JP2014101834A - Thermo-actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等に設けられ、冷却水の温度に応じて変位する熱膨張体を有するサーモアクチュエータに関する。 The present invention relates to a thermoactuator having a thermal expansion body that is provided in a vehicle or the like and is displaced according to the temperature of cooling water.
従来、排気ガスの流路を切換える開閉バルブをサーモアクチュエータによって駆動する排熱回収装置が知られている。この排熱回収装置のサーモアクチュエータは、内部に冷却水通路を形成する本体ケースに収容され、熱膨張体を有するサーモエレメントと、カバーケースに収容され、熱膨張体の変位に応じてサーモエレメントの中心軸に沿って移動するロッド部材およびロッド部材の周囲に設けられてロッド部材をサーモエレメント側に付勢する付勢部材とを備えている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an exhaust heat recovery device is known in which an open / close valve that switches an exhaust gas flow path is driven by a thermo actuator. A thermoactuator of the exhaust heat recovery apparatus is housed in a main body case that forms a cooling water passage therein, and includes a thermoelement having a thermal expansion body, and a cover case, and the thermoelement according to the displacement of the thermal expansion body. A rod member that moves along the central axis, and a biasing member that is provided around the rod member and biases the rod member toward the thermo element.
また、サーモアクチュエータは、本体ケースとサーモエレメントとの間に介装され、サーモエレメントの外周部をシールするOリングと、サーモエレメントを本体ケースの合わせ面およびカバーケースの合わせ面に挟持して本体ケースおよびカバーケースに支持する円板状の支持部材とを含んで構成されている(例えば、特許文献1参照)。 The thermoactuator is interposed between the main body case and the thermoelement. The main body is sandwiched between the O-ring that seals the outer periphery of the thermoelement and the mating surface of the main body case and the mating surface of the cover case. It is comprised including the case and the disk-shaped support member supported by a cover case (for example, refer patent document 1).
しかしながら、このような従来のサーモアクチュエータにあっては、サーモエレメントが円板状の支持部材によって本体ケースおよびカバーケースに支持されているため、支持部材の剛性が小さいものとなる。 However, in such a conventional thermoactuator, since the thermoelement is supported by the main body case and the cover case by the disc-shaped support member, the rigidity of the support member is small.
このため、サーモエレメントによってロッド部材を付勢部材の付勢力に抗して移動させるときに、付勢部材からロッド部材を介して支持部材に加えられる反力によって支持部材が撓んでしまうおそれがある。したがって、サーモエレメントがロッド部材と反対側に後退してしまい、サーモエレメントからロッド部材への伝達力が低下してしまうおそれがある。 For this reason, when the rod member is moved against the urging force of the urging member by the thermo element, the support member may be bent by a reaction force applied from the urging member to the support member via the rod member. . Therefore, there is a possibility that the thermo element is retracted to the opposite side to the rod member and the transmission force from the thermo element to the rod member is reduced.
これに加えて、円板状の支持部材によってサーモエレメントの支持力を高くするためには、サーモエレメントの端部よりも中心軸方向内方でと支持部材によってサーモエレメントを支持する必要があるため、サーモエレメントとロッド部材の接触面である着力点が本体ケースとカバーケースの合わせ面に対して離れてしまう。このため、サーモエレメントとロッド部材との同軸性を確保し難く、サーモエレメントによりロッド部材が曲がって押し出されてしまい、サーモエレメントからロッド部材への伝達力が低下してしまうおそれがある。 In addition to this, in order to increase the support force of the thermo element by the disc-shaped support member, it is necessary to support the thermo element by the support member inwardly in the central axis direction than the end of the thermo element. The force applied point that is the contact surface between the thermo element and the rod member is separated from the mating surface of the main body case and the cover case. For this reason, it is difficult to ensure the coaxiality between the thermo element and the rod member, and the rod member is bent and pushed out by the thermo element, and the transmission force from the thermo element to the rod member may be reduced.
さらに、サーモエレメントがOリングによって本体ケースに支持されているため、冷却水に接触するサーモエレメントの部位がOリングによって制限されてしまい、サーモエレメントと冷却水との接触面積が小さくなってしまう。このため、サーモエレメントの応答性が低下してしまうおそれがある。 Furthermore, since the thermo element is supported by the main body case by the O-ring, the portion of the thermo element that contacts the cooling water is limited by the O-ring, and the contact area between the thermo element and the cooling water is reduced. For this reason, there exists a possibility that the responsiveness of a thermo element may fall.
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができるとともに、サーモエレメントの応答性を向上させることができるサーモアクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and can improve the transmission force from the thermo element to the rod member and improve the responsiveness of the thermo element. An object is to provide an actuator.
本発明に係る排熱回収装置は、上記目的を達成するため、(1)冷却水の温度に応じて膨張および収縮する熱膨張体を有するサーモエレメントと、前記サーモエレメントに対向して前記サーモエレメントの中心軸上に設けられ、前記熱膨張体の膨張および収縮に応じて前記中心軸に沿って移動するロッド部材と、前記ロッド部材を前記サーモエレメント側に付勢する付勢部材と、前記サーモエレメントを収容するとともに、内部に前記冷却水が流通する冷却水通路が形成される第1のケースと、前記第1のケースと前記サーモエレメントとの間に介装され、前記サーモエレメントの外周部をシールするシール部材を保持する保持部材と、前記第1のケースの第1の合わせ面に対向する第2の合わせ面を有し、前記ロッド部材および前記付勢部材を収容する第2のケースと、前記第1の合わせ面および前記第2の合わせ面に挟持されて前記第1のケースおよび前記第2のケースによって支持される第1の支持部および前記サーモエレメントを支持する第2の支持部を有する支持部材とを備え、前記支持部材の前記第2の支持部は、前記第1の支持部から前記サーモエレメントに向かって突出するように段差部を介して前記第1の支持部に連接されるものから構成されている。 In order to achieve the above object, the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention includes (1) a thermo element having a thermal expansion body that expands and contracts according to the temperature of cooling water, and the thermo element facing the thermo element. A rod member that moves along the central axis in response to expansion and contraction of the thermal expansion body, a biasing member that biases the rod member toward the thermo element, and the thermostat A first case that houses an element and in which a cooling water passage through which the cooling water flows is formed; and is interposed between the first case and the thermo element; and an outer peripheral portion of the thermo element The rod member and the biasing portion, the holding member holding the seal member for sealing the seal member, and the second mating surface facing the first mating surface of the first case. A first case that accommodates the first case, and the first support portion and the thermoelement that are sandwiched between the first case and the second case and are supported by the first case and the second case A support member having a second support part for supporting the first support part, and the second support part of the support member via a step part so as to protrude from the first support part toward the thermo element. It is comprised from what is connected with the said 1st support part.
このサーモアクチュエータは、支持部材の第2の支持部が、第1のケースの第1の合わせ面および第2のケースの第2の合わせ面に挟持される第1の支持部からサーモエレメントに向かって突出するように段差部を介して第1の支持部に連接されるので、段差部によって支持部材の剛性を高くすることができる。 In this thermoactuator, the second support portion of the support member faces the thermo element from the first support portion sandwiched between the first mating surface of the first case and the second mating surface of the second case. Since the first support portion is connected via the step portion so as to protrude, the rigidity of the support member can be increased by the step portion.
このため、サーモエレメントによってロッド部材を移動させるときに、ロッド部材からサーモエレメントに加えられる反力によって支持部材が撓んでしまうのを防止することができる。したがって、サーモエレメントがロッド部材と反対方向に後退するのを防止することができ、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができる。 For this reason, when the rod member is moved by the thermo element, it is possible to prevent the support member from being bent by a reaction force applied from the rod member to the thermo element. Therefore, it is possible to prevent the thermo element from moving backward in the direction opposite to the rod member, and it is possible to improve the transmission force from the thermo element to the rod member.
また、第2の支持部が第1の支持部からサーモエレメントに向かって突出しているため、サーモエレメントの端部よりも中心軸方向の内方においてサーモエレメントを第2の支持部によって支持することができる。このため、サーモエレメントの支持力を向上させつつ、第1の支持部からサーモエレメントおよびロッド部材の接触面(すなわち、着力点)までの距離を短くすることができる。 Further, since the second support portion protrudes from the first support portion toward the thermo element, the thermo element is supported by the second support portion inward in the central axis direction from the end portion of the thermo element. Can do. For this reason, it is possible to shorten the distance from the first support portion to the contact surface of the thermo element and the rod member (that is, the force application point) while improving the support force of the thermo element.
したがって、サーモエレメントとロッド部材とを第1のケースおよび第2のケースにそれぞれ組み付けたときにサーモエレメントとロッド部材との同軸性を容易に確保することができる。この結果、サーモエレメントによりロッド部材が曲がって押し出されてしまうことがなく、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができる。 Therefore, the coaxiality between the thermo element and the rod member can be easily ensured when the thermo element and the rod member are assembled to the first case and the second case, respectively. As a result, the rod member is not bent and pushed out by the thermo element, and the transmission force from the thermo element to the rod member can be improved.
また、第2の支持部を段差部によって第1の支持部よりもサーモエレメント側に位置させることができるため、保持部材からのサーモエレメントの突出量を冷却水側に多くすることができる。このため、サーモエレメントと冷却水との接触面積を増大させることができ、サーモエレメントの応答性を向上させることができる。 Moreover, since the 2nd support part can be located in the thermo element side rather than the 1st support part by the level | step-difference part, the protrusion amount of the thermo element from a holding member can be increased to the cooling water side. For this reason, the contact area of a thermo element and cooling water can be increased, and the responsiveness of a thermo element can be improved.
上記(1)に記載のサーモアクチュエータにおいて、(2)前記サーモエレメントは、前記熱膨張体を収容するハウジングと、前記ロッド部材に当接するように前記ハウジングに設けられ、前記熱膨張体の変位に応じて前記ハウジングからの突出量が可変されるプランジャとを有するものから構成されている。 In the thermoactuator described in the above (1), (2) the thermo element is provided in the housing so as to abut on the housing for housing the thermal expansion body and the rod member. Correspondingly, it has a plunger whose amount of protrusion from the housing is variable.
このサーモアクチュエータは、第1の支持部からプランジャおよびロッド部材の着力点までの距離を、従来の平板状の支持部材を用いた場合よりも短くすることができる。このため、サーモエレメントとロッド部材とを第1のケースおよび第2のケースにそれぞれ組み付けたときに、プランジャとロッド部材との同軸性を容易に確保することができる。 In this thermoactuator, the distance from the first support portion to the force applied points of the plunger and the rod member can be made shorter than when a conventional flat support member is used. For this reason, when the thermo element and the rod member are assembled to the first case and the second case, the coaxiality between the plunger and the rod member can be easily ensured.
上記(1)または(2)に記載のサーモアクチュエータにおいて、(3)前記サーモアクチュエータが、排熱回収装置に搭載され、前記排熱回収装置は、排気ガスが流通する排気通路部および分岐位置で前記排気通路部から分岐され、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う受熱通路部と、前記分岐位置の下流に位置するように前記排気通路部に設けられ、排気ガスの流路を前記排気通路部および前記受熱通路部のいずれか一方に切換える開閉バルブとを含んで構成され、前記アクチュエータが、前記開閉バルブを駆動するものから構成されている。 In the thermoactuator described in the above (1) or (2), (3) the thermoactuator is mounted on an exhaust heat recovery device, and the exhaust heat recovery device is disposed at an exhaust passage portion through which exhaust gas flows and a branch position. A heat receiving passage portion branched from the exhaust passage portion and performing heat exchange between the exhaust gas and the cooling water, and provided in the exhaust passage portion so as to be located downstream of the branch position, An opening / closing valve that switches to either the exhaust passage portion or the heat receiving passage portion is included, and the actuator is configured to drive the opening / closing valve.
このサーモアクチュエータは、排熱回収装置に搭載されて開閉バルブを駆動するように構成されている。そして、サーモアクチュエータは、サーモエレメントの応答性を向上させることができるため、熱膨張体を膨張および収縮させるための冷却水の設定温度に応じて熱膨張体の膨張および収縮の応答性を向上させることができる。 This thermoactuator is mounted on the exhaust heat recovery device and is configured to drive the open / close valve. Since the thermoactuator can improve the response of the thermoelement, the response of expansion and contraction of the thermal expansion body is improved according to the set temperature of the cooling water for expanding and contracting the thermal expansion body. be able to.
このため、サーモアクチュエータによって開閉バルブを冷却水温に応じた最適なタイミングで開閉することができ、例えば、冷却水温が低温である場合には、サーモアクチュエータによって受熱通路部に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブを切換えることにより、受熱通路部を流れる排気ガスと冷却水との間で熱交換を行うことができる。このため、冷却水を排気ガスの熱によって昇温させることができる。 For this reason, the thermo-actuator can open and close the open / close valve at an optimal timing according to the cooling water temperature.For example, when the cooling water temperature is low, the thermo-actuator is positioned at the position where the exhaust gas is circulated through the heat receiving passage. By switching the open / close valve, heat exchange can be performed between the exhaust gas flowing through the heat receiving passage and the cooling water. For this reason, the temperature of the cooling water can be raised by the heat of the exhaust gas.
また、例えば、冷却水温が高温である場合には、サーモアクチュエータによって排気通路部に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブを切換えることにより、排気ガスを排気通路部に流すことができ、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行わないようにすることができる。このため、冷却水が排気ガスの熱によって過度に昇温されるのを防止することができる。 Further, for example, when the cooling water temperature is high, the exhaust gas can be flowed to the exhaust passage portion by switching the open / close valve to a position where the exhaust gas is circulated to the exhaust passage portion by the thermo actuator. It is possible to prevent heat exchange with the cooling water. For this reason, it is possible to prevent the cooling water from being excessively heated by the heat of the exhaust gas.
上記(2)、(3)に記載のサーモアクチュエータにおいて、(4)前記受熱通路部は、排気ガスが流通する流通管と、冷却水が流通する冷却水管と、前記流通管に高温部が対向するとともに、前記冷却水管に低温部が対向し、前記高温部と前記低温部との温度差に応じて発電を行う熱電変換モジュールとを備えたものから構成されている。 In the thermoactuator described in the above (2) and (3), (4) the heat receiving passage portion has a flow pipe through which exhaust gas flows, a cooling water pipe through which cooling water flows, and a high temperature section facing the flow pipe. In addition, a low-temperature portion is opposed to the cooling water pipe, and a thermoelectric conversion module that generates power according to a temperature difference between the high-temperature portion and the low-temperature portion is configured.
このサーモアクチュエータは、熱電変換モジュールを有する排熱回収装置に搭載されて開閉バルブを駆動するように構成されている。そして、サーモアクチュエータは、サーモエレメントの応答性を向上させることができるため、熱膨張体を膨張および収縮させるための冷却水の設定温度に応じて熱膨張体の膨張および収縮の応答性を向上させることができる。 This thermoactuator is mounted on an exhaust heat recovery device having a thermoelectric conversion module and is configured to drive an on-off valve. Since the thermoactuator can improve the response of the thermoelement, the response of expansion and contraction of the thermal expansion body is improved according to the set temperature of the cooling water for expanding and contracting the thermal expansion body. be able to.
このため、サーモアクチュエータによって開閉バルブを冷却水温に応じた最適なタイミングで開閉することができ、例えば、冷却水温が低温である場合には、サーモアクチュエータによって受熱通路部に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブを切換えることにより、流通管を流れる排気ガスと冷却水管を流通する冷却水との温度差に応じて発電を行うことができる。 For this reason, the thermo-actuator can open and close the open / close valve at an optimal timing according to the cooling water temperature.For example, when the cooling water temperature is low, the thermo-actuator is positioned at the position where the exhaust gas is circulated through the heat receiving passage. By switching the open / close valve, power generation can be performed according to the temperature difference between the exhaust gas flowing through the flow pipe and the cooling water flowing through the cooling water pipe.
本発明によれば、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができるとともに、サーモエレメントの応答性を向上させることができるサーモアクチュエータを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to improve the transmission force from a thermo element to a rod member, the thermo actuator which can improve the responsiveness of a thermo element can be provided.
以下、本発明に係る排熱回収装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、排熱回収装置を、自動車等の車両に搭載される水冷式の多気筒の内燃機関、例えば4サイクルガソリンエンジン(以下、単にエンジンという)に適用した場合について説明している。また、エンジンは、ガソリンエンジンに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of an exhaust heat recovery apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the case where the exhaust heat recovery device is applied to a water-cooled multi-cylinder internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile, for example, a four-cycle gasoline engine (hereinafter simply referred to as an engine) will be described. ing. The engine is not limited to a gasoline engine.
図1〜図11は、本発明に係る排熱回収装置の一実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
図1に示すように、自動車等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン1は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合して成る混合気を燃焼室に供給して燃焼させた後、この燃焼に伴って発生する排気ガスを排気系から大気に放出するようになっている。
FIGS. 1-11 is a figure which shows one Embodiment of the waste heat recovery apparatus which concerns on this invention.
First, the configuration will be described.
As shown in FIG. 1, an engine 1 as an internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is formed by mixing air supplied from an intake system and fuel supplied from a fuel supply system at an appropriate air-fuel ratio. After the air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber and combusted, the exhaust gas generated with this combustion is discharged from the exhaust system to the atmosphere.
排気系は、エンジン1に取付けられたエキゾーストマニホールド2と、このエキゾーストマニホールド2に球面継手3を介して連結された排気管4とを含んで構成されており、エキゾーストマニホールド2と排気管4とによって排気通路が形成されている。
The exhaust system includes an
球面継手3は、エキゾーストマニホールド2と排気管4との適度な揺動を許容するとともに、エンジン1の振動や動きを排気管4に伝達させないか、または、減衰して伝達するように機能する。
排気管4上には、2つの触媒5、6が直列に設置されており、この触媒5、6により排気ガスが浄化されるようになっている。
The spherical joint 3 allows moderate swinging of the
Two catalysts 5 and 6 are installed in series on the exhaust pipe 4, and the exhaust gas is purified by the catalysts 5 and 6.
この触媒5、6のうち、排気管4において排気ガスの排気方向の上流側に設置される触媒5は、所謂、スタートキャタリスタ(S/C)と呼ばれるものであり、排気管4において排気ガスの排気方向の下流側に設置される触媒6は、所謂、メインキャタリスタ(M/C)またはアンダーフロアキャタリスタ(U/F)と呼ばれるものである。 Among the catalysts 5 and 6, the catalyst 5 installed upstream in the exhaust gas exhaust direction in the exhaust pipe 4 is a so-called start catalyst (S / C). The catalyst 6 installed downstream in the exhaust direction is a so-called main catalyst (M / C) or underfloor catalyst (U / F).
これらの触媒5、6は、例えば三元触媒により構成されている。この三元触媒は、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)を一括して化学反応により無害な成分に変化させるといった浄化作用を発揮する。 These catalysts 5 and 6 are constituted by, for example, a three-way catalyst. This three-way catalyst exhibits a purifying action in which carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), and nitrogen oxide (NOx) are collectively changed to harmless components by a chemical reaction.
エンジン1の内部には、ウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットにはロングライフクーラント(LLC)と呼ばれる冷却液(以下、単に冷却水と言う)が充填されている。 A water jacket is formed inside the engine 1, and the water jacket is filled with a coolant called long life coolant (LLC) (hereinafter simply referred to as coolant).
この冷却水は、エンジン1に取付けられた導出管8から導出された後、ラジエータ7に供給され、このラジエータ7から冷却水の還流管9を経てエンジン1に戻されるようになっている。
ラジエータ7は、ウォータポンプ10によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却するものである。
The cooling water is led out from the
The radiator 7 cools the cooling water circulated by the
また、還流管9にはバイパス管12が連結されており、このバイパス管12と還流管9との間にはサーモスタット11が介装され、このサーモスタット11によって、ラジエータ7を流通する冷却水量とバイパス管12を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。
例えば、エンジン1の暖機運転時においてはバイパス管12側の冷却水量が増加されて暖機が促進されるようになっている。
Further, a
For example, during the warm-up operation of the engine 1, the amount of cooling water on the
バイパス管12にはヒータ配管13が連結されており、このヒータ配管13の途中には、ヒータコア14が設けられている。このヒータコア14は、冷却水の熱を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。
A
このヒータコア14によって暖められた空気は、ブロアファン15によって車室内に導入されるようになっている。なお、ヒータコア14とブロアファン15とによりヒータユニット16が構成されている。
The air heated by the
また、ヒータ配管13には後述する排熱回収装置17に冷却水を供給する上流側配管18Aが設けられており、排熱回収装置17と還流管9との間には排熱回収装置17から還流管9に冷却水を排出する下流側配管18Bが設けられている。
The
このため、排熱回収装置17において排熱回収動作(この排熱回収動作の詳細については後述する)が行われている場合には、下流側配管18Bを流れる冷却水は、上流側配管18Aを流れる冷却水の温度よりも高くなる。
For this reason, when the exhaust heat recovery operation is performed in the exhaust heat recovery device 17 (details of this exhaust heat recovery operation will be described later), the cooling water flowing through the
一方、エンジン1の排気系には、排熱回収装置17が設けられており、この排熱回収装置17は、エンジン1から排出される排気ガスの熱を回収して冷却水と熱交換を行うことにより、冷却水を加熱するようになっている。
On the other hand, an exhaust
図1〜図4に示すように、排熱回収装置17は、排気通路部を構成する排気管部19、受熱通路部を構成する排熱回収器20、サーモアクチュエータ21、上流側配管18Aおよび下流側配管18Bを含んで構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the exhaust
図1、図5に示すように、排気管部19の上流端は、排気管4に接続されており、排気管部19の内部には排気管4から排気ガスが導入される排気通路22が形成されている。また、排気管部19の下流端は、テールパイプ23に接続されており、排気通路22に導入される排気ガスは、テールパイプ23に排出されるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 5, the upstream end of the
このため、エンジン1から排気管4を通して排気通路22に排出された排気ガスは、排気通路22を通してテールパイプ23に排出された後、テールパイプ23から外気に排出される。
For this reason, the exhaust gas discharged from the engine 1 to the
また、排熱回収器20は、排熱回収管24を備えており、この排熱回収管24は、排気管部19の上方に設置されており、排熱回収管24の内部には受熱通路25が形成されている。
The exhaust
排気管部19の上流側には連通孔26が形成されており、排気通路22の上流側と受熱通路25の上流側とは連通孔26を介して連通している。すなわち、連通孔26は、排気管部19と排熱回収器20の分岐位置に形成されている。排気管部19の下流側に連通孔27が形成されており、排気通路22の下流側と受熱通路25の下流側とは連通孔27を介して連通している。
A
図5、図6に示すように、排熱回収管24には複数の流通管28、29が設けられている。この流通管28、29の内部は、受熱通路25の上流側および下流側に連通しており、流通管28、29には排気ガスが導入されるようになっている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the exhaust
また、流通管28、29の上流側および下流側は、それぞれプレート30、31に取付けられており、流通管28、29は、このプレート30、31によって上下方向に離隔して支持されている。
Further, the upstream side and the downstream side of the
また、このプレート30、31、排熱回収管24の上部24aおよび下部24bによって冷却水管36が構成されており、プレート30、31、排熱回収管24の上部24aおよび下部24bによって囲まれる空間は、冷却水管36の冷却水通路37を構成している。
Further, the cooling
また、流通管28、29の内部には櫛歯形状の伝熱部材38が設けられている。この伝熱部材38は、流通管28、29の幅方向(図6の左右方向)に沿って折り曲げられているとともに流通管28、29の長手方向(図5の左右方向)に延在しており、上端と下端の折り曲げ部位が流通管28、29の内周上面および内周下面に接触している。
このため、流通管28、29の内部を流れる排気ガスの熱は、伝熱部材38を伝わって流通管28、29に効率よく伝達される。
Further, a comb-shaped
For this reason, the heat of the exhaust gas flowing through the
また、排熱回収管24の側面には上流側配管18Aおよび下流側配管18Bが接続されており、冷却水管36の冷却水通路37には上流側配管18Aから冷却水が導入されるようになっている。そして、冷却水通路37内に導入された冷却水は、冷却水通路37を流通して下流側配管18Bから排出されるようになっている。
An
流通管28、29の外方には外管32、33が設けられており、流通管28、29と外管32、33の間の空間には熱電変換モジュール41が収容される密閉空間からなるモジュール室34、35が画成されている。
図7に示すように、熱電変換モジュール41は、高温部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板42と、低温部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板43との間に、ゼーベック効果により温度差に応じた起電力を発生するN型熱電変換素子44およびP型熱電変換素子45が複数個設置されており、N型熱電変換素子44およびP型熱電変換素子45が電極46a、46bを介して交互に直列に接続されている。また、隣接する熱電変換モジュール41は、配線47を介して電気的に連結されている。
As shown in FIG. 7, the
この熱電変換モジュール41は、受熱基板42が流通管28、29に対向して流通管28、29に接触するとともに、放熱基板43が外管32、33に対向して外管32、33に接触しており、排気ガスの排気方向に並列に設置されている。なお、図5、図6では、図7に示す熱電変換モジュール41を簡略化している。
In this
そして、熱電変換モジュール41は、受熱基板42と放熱基板43との温度差に応じて発電を行うことにより、ケーブル48を介して補機バッテリに発電電力を供給(充電)するようになっている。
The
図5に示すように、排気管部19には開閉バルブ49が設けられており、この開閉バルブ49は、排気管部19の内部に設けられた円筒状の絞り部19aを開閉することにより、受熱通路25に導入される排気ガスの流路を受熱通路25と排熱回収器20の排気通路22とのいずれか一方に切換えるようになっている。
As shown in FIG. 5, an opening / closing
この開閉バルブ49は、排気管部19に支持された軸部材50に一体的に設けられており、開閉バルブ49は、軸部材50が排気管部19に対して回転することにより、絞り部19aを開閉する。
The opening / closing
図8に示すように、軸部材50の一端部は、排気管部19から横方向に突出して排気管部19の外方に設けられている。軸部材50の一端部にはカム保持部材51が接続されており、このカム保持部材51は、図10に示すカム52を有し、このカム52は、サーモアクチュエータ21によって回転駆動される。
As shown in FIG. 8, one end portion of the
また、軸部材50の一端部の外周部にはコイルスプリング53が設けられており、このコイルスプリング53の一端部は、排気管部19に固定されたスプリング収容ケース54に固定されているとともに、コイルスプリング53の他端部はカム保持部材51に固定されている。
Further, a
コイルスプリング53は、開閉バルブ49が絞り部19aを閉塞する閉塞位置に位置するように開閉バルブ49を付勢するようになっており、開閉バルブ49の初期位置は、絞り部19aを閉塞する位置に設定されている。
サーモアクチュエータ21は、上流側配管18Aの途中に設けられており、サーモアクチュエータ21は、図1〜図4に示すように、排気管部19の横側に設置されている。
The
The
図8、図9において、サーモアクチュエータ21は、上流側配管18Aの途中に設けられて上流側配管18Aの一部を構成する第1のケースとしての筒状のケース55を備えている。このケース55の内部には冷却水通路56が形成されており、冷却水通路56には上流側配管18Aを通して冷却水が流通するようになっている。
8 and 9, the
ケース55の内部にはサーモエレメント57が収容されており、サーモエレメント57は、冷却水の温度に応じて膨張および収縮するサーモワックス等の熱膨張体を内蔵するハウジング58を備えている。
A
ハウジング58は、ハウジング58の外周部をシールするOリング59を保持するガイド部材60を介してケース55に液密的に取付けられている。すなわち、ケース55とハウジング58との間にはガイド部材60が介装されている。本実施の形態では、Oリング59がシール部材を構成し、ガイド部材60が保持部材を構成している。
The
また、サーモエレメント57に対向してサーモエレメント57の中心軸O上、すなわち、ハウジング58の中心軸O上にはロッド部材61が設けられており、このロッド部材61は、第2のケースとしての筒状のケース62に収容されている。
Further, a
また、ハウジング58にはプランジャ63が設けられており、このプランジャ63の先端は、ロッド部材61に当接している。プランジャ63は、ハウジング58内の熱膨張体の変位に応じてハウジング58からの突出量が可変されるようになっている。
The
ケース62内にはロッド部材61を取り囲むようにして付勢部材としてのコイルスプリング64が収容されている。コイルスプリング64の一端部は、ロッド部材61の一端部に形成されたフランジ61aに当接するとともに、コイルスプリング64の他端部は、スプリングシート65を介してケース62の端部に当接しており、ロッド部材61をサーモエレメント57側に付勢している。
また、ロッド部材61の他端部は、ケース62から外方に突出しており、ロッド部材61の他端部には押圧部61bが設けられている。
A
Further, the other end portion of the
本実施の形態のサーモアクチュエータ21は、上流側配管18Aを通して冷却水通路56を流れる冷却水の温度が所定温度未満であると、サーモエレメント57の熱膨張体が収縮し、ロッド部材61がコイルスプリング64に付勢されて、中心軸Oに沿って図8中、左方に移動する。ロッド部材61が図8中、左方に移動すると、コイルスプリング53の付勢力によって軸部材50が時計回転方向に回転して開閉バルブ49を閉塞位置に移動させる。
In the
また、上流側配管18Aを通して冷却水通路56を流れる冷却水の温度が所定温度以上になると、サーモエレメント57の熱膨張体が膨張してハウジング58に対するプランジャ63の突出量が増大してプランジャ63がロッド部材61を押圧する。ロッド部材61は、プランジャ63によって押圧されると、中心軸Oに沿って図8中、右方に移動する。
Further, when the temperature of the cooling water flowing through the cooling
ロッド部材61が図8中、右方に移動すると、ロッド部材61の先端に取付けられた押圧部61bがカム52を押圧する。押圧部61bがカム52を押圧すると、コイルスプリング53の付勢力に抗して軸部材50が反時計回転方向に回転することにより、開閉バルブ49が閉塞位置から開放位置に移動して絞り部19aを開放する。
When the
一方、ケース55のフランジ55Aおよびケース62のフランジ62Aは、排気管部19に形成されたブラケット19bにボルト66a、66bによって締結されており(図3、図4参照)、ケース55、62は、ブラケット24cを介して排気管部19に取付けられている。
On the other hand, the
また、ケース55のフランジ55Aおよびケース62のフランジ62Aの一部分は、ボルト66cによって直接締結されている。また、サーモエレメント57は、支持部材67によってケース55、62に取付けられている。
The
フランジ55Aは、第1の合わせ面としての合わせ面55aを備えているとともに、フランジ55Aに対向するフランジ62Aの対向面は、第2の合わせ面としての合わせ面62aを備えている。また、支持部材67は、合わせ面55a、62aに挟持されるようにしてフランジ55A、62Aにボルト66a、66bに締結される第1の支持部としての環状の支持部67Aを備えている。
The
また、支持部材67は、サーモエレメント57のハウジング58を支持する第2の支持部としての環状の支持部67Bを備えており、この支持部67Bは、支持部67Aに対してサーモエレメント57に向かって突出するように段差部67Cを介して支持部67Aに連接されている。
Further, the
段差部67Cは、断面L字形状に折り曲げられて形成されており、ハウジング58の中心軸Oと同方向に延在する環状部67aとハウジング58の中心軸Oと垂直方向に延在する円板部67bとを備えている。このため、支持部67Aと円板部67bとは環状部67aを挟んで段差が形成されることになる。
The stepped
また、支持部67Bは、円板部67bからハウジング58の中心軸Oに沿って延在している。
Further, the
次に、作用を説明する。
エンジン1の冷間始動時には、触媒5、6、エンジン1の冷却水の全てが低温(外気温程度)になっている。
Next, the operation will be described.
When the engine 1 is cold started, the catalysts 5 and 6 and the cooling water of the engine 1 are all at a low temperature (about the outside temperature).
この状態からエンジン1が始動されると、エンジン1の始動に伴いエンジン1からエキゾーストマニホールド2を経て排気管4に、排気ガスが排出されることになり、2つの触媒5、6が排気ガスにより昇温されることになる。
また、冷却水がラジエータ7を通らずにバイパス管12を経てエンジン1に戻されることによって暖機運転が行われることになる。
When the engine 1 is started from this state, the exhaust gas is discharged from the engine 1 to the exhaust pipe 4 through the
Further, the cooling water is returned to the engine 1 through the
エンジン1の冷間始動時には、例えば、冷却水の温度が低いため、開閉バルブ49が閉じた状態となる。このため、排気管4から排気管部19の排気通路22に導入された排気ガスが連通孔26を介して排熱回収管24の受熱通路25に導入される。
When the engine 1 is cold-started, for example, the temperature of the cooling water is low, so that the open /
上流側配管18Aを流れる冷却水は、サーモアクチュエータ21のケース55の冷却水通路56を通して冷却水管36に導入される。このため、流通管28、29を流れる排気ガスによって冷却水管36を流通する冷却水が昇温され、エンジン1の暖機が促される。
また、流通管28、29に導入された排気ガスは、連通孔27を通して排気管部19の排気通路22に導入され、テールパイプ23を介して外気に排出される。
The cooling water flowing through the upstream side pipe 18 </ b> A is introduced into the cooling
Further, the exhaust gas introduced into the
流通管28を流れる高温の排気ガスが熱電変換モジュール41の受熱基板42に作用し、冷却水管36を流れる低温の冷却水が放熱基板43に作用するため、受熱基板42と放熱基板43との温度差によって熱電変換モジュール41が発電を行う。
Since the high temperature exhaust gas flowing through the
また、エンジン1の暖機終了後には、エンジン1から導出管8に導入された冷却水の温度が高くなるため、サーモスタット11が作動することでバイパス管12と還流管9との連通が遮断されるので、エンジン1から導出管8を介して導出された冷却水がラジエータ7を介して還流管9に導出される。このため、エンジン1に低温の冷却水が供給され、エンジン1の冷却性能を高めることができる。
Further, since the temperature of the cooling water introduced from the engine 1 to the
また、導出管8から上流側配管18Aに導入された冷却水の温度が所定温度に達すると、サーモエレメント57の熱膨張体が膨張してロッド部材61を図8中、右方に押圧し、押圧部61bがカム52を押圧する。
Further, when the temperature of the cooling water introduced from the
このとき、コイルスプリング53の付勢力に抗して軸部材50が反時計回転方向に回転することにより、開閉バルブ49が閉塞位置から開放位置に移動して絞り部19aを開放する。このため、排気管4から排気管部19に導入された排気ガスが排気通路22を通してテールパイプ23に排出され、テールパイプ23を通して外気に排出される。ここで、所定温度は、暖機温度、または、暖気温度以上の温度でもよく、特に限定されるものではない。
At this time, when the
また、本実施の形態のサーモアクチュエータ21は、支持部材67の支持部67Bが、ケース55の合わせ面55aおよびケース62の合わせ面62aに挟持される支持部67Aに対してサーモエレメント57に向かって突出するように段差部67Cを介して支持部67Aに連接されている。このため、段差部67Cによって支持部材67の剛性を高くすることができる。
Further, in the
具体的には、図11に示すように、支持部材71が円板状に形成される場合には、支持部材71の剛性が低下してしまう。この円板状の支持部材71を有するサーモエレメントを用いた場合には、所定温度以上の冷却水によって熱膨張体が膨張し、プランジャ63によってロッド部材61が図8中、左方に移動されると、ロッド部材61からサーモエレメント57に加えられる反力によって支持部材71が撓んでしまう。
Specifically, as shown in FIG. 11, when the
これに対して、本実施の形態のサーモアクチュエータ21は、段差部67Cによって支持部材67の剛性を高くすることができるため、コイルスプリング64からロッド部材61を介して支持部材67に加えられる反力によって支持部材67が撓んでしまうのを防止することができる。
したがって、サーモエレメント57がロッド部材61と反対方向に後退するのを防止することができ、サーモエレメント57からロッド部材61への伝達力を向上させることができる。
On the other hand, since the
Therefore, it is possible to prevent the
また、本実施の形態のサーモアクチュエータ21は、支持部67Bが支持部67Aに対してサーモエレメント57に向かって突出しているため、図9に示すように、ケース55、62の合わせ面55a、62aからサーモエレメント57およびロッド部材61の接触面、すなわち、プランジャ63とロッド部材61の接触面である着力点までの距離L2を短くすることができる。
Further, in the
具体的には、図11に示すように、円板状の支持部材71を用いた場合には、サーモエレメント57の支持力を高くするために、支持部材71によってハウジング58の端部よりもハウジング58の中心軸O方向内方を支持する必要がある。
Specifically, as shown in FIG. 11, in the case where a disk-shaped
このようにすると、ハウジング58がガイド部材60に対してロッド部材61側に突出してしまい、ケース55、62の合わせ面55a、62aからプランジャ63とロッド部材61の着力点までの距離L1が長くなる。
If it does in this way, the
この結果、プランジャ63とロッド部材61との同軸性を確保し難く、プランジャ63によりロッド部材61が曲がって押し出されてしまい、サーモエレメント57からロッド部材61への伝達力が低下してしまう。
As a result, it is difficult to ensure the coaxiality between the
これに対して、本実施の形態のサーモエレメント57は、支持部67Bが支持部67Aに対してサーモエレメント57に向かって突出しているため、ハウジング58の端部よりも中心軸O方向の内方においてハウジング58を支持部67Bによって支持してサーモエレメントの支持力を向上させつつ、ケース55、62の合わせ面55a、62aからプランジャ63およびロッド部材61の着力点までの距離L2を短くすることができる。
On the other hand, in the
このため、サーモエレメント57とロッド部材61とをケース55、62にそれぞれ組み付けたときにサーモエレメント57とロッド部材61との同軸性を容易に確保することができる。したがって、プランジャ63によりロッド部材61が曲がって押し出されてしまうのを防止することができ、サーモエレメント57からロッド部材61への伝達力を向上させることができる。
For this reason, when the
また、図11に示すように、平板状の支持部材71によってサーモエレメント57を保持した場合には、ガイド部材60からのハウジング58の突出量L3を多くすることができず、ハウジング58と冷却水との接触面積が小さくなる。
これに対して、本実施の形態のサーモアクチュエータ21は、支持部67Bを段差部67Cによって支持部67Aよりもサーモエレメント57側に位置させることができるため、ガイド部材60からのハウジング58の突出量L4を冷却水側に多くすることができる。
Further, as shown in FIG. 11, when the
In contrast, in the
このため、ハウジング58と冷却水との接触面積を増大させることができ、サーモエレメント57の熱膨張体の応答性を向上させることができる。すなわち、熱膨張体を膨張および収縮させるための冷却水の設定温度に応じて熱膨張体の膨張および収縮の応答性を向上させることができる。
For this reason, the contact area of the
したがって、サーモアクチュエータ21によって開閉バルブ49を冷却水温に応じた最適なタイミングで開閉することができ、冷却水温が低温である場合には、サーモアクチュエータ21によって受熱通路25に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブ49を切換えることができる。この結果、冷却水を排気ガスの熱によって昇温させることができるとともに、熱電変換モジュール41によって発電を行うことができる。
Therefore, the opening / closing
また、冷却水温が高温である場合には、サーモアクチュエータ21によって排気通路22に排気ガスを流通させる位置に開閉バルブ49を切換えることにより、排気ガスを排気通路22に流すことができ、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行わないようにすることができる。この結果、冷却水が排気ガスの熱によって過度に昇温されるのを防止することができ、エンジン1の冷却性能が悪化してエンジン1がオーバーヒートすること等を防止することができる。
Further, when the cooling water temperature is high, by switching the open /
以上のように、本発明に係る排熱回収装置は、サーモエレメントからロッド部材への伝達力を向上させることができるとともに、サーモエレメントの応答性を向上させることができるという効果を有し、車両等に設けられ、冷却水の温度に応じて変位する熱膨張体を有するサーモアクチュエータ等として有用である。 As described above, the exhaust heat recovery apparatus according to the present invention has an effect that the transmission force from the thermo element to the rod member can be improved and the response of the thermo element can be improved. And is useful as a thermoactuator having a thermal expansion body that is displaced according to the temperature of the cooling water.
17…排熱回収装置、19…排気管部(排気通路部)、20…排熱回収器(受熱通路部)、21…サーモアクチュエータ、36…冷却水管、41…熱電変換モジュール、42…受熱基板(高温部)、43…放熱基板(低温部)、49…開閉バルブ、55…ケース(第1のケース)、55a…合わせ面(第1の合わせ面)、57…サーモエレメント、58…ハウジング、59…Oリング(シール部材)、60…ガイド部材(保持部材)、61…ロッド部材、62…ケース(第2のケース)、62a…合わせ面(第2の合わせ面)、63…プランジャ、64…コイルスプリング(付勢部材)、67…支持部材、67A…支持部(第1の支持部)、67B…支持部(第2の支持部)、67C…段差部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記サーモエレメントに対向して前記サーモエレメントの中心軸上に設けられ、前記熱膨張体の膨張および収縮に応じて前記中心軸に沿って移動するロッド部材と、
前記ロッド部材を前記サーモエレメント側に付勢する付勢部材と、
前記サーモエレメントを収容するとともに、内部に前記冷却水が流通する冷却水通路が形成される第1のケースと、
前記第1のケースと前記サーモエレメントとの間に介装され、前記サーモエレメントの外周部をシールするシール部材を保持する保持部材と、
前記第1のケースの第1の合わせ面に対向する第2の合わせ面を有し、前記ロッド部材および前記付勢部材を収容する第2のケースと、
前記第1の合わせ面および前記第2の合わせ面に挟持されて前記第1のケースおよび前記第2のケースによって支持される第1の支持部および前記サーモエレメントを支持する第2の支持部を有する支持部材とを備え、
前記支持部材の前記第2の支持部は、前記第1の支持部から前記サーモエレメントに向かって突出するように段差部を介して前記第1の支持部に連接されることを特徴とするサーモアクチュエータ。 A thermo element having a thermal expansion body that expands and contracts according to the temperature of the cooling water;
A rod member which is provided on the center axis of the thermo element facing the thermo element and moves along the center axis in accordance with expansion and contraction of the thermal expansion body;
A biasing member that biases the rod member toward the thermo element;
A first case in which a cooling water passage is formed, in which the cooling element is accommodated while accommodating the thermo element;
A holding member that is interposed between the first case and the thermo element and holds a seal member that seals an outer peripheral portion of the thermo element;
A second case having a second mating surface facing the first mating surface of the first case, and housing the rod member and the biasing member;
A first support portion sandwiched between the first mating surface and the second mating surface and supported by the first case and the second case; and a second support portion for supporting the thermo-element. A support member having,
The second support portion of the support member is connected to the first support portion through a step portion so as to protrude from the first support portion toward the thermo element. Actuator.
前記排熱回収装置は、排気ガスが流通する排気通路部および分岐位置で前記排気通路部から分岐され、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う受熱通路部と、前記分岐位置の下流に位置するように前記排気通路部に設けられ、排気ガスの流路を前記排気通路部および前記受熱通路部のいずれか一方に切換える開閉バルブとを含んで構成され、
前記アクチュエータが、前記開閉バルブを駆動することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のサーモアクチュエータ。 The thermo actuator is mounted on an exhaust heat recovery device,
The exhaust heat recovery device includes an exhaust passage portion through which exhaust gas flows and a heat receiving passage portion that is branched from the exhaust passage portion at a branch position and exchanges heat between the exhaust gas and cooling water, and a downstream of the branch position. An opening / closing valve that is provided in the exhaust passage portion so as to be located at one of the exhaust passage portion and the heat receiving passage portion.
The thermoactuator according to claim 1 or 2, wherein the actuator drives the open / close valve.
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