(57)【要約】【課題】２分割型で、局部沸騰を抑え、耐久性の低下を防ぎ、全体の熱交換効率を高めることができるようにしたＥＧＲクーラの冷却構造を提供することを課題とする。【解決手段】熱交換器外殻に収容されるチューブアセンブリには軸方向中央部に仕切板を加えて各チューブ外周側の空間を軸方向に分割し、この分割したそれぞれの空間に対応する熱交換器外殻の位置に、冷却水入口が設けられている方の熱交換器外殻には冷却水出口を加え、冷却水出口が設けられている方の熱交換器外殻には冷却水入口を加えて２つの熱交換器を形成し、この２つの熱交換器のうちＥＧＲガスが先に通過する高温側熱交換器と、この後にＥＧＲガスが通過する低温側熱交換器とに接続するエンジン冷却水の配管を、上記低温側熱交換器を冷却した後に上記高温側熱交換器を冷却するように接続して構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一長さの軸方向に長いチューブの多数本を平行にして各チューブ間を互いに間をあけた状態で各チューブの両端を仕切板によって支持したチューブアセンブリを筒状に形成された熱交換器外殻の内部に収容し、上記熱交換器外殻に冷却水入口および冷却水出口を設け、各チューブ内をＥＧＲガスが通過し各チューブ外周を冷却水により冷却するチューブ式熱交換器を有するＥＧＲクーラの冷却構造であって、
前記チューブアセンブリには軸方向中央部に仕切板を加えて各チューブ外周側の空間を軸方向に分割し、この分割したそれぞれの空間に対応する熱交換器外殻の位置に、冷却水入口が設けられている方の熱交換器外殻には冷却水出口を加え、冷却水出口が設けられている方の熱交換器外殻には冷却水入口を加えて２つの熱交換器を形成し、
この２つの熱交換器のうちＥＧＲガスが先に通過する高温側熱交換器と、この後にＥＧＲガスが通過する低温側熱交換器とに接続するエンジン冷却水の配管を、上記低温側熱交換器を冷却した後に上記高温側熱交換器を冷却するように接続した
ことを特徴とするＥＧＲクーラの冷却構造。
【請求項２】
前記高温側熱交換器の冷却水入口と前記低温側熱交換器の冷却水出口とを中継管にて接続し、前記低温側熱交換器の冷却水入口にエンジン冷却水の供給側配管を接続し、前記高温側熱交換器の冷却水出口にエンジン冷却水の排出側配管を接続して、前記低温側熱交換器の冷却水入口から流入して前記高温側熱交換器の冷却水出口から流出するようにしたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラの冷却構造。
【請求項３】
前記高温側熱交換器にはＥＧＲガス入口側に冷却水入口を配置するとともにＥＧＲガス出口側に冷却水出口を配置し、前記低温側熱交換器にはＥＧＲガス出口側に冷却水入口を配置するとともにＥＧＲガス入口側に冷却水出口を配置して、前記高温側熱交換器を並流冷却とし、前記低温側熱交換器を向流冷却としたことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラの冷却構造。
【請求項４】
前記低温側熱交換器と前記高温側熱交換器との分割比率を１：９〜５：５の範囲内にすることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲクーラの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水通路中に邪魔板を設けて分割することにより、冷却効率を向上させることができるようにしたＥＧＲクーラの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンに対する排ガス規制強化に伴い、ＥＧＲガスの温度の上昇、ガス流量の増加、ＥＧＲクーラのガス出口温度の低減（放熱量増加）などＥＧＲクーラを取り巻く環境は厳しくなる一方であり、放熱量の増大と高温耐久性の維持などが望まれている。
一般に、図５に示すように、ディーゼルエンジン１を中心にして前方にインタークーラ２とラジエータ３とが配置され、後方にＥＧＲクーラ４又は６を配置しており、側方にターボチャージャ５を配置して、ターボチャージャ５はコンプレッサ５ａを前方より吸気するように向けるとともにタービン５ｂからの排気ガスを後方に向けて排出するように配置している。
通常のＥＧＲクーラ４，６では、図６の円管を多数組み込んだ多管式熱交換器又は図７の放熱フィンを内設した扁平なチュ−ブを多数組み込んだ扁平チューブ式熱交換器で示すように、冷却水入口４ａ，６ａをガス入口側の端部に設け、冷却水出口４ｂ，６ｂをガス排出側の端部に設け、熱交換器本体の両端部にはフランジ付きヘッダー４ｃ，４ｄ，６ｃ，６ｄをそれぞれ設け、各フランジ４ｅ，４ｆ，６ｅ，６ｆはディーゼルエンジン１側からの配管とボルト止めできるように大きさを決めている。
ＥＧＲクーラ４，６の内部構造は、図８に示すように、同一長さを有する多数のチューブ４ｉ，…，４ｉ，６ｉ，…，６ｉを平行に配列し、両端を入口側仕切板４ｇ，６ｇと出口側仕切板４ｈ，６ｈとによる端部を閉鎖することによって互いに各チューブ間の間隔をほぼ均等にあけた状態で支えたチューブアセンブリ７を内蔵している多管式熱交換器又は扁平チューブ式熱交換器として構成する。
ＥＧＲクーラ４，６への排気ガスの入口出口と冷却水の入口出口との関係は、ガス入口側の端部に冷却水入口４ａ，６ａを設け、ガス出口側の端部に冷却水出口４ｂ，６ｂを設けて、冷却水の流入する圧力によって流れが本体内を均等に流れるように工夫したもの（並流冷却方式）がある（特許文献１）。また、冷却水入口４ａ，６ａをガス排出側に設けるとともにガス入口側に冷却水出口４ｂ，６ｂを設けるもの（向流冷却方式）もある（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０４５８８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２７４９９０号公報
【０００４】
〔従来技術の問題点〕
ＥＧＲクーラ４，６では、通常、ディーゼルエンジン１を冷却した後の冷却水が使用されるため、冷却水入口温度は概略８０℃〜９０℃で流入することになり、排気ガス温度がガス入口側の端部で５００℃以上の高温で、ガス入口側付近では両流体の温度差が大きく、局部的に冷却水の温度が沸点近くに上昇し、場合によっては沸騰する恐れがある。
また、この沸騰を抑えるために、ＥＧＲクーラ４，６のガス入口側の端部に冷却水入口４ａ，６ａを設け、ガス出口側の端部に冷却水出口４ｂ，６ｂを設け、冷却水の流入する圧力によって流れが均等に拡散する構造とするものもある。この構造の場合では、ＥＧＲガスと冷却水の流れが同一方向となるため、出口に向かってガス温度の低下と冷却水温度の上昇によって両流体の温度差が小さくなり、熱交換量が低下する。
これらに対して、熱交換機を長手方向で２分割するものが考えられているが、同じ冷却水を用いることにすると、入口側の温度が変わるわけではなく、入口側および出口側ともに配管系統を分岐して形成することになり、配管が複雑でかつ取付作業が難しくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑みて成されたものであり、これを解決するため具体的に設定した技術的な課題は、冷却水路の長手方向で分割して、局部沸騰を抑え、耐久性の低下を防ぎ、全体の熱交換効率を高めることができるようにしたＥＧＲクーラの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における前記課題が効果的に解決されるＥＧＲクーラの冷却構造を特定するために、必要と認める事項の全てが網羅され、具体的に構成された、課題解決手段を以下に示す。
ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第１の課題解決手段は、同一長さのチューブの多数本を平行にして各チューブ間には互いに間をあけた状態で各チューブの両端を仕切板によって支持したチューブアセンブリを筒状に形成された熱交換器外殻の内部に収容し、上記熱交換器外殻に冷却水入口および冷却水出口を設け、各チューブ内をＥＧＲガスが通過し各チューブ外周を冷却水により冷却するチューブ式熱交換器を有するＥＧＲクーラの冷却構造であって、前記チューブアセンブリには軸方向中央部に仕切板を加えて各チューブ外周側の空間を軸方向に分割し、この分割したそれぞれの空間に対応する熱交換器外殻の位置に、冷却水入口が設けられている方の熱交換器外殻には冷却水出口を加え、冷却水出口が設けられている方の熱交換器外殻には冷却水入口を加えて２つの熱交換器を形成し、この２つの熱交換器のうちＥＧＲガスが先に通過する高温側熱交換器と、この後にＥＧＲガスが通過する低温側熱交換器とに接続するエンジン冷却水の配管を、上記低温側熱交換器を冷却した後に上記高温側熱交換器を冷却するように接続したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、同上ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第２の課題解決手段は、前記高温側熱交換器の冷却水入口と前記低温側熱交換器の冷却水出口とを中継管にて接続し、前記低温側熱交換器の冷却水入口にエンジン冷却水の供給側配管を接続し、前記高温側熱交換器の冷却水出口にエンジン冷却水の排出側配管を接続して、前記低温側熱交換器の冷却水入口から流入して前記高温側熱交換器の冷却水出口から流出するようにしたことを特徴とする。
また、同上ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第３の課題解決手段は、前記高温側熱交換器にはＥＧＲガス入口側に冷却水入口を配置するとともにＥＧＲガス出口側に冷却水出口を配置し、前記低温側熱交換器にはＥＧＲガス出口側に冷却水入口を配置するとともにＥＧＲガス入口側に冷却水出口を配置して、前記高温側熱交換器を並流冷却とし、前記低温側熱交換器を向流冷却としたことを特徴とする。
さらに、同上ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第４の課題解決手段は、前記低温側熱交換器と前記高温側熱交換器との分割比率を１：９〜５：５の範囲内にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第１の課題解決手段では、高温側熱交換器と低温側熱交換器との２つを備えるとともに同一冷却水を用いて低温側熱交換器を先に冷却した後に高温側熱交換器を冷却することにより、高温側熱交換器と低温側熱交換器との２つを具備した場合でも局部沸騰を抑えて耐久性の低下を防ぎ、全体の熱交換効率を高めることができる。
【０００９】
ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第２の課題解決手段では、低温側熱交換器に設けた冷却水出口と高温側熱交換器に設けた冷却水入口を中継管により接続し、同一冷却水を用いて低温側熱交換器を先に冷却した後に高温側熱交換器を冷却して、熱交換量を多くし、冷却効率を高めることができ、２つの熱交換器をコンパクトにまとめることができる。
【００１０】
ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第３の課題解決手段では、高温側熱交換器は並流冷却とし、低温側熱交換器は向流冷却として使用するから、高温側熱交換器では冷却水が流入する動圧を利用して水の広がりを良くして局部沸騰を抑え、チューブの露出などの耐久性を防止し、低温側熱交換器では最低温度を下げることができ、同一冷却水を用いて、熱交換量を多くして冷却効率を高め、温度管理を容易にし、冷却効率を高めることができる。
また、ＥＧＲクーラの冷却構造に係る第４の課題解決手段では、低温側熱交換器と高温側熱交換器との分割比率を１：９〜５：５の範囲内にすることにより、ＥＧＲクーラの長さを短めに抑えられ、しかも低温側熱交換器の放熱量を比較的小さくできるとともに水温上昇が比較的小さく抑えられる。また分割比率が５：５に近づくと、低温側熱交換器の放熱量が大きくなっていくが２０％以下の許容範囲内であり、コアを分割する仕切板の位置が中央寄りになり、位置決め等が易しくなって作業上有利になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による最良の実施形態を具体的に説明する。
ただし、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。
なお、従来例と同じものは同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００１２】
「第１の実施形態」
〔構成〕
第１の実施形態のＥＧＲクーラ８は、図１の多管式熱交換器で示すように、１つの熱交換器本体の冷却水流路内に設けるバッフルプレートを仕切板８ｊに置き換え、仕切板８ｊで仕切られた各室を隙間なく密封して冷却水流路の長手方向（流れ方向）を二分する。この仕切板８ｊを境として、ＥＧＲガスの入口側に位置する方を高温側熱交換器８ａとし、ＥＧＲガスの出口側に位置する方を低温側熱交換器８ｂとして使用することにする。
このＥＧＲクーラ８では、高温側熱交換器８ａと低温側熱交換器８ｂにはそれぞれ冷却水入口１４ａ，２４ａと、冷却水出口１４ｂ，２４ｂとを取り付け、高温側熱交換器８ａに設けた冷却水入口１４ａと低温側熱交換器８ｂに設けた冷却水出口２４ｂとを中継管８ｋで接続して、エンジンの冷却水を低温側熱交換器８ｂから高温側熱交換器８ａに供給することができるようにする。
【００１３】
このＥＧＲクーラ８では、仕切板８ｊで仕切られているのは冷却水流路だけで、ガス流路は高温側熱交換器８ａと低温側熱交換器８ｂとは、円管に形成されたそれぞれのチューブ１７，２７が高温側熱交換器８ａから低温側熱交換器８ｂまで同一チューブにより形成されて、ＥＧＲガスが高温側熱交換器８ａを通過したあと直ちに低温側熱交換器８ｂに流入することになり、途中で熱損失を生じて熱交換効率が下がるようなことがないようになっている。
このため、高温側熱交換器８ａと低温側熱交換器８ｂとが、エンジンの冷却水を各熱交換器８ａ，８ｂの冷却水入口と冷却水出口とからそれぞれ流入、流出するとき、冷却水入口１４ａと冷却水出口２４ｂとが中継管８ｋで接続された配管系統を形成するときには、高温側熱交換器８ａは並流冷却となり、低温側熱交換器８ｂは向流冷却となる。
【００１４】
高温側熱交換器８ａを並流冷却にして、冷却水の流入する時の動圧を利用することにより水の拡がりを良くして局部沸騰を抑えると、ＥＧＲガス通路であるチューブ１７，…，１７が露出するなどの耐久性低下となる要因をなくすことができる。また、低温側熱交換器８ｂでは、ＥＧＲガス通路であるチューブ２７，…，２７におけるＥＧＲガス入口部でＥＧＲガス温度を２００℃以下、望ましくは１５０℃前後になるように設定すると、向流冷却にすることで効果的に冷却することができ、熱交換器としての効率を高く保つことができるとともにＥＧＲガスの出口温度を引き下げることができ、最低温度を従来よりも低くすることができる。
【００１５】
「第２の実施形態」
〔構成〕
第２の実施形態のＥＧＲクーラ９は、図２の扁平チューブ式熱交換器で示すように、１つの熱交換器本体の冷却水流路内に設けるバッフルプレートを仕切板９ｊに置き換え、仕切板９ｊで仕切られた各室を隙間なく密封して冷却水流路の長手方向（流れ方向）を二分する。仕切板９ｊを境として、ＥＧＲガスの入口側に位置する方を高温側熱交換器９ａとし、ＥＧＲガスの出口側に位置する方を低温側熱交換器９ｂとして使用することにする。
このＥＧＲクーラ９では、高温側熱交換器９ａと低温側熱交換器９ｂにはそれぞれ冷却水入口３４ａ，４４ａと、冷却水出口３４ｂ，４４ｂとを取り付け、高温側熱交換器９ａに設けた冷却水入口３４ａと低温側熱交換器９ｂに設けた冷却水出口４４ｂとを中継管（図示せず）で接続して、エンジンの冷却水を低温側熱交換器９ｂから高温側熱交換器９ａに供給することができるようにする。
【００１６】
このＥＧＲクーラ９では、仕切板９ｊで仕切られているのは冷却水流路だけで、ガス流路は高温側熱交換器９ａと低温側熱交換器９ｂとは、薄板のフィンが内設された扁平チューブ３７，４７のそれぞれが高温側熱交換器９ａから低温側熱交換器９ｂまで同一チューブにより形成されて、ＥＧＲガスが高温側熱交換器９ａを通過したあと直ちに低温側熱交換器９ｂに流入することになり、途中で熱損失を生じて熱交換効率が下がるようなことがないようになっている。
このため、高温側熱交換器９ａと低温側熱交換器９ｂとが、エンジンの冷却水を各熱交換器９ａ，９ｂの冷却水入口と冷却水出口とからそれぞれ流入、流出するとき、冷却水入口３４ａと冷却水出口４４ｂとが中継管で接続された配管系統を形成するときには、高温側熱交換器９ａは並流冷却となり、低温側熱交換器９ｂは向流冷却となる。
【００１７】
高温側熱交換器９ａを並流冷却にして、冷却水の流入する時の動圧を利用することにより水の拡がりを良くして局部沸騰を抑えると、ＥＧＲガス通路であるチューブ３７，…，３７が露出するなどの耐久性低下となる要因をなくすことができる。また、低温側熱交換器９ｂでは、ＥＧＲガス入口部でＥＧＲガス温度を２００℃以下、望ましくは１５０℃前後になるように設定すると、向流冷却にすることで効果的に冷却することができ、熱交換器としての効率を高く保つことができるとともにＥＧＲガスの出口温度を引き下げることができ、最低温度を従来よりも低くすることができる。
【００１８】
以下では第１及び第２の実施形態で共通する作用効果を説明する。
〔作用効果〕
このように構成した各実施形態のＥＧＲクーラでは、ＥＧＲガスの流れ方向に対して、高温側と低温側との２つの熱交換器８ａ，８ｂ又は熱交換器９ａ，９ｂに分割したことによって、熱交換効率をより効果的に高め、耐久性の低下を抑え、稼動率を向上するばかりでなく、エンジン側に組付けるときには組付けを容易にして、コストを低減することができる。
分割した２つの熱交換器の分割比率を変えると冷却効率が若干変わるので、その変化の状態を調べた結果を図３および図４に示す。
【００１９】
図３では、放熱量を略同等にする熱交換器の長さの変化として比較したもので、横軸には低温側と高温側の熱交換器分割比率を、縦軸には熱交換器のコア部の長さを示す。この中でハッチング部分が低温側、塗潰し部分が高温側を示す。
この場合、低温側熱交換器８ｂ，９ｂの分割比率を上げていくと、熱交換器長さを僅かながら短くすることが可能であり、低温側：高温側の分割比率が１：９〜４：６までは比較的その効果の変化が大きいが、分割比率５：５以上に低温側が長くなると、その効果も頭打ちとなる。
【００２０】
図４では、熱交換器の全放熱量に対する低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量の割合として示したものである。低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量の割合は、低温側熱交換器８ｂ，９ｂの分割比率が増加するに伴って増加しており、分割比率が５：５以上でも低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量の割合は増加している。
一方、この低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量の増加に比例して冷却水温度も上昇するので、高温側熱交換器８ａ，９ａの冷却水の入口温度も上昇する。高温側熱交換器８ａ，９ａのＥＧＲガス入口側においてはガス温度が高温であり、冷却水の温度上昇による沸騰の危険性も高まってくる。
【００２１】
従って、低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量はできるだけ小さい範囲を選定する必要があり、これらを鑑みると、熱交換器の分割比率は、１：９〜５：５の範囲では、以下のような特性があり、利用するには適当である。即ち、
(1)分割比率が１：９〜２：８の範囲では、低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量が小さく、分割の効果もある。
(2)分割比率が３：７〜４：６の範囲では、低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量が１０％前後で水温上昇も比較的小さく、分割効果も大きい。
(3)分割比率が５：５では、低温側熱交換器８ｂ，９ｂの放熱量が１７％と大きくなるが、コアを分割する位置が中央となり、位置決め等の作り易さの点で有利である。
【００２２】
〔別態様〕
このような実施の形態は、発明の趣旨を理解しやすくするため具体的に説明しているが、発明内容を限定するものではないから、特に説明されていない（意匠的な内容も含む）別の態様を制限するものではなく、適宜変更しても良い。このような意味で発明の趣旨に沿ういくつかの別態様を以下に示す。
【００２３】
高温側熱交換器８ａ，９ａを並流冷却とし、低温側熱交換器８ｂ，９ｂでは向流冷却にしたけれども、必ずしもこのような形態に形成しなくとも、両方とも並流冷却あるいは向流冷却であっても、熱交換効率を低下しないで配管容易で局部沸騰を抑え、耐久性の低下を防止し、全体の熱交換効率を高めるならば、利用可能である。
また、図示例では、多管式熱交換器あるいは扁平チューブ式熱交換器を示したが、他の形式であっても良い。さらに、冷却水をエンジン冷却水としたが、専用のラジエータによって冷却されたＥＧＲクーラ専用の冷却水を使用しても良い。
このように、２つの熱交換器に分割することができ、また組付けを含めた後工程が効率良く処理できて、作業効率を向上し、コスト削減および熱交換の効率向上に貢献する構成ならば利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態による多管式熱交換器を形成するＥＧＲクーラを示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による扁平チューブ式熱交換器を形成するＥＧＲクーラを示す部分断面斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるＥＧＲクーラの熱交換器分割による効果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態によるＥＧＲクーラの低温側放熱量の割合を示すグラフである。
【図５】従来のＥＧＲクーラのシステム系統図である。
【図６】従来の多管式熱交換器を形成するＥＧＲクーラを示す斜視図である。
【図７】従来の扁平チューブ式熱交換器を形成するＥＧＲクーラを示す斜視図である。
【図８】従来のＥＧＲクーラに用いられている熱交換器の内部構造を示す縦断面説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ディーゼルエンジン
２  インタークーラ
３  ラジエータ
４，６，８，９  ＥＧＲクーラ
４ａ，６ａ，１４ａ，２４ａ，３４ａ，４４ａ  冷却水入口
４ｂ，６ｂ，１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ，４４ｂ  冷却水出口
４ｇ，６ｇ  入口側仕切板
４ｈ，６ｈ  出口側仕切板
４ｉ，６ｉ，１７，２７，３７，４７  チューブ
５  ターボチャージャ
５ａ  コンプレッサ
５ｂ  タービン
７  チューブアセンブリ
８ａ，９ａ  高温側熱交換器
８ｂ，９ｂ  低温側熱交換器
８ｊ，９ｊ  仕切板
８ｋ  中継管
【図１】
2007315324.tif 000003
【図２】
2007315324.tif 000004
【図３】
2007315324.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007315324.tif 000007
【図６】
2007315324.tif 000008
【図７】
2007315324.tif 000009
【図８】
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