JP2011033034A - 排気ガスクーラ - Google Patents

Abstract

【課題】車両の排気再循環（ＥＧＲ）システムを提供する。
【解決手段】排気ガスをエンジンに循環させるために、エンジンからの排気ガス（Ｆ）をＥＧＲクーラ（１０）で冷却する方法は、単一のハウジング組立体（２０）の内部に配置されたコア組立体（２２）に排気ガスを送るステップと、ハウジング組立体を少なくともＥＧＲクーラ（１０）の第１の冷却空間（４２）とＥＧＲクーラ（１０）の第２の冷却空間（４４）に分割するステップとを含む。このコア組立体（２２）は、少なくとも部分的に第１の冷却空間（４２）及び第２の冷却空間（４４）内に延びる。方法は、さらに、第１の冷却流体（ＣＦ１）を第１の冷却空間（４２）内に導入するステップと、第２の冷却流体（ＣＦ２）を第２の冷却空間（４４）内に入れるステップとを含む。排気ガス（Ｆ）は、コア組立体（２２）からエンジンに送られる。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、一般的に車両の排気再循環（ＥＧＲ）システムに関する。より具体的には、ここに説明する実施形態は、車両のＥＧＲシステムで用いられるクーラに関する。

排気再循環（ＥＧＲ）は、ガソリン及びディーゼルエンジンにおいて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出を減らすために使用される。ＮＯｘは、主に、窒素と酸素の混合物が高温にさらされたときに生成される。ＥＧＲシステムは、エンジンの排気ガスの一部をエンジンシリンダに再循環させる。流入した新気と再循環排気ガスを混ぜると、混合物を希釈させ、燃焼温度を低くし、過剰酸素の量を減らす。排気ガスは、混合物の特定の熱容量を増やし、ピーク燃焼温度を低下させる。ＮＯｘは、高い温度でより容易に生成されるので、ＥＧＲシステムは、温度を低く保つことでＮＯｘの生成を抑制する。

殆どのＥＧＲシステムは、エンジンに取り付けられ、又はエンジンの排気マニホルドと吸気マニホルドの間で流体連通状態にある一つ以上のＥＧＲクーラを含む。特に圧縮点火エンジン又はディーゼルエンジンのようなエンジンでは、再循環される排気ガスの一部を冷却するためにＥＧＲクーラを使用する。冷却された排気ガスは、低い潜熱容量を有し、燃焼温度を更に低下させるのを助ける。一般的に、ＮＯｘ放出量を減らすためにＥＧＲを使用しているエンジンは、再循環排気ガスをできる限り冷やすことで排出物をより低下させることができる。

デュアルＥＧＲクーラとして知られている、２つのＥＧＲクーラを有するＥＧＲシステムもある。２つのＥＧＲクーラは、間隔をあけて連続して配置された、別々のハウジングを有する。第１のＥＧＲクーラが、排気ガスの温度を低下させ、第２のＥＧＲクーラが排気ガスの温度をさらに低下させる。２つのＥＧＲクーラの間のＥＧＲクーラへの入口とＥＧＲクーラからの出口には、第１のＥＧＲクーラからの排気ガスを第２のＥＧＲクーラに導くためのファネル形状のディフューザがある。

排気ガスをエンジンに循環させるために、ＥＧＲクーラでエンジンからの排気ガスを冷却する方法は、単一のハウジング組立体の内部に配置されたコア組立体に排気ガスを送るステップと、ハウジング組立体を少なくともＥＧＲクーラの第１の冷却空間とＥＧＲクーラの第２の冷却空間に分割するステップとを含む。このコア組立体は、少なくとも部分的に第１の冷却空間及び第２の冷却空間内に延びる。方法は、さらに、第１の冷却流体を第１の冷却空間内に導入するステップと、第２の冷却流体を第２の冷却空間内に入れるステップとを含む。排気ガスは、コア組立体からエンジンに送られる。

単一のハウジング組立体を有するデュアルステージＥＧＲクーラの概略断面図である。

図１を参照して、ＥＧＲクーラが全体的に符号１０で示されており、このＥＧＲクーラは、排気マニホルド（図示せず）にあるＥＧＲシステム（図示せず）、又はエンジンの排気マニホルドと吸気マニホルドとの間を流体連通させるＥＧＲシステム（図示せず）に組み込まれるようになっている。ＥＧＲクーラ１０は、ＥＧＲクーラ１０の入口１２において図１に示す方向で、例えば排気マニホルドから排気ガスＦの流れを受け入れる。排気ガスは、出口１４に向けてＥＧＲクーラ１０内を流れる。

入口１２と出口１４の間では、排気ガスは、ＥＧＲクーラ１０内で、冷却流体ＣＦ、例えばエンジン冷却液によって、以下でより詳細に説明するように冷却される。排気ガスは、５９３℃（１１００°F）から１４９℃（３００°F）まで冷却されるが、他の温度にすることも考えられている。ＥＧＲクーラ１０の中では、排気ガスは、２つのステージ、即ち第１のステージ即ち高温ステージ、及び第２ステージ即ち低温ステージで冷却される。排気ガス流Ｆの方向では、排気ガスは、先ず高温ステージで冷却され、ついで低温ステージで冷却される。

ＥＧＲクーラ１０の第１即ち高温ラジエータ１６が、第１のステージを形成し、この高温ラジエータは、第２のステージを形成する第２即ち低温ラジエータ１８よりも上流にある。ＥＧＲクーラ１０に追加のラジエータを組み込むことも可能である。第１即ち高温ラジエータ１６と、第２即ち低温ラジエータ１８は、一つのハウジング組立体２０内に収容される。第１即ち高温ラジエータ１６と、第２即ち低温ラジエータ１８を同じハウジング２０内に配置することによって、別々のクーラハウジングが連続して設けられた従来のデュアルＥＧＲクーラの構成と比較して、排気ガスＦの潜在的な流れ制限を減らす。さらに、一つのハウジング組立体２０は、２つ以上の独立したクーラハウジングを設ける場合と比較して軽量であり、且つ安価である。

ＥＧＲクーラ１０は、第１即ち高温ラジエータ１６及び第２即ち低温ラジエータ１８の両方の内部に延びるコア組立体２２を有する。排気ガスＦの流れは、全体的に入口１２から出口１４まで延びるコア組立体２２内にある。変形として、コア組立体２２を、実質的に入口１２と出口１４の間の距離にわたって延びるようにしてもよい。

コア組立体２２は、全体的に細長く、且つ長方形の横方向断面を有するが、他の形状とすることもできる。コア組立体２２は、コア組立体２２を通して排気ガス流Ｆの流体連通を提供する複数のチューブ−フィン組立体２４を含む。チューブ−フィン組立体２４は、ステンレス鋼又は他の高い耐腐食性を有する材料で形成される。複数のチューブ−フィン組立体２４を、間隙を設けて配置して、冷却流体ＣＦをチューブ−フィン組立体２４の間隙に流すようにしてもよい。

ハウジング組立体２０は、全体的に細長く、且つ長方形の横断面を有し、さらにコア組立体２２とほぼ平行な第１の側部材２６及び第２の側部材２８を有する。第３の側部材及び第４の側部材（図示せず）は、第１の側部材２６及び第２の側部材２８と似ているが、ハウジング組立体２０のほぼ長方形状を形成するために、第１の側部材及び第２の側部材とほぼ直交して配置される。

エンドキャップ３０，３２が、コア組立体２２とほぼ直交している。ハウジング組立体２０を形成するために、側部材２６，２８は、留め具３４によってエンドキャップ３０，３２に取り付けられている。第１のシール３６が、エンドキャップ３０の側部材２６，２８への取り付け部に設けられており、第２のシール３８が、エンドキャップ３２の側部材２６，２８への取り付け部に設けられている。ハウジング組立体２０が、ほぼ長方形以外の構成を有していてもよい。

カラー４０が、コア組立体２０をほぼ横切るように配置され、このカラー４０は、第１即ち高温ラジエータ１６と第２即ち低温ラジエータ１８とを分ける。カラー４０は、コア組立体２２にろう付けされ、又は密封接合されており、さらに第１の冷却流体空間４２への第１のラジエータ入口４６が、第１の側部材２６に設けられており、第１のラジエータ出口４８が、第２の側部材２８に設けられている。第２の冷却流体空間４４の第２のラジエータ入口５０が、第１の側部材２６に設けられており、第２のラジエータ出口５２が、第２の側部材２８に設けられている。冷却流体ＣＦは、平行に流れるか、又は逆方向に流れる。

カラー４０は、側部材２６，２８に取り付けられたシールマウント５４によって、ハウジング組立体２０内に取り付けられている。シールマウント５４は、Ｏリングのようなシール５６と、側部材２６，２８の内面に取り付けられたマウント部材５８とを含む。シール５６は、マウント部材５８とカラー４０の間に配置されている。カラー４０は、マウント部材５８と係合する延長部４１を有する。この構成で、コア２２は、ハウジング組立体２０の側部材２６，２８に接触せず、「浮遊した」構成を有する。変形として、カラー４０をハウジング組立体２０の内面にろう付けしてもよい。

排気ガスＦは、エンドキャップ３０に設けられた、コア組立体２２の入口１２を通って流れる。入口ディフューザ６０を、コア組立体２２の入口１２に取り付けることができる。入口ディフューザ６０は、ハウジング組立体２０の外部、もしくは内部に配置され、又は部分的にハウジング組立体の内部／外部に配置されていてもよい。入口ディフューザ６０は、排気ガスＦの流れを受けるディフューザ入口６２を有する。排気ガスＦは、ディフューザ入口６２を通り、入口ディフューザ６０を通り、入口１２を通り、さらにコア組立体２２を通る。出口ディフューザ６４が、コア組立体２２を出口１４まで流体的に連通させる。

エンドキャップ３２は、例えば、間に出口ディフューザ６４を受入れる第１のアダプタ６６と第２のアダプタ６８とを有する２ピース組立体を有する。アダプタ６６，６８は、コア組立体２２を、ハウジング組立体２０内で、浮遊した構成に保つ。Ｏリングのようなシール７０が、冷却流体ＣＦを第２の冷却流体空間４４内に密封する。

冷却流体ＣＦ１は、第１即ち高温ラジエータ１６内で、ハウジング組立体２０とコア組立体２２の間を流れ、チューブ−フィン組立体２４同士が間隔を有する場合にはチューブ−フィン組立体２４の間を流れる。カラー４０は、冷却流体ＣＦの流れを第１即ち高温ラジエータ１６内に密封する。第１即ち高温ラジエータ１６の第１のラジエータ入口４６では、冷却流体は、約１０４℃（２２０°F）であるが、他の温度も考えられる。

冷却流体ＣＦ２は、第２即ち低温ラジエータ１８内で、ハウジング組立体２０とコア組立体２２の間を流れ、チューブ−フィン組立体２４同士が間隔を有する場合にはチューブ−フィン組立体２４の間を流れる。カラー４０は、冷却流体ＣＦの流れを第２即ち低温ラジエータ１８内に密封する。第２即ち低温ラジエータ１８の第１のラジエータ入口５０では、冷却流体は、約４３℃（１１０°F）であるが、他の温度も考えられる。第２の冷却流体ＣＦ２の温度は、第１の冷却流体ＣＦ１の温度よりも低い。

カラー４０をチューブ−フィン組立体２４にろう付けし、出口ディフューザをチューブ−フィン組立体にろう付けし、さらにエンドキャップ３０をチューブ−フィン組立体にろう付けして、コア組立体２２を形成することもできる。コア組立体２２は、コア組立体をハウジング組立体２０内に取り付け、密封するときに、エンドキャップ３２のアダプタ６６，６８によって受けられる。側部材２６，２８は、エンドキャップ３０，３２に取り付けられる。

ＥＧＲクーラを腐食性排気ガスから守るのを助けるために、ハウジング組立体２０及びコア組立体２２を含むＥＧＲクーラ１０を、耐腐食性合金で形成することが可能である。

Claims (20)

1. 車両用のＥＧＲクーラであって、
   エンジンの排気マニホルド及び吸気マニホルドと流体連通状態にある入口及び出口を有する、単一のハウジング組立体と、
   ハウジング組立体内に配置され、排気ガスを入口から出口まで送るための少なくとも一つのチューブ−フィン組立体を有する、単一のコア組立体と、
   第１の冷却空間を有する第１温度ラジエータ及び第２の冷却空間を有する第２温度ラジエータを形成するために、コア組立体の周囲に配置され、ハウジング組立体に取り付けられたカラーとを備え、コア組立体は、少なくとも部分的に第１の冷却空間と第２の冷却空間内部に延び、
   さらに、第１の温度の冷却流体を送るための、第１温度ラジエータに形成された第１のラジエータ入口及び第１のラジエータ出口と、
   第１の温度よりも低い第２の温度の冷却流体を送るための、第２のラジエータ入口及び第２のラジエータ出口とを備える、ＥＧＲクーラ。
2. コア組立体は、実質的にハウジング組立体の長さにわたって延びる、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
3. ハウジング組立体は、全体的に細長く、且つ長方形の横方向断面を有する、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
4. コア組立体と流体連通状態にあり、且つコア組立体の上流にある入口ディフューザを備える、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
5. コア組立体と流体連通状態にあり、且つコア組立体の下流にある出口ディフューザを備える、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
6. カラーは、コア組立体に密閉状態で取り付けられている、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
7. カラーは、コア組立体にろう付けされている、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
8. カラーは、ハウジング組立体に密閉状態で取り付けられている、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
9. ハウジング組立体は、コア組立体と全体的に平行な第１の側部材及び第２の側部材を有する、請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
10. 排気をエンジンに循環させるために、エンジンからの排気ガスをＥＧＲクーラで冷却する方法であって、
    単一のハウジング組立体の内部に配置されたコア組立体に排気ガスを送るステップと、
    ハウジング組立体を少なくともＥＧＲクーラの第１の冷却空間とＥＧＲクーラの第２の冷却空間に分割するステップとを含み、このコア組立体は、少なくとも部分的に第１の冷却空間及び第２の冷却空間内に延びており、
    さらに、第１の冷却流体を第１の冷却空間内に導入するステップと、
    第２の冷却流体を第２の冷却空間内に入れるステップと、
    コア組立体からの排気ガスをエンジンに送るステップとを備える、方法。
11. 第１の冷却流体を第１の温度で導入するステップと、第２の冷却流体を第２の温度で導入するステップとをさらに備え、第１の温度は第２の温度よりも高い、請求項１０に記載の方法。
12. コア組立体の中にあるチューブ−フィン組立体に排気ガスを通すステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
13. 第１の冷却空間を第２の冷却空間から遮断する、請求項１０に記載の方法。
14. 車両用のＥＧＲクーラであって、
    第１の側部材、入口を有する第１のエンドキャップ、及び出口を有する第２のエンドキャップを有するハウジング組立体を備え、この入口及び出口は、エンジンの排気マニホルド及び吸気マニホルドと流体的に連通した状態にあり、
    実質的にハウジング組立体の長さにわたって延び、ハウジング組立体内部に配置されたコア組立体を備え、このコア組立体は、実質的に入口から出口まで延びる少なくとも一つのチューブ−フィン組立体を有し、
    第１の冷却空間及び第２の冷却空間を形成するために、コア組立体の周りに密閉して配置され、且つハウジングに密閉して取り付けられたカラーと、
    少なくとも一つの側部材に設けられ、第１の温度を有する冷却流体を送るために第１の冷却空間と流体連通状態にある第１のラジエータ入口と第１のラジエータ出口と、
    少なくとも一つの側部材に設けられ、第２の温度を有する冷却流体を送るために第２の冷却空間と流体連通状態にある第２のラジエータ入口と第２のラジエータ出口とを備える、ＥＧＲクーラ。
15. コア組立体は、ハウジング組立体の少なくとも一つの側部材と非接触状態にある、請求項１４に記載のＥＧＲクーラ。
16. ハウジング組立体は、全体的に細長く、且つ長方形の横方向断面を有する、請求項１４に記載のＥＧＲクーラ。
17. コア組立体と流体連通状態にあり、且つコア組立体の上流にある入口ディフューザを備える、請求項１４に記載のＥＧＲクーラ。
18. カラーは、コア組立体にろう付けされている、請求項１４に記載のＥＧＲクーラ。
19. 冷却流体の第１の温度は、冷却流体の第２の温度よりも高い、請求項１４に記載のＥＧＲクーラ。
20. カラーは、少なくとも一つの側部材に取り付けられたマウント部材を有するシールマウント、マウント部材の間のシール部材、及びカラーの延長部によってハウジング組立体の内部に取り付けられている、請求項１４に記載のＥＧＲクーラ。

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