JP7075220B2

JP7075220B2 - 排気クーラ

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Publication number: JP7075220B2
Application number: JP2018007043A
Authority: JP
Inventors: 貴洋西田
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2038-01-19
Also published as: JP2019124203A

Description

本発明は、少なくとも排気ガスが流通する流路に設けられた排気クーラに関する。

車両には、排気ガスの一部を吸気流路に還流させる排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）の機構が搭載されるものがある。特許文献１に記載のように、排気ガスを吸気流路に導く還流路には、冷却媒体が流通するコア部を有するクーラが設けられる。

特開２０１７－８９１１号公報

ところで、排気ガスにおいて、エンジンのシリンダにおける燃焼による脈動波が伝達している。そのため、排気ガスの流路を形成する部材から、脈動波による脈動音が生じてしまう。

そこで、本発明は、排気ガスによる脈動音を抑制することが可能な排気クーラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気クーラは、少なくとも排気ガスが流入する流入口、および、排気ガスが流出する流出口を有する本体部と、本体部の内部に設けられ、排気ガスの流れ方向の長さが互いに異なる複数の第１冷却コアを有する第１冷却コア部と、を備え、複数の第１冷却コアのうち任意の２つの第１冷却コアの流れ方向の長さの差分が、排気ガスの脈動波の波長の整数倍以外である。

本体部の内部に設けられ、流れ方向の長さが互いに異なる複数の第２冷却コアを有し、第１冷却コア部に対して流れ方向の下流側に離隔して配された第２冷却コア部と、第１冷却コア部と第２冷却コア部との間に形成された合流路と、を備えてもよい。

複数の第１冷却コアと複数の第２冷却コアは、流れ方向において対向し、互いに対向する第１冷却コアと第２冷却コアを合わせた流路長は、いずれも等しくてもよい。

本体部に設けられ、内部空間が、本体部の最も外側に配された第１冷却コアおよび第２冷却コアよりも外側に位置し、少なくとも一部が合流路と連通する拡張部を備えてもよい。

本発明によれば、排気ガスによる脈動音を抑制することができる。

エンジンの構成を示す概略図である。ＥＧＲクーラの構造を概略的に示す断面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１０の構成を示す概略図である。図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１４と、シリンダブロック１２に形成されたシリンダボア１２ａ内で摺動可能にコネクティングロッド１６に支持されたピストン１８とが設けられている。そして、シリンダボア１２ａと、シリンダヘッド１４と、ピストン１８の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室２０となる。

シリンダヘッド１４には、吸気ポート２２および排気ポート２４が形成されている。また、シリンダヘッド１４には、インジェクタ２６および点火プラグ２８が設けられている。吸気ポート２２は、一端が燃焼室２０に開口するとともに吸気弁３０によって開閉され、他端が吸気流路３２と連通している。また、排気ポート２４は、一端が燃焼室２０に開口するとともに排気弁３４によって開閉され、他端が排気流路３６と連通している。

エンジン１０では、吸気流路３２および吸気ポート２２を介して燃焼室２０に流入した吸気に、インジェクタ２６から燃料が噴射された後、噴射された燃料が点火プラグ２８によって点火されて燃焼する。この燃焼圧によってピストン１８が押圧され、不図示のクランクシャフト３８が回転する。そして、燃焼室２０内において燃料が燃焼することにより発生した排気ガスは、排気ポート２４および排気流路３６を介して排出される。

吸気流路３２には、エアクリーナ４０、過給機４２のコンプレッサ４２ａ、インタークーラ４４、スロットル弁４６が上流から順に設けられている。外気から吸気流路３２に導入された吸気は、エアクリーナ４０で異物が除去された後、過給機４２のコンプレッサ４２ａへと導かれる。

過給機４２は、コンプレッサ４２ａ、タービン４２ｂ、および、シャフト４２ｃを備えている。タービン４２ｂは、排気流路３６に設けられる。タービン４２ｂのインペラは、燃焼室２０から排出された排気ガスによって回転する。タービン４２ｂのインペラは、コンプレッサ４２ａのインペラとシャフト４２ｃを介して連結されている。コンプレッサ４２ａのインペラは、タービン４２ｂの回転動力によって回転して吸気を圧縮する。

インタークーラ４４は、コンプレッサ４２ａによって圧縮された吸気を冷却する。スロットル弁４６は、アクセル（図示せず）の開度に応じてアクチュエータにより開閉駆動され、吸気流路３２の開度を調整することで、吸気流路３２を流れる吸気の流量を調整する。

触媒４８は、排気流路３６のうち、タービン４２ｂより下流側に設けられる。燃焼室２０で生じた燃焼後の排気ガスは、排気ポート２４、排気流路３６を通じて外部へ排出される。したがって、排気ガスは、排気流路３６の通過過程で、触媒４８によって浄化される。

ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）流路５０は、排気流路３６と吸気流路３２を連通させる。ＥＧＲ流路５０の一端は、吸気流路３２のうち、コンプレッサ４２ａより上流であって、エアクリーナ４０より下流に接続される。ＥＧＲ流路５０の他端は、排気流路３６のうち、触媒４８より上流であって、タービン４２ｂより下流に接続される。すなわち、エンジン１０のＥＧＲは、所謂低圧ＥＧＲ（ＬＰ－ＥＧＲ：Low Pressure-EGR）である。ＥＧＲ流路５０は、排気流路３６を流通する排気ガスの一部を吸気流路３２に還流させる（以下、還流させた排気ガスを「ＥＧＲガス」と称する）。

ＥＧＲ流路５０には、ＥＧＲバルブ５２およびＥＧＲクーラ１００（排気クーラ）が上流から順に設けられている。ＥＧＲバルブ５２は、アクチュエータにより開閉駆動され、ＥＧＲ流路５０の開度を調整することで、ＥＧＲ流路５０を流れるＥＧＲガスの流量を調整する。

ＥＧＲクーラ１００は、ＥＧＲ流路５０を流れるＥＧＲガスを冷却する。以下、ＥＧＲクーラ１００について詳述する。

図２は、ＥＧＲクーラ１００の構造を概略的に示す断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。ただし、図２中、後述するフィン１２２ｃの図示を省略し、ＥＧＲガス中の脈動波のイメージを破線で示す。図２、図３に示すように、ＥＧＲクーラ１００は、外形が大凡四角柱形状の本体部１１０を有する。ただし、本体部１１０の外形の形状は、四角柱に限らない。例えば、本体部１１０の外形の形状は、円柱（円筒）形状であってもよい。

本体部１１０は中空であり、本体部１１０の内部が、ＥＧＲ流路５０の一部を構成する。本体部１１０には、流入口１１２および流出口１１４が形成される。流入口１１２から本体部１１０の内部にＥＧＲガスが流入する。本体部１１０に流入したＥＧＲガスは、流出口１１４から流出する。

本体部１１０の内部には、第１冷却コア部１２０および第２冷却コア部１３０が配されている。第１冷却コア部１２０と第２冷却コア部１３０は、排気ガスの流れ方向（図２中、左から右に向かう方向、以下、単に流れ方向という）に離隔する。

第１冷却コア部１２０は、流入口１１２から流れ方向の下流側に離隔する。流入口１１２と第１冷却コア部１２０との間には、流入空間Ｓａが形成される。ＥＧＲガスは、流入口１１２から流入空間Ｓａに流入した後、第１冷却コア部１２０に向う。

第２冷却コア部１３０は、流出口１１４から流れ方向の上流側に離隔する。流出口１１４と第２冷却コア部１３０との間には、流出空間Ｓｂが形成される。ＥＧＲガスは、第２冷却コア部１３０から流出空間Ｓｂに流出した後、流出口１１４を通って本体部１１０から流出する。

第１冷却コア部１２０は、複数の第１冷却コア１２２を有する。第１冷却コア１２２は、仕切部材１２２ａ、分岐流路１２２ｂ、および、フィン１２２ｃ（図３参照）によって構成される。仕切部材１２２ａは、例えば、中空の板形状であり、流れ方向および本体部１１０の幅方向（図３中、左右方向）に延在する。仕切部材１２２ａは、流れ方向に交差する方向（ここでは、流れ方向に垂直な方向、図２中、上下方向）に離隔して複数設けられる。複数の仕切部材１２２ａは、例えば、等間隔で配される。

仕切部材１２２ａの内部には、冷却水が流通する冷却流路１２２ｄが形成される。仕切部材１２２ａには、不図示の導入口および導出口が形成されており、導入口から冷却流路１２２ｄに流入した冷却水は、冷却流路１２２ｄ内を流通した後、導出口から流出する。

分岐流路１２２ｂは、本体部１１０の内部の空間が仕切部材１２２ａに仕切られて（区画されて）形成される。分岐流路１２２ｂは、流れ方向に垂直な方向に離隔して複数形成される。それぞれの分岐流路１２２ｂは、図２に示すように、仕切部材１２２ａと本体部１１０に囲繞された空間である。

分岐流路１２２ｂは、流入口１１２側および流出口１１４側にそれぞれ開口する。すなわち、第１冷却コア部１２０は、第１コア流入口１２０ａ、および、第１コア流出口１２０ｂを有する。第１コア流入口１２０ａは、分岐流路１２２ｂのうち、流入口１１２側の開口である。第１コア流入口１２０ａから第１冷却コア部１２０（分岐流路１２２ｂ）にＥＧＲガスが流入する。また、第１コア流出口１２０ｂは、分岐流路１２２ｂのうち、流出口１１４側の開口である。第１冷却コア部１２０（分岐流路１２２ｂ）から、第１コア流出口１２０ｂを通ってＥＧＲガスが流出する。

フィン１２２ｃは、図３に示すように、流れ方向に見た場合に、例えば、波形状に湾曲した板部材であり、それぞれの分岐流路１２２ｂに設けられる。ただし、フィン１２２ｃの形状は、波形状に限らず、既存の様々なフィン形状が適用可能である。フィン１２２ｃは、仕切部材１２２ａに固定される。フィン１２２ｃは、仕切部材１２２ａと接触し、仕切部材１２２ａによって冷却される。

それぞれの第１冷却コア１２２（仕切部材１２２ａ、分岐流路１２２ｂ、フィン１２２ｃ）は、流れ方向の長さが互いに異なる。それぞれの第１冷却コア１２２は、図２における下段に配された他の第１冷却コア１２２よりも、流れ方向の長さが短い。ここでは、それぞれの第１冷却コア１２２の流れ方向の長さが互いに異なる場合について説明した。ただし、少なくとも流れ方向の長さが互いに異なる第１冷却コア１２２が一組あればよい。

複数の第１冷却コア１２２において、流入口１１２側の上流端は、それぞれ大凡面一となっている。すなわち、仕切部材１２２ａ、分岐流路１２２ｂの上流端は、流れ方向の位置が大凡等しい。ただし、第１冷却コア１２２の上流端の位置は、互いに異なっていてもよい。また、複数の第１冷却コア１２２において、流出口１１４側の下流端は、図２における下段側に配された第１冷却コア１２２の方が、上段側に配された第１冷却コア１２２よりも流れ方向の下流側に位置する。第１冷却コア１２２の下流端は、例えば、図２に示す大凡直線Ｌ１上に位置する。直線Ｌ１は、流れ方向および流れ方向に垂直な方向に対して、交差する方向に延在する。

第２冷却コア部１３０は、第１冷却コア部１２０と同様、複数の第２冷却コア１３２を有する。第２冷却コア１３２は、第１冷却コア１２２と実質的に同様の構成である。ここでは、第２冷却コア１３２について、第１冷却コア１２２と重複する部分の説明を一部省略する。

第２冷却コア１３２は、仕切部材１３２ａ、分岐流路１３２ｂ、および、フィン１３２ｃ（図３参照、図３において、フィン１３２ｃは、フィン１２２ｃの後ろ側に位置する）によって構成される。分岐流路１３２ｂは、流入口１１２側および流出口１１４側にそれぞれ開口する。すなわち、第２冷却コア部１３０は、第２コア流入口１３０ａ、および、第２コア流出口１３０ｂを有する。第２コア流入口１３０ａは、分岐流路１３２ｂのうち、流入口１１２側の開口である。第２コア流入口１３０ａから第２冷却コア部１３０（分岐流路１３２ｂ）にＥＧＲガスが流入する。また、第２コア流出口１３０ｂは、分岐流路１３２ｂのうち、流出口１１４側の開口である。第２コア流出口１３０ｂを通って、第２冷却コア部１３０（分岐流路１３２ｂ）からＥＧＲガスが流出する。

仕切部材１３２ａの内部には、冷却水が流通する冷却流路１３２ｄが形成される。それぞれの第２冷却コア１３２（仕切部材１３２ａ、分岐流路１３２ｂ、フィン１３２ｃ）は、流れ方向の長さが互いに異なる。それぞれの第２冷却コア１３２は、図２における下段に配された他の第２冷却コア１３２よりも、流れ方向の長さが長い。ここでは、それぞれの第２冷却コア１３２の流れ方向の長さが互いに異なる場合について説明した。ただし、少なくとも流れ方向の長さが互いに異なる第２冷却コア１３２が一組あればよい。

複数の第２冷却コア１３２において、流出口１１４側の下流端は、それぞれ大凡面一となっている。すなわち、仕切部材１３２ａ、分岐流路１３２ｂの下流端は、流れ方向の位置が大凡等しい。ただし、第２冷却コア１３２の下流端の位置は、互いに異なっていてもよい。また、複数の第２冷却コア１３２において、流入口１１２側の上流端は、図２における下段側に配された第２冷却コア１３２の方が、上段側に配された第２冷却コア１３２よりも流れ方向の下流側に位置する。第２冷却コア１３２の上流端は、例えば、図２に示す大凡直線Ｌ２上に位置する。直線Ｌ２は、流れ方向および流れ方向に垂直な方向に対して、交差する方向に延在する。直線Ｌ１と直線Ｌ２は、例えば、大凡平行である。

複数の第１冷却コア１２２と複数の第２冷却コア１３２は、それぞれ流れ方向において対向する。互いに対向する第１冷却コア１２２と第２冷却コア１３２を合わせた流路長（流れ方向の長さ）は、いずれも等しい。

第１冷却コア１２２の下流端と、第２冷却コア１３２の上流端は、流れ方向に離隔する。本体部１１０の内部のうち、第１冷却コア１２２の下流端と、第２冷却コア１３２の上流端との間には、合流路１１６が形成される。合流路１１６は、第１冷却コア１２２や第２冷却コア１３２が配置されていない空間である。

本体部１１０における合流路１１６の外側には、拡張部１１８が設けられる。拡張部１１８は、本体部１１０の外表面から外側に突出する。拡張部１１８は、例えば、流れ方向に垂直な方向に突出する。拡張部１１８は、例えば、図３に示すように、本体部１１０の外周に全周に亘って延在する。ただし、拡張部１１８は、本体部１１０の全周に亘って延在せず、一部のみに形成されてもよい。

拡張部１１８の内部空間は、本体部１１０の最も外側に配された第１冷却コア１２２（分岐流路１２２ｂ）および第２冷却コア１３２（分岐流路１３２ｂ）よりも外側に位置する。拡張部１１８の内部空間は、合流路１１６と連続（連通）する。このように、拡張部１１８の少なくとも一部は、合流路１１６と連通する。

流入口１１２から本体部１１０に流入したＥＧＲガスは、第１冷却コア部１２０の複数の分岐流路１２２ｂに分流して流入する。分岐流路１２２ｂにおいて、ＥＧＲガスは、フィン１２２ｃによって冷却される。分岐流路１２２ｂから流出したＥＧＲガスは、合流路１１６で合流した後、第２冷却コア部１３０の複数の分岐流路１３２ｂに分流して流入する。分岐流路１３２ｂにおいて、ＥＧＲガスは、フィン１３２ｃによって冷却される。分岐流路１３２ｂから流出したＥＧＲガスは、流出口１１４を通って本体部１１０から流出する。

ところで、上記の通り、ＬＰ－ＥＧＲにおいて、ＥＧＲ流路５０は、吸気流路３２のうち、コンプレッサ４２ａより上流であって、エアクリーナ４０より下流に接続される。この場合、吸気流路３２のうち、ＥＧＲ流路５０の接続部の部材は、例えば、面剛性が低いダクトでなる。そのため、ＥＧＲガスの脈動波によりダクトが振動し、脈動音が生じてしまうおそれがある。

そこで、ＥＧＲクーラ１００は、振動抑制の機能を有する。具体的には、上記のように、第１冷却コア１２２は、流れ方向の長さが互いに異なる。図２中、破線で示すように、分岐流路１２２ｂに流入したＥＧＲガスの脈動波は、合流路１１６にＥＧＲガスが流出するとき、分岐流路１２２ｂの長さの差によって、互いの位相がずれる。互いに位相がずれた脈動波が合流路１１６で合成されることで、脈動波の一部が相殺（抑制）される。

同様に、第２冷却コア１３２は、流れ方向の長さが互いに異なる。図２中、破線で示すように、合流路１１６から分岐流路１３２ｂに流入したＥＧＲガスに脈動波が残っていても、分岐流路１３２ｂからＥＧＲガスが流出するとき、分岐流路１３２ｂの長さの差によって、互いの位相がずれる。互いに位相がずれた脈動波が分岐流路１３２ｂの下流で合成されることで、脈動波の一部が相殺（抑制）される。

このように、ＥＧＲクーラ１００では、ＥＧＲガスの冷却が可能となり、かつ、第１冷却コア部１２０、第２冷却コア部１３０によって、ＥＧＲガスの脈動波が抑制され、脈動音の抑制が可能となる。

ここで、任意の２つの第１冷却コア１２２（分岐流路１２２ｂ）の流れ方向の長さの差分を第１差分と称する。第１冷却コア部１２０には、第１差分が、少なくとも脈動派の波長の整数倍以外となる（整数倍ではない）２つの第１冷却コア１２２が設けられるとよい。同様に、任意の２つの第２冷却コア１３２（分岐流路１３２ｂ）の流れ方向の長さの差分を第２差分と称する。第２冷却コア部１３０には、第２差分が、少なくとも脈動派の波長の整数倍以外となる（整数倍ではない）２つの第２冷却コア１３２が設けられるとよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、第２冷却コア部１３０が設けられる場合について説明した。この場合、第１冷却コア部１２０と第２冷却コア部１３０の双方で脈動波の抑制効果が発揮され、脈動音がさらに抑制される。ただし、第２冷却コア部１３０は、必須の構成ではない。また、第２冷却コア部１３０の第２冷却コア１３２は、流れ方向の長さが互いに異なる場合について説明した。ただし、第２冷却コア１３２の流れ方向の長さは全て同一であってもよい。

また、上述した実施形態では、互いに対向する第１冷却コア１２２と第２冷却コア１３２を合わせた流路長は、いずれも等しい場合について説明した。この場合、いずれの分岐流路１２２ｂ、１３２ｂを通っても、大凡同程度の冷却効果が発揮される。したがって、分岐流路１２２ｂ、１３２ｂごとに流路長が異なり、冷却効果にバラツキがある場合に比べ、冷却効率が向上する。また、互いに対向する第１冷却コア１２２と第２冷却コア１３２を合わせた流路長が、いずれも等しい場合、第１冷却コア１２２を反転させると第２冷却コア１３２になる。したがって、第１冷却コア１２２と第２冷却コア１３２を同じ製造工程で製造できるため、製造の効率がよい。ただし、互いに対向する第１冷却コア１２２と第２冷却コア１３２を合わせた流路長にバラツキがあってもよい。

また、上述した実施形態では、拡張部１１８が形成される場合について説明した。拡張部１１８により、広範囲の周波数の脈動波が抑制される。ただし、拡張部１１８は、必須の構成ではない。

また、上述した実施形態では、ＥＧＲクーラ１００を例に挙げて説明した。ただし、排気ガスが流通するクーラ（排気クーラ）であれば、例えば、インタークーラ４４など、ＥＧＲクーラ１００以外のクーラに上述した実施形態の構成を適用してもよい。

本発明は、少なくとも排気ガスが流通する流路に設けられた排気クーラに利用できる。

１００ＥＧＲクーラ（排気クーラ）
１１０本体部
１１２流入口
１１４流出口
１１６合流路
１１８拡張部
１２０第１冷却コア部
１２２第１冷却コア
１３０第２冷却コア部
１３２第２冷却コア

Claims

少なくとも排気ガスが流入する流入口、および、前記排気ガスが流出する流出口を有する本体部と、
前記本体部の内部に設けられ、前記排気ガスの流れ方向の長さが互いに異なる複数の第１冷却コアを有する第１冷却コア部と、
を備え、
前記複数の第１冷却コアのうち任意の２つの第１冷却コアの前記流れ方向の長さの差分が、前記排気ガスの脈動波の波長の整数倍以外である排気クーラ。
前記本体部の内部に設けられ、前記流れ方向の長さが互いに異なる複数の第２冷却コアを有し、前記第１冷却コア部に対して前記流れ方向の下流側に離隔して配された第２冷却コア部と、
前記第１冷却コア部と前記第２冷却コア部との間に形成された合流路と、
を備える請求項１に記載の排気クーラ。
前記複数の第１冷却コアと前記複数の第２冷却コアは、前記流れ方向において対向し、互いに対向する前記第１冷却コアと前記第２冷却コアを合わせた流路長は、いずれも等しい請求項２に記載の排気クーラ。
前記本体部に設けられ、内部空間が、前記本体部の最も外側に配された前記第１冷却コアおよび前記第２冷却コアよりも外側に位置し、少なくとも一部が前記合流路と連通する拡張部
を備える請求項２または３に記載の排気クーラ。