(57)【要約】【課題】  熱に起因した応力を減らし、すなわち排気熱交換器の部材内にそこから帰結する諸荷重を減らして排気熱交換器の一層大きな安全性と長い寿命とを達成する。【解決手段】  排気熱交換器、特に排気再循環（ＥＧＲ）式自動車用の排気熱交換器が、冷媒用ハウジング外被と排気を流通させ冷媒を周囲に流す管束とからなり、この管束が管底を介してハウジング内に受容され、管束と管底とハウジングがそれ自体閉じたパワーフローを形成する。パワーフロー中に押込嵌め（５、３１、３２；４２）が配置されている。
2005524044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気熱交換器、特に排気再循環（ＥＧＲ）式自動車用の排気熱交換器であって、冷媒用ハウジング外被と排気を流通させ冷媒を周囲に流す管束とからなり、この管束が管底を介してハウジング内に受容され、管束と管底とハウジングがそれ自体閉じたパワーフローを形成するものにおいて、パワーフロー中に押込嵌め（５、３１、３２；４２）が配置されていることを特徴とする排気熱交換器。
【請求項２】
押込嵌め（５）がハウジング外被（２）内に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の排気熱交換器。
【請求項３】
押込嵌め（３１／３２、４２）が管底（２４、２６）とハウジング外被（２１、２１ａ、２１ｂ）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の排気熱交換器。
【請求項４】
ハウジング外被（２）がパワーフロー方向を横切って分割され、大横断面の末端領域（２ａ、１０）と小横断面の末端領域（２ｂ、１１）とを有し、両方の末端領域がパワーフロー方向で部分的に重なり、入れ子式に滑り案内されかつ密封されていることを特徴とする、請求項２記載の排気熱交換器。
【請求項５】
末端領域（１０、１１）の間にプラスチック層（１４）が滑り層として配置されていることを特徴とする、請求項４記載の排気熱交換器。
【請求項６】
末端領域（１０、１１）の間に密封手段（１５）が配置されていることを特徴とする、請求項４または５記載の排気熱交換器。
【請求項７】
密封手段がＯリング（１５）として構成されていることを特徴とする、請求項６記載の排気熱交換器。
【請求項８】
末端領域（２ａ、２ｂ）が、ハウジング外被（２）の肉厚よりも大きい肉厚の外輪（１０）および内輪（１１）によって形成されることを特徴とする、請求項４、５、６または７記載の排気熱交換器。
【請求項９】
プラスチック層（１４）が外輪（１０）に強固に付着させて取付けられており、内輪（１１）が金属平滑表面を有し、プラスチック層（１４）とで滑り嵌め（１３）を形成することを特徴とする、請求項５、６、７または８のいずれか１項記載の排気熱交換器。
【請求項１０】
外輪（１０）と内輪（１１）がハウジング部分（２ａ、２ｂ）に貼り付けられていることを特徴とする、請求項８または９記載の排気熱交換器。
【請求項１１】
外輪（１０）と内輪（１１）とプラスチック層（１４）とＯリング（１５）が予め作製された押込嵌め（５）として構成されており、引き続きこの押込嵌めがハウジング部分（２ａ、２ｂ）の末端領域と結合されることを特徴とする、請求項８、９または１０記載の排気熱交換器。
【請求項１２】
押込嵌めが管底側滑り面（３１）とハウジング側滑り面（３２）とによって形成され、滑り面がＯリング（２９、３０）を介して冷媒側（２２）と排気側（２３）との間で密封されていることを特徴とする、請求項３記載の排気熱交換器。
【請求項１３】
２つのＯリング（２９、３０；４３、４４）の間にドレネージ（３３；４５、４７）が配置されていることを特徴とする、請求項１２記載の排気熱交換器。
【請求項１４】
ドレネージがハウジング（２１）を２つのハウジング部分（２１ａ、２１ｂ）に分離する周方向条溝（３３）として構成されており、ハウジング部分（２１ａ、２１ｂ）が間座スリーブ（３４）を介して離間保持されることを特徴とする、請求項１３記載の排気熱交換器。
【請求項１５】
ハウジング部分（２１ａ、２１ｂ）が、条溝（３３）の領域で周面にわたって配設された取付アイ（３５）を有し、取付アイの間に間座スリーブ（３４）が配置されていることを特徴とする、請求項１４記載の排気熱交換器。
【請求項１６】
ドレネージがハウジング（４１）に環状溝（４５）として構成されており、この環状溝が少なくとも１つのドレネージ穴（４７）を介して大気と結ばれていることを特徴とする、請求項１２または１３記載の排気熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気熱交換器、特に排気再循環（ＥＧＲ）式自動車用の排気熱交換器であって、冷媒用ハウジング外被と排気を内側に流通させ冷媒を外側で周囲に流す管束とからなり、この管束が管底を介してハウジング外被内に受容され、管束と管底とハウジング外被がそれ自体閉じたパワーフローを形成するようになった排気熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような排気熱交換器が本出願人の特許文献１により公知である。この公知の排気熱交換器は、自動車の排気再循環において高温の排気を冷却するのに利用されるような排気冷却器である。特殊鋼から製造される排気冷却器は実質的にハウジング外被を備えたハウジングからなり、自動車内燃エンジンの冷却回路から取り出される冷媒がこのハウジング内を流れる。ハウジング外被内に管束が配置されており、管束の管末端が管底によって受容され、管底はそれ自体ハウジング外被と結合されている。管末端は管底と密に溶接され、管底は周面側でハウジング外被と溶接されている。その限りで両方の管底はハウジング外被とでそれぞれいわゆる固定軸受を形成する。この排気冷却器の運転時、管を流通する排気はハウジング外被の周囲に吹き付けられる冷媒よりも高い温度を有するので、管とハウジング外被は暖められかたが異なる。これにより、管束とハウジング外被との間に伸びの違いが現れ、これは熱に起因した応力、すなわち管内に圧縮応力、ハウジング外被内に引張応力、そして管底内に曲げ応力を生じる。従って管束の管、管末端を受容する管底、ハウジング外被は、管が管底を介してハウジング外被で支えられるそれ自体閉じたパワーフローを形成する。特に、商用車において利用されるような長さの長い排気冷却器では、伸びの違いに基づいて現れる諸応力は個々の部材の機能不全または管底結合の破壊をもたらすことがある。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９０７１６３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、熱に起因した応力を減らし、排気熱交換器の部材内にそこから帰結する諸荷重を減らして、排気熱交換器の一層大きな安全性と長い寿命とを達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題の解決は、パワーフロー中に押込嵌めが、すなわち互いに相対的に滑り可能な２つの部材の嵌め合い、つまり前文に係る先行技術に設けられている固定軸受とは異なるいわゆる浮動軸受が配置されていることにある。このような押込嵌めによって管束とハウジングとの伸びの違いが補償され、すなわち前記諸応力はまったく現れない。押込嵌めは設計上、パワーフローのあらゆる任意の箇所に組付けることができ、その際冷媒と排気が互いに混じり合うことは極力避けねばならない‐混じり合うとエンジン破損を生じることがあろう。
【発明の実施の形態】
【０００５】
本発明の有利な１構成によれば、押込嵌めがハウジング内に配置されている。この解決は、比較的面積の大きい滑り面が用意され、漏れ時に押込嵌めによって冷媒が排気と、またはその逆と混じり合う虞が生じない利点を有する。ハウジング外被がパワーフロー方向を横切って分割され、両方のハウジング部分が入れ子式に組立てられており、管束が強く伸びるときハウジング部分が引き離され、ハウジング外被、管底または管束内に応力が現れることはない。
【０００６】
有利な１構成によれば、押込嵌めが外輪と内輪とからなり、滑り特性を改善するためにプラスチック滑り層が両輪の間に配置されている。両方の輪は予め作製された押込嵌めとしてハウジング部分の末端領域に摺着され、主にこれと接着される。過度に強い入熱、従って万一の部材ゆがみはこの接着によって避けられる。内輪と外輪との摺着および接着は特にハウジング外被の輪郭が多少折れている場合に有利である。内輪と外輪の互いに滑る面は単純な密封し易い輪郭として、例えば多角形輪郭として造形することができる。
【０００７】
本発明の有利な１構成によれば、押込嵌めが２つの管底の一方とハウジングとの間に配置されている。従ってこの解決は管束用に固定軸受と浮動軸受とを予定している。それとともに管束はハウジング外被に対して自由に伸びることができ、管内に前記圧縮応力が現れることがなく、ハウジング外被内に前記引張応力が現れることもない。押込嵌めとして構成される管底はそれとともに滑り面を有し、この滑り面はハウジング外被の付属する滑り面を滑りかつこれに対して主にＯリングによって密封されている。
【０００８】
本発明の１構成によれば、これらのＯリングの間、すなわち２つのＯリングの間にドレネージが設けられて大気と結ばれている。このドレネージでもって、１つのＯリングもしくは相応するシールの機能不全の場合、排気または冷媒のいずれかがドレネージを通して外に逃げるので、冷媒と排気との混じり合いが起き得ない利点が達成される。
【０００９】
有利な１構成によればドレネージがハウジングに条溝として構成されている。すなわち、ハウジングは分離目地によって分割されており、周面に配置される間座スリーブを介して離間保持される。シールの機能不全の場合排気または冷媒のいずれかは条溝を通して外方に排出することができる。
【００１０】
有利な選択案によれば、ドレネージが２つのＯリングの間に環状溝として構成されており、漏れ液または漏れガスはこの環状溝内に集められ、環状溝内に配置されるドレネージ穴を介して外方に逃げることができる。この解決はハウジングを分割する必要がないので設計上簡単である。
【００１１】
本発明の実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。
【実施例】
【００１２】
まず最初に図６を基に先行技術による冷媒で冷却される排気冷却器内の応力状況に言及する。この略図は本出願人の先行技術に係る排気冷却器に相当する。このような公知の熱交換器６０を構成するハウジング外被６１は管６２からなる管束を受容し、管束の末端は管底６３、６４内で受容されている。管６２は両側で強固かつ密に管底６３、６４と例えば溶接結合によって結合されている。管底６３、６４は周面側で溶接結合６５、６６を介してハウジング外被６１と強固に結合されている。その限りで両方の管底６３、６４はハウジング外被６１とで２つの固定軸受を形成する。このような排気冷却器６０の運転時管６２が高温の排気を流通させる一方、ハウジング外被６１の内側はかなり低温の冷媒が当てられる。これにより管６２とハウジング外被６１との間で伸びの違いが生じる。それゆえに管６２内に圧縮応力が生じ、これらの圧縮応力は相対向する矢印と文字Ｄ（圧縮）とで表してある。これらの圧縮応力は管底６３、６４と溶接結合６５、６６とを介してハウジング外被６１に伝わり、次にハウジング外被内に生じる引張応力は文字Ｚ（引張）と相互に逆向きの矢印とで表してある。それとともに引張応力Ｚと圧縮応力Ｄは、図示しない曲げ応力と剪断応力が現れる管底６３、６４を介して、それ自体閉じたパワーフローまたはパワーフロー輪を形成する。
【００１３】
図１は排気再循環（ＥＧＲ）式自動車用の排気冷却器１の斜視図である。このような排気冷却器は、図示しない内燃エンジンの高温排気が吸入空気と一緒にされて内燃エンジンの吸入系統に供給される前にそれを再冷却するのに役立つ。排気冷却器１は、排気管３からなる管束をそれ自身受容するハウジング外被２からなる。管３の末端は管底４内で固着されており、管底はそれ自体ハウジング外被２と溶接されている。ハウジング外被２は、外輪６と内輪７とからなる押込嵌め５を有する。
【００１４】
図２は図１の排気冷却器１を断面図、すなわち排気管３の縦断面図で示しており、排気管は末端側で両方の管底４、５内に受容され、すなわち例えば溶接結合によって管底４、５と結合されている。管底は溶接結合６、７を介して周面側でハウジング外被２と強固かつ液密に結合されている。図示しない内燃エンジンの排気は排気管３内を流れ、内燃エンジンの図示しない冷媒回路から取り出される冷媒は排気管３の周囲、すなわちそれらの間に残された隙間８内を流れる。ハウジング外被２用冷媒の流入口と流出口は簡略のためここには図示されていない。ハウジング２は分離箇所９を有する２つのハウジング部分２ａ、２ｂからなる。この分離箇所９の領域で、図面の右側に配置されるハウジング部分２ｂは図面の左側に配置されるハウジング部分２ａよりも小さな横断面を有する。ハウジング部分２ａに外輪１０が固着され、ハウジング部分２ｂに内輪１１が固着されている。外輪１０と内輪１１は一緒に押込嵌め５を形成し、この押込嵌めが図２ｃに細部図として示してある。
【００１５】
図２ｃは分離箇所９の領域におけるハウジング部分２ａ、２ｂの末端領域を示しており、ハウジング部分２ａ、２ｂの正面は隙間ｓによって相互に離間している。ハウジング部分２ｂ上に内輪１１が接着によって固着され、ハウジング部分２ａ上に外輪１０が接着結合によって固着されている。外輪１０は内輪１１に部分的に重なり、これとで滑り嵌め１３を形成する。滑り嵌め１３の領域で外輪１０の内面にプラスチック層１４が強固に被着されている。それに対して内輪１１の外面は金属平滑であり、例えば研磨されている。これにより滑り嵌め１３用に、プラスチック層１４と内輪１１の金属表面との間に低摩擦滑り対偶が生じる。滑り嵌め１３は２つのОリング１５によって外方に、すなわち大気に向かって密封され、冷媒は外方に逃げることができない。
【００１６】
図２ａ、図２ｂは排気冷却器１の横断面を正面図と断面図で示す。管３は長方形横断面とほぼ同じ相互距離１６とを有することがわかる。管３のこの配置のゆえにハウジング外被２ｂの輪郭に関して段差２ｃ付きのほぼ長方形推移が生じる。多少折れて段差２ｃで折れ曲がったこの輪郭に内輪１１の輪郭が適合している。それに対して内輪の外輪郭１１ａは平滑であり、強い湾曲部のないほぼ多角形推移を有する。それゆえにこの表面は比較的簡単に平滑面として製造可能であり、例えばＯリング１５等の単純な手段で外輪１０の内面に対して密封可能である。
【００１７】
外輪１０と内輪１１、プラスチック滑り層１４とＯリング１５は予め作製された構造ユニットとして、すなわち予め作製された押込嵌め５として、一緒に製造し、引き続き前記接着結合によってハウジング部分２ａ、２ｂと結合することができる。
【００１８】
排気冷却器１の運転時、ハウジング２もしくはハウジング部分２ａ、２ｂが管３の比較的強い伸びに相互の相対運動によって追従できることは押込嵌め５に基づいて保証されている‐こうして部材の熱応力と過荷重は避けられる。
【００１９】
図３は押込嵌めについての本発明の他の実施例、すなわち排気冷却器２０を示しており、そのうち押込嵌めの領域のみが部分図として図示されている。排気冷却器２０は、冷媒領域２２と排気領域２３とを含むハウジング外被２１を有する。ハウジング外被２１の内部に管底２４が配置されており、管底内で排気管２５が例えばろう接または溶接によって固着されている。管底２４に続く中空円筒形領域は２つの環状溝２７、２８内に各１つのＯリング２９、３０を受容する。円筒形延長部２６が有する外側滑り面３１はハウジング外被２１の内面３２に滑り当接し、こうしてハウジング外被２１とで滑り嵌め３１／３２を形成する。両方のＯリング２９、３０の間でハウジング２１は周方向条溝３３によって分割されている。こうしてハウジングは左側ハウジング部分２１ａと右側ハウジング部分２１ｂとを有する。両方のハウジング部分２１ａ、２１ｂは周面に配設された間座スリーブ（図４参照）とハウジング部分２１ａ、２１ｂに取付けられた取付アイ３５、３６とによって一定した間隔に、すなわち条溝３３の幅で保持される。取付アイ３５、３６と間座スリーブ３４は図示しないねじまたはボルト結合によって互いに緊締される。それとともに条溝３３は大気、すなわちハウジング外被２１の外側と結ばれている。
【００２０】
図４は図３の切断面ＩＶ‐ＩＶに沿った、すなわち条溝３３および間座スリーブ３４の領域の、半断面図である。管２５の横断面がここでは円形である。
【００２１】
排気冷却器２０の運転時、高温の排気は領域２３を通して管２５の内部に流入し、管は外側を、すなわち冷媒領域２２内で冷媒が周囲を流れ、冷媒はハウジング外被２１の内側周囲にも流れる。それゆえにハウジング外被は排気管２５の温度よりも低い温度である。排気管２５の比較的強い伸びは押込嵌め３１／３２によって補償される。すなわち管は管底２４および円筒形延長部２６を介してハウジング外被２１に対して自由に伸びることができる。冷媒領域２２と排気領域２３との間の密封はＯリング２９、３０を介して行われる。これらＯリングの１つがその密封作用を失うなら、冷媒が領域２２から、または排気が領域２３から条溝３３に流入し、そこから外方に大気中に達する。排気が冷媒領域２２に流入しまたは冷媒が排気領域２３に流入して破損を引き起こすことはこうして防止される。
【００２２】
図５は図３の排気冷却器２０の変更実施例、すなわち連続的ハウジング外被４１と図３の実施例の押込嵌め３１／３２に対応した押込嵌め４２とを有する排気冷却器４０を示す。２つのＯリング４３、４４の間でハウジング４１に設けられた環状溝４５は相応する環状鍔部４６（または設けられた突部）を有する。環状溝４５はドレネージ穴４７を介して大気と結ばれている。こうして先に図３の実施例について述べたドレネージ、すなわち冷媒または排気の外方への排出が同様に可能である。この解決では有利なことにハウジング４１が一体であり、従って簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ハウジング外被内に押込嵌めを有する排気冷却器の斜視図である。
【図２】図１の排気冷却器の縦断面図である。
【図２ａ】図２の排気冷却器の側面図である。
【図２ｂ】図２の排気冷却器の切断面ＩＩｂ−ＩＩｂにおける断面図である。
【図２ｃ】押込嵌めの細部図である。
【図３】管底とハウジング外被との間に押込嵌めを有する排気冷却器の他の実施形態を示す。
【図４】図３の排気冷却器の平面ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】ドレネージ溝を有する図３の排気冷却器の変更態様を示す。
【図６】先行技術による排気冷却器内の諸応力の略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  排気冷却器
２  ハウジング外被
３  排気管
４、５  管底
６、７  溶接結合
９  分離箇所
１０  外輪
１１  内輪
１３  滑り嵌め
１４  プラスチック層
１５  Оリング
２０  排気冷却器
２１  ハウジング外被
２２  冷媒領域
２３  排気領域
２４  管底
２５  排気管
２６  円筒形延長部
２７、２８  環状溝
２９、３０  Оリング
３３  周方向条溝
３５、３６  取付アイ
４０  排気冷却器
４３、４４  Оリング
４５  環状溝
６０  熱交換器
６１  ハウジング外被
６２  管
６３、６４  管底
６５、６６  溶接結合
【図１】
2005524044.tif 000003
【図２】
2005524044.tif 000004
【図２ａ】
2005524044.tif 000005
【図２ｂ】
2005524044.tif 000006
【図２ｃ】
2005524044.tif 000007
【図３】
2005524044.tif 000008
【図４】
2005524044.tif 000009
【図５】
2005524044.tif 000010
【図６】
2005524044.tif 000011
【国際調査報告】
2005524044.tif 000012
2005524044.tif 000013
2005524044.tif 000014
2005524044.tif 000015
2005524044.tif 000016
2005524044.tif 000017