JP6809300B2

JP6809300B2 - 排気還流装置

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Publication number: JP6809300B2
Application number: JP2017042061A
Authority: JP
Inventors: 徹岡村; 奈良　健一; 健一奈良
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: DE102018104767A1; US20180252145A1; US10378424B2; JP2018145893A

Description

この明細書における開示は、エンジンから排出された排気の一部をエンジンの吸気側に再循環する排気還流装置に関するものである。

特許文献１は、排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気側に還流して再循環する排気還流装置（ＥＧＲ装置）を開示する。排気還流装置は、ＥＧＲガスを吸気側に還流する際に、ＥＧＲガスを適切な温度に制御することが求められる。排気還流装置は、ＥＧＲクーラにおいてエンジン冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行う。エンジン冷却水の温度が低い場合は、エンジン冷却水を燃焼式ヒータで加熱して、エンジン冷却水の温度をＥＧＲガスの露点温度以上とする。これにより、結露したＥＧＲガスにＥＧＲガスの成分が溶け込むことで生じる硫酸の発生を抑えられる。よって、エンジンの暖機が完了する前から排気再循環を実施することが可能であり、早期に排気還流装置による窒素酸化物の低減効果が得られる。

特開平１１−１２５１５１号公報

ところで、上記の従来の排気還流装置は、エンジン冷却水の加熱に燃焼式ヒータを使用している。このため、エンジン冷却水の加熱に多くの燃料が必要であり、燃費が悪化するという問題がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、排気還流装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、ＥＧＲガスを加熱する際に、効率的な熱交換を行うことのできる排気還流装置を提供することである。

ここに開示された排気還流装置は、エンジン（１６）からの排気をエンジンの吸気管（１７）に還流させる排気還流管（３、４）と、排気還流管に接続されて、排気とエンジンの冷却に使用されるエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱交換器（２０）と、エンジン冷却水を排気熱交換器に循環させる冷却水管（６、７）と、排気熱交換器から外部への伝熱経路上に断熱層を形成する断熱材（２７、１２７、２２７）とを備え、排気熱交換器は、排気が通過する複数のチューブ（２１）と、チューブが内部に収められているケーシング（３０）と、ケーシングの内部に設けられ、チューブを流れる排気と熱交換するエンジン冷却水が通過する冷却水流路（２３）と、ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数のチューブへと排気を分配する入口側フランジ（２５）と、ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数のチューブを通過した排気を集める出口側フランジ（１２５）とを備え、排気還流管は、出口側フランジに接続するための下流フランジ（４ａ）を備え、断熱材は、出口側フランジと下流フランジとの間に設けられている出口側断熱材（１２７）であって、出口側フランジの接続面（１２５ｃ）の少なくとも外周縁を覆うように設けられている。
また、ここに開示された排気還流装置は、エンジン（１６）からの排気をエンジンの吸気管（１７）に還流させる排気還流管（３、４）と、排気還流管に接続されて、排気とエンジンの冷却に使用されるエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱交換器（２０）と、エンジン冷却水を排気熱交換器に循環させる冷却水管（６、７）と、排気熱交換器から外部への伝熱経路上に断熱層を形成する断熱材（２７、１２７、２２７）とを備え、排気熱交換器は、排気が通過する複数のチューブ（２１）と、チューブが内部に収められているケーシング（３０）と、ケーシングの内部に設けられ、チューブを流れる排気と熱交換するエンジン冷却水が通過する冷却水流路（２３）と、ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数のチューブへと排気を分配する入口側フランジ（２５）と、ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数のチューブを通過した排気を集める出口側フランジ（１２５）とを備え、排気還流管は、入口側フランジに接続するための上流フランジ（３ａ）と出口側フランジに接続するための下流フランジ（４ａ）とを備え、断熱材は、入口側フランジと上流フランジとの間に設けられている入口側断熱材（２７）と、出口側フランジと下流フランジとの間に設けられている出口側断熱材（１２７）とを備え、出口側断熱材は、入口側断熱材よりも断熱性能が高い。

開示される排気還流装置によると、排気熱交換器を構成する構成部品を覆うように断熱材を備えている。これにより、排気熱交換器からの放熱を低減して効率的な熱交換を行い、ＥＧＲガスを効果的に温めることができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

排気還流装置のブロック図である。第１実施形態の排気熱交換器の分解斜視図である。第１実施形態の排気熱交換器の正面図である。第１実施形態の排気熱交換器の頂面図である。蓄熱装置の模式図である。排気還流装置のバルブ制御を示すフローチャート図である。第２実施形態の排気熱交換器の頂面図である。第２実施形態の排気熱交換器の側面図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、排気還流装置１は、エンジン（ＥＮＧ）１６、排気熱交換器２０、蓄熱装置５０、およびそれらをつなぐ配管を備えている。排気還流装置１は、乗り物に搭載されている。排気還流装置１は、排気の一部をＥＧＲガスとしてエンジン１６の吸気側に戻すことで排気を再循環するものである。

エンジン１６は、吸気管１７と排気管１８とを備えている。排気管１８は、排気還流管の一部をなす第１ＥＧＲ管３を備えている。吸気管１７は、排気還流管の一部をなす第２ＥＧＲ管４を備えている。第１ＥＧＲ管３と第２ＥＧＲ管４は、排気熱交換器２０を介して連通している。言い換えると、排気熱交換器２０は、ＥＧＲガスを排気熱交換器２０内部に導入する第１ＥＧＲ管３を備えている。排気熱交換器２０は、ＥＧＲガスを排気熱交換器２０内部から外部に流出する第２ＥＧＲ管４を備えている。

第２ＥＧＲ管４には、ＥＧＲバルブ１４が設けられている。ＥＧＲバルブ１４は、第２ＥＧＲ管４を経て吸気管１７に導入される排気流量を調整する制御弁である。ＥＧＲバルブ１４としては、たとえば、ステッピングモータあるいはリニアソレノイド等を動力源として作動するポペット弁等が使用可能である。ＥＧＲバルブ１４は、全閉位置および全開位置のほかに、全閉位置から全開位置までの任意の位置に保持可能な構造のものである。ＥＧＲバルブ１４は、吸気管１７に導入される排気流量を、０から最大流量までの間で連続的に制御することができる。

排気熱交換器２０は、エンジン冷却水（ＬＬＣ）を排気熱交換器２０内部から外部に流出する冷却水流出管７を備えている。冷却水流出管７は、エンジン１６に接続されている。排気熱交換器２０は、エンジン冷却水を排気熱交換器２０内部に導入する冷却水導入管６を備えている。冷却水導入管６は、エンジン１６に接続されている。冷却水導入管６と冷却水流出管７とは、エンジン冷却水の流れる冷却水管をなしている。冷却水導入管６は、冷却水温度センサ６１を備えている。冷却水温度センサ６１は、冷却水導入管６におけるエンジン１６に近い位置に配置されている。

冷却水導入管６は、加熱手段としての蓄熱装置５０を備えている。蓄熱装置５０は、冷却水温度センサ６１の下流に位置している。言い換えると、冷却水導入管６において、冷却水温度センサ６１から排気熱交換器２０までの経路の途中に蓄熱装置５０を備えている。エンジン１６から流れ出たエンジン冷却水は、冷却水温度センサ６１を通過した後に、蓄熱装置５０に向かって流れる。冷却水温度センサ６１はエンジン１６から流れ出た直後のエンジン冷却水の水温を測定可能に設けられている。

冷却水導入管６は、バイパス管６２を備えている。バイパス管６２は、蓄熱装置５０の入口配管５２と出口配管５３とを接続している。バイパス管６２は、蓄熱装置５０を経由しない流路を構成している。言い換えると、冷却水導入管６は、バイパス管６２を通過する経路と蓄熱装置５０を経由する経路との２つの経路を有している。

バイパス管６２は、バルブ６３を備えている。言い換えると、冷却水導入管６において、蓄熱装置５０とバルブ６３とは並列の関係にある。バルブ６３は、所定部位の流路における断面積を調整することで流量を調整する。バルブ６３としては、たとえば、ステッピングモータあるいはリニアソレノイド等を動力源として作動するポペット弁等が使用可能である。バルブ６３は、全閉位置および全開位置のほかに、全閉位置から全開位置までの任意の位置に保持可能な構造のものである。バルブ６３は、バイパス管６２に導入されるエンジン冷却水の流量を、０から最大流量までの間で連続的に制御することができる。蓄熱装置５０の流路抵抗に比べ、バイパス管６２の流路抵抗を小さく設定している。このため、バルブ６３を開いた場合には、エンジン冷却水は流路抵抗の小さなバイパス管６２を流れる。バルブ６３を閉じた場合には、バイパス管６２の流路が閉じているため、エンジン冷却水は蓄熱装置５０を流れる。

蓄熱装置５０は、入口配管５２を備えている。入口配管５２は、冷却水導入管６と連通して蓄熱装置５０に冷却水を流入可能に設けられている。蓄熱装置５０は、出口配管５３を備えている。出口配管５３は、冷却水導入管６と連通して蓄熱装置５０から冷却水を流出可能に設けられている。蓄熱装置５０は、蓄熱装置５０の温度を測定する蓄熱温度センサ５５を備えている。蓄熱温度センサ５５は、出口配管５３に設けられている。蓄熱装置５０の温度としては、蓄熱装置５０により熱交換を行った直後のエンジン冷却水の温度を測定している。

排気還流装置１は、エンジン１６の排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管１７に導入してエンジン１６のシリンダ内に吸入させる。排気熱交換器２０内には、第１ＥＧＲ管３を通ってＥＧＲガスが導入される。排気熱交換器２０に導入されたＥＧＲガスは、排気熱交換器２０の内部を流れる。排気熱交換器２０の内部を流れたＥＧＲガスは、第２ＥＧＲ管４を通って吸気管１７に戻される。こうして排気がエンジン１６に再循環する。

排気熱交換器２０内には、冷却水導入管６を通ってエンジン冷却水が導入される。排気熱交換器２０に導入されたエンジン冷却水は、排気熱交換器２０の内部を流れる。排気熱交換器２０の内部を流れたエンジン冷却水は、冷却水流出管７を通って排気熱交換器２０から導出される。排気熱交換器２０は、ＥＧＲガスとエンジン冷却水との間で熱交換を行う。

排気熱交換器２０は、ＥＧＲガスの加熱を目的とした熱交換を行う。エンジン１６の始動直後など、ＥＧＲガスの温度が低い状態では、エンジン冷却水を用いて、ＥＧＲガスを凝縮温度よりも高い温度に加熱する。これにより、ＥＧＲガスの凝縮を防止しつつ、早期に排気還流装置１を運転可能としている。排気熱交換器２０は、ＥＧＲガスの吸熱を目的とした熱交換を行う。エンジン１６の暖気完了後など、ＥＧＲガスの温度が高い状態では、エンジン冷却水を用いて、ＥＧＲガスの熱を吸熱する。ＥＧＲガスの温度を下げることで、ガス密度を高め、エンジン１６の損失低減およびノッキングを防止する。熱交換して適切な温度になったＥＧＲガスは、第２ＥＧＲ管４を介して吸気管１７に導入される。排気熱交換器２０とＥＧＲガスとで熱交換を開始可能なエンジン冷却水の温度としては、ＥＧＲガスの凝縮温度よりも高い温度であればよい。具体的には、４０℃以上の温度が好ましい。

排気還流装置１は、制御装置（ＥＣＵ）１５を備えている。制御装置１５は、ＥＧＲバルブ１４と、蓄熱温度センサ５５と、冷却水温度センサ６１と、バルブ６３とに接続されている。制御装置１５は、イグニッションスイッチ９０とバッテリ９１に接続されている。制御装置１５は、イグニッションスイッチ９０によるＯＮ／ＯＦＦを検出して、エンジン１６の始動や停止などを制御する。制御装置１５は、冷却水温度センサ６１と蓄熱温度センサ５５とで測定された温度に基づき、バルブ６３の弁開度を制御する。バルブ６３の弁開度制御の詳細については後述する。

図２において、排気熱交換器２０は、構成部品として、チューブ２１と、ケーシング３０と、入口側フランジ２５と、出口側フランジ１２５と、入口側コアプレート２６と、出口側コアプレート１２６とを有している。排気熱交換器２０は、複数のチューブ２１を積層配置して直方体形状としている。チューブ２１は、断面が扁平長方形状を成す管部材として形成されている。チューブ２１の扁平面に対して垂直な方向に隙間を保ちつつ複数のチューブ２１が積層されている。

チューブ２１の内部には、インナーフィン２２が配設されている。インナーフィン２２は、断面が波形形状である。インナーフィン２２は、チューブ２１の端部から逆側の端部まで一様に形成されている。

ＥＧＲガスの入口側に位置するチューブ２１の端部は、入口側コアプレート２６に接合されている。入口側コアプレート２６は、孔部２６ａが複数設けられている。孔部２６ａは所定の間隔をあけて平行に並んで設けられている。ＥＧＲガスの入口側に位置するチューブ２１の端部は、入口側コアプレート２６の孔部２６ａに嵌合して接合固定されている。入口側コアプレート２６の外側には、入口側フランジ２５が接合固定されている。入口側フランジ２５は、中央部分に入口側開口２５ａを備えた四角形状の筒形部材である。入口側開口２５ａは、ＥＧＲガスを複数のチューブ２１に分配する空間を形成している。入口側フランジ２５の四隅には、ボルト等を挿通させて排気熱交換器２０を所定の位置に固定するための取り付け孔２５ｂを備えている。

入口側フランジ２５は、排気熱交換器２０の外面の一部を構成する入口側接続面２５ｃを備えている。入口側接続面２５ｃは、第１ＥＧＲ管３と入口側フランジ２５との接続面をなしている。

入口側フランジ２５には、入口側断熱材２７が配されている。入口側断熱材２７は、入口側接続面２５ｃに設けられている。入口側断熱材２７は、入口側接続面２５ｃに対して直接貼り付けて固定されている。入口側断熱材２７は、中央部分に入口側断熱材開口２７ａを備えた四角形状のシート状の部材である。入口側断熱材２７の四隅には、ボルト等を挿通させて排気熱交換器２０を所定の位置に固定するための取り付け孔２７ｂを備えている。入口側断熱材２７は、独立気泡の発泡断熱材である。入口側断熱材２７は、断熱材料としての固体熱伝導率の低さと、内部に泡状の空洞部を有することによる構造的特徴とで断熱層を形成している。入口側断熱材２７は、入口側フランジ２５からの熱のやり取りを低減させる断熱層を提供する断熱機能を有している。入口側断熱材２７は、配管同士のつなぎ目において流体が漏れ出すことを防ぐシール機能を有している。入口側断熱材２７は、断熱機能とシール機能を両立する部材であればよく、独立気泡の発泡断熱材に限られない。

図３において、入口側断熱材２７は、入口側接続面２５ｃの全体を覆うように設けられている。すなわち、１枚の入口側断熱材２７で入口側接続面２５ｃの内周縁と外周縁との両方を覆っている。

図４において、第１ＥＧＲ管３は、入口側フランジ２５と接続するための上流フランジ３ａを備えている。上流フランジ３ａは、第１ＥＧＲ管３の端部から外周側に張り出した形状である。上流フランジ３ａの四隅には、ボルト等を挿通させて排気熱交換器２０を所定の位置に固定するための取り付け孔が備えられている。排気熱交換器２０は、入口側フランジ２５と上流フランジ３ａとをボルト等でつないで、第１ＥＧＲ管３と連通している。

図２において、ＥＧＲガスの出口側に位置するチューブ２１の端部は、出口側コアプレート１２６に接合されている。出口側コアプレート１２６は、孔部１２６ａが複数設けられている。孔部１２６ａは、所定の間隔をあけて平行に並んで設けられている。ＥＧＲガスの出口側に位置するチューブ２１の端部は、出口側コアプレート１２６の孔部１２６ａに嵌合して接合固定されている。出口側コアプレート１２６の外側には、出口側フランジ１２５が接合固定されている。出口側フランジ１２５は、中央部分に出口側フランジ開口１２５ａを備えた四角形状の筒形部材である。出口側フランジ開口１２５ａは、ＥＧＲガスを複数のチューブ２１から集める空間を形成している。出口側フランジ１２５の四隅には、ボルト等を挿通させて排気熱交換器２０を所定の位置に固定するための取り付け孔１２５ｂを備えている。

出口側フランジ１２５は、排気熱交換器２０の外面の一部を構成する出口側接続面１２５ｃを備えている。出口側接続面１２５ｃは、第２ＥＧＲ管４と出口側フランジ１２５との接続面をなしている。

出口側フランジ１２５には、出口側断熱材１２７が配されている。出口側断熱材１２７は、出口側接続面１２５ｃに設けられている。出口側断熱材１２７は、出口側フランジ１２５に対して直接貼り付けて固定されている。出口側断熱材１２７は、中央部分に出口側断熱材開口１２７ａを備えた四角形状のシート状の部材である。出口側断熱材１２７の四隅には、ボルト等を挿通させて排気熱交換器２０を所定の位置に固定するための取り付け孔１２７ｂを備えている。出口側断熱材１２７は、独立気泡の発泡断熱材である。出口側断熱材１２７は、断熱材料としての固体熱伝導率の低さと、内部に泡状の空洞部を有することによる構造的特徴とで断熱層を形成している。出口側断熱材１２７は、出口側フランジ１２５からの熱のやり取りを低減させる断熱層を提供する断熱機能を有している。出口側断熱材１２７は、配管同士のつなぎ目において流体が漏れ出すことを防ぐシール機能を有している。出口側断熱材１２７は、断熱機能とシール機能を両立する部材であればよく、独立気泡の発泡断熱材に限られない。

図４において、第２ＥＧＲ管４は、出口側フランジ１２５と接続するための下流フランジ４ａを備えている。下流フランジ４ａは、第２ＥＧＲ管４の端部から外周側に張り出した形状である。下流フランジ４ａの四隅には、ボルト等を挿通させて排気熱交換器２０を所定の位置に固定するための取り付け孔を備えている。排気熱交換器２０は、出口側フランジ１２５と下流フランジ４ａとをボルト等で接続固定して、第２ＥＧＲ管４と連通している。

図２において、ケーシング３０は、２つのケーシング部材を重ね合わせて接合されている。ケーシング３０は、角筒状に形成されている。四角形の角筒状のケーシング３０の外面は、入口面３０ａ、出口面３０ｂ、頂面３０ｃ、底面３０ｄの４つの四角形状の面から構成されている。

入口面３０ａは、ケーシング３０の外面を構成する複数ある面のうちの１つの面である。入口面３０ａは、水入口管３２が突出して設けられている面である。入口面３０ａは、排気熱交換器２０の設置状態における排気熱交換器２０の側面を構成する面である。入口面３０ａは、流入したエンジン冷却水がＥＧＲガスと最初に熱交換を行う面である。すなわち、入口面３０ａは、ケーシング３０の各面において、最もＥＧＲガスとケーシング３０との温度差が生じやすい面である。

出口面３０ｂは、ケーシング３０の外面を構成する複数ある面のうちの１つの面である。出口面３０ｂは、水出口管３６が突出して設けられている面である。出口面３０ｂは、排気熱交換器２０の設置状態における排気熱交換器２０の側面を構成する面である。出口面３０ｂは、ＥＧＲガスと熱交換を行った後のエンジン冷却水が流れる面である。すなわち、出口面３０ｂは、ケーシング３０の各面において、最もＥＧＲガスとケーシング３０との温度差が生じにくい面である。入口面３０ａと出口面３０ｂとは、互いに平行な面である。

頂面３０ｃは、排気熱交換器２０の設置状態における排気熱交換器２０の上側を構成する面である。底面３０ｄは、排気熱交換器２０の設置状態における排気熱交換器２０の下側を構成する面である。頂面３０ｃと底面３０ｄとは、互いに平行な面である。

排気熱交換器２０の外面は、排気熱交換器２０以外の部品と接続する面と、排気熱交換器２０の外側を構成する面とを含んで構成されている。すなわち、排気熱交換器２０の外面は、入口側フランジ２５と出口側フランジ１２５とケーシング３０とで構成されている。より具体的には、排気熱交換器２０の外面は、入口側接続面２５ｃと、出口側接続面１２５ｃと、入口面３０ａと、出口面３０ｂと、頂面３０ｃと、底面３０ｄとの６つの面で構成されている。外面は外部に露出している部分の面であればよく、上述した６つの面に限られない。

ケーシング３０の入口面３０ａには、外側に張り出す第１膨出部３１を備えている。第１膨出部３１は、出口側フランジ１２５よりも入口側フランジ２５に近い位置に設けられている。ケーシング３０は、第１膨出部３１を備えた入口面３０ａとはチューブ２１を挟んで反対側の出口面３０ｂに第２膨出部３５を備えている。第２膨出部３５は、入口側フランジ２５よりも出口側フランジ１２５に近い位置に設けられている。

第１膨出部３１には、入口側パイプ孔が設けられている。入口側パイプ孔に、エンジン冷却水が流入する水入口管３２が嵌合して接合されている。水入口管３２は、冷却水導入管６と接続されている。第２膨出部３５には、出口側パイプ孔が設けられている。出口側パイプ孔に、エンジン冷却水が流出する水出口管３６が嵌合して接合されている。水出口管３６は、冷却水流出管７と接続されている。

図３において、水入口管３２と水出口管３６は、略同じ高さに設けられている。複数のチューブ２１は互いに平行に設けられている。

図２において、ケーシング３０とチューブ２１との間、および隣接するチューブ２１同士の間には冷却水流路２３として機能する隙間が形成されている。すなわち、エンジン冷却水は、水入口管３２から流入し、第１膨出部３１からケーシング３０の内部に広がる。

ケーシング３０の内部に流入したエンジン冷却水は、チューブ２１の外表面などに沿って流れる。言い換えると、エンジン冷却水は、チューブ２１、ケーシング３０、入口側コアプレート２６、出口側コアプレート１２６で形成された閉空間内の隙間である冷却水流路２３を流れる。

一部のエンジン冷却水は、チューブ２１の外表面と接触して熱交換しながら冷却水流路２３を流れる。チューブ２１の内側にはＥＧＲガスが流れている。このため、エンジン冷却水は、チューブ２１を流れているＥＧＲガスと熱交換を行うこととなる。一部のエンジン冷却水は、入口側コアプレート２６の裏面と接触して熱交換しながら冷却水流路２３を流れる。入口側コアプレート２６の表側には、チューブ２１で熱交換を行う前のＥＧＲガスが流れている。このため、エンジン冷却水は、チューブ２１を流れる前のＥＧＲガスと熱交換を行うこととなる。一部のエンジン冷却水は、出口側コアプレート１２６の裏面と接触して熱交換しながら冷却水流路２３を流れる。出口側コアプレート１２６の表側には、チューブ２１で熱交換を行った後のＥＧＲガスが流れている。このため、エンジン冷却水は、チューブ２１を流れた後のＥＧＲガスと熱交換を行うこととなる。一部のエンジン冷却水は、ケーシング３０の裏面と接触して熱交換しながら冷却水流路２３を流れる。ケーシング３０の外表面は、外気にさらされている。このため、エンジン冷却水は、外気と熱交換を行うこととなる。

エンジン冷却水は、冷却水流路２３を流れる過程で上述のように熱交換を行いながら、ケーシング３０の第２膨出部３５に向かって流れる。第２膨出部３５にたどり着いたエンジン冷却水は、水出口管３６から流出される。

エンジン冷却水と熱交換したケーシング３０は、入口側フランジ２５や出口側フランジ１２５に伝熱する。言い換えると、ケーシング３０は、入口側フランジ２５と出口側フランジ１２５とに対して、直接接触して伝熱可能な状態で組みつけられている。エンジン冷却水と熱交換した入口側コアプレート２６は、接触状態にある入口側フランジ２５に伝熱する。エンジン冷却水と熱交換した出口側コアプレート１２６は、接触状態にある出口側フランジ１２５に伝熱する。排気熱交換器２０を構成する構成部品であるケーシング３０と、入口側フランジ２５と、出口側フランジ１２５とは、エンジン冷却水との熱交換で得た熱を外気に放熱する。

排気熱交換器２０を構成する各部材は、エンジン１６のＥＧＲガスおよびエンジン冷却水に直接触れるため、耐腐食性および高温強度に優れる材料から形成されている。排気熱交換器２０を構成する各部材は、例えばアルミニウム材料や、ステンレス鋼材料から形成されている。排気熱交換器２０を構成する各部材は、ろう付け、あるいは溶接により接合されている。

図３において、入口側断熱材２７は、入口側フランジ２５の入口側接続面２５ｃの外周縁を覆うように設けられている。すなわち、入口側断熱材２７は、入口側フランジ２５よりもわずかに大きいサイズである。外周縁は、入口側接続面２５ｃにおいて最も外側に位置する端部である。外周縁は、入口側フランジ２５の角を構成している。出口側断熱材１２７についても、入口側断熱材２７と同様に、出口側接続面１２５ｃの外周縁を覆うように設けられている。

図４において、第１ＥＧＲ管３と排気熱交換器２０とは、ボルトで固定されている状態である。第１ＥＧＲ管３と排気熱交換器２０との固定状態において、上流フランジ３ａと入口側フランジ２５との間に入口側断熱材２７が介在している。言い換えると、第１ＥＧＲ管３と排気熱交換器２０とは、入口側断熱材２７により直接は接触していない状態である。言い換えると、排気熱交換器２０の外部に相当する第１ＥＧＲ管３への伝熱経路上に入口側断熱材２７を備えている。ボルトと入口側フランジ２５との間には、高い断熱性を有するワッシャが配されている。これにより、ボルトを介して排気熱交換器２０から第１ＥＧＲ管３に熱が伝達されることを抑制している。

第２ＥＧＲ管４と排気熱交換器２０とは、ボルトで固定されている状態である。第２ＥＧＲ管４と排気熱交換器２０との固定状態において、下流フランジ４ａと出口側フランジ１２５との間に出口側断熱材１２７が介在している。言い換えると、第２ＥＧＲ管４と排気熱交換器２０とは、出口側断熱材１２７により直接は接触していない状態である。言い換えると、排気熱交換器２０の外部に相当する第２ＥＧＲ管４への伝熱経路上に出口側断熱材１２７を備えている。ボルトと出口側フランジ１２５との間には、高い断熱性を有するワッシャが配されている。これにより、ボルトを介して排気熱交換器２０から第２ＥＧＲ管４に熱が伝達されることを抑制している。

出口側断熱材１２７の厚さＬｏは、入口側断熱材２７の厚さＬｉよりも大きい。すなわち、出口側断熱材１２７は、入口側断熱材２７に比べて断熱性能が高い。

図５において、蓄熱装置５０は、蓄熱容器５１を備えている。蓄熱容器５１は、内側と外側の間に真空領域を設けた真空二重管構造である。蓄熱容器５１の内部には、エンジン冷却水を導入する入口配管５２を備えている。入口配管５２は、蓄熱容器５１内部の底に設けられている。入口配管５２は、蓄熱容器５１内部と冷却水導入管６とを連通している。蓄熱容器５１の内部には、エンジン冷却水を流出する出口配管５３を備えている。出口配管５３は、蓄熱容器５１内部の底から蓄熱容器５１内部の上方まで延出して設けられている。出口配管５３は、蓄熱容器５１内部と、冷却水導入管６とを連通している。出口配管５３には、蓄熱温度センサ５５が設置されている。

蓄熱容器５１は、内部に複数の蓄熱カプセル５４を備えている。蓄熱カプセル５４は、内部に蓄熱材料を充填した球体のカプセルである。蓄熱材料としては、体積変化が小さい固相と液相との相の変化で蓄熱を行う蓄熱材が好ましい。具体的な蓄熱材の例としては、パラフィンワックス、などがあげられる。固相と液相との相変化で蓄熱する蓄熱材料を利用することで、蓄熱装置５０としてのサイズが小型であっても、多くの熱を蓄積可能である。ただし、潜熱蓄熱材としてはラウリン酸などの脂肪酸化合物や、キシリトールなどの糖類を主成分とするものも使用可能である。また、使用可能な蓄熱材料としては潜熱蓄熱材に限られず、顕熱蓄熱材として水を利用するなどしてもよい。

蓄熱装置５０を経由してエンジン冷却水を循環させる場合、入口配管５２からエンジン冷却水が蓄熱容器５１内部に流入する。エンジン冷却水は、蓄熱容器５１の底から流入して上方に向かって移動する。エンジン冷却水が移動する間、エンジン冷却水は、蓄熱カプセル５４と接触して熱交換を行う。エンジン冷却水の温度である冷却水温度Ｔｗが低ければ、蓄熱カプセル５４はエンジン冷却水に放熱して加熱する。すなわち、加熱手段として機能する。冷却水温度Ｔｗが高ければ、蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水から熱を受け取って蓄熱する。

蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水の流れに対して流速を低下させる抵抗として働く。よって、エンジン冷却水は、バルブ６３が開状態の場合には、より流路抵抗の小さなバイパス管６２を通ることとなる。蓄熱装置５０を経由する場合には、流路抵抗が増大する。このため、バイパス管６２を通過させる場合に比べてエンジン冷却に使用可能なエンジン冷却水の量は減少する。蓄熱カプセル５４と熱交換を行ったエンジン冷却水は、出口配管５３から冷却水導入管６に戻される。

次に、排気再循環におけるバルブ６３の制御処理を説明する。図６において、ＥＧＲバルブ１４を開いて排気再循環をスタートすると、まず、ステップＳ１１０でバルブ６３を開く。ステップＳ１１０の時点では、エンジン冷却水は、流路抵抗の大きな蓄熱装置５０を通過せずに、流路抵抗の小さなバイパス管６２を通過する状態となる。

ステップＳ１１１で、冷却水温度センサ６１で測定した冷却水温度Ｔｗが、放熱開始水温Ｔｗ０より高い温度であるか否かを判断する。放熱開始水温Ｔｗ０は、例えば５０℃である。冷却水温度Ｔｗが放熱開始水温Ｔｗ０以上の温度になるまで、エンジン冷却水をバイパス管６２に通過させる状態を継続する。この間、エンジン冷却水は、エンジン１６と熱交換してエンジン１６の熱を吸収する。また、エンジン冷却水は、ＥＧＲガスと熱交換してＥＧＲガスの熱を吸収する。これにより、冷却水温度Ｔｗは次第に上昇する。冷却水温度Ｔｗが放熱開始水温Ｔｗ０以上の温度となった場合、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、バルブ６３を閉じる。ステップＳ１２０の時点では、エンジン冷却水は、蓄熱装置５０を通過する状態となる。ステップＳ１２１で、蓄熱温度センサ５５で測定した蓄熱装置温度Ｔｓが、放熱完了温度Ｔｓ１よりも低い温度であるか否かを判断する。放熱完了温度Ｔｓ１は、例えば６０℃である。放熱完了温度Ｔｓ１を固定値とせず、冷却水温度Ｔｗを放熱完了温度Ｔｓ１としてもよい。蓄熱装置温度Ｔｓが放熱完了温度Ｔｓ１を下回る温度になるまで、エンジン冷却水が蓄熱装置５０を通過する状態を継続する。言い換えると、蓄熱装置温度Ｔｓが放熱完了温度Ｔｓ１を下回る温度になるまで、蓄熱装置５０はエンジン冷却水に放熱を継続する。ステップＳ１２０とステップＳ１２１は、蓄熱装置５０がエンジン冷却水への放熱を実行する放熱モードである。蓄熱装置温度Ｔｓが放熱完了温度Ｔｓ１を下回る温度になった場合、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、バルブ６３を開く。ステップＳ１３０の時点では、エンジン冷却水は、蓄熱装置５０を通過せずにバイパス管６２を通過する状態となる。ステップＳ１３０の間は、エンジン冷却水に対して、蓄熱装置５０による放熱も蓄熱も行わない。その後、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０で、冷却水温度Ｔｗが、蓄熱開始水温Ｔｗ１より高い温度であるか否かを判断する。蓄熱開始水温Ｔｗ１は、例えば８０℃である。冷却水温度Ｔｗが蓄熱開始水温Ｔｗ１よりも高い温度になるまで、エンジン冷却水をバイパス管６２に通過させる状態を継続する。この間、エンジン冷却水は、エンジン１６の熱を吸収してエンジン１６を冷却する。また、エンジン冷却水は、ＥＧＲガスの熱を吸収してＥＧＲガスを冷却する。これにより、冷却水温度Ｔｗは、次第に上昇する。冷却水温度Ｔｗが蓄熱開始水温Ｔｗ１よりも高い温度になった場合、ステップＳ１４１に進む。

ステップＳ１４１では、ＥＧＲバルブ１４が閉じているか否かを判断する。ＥＧＲバルブ１４が開いている状態とは、排気再循環を継続している状態である。ＥＧＲバルブ１４が開いている状態では、ステップＳ１４０に戻る。すなわち、冷却水温度Ｔｗが蓄熱開始水温Ｔｗ１よりも高温であり、かつＥＧＲバルブ１４が閉じている場合に、ステップＳ１４２に進む。

ステップＳ１４２では、バルブ６３を閉じる。ステップＳ１４２の時点では、エンジン冷却水は、蓄熱装置５０を通過する状態となる。ステップＳ１４３で、蓄熱温度センサ５５で測定した蓄熱装置温度Ｔｓが、蓄熱完了温度Ｔｓ２よりも高い温度であるか否かを判断する。蓄熱完了温度Ｔｓ２は、例えば８０℃である。蓄熱完了温度Ｔｓ２を固定値とせず、冷却水温度Ｔｗを蓄熱完了温度Ｔｓ２としてもよい。この場合、蓄熱装置５０を経由しても冷却水温度Ｔｗが温度を維持しているか否かで判断を行うこととなる。蓄熱装置温度Ｔｓが蓄熱完了温度Ｔｓ２を上回る温度になるまで、エンジン冷却水が蓄熱装置５０を通過する状態を継続する。言い換えると、蓄熱装置温度Ｔｓが蓄熱完了温度Ｔｓ２を上回る温度になるまで、蓄熱装置５０はエンジン冷却水からの蓄熱を継続する。ステップＳ１４２とステップＳ１４３は、蓄熱装置５０がエンジン冷却水からの蓄熱を実行する蓄熱モードである。蓄熱装置温度Ｔｓが蓄熱完了温度Ｔｓ２を上回る温度になった場合、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０では、バルブ６３を開く。ステップＳ１５０の時点では、エンジン冷却水は、蓄熱装置５０を通過せずにバイパス管６２を通過する状態となる。ステップＳ１５０の間は、エンジン冷却水に対して、蓄熱装置５０による放熱も蓄熱も行わない。

上述した実施形態によると、入口側断熱材２７によって、入口側フランジ２５と上流フランジ３ａとの接触による熱のリークを抑制している。また、出口側断熱材１２７によって、出口側フランジ１２５と下流フランジ４ａとの接触による熱のリークを抑制している。これにより、排気熱交換器２０の温度が高い状態を維持しやすい。よって、ＥＧＲガスを加熱する際に、効率的な熱交換を行うことができる。

入口側断熱材２７は、入口側フランジ２５の入口側接続面２５ｃの内周縁および外周縁を覆うように設けられている。これにより、入口側フランジ２５と上流フランジ３ａとが直接接触することによる熱のリークを効果的に抑制することができる。出口側断熱材１２７は、出口側フランジ１２５の出口側接続面１２５ｃの内周縁および外周縁を覆うように設けられている。これにより、出口側フランジ１２５と下流フランジ４ａとが直接接触することによる熱のリークを効果的に抑制できる。よって、出口側フランジ１２５周辺でのエンジン冷却水の温度低下を効果的に抑制することができる。このため、熱交換により加熱されたＥＧＲガスの温度が、出口側フランジ１２５の周辺で低下することを効果的に抑制できる。

出口側断熱材１２７の断熱性能を入口側断熱材２７の断熱性能よりも高くしている。これにより、熱交換で温められたＥＧＲガスの温度が低下してしまうことを効果的に防止できる。断熱性能を高める方法としては、厚さを厚くすることに限られない。例えば、断熱性能が高い断熱材料を選択するなどしてもよい。入口側断熱材２７と出口側断熱材１２７を同じ厚さで同じ断熱性能の断熱材としてもよい。この場合、入口側と出口側とで共通部品の断熱材を利用可能であるため、製造時の作業性を向上できる。

エンジン１６が運転しているときに発生するエンジン冷却水の熱を蓄熱して、排気熱交換器２０での熱交換に利用する。このため、燃焼式ヒータなどの別の熱源を使用することによる燃費の悪化を防止しつつ、エンジン１６の始動後、早期に排気再循環を行うことができる。

エンジン冷却水を蓄熱装置５０に経由しないバイパス管６２を備えている。このため、エンジン冷却水と蓄熱装置５０とが熱交換を行う必要がない場合は、バイパス管６２を通過させることで、蓄熱装置５０が熱を蓄えた状態を長時間維持できる。

蓄熱装置温度Ｔｓを測定する蓄熱温度センサ５５を、出口配管５３に備えている。このため、蓄熱温度センサ５５はエンジン冷却水との熱のやりとりが完了した最終的な出口温度に近い温度を計測することができる。蓄熱温度センサ５５の設置位置は出口配管５３に限定されるものではない。例えば、蓄熱容器５１の内部に蓄熱温度センサ５５を備えるなどしてもよい。蓄熱容器５１の内部に蓄熱温度センサ５５を備えた場合、蓄熱装置５０で熱交換されている最中のエンジン冷却水の温度を蓄熱装置温度Ｔｓとして測定する。

ステップＳ１４１において、ＥＧＲバルブ１４が開いている状態では、バルブ６３を閉じない。すなわち、排気再循環を実施している間、エンジン冷却水はバイパス管６２を通過させて循環させる。これにより、循環するエンジン冷却水の量を多く確保して、排気再循環中にエンジン１６の冷却不足が引き起こされることを防止できる。ただし、ステップＳ１４１を行わなくてもよい。すなわち、ＥＧＲバルブ１４の開閉状態に関係なく、バルブ６３を閉じてもよい。これによれば、排気再循環を継続している間も、蓄熱装置５０が蓄熱できる。したがって、より素早く蓄熱を完了させることができる。

バルブ６３が開いた状態は、すべてのエンジン冷却水がバイパス管６２を通過する状態でなくともよい。すなわち、エンジン冷却水の大部分がバイパス管６２を通過する状態であればよく、一部のエンジン冷却水が蓄熱装置５０に流れ込む構成としてもよい。バルブ６３が閉じた状態は、すべてのエンジン冷却水が蓄熱装置５０を経由して通過する状態でなくともよい。すなわち、エンジン冷却水の大部分が蓄熱装置５０を通過する状態であればよく、一部のエンジン冷却水がバイパス管６２に流れ込む構成としてもよい。

ステップＳ１１０およびステップＳ１１１を行わなくてもよい。すなわち、排気再循環の開始後、直接ステップＳ１２０に進んでもよい。これによれば、排気再循環のスタート時点でのエンジン冷却水の温度によらず、蓄熱装置５０による放熱を行う。したがって、蓄熱装置５０は、エンジン冷却水に対してより素早く放熱を開始できる。

ステップＳ１３０において、バルブ６３を完全に開にするのではなく、半分開いた状態の半開状態としてもよい。半開状態は、バイパス管６２における流量を制限した状態である。これによれば、ステップＳ１３０の時点で、エンジン冷却水は、蓄熱装置５０とバイパス管６２の２つの経路のそれぞれに分かれて通過する状態となる。ステップＳ１３０の間も、エンジン冷却を行いつつ、蓄熱装置５０による蓄熱を行うことができる。

ステップＳ１４３に代えて、エンジン１６がオフであると判断した場合にステップＳ１５０に進むようにしてもよい。すなわち、蓄熱装置５０の温度が蓄熱開始水温Ｔｗ１よりも高い温度になった場合であっても、蓄熱を継続する。これによれば、エンジン１６がオフになるまでの間、蓄熱を継続するため、エンジン１６がオフされた時点で蓄熱装置５０により多くの熱を蓄熱できる。したがって、次に排気再循環を開始するときに、より多くの熱を蓄熱した状態からスタートできるため、エンジン冷却水に対してより多くの熱を放熱可能である。

加熱手段として、蓄熱装置５０を備えた場合を例に説明を行ったが、燃焼式ヒータなどにより加熱を行ってもよい。

第２実施形態
排気熱交換器２０は、排気熱交換器２０の外表面をなすケーシング３０において、各面がケーシング面断熱材２２７で覆われている。

図７において、排気熱交換器２０は、入口面３０ａに入口面断熱材２２７ａを備えている。排気熱交換器２０は、水出口管３６を備えている出口面３０ｂに、出口面断熱材２２７ｂを備えている。排気熱交換器２０は、頂面３０ｃに頂面断熱材２２７ｃを備えている。頂面断熱材２２７ｃは、矩形パネル状である。頂面断熱材２２７ｃは、入口側フランジ２５から出口側フランジ１２５までを連続して覆っている。

ケーシング面断熱材２２７は、ケーシング３０の各面に対して直接接触するように貼り付けられて固定されている。言い換えると、ケーシング面断熱材２２７は、排気熱交換器２０の外部に相当する空気中への伝熱経路上に備えられている。

入口面断熱材２２７ａは、出口面断熱材２２７ｂよりも断熱材料を厚く設けている。すなわち、入口面断熱材２２７ａは、出口面断熱材２２７ｂよりも断熱性能が高い。

図８において、排気熱交換器２０は、底面３０ｄに底面断熱材２２７ｄを備えている。入口面断熱材２２７ａは、水入口管３２を避けるように切欠き２２８を設けている。入口面断熱材２２７ａは、入口側フランジ２５から出口側フランジ１２５までを連続して覆っている。入口面断熱材２２７ａは、第１膨出部３１を含む入口面３０ａを覆っている。

ケーシング面断熱材２２７は、グラスウールで形成した断熱パネルである。ケーシング面断熱材２２７の断熱材料は、それ自身が断熱層を形成する断熱材である。すなわち、グラスウール自身の固体熱伝導率の低さと繊維状の構造とで高い断熱性を有する断熱層を形成している。ケーシング面断熱材２２７の断熱材料はグラスウールに限られない。例えばウレタンフォーム、発泡ポリスチレン、シリカ繊維、多孔質セラミックなども利用可能である。

ケーシング３０の外周面である４面は、すべてケーシング面断熱材２２７で覆われている。このため、排気熱交換器２０から空気中への自然対流による放熱を低減して、排気熱交換器２０の温度低下を抑制できる。したがって、排気熱交換器２０において、効果的に熱交換を行い、ＥＧＲガスの温度を上昇させることができる。

水入口管３２を備えている入口面３０ａを覆う入口面断熱材２２７ａは、その他の面を覆うケーシング面断熱材２２７よりも高い断熱性能を有している。これにより、ＥＧＲガスに対してエンジン冷却水による加熱を行う場合に、最もエンジン冷却水の温度が高い入口面３０ａにおいて、空気中への放熱を抑制できる。したがって、効果的にエンジン冷却水を加熱することが可能である。

ＥＧＲガスの入口付近から出口付近に近づくにつれて、断熱性能を高めるようにケーシング面断熱材２２７の厚みを厚くするなどしてもよい。すなわち、ＥＧＲガスの出口付近の断熱性能を最も高くしてもよい。これによれば、エンジン冷却水により加熱されたＥＧＲガスの温度低下をより効果的に抑制できる。

水入口管３２の材料をチューブ２１よりも断熱性能の高い材料を使用するなどしてもよい。例えば、金属製のチューブ２１に対して樹脂製の水入口管３２を用いることができる。ＥＧＲガスと熱交換する前のエンジン冷却水から、水入口管３２を介して空気中に放熱されるエネルギーを低減できる。

排気熱交換器２０の外周面としては、入口面３０ａ、出口面３０ｂ、頂面３０ｃ、底面３０ｄの４面に限られない。例えば、水入口管３２と水出口管３６とを同じ面に設けてもよい。例えば、水出口管３６を頂面３０ｃに設けてもよい。

ケーシング３０は、四角形の角筒状に限られない。例えば、六角形の角筒状や、円筒状でもよい。

ケーシング面断熱材２２７は、各面に分割された矩形パネルに限られない。例えば、入口面３０ａ、出口面３０ｂ、頂面３０ｃ、底面３０ｄを連続する１枚の断熱材で覆ってもよい。

ケーシング面断熱材２２７は、ケーシング３０の外面が外部に露出しないように完全に覆う状態でなくともよい。すなわち、外面の大部分が覆われていればよい。例えば、入口面断熱材２２７ａに切欠き２２８を設けずに、水入口管３２が配される部分を露出させるようなサイズの小さな矩形状の断熱パネルを配してもよい。これによれば、断熱材を複雑な形状に加工する必要がないため、容易に製造可能である。

以上に述べた実施形態によると、排気熱交換器２０において、エンジン冷却水を用いてＥＧＲガスを加熱する際に効率的な熱交換を行うことができる。

排気熱交換器２０から外部への伝熱経路上に断熱材２７、１２７、２２７を設けている。このため、排気熱交換器２０から外部への伝熱や放熱による熱の損失を低減できる。言い換えると、排気熱交換器２０において、エンジン冷却水とＥＧＲガスとの熱交換を効率的に実施できる。加熱手段として蓄熱装置５０を使用する場合には、蓄積可能なエネルギーの量に制限がある。さらに、蓄積時から放熱時までの時間経過によるエネルギーのロスも発生する。しかしながら、上述したように効率的な熱交換が実現可能であるため、蓄熱装置５０の小型化が可能である。加熱手段として燃焼式ヒータを用いる場合には、燃焼式ヒータで多くの燃料を消費する。しかしながら、上述したように効率的な熱交換が実現可能であるため、燃焼式ヒータで使用する燃料を低減できる。

他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

上述した実施形態による排気還流装置１が適用されるエンジン１６は水冷式であれば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのどちらでもよい。

排気熱交換器２０から空気中への伝熱を防ぐ断熱層を形成する断熱材としては、上述した連続気泡の発泡断熱材やグラスウールなどの断熱材に限られない。例えば、壁面に断熱層としての真空部を備えた二重管式の金属製の保温容器を断熱材として用いてもよい。この保温容器内に排気熱交換器２０を配置する。これにより、排気熱交換器２０から保温容器の外部空間への放熱や伝熱を防ぐことができる。例えば、壁面に断熱層としての細かなセル状の空気層を備えた樹脂製のシート状断熱材を用いてもよい。このような断熱材を用いて、排気熱交換器２０の周囲の空間を断熱する。これにより排気熱交換器２０の外部に位置する空気が自然対流により排気熱交換器２０から多くの熱を奪うことを防止できる。したがって、排気熱交換器２０においてエンジン冷却水の熱をＥＧＲガスに効率的に伝達することができる。

１排気還流装置、３第１ＥＧＲ管、３ａ上流フランジ、４第２ＥＧＲ管、４ａ下流フランジ、６冷却水導入管、７冷却水流出管、１４ＥＧＲバルブ、１５制御装置、１６エンジン、１７吸気管、１８排気管、２０排気熱交換器、２１チューブ、２３冷却水流路、２５入口側フランジ、２５ｃ入口側接続面、２７入口側断熱材、３０ケーシング、３０ａ入口面、３０ｂ出口面、３０ｃ頂面、３０ｄ底面、３２水入口管、３６水出口管、５０蓄熱装置、５５蓄熱温度センサ、６１冷却水温度センサ、６２バイパス管、６３バルブ、１２５出口側フランジ、１２５ｃ出口側接続面、１２７出口側断熱材、２２７ケーシング面断熱材、２２７ａ入口面断熱材、２２７ｂ出口面断熱材、２２７ｃ頂面断熱材、２２７ｄ底面断熱材、２２８切欠き、Ｔｗ０放熱開始水温、Ｔｗ１蓄熱開始水温、Ｔｓ１放熱完了温度、Ｔｓ２蓄熱完了温度。

Claims

エンジン（１６）からの排気を前記エンジンの吸気管（１７）に還流させる排気還流管（３、４）と、
前記排気還流管に接続されて、前記排気と前記エンジンの冷却に使用されるエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱交換器（２０）と、
前記エンジン冷却水を前記排気熱交換器に循環させる冷却水管（６、７）と、
前記排気熱交換器から外部への伝熱経路上に断熱層を形成する断熱材（２７、１２７、２２７）とを備え、
前記排気熱交換器は、
前記排気が通過する複数のチューブ（２１）と、
前記チューブが内部に収められているケーシング（３０）と、
前記ケーシングの内部に設けられ、前記チューブを流れる前記排気と熱交換する前記エンジン冷却水が通過する冷却水流路（２３）と、
前記ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数の前記チューブへと前記排気を分配する入口側フランジ（２５）と、
前記ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数の前記チューブを通過した前記排気を集める出口側フランジ（１２５）とを備え、
前記排気還流管は、前記出口側フランジに接続するための下流フランジ（４ａ）を備え、
前記断熱材は、前記出口側フランジと前記下流フランジとの間に設けられている出口側断熱材（１２７）であって、前記出口側フランジの接続面（１２５ｃ）の少なくとも外周縁を覆うように設けられている排気還流装置。
エンジン（１６）からの排気を前記エンジンの吸気管（１７）に還流させる排気還流管（３、４）と、
前記排気還流管に接続されて、前記排気と前記エンジンの冷却に使用されるエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱交換器（２０）と、
前記エンジン冷却水を前記排気熱交換器に循環させる冷却水管（６、７）と、
前記排気熱交換器から外部への伝熱経路上に断熱層を形成する断熱材（２７、１２７、２２７）とを備え、
前記排気熱交換器は、
前記排気が通過する複数のチューブ（２１）と、
前記チューブが内部に収められているケーシング（３０）と、
前記ケーシングの内部に設けられ、前記チューブを流れる前記排気と熱交換する前記エンジン冷却水が通過する冷却水流路（２３）と、
前記ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数の前記チューブへと前記排気を分配する入口側フランジ（２５）と、
前記ケーシングと伝熱可能に設けられ、複数の前記チューブを通過した前記排気を集める出口側フランジ（１２５）とを備え、
前記排気還流管は、前記入口側フランジに接続するための上流フランジ（３ａ）と前記出口側フランジに接続するための下流フランジ（４ａ）とを備え、
前記断熱材は、
前記入口側フランジと前記上流フランジとの間に設けられている入口側断熱材（２７）と、
前記出口側フランジと前記下流フランジとの間に設けられている出口側断熱材（１２７）とを備え、
前記出口側断熱材は、前記入口側断熱材よりも断熱性能が高い排気還流装置。
出口側断熱材は、前記出口側フランジの接続面（１２５ｃ）の少なくとも外周縁を覆うように設けられている請求項２に記載の排気還流装置。
前記断熱材は、前記排気熱交換器を構成する構成部品の外面を覆うように設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の排気還流装置。
前記断熱材は、前記ケーシングの外面を覆うように設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の排気還流装置。
前記ケーシングは、前記エンジン冷却水を前記冷却水流路へ導入する水入口管（３２）を備え、
前記断熱材は、前記ケーシングの外面のうち、少なくとも前記水入口管が配設されている入口面（３０ａ）を覆うように設けられている請求項５に記載の排気還流装置。
前記エンジン冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ（６１）と、
前記冷却水温度センサよりも下流に設けられて、前記エンジン冷却水を加熱する加熱手段（５０）と、
前記冷却水温度センサに基づき、前記加熱手段による加熱を制御する制御装置（１５）と、を備えた請求項１から請求項６のいずれかに記載の排気還流装置。
前記加熱手段は、前記エンジン冷却水と熱交換して蓄熱および放熱を行う蓄熱装置（５０）であり、
前記蓄熱装置の温度を測定する蓄熱温度センサ（５５）と、
前記蓄熱装置の入口配管と出口配管とを繋いで、前記蓄熱装置を経由せずに前記エンジン冷却水を循環させるバイパス管（６２）と、
前記蓄熱装置を流れる前記エンジン冷却水の流量を調整するバルブ（６３）と、を備え、
前記制御装置は、前記蓄熱温度センサで測定した温度が放熱完了温度（Ｔｓ１）よりも高い場合に、前記エンジン冷却水を前記蓄熱装置に循環させるように前記バルブの開度を制御して放熱モードを実行する請求項７に記載の排気還流装置。
前記制御装置は、前記冷却水温度センサで測定した温度が蓄熱開始水温（Ｔｗ１）よりも高い場合に、前記エンジン冷却水を前記蓄熱装置に循環させるように前記バルブの開度を制御して蓄熱モードを実行する請求項８に記載の排気還流装置。
前記制御装置は、前記冷却水温度センサで測定した温度が放熱開始水温（Ｔｗ０）よりも低い場合に、前記エンジン冷却水を前記蓄熱装置に循環させない請求項８または請求項９に記載の排気還流装置。