JP2015206535A5

JP2015206535A5 -

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Publication number: JP2015206535A5
Application number: JP2014087237A
Authority: JP
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2034-04-21

Description

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、排気と排気内燃機関（１０）から排出された排気が上流側から下流側に向けて流れ方向に流通する排気流路（１１１）を備え、排気と排気流路（１１１）の外部を流通する冷却媒体との間で熱交換を行う排気熱交換器において、排気流路（１１１）内に設けられて、複数の板部（２２１）を有するフィン（１２０）を備え、複数の板部（２２１）は、流れ方向および当該流れ方向に直交する方向に並ぶよう設けられると共に、流れ方向に隣接する複数の板部（２２１）が、流れ方向に直交する方向にオフセットされ、複数の板部（２２１）は、複数の板部（２２１）から流れ方向に直交する方向に突出する突起部（２２４）を有し、排気流路（１１１）において、流れ方向および流れ方向に直交する方向の双方に直交する方向をフィン高さ方向、突起部の第１部位（Ａ）よりも流れ方向下流側に位置する部位を第２部位（Ｂ）、および突起部の第３部位（Ｃ）よりもフィン高さ方向において突起部（２２４）の中央部から遠い側に位置する部位を第４部位（Ｄ）としたときに、第２部位（Ｂ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量が、第１部位（Ａ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量よりも大きく、第３部位（Ｃ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量が、第４部位（Ｄ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量よりも大きくなっている。

これによれば、フィン（１２０）の板部（２２１）に突起部（２２４）を形成することで、フィンピッチを大きくする必要がなくなる。このため、熱交換性能を確保することができる。

また、第２部位（Ｂ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量が、第１部位（Ａ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量よりも大きく、第３部位（Ｃ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量が、第４部位（Ｄ）における複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量よりも大きくなっているので、排気流路（１１１）において、排気流れの速度が速い主流が、突出部（２２４）の壁面に沿って、排気流路（１１１）のうち排気流れの速度が遅い壁面近傍へ誘導される。このため、排気流路（１１１）の壁面近傍における排気流れの速度が速くなり、当該壁面近傍に未燃焼物質が堆積することを抑制できる。

さらに、請求項２に記載の発明のように、複数の板部（２２１）からの突起部（２２４）の突出量は、流れ方向上流側から下流側に向かうにつれて大きくなり、かつ、当該突起部（２２４）のフィン高さ方向の中央部に近づくにつれて大きくなっていてもよい。これによっても、同様に、熱交換性能を確保しつつ、未燃焼物質の堆積を抑制することができる。

次に、本実施形態のフィン１２０の詳細構成を、図４〜図６に基づいて説明する。図４および図５に示すように、フィン１２０は、複数のセグメント（複数の板部）２２１と、複数のセグメント２２１を連結する頂面部２２２とを備え、流れ方向から見た断面形状が波状（例えば、矩形波状）となるように形成されている。

セグメント２２１は、フィン１２０の波状の縦壁部に対応する部位であり、排気チューブ２１の対向する内側面同士を接続する。また、頂面部２２２は、フィン１２０の山部および谷部に対応する壁面であり、排気チューブ２１の当該内側面に当接するように接合される。

複数のセグメント２２１は、流れ方向および流れ方向に直交する方向（以下、波の連続する方向とする）に並ぶように設けられている。これにより、フィン１２０の流れ方向から見た断面形状は、波状となっている。さらに、流れ方向に隣接する複数のセグメント２２１が、流れ方向に直交する方向にオフセットされている。すなわち、フィン１２０は、オフセット型のインナーフィンをなしている。具体的には、図６に示すように、複数のセグメント２２１は、流れ方向に直交する方向に千鳥状（交互）に配置されている。

セグメント２２１は、当該セグメント２２１から波の連続する方向に突出した突起部２２４を有する。本実施形態では、突起部２２４は、セグメント２２１の一部を押圧して塑性変形させることにより形成されている。本実施形態では、全てのセグメント２２１において、突起部２２４の突出方向、換言すれば、セグメント２２１に対して突出する方向、が同一になっている（図５では右方）。

ここで、排気流路１１１において、排気の流れ方向および流れ方向に直交する方向の双方に直交する方向を、フィン高さ方向とする。

図４に示すように、突起部２２４のうち、任意の部位である第１部位（例えば、図４に符号Ａを付して示す部位）に対して流れ方向下流側に位置する部位を第２部位（例えば、図４に符号Ｂを付して示す部位）とする。このとき、第２部位Ｂにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量が、第１部位Ａにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量よりも大きくなっている。
また、突起部２２４のうち、任意の部位である第３部位（例えば、図４に符号Ｃを付して示す部位）に対して当該突起部２２４のフィン高さ方向の中央部から遠い側に位置する部位を第４部位（例えば、図４に符号Ｄを付して示す部位）とする。このとき、第３部位Ｃにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量が、第４部位Ｄにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量よりも大きくなっている。
本実施形態では、セグメント２２１からの突起部２２４の突出量は、流れ方向上流側から下流側に向かうにつれて大きくなり、かつ、当該突起部２２４のフィン高さ方向の中央部に近づくにつれて大きくなっている。

具体的には、突起部２２４は、図５に示すように、排気の流れ方向から見た平面視における形状が略三角形になっている。すなわち、突起部２２４の突出量は、当該突起部２２４のフィン高さ方向の中央部に近づくにつれて直線的に大きくなっている。

また、突起部２２４は、図６に示すように、フィン高さ方向から見た平面視における形状が略三角形になっている。すなわち、突起部２２４の突出量は、流れ方向上流側から下流側に向かって直線的に大きくなっている。

突起部２２４は、三角形状の２つの斜面２２５を有している。２つの斜面２２５同士は、突起部２２４のフィン高さ方向の中央部において接続されている。なお、突起部２２４のフィン高さ方向の中央部は、セグメント２２１のフィン高さ方向の中央部に配置されている。また、突起部２２４の排気流れ上流側の端部とセグメント２２１の排気流れ上流側の縁部との間には、隙間が形成されている。換言すれば、突起部２２４の排気流れ方向上流側の端部は、セグメント２２１の排気流れ方向上流側の縁部から排気流れ方向下流側に離れて位置している。

以上説明したように、本実施形態では、フィン１２０のセグメント２２１が突起部２２４を有している。これによれば、フィンピッチを大きくする必要がないため、熱交換性能を確保することができる。

また、本実施形態では、第２部位Ｂにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量が、第１部位Ａにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量よりも大きい。さらに、第３部位Ｃにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量が、第４部位Ｄにおけるセグメント２２１からの突起部２２４の突出量よりも大きい。すなわち、突起部２２４のセグメント２２１からの突出量は、流れ方向上流側から下流側に向かって大きくなり、かつ、当該突起部２２４のフィン高さ方向の中央部に近づくにつれて大きくなっている。

なお、上述したように、突起部２２４の流れ方向上流側の端部とセグメント２２１の流れ方向上流側の端面とが離間している。換言すれば、突起部２２４の排気流れ方向上流側の端部とセグメント２２１の排気流れ方向上流側の端面との間には、平面部が形成されている。このため、突起部２２４に切り込み部２２６を形成した場合であっても、フィン１２０（セグメント２２１）自体が切断されて分解されてしまうことはない。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図８に基づいて説明する。本第３実施形態では、上記第１実施形態と比較して、フィン１２０のセグメント２２１に複数の突起部２２４が設けられている点が異なるものである。

図８に示すように、セグメント２２１には、複数（本例では２つ）の突起部２２４が設けられている。複数の突起部２２４は、フィン高さ方向に並んで配置されている。本実施形態では、複数の突起部２２４の突出方向は、互いに等しくなっている。

本実施形態によれば、セグメント２２１に２つの突起部２２４を設けることで、図８の破線矢印に示すように、排気流路１１１において排気流れの速度が速い主流が、各突起部２２４におけるフィン高さ方向外側の斜面２２５に沿って、排気流路１１１のうち排気流れの速度が遅いチューブ内壁面近傍へ誘導される。また、セグメント２２１に２つの突起部２２４を設けることで、図８の実線矢印に示すように、排気流路１１１を流れる排気に、突起部２２４の排気流れ下流側端部から排気流れ下流側への旋回流れを生じさせる。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、図８の一点鎖線矢印に示すように、排気流路１１１において排気流れの速度が速い主流が、各突起部２２４におけるフィン高さ方向内側の斜面２２５に沿って、当該突起部２２４の排気流れ下流側に配置されるセグメント２２１へ誘導される。これにより、当該突起部２２４の排気流れ下流側に配置されるセグメント２２１の排気流れ上流側端部に未燃焼物質が堆積することをより確実に抑制できる。

（第４実施形態）
次に、第３実施形態について図９および図１０に基づいて説明する。第４実施形態では、上記第１実施形態と比較して、セグメント２２１に複数の突起部２２４が設けられている点が異なるものである。

図９および図１０に示すように、フィン１２０は、１つの突起部２２４が設けられた第１セグメント（第１板部）２２１ａと、フィン高さ方向に複数（本例では２つ）の突起部２２４が設けられた第２セグメント（第２板部）２２１ｂとを有している。

図９に示すように、第１セグメント２２１ａおよび第２セグメント２２１ｂは、排気の流れ方向に交互に並んで配置されている。また、図１０に示すように、排気の流れ方向から見た平面視において、第１セグメント２２１ａおよび第２セグメント２２１ｂは、波の連続する方向に交互に並んで配置されている。

本実施形態では、第１セグメント２２１ａおよび第２セグメント２２１ｂを、排気の流れ方向に交互に並んで配置しているので、１つの突起部２２４が設けられた第１セグメント２２１ａによる未燃焼物質の堆積抑制効果と、２つの突起部２２４が設けられた第２セグメント２２１ｂによる未燃焼物質の堆積抑制効果との両方を得ることができる。

（１）上記実施形態では、突起部２２４のセグメント２２１からの突出量を、当該突起部２２４のフィン高さ方向の中央部に近づくにつれて大きくなるように構成した例について説明したが、突起部２２４の構成はこれに限定されない。例えば、図１１および図１２に示すように、突起部２２４のセグメント２２１からの突出量を、当該突起部２２４のフィン高さ方向の中央部に近づくにつれて二次曲線的に大きくなるようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、突起部２２４のセグメント２２１からの突出量を、流れ方向上流側から下流側に向かって直線的に大きくなるように構成した例について説明したが、突起部２２４の構成はこれに限定されない。例えば、図１３および図１４に示すように、突起部２２４のセグメント２２１からの突出量を、流れ方向上流側から下流側に向かって二次曲線的に大きくなるようにしてもよい。

（３）上記第３実施形態では、セグメント２２１に突起部２２４を２つ設けた例について説明したが、これに限らず、突起部２２４を３つ以上設けてもよい。同様に、上記第４実施形態では、第２セグメント２２１ｂのセグメント２２１に突起部を２つ設けた例について説明したが、これに限らず、突起部２２４を３つ以上設けてもよい。

（４）上記第４実施形態では、フィン１２０において、第１セグメント２２１ａおよび第２セグメント２２１ｂを流れ方向に交互に並んで配置した例について説明したが、第１セグメント２２１ａおよび第２セグメント２２１ｂの配置はこれに限定されず、任意の配置としてもよい。

Claims

内燃機関（１０）から排出された排気が上流側から下流側に向けて流れ方向に流通する排気流路（１１１）を備え、前記排気と前記排気流路（１１１）の外部を流通する冷却媒体との間で熱交換を行う排気熱交換器であって、
前記排気流路（１１１）内に設けられて、複数の板部（２２１）を有するフィン（１２０）を備え、
前記複数の板部（２２１）は、前記流れ方向および当該流れ方向に直交する方向に並ぶよう設けられると共に、前記流れ方向に隣接する前記複数の板部（２２１）が、前記流れ方向に直交する方向にオフセットされ、
前記複数の板部（２２１）は、前記複数の板部（２２１）から前記流れ方向に直交する方向に突出する突起部（２２４）を有し、
前記排気流路（１１１）において、前記流れ方向および前記流れ方向に直交する方向の双方に直交する方向をフィン高さ方向、前記突起部の第１部位（Ａ）よりも前記流れ方向下流側に位置する部位を第２部位（Ｂ）、および前記突起部の第３部位（Ｃ）よりも前記フィン高さ方向において前記突起部（２２４）の中央部から遠い側に位置する部位を第４部位（Ｄ）としたときに、
前記第２部位（Ｂ）における前記複数の板部（２２１）からの前記突起部（２２４）の突出量が、前記第１部位（Ａ）における前記複数の板部（２２１）からの前記突起部（２２４）の突出量よりも大きく、
前記第３部位（Ｃ）における前記複数の板部（２２１）からの前記突起部（２２４）の突出量が、前記第４部位（Ｄ）における前記複数の板部（２２１）からの前記突起部（２２４）の突出量よりも大きくなっている排気熱交換器。
前記複数の板部（２２１）からの前記突起部（２２４）の突出量は、前記流れ方向上流側から下流側に向かうにつれて大きくなり、かつ、当該突起部（２２４）の前記フィン高さ方向の中央部に近づくにつれて大きくなっている請求項１に記載の排気熱交換器。
内燃機関（１０）から排出された排気が上流側から下流側に向けて流れ方向に流通する排気流路（１１１）を備え、前記排気と前記排気流路（１１１）の外部を流通する冷却媒体との間で熱交換を行う排気熱交換器であって、
前記排気流路（１１１）内に設けられて、複数の板部（２２１）を有するフィン（１２０）を備え、
前記複数の板部（２２１）は、前記流れ方向および当該流れ方向に直交する方向に並ぶよう設けられると共に、前記流れ方向に隣接する前記複数の板部（２２１）が、前記流れ方向に直交する方向にオフセットされ、
前記複数の板部（２２１）は、前記複数の板部（２２１）から前記流れ方向に直交する方向に突出する突起部（２２４）を有し、
前記排気流路（１１１）において、前記流れ方向および前記流れ方向に直交する方向の双方に直交する方向をフィン高さ方向としたときに、
前記複数の板部（２２１）からの前記突起部（２２４）の突出量は、前記流れ方向上流側から下流側に向かうにつれて大きくなり、かつ、当該突起部（２２４）の前記フィン高さ方向の中央部に近づくにつれて大きくなっている排気熱交換器。
前記突起部（２２４）は、前記中央部に沿って切り込み部（２２６）が形成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の排気熱交換器。
前記突起部（２２４）は、前記フィン高さ方向に並ぶよう前記複数の板部（２２１）に複数設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の排気熱交換器。
前記複数の板部（２２１）は、
前記突起部（２２４）が１つ設けられた第１板部（２２１ａ）と、
前記突起部（２２４）が前記フィン高さ方向に並ぶよう複数設けられた第２板部（２２１ｂ）と、を含む請求項１ないし４のいずれか１つに記載の排気熱交換器。
前記第１板部（２２１ａ）と前記第２板部（２２１ｂ）とが、前記流れ方向に直交する方向において交互に配置されている請求項６に記載の排気熱交換器。