(57)【要約】ＥＧＲシステム用３パス熱交換器１１，４１に関連する。排気マニホルドから来るガスインレットパイプおよびエンジンの吸気マニホルドに接続されたガスアウトレットパイプと両端で結合された複数のパイプおよびヘッドによるガス循環のための少なくとも１つの冷却室を収容するケーシング１３，４３を備え、３パス熱交換器として構成される。すなわちインレットパイプからアウトレットパイプへのガス循環のための３つの区別された区域２１，２３，２５；５１，５３，５５を備え、インレットパイプおよびアウトレットパイプは熱交換器の対向する端に位置する。熱交換器はバイパス弁３５，６８および異なる温度の２つの冷却室６１，６３を含む。
2009516803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホルドから接続されたガスインレットパイプおよびエンジンの吸気マニホルドに接続されたガスアウトレットパイプと両端で結合された複数のパイプおよびヘッドによるガス循環のための少なくとも１つの冷却室を収容するケーシングを備えるＥＧＲシステム用熱交換器であって、
ａ）前記インレットパイプから前記アウトレットパイプへのガス循環のための３つの区別された区域により構成されており、
ｂ）前記インレットパイプおよび前記アウトレットパイプは前記熱交換器の対向する端に位置する、ＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項２】
ａ）前記ケーシングは円形断面を有し、前記３つの区別されたガス循環区域は単一の冷却室内部に同心に配置され、
ｂ）インレットヘッドは、その外側で、内側区域および中間区域へのインレットガスの進入を閉め切る部分を含み、外側区域への通過を可能にし、その内側で、前記中間区域から前記内側区域へのガス循環を助成し、
ｃ）アウトレットヘッドは前記外側区域から導かれるガスを前記中間区域に分配するための分配室を含む、請求項１に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項３】
複数のガス通路パイプは、少なくとも前記外側区域および前記中間区域に、環状に分散されて配置されている、請求項２に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項４】
ａ）前記ケーシングは円形断面を有し、前記３つの区別されたガス循環区域は単一の冷却室内部に同心に配置され、外側区域は単一のパイプによって形成され、
ｂ）インレットヘッドは、一方で、前記外側区域または内側区域のどちらかへのインレットガスの進入を調節し、他方で中間区域から前記内側区域へのガス循環を促進するためにバイパス弁を備える部分を含み、
ｃ）アウトレットヘッドは外側区域から来るガスを前記中間区域に分配するための分配室を含み、
ｄ）前記内側区域は前記アウトレットヘッドを通じて熱交換器の外部に延び、ガスアウトレットパイプとして機能する、請求項１に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項５】
前記バイパス弁は、前記インレットガスを前記外側区域と前記内側区域との間で分配できるように比例アクチュエータを有する、請求項４に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項６】
前記バイパス弁の制御手段は、温度センサから得られるアウトレットガス温度に基づいて前記分配の制御を可能にする、請求項５に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項７】
前記外側区域および前記中間区域における複数のガス通路パイプは、環状に分散されている、請求項４に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項８】
ａ）前記ケーシングは円形断面を有し、第１のガス循環区域はその半部分のうちの一方を占め、第２のガス循環区域および第３のガス循環区域は他方の半部分を占め、該第３のガス循環区域は前記ケーシングに近い側に位置し、
ｂ）インレットヘッドは、その外側で、前記第２の区域および前記第３の区域へのインレットガスの進入を閉め切る部分を含み、前記第１の区域への通過を可能にし、その内側で、前記第２の区域から前記第３の区域へのガス循環を促進し、
ｃ）アウトレットヘッドは前記第１の区域から導かれるガスを前記第２の区域に分配するための分配室を含む、請求項１に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項９】
ａ）前記ケーシングは円形断面を有し、第１のガス循環区域はその半部分のうちの一方を占め、第２のガス循環区域および第３のガス循環区域は他方の半部分を占め、該第３のガス循環区域は前記ケーシングに近い側に位置し単一のパイプによって形成され、
ｂ）インレットヘッドは、一方で、バイパス弁によって前記第１の区域または前記第３の区域のどちらかへのインレットガスの進入を調節し、他方で、前記第２の区域から前記第３の区域へのガス循環を促進するための部分を含み、
ｃ）アウトレットヘッドは前記第１の区域から導かれるガスを前記第２の区域に分配するための分配室を含み、
ｄ）前記第３の区域はアウトレットヘッドを通じて熱交換器の外部に延び、ガスアウトレットパイプとして機能する、請求項１に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１０】
前記バイパス弁は、前記インレットガスを前記第１の区域と前記第３の区域との間で分配できるように比例アクチュエータを有する、請求項９に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１１】
バイパス弁の制御手段は、温度センサから得られるアウトレットガス温度に基づいて前記分配の制御を可能にする、請求項１０に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１２】
異なる温度の２つの冷却室を含み、前記第１のガス循環区域はより大きい冷却能力を備える冷却室の内部に位置し、前記第２のガス循環区域および前記第３のガス循環区域はより小さい冷却能力を備える冷却室の内部に位置する、請求項８から１１のいずれかに記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１３】
２つの冷却室は、外ケーシングの内部に配置された中心プレートによって仕切られている、請求項１２に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１４】
２つの冷却室は、別個の半ケーシングとして構成されている、請求項１２に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１５】
各々の区別されたガス循環区域は、異なる数のガス通路パイプを含む、請求項３、７、８または９に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１６】
区別されたガス循環区域のうちの少なくとも１つは、他の区域のパイプとは異なる直径を備える円形断面のガス通路パイプを含む、請求項３、７、８または９に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１７】
区別されたガス循環区域のうちの少なくとも１つは、他の区域のパイプとは異なる熱交換効率を備えるガス通路パイプを含む、請求項３、７、８または９に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【請求項１８】
区別されたガス循環区域のうちの少なくとも１つは、他の区域のパイプとは異なる断面のガス通路パイプを含む、請求項３、７、８または９に記載のＥＧＲシステム用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム用熱交換器、より詳しくは、その内部にガス循環の３つに区別されたパスを備える熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では、ＥＧＲシステムと呼ばれる内燃機関における種々の排気ガス再循環システムが知られている。
これらのシステムは、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出物の量を低減する目的で排気ガスを冷却プロセスに委ねた後にエンジンの排気マニホルドから吸気マニホルドへ再循環させる。
冷却プロセスは、永続的再循環を受けているクーラントによって包囲されているガスが通る１群のパイプを収容している冷却室によって形成された熱交換器において実行される。
排気ガスが一端から入り、前記パイプ間に分配されてクーラントに熱を与えた後、低下した温度で反対端において出るシングルパス熱交換器は、当業者において周知である。
これらの熱交換器は、予め確定された条件に従って、熱交換器またはバイパス管路のどちらかに排気ガスを向けるバルブの制御の下で、熱交換器を通過することなく排気ガスの再循環を可能にするバイパス管路を含むことができる。
【０００３】
ＥＧＲシステム用熱交換器の能力は、以下の２つのパラメータによって定義される。
−効率：これは作業条件の下で得られた冷却と得られるであろう最大冷却との比である。
Ｅｆ＝（Ｔｉｇ−Ｔｏｇ）／（Ｔｉｇ−Ｔｉｗ）        （１）
Ｅｆ＝効率
Ｔｉｇ＝インレットガスＴ
Ｔｏｇ＝アウトレットガスＴ
Ｔｉｗ＝インレットウォータまたはクーラントＴ
−圧力降下。これは、部品内を進行する間にガスが受ける摩擦、断面の変化および他の乱流に起因するガスの圧力の損失である。
【０００４】
ＥＧＲシステム用の全ての熱交換器において、効率は、最大量の排気ガスを再循環できるようにする目的で、エンジンにおいて生成されるＮＯｘのレベルを上記のように低減し、圧力降下を最小限にするように、最大化される傾向がある。
ＥＧＲシステム用熱交換器を設計する際には、エンジンにおいて利用可能な空間を考慮することも必要であり、それゆえ、部品の効率を改善する目的で各々の場合に所与の長さを超えることはできない。
こういった意味で、ＥＧＲシステム用２パス熱交換器が知られている。この２パス熱交換器は、冷却を受けたパイプにガスが再び入るように強制する丸いヘッドをそれぞれの端の一方に有し、その結果ガスはパイプを通じて２つのパスを実行し（折り返し通り）、それゆえにその名がある。
この形式の熱交換器において、ガスインレットにはアウトレットが取り付けられており、さらに、迅速に動作温度に到達し触媒を始動することを促進するように、エンジンの始動後最初の数分間、熱交換器を迂回するバイパス弁を組み込むことが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
２パス熱交換器は、圧力降下もいくらか大きく（使用されるパイプの数による）、ケーシングの外径もより大きいが、１パス熱交換器よりも効率的である。しかし、インレットをアウトレットから分離する鋳造部品がインレットにおいて使用されなければならず、２パス熱交換器は著しく高額になる。
しかし、ＥＧＲガスが取り出される排気マニホルドのアウトレットが熱交換器の一端に位置し、吸気マニホルドへのインレットが反対端（ガスが熱交換器を通過した後、取り入れられるべきところ）にある場合、冷却されたガスを目的地点に搬送するために外部パイプを追加することが多くの場合に必要となるであろう。
この外部パイプを使用する必要性は、ほとんどのエンジンにおいてスペース不足により設計を複雑にし、多くの場合にこの形式の熱交換器の使用を実現不可能にさせる。
【０００６】
自動車産業は種々の必要性に対応するために既知のＥＧＲシステムの改良を求めている。種々の必要性のうちの１つは、許容可能なＮＯｘ排出レベルに関する行政による規制の高まる要請によってもたらされている。満たさなければならない別の必要性は、一体化させる能力を改善するために自動車におけるエンジンの構成要素の設計を単純化することによって、組立てを容易にするということである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、既知の熱交換器と同様、排気マニホルドから来るガスインレットダクトおよびエンジンの吸気マニホルドに接続されたガスアウトレットダクトとその両端で結合された複数のパイプおよびヘッドによるガス循環のための少なくとも１つの冷却室を収容するケーシングを備え、既知の熱交換器とは異なり以下の特徴を有する、内燃機関の再循環排気ガスのための熱交換器をＥＧＲシステムの一体要素として提供することを目的としている：
−３パス熱交換器として構成されており、すなわち、インレットダクトからアウトレットダクトへのガス循環のための３つの区別された区域を備える。
−インレットダクトおよびアウトレットダクトは熱交換器の対向する端に配置される。
【０００８】
熱交換器はバイパス弁を備え、ガス循環のためのそれらの３つの区別された区域のうちの１つは、場合に応じて、二重管によって断熱することができ、バイパス機能が実行される時に極めて低減された効率を保証する、バイパス管路の機能を果たす。
【０００９】
熱交換器はまた、単一の冷却室または異なる温度の２つの冷却室を備えてもよく、第１の冷却室は区別されたガス通路区域のうちの一方を収容し、第２の冷却室は他の２つを収容する。
【００１０】
以下のことは、本発明による３パス熱交換器の長所の中でも特に注目すべきである：
−高効率。
−極めてコンパクトな部品。
−部品の対向する端のインレットおよびアウトレット、従って外部ＥＧＲパイプは必要ない。
−少ないファウリング(ｆｏｕｌｉｎｇ)。従って部品は効率の損失がより少ない。
−インレットに鋳造部品を使用する必要がなく、いっそう単純でより安価な鋳物類で代替できる。
【００１１】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面に関してその目的の例示的であって決して限定的ではない実施形態の以下の詳細な説明から推察されるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ＥＧＲシステムでは、エンジン排気ガスの一部は外に向けて排気管へ出て、別の一部は再循環される。再循環される量は、例えばフルスロットル状況といった特定の状況では閉じられて何も再循環させないこともできる、ＥＧＲバルブによって制御される。再循環されたガスは、きれいな空気と混ざり、吸気マニホルドを通じてエンジンに戻る。
【００１３】
図１に図示された本発明の第１実施形態において、熱交換器１１は、その内部にクーラントインレットパイプおよびアウトレットパイプ（図示せず）を備える冷却室を収容するケーシング１３、インレットヘッド１５およびアウトレットヘッド１７を備える。３つの区別されたガス循環区域は、同心区域２１，２３，２５であり、外側区域２１および中間区域２３は環状に配置された複数のパイプによって形成される。内側区域２５は、ガス冷却要求条件に応じて、図１に図示の通り、他の区域よりもかなり低い熱交換レベルを備える単一のパイプによって、または他の２つの区域と同様に複数のパイプによって形成することができる。
【００１４】
注目すべきことは、冷却区域２１，２３の同心パターンが熱交換器のより少ないファウリングに貢献し、従ってその効率の増大に貢献するということである。これは以下の理由による：
−ファウリングはガスがより冷たくなると劇的に増加する。
−ファウリングは、ガス乱流、すなわちパイプ内のガスの通過の速度が増えた場合、従ってパイプの数が減った場合に低減する。
−区域２３は区域２１よりも少ない数のパイプがあり、ガスが最も冷たいところであるため、より大きい乱流により、ファウリングによる熱交換器の効率の全損失はより少なくなる。
【００１５】
インレットヘッド１５は、前記第２および第３の区域２３，２５を覆い、進入するガスが第２および第３の区域２３，２５に近づくのを防ぎ、ガスを外側区域２１に向けて方向づける、半球状部分２７をガスインレットに対向して備える。
アウトレットヘッド１７は、外側区域２１のパイプを出るガスを集め、ガスを中間区域２３のパイプへ誘導する分配室２９を有している。中間区域２３でガスは引き続き冷却され、中間区域２３から半球状部２７に向けて出て、半球状部は他の出口はないため、ガスを内側パイプ２５に向けて誘導させる。
内側パイプ２５は熱交換器１１のアウトレットに向けて延びており、密封式に取り付けられているアウトレットヘッド１７を横断するガスのアウトレットパイプの機能を果たす。
【００１６】
図２ａおよび２ｂに図示された本発明の第２実施形態は、インレットヘッド１５が、半球状部２７を有するのではなく、バイパス弁が配置された首部３３を備える開放部３１を有するという点で第１実施形態と異なる。バイパス弁は外部空気圧アクチュエータ３７によって操作される円形ブレード３５として示されている。
アクチュエータ３７が動作していない時、ブレード３５は部分３１の首部３３を閉め切るので、熱交換器は上述と同じく動作する（図２ａ）。
アクチュエータ３７が動作すると、ブレード３５は９０°動き、ガスは首部３３を通る通路空間が自由に得られるので、中心パイプ２５に直接誘導され、冷却されることなく出る。ガスは、区域２１のインレットの圧力が区域２３のアウトレットの圧力と同じであるので、区域２１および２５を通過することができず、その循環を防止する。
【００１７】
この実施形態において、バイパス弁のための比例アクチュエータが設けられた場合、そのあらゆる開度を得ることができ、従って、バイパスパイプ２５へ出るＥＧＲガスの流量百分率が制御され、従って一定のガスアウトレット温度を制御することができる熱交換器が実現可能となる。
【００１８】
アウトレット温度を測定する温度センサを熱交換器のアウトレットに配置することによって、バイパス弁の開度を制御することができ、所望のアウトレット温度を得ることができる。得られるアウトレット温度は、熱交換器の熱効率および熱交換器に入る流体（ＥＧＲガスおよびクーラント）のインレット条件によって規定される範囲内になるであろう。
【００１９】
図３は、本発明の以下に説明される実施形態の共通部分を図式的に示す。図３は、熱交換器４１を図示しており、ケーシング４３は円形断面を有し、その半部分のうちの一方は第１のガス循環区域５１によって占められており、他方の半部分は第２のガス循環区域５３および第３のガス循環区域５５によって占められている。第３のガス循環区域５５はケーシング４３に近い側に位置する。
【００２０】
図４ａおよび４ｂに図示された本発明の第３実施形態では、中心プレート４９によって分離された半円形断面の２つの冷却室６１，６３が存在し、異なるクーラントインレットパイプ６５，６４およびアウトレットパイプ６５’，６４’、インレットヘッド４５およびアウトレットヘッド４７を備える。２つの冷却室６１，６３は、例えば１１０℃と６０℃といった異なる温度のクーラントで動作できるように分離されている。
【００２１】
高い方の温度の冷却室６１は、複数のパイプによる第１のガス循環区域５１を収容する。低い方の温度の冷却室６３は複数のパイプによって形成された第２のガス循環区域５３を収容し、そして第３の区域は他の区域よりもいっそう低い熱交換レベルを備える単一のパイプ５５によって形成される。
【００２２】
インレットヘッド４５は、スペイン国特許第２２２３２１７号に開示された形式の、アクチュエータ７７とともにバイパス弁６８を組み込んでいる部分５７を含み、アウトレットヘッド４７は、区域５１を出るガスを集め、区域５３のパイプに誘導する分配室６９を有する。
【００２３】
熱交換器の動作は前述の実施形態と同様である。バイパス弁６８が閉じている場合、アウトレットガスは３つの循環区域５１、５３および５５を連続して通過し、バイパス弁が開いている場合、バイパスパイプの機能を果たす区域５５に向かって直接通過し、そしてバイパス弁６８が部分的に開いた場合は、両方の回路に分配される。
【００２４】
本発明の第４実施形態は、第３実施形態においてバイパス弁を備えない構成と同様である。この場合、部分５７は、一方で第２の区域５３および第３の区域５５へのインレットガスの進入を閉め切るが第１の区域５１への通過を可能にし、他方で第２の区域５３から第３の区域５５へのガス循環を助成するように構成されている。
【００２５】
本発明の第５実施形態は、２つではなく１つの冷却室が存在するという点で第４実施形態と異なる。
【００２６】
図５および６に図示された第６実施形態は、１つのケーシング１３ではなく２つの異なる半ケーシング７１，７３を有し、それらの各個が冷却室６１、６３を収容するという点で、第３実施形態と異なる。
【００２７】
冷却室をインレットヘッドおよびアウトレットヘッドに連結するためにこの形式の熱交換器において使用されるカバー８１、フランジ８３および中間プレート８５は、これらの図５および６において見ることができる。
【００２８】
種々の実施形態において、本発明による熱交換器は、ガス流を制御または適応させる種々の可能性、特に以下の可能性を提供する：
−各々の区別されたガス循環区域または通路において異なる数のパイプを使用すること。これは、通路の各個で同一である平均速度が維持され得るという利点を有する。周知の通り、排気ガスが冷却される時にその体積は熱の効果により低減するので、所与の通過自由な断面において、ガスの速度は徐々に低減する。異なる数のパイプを有することによって、粒子付着の危険性がより高い区域においてガス流量を大きくすることが可能になる。より少ない流量は、圧力降下を損なわないために、ファウリングの危険性の伴わない高温区域において許され、ファウリングの危険性を伴う低温区域では、ガス流量の増大によって最小限にされる。
−各々の区別されたガス循環区域または通路において異なる直径のパイプを使用すること。
−各々のガス循環区域または通路において異なる熱交換効率を備えるパイプを使用すること。種々のグルービングを備えるパイプを各通路において使用することができ、または平滑なパイプでさえ、圧力降下が最小限にされることが望ましいいずれかの通路おいて使用することができ、そしてグルービングを備えるパイプは熱交換が最大限にされるべき通路において使用することができる。
−例えば１つの通路で丸パイプを、別の通路で角形パイプをといったように、各々の通路において異なる断面を備えるパイプを使用すること。
−バイパスパイプには、バイパスとして働く際の熱効率について満たすべき仕様に応じて、単一または二重壁パイプを使用することができる。
【００２９】
本発明の特許請求の範囲において規定される範囲内に含まれるあらゆる修正も、本発明の上述の実施形態に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態による排気ガスのための熱交換器の側面図および断面図である。
【図２ａ】ガスが冷却されたパイプを循環している状態およびガスがバイパスパイプを通過している状態でのバイパス弁を含む、本発明の第２実施形態による排気ガスのための熱交換器の側面断面図である。
【図２ｂ】ガスが冷却されたパイプを循環している状態およびガスがバイパスパイプを通過している状態でのバイパス弁を含む、本発明の第２実施形態による排気ガスのための熱交換器の側面断面図である。
【図３】本発明の第３、第４、第５および第６実施形態による排気ガスのための熱交換器の断面図である。
【図４ａ】ガスが冷却されたパイプを循環している状態およびガスがバイパスパイプを通過している状態でのバイパス弁を含む、本発明の第３実施形態による排気ガスのための熱交換器の側面断面図である。
【図４ｂ】ガスが冷却されたパイプを循環している状態およびガスがバイパスパイプを通過している状態でのバイパス弁を含む、本発明の第３実施形態による排気ガスのための熱交換器の側面断面図である。
【図５】本発明の第６実施形態による排気ガスのための熱交換器の斜視図である。
【図６】本発明の第６実施形態による排気ガスのための熱交換器の分解斜視図である。
【図１】
2009516803.tif 000003
【図２ａ】
2009516803.tif 000004
【図２ｂ】
2009516803.tif 000005
【図３】
2009516803.tif 000006
【図４ａ】
2009516803.tif 000007
【図４ｂ】
2009516803.tif 000008
【図５】
2009516803.tif 000009
【図６】
2009516803.tif 000010
【国際調査報告】
2009516803.tif 000011
2009516803.tif 000012
2009516803.tif 000013
2009516803.tif 000014
2009516803.tif 000015