(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴管内壁の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部の外側には端部キャップが固着され、また前記端部キャップにはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、前記胴管の冷却ゾーンを仕切板にて両端と中央部の３つの冷却ゾーンに区分し、両端部の冷却ゾーンをそれぞれ第１冷却ゾーンおよび第３冷却ゾーン、中央部を第２冷却ゾーンとし、かつ前記第１冷却ゾーンと第３冷却ゾーン間を配管にて連通し、第１冷却ゾーンおよび第３冷却ゾーンには低温冷却媒体を、第２冷却ゾーンにはエンジン冷却液をそれぞれ導入する方式となしたことを特徴とするＥＧＲガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの冷却液、インタークーラー用冷媒、カーエアコン用冷媒または冷却風等によってＥＧＲガスを冷却する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの一部を排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）と称される。ＥＧＲはＮＯｘ（窒素酸化物）の発生抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成の変化による比熱比の増大と、これに伴うサイクル効率の向上等、多くの効果が得られることから、エンジンの熱効率を改善するには有効な方法とされている。
【０００３】
しかるに、ＥＧＲガスの温度が高くなると、吸気温度の上昇に伴う燃費の低下やその熱作用によりＥＧＲバルブの耐久性が劣化し、早期破損を招く場合があったり、その防止のために水冷構造とする必要があること等が認識されている。このような事態を避けるため、エンジンの冷却液等によってＥＧＲガスを冷却する装置が用いられている。この装置としては、一般に多管式の熱交換器が利用される。
【０００４】
この場合に利用される多管式の熱交換器は、図２にその一例を示すごとく、両端部に冷却媒体流入口１１−１および冷却媒体流出口１１−２を設けた胴管１１内部において、伝熱管群１２の両端部がチューブシート１３にろう付けまたは溶接により固定され、一方チューブシート１３はその外周部を胴管１１の内壁にろう付けまたは溶接により固着して配列され、前記胴管１１の一方の端部にはＥＧＲガスの流入口１４ａ−１が設けられた端部キャップ１４ａが固着され、また他方の端部にはＥＧＲガスの流出口１４ｂ−１が設けられた端部キャップ１４ｂが固着された構成となし、冷却媒体流入口１１−１より導入されるエンジンの冷却液等により、伝熱管群１２の内部を流れるＥＧＲガスが冷却される構造となっているものが知られている（実公昭５７−３０９号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンの冷却液等によってＥＧＲガスを冷却する上記の多管式熱交換器の場合は、エンジンの冷却液がＥＧＲガスとの熱交換により昇温し、胴管１１内部において沸騰することや、エンジン冷却液の温度が１００℃に近くＥＧＲガスの出口付近では両流体間の温度差が少ないため伝熱管群１２の内部を流れるＥＧＲガスが十分に冷却されないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ＥＧＲガスの冷却ゾーンを複数で構成するとともに、各冷却ゾーンに温度の異なる冷却媒体を導入する方式をとることによって、冷却媒体の沸騰現象を防止するとともに、ＥＧＲガスの出口付近での温度差を大きくしてＥＧＲガスの熱交換量を高めることができるＥＧＲガス冷却装置を提供しようとするものである。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、胴管内壁の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、さらに前記胴管の両端部の外側には端部キャップが固着され、また前記端部キャップにはＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた構造の多管式のＥＧＲガス冷却装置において、前記胴管の冷却ゾーンを仕切板にて両端と中央部の３つの冷却ゾーンに区分し、両端部の冷却ゾーンをそれぞれ第１冷却ゾーンおよび第３冷却ゾーン、中央部を第２冷却ゾーンとし、かつ前記第１冷却ゾーンと第３冷却ゾーン間を配管にて連通し、第１冷却ゾーンおよび第３冷却ゾーンには低温冷却媒体を、第２冷却ゾーンにはエンジン冷却液をそれぞれ導入する方式となしたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明において、主にＥＧＲガスの流入口側に設ける第１冷却ゾーンと、ＥＧＲガスの流出口側に設ける第３冷却ゾーンは、それぞれ胴管の全容積の５〜３０％程度が適当とされる。その理由は５％未満では胴管内部における沸騰の防止やＥＧＲガス出口付近での低温冷却媒体との温度差が乏しく、一方３０％を超えると低温冷却媒体の熱負荷が大きくなり過ぎるためであるが、低温冷却媒体の導入温度や伝熱管の径やピッチなどによっては必ずしもこの容積とする必要はない。また、胴管の両端部に低温冷却媒体を導入し、胴管中央部にエンジン冷却液を導入してＥＧＲガスを冷却するようにしたのは、なるべく多くの熱量をエンジン冷却液で冷却し低温冷却媒体の熱負荷を軽くすること、ＥＧＲガスを大温度差で能率よく冷却することと、エンジン冷却液の沸騰現象を防止するためである。低温冷却媒体としては、例えば水冷インタークーラー用冷却液やカーエアコン用冷媒等を使用することができる。
【０００９】
ＥＧＲガス流入口より流入したＥＧＲガスは、まず第１冷却ゾーンで低温冷却媒体により冷却される。このゾーンでは、ＥＧＲガスと低温冷却媒体との温度差が大きいので熱交換率が高い。したがって、ＥＧＲガスの温度が高くエンジン冷却液での冷却では伝熱管の外表面において当該冷却液の沸騰が発生するような場合、この第１冷却ゾーンでの冷却により沸騰を防止するかあるいは僅かに沸騰して小さな気泡が発生しても直ちに凝縮できる。次に、第１冷却ゾーンで冷却されたＥＧＲガスは中央の第２冷却ゾーンにおいて、エンジン冷却液により通常の冷却が行われ熱量の多くはこのゾーンで熱交換される。この第２冷却ゾーンでは、ＥＧＲガスとエンジン冷却液の温度差が小さくなるため、ＥＧＲガスの当該ゾーン出口温度はエンジン冷却液の温度にかなり近づく。第３冷却ゾーンでは、第１冷却ゾーンより配管を通って導入される低温冷却媒体により熱交換されるので、ＥＧＲガスと低温冷却媒体間の温度差が大きくなり（急冷効果）、ＥＧＲガスの温度を第２冷却ゾーンより下げることができる。
【００１０】
なお、胴管の両端と中央部の３つの冷却ゾーンは、一応仕切板によって水密に仕切られるが、両低温冷却媒体とエンジン冷却液が同系の場合は仕切板と伝熱管群とは完全密閉シールする必要はない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の構造例を示す横断平面図であり、１は胴管、１−１は第１冷却ゾーン、１−２は第２冷却ゾーン、１−３は第３冷却ゾーン、２は伝熱管群、３はチューブシート、４ａ、４ｂは端部キャップ、４ａ−１はＥＧＲガスの流入口、４ｂ−１はＥＧＲガスの流出口、５は仕切板、６は連絡配管である。
【００１２】
すなわち、本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置は、両端部に冷却媒体流入口１−１および冷却媒体流出口１−２を設けた胴管１内部において、伝熱管群２の両端部が板金製のチューブシート３にろう付けまたは溶接により固定され、一方チューブシート３はその外周部を胴管１の内壁にろう付けまたは溶接により固着して配列され、前記胴管１の一方の端部にはＥＧＲガスの流入口４ａ−１が設けられた端部キャップ４ａが固着され、また他方の端部にはＥＧＲガスの流出口４ｂ−１が設けられた端部キャップ４ｂが固着された構成となすとともに、胴管１内部の両端部に仕切板５をろう付けまたは溶接により固定し、胴管１内部のＥＧＲガスの流入口側を第１冷却ゾーン１−１、中央部を第２冷却ゾーン１−２、ＥＧＲガスの流出口側を第３冷却ゾーン１−３とし、かつ第１冷却ゾーン１−１と第３冷却ゾーン１−３を連絡配管６にて連通し、第１冷却ゾーン１−１には低温冷却媒体の流入口１−１ａを、第３冷却ゾーン１−３には低温冷却媒体の流出口１−３ｂを、第２冷却ゾーン１−２にはエンジン冷却液の流入口１−２ａと流出口１−２ｂを、それぞれ設けた構造となっている。
【００１３】
上記構造のＥＧＲガス冷却装置において、ＥＧＲガスの流入口４ａ−１より流入したＥＧＲガスは、第１冷却ゾーン１−１において低温冷却媒体流入口１−１ａより導入された低温冷却媒体により大温度差で能率よく冷却され、続いて第２冷却ゾーン１−２においてエンジン冷却液流入口１−２ａより導入されるエンジン冷却液にて通常の冷却が行われる。この第２冷却ゾーン１−２では、ＥＧＲガスとエンジン冷却液の温度差が小さくなるため、ＥＧＲガスの当該ゾーン出口温度はエンジン冷却液の温度にかなり近づいた状態で第３冷却ゾーン１−３に移行する。第３冷却ゾーン１−３では、第１冷却ゾーン１−１から連絡配管６を介して導入される低温冷却媒体により、エンジン冷却液の温度にかなり近づいたＥＧＲガスが大きな温度差（急冷効果）によりさらに冷却される。したがって、ＥＧＲガス流出口４ｂ−１より流出するＥＧＲガスは、エンジン冷却液のみにより冷却する従来のＥＧＲガス冷却装置よりも低温に冷却される。故に、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を大幅に抑制できる上、パーティキュレートの減少および燃費の向上をはかることができる。なお、第１冷却ゾーン１−１の低温冷却媒体流入口１−１ａより導入された低温冷却媒体は、第３冷却ゾーン１−３に設けた低温冷却媒体流出口１−３ｂより流出し、第２冷却ゾーン１−１のエンジン冷却液流入口１−２ａより導入されたエンジン冷却液は当該ゾーンに設けたエンジン冷却液流出口１−２ｂより流出する。
【００１４】
なお図示の実施例では、ＥＧＲガスはまず第１冷却ゾーン１−１に導入され、次いで第２冷却ゾーン１−２を介して第３冷却ゾーン１−３から流出する例について説明したが、所望に応じＥＧＲガスの流れを逆にして、まず第３冷却ゾーン１−３に導入され、第２冷却ゾーン１−２を介して第１冷却ゾーン１−１から流出するよう構成しても上記と同様の作用効果が得られる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明のＥＧＲガス冷却装置によれば、ＥＧＲガスを３つの冷却ゾーンにて効率よく冷却することができることにより、ＥＧＲガスをエンジン冷却液のみにより冷却する従来のＥＧＲガス冷却装置よりも低温に冷却することができ、冷却媒体の沸騰現象を防止するとともに、ＥＧＲガスの出口付近での温度差を大きくしてＥＧＲガスの熱交換量を高めてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生抑制、パーティキュレートの減少および燃費の向上に多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多管式のＥＧＲガス冷却装置の構造例を示す横断平面図である。
【図２】本発明の対象とする従来の多管式のＥＧＲガス冷却装置の一例を一部破断して示す平面図である。
【符号の説明】
１  胴管
１−１ａ  低温冷却媒体の流入口
１−２ａ  エンジン冷却液の流入口
１−２ｂ  エンジン冷却液の流出口
１−３ｂ  低温冷却媒体の流出口
２  伝熱管群
３  チューブシート
４ａ、４ｂ  端部キャップ
４ａ−１  ＥＧＲガスの流入口
４ｂ−１  ＥＧＲガスの流出口
５  仕切板
６  連絡配管
【図１】
0003885904.tif 000002
【図２】
0003885904.tif 000003