多分、ここの記載がその現象の説明に当たると思います。
http://technet.microsoft.com/ja-jp/library/aa998662%28EXCHG.80%29.aspx
真ん中辺？に アドレススペースに関する説明があります。
～～～～抜粋～～～～
ルーティング解決中に、電子メールが送信先アドレス スペースに配信されるためにルーティングされるルーティング先の送信コネクタが選択されます。受信者の電子メール アドレスに最も近いアドレス スペースを持つ送信コネクタが選択されます。たとえば、Recipient@marketing.contoso.com が宛先になっている電子メール メッセージなら、*.Contoso.com アドレス スペースを使用するように構成されているコネクタを通じてルーティングされます。特定のアドレス スペースのための送信コネクタを構成すると、そのアドレス
スペース宛てに送信された電子メールは必ずそのコネクタを通じてルーティングされます。また、そのアドレス スペース宛てに送信された電子メールには、常にそのコネクタ用の構成設定が適用されます。
～～～～抜粋～～～～
この説明には コスト＝優先順位 について明記されていません。
コスト値は、同じアドレススペースの物で順に付けに影響すると思われます。
なので、
送信コネクタＡ：アドレススペース* コスト=10 SIZE制限=3072
送信コネクタＢ：アドレススペース*.hogehoge.co.jp コスト=15 SIZE制限=2048
という設定の場合、 sample@mail.hogehoge.co.jp or sample@hogehoge.co.jp 宛てのメールは、
送信コネクタＢのみが選択されます。コスト値を含めた構成を考慮する場合、
送信コネクタＡ：アドレススペース* コスト=10 SIZE制限=3072
送信コネクタＢ：アドレススペース*.hogehoge.co.jp コスト=15 SIZE制限=2048 スマートホスト smtprelay1.hogehoge.co.jp
送信コネクタC：アドレススペース*.hogehoge.co.jp コスト=10 SIZE制限=2048 スマートホスト smtprelay2.hogehoge.co.jp
とかになっていたら、sample@mail.hogehoge.co.jp or sample@hogehoge.co.jp 宛てのメールは、
アドレススペースから 送信コネクタＢ，Ｃが該当し、そこからコスト値をみて Ｃが安いので優先され、
送信コネクタＣを使って送信、スマートホストに設定されている smtprelay2.hogehoge.co.jp に届くと思われます。
この理屈から、 全てのドメインのメール送信サイズ制限を設定するのであれば、
送信コネクタＡ：アドレススペース* コスト=10 SIZE制限=3072
送信コネクタＢ：アドレススペース* コスト=15 SIZE制限=2048
としたら、送信コネクタＡが採用されるようになると思います。
