WO2014017014A1

WO2014017014A1 - Ｅｇｒシステムおよび排気熱交換システム

Info

Publication number: WO2014017014A1
Application number: PCT/JP2013/003853
Authority: WO
Inventors: 宮川　雅志; 一志中谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2015-01-23
Also published as: JP2014020345A

Abstract

　内燃機関（１）の排気と冷却水との間で熱交換を行うことで排気を冷却する熱交換器（３、３０）を備えるＥＧＲシステムおよび排気熱交換システムにおいて、熱交換器（３、３０）は、冷却水が流通する冷却水流路（３６）と、冷却水流路（３６）に冷却水を流入させる冷却水入口（３７）と、冷却水流路（３６）から冷却水を流出させる第１冷却水出口（３８）および第２冷却水出口（３９）とを有しており、第１冷却水出口（３８）は、第２冷却水出口（３９）よりも排気の流れ方向の下流側に配置されており、さらに、冷却水入口（３７）から流入した冷却水を第１冷却水出口（３８）から流出させる第１冷却水回路と、冷却水入口（３７）から流入した冷却水を第２冷却水出口（３９）から流出させる第２冷却水回路とを切り替える三方弁（５１）を備える。

Description

ＥＧＲシステムおよび排気熱交換システム

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１２年０７月２３日に出願された日本出願番号２０１２－１６２８２４号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、内燃機関から排出される排気と熱媒体とを熱交換するＥＧＲシステムおよび排気熱交換システムに関するものである。

　近年、車両燃費の向上や排気中のＮＯ_Xの低減のために、ガソリンを燃料とする車両でも、内燃機関の排気の一部をＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスとしてエンジンの吸気通路におけるスロットルバルブの下流部に還流させ、吸入空気とＥＧＲガスとの混合気を燃焼室で燃焼させる内燃機関用ＥＧＲシステムの採用が増加している（例えば、特許文献１参照）。

　このようなＥＧＲシステムでは、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に、排気を冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲ通路の通路開度を調整するためのＥＧＲバルブとが設けられている。

　しかしながら、上記特許文献１に記載するＥＧＲシステムでは、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブに、排気に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）が堆積することで、ＥＧＲクーラ（熱交換器）およびＥＧＲバルブの機能が低下してしまう。特に、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｃｔｉｏｎ）といわれるエンジンオイルや未燃燃料に由来する成分は、低温になると粘度が高くなり、ＳＯＦの堆積が起こりやすい。この場合、ＥＧＲクーラにおいて排気を冷却する際に、ＥＧＲクーラの内壁面にＳＯＦが付着して堆積すると、ＰＭも堆積しやすくなり、ＥＧＲクーラの熱交換効率の低下や通風抵抗の増大を引き起すおそれがある。

　ＥＧＲクーラは、高温の排気をエンジン冷却水により冷却して、排気温度が所定温度以下になるように設計される。すなわち、ＥＧＲクーラは、ＥＧＲバルブが全開するような、熱的に最も厳しいエンジン負荷条件であっても、９０℃前後の冷却水により排気を冷却することで、ＥＧＲクーラ出口の排気温度が所定温度以下となるように設計される。この熱的に最も厳しいエンジン負荷条件とは、排気温度が最高温度、かつ排気流量が最大流量の場合を意味する。

　しかしながら、実際の使用環境下では、排気流量が少なかったり、ＥＧＲクーラに流入する排気温度が低かったりする場合が多く、冷却水温度も低くなっている。この場合、ＥＧＲクーラの出口からＥＧＲバルブを通過する際の排気温度が冷却水温度と同程度（７０℃～９０℃）となるので、ＰＭが堆積しやすくなるおそれがある。

　排気熱交換システムにおいても、上述するようにＰＭが堆積しやすくなるおそれがある。

特開２００４－２１１６４９号公報

　本開示は上記点に鑑みて、ＰＭの付着による熱交換器の熱交換効率の低下および通風抵抗の増大を抑制できるＥＧＲシステムおよび排気熱交換システムを提供することを目的とする。

　本開示の第一の様態では、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられるとともに、内燃機関の排気と熱媒体との間で熱交換を行うことで排気を冷却するＥＧＲクーラを備えるＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲクーラは、熱媒体が流通する熱媒体流路と、熱媒体流路に熱媒体を流入させる熱媒体入口と、熱媒体流路から熱媒体を流出させる第１熱媒体出口および第２熱媒体出口とを有しており、第１熱媒体出口は、第２熱媒体出口よりも排気の流れ方向の下流側に配置されており、さらに、熱媒体入口から流入した熱媒体を第１熱媒体出口から流出させる第１熱媒体回路と、熱媒体入口から流入した熱媒体を第２熱媒体出口から流出させる第２熱媒体回路とを切り替える熱媒体回路切替装置を備えることを特徴とする。

　これによれば、第１熱媒体出口を第２熱媒体出口よりも排気の流れ方向の下流側に配置するとともに、熱媒体入口から流入した熱媒体を第１熱媒体出口から流出させる第１熱媒体回路と、熱媒体入口から流入した熱媒体を第２熱媒体出口から流出させる第２熱媒体回路とを切り替える熱媒体回路切替装置を設けることで、熱媒体回路切替装置により、熱媒体入口から流入した熱媒体を第２熱媒体出口から流出させる第２熱媒体回路に切り替えた際に、ＥＧＲクーラにおける第２熱媒体出口の排気流れの下流領域、すなわち第２熱媒体出口と第１熱媒体出口との間の熱媒体が循環しなくなる。この場合、ＥＧＲクーラにおける第２熱媒体出口の排気流れの下流領域では、排気と熱媒体との間で熱交換がほとんど行われなくなり、排気が冷却されなくなる。したがって、ＥＧＲクーラにおける第２熱媒体出口の排気流れの下流領域を通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、ＥＧＲクーラにＰＭが堆積することを抑制できる。これにより、ＰＭの付着によるＥＧＲクーラの熱交換効率の低下および通風抵抗の増大を抑制できる。

　また、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられるとともに、内燃機関の排気と熱媒体との間で熱交換を行うことで排気を冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲ通路の通路開度を調整するＥＧＲバルブとを備えるＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲクーラとして、第１ＥＧＲクーラと、第１ＥＧＲクーラよりも排気の流れ方向における下流側に配置される第２ＥＧＲクーラとが設けられており、ＥＧＲバルブは、第１ＥＧＲクーラと第２ＥＧＲクーラとの間に設けられてもよい。

　これによれば、ＥＧＲクーラとして、第１ＥＧＲクーラと、第１ＥＧＲクーラよりも排気の流れ方向における下流側に配置される第２ＥＧＲクーラとを設けることで、第１ＥＧＲクーラおよび第２ＥＧＲクーラのうち第１ＥＧＲクーラのみに熱媒体を流すと、第２ＥＧＲクーラには熱媒体が循環しなくなる。この場合、第２ＥＧＲクーラでは、排気と熱媒体との間で熱交換がほとんど行われなくなり、排気が冷却されなくなる。したがって、第２ＥＧＲクーラが低温になることを抑制できるので、第２ＥＧＲクーラにＰＭが堆積することを抑制できる。その結果、ＰＭの付着によるＥＧＲクーラの熱交換効率の低下および通風抵抗の増大を抑制できる。

　さらに、ＥＧＲバルブを第１ＥＧＲクーラと第２ＥＧＲクーラとの間に設けることで、ＥＧＲバルブに、第２ＥＧＲクーラで冷却される前の排気を流入させることができる。したがって、ＥＧＲバルブを通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、ＥＧＲバルブにＰＭが堆積することを抑制できる。

　また、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に設けられるとともに、内燃機関の排気と熱媒体との間で熱交換を行うことで排気を冷却するＥＧＲクーラを備えるＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲクーラは、熱媒体が流通する熱媒体流路を有しており、さらに、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量を調整する流量調整装置を備え、流量調整装置は、熱媒体の温度が高い程、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量を増加させてもよい。

　これによれば、熱媒体の温度が高い程、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量を増加させる流量調整装置を設けることで、熱媒体温度が低い場合には、熱媒体流路を流通する熱媒体の流量が低下するので、ＥＧＲクーラにおいて排気と熱媒体との間で熱交換が行われ難くなる。したがって、熱媒体温度が低い場合に、ＥＧＲクーラを通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、ＥＧＲクーラにＰＭが堆積することを抑制できる。この場合、ＰＭの付着によるＥＧＲクーラの熱交換効率の低下および通風抵抗の増大を抑制できる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第１実施形態に係るＥＧＲシステムの全体構成を示す概略図である。第１実施形態におけるＥＧＲクーラを示す概略図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。第１実施形態における排気流れにおけるコア入口からの距離と排気温度との関係を示す特性図である。第２実施形態におけるＥＧＲクーラを示す概略図である。第２実施形態における排気流れにおけるコア入口からの距離と排気温度との関係を示す特性図である。第３実施形態におけるＥＧＲクーラを示す概略図である。第４実施形態における排気熱交換システムの全体構成を示す概略図である。

　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について図１～図４に基づいて説明する。図１に示すように、ＥＧＲシステムは、内燃機関としてのガソリンエンジン１の排気が流れる排気管（排気通路）１１と、エアクリーナ１２で濾過された吸入空気が流れている吸気管（吸気通路）１３とに接続されたＥＧＲ管(ＥＧＲ通路)２を備えている。このＥＧＲ通路２は、排気管１１を流れる排気の一部を吸気管１３に再循環させるためのものである。以下、ガソリンエンジン１はエンジン１と略す。

　ＥＧＲ通路２には、熱媒体としてのエンジンの冷却水とエンジン１の排気との間で熱交換を行うことで排気を冷却するＥＧＲクーラ３が設けられている。本開示において、ＥＧＲクーラ３は熱交換器として機能させている。ＥＧＲ通路２におけるＥＧＲクーラ３の排気流れの下流部には、ＥＧＲ通路２の通路開度を調整して、排気の循環量を制御するＥＧＲバルブ４が設けられている。ＥＧＲバルブ４の作動は、後述するＥＣＵ６から出力される制御信号によって制御される。

　図２および図３に示すように、本実施形態のＥＧＲクーラ３は、いずれも排気が流通する複数本のチューブ３１を有するコア部３２と、この複数本のチューブ３１の長手方向両端部に配置されて排気の集合および分配を行う一対の分配集合用タンク３３とを備えている。複数のチューブ３１の内部には、冷却水とチューブ３１との伝熱面積を増大させて冷却水と排気との熱交換を促進するインナーフィン３４が設けられている。

　インナーフィン３４は、排気の流れ方向、すなわちチューブ３１の長手方向に垂直な断面形状が矩形波状に形成されたストレートフィンである。

　複数のチューブ３１は、ＥＧＲクーラ３の外殻を形成する筒状のハウジング３５により覆われている。つまり、複数のチューブ３１は、ハウジング３５の内部に配置されている。ハウジング３５の長手方向両端部は、それぞれ、分配集合用タンク３３に接合されている。これにより、分配集合用タンク３３におけるコア部３２に近い端面とハウジング３５とによって、空間が形成される。この空間に冷却水を流通させることで、冷却水とチューブ３１内の排気との間で熱交換を行い、排気を冷却することができる。以下、分配集合用タンク３３におけるコア部３２に近い端面とハウジング３５とによって形成される空間を、冷却水流路３６という。

　ハウジング３５には、冷却水流路３６に冷却水を流入させる冷却水入口３７と、冷却水流路３６から冷却水を流出させる第１冷却水出口３８および第２冷却水出口３９とが接続されている。冷却水入口３７は、ハウジング３５の排気流れの最上流部に接続されている。この最上流部は、排気が分配集合用タンク３３からコア部３２に流入する部位の近傍を示す。第２冷却水出口３９は、第１冷却水出口３８よりも排気流れの上流側に配置されている。本実施形態では、第１冷却水出口３８は、ハウジング３５の排気流れの最下流部に接続されている。この最下流部は、排気がコア部３２から分配集合用タンク３３に流出する部位の近傍を示す。これにより、冷却水入口３７から冷却水流路３６に流入した冷却水は、チューブ３１内を流通する排気と熱交換し、第１冷却水出口３８または第２冷却水出口３９から流出する。

　ここで、冷却水入口３７をハウジング３５の排気流れの最上流部に接続することで、コア部３２に流入したばかりの高温の排気と、低温の冷却水とを熱交換させることができるので、冷却水が沸騰してしまうことを抑制できる。

　第１冷却水出口３８および第２冷却水出口３９の冷却水流れの下流部には、電気式の三方弁５１が接続されている。三方弁５１は、冷却水入口３７から冷却水流路３６に流入した冷却水を第１冷却水出口３８から流出させる第１冷却水回路と、冷却水入口３７から冷却水流路３６に流入した冷却水を第２冷却水出口３９から流出させる第２冷却水回路とを切り替える冷却水回路切替装置である。この三方弁５１は、後述するＥＣＵ６から出力される制御信号によって、その作動が制御される。

　本実施形態のＥＧＲシステムには、各種制御を行う制御部としてのＥＣＵ６が設けられている。ＥＣＵ６は、各種入力信号に基づいて、ＥＧＲシステムを構成する各種制御機器の作動を制御するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ等の記憶部に記憶された制御プログラムに従って各種演算等の処理を実行する。

　本実施形態では、ＥＣＵ６には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ（図示せず）からの検出信号等が入力される。そして、ＥＣＵ６は、ＥＧＲバルブ４、三方弁５１等が接続され、各種制御機器に制御信号を出力する。

　具体的には、三方弁５１は、冷却水の温度が予め定めた基準冷却水温度を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、冷却水の温度が基準冷却水温度以下になったときに第２冷却水回路に切り替える。これにより、冷却水温度が基準冷却水温度を上回ったときは、冷却水入口３７から流入した冷却水は冷却水流路３６の全域を循環し、第１冷却水出口３８から流出する。この場合、図４中の実線"ａ"で示すように、コア部３２の全域において、冷却水と排気との間で熱交換が行われて、排気が冷却される。

　また、冷却水温度が基準冷却水温度以下になったときは、冷却水入口３７から流入した冷却水は第２冷却水出口３９から流出する。すなわち、冷却水は、冷却水流路３６における冷却水入口３７から第２冷却水出口３９までの領域を循環する。この場合、図４中の破線"ｂ１"で示すように、コア部３２における冷却水入口３７から第２冷却水出口３９までの間において、冷却水と排気との間で熱交換が行われて、排気が冷却される。

　一方、冷却水流路３６における第２冷却水出口３９と第１冷却水出口３８との間の部分には冷却水が滞留し、冷却水流れに澱みが生じる。この場合、図４中の破線"ｂ２"で示すように、コア部３２における第２冷却水出口３９と第１冷却水出口３８との間では、冷却水温度が排気温度と近くなり、冷却水と排気との間で熱交換がほとんど行われなくなる。したがって、排気温度は、第２冷却水出口３９部分における温度からほとんど下がることなく、コア部３２の排気出口まで保持される。

　本実施形態によれば、第１冷却水出口３８を第２冷却水出口３９よりも排気流れの下流側に配置するとともに、冷却水入口３７から流入した冷却水を第１冷却水出口３８から流出させる第１冷却水回路と、冷却水入口３７から流入した冷却水を第２冷却水出口３９から流出させる第２冷却水回路とを切り替える三方弁５１を設けることで、三方弁５１により、冷却水入口３７から流入した冷却水を第２冷却水出口３９から流出させる第２冷却水回路に切り替えた際に、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９の排気流れの下流領域、すなわち第２冷却水出口３９と第１冷却水出口３８との間には冷却水が循環しなくなる。

　この場合、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９の排気流れの下流領域では、排気と冷却水との間で熱交換がほとんど行われなくなり、排気が冷却されなくなる。したがって、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９の排気流れの下流領域を通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、ＥＧＲクーラ３にＰＭが堆積することを抑制できる。

　一方、三方弁５１が第１冷却水回路および第２冷却水回路のいずれの冷却水回路に切り替えた場合であっても、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９よりも排気流れの上流側には冷却水が循環する。この場合、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９よりも排気流れの上流領域では、三方弁５１の作動に関わらず、排気と冷却水との間で熱交換が行われて排気が冷却される。したがって、ＥＧＲクーラ３の冷却性能を確保しつつ、ＰＭの付着によるＥＧＲクーラの熱交換効率の低下および通風抵抗の増大を抑制できる。

　また、本実施形態では、三方弁５１を、冷却水の温度が基準冷却水温度を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、冷却水の温度が基準冷却水温度以下になったときに第２冷却水回路に切り替えるように構成している。この場合、冷却水の温度が低い場合に、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９の排気流れの下流領域で冷却水が循環しなくなり、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９の排気流れの下流領域では、排気と冷却水との間で熱交換がほとんど行われなくなる。したがって、冷却水温度が低い場合に、ＥＧＲクーラ３における第２冷却水出口３９の排気流れの下流領域を通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、ＥＧＲクーラ３にＰＭが堆積することをより確実に抑制できる。

　また、本実施形態は、三方弁５１に限定していない。例えば、三方弁５１のかわりに、第１冷却水出口３８、第２冷却水出口３９から流出する冷却水量の割合を変える流量調整弁を用いてもよい。

　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について図５および図６に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、ＥＧＲクーラ３の構造が異なるものである。前記第１実施例と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

　図５に示すように、本実施形態のＥＧＲクーラ３として、第１ＥＧＲクーラ３Ａと、第２ＥＧＲクーラ３Ｂとが設けられている。第１ＥＧＲクーラ３Ａは、第２ＥＧＲクーラ３Ｂよりも排気流れの上流側に配置されている。第１ＥＧＲクーラ３Ａと第２ＥＧＲクーラ３Ｂとの間には、ＥＧＲバルブ４が配置されている。

　第１ＥＧＲクーラ３Ａは、第１実施形態と同様に、排気が流通する複数本の第１チューブ３１１を有する第１コア部３２１を備えている。また、第２ＥＧＲクーラ３Ｂは、第１実施形態と同様に、排気が流通する複数本の第２チューブ３１２を有する第２コア部３２２を備えている。第１チューブ３１１および第２チューブ３１２の内部には、それぞれ、第１実施形態と同様の形状のインナーフィン（図示せず）が配置されている。

　第１チューブ３１１の排気流れの上流端部は、第１チューブ３１１に排気の分配を行う分配用タンク３３１に接続されている。また、第２チューブ３１２の排気流れの下流端部は、第２チューブ３１２から流出した排気を集合させる集合用タンク３３２に連通されている。また、第１チューブ３１１の排気流れの下流端部、および、第２チューブ３１２の排気流れの上流端部は、それぞれ、ＥＧＲバルブ４に接続されている。

　したがって、ＥＧＲバルブ４の開弁時には、分配用タンク３３１に流入した排気は、第１ＥＧＲクーラ３Ａの第１チューブ３１１に流入する。第１ＥＧＲクーラ３Ａの第１チューブ３１１に流入した排気は、当該第１チューブ３１１内を流れて、ＥＧＲバルブ４へ流出する。そして、ＥＧＲバルブ４を通過した排気は、第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２チューブ３１２に流入する。第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２チューブ３１２に流入した排気は、当該第２チューブ３１２内を流れて集合用タンク３３２へ流出する。

　ところで、複数の第１チューブ３１１は、第１ＥＧＲクーラ３Ａの外殻を形成する筒状の第１ハウジング３５１により覆われている。同様に、複数の第２チューブ３１２は、第２ＥＧＲクーラ３Ｂの外殻を形成する筒状の第２ハウジング３５２により覆われている。

　第１ハウジング３５１の長手方向一方の端部は、分配用タンク３３１に接合されている。第１ハウジング３５１の長手方向他方の端部は、ＥＧＲバルブ４に接合されている。これにより、分配用タンク３３１における第１コア部３２１に近い端面、ＥＧＲバルブ４における第１コア部３２１に近い端面、および第１ハウジング３５１によって、空間が形成される。この空間に冷却水を流通させることで、冷却水と第１チューブ３１１内の排気との間で熱交換を行い、排気を冷却することができる。以下、分配用タンク３３１における第１コア部３２１に近い端面、ＥＧＲバルブ４における第１コア部３２１に近い端面、および第１ハウジング３５１によって形成される空間を、第１冷却水流路３６１という。

　第１ハウジング３５１には、第１冷却水流路３６１に冷却水を流入させる第１冷却水入口３７１と、第１冷却水流路３６１から冷却水を流出させる第１冷却水出口３８１とが接続されている。第１冷却水入口３７１は、第１ハウジング３５１の排気流れの最上流部に接続されている。この最上流部は、排気が分配用タンク３３１から第１コア部３２１に流入する部位の近傍を示す。第１冷却水出口３８１は、第１ハウジング３５１の排気流れの最下流部に接続されている。この最下流部は、排気が第１コア部３２１から流出する部位の近傍を示す。これにより、第１冷却水入口３７１から第１冷却水流路３６１に流入した冷却水は、第１チューブ３１１内を流通する排気と熱交換し、第１冷却水出口３８１から流出する。

　第２ハウジング３５２の長手方向一方の端部は、集合用タンク３３２に接合されている。第２ハウジング３５２の長手方向他方の端部は、ＥＧＲバルブ４に接合されている。これにより、集合用タンク３３２における第２コア部３２２に近い端面、ＥＧＲバルブ４における第２コア部３２２に近い端面、および第２ハウジング３５２によって、空間が形成される。この空間に冷却水を流通させることで、冷却水と第２チューブ３１２内の排気との間で熱交換を行い、排気を冷却することができる。以下、集合用タンク３３２における第２コア部３２２に近い端面、ＥＧＲバルブ４における第２コア部３２２に近い端面、および第２ハウジング３５２によって形成される空間を、第２冷却水流路３６２という。

　第２ハウジング３５２には、第２冷却水流路３６２に冷却水を流入させる第２冷却水入口３７２と、第２冷却水流路３６２から冷却水を流出させる第２冷却水出口３８２とが接続されている。第２冷却水入口３７２は、第２ハウジング３５２の排気流れの最上流部に接続されている。この最上流部は、排気が第２コア部３２２に流入する部位の近傍を示す。第２冷却水出口３８２は、第２ハウジング３５２の排気流れの最下流部に接続されている。この最下流部は、排気が第２コア部３２２から集合用タンク３３２へ流出する部位の近傍を示す。これにより、第２冷却水入口３７２から第２冷却水流路３６２に流入した冷却水は、第２チューブ３１２内を流通する排気と熱交換し、第２冷却水出口３８２から流出する。

　第１冷却水出口３８１には、第１冷却水出口３８１から流出した冷却水が流通する第１出口通路３９１が接続されている。第２冷却水入口３７２には、第２冷却水入口３７２に流入した冷却水が流通する入口通路３９２が接続されている。

　第１出口通路３９１には、温度によって体積変化するサーモワックス（感温部材）によって弁体を変位させて入口通路３９２を開閉する冷却水温度応動弁としてのサーモスタット５２が設けられている。入口通路３９２は、サーモスタット５２の第１出口５２Ａに接続されている。サーモスタット５２の第２出口５２Ｂは、第２出口通路３９３に接続されている。

　サーモスタット５２は、公知の技術であり、冷却水温度が所定温度より大きい場合は、入口通路３９２を開けて第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２冷却水流路３６２に冷却水が循環するようにし、逆に冷却水温度が所定温度以下の場合は、入口通路３９２を閉じて第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２冷却水流路３６２に冷却水が循環しないように制御することで温度制御を行っている。このとき、第１ＥＧＲクーラ３Ａの第１冷却水流路３６１には、冷却水の温度に関わらず、冷却水が循環している。本例では、所定温度が９０℃である。

　すなわち、サーモスタット５２は、第１ＥＧＲクーラ３Ａおよび第２ＥＧＲクーラ３Ｂの双方に冷却水を流す第１冷却水回路と、第１ＥＧＲクーラ３Ａのみに冷却水を流す第２冷却水回路とを切り替える冷却水回路切替装置の機能を果たしている。具体的には、サーモスタット５２は、冷却水温度が基準冷却水温度より大きい場合は第１冷却水回路に切り替え、冷却水温度が基準冷却水温度以下の場合は第２冷却水回路に切り替える。

　これにより、冷却水温度が基準冷却水温度を上回ったときは、入口通路３９２が開くので、第１冷却水入口３７１から流入した冷却水は第１ＥＧＲクーラ３Ａの第１冷却水流路３６１を循環して第１冷却水出口３８１から流出する。さらに、第２冷却水入口３７２から流入した冷却水は第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２冷却水流路３６２を循環して第２冷却水出口３８２から流出する。この場合、図６中の実線"ａ"で示すように、第１ＥＧＲクーラ３Ａにおいて冷却された排気が、第２ＥＧＲクーラ３Ｂにおいてさらに冷却される。

　また、冷却水温度が基準冷却水温度以下になったときは、入口通路３９２が閉じるので、第１冷却水入口３７１から流入した冷却水は第１ＥＧＲクーラ３Ａの第１冷却水流路３６１を循環して第１冷却水出口３８１から流出するが、第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２冷却水流路３６２には冷却水が循環しない。この場合、図６中の破線"ｂ１"で示すように、第１ＥＧＲクーラ３Ａにおいては排気が冷却されるが、第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２冷却水流路３６２では冷却水温度が排気温度と近くなり、図６中の破線"ｂ２"で示すように、冷却水と排気との間で熱交換がほとんど行われなくなる。したがって、排気温度は、第１ＥＧＲクーラ３Ａにおける第１コア部３２１の出口部分における温度からほとんど下がることなく、第２ＥＧＲクーラ３Ｂの第２コア部３２２の排気出口まで保持される。

　本実施形態によれば、ＥＧＲクーラ３として、第１ＥＧＲクーラ３Ａと、第１ＥＧＲクーラ３Ａよりも排気の流れ方向における下流側に配置される第２ＥＧＲクーラ３Ｂとを設けることで、第１ＥＧＲクーラ３Ａおよび第２ＥＧＲクーラ３Ｂのうち第１ＥＧＲクーラ３Ａのみに冷却水を流すと、第２ＥＧＲクーラ３Ｂには熱媒体が循環しなくなる。この場合、第２ＥＧＲクーラ３Ｂでは、排気と熱媒体との間で熱交換がほとんど行われなくなり、排気が冷却されなくなる。したがって、第２ＥＧＲクーラ３Ｂを通過する排気が低温になることを抑制できるので、第２ＥＧＲクーラ３ＢにＰＭが堆積することを抑制できる。

　このとき、第１ＥＧＲクーラ３Ａには熱媒体が循環するので、排気と熱媒体との間で熱交換が行われて排気が冷却される。したがって、第１ＥＧＲクーラ３Ａによって排気の冷却性能を確保しつつ、ＰＭの付着による第２ＥＧＲクーラ３Ｂの熱交換効率の低下および通風抵抗の増大を抑制できる。

　さらに、本実施形態では、冷却水の温度が基準冷却水温度を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、冷却水の温度が基準冷却水温度以下になったときに第２冷却水回路に切り替えるサーモスタット５２を設けている。この場合、冷却水の温度が低い場合には、第２ＥＧＲクーラ３Ｂには冷却水が循環しなくなり、第２ＥＧＲクーラ３Ｂでは排気と冷却水との間で熱交換がほとんど行われなくなる。したがって、冷却水温度が低い場合に、第２ＥＧＲクーラ３Ｂを通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、第２ＥＧＲクーラ３ＢにＰＭが堆積することをより確実に抑制できる。

　また、本実施形態は、サーモスタット５２に限定していない。例えば、サーモスタット５２のかわりに、第１冷却水出口３８１から第２出口通路３９３へと流出する冷却水量と第２冷却水入口３７２へ流入させる冷却水量の割合を変える流量調整弁を用いてもよい。

　なお、排気温度が所定値を下回ると、凝縮水が発生する。この凝縮水による腐食を防止するためには、ＥＧＲクーラ３をステンレス等の耐食性の高い材料で構成する必要がある。本例では、所定値が５４℃である。

　本実施形態では、冷却水温度が低い場合に第２ＥＧＲクーラ３Ｂを通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、第２ＥＧＲクーラ３Ｂでは凝縮水が発生しなくなる。したがって、第２ＥＧＲクーラ３Ｂを、第１ＥＧＲクーラ３Ａを構成する材料よりも耐食性が低い材料で構成することができる。

　本例では、第１ＥＧＲクーラ３Ａをステンレスで構成し、第２ＥＧＲクーラ３Ｂをアルミニウムで構成している。アルミニウムはステンレスよりも熱伝導性が優れているので、第２ＥＧＲクーラ３Ｂの冷却性能を向上させることができる。また、アルミニウムはステンレスよりも安価であるので、ＥＧＲクーラ３のコスト低減を図ることができる。

　さらに、本実施形態では、ＥＧＲバルブ４を、第１ＥＧＲクーラ３Ａと第２ＥＧＲクーラ３Ｂとの間に配置している。これにより、ＥＧＲバルブ４に、第２ＥＧＲクーラ３Ｂで冷却される前の排気を流入させることができるので、ＥＧＲバルブ４を通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できる。したがって、ＥＧＲバルブ４にＰＭが堆積することを抑制できる。

　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態について図７に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態と比較して、ＥＧＲクーラ３の構造が異なるものである。前記第１実施例と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

　図７に示すように、本実施形態のＥＧＲクーラ３のハウジング３５には、冷却水流路３６に冷却水を流入させる冷却水入口３７と、冷却水流路３６から冷却水を流出させる冷却水出口３８が接続されている。冷却水入口３７は、ハウジング３５の排気流れの最上流部に接続されている。この最上流部は、排気が分配集合用タンク３３からコア部３２に流入する部位の近傍を示す。冷却水出口３８は、ハウジング３５の排気流れの最下流部に接続されている。この最下流部は、排気がコア部３２から分配集合用タンク３３へ流出する部位の近傍を示す。これにより、冷却水入口３７から冷却水流路３６に流入した冷却水は、チューブ３１内を流通する排気と熱交換し、冷却水出口３８から流出する。

　冷却水出口３８には、冷却水を圧送する冷却水循環ポンプ５３の吸入口が接続されている。冷却水循環ポンプ５３は、ポンプ用モータ５４と機械的に接続されており、ポンプ用モータ５４を回転させることにより冷却水循環ポンプ５３を回転させて冷却水流路３６に冷却水を循環させることができる。

　冷却水循環ポンプ５３の回転数を調整することで、冷却水流路３６の冷却水流量を調整することができる。この場合、冷却水循環ポンプ５３は、冷却水流路３６を流通する冷却水の流量を調整する流量調整装置に相当している。ポンプ用モータ５４は、ＥＣＵ６から出力される制御信号によって制御される。具体的には、冷却水循環ポンプ５３は、冷却水の温度が高い程、冷却水流路を流通する冷却水の流量を増加させる。

　本実施形態によれば、冷却水の温度が高い程、冷却水流路３６を流通する冷却水の流量を増加させる冷却水循環ポンプ５３を設けることで、冷却水温度が低い場合には、冷却水流路３６を流通する冷却水の流量が低下するので、ＥＧＲクーラ３において排気と冷却水との間で熱交換が行われ難くなる。したがって、冷却水温度が低い場合に、ＥＧＲクーラ３を通過する排気が低温になり過ぎることを抑制できるので、ＥＧＲクーラ３にＰＭが堆積することを抑制できる。

　一方、冷却水温度が高い場合には、冷却水流路３６を流通する冷却水の流量が増加するので、ＥＧＲクーラ３において排気と冷却水との間で熱交換が確実に行われ、排気が冷却される。したがって、ＥＧＲクーラ３の冷却性能を確保しつつ、ＰＭの付着によるＥＧＲクーラの熱交換効率の低下および通風抵抗の増大を抑制できる。

　（第４実施形態）
　次に、本開示の排気熱交換システムに関する第４実施形態について図８に基づいて説明する。前記実施例と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

　図８に示すように、本実施形態の排気通路１１に触媒１５が設けられている。触媒１５より排気通路１１の排気流れの下流側に切替バルブ１６が設けられている。本実施形態の排気熱交換システムは、触媒１５と切替バルブ１６との間を分岐し、切替バルブ１６に接続された分岐通路１７を備えている。分岐通路１７に、排気と冷却水とを熱交換し、排気から冷却水へと熱量を回収する排熱回収器３０が設けられている。

　切替バルブ１６は、触媒１５から排出した排気が分岐通路１７を通過させる第１排気回路の排気の流量と、触媒１５から排出した排気が分岐通路１７を通過させない第２排気回路の排気の流量との排気の流量割合を調整する切替装置である。具体的には、冷却水温度が所定温度より大きい場合は、分岐通路１７を開けて冷却水と排気とを熱交換し、冷却水温度が所定温度以下の場合は、分岐通路１７を閉じて冷却水と排気とを熱交換しないように制御する。あるいは、冷却水温度と排気の流量割合との関係を示すデータを予め算出し、このデータを用いて排気の流量割合を調整してもよい。

　本第４実施形態では、排熱回収器３０の具体的な構造としては上記第１実施形態から第３実施形態にわたって説明したＥＧＲクーラ３と同様の構造を用いることができる。なお、排熱回収器３０は熱交換器として機能させている。

　本第４実施形態では、三方弁５１と、サーモスタット５２と、冷却水循環ポンプ５３とは調整装置として機能させている。この調整装置は、第１冷却水回路の冷却水の流量と第２冷却水回路の冷却水の流量との冷却水の流量割合を調整する。具体的に、冷却水温度が所定温度より大きい場合は、分岐通路１７を開けて冷却水と排気とを熱交換し、冷却水温度が所定温度以下の場合は、分岐通路１７を閉じて冷却水と排気とを熱交換しないように制御する。あるいは、冷却水温度と冷却水の流量割合との関係を示すデータを予め算出し、このデータを用いて冷却水の流量割合を調整してもよい。

　排気から回収された熱量は、例えば車室内の初期の暖房に用いられる。

　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　（１）上記第１実施形態では、三方弁５１を、冷却水の温度に基づいて冷却水回路を切り替えるように構成した例について説明したが、これに限らず、三方弁５１を、排気温度やエンジン１の負荷に基づいて冷却水回路を切り替えるように構成してもよい。なお、エンジン１の負荷は、エンジン回転数やギア位置等に基づいて決定される。

　具体的には、三方弁５１を、排気温度が予め定めた基準排気温度を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、排気温度が基準排気温度以下になったときに第２冷却水回路に切り替えるように構成してもよい。また、三方弁５１を、エンジン１の負荷が予め定めた基準負荷を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、エンジン１の負荷が基準負荷以下になったときに第２冷却水回路に切り替えるように構成してもよい。

　（２）上記第１実施形態では、第１冷却水回路と第２冷却水回路とを切り替える冷却水回路切替装置として、第１冷却水出口３８および第２冷却水出口３９の冷却水流れの下流部に接続した電気式の三方弁５１を採用した例について説明したが、冷却水回路切替装置はこれに限定されない。

　例えば、第１冷却水出口３８および第２冷却水出口３９のそれぞれに開閉弁を接続し、これらの開閉弁の開閉を制御することで、第１冷却水回路と第２冷却水回路とを切り替えてもよい。この場合、第１冷却水出口３８に接続される開閉弁を開弁するとともに、第２冷却水出口３９に接続される開閉弁を閉弁することで、第１冷却水回路に切り替えることができる。一方、第１冷却水出口３８に接続される開閉弁を閉弁するとともに、第２冷却水出口３９に接続される開閉弁を開弁することで、第２冷却水回路に切り替えることができる。

　（３）上記第２実施形態では、第１冷却水回路と第２冷却水回路とを切り替える冷却水回路切替装置として、冷却水温度応動弁としてのサーモスタット５２を採用した例について説明したが、これに限らず、ＥＣＵ６から出力される制御信号によって、その開閉作動が制御される電磁開閉弁を採用してもよい。

　この場合、冷却水温度、排気温度、エンジン１の負荷等に基づいて冷却水回路を切り替えるように、電磁開閉弁を制御してもよい。具体的には、冷却水温度が基準冷却水温度を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、冷却水温度が基準冷却水温度以下になったときに第２冷却水回路に切り替えるように、電磁開閉弁を制御してもよい。また、排気温度が予め定めた基準排気温度を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、排気温度が基準排気温度以下になったときに第２冷却水回路に切り替えるように、電磁開閉弁を制御してもよい。また、排気温度は、熱交換器に流入する排気入口温度と、熱交換器から流出する排気出口温度との少なくとも一つである。また、エンジン１の負荷が予め定めた基準負荷を上回ったときに第１冷却水回路に切り替え、エンジン１の負荷が基準負荷以下になったときに第２冷却水回路に切り替えるように、電磁開閉弁を制御してもよい。

　（４）上記第４実施形態では、冷却水温度、排気温度、エンジン１の負荷等に基づいて排気回路を切り替えるように、切替バルブを制御してもよい。具体的には、冷却水温度が基準冷却水温度を上回ったときに第１排気回路に切り替え、冷却水温度が基準冷却水温度以下になったときに第２排気回路に切り替えるように、切替バルブを制御してもよい。また、冷却水温度と排気の流量割合との関係を示すデータを予め算出し、このデータを用いて切替バルブを制御してもよい。また、排気温度が予め定めた基準排気温度を上回ったときに第１排気回路に切り替え、排気温度が基準排気温度以下になったときに第２排気回路に切り替えるように、切替バルブを制御してもよい。また、排気温度と排気の流量割合との関係を示すデータを予め算出し、このデータを用いて切替バルブを制御してもよい。この場合、排気温度は、熱交換器に流入する排気入口温度と、熱交換器から流出する排気出口温度との少なくとも一つである。また、エンジン１の負荷が予め定めた基準負荷を上回ったときに第１排気回路に切り替え、エンジン１の負荷が基準負荷以下になったときに第２排気回路に切り替えるように、切替バルブを制御してもよい。また、エンジン１の負荷と排気の流量割合との関係を示すデータを予め算出し、このデータを用いて切替バルブを制御してもよい。

　（５）上記実施形態では、冷却水に限らず、別の熱媒体を用いてもよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　内燃機関（１）の排気通路（１１）と吸気通路（１３）とを接続するＥＧＲ通路（２）に設けられるとともに、前記内燃機関（１）の排気と熱媒体との間で熱交換を行うことで前記排気を冷却するＥＧＲクーラ（３）を備えるＥＧＲシステムであって、
　前記ＥＧＲクーラ（３）は、
　前記熱媒体が流通する熱媒体流路（３６）と、
　前記熱媒体流路（３６）に前記熱媒体を流入させる熱媒体入口（３７）と、
　前記熱媒体流路（３６）から前記熱媒体を流出させる第１熱媒体出口（３８）および第２熱媒体出口（３９）とを有しており、
　前記第１熱媒体出口（３８）は、前記第２熱媒体出口（３９）よりも前記排気の流れ方向の下流側に配置されており、
　さらに、前記熱媒体入口（３７）から流入した前記熱媒体を前記第１熱媒体出口（３８）から流出させる第１熱媒体回路と、前記熱媒体入口（３７）から流入した前記熱媒体を前記第２熱媒体出口（３９）から流出させる第２熱媒体回路とを切り替える熱媒体回路切替装置（５１）を備えることを特徴とするＥＧＲシステム。
　内燃機関（１）の排気通路（１１）と吸気通路（１３）とを接続するＥＧＲ通路（２）に設けられるとともに、前記内燃機関（１）の排気と熱媒体との間で熱交換を行うことで前記排気を冷却するＥＧＲクーラ（３）と、
　前記ＥＧＲ通路（２）の通路開度を調整するＥＧＲバルブ（４）とを備えるＥＧＲシステムであって、
　前記ＥＧＲクーラ（３）として、第１ＥＧＲクーラ（３Ａ）と、前記第１ＥＧＲクーラ（３Ａ）よりも前記排気の流れ方向における下流側に配置される第２ＥＧＲクーラ（３Ｂ）とが設けられており、
　前記ＥＧＲバルブ（４）は、前記第１ＥＧＲクーラ（３Ａ）と前記第２ＥＧＲクーラ（３Ｂ）との間に設けられていることを特徴とするＥＧＲシステム。
　さらに、前記第１ＥＧＲクーラ（３Ａ）および前記第２ＥＧＲクーラ（３Ｂ）の双方に前記熱媒体を流す第１熱媒体回路と、前記第１ＥＧＲクーラ（３Ａ）および前記第２ＥＧＲクーラ（３Ｂ）のうち前記第１ＥＧＲクーラ（３Ａ）のみに前記熱媒体を流す第２熱媒体回路とを切り替える熱媒体回路切替装置（５２）を備えることを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲシステム。
　前記熱媒体回路切替装置（５１、５２）は、前記熱媒体の温度が予め定めた基準熱媒体温度を上回ったときに前記第１熱媒体回路に切り替え、前記熱媒体の温度が前記基準熱媒体温度以下になったときに前記第２熱媒体回路に切り替えることを特徴とする請求項１または３に記載のＥＧＲシステム。
　前記熱媒体回路切替装置（５１、５２）は、前記排気の温度が予め定めた基準排気温度を上回ったときに前記第１熱媒体回路に切り替え、前記排気の温度が前記基準排気温度以下になったときに前記第２熱媒体回路に切り替えることを特徴とする請求項１または３に記載のＥＧＲシステム。
　前記排気の温度が、前記ＥＧＲクーラ（３、３Ａ、３Ｂ）に流入する排気入口温度と、前記ＥＧＲクーラ（３、３Ａ、３Ｂ）から流出する排気出口温度との少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載のＥＧＲシステム。
　前記熱媒体回路切替装置（５１、５２）は、前記内燃機関（１）の負荷が予め定めた基準負荷を上回ったときに前記第１熱媒体回路に切り替え、前記内燃機関（１）の負荷が前記基準負荷以下になったときに前記第２熱媒体回路に切り替えることを特徴とする請求項１または３に記載のＥＧＲシステム。
　内燃機関（１）の排気通路（１１）と吸気通路（１３）とを接続するＥＧＲ通路（２）に設けられるとともに、前記内燃機関（１）の排気と熱媒体との間で熱交換を行うことで前記排気を冷却するＥＧＲクーラ（３）を備えるＥＧＲシステムであって、
　前記ＥＧＲクーラ（３）は、前記熱媒体が流通する熱媒体流路（３６）を有しており、
　さらに、前記熱媒体流路（３６）を流通する前記熱媒体の流量を調整する流量調整装置（５３）を備え、
　前記流量調整装置（５３）は、前記熱媒体の温度が高い程、前記熱媒体流路（３６）を流通する前記熱媒体の流量を増加させることを特徴とするＥＧＲシステム。
　内燃機関（１）の排気と熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器（３、３０）を備える排気熱交換システムであって、
　前記熱交換器（３、３０）は、
　前記熱媒体が流通する熱媒体流路（３６）と、
　前記熱媒体流路（３６）に前記熱媒体を流入させる熱媒体入口（３７）と、
　前記熱媒体流路（３６）から前記熱媒体を流出させる第１熱媒体出口（３８）および第２熱媒体出口（３９）とを有しており、
　前記第１熱媒体出口（３８）は、前記第２熱媒体出口（３９）よりも前記排気の流れ方向の下流側に配置されており、
　さらに、前記熱媒体入口（３７）から流入した前記熱媒体を前記第１熱媒体出口（３８）から流出させる第１熱媒体回路の熱媒体の流量と、前記熱媒体入口（３７）から流入した前記熱媒体を前記第２熱媒体出口（３９）から流出させる第２熱媒体回路の熱媒体の流量との流量割合を調整する調整装置（５１、５２，５３）を備えることを特徴とする排気熱交換システム。
　前記調整装置（５１、５２，５３）は、前記熱媒体の温度が予め定めた基準熱媒体温度を上回ったときに前記第１熱媒体回路に切り替え、前記熱媒体の温度が前記基準熱媒体温度以下になったときに前記第２熱媒体回路に切り替えることを特徴とする請求項９に記載の排気熱交換システム。
　前記調整装置（５１、５２，５３）は、前記排気の温度が予め定めた基準排気温度を上回ったときに前記第１熱媒体回路に切り替え、前記排気の温度が前記基準排気温度以下になったときに前記第２熱媒体回路に切り替えることを特徴とする請求項９に記載の排気熱交換システム。
　前記排気の温度が、前記熱交換器（３、３０）に流入する排気入口温度と、前記熱交換器（３、３０）から流出する排気出口温度との少なくとも一つであることを特徴とする請求項１１に記載の排気熱交換システム。
　前記調整装置（５１、５２，５３）は、前記内燃機関（１）の負荷が予め定めた基準負荷を上回ったときに前記第１熱媒体回路に切り替え、前記内燃機関（１）の負荷が前記基準負荷以下になったときに前記第２熱媒体回路に切り替えることを特徴とする請求項９に記載の排気熱交換システム。
　前記熱交換器（３）は、内燃機関（１）の吸気通路（１３）に接続されるＥＧＲ通路（２）に設けられ、前記排気を冷却するＥＧＲクーラであることを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の排気熱交換システム。