(57)【要約】【課題】本発明はＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに関し、シェル内に導入された冷却水温度の変化に対して熱交換効率の改善を図ったＥＧＲクーラーを提供することを目的とする。【解決手段】複数のチューブを収容するシェル内に冷却水導出入パイプを介して冷却水を導出入させて、チューブ内を流下するＥＧＲガスをシェル内に導入した冷却水で熱交換するＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、上記冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至るシェル内の冷却水流路の上流側に配置されたチューブから下流側に配置されたチューブへ行くに従い、チューブの内径を順次太くしたことを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のチューブを収容するシェル内に冷却水導出入パイプを介して冷却水を導出入させて、チューブ内を流下するＥＧＲガスをシェル内に導入した冷却水で熱交換するＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、
上記冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至るシェル内の冷却水流路の上流側に配置されたチューブから下流側に配置されたチューブへ行くに従い、チューブの内径を順次太くしたことを特徴とするＥＧＲ装置のＥＧＲクーラー。
【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ＥＧＲ装置に用いるＥＧＲクーラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）の燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯＸ  ）を低減するため、従来、排ガスの一部をエンジンの吸気系に排気還流（以下、「ＥＧＲ」という）させるＥＧＲ装置が知られている。
窒素酸化物は、高温の排ガスのもとで空気中の酸素と窒素が反応して生成されるため、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲによって燃焼温度を下げることでＯ２＋Ｎ２→２ＮＯの反応を抑制して窒素酸化物の排出を低減させるものである。そして、吸気系にＥＧＲさせるＥＧＲガスの温度を下げるほど、燃焼時のスモークの悪化を抑え、窒素酸化物の発生が減少することが知られている。
【０００３】
そこで、昨今では、エンジンの吸気系と排気系との間に接続したＥＧＲパイプに、エンジン冷却水等を冷媒とするＥＧＲクーラーを装着し、ＥＧＲパイプを流下するＥＧＲガスをこのＥＧＲクーラーで熱交換させてＥＧＲガス温度を下げる方法が広く採用されている（例えば、下記の特許文献１参照。）。
図４乃至図６は特許文献１に開示されたＥＧＲクーラーを示し、このＥＧＲクーラー１は、筒状に成形されたシェル３内に、その長手方向に沿って複数の均一内径のチューブ５を収容し、シェル３のＥＧＲガス上流側端部とＥＧＲガス下流側端部に取り付くディフューザ７，９に、夫々、ＥＧＲガス導入パイプ（ＥＧＲパイプ）１１とＥＧＲガス導出パイプ（ＥＧＲパイプ）１３を接続すると共に、ＥＧＲガス導入パイプ１１側のシェル３の周壁に冷却水導入パイプ１５を接続し、ＥＧＲガス導出パイプ１３側のシェル３の周壁に冷却水導出パイプ１７を接続したもので、チューブ５は、シェル３の両端部に取り付くエンドプレート１９に挿着されて両ディフューザ７，９内に開口している。
【０００４】
而して、斯かる構造によって、シェル３内には、冷却水導入パイプ１５から冷却水導出パイプ１７に至る冷却水Ｗの流路が形成され、そして、ＥＧＲガス導入パイプ１１からチューブ５を経てＥＧＲガス導出パイプ１３に至るＥＧＲガスＧの流路が形成されており、ＥＧＲクーラー１内に導入されたＥＧＲガスＧがチューブ５内を流下する際に、シェル３に導入された冷却水Ｗで熱交換されてＥＧＲガス温度が下がるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−８３１７４号公報（段落番号「００１８」〜「００２２」、図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シェル３内に導入された冷却水ＷがＥＧＲガスＧと熱交換されて冷却水導出パイプ１７に至る間に冷却水温度は徐々に上昇していくが、総てのチューブ５が均一内径で表面積が同じ場合、チューブ５内を流下するＥＧＲガスＧの管内流速が同一であるため、冷却水温度の変化によって熱交換効率が変わり、冷却水導入パイプ１５から冷却水導出パイプ１７に至る冷却水流路の下流側で熱交換効率が低下してしまう欠点が指摘されていた。
【０００７】
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、シェル内に導入された冷却水温度の変化に対して熱交換効率の改善を図ったＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、複数のチューブを収容するシェル内に冷却水導出入パイプを介して冷却水を導出入させて、チューブ内を流下するＥＧＲガスをシェル内に導入した冷却水で熱交換するＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、上記冷却水導入パイプから冷却水導出パイプに至るシェル内の冷却水流路の上流側に配置されたチューブから下流側に配置されたチューブへ行くに従い、チューブの内径を順次太くしたことを特徴とする。
【０００９】
（作用）
請求項１に係る発明によれば、ＥＧＲガスがシェル内に収容されたチューブ内を流下する際に、シェル内に導入された冷却水で熱交換されてＥＧＲガス温度が下げられるが、チューブは内径が異なり、ＥＧＲガスの管内流速は管内径に反比例するから、内径の細いチューブの管内流速は早く、内径の太いチューブの管内流速は遅くなる。
【００１０】
このため、冷却水が冷えている冷却水流路の上流側では冷却水温度とＥＧＲガス温度との差が大きいため、チューブ内を流下するＥＧＲガスの管内流速が早くても冷却水への熱伝達は良く、逆に冷却水流路の下流側では、既に熱を奪った冷却水の水温が上がっているが、チューブ内をゆっくりと流下するＥＧＲガスから冷却水へ熱伝達が行われ、冷却水温度が上昇した条件下でも効率良く熱交換が行われることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１乃至図３は請求項１に係るＥＧＲクーラーの一実施形態を示し、図１に於て、２１は筒状に成形されたシェルで、そのＥＧＲガス上流側端部とＥＧＲガス下流側端部に取り付くディフューザ２３，２５に、夫々、ＥＧＲガス導入パイプ（ＥＧＲパイプ）２７とＥＧＲガス導出パイプ（ＥＧＲパイプ）２９が接続されている。
【００１２】
そして、図２及び図３に示すようにシェル２１内には、その長手方向に沿って複数のチューブ３１が収容されており、チューブ３１は、シェル２１の両端部に取り付くエンドプレート３３，３５に挿着されて両ディフューザ２３，２５内に開口している。
また、ＥＧＲガス導出パイプ２９側のシェル２１の周壁には、冷却水導入パイプ３７がシェル２１の接線に対応する位置に接続されると共に、ＥＧＲガス導入パイプ２７側のシェル２１の周壁に、冷却水導出パイプ３９がシェル２１の中心に向かって接続されている。
【００１３】
そして、図２に示すように冷却水導入パイプ３７と冷却水導出パイプ３９は９０°の間隔を以って配置されており、斯かる構造によって、本実施形態に係るＥＧＲクーラー４１も、シェル２１内に冷却水導入パイプ３７から冷却水導出パイプ３９に至る冷却水流路が形成されると共に、ＥＧＲガス導入パイプ２７からチューブ３１を経てＥＧＲガス導出パイプ２９に至るＥＧＲガス流路が形成されているが、本実施形態は上述の如き従来と同様の構成に加え、図２及び図３に示すようにシェル２１内の冷却水流路の上流側に配置されたチューブ３１ａから下流側に配置されたチューブ３１ｃへ行くに従い、チューブ３１の内径を順次太くしたことを特徴とする。
【００１４】
即ち、シェル２１内に収容されたチューブ３１は、内径Ｒ１＜内径Ｒ２＜内径Ｒ３の関係を有する３種類のチューブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃで構成されており、図２に示すように内径の最も細い３本のチューブ３１ａ（＝内径Ｒ１）が冷却水導入パイプ３７の流入口近傍に配置されている。
そして、内径の最も太い２本のチューブ３１ｃ（＝内径Ｒ３）が冷却水導出パイプ３９の流出口近傍に配置されると共に、冷却水導入パイプ３７から冷却水導出パイプ３９に至る冷却水流路の中流域に３本のチューブ３１ｂ（＝内径Ｒ２）が配置されており、このように本実施形態は、シェル２１内の冷却水流路の上流側から下流側へチューブ３１の内径を順次太くしたものである。
【００１５】
尚、各チューブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの周壁の肉厚は、総て等しく設定されている。
本実施形態はこのように構成されているから、図示しないエンジンの排気系からＥＧＲされてＥＧＲクーラー４１内に導入されたＥＧＲガスＧは、チューブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ内を流下する際に、シェル２１内に導入された冷却水Ｗで熱交換されてＥＧＲガス温度が下げられるが、チューブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは内径が異なり、ＥＧＲガスＧの管内流速は管内径に反比例するから、内径の細いチューブ３１ａを流下するＥＧＲガスＧの管内流速Ｖ１は早く、内径の太いチューブ３１ｂ，３１ｃを夫々流下するＥＧＲガスＧの管内流速Ｖ２．Ｖ３は徐々に遅くなる（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３）。
【００１６】
このため、冷却水Ｗが冷えている冷却水流路の上流側では冷却水温度とＥＧＲガス温度との差が大きいため、チューブ３１ａ内を流下するＥＧＲガスＧの管内流速が早くても冷却水Ｗへの熱伝達は良く、逆に冷却水流路の下流側では、既に熱を奪った冷却水Ｗの水温は上がっているが、チューブ３１ｃ内をゆっくりと流下するＥＧＲガスＧから冷却水Ｗへ熱伝達が行われ、冷却水温度が上昇した条件下でも効率良く熱交換が行われることとなる。
【００１７】
このように本実施形態によれば、ＥＧＲガスＧが流下するチューブ３１の内径をシェル２１内の冷却水流路の上流側と下流側で変化させることで、冷却水温度の変化に対し効率の良い熱伝達が可能となってＥＧＲクーラーの熱交換効率を高めることができ、また、内径の小さなチューブを用いることでＥＧＲクーラーの小型化を図ることが可能となる。
【００１８】
尚、上記実施形態では、内径Ｒ１＜内径Ｒ２＜内径Ｒ３の関係を有する３種類のチューブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃでチューブ３１を構成したが、ＥＧＲクーラーの容積等に応じ、内径Ｒ１＜内径Ｒ３の関係を有する２種類のチューブ３１ａ，３１ｃを用いてチューブ３１を構成してもよいし、また、冷却水導入パイプ３７と冷却水導出パイプ３９の配置は上記実施形態に限定されるものでないことは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る発明によれば、ＥＧＲガスが流下するチューブの内径をシェル内の冷却水流路の上流側と下流側で変化させることで、冷却水温度の変化に対し効率の良い熱伝達が可能となってＥＧＲクーラーの熱交換効率を高めることができ、また、内径の小さなチューブを用いることでＥＧＲクーラーの小型化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の一実施形態に係るＥＧＲクーラーの全体斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】従来のＥＧＲクーラーの全体斜視図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【符号の説明】
２１  シェル
２３，２５  ディフューザ
２７  ＥＧＲガス導入パイプ
２９  ＥＧＲガス導出パイプ
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  チューブ
３３，３５  エンドプレート
３７  冷却水導入パイプ
３９  冷却水導出パイプ
４１  ＥＧＲクーラー
Ｇ  ＥＧＲガス
Ｗ  冷却水
【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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