JPH11287571A - Egrクーラ - Google Patents
EgrクーラInfo
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- JPH11287571A JPH11287571A JP10086764A JP8676498A JPH11287571A JP H11287571 A JPH11287571 A JP H11287571A JP 10086764 A JP10086764 A JP 10086764A JP 8676498 A JP8676498 A JP 8676498A JP H11287571 A JPH11287571 A JP H11287571A
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- JP
- Japan
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- gas
- cooling
- chamber
- water
- gas chamber
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- Granted
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/26—Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
- F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
ング2内を仕切って入口側ガス室7、出口側ガス室19
及び冷却液室8を区画し、上記冷却液室8内に中間ガス
室20,21を区画形成すると共に、入口側ガス室7と
中間ガス室20,21、中間ガス室20,21と出口側
ガス室19をそれぞれ冷却管29,30,31で連絡し
たものである。
Description
り、特に、エンジンの排ガスの一部を排気経路から取り
出して再びエンジンの吸気経路に戻すEGR(Exhaust
Gas Recirculation:排気再循環)を行う際、途中でEG
Rガスを冷却するためのEGRクーラに関するものであ
る。
を低減するためEGRが有効であることは知られてい
る。即ち、EGRを行うと、吸気中の酸素濃度が低下し
て燃焼が緩慢となり、燃焼温度の低下によりNOx の生成
が抑制されると考えられるからである。
でその分新気量が減り、スモークが悪化するという問題
がある。これを解決するために、EGR通路中にEGR
クーラを設け、高温のEGRガスを冷却して体積を減少
させることにより、新気量の増大を図り、スモークの発
生を防止しようという提案がなされている(特開平6-14
7028号公報等参照)。
ンの構成図で、EGRクーラ51はEGR通路をなすE
GR配管52の途中に設けられ、エンジン53との間で
冷却水配管54を介して冷却水(冷却液)を循環させ、
その冷却水を冷媒として内部でEGRガスを冷却するよ
うになっている。EGR配管52は、排気マニホールド
55及び排気管56からなる排気経路から排ガスの一部
(EGRガス)を取り出し、吸気マニホールド57及び
吸気管58からなる吸気経路にそれを戻す。EGR配管
52の途中にはEGR量を制御するための流量制御弁5
9が設けられる。
0、21に示す通りである。EGRクーラ51は、一方
向に延出して両端が絞られた筒状のケーシング60を有
し、ケーシング60の長手方向両端には入口側フランジ
61及び出口側フランジ62が一体的に設けられる。入
口側フランジ61及び出口側フランジ62は、それぞれ
ガス導入口63及びガス導出口64を区画して上述のE
GR配管52にそれぞれ接続される。ケーシング60内
部には長手方向(ガス流れ方向)に離間する一対のエン
ドプレート、即ち入口側エンドプレート65及び出口側
エンドプレート66が設けられる。これらエンドプレー
ト65,66は、ケーシング60内部を、両端の入口側
ガス室67、出口側ガス室68及び中央の水室69(冷
却液室)とに仕切るためのものである。水室69には、
その長手方向に離間して冷却水導入口70及び冷却水導
出口71が設けられる。これらは径方向の対向側に設け
られる。
複数の直管状冷却管72が設けられる。冷却管72は両
エンドプレート65,66に挿通固定され、入口側及び
出口側ガス室67,68を連通すると共に、両エンドプ
レート65,66間で水室69内を通過するようになっ
ている。
室67内に導入されたEGRガスは、入口側ガス室67
内で径方向に拡散し、各冷却管72に分配される。そし
て各冷却管72を通過した後、出口側ガス室68内で再
度集合されてガス導出口64から導出される。特に水室
69内を通過する際、冷却水との間で熱交換されて冷却
される。
るだけ薄肉( 0.5〜1mm 程度)とされる。またEGRガ
スが高温で硫黄分を含むことから、高温強度と耐腐食性
に優れたステンレス等の材料が採用される。本クーラは
複数の部品を接合して作るが、製造の簡便化のため全て
の部品が炉内ロー付けにて一度に組み付けられるように
なっている。このため、冷却管72以外の部品も冷却管
72と同種の材料で形成される。
は、入口側ガス室67から冷却管72に流入した直後
は、急激な断面変化の影響を受けて速度・方向が一定で
ない乱流となる。この乱流領域ではガスから冷却管72
へ活発な放熱が行われる。
れは冷却管72の軸方向に流れる層流となる。このた
め、ガスの流速が軸心側ほど速く、冷却管72内壁部近
傍では遅くなり、放熱が活発に行われなくなる。
フィンを設けて放熱面積を増やしたり、冷却管72内部
に凹凸を設けて層流部の境界層を乱す方法があるが、E
GRガスに含まれたすすがフィン等に付着し、そこでE
GRガス中に含まれる硫黄分と水分とで硫酸が形成され
るため、耐久性の面で問題が生じる。
ジン回転数、エンジン負荷等のエンジン運転状態に応じ
て変化すること、及び各気筒の排気脈動によりEGRガ
スも脈動を伴うことから、前述の乱流領域の範囲ないし
長さは一定でない。
ラは、ケーシング内を仕切って入口側ガス室、出口側ガ
ス室及び冷却液室を区画し、上記冷却液室内に中間ガス
室を区画形成すると共に、入口側ガス室と中間ガス室、
中間ガス室と出口側ガス室をそれぞれ冷却管で連絡した
ものである。
導入したEGRガスを中間ガス室に放出し、再度冷却管
内に導入できる。よって乱流領域を増大でき、放熱を活
発化できる。
これら中間ガス室同士が別の冷却管で連絡されるのが好
ましい。
割し、これら分割された冷却液室同士が連絡通路で連絡
されるのが好ましい。
する連絡管で形成され、この連絡管が冷却管と交差する
方向に延出されるのが好ましい。
交差する方向に流すための案内手段が設けられるのが好
ましい。
を添付図面に基づいて詳述する。
形態に係るEGRクーラを示す。従来同様、EGRクー
ラ1は、一方向(図の左右方向)に長い円筒状のケーシ
ング2を有している。ケーシング2は、所定の一定径に
形成された外筒部3と、外筒部3からガス入口側(図中
左側)及び出口側(図中右側)に向けて半球状に絞られ
た入口側タンク部4及び出口側タンク部13とからな
る。入口側タンク部4の入口端及び出口側タンク部13
の出口端には、前述のEGR配管に接続するためのフラ
ンジ部5,14が設けられる。これらフランジ部5,1
4には、それぞれガス導入口15及びガス導出口16と
一対のボルト穴(雌ねじ穴)17とが設けられる。これ
ら外筒部3、タンク部4,13及びフランジ部5,14
は同軸に配置される。
置には、ケーシング2内を入口側と出口側とで仕切る一
対のエンドプレート、即ち入口側エンドプレート9と出
口側エンドプレート18とが設けられる。これによりケ
ーシング2内には、入口側エンドプレート9の左側に入
口側ガス室7が、両エンドプレート9,18間に冷却水
(冷却液)を通過させるための水室8(冷却液室)が、
出口側エンドプレート18の右側に出口側ガス室19
が、それぞれ区画形成される。
室20,21が区画形成され、これら中間ガス室20,
21により水室8は3つに分割されている。
の中間プレート22,23,24,25が設けられ、こ
れら中間プレート22…が外筒部3内を仕切ることによ
り、ガス流れ方向上流側から順に第1水室26、第2水
室27、第3水室28が区画形成され、これら水室26
…間に第1中間ガス室20、第2中間ガス室21が区画
形成される。
とがガス流れ方向に沿って交互直列的に設けられる。
2…はケーシング長手方向に対し垂直に配置される。ま
た各水室26…同士、或いは各中間ガス室20…同士
は、ケーシング長手方向の長さがそれぞれ等しくされ
る。さらに各水室26…は放熱面積を確保するため各中
間ガス室20…より長くされる。
1中間ガス室20と第2中間ガス室21、第2中間ガス
室21と出口側ガス室19は、それぞれ複数且つ同数ず
つの第1冷却管29、第2冷却管30、第3冷却管31
で連絡されている。これら冷却管29…は各プレート9
…に挿通固定され、各室同士を連通するようになってい
る。
2水室27と第3水室28が、それぞれ連絡通路をなす
第1連絡管32、第2連絡管33で連絡され、互いに連
通されている。第1連絡管32は第1中間ガス室20内
を、第2連絡管33は第2中間ガス室21内をそれぞれ
通過される。これら連絡管32…は直管で、各冷却管2
9…と同方向に延出される。第1水室26の下部に冷却
水導入口12が、第3水室28の上部に冷却水導出口1
0が設けられる。これによって冷却水導入口12から第
1水室26に導入された冷却水が、第1連絡管32、第
2水室27、第2連絡管33、第3水室28を順に通じ
て冷却水導出口10から導出されるようになる。
図3に示すように、互いに同一径とされると共に、合わ
せてケーシング2内全体に広がる千鳥配列とされる。た
だし第1及び第2連絡管32,33は、図中ハッチング
で示すように、最外周に 120°間隔で3本設けられ
るに過ぎず、図2に示すように、この位置の分は冷却管
29…が除かれている。このように連絡管32…の数が
少なく、連絡管32…の総断面積が冷却管29…の総断
面積に比べ小さいのは、冷却水の体積流量がEGRガス
の体積流量より少なくて済むからである。第1乃至第3
冷却管29…或いは第1乃至第2連絡管32…は、ケー
シング長手方向に沿ってそれぞれ直線的に配置される。
5から導入されたEGRガスが、入口側ガス室7内で拡
散して各第1冷却管29内に分配導入された後、各第1
冷却管29内を流通する。そして第1水室26内を通過
する際に最初の冷却がなされ、この後第1中間ガス室2
0内に放出、拡散される。そしてここで集合された後、
さらに次の各第2冷却管30内に分配導入される。次も
同様に第2水室27内での2回目の冷却、第2中間ガス
室21内への放出、第3水室28内での3回目の冷却、
出口側ガス室19への放出という行程を経た後、ガス導
出口16から導出される。
設けて冷却管へのガス分配導入を再度行うようにしたの
で、断面変化の場所を増やして乱流領域の増大を図り、
ガスからの放熱を活発化させ、クーラの冷却効率を向上
することができる。特に本実施形態では複数の中間ガス
室を設けたので、冷却管へのガス導入を複数回行え、冷
却効率をさらに向上できる。
が冷却水に接触して冷却されるので、各中間ガス室20
…内においてもガスの冷却が行える。
ケーシング寸法や冷却管の配置を変えず連絡管32…を
追加しており、この分冷却管の本数が従来(図19〜2
1)より減少し、ガスの通路面積も減少している。しか
し、これにより圧力損失、放熱量増加等の問題が生じた
場合は、冷却管の本数や径の見直しにより対処可能であ
る。ただし、これでも解消されないときはケーシング拡
大、冷却管数増大等の対処が必要である。
実施形態に係るEGRクーラを示す。なお後述の実施形
態も同様だが、同一構成の部分については説明を省略す
る。本実施形態は第1実施形態に比べ、各冷却管29…
の本数と連絡管32…の配置を変えた点が異なる。
は、第1及び第2連絡管32,33が直線的に配置され
ているため、第2水室27内で冷却水の軸方向成分が強
くなり、各第2冷却管30への当たりが弱くなる可能性
がある。また、第2連絡管33の中の1本が冷却水導出
口10の近傍に開口するため、第3水室28内でも第3
冷却管31への当たりが弱くなる可能性がある。
に、第1及び第2連絡管32,33を同数としながら
も、3本まとめて互いに反対側となるよう配置してい
る。即ち、第1連絡管32は、ケーシング2内の上方且
つ最外周に3本並列され、第2連絡管33は、ケーシン
グ2内の下方且つ最外周に3本並列されている。これに
よりこれら連絡管32…と冷却水導入口12、冷却水導
出口10とがそれぞれ交互に反対側に配置されるように
なり、各水室26…内において、冷却水の流れを各冷却
管29…に直交する流れとし、冷却管29…に冷却水を
十分当てることができるようになる。これによってガス
の放熱を一層活発化でき、冷却効率も向上できるように
なる。
に、第1及び第2連絡管32,33がある位置の各冷却
管29…が除かれ、冷却管29…の本数はさらに減少さ
れている。これによりガスの通路面積が減少し、圧力損
失等の問題が助長される可能性がある。
3実施形態である。
示す第3実施形態は以下のように構成される。即ち、第
1水室26及び第3水室28の上部にそれぞれ冷却水導
入口12及び冷却水導出口10が設けられ、第1及び第
2連絡管32,33がそれぞれケーシング2内の下方の
みに3本並列状態で配設されている。これら連絡管3
2,33のある位置を除き、ケーシング2内全体に第1
乃至第3冷却管29,30,31が千鳥配列される。そ
して第2水室27内に中間プレート34が追加される。
中間プレート34は第2水室27をそのケーシング軸方
向中間位置で仕切るよう配置されるが、その上部には開
口部35が設けられ、ここから冷却水の流通を許容する
ようになっている。開口部35はここでは中間プレート
34の一部を直線的に切り欠いて形成されるが、他の方
法、例えば穴の穿設によって形成しても構わない。
管29…の本数が確保され、ガスの通路面積減少の問題
は防げる。そして中間プレート34によって、第1連絡
管32から出てきた冷却水を直接第2連絡管33に向か
わせず、第2冷却管30と直交する方向に蛇行させるこ
とができ、冷却管30に冷却水を十分当てることができ
る。勿論、第1水室26と第3水室28においても冷却
水の入口と出口とが反対側に形成され、各冷却管29,
31と直交する流れにできる。なお第1水室26又は第
3水室28に中間プレートを設ければ、冷却水導入口1
2又は導出口10の位置ないし向きを変えられ、これら
向きを異なる方向とすることも可能である。
数が増え部品点数が増加する欠点がある。
5に示すように、この実施形態では第2実施形態(図4
〜7)同様に第1乃至第3冷却管29…が配置され、各
水室26…には上部及び下部に3本分の空きスペースが
ある。よって上流側の上部の空きスペースから下流側の
下部の空きスペースを連絡するように、クランク状の第
1及び第2連絡管32,33が各3本ずつ配設されてい
る。
20,21内で、第1及び第2連絡管32,33がガス
流れ方向と直交する方向に延出される。よってこれらガ
ス室20,21内におけるガスからの放熱が促進され、
冷却性能が向上する。
ので、その実施形態に対する部品点数の増加はない。し
かし、第1及び第2連絡管32,33を作る際、パイプ
の曲げ加工等が必要で、これの組み付けも容易ではない
ため、製造コストの上昇は免れられない。さらに冷却管
29…の本数も従来よりは少ないので圧力損失等の問題
が解決されない。
すように、この実施形態では前記実施形態と異なりケー
シング2内が中間プレート22…では完全に仕切られて
ない。即ち、水室8においては、そのガス入口側の下部
に冷却水導入口12が、ガス出口側の上部に冷却水導出
口10が設けられる。これによって冷却水は、主の流れ
としてはガス流れ方向と同じ方向に流れることとなる。
そして冷却水流れ方向上流側から下流側にかけて、水室
8内を仕切るように4枚の中間プレート22,23,2
4,25が設けられ、前者2枚と後者2枚とがそれぞれ
筒状プレート36,37で連結され、これらプレートに
よって第1中間ガス室20と第2中間ガス室21とが区
画形成されている。
2…のうち、上流側のものは上部に開口部38を、下流
側のものは下部に開口部39をそれぞれ有している。こ
れら開口部38,39は各プレートの一部を直線的に切
り欠いてなる。開口部38,39の部分を除き、各中間
プレート22…はケーシング内壁に固着されてケーシン
グ内を仕切る。一方筒状プレート36,37は、図1
7、18に示すように(37のみ図示)円筒状に形成さ
れると共に、隣り合う中間プレート22…の直線状切欠
端縁間の距離に等しい外径を有する。これにより、筒状
プレート36,37の外周全周に上記連絡管32…に代
わる第1及び第2連絡通路40,41が区画形成され
る。そして各中間ガス室20…によって水室8が第1水
室26、第2水室27、第3水室28に分割され、第1
水室26と第2水室27が第1連絡通路40で、第2水
室27と第3水室28が第2連絡通路41で連絡ないし
連通されることとなる。
径方向内側の範囲内において、従来(図19〜21参
照)と同数の冷却管29,30,31を配設できる。よ
ってケーシング外径が多少大きくなるものの、ガス通路
面積を減少させずに済み、圧力損失等の問題は招かずに
済む。
2水室27から第3水室28)に至る冷却水の流れは、
上部の開口部38から第1連絡通路40(第2連絡通路
41)に入り、下部の開口部39から出ていく流れとな
る。第1水室27には下部の冷却水導入口12から冷却
水が入り、第2水室28では上部の冷却水導出口10か
ら冷却水が出て行くので、結局、各水室26…内の流れ
が下方から上方に至る流れ即ち各冷却管29…に直交す
る流れとなる。これによりガスからの放熱を促進し、ク
ーラ冷却効率を向上できる。
れば、EGRガスの乱流領域を増大して放熱量を増し、
クーラ冷却効率を向上できる。そしてEGRガス温度を
低減して吸気温度低下によるNOx低減を達成できると
共に、EGRガスの体積減少分新気量を増し、スモーク
低減も図れる。
た格好となるので、それぞれに対し好ましい特性を与
え、放熱性向上に大いに貢献できる。例えば、入口側エ
ンドプレート9の近傍では流入ガスが高温、高流量のと
き冷却水の沸騰が発生し、熱伝達が悪化する場合があ
る。よってこの場合はガス入口側の冷却管を厚肉化した
りして、放熱を制限し、沸騰の未然防止を図ることがで
きる。逆にこれより下流側の冷却管は、薄肉化により高
い放熱性を確保できる。こうしてEGRガスの流量、温
度制限が緩和され、良好なエンジン性能を確保できるよ
うになる。
ート9、出口側エンドプレート18、各中間プレート2
2…、冷却水導入口12及び導出口10、連絡管32…
並びに開口部35…が、本発明の案内手段を構成する。
施形態が可能である。例えば中間ガス室や水室の数、長
さ、配置等を変更したり、冷却水流れ方向と冷却管の交
差角を90°(直交)以外としても構わない。これは連
絡管と冷却管の関係についても同様のことがいえる。ま
た、水室内にバッフルプレートを追加して冷却水をさら
に蛇行させたり、エンジン冷却水以外の液体を冷却液に
用いることも可能である。
優れた効果が発揮される。
熱量を増し、クーラ冷却効率を向上できる。
に行え、放熱量を増大できる。
ある。
ある。
ある。
である。
である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ケーシング内を仕切って入口側ガス室、
出口側ガス室及び冷却液室を区画し、上記冷却液室内に
中間ガス室を区画形成すると共に、入口側ガス室と中間
ガス室、中間ガス室と出口側ガス室をそれぞれ冷却管で
連絡したことを特徴とするEGRクーラ。 - 【請求項2】 上記中間ガス室が複数設けられ、これら
中間ガス室同士が別の冷却管で連絡された請求項1記載
のEGRクーラ。 - 【請求項3】 上記中間ガス室が上記冷却液室を分割
し、これら分割された冷却液室同士が連絡通路で連絡さ
れた請求項1又は2記載のEGRクーラ。 - 【請求項4】 上記連絡通路が中間ガス室内を通過する
連絡管で形成され、該連絡管が冷却管と交差する方向に
延出された請求項3記載のEGRクーラ。 - 【請求項5】 上記冷却液室内の冷却液を冷却管と交差
する方向に流すための案内手段が設けられた請求項1乃
至4いずれかに記載のEGRクーラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08676498A JP3783395B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | Egrクーラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08676498A JP3783395B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | Egrクーラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11287571A true JPH11287571A (ja) | 1999-10-19 |
| JP3783395B2 JP3783395B2 (ja) | 2006-06-07 |
Family
ID=13895824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08676498A Expired - Fee Related JP3783395B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | Egrクーラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3783395B2 (ja) |
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