JP2009293441A - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関温度の広範囲に渡って排気ガス中の窒素酸化物の生成を抑制することのできる内燃機関の排気ガス再循環装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気ガス再循環装置に採用される熱交換器１４の内部に、環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列された放熱用の複数のフィンを設ける。これら複数のフィンは、熱交換器１４に固定される固定フィン１５ａと、環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能な移動フィン１６ａとからなり、これら固定フィン１５ａと移動フィン１６ａとを環流ガスの流通方向に交互に配設する。移動フィン１６ａについてはこれらを支持する移動板１６を介して連結部１８に一体に連結し、さらにこの連結部１８を環流ガスに晒されるバイメタル１９を介して熱交換器１４のハウジング２１の内壁に連結する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関における燃料の燃焼により発生した排気ガスの一部を排気通路から吸気通路へと環流（再循環）させる排気ガス再循環装置に関する。

内燃機関における燃料の燃焼により発生した排気ガスの一部を、排気通路から吸気通路へと環流させる排気ガス再循環装置が知られている。この装置により排気ガスの環流が行われると、環流排気ガスが吸気通路中の空気や噴射された燃料とともに燃焼室に導入されることで同燃焼室内の酸素濃度が低下し、燃料の燃焼が緩慢化されることとなる。その結果、燃料燃焼時の温度が低下し、排気ガス中に含まれる大気汚染物質の一つである窒素酸化物の生成量の低減が可能となる。

また近年は、上記排気ガス再循環装置として、その排気ガスの環流通路に空冷式あるいは機関冷却水を用いた水冷式の熱交換器を備えるものも積極的に採用されている。こうした排気ガス再循環装置にあっては、熱交換器によって上記環流される排気ガスの温度が冷却され、その体積あたりの質量が増大されるため、非冷却ガスを循環するものと比較してその燃焼温度の低下効果、すなわち窒素酸化物生成の抑制効果も高くなる。

ところで、例えば冷間始動時等、機関温度が低い状態にあるときに上記熱交換器によって冷却された排気ガスが燃焼室内に環流されると、燃焼による機関の暖機が妨げられる虞がある。そこで従来は、冷間始動から暖機完了までの間等の機関低温時には、排気ガスの環流通路を遮断して排気ガスの上記吸気通路への環流を停止する、若しくは熱交換器を備える第１の環流通路と熱交換器を備えない第２の環流通路とを設け、機関低温時には第２の環流通路を通じて排気ガスを環流させる（特許文献１参照）等々の手段も講じられている。
特開平１１−２００９５５号公報

このような手段の採用により、上述のような排気ガス再循環装置を搭載する内燃機関にあっても、その暖機性能が損なわれるようなことはなくなる。ただし、機関低温時における排気ガスの循環を停止した場合には、その停止期間中、循環排気ガスによる窒素酸化物生成の低減を行うことができず、排気ガス性状が悪化する虞がある。また、第１及び第２の環流通路を設け、運転状況に応じてこれら環流通路を切り換えるようにした場合には、環流通路の切り換え直後において循環ガスの温度が急変するとともに、これら環流通路の間での排気ガスの流通抵抗の違いに起因して単位時間当たりのガス環流量も急変し、これらの変化が機関燃焼に与える影響が無視し難いものとなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関温度の広範囲に渡って排気ガス中の窒素酸化物の生成を抑制することのできる内燃機関の排気ガス再循環装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決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、内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に再循環させるべく同機関の排気通路と吸気通路との間に設けられた環流通路と、この環流通路内を流通する環流ガスを冷却する熱交換器とを備える内燃機関の排気ガス再循環装置において、前記熱交換
器には、その内部に、前記環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列された放熱用の複数のフィンからなる第１のフィン群と、同じく前記環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列された放熱用の複数のフィンからなる第２のフィン群とが、環流ガスの流通方向に交互に設けられてなり、それら第１及び第２のフィン群の少なくとも一方が前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされてなることをその要旨とする。

上記構成のように、第１及び第２のフィン群の少なくとも一方を環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とすることで、熱交換器内の環流ガスの流通路の熱交換構造を変更することが可能となり、それに伴って熱交換器としての冷却効率（熱交換効率）も変更可能とすることができる。すなわち、第１のフィン群と第２のフィン群とで対応するフィン同士が同一直線上に位置する、つまり、フィンの放熱面によって形成される還流ガスの流路が、その始点から終点まで直線をなすようにすれば、フィン放熱面の近傍に存在するガス層が流通路の始点から終点までそれら放熱面に沿って形成されるため、このガス層を形成する環流ガスのみがその放熱に供されることとなる。そして、上記ガス層以外の環流ガスについては、そのほとんどがフィンの放熱面と接触することなく熱交換器内を流通していくため、熱交換器としての冷却効率は低いものとなる。一方、第１のフィン群の位置と第２のフィン群の位置とが直線として一致しないようにすれば、第１及び第２のフィン群を構成する各フィンの放熱面近傍にガス層が形成されたとしても、これらガス層の剥離が生じやすくなり、すなわち、環流ガスが各フィンの放熱面と接触する頻度が高くなり、放熱に供される環流ガスの流量が増大する。つまり、熱交換器としての冷却効率は高くなる。

そこで、同請求項１に記載の構成において、例えば、機関高温時のように上記環流ガスを積極的に冷却してその環流効率を高めたい場合には、上述のように第１のフィン群の位置と第２のフィン群の位置とが直線として一致しないようし、逆に機関低温時であって排気ガスの環流が暖機の妨げとなることを抑制したい場合には、これも上述のように第１のフィン群と第２のフィン群とで対応するフィン同士を同一直線上に位置させることとすれば、これら広範な機関温度に渡って冷却効率が可変とされる排気ガスを環流させることができ、排気ガス中の窒素酸化物の生成を効率よく抑制することが可能となる。

ここで請求項１に記載の発明は、例えば請求項２に記載のように、第１及び第２のフィン群はそれぞれ複数のフィンが同一間隔をもって前記環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列されてなるとともに、それら第１及び第２のフィン群の一方は前記熱交換器の内部に固定され、他方のみが前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされるようにすることで、その設計や実現も容易となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、同フィン群を構成する全てのフィンが一体に、前記熱交換器の内部を流通する環流ガスに晒されるバイメタルに連結されてなることをその要旨とする。

温度に依存してその形状が変化するバイメタルを、上記請求項３に記載のように熱交換器を通過する環流ガスに晒される態様にて同熱交換器に設けるようにすれば、バイメタルの上記環流ガスによる加熱度合いに依存した形状変化を利用して、上記移動可能とされたフィン群を構成する全てのフィンを環流ガスの流通方向と直交する方向に一体に移動させることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、電磁アクチュエータの駆動に従って、同フィン群を構成する全てのフィンが一体に移動するものであることをその要旨とする。

上記構成によれば、電磁アクチュエータの駆動を制御することにより、移動可能とされたフィン群の移動量を任意に調節することが可能となる。すなわち、その都度の機関温度に応じて熱交換器の冷却効率が適切なものとなるように上記フィン群の移動量を設定し、この設定した移動量となるように電磁アクチュエータを駆動させることが可能となる。同構成によればこのように、その時々の機関温度に応じて移動可能とされるフィン群の移動量をきめ細かく調節することができる。

ここで、上記電磁アクチュエータとしては、例えば請求項５に記載のように、熱交換器のハウジング外面に装着された電磁石を採用することができる。そしてこの場合には、熱交換器のハウジング及び同熱交換器の内部に固定されたフィン群及び該フィン群を支持する支持体についてはこれらを非磁性体からなる材料によって形成し、環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は少なくともそれらを一体に支持する部分を磁性体からなる材料によって形成する。

こうした構成によれば、移動可能とされるフィン群の移動量が電磁石に供給する電流量により制御可能となるため、上記フィン群の移動量、すなわち上記熱交換器としての冷却効率を機関温度に応じて自由に設定することが可能となる。なお、電磁石をハウジング外面で且つ熱交換器の還流ガス出口側に設けるようにすれば、電磁石の発する磁力に対する熱の影響を抑制することができ、広範な機関温度において電磁石の磁力が保障される。

請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、前記熱交換器の内部に固定されたフィン群よりも線膨張係数の大きい材料によって支持されてなることをその要旨とする。

上記構成のように、移動可能とされたフィン群を上記固定されたフィン群よりも線膨張係数の大きい材料によって支持するようにすると、環流ガスによる加熱以前、すなわち機関の暖機以前にはこれら移動可能とされたフィン群と固定されたフィン群とにおける対応するフィン同士を同一直線上に配置したとしても、同フィン群が環流ガスによって加熱されるに従って、還流ガスの流通方向と直交する方向への膨張度合いの差により、上記移動可能とされたフィン群の位置と固定されたフィン群の位置との間にずれが生じることとなる。そしてこの場合も、上述と同様、このずれ量を通じて熱交換器としての冷却効率を機関温度、すなわち環流ガスの温度に応じて可変とすることが可能になる。

なお、この請求項６に記載の発明は、例えば請求項７に記載のように、熱交換器の内部に固定するフィン群を支持する支持体を線膨張係数が「１０．４×１０^−６／℃」であるフェライト系のステンレス材料によって形成し、環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とするフィン群を支持する支持体を線膨張係数が「１７．３×１０^−６／℃」であるオーステナイト系のステンレス材料によって形成することで実現可能である。

請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、同フィン群を構成する全てのフィンが一体に、前記熱交換器の内部を流通する環流ガスに晒される形状記憶合金に連結されてなることをその要旨とする。

形状記憶合金とは周知のように、例えば所定温度以上では屈曲するとともに、同所定温度未満では伸長するといった特性を有する合金であり、同構成のように、このような形状記憶合金に上記移動可能とされたフィン群の全てのフィンを一体に連結するようにすれば、環流ガスの温度に依存した形状記憶合金の変形に伴って上記移動可能とされたフィン群が同環流ガスの流通する方向と直交する方向に移動することとなり、これに応じて熱交換
器としての冷却効率も変更されるようになる。

［第１の実施形態］
以下、本発明に係る排気ガス再循環装置を車載内燃機関に適用した第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

まず、本実施形態の排気ガス再循環装置の概要について図１を参照して説明する。
同図１に示されるように、この排気ガス再循環装置は、内燃機関１０の吸気通路１１と排気通路１２とに連結される環流通路１３と、環流通路１３の途中に設けられ、同環流通路１３を流通する排気ガスの一部、すなわち環流ガスを冷却する熱交換器１４とを備えている。

こうした構成により、内燃機関１０での燃料の燃焼に伴う排気ガスの一部は、排気通路１２から環流通路１３を介して吸気通路１１へと環流されて、吸気通路１１内の空気と燃料とからなる混合気とともに内燃機関１０の燃焼室に流入されることとなる。これにより、混合気のみが流入される場合と比較して燃焼室内の酸素濃度が低下して燃焼が緩慢化されるため、燃焼温度が低下する。すなわち、混合気に含有される窒素が酸化されにくくなり、窒素酸化物の生成を抑制することが可能となる。また、環流通路１３に設けられた熱交換器１４により環流ガスが冷却されて、同環流ガスの体積あたりの質量が増大されるため、より多くの環流ガスを燃焼室内に流入させることが可能となり、上記窒素酸化物生成の抑制度合を高めることができるようになる。

次に、本実施形態の排気ガス再循環装置に採用される上記熱交換器１４について、その構造並びに作用を図２〜図５を参照して説明する。
図２に示されるように、この熱交換器１４は、本体部分のハウジングが矩形状の筒からなり、その排気通路１２側、すなわち上流側には環流ガス流入口１４ａが、また吸気通路１１側、すなわち下流側には環流ガス流出口１４ｂとがそれぞれ連結されている。そして本実施形態において、上記環流ガス流出口１４ｂ側及び環流ガス流入口１４ａ側には、それぞれハウジングの一面から突出される態様で冷却水流入口１４ｃ及び冷却水流出口１４ｄとが設けられている。なお、これら冷却水流入口１４ｃ及び冷却水流出口１４ｄを介して熱交換器１４内を循環する冷却水は、周知の機関冷却水がそのまま流用されている。

一方、同図２のＡ−Ａ線に沿った同熱交換器１４の断面構造を図３（ａ）、（ｂ）に示すように、この熱交換器１４内には、上記機関冷却水が流通する冷却水通路１７と、上記環流ガスの流通路を形成すべく例えばステンレス鋼やアルミニウム合金からなって複数の固定フィン１５ａが等間隔に設けられた固定板１５及び複数の移動フィン１６ａが等間隔に設けられた移動板１６の組とが、交互に積層されるかたちで設けられている。ここで、上記固定板１５は、隣接する冷却水通路１７を形成する部材に固定されており、他方の移動板１６は、隣接する冷却水通路１７を形成する部材にシリコン樹脂等の低摩擦材を介して載置され、環流ガスの流通方向に直交する方向に移動可能となっている。

また、図２のＢ−Ｂ線に沿った熱交換器１４の断面構造を図４に模式的に示すように、上記固定フィン１５ａ及び移動フィン１６ａは還流ガスの流通方向に交互に且つ同一の間隔をもって配列されている。また、移動フィン１６ａの設けられた移動板１６は、その一端に設けられた連結部１８によって一体に連結されている。この連結部１８は、バイメタル１９によって環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能な態様でハウジング２１の内壁に連結されており、同連結部１８とハウジング２１との間には、連結部１８と接触することによって連結部１８の移動を係止し、その最大移動量を規制する係止部２０が設けられている。なお、上記バイメタル１９は、その温度の上昇に従って連結部１８をハウジ
ング２１の内壁側に引き込むような特性、すなわち温度上昇に相関して屈曲度合が大きくなる、若しくは収縮度合が大きくなる等の特性を有するものであればよい。また、上記移動フィン１６ａ（移動板１６）の移動量は、連結部１８が係止部２０によって係止されたところで最大となるが、このとき、移動フィン１６ａの各々が上記各固定フィン１５ａの間の中間位置となるように上記係止部２０の配設位置が設定されている。

以下、このように構成された熱交換器１４の動作について説明する。
例えばいま、機関始動時等の機関低温時であるとすると、図３（ａ）あるいは図４（ａ）に示すように、上記固定フィン１５ａ及び移動フィン１６ａの対応するフィン同士は、同一直線上に位置する態様で配列されるようになる。このとき、上記固定フィン１５ａ及び移動フィン１６ａによって形成される環流ガスの流路は、その始点から終点までが直線をなしているため、環流ガスはこれらフィンの放熱面に沿って流れ、それら放熱面の近傍に還流ガスの一部からなるガス層が形成されることとなる。そして、このようなかたちで環流ガスが熱交換器１４内を流通すると、放熱面近傍のガス層は、同放熱面を介して放熱されるものの、それ以外の環流ガスは、その流れが乱れることなく流路の始点から終点まで流れることとなり、固定フィン１５ａあるいは移動フィン１６ａの放熱面と接触する機会がほとんどない。すなわちこうした還流ガスは、これら放熱面の近傍に形成されているガス層によって同放熱面との接触が妨げられるため、ほとんど放熱されることなく熱交換器１４内の流路の始点から終点に至ることとなる。よって、機関低温時には環流ガス全体としての温度の降下度合は小さく、熱交換器１４としての冷却効率は低いものとなる。

またその後、機関での燃焼が繰り返され、排気ガス再循環装置も含めて内燃機関１０の温度が高温になると、排気通路１２から環流通路１３に流れる環流ガスの温度も上昇し、この温度の上昇に伴って、図４（ｂ）に示すように、上記バイメタル１９が収縮されるようになる。そして、これに伴い、同バイメタル１９に連結されている連結部１８と共々、上記移動フィン１６ａの設けられている移動板１６がハウジング２１側に移動することとなる。これらにより同図３（ｂ）あるいは図４（ｂ）に示される態様で、固定フィン１５ａと移動フィン１６ａとの間にずれが生じ、あるフィンの放熱面において環流ガスの一部によるガス層が生じたとしても、同ガス層はそれらフィンの放熱面から剥離しやすくなる。すなわち、環流ガスの流れに乱れが生じやすくなる。換言すれば、環流ガスが上記固定フィン１５ａ及び移動フィン１６ａの放熱面に接触する頻度が高くなるとともに、これらフィンの放熱面と接触する環流ガスの流量も増大し、熱交換器１４としての冷却効率が高められるようになる。なお、こうして熱交換器１４としての冷却効率が高められることで、環流ガスの体積あたりの質量が増大され、燃焼温度の低下効果、すなわち窒素酸化物生成の抑制効果も高められることは前述の通りである。また、図４（ａ）、（ｂ）においては、便宜上、上記固定板１５と移動板１６とを環流ガスの流通方向にずらして図示しているが、実際には、これら固定板１５と移動板１６とは上記各フィンの高さに相当する分だけ離間されて上下に重なり合っている。

図５は、上記移動フィン１６ａの移動量と、熱交換器１４内での圧力損失との関係（実線）、及び移動フィン１６ａの移動量と、熱交換器１４としての冷却効率の逆数、すなわち熱交換率の逆数との関係（破線）を併せて示したグラフである。

同図５からも明らかなように、移動フィン１６ａの移動量が「０」であるとき、すなわち機関低温時には、上述のように環流ガスの流路は直線状をなすことから、熱交換器１４内での圧力損失は小さいものの、環流ガスの流れに剥離が起こりにくいため、すなわち乱れが生じにくいため、冷却効率は自ずと低くなる。一方、移動フィン１６ａの移動量が大きくなる、すなわち機関温度が上昇するに従って、還流ガスの流れに剥離及び乱れが生じやすくなるため、熱交換器１４内での圧力損失は増えるものの、同熱交換器１４としての冷却効率は次第に高くなる。そして移動フィン１６ａの移動量が最大となる位置（固定フ
ィン１５ａの間の中間位置）においてこれらの値も最大もしくは最高となる。

以上説明したように、第１の実施形態に係る内燃機関の排気ガス再循環装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）機関高温時のように上記還流ガスを積極的に冷却してその環流効率を高めたい場合には、環流通路１３に設けられた熱交換器１４を通じてその内部の移動フィン１６ａの位置と固定フィン１５ａの位置とが直線として一致しないようした。また逆に、機関低温時であって排気ガスの環流が暖機の妨げとなることを抑制したい場合には、同熱交換器１４を通じてその内部の移動フィン１６ａと固定フィン１５ａとで対応するフィン同士が同一直線上に位置されるようにした。これにより、こうした広範な機関温度に渡って冷却効率が可変とされる排気ガスを環流させることができ、排気ガス中の窒素酸化物の生成を効率よく抑制することが可能となる。

（２）上記移動フィン１６ａ（移動板１６）の上記環流ガスの流通方向と直交する方向への移動を上記熱交換器１４内で環流ガスに晒されるバイメタル１９の特性を利用して行うようにした。これにより、簡易な構成でありながら上記環流される排気ガスの温度、すなわち機関温度に追従した上記移動フィン１６ａ（移動板１６）の移動を円滑に実現することができるようになる。

（３）上記移動フィン１６ａ（移動板１６）の移動に際しては、その移動量が最大となる位置、すなわち移動フィン１６ａの各々が各固定フィン１５ａの間の中間となる位置で係止部２０により規制されるようにした。これにより、上記熱交換器１４としての冷却効率の設定に普遍性を持たせることが可能となる。

［第２の実施形態］
次に、本発明に係る第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図６を参照して説明する。

図６は、主に先の図４（ａ）、（ｂ）に対応する図、すなわち図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図として、本実施形態における熱交換器１４の断面構造を模式的に示したものである。

すなわち図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、本実施形態においては、移動板１６同士を連結する連結部１８とハウジング２１とをばね等からなる付勢部２３によって連結するとともに、同付勢部２３が設けられている側のハウジング２１の外面には電磁アクチュエータを構成する電磁石２２を配設するようにしている。そして、特に本実施形態においては、上記連結部１８についてはこれを、磁性体材料によって形成するとともに、ハウジング２１も含めたそれ以外の部材については全て非磁性体からなる材料によって形成するようにしている。なお、上記付勢部２３は、その定常での状態を図６（ａ）に示すように、ハウジング２１の上記電磁石２２が配設されている側とは逆の方向に連結部１８を付勢するように設けられている。またここでは、先の係止部２０が図６（ａ）に示す付勢部２３の定常状態において上記移動フィン１６ａの各々が各固定フィン１５ａに対して直線的に配置される位置で移動フィン１６ａ（移動板１６）の移動を規制する態様で設けられている。また、本実施形態において、水温センサＷＳは、内燃機関１０の冷却水の温度を検出する周知のセンサであり、制御装置ＣＴは、この水温センサＷＳによる検出結果に応じて上記電磁石２２に対する通電の有無、並びに通電量を制御する部分である。

以下同図６（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施形態に係る排気ガス再循環装置に採用されている熱交換器の動作について説明する。
例えばいま、上記水温センサＷＳによる検出結果に基づき、機関低温時である旨が制御
装置ＣＴにより判断されているとすると、電磁石２２に対する通電は行われない。このときには図６（ａ）に示されるように、付勢部２３による付勢を通じて上記固定フィン１５ａと移動フィン１６ａとにおいて対応するフィン同士が各々同一直線上に位置するようになり、熱交換器１４としての冷却効率も低く維持される。

そしてその後、機関燃焼の繰り返しによる機関温度の上昇に伴って、上記水温センサＷＳにより検出される温度も上昇すると、その結果に応じて制御装置ＣＴにより制御される電磁石２２への通電量が徐々に増え、固定フィン１５ａとそれに隣接する移動フィン１６ａとのずれ量も徐々に大きくなる。すなわち熱交換器１４としての冷却効率が徐々に高められるようになる。そして、機関の暖機完了後には、図６（ｂ）に示されるように、移動フィン１６ａの各々が各固定フィン１５ａの中間位置となるように電磁石２２に対する通電量が制御され、熱交換器１４としての冷却効率も最大効率に維持される。

以上説明した第２の実施形態に係る内燃機関の排気ガス再循環装置によれば、第１の実施形態によって得られる前記（１）の効果、並びに前記（３）に準ずる効果に加えて更に以下の効果が得られるようになる。

（４）電磁アクチュエータを構成する電磁石２２への通電量に応じて、移動フィン１６ａが環流ガスの流通方向と直交する方向に一体に移動するようした。これにより、同移動フィン１６ａの移動量、すなわち熱交換器１４としての冷却効率を機関温度等に応じて高い自由度をもって設定することが可能となる。

（５）また、内燃機関の停止時等に上記電磁石２２に通電を行って移動板１６と共に移動フィン１６ａを移動させることで、環流ガス流通路内に付着したデポジットを除去することも可能となる。

（６）磁気特性は通常、高温度環境化で劣化する傾向にあるが、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、上記電磁石２２を環流ガスの出口側、すなわち冷却されたガスが排出される側に設けるようにすれば、機関温度の高温時にも強い磁力を維持することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明に係る第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図７を参照して説明する。

図７（ａ）、（ｂ）も先の図４（ａ）、（ｂ）に対応する図、すなわち図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図として、本実施形態における熱交換器１４の断面構造を模式的に示したものである。

本実施形態において採用する熱交換器１４では、そのハウジング２１内に設ける固定フィン１５ａの支持体である固定板１５として、線膨張係数が「１０．４×１０^−６／℃」であるフェライト系のステンレス材料を用い、移動フィン１６ａの支持体である移動板１６として線膨張係数が「１７．３×１０^−６／℃」であるオーステナイト系のステンレス材料を用いる。そして、これら固定板１５及び移動板１６の一方端をそれぞれハウジング２１の内壁の一面に固定する。なおここでは、固定板１５についても移動板と同様、前記冷却水通路１７を形成する部材（図３）との固定を解除しておくことが望ましい。

このように、移動板１６の形成材料を固定板１５の形成材料よりも線膨張係数の大きなものとすることにより、機関始動時等の機関温度が低い場合には、これら固定板１５と移動板１６とでその線膨張差がほとんど生じないことから、図７（ａ）に示されるように、固定フィン１５ａ及び移動フィン１６ａにおける対応するフィン同士が同一直線上に配置
されるようになる。すなわち、熱交換器１４としての冷却効率は低い状態に維持される。機関温度の上昇に伴って前記環流される排気ガスの温度が上昇すると、こうした線膨張係数の差に起因して、図７（ｂ）に示されるように、固定フィン１５ａの位置と移動フィン１６ａの位置との間にずれが生じ、それら温度の上昇に応じて熱交換器１４としての冷却効率も徐々に高められるようになる。

以上説明した第３の実施形態に係る内燃機関の排気ガス再循環装置によれば、第１の実施形態によって得られる前記（１）の効果に加えて更に以下の効果が得られるようになる。

（７）固定フィン１５ａを支持する固定板１５及び移動フィン１６ａを支持する移動板１６としての線膨張係数の違いに基づいてそれら固定フィン１５ａと移動フィン１６ａとの相対位置が温度に応じて自動調整されるようにした。これにより、移動フィン１６ａ（移動板１６）を駆動するための機構等を一切不要として熱交換器１４としての冷却効率の可変機能を実現することができるようになる。

［他の実施形態］
なお、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。
・第１の実施形態においては、連結部１８にバイメタル１９を連結し、この形状変化によって移動フィン１６ａを移動させるようにした。これに限らず、バイメタル１９に代えて形状記憶合金や、サーモスタット等の液封駆動機構を採用することも可能である。

・第２の実施形態においては、電磁石２２によって移動フィン１６ａを移動させるようにした。これに限らず、モータ、あるいはソレノイド等の電磁アクチュエータによって移動フィン１６ａを移動させるようにしてもよい。

・第２の実施形態においては、電磁石２２を熱交換器１４のハウジング２１外面に設けるようにした。これに限らず、同電磁石２２を熱交換器１４のハウジング２１内に設けるようにしてもよい。

・第２の実施形態においては、連結部１８を磁性体材料によって形成し、その他の部材を非磁性体の材料によって形成するようにした。これに限らず、移動フィン１６ａを含む移動板１６についても例えばフェライト系のステンレス材料等からなる磁性体材料によって形成するようにしてもよい。

・第２の実施形態においては、機関温度を監視する手段として水温センサＷＳを用いたが、これに限らず、機関始動後の時間を計時する手段なども含めて、その都度の機関温度若しくはそれに相当する値を監視することのできるものであればよい。

・第３の実施形態においては、固定フィン１５ａの支持体である固定板１５の形成材料をフェライト系のステンレス材料とし、移動フィン１６ａの支持体である移動板１６の形成材料をオーステナイト系のステンレス材料とした。これら形成材料はこれに限らず、線膨張係数の差により、温度上昇に伴って固定フィン１５ａと移動フィン１６ａとの間にずれが生じるような材料選択がなされていればよい。例えば、固定板１５の形成材料をインバー（線膨張係数は「１．２×１０^−６／℃」）とし、移動板１６の形成材料をオーステナイト系のステンレス材料としてもよい。

・特に第３の実施形態においては、固定板１５の形成材料をステンレス材料等の金属材料とし、移動板１６の形成材料を形状記憶合金としてもよい。
・第１及び第２の実施形態においては、複数の移動板１６を連結する連結部１８を設け
、これを介して全ての移動フィン１６ａが一体に移動するようにした。これに限らず、移動板１６のそれぞれに別途これを移動させる機構を設けるようにしてもよい。

・上記各実施形態においては、一方のフィン群、すなわち移動フィン１６ａのみを熱交換器１４内で移動可能とした。これに限らず、両方のフィン群を移動可能としてもよい。すなわち、熱交換器の内部に、環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列された放熱用の複数のフィンからなる第１のフィン群と、同じく環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列された放熱用の複数のフィンからなる第２のフィン群とを設ける。そして、これら第１及び第２のフィン群を環流ガスの流通方向に交互に設け、同第１及び第２のフィン群の少なくとも一方を環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とすればよい。

・上記各実施形態においては、排気ガス再循環装置に環流ガスの流量を調節する弁を設けていない場合について例示したが、こうした流量調節弁を環流通路１３中に設けてもよい。

本発明に係る排気ガス再循環装置の一実施形態が適用される内燃機関の概略構成を示す概念図。 上記排気ガス再循環装置に設けられる熱交換器の斜視構造を示す斜視図。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る排気ガス再循環装置の第１の実施形態に採用される熱交換器の内部構造として図２のＡ−Ａ線に沿った断面構造を拡大して示す拡大断面図。 （ａ）、（ｂ）は、同じく図２のＢ−Ｂ線に沿った熱交換器の断面構造を模式的に示す断面図。 移動可能とされたフィン群の移動量と圧力損失との関係、及び同移動量と環流ガスを冷却する効率の逆数との関係を併せ示すグラフ。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る排気ガス再循環装置の第２の実施形態に採用される熱交換器の内部構造として図２のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を模式的に示す断面図。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係る排気ガス再循環装置の第３の実施形態に採用される熱交換器の内部構造として図２のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…排気通路、１３…環流通路、１４…熱交換器、１４ａ…還流ガス流入口、１４ｂ…環流ガス流出口、１４ｃ…冷却水流入口、１４ｄ…冷却水流出口、１５…固定板、１５ａ…固定フィン、１６…移動板、１６ａ…移動フィン、１７…冷却水通路、１８…連結部、１９…バイメタル、２０…係止部、２１…ハウジング、２２…電磁石、２３…付勢部、ＷＳ…水温センサ、ＣＴ…制御装置。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に再循環させるべく同機関の排気通路と吸気通路との間に設けられた環流通路と、この環流通路内を流通する環流ガスを冷却する熱交換器とを備える内燃機関の排気ガス再循環装置において、
   前記熱交換器には、その内部に、前記環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列された放熱用の複数のフィンからなる第１のフィン群と、同じく前記環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列された放熱用の複数のフィンからなる第２のフィン群とが、環流ガスの流通方向に交互に設けられてなり、それら第１及び第２のフィン群の少なくとも一方が前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされてなる
   ことを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置。
2. 前記第１及び第２のフィン群はそれぞれ複数のフィンが同一間隔をもって前記環流ガスの流通方向に沿う方向に並列に配列されてなるとともに、それら第１及び第２のフィン群の一方は前記熱交換器の内部に固定され、他方のみが前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされてなる
   請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
3. 前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、同フィン群を構成する全てのフィンが一体に、前記熱交換器の内部を流通する環流ガスに晒されるバイメタルに連結されてなる
   請求項２に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
4. 前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、電磁アクチュエータの駆動に従って、同フィン群を構成する全てのフィンが一体に移動するものである
   請求項２に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
5. 前記熱交換器のハウジング及び同熱交換器の内部に固定されたフィン群及び該フィン群を支持する支持体は非磁性体からなるとともに、前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は少なくともそれらを一体に支持する部分が磁性体からなり、前記電磁アクチュエータは前記熱交換器のハウジング外面に装着された電磁石からなる
   請求項４に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
6. 前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、前記熱交換器の内部に固定されたフィン群よりも線膨張係数の大きい材料によって支持されてなる
   請求項２に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
7. 前記熱交換器の内部に固定されたフィン群を支持する支持体がフェライト系のステンレス材料からなり、前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群を支持する支持体がオーステナイト系のステンレス材料からなる
   請求項６に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
8. 前記環流ガスの流通方向と直交する方向に移動可能とされたフィン群は、同フィン群を構成する全てのフィンが一体に、前記熱交換器の内部を流通する環流ガスに晒される形状記憶合金に連結されてなる
   請求項２に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。

Images