JP4659511B2 - Ｅｇｒクーラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジンのＥＧＲ（exhaust-gas recirculation）システムに用いられるＥＧＲクーラ装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンでの燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制するＥＧＲシステムが知られている。このようなＥＧＲシステムでは、エンジンからの排気ガスの一部を給気側に再循環させるのであるが、再循環させる排気ガスを冷却するためにＥＧＲクーラ装置が設けられることがある。

ＥＧＲクーラ装置は、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う一種の熱交換器として機能するＥＧＲクーラと、このＥＧＲクーラをエンジンの排気マニホールド等に固定するブラケットとを備え、ＥＧＲクーラを構成する複数の熱交換チューブ内に排気ガスを流通させるとともに、熱交換チューブを外周側から冷却水で冷却し、排気ガスの温度を下げるのである（例えば特許文献１参照）。

また、ＥＧＲクーラとしては、エンジンの大型化に対応した大容量タイプが提案されている。このタイプのＥＧＲクーラでは、熱応力低減のために熱交換チューブが排気ガスの流れ方向に沿って複数段に分割配置されており、各段の熱交換チューブを個別に冷却水で冷却する。従って、各段において熱交換チューブを覆うボディには、冷却水の取入口と取出口とが一対となって設けられている（例えば特許文献２参照）。

一方のブラケットは、板金製のものが多く、エンジン側へはボルトで固定される。そして、このようなブラケットに対してＥＧＲクーラがボルト止め等されることになる。

特開２０００−２８２９５９号公報 特開平１１−３０３６８８号公報

しかしながら、従来のＥＧＲクーラ装置において、ＥＧＲクーラを冷却する冷却水は、エンジン冷却水の一部をシリンダブロックから取り出して用いており、冷却水といえども８０℃程度の温度を有している。このため、ＥＧＲクーラのボディはエンジンの始動とともにエンジン冷却水によって徐々に暖められることになり、ブラケットとの間で温度差が生じる。そして、この温度差が大きいと、例えばボディの熱膨張にブラケット側が追従できず、ボディとブラケットとに熱応力が生じて耐久性が低下する。

この問題を解決するためには、温度上昇を伴う排気マニホールドにブラケットを固定し、排気マニホールドからの熱伝達を利用して熱応力を緩和することが考えられる。
しかし、このような場合には、ＥＧＲクーラ装置の取付が排気マニホールドに限定されるため、ＥＧＲクーラ装置の配置位置に制約が生じるという問題がある。

本発明の目的は、熱応力を軽減でき、かつ配置位置の制約を解消できるＥＧＲクーラ装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係るＥＧＲクーラ装置は、エンジンからの排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行うＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラをエンジン側に固定するブラケットとを備え、前記ブラケットには、前記ブラケット内を通過して前記ＥＧＲクーラでの熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路と、前記ブラケット内を通過して前記ブラケットを暖めるエンジン冷却水が通る冷却水通路とが設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るＥＧＲクーラ装置は、請求項１に記載のＥＧＲクーラ装置において、前記ブラケット内を通過して前記ＥＧＲクーラでの熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路は、前記ＥＧＲクーラに向かうエンジン冷却水が通る冷却水通路および／または前記ＥＧＲクーラから戻るエンジン冷却水が通る冷却水通路であることを特徴とする。

以上において、請求項１のＥＧＲクーラ装置によれば、ブラケットにエンジン冷却水を流す冷却水通路が設けられているため、ブラケットがエンジン冷却水によって暖められ、ＥＧＲクーラ側との温度差を小さくでき、熱応力の発生を抑制できて耐久性を向上させることができる。また、ブラケットを排気マニホールドに配置する必要性がないので、配置位置の制約をも解消できる。

請求項２のＥＧＲクーラ装置によれば、冷却水通路を流れるエンジン冷却水がＥＧＲクーラ用であるため、この冷却水通路をブラケット内で複数に分岐してエンジン冷却水をＥＧＲクーラ側に向かわせるようにすれば、エンジン冷却水の取入口が複数設けられる大容量タイプのＥＧＲクーラに容易に対応できる。つまり、大容量タイプのＥＧＲクーラにおいて、複数の取入口にエンジン冷却水を送るためには従来、エンジン冷却水の分配器が必要であったが、本発明によれば、冷却水通路が分配機能を有することになるので、そのような分配器を不要にできるうえ、配管を短くしてコンパクトにできる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係るＥＧＲクーラ装置１０が搭載されたエンジン１を模式的に示す側面図である。図２は、エンジン１の正面図である。
図１、図２において、エンジン１は、本実施形態ではディーゼルエンジンであり、ターボチャージャ２と、ＥＧＲクーラ装置１０を含むＥＧＲシステムとを備えている。

ターボチャージャ２は公知のものあでり、詳細な説明を省略するが、簡潔に説明すると、排気マニホールド３（図２）と排気マフラ４との間の排気通路途中に設けられ、エンジン１の排気ガスエネルギでタービンおよびコンプレッサを駆動してエアクリーナ５からの吸気を過給し、過給された給気を給気通路用の給気配管６を通して給気マニホールド７に送り込む。なお、図１では図示を省略してあるが、給気配管６からの給気は、エンジン１の前面に配置されるアフタクーラを通ってさらに給気配管８に送り込まれ、給気マニホールド７に供給される。

ＥＧＲシステムは、排気マニホールド３および給気マニホールド７上流の給気配管８を連通させるＥＧＲ配管９と、ＥＧＲ配管９の途中に設けられた前述来のＥＧＲクーラ装置１０と、ＥＧＲクーラ装置１０の下流に設けられたＥＧＲバルブ１１とを備え、ＥＧＲバルブ１１の開閉を図示しないエンジンコントローラで制御することで、必要に応じて排気ガスの一部を排気マニホールド３側から給気マニホールド７側へ再循環させることが可能である。また、ＥＧＲシステムを効率的に稼動させるために、給気配管６と排気マニホールド３とを連通させるバイパス通路を設けることもある。

ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲクーラ装置１０は、図３、図４に示すＥＧＲクーラ２０と、このＥＧＲクーラ２０をエンジン１のシリンダブロック１Ａに取り付けるためのブラケット４０とを備えている。

図３、図４において、本実施形態のＥＧＲクーラ２０は大容量タイプであり、排気ガスの流れ方向に沿って直列に配置された一対の筒状のボディ２１を備えている。前段側のボディ２１には排気ガスの流入口２２Ａを有した取付フランジ２２が設けられ、後段側のボディ２１には排気ガスの流出口２３Ａを有する取付フランジ２３が設けられている。各ボディ２１の内部には、両端がヘッダプレート２４（片側のみを図示）で支持された複数の熱交換チューブ２５が設けられている。

また、ボディ２１同士は、互いに対向するヘッダプレート２４の内周に溶接または鑞付け等される環状の連結部材２６を介して連結されており、この連結部分の空間でわずかなガス室２７が形成されるようになっている。すなわち、このガス室２７を形成することにより、熱交換チューブ２５を各ボディ２１に相当する長さに抑えてあり、ヘッダプレート２４と熱交換チューブ２５とに生じる熱応力を緩和している。

より具体的に、それぞれのボディ２１の長手方向の一端側には、内部に冷却水を流入させる冷却水入口２８が、他端側には内部から冷却水を流出させる冷却水出口２９が設けられている。これらの冷却水入出口２８，２９は径方向に対向して位置している。冷却水入出口２８，２９には、エンジン１側からのエンジン冷却水を引き入れる供給管３１、およびエンジン冷却水をエンジン１側に戻す戻し管３２とが接続されている。ここで、２本の戻し管３２は集合器３３に接続されており、集合器３３で集められた各ボディ２１からのエンジン冷却水は、一本の戻し管３４を通して戻される。

さらに、各ボディ２１において、冷却水入口２８と径方向に略対向した位置には、内部に溜まっているエアを抜き出すエア抜き孔３５が設けられている。エア抜き孔３５は、周方向に近接して一対設けられているのであるが、図４では１つのみが図示されている。エア抜き孔３５が一対設けられるのは、ＥＧＲシステムが搭載された車両等が傾いた場合でも、エアを確実に除去するためである。各エア抜き孔３５と前記集合器３３とはエア配管３６で接続されており、集められたエアが集合器３３の排気孔３３Ａから放出される。

そして、各ボディ２１の外周には、合計４つの取付片３７が設けられており、各取付片３７に穿設された丸孔３７Ａに挿通されるボルトにより、ＥＧＲクーラ２０がブラケット４０に固定される。

以下には、本実施形態の最も特徴的なブラケット４０について具体的に説明する。
図５は、ブラケット４０が取り付けられるシリンダブロック１Ａを模式的に示す正面図である。図６は、ブラケット４０の正面側を示す斜視図、図７は、その背面側を示す斜視図である。図８は、ブラケット４０を示す正面図であり、図９は、図８のIX−IX線断面図、図１０は、図８のX−X線断面図である。

図５において、シリンダブロック１Ａの正面側には、ブラケット４０をボルト止めするための複数（本実施形態では１０個所）のボルト孔１Ｂが穿設されているとともに、これらのボルト孔１Ｂに隣接して、内部のウォータジャケットに連通した冷却水取出孔１Ｃおよび冷却水戻し孔１Ｄが設けられている。このように本実施形態では、ブラケット４０を排気マニホールド３に取り付ける必要があるといった制約はなく、シリンダブロック１Ａの正面側に配置してある。

ブラケット４０はその下部側において、前記シリンダブロック１Ａのボルト孔１Ｂに対応したボルト挿通孔４０Ａを有し、これらに挿通されるボルト４１で固定される。このようなブラケット４０は、ボルト４１で固定される部分から上方に向けて大きく設けられており、シリンダブロック１Ａからその上方のシリンダヘッド１Ｅ、ロッカハウジング１Ｆ、およびヘッドカバー１Ｇ（共に図１、図２）に達する大きさを有した鋳鉄製である。また、ブラケット４０には、全体にわたってリブ構造が採用されており、軽量化および剛性向上が図られている。

ブラケット４０の正面側には、ＥＧＲクーラ２０を取り付けるための取付座４２が４箇所に設けられており、ＥＧＲクーラ２０の丸孔３７Ａに挿通されたボルトが取付座４２のボルト孔４２Ａに螺合される。この結果、ＥＧＲクーラ２０がブラケット４０を介してエンジン１に固定されることになる。

図６、図７において、ブラケット４０の前記取付座４２が設けられている領域の背面側には、エンジン冷却水を通すための第１冷却水通路４３が設けられている。第１冷却水通路４３は、エンジン冷却水がブラケット４０の側方から入り込むように開口した流入口４３Ａと、ブラケット４０の上端面から流れ出るように開口した流出口４３Ｂとを有し、流入口４３Ａから流出口４３ＢにわたってＬ字形状に形成されている。

この第１冷却水通路４３内を流れるエンジン冷却水は、シリンダヘッド１Ｅから流出して図示しないラジエータに向かう途中の冷却水であり、従って、シリンダヘッド１Ｅと流入口４３Ａとの間、および流出口４３Ｂとラジエータとの間にはそれぞれ、図示しないラジエータホースが接続される。この際、流入出口４３Ａ，４３Ｂには、ラジエータホースを接続するためのホース継手４４，４５が設けられる。そして、第１冷却水通路４３内を大流量のエンジン冷却水が流れることによりブラケット４０が暖められ、この際の熱が取付座４２に固定されているＥＧＲクーラ２０に伝達され、ＥＧＲクーラ２０のボディ２１も暖められてブラケット４０との温度差が略解消される。

また、ブラケット４０の背面側において、シリンダブロック１Ａの冷却水取出孔１Ｃおよび冷却水戻し孔１Ｄに対応した位置には、冷却水供給用入口４６Ａおよび冷却水戻し用出口４７Ｂが設けられている。一方、ブラケット４０の正面側には、冷却水供給用入口４６Ａと連通した一対の冷却水供給用出口４６Ｂ，４６Ｃと、冷却水戻し用出口４７Ｂと連通した冷却水戻し用入口４７Ａとが設けられている。

つまり、図８、図９に示すように、冷却水供給用入口４６Ａと一対の冷却水供給用出口４６Ｂ，４６Ｃとは第２冷却水通路４６で連通しており、冷却水供給用入口４６Ａからブラケット４０内の第２冷却水通路４６に引き込まれたエンジン冷却水は、当該第２冷却水通路４６で分配され、冷却水供給用出口４６Ｂ，４６Ｃから流出する。これに対して、図８、図１０に示すように、冷却水戻し用入口４７Ａと冷却水戻し用出口４７Ｂとは第３冷却水通路４７で連通しており、冷却水戻し用入口４７Ａからブラケット４０内の第３冷却水通路４７に戻されたエンジン冷却水は、そのまま冷却水戻し用出口４７Ｂからシリンダブロック１Ａ内のウォータジャケットに戻される。このような第２、第３冷却水通路４６，４７は、複数工程にわたる所定方向からのドリル加工により形成されている。

ここで、第２、第３冷却水通路４６，４７内を流れるエンジン冷却水は、ＥＧＲクーラ２０での熱交換に用いられる。このため、正面側の冷却水供給用出口４６Ｂ，４６Ｃや冷却水戻し用入口４７Ａが設けられた部分は、ＥＧＲクーラ２０への供給管３１およびＥＧＲクーラ２０からの戻し管３４が接続される接続面４８とされ、冷却水供給用出口４６Ｂ，４６Ｃにはそれぞれ供給管３１が、冷却水戻し用入口４７Ａには戻し管３４がボルトを用いて接続される。

このことにより、流量は第１冷却水通路４３を流れる冷却水ほどではないが、第２、第３冷却水通路４６，４７内にもエンジン冷却水が流れることにより、ブラケット４０の温度上昇が促進される。また、特に第２冷却水通路４６は、流れるエンジン冷却水を一対の供給管３１へ分配する分配機能を有しているため、別の専用の分配器を不要にでき、供給管３１等を簡素にかつ短くすることが可能である。なお、図６において、符号４９は、ブラケット４０の背面側にボルト止めされた吊り具である。

ところで、本実施形態では、図８ないし図１０に示すように、第２冷却水通路４６からは略水平方向に延びた第４冷却水通路５１が分岐し、また、第３冷却水通路４７からも同様に、第５冷却水通路５２が分岐している。第４、第５冷却水通路５１，５２は、ブラケット４０の側面に達しており、側面に設けられた別の冷却水供給用出口５１Ａおよび冷却水戻し用入口５２Ａと連通している。このような第４、第５冷却水通路５１，５２も、所定方向からのドリル加工により形成されている。

そして、冷却水供給用出口５１Ａには、エンジン冷却水を図１に示すコロージョンレジスタ５３に供給する供給管５４が接続され、冷却水戻し用入口５２Aには、コロージョンレジスタ５３からの戻し管５５が接続される。すなわち、第４冷却水通路５１内には、コロージョンレジスタ５３に向かう腐食成分が含まれたエンジン冷却水が流れ、第５冷却水通路５２内には、コロージョンレジスタ５３で清浄化されたエンジン冷却水が流れる。これら第４、第５冷却水通路５１，５２にもエンジン冷却水が流れることで、ブラケット４０の温度分の均一化を図ることが可能である。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態のブラケット４０には、ラジエータに向かうエンジン冷却水、ＥＧＲクーラ２０に向かって戻るエンジン冷却水、コロージョンレジスタ５３に向かって戻るエンジン冷却水が通る第１〜第５冷却水通路４３，４６，４７，５１，５２が設けられていたが、エンジン冷却水の向かう先等に関しては任意であり、単にシリンダブロック１Ａから出たエンジン冷却水がブラケット４０内を通過し、その後にシリンダブロック１Ａに戻るような冷却水通路が設けられていてもよい。

本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、ＥＧＲクーラ装置を備えたエンジンが搭載された建設機械、輸送用トラック、およびその他の産業機械に利用できる。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲクーラ装置が搭載されたエンジンを模式的に示す側面図。 エンジンの正面図。 ＥＧＲクーラ装置を構成するＥＧＲクーラを示す斜視図。 ＥＧＲクーラを示す一部断面の側面図。 ＥＧＲクーラ装置のブラケットが取り付けられるシリンダブロックを模式的に示す正面図。 ブラケットの正面側を示す斜視図。 ブラケットの背面側を示す斜視図。 ブラケットを示す正面図。 図８のIX−IX線断面図。 図８のX−X線断面図。

符号の説明

１…エンジン、１０…ＥＧＲクーラ装置、２０…ＥＧＲクーラ、４０…ブラケット、４３…第１冷却水通路、４６…第２冷却水通路、４７…第３冷却水通路、５１…第４冷却水通路、５２…第５冷却水通路。

Claims (2)

1. ＥＧＲクーラ装置において、
   エンジン（１）からの排気ガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行うＥＧＲクーラ（２０）と、
   前記ＥＧＲクーラ（２０）をエンジン（１）側に固定するブラケット（４０）とを備え、
   前記ブラケット（４０）には、前記ブラケット（４０）内を通過して前記ＥＧＲクーラ（２０）での熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路（４６，４７）と、前記ブラケット（４０）内を通過して前記ブラケット（４０）を暖めるエンジン冷却水が通る冷却水通路（４３，５１，５２）とが設けられている
   ことを特徴とするＥＧＲクーラ装置（１０）。
2. 請求項１に記載のＥＧＲクーラ装置（１０）において、
   前記ブラケット（４０）内を通過して前記ＥＧＲクーラ（２０）での熱交換に用いられるエンジン冷却水が通る冷却水通路（４６，４７）は、前記ＥＧＲクーラ（２０）に向かうエンジン冷却水が通る冷却水通路（４６）および／または前記ＥＧＲクーラから戻るエンジン冷却水が通る冷却水通路（４７）である
   ことを特徴とするＥＧＲクーラ装置（１０）。

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