JP2020200828A - 弁、内燃機関用の排気分岐体、及び内燃機関を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【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。【選択図】図２

Description

本発明は、ハウジングと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の排気分岐体、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。

内燃機関の排気分岐体用の弁は、既知である。

厳しさを増すＣＯ２排出規制に適合し、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を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が気化する。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、車両の冷却回路のクーラントが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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

一実施形態では、カバー部は、回転軸に平行に延びる仮想の中心軸を有し、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

車両１０は、トラックである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

カバー部４０の第１の面４２は、平坦に構成されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (20)

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）。
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。
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。
4. 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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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）。

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