(57)【要約】【課題】冷媒流路部を構成するプレート等が凝縮体によって腐食することによる冷媒漏れの問題を効果的に解消することのできるEGRガス冷却装置を提供する。【解決手段】並行に並ぶ複数のフィンで排ガス流路１５が形成されてなる排ガス流路部１３と、排ガス流路部１３の下方に位置し、冷媒が流通する冷媒流路１６が冷却プレート１２’で画成されてなる冷媒流路部１２と、が積層して積層ユニット１４を構成し、２以上の積層ユニット１４が積層して形成され、排ガス流路１５が鉛直方向もしくは略鉛直方向を向いた姿勢で使用されるEGRガス冷却装置１０であって、排ガス流路部１３の下端領域１３ａが冷媒流路部１２の下端面１２ａよりも下方へ突出している。【選択図】図４
2014005733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並行に並ぶ複数のフィンで排ガス流路が形成されてなる排ガス流路部と、
排ガス流路部の下方に位置し、冷媒が流通する冷媒流路が冷却プレートで画成されてなる冷媒流路部と、が積層して積層ユニットを構成し、
２以上の積層ユニットが積層して形成され、前記排ガス流路が鉛直方向もしくは略鉛直方向を向いた姿勢で使用されるEGRガス冷却装置であって、
前記排ガス流路部の下端領域が前記冷媒流路部の下端よりも下方へ突出しているEGRガス冷却装置。
【請求項２】
前記冷媒流路部の下端よりも下方へ突出している前記排ガス流路部の下端領域の長さは、排ガスが冷却されてできる凝縮水が排ガス流路を下方へ流れ落ちて該排ガス流路の下端で凝縮水溜まりを形成する際の該凝縮水溜まりの長さ以上の長さに設定されている請求項１に記載のEGRガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスの一部を再度内燃機関の吸気管に還流させる排ガス（EGRガス）の還流装置に設けられるEGRガス冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排ガスの還流装置（EGR（Exhaust Gas Recirculation）装置とも称される）は、排ガスの一部をエンジンの吸気側に還流させることによって排ガス中に含まれるNOxを低減させる装置である。EGR装置では、可及的に多量の排ガスをエンジンの吸気側に還流させるべく、排ガスを還流させる還流通路には、高温状態の排ガスの温度を下げるためのEGRガス冷却装置が設けられる。環境影響負荷低減の観点から、クリーンで低燃費な車両開発が必須となっている昨今、ガソリン車、ディーゼル車ともに高効率なEGRガス冷却装置の搭載が一般的となっている。
【０００３】
ここで、図５〜７を参照して従来のEGRガス冷却装置の一般構造を概説する。図５は、EGRガス冷却装置の側面図であってその一部を破断して内部を視認可能とした図であり、図６は図５のVI−VI矢視図であり、図７は図６のVII部を拡大した斜視図である。図５で示すように、従来のEGRガス冷却装置Ｃは、不図示のエンジンの排ガス系統に搭載されるものであり、エンジンから排気された排ガスが排気マニホールドを経てEGRガス冷却装置Ｃの排ガス流入部ＧINから流入するようになっている（排ガスの流れがＲ１）。
【０００４】
図６で示すように、EGRガス冷却装置Ｃは、容器Ｔの内部に冷却水や冷空などの冷媒が流通する冷媒流路Ｐ２を備えた上下の冷却プレートＰＬ’、ＰＬ’からなる冷媒流路部ＰＬと、冷媒流路部ＰＬ上に載置され、断面が凹凸状を成したフィンで排ガス流路Ｐ１が画成された排ガス流路部Ｆと、からなる積層ユニットを複数備えた（図６では、４つの積層ユニットからなる）構成である。
【０００５】
不図示の冷媒タンクから提供される冷却水やエンジン冷却水、もしくはインタークーラーを経て提供される冷空などの冷媒はEGRガス冷却装置Ｃの冷媒流入部ＬINを経て冷媒流路Ｐ２を流通し（Ｒ３’方向）、排ガス流路Ｐ１を流通する排ガスを冷却しながら冷媒流出部ＬOUTを経て排出される（Ｒ４方向）。一方、冷媒によって冷却された排ガスは排ガス流路Ｐ１を経て排ガス流出部ＧOUTから流出し（Ｒ２方向）、エンジンに戻されることになる。
【０００６】
ここで、排ガス流路部Ｆを構成するフィンや冷媒流路部ＰＬを構成するプレートＰＬ’は、ステンレスやアルミニウムといった、多少の腐食環境には十分に耐え得る自己防錆材から形成されるのが一般的である。
【０００７】
ところで、冷媒によって排ガスが冷却されると、排ガスは凝縮して凝縮水を生成する。そして、エンジン停止時やEGRガス冷却装置停止時などにおいては、生成された凝縮水が鉛直方向に延びている排ガス流路Ｐ１を自重によって流れ落ちることになる（凝縮水をその自重で落下させるために排ガス流路Ｐ１、ひいてはEGRガス冷却装置を鉛直姿勢に保持している）。
【０００８】
EGRガス冷却装置Ｃでは、図７で示すように、排ガス流路部Ｆの鉛直下端Ｆ１と冷媒流路部ＰＬの鉛直下端ＰＬ１は面一もしくはほぼ面一に構成されている。
【０００９】
排ガス流路部Ｆを流れ落ちた凝縮水は、その一部が排ガス流路部Ｆを構成するフィンの表面張力によって排ガス流路部Ｆの鉛直下端Ｆ１から落ちきらずに該鉛直下端Ｆ１を含む周辺領域に留まることとなる。
【００１０】
排ガス流路部Ｆの鉛直下端領域に凝縮水が留まった状態で時間が経過すると、この凝縮水は濃縮乾燥して濃縮体Ｓを形成し、これが排ガス流路部Ｆを閉塞してガス流れを阻害するとともに、強い腐食環境を形成する場合がある。
【００１１】
自動車燃料の中には、塩素濃度や硫黄濃度の高い燃料も存在し、このようないわゆる粗悪燃料で車両を走行させた場合には、腐食成分含有量の高い排ガスが生成され易い。そして、このような排ガスが濃縮してできる濃縮液は低pHの塩酸や硫酸などとなり、強い酸性腐食液を生成し得る。
【００１２】
既述するように、排ガス流路部Ｆを構成するフィンや冷媒流路部ＰＬを構成するプレートはステンレスやアルミニウムといった、多少の腐食環境には十分に耐え得る自己防錆材から形成されているものの、腐食性の強い濃縮体Ｓが存在することで排ガス流路部Ｆを構成するフィンが腐食され、さらにその下方に位置する冷媒流路部ＰＬを構成するプレートＰＬ’が腐食される危険性がある。
【００１３】
そして、冷媒流路部ＰＬを構成するプレートＰＬ’が腐食した場合には、腐食箇所から冷媒漏れが生じ、EGRガス冷却装置としての機能不全に至ってしまう。
【００１４】
ここで、特許文献１には、排ガス通路が排ガス入口側を下にして水平面に対して少なくとも５度傾斜しているEGRクーラを備えたEGR装置が開示されている。このようにEGRクーラを所定角度傾斜させた姿勢とすることで、凝縮水を確実に排ガス入口側から排出できるとしている。
【００１５】
しかしながら、既述するように、実際にはEGRクーラを形成するフィンの壁面における表面張力によって、凝縮水溜まりを完全に解消するのは困難である。したがって、既述する課題、すなわち、生成された濃縮体によるフィンや冷媒流路を形成するプレートの腐食に起因して冷媒が漏れるといった課題を完全に解消するには至らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−３２８８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、排ガスが濃縮してできる濃縮体が生成される場合であっても、冷媒流路を画成するプレートが腐食することによる冷媒漏れを解消することのできるEGRガス冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成すべく、本発明によるEGRガス冷却装置は、並行に並ぶ複数のフィンで排ガス流路が形成されてなる排ガス流路部と、排ガス流路部の下方に位置し、冷媒が流通する冷媒流路が冷却プレートで画成されてなる冷媒流路部と、が積層して積層ユニットを構成し、２以上の積層ユニットが積層して形成され、前記排ガス流路が鉛直方向もしくは略鉛直方向を向いた姿勢で使用されるEGRガス冷却装置であって、前記排ガス流路部の下端領域が前記冷媒流路部の下端よりも下方へ突出しているものである。
【００１９】
本発明のEGRガス冷却装置は、従来のEGRガス冷却装置（もしくはEGRクーラ）と同様にガス流路が鉛直方向もしくは略鉛直方向を向いた姿勢で使用される装置において、排ガス流路部の下端領域が冷媒流路部の下端よりも下方へ突出している構成を適用したものである。この構成により、仮に排ガス流路部の下端領域に凝縮水が滞留して凝縮体を生成した場合に、この凝縮体で排ガス流路部を画成するフィンは腐食に至る可能性があるものの、この凝縮体が生成される排ガス流路部の下端領域は冷媒流路部の下端よりも下方位置にあることから、冷媒流路部を構成するプレート等が凝縮体によって腐食するといった問題は生じ得ない。
【００２０】
ここで、「排ガス流路部の下端領域」とは、排ガス流路部を画成するフィンの下端から所定長さ上方までの範囲を包含する意味である。より具体的には、排ガスが冷却されてできる凝縮水が排ガス流路を下方へ流れ落ちて該排ガス流路の下端で凝縮水溜まりを形成する際の該凝縮水溜まりの長さ（大きさ）以上の長さ範囲を有する領域である。
【００２１】
また、「ガス流路が鉛直方向もしくは略鉛直方向を向いた姿勢で使用される」とは、ガス流路が鉛直方向となることのほかに、既述する従来例のごとく、ガス流路が所定角度（鉛直線から10度程度までの範囲で傾斜した形態）を含む意味であり、この傾斜角の設定は、フィン表面を凝縮水が良好に流れ落ちることを保証できる角度に設定される。
【００２２】
本発明のEGRガス冷却装置では、フィンの一部の腐食は許容するものの、冷媒流路部を構成するプレートの腐食を抑止するものである。排ガス流路部を構成するフィン、冷媒流路部を構成するプレートはともに、既述するように多少の腐食環境には十分に耐え得る自己防錆材のステンレスやアルミニウム、あるいはそれらの合金から形成できるものである。これらの素材からフィンが形成されていることにより、フィンが腐食された場合でもこの腐食は孔食等の局部腐食程度に留まるものであり、仮にこのような局部腐食が生じた場合であっても排ガスを流通させる作用が大きく阻害されることはない。このような理由から、フィンの腐食を許容している。
【００２３】
本発明のEGRガス冷却装置によれば、その構成要素である排ガス流路部の下端領域を冷媒流路部の下端よりも下方へ突出させただけの極めて簡易な構造改良により、冷媒流路部を構成するプレート等が凝縮液や凝縮体によって腐食することによる冷媒漏れの問題を効果的に解消することができる。そしてこのことは、EGRガス冷却装置の耐久性の向上に直結するものである。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明のEGRガス冷却装置によれば、ガス流路が鉛直方向もしくは略鉛直方向を向いた姿勢で使用されることを前提としたEGRガス冷却装置において、フィンで画成される排ガス流路部の下端領域をプレートで画成される冷媒流路部の下端よりも下方へ突出させた構成によって、冷媒流路部を構成するプレート等が凝縮体や凝縮液によって腐食することによる冷媒漏れの問題を効果的に解消することができ、EGRガス冷却装置の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のEGRガス冷却装置を含むEGRシステムを説明した模式図である。
【図２】本発明のEGRガス冷却装置の側面図であって、その一部を破断して内部を視認可能とした図である。
【図３】図２のIII−III矢視図である。
【図４】図３のIV部を拡大した斜視図である。
【図５】従来のEGRガス冷却装置の側面図であって、その一部を破断して内部を視認可能とした図である。
【図６】図５のVI−VI矢視図である。
【図７】図６のVII部を拡大した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明のEGRガス冷却装置と、このEGRガス冷却装置を含むシステムの概要を説明する。なお、図示するEGRガス冷却装置はその構成要素である排ガス流路が鉛直方向を向いた形態であるが、フィン表面を凝縮水が良好に流れ落ちることを前提として排ガス流路が所定角度傾斜した形態であってもよい。
【００２７】
（EGRシステム）
図１はEGRシステムを説明した模式図である。図示するEGRシステム１００では、不図示のエアーフィルターに通じる配管５１を介して導入される空気をターボチャージャー４０を介してインタークーラー３０に導入し（Ｘ１方向）、配管５２、５３を介してエンジン２０に空気を送るようになっている（Ｘ２方向）。エンジン２０から排気される排気ガスの一部を排気系の排気管５４を介し（Ｘ３方向）、さらにEGRガス配管５５、EGRバルブ６２を介して取出し（Ｘ４方向）、EGRガス冷却装置１０に導入する。EGRガス冷却装置１０の内部を流通する過程で冷却された排ガスは、EGRガス配管５６、EGRバルブ６１を介して再びエンジン２０の吸気系に戻され、排ガスの再循環が実行される（Ｘ５方向）。
【００２８】
一方、不図示の冷媒タンクから提供される冷却水やエンジン冷却水などの冷媒が冷媒配管５７を介してEGRガス冷却装置１０に提供され（Ｙ１方向）、EGRガス冷却装置１０内を流通して排ガスを冷却した後に、冷媒配管５８を介して排出される（Ｙ２方向）。
次に、本発明のEGRガス冷却装置を以下、詳細に説明する。
【００２９】
（EGRガス冷却装置）
図２は本発明のEGRガス冷却装置の側面図であって、その一部を破断して内部を視認可能とした図であり、図３は図２のIII−III矢視図であり、図４は図３のIV部を拡大した斜視図である。
【００３０】
図２で示すように、EGRガス冷却装置１０は、その内部にある複数のフィンで画成された排ガス流路部１３（の流路方向）が鉛直方向を向いた姿勢を保持されている。エンジン２０から排気された排ガスの一部はEGRガス配管５５を介してEGRガス冷却装置１０の下端にある排ガス流入部１１ａから流入し（Ｘ４方向）、多数の排ガス流路部１３を上昇する過程で冷媒にて冷却され、上端にある排ガス流出部１１ｂを介して冷却された排ガスがEGRガス配管５６へ排気されてエンジンへ戻される（Ｘ５方向）。
【００３１】
図３、図４で示すように、EGRガス冷却装置１０は、容器１１の内部に冷媒が流通する冷媒流路１６を画成する上下のプレート１２’、１２’と側面のプレートからなる冷媒流路部１２と、冷媒流路部１２上に載置され、断面が凹凸状を成しているフィンで排ガス流路１５が画成された排ガス流路部１３と、からなる積層ユニット１４を複数備えた構造を呈している（図３では、４つの積層ユニット１４からなる）。
【００３２】
図３において、水平方向および鉛直方向に連通する複数の冷媒流路１６を冷媒が流通する過程で（Ｙ１’方向）、排ガス流路１５を流通する排ガスが冷却される。
【００３３】
冷媒流路部１２を画成するプレート１２’や排ガス流路部１３を形成するフィンはいずれも、ステンレスやアルミニウム、さらにはそれらの合金から形成され、冷媒流路部１２と排ガス流路部１３が相互にロウ付けされることで積層ユニット１４が構成される。
【００３４】
排ガス流路部１３をフィンで構成することにより、パイプ式の排ガス流路部に比して排ガスとの接触面積を大きくすることができ、冷却効率が相対的に高くなる。そしてこのことは、排ガスの浄化作用は勿論のこと、車両の燃費向上にも繋がる。
【００３５】
この燃費向上に関してさらに言及するに、燃費を向上させるには、より多くの排ガスを再循環させ、エンジンに戻す必要がある。排ガスは一般に高温であり、この高温状態のままで再循環させた場合には異常燃焼の原因となり得る。この異常燃料を抑制するには、再循環量を少なくするか（燃費は向上し難くなる）、排ガス温度をより一層低下させることが必要となる。
【００３６】
このように排ガス温度の冷却効率を高め、異常燃焼を抑制することで燃費向上を図ることを目的として、図示するEGRガス冷却装置１０の排ガス流路部１３の形成部材をフィンで構成している。
【００３７】
また、図４で示すように、フィンで画成される排ガス流路部１３の下端領域１３ａがプレート１２’で画成される冷媒流路部１２の下端面１２ａよりも下方へ突出した構成となっている。
【００３８】
ここで、冷媒流路部１２の下端面１２ａから下方へ突出する下端領域１３ａの突出長：ｔは、図７で示すように排ガス流路部１３の下方で生じ得る凝縮体Ｓの想定長さ（排ガス種、フィンの素材等の条件を勘案して経験則に基づいて、もしくは設計にて算出）よりも長くなるように設定されている。
【００３９】
図示するEGRガス冷却装置１０によれば、フィンで画成される排ガス流路部１３の下端領域１３ａをプレート１２’で画成される冷媒流路部１２の下端面１２ａよりも下方へ突出させたことにより、冷媒流路部１２を構成するプレート１２’等が凝縮体によって腐食することによる冷媒漏れの問題は生じ得ない。
【００４０】
なお、排ガス流路部１３を形成する鉛直方向のフィンの端部同士を摺り合わせて溶着する等、細部の加工方法は多様な方法形態を適用できる。
【００４１】
[排ガス流路部の下端領域の突出長さに関する一考察]
本発明者等は、塩素濃度や硫黄濃度の高いいわゆる粗悪燃料を使用して凝縮水を生成し、フィン表面における表面張力による残留凝縮水の長さ（鉛直方向長さ）を測定する実験をおこなった。この実験では、常温（25℃）で垂直に設置したステンレス板に予め排ガスから生成しておいた凝縮水を吹きつけ、5分後、フィン表面を流れ落ちた後にその下端で残留する凝縮水の鉛直方向長さを測定した。
【００４２】
試験回数5回のうち、試験順に測定長さは、4.3mm、3.2mm、2.7mm、3.8mmおよび3.3mmであり、平均3.5mmであった。
【００４３】
本実験で使用する凝縮水が生成される条件下においては、排ガス流路部の下端領域の突出長さを3.5mm以上の長さに設定するのがよいことが分かる。
【００４４】
このように、使用される燃料成分によって生成される排ガスと、フィンの素材やその表面張力によって排ガス流路部の下端領域の突出長さを凝縮水の鉛直方向長さ以上に設定するのがよい。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０…EGRガス冷却装置、１１…容器、１１ａ…排ガス流入部、１１ｂ…排ガス流出部、１２…冷媒流路部、１２’…プレート、１２ａ…下端面、１３…排ガス流路部（フィン）、１３ａ…下端領域、１４…積層ユニット、１５…排ガス流路、１６…冷媒流路、１７…冷媒流入部、１８…冷媒流出部、２０…エンジン、３０…インタークーラー、４０…ターボチャージャー、１００…EGRシステム
【図１】
2014005733.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014005733.tif 000007
【図６】
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【図７】
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