WO2021054382A1 - 熱交換器及び内燃機関のブローバイガス処理装置 - Google Patents

熱交換器及び内燃機関のブローバイガス処理装置 Download PDF

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WO2021054382A1
WO2021054382A1 PCT/JP2020/035167 JP2020035167W WO2021054382A1 WO 2021054382 A1 WO2021054382 A1 WO 2021054382A1 JP 2020035167 W JP2020035167 W JP 2020035167W WO 2021054382 A1 WO2021054382 A1 WO 2021054382A1
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佑樹 氷室
康太郎 木村
博之 渡邊
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いすゞ自動車株式会社
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    • F01M2013/0422—Separating oil and gas with a centrifuge device
    • F01M2013/0427—Separating oil and gas with a centrifuge device the centrifuge device having no rotating part, e.g. cyclone

Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchanger and a blow-by gas processing device for an internal combustion engine.
  • a heat exchanger having a double tube structure including an inner tube and an outer tube is known.
  • a first flow path is formed inside the inner pipe
  • a second flow path is formed between the inner pipe and the outer pipe, and fluids flowing through the respective flow paths exchange heat with each other. ..
  • an oil separator that separates oil from blow-by gas by using compressed air generated by a compressor can be considered.
  • the compressed air introduced into the oil separator can be heat-exchanged with the engine cooling water discharged from the EGR cooler. As a result, damage to the oil separator due to the heat of the compressed air can be suppressed.
  • the heat exchange area can be increased by lengthening the length of the outer pipe and forming the second flow path in the axial direction of the outer pipe.
  • the present disclosure was devised in view of such circumstances, and the purpose of the present disclosure is to obtain a heat exchanger having a double-tube structure including an inner tube and an outer tube, which can sufficiently promote heat exchange, and a heat exchanger thereof. It is an object of the present invention to provide a blow-by gas processing apparatus for an internal combustion engine equipped with a heat exchanger.
  • a heat exchanger characterized in that the second fluid is swirled around a second axis orthogonal to the first axis located at the center of the outer tube.
  • the partition wall is formed in a C shape.
  • the third axis formed on the outer peripheral surface of the outer pipe, further provided with an inlet portion for introducing the second fluid into the second flow path, and located at the center of the inlet portion is the third axis. It is orthogonal to the 1st axis and the 2nd axis.
  • the length of the space in the axial direction of the first axis is set to the same length as the inner diameter of the outer pipe.
  • a plurality of the partition walls are provided, and the spatial outlets of the adjacent partition walls are arranged at positions symmetrical with respect to the first axis.
  • the blow-by gas processing apparatus includes a compressor and a refrigerant passage through which the refrigerant as the first fluid flows, and the blow-by gas processing apparatus is provided in the blow-by gas passage through which the blow-by gas flows and the blow-by gas passage, and is generated by the compressor.
  • An oil separator that separates oil from blow-by gas using compressed air as a second fluid, and an air passage for taking out compressed air from the intake passage on the downstream side of the compressor and introducing it into the oil separator.
  • the first flow path of the heat exchanger is introduced with a refrigerant from the refrigerant passage, and the second flow path of the heat exchanger constitutes a part of the air passage. Blow-by gas processing equipment is provided.
  • the internal combustion engine has an EGR passage for recirculating the EGR gas into the intake passage and an EGR cooler provided in the EGR passage for heat exchange of the EGR gas with a refrigerant introduced from the refrigerant passage. And, the refrigerant discharged from the EGR cooler is introduced into the first flow path of the heat exchanger.
  • a heat exchanger having a double tube structure including an inner tube and an outer tube
  • a heat exchanger capable of sufficiently promoting heat exchange and blow-by gas treatment of an internal combustion engine equipped with the heat exchanger.
  • Equipment can be provided.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine including a blow-by gas processing device.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of an oil separator.
  • FIG. 3 is a plan sectional view showing a schematic configuration of a heat exchanger.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG.
  • FIG. 7 is a top view showing the flow of the second fluid (compressed air) in the heat exchanger.
  • FIG. 8 is a left side view showing the flow of the second fluid (compressed air) in the heat exchanger.
  • FIG. 9 is a top view showing the flow of the second fluid (compressed air) in the heat exchanger of the first modification.
  • FIG. 10 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine including a blow-by gas processing device of the second modification.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine 10 including a blow-by gas processing device 100.
  • arrow A indicates the flow of intake air or compressed air
  • arrow B indicates the flow of blow-by gas
  • arrow G indicates the flow of exhaust gas or EGR gas
  • arrow W indicates engine cooling as a refrigerant. Shows the flow of water.
  • the internal combustion engine 10 is a multi-cylinder compression ignition type internal combustion engine, that is, a diesel engine mounted on a vehicle.
  • the vehicle is a large vehicle such as a truck.
  • the type, type, application, etc. of the vehicle and the internal combustion engine 10 are not particularly limited.
  • the vehicle may be a small vehicle such as a passenger car, and the internal combustion engine 10 is a spark-ignition type internal combustion engine, that is, a gasoline engine.
  • the internal combustion engine 10 may be mounted on a moving body other than a vehicle, for example, a ship, a construction machine, or an industrial machine. Further, the internal combustion engine 10 does not have to be mounted on a moving body, and may be a stationary type.
  • the internal combustion engine 10 includes an engine main body 11, an intake passage 20 and an exhaust passage 21 connected to the engine main body 11, and a compressor 31 of a turbocharger 30 provided in the intake passage 20. Further, the internal combustion engine 10 includes an EGR pipe 40 as an EGR passage, an EGR cooler 41 provided in the EGR pipe 40, and a cooling water passage 50 as a refrigerant passage through which engine cooling water flows.
  • the engine body 11 includes structural parts such as a cylinder head, a cylinder block, and a crankcase, and moving parts such as a piston, a crankshaft, and a valve housed therein.
  • Reference numeral 12 is a head cover connected to the upper part of the cylinder head.
  • the intake passage 20 is mainly defined by an intake manifold 22 connected to the engine body 11 (particularly a cylinder head) and an intake pipe 23 connected to the upstream end of the intake manifold 22.
  • the intake manifold 22 distributes and supplies the intake air sent from the intake pipe 23 to the intake ports of each cylinder.
  • the intake pipe 23 is provided with an air cleaner 24, a turbocharger 30 compressor 31, and an intercooler 32 in this order from the upstream side.
  • the exhaust passage 21 is mainly defined by an exhaust manifold 26 connected to the engine body 11 (particularly a cylinder head) and an exhaust pipe 27 arranged on the downstream side of the exhaust manifold 26.
  • the exhaust manifold 26 collects the exhaust gas sent from the exhaust port of each cylinder.
  • a turbine 33 of the turbocharger 30 is provided between the exhaust manifold 26 and the exhaust pipe 27.
  • the compressor 31 is configured to generate compressed air by compressing the intake air flowing through the intake pipe 23 by rotationally driving it by the rotational force of the turbine 33.
  • the intercooler 32 is configured to cool the compressed air generated by the compressor 31.
  • the EGR pipe 40 is configured to recirculate a part of the exhaust gas (EGR gas) in the exhaust passage 21 into the intake passage 20.
  • the EGR pipe 40 of the present embodiment constitutes a so-called high-pressure EGR device, in which the upstream end of the EGR pipe 40 is connected to the exhaust manifold 26 and the downstream end of the EGR pipe 40 is connected to the intake manifold 22.
  • the EGR pipe 40 may constitute a so-called low-pressure EGR device, in which the upstream end of the EGR pipe 40 is connected to the exhaust pipe 27 and the downstream end of the EGR pipe 40 is the intake pipe 23 on the upstream side of the compressor 31. It may be connected to.
  • the EGR pipe 40 is provided with an EGR cooler 41 and an EGR valve 42 in this order from the upstream side.
  • the EGR cooler 41 exchanges heat with the engine cooling water flowing through the cooling water passage 50, which will be described later, for the EGR gas.
  • the EGR valve 42 is configured so that the flow rate of the EGR gas can be adjusted.
  • the cooling water passage 50 includes a radiator 51 for cooling the engine cooling water, and an engine internal water passage 52 formed inside the engine main body 11 (particularly, a cylinder block and a cylinder head). Further, the cooling water passage 50 includes a water pipe 53 for sending engine cooling water from the engine internal water channel 52 to the radiator 51, and a return pipe 54 for returning engine cooling water from the radiator 51 to the engine internal water channel 52. ..
  • the upstream end of the water pipe 53 is connected to the downstream end of the water channel 52 in the engine, and the downstream end of the water pipe 53 is connected to the cooling water inlet of the radiator 51. Further, the upstream end of the return pipe 54 is connected to the cooling water outlet of the radiator 51, and the downstream end of the return pipe 54 is connected to the upstream end of the water channel 52 in the engine via the water pump 55.
  • the cooling water passage 50 of the present embodiment includes a water supply pipe 56 for supplying engine cooling water to the EGR cooler 41 and a drain pipe 57 for discharging engine cooling water from the EGR cooler 41.
  • the upstream end of the water supply pipe 56 is connected to the engine internal water channel 52 located directly downstream of the water pump 55, and the downstream end of the water supply pipe 56 is connected to the cooling water inlet of the EGR cooler 41.
  • the upstream end of the drain pipe 57 is connected to the cooling water outlet of the EGR cooler 41, and the downstream end of the drain pipe 57 is connected to the engine internal water channel 52 located directly upstream of the water pipe 53.
  • the drain pipe 57 is provided with a thermostat, a heater, and the like for adjusting the temperature of the engine cooling water.
  • the blow-by gas processing device 100 includes a blow-by gas passage 60 through which blow-by gas flows.
  • blow-by gas is gas that leaks into the crankcase from the gap between the cylinder and the piston in the engine body 11.
  • the blow-by gas processing device 100 is provided in the blow-by gas passage 60, and includes an oil separator 70 that separates oil from the blow-by gas by using the compressed air generated by the compressor 31.
  • the blow-by gas processing device 100 includes an air passage 80 for taking out compressed air from the intake passage 20 on the downstream side of the compressor 31 and introducing it into the oil separator 70.
  • the blow-by gas passage 60 includes an upstream gas passage 61 arranged on the upstream side of the oil separator 70 and a blow-by gas pipe 62 arranged on the downstream side of the oil separator 70 in the blow-by gas flow direction. ..
  • the upstream gas passage 61 extends from the inside of the crankcase through the cylinder block and the cylinder head to the inside of the head cover 12.
  • the blow-by gas pipe 62 is made of a resin material or a metal material and is exposed to the outside. Further, the downstream end of the blow-by gas pipe 62 is open to the atmosphere in the case of the present embodiment.
  • the oil separator 70 is installed on the upper part of the head cover 12.
  • a gas outlet 61a of the upstream gas passage 61 is formed on the upper portion of the head cover 12.
  • the oil separator 70 includes an oil separation unit 71 that introduces blow-by gas from the gas outlet 61a of the upstream gas passage 61 and separates the oil from the blow-by gas. Further, the oil separator 70 introduces compressed air from the air passage 80 to generate a negative pressure, and the gas suction unit 72 sucks the blow-by gas after the oil is separated by the oil separation unit 71 due to the negative pressure. Be prepared.
  • the oil separation portion 71 includes a lower casing 71a connected to the upper surface portion of the head cover 12 and an upper casing 71b connected to the upper surface portion of the lower casing 71a.
  • the lower casing 71a is communicated with the upstream gas passage 61 and the upper casing 71b.
  • the upper casing 71b is configured to collide the blow-by gas introduced from the lower casing 71a with the wall to separate the oil from the blow-by gas.
  • the gas suction portion 72 is formed in a tubular shape extending in the left-right direction and is supported on the upper casing 71b. Further, the gas suction unit 72 blows out the introduced compressed air from the orifice, and sucks blow-by gas from the upper casing 71b by the negative pressure generated by the ejection.
  • an introduction unit 72a for introducing compressed air from the downstream air pipe 82 is provided at the upstream end of the gas suction unit 72.
  • the introduction portion 72a is formed in a tubular shape and is fitted and connected to the downstream end portion of the downstream air pipe 82.
  • the upstream end of the blow-by gas pipe 62 is fitted and connected to the downstream end of the gas suction portion 72.
  • a fastening member 73 such as a metal band.
  • the air passage 80 has an upstream air pipe 81 arranged on the upstream side of the heat exchanger 1 described later and a downstream side arranged on the downstream side of the heat exchanger 1 in the flow direction of the compressed air.
  • a side air pipe 82 is provided.
  • the upstream end of the upstream air pipe 81 is connected to an intake pipe 23 located between the compressor 31 and the intercooler 32.
  • the downstream end of the downstream air pipe 82 is connected to the upstream end of the gas suction portion 72.
  • the blow-by gas in the crankcase flows through the upstream gas passage 61, the oil separator 70, and the blow-by gas pipe 62 in this order while the internal combustion engine 10 is in operation. Released into the atmosphere.
  • the intake air is compressed and compressed air is generated.
  • the compressed air is cooled by the intercooler 32 and introduced into the combustion chamber of the engine body 11. Further, the compressed air is taken out from the intake pipe 23 on the upstream side of the intercooler 32 to the upstream air pipe 81, and is introduced into the oil separator 70 from the downstream air pipe 82.
  • the oil separator 70 uses this compressed air to separate oil from blow-by gas.
  • blow-by gas is sucked from the upper casing 71b of the oil separation part 71 by the negative pressure generated by the compressed air flowing through the gas suction part 72 and sucked.
  • the blow-by gas is discharged from the blow-by gas pipe 62 together with the compressed air. In this way, the suction of blow-by gas causes a flow of blow-by gas that looks like an arrow.
  • blow-by gas before oil separation introduced into the upper casing 71b from the upstream gas passage 61 through the lower casing 71a collides with the wall of the upper casing 71b.
  • the oil contained in the blow-by gas adheres to the wall of the upper casing 71b, and the oil is separated from the blow-by gas.
  • blow-by gas after oil separation is sucked into the gas suction unit 72 from the upper casing 71b and discharged to the blow-by gas pipe 62 together with the compressed air. Further, the oil separated from the blow-by gas is returned to the crankcase through a return passage (not shown).
  • the compressed air generated by the compressor 31 may reach a high temperature (for example, 190 ° C. or higher) during high-load operation of the internal combustion engine 10, for example. Therefore, if high-temperature compressed air is taken out from the intake pipe 23 on the upstream side of the intercooler 32 into the air passage 80 and introduced into the oil separator 70 at a high temperature, the oil separator 70 is heated by the heat of the compressed air. (In particular, the gas suction unit 72) may be damaged.
  • the blow-by gas treatment device 100 of the present embodiment includes a heat exchanger 1 having a double-tube structure so that the compressed air flowing through the air passage 80 can be cooled.
  • the heat exchanger 1 includes an inner pipe 2 and a cooling water flow path 3 as a first flow path formed inside the inner pipe 2.
  • Engine cooling water (refrigerant) as the first fluid flows in the cooling water flow path 3.
  • the heat exchanger 1 is an air flow path as a second flow path formed between the outer tube 4 coaxially arranged on the radial outer side of the inner tube 2 and the inner tube 2 and the outer tube 4. 5 and an inlet portion 6 and an outlet portion 7 formed on the outer peripheral surface of the outer pipe 4 are provided. Compressed air as a second fluid flows through the air flow path 5.
  • coaxial as used herein means a state in which the axes are coaxial or the axes are slightly tilted and offset.
  • reference numeral X indicates a first axis (hereinafter, tube axis) located at the center of the outer tube 4
  • reference numeral Y is a second axis (hereinafter, orthogonal axis with respect to the tube axis X) orthogonal to the tube axis X. )
  • the reference numeral Z1 indicates a third axis located at the center of the inlet portion 6 (hereinafter, the central axis of the inlet portion 6)
  • the alternate long and short dash line Z2 is a fourth axis located at the center of the exit portion 7 (hereinafter, the outlet).
  • the central axis of the part 7) is shown.
  • the central axis Z1 of the inlet portion 6 and the central axis Z2 of the outlet portion 7 are orthogonal to the pipe axis X and the orthogonal axis Y.
  • the inner pipe 2 is provided in the middle of the drain pipe 57 on the downstream side of the EGR cooler 41 in the cooling water flow direction.
  • the inner pipe 2 of the present embodiment is formed integrally with the drainage pipe 57.
  • the cooling water flow path 3 introduces the engine cooling water from the drain pipe 57 on the upstream side of the inner pipe 2 and discharges the engine cooling water to the drain pipe 57 on the downstream side of the inner pipe 2.
  • the outer pipe 4 has an inner diameter larger than the outer diameter of the inner pipe 2 and is arranged so as to cover the inner pipe 2.
  • the inner pipe 2 and the outer pipe 4 are arranged coaxially with each other, and have a common pipe axis X extending linearly in the front-rear direction.
  • the pipe axis X may be curved.
  • both ends of the outer pipe 4 in the axial direction are closed.
  • the front side sealing member 8a that seals the gap between the front end of the outer pipe 4 and the outer peripheral surface of the inner pipe 2 and the rear side that seals the gap between the rear end of the outer pipe 4 and the outer peripheral surface of the inner pipe 2 are sealed.
  • the seal member 8b and the like are provided.
  • the seal members 8a and 8b a plate member formed in an annular shape is used.
  • the seal members 8a and 8b each have an S-shaped cross-sectional shape from the outer peripheral portion 8c to the inner peripheral portion 8d.
  • the outer peripheral portions 8c of the sealing members 8a and 8b are bent in parallel with the outer pipe 4 and come into contact with the outer peripheral surface of the outer pipe 4 over the entire circumference.
  • the inner peripheral portions 8d of the sealing members 8a and 8b are bent in parallel with the inner pipe 2 and come into contact with the outer peripheral surface of the inner pipe 2 over the entire circumference. These contact portions are fixed by welding or the like.
  • the seal members 8a and 8b have a tapered wall portion 8e between the outer peripheral portion 8c and the inner peripheral portion 8d whose diameter is reduced as the diameter is reduced in the direction away from the outer pipe 4 in the axial direction.
  • the air flow path 5 is formed in an annular shape by the gap between the inner pipe 2 and the outer pipe 4, and forms a part of the air passage 80. In the air flow path 5, compressed air flows from the inlet portion 6 to the outlet portion 7.
  • the inlet portion 6 is provided on the right side surface of the rear end portion of the outer pipe 4, and the compressed air is introduced from the upstream air pipe 81 into the air flow path 5.
  • the outlet portion 7 is provided on the left side surface of the front end portion of the outer pipe 4, and discharges compressed air from the air flow path 5 to the downstream air pipe 82.
  • the inlet portion 6 and the outlet portion 7 may be provided at the ends of the outer pipe 4, that is, at the positions of the seal members 8a and 8b.
  • the inlet portion 6 and the outlet portion 7 are formed in a tubular shape protruding outward in the radial direction from the outer pipe 4.
  • the downstream end of the upstream air pipe 81 is fitted and connected to the inlet 6.
  • the upstream end of the downstream air pipe 82 is fitted and connected to the outlet 7.
  • a fastening member 9 such as a metal band.
  • heat can be exchanged between the compressed air flowing through the air flow path 5 and the engine cooling water flowing through the cooling water flow path 3 via the inner pipe 2.
  • the high-temperature compressed air taken out from the intake pipe 23 on the upstream side of the intercooler 32 into the air passage 80 can be cooled before being introduced into the oil separator 70.
  • the compressed air generated by the compressor 31 may become low temperature (for example, 14 ° C. or lower) in an environment where the atmospheric temperature is low, for example. Therefore, if the heat exchanger 1 is not provided in the air passage 80, the temperature of the blow-by gas may be excessively lowered by the low-temperature compressed air. As a result, the water contained in the blow-by gas may adhere to the inside of the blow-by gas pipe 62 and freeze, causing the blow-by gas pipe 62 to be blocked.
  • the low-temperature compressed air taken out from the intake pipe 23 into the air passage 80 can be heated by the engine cooling water in the heat exchanger 1.
  • the compressed air it is possible to prevent the compressed air from being introduced into the oil separator 70 at a low temperature and excessively lowering the temperature of the blow-by gas.
  • the heat exchanger 1 of the present embodiment exchanges heat between the engine cooling water and the compressed air on the downstream side in the cooling water flow direction of the EGR cooler 41. That is, since the engine cooling water after heat exchange with the EGR gas by the EGR cooler 41 is used, the compressed air can be cooled without deteriorating the cooling performance of the EGR cooler 41.
  • the heat exchange area is formed by lengthening the length of the outer tube and forming the air flow path in the axial direction of the outer tube. Can be increased.
  • the heat exchanger 1 of the present embodiment has a plurality of partition walls P1 that partition the air flow path 5 into a plurality of spaces S1 to S5 in the axial direction of the outer pipe 2.
  • ⁇ P4 is provided.
  • the heat exchanger 1 is formed at one location in the circumferential direction of each of the partition walls P1 to P4, and includes a space outlet E for flowing compressed air from the space on the upstream side to the space on the downstream side.
  • the partition walls P1 to P4 are formed in a C shape and are arranged coaxially with the pipe axis of the outer pipe X.
  • the outer peripheral surfaces of the partition walls P1 to P4 are in contact with the inner peripheral surface of the outer pipe 4, and the inner peripheral surfaces of the partition walls P1 to P4 are in contact with the outer peripheral surface of the inner pipe 2. Further, these contact portions are fixed by welding or the like.
  • the first to fourth partition walls P1 to P4 are provided at equal intervals in order from the inlet portion 6 side to the outlet portion 7 side in the axial direction of the outer pipe 4.
  • the first space S1 is partitioned by the rear sealing member 8b and the first partition wall P1
  • the second space S2 is partitioned by the first partition wall P1 and the second partition wall P2
  • the third space S3 is the second partition wall. It is partitioned by P2 and the third partition wall P3, the fourth space S4 is partitioned by the third partition wall P3 and the fourth partition wall P4, and the fifth space S5 is partitioned by the fourth partition wall P4 and the front sealing member 8a.
  • Reference numerals L1 to L5 indicate the lengths of the spaces S1 to S5 in the axial direction of the outer tube 4.
  • the inlet portion 6 is located in the intermediate portion of the first space S1
  • the outlet portion 7 is located in the intermediate portion of the fifth space S5.
  • the compressed air introduced from the inlet portion 6 into the first space S1 passes through the space outlets E of the first to fourth partition walls P1 to P4 to the second space S2, the third space S3, the fourth space S4, and the fifth space. It flows in the order of S5 and is discharged from the outlet portion 7.
  • each space outlet E of the first to fourth partition walls P1 to P4, and the outlet portion 7 are axisymmetric positions with respect to the pipe axis X (positions where the circumferential angle around the pipe axis X differs by 180 °). ) Are staggered. That is, in the circumferential direction of the outer pipe 4, the space outlet E of the first partition wall P1 is arranged at a position axially symmetric with the inlet portion 6, and the space outlets E of adjacent partition walls P1 to P4 are positioned axially symmetric with each other.
  • the outlet portion 7 is arranged at a position symmetrical with the space outlet E of the fourth partition wall P4.
  • the inlet portion 6 and the outlet portion 7 are arranged at positions symmetrical with respect to the pipe axis X, and the number of partition walls P1 to P4 is an even number (4). 6. Spatial outlets E and outlets 7 of partition walls P1 to P4 can be arranged alternately.
  • the positions of the space outlet E and the outlet portion 7 of the fourth partition wall P4 can be set to the farthest positions in the circumferential direction.
  • the residence time of the compressed air can be lengthened in each of the spaces S1 to S5.
  • each space S1 to S5 is configured to swirl compressed air around an orthogonal axis Y orthogonal to the pipe axis X of the outer pipe 4. Will be done.
  • the lengths L1 to L5 of the spaces S1 to S5 in the axial direction of the pipe axis X are set to a length at which compressed air can swirl around the orthogonal axis Y.
  • the lengths L1 to L5 of the spaces S1 to S5 are set to have the same length as the inner diameter D of the outer pipe 4.
  • the compressed air that could not pass through the space outlets E of the second to fourth partition walls P2 to P4 swirls around the orthogonal axis Y.
  • the compressed air that could not pass through the outlet portion 7 swirls around the orthogonal axis Y.
  • the inlet portion 6, the space outlets E of the partition walls P1 to P4, and the outlet portion 7 are alternately arranged at positions symmetrical with respect to the pipe axis X, so that the compressed air becomes a space. It turns in the opposite direction alternately every S1 to S5.
  • the compressed air swirls in each of the spaces S1 to S5, so that the residence time of the compressed air in each of the spaces S1 to S5 can be lengthened. This makes it possible to sufficiently promote the heat exchange between the compressed air and the engine cooling water.
  • first to fourth partition walls P1 to P4 of the present embodiment are each formed in a C shape, the flow path area of the space outlet E is formed narrow. This makes it difficult for the compressed air to pass through the space outlet E, and the amount of compressed air swirling around the orthogonal axis Y can be increased.
  • the air flow path 5 is divided into five spaces S1 to S5 by providing four partition walls P1 to P4, but the number of partition walls and spaces may be arbitrary.
  • the air flow path 5 is divided into four spaces S1 to S4 by omitting the fourth partition wall P4 and providing only the first to third partition walls P1 to P3. ing.
  • the inlet portion 6 and the outlet portion 7 are arranged at the same positions in the circumferential direction of the outer pipe 4, but since the number of partition walls P1 to P3 is an odd number (three), the inlet portion is The portions 6, the spatial outlets E of the partition walls P1 to P3, and the outlet portions 7 can be arranged alternately at positions symmetrical with respect to the pipe axis X.
  • the blow-by gas may be returned to the intake pipe or the exhaust pipe through the blow-by gas pipe without being released from the blow-by gas pipe to the atmosphere.
  • the downstream end of the blow-by gas pipe 62 is connected to the intake pipe 23 located between the air cleaner 24 and the compressor 31.
  • the blow-by gas is heated by the high-temperature compressed air introduced into the oil separator 70, and the blow-by gas cannot be completely separated by the oil separator 70.
  • the oil remaining in the gas may become highly viscous.
  • the highly viscous oil may adhere to the compressor 31 to cause an abnormality (caulking abnormality), and the original performance of the compressor 31 may not be exhibited.
  • the high-temperature compressed air taken out from the intake pipe 23 into the air passage 80 can be cooled by the heat exchanger 1, so that the blow-by gas is heated by the compressed air. Can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the occurrence of caulking abnormality of the compressor 31 due to the oil remaining in the blow-by gas.
  • the temperature of the blow-by gas is excessively lowered by the low-temperature compressed air introduced into the oil separator 70, and the blow-by gas is contained in the blow-by gas.
  • Moisture may adhere to the inside of the blow-by gas pipe 62 and the inside of the intake pipe 23 and freeze, causing blockage. Further, the frozen ice may be washed away to the downstream side to damage the compressor 31.
  • the temperature of the low-temperature compressed air taken out from the intake pipe 23 into the air passage 80 can be raised by the heat exchanger 1, so that the temperature of the blow-by gas is excessively lowered by the compressed air. It can be suppressed. As a result, it is possible to suppress blockage of the blow-by gas pipe 62 and damage to the compressor 31 due to freezing of the water contained in the blow-by gas.
  • the refrigerant that exchanges heat with the compressed air may be engine cooling water that flows through the water supply pipe 56 on the upstream side of the EGR cooler 41.
  • the inner pipe of the third modification is provided in the middle of the water supply pipe 56 connected to the EGR cooler 41.
  • the refrigerant that exchanges heat with the compressed air may be engine cooling water flowing through a water pipe 53 or a return pipe 54 connected to the radiator 51.
  • the inner pipe of the fourth modification is provided in the middle of these water pipes 53 or return pipes 54.
  • a heat exchanger capable of sufficiently promoting heat exchange and blow-by gas treatment of an internal combustion engine equipped with the heat exchanger. It is useful in that the device can be provided.

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Abstract

内管２と、内管２の内部に形成された第１流路３と、内管２の径方向外側に同軸状に配置された外管４と、内管２と外管４との間に形成された第２流路５と、外管４の軸方向において、第２流路５を複数の空間Ｓ１～Ｓ５に仕切る環状の隔壁Ｐ１～Ｐ４と、隔壁Ｐ１～Ｐ４の周方向の一箇所に形成された空間出口Ｅと、を備えた熱交換器１であって、空間Ｓ１～Ｓ５は、外管４の中心に位置する第１軸Ｘと直交する第２軸Ｙ周りに第２流体を旋回させるように構成される。

Description

熱交換器及び内燃機関のブローバイガス処理装置
　本開示は、熱交換器及び内燃機関のブローバイガス処理装置に関する。
　熱交換器としては、内管及び外管を備えた二重管構造の熱交換器が公知である。この熱交換器においては、内管の内部に第１流路が形成され、内管と外管との間に第２流路が形成され、それぞれの流路を流れる流体同士が熱交換される。
　他方、内燃機関においては、ピストンとシリンダの隙間からクランクケース内に漏出したブローバイガスを、大気に放出するブローバイガス処理装置が公知である。
日本国特開２００５－９０９２６号公報
　ブローバイガス処理装置においては、コンプレッサで生成された圧縮空気を利用して、ブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータが考えられる。このようなブローバイガス処理装置では、上記の熱交換器を用いることで、例えば、オイルセパレータに導入される圧縮空気を、ＥＧＲクーラから排出されたエンジン冷却水と熱交換できる。これにより、圧縮空気の熱によるオイルセパレータの損傷を抑制できる。
　ところで、上記の熱交換器を用いる場合、外管の軸方向において、外管の長さを長くして第２流路を長く形成することで、熱交換面積を増加できる。
　しかしながら、熱交換面積を増加させた場合でも、第２流路における流体の滞留時間が短ければ、第１流路を流れる流体との熱交換が十分に促進されない可能性がある。
　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、内管及び外管を備えた二重管構造の熱交換器において、熱交換を十分に促進できる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置を提供することにある。
　本開示の一の態様によれば、内管と、前記内管の内部に形成され、第１流体が流れる第１流路と、前記内管の径方向外側に同軸状に配置された外管と、前記内管と前記外管との間に形成され、第２流体が流れる第２流路と、前記外管の軸方向において、前記第２流路を複数の空間に仕切る環状の隔壁と、前記隔壁の周方向の一箇所に形成され、上流側の前記空間から下流側の前記空間に前記第２流体を流すための空間出口と、を備えた熱交換器であって、前記空間は、前記外管の中心に位置する第１軸と直交する第２軸周りに前記第２流体を旋回させるように構成されることを特徴とする熱交換器が提供される。
　好ましくは、前記隔壁は、Ｃ字状に形成される。
　好ましくは、前記外管の外周面に形成され、前記第２流路内に前記第２流体を導入するための入口部を更に備え、前記入口部の中心に位置する第３軸は、前記第１軸及び前記第２軸と直交する。
　好ましくは、前記第１軸の軸方向における前記空間の長さは、前記外管の内径と同じ長さに設定される。
　好ましくは、前記隔壁は、複数設けられ、隣り合う前記隔壁の空間出口同士は、前記第１軸に対して互いに軸対称の位置に配置される。
　また、本開示の別の態様によれば、前記熱交換器を備えた、内燃機関のブローバイガス処理装置であって、前記内燃機関は、吸気通路と、前記吸気通路に設けられたターボチャージャのコンプレッサと、前記第１流体としての冷媒が流れる冷媒通路と、を備え、前記ブローバイガス処理装置は、ブローバイガスが流れるブローバイガス通路と、前記ブローバイガス通路に設けられ、前記コンプレッサで生成された前記第２流体としての圧縮空気を利用してブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータと、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路から圧縮空気を取り出して、前記オイルセパレータに導入するための空気通路と、を更に備え、前記熱交換器の第１流路には、前記冷媒通路から冷媒が導入され、前記熱交換器の第２流路は、前記空気通路の一部を構成することを特徴とするブローバイガス処理装置が提供される。
　好ましくは、前記内燃機関は、ＥＧＲガスを前記吸気通路内に還流させるためのＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを、前記冷媒通路から導入された冷媒と熱交換させるＥＧＲクーラと、を備え、前記熱交換器の第１流路には、前記ＥＧＲクーラから排出された冷媒が導入される。
　本開示によれば、内管及び外管を備えた二重管構造の熱交換器において、熱交換を十分に促進できる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置を提供できる。
図１は、ブローバイガス処理装置を含む内燃機関の全体構成図である。 図２は、オイルセパレータの概略構成を示す部分断面図である。 図３は、熱交換器の概略構成を示す平断面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。 図５は、図３のＶ－Ｖ断面図である。 図６は、図３のＶＩ－ＶＩ断面図である。 図７は、熱交換器内の第２流体（圧縮空気）の流れを示した上面図である。 図８は、熱交換器内の第２流体（圧縮空気）の流れを示した左側面図である。 図９は、第１変形例の熱交換器内の第２流体（圧縮空気）の流れを示した上面図である。 図１０は、第２変形例のブローバイガス処理装置を含む内燃機関の全体構成図である。
　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。また、図中に示す上下前後左右の各方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないが、内燃機関１０を搭載した車両（不図示）の各方向と一致する。
　図１は、ブローバイガス処理装置１００を含む内燃機関１０の全体構成図である。図中において、矢印Ａは、吸気ないし圧縮空気の流れを示し、矢印Ｂは、ブローバイガスの流れを示し、矢印Ｇは、排気ないしＥＧＲガスの流れを示し、矢印Ｗは、冷媒としてのエンジン冷却水の流れを示す。
　図１に示すように、内燃機関１０は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわち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。しかしながら、車両及び内燃機関１０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良いし、内燃機関１０は、火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであっても良い。なお、内燃機関１０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良い。また、内燃機関１０は、移動体に搭載されたものでなくても良く、定置式のものであっても良い。
　内燃機関１０は、エンジン本体１１と、エンジン本体１１に接続された吸気通路２０及び排気通路２１と、吸気通路２０に設けられたターボチャージャ３０のコンプレッサ３１と、を備える。また、内燃機関１０は、ＥＧＲ通路としてのＥＧＲ管４０と、ＥＧＲ管４０に設けられたＥＧＲクーラ４１と、エンジン冷却水が流れる冷媒通路としての冷却水通路５０を備える。
　図示しないが、エンジン本体１１は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品と、を含む。なお、符号１２は、シリンダヘッドの上部に接続されるヘッドカバーである。
　吸気通路２０は、エンジン本体１１（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド２２と、吸気マニホールド２２の上流端に接続された吸気管２３と、により主に画成される。吸気マニホールド２２は、吸気管２３から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管２３には、上流側から順に、エアクリーナ２４、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３１、及びインタークーラ３２が設けられる。
　排気通路２１は、エンジン本体１１（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２６と、排気マニホールド２６の下流側に配置された排気管２７と、により主に画成される。排気マニホールド２６は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気を集合させる。排気マニホールド２６と排気管２７の間には、ターボチャージャ３０のタービン３３が設けられる。
　コンプレッサ３１は、タービン３３の回転力により回転駆動することで、吸気管２３を流れる吸気を圧縮させて、圧縮空気を生成するように構成される。インタークーラ３２は、コンプレッサ３１で生成された圧縮空気を冷却するように構成される。
　ＥＧＲ管４０は、排気通路２１内の排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気通路２０内に還流させるように構成される。
　本実施形態のＥＧＲ管４０は、いわゆる高圧ＥＧＲ装置を構成するものであり、ＥＧＲ管４０の上流端が排気マニホールド２６に接続され、ＥＧＲ管４０の下流端が吸気マニホールド２２に接続される。但し、ＥＧＲ管４０は、いわゆる低圧ＥＧＲ装置を構成するものであって良く、ＥＧＲ管４０の上流端が排気管２７に接続され、ＥＧＲ管４０の下流端がコンプレッサ３１より上流側の吸気管２３に接続されていても良い。
　ＥＧＲ管４０には、上流側から順に、ＥＧＲクーラ４１及びＥＧＲ弁４２が設けられる。ＥＧＲクーラ４１は、ＥＧＲガスを、後述する冷却水通路５０を流れるエンジン冷却水と熱交換させる。ＥＧＲ弁４２は、ＥＧＲガスの流量を調節可能に構成される。
　冷却水通路５０は、エンジン冷却水を冷却するラジエータ５１と、エンジン本体１１（特にシリンダブロックとシリンダヘッド）内部に形成されたエンジン内水路５２と、を備える。また、冷却水通路５０は、エンジン内水路５２からラジエータ５１にエンジン冷却水を送るための送水管５３と、ラジエータ５１からエンジン内水路５２にエンジン冷却水を戻すための戻り管５４と、を備える。
　送水管５３の上流端は、エンジン内水路５２の下流端に接続され、送水管５３の下流端は、ラジエータ５１の冷却水入口に接続される。また、戻り管５４の上流端は、ラジエータ５１の冷却水出口に接続され、戻り管５４の下流端は、ウォーターポンプ５５を介してエンジン内水路５２の上流端に接続される。
　また、本実施形態の冷却水通路５０は、ＥＧＲクーラ４１にエンジン冷却水を供給するための給水管５６と、ＥＧＲクーラ４１からエンジン冷却水を排出するための排水管５７と、を備える。
　給水管５６の上流端は、ウォーターポンプ５５の直下流に位置するエンジン内水路５２に接続され、給水管５６の下流端は、ＥＧＲクーラ４１の冷却水入口に接続される。排水管５７の上流端は、ＥＧＲクーラ４１の冷却水出口に接続され、排水管５７の下流端は、送水管５３の直上流に位置するエンジン内水路５２に接続される。なお、図示しないが、排水管５７には、エンジン冷却水の温度を調節するためのサーモスタット、ヒーター等が設けられる。
　ブローバイガス処理装置１００は、ブローバイガスが流れるブローバイガス通路６０を備える。周知のように、ブローバイガスは、エンジン本体１１においてシリンダとピストンとの隙間からクランクケース内に漏れ出たガスである。
　また、ブローバイガス処理装置１００は、ブローバイガス通路６０に設けられ、コンプレッサ３１で生成された圧縮空気を利用してブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータ７０を備える。
　また、ブローバイガス処理装置１００は、コンプレッサ３１よりも下流側の吸気通路２０から圧縮空気を取り出して、オイルセパレータ７０に導入するための空気通路８０を備える。
　ブローバイガス通路６０は、ブローバイガス流れ方向にて、オイルセパレータ７０よりも上流側に配置された上流側ガス通路６１と、オイルセパレータ７０よりも下流側に配置されたブローバイガス管６２と、を備える。
　上流側ガス通路６１は、クランクケース内からシリンダブロック及びシリンダヘッドを通過してヘッドカバー１２内に延びる。
　ブローバイガス管６２は、樹脂材料または金属材料で形成され、外部に露出されている。また、ブローバイガス管６２の下流端は、本実施形態の場合、大気開放されている。
　図２に示すように、オイルセパレータ７０は、ヘッドカバー１２の上部に設置される。ヘッドカバー１２の上部には、上流側ガス通路６１のガス出口６１ａが形成される。
　オイルセパレータ７０は、上流側ガス通路６１のガス出口６１ａからブローバイガスを導入して、そのブローバイガスからオイルを分離するオイル分離部７１を備える。また、オイルセパレータ７０は、空気通路８０から圧縮空気を導入して負圧を生成し、その負圧により、オイル分離部７１でオイルが分離された後のブローバイガスを吸引するガス吸引部７２を備える。
　オイル分離部７１は、ヘッドカバー１２の上面部に接続された下部ケーシング７１ａと、下部ケーシング７１ａの上面部に接続された上部ケーシング７１ｂと、を備える。
　下部ケーシング７１ａは、上流側ガス通路６１と上部ケーシング７１ｂとに連通される。上部ケーシング７１ｂは、下部ケーシング７１ａから導入したブローバイガスを壁に衝突させて、ブローバイガスからオイルを分離するように構成される。
　ガス吸引部７２は、左右方向に延びる管状に形成され、上部ケーシング７１ｂ上に支持される。また、ガス吸引部７２は、導入した圧縮空気をオリフィスから噴出し、これによって生じた負圧で上部ケーシング７１ｂからブローバイガスを吸引するようになっている。
　ガス吸引部７２の上流端には、後述する下流側空気管８２から圧縮空気を導入するための導入部７２ａが設けられる。導入部７２ａは、管状に形成され、下流側空気管８２の下流側端部と嵌合されて接続される。一方、ガス吸引部７２の下流側端部には、ブローバイガス管６２の上流側端部が嵌合されて接続される。なお、これらは、金属バンド等の締結部材７３によって脱着可能に接続される。
　図１に戻って、空気通路８０は、圧縮空気の流れ方向において、後述する熱交換器１の上流側に配置された上流側空気管８１と、熱交換器１の下流側に配置された下流側空気管８２と、を備える。上流側空気管８１の上流端は、コンプレッサ３１とインタークーラ３２との間に位置する吸気管２３に接続される。一方、下流側空気管８２の下流端は、ガス吸引部７２の上流端に接続される。
　本実施形態では、図１に矢印Ｂで示したように、内燃機関１０の稼働中、クランクケース内のブローバイガスは、上流側ガス通路６１、オイルセパレータ７０、ブローバイガス管６２を順に流れて、大気に放出される。
　一方、コンプレッサ３１では、吸気が圧縮されて、圧縮空気が生成される。圧縮空気は、インタークーラ３２で冷却されて、エンジン本体１１の燃焼室内に導入される。また、圧縮空気は、インタークーラ３２よりも上流側の吸気管２３から上流側空気管８１に取り出され、下流側空気管８２からオイルセパレータ７０に導入される。オイルセパレータ７０は、この圧縮空気を利用して、ブローバイガスからオイルを分離する。
　具体的には、図２に示したように、オイルセパレータ７０では、ガス吸引部７２を流れる圧縮空気により生成される負圧によって、オイル分離部７１の上部ケーシング７１ｂからブローバイガスを吸引し、吸引したブローバイガスを圧縮空気と共に、ブローバイガス管６２から排出する。こうしてブローバイガスの吸引により、矢視するようなブローバイガスの流れが発生する。
　上流側ガス通路６１から下部ケーシング７１ａを通じて上部ケーシング７１ｂ内に導入されたオイル分離前のブローバイガスは、上部ケーシング７１ｂの壁に衝突する。その結果、ブローバイガスに含まれるオイルが上部ケーシング７１ｂの壁に付着して、ブローバイガスからオイルが分離される。
　オイル分離後のブローバイガスは、上部ケーシング７１ｂからガス吸引部７２内に吸い込まれ、圧縮空気と共にブローバイガス管６２に排出される。また、ブローバイガスから分離されたオイルは、戻り通路（不図示）を通じてクランクケース内に戻される。
　ところで、コンプレッサ３１で生成された圧縮空気は、例えば内燃機関１０の高負荷運転時に、高温（例えば、１９０℃以上）になる場合がある。そのため、仮に、高温の圧縮空気がインタークーラ３２よりも上流側の吸気管２３から空気通路８０に取り出され、高温のままオイルセパレータ７０に導入された場合には、圧縮空気の熱によってオイルセパレータ７０（特に、ガス吸引部７２）が損傷する虞がある。
　そこで、本実施形態のブローバイガス処理装置１００は、空気通路８０を流れる圧縮空気を冷却できるように、二重管構造の熱交換器１を備える。
　図１及び図３に示すように、熱交換器１は、内管２と、内管２の内部に形成された第１流路としての冷却水流路３と、を備える。冷却水流路３には、第１流体としてのエンジン冷却水（冷媒）が流れる。
　また、熱交換器１は、内管２の径方向外側に同軸状に配置された外管４と、内管２と外管４との間に形成された第２流路としての空気流路５と、外管４の外周面に形成された入口部６及び出口部７と、を備える。空気流路５には、第２流体としての圧縮空気が流れる。なお、ここでいう「同軸状」とは、同軸であるか、もしくは、軸同士が僅かに傾斜及びオフセットした状態を意味する。
　図３中、符号Ｘは、外管４の中心に位置する第１軸（以下、管軸）を示し、符号Ｙは、管軸Ｘと直交する第２軸（以下、管軸Ｘに対する直交軸）を示す。また、符号Ｚ１は、入口部６の中心に位置する第３軸（以下、入口部６の中心軸）を示し、一点鎖線Ｚ２は、出口部７の中心に位置する第４軸（以下、出口部７の中心軸）を示す。入口部６の中心軸Ｚ１及び出口部７の中心軸Ｚ２は、管軸Ｘ及び直交軸Ｙと直交する。
　内管２は、冷却水流れ方向において、ＥＧＲクーラ４１よりも下流側の排水管５７の途中に設けられる。本実施形態の内管２は、排水管５７と一体に形成される。
　冷却水流路３は、内管２よりも上流側の排水管５７からエンジン冷却水を導入し、内管２よりも下流側の排水管５７にエンジン冷却水を排出する。
　外管４は、内管２の外径よりも大きい内径を有し、内管２を覆うように配置される。内管２及び外管４は、互いに同軸に配置されており、前後方向に直線状に延びる共通の管軸Ｘを有する。但し、管軸Ｘは、曲線状であっても良い。
　外管４の軸方向の両端は、閉止される。本実施形態では、外管４の前端と内管２の外周面との隙間をシールする前側シール部材８ａと、外管４の後端と内管２の外周面との隙間をシールする後側シール部材８ｂと、が設けられる。
　シール部材８ａ，８ｂには、環状に形成された板部材が用いられる。シール部材８ａ，８ｂは、それぞれ外周部８ｃから内周部８ｄにかけて、Ｓ字状に折曲された断面形状を有する。シール部材８ａ，８ｂの外周部８ｃは、外管４と平行に曲げられて、外管４の外周面に全周に亘って当接される。シール部材８ａ，８ｂの内周部８ｄは、内管２と平行に曲げられて、内管２の外周面に全周に亘って当接される。これらの当接部は、溶接等によって固定される。また、シール部材８ａ，８ｂは、外周部８ｃと内周部８ｄの間に、外管４から軸方向に離れる方向に向かうにつれ縮径されるテーパ状の壁部８ｅを有する。
　空気流路５は、内管２と外管４との隙間で円環状に画成され、空気通路８０の一部を構成する。空気流路５では、入口部６から出口部７に圧縮空気が流れる。
　入口部６は、外管４の後端部の右側面に設けられ、上流側空気管８１から空気流路５に圧縮空気を導入する。出口部７は、外管４の前端部の左側面に設けられ、空気流路５から下流側空気管８２に圧縮空気を排出する。但し、入口部６及び出口部７は、外管４の端部すなわちシール部材８ａ，８ｂの位置に設けられても良い。
　本実施形態では、入口部６及び出口部７は、外管４から半径方向外側に突出する管状に形成される。入口部６には、上流側空気管８１の下流側端部が嵌合されて接続される。出口部７には、下流側空気管８２の上流側端部が嵌合されて接続される。これらは、金属バンド等の締結部材９によって脱着可能に接続される。
　本実施形態の熱交換器１によれば、内管２を介して、空気流路５を流れる圧縮空気と冷却水流路３を流れるエンジン冷却水とを熱交換できる。これにより、インタークーラ３２よりも上流側の吸気管２３から空気通路８０に取り出された高温の圧縮空気を、オイルセパレータ７０に導入する前に冷却できる。その結果、圧縮空気が高温のままオイルセパレータ７０に導入されるのを抑制でき、圧縮空気の熱によるオイルセパレータ７０の損傷を抑制できる。
　他方、コンプレッサ３１で生成された圧縮空気は、例えば大気温度が低い環境下で、低温（例えば、１４℃以下）になる場合がある。そのため、仮に、空気通路８０に熱交換器１を設けない場合には、低温の圧縮空気によってブローバイガスの温度が過度に低下される可能性がある。その結果、ブローバイガスに含まれる水分がブローバイガス管６２内に付着して凍結し、ブローバイガス管６２の閉塞を生じさせる虞がある。
　これに対して、本実施形態であれば、吸気管２３から空気通路８０に取り出された低温の圧縮空気を、熱交換器１内でエンジン冷却水によって昇温できる。これにより、圧縮空気が低温のままオイルセパレータ７０に導入されて、ブローバイガスの温度を過度に低下させるのを抑制できる。その結果、ブローバイガスに含まれる水分がブローバイガス管６２内に付着して凍結するのを抑制できるので、ブローバイガス管６２の閉塞を抑えることができる。
　また、本実施形態の熱交換器１は、ＥＧＲクーラ４１よりも冷却水流れ方向下流側のエンジン冷却水と圧縮空気とを熱交換させる。すなわち、ＥＧＲクーラ４１によりＥＧＲガスと熱交換された後のエンジン冷却水を利用するので、ＥＧＲクーラ４１の冷却性能を低下させることなく、圧縮空気を冷却できる。
　ところで、一般的に、このような二重管構造の熱交換器を用いる場合、外管の軸方向において、外管の長さを長くして空気流路を長く形成することで、熱交換面積を増加できる。
　しかしながら、熱交換面積を増加させた場合でも、例えば、仮に、空気流路内で外管の軸方向にのみ圧縮空気を流しただけでは、空気流路における圧縮空気の滞留時間が短いため、エンジン冷却水との熱交換が十分に促進されない可能性がある。
　これに対して、図３～図６に示すように、本実施形態の熱交換器１は、外管２の軸方向において、空気流路５を複数の空間Ｓ１～Ｓ５に仕切る複数の隔壁Ｐ１～Ｐ４を備える。また、熱交換器１は、それぞれの隔壁Ｐ１～Ｐ４の周方向の一箇所に形成され、上流側の空間から下流側の空間に圧縮空気を流す空間出口Ｅを備える。
　隔壁Ｐ１～Ｐ４は、Ｃ字状に形成され、外管Ｘの管軸と同軸状に配置される。隔壁Ｐ１～Ｐ４の外周面は、外管４の内周面に当接され、隔壁Ｐ１～Ｐ４の内周面は、内管２の外周面に当接される。また、これらの当接部は、溶接等により固定される。
　本実施形態では、外管４の軸方向において、入口部６側から出口部７側に向かって順に、第１～第４隔壁Ｐ１～Ｐ４が等間隔で設けられる。
　第１空間Ｓ１は、後側シール部材８ｂと第１隔壁Ｐ１とで区画され、第２空間Ｓ２は、第１隔壁Ｐ１と第２隔壁Ｐ２とで区画され、第３空間Ｓ３は、第２隔壁Ｐ２と第３隔壁Ｐ３とで区画され、第４空間Ｓ４は、第３隔壁Ｐ３と第４隔壁Ｐ４とで区画され、第５空間Ｓ５は、第４隔壁Ｐ４と前側シール部材８ａとで区画される。なお、符号Ｌ１～Ｌ５は、外管４の軸方向における各空間Ｓ１～Ｓ５の長さを示す。
　外管４の軸方向において、入口部６は、第１空間Ｓ１の中間部分に位置し、出口部７は、第５空間Ｓ５の中間部分に位置する。入口部６から第１空間Ｓ１に導入された圧縮空気は、第１～第４隔壁Ｐ１～Ｐ４の各空間出口Ｅを通じて、第２空間Ｓ２、第３空間Ｓ３、第４空間Ｓ４、第５空間Ｓ５の順に流れ、出口部７から排出される。
　入口部６、第１～第４隔壁Ｐ１～Ｐ４の各空間出口Ｅ、及び出口部７は、管軸Ｘに対して軸対称の位置（管軸Ｘ周りの周方向の角度が１８０°異なる位置）に互い違いに配置される。すなわち、外管４の周方向において、第１隔壁Ｐ１の空間出口Ｅは、入口部６と軸対称の位置に配置され、隣り合う隔壁Ｐ１～Ｐ４の空間出口Ｅ同士は、互いに軸対称の位置に配置され、出口部７は、第４隔壁Ｐ４の空間出口Ｅと軸対称の位置に配置される。なお、本実施形態では、入口部６及び出口部７が管軸Ｘに対して軸対称の位置に配置されており、隔壁Ｐ１～Ｐ４の個数が偶数個（４つ）であるので、入口部６、隔壁Ｐ１～Ｐ４の空間出口Ｅ、及び出口部７を互い違いに配置できる。
　上記のような互い違いの配置であれば、各空間Ｓ１～Ｓ５の周方向において、入口部６及び第１隔壁Ｐ１の空間出口Ｅの位置、隣り合う隔壁Ｐ１～Ｐ４の空間出口Ｅ同士の位置、第４隔壁Ｐ４の空間出口Ｅ及び出口部７の位置を、それぞれ周方向において最も離れた位置にできる。その結果、各空間Ｓ１～Ｓ５において、圧縮空気の滞留時間を長くできる。
　図４～図６に示すように、各空間Ｓ１～Ｓ５では、管軸Ｘに対して軸対称に形成された上側と下側の２つの圧縮空気の流れＡ１，Ａ２ができる。
　また、本実施形態では、図７及び図８に矢印Ａで示すように、各空間Ｓ１～Ｓ５は、外管４の管軸Ｘと直交する直交軸Ｙ周りに圧縮空気を旋回させるように構成される。
　具体的には、管軸Ｘの軸方向における各空間Ｓ１～Ｓ５の長さＬ１～Ｌ５は、直交軸Ｙ周りに圧縮空気が旋回可能な長さに設定される。本実施形態では、各空間Ｓ１～Ｓ５の長さＬ１～Ｌ５は、外管４の内径Ｄと同じ長さに設定される。
　圧縮空気の旋回について詳しく説明すると、第１空間Ｓ１では、先ず、入口部６から導入された圧縮空気が、第１隔壁Ｐ１の空間出口Ｅを通過しようとするが、圧縮空気の一部は、第１隔壁Ｐ１に遮られて空間出口Ｅを通過できず、第１隔壁Ｐ１の壁面に沿って入口部６側に戻る。そして、入口部６側に戻された圧縮空気は、後側シール部材８ｂの壁面に沿って空間出口Ｅ側に向かう。これにより、直交軸Ｙ周りの圧縮空気の旋回流ＲＡが発生する。
　第２～第４空間Ｓ２～Ｓ４でも、第１空間Ｓ１と同様に、第２～第４隔壁Ｐ２～Ｐ４の空間出口Ｅを通過できなかった圧縮空気が、直交軸Ｙ周りに旋回する。また、第５空間Ｓ５でも、出口部７を通過できなかった圧縮空気が、直交軸Ｙ周りに旋回する。なお、本実施形態では、入口部６、隔壁Ｐ１～Ｐ４の空間出口Ｅ、及び出口部７が、管軸Ｘに対して軸対称の位置に互い違いに配置されたことで、圧縮空気が、空間Ｓ１～Ｓ５毎に互い違いに逆回りに旋回する。
　本実施形態によれば、各空間Ｓ１～Ｓ５で圧縮空気が旋回することで、各空間Ｓ１～Ｓ５内における圧縮空気の滞留時間を長くできる。これにより、圧縮空気とエンジン冷却水との熱交換を十分に促進することが可能になる。
　また、本実施形態の第１～第４隔壁Ｐ１～Ｐ４は、Ｃ字状にそれぞれ形成されるので、空間出口Ｅの流路面積が狭く形成される。これにより、圧縮空気が空間出口Ｅを通過し難くなり、直交軸Ｙ周りに旋回する圧縮空気の量を増加できる。
　なお、上述した基本実施形態は、以下のような変形例またはその組み合わせとすることができる。下記の説明においては、上記の実施形態と同一の構成要素に同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。
　（第１変形例）
　上記の基本実施形態では、４つの隔壁Ｐ１～Ｐ４を設けることで、空気流路５を５つの空間Ｓ１～Ｓ５に仕切っているが、隔壁及び空間の個数は、任意であって良い。
　図９に示すように、第１変形例では、第４隔壁Ｐ４を省略して、第１～第３隔壁Ｐ１～Ｐ３のみを設けることで、空気流路５を４つの空間Ｓ１～Ｓ４に仕切っている。なお、第１変形例では、入口部６及び出口部７が外管４の周方向の同じ位置に配置されているが、隔壁Ｐ１～Ｐ３の個数が奇数個（３つ）であるので、入口部６、隔壁Ｐ１～Ｐ３の空間出口Ｅ、及び出口部７を、管軸Ｘに対して軸対称の位置に互い違いに配置できる。
　（第２変形例）
　ブローバイガスは、ブローバイガス管から大気に放出されずに、ブローバイガス管を通じて吸気管または排気管に還流されても良い。
　図１０に示すように、第２変形例では、ブローバイガス管６２の下流端を、エアクリーナ２４とコンプレッサ３１との間に位置する吸気管２３に接続する。
　第２変形例では、仮に、空気通路８０に熱交換器１を設けない場合、オイルセパレータ７０に導入された高温の圧縮空気によってブローバイガスが昇温され、オイルセパレータ７０で分離し切れずにブローバイガスに残留したオイルが高粘度化する可能性がある。その結果、高粘度化したオイルがコンプレッサ３１に付着して異常（コーキング異常）を生じさせ、コンプレッサ３１の本来の性能が発揮できなくなる虞がある。
　これに対して、第２変形例によれば、吸気管２３から空気通路８０に取り出された高温の圧縮空気を熱交換器１によって冷却できるので、圧縮空気によりブローバイガスが昇温されるのを抑制できる。その結果、ブローバイガスに残留したオイルに起因するコンプレッサ３１のコーキング異常の発生を抑制できる。
　また、第２変形例では、仮に、空気通路８０に熱交換器１を設けない場合、オイルセパレータ７０に導入された低温の圧縮空気によってブローバイガスの温度が過度に低下され、ブローバイガスに含まれる水分がブローバイガス管６２内や吸気管２３内に付着して凍結して閉塞を生じさせる虞がある。また、その凍結した氷が下流側に流されてコンプレッサ３１を破損させる虞もある。
　これに対して、第２変形例によれば、吸気管２３から空気通路８０に取り出された低温の圧縮空気を熱交換器１によって昇温できるので、圧縮空気によりブローバイガスの温度が過度に低下されるのを抑制できる。その結果、ブローバイガスに含まれる水分の凍結に起因するブローバイガス管６２の閉塞やコンプレッサ３１の破損を抑制できる。
　（第３変形例）
　図示しないが、圧縮空気と熱交換される冷媒は、ＥＧＲクーラ４１よりも上流側の給水管５６を流れるエンジン冷却水であっても良い。具体的には、第３変形例の内管は、ＥＧＲクーラ４１に接続された給水管５６の途中に設けられる。
　（第４変形例）
　圧縮空気と熱交換される冷媒は、ラジエータ５１に接続された送水管５３または戻り管５４を流れるエンジン冷却水であっても良い。具体的には、第４変形例の内管には、これらの送水管５３または戻り管５４の途中に設けられる。
　以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は上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。
　本出願は、2019年09月17日付で出願された日本国特許出願（特願2019-168470）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示によれば、内管及び外管を備えた二重管構造の熱交換器において、熱交換を十分に促進できる熱交換器、及び、その熱交換器を備えた内燃機関のブローバイガス処理装置を提供できる点において有用である。
１　熱交換器
２　内管
３　冷却水流路（第１流路）
４　外管
５　空気流路（第２流路）
６　入口部
７　出口部
１０　内燃機関
２０　吸気通路
２１　排気通路
３０　ターボチャージャ
３１　コンプレッサ
３２　インタークーラ
４０　ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
４１　ＥＧＲクーラ
５０　冷却水通路
６０　ブローバイガス通路
７０　オイルセパレータ
８０　空気通路
１００　ブローバイガス処理装置
Ａ　吸気、圧縮空気（第１流体）
Ｂ　ブローバイガス
Ｇ　排気
Ｐ１～Ｐ４　隔壁
Ｓ１～Ｓ５　空間
Ｗ　冷媒、エンジン冷却水（第２流体）
Ｘ　外管の管軸（外管の中心に位置する第１軸）
Ｙ　管軸に対する直交軸（第１軸と直交する第２軸）
Ｚ１　入口部の中心軸（入口部の中心に位置する第３軸）

Claims (7)

  1. 　内管と、
    　前記内管の内部に形成され、第１流体が流れる第１流路と、
    　前記内管の径方向外側に同軸状に配置された外管と、
    　前記内管と前記外管との間に形成され、第２流体が流れる第２流路と、
    　前記外管の軸方向において、前記第２流路を複数の空間に仕切る環状の隔壁と、
    　前記隔壁の周方向の一箇所に形成され、上流側の前記空間から下流側の前記空間に前記第２流体を流すための空間出口と、を備えた熱交換器であって、
    　前記空間は、前記外管の中心に位置する第１軸と直交する第２軸周りに前記第２流体を旋回させるように構成される
    　ことを特徴とする熱交換器。
  2. 　前記隔壁は、Ｃ字状に形成される
    　請求項１記載の熱交換器。
  3. 　前記外管の外周面に形成され、前記第２流路内に前記第２流体を導入するための入口部を更に備え、
    　前記入口部の中心に位置する第３軸は、前記第１軸及び前記第２軸と直交する
    　請求項１または２記載の熱交換器。
  4. 　前記第１軸の軸方向における前記空間の長さは、前記外管の内径と同じ長さに設定される
    　請求項１～３何れか一項に記載の熱交換器。
  5. 　前記隔壁は、複数設けられ、
    　隣り合う前記隔壁の空間出口同士は、前記第１軸に対して互いに軸対称の位置に配置される
    　請求項１～４何れか一項に記載の熱交換器。
  6. 　請求項１～５の何れか一項に記載の熱交換器を備えた、内燃機関のブローバイガス処理装置であって、
    　前記内燃機関は、
    　吸気通路と、
    　前記吸気通路に設けられたターボチャージャのコンプレッサと、
    　前記第１流体としての冷媒が流れる冷媒通路と、を備え、
    　前記ブローバイガス処理装置は、
    　ブローバイガスが流れるブローバイガス通路と、
    　前記ブローバイガス通路に設けられ、前記コンプレッサで生成された前記第２流体としての圧縮空気を利用してブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータと、
    　前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路から圧縮空気を取り出して、前記オイルセパレータに導入するための空気通路と、を更に備え、
    　前記熱交換器の第１流路には、前記冷媒通路から冷媒が導入され、
    　前記熱交換器の第２流路は、前記空気通路の一部を構成する
    　ことを特徴とするブローバイガス処理装置。
  7. 　前記内燃機関は、
    　ＥＧＲガスを前記吸気通路内に還流させるためのＥＧＲ通路と、
    　前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを、前記冷媒通路から導入された冷媒と熱交換させるＥＧＲクーラと、を備え、
    　前記熱交換器の第１流路には、前記ＥＧＲクーラから排出された冷媒が導入される
    　請求項６記載のブローバイガス処理装置。
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