排气再循环冷却器 【技术领域】
本发明涉及排气再循环 (EGR ： Exhaust Gas Recirculation) 冷却器。背景技术 以往， 一些安装在柴油发动机上的排气再循环设备中会设置排气再循环冷却器， 用来冷却返回到供气侧的排气。 排气再循环冷却器包括使排气通过的多条管道和容纳这些 管道的壳体 ( 有时被称为壳 (shell))， 而在壳体的一端设置有冷却水流入的流入口， 另一 端设置有冷却水流出的流出口。
另外， 壳体为筒状， 在壳体的一端的开口部分设置有使排气流入并将其导入管道 的入口侧储气罐， 在壳体的另一端的端部设置有使排气从管道流出的出口侧储气罐。这样 的壳体中， 每根管道的两端分别通过锡焊等方式固定在管头箱板上， 而该管头箱板通过焊 接而被紧密固定在壳体的内壁上， 从而封闭壳体的开口部分。即在两端被管头箱板封闭的 壳体内， 冷却水在多根管道的外侧流过， 排气在管道内部流过。
然而， 在入口侧储气罐内， 因为管头箱板的一个面， 即正对入口侧储气罐的那一面 与高温排气直接接触， 造成管头箱板与管道的锡焊部位被排气加热， 出现产生高温而接合 强度下降， 锡焊部位出现裂纹的问题。
于是， 为了不使这样的管头箱板与排气直接接触， 提出了结构为在管头箱板上游 侧设置形状与之大致相同的挡板， 并将管道端部延长至该挡板的排气再循环冷却器的方案 ( 例如专利文献 1)。
在这样的结构中， 因为入口侧储气罐与壳体之间是双层结构， 所以流入入口侧储 气罐的高温排气不会与管头箱板接触， 能够抑制与管道的锡焊部位的高温化。 因此， 不必担 心这样的锡焊部位出现裂纹， 可以防止壳体内冷却水的泄漏。
专利文献
专利文献 ： 日本特开 2000-45882 号公报
发明内容 发明要解决的课题
然而， 所述公报记载的排气再循环冷却器虽能防止排气直接与锡焊部位接触， 但 入口侧储气罐的侧壁 (bonnet) 依然直接接触排气， 因此对入口侧储气罐而言， 侧壁将向外 侧大大地热膨胀， 从而产生入口侧储气罐与和它固定在一起的壳体及管头箱板间的热膨胀 差。 即壳体及管头箱板因大部分总是接触冷却水而温度不会太高， 热膨胀程度也小， 但入口 侧储气罐的侧壁不会接触冷却水而只接触排气， 所以热膨胀较为显著。
因此， 在入口侧储气罐与壳体及管头箱板的连接部位， 由于入口侧储气罐的显著 的热膨胀， 壳体及管头箱板将向外侧变形， 由该变形导致管头箱板与管道的连接部位产生 较大应力而生成裂纹。
本发明的目的在于提供可以抑制与入口侧储气罐的较大热膨胀差造成的热变形、
防止产生裂纹的排气再循环冷却器。
解决问题的手段
本发明的排气再循环冷却器的特征在于， 具备内部流通冷却水的壳体、 内部流通 排气且容纳在所述壳体中的多根管道、 与所述多根管道的端部相接并与所述壳体的端部连 接的管头箱板以及设置为使排气进入并接合在所述壳体端部的入口侧储气罐 ； 在所述入口 侧储气罐内设置有遮挡该入口侧储气罐的侧壁以屏蔽进入的排气的遮挡部件。
本发明的排气再循环冷却器中， 优选所述遮挡部件设置在入口侧储气罐内。
本发明的排气再循环冷却器中， 优选所述遮挡部件与所述管头箱板之间形成有空 隙。
本发明的排气再循环冷却器中， 优选所述遮挡部件的排气的出口侧的开口部分覆 盖全部所述管道的入口侧。
本发明的排气再循环冷却器中， 优选所述遮挡部件以向排气的出口侧扩张的方式 设置。
本发明的排气再循环冷却器中， 优选在所述出口侧的开口部位设置有沿排气的气 流方向直径大致相同的筒状出口端部。 根据本发明， 由于入口侧储气罐内设置有遮挡部件， 流入入口侧储气罐的高温排 气不易接触入口侧储气罐的侧壁， 从而抑制侧壁向外侧的热膨胀。 因此， 由于与入口侧储气 罐连接的壳体及管头箱板不受入口侧储气罐的热膨胀影响， 不必担心发生较大的变形， 防 止了管头箱板与管道连接部位产生较大的应力， 从而防止裂纹生成。
在入口侧储气罐设置遮挡部件的情况下， 由于由管头箱板与管道构成的主体不安 装遮挡部件而不具有方向性， 因此在对前后方向有要求的壳体中不必担心会前后装反， 可 以简化组装。
在此， 通过在遮挡部件与管头箱板之间设置空隙， 即使遮挡部件接触排气而热膨 胀也不会与管头箱板接触， 可以避免因管头箱板被挤压而产生应力。
若将遮挡部件的出口侧的开口部分的大小设为能覆盖全部管道的端部， 就能使从 遮挡部件排出的排气均匀地流入各个管道， 从而提高排气的冷却效率。
通过使遮挡部件向出口侧扩张， 即使在入口侧壳体中入口侧开口面积较小而出口 侧面积较大的情况下， 也能够可靠地将排气导向各个管道， 同样可实现良好的冷却效率。
在遮挡部件的出口侧设置出口端部以抑制扩散的情况下， 排出气流将无扩散地流 入各个管道， 因此排气的流动将十分流畅， 可以进一步提高冷却效率。
附图说明
图 1 为本实施方式的排气再循环冷却器沿排气流动方向剖切的剖面图。 图 2 为沿图 1 的 II-II 线的剖面图。 图 3 为排气再循环冷却器的主要部位的放大示意图。 图 4 为用于排气再循环冷却器的构成部件的示意图。 图 5 为所述构成部件的立体剖面图。 图 6 为本发明的变形例的剖面示意图。 符号说明10…排气再循环冷却器， 11…壳体， 12…管道， 13…管头箱板， 14…入口侧储气罐， 19…遮挡部件， 191…出口端部， S…空隙具体实施方式
以下， 基于图示说明本发明的实施方式一例。
图 1 是沿排气 ( 参照阴影箭头 ) 流动方向剖切的本实施方式的排气再循环冷却器 10 的剖面图。图 2 是沿图 1 的 II-II 线的剖面图。图 3 是排气再循环冷却器的主要部位的 放大示意图。图 4 是用于排气再循环冷却器的构成部件的示意图， 图 5 是图 4 所示部件的 立体剖面图。另外， 在以下的说明中， “前侧” 指排气气流的上游侧， “后侧” 指下游侧。此外 “左右” 指从前侧观察时的左侧和右侧。
在图 1 中， 排气再循环冷却器 10 具有圆筒状的壳体 11、 壳体 11 内容纳的用以流通 排气的多条扁平管道 12、 与各个管道 12 的端部相连接的两侧的管头箱板 13、 以及分别通过 各个管头箱板 13 与壳体 11 相连接的入口侧储气罐 14 及出口侧储气罐 15 ； 在入口侧储气 罐 14 上设置有具有流入口 16A 的安装法兰盘 16， 在出口侧储气罐 15 上设置有具有流出口 17A 的安装法兰盘 17。
在壳体 11 的一端侧以及另一端侧形成有直径略大于中央筒体部分的圆筒状突起 部 18。前侧的突起部 18 的下方设置有使冷却水 ( 参照空白箭头 ) 流入壳体 11 内部的流入 口 21， 后侧的突起部 18 的上方设置有使壳体 11 内的冷却水流出的流出口 22。另外， 冷却 水的流入口 21 侧的突起部 18 顶部设置有一对排气孔 23， 这一对排气孔 23 在圆周方向上相 隔一定角度而设置 ( 图 1 上只表示了一个 )。
在图 2 中， 平行设置的各个管道 12 相对的表面之间的空隙是冷却水通过的冷却水 通道 24。优选将各个冷却水通道 24 设置为全部具有同样的宽度尺寸。在管道 12 左右平行 设置的本实施方式中， 冷却水的流入口 21( 图 1) 位于突起部 18 的下方， 这是为了使来自流 入口 21 的冷却水可以立即流入冷却水通道 24。因此， 这样的流入口 21 优选与本实施方式 相同， 位于突起部 18 的下方中央部位。即在本实施方式中， 刚刚从流入口 21 流入的冷却水 的流向与各个管道 12 的上下方向为同一方向， 因此冷却水的流动不会被阻碍。
另外， 虽然省略了详细的图示， 但在本实施方式中， 管道 12 彼此的一部分表面通 过点状的突起部位相互锡焊在一起， 并且在这些管道 12 的端部通过锡焊连接有上管头箱 板 13。这样， 构成包含管道 12 及管头箱板 13 的主体 25。
组装排气再循环冷却器 10 时， 事先完成将连接管道 12 彼此锡焊连接、 将连接管道 12 与管头箱板 13 锡焊连接由此来制作主体 25 的工作， 然后将这一主体 25 放入由可以上下 或左右分为两半的壳体部分 11A、 11B 构成的壳体 11 中， 并以焊接等方式接合壳体部分 11A 与 11B。此后， 在壳体 11( 管头箱板 13) 的端部以焊接等方式分别安装储气罐 14， 15。
此时， 如图 3 放大表示的那样， 在管头箱板 13 的外周形成的筒状部 131 被嵌入壳 体 11 的开口端部 111 的内侧， 在这筒状部 131 的内侧分别嵌入储气罐 14， 15 的开口端部 141， 151， 这些部分通过焊接被结合成一体。另外， 在本实施方式中， 开口端部 111， 141， 151 及筒状部 131 的外形形状不是正圆， 而是如图 4 中以入口侧储气罐 14 的开口端部 141 为代 表所显示的一样， 为稍微类似四边形的特殊形状。
以下基于图 1、 4、 5， 详细说明用于本实施方式的入口侧储气罐 14。入口侧储气罐14 由嵌入安装法兰盘 16 的流入口 16A 的筒状入口端部 142、 形成出口侧的所述开口端部 141 与连接这些端部 141、 142 的侧壁 143 组成， 而侧壁 143 为自入口端部 142 向开口端部 141 侧扩张的形状。
另外， 入口侧储气罐 14 的内部设置有使流入的排气不易接触侧壁 143 的内表面的 遮挡部件 19。遮挡部件 19 由嵌入并焊接在入口侧储气罐 14 的入口端部 142 内的圆筒状入 口端部 192、 向后方开口的外形为四边形的出口端部 191 与连接这些端部 191、 192 的侧壁 193 组成。
然而， 出口端部 191 的外形形状不限于四边形， 也可以是圆形等形状， 可考虑管道 12 的截面形状及主体 25 的端部形状， 或入口侧储气罐 14 的开口端部 141 的形状等来任意 地设定。
出口端部 191 的开口面积为覆盖并列设置的所有管道 12 在入口侧的全部区域的 大小， 而流入的排气将均匀地流入各个管道 12。 另外， 出口端部 191 为沿排气的流向 ( 从前 到后 ) 直径一致的直筒状， 可以使从遮挡部件 19 流出的排气不经扩散而理想地流入各个管 道 12。
这样的出口端部 191 与管头箱板 13 之间形成了微小的空隙 S( 在图 1 中为了看清 楚而被夸大表示 )。为不使排气进入入口侧储气罐 14 的侧壁 143 侧， 最好是空隙 S 的尺寸 较小， 另外， 为使排气顺利地流向各个管道 12， 同样最好是空隙 S 的尺寸较小。于是在本实 施方式中， 在即使遮挡部件 19 接触高温排气而热膨胀的情况下也不会与管头箱板 13 接触 的范围内， 将空隙 S 的尺寸设定为较小。 侧壁 193 为从入口端部 192 向出口端部 193 侧扩张的形状。即出口端部 191 的开 口面积大于入口端部 192 的开口面积。 但是对于侧壁 193， 它可以是与流入口 16A 的大小相 对应的形状， 例如在流入口 16A 的开口面积更大， 以与管道 12 的图中的上下尺寸大致相等 的直径开口的情况下， 侧壁 193 形成为与入口端部 192 或出口端部 191 同样形状的直筒形。
根据以上所说明的本实施方式的排气再循环冷却器 10， 从流入口 16A 流入入口侧 储气罐 14 内的高温排气由于被遮挡部件 19 引导而几乎不接触侧壁 143 地流入各个管道 12。流过各个管道 12 的排气在壳体 11 内， 被流过各个管道 12 外侧的冷却水冷却， 流出到 出口侧储气罐 15 内， 并从出口侧储气罐 15 回到发动机的供气侧。
因而在入口侧储气罐 14 内， 排气不易接触侧壁 143， 所以能够大幅减少如图 3 中双 点划线所示的侧壁 143 的热膨胀， 可防止壳体 11 及管头箱板 13 的变形。另外， 尤其因防止 了管头箱板 13 的变形， 能够抑制与管道 12 之间的连接部位的应力的产生， 可防止外侧连接 部位生成裂纹。
另外本发明不限于所述实施方式， 在可达到本发明目的范围内的变形、 改良等均 包含在本发明内。
例如在所述实施方式中， 入口侧储气罐 14、 安装法兰盘 16 及遮挡部件 19 为相互分 开的部件而分别由焊接等方式连接， 但如图 6 所示， 也可以将各个部件通过铸造而制造成 一体部件。
在所述实施方式中， 遮挡部件 19 设置在入口侧储气罐 14 上， 但也可以设置在管头 箱板 13 上。
另外对于遮挡部件 19 的形状， 不具备所述实施方式中的直筒状的出口端部 191，
而是后侧为使侧壁 143 直接开口的形状也包含在本发明内。 但是通过设置出口端部 191， 可 以朝向各个管道 12 的方向高效地将排气的气流导入各个管道 12， 因此优选采用此设计。
在所述实施方式中， 出口端部 191 具有覆盖所有管道 12 端部的大小的开口面积， 但不限于这一尺寸， 比覆盖所有管道 12 端部的尺寸小的情况也包含在本发明内。但是通过 使出口端部 191 的面积为覆盖所有管道 12 端部的大小， 毕竟能够将排气均匀地导入所有管 道 12， 可提高冷却效率， 因此优选采用此种设计。
进一步， 侧壁 193 的形状也是任意的， 不限于所述实施方式中的以直线状扩张的 形状， 也可以是使侧壁 193 整体形成为曲面的卷曲的形状， 还可以在实施过程中采用适当 的形状。
在所述实施方式中， 作为本发明的管道使用了扁平管道 12， 但对于管道也可以是 截面为圆形的管道， 还可以采用任意形状的管道。 在管道截面为圆形的情况下， 遮挡部件 19 的出口端部 191 的形状也优选为圆形。
除此之外， 管头箱板 13 的形状也是任意的， 不限于所述实施方式中具有筒状部 131 的形状。即， 也可以是平板状而其外周与壳体 11 的内壁连接。在此种情况下， 若入口侧 储气罐 14 的侧壁 143 热膨胀， 则随着壳体 11 的变形， 管头箱板 13 也有变形的可能， 而在管 头箱板 13 与管道 12 的连接部位有产生很大应力的可能性， 因此采用本发明防止产生应力 是有效的。 工业实用性
本发明可在装备了具备排气再循环系统的发动机的建设机械、 运输车辆、 各种工 业机械中被适宜地采用。