JP5263191B2 - 内燃機関の流体濾過冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、濾過機能を有し内燃機関に流通する流体を冷却するための装置に関する。

従来、内燃機関（エンジン）の燃費の改善や排気浄化性能の向上を目的として、排気ガスを排気系から吸気系へと再循環させる技術が知られている。すなわち、排気通路と吸気通路との間を還流路で接続し、排気ガスの一部を再び燃焼室内に導入するものである。
一般に、還流路を通って吸気通路へ導入される還流ガスの温度が低いほど、筒内での燃焼温度が低下し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が減少する。また、還流ガスの温度を低下させることで筒内に吸入される空気の密度が増加するため、エンジンの燃焼効率も向上する。そこで、還流路上に排気ガスを冷却するための冷却装置を設けて、燃費や浄化性能をさらに向上させる技術が開発されている。

また、排気ガスには、筒内での燃焼によって生じたパティキュレート（炭素を主成分とする粒子状物質）や未燃燃料，その他の油分（オイル）等の異物が含まれている。これらの異物は、吸気通路側へ導入される還流ガス中から極力取り除いておきたい。そこで、還流ガス中に含まれる異物を捕集するフィルタを還流路上に設けて、還流ガスを濾過する技術も提案されている。

例えば、特許文献１には、上記の冷却装置とフィルタとを一体に形成して還流路上に設けたものが記載されている。この技術では、ＥＧＲクーラの内部に、排気ガスを冷却するためのガス冷却層とパティキュレートを捕集して燃焼させる触媒層とを隣り合わせに配置し、これらの層の間に断熱層を設けている。このような構成により、ＥＧＲクーラ本体をコンパクトにしつつ、触媒作用と冷却作用とを別々に発揮させることができるとされている。

また、特許文献２には、パティキュレートを燃焼させるための触媒付きフィルタを排気還流路中に装着し、フィルタの外周に冷却ジャケットを設けたＥＧＲ装置が記載されている。この技術では、フィルタに付着したパティキュレートを燃焼除去しつつ、その燃焼反応によって高温化したフィルタを強力に冷却することができるとされている。

特許第３９３７６３５号公報 実開平２−４６０５６号公報

しかしながら、上記の特許文献１，２に記載のフィルタはいずれも触媒機能を持ったフィルタであり、パティキュレートの燃焼反応によって高温化する。したがって、フィルタを通過するガスの密度が低下し、同質量の排気ガスを還流させるためには、排ガス流の体積流量を増加させることとなり、還流路の圧力損失を増大させるという課題がある。
また、特許文献１の技術では、断熱層によってガス冷却層と触媒層とが熱的に分離されている。そのため、ＥＧＲクーラの内部を通り抜ける排気ガスのみが冷却されることになり、ガス冷却層は触媒層を冷却することができない。なお、特許文献１のＥＧＲクーラは、湾曲形成された中間集合部を介して触媒層とガス冷却層とが接続されているため、排気ガスの流路が途中でＵターンすることになり、内部偏流が生じやすい。すなわち、ＥＧＲクーラ内へ均一に排気ガスを導入することができず、冷却効率が低くなるというデメリットがある。

なお、特許文献２のＥＧＲ装置では、フィルタの外周に冷却ジャケットが設けられているため、フィルタは辛うじて冷却ジャケットに冷却される。しかしながら、冷却ジャケット内の冷却水通路とフィルタとの接触部位の面積が小さく、フィルタの冷却効率は極めて低い。特に、フィルタの中央部近傍が高温になりやすく、排気ガスの冷却効率を向上させることが難しいという課題もある。

本件の目的の一つは、このような課題に鑑み創案されたもので、冷却性能を向上させつつ対象流体に対する濾過性能を向上させることである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、内燃機関とその吸気系及び排気系に流通する流体を冷却する内燃機関の流体濾過冷却装置であって、該流体が流通する冷却通路と、該冷却通路に隣接して設けられ、内部に冷媒が流通する冷媒路と、該冷媒路から該冷却通路へ突き出して設けられたフィン部と、該フィン部に対して固定され、該流体に含まれる異物を捕集するフィルタ部とを備えたことを特徴としている。

また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該フィン部が、該冷媒路の外表面から該冷却通路の入口側に突き出して設けられるとともに、該フィルタ部が、該冷却通路の該冷媒路と隣接する部分よりも上流側に配置されることを特徴としている。
また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該冷媒路が、一端に該冷媒を該冷媒路の内部に導く供給路を有するとともに他端に該冷媒を該冷媒路から外部に導く排出路を有し、該供給路が、該フィルタ部の近傍に設けられていることを特徴としている。

また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該フィルタ部が、流入する該流体の流速又は流量が大きい位置ほど高いメッシュ密度を有することを特徴としている。
また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該フィン部が、該冷媒路の内表面からさらに内側に突き出して設けられることを特徴としている。
また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該フィン部が、該冷媒路の内表面からさらに内側に突き出た部位に複数の穴部を有することを特徴としている。

また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該冷却通路が、箱状に形成された壁体を有し、該冷媒路が、該箱状の壁体の内部を層状に区画する複数の面状流体路を有し、該フィン部が、該複数の面状流体路のそれぞれの端辺から互いに略平行に突き出して複数設けられ、該フィルタ部が、該壁体及び複数の該フィン部を貫通して円筒状に形成されていることを特徴としている。

また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該冷却通路が、箱状に形成された壁体を有し、該冷媒路が、該箱状の壁体の内部を層状に区画する複数の面状流体路を有し、該フィン部が、該複数の面状流体路のそれぞれの端辺から互いに略平行に突き出して複数設けられ、該フィルタ部が、該壁体及び該フィン部のそれぞれに対して傾斜した傾斜面を有して、該壁体と該フィン部との間、及び、該フィン部同士の間に挿入されていることを特徴としている。

また、開示の内燃機関の流体濾過冷却装置は、該冷媒路が、内部を該冷媒で満たされた筒状に形成され、該冷却通路が、該筒状の該冷媒路における頂面から底面まで貫通する管状通路と、該冷媒路の筒面を該頂面から延長して形成された外周面とを有し、該フィン部が、該冷媒路の該頂面から該外周面の延長方向に突き出して設けられ、該フィルタ部が、該頂面に対向して配置され、該フィン部及び該外周面に固定されていることを特徴としている。

開示の内燃機関の流体濾過冷却装置によれば、フィルタ部をフィン部に対して固定することにより、流体だけでなくフィルタ部をも冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。また、フィルタ部での熱膨張を抑制することができ、異物の捕集性能を維持することができる。

第一実施形態に係る流体濾過冷却装置が適用された車両の吸排気システムを示す模式図である。 本流体濾過冷却装置の構成を模式的に示す断面図である。 図２の流体濾過冷却装置の内部を部分的に透視した斜視図である。 本流体濾過冷却装置のフィンの具体例を示す斜視図であり、（ａ）はフィルタ穴を設けたもの、（ｂ）はフィルタ穴を持たないもの、（ｃ）は冷却水の流通方向に沿った整流溝を設けたものである。 第二実施形態に係る流体濾過冷却装置の構成を模式的に示す断面図である。 図５の流体濾過冷却装置の内部を部分的に透視した斜視図である。 第三実施形態に係る流体濾過冷却装置の構成を模式的に示す断面図である。 図７の流体濾過冷却装置の内部を部分的に透視した斜視図である。

以下、図面を参照して内燃機関の流体濾過冷却装置の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下に示す実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
［１．第一実施形態］
［１−１．吸排気システム構成］
第一実施形態に係る流体濾過冷却装置が適用された車両の吸排気システム１０を図１に示す。エンジン１１（内燃機関）の吸気ポートには吸気通路１３が接続され、排気ポートには排気通路１４が接続されている。これらの吸気系及び排気系での空気の流通方向を図１中に黒矢印で示す。

この吸排気システム１０では、吸気通路１３及び排気通路１４の双方にまたがってターボチャージャー１５が介装されている。ターボチャージャー１５は、排気通路１４を流通する排気ガスの排気圧を利用してタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサを駆動することにより、吸気通路１３からの吸気を圧縮してエンジン１１への過給を行う過給器である。なお、ターボチャージャー１５とエンジン１１との間の吸気通路１３上にはインタークーラ１６が設けられ、圧縮された空気が冷却されている。

排気通路１４におけるターボチャージャー１５よりも下流側には、触媒付きフィルタ１７が介装されている。この触媒付きフィルタ１７は、排気ガス中のパティキュレートマター（炭素Ｃを主体とする粒子状物質）を捕集する多孔質フィルタ部（例えば、セラミックフィルタ）と、捕集されたパティキュレートマターを燃焼させるための酸化触媒部とを備えたフィルタユニットである。触媒付きフィルタ１７では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物等を酸化剤として、所定の温度条件下でパティキュレートマターが焼却されている。

吸気通路１３と排気通路１４との間には、二本の還流路１８，１９が形成されている。これらの還流路１８，１９は、いわゆるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路であり、排気通路１４側の排気ガスの一部を吸気通路１３側へと再循環させるものである。ここで、排気通路１４における触媒付きフィルタ１７の下流側と吸気通路１３におけるターボチャージャー１５の上流側とを繋ぐ還流路のことを、低圧ＥＧＲ通路１８と呼ぶ。また、排気通路１４におけるターボチャージャーの上流側と吸気通路１３におけるインタークーラ１６の下流側とを繋ぐ還流路のことを、高圧ＥＧＲ通路１９と呼ぶ。

高圧ＥＧＲ通路１９は、燃焼室１２から排出されて間もない排気ガスを再び燃焼室１２の直上流側へと導く通路である。この高圧ＥＧＲ通路１９には、還流ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ７が介装されている。還流ガスを冷却することで燃焼室１２内での燃焼温度が低下し、窒素酸化物の発生率が低下する。なお、高圧ＥＧＲ通路１９の入口側（排気通路１４側）と出口側（吸気通路１３側）との圧力に関して、吸気通路１３側の圧力が排気通路１４側の圧力よりも低いほど、還流ガスの流れが促進される。つまり高圧ＥＧＲ通路１９は、エンジン回転数が比較的低い運転状態や、過給圧が比較的低い運転状態で排気ガスを還流させるのに適している。

低圧ＥＧＲ通路１８は、触媒付きフィルタ１７を通過した排気ガスを過給前の吸気通路１３に導く通路である。低圧ＥＧＲ通路１８の出口側（吸気通路１３側）はターボチャージャー１５よりも上流側に接続されているため、過給圧の大きさに関わらず排気ガスを還流させるのに適しているといえる。また、低圧ＥＧＲ通路１８には、フィルタ一体型のＥＧＲクーラ６（流体濾過冷却装置）が介装されている。ＥＧＲクーラ６は、前述のＥＧＲクーラ７と同様の冷却機能に加えて、還流ガスを濾過する機能と、濾過用のフィルタを冷却する機能とを併せて備えている。

低圧ＥＧＲ通路１８及び高圧ＥＧＲ通路１９のそれぞれと吸気通路１３との合流部近傍には、ＥＧＲ弁８，９が介装されている。これらのＥＧＲ弁８，９は、対応する通路から導入される還流量を調節するための開度可変バルブである。

［１−２．ＥＧＲクーラ］
図２を用いてＥＧＲクーラ６について詳述する。ＥＧＲクーラ６は、側面視において矩形の外箱５（壁体）の内部に複数の冷却通路１及び冷却水路２（冷媒路）を備えている。外箱５の上面には二つの円形の開口部５ａ，５ｂが形成され、それぞれダクト２１，２２を介して排気通路１４，吸気通路１３に接続されている。したがって、還流ガスはダクト２１を通って外箱５の内部に導入され、外箱５内で冷却された後、ダクト２２から排出される。還流ガスの流通方向を図２中に黒矢印で示す。

冷却水路２は、水平方向に広がる面状に形成された複数の面状水路２ａから構成される。これらの面状水路２ａは、上下方向に所定の間隔をあけてほぼ平行に配置されている。また、各々の面状水路２ａの内部には、冷却水が充填された状態で流通している。各々の面状水路２ａには、図示しない冷却水供給源に接続された供給路２ｂ及び排出路２ｃが接続されている。面状水路２ａの内部における冷却水の流通方向を図２中に白矢印で示す。また、図２中では面状水路２ａの上面に符号２ｄを付し、下面に符号２ｅを付す。

各々の面状水路２ａと供給路２ｂとの接続位置は、外箱５の内部における還流ガスの上流側であり、上面視において開口部５ａの近傍である。また、冷却水の流通方向は、還流ガスの流通方向とほぼ平行である。つまり、冷却水路２に供給された冷却水は、面状水路２ａの上面２ｄ及び下面２ｅ間を図２中の左方向へ流通する。したがって、面状水路２ａを流通する冷却水の温度分布に着目すれば、供給路２ｂが接続された開口部５ａ側の一端が最も低温である。

各々の面状水路２ａにおいて還流ガスの上流側となる端辺には、板状のフィン３（フィン部）が突き出ている。フィン３は、それぞれの面状水路２ａから互いにほぼ平行に突設されている。面状水路２ａから見れば、フィン３は面状水路２ａの外表面から冷却通路１の入口側に突き出して設けられている。
図２，図３に示すように、フィン３はそれぞれの面状水路２ａの上面２ｄと下面２ｅとの間に挟み込まれて固定され、冷却水が流通する面状水路２ａの内部にまで延長されている。つまり、フィン３の一端側が冷却水に接触するとともにフィン３の他端側が還流ガスに接触した状態となり、これらの中央部が面状水路２ａの上面２ｄ，下面２ｅに挟持される。

図４（ａ）に示すように、フィン３には、大径のフィルタ穴３ａと複数の小径の水穴３ｂとが穿孔されている。また、面状水路２ａの上面２ｄ，下面２ｅがフィン３の表面と接触する面接触部を図４（ａ）中に符号３ｃで示す。フィルタ穴３ａは、面接触部３ｃを隔てて複数の水穴３ｂが設けられる側とは反対側に形成される。本実施形態では、外箱５の上面視において、開口部５ａの中心位置とフィルタ穴３ａの中心位置とが一致するように、各々のフィン３が冷却水路２に固定されている。

各々のフィン３には、フィルタ穴３ａを貫通する円筒形状のメッシュフィルタ４（フィルタ部）が着脱自在に固定されている。このメッシュフィルタ４は、網目状の金属メッシュシートや不織布等を積層してなるフィルタシートを筒状に形成したものであり、フィルタシートを通過する還流ガスを濾過する機能を有する。開口部５ａからＥＧＲクーラ６内に導入された還流ガスは全て、メッシュフィルタ４を通過してから冷却通路１側へと流通する。メッシュフィルタ４では、例えば還流ガス中に含まれるパティキュレートマターや、触媒付きフィルタ１７の表面から脱落した触媒断片等の異物が除去される。

メッシュフィルタ４のメッシュ粗さは、開口部５ａに近い上方の位置ほど粗く、下方の位置ほど細かく設定されている。ここでは、図２，図３に示すように、メッシュフィルタ４のメッシュ粗さが四段階に設定されている。
メッシュ粗さとは、メッシュフィルタ４のメッシュ（空隙）の粗密の度合いのことを意味する。例えば、同一径のワイヤを格子状に編んだワイヤメッシュの場合には、ワイヤの配置間隔が狭いほど、又はワイヤ径が大きいほど、メッシュ粗さが細かい。また、板状の部材に複数の丸穴をあけたパンチングメタル状のメッシュの場合には、丸穴の配置間隔が狭いほど、又は丸穴が小さいほど、メッシュ粗さが細かい。なお、メッシュ粗さが細かいほど通過する還流ガスに対する流路抵抗が増大し、メッシュ粗さが粗いほど流路抵抗が減少する。

ここで、図２中で最も上方に位置するフィン３のフィルタ穴３ａと開口部５ａとの間のメッシュフィルタ４のことを第一メッシュ４ａと呼ぶ。また、フィン３のフィルタ穴３ａを境界として、第一メッシュ４ａよりも下方のメッシュフィルタ４をそれぞれ第二メッシュ４ｂ，第三メッシュ４ｃ，第四メッシュ４ｄと呼ぶ。これらのメッシュ４ａ〜４ｄの粗さは、第一メッシュ４ａが最も粗く、下方のものほど細かくなり、第四メッシュ４ｄが最も細かい。

本第一実施形態の構造では、開口部５ａから導入される還流ガスの流通方向に対して、メッシュフィルタ４を通過する際の還流ガスの流通方向がほぼ垂直となる。したがって、開口部５ａに近い上方の位置ほどメッシュフィルタ４に流入する還流ガスの流速が小さく、下方の位置ほど還流ガスの流速が大きい。つまり、メッシュフィルタ４は、流入する還流ガスの流速が大きい位置ほど高いメッシュ密度となるように形成されている。

［１−３．作用，効果］
ダクト２１を介して開口部５ａからＥＧＲクーラ６の内部に導入された還流ガスは、メッシュフィルタ４の筒軸に沿って直進しようとする傾向が強く、第一メッシュ４ａを通過する方向へ流れる還流ガスの速度成分は比較的小さくなる。また、メッシュフィルタ４の内部を流通するに連れて還流ガスの直進方向への速度成分が減少する。これに伴い、還流ガスは第二メッシュ４ｂを通過する方向へ流れやすくなり、第二メッシュ４ｂを通過する方向への還流ガスの速度成分は第一メッシュ４ａよりも増大する。同様に、第三メッシュ４ｃを通過する方向への還流ガスの速度成分はさらに大きくなり、第四メッシュ４ｄを通過する方向への還流ガスの速度が最も速くなる。

一方、メッシュフィルタ４のメッシュ粗さは開口部５ａに近い上方の位置ほど粗く、下方の位置ほど細かく設定されているため、流速の大きい下方の位置ほど流路抵抗が大きく、流速の小さい上方の位置ほど流路抵抗が小さい。
したがって、ＥＧＲクーラ６の内部を流通する還流ガスの流量は、冷却通路１の上下方向の位置に関わらず均一となる。これにより、冷却水路２の内部を流れる冷却水の温度分布についても、冷却水路２の上下方向の位置に関わらず均一となる。また、還流ガスはメッシュフィルタ４の通過時に濾過され、冷却水路２の上面２ｄや下面２ｅへ異物が付着することもない。

このように、冷却通路１を流れる還流ガスの流れを均一にすることができ、還流ガスの冷却効率を向上させることができる。また、冷却水路２の熱分布を均一にすることができ、還流ガスの冷却効率をより向上させることができる。
また、メッシュフィルタ４を冷却水路２よりも還流ガスの上流側に配置することにより、冷却水路２の表面への異物の付着及び衝突を防止することができる。特に、本実施形態ではこのようなメッシュフィルタ４を備えたＥＧＲクーラ６が低圧ＥＧＲ通路１８に設けられているため、ターボチャージャー１５への異物の進入を防止することができ、コンプレッサーホイールの保護性を高めることができる。

また、冷却水路２から突き出たフィン３に対してメッシュフィルタ４が固定されるため、還流ガスだけでなくメッシュフィルタ４も冷却されることになる。これにより、還流ガスをメッシュフィルタ４で冷却することが可能となり、冷却効率を向上させることができる。
さらに、メッシュフィルタ４を冷却することで熱膨張が抑制されるため、例えば高温の還流ガスが大量にメッシュフィルタ４を通過したとしても、メッシュ粗さが粗く（メッシュの空隙が大きく）なりにくい。したがって、メッシュフィルタ４での異物の捕集性能を維持することができる。また、このような熱膨張の影響を予め考慮しておく必要がないため、従来よりも細かい網目のメッシュを使用することができ、フィルタ性能をさらに向上させることができる。

また、メッシュフィルタ４の熱膨張が抑制されることから、例えば熱膨張及び収縮の繰り返しによって生じうる金属疲労を抑制することが可能となる。加えて、メッシュフィルタ４の設計強度を小さくすることができるため、メッシュフィルタ４自体の厚みを薄くすることができ、低圧損化が可能である。
なお、メッシュフィルタ４を通過する還流ガスの流量が均一となるため、メッシュフィルタ４自体の熱分布も均一とすることができ、フィルタ性能を維持しやすくすることができるという利点がある。

また、上記のＥＧＲクーラ６では、還流ガスの上流側となる開口部５ａの近傍で供給路２ｂが冷却水路２に接続されている。つまり、比較的低温の冷却水がフィン３の近傍に供給される。したがって、メッシュフィルタ４の冷却効率を向上させることができ、メッシュフィルタ４の熱膨張を効果的に抑制することができる。またこれにより、フィルタ性能を長時間維持することができるという利点がある。

また、上記のフィン３は、冷却水が流通する面状水路２ａの内部にまで延長されているため、フィン３と冷却水との接触面積を増大させることができ、メッシュフィルタ４側から伝達される熱を効率的に冷却させることができる。特に、本第一実施形態のフィン３には、図４（ａ）に示すように、複数の小径の水穴３ｂが形成されているため、面状水路２ａの内部の冷却水の流れを阻害することなく、冷却効率をさらに高めることができる。

また、上記のメッシュフィルタ４は、複数のフィン３を貫通して円筒状に形成され、フィン３に対して着脱自在に固定されているため、開口部５ａを開放して引き出すことで簡単に交換することができ、メンテナンス性を向上させることができる。
また、本ＥＧＲクーラ６では、冷却通路１及び冷却水路２とメッシュフィルタ４が一体に形成されているため、部品点数を削減することができ、製品コスト及び重量を減少させることが可能であり、かつ信頼性を向上させることが可能である。また、装置のサイズがコンパクトになるため省スペース化が容易となり、搭載レイアウトの自由度を向上させることが可能であるとともに、例えば車両のクラッシャブルゾーンを拡大することができる。

なお、網目状のフィルタシートからなるメッシュフィルタ４では、メッシュよりも下流側に乱流（カルマン渦）が生じやすく、還流ガスの熱的エネルギーの拡散性が向上する。したがって、このようなメッシュフィルタ４を冷却通路１の上流側に配置することで、還流ガスの冷却性能を向上させることができる。
このように、本流体濾過冷却装置によれば、ＥＧＲの導入に係る圧力損失の低減と冷却効率の向上とにより、還流ガスの流量を増大させることができ、エンジン１１から排出されるＮＯｘを減少させることができる。

［２．第二実施形態］
［２−１．ＥＧＲクーラ］
図５を用いて、第二実施形態のＥＧＲクーラ２６（流体濾過冷却装置）について詳述する。このＥＧＲクーラ２６は、低圧ＥＧＲ通路１８に介装される冷却装置である。なお、第一実施形態のＥＧＲクーラ６と同様の構成要素については同一の符号を用いて説明を省略する。

このＥＧＲクーラ２６は、両端部が開放された立方体状の外箱５の内部に複数の冷却通路１及び冷却水路２（冷媒路）を備えている。外箱５の左右両側面には四角錐状のシュラウド２５が固定され、それぞれのシュラウド２５の側端に開口部２５ａ，２５ｂが形成されている。開口部２５ａ，２５ｂはそれぞれ、ダクト２１，２２を介して冷却通路１４，吸気通路１３に接続されている。還流ガスの流通方向を図５中に黒矢印で示す。

冷却水路２は、第一実施形態と同様に複数の面状水路２ａから構成される。各々の面状水路２ａの内部には、冷却水が充填状態で流通する。面状水路２ａの内部における冷却水の流通方向を白矢印で示す。
各々の面状水路２ａにおいて還流ガスの上流側となる端辺には、板状のフィン２３（フィン部）が突き出ている。これらのフィン２３は、それぞれの面状水路２ａから互いにほぼ平行に突設されている。また、各フィン２３はそれぞれの面状水路２ａの上面２ｄと下面２ｅとの間に挟み込まれて固定され、冷却水が流通する面状水路２ａの内部にまで延長されている。つまり、フィン２３の一端側が冷却水に接触し、フィン３の他端側が還流ガスに接触する。

冷却水と接触するフィン２３の一端側には、第一実施形態のフィン３と同様の水穴３ｂが複数形成されている。一方、還流ガスと接触する他端側には穴があいていない。
これらのフィン２３同士の間、及び、フィン２３と外箱５との間には、平板状のフィルタシートをくさび形に形成したメッシュフィルタ２４（フィルタ部）が固定されている。メッシュフィルタ２４を構成するフィルタシートは、第一実施形態のメッシュフィルタ４のフィルタシートと同様のものである。開口部２５ａからＥＧＲクーラ２６内に導入された還流ガスは全て、メッシュフィルタ２４を通過してから冷却通路１側へと流通する。

図５，図６に示すように、メッシュフィルタ２４には、還流ガスとの接触面積が増大するように、側面視においてフィン２３及び外箱５に対して傾斜した傾斜面２７が形成されている。また、メッシュフィルタ２４のメッシュ粗さは、開口部２５ａとほぼ同じ高さの位置となる上下方向の中央部ほど細かく、開口部２５ａから離れた上下端部ほど粗く設定されている。ここでは、メッシュフィルタ２４のメッシュ粗さが二段階に設定されている。

ここで、図５中で最も上方に位置するフィン２３の上面と外箱５との間のメッシュフィルタ２４、及び、最も下方に位置するフィン２３の下面と外箱５との間のメッシュフィルタ２４のことを第一メッシュ２４ａと呼ぶ。また、これらの第一メッシュ２４ａの間に設けられるメッシュフィルタ２４のことを第二メッシュ２４ｂと呼ぶ。メッシュ粗さは、第二メッシュ２４ｂよりも第一メッシュの２４ａの方が粗い。

本第二実施形態の構造では、開口部２５ａから導入される還流ガスの流通方向と、冷却通路１の内部での還流ガスの流通方向とがほぼ一致する。したがって、還流ガスが直接的に流入する中央付近ではメッシュフィルタ２４に流入する還流ガスの流速が大きく、上下の端部ほど還流ガスの流速が小さくなる。このように、第二実施形態においても、メッシュフィルタ２４は、流入する還流ガスの流速が大きい位置ほど高いメッシュ密度となるように形成されている。

［２−２．作用，効果］
ダクト２１を介して開口部２５ａからＥＧＲクーラ２６の内部に導入された還流ガスは、そのまま直進しようとする傾向が強く、第二メッシュ２４ｂに流入する還流ガスの速度成分は比較的大きくなる。一方、第一メッシュ２４ａは第二メッシュ２４ｂよりも上下方向にずれた位置にあるため、第一メッシュ２４ａに流入する還流ガスの速度成分は第二メッシュ２４ｂに流入する還流ガスの速度成分よりも小さくなる。つまり、還流ガスの流速は、上下方向の中央付近が最も速くなる。

一方、メッシュフィルタ２４のメッシュ粗さは中央付近が細かく、上下端部で粗くなるように設定されているため、流速の大きい中央付近ほど流路抵抗が大きく、流速の小さいその上下端部では流路抵抗が小さい。
したがって、ＥＧＲクーラ６の内部を流通する還流ガスの流量は、冷却通路１の上下方向の位置に関わらず均一となる。また、冷却水の温度分布も冷却水路２の上下方向の位置に関わらず均一となる。さらに、還流ガスはメッシュフィルタ２４の通過時に濾過され、冷却水路２の上面２ｄや下面２ｅへ異物が付着することもない。

このように、第二実施形態においても、第一実施形態と同様の効果を獲得することができる。加えて、図５，６に示すように、側面視において外箱５，フィン２３のそれぞれに対して傾斜した傾斜面２７がメッシュフィルタ２４に形成されているため、還流ガスとメッシュフィルタ２４との接触面積を増大させることができ、フィルタ性能を向上させることができる。

［３．第三実施形態］
［３−１．ＥＧＲクーラ］
図７を用いて、第三実施形態のＥＧＲクーラ３６（流体濾過冷却装置）について詳述する。このＥＧＲクーラ３６も低圧ＥＧＲ通路１８に介装される冷却装置であり、第一実施形態のＥＧＲクーラ６と同様の構成要素については同一の符号を用いて説明を省略する。

このＥＧＲクーラ３６では、冷却水路３２（冷媒路）が円筒状に形成されている。また、冷却水路３２の内部には、円筒の頂面３２ａから底面３２ｂまで貫通する複数の管状通路３１ａが形成され、その内部に還流ガスが流通している。つまり、円筒の内部では、管状通路３１ａ以外の部分に冷却水が充填されている。なお、冷却水路３２の筒面３２ｃには、図示しない冷却水供給源に接続された供給路３２ｄ及び排出路３２ｅが接続されている。冷却水路３２の内部における冷却水の流通方向を図７中に白矢印で示す。

冷却水路３２の筒面３２ｃを頂面３２ａ側へ延長した位置には筒状の外周面３１ｂが形成され、頂面３２ａに対して固定されている。外周面３１ｂの内部空間は、管状通路３１ａへ流入する還流ガスの前室として機能する。すなわち、このＥＧＲクーラ３６では、複数の管状通路３１ａ及び外周面３１ｂの内部空間が冷却通路３１として機能している。
さらに、外周面３１ｂの端辺及び底面３２ｂには、円錐状のシュラウド３５が着脱自在に固定され、それぞれのシュラウド３５の側端に開口部３５ａ，３５ｂが形成されている。開口部３５ａ，３５ｂはそれぞれ、ダクト２１，２２を介して排気通路１４，吸気通路１３に接続されている。還流ガスの流通方向を図７中に黒矢印で示す。

頂面３２ａには、円筒状のフィン３３（フィン部）が貫通するように固定されている。フィン３３は、頂面３２ａに対してほぼ垂直に突設している。フィン３３の一端側は冷却水路３２の内部に埋め込まれて冷却水に接触し、他端側が外周面３１ｂ側に飛び出して還流ガスに接触している。なお、冷却水路３２内に埋没しているフィン３３には複数の水穴が穿孔されており、冷却水が円筒の外側から内側へ（又は内側から外側へ）流通しうる形状となっている。

本実施形態のフィン３３の径は管状通路３１ａよりも大きく形成されている。また、フィン３３の位置は、還流ガスの流通方向に沿って頂面３２ａを見たときに開口部２５ａとほぼ同じ位置となる中央部近傍において、フィン３３の内側及び外側のそれぞれに少なくとも一本の管状通路３１ａが含まれるように設定されている。つまり、本ＥＧＲクーラ３６に導入される還流ガスは、フィン３３の内部を通って管状通路３１ａへ流れるものと、フィン３３の外部を通って管状通路３１ａへ流れるものとに二分される。

また、フィン３３の内部及び外部のそれぞれには、平板状のフィルタシートを積層したメッシュフィルタ３４（フィルタ部）が差し込み固定されている。このメッシュフィルタ３４は、頂面３２ａに対向して配置されており、二系統に流れる還流ガスは何れもメッシュフィルタ３４を通過してから管状通路３１ａ内へと流れる。なお、図７，図８では、メッシュフィルタ３４を頂面３２ａに対してほぼ平行に配置したものを例示する。

メッシュフィルタ３４のメッシュ粗さは、開口部３５ａから導入される還流ガスの直進位置となるフィン３３の内側が細かく、フィン３３の外側が粗く設定されている。フィン３３の外側のメッシュフィルタ３４のことを第一メッシュ３４ａと呼び、フィン３３の内側のメッシュフィルタ３４のことを第二メッシュ３４ｂと呼ぶ。メッシュ粗さは、第二メッシュ３４ｂよりも第一メッシュ３４ａの方が粗い。

本第三実施形態の構造では、第二実施形態の構造と同様に、開口部３５ａから導入される還流ガスの流通方向と、外周面３１ｂの内部空間での還流ガスの流通方向とがほぼ一致する。したがって、還流ガスが直接的に流入する中央付近ではメッシュフィルタ３４を通過する還流ガスの流速が大きく、その周縁部ほど還流ガスの流速が小さくなる。このように、第三実施形態においても、メッシュフィルタ３４は、流入する還流ガスの流速が大きい位置ほど高いメッシュ密度となるように形成されている。

［３−２．作用，効果］
開口部３５ａからＥＧＲクーラ３６の内部に導入された還流ガスは、そのまま直進しようとする傾向が強く、第二メッシュ３４ｂに流入する還流ガスの速度成分は比較的大きくなる。一方、その外側に広がる第一メッシュ３４ａに流入する還流ガスの速度成分は比較的小さくなる。つまり、還流ガスの流速は、その流れに沿ってメッシュフィルタ３４を見たときの中央部近傍で最も速くなる。

一方、メッシュフィルタ２４のメッシュ粗さは中央付近が細かく、上下端部で粗くなるように設定されているため、流速の大きい中央付近ほど流路抵抗が大きく、流速の小さいその周縁部では流路抵抗が小さい。
したがって、ＥＧＲクーラ３６の内部を流通する還流ガスの流量は、何れの管状通路３１ａにおいても均一となる。また、冷却水の温度分布もその位置に関わらず均一となる。さらに、還流ガスはメッシュフィルタ３４の通過時に濾過され、管状通路３１ａの内周面に異物が付着することもない。

このように、冷却水路３２の内部に排気用の管状通路３１ａを設けたチューブ型の冷却装置においても、冷却水路３２の頂面３２ａからフィン３３を突き出して設けるとともに、フィン３３に対してメッシュフィルタ３４を固定することで、第一実施形態や第二実施形態と同様の効果を獲得することができる。また、簡素な構成で還流ガスとメッシュフィルタ３４との双方を冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。さらに、外周面３１ｂの端辺からシュラウド３５を取り外すことで容易にメッシュフィルタ３４にアクセスすることができる。これにより、メッシュフィルタ３４を簡単に交換することができ、メンテナンス性に優れたＥＧＲクーラ３６とすることができるという利点がある。

［４．その他］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の各実施形態では、低圧ＥＧＲ通路１８に介装されたＥＧＲクーラ６，２６，３６を例示したが、これらの冷却装置の設置位置は任意であり、例えば高圧ＥＧＲ通路１９に介装してもよいし、あるいは図示しない他のＥＧＲ通路上に介装してもよい。これらのＥＧＲクーラ６，２６，３６は、排気を排気系から吸気系へと導く通路に介装されていればよい。

また、上述の各実施形態では、フィン３，２３，３３が冷却水の中に浸るように冷却水路２，３２の内部へ延長形成されたものを例示したが、具体的な形状はこれに限定されない。これらのフィン３，２３，３３に要求される機能としては、メッシュフィルタ４，２４，３４を固定しつつ冷却する機能であり、少なくとも冷却水路２，３２から冷却通路１，３１側へ突き出して形成された部位があればよい。したがって、例えば図４（ａ），（ｂ）に示されたフィン３，２３において、面接触部３ｃよりも面状水路２ａの内側に配される部位は必ずしも必要ではないし、複数の水穴３ｂも必須の構成要素ではない。

なお、これらのフィン３，２３，３３にさらに冷却水の整流機能を付加することも一案である。例えば、第一実施形態のフィン３の代わりに、図４（ｃ）に示すような整流フィン４３を用いてもよい。この整流フィン４３には、冷却水の流通方向を整えるための整流条（又は溝）が形成される。これにより、面状水路２ａ内で冷却水をスムーズに流通させることができ、冷却性能をさらに向上させることができる。また、この整流フィン４３に水穴３ｂを併設してもよい。

また、上述の各実施形態では、メッシュフィルタ４，２４，３４のメッシュ粗さが段階的に異なるものとしたが、その意図はメッシュ粗さを還流ガスの流速又は流量に応じて変化させることで、ＥＧＲクーラ６，２６，３６内を通過する還流ガスの流れを均一にする点にある。したがって、メッシュ粗さの具体的な設定手法はこれに限定されることなく種々考えられ、例えば還流ガスの流入方向に対して垂直な面内におけるメッシュ粗さの分布を連続的に変化させてもよい。なお、メッシュフィルタ４，２４，３４の具体的な形状や組成等に関しても任意であり、セラミックフィルタや帯電フィルタ，触媒付きフィルタといった種々のフィルタを用いることが可能である。少なくとも、還流ガスの流路抵抗を変化させる特性を有するものであればよい。

また、上述の各実施形態では、冷却水の流通方向と還流ガスの流通方向とを一致させたＥＧＲクーラ６，２６，３６を例示したが、これらの流通方向の関係も任意に設定することができる。第一実施形態の供給路２ｂ及び排出路２ｃを逆に接続すれば、これらの流通方向が互いに逆方向となる。これらの流通方向の関係は、供給路２ｂ及び排出路２ｃの接続位置や冷却水路２の形状等に応じて多様に考えられる。例えば、メッシュフィルタ４の冷却性を考慮すると、メッシュフィルタ４の近傍で供給路２ｂを面状水路２ａに接続することが好ましく、逆にメッシュフィルタ４の過冷却を抑制したい場合には、メッシュフィルタ４の近傍で排出路２ｃを面状水路２ａに接続することが好ましい。

また、上述の各実施形態では、冷却水路２，３２の内部を流通する流体として冷却水を用いたものを例示したが、冷媒の種類はこれに限定されず、任意の流体（気体，液体）を用いてよい。つまり、流体濾過冷却装置の冷却方式は任意（水冷式，空冷式等）である。
また、上述の各実施形態では、流体濾過冷却装置としてＥＧＲクーラを例示したが、流体濾過冷却装置の種類はこれに限定されない。例えば、冷却機構を備えたエアフィルタやフィルタを備えたインタークーラ，オイルクーラ，ラジエターでもよく、異物混入の虞のある熱流体が流通する箇所に適用してもよい。つまり、流体濾過冷却装置における冷却対象となる流体の具体例として、排気ガスや吸気ガス，エンジン冷却水，エンジンオイル等を挙げることができる。
なお、開示の流体濾過冷却装置は、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンの双方に適用することができる。

１ 冷却通路
２ 冷却水路（冷媒路）
２ａ 面状水路（面状流体路）
３ フィン（フィン部）
３ａ フィルタ穴
３ｂ 水穴（穴部）
４ メッシュフィルタ（フィルタ部）
５ 外箱（壁体）
６，７ ＥＧＲクーラ
１０ 吸排気システム
１１ エンジン（内燃機関）
１３ 吸気通路
１４ 排気通路
２３ フィン（フィン部）
２４ メッシュフィルタ（フィルタ部）
２６ ＥＧＲクーラ
３１ 冷却通路
３１ａ 管状通路
３１ｂ 外周面
３２ 冷却水路（冷媒路）
３３ フィン（フィン部）
３４ メッシュフィルタ
３６ ＥＧＲクーラ（流体濾過冷却装置）
４３ 整流フィン

Claims (9)

1. 内燃機関とその吸気系及び排気系に流通する流体を冷却する内燃機関の流体濾過冷却装置であって、
   該流体が流通する冷却通路と、
   該冷却通路に隣接して設けられ、内部に冷媒が流通する冷媒路と、
   該冷媒路から該冷却通路へ突き出して設けられたフィン部と、
   該フィン部に対して固定され、該流体に含まれる異物を捕集するフィルタ部と
   を備えたことを特徴とする、内燃機関の流体濾過冷却装置。
2. 該フィン部が、該冷媒路の外表面から該冷却通路の入口側に突き出して設けられるとともに、
   該フィルタ部が、該冷却通路の該冷媒路と隣接する部分よりも上流側に配置される
   ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。
3. 該冷媒路が、一端に該冷媒を該冷媒路の内部に導く供給路を有するとともに他端に該冷媒を該冷媒路から外部に導く排出路を有し、
   該供給路が、該フィルタ部の近傍に設けられている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。
4. 該フィルタ部が、流入する該流体の流速又は流量が大きい位置ほど高いメッシュ密度を有する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。
5. 該フィン部が、該冷媒路の内表面からさらに内側に突き出して設けられる
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。
6. 該フィン部が、該冷媒路の内表面からさらに内側に突き出た部位に複数の穴部を有する
   ことを特徴とする、請求項５記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。
7. 該冷却通路が、箱状に形成された壁体を有し、
   該冷媒路が、該箱状の壁体の内部を層状に区画する複数の面状流体路を有し、
   該フィン部が、該複数の面状流体路のそれぞれの端辺から互いに略平行に突き出して複数設けられ、
   該フィルタ部が、該壁体及び複数の該フィン部を貫通して円筒状に形成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。
8. 該冷却通路が、箱状に形成された壁体を有し、
   該冷媒路が、該箱状の壁体の内部を層状に区画する複数の面状流体路を有し、
   該フィン部が、該複数の面状流体路のそれぞれの端辺から互いに略平行に突き出して複数設けられ、
   該フィルタ部が、該壁体及び該フィン部のそれぞれに対して傾斜した傾斜面を有して、該壁体と該フィン部との間、及び、該フィン部同士の間に挿入されている
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。
9. 該冷媒路が、内部を該冷媒で満たされた筒状に形成され、
   該冷却通路が、該筒状の該冷媒路における頂面から底面まで貫通する管状通路と、該冷媒路の筒面を該頂面から延長して形成された外周面とを有し、
   該フィン部が、該冷媒路の該頂面から該外周面の延長方向に突き出して設けられ、
   該フィルタ部が、該頂面に対向して配置され、該フィン部及び該外周面に固定されている
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の内燃機関の流体濾過冷却装置。

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