JP6004597B2 - バイパス管を備えた排ガス熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念の特徴による自動車用排ガス熱交換器に関する。

自動車では、燃料に含まれる化学エネルギーを燃焼プロセスにより機械エネルギーに変換するために内燃機関が用いられている。その場合、効率は、約４０％に限定される。それは、燃料に含まれる化学エネルギーの中の４０％が機械エネルギーに変換可能であり、そのエネルギーの残る部分により熱が生成され、その熱が、次に排ガスフローと共に排出されるか、さもなければ熱の形でエンジンブロック又はそれ以外の相応の周辺機器を介して周囲環境に放出されることを意味する。

様々な用途に関して、排ガスに含まれる熱エネルギーを利用するのが有利である。そのために、排ガス熱交換器が知られており、一方で、それを通して、排ガスフローが熱の回収のために案内され、次に相応の媒体を介して、回収した熱を更なる用途に送るための第二のチャネルが有る。その用途は、例えば、乗客用内部空間の暖房、別のエンジン部品の加熱とするか、さもなければ熱に依存するプロセスサイクルへの熱の供給とすることもできる。

しかし、内燃機関を始動する場合、その機関は、当初使用分野及び気象条件に応じて通常−２０°Ｃ〜＋４０°Ｃとなる可能性の有る周囲温度に置かれている。その場合、内燃機関は、コールドスタート段階に有り、その段階では、作動液、例えば、冷却水や、さもなければ、例えば、エンジンオイルなどの媒体も同じく冷えた状態、そのため流動性の低い状態に有る。そこで、内燃機関自体及び全ての周辺機器の最適な動作温度に出来る限り速く到達させることが目標となる。

特に、排ガス系統の領域には、排ガス後処理機器が配置されており、その効率は、最適な動作温度に対応して設計されている。そのため、排ガス熱交換器には、大抵バイパスが設けられており、その結果、例えば、先ずは排ガスフロー全体がバイパスを通して送られ、それに応じて排ガス後処理機器がより速く加熱され、その後の動作において、それに対応して、排ガスフローから熱を回収するように、排ガス熱交換器が転送位置に設定されている。

そのような排ガス熱交換器は、例えば、特許文献１により周知である。そこでは、転送チャネルを通してではなく、バイパスチャネルを通して排ガスフローを案内するか、或いはその逆に案内するために、回転運動の実行により、それに応じて排ガスフローをバイパスチャネルを通して、さもなければ転送チャネルを通して転向させる調節部品、そこでは、球体の形の調節部品が知られている。

更に、特許文献２により、排ガスフローを切り換えるために調節フラップを使用する、加熱式ダンプ構造のダンプカーのための排出弁が周知である。

更に、従来技術による雑多なフラップ装置が知られている。

その場合、特に、オットーエンジンにおいて、温度がダイレクト排ガスフローで１，０００°Ｃ以上となる高さで生じ、そのことが大きな熱膨張と熱負荷を引き起こすことと、排ガスが腐食特性を有し、それらの排ガス機器がダイレクト排ガスフローに晒されることとが問題となっている。

欧州特許第１４５５０７９号明細書 ドイツ特許公開第２１２６８４６号明細書

以上のことから、本発明の課題は、簡単に製造できる構造を有し、安価に製造でき、様々な熱膨張に対して耐えるように構成された、異なるチャネルを駆動する排ガス熱交換器における調節部品を提示することである。

前記の課題は、本発明による請求項１の特徴を有する排ガス熱交換器により解決される。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項の対象である。

本発明による自動車用排ガス熱交換器は、バイパス管を内側に収容して、その周囲を取り囲む熱交換チャネルを有し、この熱交換チャネル又はバイパスチャネルを通して排ガスフローを案内するための調節フラップが配備されている。本発明による排ガス熱交換器は、この調節フラップが、ソケット形状の区間を備えた一つの開口部を有し、バイパス位置では、このソケット形状の区間がバイパス管の入口とフローを通す形で接触し、この調節フラップが、バイパス位置から、バイパス管の入口を閉鎖する転送位置に回転することが可能であることを特徴とする。

この排ガス熱交換器は、特に、中心を長手方向に延びるバイパス管を有し、そのため、排ガス管から到来する排ガスを直接バイパス管を通して案内することが可能である熱交換器として構成されている。そして、このバイパス管の周囲には、転送チャネルの形の貫流チャネルが有る。バイパス管を通してではなく、転送チャネルを通して排ガスを案内した場合に、別の媒体により排ガスから熱を回収するために、転送チャネル自体の中には、それに対応する別のチャネルが更に形成されている。例えば、この別のチャネルをバイパス管の周りに螺旋形状に巻回させることができ、そのため、その場合、転送チャネル内の排ガスが、この螺旋の個々の管路をクロスフローとして貫流する。

ここで、バイパス位置とさもなければ転送位置の間における任意選択による選択のために、特に、一体形の均一な材料の鋳造部材として構成された本発明による調節フラップが配備されている。この調節フラップは、一方で、専ら転送位置か、さもなければバイパス位置を占めるように動作させることができる。本発明の範囲内では、排ガスの一部を転送チャネルを通して案内し、残る部分をそれに対応するバイパスを通して案内するような中間位置を占めるようにすることも考えられる。この調節フラップは、排ガス熱交換器の入口領域又は入力領域内における回転軸の周りの回転運動によって、転送位置からバイパス位置に移行することができる。このフラップは、特に、円板形状に構成され、周縁を巡る円板部材は、一つの開口部、特に、ほぼ中心に配置された開口部を有する。そのため、バイパス位置では、この円板部材が、転送チャネルを通る排ガスの通路を閉鎖して、排ガスは、この開口部を通って直接バイパス管に流入することができる。

ここで、有利には、この調節フラップは、回転軸の周りを回転可能な形に軸支されており、この回転軸は、特に、この開口部の領域内に有り、この開口部自体を横切る。ここで、この調節フラップが回転軸の周りを回転した場合、この周縁を巡る円板部材は、一つの位置から排ガスフロー方向に対して直角となる位置に回転し、その結果、排ガスフローは、転送チャネルを通って進むことができる。

ここで、この円板部材がバイパス管又はバイパス管の入口領域を通って回転することができ、その際、傾斜しない、或いは形状一致形態で衝突接触しないようにするために、この周縁を巡る円板部材には、更に、円蓋形状の湾曲が形成されている。そして、この周縁を巡る円板部材の円蓋部は、転送位置において、バイパス管を覆い、この円蓋部は、ほぼバイパス管の外側輪郭と一致して、転送位置において、バイパス管の入口領域の外側面と形状一致形態で当接する。

ここで、このバイパス管が、転送位置において、同じく閉鎖されるように、更に、調節フラップには、シーリング板が形成されており、このシーリング板は、転送位置において、バイパス管の入口と形状一致形態で当接して、それを密閉する。この場合、有利には、このシーリング板は、言わばソケット形状の区間の外面において形成されており、その結果、この場合、回転軸周りの回転運動の実行時における調節フラップのコンパクトなサイズに関する構造空間の最適化が実現されている。

ここで、形状一致形態による衝突接触だけでなく、シーリング機能も実現するように、更に、このバイパス管の入口は、外側に向かって、特に、その半径方向に関して拡大されている、或いはチューリップ形状に形成されている。そして、この拡大部の内側面には、転送位置ではシーリング板のそれに対応するシーリング部材、シーリング体、さもなければシーリング張出部が、さもなければバイパス位置ではソケット形状の区間のそれに対応するシーリング部材、シーリング体、さもなければシーリング張出部が当接する。有利には、これらのシーリング部材、シーリング体及びシーリング張出部の中の一つ以上が調節フラップに形成されている。

ここで、排ガス熱交換器の入口領域内で回転運動を実施できるようにするために、特に、円蓋部を考慮して、排ガス熱交換器の外側筐体には、膨らみが有る。この膨らみは、特に、半径方向に対して外側に膨らんでいる。それによって、調節フラップと、特に、円蓋部は、この場合、形状一致形態により衝突接触すること無く、この膨らみの内側に沿って回転することが可能である。バイパス位置において、この円板部材の外側を向いた周縁を巡る端部は、筐体の内側面と気密に当接する。そして、特に、この外側の周縁を巡る端部は、円蓋部の領域内にも延びており、そこでも筐体の内側面と気密に当接する。

以下の記述において、本発明の更なる利点、特徴、特性及び観点を説明する。有利な実施形態は、模式図に図示されている。それらは、本発明の理解を容易にする役割を果たす。

本発明によるバイパスフラップを備えた排ガス熱交換器の第一の実施形態を異なる視点から見た図 本発明によるバイパスフラップを備えた排ガス熱交換器の第一の実施形態を異なる視点から見た図 本発明によるバイパスフラップを備えた排ガス熱交換器の第一の実施形態を異なる視点から見た図 本発明によるバイパスフラップを備えた排ガス熱交換器の第一の実施形態を異なる視点から見た図 本発明による熱交換器の第二の実施形態を異なる視点から見た図 本発明による熱交換器の第二の実施形態を異なる視点から見た図 本発明による熱交換器の第二の実施形態を異なる視点から見た図 本発明による熱交換器の第二の実施形態を異なる視点から見た図

図面において、簡単化の理由から反復する記述が省略されている場合でも、同じ又は同様の構成部分には、同じ符号が用いられている。

図１は、本発明による内側に有るバイパス管２とそのバイパス管２の外側を取り囲む熱交換チャネル３とを備えた排ガス熱交換器を図示している。この熱交換チャネル３内において、バイパス管２の周りに巻回された形でスパイラル管４が配置されており、それを通して、詳しく図示されていない媒体を案内することが可能であり、図２では、熱交換チャネル３を通って流れる排ガスＡから熱を回収している。しかし、排ガス熱交換器１の入口領域５には、調節フラップ６が回転軸７の周りを回転可能な形で配置されているので、図１では、排ガスＡ全体がバイパス管２を通って流れる。この調節フラップ６は、一つの開口部８を有し、この開口部８からは、バイパス管２の入口１０と形状一致形態により当接するソケット形状の区間９が延びている。この場合、バイパス管２の入口１０は、外側に向かって、その半径方向に関して拡大している。この入口１０は、更に、調節フラップ６の回転運動を可能とするように、バイパス管２の軸方向に関して傾斜して延びている。この調節フラップ６は、図１では、バイパス位置に有り、そのため、詳しくは図示されていない排ガス系統から到来する排ガスＡは、調節フラップ６を通り、熱交換チャネル３への入口１０で阻止されて、専らバイパス管２を通って流れる。それは、調節フラップ６が外側の周縁を巡る円板部材１１を有し、その円板部材１１の周縁を巡る端部１２が入口領域５の内側１３と形状一致形態により気密に当接していることによって実現されている。このソケット形状の区間９の外側には、円蓋部１４が形成されている。この円蓋部１４は、この実施形態では、中実の形に形成されている。

図２では、調節フラップ６が、転送位置に移行しており、そのため、排ガスＡは、熱交換チャネル３を通って流れる。円蓋部１４自体によって、バイパス管２の入口１０が閉鎖されており、そのため、この場合、排ガスは、又もやバイパス管２を通って流れることができない。この場合、円蓋部１４は、バイパス管２の外側に向かって拡大する入口１０と形状一致形態により気密に当接している。

図３と４は、それぞれ本発明による排ガス熱交換器１の入口領域に筐体の無い形の斜視図を図示している。この場合、図３では、バイパスフラップは、バイパス位置に有り、そのため、排ガスＡは、直接バイパス管２を通って流れることができる。この場合、周縁を巡る円板部材１１とそれに対応する回転軸７の外側の軸支部が良好に見える。この場合、調節フラップ６を回転可能な形で構成するためのソケットピン１５が図示されている。この場合、回転軸７又はソケットピン１５は、開口部８自体を部分的にしか横切っていない。

そして、図４では、調節フラップ６が回転軸７の周りを回転して、その結果、このフラップは、転送位置に有る。そのため、排ガスＡは、熱交換チャネル３内に流入し、バイパス管２は、円蓋部１４の領域に配置されたシーリング板１６により閉鎖されている。しかし、有利には、開口部８において、シーリング板１６に、それぞれ周縁を巡るシーリング張出部１７を形成することもできる。このシーリング張出部１７は、特に有利には、各バイパス位置、さもなければ転送位置において、バイパス管２の拡大された入口１０と形状一致形態により当接する。

図５〜８には、本発明による排ガス熱交換器１の別の実施形態が図示されている。この場合、図５と６は、転送位置において調節フラップ６を開いた排ガス熱交換器１を図示している。そのために、調節フラップ６は、外側の周縁を巡る円板部材１１を有し、その部材の外側の周縁を巡る端部１２は、又もや図７に図示されている通り、バイパス位置において、筐体１９の内側面と気密に当接する。更に、図５では、外側筐体１９の膨らみ２０が良く見え、ここに図示されている円蓋部１４は、回転軸７の周りの回転運動の実行時に内側面１８と衝突接触しないで回転することができるとともに、図７によるバイパス位置において、内側面１８内で、この膨らみ２０と形状一致形態により気密に当接する。この場合、円蓋部１４は、フード形態で構成されている。

更に、開口部８のソケット形状の区間９の外側に有るシーリング板１６が図示されている。ちょうど開口部８の周縁を巡るように、このシーリング板１６の周縁を巡る形で、シーリング張出部１７が形成されている。図５と６に図示された転送位置において、シーリング板１６の各シーリング張出部１７は、バイパス管２の入口１０の拡大部２１と形状一致形態により当接しているのに対して、図７と８では、ソケット形状の区間９のシーリング張出部１７は、バイパス管２の入口１０の拡大部２１と形状一致形態により当接している。同様に、ここで図示されている実施形態では、回転軸７が開口部８内に有ることが良く分かる。それによって、調節フラップ６の回転運動を実行可能とするための非常にコンパクトなサイズが実現されている。

１ 排ガス熱交換器
２ バイパス管
３ 熱交換チャネル
４ スパイラル管
５ 排ガス熱交換器１の入口領域
６ 調節フラップ
７ 回転軸
８ 調節フラップ６の開口部
９ ソケット形状の区間
１０ バイパス管２の入口
１１ 円板部材
１２ 端部
１３ 入口領域５の内側
１４ 円蓋部
１５ ソケットピン
１６ シーリング板
１７ シーリング張出部
１８ 筐体１９の内側面
１９ 筐体
２０ 筐体１９の膨らみ
２１ 拡大部
Ａ 排ガス

Claims (7)

1. バイパス管（２）を内側に収容して、その周囲を取り囲む熱交換チャネル（３）を備え、これらの熱交換チャネル（３）又はバイパス管を通して排ガスフローを案内するための調節フラップ（６）が配備されている自動車用排ガス熱交換器（１）において、
   この調節フラップ（６）が、ソケット形状の区間（９）を備えた一つの開口部（８）を有し、バイパス位置では、このソケット形状の区間（９）がバイパス管（２）の入口（１０）とフローを通過させる形で接触し、この調節フラップ（６）が、バイパス位置から、この入口（１０）を閉鎖する転送位置に回転することが可能であることと、
   調節フラップ（６）が、外側の周縁を巡る一つの円板部材（１１）を有し、この円板部材（１１）が、バイパス位置において、熱交換チャネル（３）の熱交換入口を閉鎖することと、
   を特徴とする排ガス熱交換器。
2. ソケット形状の区間（９）の外側で、かつ円板部材（１１）に、円蓋部（１４）が形成されており、この円蓋部（１４）が、熱交換位置において、バイパス管（２）を少なくとも部分的に覆うことを特徴とする請求項１に記載の排ガス熱交換器。
3. ソケット形状の区間（９）の外面に、転送位置においてバイパス管（２）の入口（１０）を密閉するシーリング板（１６）が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス熱交換器。
4. バイパス管（２）の入口（１０）が拡大されており、ソケット形状の区間（９）又はシーリング板（１６）の周縁を巡るシーリング張出部（１７）が、この拡大部（２１）の内側面と気密に当接することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の排ガス熱交換器。
5. 調節フラップ（６）が回転軸（７）の周りを回転可能な形に軸支されており、この回転軸（７）が開口部（８）を横切ることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の排ガス熱交換器。
6. 外側筐体（１９）には、膨らみ（２０）が有り、円蓋部（１４）が、この膨らみ（２０）の内側に沿って回転することができるとともに、バイパス位置において、この膨らみ（２０）の領域における、この筐体の内側面（１８）と気密に当接することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の排ガス熱交換器。
7. 調節フラップ（６）が一体形に均一な材料から、特に、鋳造部材として構成されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の排ガス熱交換器。

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