JP6186276B2 - バイパスを備える排熱回収装置 - Google Patents

Description

本開示は、熱回収システムに関し、より具体的には、バイパス流路を備える排熱回収システムである。

このセクションは、本開示の背景技術情報を提供し、従来技術は必要としない。

内燃エンジンにより消費される燃料のエネルギーの相当量（たとえば、およそ三分の一）が、内燃エンジンに関する排気システムを通り排出される熱として消費される。種々の目的のために排気システムを流れる排ガスからの熱又は熱エネルギーが回収されることが望ましい。 たとえば、このように回収された熱エネルギーは、より速やかな車内のウォームアップおよび窓の霜取りを提供するために、乗り物の流体を暖めることに使用されることができる。さらに又は択一的に、回収された熱エネルギーは、たとえば、乗り物の潤滑システムの摩擦損失および粘性損失を減少することにより、たとえば、燃費を向上させることができる。

このセクションは、本開示の一般的概要を提供し、その全ての請求の範囲または特徴の全ての包括的な開示ではない。

本開示は、排ガスの流れの中に配置されるアセンブリを提供し、排ガスの流れから熱エネルギーを選択的に回収する。当該アセンブリは、熱交換器流路および熱交換器流路を迂回するバイパス流路の何れかを流れる排ガスの流れを調整するようにコントロールされるバルブ要素を含む。当該バルブ要素は、外部のアクチュエータにより制御され、たとえば、排ガスの動作状態、熱交換器の動作限度、および／または熱エネルギー回収の要求に応じて配置される。熱交換器流路およびバイパス流路は、排気システムの残渣に連通するアウトレットを含む共通の収集要素で終端している。当該アセンブリは、排気の流れの如何なる場所にも配置可能である。エンジンに比較的に近い場所では、最も熱い排ガス温度の熱交換器を提供する可能性があり、アセンブリが回収できる熱エネルギーの量を増加させることができる。

当該アセンブリは、たとえば、自動車内の内燃エンジンまたは他の燃焼機関とともに使用されることができる。回収された熱エネルギーは、より速やかな窓の霜取りを補助するためのエンジン冷却剤の急速なウォームアップに使用され、ＨＶＡＣ（暖房、喚起、および空調）システム性能を向上させ、および／または乗り物の種々の流体システム（たとえば、エンジンオイルおよびトランスミッション用流体）の加温を通じて粘性損失を減らすことにより燃費を向上させる。回収された熱エネルギーの更なる使用は、発電のための蒸気発生を含む（たとえば、ランキンサイクルシステム）。当該熱回収システムは、排ガスの熱エネルギーを使用可能な電気的エネルギーに変換する熱電エネルギー変換システムの一部を構成することもできる。

エンジンのいくつかの動作期間中に、排気システムからエネルギーが抽出されるのは好ましくない。これらの期間中は、排ガスがバイパス流路を通って流れるのが好ましい。熱の抽出が好ましい他の動作状態では、排ガスの一部又は全ては、熱交換器を含む流路に分岐される。排ガスの経路は、バイパス流路および熱交換器流路を流れる流れの一定の割合を絞りまたは調整するようにして、制御される。いくつかの実施形態では、コントロールモジュールが、種々のエンジンのパラメータおよび動作状態ならびに乗り物システムおよびサブシステムに基づいて、バルブアセンブリの位置を制御して調整するために、バルブアセンブリを駆動するアクチュエータに電気的信号を送る。いくつかの実施形態では、バルブアセンブリの位置を調整するために、温度調整されたアクチュエータが使用される。このように温度調整されたアクチュエータは、ワックス弁、サーモスタットデバイス、および／または、１つ又は複数の所定の温度に到達する排ガス、冷却剤および／または他の流体に応じてバルブアセンブリを駆動する他のデバイスを含む。

バイパス流路および熱交換器流路を流れる排ガスの制御は、排ガスからの熱エネルギーの回収または抽出の量をコントロールすることを可能にする。排ガスからの熱エネルギーの回収は、たとえば、以下のエンジンの始動に好ましい。寒い状況でのエンジン始動において、たとえば、エンジン冷却剤の加温、窓の霜取りのスピードアップ、および／または乗り物の室内の暖気のために、排ガスからの熱抽出を最大限にする必要性がある。また、エンジン冷却剤の加速された加温は、時間平均のエンジンオイル粘度を減少させ、エンジンの可動部分でのより低い粘性損失および燃料消費の減少をもたらす。また、高速および／または高負荷のエンジン動作状態において、過剰な熱が引き起こされず、エンジン／乗り物の冷却システムに拒絶されるように、排ガスからの温度抽出は制限されることが好ましい。

いくつかの実施形態では、本開示のアセンブリは、排ガスから、追加の又は他の乗り物の流体に熱を移動させる。流体は、たとえば、エンジン、トランスミッション、アクセルおよび／または他の構成の圧力流体または潤滑流体および／または他の流体である。

熱抽出の制御は、乗り物における他の目的にも関連する。たとえば、熱抽出システムが触媒コンバータまたはＮＯｘトラップのような排出デバイスの上流にある場合には、その排出デバイスに入り込む排ガスを所定の温度範囲に温度調整するために好適である。当該温度範囲は、排出デバイスの変換効率およびデバイスの寿命および耐久性のための使用耐熱温度に基づく。このタイプの使用では、排出デバイスが動作温度よりも低いときに、排出デバイスが可能な限り早く最適な動作温度に暖まるように、排ガスからの熱抽出を抑制し又は防止する必要がある。同様に、高いエンジン回転数および／または高いエンジン負荷の状態であっても、排出管理装置の損傷を防ぎおよび／または効率を保つために動作温度の上限閾値よりも低い範囲に排出管理装置の動作温度を保つように、排ガスから熱エネルギーを抽出することが必要である。

いくつかの形態では、本開示は、ハウジング、バルブ部材および熱交換器を含む排熱回収装置を提供する。ハウジングは、インレット、アウトレット、インレット及びアウトレットに連通する第１排ガス経路、およびインレット及びアウトレットに連通する第２排ガス経路を備える。バルブ部材は、ハウジング内に配置され、第１位置と第２位置との間で移動可能である。第１位置では、バルブ部材は、流体が第１排ガス経路を流れることを可能にするとともに、流体が第２排ガス経路を流れることを実質的に防止することを可能にする。第２位置では、バルブ部材は、流体が第２排ガス経路を流れることを可能にする。熱交換器は、第２排ガス経路に連通しており、しかもそこに流れる流体を有する導管を含む。当該流体は、バルブ部材が第２位置にあるときに、熱交換器で排ガスと熱交換を行い、バルブ部材が第１位置にあるときに、排ガスから実質的に熱的に隔離されている。熱交換器は、バルブ部材が第１部分にあるときに、第１排ガス経路から実質的に流体的に隔離されている。

他の形態では、本開示は、ハウジング、バルブ部材および熱交換器を備える排熱回収装置を提供する。ハウジングは、インレット、アウトレット、インレットおよびアウトレットに連通する第１排ガス経路、ならびにインレットおよびアウトレットに連通する第２排ガス経路を含む。バルブ部材は、ハウジングに配置され、流体が第１排ガス経路を流れることを可能にする第１位置と流体が第２排ガス経路を流れることを可能にする第２位置との間で移動可能である。熱交換器は、第２排ガス経路に連通しており、しかもそこに流れる流体を有する導管を含む。当該流体は、バルブ部材が第２位置にあるときに、熱交換器で排ガスと熱交換を行い、バルブ部材が第２位置にあるときに、熱交換器で排ガスと熱交換を行う。ハウジングは、バルブ部材が第１位置にあるときに、バルブ部材の先端と接触する第１ストップ部と、バルブ部材が第１位置にあるときに、バルブ部材の後端と接触する第２ストップ部とを有する。当該先端は、通常は第１排ガス経路から離れている第１ストップ部の表面に接触する。

いくつかの実施形態では、第１排ガス経路は、そこを通る実質的に直線の流路を定義するようにインレットおよびアウトレットと実質的に直線状にしてある。いくつかの実施形態では、バルブ部材が第２位置にあるときに、バルブ部材は熱交換器を通る実質的にＵ字形状の流路を少なくとも部分的に定義し、バルブ部材が第２位置にあるときに、バルブ部材は、Ｕ字形状の流路内のインレットおよびＵ字形状の流路外のアウトレットを定義する。

いくつかの実施形態では、インレットおよびアウトレットは、エンジンに関する排気マニホールドに連通し、排気マニホールドを流れる排ガスの実質的に全ては、インレットおよびアウトレットに流れる。

適用の更なる領域は、ここに提供する開示から明確である。この概要の記載および具体例は、単なる説明の目的を意図しており、本開示の範囲を制限するものではない。

ここに記載される図は、選択された実施形態の説明の目的であり、全ての可能な実施形態ではなく、本開示の範囲を制限するものではない。

図１は、本発明に係る排熱回収装置を備えるエンジンおよび排気システムの略図である。 図２は、本発明に係る排熱回収装置の斜視図である。 図３は、図２の排熱回収装置の部分分解斜視図である。 図４は、バイパス位置でのバルブ要素を含む図２の排熱回収装置の断面図である。 図５は、熱交換位置でのバルブ要素を含む図２の排熱回収装置の断面図である。 図６は、本発明に係る他の排熱回収装置の斜視図である。 図７は、図６に示す排熱回収装置の部分断面斜視図である。 図８は、バイパス位置でのバルブ要素を含む図６の排熱回収装置の断面図である。 図９は、熱交換位置でのバルブ要素を含む図６の排熱回収装置の断面図である。 図１０は、本発明に係る触媒コンバータに関する更に他の排熱回収装置の斜視図である。 図１１は、本発明に係る排気マニホールドに関する更に他の排熱回収装置の斜視図である。 図１２は、バイパス位置でのバルブ要素を含む更に他の排熱回収装置の断面図である。 図１３は、熱交換位置でのバルブ要素を含む図１２の排熱回収装置の断面図である。 図１４は、図１２に示す排熱回収装置の他の断面図である。 図１５は、図１２に示す排熱回収装置の更に他の断面図である。 図１６は、補強要素を備えるバルブ要素を含む図１２の排熱回収装置の断面図である。 図１７は、図１６に示すバルブ要素の斜視図である。 図１８は、本発明に係る更に他の排熱回収装置の断面図である。 図１９は、本発明に係る更に他の排熱回収装置の断面図である。 図２０は、本発明に係る更に他の排熱回収装置の断面図である。

実施形態は、添付図面を参照してより詳しく説明される。図面に関して、関連する部材番号は、同様の又は関連する部材および機能を示すことを理解すべきである。以下の記載は、単なる例示であり、本願の開示、応用又は使用を制限する物ではない。

実施形態は、本開示を詳細に説明し且つ当業者にその範囲を伝えるために提供される。複数の具体的な詳細は、本開示の実施形態の深い理解を提供するために、具体的な要素およびデバイスの例として説明している。当業者にとっては、具体的な詳細は必ずしも取り入れられる必要がないことが明らかであり、実施形態は異なる態様で採用されることができ、開示の範囲を限定するものではない。いくつかの実施形態では、周知のプロセス、周知のデバイスの構造、周知の技術は、詳細には説明されていない。

ここに使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明する目的のものであり、限定する目的ではない。ここで使用されるように、文脈が明確に示さない限りは、単数形は複数形をも含む意図である。“構成する”、“構成している”、“含んでいる”、“有している”の表現は包括的であり、このため、特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または、要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または、それらの組み合わせの追加を除外するものではない。

要素または層が、他の要素または層に対して、“上に”、“結合され”、“接合され”、“接続され”、または、“連結され”の表現とともに参照されているときには、他の要素または層に対して直接に配置されており、または、介在する要素または層が存在する。反対に、要素または層が、他の要素または層に対して、“直接に上に”、“直接に結合され”、“直接に接合され”、“直接に接続され”、または、“直接に連結され”の表現とともに参照されているときには、介在する要素または層は存在しない。要素の間の関係を説明するために用いられる他の用語（たとえば、“間に”と“直接に間に”、“隣接する”と“直接に隣接する”等）は、同様に解釈される。ここで使われるように、“および／または”の用語は、関連する記載された部材の１つ又は複数のあらゆる組み合わせを含む。

第１、第２、第３等の用語は、ここでは、さまざまな要素、部品、領域、層、および／または、部分を説明するために用いられるが、これらの要素、部品、領域、層、および／または、部分は、これらの用語により限定されない。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、層、または、部分を、他の領域、層、部分と区別するためのみに用いられる。ここで用いられる“第１”、“第２”および他の数的用語のような用語は、 文脈により明確に示されていないかぎりは、順番または並びを示唆していない。したがって、下記の第１要素、第１部品、第１領域、第１層、または、第１部分は、実施形態の説明から離れることなく、第２要素、第２部品、第２領域、第２層、または、第２部分と称されることもできる。

“インナー”、“アウター”、“真下”、“下”、“低い”、“上”“上方”等のような空間的に相対的な用語は、ここでは、図に記載されるある要素または特徴と他の要素または特徴との関係を説明するための説明の容易化のために使用される。空間的に相対的な用語は、図に記載される向きに加えて、デバイスの使用または動作の異なる向きを含むように意図してもよい。たとえば、図示のデバイスが反転したとすると、他の要素または特徴の“下”または“真下”の要素は、他の要素または特徴の“上”に配置される。したがって、“下”と例示された用語は、上および下に配置されることの両方を含む。また、デバイスは、他の向きに配置される（９０度又は他の向きに回転される）こともできるので、空間的に相対的な用語は、ここでは、それに応じて解釈される。

図１〜５を参照すると、排熱回収装置（ＥＧＨＲシステム）１０が提供されており、バルブアセンブリ２２、バイパス管４０、熱交換アセンブリ５０、アウトレットコレクター６０を含んでも良い。ＥＧＨＲシステム１０は、エンジン６の排気マニホールド４と排ガスが周囲空気に排出される排気管との間の適当な位置で、エンジン排気システム２の排ガス流路に配置することができる。いくつかの実施形態では、ＥＧＨＲシステム１０は、触媒コンバータ、ＮＯｘトラップ、若しくは排気マニホールド４、又は、たとえば、他の排気システム要素に、直接的又は間接的に連通することができる。ＥＧＨＲシステム１０は、排気システム２が通る車両の下側の穴又はチャンネル（不図示）に配置されることができる。いくつかの実施形態では、ＥＧＨＲシステム１０は、エンジン６および排気マニホールド４から排出される実質的に全ての排ガスを受けることができる。他の実施形態では、排ガス再循環（ＥＧＲ）デバイスは、エンジン６とＥＧＨＲシステム１０との間に配置されることができる。このような実施形態では、ＥＧＨＲシステム１０は、ＥＧＲ装置から再循環されずに吸気マニホールド８に戻る実質的に全ての排ガスを受けることができる。いくつかの実施形態では、ＥＧＲ装置は、ＥＧＨＲシステム１０の下流に配置されることができる。

以下に記載されるように、バルブアセンブリ２２は、バイパス位置（図４）と熱交換位置（図５）との間で移動可能である。熱交換位置では、排ガスは、熱交換アセンブリ５０を通って、冷却剤、作動流体、又は他の流体と熱交換を行うことができる。バイパス位置では、排ガスは、熱交換アセンブリ５０を迂回して、バイパス管４０を通り、排ガスと熱交換アセンブリ５０との間で熱（又は大きな熱量）を伝達することなくアウトレットコレクター６０を通ってＥＧＨＲシステム１０を出る。詳細には示されていないものの、第１部分の排ガスが熱交換アセンブリ５０を迂回してＥＧＨＲシステム１０に入り、第２部分の排ガスが熱交換アセンブリ５０を流れることを可能にするように、バルブアセンブリ２２は、バイパス位置と熱交換位置との間の如何なる位置にも配置することができる。このようにして、ＥＧＨＲシステム１０は、排ガスと熱交換アセンブリ５０内の流体との間の熱交換の量を調整し最適化することができる。

バルブアセンブリ２２は、インレット２１の下流のＥＧＨＲシステム１０を通る排ガスの流れを制御することができる。バルブアセンブリ２２は、バルブハウジング又はボディ２０、バルブシャフト２４、及びバルブプレート又は切り換えプレート２８を含む。バルブボディ２０は、シャフト２４及び切り換えプレート２８を収容し、しかも、バイパス管４０及び熱交換流路５２を通る排ガスの流れを制御するように形成される。バルブボディ２０は、インレット２１、バイパス部２３および熱交換部２５を含む。バイパス部２３は、そこで流体が連通するようにバイパス管４０に取り付けられる。同様に、熱交換部２５は、そこで流体が連通するように熱交換アセンブリ５０に取り付けられる。

切り換えプレート２８は、バタフライタイプ（たとえば、バルブシャフト２４から両方向に延びる）又はバルブシャフト２４の片側のみから延びるフラップタイプである。バルブシャフト２４は、両端で面をつなぎ又は支えることにより支持され、又は、１つの端から突出する。材料をつなぎ及び／又は支える選択は、使用温度並びにバルブシャフト２４及びバルブボディ２０の材料により決まる。アクチュエータは、ダイバータをバイパス位置と熱交換位置との間で移動させるように、バルブシャフト２４を回転させる。アクチュエータの動きは、コントロールモジュールにより制御され、アクチュエータアーム又は他の好適なメカニズムによりバルブシャフト２４に伝達される。

ＥＧＨＲシステム１０の動作中は、排ガスは、バルブボディ２０に入り込み、バルブ切り換えプレート２８の位置に基づいてバイパス管４０および／または熱交換アセンブリ５０に向かう。第１および第２停止機能又は位置機能２７ａ，２７ｂは、切り換えプレート２８が熱交換位置およびバイパス位置のそれぞれにあるときに、バルブボディ２０と切り換えプレート２８との間での好ましくない漏れを減らし又は防止するように、バルブボディ２０を形成する。また、切り換えプレート２８の位置機能２７ａおよび２７ｂは、バルブシャフト２４に対する切り換えプレート２８の回転を制限する積極的な押さえを提供する。これは、いくつかの実施形態において、位置制御（または、精密な位置制御）を必要としないシンプルなアクチュエータを採用することを可能にする。たとえば、本願では、バルブアセンブリ２２の調整を含まず、低コストな二位置動作の真空アクチュエータが使用される。

バルブアセンブリ２２のインレット２１およびアウトレットコレクター６０のアウトレット６１は、実質的に、バイパス管４０に対して配置される。このような位置決めは、ＥＧＨＲシステム１０の背圧を最小化する。なぜなら、バイパス管４０は、エンジンの動作時容量およびエンジン回転数がピークの際のエンジンから排出される排ガスの全質量流量を調整するように設計される。熱交換アセンブリ５０を通る熱交換流路５２は、有害な圧力損失を発生させることなく、インレット２１およびアウトレット６１に対してオフセットされる。なぜなら、エンジン６から排出される排ガスの質量流量は、排ガスが熱交換アセンブリ５０を通り循環するのに好適な多くの環境の下で、ピークのエンジン動作の流速を大幅に下回る。典型的な実施携帯では、現行の直列エンジン、スパーク着火エンジン、自然吸気エンジン、４気筒エンジンの熱交換モードの際の最大の質量流量は、およそ毎時２００キログラム（ｋｇ／ｈｒ）である。しかしながら、同様のエンジンは、毎時４２０キログラム（４２０ｋｇ／ｈｒ）のピーク動作時に最大の質量流量を持ち、バイパス管４０を通り実質的にスムーズに流れる。

高熱の排ガスの流れの調整のために、バイパス管４０と熱交換流路５２との間に実質的な温度勾配を起こすことができる。これは、エンジン６が高い質量流量で動作し、排ガスが熱交換アセンブリ５０から分岐して、しかもバイパス管４０のみを通るときに特に当てはまる。これらの条件の下では、バイパス管４０を形成する材料の熱膨張は、熱交換アセンブリ５０を形成する材料の熱膨張よりも更に大きくなり、アセンブリに大きな熱ストレスを引き起こす。異なる大きさの熱膨張を調整するために、バイパス管４０は二重壁構造であり、大きな熱変動からアウターチューブ４６を保護するインナーチューブ４４を含む。インナーチューブ４４は、第１端４５ａでバルブボディ２０に固定される。インナーチューブ４４の第２端４５ｂは、アセンブリに負荷を伝えることなく、軸方向に拡張又は収縮可能である。スペーサ４８は、インナーチューブ４４にアウターチューブ４６に対する径方向の隙間を形成する。スペーサ４８は、例えばワイヤーメッシュのような柔軟な材質で形成される。アウターチューブ４６は、バルブボディ２０とアウトレットコレクター６０との間のガスの接続を形成するように、第１および第２端４７ａ，４７ｂで溶接される。この構成は、より高熱のインナーチューブ４４の熱膨張とより低熱のアウターチューブ４６の構造的な制約との間の相互の作用を低減する。

熱交換アセンブリ５０は、ハウジング５３と熱交換コア５４とを含む。ハウジング５３は、熱交換流路５２を定義するとともに、別個の熱交換器コア取付プレート５７を含んでも良い。冷却剤、作動流体又は他の流体は、冷却用装着要素５８を介して熱交換コア５４を通過する。

ＥＧＨＲシステム１０のパッケージ容積を小型化するために、熱交換アセンブリ５０のアウターチューブ４６およびハウジング５３は、第１および第２エンドプレート５５ａ，５５ｂのそれぞれに溶接される。当該溶接は、溶接プロセスの促進（たとえば、溶接トーチの移動の制限を防止する）のために、アウターチューブ４６の中心部分から離れる第１および第２エンドプレート５５ａ，５５ｂの側部に配置される。これは、製造の際に溶接アクセスを気にしないで、バイパス管４０および熱交換アセンブリ５０が非常に近づくことを可能にする。そして、エンドプレート５５ａ，５５ｂは、異なる溶接作業にて、バルブボディ２０およびアウトレットコレクター６０にそれぞれ溶接される。これは、溶接アクセスについて妥協することなく、コンパクトなデザインを提供するとともに、確実な製造プロセスを可能にする。さらに、この製造は、結果的に、熱交換コア５４、熱交換器ハウジング５３およびバイパス管４０の長さを変更することによりベースデザインが複数の応用に適合できるモジュール組立を実現する。

図６〜９を参照すると、他のＥＧＨＲシステム１００が提供されており、バルブアセンブリ１１０および熱交換アセンブリ１３０を含む。ＥＧＨＲシステム１０と同様に、ＥＧＨＲシステム１００は、排気マニホールド４およびエンジン６から排ガスを受ける。ＥＧＨＲシステム１００は、ＥＧＨＲシステム１０よりも少ない要素を有し、ＥＧＨＲシステム１００の製造および組み立てがシンプルである。さらに、バイパス経路が短いので、ＥＧＨＲシステム１００は、バイパスモードでの背圧のロスを減少し又は最小化する。バルブアセンブリ１１０および熱交換アセンブリ１３０の接合部が、動作中に比較的に低温度且つ均一な温度にあり、しかもより長いバイパス経路および制約的構造を備えるシステムに関連して熱的に引き起こされる変形も防止されるので、ＥＧＨＲシステム１００の耐久性も向上されている。

バルブアセンブリ１１０は、バルブハウジング１１２、バルブシャフト１１７及びバルブ切り換えプレート１１９を含む。バルブハウジング１１２は、インレットフランジ１１４、アウトレットフランジ１１１、バイパス管１１３及び熱交換管１１５を含む。インレット開口１１８はインレットフランジ１１４を貫通して延びており、アウトレット開口１２０はアウトレットフランジ１１１を貫通して延びている。バイパス管１１３は、切り換えプレート１１９がバイパス位置にあるときに、通常は直線状又は線状のＥＧＨＲシステム１００を通る流路を提供するように形成される。バイパス管１１３は、非常に小さい変化または変化のない断面領域、絞りまたは曲部を有する。このバイパス管１１３のシンプル且つ直線的幾何学構造は、バイパス管１１３の比較的に短い構造と共に、非常に小さい圧力低下またはそこを流れる流れの非常に小さい制限をもたらす。

１つ以上の排気要素が、インレットフランジ１１４および／またはアウトレットフランジ１１１に取り付けられることができる。バルブシャフト１１７は、通常は、バイパス管１１３と熱交換管１１５との間でバルブハウジング１１２を通って延びて、ベアリングハウジング１２１により回転可能に支持される。

排ガスがバイパス管１１３に流れるバイパス位置（図８）と排ガスが熱交換管１１５を流れる熱交換位置（図９）との間の回転のために、バルブ切り換えプレート１１９はバルブシャフト１１７に取り付けられる。バルブシャフト１１７の回転は、外部のアクチュエータにより制御される。同様の有効な切り換え領域での単一フラップスタイルの切り換えプレートと比較して、指定位置での有効トルクが小さいので、第２実施形態でのバタフライ型またはバランス型の切り換えプレート１１９の使用は好適である。排ガスの流れにより加えられるトルクに打ち勝ち且つ切り換えプレート１１９の位置を制御するために、比較的小さいトルクが必要な場合は、バルブ切り換えプレート１１９の位置を制御するために、比較的小さいおよび／または比較的低コストのアクチュエータを採用することができる。

バルブハウジング１１２は、単一構造、一体に形成される構造、鋳造又は鋳造された材料を組み合わせて製造される。バルブハウジング１１２を形成する材料は、温度範囲および／または特定の用途においてＥＧＨＲシステム１００が動作する他の動作状態に基づいて選択される。ＥＧＨＲシステム１００の動作中に約８００度（８００℃）又はそれ以下の温度に達するバルブハウジング１１２の材料の適用のために、バルブハウジング１１２は、たとえば、フェライト地鋳鉄（ｆｅｒｒｉｔｉｃ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ）から形成される。ＥＧＨＲシステム１００の動作中に８００度（８００℃）以上の温度に達するバルブハウジング１１２の材料の適用のために、バルブハウジング１１２は、たとえば、オーステナイト鋳鉄または耐熱鋼から形成される。バルブシャフト１１７およびバルブ切り換えプレート１１９は、たとえば、耐熱錬鋼のような鋼合金、および／または、他の適する材料から形成される。

熱交換アセンブリ１３０は、バルブハウジング１１２の熱交換管１１５に連通する排ガス流路１３８に通常は平行に定義される熱交換コア１３２を含む。切り換えプレート１１９が熱交換位置にあるときに、排ガス流路１３８は、通常はＵ字形状の流路である２つの経路に排ガスを導く。これは、全部の熱交換コア１３２のより広い表面に排ガスが接することを可能にする。排ガス流路１３８の第１部分１３９ａは、切り換えプレート１１９の上流に配置される熱交換コア１３２の部分に形成され、排ガス流路１３８の第２部分１３９ｂは、切り換えプレート１１９の下流に配置される熱交換コア１３２の部分に形成される。

いくつかの実施形態では、熱交換ハウジング１３４は、熱交換コア１３２を少なくとも部分的に取り囲む。熱交換アセンブリ１３０は、熱交換アセンブリ１３０とバルブハウジング１１２との間に生じる接合部１４０で比較的に良好なシールを形成するための溶接接続またはボルト接続により、バルブハウジング１１２の熱交換管１１５に接続される。熱交換管１１５の覆い部１１６と熱交換ハウジング１３４のフランジ１３６との間の漏れを減少するために、それらの間にはガスケットが配置される。接合部１４０が溶接によりシールされている場合には、フランジ１３６を覆い部１１６にシールするためにガスケットは必要とされない。覆い部１１６とフランジ１３６とを連結するためのボルト接続の使用は、熱交換アセンブリ１３０とバルブハウジング１１２との間の温度差による温度的な誘発ストレスを減少させることができる。

切り換えプレート１１９が熱交換位置にあるときは、図７および図９に示すように、排ガスは、インレット開口１１８を通ってバルブハウジング１１２に入り込み、切り換えプレート１１９によって熱交換コア１３２の排ガス流路１３８に導かれる。排ガスは、通常はＵ字型の流路の排ガス流路１３８を流れ、バルブ切り換えプレート１１９の下流のバルブハウジング１１２に再度入り込む。バルブ切り換えプレート１１９の下流の熱交換コア１３２を抜け出た後に、排ガスは、アウトレット開口１２０を通ってバルブハウジング１１２から抜け出て、排気システムの後段の下流を流れる（不図示）。熱交換流体（例えば、冷却剤、冷媒、潤滑剤、又は他の流体）は、熱交換コア１３２内のコイル状のパイプを流れ、排ガス流路１３８を流れる排ガスからの熱を吸収する。熱交換流体は、装着要素１５８を通るパイプから出入りする。熱交換コア１３２がプレートスタイルの熱交換器、プレートおよびフィンタイプの熱交換器または他の好適なタイプの熱交換器であれば好ましい。

バルブ切り換えプレート１１９がバイパス位置にあるときは、図８に示すように、排ガスは、インレット開口１１８を通ってバルブハウジング１１２に入り込み、熱交換アセンブリ１３０を迂回するようにバイパス管１１３を流れる。この動作モードでは、熱交換アセンブリ１３０で、排ガスから作動流体への熱移動が少なく又は熱移動が発生しない。

ＥＧＨＲシステム１００の更なる利益は、切り換えプレート１１９がバイパス位置にあるときに、切り換えプレート１１９の周囲における内部排ガスの漏れの可能性および熱交換コア１３２を通る内部排ガスの漏れの可能性が低いことである。この内部漏れの可能性が低いのは、バイパス管１１３を通る圧力低下が低いので、その結果として、切り換えプレート１１９を通過して熱交換コア１３２に流れ込む好ましくない流れを引き起こす経路を最小化するからである。この内部流れの漏れは、排ガスと熱交換器の作動流体との間の熱交換が好ましくない場合に増加するので、好ましくない。さらに、仮に、バルブ切り換えプレート１１９がバイパス位置にあるときに、排ガスがバルブ切り換えプレート１１９を通過するときにリークして熱交換コア１３２に入り込む場合は、最小の好ましくない熱移動の結果になる。なぜなら、漏れたガスは２回目に切り換えプレート１１９を通ってアウトレット開口１２０に到達することを妨げる。

切り換えプレート１１９は、バイパス位置と熱交換位置との間の如何なる中間位置にも位置することができるのが好ましい。コントロールモジュールは、切り換えプレート１１９の位置を調整するようにアクチュエータを動作させて、熱交換アセンブリ１３０を通る排ガスの流れの割合を変化させることができる。このようにして、排ガスと作動流体との間の熱交換の量は、エンジン６および／または乗り物システムの動作状態およびパラメータに基づいてカスタマイズおよび調整される。

ＥＧＨＲシステム１００は、図６〜図９に示すように、組み込みスペースがある場合には排ガスの流れに組み込むことができる独立又は自己完結型システムである。ＥＧＨＲシステム１００は、排気システムの他の要素に組み込まれることができることに注意すべきである。

図１０を参照すると、ＥＧＨＲシステム２００が提供されており、バルブアセンブリ２１０および熱交換アセンブリ２３０を含む。バルブアセンブリ２１０および熱交換アセンブリ２３０は、以下の記載および／または図１０の記載を除いて、上記のバルブアセンブリ１１０および熱交換アセンブリ１３０と実質的に同じである。したがって、同様の特徴および／または機能は詳細は再度の説明を行わない。

バルブアセンブリ２１０は、触媒コンバータアセンブリ２５０に組み込まれることができる。バルブアセンブリ２１０のバルブハウジング２１２は、一体的に形成されるコーン２２４を含み、触媒コンバータアセンブリ２５０に接続する。バルブハウジング２１２と触媒コンバータアセンブリ２５０との間の接合部２５２は、溶接接合又はボルト接合にてシールされる。上記のように、熱交換アセンブリ２３０は、バルブハウジング２１２に溶接またはボルト接続されることができる。ＥＧＨＲシステム２００は、触媒コンバータアセンブリ２５０の上流又は下流に配置されることができる。

図１１を参照すると、ＥＧＨＲシステム３００が提供されており、バルブアセンブリ３１０および熱交換アセンブリ３３０を含む。バルブアセンブリ３１０および熱交換アセンブリ３３０は、以下の説明および図１１の記載を除いて、上記のバルブアセンブリ１１０および熱交換アセンブリ１３０と実質的に同じである。したがって、同様の特徴および／または機能は、詳細な説明を行わない。

バルブアセンブリ３１０は、排気マニホールド３５０に組み込まれることができる。バルブアセンブリ３１０のバルブハウジング３１２は、排気マニホールド３５０のアウトレット３５２に一体的に形成される。上記のように、熱交換アセンブリ３３０は、バルブハウジング３１２に溶接され又はボルト止めされる。

図１２〜１５を参照すると、ＥＧＨＲシステム４００が提供されており、バルブアセンブリ４１０および熱交換アセンブリ４３０を含む。バルブアセンブリ４１０および熱交換アセンブリ４３０は、以下の説明および／または図に記載の事項を除いて、バルブアセンブリ１１０および熱交換アセンブリ１３０と実質的に同一である。したがって、同様の特徴および／または機能は、再度の詳細な説明を行わない。

バルブアセンブリ４１０は、バルブハウジング４１２、バルブシャフト４１７およびバルブ切り換えプレート４１９を含む。バルブハウジング４１２は、インレット開口４１８、アウトレット開口４２０、熱交換アセンブリ４３０をバイパス（迂回）するバイパス管４１３および熱交換アセンブリ４３０に連通する熱交換管４１５を含む。バルブシャフト４１７は、バイパス管４１３と熱交換管４１５との間の接点で又はその近傍で、バルブシャフト４１７の長手軸に対して回転するように、バルブハウジング４１２に取り付けられる。

第１および第２リップ又はストッパ４２２，４２４は、バイパス管４１３と熱交換管４１５との間でバルブハウジング４１２の開口を定義する。切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときには、図１２に示すように、切り換えプレート４１９の先端４２６は、通常は、熱交換管４１５の下流に向き合う第１ストッパ４２２の表面４２３に当接し、後端４２８は、通常はバイパス管４１３および／またはアウトレット開口４２０に向き合う表面４２５に当接する。この配置は、切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに、切り換えプレート４１９を通過する漏れを減少し又は防止することができる。なぜなら、第１ストッパ４２２は、第１ストッパ４２２と切り換えプレート４１９の先端４２６との間の接合部を流れる排ガスを案内し、それらの間で排ガスが漏れることを最小化し又は防止する。切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに、切り換えプレート４１９を通過して漏れる排ガスの最小の量は、熱交換アセンブリ４３０に流れ込むことはないと考えられる。なぜなら、リークした排ガスが熱交換アセンブリ４３０に流れ込むことを引き起こす圧力差が非常に小さく又は存在しない。バイパス管４１３を流れる排ガスのように、排ガスは切り換えプレート４１９の後端４２８に下向きの力を及ばし（図１２参照）、後端４２８を第２ストッパ４２４により密着させる。さらに、切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに、切り換えプレート４１９はバイパス管４１３を通る排ガスの流れの方向に実質的に平行なので、切り換えプレート４１９はバイパス管４１３を流れる流れを比較的に阻害せずに又は全く阻害しない。

さらに、バイパス位置での切り換えプレート４１９付近で実質的に漏れがないこと及びバイパス管４１３と熱交換アセンブリ４３０との間の物理的な分離は、インレット開口４１８から入る排ガスの流れが、熱交換アセンブリ４３０において、作動流体から排ガスが実質的に熱的に隔離される態様で、バルブハウジング４１２に流れ込まないことを可能にする。その結果、このような熱伝達が好ましくない場合に、バイパスモードでは、それらの間で非常に小さい熱伝達であり又は熱伝達が起こらない。仮に、切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに、切り換えプレート４１９を通過する際の漏れが発生すると、切り換えプレート４１９を通過してリークした一度排出されたガスの流速は非常に遅く、しかも、熱交換アセンブリ４３０に流れ込むことを再度妨害し又は制限して、アウトレット開口４２０に到達する。

バルブハウジング４１２の幾何学的形状、特にインレット開口４１８とバイパス管４１３との間での配置および切り換えプレート４１９の位置は、切り換えプレート４１９をバイパス位置に向かわせる切り換えプレート４１９の有効トルクを発揮させるように、バルブハウジング４１２に排ガスを流すことを可能にする。この特徴は、バルブシャフト４１７を駆動するアクチュエータが機能しない場合（たとえば、バルブシャフト４１７から外れて電気的動力を失い、または切り換えプレート４１９が動作不能になり若しくは有効に制御できなくなった場合）に、フェールセーフとして作用し、切り換えプレート４１９は、排ガスの流れによる有効トルクによってバイパス位置に移動する。排ガスの流れによる有効トルクは、熱交換位置からバイパス位置にアクチュエータが移動することも補助する。これは、切り換えプレート４１９がバイパス位置に動く速度を発生し及び／又は増加させるために必要とされるアクチュエータのトルクの大きさを減少する。

排ガスの流れが切り換えプレート４１９の有効トルクを発生する際に、切り換えプレート４１９のバタフライ構造は、フラップタイプ（若しくは片持ち）のバルブプレートと比較して、当該有効トルクの大きさを減少させる。バルブシャフト４１７の両端に先端４２６および後端４２８を有するので、排ガスの流れは、互いに作用する先端４２６および後端４２８の両方に力を作用させる。後端４２８に作用させる力が先端４２６に作用させる力よりも大きい（すなわち、有効トルクが切り換えプレート４１９をバイパス位置に向けるように発生する）ときに、有効トルクの大きさは、フラップタイプのバルブプレートの場合のように、バルブシャフト４１７の片側のみから径方向に延びる切り換えプレート４１９と比較して小さい。この排ガスの流れによる有効トルクの大きさの減少は、排ガスの流れのトルクを打ち負かすのに必要なアクチュエータの力を減少させて、バルブアセンブリ４１０をより効率的にする。

いくつかの実施形態では、切り換えプレート４１９への有効トルク又は切り換えプレート４１９を熱交換位置に向かわせるトルクを排ガスが非常に小さく発生させ又は発生させない動作状態又は動作環境が好ましい。たとえば、いくつかの実施形態では、ＥＧＨＲシステム４００を通る排ガスの流速が比較的に小さいとき（たとえば、エンジン６が低いエンジン回転数で動作しているとき）に、ＥＧＨＲシステム４００を流れる排ガスは、切り換えプレート４１９に有効トルクを発生させず又は比較的に小さい有効トルクを発生させる。さらにあるいは選択的に、切り換えプレート４１９が熱交換位置（または熱交換位置の近く）にあり且つ排ガスの流速が比較的に低いときに、反時計回りに切り換えプレート４１９を向かわせるように、切り換えプレート４１９に有効トルクを発生させる（図１２および１３参照）。バルブシャフト４１７と切り換えプレート４１９との相対的な位置決めは、切り換えプレート４１９に付与されるトルクの向きおよび大きさをカスタマイズしおよび／または理想化するように、所定の環境にカスタマイズされることができる。たとえば、所定の動作環境に適合させて、特定の方向にトルクを増加し又は減少するように、切り換えプレート４１９の先端４２６および後端４２８の一方または他方に近づけてバルブシャフト４１７が配置されるように、バルブアセンブリ４１０は設計されることができる。

アクチュエータは、バルブシャフト４１７および切り換えプレート４１９を反時計回りに、バイパス位置（図１２）から熱交換位置（図１３）に回転させるように、切り換えプレート４１９にトルク（排ガスの流れにより与えられるトルクに対向する又は同じ向きのトルク）を発生させる（図１２および１３参照）。熱交換位置では、切り換えプレート４１９の後端４２８は、バイパス管４１３に形成される第３リップ又はストップ部４２９に対して当接すると共に実質的にシールする。この場所では、インレット開口４１８を通じてバルブハウジング４１２に入り込む排ガスは、熱交換アセンブリ４３０に下流に導かれる（図１３参照）。

第３ストップ部４２９は、積極的な係止を提供するとともに、バイパス管４１３の窪み４３１を定義する。切り換えプレート４１９が熱交換位置にあるときに、窪み４３１は、後端４２８の端部とバイパス管４１３の壁との間にギャップを提供する。さらに、先端４２６の端部と熱交換アセンブリ４３０の熱交換器コア４３２との間にギャップが存在するように、切り換えプレート４１９および熱交換管４１５がサイズ設計される。これらのギャップ（図１３）は、切り換えプレート４１９、バルブハウジング４１２および熱交換アセンブリ４３０の熱膨張率の差を調整するとともに、切り換えプレート４１９が固定されることを防止するようにして、バルブハウジング４１２および熱交換アセンブリ４３０に対する切り換えプレート４１９の熱膨張を可能にする。図１５に示すように、切り換えプレート４１９がシールするとともに、切り換えプレート４１９とバルブハウジング４１２の内周面との間のクリアランスを提供する表面と、切り換えプレート４１９において４つのうちの３つの熱膨張可能な側面とを提供するように、第３ストップ部４２９および窪み４３１は、バイパス管４１３および熱交換管４１５を取り囲むバルブハウジング４１２の全内周面に実質的に広がる。

バルブシャフト４１７は、バルブハウジング４１２内に延びる第１シャフト部４５０および第２シャフト部４５２を含む。図１４に示すように、第１シャフト部４５０および第２シャフト部４５２は、切り換えプレート４１９を支持するとともに互いに軸方向に距離を隔てている。第１シャフト部４５０および第２シャフト部４５２のそれぞれは、バルブハウジング４１２の対向する壁に広がる第１および第２ベアリングハウジング４５４，４５６により回転可能に支持される。第１シャフト部４５０が第１ベアリングハウジング４５４に取り付けられると、第１ベアリングハウジング４５４をシールするとともに、第１ベアリングハウジング４５４と第１シャフト部４５０との間でＥＧＨＲシステム４００からリークする排ガスを減少させ又は防止するための環状シール部材４５８が第１ベアリングハウジング４５４に取り付けられる。環状シール部材４５８は、第１シャフト部４５０の表面４６０もシールする。第２シャフト部４５２が第２ベアリングハウジング４５６に取り付けられると、第２ベアリングハウジング４５６をシールするとともに、そこからＥＧＨＲシステム４００の外部に排ガスが漏れるのを防止するために、エンドキャップ４６２がバルブハウジング４１２の外側に溶接され又は他の方法で固定される。上記のバルブシャフト４１７では、第１シャフト部４５０および第２シャフト部４５２を含むが、いくつかの実施形態では、バルブシャフト４１７は、単一の連続するシャフトであり、第１および第２ベアリングハウジング４５４，４５６の両方に回転可能に取り付けられる。

バルブハウジング４１２および切り換えプレート４１９の幾何学的形状および相対的サイズは、ＥＧＨＲシステム４００の相対的にコンパクトなサイズおよびシンプルな構造を可能にする。たとえば、いくつかの実施形態では、インレット４１８とアウトレット４２０との間の距離Ｄは、切り換えプレート４１９の長さＬの約１５０パーセント未満である。他の実施形態では、距離Ｄが長さＬに実質的に等しくなるように、バルブハウジング４１２が形成される。上記の実施形態の何れにおいても、比較的に短い距離Ｄは、ＥＧＨＲシステム４００の圧力低下を最小化しており、その結果として、そこを流れる流速が向上する。いくつかの実施形態では、切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに排ガスが流れる流路の断面領域は、切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに熱交換アセンブリ４３０に対向する切り換えプレート４１９の面Ｓの表面積の実質的に半分に等しい。図１３に示すように、第１ストッパ４２３および切り換えプレート４１９により定義される熱交換管４１５のインレットは、面Ｓの表面積のおよそ半分に等しい断面領域を有する。同様に、第２ストッパ４２５および切り換えプレート４１９により定義される熱交換管４１５のアウトレットは、面Ｓの表面積のおよそ半分に等しい断面領域を有する。

図１３に示すように、切り換えプレート４１９が熱交換位置にあるときに、排ガスが、切り換えプレート４１９およびバルブシャフト４１７により占められる容積を除いたバルブハウジング４１２の内部容積のほぼ全てに流れ込むように、バルブハウジング４１２は形成される。すなわち、切り換えプレート４１９が熱交換位置にあるときに、インレット４１８とアウトレット４２０との間を流れる排ガスの流路は、バイパス管４１３および熱交換管４１５により定義される。つまり、切り換えプレート４１９が熱交換位置にあるときに、バイパス管４１３は熱交換管４１５の部分になる。したがって、切り換えプレート４１９が熱交換位置にあるときに、実質的に全てのバイパス管４１３（切り換えプレート４１９およびバルブシャフト４１７により占められる体積を除く）は、通常は、アクセス可能である。このような構造は、ＥＧＨＲシステム４００の全パッケージ容積を減少することができる。上記および図１２に記載のように、切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに、熱交換管４１５は、インレット４１８に入り込む排ガスに実質的にアクセス不可能である。

ＥＧＨＲシステム４００は、乗り物の排気システムに組み込まれ、たとえば、触媒コンバータ、ＮＯｘトラップ、排気マニホールド若しくは他の排気要素のような排気要素の上流又は下流に配置される。その結果、いくつかの実施形態では、ＥＧＨＲシステム４００は、エンジン６からインレット開口４１８に排出される全ての又は実質的に全ての排ガスを受ける（切り換えプレート４１９がバイパス位置、熱交換位置またはこれらの位置の間のいずれかにあることに関わらない）。上記のように、インレット開口４１８を流れる全て又はほぼ全ての排ガスは、アウトレット開口４２０を通りＥＧＨＲシステム４００の外に排出され（切り換えプレート４１９がバイパス位置、熱交換位置またはこれらの位置の間のいずれかにあることに関わらない）、乗り物の排気システムに連続する。対照的に、エンジンの低い動作状態では、エンジンからの排ガスの５０パーセント（５０％）以上が、典型的な排ガス再循環（ＥＧＲ）経路を通過する。通常の動作では、ガソリンエンジンから排出される排ガスの約５〜１５パーセント（５−１５％）又はディーゼルエンジンから排出される排ガスの約２０〜３０パーセント（２０−３０％）が、典型的なＥＧＲシステムに出入りする。さらに、エンジンが負荷動作状態で動作しているときに、ＥＧＲシステムを通る流速は減少する。すなわち、エンジンの負荷が大きくなり、および／または、エンジン回転数が増加すると、典型的なＥＧＲシステムに流れ込みおよび流れ出す排ガスの割合は減少する。エンジン６から排出される全ての又はほぼ全ての排ガスは、全ての動作状態、負荷又は速度のもとで、インレット開口４１８に流れ込み、アウトレット開口４２０を通ってＥＧＨＲシステム４００を出る。ＥＧＨＲシステム４００の上流にＥＧＲ装置が配置される実施形態では、インレット開口４１８は、ＥＧＲ装置から排出される全て又はほぼ全ての排ガスを受ける。

さらに、ＥＧＨＲシステム４００を通る流速は、典型的なＥＧＲシステムを通る流速よりも遙かに速い。たとえば、いくつかの実施形態では、切り換えプレート４１９が熱交換位置にあるときに、ＥＧＨＲシステム４００を通る流速は、毎時２００キログラム（２００ｋｇ／ｈｒ）であり、切り換えプレート４１９がバイパス位置にあるときに、毎時５００キログラム（５００ｋｇ／ｈｒ）である。これらの流速は単に例示にすぎず、いくつかの実施形態では、ＥＧＨＲシステム４００は、流速をより速くまたはより遅く調整することができる。

図１６および１７を参照すると、他の切り換えプレート５１９が提供される。図１６に示すように、切り換えプレート５１９は、たとえば、切り換えプレート４１９に代えて、ＥＧＨＲシステム４００に組み込まれる。切り換えプレート５１９は、以下の記載および／または図示されるものを除き、実質的に切り換えプレート４１９と同様である。

切り換えプレート５１９は、第１の面５２０および第２の面５２２を含み、バイパス位置と熱交換位置との間でバルブハウジング４１２に対して回転可能にバルブシャフト４１７に取り付けられる（図１６参照）。熱交換位置では、切り換えプレート５１９の第１の面５２０が、バルブハウジング４１２のインレット開口４１８に対向し、第２の面５２２がアウトレット開口４２０に対向する。第２の面５２２は、切り換えプレート５１９を構造的に補強するために形成される１つ以上の突起またはリブ５２４を含む。特定の実施例では、図１６および１７に示すように、リブ５２４が、バルブシャフト４１７の第１シャフト部４５０と第２シャフト部４５２との間に配置され、バルブシャフト４１７の第１シャフト部４５０と第２シャフト部４５２との間で、切り換えプレート５１９の長さの大部分を横切って延びる。他の実施形態では、リブ５２４は、充分な剛性および強度を有するように、他の形状に形成される。リブ５２４は、型打ちまたは他の方法で、切り換えプレート５１９に形成される。

バルブハウジング４１２を通る排ガスの流れによって切り換えプレート５１９に働く曲げ加重に抵抗するように、リブ５２４は切り換えプレート５１９の慣性モーメントを小さくする。これは、比較的に高い温度および／または流速で排ガスがＥＧＨＲシステム４００を流れる動作状態において、バイパス位置における第１および第２ストップ部４２２，４２３に対する切り換えプレート５１９の確実な固定および熱交換位置における第３ストッパ４２９に対する切り換えプレート５１９の確実な固定を実現する。いくつかの実施形態では、特定の適用分野での排ガスの流れによる力に耐えるために、切り換えプレート５１９は、１つ以上のリブ５２４に追加して、またはその代わりに１つ以上の追加の異なる強化要素を含むのが望ましい。いくつかの実施形態では、切り換えプレート４１９，５１９のいずれかは、高温の排ガスおよび／または高速の排ガスの流速による曲げ力に耐えるのに充分に強固な材質で形成される。

図１８を参照すると、バルブアセンブリ６１０および熱交換アセンブリ６３０を含む他のＥＧＨＲシステム６００が提供されている。バルブアセンブリ６１０および熱交換アセンブリ６３０は、下記および／または図示を除いて、上記のバルブアセンブリ４１０および熱交換アセンブリ４３０と同様である。したがって、同様の特徴および／または機能は、再度の詳細な説明を行わない。

バルブアセンブリ６１０は、バルブハウジング６１２、バルブシャフト６１７およびバルブ切り換えプレート６１９を含む。バルブハウジング６１２は、インレット開口６１８、アウトレット開口６２０、熱交換アセンブリ６３０を迂回するバイパス管６１３、熱交換アセンブリ６３０に連通する熱交換管６１５を含む。バルブシャフト６１７は、バイパス管６１３と熱交換管６１５との間の接合点またはその近くで、バルブハウジング６１２に回転可能に取り付けられる。

特定の実施例では、図１８に示すように、インレット開口６１８は、アウトレット開口６２０に対して、軸方向にずらして又は軸の外に配置される。インレット開口６１８は、切り換えプレート６１９が熱交換位置にあるときに、切り換えプレート６１９に対して、非直角に配置される。このインレット開口６１８の向きは、熱交換モードでＥＧＨＲシステム６００を通る排ガスの圧力低下を減らす熱交換アセンブリ６３０への直線の流路を提供する。インレット開口６１８および／またはアウトレット開口６２０の相対位置関係は、特定の経路および／またはバルブハウジング６１２が連結される要素の構成および／または特定の適用分野のパッケージの制約に基づいて、特定の適用分野のためにカスタマイズされる。いくつかの実施形態では、インレット開口６１８は、熱交換位置で、切り換えプレート６１９の向きに対して実質的に平行であり、アウトレット開口６２０は、熱交換位置で、切り換えプレート６１９の向きに対して垂直に又は非垂直に配置されるのが好ましい。

バルブハウジング４１２と同様に、バルブハウジング６１２は、第１、第２、第３リップまたはストッパ６２２、６２４、６２９を含む。図１８に示すように、切り換えプレート６１９は、熱交換位置で第３ストッパ６２９に対して当接する。バイパス位置では、切り換えプレート６１９は、第１および第２ストッパ６２２、６２４に対して当接する。

図１９に示すように、バルブアセンブリ７１０および熱交換アセンブリ７３０を含む他のＥＧＨＲシステム７００が提供される。バルブアセンブリ７１０および熱交換アセンブリ７３０は、以下の記載および／または図の記載の差異点以外は、上記のバルブアセンブリ４１０および熱交換アセンブリ４３０と実質的に同様である。したがって、同様の特徴および／または機能は、再度の詳細な説明を行わない。

バルブアセンブリ７１０は、バルブハウジング７１２、バルブシャフト７１７、バルブ切り換えプレート７１９を含む。バルブハウジング７１２は、インレット開口７１８、アウトレット開口７２０、熱交換アセンブリ７３０を迂回するバイパス管７１３、熱交換アセンブリ７３０に連通する熱交換管７１５を含む。バルブシャフト７１７は、バイパス管７１３と熱交換管７１５との間の接合点またはその近くで、バルブハウジング７１２に回転可能に取り付けられる。

特定の実施例では、図１９に示すように、インレット開口７１８は、アウトレット開口７２０に対して、軸方向にずらして又は軸の外に配置される。インレット開口７１８は、切り換えプレート７１９が熱交換位置にあるときに、切り換えプレート７１９に対して、非直角に配置される。アウトレット開口７２０は、インレット開口７１８および熱交換位置での切り換えプレート７１９の向きに対して非直角に配置される。このインレット開口７１８およびアウトレット開口７２０の向きは、熱交換アセンブリ７３０に流入するおよび熱交換アセンブリ７３０から流出するより直線的な流路を提供し、これにより熱交換モードでのＥＧＨＲシステム７００を通る排ガスの圧力低下を減少する。

バルブハウジング４１２と同様に、バルブハウジング７１２は、第１、第２および第３リップ又はストップ部７２２、７２４、７２９を含む。図１９に示すように、切り換えプレート７１９は熱交換位置で第３ストップ部７２９に当接する。バイパス位置では、切り換えプレート７１９は、第１および第２ストップ部７２２、７２４に当接する。

図２０を参照すると、他のＥＧＨＲシステム８００が提供されており、バルブアセンブリ８１０および熱交換アセンブリ８３０を含む。バルブアセンブリ８１０および熱交換アセンブリ８３０は、以下の説明および／または図の記載における差異点を除き、上記のバルブアセンブリ４１０および熱交換アセンブリ４３０と実質的に同じである。したがって、同様の特徴および／または機能は、再度の詳細な説明を行わない。

バルブアセンブリ８１０は、バルブハウジング８１２、バルブシャフト８１７およびバルブ切り換えプレート８１９を含む。バルブハウジング８１２は、インレット開口８１８、アウトレット開口８２０、熱交換アセンブリ８３０を迂回するバイパス管８１３、熱交換アセンブリ８３０に連通する熱交換管８１５を含む。バルブシャフト８１７は、バイパス管８１３と熱交換管８１５との間の接合点またはその近くで、バルブハウジング８１２に回転可能に取り付けられる。

特定の実施例では、図２０に示すように、インレット開口８１８が、アウトレット開口８２０に対して、軸方向にずらして又は軸の外に配置される。インレット開口８１８は、切り換えプレート８１９が熱交換位置にあるときに、切り換えプレート８１９に対して実質的に直角に配置される。このインレット開口８１８の向きは、熱交換アセンブリ８３０に流れる、より直線的な流路を提供し、熱交換モードでのＥＧＨＲシステム８００を通る排ガスの圧力低下を減少する。

いくつかの実施形態では、アウトレット開口８２０は、熱交換位置での切り換えプレート８１９の向きに対して実質的に垂直であることが好ましい。このような実施形態では、インレット開口８１８は、熱交換位置での切り換えプレート８１９の向きに対して、実質的に平行、垂直又は傾斜する。

バルブハウジング４１２と同様に、バルブハウジング８１２は、第１、第２、第３リップ又はストップ部８２２、８２４、８２９を含む。図２０に示すように、切り換えプレート８１９は、熱交換位置で第３ストップ部８２９に当接する。バイパス位置では、切り換えプレート８１９は、第１および第２ストップ部８２２、８２４に当接する。

以下の例および説明は、主に排ガス熱回収装置に関するが、ここでの一般的概念は、例えば排気要素又はＥＧＲシステムの熱的保護のような、他の排気装置への応用も可能である。本開示の原理は、固定用途又は輸送用途の内燃システム又は外燃システムの排気システムに用いられることが可能である。上記のバルブハウジングおよび熱交換器を含むアセンブリが、他の応用（たとえば、給気過熱装置、潤滑油加熱装置および／または潤滑油冷却装置等）での他の流体間の間で直接的にまたは間接的に熱を伝達することが好ましい。 したがって、本開示の原理は、エンジンの排ガスから作動流体への熱の伝達の用途に限定されない。いくつかの実施形態では、バルブアセンブリおよび熱交換器は、作動流体と燃焼のためにエンジンに引き込まれる周囲空気又は気体との間での熱の移動のために用いられることができる。

いくつかの実施形態では、ＥＧＨＲシステム１０、１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００は、排ガスから、直接または間接的に、追加の又は他の乗り物の流体に、熱移動させるように構成される。追加の又は他の乗り物の流体は、たとえば、エンジン、トランス、アクセルおよび／または他の構成のための圧力流体又は潤滑流体、および／または他の流体である。たとえば、切り換えプレート４１９がバイパス位置にない場合に、潤滑流体又は他の流体は、排ガスからの熱を吸収するために、熱交換アセンブリ４３０の熱交換器コア４３２に流れ込む。このようにして、ＥＧＨＲシステム１０、１００、２００、３００、４００、６００、７００、８００は、流体の粘度を最適化して、たとえば、乗り物の性能および／または燃費を向上させるように、排ガスから潤滑流体および／または他の流体に熱を移動させる。

上記の実施形態の記載は、説明および表現の目的のために提供されている。それは、開示を包括的に又は制限する意図ではない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、通常は、特定の実施形態に限定されるものではなく、仮に明確に記載されておらず又は説明がなくても、適用可能な範囲で、選択された実施形態の中で交換可能であり且つ使用されることができる。同様なものも、多くの方法で変更することができる。このようなバリエーションは、本開示から離れるものとは考えられず、このような全ての変更は、開示の範囲内に含まれることを意図する。

Claims (30)

1. インレット、アウトレット、前記インレットおよび前記アウトレットに連通する第１排ガス経路、前記インレットおよび前記アウトレットに連通する第２排ガス経路を含むハウジングと、
   前記ハウジングに配置されて、前記第１排ガス経路に流体が流れることを可能にするとともに前記第２排ガス経路に流体が流れることを実質的に防止する第１位置と、前記第２排ガス経路に流体が流れることを可能にする第２位置との間で移動可能なバルブ部材と、
   前記第２排ガス経路に連通するとともに、そこに流れる流体を含む導管を有する熱交換器とを備え、
   前記流体は、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記熱交換器で排ガスと熱交換を行い、しかも、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記排ガスから実質的に熱的に隔離されており、前記熱交換器は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記第１排ガス経路から実質的に流体的に隔離されており、
   前記バルブ部材は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記第２排ガス経路に連通する流路を塞いでおり、
   前記ハウジングは、前記バルブ部材のシャフトと前記熱交換器との間で延びる熱交換管を含み、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記熱交換管は開放され、前記シャフトと前記熱交換器との間で遮断されることがなく、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記熱交換管の開口は、前記バルブ部材によって遮断され、
   前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに前記バルブ部材の先端に当接する第１表面を備える第１ストッパ要素と、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに前記バルブ部材の後端に当接する第２表面を備える第２ストッパ要素を有し、
   前記第１ストッパ要素の第１表面は、前記熱交換管の下流に向き合い、前記第２ストッパ要素の第２表面は、前記第１排ガス経路および／または前記アウトレットに向き合う排熱回収装置。
2. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
   前記インレットおよび前記アウトレットは、エンジンに関連する排気マニホールドに連通し、前記排気マニホールドを流れる実質的に全ての前記排ガスは、前記インレットおよび前記アウトレットに流れる排熱回収装置。
3. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
   前記バルブ部材は、第１端部、第２端部およびその間の中間部を含み、
   前記バルブ部材は回転のために前記中間部が前記シャフトに取り付けられており、
   前記インレットを通り前記ハウジングに流れる流体は、バルブ部材にバルブ部材を前記第１位置に向ける有効トルクを与える排熱回収装置。
4. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
   前記インレット、前記アウトレットおよび前記第１排ガス経路は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、流体が前記インレットから前記アウトレットに連通する直線状の流路を流れるように、実質的に互いに軸方向に並べられている排熱回収装置。
5. 請求項４に記載の排熱回収装置であって、
   前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記バルブ部材は、前記熱交換器を通る実質的にＵ字形状の流路を少なくとも部分的に定義し、
   前記バルブ部材は、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記Ｕ字形状の流路内のインレットおよび前記Ｕ字形状の流路外のアウトレットを定義する排熱回収装置。
6. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
   前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記バルブ部材の前記後端に接触する第３ストッパ要素を含む排熱回収装置。
7. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
   前記ハウジングに対する前記バルブ部材の熱膨張後に、前記バルブ部材が固定されることを防止するために、前記バルブ部材の複数の端と前記ハウジングの内面との間にギャッ
   プが存在する排熱回収装置。
8. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
   前記ハウジングは、前記バルブ部材を回転させるバルブシャフトを支持するベアリングハウジングを定義し、
   前記ベアリングハウジングをシールするとともに、前記ベアリングハウジングの外に排ガスが漏出することを防止するために、前記ハウジングにエンドキャップが取り付けられ
   ている排熱回収装置。
9. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
   前記インレットと前記アウトレットとの間の距離は、前記バルブ部材の長さの１５０パーセント未満である排熱回収装置。
10. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
    前記第１排ガス経路の流路の断面は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、熱交換アセンブリに対向する前記バルブ部材の面の約半分の面積である排熱回収装置。
11. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
    前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第１排ガス経路は前記第２排ガス経路を部分的に定義する排熱回収装置。
12. 請求項１１に記載の排熱回収装置であって、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第２排ガス経路の実質的な全容積に排ガスが流れ込むことができるように、しかも、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第１排ガス経路の実質的な全容積が前記第１排ガス経路に延びる前記バルブ部材の部分の容積よりも小さくなるように形成される排熱回収装置。
13. 請求項１に記載の排熱回収装置であって、
    前記導管を流れる前記流体は、冷却剤および潤滑流体の少なくとも１つを含む排熱回収装置。
14. インレット、アウトレット、前記インレットおよび前記アウトレットに連通する第１排ガス経路、前記インレットおよび前記アウトレットに連通する第２排ガス経路を含むハウジングと、
    前記ハウジングに配置されて、前記第１排ガス経路に流体が流れることを可能する第１位置と、前記第２排ガス経路に流体が流れることを可能にする第２位置との間で移動可能なバルブ部材と、
    前記第２排ガス経路に連通するとともに、そこに流れる流体を含む導管を有する熱交換器とを備え、
    前記流体は、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記熱交換器で排ガスと熱交換を行い、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに前記バルブ部材の先端に当接する第１表面を備える第１ストッパ要素と、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに前記バルブ部材の後端に当接する第２表面を備える第２ストッパ要素を有し、
    前記第１ストッパ要素の第１表面は、前記熱交換管の下流に向き合い、前記第２ストッパ要素の第２表面は、前記第１排ガス経路および／または前記アウトレットに向き合い、
    前記バルブ部材は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記第２排ガス経路に連通する流路を塞いでおり、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材のシャフトと前記熱交換器との間で延びる熱交換管を含み、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記熱交換管は開放され、前記シャフトと前記熱交換器との間で遮断されることがなく、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記熱交換管の開口は、前記バルブ部材によって遮断される排熱回収装置。
15. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記インレットおよびアウトレットは、エンジンに関連する排気マニホールドに連通し、前記排気マニホールドを流れる実質的に全ての前記排ガスは、前記インレットおよび前記アウトレットに流れる排熱回収装置。
16. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記バルブ部材は、第１端部、第２端部およびその間の中間部を含み、
    前記バルブ部材は回転のために前記中間部が前記シャフトに取り付けられており、
    前記インレットを通り前記ハウジングに流れる流体は、バルブ部材にバルブ部材を前記第１位置に向ける有効トルクを与える排熱回収装置。
17. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記バルブ部材の前記後端に接触する第３ストッパ要素を含む排熱回収装置。
18. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記インレット、前記アウトレットおよび前記第１排ガス経路は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、流体が前記インレットから前記アウトレットに連通する直線状の流路を流れるように、実質的に互いに軸方向に並べられている排熱回収装置。
19. 請求項１８に記載の排熱回収装置であって、
    前記流体は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記排ガスから実質的に熱的に隔離されており、
    前記熱交換器は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記第１排ガス経路から実質的にシールされている排熱回収装置。
20. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記ハウジングに対する前記バルブ部材の熱膨張後に、前記バルブ部材が固定されることを防止するために、前記バルブ部材の複数の端と前記ハウジングの内面との間にギャップが存在する排熱回収装置。
21. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記インレットと前記アウトレットとの間の距離は、前記バルブ部材の長さの１５０パーセント未満である排熱回収装置。
22. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記第１排ガス経路の流路の断面は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、熱交換アセンブリに対向する前記バルブ部材の面の約半分の面積である排熱回収装置。
23. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第１排ガス経路は前記第２排ガス経路を部分的に定義する排熱回収装置。
24. 請求項２３に記載の排熱回収装置であって、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第２排ガス経路の実質的な全容積に排ガスが流れ込むことができるように、しかも、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第１排ガス経路の実質的な全容積が前記第１排ガス経路に延びる前記バルブ部材の部分の容積よりも小さくなるように形成される排熱回収装置。
25. 請求項１４に記載の排熱回収装置であって、
    前記導管を流れる前記流体は、冷却剤および潤滑流体の少なくとも１つを含む排熱回収装置。
26. インレット、アウトレット、前記インレットおよび前記アウトレットに連通する第１排ガス経路、前記インレットおよび前記アウトレットに連通する第２排ガス経路を含み、実質的に直線的な流路を定義するために前記第１排ガス経路が前記インレットおよび前記アウトレットと実質的に直線的に配置されるハウジングと、
    前記ハウジングに配置されて、前記第１排ガス経路に流体が流れることを可能にする第１位置と、前記第２排ガス経路に流体が流れることを可能にする第２位置との間で移動可能なバルブ部材と、
    前記第２排ガス経路に連通するとともに、そこに流れる流体を含む導管を有する熱交換器とを備え、
    前記流体は、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記熱交換器で排ガスと熱交換を行い、
    前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記バルブ部材は、前記熱交換器を通る実質的にＵ字形状の流路を少なくとも部分的に定義し、前記バルブ部材は、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記Ｕ字形状の流路内のインレットおよび前記Ｕ字形状の流路外のアウトレットを定義しており、
    前記熱交換器は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記第１排ガス経路から実質的にシールされており、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材のシャフトと前記熱交換器との間で延びる熱交換管を含み、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記熱交換管は開放され、前記シャフトと前記熱交換器との間で遮断されることがなく、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記熱交換管の開口は、前記バルブ部材によって遮断され、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに前記バルブ部材の先端に当接する第１表面を備える第１ストッパ要素と、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに前記バルブ部材の後端に当接する第２表面を備える第２ストッパ要素を有し、
    前記第１ストッパ要素の第１表面は、前記熱交換管の下流に向き合い、前記第２ストッパ要素の第２表面は、前記第１排ガス経路および／または前記アウトレットに向き合う排熱回収装置。
27. 請求項２６に記載の排熱回収装置であって、
    前記流体は、前記バルブ部材が前記第１位置にあるときに、前記排ガスから実質的に熱的に隔離されている排熱回収装置。
28. 請求項２６に記載の排熱回収装置であって、
    前記ハウジングは、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第２排ガス経路の実質的な全容積に排ガスが流れ込むことができるように、しかも、前記バルブ部材が前記第２位置にあるときに、前記第１排ガス経路の実質的な全容積が前記第１排ガス経路に延びる前記バルブ部材の部分の容積よりも小さくなるように形成される排熱回収装置。
29. 請求項２８に記載の排熱回収装置であって、
    前記インレットと前記アウトレットとの間の距離は、前記バルブ部材の長さの１５０パーセント未満である排熱回収装置。
30. 請求項２６に記載の排熱回収装置であって、
    前記導管を流れる前記流体は、冷却剤および潤滑流体の少なくとも１つを含む排熱回収装置。

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