| 【発明の名称】 |
ＥＧＲクーラ |
| 【発明者】 |
【氏名】辻田 誠
【氏名】山下 洋二
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| 【要約】 |
【課題】排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且つ十分に接触するようにして、ＥＧＲクーラの熱交換効率を向上させる。
【解決手段】チューブ３と、該チューブ３を包囲するシェル１とを備え、該シェル１の内部に冷却水９を給排し且つ前記チューブ３内に排気ガス１０を通して該排気ガス１０と前記冷却水９とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラに関し、前記チューブ３の内周面に、該チューブ３の軸心線ｘと直交する面に対し５゜〜２５゜の傾斜角θを有するスパイラル状突起１２を形成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項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、前記チューブの内周面に、該チューブの軸心線と直交する面に対し５゜〜２５゜の傾斜角を有するスパイラル状突起を形成したことを特徴とするＥＧＲクーラ。
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【発明の詳細な説明】【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５は前記ＥＧＲクーラの一例を示す断面図であって、図中１は円筒状に形成されたシェルを示し、該シェル１の軸心方向両端には、シェル１の端面を閉塞するようプレート２，２が固着されていて、該各プレート２，２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の内部を軸心方向に延びている。
【０００４】そして、シェル１の一方の端部近傍には、外部から冷却水入口管４が取り付けられ、シェル１の他方の端部近傍には、外部から冷却水出口管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、各プレート２，２の反シェル１側には、椀状に形成されたボンネット６，６が前記各プレート２，２の端面を被包するように固着され、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】尚、図中１１は冷却水入口管４に対しシェル１の直径方向に対峙する位置に設けたバイパス出口管を示し、該バイパス出口管１１から冷却水９の一部を抜き出すことにより、冷却水入口管４に対峙する箇所に冷却水９の澱みが生じないようにしてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯かる従来のＥＧＲクーラにおいては、排気ガス１０がチューブ３内をストレートに流れ、チューブ３の内周面に対して排気ガス１０が十分に接触しないために熱交換効率が悪いという問題があった。
【０００８】本発明は上述の実情に鑑みて成されたもので、排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且つ十分に接触するようにして、ＥＧＲクーラの熱交換効率を向上させることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、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、前記チューブの内周面に、該チューブの軸心線と直交する面に対し５゜〜２５゜の傾斜角を有するスパイラル状突起を形成したことを特徴とするものである。
【００１０】而して、このようにチューブの内周面にスパイラル状突起を形成すれば、チューブ内を流れる排気ガスが、スパイラル状突起に沿い旋回流となって乱流化し、チューブの内周面に対する接触頻度や接触距離が増加する結果、排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且つ十分に接触することになり、ＥＧＲクーラの熱交換効率が大幅に向上される。
【００１１】ここで、前記スパイラル状突起には、チューブの軸心線と直交する面に対し５゜〜２５゜の傾斜角を付してあるが、発明者らによる実験によれば、この傾斜角を５゜より小さくしても、圧力損失が高まるばかりで実質的な熱交換量の増加は殆ど望めないのであり、また、傾斜角を２５゜より大きくしても、僅かな角度の増加により交換熱量が大幅に低減する傾向が強まるばかりでメリットがなく、しかも、排気ガスに与えられる旋回力が不足することにより排気ガス中に含まれる煤が旋回中心に集まる作用が著しく損なわれてチューブ内での煤堆積の増加を招いてしまうことが確認されたので、このような実験結果に基づき、エンジンルーム内への搭載性を考慮した適切な寸法形状のＥＧＲクーラについて検討すると、スパイラル状突起の傾斜角を５゜〜２５゜の範囲に特定することが最も効果的な最適条件として決まるのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１３】図１は、本発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図であって、図５と同一部分については同一符号を付してある。
【００１４】図１及び図２に示す如く、本形態例においては、先に図５で説明したＥＧＲクーラと略同様に構成したＥＧＲクーラに関し、排気ガス１０が流通するチューブ３の内周面に、該チューブ３の軸心線ｘと直交する面に対し５゜〜２５゜の傾斜角θを有するスパイラル状突起１２を形成しており、ここに図示している例では、約２０゜程度の傾斜角θを付してスパイラル状突起１２を形成している。
【００１５】ここで、肉厚の薄いチューブ３においては、スパイラル状突起１２を形成するにあたり、チューブ３を外から螺旋状に凹ませる押圧加工を螺旋凸条を有するロール等で施せば、外から押圧した箇所がチューブ３の内周面にスパイラル状突起１２として形成されることになる。
【００１６】ただし、肉厚の厚いチューブ３においては、スパイラル状突起１２を形成するにあたり、スパイラル状突起１２を残すようにチューブ３の内周面を切削加工しても良い。
【００１７】尚、図３に示す如く、チューブ３の内周面に形成されるスパイラル状突起１２の高さ寸法ｈは、チューブ３の内径寸法ｄの５〜１５％程度に形成すれば良い。
【００１８】このようにチューブ３の内周面にスパイラル状突起１２を形成すれば、チューブ３内を流れる排気ガス１０が、スパイラル状突起１２に沿い旋回流となって乱流化し、チューブ３の内周面に対する接触頻度や接触距離が増加する結果、排気ガス１０がチューブ３の内周面に満遍なく且つ十分に接触することになり、ＥＧＲクーラの熱交換効率が大幅に向上される。
【００１９】ここで、前記スパイラル状突起１２には、チューブ３の軸心線ｘと直交する面に対し５゜〜２５゜の傾斜角θを付してあるが、発明者らによる実験によれば、例えば図４にグラフ（スパイラル状突起１２の傾斜角θを０゜〜９０゜の範囲で変化させた場合の交換熱量Ｑと圧力損失ΔＰｇの関係を示したもの）で示す如き実験結果が得られており、このグラフから明らかであるように、スパイラル状突起１２の傾斜角θを５゜より小さくしても、圧力損失が高まるばかりで実質的な熱交換量の増加は殆ど望めないのであり、また、傾斜角θを２５゜より大きくしても、僅かな角度の増加により交換熱量が大幅に低減する傾向が強まるばかりでメリットがない。
【００２０】尚、ここで、図４のグラフに関し、傾斜角θを０゜とした場合の実験結果が曲線上に乗らない理由について付言しておくと、傾斜角θが０゜ということは、チューブ３の軸心方向に多数のリング状突起が形成されることを意味しており、このようなリング状突起では、チューブ３内を流れる排気ガス１０が旋回流を形成せず、膨張・圧縮の繰り返しの流れとなってチューブ３の内周面に対する接触距離が減少してしまうので、スパイラル状突起１２の場合と比べて流れの形態が大きく異なることになる傾斜角θが０゜の場合に、その実験結果が旋回流を成すスパイラル状突起１２の特性曲線から大きく逸脱してしまうのである。
【００２１】また、傾斜角θを２５゜より大きくした場合には、排気ガス１０に与えられる旋回力が不足し、これにより排気ガス１０中に含まれる煤が旋回中心に集まる作用が著しく損なわれてチューブ３内での煤堆積の増加を招いてしまうことも別の実験により確認済みである。
【００２２】而して、以上に述べた如き各種の実験結果に基づき、エンジンルーム内への搭載性を考慮した適切な寸法形状のＥＧＲクーラについて検討すると、スパイラル状突起１２の傾斜角θを５゜〜２５゜の範囲に特定することが最も効果的な最適条件として決まるのである。
【００２３】従って、本形態例によれば、チューブ３内を流れる排気ガス１０を旋回流として乱流化することができ、チューブ３の内周面に対する排気ガス１０の接触頻度や接触距離を大幅に増加することができるので、排気ガス１０をチューブ３の内周面に満遍なく且つ十分に接触させてＥＧＲクーラの熱交換効率を著しく向上することができ、しかも、排気ガス１０中に含まれる煤が旋回中心に集まる作用を確実に維持し得てチューブ３内での煤の堆積を抑制することができる。
【００２４】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、図示する例では一条のスパイラル状突起を形成したものについてのみ説明したが、周方向に位相を変えて複数条のスパイラル状突起を並存させたものであっても良いこと、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。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明のＥＧＲクーラによれば、チューブ内を流れる排気ガスを旋回流として乱流化することができ、チューブの内周面に対する排気ガスの接触頻度や接触距離を大幅に増加することができるので、排気ガスをチューブの内周面に満遍なく且つ十分に接触させてＥＧＲクーラの熱交換効率を著しく向上することができ、しかも、排気ガス中に含まれる煤が旋回中心に集まる作用を確実に維持し得てチューブ内での煤の堆積を抑制することができる等種々の優れた効果を奏し得る。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５４６３
【氏名又は名称】日野自動車株式会社
【識別番号】５９４１７１２３０
【氏名又は名称】三共ラヂエーター株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１３日（２０００．３．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２２３６
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 恒光 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２５４６４９（Ｐ２００１−２５４６４９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２１日（２００１．９．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−６８６７６（Ｐ２０００−６８６７６） |
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