JP4009001B2

JP4009001B2 - 内燃機関のｅｇｒガスクーラ

Info

Publication number: JP4009001B2
Application number: JP04302798A
Authority: JP
Inventors: 利昭佐藤
Original assignee: 株式会社マーレフィルターシステムズ
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: JPH11241891A

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７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】
上記のＥＧＲガスクーラでは、ボディ３１の両端に冷却水入口３２と冷却水出口３３とが配置され、該ボディ３１内を一端から他端へと冷却水が流れるのであるが、このように冷却水の流れる距離が短いと、熱交換効率の上からは好ましくない。そこで、ボディ３１内に、該ボディ３１内の一端部を残した形で熱交換チューブ３４と平行に仕切板を設け、ボディ３１内に、一端で折り返されるＵターン状の流路を構成することが提案されている。
【０００６】
しかしながら、このＥＧＲガスクーラのような熱交換器は、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ので、仕切板をボディ３１内に一端から挿入する形で配置し、かつボディ３１内壁面に確実にロー付けすることは、非常に困難であり、仕切板の取付強度が低い製品が出現したりし易い。特に、仕切板の接合面に予めロー材を塗布したとしても、ボディ３１内に挿入する作業の際にロー材が脱落しやすい。また、ボディ３１内に仕切板を配置した後に接合箇所にロー材を配置する方法では、ボディ３１が細長い筒状であることから作業性が悪く、かつ接合面に広くロー材が行きわたらないので、接合強度が低い。
【０００７】
また、上記のような多管式のＥＧＲガスクーラにおいては、内燃機関の振動によって熱交換チューブ３４同士が干渉し、異音が生じたり、熱交換チューブ３４の摩耗が発生する、という問題もある。
【０００８】
【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、上記ボディ内に上記熱交換チューブと平行に配置され、かつ該ボディ内に上記冷却水入口から上記冷却水出口に連続した冷却水流路を構成する一つあるいは複数の仕切板と、を備え、上記仕切板が、ロー付けによりボディ内に固定されてなる内燃機関のＥＧＲガスクーラにおいて、
上記仕切板は、両側縁に、略Ｌ字形に折曲した取付片を有し、かつ各取付片のボディ内壁面との当接面に、ロー材を塗布するための浅い凹部が形成されていることを特徴としている。上記凹部は、例えば請求項２のように、取付片にプレスしたエンボスからなる。
【０００９】
すなわち、この発明では、ボディ内壁面に仕切板がロー付けされ、ボディ内を平行な複数（実際には端部で１本に連続したものとなる）の流路に区画している。ここで、ボディ内壁面に接合される仕切板の取付片には、浅い凹部が形成され、ここにロー材が塗布されるので、ボディ内に仕切板を組みつける際に接合面がボディ内壁面に摺接したとしても、ロー材が脱落してしまうことがなく、凹部内に確実に保持される。そして、この凹部内のロー材は、加熱された際に凹部周囲に流れ出るため、ロー材を介して面同士が広く接合される。なお、一般には、このロー付けは炉内ロー付けによって行われるので、端板や熱交換チューブも同時にロー付けされる場合が多い。
【００１０】
この請求項１の発明をさらに具体化した請求項３の発明では、上記凹部は、上記仕切板の長手方向に沿って細長く形成されており、かつ個々に独立した複数の凹部が間隔をもって並べられている。このように凹部を仕切板の全長に連続させずに間欠的に設けることによって、それぞれの凹部内のロー材が加熱時に各凹部の周囲に流れ出て、その部分を堅固にロー付けするので、接合強度が非常に高くなる。
【００１１】
また請求項４の発明では、このように堅固に固定される仕切板を利用して熱交換チューブが支持される。すなわち、上記仕切板は、長手方向中間部に、熱交換チューブの軸方向と交差する方向に沿ったチューブ支持片を有し、このチューブ支持片に熱交換チューブの中間部が固定支持されていることを特徴としている。
【００１２】
これをさらに具体化した請求項５の発明では、上記チューブ支持片は、熱交換チューブの径に対応した略半円形の切欠部を有し、この切欠部に熱交換チューブが圧入されるとともに、ロー付けされている。
【００１３】
このように熱交換チューブの中間部を支持することにより、各熱交換チューブの振動が抑制され、互いの干渉が回避される。
【００１４】
【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。
【００１５】
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はその横断面図であり、図３は、その要部を示す分解斜視図である。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、外周部が筒状に折り曲げられており、この筒状部が上記ボディ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。なお、後述する溶接のために、上記筒状のさらに先端側部分が、外周側へ折曲されている。
【００２０】
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、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。
【００２１】
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、両側縁がそれぞれ取付片８ａとしてＬ字形に折り曲げられており、この取付片８ａ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。そして、開口部側に設けられた筒状部が上記端板６の筒状部の外周に嵌合し、かつ、外周側へ折曲された先端縁が端板６先端縁と互いに溶接されている。なお、入口側のキャップ状部材３には、フランジ１６が予め溶接されており、また出口側のキャップ状部材３には、排気管１７が予め溶接されている。
【００２４】
図３は、上記仕切板８の詳細を示している。この仕切板８は、熱交換チューブ７の軸方向に沿って細長い長方形状をなし、かつ両側縁が取付片８ａとして同一方向に折曲されている。そして、この取付片８ａがボディ５内壁面にロー付けてされるのであるが、この取付片８ａの当接面には、ロー材を保持するために、細長い長円形をなす浅い凹部２１が複数個形成されている。この凹部２１は、例えば、取付片８ａにプレスしたエンボスからなり、かつ複数個の細長い凹部２１が適宜な間隔をもって一列に並ぶように形成されている。ロー付けの際には、この凹部２１内に斜線を施して示すようにロー材が塗布され、炉内ロー付けが行われる。なお、このボディ５に対するロー付けの際に仕切板８の位置を位置決めするために、図２に示すように、ボディ５の複数箇所に突起２２が設けられている。
【００２５】
また、この仕切板８には、熱交換チューブ７の軸方向と直交する方向に沿ったチューブ支持片２３が、長手方向の中間部２カ所に設けられている。この実施例では、チューブ支持片２３は、仕切板８とは別の金属板からなり、かつＬ字状に折り曲げた底辺部分を予め仕切板８に溶接してある。また、このチューブ支持片２３には、熱交換チューブ７の外径に等しい径の略半円形の切欠部２４が一対設けられており、ここに、各熱交換チューブ７が圧入されるとともに、ロー付けされている。なお、チューブ支持片２３は、仕切板８の両面にそれぞれ配置されている。
【００２６】
このような実施例の構成によれば、仕切板８と４本の熱交換チューブ７とが圧入により仮組み立てされた後に、ボディ５内に挿入され、かつその両端に端板６が配置されて、クーラエレメント２として炉内で一体にロー付けされる。ここで、仕切板８は、取付片８ａの凹部２１にロー材を塗布した状態でボディ５内に軸方向に挿入されることになるが、ロー材は凹部２１内に保持されるので、ボディ５内壁面との摺接によって脱落してしまうことがない。そして、この凹部２１内のロー材は、加熱された際に、凹部２１周囲に流れ出て、取付片８ａとボディ５内壁面とを堅固にロー付けする。特に、凹部２１が適宜な間隔をもって独立しているので、隣接する凹部２１の間の平面が、凹部２１から流れてきたロー材によってボディ５内壁面に堅固に接合し、非常に高い接合強度が得られる。
【００２７】
また、組立状態においては、熱交換チューブ７の中間部が仕切板８によって固定支持されるため、内燃機関の振動による熱交換チューブ７同士の干渉が回避され、異音の発生や摩耗の発生が防止される。
【００２８】
次に、図４は、仕切板８の異なる実施例を示している。図示するように、この実施例においては、チューブ支持片２３が仕切板８から切り起こされている。すなわち、矩形の３辺に沿って仕切板８にスリットを設け、かつ９０°折り曲げることによって、仕切板８と一体にチューブ支持片２３が設けられている。なお、このチューブ支持片２３には、やはり略半円形の切欠部２４が形成されている。この実施例においては、チューブ支持片２３を切り起こすことに伴い、冷却水流路を短絡させる開口部が仕切板８に生じてしまうものの、前述した実施例に比較して、構成が非常に簡素化できる利点がある。
【００２９】
また、図５は、仕切板８のさらに異なる実施例を示している。この実施例においては、仕切板８の両面に、断面略コ字状をなす補助プレート２５が溶接等により固着されており、この補助プレート２５からチューブ支持片２３が切り起こされている。つまり、上記補助プレート２５は、一対の熱交換チューブ７の間に位置し、かつ両側に切り起こされたチューブ支持片２３によって各熱交換チューブ７をそれぞれ支持している。なお、補助プレート２５の外周側の側縁の取付片２５ａは、ボディ５内壁面にロー付けされるようになっており、ここには、仕切板８の取付片８ａと同様に、ロー材を塗布するための凹部２１が形成されている。
【００３０】
上記各実施例では、ボディ５内に１枚の仕切板８を有し、ボディ５内を、Ｕターン形状に１本に連続する２つの流路１４ａ，１４ｂに区画した例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに多数の仕切板８を設け、順次折り返された複数の流路に区画するようにしたものにも、同様に適用することができる。
【００３１】
図６は、一例として、ボディ５に２枚の仕切板８を設け、ボディ５内を３つの流路１４ａ，１４ｂ，１４ｃに区画した構成を示している。この実施例では、仕切板８で仕切られたそれぞれの部分に各一対の熱交換チューブ７が収容されているが、一方の仕切板８の両面にそれぞれチューブ支持片２３が設けられ、他方の仕切板８には、一方の面のみにチューブ支持片２３が設けられている。なお、このように３つの流路１４ａ，１４ｂ，１４ｃとする場合には、ボディ５の一端に冷却水入口１１が、他端に冷却水出口１２がそれぞれ配置され、ボディ５内で３つの流路１４ａ，１４ｂ，１４ｃが略Ｚ字形に連続した形となる。
【００３２】
【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、ロー付けの際にボディ内に挿入される仕切板にロー材保持用の浅い凹部を設けたので、ロー材が脱落してしまうことがなく、仕切板とボディとを堅固にロー付けすることができる。従って、ボディ内に端部で折り返した形の長く連続した冷却水流路を構成することができ、熱交換効率の向上が図れる。
【００３３】
また、請求項４および請求項５の発明によれば、この仕切板を利用して熱交換チューブの中間部が支持され、内燃機関の振動による熱交換チューブ同士の干渉や摩耗を防止できる。
【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ガスクーラの横断面図。
【図３】要部の分解斜視図。
【図４】異なる実施例を示す要部の分解斜視図。
【図５】さらに異なる実施例を示す要部の分解斜視図。
【図６】ボディ内に２枚の仕切板を有する実施例を示す横断面図。
【図７】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
７…熱交換チューブ
８…仕切板
２１…凹部
２３…チューブ支持片

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、上記ボディ内に上記熱交換チューブと平行に配置され、かつ該ボディ内に上記冷却水入口から上記冷却水出口に連続した冷却水流路を構成する一つあるいは複数の仕切板と、を備え、上記仕切板が、ロー付けによりボディ内に固定されてなる内燃機関のＥＧＲガスクーラにおいて、
上記仕切板は、両側縁に、略Ｌ字形に折曲した取付片を有し、かつ各取付片のボディ内壁面との当接面に、ロー材を塗布するための浅い凹部が形成されていることを特徴とする内燃機関のＥＧＲガスクーラ。
上記凹部は、上記取付片にプレスしたエンボスからな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。
上記凹部は、上記仕切板の長手方向に沿って細長く形成されており、かつ個々に独立した複数の凹部が間隔をもって並べられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のＥＧＲガスクーラ。
上記仕切板は、長手方向中間部に、熱交換チューブの軸方向と交差する方向に沿ったチューブ支持片を有し、このチューブ支持片に熱交換チューブの中間部が固定支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のＥＧＲガスクーラ。
上記チューブ支持片は、熱交換チューブの径に対応した略半円形の切欠部を有し、この切欠部に熱交換チューブが圧入されるとともに、ロー付けされていることを特徴とする請求項４記載の内燃機関のＥＧＲガスクーラ。