JP6726009B2 - EGR cooler structure - Google Patents
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Description
本発明は、EGRガス冷却用のEGRクーラ構造に関する。 The present invention relates to an EGR cooler structure for cooling EGR gas.
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。 In an engine for a vehicle such as an automobile, an EGR device (exhaust gas recirculation device) that extracts a part of exhaust gas from an exhaust system such as an exhaust port or an exhaust manifold, cools it with an EGR cooler, and recirculates it to the intake system of the engine. Is widely practiced. With this EGR device, the combustion temperature can be lowered to prevent knocking, NOx (nitrogen oxide) emissions can be reduced, and fuel consumption improvement due to pumping loss reduction can be expected.
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。 FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional EGR cooler structure, and is a perspective view schematically showing the EGR cooler and its peripheral portion in the EGR device.
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。
In this EGR device, an exhaust
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。
The
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。
However, as in the conventional EGR device, in which the
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide an EGR cooler structure capable of absorbing thermal expansion and having high space efficiency.
上記目的を達成するために、本発明に係る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、EGRガスの流れ方向が上下方向と一致するように配置されるとともに、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うち、設置状態において上方側に位置するキャップに、可撓性を有する変形自在部が設けられ、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って、該蛇腹は上下方向に凹凸状をなしていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the EGR cooler structure according to the present invention comprises:
Between the cylindrical inlet side cap located on the inlet side where EGR gas is introduced, the cylindrical outlet side cap located on the outlet side where EGR gas is discharged, and between the inlet side cap and the outlet side cap In the EGR cooler structure including a cooling unit located at the position for cooling the EGR gas, the inlet-side cap and the outlet-side cap are arranged such that the flow direction of the EGR gas coincides with the vertical direction, and The outer diameter is increased toward the cooling portion, and the deformable portion having flexibility is provided in the cap located on the upper side in the installed state of the inlet side cap and the outlet side cap, The deformable portion has a bellows shape in which a plurality of annular recesses and protrusions are formed, and the bellows is uneven in the vertical direction.
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うち、設置状態において上方側に位置するキャップに、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。 According to this structure, in the EGR cooler, the cap that is located on the upper side in the installed state of the inlet-side cap and the outlet-side cap is provided with the flexible deformable portion. , Can absorb heat elongation. Further, since the deformable part is provided on the cap whose outer diameter expands toward the cooling part, the deformable part can be deformed to absorb heat expansion as compared with the conventional one in which the deformable part is provided on the introduction pipe. The length dimension of the free part can be shortened. As a result, the space efficiency can be increased, and as a result, the EGR cooler can be kept large in size and the sufficient cooler performance can be secured without downsizing.
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。 According to this configuration, the deformable portion is formed in a bellows shape in which a plurality of annular concave portions and convex portions are formed, so that the structure having excellent flexibility can be obtained.
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。 According to this configuration, it is possible to prevent the deformable portion from accumulating condensed water and corroding the deformable portion. In other words, after the engine is stopped, the generated condensed water flows downward due to its own weight and collects. Therefore, it is difficult for the condensed water to collect in the cap located on the upper side in the installed state, and the deformable portion is provided on the cap on the upper side. As a result, corrosion of the deformable portion can be avoided.
また、本発明のEGRクーラ構造は、前記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。
Further, the EGR cooler structure of the present invention, in the EGR cooler structure, the outlet side cap, and wherein the thickness of the peripheral wall is thin in comparison with the thickness of the peripheral wall of the inlet side cap.
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。 According to this structure, it is possible to increase the plate thickness of the inlet side cap and improve the thermal durability. Further, in the outlet side cap provided with the deformable portion, the plate thickness can be reduced to improve the flexibility of the deformable portion.
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。 According to the EGR cooler structure of the present invention, it is possible to absorb thermal expansion and improve the space efficiency of the EGR device.
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。
An EGR cooler structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic explanatory view of an EGR cooler structure, and FIG. 1A is a front view showing a state in which an
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。
The
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。
The
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。
The outlines of the
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。
The EGR
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。
The
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。
The EGR
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。
The
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。
The inlet-
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。
The
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。
The
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。
A flexible
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。
As described above, the
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。
The
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。
The
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。
Next, the operation of the
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。
The high temperature EGR gas branched from the exhaust port is introduced into the
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。
On the other hand, in the
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。
At this time, in the
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。
The low temperature EGR gas is guided from the
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。
In this EGR device, when the EGR gas is introduced into the EGR cooler 10 from the exhaust
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。
In the
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。 In the conventional EGR cooler structure, the deformable portion is provided in the introduction pipe for introducing the EGR gas into the EGR cooler without providing the deformable portion in the EGR cooler. The introduction pipe is a relatively thin pipe, and when the introduction pipe absorbs thermal stress, it is necessary to increase the length dimension of the deformable portion. On the other hand, the EGR device connects the exhaust system and the intake system of the engine and has a limited mounting space. Therefore, when the installation space of the introduction pipe is increased, the installation space of the EGR cooler becomes smaller, and accordingly, the cooler capacity tends to become smaller.
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。
In the present embodiment, by providing the
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。
Further, the
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。
Further, by providing the
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。
Further, the
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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in the above-described embodiment, the outlet-
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。
Further, in the above-described embodiment, the
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。
Further, although the
10 EGRクーラ
11 冷却部
15 熱交換部
16 EGR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
30 EGR弁
100 シリンダヘッド
10 EGR cooler 11 Cooling
Claims (3)
前記入口側キャップ及び前記出口側キャップは、EGRガスの流れ方向が上下方向と一致するように配置されるとともに、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うち、設置状態において上方側に位置するキャップに、可撓性を有する変形自在部が設けられ、
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って、該蛇腹は上下方向に凹凸状をなしていることを特徴とするEGRクーラ構造。 Between the cylindrical inlet side cap located on the inlet side where EGR gas is introduced, the cylindrical outlet side cap located on the outlet side where EGR gas is discharged, and between the inlet side cap and the outlet side cap In an EGR cooler structure including a cooling unit located at the position for cooling the EGR gas,
The inlet-side cap and the outlet-side cap are arranged so that the flow direction of EGR gas coincides with the vertical direction, and the outer diameter increases toward the cooling unit,
Of the inlet-side cap and the outlet-side cap, the cap located on the upper side in the installed state is provided with a flexible deformable portion,
The EGR cooler structure is characterized in that the deformable portion has a bellows shape in which a plurality of annular recesses and protrusions are formed, and the bellows is uneven in the vertical direction.
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