JP2005036739A

JP2005036739A - Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP2005036739A
Application number: JP2003275189A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sugihara; 啓之杉原; Makoto Tsujita; 誠辻田; Yoji Yamashita; 洋二山下
Original assignee: Hino Motors Ltd; Sankyo Radiator Co Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd; Denso Sankyo Co Ltd
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10
Also published as: US20060231243A1; CN1823221A; KR20060063884A; EP1683956A1; WO2005008054A1

Abstract

【課題】冷却水の澱みに起因したチューブの熱変形を招いたり、冷却水系の配管の複雑化や圧力損失の増大を招いたりすることなく、チューブの振動の問題を解決し得るようにしたＥＧＲクーラを提供する。
【解決手段】チューブ３と、該チューブ３を包囲するシェル１とを備え、該シェル１の内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ３内に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ＥＧＲクーラに関し、前記シェル１内に複数の貫通孔１４を備えた中間支持板１３を配設し且つ互いに隣接するチューブ３の複数本を同じ貫通孔１４にまとめて貫通固定せしめ、前記中間支持板１３の同じ貫通孔１４に固定された各チューブ３の相互間に冷却水が自由に流通し得るよう冷却水通路１５を確保する。
【選択図】図２

Description

本発明は、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ＥＧＲ装置に付属されて再循環用排気ガスを冷却するＥＧＲクーラに関するものである。

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ＥＧＲ装置が知られているが、このようなＥＧＲ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ＥＧＲクーラを装備したものがある。

図６は前記ＥＧＲ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冷却水入口管４が取り付けられ、シェル１の他方の端部近傍には冷却水出口管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、椀状に形成されたボンネット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、一方のボンネット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１０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からエンジンに再循環するようになっている。

尚、図中５ａは冷却水入口管４に対しシェル１の直径方向に対峙する位置に設けたバイパス出口管を示し、該バイパス出口管５ａから冷却水９の一部を抜き出すことにより、冷却水入口管４に対峙する箇所に冷却水９の澱みが生じないようにしてある。

ところが、斯かる従来のＥＧＲクーラにおいては、各チューブ３が両端のみをプレート２で支えられた構造となっていた為、排気ガス１０の冷却効果を高めるべくチューブ３を長くした場合に、該チューブ３の固有振動数が低くなってエンジン側の加振の周波数と合い易くなり、エンジン側の加振により共振が起こってチューブ３に大きな振動が生じる虞れがあった。

そして、チューブ３が共振により大きく振動してしまう場合には、各チューブ３の両端の固定部分等に疲労破壊が起こり易くなって、耐久性が著しく損なわれてしまう結果となりかねない。

このようなチューブ３の振動の問題を解決する手段としては、例えば、図７に示す如く、各チューブ３の上半分と下半分とを二つの半月板１１，１１により途中で支えるようにした構造を採用し、該各半月板１１，１１により支えられた箇所を振動支点とすることで各チューブ３の自由に振動できる区間を長手方向に区分けして夫々の固有振動数を高め、エンジン側の加振による共振現象が起こり難くなるようにすることが考えられる。

また、これ以外にも、図８に示す如く、全チューブ３を貫通固定する円形の仕切板１２をシェル１の軸長手方向中間部に固定し、各チューブ３が自由に振動できる区間を長手方向に区分けして夫々のチューブ３の固有振動数を高めることが考えられるが、このようにする場合には、シェル１内の空間が仕切板１２によって区切られるため、分割された夫々の空間に対し冷却水入口管４及び冷却水出口管５を個別に装備する必要がある。

尚、同様のチューブ３の振動の問題を解決するための先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人により下記の特許文献１が既に先行出願されている。
特開２００２−３２７６５４号公報

しかしながら、図７のＥＧＲクーラを採用した場合には、各半月板１１，１１の設置により冷却水９の流れが悪くなって、図７中にｘで示すような箇所で冷却水９の澱みが生じ易くなり、この冷却水９の澱みが生じた箇所で熱交換効率が悪くなってチューブ３が局部的に高温化し、この部分に熱変形が起こる虞れが生じるという問題があり、他方、図８のＥＧＲクーラを採用した場合には、冷却水系の配管が複雑なものとなる上、圧力損失が増大して冷却水９が流れ難くなるという問題があった。

本発明は、上述の実情に鑑みて成されたもので、冷却水の澱みに起因したチューブの熱変形を招いたり、冷却水系の配管の複雑化や圧力損失の増大を招いたりすることなく、チューブの振動の問題を解決し得るようにしたＥＧＲクーラを提供することを目的としている。

本発明は、チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に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ＥＧＲクーラであって、前記シェル内に複数の貫通孔を備えた中間支持板を配設し且つ互いに隣接するチューブの複数本を同じ貫通孔にまとめて貫通固定せしめ、前記中間支持板の同じ貫通孔に固定された各チューブの相互間に冷却水が自由に流通し得るよう冷却水通路を確保したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、各チューブの長手方向中途位置が中間支持板により支えられることになるので、この中間支持板により支えられた箇所が振動支点となってチューブの固有振動数が高められ、該チューブがエンジン側の加振により共振して大きく振動してしまう現象が起こらなくなり、各チューブの両端の固定部分等における疲労破壊が著しく抑制されることになる。

また、中間支持板の同じ貫通孔に固定された各チューブの相互間に確保した冷却水通路を通し冷却水が自由に流通するようにしてあるので、従来の半月板を設置した場合の如き冷却水の流れの悪化が防止され、これにより冷却水の澱みが生じ難くなって熱交換効率の低下やチューブの熱変形が未然に回避される。

更に、従来の仕切板によりシェル内を分割した場合の如き冷却水系の複雑化を招かなくても済み、これにより圧力損失の増大も回避されるので、冷却水の流れの悪化が未然に防止される。

上記した本発明のＥＧＲクーラによれば、冷却水の澱みに起因したチューブの熱変形を招いたり、冷却水系の配管の複雑化や圧力損失の増大を招いたりすることなく、チューブの振動の問題を解決することができるので、チューブの延長化を支障なく実現し得て排気ガスの冷却効果を高めることができ、しかも、各チューブの両端の固定部分等における疲労破壊を抑制することもできて耐久性の大幅な向上を図ることができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明の実施する形態の一例を示すもので、図６〜図８と同一部分については同一符号を付してある。

本形態例のＥＧＲクーラにおいては、シェル１内における長手方向中間位置に円形の中間支持板１３が配設されており、シェル１の軸心を中心として同心の多重円筒状に配列されている各チューブ３が前記中間支持板１３に貫通固定されるようになっている。

ここで、前記中間支持板１３には、各チューブ３を貫通固定するための貫通孔１４が複数箇所に形成されているが、該各貫通孔１４は、円周方向に隣接する二本のチューブ３をまとめて貫通固定し得るよう繭形の長孔を成しており、同じ貫通孔１４に固定された各チューブ３の相互間には、冷却水９が自由に流通し得るよう冷却水通路１５が確保されている。

また、前記各冷却水通路１５は、その総流路断面積が冷却水入口管４や冷却水出口管５における流路断面積の約２〜５倍程度になるようにすることが好ましく、このようにすれば、冷却水９側の圧力損失を略同等か数％程度の上昇に抑えることが可能である。

尚、ここに図示している例では、シェル１内における長手方向中間位置に中間支持板１３を一枚だけ配設した場合を示しているが、前記シェル１の長さに応じ複数枚の中間支持板１３を適宜な間隔で配設するようにしても良いことは勿論である。

而して、このようにＥＧＲクーラを構成すれば、各チューブ３の長手方向中途位置が中間支持板１３により支えられることになるので、この中間支持板１３により支えられた箇所が振動支点となってチューブ３の固有振動数が高められ、該チューブ３がエンジン側の加振により共振して大きく振動してしまう現象が起こらなくなり、各チューブ３の両端の固定部分等における疲労破壊が著しく抑制されることになる。

また、中間支持板１３の同じ貫通孔１４に固定された各チューブ３の相互間に確保した冷却水通路１５を通し冷却水９が自由に流通するようにしてあるので、従来の半月板を設置した場合の如き冷却水９の流れの悪化が防止され、これにより冷却水９の澱みが生じ難くなって熱交換効率の低下やチューブ３の熱変形が未然に回避される。

更に、従来の仕切板によりシェル１内を分割した場合の如き冷却水系の複雑化を招かなくても済み、これにより圧力損失の増大も回避されるので、冷却水９の流れの悪化が未然に防止される。

従って、上記形態例によれば、冷却水９の澱みに起因したチューブ３の熱変形を招いたり、冷却水系の配管の複雑化や圧力損失の増大を招いたりすることなく、チューブ３の振動の問題を解決することができるので、チューブ３の延長化を支障なく実現し得て排気ガス１０の冷却効果を高めることができ、しかも、各チューブ３の両端の固定部分等における疲労破壊を抑制することもできて耐久性の大幅な向上を図ることができる。

図３〜図５は本発明の別の形態例を示すもので、図３に示す形態例では、先の図２にて円周方向に隣接する二本のチューブ３をまとめて貫通固定し得るよう繭形の長孔を成していた貫通孔１４を更に円周方向に延長し、円周方向に隣接する三本のチューブ３をまとめて貫通固定し得るような形状としてある。

また、図４に示す形態例では、円周方向に隣接する二本のチューブ３だけでなく、半径方向に隣接する一本のチューブ３を加えた三本のチューブ３をまとめて貫通固定し得るような三角形状の貫通孔１４としてある。

更に、図５に示す形態例では、円周方向及び半径方向に隣接する各列二本ずつの計四本のチューブ３をまとめて貫通固定し得るような四角形状の貫通孔１４を、先の図４における三角形状の貫通孔１４や図２における繭形の貫通孔１４と混在させたものとしてある。

そして、これら図３〜図５の何れの形態例を採用した場合でも、先の図１及び図２の形態例の場合と同様に、冷却水９の澱みに起因したチューブ３の熱変形を招いたり、冷却水系の配管の複雑化や圧力損失の増大を招いたりすることなく、チューブ３の振動の問題を解決することができる。

尚、本発明のＥＧＲクーラは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、各チューブの軸心方向複数箇所を弾性体で支えるようにしても良いこと、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。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視の断面図である。本発明の別の形態例を示す断面図である。本発明の更に別の形態例を示す断面図である。本発明の更に別の形態例を示す断面図である。従来のＥＧＲクーラの一例を示す断面図である。従来のＥＧＲクーラの別の例を示す断面図である。従来のＥＧＲクーラの更に別の例を示す断面図である。

符号の説明

１シェル
２プレート
３チューブ
９冷却水
１０排気ガス
１３中間支持板
１４貫通孔
１５冷却水通路

Claims

チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に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ＥＧＲクーラであって、前記シェル内に複数の貫通孔を備えた中間支持板を配設し且つ互いに隣接するチューブの複数本を同じ貫通孔にまとめて貫通固定せしめ、前記中間支持板の同じ貫通孔に固定された各チューブの相互間に冷却水が自由に流通し得るよう冷却水通路を確保したことを特徴とするＥＧＲクーラ。