(57)【要約】【課題】Ｕターン型ＥＧＲクーラに用いるＵターンチューブを製造する際に、構成部材同士のずれを防止して、確実なろう付けを可能にするＵターンチューブの構造を提供する。【解決手段】矩形状部分とその先端に形成された半円状部分とからなる平板部と、その周縁部に沿って立設された側壁部とを有してなる上部プレート２および下部プレート３を向い合わせて、これらの側壁部を互いに接着した扁平なケース１ａ内にインナーフィン４を挿入してなり、上記ケースの内部を上記矩形状部分において排気ガスの往路と復路とに仕切るとともに、その手前側の端部を排気ガスの出入口とし、先端側の半円状部分を排気ガス流の折り返し部として熱交換を行うＵターンチューブ１であって、上記矩形状部分の左右側壁を、先端方向に向かって互いの間隔を拡げるようにそれぞれ１〜２度傾斜させた。【選択図】図３
2010203631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状部分とその先端に形成された半円状部分とからなる平板部と、その周縁部に沿って立設された側壁部とを有してなる上部プレートおよび下部プレートを向い合わせて、これらの側壁部を互いに接着した扁平なケース内にインナーフィンを挿入してなり、
上記ケースの内部を上記矩形状部分において排気ガスの往路と復路とに仕切るとともに、その手前側の端部を排気ガスの出入口とし、先端側の半円状部分を排気ガス流の折り返し部として熱交換を行うＵターンチューブであって、
上記矩形状部分の左右側壁を、先端方向に向かって互いの間隔を拡げるようにそれぞれ１〜２度傾斜させたことを特徴とするＵターンチューブ。
【請求項２】
上記下部プレートの平板部には、上記インナーフィンの配置位置の前後方向両端の近傍に、インナーフィンの位置決めをするためのビードを左右方向に連続または断続させて設置したことを特徴とする請求項１記載のＵターンチューブ。
【請求項３】
上記インナーフィンは、上記出入口から上記折返し部までの間に内装されて上記往路を形成するオフセットフィンと、
上記折返し部から上記出入口までの間に内装されて上記復路を形成するウェイビーフィンとを並列配置してなることを特徴とする請求項１記載のＵターンチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＧＲクーラに使用する熱交換用のチューブに係り、特に、シェルの手前側端面に排気ガスの入口と出口とを並設し、先端側端面に排気ガスがＵターンする半円ヘッダーを設けたＵターン型ＥＧＲクーラに使用するＵターンチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプレートチューブタイプのＥＧＲクーラでは、図８に示すように、扁平管状のケース１１ａにインナーフィン（例えばウェイビーフィン４）を挿入してろう付けしたプレートチューブ１１を使用していた。このケース１１ａは、押出し成形による方法や、上下に２分割した上部プレートと下部プレートとをろう付けする方法によって製造する。
このようなプレートチューブ１１をシェル７内で縦置きに多数並列して、シェル７の一端を入口とし他端を出口として、図８中の矢印の方向に排気ガスを流し、プレートチューブ１１の内部を流れる排気ガスと周囲を流れる冷却水との間で熱交換を行っていた。
【０００３】
また、近年では図９のように、シェル７内のガス通路を往路と復路とに２分割し、入口パイプ９ａから流入した排気ガスが往路を経て、反対端面に設けた半円ヘッダー８でＵターンし復路を通過して、入口パイプ９ａと同じ端面に設けた出口パイプ９ｂから排出されるＵターン型ＥＧＲクーラも用いられている（特許文献１、特許文献２）。このＵターン型ＥＧＲクーラでは排気ガスの入口と出口とを同じ側に設ける構造であるため、限られたエンジンルームのスペースを有効活用することができる。
【０００４】
従来のＵターン型ＥＧＲクーラでも、図８のような扁平なプレートチューブ１１がシェル７内で縦置きに並列してエンドプレート５、５で固定されており、Ｕターン型ＥＧＲクーラの中央を境として往路と復路とに分けて使用されている。
図９中の破線矢印は排気ガスの流れを示している。出入口ヘッダー９の入口パイプ９ａから流入した排気ガスは往路のプレートチューブ１１（図８参照）を通り反対側の半円ヘッダー８内でＵターンして、復路のプレートチューブ１１（図８参照）を通過し出入口ヘッダー９の出口パイプ９ｂから排出する構造となっている。また、各プレートチューブ１１の周囲では、冷却水が、シェル７に設けられた冷却水パイプ７ａの一方から他方の冷却水パイプ７ａへと流れており、排気ガスと冷却水との間で熱交換が行われる。
【０００５】
図８、９に示すように、従来のＵターン型ＥＧＲクーラではエンドプレート５によってシェル７内部と半円ヘッダー８内部とを仕切っており、排気ガスが半円ヘッダー８を通過する際には冷却水との熱交換は行われていなかった。このため、半円ヘッダー８に排気ガスの熱が直接伝わって高温になり、エンジンルーム内への熱害も問題となっていた。
また、特許文献１のように曲り度の異なる複数のチューブを用いた場合、複数の型が必要になりコストがかかっていた。特許文献２では半円ヘッダーでも熱交換を行うが、構造が複雑なものになっており、材料費もかかっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−９７１１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１１６９１３号公報
【０００７】
そこで、図１０のように、平面矩形状のチューブの先端に半円状の折返し部を設けて閉塞し、その内部で排気ガスをＵターンさせる構造のＵターンチューブ１２が考えられた（特願２００８−２８３４４９号）。このＵターンチューブ１２では、同一端面に入口と出口とを設けるとともにインナーフィン４や上下壁から突設した仕切部によって内部を排気ガスの往路と復路とに仕切り、流入した排気ガスを半円状部分でＵターンさせて排出する構造となっている。
【０００８】
このようなＵターンチューブ１２を、ダボによって所定の間隙を設けて積層し、シェル７および半円ヘッダー８に収容してＵターン型ＥＧＲクーラを構成したため、半円ヘッダー８内部でも排気ガスと冷却水との熱交換を行うことができるとともに、半円ヘッダー８が排気ガスによって過剰に熱せられることを防止できて、エンジンルーム内への熱害を防いでいた。
【０００９】
Ｕターンチューブ１２は、矩形状部分の先端に半円状部分を形成した平板部の周縁部に側壁部を立ち上げた上部プレート１３と下部プレート１４、およびインナーフィン４からなる。製造の際には、下部プレート１４の矩形状部分の所定位置にインナーフィン４を配置し、上部プレート１３を被せて溶接またはろう付けにて接合している。
【００１０】
上部プレート１３の側壁部１３ｂは下部プレート１４の側壁部１４ｂの一回り外側に形成されており、下部プレート１４の側壁部１４ｂは上部プレート１３の側壁部１３ｂに内接して接合される。その際、上部プレート１３および下部プレート１４における矩形状部分の左右側壁が互いに平行に形成されているため（幅Ｃ＝幅Ｄ）、上部プレート１３は先端側Ｅへ、下部プレート１４は出入口側Ｆへ、容易にスライドしてずれが発生する。このＵターン型ＥＧＲクーラではＵターンチューブ１２の接合精度が重要であり、上部プレート１３および下部プレート１４にずれがないようにセットしていたが、ろう付けする機械の振動や加熱によりずれることがあった。
こうした状態でろう付けすると、上部プレート１３と下部プレート１４との半円状部分に隙間が生じてしまい、不良品となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、Ｕターン型ＥＧＲクーラに用いるＵターンチューブを製造する際に、構成部材同士のずれを防止して、確実なろう付けを可能にするＵターンチューブの構造を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明において、上記課題が解決される手段は以下の通りである。
第１の発明は、矩形状部分とその先端に形成された半円状部分とからなる平板部と、その周縁部に沿って立設された側壁部とを有してなる上部プレートおよび下部プレートを向い合わせて、これらの側壁部を互いに接着した扁平なケース内にインナーフィンを挿入してなり、上記ケースの内部を上記矩形状部分において排気ガスの往路と復路とに仕切るとともに、その手前側の端部を排気ガスの出入口とし、先端側の半円状部分を排気ガス流の折り返し部として熱交換を行うＵターンチューブであって、上記矩形状部分の左右側壁を、先端方向に向かって互いの間隔を拡げるようにそれぞれ１〜２度傾斜させたことを特徴とする。
【００１３】
第２の発明に係るＵターンチューブは、上記下部プレートの平板部には、上記インナーフィンの配置位置の前後方向両端の近傍に、インナーフィンの位置決めをするためのビード３ｄを左右方向に連続または断続させて設置したことを特徴とする。
第３の発明に係るＵターンチューブは、上記インナーフィンが、上記出入口から上記折返し部までの間に内装されて上記往路を形成するオフセットフィンと、上記折返し部から上記出入口までの間に内装されて上記復路を形成するウェイビーフィンとを並列配置してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、上記矩形状部分の左右側壁を、先端方向に向かって互いの間隔を拡げるようにそれぞれ１〜２度傾斜させたことにより、上部プレートと下部プレートとを組み合わせて接着する際に、互いの動きを拘束させることで前後方向のずれが生じるのを防止し、品質の良いＵターンチューブを製造することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、上記下部プレートの平板部には、上記インナーフィンの配置位置の前後方向両端の近傍に、インナーフィンの位置決めをするためのビードを左右方向に連続または断続させて設置したことにより、インナーフィンが正しい配置位置に拘束されて、折返し部付近で上記インナーフィンと上記左右側壁との間に生じる隙間によってインナーフィンがずれることがなくなり、品質の良いＵターンチューブを製造することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、上記インナーフィンは、上記出入口から上記折返し部までの間に内装されて上記往路を形成するオフセットフィンと、上記折返し部から上記出入口までの間に内装されて上記復路を形成するウェイビーフィンとを並列配置してなることにより、ケース内の排気ガス通路を往路と復路とに分けることができる。さらに、排気ガスの温度が高く煤が付着しづらい往路ではオフセットフィンにより熱交換性能を高め、排気ガスの温度が低く煤が付着しやすい復路ではウェイビーフィンにより目詰まりを防止することができて、熱交換性能と目詰まり防止とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＵターンチューブの分解斜視図である。
【図２】同Ｕターンチューブの拡大正面図である。
【図３】同Ｕターンチューブ平面断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＵターンチューブの平面断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るＵターンチューブの平面断面図である。
【図６】同Ｕターンチューブ縦断面説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るＵターンチューブを積層したチューブアッセンブリの斜視図である。
【図８】従来のＥＧＲクーラの一部切り欠き斜視図である。
【図９】従来のＵターン型ＥＧＲクーラの斜視図である。
【図１０】従来のＵターン型ＥＧＲクーラの平面断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係るＵターンチューブについて説明する。
本発明の第１実施形態に係るステンレス鋼（ＳＵＳ）製のＵターンチューブ１は、図１に示すように、上部プレート２を下部プレート３に組み合わせて接着したケース１ａの内部にウェイビーフィン４を配置してなる。Ｕターンチューブ１全体としては、幅広矩形状の扁平管の手前側端部の開口部を排気ガスの出入口とし、先端部を円弧状の折返し部で閉塞した形状に形成している。
【００１９】
図１に示すように、ＳＵＳ製の上部プレート２は、矩形状部分とその先端に形成された半円状部分とからなる平板部２ａを有し、出入口を除きこの平板部の周縁部に沿って側壁部２ｂを垂設してなる。また、平板部２ａの上面には複数のダボ２ｃが所定の間隔で設置され、Ｕターンチューブ１を積層してチューブアッセンブリを形成したとき、剛性を保つとともに冷却水が流通するための間隙を各Ｕターンチューブ１の相互の間に設けることができる。
【００２０】
ＳＵＳ製の下部プレート３も、矩形状部分とその先端に形成された半円状部分とからなる平板部３ａを有し、出入口を除きこの平板部３ａの周縁部に沿って側壁部３ｂを立設してなる。この側壁部３ｂは、上部プレートの側壁部２ｂよりも一回り内側に設けられ、ケース１ａを形成した際に上部プレート２の側壁部２ｂに隙間なく内接するようになっている（図２）。また、平板部３ａの下面には複数のダボ３ｃが所定の間隔で設置され、Ｕターンチューブ１を積層してチューブアッセンブリを形成したとき、剛性を保つとともに冷却水が流通するための間隙を各Ｕターンチューブ１の相互の間に設けることができる（図２）。
【００２１】
図３に示すように、上部プレート２および下部プレート３の上記矩形状部分は、先端側を長辺とし手前側を短辺とする等脚台形状に形成され、その左右側壁は先端方向に向かって互いの間隔を拡げるようにそれぞれ１〜２度傾斜している（幅Ａ＞幅Ｂとなる）。
【００２２】
図１から図３に示すように、インナーフィンにはウェイビーフィン４を用いる。ウェイビーフィン４は、切り込みのない１枚のＳＵＳ板を幾何学的に折り曲げて形成する形状であり、スリット状の切り込みがないため目詰まりしづらい形状となっている。切り込みのない１枚の板で形成されるため、Ｕターンチューブ１内にろう付けした際に上部プレート２および下部プレート３の平板部２ａ、３ａに密着して排気ガス通路を相互に気密状態とすることができ、Ｕターンチューブ１内に特別な仕切りを設けることなく往路部と復路部とを区切ることができる（図２）。
ウェイビーフィン４は全体が平面視で長方形状に形成されて、下部プレート３の矩形状部分に敷設される。
【００２３】
Ｕターンチューブ１を製造するには、ウェイビーフィン４を敷設した下部プレート３に上部プレート２を被せ、上部プレート２と下部プレート３とウェイビーフィン４とを相互にろう付けする。
このとき、上部プレート２および下部プレート３の左右側壁を先端方向に向かって互いの間隔を拡げるようにそれぞれ１〜２度傾斜させたことにより、下部プレート３の側壁部３ｂを上部プレート２の側壁部２ｂに内接させた際に、下部プレート３の手前方向への動きを上部プレート２の左右の側壁部２ｂによって制限することができる。また、下部プレート３の先端方向への動きも上部プレート２の半円状部分の側壁部２ｂによって制限される。このため、上部プレート２と下部プレート３とに前後方向のずれが生じるのを防止し、品質の良いＵターンチューブ１を製造することができる。
【００２４】
このようなＵターンチューブ１を多数積層し、出入口側の端部をＳＵＳ製のエンドプレート５で束ねて固定し、チューブアッセンブリ６を構成する（図７）。
このチューブアッセンブリ６を、図９と同様に、シェル７および半円ヘッダー８の組立品に挿入し、組立品の開口部を出入口ヘッダー９により閉塞し、溶接またはろう付けにて接合して、Ｕターン型ＥＧＲクーラを形成する。
【００２５】
ＳＵＳ製のシェル７は、幅広な角筒状に形成され、出入口ヘッダー９側の下面には冷却水パイプ７ａが接続され、半円ヘッダー８側の上面にも冷却水パイプ７ａが接続され、内部を一方から他方へ冷却水が流通するようになっている。
ＳＵＳ製または鋼製の半円ヘッダー８は、略半円状に形成された上面と底面とが、それぞれの円弧状部分に設けた側壁により接続されて形成されている。上面および下面の直径にあたる部分は側壁を設けずに開口してあり、シェル７と接合される。
【００２６】
ＳＵＳ製または鋼製の出入口ヘッダー９は、一面を開口した箱形で、この開口面でシェル７と接続される。この開口面と対向する面には、入口パイプ９ａと出口パイプ９ｂとが左右に並列して接続され（図９では右が入口パイプ９ａ、左が出口パイプ９ｂ）、入口パイプ９ａと出口パイプ９ｂの中間位置に出入口ヘッダー９の内部を左右に二分する仕切板９ｃが設けられている。
図９に示すように、出入口ヘッダー９をシェル７に接合する際、出入口ヘッダー９の仕切板９ｃがチューブアッセンブリ６のエンドプレート５に突き当たるように設定してあり、排気ガスの流入側と流出側とを仕切る役割を果たす。
【００２７】
図３中の矢印は、このように構成したＵターン型ＥＧＲクーラにおける排気ガスの流れを示している。
入口パイプ９ａから出入口ヘッダー９に流入した排気ガスは、各Ｕターンチューブ１の往路部に流れ込み、折返し部でＵターンした後復路部を通過して、出入口ヘッダー９の出口パイプ９ｂから排出する。この排気ガスは往路部と復路部とを通過する際に、シェル７内でＵターンチューブ１の周囲を流れる冷却水により冷却される（図９も参照）。さらに、半円ヘッダー８内部にもＵターンチューブ１の折返し部が収容されているから、排気ガスと冷却水との間で熱交換が行われ、熱交換効率が向上するとともに、排気ガスと半円ヘッダー８とを冷却水によって遮熱することができて、エンジンルームへの熱害を防止することができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、図４に示すように、第１実施形態のケース１ａの内部にオフセットフィン１０とウェイビーフィン４とが左右二列に並んで内装されている。
図４に示すように、上部プレート２を下部プレート３に被せる前に、下部プレート３にはオフセットフィン１０およびウェイビーフィン４を並列に敷設しておき、ろう付けにて接合する。入口パイプ９ａの奥に対応する矩形状部分にはオフセットフィン１０を配置して往路部とし、出口パイプ９ｂの奥に対応する矩形状部分にはウェイビーフィン４を配置して復路部とする。
【００２９】
オフセットフィン１０は１枚のＳＵＳ板に切り込みを入れ、プレスによって所定の規則でオフセットすることで成形されており、高温の排気ガスが効率良く熱交換を行える形状のインナーフィンとなっている。
ウェイビーフィン４は切り込みがない１枚の板で形成されるため、Ｕターンチューブ１内にろう付けした際に、オフセットフィン１０を配置した往路部に対し復路部を気密状態とすることができ、Ｕターンチューブ１内に特別な仕切りを設けることなく往路部と復路部とを区切ることができる。
【００３０】
これにより、排気ガスの温度が高く煤が付着しづらい往路部ではオフセットフィン１０により効率的に熱交換が行われる。一方、排気ガスの温度が低い復路部では煤が湿気を帯びて付着しやすくなるため、ウェイビーフィン４により目詰まりを防止することができて、熱交換性能と目詰まり防止とを両立させることができる。また、オフセットフィン１０とウェイビーフィン４とを並列配置したことにより、Ｕターンチューブ１内の排気ガス通路を往路部と復路部とに分けることができる。
【００３１】
＜第３実施形態＞
Ｕターンチューブ１の全長が長くインナーフィンと左右側壁との隙間が大きい場合やろう付け時の機械の振動が大きい場合など、インナーフィンが正しい配置位置から前後左右に動いてしまうときには、下部プレート３にインナーフィンの位置決め用のビード３ｄを設けてもよい。
第３実施形態では、図５に示すように、第２実施形態に係るＵターンチューブ１において、下部プレート３の平板部３ａにおけるインナーフィンの配置位置の前後方向両端の近傍に、一対の左右方向に連続したビード３ｄを設けている。
【００３２】
このビード３ｄは、図６に示すように、下部プレート３の平板部３ａをプレス成形により突出させて形成している。ビード３ｄの高さは、排気ガスの流れを阻害せずガス抵抗に影響しない程度に設定するのが望ましい。
また、ビード３ｄは連続した形状には限定されず、短いビードが左右方向に断続する形状をとってもよい。
【００３３】
このようなビード３ｄを設けたことにより、下部プレート３にインナーフィンを敷設した際に、その前後方向両端からビード３ｄが当接して拘束し、折返し部付近で上記インナーフィンと上記左右側壁との間に生じる隙間によってインナーフィンがずれることがなくなり、インナーフィンと左右側壁との隙間が大きい場合やろう付け時の機械の振動が大きい場合にも品質の良いＵターンチューブ１を製造することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  Ｕターンチューブ
１ａ  ケース
２  上部プレート
２ａ  平板部
２ｂ  側壁部
２ｃ  ダボ
３  下部プレート
３ａ  平板部
３ｂ  側壁部
３ｃ  ダボ
３ｄ  ビード
４  ウェイビーフィン（インナーフィン）
５  エンドプレート
６  チューブアッセンブリ
７  シェル
７ａ  冷却水パイプ
８  半円ヘッダー
９  出入口ヘッダー
９ａ  入口パイプ
９ｂ  出口パイプ
９ｃ  仕切板
１０  オフセットフィン
１１  プレートチューブ
１１ａ  ケース
１２  Ｕターンチューブ
１３  上部プレート
１３ｂ  側壁部
１４  下部プレート
１４ｂ  側壁部
【図１】
2010203631.tif 000003
【図２】
2010203631.tif 000004
【図３】
2010203631.tif 000005
【図４】
2010203631.tif 000006
【図５】
2010203631.tif 000007
【図６】
2010203631.tif 000008
【図７】
2010203631.tif 000009
【図８】
2010203631.tif 000010
【図９】
2010203631.tif 000011
【図１０】
2010203631.tif 000012