(57)【要約】【課題】本発明はＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに関し、シェル内に均一な冷却水の流れを発生させることで、冷却効率の向上を図ったＥＧＲクーラーを提供することを目的とする。【解決手段】複数のチューブを収容するシェルにＥＧＲガス導入パイプとＥＧＲガス導出パイプを接続すると共に、シェルの底部側を除く周壁に冷却水導入パイプと冷却水導出パイプを接続して、シェル内に、ＥＧＲガス導入パイプから上記チューブを経てＥＧＲガス導出パイプに至るＥＧＲガス流路と、冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至る冷却水流路を形成したＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、上記シェル内に、各チューブ回りに冷却水を案内する整流板を設けたことを特徴とする。【選択図】      図３
2004353626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチューブを収容するシェルにＥＧＲガス導入パイプとＥＧＲガス導出パイプを接続すると共に、シェルの底部側を除く周壁に冷却水導入パイプと冷却水導出パイプを接続して、シェル内に、ＥＧＲガス導入パイプから上記チューブを経てＥＧＲガス導出パイプに至るＥＧＲガス流路と、冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至る冷却水流路を形成したＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、
上記シェル内に、各チューブ回りに冷却水を案内する整流板を設けたことを特徴とするＥＧＲ装置のＥＧＲクーラー。
【請求項２】
整流板は、シェルの端部を閉塞するエンドプレートに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲ装置のＥＧＲクーラー。
【請求項３】
整流板は、シェル内に収納されたチューブの外周に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲ装置のＥＧＲクーラー。
【請求項４】
整流板は、熱膨張率の異なる材料を貼り合わせて成形されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置のＥＧＲクーラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンのＥＧＲ装置に用いるＥＧＲクーラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）の燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯＸ  ）を低減するため、従来、排ガスの一部をエンジンの吸気系に排気還流（以下、「ＥＧＲ」という）させるＥＧＲ装置が知られている。
窒素酸化物は、高温の排ガスのもとで空気中の酸素と窒素が反応して生成されるため、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲによって燃焼温度を下げることでＯ２＋Ｎ２→２ＮＯの反応を抑制して窒素酸化物の排出を低減させるものである。
【０００３】
そして、吸気系にＥＧＲさせるＥＧＲガスの温度を下げるほど、燃焼時のスモークの悪化を抑え、窒素酸化物の発生が減少することが知られている。
そこで、昨今では、エンジンの吸気系と排気系との間に接続したＥＧＲパイプに、エンジン冷却水等を冷媒とするＥＧＲクーラーを装着し、ＥＧＲパイプを流下するＥＧＲガスをこのＥＧＲクーラーで熱交換させて、ＥＧＲガス温度を下げる方法が広く採用されている（例えば、下記の特許文献１，２参照。）。
【０００４】
図８乃至図１０は特許文献２に開示されたＥＧＲクーラーを示し、このＥＧＲクーラー１は、円筒状に成形されたシェル３内に、その長手方向に沿って複数の均一内径のチューブ５を収容し、シェル３のＥＧＲガス上流側端部とＥＧＲガス下流側端部に取り付くディフューザ７，９に、ＥＧＲガス導入パイプ（ＥＧＲパイプ）１１とＥＧＲガス導出パイプ（ＥＧＲパイプ）１３を接続すると共に、ＥＧＲガス導入パイプ１１側のシェル３の側部周壁に冷却水導入パイプ１５を接続し、ＥＧＲガス導出パイプ１３側のシェル３の側部周壁に冷却水導出パイプ１７を接続したもので、各チューブ５は、シェル３の両端部を閉塞するエンドプレート１９に挿着されて両ディフューザ７，９内に開口している。
【０００５】
そして、シェル３の中央には、断面円形形状の冷却水誘導部材２１がシェル３の長手方向に沿ってエンドプレート１９間に装着されており、図１０に示すようにシェル３内に導入された冷却水Ｗが、この冷却水誘導部材２１により渦流や旋回流となってシェル３の中心部から外周方向へ誘導されるようになっている。
而して、斯かる構造によって、シェル３内には、冷却水導入パイプ１５から冷却水導出パイプ１７に至る冷却水流路が形成されると共に、ＥＧＲガス導入パイプ１１からチューブ５を経てＥＧＲガス導出パイプ１３に至るＥＧＲガス流路が形成されており、ＥＧＲクーラー１内に導入されたＥＧＲガスＧがチューブ５内を流下する際に、シェル３内に流入した冷却水Ｗで熱交換されてＥＧＲガス温度が下がるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−７４４１７号公報（段落番号「００１０」〜「００３０」、図１）
【特許文献２】
特開２００３−８３１７４号公報（段落番号「００１８」〜「００２２」、図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本来、上述の如き構造のＥＧＲクーラー１は、シェル３の底部から冷却水Ｗが流入して、シェル３の上部から流出するのが好ましく、斯かる冷却水流路によれば冷却水Ｗの流れがスムーズであり、また、冷却水Ｗ中に混入した空気が上方へ導かれてシェル１内に溜まらないため、熱交換に伴う空気の熱膨張によるＥＧＲクーラー１の破裂といった虞を未然に回避することができる。
【０００８】
しかし、エンジン搭載のレイアウト上、図８のＥＧＲクーラー１の如く冷却水導入パイプ１５や冷却水導出パイプ１７をシェル３の底部や上部に接続できないケースが多く、このため、ＥＧＲクーラー１内の冷却水Ｗの流れが不均一となって冷却効率が低下したり、冷却水Ｗ中に混入した空気を外部に流出させることが難しくなってしまうのが実情であった。
【０００９】
そして、既述したように上記ＥＧＲクーラー１は、シェル３の中央に断面円形形状の冷却水誘導部材２１を装着して冷却水Ｗの撹拌を図っているが、斯様に断面円形形状の冷却水誘導部材２１をシェル３の中央に装着した構造では、依然としてシェル３内に均一な冷却水Ｗの流れを発生させることが困難であるのが実情であった。
【００１０】
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、シェル内に均一な冷却水の流れを発生させることで、冷却効率の向上を図ったＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、複数のチューブを収容するシェルにＥＧＲガス導入パイプとＥＧＲガス導出パイプを接続すると共に、シェルの底部側を除く周壁に冷却水導入パイプと冷却水導出パイプを接続して、シェル内に、ＥＧＲガス導入パイプから上記チューブを経てＥＧＲガス導出パイプに至るＥＧＲガス流路と、冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至る冷却水流路を形成したＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、上記シェル内に、各チューブ回りに冷却水を案内する整流板を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載のＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、整流板はシェルの端部を閉塞するエンドプレートに取り付けられていることを特徴とし、請求項３に係る発明は、請求項１記載のＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、整流板はシェル内に収納されたチューブの外周に取り付けられていることを特徴とする。
【００１３】
そして、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、整流板は、熱膨張率の異なる材料を貼り合わせて成形されていることを特徴とする。
【００１４】
（作用）
各請求項に係るＥＧＲクーラーによれば、シェル内に収容されたＥＧＲガスがチューブ内を流下する際に、冷却水導入パイプからシェル内に導入された冷却水で熱交換されてＥＧＲガス温度が下げられるが、シェル内に導入された冷却水が整流板によって上方のチューブだけでなく総てのチューブ回りに均等に流れるため、各チューブでＥＧＲガスと冷却水との熱交換が行われることとなる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明によれば、冷却水温度に応じ整流板が変形して冷却水の流れを自動的に変えることとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１乃至図３は請求項１及び請求項２に係るＥＧＲクーラーの一実施形態を示し、図１に於て、２３は円筒状に成形されたシェルで、そのＥＧＲガス上流側端部とＥＧＲガス下流側端部に取り付くディフューザ２５，２７に、夫々、ＥＧＲガス導入パイプ（ＥＧＲパイプ）２９とＥＧＲガス導出パイプ（ＥＧＲパイプ）３１が接続されている。
【００１８】
そして、図２及び図３に示すようにシェル２３内には、その長手方向に沿って均一な内径を有する複数の円筒状のチューブ３３が等間隔に収容されており、各チューブ３３はシェル２３の両端部を閉塞するエンドプレート３５，３７に挿着されて、両ディフューザ２５，２７内に開口している。
また、既述したように、本来、この種のＥＧＲクーラーは、シェルの底部から冷却水が流入してシェルの上部から流出するのが好ましいが、エンジン搭載のレイアウト上、冷却水導入パイプをシェルの底部に接続できないケースが多く、本実施形態に於ても、ＥＧＲガス導出パイプ３１側のシェル２３の側部周壁に、冷却水導入パイプ３９がシェル２３の中心方向に向かって接続されている。
【００１９】
更に、ＥＧＲガス導入パイプ２９側のシェル２３の上部周壁に、冷却水導出パイプ４１がシェル２３の中心方向に向かって接続されており、図３に示すように冷却水導入パイプ３９と冷却水導出パイプ４１は９０°の間隔を以って配置されている。
而して、上述の如き構成によって、本実施形態に係るＥＧＲクーラー４３も、シェル２３内に冷却水導入パイプ３９から冷却水導出パイプ４１に至る冷却水流路が形成されると共に、ＥＧＲガス導入パイプ２９からチューブ３３を経てＥＧＲガス導出パイプ３１に至るＥＧＲガス流路が形成されているが、図２及び図３に示すように本実施形態は、上述の如き従来と同様の構成に加え、シェル２３内に、冷却水導入パイプ３９から導入された冷却水Ｗを各チューブ３３回りに均一に案内する６枚の整流板４５ａ〜４５ｆを、シェル２３の両端部を閉塞するエンドプレート３５，３７間に架設したことを特徴とする。
【００２０】
図３に示すように各整流板４５ａ〜４５ｆは１材料で断面翼形状に成形されており、これらは何れも図２の如くエンドプレート３５，３７に両端部が溶着されてチューブ３３回りに配置されている。
そして、先ず、冷却水導入パイプ３９の冷却水導入口４７を挟んでシェル２３内の上下に２枚の整流板４５ａ，４５ｂが配置されているが、上方に配置された整流板４５ａの下流側端部４５ａ−１とシェル２３の内壁２３ａとの隙間Ｈ１は、下方に配置された整流板４５ｂの下流側端部４５ｂ−１と内壁２３ａとの隙間Ｈ２より幅狭に設定されており、斯かる構成によって、シェル３内に導入された冷却水Ｗは抵抗の少ないシェル２３の下方へ積極的に導かれて、シェル３の下方に配置されたチューブ３３回りに大量の冷却水Ｗが流れるようになっている。
【００２１】
更に、図３に示すようにシェル２３内の下方に、上方に湾曲する２枚の整流板４５ｃ，４５ｄが配置されているが、各整流板４５ｃ，４５ｄの上端側端部４５ｃ−１，４５ｄ−１とチューブ３３との隙間Ｈ３，Ｈ４も、シェル２３の内壁２３ａ側の流路よりも幅狭とされて、多くの冷却水Ｗがシェル２３の下方の内壁２３ａに沿って流れるようになっている。
【００２２】
そして、シェル２３の中央に配置されたチューブ３３の上下に、下方に湾曲する２枚の整流板４５ｅ，４５ｆが配置されており、両整流板４５ｅ，４５ｆによって、冷却水Ｗがシェル２３の反冷却水導入口側へ積極的に案内されるようになっている。
このように本実施形態によれば、冷却水導入パイプ３９からシェル２３内に導入した冷却水Ｗの多くが整流板４５ａ〜４５ｆによってシェル２３の下方に案内されることで、冷却水Ｗが上方のチューブ３３だけでなく総てのチューブ３３回りに均等に流れ、そして、シェル２３の上部周壁に接続した冷却水導出パイプ４１から外部に導出されるようになっている。
【００２３】
本実施形態はこのように構成されているから、図示しないエンジンの排気系からＥＧＲされてＥＧＲクーラー４３内に導入されたＥＧＲガスＧは、チューブ３３内を流下する際に、シェル２３内に導入された冷却水Ｗで熱交換されてＥＧＲガス温度が下げられるが、冷却水導入パイプ３９からシェル２３内に導入した冷却水Ｗの多くが整流板４５ａ〜４５ｆによってシェル２３の下方に案内されることで、冷却水Ｗが上方のチューブ３３だけでなく総てのチューブ３３回りに均等に流れ、各チューブ３３に於てＥＧＲガスＧとの熱交換が行われる。
【００２４】
そして、熱交換された冷却水Ｗは、シェル２３の上部周壁に接続した冷却水導出パイプ４１から図示しないラジエータへと導出し、また、当該冷却水導出パイプ４１がシェル２３の上部周壁に接続されているため、冷却水Ｗ中に混入した空気がシェル２３内に溜まることなく冷却水導出パイプ４１から排出されることとなる。
【００２５】
このように本実施形態によれば、シェル２３の側部側から冷却水Ｗがシェル２３内に導入されても、冷却水Ｗの多くが整流板４５ａ〜４５ｆによってシェル２３の下方に案内されるため、冷却水Ｗが上方のチューブ３３だけでなく総てのチューブ３３回りに均等に流れ、この結果、各チューブ３３でＥＧＲガスＧと冷却水Ｗとの熱交換が効率良く行われて、ＥＧＲクーラー４３の熱交換効率が向上することとなった。
【００２６】
而も、本実施形態は、冷却水導出パイプ４１をシェル２３の上部周壁に接続しているため、冷却水Ｗ中に混入した空気がシェル２３内に溜まることなく冷却水導出パイプ４１から排出でき、熱交換に伴う空気の熱膨張によるＥＧＲクーラー４３の破裂といった虞もない。
尚、上記実施形態では、各整流板４５ａ〜４５ｆの両端部をエンドプレート３５，３７に溶着してこれらをエンドプレート３５，３７間に架設したが、図４及び図５に示すように上記整流板４５ａ〜４５ｆと同一断面形状でこれらより短寸な整流板４９ａ〜４９ｆの一端側を冷却水導入パイプ３９側のエンドプレート３５に溶着して、これらを上記整流板４５ａ〜４５ｆと同一位置に配置してもよい。
【００２７】
但し、図４に示すように各整流板４９ａ〜４９ｆは、シェル２３内に導入された冷却水Ｗをチューブ３３回りに均等に流すため、冷却水導入パイプ３９の冷却水導入口４７よりもエンドプレート３５方向に延設されていることが必要である。
而して、本実施形態に係るＥＧＲクーラー５１によっても、冷却水導入パイプ３９からシェル２３内に導入された冷却水Ｗの多くが整流板４９ａ〜４９ｆによってシェル２３の下方に案内されるため、冷却水Ｗが上方のチューブ３３だけでなく総てのチューブ３３回りに均等に流れ、この結果、各チューブ３３でＥＧＲガスＧと冷却水Ｗとの熱交換が効率良く行われて熱交換効率が向上する利点を有する。
【００２８】
図６及び図７は請求項１及び請求項３の一実施形態に係るＥＧＲクーラーを示し、本実施形態は、図１のＥＧＲクーラー４３で説明した整流板４５ａ〜４５ｆをチューブ３３の外周に溶着して、当該ＥＧＲクーラー４３と同様な冷却水Ｗの流れをシェル２３内に起こさせるようにしたもので、図７に示すように冷却水導入パイプ３９の冷却水導入口４７を挟んでシェル２３内の上下に２枚の整流板４５ａ，４５ｂが配置されている。そして、図３と同様、冷却水導入口４７を挟んで上方に配置された整流板４５ａの下流側端部４５ａ−１とシェル２３の内壁２３ａとの隙間Ｈ１は、下方に配置された整流板４５ｂの下流側端部４５ｂ−１と内壁２３ａとの隙間Ｈ２より幅狭に設定されている。
【００２９】
そして、シェル２３の下方に、上方に湾曲する２枚の整流板４５ｃ，４５ｄが個々のチューブ３３の外周に溶着されると共に、冷却水導入口４７近傍のチューブ３３とシェル２３の中央に配置されたチューブ３３の外周に、夫々、下方に湾曲する整流板４５ｅ，４５ｆが溶着されており、両整流板４５ｅ，４５ｆによって、冷却水Ｗがシェル２３の反冷却水導入口側へ積極的に案内されるようになっている。
【００３０】
尚、その他の構成は図１の実施形態と同様であるので、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。
本実施形態に係るＥＧＲクーラー５３はこのように構成されており、本実施形態によっても、冷却水導入パイプ３９からシェル２３内に導入された冷却水Ｗの多くが整流板４５ａ〜４５ｆによってシェル２３の下方に案内されるため、冷却水Ｗが上方のチューブ３３だけでなく総てのチューブ３３回りに均等に流れ、この結果、各チューブ３３でＥＧＲガスＧと冷却水Ｗとの熱交換が効率良く行われて熱交換効率が向上する利点を有する。
【００３１】
尚、図示しないが既述した整流板に代え、例えば請求項１及び請求項４に係る実施形態の如く、整流板を熱膨張率の異なる２枚の材料を貼り合わせて成形することで、冷却水温度に応じ冷却水Ｗの流れを自動的に変更させるように構成してもよく、斯かる構成によれば、冷却水温度に応じ整流板が変形して冷却水Ｗの流れを変えるため、より熱交換効率に優れたＥＧＲクーラーを提供することが可能となる。
【００３２】
そして、既述した整流板は各実施形態の構造や枚数に限定されるものではなく、ＥＧＲクーラーの仕様に応じその構造や枚数を適宜変更できることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、各請求項に係る発明によれば、冷却水導入パイプからシェル内に導入された冷却水が整流板によって上方のチューブだけでなく総てのチューブ回りに均等に流れるため、各チューブでＥＧＲガスと冷却水との熱交換が行われて熱交換効率が向上する利点を有する。
【００３４】
そして、請求項４に係る発明によれば、冷却水温度に応じ整流板が変形して冷却水の流れを自動的に変えるため、より熱交換効率に優れたＥＧＲクーラーを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１及び請求項２の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】請求項１及び請求項２の他の実施形態に係るＥＧＲクーラーの断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】請求項１及び請求項３の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】従来のＥＧＲクーラーの全体斜視図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
２３  シェル
２５，２７  ディフューザ
２９  ＥＧＲガス導入パイプ
３１  ＥＧＲガス導出パイプ
３３  チューブ
３５，３７  エンドプレート
３９  冷却水導入パイプ
４１  冷却水導出パイプ
４３，５１，５３  ＥＧＲクーラー
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆ，４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ，４９ｅ，４９ｆ  整流板
４７  冷却水導入口
Ｇ  ＥＧＲガス
Ｗ  冷却水
【図１】
2004353626.tif 000003
【図２】
2004353626.tif 000004
【図３】
2004353626.tif 000005
【図４】
2004353626.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004353626.tif 000008
【図７】
2004353626.tif 000009
【図８】
2004353626.tif 000010
【図９】
2004353626.tif 000011
【図１０】
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