JP4473116B2 - 切換可能な排気熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、切換可能な排気熱交換器であって、排気供給管路と、排気流用排気排出管路と、排気排出管路へと通じた第１、第２排気通路と、排気通路間で排気流を切り換えるための切換弁とを有し、冷却液を流通させる熱交換器が第１排気通路内に配置されており、第２排気通路が排気流を熱交換器の脇で排気排出管路へと案内するものに関する。

前文で基礎とされた切換可能な排気熱交換器は例えば特許文献１により公知である。それは特に内燃機関の排気再循環管路内、特に自動車内燃機関の排気再循環管路内で使用される。

内燃機関において、吐き出された排気を新鮮空気吸込側に再循環させることは公知である。内燃機関における排気の再循環は排気の状態調節に役立つ。内燃機関の有害物質排出および燃料消費量を最適化するために、内燃機関から吐き出される排気を再びその空気吸込側に戻すと好ましいことがある。その際、排気の排気温度が極力高いと特別好ましいコールドスタート等の運転状態がある。というのもその場合例えば内燃機関の迅速な内部加温が起きるからである。別の運転状態では、例えば再循環された排気の容積流の比較的大きな密度を達成するために、再循環される排気の温度を極力下げるのが好ましい。

これに加えて、例えば前文で基礎とされた刊行物により、貫流する排気を選択的に冷却しまたは冷却しないでおくことのできる切換可能な排気熱交換器を排気再循環管路中に設けることが公知である。

前文で基礎とされたこのような切換可能な排気熱交換器では、排気は排気供給管路から切換可能な排気熱交換器を通して排気排出管路へと流れる。排気供給管路に到流する排気は冷媒流通熱交換器が配置されている第１排気通路かまたは熱交換器の脇を通る第２排気通路のいずれかを通して排気排出管路へと導く可能性が得られる。排気通路間で排気流の切換を行う切換弁が配置されている。
欧州特許出願公開第１０３００５０号明細書

本発明の課題は、このような排気熱交換器を構造および制御に関して簡素化することである。

この課題は、請求項１の前文に係る排気熱交換器を基礎にして本発明によれば、切換弁が内燃機関の冷却液温度に依存して切り換えられることによって解決される。

発明の実施の形態

本発明に係る切換可能な排気熱交換器は排気流用に排気供給管路と排気排出管路とを有する。第１、第２排気通路と、排気通路間で排気流を切り換えるための切換弁が設けられている。冷却液を流通させて通過する排気流を冷却するための熱交換器は第１排気通路中に配置されている。第２排気通路は熱交換器の脇から排気熱交換器の排気排出管路に直接通じている。本発明によれば、内燃機関の冷却液温度に依存して切換弁が切り換えられ、熱交換器の冷却液は内燃機関の冷却液でもある。

内燃機関の冷却液温度に依存した切換は、内燃機関の温度に依存して切換弁の切換を実行することを簡単に可能とする。

本発明の有利な１構成によればこのためサーモスタットが設けられており、冷却液がサーモスタットの周囲を流れる。サーモスタットは切換弁用調整運動を直接に生成する。このため、サーモスタット調整器が直線的軸線方向揚程を実行するように予定することができる。さらに、サーモスタットが冷却液回路中で第１排気通路の熱交換器の下流側に配置されていると有利な構成に合致している。サーモスタット調整器の揚程は、切換弁の切換用に必要な弁調整器の切換変位に合わせて選択することができる。サーモスタット調整器は、両方の操作端位置の間の全領域を含む切換弁操作を行うことができなければならない。これは、サーモスタット調整器の揚程が８〜１６ｍｍオーダーの範囲内又は１２ｍｍ前後であるとき与えられていることがある。

サーモスタットの周囲に冷却液を流すと、有利なことに、冷却水温度を測定するための測定器や外力操作式調整器を備えた制御器を省くことが可能になる。これは単純で特別安価な構造様式であり、考えられる誤差源も少なく、従って長期運転時にも故障率が低い。この構造様式は有利には、サーモスタットの周囲を冷却液が流れるように構成されている。

サーモスタットによる切換弁の切換は有利には戻しばねの作用に抗して行うことができる。本発明の諸構成では、戻しばねから加えられるばね力は少なくとも４０Ｎ〜５０Ｎの範囲内である。切換弁を操作端位置に至るまで操作することのできる操作力を戻しばねの作用に抗してサーモスタットから加えることができる一方、操作出発位置への戻りを保証するためにばねが十分に付勢されていなければならないように、ばね力は決定することができる。

本発明の他の１構成によれば、切換弁の排気流を流通させる室領域から流体上分離された弁の頭領域を冷却するために弁の頭領域の流通が行われる。この冷却が有利であるのは、これにより、金属材料から製造される弁胴全体が僅かな熱負荷に曝されているからである。さらに、弁の頭領域に配置される部材および構造要素も熱的破損から保護されている。これは弁の頭領域に配置される調整器および制御装置にも該当する。真空容器を有する空気圧式等の分離された調整器によって切換弁が操作される場合、放射熱による過熱からの保護も有利である。熱交換器の冷却液が切換弁の周囲も流れる場合、弁の頭領域の液冷却の特別好ましい実施形態が得られる。切換弁は冷却液回路中で熱交換器の下流側にある。

切換弁が弁胴を有し、この弁胴内にディスク弁が調整要素として配置され、ディスク弁が弁ディスクとこれから突出する弁棒とで構成されるとき、切換弁の構成の好ましい形状が与えられている。サーモスタットは弁棒に直接作用する。弁棒は行われた操作の伝達に役立ち、弁ディスクは弁胴内の流路を施蓋し開放するのに役立つ。弁調整器が擦過する弁胴運動空間内に煤が堆積するのを防止するために、弁ディスクは特に研削等の機械加工されたエッジを有することができる。弁ディスクが、場合によっては排気流に曝される弁棒領域も、燃焼に必要な自然発火温度を下げる煤の燃焼を促進する触媒被覆を有することによって、弁ディスクに堆積する煤の燃焼は促進することができる。

他の有利な１構成は、切換可能な排気熱交換器もしくは弁胴に関連したサーモスタットの配置に関する。ここでは、サーモスタットがキャップ内に配置され、このキャップが同時に冷却液用流出口も有すると、特別コンパクトで安価な構造様式が得られる。キャップは弁胴の冷却液案内区域を成端するのにも役立つ。これは、弁の頭領域が冷却液を流通させるとき特に有利である。切換可能な排気熱交換器は、異なる車両において異なる組付位置および組付条件での使用に関して、キャップが弁胴に対して回転可能に保持されているとき特別可変である。その場合、弁胴に対してキャップを回転させることによって冷却液流出口の方向は、別の部材を使用する必要もなしに任意に変え、こうして異なる状況に適合することができる。

本発明の１構成では、切換弁が２つの可能な切換状態の一方を選択的に占めるいわゆる傾動弁として実施されている。第１排気通路が排気供給管路と流体上接続され、同時に第２排気通路が排気供給管路と流体上分離されているか、またはその逆である。傾動弁の切換は冷却液温度に依存して弁調整器を相応に操作することによって行われる。

本発明の別の１構成では、切換弁は一定の切換範囲を越えて比例弁として構成されている。この構成によって、その都度１つの部分流を第２排気通路、第１排気通路に通すことが可能となる。こうして、切換弁の切換時に急激な移行ではなく連続的移行が得られる。

傾動弁および比例弁の好ましい構成によれば、内燃機関の冷却液温度が切換閾値以下である限り、排気流は両方のうちの一方の排気通路（例えば第２排気通路）を流通する。切換閾値は、内燃機関の排気状態調節、排気消費量およびその他の運転パラメータを考慮して経験的に決定することができる。経験的決定はエンジン試験台で行うことができる。切換閾値の数値は内燃機関のコールドスタート温度と冷却液目標運転温度との間の範囲内にある。傾動弁では、このような構成の場合、切換閾値より上では専ら両方のうちの他方の排気通路（例えば第１排気通路）が流通させる。比例弁では、切換閾値より上のとき、内燃機関の冷却液温度の上昇に伴って、第１排気通路を流れる排気部分流の割合が増す。

比例弁ではさらに、操作端位置に達することになる切換限界が決定されねばならず、この切換限界より上では全排気流が第１排気通路を流れ、従って熱交換器内で冷やされる。切換限界も、相応する最適化基準を考慮してエンジン試験台で経験的に求められる。切換限界は切換閾値の約１０℃上とすることができる。

弁調整器の相応する構成によって、排気通路間の切換の他に、排気熱交換器内の排気流の調節も行うことができ、そのことで個別の調節弁が節約される。このため弁調整器は付加的に、排気供給管路の部分面を施蓋し、それゆえに、利用可能な到流面の低減または完全施蓋によって貫流する容積流を制限しまたはゼロに低減することができなければならない。これは特に、弁ディスクの周面を越えて弁ディスクの厚さを好適に選択することによって行うことができる。これにより、状況によっては比例弁としての同時的機能性の制限を前提することができる。

本発明に係る他の切換可能な排気熱交換器は排気流用排気供給管路および排気排出管路を有する。第１、第２排気通路と、排気通路間で排気流を切り換えるための切換弁が設けられている。冷却液を流通させて貫流する排気流を冷却するための熱交換器は第１排気通路内に配置されている。第２排気通路は熱交換器の脇で排気熱交換器の排気排出管路へと直接通じている。本発明によれば、両方の排気通路が共通のハウジング内に配置され、空隙によって相互に分離されている。

切換可能な排気熱交換器のこのような構成は、コンパクトなほぼ密閉された構造様式の利点を有する。接続箇所が少なく、同時にコンポーネントを高度に破損から保護して簡単安価に組付ける可能性が保証されている。このような構造ユニットの納入、内燃機関もしくは相応する車両のエンジンブロックまたはエンジンルーム内への組付けは特別簡単である。

このような切換可能な排気熱交換器の有利な１構成によれば、第２排気通路が内管で形成され、この内管が片側でのみ固着されている。排気流は内管の内部空洞を流通する。内管の固着は切換弁の弁胴に直接行われる。特別持続的な固着は溶接であり、溶接継目が気密に構成され、流通する排気流のゆえに熱的に強く負荷されもするこの領域で他の密封手段は省くことができる。しかし溶接の他に別のろう接等の接合法も利用することができる。内管の他方の自由末端は排気排出管路の方に突出している。内管の自由突出は、暖められたとき、機械的応力を生成することなく内管の熱膨張を可能とする。この措置によって内管の高い耐久性が保証され、熱負荷に基づいて内管の壁に亀裂を生じる虞は生じない。その際、第２排気通路の熱負荷が第１排気通路に比べてかなり高いことに注意しなければならない。というのもそこでは貫流する排気流の冷却が行われないからである。

内管は有利には少なくとも１つの外側の支持要素によって周囲の部材に対して支持されている。内管と周囲の部材との間に空隙が存在し、この空隙によって別の部材から内管の断熱が保証されていることがこうして確保されている。

支持要素は排気管の最後３分の１又は最後４分の１に、自由末端の前に配置されている。しかしそれは別の配置を有することもできる。周囲の部材とは第１排気通路、切換可能な排気熱交換器のハウジングである。支持要素を介して内管から別の部材への熱伝導を最少にするために、支持要素の数は極力少なく選択される。単に１つの支持要素が設けられている。さらに支持要素と内管との間、または支持要素と別の部材との間の接触面、つまり支持要素の材料厚は、極力小さく抑えられる。支持要素の好適な材料選択も、支持要素が過大な熱ブリッジとなることを防止することができる。

この少なくとも１つの外側の支持要素は、内管を取り囲む周設支持枠または部分的周設支持枠とすることができる。支持枠は片側でのみ、すなわち内管かまたは単数または複数の別の部材のいずれかに固着されているが、しかし両方に同時にではない。この措置も、なかんずく内管の軸線方向でハウジング等の別の部材に対して内管の熱膨張を可能とする目的を有する。

有利な構成によれば、支持枠の固着は内管の外面への溶接によって行われる。溶接は連続した中断のない溶接継目で行われるのではない。この区域は排気流に曝されていないので、溶接継手は流体密に構成しておく必要はない。溶接は内管と支持枠との間の接触線の部分長にわたってのみ行われる。

本発明に係る切換可能な排気熱交換器の好ましい１構成によれば、流体密なハウジングが設けられており、そのなかに第１、第２排気通路が配置されている。ハウジング内に排気集合空間が構成され、これが排気排出管路へと通じている。両方の排気通路が排気集合空間に注ぐ。この構造によって一方で両方の排気通路から共通の排気排出管路内への簡単に組付けることのできる移行部が形成され、他方でこの排気集合空間によって排気熱交換器の下流側で排気管路中に設けられる諸要素から両方の排気通路の一定の遮断も達成される。その際なかんずく両方の排気通路が同じ長さを有すると有利である。

前記特徴および以下になお説明する特徴がその都度記載した組合せにおいてだけでなく別の組合せや単独でも本発明の範囲から逸脱することなく応用可能であることは自明である。本発明の他の有利な諸構成は請求項からも読み取ることができる。

本発明は図面に示した実施例を基に表され、以下で図面を参考に詳しく述べられる。

図１〜図３と図４〜図６とに本発明に係る切換可能な排気熱交換器の２つの実施形態が断面図で示してある。第１実施形態では弁調整器の軸線方向揚程を有する切換弁が使用され、この弁調整器は弁調整器の頭内に配置されるサーモスタットによって操作される。第２実施形態では切換弁の弁調整器がその中心軸線の周りでの軸線方向回転によって操作され、真空容器の態様の外力操作式操作要素が弁ディスクの操作に役立つ。当然に、軸線方向揚程を有する弁調整器を切換要素の外力操作式操作要素と合わせて設け、またはサーモスタットによって操作され軸線の周りで回転可能な弁調整器を設けることもまったく可能である。

図１と図２もしくは図３と図４は切換弁が傾動弁である場合の傾動弁の切換位置を示しており、図１と図３では排気流が専ら第２排気通路を流通する切換位置がそれぞれ示してある一方、図２と図４にそれぞれ示す切換位置では排気流が専ら第１排気通路を流通する。切換弁が比例弁である場合、図１と図３にはそれぞれ比例弁の操作出発位置、図２と図４にはそれぞれ操作端位置が示してある。比例弁の中間位置では排気流のそれぞれ部分流が第１、第２排気通路を流通するが、この中間位置の図示は省かれている。

図１〜図３は切換可能な排気熱交換器１０の第１実施形態を部分断面図で示している。排気熱交換器がハウジング１５を有し、これが切換弁４０に直接続いている。

排気供給管路１１が切換弁４０の弁胴４１に注ぐ。切換弁４０の内部で、矢印１３で示した排気流はまず中央室４４内に達する。中央室４４がそれぞれ隔壁４８によって両方の外側室４５から分離されており、隔壁４８は各１つの流通口４９を有する。図示実施例において３つの室４４、４５は垂直に上下に配置され、両方の外側室４５のうち上側室は第１排気通路２０に注ぎ、両方の外側室４５のうち下側室は第２排気通路２５に注ぐ。流通口４９は互いに一直線に並べて配置されている。３つの室４４、４５によって形成される弁の室領域４３は両方の外側室４５のうち上側室の上方で中間壁７０によって弁の頭領域４２から分離されている。中間壁７０に案内管７１が流通口４９と同軸で構成されており、この案内管は中間壁７０を貫通し、中間壁７０の上方で、弁の頭領域内に構成されて冷却液１４を流通させる水室７２に注ぐ。

案内管７１内に通されてディスク弁６５の弁棒６８が中央室４４内にまで突出している。案内管７１に環状溝４６が設けられており、そのなかにシール４７が配置されている。環状溝４６は案内管７１のうち水室７２によって取り囲まれた部分内に配置されており、それゆえにこの部分は冷却液によって冷却される。環状溝４６内のシール４７は水室７２を上外側室４５に対して流体密に分離し、排気が水室７２に流れ込むことも、冷却液が水室７２から切換弁４０の弁の室領域４３の室４４、４５内に達することもできない。案内管７１内での弁棒６８の半径方向遊隙は極力小さく選択されるが、しかし案内管７１内で弁棒６８が膠着することは確実に防止されねばならない。

ディスク弁６５の弁ディスク６６は、隔壁４８の排気流用流通口４９を流体密に閉鎖するのに適している。このため弁ディスク６６は研削されたエッジ６７を有することができ、このエッジはこの領域内に堆積煤が拭き取られるように流通口４９の縁を擦過する。弁ディスク６６は特に、流通口４９の内法幅に一致した外径を有する。従って、弁ディスク６６は流通口４９に沈み込み、こうして、各流通口４９によって形成される流路を閉鎖することができる。弁胴４１の下面７３に導入口７４が設けられており、この導入口はディスク弁６５を弁胴４１に導入することを可能とする。ディスク弁６５の導入後、導入口７４は閉鎖具７８によって閉鎖される。

ディスク弁６５が図１に示す操作出発位置にあるとき、中央室４４と第１排気通路２０に注ぐ外側室４５との間の流通口４９は閉鎖されている。それゆえに、矢印１３で示した排気流は第２排気通路２５に流れ込む。第２排気通路２５は弁胴４１に流体密に溶接された内管２６によって限定され、弁胴４１内の外側室４５が内管２６に注ぐ注ぎ口３９は流体密に取り囲まれる。内管２６はハウジング１５の内部に自由に突出し、その自由末端２９が排気集合空間１６に注いでいる。内管２６は自由末端２９の近傍で、内管２６に固着されてこれを全面的に取り囲む支持枠２８を介してハウジング１５および第１排気通路２０に対して、全面的に空隙２７が存在するように支持されており、この空隙が内管を周囲から断熱する。内管２６、従って第２排気通路２５が長方形横断面を有し、長方形横断面形状は第１排気通路でも与えておくことができ、ハウジング１５も長方形横断面を有することができる。長方形横断面形状はコンパクトで空間節約的な構造態様を可能とする。排気集合空間１６から排気流は次に切換可能な排気熱交換器１０の排気排出管路１２内へと流通し、そこからさらに、内燃機関において排気再循環する場合内燃機関の新鮮空気吸込系へと流れる。

ディスク弁６５が図２に示す操作端位置にあるとき、中央室４４と第２排気通路２５に注ぐ外側室４５との間の流通口４９は閉鎖されている。それゆえに、矢印１３で示した排気流は第１排気通路２０に流れ込む。操作出発位置と操作端位置との間の操作変位は軸線方向揚程であり、この揚程は８〜１６ｍｍの範囲内、例えば１２ｍｍ前後である。所要の軸線方向揚程は中央室４４の寸法によって実質的に決まる。第１排気通路２０内に配置される熱交換器２１は向流式熱交換器である。排気は排気熱交換器の気体通路２３内を流通し、排気通路は冷却液を流通させる水通路２４にそれぞれ隣接しもしくはそれによって取り囲まれている。矢印１４で示した冷却液流は、矢印１３で示した排気流とは逆に、熱交換器２１の水接続嵌め管１９から弁の頭領域４２内の水室７２へと流れる。熱交換器２１を流通するとき排気流が冷やされる。

熱交換器２１、従って第１排気通路２０は排気通路末端２２で成端し、第１排気通路２０は第２排気通路２５と同じ長さを有する。第１排気通路２０も排気集合空間１６に注ぐ。第１排気通路２０内で冷やされた排気流は切換可能な排気熱交換器１０から出て排気排出管路１２を流れる。

熱交換器２１から来る矢印１４で示した冷却液流は弁の頭領域４２の水室７２に送られ、そこで弁胴４１の環状溝４６内にシール４７を配置した案内管７１を冷やす。この措置によって切換弁４０はそのものとして熱的過熱から保護されている。第１排気通路２０を排気流が流通するか否かにかかわりなく、冷却液流は弁の頭領域４２内を流れる。弁の頭領域に設けられる弁の頭口６４はやはり流通口４９および案内管７１と同軸である。弁の頭口６４がキャップ６０で閉鎖され、このキャップに水流出嵌め管６２が形成されており、この嵌め管を通して冷却液は切換可能な排気熱交換器１０から出て内燃機関の残りの冷却回路に還流する。切換可能な排気熱交換器は冷却液回路の下流側、内燃機関のエンジンブロック直後に配置されている。

案内管７１を通してディスク弁６５の弁棒６８が水室７２内に突出している。弁棒は水室７２の領域で冷却液と接触しており、これによって冷やされる。弁棒６８と同軸で戻しばね３２が水室７２内に配置されている。この戻しばねは一方で中間壁７０で支持され、他方で弁棒６８に固着された連行子６９で支持されており、戻しばね３２と連行子６９は弁の頭口を通して持ち込むことができる。戻しばね３２によってディスク弁６５は図１と図３に示す操作出発位置で保持される。ディスク弁６５の操作に戻し力が対抗して働き、戻し力は少なくとも４０〜５０Ｎの範囲内である。

キャップ６０が弁の頭口６４を流体密に閉鎖する。このためキャップ６０と弁の頭口６４との間に特にシールリング６３が配置されている。さらに、キャップ６０は回転可能に弁胴４１で保持されている。このため、半径方向で突出する環状縁５９は弁胴側に設けられる固着溝５８を把持する。固着溝５８内でのキャップ６０の固着はこの場合、やはり固着溝５８に食い込む止め輪６１によって固定される。これにより弁胴４１とキャップ６０との間に耐久性ある流体密な結合が形成されており、この結合は他方でキャップの旋回、従ってキャップ６０から半径方向に突出する水流出嵌め管の可変整列を可能とする。

キャップの内部にサーモスタット３０が配置されている。サーモスタット３０はサーモスタット調整器３１によってディスク弁６５を操作する。サーモスタット調整器３１は冷却回路内の冷却液温度に依存して、キャップ６０内で保持されたサーモスタット３０のハウジングに対して、ディスク弁６５の操作に必要な弁揚程を実行する。この軸線方向弁揚程は、サーモスタット調整器３１が弁棒６８に作用するので、弁調整器、切換弁４０のディスク弁６５に直接伝達される。

図４〜図６は切換弁４０の造形およびその操作に関して図１〜図３の構成と相違しているにすぎない。その他の構成に関しては図１〜図３の説明を参照するように指示する。

図４〜図６、特に図６による切換弁４０は、軸線方向揚程を実行する弁調整器の代わりに、回転によって操作される弁調整器を有する。このため、弁棒６８を基準に９０°とは異なる角度で斜めにして弁ディスク６６が配置されている。この弁ディスクは中央室４４の代わりとなる切換リング７９内で案内されており、弁ディスク６６の研削されたエッジ６７は相応に湾曲した樽状膨らみ部に密に当接し、ディスク弁６５の回転時にこの膨らみ部を擦過する。排気供給管路１１を通して来る排気流は、弁ディスク６６の回転位置に応じて、弁ディスク６６の弁棒６８が突出している上面３４または下面３３に到流する。切換リング７９は、外側室４５に注ぐ流通口４９によって上と下を限定される。

図４に示す状況のときには下面３３に到流する。研削されたエッジ６６が切換リングに当接されることによって、第１排気通路２０に至る流路は弁ディスクによって遮断される。排気流は矢印１３で示すように第２排気通路２５に流入する。図５と図６には逆の状況が示してあり、弁ディスク６６の上面３４が供給管路１１に向き合っている。いまや第２排気通路２５に至る流路が遮断され、排気流は第１排気通路２０に通される。

弁が中間位置のとき排気流のそれぞれ部分流が上面３４および下面３３に到流し、それに応じて第１排気通路２０もしくは第２排気通路２５に送られる。第１排気通路２０内を流れる排気流の割合は、排気供給管路１１に対するディスク弁６５の角度位置に依存している。回転弁を有する実施形態は、両方の排気通路２０、２５間での排気流の連続的調整と合わせて使用するのに特別適している。図４に示す操作出発位置から図６に示す操作端位置に達するまでのディスク弁６５の揺動角度は１８０°であるが、しかし０°〜３０°、１５０°〜１８０°の揺動角度範囲が排気流を第２排気通路にのみもしくは第１排気通路にのみ通すことが可能であり、これらの位置が操作出発位置もしくは操作端位置に相当する。これは、弁胴４１の排気供給管路１１の幅の造形に依存している。

ディスク弁６５の弁棒６８は両方の外側室４５のうち上側室から案内管７１を通して引き出され、案内管７１は弁の頭領域４２内の冷却液を流通させる水室７２に挿通される。案内管７１内で水室７２の領域またはその上方にシール４７が配置されており、このシールは案内管７１を通しての排気副流を防止する。水室７２の３つの側に流出口６２を取付けておくことができ、そのうち２つは閉鎖されており、１つは内燃機関の冷却液回路に冷却液を戻すのに役立つ。

弁胴４１の外側で保持ブラケット３８が枢着されている。保持ブラケット３８に真空容器３５が固着されている。真空容器は滑り棒３６と弁棒６８から横に突出した揺動レバー３７とを介してディスク弁６５を操作し、戻しばね３２の作用に抗して弁棒６８の周りでディスク弁を旋回させる。真空容器の制御によって切換弁４０の変位が行われ、この制御は内燃機関の冷却液温度に依存して行うことができる。

図７〜図１２は相応する排気熱交換器１０を製造するための本方法の異なる局面を示す。

図７に示す方法ステップ１によれば、弁胴４１に、第１排気通路２０用弁胴４１の注ぎ口３９領域で熱交換器２１の内部体が流体密に溶接される。内部体は、共通する枠に配置されて熱交換器に挿通される管で形成された気体通路２３を含み、気体通路は互いに平行に延設される。気体通路の上面に転向板５３が配置されており、この転向板は熱交換器が冷却液流を流通させるだけでなく、気体通路の周囲に冷却液流が均一に流れるようにする。

引き続き、図８に示すステップ２によれば熱交換器２１の下殻５１が弁胴に固着される。本方法の図９のステップ３によれば、上殻５２が水接続嵌め管１９と固着される。上殻５２と下殻５１は熱交換器２１の冷却液を流通させる水通路２４を外部に対して密閉する。上殻と下殻は流体密に互いに、かつ排気通過管５０を担持する末端側枠と結合されている。転向板は内側で上殻５２に当接する。水室７２に向かう弁胴４１の口が上殻５２によって取り囲まれ、冷却液は熱交換器２１から水室７２へと流れる。上殻５２と下殻５１は流体密に弁胴４１に溶接されており、ハウジング１５の一部を形成する。

図１０に示す本方法のステップ４によれば、第２排気通路２５を形成する内管２６はいまや弁胴の第２排気通路の注ぎ口の周囲に流体密に溶接される。内管２６に固着される支持枠２８でもって内管が下殻５１で支持され、その間に空隙２７が形成されている。

図１１に示す本方法のステップ５によればいまや外壁５７が嵌着され、弁胴４１と、上側領域では下殻５１とに結合される。外壁５７は内管２６を取り囲み、排気熱交換器の下殻４１に対して横方向で閉鎖する。内管２６は横方向でも下面でも支持枠によって外壁５７で支持されており、全面的に空隙２７が形成されて内管を周囲に対して絶縁する。

図１２の本方法のステップ６によれば次に、軸線方向壁成端部５７が外壁５７、下殻５１および上殻５２の前端で排気排出管路１２と流体密に結合され、これにより排気熱交換器１０のハウジング１５が完全にされる。壁成端部５７内に排気集合空間１６が構成されており、そこから排気流は排気排出管路１２を通して、いまや弁胴内の弁インサートに至るまで仕上げられた切換可能な排気熱交換器１０から出る。

相応する弁インサートを挿入することによって、切換可能な排気熱交換器が完全にされる。図示した方法から明らかとなるように、この熱交換器は迅速に組み立てることのできる若干数の単純な部材から組付けることができる。すべての結合は溶接継手として構成しておくことができ、シールは十分に避けることができる。頑丈で持続的に耐久性のある形成物が生成され、これによりこの形成物は発生する熱負荷に対しても高い安定性も有する。

本発明に係る切換可能な排気熱交換器の第１実施形態を１つの切換位置で示す部分断面図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の第１実施形態を別の切換位置で示す部分断面図である。 切換弁領域における第１実施形態の拡大部分断面図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の第２実施形態を１つの切換位置で示す部分断面図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の第２実施形態を別の切換位置で示す部分断面図である。 切換弁領域における他の実施形態の拡大部分断面図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の構成を組付ステップの一例において示す斜視図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の構成を組付ステップの他の例において示す斜視図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の構成を組付ステップの他の例において示す斜視図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の構成を組付ステップの他の例において示す斜視図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の構成を組付ステップの他の例において示す斜視図である。 本発明に係る切換可能な排気熱交換器の構成を組付ステップの他の例において示す斜視図である。

１０ 排気熱交換器
１１ 排気供給管路
１５ ハウジング
１６ 排気集合空間
２０ 第１排気通路
２５ 第２排気通路
２６ 内管
２８ 支持枠
２９ 自由末端
３０ サーモスタット
３１ サーモスタット調整器
３２ 戻しばね
３５ 真空容器
３６ 滑り棒
３８ 保持ブラケット
４０ 切換弁
４１ 弁胴
４２ 弁の頭領域
４３ 弁の室領域
４４ 中央室
４５ 外側室
４６ 環状溝
４７ シール
４８ 隔壁
４９ 流通口
５０ 排気通過管
５１ 下殻
５２ 上殻
５８ 固着溝
５９ 環状縁
６０ キャップ
６４ 弁の頭口
６５ ディスク弁
６６ 弁ディスク
６７ エッジ
６８ 弁棒
７０ 中央壁
７１ 案内管
７２ 水室
７４ 導入口
７８ 閉鎖具

Claims (26)

1. 切換可能な排気熱交換器であって、排気供給管路と、排気流用排気排出管路と、排気排出管路へと通じた第１、第２排気通路と、排気通路間で排気流を切り換えるための切換弁とを有し、冷却液を流通させる熱交換器が第１排気通路内に配置されており、第２排気通路が排気流を熱交換器の脇で排気排出管路へと案内し、切換弁（４０）が内燃機関の冷却液温度に依存して切り換えられており、
   切換弁（４０）が排気流を流通させる弁の室領域（４３）とそれとは流体上分離された弁の頭領域（４２）とを有し、弁の頭領域（４２）を冷却液が流通し、
   冷却液がサーモスタット（３０）の周囲を流れ、サーモスタット（３０）によって、温度に依存して軸線方向揚程を実行するサーモスタット（３０）のサーモスタット調整器（３１）によって、切換弁（４０）の切換が行われ、揚程が８〜１６ｍｍの範囲内であることを特徴とする、切換可能な排気熱交換器。
2. サーモスタット（３０）による切換が戻しばね（３２）の作用に抗して行われることを特徴とする、請求項１記載の切換可能な排気熱交換器。
3. 冷却液の回路中に熱交換器（２１）の下流側でサーモスタット（３０）が配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載の切換可能な排気熱交換器。
4. 切換弁（４０）が、調整要素として弁胴（４１）内に配置されるディスク弁（６５）を有し、このディスク弁が弁ディスク（６６）とこの弁ディスク（６６）から突出する弁棒（６８）とを有し、サーモスタット（３０）が弁棒（６８）に直接作用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
5. ディスク弁（６５）の少なくとも弁ディスク（６６）が触媒被覆を有することを特徴とする、請求項４記載の切換可能な排気熱交換器。
6. 弁ディスク（６６）が研削等の機械加工されたエッジを有することを特徴とする、請求項４または５記載の切換可能な排気熱交換器。
7. サーモスタット（３０）が切換弁（４０）の弁棒（６８）と同軸で配置されていることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
8. サーモスタット（３０）が切換弁（４０）の弁胴（４１）に直接配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
9. 弁胴（４１）を成端するキャップ（６０）内にサーモスタット（３０）が配置されており、キャップ（６０）が冷却液用流出口（１９）を有することを特徴とする、請求項８記載の切換可能な排気熱交換器。
10. キャップ（６０）が回転可能に弁胴（４１）に配置されており、流出口（１９）の方向が回転方向に整列可能であり、キャップ（６０）が弁胴（４１）に対して密封され、止め輪（６１）によって固定されて弁胴（４１）に固着されていることを特徴とする、請求項９記載の切換可能な排気熱交換器。
11. 弁胴（４１）内で弁の室領域（４３）と弁の頭領域（４２）とを流体上分離するために、弁胴（４１）と弁棒（６８）との間にシール（４７）が、弁胴（４１）に設けられる環状溝（４６）内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
12. 切換弁（４０）が、両方の排気通路（２０、２５）のうち選択的に一方に排気流を流通させる傾動弁として構成されており、所定の切換閾値において切換が行われることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
13. 切換弁が比例弁として構成されており、排気流が切換閾値以下のときには両方のうちの一方の排気通路を流通し、切換限界より上のときには両方のうちの他方の排気通路を流通し、切換閾値および切換限界の間では比例的割合で両方の排気通路を流通することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
14. その排気を排気熱交換器（２１）に流通させることのできる内燃機関のコールドスタート温度と運転温度との間に切換閾値があることを特徴とする、請求項１２または１３記載の切換可能な排気熱交換器。
15. 切換限界が切換閾値の約１０℃上であることを特徴とする、請求項１３記載の切換可能な排気熱交換器。
16. 切換可能な排気熱交換器であって、排気流用排気供給管路および排気排出管路と、第１、第２排気通路と、排気通路間で排気流を切り換えるための切換弁とを有し、冷却液を流通させる熱交換器が第１排気通路内に配置されており、第２排気通路が熱交換器の脇で排気排出管路へと通じており、第１排気通路（２０）と第２排気通路（２５）が共通のハウジング（１５）内に配置され、空隙（２７）によって相互に分離されており、
    第２排気通路（２５）が内管（２６）を有し、この内管が片側でのみ、切換弁（４０）の弁胴（４１）に直接、固着され、気密に溶接されており、内管（２６）の第２末端が自由に排気排出管路（１２）の方に突出していることを特徴とする、切換可能な排気熱交換器。
17. 内管（２６）が少なくとも１つの外側支持要素を介して、ハウジング（１５）および第１排気通路（２０）に対して支持されていることを特徴とする、請求項１６記載の切換可能な排気熱交換器。
18. この少なくとも１つの支持要素が片側でのみ固着されており、この支持要素は脱離不能に、溶接によって、支持要素が固着箇所に当接する部分を介して固着されていることを特徴とする、請求項１７記載の切換可能な排気熱交換器。
19. この少なくとも１つの支持要素が内管（２６）に固着され、ハウジング（１５）もしくは第１排気通路（２０）に対して軸線方向で摺動可能であることを特徴とする、請求項１８記載の切換可能な排気熱交換器。
20. 第１、第２排気通路（２０、２５）が同じ長さであり、排気排出管路（１２）に通じた共通する排気集合空間（１６）に注ぐことを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
21. 排気通路（２０、２５）の少なくとも一部が長方形横断面を有することを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
22. 第１、第２排気通路（２０、２５）を取り囲むハウジング（１５）が切換弁の弁胴（４１）に配置され、気密に溶接されており、ハウジング（１５）が両方の排気通路（２０、２５）を受容し、排気排出管路に通じる排気集合空間（１６）を限定することを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
23. 排気流と接触する例えばハウジング（１５）、弁胴（４１）、弁棒（６８）、内管（２６）等の部材が金属材料製であることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
24. 弁胴（４１）が３つの並べて構成される室（４４、４５）を有し、各室（４４、４５）が、弁胴から引き出される接続口を有し、中央室（４４）が２つの外側室（４５）から各１つの隔壁（４８）によって分離されており、この隔壁がそれぞれ１つの流通口（４９）を有し、流通口（４９）が弁調整器によって閉鎖可能であり、中央室（４４）の接続口が排気供給管路（１１）と、また両方の外側室（４５）のそれぞれが各１つの排気通路（２０、２５）と、流体上接続されていることを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
25. 冷却液を流通させる熱交換器（２１）が内燃機関の冷却回路中に下流側で、内燃機関の直後に配置されていることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。
26. 熱交換器（２１）の冷却液が内燃機関の冷却液であることを特徴とする、請求項１〜２５のいずれか１項記載の切換可能な排気熱交換器。

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