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JP2009091948A - Egrクーラ - Google Patents

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  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)

Abstract

【課題】EGRクーラに冷却水導入口及び冷却水排出口を理想的な位置に配置できない場合であっても、シェルの内部に冷却水を満遍なく流すことができ、局所的な沸騰を防止し、ひいてはチューブの亀裂発生を防止する。
【解決手段】冷却水導入口319及び冷却水排出口を備えた中空状のシェル310と、シェル310内部に配置されEGRガスが通過する複数のチューブ340とを備えたEGRクーラ300において、冷却水導入口319に取り付けられシェル310内に冷却水を導入するアダプタ部材320を備え、このアダプタ部材320は、アダプタ部材320内部からシェル310内にまで延設され、前記冷却水導入口319からシェル内に導入される冷却水の流入方向を調整する案内板325を配置する。
【選択図】図2

Description

本発明はEGRクーラに係り、冷却水導入口及び冷却水排出口を備えた中空状のシェルと、前記シェル内部に配置されEGRガスが通過する複数のチューブとを備えたEGRクーラに関する。
従来、EGRクーラは、冷却水導入口及び冷却水排出口を備えた中空状のシェルと、前記シェル内部に配置されEGRガスが通過する複数のチューブとを備えるように構成されている。このようなEGRクーラは、シェルの上下面又は左右面から垂直方向に冷却水導入管を設置し、冷却水をシェル内に導入するようにしている。シェル内の冷却水は、冷却水導入口から冷却水排出口に向かって、チューブとチューブの間及びシェルとチューブの間を通って流れ、チューブ内に流入されるEGRガスを冷却する。
このようなEGRクーラでは、チューブとチューブとの間、及びシェルとチューブとの間に円滑に冷却水が流れ、熱交換が円滑に行えるよう様々な工夫がなされている。
特許文献1には、チューブ間のクリアランスを保つため、及び振動によるチューブ亀裂防止のためダボを形成し、このダボの配列・形状やチューブとシェルのクリアランスの調整をすることにより冷却水の流れを改善させるようにしたものが記載されている。
また、特許文献2には、EGRクーラのシェル垂直断面の中央位置に、シェルの長手方向に沿って延びる誘導部材が配置されており、シェル内へ供給された冷却水は、誘導部材によってシェルの垂直断面の外周方向へ誘導され、渦流や旋回流のような形態の流れを形成し、中心側から外周側へ至る範囲を全体的に流動し、これにより、冷却水がシェル内において局所的に滞留する個所、所謂淀み部が形成されるのを誘導部材によって極力阻止することができるものが記載されている。
また、特許文献3には、EGRガスが流れる複数のEGRパイプと、EGRパイプを収容し内部を冷却水が流れる外周ケースとを有し、外周ケースは中間部の断面がほぼ円形であって、その両方の端部は中間部よりも径が拡大されており、かつ、EGRガスの入口側の端部には冷却水の入口管が、また、EGRガスの出口側の端部には出口管が外周ケースに対し接線方向に設け、これにより、冷却水 入口部分では、流れが均一となり、局部的な過熱個所の発生を防止することができるものが記載されている。
そして、特許文献4には、偏平チューブの平面の各部で淀みが生じがちな領域を除き、比較的冷却水の流通の速い流通領域のみに流通疎外用の多数の膨出部を互いに離間して偏平チューブの外面側に突出形成するものが記載されている。
特開2003−090693公報 特開2003−83174公報 特開2005−273512公報 特開2004−177060公報
ところで、このようなEGRクーラにおいて、冷却水は、シェル内を満遍なく流れることが理想である。図12はこのようなEGRクーラの構成の一例を示す模式図である。このEGRクーラ210は、チューブ216を内蔵したシェル211の対角線上に冷却水導入口214と冷却水排出口215とを配置している。即ち、シェル211の下側面212の一方端(この例では右端)に冷却水導入口214を配置すると共に、上側面213の他方端(この例では左端)に冷却水排出口215を配置し、冷却水を下から入れて上から出し、冷却水が経路Aに沿って流れるようにしている。
しかし、近年エンジンレイアウトの制限が多くなり、冷却水導入口及び冷却水排出口はこのように理想的に配置することは難しくなってきている。図13及び図14はレイアウト制限下におけるEGRクーラを示す模式図である。
図13に示すEGRクーラ220は、シェル221の一方向の面、例えば上側面222に冷却水導入口224と冷却水排出口225とを配置したものである。この場合、冷却水は、シェル221の上部を経路Bに沿って流れやすくなり、シェル221の下部の領域Cには冷却水の淀みが発生しやすい。
また、図14に示すEGRクーラ230は、シェル231の下側面232に冷却水導入口234を配置し、シェル231の上側面233であって前記冷却水導入口234を配置した略直上の位置に冷却水排出口235を配置したものである。この場合には、冷却水導入口234から流入した冷却水は、そのまま上方に経路Dに沿って流れやすくなり、シェル231の片側の領域Eに冷却水の淀みが発生しやすい。
このようにシェル内に冷却水の淀みが発生すると、この冷却水の淀みの付近で局所的に沸騰が発生し、チューブが冷却水から露出して加熱されて膨張し、最悪の場合チューブに亀裂が発生することがある。しかし、上述した従来のEGRクーラで採られた構成では予防することができない。
本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、EGRクーラに冷却水導入口及び冷却水排出口を理想的な位置に配置できない場合であっても、シェルの内部に冷却水を満遍なく流すことができ、局所的な沸騰を防止し、ひいてはチューブの亀裂発生を防止することができるEGRクーラを提供することをその課題とする。
本発明において、前記課題が効果的に解決される手段は以下の通りである。
請求項1の発明は、冷却水導入口及び冷却水排出口を備えた中空状のシェルと、前記シェル内部に配置されEGRガスが通過する複数のチューブとを備えたEGRクーラにおいて、前記冷却水導入口に取り付けられシェル内に冷却水を導入するアダプタ部材を備え、前記アダプタ部材は、アダプタ部材内部から前記シェル内にまで延設され、前記冷却水導入口から前記シェル内に導入される冷却水の流入方向を調整する案内板を備えることを特徴とするEGRクーラである。
請求項2の発明は、請求項1記載のEGRクーラにおいて、前記案内板は2枚以上を配置されていることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2記載のEGRクーラにおいて、前記案内板は、前記案内板の延設方向に沿って突出して配置される凸条部を備えることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1又は2記載のEGRクーラにおいて、前記案内板は、前記案内板を挟んで冷却水が流通可能な連通スリット部を前記案内板の延設方向に沿って備えることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1又は2記載のEGRクーラにおいて、前記案内板は、前記案内板を挟んで冷却水が流通可能な連通スリット部を前記案内板の延設方向と交叉する方向に沿って備えることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれか記載のEGRクーラにおいて、前記アダプタ部材の案内板はアダプタ本体に片持ち状態で接合されていることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれか記載EGRクーラにおいて、前記案内板は、その先端を前記チューブに近接して配置されることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、シェルの冷却水導入口には、案内板を備えるアダプタ部材を配置するようにしたから、アダプタ部材から流入する冷却水は案内板に案内され、シェルの隅部や、チューブに邪魔をされ冷却水の淀みが発生しやすい領域にも効率良く流れ、局所的な沸騰が防止され、EGRクーラの破損を防いでEGRクーラの性能を最大限に引き出すことができる。また、案内板はアダプタ部材の内部に配置されるため、EGRクーラの外観形状を変更する必要がなく、EGRクーラを車両に搭載するに際して影響を与えない他、冷却水を最適な流れにして冷却効率を高めることができるので、冷却水の量を減らすことができ、冷却水ポンプへの負担を軽減させることができる。
請求項2の発明によれば、アダプタ部には2枚以上の案内板を配置するようにしたから、EGRクーラが大形化しチューブの枚数が増加した場合に発生しがちな淀み個所に良好に冷却水を案内できる。
請求項3の発明によれば、案内板に延設方向に沿う凸条部を備えているので、冷却水は凸条部で整流されつつ案内されるので、冷却水を必要個所に効率良く案内できる。
請求項4の発明によれば、案内板に延設方向に沿う連通スリット部を形成したので、案内板で分割される冷却水の量を調整することができ、冷却水の案内状態を細かく調整できる。
請求項5の発明によれば、案内板に延設方向と交叉する方向に連通スリット部を形成したので、案内板で分割される冷却水の量を調整することができ、冷却水の案内状態を細かく調整できる。
請求項6の発明によれば、アダプタ部材をプレス加工で制作する際、案内板をアダプタ本体に片持ち状態で接合して形成できるので、案内板をアダプタ本体に接合する手間が省け、アダプタ部材を容易に作製することができる。
請求項7の発明によれば、案内板の先端を前記チューブに近接して配置するようにしたので、案内板の先端とチューブとの間隔を狭くでき、チューブ案内板によって分流された冷却水が混じり合うことがなく良好に必要個所に案内できる。
以下、本発明の実施形態に係るEGRクーラを図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1実施態様に係るEGRクーラの外観を示す斜視図、図2は図1に示したEGRクーラの構造を示す図1中F−F線に相当する断面図である。
本例に係るEGRクーラ300は、図1に示すように、シェル310内にEGRガスを流入させる複数のプレートタイプのチューブ340を配置して構成され、シェル310内に冷却水を流通させ、チューブ340内のEGRガスを冷却する。なお、シェル310の両端に設けられ、EGRガスを案内するヘッダーは図示省略されている。
シェル310は、金属板をプレス加工して形成した2枚のコ字状プレート311,312を組み合わせて接合部313,314で接合し、下側面315、上側面316、一側面317、他側面318を備えた略四角筒状に形成されている。そして、コ字状プレート311,312の接合部313が形成された上側面316の長手方向の一端に冷却水導入口319を、他端に冷却水排出口(図示していない)を開設して冷却水導入口319から冷却水をシェル310内に流入し、冷却口排出口から熱交換をした冷却水を排出している。本例では、冷却水導入口319にはアダプタ部材320を、また、冷水排出口には配水管部材330を接続している。
シェル310内に配置されるチューブ340は、偏平にした中空部材341と、これらの中空部材340を空隙を隔てて配置するためのダボ342を備え、縦方向に並設される。
配水管部材330は、筒部331と、筒部331の一端に形成されシェル310に接続されるシェル側フランジ部332と、筒部331の他端に形成され排水パイプが連結される排水側フランジ部333とを備える。
次にアダプタ部材320について説明する。図3は図1に示したEGRクーラのアダプタ部材を示すものであり、(a)は側面図、(b)は底面図、図4は図1に示したEGRクーラのアダプタ部材を示すものであり、(a)は斜視図、(b)は正面図である。
アダプタ部材320は、冷却水が導入される導入側部321a及び前記シェル310への接続側のシェル側部321bを備えて湾曲形成された湾曲筒部321と、この湾曲筒部321の導入側部321aに開設された穴部323の周囲に形成され、冷却水が導入される給水パイプが連結される給水フランジ部322とを備えている。また、シェル側部321bの他端にはアダプタ部材320をシェル310の冷却水導入口319の周囲に接続される接続端部324を備えている。
そして、本例では湾曲筒部321のシェル側部321bの内部には、案内板325が配置されている。案内板325は、アダプタ部材320内部から冷却水導入口319を挿通してシェル310内にまで延設され、その先端325aが冷却水導入口319の近傍に配置されるチューブ340の上端340aに近接して配置される。この例では、アダプタ部材320は、湾曲筒部321、給水フランジ部322、接続端部324、案内板325は一体に鋳造形成されている。
また、案内板325は、シェル310内に配置されたチューブ340間に満遍なく冷却水が流れるようその配置角度及び形状が調整されている。即ち、案内板325は、先端部325aが基部325bの延設方向から角度θだけ折曲形成されており、穴部323からシェル310内に上側面316に対しやや斜め方向をなす流路Gに沿って流入する冷却水を流路G1、流路G2の2つの流路に分流する。そして、この例では、流路G1は案内板325の先端325aとチューブ340の上端340aにより屈曲され、図中配水管部材330が配置されている方向と逆の方向に曲げられる。また、流路G2は案内板325の先端325aに案内され、図中配水管部材330側に向かう。
本例に係るEGRクーラ300は、このような構成を備えるため、アダプタ部材320に導入された冷却水は案内板325に案内され、シェル310の隅部や、チューブ340に邪魔をされ冷却水の淀みが発生しやすい領域にも効率良く流れ、局所的な沸騰が防止され、EGRクーラの破損を防いでEGRクーラの性能を最大限に引き出すことができる。
発明者は上述したEGRクーラ300内における冷却水の速度分布を解析した。図5はEGRクーラ内の冷却水速度の分布を示すものであり、(a)は比較例のEGRクーラの解析結果示すグラフ、(b)は本例に係るEGRクーラの解析結果を示すグラフである。なお、比較例としては次のEGRクーラ600を用いた。図6は比較対象としたEGRクーラの構成を示す断面図である。このEGRクーラ600は、アダプタ部材620に案内板を備えない他は本例に係るEGRクーラ300と同様の構成を備える。即ち、EGRクーラ600は、前記EGRクーラ300と同一のシェル310と、配水管部材330とチューブ340とを備え、シェル310に案内板が配置されていないアダプタ部材620を配置したものである。
解析の結果、比較例のEGRクーラ600では、図5(a)に示すように冷却水の流れが一方向に偏るため、図5(c)中のA−A断面(図6中の領域H)と同F−F断面(図6中の領域K)に淀みが発生しているのに対して、本例のEGRクーラ300では、整流板により、流れを分割し必要方向に冷却水を分配したため、図5(b)に示すように、同A−A断面及び同F−F断面の淀みが改善されており良好な流速分布を示した。これにより、案内板の効果が確認できた。
本例に係るEGRクーラ300によれば、アダプタ部材320から流入する冷却水は案内板325に案内され、シェル310の隅部や、チューブ340に邪魔をされ冷却水の淀みが発生しやすい領域にも効率良く流れ、局所的な沸騰が防止され、EGRクーラ300の破損を防いでEGRクーラ300の性能を最大限に引き出すことができる。また、本例に係る案内板325はアダプタ部材320の内部に配置されるため、EGRクーラ300の外観形状を変更する必要がなく、EGRクーラを車両に搭載するに際して影響を与えない他、冷却水を最適な流れにして冷却効率を高めることができるので、冷却水の量を減らすことができ、冷却水ポンプへの負担を軽減させることができる。
次に本発明の第2実施形態に係るEGRクーラ400について説明する。図7は本発明の第2実施態様に係るEGRクーラの図1中のF−F線に相当する断面図である。本例に係るEGRクーラ400は、EGRクーラの高性能化を図るためにシェル410内に配置するチューブ440の数を増やし積層方向に大きくした場合に好適である。本例では、冷却水の導入量を増すため、アダプタ部材420のチューブ積層方向に向け冷却水導入口429を大きくすると共に、2枚の案内板425,426を配置したものである。
本例に係るEGRクーラ400によれば、大きくした冷却水導入口429から導入される大量の冷却水を2枚の案内板425,426で必要な方向に向け確実に分流できるので、多数のチューブ440を内蔵した大容量のシェル410に淀みなく冷却水を流通させることができる。なお、案内板の枚数は必要に応じて3枚以上とすることができる。
次に、本発明のEGRクーラの変形例について説明する。図8は本発明の第3実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す一部破断して示す正面図である。本例は、EGRクーラにアダプタ部材510を配置するものであり、アダプタ部材510は、湾曲筒部511、給水フランジ部512、接続端部514及び案内板515を備え、案内板515には、この案内板515の延設方向に沿って突出して配置される複数本の凸条部516を備えるものとしている。本例によれば、案内板515に凸条部516を備えているので、冷却水は案内板515の凸条部516で整流されつつ案内され、冷却水を必要個所に効率良く案内できる。
図9は本発明の第4実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す一部破断して示す正面図である。本例は、EGRクーラにアダプタ部材520を配置するものであり、アダプタ部材520は、湾曲筒部521、給水フランジ部522、接続端部524及び案内板525を備え、案内板525には、この案内板525を挟んで冷却水が流通可能な連通スリット部526を案内板525の延設方向に沿って複数備えるものとしている。本例によれば、案内板525に延設方向に沿う連通スリット部526を形成したので、案内板525で分割される冷却水の量を調整することができ、冷却水の案内状態を細かく調整できる。なお、連通スリット部の本数、大きさなどは、使用するEGRクーラの状態に応じて適宜変更することができる。
図10は本発明の第5実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す一部破断して示す正面図である。本例は、EGRクーラにアダプタ部材530を配置するものであり、アダプタ部材530は、湾曲筒部531、給水フランジ部532、接続端部534及び案内板535を備え、案内板535には、この案内板535を挟んで冷却水が流通可能な連通スリット部536を案内板535の延設方向に直交する方向に複数備えるものとしている。本例によれば、案内板535の延設方向に直交する連通スリット部536を形成したので、案内板535で分割される冷却水の量を調整することができ、冷却水の案内状態を細かく調整できる。なお、連通スリット部の本数、大きさ、配置角度などは、使用するEGRクーラの状態に応じて適宜変更することができる。
図11は本発明の第6実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す横断面図である。本例に係るアダプタ部材540は、板金のプレス加工で筒状のアダプタ本体541及びこのアダプタ本体541に接合された案内板542を形成するものであり、案内板542はその基部542aにおいてアダプタ本体541に片持ち状態で接合されているものである。本例によれば、アダプタ部材540の製造に際して案内板542をアダプタ本体541に接合する手間が省け、アダプタ部材540を容易に作製することができる。このように案内板をアダプタ本体に片持ちで接合することは、アダプタ部材をプレス加工で作成する場合だけではなく、アダプタ部材を鋳造で製造する場合にも適用できる。
なお、上記例では、EGRクーラとして四角筒状シェル内に複数の偏平プレートタイプのチューブを並列に配置したタイプを例に説明したが、EGRクーラとして円筒形熱交換器胴内に複数の伝熱管を配設した所謂シェルアンドチューブ型のものにも適用できる。
本発明の第1実施態様に係るEGRクーラの外観を示す斜視図である。 図1に示したEGRクーラの構造を示す図1中F−F線に相当する断面図である。 図1に示したEGRクーラのアダプタ部材を示すものであり、(a)は側面図、(b)は底面図である。 図1に示したEGRクーラのアダプタ部材を示すものであり、(a)は斜視図、(b)は正面図である。 図1に示したEGRクーラの冷却水速度の分布を示すものであり、(a)は比較対象のEGRクーラの解析結果示すグラフ、(b)は本例に係るEGRクーラの解析結果を示すグラフである。 比較対象としたEGRクーラの構成を示す断面図である。 本発明の第2実施態様に係るEGRクーラの図1中のG−G線に相当する断面図である。 本発明の第3実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す一部破断して示す正面図である。 本発明の第4実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す一部破断して示す正面図である。 本発明の第5実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す一部破断して示す正面図である。 本発明の第6実施態様に係るEGRクーラのアダプタ部材を示す横断面図である。 従来のEGRクーラにおける冷却水の流れを示す断面図である。 従来のEGRクーラにおける冷却水の淀みの個所を示す模式断面図である。 従来のEGRクーラにおける冷却水の淀みの個所を示す模式断面図である。
符号の説明
300 EGRクーラ
310 シェル
311,312 コ字状プレート
313,314 接合部
315 下側面
316 上側面
317 一側面
318 他側面
319 冷却水導入口
320 アダプタ部材
321 湾曲筒部
321a 導入側部
321b シェル側部
322 給水フランジ部
323 穴部
324 接続端部
325 案内板
325a 先端
325b 基部
330 配水管部材
331 筒部
332 シェル側フランジ部
333 排水側フランジ部
340 チューブ
340a 上端
341 中空部材
342 ダボ
400 EGRクーラ
410 シェル
420 アダプタ部材
425,426 案内板
429 冷却水導入口
440 チューブ
510 アダプタ部材
511 湾曲筒部
512 給水フランジ部
514 接続端部
515 案内板
516 凸条部
520 アダプタ部材
521 湾曲筒部
522 給水フランジ部
524 接続端部
525 案内板
526 連通スリット部
530 アダプタ部材
531 湾曲筒部
532 給水フランジ部
534 接続端部
535 案内板
536 連通スリット部
540 アダプタ部材
541 アダプタ本体
542 案内板

Claims (7)

  1. 冷却水導入口及び冷却水排出口を備えた中空状のシェルと、前記シェル内部に配置されEGRガスが通過する複数のチューブとを備えたEGRクーラにおいて、
    前記冷却水導入口に取り付けられシェル内に冷却水を導入するアダプタ部材を備え、
    前記アダプタ部材は、アダプタ部材内部から前記シェル内にまで延設され、前記冷却水導入口から前記シェル内に導入される冷却水の流入方向を調整する案内板を備えることを特徴とするEGRクーラ。
  2. 前記案内板は2枚以上を配置されていることを特徴とする請求項1記載のEGRクーラ。
  3. 前記案内板は、前記案内板の延設方向に沿って突出して配置される凸条部を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のEGRクーラ。
  4. 前記案内板は、前記案内板を挟んで冷却水が流通可能な連通スリット部を前記案内板の延設方向に沿って備えることを特徴とする請求項1又は2記載のEGRクーラ。
  5. 前記案内板は、前記案内板を挟んで冷却水が流通可能な連通スリット部を前記案内板の延設方向と交叉する方向に沿って備えることを特徴とする請求項1又は2記載のEGRクーラ。
  6. 前記アダプタ部材の案内板はアダプタ本体に片持ち状態で接合されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載のEGRクーラ。
  7. 前記案内板は、その先端を前記チューブに近接して配置されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか記載のEGRクーラ。
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