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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ventilvorrichtung.
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Herkömmlich ist eine Ventilvorrichtung für eine Abgasrückführungseinheit (AGR-Einheit) bekannt, die einen einseitigen Lageraufbau hat.
JP 2007 - 285 311 A (vgl.
US 2007 / 0 240 690 A1 bzw.
DE 10 2007 000 217 A1 ) beschreibt eine solche Ventilvorrichtung, in der eine Drehwelle und ein Ventil von nur einer Seite eines Durchgangs drehbar gestützt sind.
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In solch einer Ventilvorrichtung ist ein Lagerbauteil, das die Drehwelle stützt, an einer axialen Seite der Drehwelle angeordnet und hat ein metallisches Lager und ein Wälzlager. Das metallische Lager ist näher an dem Durchgang angeordnet als das Wälzlager. Das metallische Lager ist in ein Lagerloch eines Gehäuses pressgepasst und in diesem gestützt, und ein Freiraum ist zwischen dem metallischen Lager und der Drehwelle in einer Radialrichtung definiert. Des Weiteren ist das Wälzlager zwischen einem Innenlaufring, der in die Drehwelle pressgepasst ist, und einem Außenlaufring gestützt, der in das Lagerloch pressgepasst ist.
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Somit ist das metallische Lager, das einen hohen Wärmewiderstand und dergleichen hat, näher an dem Durchgang angeordnet, und das Wälzlager, das ein gewöhnliches Lager ist, ist weiter weg von dem Durchgang angeordnet. Des Weiteren sind, im Hinblick auf den Freiraum zwischen dem metallischen Lager und der Drehwelle in der Radialrichtung, das metallische Lager und das Wälzlager in einer Axialrichtung voneinander entfernt gelegen, um einen Axialunrundlauf zu beschränken. Des Weiteren ist eine Öldichtung zwischen dem metallischen Lager und dem Wälzlager angeordnet, um eine Fluiddichtheit zu halten.
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Während sich jedoch die Notwendigkeit zum Verringern von Herstellungskosten einer Ventilvorrichtung weiter erhöht, ist es auch erfordert, dass der einseitige Lageraufbau vereinfacht wird, um die Herstellungskosten zu verringern.
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Die
GB 759 111 A offenbart eine Ventilvorrichtung mit einem Gehäuse, das in sich einen Durchgang und ein Lagerloch definiert, das von dem Durchgang entfernt gelegen ist; einem Ventil, das an einer Drehwelle an einer axialen Seite der Drehwelle angebracht ist, wobei das Ventil den Durchgang öffnet und schließt; und einem einseitigen Lagerbauteil, das die Drehwelle an nur einer Seite des Durchgangs drehbar stützt, wobei das einseitige Lagerbauteil eine Vielzahl von Wälzelementlagern hat, die in Reihe in einer Axialrichtung der Drehwelle angeordnet sind, von der Vielzahl von Wälzelementlagern, eines der Vielzahl von Wälzelementlagern am nächsten zu dem Durchgang angeordnet ist, ein Wälzelement, einen Innenlaufring und einen Außenlaufring hat, zwischen denen ein Raum definiert ist, um das Wälzelement aufzunehmen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilvorrichtung mit einem einseitigen Lagerbauteil bei geringeren Kosten vorzusehen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Ventilvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Merkmale und Vorteile der folgenden Erfindung werden offensichtlicher von der folgenden detaillierten Beschreibung, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht ist.
- 1A ist eine Querschnittsansicht, die eine Ventilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
- 1B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Schnitt IB von 1A darstellt; und
- 2 ist eine schematische Seitenansicht, die die Ventilvorrichtung ohne eine Abdeckung darstellt.
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(Ausführungsform)
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Eine Ventilvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform wird mit Bezug auf 1A, 1B und 2 beschrieben.
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Die Ventilvorrichtung 1 öffnet und schließt einen Durchgang 2, durch den ein Abgas hindurch geht, das von einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) ausgestoßen wird. Beispielsweise wird die Ventilvorrichtung 1 für eine Abgasrückführungseinheit (AGR-Einheit) verwendet, die das Abgas zu einer Lufteinlassseite zurückführt und einen Abgasrückführungsdurchgang (AGR-Durchgang), der dem Durchgang 2 entspricht, öffnet und schließt. Die Ventilvorrichtung 1 hat ein Ventil und ein einseitiges Lagerbauteil 5. Das Ventil 3 öffnet und schließt den Durchgang 2 und das einseitige Lagerbauteil 5 stützt eine Drehwelle 4 des Ventils 3, um sich einstückig mit dem Ventil 3 zu drehen.
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Ein Aufbau des Ventils 3 und des einseitigen Lagerbauteil 5 wird nachstehend beschrieben.
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Das Ventil 3 ist ein scheibenförmiges Drosselventil mit einer vorbestimmten Dicke und dreht sich, um den Durchgang 2 zu öffnen und zu schließen. Ein Außenrand des Ventils 3 hat einen Dichtungsring 8, um den Spalt zwischen dem Ventil 3 und einer Innenwand 7 des Durchgangs 2 zu beseitigen bzw. zu schließen.
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Der Dichtungsring 8 hat eine C-Form, mit anderen Worten gesagt annähernd eine Ringform mit einem getrennten Teil (nicht gezeigt). Der Dichtungsring 8 ist in eine Nut 9 eingesetzt, die an dem Außenrand des Ventils 3 definiert bzw. festgelegt ist, und dreht sich einstückig mit dem Ventil 3. Wenn der Durchgang 2 geschlossen ist, berührt der Durchgangsring 8 die Innenwand 7 umlaufend und in gleitbarer Weise. Dann schrumpft der abgetrennte Teil des Dichtungsrings 8 zusammen (wird kleiner) und der Dichtungsring 8 wird elastisch verformt, um den Spalt zwischen dem Außenrand des Ventils 3 und der Innenwand 7 zu beseitigen bzw. zu schließen.
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Eine Düse 11, die in ein Gehäuse 10 der Ventilvorrichtung 1 presseingepasst ist, hält das Ventil 3, so dass es drehen kann. Die Düse 11 hat eine zylindrische Form, und eine Innenwand der Düse 11 definiert die Innenwand 7, sodass der Dichtungsring 8 die Innenwand der Düse 11 in gleitbarer Weise berührt. Das Ventil 3 und die Düse 11 sind beispielsweise aus Edelstahl gemacht, um eine Wärmewiderstandsfähigkeit und eine Korrosionswiderstandsfähigkeit zu haben. Das Gehäuse 10 ist im Hinblick auf eine Gewichtungsverringerung beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung gemacht.
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Das Ventil 3 ist an der Drehwelle 4 durch Schweißen und dergleichen befestigt, um mit der Drehwelle 4 einstückig bzw. integriert zu sein. Das Ventil 3 ist gegenüber der Drehwelle 4 geneigt, um einen spitzen Winkel zu bilden. Das einseitige Lagerbauteil 5 ist an dem Gehäuse 10 montiert und stützt die Drehwelle 4 drehbar.
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Das Lagerbauteil 5 hat einen einseitigen Aufbau als einen Stützaufbau für die Drehwelle 4. In solch einem Aufbau ist das einseitige Lagerbauteil 5 an einer axialen Seite der Drehwelle 4 angeordnet, um die Drehwelle 4 von einer Seite des Durchgangs 2 zu stützten, ohne den Durchgang 2 zu kreuzen. Das Lagerbauteil 5 hat ein erstes Wälzelementlager 13A und ein zweites Wälzelementlager 13B, die in Reihe in einer Axialrichtung angeordnet sind.
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Das erste Wälzelementlager 13A ist näher an dem Durchgang 2 angeordnet als das zweite Wälzelementlager 13B. Wie in 1B gezeigt ist, hat das erste Wälzelement 13A ein Wälzelement 17, einen Innenlaufring 15, einen Außenlaufring 16 und einen Dichtungsabschnitt 21.
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Wie in 1A gezeigt ist, ist jedes von dem ersten Wälzelementlager 13A und dem zweiten Wälzelementlager 13B in einem Lagerloch 14 gehalten, das in dem Gehäuse 10 definiert ist. Der Innenlaufring 15 ist an der Drehwelle 4 durch Presspassen angeordnet, und der Außenlaufring 16 ist an dem Lagerloch 14 durch Presspassen angeordnet. Wie in 1B gezeigt ist, ist ein Raum 18 mit einer Ringform zwischen dem Innenlaufring 15 und dem Außenlaufring 16 ausgebildet und hält eine Vielzahl der Wälzelemente 17 bei regelmäßigen Abständen in einer Umfangsrichtung mit Haltern 19. Des Weiteren ist der Raum 18 mit Fett gefüllt, sodass das Wälzelement 17 sanft wälzt. Ein kugeliger Körper (Kugel) und ein zylindrischer Körper und dergleichen können als das Wälzelement 17 angewendet werden.
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In dem ersten Wälzelementlager 13A sind beide Enden des Raums 18 in der Axialrichtung durch jeweilige Dichtungsabschnitte gedichtet. Im Speziellen ist eine Seite des Raums 18 nahe des Durchgangs 2 durch den Dichtungsabschnitt 21 gedichtet und eine andere Seite des Raums 18, die von dem Durchgang 2 weiter weg ist, ist durch einen bekannten Stahldichtungsabschnitt gedichtet.
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Andererseits sind in dem zweiten Wälzelementlager 13B beide Seiten des Raums 18 des Wälzelementlagers 13B, und zwar die näher zu dem Durchgang 2 und die weiter weg von dem Durchgang 2, durch den Stahldichtungsabschnitt gedichtet.
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Der Dichtungsabschnitt 21 hat eine Stahlplatte 22 und eine Gummiplatte 23. Die Gummiplatte 23 ist benachbarter zu dem Durchgang 2 angeordnet als die Stahlplatte 22. Die Stahlplatte 22 ist an der Innenseite der Gummiplatte 23 eingesetzt, und die Stahlplatte 22 und die Gummiplatte 23 sind flüssigkeitsdicht zwischen dem Innenlaufring 15 und dem Außenlaufring 16 in Kontakt miteinander. Darüber hinaus berührt der Dichtungsabschnitt 21 den Innenlaufring 15 in gleitbarer Weise mit einer Lippendichtung 24, die beispielsweise einen S-förmigen Querschnitt hat, um die Flüssigkeitsdichtheit zwischen dem Dichtungsabschnitt 21 und dem Innenlaufring 15 aufrecht zu halten.
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Die Ventilvorrichtung 1 hat, zusätzlich zu dem Ventil 3 und dem Lagerbauteil 5, auch einen Drehwinkelsensor 26, ein Stellglied 27, einen Vorspannabschnitt 28, einen Öffner 29 und einen Anschlag 30.
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Der Drehwinkelsensor 26 hat einen Permanentmagneten 32 und einen Hall-IC-Baustein (IC) 33. Der Permanentmagnet 32 dreht einstückig mit der Drehwelle 4, und der Hall-IC 33 erzeugt eine Hallspannung in Abhängigkeit eines magnetischen Flusses, der durch den Permanentmagneten 32 erzeugt wird. Dann erzeugt der Drehwinkelsensor 26 ein Signal in Abhängigkeit eines Drehwinkels des Ventils 3, mit anderen Worten gesagt eines Drehwinkels der Drehwelle 4, die einstückig drehen, und gibt dieses aus. Das Signal wird von dem Drehwinkelsensor 26 beispielsweise zu einer Maschinensteuerungseinheit (ECU) ausgegeben, die eine Brennkraftmaschine steuert. Anschließend bestimmt die ECU den Drehwinkel des Ventils 3 auf der Basis des Ausgabesignals, das von dem Drehwinkelsensor 26 ausgegeben wird, und steuert eine Betätigung des Ventils 3 durch Anweisen des Stellglieds 27 mit dem bestimmten Drehwinkel.
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Das Stellglied 27 hat einen Elektromotor 35 und ein Vorgelege bzw. Getriebe 36. Der Elektromotor 35 erzeugt ein Drehmoment, das das Ventil 3 dreht, und das Vorgelege 36 verstärkt das Drehmoment und überträgt das verstärkte Drehmoment zu dem Ventil 3.
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Der Elektromotor 35 dreht in einer normalen Richtung oder in einer Rückwärtsrichtung in Abhängigkeit einer Anweisung von der ECU. Die ECU weist den Elektromotor 35 auf der Basis des erfassten Drehwinkels an, um das Ventil 3 in eine Öffnungsrichtung oder in eine Schließrichtung zu drehen, und diese Richtungen sind in 2 gezeigt.
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Das Vorgelege 36 hat ein Motorrad 37, ein Ventilrad 38 und ein mittleres Rad 41. Das Motorrad 37 ist an einer Ausgangswelle des Elektromotors 35 montiert. Das Ventilrad 38 ist an der Drehwelle 4 montiert und dreht einstückig mit dem Ventil 3. Das mittlere Rad 41 hat koaxial ein großes Rad 39 mit einem großen Durchmesser und ein kleines Rad 40 mit einem kleinen Durchmesser. Das große Rad 39 ist mit dem Motorrad 37 in Eingriff, und das kleine Rad 40 ist mit dem Ventilrad 38 in Eingriff.
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Es ist zu verstehen, dass die Begriffe „obere“ und „untere“ nachstehend verwendet werden, um Richtungen gemäß 1A auszudrücken.
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Der Vorspannabschnitt 28 hat eine untere Torsionsfeder 44 und eine obere Torsionsfeder 45, die durch einen Haken 43 mit einer U-Form miteinander verbunden sind. Die untere Torsionsfeder 44 und die obere Torsionsfeder 45 sind in voneinander verschiedenen Richtungen gewickelt und an der Drehwelle 4 koaxial festgelegt. Die untere Torsionsfeder 44 hat einen Endteil 44a, der an dem Gehäuse 10 fixiert ist, und den anderen Endteil, der mit dem Haken 43 verbunden ist. Bei der oberen Torsionsfeder 45 ist ein Endteil 45b der Feder 45 an dem Ventilrad 38 fixiert und dreht einstückig mit dem Ventilrad 38, und der andere Endteil der Feder 45 ist mit dem Haken 43 verbunden.
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Ein Basiswinkel ist als ein Drehwinkel in einem Fall definiert, wo eine Innenwand der Düse 11 und eine Fläche des Ventils 3 senkrecht zueinander sind, mit anderen Worten wird der getrennte Teil des Dichtungsrings 8 am kleinsten, um den Durchgang 2 vollständig zu dichten. Es ist zu verstehen, dass nachstehend ein Bereich, der sich von dem Basiswinkel in der Öffnungsrichtung erstreckt, als eine Plusseite definiert ist, und ein Bereich, der sich von dem Basiswinkel in einer Schließrichtung entgegengesetzt zu der Öffnungsrichtung erstreckt, als eine Minusseite definiert ist.
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Durch eine Funktion des Öffners 29, der nachstehend beschrieben wird, wenn das Ventil 3 an der Plusseite ist, spannt die untere Torsionsfeder 44 das Ventil 3 vor, um es in die Schließrichtung zu drehen. Wenn das Ventil 3 an der Minusseite ist, spannt die obere Torsionsfeder 45 das Ventil 3 vor, um es in die Öffnungsrichtung zu drehen.
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Wenn ein Drehwinkel an der Minusseite ist, gibt der Öffner 29 das Ventil 3 von einer Vorspannkraft frei, die durch die untere Torsionsfeder 44 erzeugt wird. Der Öffner 29 ist durch eine Schraube 46 definiert bzw. gebildet, die in das Gehäuse 10 geschraubt ist, die definiert, und ein Endteil 46a der Schraube 46 liegt zu einer Getriebekammer 47 frei, die das Vorgelege 36 hält. Des Weiteren ist ein Einschraubbetrag der Schraube 46 so eingestellt, dass der Endteil 46a den Haken 43 bei dem Basiswinkel fängt, wenn das Ventil 3 von der Plusseite in die Schließrichtung dreht.
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Deshalb wird ein Vorspannkraftzustand, in dem die untere Torsionsfeder 44 und die obere Torsionsfeder 45 eine Vorspannkraft auf das Ventil 3 aufbringen, in Abhängigkeit von Drehwinkeln geändert. Solche Änderungen werden nachstehend beschrieben.
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Wenn ein Drehwinkel an der Plusseite ist, fängt ein Hakenhebel 48, der an dem Ventilrad 38 angeordnet ist, den Haken 43, und der Haken 43 dreht einstückig mit dem Ventil 3. Zu dieser Zeit ist das Endteil 44a der Feder 44 an dem Gehäuse 10 fixiert und das andere Ende der Feder 44, d.h. der Haken 43, dreht einstückig mit dem Ventilrad 38. Demzufolge überträgt die untere Torsionsfeder 44 eine Vorspannkraft über den Eingriff zwischen dem Haken 43 und dem Hakenhebel 48 auf das Ventil 3 und spannt das Ventil 3 vor, um es in die Schließrichtung zu drehen. Zu dieser Zeit hält das Ventilrad 38 beide Endteile der oberen Torsionsfeder 45, sodass die obere Torsionsfeder 45 im Wesentlichen nicht arbeitet.
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Wenn ein Drehwinkel an der Minusseite ist, fängt der Endteil 46a den Haken 43, und der Haken 43 steht relativ zu dem Ventil 3 still. Demzufolge hält das Gehäuse 10 beide Endteile der unteren Torsionsfeder 44, sodass diese nicht arbeitet, und das Ventil 3 ist von der Vorspannkraft freigegeben. Des Weiteren ist ein Endteil der oberen Torsionsfeder 45, d.h. der Haken 43 und nicht der Endteil 45b, an dem Gehäuse 10 über die Schraube 46 fixiert, und der Endteil 45b dreht einstückig mit dem Ventilrad 38. Demzufolge überträgt die obere Torsionsfeder 45 eine Vorspannkraft auf das Ventil 3 über den Eingriff zwischen dem Endteil 45b und dem Ventilrad 38 und spannt das Ventil 3 vor, um es in die Öffnungsrichtung zu drehen.
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Eine Schraube 49, die in das Gehäuse 10 eingeschraubt ist, definiert den Anschlag 30, und der Anschlag 30 hat einen Anschlagwinkel, der an der Minusseite vorbestimmt ist, um das Ventil 3 mechanisch zu beschränken, so dass es nicht in einem großen Ausmaß in die Schließrichtung dreht. Die Schraube 49 ist in das Gehäuse 10 derart geschraubt, dass ein Endteil 49a der Schraube 49 zu der Getriebekammer 47 freiliegt, wie im Fall der Schraube 46.
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Ein Einschraubbetrag der Schraube 49 ist so eingestellt, dass der Endteil 49a das Ventilrad 38 bei dem Anschlagwinkel fängt, wenn das Ventil 3 von der Plusseite in die Schließrichtung dreht. Das Ventilrad 38 hat einen vorstehenden Teil 38a, der in einer Radialrichtung vorsteht, und die Schraube 49 steuert eine Drehung des Ventilrads 38 durch Fangen des vorstehenden Teils 38a bei dem Anschlagwinkel.
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Wenn der Anschlagwinkel an der Minusseite von dem Basiswinkel festgelegt ist, kann es gestattet sein, dass das Ventil 3 den Basiswinkel in der Schließrichtung übersteigt, und beispielsweise kann das Ventil 3 eine Ablagerung entfernen, die an dem Dichtungsring 8 und der Innenwand 7 anhaftet.
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Gemäß der Ausführungsform hat das einseitige Lagerbauteil 5 den einseitigen Aufbau, in dem die Drehwelle 4 von einer axialen Seite gestützt ist. Des Weiteren hat das einseitige Lagerbauteil 5 auch das erste Wälzelementlager 13A und das zweite Wälzelementlager 13B, die in Reihe in der Axialrichtung an einer axialen Seite der Drehwelle 4 als eine Vielzahl von Wälzelementlagern angeordnet sind. In dem ersten Wälzelementlager 13A, das näher an dem Durchgang 2 angeordnet ist als das zweite Wälzelementlager 13B, ist der Raum 18, der zwischen dem Innenlaufring 15 und dem Außenlaufring 16 definiert ist, durch den Gummidichtungsabschnitt 21 an der Seite des Durchgangs 2 gedichtet.
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Im Ergebnis können durch Verwenden des ersten Wälzelementlagers 13A und des zweiten Wälzelementlagers 13B, die Allzwecklager sind, statt eines metallischen Lagers mit einem hohen Wärmewiderstand, als das einseitige Lagerbauteil 5 Herstellungskosten des einseitigen Lagerbauteils 5 verringert werden.
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Durch Anordnen des ersten Wälzelementlagers 13A und des zweiten Wälzelementlagers 13B in Reihe in der Axialrichtung kann das erste Wälzelementlager 13A weiter weg von dem Durchgang 2 angeordnet werden, und ein Abstand zwischen dem einseitigen Lagerbauteil 5 und dem Durchgang 2 kann vergrößert werden. Somit kann eine Wärmebeschädigung des einseitigen Lagerbauteils 5 beschränkt werden, sodass eine Leistungsverschlechterung des Wälzelementlagers 13A verringert werden kann.
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Des Weiteren kann in Bezug auf das erste Wälzelementlager 13A die Fluiddichtheit durch Dichten des Raums 18 mit dem Gummidichtungsabschnitt 21 an der Seite des Durchgangs 2 gewährleistet werden. Zu dieser Zeit kann eine Wärmebeschädigung des Gummidichtungsabschnitts 21 verringert werden, weil der Abstand zwischen dem ersten Wälzelementlager 13A des einseitigen Lagerbauteils 5 und des Durchgangs 2 vergrößert ist.
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Somit können gemäß der Ventilvorrichtung 1, die den einseitigen Aufbau hat, um den Durchgang 2 zu öffnen und zu schließen, Herstellungskosten des einseitigen Lagerbauteils 5 verringert werden, ohne eine Leistung zu verringern.
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In der Ausführungsform hat das einseitige Lagerbauteil 5 das erste Wälzelementlager 13A und das zweite Wälzelementlager 13B. Alternativ kann das einseitige Lagerbauteil 5 drei oder mehr Wälzelementlager haben, die in Reihe in der Axialrichtung angeordnet sind.
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In der Ausführungsform ist der Raum 18 in dem ersten Wälzelementlager 13A durch den Gummidichtungsabschnitt 21 nur an der Seite des Durchgangs 2 gedichtet. Alternativ kann der Raum 18 auch an einer entgegengesetzten Seite, entgegengesetzt von dem Durchgang 2, durch den Gummidichtungsabschnitt 21 gedichtet sein. Des Weiteren kann für das zweite Wälzelementlager 13B der Gummidichtungsabschnitt 21 statt des Stahldichtungsabschnitts angewendet werden, um den Raum 18 zu dichten.
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Solche Änderungen und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung zu verstehen, die durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
