(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の内周面に互いに周方向に位相をずらして並走するように三条のスパイラル状突起１２，１３，１４を形成すると共に、前記チューブ３の内径Ｄに対する前記各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０とし且つ前記チューブ３の内径Ｄに対する各スパイラル状突起１２，１３，１４の山高さＨの割合（Ｈ／Ｄ）を０.１〜０.２とする。【選択図】図２
2007100673.tif 000002
【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互いに周方向に位相をずらして並走するように三条のスパイラル状突起を形成すると共に、前記チューブの内径に対する前記各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０〜４.０とし且つ前記チューブの内径に対する前記各スパイラル状突起の山高さの割合を０.１〜０.２としたことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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７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（例えば、特許文献１や特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４５９２５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５４６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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チューブ３の内径に対するスパイラル状突起のピッチの割合を極力小さくするような設計思想（チューブ３の軸心線と直交する面に対するスパイラル状突起の傾斜角を極力小さくする傾向の設計思想）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、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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互いに周方向に位相をずらして並走するように三条のスパイラル状突起を形成すると共に、前記チューブの内径に対する前記各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０〜４.０とし且つ前記チューブの内径に対する前記各スパイラル状突起の山高さの割合を０.１〜０.２としたことを特徴とするものである。
【００１１】
而して、このようにチューブの内径に対する各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０〜４.０に決めれば、このピッチの割合を２.０より小さくした場合の初期性能値より熱交換効率が悪くなるものの、各スパイラル状突起の傾斜が排気ガスの流れ方向に倒れ込む傾向が強くなって、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、チューブの内径に対する各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０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、各スパイラル状突起のピッチの割合の２.０〜４.０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、このピッチの割合を４.０より大きくしても、僅かなピッチの割合の増加により交換熱量が大幅に低減する傾向（スパイラル状突起の傾斜が排気ガスの流れ方向に倒れ込み過ぎて排気ガスの旋回数が減る傾向）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三条のスパイラル状突起を形成しているので、各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０より大きくしながらも、チューブの軸方向に連続する各スパイラル状突起の相互間隔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】
尚、スパイラル状突起の条数は理論上多ければ多いほど効果的であると言えるが、現行の加工技術では三条を加工するのが実質的な限界であり、実用レベルではスパイラル状突起を三条とすることで最終的な劣化後の性能値を最大限に引き上げることが可能となる。
【００１６】
更に、各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０〜４.０に決めるに際し、各スパイラル状突起の山高さは、チューブの内径に対し０.１〜０.２の割合とすることが好ましく、この山高さの割合を０.１より小さくしてしまうと、排気ガスの旋回流が良好に形成され難くなって交換熱量が最低レベルまで低下してしまうことになり、また、山高さの割合を０.２より大きくすることは、製造限界により実質的に実現不可能であることが本発明者により確認されている。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
（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、チューブの内径に対する各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０〜４.０とし且つチューブの内径に対する各スパイラル状突起の山高さの割合を０.１〜０.２としたことによって、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。
【００１９】
（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三条のスパイラル状突起を形成しているので、各スパイラル状突起のピッチの割合を２.０より大きくしながらも、チューブの軸方向に連続する各スパイラル状突起の相互間隔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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２１】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図７と同一部分については同一符号を付してある。
【００２２】
図１に示す如く、本形態例においては、先に図７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、三条のスパイラル状突起１２，１３，１４を互いに周方向に位相を１２０゜ずつずらして並走するようにしてあり、しかも、前記チューブ３の内径Ｄに対する前記各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０としてある。
【００２３】
ここで、各スパイラル状突起１２，１３，１４を形成するにあたっては、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良く、このようにすれば、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１２，１３，１４として形成されることになる。
【００２４】
また、図２に示す如く、チューブ３の内径Ｄに対する各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０に決めるに際し、チューブ３の内周面からのスパイラル状突起１２，１３，１４の山高さＨは、チューブ３の内径Ｄに対し０.１〜０.２の割合（Ｈ／Ｄ）とすることが好ましい。
【００２５】
而して、このようにチューブ３の内径Ｄに対する各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０に決めれば、このピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０より小さくした場合の初期性能値より熱交換効率が悪くなるものの、各スパイラル状突起１２，１３，１４の傾斜が排気ガス１０の流れ方向に倒れ込む傾向が強くなって、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。
【００２６】
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Ｐ／Ｄ［チューブ３の内径Ｄに対する各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合］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、チューブ３の内径Ｄに対する各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０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を招いてしまうことが確認されており、また、各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）の２.０〜４.０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。
【００２７】
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。
【００２８】
他方、このピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を４.０より大きくしても、僅かなピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）の増加により交換熱量が大幅に低減する傾向（スパイラル状突起１２，１３，１４の傾斜が排気ガス１０の流れ方向に倒れ込み過ぎて排気ガス１０の旋回数が減る傾向）が強まるばかりで、排気ガス１０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１０に与えられる旋回力が不足することにより排気ガス１０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３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。
【００２９】
尚、この図３のグラフでは、スパイラル状突起１２，１３，１４の山高さＨを変えた大小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が、山高さＨを小とした例については、山高さＨを大とした例と略同様の傾向を示すことになるため、ピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）が２.０を超えて横這い傾向が確認された段階以降の図示を省略している。
【００３０】
以上に述べた如き実験結果に基づき、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、チューブ３の内径Ｄに対する各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０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。
【００３１】
尚、チューブ３の内径Ｄに対するスパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０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間がスパイラル状突起の無い状態のまま広く空い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、三条のスパイラル状突起１２，１３，１４とすれば、各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０より大きくしながらも、スパイラル状突起１２，１３，１４の軸心方向の相互間隔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。
【００３２】
ここで、各スパイラル状突起１２，１３，１４の条数は理論上多ければ多いほど効果的であると言えるが、現行の加工技術では三条を加工するのが実質的な限界であり、実用レベルではスパイラル状突起１２，１３，１４を三条とすることで最終的な劣化後の性能値を最大限に引き上げることが可能となるものと考えられる。
【００３３】
更に、各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０に決めるに際し、図６にグラフで示す通り、各スパイラル状突起１２，１３，１４の山高さＨは、チューブ３の内径Ｄに対し０.１〜０.２の割合（Ｈ／Ｄ）とすることが好ましく、この山高さＨの割合（Ｈ／Ｄ）を０.１より小さくしてしまうと、排気ガス１０の旋回流が良好に形成され難くなって交換熱量が最低レベルまで低下してしまうことになり、また、山高さＨの割合（Ｈ／Ｄ）を０.２より大きくすることは、製造限界により実質的に実現不可能であることが本発明者により確認されている。
【００３４】
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、チューブ３の内径Ｄに対するスパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０〜４.０とし且つチューブ３の内径Ｄに対する各スパイラル状突起１２，１３，１４の山高さＨの割合（Ｈ／Ｄ）を０.１〜０.２としたことによって、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。
【００３５】
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三条のスパイラル状突起１２，１３，１４を形成しているので、各スパイラル状突起１２，１３，１４のピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）を２.０より大きくしながらも、スパイラル状突起１２，１３，１４の軸心方向の相互間隔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。
【００３６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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断面図である。
【図３】熱交換効率とピッチＰの割合（Ｐ／Ｄ）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説明図である。
【図５】スパイラル状突起が三条である場合の説明図である。
【図６】交換熱量と山高さＨの割合（Ｈ／Ｄ）との関係を示すグラフである。
【図７】従来のＥＧＲクーラの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  シェル
３  チューブ
９  冷却水
１０  排気ガス
１２  スパイラル状突起
１３  スパイラル状突起
１４  スパイラル状突起
Ｄ  チューブの内径
Ｈ  山高さ
Ｐ  ピッチ
【図１】
2007100673.tif 000003
【図２】
2007100673.tif 000004
【図３】
2007100673.tif 000005
【図４】
2007100673.tif 000006
【図５】
2007100673.tif 000007
【図６】
2007100673.tif 000008
【図７】
2007100673.tif 000009