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Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil, das zwischen Fluidkanälen schalten kann und wodurch Abgas eines Verbrennungsmotors von einem Auslasssystem zu einem Einlasssystem rückgeführt wird.
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Bisher ist ein Abgasrückführventil z. B. dafür benutzt worden, schädliche Komponenten zu eliminieren, die von einem Verbrennungsmotor abgegeben werden. Ein solches Abgasrückführventil dient zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Einlasssystem und dem Auslasssystem des Verbrennungsmotors zum Rückführen des Abgases, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben worden ist, zum Einlasssystem, um schädliche Komponenten wie etwa NOx oder dergleichen, die im Abgas enthalten sind, zu reduzieren.
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In der
JP 2010-236686 A hat der vorliegende Anmelder ein Fluidkanalventil vorgeschlagen, das in einem Abgasrückführkanal angeordnet ist, das zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Das Fluidkanalventil enthält einen Hauptkörper, das mit dem Abgasrückführkanal verbunden ist, sowie ein kugelförmiges Ventil, das im Innenraum des Hauptkörpers drehbar angeordnet ist. Durch Drehen des Kugelventils, das durch einen Schaft mit einer Drehantriebsquelle verbunden ist, um einen vorbestimmten Winkel, wird ein Verbindungszustand zwischen einer Abgaseinlassöffnung und einer Abgasauslassöffnung, die im Hauptkörper ausgebildet sind, geschaltet, wodurch ein Durchgangsströmungszustand des Abgases in den Abgasrückführkanal gesteuert oder geregelt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abgasrückführventil anzugeben, das eine linearere Strömungsratencharakteristik des Abgases realisieren kann, zusammen damit, eine Zunahme der Strömungsrate des Abgases zu ermöglichen.
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Ein erfindungsgemäßes Abgasrückführventil enthält einen Körper, der einen Fluidkanal aufweist, durch den Abgas strömt; ein Ventil, das in dem Fluidkanal angeordnet ist und einen Durchflusszustand des Abgases schaltet, wobei zumindest ein Abschnitt einer Außenumfangsfläche des Ventils kugelförmig ist; ein Sitzelement, das einen Sitzabschnitt aufweist, der in dem Fluidkanal an einer vom Ventil stromaufwärtigen Seite angeordnet ist und auf dem das Ventil sitzt; sowie eine Welle, die mit dem Ventil verbunden ist und die das Ventil dreht, worin ein Prozentsatz eines Exzentrizitätsbetrags zwischen einer Krümmungsmitte des Ventils, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist, und einer Achse der Welle entlang einer Strömungsrichtung des Abgases in Bezug auf einen Durchmesser einer Einlassöffnung, die in dem Körper ausgebildet ist und in die das Abgas strömt, 5,5% oder größer ist.
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Im erfindungsgemäßen Abgasrückführventil, das ein solches Ventil aufweist, worin zumindest ein Abschnitt einer Außenumfangsoberfläche des Ventils kugelförmig ausgebildet ist, kann die Strömungsratencharakteristik des Abgases, das durch den Fluidkanal fließt, linearer gemacht werden, während auch eine Zunahme der Strömungsrate des Abgases ermöglicht wird, indem der Exzenterabstand (Versatzabstand) zwischen der Krümmungsmitte der Außenumfangsfläche und der axialen Mitte der Welle so eingestellt wird, dass deren Prozentsatz in Bezug auf den Durchmesser der Abgaseinlassöffnung des Körpers, in die das Abgas fließt, 5,5% oder größer ist.
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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 näher ersichtlich, worin eine bevorzugte Ausführung als illustratives Beispiel gezeigt ist.
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1 zeigt in Perspektivansicht einen Teilquerschnitt eines Abgasrückführventils gemäß einer Ausführung;
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2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie II-II von 1;
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3 zeigt in einem Kennliniendiagramm eine Beziehung zwischen einem Exzenterabstand zwischen einer Achse einer Welle und einer Achse des Ventils entlang der Abgasströmungsrichtung, und der Strömungsrate von Abgas, wenn das Ventil vollständig offen ist, im Abgasrückführventil von 1;
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4A zeigt in einem Kennliniendiagramm in Bezug auf das Abgasrückführventil von 1 eine Beziehung zwischen dem Exzenterabstand der Welle und der Abgasströmungsrate, wenn das Ventil vollständig offen ist, für einen Fall, wo der Durchmesser der Gaseinlassöffnung klein ist; und
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4B zeigt in einem Kennliniendiagramm in Bezug auf das Abgasrückführventil von 1 eine Beziehung zwischen dem Exzenterabstand der Welle Schafts und der Abgasströmungsrate, wenn das Ventil vollständig offen ist, für einen Fall, wo der Durchmesser der Gaseinlassöffnung groß ist.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, enthält ein Abgasrückführventil 10 einen Hauptkörper (Körper) 12, ein Ventil 14, das im Innenraum des Hauptkörpers 2 drehbar angeordnet ist, einen Ventilsitz (Sitzelement) 16, an dem sich eine Außenumfangsfläche des Ventils 14 abstützt (damit in Kontakt steht) und einen Antriebskraftübertragungsmechanismus 18, der in einem oberen Abschnitt des Hauptkörpers 12 angeordnet ist und dem Ventil 14 eine Drehantriebskraft gibt.
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Der Hauptkörper 12 ist z. B. aus metallischem Material gebildet. An der Unterseite des Hauptkörpers 12 sind vorgesehen eine Gaseinlassöffnung (Einlassöffnung) 20, der das Abgas zugeführt wird, und eine Gasauslassöffnung 22, die in einer von der Gaseinlassöffnung 20 entgegengesetzten Seite angeordnet ist, wodurch das Abgas nach außen geleitet wird und zu einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) rückgeführt wird. Im Hauptkörper 12 sind die Gaseinlassöffnung 20 und die Gasauslassöffnung 22 im Wesentlichen auf einer geraden Linie angeordnet. Ferner ist eine Verbindungskammer (Fluidkanal) 24 in dem Hauptkörper 12 zwischen der Gaseinlassöffnung 20 und der Gasauslassöffnung 22 ausgebildet, und das im Wesentlichen scheibenförmige Ventil 14 ist im Innenraum der Verbindungskammer 24 drehbar angeordnet.
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Zwischen der Verbindungskammer 24 und der Gaseinlassöffnung 20 ist eine Montageöffnung 26 ausgebildet, deren Durchmesser in Bezug auf die Gaseinlassöffnung 20 erweitert ist. Der Ventilsitz 16, der auf der Außenumfangsfläche des Ventils 14 gleitet, ist in der Montageöffnung 26 angebracht. Der Ventilsitz 16 ist z. B. aus metallischem Material gebildet und ist mit einem Verbindungsloch 28 ausgestattet, das ihn in der axialen Richtung durchsetzt (in Richtung der Pfeile A1 und A2) und einem verjüngten Sitzabschnitt 30, dessen Durchmesser vom Innenraum des Verbindungslochs 28 allmählich weiter wird. In der Montageöffnung 26 ist das Verbindungsloch 28 an der Seite der Gaseinlassöffnung 20 des Hauptkörpers 12 angeordnet (in Richtung des Pfeils A2), während der Sitzabschnitt 30 an der Seite der Verbindungskammer 24 angeordnet ist (in Richtung des Pfeils A1. Darüber hinaus stehen die Gaseinlassöffnung 20 und die Verbindungskammer 24 durch das Verbindungsloch 28 des Ventilsitzes 26 in Verbindung.
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Ferner ist der Ventilsitz 16 in der Montageöffnung 26 sowohl in axialer Richtung (in Richtung der Pfeile A1 und A2) als auch in der radialen Richtung beweglich angeordnet. Eine Feder 34 ist zwischen dem Ventilsitz 16 und einem ringförmigen Anschlag 32 angeordnet, der seitens der Verbindungskammer 24 der Montageöffnung 26 vorgesehen ist. Der Ventilsitz 16 wird durch eine Feder 34 zur Seite der Gaseinlassöffnung 20 hin (in Richtung von Pfeil A2) gedrückt.
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Andererseits ist, wie in 1 gezeigt, in einem angenäherten Mittelabschnitt des Hauptkörpers 12 ein Wellenloch 36 ausgebildet, das in der vertikalen Aufwärtsrichtung von der Verbindungskammer 24 hindurchgeht. Eine später beschriebene Welle 38 des Antriebskraftübertragsmechanismus 18 ist durch dieses Wellenloch 36 eingesetzt.
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Das Ventil 14 umfasst einen im Wesentlichen scheibenförmigen Hauptkörperabschnitt 40 mit einer halbkugelförmigen Außenumfangsfläche und einen axialen Abschnitt 42, der in der axialen Richtung (in Richtung von Pfeil A1) von einem Ende des Hauptkörperabschnitts 40 vorsteht und mit der Welle 38 verbunden ist.
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Der Antriebskraftübertragsmechanismus 18 enthält die Welle 38, die mit dem Ventil 14 verbunden ist, ein Ventilzahnrad 44, das mit einem Oberende der Welle 38 verbunden ist, und eine Antriebsquelle 46, die mit einem oberen Teil des Hauptkörpers 12 verbunden ist und der die Welle 38 durch das Ventilzahnrad 44 drehend antreibt.
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Das Oberende der Welle 38 ist durch einen angenäherten Mittelabschnitt des Ventilzahnrads 44 eingesetzt und die Welle 38 ist an dem Ventilzahnrad 44 befestigt, indem darauf eine Mutter 48 festgezogen wird. Darüber hinaus ist die Welle 38 durch ein Paar von Lagern 50a, 50b drehbar gelagert, die jeweils über und unter dem Ventil 14 in dem Hauptkörper 12 angebracht sind.
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Ferner ist, wie in 2 gezeigt, die Achse B1 der Welle 38 so angeschlossen, dass sie exzentrisch (d. h. versetzt) von einer Achse B2 angeordnet ist, durch die die Krümmungsmitte der Außenumfangsfläche des Ventils 14, wenn das Ventil 14 vollständig geschlossen ist, hindurchgeht. Insbesondere ist die Achse B1 parallel zur Achse B2 des Ventils 14 angeordnet und ist davon um einen vorbestimmten Abstand getrennt.
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Aus diesem Grund ist das Ventil 14 in der Verbindungskammer 24 so angeordnet, dass es um die Achse B1 (die an einer von der Achse B2) exzentrischen (versetzten) Position liegt, drehbar (schwenkbar) ist.
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Die Achse B1 der Welle 38 ist so angeordnet, dass sie in Bezug auf die Achse B2 des Ventils 14 um einen vorbestimmten Abstand (Exzenterabstand L) zur stromabwärtigen Seite (in Richtung von Pfeil A1) entlang der Strömungsrichtung des Abgases exzentrisch ist.
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Insbesondere ist der Prozentsatz des Exzenterabstands L in Bezug auf den Druchmesser L der Gaseinlassöffnung 20 im Hauptkörper 12 gleich oder größer als 5,5% (L/D × 100 ≥ 5,5) eingestellt. Anders ausgedrückt, der Wert, den man durch Dividieren des Exzenterabstands L durch den Durchmesser D erhält, ist gleich oder größer als 0,055.
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Die Antriebsquelle 46 ist z. B. aus einem Schrittmotor oder einem Drehaktuator gebildet, der durch Zufuhr von elektrischem Strom drehend angetrieben wird. Durch Übertragung der Drehantriebskraft der Antriebsquelle 46 auf die Welle 38 über das Ventilzahnrad 44, wird das Ventil 14, das mit der Welle 38 verbunden ist, um die Achse B1 herum bewegt oder drehend angetrieben.
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Das Hauptgasrückführventil 10 gemäß dieser Ausführung ist grundlegend wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden der Betrieb und die Vorteile davon erläutert. Ein Ventilschließzustand, wie in den 1 und 2 gezeigt, wird als Anfangsstellung beschrieben, worin die Außenumfangsfläche des Ventils 14 auf dem Sitzabschnitt 40 des Ventilsitzes 16 aufsitzt, und die Verbindung zwischen der Gaseinlassöffnung 20 und der Gasauslassöffnung 22 blockiert ist.
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Aus der Anfangsstellung, die wie oben beschrieben der Ventilschließzustand ist, wird durch Antrieb der Antriebsquelle 46 des Antriebskraftübertragungsmechanismus 18 eine Drehantriebskraft der Antriebsquelle 46 durch das Ventilzahnrad 44 auf die Welle 38 übertragen. Die Welle 38 dreht das Ventil 14, das mit der Welle 38 verbunden ist, im Gegenuhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkel um die Achse B1, die an einer von Position angeordnet ist, die von der Achse B2 exzentrisch (versetzt) ist. Demzufolge wird das Ventil 14 in einer Achse zur allmählichen Trennung vom Ventilsitz 16 weg verlagert.
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Als Folge davon, das sich die Außenumfangsfläche des Ventils 14 von dem Sitzabschnitt 30 des Ventilsitzes 16 weg trennt, wird darüber hinaus ein Ventilöffnungszustand erreicht, und das Abgas, das der Gaseinlassöffnung 20 durch eine Lücke zwischen der Außenumfangsfläche und dem Sitzabschnitt 30 zugeführt wird, wird in den Innenraum der Verbindungskammer 24 eingeleitet. Durch weitere Drehung des Ventils 14 und der Drehwirkung der Antriebsquelle 46, trennt sich das Ventil 14 allmählich von dem Sitzabschnitt 30, wodurch ein vollständig offener Ventilzustand erreicht wird, worin das Ventil 14 von der Anfangsstellung z. B. um etwa 90° gedreht ist.
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Im Ventilöffnungszustand fließt das der Gaseinlassöffnung 20 zugeführte Abgas durch das Verbindungsloch 28 des Ventilsitzes 16, tritt durch die Verbindungskammer 24 hindurch und fließt dann zu der Gasauslassöffnung 22, woraufhin das Abgas einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor zugeführt wird.
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Nachfolgend wird auf die 3, 4A und 4B die Beziehung zwischen dem Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 im Ventilkörper 12, dem Exzenterabstand L und der Strömungsrate bei voller Öffnung, wenn das Ventil 14 im vollständig offenen Zustand ist, erläutert.
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3 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen dem Exzenterabstand L und der Strömungsrate des Abgases zeigt, wenn das Ventil 14 vollständig offen ist, für den Fall, worin der Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 18 mm beträgt. 4A zeigt in einem Kennliniendiagramm eine Beziehung zwischen dem Exzenterabstand L und der Strömungsrate des Abgases für einen Fall, worin der Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 9 mm beträgt, und somit einen kleineren Durchmesser hat als die vorgenannte Gaseinlassöffnung 20 von 3. 4B zeigt in einem Kennliniendiagramm eine Beziehung zwischen dem Exzenterabstand L und der Strömungsrate des Abgases für einen Fall, worin der Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 27 mm beträgt und somit einen größeren Durchmesser hat als die vorgenannte Gaseinlassöffnung 20 von 3.
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Zunächst ist aus dem in 3 gezeigten Kennliniendiagramm entnehmbar, dass aus einem Zustand, worin der Exzenterabstand L nicht vorhanden ist (L = 0), bis der Exzenterabstand L in die Nähe von etwa 1 mm erreicht, die Strömungsrate des Abgases rasch ansteigt, und dann, wenn der Exzenterabstand L gleich oder größer als 1 mm wird, der Anstieg der Strömungsrate langsamer wird oder sinkt. Anders ausgedrückt, die Änderungsrate, mit der die Strömungsrate des Abgases zunimmt, steigt kontinuierlich an und wird am größten, wenn der Exzenterabstand L etwa 1 mm erreicht. Insbesondere unterliegt die Strömungsratencharakteristik einer Änderung in der Nähe von dort, wo der Exzenterabstand L etwa 1 mm beträgt.
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Weil die Zunahme der Strömungsrate des Abgases kontinuierlich größer wird, bis ein Exzenterabstand L erreicht wird, bei dem der Prozentsatz (L/D × 100) zwischen dem Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 und dem Exzenterabstand L angenähert 5,5% ist, sollte aus diesem Grund zumindest der Prozentsatz des Exzenterabstands L in Bezug auf den Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 auf 5,5% oder größer gesetzt werden.
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Ferner ist aus dem in 4A gezeigten Kennliniendiagramm entnehmbar, dass aus einem Zustand, worin der Exzenterabstand L nicht existiert (L = 0) bis der Exzenterabstand L die Nachbarschaft von angenähert 0,5 mm erreicht, die Strömungsrate des Abgases rasch zunimmt, und dann, wenn der Exzenterabstand L gleich oder größer als 0,5 mm wird, der Anstieg der Strömungsrate schwächer wird und langsamer ansteigt. Insbesondere unterliegt die Strömungsratencharakteristik einer Änderung in der Nähe von dort, wo der Exzenterabstand L etwa 0,5 mm beträgt. Auch in diesem Fall ist die Beziehung zwischen dem Exzenterabstand L und dem Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 so, dass 0,5/9 × 100 ≈ 5,5% ist.
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Ferner ist aus dem in 4B gezeigten Kennliniendiagramm entnehmbar, dass aus einem Zustand heraus, worin der Exzenterabstand L nicht existiert (L = 0), bis der Exzenterabstand L die Nachbarschaft von angenähert 1,5 mm erreicht, die Strömungsrate des Abgases rasch zunimmt, und dann, wenn der Exzenterabstand L gleich oder größer als 1,5 mm wird, der Anstiegt der Strömungsrate schwächer wird und langsamer ansteigt. Insbesondere unterliegt die Strömungsratencharakteristik einer Änderung in der Nähe von dort, wo der Exzenterabstand L etwa 1,5 mm beträgt. Auch in diesem Fall ist die Beziehung zwischen dem Exzenterabstand L und dem Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20 so, dass 1,5/27 × 100 ≈ 5,5% ist.
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In einem Abgasrückführventil 10 gemäß der vorliegenden Ausführung, wie oben ausgeführt, worin die Krümmungsmitte (Achse) B2 des Ventils 14 und die Achse B1 der Welle, die das Ventil 14 dreht, exzentrisch sind, kann die Strömungsratencharakteristik des Abgases linear gemacht werden, während die Strömungsrate des Abgases auch erhöht werden kann, indem die Beziehung zwischen dem Durchmesser D der Gaseinlassöffnung 20, die in dem Hauptkörper 12 ausgebildet ist und wodurch das Abgas in den Hauptkörper 12 fließt, und dem Exzenterabstand L zwischen der Krümmungsmitte (Achse) B2 des Ventils 14 und der Achse B1 der Welle 38 entlang der Strömungsrichtung des Abgases derart eingestellt wird, dass der Exzenterabstand L 5,5% oder größer als der Durchmesser D ist.
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Ein Ventil (14), das Teil eines Abgasrückführventils (10) darstellt, ist mit einer Welle (38) verbunden, so dass das Ventil (14) zusammen mit der Welle (38) im Innenraum eines Hauptkörpers (12) drehbar ist. Eine Außenumfangsfläche des Ventils (14) ist im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet, wobei die Achse (Krümmungsmitte) (B2) des Ventils (14) und die Achse (B1) der Welle (38) um einen vorbestimmten Abstand entlang der Strömungsrichtung des Abgases exzentrisch angeordnet sind. Darüber hinaus ist ein Prozentsatz zwischen dem Exzenterabstand (L) – zwischen der Krümmungsmitte (B2) des Ventils (14) und der Achse (B1) der Welle (38) – und dem Durchmesser (D) einer Gaseinlassöffnung (20) des Hauptkörpers (12), in die das Abgas fließt, 5,5% oder größer.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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