、前記絞り部２２からベクトルＢを有してコア部２に向かう排気ガスは、拡散流路２４により拡散されて、コア部２の一端２ａに流量が平準化された状態で供給される。

このとき、前記絞り部２２には、コア部２の軸線２Ｓと上流管５の軸線５Ｓとが交叉することで形成される面に対して鉛直な方向へ延びた扁平流路２３（図４（ａ）に示す）が形成されているため、前記コア部２の形状が、前記扁平流路２３が延びた方向の長さが長い長方形断面、或いは楕円形断面を有していることは好ましい。即ち、長方形断面、或いは楕円形断面を有するコア部２に対して、扁平流路２３からの排気ガスが良好に分散されるために、コア部２に対する排気ガスの流量の平準化が更に高められる。

上記した構成を有するＥＧＲクーラ１によれば、上流管５からの排気ガスは入口ヘッダー２０の凹部２１によって形成された絞り部２２により、該絞り部２２を通る排気ガスの流れのベクトルＢが、コア部２の一端２ａにおける前記上流管５の軸線５Ｓ方向での中心Ｐへ向かうようにコア部２へ導かれるため、コア部２に供給される排気ガスの流量は平準化され、よって、ＥＧＲクーラ１の冷却性能が高められる。

更に、前記入口ヘッダー２０は、凹部２１を形成したのみの簡単な形状であるため、製作が容易であり、コストを低減することができる。

尚、本発明のＥＧＲクーラは、上述の実施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。

１ ＥＧＲクーラ
２ コア部
２Ｓ 軸線
２ａ 一端
２ｂ 他端
３ コアチューブ
４ シェル
５ 上流管
５Ｓ 軸線
７ 出口ヘッダー
９ 曲り形状部
９ａ 曲り外径部
９ｂ 曲り内径部
２０ 入口ヘッダー
２１ 凹部
２２ 絞り部
２３ 扁平流路
２４ 拡散流路
２５ 衝突面
Ｂ ベクトル
Ｐ 中心

Claims (2)

1. 排気ガスを流通させる複数のコアチューブがシェルの内部に備えられ、前記コアチューブの内部を流れる排気ガスとコアチューブの外部を流れる冷却水が熱交換するコア部と、該コア部の軸線と軸線が交叉するようにガス流れ上流側に備えた上流管と、該上流管からの排気ガスを曲り形状部を備えて前記コア部に導く入口ヘッダーと、前記コア部のガス流れ下流端に取り付けられて前記コア部からの排気ガスを送出する出口ヘッダーとを有するＥＧＲクーラであって、
   前記入口ヘッダーにおける曲り形状部の曲り外径部を曲り内径部側へ向けて凹ませた凹部を設け、該凹部により前記上流管からの排気ガスの流れのベクトルが前記コア部の一端における前記上流管の軸線方向での中心へ向かう絞り部を形成し、該絞り部には、コア部の軸線と上流管の軸線とが交叉することで形成される面に対して鉛直な方向へ延びた扁平流路が形成され、該扁平流路の下流には、該扁平流路からの排気ガスを前記コア部の一端の全面に向かわせる拡散流路を有し、前記絞り部から前記コア部の一端の周辺部に向かい流路面積が徐々に狭められた形状を有することを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 前記入口ヘッダーの凹部により、前記上流管からの排気ガスが衝突して前記絞り部へ向かう衝突面が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。

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