JP2001254649A - Egrクーラ - Google Patents

Egrクーラ

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JP2001254649A
JP2001254649A JP2000068676A JP2000068676A JP2001254649A JP 2001254649 A JP2001254649 A JP 2001254649A JP 2000068676 A JP2000068676 A JP 2000068676A JP 2000068676 A JP2000068676 A JP 2000068676A JP 2001254649 A JP2001254649 A JP 2001254649A
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Japan
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tube
exhaust gas
egr cooler
inner peripheral
peripheral surface
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JP2000068676A
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English (en)
Inventor
Makoto Tsujita
誠 辻田
Yoji Yamashita
洋二 山下
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Hino Motors Ltd
Denso Sankyo Co Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
Sankyo Radiator Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32Liquid-cooled heat exchangers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且つ
十分に接触するようにして、EGRクーラの熱交換効率
を向上させる。 【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内に排気ガス10を通して該排気
ガス10と前記冷却水9とを熱交換するようにしたEG
Rクーラに関し、前記チューブ3の内周面に、該チュー
ブ3の軸心線xと直交する面に対し5゜〜25゜の傾斜
角θを有するスパイラル状突起12を形成する。

Description

【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。
【0002】
【従来の技術】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5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】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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
悪いという問題があった。
【0008】本発明は上述の実情に鑑みて成されたもの
で、排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且つ十分に
接触するようにして、EGRクーラの熱交換効率を向上
させることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】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E
GRクーラであって、前記チューブの内周面に、該チュ
ーブの軸心線と直交する面に対し5゜〜25゜の傾斜角
を有するスパイラル状突起を形成したことを特徴とする
ものである。
【0010】而して、このようにチューブの内周面にス
パイラル状突起を形成すれば、チューブ内を流れる排気
ガスが、スパイラル状突起に沿い旋回流となって乱流化
し、チューブの内周面に対する接触頻度や接触距離が増
加する結果、排気ガスがチューブの内周面に満遍なく且
つ十分に接触することになり、EGRクーラの熱交換効
率が大幅に向上される。
【0011】ここで、前記スパイラル状突起には、チュ
ーブの軸心線と直交する面に対し5゜〜25゜の傾斜角
を付してあるが、発明者らによる実験によれば、この傾
斜角を5゜より小さくしても、圧力損失が高まるばかり
で実質的な熱交換量の増加は殆ど望めないのであり、ま
た、傾斜角を25゜より大きくしても、僅かな角度の増
加により交換熱量が大幅に低減する傾向が強まるばかり
でメリットがなく、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に含まれる煤が旋回
中心に集まる作用が著しく損なわれてチューブ内での煤
堆積の増加を招いてしまうことが確認されたので、この
ような実験結果に基づき、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、スパイラル状突起の傾斜角を5゜〜25゜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。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。
【0013】図1は、本発明を実施する形態の一例を示
す拡大断面図であって、図5と同一部分については同一
符号を付してある。
【0014】図1及び図2に示す如く、本形態例におい
ては、先に図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、排気ガス10が流通するチュ
ーブ3の内周面に、該チューブ3の軸心線xと直交する
面に対し5゜〜25゜の傾斜角θを有するスパイラル状
突起12を形成しており、ここに図示している例では、
約20゜程度の傾斜角θを付してスパイラル状突起12
を形成している。
【0015】ここで、肉厚の薄いチューブ3において
は、スパイラル状突起12を形成するにあたり、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、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として形成されるこ
とになる。
【0016】ただし、肉厚の厚いチューブ3において
は、スパイラル状突起12を形成するにあたり、スパイ
ラル状突起12を残すようにチューブ3の内周面を切削
加工しても良い。
【0017】尚、図3に示す如く、チューブ3の内周面
に形成されるスパイラル状突起12の高さ寸法hは、チ
ューブ3の内径寸法dの5〜15%程度に形成すれば良
い。
【0018】このようにチューブ3の内周面にスパイラ
ル状突起12を形成すれば、チューブ3内を流れる排気
ガス10が、スパイラル状突起12に沿い旋回流となっ
て乱流化し、チューブ3の内周面に対する接触頻度や接
触距離が増加する結果、排気ガス10がチューブ3の内
周面に満遍なく且つ十分に接触することになり、EGR
クーラの熱交換効率が大幅に向上される。
【0019】ここで、前記スパイラル状突起12には、
チューブ3の軸心線xと直交する面に対し5゜〜25゜
の傾斜角θを付してあるが、発明者らによる実験によれ
ば、例えば図4にグラフ(スパイラル状突起12の傾斜
角θを0゜〜90゜の範囲で変化させた場合の交換熱量
Qと圧力損失ΔPg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、スパイラル状突起12の傾斜角θを5゜より小さ
くしても、圧力損失が高まるばかりで実質的な熱交換量
の増加は殆ど望めないのであり、また、傾斜角θを25
゜より大きくしても、僅かな角度の増加により交換熱量
が大幅に低減する傾向が強まるばかりでメリットがな
い。
【0020】尚、ここで、図4のグラフに関し、傾斜角
θを0゜とした場合の実験結果が曲線上に乗らない理由
について付言しておくと、傾斜角θが0゜ということ
は、チューブ3の軸心方向に多数のリング状突起が形成
されることを意味しており、このようなリング状突起で
は、チューブ3内を流れる排気ガス10が旋回流を形成
せず、膨張・圧縮の繰り返しの流れとなってチューブ3
の内周面に対する接触距離が減少してしまうので、スパ
イラル状突起12の場合と比べて流れの形態が大きく異
なることになる傾斜角θが0゜の場合に、その実験結果
が旋回流を成すスパイラル状突起12の特性曲線から大
きく逸脱してしまうのである。
【0021】また、傾斜角θを25゜より大きくした場
合には、排気ガス10に与えられる旋回力が不足し、こ
れにより排気ガス10中に含まれる煤が旋回中心に集ま
る作用が著しく損なわれてチューブ3内での煤堆積の増
加を招いてしまうことも別の実験により確認済みであ
る。
【0022】而して、以上に述べた如き各種の実験結果
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、スパイ
ラル状突起12の傾斜角θを5゜〜25゜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。
【0023】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を旋回流として乱流化することが
でき、チューブ3の内周面に対する排気ガス10の接触
頻度や接触距離を大幅に増加することができるので、排
気ガス10をチューブ3の内周面に満遍なく且つ十分に
接触させてEGRクーラの熱交換効率を著しく向上する
ことができ、しかも、排気ガス10中に含まれる煤が旋
回中心に集まる作用を確実に維持し得てチューブ3内で
の煤の堆積を抑制することができる。
【0024】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、図示する例では一条
のスパイラル状突起を形成したものについてのみ説明し
たが、周方向に位相を変えて複数条のスパイラル状突起
を並存させたものであっても良いこと、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。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明のEGRクー
ラによれば、チューブ内を流れる排気ガスを旋回流とし
て乱流化することができ、チューブの内周面に対する排
気ガスの接触頻度や接触距離を大幅に増加することがで
きるので、排気ガスをチューブの内周面に満遍なく且つ
十分に接触させてEGRクーラの熱交換効率を著しく向
上することができ、しかも、排気ガス中に含まれる煤が
旋回中心に集まる作用を確実に維持し得てチューブ内で
の煤の堆積を抑制することができる等種々の優れた効果
を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す拡大断面図
である。
【図2】図1のスパイラル状突起の傾斜角について説明
するための側面図である。
【図3】図1のスパイラル状突起の高さ寸法について説
明するための概略断面図である。
【図4】スパイラル状突起の傾斜角に関する交換熱量と
圧力損失との関係を示すグラフである。
【図5】従来のEGRクーラの一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】 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 x 軸心線 θ 傾斜角
フロントページの続き (72)発明者 山下 洋二 東京都八王子市大和田町6丁目3番28号 三共ラヂエーター株式会社内 Fターム(参考) 3G062 ED08 ED10

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    チューブの内周面に、該チューブの軸心線と直交する面
    に対し5゜〜25゜の傾斜角を有するスパイラル状突起
    を形成したことを特徴とするEGRクーラ。
JP2000068676A 2000-03-13 2000-03-13 Egrクーラ Pending JP2001254649A (ja)

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