第 4 章 構造の異なる EGR クーラの比較
4.3 数種類の EGR クーラの比較試験
ンプル比較試験では，2.2.4項の運転モードで試験を行った．つまり，負荷運転 時の条件がエンジン回転数 2,000rpm，スロットル開度 30％である．このとき のスモーク濃度は10％であった．本節においても基本的にはアイドリング1時 間，負荷運転 1 時間の 2 時間周期の運転サイクルで実験を行った．しかし本節 で使用した負荷運転の条件としては，エンジン回転数は2,000rpmのままである が，スロットル開度を40％に変更した．スロットル開度を変更したことにより，
スモークメータでの測定結果はオパシティ30％となり，排ガス流量は32 g/sに 対し，PMの流量は約0.7 mg/sであった．各EGRクーラへの流量も等量分配で はなく任意の一定量とした．このように前節と異なる条件で試験した場合でも 前節と同様に堆積層に厚さに依存する熱交換性能の劣化が起こるか否かを確認 する．
なおエンジンベンチシステムは改造前の図 2-2 のシステムを使用し，熱交換 量は図2-18の熱交換性能試験機を使用して測定した．
評価に使用したEGRクーラサンプルの仕様を表4-3に示す．用意したサンプ ルは多管式がSample C，E，Fの3種類，フィン式がSample Dの1種類であ る．それぞれの仕様を見ると，Sample Cは排ガス側の伝熱面積が1,100 cm2， 質量1,125 g，熱交換器のケース断面サイズ80mm×45 mm，熱交換器長さ215 mmである．Sample Dは排ガス側の伝熱面積が2,500 cm2，質量1,680 g，熱 交換器のケース断面サイズ 90mm×45mm，熱交換器長さ 215 mm である．
Sample Eは排ガス側の伝熱面積が700 cm2，質量1,220 g，熱交換器の外径54 mm，熱交換器長さ220 mmである．Sample Fは排ガス側の伝熱面積が520 cm2， 質量 1,030 g，熱交換器の外径54mm，熱交換器長さ170 mmである．これら のサンプルの堆積試験には，排ガス流量をそれぞれのEGRクーラごとに任意の 一定量としたので，EGRクーラのサンプルごとの時間経過に対するPMの堆積 量の割合は，それなりの異なった値となる．
Table 4-3 EGR Cooler specification
520 cm2 700 cm2
2,500 cm2 1,100 cm2
Heat exchange area
（Exhaust gas side）
Multi tube type Multi tube
Plate-fin type type Multi tube
Heat exchanger type type
170 mm 220 mm
215 mm 215 mm
Cooler part length
φ54mm φ54mm
80mm×45mm 80mm×45mm
Outer size
1,030 g 1,220 g
1,680 g 1,125 g
Mass of EGR Cooler
Sample F Sample E
Sample D Sample C
520 cm2 700 cm2
2,500 cm2 1,100 cm2
Heat exchange area
（Exhaust gas side）
Multi tube type Multi tube
Plate-fin type type Multi tube
Heat exchanger type type
170 mm 220 mm
215 mm 215 mm
Cooler part length
φ54mm φ54mm
80mm×45mm 80mm×45mm
Outer size
1,030 g 1,220 g
1,680 g 1,125 g
Mass of EGR Cooler
Sample F Sample E
Sample D Sample C
4.3.2 比較試験結果
数種類のEGRクーラの比較結果を図4-8にまとめた．図4-8には横軸にエン ジンベンチの運転時間thr ，左側の縦軸に熱交換量の低下率β，右側の縦軸に堆 積量 G0をあらわした．図中には各サンプルの初期の熱交換量 Qinitialを示した．
それぞれの値は，多管式のSample Cが3.8 kW，フィン式のSample Dが3.9 kW， 多管式のSample Eが2.9 kW，多管式のSample Fが2.6 kWである．Sample CとSample Dは同等の熱交換量で高性能タイプであり，Sample EとSample F は同等の熱交換量であるが簡易タイプである．この熱交換量は図2-18の熱交換 性能測定機を使用し測定した．測定条件は，空気の流量を約14 g/s，空気入口側 温度約400 ℃，冷却水流量約10 L/min，冷却水入口温度約80 ℃とした．
種類の異なるEGRクーラについてそれぞれ比率は異なるが，図4-8の結果か ら PM の堆積量と熱交換量の低下率は一定の比例関係にあることがわかる．運 転時間に応じた各EGRクーラの性能推移は図4-8にあるとおり時間に応じて低 下しており，堆積量の推移は運転時間に応じて増加している．各EGRクーラの 時間あたりの堆積量はそれぞれ異なる結果となった．堆積量G0とガス側の伝熱 面積から堆積層厚さ hPMを算出した結果を表 4-4 にまとめた．そして，この結 果を用いて図4-8の右側の縦軸堆積量G0をかさ密度0.6 g/cm3を用いて堆積層 厚さ hPMに換算した結果を図 4-9 にあらわした．図 4-9 からも，これまでの結 果と同様に堆積層の厚さと熱交換量の低下率の間に一定の関係が見られた．
Fig.4-8 Effect of operation period on heat transfer performance deterioration ratio for various EGR Coolers and mass of EGR deposits
Elapsed time thr hour
Mass of EGR deposits G0g
◇Sample C
Qinitial＝3.8 kW
□Sample D
Qinitial＝3.9 kW
○Sample E
Qinitial＝2.9 kW
△Sample F
Qinitial＝2.6 kW
Mass of EGR deposits
Heat transfer performance deterioration ratio
Heat transfer performance deterioration ratio β
0 2 4 6
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 1 2 3 4 5
図4-10 に，数種類のEGRクーラの比較試験を行った結果から，堆積層厚さ hPMと熱交換量の低下率βの関係を示した．図4-7の結果と同様に，異なる種類 のEGRクーラに関しても熱交換量の低下率βと堆積層の厚さhPMの関係は一定 のであった．一例を示すと，堆積層厚さhPM が10μmの時に熱交換量は40％ 低下していた．
Fig.4-9 Effect of operation period on heat transfer performance deterioration ratio for various EGR Coolers and EGR deposits layer thickness
Table 4-4 Thickness of EGR deposits for various EGR Cooler
5.64 3.86
Thickness of EGR deposits hPM[μm] 1.32
2.35 1.61
Mass of EGR deposits G0[g] 0.55 Sample D
9.87 7.96
Thickness of EGR deposits hPM[μm] 2.95
1.81 1.46
Mass of EGR deposits G0[g] 0.54 Sample C
Thickness of EGR deposits hPM[μm]
Thickness of EGR deposits hPM[μm]
Mass of EGR deposits G0[g]
Mass of EGR deposits G0[g]
12.35 10.38
3.69
1.07 0.90
0.32 Sample F
Elapsed time of bench test 8 hours 4 hours
2 hours
1.49 1.08
0.40 Sample E
12.77 9.26
3.43
5.64 3.86
Thickness of EGR deposits hPM[μm] 1.32
2.35 1.61
Mass of EGR deposits G0[g] 0.55 Sample D
9.87 7.96
Thickness of EGR deposits hPM[μm] 2.95
1.81 1.46
Mass of EGR deposits G0[g] 0.54 Sample C
Thickness of EGR deposits hPM[μm]
Thickness of EGR deposits hPM[μm]
Mass of EGR deposits G0[g]
Mass of EGR deposits G0[g]
12.35 10.38
3.69
1.07 0.90
0.32 Sample F
Elapsed time of bench test 8 hours 4 hours
2 hours
1.49 1.08
0.40 Sample E
12.77 9.26
3.43
◇Sample C
Qinitial＝3.8 kW
□Sample D
Qinitial＝3.9 kW
○Sample E
Qinitial＝2.9 kW
△Sample F
Qinitial＝2.6 kW
EGR deposits layer thickness Heat transfer performance
deterioration ratio
0 2 4 6
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 5 10 15 20
Thickness of EGR deposits hPM μm
Elapsed time thr hour
Heat transfer performance deterioration ratio β
図4-11は，図4-7と図4-10 を重ね書きしたもので，スモーク濃度10％の場 合とスモーク濃度30％の場合について，熱交換量の低下率βと堆積層厚さ hPM
の関係を比較したものである．スモーク濃度10％の結果とスモーク濃度30%の 結果では，スモーク濃度30％の結果の方が堆積層の厚さに対する熱交換量の低
Fig.4-10 Relation between thickness of EGR deposits and heat transfer performance deterioration ratio for various EGR Coolers
◇Sample C Sample D Sample E Sample F
0 4 8 12 16
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Thickness of EGR Deposits hPM μm
Heat transfer performance deterioration ratio β
Fig.4-11 Heat transfer performance deterioration ratio about 10% smoke test and 30% smoke test
Thickness of EGR deposits hPM μm Heat transfer performance deterioration ratio β ○ Sample A
● Sample B
◇Sample C Sample D Sample E Sample F Smoke 10 %
Smoke 30 %
0 4 8 12 16
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
下率が顕著であった．これはEGRクーラを流れる排ガス性状の違いにより，熱 交換量の低下率が異なることを示している．つまり，EGRクーラの熱交換性能 を比較するためには，同じ排ガス条件で測定したサンプル間で比較を行う必要 がある．このような排ガスよる堆積層の性状の違いは，排ガス中に含まれるPM のかさ密度の違いだと考えられ，エンジンの負荷条件が異なるために生じたも のと考えられる．