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技術 弁、内燃機関用の排気分岐体、及び内燃機関を備えた車両

出願人 フォルシアエミッションズコントロールテクノロジーズ,ジャーマニーゲーエムベーハー
発明者 フランソワ・フェルナンバスチアン・ペリション
出願日 2020年5月27日 (1年0ヶ月経過) 出願番号 2020-092009
公開日 2020年12月17日 (6ヶ月経過) 公開番号 2020-200828
状態 未査定
技術分野 多方弁 排気消音装置
主要キーワード 開口角度β 中間配置 延長要素 比例範囲 シーリングリップ 制御挙動 分岐体 シーリング面
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図面 (14)

課題

弁の出口に異なる背圧が加えられたときにも、質量流量を確実に分配することを確保する弁を提供する。

解決手段

ハウジング(26)と、フラップ(30)とを備えた弁(24)である。前記ハウジングは、入口(32)と、第1の出口(34)と、第2の出口(36)とを有するチャンバ(28)を含む。フラップは、チャンバの内側に、回転軸(D)を軸として回転可能に取り付けられている。前記フラップは、入口が第1の出口に流体的に接続され、第2の出口が閉鎖された第1の配置と、入口が第2の出口に流体的に接続され、第1の出口が閉鎖された第2の配置と、入口が第1の出口及び第2の出口に流体的に接続された第3の配置との間で移動可能である。フラップは、フラップが第1の配置にあるときに、第2の出口に突出する突起部(46)を備えている。

概要

背景

内燃機関排気分岐体用の弁は、既知である。

厳しさを増すCO2排出規制適合し、燃費を改善する為、特に商用車両では、内燃機関の熱い排気ガス熱回収システムによるエネルギ回収の為に利用することが目標である。これらのシステムは、通常、熱交換器を備えている。前記熱交換器の内部では、発電の為に作動媒体気化する。作動媒体は、全負荷下において高温に敏感であるので、排気ガスを熱回収システムを避けて直接環境中に導く代替的な排気ガス路バイパスと呼ぶ)が必要である。更に、熱交換器によって引き起こされる背圧は、全負荷下において顕著に増加する。このことは、背圧を低減する為のバイパスが追加的に必要とされる理由である。

熱交換器を通じる排気ガス路とバイパスとの間で切り替えをする為に、排気ガス路を開閉する為のフラップを通常有する弁が必要である。内燃機関の排気ガスを排気分岐体の異なる排気ガス路に異なる比率で導き、車両の冷却回路クーラント最高温度を超えるのを防止する為に、弁の更なる要件は、フラップが安定した中間配置に調節されることにある。

ここで、よく知られた問題は、通常バイパスが環境中に直接開放している一方で、排気ガス路は、熱回収用の熱交換器を通じており、高い背圧を生成することにある。2つの排気ガス路間での背圧の不均衡は、排気ガスがバイパス内に吸引される原因であり、フラップ、及び、排気ガスの質量流量の制御を困難にする。

概要

弁の出口に異なる背圧が加えられたときにも、質量流量を確実に分配することを確保する弁を提供する。ハウジング(26)と、フラップ(30)とを備えた弁(24)である。前記ハウジングは、入口(32)と、第1の出口(34)と、第2の出口(36)とを有するチャンバ(28)を含む。フラップは、チャンバの内側に、回転軸(D)を軸として回転可能に取り付けられている。前記フラップは、入口が第1の出口に流体的に接続され、第2の出口が閉鎖された第1の配置と、入口が第2の出口に流体的に接続され、第1の出口が閉鎖された第2の配置と、入口が第1の出口及び第2の出口に流体的に接続された第3の配置との間で移動可能である。フラップは、フラップが第1の配置にあるときに、第2の出口に突出する突起部(46)を備えている。

目的

ここで、よく知られた問題は、通常バイパスが環境中に直接開放している一方で、排気ガス路は、熱回収用の熱交換器を通じており、高い背圧を生成することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ハウジング(26)と、フラップ(30)とを備えた弁(24)であって、前記ハウジング(26)は、入口(32)と、第1の出口(34)と、第2の出口(36)とを有するチャンバ(28)を含み、前記フラップ(30)は、前記チャンバ(28)の内側に、回転軸(D)を軸として回転可能に取り付けられ、前記入口(32)が前記第1の出口(34)に流体的に接続され、前記第2の出口(36)が閉鎖された第1の配置と、前記入口(32)が前記第2の出口(36)に流体的に接続され、前記第1の出口(34)が閉鎖された第2の配置と、前記入口(32)が前記第1の出口(34)及び前記第2の出口(36)に流体的に接続された第3の配置と、の間で移動可能であり、前記フラップ(30)は、前記回転軸(D)が通過する取付部と、前記第1の出口(34)及び前記第2の出口(36)を閉鎖するカバー部(40)とを有し、前記カバー部(40)は、第1の面(42)と、その反対側に配置された第2の面(44)とを有し、前記回転軸(D)は、前記チャンバ(28)を通じて、前記第1の出口(34)と前記第2の出口(36)との間に延び、前記カバー部(40)の側方に配置され、前記カバー部(40)の第2の面(44)は、前記第1の配置において、前記第2の出口(36)を覆い、前記カバー部(40)の第1の面(42)は、前記第2の配置において、前記第1の出口(34)を覆っており、前記フラップ(30)は、前記第2の面(44)上に、前記カバー部(40)から離れるように真っ直ぐ延びた突起部(46)を備え、前記突起部(46)は、前記フラップ(30)が前記第1の配置にあるときに、前記第2の出口(36)に突出する、弁(24)。

請求項2

前記突起部(46)は、前記フラップ(30)が前記第1の配置から移動し、前記カバー部(40)が前記第2の出口(36)を開放したときに、前記第2の出口(36)を部分的に塞ぐように構成されている、請求項1に記載の弁。

請求項3

前記カバー部(40)の第1の面(42)、及び/又は、前記突起部(46)を除く前記カバー部の第2の面が、平坦に構成されている、請求項1又は2に記載の弁。

請求項4

前記カバー部(40)は、前記回転軸(D)に平行に延びる仮想中心軸(56)を有し、前記中心軸(56)は、前記カバー部(40)を、前記中心軸(56)と前記回転軸(D)との間に配置された近位半分部(58)と、前記中心軸(56)から離れるように前記近位半分部(58)に対して反対方向に延びた遠位半分部(60)と、に分け、前記突起部(46)は、少なくとも部分的に前記遠位半分部(60)内に配置されている、請求項1〜3のいずれか1つに記載の弁。

請求項5

前記カバー部(40)は、前記回転軸(D)に平行に延びる仮想の中心軸(56)を有し、前記中心軸(56)は、前記カバー部(40)を、前記中心軸(56)と前記回転軸(D)との間に配置された近位半分部(58)と、前記中心軸(56)から離れるように前記近位半分部(58)に対して反対方向に延びた遠位半分部(60)と、に分け、前記突起部(46)は、弁が開放されたときに流れに対して向けられる細長い前側部(55)を有し、前記細長い前側部(55)は、前記カバー部(40)の第2の面から始まり、前記遠位半分部(60)内に延びており、前記回転軸(D)に平行な延長方向を有している、請求項1〜4のいずれか1つに記載の弁。

請求項6

前記突起部(46)は、少なくとも部分的に、前記第2の出口(36)の断面に対して相補的に構成されている、請求項1〜5のいずれか1つに記載の弁。

請求項7

前記第1の配置において、前記突起部(46)の外側部(54)は、前記ハウジング(26)の反対側で、少なくとも部分的に、前記第2の出口(36)の断面に対して相補的に構成されている、請求項6に記載の弁。

請求項8

前記突起部(46)のうち遠位半分部(60)上に配置された部分の少なくとも一部、好ましくは、前記突起部(46)のうち前記遠位半分部(60)上に配置された部分は、前記第2の出口(36)の断面に対して相補的に構成されている、請求項6又は7に記載の弁。

請求項9

前記突起部(46)は、Cの形状に構成されている、請求項1〜8のいずれか1つに記載の弁。

請求項10

前記突起部(46)は、前記Cが前記回転軸(D)に向かって開いているように構成されている、請求項9に記載の弁。

請求項11

前記突起部(46)の前記カバー部(40)に対する垂直な高さ(h)は、前記回転軸(D)から最大の距離にある前記突起部(46)のポイント(52)において、最大である、請求項1〜10のいずれか1つに記載の弁。

請求項12

前記突起部(46)の高さ(h)は、前記回転軸(D)からの距離の減少とともに、低くなる、請求項11に記載の弁。

請求項13

前記突起部(46)の高さ(h)は、前記回転軸(D)からの距離の減少とともに、連続的に低くなる、請求項12に記載の弁。

請求項14

前記突起部(46)は、前記回転軸(D)に平行な幅(b)に渡って延びており、前記幅(b)は、前記回転軸(D)に平行に計測される前記カバー部(40)の最大幅の少なくとも30%、特に、少なくとも50%に対応する、請求項1〜13のいずれか1つに記載の弁。

請求項15

熱交換器(20)と、バイパス(22)と、請求項1〜14のいずれか1つに記載の弁(24)とを備えた内燃機関(12)用の排気分岐体(14)であって、前記弁(24)は、排気ガスを、前記第1の出口(34)を介して前記熱交換器(20)に導くとともに、前記第2の出口(36)を介して前記熱交換器(20)を避ける前記バイパス(22)に導くように配置されている、内燃機関(12)用の排気分岐体(14)。

請求項16

前記弁(24)は、400℃の温度及び1200kg/hの質量流量を有する排気ガス流に対して、少なくとも13°のフラップストロークで、体積流量の60%〜100%を前記熱交換器(20)に導くように構成されている、請求項15に記載の排気分岐体。

請求項17

前記弁(24)は、400℃の温度及び1200kg/hの質量流量を有する排気ガス流に対して、少なくとも15°のフラップストロークで、体積流量の60%〜100%を前記熱交換器(20)に導くように構成されている、請求項15に記載の排気分岐体。

請求項18

前記弁(24)は、400℃の温度及び1200kg/hの質量流量を有する排気ガス流に対して、体積流量の70%〜80%が前記熱交換器(20)に導かれる範囲内で、前記熱交換器(20)に導かれる体積流量の割合がフラップストロークに比例して変化するように構成されている、請求項15〜17のいずれか1つに記載の排気分岐体。

請求項19

前記弁(24)は、400℃の温度及び1200kg/hの質量流量を有する排気ガス流に対して、体積流量の65%〜80%が前記熱交換器(20)に導かれる範囲内で、前記熱交換器(20)に導かれる体積流量の割合がフラップストロークに比例して変化するように構成されている、請求項18に記載の排気分岐体。

請求項20

内燃機関(12)と、請求項15〜19のいずれか1つに記載の排気分岐体(14)と、を備えた車両(10)。

技術分野

0001

本発明は、ハウジングフラップとを備えた弁に関する。更に、本発明は、熱交換器と、バイパスと、前記弁とを備えた内燃機関用排気分岐体、及び、内燃機関と、前記排気分岐体とを備えた車両に関する。

背景技術

0002

内燃機関の排気分岐体用の弁は、既知である。

0003

厳しさを増すCO2排出規制適合し、燃費を改善する為、特に商用車両では、内燃機関の熱い排気ガス熱回収システムによるエネルギ回収の為に利用することが目標である。これらのシステムは、通常、熱交換器を備えている。前記熱交換器の内部では、発電の為に作動媒体気化する。作動媒体は、全負荷下において高温に敏感であるので、排気ガスを熱回収システムを避けて直接環境中に導く代替的な排気ガス路(バイパスと呼ぶ)が必要である。更に、熱交換器によって引き起こされる背圧は、全負荷下において顕著に増加する。このことは、背圧を低減する為のバイパスが追加的に必要とされる理由である。

0004

熱交換器を通じる排気ガス路とバイパスとの間で切り替えをする為に、排気ガス路を開閉する為のフラップを通常有する弁が必要である。内燃機関の排気ガスを排気分岐体の異なる排気ガス路に異なる比率で導き、車両の冷却回路クーラント最高温度を超えるのを防止する為に、弁の更なる要件は、フラップが安定した中間配置に調節されることにある。

0005

ここで、よく知られた問題は、通常バイパスが環境中に直接開放している一方で、排気ガス路は、熱回収用の熱交換器を通じており、高い背圧を生成することにある。2つの排気ガス路間での背圧の不均衡は、排気ガスがバイパス内に吸引される原因であり、フラップ、及び、排気ガスの質量流量の制御を困難にする。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の目的は、弁の出口に異なる背圧が加えられたときにも、質量流量を確実に分配することを確保する弁を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本目的を達成する為に、ハウジングとフラップとを備えた弁が提供される。ハウジングは、入口と、熱交換器に至る第1の出口と、バイパスに至る第2の出口とを有するチャンバを含む。フラップは、チャンバの内側に、回転軸を軸として回転可能に取り付けられ、入口が第1の出口に流体的に接続され、第2の出口が閉鎖された第1の配置と、入口が第2の出口に流体的に接続され、第1の出口が閉鎖された第2の配置と、入口が第1の出口及び第2の出口に流体的に接続され、安定した配置を有する第3の配置と、の間で調節可能である。フラップは、回転軸が通過する取付部と、第1の出口及び第2の出口を閉鎖するカバー部とを有している。当該カバー部は、第1の面と、その反対側に配置された第2の面とを有している。回転軸は、チャンバを通じて、第1の出口と第2の出口との間に延び、カバー部の側方に配置されている。カバー部の第2の面は、第1の配置において、第2の出口を覆い、カバー部の第1の面は、第2の配置において、第1の出口を覆うように設けられている。更に、フラップは、第2の面上に、カバー部から離れるように真っ直ぐに、すなわち、直接カバー部から延びた突起部を更に備え、当該突起部は、フラップが第1の配置にあるときに、第2の出口に突出する。

0008

この弁の設計により、突起部は、フラップが第1の配置から移動し、カバー部が第2の出口を開放したときに、第2の出口を部分的に塞ぐ。このようにして、第2の出口が開放されたときに、突起部は、第2の出口を通じる排気ガスが流れることのできる断面積を減少させる。換言すると、突起部の機能は、カバー部を持ち上げ、バイパスへの第2の出口を直ちに開放して、流れが第2の出口の全断面を利用できるようにする代わりに、フラップの開口角度の増加に応じて、排気ガスがバイパスに流入するのに利用可能な第2の出口の断面積を増加させることにある。フラップの全配置、少なくともフラップが部分的に開いた配置において、突起部のないフラップでは、第2の出口のうち流れが通過可能な断面積は、一定である。前記突起部のないフラップとは対照的に、突起部を備えたフラップでは、第2の出口のうち突起部が延びる断面積の割合がフラップの開口角度と共に変化するので、第2の出口のうち流れが通過可能な断面積は、フラップが開放するとともに変化する。

0009

第2の出口の断面積は、特に第2の出口によって形成される開口部の断面積に対応しており、フラップが第1の配置から第2の出口が開放された配置に移動したときに、フラップと第2の出口との間に形成される開口部の面積には対応しない。換言すると、第2の出口の断面積は、弁の座部の断面積、すなわち、開口部の環状の接触部又はシーリング面によって囲まれた面積によって決定される。第2の出口が閉鎖された状態では、フラップは、環状の接触部又はシーリング面上に寄りかかっている。これまで、流れは、フラップが環状の接触部又はシーリング面から持ち上げられた直後から、第2の出口の全断面を利用可能であった。しかしながら、本発明では、突起部は、この断面に突出し、開口部の環状の接触部又はシーリング面によって囲まれた面積を意義深くも(significantly)減少させている。

0010

したがって、本発明の核心は、フラップが第1の位置から移動し、第2の出口を開放したときに、第2の出口にある突起部によって、第1の出口よりも低いバイパスの背圧を増加させることにある。このことは、第1の出口と第2の出口との間の圧力差を減少させ、フラップの正確な制御を損なう第2の出口での吸引効果を低減する。

0011

このように、吸引効果は、突起部によって低減されることができる。前記突起部は、弁の制御性を向上し、体積流量を確実且つ正確な方式で2つの出口に分配できるようにする。

0012

カバー部は、フラップが第1の位置から移動し、カバー部が第2の出口を開放したときに、第2の出口を部分的に塞ぐように構成されることができ、吸引効果を効果的に低減する。

0013

ここで、弁は、入口と、第1の出口と、第2の出口とによって形成された、及び/又は、それに応じて弁に流体的に接続された少なくとも3つのポート又は通路を有する弁である。

0014

一実施形態では、弁は、三方弁、特にT字形状の三方弁である。

0015

T字形状の三方弁の場合、出口の1つは、入口の反対側に、具体的には180°の角度で配置され得、他方の出口は、横に、具体的には90°の角度で配置され得る。

0016

ここで、ハウジング又はハウジングに隣接する導管部は、T字形状の導管を形成する。

0017

更なる実施形態では、三方弁の入口と出口の1つとの間、及び、2つの出口の間の角度は、それぞれ60°〜120°の間であり得る。すなわち、三方弁は、直角の分岐を有する形状に限定されず、例えば、Y字形状を有することもできる。

0018

弁は、特に、内燃機関の排気分岐体を対象としており、それに応じて耐熱であるように構成されている。

0019

カバー部の第1の面が平坦に構成される場合には、有利である。特に、カバー部の第2の面が第2の出口を覆い、カバー部の第1の面が弁を通じる流れに特に完全に曝されるフラップの第1の配置では、突起部及び/又は隆起部がカバー部の第1の面から突出しないため、フラップによって生じる流動抵抗が最小化される。代替又は追加として、カバー部の第2の面(ここでは、突起部を除く)は、平坦に構成されてもよい。このことは、カバー部の製造を単純化し、また、流動抵抗が突起部のみによって意図的に生成されることを確保する。

0020

一実施形態では、カバー部は、回転軸に平行に延びる仮想中心軸を有し、前記中心軸は、カバー部を、中心軸と回転軸との間に配置された近位半分部と、中心軸から離れるように近位半分部に対して反対の方向に延びた遠位半分部と、に分けている。ここで、突起部は、少なくとも部分的に遠位半分部内に配置されており、フラップが第1の位置にあるときに、第2の出口の断面のうち、断面の他の部分と比較して回転軸からより遠くに離れた部分に延びている。この設計により、フラップが第1の配置に対して小さい開口角度にあるとき、第2の出口の断面のうち回転軸により近い部分を通じる流れよりも、第2の出口の断面のうち回転軸からより遠くに離れた部分を通じる流れが強い為、突起部は、フラップの制御挙動及び質量流量の調節に対して特に良い作用を有する。

0021

吸引効果を低減可能な更なる変形例は、カバー部が回転軸に平行に延びる仮想の中心軸を有し、前記中心軸が前記カバー部を、中心軸と回転軸Dとの間に配置された近位半分部と、中心軸から離れるように近位半分部に対して反対の方向に延びた遠位半分部と、に分けることにある。突起部は、弁が開放されたときに流れに対して向けられ、カバー部の第2の面上から始まる細長い前側部(すなわち、表面部)を有している。当該細長い前側部は、回転軸Dに平行な延長方向を有している。すなわち、細長い前側部は、回転軸に平行な延長部分を有するか、又は、回転軸に完全に平行に走っている。したがって、細長い前側部は、回転軸に対して垂直に延び、開放プロセスの初期に流れに対して任意の抵抗を生じない面には延びていない。

0022

更なる実施形態では、突起部、特に、突起部の外側部は、第1の配置において、ハウジングに対して反対側にあり、少なくとも部分的に、第2の出口の断面に対して相補的であるように構成されている。この構成は、フラップが第1の配置に対して小さい開口角度にあるときに、流れの進路が特に有利になるという利点を有し、弁を通じる質量流量は、特に正確に制御されることができる。

0023

突起部のうち遠位半分部上に配置された部分は、少なくとも部分的に、第2の出口の断面に対して相補的に構成されることが好ましい。したがって、突起部は、第2の出口を効果的に覆うことができる。

0024

突起部は、‘C’の形状を有するように構成され得る。突起部のこの構成は、特に、円の、又は、円状の断面を有する第2の出口と共に、特に有利な流れの進路を導く。

0025

更に、突起部は、‘C’が回転軸に向かって開き、‘C’の弧部が回転軸から離れて延びるように構成され得る。

0026

突起部のカバー部に対する垂直な高さは、回転軸から最大の距離にある突起部のポイントにおいて、最大であるように設けられてもよい。このことによって、第2の出口を通じる排気ガスの流動挙動に対する突起部の効果は、特に有利になる。

0027

突起部の高さは、回転軸からの距離の減少とともに、低く、特に着実に低くされ得る。その結果として、突起部の効果は、フラップの第1の配置に対する開口角度が増加するとともに、小さくなる。

0028

更なる実施形態では、突起部は、回転軸に平行な幅に渡って延びており、前記幅は、カバー部の回転軸に平行に計測されたカバー部の最大幅の少なくとも30%、特に、少なくとも50%に対応する。このようにして、突起部は、第2の出口を効果的に塞ぎ、特に有利な流動挙動に役立つ。

0029

本発明によれば、上述の目的を達成する為に、熱交換器と、バイパスと、本発明に係る弁とを備えた内燃機関用の排気分岐体も提供される。弁は、排気ガスを、第1の出口を介して熱交換器に導くとともに、第2の出口を介して熱交換器を避けるバイパスに導く(すなわち、熱交換器を通じない)ように配置されている。このようにして、第1の出口及び第2の出口に異なる背圧が存在する場合にも、排気ガスの質量流量は、熱交換器を有する排気ガス路とバイパスとの間で確実に分配されることができる。

0030

一実施形態によれば、弁は、400℃の温度及び1200kg/hの質量流量を有する排気ガス流に対して、少なくとも13°の、好ましくは少なくとも15°のフラップストロークで、体積流量の60%〜100%を熱交換器に導くように構成されている。このことは、排気ガスの体積流量の大部分が熱交換器に導かれる弁の動作範囲に対して、少なくとも13°の、好ましくは少なくとも15°の弁の角度の範囲が提供されることを意味する。したがって、この動作範囲内では、フラップストローク内の(すなわち、フラップの角度位置の)1°の変化が、平均して、3.1%よりも少ない、特に2.7%よりも少ない体積流量の変化を導くので、体積流量又は質量流量は、特に細かく且つ正確に調節されることができる。

0031

更なる実施形態によれば、弁は、400℃の温度及び1200kg/hの質量流量を有する排気ガス流に対して、体積流量の70%〜80%、特に65〜80%が熱交換器に導かれる範囲内で、熱交換器に導かれる体積流量の割合がフラップストロークに比例して変化するように構成されている。比例的な制御動作は、体積流量又は質量流量が、前記開口範囲内で、熱交換器を有する排気ガス路とバイパスとの間で、特に正確に且つ確実に分配され得るという利点を有する。

0032

本発明によれば、上述の目的を達成する為に、内燃機関と、上述の利点を有する本発明に係る排気分岐体とを備えた車両も提供される。

図面の簡単な説明

0033

更なる利点及び特徴は、以下の記述及び添付の図面によって明らかになるであろう。

0034

図1は、本発明に係る弁を有する排気分岐体を備えた車両の模式図である。
図2は、第1の出口と、第2の出口と、第1、第2、及び第3の配置にあるフラップとを備えた図1の弁の模式図である。
図3は、最初の変形例に係る図2のフラップの斜視図である。
図4は、図3のフラップの上面図である。
図5は、図3のフラップの前面図である。
図6は、図2のフラップの更なる変形例の上面図である。
図7は、図2のフラップの更なる変形例の上面図である。
図8は、図2のフラップの更なる変形例の上面図である。
図9は、図2のフラップの更なる変形例の上面図である。
図10は、図9のフラップの前面図である。
図11は、図2のフラップの更なる変形例の上面図である。
図12は、図11のフラップの前面図である。
図13は、フラップの角度に対して、第1の出口に導かれる体積流量の割合を示す図表である。

実施例

0035

図1は、車両10を駆動することが意図された内燃機関12と、内燃機関12に接続された排気分岐体14とを備えた車両10を示す。内燃機関12の排気ガスは、排気分岐体14を介して車両10の排気口16に向けられる。

0036

車両10は、トラックである。

0037

代替の実施形態では、車両10は、任意の車両、特に任意の商用車両であり得る。

0038

排気分岐体14は、熱交換器20を含む排気ガス路18と、バイパス22と、弁24とを備えている。

0039

熱交換器20は、排気ガスの熱エネルギの一部を電気エネルギに変換して車両10で利用可能にする熱回収システムの一部である。

0040

弁24は、三方弁である。第1の配置において、弁24は、内燃機関12の排気ガスを排気ガス路18及び熱交換器20に向けるように構成されている(後に説明される)。第2の配置において、弁24は、内燃機関12の排気ガスを熱交換器20を避けてバイパス22に向けるように構成されている。第3の配置において、弁24は、内燃機関12の排気ガスを排気ガス路18とバイパス22の両方に比例的に向けるように構成されている。

0041

代替の実施形態では、弁24は、ポートを3つ以上有することができ、例えば、四方弁又は五方弁であり得る。

0042

排気ガス路18及びバイパス22は、それぞれ排気口16に流体的に接続されている。排気口16を通じて、排気ガスは、環境中に放出される。

0043

原則として、弁24は、車両10において、弁としての任意の目的で、任意の場所に配置され得る。例えば、弁24は、SCR(Selective catalytic reduction(選択触媒還元))モノリス又は車両10の排気分岐体14における他の構成部材を避ける為に提供され得る。

0044

弁24(図2参照)は、ハウジング26と、チャンバ28と、フラップ30と、入口32と、第1の出口34と、第2の出口36とを備えている。

0045

チャンバ28は、ハウジング26によって包囲されている。チャンバ28は、入口32を介して内燃機関12に、第1の出口34を介して排気ガス路18に、及び、第2の出口36を介してバイパス22に、流体的に接続されている。

0046

入口32、第1の出口34、及び第2の出口36は、それぞれハウジング26に、円状の断面を有する通路63,64を形成している。

0047

代替の実施形態では、入口32、第1の出口34、及び第2の出口36は、任意の断面を有することができる。

0048

入口32、第1の出口34、及び第2の出口36は、それぞれ、弁24がT字形状を有するように、直方体状のチャンバ28の異なるサイドに配置されている。入口32は、第1の出口34と反対のサイドに配置されている一方で、第2の出口36は、入口32と第1の出口34の両方に隣接するサイドに配置されている。

0049

代替の実施形態では、チャンバ28は、任意の形状を有することができる。追加又は代替として、入口32、第1の出口34、及び第2の出口36は、チャンバ28の任意のサイドに設けられてよい。しかしながら、第1の出口34及び第2の出口36は、フラップ30が第1の出口34と第2の出口36の両方を閉鎖できるように(以下に記述される)、チャンバ28の互いに隣接するサイドに配置されることが好ましい。

0050

フラップ30は、チャンバ28の内側に配置され、回転軸Dを軸としてピボットするのに適するようにハウジング26に取り付けられる。

0051

回転軸Dは、第1の出口34及び第2の出口36の近隣に配置され、チャンバ28を通じて、第1の出口34と第2の出口36との間に延びている。

0052

フラップ30は、回転軸Dが通過する取付部38(図3を参照)と、取付部38に隣接し、取付部38から離れるように延びたカバー部40とを有している。

0053

カバー部40は、円形状に構成され、第1の面42と、第1の面42の反対側にある第2の面44とを有している。

0054

基本的に、カバー部40は、任意の形状を有することができる。しかしながら、前記形状は、出口34,36を効果的に覆うことを確保する為に、出口34,36の断面に対応する形状であることが好ましい。

0055

カバー部40の第1の面42は、平坦に構成されている。

0056

フラップ30は、第2の面44上に、カバー部40に固定された突起部46を備えている。突起部46は、第2の面44に対して垂直に、第2の面44から離れるように真っ直ぐ延びている。

0057

カバー部40の第2の面44は、突起部46を除いて平坦に構成されている。

0058

突起部46は、内半径rと、厚さeと、回転軸Dに対して垂直な長さaと、回転軸Dに平行な幅bとを有し、円環形の一部の形状である基部(図4を参照)を備えている。

0059

したがって、突起部46は、‘C’の形状になるように構成されている。‘C’の端部48は、回転軸Dに向いており、‘C’の弧50は、端部48及び回転軸Dから離れるように延びている。したがって、‘C’の形状の突起部46は、回転軸Dに向かって開いている。

0060

突起部46は、カバー部40のX方向の幅の80%に渡って、X方向に延びている。このことは、突起部46の回転軸Dに平行な幅bが、回転軸Dに平行に計測されたカバー部40の最大幅のうち80%に対応することを意味する。更に一般的には、吸引効果を効果的に防止又は低減する為に、突起部は、カバー部40の回転軸Dに平行な最大幅の少なくとも30%、特に、少なくとも50%に対応し、且つ、回転軸Dに平行な幅bに渡って延びるべきである。このことは、示された実施形態の全てに適用される。

0061

回転軸Dから最も遠くに離れたポイント52において、突起部46は、高さh1(図5参照)を有し、高さh1は、突起部46の最大の高さも形成している。

0062

各端部48において、突起部46は、高さh1よりも低い高さh2を有している。

0063

突起部46の高さは、ポイント52から端部48まで着実に且つ連続的に低くなる。

0064

突起部46の外側部54は、フラップ30が第1の配置にあるときに、ハウジング26の反対側で第2の出口36に配置され(後に説明される)、第2の出口36の断面に対して相補的に構成されている。このことは、外側部54が、ハウジング26の第2の出口36付近に形成された通路64の壁62に対して相補的に構成されることを意味する。

0065

突起部46は、フラップ30の調節を妨げないように、具体的には、フラップ30が任意の配置にあるときにも、突起部46がハウジング26に接触しない寸法にされている。

0066

カバー部40は、回転軸Dに平行な仮想の中心軸56によって、近位半分部58と、遠位半分部60とに分けられている。近位半分部58は、遠位半分部60と比較して、回転軸Dにより近く配置され、回転軸Dと中心軸56との間に延びている。遠位半分部60は、近位半分部58と比較して、回転軸Dからより遠くに離れて配置され、中心軸56及び回転軸Dから離れるように延びている。

0067

図3図5に示すフラップ30の実施形態では、突起部46の80%が遠位半分部60に配置される。

0068

原則として、突起部46は、任意の割合で遠位半分部60に配置され得る。しかしながら、突起部46の少なくとも一部、具体的には少なくとも50%は、遠位半分部60に配置されることが好ましい。

0069

フラップ30は、射出成形された部材で、具体的にはプラスチックから製造され得、一体に構成されることが好ましい。

0070

代替の実施形態では、フラップ30は、任意の構成であり得る。代替の実施形態では、突起部46は、特に任意の構成であり得る。

0071

代替の実施形態では、例えば、突起部46は、穿孔され、及び/又は、具体的には、第2の面44に平行で突起部46を通じて延びる貫通穴を有することができる。

0072

代替として構成された突起部46を有するフラップ30の変形例は、図6図12を参照して説明される。上記の実施形態から既知の構成部材には、同じ符号が使用され、前述の説明が参照される。

0073

図6に示すフラップ30の変形例では、突起部46は、回転軸Dに平行に延び、幅bと厚さeとを有する線状の構造体として構成されている。

0074

図7に示すフラップ30の変形例では、突起部46は、長さaと幅bと厚さeとを有する‘L’の形状の基部を備えている。‘L’の足部は、回転軸Dに対して垂直又は平行に配置されている。

0075

図8に示すフラップ30の変形例では、突起部46は、閉鎖された円環形の形状の基部を備えている。当該円環形は、内半径rを有し、その中心は、中心軸56上に配置されている。突起部46は、カバー部40と同心であるように構成されている。

0076

図6図8に示すフラップ30の変形例において、各突起部46は、高さ、具体的には、カバー部40の第2の面44に対して垂直な一定の高さを有している。

0077

加えて、図6図8に示すフラップ30の各変形例では、突起部46は、カバー部40の幅の半分に渡ってX方向に延びている。

0078

図9及び図10に示すフラップ30の変形例では、突起部46は、外半径Rと高さhとを有し、中心軸56上にカバー部40と同心に配置された円筒として構成される。

0079

図11及び図12に示すフラップ30の変形例では、突起部46は、半径Rを有し、中心軸56上にカバー部40と同心に配置された半球体の形状に構成される。

0080

図9図12に示すフラップ30の変形例において、突起部46の外半径R又は半径Rは、カバー部40のX方向の幅の3分の1である。

0081

図2を再び参照し、フラップ30及び弁24の機能を以下に説明する。

0082

フラップ30は、第1の配置(図2では破線で示す)と、第2の配置(図2では実線で示す)との間で、回転軸Dを軸としてピボットするのに適する。加えて、フラップ30は、フラップ30の第1の配置と第2の配置との間の中間配置である第3の配置(図2では点線で示す)を有する。

0083

フラップ30の第2の配置に対する角度位置を表す角度αは、第1の配置では90°であり、第2の配置では0°である一方で、第3の配置は、0°と90°との間の角度αを有する。

0084

代替の実施形態、具体的には、出口34,36を有するチャンバ28のサイドが互いに直交しない実施形態では、角度αは、相応の異なる値を有してもよい。例えば、出口34,36を有するチャンバ28のサイドが120°の角度を形成する実施形態では、角度αは、第1の配置では120°であり、第2の配置では0°であり、第3の配置では0°と120°との間である。

0085

第1の配置において、フラップ30は、第2の出口36を完全に閉鎖している。カバー部40は、ハウジング26の第2の出口36を囲む部分上に、第2の面44によって寄りかかっており、第2の面44の少なくとも一部によって、第2の出口36を覆っている。

0086

フラップ30が第1の配置にあるとき、突起部46は、カバー部40上に、チャンバ28の反対側に配置され、第2の出口36に延びている。

0087

ここで、突起部46の外側部54は、ハウジング26の第2の出口36を通じて形成された通路64の一部である壁62に対向している。

0088

第1の配置において、入口32は、第2の出口36ではなく、第1の出口34に流体的に接続されている。

0089

第2の配置において、フラップ30は、第1の出口34を完全に閉鎖している。カバー部40は、ハウジング26の第1の出口34を囲む部分上に、第1の面42によって寄りかかっており、第1の面42の少なくとも一部によって、第1の出口34を覆っている。

0090

フラップ30が第2の配置にあるとき、突起部46は、カバー部40上に、第1の出口34の反対側に配置され、チャンバ28に延びている。

0091

第2の配置において、入口32は、第1の出口34ではなく、第2の出口36に流体的に接続されている。

0092

フラップ30によって出口34,36が確実にシーリングされることを確保する為に、第1の出口34と第2の出口36の両方には、それぞれ、シーリングリップ等のシーリング部材が設けられてもよい。

0093

第3の配置において、フラップ30が第1の出口34及び第2の出口36を完全には閉鎖していない為、入口32は、第1の出口34と第2の出口36の両方に流体的に接続されている。

0094

弁24が第1の配置にあるとき、弁24は、内燃機関12の排気ガス(図2では矢印によって示す)を排気ガス路18に向けており、フラップ30は、第1の配置にある。

0095

弁24が第2の配置にあるとき、弁24は、内燃機関12の排気ガスをバイパス22に向けており、フラップ30は、第2の配置にある。

0096

弁24が第3の配置にあるとき、弁24は、排気ガスを排気ガス路18とバイパス22の両方に比例的に向けており、フラップ30は、第3の配置にある。

0097

信号を送信する為に、弁24は、車両10の制御ユニットに接続されており、アクチュエータを介して制御されることができる。

0098

図2図9に係る実施形態において、外側部54のうち、流入するガスに対する障壁を形成している部分は、細長く、弁が開放されたときに流れに対して向けられており、カバー部40の第2の面44から始まり、遠位半分部に延びる前側部55である。前側部55は、回転軸Dに平行に延びる延長要素を有している。図6及び図7に係る実施形態では、前側部55は、回転軸Dに完全に平行である。図3図4、及び図8に係る実施形態では、前側部55は、カバー部40の第2の面44に対する直交視において、半円状である。前側部55の細長い形状は、突起部54の高さ(面44に対して垂直に測定される)が前記高さに直交する延長部分よりも小さいことによって得られている。

0099

内燃機関12の弁24を通じる排気ガスの流動挙動に対する突起部46の効果は、図13に記載の図表を参照しながら、以下に説明される。図13は、例として、400℃の温度及び1200kg/hの質量流量を有する排気ガス流の流動挙動を示している。

0100

横軸には、フラップ30の角度αが度を単位としてプロットされている。縦軸には、第1の出口34を流れる体積流量の割合がプロットされている。

0101

本図表は、異なるフラップ30による流動挙動を示す4つの曲線70,72,74,76を含んでいる。第1の曲線70は、突起部46のないフラップ30、すなわち、カバー部40の第1の面42と第2の面44の両方が平坦に構成されたフラップ30の場合の流動挙動を示している。カバー部40の第2の面44は、突起部46が第2の面44上から始まる場合にも、突起部46自体を含まないものとして定義される。

0102

各曲線72,74,76は、図3図5に示した実施形態に係る突起部46を備えたフラップ30の場合の流動挙動を示している。第2の曲線72、第3の曲線74、及び第4の曲線76は、それぞれ、高さh1が10mm、15mm、及び20mmの突起部46を備えたフラップ30の場合の流動挙動を示している。

0103

角度αが90°である場合、フラップ30は、第1の配置にあり、第2の出口36は、完全に閉鎖されている。この弁24の配置では、全ての排気ガスが第1の出口34、排気ガス路18、及び熱交換器20を流れる。

0104

角度αが減少し、フラップ30が第1の配置から移動するとすぐに、チャンバ28と第2の出口36との間の接続が確立され、その結果、体積流量の一部は、第2の出口36及びバイパス22を流れる。

0105

角度αが減少するにつれて、すなわち、フラップ30と第2の出口36との間の開口角度β図2を参照)が増加するにつれて、第2の出口36を通過する体積流量の割合は、増加し、それに応じて、第1の出口34を通過する体積流量の割合は、減少する。

0106

排気ガス路18内に広がる背圧は、熱交換器20が原因で、バイパス22内と比較して高いので、第2の出口36では吸引効果が生じる。その為、開口角度βが小さいときには、不相応に大きな割合の体積流量が、第2の出口36を通じてバイパス22に流れる。

0107

この意味で、小さな開口角度βは、最大で20°、好ましくは15°、特に10°である。

0108

第1の曲線70に見られるように、前記吸引効果は、突起部46のないフラップ30の場合に、特に顕著な非線形の流動挙動をもたらす。

0109

第2の出口36が開放されているとき、小さな開口角度βでは、突起部46が第2の出口36に突出しており、第2の出口36の断面を部分的に塞いでいるので、流れは、直ちに第2の出口36の全断面を通過することができない。このようにして、突起部46を備えたフラップ30は、突起部46のないフラップ30と比較して、第2の出口36、又は、バイパス22内における背圧を増加させ、吸引効果を低減する。

0110

第4の曲線76に見られるように、フラップ30が高さh1が20mmの突起部46を備える場合、突起部46は、体積流量の60%〜100%が第1の出口34を通過する範囲を、角度αが75°よりも小さい角度と90°との間にあるフラップ30の配置に拡大する効果を有する。このことは、体積流量の60%〜100%が第1の出口34に向けられる範囲が、15°よりも大きなフラップストロークと対応できることを意味する。

0111

代替の実施形態では、体積流量の60%〜100%が第1の出口34に向けられるフラップストロークは、任意のサイズであり得、例えば、第3の曲線74の場合のように少なくとも13°であり得る。

0112

20mmの高さh1を有する突起部46が流れの進路に対して有する更なる効果は、体積流量の62%〜85%が第1の出口34に向けられる範囲内で、第1の出口34に向けられる体積流量の割合がフラップストロークに比例して変化することである。

0113

代替の実施形態では、第1の出口34に導かれる体積流量の割合がフラップストロークに比例して変化する範囲は、任意のサイズであり得、第2の曲線72及び第3の曲線74の場合のように、体積流量の70%〜80%、特に65%〜85%が第1の出口34に導かれる範囲を含むことが好ましい。

0114

弁24は、本実施例の排気流に限定されず、すなわち、任意の温度及び質量流量の排気ガス流に対して設けられ、突起部46の効果は、排気ガス流に応じて変化し得る。

0115

更に、弁24は、排気分岐体14での使用に限定されず、基本的に任意の供給源からの任意の流体の流れを制御するのに利用されることができる。

0116

代替の実施形態では、更に、弁24は、流体をバイパス22を介して導く為に設けられることができる。バイパス22は、第2の出口36よりも高い背圧を第1の出口34に生じる任意の構成部材を避けて通っている。このことは、具体的には、弁24が、排気ガス路18に熱交換器20の存在しない排気分岐体14に設けられ得ることを意味する。

0117

このようにして、第1の出口34及び第2の出口36に異なる背圧が加えられたときに、吸引効果を低減して、制御性を改善する弁24が提供される。

0118

体積流量の60%〜100%が第1の出口34に導かれる範囲を、大きな、特に13°よりも大きなフラップストロークに拡大することによって、小さい開口角度βであっても、質量流量を2つの出口34,36に精密に調節可能な方式で分配することができる。

0119

加えて、小さな開口角度βにおける大きな比例範囲は、質量流量を2つの出口34,36に確実に分配することを確保する。

0120

このことによって、排気分岐体14の熱交換器20に導かれる排気ガスの割合を確実に調節できる為、熱交換器20の過熱を確実に防止でき、熱回収システムの効率を向上させることができる。

0121

上述の構成、特に、弁24及びフラップ30の寸法から、更なる利点が生じる。

0122

本発明は、示された実施形態に限定されない。特に、一実施形態の個々の特徴は、対応する実施形態の他の特徴とは独立して、他の実施形態の特徴と任意に組み合わされることができる。

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