(57)【要約】【課題】チューブの内周面にスパイラル状突起を形成してＥＧＲクーラの熱交換効率を大幅に向上すると共に、排気ガスの圧力損失を最小限に抑えてチューブ内への煤の堆積を抑制する。【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３内に排気ガス１０を通して該排気ガス１０と前記冷却水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の長手方向における上流側領域１３と下流側領域１４とを未加工のストレート部１５を挟んで区分けし、これら上流側領域１３と下流側領域１４の内周面にスパイラル状突起１６，１７を夫々形成し且つ該各スパイラル状突起１６，１７の排気ガス１０流れ方向に対する傾斜角θを上流側領域１３よりも下流側領域１４が相対的に小さくなるように設定する。【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、前記チューブの長手方向における上流側領域と下流側領域とを未加工のストレート部を挟んで区分けし、これら上流側領域と下流側領域の内周面にスパイラル状突起を夫々形成し且つ該各スパイラル状突起の排気ガス流れ方向に対する傾斜角を上流側領域よりも下流側領域が相対的に小さくなるように設定したことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項２】
チューブの上流側領域と下流側領域に、排気ガスの流れ方向に位相をずらして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。
【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４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、図５に示す如く、チューブ３の内周面にスパイラル状突起１２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、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るべくスパイラル状突起１２の傾斜角θ（排気ガス１０の流れ方向に対する傾斜角）を大きくしていくと、排気ガス１０と冷却水９との熱交換効率を著しく高めることができる反面、各スパイラル状突起１２の傾斜が排気ガス１０の流れを堰き止めるように立ち上がる傾向が強くなって圧力損失が増大し、これにより排気ガス１０の流れが悪くなって排気ガス１０中に含まれる煤がチューブ３内に堆積し易くなり、短期間の使用で熱交換効率の大幅な低下を招いてしまうという不具合があり、ＥＧＲクーラの熱交換効率の向上と圧力損失の低減とは両立させることが困難な二律背反の問題となっている。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みて成されたもので、チューブの内周面にスパイラル状突起を形成してＥＧＲクーラの熱交換効率を大幅に向上すると共に、排気ガスの圧力損失を最小限に抑えてチューブ内への煤の堆積を抑制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、前記チューブの長手方向における上流側領域と下流側領域とを未加工のストレート部を挟んで区分けし、これら上流側領域と下流側領域の内周面にスパイラル状突起を夫々形成し且つ該各スパイラル状突起の排気ガス流れ方向に対する傾斜角を上流側領域よりも下流側領域が相対的に小さくなるように設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
而して、このようにＥＧＲクーラを構成すれば、下流側領域よりも相対的に大きな傾斜角を設定された上流側領域のスパイラル状突起により、チューブに導入された排気ガスが比較的短い区間のうちに強い回転力を付与され、高い熱交換効率が期待できるような旋回流がチューブへの導入から比較的早い段階で形成されることになる。
【００１２】
他方、下流側領域のスパイラル状突起は、上流側領域よりも相対的に小さな傾斜角となっているため、排気ガスに対して強い回転力を付与する能力は上流側領域のスパイラル状突起と比較して劣るものと言えるが、上流側領域で既に高い熱交換効率が期待できるような旋回流が形成されているので、この旋回流の回転力が著しく減衰しないように下流側領域で維持する程度の能力は十分にある。
【００１３】
この結果、上流側領域で形成された強い回転力の旋回流は、下流側領域においても大きく減衰することなく維持されるので、チューブの広い範囲で効率の良い熱交換が行われることになり、しかも、下流側領域でスパイラル状突起の傾斜角が小さくなって排気ガスが流れ易くなるので、圧力損失の上昇が最小限に抑制されてチューブ内への煤の堆積が良好に抑制されることになる。
【００１４】
尚、上流側領域と下流側領域との間に未加工のストレート部を挟んでいるのは、上流側領域から下流側領域へ連続的に傾斜角の異なるスパイラル状突起を加工することが困難であるからであり、未加工のストレート部を介在させることで上流側領域と下流側領域へのスパイラル状突起の加工が容易なものとなる。
【００１５】
また、本発明においては、チューブの上流側領域と下流側領域に、排気ガスの流れ方向に位相をずらして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、個々のスパイラル状突起の傾斜角をそれほど大きくしなくても、各スパイラル状突起の相互間のピッチを詰めて圧力損失を極力抑えつつ旋回流の回転力を大きくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【００１７】
（Ｉ）チューブに導入された排気ガスに対し上流側領域の比較的短い区間のうちに強い回転力を付与し、これにより上流側領域で形成された強い回転力の旋回流を下流側領域にて大きく減衰させることなく維持することができるので、チューブの広い範囲で効率の良い熱交換を行わしめてＥＧＲクーラの熱交換効率を大幅に向上することができ、しかも、下流側領域で排気ガスを流し易くしたことで排気ガスの圧力損失を最小限に抑えてチューブ内への煤の堆積を抑制することもできるので、長期間に亘り高い熱交換効率を維持して良好な排気ガスの冷却性能を継続させることができる。
【００１８】
（ＩＩ）上流側領域と下流側領域との間に未加工のストレート部を挟んでいるので、上流側領域と下流側領域の夫々に対し、傾斜角の異なるスパイラル状突起を格別な技術的困難を要しないで加工することができる。
【００１９】
（ＩＩＩ）チューブの上流側領域と下流側領域に、排気ガスの流れ方向に位相をずらして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、個々のスパイラル状突起の傾斜角をそれほど大きくしなくても、各スパイラル状突起の相互間のピッチを詰めて圧力損失を極力抑えつつ旋回流の回転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面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１〜図３は本発明の形態の一例を模式的に示した断面図であり、図４及び図５と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２２】
図１〜図３に示す如く、本形態例においては、先に図４及び図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、チューブ３の長手方向における上流側領域１３と下流側領域１４とを未加工のストレート部１５を挟んで区分けし、これら上流側領域１３と下流側領域１４の内周面に、排気ガス１０の流れ方向に位相をずらして三条ずつのスパイラル状突起１６，１７を夫々形成すると共に、下流側領域１４における各スパイラル状突起１７の排気ガス１０流れ方向に対する傾斜角θを上流側領域１３の各スパイラル状突起１６の傾斜角θよりも相対的に小さくなるように設定したものとしてある。
【００２３】
ここで、チューブ３の上流側領域１３と下流側領域１４とにおける内周面にスパイラル状突起１６，１７を形成するに際しては、例えば、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により施し、外から押圧した箇所をチューブ３の内周面にスパイラル状突起１６，１７として形成させるようにすれば良い。
【００２４】
而して、このようにＥＧＲクーラを構成すれば、下流側領域１４よりも相対的に大きな傾斜角θを設定された上流側領域１３のスパイラル状突起１６により、チューブ３に導入された排気ガス１０が比較的短い区間のうちに強い回転力を付与され、高い熱交換効率が期待できるような旋回流が排気ガス１０のチューブ３への導入から比較的早い段階で形成されることになる。
【００２５】
他方、下流側領域１４のスパイラル状突起１７は、上流側領域１３よりも相対的に小さな傾斜角θとなっているため、排気ガス１０に対して強い回転力を付与する能力は上流側領域１３のスパイラル状突起１６と比較して劣るものと言えるが、上流側領域１３で既に高い熱交換効率が期待できるような旋回流が形成されているので、この旋回流の回転力が著しく減衰しないように下流側領域１４で維持する程度の能力は十分にある。
【００２６】
この結果、上流側領域１３で形成された強い回転力の旋回流は、下流側領域１４においても大きく減衰することなく維持されるので、チューブ３の広い範囲で効率の良い熱交換が行われることになり、しかも、下流側領域１４でスパイラル状突起１７の傾斜角θが小さくなって排気ガス１０が流れ易くなるので、圧力損失の上昇が最小限に抑制されてチューブ３内への煤の堆積が良好に抑制されることになる。
【００２７】
ここで、補足説明を加えておくと、チューブ３の上流側領域１３では、高い熱交換効率が期待できるような旋回流が形成される長さがあれば十分であり、これ以上の長さがあっても、いたずらに圧力損失が増加するだけで特段のメリットがないため、スパイラル状突起１６の山高さや傾斜角θ等に応じて必要な回転力の旋回流が形成されるに十分な長さで上流側領域１３を限定的に区分けしておくと良い。
【００２８】
尚、上流側領域１３と下流側領域１４との間に未加工のストレート部１５を挟んでいるのは、上流側領域１３から下流側領域１４へ連続的に傾斜角θの異なるスパイラル状突起１６，１７を加工することが困難であるからであり、未加工のストレート部１５を介在させることで上流側領域１３と下流側領域１４へのスパイラル状突起１６，１７の加工が容易なものとなる。
【００２９】
従って、上記形態例によれば、チューブ３に導入された排気ガス１０に対し上流側領域１３の比較的短い区間のうちに強い回転力を付与し、これにより上流側領域１３で形成された強い回転力の旋回流を下流側領域１４にて大きく減衰させることなく維持することができるので、チューブ３の広い範囲で効率の良い熱交換を行わしめてＥＧＲクーラの熱交換効率を大幅に向上することができ、しかも、下流側領域１４で排気ガス１０を流し易くしたことで排気ガス１０の圧力損失を最小限に抑えてチューブ３内への煤の堆積を抑制することもできるので、長期間に亘り高い熱交換効率を維持して良好な排気ガス１０の冷却性能を継続させることができる。
【００３０】
また、上流側領域１３と下流側領域１４との間に未加工のストレート部１５を挟んでいるので、上流側領域１３と下流側領域１４の夫々に対し、傾斜角θの異なるスパイラル状突起１６，１７を格別な技術的困難を要しないで加工することができる。
【００３１】
更に、特に本形態例においては、チューブ３の上流側領域１３と下流側領域１４に、排気ガス１０の流れ方向に位相をずらして三条ずつのスパイラル状突起１６，１７を形成した構成を採用しているので、個々のスパイラル状突起１６，１７の傾斜角θをそれほど大きくしなくても、各スパイラル状突起１６，１７の相互間のピッチＰを詰めて圧力損失を極力抑えつつ旋回流の回転力を大きくすることができる（図５のピッチＰを参照）。
【００３２】
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、上流側領域及び下流側領域におけるスパイラル状突起の条数は必ずしも三条に限定されないこと、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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の上流側領域の内周面に形成したスパイラル状突起の模式図である。
【図３】図１の下流側領域の内周面に形成したスパイラル状突起の模式図である。
【図４】従来のＥＧＲクーラの一例を示す断面図である。
【図５】図４のチューブの内周面にスパイラル状突起を形成した場合の模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  シェル
３  チューブ
９  冷却水
１０  排気ガス
１３  上流側領域
１４  下流側領域
１５  ストレート部
１６  スパイラル状突起
１７  スパイラル状突起
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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