(57)【要約】【課題】熱交換経路とバイパス経路を弁体に作用する排気ガス動圧で切り替える排気熱回収装置において、媒体温度が所定値以下のときに排気ガス流量が増えても弁体がバイパス経路を閉塞しないことと、熱回収不要時には弁体が熱交換経路を閉塞し媒体の過熱を確実に防ぐことを、両立する。【解決手段】付勢体で相対離反方向へ付勢された第１の弁体と第２の弁体をバイパス経路後方に軸支し、第１の弁体は媒体温度が所定の値以上になると伸縮作動するアクチュエータによって回転駆動され、第２の弁体は付勢体を介して第１の弁体に従動する。【選択図】図２
2009209913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスと媒体との熱交換を行なう熱交換器を内装する熱交換経路と、排気ガスが熱交換器を迂回するバイパス経路と、両経路の前後に分岐部および合流部とを備える排気熱回収装置において、
熱交換経路を閉塞可能な第１の弁体が合流部内に軸支され、
前記第１の弁体と相対離反方向へ付勢体で付勢されバイパス経路を閉塞可能な第２の弁体が、前記合流部内に前記第１の弁体と同軸に軸支され、
前記第１の弁体は媒体の温度によって伸縮作動するアクチュエータにて回転駆動され、
前記第２の弁体は前記付勢体を介して前記第１の弁体に従動する、
ことを特徴とする排気熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、内燃機関を搭載した車両などの排気系に設けられ、排気熱を媒体に回収し暖機などに利用するための排気熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種の排気熱回収装置としては、内燃機関の運転状態と媒体（冷却水など）の温度に応じて弁体を開閉させ、排気ガスの流路を熱交換経路とそれを迂回するバイパス経路とに切替制御するものが知られている。これらのうち、切替制御を弁体に付与される排気ガス動圧に依存する方式があるが、排気ガスの流量が少なく動圧が小さい時にはバイパス経路が閉塞されてしまうので、流路抵抗の大きな熱交換経路の排気ガス流だけでは、内燃機関の出力要求に追従できない場合があった。このような問題を解決するため、特許文献１に記載の排気熱回収装置は、排気ガス流量が増大し所定値以上になった際には、媒体の温度に拘わらずバイパス経路も強制的に開いて、排気ガスの流通抵抗を小さくするようにされている。【０００３】
【特許文献１】国際特許公開ＷＯ２００６／０９０７２５Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、弁体がバイパス経路を閉塞していない状態（バイパス経路開状態）において、弁体が熱交換経路を完全に閉塞できないので、排気ガスの熱交換経路への導通を完全に止められず、特に排気ガスの大流量時（大入熱時）には、媒体の過熱が懸念された。【０００５】  そこで、本発明は、媒体温度が所定値以下のときに排気ガス流量が増えても弁体がバイパス経路を閉塞しないことと、熱回収不要時には弁体が熱交換経路を閉塞し媒体の過熱を確実に防ぐことを両立する排気熱回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記課題を解決するために、本発明は、請求項１記載のように、排気ガスと媒体との熱交換を行なう熱交換器を内装する熱交換経路と、排気ガスが熱交換器を迂回するバイパス経路と、両経路の前後に分岐部および合流部とを備える排気熱回収装置において、熱交換経路を閉塞可能な第１の弁体が合流部内に軸支され、前記第１の弁体と相対離反方向へ付勢体で付勢されバイパス経路を閉塞可能な第２の弁体が前記合流部内に前記第１の弁体と同軸に軸支され、前記第１の弁体は媒体の温度によって伸縮作動するアクチュエータにて回転駆動され、前記第２の弁体は前記付勢体を介して前記第１の弁体に従動することとした。
【発明の効果】
【０００７】  本発明の排気熱回収装置によれば、媒体温度が所定値以下のときに排気ガス流量が増えても弁体がバイパス経路を閉塞しないことと、熱回収不要時には弁体が熱交換経路を閉塞し媒体の過熱を確実に防ぐことを、両立できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  以下、図面を参照して本発明に係る望ましい実施形態について説明する。本実施形態の製品は、例えば自動車の排気管に付設する排気熱回収装置に限らず、広く工業用や家庭用の各種燃焼装置に付設する排気熱回収装置として供される。また、本実施形態は金属の溶接組立て構造を想定しているが、これに限らず鋳造や鍛造による一体成形構造でも構わない。【０００９】  図１は、本発明の第１の実施形態による排気熱回収装置１の外形状を示し、図の左側が排気ガス上流、右側が下流である。図示しない上流排気ガス部品から伝達された排気ガスは流入部２内に流入し、分岐部４にて熱交換経路６及び／又はバイパス経路７を通過して合流部５に流入し、流出部３を通過して、図示しない下流排気ガス部品へ流入するように構成されている。熱交換経路６には媒体入口８と媒体出口９が設けられ、後述する熱交換器２３と連通している。なお、分岐部４及び合流部５はこの通りの形状である必要はなく、分岐部４は排気ガスの分流機能、合流部５は排気ガスの合流機能を有していれば、形状は任意である。【００１０】  熱交換経路６の外面には温度駆動型のアクチュエータ１０がマウントされるとともに、アクチュエータ１０は媒体出口９と連通し、媒体を内部に導通している。そして、アクチュエータ１０から延出するロッド１１がクランク１２の一端に回動自在に連結され、クランク１２の他端は弁軸１３を回動可能に固定されている。温度駆動型のアクチュエータ１０としては、内蔵するワックスに媒体温度が作用することにより伸縮運動する、所謂サーモエレメント式を用いることが好ましい。【００１１】  図２は、本発明の第１の実施形態による排気熱回収装置１の横断面を示し、特に積極的な熱回収状態を示す。熱交換経路６内には複数の相互に連通するウオータージャケット２１と排気ガス通路２２とが交互に配設され、両者で熱交換器２３を形成する。すなわち、排気熱回収装置１内に熱交換器２３が内装されている。図２最上側のウオータージャケット２１には媒体入口８と媒体出口９がそれぞれ連通しており、媒体入口８から流入した媒体が複数のウオータージャケット２１内を流れる過程で排気ガスと熱交換し、入熱された媒体が媒体出口９から流出する。【００１２】  片持ちバタイフライバルブである第１バルブ２４と第２バルブ２５が、共通の弁軸１３にて合流部５に軸支されているが、第１バルブ２４は弁軸１３に固定され、第２バルブ２５は弁軸１３に対して回動自在に嵌装されている。すなわち、第１バルブ２４は弁軸１３の回動に従い回転駆動されるが、第２バルブ２５は弁軸１３からは直接的に駆動力を受けない。そして、合流部５内にはゼンマイ状のリターンスプリング２６が弁軸１３と同軸状にセットされ、第１バルブ２４と第２バルブ２５に係止して、両バルブを相互に離反させるように（開くように）付勢している。【００１３】  なお、リターンスプリング２６は合流部５に固定されていない。また、第１バルブ２４と第２バルブ２５の離反角度（相対開き角度）がある最大角度で止まるように、リターンスプリング２６は調整されている。本実施形態においては、図２における離反角度（相対開き角度）が最大状態であり、これ以上は開かない。離反角度（開き角度）の設定は、リターンスプリング２６によらず、何らかの係止手段を弁体や弁軸に設けても構わない。更に、リターンスプリング２６はゼンマイ状ではなく、コイルスプリングや板バネを第１バルブ２４と第２バルブ２５の間に直接設置しても構わない。【００１４】  図２は、機関暖機時（冷間時）などの積極的に排気ガスの熱を回収したい状態を示す。すなわち、第２バルブ２５がバイパス経路７を構成するバイパス通路２８の後端を閉塞し、排気ガスのほぼ全量が熱交換経路６内の熱交換器２３を通過する状態である。第２バルブ２５がこのような位置（図２で鉛直）にあるためには、リターンスプリング２６の付勢力によって第２バルブ２５がバイパス通路２８後端に押し付けられるような第１バルブ２４の位置（開度）が求められるが、そのような第１バルブ２４の位置（開度）となるべく、媒体低温時におけるアクチュエータ１０のロッド１１展伸状態が予めセットされている。このように、排気ガスの全量が熱交換器２３を通過することによって、消音器（マフラー）に相当する消音効果も得られる。【００１５】  もちろん、媒体温度が所定値以下のときに排気ガス流量が増えても、第２バルブ２５が排気ガス動圧を受けリターンスプリング２６の付勢力に抗して必要量だけ開き、バイパス経路を閉塞しない。したがって、排気ガス流量が増大し所定値以上になっても、媒体の温度に拘わらずバイパス経路も強制的に開いて、排気ガスの流通抵抗が小さくなる。なお、サーモエレメント式アクチュエータ１０としては、内蔵するワックス２９（２点鎖線で示す）が最も縮小している状態であり、内蔵するリターンスプリング３０（２点鎖線で示す）の付勢力によってロッド１１が図２上方へ押されている状態である。【００１６】  図３は、機関暖機後で熱回収を要しない状態であって、かつ、バイパス通路２８を通過する排気ガスが適度に絞られる状態を示す。自動車の内燃機関用排気系においては、絞りによってある程度の消音効果を期待する緩加速時等が該当する。この場合において熱回収は不要なので、熱交換経路６を閉塞し排気ガス流通を遮断する位置に第１バルブ２４がセットされる。これは、媒体温度上昇によってアクチュエータ１０のワックス２９が膨張し、リターンスプリング３０の付勢力に抗してロッド１１を図２下方へ押し、クランク１２及び弁軸１３の回動を介して第１バルブ２４を弁座２７へ押し付けることにより、熱交換経路６が完全に閉塞される。したがって、必要以上の熱回収による媒体の過熱を、確実に防ぐことができる。そして、熱交換器２３を通過しないことにとよって失う消音効果は、後述の第２バルブ２５による絞りによって補うことができる。【００１７】  この状態において、第２バルブ２５は第１バルブに従動し（図２位置から）移動するが、リターンスプリング２６の付勢力によって第２バルブ２５が離反しようとする（相互に開こうとする）力と、排気ガスの動圧とが均衡する位置（図３の位置）に収束する。これは、図２における最大離反角度（相対開き角度）よりも、動圧受圧分だけ狭くなった状態であり、この時の排気ガス流量に対し背圧要件や絞りによる消音要件を斟酌し、バイパス通路２８を通過する排気ガスが最適に絞られる開度となるよう���、リターンスプリング２６の付勢力を調整しておくと好適である。【００１８】  図４は、機関暖機後の熱回収を要しない状態であって、かつ、バイパス通路２８が全開（絞り無し）の状態を示す。自動車の内燃機関用排気系においては、排気ガス流量を最小限にし機関の最大出力を求める急加速時等が該当する。この場合も熱回収は不要であるので、図３と同様、熱交換経路６を閉塞する位置に第１バルブ２４がセットされ、媒体の過熱は確実に防止される。【００１９】  この状態において、第２バルブ２５は図３の状態よりも更に大きな排気ガス動圧を受け、リターンスプリング２６の付勢力と均衡する位置、すなわち図４の位置に収束する。この状態も図３の状態と同様、この時の排気ガス流量に対し背圧要件や消音要件を斟酌し、バイパス通路２８が最適断面積（最大流路面積）となるように、リターンスプリング２６の付勢力を調整しておく。【００２０】  図５は、機関暖機後の熱回収を要しない状態であって、かつ、バイパス通路２８の断面積を積極的に絞る状態を示す。自動車の内燃機関用排気系においては、減速時等の排気ガス少流量時に、図３の緩加速時よりも更にバイパス通路２８の流路断面積を小さくして、大きな消音効果を期待する場合である。この場合においても熱回収は不要であるので、熱交換経路６を閉塞する位置に依然第１バルブ２４がセットされたままであり、媒体の過熱は確実に防止される。【００２１】  この状態において、第２バルブ２５は図３の状態よりも小さい排気ガス動圧を受け、リターンスプリング２６の付勢力と均衡する位置、すなわち図５の位置に収束している。この状態も図３や図４の状態と同様、この時の排気ガス流量に対し背圧要件や消音要件を斟酌し、バイパス通路２８が最適断面積（最大流路面積）となるように、リターンスプリング２６の付勢力を調整しておく。例えば、減速時の消音効果を優先するのであれば、バイパス通路２８の流路断面積を７５％〜９０％程度絞るよう調整しておくと効果的である。【００２２】  以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更があっても、本発明に包含される。
【産業上の利用可能性】
【００２３】  本発明は、自動車の排気管に付設する排気熱回収装置に限らず、本実施形態の製品は、例えば、広く工業用や家庭用の各種燃焼装置に付設する排気熱回収装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明における一実施形態における排気熱回収装置の正面図である。
【図２】本発明における一実施形態における排気熱回収装置の断面図である。
【図３】本発明における一実施形態における排気熱回収装置の断面図である。
【図４】本発明における一実施形態における排気熱回収装置の断面図である。
【図５】本発明における一実施形態における排気熱回収装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】  １  熱回収装置
２  流入部
３  流出部
４  分岐部
５  合流部
６  熱交換経路
７  バイパス経路
８  媒体入口
９  媒体出口
１０  アクチュエータ
１１  ロッド
１２  クランク
１３  弁軸
２１  ウオータージャケット
２２  排気ガス通路
２３  熱交換器
２４  第１バルブ
２５  第２バルブ
２６，３０  リターンスプリング
２７  弁座
２８  バイパス通路
【図１】
2009209913.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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