(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換本体（２３）内に、排気ガスが流れる複数のチューブ（２９）と、前記チューブ（２９）を横切るよう冷却水が流れる冷却水取入れ用の取入口（３１）及び取出口（３３）とを備え、前記チューブ（２９）内に、帯板を捩ることで軸方向に沿って作られる所定のねじりピッチによって排気ガスを螺旋状に誘導案内するスパイラルプレート（４７）を前記チューブ壁面（４９）の内側とスパイラルプレート外周縁との間に隙間（ｄ）を有して配置すると共に、前記チューブ壁面（４９）から内側へ向けて張り出し前記各所定のねじりピッチの位置に配置された張り出しリブ（４５）を設け、前記張り出しリブ（４５）は、前記チューブ壁面（４９）に沿って流れる排気ガスが前記所定のねじりピッチの位置で乗り越え可能で、かつ、周方向に沿って所定間隔幅の流路を作る周方向に長い断続した形状となっていることを特徴とする車両用排気ガス再循環装置の排気ガス熱交換器。
【請求項２】
熱交換本体（２３）内に、排気ガスが流れる複数のチューブ（２９）と、前記チューブ（２９）を横切るよう冷却水が流れる冷却水取入れ用の取入口（３１）及び取出口（３３）とを備え、前記チューブ（２９）内に、帯板を捩ることで軸方向に沿って作られる所定のねじりピッチによって排気ガスを螺旋状に誘導案内するスパイラルプレート（４７）を前記チューブ壁面（４９）の内側とスパイラルプレート外周縁との間に隙間（ｄ）を有して配置すると共に、前記チューブ壁面（４９）から内側へ向けて張り出し前記各所定のねじりピッチの位置に配置された張り出しリブ（４５）を設け、前記張り出しリブ（４５）は、前記チューブ壁面（４９）に沿って流れる排気ガスが前記所定のねじりピッチの位置で乗り越え可能で、かつ、周方向に沿って所定間隔幅の流路を作る軸方向に長く所定の間隔で配置された形状となっていることを特徴とする車両用排気ガス再循環装置の排気ガス熱交換器。
【請求項３】
熱交換本体（２３）内に、排気ガスが流れる複数のチューブ（２９）と、前記チューブ（２９）を横切るよう冷却水が流れる冷却水取入れ用の取入口（３１）及び取出口（３３）とを備え、前記チューブ（２９）内に、帯板を捩ることで軸方向に沿って作られる所定のねじりピッチによって排気ガスを螺旋状に誘導案内するスパイラルプレート（４７）を前記チューブ壁面（４９）の内側とスパイラルプレート外周縁との間に隙間（ｄ）を有して配置すると共に、前記チューブ壁面（４９）から内側へ向けて張り出し前記各所定のねじりピッチの位置に配置された張り出しリブ（４５）を設け、前記張り出しリブ（４５）は、前記チューブ壁面（４９）に沿って流れる排気ガスが前記所定のねじりピッチの位置で乗り越え可能で、かつ、周方向に沿って所定間隔幅の流路を作る周方向と軸方向に長い組合せリブの形状となっていることを特徴とする車両用排気ガス再循環装置の排気ガス熱交換器。
【請求項４】
スパイラルプレート（４７）と、張り出しリブ（４５）はロー付けにより一体に固着されていることを特徴とする請求項１，２，３のいずれかに記載の車両用排気ガス再循環装置の排気ガス熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用排気ガス再循環装置の排気ガス熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気ガス再循環装置の概要は、排気ガスの一部を排気系から取り出し、吸入混合気とともに燃焼室へ送り込むことで、燃焼時の最高温度を下げて窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ）等を低減するようになっている。
【０００３】
排気系から取り出される排気ガスの一部は、排気ガス熱交換器を通過する時に熱交換され冷却された後、シリンダへ還流される。
【０００４】
排気ガス熱交換器の概要は、熱交換本体内に排気ガスが流れる多数のチューブが設けられ、そのチューブを横切るように冷却水が流れる構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排気ガス熱交換器は、チューブ内を流れる排気ガスと外側を流れる冷却水がチューブ壁を介して熱交換が行なわれる所から、熱交換の効率はチューブ壁の熱伝達性能によって大きく左右される。
【０００６】
このために、排気ガスに含まれるススがチューブ壁に付着しそれが堆積すると、堆積したススによってチューブ壁の熱伝達性能が著しく低下するようになる。発明者の研究の結果、ススの堆積と排ガス流量とは密接な関係があることが確認された。この結果である従来型のチューブ内の目詰まり厚さと排気ガス流量との関係を図１４に示す。図１４は縦軸に目詰まり厚さ、横軸に排ガス流量をとったもので、この図によれば、排ガス流量の少ない運転領域ほど堆積しやすい特性があることがわかる。これは排ガス流量が少ないと、付着したススを剥ぎとる十分な流速が得られないためと考えられる。
【０００７】
そこで、この発明にあっては排ガス流量の少ない運転領域でもチューブ壁面にススの堆積が起きないようにした車両用排ガス再循環装置の排気ガス熱交換器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の請求項１によれば、熱交換本体（２３）内に、排気ガスが流れる複数のチューブ（２９）と、前記チューブ（２９）を横切るよう冷却水が流れる冷却水取入れ用の取入口（３１）及び取出口（３３）とを備え、前記チューブ（２９）内に、帯板を捩ることで軸方向に沿って作られる所定のねじりピッチによって排気ガスを螺旋状に誘導案内するスパイラルプレート（４７）を前記チューブ壁面（４９）の内側とスパイラルプレート外周縁との間に隙間（ｄ）を有して配置すると共に、前記チューブ壁面（４９）から内側へ向けて張り出し前記各所定のねじりピッチの位置に配置された張り出しリブ（４５）を設け、前記張り出しリブ（４５）は、前記チューブ壁面（４９）に沿って流れる排気ガスが前記所定のねじりピッチの位置で乗り越え可能で、かつ、周方向に沿って所定間隔幅の流路を作る周方向に長い断続した形状となっていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、排気ガスはスパイラルプレートによって、チューブ内を螺旋状に流れながらチューブ壁面を介して冷却水との間で熱交換が行なわれ冷却される。一方、排気ガスがチューブ内を流れる作動時において、チューブ壁面に沿って流れる排気ガスは、所定のねじりピッチに対応して設けられた張り出しリブを通過する動作を繰返す。この時、張り出しリブと張り出しリブの間では狭くなる流路幅によって流速が速くなる。また、張り出しリブの領域ではそのリブを乗り越える時に渦流が作られ、渦流領域の速い流れとリブの間の速い流れの組合せによってススを剥がす作用が全周領域にわたって働く結果、排ガス流量が少ない運転領域にあっても、チューブ壁面にススが堆積するのを軽減し、長期間にわたって安定した熱伝達性能が得られる。
【００１０】
また、この発明の請求項２によれば、熱交換本体（２３）内に、排気ガスが流れる複数のチューブ（２９）と、前記チューブ（２９）を横切るよう冷却水が流れる冷却水取入れ用の取入口（３１）及び取出口（３３）とを備え、前記チューブ（２９）内に、帯板を捩ることで軸方向に沿って作られる所定のねじりピッチによって排気ガスを螺旋状に誘導案内するスパイラルプレート（４７）を前記チューブ壁面（４９）の内側とスパイラルプレート外周縁との間に隙間（ｄ）を有して配置すると共に、前記チューブ壁面（４９）から内側へ向けて張り出し前記各所定のねじりピッチの位置に配置された張り出しリブ（４５）を設け、前記張り出しリブ（４５）は、前記チューブ壁面（４９）に沿って流れる排気ガスが前記所定のねじりピッチの位置で乗り越え可能で、かつ、周方向に沿って所定間隔幅の流路を作る軸方向に長く所定の間隔で配置された形状となっていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、排気ガスはスパイラルプレートによって、チューブ内を螺旋状に流れながらチューブ壁面を介して冷却水との間で熱交換が行なわれ冷却される。一方、排気ガスがチューブ内を流れる作動時において、チューブ壁面に沿って流れる排気ガスは、所定のねじりピッチに対応して設けられた張り出しリブを通過する動作を繰返す。この時、張り出しリブと張り出しリブの間では狭くなる流路幅によって流速が速くなる。また、張り出しリブの領域ではそのリブを乗り越える時に渦流が作られ、渦流領域の速い流れとリブの間の速い流れの組合せによってススを剥がす作用が全周領域にわたって働く結果、排ガス流量が少ない運転領域にあっても、チューブ壁面にススが堆積するのを軽減し、長期間にわたって安定した熱伝達性能が得られる。
【００１２】
また、この発明の請求項３によれば、熱交換本体（２３）内に、排気ガスが流れる複数のチューブ（２９）と、前記チューブ（２９）を横切るよう冷却水が流れる冷却水取入れ用の取入口（３１）及び取出口（３３）とを備え、前記チューブ（２９）内に、帯板を捩ることで軸方向に沿って作られる所定のねじりピッチによって排気ガスを螺旋状に誘導案内するスパイラルプレート（４７）を前記チューブ壁面（４９）の内側とスパイラルプレート外周縁との間に隙間（ｄ）を有して配置すると共に、前記チューブ壁面（４９）から内側へ向けて張り出し前記各所定のねじりピッチの位置に配置された張り出しリブ（４５）を設け、前記張り出しリブ（４５）は、前記チューブ壁面（４９）に沿って流れる排気ガスが前記所定のねじりピッチの位置で乗り越え可能で、かつ、周方向に沿って所定間隔幅の流路を作る周方向と軸方向に長い組合せリブの形状となっていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、排気ガスはスパイラルプレートによって、チューブ内を螺旋状に流れながらチューブ壁面を介して冷却水との間で熱交換が行なわれ冷却される。一方、チューブ内を排気ガスが流れる作動時において、チューブ壁面に沿って流れる排気ガスは所定のねじりピッチに対応して設けられた張り出しリブを通過する動作を順次繰返す。この時、張り出しリブと張り出しリブの間では、狭くなる流路幅によって流速が速くなる。また、周方向と軸方向の組合せリブの領域では各リブを排気ガスが乗り越える時に、回転方向の異なる渦流が作られる。この渦流領域では向きの異なる速い流れが得られるようになり、速い渦流の流れと、リブとリブの間の速い流れの組合せによってススを剥がす作用が全周領域にわたって働く結果、排ガス流量が少ない運転領域にあってもチューブ壁面にススが堆積するのを軽減し、長期間にわたって安定した熱伝達性能が得られる。
【００１４】
また、この発明の請求項４によれば、スパイラルプレートと、張り出しリブはロー付けにより固着する。
【００１５】
これにより、スパイラルプレートは安定した支持状態が得られると共に、チューブ壁面との間に作られる隙間によって、排ガスが停滞するよどみ部分をなくし、ススの付着をしにくくする。
【００１６】
【発明の効果】
この発明の車両用排気ガス再循環の排気ガス熱交換器によれば、所定のねじりピッチに対応して設けられた張り出しリブによってチューブ壁面に沿って流れる排気ガスが張り出しリブを通過する時に、張り出しリブと張り出しリブの間では狭くなる流路幅によって流速が速くなり、張り出しリブ領域では張り出しリブを乗り越える時に作られる渦流によって流速が速くなり、リブとリブの間の速い流速と渦流による速い流速の組合せによって、排ガス流量が少なくなる運転領域でも、確実にチューブ壁面に付着するススを剥ぎとるようになり、全周領域にわたってススが堆積するのを確実に軽減できる。
【００１７】
この結果、長期間にわたって安定した熱伝達性能が得られるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図６の図面を参照しながらこの発明の第１の実施形態について具体的に説明する。
【００１９】
図６は排気ガス再循環装置を示した全体のシステム図を示しており、エンジン１はディーゼルエンジンとなっている。エンジン１を構成するピストン３とシリンダ５とによって形成される燃焼室７には、燃料噴射ポンプ９によって燃料が、また、ターボチャージャ１１によりエアクリーナ１３から取入れた空気がインテーク・マニホールド１５を介してそれぞれ送り込まれるようになっている。インテーク・マニホールド１５には駆動手段によって開閉自在に制御される制御弁１７が設けられ、燃焼空気供給量の制御が可能となっている。
【００２０】
燃焼室７で燃焼した排気ガスはエキゾースト・マニホールド１９から分岐され一方は、前記ターボチャージャ１１を駆動した後、マフラー２１を通り外へ排出される。他方は排気ガス熱交換器２３を通り、前記インテーク・マニホールド１５に還流されるようになっている。インテーク・マニホールド１５に還流される排気ガスの還流量は、図外の駆動手段によって制御されるＥＧＲバルブ２５の開度量によって制御されるようになっている。
【００２１】
排気ガス熱交換器２３は、図５に示すように熱交換器本体２５内に前後の隔壁となるエンドプレート２７，２７を貫通し排気ガスが通り抜ける真すぐなチューブ２９が複数配置される一方、前記チューブ２９を横切るよう冷却水が流れる冷却水取入れ用の取入口３１と取出口３３とを有している。
【００２２】
取入口３１は、エンジン冷却用のウオータジャケット３５を介してウオータポンプ３７の吐出口３９と、取出口３３は、配管４１を介してウオータポンプ３７の取込口４３とそれぞれ接続連通し、ウオータポンプ３７の回転によりウオータジャケット３５、排気ガス熱交換器２３を通る冷却水の循環した流れが確保されるようになっている。
【００２３】
チューブ２９内には、図２に示すように、軸方向に沿って所定のピッチ間隔で内側へ張り出す張り出しリブ４５と、排気ガスを螺旋状に誘導案内するスパイラルプレート４７がそれぞれ設けられている。
【００２４】
張り出しリブ４５は、周方向に長く所定の間隔で断続する形状となっている。
【００２５】
スパイラルプレート４７は、帯板を１８０度捩ることで形成されている。ねじりピッチは各張り出しリブ４５の各位置と対応し、各張り出しリブ４５の上にロー付け等の手段によって固定支持されている。
【００２６】
これにより、図３に示すように張り出しリブ４５とチューブ壁面４９との間に排気ガスの停滞の起きない所定の隙間ｄが確保される一方、チューブ２９を展開した時に、図４に示すように中央の張り出しリブ４５を通る軌跡５１が形成され、矢印方向の排気ガスの流れに対して張り出しリブ４５が所定角度の迎え角αを備える構造となっている。
【００２７】
この場合、張り出しリブ４５は図７から図９に示すように軸方向に長く所定の間隔で周方向に沿って配置されると共に排気ガスの流れに対して所定角度の迎え角βを備える構造であってもよい。
【００２８】
このように構成された排気ガス熱交換器２３によれば、燃焼室７からの排気ガスの一部はエキゾースト・マニホールド１９から分岐され、熱交換器本体２３のチューブ２９内をスパイラルプレート４７のリード角により螺旋状に流れることで、チューブ壁を介して冷却水との間で熱交換が行なわれ冷却される。
【００２９】
排気ガスがチューブ２９内を流れる作動時において、図１に示すように、チューブ壁面４９に沿って流れる排気ガスは、所定のねじりピッチに設けられた張り出しリブ４５を通過する。この時、張り出しリブ４５と張り出しリブ４５の間では狭くなる流路幅によって流速が速くなる。また、張り出しリブ領域では張り出しリブ４５を乗り越える時に渦流による速い流れを作り、渦流による速い流速と、張り出しリブ４５とリブ４５の間を流れる速い流速との組合せによってススを剥がす作用が全周領域にわたって確実に働く結果、排ガス流量が少ない運転領域にあっても、チューブ壁面４９にススが付着し堆積するのを軽減し、長期間にわたって安定した熱伝達性能が得られる。
【００３１】
図１０から図１３は、張り出しリブ４５の第２の実施形態を示したものである。
【００３２】
即ち、チューブ２９内に、軸方向に沿って所定のピッチ間隔で内側へ張り出す張り出しリブ４５を設ける。張り出しリブ４５は、周方向と軸方向に長い組合せリブとなっていて、周方向の張り出しリブ４５は、排気ガスの流れに対して所定角度の迎え角αを備えた形状となっている。軸方向の張り出しリブ４５は、排気ガスの流れに対して所定角度の迎え角βを備えた形状となっている。
【００３３】
なお、他の構成要件は第１の実施形態と同一のため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
したがって、この第２の実施形態によれば組合せリブは、排気ガスが通過する時に、図１０に示すように、回転方向が異なる二つの渦流、縦渦が作られる。この縦渦は強く速い流れが確保される結果、その二つの渦流の相乗作用と、張り出しリブ４５の間を流れる速い流速との組合せによってススを確実に剥ぎとり、ススの堆積を阻止することで、長期間にわたり安定した熱伝達性能が得られるようになる。
【００３５】
なお、この実施形態のスパイラルプレート４７は一枚の帯板を１８０度捩ることで形成したものであるが、断面十字状に形成された帯板を１８０度捩ることで形成する組合せ手段とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる排気ガス熱交換器においてスパイラルプレートを取外したチューブの一部分を示す概要切断説明図。
【図２】排気ガス熱交換器のチューブの概要切断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】スパイラルプレートを取外したチューブの概要展開図。
【図５】排気ガス熱交換器の切断面図。
【図６】排気ガス再循環装置のシステム図。
【図７】張り出しリブを軸方向とした別の実施形態を示す図２と同様の概要切断面図。
【図８】図７のＢ−Ｂ線断面図。
【図９】スパイラルプレートを取外した図７のチューブの展開図。
【図１０】張り出しリブの第２の実施形態を示した図１と同様のチューブの一部分を示す概要切断面図。
【図１１】第２の実施形態のチューブの概要切断面図。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ線断面図。
【図１３】スパイラルプレートを取外した図１１のチューブの展開図。
【図１４】チューブ内のススの目詰まり厚さと排気ガス流量の関係を示した説明図。
【符号の説明】
２３  熱交換本体
２９  チューブ
３１  取入口
３３  取出口
４５  張り出しリブ
４７  スパイラルプレート
【図１】
0004053717.tif 000002
【図２】
0004053717.tif 000003
【図３】
0004053717.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004053717.tif 000007
【図７】
0004053717.tif 000008
【図８】
0004053717.tif 000009
【図９】
0004053717.tif 000010
【図１０】
0004053717.tif 000011
【図１１】
0004053717.tif 000012
【図１２】
0004053717.tif 000013
【図１３】
0004053717.tif 000014
【図１４】
0004053717.tif 000015