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Die Erfindung betrifft ein Fluidkanalventil zum Umschalten eines Strömungszustands von Fluid durch Öffnen und Schließen eines Fluidkanals, durch den das Fluid fließt.
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Es ist ein Fluidkanalventil bekannt, das zum Beispiel mit einem Fluidkanal verbunden ist, durch das ein Fluid fließt, um, durch Umschalten eines Verbindungszustands des Fluidkanals, einen Strömungszustand des Fluids zu steuern.
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Bei diesem Fluidkanalventil ist ein Kugelventil im Inneren eines Ventilhauptkörpers vorgesehen, und durch Drehen einer Welle, die mit einem oberen Abschnitt des Kugelventils verbunden ist, bewirkt ein Durchgangsloch des Kugelventils, dass ein Paar von Kanälen (ein Gasfluideinlass und ein Gasfluidauslass), welche in dem Ventilkörper ausgebildet sind, miteinander in Verbindung gebracht werden. Ferner sind an der Gasfluideinlassseite und der Gasfluidauslasseite des Kugelventils ein fester Sitz und ein beweglicher Sitz so angeordnet, dass sie das Kugelventil zwischen sich aufnehmen. Das Kugelventil wird zwischen dem festen Sitz und dem beweglichen Sitz mittels eines Federelements gehalten, welches den beweglichen Sitz zur Seite des Kugelventils hin vorspannt. Weil bei dieser Struktur das Kugelventil immer mit dem festen Sitz und dem beweglichen Sitz in Kontakt gehalten wird, wird die Abdichtung gewährleistet (siehe z. B.
JP 57-114068 A ).
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Weil bei oben genannten herkömmlichen Technik das Kugelventil und der bewegliche Sitz innerhalb eines festen Bereichs in Kontakt stehen, kann das Ventil nicht öffnen, solange nicht der feste Bereich überschritten wird. Anders ausgedrückt, weil sich das Kugelventil erst öffnet, nachdem sich die Welle gedreht hat, kommt es zu einer Phasendifferenz zwischen der Drehung der Welle und der Öffnung des Ventils. Bei dieser Struktur ist es schwierig, eine Strömungsratencharakteristik zu erhalten, die proportional zur Drehung der Welle ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fluidkanalventil anzugeben, worin die Trennung zwischen einem Ventilkörper und einem Sitz glattgängig durchgeführt werden kann, die Steuerung der Strömungsrate proportional zur Wellendrehung möglich gemacht wird und geeignete Strömungsratencharakteristiken sichergestellt werden können.
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Weil ferner bei der oben genannten herkömmlichen Technik das Kugelventil immer mit dem beweglichen Sitz und dem festen Sitz in Kontakt steht und sich in Gleitkontakt zwischen diesen bewegt, wird normalerweise eine Reibung zwischen den Strukturelementen erzeugt, und daher entstehen Probleme in Bezug auf Verschleiß und Haltbarkeit dieser Strukturelemente. Weil ferner das Federelement auf das Kugelventil drückt, erzeugt die Drucklast einen eigenen Effekt in Bezug auf die Schwingungsbeständigkeit.
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Zur Lösung dieser Probleme ist an eine Struktur gedacht worden, worin der feste Sitz weggelassen wird, und worin das Kugelventil auf dem beweglichen Sitz nur dann aufsitzt, wenn das Ventil geschlossen ist. Weil ferner bei dieser Struktur die Abdichtung zwischen dem beweglichen Sitz und dem Kugelventil sichergestellt wird, wird hier eine Struktur vorgesehen, in der der bewegliche Sitz in Richtung senkrecht zur axialen Richtung verlagert wird, und worin der bewegliche Sitz eine Ausrichtungsfunktion hat.
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Andererseits werden in dem Fall eines Fluidkanalventils (z. B. eines AGR-Ventils), das einen Fluidkanal öffnet und schließt, durch die Fremdstoffe (unerwünschte Materialien, z. B. Verbrennungsprodukte) enthaltendes Gas fließt, diese Fremdstoffe in der Nähe der Gleitabschnitte des beweglichen Sitzes abgelagert, und beeinträchtigen (verschlechtern) Gleiteigenschaften des beweglichen Sitzes. Infolgedessen wird die vorgenannte Ausrichtungsfunktion des beweglichen Sitzes weiter verschlechtert, so dass die Abdichtungseigenschaften davon nicht immer sichergestellt werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fluidkanalventil anzugeben, worin durch Reibung zwischen dem Ventilkörper und dem Sitz erzeugter Verschleiß verringert werden kann, die Schwingungsbeständigkeit verbessert werden kann und die Abdichtung zwischen dem Ventilkörper und dem Sitz wirkungsvoll sichergestellt werden kann.
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Zur Lösung der obigen Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Fluidkanalventil angegeben, gekennzeichnet durch einen Hauptkörper, der einen Ventilkörper, der durch eine Welle drehbar angeordnet ist, und eine Ventilkammer, in der der Ventilkörper aufgenommen ist, aufweist; einen beweglichen Sitz mit einer Sitzfläche zum Aufsitzen des Ventilkörpers; und ein elastisches Element zum Vorspannen des beweglichen Sitzes zu einer vom Ventilkörper entgegengesetzten Seite hin um den beweglichen Sitz herum. Der Ventilkörper enthält, als zumindest einen Abschnitt davon, einen kugelförmigen Oberflächenabschnitt, der als Kugeloberfläche ausgebildet ist, wobei die Welle an dem Ventilkörper derart angebracht ist, dass ihre Achse an einer Position angeordnet ist, die von einer Krümmungsmitte des kugelförmigen Oberflächenabschnitts versetzt ist, der bewegliche Sitz in Verbindungsloch darin enthält, dessen Achse im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Welle liegt, der kugelförmige Oberflächenabschnitt des Ventilkörpers gegen die Sitzfläche abgestützt ist, um durch Schließen des Verbindungslochs einen Ventilschließzustand herzustellen, und einen Ventilöffnungszustand hergestellt wird, in dem der Ventilkörper von dem beweglichen Sitz gelöst und das Verbindungsloch geöffnet wird.
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Bei der obigen Konfiguration dreht (schwingt oder kippt) der Ventilkörper um eine versetzt angeordnete Drehachse, wobei durch Aufsitzen des Ventilkörpers auf dem beweglichen Sitz ein Ventilschließzustand erzeugt wird, und durch Trennung des Ventilkörpers von dem beweglichen Sitz weg ein Ventilöffnungszustand erzeugt wird. Wenn mit dieser Struktur der Ventilkörper im Ventilschließzustand in einer Richtung zur Trennung von dem beweglichen Sitz weg verschwenkt wird, wird Nachfolgebewegung des beweglichen Sitzes zu dem Ventilkörper hin durch die Vorspannkraft des elastischen Elements in Richtung entgegen dem Ventilkörper zwangsweise eingeschränkt. Insbesondere wenn sich der Ventilkörper von dem beweglichen Sitz weg trennt, kann, unmittelbar nach der Drehung der Welle, das Verbindungsloch im Wesentlichen ohne jede Phasendifferenz geöffnet werden, weil sich der Ventilkörper trennt, ohne dass ihm der bewegliche Sitz folgt, um hierdurch eine Strömungsratensteuerung zu ermöglichen, welche proportional zur Drehung der Welle ist, während geeignete Strömungsratencharakteristiken sichergestellt werden. Ferner ist der feste Sitz der herkömmlichen Technik unnötig, und der Kontakt des Ventilkörpers mit dem beweglichen Sitz findet nur während des Ventilschließzustands statt, worin der Ventilkörper auf dem bewegliche Sitz sitzt. Weil somit der Ventilkörper und der bewegliche Sitz nicht fortlaufend miteinander in Kontakt stehen, kann die Reibung zwischen dem Ventilkörper und dem beweglichen Sitz verringert werden, und eine Zunahme des Drehmoments kann verhindert werden. Ferner kann die Federlast der Rückstellfeder direkt von dem beweglichen Sitz aufgenommen werden, und es ist nicht erforderlich, einen zusätzlichen Positionierungsanschlag vorzusehen, um eine vollständig geschlossene Stellung zu bestimmen, so dass die Kosten verringert werden können. Weil darüber hinaus Schwingungen von dem beweglichen Sitz, während der Ventilkörper von dem beweglichen Sitz weg getrennt wird, nicht übertragen werden, kann der Einfluss auf die Schwingungsbeständigkeit minimiert werden.
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Wenn in dem oben beschriebenen Fluidkanalventil ein Winkel zwischen der Achse des beweglichen Sitzes und der Sitzfläche als Sitzwinkel definiert wird, bei Betrachtung im Querschnitt in einer Ebene, die senkrecht zur Achse der Welle ist und die eine Krümmungsmitte des Ventilkörpers enthält, innerhalb eines Bereichs an einer dem beweglichen Sitz gegenüberliegenden Seite um eine Linie, die senkrecht zur Achse des beweglichen Sitzes ist und durch die Krümmungsmitte des kugelförmigen Oberflächenabschnitts des Ventilkörpers im Ventilschließzustand hindurchgeht, kann bevorzugt eine Drehachse des Ventilkörpers in einen Bereich gelegt werden, der durch einen Winkel des Sitzwinkels um die Krümmungsmitte im Bezug auf die Linie definiert ist.
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Wenn die Position der Drehmitte des Ventilkörpers in der vorstehenden Weise versetzt ist, wird der Ventilkörper nicht auf den beweglichen Sitz gedrückt, und kann ein „Verschleiß” (Abrieb) zwischen dem Ventilkörper und dem beweglichen Sitz verhindert werden, weil die Drehbahn des Ventilkörpers nicht durch den Innenraum des beweglichen Sitzes hindurch geht. Weil dementsprechend die Trennung zwischen dem Ventilkörper und dem beweglichen Sitz glattgängig erfolgen kann, kann eine Nachfolgebewegung des beweglichen Sitzes zu dem Ventilkörper hin effektiv unterbunden werden, und es kann eine geeignete Strömungsrate sichergestellt werden.
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In dem Fluidkanalventil kann ein ringförmiger Seitenvorsprung an dem beweglichen Sitz und/oder einem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt an dem Hauptkörper, der dem beweglichen Sitz gegenüber liegt, vorgesehen sein, wobei der ringförmige Seitenvorsprung in der axialen Richtung vorsteht und gegen den anderen des beweglichen Sitzes und des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts abgestützt ist (diesen berührt), und eine Gleitfläche zwischen dem beweglichen Sitz und den dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt weiter außen angeordnet ist als eine Kontaktfläche des Ventilkörpers und der Sitzfläche.
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Weil mit der vorstehenden Struktur der Ventilkörper und der bewegliche Sitz nicht immer miteinander in Kontakt stehen, kann die Reibung zwischen dem Ventilkörper und dem beweglichen Sitz reduziert werden, zusammen mit einer Verringerung des Einflusses dieser Reibung auf die Vibrationsbeständigkeit. Ferner stehen der bewegliche Sitz und der dem Sitz gegenüberliegende Abschnitt in der Endoberfläche des ringförmigen Seitenvorsprungs miteinander in Gleitkontakt, und weil die Gleitbewegungsfläche klein ist, kann der Gleitwiderstand an der Gleitfläche, wenn in Richtung senkrecht zur Achse des beweglichen Sitzes eine Verlagerung stattfindet, verringert werden, und kann die Ausrichtung der Funktion des beweglichen Sitzes vorteilhaft erreicht werden. Dementsprechend kann das Entstehen einer Leckage wirkungsvoll verhindert werden. Weil darüber hinaus im Ventilschließzustand die Gleitfläche zwischen dem beweglichen Sitz und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt weiter außerhalb angeordnet ist als eine Kontaktfläche zwischen dem Kontaktkörper und der Sitzoberfläche, wird der bewegliche Sitz durch den dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt stabil abgestützt, so dass dann, wenn der Ventilkörper auf dem beweglichen Sitz sitzt, der bewegliche Sitz nicht schräggestellt oder verkippt wird, und daher die Entstehung einer Leckage wirkungsvoll verhindert werden kann.
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Ferner kann in dem Fluidkanalventil eine ringförmige Wand an einem des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts und des beweglichen Sitzes angeordnet sein und weiter innen angeordnet sein als der ringförmige Seitenvorsprung, wobei die ringförmige Wand in der axialen Richtung in enger Nachbarschaft zu dem anderen des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts und des beweglichen Sitzes vorsteht.
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Weil bei dieser Struktur die ringförmige Wand als Barriere fungiert, kann das Gas, das durch den Gasfluideinlass eingeführt wird, nur schwer die vorgenannte Gleitfläche erreichen. Demzufolge können Fremdstoffe, die in dem Gas enthalten sind, nicht leicht an der Innenumfangsseite der Gleitfläche zwischen beweglichem Sitz und den dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt abgelagert werden, und daher können die Gleiteigenschaften der Gleitfläche noch besser sichergestellt werden.
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In dem obigen Fluidkanalventil kann ein ringförmiger Außenumfangsvorsprung bevorzugt an einem Außenumfangsabschnitt des beweglichen Sitzes vorgesehen sein, der nach außen und in enger Nachbarschaft in Bezug auf eine Innenumfangsfläche der Ventilkammer vorsteht.
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Weil bei dieser Struktur der ringförmige Außenumfangsabschnitt auch als Barriere fungiert, kann Gas von der Seite des Ventilkörpers nur schwer die Außenumfangsseite der vorgenannten Gleitfläche erreichen. Demzufolge werden in dem Gas enthaltene Fremdstoffe nicht leicht an der Außenumfangsseite der Gleitfläche zwischen dem beweglichen Sitz und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt abgelagert, und daher kann die Gleitfähigkeit der Gleitfläche noch stabiler sichergestellt werden.
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, worin eine bevorzugte Ausführung der Erfindung nur als Illustrationsbeispiel gezeigt ist, näher ersichtlich.
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1 ist eine partiell geschnittene Perspektivansicht eines Fluidkanalventils gemäß einer Ausführung der Erfindung;
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2 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II und zeigt einen Ventilöffnungszustand eines Kugelventils in dem Kugelventil von 1;
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3 ist eine Erläuterungszeichnung, die im Bezug auf die vollständig geschlossene Funktionsbeziehung zwischen dem Sitz und dem Ventil, einen „Verschleiß”-Bereich und einen „Nicht-Verschleiß”-Bereich, reguliert (eingestellt) basierend auf dem Sitzwinkel; und
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4 ist eine teilweise weggelassene vergrößerte Querschnittsansicht einer ersten Modifikation eines beweglichen Sitzes und einem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt.
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Nachfolgend wird im Bezug auf die beigefügte Zeichnungen eine bevorzugte Ausführung eines Fluidkanalventils gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
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1 ist eine teilweise geschnittene Perspektivansicht eines Fluidkanalventils 10 gemäß einer Ausführung der Erfindung. Das Fluidkanalventil 10 enthält einen Hauptkörper 12, einen Ventilkörper 14, der im Inneren des Hauptkörpers 12 drehbar angeordnet ist, einen beweglichen Sitz 16, der sich gegen den Ventilkörper 14 abstützt, ein elastisches Element 18, das den beweglichen Sitz 16 vorspannt oder unter Druck setzt, sowie ein Antriebskraftübertragungsmechanismus 20, der in einem oberen Teil des Hauptkörpers 12 angeordnet ist, um in Bezug auf den Ventilkörper 14 eine Drehantriebskraft auszuüben.
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Das Fluidkanalventil 10 ist gemäß der vorliegenden Ausführung als Abgasrückführventil (AGR-Ventil) 10A ausgebildet, worin ein Gasfluideinlass 22, durch das Brennstoffdampf enthaltendes Abgas zugeführt wird, an einem unteren Teil des Hauptkörpers 12 vorgesehen ist, und ein Gasfluidauslass 24, in das das Abgas eingeführt und durch einen Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) zirkuliert wird, an einer entgegengesetzten Seite des Gasfluideinlasses 22 durch den Ventilkörper 14 vorgesehen ist.
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Der Gasfluideinlass 22 und der Gasfluidauslass 24 sind im Wesentlichen entlang einer geraden Linie im Hauptkörper 12 angeordnet. Im Hauptkörper 12 ist eine Ventilkammer 26 zwischen dem Gasfluideinlass 22 und dem Gasfluidauslass 24 ausgebildet, und der kugelförmige Ventilkörper 24 ist im Inneren der Ventilkammer 26 drehbar angeordnet. Der obere und untere Abschnitt des Ventilkörpers 24 sind abgeflacht, während die Außenumfangsoberfläche außer die oberen und unteren Abschnitte davon als kugelförmiger Oberflächenabschnitt 30 ausgebildet ist. Der Ventilkörper 14 stützt sich gegen den beweglichen Sitz 16 an einem Abschnitt (Dichtfläche) des kugelförmigen Oberflächenabschnitts 30 ab.
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Wenn man annimmt, dass am Ventilkörper 14 der Abschnitt (Dichtfläche), der sich gegen den beweglichen Sitz 16 abstützt, als Kugelfläche ausgebildet ist, dann braucht der Ventilkörper 14 insgesamt nicht kugelförmig sein. Zum Beispiel kann an dem Ventilkörper 14 die Seite, die der zum beweglichen Sitz 16 weisenden Seite gegenüberliegt, eine ausgeschnittene ebene Form haben, oder alternativ kann die Dichtfläche, die sich gegen den beweglichen Sitz 16 abstützt, als scheibenförmiger Ventilkörper aufgebaut sein, der an seinem Außenumfang die Dichtfläche aufweist.
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Mit dem unteren Abschnitt des Ventilkörpers 14 ist ein Oberende einer ersten Welle verbunden und daran befestigt, wohingegen mit dem oberen Abschnitt des Ventilkörpers 14 ein Unterende einer zweiten Welle 34 verbunden und daran befestigt ist. Die erste Welle 32 ist um eine Achse A1 herum durch ein Lager 36 drehbar gelagert, das am unteren Teil des Hauptkörpers 12 angebracht und befestigt ist. Die zweite Welle 34 ist um die Achse A1 durch ein Lager 38 drehbar gelagert, das an einem oberen Teil des Hauptkörpers 12 angebracht und befestigt ist. Insbesondere drehen sich die erste Welle 32 und die zweite Welle 34 um eine gemeinsame Achse A1. Darüber hinaus ist die Achse A1 parallel zu einer Linie, die senkrecht zu einer Achse C des beweglichen Sitzes 16 ist.
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In 1 ist die Achse C des beweglichen Sitzes 16 durch eine Linie definiert, die durch die jeweiligen Mitten des Gasfluideinlasses 22 und des Gasfluidauslasses 24 hindurchläuft. Ferner ist die Richtung des Pfeils X die Richtung entlang der Achse C, wohingegen die Richtung des Pfeils Z die Richtung senkrecht zur X-Richtung ist, und die entlang der Achse A1 der ersten Welle 32 und der zweiten Welle 34 liegt (d. h. der vertikalen Richtung in 1). Die Richtung des Pfeils Y ist senkrecht zur X-Richtung und zur Z-Richtung.
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Die Position der Achse A1 der ersten Welle 32 und der zweiten Welle 34 ist von der Achse A2, die parallel zur Achse A1 ist, und die durch eine Krümmungsmitte des Kugeloberflächenabschnitts 30 (im Falle eines Ventilkörpers 14 mit im Wesentlichen kugeliger Gestalt, dessen Mitte), versetzt. Insbesondere ist die Achse 1 um einen vorbestimmten Abstand von der Achse A2 des Ventilkörpers 14 angeordnet. Deshalb ist der Ventilkörper 14 innerhalb der Ventilkammer 26 um die Achse A1 herum, die von der Achse A2 versetzt angeordnet ist, drehbar (schwenkbar) angebracht.
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Der Drehkraftübertragungsmechanismus 20 enthält die vorgenannte zweite Welle 34, ein drehbares Joch 40, das mit einem Oberende der zweiten Welle 34 verbunden ist, und eine Antriebsquelle 42, die mit einem oberen Teil des Hauptkörpers 12 verbunden ist, um die zweite Welle 34 über das drehbare Joch 40 drehend anzutreiben.
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Das Oberende der zweiten Welle 34 wird befestigt, indem es durch einen angenähert mittigen Abschnitt des drehbaren Jochs 40 eingeführt und daran mittels einer Mutter 44 befestigt wird. Die Antriebsquelle 42 ist zum Beispiel mit einem Schrittmotor oder einem Drehaktuator aufgebaut, der durch elektrische Anregung drehend angetrieben wird. Dessen Drehantriebskraft wird auf die zweite Welle 34 über das drehbare Joch 40 übertragen, wodurch der mit der zweiten Welle 34 verbundene Ventilkörper 14 um die Achse A1 herum drehend angetrieben wird. In diesem Fall wird die erste Welle 32, die mit dem unteren Teil des Ventilkörpes 14 verbunden ist, einstückig mit dem Ventilkörper 14 gedreht, während sie mit dem Lager 36 gelagert wird.
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2 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II und zeigt einen Ventilöffnungszustand eines Ventilkörpers 14 in dem Ventilfluidkanal 10 von 1. Zwischen dem Ventilkörper 14 und dem Gasfluideinlass 22 ist ein Sitzaufnahmeabschnitt 46 ausgebildet, der einen Teil der Ventilkammer 26 darstellt, und ein ringförmiger beweglicher Sitz 16 ist in dem Sitzaufnahmeabschnitt 46 angeordnet. Ein Anschlag 56 zum Tragen des elastischen Elements 18 ist an einer Seite in der X1-Richtung des beweglichen Sitzes 16 angeordnet, wohingegen ein dem Sitz gegenüberliegender Abschnitt 58, an dem der bewegliche Sitz 16 angebracht ist, an einer Seite in der X2-Richtung des beweglichen Sitzes 16 angeordnet ist. Der Sitzaufnahmeabschnitt 46 ist im Querschnitt entlang der Form des Außenumfangs des beweglichen Sitzes 16 kreisförmig ausgebildet.
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Der bewegliche Sitz 16 ist innerhalb eines durch die Richtung der Achse C regulierten Bereichs verlagerbar und wird in einer von dem Ventilkörper 16 entgegengesetzten Seite hin (d. h. in der X2-Richtung) durch das elastische Element 18 vorgespannt. Ein Zwischenraum 47 ist zwischen dem äußersten Umfangsabschnitt des beweglichen Sitzes 16 und der Innenumfangsfläche des Sitzaufnahmeabschnitts 46 vorgesehen. Im Ergebnis ist der bewegliche Sitz 16 innerhalb des Hauptkörpers 12 angeordnet und ist in Richtung senkrecht zur Richtung der Achse C verlagerbar. Insbesondere ist der bewegliche Sitz 16 innerhalb der Y-Z-Ebene verlagerbar. Mittels dieser Verlagerungsfunktion des beweglichen Sitzes 16 erreicht (erzeugt) man eine Ausrichtungsfunktion, welche später beschrieben wird.
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Ein Verbindungsloch 17 ist in dem beweglichen Sitz 16 ausgebildet, welches dessen Mitte in Richtung der Achse C durchsetzt, und eine Sitzfläche 48, auf der der Ventilkörper 14 aufsitzt, ist an einer Seite in der X1-Richtung des Verbindungslochs 17 ausgebildet. Die Sitzfläche 48 ist eine konisch geformte Oberfläche, wobei sich die Achse C des beweglichen Sitzes 16 zentral dort hindurch erstreckt, und bildet eine Oberfläche, die mit einem vorbestimmten Winkel (dem in 3 gezeigten Winkel Θ) in Bezug auf die Achse C geneigt ist. Insbesondere ist die Sitzfläche 48 derart ausgebildet, dass sich deren Innendurchmesser linear progressiv zur Seite der X1-Richtung hin erweitert.
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Ein ringförmiger Außenumfangsabschnittvorsprung 50, der in der radial auswärtigen Richtung vorsteht und sich über den Umfang erstreckt, ist an dem Außenumfang des beweglichen Sitzes 16 vorgesehen. Der Außendurchmesser des ringförmigen Außenfangsvorsprungs 50 ist kleiner gemacht als der Innendurchmesser des Sitzaufnahmeabschnitts 46, so dass hierdurch der vorgenannte Zwischenraum 47 gebildet wird. Ferner ist ein äußerer Ringraum 49, der von dem beweglichen Sitz 16, dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 und dem Sitzaufnahmeabschnitt 46 umgeben ist, an der X2-Richtungsseite des ringförmigen Außenumfangsvorsprungs 50 ausgebildet.
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Der Zwischenraum 47, der zwischen dem ringförmigen Außenumfangsvorsprung 50 und dem Sitzaufnahmeabschnitt 46 gebildet ist, bildet eine Lücke, die sich ringförmig erstreckt. Der Zwischenraum 47 kann eine kleine Lücke darstellen, um soweit wie möglich einen Gaseintritt von der Seite des Ventilkörpers 14 in den äußeren Ringraum 49 zu unterbinden, innerhalb eines Bereichs, der in der Lage ist, einen Bewegungsbereich zu gewährleisten, um die Ausrichtungsfunktion des beweglichen Sitzes 16 zu erreichen.
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An einer Seitenoberfläche des beweglichen Sitzes 16, einer Seite (d. h. an der X2-Richtungsseite) gegenüber von jener Seite, an der die Sitzfläche 48 angeordnet ist, ist ein erster ringförmiger Seitenvorsprung (ringförmiger Seitenvorsprung) 52 vorgesehen, der sich in der Umfangsrichtung erstreckt und in der Richtung der Achse C vorsteht. Der Innendurchmesser D2 des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 ist größer als der Innendurchmesser des Verbindungslochs 17, während der Außendurchmesser des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 kleiner ist als der Außendurchmesser des ringförmigen Außenumfangsvorsprungs 50. Die Endoberfläche des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 bildet eine in Bezug auf die Achse C senkrechte Ebene.
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Der Anschlag 56 ist im dargestellten Beispiel ein ringförmiges Element, das an einem Anschlagbefestigungsabschnitt 57 fest angebracht ist, der an der X1-Richtungsseite des Sitzaufnahmeabschnitts 46 ausgebildet ist. Durch die Anlage des Anschlags 56, an der Endoberfläche an der X2-Seite davon, gegen ein Ende der X1-Richtungsseite des elastischen Elements 18, wird die Verlagerung des elastischen Element 18 entlang der Richtung der Achse C reguliert (begrenzt). Der Anschlag 56 ist nicht auf eine Ringform beschränkt, sondern kann auch aus einer Mehrzahl von Anzahlstücken aufgebaut sein, die mit Abständen in der Umfangsrichtung des Anschlag befestigungsabschnitts 57 angeordnet sind.
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Das elastische Element 18 stützt sich, an seinem einen Ende an der Seite der X1-Richtung, gegen eine Seitenoberfläche an der Seite der X2-Richtung des Anschlags 56 ab, und stützt sich, an seinem Ende an der X2-Richtungsseite, gegen eine Seitenoberfläche der X1-Richtungsseite des ringförmigen Außenumfangsvorsprungs 50 des beweglichen Sitzes 16 ab. Das elastische Element 18 spannt den beweglichen Sitz 16 elastisch zur Seite der X2-Richtung vor. Das elastische Element 18 ist gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als Wellenscheibe aufgebaut. Diese Wellenscheibe ist ein ringförmiges Element, das so ausgebildet ist, dass sich die Phase ihrer Form gemäß ihrer Position in der Umfangsrichtung unterscheidet, und als Feder fungiert. Das elastische Element 18 ist jedoch nicht auf eine Wellenscheibe beschränkt, sondern kann jede andere Art eines Federelements sein, wie etwa eine Schraubenfeder oder dergleichen, oder kann alternativ aus einem elastischen Gummielement mit der Funktion aufgebaut sein, um den beweglichen Sitz 16 zu der von dem Ventilkörper 14 entgegengesetzten Seite hin vorzuspannen.
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Der dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 ist an einem Sitzbefestigungsabschnitt 60 angebracht und befestigt, welcher an der X2-Richtungsseite des Sitzaufnahmeabschnitts 46 ausgebildet ist. Der dem Sitz gegenüberliegende Abschnitt 48 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ringförmig und enthält ein Verbindungsloch 62, das ihn in der Achsrichtung durch die Mitte davon durchsetzt. Das Verbindungsloch 62 steht mit dem Verbindungsloch 17 des beweglichen Sitzes 16 in Verbindung und stellt zusammen mit dem Verbindungsloch 17 einen Gasströmungskanal dar. Im dargestellten Beispiel ist der Innendurchmesser des Verbindungslochs 62 gleich dem Innendurchmesser des Verbindungslochs 17 des beweglichen Sitzes 16.
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An einem Seitenabschnitt des beweglichen Sitzes 16 (X1-Richtungsseite) des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58 ist ein zweiter ringförmiger Seitenvorsprung (ringförmiger Seitenvorsprung) 64) vorgesehen, der sich in der Umfangsrichtung erstreckt und axial vorsteht. Der Innendurchmesser D3 des zweiten ringförmigen Seitenvorsprungs 64 ist größer als der Innendurchmesser des Verbindungslochs 62, und im dargestellten Beispiel ist er im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser D2 des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52. Die Endoberfläche des zweiten ringförmigen Seitenvorsprungs 64 bildet eine Ebene, welche senkrecht zur Achse C ist.
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Weil, wie in 2 gezeigt, der bewegliche Sitz 16 durch das elastische Element 18 zur Seite des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58 vorgespannt wird, kommt die Endfläche des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 in Anlage gegen die Endfläche des ringförmigen Seitenvorsprungs 64. Weil, wie zuvor angemerkt, der Zwischenraum 47 zwischen dem Außenumfang (dem ringförmigen Außenumfangsvorsprung 50) des beweglichen Sitzes 16 und dem Sitzaufnahmeabschnitt 46 ausgebildet ist, ist der bewegliche Sitz 16 verlagerbar, während er in Bezug auf den zweiten ringförmigen Seitenvorsprung 64 des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58 bleibt, in der Y-Z-Ebene, welche senkrecht zur Achse C ist.
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Ferner sind, wie oben angemerkt, der erste ringförmige Seitenvorsprung 52 und der zweite ringförmige Seitenvorsprung 64 ringförmig ausgebildet und erstrecken sich zusammen in der Umfangsrichtung, und die Endfläche des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 sowie die Endfläche des zweiten ringförmigen Seitenvorsprungs 64 ist durch eine Ebene gebildet, welche senkrecht zur Achse C ist. Aus diesem Grund wird durch die Endflächen in dem gesamten vollen Umfang in der Umfangsrichtung ein fluiddichter Zustand hergestellt, wodurch eine Abdichtung zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 hergestellt wird.
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Wie in 2 gezeigt, sind der Innendurchmesser D2 des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 und der Innendurchmesser D3 des zweiten ringförmigen Seitenvorsprungs 64 so eingestellt, dass sie größer sind als der Durchmesser D1 eines Kreises (Kontaktkurve), die von der Kontaktfläche 51 zwischen dem Ventilkörper 40 und dem beweglichen Sitz 16 im Ventilschließzustand erzeugt wird. Demzufolge ist eine Gleitfläche 70 zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 weiter außen (zur radialen Außenseite hin) angeordnet als die Kontaktfläche 51 zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 im Ventilschließzustand.
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Am dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 ist eine ringförmige Wand 66 vorgesehen, welche zur Seite des beweglichen Sitzes 16 hin vorsteht und sich in Umfangsrichtung erstreckt, an einer Stelle, die weiter radial einwärts liegt als der zweite ringförmige Seitenvorsprung 64. Zusätzlich ist ein ringförmiger Innenraum 67 zwischen dem zweiten ringförmigen Seitenvorsprung 64 und der ringförmigen Wand 66 ausgebildet. Der Innendurchmesser der ringförmigen Wand 66 ist gleich dem Innendurchmesser des Verbindungslochs 62. Der Außendurchmesser der ringförmigen Wand 66 ist kleiner eingestellt als die Innendurchmesser D2, D3 des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 und des zweiten ringförmigen Seitenvorsprungs 64.
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Die Länge der ringförmigen Wand 66 ist so eingestellt, dass eine Stelle am Ende der ringförmigen Wand 66 weiter zur Seite des beweglichen Sitzes 16 hin (Richtung X1) als der der zweite ringförmige Seitenvorsprung 64 angeordnet ist, und derart, dass ein ringförmiger Zwischenraum 68 zwischen dem Ende der ringförmigen Wand 66 und dem beweglichen Sitz 16 ausgebildet wird.
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Der Zwischenraum 68 bildet eine Lücke, die sich ringförmig erstreckt, und ist im dargestellten Beispiel weiter zur Seite des Ventilkörpers 14 hin angeordnet als die Gleitfläche (Kontaktabschnitte) 70 zwischen dem ersten ringförmigen Seitenvorsprung 52 und dem zweiten ringförmigen Seitenvorsprung 64. Der Abstand 68 kann minimal eingestellt werden, auf einem Grad, der es ermöglicht, den Eintritt von Gas in den ringförmigen Innenraum 67 so weit wie möglich zu unterdrücken.
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Im dargestellten Beispiel ist eine Struktur gezeigt worden, worin der dem Sitz gegenüberliegende Abschnitt 58 und der Hauptkörper 12 separate Elemente sind. Jedoch kann der dem Sitz gegenüberliegende Abschnitt 58 entsprechende Formabschnitt auch einstückig mit einem Innenabschnitt des Hauptkörpers 12 als Teil davon ausgebildet sein.
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Das Fluidkanalventil 10 ist gemäß der vorliegenden Ausführung grundlegend so aufgebaut wie oben beschrieben. Nachfolgend werden der Betrieb und die Vorteile des Fluidkanalventils 10 erläutert. Die Erläuterungen erfolgen in Bezug auf eine Anfangsstellung des Ventilschließzustands, in 1 gezeigt, worin der Fluidkanal zwischen dem Gasfluideinlass 22 und dem Gasfluidauslass 24 durch den Ventilkörper 14 gesperrt ist.
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Wie in 1 gezeigt, stützt sich in der Anfangsstellung der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 an der Seitenfläche des Ventilkörpers 14, die am beweglichen Sitz 16 vorgesehene Sitzfläche 48 ab. Insbesondere sitzt der Ventilkörper 14 auf dem beweglichen Sitz 16, und das Verbindungsloch 17 des beweglichen Sitzes 16 ist im Ventilschließzustand angeordnet. Weil wie oben beschrieben der bewegliche Sitz 16 in Richtung senkrecht zur Richtung der Achse C verlagerbar ist, wird die Position des beweglichen Sitzes 16 automatisch eingestellt, wenn der Ventilkörper 14 auf dem beweglichen Sitz 16 aufsitzt, auch wenn zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 aufgrund von Herstellungs- oder Montagefehlern ein Verrutschen stattfindet. Insbesondere wird der bewegliche Sitz 16 automatisch ausgerichtet, und der gesamte Umfang wird zwischen dem Kugeloberflächenabschnitt 30 und der Sitzfläche 48 über den Umfang abgedichtet, so dass die Abdichtung dazwischen gewährleistet wird.
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Weil der bewegliche Sitz 16 durch das elastische Element 18 zur Seite des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58 hin vorgespannt wird, wird ferner eine Abdichtung zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 hergestellt. Indem die Abdichtung zwischen dem Ventilkörper und dem beweglichen Sitz 16 sowie zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 hergestellt wird, wird auf diese Weise der Fluidkanal zwischen dem Gasfluideinlass und dem Gasfluidauslass 24 gesperrt. Demzufolge fließt das Gas nicht stromabwärts an dem beweglichen Sitz 16 vorbei, obwohl ein nicht dargestelltes Gas dem Gasfluideinlass zugeführt wird.
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Wenn aus dem vorgenannten Ventilschließzustand heraus die in 1 gezeigte Antriebsquelle 52 eingeschaltet wird, wird eine Drehkraft von der Antriebsquelle 42 über das drehbare Joch 40 auf die zweite Welle 34 übertragen, und der Ventilkörper 14, der mit der zweiten Welle 34 verbunden ist, wird um die Achse A1 herum gedreht, die an einer von der Achse A2 versetzten Stelle liegt, was zu dem in 2 gezeigten Zustand führt. Auf diese Weise wird in dem Fall, wo der Ventilkörper 14 um die versetzte Achse A1 herum gedreht wird, der Ventilkörper 14 in rückwärtiger Richtung (X1-Richtung) in Bezug auf den beweglichen Sitz 16 (d. h. von diesem weg) verlagert.
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Weil in diesem Fall der bewegliche Sitz 16 durch das elastische Element 18 zur Seite des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58 vorgespannt wird, wird ein Nachfolgen oder Mitlaufen des beweglichen Sitzes 16 zu dem Ventilkörper 14 verhindert, und der Ventilkörper 14 trennt sich von dem beweglichen Sitz 16, während er zur Seite der X1-Richtung hin verlagert wird. Im Ergebnis wird zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem Ventilkörper 14 eine Lücke gebildet, und es wird ein Ventilöffnungszustand hergestellt. In diesem Ventilöffnungszustand fließt das dem Gasfluideinlass 22 zugeführte nicht dargestellte Gas durch die zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem Ventilkörper 14 gebildete Lücke und fließt aus dem Gasfluidauslass 24 und wird zu einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor geleitet.
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Wie oben beschrieben wird gemäß dem Fluidkanalventil 10 (AGR-Ventil 10A) gemäß der vorliegenden Ausführung der Ventilkörper 14 um die versetzte Drehachse herum gedreht (verschwenkt), um einen Ventilschließzustand herzustellen, in dem der Ventilkörper 14 auf den beweglichen Sitz 16 aufsitzt, und der Ventilöffnungszustand entsteht infolgedavon, dass sich der Ventilkörper 14 von dem beweglichen Sitz 16 trennt. Mit dieser Struktur ist der feste Sitz der herkömmlichen Technik nicht nötig, und ein Kontakt des Ventilkörpers 14 mit dem beweglichen Sitz 16 erfolgt nur während des Ventilschließzustands, indem der Ventilkörper 14 auf dem beweglichen Sitz 16 aufsitzt. Weil ferner der Ventilkörper 14 nicht fortlaufend mit dem beweglichen Sitz 16 in Kontakt steht, kann Treibverschleiß des Ventilkörpers 14 und des beweglichen Sitzes 16 verringert werden, und eine Drehmomentzunahme kann verringert werden.
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Wenn ferner der Ventilkörper 14 in dem Ventilschließzustand in Trennungsrichtung von dem beweglichen Sitz 16 weg verschwenkt wird, wird ein Nachfolgen oder Mitlaufen des beweglichen Sitzes 16 zu dem Ventilkörper 14 durch die Vorspannkraft des elastischen Elements 18 in Richtung entgegengesetzt der Bewegung des Ventilkörpers 14 zwangsweise unterbunden. Insbesondere in dem Fall, wo der Ventilkörper 14 von dem beweglichen Sitz 16 weggetrennt wird, wird der Ventilkörper 14 davon getrennt, ohne dass er dem beweglichen Sitz 16 folgt, und daher kann ein Reibverschleiß zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 verringert werden. Und da sich der Gasströmungskanal unmittelbar nach der Drehung der Welle öffnet, kann eine Steuerung der Gasströmungsrate, welche proportional zur Drehung der Welle ist, leicht erreicht werden, und es kann eine geeignete Strömungsratencharakteristik sichergestellt werden. Weil ferner die Schwingung des beweglichen Sitzes 16 nicht auf den Ventilkörper 14 übertragen wird, während der Ventilkörper 14 von dem beweglichen Sitz 16 getrennt wird, kann der Einfluss davon auf die Schwingungsbeständigkeit verringert werden.
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Weil ferner der bewegliche Sitz in Richtung senkrecht zur Achsrichtung C verlagerbar angeordnet ist, wird die Position des beweglichen Sitzes 16 automatisch eingestellt, wenn der Ventilkörper 14 auf dem beweglichen Sitz 16 aufsitzt, auch wenn ein Verrutschen zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 aufgrund von Herstellungs- oder Montagefehlern auftritt, weil der bewegliche Sitz 16, der Oberfläche (dem kugelförmigen oberen Flächenabschnitt 30) des Ventilkörpers 14 folgend, in Richtung senkrecht zu der Achse bewegbar ist. Der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 steht nämlich mit der Sitzoberfläche 48 über den Umfang in dichtem Kontakt, so dass die Abdichtung dazwischen gewährleistet wird. Anders ausgedrückt, weil der bewegliche Sitz 16 eine Ausrichtungsfunktion hat, können die oben erwähnten Fehler (Toleranzen) zugelassen werden. Aus diesem Grund können, während des Ventilschließzustands, der Ventilkörper 14 und der bewegliche Sitz 16 zuverlässig abgedichtet werden, und es lassen sich günstige Abdichtungsverhältnisse sicherstellen.
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Weil in der vorliegenden Ausführung der Ventilkörper 14 im Wesentlichen kugelförmig ist, ist normalerweise nur der kugelförmige Oberflächenabschnitt davon sichtbar, ohne Rücksicht auf den Drehzustand des Ventilkörpers 14 innerhalb des Drehbereichs des Ventilkörpers 14, wenn man den Ventilkörper 14 von der stromaufwärtigen Seite durch das Verbindungsloch 17 betrachtet. Insbesondere wenn man den Ventilkörper 14 quer zum beweglichen Sitz 16 betrachtet, sieht man normalerweise nur den kugelförmigen Oberflächenabschnitt 30, auch wenn der Ventilkörper 14 im Ventilschließzustand ist (siehe 1), im Ventilöffnungszustand ist (siehe 2) oder in einem Zwischenzustand von dem Ventilöffnungszustand zum Ventilschließzustand.
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Dementsprechend weist, unabhängig vom Drehzustand des Ventilkörpers 14, der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 des Ventilkörpers 14 zum Verbindungsloch 17 des beweglichen Sitzes 16 und liegt diesem gegenüber. Daher fließt Gas, das durch das Verbindungsloch 17 des beweglichen Sitzes 16 eindringt, normalerweise entlang dem kugelförmigen Oberflächenabschnitt 30 des Ventilkörpers 14 und in die Ventilkammer 26 an der stromabwärtigen Seite. Im Ergebnis ist die Gasströmungsrate im Wesentlichen proportional zum Drehwinkel des Ventilkörpers 14, und man erhält eine lineare Gasströmungsratencharakteristik.
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Um die lineare Gasströmungsratencharakteristik zu gewährleisten, ist es darüber hinaus nicht notwendig, dass im Wesentlichen der gesamte Ventilkörper 14 aus dem kugelförmigen Oberflächenabschnitt 30 aufgebaut ist. Der Bereich, in dem der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 an dem Ventilkörper 14 ausgebildet ist, kann so eingestellt sein, dass nur der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 normalerweise sichtbar ist, bei Betrachtung von der stromaufwärtigen Seite des Ventilkörpers 14 durch das Verbindungsloch 17 des beweglichen Sitzes 16, unabhängig vom Drehzustand des Ventilkörpers 14 innerhalb des Drehbereichs des Ventilkörpers 14. Dementsprechend kann z. B., wie in 2 gezeigt, ein abgeflachtes Teil 15 (mit der gestrichelten Linie dargestellt) in Bezug auf den Ventilkörper 14 vorgesehen werden, und man kann dem Ventilkörper 14 eine derartige Form geben, die durch ebenes Abschneiden einer Seite der Kugel hergestellt ist.
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Falls ein solches abgeflachtes Teil 15 vorgesehen ist, ist im in 1 gezeigten Ventilschließzustand der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30, bei Betrachtung quer zum beweglichen Sitz 16 von der stromaufwärtigen Seite her, normalerweise sichtbar, wohingegen auch im Ventilöffnungszustand, wie in 2 gezeigt, der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 bei Betrachtung quer zum beweglichen Sitz 16 von der stromaufwärtigen Seite her normalerweise sichtbar ist. Ferner ist, obwohl nicht dargestellt, im Zwischenzustand zwischen dem Ventilöffnungszustand und dem Ventilschließzustand ebenfalls der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 normalerweise sichtbar. Daher ist auch in dem Fall, dass das abgeflachte Teil 15 an dem Ventilkörper vorgesehen ist, die Gasströmungsrate angenähert proportional zum Drehwinkel, und man kann eine lineare Gasströmungsratencharakteristik erzielen.
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Übrigens kann es bei der vorgenannten Konfiguration, entsprechend der Stelle der Drehmitte des Ventilkörpers 14, oder anders ausgedrückt, der Achse A1, zu Situationen kommen, worin ein sogenannte „Verschleiß” (Abrieb) wechselweise zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 auftritt. Diese Art von „Verschleiß” begünstigt das (führt zu dem) Nachfolgen oder Nachlaufen des Ventilsitzes 16 in Bezug auf den Ventilkörper 14 und beeinträchtigt nachteilhaft die günstigen Strömungsratencharakteristiken und die Haltbarkeit, und daher ist es erwünscht, den „Verschleiß” zu verhindern oder zu reduzieren. Nachfolgend wird eine Struktur erläutert, die dazu dient, diesen „Verschleiß” zu verhindern oder zu reduzieren.
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In Bezug auf 3 wird ein „Verschleiß”-Vorhanden-Bereich K2 (Verschleiß-Bereich) und ein „Verschleiß”-Nicht-Vorhanden-Bereich K1 (Nicht-Verschleiß-Bereich) erläutert. In 3 ist als Beispiel ein Fall eines angenähert kugelförmigen Ventilkörpers 14 angegeben. Jedoch gelten die folgenden Erläuterungen gleichermaßen auch für einen Fall, in dem an dem Ventilkörper 14 ein abgeflachtes Teil 15 (siehe 2) vorgesehen ist.
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Wie in 3 gezeigt, ist ein Winkel zwischen der Achse C des beweglichen Sitzes 16 und der Sitzoberfläche 18 als Sitzwinkel Θ definiert, bei Betrachtung im Querschnitt in einer Ebene, die senkrecht zur Achse der ersten Welle 32 und der zweiten Welle 34 ist, und die eine Krümmungsmitte des Ventilkörpers 14 einschließt. Wenn ferner der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 des Ventilkörpers 14 in dem Ventilschließzustand als Abschnitt einer Kugel (virtuellen Kugel) S genommen wird, dann ist eine Mitte der Kugel S (d. h. eine Krümmungsmitte des kugelförmigen Oberflächenabschnitts 30) mit dem Punkt P1 bezeichnet, wohingegen eine Kontaktfläche zwischen dem Ventilkörper 14 und der Sitzfläche 48 des beweglichen Sitzes 16 mit dem Punkt P2 angegeben ist. Falls die Form davon angenähert kugelförmig ist, wie im Fall des in den 1 und 2 gezeigten Ventilkörpers 14, stimmt die Mitte der Kugel S mit der Mitte des Ventilkörpers 14 überein.
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In diesem Zustand wird ein „Nicht-Verschleiß-Bereich” K1 durch eine Fläche gebildet, die durch den Sitzwinkel Θ um die Mitte der Kugel S herum innerhalb eines Bereichs an der dem beweglichen Sitz 16 gegenüberliegenden Seite an der Linie B, welche senkrecht zur Achse C des beweglichen Sitzes 16 ist und durch die Mitte der Kugel S hindurchläuft, wenn das Ventil im Ventilschließzustand ist, wohingegen die Fläche außerhalb des Sitzwinkels Θ einen „Verschleiß”-Bereich K2 bildet. Eine Grenzlinie L, die mit dem Winkel Θ in Bezug auf die Linie B geneigt ist, ist in dem „Nicht-Verschleiß”-Bereich K1 enthalten oder begrenzt diesen.
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Wenn in 3 der Ventilkörper 14 geöffnet wird, wird vorausgesetzt, dass die Drehrichtung des Ventilkörpers 14 gegenuhrzeigersinnig ist und der durch den Sitzwinkel Θ in Bezug auf die Linie B definierte Bereich an der Unterseite der Achse C liegt. Wenn jedoch in 3 die Drehrichtung des Ventilkörpers 14 beim Öffnen des Ventilkörpers 14 uhrzeigersinnig ist, dann liegt der durch den Sitzwinkel Θ in Bezug auf die Linie B definierte Bereich an der Oberseite der Achse C.
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Indem die Drehmitte des Ventilkörpers 14, d. h. die Position der Mitte (Achse A1) der ersten Welle 32 und der zweiten Welle 34 innerhalb des „Nicht-Verschleiß”-Bereichs K1 gelegt wird, läuft die Drehbahn des Ventilkörpers 14 nicht durch den Innenabschnitt des beweglichen Sitzes 16 hindurch, und daher drückt der Ventilkörper 14 nicht auf den beweglichen Sitz 16, daher kann ein „Verschleiß” (Abrieb zwischen) dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 verhindert werden. Weil daher die Trennung zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 glattgängig erfolgen kann, lässt sich das Nachfolgen oder Nachlaufen des beweglichen Sitzes 16 unterbinden, und man bekommt die korrekte Strömungsrate.
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Übrigens sind Verbrennungsprodukte (z. B. Kohlenstoffpartikel) in dem Abgas enthalten, das in das AGR-Ventil 10A fließt. Wenn solche Verbrennungsprodukte auf der Gleitfläche 70 (siehe 2) zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 abgelagert werden und sich dort ansammeln, wird die Gleitfähigkeit verringert, und im Ergebnis gibt es Bedenken, dass die vorgenannte Ausrichtungsfunktion des beweglichen Sitzes 16 schlechter wird, und es schwierig wird, die Abdichtung sicherzustellen.
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Daher wird in der vorliegenden Ausführung durch Labyrinth-Strukturen jeweils an der Innenumfangsseite und der Außenumfangsseite der Gleitfläche 70 zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 der Eintritt von Gas zur Seite der Gleitfläche 70 unterdrückt. Deshalb kann die Ablagerung von Verbrennungsprodukten in der Nähe der Gleitfläche 70 verhindert oder unterdrückt werden.
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Insbesondere ist der ringförmige Innenraum 67 an der Innenumfangsseite der Gleitfläche 70 vorgesehen, und die ringförmige Wand 66 ist ferner an der Innenseite des ringförmigen Innenraums 67 vorgesehen, wodurch eine Labyrinth-Struktur an der Innenseite hergestellt wird. Somit gelangt Gas, das durch den Gasfluideinlass einfließt, zur Innenumfangsfläche der ringförmigen Wand 66, während der Eintritt von Gas zur Seite des ringförmigen Innenraums 67 durch die ringförmige Wand 66 verhindert oder unterdrückt wird, und es dem Gas erschwert wird, die Innenumfangsseite der vorgenannten Gleitfläche 70 zu erreichen.
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Ferner ist der ringförmige Außenraum 49 an der Außenumfangsseite der Gleitfläche 70 ausgebildet, und der ringförmige Außenumfangsvorsprung 50 ist ferner zwischen dem ringförmigen Außenraum 49 und dem Raum an der Seite des Ventilkörpers 14 vorgesehen, wodurch an der Außenseite eine Labyrinth-Struktur hergestellt wird. Somit gelangt Gas an der Seite des Ventilkörpers 14 zur Oberfläche an der X1-Seite des ringförmigen Außenumfangsvorsprungs 50, während der Eintritt von Gas zu dem ringförmigen Außenraum 49 durch den ringförmigen Außenumfangsvorsprung 50 verhindert oder unterdrückt wird, und es dem Gas erschwert wird, die Außenumfangsseite der vorgenannten Gleitfläche 70 zu erreichen.
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Da es auf diese Weise dem Gas erschwert wird, die Innenumfangsseite und die Außenumfangsseite der Gleitfläche 70 zu erreichen, wird es Verbrennungsprodukten und dergleichen, obwohl sie in dem Gas enthalten sind, erschwert, dass sie sich auf der Innenumfangsseite und der Außenumfangsseite der Gleitfläche 70 ablagern, und deshalb kann die Gleitfähigkeit der Gleitfläche 70 sichergestellt werden und kann die Ausrichtungsfunktion des beweglichen Sitzes 16 glattgängig und geeignet erfolgen.
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Da der bewegliche Sitz 16 und der dem Sitz gegenüberliegende Sitz 58 über die gesamten Endflächen davon nicht im gegenseitigen Gleitkontakt stehen, sondern stattdessen im Gleitkontakt an den jeweiligen Endflächen des ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 und des zweiten ringförmigen Seitenvorsprungs 64, wird die Kontaktfläche zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 klein gehalten. Deshalb kann der Gleitwiderstand an der Gleitfläche 70, wenn der bewegliche Sitz 16 in Richtung senkrecht zur Achse C verlagert wird (siehe 2) reduziert werden, und kann die Ausrichtungsfunktion des beweglichen Sitzes 16 noch besser erreicht werden.
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Weil ferner mit der vorliegenden Ausführung der Zwischenraum 68, der zwischen dem beweglichen Sitz 16 und der ringförmigen Wand 16 ausgebildet ist, weiter an der stromabwärtigen Seite (der Seite des Ventilkörpers 14) der Gasströmungsrichtung als die Gleitfläche 70 angeordnet ist, dann fließt, auch wenn etwas Gas durch den Zwischenraum 68 und in den ringförmigen Innenraum 67 fließt, das Gas nicht zur Seite der Gleitfläche 70, solange nicht die Gasströmungsrichtung umgekehrt wird. Daher wird es dem Gas weiter erschwert, die Seite der Gleitfläche 70 zu erreichen, und die Ablagerung von Verbrennungsprodukten kann wirkungsvoll unterdrückt werden.
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Wie oben beschrieben, ist der erste ringförmige Seitenvorsprung 52 an dem beweglichen Sitz 16 vorgesehen, und der zweite ringförmige Seitenvorsprung 64 ist an dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 vorgesehen. Selbst wenn daher Verbrennungsprodukte an der Außenumfangsseite und der Innenumfangsseite der ersten und zweiten ringförmigen Seitenvorsprünge 52, 64 abgelagert werden, können als Folge der gegenseitigen Gleitbewegung zwischen dem ersten ringförmigen Seitenvorsprung 52 und dem zweiten ringförmigen Seitenvorsprung 64 bei der Verlagerung des beweglichen Sitzes 16 die Verbrennungsprodukte abgeschert werden. Dementsprechend kann das Anhaften der Verbrennungsprodukte an den ersten und zweiten ringförmigen Seitenvorsprüngen 52, 64 wirkungsvoll verhindert werden, und im Ergebnis wird die Ausrichtungsfunktion des beweglichen Sitzes 16 noch günstiger erreicht.
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Falls der erste ringförmige Seitenvorsprung 52 und der zweite ringförmige Seitenvorsprung 64 vorgesehen sind, gibt es, gemäß der Positionierung des bewegliche Sitzes 16 und des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58, wenn der Ventilkörper 14 auf dem Ventilkörper 16 aufsitzt, Bedenken dahingehend, dass der bewegliche Sitz 16 insgesamt schräg gestellt werden könnte, wodurch die Abdichtung im Ventilschließzustand nicht leicht und zuverlässig gewährleistet wird. Demzufolge ist, wie in 2 gezeigt, in der vorliegenden Ausführung die Gleitfläche 70 zwischen dem beweglichen Sitz 16 und dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 weiter außen (an der radialen Außenseite) angeordnet als die Kontaktfläche 51 zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 im Ventilschließzustand.
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Mittels dieser Struktur wird der bewegliche Sitz 16 stabil von dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 abgestützt, so dass dann, wenn der Ventilkörper 14 auf dem beweglichen Sitz 16 aufsitzt, der Kontaktzustand des beweglichen Sitzes 16 mit dem dem Sitz gegenüberliegenden abschnitt 58 erhalten bleibt und der bewegliche Sitz 16 keiner Schrägstellung unterliegt. Demzufolge kann die Abdichtung zwischen dem Ventilkörper 14 und dem beweglichen Sitz 16 geeignet sichergestellt werden und kann das Auftreten einer Leckage wirkungsvoll verhindert werden.
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Bei dem Fluidkanalventil 10 kann, anstelle des beweglichen Sitzes 16 und des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58, wie in der in 4 gezeigten ersten Modifikation, ein beweglicher Sitz 16a und ein dem Sitz gegenüberliegender Abschnitt 58a verwendet werden. Der bewegliche Sitz 16a umfasst eine Struktur, in der ein ringförmiger Seitenvorsprung 52a anstelle des vorgenannten ersten ringförmigen Seitenvorsprungs 52 verwendet wird, und der in der Achsrichtung länger ist als der erste ringförmige Seitenvorsprung 52. Der dem Sitz gegenüberliegende Abschnitt 58a ist ohne den zweiten ringförmigen Seitenvorsprung 64 ausgebildet, welcher an dem dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitt 58 vorgesehen ist.
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Im Falle der Verwendung der in 4 gezeigten Struktur kann man eine Funktion erhalten, in der die Ablagerung von Verbrennungsprodukten in der Nähe der Gleitfläche 70 verhindert oder unterdrückt wird, obwohl der Abschereffekt der Verbrennungsprodukte nicht erhalten wird, wie bei dem in 2 gezeigten Fluidkanalventil 10 oder dergleichen. Ferner ist auch bei der in 4 gezeigten Struktur die Position der Gleitfläche 70 weiter radial außen als die Kontaktfläche 51 angeordnet, und wenn daher der Ventilkörper 14 auf dem beweglichen Sitz 16a aufsitzt, wird der bewegliche Sitz 16a nicht schräg gestellt, und daher kann das Auftreten einer Leckage wirkungsvoll verhindert werden.
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Ferner kann als zweite Modifikation des Fluidkanalventils 10 der erste ringförmige Seitenvorsprung 52 von dem in 2 gezeigten beweglichen Sitz 16 weggelassen werden, und es kann eine Struktur vorgesehen werden, worin der zweite ringförmige Seitenvorsprung 64 des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58 sich in der axialen Richtung erstreckt und an einer Seitenfläche des beweglichen Sitzes 16 anliegt. Im Falle der zweiten Modifikation kann man eine Funktion erhalten, in der die Ablagerung von Verbrennungsprodukten in der Nähe der Gleitfläche 70 verhindert oder unterdrückt wird, obwohl der Abschereffekt an den Verbrennungsprodukten nicht erhalten wird, ähnlich dem in 2 gezeigten Fluidkanalventil 10. Ferner ist auch in der zweiten Modifikation die Position der Gleitfläche 70 weiter radial außen als die Kontaktfläche 51 angeordnet, und wenn daher der Ventilkörper 14 auf dem beweglichen Sitz 16 aufsitzt, wird der bewegliche Sitz 16 nicht weggestellt, und das Auftreten einer Leckage kann wirkungsvoll verhindert werden.
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Ferner kann als weitere Modifikation in dem Fluidkanalventil 10 die ringförmige Wand 66 an der Seite des beweglichen Sitzes 16 von der Seite des dem Sitz gegenüberliegenden Abschnitts 58 weg angeordnet sein, oder alternativ kann eine Struktur vorgesehen werden, wo die ringförmige Wand 66 fehlt.
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Die Erfindung ist nicht auf ein AGR-Ventil beschränkt, sondern kann auch auf anderen Typen von Fluidkanalventilen angewendet werden, welche Fluidkanäle öffnen und schließen, durch die Gase fließen, welche Fremdstoffe, etwa Verbrennungsprodukte oder dergleichen, enthalten.
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Ein Fluidkanalventil 10 enthält einen Ventilkörper 14, der an ersten und zweiten Wellen 32, 34 drehbar gelagert ist, einen beweglichen Sitz 16, das ein Verbindungsloch 17 enthält, und ein elastisches Element 18, das den beweglichen Sitz 16 zu einer vom Ventilkörper 14 entgegengesetzten Seite hin vorspannt. Die ersten und zweiten Wellen 32, 34 sind an dem Ventilkörper 14 derart angebracht, dass ihre Achse A1 an einer Position angeordnet ist, die von einer Krümmungsmitte eines kugelförmigen Oberflächenabschnitts 30 des Ventilkörpers 14 versetzt ist. Das Fluidkanalventil 10 wird in einen Schließzustand versetzt, in dem der kugelförmige Oberflächenabschnitt 30 gegen eine Sitzfläche 48 abgestützt wird und das Verbindungsloch 17 verschließt, und wird in einen Öffnungszustand versetzt, in dem der Ventilkörper 14 von dem beweglichen Sitz 16 gelöst wird, um hierdurch das Verbindungsloch 17 zu öffnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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