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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-138024 , eingereicht am 14. November 2013, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme hierin mitaufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten (z.B. eingebetteten) Ventilaktuator, indem ein Ventilaktuator in einer Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung eingesetzt wird, und insbesondere eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator, die aufweist einen Ventilaktuator, welcher in einen Wärmetauscher (bzw. Wärmeübertrager) eingesetzt ist, um durch den Wärmetauscher vertikal durchzugehen, und ein darin abgedichtetes Dichtmittel (z.B. Wachs) aufweist, und ein Verbindungsteil, welches den Ventilaktuator und einen Drehschaft (z.B. eine Drehachse) eines Bypassventils verbindet, um zu ermöglichen, dass das Bypassventil den Bypassweg zusammen mit einer Auf-und-Abbewegung einer Stange des Ventilaktuators öffnet oder schließt.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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Im Allgemeinen führt ein Fahrzeug (z.B. ein Kraftfahrzeug) in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeugs in einer frühen Startphase (z.B. einer Kaltstartphase) einen Aufwärmschritt und einen Heizschritt, beim Fahren des Fahrzeugs einen Thermoelektrizität-Erzeugungsschritt (z.B. zum Bestromen eines Heizwiderstandes) und beim Fahren des Fahrzeugs auf einer geneigten (z.B. ansteigenden) Straße oder beim Fahren des Fahrzeugs mit einer hohen Geschwindigkeit (z.B. bei Volllast) einen Bypass-Schritt durch.
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Eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung des Fahrzeugs ist eine Vorrichtung, die Abgaswärme zurückgewinnt, welche nach einer motorischen Verbrennung (z.B. Motor-Verbrennung) abgelassen wurde, um die zurückgewonnene Abgaswärme für ein Aufwärmen des Verbrennungsmotors und ein Aufwärmen eines Getriebes zu verwenden, oder die zurückgewonnene Wärmeenergie zu einer Klimaanlagenvorrichtung überträgt, um die übertragene Wärmeenergie zum Beheizen des Innenraumes des Fahrzeugs zu verwenden.
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Wenn die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung des Fahrzeugs verwendet wird, kann ein Kühlmittel mittels eines Hochtemperatur-Abgases in einer frühen Startphase erwärmt werden. Somit wird eine Vorheizzeit des Verbrennungsmotors verringert, sodass es möglich ist, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und Abgase zu verringern.
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Die größte Menge an Schadstoffen wird zum Zeitpunkt des Leerlaufs aus dem Fahrzeug ausgelassen, bevor der Verbrennungsmotor aufgewärmt ist, und es ist möglich, die aus dem Fahrzeug ausgelassenen Schadstoffe zu verringern, indem die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung verwendet wird, um die Aufwärmzeit zu verringern.
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Es ist auch möglich, die Reibung innerhalb des Verbrennungsmotors und die Reibung innerhalb des Getriebes zu verringern, indem die Temperaturen eines Motor-Kühlmittels und eines Getriebeöls durch Verwendung des durch die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung erwärmten Kühlmittels schnell erhöht werden. Außerdem ist es möglich, den Innenraum des Fahrzeugs in der Winterzeit schnell zu erwärmen.
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Wie in 1 veranschaulicht, hat eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß der bezogenen Technik im Wesentlichen eine Struktur, bei der ein separater Ventilaktuator 4 außerhalb eines von einem Bypassventil 1 geöffneten und geschlossenen Bypass-Weges 2 und eines Wärmetauschers 3 vorgesehen ist, um das Bypassventil 1 zu drehen.
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Allerdings kann in der Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß der bezogenen Technik, bei der der Ventilaktuator außerhalb des Wärmetauschers angeordnet ist, eine Struktur davon kompliziert sein und ein Raum, den die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung einnimmt, kann vergrößert werden, um relativ (dazu) einen Raum, in dem andere Komponenten angeordnet werden, zu verringern.
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Selbst wenn der Ventilaktuator in den Wärmetauscher eingesetzt wird, um das obenerwähnte Problem zu lösen, kann eine Struktur, bei der das Bypassventil von dem Ventilaktuator gedreht wird, kompliziert sein, Herstellungskosten und ein Gewicht können erhöht werden und ein Herstellungsprozess kann kompliziert sein.
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Wenn der Ventilaktuator in den Wärmetauscher eingesetzt ist, kann der Ventilaktuator durch den mittels eines Hochtemperatur-Abgases erwärmten (bzw. erhitzten) Wärmetauscher thermisch beschädigt werden, sodass die Betriebszuverlässigkeit des Ventilaktuators verschlechtert werden kann.
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Die Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
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Erläuterung der Erfindung
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Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten (z.B. eingebetteten) Ventilaktuator bereitzustellen, mit der es möglich ist, die Herstellungskosten und ein Gewicht zu verringern, indem die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung miniaturisiert wird, und (mit der) es möglich ist, die Betriebszuverlässigkeit des Ventilaktuators durch Einbeziehung einer Wärmeschutzstruktur (z.B. eine Hitzeschutzstruktur) um den Ventilaktuator herum zu verbessern.
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Gemäß zahlreicher Aspekte der vorliegenden Erfindung kann eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator aufweisen: ein Bypassventil, das drehbar in einem Bypass-Weg, durch welchen ein Hochtemperatur-Abgas passiert, vorgesehen ist, um den Bypass-Weg zu öffnen oder zu schließen, einen Wärmetauscher, der mit einer Seite des Bypass-Weges verbunden ist und mit dem Bypass-Weg in Verbindung (z.B. in Fluidverbindung) steht, um zu ermöglichen, dass im geschlossenen Zustand des Bypass-Weges (anders ausgedrückt: wenn der Bypass-Weg geschlossen ist) ein Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Bypass-Weg zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch einen Kühlmitteleinlass eingeleiteten Niedrigtemperatur-Kühlmittel durchgeführt wird, einen Ventilaktuator, der in eine Einschuböffnung, welche so ausgebildet ist, dass sie vertikal durch den Wärmetauscher durchgeht (z.B. durchdringt), eingesetzt ist und der eine Stange aufweist, welche durch Expansion und Kontraktion eines darin abgedichteten Wachses zusammen mit einer Temperatur eines Kühlmittels auf- und abbewegt wird, sowie ein Verbindungsteil, das ein mit einem oberen Ende der Stange des Ventilaktuators verbundenes Ende und das mit einem Drehschaft des Bypassventils verbundene, andere Ende hat und das eine Auf- und Abbewegung der Stange in eine Drehbewegung umwandelt, um zu ermöglichen, dass das Bypassventil zusammen mit der Bewegung der Stange den Bypass-Weg öffnet oder schließt.
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Das Verbindungsteil kann aufweisen: einen Schlitz, der mit einem oberen Ende der Stange des Ventilaktuators verbunden ist und der so ausgebildet ist, dass er sich in einer Vorwärts- und Rückwärtsrichtung eines Fahrzeugs erstreckt, ein erstes Verbindungselement mit einem Ende, das mit dem horizontal an einem oberen Ende des Bypassventils (11) angeordneten Drehschaft vertikal (z.B. in vertikaler Richtung) verbunden ist, um an diesem fixiert zu sein, und ein zweites Verbindungselement mit einem Ende, das mit dem anderen Ende des ersten Verbindungselements horizontal (z.B. in horizontaler Richtung) verbunden ist, und mit dem anderen Ende des zweiten Verbindungselements, das verschiebbar im Schlitz aufgenommen ist.
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Wenn der mit dem oberen Ende der Stange verbundene Schlitz auf- oder abbewegt wird, kann das zweite Verbindungselement vor- oder zurückbewegt werden, um das erste Verbindungselement zu drehen, und das Bypassventil kann gedreht werden, um den Bypass-Weg zu öffnen oder zu schließen.
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Wenn eine Temperatur des durch den Wärmetauscher passierenden Kühlmittels relativ niedriger ist als eine Expansionstemperatur des Wachses innerhalb des Ventilaktuators, kann die Stange zusammen mit der Kontraktion des Wachses abgesenkt werden, um das zweite Verbindungselement innerhalb des Schlitzes nach hinten zu bewegen, das erste Verbindungselement kann in einer Uhrzeigersinnrichtung gedreht werden, um zu ermöglichen, dass das Bypassventil den Bypass-Weg schließt, und das Hochtemperatur-Abgas kann in den Wärmetauscher eingeleitet werden.
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Wenn eine Temperatur des durch den Wärmetauscher passierenden Kühlmittels relativ größer ist als eine Expansionstemperatur des Wachses innerhalb des Ventilaktuators, kann die Stange zusammen mit der Expansion des Wachses angehoben werden, um das zweite Verbindungselement innerhalb des Schlitzes nach vorne zu bewegen, das erste Verbindungselement kann in einer Gegenuhrzeigersinnrichtung gedreht werden, um zu ermöglichen, dass das Bypassventil den Bypass-Weg öffnet, und das Hochtemperatur-Abgas kann im Bypass-Weg (z.B. durch den Bypass-Weg hindurch) umgeleitet werden.
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Der Wärmetauscher kann derart angeordnet sein, dass plattenförmige Kühlmittelwege, durch die das durch den Kühlmitteleinlass eingeleitete Kühlmittel strömt, und plattenförmige Abgaswege, durch die das Abgas strömt, abwechselnd geschichtet sind, um parallel (z.B. nebeneinander) einander angrenzend zu sein.
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Die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung kann ferner aufweisen: eine Mehrzahl von Kühlmittel-Durchgangslöchern, die benachbart zur Einschuböffnung des Wärmetauschers vertikal angeordnet sind und die so ausgebildet sind, dass sie durch die Kühlmittelwege hindurchgehen (z.B. diese durchdringen), um ein Strömen des Kühlmittels zu ermöglichen. Der Ventilaktuator kann mittels des durch die Kühlmittel-Durchgangslöcher strömenden Niedrigtemperatur-Kühlmittels davor bewahrt werden, dass er durch den erwärmten Wärmetauscher thermisch beschädigt wird.
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Die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung kann ferner eine Mehrzahl von ringförmigen Luftrohren aufweisen, die entlang eines Umfangs einer Außenumfangsfläche der Einschuböffnung verbunden sind und mit Luft gefüllt sind. Der Ventilaktuator kann mittels der Luft innerhalb der Luftrohre davor bewahrt werden, dass er durch den erwärmten Wärmetauscher thermisch beschädigt wird.
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Die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung kann ferner eine Mehrzahl von wärmeisolierenden Materialien aufweisen, die mit einer Außenumfangsfläche des Ventilaktuators verbunden sind, welcher (bzw. welche wärmeisolierenden Materialien) an den Wärmetauscher angehaftet (z.B. geklebt) ist (bzw. sind), und der Ventilaktuator kann davor bewahrt werden, dass er durch den von dem Hochtemperatur-Abgas erwärmten Wärmetauscher thermisch beschädigt wird.
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Gemäß zahlreicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Herstellungskosten und das Gewicht durch Miniaturisierung der Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung zu verringern, und da ein Raum um die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung herum vergrößert wird, ist es möglich, einen Packagefreiheitsgrad (z.B. Bauraumauslegungsfreiheitsgrad) um die Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung herum zu erhöhen.
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Da das den Ventilaktuator und den Drehschaft des Bypassventils verbindende Verbindungsteil eine relativ einfache Konfiguration hat, die den Schlitz, das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement aufweist, ist es möglich, einen Montageprozess zu vereinfachen, und es ist möglich, die Anzahl der Montageprozesse und eine Montagezeit zu verringern.
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Es ist auch möglich, zu verhindern, dass der Ventilaktuator durch den von dem Hochtemperatur-Abgas erwärmten Wärmetauscher thermisch beschädigt wird, indem eine Wärmeschutzstruktur einbezogen wird, welche die Mehrzahl von Kühlmittel-Durchgangslöchern, die Mehrzahl von Luftrohren oder die Mehrzahl von wärmeisolierenden Materialien um den Ventilaktuator herum aufweist. Als Folge ist es möglich, die Haltbarkeit des Ventilaktuators zu verbessern und die Betriebszuverlässigkeit des Ventilaktuators zu erhöhen.
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Es wird verstanden, dass die Begriffe „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere ähnliche Begriffe wie sie hierin verwendet werden, einschließend sind für allgemeine Kraftfahrzeuge wie Personenfahrzeuge inklusive Geländewagen (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, steckerfertige Hybridfahrzeuge, Wasserstoff-angetriebene Fahrzeuge und andere alternative Kraftstoff-Fahrzeuge (z.B. Kraftstoffe, die von Ressourcen außer Mineralöl stammen) mit einschließen. Wie hierin darauf verwiesen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Kraftquellen hat, zum Beispiel sowohl benzin-angetriebene als auch elektrischangetriebene Fahrzeuge.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, ersichtlich sind oder darin ausführlicher dargelegt werden.
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Erläuterung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Teilschnittansicht einer Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung, bei der ein Ventilaktuator außerhalb eines Wärmetauschers angeordnet ist gemäß der bezogenen Technik.
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2 ist eine perspektivische Ansicht (z.B. Projektionsansicht), die in einer beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Bypass-Weg geschlossen ist.
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3 ist eine perspektivische Ansicht (z.B. Projektionsansicht), die in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zustand veranschaulicht, in dem der Bypass-Weg geöffnet ist.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine perspektivische Ansicht (z.B. Projektionsansicht) des Ventilaktuators in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A‘ in 4 genommen ist, um in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zustand zu zeigen, in dem Kühlmittel-Durchgangslöcher im Wärmetauscher ausgebildet sind.
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7 ist eine Querschnittsansicht, die in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zustand veranschaulicht, in dem Luftrohre mit einem Wärmetauscher verbunden sind.
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8 ist eine perspektivische Ansicht (z.B. Projektionsansicht), die in der beispielhaften Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zustand veranschaulicht, in dem wärmeisolierende Materialien mit einem Ventilaktuator verbunden sind (anders ausgedrückt: in dem wärmeisolierende Materialien an einem Ventilaktuator angebracht sind).
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In den Figuren beziehen sich in den verschiedenen Figuren der Zeichnung hindurch die Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
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Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Zeichnungen nicht zwangsläufig im Maßstab sind und eine einigermaßen vereinfachte Darstellung von verschiedenen Merkmalen präsentieren, welche veranschaulichend für die Grundprinzipien der Erfindung sind. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich, zum Beispiel, spezifischer Dimensionen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die besondere beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en), von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung(en) im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird/werden, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen deckt/decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung(en) fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
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Eine Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung mit einem eingebauten Ventilaktuator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Bypassventil 11, das drehbar in einem Bypass-Weg 10 vorgesehen ist, durch welchen ein Hochtemperatur-Abgas passiert, um den Bypass-Weg 10 zu öffnen oder zu schließen, einen Wärmetauscher 20, der mit einer Seite des Bypass-Weges 10 verbunden ist und der mit dem Bypass-Weg 10 in Verbindung steht, um zu ermöglichen, dass im geschlossenen Zustand des Bypass-Weges 10 (anders ausgedrückt: wenn der Bypass-Weg 10 geschlossen ist) ein Wärmeaustausch (bzw. eine Wärmeübertragung) zwischen dem aus dem Bypass-Weg 10 zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch einen Kühlmitteleinlass 26 eingeleiteten Niedrigtemperatur-Kühlmittel durchgeführt wird, einen Ventilaktuator 30, der in eine vertikal ausgebildete Einschuböffnung 21 eingesetzt ist, um durch den Wärmetauscher 20 hindurchzugehen (z.B. zu durchdringen), und der eine Stange 34 aufweist, die durch Expansion oder Kontraktion eines darin abgedichteten Wachses 32 zusammen mit einer Temperatur des Kühlmittels auf- und abbewegt wird, sowie ein Verbindungsteil 40 mit einem Ende, das mit einem oberen Ende der Stange 34 des Ventilaktuators 30 verbunden ist, und dem anderen Ende, das mit einem Drehschaft (z.B. eine Drehachse) 12 des Bypassventils verbunden ist und das eine Auf-und-Abbewegung der Stange 34 in eine Drehbewegung umwandelt, um zu ermöglichen, dass das Bypassventil 11 zusammen mit der Bewegung der Stange 34 den Bypass-Weg 10 öffnet oder schließt.
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Wie in 2 veranschaulicht, ist der Bypass-Weg 10 in einer rohrförmigen Form ausgebildet, in die das Hochtemperatur-Abgas einströmt. Überdies kann der Bypass-Weg 10 in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren in einer jeden anderen Form ausgebildet sein. Gemäß zahlreichen Ausführungsformen haben ein Einlass des Bypass-Weges, in den das Abgas eingeleitet wird, und ein Auslass davon, aus dem das Abgas ausgelassen wird, kreisförmige Querschnitte, und ein Querschnitt (z.B. im Bereich) zwischen dem Einlass und dem Auslass hat eine (im Wesentlichen) rechteckförmige Zylinderform. Überdies können diese Formen in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren verändert werden. Wie in 3 veranschaulicht, ist eine vorstehende Struktur, die einen geneigten (z.B. schrägen) Winkel hat, um das Bypassventil 11 aufzunehmen, an einem oberen Ende (z.B. Seite) des Bypass-Weges 10 ausgebildet.
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Der Bypass-Weg 10 kann natürlich verschiedene Formen, wie z.B. eine sechseckige Zylinderform und eine elliptische Zylinderform, unter Berücksichtigung einer Fahrzeugart, der Menge des abgelassenen Abgases und der gesamten äußeren Erscheinung einer Fahrzeugkarosserie haben.
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Wie in 2 und 3 veranschaulicht, ist das Bypassventil 11, das (im Wesentlichen) die gleiche plattenförmige Form wie der Querschnitt des Bypass-Weges 10 hat, drehbar im Bypass-Weg 10 vorgesehen, um den Bypass-Weg 10 zu öffnen oder zu schließen.
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Wie in 2 und 3 veranschaulicht, wird das Bypassventil 11 um den Drehschaft 12, der an einem oberen Ende davon horizontal ausgebildet ist, in einer Uhrzeigersinnrichtung gedreht, um den Bypass-Weg 10 zu schließen, oder wird in einer Gegenuhrzeigersinnrichtung gedreht, um den Bypass-Weg 10 zu öffnen.
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Allerdings kann die Drehrichtung des Bypassventils 11 in Abhängigkeit einer Position des Drehschaftes 12 und einer Anordnungsbeziehung zwischen dem Bypassventil 11 und dem Drehschaft 12 verändert werden. Wenn der Bypass-Weg 10 mit dem unten zu erläuternden Wärmetauscher 20 in einer Richtung, die entgegengesetzt zur Richtung in der veranschaulichten Ausführungsform ist, verbunden wird, wird das Bypassventil 11 in einer zur obenerwähnten Drehrichtung entgegengesetzten Richtung gedreht, um den Bypass-Weg 10 zu öffnen oder zu schließen.
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Wenn – wie in 2 veranschaulicht – der Bypass-Weg 10 geschlossen ist, ist der Wärmetauscher 20, der ermöglicht, dass zwischen dem aus dem Bypass-Weg 10 zugeführten Hochtemperatur-Abgas und einem durch den Kühlmitteleinlass 26 eingeleiteten und durch einen Kühlmittelabführanschluss 27 ausgelassenen Niedrigtemperatur-Kühlmittel ein Wärmeaustausch durchgeführt wird, an der Seite des Bypass-Weges 10 angebracht (z.B. befestigt).
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Wie in 2 veranschaulicht, strömen das Hochtemperatur-Abgas und das Niedrigtemperatur-Kühlmittel, die innerhalb des Wärmetauschers 20 passieren, in einer zueinander entgegengesetzten Richtung, und das während des Strömens erwärmte Kühlmittel wird durch den Kühlmittelabführanschluss 27 ausgelassen, um ein Getriebe und einen Verbrennungsmotor aufzuwärmen.
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Wenn das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 20 ausreichend erwärmt ist, wird – wie in 3 veranschaulicht – zur Verhinderung einer übermäßigen thermischen Belastung (z.B. des Motors oder des Getriebes) das Bypassventil 11 durch das unten zu erläuternde Verbindungsteil 40 gedreht, um den Bypass-Weg 10 zu öffnen, und das Abgas wird größtenteils durch den Bypass-Weg 10 (hindurch) ausgelassen.
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Wie in 2 veranschaulicht, ist der Ventilaktuator 30 mit einem abgedichteten Wachs (siehe Bezugszeichen 32 in 5) in eine Seite des Wärmetauschers 20 eingesetzt, um vertikal durch den Wärmetauscher 20 hindurchzugehen.
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Wie in 5 veranschaulicht, weist der Ventilaktuator 30 insbesondere ein zylindrisches Gehäuse 31, das eine obere Öffnung hat, das Wachs 32, das in das Gehäuse 31 gefüllt ist, einen Kolben 33, der innerhalb des Gehäuses 31 aufgenommen ist, um nach oben und nach unten verschoben zu werden, und der so ausgebildet ist, dass er die Öffnung des Gehäuses 31 vollständig abdichtet, sowie die Stange 34 auf mit einem Ende, welches mit dem Kolben 33 verbunden ist, um zusammen mit der Bewegung des Kolbens 33 auf und ab bewegt zu werden.
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Der Ventilaktuator 30 wird derart betätigt, dass, wenn eine Temperatur des um das Gehäuse 31 des Ventilaktuators 30 (herum) strömenden Kühlmittels höher ist als eine Expansionstemperatur des Wachses 32 innerhalb des Gehäuses 31, der Kolben 33 durch Expansion des Wachses 32 nach oben gedrückt wird, um die Stange 34 aufwärts zu bewegen, und, wenn die Temperatur des um das Gehäuse 31 (herum) strömenden Kühlmittels niedriger ist als die Expansionstemperatur des Wachses 32 innerhalb des Gehäuses 31, der Kolben 33 durch die Kontraktion des Wachses 32 nach unten bewegt wird, um die Stange 34 abwärts zu bewegen.
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Wie in 2 veranschaulicht, ist das Verbindungsteil 40, das eine Auf-und-Abbewegung der Stange 34 in eine Drehbewegung umwandelt, um das Bypassventil 11 zusammen mit der Bewegung der Stange 34 zu drehen, zwischen dem Ventilaktuator 30 und dem Drehschaft 12 des Bypassventils vorgesehen.
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Beispiele des Verbindungsteils 40 können ein mechanisches Element, das ein Zahnrad, eine Zahnstange (z.B. einen Zahnstangenantrieb) und einen Nocken verwendet, welcher eine Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung oder eine Hubbewegung umwandelt, oder die Hin- und Herbewegung oder die Hubbewegung in die Drehbewegung umwandelt, und eine Verbindungsstruktur aufweisen, welche die Hin- und Herbewegung mittels einer Mehrzahl von Verbindungselementen in die Drehbewegung umwandelt.
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Beispiele des für das Verbindungsteil 40 verwendeten Nockens können einen plattenförmigen Nocken, bei der ein Armende in Kontakt mit einer Nut eines Konus kommt, welcher einen Neigungswinkel hat, und auf diese Weise der Konus gedreht wird, um den Arm entlang der Nut wie bei einem typischen Nocken auf und ab zu bewegen, und einen kugelförmigen Nocken aufweisen, bei dem ein Armende in Kontakt mit einer Nut kommt, welche in einer Kugelfläche ausgebildet ist, und auf diese Weise wird die Kugel gedreht, um den Arm auf und ab zu bewegen.
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Der Nocken kann von einem Typ sein, bei dem das Armende zusammen mit der Auf-und-Abbewegung des Arms in Kontakt mit der Nut kommt, um den Konus oder die Kugel zu drehen. Das Verbindungsteil 40 gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann hauptsächlich den Nocken des vorerwähnten Typs verwenden.
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Wie in 2 veranschaulicht, kann das Verbindungsteil 40 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen: einen Schlitz 35, der am oberen Ende der Stange 34 in eine Vorwärts- und eine Rückwärtsrichtung (z.B. als Schubkurbel oder Kreuzschubkurbel) (z.B. sich erstreckend) ausgebildet ist, ein erstes Verbindungselement 41 mit einem Ende, das vertikal (z.B. in vertikaler Richtung) so verbunden ist, dass es am Drehschaft 12 fixiert ist, welcher an einem oberen Ende des Bypassventils 11 horizontal angeordnet ist, und ein zweites Verbindungselement 42 mit einem Ende, das horizontal (z.B. in horizontaler Richtung) mit dem anderen Ende des ersten Verbindungselements 41 verbunden ist, und mit dem anderen Ende, das verschiebbar im Schlitz 35 aufgenommen ist.
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Das heißt, der Drehschaft 12 des Bypassventils 11 und das zweite Verbindungselement 42 sind so angeordnet, dass sie parallel zueinander (z.B. axial) versetzt sind mit dem ersten Verbindungselement 41 dazwischen eingefügt, um jeweils mit gegenüberliegenden Seiten des ersten Verbindungselements 41 verbunden zu sein, und das erste Verbindungselement 41 ist vertikal zwischen dem Drehschaft 12 des Bypassventils 11 und dem zweiten Verbindungselement 42 angeordnet, um den Drehschaft 12 des Bypassventils 11 mit dem zweiten Verbindungselement 42 zu verbinden.
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Wenn die Temperatur des durch den Wärmetauscher 20 passierenden Kühlmittels relativ niedriger ist als die Expansionstemperatur des Wachses (siehe Bezugszeichen 32 in 5) innerhalb des Ventilaktuators 30, wird – wie in 2 veranschaulicht – die Stange 34 zusammen mit der Kontraktion des Wachses 32 abgesenkt. Zu diesem Zeitpunkt wird das zweite Verbindungselement 42 an der Hinterseite des Schlitzes 35 angeordnet, und das senkrecht zum zweiten Verbindungselement 42 angeordnete, erste Verbindungselement 41 wird zusammen mit der Bewegung des zweiten Verbindungselements 42 in Uhrzeigersinnrichtung gedreht. Das mit dem ersten Verbindungselement 41 verbundene Bypassventil 11 wird auch zusammen mit der Drehung des ersten Verbindungselements 41 in Uhrzeigersinnrichtung um den Drehschaft 12 gedreht, um den Bypass-Weg 10 zu schließen.
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Wenn die Temperatur des durch den Wärmetauscher 20 passierenden Kühlmittels relativ höher ist als die Expansionstemperatur des Wachses 32 innerhalb des Ventilaktuators 30, wird – wie in 3 veranschaulicht – die Stange 34 zusammen mit der Expansion des Wachses 32 angehoben. Zu diesem Zeitpunkt wird das zweite Verbindungselement 42 an der Vorderseite des Schlitzes 35 angeordnet, und das senkrecht zum zweiten Verbindungselement 42 angeordnete, erste Verbindungselement 41 wird zusammen mit der Bewegung des zweiten Verbindungselements 42 in Gegenuhrzeigersinnrichtung gedreht. Das mit dem ersten Verbindungselement 41 verbundene Bypassventil 11 wird auch zusammen mit der Drehung des ersten Verbindungselements 41 in Gegenuhrzeigersinnrichtung um den Drehschaft 12 gedreht, um den Bypass-Weg 10 zu öffnen.
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Die Bewegungsrichtung des zweiten Verbindungselements 42 und die Drehrichtung des ersten Verbindungselements 41 können zur vorerwähnten Bewegungsrichtung und Drehrichtung entgegengesetzt sein in Abhängigkeit von einer Anordnungsbeziehung zwischen dem Drehschaft 12 des Bypassventils 11 und der Stange 34 des Ventilaktuators sowie einer Anordnungsbeziehung zwischen dem Bypass-Weg 10 und dem Wärmetauscher 20.
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Wie oben erwähnt, hat das Verbindungsteil 40, das den Ventilaktuator 30 mit dem Drehschaft 12 des Bypassventils 11 verbindet, eine relativ einfache Konfiguration, die den Schlitz 35, das erste Verbindungselement 41 und das zweite Verbindungselement 42 aufweist. Entsprechend kann der Montageprozess der Abgaswärme-Rückgewinnungsvorrichtung vereinfacht werden, die Anzahl der Montageprozesse kann verringert werden und eine Montagezeit kann verringert werden.
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Wie in 2 und 4 veranschaulicht, kann der Wärmetauscher 20 ein plattenförmiger Wärmetauscher 20 sein, bei dem plattenförmige Kühlmittelwege 24, durch welche das durch den Kühlmitteleinlass 26 eingeleitete Kühlmittel strömt, und plattenförmige Abgaswege 22, die mit dem Bypass-Weg 10 in Verbindung stehen, um ein Strömen des eingeleiteten Abgases zu ermöglichen, abwechselnd geschichtet sind, um parallel (z.B. nebeneinander) einander angrenzend zu sein.
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Wie in 2 und 4 veranschaulicht, wird bevorzugt, dass eine Kühlmittelzwischenwand (z.B. eine Kühlmitteltrennwand) 25 und eine Abgaszwischenwand (z.B. eine Abgastrennwand) 23, die vertikal durch den Kühlmittelweg 24 und den Abgasweg 22 (hindurch) verlaufen, in den Kühlmittelwegen 24 bzw. in den Abgaswegen 22 vorgesehen sind, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel und das Abgas im gesamten Wärmetauscher 20 strömen.
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Da die Kühlmittelwege 24 und die Abgaswege 22 abwechselnd angeordnet sind, um einander angrenzend zu sein, und ausgebildet sind, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel und das Abgas in zueinander entgegengesetzte Richtungen strömen, ist es möglich, die Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers 20 zu maximieren.
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Wie in 4 und 6 veranschaulicht, kann eine Mehrzahl von Kühlmittel-Durchgangslöchern 28, die vertikal durch die Kühlmittelwege 24 durchgehen (z.B. diese durchdringen), um das Strömen des Kühlmittels zu ermöglichen, um die Einschuböffnung des Wärmetauschers 20 (herum) ausgebildet sein.
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In zahlreichen Ausführungsformen sind vier Kühlmittel-Durchgangslöcher 28 radial um die Einschuböffnung 21 (herum) ausgebildet und diese haben eine bogenförmige Form, um zu einem Umfang der Einschuböffnung 21 zu korrespondieren.
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Da – wie oben erwähnt – die Kühlmittel-Durchgangslöcher 28 benachbart zur Einschuböffnung 21 ausgebildet sind, kommt der Ventilaktuator 30 nicht direkt in Kontakt mit dem von dem Hochtemperatur-Abgas erwärmten (bzw. erhitzten) Wärmetauscher 20, sodass es möglich ist, zu verhindern, dass der Ventilaktuator 30 thermisch beschädigt wird.
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Wie in 7 veranschaulicht, kann eine Mehrzahl von ringförmigen Luftrohren 29, die entlang des Umfangs verbunden sind, an einer Außenumfangsfläche der Einschuböffnung 21 vorgesehen sein, und auf diese Weise kommt der Ventilaktuator 30 nicht direkt in Kontakt mit dem erwärmten Wärmetauscher 20.
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Wie in 8 veranschaulicht, ist eine Mehrzahl von wärmeisolierenden Materialien 36 mit einer Außenumfangsfläche des Gehäuses 31 des Ventilaktuators 30 vertikal (z.B. in vertikaler Richtung) verbunden, sodass verhindert werden kann, dass der Ventilaktuator 30 von dem mittels des Hochtemperatur-Abgases erwärmten Wärmetauscher 20 thermisch beschädigt wird.
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Wie oben erläutert, wird eine Wärmeschutzstruktur bereitgestellt, bei der Kühlmittel-Durchgangsöffnungen 28 oder Luftrohre 29 um die Einschuböffnung 21 des Wärmetauschers 20 (herum) vorgesehen sind, oder die Mehrzahl der wärmeisolierenden Materialien 36 mit der Außenumfangsfläche des Gehäuses 31 des Ventilaktuators 30 verbunden ist. Entsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass der Ventilaktuator 30 thermisch beschädigt wird, und es ist möglich, die Betriebszuverlässigkeit des Ventilaktuators 30 zu verbessern.
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Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden, und es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und dadurch dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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