(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周壁に冷却水導入パイプと冷却水導出パイプが接続された筒状のシェルの両端部に、ディフューザを介してＥＧＲガス導入パイプとＥＧＲガス導出パイプを接続し、シェルの両端部を閉塞するエンドプレート間に、ディフューザ内に開口する複数のチューブを挿着したＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、
上記各チューブのＥＧＲガス上流側端部と、ＥＧＲガス導入パイプが接続されたディフューザのＥＧＲガス導入口との間に複数の整流管を配置し、当該各整流管を介してＥＧＲガスを各チューブに導くと共に、
各整流管のＥＧＲガス上流側端部を断面六角形状に成形し、これらをハニカム状に集合，接合させて上記ＥＧＲガス導入口の内周に一体的に接合し、
上記チューブの外周に冷却フィンを設けたことを特徴とするＥＧＲクーラー。
【請求項２】
周壁に冷却水導入パイプと冷却水導出パイプが接続された筒状のシェルの両端部に、ディフューザを介してＥＧＲガス導入パイプとＥＧＲガス導出パイプを接続し、シェルの両端部を閉塞するエンドプレート間に、ディフューザ内に開口する複数のチューブを挿着したＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、
上記各チューブのＥＧＲガス上流側端部と、ＥＧＲガス導入パイプが接続されたディフューザのＥＧＲガス導入口との間に複数の整流管を配置し、当該各整流管を介してＥＧＲガスを各チューブに導くと共に、
各整流管の流路面積を、ＥＧＲガス上流側端部からＥＧＲガス下流側端部へ順次拡大させて、
上記チューブの外周に冷却フィンを設けたことを特徴とする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。
【０００３】
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。
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１，２参照。）。
【０００４】
図９乃至図１１は特許文献２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、また、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、夫々、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。
【０００５】
そして、シェル３の中央には、断面円形形状の冷却水誘導部材２１がシェル３の長手方向に沿ってエンドプレート１９間に装着されており、図１１に示すようにシェル３内に導入された冷却水Ｗが、この冷却水誘導部材２１により渦流や旋回流となってシェル３の中心部から外周方向へ誘導されるようになっている。
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に至る冷却水流路が形成されると共に、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ガス温度が下がるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−７４４１７号公報（段落番号「００１０」〜「００３０」、図１）
【特許文献２】
特開２００３−８３１７４号公報（段落番号「００１８」〜「００２２」、図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲされたＥＧＲガスＧはある程度の流速を有しているため、ＥＧＲクーラー１内に導入されたＥＧＲガスＧがディフューザ７内で拡散せずにそのまま直進して、ＥＧＲガスＧの多くがシェル３の中心部に配置されたチューブ５内を流下しているのが実情であった。
【０００８】
しかし、斯様にシェル３の中心部のチューブ５に多くのＥＧＲガスＧが集中して流下すると、周辺部に配置されたチューブ５による熱交換がなされないために所期の冷却効率を確保することができず、また、斯様に中心部のチューブ５に多くのＥＧＲガスＧが集中して流下すると、これらのチューブ５に早期目詰まりが発生して冷却効率が更に悪化してしまう虞も指摘されていた。
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、シェル内に収容したチューブ内にＥＧＲガスを均等に流下させることで、冷却効率の向上を図ったＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーを提供することを目的とする。
【００１０】
【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、周壁に冷却水導入パイプと冷却水導出パイプが接続された筒状のシェルの両端部に、ディフューザを介してＥＧＲガス導入パイプとＥＧＲガス導出パイプを接続し、シェルの両端部を閉塞するエンドプレート間に、ディフューザ内に開口する複数のチューブを挿着したＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、上記各チューブのＥＧＲガス上流側端部と、ＥＧＲガス導入パイプが接続されたディフューザのＥＧＲガス導入口との間に複数の整流管を配置し、当該各整流管を介してＥＧＲガスを各チューブに導くと共に、各整流管のＥＧＲガス上流側端部を断面六角形状に成形し、これらをハニカム状に集合，接合させて上記ＥＧＲガス導入口の内周に一体的に接合し、上記チューブの外周に冷却フィンを設けたことを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項２に係る発明は、周壁に冷却水導入パイプと冷却水導出パイプが接続された筒状のシェルの両端部に、ディフューザを介してＥＧＲガス導入パイプとＥＧＲガス導出パイプを接続し、シェルの両端部を閉塞するエンドプレート間に、ディフューザ内に開口する複数のチューブを挿着したＥＧＲ装置のＥＧＲクーラーに於て、上記各チューブのＥＧＲガス上流側端部と、ＥＧＲガス導入パイプが接続されたディフューザのＥＧＲガス導入口との間に複数の整流管を配置し、当該各整流管を介してＥＧＲガスを各チューブに導くと共に、各整流管の流路面積を、ＥＧＲガス上流側端部からＥＧＲガス下流側端部へ順次拡大させて、上記チューブの外周に冷却フィンを設けたことを特徴とする。
【００１２】
（作用）
各請求項に係るＥＧＲクーラーによれば、シェル内に収容されたＥＧＲガスが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、ＥＧＲガスは、各整流管を介してＥＧＲガス導入パイプから各チューブに均等に導かれることとなる。
そして、チューブを流下するＥＧＲガスの熱は、冷却フィンを介して冷却水に伝達されて熱交換される。
また、請求項１に係る発明は、断面六角形状に成形した各整流管のＥＧＲガス上流側端部をハニカム状に集合させて、これらをＥＧＲガス導入口の内周に一体的に接合した構造上、各整流管とディフューザのＥＧＲガス導入口との間に無駄な隙間が生じることがなく、また、斯様にハニカム状に集合，接合することで整流管の強度が向上する。
【００１３】
そして、請求項２に係る発明は、各整流管の流路面積を、ＥＧＲガス上流側端部からＥＧＲガス下流側端部へ順次拡大させたため、整流管内を流下するＥＧＲガスの流速が、ベルヌーイの定理によってＥＧＲガス下流側端部へと次第に遅くなる。
この結果、整流管のない従来構造に比し、チューブ内を流下するＥＧＲガスの流速が遅くなって、冷却水との熱交換時間が長くなる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１乃至図４は請求項１及び請求項２に係るＥＧＲクーラーの一実施形態を示し、図１に於て、２３は円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２５，２７に、夫々、ＥＧＲガス導入パイプ（ＥＧＲパイプ）２９とＥＧＲガス導出パイプ（ＥＧＲパイプ）３１が接続されている。
【００１６】
そして、図２及び図３に示すようにシェル２３内には、その長手方向に沿って複数の均一内径の円筒状のチューブ３３が収容されており、各チューブ３３は、シェル２３の両端部に取り付くエンドプレート３５，３７に挿着されて両ディフューザ２５，２７内に開口している。
また、各チューブ３３のＥＧＲガス上流側外周とＥＧＲガス下流側外周には、夫々、伝熱面積を拡大して冷却水Ｗとの冷却効率を高めるために複数の側面視矩形状の薄肉で長尺な冷却フィン３９が、周方向に夫々４５°の間隔を空けてチューブ３３の長手方向に突設されている。
【００１７】
更にまた、図１乃至図３に示すようにＥＧＲガス導出パイプ３１側のシェル２３の底部周壁には、冷却水導入パイプ４１がシェル２３の中心方向に向かって接続されると共に、ＥＧＲガス導入パイプ２９側のシェル２３の上部周壁に、冷却水導出パイプ４３がシェル２３の中心方向に向かって接続されており、冷却水導入パイプ４１と冷却水導出パイプ４３は１８０°の間隔を以って配置されている。
【００１８】
而して、上述の如き構成によって、本実施形態に係るＥＧＲクーラー４５も、シェル２３内に冷却水導入パイプ４１から冷却水導出パイプ４３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２９からチューブ３３を経てＥＧＲガス導出パイプ３１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４に示すようにディフューザ２５内に開口する各チューブ３３のＥＧＲガス上流側端部４７と、ＥＧＲガス導入パイプ２９が接続されたディフューザ２５のＥＧＲガス導入口４９との間に複数の整流管５１を接続したことを特徴とする。
【００１９】
即ち、図３に示すように本実施形態では、シェル２３の中心部に１本のチューブ３３が配置されると共に、当該チューブ３３を中心に６本のチューブ３３が６０°の間隔を空けて放射状に配置されているが、図２に示すように各チューブ３３のＥＧＲガス上流側端部４７に、整流管５１の断面円形形状に成形されたＥＧＲガス下流側端部５３が接続されている。
【００２０】
一方、図４に示すように整流管５１のＥＧＲガス上流側端部５５は、既述したチューブ３３の配列に対応して配置されているが、断面円形形状に成形されたディフューザ２５のＥＧＲガス導入口４９との間に無駄な隙間が生じることを避けるために断面六角形状に成形され、これらがハニカム状に集合，接合してＥＧＲガス導入口４９の内周に一体的に接合されている。
【００２１】
そして、上述の如く整流管５１のＥＧＲガス上流側端部５５はハニカム状に集合，接合しているが、図２に示すように整流管５１のＥＧＲガス下流側端部５３側は、互いに徐々に離間し乍ら、夫々、対応するチューブ３３に向かって延設されている。そして、各流管５１は、ＥＧＲガス上流側端部５５からＥＧＲガス下流側端部５３へ流路面積が順次拡大するように設けられており、各整流管５１を介してＥＧＲガスＧが各チューブ３３に均等に導かれるようになっている。
【００２２】
その他、図４中、５７は整流管５１のＥＧＲガス上流側端部５５の外周とディフューザ２５のＥＧＲガス導入口４９の内周との隙間を閉塞する薄肉な閉塞部材で、当該閉塞部材５７は整流管５１とディフューザ２５との間に溶接されている。
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４５内に導入されたＥＧＲガスＧは、チューブ３３内を流下する際に、シェル２３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、ＥＧＲガスＧは、各整流管５１を介してＥＧＲガス導入パイプ２９から各チューブ３３に均等に導かれ、そして、ＥＧＲガスＧの熱は、複数の冷却フィン３９を介して冷却水Ｗに伝達されて熱交換されることとなる。
また、各整流管５１の流路面積が、ＥＧＲガス上流側端部５５からＥＧＲガス下流側端部５３へ順次拡大しているため、整流管５１内を流下するＥＧＲガスＧの流速が、ベルヌーイの定理によってＥＧＲガス下流側端部５３へと次第に遅くなる。
この結果、整流管５１のない従来構造に比し、チューブ３３内を流下するＥＧＲガスＧの流速が遅くなって、冷却水Ｗとの熱交換時間が長くなる。
そして、各整流管５１のＥＧＲガス上流側端部５５を断面六角形状に成形し、これらをハニカム状に集合，接合させてディフューザ２５のＥＧＲガス導入口４９の内周に一体的に接合したため、各整流管５１とＥＧＲガス導入口４９との間に無駄な隙間が生じることがなく、また、斯様にハニカム状に集合，接合することで整流管５１の強度が向上する。
【００２３】
このように本実施形態によれば、ＥＧＲガスＧがシェル２３の中心部に位置するチューブ３３のみならず、その周辺部に位置するチューブ３３内を均等に流下するため、図９の従来例に比しＥＧＲクーラー４５本来の所期の冷却効率を得ることができると共に、中心部に位置するチューブ３３の早期目詰まりを防止することができることとなった。
【００２４】
而も、上記整流管５１は、現行のＥＧＲクーラーにも取付けが容易であるため、既販のエンジンについても対応可能である。
また、既述したように本実施形態は、各整流管５１の流路面積をＥＧＲガス上流側端部５５からＥＧＲガス下流側端部５３へ順次拡大させたため、整流管５１内を流下するＥＧＲガスＧの流速が、ベルヌーイの定理によってＥＧＲガス下流側端部５３へと次第に遅くなり、この結果、整流管５１のない従来構造に比し、チューブ３３内を流下するＥＧＲガスＧの流速が遅くなって冷却水Ｗとの熱交換時間が長くなる。このようにＥＧＲガスＧと冷却水Ｗとの熱交換時間が長くなることで、本実施形態によれば、熱交換効率が上がって冷却効率が向上することとなった。
更にまた、本実施形態は、各整流管５１のＥＧＲガス上流側端部５５を断面六角形状に成形し、これらをハニカム状に集合，接合させてディフューザ２５のＥＧＲガス導入口４９の内周に一体的に接合したため、各整流管５１とＥＧＲガス導入口４９との間に無駄な隙間が生じることがなくなると共に、斯様にハニカム状に集合，接合することで整流管５１の強度が向上する利点を有する。
加えて、本実施形態は、各チューブ３３の外周に冷却フィン３９を設けて伝熱面積を拡大したため、冷却水Ｗとの冷却効率が更に向上し、この結果、ＥＧＲガス温度が低下することにより、ＥＧＲガス下流側の配管やガスケット等の材質についても耐熱性の低い材料が使用可能となり、また、ＥＧＲガス温度の低下によって材料各部の耐久性が向上する優れた利点を有する。
【００２５】
そして、冷却フィン３９の高さを変えて伝熱面積を調節することで、ＥＧＲクーラーの様々な仕様に対応することが可能である。
尚、チューブの外周に設ける冷却フィンの形状は、既述した実施形態に限定されるものではなく、例えば図５乃至図８に示すように様々な形態が選択可能である。
【００２６】
図５に示す実施形態は、チューブ３３の外周に所謂鉢巻き形状の冷却フィン３９-1を所定間隔を空けてチューブ３３の外周に複数突設したものであり、図６に示す実施形態は、側面視翼形状の冷却フィン３９-2を、所定間隔を空けて複数突設したものである。
また、図７に示す実施形態は、チューブ３３の外周に冷却フィン３９-3を螺旋状に突設したものであり、図８に示す実施形態は、チューブ３３の外周にブレード形状の冷却フィン３９-4を所定間隔を空けて複数突設したもので、既述した冷却フィン３９と同様、ＥＧＲクーラーの仕様に応じ各冷却フィン３９-1〜３９-4の高さを自由に変更すればよい。
【００２７】
而して、これらの冷却フィンフィン３９-1〜３９-4を用いたＥＧＲクーラーによっても、図１のＥＧＲクーラー４５と同様、冷却水Ｗとの冷却効率が向上するため、所期の目的を達成することが可能である。
更に、既述した整流管５１は、チューブに応じその本数を適宜変更可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、各請求項に係る発明によれば、整流管に案内されてＥＧＲガスがシェル内のチューブ内を均等に流下するため、従来に比しＥＧＲクーラー本来の所期の冷却効率を得ることができると共に、シェルの中心部に位置するチューブの早期目詰まりを防止することが可能となった。
【００２９】
そして、整流管は現行のＥＧＲクーラーにも取付けが容易であるため、既販のエンジンについても対応可能である。
また、チューブの外周に冷却フィンを設けて伝熱面積を拡大したため、冷却水との冷却効率が更に向上し、この結果、ＥＧＲガス温度が低下することにより、ＥＧＲガス下流側の配管やガスケット等の材質についても耐熱性の低い材料が使用可能となると共に、ＥＧＲガス温度の低下によって材料各部の耐久性が向上する優れた利点を有する。
そして、冷却フィンの高さを変えて伝熱面積を調節することで、ＥＧＲクーラーの様々な仕様に対応することが可能である。
更に、請求項１に係る発明は、各整流管のＥＧＲガス上流側端部を断面六角形状に成形し、これらをハニカム状に集合，接合させてディフューザのＥＧＲガス導入口の内周に一体的に接合したため、各整流管とＥＧＲガス導入口との間に無駄な隙間が生じることがなくなると共に、斯様にハニカム状に集合，接合することで整流管の強度が向上する利点を有する。
【００３０】
また、請求項２に係る発明は、各整流管の流路面積をＥＧＲガス上流側端部からＥＧＲガス下流側端部へ順次拡大させたため、整流管内を流下するＥＧＲガスの流速が、ベルヌーイの定理によってＥＧＲガス下流側端部へと次第に遅くなり、この結果、整流管のない従来構造に比し、チューブ内を流下するＥＧＲガスの流速が遅くなって冷却水との熱交換時間が長くなる。そして、このようにＥＧＲガスと冷却水との熱交換時間が長くなることで、熱交換効率が上がって冷却効率が向上する利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１及び請求項２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２のIII−III線断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図６】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図７】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図８】冷却フィンの変形例を示すチューブの側面図である。
【図９】従来のＥＧＲクーラーの全体斜視図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】図９のXI−XI線断面図である。
【符号の説明】
２３  シェル
２５，２７  ディフューザ
２９  ＥＧＲガス導入パイプ
３１  ＥＧＲガス導出パイプ
３３  チューブ
３５，３７  エンドプレート
３９，３９-1，３９-2，３９-3，３９-4  冷却フィン
４１  冷却水導入パイプ
４３  冷却水導出パイプ
４５  ＥＧＲクーラー
４７  チューブのＥＧＲガス上流側端部
４９  ディフューザのＥＧＲガス導入口
５１  整流管
５３  整流管のＥＧＲガス下流側端部
５５  整流管のＥＧＲガス上流側端部
Ｇ  ＥＧＲガス
Ｗ  冷却水
【図１】
0004031393.tif 000002
【図２】
0004031393.tif 000003
【図３】
0004031393.tif 000004
【図４】
0004031393.tif 000005
【図５】
0004031393.tif 000006
【図６】
0004031393.tif 000007
【図７】
0004031393.tif 000008
【図８】
0004031393.tif 000009
【図９】
0004031393.tif 000010
【図１０】
0004031393.tif 000011
【図１１】
0004031393.tif 000012