JP2006118425A - Egrガス冷却装置用ボンネット - Google Patents
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Abstract
【課題】 EGRガス冷却装置のガス入口側に接続されるベント構造のボンネットであって、該EGRガス冷却装置内へ均一な流速分布を維持しつつ、該EGRガスを導入することにできるボンネット構造体を提供する。
【解決手段】 EGRガス冷却装置に接続され、該EGRガス冷却装置へ高温のEGRガスを導入するためのベント構造のボンネットにおいて、該ベント部の曲率半径大径側の内表面に、ガスの流れを阻害するための表面粗さを付与した粗面部を設けてなるEGRガス冷却装置用ボンネット。
【選択図】図1
【解決手段】 EGRガス冷却装置に接続され、該EGRガス冷却装置へ高温のEGRガスを導入するためのベント構造のボンネットにおいて、該ベント部の曲率半径大径側の内表面に、ガスの流れを阻害するための表面粗さを付与した粗面部を設けてなるEGRガス冷却装置用ボンネット。
【選択図】図1
Description
本発明は、EGRガス冷却装置におけるボンネット構造体に係り、詳しくは熱交換型EGRガス冷却装置におけるEGRガス導入側に接続され、該EGRガス冷却装置へ被冷却媒体である高温のEGRガスを、均一な流速分布を以って導入するための、種々の角度のベント構造を有するEGRガス冷却装置用ボンネットに関する。
ディーゼルエンジンの排気系から排気ガスの一部を取り出して再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)と称され、NOx(窒素酸化物)の発生を抑制し、ポンプ損失の低減や燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成変化による比熱比の増大と、それに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られるところから、ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化や、熱効率を改善するための有効な方法として広く採り入れられている。
ところが、EGRガスの温度が上昇し、EGRガス量が増大すると、その熱作用によってEGRバルブの耐久性が劣化し、早期に破損する惧れが生ずるため、その防止策として冷却系を設けて水冷構造とする必要に迫られたり、吸気温度の上昇に伴い充填効率が低下して燃費が低下するという現象を招来する。このような事態を回避するためにエンジンの冷却液、カーエアコン用冷媒または冷却風などによってEGRガスを冷却する装置が用いられ、とりわけ、気体であるEGRガスをエンジン冷却水で冷却する気−液熱交換タイプのEGRガス冷却装置が多数提案されている。例えば、ガスを通す内管の外側に液体を通す外管を配設し、ガスと液体間で熱交換を行う交換器において、内管内に金属コルゲート板がフィンとして挿入されている2重管式熱交換器(例えば、特許文献1参照)、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記内管の内部に配設された熱応力緩和機能を有する放熱フィンとから構成された2重管式熱交換器(例えば、特許文献2参照)、内側に被冷却媒体を流通させる内管と、該内管の外周を離間して囲むように設けられた外管と、前記内管の内部に配設されたクロスフィンとから構成された2重管式熱交換器(例えば、特許文献3参照)等が提案されている。
特開平11−23181号公報(第1〜6頁、図1〜2)
特開2000−111277号公報(第1〜12頁、図1〜12)
特開2003−21478号公報(第1〜8頁、図1〜7)
上記各従来技術において、特許文献1〜3に開示されている2重管タイプのEGRガス冷却装置の場合は、コルゲートフィンやクロスフィンを内装させることによって、ガスの流れを細流化してフィンに対する接触面積の増大を図る点においては、それなりの成果が期待されるものの、EGRガス流路を構成するパイプの内面は、長さ方向の全長に渡ってその内周面が平滑となっているものが多く、パイプの中心付近における熱伝達が不十分となり、その上ガス流がEGRガス配管に沿ってストレートに流れるため、ガス流の乱流化が不十分となり、伝熱面の境界層が十分に薄くならず、伝熱性能が若干不足するという問題が残されていた。
ところでディーゼルエンジンの排気再循環(EGR)を効率化するためのEGRガス冷却装置は、ディーゼルエンジン搭載の自動車のエンジンルームなど、限定された空間に取付けられるため、クーラー本体へのEGRガスの導入路となるボンネットは、通常ほぼ直角のベント構造を有したものが多用されている。図4はそのEGRガス冷却装置と直角ベント構造を例示したものであり、EGRガス冷却装置10の上流側の直角ベント構造のボンネット12−1、同下流側のボンネット12−2はそれぞれ当該EGRガス冷却装置10の管板15−1、15−2に対し、該EGRガス入口g1および同出口g2が90°に変化する曲面(ベント部)を以って形成され、その一端がシェル11に接続され、該シェル11内に内装されてクーラー本体を構成する伝熱管列群13の個々の伝熱管13−1に、高温のEGRガスが導入される構造となっている。なお、ここでは、ボンネット12−1、12−2のベント部の曲率半径が大径の部分を曲率半径大径側ベント部と、同ボンネットの曲率半径が小径の部分を曲率半径小径側ベント部と称する。
上記構成のEGRガス冷却装置において、EGRガス入口g1から導入された高温のEGRガスは、直角のベント部を有するボンネット12−1内に導入されると同時に、該ボンネット12−1の曲率半径大径側ベント部16の内表面に沿って流体の圧力損失を受けずに進行し、早い流速分布を維持したまま伝熱管列群13等で構成された冷却装置本体10内に進入して、該伝熱管列群13に対して直交状態で通流する冷却水に熱交換され、下流側のボンネット12−2に設けられたEGRガス出口g2から排出されて循環される構造になっている。この際、EGRガス入口g1から導入された高温のEGRガスは、図5に示すように該ボンネット12−1における直角のベント部の曲率半径大径側ベント部16の内表面に沿って流速を早めて進行し、曲率半径小径側ベント部17の内表面においてはその流速は極端に遅くなる。このようなEGRガスの流速分布の偏りは、その条件に変化がない限り一旦発生するとその慣性によって修正されること無く継続するため、図4におけるEGR冷却装置においては、曲率半径大径側(図の上方)の伝熱管列群13には過剰量のEGRガスが通流するため所望の温度域にまで冷却することが不可能となり、一方、曲率半径小径側(図の下方)の伝熱管列群13においてはEGRガス流量が設計値より少ないため、EGRガスの冷却は進行するものの所定流量が不足し、結果として交換熱量は減少する。このように種々の角度のベント構造を有するボンネットに起因して、EGRガス冷却装置に導入される高温のEGRガスの分配が均等にならず、流速に不均一な分布が発生し、熱交換効率が著しく低下するという未解決な課題が残されていた。又、この傾向はベント角が大きくなるほど顕著である。
本発明は斯かる課題を解決することを所期の目的とし、簡略な構造であるにも拘らず、EGRガス冷却装置にEGRガスを均等に分配して導入することが可能な、種々の角度のベント構造のEGRガス冷却装置用ボンネットを提供するものである。
本発明は斯かる課題を解決することを所期の目的とし、簡略な構造であるにも拘らず、EGRガス冷却装置にEGRガスを均等に分配して導入することが可能な、種々の角度のベント構造のEGRガス冷却装置用ボンネットを提供するものである。
上記課題を解決するための本発明によるEGRガス冷却装置用ボンネットは、EGRガス冷却装置に接続され、該EGRガス冷却装置へ高温のEGRガスを導入するための種々の角度のベント構造のボンネットにおいて、該ベント部の曲率半径大径側の一部又は全体の内表面に、ガスの流れを阻害するための表面粗さを付与した粗面部を設けたことを特徴的構成要件とする、EGRガス冷却装置用ボンネットを要旨とするものである。
また、本発明による上記EGRガス冷却装置用ボンネットは、前記ベント部の曲率半径大径側内表面の粗面部は、当該部分に対するプレス加工その他の機械的加工方法若しくは食刻等による化学的加工方法の、いずれかにより施される凹凸で構成したことを特徴とするものである。
さらに、本発明による上記EGRガス冷却装置用ボンネットは、前記ベント部の曲率半径大径側内表面の粗面部は、当該部分に対する別体のフィン構造体の、内装によって施されたことを好ましい態様とするものである。
上記本発明によるEGRガス冷却装置用ボンネットにおいて、前記フィン構造体は、金属製薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料に波形、凹凸を形成して構成したことを好ましい態様とするものである。
本発明に係る上記EGRガス冷却装置における前記フィン構造体は、金属製薄板からなるプレート板に、多数の突起を設けて構成したことを好ましい態様とするものである。
上記本発明によるEGRガス冷却装置用ボンネットにおいて、前記フィン構造体のベント部の曲率半径大径側内表面への内装手段が貼着、溶接、ろう付けその他の接合手段の中から適宜選択され、一体として接合されることを好ましい態様とするものである。
本発明に係る上記EGRガス冷却装置用ボンネットによれば、EGRガス冷却装置のEGRガス入口側に接続される種々の角度を有するベント構造のボンネットにおいて、該ボンネットのベント部おける曲率半径大径側の内表面に、ガスの流れを阻害するための表面粗さ、具体的には凹凸などを有する粗面部を形成することにより、当該部分でガスの流速を減速させることができるので、ベント部における流速分布を均一にすることができる。EGRガス等の流体は、もとより圧力損失の少ない方向に流れる性質を有し、一旦その流路が定まると、条件に変化がない限り、慣性によって同一の方向に流下する。従ってEGRガス冷却装置においても、図4に示す冷却装置にあっては上方にEGRガスが多量に流れ、設計値に対する過剰量のガスが通流することによって所定の温度域にまで冷却されないまま、系外に排出されるという不都合が生じ、一方、図4に示す冷却装置にあっては下方に高温のEGRガスは少量しか流れないために十分な冷却が進行するが、流体流量が設計値に満たないために交換熱量は大幅に減少する。
このように本発明によるベント構造のボンネットは、圧力分布の偏りと遠心力の作用によって、ガスの流れやすいベント部の曲率半径大径側の内表面に、予め凹凸等の表面粗さを付与した粗面部を設けておくことにより、流体の流れに摩擦抵抗を生起せしめてその流れを阻害し、結果としてEGRガス冷却装置に導入されるEGRガスが、偏り無く分配され、均一な流速分布を維持した状態で冷却装置本体に導入されるため、該EGRガス冷却装置が有する熱交換性能を最大限に発揮させ、優れた冷却効率を得ることができる。本発明によるEGR冷却装置用ボンネットは、極めて簡略な加工によって製作可能であり、しかも得られる効果は著しく優れたものであるところから、該EGR冷却装置の小型軽量化が低コストで実現され、省エネルギー面においても多大な貢献が期待できる。
以下、本発明の実施の形態について添付した図面に基づいて更に詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例に係る直角ベント構造のボンネットと、該ボンネット内を通流するEGRガスの流速分布を模式的に示す側面図、図2は本発明に係る他の実施例において、直角ベント構造のボンネットの曲率半径大径側内表面に内装されるフィン構造体の一部拡大側面図、図3は本発明に係る更に他の実施例において、直角ベント構造のボンネットの曲率半径大径側内表面に内装されるフィン構造体の一部拡大側面図である。
[実施例]
図1は本発明の一実施例に係る直角ベント構造のボンネットと、該ボンネット内を通流するEGRガスの流速分布を模式的に示す側面図、図2は本発明に係る他の実施例において、直角ベント構造のボンネットの曲率半径大径側内表面に内装されるフィン構造体の一部拡大側面図、図3は本発明に係る更に他の実施例において、直角ベント構造のボンネットの曲率半径大径側内表面に内装されるフィン構造体の一部拡大側面図である。
[実施例]
以下本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれによって拘束されるものではなく、ベント角を含め本発明の主旨の範囲内において自由に設計変更が可能である。
本発明に係る第1実施例による直角ベント構造のボンネット2は、図1に示すように該ベント部において曲率半径Rが大きい曲率半径大径側ベント部3の内表面にのみ、プレス加工によって高低差が最大で約2.5mmの凹凸3−1を有する表面粗さの粗面部3−2を形成した。かくのごとくして得られた直角ベント構造のボンネット2を、多管式熱交換器本体に接続して図4に示すようなEGR冷却装置を構成し、EGRガス冷却系におけるガス流路に組み込み、冷却性能試験に供した結果、ガス入口G1から該ボンネット2内に流入した高温のEGRガスは、図1に示すように曲率半径大径側ベント部3の内表面に形成された凹凸3−1を有する粗面部3−2の表面粗さが作用して、通流するガスが該ベント部の曲率半径大径側3の内表面に沿って流れようとする際、摩擦抵抗を生起せしめてその流れを阻害し、結果としてEGRガスの流速と分配が均一化され、クーラー本体1内の多くの伝熱管にほぼ均等に分配にされて通流し、伝熱管外周の冷却ジャケットへの熱交換が効果的に促進され、出口側のボンネットから排出されたEGRガスは、所定の温度域にまでに冷却されていることが確認された。
本実施例による直角ベント構造のボンネット2の製造方法は、特に制限されるものではなく、通常鋼管を素材として特定の金型を用いたドローベント、若しくはコンプレッションベント、液圧バルヂなどによって製造され、上記凹凸3−1による粗面部3−2はプレス加工や液圧バルヂ加工時に同時によって形成される。また、該ボンネット2のクーラー本体との接続は、本例においては溶着を採用したが、ボンネットのクーラー側にフランジを設け、クーラー本体に予め取付けられたフランジとのボルト締めによる接続やろう付けも好ましく採用される。なお、本実施例における上記粗面部3−2は、プレス加工による凹凸面3−1の形成や液圧バルヂを採用したが、該粗面部3−2の形成加工方法としては機械的に切削することも可能であり、さらには所定のマスキングを施した鋼管材料に対する腐食性溶液中での化学的手段による食刻によって形成することも可能である。一方、鋳造製のボンネットの場合は、鋳造時に同時に粗面部を形成することができる。
また、直角ベント構造のボンネットにおける前記図1に示す凹凸面3−1の形成方法としては、図2に示すように金属製薄板によるプレート材料からなる別体の波形フィン3a−1を溶接等の手段により取付ける方法を用いることができる。この波形フィン3a−1を取着したボンネットを、EGRガス冷却系におけるガス流路に組込み、実施例1と同様の冷却試験に供した結果、実施例とほぼ同等の冷却効率が得られることが確認された。
更に、直角ベント構造のボンネットにおける曲率半径大径側ベント部3の内表面の粗面部3−2を形成する方法としては、図3に示す方法を採用することができる。この方法は、ボンネットにおける曲率半径大径側ベント部3bの内表面に、多数の突起状フィン3b−1を設けた金属製薄板材からなる別体のプレート板3b−2を溶接等の手段により取付ける方法であり、この突起状フィン3b−1が取着されたプレート板3b−2を内装した本例によるボンネットをEGRガス冷却系におけるガス流路に組込み、実施例1と同様の冷却試験に供した結果、実施例1とほぼ同等の冷却効率を得られることが確認された。
上記各実施例からも明らかなように、本発明による種々の角度のベント構造のEGRガス冷却装置用ボンネットは、流れ内部における圧力分布の偏りと、遠心力の作用によりガスが流れやすいベント部の曲率半径大径側の内表面に、予め凹凸等の表面粗さを付与された粗面部を設けておくことにより、ガスの流れに摩擦抵抗を生起させてその流れを阻害し、結果としてEGRガス冷却装置に導入されるEGRガスが、偏り無く分配され、均一な流速分布を維持した状態で冷却装置本体に導入されるため、該EGRガス冷却装置が有する熱交換性能を最大限に発揮させ、優れた冷却効率を得ることができるので、省エネルギー面においても多大に貢献する。また、本発明によるEGR冷却装置用ボンネットは、極めて簡略な加工によって作製可能であり、しかも得られる効果は著しく優れたものであるところから、該EGR冷却装置の小型軽量化が低コストで実現でき、当該技術分野におけるボンネット構造体として幅広く採用されることが期待される。
1、10 EGRガス冷却装置
2、12−1、12−2 ボンネット
3、3a、3b 曲率半径大径側ベント部
3−1 凹凸
3−2 粗面部
3a−1 波形フィン
3b−1 突起状フィン
3b−2 プレート板
4 曲率半径小径側ベント部
5、15−1、15−2 管板
6 溶着部
7 フランジ部
11 シェル
13、 伝熱管列群
13−1 偏平伝熱管
16 外周側ベント部
17 内周側ベント部
g1 EGRガス入口
g2 EGRガス出口
C1 冷却水入口
C2 冷却水出口
2、12−1、12−2 ボンネット
3、3a、3b 曲率半径大径側ベント部
3−1 凹凸
3−2 粗面部
3a−1 波形フィン
3b−1 突起状フィン
3b−2 プレート板
4 曲率半径小径側ベント部
5、15−1、15−2 管板
6 溶着部
7 フランジ部
11 シェル
13、 伝熱管列群
13−1 偏平伝熱管
16 外周側ベント部
17 内周側ベント部
g1 EGRガス入口
g2 EGRガス出口
C1 冷却水入口
C2 冷却水出口
Claims (6)
- EGRガス冷却装置に接続され、該EGRガス冷却装置へ高温のEGRガスを導入するためのベント構造のボンネットにおいて、該ベント部の曲率半径大径側の一部又は全体の内表面に、ガスの流れを阻害するための表面粗さを付与した粗面部を設けたことを特徴とするEGRガス冷却装置用ボンネット。
- 前記ベント部の曲率半径大径側内表面の粗面部は、当該部分に対するプレス加工その他の機械的加工方法若しくは食刻等による化学的加工方法のいずれかにより施された凹凸で構成したことを特徴とする請求項1に記載のEGRガス冷却装置用ボンネット。
- 前記ベント部の曲率半径大径側内表面の粗面部は、当該部分に対する別体のフィン構造体の、内装によって施されたことを特徴とする請求項1に記載のEGRガス冷却装置用ボンネット。
- 前記フィン構造体は、金属製薄板によるプレート材料からなり、該プレート材料に波形、凹凸を形成して構成したことを特徴とする請求項3に記載のEGRガス冷却装置用ボンネット。
- 前記フィン構造体は、金属製薄板からなるプレート板に多数の突起を設けて構成したことを特徴とする請求項3に記載のEGRガス冷却装置用ボンネット。
- 前記フィン構造体のベント部の曲率半径大径側内表面への内装手段が、貼着、溶接、ろう付けその他の接合手段の中から適宜選択され、一体として接合されることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載のEGRガス冷却装置用ボンネット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004306923A JP2006118425A (ja) | 2004-10-21 | 2004-10-21 | Egrガス冷却装置用ボンネット |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004306923A JP2006118425A (ja) | 2004-10-21 | 2004-10-21 | Egrガス冷却装置用ボンネット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
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Family Applications (1)
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JP2004306923A Pending JP2006118425A (ja) | 2004-10-21 | 2004-10-21 | Egrガス冷却装置用ボンネット |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2006118425A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011521164A (ja) * | 2008-05-20 | 2011-07-21 | バレオ・システムズ・ドウ・コントロール・モトウール | ガス取り入れ装置 |
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US8267070B2 (en) | 2007-11-30 | 2012-09-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Intake mixture introducing apparatus |
-
2004
- 2004-10-21 JP JP2004306923A patent/JP2006118425A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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