(57)【要約】【課題】  耐圧性が高くかつ、コンパクトで熱交換性能の高いＥＧＲクーラの提供。【解決手段】  円筒状のケーシング２と、横断面が弧状に湾曲した多数の偏平チューブ３とを有し、ケーシング２の断面の中心から偏平チューブ３の横断面を渦状に配置して、その長手方向の両端をヘッダープレート１に貫通固定し、ケーシング２内に冷却水６を流通させると共に、各偏平チューブ３に排気ガス５を流通させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に一対のヘッダープレート(1) を有する円筒状のケーシング(2) と、
横断面が弧状に湾曲し、夫々の横断面が前記ケーシング(2)の横断面 の中心から渦状に配置され、その長手方向の両端部が一対の前記ヘッダープレート(1) を貫通する多数の偏平チューブ(3) と、
前記ケーシング(2) の軸線方向の両端部に配置された一対の冷却水出入口(4) と、を具備し、排気ガス(5) が夫々の偏平チューブ(3)内を流通し、冷却水(6) がケーシング(2) 内に導かれるＥＧＲクーラ。
【請求項２】
請求項１において、
前記両ヘッダープレート(1) の中心にバイパス用パイプ(7) が貫通し、そのバイパス用パイプ(7) が開閉自在に閉塞されるＥＧＲクーラ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記ケーシング(2) の軸線方向の両端部の外周を膨出して一対の水タンク部(8) が設けられ、その入口側の水タンク部(8) は、ケーシング(2) の中心からの内周半径が下流側に向かい次第に小とされ、その上流端に前記冷却水出入口(4) が開口し、その出口側の水タンク部(8) は、ケーシング(2) の中心からの内周半径が下流側に向かい次第に大とされ、その下流端に前記冷却水出入口(4) が開口して、冷却水(6) が各水タンク部(8) 内をケーシング(2) の周方向に導かれるように構成したＥＧＲクーラ。
【請求項４】
請求項３において、前記入口側の水タンク(8) の上流端部と出口側水タンク(8) の下流端部とは互いに、ケーシング(2) の外周に略180 度離間して配置されたＥＧＲクーラ。
【請求項５】
請求項４において、
両水タンク(8) に設ける両出入口(4) の向きを逆向きに形成したＥＧＲクーラ。
【請求項６】
請求項３において、
前記入口側の水タンク(8)の上流端部と出口側水タンク(8) の下流端部とは互いに、ケーシング(2) の外周に略270 度または90度離間して配置されたＥＧＲクーラ。
【請求項７】
請求項３において、
入口側の冷却水出入口(4) から流入する冷却水が水タンク部８をその周方向に導かれ、その冷却水が導かれる方向に、多数の前記偏平チューブの横断面が渦状形成されたときの渦の巻く方向を一致させたＥＧＲクーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ（排気ガス再循環装置）の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＥＧＲクーラは、排ガス流通路に円形チューブを用いるものと、偏平チューブをもちいるものとが提案されていた。円形チューブを用いるシェルアンドチューブ型のものとして、ＵＳＰ６７１８９５６号が知られている。また、偏平チューブを用いるものとしては、特開２００３−９０６９３号が知られている。
【０００３】
前者は円筒状のケーシングの両端にヘッダプレートを設け、多数の円形チューブをケーシング内に均等に配置し、その両端をヘッダプレートに貫通させる。そして、中心にバイパス路を設け、ケーシングの両端に排ガス用のヘッダを取り付け、ケーシングの両端部の外周に冷却水の出入り口を一対設けたものである。バイパス路には排ガスの温度が一定以下のとき開とする開閉弁が設けられている。
後者の偏平チューブを用いたＥＧＲクーラは、方形のケーシングに多数の偏平チューブを並列したものである。
【０００４】
【特許文献１】ＵＳＰ６７１８９５６号
【特許文献２】特開２００３−９０６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前者の円形チューブを用いたシェル＆チューブ型ＥＧＲクーラは、耐圧性に優れるものの、伝熱面積が小さく、熱交換性能が偏平チューブ型ＥＧＲクーラのものに比べて劣る欠点がある。
【０００６】
後者のＥＧＲクーラは、伝熱面積が大きく熱交換性能に優れている特徴があるものの、ケーシングが断面方形であるため円形のケーシングに比べて耐圧性に欠ける欠点がある。また排ガス温度が低温のとき、コアをバイパスするバイパス路をＥＧＲクーラと別体に設けるか、あるいはケーシングの一側部を利用してバイパス路をつくる必要があり、いずれにしても構造が複雑で、コンパクト性にかける欠点があった。更には、偏平チューブを並列したものであるため厚み方向の振動に対して、強度が弱い欠点がある。また、冷却水をチューブ外面側に均一に流しにくい欠点があった。
そこで本発明は上記の欠点を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の本発明は、両端に一対のヘッダプレート１を有する円筒状のケーシング２と、横断面が弧状に湾曲し、夫々の横断面が前記ケーシング２の横断面の中心から渦状に配置され、その長手方向の両端部が一対の前記ヘッダプレート１を貫通する多数の偏平チューブ３と、前記ケーシング２の軸線方向の両端部に配置された一対の冷却水出入口４と、を具備し、排気ガス５が夫々の偏平チューブ３内を流通し、冷却水６がケーシング２内に導かれるＥＧＲクーラである。
【０００８】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、前記両ヘッダプレート１の軸線上にバイパス用パイプ７が貫通し、そのバイパス用パイプ７が開閉自在に閉塞されるＥＧＲクーラである。
【０００９】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、前記ケーシング２の軸線方向の両端部の外周を膨出して一対の水タンク部８が設けられ、その入口側の水タンク部８は、ケーシング２の中心から内面までの半径が下流側に向かい次第に小とされ、その上流端に前記冷却水出入口４が開口し、その出口側の水タンク部８は、ケーシング２の中心からの内周半径が下流側に向かい次第に大とされ、その下流端に前記冷却水出入口４が開口して、冷却水６が各水タンク部８内をケーシング２の周方向に導かれるように構成したＥＧＲクーラである。
【００１０】
請求項４に記載の本発明は、請求項３において、前記入口側の水タンク８の上流端部と出口側水タンク８の下流端部とは互いに、ケーシング２の外周に略180°離間して配置されたＥＧＲクーラである。
【００１１】
請求項５に記載の本発明は、請求項４において、両水タンク８に設ける両出入口４の向きを逆向きに形成したＥＧＲクーラである。
【００１２】
請求項６に記載の本発明は、請求項３において、前記入口側の水タンク８の上流端部と出口側水タンク８の下流端部とは互いに、ケーシング２の外周に略270°または90°離間して配置されたＥＧＲクーラである。
【００１３】
請求項７に記載の本発明は、請求項３において、入口側の冷却水出入口４から流入する冷却水が水タンク部８をその周方向に導かれ、その冷却水が導かれる方向に、多数の前記偏平チューブの横断面が渦状形成されたときの渦の巻く方向を一致させたＥＧＲクーラである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＥＧＲクーラは、円筒状のケーシング２内に横断面が弧状に湾曲した多数の偏平チューブ３が、ケーシング２の横断面の中心から渦状に配置され、その偏平チューブ３の長手方向の両端がヘッダプレート１を貫通するように構成し、各偏平チューブ３に排気ガス５が流通すると共に、ケーシング２内に冷却水６が導かれるように構成したから、耐圧性が高くコンパクトで熱交換性能の高いＥＧＲクーラとなる。
【００１５】
上記構成において、ヘッダプレート１の軸線上にバイパス用パイプ７を貫通し、そのバイパス用パイプ７を開閉自在に閉塞するように構成した場合には、排気ガス５が比較的低温な場合にそれをバイパス用パイプ７に流通させることができ、コンパクトで耐圧性の高いバイパス付ＥＧＲクーラを提供できる。
【００１６】
上記いずれかの構成において、水タンク８をケーシング２の外周に膨出させ、その流路の内面とケーシング２の軸線との間の半径を入り口側では、下流側に向かい次第に小とされ、出口側では次第に大とされ冷却水６が各水タンク８内をケーシング２の周方向に導かれるようにしたものにおいては、冷却水６を各偏平チューブ３間に均等に流通させ熱交換を促進できる。
【００１７】
上記構成において、入り口側水タンク８の上流端部と水タンク８の下流端部とが周方向に180°離間されたものにおいては、更に均等に冷却水６を各偏平チューブ３間に流通させることができる。
【００１８】
入口側の冷却水出入口４から流入する冷却水が水タンク部８をその周方向に導かれる方向と、多数の前記偏平チューブ３の横断面が渦状形成されたときの渦の巻く方向とを一致させた場合には、冷却水の流通に伴う圧力損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明のＥＧＲクーラの横断面図であって、図２のI‐I矢視断面図である。図２は同ＥＧＲクーラの縦断面図及びそのＢ部拡大図である。図３は同ＥＧＲクーラの一部分解斜視図である。図４は図２のIV−IV矢視断面図であり、図５は図１のＶ‐Ｖ矢視断面略図である。
【００２０】
このＥＧＲクーラは、図１ないし図３に示す如く、ケーシング２と多数の偏平チューブ３とバイパス用パイプ７とを有する。ケーシング２は、円筒状に形成され、その両端部外周が図１に示す如く、螺旋状に膨出して水タンク８を構成する。そして、入り口側の水タンク８は、図１に示す如く、その内面とケーシングの軸線とのなす半径が下流側になるほど次第に小とされる。また、出口側の水タンク８はその逆で、図４に示す如く、ケーシング２の中心から水タンク８の内周までの半径が出口側になるほど次第に大となっている。
【００２１】
そして、夫々の水タンク８の入口端および出口端にパイプ材からなる冷却水出入口４が、その軸線をケーシング２の外周の接線方向に向けて取り付けられている。そして、入り口側の水タンク８の上流端部と出口側の水タンク８の下流端部とは互いにケーシング２の外周に略180°離間して配置されている。
【００２２】
なお、図１の例では、冷却水の出入口が同一方向に向けられているが、それに代えて図８の如く、両出入口を逆方向にしてもよい。或いは、図９の如く出入口の向きを270°変え、さらにはそれを図示しない向きの90°変えることもできる。
【００２３】
何れにしても、入り口側の水タンク８の内面とケーシングの軸線とのなす半径を下流側になるほど次第に小とし、出口側の水タンク８をその逆とすることにより、入り口側の水タンク８に流入した冷却水６は、水タンク８の内周面に沿って、周方向に案内され、それと水タンク８の形状との相互作用により、各偏平チューブ３の隙間に均一に冷却水６を供給する。その冷却水は、各偏平チューブ３間を長手方向に移動し、出口側の水タンク８を介し外部に導かれる。
【００２４】
偏平チューブ３は、図１から明らかなように、その横断面が弧状に湾曲し、それぞれの横断面がケーシング２の横断面の中心から渦状に配置されている。その渦の方向は、入口側の水タンク３内を流れる冷却水の向きに一致している。即ち、入口側の冷却水出入口４から流入する冷却水が水タンク部８をその周方向に導かれる方向と、多数の前記偏平チューブ３の横断面が渦状形成されたときの渦の巻く方向とを一致させ、それにより、冷却水の流通に伴う圧力損失を低減している。
【００２５】
各偏平チューブ３の長手方向両端部は、一対のヘッダプレート１を液密に貫通する。各偏平チューブ３の内部には、夫々インナーフィン９が内装されている。そして、ケーシング２の軸線上にはバイパス用パイプ７が配置され、その両端が図２に示す如く、一対のヘッダプレート１を貫通する。
【００２６】
次に、ケーシング２の軸線上に位置するバイパス用パイプ７の外周に近接し、偏平チューブ３の横断面の一端が図１の如く配置され、隣り合うチューブが周方向に一定距離離間している。また、偏平チューブ３の横断面の他端はケーシング２内面に近接し、隣り合うチューブが周方向に一定距離離間している。そして、互いに対向する偏平チューブ３の間隔は略一定になっている。このようにバイパス用パイプ７及び偏平チューブ３を配置することにより、偏平チューブ３外周を流通する冷却水６を各部において均等に導くことができる。
【００２７】
なお、ヘッダプレート１には偏平チューブ３の横断面に整合するチューブ挿通口が形成され、そこに偏平チューブ３の端部が貫通する。そして、その貫通部が一体的にロウ付け又は溶接等の手段により接合される。
図２において、ケーシング２の左端には入口タンク12の開口が気密にロウ付けまたは溶接により接合される。ケーシング２の右端には出口タンク11が取り付けられている。
【００２８】
バイパス用パイプ７内には、図２に示す如く開閉弁13が取り付けられている。その開閉弁13は駆動軸15の回転により図２（Ａ）に示す如く、実線の位置と斜線の位置とを選択しあるいは、その中間位置に回転し、バイパス時に排気ガス５をバイパス用パイプ７内に導くものである。即ち、排気ガス５の温度が比較的低温の場合には開閉弁13を鎖線の状態にして、排気ガス５をバイパス用パイプ７内に導くものである。それにより、排気ガスの過冷却を防止する。なお、開閉弁13はバイパス用パイプ７内の長手方向の任意の位置に配置できる。
【００２９】
図10および図11は開閉弁13がバイパス用パイプ７の下流端に配置された例である。いずれも、ケーシング２の右端に中間タンク11ａを介して出口タンク11が接続されている。そしてバイパス用パイプ７の右端はヘッダプレート１より更に延長し、出口タンク11に連通する。中間タンク11ａは、その端部に中間フランジ部10が設けられると共に、一部開口を除いてその端面が閉塞されている。
【００３０】
図10の例では、その中心部をバイパス用パイプ７が貫通する。そして、バイパス用パイプ７の外側に複数のコア出口14ａが弧状に開口する。中間タンク11ａの中間フランジ部10には出口タンク11の中間フランジ部10ａがこの例では図示しないボルト及びナットにより締結固定される。さらにバイパス用パイプ７の右端部に環状膨出部7aが設けられ、そこに一端閉塞の筒状の開閉弁13の後端部が接離自在に内装されている。
【００３１】
この開閉弁13の後端部には、リング状の膨大部13ｂが突出し、それが環状膨出部７aに内装されている。開閉弁13には、その先端にフランジ状のコア側閉塞部13ｃが突出され、首部には開口13ａが設けられている。そして、開閉弁13は軸線方向に駆動され、実線の状態と鎖線の状態またはそれらの中間状態をとる。
【００３２】
実線の位置では、バイパス用パイプ７が閉塞され、排気ガス５は各偏平チューブ３内を流通する。鎖線の状態では各偏平チューブ３側が閉塞され、バイパス用パイプ７が開口する。そして排気ガス５はバイパス用パイプ７の環状膨出部７aと開閉弁13の膨大部13ｂとの隙間および開口13ａをとおり出口タンク11に導かれる。
【００３３】
図11の例では中間タンク11ａが異形に形成され、その端面に二つの開口が形成されている。その一方がコア出口14ａで他方がバイパス用パイプ７の貫通孔である。そして、両開口を選択的に閉塞する開閉弁13が駆動軸15の回りに回動自在に設けられている。即ち開閉弁13は実線の位置ではバイパス用パイプ７を閉塞し、鎖線の位置ではそれを開放すると共に、コア出口14ａを閉塞する。
【００３４】
次に、図６及び図７は本発明の他の実施の形態を示し、この例が前記図２の実施の形態と異なる点は、ケーシング２の軸線上に中心パイプ17が配置され、その両端部が閉塞状態になっているものである。即ちこの例は、バイパス路が存在しないものである。
【００３５】
また、中心パイプ17を取り除いた状態とすることも可能である。なお、中心パイプ17をケーシング２の中心に挿入した場合には、偏平チューブ３の配置バランスが良くなり、冷却水６の均一な流通を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のＥＧＲクーラの横断面図であって、図２におけるＩ‐Ｉ矢視断面図。
【図２】同縦断面図及びＢ部拡大図。
【図３】同ＥＧＲクーラの一部分解斜視図。
【図４】図２のIV‐IV矢視断面略図。
【００３７】
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図
【図６】本発明のＥＧＲクーラの他の例を示す縦断面図。
【図７】同一部分解斜視図。
【図８】本発明のＥＧＲクーラの他の横断面図であって、図１に対応するもの。
【００３８】
【図９】本発明のＥＧＲクーラのさらに他の横断面図であって、図１に対応するもの
【図１０】本発明のＥＧＲクーラの他の縦断面図であって、図４に対応するもの。
【図１１】本発明のＥＧＲクーラのさらに他の縦断面図であって、図４に対応するもの。
【符号の説明】
【００３９】
１  ヘッダープレート
２  ケーシング
３  偏平チューブ
４  冷却水出入口
【００４０】
５  排気ガス
６  冷却水
７  バイパス用パイプ
7a  環状膨出部
【００４１】
８  水タンク
９  インナーフィン
10  中間フランジ部
10a  中間フランジ部
【００４２】
11a  中間タンク
11  出口タンク
12  入口タンク
13  開閉弁
【００４３】
13a  開口
13b  膨大部
13c  コア側閉塞部
14a  コア出口
【００４４】
15  駆動軸
16  フランジ部
17  中心パイプ
【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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【図７】
2006266168.tif 000009
【図８】
2006266168.tif 000010
【図９】
2006266168.tif 000011
【図１０】
2006266168.tif 000012
【図１１】
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