(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンに対し大幅な性能低下を招くことなく良好に適用し得るＥＧＲクーラを提供する。【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内にディーゼルエンジンから排気ガス１０を導いて該排気ガス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２６゜〜５０゜の傾斜角θを有するスパイラル状突起１２，１３を形成する。【選択図】　　　　図１
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【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ディーゼルエンジンから排気ガスを導い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２６゜〜５０゜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。
【請求項２】
チューブの内周面に、互いに周方向に位相をずらして並走するように複数条のスパイラル状突起を形成したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
【請求項３】
チューブの内周面に対しスパイラル状突起の山高さをチューブの内径寸法の５〜１５％としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲクーラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル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６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】
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あまり良くなかったため、チューブ３の内周面にスパイラル状突起を形成してチューブ３内を流れる排気ガス１０を旋回流とし、これにより排気ガス１０のチューブ３の内周面に対する接触頻度や接触距離を増加させてＥＧＲクーラの熱交換効率を向上することが既に提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、チューブ３の内周面にスパイラル状突起を形成するにあたり、初期性能値ばかりに着目してスパイラル状突起の傾斜角（チューブ３の軸心線と直交する面に対する傾斜角）を極力小さくするような設計思想が採用されていたため、煤分の多く含まれた排気ガス１０を排出するディーゼルエンジンに適用した場合には、スパイラル状突起の傾斜角が小さいが故に排気ガス１０の流れが悪くなってチューブ３内に経時的に煤分が堆積し、これにより熱交換効率が大幅に低下してしまうことが本発明者による実験結果から判明した。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みて成されたもので、ディーゼルエンジンに対し大幅な性能低下を招くことなく良好に適用し得るＥＧＲクーラを提供することを目的としている。
【００１０】
【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ディーゼルエンジンから排気ガスを導い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２６゜〜５０゜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。
【００１１】
而して、このようにスパイラル状突起の傾斜角を２６゜〜５０゜に決めれば、この傾斜角を２６゜より小さくした場合の初期性能値より熱交換効率が若干悪くなるが、排気ガス側の圧力損失が低く維持されることにより排気ガスが流れ易くなり、これによりチューブの内周面に煤が堆積し難くなって、最終的な劣化後の性能値では熱交換効率が優るものとなり、これ以降の長期的な使用を考慮した場合に、良好な熱交換効率を維持できる期間が長くとれることになる。
【００１２】
事実、本発明者による実験によれば、スパイラル状突起の傾斜角を２６゜より小さくした場合に、圧力損失の増加によりチューブ内に煤分が堆積し易くなって大幅な性能低下を招いてしまうことが確認されており、また、スパイラル状突起の傾斜角の２６゜〜５０゜の範囲で最終的な劣化後の性能値がほぼ横這いに推移することが判明している。
【００１３】
他方、この傾斜角を５０゜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、排気ガス側の圧力損失の低減には殆ど寄与しないことが判明しており、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の煤が旋回中心に集まる作用も著しく損なわれて、チューブの内周面に却って煤が堆積し易くなる傾向が生じる虞れもある。
【００１４】
更に、本発明においては、チューブの内周面に、互いに周方向に位相をずらして並走するように複数条のスパイラル状突起を形成することが好ましく、このようにすれば、スパイラル状突起の傾斜角を２６゜より大きくしながらも、スパイラル状突起の軸心方向のピッチをつめることが可能であり、圧力損失を高めずに排気ガスの旋回力を大きくすることが可能となる。
【００１５】
また、スパイラル状突起の傾斜角を２６゜〜５０゜に決めるに際し、スパイラル状突起の山高さは、チューブの内周面に対しチューブの内径寸法の５〜１５％とすることが好ましい。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図６と同一部分については同一符号を付してある。
【００１８】
図１に示す如く、本形態例においては、先に図６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２６゜〜５０゜の傾斜角θを有する複数条のスパイラル状突起１２，１３を形成しており、ここに図示している例では、二条のスパイラル状突起１２，１３を互いに周方向に位相を１８０゜ずらして並走するようにしてある。
【００１９】
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１２，１３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１２，１３として形成されることになる。
【００２０】
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１２，１３を形成するにあたり、スパイラル状突起１２，１３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。
【００２１】
また、図２に示す如く、スパイラル状突起１２，１３の傾斜角θを２６゜〜５０゜に決めるに際し、スパイラル状突起１２，１３の山高さｈは、チューブ３の内周面に対しチューブ３の内径寸法ｄの５〜１５％とすることが好ましい。
【００２２】
なぜなら、１５％を超えてスパイラル状突起１２，１３の山高さｈを大きくすれば、無意味な圧力損失の増加を招いてしまうことになり、また、５％より小さくすれば、スパイラル状突起１２，１３による旋回力の付与が少なくなりすぎてスパイラル状突起１２，１３を形成する意味が失われてしまうからである。
【００２３】
而して、このようにスパイラル状突起１２，１３の傾斜角θを２６゜〜５０゜に決めれば、この傾斜角θを２６゜より小さくした場合の初期性能値より熱交換効率が若干悪くなるが、排気ガス１０側の圧力損失が低く維持されることにより排気ガス１０が流れ易くなり、これによりチューブ３の内周面に煤が堆積し難くなって、最終的な劣化後の性能値では熱交換効率が優るものとなり、これ以降の長期的な使用を考慮した場合に、良好な熱交換効率を維持できる期間が長くとれることになる。
【００２４】
事実、本発明者による実験によれば、例えば図３にグラフ（熱交換効率と傾斜角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１２，１３の傾斜角θを２６゜より小さくした場合に、圧力損失の増加によりチューブ３内に煤分が堆積し易くなって大幅な性能低下（熱交換効率の低下）を招いてしまうことが確認されており、また、スパイラル状突起１２，１３の傾斜角θの２６゜〜５０゜の範囲で最終的な劣化後の性能値がほぼ横這いに推移することが判明している。尚、この図３のグラフでは、スパイラル状突起１２，１３の山高さを変えた二つの例に関する初期性能値と最終的な劣化後の性能値との違いを示している。
【００２５】
ここで、最終的な劣化後の性能値について説明すると、ＥＧＲクーラの使用開始からの時間経過と共にチューブ３内の煤の堆積が進行し、これにより熱交換効率が低下し且つ排気ガス１０側の圧力損失が上昇するが、やがて煤の堆積がそれ以上増えなくなって熱交換効率と圧力損失が安定する状態（サチレート）となるので、この時の性能値を最終的な劣化後の性能値としている。
【００２６】
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１２，１３の傾斜角θを２６゜〜５０゜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。
【００２７】
尚、スパイラル状突起１２，１３の傾斜角θを２６゜〜５０゜とするにあたり、図４に模式的に示す如く、もし仮に一条だけのスパイラル状突起１２であったならば、スパイラル状突起１２の軸心方向のピッチＰが大きくなってしまうことが避けられないが、図５に模式的に示す如く、二条のスパイラル状突起１２，１３とすれば、スパイラル状突起１２，１３の傾斜角θを２６゜より大きくしながらも、スパイラル状突起１２，１３の軸心方向のピッチＰをつめることが可能であり、圧力損失を高めずに排気ガス１０の旋回力を大きくすることが可能となる。
【００２８】
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を旋回流として熱交換効率を向上するに際し、スパイラル状突起１２，１３の傾斜角θを２６゜〜５０゜に決めたことによって、チューブ３の内周面における煤の堆積を抑制することができ、初期性能値ばかりに着目した従来の設計思想のものより最終的な劣化後の性能値を高く維持することができ、煤分の多く含まれた排気ガス１０を排出するディーゼルエンジンに対し大幅な性能低下を招くことなく良好に適用し得るＥＧＲクーラを提供することができる。
【００２９】
また、特に本形態例においては、チューブ３の内周面に、互いに周方向に位相をずらして並走するように二条のスパイラル状突起１２，１３を形成しているので、スパイラル状突起１２，１３の傾斜角θを２６゜より大きくしながらも、スパイラル状突起１２，１３の軸心方向のピッチＰをつめることができ、圧力損失を高めずに排気ガス１０の旋回力を大きくすることができる。
【００３０】
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、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。
【００３１】
【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、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３２】
（Ｉ）チューブ内を流れる排気ガスを旋回流として熱交換効率を向上するに際し、スパイラル状突起の傾斜角を２６゜〜５０゜に決めたことによって、チューブの内周面における煤の堆積を抑制することができ、初期性能値ばかりに着目した従来の設計思想のものより最終的な劣化後の性能値を高く維持することができ、煤分の多く含まれた排気ガスを排出するディーゼルエンジンに対し大幅な性能低下を招くことなく良好に適用し得るＥＧＲクーラを提供することができる。
【００３３】
（ＩＩ）チューブの内周面に、互いに周方向に位相をずらして並走するように複数条のスパイラル状突起を形成した構成を採用すれば、スパイラル状突起の傾斜角を２６゜より大きくしながらも、スパイラル状突起の軸心方向のピッチをつめることができ、圧力損失を高めずに排気ガスの旋回力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す側面図である。
【図２】図１のスパイラル状突起の山高さについて説明するための概略断面図である。
【図３】熱交換効率とスパイラル状突起の傾斜角との関係を示すグラフである。
【図４】スパイラル状突起が一条である場合のピッチに関する説明図である。
【図５】スパイラル状突起が二条である場合のピッチに関する説明図である。
【図６】従来のＥＧＲクーラの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　シェル
３　　チューブ
９　　冷却水
１０　　排気ガス
１１　　スパイラル状突起
１２　　スパイラル状突起
ｄ　　内径寸法
ｈ　　山高さ
ｘ　　軸心線
θ　　傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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