JP2004012105A - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Abstract

【課題】製造、構造が簡単でコストを低減することができ、チューブの振動の問題を有効に解決できるようにする。
【解決手段】チューブ３と、チューブ３を包囲するシェル１とを備え、シェル１の内部に冷却水９を給排し且つチューブ３内に排気ガス１０を通して排気ガス１０と冷却水９とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラであって、シェル１内の各チューブ３を相互に固定し且つシェル１の内面との間に間隙１４を有するチューブ支持プレート１３を備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガスを再循環して窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装置に付属されて再循環用排気ガスを冷却するＥＧＲクーラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より自動車等のエンジンの排気ガスの一部をエンジンに再循環して窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装置が知られているが、このようなＥＧＲ装置では、エンジンに再循環する排気ガスを冷却すると、該排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることによって、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができる為、エンジンに排気ガスを再循環するラインの途中に、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを装備したものがある。
【０００３】
図９は前記ＥＧＲクーラの一例を示す断面図であって、図中１は円筒状に所要の長さで形成されたシェルを示し、該シェル１の軸長手方向両端には、シェル１の端面を閉塞するようコアプレート２ａ，２ｂが固着されていて、該各コアプレート２ａ，２ｂには、多数のチューブ３の両端が貫通状態で固着されており、これら多数のチューブ３はシェル１の内部を軸長手方向に延びている。
【０００４】
そして、シェル１の一方の端部近傍には冷却水入口管４が取り付けられ、シェル１の他方の端部近傍には冷却水出口管５が取り付けられており、冷却水９が冷却水入口管４からシェル１の内部に供給されてチューブ３の外側を流れ、冷却水出口管５からシェル１の外部に排出されるようになっている。
【０００５】
更に、シェル１の両端部にはコアプレート２ａ，２ｂの外側端面を被包するように椀状に形成されたボンネット６が固着され、一方のボンネット６の中央には排気ガス入口７が、他方のボンネット６の中央には排気ガス出口８が夫々設けられており、エンジンの排気ガス１０が排気ガス入口７から一方のボンネット６の内部に入り、多数のチューブ３を通る間に該チューブ３の外側を流れる冷却水９との熱交換により冷却された後に、他方のボンネット６の内部に排出されて排気ガス出口８からエンジンに再循環するようになっている。
【０００６】
ところが、斯かる従来のＥＧＲクーラにおいては、各チューブ３が両端のみをコアプレート２ａ，２ｂで支えられた構造となっていた為、排気ガス１０の冷却効果を高めるべくチューブ３を長くした場合に、該チューブ３の固有振動数が低くなってエンジン側の加振の周波数と合い易くなり、エンジン側の加振により共振が起こってチューブ３に大きな振動が生じる虞れがあった。
【０００７】
そして、チューブ３が共振により大きく振動してしまう場合には、各チューブ３の両端の固定部分等に疲労破壊が起こり易くなって、耐久性が著しく損なわれてしまう結果となりかねない。
【０００８】
このようなチューブ３の振動の問題を解決する手段としては、例えば、図１０に示す如く、全チューブ３の内の下半分を貫通固定した半円形の半月板１１ａを、シェル１の軸長手方向中央よりも一方のコアプレート２ａ寄りの位置に固定すると共に、全チューブ３の内の上半分を貫通固定した半円形の半月板１１ｂを、シェル１の軸長手方向中央よりも他方のコアプレート２ｂ寄りの位置に固定することにより、チューブ３を軸長手方向の途中で支持するようにした構造を採用している。このように各半月板１１ａ，１１ｂによる固定点を振動支点として各チューブ３が自由に振動できる区間を長手方向に区分けすることにより、夫々の固有振動数を高め、エンジン側の加振による共振現象が起こり難くすることが考えられる。
【０００９】
又、上記以外にも、図１１に示す如く、全チューブ３を貫通固定する円形の仕切板１２をシェル１の軸長手方向中間部に固定し、各チューブ３が自由に振動できる区間を長手方向に区分けして夫々のチューブ３の固有振動数を高めることが考えられる。この場合には、シェル１内の空間が仕切板１２によって区切られているために、シェル１内部の一側には、一方のコアプレート２ａ寄りの冷却水入口管４ａと仕切板１２寄りの冷却水出口管５ａとを備え、又、シェル１内部の他側には、仕切板１２寄りの冷却水入口管４ｂと他方のコアプレート２ｂ寄りの冷却水出口管５ｂとを備えるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１０及び図１１に示したＥＧＲクーラにおいては、シェル１内に配置される多数のチューブ３を半月板１１ａ，１１ｂ或いは仕切板１２によってシェル１の内面に固定した構成である為、ハンダ付けにて組み立てようとしても作業空間を確保することができず、そのためにハンダ付けでは組み立てることができない。このため、図１０及び図１１に示したＥＧＲクーラにおいては、一般にろう付けで組み立てることが行われている。
【００１１】
しかし、チューブ３と半月板１１ａ，１１ｂ或いは仕切板１２の間、及び、シェル１と半月板１１ａ，１１ｂ或いは仕切板１２の間を夫々ろう付けで固定するには、ろう材料を配した上で各部の位置を相互に支持した状態で加熱炉に入れて処理する必要があるが、この支持のための作業が非常に大変で作業に熟練を要すると共に時間が掛かり、製造コストが増加するという問題がある。
【００１２】
更に、上記方法で組み立てられた後では、チューブ３と、半月板１１ａ，１１ｂ或いは仕切板１２と、シェル１が良好にろう付けされていなかった場合に修正が出来ないという不具合があった。
【００１３】
又、図１０の構造を採用したＥＧＲクーラにおいては、各半月板１１ａ，１１ｂの設置により冷却水９の流れが悪くなって、図１０中にｘで示すような箇所で冷却水９の澱みが生じ易くなり、この冷却水９の澱みが生じた箇所で熱交換効率が悪くなってチューブ３が局部的に高温化し、この部分に熱変形が起こる虞れがあった。
【００１４】
一方、図１１の構造を採用したＥＧＲクーラにおいては、仕切板１２により独立した２つのＥＧＲクーラの構造となってしまうために、夫々に冷却水入口管４ａ，４ｂと冷却水出口管５ａ，５ｂが必要となって構造が複雑化し、コストが増加するという問題がある。
【００１５】
本発明は、上述の実情に鑑みて成されたもので、製造、構造が簡単でコストを低減することができ、チューブの振動の問題を有効に解決できるようにしたＥＧＲクーラを提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＥＧＲクーラは、チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラであって、前記シェル内の各チューブを相互に固定し且つ前記シェルの内面との間に間隙を有するチューブ支持プレートを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
而して、シェル内面との間に間隙を有するチューブ支持プレートによって各チューブを互いに固縛するようにしたので、チューブの固有振動数を高めることができ、よってチューブがエンジン側の加振により共振して大きく振動してしまう現象が起こらなくなり、各チューブの両端の固定部分等における疲労破壊が著しく抑制されるようになる。
【００１８】
更に、チューブ支持プレートはシェル内面に固定されることなく間隙を有しているので、構造が簡略化でき、しかもシェル内にチューブを設置する組み立て作業を著しく簡略化でき、よって製造コストを大幅に低減できる。
【００１９】
更に、前記チューブ支持プレートは、チューブの端部からチューブ全長の１５％〜３０％の距離を隔てた位置に配置したので、チューブの固有振動数を効果的に高めることができる。
【００２０】
又、チューブ支持プレートに、冷却水がシェルの軸長手方向に流通できる冷却水通路を備えているので、チューブ支持プレートを備えても冷却水の流れを良好に保持することができて、熱交換効率の低下やチューブの熱変形が未然に回避できることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２２】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図９〜図１１と同一部分については同一符号を付してある。
【００２３】
本形態例のＥＧＲクーラにおいては、シェル１の内部に多数設けられる各チューブ３を貫通状態に固定するようにしたチューブ支持プレート１３を備えている。図１ではチューブ３の長手方向におけるコアプレート２ａ寄り位置とコアプレート２ｂ寄り位置の２個所にチューブ支持プレート１３を設置している。
【００２４】
前記チューブ支持プレート１３は、シェル１の内面の直径よりも小さい外径に形成されている。そして、前記各チューブ３は、チューブ支持プレート１３に対しろう付け、ハンダ付け、圧入等にて一体に貫通固定される。
【００２５】
チューブ支持プレート１３に固定された各チューブ３は、その両端がコアプレート２ａ，２ｂに貫通固定されており、更に該コアプレート２ａ，２ｂは前記シェル１の両端内面に固定されている。これにより、各チューブ３の両端はコアプレート２ａ，２ｂによって支持され、よってチューブ支持プレート１３は、シェル１の内面との間に間隙１４を有し、宙に浮いた状態に保持されている。チューブ支持プレート１３は各チューブ３を互いに拘束するように固縛するものであってシェル１内面には固定されない為、コアプレート２ａ，２ｂに比して薄い材料で構成することができ、例えば０．５〜１ｍｍ程度の薄板を用いることができる。
【００２６】
前記チューブ支持プレート１３には、図２に示すように、冷却水９がシェル１の軸長手方向に流通できる冷却水通路１５が形成されている。この冷却水通路１５の形状、数等は任意に選定することができるが、冷却水９の流れ抵抗が小さく抑えられ、且つチューブ支持プレート１３の強度が所定値以上に保持されるように開口断面積は選定される。
【００２７】
更に、前記チューブ支持プレート１３は、チューブ３の端部（チューブ３の端部を固定しているコアプレート２ａ，２ｂ）からチューブ全長Ｌの１５％〜３０％の距離Ｌ１を隔てた位置に配置している。この時、図１ではチューブ３の両端から夫々距離Ｌ１を隔てた位置にチューブ支持プレート１３を設置した場合を示しているが、チューブ３の一端側のみにチューブ支持プレート１３を設置するようにしてもよい。
【００２８】
上記形態例のＥＧＲクーラを組み立てる手順を図３〜図６について説明する。図３〜図６ではチューブ３の一端側のみにチューブ支持プレート１３を備えた場合を示しているが、図１のようにチューブ３の両端側にチューブ支持プレート１３を備えた場合にも同様に組み立てることができる。
【００２９】
先ず、図３に示すように、チューブ支持プレート１３に対しチューブ３をろう付け、ハンダ付け、圧入等によって貫通状態に固定する。
【００３０】
続いて、図４に示すように、前記チューブ３を固定したチューブ支持プレート１３をシェル１内に配置する。次に、図５に示すように、チューブ３の両端にコアプレート２ａ，２ｂを配置して、各チューブ３の両端をコアプレート２ａ，２ｂにハンダ付け等にて貫通状態に固定し、更にコアプレート２ａ，２ｂをシェル１内面にハンダ付け等により固定する。
【００３１】
次に、図６に示すように、シェル１の両端部に、コアプレート２ａ，２ｂの外側端面を被包するように椀状のボンネット６をハンダ付け等にて固着することによりＥＧＲクーラを組み立てる。
【００３２】
次に、上記形態例の作用を説明する。
【００３３】
図１に示したように、シェル１の内部に多数設置される各チューブ３を貫通固定するようにしたチューブ支持プレート１３を設け、該チューブ支持プレート１３がシェル１の内面の直径よりも小さい外径を有していてシェル１との間に間隙１４を形成しているので、各チューブ３はチューブ支持プレート１３によって相互に固縛されることになり、これによってチューブ３の固有振動数が効果的に高められる。
【００３４】
本発明者らは、チューブ支持プレート１３の設置位置について種々の試験を実施した結果、図７、図８に示す結果を得た。
【００３５】
図７、図８は、チューブ３の端部からチューブ全長Ｌに対して距離（％）を変えてチューブ支持プレート１３を設置した場合における固有振動数の変化率である固有値変化率（％）を示したものであり、図７はチューブ３の一端側のみにチューブ支持プレート１３を設置した場合を示し、又、図８はチューブ３の両端側にチューブ支持プレート１３を設置した場合を示している。
【００３６】
図７に示すチューブ３の一端側のみにチューブ支持プレート１３を設置した場合、及び、図８に示すチューブ３の両端側にチューブ支持プレート１３を設置した場合のいずれの場合においても、チューブ３の端部からチューブ全長Ｌの約１５％〜３０％の距離Ｌ１を隔てた位置において、固有値変化率（％）が急激に増加することが判明した。このとき、更に好ましくは、チューブ３の端部からチューブ全長Ｌの約２０％〜２５％の距離Ｌ１を隔てた位置に設けることができる。
【００３７】
図７に示すチューブ３の一端側のみにチューブ支持プレート１３を設置した場合では、チューブ３の全長に対して約３等分位置である３３％の位置に設置したときの固有値増加率が約１８％程度であったのに対し、チューブ３の端部からチューブ全長Ｌの約１５％〜３０％の距離Ｌ１を隔てた位置に設置すると固有値増加率は約３２％に上昇した。
【００３８】
又、図８に示すチューブ３の両端側にチューブ支持プレート１３を設置した場合には、チューブ３の全長に対して約３等分位置である３３％の位置に設置したときの固有値増加率が約３１％であったのに対し、チューブ３の端部からチューブ全長Ｌの約１５％〜３０％の距離Ｌ１を隔てた位置に設置すると固有値増加率は約６２％に上昇した。
【００３９】
上記したように、チューブ支持プレート１３を備えた構成によってチューブ３の固有振動数を効果的に高めることができる為、チューブ３がエンジン側の加振により共振して大きく振動してしまう現象が起こらなくなり、各チューブ３の両端の固定部分等における疲労破壊が著しく抑制されることになる。
【００４０】
又、前記チューブ支持プレート１３には、図２に示したように、冷却水９がシェル１の軸長手方向に流通できる冷却水通路１５を備えているので、冷却水９は前記冷却水通路１５を通ってシェル１内を流動することができ、更に冷却水通路１５によってシェル１内を均一に流れるようになるので澱みが生じることを防止でき、よって澱みが生じた箇所で熱交換効率が悪くなってチューブ３が局部的に高温化し、この部分に熱変形が起こる問題を防止できる。
【００４１】
更に、前記チューブ支持プレート１３はシェル１内面と間隙１４を形成するようにシェル１とは別体に構成しているので、図３に示すように、チューブ支持プレート１３に対してチューブ３をろう付け、ハンダ付け、圧入等にて固定する際に、固定部が確実に固定されているか否かを容易に確認することができる。
【００４２】
更に、図４に示すように、前記チューブ３を固定したチューブ支持プレート１３をシェル１内に配置した後、図５に示すようにチューブ３の両端にコアプレート２ａ，２ｂを配置して、各チューブ３の両端をコアプレート２ａ，２ｂにハンダ付け等により固定する作業、コアプレート２ａ，２ｂをシェル１内面にハンダ付け等により固定する作業を、外側から容易に行うことができ、最後に図６に示すように、シェル１の両端部にコアプレート２ａ，２ｂの外側端面を被包するように椀状のボンネット６をハンダ付け等にて固着することによってＥＧＲクーラが組み立てられるので、熟練を要することなくＥＧＲクーラを容易に組み立てることができ、更に、チューブ支持プレート１３に対するチューブ３の固定を確認しながら作業できるので、ＥＧＲクーラとしての構造的な信頼性を確保することが可能となる。
【００４３】
尚、本発明のＥＧＲクーラは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、冷却水通路の形状、形成する数等は限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４４】
【発明の効果】
上記した本発明のＥＧＲクーラによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００４５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、シェル内面との間に間隙を有するチューブ支持プレートによって各チューブを互いに固縛するようにしたので、チューブの固有振動数を高めることができ、よってチューブがエンジン側の加振により共振して大きく振動してしまう現象が起こらなくなり、各チューブの両端の固定部分等における疲労破壊が著しく抑制される効果がある。
更に、チューブ支持プレートはシェル内面に固定されることなく間隙を有しているので、構造が簡略化でき、しかもシェル内にチューブを設置する組み立て作業を著しく簡略化でき、よって製造コストを大幅に低減できる効果がある。
【００４６】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、前記チューブ支持プレートは、チューブの端部からチューブ全長の１５％〜３０％の距離を隔てた位置に配置したので、チューブの固有振動数を効果的に高められる効果がある。
【００４７】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、チューブ支持プレートは、冷却水がシェルの軸長手方向に流通できる冷却水通路を備えているので、チューブ支持プレートを備えても冷却水の流れを良好に保持することができて、熱交換効率の低下やチューブの熱変形が未然に回避できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。
【図３】チューブ支持プレートにチューブを貫通状態に固定している状態を示す側面図である。
【図４】チューブを固定したチューブ支持プレートをシェル内に配置した状態を示す側断面図である。
【図５】チューブの両端にコアプレートを配置して固定しコアプレートをシェルに固定する状態を示す側断面図である。
【図６】シェルの両端部に、コアプレートの外側端面を被包するように椀状のボンネットを固着している状態を示す側断面図である。
【図７】チューブの端部からチューブ全長に対して距離を変えてチューブの一端側のみにチューブ支持プレートを設置した場合における固有値変化率を示した線図である。
【図８】チューブの端部からチューブ全長に対して距離を変えてチューブの両端側にチューブ支持プレートを設置した場合における固有値変化率を示した線図である。
【図９】従来のＥＧＲクーラの一例を示す側断面図である。
【図１０】従来のＥＧＲクーラの別の例を示す側断面図である。
【図１１】従来のＥＧＲクーラの更に別の例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１　　シェル
３　　チューブ
１３　　チューブ支持プレート
１４　　間隙
１５　　冷却水通路
Ｌ　　　　チューブ全長
Ｌ１　　距離

Claims (3)

1. チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラであって、前記シェル内の各チューブを相互に固定し且つ前記シェルの内面との間に間隙を有するチューブ支持プレートを備えたことを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 前記チューブ支持プレートは、チューブの端部からチューブ全長の１５％〜３０％の距離を隔てた位置に配置していることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
3. 前記チューブ支持プレートは、冷却水がシェルの軸長手方向に流通できる冷却水通路を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲクーラ。

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