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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluidsteuerventilbaugruppe zum Steuern der Strömung eines in einem Fluiddurchgang strömenden Fluids.
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Es ist bekannt, ein Abgassystem mit einer Abgasrückführungsvorrichtung (EGR Vorrichtung) zu versehen. Bei diesen Vorrichtungen wird ein Abgas eines Fahrzeugs, das in dem Abgassystem eines Fahrzeugs strömt, mit einer Einlassluft vermischt, die in einem Einlassrohr strömt, um dadurch die Gastemperatur zu verringern. Derart wird ein schädliches Material (beispielsweise Stickoxid) in dem Abgas verringert. Jedoch kann eine derartige Rückführung (d. h., eine Rückkehr) des Abgases, eine Verminderung der Ausgangsleistung und eines Fahrverhaltens der Brennkraftmaschine hervorrufen. Somit kann es erforderlich sein, die Menge eines Abgases, das von dem Abgasrohr zu dem Einlassrohr rückgeführt wird, einzustellen.
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In teilweiser Reaktion auf diesen Bedarf wurden Abgassysteme vorgeschlagen, die ein Abgasrückführmengensteuerventil (EGR Steuerventil) aufweisen, das den Öffnungsbereich eines Abgasrückführdurchgangs steuerbar ändert, um dabei die Menge eines rückgeführten Abgases einzustellen. Ein Beispiel dieses herkömmlichen EGR Steuerventils hat ein Butterfly-artiges Ventil, das an dem Endstück des Ventilschafts befestigt ist und die Drehbewegung eines Aktuators (beispielsweise eines Elektromotors mit einem Getriebestufenverringerungsmechanismus) überträgt, um das Butterfly-artige Ventil um den Ventilschaft zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zu drehen. Genauer gesagt ist eine kreisförmige ringförmige Nut in der äußeren Umfangsfläche des Butterfly-artigen Ventils ausgebildet und ein Dichtungsring ist in diese Dichtungsringnut eingepasst, um ein Ausströmen des Fluids mit hoher Temperatur zu verhindern, wenn das Ventil geschlossen ist. Anders gesagt, wenn das Ventil geschlossen ist, dehnt sich der Dichtungsring radial aus, um dabei gegen die innere Umfangsfläche (d. h., die Abdichtfläche) des kreisförmigen rohrförmigen Einsatzes abzudichten, der das Butterfly-artige Ventil aufnimmt.
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Der Dichtungsring kann aufgrund von Unterschieden bei einer Wärmeausdehnung zwischen dem Dichtungsring und dem Einsatz verformt sein. Um die Wahrscheinlichkeit eines Verformens zu reduzieren, kann ein radialer ausgesparter Zwischenraum in dem Dichtungsring vorgesehen werden. Jedoch sind mehrere Dichtungsringe vorgesehen, die sich einander überlappen und die Dichtungsringe werden relativ zueinander derart gedreht, dass der ausgesparte Zwischenraum von jedem falsch ausgerichtet ist. Derart ist ein Fluidaustreten durch die ausgesparten Zwischenräume unwahrscheinlich. Auch ist ein Stützring zwischen den beiden Dichtungsringen vorgesehen, um einen Fluidaustritt durch den Unterteil der Dichtungsringnut und durch die ausgesparten Zwischenräume zu verhindern (siehe beispielsweise
JP 60-245880 A ).
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Jedoch kann diese Art von EGR Steuerventil aufgrund der mehreren, teueren Dichtungsringe und dem darin eingeschlossenen Stützring teuer sein. Auch kann ein Beibehalten der Dichtungsringe, die zueinander relativ gedreht sind, teuere Komponenten erfordern. Darüber hinaus, um den Stützring in die Dichtungsringnut einzupassen, werden die beiden unteren Flächen der zwei Butterflyplatten in engem Kontakt zueinander zusammengebaut, um ein kreisförmiges scheibenförmiges Butterfly-artiges Ventil aufzubauen. Das heißt, das Butterfly-artige Ventil ist aus zwei Teilen von Butterfly-artigen Platten aufgebaut. Dies macht den Aufbau komplex und erhöht die Anzahl an Teilen. Dadurch kann ein Zusammenbau kompliziert sein und Kosten können übermäßig sein.
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Die Druckschrift
DE 102 60 252 A1 offenbart ein Ventil mit einer Deckscheibe, deren Durchmesser kleiner als der eines Kolbendichtrings ist. Der Kolbendichtring ist als Metallring mit einem Spalt ausgeführt. Der Kolbendichtring und die Deckscheibe befinden sich zwischen zwei Ventilteilen in einem Gehäuse mit einem Ventilsitz für eine zweite Klappe. Das Ventil ist zu einer Verwendung als Gasrückführventil vorgesehen.
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Die Druckschrift
US 4,632,360 offenbart ein Drosselventil, das in einem Gehäuse einen Dichtringsatz aufweist. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei derartige Dichtringe bereitgestellt, die jeweils einen Schlitz aufweisen. Dabei sind die Ringe derart zueinander verdreht, dass die Schlitze nicht fluchtend liegen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Fluidsteuerventilbaugruppe zum Steuern der Strömung eines Fluids bereitzustellen, das in der Lage ist, ein Ausströmen des Fluids mit hoher Temperatur zu verhindern, wenn das Ventil geschlossen ist, und dabei eine Verformung eines Dichtungsrings aufgrund von Wärmedehnung zu verhindern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Fluidsteuerventilbaugruppe nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluidsteuerventilbaugruppe zum Steuern der Strömung eines Fluids. Die Ventilbaugruppe hat ein Gehäuse, das einen Fluiddurchgang ausbildet, und ein Ventil mit einer ringförmigen Nut. Das Ventil ist in dem Fluiddurchgang vorgesehen. Auch hat das Ventil eine offene Stellung, um es dem Fluid zu ermöglichen, in dem Fluiddurchgang zu strömen, und das Ventil hat eine geschlossene Stellung, um die Strömung des Fluids in dem Fluiddurchgang zu verringern. Die Ventilbaugruppe hat auch einen Dichtungsring mit einem Zwischenraum, der sich zwischen einem äußeren Durchmesser und einem inneren Durchmesser des Dichtungsrings erstreckt, und der Dichtungsring hat ein Paar von entgegengesetzten axialen Seitenflächen. Der Dichtungsring ist in der Nut vorgesehen und der Dichtungsring dichtet gegen das Gehäuse ab, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Stellung befindet, um dabei eine Strömung des Fluids durch das Gehäuse zu verringern. Des Weiteren hat die Ventilbaugruppe einen Stützring, der in der Nut angrenzend an eine der axialen Seitenflächen des Dichtungsrings vorgesehen ist, um dadurch eine Fluidströmung durch den Zwischenraum des Dichtungsrings zu blockieren, wenn das Ventil in der geschlossenen Stellung ist.
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1 ist eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fluidsteuerventilbaugruppe;
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2A ist eine Querschnittansicht eines Abschnitts der Fluidsteuerventilbaugruppe;
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2B ist eine Endansicht eines Abschnitts der Fluidsteuerventilbaugruppe, der stromabwärts betrachtet wird;
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Die 3A bis 3D sind teilweise perspektivische Ansichten von Ausführungsbeispielen eines Dichtungsrings der Fluidsteuerventilbaugruppe;
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Dichtungsrings und eines Stützrings der Fluidsteuerventilbaugruppe;
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Stützrings der Fluidsteuerventilbaugruppe; und
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die 6A und 6B sind Querschnittansichten der Fluidsteuerventilbaugruppe mit dem Stützring von 5, wobei 6A eine Explosionsansicht der Fluidsteuerventilbaugruppe ist und 6B eine Ansicht ist, bei der die Fluidsteuerventilbaugruppe montiert ist.
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Die 1, 2A und 2B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Fluidsteuerventilbaugruppe 1. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Fluidsteuerventilbaugruppe 1 zum Gebrauch in einer Abgasrückführmengensteuerventilbaugruppe eingesetzt. Jedoch wird der gewöhnliche Fachmann verstehen, dass die Fluidsteuerventilbaugruppe 1 in jedem geeigneten Fluidsteuersystem eingesetzt werden kann, ohne vom Anwendungsbereich der Offenbarung abzuweichen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Fluidsteuerventilbaugruppe 1 in einer Brennkraftmaschine (nachstehend bezeichnet als „Maschine”), wie beispielsweise einer Dieselmaschine eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Automobils, verwendet. Die Fluidsteuerventilbaugruppe 1 ist mit einem Abgasrückführrohr (nicht gezeigt) fluidgekoppelt, das mit einem Abgasdurchgang der Maschine fluidgekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das stromaufwärtige Ende des Abgasrückführrohrs mit dem Abgaskrümmer des Abgasrohrs verbunden und das stromabwärtige Ende des Abgasrückführrohrs ist mit der Einlassmündung des Einlassrohrs verbunden. Ein Teil des Abgases (nachstehend bezeichnet als „EGR Gas”) wird in einen Einlassdurchgang eines Einlassrohrs rückgeführt. Die Fluidsteuerventilbaugruppe 1 (nachstehend bezeichnet als das EGR Steuerventil 1) steuert die Menge eines rückgeführten EGR Gases, das in dem Abgasrückführdurchgang strömt.
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Die EGR Steuerventilbaugruppe 1 von diesem Ausführungsbeispiel hat ein Gehäuse 2, das einen Fluiddurchgang ausbildet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Fluiddurchgang erste und zweite Abgasrückführdurchgänge 15, 17. Das Gehäuse 2 definiert ebenso einen zylindrischen Einsatzeinpassabschnitt 10 zwischen den Durchgängen 15, 17. Das Gehäuse 2 hat auch einen rohrförmigen Einsatz 3, der zwischen den ersten und zweiten Durchgängen 15, 17 vorgesehen ist.
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Die EGR Steuerventilbaugruppe 1 hat auch ein Butterfly-artiges Ventil 4, das in dem Einsatz 3 des Gehäuses 2 vorgesehen ist. Das Ventil 4 kann bei einer offenen Stellung positioniert werden, um es einem Fluid zu ermöglichen, von dem ersten Abgasrückführdurchgang 15 zu dem zweiten Abgasrückführdurchgang 17 zu strömen. Das Ventil 4 kann auch bei einer geschlossenen Stellung positioniert werden, um eine derartige Strömung des Abgases zu verringern (beispielsweise zu verhindern). Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Ventil 4 auch bei einer Zwischenstellung zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Stellung eingestellt und gehalten werden, um die Strömung durch die Durchgänge 15, 17 einzustellen. In 1 wird das Ventil 4 in der geschlossenen Stellung dargestellt. Die Ventilbaugruppe 1 hat auch eine Ventilvorspanneinrichtung (nicht gezeigt), wie beispielsweise eine Rückholfeder, zum Vorspannen dieses Butterfly-artigen Ventils 4 in Richtung der offenen oder der geschlossenen Stellungen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Butterfly-artige Ventil 4 einen Ventilschaft 5, der die Antriebskraft eines Aktuators, wie beispielsweise eines Elektromotors, und eines Kraftübertragungsmechanismus aufnimmt. Dadurch wird der Ventilschaft 5 gedreht und in Position gehalten.
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Darüber hinaus ist eine kreisförmige ringförmige Dichtungsringnut 6 (d. h., eine ringförmige Nut 6) in der äußeren Umfangsfläche des Butterfly-artigen Ventils 4 ausgebildet. Ein Dichtungsring 7 und ein Stützring 8 sind in der Dichtungsringnut 6 vorgesehen.
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Wenn sich das Ventil 4 in der geschlossenen Stellung befindet, wird das Butterfly-artige Ventil 4 in eine Richtung eingestellt, die in etwa orthogonal (d. h., vertikal) zu der Fläche des Einsatzes 3 ist und in etwa orthogonal zu der Richtung einer Strömung eines EGR Gases (d. h., Hochtemperaturfluid) ist, das in dem Einsatz 3 strömt. Eine Abdichtung wird zwischen dem Dichtungsring 7 und der Fläche des Einsatzes 3 aufgrund einer Ausdehnung des Dichtungsringes 7 in der radialen Richtung erzeugt, wie es nachstehend detaillierter erklärt wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Ventilantriebsvorrichtung zum Öffnen oder Schließen des Butterfly-artigen Ventils 4 ein elektrisch betätigter Aktuator mit einem Aggregat. Der Aktuator ist aus einem Elektromotor und aus einem Kraftübertragungsmechanismus (beispielsweise ein Getriebestufenverringerungsmechanismus) aufgebaut, um die Drehbewegung des Motorschafts (d. h., der Abtriebswelle) des Elektromotors zu dem Ventilschaft 5 zu übertragen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Gleichstrommotor (DC Motor), wie beispielsweise ein bürstenloser DC Motor oder ein DC Motor mit einer Bürste, als der Elektromotor verwendet. Ein Wechselstrommotor (AC Motor), wie beispielsweise ein Drehstrommotor, kann als der Elektromotor verwendet werden. Der Getriebestufenverringerungsmechanismus reduziert die Drehgeschwindigkeit der Motorwelle des Elektromotors, um ein vorbestimmtes Verringerungsverhältnis zu erzeugen, um das Motorabtriebswellenmoment (d. h., eine Antriebskraft) des Elektromotors zu dem Ventilschaft 5 zu übertragen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor durch eine Maschinensteuereinheit (nachstehend bezeichnet als „ECU”) unter Strom gesetzt und gesteuert.
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Die ECU hat eine CPU zum Ausführen einer Steuerverarbeitung und einer Betätigungsverarbeitung, eine Speichervorrichtung (d. h., einen Speicher, wie beispielsweise einen ROM und einen RAM) zum Speichern verschiedener Programme und Daten, und einen Mikrocomputer mit einem bekannten Aufbau mit den Funktionen eines Eingabekreises, eines Ausgabekreises und dergleichen. Darüber hinaus ist die ECU so aufgebaut, dass sie den Öffnungsgrad des Ventils (d. h., eine Ventilöffnung) des Butterfly-artigen Ventils 4 auf der Basis eines Steuerprogramms, das in dem Speicher gespeichert ist, elektronisch steuert, wenn ein Zündschalter (nicht gezeigt) eingeschaltet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel führt die ECU die vorstehend erwähnte Steuerung basierend auf den Steuerprogrammen auch aus, wenn der Zündschalter ausgeschaltet ist. Die ECU ist so aufgebaut, dass Sensorsignale von verschiedenen Arten von Sensoren durch A/D-Wandler umgewandelt werden und dann dem in der ECU eingebauten Mikrocomputer eingegeben werden. Der Mikrocomputer hat einen EGR Mengensensor, einen Kurbelwinkelsensor, einen Beschleunigerpositionssensor, einen Luftströmungsmesser, einen Kühlwassertemperatursensor und dergleichen, die daran angeschlossen sind.
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Das Gehäuse 2 wird aus einer Aluminiumlegierung durch Druckgießen in einer bestimmten Form ausgebildet. Das Gehäuse 2 hat ein einlassseitiges Öffnungsende, das über ein Abgasrückführrohr mit einem Abgaskrümmer verbunden ist, und ein auslassseitiges Öffnungsende, das über ein Abgasrückführrohr mit einer Einlassmündung (oder einem Ausgleichsbehälter oder einem Drosselkörper) verbunden ist. Das Gehäuse 2 ist an dem Abgasrückführrohr oder dem Einlassrohr der Maschine durch die Verwendung eines Befestigungsteils (nicht gezeigt), wie beispielsweise einer Schraube, befestigt.
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Auch ist ein zylindrisches Ventillagerteil 13 enthalten, das den Ventilschaft 5 drehbar stützt, der sich über ein Lagerteil, wie beispielsweise eine Buchse 11 oder ein Kugellager, und eine Öldichtung 12, wie beispielsweise eine Gummidichtung oder eine Abdichtung, wie beispielsweise eine Gummidichtung, einstückig mit dem Butterfly-artigen Ventil 4 dreht. Des Weiteren ist ein Kühlwasserrohr (nicht gezeigt) mit dem Gehäuse 2 verbunden, um ein Maschinenkühlwasser innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs (beispielsweise 75°C bis 80°C) durch einen Kühlwasserzirkulationsdurchgang 14 zu zirkulieren. Zum Beispiel ist der Zirkulationsdurchgang 14 in der Nähe der Position eines vollkommen geschlossenen Ventils oder um das Einsatzeinpassteil 10 oder ein Ventilschaftlagerteil 13 eingefügt.
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Der Einsatz 3 ist ein zylindrisches Teil, das einen Abschnitt des Abgasrückführrohrs ausbildet und das das Butterfly-artige Ventil 4 derart aufnimmt, dass das Butterfly-artige Ventil 4 frei geöffnet und geschlossen werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 3 aus einem hitzebeständigen Material ausgebildet, das hochtemperaturbeständig ist (beispielsweise rostfreier Stahl). Der Einsatz 3 definiert einen Abgasrückführdurchgang 16 (d. h., einen Fluiddurchgang), der die Abgasrückführdurchgänge 15, 17 fluidkoppelt. Die Innendurchmesserfläche des Einsatzes 3 definiert eine Dichtungsringsitzfläche 19 (d. h., eine zylindrische radiale Fläche). Der Dichtungsring 7 dichtet gegen die Dichtungsringsitzfläche 19 ab, wenn sich das Ventil 4 in der geschlossenen Stellung befindet, wie es detaillierter erklärt wird.
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Das Butterfly-artige Ventil 4 ist ein Butterfly-artiges Drehventil, das aus einem hitzebeständigen Material (beispielsweise rostfreier Stahl) ausgebildet ist. Das Ventil 4 ist in etwa kreisförmig und plattenförmig und steuert die EGR Menge an EGR Gas, das mit einer in dem Einlassrohr strömenden Luft gemischt werden soll. Das Butterfly-artige Ventil 4 wird fortlaufend oder schrittweise von einer vollkommen geschlossenen Ventilstellung zu einer vollkommen geöffneten Ventilstellung auf der Basis eines Steuersignals von der ECU geschlossen und geöffnet, um den Öffnungsbereich des Abgasrückführdurchgangs 16 zu ändern und dabei eine EGR Menge zu steuern. Bei der vollkommen geschlossenen Ventilstellung (beispielsweise θ = 0°) ist ein Zwischenraum zwischen einer äußeren radialseitigen Endfläche des Butterfly-artigen Ventils 4 (d. h., eine Außenumfangsfläche eines Ventils) und der Innenumfangsfläche des Einsatzes 3 minimal. Somit ist die Austrittsmenge an EGR Gas minimal, wenn das Ventil vollkommen geschlossen ist (d. h., eine Strömung ist verringert). Ferner ist bei der geöffneten Ventilstellung (beispielsweise θ = 70 bis 90°) der Zwischenraum zwischen der Endfläche der äußeren radialseitigen Endfläche des Butterfly-artigen Ventils 4 und der inneren Umfangsfläche des Einsatzes 3 maximal. Dadurch liegt die Austrittsmenge an EGR Gas bei einem Maximum, wenn das Ventil vollkommen geöffnet ist (d. h., eine Strömung wird erhöht).
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Darüber hinaus ist, wie es in 2A gezeigt ist, eine Dichtungsringnut 6 (d. h., eine Umfangsnut oder eine ringförmige Nut) in der Umfangsrichtung an der Endfläche der Außendurchmesserfläche des Butterfly-artigen Ventils 4 durchgehend ausgebildet. Der Dichtungsring 7 ist in der Dichtungsringnut 6 angebracht und kann sich in der radialen Richtung und in der axialen Richtung bewegen, während er darin angebracht ist.
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Wie es in 2A gezeigt ist, sind ein Paar erste und zweite ringförmige vorstehende Abschnitte 24, 25 (d. h., ringförmige Nutwände) an dem äußeren radialseitigen Endabschnitt (äußerer Umfangsabschnitt eines Ventils) des Butterfly-artigen Ventils 4 an gegenüberliegenden Seiten der Dichtungsringnut 6 enthalten. Genauer gesagt hat das Ventil 4 einen stromabwärtigen vorstehenden Abschnitt 24 und einen stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitt 25. Somit hat die Dichtungsringnut 6 eine stromabwärtige Fläche 21, die im Allgemeinen stromaufwärts zeigt, und eine stromaufwärtige Fläche 22, die im Allgemeinen stromabwärts zeigt, und eine Bodenfläche 23, die im Allgemeinen auswärts und radial zeigt. Bei der Querschnittansicht von 2A sind die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Flächen 22, 21 in etwa senkrecht zu der Bodenfläche 23. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser R' des stromabwärtigen vorstehenden Abschnitts 25 (d. h., die Höhe der stromaufwärtigen Wand) kleiner als der Außendurchmesser R des stromabwärtigen vorstehenden Abschnitts 24 (d. h., die Höhe der stromabwärtigen Wand).
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Der Ventilschaft 5 ist aus einem hitzebeständigen Material (beispielsweise rostfreier Stahl) einstückig ausgebildet und wird durch das Ventillagerteil 13 des Gehäuses 2 drehbar oder gleitbar gestützt. Ein ventilseitiges Zahnrad (nicht gezeigt) des Getriebestufenverringerungsmechanismus ist in der Axialrichtung des Ventilschafts 5 an dem anderen Endabschnitt befestigt (d. h., an dem der Ventilseite gegenüberliegenden Endabschnitt). Ein Ende in der Axialrichtung des Ventilschafts 5 wird durch ein Schaftdurchgangsloch 26 durchgeführt, das in dem Einsatzeinpassabschnitt 10 des Gehäuses 2 ausgebildet ist, und steht in die Abgasrückführdurchgänge 16, 17 vor (d. h., ist ausgesetzt). Ein Ventilbefestigungsabschnitt zum Halten und Befestigen des Butterfly-artigen Ventils 4 durch eine Befestigungseinrichtung, wie beispielsweise eine Verschweißung, ist an dem einen Ende in der Axialrichtung des Ventilschafts 5 ausgebildet. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilschaft 5 mit dem Butterfly-artigen Ventil 4 derart gekoppelt, dass der Ventilschaft 5 und das Butterfly-artige Ventil 4 (wenn es sich in der geschlossenen Stellung befindet) einen zueinander positiven, spitzen Winkel haben.
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Der Dichtungsring 7 ist aus einem hitzebeständigen Material (beispielsweise rostfreier Stahl) ausgebildet und hat die Form eines kreisförmigen Ringes. Der Dichtungsring 7 hat eine Außendurchmesserfläche 33 und eine Innendurchmesserfläche 34. Die Außendurchmesserfläche 33 ist groß genug, um radial von der Dichtungsringnut 6 vorzustehen. Die Innendurchmesserfläche 34 ist klein genug, um beweglich innerhalb der Dichtungsringnut 6 enthalten zu sein. Auch hat der Dichtungsring 7 eine stromabwärtige axiale Seitenfläche 31 und eine stromaufwärtige axiale Seitenfläche 32. Die Dicke des Dichtungsrings 7 (d. h., der Abstand zwischen den axialen Seitenflächen 31, 32) ist kleiner als die Länge der Nut 6, so dass der Dichtungsring 7 in der Lage ist, sich innerhalb der Nut 6 axial zu bewegen.
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Wenn sich das Ventil 4 in der geschlossenen Stellung befindet, dichtet die Außendurchmesserfläche 33 gegen die Dichtungsringsitzfläche 19 des Einsatzes 3 ab. Somit vermindert (beispielsweise verhindert) der Dichtungsring 7 eine Strömung des Abgases durch den Abgasrückführdurchgang 16, wie es nachstehend detaillierter erklärt wird.
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Wie es in 2B gezeigt ist, hat der Dichtungsring 7 einen ausgesparten Zwischenraum 35, der sich zwischen der Außendurchmesserfläche 33 und der Innendurchmesserfläche 34 erstreckt. Somit ist der Dichtungsring 7 im Allgemeinen C-förmig. Der ausgesparte Zwischenraum 35 ermöglicht es dem Dichtungsring 7, sich aufgrund von Unterschieden bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Dichtungsring 7 und dem Einsatz 3 auszudehnen und zusammenzuziehen.
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Der ausgesparte Zwischenraum 35 kann jede geeignete Form haben. Beispielsweise zeigen die 3A bis 3D vier verschiedene Ausführungsbeispiele des ausgesparten Zwischenraums 35. Beispielsweise können die gegenüberliegenden Enden des Dichtungsrings 7 als eine Stumpfverbindung (3A), eine abgeschrägte Verbindung (3B), eine Überlappungsverbindung (3C) oder eine Überlappungsverbindung (3D) ausgebildet sein. Darüber hinaus können die Ecken, die durch die Schnittlinie zwischen der Außendurchmesserfläche 33 und den axialen Seitenflächen 31, 32 definiert werden, abgeschrägt oder gekrümmt sein, um ein Öffnen und Schließen des Ventils 4 zu erleichtern.
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Der Stützring 8 ist aus einem hitzebeständigen Material (beispielsweise rostfreiem Stahl) ausgebildet und hat die Form eines kreisförmigen Rings. Der Stützring 8 hat eine Außendurchmesserfläche 43, eine Innendurchmesserfläche 44, eine stromabwärtige axiale Seitenfläche 41 und eine stromaufwärtige axiale Seitenfläche 42. Der Stützring 8 wird derart in der Nut 6 beweglich gestützt, dass die Außendurchmesserfläche 43 radial von der Nut 6 hervorsteht. Die Innendurchmesserfläche 44 und die Dicke des Stützrings 8 sind derart, dass der Stützring 8 dazu im Stande ist, sich innerhalb der Nut 6 radial und axial zu bewegen. Der Stützring 8 ist in der Nut 6 angrenzend an die stromabwärtige axiale Seitenfläche 31 des Dichtungsrings 7 vorgesehen. Wie es in 2A gezeigt ist, hat die Außendurchmesserfläche 43 des Stützrings 8 einen kleineren Durchmesser als die Außendurchmesserfläche 33 des Dichtungsrings 7.
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Wie es in den 2A und 2B gezeigt ist, wenn sich das Ventil 4 in der geschlossenen Stellung befindet, versperrt der Stützring 8 zumindest teilweise den ausgesparten Zwischenraum 35 des Dichtungsrings 7, um dabei eine Fluidströmung durch den Zwischenraum 35 zu hemmen (beispielsweise zu verhindern). Auch grenzt (beispielsweise dichtet) die stromabwärtige axiale Seitenfläche 41 des Stützrings 8 an die stromabwärtige Fläche 21 des Ventils 4 an und die stromabwärtige axiale Seitenfläche 42 des Stützrings 8 grenzt an die stromabwärtige axiale Seitenfläche 31 des Stützrings 7 an.
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Bei dem in 2B gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Stützring 8 auch einen Schlitz 45, der sich radial zwischen der Außendurchmesserfläche 43 und der Innendurchmesserfläche 44 erstreckt. Wie es gezeigt ist, ist der Schlitz 45 in der X Richtung enger als der Zwischenraum 35 des Dichtungsrings 7. Der Schlitz 45 ist eng genug, um ein Austreten des EGR Gases dort durch bedeutsam zu unterdrücken (d. h., zu verhindern). Bei dem in 2B gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Schlitz 45 und der Zwischenraum 35 in der axialen Richtung ausgerichtet. Jedoch sind bei einem weiteren in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Schlitz 45 und der Zwischenraum 35 in der axialen Richtung verstellt. Genauer gesagt sind der Stützring 8 und der Dichtungsring 7 in etwa 180° relativ zueinander um die Achse derart gedreht, dass der Schlitz 45 und der Zwischenraum 35 in etwa 180° auseinander liegen und in der Achsrichtung versetzt sind.
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Als nächstes wird der Betrieb der Abgasrückführvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kurz beschrieben.
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Wenn die Maschine gestartet wird und das Einlassventil der Einlassöffnung des Zylinderkopfes der Maschine geöffnet wird, wird eine durch einen Luftfilter gefilterte Einlassluft durch ein Einlassrohr und einen Drosselkörper durchgeführt und zu der Einlassmündung der jeweiligen Zylinder verteilt und dann in die Brennkammern der jeweiligen Zylinder der Maschine gesaugt. Die Einlassluft wird komprimiert, bis die Temperatur auf die Verbrennungstemperatur ansteigt, und dann wird Kraftstoff eingespritzt und verbrannt. Ein in den Brennkammern erzeugtes Verbrennungsgas wird von den Auslassöffnungen der Zylinderköpfe ausgelassen und wird dann durch den Abgaskrümmer und das Abgasrohr ausgelassen.
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Eine elektrische Energie wird dem Elektromotor durch die ECU zugeführt, um das Butterfly-artige Ventil 4 in eine vorbestimmte Ventilöffnungsstellung (das heißt, in einen Drehwinkel) zu bringen. Genauer gesagt wird die Motorwelle des Elektromotors gedreht. Wenn die Antriebskraft (das heißt, das Motorabtriebswellenmoment) des Elektromotors zu dem Ventilschaft 5 übertragen wird, wird der Ventilschaft 5 um einen festgelegten Drehwinkel gedreht. Daher wird das Butterfly-artige Ventil 4 in einer Richtung gedreht und angetrieben, in der das Butterfly-artige Ventil 4 geöffnet wird. Dann strömt zumindest ein Teil des Abgases (EGR Gases) durch den Abgasdurchgang, der in dem Abgasrohr der Maschine ausgebildet ist, einen Abgasrückführdurchgang, den Abgasrückführdurchgang 15 des Gehäuses 2, den Abgasrückführdurchgang 16 des Einsatzes 3, den Abgasrückführdurchgang 17 des Gehäuses 2, den Abgasrückführdurchgang des Abgasrückführrohrs und strömt dann in die Einlassmündung.
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Das von dem Abgasrückführdurchgang 17 des Gehäuses 2 in die Einlassmündung eingeführte EGR Gas wird mit der von dem Drosselkörper in den Einlasskrümmer eingeführten Einlassluft vermischt. Eine vorbestimmte EGR Menge wird durch ein Erfassungssignal von einem Einlassluftmengensensor (das heißt, einem Luftströmungssensor), einem Einlasstemperatursensor und einen EGR Mengensensor bei einem vorbestimmten Wert gehalten. Daher, um eine Emission zu verringern, wird die Ventilöffnung des Butterfly-artigen Ventils 4 gesteuert, um eine EGR Menge gemäß einem Betriebszustand der Maschine beizubehalten und die Einlassluft wird mit dem in den Einlasskrümmer rückgeführten EGR Gas vermischt.
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Im Gegensatz dazu, wenn die Zufuhr eines elektrischen Stromes zu dem Elektromotor gestoppt wird, wird das Butterfly-artige Ventil 4 durch die Vorspannkraft einer Ventilvorspanneinrichtung zu der vollkommen geschlossenen Ventilstellung (1) zurückbewegt. Dadurch wird die Außendurchmesserfläche des Dichtungsrings 33 des Dichtungsrings 7 angrenzend platziert und dichtet gegen die Dichtungsringsitzfläche 19 des Einsatzes 3 ab. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtungsrings 7 derart, dass sich der Dichtungsring 7 aufgrund der erhöhten Temperatur radial ausdehnt und eine Spannkraft von dem Dichtungsring 7 gegen die Ringsitzfläche 19 hält die Dichtung dazwischen. Bei dem in 2A gezeigt Ausführungsbeispiel verbleibt zwischen dem Stützring 8 und der Sitzfläche 19 ein Zwischenraum und nur der Dichtungsring 7 dichtet gegen die Sitzfläche 19 ab.
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Auch, wenn sich das Ventil 4 in der geschlossenen Stellung befindet, wird der Dichtungsring 7 aufgrund des Drucks des EGR Gases (das heißt, eines Abgasdrucks) in die axiale Richtung der Dichtungsringnut 6 stromabwärts bewegt. Infolgedessen wird die stromabwärtige Dichtungsringseitenfläche 31 des Dichtungsrings 7 auf die stromabwärtige Stützringseitenfläche 42 gedrückt (das heißt, gegen diese abgedichtet) und die stromabwärtige Stützringseitenfläche 41 wird auf die stromabwärtige Nutwandfläche 21 gedrückt (das heißt, dichtet gegen diese ab). Deshalb, wenn das Ventil vollkommen geschlossen ist, wird der Durchgang 16 aufgrund der axialen Bewegung des Dichtungsrings 7 und des Stützrings 6 aufgrund des EGR Drucks und aufgrund der thermischen Ausdehnung des Dichtungsrings 7 in der radialen Richtung abgedichtet.
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Wie angegeben, ist der ausgesparte Zwischenraum 35 in dem Dichtungsring 7 vorgesehen. Jedoch wird ein Austreten des EGR Gases durch den ausgesparten Zwischenraum 35 begrenzt (beispielsweise verhindert), weil der Stützring 8 den Dichtungsring 7 überlappt und eine derartige Strömung hemmt. Somit ist ein Austreten eines EGR Gases durch den ausgesparten Zwischenraum 35 unwahrscheinlich und es ist unwahrscheinlich, dass sich ein EGR Gas mit der Einlassluft vermischt.
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Dadurch kann die Anzahl an Teilen verringert werden, wodurch eine Montage vereinfacht und Kosten gesenkt werden. Insbesondere wird nur ein Dichtungsring 7 verwendet, um gegen die Sitzfläche 19 des Einsatzes 3 abzudichten. Des Weiteren ist nur ein Stützring 8 enthalten.
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Des Weiteren, wie es angegeben wurde, ist der Außendurchmesser R' des stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitts 25 (das heißt, die Höhe der stromaufwärtigen Wand) kleiner als der Außendurchmesser R des stromabwärtigen vorstehenden Abschnitts 24 (das heißt, der Höhe der stromabwärtigen Wand). Somit ist der Dichtungsring 7 dem EGR Gas besser ausgesetzt und nimmt den Druck (das heißt, das Abgasdruck) davon auf. Daher bewegen sich der Dichtungsring 7 und der Stützring 8 aufgrund des Gasdrucks leichter in die axiale Richtung. Folglich wird die Abdichtungstätigkeit verbessert.
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Nun wird Bezug auf die 5, 6A und 6B nehmend ein anderes Ausführungsbeispiel der Ventilbaugruppe 1 gezeigt. Komponenten, die den vorstehend beschriebenen Komponenten entsprechen haben eine entsprechende Nummerierung in den Figuren.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Stützring 8 in der Umfangsrichtung durchgängig. Anders gesagt hat der Stützring 8 nicht den Schlitz 45 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels.
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Auch hat das Ventil 4 einen Hauptkörper 4a und einen Halter 4b, der entfernbar mit dem Hauptkörper 4a gekoppelt ist. Der Hauptkörper 4a hat den vorstehend beschriebenen stromabwärtigen vorstehenden Abschnitt 24 und der Halter 4b hat den vorstehend beschriebenen stromaufwärtigen vorstehenden Abschnitt 25. Anders gesagt ist die Nut 6 zwischen dem Hauptkörper 4a und dem Halter 4b ausgebildet. Somit sind der Dichtungsring 7 und der Stützring 8 zwischen dem Hauptkörper 4a und dem Halter 4b vorgesehen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Hauptkörper 4a und der Halter 4b verschraubbar gekoppelt. Genauer gesagt hat der Hauptkörper 4a ein Außengewinde und der Halter 4b hat ein Innengewinde, um den Hauptkörper 4a und den Halter 4b verschraubbar zu koppeln und zu entkoppeln.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel dichtet der Dichtungsring 7 direkt gegen die Innendurchmesserfläche des Durchgangs 16 ab und ein Einsatz 3 ist nicht eingefügt. Dadurch wird die Anzahl Teilen weiter verringert, wodurch Kosten reduziert werden und eine Montage vereinfacht wird.
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Des Weiteren ist bei einem Ausführungsbeispiel das Butterfly-artige Ventil 4 durch Verwenden von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise eine Befestigungsschraube oder einen Fixierbolzen, an dem Ventilschaft 5 festgemacht und befestigt.
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Außerdem ist bei einem Ausführungsbeispiel die Ventilantriebsvorrichtung zum Öffnen und Schließen des Ventils 4 ein Negativdruck betätigter Aktuator mit einem Negativdrucksteuerventil einer elektromagnetischen Art oder einer elektrischen Art oder ein elektromagnetisch betätigter Aktuator, wie beispielsweise ein elektromagnetisches Fluidsteuerventil. Daher wird eine Vorspanneinrichtung, wie beispielsweise eine Feder unnötig.
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Außerdem dreht sich bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel das Butterfly-artige Ventil 4 um die Drehmittelachse des Ventilschafts 5. Jedoch wird verstanden werden, dass andere Ventile, wie beispielsweise ein plattenartiges Ventil, ein Ventil der Tellerart, ein Ventil der Doppeltellerart oder ein Ventil der Drehart als das Ventil verwendet werden können.
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Bei dem vorstehend offenbarten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 2 mit der Mitte des Abgasrückführrohrs verbunden. Jedoch kann das Gehäuse einen Teil des Einlassrohrs und einen Teil des Abgasrückführrohrs der Maschine ausbilden. Des Weiteren kann das Gehäuse einen Teil des Abgasrohrs und einen Teil des Abgasrückführrohrs der Maschine ausbilden. Ferner kann das Ventil der Erfindung bei einem Einlassteuerventil, wie beispielsweise einem Drosselventil zum Steuern der Menge an in die Brennkammer der Maschine eingesaugter Einlassluft, einem Abgassteuerventil zum Steuern der Menge eines von der Brennkammer der Maschine ausgelassenen Abgases und/oder bei einem Leerlaufdrehzahlsteuerventil zum Steuern der Menge einer Einlassluft, die ein Drosselventil umgeht, angewendet werden. Ferner kann das Ventil der Erfindung bei einem Ventilkörper eines Fluidsteuerventils (das heißt, eines Durchströmungssteuerventils) zum Steuern der Durchströmung eines Fluids, wie beispielsweise eines Gases und einer Flüssigkeit, angewendet werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Fluidsteuerventil bei dem EGR Steuerventil 1 zum Steuern des Durchflusses eines Fluids, wie beispielsweise eines EGR Gases (das heißt, eines Hochtemperaturfluids) angewendet. Jedoch ist das Fluidsteuerventil nicht auf ein derartiges Fluiddurchströmungssteuerungsventil zu beschränken, sondern kann auch bei einem Fluiddurchgangsöffnungs-/schließventil, einem Fluiddurchgangumschaltventil und einem Fluiddurcksteuerventil angewendet werden. Darüber hinaus kann das Fluidsteuerventil der Erfindung bei einem Einlassluftströmungssteuerventil, wie beispielsweise einem Tumble-Strömungssteuerventil und einem Drall-Strömungssteuerventil, und bei einem Einlassluftveränderungsventil zum Verändern der Durchgangslänge oder des Querschnittsbereichs des Lufteinlassdurchgangs angewendet werden.
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Die Erfindung wurde in einer darstellenden Art und Weise beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die verwendete Terminologie eher in der Art von beschreibenden Worten als in der Art einer Einschränkung gedacht ist. Viele Abwandlungen und Veränderungen der Erfindung sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich. Deshalb kann die Erfindung innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche, anders als besonders beschrieben, ausgeübt werden.
