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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ventilvorrichtung.
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Die Ventilvorrichtung schließt ein Ventil ein, welches zum Beispiel die Form eines Drosselventils hat, und durch das Ventil wird ein Durchlass vollständig geschlossen, wenn sich das Ventil senkrecht zu dem Durchlass in einer vollständig geschlossenen Position befindet. Wenn das Ventil von der vollständig geschlossenen Position aus in eine Ventilöffnungs-Richtung rotiert wird, ist das Ventil so definiert, dass es sich auf einer Plus-Seite von der vollständig geschlossenen Position befindet. Wenn das Ventil von der vollständig geschlossenen Position aus in eine der Ventilöffnungs-Richtung entgegen gerichtete Richtung rotiert wird, ist das Ventil so definiert, dass es sich auf einer Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position befindet.
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Eine Abgasrückführeinheit (AGR-Einheit) ist herkömmlicherweise als eine Ventilvorrichtung bekannt. Die
JP-A-2005-233063 (
US 2005/0183705 ) beschreibt solch eine AGR-Einheit, bei welcher durch Steuern eines Aktuators eines AGR-Ventils eine Ablagerung entfernt wird.
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Wenn eine vorher festgelegte Bedingung erfüllt ist, wenn zum Beispiel ein Motor gestoppt ist, betätigt der Aktuator das Ventil, damit dieses abwechselnd von der Plus-Seite auf die Minus-Seite, bezogen auf die vollständig geschlossene Position, rotiert wird.
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Falls eine Ablagerung erkaltet, während der Motor gestoppt ist, kann das Ventil durch eine kalte Ablagerung klemmen, und ein Drehmoment, welches erzeugt wird, wenn das Ventil geöffnet wird, kann erhöht sein. Ein Bereich um das Ventil herum wird jedoch durch eine abwechselnd rotierende Bewegung des Ventils gereinigt, da die Ablagerung entfernt werden kann.
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Um die Ablagerungsentfernungssteuerung zu praktizieren, muss das Ventil zu der Minus-Seite hin rotiert werden, somit muss ein Rotationsbereich des Ventils zur Minus-Seite erweitert werden, zum Beispiel auf minus zehn Grad (–10°).
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Bei einer konventionellen Technik wird als eine Rückholfeder eine Doppel-Feder angewendet, und das Ventil wird gesteuert, um in die vollständig geschlossene Position zurück zu rotieren. Die Doppel-Feder schließt eine erste Feder und eine zweite Feder ein. Die erste Feder steuert das Ventil, damit dieses von der Plus-Seite zu der vollständig geschlossenen Position zurück rotiert, und die zweite Feder steuert das Ventil, damit dieses von der Minus-Seite zu der vollständig geschlossenen Position zurück rotiert.
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Die Doppel-Feder hat eine komplizierte Struktur, bei welcher die erste und die zweite Feder einander entgegen gerichtete Windungsrichtungen haben, so dass Produktionskosten erhöht sind.
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Darüber hinaus hat die Doppel-Feder drei Positionen, welche festzulegen sind, so dass die Anzahl an Zusammenbau-Schritten erhöht ist. Die drei Positionen sind ein freies Ende der ersten Feder, eine freies Ende der zweiten Feder, und ein Mittel-Haken, welcher an einem Verbindungsabschnitt der ersten Feder und der zweiten Feder platziert ist.
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Wenn zum Anderen der Betrag der Ablagerung kleiner ist, ist die Ablagerungsentfernungssteuerung unnötig. In diesem Fall braucht das Ventil nicht zu der Minus-Seite hin rotiert zu werden.
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Wenn das Ventil von der Plus-Seite zu der vollständig geschlossenen Position rotiert, ist es notwendig, eine Rotationsgeschwindigkeit des Ventils zu reduzieren, um zu verhindern, dass das Ventil mit einem Stopper kollidiert. Mit anderen Worten, es ist eine Geschwindigkeitsreduzierungssteuerung des Ventils notwendig. In diesem Fall ist ein erhöhtes Ansprechen zum Drehen des Ventils zu der vollständig geschlossenen Position erforderlich.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin, eine Ventilvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welcher ein Ventil ein hohes Ansprechverhalten hat, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist.
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Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung schließt eine Ventilvorrichtung ein Ventil, eine Aktuator, eine Steuereinheit, eine Rückholfeder und einen mechanischen Stopper ein. Das Ventil rotiert zum Öffnen und Schließen eines Fluiddurchlasses, in welchem Ausstoßgas strömt. Der Aktuator betätigt das Ventil zum Öffnen und Schließen. Die Steuereinheit steuert einen Öffnungsgrad des Ventils innerhalb eines Bereichs zwischen einer vollständig geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position durch Steuern einer Betätigung des Aktuators. Die Rückholfeder, welche mit einer einzelnen Feder konstruiert ist, spannt das Ventil nur in einer Ventilschließungs-Richtung vor. Der mechanische Stopper steuert eine Rotationsbegrenzung des Ventils in der Ventilschließungs-Richtung. Das Ventil ist so definiert, dass es auf eine Plus-Seite von der vollständig geschlossenen Position in einer Ventilöffnungsrichtung rotiert und auf eine Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position in eine der Ventilöffnungs-Richtung entgegen gerichteten Richtung rotiert. Der mechanische Stopper stoppt das Ventil an einer Stopperposition, welche auf die Minus-Seite der vollständig geschlossenen Position gesetzt ist. Zwischen der vollständig geschlossenen Position und der Stopperposition ist ein vorher festgelegter Überschreitungsbereich definiert.
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Die Rückholfeder ist die einzelne Feder, welche das Ventil nur in der Ventilschließungsrichtung vorspannt.
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Die Steuereinheit steuert das Ventilöffnen nur zwischen der vollständig geschlossenen Position und vollständig geöffneten Position. Wenn der Aktuator in einem Fall gestoppt wird, in welchem ein Zündschalter ausgeschaltet wird, rotiert die Vorspannkraft der Rückholfeder das Ventil auf die Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position, und das Ventil wird an der Stopperposition gestoppt.
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Das Ventil wird daran gehindert, mit dem Stopper in dem Überschreitungsbereich zu kollidieren, wenn das Ventil durch den Aktuator von der Plus-Seite zu der vollständig geschlossenen Position hin rotiert wird. Daher ist es nicht notwendig, die Rotationsgeschwindigkeit des Ventils vor einem Kollidieren mit dem Stopper zu reduzieren und das Ansprechverhalten kann erhöht werden, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist. Das Ansprechverhalten kann daher hochgehalten werden, wenn die einzelne Feder als die Rückholfeder des Aktuators verwendet wird.
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Die vorgenannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnung weiter verdeutlicht. In den Zeichnungen:
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ist 1 eine schematische Schnittansicht, welche eine Ventilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform illustriert;
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ist 2 eine schematische Ansicht, welche einen elektrischen Aktuator der Ventilvorrichtung ohne eine Abdeckung illustriert;
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ist 3 eine perspektivische Ansicht, welche eine Rückholfeder der Ventilvorrichtung illustriert; und
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ist 4 ein erläuterndes Schaubild, welches eine Beziehung zwischen einem Unterschreitungswinkel und einem Grenzwinkel illustriert.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann einem Teil, welches einem Gegenstand entspricht, der in einer voran stehenden Ausführungsform beschrieben wurde, dasselbe Bezugszeichen zugewiesen sein, und kann eine redundante Erläuterung des Teils weggelassen sein. Wenn nur ein Teil einer Konfiguration in einer Ausführungsform beschrieben wird, kann eine andere, vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile der Konfiguration angewendet werden. Die Teile können selbst dann miteinander kombiniert werden, wenn nicht explizit beschrieben sein sollte, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können selbst dann teilweise miteinander kombiniert werden, wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, unter der Vorraussetzung allerdings, dass bei der Kombination keine schädigende Wirkung auftritt.
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Bei einer Abgasrückführeinheit (AGR-Einheit bzw. EGR-Einheit), welche ein Beispiel für eine Ventilvorrichtung darstellt, zirkuliert ein Teil eines Ausstoßgases, welches von einem Motor ausgestoßen wird, zu einer Ansaugseite des Motors zurück. Die AGR-Einheit hat ein AGR-Ventil 1 und eine Motorsteuereinheit (ECU) 2, welche ein Beispiel für eine Steuereinheit ist, die das AGR-Ventil 1 steuert.
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Das AGR-Ventil 1 weist ein Ventil 5 auf, welches die Form eines Drosselventils hat, und ein elektrischer Aktuator 6, der ein Beispiel für einen Aktuator darstellt, betätigt das Ventil 5. Das Ventil 5 rotiert innerhalb einer Düse 4, welche an einem AGR-Durchlass 3 befestigt ist, der ein Beispiel für einen Fluid-Durchlass ist, und öffnet und schließt den AGR-Durchlass 3.
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Das AGR-Ventil 1 weist auch eine Rückholfeder 7, die aus einer einzelnen Feder erzeugt ist, und einen mechanischen Stopper 8 auf. Der mechanische Stopper 8 steuert mechanisch eine Rotationsbegrenzung des Ventils 5 in einer Ventilschließungsrichtung.
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Der mechanische Stopper 8 weist eine Stopperposition α für das Ventil 5 auf, und die Stopperposition α ist auf die Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position gesetzt. Ein vorher festgelegter Überschreitungsbereich θ ist zwischen der vollständig geschlossenen Position und der Stopperposition α definiert. Der Überschreitungsbereich θ wird in 2 und 4 gezeigt.
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Die ECU 2 steuert den Öffnungsgrad des Ventils 5 zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig geöffneten Position über den elektrischen Aktuator 6. Mit anderen Worten, die ECU 2 setzt einen Soll-Öffnungsgrad nicht auf die Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position.
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Wenn ein Zündschalter ausgeschaltet wird, zum Beispiel wenn ein Motor stoppt, so dass die ECU 2 aufhört, dem elektrischen Aktuator 6 Energie zuzuführen, rotiert das Ventil 5 nur durch die Federkraft der Rückholfeder 7 zu der Minus-Seite hin, und stoppt diese wegen des mechanischen Stoppers 8 an der Stopperposition α.
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Die vorliegende Offenbarung wird auf die AGR-Einheit angewendet, ist aber nicht darauf beschränkt, auf die AGR-Einheit angewendet zu werden.
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Die AGR-Einheit ist eine gut bekannte Technik zum Mischen eines AGR-Gases, welches ein unverbrennbares Gas ist, in eine Ansaugluft durch Zirkulieren eines Teils eines von einem Motor abgegebenen Ausstoßgases als AGR-Gas zurück zu einer Ansaugseite des Motors.
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Die AGR-Einheit hat zumindest das AGR-Ventil 1, welches durch die ECU 2 gesteuert wird. Das AGR-Ventil 1 wird zum Öffnen und Schließen gesteuert und der Öffnungsgrad des AGR-Durchlasses 3 wird durch das AGR-Ventil 1 gesteuert. Der AGR-Durchlass 3 zirkuliert den Teil des von dem Motor abgegebenen Ausstoßgases zurück zu der Ansaugseite des Motors.
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Ein AGR-Ventil für Hochdruck und ein AGR-Ventil für Niederdruck können auf das AGR-Ventil 1 angewendet werden. Das AGR-Ventil für Hochdruck zirkuliert das AGR-Gas zurück zu einem Bereich, welcher einen hohen Negativdruck erzeugt, in einem Luft-Ansaugdurchlass, welcher sich stromabwärts eines Drosselventils in dem Ansaug-Luftstrom befindet. Das AGR-Ventil für Niederdruck zirkuliert das AGR-Gas zurück zu einem Bereich, welcher einen niederen Negativdruck erzeugt, in dem Luft-Ansaugdurchlass, welcher sich stromaufwärts des Drosselventils befindet. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel mit einem Turbolader ausgestattet ist, befindet sich das AGR-Ventil für Niederdruck stromaufwärts eines Kompressors in dem Ansaug-Luftstrom.
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Ein Aspekt des AGR-Ventils 1 wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Obwohl im Folgenden in 1 oben befindliches mit oben bezeichnet wird und in 1 unten befindliches mit unten bezeichnet wird, werden diese Worte nur zur Bezeichnung verwendet und sollen diese nicht beschränkend verstanden werden.
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Das AGR-Ventil 1 schließt ein Gehäuse 11, welches einen Teil des AGR-Durchlasses 3 definiert, das Ventil 5, welches in dem AGR-Durchlass 3 platziert ist, eine Welle 12, welche das Ventil 5 lagert, und den elektrischen Aktuator 6 ein, welcher ein Moment an die Welle 12 abgibt.
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Der elektrische Aktuator 6 schließt einen elektrischen Motor 13, ein Untersetzergetriebe 14, die Rückholfeder 7 und einen Rotationswinkelsensor 15 ein. Der elektrische Motor 13 wird elektrische betrieben, um ein Moment zu erzeugen. Das Untersetzergetriebe 14 verstärkt das Moment des elektrischen Motors 13 und überträgt das verstärkte Moment auf die Welle 12. Die Rückholfeder 7 spannt das Ventil 5 durch die Welle 12 nur zu der Ventilschließungsrichtung hin vor. Der Rotationswinkelsensor 15 erfasst den Öffnungsgrad des Ventils 5.
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Das Gehäuse 11 ist eine Druckguss-Aluminiumlegierung. Der AGR-Durchlass 3 ist innerhalb des Gehäuses 11 platziert und die Düse 4, welche eine zylindrische Form hat, ist an der Innenwand des AGR-Durchlasses 3 gelagert. Die Düse 4 ist aus rostfreiem Stahl gefertigt, welches ein Material ist, das eine hohe Wärmebeständigkeit und einen hohen Korrosionswiderstand hat, und eine Innenseite der Düse 4, die das Gehäuse 11 nicht berührt, definiert einen Teil der Innenwand des AGR-Durchlasses 3 in dem Gehäuse 11.
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Das Ventil 5 hat näherungsweise die Form einer kreisförmigen Scheibe und öffnet und schließt unter Rotation der Welle 12 den AGR-Durchlass 3. Das Ventil 5 ist auch ein Drosselventil, welches den Öffnungsbereich des AGR-Durchlasses 3 in der Düse 4 ändert, somit steuert das Ventil 5 den Betrag des AGR-Gases, welcher zu einem Anssaugdurchlass zurück zirkuliert, in Abhängigkeit des Öffnungsgrades.
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Eine Außenkante des Ventils 5 hat einen Dichtring 16 zum Schließen der Lücke zwischen dem Ventil 5 und der Innenumfangswand der Düse 4.
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Die Welle 12 lagert das Ventil 5 zum Rotieren in dem AGR-Durchlass 3. Bei der Ausführungsform lagert die Welle 12 das Ventil 5 von einer Seite und desgleichen, und die Achse der Welle 12 ist an der vollständig geschlossenen Position in einer Radialrichtung des Ventils 5 geneigt.
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Das Ventil 5 ist an einem unteren Ende der Welle 12 befestigt, und das Ventil 5 dreht sich einstückig mit der Welle 12. Das Ventil 5 ist durch Schweißen, Schrauben und desgleichen mit der Welle 12 verbunden.
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Die Welle 12 wird zum Rotieren durch zwei Lager 17 gelagert, welche sich über dem AGR-Durchlass 3 in dem Gehäuse 11 befinden. Die Lager 17 können aus einem Wälzlager, wie beispielsweise einem Kugellager oder einem Rollenlager, oder aus einem Gleitlager, wie beispielsweise einem Metalllager, gefertigt sein. Die Lager 17 sind durch Verbindungstechniken, wie beispielsweise Presspassen und desgleichen, in Lagerhaltelöchern befestigt, und lagern die Welle 12 zum Drehen.
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Ein Dichtbestandteil 18 ist zwischen dem Gehäuse 11 und der Welle platziert, um das AGR-Gas am Lecken zu hindern.
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Der elektrische Aktuator 6 ist mit dem Gehäuse 11 verbunden, und eine Getriebeabdeckung 19 ist durch einen Befestigungsabschnitt, wie beispielsweise eine Schraube, an einem oberen Teil des Gehäuses 11 angebracht, um entfernbar zu sein.
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Das Gehäuse 11 hat einen Motoraufnahmeraum, welche in sich den elektrischen Motor 13 aufnimmt. Das Untersetzergetriebe 14 und die Rückholfeder 7 sind in einem Raum gelagert, welcher zwischen dem Gehäuse 11 und der Getriebeabdeckung 19 gebildet ist.
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Der elektrische Motor 13 ist ein bekannter Gleichstrommotor. Wenn die Energiezuführ-Richtung geändert wird, ändert der elektrische Motor 13 die Rotationsrichtung und erzeugt dieser ein Drehmoment in Abhängigkeit von dem Energiezuführ-Betrag. Der elektronische Motor 13 wird in den Motoraufnahmeraum, welcher in dem Gehäuse 11 gebildet ist, eingefügt, und dann durch einen Befestigungselement 20, wie beispielsweise eine Schraube, an dem Gehäuse 11 befestigt.
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Wie es in 2 gezeigt ist, hat das Untersetzergetriebe 14 ein Motorzahnrad 21, ein Mittelzahnrad 22 und ein Endzahnrad 23. Das Motorzahnrad 21 ist ein Ritzel und rotiert einstückig mit dem elektrischen Motor 13. Das Mittelzahnrad 22 wird durch das Motorzahnrad 21 zum Rotieren betätigt. Das Endzahnrad 23 ist ein Ventilzahnrad, welches durch das Mittelzahnrad 22 zum Rotieren betätigt wird, und rotiert einstückig mit der Welle 12. Das Untersetzergetriebe 14 untersetzt eine Drehzahl des elektrischen Motors 13, und überträgt die Rotation des elektrischen Motors 13 mit verringerter Drehzahl zur Welle 12.
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Das Motorzahnrad 21 ist ein außenverzahntes Zahnrad, welches einen relativ kleinen Durchmesser hat, und ist an einer Abtriebswelle des elektrischen Motors 13 befestigt.
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Das Mittelzahnrad 22 ist ein Doppel-Zahnrad, bei welchem ein Zahnrad 22a, das einen großen Durchmesser hat, und ein Zahnrad 22b, das einen kleinen Durchmesser hat, koaxial gehalten sind. Das Mittelzahnrad 22 ist zum Rotieren durch eine Lagerwelle 24 gelagert, welche durch das Gehäuse 11 und die Getriebeabdeckung 19 gelagert ist. Das Zahnrad 22a und das Motorzahnrad 21 werden im Eingriff gehalten, und das Zahnrad 22b und das Endzahnrad 23 werden im Eingriff gehalten.
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Das Endzahnrad 23 ist ein außenverzahntes Zahnrad, das einen relativ großen Durchmesser hat, in welches eine Verbindungsplatte eingesetzt ist. Die Verbindungsplatte ist durch Verstemmen an einem Endteil der Welle 12 befestigt. Das Endzahnrad 23 hat wegen der Rotation des Ventils 5 nur in einem Bereich eine eingreifende Außenverzahnung. Die Drehzahl des elektrischen Motors 13 wird in der folgenden Reihenfolge untersetzt und verstärk: das Motorzahnrad 21, das Zahnrad 22a, und das Zahnrad 22b, und von dem Endzahnrad 23 wird das verstärkte Rotationsmoment zur Welle 12 übertragen.
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Der Rotationswinkelsensor 15 ist ein nicht-berührender Positionssensor, welcher den Öffnungsgrad des Ventils 5 durch Erfassen eines Rotationswinkels der Welle 12 erfasst, und gibt ein Öffnungsgradsignal ab, welches dem Öffnungsgrad des Ventils 5 entspricht.
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Insbesondere ist der Rotationswinkelsensor 15, wie in 1 gezeigt ist, ein magnetischer Sensor, welcher eine magnetische Schaltung 25 und einen magnetischen Erfassungsabschnitt 26 hat. Der Rotationswinkelsensor 15 erfasst eine Relativ-Rotation der magnetischen Schaltung 25 und des magnetischen Erfassungsabschnitts 26, ohne das diese miteinander in Kontakt stehen. Die magnetische Schaltung 25 hat eine näherungsweise zylindrische Form. Die magnetische Schaltung 25 ist in das Endzahnrad 23 eingefügt, und rotiert einstückig mit der Welle 12. Der magnetische Erfassungsabschnitt 26 ist an der Getriebeabdeckung 19 ohne Kontakt mit der magnetischen Schaltung 25 angebracht, und erzeugt ein Spannungssignal an die ECU 2, welches ein Ausgangssignal ein integrierte Schaltung (IC) nach Hall ist.
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Die ECU 2 ist eine vertraute elektrische Steuereinheit, die einen Mikrocomputer hält, welcher eine Regelung für den elektrischen Motor 13 in einer Weise durchführt, dass der Öffnungsgrad des Ventils 5, welcher durch die Rotationswinkelsensor 15 erfasst wird, mit einem Soll-Grad übereinstimmt, welcher in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand, wie beispielsweise der Drehzahl oder einem Gaspedal-Öffnungsgrad, berechnet wird.
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Die Regelung ist eine vertraute Steuertechnik, welche den Öffnungsgrad des Ventils 5 unter Verwendung von, zum Beispiel, einer Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung) oder einer Proportional-Integral-Differential-Steuerung (PID-Steuerung) zurück auf einen vorher festgelegten Sollwert reguliert.
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Gemäß der Ausführungsform hat das AGR-Ventil 1 die Rückholfeder 7, welche das Ventil 5 nur in der Ventilschließungsrichtung vorspannt.
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Wie 3 zeigt, ist die Rückholfeder 7 eine einzelne Feder, welche aus einer Schraubenfeder konstruiert ist. Wie 1 zeigt, ist die Rückholfeder 7 um die Welle 12 herum koaxial in eine Richtung gewunden.
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Wenn die Rückholfeder 7 zwischen dem Gehäuse 11 und dem Endzahnrad 23 angebracht ist, hat die Rückholfeder 7 eine komprimierte Kraft. Wie 2 und 3 zeigen, hat ein Ende der Rückholfeder 7 einen oberen Haken 27, und hat das andere Ende der Rückholfeder 7 einen unteren Haken 28. Sowohl der obere Haken 27 als auch der untere Haken 28 stehen in einer Radialrichtung der Rückholfeder 7 nach außen vor oder kragen heraus. Der obere Haken 27 ist insbesondere angebracht, um gegen einen oberes Hakenverbindungsteil 29 des Endzahnrads 23 zu pressen, und der untere Haken 28 ist insbesondere angebracht, um gegen ein unteres Hakenverbindungsteil 30 des Gehäuses 11 zu pressen, wodurch die Rückholfeder 7 die komprimierte Kraft erzeugt.
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Das AGR-Ventil 1 hat den mechanischen Stopper 8, welcher das Ventil 5 an einer vorher festgelegten Position hält, welche die Stopperposition α ist, während der elektrische Aktuator 6 stoppt.
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Der mechanische Stopper 8 reguliert mechanisch die Rotationsbegrenzung des Ventils 5 in Ventilschließungsrichtung, und wird durch einen Berührungsabschnitt definiert, an welchem das Endzahnrad 23 des Untersetzergetriebes 14 und das Gehäuse 11, welches den elektrischen Aktuator 6 aufnimmt, einander berühren.
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Ein Aspekt des mechanischen Stoppers 8 wird im Folgenden beschrieben.
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Wie 2 zeigt, hat der mechanische Stopper 8 einen Stopperhebel 31, welcher auf dem Endzahnrad 23 platziert ist und in einer Radialrichtung nach außen vorspringt, und eine Anschlag-Oberfläche 32, welche durch eine Innenwand des Gehäuses 11 definiert wird, die das Endzahnrad 23 hält. Wenn das Ventil 5 zu der Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position hin rotiert, stößt der Stopperhebel 31 an die Anschlagoberfläche 32, wodurch das Ventil 5 an der Stopperposition α stoppt.
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Die Stopperposition α ist auf die Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position gesetzt, und ein Überschreitungsbereich θ ist zwischen der vollständig geschlossen Position und der Stopperposition α vorher festgelegt.
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Andererseits steuert die ECU 2 den Öffnungsgrad des Ventils 5 nur zwischen der vollständig geschlossen Position und der vollständig geöffneten Position über den elektrischen Aktuator 6.
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Demzufolge legt die ECU 2 den Öffnungsgrad des Ventils 5 zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig geöffneten Position vorher fest, und setzt nicht den Soll-Öffnungsgrad auf die Minus-Seite.
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Wie 4 zeigt, ist in der Ausführungsform der Überschreitungsbereich θ eine Summe eines Unterschreitungswinkels θ1 und eines Grenzwinkels θ2.
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Der Unterschreitungswinkel θ1 ist ein erwarteter, maximaler Unterschreitungsbetrag. Der Unterschreitungswinkel θ1 ist insbesondere ein maximaler Winkel des Ventils 5 auf der Minus-Seite, welcher die vollständig geschlossene Position (diese ist 0° in 4) in einem Fall überschreitet, in welchem die ECU 2 das Ventil 5 zum Rotieren von der offenen Seite zur vollständig geschlossenen Position mit der Regelung betreibt.
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Der Grenzwinkel θ2 ist eingestellt, um zu verhindern, dass der Stopperhebel 31 mit der Anschlagoberfläche 32 des mechanischen Stoppers 8 in einem Fall kollidiert, in welchem der Öffnungsgrad des Ventils 5 den Unterschreitungswinkel θ1 erreicht. Der Grenzwinkel θ2 schließt auch eine Bauteiltoleranz ein.
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Der Unterschreitungswinkel θ1 kann in der Ausführungsform zum Beispiel 3° betragen. Der Grenzwinkel θ2 kann in der Ausführungsform größer als zum Beispiel 1° oder 2° sein oder kann diesem Wert gleich sein.
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Bei der Ausführungsform wird ein Wert des Überschreitungsbereichs θ bestimmt, so dass die Stopperposition α in einen Totbereich hineinfällt.
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Der Totbereich ist ein Bereich des Öffnungsgrades des Ventils 5, welcher den AGR-Durchlass 3 durch den Dichtring 16 selbst dann geschlossen hält, wenn sich der Öffnungsgrad des Ventils 5 leicht um die vollständig geschlossene Position herum ändert.
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Genauer gesagt hat eine Außenkante des Ventils 5 den Dichtring 16 zum Schließen der Lücke zwischen dem Ventil 5 und der Düse 4. Die Außenkante des Ventils 5 hat eine ringförmige Vertiefung über den ganzen Umfang, und der Dichtring 16 ist in die ringförmige Vertiefung eingelegt.
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Der Dichtring 16 ist aus einem Walzdraht gemacht, welcher in eine Ringform geformt wurde. Der Walzdraht ist aus einem metallischen Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl und desgleichen. Der Walzdraht hat zum Beispiel einen quadratischen Querschnitt, welcher an den Ecken entgratet ist. Weil der Dichtring 16 aus dem Walzdraht gemacht ist, hat der Dichtring 16 in der Umfangsrichtung zumindest ein getrenntes Teil. Der Dichtring 16 kann aus anderen Materialien, wie beispielsweise einem Kunstharzmaterial, gemacht sein, welche eine hohe Wärmebständigkeit, eine hohe Ölbeständigkeit bzw. -festigkeit und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen.
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Der getrennte Teil des Dichtrings 16 in dem freien Zustand definiert eine leichte Lücke in der Umfangsrichtung. Der Dichtring 16 schrumpft, wenn ein Umfang des Dichtrings 16 in der vollständig geschlossenen Position gegen die Düse 4 gedrückt wird.
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Daher hält der Dichtring 16 den Umfang des Dichtringes 16 in Berührung zu einer Innenwand der Düse 4. Wenn das Ventil 5 innerhalb eines vorher festgelegten Bereichs um die vollständig geschlossene Position, an welcher der Öffnungsgrad 0° ist, herum rotiert, hält die Struktur des Dichtringes 16 auch den AGR-Durchlass 3 im Wesentlichen geschlossen. Somit wird der AGR-Durchlass 3 ohne Berücksichtung eines Rotierens des Ventils 5 in dem Totbereich geschlossen gehalten.
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Bei der Ausführungsform wird der Totbereich durch zum Beispiel ±5° von der vollständig geschlossenen Position (0°) aus definiert.
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Dann wird in der Ausführungsform der Überschreitungsbereich θ in die 5° hineingesetzt um den AGR-Durchlass 3 selbst dann praktisch geschlossen zu halten, wenn das Ventil 5 auf der Stopperposition α das Rotieren stoppt.
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Daher wird der Unterschreitungswinkel θ1 in der Ausführungsform beispielhaft auf 3° gesetzt, und der Grenzwinkel θ2 wird auf 2° gesetzt, so dass die Stopperposition α innerhalb des Totbereichs gesetzt ist.
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Wenn der elektrische Aktuator 6 das Ventil 5 gemäß der Ausführungsform zum Rotieren von der offenen Seite zu der vollständig geschlossenen Position hin betätigt, wird der Stopperhebel 31 aufgrund des Überschreitungsbereichs θ davon abgehalten, mit der Anschlagoberfläche 32 des mechanischen Stoppers 8 zu kollidieren.
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Insbesondere in dem Fall, in welchem der elektrische Aktuator 6 das Ventil 5 zum Rotieren zu der vollständig geschlossenen Position hin betätigt, wenn das Ventil 5 an der Minus-Seite durch den Unterschreitungswinkel θ1 rotiert wird, wird das Ventil 5 vom Auftreffen auf den mechanischen Stopper 8 aufgrund des Überschreitungsbereiches θ abgehalten, der eingestellt wird, indem der Grenzwinkels θ2 zu dem Unterschreitungswinkel θ1 addiert wird.
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Demzufolge ist es für die ECU 2 unnötig, die Rotationsgeschwindigkeit des Ventils 5 zu reduzieren, bevor der mechanische Stopper 8 arbeitet, und das Ventil 5 rotiert schnell von der offenen Seite zu der vollständig geschlossenen Position hin. Mit anderen Worten, ein Schließ-Ansprechverhalten auf eine Anforderung zum Schließen des Ventils 5 wird verbessert sein.
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Bei der Ausführungsform, wenn die einzelne Feder als die Rückholfeder 7 des elektrischen Aktuators 6 angewendet wird, können daher die Produktionskosten des AGR-Ventils 1 reduziert sein, und das Schließ-Ansprechverhalten kann erhöht sein.
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Gemäß der Ausführungsform, wenn der Zündschalter ausgeschaltet ist, rotiert das Ventil 5 nur durch die komprimierte Kraft der Rückholfeder 7 zu der Minus-Seite hin, und stoppt dieses an der Stopperposition α durch Stoßen an den mechanischen Stopper 8. Das Stoßen wird insbesondere zwischen dem Stopperhebel 31 und der Anschlagoberfläche 32 erzeugt.
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Die Stoßgeschwindigkeit des Ventils 5 (des Stopperhebels 31) relativ zu dem mechanischen Stopper 8 (der Anschlagoberfläche 32), welche nur durch die komprimierte Kraft der Rückholfeder 7 erzeugt wird, ist viel langsamer als diejenige, welche durch den elektrischen Aktuator 6 erzeugt wird.
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Dementsprechend kann ein Brechen des mechanischen Stoppers 8 (des Endzahnrads 23) verhindert werden, und kann die Zuverlässigkeit des AGR-Ventils 1 verbessert werden.
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Gemäß der Ausführungsform, wenn das Ventil 5 an der Stopperposition α stoppt, wird der AGR-Durchlass 3 praktisch geschlossen gehalten, weil die Stopperposition α innerhalb des Totbereichs gesetzt ist.
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Wenn das Ventil 5 auf der vollständig geschlossenen Position gehalten wird, nachdem der Motor gestartet wurde, kann dementsprechend ein Leckbetrag des AGR-Gases reduziert sein, und kann eine Emission vom Verschlechtern abgehalten werden.
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Gemäß der Ausführungsform wird das Ventil 5 durch die Vorspannkraft der Rückholfeder 7 zu der vollständig geschlossenen Position in einem Fall zurückgebracht, in welchem der elektrische Aktuator 6 unvorhergesehen stoppt. Daher kann ein Verbrennungszustand eines Motors besser gehalten werden, selbst wenn eine unerwartete Abnormität auftritt.
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Wenn der Betrag an Ablagerung, welche an einem Umfang des Ventils 5 anhaftet, kleiner ist, ist die Ablagerungsentfernungssteuerung unnötig. In diesem Fall muss das Ventil 5 nicht zu der Minus-Seite hin rotieren. In einem solchen Fall besteht keine Notwendigkeit, eine Doppelfeder anzuwenden. Die Rückholfeder 7 ist aus der einzelnen Feder konstruiert, welche eine Windungsrichtung hat und welche das Ventil 5 zum Rotieren nur in der Ventilschließungsrichtung vorspannt. Durch das Verwenden der einzelnen Feder können eine Struktur und ein Zusammenbau der Rückholfeder 7 vereinfacht sein und können die Produktionskosten gesenkt werden.
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Obwohl sich der Stopperhebel 31 bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform als einem Beispiel des mechanischen Stoppers 8 an dem Endzahnrad 23 befindet, ist die Position des mechanischen Stoppers 8 nicht beschränkt, solange der Stopper 8 mechanisch die Rotationsbegrenzung des Ventils 5 in der Ventilschließungsrichtung reguliert.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann sich die Stopperposition α außerhalb des Totbereichs befinden. In diesem Fall befindet sich die Stopperposition α in einem Bereich, in welchem ein vorher festgelegter, annehmbarer Wert des Leckens sichergestellt ist.
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Bei der voranstehend beschriebenen Ausführungsform kann der elektrische Aktuator 6 durch einen anderen Aktuator ersetzt sein, welcher durch die ECU 2 steuerbar ist, wie beispielsweise einen hydraulischen Aktuator oder einen Negativdruckaktuator.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die vorliegende Offenbarung auf die AGR-Einheit angewendet. Die vorliegende Offenbarung kann auf eine andere Einheit angewendet werden, die ein Ladedruckregelventil, bzw. ein Wastegate-Ventil, oder ein Ausstoßdrosselventil einschließt, welches einen Fluid-Durchlass, in dem Abgas strömt, öffnet und schließt.
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Es ist selbstverständlich, dass solche Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung liegen, wie er durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Eine Ventilvorrichtung schließt ein Ventil 5, einen Aktuator 6, der das Ventil betätigt, eine Steuereinheit 2, die einen Öffnungsgrad des Ventils steuert, eine Rückholfeder 7, die das Ventil nur in einer Ventilschließungsrichtung vorspannt, und einen mechanischen Stopper 8 ein, der eine Rotationsbegrenzung des Ventils in der Ventilschließungsrichtung steuert. Das Ventil ist so definiert, dass es auf eine Plus-Seite von der vollständig geschlossenen Position in eine Ventilöffnungsrichtung rotiert und dass es auf eine Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position aus in eine Richtung, die der Ventilöffnungsrichtung entgegen gerichtet ist, rotiert. Der mechanische Stopper stoppt somit das Ventil an einer Stopperposition α, welche auf die Minus-Seite von der vollständig geschlossenen Position gesetzt ist, und zwischen der vollständig geschlossenen Position und der Stopperposition ist ein vorher festgelegter Überschreitungsbereich (θ) definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-233063 A [0003]
- US 2005/0183705 [0003]
