(57)【要約】【課題】  ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを、水冷２段式クーラ構造として熱交換量を確保すると共にＥＧＲガス中のＰＭがクーラ内部に付着することによる温度効率の低下を抑制するようにしたＥＧＲ装置を提供する。【解決手段】  エンジンの排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路２と、ＥＧＲ通路の排気流れ上流側に介挿された第１の水冷式ＥＧＲクーラ３と、第１の水冷式ＥＧＲクーラの下流のＥＧＲ通路に介装された第２の水冷式ＥＧＲクーラ４とを備えた構成とし、ＥＧＲガスを第１の水冷式ＥＧＲクーラにより充分に予冷し、第２の水冷式ＥＧＲクーラで熱拡散によりＥＧＲガス側からクーラ内壁面へ移動・付着するＰＭの量を抑制してクーラの温度効率の劣化を抑制する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の排気流れ上流側に介挿された第１の水冷式ＥＧＲクーラと、
前記第１の水冷式ＥＧＲクーラの下流のＥＧＲ通路に介装された第２の水冷式ＥＧＲクーラと
を備えたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記第１の水冷式ＥＧＲクーラが多管式クーラにより構成され、前記第２の水冷式ＥＧＲクーラが多段式積層型のフィン式クーラにより構成したことを特徴とする請求項１記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】
前記第１の水冷式ＥＧＲクーラの排気ガス通路壁に煤の付着を抑制する付着抑制剤がコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンは、ＥＧＲ装置によりエンジンから排出される排気ガスの一部（以下「ＥＧＲガス」という）を吸気系に還流して燃焼を緩慢にし、燃焼温度を下げてＮＯｘの低減を図るようにしている。排気系から排出された排気ガスは高温であり、このままでは単位体積当たりのガス濃度が減少して所望のＥＧＲ量を導入することができないと共に導入したＥＧＲガスの熱により吸気温度が上昇して吸気効率が低下するおそれがある。このため、ＥＧＲクーラによりＥＧＲガスを冷却するようにしている。
【０００３】
水冷式エンジンに採用されているＥＧＲクーラは、一般に冷媒としてエンジン冷却水を利用している。そして、エンジン冷却系の負荷を増大することなくＥＧＲガスを効率よく冷却できるＥＧＲクーラとして、排気系から水冷式ＥＧＲクーラに至るＥＧＲパイプの少なくとも一部を、外周又は内周の少なくとも一方にフィンを設け、水冷式ＥＧＲクーラに供給されるＥＧＲガスを空冷フィン付パイプで外気で予冷してクーラ全体としての冷却容量を大きくした２段式のＥＧＲクーラが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１６１２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記２段式ＥＧＲクーラの予冷部分としている空冷フィン付パイプは、冷却温度効率が後段に控えた水冷式ＥＧＲクーラに比して桁違いに低いために有効な熱交換量を得ることができず、クーラ全体としての冷却容量を大きくすることは困難であり、提案されているような効果を期待することはできない。
また、前段の空冷フィン付クーラの予冷温度効率が低いと、後段の水冷式クーラの冷却水温度に対してＥＧＲガスの温度が高いために温度差に起因して水冷式クーラの内壁面にＥＧＲガス中の粒子状物質（以下「ＰＭ」という）が付着しやすくなる。そして、水冷式クーラの内壁面にＰＭが付着して堆積すると、クーラの温度効率が著しく低下するという問題もある。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを、水冷２段式クーラ構造として熱交換量を確保すると共にＥＧＲガス中のＰＭがクーラ内部に付着することによる温度効率の低下を抑制するようにしたＥＧＲ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に請求項１のＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気流れ上流側に介挿された第１の水冷式ＥＧＲクーラと、前記第１の水冷式ＥＧＲクーラの下流のＥＧＲ通路に介装された第２の水冷式ＥＧＲクーラとを備えた構成としている。
エンジンの排気通路に排出された排気ガスの一部がＥＧＲ通路を通してエンジンの吸気通路に還流される。ＥＧＲ通路に導入された高温のＥＧＲガスは、前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラにより冷却された後、更に後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラにより冷却される。ＥＧＲガスは、前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラにより充分に予冷されることで、後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラで熱拡散によりＥＧＲガス側からクーラ内壁面へ移動・付着するＰＭの量が抑制され、クーラの温度効率の劣化が抑制される。また、ＥＧＲガスが充分に冷却されることで、単位体積当たりのガス濃度の減少が防止され、所望のＥＧＲ量を導入することができる共に、導入したＥＧＲガスによる吸気温度の上昇が抑制されて吸気効率の低下が防止される。
【０００７】
請求項２のＥＧＲ装置は、請求項１において、前記第１の水冷式ＥＧＲクーラを多管式クーラにより構成し、前記第２の水冷式ＥＧＲクーラを多段式積層型のフィン式クーラにより構成したものである。
ＥＧＲ通路内を流れる高温のＥＧＲガスに直接晒される前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラに多管式クーラを採用することで、ＰＭによる目詰まりがし難く、高温のＥＧＲガスを充分に予冷することができる。この多管式クーラで予冷してＰＭ付着をできるだけ抑制した後、低温化されてＰＭ付着が抑制できている後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラを温度効率の高い打段積層型のフィン式クーラにより冷却する。これにより、ＰＭ付着が抑えられたバランスのよい冷却システムが構築される。
【０００８】
請求項３のＥＧＲ装置は、請求項１又は２において、前記第１の水冷式ＥＧＲクーラの排気ガス通路壁に煤の付着を抑制する付着抑制剤がコーティングされている構成としたものである。
第１の水冷式ＥＧＲクーラのＥＧＲガス通路の内壁面にコーティングされている付着抑制剤により、ＥＧＲガス中の煤（ＰＭ）の付着が抑制され、クーラ温度効率の低下が抑制される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１のＥＧＲ装置によれば、水冷２段クーラ構造とすることで前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラで高温のＥＧＲガスを充分に予冷することができ、後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラで熱拡散によりＥＧＲガス側からクーラ内壁面へ移動・付着するＰＭの量が抑制され、クーラの温度効率の劣化が抑制される。
また、クーラの温度効率が安定して劣化によりサチュレートする温度効率と、初期温度効率がかけ離れていないために、サチュレート後高効率を維持したい場合などに、初期効率が高すぎてＥＧＲ冷却水が沸騰する症状を緩和することができる。
【００１０】
また、ＥＧＲガスが充分に冷却されることで、所望のＥＧＲ量を導入することができると共に導入したＥＧＲガスによる吸気温度の上昇が抑制されて吸気効率の低下が防止される。
請求項２のＥＧＲ装置によれば、高温のＥＧＲガスに直接晒される前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラに多管式クーラを採用することで、ＰＭによる目詰まりがし難く、高温のＥＧＲガスを充分に予冷することができる。そして、多管式クーラで予冷してＰＭ付着をできるだけ抑制した後、低温化されてＰＭ付着が抑制できている後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラを温度効率の高い打段積層型のフィン式クーラにより冷却することにより、ＰＭ付着が抑えられたバランスのよい冷却システムを構築することができる。
【００１１】
請求項３のＥＧＲ装置によれば、第１の水冷式ＥＧＲクーラのＥＧＲガス通路の内壁面にコーティングされている付着抑制剤により、ＥＧＲガス中の煤（ＰＭ）の付着が抑制され、クーラ温度効率の低下が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に係るＥＧＲ装置のＥＧＲガス冷却部の構成を示す断面図で、ＥＧＲガス冷却部１は、水冷２段クーラ構造とされ、ＥＧＲガス通路としてのＥＧＲパイプ２に第１の水冷式ＥＧＲクーラ３、第２の水冷式ＥＧＲクーラ４が間隔を存して介挿されて構成されている。ＥＧＲパイプ２は、図中右側がエンジンの排気通路に接続されて上流側とされ、図中左側が前記エンジンの吸気通路（何れも図示せず）に接続されて下流側とされている。
【００１３】
ＥＧＲパイプ２の上流側に配置されている前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３は、構造が簡単な多管（チューブ）式クーラが使用され、第１の水冷式ＥＧＲクーラ３の下流側に配置されている後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラ４は、温度効率の高い多段積層型のプレートフィン式クーラが使用されている。
第１の水冷式ＥＧＲクーラ３は、図１及び図２に示すように大径の円筒状のケース５内に当該ケース５の軸方向に沿ってＥＧＲガス通路としての小径のパイプ６が多数間隔を存して且つ軸方向に平行に配列して収納され、両端が隔壁７、７に穿設された穴に液密に嵌合固定されており、これらの隔壁７の外周部がケース５の内周面に全周に亘り液密に固定されている。
【００１４】
そして、ケース５の内周面と両端の隔壁７、７とによりパイプ６の外周面を取り囲むように冷却水通路８が画成されている。ケース５は、両端部がテーパ状に縮径されてＥＧＲガスの入口５ａ、出口５ｂとされ、ＥＧＲパイプ２の上流側に介挿されている。また、ケース５の冷却水通路８の上流側に冷却水入口５ｃが、下流側に冷却水出口５ｄが設けられている。これらのケース５、パイプ６及び隔壁７は、耐食性に優れたステンレス鋼板により形成されている。
【００１５】
そして、ＥＧＲガス通路としてのパイプ６の内壁面にＥＧＲガス中に含まれるＰＭの付着を抑制するための表面処理が施されている。このＰＭ付着抑制表面処理は、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ2）ガラス被膜をコーティング処理する。
第２の水冷式ＥＧＲクーラ４は、箱形のケース１１内に平板１２を間隔を存して対向させて配置して、冷却水通路１３とＥＧＲガス通路１４とから成る一組の熱交換器（以下「コア」という）１５を形成し、このコア１５を多段に積層して構成されている。ＥＧＲガス通路１３の内部には、図３に示すように冷却効率を高めるために冷却フィン１６がへＥＧＲガス通路１３の全幅、全長に亘り設けられている。
【００１６】
各コア１５のＥＧＲガス通路１４は、両端がケース１１の両端部に向かって開口されており、これら両端部は、縮径されてＥＧＲガスの入口１１ａ及び出口１１ｂとされて第１の水冷式ＥＧＲクーラ３の下流側のＥＧＲパイプ２に介挿されている。各コア１５の冷却水通路１３は、両端が連通されており、ケース１１の冷却水通路１３の上流側に冷却水入口１１ｃが、下流側に冷却水出口１１ｄが設けられている。これらのケース１１、平板１２、冷却フィン１６は、耐食性に優れたステンレス鋼板により形成されている。
【００１７】
第１の水冷式ＥＧＲクーラ３の冷却水出口５ｄと第２の水冷式ＥＧＲクーラ４の冷却水入口１１ｃは、冷却水パイプ１７により接続されており、第１の水冷式ＥＧＲクーラ３の冷却水入口５ｃ、第２の水冷式ＥＧＲクーラ４の冷却水出口１１ｄは、冷却水パイプ１８、１９により冷却水循環通路（図示せず）に接続されている。
以下に作用を説明する。
【００１８】
図１に示すようにエンジンの排気通路に排出された排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲパイプ２に導入され、第１の水冷式ＥＧＲクーラ３の各パイプ６内を通り出口５ｂからＥＧＲパイプ２に吐出される。一方、ＥＧＲ冷却水は、冷却水循環通路の冷却水パイプ１８から第１の水冷式ＥＧＲクーラ３の冷却水通路８に導入され、各パイプ６内を通る高温のＥＧＲガスを冷却し、冷却水出口５ｄから冷却水パイプ１７に吐出される。
【００１９】
第１の水冷式ＥＧＲクーラ３により冷却されて温度が低下したＥＧＲガスは、第２の水冷式ＥＧＲクーラ４に導入され、各ＥＧＲガス通路１４内を通り、出口１１ｂからＥＧＲパイプ２の下流側に吐出される。一方、第１の水冷式ＥＧＲクーラ３から吐出された冷却水は、冷却水パイプ１７から第２の水冷式ＥＧＲクーラ４の各冷却水通路１３に導入され、各ＥＧＲガス通路１４内を通るＥＧＲガスを更に冷却し、冷却水出口１１ｄから冷却水パイプ１９に吐出されて前記冷却水循環通路に還流される。
【００２０】
ＥＧＲパイプ２の上流側に配置された前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３により高温のＥＧＲを充分に予冷した後、後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラ４で更に冷却する際に熱拡散によりＥＧＲガス側からＥＧＲガス通路１４の内壁面及びフィン１６の表面に移動・付着するＰＭの量を抑えることができる。
また、ＥＧＲガス冷却部１を水冷２段クーラ構造とすることで、１段当たりの温度効率が低くても全体の温度効率を容易に高くすることができることから、直接高温に晒される前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３に低温度効率ながら目詰まりし難い構造が簡単な多管式クーラを採用し、当該第１の水冷式ＥＧＲクーラ３でＥＧＲガス中に含まれるＰＭの付着をできるだけ抑制した上で、低温化されＰＭ付着が抑制されている後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラ４を温度効率を重視した多段積層型のプレートフィン式クーラとすることで、前段・後段ともＰＭ付着が抑えられたバランスのよい冷却システムを構築することができる。
【００２１】
更に、前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３のＥＧＲガス通路としてのパイプ６の内壁面にＰＭ付着を抑制する表面処理を施すことにより、付着したＰＭの剥離が促進されて長期間に亘りＰＭ付着量を少なく抑えることが可能となる。チューブ６の内壁面に付着したＰＭは、エンジン停止後冷却水の温度が低下し、これに伴いチューブ６の温度が低下した際の収縮等により剥離される。
【００２２】
更に、ＥＧＲパイプ２に前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３と後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラ４とを間隔を存して配置した水冷２段構成とすることにより、ＥＧＲガスと冷却水との隔壁が一旦分離でき、熱伝達による隔壁上流側から下流側への熱移動経路を遮断できるため、遮断していない場合に対し隔壁下流側の温度を低く抑えることができる。この結果、単に冷却式ＥＧＲクーラを１段として長い形状の構成とした場合に比してＥＧＲガスの温度効率の大幅な向上が図られる。
【００２３】
図４は、ＥＧＲパイプに水冷式ＥＧＲクーラを１段設けた場合と、本願発明の水冷式ＥＧＲクーラを２段設けた構造における運転期間とクーラ温度効率との関係の一例を示す。図４において曲線Ｉは、水冷式ＥＧＲクーラを１段設けた場合を示し、運転期間と共にクーラ温度効率が急激に低下している。
これに対して本願発明のように水冷式ＥＧＲクーラを２段設けた場合には、曲線II、IIIで示すようにクーラ温度効率の低下が大幅に抑制される。曲線IIは、前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３に多管式クーラを、後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラ４に多段積層型のプレートフィン式クーラを使用し、且つ第１の水冷式ＥＧＲクーラ３のパイプ６の内壁面にＰＭ付着抑制コーティングを施さない場合を示し、曲線IIIは、第１の水冷式ＥＧＲクーラ４のパイプ６の内壁面にＰＭ付着抑制コーティングを施した場合を示す。
【００２４】
曲線IIに示すように前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３のパイプ６の内壁面にＰＭ付着抑制コーティングを施さない場合は、パイプ６の内壁面へのＰＭの付着に伴い第１の水冷式クーラ３のクーラ温度効率が低下し、これに伴い全体のクーラ温度効率も低下する。
また、曲線IIIに示すようにパイプ６の内壁面にＰＭ付着抑制コーティングを施した場合は、パイプ６の内壁面にＰＭが付着し難くクーラ温度効率の低下が抑制される。運転期間が長くなるに伴いＰＭが徐々にパイプ６の内壁面に付着してクーラ温度効率が低下する。パイプ６の内壁面に付着したＰＭは、エンジン停止後冷却水の温度が低下し、これに伴いパイプ６の温度が低下した際の収縮等により剥離される。この結果、段差部IIIａに示すようにクーラ温度効率が再び向上する。
【００２５】
このようにして段差部IIIａ、IIIｂに示すように付着したＰＭの剥離が促進されて長期に亘りＰＭ付着量を少なく抑えることが可能となり、前段の第１の冷却水ＥＧＲクーラ３の温度効率の低下が抑制される。このように、ＥＧＲガス通路２におけるＥＧＲガス冷却部１を水冷２段クーラ構造とすることで、クーラ温度効率の劣化抑制効果を得ることが可能となる。
【００２６】
また、第１の水冷式ＥＧＲクーラ３、第２の水冷式ＥＧＲクーラ４の温度効率が安定して劣化によりサチュレートする温度効率（約７０〜６０％）と初期温度効率（約９０％）がかけ離れていないために、サチュレートした高効率を維持したい場合などに、初期効率が高すぎてＥＧＲ冷却水が沸騰する症状を緩和することができる。
尚、上記実施形態では、後段の第２の水冷式ＥＧＲクーラ４に多段積層型のプレートフィン式クーラを使用した場合について記述したが、これに限るものではなく、前段の第１の水冷式ＥＧＲクーラ３と同様に多管式クーラを使用してもよい。
【００２７】
更に、第２の水冷式ＥＧＲクーラ４のＥＧＲガス通路１４の内壁面及びフィン１６の表面にもＰＭ付着抑制コーティング処理を施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るＥＧＲ装置のＥＧＲガス冷却部の断面図である。
【図２】図１に示す第１の水冷式ＥＧＲクーラの断面図である。図である。
【図３】図１に示す第２の水冷式ＥＧＲクーラの冷却水通路とＥＧＲガス通路とから成る一組の熱換器の説明図である。
【図４】図１に示すＥＧＲガス冷却部における水冷２段クーラの温度効率劣化抑制効果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１  ＥＧＲガス冷却部
２  ＥＧＲパイプ
３  第１の水冷式ＥＧＲクーラ
４  第２の水冷式ＥＧＲクーラ
５、１１  ケース
６  パイプ（ＥＧＲガス通路）
７  隔壁
８  冷却水通路
１２  平板
１３  冷却水通路
１４  ＥＧＲガス通路
１５  コア（熱交換器）
１６  フィン
１７、１８、１９  冷却水パイプ
【図１】
2006132470.tif 000003
【図２】
2006132470.tif 000004
【図３】
2006132470.tif 000005
【図４】
2006132470.tif 000006