JP3846745B2

JP3846745B2 - EGR heat exchanger

Info

Publication number: JP3846745B2
Application number: JP34516795A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2015-12-07
Also published as: JPH09158791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの冷却水でＥＧＲガスを冷却する熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排出ガスの一部を排気系から取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をＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）と称するが、ＥＧＲはＮＯｘの発生の抑制、ポンプ損失の低減および燃焼ガス温度低下による冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成の変化による比熱比の増大に伴うサイクル効率の向上等の効果があるため、エンジンの熱効率の改善に有効な方法とされている。
【０００３】
しかるに、ＥＧＲガスの温度は高いとその熱によりＥＧＲバルブの耐久性を悪化させ、破損させる場合がある。このため、エンジンの冷却水や冷却風でＥＧＲガスを冷却する装置が用いられている。この装置としては、一般に多管式の熱交換器が用いられる。この多管式熱交換器としては、図４にその一例を示すごとく、両端部にＥＧＲガスの流入口２ａと流出口２ｂとを備え、さらに側面にエンジン冷却水の流入口３ａと流出口３ｂとを有し、内部に多数の管体によって構成された伝熱管群（図面省略）が固着配列された胴管１で構成され、前記流入口３ａと流出口３ｂに接続した短パイプ４ａ、４ｂよりゴムホース７ａ、７ｂを介して導入、排出されるエンジン冷却水や冷却風により、流入口２ａより導入され流出口２ｂより排出されかつ内部の伝熱管群を流れるＥＧＲガスが冷却される構造となっているものが知られている（実公昭５７−３０９号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの冷却水によりＥＧＲガスを冷却する方式のＥＧＲ用熱交換器の場合、サーモスタットや冷却ファン等の故障により熱交換器内に導入されるエンジン冷却水が、ＥＧＲガスとの熱交換によって該熱交換器内で沸騰し、最悪の場合安全弁１０等から完全に蒸発してしまう。
【０００５】
従来このような事態の場合は、熱交換器の胴管１内の水が蒸発して該胴管の温度が上昇し、この温度が短パイプ４ａ、４ｂに熱伝達されて短パイプの温度がゴムホース７ａ、７ｂの耐熱温度を超えて該ゴムホースが劣化し、これによりエンジン冷却水の再注入時にゴムホースの劣化部分より冷却水が漏れてしまい、したがってゴムホースを交換するという大修理を必要とすることになった。
【０００６】
本発明は、例えばサーモスタット等が故障して熱交換器の胴管１内の水が全て蒸発してしまったような場合でも、エンジン冷却水を導入、排出するパイプ内に水を滞留せしめて該パイプの温度をゴムの劣化温度以下に保ち、これによりゴムホースの交換等の大修理を予防し得るＥＧＲ用熱交換器を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＥＧＲ用熱交換器は、ＥＧＲガスとエンジン冷却水とを熱交換する熱交換器において、該熱交換器に取付けられ、ゴムホースを介してエンジン冷却水を導入するパイプまたはゴムホースを介して熱交換されたエンジン冷却水を排出するパイプの少なくとも一方をＵ字管で構成したことを特徴とするものである。また、上記構造の熱交換器の前記Ｕ字管と熱交換器本体との間、またはエンジン冷却水入口部もしくは出口部の少なくとも一方に温度センサーを設けたことを特徴とするものである。さらに前記Ｕ字管の底部断面を上下方向に長細形状となしたことを特徴とするものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、熱交換器の胴管内のエンジン冷却水が全て蒸発してしまい、ＥＧＲガスの熱が伝熱管群から熱交換器胴管へ熱伝達しさらにパイプの温度が上昇し始めても、パイプのＵ字状部分に水が滞留しているので、水が滞留している間はパイプの温度は沸点である１００℃を超えることがなく、したがってゴムホースもゴムの劣化温度を超えないため、ゴムホースの交換を不要としたものであって、その手段としてパイプにＵ字管を用いたことを特徴とするものである。
【０００９】
このように、熱交換器のエンジン冷却水導入用パイプまたは排出用パイプをＵ字管で構成した場合は、例え熱交換器内部においてエンジン冷却水の沸騰が起こっても、このＵ字管によってパイプもゴムホースもゴムの劣化温度以下の温度に保持されるのである。
【００１０】
さらに、好ましくは前記Ｕ字管と熱交換器本体との間、または熱交換器のエンジン冷却水入口部または出口部の少なくとも一方に温度センサーを設け、このセンサーにより感知された温度を車内のＣＰＵ、警告灯あるいは警報器等と接続すれば、熱交換器内のエンジン冷却水の沸騰をより迅速に検知し対処することができる。
【００１１】
なお、前記Ｕ字管の底部断面を上下方向に長細形状となすことにより仮に熱交換器内部で蒸気が発生してもその流れは断面上部を通過するためエンジン冷却水は該Ｕ字管内に滞留し、完全に蒸発するまで１００℃程度を保つため、直ちゴムホースの劣化は生じず、Ｕ字管内の滞留水が蒸発するまでの間に対応策をとることができる。
【００１２】
また熱交換器内部でエンジン冷却水の沸騰が起こった場合、その圧力によって蒸気はエンジン冷却水導入側および排出側の両方のパイプに流れるため、Ｕ字管はエンジン冷却水導入側および排出側の両方のパイプに設けることが好ましい。さらに、温度センサーも同様、エンジン冷却水導入側および排出側の両方に設けることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の請求項１に対応するＥＧＲ用熱交換器の一例を示す概略側面図、図２は同じく請求項２に対応するＥＧＲ用熱交換器の一例を示す概略側面図、図３は図１のＡ−Ａ線上のＵ字管の底部断面図で、５ａ、５ｂはＵ字管、６ａ、６ｂは温度センサー、７ａ、７ｂはそれぞれエンジン冷却水供給用ゴムホースと排出用ゴムホース、８ａ、８ｂは滞留水、９は警報器、１０は圧力調整弁または安全弁である。
【００１４】
すなわち、図１に示す本発明のＥＧＲ用熱交換器は、熱交換器本体を構成する胴管１に設けられているエンジン冷却水の流入口３ａおよび流出口３ｂに接続するパイプとしてＵ字管５ａ、５ｂを使用し、このＵ字管５ａ、５ｂにそれぞれエンジン冷却水供給用ゴムホース７ａ、排出用ゴムホース７ｂを接続する構造となっている。なお、前記Ｕ字管５ａ、５ｂは、通常は直接熱交換器本体（胴管）に接続する。
【００１５】
上記のように、エンジン冷却水の流入口３ａおよび流出口３ｂにＵ字管５ａ、５ｂを接続すると、サーモスタットや冷却ファン等の故障により熱交換器内に導入されるエンジン冷却水の温度が上昇し、ＥＧＲガスとの熱交換によって当該熱交換器内でエンジン冷却水が沸騰して、その蒸気が流入口３ａおよび流出口３ｂよりＵ字管内に流出しても、当該Ｕ字管の底部断面を好ましくは図３のように上下方向に細長形状、例えば楕円、長円、卵形等にしておけば、蒸気の流れは断面上部に残る空間を通過するため、エンジン冷却水は前記Ｕ字管内に滞留水８ａ、８ｂとして滞留し、該Ｕ字管５ａ、５ｂは完全に蒸発するまで１００℃程度に保持される。これにより直ちゴムホース７ａ、７ｂの劣化は生じず、Ｕ字管５ａ、５ｂ内の滞留水８ａ、８ｂが蒸発するまでの間に対応策をとることができる。
【００１６】
また、図２に示すＥＧＲ用熱交換器は、Ｕ字管５ａ、５ｂの熱交換器付け根部に温度センサー６ａ、６ｂを取付け、このセンサーと車内の警報器９とを接続し、温度センサー６ａまたは６ｂで感知された温度がある設定温度を超えると自動的に警報器９が作動するごとく回路構成されている。
【００１７】
すなわち、このＥＧＲ用熱交換器の場合は、当該熱交換器内で蒸気が発生した場合、ゴムホース７ａ、７ｂの劣化が直ちに発生することを防止できるだけでなく、Ｕ字管５ａ、５ｂの熱交換器付け根部に取付けられた温度センサー６ａまたは６ｂを介して警報器９により蒸気の発生、あるいは蒸気が発生し得る状況になったことを即座に検知できるので、より一層迅速に対応することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明装置は上記のごとく構成してなるから、サーモスタットや冷却ファン等の故障によりＥＧＲ用熱交換器内に導入されるエンジン冷却水が上昇し、ＥＧＲガスとの熱交換により当該熱交換器内でエンジン冷却水が沸騰してもゴムホースが直ちに劣化することを防止することができるという効果が得られ、極めて実用性に富むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の請求項１に対応するＥＧＲ用熱交換器の一例を示す概略側面図である。
【図２】同じく請求項２に対応するＥＧＲ用熱交換器の一例を示す概略側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線上のＵ字管の底部断面図である。
【図４】この発明の対象とする従来のＥＧＲ用熱交換器の一例を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１胴管
２ａＥＧＲガス流入口
２ｂＥＧＲガス流出口
３ａエンジン冷却水流入口
３ｂエンジン冷却水流出口
４ａ、４ｂパイプ
５ａ、５ｂＵ字管
６ａ、６ｂ温度センサー
７ａエンジン冷却水供給用ゴムホース
７ｂエンジン冷却水排出用ゴムホース、
８ａ、８ｂ滞留水
９警報器
１０安全弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger that cools EGR gas with engine cooling water.
[0002]
[Prior art]
A method of taking a part of the exhaust gas from the exhaust system, returning it to the intake system of the engine again, and adding it to the air-fuel mixture is called EGR (Exhaust Gas Recirculation). EGR suppresses the generation of NOx and reduces pump loss. This is an effective method for improving the engine's thermal efficiency because it has the effect of reducing the heat dissipation loss to the coolant due to the reduction and reduction of the combustion gas temperature, and improving the cycle efficiency due to the increase of the specific heat ratio due to the change in the amount and composition of the working gas. It is said that.
[0003]
However, if the temperature of the EGR gas is high, the heat may deteriorate the durability of the EGR valve and break it. For this reason, an apparatus for cooling EGR gas with engine cooling water or cooling air is used. As this apparatus, a multitubular heat exchanger is generally used. As shown in FIG. 4 as an example of this multitubular heat exchanger, EGR gas inlet 2a and outlet 2b are provided at both ends, and engine cooling water inlet 3a and outlet 3b are provided on the side surfaces. And short pipes 4a and 4b connected to the inlet 3a and outlet 3b. The pipes 1 are connected to the inlet 3a and outlet 3b. Further, the engine cooling water and cooling air introduced and discharged through the rubber hoses 7a and 7b are used to cool the EGR gas introduced from the inlet 2a and discharged from the outlet 2b and flowing through the internal heat transfer tube group. Are known (see Japanese Utility Model Publication No. 57-309, etc.).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of an EGR heat exchanger in which EGR gas is cooled by engine cooling water, the engine cooling water introduced into the heat exchanger due to a failure of a thermostat, a cooling fan, or the like is exchanged with the EGR gas by heat exchange. It boils in the exchanger and evaporates completely from the safety valve 10 or the like in the worst case.
[0005]
Conventionally, in such a situation, water in the trunk 1 of the heat exchanger evaporates and the temperature of the trunk rises, and this temperature is transferred to the short pipes 4a and 4b so that the temperature of the short pipe is increased. Exceeding the heat resistance temperature of the rubber hoses 7a and 7b, the rubber hoses deteriorate, and as a result, the cooling water leaks from the deteriorated portions of the rubber hoses when re-injecting the engine cooling water, and therefore requires major repairs such as replacing the rubber hoses. Became.
[0006]
In the present invention, for example, even when a thermostat or the like breaks down and all the water in the trunk 1 of the heat exchanger has evaporated, the water is retained in the pipe for introducing and discharging the engine cooling water. An object of the present invention is to provide an EGR heat exchanger that can keep the temperature of the pipe below the deterioration temperature of rubber and thereby prevent major repairs such as replacement of rubber hoses.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The heat exchanger for EGR according to the present invention is a heat exchanger for exchanging heat between EGR gas and engine cooling water, and is attached to the heat exchanger , via a pipe or rubber hose for introducing engine cooling water through a rubber hose. Further , at least one of the pipes for discharging the engine cooling water subjected to heat exchange is configured by a U-shaped tube. Further, a temperature sensor is provided between the U-shaped tube of the heat exchanger having the above structure and the heat exchanger main body, or at least one of an engine cooling water inlet or outlet. Furthermore, the bottom cross section of the U-shaped tube has an elongated shape in the vertical direction.
[0008]
That is, according to the present invention, even if the engine coolant in the heat exchanger tube is completely evaporated, the heat of the EGR gas is transferred from the heat transfer tube group to the heat exchanger tube and the temperature of the pipe starts to rise. Since water stays in the U-shaped part of the pipe, the temperature of the pipe does not exceed the boiling point of 100 ° C. while the water stays, and therefore the rubber hose also does not exceed the deterioration temperature of rubber. The rubber hose is not required to be replaced, and a U-shaped tube is used as the means.
[0009]
In this way, when the engine cooling water introduction pipe or the discharge pipe of the heat exchanger is configured with a U-shaped pipe, even if the engine cooling water boils inside the heat exchanger, the pipe is formed by the U-shaped pipe. Both the rubber hose and the rubber hose are kept at a temperature lower than the deterioration temperature of the rubber.
[0010]
Further, preferably, a temperature sensor is provided between the U-tube and the heat exchanger main body, or at least one of the engine coolant inlet or outlet of the heat exchanger, and the temperature sensed by this sensor is the CPU in the vehicle. If connected to a warning light or an alarm device, the boiling of the engine coolant in the heat exchanger can be detected and dealt with more quickly.
[0011]
Even if steam is generated inside the heat exchanger by making the bottom section of the U-shaped tube elongated in the vertical direction, the flow passes through the upper section of the heat exchanger, so the engine cooling water is contained in the U-shaped tube. Since it stays at about 100 ° C. until it stays and completely evaporates, the rubber hose does not deteriorate immediately, and a countermeasure can be taken until the staying water in the U-shaped tube evaporates.
[0012]
When engine cooling water boils inside the heat exchanger, steam flows to both the engine cooling water introduction side and discharge side pipes due to the pressure. It is preferable to provide both pipes. Further, similarly, it is preferable to provide temperature sensors on both the engine coolant introduction side and the discharge side.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is a schematic side view showing an example of an EGR heat exchanger corresponding to claim 1 of the present invention, FIG. 2 is a schematic side view showing an example of an EGR heat exchanger corresponding to claim 2, and FIG. Is a bottom cross-sectional view of the U-shaped tube on line A-A in FIG. 1, 5a and 5b are U-shaped tubes, 6a and 6b are temperature sensors, 7a and 7b are an engine cooling water supply rubber hose and a discharge rubber hose, respectively. 8b is stagnant water, 9 is an alarm, and 10 is a pressure regulating valve or a safety valve.
[0014]
That is, the EGR heat exchanger of the present invention shown in FIG. 1 is a U-shaped pipe as a pipe connected to the inlet 3a and the outlet 3b of the engine coolant provided in the trunk 1 constituting the heat exchanger body. 5a and 5b are used, and an engine cooling water supply rubber hose 7a and a discharge rubber hose 7b are connected to the U-shaped tubes 5a and 5b, respectively. The U-shaped tubes 5a and 5b are usually directly connected to the heat exchanger body (trunk tube).
[0015]
As described above, when the U-shaped pipes 5a and 5b are connected to the inlet 3a and the outlet 3b of the engine cooling water, the temperature of the engine cooling water introduced into the heat exchanger increases due to a failure of a thermostat or a cooling fan. Even if the engine cooling water boils in the heat exchanger due to heat exchange with the EGR gas and the steam flows out of the inlet 3a and the outlet 3b into the U-tube, the bottom cross-section of the U-tube 3 is preferably elongated in the vertical direction as shown in FIG. 3, for example, an ellipse, an ellipse, or an oval, the steam flows through the space remaining in the upper section, so that the engine cooling water is contained in the U-shaped pipe. The U-tubes 5a and 5b are kept at about 100 ° C. until they are completely evaporated. As a result, the rubber hoses 7a and 7b are not immediately deteriorated, and countermeasures can be taken until the accumulated water 8a and 8b in the U-shaped tubes 5a and 5b evaporate.
[0016]
Further, the EGR heat exchanger shown in FIG. 2 has temperature sensors 6a and 6b attached to the bases of the heat exchangers of the U-shaped tubes 5a and 5b. Alternatively, the circuit configuration is such that the alarm 9 is automatically activated when the temperature sensed at 6b exceeds a certain set temperature.
[0017]
That is, in the case of this heat exchanger for EGR, when steam is generated in the heat exchanger, it is possible not only to prevent the rubber hoses 7a and 7b from being deteriorated immediately, but also to exchange heat of the U-shaped tubes 5a and 5b. Since it is possible to immediately detect the occurrence of steam or the situation where steam can be generated by the alarm device 9 via the temperature sensor 6a or 6b attached to the base of the instrument, it is possible to respond more quickly. .
[0018]
【The invention's effect】
Since the apparatus of the present invention is configured as described above, engine coolant introduced into the EGR heat exchanger rises due to a failure of a thermostat, a cooling fan, or the like, and heat exchange with the EGR gas causes the inside of the heat exchanger. Thus, even if the engine cooling water boils, the rubber hose can be prevented from being immediately deteriorated, and is extremely practical.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view showing an example of an EGR heat exchanger corresponding to claim 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing an example of an EGR heat exchanger corresponding to claim 2;
3 is a bottom cross-sectional view of a U-shaped tube taken along line AA in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic front view showing an example of a conventional heat exchanger for EGR that is an object of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 trunk pipe 2a EGR gas inlet 2b EGR gas outlet 3a engine cooling water inlet 3b engine cooling water outlet 4a, 4b pipe 5a, 5b U-shaped pipe 6a, 6b temperature sensor 7a engine cooling water supply rubber hose 7b engine cooling water discharge Rubber hose,
8a, 8b Stagnant water 9 Alarm 10 Safety valve

Claims

ＥＧＲガスとエンジン冷却水とを熱交換する熱交換器において、該熱交換器に取付けられ、ゴムホースを介してエンジン冷却水を導入、排出するパイプの少なくとも一方を、底部断面を上下方向に長細い形状となしたＵ字管で構成したことを特徴とするＥＧＲ用熱交換器。An EGR gas and the engine cooling water in a heat exchanger for heat exchange, is attached to the heat exchanger, introduced the engine coolant through a rubber hose, at least one of emissions pipes, the bottom section in the vertical direction A heat exchanger for EGR, characterized by comprising a U-shaped tube having a long and narrow shape .

ＥＧＲガスとエンジン冷却水とを熱交換する熱交換器において、該熱交換器に取付けられ、ゴムホースを介してエンジン冷却水を導入、排出するパイプの少なくとも一方を、底部断面を上下方向に長細い形状となしたＵ字管で構成し、該Ｕ字管の少なくとも一方に温度センサーを設けたことを特徴とするＥＧＲ用熱交換器。An EGR gas and the engine cooling water in a heat exchanger for heat exchange, is attached to the heat exchanger, introduced the engine coolant through a rubber hose, at least one of emissions pipes, the bottom section in the vertical direction A heat exchanger for EGR comprising a U-shaped tube having a long and thin shape, and a temperature sensor provided on at least one of the U-shaped tubes .