(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-17
(45)【発行日】2022-05-25
(54)【発明の名称】排気クーラ
(51)【国際特許分類】
F02M 26/29 20160101AFI20220518BHJP
F02M 26/06 20160101ALI20220518BHJP
F02M 26/28 20160101ALI20220518BHJP
【FI】
F02M26/29
F02M26/06 301
F02M26/28
(21)【出願番号】P 2018007043
(22)【出願日】2018-01-19
【審査請求日】2020-11-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社SUBARU
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西田 貴洋
【審査官】北村 亮
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-172546(JP,A)
【文献】特開平09-264145(JP,A)
【文献】特開2010-249129(JP,A)
【文献】特開2014-020345(JP,A)
【文献】特開2017-008911(JP,A)
【文献】国際公開第2008/105576(WO,A1)
【文献】国際公開第2015/163052(WO,A1)
【文献】特開2010-112355(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02M 26/29
F02M 26/06
F02M 26/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも排気ガスが流入する流入口、および、前記排気ガスが流出する流出口を有する本体部と、
前記本体部の内部に設けられ、前記排気ガスの流れ方向の長さが互いに異なる複数の第1冷却コアを有する第1冷却コア部と、
を備え
、
前記複数の第1冷却コアのうち任意の2つの第1冷却コアの前記流れ方向の長さの差分が、前記排気ガスの脈動波の波長の整数倍以外である排気クーラ。
【請求項2】
前記本体部の内部に設けられ、前記流れ方向の長さが互いに異なる複数の第2冷却コアを有し、前記第1冷却コア部に対して前記流れ方向の下流側に離隔して配された第2冷却コア部と、
前記第1冷却コア部と前記第2冷却コア部との間に形成された合流路と、
を備える請求項1に記載の排気クーラ。
【請求項3】
前記複数の第1冷却コアと前記複数の第2冷却コアは、前記流れ方向において対向し、互いに対向する前記第1冷却コアと前記第2冷却コアを合わせた流路長は、いずれも等しい請求項2に記載の排気クーラ。
【請求項4】
前記本体部に設けられ、内部空間が、前記本体部の最も外側に配された前記第1冷却コアおよび前記第2冷却コアよりも外側に位置し、少なくとも一部が前記合流路と連通する拡張部
を備える請求項2または3に記載の排気クーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも排気ガスが流通する流路に設けられた排気クーラに関する。
【背景技術】
【0002】
車両には、排気ガスの一部を吸気流路に還流させる排気再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)の機構が搭載されるものがある。特許文献1に記載のように、排気ガスを吸気流路に導く還流路には、冷却媒体が流通するコア部を有するクーラが設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、排気ガスにおいて、エンジンのシリンダにおける燃焼による脈動波が伝達している。そのため、排気ガスの流路を形成する部材から、脈動波による脈動音が生じてしまう。
【0005】
そこで、本発明は、排気ガスによる脈動音を抑制することが可能な排気クーラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明の排気クーラは、少なくとも排気ガスが流入する流入口、および、排気ガスが流出する流出口を有する本体部と、本体部の内部に設けられ、排気ガスの流れ方向の長さが互いに異なる複数の第1冷却コアを有する第1冷却コア部と、を備え、複数の第1冷却コアのうち任意の2つの第1冷却コアの流れ方向の長さの差分が、排気ガスの脈動波の波長の整数倍以外である。
【0007】
本体部の内部に設けられ、流れ方向の長さが互いに異なる複数の第2冷却コアを有し、第1冷却コア部に対して流れ方向の下流側に離隔して配された第2冷却コア部と、第1冷却コア部と第2冷却コア部との間に形成された合流路と、を備えてもよい。
【0008】
複数の第1冷却コアと複数の第2冷却コアは、流れ方向において対向し、互いに対向する第1冷却コアと第2冷却コアを合わせた流路長は、いずれも等しくてもよい。
【0009】
本体部に設けられ、内部空間が、本体部の最も外側に配された第1冷却コアおよび第2冷却コアよりも外側に位置し、少なくとも一部が合流路と連通する拡張部を備えてもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、排気ガスによる脈動音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図2】EGRクーラの構造を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0013】
図1は、エンジン10の構成を示す概略図である。
図1に示すように、エンジン10は、シリンダブロック12と、シリンダヘッド14と、シリンダブロック12に形成されたシリンダボア12a内で摺動可能にコネクティングロッド16に支持されたピストン18とが設けられている。そして、シリンダボア12aと、シリンダヘッド14と、ピストン18の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室20となる。
【0014】
シリンダヘッド14には、吸気ポート22および排気ポート24が形成されている。また、シリンダヘッド14には、インジェクタ26および点火プラグ28が設けられている。吸気ポート22は、一端が燃焼室20に開口するとともに吸気弁30によって開閉され、他端が吸気流路32と連通している。また、排気ポート24は、一端が燃焼室20に開口するとともに排気弁34によって開閉され、他端が排気流路36と連通している。
【0015】
エンジン10では、吸気流路32および吸気ポート22を介して燃焼室20に流入した吸気に、インジェクタ26から燃料が噴射された後、噴射された燃料が点火プラグ28によって点火されて燃焼する。この燃焼圧によってピストン18が押圧され、不図示のクランクシャフト38が回転する。そして、燃焼室20内において燃料が燃焼することにより発生した排気ガスは、排気ポート24および排気流路36を介して排出される。
【0016】
吸気流路32には、エアクリーナ40、過給機42のコンプレッサ42a、インタークーラ44、スロットル弁46が上流から順に設けられている。外気から吸気流路32に導入された吸気は、エアクリーナ40で異物が除去された後、過給機42のコンプレッサ42aへと導かれる。
【0017】
過給機42は、コンプレッサ42a、タービン42b、および、シャフト42cを備えている。タービン42bは、排気流路36に設けられる。タービン42bのインペラは、燃焼室20から排出された排気ガスによって回転する。タービン42bのインペラは、コンプレッサ42aのインペラとシャフト42cを介して連結されている。コンプレッサ42aのインペラは、タービン42bの回転動力によって回転して吸気を圧縮する。
【0018】
インタークーラ44は、コンプレッサ42aによって圧縮された吸気を冷却する。スロットル弁46は、アクセル(図示せず)の開度に応じてアクチュエータにより開閉駆動され、吸気流路32の開度を調整することで、吸気流路32を流れる吸気の流量を調整する。
【0019】
触媒48は、排気流路36のうち、タービン42bより下流側に設けられる。燃焼室20で生じた燃焼後の排気ガスは、排気ポート24、排気流路36を通じて外部へ排出される。したがって、排気ガスは、排気流路36の通過過程で、触媒48によって浄化される。
【0020】
EGR(Exhaust Gas Recirculation)流路50は、排気流路36と吸気流路32を連通させる。EGR流路50の一端は、吸気流路32のうち、コンプレッサ42aより上流であって、エアクリーナ40より下流に接続される。EGR流路50の他端は、排気流路36のうち、触媒48より上流であって、タービン42bより下流に接続される。すなわち、エンジン10のEGRは、所謂低圧EGR(LP-EGR:Low Pressure-EGR)である。EGR流路50は、排気流路36を流通する排気ガスの一部を吸気流路32に還流させる(以下、還流させた排気ガスを「EGRガス」と称する)。
【0021】
EGR流路50には、EGRバルブ52およびEGRクーラ100(排気クーラ)が上流から順に設けられている。EGRバルブ52は、アクチュエータにより開閉駆動され、EGR流路50の開度を調整することで、EGR流路50を流れるEGRガスの流量を調整する。
【0022】
EGRクーラ100は、EGR流路50を流れるEGRガスを冷却する。以下、EGRクーラ100について詳述する。
【0023】
図2は、EGRクーラ100の構造を概略的に示す断面図である。
図3は、
図2のIII-III線断面図である。ただし、
図2中、後述するフィン122cの図示を省略し、EGRガス中の脈動波のイメージを破線で示す。
図2、
図3に示すように、EGRクーラ100は、外形が大凡四角柱形状の本体部110を有する。ただし、本体部110の外形の形状は、四角柱に限らない。例えば、本体部110の外形の形状は、円柱(円筒)形状であってもよい。
【0024】
本体部110は中空であり、本体部110の内部が、EGR流路50の一部を構成する。本体部110には、流入口112および流出口114が形成される。流入口112から本体部110の内部にEGRガスが流入する。本体部110に流入したEGRガスは、流出口114から流出する。
【0025】
本体部110の内部には、第1冷却コア部120および第2冷却コア部130が配されている。第1冷却コア部120と第2冷却コア部130は、排気ガスの流れ方向(
図2中、左から右に向かう方向、以下、単に流れ方向という)に離隔する。
【0026】
第1冷却コア部120は、流入口112から流れ方向の下流側に離隔する。流入口112と第1冷却コア部120との間には、流入空間Saが形成される。EGRガスは、流入口112から流入空間Saに流入した後、第1冷却コア部120に向う。
【0027】
第2冷却コア部130は、流出口114から流れ方向の上流側に離隔する。流出口114と第2冷却コア部130との間には、流出空間Sbが形成される。EGRガスは、第2冷却コア部130から流出空間Sbに流出した後、流出口114を通って本体部110から流出する。
【0028】
第1冷却コア部120は、複数の第1冷却コア122を有する。第1冷却コア122は、仕切部材122a、分岐流路122b、および、フィン122c(
図3参照)によって構成される。仕切部材122aは、例えば、中空の板形状であり、流れ方向および本体部110の幅方向(
図3中、左右方向)に延在する。仕切部材122aは、流れ方向に交差する方向(ここでは、流れ方向に垂直な方向、
図2中、上下方向)に離隔して複数設けられる。複数の仕切部材122aは、例えば、等間隔で配される。
【0029】
仕切部材122aの内部には、冷却水が流通する冷却流路122dが形成される。仕切部材122aには、不図示の導入口および導出口が形成されており、導入口から冷却流路122dに流入した冷却水は、冷却流路122d内を流通した後、導出口から流出する。
【0030】
分岐流路122bは、本体部110の内部の空間が仕切部材122aに仕切られて(区画されて)形成される。分岐流路122bは、流れ方向に垂直な方向に離隔して複数形成される。それぞれの分岐流路122bは、
図2に示すように、仕切部材122aと本体部110に囲繞された空間である。
【0031】
分岐流路122bは、流入口112側および流出口114側にそれぞれ開口する。すなわち、第1冷却コア部120は、第1コア流入口120a、および、第1コア流出口120bを有する。第1コア流入口120aは、分岐流路122bのうち、流入口112側の開口である。第1コア流入口120aから第1冷却コア部120(分岐流路122b)にEGRガスが流入する。また、第1コア流出口120bは、分岐流路122bのうち、流出口114側の開口である。第1冷却コア部120(分岐流路122b)から、第1コア流出口120bを通ってEGRガスが流出する。
【0032】
フィン122cは、
図3に示すように、流れ方向に見た場合に、例えば、波形状に湾曲した板部材であり、それぞれの分岐流路122bに設けられる。ただし、フィン122cの形状は、波形状に限らず、既存の様々なフィン形状が適用可能である。フィン122cは、仕切部材122aに固定される。フィン122cは、仕切部材122aと接触し、仕切部材122aによって冷却される。
【0033】
それぞれの第1冷却コア122(仕切部材122a、分岐流路122b、フィン122c)は、流れ方向の長さが互いに異なる。それぞれの第1冷却コア122は、
図2における下段に配された他の第1冷却コア122よりも、流れ方向の長さが短い。ここでは、それぞれの第1冷却コア122の流れ方向の長さが互いに異なる場合について説明した。ただし、少なくとも流れ方向の長さが互いに異なる第1冷却コア122が一組あればよい。
【0034】
複数の第1冷却コア122において、流入口112側の上流端は、それぞれ大凡面一となっている。すなわち、仕切部材122a、分岐流路122bの上流端は、流れ方向の位置が大凡等しい。ただし、第1冷却コア122の上流端の位置は、互いに異なっていてもよい。また、複数の第1冷却コア122において、流出口114側の下流端は、
図2における下段側に配された第1冷却コア122の方が、上段側に配された第1冷却コア122よりも流れ方向の下流側に位置する。第1冷却コア122の下流端は、例えば、
図2に示す大凡直線L1上に位置する。直線L1は、流れ方向および流れ方向に垂直な方向に対して、交差する方向に延在する。
【0035】
第2冷却コア部130は、第1冷却コア部120と同様、複数の第2冷却コア132を有する。第2冷却コア132は、第1冷却コア122と実質的に同様の構成である。ここでは、第2冷却コア132について、第1冷却コア122と重複する部分の説明を一部省略する。
【0036】
第2冷却コア132は、仕切部材132a、分岐流路132b、および、フィン132c(
図3参照、
図3において、フィン132cは、フィン122cの後ろ側に位置する)によって構成される。分岐流路132bは、流入口112側および流出口114側にそれぞれ開口する。すなわち、第2冷却コア部130は、第2コア流入口130a、および、第2コア流出口130bを有する。第2コア流入口130aは、分岐流路132bのうち、流入口112側の開口である。第2コア流入口130aから第2冷却コア部130(分岐流路132b)にEGRガスが流入する。また、第2コア流出口130bは、分岐流路132bのうち、流出口114側の開口である。第2コア流出口130bを通って、第2冷却コア部130(分岐流路132b)からEGRガスが流出する。
【0037】
仕切部材132aの内部には、冷却水が流通する冷却流路132dが形成される。それぞれの第2冷却コア132(仕切部材132a、分岐流路132b、フィン132c)は、流れ方向の長さが互いに異なる。それぞれの第2冷却コア132は、
図2における下段に配された他の第2冷却コア132よりも、流れ方向の長さが長い。ここでは、それぞれの第2冷却コア132の流れ方向の長さが互いに異なる場合について説明した。ただし、少なくとも流れ方向の長さが互いに異なる第2冷却コア132が一組あればよい。
【0038】
複数の第2冷却コア132において、流出口114側の下流端は、それぞれ大凡面一となっている。すなわち、仕切部材132a、分岐流路132bの下流端は、流れ方向の位置が大凡等しい。ただし、第2冷却コア132の下流端の位置は、互いに異なっていてもよい。また、複数の第2冷却コア132において、流入口112側の上流端は、
図2における下段側に配された第2冷却コア132の方が、上段側に配された第2冷却コア132よりも流れ方向の下流側に位置する。第2冷却コア132の上流端は、例えば、
図2に示す大凡直線L2上に位置する。直線L2は、流れ方向および流れ方向に垂直な方向に対して、交差する方向に延在する。直線L1と直線L2は、例えば、大凡平行である。
【0039】
複数の第1冷却コア122と複数の第2冷却コア132は、それぞれ流れ方向において対向する。互いに対向する第1冷却コア122と第2冷却コア132を合わせた流路長(流れ方向の長さ)は、いずれも等しい。
【0040】
第1冷却コア122の下流端と、第2冷却コア132の上流端は、流れ方向に離隔する。本体部110の内部のうち、第1冷却コア122の下流端と、第2冷却コア132の上流端との間には、合流路116が形成される。合流路116は、第1冷却コア122や第2冷却コア132が配置されていない空間である。
【0041】
本体部110における合流路116の外側には、拡張部118が設けられる。拡張部118は、本体部110の外表面から外側に突出する。拡張部118は、例えば、流れ方向に垂直な方向に突出する。拡張部118は、例えば、
図3に示すように、本体部110の外周に全周に亘って延在する。ただし、拡張部118は、本体部110の全周に亘って延在せず、一部のみに形成されてもよい。
【0042】
拡張部118の内部空間は、本体部110の最も外側に配された第1冷却コア122(分岐流路122b)および第2冷却コア132(分岐流路132b)よりも外側に位置する。拡張部118の内部空間は、合流路116と連続(連通)する。このように、拡張部118の少なくとも一部は、合流路116と連通する。
【0043】
流入口112から本体部110に流入したEGRガスは、第1冷却コア部120の複数の分岐流路122bに分流して流入する。分岐流路122bにおいて、EGRガスは、フィン122cによって冷却される。分岐流路122bから流出したEGRガスは、合流路116で合流した後、第2冷却コア部130の複数の分岐流路132bに分流して流入する。分岐流路132bにおいて、EGRガスは、フィン132cによって冷却される。分岐流路132bから流出したEGRガスは、流出口114を通って本体部110から流出する。
【0044】
ところで、上記の通り、LP-EGRにおいて、EGR流路50は、吸気流路32のうち、コンプレッサ42aより上流であって、エアクリーナ40より下流に接続される。この場合、吸気流路32のうち、EGR流路50の接続部の部材は、例えば、面剛性が低いダクトでなる。そのため、EGRガスの脈動波によりダクトが振動し、脈動音が生じてしまうおそれがある。
【0045】
そこで、EGRクーラ100は、振動抑制の機能を有する。具体的には、上記のように、第1冷却コア122は、流れ方向の長さが互いに異なる。
図2中、破線で示すように、分岐流路122bに流入したEGRガスの脈動波は、合流路116にEGRガスが流出するとき、分岐流路122bの長さの差によって、互いの位相がずれる。互いに位相がずれた脈動波が合流路116で合成されることで、脈動波の一部が相殺(抑制)される。
【0046】
同様に、第2冷却コア132は、流れ方向の長さが互いに異なる。
図2中、破線で示すように、合流路116から分岐流路132bに流入したEGRガスに脈動波が残っていても、分岐流路132bからEGRガスが流出するとき、分岐流路132bの長さの差によって、互いの位相がずれる。互いに位相がずれた脈動波が分岐流路132bの下流で合成されることで、脈動波の一部が相殺(抑制)される。
【0047】
このように、EGRクーラ100では、EGRガスの冷却が可能となり、かつ、第1冷却コア部120、第2冷却コア部130によって、EGRガスの脈動波が抑制され、脈動音の抑制が可能となる。
【0048】
ここで、任意の2つの第1冷却コア122(分岐流路122b)の流れ方向の長さの差分を第1差分と称する。第1冷却コア部120には、第1差分が、少なくとも脈動派の波長の整数倍以外となる(整数倍ではない)2つの第1冷却コア122が設けられるとよい。同様に、任意の2つの第2冷却コア132(分岐流路132b)の流れ方向の長さの差分を第2差分と称する。第2冷却コア部130には、第2差分が、少なくとも脈動派の波長の整数倍以外となる(整数倍ではない)2つの第2冷却コア132が設けられるとよい。
【0049】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0050】
例えば、上述した実施形態では、第2冷却コア部130が設けられる場合について説明した。この場合、第1冷却コア部120と第2冷却コア部130の双方で脈動波の抑制効果が発揮され、脈動音がさらに抑制される。ただし、第2冷却コア部130は、必須の構成ではない。また、第2冷却コア部130の第2冷却コア132は、流れ方向の長さが互いに異なる場合について説明した。ただし、第2冷却コア132の流れ方向の長さは全て同一であってもよい。
【0051】
また、上述した実施形態では、互いに対向する第1冷却コア122と第2冷却コア132を合わせた流路長は、いずれも等しい場合について説明した。この場合、いずれの分岐流路122b、132bを通っても、大凡同程度の冷却効果が発揮される。したがって、分岐流路122b、132bごとに流路長が異なり、冷却効果にバラツキがある場合に比べ、冷却効率が向上する。また、互いに対向する第1冷却コア122と第2冷却コア132を合わせた流路長が、いずれも等しい場合、第1冷却コア122を反転させると第2冷却コア132になる。したがって、第1冷却コア122と第2冷却コア132を同じ製造工程で製造できるため、製造の効率がよい。ただし、互いに対向する第1冷却コア122と第2冷却コア132を合わせた流路長にバラツキがあってもよい。
【0052】
また、上述した実施形態では、拡張部118が形成される場合について説明した。拡張部118により、広範囲の周波数の脈動波が抑制される。ただし、拡張部118は、必須の構成ではない。
【0053】
また、上述した実施形態では、EGRクーラ100を例に挙げて説明した。ただし、排気ガスが流通するクーラ(排気クーラ)であれば、例えば、インタークーラ44など、EGRクーラ100以外のクーラに上述した実施形態の構成を適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0054】
本発明は、少なくとも排気ガスが流通する流路に設けられた排気クーラに利用できる。
【符号の説明】
【0055】
100 EGRクーラ(排気クーラ)
110 本体部
112 流入口
114 流出口
116 合流路
118 拡張部
120 第1冷却コア部
122 第1冷却コア
130 第2冷却コア部
132 第2冷却コア