(57)【要約】【課題】入口側タンクとの大きな熱膨張差による熱変形を抑制でき、亀裂が生じるのを防止できるＥＧＲクーラを提供すること。【解決手段】ＥＧＲクーラ１０を、内部を冷却水が流れるケース１１と、内部を排気ガスが流れ、ケース１１内に収容される複数のチューブ１２と、複数のチューブ１２の端部が接合されてケース１１の端部に接合されるヘッダプレート１３と、排気ガスが入り込むように構成されてケース１１の端部に接合される入口側タンク１４とを備えて構成し、入口側タンク１４内には、入り込んだ排気ガスから当該入口側タンク１４の周壁部を遮蔽する遮蔽部材１９を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲクーラにおいて、
内部を冷却水が流れるケースと、
内部を排気ガスが流れ、前記ケース内に収容される複数のチューブと、
前記複数のチューブの端部が接合されて前記ケースの端部に接合されるヘッダプレートと、
排気ガスが入り込むように構成されて前記ケースの端部に接合される入口側タンクとを備え、
前記入口側タンク内には、入り込んだ排気ガスから当該入口側タンクの周壁部を遮蔽する遮蔽部材が設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記遮蔽部材は、前記入口側タンクに設けられている
ことを特徴とする。
【請求項３】
請求項２に記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記遮蔽部材と前記ヘッダプレートの間には隙間が形成されている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記遮蔽部材の排気ガスの出口側の開口部分は、全ての前記チューブの入口側を覆う
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記遮蔽部材は、排気ガスの出口側に向けて拡開して設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記出口側の開口部分には、排気ガスの流れ方向に沿って略等しい径寸法とされた筒状の出口端部が設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンに搭載されるＥＧＲシステムにおいては、給気側に戻す排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラが設けられることがある。ＥＧＲクーラは、排気ガスを流通させる複数のチューブと、これらのチューブが収容されるケース（シェルという場合もある）とを備え、ケースの一端側には冷却水を流入させる流入口が設けられ、他端側には冷却水を流出させる流出口が設けられている。
【０００３】
また、ケースは筒状とされ、ケースの一端側の開口部分には排気ガスを流入させてチューブへと流す入口側タンクが設けられ、ケースの他端側の端部にはチューブからの排気ガスを流出させる出口側タンクが設けられている。このようなケース内においてチューブは、それぞれの端部がヘッダプレートに鑞付け等によって固着されており、該ヘッダプレートが溶接により、ケースの開口部分を塞ぐようにしてその内周面に固着されている。つまり、両端側がヘッダプレートで塞がれたケース内にあって、複数のチューブの外側を冷却水が流れ、チューブの内部を排気ガスが流れる。
【０００４】
ところで、入口側タンク内では、ヘッダプレートの一方の面、つまり入口側タンクに向いた面に高温の排気ガスが直接当たることになるため、ヘッダプレートとチューブとの鑞付け部分が排気ガスによって加熱されることになり、高温化して接合強度が低下し、鑞付け部分に亀裂が入るという問題がある。
【０００５】
そこで、このようなヘッダプレートに排気ガスが直接当たらないようにするために、ヘッダプレートと略同形状の遮蔽板をヘッダプレートの上流側に設け、この遮蔽板にまでチューブ端部を延設させる構造のＥＧＲクーラが提案されている（例えば、特許文献１）。  このような構造では、入口側タンクとケース内との間が２重構造となるため、入口側タンクに流入した高温の排気ガスがヘッダプレートに当たることがなく、チューブとの鑞付け部分が高温化するのを抑制できる。従って、そのような鑞付け部分に亀裂が入る心配がなく、ケース内の冷却水が漏れ出すのを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−４５８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記公報記載のＥＧＲクーラでは、排気ガスが直に鑞付け部分に当たるのを防ぐことはできるものの、入口側タンクの周壁部（ボンネット）には依然として排気ガスが直に接触するため、入口側タンクとしては、周壁部が外方側へ大きく熱膨張してしまい、入口側タンクとこれが固着されるケースやヘッダプレートとの間において熱膨張差が生じることになる。つまり、ケースやヘッダプレートは、その大部分が常時冷却水と接触しているためにさほど高温にならず、熱膨張の度合いも小さいが、入口側タンクの周壁部は冷却水と接触することがなく、排気ガスとのみ接触するために熱膨張も著しい。
【０００８】
従って、入口側タンクとケースやヘッダプレートとの接合部分では、入口側タンクの著しい熱膨張により、ケースやヘッダプレートが外方側に変形し、この変形により結果として、ヘッダプレートとチューブとの接合部分に高応力が生じて亀裂が発生する。
【０００９】
本発明の目的は、入口側タンクとの大きな熱膨張差による熱変形を抑制でき、亀裂が生じるのを防止できるＥＧＲクーラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＥＧＲクーラは、内部を冷却水が流れるケースと、内部を排気ガスが流れ、前記ケース内に収容される複数のチューブと、前記複数のチューブの端部が接合されて前記ケースの端部に接合されるヘッダプレートと、排気ガスが入り込むように構成されて前記ケースの端部に接合される入口側タンクとを備え、前記入口側タンク内には、入り込んだ排気ガスから当該入口側タンクの周壁部を遮蔽する遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のＥＧＲクーラでは、前記遮蔽部材は、前記入口側タンクに設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のＥＧＲクーラでは、前記遮蔽部材と前記ヘッダプレートの間には隙間が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明のＥＧＲクーラでは、前記遮蔽部材の排気ガスの出口側の開口部分は、全ての前記チューブの入口側を覆うことを特徴とする。
【００１４】
本発明のＥＧＲクーラでは、前記遮蔽部材は、排気ガスの出口側に向けて拡開して設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のＥＧＲクーラにおいて、前記出口側の開口部分には、排気ガスの流れ方向に沿って略等しい径寸法とされた筒状の出口端部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入口側タンク内に遮蔽部材を設けるので、入口側タンク内に流入した高温の排気ガスは、入口側タンクの周壁部に接触しにくくなり、周壁部の外方側への熱膨張を抑制する。従って、入口側タンクと接合されるケースやヘッダプレートが入口側タンクの熱膨張に影響されないために、大きく変形する心配がなく、ヘッダプレートとチューブとの接合部分に大きな応力が生じるのを防止して、亀裂の発生を防ぐことができる。
【００１７】
遮蔽部材を入口側タンクに設ける場合には、ヘッダプレートとチューブとで構成されるコアとしては、遮蔽部材が設けられないことで前後の勝手が同じになるので、前後の向きが決められているようなケースに対して、前後を誤って組み付ける心配がなく、組み立てを容易にできる。
【００１８】
ここで、遮蔽部材とヘッダプレートとの間に隙間を設けることにより、遮蔽部材が排気ガスに触れて熱膨張しても、遮蔽部材とヘッダプレートとが接触するおそれがなく、ヘッダプレートが押圧されることによる応力発生を防止できる。
【００１９】
遮蔽部材の出口側の開口部分を全チューブの端部を覆う大きさとすれば、遮蔽部材から出た排気ガスを満遍なく各チューブに流入させることができ、排気ガスの冷却効率を向上させることができる。
【００２０】
遮蔽部材を出口側に向けて拡開させることにより、入口側ケースでの入口側の開口面積が小さく、出口側の開口面積が大きい場合でも、排気ガスを各チューブに確実に案内でき、やはり良好な冷却効率を実現できる。
【００２１】
遮蔽部材の出口側に拡散抑制用の出口端部を設ける場合には、排気ガスが拡がらずに各チューブに流入することになるので、排気ガスの流れがスムースになり、冷却効率を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係るＥＧＲクーラを排気ガスの流れ方向に沿って断面した断面図。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図。
【図３】ＥＧＲクーラの要部を示す拡大図。
【図４】ＥＧＲクーラに用いられる構成部品を示す図。
【図５】前記構成部品を示す断面斜視図。
【図６】本発明の変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るＥＧＲクーラ１０を排気ガス（ハッチング矢印参照）の流れ方向に沿って断面した断面図。図２は、図１のII−II線に沿った断面図。図３は、ＥＧＲクーラ１０の要部を示す拡大図。図４は、ＥＧＲクーラ１０に用いられる構成部品を示す図、図５はその断面斜視図。なお、以下の説明において、前側とは、排気ガスの流れの上流側をいい、後側とは下流側をいう。また、左右とは、前側から見た場合の左右をいう。
【００２４】
図１において、ＥＧＲクーラ１０は、円筒形状のケース１１と、ケース１１の内部に収容された排気ガス流通用の複数の偏平チューブ１２と、各チューブ１２の端部が接合された両側のヘッダプレート１３と、各ヘッダプレート１３を介してケース１１に接合された入口側タンク１４および出口側タンク１５とを備え、入口側タンク１４には流入口１６Ａを有した取付フランジ１６が、出口側タンク１５には流出口１７Ａを有した取付フランジ１７がそれぞれ設けられている。
【００２５】
ケース１１の一端側および他端側には、中央の胴体部分よりも径寸法の一回り大きい円筒形状の突部１８が形成されている。前側の突部１８の下方には、ケース１１内部に冷却水（白抜き矢印参照）を流入させる流入口２１が設けられ、後側の突部１８の上方には、ケース１１内の冷却水が流出する流出口２２が設けられている。また、冷却水の流入口２１側の突部１８において、その上部には、一対のガス抜き孔２３が周方向に所定角度離れて設けられている（図１に１つのみを図示）。
【００２６】
図２において、並設された各チューブ１２の互いに対向する表面間の隙間は、冷却水が通る冷却水流路２４になっている。各冷却水流路２４は好ましくは全て同じ幅寸法に設定されている。チューブ１２が左右に並設されている本実施形態において、冷却水の流入口２１（図１）が突部１８の下方に位置しているのは、流入口２１からの冷却水が冷却水流路２４に即座に入り込むようにするためである。従って、そのような流入口２１は、本実施形態のように、突部１８の下方中央部に位置していることが好ましい。つまり、本実施形態では、流入口２１から流入した直後の冷却水の流れ方向と、各チューブ１２の上下方向が同一方向になっており、冷却水の流れが阻害されることがない。
【００２７】
また、本実施形態では、チューブ１２同士は、詳細な図示を省略するが、表面の一部が点状の突出部分で互いに鑞付けされているとともに、これらのチューブ１２の端部にヘッダプレート１３が鑞付けされている。そして、チューブ１２およびヘッダプレート１３を含んでコア２５が構成されている。
【００２８】
ＥＧＲクーラ１０を組み立てる際には、チューブ１２同士の鑞付けや、これへのヘッダプレート１３の鑞付けによりコア２５を予め製作しておき、このコア２５を上下または左右半割構造のケース体１１Ａ，１１Ｂからなるケース１１内に収容し、ケース体１１Ａ，１１Ｂ同士を溶接等で接合する。そして、ケース１１（ヘッダプレート１３）の端部に各タンク１４，１５を溶接等で取り付ける。
【００２９】
この際、図３に拡大して示すように、ケース１１の開口端部１１１の内側にヘッダプレート１３の外周に形成された筒状部１３１が嵌め込まれ、この筒状部１３１のさらに内側に各タンク１４，１５の開口端部１４１，１５１が嵌め込まれ、これらが一体に溶接によって接合される。なお、本実施形態では、開口端部１１１，１４１，１５１および筒状部１３１の外形形状は円形ではなく、図４に入口側タンク１４の開口端部１４１を代表して示すように、僅かに四角形をなした異形形状とされている。
【００３０】
以下には、図１，４，５に基づき、本実施形態で用いられる入口側タンク１４について詳説する。入口側タンク１４は、取付フランジ１６の流入口１６Ａに嵌め込まれる筒状の入口端部１４２と、出口側を形成する前述の開口端部１４１と、これらの端部１４１，１４２同士をつなぐ周壁部１４３とで形成され、周壁部１４３が入口端部１４２から開口端部１４１側に向けて拡開した形状になっている。
【００３１】
また、入口側タンク１４の内部には、流入した排気ガスが周壁部１４３の内面に接触しにくくする遮蔽部材１９が設けられている。遮蔽部材１９は、入口側タンク１４の入口端部１４２内に嵌め込まれて溶接される円筒状の入口端部１９２と、後方側に向けて開口した外形四角形状の出口端部１９１と、これらの端部１９１，１９２同士をつなぐ周壁部１９３とで形成されている。
ただし、出口端部１９１の外形形状は四角形状に限定されず、円形状等であってもよく、チューブ１２の断面形状や、コア２５の端部形状、あるいは入口側タンク１４の開口端部１４１の形状等を勘案して任意に決められてよい。
【００３２】
出口端部１９１の開口面積は、並設された全チューブ１２の入口側の全域を覆う大きさとされ、流入した排気ガスが満遍なく各チューブ１２に流れ込むようになっている。出口端部１９１はまた、排気ガスの流れ方向に沿って（前後にわたって）径寸法が等しいストレートな筒状とされ、遮蔽部材１９から出た排気ガスを拡散させずに各チューブ１２に良好に流入させることが可能である。
【００３３】
このような出口端部１９１とヘッダプレート１３との間には、微小な隙間Ｓが形成されている（図１では、見易くするために誇張して大きく描かれている）。隙間Ｓは、排気ガスが入口側タンク１４の周壁部１４３側に回りこまないよう小さいほうがよく、また、排気ガスを各チューブ１２へスムースに流すためにも小さいほうがよい。そこで、本実施形態での隙間Ｓは、遮蔽部材１９が高温の排気ガスと接触して熱膨張した場合でも、遮蔽部材１９がヘッダプレート１３に接触することない範囲内でより小さく設定されている。
【００３４】
周壁部１９３は、入口端部１９２から出口端部１９１側に向けて拡開している。つまり、出口端部１９１の開口面積は、入口端部１９２の開口面積よりも大きい。ただし、周壁部１９３としては、流入口１６Ａの大きさに応じた形状であってよく、例えば、流入口１６Ａの開口面積がより大きく、チューブ１２の図中の上下寸法と略同じ径寸法で開口している場合には、入口端部１９２や出口端部１９１と同形状のストレートな筒状に形成される。
【００３５】
以上に説明した本実施形態のＥＧＲクーラ１０によれば、流入口１６Ａから入口側タンク１４内に流入した高温の排気ガスは、遮蔽部材１９に案内されることで周壁部１４３にほとんど接触することなく、各チューブ１２に流入する。各チューブ１２を流れる排気ガスは、ケース１１内でチューブ１２の外側を流れる冷却水で冷却され、出口側タンク１５に流出し、出口側タンク１５からエンジンの給気側に戻る。
【００３６】
従って、入口側タンク１４内では、排気ガスが周壁部１４３に接触しにくくなるので、図３中に２点鎖線で示すような周壁部１４３の熱膨張を大幅に低減でき、ケース１１やヘッダプレート１３の変形を防止できる。そして、特にヘッダプレート１３の変形が防止されることにより、チューブ１２との接合部分での応力発生を抑制でき、外接合部分に亀裂が生じるのを防ぐことができる。
【００３７】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、入口側タンク１４、取付フランジ１６、および遮蔽部材１９とは互いに別体とされ、それぞれが溶接当で接合されていたが、図６に示すように、それぞれを鋳造により一体物として製造してもよい。
【００３８】
前記実施形態では、遮蔽部材１９が入口側タンク１４に設けられていたが、ヘッダプレート１３に設けられていてもよい。
また、遮蔽部材１９の形状としては、前記実施形態のようなストレートな筒状の出口端部１９１がなく、後側が周壁部１４３をそのまま開口させた形状の場合も本発明に含まれる。ただし、出口端部１９１を設けることで、排気ガスの流れを各チューブ１２に向けて効率的に各チューブ１２に流入させることができるため、そうすることが好ましい。
【００３９】
前記実施形態では、出口端部１９１は、全チューブ１２の端部を覆う大きさの開口面積を有していたが、これに限定されるものではなく、全チューブ１２の端部を覆う大きさよりも小さい場合でも本発明に含まれる。しかし、全チューブ１２の端部を覆う大きさとすることにより、やはり全てのチューブ１２に満遍なく排気ガスを流すことができるため、冷却効率を向上させることができるため、そうすることが好ましい。
【００４０】
さらに、周壁部１９３の形状も任意であり、前記実施形態のように直線状に拡開した形状に限定されず、周壁部１９３全体が曲面で形成されるようにラウンドした形状であってもよく、その実施にあたって適宜な形状を適用できる。
【００４１】
前記実施形態では、本発明に係るチューブとして、偏平チューブ１２が用いられていたが、チューブとしては断面円形のチューブであってもよく、任意の形状のチューブを適用できる。そして、チューブが断面円形の場合には、遮蔽部材１９の出口端部１９１の形状も円形状とすることが好ましい。
【００４２】
その他、ヘッダプレート１３の形状も任意であり、前記実施形態のような筒状部１３１を有したものに限らない。つまり、平板状とされてその外周がケース１１の内周面に接合されていてもよい。このような場合でも、入口側タンク１４の周壁部１４３が熱膨張した場合には、ケース１１の変形に伴ってヘッダプレート１３も変形するおそれがあり、ヘッダプレート１３とチューブ１２との接合部分に大きな応力が生じる可能性があるため、本発明を適用して応力発生を防止することは有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、ＥＧＲシステムを備えたエンジンが搭載される建設機械、輸送車両、各種産業機械に好適に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ＥＧＲクーラ、１１…ケース、１２…チューブ、１３…ヘッダプレート、１４…入口側タンク、１９…遮蔽部材、１９１…出口端部、Ｓ…隙間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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