JP6284972B2 - 湾曲したバルブフラップを備える三方フラップ弁 - Google Patents

Description

関連出願への相互参照
本出願は、独国にて２０１５年５月１日付で出願された特許出願第１０ ２０１５ １０６ ８３５．４号の優先権を主張するものであり、この出願の内容全体を参照により本明細書に援用する。

本出願は三方フラップ弁（three-way flap）に関する。より詳細には、本出願は、内燃機関の特定の動作条件において排気ガス流に対して熱エネルギー回収機構を選択的に接続・分離するために特に適用可能な三方排気フラップ弁（exhaust flap）に関する。

三方フラップ弁は、三方バタフライバルブともいう。三方フラップ弁は、入口および出口の数がちょうど３つであることを特徴とする。

熱エネルギー回収機構は、例えば、潜熱蓄熱器、ランキンサイクルに従って動作するエネルギー発生器、有機ランキンサイクル（Organic Rankine Cycle）（ＯＲＣプロセス）で動作するSchukeyエンジン、またはただ単に、冷却材を加熱するための熱交換器であり得る。

内燃機関用の排気ガス処理は、通常、大体において排気ガスが全ての動作条件時に通過する受動装置から構成される。装置を通過する際、排気ガスの流れは、装置の総合効率を低下させる一定の抵抗を受ける。普通の交通状況のようなより低い部分負荷での動作条件下で排出物質および排気騒音を低減させるためには、排気系の各部品をシールまたは分離して排気系の一部のみを用いることを可能にする、位置部材を備えた切換可能な装置が用いられる。

特許文献１から、その目的にかなう四方排気フラップ弁が知られている。この公知の排気フラップ弁の欠点は、流れ抵抗が高いことである。

さらに、自動車両のエンジン熱を用いて潜熱蓄熱器に蓄熱させ、コールドスタート時に当該潜熱蓄熱器に蓄えられたエネルギーを放出させることが知られている。

独国特許出願公開第１０ ２０１２ １０７ ８３９号明細書

各実施形態は、費用効果が高く簡単でロバスト（robust）な方法で排気系の各部分への選択的接続を可能にする三方フラップ弁であって、さらに、公知の排気フラップ弁よりも低い流れ抵抗を示す三方フラップ弁を提供する。

三方フラップ弁の各実施形態は、入口と、第１の出口と、第２の出口と、バルブフラップとを含む。バルブフラップは、少なくとも第１の位置と第２の位置との間を移動可能である。バルブフラップの第１の位置において、入口から流入した流体の大部分が第１の出口に送られる。バルブフラップの第２の位置において、入口から流入した流体の大部分が第２の出口に送られる。ここで「大部分」とは、三方弁の入口に供給された流体の９０体積パーセントよりも多くがそれぞれの出口に送られることを意味する。ここで、バルブフラップは平面ではない。その代わりに、外縁によって規定されるバルブフラップの表面は、バルブフラップ表面の全ての点が同一平面上にあるわけではないように湾曲した少なくとも１つの第１の表面部分を含む。

バルブフラップの曲率によって、平面のバルブフラップを有する従来の三方フラップ弁と比べて、三方フラップ弁の内部の流体により大きい流れ断面を提供することが可能になる。この結果、従来の三方フラップ弁と比べて三方フラップ弁の流れ抵抗がより低くなる。ここで、曲率は、１つの方向に沿っていてもよく、いくつかの異なる方向に沿っていてもよい。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口に面する第１の表面を含み、該第１の表面は、少なくとも上記第１の表面部分において凹状である。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口に面する第１の表面を含み、該第１の表面は、少なくとも上記第１の表面部分において円筒の一部分の内側表面または球の一部分の内面に対応する。

これにより、上記バルブフラップは、上記バルブフラップの外縁に囲まれる空間が上記入口に開口するように、上記入口から離れる方に面する膨らみ部分を含む。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口から離れる方に面する第２の表面を含み、該第２の表面は、上記第１の表面から離間され、少なくとも上記第１の表面部分において凸状である。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口から離れる方に面する第２の表面を含み、該第２の表面は、上記第１の表面から離間され、少なくとも上記第１の表面部分において円筒の一部分の外側表面に対応するか、または、少なくとも上記第１の表面部分において球の一部分の外面に対応する。

一実施形態によると、上記第１の表面と上記第２の表面との間の距離が上記バルブフラップの全範囲に沿って一定であり、上記バルブフラップの厚さが一定となっている。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口に面する第１の表面と、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口から離れる方に面する第２の表面であって、該第１の表面から離間された第２の表面とを含む。ここで、上記外縁上の２つの点を結ぶ線分は、これら２つの点を結ぶ上記第１の表面上の最短の線よりも少なくとも５％、または少なくとも１０％、または少なくとも２０％短い。

一実施形態によると、上記第１の表面部分における上記バルブフラップの曲率が、１．００ｍより小さい曲率半径、または０．５０ｍより小さい曲率半径、または０．２５ｍより小さい曲率半径を有する。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、第２の表面部分と第３の表面部分とを含む。ここで、上記第１の表面部分は、第２の表面部分と第３の表面部分との間に位置する。さらに、第２および第３の表面部分における上記バルブフラップの曲率が、上記第１の表面部分の曲率と異なるかまたはゼロに等しい。

これにより、上記バルブフラップは、異なる部分において異なる曲率を有し得る。これらの異なる曲率間の遷移は、連続であってもよく不連続であってもよい。但し、一実施形態によると、上記バルブフラップの入口に面する上記バルブフラップの表面は連続している。

一実施形態によると、上記第１の表面部分における上記バルブフラップの形状は球の一部分に対応し、上記第２および第３の表面部分のそれぞれにおける上記バルブフラップの形状は円錐台の一部分に対応する。

代替の一実施形態によると、上記第１の表面部分における上記バルブフラップの形状は円筒の一部分に対応し、上記バルブフラップは、上記第２および第３の表面部分のいずれにおいても湾曲していない。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、ピボット軸の周りを回転するように構成されている。ピボット軸は、仮想のものであってもよく、必ずしも物理的なピボット軸でなくてもよい。この場合、上記第１の表面部分が、ピボット軸に対して５０°〜１３０°の第１の角度に亘って延び、上記第２および第３の表面部分が、それぞれ、１８０°と該第１の角度との差の半分に等しい第２の角度に亘って延びる。

一実施形態によると、上記第１の表面部分が、上記ピボット軸に対して５０°〜１３０°延び、上記第２および第３の表面部分が、それぞれ、６５°〜２５°延びる。

代替の一実施形態によると、上記第１の表面部分が、上記ピボット軸に対して６０°〜１２０°延び、上記第２および第３の表面部分が、それぞれ、６０°〜３０°延びる。

代替の一実施形態によると、上記第１の表面部分が、上記ピボット軸に対して７６°に亘って延び、上記第２および第３の表面部分が、それぞれ、５２°に亘って延びる。

代替の一実施形態によると、上記第１の表面部分が、上記ピボット軸に対して９０°に亘って延び、上記第２および第３の表面部分が、それぞれ、４５°に亘って延びる。

代替の一実施形態によると、上記第１の表面部分が、上記ピボット軸に対して１２０°に亘って延び、上記第２および第３の表面部分が、それぞれ、３０°に亘って延びる。

一実施形態によると、上記三方フラップ弁は、バルブボディをさらに含み、上記バルブフラップが、該バルブボディの内部に位置し、上記入口と上記第１および第２の出口とが、該バルブボディに形成される。これにより、バルブボディは、上記三方フラップ弁によって取り囲まれた空間を規定する。

一実施形態によると、上記バルブボディは、金属またはプラスチックからなる。

一実施形態によると、上記バルブボディによって取り囲まれた空間は、球形または立方形である。上記バルブボディは、例えば、直方体状または球体形の内部空間を画定し得る。あるいは、上記バルブボディは、例えば、互いにある程度重なり合う２つまたは３つの円筒からなる内部空間を画定してもよい。

一実施形態によると、上記バルブボディは、その内部に、上記バルブフラップのためのシール止めを含む。

一実施形態によると、上記バルブフラップのピボット軸（ピボットピン）が上記バルブボディを直線状に貫通する。さらに、ピボット軸（ピボットピン）は、湾曲したバッフルプレートを担持する。ピボット軸（ピボットピン）は、例えば棒状であり得る。連続したシャフトは、２つの異なる軸受と比べて公差仕様が狭くなるので、上記三方フラップ弁の安定性を高める。

上記バッフルプレートは、流体の流れを三方フラップ弁の断面全体に広がらせる働きがあり、滞留（banking-ups）を防止する働きがある。上記バッフルプレートは、さらに、上記ピボット軸によって生じる乱流を抑えるのに役立つ。上記バッフルプレートは、上記ピボット軸に取り付けられているため、上記バルブフラップが回転すると上記バルブフラップと共に回転し、よって、上記バルブフラップに対しては回転しない。このことにより、上記バッフルプレートの向きが常に上記バルブフラップの位置に合うことが確実になる。

一実施形態によると、上記バッフルプレートは、上記入口に面する凹状の表面を含む。

一実施形態によると、上記バッフルプレートは、上記入口に面する表面を含み、円筒の一部分の内側表面または球の一部分の内面に対応する内側に一致する。

上記バッフルプレートの曲率は、上記バルブフラップの曲率と対応していてもよく、異なっていてもよい。特に、上記バッフルプレートの曲率は、上記バルブフラップの曲率よりも大きくてもよく、よって、上記バルブフラップの曲率をスケーリング（scaling）することによって得られてもよい。

代替の一実施形態によると、上記バルブフラップのピボット軸は、上記バルブボディを貫通するのではなく、上記バルブフラップは、対向する２つの箇所に位置する別々の軸受によって上記バルブボディの内部に支持される。上記バルブボディを貫通するピボット軸を犠牲にすることによって、乱流が防止され、それに応じて上記三方フラップ弁の流れ抵抗が低減される。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口から離れる方に面する第２の表面に、少なくとも１つの突出部を含む。突出部は、上記バルブフラップの少なくとも１つの位置において上記バルブボディの内壁に当接するように構成され得る。

このようにすることで、上記バルブフラップの上記バルブボディの内壁への当接を小さい面積に限定し、それによって、上記バルブフラップが上記バルブボディに対してより大きい遊びを有することを可能にすることができる。さらに、上記バルブフラップが、ある位置においてのみ上記バルブボディの内壁に当接することを達成することができる。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口から離れる方に面する第２の表面に、上記バルブフラップのピボット軸に対して９０°の角度をなす、ちょうど２つの突出部を含む。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、上記外縁によって境界を定められ且つ上記入口に面する第１の表面に、上記突出部に対応する厚さを含む。

一実施形態によると、上記バルブボディは、上記入口に対向する内壁に突出部を含み、該突出部は、上記入口に向けて設けられ、上記バルブフラップの枢動を可能にするピボット軸に沿って延びるか、または、上記バルブフラップの枢動を可能にするように構成された２つの軸受の間に延びる。

このようにすることで、上記バルブフラップの上記バルブボディの内壁への当接を小さい面積に限定し、それによって、上記バルブフラップが上記バルブボディに対してより大きい遊びを有することを可能にすることができる。

一実施形態によると、上記三方フラップ弁によって案内される流体は、内燃機関から上記三方フラップ弁の入口に供給された排気ガスである。この場合、上記三方フラップ弁は、内燃機関からの排気ガスのためにその入口と出口との間の流体連通を可能にする三方排気ガスフラップ弁である。

一実施形態によると、上記バルブフラップの曲率は、上記第１の表面部分内で符号が変化しない。

一実施形態によると、上記第１の表面部分内の上記バルブフラップの曲率は連続している。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、数学的な意味において膨らんだパラメトリック曲面を表す表面を上記第１の表面部分に含む。代替の一実施形態によると、上記バルブフラップは、数学的な意味において湾曲した表面を上記第１の表面部分に含む。

一実施形態によると、上記バルブフラップは、耐折り曲げ性を有する材料からなり、特に、金属板材からなる。

上記の三方弁は１つの入口と２つの出口とを含むが、入口と出口の機能を交換することもできる。したがって、上記入口が代わりに出口となり、上記２つの出口が２つの入口となっていてもよい。

一実施形態によると、上記第１の出口と上記第２の出口とは、それぞれ、上記入口に対して９０°の角度をなし、互いに１８０°の角度をなす。代替の一実施形態によると、上記第１の出口と上記第２の出口とは、それぞれ、上記入口と６０°の角度をなし、互いに１２０°の角度をなす。一実施形態によると、上記第１の出口と上記第２の出口と上記入口とが同一平面上に配置される。あるいは、上記第１の出口と上記第２の出口と上記入口とが空間に分散配置されてもよい。

この関連において、本明細書または請求項において特徴を列挙するために用いられる、用語「含む（including）」、「含む（comprising）」、「含有する（containing）」、「有する（having）」、および「備える（with）」、ならびにそれらの文法的変化は、概して、方法のステップ、構成要素、範囲、寸法などのような特徴の非制限的な列挙を示すものと考えられるべきであり、１つあるいは複数の他の特徴または他の特徴もしくは追加の特徴のグループの存在または追加を除外するものではない。

本発明のさらなる特徴は、以下の代表的な実施形態の説明ならびに請求項および図面から明らかになる。図面において、同等または類似の要素には、同等または類似の参照符号が割り当てられている。なお、本発明は、本明細書中に説明する代表的な実施形態の構成に限定されるのではなく、添付の請求項の範囲によって定められる。本発明に係る各実施形態は、特に、個々の特徴を以下に説明する例とは異なる数および組合せで実施し得る。下記の、代表的な実施形態の説明において、次の添付の図面を参照する。
図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃは、第１の実施形態に係る三方フラップ弁を概略的に示す２つの斜視図と１つの上面図であり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、第２の実施形態に係る三方フラップ弁を概略的に示す２つの斜視図と１つの上面図であり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、第３の実施形態に係る三方フラップ弁を概略的に示す２つの斜視図と１つの上面図であり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃは、三方フラップ弁を概略的に示す上面図であり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、第４の実施形態に係る三方フラップ弁を概略的に示す２つの斜視図と１つの上面図であり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、第５の実施形態に係る三方フラップ弁を概略的に示す２つの斜視図と１つの上面図であり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図７Ａおよび図７Ｂは、三方フラップ弁を概略的に示す斜視図であり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図８Ａは、三方フラップ弁を概略的に示し、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示した斜視図であり、図８Ｂは、その一部分の拡大図である。 図９Ａおよび図９Ｂは、上記の実施形態のいずれかにおいて用いられるように構成された２つの択一的に支持されたバルブフラップを概略的に示す。 図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、第６の実施形態に係る三方フラップ弁を概略的に示す２つの斜視図と１つの上面図であり、当該２つの斜視図のそれぞれと当該上面図とにおいてバルブフラップが異なる枢動位置にあり、三方フラップ弁のバルブボディの壁を透明に図示している。 図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、上記の実施形態のうちの１つに係る三方フラップ弁を用いた車両の排気系の一部分の、異なる動作条件におけるブロック図を概略的に示す。 図１２は、第７の実施形態に係る三方フラップ弁を概略的に示す。

図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを参照して、三方フラップ弁４の第１の実施形態を、三方排気フラップ弁を例に挙げて、以下に説明する。

三方排気フラップ弁は、三方フラップ弁４の内部空間を画定し、よって三方フラップ弁４のハウジングを形成するバルブボディ６を含む。

図示した実施形態において、バルブボディは、Ｔ字形を形成するように配置された２つの鋼板製パイプによって形成される。直線状に延びる第１のパイプが第１の出口２と第２の出口３とを規定し、該第１および第２の出口は、対向配置され、よって１８０°の角度をなしている。上記第１のパイプに９０°の角度で接合された第２のパイプが入口１を規定する。したがって、入口１は、第１の出口２および第２の出口３のそれぞれと９０°の角度をなし、入口１と第１の出口２と第２の出口３とは、同一平面上に配置されている。

バルブボディ６は、その内部に、耐折り曲げ性を有するシート材料からなる湾曲したバルブフラップ５を収容する。ここで、バルブフラップ５は、図示した実施形態においてはバルブボディ４を直線状に貫通するピボット軸５４によって、第１の位置と第２の位置との間を移動可能である。第１の位置において、バルブフラップ５は、入口１から流入した排気ガスを第１の出口２に案内し、第２の位置（やはり図１Ａ〜図１Ｃに示す）において、バルブフラップ５は、入口１から流入した排気ガスを第２の出口３に案内する。バルブフラップ５は中間にも位置決めされ得る。図示した実施形態において、ピボット軸５４は、バルブボディ６の外側でピボット軸５４の両端に設けられた２つの軸受によって支持される。軸受のそれぞれは、軸受ブシュ（bush）とグラファイトブッシング（bushing）と調節ねじとから構成され、滑り軸受を形成する。図示した実施形態において、バルブフラップ５は外部から制御される。あるいは、バルブフラップ５は、例えば、背圧に応じて自動的に切り換わるように構成されていてもよい。

さらに、バルブフラップ５は、外縁５３によって境界を定められ且つ入口１に面する第１の表面５１が曲面を有するように、湾曲している。図示するように、バルブフラップ５の曲率は符号が変化せず、バルブフラップ５の入口１に面する第１の表面５１は連続している。但し、このことは、第１の表面５１の曲率がバルブフラップ５の第１の表面５１の全体を通じて一定であることを意味するものではない。図示した実施形態のバルブフラップ５は、むしろ、第１の表面５１のうちのピボット軸５４を基準として９０°の角度αに亘って延びる第１の表面部分Ａ１において、互いに直交する２つの方向に曲率を有する。第１の表面部分Ａ１において、曲率は、球の一部分（spherical segment）の曲率となっている。図示した実施形態のバルブフラップ５がその表面全体において一定の材料厚さを有するので、入口１に面する第１の表面は、第１の部分Ａ１において球の一部分の内側表面に対応し、入口１から離れる方に面する第２の表面５２は、第１の部分Ａ１において球の一部分の外側表面に対応する。第１の表面部分Ａ１に隣接し、それぞれがピボット軸５４に対して４５°の角度βに亘って延びる第２の表面部分Ａ２および第３の表面部分Ａ３においては、第１の表面５１は一方向にのみ湾曲している。実際に、バルブフラップ５の第１の表面５１は、第２の表面部分Ａ２および第３の表面部分Ａ３のそれぞれにおいて、円錐台の側面となっている。したがって、第１の表面部分Ａ１は、第２の表面部分Ａ２と第３の表面部分Ａ３との間に配され、第２および第３の表面部分におけるバルブフラップ５の曲率は、第１の表面部分における曲率とは異なっている。

バルブフラップ５の上記曲率によって、その外縁５３上の２つの点を結ぶ線分は、当該２つの点が外縁５３上にピボット軸５４をはさんで互いに対向して位置しているとすると、当該２つの点を結ぶ第１の表面５１上の最短の線よりも少なくとも５％短いことになる。

図示した実施形態において、入口１に面する第１の表面５１の曲率は、第１の部分Ａ１、第２の部分Ａ２、および第３の部分Ａ３において一方向における曲率半径が２５ｍｍであるように、選択される。

なお、本発明は、バルブフラップの上記曲率に限定されない。むしろ、バルブフラップが、第１の表面部分において、数学的な意味で膨らんだパラメトリック曲面または数学的な意味で湾曲した表面を有していればよい。

図示した実施形態において、入口１に面する第１の表面５１が、端から端まで凹状であり、それに応じて、第１の表面５１からバルブフラップ５の厚さ分だけ離間するとともに入口１から離れる方に面する第２の表面５２が、端から端まで凸状であることは、明らかである。すなわち、バルブフラップ５の膨らみは、入口１に向かって開口している。

バルブフラップ５の向きは、曲率と組み合わせされて、三方フラップ弁４の流れ抵抗が特に低くなるように、三方フラップ弁４を通過する排気ガスに、より大きい、開いた流れ断面をもたらす。

図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃを参照して、三方フラップ弁４の第２の実施形態を以下に説明する。繰り返しを避けるために、上記の第１の実施形態との相違点のみを扱い、その他の点については第１の実施形態の説明を参照する。

上記の第１の実施形態と同様に、三方フラップ弁４は、全体としてＴ字状の形状を有するバルブボディ６と、互いに対向して位置する２つの出口、つまり、第１の出口２および第２の出口３と、これら第１の出口２および第２の出口３に対して９０°回転した入口１とを含む。但し、本実施形態においては、バルブボディ６は、Ｔ字形に配置された２つのパイプで形成されるのではなく、シート材料からなる２つのセミモノコックで形成される。さらに、入口１と第１の出口２および第２の出口３との間の遷移領域における縁には、排気ガスの乱流が生じることを防止するために丸みがつけられている。

第２の実施形態は、さらに、中間に位置する第１の部分Ａ１が依然として９０°の角度αに亘って延びる一方で、第２の部分Ａ２および第３の部分Ａ３が、それぞれ、４８°の拡大された角度βに亘って延びる点で、上記の第１の実施形態と異なる。ここでもやはり、角度αおよびβはピボット軸５４を基準としている。第２の部分Ａ２および第３の部分Ａ３が第１の実施形態よりも長いこの構成が併用されるため、第１および第２の出口の間で縁に丸みがつけられているにもかかわらず、バルブフラップ５がその極限位置にあるときにバルブを通過する流体に対して良好なシール効果を実現することを達成できる。

以下において、三方フラップ弁４の第３の実施形態を、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃを参照して説明する。繰り返しを避けるために、ここでもやはり第１の実施形態の説明を参照し、その他の点については相違点のみを扱う。

図３Ａ〜図３Ｃに示す第３の実施形態は、入口１と第１の出口２および第２の出口３との間の遷移部における縁のそれぞれが面取り部を含む点で、上記の第１の実施形態と異なる。さらに、第３の実施形態においては、バルブフラップ５の第１の部分Ａ１が、ピボット軸５４を基準として７６°のより小さい角度αに亘って延びている。また、第１の表面部分Ａ１が間に位置する第２の表面部分Ａ２および第３の表面部分Ａ３が、それぞれ、ピボット軸５４に関して５２°のより大きい角度βに亘って延びている。このことにより、入口１と第１の出口２および第２の出口３との間の縁に面取り部があるにもかかわらず、バルブフラップ５がその極限位置にあるときにバルブを通過する流体に対して良好なシール効果を実現することを確実にすることがやはり可能である。

バルブフラップ５をバルブボディ６の内壁に対してシールするための選択肢を、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに概略的に示す。ここで、図４Ａ〜図４Ｃは、それぞれ三方フラップ弁４の上面図であり、バルブボディ６の壁が透明に示されている。異なる図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃにおいて、バルブフラップ５が３つの異なる枢動位置に示されている。

図４Ａにおいて、バルブフラップ５は、入口１と第２の出口３との間を流体連通させるような向きになっている。この場合、バルブフラップ５は、位置Ｋ１およびＫ２でバルブボディ６の内壁と接触し、それによってバルブボディ６に対してシールしている。

図４Ｂにおいて、バルブフラップ５は、入口１と第１の出口２および第２の出口３の両方との間を流体連通させるような向きになっている。この位置において、バルブフラップ５は、位置Ｋ１でのみバルブボディ６の内壁と接触している。

図４Ｃにおいて、バルブフラップ５は、入口１と第１の出口２との間を流体連通させるような向きになっている。この位置において、バルブフラップ５は、位置Ｋ１およびＫ２でバルブボディ６の内壁と接触し、それによってバルブボディ６に対してシールしている。

図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃを参照して、三方フラップ弁４の第４の実施形態を以下に説明する。繰り返しを避けるために、上記実施形態の説明を参照し、その他の点については相違点のみを扱う。

上記実施形態とは異なり、第４の実施形態においては、第１の表面部分Ａ１におけるバルブフラップ５の曲率が、バルブフラップ５がその極限位置においてのみ２つの端部Ｋ２およびＫ３でバルブボディ６の内壁と接触するように、格段に大きい曲率半径となるように選択される。したがって、バルブフラップ５は、上記の第１〜第３の実施形態の場合のようにいかなる動作位置でも中間部分Ｋ１でバルブボディ６の内壁と接触するのではない。このため、バルブフラップ５をバルブボディ６に調整することに関して、より高い製造公差が許容される。さらに、動きやすさが向上する。

以下、三方フラップ弁４の第５の実施形態を、図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃを参照して説明する。繰り返しを避けるために、第１の実施形態の説明を参照し、その他の点については相違点のみを扱う。

第５の実施形態に係る三方フラップ弁４は、バルブボディ６を直線状に貫通するピボット軸５４が湾曲したバッフルプレート５６を支持する点で、第１の実施形態に係る三方フラップ弁４と異なる。このため、バッフルプレート５６は、バルブフラップ５と共に枢動する。ここで、バッフルプレート５６の曲率は、バルブフラップ５の曲率に適合される。その結果、入口１に面するバッフルプレート５６の表面は、凹状に湾曲し、球の一部分の内面に対応する。

バッフルプレートは、三方フラップ弁によって案内される排気流の一部を、排気流の全てがバルブフラップ５上に存在するということがないように、案内する。バッフルプレートは、また、排気流の乱流を低減させ得る。

以下、上記の第１の実施形態、第２の実施形態、または第３の実施形態において任意に用いることができる、バルブボディの高度な構成を、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。

ここで、図７Ａは、三方フラップ弁４を図示する斜視図であり、バルブボディ６の壁が透明に示されている。図７Ｂは、図７Ａの拡大詳細図である。

特に図７Ｂから明らかなように、ピボット軸５４をはさんで入口１に対向して位置する領域におけるバルブボディ６の壁に、突出部６１が挿入され、該突出部６１は、入口１に向けて設けられ、ピボット軸５４と平行に延びている。

このようにすることで、図４Ａ〜図４Ｃに示した領域Ｋ１内でのバルブフラップ５の規定領域への当接を限定することができる。該突出部の周りにおいて、バルブボディの内壁がさらに例えばゴムで適宜被覆されていてもよい。

図８Ａおよび図８Ｂを参照して、上記の第１の実施形態、第２の実施形態、および第３の実施形態と共に任意に用いられ得るバルブフラップ５の代替的構成を以下に説明する。

ここで、図８Ａは、三方フラップ弁４を図示する斜視図であり、バルブボディ６の壁が透明に示されている。図８Ｂは、図８Ａの拡大詳細図である。

図８Ｂから特に明らかなように、バルブフラップ５は、外縁５３によって境界を定められ且つ入口１から離れる方に面する第２の表面５２に、バルブボディ６の内壁と接触するようになっている２つの突出部５５および５５’を含む。このようにすることで、バルブフラップ５のバルブボディの内壁への当接を、図４Ａ〜図４Ｃに示した中間領域Ｋ１に限定することができる。また、当接は、バルブフラップ５の極限位置においてのみ起こる。この場合も、突出部５５および５５’が被覆を含んでいてもよい。

図９Ａおよび図９Ｂは、上記各実施形態のうちの１つにおいて用いられ得る、バルブフラップ５の２つの代替的な実施形態を例示する。

ここで、図９Ａは、直線状に延びる連続したピボット軸５４を含むバルブフラップ５の斜視図である。

これに対して、図９Ｂは、２分割式（two-part）のピボット軸５４を有するバルブフラップ５の斜視図である。バルブフラップのこの構成を第５の実施形態と共に用いると、バッフルプレートは、バルブフラップ自体によって支持されることになる。その結果、図９Ｂのピボット軸５４は、バルブボディを直線状に貫通して延びてはおらず、それによって流れ抵抗を低減させる。

図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃを参照して、三方フラップ弁４のさらなる実施形態を以下に説明する。ここで、図１０Ａおよび図１０Ｂは、三方フラップ弁４の異なる斜視図であり、図１０Ｃは、三方フラップ弁４の上面図であり、バルブボディ６の壁は透明に示され、バルブフラップ５は異なる枢動位置をとっている。透明であることはバルブフラップ５の破線によって分かる。

上記各実施形態とは異なり、ここで示す実施形態におけるバルブボディ６は、パイプからなるものではない。バルブボディ６は、直方体の内部空間を取り囲んでおり、入口１を提供するためにバルブボディ６の側壁にパイプが接合されている。入口１は矩形状であってもよい。

図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて異なる位置に示されたバルブフラップ５は、外縁５３によって境界を定められ且つ入口１に面する第１の表面５１を含み、該第１の表面５１は、中央の表面部分Ａ１において、円筒の一部分の内側表面に対応する。本実施形態においてもバルブフラップ５の材料厚さが一定であるため、このことは、入口１から離れる方に面する第２の表面５２にも当てはまる。図示した実施形態のバルブフラップ５は、第１の表面部分Ａ１に隣接する第２の表面部分Ａ２および第３の表面部分Ａ３において曲率を持たない。この場合も、第１の表面部分Ａ１は、第２の表面部分Ａ２と第３の表面部分Ａ３との間に位置する。

上記各実施形態とは異なり、バルブフラップ５は、ピボット軸によって支持されるのではなく、バルブボディ６の上壁および下壁に形成されたアーチ形の案内溝で案内される。それぞれの案内溝は公知であり、したがって図示を省略する。バルブフラップ５は、やはり図示しない駆動輪によって外部から駆動される。

あるいは、本実施形態は、バルブフラップ５をピボット軸で支持することも可能である。この場合、ピボット軸とバルブフラップ５との間にあけられた空間にピボットアームが架け渡される。

以下、自動車両の排気系における上記三方フラップ弁４の考えられる用途を、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して説明する。ここで、図１１Ａ〜図１１Ｃにおいて、矢印は、通過する排気ガスの流れの方向を概略的に示している。

図１１Ａに概略的に示すように、バルブフラップ５の第１の位置において、三方フラップ弁４の入口１から供給された排気ガスは、第１の出口２から吐出され、排気系のマフラのような第１の構成部品８へ直接送られる。

三方フラップ弁４のバルブフラップ５の第２の位置においては、図１１Ｂに示すように、入口１から供給された排気ガスを、熱交換器または蓄熱器のような補助構成部品９を介して第１の部品８へ送ることができる。この目的のために、入口１から供給された排気ガスは、三方フラップ弁４の第２の出口３からのみ吐出される。

最後に、バルブフラップ５の第３の位置においては、入口１から供給された排気ガスが、三方フラップ弁４の第１の出口２および第２の出口３から同時に吐出され得、結果として、入口１から供給された排気ガスの一部がマフラ８へ直接送られ、別の一部が補助構成部品９を介してマフラ８へ送られる。

図１２に示す第７の実施形態に係る三方フラップ弁４は、第１の出口２と第２の出口３との間を直線状に延びる第１のパイプが、円形断面ではなく、楕円形断面を有する点と、第１のパイプに接合され且つ入口１を規定する第２のパイプが、円形断面を有する点とにおいてのみ、第１の実施形態に係る三方フラップ弁４と異なる。図１２中では見えないバルブフラップの形状は、第１のパイプの断面に合わせられている。

本発明の上記各実施形態を単なる例として説明したが、以下の請求項において開示される発明の範囲および要旨から逸脱することなく、多くの変形、追加、および代替が可能であることは、当業者にとって明らかである。

Claims (9)

1. 入口（１）と、
   第１の出口（２）と、
   第２の出口（３）と、
   少なくとも第１の位置と第２の位置との間を移動可能なバルブフラップ（５）であって、前記バルブフラップ（５）が前記第１の位置にあるときは前記入口（１）から流入した流体が前記第１の出口（２）に向けられ、前記バルブフラップ（５）が前記第２の位置にあるときは前記入口（１）から流入した流体が前記第２の出口（３）に向けられるバルブフラップ（５）と、を含む三方フラップ弁（４）であって、
   外縁（５３）によって境界を定められた前記バルブフラップ（５）の表面（５１）が、前記バルブフラップ（５）の表面が曲率を有する少なくとも１つの第１の表面部分（Ａ１）を含み、
   前記バルブフラップ（５）が、第２の表面部分（Ａ２）と第３の表面部分（Ａ３）とを含み、
   前記第１の表面部分（Ａ１）が、前記第２の表面部分（Ａ２）と前記第３の表面部分（Ａ３）との間に位置し、
   前記バルブフラップ（５）が、前記第２および第３の表面部分において、前記第１の表面部分（Ａ１）における曲率と異なる曲率を含み、
   前記バルブフラップ（５）が、前記第１の表面部分（Ａ１）において球の一部分のような形状をしており、前記第２および第３の表面部分（Ａ２，Ａ３）において円錐台の一部分のような形状をしており、
   前記三方フラップ弁（４）は、バルブボディ（６）をさらに含み、
   前記バルブフラップ（５）が、前記バルブボディ（６）の内部に位置し、前記入口（１）と前記第１および第２の出口（２，３）とが、前記バルブボディ（６）に形成され、
   前記バルブフラップ（５）のピボット軸（５４）が、前記バルブボディ（６）を直線状に貫通し、
   前記ピボット軸（５４）が、湾曲したバッフルプレート（５６）を支持する、三方フラップ弁（４）。
2. 前記バルブフラップ（５）が、前記外縁（５３）によって境界を定められ且つ前記入口（１）に面する第１の表面（５１）を含み、前記第１の表面（５１）は、少なくとも前記第１の表面部分において凹状であり、かつ／または、
   前記バルブフラップ（５）が、前記外縁（５３）によって境界を定められ且つ前記入口（１）に面する第１の表面（５１）を含み、前記第１の表面（５１）は、少なくとも前記第１の表面部分において円筒の一部分の内側表面に対応するか、もしくは、少なくとも前記第１の表面部分において球の一部分の内面に対応する、請求項１に記載の三方フラップ弁（４）。
3. 前記バルブフラップ（５）が、前記外縁（５３）によって境界を定められ且つ前記入口（１）から離れる方に面する第２の表面（５２）を含み、前記第２の表面（５２）は、前記第１の表面（５１）から離間され、少なくとも前記第１の表面部分において凸状であり、かつ／または、
   前記バルブフラップ（５）が、前記外縁（５３）によって境界を定められ且つ前記入口（１）から離れる方に面する第２の表面（５２）を含み、前記第２の表面（５２）は、前記第１の表面（５１）から離間され、少なくとも前記第１の表面部分の領域において円筒の一部分の外側表面に対応するか、もしくは、前記第１の表面部分の領域において球の一部分の外側に対応する、請求項２に記載の三方フラップ弁（４）。
4. 前記バルブフラップ（５）が、前記外縁（５３）によって境界を定められ且つ前記入口（１）に面する第１の表面（５１）と、前記外縁（５３）によって境界を定められ且つ前記入口（１）から離れる方に面する第２の表面（５２）であって、前記第１の表面（５１）から離間された第２の表面（５２）とを含み、
   前記外縁（５３）上の２つの点を結ぶ線分が、前記２つの点を結ぶ前記第１の表面上の最短の線よりも少なくとも５％、または少なくとも１０％、または少なくとも２０％短い、請求項１に記載の三方フラップ弁（４）。
5. 前記バルブフラップ（５）の曲率が、少なくとも前記第１の表面部分において、１．００ｍよりも小さい曲率半径、または０．５０ｍよりも小さい曲率半径、または０．２５ｍよりも小さい曲率半径を有する、請求項１から４のうちの一項に記載の三方フラップ弁（４）。
6. 前記バルブフラップ（５）が、ピボット軸（５４）の周りを回転するように構成されており、
   前記第１の表面部分（Ａ１）が、前記ピボット軸（５４）に対して５０°〜１３０°の第１の角度（α）に亘って延び、前記第２および第３の表面部分（Ａ２，Ａ３）が、それぞれ、１８０°と前記第１の角度（α）との差の半分に等しい第２の角度（β）に亘って延びる、請求項１から５のうちの一項に記載の三方フラップ弁（４）。
7. 前記バッフルプレート（５６）が、前記入口（１）に面する凹状の表面（５７）を含み、かつ／または、
   前記バッフルプレート（５６）が、前記入口（１）に面する表面（５７）であって、円筒の一部分の内側表面もしくは球の一部分の内面に対応する表面を含む、請求項１から６のうちの一項に記載の三方フラップ弁（４）。
8. 前記バルブフラップ（５）が、前記外縁（５３）によって境界を定められ且つ前記入口（１）から離れる方に面する第２の表面（５２）に、少なくとも１つの突出部（５５）を含む、請求項１から７のうちの一項に記載の三方フラップ弁。
9. 前記バルブボディ（６）が、前記入口（１）と対向する内壁に、前記入口（１）に向けて設けられた突出部（６１）であって、前記バルブフラップ（５）の枢動を可能にするピボット軸（５４）に沿って延びる突出部（６１）を含む、請求項１から８のうちの一項に記載の三方フラップ弁（４）。

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