(57)【要約】【課題】排気ガス用熱交換器のコア部とフランジ部との温度差を低減することができる排気ガス用熱交換装置を提供する。【解決手段】コア部７０の排気ガス流れ上流側の端部に、第１フランジ部７３を形成し、第１排気還流管５の排気ガス流れ下流側の端部に、第２フランジ部５１を形成し、第１フランジ部７３と第２フランジ部５１とを連結することにより、ＥＧＲクーラ７と第１排気還流管５とを接続し、第１フランジ部７３に冷却水が流通する冷却水通路８を形成し、冷却水通路８では、冷却水が第１フランジ部７３の板厚方向と直交する方向に流れるように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の排気側から排出される排気ガスが通過する排気流路を形成する排気流路形成部材（５）と、
前記排気ガスと冷却流体との間で熱交換を行うコア部（７０）を有する排気ガス用熱交換器（７）とを備え、
前記排気ガス用熱交換器（７）が、当該排気ガス用熱交換器（７）の前記排気ガス流れ上流側の端部において、前記排気流路形成部材（５）に接続されている排気ガス用熱交換装置であって、
前記コア部（７０）の前記排気ガス流れ上流側の端部には、第１フランジ部（７３）が形成されており、
前記排気流路形成部材（５）の前記排気ガス流れ下流側の端部には、第２フランジ部（５１）が形成されており、
前記第１フランジ部（７３）と前記第２フランジ部（５１）とを連結することにより、前記排気ガス用熱交換器（７）と前記排気流路形成部材（５）とが接続されており、
前記第１フランジ部（７３）および前記第２フランジ部（５１）のうち少なくとも一方のフランジ部には、前記冷却流体が流通する冷却流体通路（８）が形成されており、
前記冷却流体通路（８）では、前記冷却流体が当該少なくとも一方のフランジ部の板厚方向と直交する方向に流れるようになっていることを特徴とする排気ガス用熱交換装置。
【請求項２】
前記冷却流体通路（８）は、前記第１フランジ部（７３）に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス用熱交換装置。
【請求項３】
前記冷却流体通路（８）は、前記コア部（７０）を囲むように前記第１フランジ部（７３）の全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス用熱交換装置。
【請求項４】
前記冷却流体通路（８）は、前記第２フランジ部（５１）に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス用熱交換装置。
【請求項５】
前記第２フランジ部（５１）には、前記排気流路形成部材（５）の内部と前記コア部（７０）とを連通する排気ガス用貫通孔（５３）が形成されており、
前記冷却流体通路（８）は、前記排気ガス用貫通孔（５３）を囲むように前記第２フランジ部（５１）の全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の排気ガス用熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における燃焼により発生する排気ガスと冷却流体との間で熱交換を行う排気ガス用熱交換装置に関するものであり、一般にＥＧＲと称される排気ガス再循環装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス用熱交換装置として、排気ガスと冷却流体との間で熱交換を行う排気ガス用熱交換器と、排気ガスが流通する排気流路形成部材とを連結することにより構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような排気ガス用熱交換装置においては、排気ガス用熱交換器に形成された熱交換器側フランジ部と、排気流路形成部材に形成された排気側フランジ部とを連結することによって、排気ガス用熱交換器と排気流路形成部材とを接続している。
【特許文献１】特開２００７−９７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の排気ガス用熱交換装置では、高温の排気ガスが排気ガス用熱交換器内を流れた場合、排気ガス用熱交換器のコア部には冷却流体が流れているので、温度はほとんど上昇しない。しかしながら、熱交換器側フランジ部には冷却流体が流れていないので、温度が高くなってしまう。このため、排気ガス用熱交換器のコア部と熱交換器側フランジ部との温度差が大きくなり、熱歪みが発生するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、排気ガス用熱交換器のコア部とフランジ部との温度差を低減することができる排気ガス用熱交換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、コア部（７０）の排気ガス流れ上流側の端部には、第１フランジ部（７３）が形成されており、排気流路形成部材（５）の排気ガス流れ下流側の端部には、第２フランジ部（５１）が形成されており、第１フランジ部（７３）と第２フランジ部（５１）とを連結することにより、排気ガス用熱交換器（７）と排気流路形成部材（５）とが接続されており、第１フランジ部（７３）および第２フランジ部（５１）のうち少なくとも一方のフランジ部には、冷却流体が流通する冷却流体通路（８）が形成されており、冷却流体通路（８）では、冷却流体が当該少なくとも一方のフランジ部の板厚方向と直交する方向に流れるようになっていることを特徴としている。
【０００７】
これによれば、第１フランジ部（７３）および第２フランジ部（５１）のうち少なくとも一方を冷却流体により冷却することができるので、排気ガス用熱交換器（７）内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部（７３）および第２フランジ部（５１）の温度が上昇することを抑制できる。このため、排気ガス用熱交換器（７）のコア部（７０）と第１フランジ部（７３）との温度差を低減することが可能となる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、冷却流体通路（８）は、第１フランジ部（７３）に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、第１フランジ部（７３）を冷却流体により直接冷却することができるので、排気ガス用熱交換器（７）内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部（７３）の温度が上昇することをより抑制できる。このため、排気ガス用熱交換器（７）のコア部（７０）と第１フランジ部（７３）との温度差をより低減することが可能となる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明では、冷却流体通路（８）は、コア部（７０）を囲むように第１フランジ部（７３）の全周にわたって形成されていることを特徴としている。
【００１１】
これによれば、第１フランジ部（７３）を全周にわたって冷却することができるので、排気ガス用熱交換器（７）内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部（７３）の温度が上昇することをより確実に抑制できる。このため、排気ガス用熱交換器（７）のコア部（７０）と第１フランジ部（７３）との温度差をより確実に低減することが可能となる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明では、冷却流体通路（８）は、第２フランジ部（５１）に形成されていることを特徴としている。
【００１３】
これによれば、第２フランジ部（５１）を冷却流体により冷却することができるので、第２フランジ部（５１）に連結されている第１フランジ部（７３）を冷却することができる。このため、排気ガス用熱交換器（７）内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部（７３）の温度が上昇することを抑制できるので、排気ガス用熱交換器（７）のコア部（７０）と第１フランジ部（７３）との温度差を低減することが可能となる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明では、第２フランジ部（５１）には、排気流路形成部材（５）の内部とコア部（７０）とを連通する排気ガス用貫通孔（５３）が形成されており、冷却流体通路（８）は、排気ガス用貫通孔（５３）を囲むように第２フランジ部（５１）の全周にわたって形成されていることを特徴としている。
【００１５】
これによれば、第２フランジ部（５１）を全周にわたって冷却することができるので、第２フランジ部（５１）に連結されている第１フランジ部（７３）を確実に冷却することができる。このため、排気ガス用熱交換器（７）内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部（７３）の温度が上昇することをより抑制できるので、排気ガス用熱交換器（７）のコア部（７０）と第１フランジ部（７３）との温度差をより低減することが可能となる。
【００１６】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態では、内燃機関用排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲという）に用いられる排気ガス用熱交換装置（以下、ＥＧＲモジュールという）に、本発明を適用した例を説明する。
【００１９】
図１は、本第１実施形態に係るＥＧＲモジュールを用いたＥＧＲの全体構成を示す概略図である。図１に示すＥＧＲは、例えば、内燃機関としてのディーゼル式のエンジン１に使用されるものである。
【００２０】
このＥＧＲは、エンジン１の排気ガスが流れる排気管２と、エアクリーナ１０で濾過された吸入空気が流れている吸気管３とに接続された排気ガス還流路４を備えている。
【００２１】
この排気ガス還流路４は、排気管２を流れる排気ガスの一部を吸気管３に再循環させるためのものである。排気ガス還流路４は、排気管２より分岐する第１排気還流管５と、吸気管３に合流する第２排気還流管６と、第１排気還流管５と第２排気還流管６との間に直接結合された排気ガス用熱交換器（以下、ＥＧＲクーラという）７とにより構成されている。
【００２２】
図２は、本第１実施形態におけるＥＧＲクーラ７近傍を示す模式図である。図２に示すように、ＥＧＲクーラ７は、第１排気還流管５の排気流れ下流側に配設されており、排気ガスとエンジン１の冷却水との間で熱交換を行い、排気ガスを冷却するようになっている。ここで、第１排気還流管５は、排気ガスが通過する排気流路を形成しており、本発明の排気流路形成部材に相当している。
【００２３】
図３は、本第１実施形態におけるＥＧＲクーラ７を排気ガス流れ上流側から見た状態を示す正面図である。図３に示すように、ＥＧＲクーラ７は、上下方向に延びる複数本のチューブ７１と、この複数本のチューブ７１相互間に配置されるフィン７２とで構成され、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行うコア部７０を備えている。チューブ７１内には冷却水が通過するようになっており、複数本のチューブ７１相互間には排気ガスが通過するようになっている。
【００２４】
図２に戻り、コア部７０の排気ガス流れ上流側の端部には、ＥＧＲクーラ７と第１排気還流管５とを接続するための第１フランジ部７３が設けられている。また、第１排気還流管５の排気ガス流れ下流側の端部には、ＥＧＲクーラ７と第１排気還流管５とを接続するための第２フランジ部５１が設けられている。本実施形態では、第１フランジ部７３と第２フランジ部５１とを連結することにより、ＥＧＲクーラ７と第１排気還流管５とが接続されている。なお、第１フランジ部７３と第２フランジ部５１とは、熱的に接触している。
【００２５】
また、コア部７０の排気ガス流れ下流側の端部には、ＥＧＲクーラ７と第２排気還流管６とを接続するための第３フランジ部７４が設けられている。
【００２６】
第１フランジ部７３には、その板厚方向、すなわち排気ガス流れ方向に貫通する第１貫通孔７３０が設けられている。また、第２フランジ部５１には、その板厚方向に貫通する第２貫通孔５１０が設けられている。第１貫通孔７３０および第２貫通孔５１０は、第１フランジ部７３と第２フランジ部５１とを連結した際に、互いに連通するように形成されている。
【００２７】
第２貫通孔５１０には、エンジン１から流出した冷却水が流通する冷却水用パイプ５２が接続されている。第１貫通孔７３０には、当該第１貫通孔７３０とコア部７０とを連通させる第１冷却水配管７５の一端部が接続されている。第１冷却水配管７５の他端部は、コア部７０の排気ガス流れ上流側の端部に接続されている。したがって、エンジン１から流出した冷却水は、冷却水用パイプ５２、第２貫通孔５１０、第１貫通孔７３０および第１冷却水配管７５を通ってコア部７０内に流入する。
【００２８】
図４は図３のＡ−Ａ断面図で、図５は図２のＢ−Ｂ断面図である。図４および図５に示すように、第１フランジ部７３のコア部７０の周囲には、環状の冷却水通路８が全周に亘って形成されている。すなわち、冷却水通路８は、排気ガス流れ方向から見た際に、コア部７０を囲むように形成されている。冷却水通路８では、冷却水が第１フランジ部７３の板厚方向と直交する方向に流れるようになっている。
【００２９】
冷却水通路８は、第１フランジ７３の内部に形成されている。冷却水通路８はその上端部で第１貫通孔７３０と連通しており、これにより冷却水通路８内に冷却水が流入するようになっている。また、冷却水通路８の下端部には、当該冷却水通路８とコア部７０とを連通させる第２冷却水配管７６の一端部が接続されている。第２冷却水配管７６の他端部は、コア部７０の排気ガス流れ上流側の端部に接続されている。
【００３０】
また、ＥＧＲクーラ７の第３フランジ部７４には、その板厚方向に貫通する第３貫通孔７４０が設けられている。第３貫通孔７４０には、当該第３貫通孔７４０とコア部７０とを連通させる第３冷却水配管７７の一端部が接続されている。第３冷却水配管７７の他端部は、コア部７０の排気ガス流れ下流側の端部に接続されている。このため、第１、第２冷却水配管７５、７６を介してコア部７０内に流入した冷却水は、コア部７０内を排気ガス流れ上流側から下流側に向かって流れ、第３冷却水配管７７を介してコア部７０の外部に流出し、エンジン１（図１参照）に還流されるようになっている。
【００３１】
以上説明したように、ＥＧＲクーラ７の第１フランジ部７３内に冷却水通路８を形成することで、第１フランジ部７３を冷却水により直接冷却することができる。このため、ＥＧＲクーラ７内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部７３の温度が上昇することを抑制できる。これにより、ＥＧＲクーラ７のコア部７０と第１フランジ部７３との温度差を低減することが可能となり、熱歪みを低減することができる。
【００３２】
また、冷却水通路８を第１フランジ部７３の全周にわたって形成することで、第１フランジ部７３を全周にわたって冷却することができる。このため、ＥＧＲクーラ７内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部７３の温度が上昇することをより確実に抑制できる。これにより、ＥＧＲクーラ７のコア部７０と第１フランジ部７３との温度差をより確実に低減することが可能となる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６および図７に基づいて説明する。図６は本第２実施形態におけるＥＧＲクーラ７近傍を示す模式図で、図７は図６のＣ−Ｃ断面図である。
【００３４】
図６および図７に示すように、第１排気還流管５の第２フランジ部５１には、第１排気還流管５の内部とコア部７０とを連通する排気ガス用貫通孔５３が形成されている。このため、エンジン１から排出された排気ガスは、排気ガス用貫通孔５３を介してコア部７０に流入するようになっている。
【００３５】
第２フランジ部５１の排気ガス用貫通孔５３の周囲には、環状の冷却水通路８が全周に亘って形成されている。すなわち、冷却水通路８は、排気ガス流れ方向から見た際に、排気ガス用貫通孔５３を囲むように形成されている。冷却水通路８は、第２フランジ５１の内部に形成されている。冷却水通路８はその上端部で第２貫通孔５１０と連通しており、これにより冷却水通路８内に冷却水が流入するようになっている。また、冷却水通路８では、冷却水が第２フランジ部５１の板厚方向と直交する方向に流れるようになっている。
【００３６】
以上説明したように、第１排気還流管５の第２フランジ部５１内に冷却水通路８を形成することで、第２フランジ部５１を冷却水により冷却することができるので、第２フランジ部５１に連結されている、すなわち熱的に接触している第１フランジ部７３を冷却することができる。このため、ＥＧＲクーラ７内に高温の排気ガスが流れた際に、第１フランジ部７３の温度が上昇することを抑制できる。これにより、ＥＧＲクーラ７のコア部７０と第１フランジ部７３との温度差を低減することが可能となる。
【００３７】
また、冷却水通路８を、第２フランジ部５１の全周にわたって形成することで、第２フランジ部５１を全周にわたって冷却することができるので、第２フランジ部５１に連結されている第１フランジ部７３を確実に冷却することができる。このため、ＥＧＲクーラ７のコア部７０と第１フランジ部７３との温度差をより低減することが可能となる。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図８〜図１０に基づいて説明する。図８は本第３実施形態におけるＥＧＲクーラ７近傍を示す模式図、図９は本第３実施形態におけるＥＧＲクーラ７を排気ガス流れ上流側から見た状態を示す正面図、図１０は図９のＤ−Ｄ断面図である。
【００３９】
図８〜図１０に示すように、本実施形態のＥＧＲクーラ７は、コア部７０に流入した排気ガスがコア部７０内部でＵターンして流れるように構成されている。より詳細には、コア部７０における第１フランジ部７３に接続される側（図８における左側）の端部から流入した排気ガスが、コア部７０内部でＵターンをし、コア部７０における第１フランジ部７３に接続される側の端部から流出するようになっている。
【００４０】
具体的には、本実施形態のコア部７０は、チューブ７１の積層方向に２つに分割されている。ここで、２つに分割されたコア部７０のうち、第１排気還流管５から流出した排気ガスが流通するものを第１コア部７０ａといい、第１コア部７０ａを通過した後の排気ガスが流通するものを第２コア部７０ｂという。
【００４１】
コア部７０における第１フランジ部７３と反対側（図８における右側）の端部には、第１コア部７０ａと第２コア部７０ｂとを連通させるガスタンク７８が接続されている。このため、第１コア部７０ａから流出した排気ガスは、ガスタンク７８内部でＵターンし、第２コア部７０ｂに流入するようになっている。
【００４２】
本実施形態の冷却水通路８は、第１フランジ７３の内部に形成されている。冷却水通路８はその上端部で第１貫通孔７３０と連通しており、これにより冷却水通路８内に冷却水が流入するようになっている。また、コア部７０におけるガスタンク７８が接続されている側の端部には、コア部７０から冷却水を流出させる第３冷却水配管７７が接続されている。
【００４３】
以上説明したように、ＥＧＲクーラ７の第１フランジ部７３内に冷却水通路８を形成することで、第１フランジ部７３を冷却水により直接冷却することができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００４４】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、冷却水通路８を第１フランジ部７３（第２実施形態では第２フランジ部５１）の全周に亘って形成した例について説明したが、これに限らず、図１１に示すように、冷却水通路８をコア部７０の周囲に部分的に形成してもよい。
【００４５】
また、上記各実施形態では、排気流路形成部材として第１排気還流管５を用いた例について説明したが、これに限らず、排気ガス還流路４の排気流れ途中に配設され、排気ガス還流路４の通路面積を調整して吸気系へ還流される排出ガスの量を調整する排気ガス流量比調節弁を用いてもよい。
【００４６】
また、上記各実施形態では、冷却水通路８を第１フランジ部７３および第２フランジ部５１のうちいずれか一方にのみ形成した例について説明したが、これに限らず、冷却水通路８を第１フランジ部７３および第２フランジ部５１の両方に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態に係るＥＧＲモジュールを用いたＥＧＲの全体構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態におけるＥＧＲクーラ７近傍を示す模式図である。
【図３】第１実施形態におけるＥＧＲクーラ７を排気ガス流れ上流側から見た状態を示す正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】第２実施形態におけるＥＧＲクーラ７近傍を示す模式図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】第３実施形態におけるＥＧＲクーラ７近傍を示す模式図である。
【図９】第３実施形態におけるＥＧＲクーラ７を排気ガス流れ上流側から見た状態を示す正面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】他の実施形態におけるＥＧＲクーラ７を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
５    第１排気還流管（排気流路形成部材）
７    ＥＧＲクーラ（排気ガス用熱交換器）
８    冷却水通路（冷却流体通路）
５１  第２フランジ部
７３  第１フランジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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