JP2022055991A - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制する。【解決手段】ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６は、ＥＧＲクーラを加熱するためのヒータ２４と、ＥＧＲクーラの内部に堆積した凝縮水Ｗ１，Ｗ２を検知するための水センサ２６とを備える。水センサは、ＥＧＲクーラの内部に光を照射する発光部と、撮像素子を含み、ＥＧＲクーラの内部の光を受光して撮像データを生成する受光部とを備える。【選択図】図１

Description

本開示はＥＧＲクーラに関する。ここでＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）とは排気再循環の略称であり、内燃機関の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を取り出して吸気系に環流させることをいう。

ＥＧＲクーラでは一般的に、ＥＧＲクーラ内にＥＧＲガスと冷却水を導入すると共に、ＥＧＲガスを冷却水により冷却させて排出する。これによりＥＧＲガスの高密度化を図り、高いＥＧＲ率でＥＧＲが実行可能となる。

特開２０１２－２３７２３５号公報

ところで、ＥＧＲガスに含まれた水分が低温時等に凝縮して凝縮水となり、ＥＧＲクーラ内に堆積することがある。凝縮水は硫酸等を含む酸性水である。このため凝縮水がＥＧＲクーラ内に堆積すると、ＥＧＲクーラの内部の壁面を腐食させる虞がある。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制することができるＥＧＲクーラを提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラであって、
前記ＥＧＲクーラを加熱するためのヒータと、
前記ＥＧＲクーラの内部に堆積した凝縮水を検知するための水センサと、
を備え、
前記水センサが、
前記ＥＧＲクーラの内部に光を照射する発光部と、
撮像素子を含み、前記ＥＧＲクーラの内部の光を受光して撮像データを生成する受光部と、
を備える
ことを特徴とするＥＧＲクーラが提供される。

好ましくは、前記水センサは、前記発光部と前記受光部をガス下流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス上流側の端壁に配置された上流側水センサを備える。

好ましくは、前記水センサは、前記発光部と前記受光部をガス上流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側の端壁に配置された下流側水センサを備える。

好ましくは、前記水センサは、前記発光部と前記受光部をガス下流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス上流側の端壁に配置された上流側水センサと、前記発光部と前記受光部をガス上流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側の端壁に配置された下流側水センサとを備え、
前記上流側水センサと前記下流側水センサは、前記ＥＧＲクーラの周方向における異なる位置に複数ずつ配置される。

好ましくは、前記ＥＧＲクーラのガス上流側端部の頂部に配置された冷却水入口を備え、
前記ＥＧＲクーラの上半部において、前記上流側水センサが前記下流側水センサよりも多く配置される。

好ましくは、前記水センサは、前記発光部と前記受光部を下側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の頂部に配置された頂部水センサを備える。

好ましくは、前記水センサは、発光側センサ要素と受光側センサ要素を備え、前記発光側センサ要素は、前記発光部と発光側センサ本体を含み、前記受光側センサ要素は、前記受光部と受光側センサ本体を含み、
前記発光側センサ要素は、前記発光部を下側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の頂部に配置され、
前記受光側センサ要素は、前記受光部を上側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の底部に配置される。

好ましくは、前記水センサは、発光側センサ要素と受光側センサ要素を備え、前記発光側センサ要素は、前記発光部と発光側センサ本体を含み、前記受光側センサ要素は、前記受光部と受光側センサ本体を含み、
前記発光側センサ要素は、前記発光部を上側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の底部に配置され、
前記受光側センサ要素は、前記受光部を下側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の頂部に配置される。

好ましくは、前記ＥＧＲクーラは、
ガス入口を画成するガス入口管と、
ガス出口を画成するガス出口管と、
前記ガス入口管および前記ガス出口管の間に配置され、前記ガス入口管および前記ガス出口管より大径に形成された筒状のケーシングと、
前記ケーシングの軸方向一端と前記ガス入口管を結ぶ入口側端壁と、
前記ケーシングの軸方向他端と前記ガス出口管を結ぶ出口側端壁と、
前記ケーシング内に設けられ、軸方向に互いに離間された入口側エンドプレートおよび出口側エンドプレートと、
前記入口側エンドプレートと前記出口側エンドプレートに両端が固定された複数のヒートパイプと、
前記入口側エンドプレートと前記出口側エンドプレートの間に画成された水室と、
前記入口側エンドプレートと前記ガス入口の間に画成された入口側ガス室と、
前記出口側エンドプレートと前記ガス出口の間に画成された出口側ガス室と、
を備える。

本開示の他の態様によれば、
前記ＥＧＲクーラの温度を調節するための温度調節装置であって、
前記ヒータを制御するように構成された制御ユニットを備え、
前記制御ユニットは、前記受光部から取得した撮像データに基づいて凝縮水部分の面積を計算し、当該面積に基づいて前記ヒータを制御する
ことを特徴とする温度調節装置が提供される。

本開示によれば、凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制することができる。

第１実施形態のＥＧＲクーラの構造を示す縦断側面図である。 ＥＧＲクーラの前面図である。 ＥＧＲクーラの後面図である。 水センサを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 下流側水センサにより取得された撮像データの一例を示す図である。 制御ルーチンを示すフローチャートである。 凝縮水量とヒータ供給電力との関係を示すグラフである。 第２実施形態のＥＧＲクーラの構造を示す縦断側面図である。 頂部水センサにより取得された撮像データの一例を示す図である。 第３実施形態のＥＧＲクーラの構造を示す縦断側面図である。 第４実施形態のＥＧＲクーラの構造を示す縦断側面図である。 第５実施形態のＥＧＲクーラの構造を示す縦断側面図である。 第６実施形態のＥＧＲクーラの構造を示す縦断側面図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

［第１実施形態］
図１～図３に第１実施形態のＥＧＲクーラの構造を示す。ＥＧＲクーラ６は、内燃機関（エンジンともいう）に適用されるものであり、本実施形態の内燃機関は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関（例えばディーゼルエンジン）である。車両はトラック等の大型車両である。但し車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンは火花点火式内燃機関（例えば天然ガスエンジンまたはガソリンエンジン）であってもよい。なおエンジンは、車両以外の移動体、例えば船舶、建設機械、または産業機械に搭載されたものであってもよい。またエンジンは、移動体に搭載されたものでなくてもよく、定置式のものであってもよい。

図中、太実線矢印で冷却水の流れを示し、破線矢印でＥＧＲガスの流れを示す。

ＥＧＲクーラ１の中心軸すなわちクーラ軸を符号Ｃで示す。以下特に断らない限り、クーラ軸Ｃを基準とした軸方向、半径方向および周方向を単に軸方向、半径方向および周方向というものとする。

便宜上、クーラ軸Ｃの軸方向一端側（図中左側）を前、他端側（図中右側）を後として、前後左右上下の各方向を図示の通り定める。但しこれら各方向が説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。ＥＧＲガスの流れ方向において、前側はガス上流側およびガス入口側、後側はガス下流側およびガス出口側を意味する。

ＥＧＲクーラ６は、ガス入口３２を画成するガス入口管１と、ガス出口３３を画成するガス出口管２と、ガス入口管１およびガス出口管２の間に配置された筒状のケーシング３１と、ケーシング３１の前端とガス入口管１の後端を結ぶ入口側端壁３４と、ケーシング３１の後端とガス出口管の前端を結ぶ出口側端壁３５とを備える。これらは全てクーラ軸Ｃに同軸に配置される。

図２および図３に示すように、ガス入口管１とガス出口管２の断面形状が円形なのに対し、ケーシング３１の断面形状は矩形、特に正方形とされている。ケーシング３１はガス入口管１とガス出口管２より大径とされる。すなわち、ケーシング３１の最小外径（断面の一辺の長さ）は、ガス入口管１およびガス出口管２の外径より大きくされる。

図１にも示すように、入口側端壁３４と出口側端壁３５は、前述の矩形断面と円形断面を繋げるようなテーパ形状とされている。入口側端壁３４は、ガス入口管１からケーシング３１に向かうにつれ、断面形状を円形から矩形に徐々に変化させながら拡径される。逆に出口側端壁３５は、ケーシング３１からガス出口管２に向かうにつれ、断面形状を矩形から円形に徐々に変化させながら縮径される。

またＥＧＲクーラ６は、ケーシング３１内に設けられ軸方向に互いに離間された入口側エンドプレート３６および出口側エンドプレート３７と、入口側エンドプレート３６と出口側エンドプレート３７に両端が固定された複数のヒートパイプ３８とを備える。またＥＧＲクーラ６は、入口側エンドプレート３６と出口側エンドプレート３７の間に画成された水室３９と、入口側エンドプレート３６とガス入口３２の間に画成された入口側ガス室４２と、出口側エンドプレート３７とガス出口３３の間に画成された出口側ガス室４３とを備える。

入口側エンドプレート３６と出口側エンドプレート３７は、軸方向に垂直に配置されてケーシング３１内を気密かつ液密に仕切る。入口側エンドプレート３６と出口側エンドプレート３７の形状が矩形であるのに対し、ヒートパイプ３８の断面形状は円形である。ヒートパイプ３８はクーラ軸Ｃに平行に配置され、直線的に延びる。ヒートパイプ３８は並列かつ千鳥状に配列されるが（図５参照）、他の配列方法、例えば格子状に配列されてもよい。

水室３９には冷却水が流通される。冷却水にはエンジン冷却水（ＬＬＣ（Long Life Coolant））が使用される。水室３９内にヒートパイプ３８が配置される。これによりヒートパイプ３８内のＥＧＲガスが、水室３９内の冷却水と熱交換して冷却される。

ＥＧＲクーラ６は、そのガス上流側（入口側）端部の頂部に配置された冷却水入口３と、そのガス下流側（出口側）端部の底部に配置された冷却水出口４とを備える。冷却水入口３は、ケーシング３１のガス入口側端部の頂部に突出して設けられた冷却水入口管４０により画成され、水室３９のガス入口側端部の頂部と連通する。冷却水出口４は、ケーシング３１のガス出口側端部の底部に突出して設けられた冷却水出口管４１により画成され、水室３９のガス出口側端部の底部と連通する。これにより水室３９内の冷却水は、図１に示すような側面視において概ね対角状に流されることとなる。

冷却水入口３には、図示しないクーラ入口通路を通じてエンジン側から冷却水が供給される。また冷却水出口４から排出された冷却水は、図示しないクーラ出口通路を通じてラジエータ側に供給される。

入口側ガス室４２は、入口側エンドプレート３６と、ケーシング３１の前端部と、入口側端壁３４とによって画成される。出口側ガス室４３は、出口側エンドプレート３７と、ケーシング３１の後端部と、出口側端壁３５とによって画成される。

ガス入口３２には、図示しないＥＧＲ通路を通じてエンジン排気側からＥＧＲガスが供給される。このＥＧＲガスは、入口側ガス室４２内で広がって複数のヒートパイプ３８に分配される。ＥＧＲガスは、これらヒートパイプ３８の中を流れて冷却水と熱交換し、冷却される。その後ＥＧＲガスは、出口側ガス室４３内に流入し、ガス出口３３内に集合された後、図示しないＥＧＲ通路を通じてエンジン吸気側に供給される。

ところで、ＥＧＲガスに含まれる水分が低温時等にＥＧＲクーラ６内で凝縮して凝縮水となり、ＥＧＲクーラ６内に堆積することがある。凝縮水は硫酸等を含む酸性水である。このため凝縮水がＥＧＲクーラ６内に堆積すると、ＥＧＲクーラ６の内部の壁面を腐食させる虞がある。

そこで本実施形態のＥＧＲクーラ６は、ＥＧＲクーラ６を加熱するためのヒータ２４と、ＥＧＲクーラ６の内部に堆積した凝縮水を検知するための水センサ２６とを備える。そして水センサ２６で凝縮水を検知したときに、ヒータ２４を作動させてＥＧＲクーラ６を加熱し、内部の凝縮水を蒸発させることができるようにしている。これにより、凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制することができる。

本実施形態のヒータ２４は、電気ヒータにより形成される。ヒータ２４は第１ヒータ２４Ａと第２ヒータ２４Ｂを備える。第１ヒータ２４Ａは、軸方向における冷却水入口管４０と冷却水出口管４１の間の位置において、水室３９の外周側に位置されるケーシング３１の外周部を取り囲むように配置される。

第２ヒータ２４Ｂは、出口側ガス室４３の底部付近を加熱するような位置に配置される。すなわち、第２ヒータ２４Ｂは、出口側エンドプレート３７よりもガス出口側に位置するケーシング３１および出口側端壁３５の下端部外周面を覆うように配置される。こうした位置に設置する理由は、図１および図９に符号Ｗ２で示すように、出口側ガス室４３の底部に凝縮水が溜まり易いからである。なお第１ヒータ２４Ａと第２ヒータ２４Ｂは同時にオンオフされるが、別々にオンオフされてもよい。

図４にも示すように、水センサ２６は略円柱状の光学式センサとされ、ＥＧＲクーラ６の内部に光を照射する発光部５１と、ＥＧＲクーラ６の内部の光を受光する受光部５２とを備える。受光部５２はＣＭＯＳ等の撮像素子を含み、受光した光に対応した撮像データを生成する。

発光部５１はＬＥＤ等の光源を含み、検知部位に向かって光を照射する。受光部５２は、検知部位から反射した光を受光して撮像データを生成する。検知部位に存在する物質の種類によって反射光の波長は異なる。よって撮像データをスペクトル分析することにより、撮像データ中の各部の波長の違いから水すなわち凝縮水を検知できる。

図１に示すように、車両には、制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１００が設けられる。ＥＣＵ１００には水センサ２６とヒータ２４が電気的に接続される。なおＥＣＵ１００は、車両に通常装備されているエンジン制御用ＥＣＵもしくは車両制御用ＥＣＵにより構成されることができる。

ＥＣＵ１００は、受光部５２から受け取った撮像データに対してスペクトル分析を行い、撮像データ中の各部の波長の違いから水すなわち凝縮水を検知する。受光部５２がＣＭＯＳ等の撮像素子を含むので、カメラで写真を撮るように広範囲の凝縮水の反射光を捉えることができる。

図４に示すように、水センサ２６はセンサ本体５３とカバー５４も備える。発光部５１と受光部５２は、同一のセンサ本体５３の先端面に設けられる。カバー５４は、センサ本体５３の先端部に固定され、発光部５１と受光部５２を覆って保護する。カバー５４は光を透過可能であり、例えば透明なガラスにより形成される。

図１に示すように、水センサ２６は、カバー５４がＥＧＲクーラ６の内部に露出されるような方法でＥＧＲクーラ６に取り付けられる。しかし、発光部５１と受光部５２がカバー５４で保護されているので、これらがＥＧＲガスにより浸食されたり凝縮水で濡れたりするのを防止できる。

本実施形態の水センサ２６は、上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂを備える。上流側水センサ２６Ａは、発光部５１と受光部５２（つまり先端部）をガス下流側に向けて入口側端壁３４に配置されている。下流側水センサ２６Ｂは、発光部５１と受光部５２をガス上流側に向けて出口側端壁３５に配置されている。各センサ２４Ａ，２６Ｂは、クーラ軸Ｃに平行に向けられ、各端壁３４，３５を貫通して各端壁３４，３５に固定されている。

上流側水センサ２６Ａは、入口側ガス室４２内および入口側エンドプレート３６に向かって光を照射し、その反射光を受光する。従って上流側水センサ２６Ａは、その検知エリア内に含まれる複数本のヒートパイプ３８内に堆積した凝縮水Ｗ１を撮像可能である。

下流側水センサ２６Ｂも同様に、出口側ガス室４３内および出口側エンドプレート３７に向かって光を照射し、その反射光を受光する。従って下流側水センサ２６Ｂは、その検知エリア内に含まれる複数本のヒートパイプ３８内に堆積した凝縮水Ｗ１を撮像可能である。下流側水センサ２６Ｂにより取得された撮像データの一例を図５に示す。

図２および図３に示すように、上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂは周方向における異なる位置に複数（本実施形態では３つ）ずつ配置される。詳しくは、上流側水センサ２６Ａは周方向等間隔で３つ設けられ、ガス入口管１の真下に１つ設けられ、ガス入口管１の左右斜め上に１つずつ設けられる。従って、ＥＧＲクーラ６の上半部（クーラ軸Ｃより上方の部分）には２つの上流側水センサ２６Ａが設けられ、ＥＧＲクーラ６の下半部（クーラ軸Ｃより下方の部分）には１つの上流側水センサ２６Ａが設けられる。

下流側水センサ２６Ｂも、周方向等間隔で３つ設けられる。但しその配置は上流側水センサ２６Ａと上下逆であり、ガス出口管２の真上に１つ、ガス出口管２の左右斜め下に１つずつ設けられる。従って、ＥＧＲクーラ６の上半部には１つの下流側水センサ２６Ｂが設けられ、ＥＧＲクーラ６の下半部には２つの下流側水センサ２６Ｂが設けられる。ＥＧＲクーラ６の上半部において、上流側水センサ２６Ａは下流側水センサ２６Ｂよりも多く配置される。

図示しないが、ＥＧＲクーラ６を軸方向前方または後方から透過的に見ると、上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂは、周方向等間隔で交互に配置されるようになる。

ＥＣＵ１００は、水センサ２６の受光部５２から取得した撮像データに基づいてヒータ２４を制御するように構成されている。このように車両には、ＥＧＲクーラ６の温度を調節するための温度調節装置が設けられ、温度調節装置はＥＣＵ１００を含む。

例えば、低温環境下（例えば外気温が０℃以下）でエンジンが冷間始動されたとき、低温状態にあるＥＧＲクーラ６内に、比較的高温のＥＧＲガスが導入される。その後ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ６内で徐々に冷却され、凝縮される。ヒートパイプ３８内で生成されその内面に付着した凝縮水Ｗ１は、重力でその底面に流下すると共に、ＥＧＲガスの流れによって下流側すなわちガス出口側に押し流される。そしてヒートパイプ３８から出ると、出口側エンドプレート３７を伝わって流下し、符号Ｗ２で示すように出口側ガス室４３の底部に溜まる。凝縮水は、軸方向においてはガス出口側、上下方向においては下側に溜まる傾向にある。

一方、複数の水センサ２６から図５に示したような撮像データが取得される。ＥＣＵ１００は、これら撮像データから凝縮水を検知し、凝縮水を示す部分の面積を計算する。実際の凝縮水の量が増えるほど面積が増大し、両者は相関関係にある。そこでＥＣＵ１００は、計算した面積に基づいて、ＥＧＲクーラ６内に堆積した凝縮水の量を推定する。

この際、ＥＣＵ１００は、水センサ２６Ａ，２６Ｂにより取得された撮像データの凝縮水部分の合計面積を計算し、予め作成されたマップ（関数でもよい）を用いて、合計面積に対応した凝縮水の水量（凝縮水量という）を計算する。

このようにＥＣＵ１００は、水センサ２６により取得された撮像データから凝縮水部分の面積を計算し、この面積に基づいて凝縮水量を計算ないし推定する。よって大掛かりな装置を用いることなく、簡便な装置で凝縮水量を検出することができ、コストおよびレイアウト面で有利である。

但し、凝縮水量の推定方法および検出方法は任意であり、上記以外の方法も可能である。

またＥＣＵ１００は、計算した面積に基づいてヒータ２４を以下の如く制御する。図６は、本実施形態の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返し実行される。

初回のルーチンは、エンジンを始動させるためのエンジンスイッチがオン（ＯＮ）された時に開始される。この開始時の初期状態について、ヒータ２４はオフ（ＯＦＦ）である。

まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、計算した面積に基づいて凝縮水量Ｍ（ＥＧＲクーラ６内に堆積した凝縮水の量）を推定し、推定した凝縮水量Ｍが所定のしきい値Ｍｓを超えているか否かを判断する。超えてない場合は、凝縮水の加熱蒸発が不要なほどに凝縮水量Ｍが少ない（ゼロを含む）ので、ＥＣＵ１００はルーチンを終える。他方、超えている場合はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、ヒータ２４をオン（ＯＮ）し、ヒータ２４を作動させる。これによりＥＧＲクーラ６が加熱され、その内部の凝縮水が加熱、蒸発される。

この加熱の際、ＥＣＵ１００は、凝縮水量Ｍがしきい値Ｍｓより多いほど、ヒータ２４に供給する電力Ｐを増大する。凝縮水量Ｍとヒータ供給電力Ｐとの関係を図７に示す。凝縮水量Ｍがしきい値Ｍｓ以下のときヒータ供給電力Ｐはゼロである。凝縮水量Ｍがしきい値Ｍｓより大きいとき、ヒータ供給電力Ｐは、凝縮水量Ｍの増加に対して比例的に増加される。図７に示すような関係をマップまたは関数の形で予めＥＣＵ１００に記憶し、この関係に従って供給電力Ｐを制御してもよい。

このようにヒータ２４を制御することにより、凝縮水量Ｍが多いほど凝縮水に与える熱エネルギを増大させ、制御を行わない場合よりも短時間で凝縮水を蒸発させることができる。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２を実行した後、ルーチンを終える。

このように、本実施形態によれば、ＥＧＲクーラ内の凝縮水の加熱および蒸発を促進して凝縮水によるＥＧＲクーラ内部の腐食を抑制することができる。

また、本実施形態には以下に述べるような利点も存在する。

まず、水センサ２６が上述のような発光部５１と受光部５２を備えるため、ＥＧＲクーラ６内の凝縮水を直接撮像してその存在を検知できる。そのため凝縮水を正確に検知し、ヒータ２４の制御を高精度で行うことができる。

また、上流側水センサ２６Ａの先端部が露出される入口側ガス室４２内には上流側から下流側に向かうＥＧＲガスの流れが存在する。このＥＧＲガスには煤等の粒子状物質が含まれる。一方、上流側水センサ２６Ａの発光部５１と受光部５２はガス下流側に向けられている。よって粒子状物質が、発光部５１と受光部５２の光路を遮るようにセンサ先端部（具体的にはカバー５４）に付着することを抑制でき、センサの信頼性を高めることができる。

また、ＥＧＲクーラ６内ではガス下流側ほど凝縮水が多く溜まる傾向にある。下流側水センサ２６Ｂは、こうしたガス下流側に溜まった凝縮水を検知できるので、凝縮水の検知に有利である。

上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂの両方を設ける利点は明らかである。またこれら上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂが複数ずつ設けられているので、より広範なエリアで凝縮水を検知でき、検知性能を高められる。

上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂは、ＥＧＲクーラ６の周方向における異なる位置に複数ずつ配置される。これにより、ＥＧＲクーラ６内を万遍なく検知でき、検知性能を高められる。言い換えれば、上流側および下流側の一方で疎になっているエリアを他方で密にでき、全体として検知性能を高められる。

ところで、ＥＧＲクーラ６ではガス上流側端部の頂部に冷却水入口３が配置されている。この冷却水入口３には、比較的低温の冷却水が導入されるため、その付近では凝縮水が発生し易い。言い換えれば、ＥＧＲクーラ６内のガス上流側かつ上部側ほど凝縮水が発生し易い。

本実施形態では、ＥＧＲクーラ６の上半部において、上流側水センサ２６Ａが下流側水センサ２６Ｂよりも多く配置される。このため、ガス上流側かつ上部側で発生した凝縮水を、上流側水センサ２６Ａにより検知し易くすることでき、検知性能を高めることができる。

一方、凝縮水は符号Ｗ２で示したように出口側ガス室４３の底部に溜まる傾向にある。本実施形態では、ＥＧＲクーラ６の下半部において、下流側水センサ２６Ｂが上流側水センサ２６Ａよりも多く配置される。このため、ガス下流側かつ下部側に堆積した凝縮水を、下流側水センサ２６Ｂにより検知し易くすることでき、検知性能を高めることができる。

本実施形態の変形例については様々なものが考えられる。
（１）例えば、発光部５１と受光部５２を別々のセンサ本体に設けてもよい。この場合、センサ本体同士を横並びに隣接させて設置することが考えられる。
（２）上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂの一方を省略して簡略化した変形例も可能である。
（３）上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂの一方または両方の数、配置方法等を変更してもよい。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態を説明する。なお第１実施形態と同様の部分については図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、第１実施形態との相違点を主に説明する。

図８に示すように、本実施形態では上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂが省略される。代わりに本実施形態の水センサ２６は、頂部水センサ２６Ｃを備える。頂部水センサ２６Ｃは、発光部５１と受光部５２（すなわち先端部）を下側に向けてＥＧＲクーラ６のガス下流側端部の頂部に配置されている。

頂部水センサ２６Ｃの構造自体は、上流側水センサ２６Ａおよび下流側水センサ２６Ｂと同じであり、図４に示した通りである。頂部水センサ２６Ｃは、出口側エンドプレート３７よりガス下流側の位置においてケーシング３１の頂部に下向きに取り付けられている。頂部水センサ２６Ｃは、クーラ軸Ｃに垂直な方向に向けられ、ケーシング３１を貫通してケーシング３１に固定されている。そしてその先端部が出口側ガス室４３内に露出される。

頂部水センサ２６Ｃは、出口側ガス室４３の底部に向かって光を照射し、その反射光を受光する。従って頂部水センサ２６Ｃは、出口側ガス室４３の底部に堆積した凝縮水Ｗ２を撮像可能である。頂部水センサ２６Ｃにより取得された撮像データの一例を図９に示す。頂部水センサ２６Ｃにより取得された撮像データはＥＣＵ１００に送られる。

出口側端壁３５がテーパ状なので、出口側ガス室４３の底部に溜まった凝縮水Ｗ２の量が増えるほど、頂部水センサ２６Ｃの撮像データにおける凝縮水部分の面積（図９の凝縮水Ｗ２の面積）は顕著に増加する。よって当該面積によって凝縮水量を精度良く推定可能である。

本実施形態によれば、出口側ガス室４３の底部に堆積した凝縮水Ｗ２を頂部水センサ２６Ｃで検知できる。よって凝縮水Ｗ２を確実に検知でき、ヒータ２４の制御を高精度で行うことができる。

本実施形態の変形例についても様々なものが考えられる。例えば、頂部水センサ２６Ｃの発光部５１と受光部５２を別々のセンサ本体に設けてもよい。この場合、センサ本体同士を横並びに隣接させて設置することが考えられる。頂部水センサ２６Ｃを複数設けてもよい。

［第３実施形態］
図１０に示すように、第３実施形態は、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせたもので、上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂと頂部水センサ２６Ｃを備える。その作用効果は明らかであるので、説明を省略する。

［第４実施形態］
図１１に示すように、この第４実施形態では、水センサ２６の発光部５１と受光部５２が別々のセンサ本体に設けられている。

すなわち水センサ２６は、発光部５１とこれが設けられた発光側センサ本体５５とを含む発光側センサ要素５６を備える。また水センサ２６は、受光部５２とこれが設けられた受光側センサ本体５７とを含む受光側センサ要素５８を備える。発光側センサ要素５６および受光側センサ要素５８には前述のカバー５４が設けられる。

発光側センサ要素５６は、第２実施形態の頂部水センサ２６Ｃと同様、発光部５１を下側に向けてＥＧＲクーラ９のガス下流側端部の頂部に配置されている。また受光側センサ要素５８は、受光部５２を上側に向けてＥＧＲクーラ６のガス下流側端部の底部に配置される。つまり発光側センサ要素５６と受光側センサ要素５８は互いに対向して配置される。

発光側センサ要素５６は、出口側エンドプレート３７よりガス下流側の位置においてケーシング３１の頂部に下向きに取り付けられている。他方、受光側センサ要素５８は逆に、出口側エンドプレート３７よりガス下流側の位置においてケーシング３１の底部に上向きに取り付けられている。各センサ要素５６，５８の先端部は出口側ガス室４３内に露出されている。

これによれば、発光部５１から照射された光が受光部５２により直接的に受光され、出口側ガス室４３の底部に凝縮水Ｗ２がある場合、光は凝縮水Ｗ２を透過する。凝縮水Ｗ２の有無および堆積量によって、受光部５２が検知する光の波長が異なる。よって受光部５２からの撮像データをスペクトル分析することにより、凝縮水Ｗ２の有無および堆積量を検知できる。

受光側センサ要素５８の先端部は、出口側ガス室４３の底部に堆積した凝縮水Ｗ２の中に浸漬される。しかし、受光側センサ要素５８の先端部にはカバー５４が設けられるので、受光部５２が凝縮水Ｗ２で濡れるのを防止することができる。

なお、本実施形態に上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂを追加してもよい。

［第５実施形態］
図１２に示す第５実施形態では、発光側センサ要素５６と受光側センサ要素５８が第４実施形態と逆に配置されている。すなわち、発光側センサ要素５６は、発光部５１を上側に向けてＥＧＲクーラ９のガス下流側端部の底部に配置され、受光側センサ要素５８は、受光部５２を下側に向けてＥＧＲクーラ６のガス下流側端部の頂部に配置される。

こうしても、出口側ガス室４３の底部に堆積する凝縮水Ｗ２の有無および堆積量によって、受光部５２が検知する光の波長を異ならせ、凝縮水Ｗ２の有無および堆積量を検知できる。

本実施形態に上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂを追加してもよい。

［第６実施形態］
図１３に示す第６実施形態は、第３実施形態の頂部水センサ２６Ｃを上下逆に配置して底部水センサ２６Ｄとしたものである。この底部水センサ２６Ｄでも頂部水センサ２６Ｃと同様、発光部５１と受光部５２が同一のセンサ本体５３に設けられる。

底部水センサ２６Ｄは、発光部５１と受光部５２（すなわち先端部）を上側に向けてＥＧＲクーラ６のガス下流側端部の底部に配置されている。底部水センサ２６Ｄは、出口側エンドプレート３７よりガス下流側の位置においてケーシング３１の底部に上向きに取り付けられ、その先端部が出口側ガス室４３内に露出される。

発光部５１から照射された光は、凝縮水Ｗ２を一旦透過して出口側ガス室４３に入り、その頂部等で反射した後、凝縮水Ｗ２を再び透過し、受光部５２で受光される。凝縮水Ｗ２の有無および堆積量によって、受光部５２が検知する光の波長が異なるので、受光部５２からの撮像データに基づいて凝縮水Ｗ２の有無および堆積量を検知できる。

本実施形態においても、底部水センサ２６Ｄの発光部５１と受光部５２を別々のセンサ本体に設けてセンサ本体同士を横並びさせてもよい。底部水センサ２６Ｄを複数設けてもよい。上流側水センサ２６Ａと下流側水センサ２６Ｂを追加してもよい。

前述の実施形態および変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ ガス入口管
２ ガス出口管
３ 冷却水入口
６ ＥＧＲクーラ
２４ ヒータ
２６ 水センサ
２６Ａ 上流側水センサ
２６Ｂ 下流側水センサ
２６Ｃ 頂部水センサ
３１ ケーシング
３２ ガス入口
３３ ガス出口
３４ 入口側端壁
３５ 出口側端壁
３６ 入口側エンドプレート
３７ 出口側エンドプレート
３８ ヒートパイプ
３９ 水室
４２ 入口側ガス室
４３ 出口側ガス室
５１ 発光部
５２ 受光部
５３ センサ本体
５５ 発光側センサ本体
５６ 発光側センサ要素
５７ 受光側センサ本体
５８ 受光側センサ要素
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｗ１，Ｗ２ 凝縮水

Claims (10)

1. ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラであって、
   前記ＥＧＲクーラを加熱するためのヒータと、
   前記ＥＧＲクーラの内部に堆積した凝縮水を検知するための水センサと、
   を備え、
   前記水センサが、
   前記ＥＧＲクーラの内部に光を照射する発光部と、
   撮像素子を含み、前記ＥＧＲクーラの内部の光を受光して撮像データを生成する受光部と、
   を備える
   ことを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 前記水センサは、前記発光部と前記受光部をガス下流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス上流側の端壁に配置された上流側水センサを備える
   請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
3. 前記水センサは、前記発光部と前記受光部をガス上流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側の端壁に配置された下流側水センサを備える
   請求項１または２に記載のＥＧＲクーラ。
4. 前記水センサは、前記発光部と前記受光部をガス下流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス上流側の端壁に配置された上流側水センサと、前記発光部と前記受光部をガス上流側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側の端壁に配置された下流側水センサとを備え、
   前記上流側水センサと前記下流側水センサは、前記ＥＧＲクーラの周方向における異なる位置に複数ずつ配置される
   請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
5. 前記ＥＧＲクーラのガス上流側端部の頂部に配置された冷却水入口を備え、
   前記ＥＧＲクーラの上半部において、前記上流側水センサが前記下流側水センサよりも多く配置される
   請求項４に記載のＥＧＲクーラ。
6. 前記水センサは、前記発光部と前記受光部を下側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の頂部に配置された頂部水センサを備える
   請求項１～５のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラ。
7. 前記水センサは、発光側センサ要素と受光側センサ要素を備え、前記発光側センサ要素は、前記発光部と発光側センサ本体を含み、前記受光側センサ要素は、前記受光部と受光側センサ本体を含み、
   前記発光側センサ要素は、前記発光部を下側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の頂部に配置され、
   前記受光側センサ要素は、前記受光部を上側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の底部に配置される
   請求項１～５のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラ。
8. 前記水センサは、発光側センサ要素と受光側センサ要素を備え、前記発光側センサ要素は、前記発光部と発光側センサ本体を含み、前記受光側センサ要素は、前記受光部と受光側センサ本体を含み、
   前記発光側センサ要素は、前記発光部を上側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の底部に配置され、
   前記受光側センサ要素は、前記受光部を下側に向けて前記ＥＧＲクーラのガス下流側端部の頂部に配置される
   請求項１～５のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラ。
9. ガス入口を画成するガス入口管と、
   ガス出口を画成するガス出口管と、
   前記ガス入口管および前記ガス出口管の間に配置され、前記ガス入口管および前記ガス出口管より大径に形成された筒状のケーシングと、
   前記ケーシングの軸方向一端と前記ガス入口管を結ぶ入口側端壁と、
   前記ケーシングの軸方向他端と前記ガス出口管を結ぶ出口側端壁と、
   前記ケーシング内に設けられ、軸方向に互いに離間された入口側エンドプレートおよび出口側エンドプレートと、
   前記入口側エンドプレートと前記出口側エンドプレートに両端が固定された複数のヒートパイプと、
   前記入口側エンドプレートと前記出口側エンドプレートの間に画成された水室と、
   前記入口側エンドプレートと前記ガス入口の間に画成された入口側ガス室と、
   前記出口側エンドプレートと前記ガス出口の間に画成された出口側ガス室と、
   を備える
   請求項１～８のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラ。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラの温度を調節するための温度調節装置であって、
    前記ヒータを制御するように構成された制御ユニットを備え、
    前記制御ユニットは、前記受光部から取得した撮像データに基づいて凝縮水部分の面積を計算し、当該面積に基づいて前記ヒータを制御する
    ことを特徴とする温度調節装置。

Images