ＥＧＲクーラ
【課題】複数段積層されたガス流路２３を備えるＥＧＲクーラ５において、ガス流路２３毎の流量ばらつきを改善する。
【解決手段】本発明のＥＧＲクーラ５は、排気ガスが流れる扁平なガス流路２３を区画する複数の流路ユニット２２が積層状態で配置され、低温流体が流れる扁平な低温流体流路２６とガス流路２３とが積層方向に対して交互に形成された熱交換部２７と、熱交換部２７における排気ガスの導入箇所に設けられた排気ガス導入空部２８と、熱交換部２７における排気ガスの排出箇所に設けられた排気ガス排出空部と、排気ガス導入空部及び排気ガス排出空部の少なくとも一方に収容され、抵抗材２１ａを通過させることで排気ガスに流路抵抗を付与する整流部材２１とを有する。
【解決手段】本発明のＥＧＲクーラ５は、排気ガスが流れる扁平なガス流路２３を区画する複数の流路ユニット２２が積層状態で配置され、低温流体が流れる扁平な低温流体流路２６とガス流路２３とが積層方向に対して交互に形成された熱交換部２７と、熱交換部２７における排気ガスの導入箇所に設けられた排気ガス導入空部２８と、熱交換部２７における排気ガスの排出箇所に設けられた排気ガス排出空部と、排気ガス導入空部及び排気ガス排出空部の少なくとも一方に収容され、抵抗材２１ａを通過させることで排気ガスに流路抵抗を付与する整流部材２１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気系統に導入される排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲクーラやオイルクーラ等の熱交換器には、扁平な流路を区画する流路ユニットを積層することで多段の流路を設けた積層型のものがある。そして、このような積層型熱交換器には、高温流体を導入する空部に、高温流体の流れを調整する整流部を配置したものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の熱交換器では、上記の制流部として、半円筒状であって横長の切欠孔を設けた製流体が用いられている。また、特許文献２に記載の熱交換器では、円錐台状の外観形状を有する整流体が、高温流体を導入する空部の床面から立設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４００８１号公報
【特許文献２】特開２００７−７１４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の整流体は、高温流体による熱応力を緩和する目的で設けられている。このため、流路毎の流量のばらつきは何等考慮する必要がなかった。また、特許文献２の整流体は、流路毎の流量のばらつきが考慮されているものの、図３に示されるように下段の流路ほど流量が増えるものに特化されている。
【０００６】
ところで、ＥＧＲクーラにおいては、特許文献２の流体とは異なり、下段の流路ほど流量が増えるという傾向が現れないものがある。例えば、上下方向の間で流量の多い段と少ない段が存在する。このような流量のばらつきが生じるＥＧＲクーラでは、各特許文献の整流体を用いたとしても、流路毎の流量ばらつきを改善することは困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲクーラにおいて流路毎の流量ばらつきを改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気系統から取り込まれた排気ガスを前記排気ガスよりも低温の低温流体と熱交換し、熱交換後の前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統へ向けて排出するＥＧＲクーラであって、前記排気ガスが流れる扁平なガス流路を区画する複数の流路ユニットが積層状態で配置され、前記低温流体が流れる低温流体流路と前記ガス流路とが積層方向に対して交互に形成された熱交換部と、前記熱交換部における前記排気ガスの導入箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス導入空部と、前記熱交換部における前記排気ガスの排出箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス排出空部と、前記排気ガス導入空部及び前記排気ガス排出空部の少なくとも一方に収容され、抵抗材を通過させることで前記排気ガスに流路抵抗を付与する整流部材とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、抵抗材に流路抵抗があるため、排気ガスは、抵抗材の通過時にその流速が落とされるとともに、その流れが拡散するように変化すると考えられる。これにより、流路毎における排気ガスの流れの偏りが減少し、流量のばらつきを改善できる。
【００１０】
前述のＥＧＲクーラにおいて、抵抗材の単位面積当たりの圧力損失を０．２５Ｐａから１．０Ｐａの範囲に定めた場合には、流量のばらつきを改善しつつ必要な量の排気ガスを流すことができる。
【００１１】
前述のＥＧＲクーラにおいて、抵抗材を金属メッシュのシート材又は金属ウールのシート材によって作製された袋状部材若しくは有底筒状部材によって構成した場合には、耐熱性に優れた抵抗材を得ることができる。
【００１２】
前述のＥＧＲクーラにおいて、整流部材にガスケットを設けて抵抗材の開口をガスケットの開口に接合し、排気系統及び吸気系統の配管を取り付けるための一対のフランジ部によって、このガスケットを挟持させた場合には、整流部材が配管取り付け用のガスケットとしても機能するので、部品点数の削減が図れる。また、抵抗材の交換が容易である。
【００１３】
前述のＥＧＲクーラにおいて、整流部材に、排気系統又は吸気系統の配管と接合されるフランジ部を設け、抵抗材の開口をフランジ部の開口に接合してこのフランジ部と一体に設けた場合には、フランジ部が抵抗材を支持する部材としても機能するので、部品点数の削減が測れる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＥＧＲクーラにおいて流路毎の流量ばらつきを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エンジン、吸気系統、排気系統、及び、ＥＧＲクーラを有するＥＧＲシステムを説明する図である。
【図２】解析モデルを説明する図であり、（ａ）はＥＧＲクーラの外観斜視図であり、（ｂ）は整流部材が挿入される部分を切り欠いたＥＧＲクーラの外観斜視図である。
【図３】整流部材が配置されたＥＧＲクーラの部分拡大断面図である。
【図４】抵抗材の種類を圧力損失の大きさ毎に示した図である。
【図５】各流路での流量ばらつきの大きさと抵抗材の圧力損失との関係を示した図である。
【図６】排気ガスの流量を各段のガス流路について示した図である。
【図７】流路毎の流量を、各段の流路と圧力損失の範囲毎に示した図である。
【図８】ＥＧＲクーラの一例を説明する図である。
【図９】整流部材の外観を説明する図であり、（ａ）はフランジ側から見た斜視図、（ｂ）は袋状の抵抗体側から見た斜視図である。
【図１０】整流部材の製造手順を説明する図であり、（ａ）は帯状素材からのピースの切り出しを説明する図、（ｂ）は一対のピースを袋状に加工する作業を説明する図、（ｃ）は抵抗材をフランジ部に取り付けた状態を説明する図である。
【図１１】有底円筒状の抵抗体を備えた整流部材を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に示すＥＧＲシステム１は、ディーゼルエンジン２と、吸気系統３と、排気系統４と、ＥＧＲクーラ５とを有している。
【００１８】
ディーゼルエンジン２は、内燃機関に相当するものである。このディーゼルエンジン２では、吸気系統３から送られた混合ガスを、シリンダー内でピストンによって急激に圧縮して高温とする。そして、高温の空気に燃料を噴射して点火爆発させることによって動力を得る。
【００１９】
吸気系統３は、外部から取り込んだ空気と、ＥＧＲクーラ５で冷却された排気ガスとの混合ガスをディーゼルエンジン２に供給する部分である。吸気系統３は、エアクリーナ（図示せず）からディーゼルエンジン２に至る吸気主管６、及び、ＥＧＲクーラ５の排出口から吸気主管６に至る吸気枝管７を含んで構成される。この吸気系統３には、過給器及びインタークーラ（いずれも図示せず）を有するものがある。過給器とインタークーラを有する場合、吸気枝管７は、インタークーラよりも下流側（すなわちディーゼルエンジン２側）で吸気主管６に接続される。また、吸気枝管７の途中にはＥＧＲバルブ８が設けられている。このＥＧＲバルブ８は排気ガスの環流量を定める部分である。すなわち、弁開度や開弁時間に応じて排気ガスの環流量が定められる。
【００２０】
排気系統４は、ディーゼルエンジン２から排出された排気ガスを導いて排出する部分である。排気系統４は、ディーゼルエンジン２から消音器（図示せず）に至る排気主管９と、排気主管９の途中から分岐され、排気主管９とＥＧＲクーラ５の吸入口の間を連通する排気枝管１０を含んで構成される。なお、過給器がターボチャージャーの場合、排気枝管１０は、過給器よりも上流側（すなわちディーゼルエンジン２側）で排気主管９に接続される。
【００２１】
ＥＧＲクーラ５は、吸気系統３と排気系統４の間に設けられ、排気系統４からの排気ガスを冷却して吸気系統３へ向けて排出する。すなわち、ＥＧＲクーラ５は、排気枝管１０を流れてきた排気ガスを吸気口から取り込み、冷却媒体との間で熱交換を行うことで冷却し、冷却後の排気ガスを排気口から吸気枝管７へ排出する。このため、ＥＧＲクーラ５には、熱交換前の冷却媒体を供給する冷却媒体供給パイプ１１と、熱交換後の冷却媒体を排出するための冷却媒体排出パイプ１２とが接続されている。なお、ＥＧＲクーラ５については、後で説明する。
【００２２】
このように構成されたＥＧＲシステム１では、ディーゼルエンジン２から排出された排気ガスの一部を、ＥＧＲクーラ５に導いて冷却する。そして、ＥＧＲクーラ５で冷却された排気ガスを吸気系統３に環流させて、空気と排気ガスとの混合ガスを生成する。この混合ガスをディーゼルエンジン２に供給することで吸気中の酸素濃度を低下させ、エンジン内での燃焼温度を下げることでＮＯＸの発生を抑制する。
【００２３】
このように、ＥＧＲシステム１では、エンジン内での燃焼温度を下げることが重要である。ここで、ディーゼルエンジン２から排出された直後の排気ガスは高温であるため、吸気系統３へ環流させる場合には十分に冷却することが求められる。排気ガスの冷却はＥＧＲクーラ５で行われるため、このＥＧＲクーラ５では冷却効率が高い程好ましい。
【００２４】
排気ガスに対する冷却効率を高めるため、ＥＧＲクーラ５には、熱交換用の扁平なガス流路を区画するユニットを複数積層して一体化し、熱交換用の多段ガス流路を設けたものがある。このＥＧＲクーラ５では、高温流体である排気ガスを各ガス流路に流し、低温流体である冷却媒体（冷却水等）と熱交換させることで排気ガスを冷却している。
【００２５】
冷却効率を高める観点からすると、熱交換用の各ガス流路には冷却対象の排気ガスが均等に流れることが好ましいといえる。この観点から本実施形態では、ガス流路が多段に構成されたＥＧＲクーラ５において、各ガス流路を流れる排気ガスの流量ばらつきを抑制するための整流部材２１（図２（ｂ），図３等を参照）を設けている。以下、この整流部材２１を中心にして、ＥＧＲクーラ５に関する説明をする。
【００２６】
この整流部材２１では、各段のガス流路を流れる排気ガスの流量ばらつきを抑制することが求められる。また、ＥＧＲバルブ８が開放された際に、弁開度に応じた流量が流せる程度の流路抵抗であることも求められる。そこで、これらの条件を満たす整流部材２１の条件について検討した。以下、検討内容について説明する。
【００２７】
図２（ａ）はＥＧＲクーラ５における解析モデルの外観を説明する斜視図であり、図２（ｂ）はこの解析モデルにおける整流部材２１が挿入される部分を切り欠いた斜視図である。
【００２８】
この解析モデルは、複数の流路ユニット２２を積層して一体化することで作製されている。この流路ユニット２２は、平面から見て、長方形の短辺を外向きの半円形にした長円形状をしている。そして、長円形状のプレート部材を２枚積層方向に間隔を空けた状態で配し、周縁部のみを接合することで作製されている。この流路ユニット２２では、プレート部材が積層方向に間隔を空けて配置され、周縁部が接合されているので、内部には扁平なガス流路が区画される。
【００２９】
図３の部分拡大断面図に示すように、この解析モデルでは、流路ユニット２２が６個重ねて一体化されており、積層方向に６段のガス流路２３を備える構成になっている。ガス流路２３のそれぞれにはインナーフィン２４が収容されている。また、積層方向に隣り合う流路ユニット２２の間、最上部の流路ユニット２２と上側のエンドプレート２５との間、及び、最下部の流路ユニット２２と下側のエンドプレート２５との間には、他の扁平流路が区画される。この扁平流路を冷却水等の低温流体が流れる低温流体流路２６としている。そして、ガス流路２３と低温流体流路２６とが交互に積層されることによって熱交換部２７が構成される。
【００３０】
また、図２に示すように、解析モデルにおいて、流路ユニット２２の長手方向両端部には、排気ガスを導入する導入空部２８と、排気ガスを排出する排出空部（図示せず）とが設けられている。これらの導入空部２８と排出空部は、流路ユニット２２が区画する各ガス流路２３に連通されており、各低温流体流路２６とは連通されていない。そして、この解析モデルのおける導入空部２８と排出空部は、同じ形状に定められている。
【００３１】
図２（ｂ）及び図３に示す導入空部２８について説明すると、平面視円形の開口が各流路ユニット２２における底面を除く部分に設けられることで形成されている。この導入空部２８に収容される整流部材２１は、抵抗材２１ａとリング状部２１ｂとを有している。抵抗材２１ａは、排気ガスに流路抵抗を付与する部分であり、図示の例では、上部が開放された有底円筒状の部材によって構成されている。リング状部２１ｂは、抵抗材２１ａの開放端に接合される部材であり、流路ユニット２２の開口よりも一回り大きな外径の円形リング状をしている。このリング状部２１ｂの内周縁は、抵抗材２１ａの開放端と同じ大きさとされ、この開放端が接合されている。
【００３２】
解析モデルのＥＧＲクーラ５において、排気枝管１０は、整流部材２１が収容された導入空部２８に接続される。同様に、吸気枝管７は排出空部に接続される。従って、このＥＧＲクーラ５では、排気枝管１０からの排気ガスがＥＧＲクーラ５内に導入され整流部材２１を通過する。その後、排気ガスは各ガス流路２３に分配されて熱交換される。そして、熱交換後の排気ガスが排出空部で合流され、吸気枝管７から排出される。
【００３３】
ここで、整流部材２１が導入空部２８に収容されていることから、抵抗材２１ａで区画された空間に導入された排気ガスは、抵抗を与えられながらこの抵抗材２１ａを通過する。この抵抗材２１ａにより、各ガス流路２３を流れる排気ガスの流量ばらつきを抑制できる。以下、この点について詳しく説明する。
【００３４】
排気ガスの流量ばらつきを抑制する効果は、上記解析モデルを対象としたシミュレーションによって確認した。
【００３５】
シミュレーションの条件は次の通りである。
ガス流路２３：流路幅９０ｍｍ，流路高さ６ｍｍ，流路長５０ｍｍ，段数＝６段；
ガス導入圧力：出口大気開放；
整流部材２１：なし，低圧損，中圧損，中高圧損，高圧損の５種類（圧損＝圧力損失）
抵抗材２１ａの直径：４０ｍｍ
抵抗材２１ａの高さ：５０ｍｍ
【００３６】
整流部材２１の抵抗材２１ａについて補足すると、図４に示すように、低圧損とは５０メッシュ〜２００メッシュ相当の抵抗材２１ａを意味する。この低圧損の抵抗体としては、２００メッシュ以下の金属メッシュ材（金属メッシュのシート材）、或いは、不織布状の金属ウール（金属ウールのシート材）が用いられる。中圧損とは２００メッシュ相当よりも細かく、かつ、５００メッシュ相当以下の抵抗材２１ａを意味する。中圧損の抵抗体としては、低圧損で用いられたものよりも高精細の金属メッシュ材や高密度の金属ウールが用いられる。中高圧損とは５００メッシュ相当よりも細かく、かつ、１０００メッシュ相当以下の抵抗材２１ａを意味する。中高圧損の抵抗体としては、５００メッシュよりも細かく、かつ、１０００メッシュ以下の金属メッシュ材が好適に用いられる。高圧損とは１０００メッシュ相当以上の抵抗体を意味する。そして、抵抗体として金属メッシュ材や金属ウールを用いることにより、耐熱性に優れた整流部材２１を実現できる。
【００３７】
図５は、各ガス流路２３での流量ばらつきの大きさと抵抗材２１ａの圧力損失との関係を示した図である。また、図６は、排気ガスの流量を各段のガス流路２３について示した図であり、図５の関係を導く際の基となったデータである。また、図７は、図５と図６の結果を３次元のグラフに纏めたものである。
【００３８】
図５における縦軸は、最大過剰供給率〔％〕を示している。この最大過剰供給率は、各ガス流路２３での流量ばらつきの大きさを示す数値であり、６段あるガス流路２３において全ての段が同じ流量である場合を０％に定めている。そして、ガス流路２３において流量のばらつきがあるとき、最も流量の多いガス流路２３の流量が、全てのガス流路２３で均等に流れた場合の流量（平均流量）よりも何パーセント多いかを示している。
【００３９】
図５における横軸は、抵抗材２１ａの単位面積当たりの圧力損失〔Ｐａ〕を示している。ここで、圧力損失０．０Ｐａは抵抗材２１ａがない状態、すなわち整流部材２１が非装着の状態を示している。そして、圧力損失０．２５Ｐａは低圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示し、圧力損失０．５Ｐａは中圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示す。同様に、圧力損失１．０Ｐａは中高圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示し、圧力損失３．０Ｐａは高圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示す。
【００４０】
図６における縦軸は排気ガスの流量〔ｍ３／ｓ〕を示し、横軸はガス流路２３の段番号〔−〕を示している。段番号に関し、図２や図３に示す解析モデルにおける最上段から順に若い番号を付している。すなわち、最上段のガス流路２３を１段目とし、上から２段目のガス流路２３を２段目とし、最下段のガス流路２３を６段目としている。なお、図６には前述の圧力損失のうち一部について結果を記載している。具体的には、圧力損失０．０Ｐａ（整流部材非装着）、圧力損失０．２５Ｐａ（低圧損の整流部材２１）、圧力損失３．０Ｐａ（高圧損の整流部材２１）についての結果を記載している。
【００４１】
図７におけるＸ軸は排気ガスの流量〔ｍ３／ｓ〕を示し、Ｙ軸はガス流路２３の段番号〔−〕を示し、Ｚ軸は圧力損失〔Ｐａ〕を示している。すなわち、図７は、図５の内容と図６の内容とを一つに纏めた図になっている。
【００４２】
図５〜図７のシミュレーション結果より、次のことが判った。
【００４３】
まず、整流部材２１を用いることにより、整流部材２１を用いない場合よりも、ガス流路２３毎の流量ばらつきが少なくなることが判った。そして、整流部材２１に関しては、抵抗材２１ａによって与えられる圧力損失が大きいほど、言い換えれば抵抗材２１ａの流路抵抗が大きいほどガス流路２３毎の流量ばらつきが小さくなることが判った。また、抵抗材２１ａの流路抵抗がある程度大きくなると、流量ばらつきは所定の大きさに収束することも判った。
【００４４】
例えば図５の最大過剰供給率（％）に関し、圧力損失０．０Ｐａの場合（整流部材２１を用いない場合）は約７．３％、圧力損失０．２５Ｐａの場合（低圧損の整流部材２１を用いた場合）は約２．８％、圧力損失０．５Ｐａの場合（中圧損の整流部材２１を用いた場合）は約１．５％であった。同様に、圧力損失１．０Ｐａの場合（中高圧損の整流部材２１を用いた場合）も約１．５％、圧力損失３．０Ｐａの場合（高損の整流部材２１を用いた場合）は約１．３％であった。
【００４５】
また、積層方向の中間部に位置するガス流路２３において、最も流量が少なくなる傾向が確認できた。図６の流量に関し、圧力損失０．０Ｐａの場合には２段目の流路の流量が最も少なく、３段目の流路の流量が２番目に少なかった。また、６段目の流路の流量が最も多くなっていた。また、圧力損失０．２５Ｐａの場合には４段目の流路の流量が最も少なく、６段目の流路の流量が最も多かった。同様に、圧力損失１．０Ｐａの場合には４段目の流路の流量が最も少なく、１段目の流路の流量が最も多かった。
【００４６】
以上の結果より、圧力損失０．２５Ｐａ以上の抵抗材２１ａを備えた整流部材２１を導入空部２８に収容することで、整流部材２１を用いない場合よりも各ガス流路２３における流量のばらつきを改善できることが判った。これは、抵抗材２１ａを通過する際に排気ガスの流速が落とされ、その流れが拡散するように変化したためと考えられる。これは、水道の蛇口に焼結フィルタを取り付けた場合のように、排気ガスが拡がって流れたためと考えられる。その結果、ガス流路２３毎の排気ガスの流れの偏りが少なくなり、流量のばらつきが改善されたと考えられる。
【００４７】
なお、抵抗材２１ａの流路抵抗を過度に大きくしてしまうと、排気ガスの流れが妨げられ、必要とする流量が得られない。このことを考慮すると、抵抗材２１ａの圧力損失は１．０Ｐａ以下であることが好ましいといえる。以上より、抵抗材２１ａの圧力損失は０．２５Ｐａ以上、１．０Ｐａ以下の範囲に定められることが好ましいといえる。
【００４８】
次に、上記のシミュレーション結果を反映させた具体例について説明する。
【００４９】
図８は、ＥＧＲクーラ５の具体例を説明する斜視図である。例示したＥＧＲクーラ５は、略直方体状の外観形状をしており、長方形状のエンドプレート２５と、長方形状の流路ユニット２２とを備えている。そして、一対のエンドプレート２５の間に複数の流路ユニット２２が積層され、ろう付け等によって一体化されている。また、一方のエンドプレート２５において対角線上に位置する一対の隅各部には、導入側フランジ部３１及び排出側フランジ部３２が設けられている。同様に、残りの隅各部には、供給接続部３３及び排出接続部３４が設けられている。
【００５０】
導入側フランジ部３１は、冷却前の排気ガスをＥＧＲクーラ５に導入するための部分であり、排気枝管１０の端部に設けられたフランジ部（図示せず）に接続される部分である。本実施形態の導入側フランジ部３１は、横長菱形の各頂部を曲面で面取りした外形をしており、長手方向の各頂部近傍には固定用のボルト部３１ａが設けられている。排出側フランジ部３２は、冷却後の排気ガスをＥＧＲクーラ５から排出するための部分であり、吸気枝管７の端部に設けられたフランジ部（図示せず）に接続される部分である。そして、導入側フランジ部３１と同様に横長菱形の各頂部を曲面で面取りした外形とされ、固定用のボルト部３２ａが設けられている。
【００５１】
供給接続部３３はＥＧＲクーラ５に冷却媒体を供給するための管状部分であり、排出接続部３４は、熱交換後の冷却媒体をＥＧＲクーラ５から排出するための管状部分である。冷却媒体には、例えば水に不凍液を添加した冷却水が用いられる。そして、この冷却水を供給する冷却媒体供給パイプ１１（図１を参照）の端部を供給接続部３３に挿入して固定し、冷却水を排出する冷却媒体排出パイプ１２（図１を参照）の端部を排出接続部３４に挿入して固定する。
【００５２】
そして、供給接続部３３から供給された冷却水は、図３で説明したように、流路ユニット２２同士の間や流路ユニット２２の周囲に形成された低温流体流路２６を流れる。そして、熱交換部２７において流路ユニット２２内のガス流路２３を流れる排気ガスとの間で熱交換がなされ、排出接続部３４から排出される。
【００５３】
導入側フランジ部３１に連通する導入空部２８には、整流部材２１が配置されている。例えば図９に示す整流部材２１Ａは、ガスケット２１ｃと袋状抵抗材２１ｄとを有している。
【００５４】
ガスケット２１ｃは、排気枝管１０のフランジ部（図示せず）と導入側フランジ部３１とによって挟持され、排気ガスが漏れないようにシールする部材である。このため、導入側フランジ部３１と同様に、横長菱形の各頂部を曲面で面取りした外形をしており、排気ガスが通るガス用開口２１ｅとボルト部３１ａが挿通されるボルト用開口２１ｆとが設けられている。また、ガス用開口２１ｅの開口縁には、導入空部２８側に向けてリブ２１ｇが形成されている。このガスケット２１ｃは、薄手のステンレス板によって作製されている。
【００５５】
袋状抵抗材２１ｄは、前述の抵抗材２１ａを袋状に形成した部材であり、円形の開口縁を有するとともに、開口縁から離隔する程に内径が縮径され、先端部が平坦に潰された深底のコーヒーフィルタ形状をしている。そして、図９の整流部材２１では抵抗材２１ａとして中圧損のステンレスメッシュが用いられている。
【００５６】
この整流部材２１Ａは、例えば次の手順で作製される。まず、図１０（ａ）に一点鎖線で示すように、帯状のステンレスメッシュシートＡを台形状に切断し、次に図１０（ｂ）に示すように、台形状のステンレスメッシュＢを２枚重ねて開口となる部分以外の縁部を溶接で接合して袋状抵抗材２１ｄを得る。更に、袋状抵抗材２１ｄの開口縁を円形に拡げてガスケット２１ｃのリブ２１ｇに嵌め込み、溶接で一体化する。
【００５７】
この整流部材２１Ａでは、配管取り付け用のガスケット２１ｃとしての機能を有しているので、部品点数の削減が図れる。また、抵抗材２１ａはガスケット２１ｃとともに交換部品として構成されるため、抵抗材２１ａを容易に交換できる。
【００５８】
図１１に示す整流部材２１Ｂは、有底筒状に作製された筒状抵抗材２１ｈを導入側フランジ部３１と一体に設けている点が前述の整流部材２１と大きく相違している。
【００５９】
この整流部材２１Ｂは、フレーム２１ｉと筒状抵抗材２１ｈとを有している。フレーム２１ｉは、筒状抵抗材２１ｈを支持するためのものである。このフレーム２１ｉは、筒状抵抗材２１ｈのメッシュよりも十分に大きな格子を有する金属格子で作製された筒状部材である。本実施形態では薄手のステンレス板によって作製されている。このフレーム２１ｉの開口縁は導入側フランジ部３１が有するガス用開口の開口縁に溶接等によって接合されている。
【００６０】
筒状抵抗材２１ｈは、前述の抵抗材２１ａを有底筒状にした部材であり、この具体例では中圧損のステンレスメッシュが用いられている。そして、筒状抵抗材２１ｈは、フレーム２１ｉの内側空間にこのフレーム２１ｉに沿って配置され、開口縁を溶接する等によってフレーム２１ｉに接合されている。すなわち、この具体例では、筒状抵抗材２１ｈの開口縁を、フレーム２１ｉを介してフランジ部の開口縁に接合している。
【００６１】
この整流部材２１Ｂでは、導入側フランジ部３１と筒状抵抗材２１ｈとが一体化されており、導入側フランジ部３１が筒状抵抗材２１ｈを支持する部材としても機能するので、部品点数の削減が測れる。
【００６２】
ところで、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共にその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成してもよい。
【００６３】
まず、整流部材２１（２１Ａ，２１Ｂ）に関し、前述の解析モデルや具体例では導入空部２８に配置されていたが、これに限定されない。例えば、排出空部に配置されてもよく、導入空部２８と排出空部の両方に配置されてもよい。いずれの構成であっても排気ガスが抵抗材２１ａ，２１ｄ，２１ｈを通過する際にその流速が落とされるとともに、その流れが拡散するように変化すると考えられるため、流路毎における排気ガスの流れの偏りが減少し、流量のばらつきを改善できる。
【００６４】
また、ガス流路２３に関し、前述の解析モデルや具体例では直線状のガス流路２３を複数段有するＥＧＲクーラ５を例示したが、これに限定されない。例えば、Ｕ字状のガス流路を有するＥＧＲクーラであってもよい。
【００６５】
また、内燃機関に関し、ディーゼルエンジン２に限られない。ガソリンエンジンであっても同様に構成できる。
【符号の説明】
【００６６】
１…ＥＧＲシステム，２…ディーゼルエンジン，３…吸気系統，４…排気系統，５…ＥＧＲクーラ，６…吸気主管，７…吸気枝管，８…ＥＧＲバルブ，９…排気主管，１０…排気枝管，１１…冷却媒体供給パイプ，１２…冷却媒体排出パイプ，２１…整流部材，２１Ａ…整流部材，２１Ｂ…整流部材，２１ａ…抵抗材，２１ｂ…リング状部，２１ｃ…ガスケット，２１ｄ…袋状抵抗材，２１ｅ…ガス用開口，２１ｆ…ボルト用開口，２１ｇ…リブ，２１ｈ…筒状抵抗材，２１ｉ…フレーム，２２…流路ユニット，２３…ガス流路，２４…インナーフィン，２５…エンドプレート，２６…低温流体流路，２７…熱交換部，２８…導入空部，３１…導入側フランジ部，３１ａ…ボルト部，３２…排出側フランジ部，３２ａ…ボルト部，３３…供給接続部，３４…排出接続部，Ａ…帯状のステンレスメッシュシート，Ｂ…台形状のステンレスメッシュ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気系統に導入される排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲクーラやオイルクーラ等の熱交換器には、扁平な流路を区画する流路ユニットを積層することで多段の流路を設けた積層型のものがある。そして、このような積層型熱交換器には、高温流体を導入する空部に、高温流体の流れを調整する整流部を配置したものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の熱交換器では、上記の制流部として、半円筒状であって横長の切欠孔を設けた製流体が用いられている。また、特許文献２に記載の熱交換器では、円錐台状の外観形状を有する整流体が、高温流体を導入する空部の床面から立設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４００８１号公報
【特許文献２】特開２００７−７１４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の整流体は、高温流体による熱応力を緩和する目的で設けられている。このため、流路毎の流量のばらつきは何等考慮する必要がなかった。また、特許文献２の整流体は、流路毎の流量のばらつきが考慮されているものの、図３に示されるように下段の流路ほど流量が増えるものに特化されている。
【０００６】
ところで、ＥＧＲクーラにおいては、特許文献２の流体とは異なり、下段の流路ほど流量が増えるという傾向が現れないものがある。例えば、上下方向の間で流量の多い段と少ない段が存在する。このような流量のばらつきが生じるＥＧＲクーラでは、各特許文献の整流体を用いたとしても、流路毎の流量ばらつきを改善することは困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲクーラにおいて流路毎の流量ばらつきを改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気系統から取り込まれた排気ガスを前記排気ガスよりも低温の低温流体と熱交換し、熱交換後の前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統へ向けて排出するＥＧＲクーラであって、前記排気ガスが流れる扁平なガス流路を区画する複数の流路ユニットが積層状態で配置され、前記低温流体が流れる低温流体流路と前記ガス流路とが積層方向に対して交互に形成された熱交換部と、前記熱交換部における前記排気ガスの導入箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス導入空部と、前記熱交換部における前記排気ガスの排出箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス排出空部と、前記排気ガス導入空部及び前記排気ガス排出空部の少なくとも一方に収容され、抵抗材を通過させることで前記排気ガスに流路抵抗を付与する整流部材とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、抵抗材に流路抵抗があるため、排気ガスは、抵抗材の通過時にその流速が落とされるとともに、その流れが拡散するように変化すると考えられる。これにより、流路毎における排気ガスの流れの偏りが減少し、流量のばらつきを改善できる。
【００１０】
前述のＥＧＲクーラにおいて、抵抗材の単位面積当たりの圧力損失を０．２５Ｐａから１．０Ｐａの範囲に定めた場合には、流量のばらつきを改善しつつ必要な量の排気ガスを流すことができる。
【００１１】
前述のＥＧＲクーラにおいて、抵抗材を金属メッシュのシート材又は金属ウールのシート材によって作製された袋状部材若しくは有底筒状部材によって構成した場合には、耐熱性に優れた抵抗材を得ることができる。
【００１２】
前述のＥＧＲクーラにおいて、整流部材にガスケットを設けて抵抗材の開口をガスケットの開口に接合し、排気系統及び吸気系統の配管を取り付けるための一対のフランジ部によって、このガスケットを挟持させた場合には、整流部材が配管取り付け用のガスケットとしても機能するので、部品点数の削減が図れる。また、抵抗材の交換が容易である。
【００１３】
前述のＥＧＲクーラにおいて、整流部材に、排気系統又は吸気系統の配管と接合されるフランジ部を設け、抵抗材の開口をフランジ部の開口に接合してこのフランジ部と一体に設けた場合には、フランジ部が抵抗材を支持する部材としても機能するので、部品点数の削減が測れる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＥＧＲクーラにおいて流路毎の流量ばらつきを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エンジン、吸気系統、排気系統、及び、ＥＧＲクーラを有するＥＧＲシステムを説明する図である。
【図２】解析モデルを説明する図であり、（ａ）はＥＧＲクーラの外観斜視図であり、（ｂ）は整流部材が挿入される部分を切り欠いたＥＧＲクーラの外観斜視図である。
【図３】整流部材が配置されたＥＧＲクーラの部分拡大断面図である。
【図４】抵抗材の種類を圧力損失の大きさ毎に示した図である。
【図５】各流路での流量ばらつきの大きさと抵抗材の圧力損失との関係を示した図である。
【図６】排気ガスの流量を各段のガス流路について示した図である。
【図７】流路毎の流量を、各段の流路と圧力損失の範囲毎に示した図である。
【図８】ＥＧＲクーラの一例を説明する図である。
【図９】整流部材の外観を説明する図であり、（ａ）はフランジ側から見た斜視図、（ｂ）は袋状の抵抗体側から見た斜視図である。
【図１０】整流部材の製造手順を説明する図であり、（ａ）は帯状素材からのピースの切り出しを説明する図、（ｂ）は一対のピースを袋状に加工する作業を説明する図、（ｃ）は抵抗材をフランジ部に取り付けた状態を説明する図である。
【図１１】有底円筒状の抵抗体を備えた整流部材を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に示すＥＧＲシステム１は、ディーゼルエンジン２と、吸気系統３と、排気系統４と、ＥＧＲクーラ５とを有している。
【００１８】
ディーゼルエンジン２は、内燃機関に相当するものである。このディーゼルエンジン２では、吸気系統３から送られた混合ガスを、シリンダー内でピストンによって急激に圧縮して高温とする。そして、高温の空気に燃料を噴射して点火爆発させることによって動力を得る。
【００１９】
吸気系統３は、外部から取り込んだ空気と、ＥＧＲクーラ５で冷却された排気ガスとの混合ガスをディーゼルエンジン２に供給する部分である。吸気系統３は、エアクリーナ（図示せず）からディーゼルエンジン２に至る吸気主管６、及び、ＥＧＲクーラ５の排出口から吸気主管６に至る吸気枝管７を含んで構成される。この吸気系統３には、過給器及びインタークーラ（いずれも図示せず）を有するものがある。過給器とインタークーラを有する場合、吸気枝管７は、インタークーラよりも下流側（すなわちディーゼルエンジン２側）で吸気主管６に接続される。また、吸気枝管７の途中にはＥＧＲバルブ８が設けられている。このＥＧＲバルブ８は排気ガスの環流量を定める部分である。すなわち、弁開度や開弁時間に応じて排気ガスの環流量が定められる。
【００２０】
排気系統４は、ディーゼルエンジン２から排出された排気ガスを導いて排出する部分である。排気系統４は、ディーゼルエンジン２から消音器（図示せず）に至る排気主管９と、排気主管９の途中から分岐され、排気主管９とＥＧＲクーラ５の吸入口の間を連通する排気枝管１０を含んで構成される。なお、過給器がターボチャージャーの場合、排気枝管１０は、過給器よりも上流側（すなわちディーゼルエンジン２側）で排気主管９に接続される。
【００２１】
ＥＧＲクーラ５は、吸気系統３と排気系統４の間に設けられ、排気系統４からの排気ガスを冷却して吸気系統３へ向けて排出する。すなわち、ＥＧＲクーラ５は、排気枝管１０を流れてきた排気ガスを吸気口から取り込み、冷却媒体との間で熱交換を行うことで冷却し、冷却後の排気ガスを排気口から吸気枝管７へ排出する。このため、ＥＧＲクーラ５には、熱交換前の冷却媒体を供給する冷却媒体供給パイプ１１と、熱交換後の冷却媒体を排出するための冷却媒体排出パイプ１２とが接続されている。なお、ＥＧＲクーラ５については、後で説明する。
【００２２】
このように構成されたＥＧＲシステム１では、ディーゼルエンジン２から排出された排気ガスの一部を、ＥＧＲクーラ５に導いて冷却する。そして、ＥＧＲクーラ５で冷却された排気ガスを吸気系統３に環流させて、空気と排気ガスとの混合ガスを生成する。この混合ガスをディーゼルエンジン２に供給することで吸気中の酸素濃度を低下させ、エンジン内での燃焼温度を下げることでＮＯＸの発生を抑制する。
【００２３】
このように、ＥＧＲシステム１では、エンジン内での燃焼温度を下げることが重要である。ここで、ディーゼルエンジン２から排出された直後の排気ガスは高温であるため、吸気系統３へ環流させる場合には十分に冷却することが求められる。排気ガスの冷却はＥＧＲクーラ５で行われるため、このＥＧＲクーラ５では冷却効率が高い程好ましい。
【００２４】
排気ガスに対する冷却効率を高めるため、ＥＧＲクーラ５には、熱交換用の扁平なガス流路を区画するユニットを複数積層して一体化し、熱交換用の多段ガス流路を設けたものがある。このＥＧＲクーラ５では、高温流体である排気ガスを各ガス流路に流し、低温流体である冷却媒体（冷却水等）と熱交換させることで排気ガスを冷却している。
【００２５】
冷却効率を高める観点からすると、熱交換用の各ガス流路には冷却対象の排気ガスが均等に流れることが好ましいといえる。この観点から本実施形態では、ガス流路が多段に構成されたＥＧＲクーラ５において、各ガス流路を流れる排気ガスの流量ばらつきを抑制するための整流部材２１（図２（ｂ），図３等を参照）を設けている。以下、この整流部材２１を中心にして、ＥＧＲクーラ５に関する説明をする。
【００２６】
この整流部材２１では、各段のガス流路を流れる排気ガスの流量ばらつきを抑制することが求められる。また、ＥＧＲバルブ８が開放された際に、弁開度に応じた流量が流せる程度の流路抵抗であることも求められる。そこで、これらの条件を満たす整流部材２１の条件について検討した。以下、検討内容について説明する。
【００２７】
図２（ａ）はＥＧＲクーラ５における解析モデルの外観を説明する斜視図であり、図２（ｂ）はこの解析モデルにおける整流部材２１が挿入される部分を切り欠いた斜視図である。
【００２８】
この解析モデルは、複数の流路ユニット２２を積層して一体化することで作製されている。この流路ユニット２２は、平面から見て、長方形の短辺を外向きの半円形にした長円形状をしている。そして、長円形状のプレート部材を２枚積層方向に間隔を空けた状態で配し、周縁部のみを接合することで作製されている。この流路ユニット２２では、プレート部材が積層方向に間隔を空けて配置され、周縁部が接合されているので、内部には扁平なガス流路が区画される。
【００２９】
図３の部分拡大断面図に示すように、この解析モデルでは、流路ユニット２２が６個重ねて一体化されており、積層方向に６段のガス流路２３を備える構成になっている。ガス流路２３のそれぞれにはインナーフィン２４が収容されている。また、積層方向に隣り合う流路ユニット２２の間、最上部の流路ユニット２２と上側のエンドプレート２５との間、及び、最下部の流路ユニット２２と下側のエンドプレート２５との間には、他の扁平流路が区画される。この扁平流路を冷却水等の低温流体が流れる低温流体流路２６としている。そして、ガス流路２３と低温流体流路２６とが交互に積層されることによって熱交換部２７が構成される。
【００３０】
また、図２に示すように、解析モデルにおいて、流路ユニット２２の長手方向両端部には、排気ガスを導入する導入空部２８と、排気ガスを排出する排出空部（図示せず）とが設けられている。これらの導入空部２８と排出空部は、流路ユニット２２が区画する各ガス流路２３に連通されており、各低温流体流路２６とは連通されていない。そして、この解析モデルのおける導入空部２８と排出空部は、同じ形状に定められている。
【００３１】
図２（ｂ）及び図３に示す導入空部２８について説明すると、平面視円形の開口が各流路ユニット２２における底面を除く部分に設けられることで形成されている。この導入空部２８に収容される整流部材２１は、抵抗材２１ａとリング状部２１ｂとを有している。抵抗材２１ａは、排気ガスに流路抵抗を付与する部分であり、図示の例では、上部が開放された有底円筒状の部材によって構成されている。リング状部２１ｂは、抵抗材２１ａの開放端に接合される部材であり、流路ユニット２２の開口よりも一回り大きな外径の円形リング状をしている。このリング状部２１ｂの内周縁は、抵抗材２１ａの開放端と同じ大きさとされ、この開放端が接合されている。
【００３２】
解析モデルのＥＧＲクーラ５において、排気枝管１０は、整流部材２１が収容された導入空部２８に接続される。同様に、吸気枝管７は排出空部に接続される。従って、このＥＧＲクーラ５では、排気枝管１０からの排気ガスがＥＧＲクーラ５内に導入され整流部材２１を通過する。その後、排気ガスは各ガス流路２３に分配されて熱交換される。そして、熱交換後の排気ガスが排出空部で合流され、吸気枝管７から排出される。
【００３３】
ここで、整流部材２１が導入空部２８に収容されていることから、抵抗材２１ａで区画された空間に導入された排気ガスは、抵抗を与えられながらこの抵抗材２１ａを通過する。この抵抗材２１ａにより、各ガス流路２３を流れる排気ガスの流量ばらつきを抑制できる。以下、この点について詳しく説明する。
【００３４】
排気ガスの流量ばらつきを抑制する効果は、上記解析モデルを対象としたシミュレーションによって確認した。
【００３５】
シミュレーションの条件は次の通りである。
ガス流路２３：流路幅９０ｍｍ，流路高さ６ｍｍ，流路長５０ｍｍ，段数＝６段；
ガス導入圧力：出口大気開放；
整流部材２１：なし，低圧損，中圧損，中高圧損，高圧損の５種類（圧損＝圧力損失）
抵抗材２１ａの直径：４０ｍｍ
抵抗材２１ａの高さ：５０ｍｍ
【００３６】
整流部材２１の抵抗材２１ａについて補足すると、図４に示すように、低圧損とは５０メッシュ〜２００メッシュ相当の抵抗材２１ａを意味する。この低圧損の抵抗体としては、２００メッシュ以下の金属メッシュ材（金属メッシュのシート材）、或いは、不織布状の金属ウール（金属ウールのシート材）が用いられる。中圧損とは２００メッシュ相当よりも細かく、かつ、５００メッシュ相当以下の抵抗材２１ａを意味する。中圧損の抵抗体としては、低圧損で用いられたものよりも高精細の金属メッシュ材や高密度の金属ウールが用いられる。中高圧損とは５００メッシュ相当よりも細かく、かつ、１０００メッシュ相当以下の抵抗材２１ａを意味する。中高圧損の抵抗体としては、５００メッシュよりも細かく、かつ、１０００メッシュ以下の金属メッシュ材が好適に用いられる。高圧損とは１０００メッシュ相当以上の抵抗体を意味する。そして、抵抗体として金属メッシュ材や金属ウールを用いることにより、耐熱性に優れた整流部材２１を実現できる。
【００３７】
図５は、各ガス流路２３での流量ばらつきの大きさと抵抗材２１ａの圧力損失との関係を示した図である。また、図６は、排気ガスの流量を各段のガス流路２３について示した図であり、図５の関係を導く際の基となったデータである。また、図７は、図５と図６の結果を３次元のグラフに纏めたものである。
【００３８】
図５における縦軸は、最大過剰供給率〔％〕を示している。この最大過剰供給率は、各ガス流路２３での流量ばらつきの大きさを示す数値であり、６段あるガス流路２３において全ての段が同じ流量である場合を０％に定めている。そして、ガス流路２３において流量のばらつきがあるとき、最も流量の多いガス流路２３の流量が、全てのガス流路２３で均等に流れた場合の流量（平均流量）よりも何パーセント多いかを示している。
【００３９】
図５における横軸は、抵抗材２１ａの単位面積当たりの圧力損失〔Ｐａ〕を示している。ここで、圧力損失０．０Ｐａは抵抗材２１ａがない状態、すなわち整流部材２１が非装着の状態を示している。そして、圧力損失０．２５Ｐａは低圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示し、圧力損失０．５Ｐａは中圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示す。同様に、圧力損失１．０Ｐａは中高圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示し、圧力損失３．０Ｐａは高圧損の抵抗材２１ａを備える整流部材２１が装着された状態を示す。
【００４０】
図６における縦軸は排気ガスの流量〔ｍ３／ｓ〕を示し、横軸はガス流路２３の段番号〔−〕を示している。段番号に関し、図２や図３に示す解析モデルにおける最上段から順に若い番号を付している。すなわち、最上段のガス流路２３を１段目とし、上から２段目のガス流路２３を２段目とし、最下段のガス流路２３を６段目としている。なお、図６には前述の圧力損失のうち一部について結果を記載している。具体的には、圧力損失０．０Ｐａ（整流部材非装着）、圧力損失０．２５Ｐａ（低圧損の整流部材２１）、圧力損失３．０Ｐａ（高圧損の整流部材２１）についての結果を記載している。
【００４１】
図７におけるＸ軸は排気ガスの流量〔ｍ３／ｓ〕を示し、Ｙ軸はガス流路２３の段番号〔−〕を示し、Ｚ軸は圧力損失〔Ｐａ〕を示している。すなわち、図７は、図５の内容と図６の内容とを一つに纏めた図になっている。
【００４２】
図５〜図７のシミュレーション結果より、次のことが判った。
【００４３】
まず、整流部材２１を用いることにより、整流部材２１を用いない場合よりも、ガス流路２３毎の流量ばらつきが少なくなることが判った。そして、整流部材２１に関しては、抵抗材２１ａによって与えられる圧力損失が大きいほど、言い換えれば抵抗材２１ａの流路抵抗が大きいほどガス流路２３毎の流量ばらつきが小さくなることが判った。また、抵抗材２１ａの流路抵抗がある程度大きくなると、流量ばらつきは所定の大きさに収束することも判った。
【００４４】
例えば図５の最大過剰供給率（％）に関し、圧力損失０．０Ｐａの場合（整流部材２１を用いない場合）は約７．３％、圧力損失０．２５Ｐａの場合（低圧損の整流部材２１を用いた場合）は約２．８％、圧力損失０．５Ｐａの場合（中圧損の整流部材２１を用いた場合）は約１．５％であった。同様に、圧力損失１．０Ｐａの場合（中高圧損の整流部材２１を用いた場合）も約１．５％、圧力損失３．０Ｐａの場合（高損の整流部材２１を用いた場合）は約１．３％であった。
【００４５】
また、積層方向の中間部に位置するガス流路２３において、最も流量が少なくなる傾向が確認できた。図６の流量に関し、圧力損失０．０Ｐａの場合には２段目の流路の流量が最も少なく、３段目の流路の流量が２番目に少なかった。また、６段目の流路の流量が最も多くなっていた。また、圧力損失０．２５Ｐａの場合には４段目の流路の流量が最も少なく、６段目の流路の流量が最も多かった。同様に、圧力損失１．０Ｐａの場合には４段目の流路の流量が最も少なく、１段目の流路の流量が最も多かった。
【００４６】
以上の結果より、圧力損失０．２５Ｐａ以上の抵抗材２１ａを備えた整流部材２１を導入空部２８に収容することで、整流部材２１を用いない場合よりも各ガス流路２３における流量のばらつきを改善できることが判った。これは、抵抗材２１ａを通過する際に排気ガスの流速が落とされ、その流れが拡散するように変化したためと考えられる。これは、水道の蛇口に焼結フィルタを取り付けた場合のように、排気ガスが拡がって流れたためと考えられる。その結果、ガス流路２３毎の排気ガスの流れの偏りが少なくなり、流量のばらつきが改善されたと考えられる。
【００４７】
なお、抵抗材２１ａの流路抵抗を過度に大きくしてしまうと、排気ガスの流れが妨げられ、必要とする流量が得られない。このことを考慮すると、抵抗材２１ａの圧力損失は１．０Ｐａ以下であることが好ましいといえる。以上より、抵抗材２１ａの圧力損失は０．２５Ｐａ以上、１．０Ｐａ以下の範囲に定められることが好ましいといえる。
【００４８】
次に、上記のシミュレーション結果を反映させた具体例について説明する。
【００４９】
図８は、ＥＧＲクーラ５の具体例を説明する斜視図である。例示したＥＧＲクーラ５は、略直方体状の外観形状をしており、長方形状のエンドプレート２５と、長方形状の流路ユニット２２とを備えている。そして、一対のエンドプレート２５の間に複数の流路ユニット２２が積層され、ろう付け等によって一体化されている。また、一方のエンドプレート２５において対角線上に位置する一対の隅各部には、導入側フランジ部３１及び排出側フランジ部３２が設けられている。同様に、残りの隅各部には、供給接続部３３及び排出接続部３４が設けられている。
【００５０】
導入側フランジ部３１は、冷却前の排気ガスをＥＧＲクーラ５に導入するための部分であり、排気枝管１０の端部に設けられたフランジ部（図示せず）に接続される部分である。本実施形態の導入側フランジ部３１は、横長菱形の各頂部を曲面で面取りした外形をしており、長手方向の各頂部近傍には固定用のボルト部３１ａが設けられている。排出側フランジ部３２は、冷却後の排気ガスをＥＧＲクーラ５から排出するための部分であり、吸気枝管７の端部に設けられたフランジ部（図示せず）に接続される部分である。そして、導入側フランジ部３１と同様に横長菱形の各頂部を曲面で面取りした外形とされ、固定用のボルト部３２ａが設けられている。
【００５１】
供給接続部３３はＥＧＲクーラ５に冷却媒体を供給するための管状部分であり、排出接続部３４は、熱交換後の冷却媒体をＥＧＲクーラ５から排出するための管状部分である。冷却媒体には、例えば水に不凍液を添加した冷却水が用いられる。そして、この冷却水を供給する冷却媒体供給パイプ１１（図１を参照）の端部を供給接続部３３に挿入して固定し、冷却水を排出する冷却媒体排出パイプ１２（図１を参照）の端部を排出接続部３４に挿入して固定する。
【００５２】
そして、供給接続部３３から供給された冷却水は、図３で説明したように、流路ユニット２２同士の間や流路ユニット２２の周囲に形成された低温流体流路２６を流れる。そして、熱交換部２７において流路ユニット２２内のガス流路２３を流れる排気ガスとの間で熱交換がなされ、排出接続部３４から排出される。
【００５３】
導入側フランジ部３１に連通する導入空部２８には、整流部材２１が配置されている。例えば図９に示す整流部材２１Ａは、ガスケット２１ｃと袋状抵抗材２１ｄとを有している。
【００５４】
ガスケット２１ｃは、排気枝管１０のフランジ部（図示せず）と導入側フランジ部３１とによって挟持され、排気ガスが漏れないようにシールする部材である。このため、導入側フランジ部３１と同様に、横長菱形の各頂部を曲面で面取りした外形をしており、排気ガスが通るガス用開口２１ｅとボルト部３１ａが挿通されるボルト用開口２１ｆとが設けられている。また、ガス用開口２１ｅの開口縁には、導入空部２８側に向けてリブ２１ｇが形成されている。このガスケット２１ｃは、薄手のステンレス板によって作製されている。
【００５５】
袋状抵抗材２１ｄは、前述の抵抗材２１ａを袋状に形成した部材であり、円形の開口縁を有するとともに、開口縁から離隔する程に内径が縮径され、先端部が平坦に潰された深底のコーヒーフィルタ形状をしている。そして、図９の整流部材２１では抵抗材２１ａとして中圧損のステンレスメッシュが用いられている。
【００５６】
この整流部材２１Ａは、例えば次の手順で作製される。まず、図１０（ａ）に一点鎖線で示すように、帯状のステンレスメッシュシートＡを台形状に切断し、次に図１０（ｂ）に示すように、台形状のステンレスメッシュＢを２枚重ねて開口となる部分以外の縁部を溶接で接合して袋状抵抗材２１ｄを得る。更に、袋状抵抗材２１ｄの開口縁を円形に拡げてガスケット２１ｃのリブ２１ｇに嵌め込み、溶接で一体化する。
【００５７】
この整流部材２１Ａでは、配管取り付け用のガスケット２１ｃとしての機能を有しているので、部品点数の削減が図れる。また、抵抗材２１ａはガスケット２１ｃとともに交換部品として構成されるため、抵抗材２１ａを容易に交換できる。
【００５８】
図１１に示す整流部材２１Ｂは、有底筒状に作製された筒状抵抗材２１ｈを導入側フランジ部３１と一体に設けている点が前述の整流部材２１と大きく相違している。
【００５９】
この整流部材２１Ｂは、フレーム２１ｉと筒状抵抗材２１ｈとを有している。フレーム２１ｉは、筒状抵抗材２１ｈを支持するためのものである。このフレーム２１ｉは、筒状抵抗材２１ｈのメッシュよりも十分に大きな格子を有する金属格子で作製された筒状部材である。本実施形態では薄手のステンレス板によって作製されている。このフレーム２１ｉの開口縁は導入側フランジ部３１が有するガス用開口の開口縁に溶接等によって接合されている。
【００６０】
筒状抵抗材２１ｈは、前述の抵抗材２１ａを有底筒状にした部材であり、この具体例では中圧損のステンレスメッシュが用いられている。そして、筒状抵抗材２１ｈは、フレーム２１ｉの内側空間にこのフレーム２１ｉに沿って配置され、開口縁を溶接する等によってフレーム２１ｉに接合されている。すなわち、この具体例では、筒状抵抗材２１ｈの開口縁を、フレーム２１ｉを介してフランジ部の開口縁に接合している。
【００６１】
この整流部材２１Ｂでは、導入側フランジ部３１と筒状抵抗材２１ｈとが一体化されており、導入側フランジ部３１が筒状抵抗材２１ｈを支持する部材としても機能するので、部品点数の削減が測れる。
【００６２】
ところで、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共にその等価物が含まれることは勿論である。例えば、次のように構成してもよい。
【００６３】
まず、整流部材２１（２１Ａ，２１Ｂ）に関し、前述の解析モデルや具体例では導入空部２８に配置されていたが、これに限定されない。例えば、排出空部に配置されてもよく、導入空部２８と排出空部の両方に配置されてもよい。いずれの構成であっても排気ガスが抵抗材２１ａ，２１ｄ，２１ｈを通過する際にその流速が落とされるとともに、その流れが拡散するように変化すると考えられるため、流路毎における排気ガスの流れの偏りが減少し、流量のばらつきを改善できる。
【００６４】
また、ガス流路２３に関し、前述の解析モデルや具体例では直線状のガス流路２３を複数段有するＥＧＲクーラ５を例示したが、これに限定されない。例えば、Ｕ字状のガス流路を有するＥＧＲクーラであってもよい。
【００６５】
また、内燃機関に関し、ディーゼルエンジン２に限られない。ガソリンエンジンであっても同様に構成できる。
【符号の説明】
【００６６】
１…ＥＧＲシステム，２…ディーゼルエンジン，３…吸気系統，４…排気系統，５…ＥＧＲクーラ，６…吸気主管，７…吸気枝管，８…ＥＧＲバルブ，９…排気主管，１０…排気枝管，１１…冷却媒体供給パイプ，１２…冷却媒体排出パイプ，２１…整流部材，２１Ａ…整流部材，２１Ｂ…整流部材，２１ａ…抵抗材，２１ｂ…リング状部，２１ｃ…ガスケット，２１ｄ…袋状抵抗材，２１ｅ…ガス用開口，２１ｆ…ボルト用開口，２１ｇ…リブ，２１ｈ…筒状抵抗材，２１ｉ…フレーム，２２…流路ユニット，２３…ガス流路，２４…インナーフィン，２５…エンドプレート，２６…低温流体流路，２７…熱交換部，２８…導入空部，３１…導入側フランジ部，３１ａ…ボルト部，３２…排出側フランジ部，３２ａ…ボルト部，３３…供給接続部，３４…排出接続部，Ａ…帯状のステンレスメッシュシート，Ｂ…台形状のステンレスメッシュ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系統から取り込まれた排気ガスを前記排気ガスよりも低温の低温流体と熱交換し、熱交換後の前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統へ向けて排出するＥＧＲクーラであって、
前記排気ガスが流れる扁平なガス流路を区画する複数の流路ユニットが積層状態で配置され、前記低温流体が流れる低温流体流路と前記ガス流路とが積層方向に対して交互に形成された熱交換部と、
前記熱交換部における前記排気ガスの導入箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス導入空部と、
前記熱交換部における前記排気ガスの排出箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス排出空部と、
前記排気ガス導入空部及び前記排気ガス排出空部の少なくとも一方に収容され、抵抗材を通過させることで前記排気ガスに流路抵抗を付与する整流部材と
を有することを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項２】
前記抵抗材は、単位面積当たりの圧力損失が０．２５Ｐａから１．０Ｐａの範囲に定められていることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項３】
前記抵抗材は、金属メッシュのシート材又は金属ウールのシート材によって作製された袋状部材若しくは有底筒状部材であることを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項４】
前記整流部材はガスケットを有し、
前記抵抗材の開口は前記ガスケットの開口に接合され、
前記ガスケットは、前記排気系統及び前記吸気系統の配管を取り付けるための、一対のフランジ部によって挟持されていることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項５】
前記整流部材は、前記排気系統又は前記吸気系統の配管と接合されるフランジ部を有し、
前記抵抗材の開口は前記フランジ部の開口に接合され、前記フランジ部と一体に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項１】
内燃機関の排気系統から取り込まれた排気ガスを前記排気ガスよりも低温の低温流体と熱交換し、熱交換後の前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統へ向けて排出するＥＧＲクーラであって、
前記排気ガスが流れる扁平なガス流路を区画する複数の流路ユニットが積層状態で配置され、前記低温流体が流れる低温流体流路と前記ガス流路とが積層方向に対して交互に形成された熱交換部と、
前記熱交換部における前記排気ガスの導入箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス導入空部と、
前記熱交換部における前記排気ガスの排出箇所に設けられ、積層方向に並ぶ複数の前記ガス流路のそれぞれに連通された排気ガス排出空部と、
前記排気ガス導入空部及び前記排気ガス排出空部の少なくとも一方に収容され、抵抗材を通過させることで前記排気ガスに流路抵抗を付与する整流部材と
を有することを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項２】
前記抵抗材は、単位面積当たりの圧力損失が０．２５Ｐａから１．０Ｐａの範囲に定められていることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項３】
前記抵抗材は、金属メッシュのシート材又は金属ウールのシート材によって作製された袋状部材若しくは有底筒状部材であることを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項４】
前記整流部材はガスケットを有し、
前記抵抗材の開口は前記ガスケットの開口に接合され、
前記ガスケットは、前記排気系統及び前記吸気系統の配管を取り付けるための、一対のフランジ部によって挟持されていることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項５】
前記整流部材は、前記排気系統又は前記吸気系統の配管と接合されるフランジ部を有し、
前記抵抗材の開口は前記フランジ部の開口に接合され、前記フランジ部と一体に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲクーラ。
【図１】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図４】
【図７】
【図９】
【図３】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図４】
【図７】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７２５３４（Ｐ２０１２−１７２５３４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２４９７（Ｐ２０１１−３２４９７）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００２２０８０４）東京濾器株式会社 (84)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００２２０８０４）東京濾器株式会社 (84)
【Ｆターム（参考）】
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