JP2017180100A

JP2017180100A - Ｅｇｒクーラ構造

Info

Publication number: JP2017180100A
Application number: JP2016063147A
Authority: JP
Inventors: 智也小澤; Tomoya Ozawa
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-28
Also published as: JP6726009B2

Abstract

【課題】熱伸びによる応力を吸収でき、スペース効率の高いＥＧＲクーラ構造を提供する。【解決手段】ＥＧＲガスが導入される入口側に位置する筒状の入口側キャップ１８と、ＥＧＲガスが排出される出口側に位置する筒状の出口側キャップ２５と、前記入口側キャップと前記出口側キャップとの間に位置してＥＧＲガスを冷却する冷却部１１とを備えたＥＧＲクーラ構造において、前記入口側キャップ及び前記出口側キャップは、前記冷却部に向かって外径が拡径しており、前記入口側キャップ及び前記出口側キャップの少なくとも一方に、可撓性を有する変形自在部２７を設けた。【選択図】図３

Description

本発明は、ＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ構造に関する。

自動車等の車両用エンジンでは、排気ポートや排気マニホールド等の排気系から排気ガスの一部を取り出して、ＥＧＲクーラで冷却し、エンジンの吸気系へ再循環させるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）が広く実施されている。このＥＧＲ装置により、燃焼温度を下げノッキングを防止するとともにＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減することができ、またポンピングロス低減による燃費改善も期待できる。

図５は、従来のＥＧＲクーラ構造を説明する図であって、ＥＧＲ装置におけるＥＧＲクーラ及びその周辺部分を模式的に示す斜視図である。

このＥＧＲ装置では、排気マニホールド１２１の中央上部に排気ガス分岐通路１２１ａが設けられており、この排気マニホールド１２１には、排気ガス分岐通路１２１ａと連通するように、排気ガスをＥＧＲクーラ１２５に導入する導入パイプ１２２の入口部１２２ｂが接続・固定される。この導入パイプ１２２は、可撓性を有する蛇腹状の変形自在部１２２ａを備える。導入パイプ１２２の出口部１２２ｃは、図示しない変形自在な蛇腹等を有する継手によって、ＥＧＲクーラ１２５のガス入口部１２５ａのフランジ１２３に接続される。ＥＧＲクーラ１２５は、排気マニホールド１２１の側面にバンドで固定される。そして、ＥＧＲクーラ１２５のガス出口部１２５ｂのフランジ１２４は、ＥＧＲ管１２７に接続され、吸気マニホールドに固定されたＥＧＲ弁（図示せず）に接続される。

特開２０００−２８２９５９号公報

エンジン駆動時に、排気マニホールド１２１の分岐孔１２１ａから高温のＥＧＲガスが導入される導入パイプ１２２では、熱による伸長が生じる一方、エンジンの冷間時には収縮が生じる。図５に示すＥＧＲ装置では、導入パイプ１２２に蛇腹状の変形自在部１２２ａを設けることで、この熱伸びを吸収している。

しかし、従来のＥＧＲ装置のように、導入パイプ１２２に変形自在部１２２ａを設けたものでは、導入パイプ１２２の設置スペースが大きくなり、設置スペースが制約されるＥＧＲ装置周辺では、この導入パイプ１２２のスペース増大に伴って、ＥＧＲクーラ１２５の設置スペースが減少することとなる。これに対応させるために、ＥＧＲクーラ１２５を小型化すると、ＥＧＲクーラ１２５の容量が低下することとなり、十分なクーラ性能を確保することが困難であった。

従って、本発明の目的は、熱伸びを吸収でき、スペース効率の高いＥＧＲクーラ構造を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載のＥＧＲクーラ構造は、ＥＧＲガスが導入される入口側に位置する筒状の入口側キャップと、ＥＧＲガスが排出される出口側に位置する筒状の出口側キャップと、前記入口側キャップと前記出口側キャップとの間に位置してＥＧＲガスを冷却する冷却部とを備えたＥＧＲクーラ構造において、前記入口側キャップ及び前記出口側キャップは、前記冷却部に向かって外径が拡径しており、前記入口側キャップ及び前記出口側キャップの少なくとも一方に、可撓性を有する変形自在部を設けたことを特徴とする。

この構成によれば、ＥＧＲクーラにおいて、入口側キャップ及び出口側キャップの少なくとも一方に、可撓性を有する変形自在部を設けているため、この変形自在部によって、熱伸びを吸収させることができる。また、変形自在部は、冷却部に向かって外径が拡径するキャップに設けられているため、変形自在部を導入パイプに設けた従来のものに比べて、熱伸びを吸収するための変形自在部の長さ寸法を短くすることができる。これにより、スペース効率を高めることができ、その結果、ＥＧＲクーラを小型化することなく、クーラ容量を大きく保ち、十分なクーラ性能を確保することができる。

また、請求項２に記載のＥＧＲクーラ構造は、請求項１に記載のＥＧＲクーラ構造において、前記変形自在部は、環状の凹部及び凸部が複数形成された蛇腹状であることを特徴とする。

この構成によれば、変形自在部を環状の凹部及び凸部が複数形成された蛇腹状とすることで、可撓性に優れた構造とすることができる。

また、請求項３に記載のＥＧＲクーラ構造は、請求項１または２に記載のＥＧＲクーラ構造において、前記入口側キャップ及び前記出口側キャップのうち、設置状態において上方側に位置するキャップに前記変形自在部を設けたことを特徴とする。

この構成によれば、変形自在部に凝縮水が溜まって、変形自在部が腐食するのを回避することができる。つまり、エンジンを停止した後、発生した凝縮水は自重により下方へ流れて溜るため、設置状態において上方側に位置するキャップには凝縮水が溜り難く、この上方側のキャップに変形自在部を設けることで、変形自在部の腐食を回避することができる。

また、請求項４に記載のＥＧＲクーラ構造は、請求項３に記載のＥＧＲクーラ構造において、前記出口側キャップは、周壁の板厚が入口側キャップの周壁の板厚に比して薄いことを特徴とする。

この構成によれば、入口側キャップの板厚を厚くして、熱耐久性を高めることができる。さらに、変形自在部が設けられる出口側キャップでは、板厚を薄くして、変形自在部の可撓性を向上させることができる。

本発明によるＥＧＲクーラ構造によれば、熱伸びを吸収でき、ＥＧＲ装置のスペース効率の高めることができる。

本発明の一実施の形態であるＥＧＲクーラ構造の概略説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。ＥＧＲクーラの概略を示す斜視図である。図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線断面図である。図２のＩＶ-ＩＶ線断面図である。従来のＥＧＲクーラ構造の概略説明図である。

本発明の一実施の形態であるＥＧＲクーラ構造を図１〜図４を参照して説明する。図１は、ＥＧＲクーラ構造の概略説明図であり、図１（ａ）は、ＥＧＲ装置の一部であるＥＧＲクーラ１０及びＥＧＲ弁３０をシリンダヘッド１００に取付けた状態を示す正面図であり、図１（ｂ）は、（ａ）の側面図となるｂ矢視図である。

シリンダヘッド１００は、エンジン本体を構成しており、ＥＧＲ装置を取付けるための第１取付ボス１０１及び第２取付ボス１０３を有する。第１取付ボス１０１及び第２取付ボス１０３は、シリンダヘッド１００の外周面に突設されており、第２取付ボス１０３は、第１取付ボス１０１から所定距離離れた位置に突設される。

第１取付ボス１０１は、シリンダヘッド１００の排気ポートから分岐した排気ガス分岐通路１０２を有し、この排気ガス分岐通路１０２は、第１取付ボス１０１の取付面となる平坦な頂面まで延在する。第１取付ボス１０１及び第２取付ボス１０３のそれぞれにおいて、取付面となる頂面には、螺子穴が形成されている。

ＥＧＲクーラ１０及びＥＧＲ弁３０の概要を図２〜図４を参照して説明する。図２は、ＥＧＲクーラ１０の斜視図、図３は、図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線断面図、図４は、図２のＩＶ-ＩＶ線断面図である。

ＥＧＲクーラ１０は、冷却部１１と、冷却部１１の上流側（図２の下方側）に位置する入口側キャップ１８と、入口側キャップ１８に連結される導入パイプ２１と、冷却部１１の下流側（図２の上方側）に位置する出口側キャップ２５とを有する。

冷却部１１は、略矩形筒状の周壁１２を有し、周壁１２の内部に、熱交換部１５を有する。熱交換部１５は、ＥＧＲガス通路群１６と冷却水路１７とを有する。

ＥＧＲガス通路群１６は、ＥＧＲクーラ１０の軸方向（図３の軸線ａが延びる方向であって、上流側から下流側へ向かう方向）に延在する複数のＥＧＲガス通路１６ａからなる。

冷却水路１７は、図示しないエンジン冷却水循環経路から分岐したエンジン冷却水が流通する水路であり、図３及び図４に示すように、エンジン冷却水をＥＧＲガス通路１６aの外周に沿って流通させる。このエンジン冷却水は、冷却部１１の周壁１２の上流側に形成された冷却水入口１３から冷却水路１７内に流入される。エンジン冷却水が冷却水路１７を通ることにより、各ＥＧＲガス通路１６ａを流れるＥＧＲガスと、エンジン冷却水との間で熱交換が行われる。熱交換後のエンジン冷却水は、周壁１２の下流側に形成された冷却水出口１４からエンジン冷却水循環路に戻される。

入口側キャップ１８は、ＥＧＲガスを冷却部１１に導入する導入パイプ２１とを連結する筒状体である。入口側キャップ１８は、内径及び外径が、上流側（導入パイプ２１側）から下流側（冷却部１１側）に向かって拡径する筒状の周壁１９を有する。周壁１９の下流端部１９ａは、略矩形筒状であり、冷却部１１の周壁１２の上流端に嵌合され、接合される。周壁１９の上流端部１９ｂは、略円筒状であり、導入パイプ２１に嵌合され、接合される。入口側キャップ１８の周壁１２の板厚は、後述する出口側キャップ２５の周壁２６の板厚よりも大きく設定される。

導入パイプ２１は、シリンダヘッド１００と入口側キャップ１８との間を連結して、ＥＧＲガスの流通路を形成する。本実施の形態において、導入パイプ２１は、軸方向に沿って延在する直線部２１Ａと、直線部２１Ａから湾曲する湾曲部２１Ｂとを有する略Ｌ字状に形成されている。導入パイプ２１の上流端には、導入パイプ２１を第１取付ボス１０１に連結するためのフランジ２２が設けられる。

出口側キャップ２５は、冷却部１１とＥＧＲ弁３０とを連結する筒状体である。出口側キャップ２５は、内径及び外径が、下流側（ＥＧＲ弁３０側）から上流側（冷却部１１側）に向かって拡径する筒状の周壁２６を有する。周壁２６の上流端部２６ａは、略矩形筒状であり、冷却部１１の周壁１２の下流端に嵌合され、接合される。周壁２６の下流端部には、管状のＥＧＲガス排出口２８が形成されるとともに、このＥＧＲガス排出口２８にＥＧＲ弁３０を連結するためのフランジ２９が設けられる。

出口側キャップ２５の周壁２６には、可撓性を有する変形自在部２７が設けられる。本実施の形態において、変形自在部２７は、環状の凹部２７ａ及び凸部２７ｂが軸方向へ複数形成された蛇腹状である。なお、図３に示す変形自在部２７は、ＥＧＲガスの流れ方向である軸方向に対して凹凸状に形成されているが、これに限られず、例えば、軸方向と直交する径方向へ凹凸状となるように、蛇腹状の変形自在部２７を形成してもよい。

既述のとおり、出口側キャップ２５の周壁２６は、入口側キャップ１８の周壁１９よりも板厚が薄くなっている。なお、出口側キャップ２５の周壁２６は、少なくとも変形自在部２７において、板厚が入口側キャップ１８の板厚よりも薄くなるように形成される。

ＥＧＲ弁３０は、弁本体３１と、弁本体３１をＥＧＲクーラ１０に連結するためのフランジ３２と、モータ部３４と、取付ブラケット３５とを備える。弁本体３１は、内部にＥＧＲガスの流量等を制御する弁体を有する。モータ部３４は、弁本体３１の上方に配置され、弁本体３１と接続されており、内部に弁体を駆動させる駆動モータを備える。弁本体３１の下流側には、流量等が制御されたＥＧＲガスを排出するための排出口３３が設けられる。排出口３３は、図示しないＥＧＲパイプ等を介してエンジンの吸気系である吸気マニホールドに連結される。フランジ３２は、ＥＧＲクーラ１０のＥＧＲガス排出口２８に設けられたフランジ２９と連結可能に構成される。取付ブラケット３５は、弁本体３１をシリンダヘッド１００の第２取付ボス１０３に取付けて固定するための連結部材である。

上述したＥＧＲクーラ１０及びＥＧＲ弁３０は、互いのフランジ２９，３２が結合されて一体化、すなわちユニット化される。この一体化されたＥＧＲクーラ１０及びＥＧＲ弁３０は、締結ボルト４０を用いてシリンダヘッド１００に固定される。具体的には、図１に示すように、ＥＧＲクーラ１０の上流側に位置するフランジ２２をシリンダヘッド１００の第１取付ボス１０１に締結ボルト４０により締結し、ＥＧＲバルブ３０の取付ブラケット３５をシリンダヘッド１００の第２取付ボス１０３に締結ボルト４０により締結する。

次に、上述のように構成されたＥＧＲクーラ１０の作用を説明する。

排気ポートから分岐した高温のＥＧＲガスは、排気ガス分岐通路１０２を通ってＥＧＲクーラ１０の導入パイプ２１に導入され、導入パイプ２１から入口側キャップ１８を通って冷却部１１に流入する。冷却部１１において、ＥＧＲガスは、熱交換部１５の複数のＥＧＲガス通路１６ａ（ＥＧＲガス通路群１６）に分岐して流れる。

一方、ＥＧＲクーラ１０では、エンジン冷却水循環路から分岐したエンジン冷却水が、冷却水入口１３から熱交換部１５の冷却水路１７に導入され、冷却水路１７を循環した後、冷却水出口１４からエンジン冷却水循環路に戻される。

この際、熱交換部１５では、冷却水路１７内を流れるエンジン冷却水と、各ＥＧＲガス通路１６ａを流れるＥＧＲガスとの間で熱交換が行われる。これにより、ＥＧＲガスは冷却され、冷却された低温のＥＧＲガスは、ＥＧＲガス通路群１６から出口側キャップ２５内に放出される。

低温のＥＧＲガスは、出口側キャップ２５からＥＧＲ弁３０に誘導されて流量等が制御されて排出口３３から排出される。その後、低温のＥＧＲガスは、ＥＧＲパイプ等を介して吸気マニホールドに供給される。

このＥＧＲ装置において、排気ガス分岐通路１０２からＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１０へ導入されると、高温のＥＧＲガスにより導入パイプ２１や入口側キャップ１８が加熱される。すると、熱応力によりＥＧＲクーラ１０のシリンダヘッドへの２か所の固定点の間、すなわちフランジ２２と第１取付ボス１０１との固定点およびフランジ２９と第２取付ボス１０３との固定点の間でＥＧＲクーラ１０の伸長が生じる。

本実施の形態のＥＧＲクーラ１０では、熱応力が生じても出口側キャップ２５に設けた可撓性を有する変形自在部２７によって熱応力による伸長を吸収させることができる。そのため、熱伸長によってＥＧＲクーラ１０の締結フランジ部分に応力集中し、シール性が悪化することを防ぐことができる。また、温度低下時には、変形自在部２７によって熱収縮による応力を吸収することができる。既述のとおり、出口側キャップ２５及び入口側キャップ１８は、それぞれ、導入パイプ２１よりも内径が大きくなるように、冷却部１１側へ向かって内径及び外径が拡径している。変形自在部２７は、この拡径した出口側キャップ２５の周壁２６に形成されているため、熱応力を吸収可能な面積を広く確保することができる。

従来のＥＧＲクーラ構造では、ＥＧＲクーラに変形自在部を設けることなく、ＥＧＲクーラにＥＧＲガスを導入する導入パイプに変形自在部を設けていた。導入パイプは、比較的細い配管であり、この導入パイプによって熱応力を吸収させる場合には、変形自在部の長さ寸法を大きくする必要がある。一方、ＥＧＲ装置は、エンジンの排気系と吸気系とを繋ぐものであって搭載スペースには制限がある。そのため、導入パイプの設置スペースを大きくした場合には、ＥＧＲクーラの設置スペースが小さくなり、これに伴って、クーラ容量が小さくなる傾向があった。

本実施の形態では、ＥＧＲクーラ１０の出口側キャップ２５に変形自在部２７を設けることで、導入パイプ２１の設置スペースの増大を抑制することができる。また、従来のものと比べて、熱伸びを吸収するための変形自在部２７の長さ寸法を短くし、ＥＧＲクーラ１０の容量を大きくして、十分なクーラ性能を確保することができる。これにより、本実施の形態のＥＧＲクーラ構造では、ＥＧＲ装置におけるスペース効率を高めて、ＥＧＲクーラ１０の容量を大きくすることができる。また、この変形自在部２７を環状の凹部及び凸部が複数形成された蛇腹状とすることで、可撓性に優れた構造とすることができる。

さらに、変形自在部２７によって、導入パイプ２１、入口側キャップ１８、冷却部１１、出口側キャップ２５、ＥＧＲ弁３０等のユニット構成部材の組み付け精度のバラツキに起因する負荷を吸収することができる。そのため、ユニット化されたこれら構成部材の変形が変形自在部２７により抑制されて耐久性が向上する。

さらに、変形自在部２７を入口側キャップ１８ではなく、出口側キャップ２５に設けることで、凝縮水によって変形自在部２７が腐食するのを回避することができる。具体的に説明すると、ＥＧＲガスの凝縮水は重力により下方に溜まる為、上方に配置される出口側キャップ２５に変形自在部２７を設けることで、変形自在部２７の凹部に凝縮水が溜まるのを抑制し、腐食を回避することができる。本実施の形態では、ＥＧＲクーラ１０の軸方向を車両の上下方向としており、変形自在部２７は、この上下方向に凹凸状をなしているため、より凝縮水が溜まり難い構成となっている。

また、入口側キャップ１８の周壁１９は、高温のＥＧＲガスに対する熱耐久性上、板厚が要求される。一方、出口側キャップ２５では、ＥＧＲガスが低温となるため、入口側キャップ１８より板厚を小さくしても必要な熱耐久性を確保できる。したがって、出口側キャップ２５の周壁２６の板厚を小さくすることで、変形自在部２７の可撓性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、出口側キャップ２５に蛇腹状の変形自在部２７を備えたが、出口側キャップ２５に代えて、入口側キャップ１８に蛇腹状の変形自在部を備えることできる。さらに、出口側キャップ２５及び入口側キャップ１８の双方に変形自在部を備えることもできる。なお、入口側キャップ１８及び出口側キャップ２５のうち、いずれか一方にのみ変形自在部２７を設ける場合には、双方のうち、設置状態において上方側に位置するキャップに変形自在部２７を設けることが好ましい。また、入口側キャップ１８及び出口側キャップ２５の板厚を同一にしてもよい。

また、上記実施の形態では、変形自在部２７を凹部及び凸部が複数形成された蛇腹状に形成したが、蛇腹状に限定されるものではなく、熱伸長を吸収可能な可撓性を有する形状であればよい。

また、上記実施の形態ではＥＧＲクーラ１０とＥＧＲ弁３０とを結合して一体化（ユニット化）しているが、ＥＧＲクーラ３０とＥＧＲ弁３０とを分離して配置することもできる。さらに、上記実施の形態では、ＥＧＲクーラ３０をシリンダヘッド１００に配置したが、排気マニホールドに配置することもできる。

１０ＥＧＲクーラ
１１冷却部
１５熱交換部
１６ＥＧＲガス通路群
１７冷却水路
１８入口側キャップ
１９周壁
２１導入パイプ
２２フランジ
２５出口側キャップ
２６周壁
２７変形自在部
３０ＥＧＲ弁
１００シリンダヘッド

Claims

ＥＧＲガスが導入される入口側に位置する筒状の入口側キャップと、ＥＧＲガスが排出される出口側に位置する筒状の出口側キャップと、前記入口側キャップと前記出口側キャップとの間に位置してＥＧＲガスを冷却する冷却部とを備えたＥＧＲクーラ構造において、
前記入口側キャップ及び前記出口側キャップは、前記冷却部に向かって外径が拡径しており、
前記入口側キャップ及び前記出口側キャップの少なくとも一方に、可撓性を有する変形自在部を設けたことを特徴とするＥＧＲクーラ構造。
前記変形自在部は、環状の凹部及び凸部が複数形成された蛇腹状であることを特徴とする請求項１に記載にＥＧＲクーラ構造。
前記入口側キャップ及び前記出口側キャップのうち、設置状態において上方側に位置するキャップに前記変形自在部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲクーラ構造。
前記出口側キャップは、周壁の板厚が入口側キャップの周壁の板厚に比して薄いことを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲクーラ構造。