(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単、頑強、かつコスト効率のよい方法で排気ガス装置の各部分を選択的に結合することを可能にする排気ガス弁を提供する。【解決手段】四方排気ガス弁は、常時入口１と、常時出口２と、選択可能な入口４と、選択可能な出口３と、枢動可能なバルブフラップとを有する。枢動可能なバルブフラップは、常時入口を通って入ってきた排気ガスが常時出口へ直接案内される第１の動作モードと、常時入口を通って入ってきた排気ガスが選択可能な出口を通って排出され、選択可能な入口を通って再び入ってきた排気ガスが常時出口を通って排出される第２の動作モードとを切り換えるために配置される。【選択図】図２
2014059055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常時入口と、
常時出口と、
選択可能な出口と、
選択可能な入口と、
第１の密封位置と第２の密封位置との間で枢動可能なバルブフラップであって、前記バルブフラップは、任意には平面であり、前記常時入口を通って入ってきた排気ガスが前記常時出口へ直接案内される第１の動作モードと、前記常時入口を通って入ってきた排気ガスが前記選択可能な出口を通って排出され、前記選択可能な入口を通って再び入ってきた排気ガスが前記常時出口を通って排出される第２の動作モードとを切り換えるためのバルブフラップと、を含む四方排気ガス弁であって、
前記バルブフラップの枢動軸が、前記常時入口と前記選択可能な入口との間かつ前記常時出口と前記選択可能な出口との間に配置され、前記四方排気ガス弁の弁箱を横断し、
前記入口または出口の１つにおける前記排気ガスの第１の流れ方向が、残りの入口および出口のそれぞれにおける流れ方向とは異なる平面上にあり、
前記残りの入口および出口のそれぞれにおける前記流れ方向は互いに同一平面上にある、四方排気ガス弁。
【請求項２】
前記常時入口における前記排気ガスの流れ方向が、前記選択可能な出口における前記排気ガスの流れ方向とともに、第１の偏向平面を規定し、前記選択可能な入口における前記排気ガスの流れ方向が、前記常時出口における前記排気ガスの流れ方向とともに、第２の偏向平面を規定し、
前記第１の偏向平面と前記第２の偏向平面とが２０°を超えて９０°までの平面間角度（inter-planar angle）をなす、請求項１に記載の四方排気ガス弁。
【請求項３】
前記常時入口が内燃機関の排気ガス出口に接続されるように適合され、かつ／または、
前記常時出口が消音器に接続されるように適合され、かつ／または、
前記選択可能な出口が潜熱蓄熱体に接続されるように適合され、かつ／または、
前記選択可能な入口が前記潜熱蓄熱体に接続されるように適合された、請求項１または２に記載の四方排気ガス弁。
【請求項４】
前記残りの入口および出口のそれぞれの前記同一平面上の流れ方向が基準平面を規定し、
前記排気ガスの前記第１の流れ方向が、そのように規定された前記基準平面に垂直である、請求項１から３のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項５】
前記選択可能な入口の最小断面によって規定される平面の法線と前記選択可能な出口の最小断面によって規定される平面の法線とがなす最小角度が７０°未満もしくは４０°未満であり、かつ／または、
前記選択可能な入口における前記排気ガスの流れ方向と前記選択可能な出口における前記排気ガスの流れ方向とがなす最小角度が７０°未満もしくは４０°未満である、請求項１から４のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項６】
前記常時入口の最小断面によって規定される平面の法線と前記常時出口の最小断面によって規定される平面の法線とがなす最小角度が７０°から９０°の間もしくは３０°未満であり、かつ／または、
前記常時入口における前記排気ガスの流れ方向と前記常時出口における前記排気ガスの流れ方向とがなす最小角度が７０°から９０°の間もしくは３０°未満である、請求項１から５のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項７】
前記常時入口の最小断面によって規定される平面の法線と前記選択可能な出口の最小断面によって規定される平面の法線とがなす最小角度と、前記選択可能な入口の最小断面によって規定される平面の法線と前記常時出口の最小断面によって規定される平面の法線とがなす最小角度とが、７０°から９０°の間であり、かつ／または、
前記常時入口における前記排気ガスの流れ方向と前記選択可能な出口における前記排気ガスの流れ方向とがなす最小角度と、前記選択可能な入口における前記排気ガスの流れ方向と前記常時出口における前記排気ガスの流れ方向とがなす最小角度とが、７０°から９０°の間である、請求項１から６のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項８】
前記常時入口における前記排気ガスの流れ方向と前記常時出口における流れ方向とがなす偏向角度が４０°未満である、請求項１から７のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項９】
前記常時出口の最小断面積の、前記常時入口の最小断面積に対する差は、１０％未満である、請求項１から８のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項１０】
前記選択可能な出口の最小断面積の、前記選択可能な入口の最小断面積に対する差は、１０％未満である、請求項１から９のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項１１】
前記常時入口の最小断面積は、前記選択可能な入口の最小断面積よりも１０％を超える分大きい、請求項１から１０のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項１２】
前記選択可能な出口の最小断面積の、前記常時入口の最小断面積に対する差は、１０％未満であり、かつ／または、
前記選択可能な出口の最小断面積の、前記常時出口の最小断面積に対する差は、１０％未満である、請求項１から１０のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項１３】
前記バルブフラップが、最小半径と最大半径とを有するオーバル形（oval shape）を有し、前記枢動軸が前記最小半径に沿って配置され、
前記弁箱が内壁を有し、該内壁の部分が扁平な回転楕円面の形状を有し、該回転楕円面の回転軸が前記バルブフラップの短い方の直径以上であり、
前記弁箱の最大直径が前記バルブフラップの長い方の直径以上であり、
前記バルブフラップの前記枢動軸が、前記回転楕円面の前記回転軸と同軸である、請求項１から１２のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項１４】
前記弁箱の内壁および／または前記バルブフラップが、弾性材料で被覆され、
前記弾性材料の被覆厚さが、１ｍｍ未満、特に０．５ｍｍ未満である、請求項１から１３のうちの１項に記載の四方排気ガス弁。
【請求項１５】
内燃機関、特に、排気ガスターボチャージャを有し、排気ガス出口を有する内燃機関と、
潜熱蓄熱体と、
消音器、特に、上流の触媒コンバータおよび／またはディーゼル粒子フィルタを備えた消音器と、
請求項１から１４のうちの１項に記載の四方排気ガス弁と、を含む車両であって、
前記四方排気ガス弁の前記常時入口が、前記内燃機関の前記排気ガス出口または前記排気ガスターボチャージャに接続され、
前記四方排気ガス弁の前記常時出口が、特に前記触媒コンバータおよび／または前記ディーゼル粒子フィルタを介して、前記消音器に接続され、
前記四方排気ガス弁の前記選択可能な入口と前記選択可能な出口とが、前記潜熱蓄熱体に接続された、車両。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
本出願は、独国にて２０１２年８月２４日付で出願された特許出願第１０  ２０１２  １０７  ８３９．４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。
【技術分野】
【０００２】
本出願は、特に内燃機関のある一定の動作状況において潜熱蓄熱体（latent heat reservoir）を排気ガス流に／から選択的に結合／分離するための、四方排気ガス弁に関する。このような排気ガス弁は四方バタフライ弁と称される場合もある。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関の排気ガスの後処理は、一般的に、全ての動作状況において排気ガスが全体を流れる受動システムで構成される。当該システムを流れているとき、排気ガスは何らかの抵抗を受け、この抵抗によってシステムの全体効率が低下する。一般的な低負荷動作状況において放出物および排気ガス騒音を低減させるためには、排気ガス装置の各部分が制御部材によって閉止または分離され、一部領域のみが用いられる切換可能なシステムを利用できることが望ましい。
【０００４】
例えば、特許文献１（特にその図１〜３）から、排気ガス弁によって排気ガス流の一部を再循環ダクトを介して内燃機関へ再循環させることが知られている。
【０００５】
全ての排気ガス体積流（exhaust gas volume stream）に対し排気ガス本管が閉止され、排気ガス流が当該閉止部の上流で別部材を介して方向を変えられ、当該閉止部の下流でさらなる部材を介して再導入される場合は、システムにおいて公知の弁のいくつかを採用し整合させることが必要であり、作動および処理のために、対応した空間要件および労力が求められる。
【０００６】
さらに、潜熱蓄熱体に車両のエンジン熱を蓄え、冷間始動時に潜熱蓄熱体に蓄積されたエネルギーを放出することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０３４４５０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態において、簡単、頑強、かつコスト効率のよい方法で排気ガス装置の各部分を選択的に結合することを可能にする排気ガス弁が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
四方排気ガス弁の実施形態は、常時入口（permanent inlet）と、常時出口（permanent outlet）と、選択可能な出口（selectable outlet）と、選択可能な入口（selectable inlet）と、第１および第２の密封位置間を枢動可能なバルブフラップとを有する。バルブフラップは、常時入口を通って入ってきた排気ガスが常時出口へ直接案内される第１の動作モードと、常時入口を通って入ってきた排気ガスが選択可能な出口を通って排出され、選択可能な入口を通って再び入ってきた排気ガスが常時入口を通って排出される第２の動作モードとを切り換えるように配置される。ここで、バルブフラップの枢動軸は、常時入口と選択可能な入口との間かつ常時出口と選択可能な出口との間に配置される。枢動軸は、四方排気ガス弁の弁箱（valve body）を横断し、このようにして、弁箱の内部でバルブフラップを枢動可能に配置することを可能にする。常時入口は、内燃機関の排気ガス出口に接続可能であり、常時出口は、消音器に接続可能である。選択可能な出口は、潜熱蓄熱体の入口に接続可能であり、選択可能な入口は、潜熱蓄熱体の出口に接続可能である。バルブフラップは、回転可能に枢動軸に固定して取り付けられ、それによって、枢動軸の回転によって強制的に枢動可能である。
【００１０】
こうして、予め選択された動作状況において、もしくは要求に応じて、簡単な方法で、排気ガス流の全体を、排気ガス出口へ直接案内すること、または、まず最初に潜熱蓄熱体のようなさらなる構成要素を通過させた後で排気ガス出口へ案内することが可能になる。
【００１１】
一実施形態によると、弁箱は、入口および出口とともに、共通の延伸金属シートから形成される。したがって、入口および出口は、弁箱と一体に、カップ状の突出部（「スラグ（slug）」と称される場合もある）として形成され、管への接続のために打抜きまたは切断によって開口されるだけの場合もある。このようにして、全ての入口および出口が、弁箱とともに、共通の道具で形成され得る。その上、弁箱上の入口および出口に優れた密封を確保することができる。
【００１２】
一実施形態によると、バルブフラップは、曲げに対する剛性を有し、平ら（平面）であり、弁箱によって囲まれた空間の断面の形状に概ね対応するがそれよりも若干小さい形状を有する。ここで、「それよりも若干小さい」とは、弁箱によって囲まれた空間の断面に対して、０．１ｍｍよりも大きく２ｍｍよりも小さいバルブフラップの許容ギャップが存在することを意味する。
【００１３】
一実施形態によると、枢動軸は、弁箱によって支持され、軸受領域において、軸受シール、特にシャフトパッキンリング、滑りリングシール、ラジアルシャフトシール、端面メカニカルシール、圧縮シール継手またはパッキンボックスを有する。このようにして、弁箱内を案内される内燃機関の排気ガスのような流体の漏れを防止することができる。
【００１４】
一実施形態によると、枢動軸の軸受領域は、流体が漏れないように弁箱に接続されたカバーによって接続される。
【００１５】
一実施形態によると、枢動軸はその一端に駆動装置を有し、当該駆動装置のケーシングは、弁箱に回転可能に固定して取り付けられ、当該駆動装置のシャフトは、枢動軸に圧力ばめにより接続される。駆動装置は、同軸に配置された回転磁石によって作動され得る。
【００１６】
一実施形態によると、上記入口または出口の１つの第１の流れ方向は、残りの入口および出口の互いに同一平面上にある（coplanar）流れ方向とは異なる平面上にある。一実施形態によると、当該異なる平面は、その他の流れ方向の平面とは非平行である。
【００１７】
一実施形態によると、上記入口および出口のうちの３つのそれぞれの流れ方向は、互いに同一平面上にあり、残りの４つ目の流れ方向は、それ以外の同一平面上の流れ方向が延びる平面に垂直である。このようにすることで、取付位置によっては、横方向の広がりが低減されるため、よりコンパクトな配置が可能である。その上、本構成においては、接続部直径を、より好ましくは、弁箱の外周の周りに配置し得るため、同じ弁サイズに対してより大きい接続断面、または所与の接続断面に対してより小さい弁サイズを提供することがより容易である。
【００１８】
別の実施形態によると、４つの入口および出口のそれぞれにおける排気ガスの４つの流れ方向の全てが、同一平面上にあり、したがって、同じ平面内にある。これによって、特に平らな構成が可能となり、バルブフラップの軸受および作動がより容易になる。このようにすることで、弁箱内を案内される排気ガスの、圧力損失につながるであろう過度な偏向を回避することがさらに可能である。
【００１９】
一実施形態によると、常時入口における排気ガスの流れ方向が、選択可能な出口における排気ガスの流れ方向とともに、第１の偏向平面を規定し、選択可能な入口における排気ガスの流れ方向が、常時出口における排気ガスの流れ方向とともに、第２の偏向平面を規定し、上記第１および第２の偏向平面が、２０°を超え、特に４０°を超える平面間角度（inter-planar angle）をなす。
【００２０】
一実施形態によると、常時入口における排気ガスの流れ方向が、選択可能な出口における排気ガスの流れ方向とともに、第１の偏向平面を規定し、選択可能な入口における排気ガスの流れ方向が、常時出口における排気ガスの流れ方向とともに、第２の偏向平面を規定し、上記第１および第２の偏向平面が、２０°を超えて９０°までの平面間角度をなす。このようにすることで、特にコンパクトな配置が達成される。流れ方向を完全に反転させた場合は、反対方向を向く２つの流れ方向間のずれが、上記偏向平面を規定するために使用され得る。
【００２１】
さらなる実施形態において、選択可能な入口の最小断面の平面法線と選択可能な出口の最小断面の平面法線とがなす角度、または、選択可能な入口における排気ガスの流れ方向と選択可能な出口における排気ガスの流れ方向とがなす角度が、７０°未満もしくは４０°未満である。つまり、これらの２つの接続部間の角度を特に小さくすることによって、その他の接続部間の角度をそれに応じてより大きくすることが可能になることが分かった。ここでは、常に最小角度（したがって、９０°より大きい角度に対しては、その１８０°との差）を考える。その他の接続部間における流れの偏向は、偏向角度とともに増加する傾向を有する対応した流れ抵抗損失を生じさせるが、これらの２つの接続部間ではそうではない。その他の接続部間の角度が大きくなるほど、偏向角度は小さくなり、したがって損失が小さくなる傾向にある。
【００２２】
一実施形態によると、常時入口の最小断面の平面法線と常時出口の最小断面の平面法線とがなす（最小）角度、または、常時入口における排気ガスの流れ方向と常時出口における排気ガスの流れ方向とがなす（最小）角度は、７０°から９０°の間もしくは３０°未満（すなわち０°から３０°の間）である。
【００２３】
一実施形態によると、常時入口の最小断面の平面法線と選択可能な出口の最小断面の平面法線、または、常時入口における排気ガスの流れ方向と選択可能な出口における排気ガスの流れ方向とがなす最小角度と、選択可能な入口の最小断面の平面法線と常時出口の最小断面の平面法線、または、選択可能な入口における排気ガスの流れ方向と常時出口における排気ガスの流れ方向とがなす最小角度は、それぞれ７０°から９０°の間であり、それによって、損失が低く抑えられ得る。
【００２４】
損失を低く抑えるために、一実施形態によると、常時入口における排気ガスの流れ方向と常時出口における排気ガスの流れ方向とがなす偏向角度は、４０°未満である。この配置は、導かれる排気ガスが例えば潜熱蓄熱体のような排気ガス装置の追加的な構成要素を通じて案内されるのではない動作モードにおいて、特に有利である。これは、全排気ガス体積流が本質的に直接に排気ガス出口へ案内されるからである。
【００２５】
一実施形態によると、常時入口の最小断面積は、選択可能な入口の最小断面積よりも１０％を超える分大きい。このようにすることで、常時入口を選択可能な入口に合わせて良好に調節することが達成される。
【００２６】
一実施形態によると、常時出口の最小断面積の、常時入口の最小断面積に対する差は１０％未満である。
【００２７】
一実施形態によると、選択可能な出口の最小断面積の、選択可能な入口の最小断面積に対する差は１０％未満である。
【００２８】
一実施形態によると、これら３つの特徴が同時に提供される。すなわち、常時出口の最小断面積の、常時入口の最小断面積に対する差が１０％未満であり、かつ、選択可能な出口の最小断面積の、選択可能な入口の最小断面積に対する差が１０％未満である。これと同時に、常時入口の最小断面積は、選択可能な入口の最小断面積よりも１０％超大きく、かつ／または、常時出口の最小断面積は、選択可能な出口の最小断面積よりも１０％超大きい。
【００２９】
この対にした調節により、結合された構成要素を用いた動作モードではとにかくより小さい排気ガス体積流のみが取り扱われる（部分負荷動作）ということと、したがって管断面全体の主排気ガス流が要求されるわけではないということとが考慮される。このような区別によって、より小さい弁構成が可能になる。
【００３０】
一実施形態によると、選択可能な出口の最小断面積の、常時入口の最小断面積に対する差は１０％未満である。
【００３１】
一実施形態によると、選択可能な入口の最小断面積の、常時出口の最小断面積に対する差は１０％未満である。
【００３２】
直後の接続部の断面をこのように調節することにより、弁内で実質的な絞り効果が積み重ならないようにすることが達成される。
【００３３】
特にコンパクトな実施形態によると、バルブフラップは、２つの異なる直径とそれらに対応する半径とを有するオーバル形（oval shape）を有し、枢動軸は、好適には、当該２つの直径の短い方に沿って、したがって短い方の半径に沿って配置される。さらに、弁箱は、内壁を有し、当該内壁の各部分は扁平な回転楕円面の形状を有し、当該回転楕円面の回転軸はバルブフラップの短い方の直径以上であり、当該回転楕円面の最大直径はバルブフラップの長い方の直径以上であり、枢動軸は回転楕円面の回転軸に配置される。この構成は既に比較的平らである。その上、この配置においては、常時入口を、比較的大きい面積を接続のために利用できる、枢動軸と実質的に平行な配置にすることが可能であり、選択可能な入口および出口のそれぞれを、結果として得られる扁平な回転楕円面の比較的狭い外周に配置することが可能である。
【００３４】
一実施形態によると、その場合は、常時出口を常時入口と一直線上に向かい合わせ、かつ大きい断面で、配置することが可能である。この構成によって、全ての動作モードにおいて偏向角度を小さくすることが可能になる、つまり、常時入口および常時出口がなす第１の偏向角度と、常時入口と選択可能な出口とがなす第２の偏向角度と、選択可能な入口と常時出口とがなす第３の偏向角度との合計角度を、２５０°未満で１８０°（０°＋９０°＋９０°）までにすることが可能になる。また、上記３つの角度の全てが等しく、合わせて１８０°（６０°＋６０°＋６０°）にしかならない配置も可能である。この目的のためには、選択可能な入口および選択可能な出口が互いに平行な向きに設置されることが望ましい。４つの接続部の全てが相互に四面体をなすように配置された場合、上記３つの偏向角度は合わせて２１２°になる。この配置と、第１の偏向角度と選択可能な入口と選択可能な出口とがなす角度とが非常に小さい配置との間に、さらなる解が存在する。
【００３５】
一実施形態によると、弁箱の内面および／またはバルブフラップの外面は、弾性材料（resilient material）で例えば吹付けによって被覆される。これは、弁箱とバルブフラップとの間の密封性を向上させ得、かつ／または、騒音を減衰させ得る。ここで、被覆厚さは、１ｍｍ未満、特に０．５ｍｍ未満である。
【００３６】
一実施形態によると、弾性材料は、フレーム溶射によって塗布され得るような独立気泡金属発泡体（closed-pore metal foam）、あるいは、金属布もしくは金属ウェブまたは金属フェルトの金属製不織布である。
【００３７】
車両の実施形態は、排気ガス出口を備えた内燃機関と、潜熱蓄熱体と、消音器と、上記の四方排気ガス弁とを有する。四方弁の常時入口は、内燃機関の排気ガス出口に接続され、四方排気ガス弁の常時出口は、消音器に接続される。さらに、四方排気ガス弁の選択可能な出口および選択可能な入口は、潜熱蓄熱体に接続される。
【００３８】
一実施形態によると、内燃機関と四方排気ガス弁との間に排気ガスターボチャージャが配置される。
【００３９】
一実施形態によると、四方排気ガス弁と消音器との間に触媒コンバータおよび／またはディーゼル粒子フィルタが配置される。
【００４０】
一実施形態によると、四方排気ガス弁は車両の下側に配置される。その場合は、上記四方排気ガス弁のバルブフラップの駆動装置が、四方排気ガス弁の下方に配置され、空気流によって冷却され得る。
【００４１】
四方排気ガス弁は、好適には、シートメタルまたは鋳造金属からなる２つの半分の外殻から製造され得る。上記半分の外殻に好適な位置で半分のリングなどを挿入して密封輪郭（sealing contour）を付与し、それによりバルブフラップが枢動位置の一方または両方においてこれに当接するようにすることが可能である。
【００４２】
特に潜熱蓄熱体であり得る追加の構成要素を分離する場合に排気ガスの直通路を密封することによって、当該追加の構成要素が自動的に環境から切り離される。つまり、別の弁を設けてその作動を整合させるということをしなくても、当該追加の構成要素、特に潜熱蓄熱体から対流熱伝達が起こることはない。これは、車両のエンジン停止後の期間において、蓄熱された熱の大部分をその後の冷間始動後にエンジンを迅速に加熱するのに用いることが可能になる点で、特に有用である。この目的のために、潜熱蓄熱体は、好適には、エンジンと熱的に結合された熱交換器と組み合わされる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
本開示の上記およびその他の有利な特徴は、以下の代表的な実施形態の詳細な説明および添付の図面からより明らかになる。なお、全ての考えられ得る実施形態が本明細書において特定される利点のひとつひとつの全て、またはいずれかを提示するとは必ずしも限らない。
【図１】図１は、本発明に係る四方排気ガス弁を備えた車両の底側の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る四方排気ガス弁の、軸に平行に見た概略断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る四方排気ガス弁の、軸に平行に見た概略断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態に係る四方排気ガス弁の、軸に平行に見た断面図を示す。
【図５】図５は、図４の実施形態の、枢動軸に垂直に見た断面図を示す。
【図６】図６は、本発明の第４の実施形態に係る四方排気ガス弁の、軸に平行に見た断面図を示す。
【図７】図７は、図６の実施形態の、枢動軸に垂直に見た断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に説明する代表的な実施形態においては、機能および構造が同じ構成要素には、可能な限り同じ参照符号を付している。そのため、ある特定の実施形態の個々の構成要素の特徴を理解するためには、他の実施形態および本開示の概要の説明を参照しなければならない。
【００４５】
図１は、車両の底側の底面図を概略的に示す。
【００４６】
車両１００の底側において、車輪１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃおよび１０７ｄの隣に、内燃機関１０１の底部、排気ガスターボチャージャ１０２、本発明に係る四方排気ガス弁１０、潜熱蓄熱体１０３、触媒コンバータ１０４および消音器１０５が見えている。
【００４７】
内燃機関１０１は、前輪１０７ａ、１０７ｂの間に配置され、内燃機関１０１から排出された排気ガスが排気ガスターボチャージャ１０２を流れるように、排気ガスターボチャージャ１０２に結合される。排気ガスターボチャージャ１０２の下流で、排気ガスは、常時入口（permanent inlet）１を介して四方排気ガス弁１０に入る。
【００４８】
四方排気ガス弁１０のバルブフラップ５が図１に実線で示す位置にあるとき、排気ガスは、常時入口１から選択可能な出口（selectable outlet）３を介して潜熱蓄熱体１０３へ案内され、当該潜熱蓄熱体１０３から選択可能な入口（selectable inlet）４を介して四方排気ガス弁１０へ戻された後、常時出口２（permanent outlet）を介して触媒コンバータ１０４へ排出される。こうして、潜熱蓄熱体１０３は、排気ガスが導入され、そこから熱を取り出す。四方排気ガス弁１０のバルブフラップ５が図１に破線で示す位置にあるとき、排気ガスは、常時入口１から常時出口２を介して触媒コンバータ１０４へ、潜熱蓄熱体１０３を流れることなく、直接案内される。それによって、潜熱蓄熱体から排気ガスへの意図しない熱の放出が防止される。触媒コンバータ１０４の下流で、排気ガスは、消音器１０５を流れ、車両１００のエンドパイプ１０６を通じて外部へ排出される。排気ガスの流れ方向を図１に矢印で示す。
【００４９】
排気ガスターボチャージャおよび触媒コンバータはどちらも完全に任意であることが指摘できよう。触媒コンバータの代わりに、またはそれに加えて、ディーゼル粒子フィルタが設けられてもよい。さらに、潜熱蓄熱体１０３に代えて、排気ガスシステムの別の随意のシステムが設けられてもよい。
【００５０】
四方排気ガス弁１０の構成を図２に概略的に示す。ここでは、見ている方向はバルブフラップ５の枢動軸と平行である。
【００５１】
バルブフラップ５の枢動軸１１は、２つの半球状の外殻で形成された弁箱（valve body）内の中央に支持されている。図示した実施形態において、バルブフラップ５は、曲げに対する剛性を有する円板であり、当該円板の直径に枢動軸１１が配置され、当該円板は弁箱を形成する半球状の外殻と同様にシート鋼（sheet steel）からなる。弁箱は、内部に、バルブフラップ５の半径よりも０．５ｍｍ大きい半径を有する球の表面の一部である壁を有する。
【００５２】
バルブフラップ５は、枢動軸１１に回転可能に固定して接続され、枢動軸駆動装置によって弁箱の内部で約９０°の枢動が可能である。バルブフラップ５の極限位置（extremal positions）は弁箱の内部を４つの等しいサイズの部分に分割する。ただし、このような４つの等しいサイズの部分への分割は、全くの任意である。
【００５３】
上記等しいサイズの部分のそれぞれに１つの入口または出口が位置するので、内燃機関１０１（または排気ガスターボチャージャ１０２）から常時入口１を介して流入する排気ガスは、バルブフラップの枢動を通じて、選択可能な出口３（バルブフラップ５が図２に破線で示す位置にあるとき）へか、または直接に常時出口２（バルブフラップ５が図２に実線で示す位置にあるとき）へ、選択的に案内され得る。しかしながら、内燃機関から流入する排気ガスを選択可能な入口４へ直接案内することは不可能である。
【００５４】
内燃機関１０１からの排気ガス流が選択可能な出口３を通じて潜熱蓄熱体１０３へ向けて案内される場合、それと同時に、当該潜熱蓄熱体１０３から戻ってきた排気ガスがバルブフラップ５によって常時出口２を介して消音器１０５（または触媒コンバータ１０４もしくはディーゼル粒子フィルタ）へ案内される。
【００５５】
図２において、入口及び出口のうちの３つ１、２、３のそれぞれの配置の考えられ得る変形例を破線で示す。これらの接続部のそれぞれの向きは、構成の状況に従って、各扇形部分内で自由に選択され得る。
【００５６】
説明した実施形態における弁箱は球状の形状を有しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、枢動軸方向に垂直な円形断面を有する他の構成も可能である。実際に、円形も絶対必要なわけではなく、バルブフラップが極限位置にあるときのみ、ある一定の密封性を達成するために弁箱壁とバルブフラップとが近接していることが要求される。バルブフラップ自体が、円形、楕円形またはオーバル形であり、切換経路全体にわたって弁箱壁の近くを移動する場合は、壁が空間的に湾曲していること、つまり、球面状または回転楕円面状（フラップがオーバル形の場合）であることが要求される。切換中にバルブフラップが内部を移動する２つの相互に対向する部分（２および３へ）は、残りの２つのやはり相互に対向する、バルブフラップが摺擦しない部分（１および４へ）よりも大きい半径（または、まず第一には湾曲形状）を有し得る。それによって、これらのより小さい部分への移行部をバルブフラップのためのストップとして同時に形成することが可能であり、密封特性が向上し、別個の密封要素を設ける必要がなくなる。
【００５７】
図示した実施形態において、枢動軸１１は、略球状の弁箱を中央で横断し、バルブフラップ５をその真ん中で支持する。しかしながら、これが唯一の配置方法というわけではなく、枢動軸を弁箱内で中心から外して配置することも可能である。ただし、この配置は、バルブフラップの偏心支持体と、バルブフラップの短辺の調節とを必要とする。
【００５８】
第２の実施形態に係る２つの枢動軸７’、７”を備えた四方排気ガス弁２０の構成を図３に断面図で示す。
【００５９】
第２の実施形態において、四方排気ガス弁２０の弁箱は垂直に分割され、２つの半分は互いにずれて、２つの密封用ストップ９、９’を提供する。本実施形態においては、バルブフラップの両側の枢動軸７’、７”が互いに離隔されているので、２つのバルブフラップ５ａ’、５ａ”を設けなければならない。この離隔距離は、当該２つの軸７’、７”の間に配置された、長さ方向に歯が付けられた共通の駆動軸７によって埋められる。この駆動軸は、同時に、バルブフラップ５ａ’、５ａ”の両方を異なる伝達比、したがって異なる切換角度で駆動することを可能にする。例えば、このようにして、両バルブフラップが、一方の密封位置にあるときは１つの共通平面上にあり、他方の密封位置にあるときは互いに鈍角をなすようにすることを達成することができる。これによって、大角度のバルブフラップ５ａ”が動く部分に比較的大きい常時出口２ａを配置し、他方の小角度のバルブフラップ５ａ’が動く部分に比較的小さい選択可能な出口３ａを配置することが可能になる。図示した実施形態においては、密封用ストップ９、９’は、密封性を向上させ、当接するバルブフラップによる騒音を減衰させるために、独立気泡金属発泡体で被覆される。
【００６０】
図４および図５に、第３の実施形態の四方排気ガス弁３０を示す。ここで、図４は、軸に平行に見た断面図を示し、図５は、線Ｖ−Ｖに沿った断面図を示す。この第３の実施形態は上記の第１の実施形態と非常に似ているので、以下では主に特徴を強調し、その他は第１の実施形態を参照する。
【００６１】
第３の実施形態においては、密封用ストップ９ｂ、９ｂ’が、バルブフラップ５ｂの枢動軸１１ｂに関して対向して配置された弁箱の壁の部分によって提供され、これらの部分の直径は、バルブフラップ５ｂの枢動軸１１ｂに関して対向して配置された隣接する壁の部分よりも小さい。言い換えると、内面が、密封用ストップを形成する段差を含んでいる。密封性を向上させ、騒音を減衰させるために、バルブフラップ５ｂは、半径方向外側の縁が独立気泡金属発泡体Ｄで被覆される。
【００６２】
図５から認識できるように、本第３の実施形態の弁箱の内部は、概ね扁平な回転楕円面形状を有する。図５において、球面形状と比較した場合の空間の減少を破線で示す。本実施形態では、弁の下方の節約された空間を、バルブフラップ５ｂのためのアクチュエータとしての電磁石１３を配置するのに用い、弁の上方の空間を、枢動軸１１ｂの軸受１６、１６’のために用いている。軸受１６、１６’はどちらも環境に対して密封される。
【００６３】
図４において、弁箱を形成する半分の外殻は、図面に垂直な平面、すなわち枢動軸１１を含む平面によって分割され、一方の半分の外殻は、常時入口１ｂおよび常時出口２ｂ（ここでは、引き込み管受け口）を提供し、他方の半分の外殻は、選択可能な入口３ｂおよび選択可能な出口４ｂを提供する。２つの半分の外殻はそれらの継ぎ目において互いに圧着される。
【００６４】
本実施形態において、弁箱は、入口及び出口とともに、共通の延伸金属シートから形成される。したがって、入口は、開口したカップ状の突出部として、弁箱と一体的かつ連続的に接続される。
【００６５】
図６および図７に、第４の実施形態の四方排気ガス弁４０を示す。ここで、図６は、軸に平行に見た断面図を示し、図７は、線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図を示し、図７においては、図６に示した位置に対して９０°回転させたバルブフラップ５ｃを示している。この第４の実施形態は上記の第３の実施形態と非常に似ているので、以下では主に特徴を強調し、その他は第３の実施形態を参照する。
【００６６】
四方排気ガス弁４０の弁箱も、２つの半分の外殻から形成される。しかしながら、本実施形態の２つの半分の外殻は、枢動軸に垂直な平面に沿って分割される。本実施形態では、密封用ストップ９ｃ、９ｃ’が、半分の外殻の内側に変形した領域によって提供される。この例においては、上側の半分の外殻が、選択可能な出口３ｃと、常時入口１ｃおよび常時出口２ｃの上部とを提供し、下側の半分の外殻が、選択可能な入口４ｃと、常時入口１ｃおよび常時出口２ｃの下部とを提供する。２つの半分の外殻は、部分的に互いに嵌合され、それらの接続部位１５ｃ、１５ｃ’において溶接される。半分の外殻をこのように分割することにより、枢動軸１１ｃおよび枢動軸用軸受１６ｃ、１６ｃ’の組立が簡単化される。
【００６７】
本開示を、ある代表的な実施形態に関して説明したが、当業者にとっては多くの代替、修正および変形が明らかであることは明白である。したがって、本明細書中に記載の本発明の代表的な実施形態は、例示的なものであり、いかなる点においても限定的なものではない。以下の請求項によって定められる本開示の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ得る。例えば、選択可能な入口４ｃをなくし、本装置を三方弁として動作させることが可能である。これによると、残りの３つの接続部を角度に関して（例えば、１２０°ずつ）さらに引き離し、非平面の（例えば、１２０°に曲げられた）バルブフラップで切換を実行することが可能になる。そして、そのように方向を変えられた排気ガス流を排気ガス主ダクトに再結合させることは、簡単な、逆に取り付けられた管分岐を通じて行われる。さらに、排気ガス以外の流体をこの四方排気ガス弁で案内することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  常時入口
２、２ａ、２ｂ、２ｃ  常時出口
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  選択可能な出口
４、４ａ、４ｂ、４ｃ  選択可能な入口
５、５ａ’、５ａ”、５ｂ、５ｃ  バルブフラップ
７  駆動軸
７’、７”  枢動軸
９、９’、９ｂ、９ｂ’、９ｃ、９ｃ’  密封用ストップ
１０、２０、３０、４０  四方排気ガス弁
１１、１１ｂ、１１ｃ  枢動軸
１３  電磁石
１５、１５’、１５ｃ、１５ｃ’  接続部位
１６、１６’、１６ｃ、１６ｃ’  軸受
１００  車両
１０１  内燃機関
１０２  排気ガスターボチャージャ
１０３  潜熱蓄熱体
１０４  触媒コンバータ
１０５  消音器
１０６  エンドパイプ
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ  車輪
Ｄ  独立気泡金属発泡体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2014059055000001.pdf