JP6423262B2 - 排気熱回収装置 - Google Patents
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Description
バルブ開閉機構は、排気ガスの流路内に配置されたバルブを開閉させることによって排気ガスの流路を変更する。熱交換器は、バルブの開閉によって変更される複数の流路のうちの少なくとも何れかに配置されている。回転式のモータは、バルブ開閉機構を作動させることによってバルブを開閉させる。
また、本発明の一側面の排気熱回収装置において、バルブ開閉機構は、バルブが開閉される際の回転軸となる弁軸を回転させることでバルブを開閉させるよう構成されている。
このような排気熱回収装置によれば、バルブ開閉機構を駆動させる際のトルクを大きくすることができる。
このような排気熱回収装置によれば、モータが弁軸の方向に大きく突出して配置されることを抑制することができる。
なお、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、一部構成を除外してもよい。
<排気熱回収装置の概要>
図1および図2に示す排気熱回収装置1は、例えば乗用車等の内燃機関を有する移動体に搭載される。この排気熱回収装置1は、高温流体である内燃機関からの排気142(排気ガス)が有する熱を、排気142よりも低温の低温流体である内燃機関の冷却液144に伝達させることにより、排気142から熱を回収する。本実施形態における冷却液144は、冷却水であってもよいし、油液であってもよい。
排気部2は、内燃機関からの排気142を下流側へと導く流路を形成する。シェル部材4は、排気部2の外側を覆う部材である。熱交換部6は、排気部2とシェル部材4との間に配置された熱交換器30を有し、排気142と冷却液144との間で熱交換する。
<排気熱回収装置の構造>
排気部2は、図2に示すように、排気管12を備えている。排気管12は、両端が開口した円筒状に形成されている。排気管12は、内燃機関からの排気142が流入するエキゾーストパイプやエキゾーストマニホールドなどに接続されている。
外殻部材20は、両端が開口し、排気管12の直径よりも大きな内径の円筒状に形成されている。外殻部材20の下流側の端部は、排気管14の上流端16に接続される。
なお、冷却液144は、蓋部材22を貫通する流入管44から熱交換器30の内部に流入し、熱交換器30の内部において熱交換が行われた後に、蓋部材22を貫通する流出管46を介して熱交換器30の外部へと流出する。
流入部8は、導入部材56を備える。排気管12の排気下流端18と、導入部材56との間には、周方向に渡って開口が形成される。そして、排気管12の排気下流端18と導入部材56との間の開口が、熱交換部6への排気142の流入口として機能する。
<モータの構造>
モータ70は、図1に示すように、電力が供給されることによって回転駆動する回転式のモータアクチュエータとして構成されている。このモータ70においては、モータ70の回転軸と弁軸66とが非平行になるよう設定されている。特に、バルブ10が開いている状態において排気142がバルブ10を通過する際の流れ方向(図1に示す排気部2への排気142の流入方向)と、モータ70の回転軸とが平行または略平行に設定されている。
<バルブ開閉機構の構造>
バルブ開閉機構80は、モータ70の回転軸に発生する回転運動を弁軸66の回転運動として伝達する機構である。このバルブ開閉機構80としては、図1に示すウォーム72、ウォームホイール74、駆動軸ギヤ76と、図3に示す駆動軸160、抑制機構100、ねじりバネ126、バネ保持部132とを備えている。なお、図1においては、抑制機構100、ねじりバネ126、バネ保持部132の記載を省略し、破線にて弁軸66を表記している。実際には、図1の破線にて示す領域に、図3に示す抑制機構100、ねじりバネ126、およびバネ保持部132が配置される。
ウォームホイール74は、平歯車等の一般的な歯車として構成されており、ウォーム72による回転力をさらに駆動軸ギヤ76に伝える。
<抑制機構の作動>
このような抑制機構100において、バルブ10が閉じられた閉状態では、図4に示すように、係合部材150のピン152と、被係合部材110の係合部112とが非接触になるよう設定され、ピン152と係合部112との間には隙間が形成される。このとき、排気142の圧力が一時的に高まると、バルブ10が押されてバルブ10が僅かに開いた半開状態となるが、この際、ピン152と係合部112との間には隙間が形成されているため、被係合部材110から係合部材150へは回転力が伝わりにくい。
<排気熱回収装置の効果>
以上のように詳述した排気熱回収装置1は、排気ガスから熱を回収する技術に関するものであり、バルブ開閉機構80と、熱交換器30と、回転式のモータ70とを備える。
このような排気熱回収装置1によれば、バルブ開閉機構80を駆動させる際のトルクを大きくすることができる。
このような排気熱回収装置1によれば、モータ70が弁軸66の方向に突出して配置されることを抑制することができる。
また、上記の排気熱回収装置1において、ピン152および係合部112は、それぞれ異なる回転体の回転軸から離れた位置において相手方の回転体に向かって突出して配置されており、ピン152および係合部112が係合したときに、一方の回転体の回転運動を他方の回転体の回転運動に伝達するよう構成される。
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
例えば、上記実施形態においては、駆動軸ギヤ76を省略し、ウォームホイール74を駆動軸160に配置してもよい。この構成においては、図7に示すように、ウォームホイール74に換えて、扇形歯車(セクター歯車)として構成された扇形ギヤ74Bを採用してもよい。
上記実施形態におけるウォーム72、ウォームホイール74、駆動軸ギヤ76は、本発明でいう伝達機構に相当し、上記実施形態におけるピン152は、本発明でいう第1係合部に相当し、上記実施形態における係合部112は、本発明でいう第2係合部に相当する。
Claims (6)
- 排気ガスから熱を回収する排気熱回収装置であって、
排気ガスの流路内に配置されたバルブを開閉させることによって排気ガスの流路を変更するバルブ開閉機構と、
前記バルブの開閉によって変更される複数の流路のうちの少なくとも何れかに配置された熱交換器と、
前記バルブ開閉機構を作動させることによって前記バルブを開閉させる回転式のモータと、
前記モータの回転軸と同軸上に配置されたウォームと、
前記バルブが開閉される際の回転軸となる弁軸に平行な軸上に配置され、前記ウォームに噛み合うウォームホイールと、
を備え、
前記バルブ開閉機構は、前記モータが前記ウォーム及び前記ウォームホイールを介して前記弁軸を回転させることで前記バルブを開閉させるよう構成されていること
を特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項1に記載の排気熱回収装置において、
前記バルブが閉状態から開状態に変位する際に前記バルブ開閉機構に生じる力がモータに加わることを抑制する抑制機構、をさらに備えること
を特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項2に記載の排気熱回収装置において、
前記抑制機構は、
前記モータの回転軸の駆動と連動する係合部材と、
前記弁軸とともに回動し、前記係合部材と係合可能な被係合部材と、を備え、
前記バルブが閉状態の際に、前記係合部材と前記被係合部材とが非接触の状態となるように構成されること
を特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の排気熱回収装置において、
前記モータの回転軸と前記弁軸とは非平行に設定されていること
を特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の排気熱回収装置において、
前記モータの回転軸とバルブが開いている状態において排気ガスがバルブを通過する際の流れ方向とが平行または略平行に設定されていること
を特徴とする排気熱回収装置。 - 請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の排気熱回収装置において、
前記バルブ開閉機構は、前記弁軸または前記弁軸に連動する軸に配置された扇形歯車を備え、
該扇形歯車は、前記バルブが開状態から閉状態に遷移する際に、該扇形歯車が前記弁軸周りを一周する際の軌跡として生じる仮想的な円弧において、通過しない領域ができるよう設定されていること
を特徴とする排気熱回収装置。
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