JP4009000B2

JP4009000B2 - 内燃機関のｅｇｒガスクーラ

Info

Publication number: JP4009000B2
Application number: JP04089898A
Authority: JP
Inventors: 恵二須田; 督久桜井
Original assignee: 株式会社マーレフィルターシステムズ
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH11237192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気還流装置において、ＥＧＲガス（還流排気ガス）を冷却水によって冷却するＥＧＲガスクーラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される窒素酸化物を抑制するために、内燃機関から排出された排気ガスの一部を、吸気系に還流するようにした排気還流装置が従来から広く用いられている。この排気還流装置においては、一般に、排気系から取り出した高温の排気ガスを、特に冷却することなく、そのまま吸気系へ導入する構成となっているが、排気系から取り出された排気ガスは非常に高温であり、ガスそのものが膨張しているため、十分な量のＥＧＲガスを導入しようとすると、内燃機関の体積効率が低下し、出力の低下や燃費の悪化を招来する。
【０００３】
そこで、ＥＧＲガスを冷却水の循環によって冷却するＥＧＲガスクーラが提案されており、一部で実用に供されている。
【０００４】
図６は、多管式の構造を採用した従来のＥＧＲガスクーラの一構成例を示すもので、筒状のボディ３１の内部に、側面の冷却水入口３２および冷却水出口３３を介して冷却水が通流するようになっており、かつこのボディ３１内に、複数本の熱交換チューブ３４が配設されている。各熱交換チューブ３４は、ボディ３１の両端をそれぞれ閉塞する一対の端板３５に端部が接続されており、かつこれらの熱交換チューブ３４の内部に排気ガスを導入するために、上記ボディ３１の両端に、それぞれガス入口およびガス出口となるキャップ状部材３６が固定されている。従って、ＥＧＲガスとなる排気ガスは、複数本の熱交換チューブ３４内を並列に流れ、その周囲を囲む冷却水によって冷却されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような多管式のＥＧＲガスクーラは、一般には、ロー付け、特に炉内で全体を加熱して各部を同時にロー付けする炉内ロー付けの手法によって製造される。しかし、内燃機関の排気系から吸気系へ至るＥＧＲガス配管のレイアウト等は、内燃機関や車種毎によって異なるものとなり、その結果、キャップ状部材３６の形状も実際には多様なものが要求されるので、キャップ状部材３６までも含めて炉内ロー付けすることは、非常に作業効率が悪い。また、キャップ状部材３６に、排気管が一体化されるような場合には、キャップ状部材３６全体の寸法が大きなものとなるので、炉内ロー付けが困難となる。
【０００６】
一方、このような問題を回避するために、キャップ状部材３６のみを、後工程でもってボディ３１両端に溶接することも可能ではあるが、ボディ３１の板厚は比較的薄いので、溶接時に穴が空いてしまうなどの不具合が生じ易く、溶接作業の作業性が悪い、という問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、内部に冷却水を通流させるように側面に冷却水入口および冷却水出口が設けられた筒状のボディと、このボディの両端をそれぞれ閉塞する端板と、上記ボディ内に配設され、かつ両端がそれぞれ上記端板の取付孔に接続されるとともに、内部に排気ガスが通流する複数の熱交換チューブと、上記ボディの両端にそれぞれ接続され、かつガス入口およびガス出口をそれぞれ構成する入口側および出口側のキャップ状部材と、を備え、上記ボディと上記端板と上記熱交換チューブとが、予めクーラエレメントとしてロー付けにより一体化されているとともに、このクーラエレメントの両端に、上記キャップ状部材が溶接により固定されてなる内燃機関のＥＧＲガスクーラにおいて、
上記端板は、その外周部を筒状に折曲してなる第１折曲部を有し、この第１折曲部が上記ボディの端部外周に嵌合しているとともに、この第１折曲部のさらに先端側が、第２折曲部として外周側へ折曲されており、上記キャップ状部材の筒状をなす開口部が上記第１折曲部の外周面に嵌合しているとともに、該開口部の先端縁が上記第２折曲部に溶接されていることを特徴としている。
【０００８】
すなわち、この発明では、ボディと端板と熱交換チューブとが、ロー付け、例えば炉内ロー付けによって、予めクーラエレメントとして一体化されている。そして、このロー付けされたクーラエレメントの両端に、それぞれキャップ状部材が溶接により固定されている。ここで、キャップ状部材は、筒状をなす開口部が端板の筒状の第１折曲部の上に嵌合するので、両者が確実に位置決めされ、溶接が容易となる。そして、端板の外周端縁が第２折曲部として外周側へ延びており、この端板の第２折曲部に対しキャップ状部材先端縁が溶接される。つまり、ボディに直接には溶接されず、しかもボディから外周側へ離れた位置で溶接が行われるので、ボディへの熱的影響は非常に少ない。
【０００９】
この請求項１の発明をさらに具体化した請求項２の発明では、上記キャップ状部材の筒状をなす開口部の先端部に、上記第２折曲部に沿って外周側へ折曲された折曲部が形成されており、この折曲部と上記第２折曲部の互いに隣接した先端縁同士が溶接されている。つまり、キャップ状部材の先端の折曲部と端板の第２折曲部は、いずれも外周側へ向って延びており、その先端縁同士が溶接される。これは、特に、キャップ状部材を薄板状のものとした場合に好適である。
【００１０】
また請求項３の発明では、上記キャップ状部材の筒状をなす開口部の先端縁が、上記第２折曲部の側面に突き当てられており、この開口部先端縁と第２折曲部側面とが溶接されている。これは、特に、キャップ状部材を鋳造品のような比較的厚肉のものとした場合に好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、この発明に係るＥＧＲガスクーラ１の全体的構成を示す断面図、図２は側面図であり、図３は、その要部を示す断面図である。
【００１３】
このＥＧＲガスクーラ１は、予めロー付けにより一体化される中央のクーラエレメント２と、このクーラエレメント２の入口側および出口側の端部にそれぞれ溶接される一対のキャップ状部材３，３と、に大別される。
【００１４】
上記クーラエレメント２は、断面略正方形の筒状をなすボディ５と、このボディ５の両端をそれぞれ閉塞する一対の端板６，６と、上記ボディ５内に収容され、かつ両端がそれぞれ端板６に接続された４本の熱交換チューブ７と、ボディ５内にＵターン形状の冷却水流路を構成するように配設された仕切板８、とから大略構成されている。
【００１５】
上記ボディ５は、例えば０．８ｍｍ程度の肉厚のステンレス製のものであり、その側面の互いに対向する位置に、冷却水入口１１および冷却水出口１２が設けられている。これらの冷却水入口１１および冷却水出口１２には、それぞれ冷却水用配管を接続するためのコネクタ１３が、やはりロー付けにより固定されている。なお、上記冷却水入口１１および冷却水出口１２は、ＥＧＲガスの入口側となるボディ５の一端部に片寄った位置に形成されている。
【００１６】
上記端板６は、ボディ５よりも厚肉の例えば１．５ｍｍ程度の肉厚のステンレス板からなり、その４カ所に予め円形の取付孔９が開口形成されているとともに、外周部が第１折曲部６ａとして筒状に折り曲げられており、この第１折曲部６ａが上記ボディ５の端部の外周に嵌合し、この嵌合部でロー付けされている。また、図３に詳示するように、上記第１折曲部６ａのさらに先端側部分が、第２折曲部６ｂとして外周側へ折曲されている。この第２折曲部６ｂは、端板６の全周に亙って一定の突出幅に形成されている。
【００１７】
熱交換チューブ７は、やはりステンレス製のものであり、非常に薄い例えば０．３ｍｍ程度の肉厚に構成されており、かつ表面積の増大のために、蛇腹状ないしはスパイラル状に凹凸を設けた形状をなしている。この熱交換チューブ７の両端は、図３に詳示するように、端板６の取付孔９を貫通し、かつ外側からかしめられているとともに、取付孔９開口縁に対しロー付けされている。また、この実施例では、熱交換効率の向上のために、熱交換チューブ７内に、帯状金属板を捩ってなるフィン１０が固定されている。なお、このフィン１０は、熱交換チューブ７の上流側部分のみに設けられている。
【００１８】
ボディ５内には、図２に示すように４本の熱交換チューブ７が配置されているが、ボディ５内の空間をそれぞれ熱交換チューブ７が２本づつ収容される２つの流路１４ａ，１４ｂに仕切るように、ボディ５中央部に熱交換チューブ７と平行に仕切板８が配設されている。この仕切板８は、両側縁がＬ字形に折り曲げられており、この部分でもって、ボディ５内壁面にロー付けされている。また、この仕切板８は、ボディ５の全長よりも短く、かつＥＧＲガスの入口側となる一方の端板６に一端が当接した状態に配置されている。換言すれば、ボディ５のＥＧＲガス出口側においては、仕切板８が存在せず、ボディ５内の２つの流路１４ａ，１４ｂが一体に連通している。これにより、ボディ５内には、冷却水入口１１から冷却水出口１２へと向かうＵターン形状に連続した冷却水流路が構成されている。
【００１９】
上記のように構成されるクーラエレメント２は、前述したように、ロー付けによって一体化されている。このロー付けには、例えば、ニッケルロー付けが用いられ、かつ各部材を治具により組み付けた状態として炉内で加熱する、いわゆる炉内ロー付けによって組み立てられている。
【００２０】
これに対し、キャップ状部材３は、車種等に応じて種々の構成のものが必要であるので、ロー付けにより一体化されたクーラエレメント２に、後工程でもって溶接されている。このキャップ状部材３は、ボディ５の端部を覆う角錐状をなし、中心部にガス入口もしくはガス出口となる単一の開口部１５を備えている。図１に示した実施例では、キャップ状部材３の本体部分３ａが薄肉のステンレス板からなり、この本体部分３ａに対し、入口側のキャップ状部材３では、フランジ１６が直接固定されており、また出口側のキャップ状部材３では、排気管１７が接続され、該排気管１７を介してフランジ１８が固定されている。なお、これらのフランジ１６や排気管１７は、キャップ状部材３の本体部分３ａに予め溶接されて一体化されている。
【００２１】
図３は、ＥＧＲガスの入口側のキャップ状部材３の詳細を示しているが、出口側についても基本的な構成は同一である。この図３に示すように、キャップ状部材３の開口部側には、適宜な長さで筒状部３ｂが形成されており、この筒状部３ｂが、上記端板６の第１折曲部６ａの外周面に嵌合している。また、この筒状部３ｂのさらに先端側に、外周側へ折曲された折曲部３ｃが設けられている。つまり、この折曲部３ｃは、端板６の第２折曲部６ｂに沿って折れ曲がっており、かつ、第２折曲部６ｂの先端縁６ｃの位置と合致するように折曲部３ｃの突出幅が設定されている。そして、互いに隣接した状態となる第２折曲部６ｂの先端縁６ｃと上記折曲部３ｃの先端縁３ｄとが、全周に亙って互いに溶接されている。この溶接としては、例えばＴＩＧ溶接が用いられる。
【００２２】
このような実施例の構成によれば、キャップ状部材３が薄肉のボディ５ではなく、比較的厚肉の端板６に溶接され、しかも、ボディ５外周から離れた位置で溶接が行われるので、ボディ５に穴が空いたりする不具合がなく、溶接作業が容易となる。しかも、キャップ状部材３は、その筒状部３ｂが端板６の第１折曲部６ａに嵌合することによって、クーラエレメント２への仮組付状態が保持されるので、溶接作業が一層容易となる。また、この実施例では、キャップ状部材３についても、その折曲部３ｃの先端縁３ｄが溶接されることから、金属板からなる比較的薄肉の構成とすることが可能である。
【００２３】
次に、図４は、キャップ状部材３の構成が異なる実施例を示している。なお、クーラエレメント２自体の構成は、前述した実施例と特に変わりはないが、この実施例では、熱交換チューブ７内にフィン１０を備えていない。
【００２４】
この図４に示すキャップ状部材３は、本体部分３ｅとフランジ３ｆとが一体に鋳造されているものであって、中心部にやはりガス入口もしくはガス出口となる単一の開口部１５を備えている。そして、このキャップ状部材３の開口部側には、適宜な長さで筒状部３ｇが形成されており、この筒状部３ｇが、上記端板６の第１折曲部６ａの外周面に嵌合している。この筒状部３ｇの先端縁３ｈは、端板６の第２折曲部６ｂの側面に突き当てられており、かつ上記先端縁３ｈと上記第２折曲部６ｂ側面とが、例えばＴＩＧ溶接等によって互いに溶接されている。
【００２５】
この実施例の構成によれば、前述した実施例と同様に、キャップ状部材３が薄肉のボディ５ではなく、比較的厚肉の端板６に溶接され、しかも、ボディ５外周から離れた位置で溶接が行われるので、ボディ５に穴が空いたりする不具合がなく、溶接作業が容易となる。しかも、キャップ状部材３は、その筒状部３ gが端板６の第１折曲部６ａに嵌合することによって、クーラエレメント２への仮組付状態が保持されるので、溶接作業が一層容易となる。
【００２６】
また、この実施例のように鋳造からなるキャップ状部材３を用いる場合でも、前述した実施例のように金属板からなるキャップ状部材３を用いる場合でも、クーラエレメント２としては、同一の構成を採用することができるため、同一のクーラエレメント２に種々のキャップ状部材３を適宜組み合わせることができ、クーラエレメント２の汎用性が一層高いものとなる。
【００２７】
図５は、上記ＥＧＲガスクーラ１の内燃機関冷却水循環系における好ましいレイアウトの一例を示している。この図５において、２１はシリンダブロック側ウォータジャケット、２２はシリンダヘッド側ウォータジャケット、２３はこれらのウォータジャケット２１，２２へ冷却水を送り込むためのウォータポンプ、２４は冷却水の放熱を行うラジエータであって、上記シリンダヘッド側ウォータジャケット２２からアウトレットチューブ２５を介して高温冷却水が送り込まれ、かつ温度低下した冷却水がインレットチューブ２６を介してウォータポンプ２３側へ戻されるようになっている。また、ウォータポンプ２３の上流には、低温時に図示せぬバイパス通路側へ流路を切り換える公知のサーモスタット２７が介装されている。
【００２８】
また、シリンダブロック側ウォータジャケット２１からサーモスタット２７下流のサーモスタットハウジング２７ａに至るヒータ通路２８が設けられており、このヒータ通路２８に、車室暖房用のヒータコア２９が介装されている。そして、上記ＥＧＲガスクーラ１は、ヒータ通路２８の中で、ヒータコア２９の上流側に配置されている。なお、この実施例では、上記ＥＧＲガスクーラ１の上流側から分岐した流路にオイルクーラ３０が介装されており、また、ヒータコア２９とＥＧＲガスクーラ１との間には、ヒータ不要時に高温冷却水をバイパスさせる切換バルブ２９ａが設けられている。
【００２９】
このようにヒータコア２９の上流側にＥＧＲガスクーラ１を配置すれば、ＥＧＲガスクーラ１において排気ガスから回収した熱量が、下流のヒータコア２９へ供給される形となり、車室の暖房性能が向上するとともに、排気熱の有効利用が図れる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関のＥＧＲガスクーラによれば、クーラエレメントをロー付けによって一体化し、これにキャップ状部材を溶接により取り付けているので、クーラエレメントを共用しつつ車種等に応じた適宜な構成のキャップ状部材を組み合わせることが可能となり、作業性の向上ならびにコストの低減が図れる。そして、その溶接の際に、筒状のボディに与える熱的影響が少なくなり、ボディに穴が空いたりする不具合を防止できるとともに、溶接作業が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るＥＧＲガスクーラの全体的構成を示す断面図。
【図２】このＥＧＲガスクーラの側面図。
【図３】要部の断面図。
【図４】異なる実施例を示す要部の断面図。
【図５】ＥＧＲガスクーラの内燃機関冷却水循環系におけるレイアウトを示す回路説明図。
【図６】従来のＥＧＲガスクーラの一例を示す断面図。
【符号の説明】
１…ＥＧＲガスクーラ
２…クーラエレメント
３…キャップ状部材
５…ボディ
６…端板
６ａ…第１折曲部
６ｂ…第２折曲部
７…熱交換チューブ
８…仕切板

Claims

内部に冷却水を通流させるように側面に冷却水入口および冷却水出口が設けられた筒状のボディと、このボディの両端をそれぞれ閉塞する端板と、上記ボディ内に配設され、かつ両端がそれぞれ上記端板の取付孔に接続されるとともに、内部に排気ガスが通流する複数の熱交換チューブと、上記ボディの両端にそれぞれ接続され、かつガス入口およびガス出口をそれぞれ構成する入口側および出口側のキャップ状部材と、を備え、上記ボディと上記端板と上記熱交換チューブとが、予めクーラエレメントとしてロー付けにより一体化されているとともに、このクーラエレメントの両端に、上記キャップ状部材が溶接により固定されてなる内燃機関のＥＧＲガスクーラにおいて、
上記端板は、その外周部を筒状に折曲してなる第１折曲部を有し、この第１折曲部が上記ボディの端部外周に嵌合しているとともに、この第１折曲部のさらに先端側が、第２折曲部として外周側へ折曲されており、上記キャップ状部材の筒状をなす開口部が上記第１折曲部の外周面に嵌合しているとともに、該開口部の先端縁が上記第２折曲部に溶接されていることを特徴とする内燃機関のＥＧＲガスクーラ。
上記キャップ状部材の筒状をなす開口部の先端部に、上記第２折曲部に沿って外周側へ折曲された折曲部が形成されており、この折曲部と上記第２折曲部の互いに隣接した先端縁同士が溶接されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のＥＧＲガスクーラ。
上記キャップ状部材の筒状をなす開口部の先端縁が、上記第２折曲部の側面に突き当てられており、この開口部先端縁と第２折曲部側面とが溶接されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のＥＧＲガスクーラ。