WO2000043662A1

WO2000043662A1 - Refroidisseur egr

Info

Publication number: WO2000043662A1
Application number: PCT/JP2000/000217
Authority: WO
Inventors: Keiichi Nakagome; Takashi Takakura
Original assignee: Hino Motors, Ltd.
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2000-07-27
Also published as: EP1154143A4; KR100709027B1; KR20010102980A; EP1154143A1; JP2000213425A

Description

明細書

E G Rクーラ技術分野

この発明は、エンジンの排気ガスを再循環して窒素酸化物の発生を低減させる E G R装置に付属されて再循環用排気ガスを冷却する E G Rクーラに関する。背景技術

従来より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窒素酸化物の発生を低減させる E G R装置が知られているが、このような E G R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窒素酸化物の発生を低減させることができる為、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 E G Rクーラを装備したものがある。

第 1図は前記 E G R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， 2が固着されていて、該各プレート 2， 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、シヱル 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， 2の反シェル 1側には、椀状に形成されたポンネット 6， 6が前記各プレート 2， 2の端面を被包するように固着され、一方のポンネット 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 1 0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からェンジンに再循環するようになっている。

しかしながら、斯かる従来の E G Rクーラにおいては、第 2図に拡大して示す如く、チューブ 3の端部がろう付け部 1 1を介してプレート 2に貫通固着されるようになっているが、特に図示するような排気ガス 1 0の出側では、チューブ 3内で排気ガス 1 0が冷却されることにより硫酸成分を含む凝縮液が生じてチューブ 3の出口から流出し、前記ろう付け部 1 1を成すろう材（一般的にはニッケルろう）が凝縮液により腐食されてしまう虞れがあり、万一、そこから冷却水 9が漏れてしまうと、冷却水 9がェンジン側へ導かれてトラブルを招く虞れがあった。

また、現在においては、第 3図に示す如く、チューブ 3の端部をレーザ照射 Lによりプレ一ト 2に溶接することも考えられているが、この種のレ一ザ溶接を採用した場合には、凝縮液による腐食に強いレーザ溶接部 1 2 が得られる反面、レーザ照射 Lによる溶け込みが深部にまで達しない為に溶接深さ Dを十分に深くすることが困難で、結合強度の低いレーザ溶接部 1 2しか得られず、万一、チューブ 3が過度に熱膨張してしまったような場合には、レーザ溶接部 1 2が破損して冷却水 9が漏れ出てしまう虞れがあった。

即ち、チューブ 3の端部をプレート 2にレーザ溶接するに際しては、プレート 2の反シェル 1側からチューブ 3の軸心方向と平行にレ一ザ照射 L を行い、チューブ 3の端面とプレート 2との境界をチューブ 3の肉厚程度の溶接深さ Dで溶接するのが一般的であった為、チューブ 3自体の強度より低い強度のレーザ溶接部 1 2しか得られなかった。

尚、実際の作業においては、チューブ 3を直立させた状態として真上からレーザ照射 Lを行うことになる為、単純にレーザ強度を上げて溶け込み深さを大きくしょうとしても、溶けた部分がチューブ 3内に流れ込んで流路を狭めてしまう危険性が高くなつてしまい、レーザ強度を上げるのにも自ずから限界があった。

更に、前述したように、溶接深さ Dの浅いレーザ溶接部 1 2では、プレ ―ト 2側の貫通孔 1 3に対しチューブ 3が反シェル 1側の僅かな範囲だけでしか溶接されない為、貫通孔 1 3とチューブ 3との間における大半の部分に微小な隙間が形成されることになり、この隙間でチューブ 3の微小振動に起因して起こる水圧変動によりキヤビテーションが生じ、このキヤビテ一ションで前記隙間の最も奥の箇所（レーザ溶接部 1 2に突き当たる箇所）に隙間腐食（c rev i ce cor ros i on) が発生し、チューブ 3の端部に損傷が生じて冷却水 9が漏れ出てしまう虞れもあった。

本発明は、上述の実情に鑑みて成されたもので、排気ガスの流路側へ冷却水が漏れ出ないようにしてエンジントラブルの発生を未然に防ぐことを目的としている。発明の開示

本発明の請求項 1に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シエルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした

E G Rクーラであって、プレートに貫通するチューブの端部を反シェル側に向け口径を漸増するテーパ形状部とし、該テ一パ形状部の全域を反シェル側からのレーザ照射によりプレー卜に溶接したことを特徴とするものである。

このようにチューブの端部を反シェル側に向け口径を漸増するテ一パ形状部とすれば、該テーパ形状部の内周面が反シェル側に向け擂り鉢状に斜面を成して開いた形状となり、その内周面の全域に対し反シェル側から容易にレーザ照射を行うことが可能となる。

そして、その結果としてできあがるレーザ溶接部は、プレートの厚さに相当する程度にまで溶接深さを大きくした結合強度の高いものとなり、しかも、プレートの貫通孔とチューブとの間に微小な隙間が形成されなくなつて隙間腐食が発生しないものとなる。

また、本発明の請求項 2に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレートの反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたボンネットと、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、チューブの端部が貫通するプレートの貫通孔のシェル側に切欠部を形成し、前記チューブの端部を反シェル側からのレ一ザ照射によりレーザ溶接部が前記切欠部に達するようにプレートに溶接したことを特徴とするものである。

このようにプレー卜の貫通孔のシェル側に切欠部を形成すれば、チューブの端部を反シェル側からのレーザ照射によりレーザ溶接部が前記切欠部に達するようにプレートに溶接した際に、溶接されない部分が切欠部としてシェル側に大きく開いた状態で残ることになるので、プレートの貫通孔とチューブとの間に微小な隙間が形成されなくなって隙間腐食が発生しないものとなり、該隙間腐食が発生しない条件下において、レーザ照射により溶けた部分がチューブ内に流れ込んで流路を狭めてしまわない程度にまでレーザ強度を上げ、その溶け込み深さを極力大きくしてレーザ溶接部の結合強度をできるだけ高めた構造とすることが可能となる。

本発明の請求項 3に記載の発明は、円筒状に形成されたシェルと、該シエルの軸心方向両端にシヱル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレート端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレー卜に貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、プレー卜に対し一端が所要長さ延出するようチュ —ブを貫通してろう付け部を介し固着し、且つ延出したチューブの先端を貫通させてレーザ溶接部を介し固着させたサブプレートを設け、該サブプレートにより前記ろう付け部を被覆するよう構成したことを特徴とするものである。このようにプレートをサブプレートで被覆すれば、チューブ内で排気ガスが冷却されることにより硫酸成分を含む凝縮液が生じてチューブの出口から流出しても、その流出した凝縮液は、腐食に強いレーザ溶接部を介してチューブを貫通固着しているサブプレートによりプレートのろう付け部に接触しないよう隔離されるので、該ろう付け部を成すろう材が凝縮液により腐食することが確実に回避され、しかも、プレートに対するチューブの結合強度がろう付け部により高く保持されることになり、また、万一、前記ろう付け部に亀裂が生じて水漏れが生じたとしても、冷却水はサブプレートにより堰き止められて該サブプレー卜とプレートとの間に溜まることになる。

本発明の請求項 4に記載の発明は、円筒容器状に形成されたシェルと、該シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記シェルの軸心方向両端面に貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、流路断面積及び強度を上げるよう前記チューブの口径及び肉厚を増加し、且つシェルの外部に張り出した各チューブの先端にガスフランジを設けたことを特徴とするものである。

このようにすれば、チューブの本数を必要最小限に減らすことが可能となり、シェルの外部に張り出した各チューブの先端のガスフランジに対し、排気ガスを再循環するラインを適宜に分岐して直接接続することが可能となるので、チューブ内で排気ガスが冷却されることにより硫酸成分を含む凝縮液が生じても、その凝縮液がシェルに対するチューブの貫通固着部に腐食等の悪影響を及ぼすことが回避され、しかも、万一、シェルに対するチューブの貫通固着部に亀裂が生じて水漏れが生じたとしても、その漏れ出た冷却水は単にシェルの外部へ漏れ出るだけで済み、排気ガスの流路側に侵入してしまうことが回避される。図面の簡単な説明

第 1図は従来の E G Rクーラの一例を示す断面図、第 2図は第 1図のチュ一ブとプレー卜との貫通固着部の詳細を示す拡大断面図、第 3図はチュ —ブとプレートとの貫通固着部の別の例を示す拡大断面図、第 4図は本発明の請求項 1に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図、第 5 図は第 4図のチューブをプレートにレーザ溶接した状態を示す拡大断面図，第 6図は本発明の請求項 2に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図、第 7図は第 6図のチューブをプレー卜にレーザ溶接した状態を示す拡大断面図、第 8図は本発明の請求項 3に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図、第 9図は本発明の請求項 4に記載の発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

第 4図及び第 5図は本発明の請求項 1に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、第 1図〜第 3図と同一部分については同一符号を付してある。

本形態例においては、先に第 1図で説明した E G Rクーラと略同様に構成した E G Rクーラに関し、プレート 2に貫通するチューブ 3の端部を反シェル 1側に向け口径を漸増するテ一パ形状部 1 4として形成し、該テ一パ形状部 1 4の全域を反シェル 1側からのレーザ照射 Lによりプレート 2 に溶接するようにしてある。このようにチューブ 3の端部を反シェル 1側に向け口径を漸増するテ一パ形状部 1 4とすれば、該テーパ形状部 1 4の内周面が反シェル 1側に向け擂り鉢状に斜面を成して開いた形状となり、その内周面の全域に対し反シェル 1側から容易にレーザ照射 Lを行うことが可能となる。

そして、その結果としてできあがるレーザ溶接部 1 2は、プレート 2の厚さに相当する程度にまで溶接深さ Dを大きくした結合強度の高いものとなり、しかも、プレート 2の貫通孔 1 3とチューブ 3との間に微小な隙間が形成されなくなつて隙間腐食が発生しないものとなる。

従って、上記形態例によれば、腐食に強いレーザ溶接部 1 2により溶接深さ Dを従来より大きくとってプレート 2とチューブ 3とを高い結合強度で貫通固着することができ、しかも、プレート 2の貫通孔 1 3とチューブ 3との間における微小な隙間の形成を回避して隙間腐食の発生を防止することもできるので、排気ガス 1 0の流路側へ冷却水 9が漏れ出てしまうことを確実に防止することができ、これによつて、冷却水 9がエンジン側へ導かれてしまう虞れをなくし、エンジントラブルの発生を未然に防ぐことができる。

また、第 6図及び第 7図は本発明の請求項 2に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、チューブ 3の端部が貫通するプレート 2の貫通孔 1 3のシェル 1側に切欠部 1 5を形成し、前記チュ —ブ 3の端部を反シェル 1側からのレーザ照射 Lによりレーザ溶接部 1 2 が前記切欠部 1 5に達するようにプレート 2に溶接してある。

このようにプレート 2の貫通孔 1 3のシェル 1側に切欠部 1 5を形成すれば、チューブ 3の端部を反シェル 1側からのレーザ照射 Lによりレーザ溶接部 1 2が前記切欠部 1 5に達するようにプレート 2に溶接した際に、溶接されない部分が切欠部 1 5としてシェル 1側に大きく開いた状態で残ることになるので、プレート 2の貫通孔 1 3とチューブ 3との間に微小な隙間が形成されなくなって隙間腐食が発生しないものとなり、該隙間腐食が発生しない条件下において、レーザ照射 Lにより溶けた部分がチューブ 3内に流れ込んで流路を狭めてしまわない程度にまでレーザ強度を上げ、その溶け込み深さ Dを極力大きくしてレーザ溶接部 1 2の結合強度をできるだけ高めた構造とすることが可能となる。

従って、この形態例の場合も、プレート 2の貫通孔 1 3とチューブ 3との間における微小な隙間の形成を回避して隙間腐食の発生を防止することもできるので、排気ガス 1 0の流路側へ冷却水 9が漏れ出てしまうことを確実に防止することができ、これによつて、冷却水 9がエンジン側へ導かれてしまう虞れをなくし、エンジントラブルの発生を未然に防ぐことがでさる。

また、第 8図は本発明の請求項 3に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、プレート 2に対し一端が所要長さ延出するようチューブ 3を貫通してろう付け部 1 1を介し固着し、且つ延出したチューブ 3の先端を貫通させてレーザ溶接部 1 2を介し固着させたサブプレート 1 6を設け、該サブプレート 1 6により前記ろう付け部 1 1を被覆するよう構成してある。

尚、特に本形態例においては、プレート 2の外周部をチューブ 3の軸心方向に向け段差部を介在させて折り曲げ形成し、このプレート 2の外周部を挟んでシェル 1とボンネット 6とを突き合わせ溶接するようにしてある。而して、このようにプレート 2をサブプレート 1 6で被覆すれば、チュ —ブ 3内で排気ガス 1 0が冷却されることにより硫酸成分を含む凝縮液が生じてチューブ 3の出口から流出しても、その流出した凝縮液は、腐食に強いレーザ溶接部 1 2を介してチューブ 3を貫通固着しているサブプレート 1 6によりプレート 2のろう付け部 1 1に接触しないよう隔離されるので、該ろう付け部 1 1を成すろう材が凝縮液により腐食することが確実に回避され、しかも、プレート 2に対するチューブ 3の結合強度がろう付け部 1 1により高く保持されることになり、また、万一、前記ろう付け部 1 1に亀裂が生じて水漏れが生じたとしても、冷却水 9はサブプレート 1 6 により堰き止められて該サブプレート 1 6とプレート 2との間に溜まることになる。

従って、上記形態例によれば、プレート 2に対するチューブ 3の結合強度をろう付け部 1 1により高く保持しながら、該ろう付け部 1 1をサブプレート 1 6により排気ガス 1 0の凝縮液から保護することができるので、ろう付け部 1 1における腐食の発生を防止することができ、しかも、仮に排気ガス 1 0の凝縮液とは別の要因でろう付け部 1 1に亀裂が生じて水漏れが生じたとしても、冷却水 9をサブプレート 1 6で堰き止めて該サブプレート 1 6とプレー卜 2との間で溜めることができるので、冷却水 9がェンジン側へ導かれてしまう虞れをなくし、エンジントラブルの発生を未然に防ぐことができる。

また、第 9図は本発明の請求項 4に記載の発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、シェル 1を円筒容器状に形成し、該シエル 1の内部を軸心方向に延びるチューブ 3の両端を前記シェル 1の軸心方向両端面に対し貫通固着せしめるようにした構造を採用しており、前記チューブ 3の口径及び肉厚を従来より増加して、流路断面積及び強度を上げることによりチューブ 3の本数を必要最小限（例えば三本程度）に減らし、シェル 1の外部に張り出した各チューブ 3の先端にガスフランジ 1 7 を設けてある。

即ち、従来における E G Rクーラの場合、再循環した排気ガス 1 0を冷却水 9により効率良く冷却し得るようチューブ 3の口径を細く且つ肉厚を薄くしていた為、チューブ 3の一本当たりの流路断面積が少なくなつて多数のチューブ 3が必要となり、これらをプレ一ト 2により支えてボンネット 6内に全てのチューブ 3を連通させた構造を採用せざるを得なかったが，本形態例では、チューブ 3の口径及び肉厚を従来より増加して流路断面積及び強度を上げることでチューブ 3の本数を必要最小限に減らすようにしている。

ただし、従来と同じ冷却効率を維持する為に、シェル 1及びチューブ 3 の長さを適宜に増加する必要があることは勿論である。

このようにチューブ 3の本数を必要最小限に減らして該各チューブ 3の端部をシェル 1の軸心方向両端面に対し貫通固着させれば、シェル 1の外部に張り出した各チューブ 3の先端のガスフランジ 1 7に対し、排気ガス 1 0を再循環するラインを適宜に分岐して直接接続することが可能となるので、チューブ 3内で排気ガス 1 0が冷却されることにより硫酸成分を含む凝縮液が生じても、その凝縮液がシェル 1に対するチューブ 3の貫通固着部に腐食等の悪影響を及ぼすことが回避され、しかも、万一、シェル 1 に対するチューブ 3の貫通固着部に亀裂が生じて水漏れが生じたとしても、その漏れ出た冷却水 9は単にシェル 1の外部へ漏れ出るだけで済み、排気ガス 1 0の流路側に侵入してしまうことが回避される。

従って、上記形態例によれば、排気ガス 1 0の凝縮液がシェル 1に対するチューブ 3の貫通固着部に腐食等の悪影響を及ぼすことを確実に回避することができ、しかも、仮に排気ガス 1 0の凝縮液とは別の要因で前記貫通固着部に亀裂が生じて水漏れが生じたとしても、その漏れ出た冷却水 9 が排気ガス 1 0の流路側へ侵入してしまうことを確実に回避することができるので、冷却水 9がエンジン側へ導かれてしまう虞れをなくし、ェンジントラブルの発生を未然に防ぐことができる。

尚、本発明の E G Rクーラは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示では排気ガスの出側について図示しているが、排気ガスの入側に同様の構成を採用しても良いこと、その他、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。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる E G Rクーラは、エンジンの排気ガスを再循環して窒素酸化物の発生を低減させる E G R装置に用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレー卜の反シェル側にプレ —ト端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、プレートに貫通するチューブの端部を反シェル側に向け口径を漸増するテーパ形状部とし、該テ一パ形状部の全域を反シェル側からのレーザ照射によりプレー卜に溶接したことを特徴とする E G Rクーラ。

2 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレートの反シェル側にプレ —ト端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、チューブの端部が貫通するプレートの貫通孔のシェル側に切欠部を形成し、前記チューブの端部を反シェル側からのレーザ照射によりレーザ溶接部が前記切欠部に達するようにプレー卜に溶接したことを特徴とする E G Rクーラ。

3 . 円筒状に形成されたシェルと、該シェルの軸心方向両端にシェル端面を閉塞するよう固着されたプレートと、該プレートの反シェル側にプレ —ト端面を被包するよう固着されたボンネッ卜と、前記シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記各プレートに貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には一方のボンネット側から他方のボンネット側に向け排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G Rクーラであって、プレー卜に対し一端が所要長さ延出するようチューブを貫通してろう付け部を介し固着し、且つ延出したチューブの先端を貫通させてレーザ溶接部を介し固着させたサブプレー卜を設け、該サブプレートにより前記ろう付け部を被覆するよう構成したことを特徴とする E G Rクーラ。

4 . 円筒容器状に形成されたシェルと、該シェルの内部を軸心方向に延び且つその両端を前記シェルの軸心方向両端面に貫通固着されたチューブとを備え、前記シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内には排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにした E G R クーラであって、流路断面積及び強度を上げるよう前記チューブの口径及び肉厚を増加し、且つシェルの外部に張り出した各チューブの先端にガスフランジを設けたことを特徴とする E G Rクーラ。