(57)【要約】【課題】冷却水の局部沸騰を抑えることのできるＥＧＲクーラを提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラ７０は、一端に設けられるガス流入口４０Ａから他端に設けられるガス流出口４０ＢへとＥＧＲガスが流れるケーシング５０を備えている。また、ＥＧＲクーラ７０は、ケーシング５０内に設けられてＥＧＲガスを冷却する冷却構造体を備える。冷却構造体には、機関の冷却水によりＥＧＲガスを冷却する水冷部９０を構成する冷却水通路５３と、冷却水よりも沸点の高い冷媒で満たされた冷媒部５４とが備えられている。冷媒部５４は、冷却構造体にあってガス流入口４０Ａ側に設けられる。【選択図】図２
2010112355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に設けられるガス流入口から他端に設けられるガス流出口へとＥＧＲガスが流れるケーシングと、同ケーシングに設けられて前記ＥＧＲガスを冷却する冷却構造体とを備えるＥＧＲクーラにおいて、
前記冷却構造体には、機関の冷却水により前記ＥＧＲガスを冷却する水冷部と、前記冷却水よりも沸点の高い冷媒で満たされた冷媒部とが備えられており、
前記冷媒部は、前記冷却構造体の前記ガス流入口側に設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記水冷部は、前記ケーシングの前記ガス流入口側に設けられた冷却水導入部と、前記ケーシングの前記ガス流出口側に設けられて前記冷却水が排出される冷却水排出部とを有し、
前記冷媒部は、前記冷却水導入部を基準にして前記冷却水排出部から離間する側に設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記冷媒は、加圧された状態で前記冷媒部に封入されている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項４】
一端に設けられるガス流入口から他端に設けられるガス流出口へとＥＧＲガスが流れるケーシングと、同ケーシングに設けられて前記ＥＧＲガスを冷却する冷却構造体とを備えるＥＧＲクーラにおいて、
前記冷却構造体には、機関の冷却水により前記ＥＧＲガスを冷却する水冷部と、前記冷却水よりも沸点の低い冷媒が気相及び液相の状態で封入された冷媒部とが備えられており、
前記冷媒部は、前記冷却構造体の前記ガス流入口側にあって前記水冷部と接触した状態で設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【請求項５】
請求項４に記載のＥＧＲクーラにおいて、
前記水冷部は、前記ケーシングの前記ガス流入口側に設けられた冷却水導入部と、前記ケーシングの前記ガス流出口側に設けられて前記冷却水が排出される冷却水排出部とを有し、
前記冷媒部は、前記冷却水導入部及び前記冷却水排出部から離間した位置に設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は吸気系に再循環させる排気を冷却するＥＧＲクーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるべく、排気の一部をインテークマニホールド等の吸気系に再循環させる排気再循環装置が広く知られている。
こうした排気再循環装置には、高温の排気を冷却した状態で吸気系に再循環させるためにＥＧＲクーラが設けられる。例えば特許文献１に記載のＥＧＲクーラでは、ＥＧＲガスが流れるケーシング内に機関の冷却水が流れる冷却水通路が設けられており、その冷却水通路の壁面を介して冷却水とＥＧＲガスとの熱交換を行うようにしている。
【特許文献１】特開２００８‐１２１６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記ケーシングにおいてＥＧＲガスが流入する流入口では、冷却がなされる前の高温の排気が流れ込むため、上記流入口近傍に設けられた冷却水通路内の冷却水が高温になりやすい。このような高温部位では、冷却水の温度が沸点を超えやすくなるため、冷却水が局部沸騰してしまうおそれがあり、この場合には、例えば、以下のような不都合等が生じる。
【０００４】
まず、冷却水通路内の冷却水が沸騰すると、冷却水通路の内壁に接触する液相状態の冷却水が減少するため、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換率が低下してしまうようになる。
また、機関の冷却水を循環させるポンプにも気泡が混入するようになるため、ポンプの効率が低下してしまう。また、冷却水の沸騰時に発生する音がＥＧＲクーラから放射音として増幅されることにより、比較的大きな異音が発生してしまうおそれもある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は冷却水の局部沸騰を抑えることのできるＥＧＲクーラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、一端に設けられるガス流入口から他端に設けられるガス流出口へとＥＧＲガスが流れるケーシングと、同ケーシングに設けられてＥＧＲガスを冷却する冷却構造体とを備えるＥＧＲクーラにおいて、冷却構造体には、機関の冷却水によりＥＧＲガスを冷却する水冷部と、冷却水よりも沸点の高い冷媒で満たされた冷媒部とが備えられており、冷媒部は、冷却構造体のガス流入口側に設けられていることをその要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、ガス流入口から流入した高温のＥＧＲガスが、まず、冷媒部で冷却されることによりガス温が低下され、そのように冷却された状態のＥＧＲガスが水冷部を通過するようになる。このように、水冷部を通過する前のＥＧＲガスの温度を低下させることができるようになるため、ＥＧＲガスが流入するガス流入口近傍での冷却水の局部沸騰を抑えることが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＥＧＲクーラにおいて、水冷部は、ケーシングのガス流入口側に設けられた冷却水導入部と、ケーシングのガス流出口側に設けられて冷却水が排出される冷却水排出部とを有し、冷媒部は、冷却水導入部を基準にして冷却水排出部から離間する側に設けられていることをその要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、冷却水導入部から流入した冷却水は、冷却水排出部に向かって流れるため、冷却水導入部を基準にして冷却水排出部から離間する側の部位は、冷却水の流量が低下しやすく、同冷却水の温度が高温になりやすい。この点、同構成によれば、そうした冷却水流量の低下しやすい部位、いわゆる淀み部に上記冷媒部が設けられるため、冷却水の局部沸騰をより好適に抑えることができるようになる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のＥＧＲクーラにおいて、冷媒は、加圧された状態で冷媒部に封入されていることをその要旨とする。
上記構成によれば、冷媒部の冷媒が加圧された状態で封入されているため、冷媒の沸点をより高くすることができ、これによりＥＧＲガスによる冷媒の沸騰をより確実に抑えることが可能になる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、一端に設けられるガス流入口から他端に設けられるガス流出口へとＥＧＲガスが流れるケーシングと、同ケーシングに設けられてＥＧＲガスを冷却する冷却構造体とを備えるＥＧＲクーラにおいて、冷却構造体には、機関の冷却水によりＥＧＲガスを冷却する水冷部と、冷却水よりも沸点の低い冷媒が気相及び液相の状態で封入された冷媒部とが備えられており、冷媒部は、冷却構造体のガス流入口側にあって水冷部と接触した状態で設けられていることをその要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、ガス流入口から流入した高温のＥＧＲガスによって冷媒部の冷媒は容易に気化され、その気化熱により、同冷媒部に接触した状態で設けられる水冷部内の冷却水が冷却される。従って、同構成によっても、ＥＧＲガスが流入するガス流入口近傍での冷却水の局部沸騰を抑えることが可能となる。
【００１３】
また、同構成においては、冷媒部内の冷媒が気相及び液相の状態で封入されている。そのため、高温のＥＧＲガスによって気化された冷媒は、冷媒部に接触した状態で設けられる水冷部内の冷却水によって冷却され、再び液相に戻るようになる。従って、冷媒の気化熱を利用した冷却水の冷却サイクルを繰り返し行うことも可能になる。
【００１４】
また、ガス流入口から流入した高温のＥＧＲガスを冷媒の気化熱で冷却することも可能になる。
なお、同構成において冷媒を気相及び液相の状態で冷媒部に封入するには、冷媒部の内部容量よりも少ない量の液相状態の冷媒を同冷媒部に封入すればよい。このようにすることで、冷媒部の内圧が冷媒の飽和蒸気圧に達するまで液相状態の冷媒は気化するため、同冷媒部内に気相状態の冷媒と液相状態の冷媒とを混在させることができる。また、ガス流入口側に液相の冷媒が、ガス流出口側に気相の冷媒がそれぞれ集まるように、ＥＧＲクーラの取り付け方向を設定する（例えばガス流入口側が重力方向下方を向くように設定する）ことにより、上記冷却サイクルを好適に繰り返すことができる。また、冷媒が気化すると冷媒部内の圧力が高くなって同冷媒の沸点が上昇し、上述したような気化熱による冷却効果が低下してしまうため、冷媒部内の内圧は可能な範囲で低くしておくことが望ましい。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のＥＧＲクーラにおいて、水冷部は、ケーシングのガス流入口側に設けられた冷却水導入部と、ケーシングのガス流出口側に設けられて冷却水が排出される冷却水排出部とを有し、冷媒部は、冷却水導入部及び前記冷却水排出部から離間した位置に設けられていることをその要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、冷却水導入部から流入した冷却水は、冷却水排出部に向かって流れるため、冷却水導入部近傍や冷却水排出部近傍においては冷却水の流量が多くなるものの、それら冷却水導入部及び冷却水排出部から離間した位置では、冷却水の流量が低下しやすく、同冷却水の温度が高温になりやすい。この点、同構成によれば、そうした冷却水流量の低下しやすい部位、いわゆる淀み部に上記冷媒部が設けられるため、冷却水の局部沸騰をより好適に抑えることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に、本実施形態における排気再循環装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと称する）の全体構成を示す。同図１に示すように、本実施形態におけるエンジンは、吸気通路１０、燃焼室２０、そして排気通路３０を備えている。
【００１８】
吸気通路１０の一部を構成する吸気管１２には、エンジンの吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１１が配設されている。さらに、吸気管１２にあってスロットルバルブ１１の下流側は、吸気脈動等を抑制するためのサージタンク１４が一体に形成された樹脂製の吸気マニホールド１３に接続されている。この吸気マニホールド１３は、サージタンク１４の上流側（吸気管１２との接続側）に１本の管を、サージタンク１４の下流側に複数の管をそれぞれ備えている。そして、吸気マニホールド１３にあってサージタンク１４の上流側に備えられた１本の管に吸気管１２が接続されており、サージタンク１４の下流側に備えられた複数の管はエンジンのシリンダヘッドに形成された複数の吸気ポート１５にそれぞれ接続されている。そして、各吸気ポート１５は各気筒の燃焼室２０に連通されている。こうして吸気上流側から各気筒の燃焼室２０へと順に接続される吸気管１２、吸気マニホールド１３、及び吸気ポート１５にて、エンジンの吸気系である吸気通路１０が構成されている。
【００１９】
一方、同図１に示されるように、各気筒の燃焼室２０は、シリンダヘッドにあって各気筒に対応して複数形成された排気ポート３１にそれぞれ連通されており、同排気ポート３１の排気下流側には排気マニホールド３２が接続されている。この排気マニホールド３２は、その排気上流側（排気ポート３１との接続側）に複数の管を、その排気下流側に１本の集合管をそれぞれ備えている。そして、排気ポート３１は、排気マニホールド３２の上記複数の管及び上記集合管を介して排気管３３に連通されている。この排気管３３には、排気を浄化するための排気浄化触媒３４ａが設けられている。こうして各気筒の燃焼室２０から排気下流側へと順に接続される排気ポート３１、排気マニホールド３２、及び排気管３３にて、エンジンの排気系である排気通路３０が構成されている。
【００２０】
さらに、本実施形態のエンジンには、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）が設けられている。ＥＧＲ装置について以下に詳しく説明する。
【００２１】
ＥＧＲ装置は、同図１に示されるように、上記排気通路３０内を流れる排気の一部（以下ＥＧＲガスと称する）を吸気通路１０に導入するべく設けられるＥＧＲ通路４０を備えている。詳しくは、このＥＧＲ通路４０は、排気管３３にあって排気浄化触媒３４ａの排気下流側と、サージタンク１４とが連通されるように配設されている。
【００２２】
加えて、ＥＧＲ通路４０の途中には、同ＥＧＲ通路４０内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ７０（同図１の右方）が備えられている。このＥＧＲクーラ７０は、外筒を構成するとともにその内部に冷却水通路が設けられたケーシング５０、同ケーシング５０に接続された冷却水導入路８１及び冷却水排出路８２等で構成されている。そして、ケーシング５０内の冷却水通路には、冷却水導入路８１を介して機関の冷却水が導入されるとともに、冷却水排出路８２を介して機関の冷却水が排出される。こうした冷却水の循環はウォータポンプにより行われる。
【００２３】
上述のように冷却水通路内を循環する冷却水とＥＧＲガスとの熱交換を行わせることにより、ＥＧＲクーラ７０によるＥＧＲガスの冷却が行われる。こうしたＥＧＲクーラ７０の構造については、後に詳しく説明することとする。
【００２４】
また、ＥＧＲ通路４０にあってＥＧＲクーラ７０の排気下流側には、吸気通路１０内に導入されるＥＧＲガスの量を調整するためのＥＧＲバルブ７５が備えられている。
このＥＧＲバルブ７５は、電子制御装置６０によってその駆動が制御されている。この電子制御装置６０は、各種の演算処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータの記憶されたリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び外部との信号の送受にかかる入出力ポート（Ｉ／Ｏ）とを備えて構成されている。
【００２５】
そして、電子制御装置６０には、機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ６１、機関回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ６２、エンジンの吸入空気量ＧＡ及びその吸気温ＴＨＡを検出するエアフロメータ６３等が接続されている。
【００２６】
電子制御装置６０は、こうした機関冷却水温ＴＨＷ、機関回転速度ＮＥ、吸入空気量ＧＡ及び吸気温ＴＨＡ等の機関運転状態に基づいてＥＧＲバルブ７５の開度制御を行うことにより、吸気通路１０に導入されるＥＧＲガスの量が制御される。こうしたＥＧＲ制御を実行されることにより、機関運転状態に応じた最適な量の排気が再循環される。
【００２７】
ところで、上記ケーシング５０においてＥＧＲガスが流入する流入口（図１における下方側）では、冷却がなされる前の高温の排気が流れ込むため、流入口近傍に設けられた冷却水通路内の冷却水が高温になりやすい。このような高温部位では、冷却水の温度が沸点を超えやすくなるため、冷却水が局部沸騰してしまうおそれがあり、この場合には、例えば、以下のような不都合等が生じる。
【００２８】
まず、冷却水通路内の冷却水が沸騰すると、冷却水通路の内壁に接触する液相状態の冷却水が減少するため、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換率が低下してしまうようになる。
また、機関の冷却水を循環させるポンプにも気泡が混入するようになるため、ポンプの効率が低下してしまう。また、冷却水の沸騰時に発生する音がＥＧＲクーラ７０から放射音として増幅されることにより、比較的大きな異音が発生してしまうおそれもある。
【００２９】
そこで、本実施形態においては、ＥＧＲクーラ７０内に後述する冷媒部を設けることにより、上述したような冷却水の局部沸騰を抑えるようにしている。以下、上記冷媒部を備えたＥＧＲクーラ７０の構造について、図２〜図４を参照して詳しく説明する。
【００３０】
図２に、ＥＧＲクーラ７０の断面図（排気の流れ方向における断面図）を示す。そして、図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）に、図２に示したＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、及びＣ−Ｃ線における断面図をそれぞれ示す。
【００３１】
図２に示すように、ＥＧＲクーラ７０のケーシング５０は、同図２の上下方向における両端部が開口する中空状の直方体をなす胴体部５１を有している。また、胴体部５１における上記両端部には、直方体の部位から遠ざかるほど、断面が縮小するように形成されたテーパ部５１ａがそれぞれ設けられている。これらテーパ部５１ａにあって断面が縮小された側の各端部は、上記ＥＧＲ通路４０にそれぞれ接続されている。より詳細には、図２において胴体部５１の下方に位置するテーパ部５１ａの端部は、排気通路３０側に接続されたＥＧＲ通路４０が接続されており、この端部はガス流入口４０Ａとなっている。また、図２において胴体部５１の上方に位置するテーパ部５１ａの端部は、サージタンク１４側に接続されたＥＧＲ通路４０が接続されており、この端部はガス流出口４０Ｂとなっている。
【００３２】
また、ケーシング５０には、胴体部５１の外周に沿って冷却水が流れる冷却水路８０が設けられている。詳しくは、図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）等に示すように、冷却水路８０は、胴体部５１の外壁面と、同外壁面に対して略等間隔をなして胴体部５１の外周を包囲する側面８０ａと、同側面８０ａにあって先の図２の上下方向における両端部から、胴体部５１の外壁に対して略垂直方向に延伸されて形成される端面８０ｂとで区画形成されている。
【００３３】
こうした冷却水路８０には、上述したように、側面８０ａを貫通して同冷却水路８０内に開口するように、冷却水導入路８１（図２の右方）及び冷却水排出路８２（同図２の左方）が設けられている。より詳しくは、冷却水路８０において、冷却水導入路８１は、ケーシング５０のガス流入口４０Ａ側に設けられており、冷却水排出路８２は、ケーシング５０のガス流出口４０Ｂ側に設けられている。そして、冷却水導入路８１及び冷却水排出路８２は、同図２に示されるように、胴体部５１を介して互いに離間した位置に設けられている。こうした冷却水導入路８１及び冷却水排出路８２にあって、冷却水路８０内に開口する部位を、以下では、それぞれ冷却水導入部８１ａ及び冷却水排出部８２ａという。
【００３４】
そして、冷却水路８０内には、機関の冷却水の一部が冷却水導入路８１を介して供給される。そして、冷却水路８０内の冷却水は、冷却水排出路８２を介してＥＧＲクーラ７０の外部に排出される。
【００３５】
図２等に示すように、ＥＧＲクーラ７０の胴体部５１内には、冷却水で内部が満たされる冷却水通路５３が複数設けられている。冷却水通路５３は、互いに平行に設けられた２枚の平面板状の側面５３ａと、それら２枚の側面５３ａにあってガス流入口４０Ａ側の端部やガス流出口４０Ｂ側の端部をそれぞれ閉塞する端面５３ｂとで構成されている。そして、図２の紙面に対して垂直方向にあって、上記側面５３ａ及び端面５３ｂにて囲まれていない冷却水通路５３の両端は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の上下方向に示すように、開口する端部５３ｃとされており、これにより冷却水通路５３は中空状の直方体をなしている。
【００３６】
こうした冷却水通路５３は、図２に示すように、その側面５３ａがケーシング５０の胴体部５１の外壁と平行となるように、また、その端面５３ｂは側面５３ａに対して垂直になるように配設されている。また、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、冷却水通路５３の上記端部５３ｃは、冷却水路８０内に開口するように、ケーシング５０における胴体部５１の外周壁をそれぞれ貫通して固定されている。これにより冷却水通路５３は冷却水路８０と連通され、冷却水通路５３と冷却水路８０との間で冷却水が流通される。
【００３７】
なお、図２等では、こうした冷却水通路５３が胴体部５１内にあって互いに平行かつ略等間隔をなすように３つ配設されている状態を示しているが、実際にはより多くの冷却水通路５３が配設されている。そして、同図２に示すように、本実施形態において、冷却水通路５３は、ケーシング５０のガス流入口４０Ａに対して距離Ｌｐだけ離間した位置からガス流出口４０Ｂの近傍にまでそれぞれ延設されている（図２に示す範囲Ｄ）。こうした冷却水通路５３、冷却水路８０、冷却水導入部８１ａ及び冷却水排出部８２ａとで水冷部９０が構成されている。なお、上記距離Ｌｐについては後述する。
【００３８】
上述した水冷部９０において冷却水が流れる態様は以下の通りである。
図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、まず、冷却水は冷却水導入路８１を介して冷却水路８０内に導入される。冷却水路８０内に導入された冷却水は、上記冷却水通路５３の各端部５３ｃを介して冷却水通路５３内に流入する。そして、冷却水通路５３内の冷却水は、上記各端部５３ｃを介して冷却水路８０内に流出した後、冷却水排出路８２を介してＥＧＲクーラ７０の外に排出される。
【００３９】
また、本実施形態におけるＥＧＲクーラ７０の胴体部５１内には、機関冷却水よりも沸点の高い冷媒で満たされた冷媒部５４が設けられている。
先の図２等に示すように、冷媒部５４は、互いに平行に設けられた２枚の平面板状の側面５４ａと、それら２枚の側面５４ａにあってガス流入口４０Ａ側の端部やガス流出口４０Ｂ側の端部をそれぞれ閉塞する端面５４ｂとで構成されている。
【００４０】
さらに、冷媒部５４は、その側面５４ａがＥＧＲクーラ７０の胴体部５１の外壁と平行となるように、また、その端面５４ｂは側面５４ａに対して垂直となるように配設されている。そして、図３（ａ）及び図３（ｂ）の上下方向に示すように、上記側面５４ａ及び端面５４ｂにて囲まれていない冷媒部５４の両端部は、ケーシング５０の胴体部５１の内周面に当接した状態で固定されており、これにより閉塞された端部５４ｃをなしている。こうした構成により、冷媒部５４は、側面５４ａ、端面５４ｂ、及び胴体部５１の内周面で密閉されており、冷却水路８０及び冷却水通路５３に対して隔絶して固定されている。
【００４１】
そして冷媒部５４の内部には、冷却水よりも沸点の高い冷媒が大気圧よりも加圧された状態にて封入されている。ちなみに、そうした冷媒としては、ＥＧＲクーラ７０に導入された直後のＥＧＲガスの温度でも沸騰しない様な冷媒、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、シリコンオイル等を採用することができる。
【００４２】
また、図２等では、こうした冷媒部５４が胴体部５１内にあって互いに平行かつ略等間隔をなすように３つ配設されている状態を示しているが、実際にはより多くの冷媒部５４が配設されている。そして、同図２に示すように、本実施形態において、冷媒部５４は、ケーシング５０のガス流入口４０Ａの近傍から同ガス流入口４０Ａとガス流出口４０Ｂとの略中間位置まで延設されている（図２に示す範囲Ｅ）。なお、上述した冷却水通路５３を含む水冷部９０と、この冷媒部５４とでＥＧＲクーラ７０における上記冷却構造体が構成されている。
【００４３】
そして、上記冷却水通路５３と冷媒部５４とは、互いに平行かつ略等間隔をなすように交互にそれぞれ配設されている。より詳細には、冷媒部５４にあってガス流入口４０Ａ側の端面５４ｂは、冷却水通路５３にあってガス流入口４０Ａ側の端面５３ｂよりも同ガス流入口４０Ａ側に近づくように延設して設けられている。また、冷却水通路５３にあってガス流出口４０Ｂ側の端面５３ｂは、冷媒部５４にあってガス流出口４０Ｂ側の端面５４ｂよりも同ガス流出口４０Ｂ側に近づくように延設して設けられている。これにより、冷媒部５４にあって排気上流側の部位は、冷却水通路５３等で構成される水冷部９０に対向しておらず、冷媒部５４にあって排気中流部から下流側にかけての部位が、冷却水通路５３等で構成される水冷部９０に対向している。このように冷媒部５４は、上記冷却構造体にあってガス流入口４０Ａ側に偏って設けられており、特に、冷却水導入路８１の上記冷却水導入部８１ａを基準にして上記冷却水排出部８２ａから離間する側に少なくとも冷媒部５４が形成されるように同冷媒部５４は設けられている。
【００４４】
また、ケーシング５０の胴体部５１内にあって、上記冷却水通路５３及び冷媒部５４の間には、ＥＧＲガスが接触するフィン５２が設けられている。図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、このフィン５２は波板形状をなしている。そして、フィン５２は、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）、そして図３（ｃ）に示すように、隣り合う冷却水通路５３と冷媒部５４との間を始め、同図２の右方に示すような冷却水通路５３と胴体部５１の内周面との間や、同図２の左方に示すような冷媒部５４と胴体部５１の内周面との間にもそれぞれ配設される。また、これら各フィン５２は、図２に示すように、冷却水通路５３や冷媒部５４の外周壁に沿うようにして胴体部５１の直方体部全長に渡って延設されている。
【００４５】
上記のように構成されたＥＧＲクーラ７０におけるＥＧＲガスの冷却態様について、図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）を参照して説明する。
ＥＧＲクーラ７０の胴体部５１内において、ガス流入口４０Ａの近傍、特に冷却水導入路８１よりも排気上流側においては、図３（ａ）に示すように、冷媒部５４のみが設けられているため、この冷媒部５４とＥＧＲガスとの熱交換が行われることにより、ＥＧＲガスが冷却される。
【００４６】
また、胴体部５１内にあって、ガス流入口４０Ａとガス流出口４０Ｂとの略中間位置においては、図３（ｂ）に示すように、冷媒部５４及び水冷部９０がともに設けられているため、冷媒部５４及び水冷部９０とＥＧＲガスとの熱交換により、ＥＧＲガスは冷却される。
【００４７】
そして、胴体部５１内にあって、ガス流出口４０Ｂの近傍においては、図３（ｃ）に示すように、水冷部９０のみが設けられているため、この水冷部９０とＥＧＲガスとの熱交換により、ＥＧＲガスは冷却される。
【００４８】
そして、ＥＧＲクーラ７０にて冷却されたＥＧＲガスは、同ＥＧＲクーラ７０のガス流出口４０Ｂを介してＥＧＲクーラ７０からＥＧＲ通路４０内に排出された後、先の図１に示すように、吸気通路１０へ環流される。
【００４９】
ここで、ＥＧＲクーラ７０において、冷却水導入路８１から同ＥＧＲクーラ７０内に流入した冷却水は、冷却水排出路８２に向かって流れる。そのため、冷却水導入路８１の上記冷却水導入部８１ａを基準にして上記冷却水排出部８２ａから離間する側の部位は、冷却水の流量が低下しやすく、いわゆる淀み部となりやすい（淀み部にあって特に流量が低下しやすい領域を図２に領域Ｐとして示す）。そして、上述したようにこうした淀み部にあって冷却水の温度が高温になりやすく、同冷却水は局部沸騰しやすくなる。しかしながら、本実施形態におけるＥＧＲクーラ７０では、上記冷媒部５４を備えることによりそうした不具合の発生が抑制される。以下、本実施形態による作用を説明する。
【００５０】
まず、図４を参照して、上記ＥＧＲクーラ７０内における冷却構造体の温度勾配を説明する。
図４に、図２におけるＥＧＲクーラ７０のガス流入口４０Ａ側からの距離Ｌと冷却水通路５３内の冷却水及び冷媒部５４内の冷媒の温度との関係についてその一例を示す。上記領域Ｐを含むガス流入口４０Ａ近傍における部位（図２に示した上記距離Ｌｐに相当する部位）については、図４にて距離Ｌｐ以下の領域において高温のＥＧＲガスにより、冷媒の温度が上昇する。こうした高温部位に冷却水が存在すると、同図４に示すように、その冷却水は沸点を超えて沸騰してしまうおそれがある。この点、本実施形態においては、そうした高温部位には、冷却水よりも沸点の高い上述したような冷媒のみが存在しているため、同冷媒は沸騰することがなく、同冷媒によってＥＧＲガスが冷却される。また、図４に示すように、ＥＧＲクーラ７０にあって距離Ｌｐ以上の部位においては、冷媒部５４によってＥＧＲガスが予め冷却されているため、冷却水とＥＧＲガスとの熱交換が行われた後も、同冷却水の温度はその沸点以下となる。
【００５１】
図４に示したような温度勾配を考慮し、上記距離Ｌｐとしては、冷媒部５４によるＥＧＲガスの冷却により、同ＥＧＲガスの温度を冷却水の沸点以下にまで低下させることができる程度の距離が設定されている。
【００５２】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）ガス流入口４０Ａから流入した高温のＥＧＲガスが、まず、冷媒部５４で冷却されることによりガス温が低下され、そのように冷却された状態のＥＧＲガスが水冷部９０の一部を構成する冷却水通路５３を通過するようになる。このように、冷却水通路５３を通過する前のＥＧＲガスの温度を低下させることができるようになるため、ＥＧＲガスが流入するガス流入口４０Ａ近傍での冷却水の局部沸騰を抑えることが可能となる。
【００５３】
（２）冷却水流量の低下しやすい部位、いわゆる淀み部に上記冷媒部５４が設けられるため、冷却水の局部沸騰をより好適に抑えることができるようになる。
（３）上記冷媒部５４の冷媒が加圧された状態で封入されているため、冷媒の沸点をより高くすることができ、これによりＥＧＲガスによる冷媒の沸騰をより確実に抑えることが可能になる。
【００５４】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。
【００５５】
図５に、本実施形態におけるＥＧＲクーラ１７０の拡大図を示す。まず、本実施形態と上記第１の実施形態とは、上記冷媒部の配設箇所が異なっている。
冷却水導入路８１の冷却水導入部８１ａからケーシング１５０に流入した冷却水は、冷却水排出路８２の冷却水排出部８２ａに向かって流れる。そのため、上記冷却水導入部８１ａ近傍や冷却水排出部８２ａ近傍においては冷却水の流量が多くなるものの、それら冷却水導入部８１ａ及び冷却水排出部８２ａから離間した位置では、冷却水の流量が低下しやすく、同冷却水の温度が高温になりやすい。例えば図５に示すように、ＥＧＲクーラの中心軸に対して冷却水排出路８２側の領域であって、冷却水排出路８２の近傍を除く領域であり、斜線にて示す領域はそうした高温部位になりやすい。
【００５６】
そこで、本実施形態においては、図５に斜線で示した領域、すなわち冷却水流量の低下しやすい部位であって、いわゆる淀み部となる領域に、冷媒部１５４を設けるようにしている。
【００５７】
また、本実施形態では、冷媒部１５４内に、機関の冷却水よりも沸点の低い冷媒が、気相及び液相の状態にて封入されている。
以下では、そうした第１の実施形態との相違点を中心に、本実施形態におけるＥＧＲクーラの構造を説明する。
【００５８】
図６に、ＥＧＲクーラ１７０にあってその中心軸に沿った断面図を示す。
同図６に示すように、本実施形態においては、ＥＧＲクーラ１７０のケーシング１５０内において、同図６における左方、すなわち、上記冷却水導入部８１ａ及び上記冷却水排出部８２ａから離間した位置であってガス流入口４０Ａの近傍を起点として、ガス流出口４０Ｂの近傍から所定距離離間した位置にかけて冷媒部１５４が配設されている。なお、同図６においては、ＥＧＲクーラ１７０の胴体部５１内に冷媒部１５４が２つ設けられている状態を示しているが、実際にはより多くの冷媒部１５４が配設されている。そして、冷媒部１５４の側面１５４ａと冷却水通路１５５の側面１５５ａとが接触するようにそれらは配設されている。
【００５９】
冷媒部１５４内には、機関の冷却水よりも沸点の低い冷媒、たとえばアルコールなどが気相及び液相の状態で封入されている。より詳しくは、１つの冷媒部１５４にあってその内部容量よりも少ない量の液相状態の冷媒が封入されている。このようにすることで、上記冷媒部１５４の内圧が冷媒の飽和蒸気圧に達するまで液相状態の冷媒は気化するため、上記冷媒部１５４内に気相状態の冷媒と液相状態の冷媒とを混在させることができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、ＥＧＲクーラ１７０のガス流入口４０Ａ側が重力方向下方に向くように、より厳密には鉛直方向に沿ってＥＧＲクーラ１７０が取り付けられるように同ＥＧＲクーラ１７０の取り付け方向は設定されている。さらに、ＥＧＲクーラ１７０内にあって、上記冷媒部１５４の配設部位よりも上記冷却水導入部８１ａに近接する側にも冷却水通路１５３が複数配設されている。なお、同図６においては、そうした冷却水通路１５３が３つ設けられている状態を示しているが、実際にはより多くの冷却水通路１５３が配設されている。こうした冷却水通路１５３は、互いに平行かつ等間隔をなすように配設されるとともに、ガス流入口４０Ａの近傍からガス流出口４０Ｂの近傍にかけて延設されている。
【００６１】
本実施形態では、こうした複数の冷却水通路１５３、上記冷媒部１５４に挟まれて配設される冷却水通路１５５、上記冷却水路８０、上記冷却水導入部８１ａ及び冷却水排出部８２ａとで水冷部１９０が構成されている。また、同水冷部１９０と、冷媒部１５４とで、ＥＧＲクーラ１７０の冷却構造体が構成されている。
【００６２】
そして、ＥＧＲクーラ１７０内にあって、上記冷却水排出部８２ａの近傍から上記冷却水導入部８１ａの近傍にかけては、冷媒部１５４及び冷却水通路１５３に加えてフィン１５２が配設されている。より詳しくは、図６に示すように、上記冷媒部１５４のうちで上記冷却水排出部８２ａに近接する側にある冷媒部１５４と胴体部５１の内壁との間、上記冷媒部１５４のうちで上記冷却水排出部８２ａから離間する側にある冷媒部１５４と上記複数の冷却水通路１５３のうちで上記冷却水排出部８２ａに近接する側にある１つの冷却水通路１５３との間にそれぞれフィン１５２が配設されている。また、上記複数の冷却水通路１５３の間、そして上記複数の冷却水通路１５３のうちで上記冷却水導入部８１ａに近接する側の冷却水通路１５３と胴体部５１の内壁との間にも、それぞれフィン１５２が配設されている。こうして配設されるフィン１５２は、冷却水通路１５３の側面１５３ａや冷媒部１５４の側面１５４ａに接触した状態で配設されている。
【００６３】
ＥＧＲクーラ１７０内における、上述した冷却水通路１５３、冷却水通路１５５、冷媒部１５４、そしてフィン１５２の配設態様が、本実施形態と上記第１の実施形態との大きな相違点である。こうした相違点を除く冷却水通路１５３、冷却水通路１５５、冷媒部１５４、そしてフィン１５２の形状や構造そのものついては、上記第１の実施形態における冷却水通路５３、冷媒部５４、そしてフィン５２の形状や構造と同様である。
【００６４】
次に、本実施形態のＥＧＲクーラ１７０内による作用を説明する。
まず、ガス流入口４０ＡからＥＧＲクーラ１７０内に高温のＥＧＲガスが流入すると、ＥＧＲクーラ１７０内における上記淀み部であって特に温度が高くなる部位、すなわち図６に領域Ｐとして図示した部位であって、ガス流入口４０Ａ近傍の部位では、冷媒部５４とＥＧＲガスとの熱交換が行われ、同ＥＧＲガスは冷却される。この領域Ｐにおいては、冷媒部１５４内の冷媒は温度上昇して気化する。そして、その気化熱により、同冷媒部１５４の側面１５４ａ及び冷却水通路１５５の側面１５５ａを介して、冷却水通路１５５内の冷却水が冷却される。これにより領域Ｐを含む近傍の冷却水についてその沸騰が抑制される。また、そうした気化熱により、ＥＧＲガスの冷却も行われる。
【００６５】
ここで、冷媒部１５４内の冷媒が気化すると、冷媒部１５４内の圧力が高くなって同冷媒の沸点が上昇し、上述したような気化熱による冷却効果が低下してしまうおそれがある。従って、冷媒部１５４に冷媒を封入するときの同冷媒部１５４内の圧力は、冷媒の液相状態を保持できる範囲内において極力低くなるように設定しておくことが望ましい。
【００６６】
上記態様にて気化した冷媒部１５４内の冷媒は、図６に示すように、冷媒部１５４内にあって重力方向上方であるガス流出口４０Ｂ側に集まる。こうして、同冷媒部１５４内においては、ガス流入口４０Ａ側には液相の冷媒が、ガス流出口４０Ｂ側には気相の冷媒がそれぞれ集まることとなる。
【００６７】
そして、ガス流出口４０Ｂ側に集まった気相状態の冷媒は、同冷媒部１５４の側面１５４ａ及び冷却水通路１５５の側面１５５ａを介して、冷却水通路１５５内の冷却水によって冷却され、再び液相に戻る。従って、こうした冷媒の気化熱を利用した冷却水の冷却サイクルが繰り返し行われる。
【００６８】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（４）ガス流入口４０Ａから流入した高温のＥＧＲガスによって冷媒部１５４内の冷媒は容易に気化され、その気化熱により、冷媒部１５４の側面１５４ａと接触した状態で設けられる冷却水通路１５５内の冷却水が冷却される。従って、ＥＧＲガスが流入するガス流入口近傍での冷却水の局部沸騰を抑えることが可能となる。
【００６９】
また、冷媒部１５４内の冷媒が気相及び液相の状態で封入されているため、冷媒の気化熱を利用した冷却水の冷却サイクルを繰り返し行うことも可能になるとともに、ガス流入口４０Ａから流入した高温のＥＧＲガスを冷媒の気化熱で冷却することも可能になる。
【００７０】
また、ガス流入口４０Ａ側に液相の冷媒が、ガス流出口４０Ｂ側に気相の冷媒がそれぞれ集まるように、ＥＧＲクーラ１７０の取り付け方向をガス流入口４０Ａ側が重力方向下方を向くように設定することにより、上記冷却サイクルを好適に繰り返すことができる。
【００７１】
（５）冷却水流量の低下しやすい部位、いわゆる淀み部に冷媒部１５４が設けられるため、冷却水の局部沸騰をより好適に抑えることができるようになる。
尚、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
【００７２】
・上記第１の実施形態においては、先の図３（ｂ）等に示したように、ＥＧＲクーラ７０内にあって、ＥＧＲガスの流れ方向に対して垂直方向に冷却水通路５３と冷媒部５４とが交互に配設されていた。しかしながら、冷却水通路５３及び冷媒部５４の配設態様はこれに限らない。例えば、図７に示すように、冷却水通路５３の一方の側面５３ａと冷媒部５４の一方の側面５４ａとが接触するようにそれらを設けるようにしてもよい。
【００７３】
・上記第１の実施形態においては、先の図２に示したように、距離Ｌｐの部位には冷媒部５４のみを設けるべく、冷媒部５４と冷却水通路５３とをずらすようにして配設するようにした。この他、図８に示すように、１つの冷却水通路３５３内に隔壁３６０を設け、同通路３５３内において隔壁３６０とガス流入口４０Ａに近接する側との間の空間に冷媒を封入する。そして、同通路３５３内において隔壁３６０とガス流出口４０Ｂに近接する側との間の空間に冷却水を流通させるようにしてもよい。すなわち、共通の通路において、隔壁３６０を境にガス流入口４０Ａと近接する側には冷媒部３５４を、ガス流出口４０Ｂと近接する側は冷却水通路を形成するようにしてもよい。こうした冷却水及び冷媒で満たされる通路において、隔壁３６０を設ける位置としては、少なくとも冷媒部３５４が上記淀み部、特に上記領域Ｐを含む高温部位に形成されるような位置にする必要がある。なお、図８に示した変形例では、通路内に傾斜させて設けられた隔壁３６０を例示したが、必ずしも傾斜させる必要はなく、例えばＥＧＲクーラ３７０の中心軸方向、すなわちＥＧＲガスの流れ方向に対して直交する方向に設けるようにしてもよい。
【００７４】
・上記第２の実施形態において、先の図５に示した冷媒部１５４の配設領域の形状は一例であり、その他の形状にて冷媒部１５４の配設領域を設定してもよい。例えば、図９や図１０に示すように、先の図５に示した冷媒部１５４の配設領域と比較して、上記冷却水導入部８１ａに近接する方向に冷媒部１５４の配設領域を拡大するようにしてもよい。図９に示す変形例については、ＥＧＲクーラ１７０の中心軸に直交する方向（ＥＧＲガスの流れ方向に直交する方向）において、上記冷却水排出部８２ａ近傍から上記冷却水導入部８１ａ側へ近づくほど、冷媒部１５４のガス流れ方向における長さを段階的に短く設定することにより実施可能である。また、図１０に示す変形例については、ＥＧＲクーラ１７０の中心軸に直交する方向（ＥＧＲガスの流れ方向に直交する方向）において、上記冷却水排出部８２ａ近傍から上記冷却水導入部８１ａ側へ近づくほど、冷媒部１５４のガス流れ方向における長さを連続的に短く設定することにより実施可能である。
【００７５】
・上記第１及び第２の実施形態では、ＥＧＲクーラ７０，１７０の胴体部５１内に中空状の直方体をなす冷却水通路５３、１５３，１５５が配設され、冷却水路８０内に開口する端部５３ｃを介して冷却水通路５３，１５３，１５５は冷却水路８０から冷却水が供給されるようにしていた。こうして冷却水路をＥＧＲクーラの回りに設ける他、例えば、冷却水導入路及び冷却水排出路がＥＧＲクーラ内の冷却水通路に直接接続されており、冷却水導入路から冷却水通路へ冷却水が直接供給されるとともに同冷却水通路から冷却水排出路へ冷却水が直接排出されるようにしてもよい。
【００７６】
・上記第１の実施形態では、冷媒部５４内に加圧された状態で冷媒が封入されているようにしていたが、必ずしも加圧した状態で封入しなくてよい。この場合でも、上記第１の実施形態における効果（１）及び（２）に準じた効果を得ることができる。
【００７７】
・上記第１及び第２の実施形態においては、冷媒部５４，１５４は密閉されており、内部に冷媒を封入するようにしていた。この他、例えば、上記第１及び第２の実施形態における冷却水通路と同様に、それら冷媒部も一部が開放されており、その開放部分を介してＥＧＲクーラの外部から冷媒部内に冷媒が供給されるようにしてもよい。
【００７８】
・上記第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同様な部位に冷媒部１５４を設けるようにしてもよい。この場合でも、ガス流入口近傍の高温部位に冷媒部１５４が配設されるようになるため、上記第２の実施形態に準じた効果を得ることができる。
【００７９】
・上記第１の実施形態においては、ＥＧＲクーラ７０内にあって、ＥＧＲガスの流れ方向における略中間部分は、冷却水通路５３及び冷媒部５４の両方の通路が配設されていた。この他、同略中間部分において、冷却水通路５３及び冷媒部５４のどちらか一方のみが配設されているようにしてもよい。
【００８０】
・上記第２の実施形態においては、ＥＧＲクーラ１７０が鉛直方向に沿って取り付けられるようにしたが、こうした取り付け態様に限らず、要はＥＧＲクーラ１７０のガス流出口４０Ｂ側と比較してガス流入口４０Ａ側がより重力方向下方に向いているようにＥＧＲクーラ１７０を取り付けるようにすればよい。こうした変形例においても、冷媒部１５４内にあって、ガス流入口４０Ａ側に液相の冷媒を、ガス流出口４０Ｂ側に気相の冷媒をそれぞれ集めることが可能となるため、上記第２の実施形態に準じた効果を得ることが可能となる。
【００８１】
・上記第１及び第２の実施形態において、冷媒部５４，１５４は、ＥＧＲクーラ７０，１７０内におけるガス流入口４０Ａの近傍を起点としてガス流出口４０Ｂ近傍から所定距離離間した位置にかけて配設されていた。この他、例えば、ＥＧＲクーラ内におけるガス流入口４０Ａ近傍からガス流出口４０Ｂ近傍にかけてそうした冷媒部を設けるようにしてもよい。要するに、冷媒部の配設部位は、ＥＧＲクーラ内の上記淀み部を含む高温部位が含まれていればよく、同高温部位以外の部位における冷媒部の配設の有無については限定しない。
【００８２】
・上記第１及び第２の実施形態におけるＥＧＲクーラや冷却水通路、あるいは冷媒部やフィンの形状は適宜変更することができる。
・上記第１及び第２の実施形態では、ディーゼルエンジンを備える車両にこの発明を適用した例を示したが、この発明はディーゼルエンジンに限らず、ＥＧＲクーラを備える排気再循環装置を搭載した内燃機関であればガソリンエンジン等であっても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明にかかるＥＧＲクーラを具体化した第１の実施形態にあって、これが適用されるディーゼルエンジンの概略構造を示す概略図。
【図２】同実施形態におけるＥＧＲクーラの断面図。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線における断面図，（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線における断面図，（ｃ）は図２のＣ−Ｃ線における断面図。
【図４】同実施形態におけるＥＧＲガス流入口側からの距離と冷却水又は冷媒の温度との関係を示すグラフ。
【図５】第２の実施形態におけるＥＧＲクーラにおいて冷媒部の配設領域を示す模式図。
【図６】同実施形態におけるＥＧＲクーラの断面図。
【図７】第１の実施形態の変形例におけるＥＧＲクーラの断面図。
【図８】第１の実施形態の変形例におけるＥＧＲクーラの断面図。
【図９】第２の実施形態の変形例における冷媒部の配設領域を示す模式図。
【図１０】第２の実施形態の変形例における冷媒部の配設領域を示す模式図。
【符号の説明】
【００８４】
１０…吸気通路、１１…スロットルバルブ、１２…吸気管、１３…吸気マニホールド、１４…サージタンク、１５…吸気ポート、２０…燃焼室、３０…排気通路、３１…排気ポート、３２…排気マニホールド、３３…排気管、３４ａ…排気浄化触媒、４０…ＥＧＲ通路、４０Ａ…ガス流入口、４０Ｂ…ガス流出口、５０，１５０…ケーシング、５１…胴体部、５１ａ…テーパ部、５２，１５２…フィン、５３，１５３，１５５，３５３…冷却水通路、５３ａ，１５３ａ，１５５ａ…（冷却水通路の）側面、５３ｂ…（冷却水通路の）端面、５３ｃ…（冷却水通路の）端部、５４，１５４，３５４…冷媒部、５４ａ，１５４ａ…（冷媒部の）側面、５４ｂ…（冷媒部の）端面、５４ｃ…（冷媒部の）端部、６０…電子制御装置、６１…水温センサ、６２…回転速度センサ、６３…エアフロメータ、７０，１７０，３７０…ＥＧＲクーラ、７５…ＥＧＲバルブ、８０…冷却水路、８０ａ…（冷却水路の）側面、８０ｂ…（冷却水路の）端面、８１…冷却水導入路、８１ａ…冷却水導入部、８２…冷却水排出路、８２ａ…冷却水排出部、９０，１９０…水冷部、３６０…隔壁。
【図１】
2010112355.tif 000003
【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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