(57)【要約】【課題】エンジンの停止期間における冷却管の腐食を抑えることが可能なＥＧＲクーラーを提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラー２７は、複数の冷却管３５で構成された多管式の冷却部３４を備える。冷却部３４は、第１冷却管４６を含む第１冷却要素４７と、第１冷却管４６よりも耐食性が高い第２冷却管４８からなり、ＥＧＲクーラー２７が車両に搭載された状態において第１冷却要素４７よりも鉛直方向における下側に位置する第２冷却要素４９と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷却管で構成された多管式の冷却部を備え、
前記冷却部が、
第１冷却管を含む第１冷却要素と、
前記第１冷却管よりも耐食性が高い第２冷却管からなり、ＥＧＲクーラーが車両に搭載された状態において前記第１冷却要素よりも鉛直方向における下側に位置する第２冷却要素と、を含む
ＥＧＲクーラー。
【請求項２】
前記複数の冷却管が、前記第１冷却管と前記第２冷却管とから構成される
請求項１に記載のＥＧＲクーラー。
【請求項３】
前記第１冷却要素が、前記第１冷却管からなる
請求項２に記載のＥＧＲクーラー。
【請求項４】
前記冷却部に含まれる前記冷却管の総数に対し、前記第２冷却要素を構成する前記第２冷却管の数の割合が１／２以下である
請求項２または３に記載のＥＧＲクーラー。
【請求項５】
前記第１冷却管がスパイラルチューブであり、
前記第２冷却管がストレートチューブである
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディーゼルエンジンには、排気ガスの一部を吸気通路に導入する排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が搭載されている。ＥＧＲ装置の中には、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを備えたＥＧＲ装置も存在する。ＥＧＲクーラーは、例えば、ＥＧＲガスが流れる複数の冷却管で構成される多管式の冷却部を備え、複数の冷却管の外側に冷却水を流通させ、該冷却管を介したＥＧＲガスと冷却水との熱交換によりＥＧＲガスを冷却する。
【０００３】
ところで、多管式の冷却部を備えるＥＧＲクーラーでは、ＥＧＲガスの冷却にともない、ＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮した凝縮水が冷却管内に生成される。この凝縮水にＥＧＲガス中の二酸化硫黄等が溶解することで腐食液が生成される。こうした腐食液による冷却管の腐食を抑える技術として、特許文献１には、耐食性の高いセラミック製の冷却管を有する第１のＥＧＲクーラーと、金属製の冷却管を有する第２のＥＧＲクーラーとを備えたＥＧＲ装置が開示されている。このＥＧＲ装置では、冷却水の温度が低く冷却管内に凝縮液が生成されやすいときには、セラミック製の冷却管を備えた第１のＥＧＲクーラーに対して優先的にＥＧＲガスを流通させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−３６３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、エンジンの停止時にＥＧＲクーラーに残存しているＥＧＲガスは、時間の経過とともに外気温まで温度が低下する。そのため、冷却管内には、エンジンの停止期間にも凝縮水が生成される。この凝縮水は、エンジンが駆動されるまで冷却管内に留まり続ける場合もある。そのため、エンジンの停止期間における冷却管の腐食を抑えることが望まれている。
【０００６】
本発明は、エンジンの停止期間における冷却管の腐食を抑えることが可能なＥＧＲクーラーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するＥＧＲクーラーは、複数の冷却管で構成された多管式の冷却部を備え、前記冷却部が、第１冷却管を含む第１冷却要素と、前記第１冷却管よりも耐食性が高い第２冷却管からなり、ＥＧＲクーラーが車両に搭載された状態において前記第１冷却要素よりも鉛直方向における下側に位置する第２冷却要素と、を含む。
【０００８】
ＥＧＲクーラーにおいてＥＧＲガスが残存している空間では、エンジンの停止期間におけるＥＧＲガスの温度低下にともなう対流等によって、鉛直方向の下側の空間にて凝縮水が生成されやすい。上記構成によれば、エンジンの停止期間に、凝縮水は、第１冷却管よりも耐食性が高い第２冷却管にて生成されやすい。そのため、冷却部が第１冷却管のみで構成される場合に比べて、エンジンの停止期間における冷却管の腐食が抑えられる。
【０００９】
上記ＥＧＲクーラーにおいて、前記複数の冷却管が、前記第１冷却管と前記第２冷却管とから構成されることが好ましい。
上記構成によれば、冷却管の種類が２つで済む。
上記ＥＧＲクーラーにおいて、前記第１冷却要素が、前記第１冷却管からなることが好ましい。
【００１０】
冷却管は、耐食性が高い冷却管ほど高価な傾向がある。上記構成によれば、冷却部は、第１冷却管からなる第１冷却要素と、第２冷却管からなる第２冷却要素と、で構成される。そのため、第１冷却要素が第２冷却管を含む場合に比べて、ＥＧＲクーラーの材料費が抑えられる。
【００１１】
上記ＥＧＲクーラーでは、前記冷却部に含まれる前記冷却管の総数に対し、前記第２冷却要素を構成する前記第２冷却管の数の割合が１／２以下であることが好ましい。
上記構成によれば、エンジンの停止期間における冷却管の腐食を抑えつつ、ＥＧＲクーラーの材料費が抑えられる。
【００１２】
上記ＥＧＲクーラーにおいて、前記第１冷却管がスパイラルチューブであり、前記第２冷却管がストレートチューブであることが好ましい。
上記構成のように、第１冷却管がスパイラルチューブであり、第２冷却管がストレートチューブであることにより、各冷却管がストレートチューブである場合に比べてＥＧＲクーラーの冷却効率が向上する。また、第１冷却管と第２冷却管とが同じ外径を有する場合に、凝縮水が生成されやすい第２冷却管について、肉厚に関する自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＥＧＲクーラーの一実施形態を搭載したＥＧＲ装置の概略構成をエンジンとともに示す図。
【図２】鉛直方向に沿う断面におけるＥＧＲクーラーの断面構造の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１及び図２を参照してＥＧＲクーラーの一実施形態について説明する。
まず、ＥＧＲクーラーを有するＥＧＲ装置の概略構成について、ＥＧＲ装置が搭載されたエンジンとともに説明する。
【００１５】
図１に示されるように、エンジン１０は、シリンダーブロック１１に一列に並んだ複数のシリンダー１２を有する。シリンダーブロック１１には、吸入空気とＥＧＲガスとの混合気体である作動ガスを各シリンダー１２に供給するためのインテークマニホールド１４と、各シリンダー１２から排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。
【００１６】
インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２０には、コンプレッサー１８に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。
【００１７】
ＥＧＲ装置２５は、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続し、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１６に導入するＥＧＲ通路２６を備える。ＥＧＲ装置２５は、ＥＧＲ通路２６に、液体を冷媒としてＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラー２７と、ＥＧＲ通路２６の流路断面積を変更するＥＧＲ弁２８と、を備える。ＥＧＲ弁２８の開度は、図示されないＥＧＲ制御装置によって制御される。
【００１８】
図２を参照して、ＥＧＲクーラー２７について説明する。
図２に示されるように、ＥＧＲクーラー２７は、多管式の熱交換器である。ＥＧＲクーラー２７は、筒状の胴体３１と、胴体３１の一端部に連結される入口カバー３２と、胴体３１の他端部に連結される出口カバー３３と、胴体３１の内部に位置する多管式の冷却部３４と、を有する。これら胴体３１、入口カバー３２、及び、出口カバー３３はステンレス製である。ＥＧＲクーラー２７は、各冷却管３５の延在方向が略水平方向に沿うように車両に搭載される。
【００１９】
冷却部３４は、ＥＧＲガスが流通する複数の冷却管３５と、複数の冷却管３５を支持するとともに胴体３１内の空間を仕切るステンレス製の仕切板３６，３７と、胴体３１内における冷却水の流れを形成する邪魔板３８と、を有する。各冷却管３５の一端部は、仕切板３６が有する複数の挿通孔３６ａに各別に挿通され、挿通孔３６ａにおける仕切板３６との隙間がシールされた状態で仕切板３６に支持される。各冷却管３５の他端部は、仕切板３７が有する複数の挿通孔３７ａに各別に挿通され、挿通孔３７ａにおける仕切板３７との隙間がシールされた状態で仕切板３７に支持される。一部の冷却管３５は、鉛直方向における下側の部位が切り欠かれた邪魔板３８が有する複数の挿通孔３８ａに各別に挿通されることにより邪魔板３８に中央部が支持される。仕切板３６の周縁部及び仕切板３７の周縁部は、胴体３１との隙間がシールされている。これら仕切板３６及び仕切板３７は、少なくとも一方が胴体３１に固定される。ＥＧＲクーラー２７において、各冷却管３５の内部空間、仕切板３６と入口カバー３２とで囲まれる空間、仕切板３７と出口カバー３３とで囲まれる空間、これらの空間は、ＥＧＲガスの流通空間である。
【００２０】
胴体３１内において、仕切板３７と邪魔板３８との間の空間は第１冷却水路４０であり、邪魔板３８と仕切板３６との間の空間は第２冷却水路４２であり、邪魔板３８の切り欠きにより形成される邪魔板３８と胴体３１との隙間は連通路４３である。第１冷却水路４０には、胴体３１に形成された流入部４４から冷却水が流入する。その後、冷却水は、連通路４３を通じて第２冷却水路４２へと流入し、胴体３１に形成された流出部４５から胴体３１外へ流出する。
【００２１】
こうした構成のＥＧＲクーラー２７において、ＥＧＲガスは、入口カバー３２の入口３２ａからＥＧＲクーラー２７に流入し、冷却部３４において冷却水と熱交換が行われたのち、出口カバー３３の出口３３ａを通じてＥＧＲクーラー２７から流出する。
【００２２】
冷却部３４は、複数の第１冷却管４６を含む第１冷却要素４７と、第１冷却管４６よりも耐食性の高い複数の第２冷却管４８からなる第２冷却要素４９と、を有する。第１冷却要素４７は、ＥＧＲクーラー２７が車両に搭載された状態において、第１冷却要素４７を構成する第１冷却管４６のいずれかに対して水平方向において対向可能な冷却管３５で構成される冷却部である。本実施形態の第１冷却要素４７は、複数の第１冷却管４６のみで構成されている。第２冷却要素４９は、ＥＧＲクーラー２７が車両に搭載された状態において、第１冷却要素４７よりも鉛直方向における下側の領域に位置する。
【００２３】
第１冷却管４６は、ステンレス製のスパイラルチューブである。スパイラルチューブは、冷却管の延在方向に螺旋状に延びるフィンが冷却管の外周面及び内周面の少なくとも一方に形成されたチューブである。本実施形態の第１冷却管４６は、外周面及び内周面の双方にフィンを有する。スパイラルチューブの肉厚は、螺旋状のフィンが形成された部分において最も薄い部分の厚さである。一方、第２冷却管４８は、ステンレス製のストレートチューブである。ストレートチューブは、チューブの延在方向に沿って環状の断面形状が連続するチューブである。
【００２４】
第１冷却管４６の材質と第２冷却管４８の材質との組み合わせの一例を表１に示す。なお、第１冷却管４６と第２冷却管４８は、第１冷却管４６よりも第２冷却管４８が耐食性に優れていればよく、表１に示した材質から選択されるものに限られない。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１において、ＮＡＳ２５４Ｎ及びＮＡＳ３５４Ｎは日本冶金工業株式会社の製品名であり、ＮＳＳＣ２７０は新日鐵住金ステンレス株式会社の製品名であり、ＮＳＳＭＣ−ＮＡＲ−ＨＣＲ−１８は新日鐵住金株式会社の製品名である。
【００２７】
また、表１に表記した各材質の化学成分を表２に示す。
【表２】
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【００２８】
表１に表記した各材質について行った腐食試験の結果を表３に示す。この腐食試験では、所定濃度の硫酸に所定時間だけ浸漬し、浸漬前の重量と浸漬後の重量との差分を腐食量に設定した。表３では、ＳＵＳ３１６Ｌに対する腐食量の比率である硫酸腐食性倍率で試験結果を示している。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
上述したＥＧＲクーラー２７の作用について説明する。
エンジン１０の停止時にＥＧＲクーラーに残存しているＥＧＲガスは、冷却管３５に近いＥＧＲガスほど温度が低下しやすい。こうしたＥＧＲガスの温度の低下等によって、ＥＧＲガスの流通空間にはＥＧＲガスの対流が生じる。そのため、エンジン１０の停止期間においては、第１冷却要素４７よりも第２冷却要素４９にて凝縮液が生成されやすい。すなわち、第１冷却管４６よりも耐食性の高い第２冷却管４８において凝縮液が生成されやすい。その結果、冷却部３４が第１冷却管４６のみで構成される場合に比べて、エンジン１０の停止期間における冷却管３５の腐食が抑えられる。
【００３１】
なお、ＥＧＲクーラー２７にかかる材料費は、冷却管３５が占める割合が大きい。また、耐食性の高い冷却管３５は、得てして高価である。そのため、エンジンの停止期間における冷却管の腐食を抑えつつ、ＥＧＲクーラー２７の材料費を抑えるうえでは、冷却管３５の総数に対して、第２冷却要素４９を構成する第２冷却管４８の数の割合は、１／２以下であることが好ましく、さらに好ましくは１／３以下である。また、冷却管の材料費を考慮すると、第１冷却管４６がＳＵＳ３０４あるいはＳＵＳ３０４Ｌ、第２冷却管４８がＳＵＳ３１６Ｌであることが好ましい。
【００３２】
上記実施形態のＥＧＲクーラー２７によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）第２冷却管４８において凝縮水が生成されやすいことから、エンジン１０の停止期間における冷却管３５の腐食が抑えられる。
【００３３】
（２）冷却部３４を構成する冷却管３５の一部が第２冷却管４８であることから、冷却部３４が第２冷却管４８のみで構成される場合に比べて、ＥＧＲクーラー２７の材料費が抑えられる。
【００３４】
（３）冷却部３４が１つの第１冷却要素４７と１つの第２冷却要素４９とで構成され、かつ、第１冷却要素４７が複数の第１冷却管４６からなる。これにより、冷却管３５の種類が第１冷却管４６と第２冷却管４８の２つで済む。
【００３５】
（４）冷却管３５の総数に対して第２冷却管４８の数の割合が１／２以下であることで、エンジン１０の停止期間における冷却管３５の腐食を抑えつつ、ＥＧＲクーラー２７の材料費が抑えられる。
【００３６】
（５）冷却管３５の総数に対し、第２冷却管４８の数の割合が１／３以下であることで、ＥＧＲクーラー２７の材料費がさらに抑えられる。
（６）第１冷却要素４７が複数の第１冷却管４６からなることで、第１冷却要素４７が第２冷却管４８を含む場合に比べて、ＥＧＲクーラー２７の材料費が抑えられる。
【００３７】
（７）第１冷却管４６がスパイラルチューブであることから、ＥＧＲクーラー２７の冷却効率が向上する。
（８）第２冷却管４８がストレートチューブであることから、例えば、第１冷却管４６と第２冷却管４８とが同じ外径を有する場合に、第２冷却管４８の肉厚に関する自由度が向上する。
【００３８】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第１冷却管４６及び第２冷却管４８の各々は、スパイラルチューブであってもストレートチューブであってもよい。
【００３９】
・ＥＧＲクーラー２７において、第１冷却要素４７を構成する第１冷却管４６の数、及び、第２冷却要素４９を構成する第２冷却管４８の数は、その時々の設計事項に応じて変更可能である。
【００４０】
・第２冷却要素４９は、１つの第２冷却管４８であってもよい。
・第１冷却要素４７は、ＥＧＲクーラー２７が車両に搭載された状態において、第１冷却要素４７を構成する第１冷却管４６のいずれかに対して水平方向において対向可能な冷却管３５で構成される冷却部である。そのため、第１冷却要素４７は、ＥＧＲクーラー２７が車両に搭載された状態において、水平方向で第１冷却管４６に対向可能な第２冷却管４８を含んでいてもよい。
【００４１】
・ＥＧＲクーラー２７は、例えば、第１冷却要素４７、第２冷却要素４９に加えて、第２冷却管４８よりも耐食性の高い第３冷却管で構成され、第２冷却要素４９よりも鉛直方向における下側に位置する第３冷却部を備えていてもよい。こうした構成によれば、エンジン１０の停止期間における冷却管の腐食がさらに抑えられる。
【００４２】
・ＥＧＲクーラー２７は、冷媒が液体の水冷式に限らず、冷媒が空気である空冷式であってもよい。また、ＥＧＲクーラー２７は、入口カバー３２側から流入したＥＧＲガスが第２冷却要素４９を通ったのちに出口カバー３３側にて折り返され、第１冷却要素４７を通って再び入口カバー３２側へと戻ってくる、いわゆる２パス方式の熱交換器であってもよい。この際、第２冷却要素４９を上流に設定することによって、エンジン１０の駆動期間においても第２冷却要素４９にて凝縮液が生成されやすくなる。
【００４３】
・ＥＧＲクーラー２７は、各冷却管３５内を冷媒が通り、胴体３１内をＥＧＲガスが通る構成であってもよい。こうした構成であっても上述した効果が得られる。
・エンジン１０は、ディーゼルエンジンでもガソリンエンジンであってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０…エンジン、１１…シリンダーブロック、１２…シリンダー、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…排気通路、２２…タービン、２５…ＥＧＲ装置、２６…ＥＧＲ通路、２７…ＥＧＲクーラー、２８…ＥＧＲ弁、３１…胴体、３２…入口カバー、３２ａ…入口、３３…出口カバー、３３ａ…出口、３４…冷却部、３５…冷却管、３６…仕切板、３６ａ…挿通孔、３７…仕切板、３７ａ…挿通孔、３８…邪魔板、３８ａ…挿通孔、４０…第１冷却水路、４２…第２冷却水路、４３…連通路、４４…流入部、４５…流出部、４６…第１冷却管、４７…第１冷却要素、４８…第２冷却管、４９…第２冷却要素。
【図１】
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【図２】
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