JP2011231714A - 排気熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から加えられた振動に起因して弁体が開弁することを抑制することのできる排気熱回収装置を提供する。
【解決手段】開閉装置は、回動動作により通路を開閉する弁体３２と、この弁体３２の回動動作の中心となるとともに弁体３２と一体に回動するクランク機構７０と、このクランク機構７０に接続されるとともにクランク機構７０を回転させるアクチュエータとを備えている。アクチュエータは、所定の温度以上となると伸長運動するとともにクランク機構７０を回転させることにより、弁体３２を開動作するものであり、弁体３２が仮想線ＫＬよりも下方に配置され、アクチュエータの係合部６２Ａとクランク機構７０の突起部７２との接続部位は、仮想線ＫＬよりも上方に配置されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、排気ガスが流通する主ガス通路およびバイパス通路と、バイパス通路に設けられる熱交換器と、主ガス通路の通路断面積を変更する開閉装置とを備える排気熱回収装置に関する。

従来から開閉装置を備える排気熱回収装置として、特許文献１に記載の弁体を温度作動アクチュエータによって作動するものや、特許文献２に記載の弁体をダイヤフラムによって作動するものが知られている。

このような開閉装置は、弁体を取り付けたクランク機構に接続されるロッドの直線移動がクランク機構の回転運動に変換される。そしてクランク機構の回転に伴い弁体が開動作または閉動作を行う。

特開２００８−１５７２１１号公報 特開２００７−３０３４２４号公報

ところで、特許文献１および２に記載の排気熱回収装置は、エンジン振動や車両走行時の外部振動により、弁体を開弁させる力が弁体に与えられた場合には、ロッドも同方向の力が与えられるため、弁体が開いてしまう。その結果、エンジンの暖機未完了時において、上述のように弁体が開いてしまうと熱交換が設けられる経路への排気ガスの流入量が減少してしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部から加えられた振動に起因して弁体が開弁することを抑制することのできる排気熱回収装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、排気ガスが流通する主ガス通路と、この主ガス通路の分岐部において分岐するとともに同分岐部よりも下流側の合流部において合流するバイパス通路と、このバイパス通路に設けられるとともに排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、前記主ガス通路の通路断面積を変更する開閉装置とを備える排気熱回収装置において、前記開閉装置は、前記分岐部と前記合流部との間に設けられるとともに回動動作により前記主ガス通路を開放および閉鎖する弁体と、この弁体の動作中心となるとともに同弁体と一体に回動するクランク機構と、このクランク機構に接続されるアームを含むとともに伸長に伴う同アームの移動により同クランク機構を回転させるアクチュエータとを備え、前記弁体が閉弁している状態において、前記弁体と、前記アームと前記クランク機構との接続部位とが、前記クランク機構の回転中心を含むとともに前記アームの移動方向と同方向の仮想線に対して互いに反対側に配置されることを要旨とする。

この発明では、弁体と、アクチュエータのアームとクランク機構との接続部位とが仮想線に対して反対側に配置されるため、弁体を開弁する方向に外部振動が加わったとき、アクチュエータは、弁体の開弁方向とは反対方向にクランク機構を回転させようとする。これにより、弁体を開弁させる力と、アクチュエータが移動しようとする力とが互いに打ち消しあう。したがって、外部から加えられた振動に起因して弁体が開弁することを抑制することができる。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気熱回収装置において、前記熱交換器と前記アクチュエータとを接続する接続部を有する冷媒通路を含み、前記アクチュエータは、温度に応じて伸縮する感温部材を有するとともに同感温部材の伸縮に伴い前記アームが移動する温度作動アクチュエータであり、前記感温部材には、前記冷媒通路から冷媒が供給されることを要旨とする。

この発明では、冷媒通路から冷媒が感温部材に供給されるため、冷媒の温度に応じて感温部材が伸縮する。したがって、開閉装置は、冷媒の温度に応じて弁体を開閉動作する。その結果、主ガス通路への排気ガスの供給態様は、冷媒の温度に応じて変更される。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の排気熱回収装置において、前記アクチュエータと前記バイパス通路との間には、空間が形成されることを要旨とする。
この発明によれば、バイパス通路とアクチュエータとの間に空間が形成されるため、すなわちバイパス通路とアクチュエータとの間に空気層が形成されるため、バイパス通路からアクチュエータへの熱伝導が生じにくくなる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の排気熱回収装置において、前記接続部と前記アクチュエータとの間には、遮熱部材が設けられることを要旨とする。
この発明によれば、接続部とアクチュエータとの間に遮熱部材が設けられることにより、バイパス通路からアクチュエータへの伝熱を抑制することができる。

（５）請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記接続部には、冷媒を前記感温部材に向けて誘導する冷媒誘導部が設けられることを要旨とする。

この発明では、冷媒誘導部により冷媒が感温部材に向けて誘導されるため、冷媒が感温部材に衝突しやすくなる。これにより、冷媒の温度に対するアクチュエータの応答性を向上することができる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記接続部には、冷媒流通方向の上流側よりも下流側の流路断面積が大きい第１通路と、この第１通路の下流側に接続されるとともに冷媒流通方向の上流側よりも下流側の流路断面積が小さい第２通路とが設けられ、前記第２通路の下流側に前記感温部材が配置されることを要旨とする。

（７）請求項７に記載の発明は、請求項２〜６のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記接続部には、前記冷媒通路の径方向の外方に樹脂材料の封止部材が収容されるための収容部が設けられ、前記収容部と前記接続部内の冷媒通路との間の壁部は、薄肉化されていることを要旨とする。

この発明によれば、収容部と冷媒通路との間の壁部が薄肉化されていることにより、冷媒により封止部材が冷却されやすくなる。その結果、封止部材の耐熱温度を超えることが回避されやすくなるため、封止部材の信頼性の低下を抑制することができる。

（８）請求項８に記載の発明は、請求項２〜７のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記アクチュエータは、前記感温部材の一部を収容する本体ケースを有し、前記本体ケースは、樹脂材料によって成形されることを要旨とする。

この発明によれば、樹脂材料を成形することにより本体ケースが形成されるため、本体ケースが金属材料を鋳造することにより成形される場合と比較して、本体ケースの形状の自由度が向上することができるとともに、本体ケースの軽量化を図ることができる。

（９）請求項９に記載の発明は、請求項２〜８のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記バイパス通路において前記熱交換器の下流側と前記主ガス通路とを接続する下流側の通路を下流側通路とし、前記アクチュエータは、前記バイパス通路に隣接するとともに前記主ガス通路とは空間を介したところに位置し、前記下流側通路は、前記アクチュエータと前記主ガス通路との間に配置されることを要旨とする。

この発明によれば、下流側通路がアクチュエータと主ガス通路との間に位置するため、主ガス通路の熱は下流側通路により冷却される。したがって、主ガス通路からアクチュエータへの伝熱による温度上昇の度合を低減することができる。

（１０）請求項１０に記載の発明は、請求項２〜９のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記アクチュエータは、前記アームと摺接する摺接部を含むことを要旨とする。

この発明によれば、摺接部がアームに摺接することにより、摺接部がアームの動きに対する抗力となるため、開閉装置の振動による弁体の開動作に伴うクランク機構の回転に対してアームが移動することを抑制することができる。

（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記アクチュエータは、前記感温部材の縮小方向に向けて前記アームを付勢する付勢部材を含むことを要旨とする。

（１２）請求項１２に記載の発明は、請求項２〜１１のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、前記クランク機構のうちの前記アクチュエータと接続する部分には、突起部が設けられ、前記アームには、前記突起部と係合するとともに、前記突起部における前記弁体の開動作による前記クランク機構の回転方向とは反対側に位置する係合部が設けられ、前記弁体が閉弁しているとき、前記係合部は前記突起部に当接することを要旨とする。

この発明では、弁体が閉弁しているときに係合部が突起部における弁体の開動作によるクランク機構の回転方向とは反対側と当接しているため、突起部の弁体の開動作に伴うクランク機構の回転方向への移動を規制する。これにより、外部から与えられた振動に起因して弁体が開弁することを一層抑制することができる。

同実施形態の排気熱回収装置について、（ａ）は、暖機未完了時における排気ガスおよび冷却水の流れを示す説明図、（ｂ）は、暖機完了時における排気ガスおよび冷却水の流れを示す説明図。 同実施形態の排気熱回収装置について、（ａ）は、同装置の上面構造を示す上面図、（ｂ）は、同装置の正面構造を示す正面図。 同実施形態の排気熱回収装置について、（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａにて切った断面構造を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）のＥ−Ｅにて切った断面構造について、主ケース部内の下流通路と主ガス通路との位置関係を示す模式図。 同実施形態の排気熱回収装置について、図２（ａ）のＢ−Ｂに沿う断面構造を示す断面図。 同実施形態の排気熱回収装置について、図４のアクチュエータユニット付近を拡大した拡大図。 同実施形態の排気熱回収装置について、図２（ａ）のＣ−Ｃに沿う主ケース部の断面構造を示す断面図。 同実施形態の排気熱回収装置について、（ａ）および（ｂ）は、回転体に対するロッドおよび弁体の側面構造を示す模式側面図。 同実施形態の排気熱回収装置について、図２（ａ）のＤ−Ｄに沿う排気熱回収装置の断面構造を示す断面図。

図１〜８を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、ガソリンエンジンの排気熱回収装置を示している。
図１に示すように、排気熱回収装置１は、その内部を流通するとともにエンジン本体２との間にて循環する冷媒である冷却水の温度が排気ガスによって上昇することにより、エンジンの暖機を促進するものである。

排気熱回収装置１には、エンジン本体２に取り付けられた排気管に接続される主ガス通路１１Ａと、この主ガス通路１１Ａの上流側の分岐部１１Ｂから分岐するバイパス通路１２Ａとが設けられている。主ガス通路１１Ａには、この通路１１Ａの通路断面積を変更する開閉装置３０が設けられている。バイパス通路１２Ａには、排気ガスと冷却水との熱交換を行う熱交換器４０が設けられている。この熱交換器４０には、エンジン本体２との間で循環経路を形成するとともに、冷却水が流通するための冷媒通路２０Ａが接続されている。

排気熱回収装置１は、暖機状態に応じて次のように動作する。
図１（ａ）に示すように、エンジンの冷間時（暖機未完了時）では、開閉装置３０が主ガス通路１１Ａを閉鎖する。これにより、排気ガスはバイパス通路１２Ａを流通する。このバイパス通路１２Ａを流通する排気ガスが熱交換器４０内を通過することにより、熱交換器４０内の冷却水が温められるため、エンジン本体２に高温の冷却水が供給される。

図１（ｂ）に示すように、エンジンの暖機完了後では、開閉装置３０が主ガス通路１１Ａを開放するとともに、バイパス通路１２Ａを絞る。これにより、排気ガスは主ガス通路１１Ａを主に流通する。

図２〜８を参照して、排気熱回収装置１の詳細な構成について説明する。
図２に示すように、排気熱回収装置１には、筐体となるとともに排気管が接続される装置本体１０が設けられている。この装置本体１０には、主ガス通路１１Ａを内部に形成する主ケース部１１とバイパス通路１２Ａを内部に形成するバイパスケース部１２とが設けられている。主ケース部１１とバイパスケース部１２とは、互いに隣り合うように位置している。上述の熱交換器４０は、バイパスケース部１２の排気流通方向の中央部内に設けられている。

装置本体１０には、冷媒通路２０Ａを内部に形成する冷媒配管２０が接続されている。冷媒配管２０には、エンジン本体２（図１参照）から装置本体１０に冷却水を流通するための流入側冷媒配管２１と、装置本体１０からエンジン本体２に冷却水を流通するための流出側冷媒配管２２とが設けられている。

流入側冷媒配管２１は、バイパスケース部１２における排気流通方向の上流側、すなわち熱交換器４０の排気流通方向の上流側に接続されている。
流出側冷媒配管２２は、バイパスケース部１２における排気流通方向の下流側、すなわち熱交換器４０の排気流通方向の下流側に接続されている。

エンジン本体２内の冷却水は、流入側冷媒配管２１を介して熱交換器４０に供給される。そして熱交換器４０を流出した冷却水は、流出側冷媒配管２２を介して再びエンジン本体２に供給される。これにより、冷却水はエンジン本体２と熱交換器４０（排気熱回収装置１）との間を循環する。

以降では、主ガス通路１１Ａの長手方向を「前後方向Ｘ」とし、そのうちの同通路１１Ａの上流側を「前方」とし、同通路１１Ａの下流側を「後方」とする。また主ガス通路１１Ａとバイパス通路１２Ａとの配列方向を「左右方向Ｙ」とし、そのうちの主ガス通路１１Ａ側を「右方」とし、バイパス通路１２Ａ側を「左方」とする。また前後方向Ｘおよび左右方向Ｙのともに直交する方向を「上下方向Ｚ」とし、そのうちの冷媒配管２０側を「上方」とし、バイパスケース部１２側を「下方」とする。

開閉装置３０には、流出側冷媒配管２２とバイパスケース部１２との間に配置されるとともに冷媒通路２０Ａの一部を構成するアクチュエータユニット３１と、アクチュエータユニット３１を駆動源として開閉動作を行う弁体３２とが設けられている。

図３（ａ）の破線にて示すように、バイパス通路１２Ａのうち熱交換器４０より下流側には、主ケース部１１内の上方且つ左方において区画形成された下流通路１２Ｂが設けられている。この下流通路１２Ｂは、主ケース部１１内の排気流通方向の下流側から上流側に向けて延びるとともに、弁体３２付近にて主ガス通路１１Ａと連通している。

図３（ｂ）に示すように、主ガス通路１１Ａとアクチュエータユニット３１との間には、空間が形成されている。下流通路１２Ｂは、主ガス通路１１Ａとアクチュエータユニット３１と左右方向Ｙの間に挟まれるとともにアクチュエータユニット３１よりも下方に亘り設けられている。

図４および図５を参照して、バイパスケース部１２とアクチュエータユニット３１との接続構造について説明する。
図４に示すように、バイパスケース部１２における熱交換器４０の下流側の上方には、上方に向けて延びる中空円筒形状のバイパス接続部１６がバーリング加工によりバイパスケース部１２と一体に設けられている。このバイパス接続部１６には、遮熱部材１７が溶接により固定されている。この遮熱部材１７は、平面視において三角形状となるフランジ５４の下面と略同形状の上面を有するとともに、その上面がフランジ５４の下面に当接している。そしてこの状態において、ボルト５７により互いに固定されている。これにより、アクチュエータユニット３１がバイパスケース部１２に接続されている。また、フランジ５４と遮熱部材１７との間には、連通路５３Ａにおいてフランジ５４と遮熱部材１７との間の部位をシールするためにＯリング１８が挟まれている。

図５に示すように、遮熱部材１７は、バイパスケース部１２の上面に対して間隙を介して上方となるように配置されている。この遮熱部材１７のバイパス接続部１６より上方の部位には、バイパス接続部１６の内径よりも大きい内径を有する第１拡径部１７Ａが設けられている。

フランジ５４には、その下面から上方に向けて第２拡径部５４Ａが設けられている。この第２拡径部５４Ａの内径は、第１拡径部１７Ａの内径よりも大きい。この第１拡径部１７Ａの上方には、段形状となるとともに第１拡径部１７Ａおよび第２拡径部５４Ａの両方よりもその内径が小さい縮径部５４Ｂが設けられている。第１拡径部１７Ａおよび第２拡径部５４Ａにより囲まれた空間として拡大通路２０Ｂが形成されている。縮径部５４Ｂにより囲まれた空間として縮小通路２０Ｃが形成されている。これら拡大通路２０Ｂおよび縮小通路２０Ｃは、冷媒通路２０Ａの一部を構成している。拡大通路２０Ｂは、その上流側から下流側に向かうにつれて通路断面積が増大している。縮小通路２０Ｃは、拡大通路２０Ｂの通路断面積が最も大きいところよりも小さい。

フランジ５４の下面には、Ｏリング１８を収納するための円環状の収容部５４Ｃが設けられている。この収容部５４Ｃは、上下方向Ｚにおいて、第２拡径部５４Ａと同じ位置に設けられている。この第２拡径部５４Ａと収容部５４Ｃとの間には、薄肉部５４Ｄが形成されている。

上記接続構造内の冷却水の流れについて説明する。
バイパス通路１２Ａの熱交換器４０（図４参照）からバイパス接続部１６内を通過する冷却水は、第１拡径部１７Ａおよび第２拡径部５４Ａにより薄肉部５４Ｄに向かい流れる。そして縮径部５４Ｂに冷却水が衝突することにより冷却水は連通路５３Ａの径方向の中央に向けて流れる。これにより、縮径部５４Ｂよりも冷却水の流通方向の下流側且つ縮径部５４Ｂの直近に配置されたサーモエレメント６１への冷却水の衝突が促進される。

図５〜８を参照して、アクチュエータユニット３１の構成および動作を説明する。
図５に示すように、アクチュエータユニット３１には、樹脂材料を用いて成形された本体ケース５０と、本体ケース５０に取り付けられるとともに冷却水の温度によって伸縮運動するアクチュエータ６０とが設けられている。

本体ケース５０内には、バイパスケース部１２に接続するための上流側接続部５１と、流出側冷媒配管２２に接続するための下流側接続部５２と、これら上流側接続部５１および下流側接続部５２を連結する連結部５３とが設けられている。この連結部５３内には、上流側接続部５１内の空間と下流側接続部５２内の空間とを連結する連通路５３Ａが形成されている。この連通路５３Ａは、拡大通路２０Ｂの下流側と縮小通路２０Ｃを含むとともに冷媒通路２０Ａの一部を構成している。また、フランジ５４は、本体ケース５０における上流側接続部５１の外側の部位として設けられている。

アクチュエータ６０には、冷却水と接触することにより前後方向Ｘに向けて伸縮運動する円柱形状のサーモエレメント６１と、サーモエレメント６１に接続される丸棒状のロッド６２と、本体ケース５０の前方の部位に取り付けられる有底円筒形状のカバーケース６３とが設けられている。カバーケース６３内には、ロッド６２の後部およびコイルばね６４がそれぞれ収容されている。このコイルばね６４の前端はカバーケース６３に当接する。一方、コイルばね６４の後端はＵ字状の補助板６５に当接している。この補助板６５は、サーモエレメント６１の前端を収容するとともにロッド６２の後端に固定されている。

カバーケース６３の前端に設けられた底部には、ロッド６２を挿通するための貫通孔６３Ａが設けられている。この貫通孔６３Ａの周縁には、ロッド６２を摺接するとともに支持する摺接部材６６が取り付けられている。

サーモエレメント６１は、本体ケース５０を前後方向Ｘに貫通する貫通孔５５に挿通されるとともに後方の一部が連通路５３Ａに突出している。このサーモエレメント６１は、貫通孔５５の前端側の開口部に固定された取付板５６により本体ケース５０に固定されている。サーモエレメント６１における取付板５６より前端側には、ロッド６２を付勢するための半球状の付勢部６１Ａが設けられている。

ロッド６２の前端部は、下方に開口するＵ字形状の係合部６２Ａが設けられている。この係合部６２Ａは、ロッド６２の軸径Ｄよりも大きく形成されている。ロッド６２の後端には、付勢部６１Ａと当接する半球状に凹んだ凹部６２Ｂが設けられている。

媒体の伸長運動に伴うロッド６２の移動態様について説明する。
連通路５３Ａを流通する冷却水の温度が所定の温度ＴＨＸを超えると、サーモエレメント６１が伸長運動をすることにより、付勢部６１Ａが凹部６２Ｂを押圧するとともにロッド６２がコイルばね６４に抗して前方に向かい移動する。

一方、サーモエレメント６１の伸長量が最大のときから連通路５３Ａを流通する冷却水の温度が低下するにつれて、サーモエレメント６１が縮小運動をする。これにより、付勢部６１Ａが凹部６２Ｂに対して離間する方向、すなわち後方へ移動する。これに伴い、ロッド６２はコイルばね６４の付勢力に従い、ロッド６２が付勢部６１Ａに向けて移動する方向、すなわち後方に向けて移動する。

図６に示すように、開閉装置３０には、アクチュエータユニット３１（図５参照）と弁体３２とを左右方向Ｙに連結する連結機構３３が設けられている。この連結機構３３は、ロッド６２の伸縮運動を弁体３２の開閉動作に変換している。

連結機構３３には、ロッド６２と連結するとともに、ロッド６２の伸縮運動を回転運動に変換するクランク機構７０が設けられている。このクランク機構７０には、円盤状の回転体７１と、ロッド６２に接続されるとともに回転体７１の右方に向けて延びる突起部７２と、クランク機構７０の回転中心として回転体７１に固定されるとともに回転体７１の左方に向けて延びる丸棒状の軸体７３とが設けられている。この軸体７３は、主ガス通路１１Ａ内に延びるとともに弁体３２が取り付けられている。軸体７３は、主ケース部１１内に設けられた中空円筒形状の支持ケース７４内に挿通されるとともに、支持ケース７４内に設けられた一対の軸受部材７５により回転可能に支持されている。

弁体３２は、軸体７３よりも下方に配置されるとともに、弁体３２の上端部が軸体７３に固定されている。この弁体３２には、有底円筒形状の本体部３２Ａと、この本体部３２Ａの上端部から上方に延びるとともにクランク機構７０に固定される固定部３２Ｂとが設けられている。

本体部３２Ａの底面には、鐘体３２Ｃが取り付けられている。この鐘体３２Ｃは、本体部３２Ａの底面に対して偏心している。具体的には、鐘体３２Ｃの中心ＣＲは、本体部３２Ａの中心Ｃよりもアクチュエータ６０側に偏心している。この鐘体３２Ｃにより、主ガス通路１１Ａを通過する排気ガスの脈動が抑制されている。

図７に示すように、サーモエレメント６１（図５参照）が伸長していない状態において、突起部７２は回転体７１の回転中心Ｊ１よりも上方且つ後方のところに設けられている。この突起部７２には、係合部６２Ａが上方から係合されている。突起部７２と係合部６２Ａとが係合した状態では、突起部７２より上方と係合部６２Ａとの間に間隙が形成されているとともに、突起部７２の前端は係合部６２Ａと当接している。

図８に示すように、主ケース部１１内には、主ガス通路１１Ａの上流側において、主ガス通路１１Ａの流路断面積が縮小する縮小部１３が設けられている。縮小部１３の後方には、後方に向かうにつれて拡径する拡径部１４が設けられている。

弁体３２は、本体部３２Ａが拡径部１４に嵌合されることにより、主ガス通路１１Ａを閉弁状態としている。このとき、本体部３２Ａと拡径部１４とは、本体部３２Ａの円筒周方向および拡径部１４の円筒周方向の全周に亘り面接触している。

また、主ケース部１１内の上方には、主ガス通路１１Ａと下流通路１２Ｂとを区画するための区画壁１９が設けられている。この区画壁１９の前方には、主ガス通路１１Ａと下流通路１２Ｂとを互いに連通するための連通部１９Ａが設けられている。

アクチュエータ６０の動作について説明する。
冷却水の温度が温度ＴＨＸを超えて上昇することに伴い、図７に示すように、図７（ａ）の状態から係合部６２Ａが前方に向けて移動するとともに回転体７１は反時計回りに回転する（図７（ｂ）参照）。これに伴い、図８の破線の弁体３２にて示すように弁体３２は反時計回りに回転する。すなわち弁体３２は閉弁状態から開弁するように移動する。

サーモエレメント６１（図５参照）の伸長量が最大となるとき、すなわち弁体３２の閉弁状態からの開弁量が最大となるとき、弁体３２の本体部３２Ａが連通部１９Ａを覆う。これにより、図８中の破線の弁体３２にて示すように、弁体３２が下流通路１２Ｂを閉弁する。その結果、下流通路１２Ｂを介してバイパス通路１２Ａに排気ガスが流入することが抑制される。

サーモエレメント６１の伸長量が最大時から冷却水の温度の低下に伴い、図７に示すように、図７（ｂ）の状態から係合部６２Ａが後方に向けて移動するとともに回転体７１は時計回りに回転する（図７（ａ）参照）。これに伴い、弁体３２は、図８中の破線の弁体３２にて示すように、弁体３２が連通部１９Ａを閉弁する位置、すなわち弁体３２の開弁位置から時計回りに回転する。すなわち弁体３２は開弁状態から閉弁する方向に向けて移動する。

サーモエレメント６１が自然長となるとき、すなわち連通路５３Ａ（図５参照）内の温度が温度ＴＨＸを下回るとき、図８の実線の弁体３２にて示すように、弁体３２の本体部３２Ａが拡径部１４と嵌合する。その結果、弁体３２が主ガス通路１１Ａを閉弁する。

弁体３２と、係合部６２Ａと突起部７２との接続部位との位置関係について説明する。
図７に示すように、弁体３２は回転体７１の回転中心Ｊ１を含むとともにロッド６２の移動方向と同方向の線、すなわち前後方向Ｘに沿った線（以下、「仮想線ＫＬ」）よりも下方に位置している。一方、係合部６２Ａと突起部７２との接続部位、すなわち係合部６２Ａと突起部７２とが係合する部位は仮想線ＫＬよりも上方に位置している。すなわち、弁体３２と、係合部６２Ａと突起部７２との接続部分とは仮想線ＫＬに対して互いに反対側に配置されている。

排気熱回収装置１に外部振動が加わった場合の弁体３２の動きについて説明する。
図７および図８の白抜き矢印Ｙ１にて示すように、弁体３２が開弁する方向において、排気熱回収装置１に外部振動が加わった場合、弁体３２にも同方向の外部振動が加わる。これにより、弁体３２を開弁させる力が弁体３２に与えられる、すなわち弁体３２にクランク機構７０を反時計回りに回転させる力が与えられる。一方、上記外部振動は、ロッド６２にも加わるため、ロッド６２も同様に矢印Ｙ１の方向への力を受ける。これにより、ロッド６２は、クランク機構７０を時計回りに回転させる力が与えられる。したがって、弁体３２がクランク機構７０を反時計回りに回転させようとする力Ｆ１と、ロッド６２がクランク機構７０を時計回りに回転させようとする力Ｆ２とが互いに打ち消しあう。これにより、外部振動によって弁体３２が開弁することが抑制される。

本実施形態によれば、以下に示す効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、図７に示す仮想線ＫＬに対して、弁体３２と、突起部７２と係合部６２Ａとの接続部分とが互いに反対側に設けられている。したがって、外部衝撃等により開閉装置３０が振動する場合には、弁体３２がクランク機構７０を弁体３２が開動作する方向に回転させる力と、アクチュエータユニット３１がクランク機構７０を弁体３２が閉動作する方向に回転させる力とが互いに打ち消しあう。その結果、弁体３２が閉状態において、開閉装置３０の振動に起因して弁体３２が開くことが抑制される。これにより、開閉装置３０の振動による弁体３２の開動作の抑制を目的として弁体３２に錘を付加する等の別部材を付加することなく、開閉装置３０の振動による弁体３２の開動作の抑制を図ることができる。

（２）本実施形態では、バイパスケース部１２にバイパス接続部１６が設けられることにより、バイパス通路１２Ａとアクチュエータ６０との上下方向Ｚの間に空間が形成される。これにより、バイパス通路１２Ａからアクチュエータ６０への熱伝熱が生じにくくなる。

（３）本実施形態では、バイパス接続部１６と本体ケース５０のフランジ５４との間に遮熱部材１７が挟まれている。これにより、バイパスケース部１２から本体ケース５０への伝熱を抑制することができる。

（４）本実施形態では、第２拡径部５４Ａおよび縮径部５４Ｂにより冷却水がサーモエレメント６１に衝突しやすくしている。これにより、サーモエレメント６１の冷却水の温度に対する応答性を向上することができる。

（５）本実施形態では、フランジ５４に薄肉部５４Ｄが形成されることにより、Ｏリング１８が冷却されやすくなる。これにより、Ｏリング１８の耐熱温度を超えることが回避されやすくなるため、Ｏリング１８の信頼性の低下を抑制することができる。

（６）本実施形態では、本体ケース５０が樹脂材料により成形される。したがって、本体ケースが金属材料を鋳造することにより成形される場合と比較して、本体ケース５０の形状の自由度が向上することができるとともに本体ケース５０の軽量化を図ることができる。

（７）本実施形態では、下流通路１２Ｂの端部が弁体３２の開動作によって閉弁されるため、主ガス通路１１Ａに排気ガスが流通するときには、下流通路１２Ｂには排気ガスの流通がなくなり、バイパス通路１２Ａ内には空気が滞留する。これにより、主ガス通路１１Ａに排気ガスが流通しているときにアクチュエータユニット３１と主ガス通路１１Ａとの間に空気層が形成されることとなるため、主ガス通路１１Ａの熱は、空気層により冷却される。したがって、主ガス通路１１Ａからアクチュエータユニット３１への伝熱を抑制することができる。

（８）本実施形態では、摺接部材６６がロッド６２と摺接する。したがって、摺接部材６６がロッド６２の移動に対する抗力になるため、開閉装置３０の振動による弁体３２の開動作に伴うクランク機構７０の回転に対してロッド６２が移動することを抑制することができる。これにより開閉装置３０の振動による弁体３２の開動作を一層抑制することができる。

加えて、カバーケース６３と本体ケース５０とサーモエレメント６１とにより形成された空間内にその一部が収容されるロッド６２は摺接部材６６により半密閉状態となる。したがって、ロッド６２が移動することに伴い空間の容積変化が生じるため、ロッド６２が移動しようとしても容積変化の作用によりロッド６２が移動方向とは反対方向の力が加わる。その結果、ロッド６２の移動が抑制されるため、開閉装置３０の振動による弁体３２の開動作をより一層抑制することができる。

（９）本実施形態では、突起部７２の前端が係合部６２Ａと当接している。したがって、外部振動により弁体３２が開方向に移動しようとする場合、弁体３２の開方向への移動に伴う突起部７２が前方に向けて移動しようとしても係合部６２Ａが外部振動により後方に向けて移動しようとするため、突起部７２の前方へ移動する力と係合部６２Ａの後方へ移動する力とが互いに打ち消しあう。これにより、外部振動に起因する弁体３２の開方向への移動を抑制することができる。

（１０）本実施形態では、係合部６２Ａがロッド６２の軸径Ｄよりも大きく形成されているため、係合部６２Ａの重量が大きくなっている。したがって、外部振動によって弁体３２を開方向に移動させる力が加わった場合、弁体３２を閉方向に向けて係合部６２Ａを移動させる力が増大する。これにより、外部振動に起因する弁体３２の開方向への移動をより一層抑制することができる。

（１１）本実施形態では、本体部３２Ａが拡径部１４の全周に亘り嵌合することにより、主ガス通路１１Ａ内に排気ガスが流通することを遮断している。これにより、主ガス通路１１Ａ内の排気ガスの流通を遮断するためにバタフライ弁を用いた場合と比較して、弁体３２が閉弁状態において排気ガスが主ガス通路１１Ａ内に漏洩する流量を低減することができる。

（その他の実施形態）
本発明の排気熱回収装置の具体的な構成は、上記実施形態に例示した構成に限定されることなく、例えば以下のように変更することもできる。また以下の変形例は、上記実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

・上記実施形態では、図３に示すように下流通路１２Ｂが主ケース部１１内に設けられたが、下流通路１２Ｂは、主ケース部１１の外側に一体に設けることもできる。また下流通路１２Ｂは、主ケース部１１の外側に別部材としての配管により設けることもできる。

・上記実施形態では、図３に示すように、下流通路１２Ｂがアクチュエータユニット３１と主ガス通路１１Ａとの間に設けられたが、下流通路１２Ｂは、主ガス通路１１Ａよりも右方に設けることもできる。

・上記実施形態では、図３に示すように、バイパス通路１２Ａと主ガス通路１１Ａとが互いに隣り合うように位置したが、主ガス通路１１Ａの周囲を覆うようにバイパス通路１２Ａを設けることもできる。すなわち、バイパス通路１２Ａの内部に主ガス通路１１Ａを設けることもできる。この場合、主ガス通路１１Ａとバイパス通路１２Ａとが同軸状に設けることもできる。

・上記実施形態では、図５に示すように、フランジ５４に薄肉部５４Ｄが設けられたが、遮熱部材１７に薄肉部５４Ｄを設けることもできる。この場合、遮熱部材１７には、遮熱部材１７の上面から下方に向けて凹形状となるとともにＯリング１８が収容される収容部が設けられる。この収容部は、上下方向Ｚにおいて第１拡径部１７Ａと同じ位置に設けられる。そして薄肉部は、収容部と第１拡径部１７Ａとの間に設けられる。これにより、本実施形態の効果（８）に準じた効果を奏することができる。

・上記実施形態では、封止部材として、Ｏリング１８を用いたが、封止部材の種類はこれに限定されることはない。フランジ５４と遮熱部材１７との間を封止することのできる部材であれば、封止部材としてガスケット等の他の部材を用いることができる。

・上記実施形態では、冷媒誘導部として、図５に示すように、拡大通路２０Ｂと縮小通路２０Ｃとが設けられたが、冷媒誘導部の構成はこれに限定されることはない。例えば、連通路５３Ａに冷却水がサーモエレメント６１に向かい流通させるための傾斜部を設けることができる。すなわち、冷却水がサーモエレメント６１に向かい流通させるための構造を連結部５３に設けてあればよい。

・上記実施形態では、図５に示すように、バイパスケース部１２のバイパス接続部１６とフランジ５４との間に遮熱部材１７が設けられていたが、この遮熱部材１７を省略することもできる。

・上記実施形態では、本体ケース５０を樹脂材料にて成形したが、本体ケース５０はステンレス鋼等の金属材料を用いて成形することもできる。
・上記実施形態では、バイパスケース部１２にバイパス接続部１６を設けたが、バイパス接続部１６を省略することもできる。この場合、バイパスケース部１２に貫通孔を設けるとともに、遮熱部材１７もしくはフランジ５４を固定する。

・上記実施形態では、図５に示すように、係合部６２Ａが下方に開口するＵ字形状に形成されたが、係合部６２Ａの形状はこれに限定されることはない。係合部６２Ａは突起部７２と係合するとともに、突起部７２を回転させることができる形状であればよい。

・上記実施形態では、図５に示すように、アクチュエータ６０には、ロッド６２に摺接する摺接部材６６が設けられたが、この摺接部材６６を省略することもできる。
・上記実施形態では、図７に示すように、係合部６２Ａが突起部７２の前端と当接する構成であったが、係合部６２Ａと突起部７２の前端との間に間隙を設けることもできる。

・上記実施形態では、図７に示すように、ロッド６２がクランク機構７０の回転中心に対して上方に配置されるとともに、弁体３２がクランク機構７０の回転中心に対して下方に配置される構成であったが、ロッド６２および弁体３２のクランク機構７０に対する位置はこれに限定されることはない。例えば、ロッド６２がクランク機構７０の回転中心に対して下方に配置されるとともに、弁体３２がクランク機構７０の回転中心に対して上方に配置される構成とすることもできる。要するに、外部振動を弁体３２およびロッド６２がそれぞれ受けることによって、弁体３２がクランク機構７０を回転させる方向と、ロッド６２がクランク機構７０を回転させる方向とが反対となるようなクランク機構７０に対する配置であればよい。

・上記実施形態では、アクチュエータ６０としてサーモエレメント６１を有する温度作動アクチュエータとしたが、アクチュエータ６０の種類としてはこれに限定されることはない。例えば、アクチュエータ６０として、温度作動アクチュエータに代えて、ダイヤフラムにより作動するアクチュエータおよび電動アクチュエータを用いることもできる。

・上記実施形態では、熱交換器４０に供給する冷媒として、冷却水を用いたが、冷媒として液体ではなく気体を用いてもよい。
・上記実施形態では、排気熱回収装置１をガソリンエンジンに適用したがディーゼルエンジンにも適用することもできる。

１…排気熱回収装置、２…エンジン本体、１０…装置本体、１１…主ケース部、１１Ａ…主ガス通路、１１Ｂ…分岐部、１２…バイパスケース部、１２Ａ…バイパス通路、１２Ｂ…下流通路、１３…縮小部、１４…拡径部、１６…バイパス接続部（接続部）、１７…遮熱部材、１７Ａ…第１拡径部、１８…Ｏリング（封止部材）、１９…区画壁、１９Ａ…連通部（合流部）、２０…冷媒配管、２０Ａ…冷媒通路、２０Ｂ…拡大通路、２０Ｃ…縮小通路、２１…流入側冷媒配管、２２…流出側冷媒配管、３０…開閉装置、３１…アクチュエータユニット、３２…弁体、３２Ａ…本体部、３２Ｂ…固定部、３２Ｃ…鐘体、３３…連結機構（クランク機構）、４０…熱交換器、５０…本体ケース、５１…上流側接続部、５２…下流側接続部、５３…連結部、５３Ａ…連通路、５４…フランジ、５４Ａ…第２拡径部、５４Ｂ…縮径部、５４Ｃ…収容部、５４Ｄ…薄肉部（壁部）、５５…貫通孔、５６…取付板、５７…ボルト、６０…アクチュエータ、６１…サーモエレメント（感温部材）、６１Ａ…付勢部、６２…ロッド（アーム）、６２Ａ…係合部（アームの接続部位）、６２Ｂ…凹部、６３…カバーケース、６３Ａ…貫通孔、６４…コイルばね（付勢部材）、６５…補助板、６６…摺接部材、７０…クランク機構、７１…回転体、７２…突起部（クランク機構の接続部位）、７３…軸体、７４…支持ケース、７５…軸受部材。

Claims (12)

1. 排気ガスが流通する主ガス通路と、この主ガス通路の分岐部において分岐するとともに同分岐部よりも下流側の合流部において合流するバイパス通路と、このバイパス通路に設けられるとともに排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、前記主ガス通路の通路断面積を変更する開閉装置とを備える排気熱回収装置において、
   前記開閉装置は、前記分岐部と前記合流部との間に設けられるとともに回動動作により前記主ガス通路を開放および閉鎖する弁体と、この弁体の動作中心となるとともに同弁体と一体に回動するクランク機構と、このクランク機構に接続されるアームを含むとともに伸長に伴う同アームの移動により同クランク機構を回転させるアクチュエータとを備え、
   前記弁体が閉弁している状態において、前記弁体と、前記アームと前記クランク機構との接続部位とが、前記クランク機構の回転中心を含むとともに前記アームの移動方向と同方向の仮想線に対して互いに反対側に配置される
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
2. 請求項１に記載の排気熱回収装置において、
   前記熱交換器と前記アクチュエータとを接続する接続部を有する冷媒通路を含み、
   前記アクチュエータは、温度に応じて伸縮する感温部材を有するとともに同感温部材の伸縮に伴い前記アームが移動する温度作動アクチュエータであり、
   前記感温部材には、前記冷媒通路から冷媒が供給される
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
3. 請求項２に記載の排気熱回収装置において、
   前記アクチュエータと前記バイパス通路との間には、空間が形成される
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
4. 請求項２または３に記載の排気熱回収装置において、
   前記接続部と前記アクチュエータとの間には、遮熱部材が設けられる
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
   前記接続部には、冷媒を前記感温部材に向けて誘導する冷媒誘導部が設けられる
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
   前記接続部には、冷媒流通方向の上流側よりも下流側の流路断面積が大きい第１通路と、この第１通路の下流側に接続されるとともに冷媒流通方向の上流側よりも下流側の流路断面積が小さい第２通路とが設けられ、
   前記第２通路の下流側に前記感温部材が配置される
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
   前記接続部には、前記冷媒通路の径方向の外方に樹脂材料の封止部材が収容されるための収容部が設けられ、
   前記収容部と前記接続部内の冷媒通路との間の壁部は、薄肉化されている
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
8. 請求項２〜７のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
   前記アクチュエータは、前記感温部材の一部を収容する本体ケースを有し、
   前記本体ケースは、樹脂材料によって成形される
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
9. 請求項２〜８のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
   前記バイパス通路において前記熱交換器の下流側と前記主ガス通路とを接続する下流側の通路を下流側通路とし、
   前記アクチュエータは、前記バイパス通路に隣接するとともに前記主ガス通路とは空間を介したところに位置し、
   前記下流側通路は、前記アクチュエータと前記主ガス通路との間に配置される
   ことを特徴とする排気熱回収装置。
10. 請求項２〜９のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
    前記アクチュエータは、前記アームと摺接する摺接部を含む
    ことを特徴とする排気熱回収装置。
11. 請求項２〜１０のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
    前記アクチュエータは、前記感温部材の縮小方向に向けて前記アームを付勢する付勢部材を含む
    ことを特徴とする排気熱回収装置。
12. 請求項２〜１１のいずれか一項に記載の排気熱回収装置において、
    前記クランク機構のうちの前記アクチュエータと接続する部分には、突起部が設けられ、
    前記アームには、前記突起部と係合するとともに、前記突起部における前記弁体の開動作による前記クランク機構の回転方向とは反対側に位置する係合部が設けられ、
    前記弁体が閉弁しているとき、前記係合部は前記突起部に当接する
    ことを特徴とする排気熱回収装置。

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