(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に設けられて排気ガスを冷却する熱交換器と、上記ケーシング内に設けられて上記熱交換器をバイパスするバイパス通路と、排気ガスを上記熱交換器とバイパス通路とのいずれか一方に供給する流路切換弁とを備え、さらに上記熱交換器は、排気ガスを流通させるガス通路と、該ガス通路内を流通する排気ガスを冷却する冷却通路とを備えたＥＧＲクーラにおいて、
上記ケーシング内に中空軸を設けて該中空軸内を上記バイパス通路とし、さらに該中空軸の外側に上記熱交換器のガス通路を配置するとともに、該ガス通路の外側に上記冷却通路を配置し、
上記ガス通路は、上記中空軸の外側で同軸上に設けた複数の大径筒状部および小径筒状部と、これら大径筒状部と小径筒状部とを連結する壁部と、上記中空軸に設けられて各大径筒状部の内側に位置し、かつ大径筒状部よりも小径で小径筒状部よりも大径のプレートとから構成され、
さらに上記プレートと上記壁部との間に、上記プレートの中央部から外周部に向けて放射状に伸びる複数のフィンが設けられており、上記ガス通路を流通する排気ガスは、上記フィンによって上記プレートと壁部との間を流通する際に上記フィンによって旋回流が形成されることを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項２】
上記プレートにおける排気ガスの流入側の表面と排出側の裏面とのそれぞれに上記フィンが設けられており、上記表面のフィンと裏面のフィンとは、それぞれ反対方向に傾斜されていることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項３】
上記大径筒状部、小径筒状部、壁部、プレート及びフィンによって一組のユニットが構成されており、このユニットが複数組連結されて上記ガス通路が構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項４】
上記大径筒状部の外周に冷却通路内に突出する複数のフィンが設けられ、該冷却通路内を流通する冷却水は該フィンによって旋回流が形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＥＧＲクーラ。
【請求項５】
上記流路切換弁は、ハウジングと、このハウジングに回転自在に設けた円筒状の弁体と、該弁体に形成されて該弁体の回転位置に応じて上記バイパス通路に連通可能なバイパス通路と、上記弁体に形成されて該弁体の回転位置に応じて上記ガス通路に連通可能なガス通路とを備え、
上記弁体が第１回転位置に位置された際には、該弁体に形成されたバイパス通路が上記中空軸内のバイパス通路に連通されるとともに、該弁体に形成されたガス通路と上記熱交換器のガス通路との連通が遮断され、
また上記弁体が第２回転位置に位置された際には、該弁体に形成されたガス通路が上記熱交換器のガス通路に連通されるとともに、該弁体に形成されたバイパス通路と上記中空軸内のバイパス通路との連通が遮断されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の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）クーラに関し、より詳しくは、排気ガスを冷却するための熱交換器と、この熱交換器をバイパスするバイパス通路とを備えたＥＧＲクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＧＲクーラとして、ケーシング内に設けられて排気ガスを冷却する熱交換器と、上記ケーシング内に設けられて上記熱交換器をバイパスするバイパス通路と、排気ガスを上記熱交換器とバイパス通路とのいずれか一方に供給する流路切換弁とを備え、さらに上記熱交換器は、排気ガスを流通させるガス通路と、該ガス通路内を流通する排気ガスを冷却する冷却通路とを備えたものが知られている（特許文献１）。
この種のＥＧＲクーラでは、排気ガスの高温時には該排気ガスを上記熱交換器に流通させてその温度を低下させ、他方、排気ガスの低温時には該排気ガスを上記バイパス通路に流通させて冷却することがないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４３１５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に上記ＥＧＲクーラはできるだけ小型に製造することが望まれているが、小型に製造するためには上記熱交換器とバイパス通路とをできるだけ近接させて配置する必要がある。
しかしながら、熱交換器とバイパス通路とをできるだけ近接させて配置すると、低温時に上記バイパス通路を流通する排気ガスが熱交換器によって冷却されやすくなり、望ましくない。
本発明はそのような事情に鑑み、低温時にバイパス通路を流通する排気ガスが熱交換器によって冷却されることを可及的に防止しながら小型化を図ることができるようにしたＥＧＲクーラを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明は、ケーシング内に設けられて排気ガスを冷却する熱交換器と、上記ケーシング内に設けられて上記熱交換器をバイパスするバイパス通路と、排気ガスを上記熱交換器とバイパス通路とのいずれか一方に供給する流路切換弁とを備え、さらに上記熱交換器は、排気ガスを流通させるガス通路と、該ガス通路内を流通する排気ガスを冷却する冷却通路とを備えたＥＧＲクーラにおいて、
上記ケーシング内に中空軸を設けて該中空軸内を上記バイパス通路とし、さらに該中空軸の外側に上記熱交換器のガス通路を配置するとともに、該ガス通路の外側に上記冷却通路を配置し、上記ガス通路は、上記中空軸の外側で同軸上に設けた複数の大径筒状部および小径筒状部と、これら大径筒状部と小径筒状部とを連結する壁部と、上記中空軸に設けられて各大径筒状部の内側に位置し、かつ大径筒状部よりも小径で小径筒状部よりも大径のプレートとから構成され、さらに上記プレートと上記壁部との間に、上記プレートの中央部から外周部に向けて放射状に伸びる複数のフィンが設けられており、上記ガス通路を流通する排気ガスは、上記フィンによって上記プレートと壁部との間を流通する際に上記フィンによって旋回流が形成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成によれば、バイパス通路となる中空軸の外側に熱交換器のガス通路が配置され、また該ガス通路の外側に冷却通路が配置されているので、バイパス通路と冷却通路とをガス通路を介して離隔させることが可能となり、それによって低温時にバイパス通路を流通する排気ガスが冷却通路を流通する冷却水によって冷却されるのを可及的に防止することができる。
そして熱交換器の中にバイパス通路を配置するという構成によって、従来に比較してＥＧＲクーラを小型に製造することが可能となる。
また、排気ガスはガス通路内をジグザク状に流通されるともに各フィンによって旋回されるので、熱交換が良好に行われるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施例を示す断面図。
【図２】図１と異なる状態を示す断面図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】本発明の第２実施例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、ＥＧＲクーラ１は、円筒状のケーシング２内に設けられて排気ガスを冷却する熱交換器３と、上記ケーシング２内の中心部に設けられて上記熱交換器３内を貫通する中空軸４とを備えており、この中空軸４内を排気ガスのバイパス通路５としてある。
上記熱交換器３はケーシング２の内周面と中空軸４の外周面との間に設けてあり、後に詳述するように中空軸４の外側に配置した排気ガスのガス通路６と、該ガス通路６の更に外側に配置した冷却通路７とを備えている。
そしてＥＧＲクーラ１の入口ポート８から流入した排気ガスは、ＥＧＲクーラ１の出口側に設けた流路切換弁９によって、上記バイパス通路５と熱交換器３のガス通路６とのいずれか一方に流通されるようになっている（図１、図２参照）。
【０００９】
上記ＥＧＲクーラ１のケーシング２は、大径の筒状部材２ａと、その両端に連結されて各開口部を閉鎖する閉鎖部材２ｂ、２ｃとを備えており、排気ガスの入口側となる左方の閉鎖部材２ｂの軸部にはＬ字形入口筒状部材２ｄの右端部を貫通させて固定してある。
他方、排気ガスの出口側となる右方の閉鎖部材２ｃの軸部には、出口筒状部材２ｅの左端部を貫通させて固定してあり、本実施例では出口筒状部材２ｅの右端部に上記流路切換弁９を一体に連結してある。
上記入口筒状部材２ｄの入口側は上述した入口ポート８として形成してあり、この入口ポート８から流入した排気ガスは、上記ケーシング２内に位置する入口筒状部材２ｄの出口で２つに分流し、一方はバイパス通路５に、他方は熱交換器３のガス通路６に流入するようになっている。
【００１０】
上記熱交換器３は、本実施例では実質的に同一構成を有する４つのユニット１Ｕ〜４Ｕを軸方向に連結した構成を有しており、各ユニット１Ｕ〜４Ｕの内側と上記中空軸４の外側との間の空間をガス通路６とするとともに、各ユニット１Ｕ〜４Ｕの外側と上記ケーシング２の内側との間の空間を冷却通路７としてある。
上記各ユニット１Ｕ〜４Ｕは、円筒状の大径筒状部１２と、各大径筒状部１２の右側に一体に連設されて半径方向内方に伸びる壁部１３と、この壁部の内側から軸方向右方に伸びる小径筒状部１４とを備えている。
また、上記各大径筒状部１２の左側に半径方向内方に伸びる壁部１５が設けられ、各壁部１５の内側に、軸方向左方に伸びる小径筒状部１６が一体に連設されている。
上記軸方向左側に伸びる小径筒状部１６の内径は、上記中空軸４の外径よりも大径となっており、かつ隣接するユニットの右側に伸びる上記小径筒状部１４の内側に嵌合連結されることによって、各ユニット１Ｕ〜４Ｕが軸方向に一体に連結されるようになっている。
【００１１】
このとき、最も左側に位置する第１ユニット１Ｕにおける左側に突出する小径筒状部１６は、上記入口筒状部材２ｄの左端部の外周に嵌着させてそれと一体に連結してある。
他方、最も右側に位置する第４ユニット４Ｕにおける右側に突出する小径筒状部１４は、本実施例では上記出口筒状部材２ｅと一体に構成してある。なお、この小径筒状部１４を出口筒状部材２ｅと別体に構成して、該小径筒状部１４を出口筒状部材２ｅに連結固定するようにしても良い。このようにすれば、４つのユニット１Ｕ〜４Ｕの構成を全て同一構成とすることができる。
【００１２】
さらに各ユニット１Ｕ〜４Ｕは、バイパス通路５を構成する中空軸４の外周に嵌着される小径の筒状連結部２０と、この連結部２０の中央部分に連結されて半径方向外方に伸びるリング状のプレート２１とを備えている。各プレート２１の外周部分は、各ユニット１Ｕ〜４Ｕにおける左右の壁部１３、１５の中央に位置しており、その外径は小径筒状部１４、１６の内径よりも大きく、大径筒状部１２の内径よりも小さくなっている。
また上記中空軸４の外周に嵌着された小径の筒状連結部２０の外径は、小径筒状部１４、１６の内径よりも小径となっており、小径筒状部１４、１６の内周面と筒状連結部２０の外周面との間に上記ガス通路６を形成することができるようにしてある。
【００１３】
したがって図２に示すように、左側の小径筒状部１６内に流入した排気ガスは、該小径筒状部１６内を軸方向に流動した後、左側の壁部１５とプレート２１との間を半径方向外方に流動するようになり、次に大径筒状部１２の内周面とプレート２１の外周面との間を軸方向に流動したら、右側の壁部１３とプレート２１との間を半径方向内方に流動し、さらに右側の小径筒状部１４内を軸方向に流動しながら、隣接したユニットの左側の小径筒状部１６内に流入するようになる。
このように、排気ガスはガス通路６を構成する各ユニット１Ｕ〜４Ｕ内をジグザク状に流通されるようになるので、冷却通路７を流通する冷却水との熱交換が良好に行われるようになる。
【００１４】
次に、各ユニット１Ｕ〜４Ｕの左右の壁部１３、１５とその中央のプレート２１との間に、放射方向に伸びる多数のフィン２２を設けてあり、各フィン２２によって排気ガスに旋回流を付与することができるようにしてある。
すなわち図３に示すように、各フィン２２は中央部が膨出する湾曲した形状に形成するとともに、上記プレート２１の半径方向に対して傾斜して設けてあり、上記排気ガスがプレート２１と壁部１３（１５）と各フィン２２とで区画される空間を流通する際に、上記フィン２２によって旋回流が形成されるようにしてある。
そして上記フィン２２は、上記プレート２１における気体の流入側の表面と排出側の裏面とのそれぞれに設けるとともに、上記表面のフィン２２（図３の実線のフィン）と裏面のフィン２２（図３の点線のフィン）とは、それぞれ反対方向に傾斜させてある。
【００１５】
したがって排気ガスは、上記プレート２１と左側の壁部１５と表側の各フィン２２とで区画される空間を半径方向外方に流通する際に、各フィン２２によって旋回流が形成され、旋回流が付与された排気ガスは大径筒状１２の内面をその円周方向に旋回されながら軸方向に流動される。そして次に、プレート２１と右側の壁部１３と裏側の各フィン２２とで区画される空間を半径方向内方に流通する際には、各フィン２２によって同一方向の旋回流が形成されるようになる。
このようにガス通路６を流通する排気ガスは、各フィン２２によって一方向に旋回されるとともに、上述したように各ユニット１Ｕ〜４Ｕ内をジグザク状に流通されるので、良好な熱交換が行われるようになる。
【００１６】
本実施例では、上記冷却通路７を流通する冷却水には、上記ガス通路６を流通する排気ガスの旋回方向とは逆方向となる旋回流を付与することができるようにしてある。
すなわち、ケーシング２の右端部に設けた冷却水の入口ポート２６は、図３の実線で示すように、該ケーシング２の軸心に対して離れた位置に配置してあり、それによって入口ポート２６から流入した冷却水をケーシング２の内周面に沿って旋回させることができるようにしてある。
他方、ケーシング２の左端部に設けた冷却水の出口ポート２７は、図３の想像線で示すように、該ケーシング２の軸心に対して上記入口ポート２６とは反対側となる位置に配置してあり、それによって入口ポート２６から流入してケーシング２の内周面を旋回しながら流動してきた冷却水を、出口ポート２７から滑らかに流出させることができるようにしてある。
【００１７】
さらに、上記冷却通路７を流通する冷却水には、上記各ユニット１Ｕ〜４Ｕを構成する大径筒状部１２の外周に設けたフィン２５によっても、上記と同一方向の旋回流を付与することができるようにしてある。
すなわち上記大径筒状部１２の外周には、各大径筒状部１２の軸方向に対して傾斜させた複数のフィン２５を円周方向等間隔位置に設けてあり、各フィン２５の外周は上記ケーシング２の内周面に密着させてある。
各フィン２５は同一方向に傾斜させてあり、したがってケーシング２の右端部に設けた冷却水の入口ポート２６から流入した冷却水は、ケーシング２内の冷却通路７を軸方向に流通する際に各フィン２５によっても旋回されるようになり、旋回流となった冷却水はケーシング２の左端部に設けた出口ポート２７から外部に排出されるようになる。
なお冷却水は、上記実施例とは逆に、上記出口ポート２７から冷却通路７に流入させ、入口ポート２６から外部に排出させるようしても良い。
【００１８】
次に、前述したように上記流路切換弁９は出口筒状部材２ｅに一体に連結してある。この出口筒状部材２ｅの出口側端部にはブラケット３１を固定してあり、このブラケット３１に上記流路切換弁９のハウジング３２を図示しないボルトによって固定してある。そして上記ハウジング３２には上下方向に円筒状の有底の孔３３を形成してあり、該有底孔３３内に円筒状の弁体３４を回転自在に密嵌合してある。
上記ハウジング３２には、上記中空軸４内のバイパス通路５に連通する第１入口ポート３２ａを形成してあり、中空軸４の右端部はこの第１入口ポート３２ａの左端部内に嵌着してある。上記第１入口ポート３２ａの右端部は上記有底孔３３内に開口しており、上記弁体３４は、その回転位置に応じて、図２に示すように該弁体３４の外周面によって第１入口ポート３２ａの右端部を密封し、それによってバイパス通路５を閉鎖することができるようにしてある。
【００１９】
図１に示すように、上記弁体３４には、上記バイパス通路５を閉鎖する弁体３４の回転位置から９０度回転させた第１回転位置に位置させた際に、上記中空軸４内のバイパス通路５に連通する断面円形のバイパス通路３５を形成してある。
このバイパス通路３５は、上記中空軸４内のバイパス通路５と同一軸線上で、円筒状の弁体３４の直径方向に該弁体３４を貫通させて形成してあり、弁体３４を第１回転位置に回転させてそのバイパス通路３５を上記中空軸４内のバイパス通路５の軸線に一致させた際には、該バイパス通路３５を上記中空軸４内のバイパス通路５に連通させることができるようにしてある。
【００２０】
他方、上記ハウジング３２には、上記第１入口ポート３２ａの上下に２つの第２入口ポート３２ｂを形成してあり、各第２入口ポート３２ｂの左端部はブラケット３１に形成したテーパ状の連通孔３６を介して熱交換器３のガス通路６に連通させてある。
上記各第２入口ポート３２ｂの右端部は上記有底孔３３内に開口しており、上記弁体３４は、該弁体３４に形成したバイパス通路３５を上記中空軸４内のバイパス通路５に連通させた第１回転位置では、該弁体３４の外周面によって第２入口ポート３２ｂの右端部を、したがってガス通路６を閉鎖することができるようになっている（図１）。
そして上記弁体３４には、上記バイパス通路３５の上下位置に、該バイパス通路３５と９０度位相を異ならせて２つの断面かまぼこ状のガス通路３７を形成してあり、各ガス通路３７は、バイパス通路５とバイパス通路３５との連通を遮断させた弁体３４の第２回転位置で、上記熱交換器３のガス通路６に連通することができるようになっている（図２）。
【００２１】
さらに、上記ハウジング３２には出口ポート３２ｃを形成してあり、該出口ポート３２ｃは弁体３４に形成したバイパス通路３５とガス通路３７とのいずれにも連通するようになっている。
なお、上記弁体３４に固定した駆動軸３８は、図示しないアクチエータに連動しており、該アクチエータは上記弁体３４を９０°の範囲で往復回転させることができるようになっている。
【００２２】
以上の構成において、エンジン始動時の排気ガス温度が低い場合には、流路切換弁９の弁体３４はアクチエータにより図１に示す第１回転位置に位置されており、この状態では、流路切換弁９のバイパス通路３５がＥＧＲクーラ１のバイパス通路５に連通すると同時に、該流路切換弁９の弁体３４は熱交換器３のガス通路６を閉じている。
したがって、ＥＧＲクーラ１の入口ポート８から流入した排気ガスは、中空軸４内のバイパス通路５及び流路切換弁９のバイパス通路３５を流通して出口ポート３２ｃから流出するようになる。
この際、熱交換器３の冷却通路７には、入口ポート２６から冷却水が流入され、該冷却水は冷却通路７を流通して出口ポート２７から流出されているが、冷却通路７とバイパス通路５との間にはガス通路６が形成されているので、冷却通路７を流通する冷却水によってバイパス通路５を流通する排気ガスを冷却してしまうことを防止することができる。
したがって、エンジン始動後のバイパス通路５を流通する排気ガス温度の速やかな上昇を図ることができる。
【００２３】
上記排気ガス温度が上昇すると、上記アクチエータにより流路切換弁９の弁体３４が９０°回転されて第２回転位置に位置され、図２に示すように、流路切換弁９のガス通路３７がＥＧＲクーラ１のガス通路６に連通するとともに、流路切換弁９の弁体３４がＥＧＲクーラ１のバイパス通路５を閉じるようになる。
これにより、ＥＧＲクーラ１の入口ポート８から流入した排気ガスは、熱交換器３内のガス通路６及び流路切換弁９のガス通路３７を流通して出口ポート３２ｃから流出するようになる。
この際には、前述したようにガス通路６を流通する排気ガスは、各フィン２２によって一方向に旋回されながら各ユニット１Ｕ〜４Ｕ内をジグザク状に流通され、他方、冷却通路７を流通する冷却水も各フィン２５によって一方向に旋回されながら流通されるので、両者間で良好な熱交換が行われるようになる。
【００２４】
図４は本発明の第２実施例を示すもので、本実施例はＥＧＲクーラ１のケーシング２内に流路切換弁９を一体的に組み込んだものである。
すなわち本実施例においては、上記ケーシング２内に流路切換弁９を組み込むために、第１実施例のケーシング２に比較して、最も右端となる第４ユニットＵ４よりも右側を軸方向に延長してあり、その延長部分に上記流路切換弁９を組み込んである。
【００２５】
本実施例における流路切換弁９のハウジング３２は全体として薄肉のコップ状に形成してあり、その内部を有底の孔３３としてこれに筒状の弁体３４を回転可能に密嵌合させている。
この弁体３４には第１実施例と同様に構成して１つのバイパス通路３５と２つのガス通路３７とを形成してあり、排気ガスの入口側となる上記ハウジング３２の左側にはバイパス通路３５と連通する第１入口ポート３２ａを形成するとともに、該第１入口ポート３２ａの上下にそれぞれ上記２つのガス通路３７に連通する２つの第２入口ポート３２ｂを形成してある。
また排気ガスの出口側となるハウジング３２の右側にはバイパス通路３５とガス通路３７とのいずれにも連通する出口ポート３２ｃを形成してある。
【００２６】
内部にバイパス通路５を形成した中空軸４の右端部は、ハウジング３２の中間高さ位置に形成した第１入口ポート３２ａの外側で、該ハウジング３２の外周面に気密を保って連結してあり、それによって中空軸４内のバイパス通路５を上記第１入口ポート３２ａを介して弁体３４に形成したバイパス通路３５に連通させることができるようにしてある。
他方、第４ユニットＵ４を構成する右側の小径筒状部１４は、その右端部を円錐状に拡径してあり、該円錐状部分の右端部は、２つの第２入口ポート３２ｂの外側位置で、上記ハウジング３２の外周面に気密を保って連結してある。これによって小径筒状部１４内のガス通路６を上記第２入口ポート３２ｂを介して弁体３４に形成したガス通路３７に連通させることができるようにしてある。
【００２７】
上記ケーシング２の右端部を閉鎖する閉鎖部材２ｃには出口筒状部材２ｅを貫通させて固着してあり、この出口筒状部材２ｅの左端部は、上記ハウジング３２に形成した出口ポート３２ｃの外側で、該ハウジング３２の外周面に気密を保って連結してある。
その他の構成は第１実施例と同様に構成してあり、同一又は相当部分には第１実施例と同一の符号を付して示してある。
このような構成を有する第２実施例においても、第１実施例と同等の作用効果が得られることは明らかである。また本実施例においては、ＥＧＲクーラ１を構成するハウジング２内に流路切換弁９を組み込んであるので、第１実施例に比較してＥＧＲクーラの一層の小型化を図ることが可能となる。
【００２８】
なお、上記実施例ではいずれも中空軸４は円筒状の熱交換器３の中心位置を貫通しているが、これに限定されるものではなく、中空軸４を熱交換器３の中心位置から外れた偏心位置に設けてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ＥＧＲクーラ                  ２  ケーシング
３  熱交換器                      ４  中空軸
５  バイパス通路                  ６  ガス通路
７  冷却通路                      ９  流路切換弁
１２  大径筒状部                  １３、１５  壁部
１４、１６  小径筒状部            ２０  連結部
２１  プレート                    ２２、２５  フィン
３２  ハウジング                  ３４  弁体
３５  バイパス通路                ３７  ガス通路
Ｕ１〜Ｕ４  ユニット
【図１】
0005861865.tif 000002
【図２】
0005861865.tif 000003
【図３】
0005861865.tif 000004
【図４】
0005861865.tif 000005