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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur zum Reduzieren der axialen Leckage bei einem Fluidsteuerventil, wie einem Abgasrückführ-(AGR)Ventil.
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STAND DER TECHNIK
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Mit der Verstärkung von Abgasbestimmungen, die jüngsten Umweltproblemen zugeordnet werden, um die Abgase von einem Motor zu reduzieren, war es notwendig, die axiale Leckage in einem Ventil, wie einem AGR-Ventil, durch welches ein Gas mit hoher Temperatur strömt, zu reduzieren.
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Herkömmlicher Weise, bei einem Fluidsteuerventil, um die axiale Leckage zu unterdrücken, bei der das Fluid in einer Fluidleitung durch einen Spalt zwischen einem Gehäuse oder einem Lager, einer Hülse und einer Ventilwelle leckt, ist eine Wellendichtung, die aus Polytetrafluoroethylen (PTFE) oder Fluorkunststoff hergestellt ist oder eine Labyrinth-Dichtungsstruktur in dem Spalt vorgesehen. Daher ist beispielsweise bei einer Axialleckage-Reduzierstruktur, die in Patentdokument 1 offenbart ist, eine Labyrinth-Dichtung um den äußeren Umfang einer Ventilwelle an der Seite der Fluidleitung der Hülse, die an einem Schaltabschnitt der Ventilwelle von einer Fluidleitung zu einem Gehäuse, vorgesehen ist, um so eine Zickzack-Fluidleitung auszubilden, um dadurch ein Fluid daran zu hindern, einfach aus der Fluidleitung in die Hülse zu fließen und auch eine Lippendichtung, die aus PTFE hergestellt ist, ist um den äußeren Umfang der Ventilwelle an der Gehäuseseite vorgesehen, um die axiale Leckage von der Hülse zu dem Gehäuse zu unterdrücken.
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Dokumente aus dem Stand der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: JP-A-2007-32301
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch, da das Gas mit hoher Temperatur, das durch ein AGR-Ventil fließt, 200 bis 800°C erreicht und insbesondere da das Gas mit hoher Temperatur, das durch ein Ventil an der heißen Seite fließt, das unmittelbar vor dem AGR-Kühler angeordnet ist, bis zu 800°C erreicht, ist es schwierig oder unmöglich, ein herkömmliches PTFE oder eine Fluorkunststoff-basierte Wellendichtung aufgrund der Möglichkeit des Überschreitens der Temperaturfestigkeit davon zu verwenden; daher besteht ein Problem, so dass es schwierig ist, den Betrag an axialer Leckage zu unterdrücken.
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Beispielsweise bei der Axialleckage-Reduzierungsstruktur, die in Patentdokument 1 offenbart ist, da keine Labyrinth-Dichtungsstruktur den Spalt zwischen der Hülse und der Ventilwelle füllt, leckt das Abgas mit hoher Temperatur, das durch die Fluidleitung fließt, aus dem Spalt, um eine Fluidleitung an dem Labyrinth-Dichtungsabschnitt auszubilden. Aus diesem Grund wird es erwartet, dass die Lippendichtung vorwiegend die Rolle des Unterdrückens der axialen Leckage spielt; jedoch, da die Lippendichtung aus PTFE hergestellt ist, kann die Lippendichtung nicht in einem Ventil verwendet werden, so dass ein Gas mit hoher Temperatur von 200–800°C, wie oben erwähnt, dadurch fließt, welches es unmöglich macht, den Betrag an axialer Leckage zu reduzieren.
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Daher, wenn die Axialleckage-Reduzierungsstruktur, die in Patentdokument 1 offenbart ist, bei einem Fluid mit einer hohen Temperatur (200°C oder mehr) verwendet wird, kann die Labyrinth-Dichtung nicht verwendet werden; jedoch ist es notwendig, dass das Material der Lippendichtung von PTFE hin zu Metall oder einem hochtemperaturfesten Material geändert wird. Jedoch wird es in diesem Fall erwartet, dass die Reibung zwischen der Lippendichtung und der Ventilwelle erhöht wird, um den Betrieb der Ventilwelle selbst zu beeinflussen und dass die Dichtungsstruktur an dem Spalt zu der Ventilwelle nicht hergestellt werden kann; folglich ist es schwierig, die Axialleckage davon bei der hohen Temperatur zu reduzieren. Zusätzlich ist die obige Struktur auf das Fluid mit einer niedrigen Temperatur (weniger als 200°C) anwendbar, weist jedoch eine verringerte Dichtungsfunktion im Vergleich zu der Wellendichtung aus PTFE auf. Es sei angemerkt, dass die Kosten reduziert werden können.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Axialleckage-Reduzierungsstruktur zum Reduzieren dieser Axialleckage eines Ventils zur Verfügung zu stellen.
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Eine Axialleckage-Reduzierungsstruktur der Erfindung umfasst: ein Gehäuse, in welchem ein Durchgangsloch, das in Verbindung mit einer Fluidleitung steht, die im Innern vorgesehen ist, ausgebildet ist; eine Ventilwelle, die in die Fluidleitung durch das Durchgangsloch eingeführt ist, um um eine zentrale Rotationsachse rotiert zu werden; einen Ventilkörper, der einstückig mit der Ventilwelle zu rotieren ist, um die Fluidleitung zu öffnen und zu schließen; einen Hülsenabschnitt, der in dem Durchgangsloch vorgesehen ist, um schwenkbar die Ventilwelle abzustützen, um rotierbar zu sein; und einen Wellendichtungsabschnitt, der auf die äußere Umfangsoberfläche der Ventilwelle pressgepasst ist, um anliegend an die Oberfläche des Hülsenabschnittes an der Seite der Fluidleitung aufgrund der Druckbeaufschlagung, die auf die Ventilwelle wirkt, rotiert zu werden.
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Gemäß der Erfindung, da der Wellendichtungsabschnitt vorgesehen ist, der auf die äußere Umfangsoberfläche der Ventilwelle pressgepasst ist, um anliegend an die Oberfläche des Hülsenabschnittes an der Seite der Fluidleitung aufgrund des Druckes, der auf die Ventilwelle wirkt, gedreht zu werden, kann die Axialleckage-Reduzierungsstruktur für ein Ventil vorgesehen werden, um die Axialleckage zu reduzieren, indem der Spalt zwischen der Ventilwelle und dem Ventildichtungsabschnitt und auch der Spalt zwischen dem Hülsenabschnitt und dem Wellendichtungsabschnitt eliminiert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines AGR-Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Axialleckage-Reduzierungsstruktur des AGR-Ventils, das in 1 gezeigt ist.
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3 ist eine vergrößerte Schnittansicht um eine Platte des in 1 gezeigten AGR-Ventils.
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BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu beschreiben.
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Erste Ausführungsform
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Ein AGR-Ventil, das in 1 gezeigt ist, umfasst einen Aktuatorabschnitt 10 zum Erzeugen einer Rotationsantriebskraft, um ein Ventil zu öffnen und zu schließen; einen Getriebeabschnitt 20 zum Übertragen der Antriebskraft des Aktuatorabschnitts 10 an eine Stange (Ventilwelle) 32; und einen Ventilabschnitt 30, der in einem Rohr (nicht gezeigt) eingefügt ist, durch welchen ein Abgas mit hoher Temperatur fließt, um ein schmetterlingsventilförmig geformtes Ventil (Ventilkörper) 37 zum Steuern des Durchflusses des Abgases zu öffnen und zu schließen.
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In dem Aktuatorabschnitt 10 wird ein DC-Motor oder dergleichen als ein Motor 11 verwendet und ein Zahnrad 22, das in einem Getriebeabschnittsgehäuse 21 angeordnet ist, ist mit einem Ende der Antriebswelle des Motors 11 verbunden. Wenn der Motor 11 angetrieben wird, werden das Zahnrad 22 und das Rad 23 in Eingriff miteinander rotiert, um dadurch die Antriebskraft des Motors 11 an die Stange 32 zu übertragen. Die Stange 32 ist schwenkbar abgestützt, um mittels eines Lagers 25 rotiert zu werden und wird um die zentrale Rotationsachse X durch die Antriebskraft zum Öffnen und Schließen des Ventils 37, das an der Stange 32 befestigt ist, rotiert. Das Lager 25 wird nach oben in einer axialen Richtung aufgrund der Last einer Unterlegscheibe (Lasteinheit) 26 beaufschlagt. Ferner ist eine Rückstellfeder 24 an dem Rad 23 angeordnet. Die Rückstellfeder 24 drängt die Stange 32 in der entgegengesetzten Richtung zu der Rotationsrichtung aufgrund der Antriebskraft des Motors, um das Ventil 37 hin zu einer geschlossenen Position zurück zu bewegen, die an einem Ventilsitz 39 während des Anhaltens des Motors 11 anliegt.
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Ein Durchgangsloch 31a zum Vorsehen der Verbindung zwischen der Umgebung und einer Gasleitung (Fluidleitung) 38 ist an einem Ventilabschnittsgehäuse 31 vorbereitet. Die Stange 32 wird in das Durchgangsloch 31a eingeführt. Ferner ist eine Hülse (Hülsenabschnitt) 35 in das Durchgangsloch 31a pressgepasst und mit einem Fixierungspin 34 befestigt. Die Hülse 35 dient als eine Hülse, um die Stange 32 schwenkbar abzustützen, um rotierbar zu sein. Ferner ist in dem Durchgangsloch 31a eine Platte (Wellendichtungsabschnitt) 36 an der äußere Umfangsoberfläche der Stange 32 pressgepasst und die Stange 32 und die Platte 36 werden einstückig miteinander rotiert. Ferner ist eine Abdeckung 33 zwischen dem Ventilabschnittsgehäuse 31 und dem Getriebeabschnittsgehäuse 21 angeordnet, um eine Kohlenstoffablagerung, Staub und dergleichen, die in dem Gas enthalten sind, daran zu hindern, in das Getriebeabschnittsgehäuse 21 entlang der äußeren Umfangsfläche der Stange 32 einzudringen.
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Ferner ist das Ventil 37 an der Stange 32 befestigt und das Ventil 37 wird einstückig mit der Stange 32 rotiert, um an dem Ventilsitz 39 anzuliegen, der in der Gasleitung 38 vorgesehen ist, um dadurch den Durchfluss des Gases anzuhalten.
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Als Nächstes wird die Axialleckage-Reduzierungsstruktur des AGR-Ventils nun unter Bezugnahme auf die vergrößerten Schnittansichten von 2 und 3 erörtert.
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Das Gas, das durch die Gasleitung 38 fließt, und das Gas, das aus dem Spalt zwischen dem Ventil 37 und dem Ventilsitz 39 leckt, lecken nach oben in der Axialrichtung entlang der äußeren Umfangsoberfläche der Stange 32; jedoch, da die Platte 36 an der äußeren Umfangsoberfläche der Stange 32 pressgepasst ist, gibt es keinen Spalt zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Platte 36 und der äußeren Umfangsoberfläche der Stange 32 und auch eine Axialleckage wird von dem entsprechenden Teil erwirkt.
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Ferner beaufschlagt das Gas, das durch die Gasleitung 38 fließt und das Gas, das aus dem Spalt zwischen dem Ventil 37 und dem Ventilsitz 39 leckt, die Stange 32, indem es nach oben in der Axialrichtung entlang der äußeren Umfangsoberfläche davon fließt, mit Druck. Durch die Druckbeaufschlagung, die auf die Stange 32 wirkt, wird die Platte 36, die vereint ist mit der Stange 32, an die Hülse 35 angelegt. Auf diese Weise, wenn die Platte 36 formschlüssig gegen die Hülse 35 aufgrund des Druckes, der auf die Stange 32 wirkt, angelegt wird, um dadurch den Spalt zwischen den Anlegeoberflächen der Platte 36 und der Hülse 35 zu füllen, können Gasleckageleitungen eliminiert werden, welches es ermöglicht, die axiale Leckage zu unterdrücken.
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Zusätzlich übt die Unterlegscheibe 36 eine Last auf das Lager 25 aus und die Last wirkt auch auf die Stange 32 durch das Lager 25. Die Druckbeaufschlagung, die von der Unterlegscheibe 26 erzeugt wird, wirkt auf die Stange 32 gemeinsam mit der Druckbeaufschlagung, die von dem Gasdruck erzeugt wurde, um die Platte 36, die mit der Stange 32 vereint ist, an die Hülse 35 anzulegen. Daher kann unter Gasdruck-Fluktuationszuständen beispielsweise, sogar in dem Fall, dass der Gasdruck negativ wird und die Platte 36 in einer Richtung gezogen wird, um von der Hülse 35 getrennt zu werden, die axiale Leckage unterdrückt werden, da die Last der Unterlegscheibe 26 die Platte 36 mit Druck beaufschlagt.
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Wie oben beschrieben wurde, wenn die Axialleckage-Reduzierungsstruktur angeordnet ist, so dass die Platte 36 auf die Stange 32 pressgepasst wird und dass auch die Platte 36 an die Hülse 35 durch die Druckbeaufschlagung, die auf die Stange 32 wirkt, angelegt wird, um eine Labyrinthstruktur zwischen der Stange 32, der Platte 36 und der Hülse 35 zu erzeugen, können Gasleckagepassagen eliminiert werden, um dadurch den Betrag der Axialleckage zu reduzieren. Ferner wirkt durch das Abbilden solch einer Struktur der Druck des Gases in einer Richtung, in der die Platte 36 und die Hülse 35 engen Kontakt miteinander herstellen; folglich kann die Struktur sogar bei einem hohen Druck anwendbar sein. Ferner kann die Platte, die zur Ausbildung der Labyrinthstruktur verwendet wird, eine einzelne Platte der Platte 36 sein; folglich können die Anzahl an Bauteilen, die Anzahl an Arbeitsstunden für die Montage und die Kosten reduziert werden im Vergleich mit dem Fall, in dem eine Vielzahl an Platten, wie im Stand der Technik, verwendet wird. Ferner können durch die Druckbeaufschlagung der Stange 32 vertikale Vibrationen in der Axialrichtung der Stange 32, die Vibrationen von einem Motor und so weiter oder Druckpulsierungen in den Gasleitungen sowie dem Ventil 37 und der Platte 36, die mit der Stange 32 vereint ist, ausgesetzt sind, reduziert werden. Im Ergebnis können die Abnutzung der Anliegeoberflächen der Hülse 35 und der Stange 32 und der Platte 36, und der Anliegeoberflächen des Ventilsitzes 39 und des Ventils 37 reduziert werden.
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Ferner werden das Material der Hülse 35 und der Platte 36 gemäß dem Temperaturzustand des Gases ausgewählt, um die Axialleckage sogar bei hohen Temperaturen von 200–800°C zu senken. Ein potentielles Material umfasst Karbon, Metall, Keramik und dergleichen; jedoch wird Edelstahl für sowohl die Hülse 35 als auch die Platte 36 bei einem Gaszustand mit hoher Temperatur bevorzugt und Karbon kann auch bei einem Gaszustand mit niedriger Temperatur verwendet werden.
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Ferner wird die Abnutzung an den Anlegeflächen der Hülse 35 und der Platte 36 in Anbetracht der Kombination beider Materialien der Hülse 35 und der Platte 36, dem Härtegrad, der Beschichtung und der Oberflächenbehandlung davon eingeschränkt. Beispielsweise wird die Reduzierung der Abnutzung wie folgt angedacht: ein Material mit im Wesentlichen dem gleichen oder ähnlichem Härtegrad wird für sowohl die Hülse 35 als auch die Platte 36 ausgewählt und ferner werden die Anlegeoberflächen der Hülse 35 und der Platte 36 einer Oberflächenbehandlung ausgesetzt, wie beispielsweise einer Nickelbeschichtung, einer Nickel-Chrom-Beschichtung oder einer Nitrierbeschichtung.
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Ferner wird angedacht, dass die Abnutzung der Anlegeoberflächen in Anbetracht der Formen der Hülse und der Platte zusätzlich zu der Auswahl des Materials und der Oberflächenbehandlung, wie oben erörtert, unterdrückt wird. Angenommen, dass der äußere Durchmesser der Hülse 35 größer ist als der der Platte 36, entwickelt sich ein Absatz an der Anlegeoberfläche der Hülse 35 und der Platte 36, sowie die Abnutzung der Hülse 35 fortschreitet; folglich gibt es eine Sorge, dass die Platte 36 leicht an der Hülse 35 bei Rotation der Stange 32 anhaftet.
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Aus diesem Grund ist der äußere Durchmesser an dem unteren Ende in der Axialrichtung der Hülse 35 ausgebildet, um kleiner zu sein als der der Platte 36, so dass ein reduzierter Durchmesser 35a ausgebildet wird. Auf diese Weise, sogar wenn die Platte 36 zu der Hülse 35 rotiert wird, um die Anlegeoberfläche davon abzunutzen, entwickelt sich die Abnutzung gleichmäßig ohne den Absatz, welches eine Struktur vorsieht, so dass die Abnutzungsabschnitte der Hülse 35 und der Platte 36 nicht einfach stecken bleiben oder festklemmen.
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Ferner, da die Positionierung des Ventils 37 an dem Ventilsitz 39 nicht durch Drücken des Ventils 37 gegen den Ventilsitz 39 ausgeführt wird, sondern durch Drücken der Platte 36, die vereint ist mit der Stange 32, gegen die Hülse 35, ist ein Abstand der Stange 32 von dem Ventil 37 zu der Anlegeposition der Hülse 35 und der Platte 36 relativ kurz; folglich, sogar falls eine thermische Ausdehnung Abmessungsveränderungen in den Elementen während des Durchfließens eines Gases mit hoher Temperatur erwirkt, können die Effekte, die von der Veränderungen hervorgerufen werden, reduziert werden. Insbesondere, sogar in dem Fall, dass das Ventil 37 sich aufgrund der thermischen Ausdehnung ausdehnt, kann die Ventilsitzleckage unterdrückt werden.
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Wie oberen erörtert, ist gemäß der ersten Ausführungsform das AGR-Ventil ausgebildet, um zu umfassen: das Ventilabschnittsgehäuse 31, in welchem das Durchgangsloch 31a, das in Verbindung mit der Fluidleitung 38 steht, die im Inneren vorgesehen ist, ausgebildet ist; die Stange 32, die in die Gasleitung 38 durch das Loch 31a eingeführt ist, um um die zentrale Achse der Rotation X rotiert zu werden; das Ventil 37, um einstückig mit der Stange 32 rotiert zu werden, um den Ventilsitz 39 der Gasleitung 38 zu öffnen und zu schließen; die Hülse 35, die in dem Durchgangsloch 31a vorgesehen ist, um schwenkbar die Stange 32 abzustützen, um rotierbar zu sein; und die Platte 36, die an der äußeren Umfangsoberfläche der Stange 32 pressgepasst ist, um auf anliegende Weise an der Oberfläche des Lagers 35 an der Seite der Gasleitung 38 durch die Druckbeaufschlagung, die auf die Stange 32 wirkt, rotiert zu werden. Aus diesem Grund wird der Spalt zwischen den Anlegeoberflächen der Stange 32 und der Platte 36 durch die Presspassung eliminiert und ferner, wenn das Lager 35 an die Platte 36 aufgrund der Druckbeaufschlagung, die auf die Stange 32 wirkt, anliegt, formen sich Gasleckagerouten durch eine Labyrinthstruktur, die aus der Stange 32, der Hülse 35 und der Platte 36 gebildet ist, welches es ermöglicht, die Axialleckage durch den Spalt zwischen der Stange 32 und der Hülse 35 zu reduzieren.
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Ferner, gemäß der ersten Ausführungsform, da es ausgebildet ist, so dass die Druckbeaufschlagung, die auf die Stange 32 wirkt, durch den Druck des Gases, das aus der Gasleitung 38 durch das Durchgangsloch 31a, fließt, erzeugt wird, können die Hülse 35 und die Platte 36 formschlüssig aneinander anliegen, um den Spalt dazwischen auszufüllen und dadurch kann die Axialleckage reduziert werden. Ferner, da der Druck des Gases in der Richtung wirkt, in der die Platte 36 in engen Kontakt mit der Hülse 35 gerät, kann die Dichtungskraft weiter bei einem hohen Druck erhöht werden, um die Axialleckage effektiver zu reduzieren. Ferner können die Vibrationen der Stange 32 in der Axialrichtung, die von den Vibrationen eines Motors oder dergleichen oder den Druckschwankungen der Gase erwirkt werden, reduziert werden; als ein Ergebnis können die Abnutzung der Hülse 35, der Platte 36 und der Stange 32 unterdrückt werden.
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Ferner, gemäß der ersten Ausführungsform, da es ausgebildet ist, so dass das AGR-Ventil die Unterlegscheibe 26 zum Belasten der Stange 32 in der Richtung hin zu der zentralen Achse der Rotation X durch Belasten des Lagers 35 umfasst, so dass die Druckbeaufschlagung, die auf die Stange 32 wirkt, von der Unterlegscheibe 26 erzeugt wird, können die Hülse 35 und die Platte 36 formschlüssig aneinander anliegen, um den Spalt dazwischen auszufüllen; und sogar wenn der Gasdruck schwankt, kann die Axialleckage reduziert werden. Ferner können die Vibrationen der Stange 32 in der Axialrichtung, die von den Vibrationen eines Motors oder dergleichen oder durch die Druckschwankungen des Gases erwirkt werden, reduziert werden; als ein Ergebnis kann die Abnutzung der Hülse 35, der Platte 36 und der Stange 32 unterdrückt werden.
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Gemäß der ersten Ausführungsform, wenn ferner das Material gemäß der Temperatur des Gases für sowohl die Hülse 35 als auch die Platte 36 verwendet wird, ist die Struktur bei Gastemperaturzuständen von 200–800°C anwendbar, bei welchen PTFE und so weiter nicht verwendbar sind, so dass die Axialleckage bei hohen Temperaturzuständen reduziert werden kann.
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Ferner, gemäß der ersten Ausführungsform, wenn ein Material mit im Wesentlichen der gleichen Härte für die Hülse 35 und die Platte 36 verwendet wird und/oder die Anlegeoberflächen jeweils der Oberflächenbehandlung ausgesetzt werden, kann die Abnutzung an den Anlegeoberflächen reduziert werden. Wenn ferner der äußere Durchmesser an der Endfläche der Hülse 35, die an die Platte 36 anzulegen ist, mit dem Ende mit reduziertem Durchmesser 35a, der kleiner ist als der der Platte 36, versehen wird, angenommen, dass die Anlegeoberflächen abgenutzt sind, kann die Struktur ausgeführt werden, um nicht einfach stecken zu bleiben und zu verrasten.
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Zusätzlich, gemäß der ersten Ausführungsform, da die Hülse 35 und die Platte 36 aneinander anliegen, um dadurch das Ventil 37 zu positionieren, werden die Positionierelemente, nämlich die Hülse 35 und die Platte 36, in der Nähe des Ventils 37 positioniert, um dadurch die Effekte der Abmessungsveränderungen zu senken, die durch die thermische Ausdehnung bei hohen Temperaturen erwirkt werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie oben beschrieben wurde, da die Axialleckage-Reduzierungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung die Axialleckage sogar bei Hochtemperatur- und Hochdruckzuständen reduzieren kann, ist sie geeignet zur Verwendung in AGR-Ventilen und so weiter.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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