(57)【要約】【課題】熱交換器の内部を洗浄するための洗浄水を熱交換器から確実に排出する。【解決手段】排気ガス熱交換器１０は、エンジン１の排気流路３に接続される入口側流路２１と、入口１０Ａが入口側流路２１に接続され、エンジン１からの排気ガスと内部を流通する冷媒との間で熱交換を行う熱交換部１０Ａと、熱交換部１０Ａの出口１０Ｃと排気流路３とを接続する第２流路２２と、を備える。熱交換部１０Ａの下方には、熱交換部１０Ａの内部を洗浄した洗浄水を重力によって排気流路３に導く排水路が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う排気ガス熱交換器であって、
前記エンジンの排気流路に接続される第１流路と、
入口が前記第１流路に接続され、前記エンジンからの排気ガスと内部を流通する前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、
前記熱交換部の出口と前記排気流路とを接続する第２流路と、を備え、
前記熱交換部の下方には、前記熱交換部の内部を洗浄した洗浄水を重力によって前記排気流路に導く排水路が設けられる、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ガス熱交換器であって、
前記排水路は、前記第１流路である、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。
【請求項３】
請求項１に記載の排気ガス熱交換器であって、
前記排水路は、前記第１流路とは異なる流路である、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の排気ガス熱交換器であって、
前記排水路は、前記排気流路に接続される、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の排気ガス熱交換器であって、
前記第２流路には、前記エンジンの吸気流路に通じる還流流路が接続される、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の排気ガス熱交換器と、
前記第２流路と前記エンジンの吸気流路とを連通させる還流流路と、
前記エンジンから排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置と、を備え、
前記排気浄化装置は、複数の種類の触媒が同一のハウジング内に収容されるとともに、前記排気流路における前記第１流路との接続部よりも上流側にのみ設けられる、
ことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＥＧＲ装置であって、
前記排気流路における前記第１流路との接続部と前記第２流路との接続部との間には、前記排気流路を開閉する開閉弁が設けられ、
前記開閉弁は、前記排気ガス熱交換器の内部を流通する前記冷媒の温度が所定値未満の場合には、前記排気流路を閉状態とする、
ことを特徴とするＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス熱交換器及び排気ガス熱交換器を備えたＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＥＧＲクーラ（熱交換器）のＥＧＲガス流路の入口側にＥＧＲガスに対し適量の水を直接噴射する水噴射手段を備えたＥＧＲ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０４８１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のＥＧＲ装置では、ＥＧＲガスの入側に直接噴射した水の水蒸気により、ＥＧＲクーラの各チューブ内に付着している煤を洗い流すことができる。しかしながら、特許文献１には、洗浄した水をどのように排出させるのかについて記載がない。ＥＧＲクーラ内に水が長時間滞留すると、部材が腐食するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の内部を洗浄するための洗浄水を熱交換器から確実に排出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、エンジンから排出された排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う排気ガス熱交換器は、エンジンの排気流路に接続される第１流路と、入口が第１流路に接続され、エンジンからの排気ガスと内部を流通する冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、熱交換部の出口と排気流路とを接続する第２流路と、を備え、熱交換部の下方には、熱交換部の内部を洗浄した洗浄水を重力によって排気流路に導く排水路が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記態様によれば、熱交換部の内部を洗浄した洗浄水は、重力によって熱交換部から排水路を通じて排気流路に排出される。よって、熱交換部の内部を洗浄するための水を熱交換部から確実に排出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る排気ガス熱交換器を備えるＥＧＲ装置の概略構成図である。
【図２】図２は、排気ガス熱交換器の内部断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、チューブに付着した煤の状態を説明する模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、チューブと煤との間に生成される凝縮水を説明する模式図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、チューブから煤が洗い流される状態を説明する模式図である。
【図４】図４は、排気ガス熱交換器の変形例を示す図である。
【図５】図５は、排気ガス熱交換器の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る排気ガス熱交換器１０、及び排気ガス熱交換器１０を備えたＥＧＲ装置１００の概略構成図である。ＥＧＲ装置１００は、エンジン１から排出された排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う排気ガス熱交換器１０と、エンジン１の排気流路３に設けられエンジン１から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置３０と、を備える。エンジン１は、例えば、ガソリンエンジンである。また、冷媒としては、エンジン１を冷却する冷却水が用いられる。
【００１１】
排気ガス熱交換器１０は、エンジン１の排気流路３に接続される第１流路としての入口側流路２１と、入口１０Ｂが入口側流路２１に接続され、エンジン１からの排気ガスと内部を流通する冷却水との間で熱交換を行う熱交換部１０Ａと、熱交換部１０Ａの出口１０Ｃと排気流路３とを接続する第２流路２２と、を備える。
【００１２】
入口側流路２１は、排気流路３における排気浄化装置３０の下流側と熱交換部１０Ａの入口１０Ｂとを連通する。入口側流路２１は、排気流路３に向かって下がる勾配を有している。
【００１３】
第２流路２２には、バルブ装置４０が設けられる。第２流路２２は、熱交換部１０Ａの出口１０Ｃとバルブ装置４０とを連通させる出口側流路２２Ａと、バルブ装置４０と排気流路３とを連通させる戻り流路２２Ｂと、を有する。戻り流路２２Ｂと排気流路３との接続部２５は、排気流路３における排気流路３と入口側流路２１との接続部２４よりも下流側に設けられる。排気流路３における接続部２４と接続部２５との間の流路３Ａは、排気ガス熱交換器１０をバイパスするバイパス流路として機能する。
【００１４】
バルブ装置４０には、エンジン１の吸気流路２と連通する還流流路２３が接続される。バルブ装置４０は、出口側流路２２Ａから戻り流路２２Ｂ及び還流流路２３に流れる排気ガスの流量を制御する。
【００１５】
排気浄化装置３０は、１つのハウジング内に収容された複数の触媒を備える。複数の触媒として、例えば、三元触媒が用いられる。排気浄化装置３０は、エンジン１から排出された排気ガスに含まれる炭化水素 (ＨＣ) 、一酸化炭素 (ＣＯ) 、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を三元触媒を用いて除去する。
【００１６】
ＥＧＲ装置１００は、排気流路３における接続部２４と接続部２５との間（流路３Ａ）に設けられ、排気流路３を開閉する開閉弁としてのバルブ装置５０をさらに備える。
【００１７】
また、バルブ装置５０は、開度を制御することで排気流路３において外部へ流出する排気ガスの流量を制御する。これにより、入口側流路２１に流入する排気ガスの流量を制御できる。
【００１８】
ＥＧＲ装置１００は、バルブ装置４０及びバルブ装置５０の作動を制御するコントローラ６０をさらに備える。本実施形態のコントローラ６０は、ＥＧＲ装置１００に加えて、エンジン１の作動も制御するように構成される。なお、ＥＧＲ装置１００の制御を行うコントローラとエンジン１の制御を行うコントローラとを別々に設けてもよい。
【００１９】
コントローラ６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、入出インターフェース、これらを接続するバス等を含んだマイクロコンピュータで構成される。コントローラ６０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ６０は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することでＥＧＲ装置１００の制御を行う。
【００２０】
コントローラ６０には、排気浄化装置３０の触媒ベッド温度を検出する温度センサ（図示せず）からの信号、還流流路２３への排気ガスの導入圧を検出する圧力センサ（図示せず）からの信号、熱交換部１０Ａを流れる冷却水の温度を検出する温度センサ（図示せず）からの信号等が入力される。
【００２１】
ＥＧＲ装置１００は上記のように構成されており、車両の状態に応じたモードで作動するように、コントローラ６０によってバルブ装置４０，５０の作動が制御される。
【００２２】
ＥＧＲ装置１００では、冷却水の温度が所定値未満の場合（例えば、エンジン１の始動直後など）、コントローラ６０はバルブ装置５０を全閉とするとともに、バルブ装置４０を制御して還流流路２３を遮断する。これにより、エンジン１から排気流路３に排出された排気ガスは、接続部２４から入口側流路２１を通じて熱交換部１０Ａに流入する。つまり、冷却水の温度が所定値未満の場合には、排気ガス熱交換器１０は、排気ガスの熱を回収する排熱回収装置として機能する。そして、熱交換部１０Ａにおいて熱交換を行った排気ガスは、出口側流路２２Ａ、バルブ装置４０、及び戻り流路２２Ｂを通過して排気流路３に戻され、外部へ排出される。
【００２３】
このように、ＥＧＲ装置１００では、冷却水の温度が所定値未満の場合には、エンジン１から排出された排気ガスの全量を熱交換部１０Ａに通過させる。これにより、エンジン１からの排熱を熱交換部１０Ａにおいて最大限に回収することができる。よって、冷却水の温度を素早く上昇させることができる。
【００２４】
また、ＥＧＲ装置１００では、所定のＥＧＲ実行条件が成立した場合には、排気ガスを還流流路２３から吸気流路２へ還流させるＥＧＲ制御を実行する。ＥＧＲ実行条件は、冷却水の温度が所定の範囲内であって、且つエンジン負荷が所定の範囲にある場合である。
【００２５】
ＥＧＲ実行条件が成立すると、コントローラ６０は、還流流路２３内の圧力等に基づいて、バルブ装置５０を中間開度とするとともに、バルブ装置４０を要求ＥＧＲ量に応じた開度に制御する。つまり、バルブ装置４０は、出口側流路２２Ａから還流流路２３へ流れる排気ガスの流量を制御する。
【００２６】
冷却水の温度が所定値以上であって、ＥＧＲ実行条件が不成立の場合には、コントローラ６０は、バルブ装置５０を全開状態にするとともに、バルブ装置４０を全閉状態にする。これにより、エンジン１から排気流路３に排出された排気ガスは、流路３Ａを通って、つまり、排気ガス熱交換器１０をバイパスして、外部に排出される。
【００２７】
次に、図２を参照して排気ガス熱交換器１０の具体的な構成について説明する。図２は、排気ガス熱交換器１０の内部断面図である。
【００２８】
排気ガス熱交換器１０は、図２に示すように、ハウジング１５内に設けられ入口１０Ｂから導かれた排気ガスが流通する排気ガス通路１１と、ハウジング１５内に設けられ排気ガス通路１１内の排気ガスとの間で熱交換を行うように冷却水が内部を流通する複数のチューブ１２と、を有する。
【００２９】
排気ガス通路１１は、複数のチューブ１２が間隔を空けて交互に積層されることによって、チューブ１２と隣接する他のチューブ１２との間にそれぞれ形成される。排気ガス通路１１中には、排気ガスとの熱交換効率を高めるために図示しないフィンが設置される。
【００３０】
入口側流路２１から導かれた排気ガスは、図２に矢印Ａで示すように、入口１０Ｂを通って排気ガス通路１１を流通する。
【００３１】
排気ガス通路１１を通過した排気ガスは、バルブ装置４０が開いている場合には、図２に矢印Ｂで示すように出口側流路２２Ａを通って戻り流路２２Ｂまたは還流流路２３へ流れる。
【００３２】
バルブ装置４０が閉じている場合には、排気ガスは、排気ガス通路１１や入口１０Ｂ等において自然対流する。
【００３３】
複数のチューブ１２には、図２に矢印Ｄで示すように冷却水流路入口１３から冷却水が流入する。冷却水は、チューブ１２内を流通する際に、チューブ１２を介して隣接する排気ガス通路１１を通過する排気ガスと熱交換を行った後、図２に矢印Ｅで示すように冷却水流路出口１４から流出する。
【００３４】
排気ガス熱交換器１０のハウジング１５内には、排気ガスに含まれる煤Ｃが付着する。このような煤Ｃは、ハウジング１５内で発生する凝縮水Ｗによって、洗い流すことができる。ここで、凝縮水Ｗ及び煤Ｃについて、図３Ａ〜図３Ｃ参照して説明する。
【００３５】
排気ガスが熱交換部１０Ａを通過することによって、排気ガスに含まれる煤Ｃがチューブ１２の外表面等に付着する（図３Ａ参照）。排気ガスが排気ガス通路１１を通過する際、排気ガスがチューブ１２を流れる冷却水によって露点以下まで冷却されると、図３Ｂに示すように、チューブ１２と煤Ｃとの間に凝縮水Ｗが生成される。凝縮水Ｗは、煤Ｃ表面の細かい隙間から煤Ｃの内部に侵入した排気ガスがチューブ１２の表面付近で冷却されることによって、排気ガス中に含まれる水蒸気が結露したものである。また、凝縮水Ｗは、チューブ１２の表面付近に堆積した煤Ｃ内に予め存在している排気ガスが冷却され、排気ガス中の水蒸気が結露することによっても生成される。
【００３６】
煤Ｃは、燃焼過程で燃え残った炭化水素が様々な化学反応を経て凝集し固体化されたものであり、油性（疎水性）の性質となっている。そのため、生成された凝縮水Ｗは、疎水性の煤Ｃに吸収されることなくチューブ１２と煤Ｃとの間を広がることによって水膜の層を形成する。その結果、煤Ｃは、水膜によってチューブ１２の表面から強制的に分離された状態となる。そして、煤Ｃが凝縮水Ｗとともに流されることにより、チューブ１２やハウジング１５の内部が洗浄される。このように、凝縮水Ｗは、ハウジング１５の内部を洗浄する洗浄水として用いられる。
【００３７】
凝縮水Ｗがハウジング１５内に長時間滞留すると、ハウジング１５やチューブ１２が腐食するおそれがある。このため、本実施形態の排気ガス熱交換器１０では、熱交換部１０Ａの入口１０Ｂを下方に向けて設置する。これにより、煤Ｃとともに流された凝縮水Ｗは、ハウジング１５の底面側に流れ落ちた後、重力によってハウジング１５の最下方側（入口１０Ｂ側）に向かって流れる。さらに、凝縮水Ｗは、重力によって熱交換部１０Ａから入口側流路２１を通じて排気流路３に排出される。このように、本実施形態の排気ガス熱交換器１０では、入口側流路２１が凝縮水Ｗを排出するための排水路として機能する。
【００３８】
なお、上記実施形態では、入口側流路２１を凝縮水Ｗを排出するための排水路として使用したが、排水路を別途設けてもよい。具体的には、図４に示すように、熱交換部１０Ａの下方に、排気流路３に連通する排水路７０を設けてもよい。また、図５に示すように、熱交換部１０Ａの下方に、戻り流路２２Ｂに連通する排水路１７０を設けてもよい。なお、排水路７０及び排水路１７０は、排気流路３に向かって下がる勾配を有するように設けられる。
【００３９】
また、上記実施形態では、熱交換部１０Ａの入口１０Ｂを下方に向けて設置する場合を例に説明したが、出口１０Ｃを下方に向けて設置するようにしてもよい。この場合には、
出口側流路２２Ａ及び戻り流路２２Ｂが排水路として機能する。また、この場合にも、図４及び図５に示す構成のように、別途排水路を設けてもよい。
【００４０】
さらに、熱交換部１０Ａが水平に設置されている場合には、ハウジング１５の底部に凝縮水Ｗを溜めるくぼみ等を設け、このくぼみと排気流路３あるいは戻り流路２２Ｂとを連通する排水路を設けるようにしてもよい。これにより、重力によって凝縮水Ｗを排出することができる。
【００４１】
以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【００４２】
排気ガス熱交換器１０は、エンジン１の排気流路３に接続される第１流路（入口側流路２１）と、入口１０Ｂが第１流路（入口側流路２１）に接続され、エンジン１からの排気ガスと内部を流通する冷媒（冷却水）との間で熱交換を行う熱交換部１０Ａと、熱交換部１０Ａの出口１０Ｃと排気流路３とを接続する第２流路２２と、を備える。熱交換部１０Ａの下方には、熱交換部１０Ａの内部を洗浄した洗浄水を重力によって排気流路３に導く排水路（入口側流路２１、出口側流路２２Ａ及び戻り流路２２Ｂ、排水路７０、排水路１７０）が設けられる。
【００４３】
熱交換部１０Ａの内部を洗浄した洗浄水（凝縮水Ｗ）は、重力によって熱交換部１０Ａから排水路（入口側流路２１、出口側流路２２Ａ及び戻り流路２２Ｂ、排水路７０、排水路１７０）を通じて排気流路３に排出される。よって、熱交換部１０Ａの内部を洗浄するための水を熱交換部１０Ａから確実に排出できる。これにより、熱交換部１０Ａの内部が腐食することを防止できる。
【００４４】
排気ガス熱交換器１０では、排水路は、第１流路（入口側流路２１）である。
【００４５】
この構成では、排水路を別途設ける必要がないので、装置を簡素化できる。
【００４６】
排気ガス熱交換器１０では、排水路は、第１流路（入口側流路２１）とは異なる流路である。
【００４７】
排水路７０や排水路１７０を設けることにより、洗浄水（凝縮水Ｗ）が排気ガスの流れの影響を受けない流路を流れることになるので、洗浄水（凝縮水Ｗ）を素早く確実に排出できる。
【００４８】
ＥＧＲ装置１００は、排気ガス熱交換器１０と、第２流路２２とエンジン１の吸気流路２とを連通させる還流流路２３と、エンジン１から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置３０と、を備える。さらに、排気浄化装置３０は、複数の種類の触媒が同一のハウジング内に収容されるとともに、排気流路３における第１流路（入口側流路２１）との接続部２４よりも上流側にのみ設けられる。
【００４９】
複数の種類の触媒が同一のハウジング内に収容することにより、省スペース化を図ることができるとともに、配管作業を簡素化できる。さらに、排気浄化装置３０を、排気流路３における排気ガス熱交換器１０よりも上流側に設けることにより、高温の排気ガスが導かれるので、還元性能を素早く発揮させることができる。
【００５０】
ＥＧＲ装置１００では、排気流路３における第１流路（入口側流路２１）との接続部２４と第２流路２２との接続部２５との間（流路３Ａ）には、排気流路３を開閉する開閉弁（バルブ装置５０）が設けられ、開閉弁（バルブ装置５０）は、排気ガス熱交換器１０の内部を流通する冷媒の温度が所定値未満の場合には、排気流路３を閉状態とする。
【００５１】
排気ガス熱交換器１０の内部を流通する冷媒の温度が所定値未満の場合に排気流路３を閉状態とすることにより、排気流路３を流れる排気ガスの全量が排気ガス熱交換器１０に流れる。これにより、排気ガスの排熱を最大限に回収することができるので、冷媒の温度を効率よく上昇させることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５３】
ＥＧＲ装置１００は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンに適用してもよい。
【００５４】
また、バルブ装置４０に代えて、還流流路２３に還流流路２３を流れる排気ガスの流量を制御するバルブを設けるとともに、第２流路２２に第２流路２２を流れる排気ガスの流量を制御するバルブを設けてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１００    ＥＧＲ装置
１        エンジン
２        吸気流路
３        排気流路
１０      排気ガス熱交換器
１０Ａ    熱交換部
１０Ｂ    入口
１０Ｃ    出口
２１      入口側流路（第１流路、排水路）
２２      第２流路
２２Ａ    出口側流路（第２流路、排水路）
２２Ｂ    戻り流路（第２流路、排水路）
２３      還流流路
２４      接続部
２５      接続部
３０      排気浄化装置
４０      バルブ装置
５０      バルブ装置（開閉弁）
６０      コントローラ
７０      排水路
１７０    排水路
【図１】
2019190400.tif 000003
【図２】
2019190400.tif 000004
【図３Ａ】
2019190400.tif 000005
【図３Ｂ】
2019190400.tif 000006
【図３Ｃ】
2019190400.tif 000007
【図４】
2019190400.tif 000008
【図５】
2019190400.tif 000009