DE112016006030T5 - Exzentrisches Ventil - Google Patents

Exzentrisches Ventil Download PDF

Info

Publication number
DE112016006030T5
DE112016006030T5 DE112016006030.0T DE112016006030T DE112016006030T5 DE 112016006030 T5 DE112016006030 T5 DE 112016006030T5 DE 112016006030 T DE112016006030 T DE 112016006030T DE 112016006030 T5 DE112016006030 T5 DE 112016006030T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valve
valve element
rotatable shaft
eccentric
seat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112016006030.0T
Other languages
English (en)
Inventor
Mamoru Yoshioka
Kasumi Mishima
Naruto Ito
Makoto Fukui
Takashige INAGAKI
Sunao Kitamura
Hiroshi Misumi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisan Industry Co Ltd filed Critical Aisan Industry Co Ltd
Publication of DE112016006030T5 publication Critical patent/DE112016006030T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/221—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves specially adapted operating means therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/20—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation arranged externally of valve member
    • F16K1/2007—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation arranged externally of valve member specially adapted operating means therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/20—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation arranged externally of valve member
    • F16K1/2028—Details of bearings for the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/20—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation arranged externally of valve member
    • F16K1/2042—Special features or arrangements of the sealing
    • F16K1/2057—Special features or arrangements of the sealing the sealing being arranged on the valve seat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/224—Details of bearings for the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/226—Shaping or arrangements of the sealing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/226—Shaping or arrangements of the sealing
    • F16K1/2261—Shaping or arrangements of the sealing the sealing being arranged on the valve member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/24—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with valve members that, on opening of the valve, are initially lifted from the seat and next are turned around an axis parallel to the seat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/041—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F16K31/041—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves
    • F16K31/043—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor for rotating valves characterised by mechanical means between the motor and the valve, e.g. lost motion means reducing backlash, clutches, brakes or return means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/53—Mechanical actuating means with toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/53—Mechanical actuating means with toothed gearing
    • F16K31/535—Mechanical actuating means with toothed gearing for rotating valves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Mechanically-Actuated Valves (AREA)

Abstract

Das exzentrische Ventil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Antriebmechanismus, einen Antriebskraftaufnahme- und Abgabe-Teil, ein Lager zur Stützung einer drehbaren Welle und eine Rückstellfeder zur Erzeugung einer Rückstellfederkraft auf. Eine Druckkraft, die durch die Rückstellfeder hervorgerufen wird und die drehbare Welle um das Lager kippt, um einen Ventilkörper in eine Richtung entgegen des Ventilsitzes zu drücken, also in eine Richtung, in der sich der Ventilkörper vom Ventilsitz wegbewegt, wird erbracht, wenn der Antriebsmechanismus nicht angetrieben wird. Entweder der Ventilkörper oder der Ventilsitz weist ein Dichtungselement zur Abdichtung zwischen Ventilkörper und Ventilsitz auf, wenn der Antriebsmechanismus nicht angetrieben wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein exzentrisches Ventil (ein doppelt exzentrisches Ventil), das ein Ventil zur Nutzung als Durchflussregelventil ist, in dem ein Ventilelement mit seinem Rotationszentrum (eine drehbare Welle) von einem Zentrum einer Ventilöffnung eines Ventilsitzes exzentrisch positioniert angeordnet ist und eine Dichtungsfläche des Ventilelements exzentrisch von der drehbaren Welle positioniert ist.
  • Stand der Technik
  • Für ein Durchflussregelventil offenbart Patentdokument 1 ein Durchfluss-Öffnungs-/Schließ-Ventil, das ausgebildet ist, durch Drehen eines Ventilelements in einen Kontakt mit einem beweglichen Sitz in eine geschlossene Ventilstellung und durch Drehen des Ventilelements vom beweglichen Sitz weg in eine offene Ventilstellung gebracht zu werden.
  • Betreffendes Stand der Technik Dokument
  • Patentdokumente
  • Patentdokument 1: Offenlegung der Japanischen ungeprüften Patentanmeldung 2012-72793
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Im dem Durchfluss-Öffnungs-/Schließ-Ventil des Patentdokuments 1 ist das Ventilelement allerdings in der geschlossenen Ventilstellung, wo eine Antriebsquelle nicht betrieben wird, lediglich in Kontakt mit dem beweglichen Sitz. Dadurch kann eine Dichtungseigenschaft zwischen dem Ventilelement und dem beweglichen Sitz in der geschlossenen Ventilstellung nicht verbessert werden (eine Dichtungsfunktion kann nicht erfüllt werden).
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die genannten Probleme zu lösen und hat das Ziel, eine exzentrisches Ventil bereitzustellen, das geeignet ist, eine Dichtungseigenschaft in einer geschlossenen Ventilstellung zu verbessern.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Um das genannte Ziel zu erreichen, stellt ein Aspekt der Erfindung ein exzentrisches Ventil bereit, umfassend: einen Ventilsitz mit einer Ventilöffnung und einer Sitzfläche, die an einer Kante der Ventilöffnung gebildet ist; ein Ventilelement, das mit einer Dichtungsfläche auf einem äußeren Umfang korrespondierend zu der Sitzfläche ausgebildet ist; eine mit dem Ventilelement verbaute drehbare Welle zur Drehung des Ventilelements, und die drehbare Welle weist eine Mittelachse auf, die sich parallel zu einer radialen Richtung den Ventilelements erstreckt, wobei die Mittelachse der drehbaren Welle exzentrisch von einem Zentrum der Ventilöffnung in einer anderen radialen Richtung der Ventilöffnung angeordnet ist, und die Dichtungsfläche exzentrisch von der Mittelachse der drehbaren Welle hin zu einer Erstreckungsrichtung der Mittelachse des Ventilelements angeordnet ist, wobei das exzentrische Ventil weiter umfasst: einen Antriebsmechanismus zur Erzeugung einer Antriebskraft, zum Drehen der drehbaren Welle in einer Richtung zur Öffnung des Ventils zu drehen; ein mit der drehbaren Welle integral verbauter Antriebskraftaufnahme-Teil zur Aufnahme der Antriebskraft; ein in einer Position zwischen dem Ventilelement und dem Antriebskraftaufnahme-Teil in Richtung der Mittelachse der drehbaren Welle angeordnetes Lager zur Stützung der drehbaren Welle; und eine Rückstellfeder zur Erzeugung einer Rückstellfederkraft, um die drehbare Welle in eine Richtung zur Schließung des Ventils zu drehen, wobei, während eines Nicht-Betriebs des Antriebsmechanismus, das exzentrisehe Ventil eine in eine Trennrichtung drängende Kraft erzeugt, so dass sich die drehbare Welle um das Lager als Drehpunkt neigt und das Ventilelement in eine Richtung weg von dem Ventilsitz gedrängt wird, wobei die in Trennungsrichtung drängende Kraft eine Kraft ist, die auf der Rückstellfederkraft beruht und in eine Richtung senkrecht zur Mittelachse des Lagers wirkt, und entweder das Ventilelement oder der Ventilsitz ein Dichtungselement aufweist, um zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz während des Nicht-Betriebs des Antriebsmechanismus abzudichten.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung dichtet das Dichtungselement während des Nicht-Betriebs des Antriebsmechanismus zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement ab. Dadurch kann eine Dichtungseigenschaft in der geschlossenen Ventilstellung verbessert werden.
  • Bevorzugt beinhaltet das Dichtungselement der vorstehenden Ausführung einen verformbaren Abschnitt mit einem vorderen Ende, das mit dem Ventilelement oder dem Ventilsitz während des Nicht-Betriebs des Antriebsmechanismus in Kontakt kommt und das verformt wird, wenn es durch das Ventilelement oder einen Ventilsitz während des Betriebs des Antriebsmechanismus zusammengedrückt wird, und die Verformung des verformbaren Abschnitts während des Betriebs des Antriebsmechanismus kleiner ist als die Verformung des verformbaren Abschnitts bei plastischer Verformung.
  • Nach obiger Ausführung wird der verformbare Abschnitt des Dichtungselements durch das Ventilelement nicht exzessiv zusammengedrückt. Somit können Abrasion und Verschleiß des Dichtungselements reduziert werden.
  • Bevorzugt wird der Antriebsmechanismus der vorgenannten Ausgestaltung, wenn der Antriebsmechanismus von einem Betriebszustand in einen Nicht-Betriebszustand geschaltet werden soll, in den Nicht-Betriebszustand geschaltet, nachdem ein Druck auf das Ventilelement auf einer dem Ventilsitz zugewandten Seite einen vorbestimmten negativen Druck erreicht.
  • Gemäß der obigen Ausführung wird der Antriebsmechanismus betrieben bis der auf das Ventilelement ausgeübte Druck auf der dem Ventilsitz zugewandten Seite (eine Ventilsitz-Seite) den vorbestimmten negativen Druck erreicht. Nachdem der auf das Ventilelement ausgeübte Druck auf der Ventilsitz-Seite den vorbestimmten negativen Druck erreicht hat, wird der Antriebsmechanismus nicht betrieben und das Ventilelement bewegt sich durch den auf der Ventilsitz-Seite gegenüber dem Ventilelement erzeugten negativen Druck in Richtung des Ventilsitzes. Dadurch kann eine hohe Dichtungseigenschaft zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement erreicht werden.
  • Bei der vorgenannten Ausgestaltung ist das exzentrische Ventil bevorzugt ausgebildet, während des Betriebs des Antriebsmechanismus einen Steuerungsmodus auszuführen, wobei der Steuerungsmodus einen druckregulierenden Modus zur Steuerung eines offenen Bereichs der Ventilöffnung und einen Dichtungssteuerungsmodus zur Steuerung der Drehung des Ventilelements nahe einer vollständig geschlossenen Position des Ventilelements umfasst.
  • Nach obiger Ausführung wird die Drehung des Ventilelements nahe einer vollständig geschlossenen Position des Ventilelements nur im Dichtungssteuerungsmodus ausgeführt. Dadurch kann die Anzahl der Male, die das Ventilelement und das Dichtungselement aufeinander gleiten, reduziert werden. Somit kann Abrasion und Verschließ des Dichtungselements verringert werden.
  • Bevorzugt ist eine Drehgeschwindigkeit des Ventilelements gemäß vorbenannter Ausgestaltung im Dichtungssteuerungsmodus langsamer als eine Drehgeschwindigkeit des Ventilelements im druckregulierenden Modus.
  • Gemäß obiger Ausführung kann die Stärke des Gleitens des Ventilelements in Bezug zum Dichtungselement im Dichtungssteuerungsmodus reduziert werden. Dadurch kann Abrasion und Verschleiß des Dichtungselements reduziert werden.
  • Bevorzugt sind das Ventilelement und das Dichtungselement in der vorgenannten Ausgestaltung in dem druckregulierenden Modus nicht in Kontakt miteinander.
  • Nach obiger Ausführung, in der das Ventilelement und das Dichtungselement im druckregulierenden Modus, der immer wieder ausgeführt wird, nicht miteinander in Kontakt sind, kann die Anzahl der Male, die das Ventilelement und das Dichtungselement gegeneinander gleiten minimiert werden. Damit kann Abrasion und Verschleiß des Dichtungselements reduziert werden.
  • Bevorzugt weist das exzentrische Ventil in der vorherigen Ausgestaltung einen Durchlass auf, durch den Luft in ein Brennstoffzellensystem fließt, und wenn das Brennstoffzellensystem eine Luftpumpe zur Steuerung der Durchflussrate der Luft als Antwort auf eine Aufforderung einer regenerativen Bremse antreibt, wird ein Öffnungsgrad des Ventilelements bei einem Öffnungsgrad innerhalb eines im Dichtungssteuerungsmodus bestimmten Öffnungsgradbereichs beibehalten.
  • Gemäß obiger Ausgestaltung kann die Häufigkeit des Gleitens des Ventilelements und des Dichtungselements reduziert werden. Daher kann überschüssige elektrische Energie, die zur Zeit der Anforderung durch eine regenerative Bremse erzeugt wird, für den Betrieb einer Luftpumpe verbraucht werden, während Abrasion des Dichtungselements unterdrückt wird.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß einem exzentrischen Ventil der vorliegenden Erfindung kann eine Dichtungseigenschaft in einer geschlossenen Ventilstellung verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Konfigurationsansicht eines Brennstoffzellensystems;
    • 2 ist eine Vorderansicht eines integrierten Ventils in einer Ausführungsform;
    • 3 ist eine Ansicht von oben auf das integrierte Ventil in der Ausführungsform;
    • 4 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Ventileinheit in einer geschlossenen Ventilstellung (einer vollständigen Schließstellung), in der ein Ventilelement im Kontakt mit einem Ventilsitz ist;
    • 5 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Ventileinheit in vollständig geöffneten Stellung, in der das Ventilelement am weitesten von dem Ventilsitz getrennt ist;
    • 6 ist eine Seitenansicht des Ventilsitzes, des Ventilelements und einer drehbaren Welle in einer vollständig geschlossenen Stellung eines Durchflussregelventils;
    • 7 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 6;
    • 8 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B in 2;
    • 9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie C-C in 2;
    • 10 ist eine Vorderansicht, die einem Zustand, in dem ein Abschlussrahmen von einem Ventilgehäuse abgenommen wurde, zeigt;
    • 11 ist eine vergrößerte Ansicht (eine teilweise geschnittene Ansicht) eines Hauptgetriebes, einer Rückstellfeder und einem Zwischengetriebe während eine Nicht-Betriebs eines Motors;
    • 12 ist eine schematische Ansicht, die die während des Nicht-Betriebs des Motors auf das Hauptgetriebe wirkenden Kräfte aus Richtung einer Hauptgetriebeseite in Richtung Mittelachse der drehbaren Welle gesehen zeigt;
    • 13 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung des Ventilsitzes, des Ventilelements, der drehbaren Welle, der Lager und des Hauptgetriebes, die einen Querschnitt entlang der Linie D-D in 12 zeigt;
    • 14 ist eine schematische Ansicht, die die während des Betriebs des Motors auf das Hauptgetriebe wirkenden Kräfte aus Richtung einer Hauptgetriebeseite in Richtung Mittelachse der drehbaren Welle gesehen zeigt;
    • 15 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung des Ventilsitzes, des Ventilelements, der drehbaren Welle, der Lager und des Hauptgetriebes, die einen Querschnitt entlang der Linie E-E in 14 zeigt;
    • 16 ist ein zu 15 korrespondierendes Diagramm und stellt einen Fall dar, bei dem die Antriebskraft des Motors größer eingestellt ist als die in 15;
    • 17 ist eine vergrößerte Ansicht (eine teilweise geschnittene Ansicht) des Hauptgetriebes, der Rückstellfeder, des Zwischengetriebes und der umgebenden Teile bei einem Öffnungsgrad α des Ventils während des Betriebs des Motors;
    • 18 ist ein zu 16 korrespondierendes Diagramm und stellt einen Fall dar, bei dem die Antriebskraft des Motors größer eingestellt ist als die in 16;
    • 19 ist eine vergrößerte Ansicht (eine teilweise geschnittene Ansicht) des Hauptgetriebes, der Rückstellfeder, des Zwischengetriebes und der umgebenden Teile bei einem Öffnungsgrad β des Ventils während des Betriebs des Motors;
    • 20 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen Öffnungsgrad des Ventils und offener Fläche zeigt;
    • 21 ist eine Ansicht, die einen Gummisitz zeigt;
    • 22 ist eine Ansicht, die einen Gummisitz in einem geänderten Beispiel zeigt;
    • 23 ist eine Ansicht, die einen Gummisitz in einem weiteren geänderten Beispiel zeigt;
    • 24 ist eine Querschnittsdarstellung des Ventilsitzes und des Ventilelements und der umgebenden Teile, wenn der Öffnungsgrad des Ventilelements ein Winkel A ist;
    • 25 ist eine Querschnittsdarstellung des Ventilsitzes und des Ventilelements und der umgebenden Teile, wenn der Öffnungsgrad des Ventilelements ein Winkel B ist;
    • FIG: 26 ist ein Steuerungsflussdiagramm in einer zweiten Ausführungsform;
    • 27 ist ein Zeitdiagramm in der zweiten Ausführungsform;
    • FIG: 28 ist ein Steuerungsflussdiagramm in einer dritten Ausführungsform;
    • 29 ist ein Zeitdiagramm in der dritten Ausführungsform;
    • FIG: 30 ist ein Steuerungsflussdiagramm in einer vierten Ausführungsform; und
    • 31 ist ein Zeitdiagramm in der vierten Ausführungsform.
  • Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung
  • [Erste Ausführungsform]
  • Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise für ein integriertes Ventil eines Luftsystems in einem Brennstoffzellsystem verwendet. Von daher wird zunächst das Brennstoffzellensystem beschrieben und dann später das integrierte Ventil, bei der ein exzentrisches Ventil der Erfindung Anwendung findet, beschrieben.
  • <Beschreibung des Brennstoffzellensystems>
  • Ein Brennstoffzellensystem 101 wird in einem elektrischen Fahrzeug montiert und zur Bereitstellung elektrischer Energie für einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) des Fahrzeugs genutzt. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Brennstoffzellensystem 101 eine Brennstoffzelle (FC-Stack) 111, ein Wasserstoffsystem 112 und ein Luftsystem 113.
  • Die Brennstoffzelle 111 erzeugt Energie mit dem Erhalt von bereitgestelltem Brenngas und bereitgestelltem Oxidationsgas. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Brenngas Wasserstoffgas und das Oxidationsgas ist Luft. Konkret erzeugt die Brennstoffzelle 111 Energie, wenn sie Wasserstoffgas bereitgestellt von dem Wasserstoffsystem 112 und Luft bereitgestellt von dem Luftsystem 113 bezieht. Die in der Brennstoffzelle 111 erzeugte elektrische Energie wird einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) über einen Inverter (nicht gezeigt) zugeführt.
  • Das Wasserstoffsystem 112 ist auf einer Anodenseite der Brennstoffzelle 111 vorgesehen. Das Wasserstoffsystem 112 weist eine Wasserstoffzuführungsleitung 121, eine Wasserstoffableitungsleitung 122 und einen Füllleitung 123 auf. Der Wasserstoffzuführungsleitung 121 ist ein Durchflussdurchlass zur Zuführung von Wasserstoffgas von einem Wasserstofftank 131 zu der Brennstoffzelle 111. Die Wasserstoffableitungsleitung 122 ist ein Durchflussdurchlass zum Abführen von aus der Brennstoffzelle 111 abgelassenem Wasserstoffgas (im Weiteren entsprechend auch als „Wasserstoffabgas“ bezeichnet). Die Füllleitung 123 ist zur Füllung von Wasserstoffgas in den Wasserstofftank 131 über einen Füllanschluss 151.
  • Das Wasserstoffsystem 112 beinhaltet bezogen auf die Wasserstoffzuführungsleitung 121 ein Hauptstopp-Ventil 132, einen Hochdruckregulator 133, ein Mitteldruck-Entlastungsventil 134, einen Drucksensor 135, einen Injektor 136, ein Niederdruck-Entlastungsventil 137 und einen Drucksensor 138, die in dieser Reihenfolge ausgehend vom Wasserstofftank 131 angeordnet sind. Das Hauptstopp-Ventil 132 ist ein Ventil, um zwischen der Zuführung und der Zufuhrsperrung von Wasserstoffgas von dem Wasserstofftank 131 zu der Wasserstoffzuführungsleitung 121 zu schalten. Der Hochdruckregulator 133 ist ein druckregulierendes Ventil zur Reduzierung des Drucks des Wasserstoffgases. Das Mitteldruck-Entlastungsventil 134 ist ein Ventil, das öffnen kann, wenn der Druck in der Wasserstoffzuführungsleitung 121 zwischen dem Hochdruckregulator 133 und dem Injektor 136 gleich einem vorbestimmten Druck oder höher wird, um den Druck unterhalb des vorbestimmten Druckes zu regulieren. Der Drucksensor 135 ist ein Sensor zur Detektion des Drucks in der Wasserstoffzuführungsleitung 121 zwischen dem Hochdruckregulator 133 und dem Injektor 136. Der Injektor 136 ist ein Mechanismus zur Regulierung der Durchflussrate des Wasserstoffgases. Das Niederdruck-Entlastungsventil 137 ist ein Ventil, das öffnen kann, wenn der Druck in der Wasserstoffzuführungsleitung 121 zwischen dem Injektor 136 und der Brennstoffzelle 111 gleich einem vorbestimmten Druck oder höher wird, um den Druck unterhalb des vorbestimmten Druckes zu regulieren. Der Drucksensor 138 ist ein Sensor zur Detektion des Drucks in der Wasserstoffzuführungsleitung 121 zwischen dem Injektor 136 und der Brennstoffzelle 111.
  • Das Wasserstoffsystem 112 umfasst zudem bezogen auf die Wasserstoffableitungsleitung 122 einen Gas-Flüssigkeitsabscheider 141 und ein Entlüftungsabflussventil 142, die in dieser Reihenfolge ausgehend von der Brennstoffzelle 111 angeordnet sind. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 141 ist eine Einrichtung zur Trennung von Feuchtigkeit von dem Wasserstoffabgas. Das Entlüftungsabflussventil 142 ist ein Ventil zur Schaltung zwischen Absaugung und Sperrung des Wasserstoffabgases und der Feuchtigkeit von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 141 zu einem Verdünner 182 des Luftsystems 113.
  • The Luftsystem 113 ist auf einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 111 vorgesehen. Dieses Luftsystem 113 weist eine Luftzuführungsleitung 161, eine Luftableitungsleitung 162 und eine Bypassleitung 163 auf. Die Luftzuführungsleitung 161 ist ein Durchflussdurchlass zur Zuführung von Luft außerhalb des Brennstoffzellensystems 101 in die Brennstoffzelle 111. Die Luftableitungsleitung 162 ist ein Durchflussdurchlass zum Abführen von aus der Brennstoffzelle 111 abgelassener Luft (im Weiteren entsprechend auch als „Luftabgas“ bezeichnet). Der Bypassleitung 163 ist ein Durchflussdurchlass, um Luft zu ermöglichen, von der Luftzuführungsleitung 161 zur Luftableitungsleitung 162 zu strömen, ohne die Brennstoffzelle 111 zu passieren.
  • Das Luftsystem 113 umfasst des Weiteren bezogen auf die Luftzuführungsleitung 161 einen Luftreiniger 171, eine Luftpumpe 172, einen Ladeluftkühler 173 und ein Dichtungsventil 174, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Luftreiniger 171 ist eine Einrichtung zum Reinigen der außerhalb des Brennstoffzellensystems 101 für dieses entnommenen Luft. Die Luftpumpe 172 ist eine Einrichtung zur Regulierung einer Durchflussrate der Luft. Der Luftladekühler 173 ist eine Einrichtung zur Kühlun von Luft. Das Dichtungsventil 174 ist ein Ventil zum Schalten zwischen Zuführung und Sperrung von Luft zur Brennstoffzelle 111.
  • Bezogen auf die Luftableitungsleitung 162 beinhaltet das Luftsystem 113 ferner ein auslass-integriertes Ventil 181 und einen Verdünner 182, die in dieser Reihenfolge ausgehend von der Brennstoffzelle 111 angeordnet sind.
  • Das auslass-integrierte Ventil 181 ist ein Ventil (ein Ventil mit der Funktion zur Luftabdichtung) zum Schalten zwischen Absaugung und Sperrung von Luftabgas von der Brennstoffzelle 111 sowie auch ein Ventil (ein Ventil mit der Funktion die Durchflussrate zu steuern) zur Steuerung der Menge abgelassenen Luftabgases aus der Brennstoffzelle 111. In der vorliegenden Ausführungsform wird ist das exzentrische Ventil der vorliegenden Erfindung für das integrierte Ventil 181 vorgesehen.
  • Der Verdünner 182 ist eine Einrichtung zur Verdünnung des von dem Wasserstoffablassdurchlass abgesaugten Wasserstoffabgases über das Luftabgas sowie Luft, die durch die Bypassleitung 163 strömt.
  • Die Bypassleitung 163 des Luftsystems 113 beinhaltet überdies ein Bypassventil 191. Das Bypassventil 191 ist ein Ventil zur Steuerung der Durchflussrate von Luft in der Bypassleitung 163.
  • Das Brennstoffzellensystem 101 verfügt weiter über eine Steuerung 201 zur Steuerung des Systems. Insbesondere ist die Steuerung 201 so ausgebildet, dass sie jede Komponente oder Einrichtung des Brennstoffzellensystems 101 steuert. Zusätzlich umfasst das Brennstoffzellensystem 101 auch ein Kühlsystem (nicht gezeigt) zur Kühlung der Brennstoffzelle 111. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuerung 201 beispielsweise eine ECU.
  • In dem wie vorstehend ausgebildeten Brennstoffzellensystem 101 wird das über die Wasserstoffzuführungsleitung 121 der Brennstoffzelle 111 bereitgestellte Wasserstoffgas in der Brennstoffzelle 111 zur Erzeugung elektrischer Energie verbraucht und danach als Wasserstoffabgas von der Brennstoffzelle 111 durch die Wasserstoffableitungsleitung 122 und den Verdünner 182 nach außen aus dem Brennstoffzellensystem 101 abgesaugt. Die von der Luftzuführungsleitung 161 der Brennstoffzelle 111 zugeführte Luft wird zur Erzeugung elektrischer Energie in der Brennstoffzelle 111 verbraucht und danach als Luftabgas von der Brennstoffzelle 111 durch die Wasserstoffableitungsleitung 122 und den Verdünner 182 nach außen aus dem Brennstoffzellensystem 101 abgesaugt.
  • <Beschreibung des integrierten Ventils>
  • Als nächstes wird im Folgenden das integrierte Ventil 181, bei dem das exzentrische Ventil der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, beschrieben.
  • Wie in den 2 und 3 gezeigt, weist das integrierte Ventil 181 einen Ventilbereich 2 und einen Antriebsmechanismusbereich 3 auf. Der Ventilbereich 2 umfasst Rohrabschnitt 12 (siehe 8) mit einem Durchlass 11, um ein Strömen von Luft (atmosphärischer Luft) zu ermöglichen. In diesem Durchlass 11 sind a Ventilsitz 13, ein Ventilelement 14 und eine drehbare Welle angeordnet. Die drehbare Welle 15 nimmt eine Antriebskraft (Drehmoment) auf, die aus dem Antriebsmechanismusbereich 3 übertragen wird. Der Antriebsmechanismusbereich 3 umfasst einen Motor 32 und einen Geschwindigkeitsreduzierungsmechanismus 33 (siehe 8 und 9).
  • Wie in den 4 und 5 gezeigt, ist der Durchlass 11 mit einer Aussparung 10 in Form einer Schulter ausgestaltet, in die der Ventilsitz 13 eingepasst ist. Der Ventilsitz 13 weist eine runde Ringform mit einer in der Mitte ausgeformten Ventilöffnung 16 auf. Die Ventilöffnung 16 ist an ihrem umlaufenden Rand mit einer ringförmigen Sitzfläche 17. Das Ventilelement 14 umfasst einen runden scheibenförmigen Bereich, dessen Umfang eine ringförmige Dichtungsfläche 18 aufweist, die zu der Sitzfläche 17 korrespondiert. Das Ventilelement 14 integral mit der drehbaren Welle 15 ausgeführt und zusammen mit der drehbaren Welle 15 drehbar.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ventilsitz 13 mit einem Gummisitz 21 versehen. Die Sitzfläche 17 ist in diesen Gummisitz 21 ausgebildet. Details des Gummisitzes 21 werden später beschrieben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform gemäß den 4 und 5 ist der an einer dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 gegenüberliegenden Seite in Bezug zum Ventilsitz 13 gebildete Durchlass 11 auf einer zur Brennstoffzelle 111 weisenden Seite angeordnet (stromaufwärts des Luftstroms), während der auf einer Seite näher zum Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 bezogen auf den Ventilsitz 13 gebildete Durchlass 11 auf einer zum Verdünner 182 weisenden Seite angeordnet ist (stromabwärts des Luftstroms). In anderen Worten, strömt die Luft gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Durchlass 11 von der Seite des Ventilsitzes 13 zur Seite des Ventilelements 14 (der drehbaren Welle 15).
  • Die Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 erstreckt sich, wie in den 6 und 7 gezeigt, parallel zu einer radialen Richtung des Ventilelements 14 (genauer gesagt, des Durchmessers des scheibenförmigen Bereichs des Ventilelements 14) und ist exzentrisch von der Mittelachse P1 der Ventilöffnung 16 zu einer Seite in radialer Richtung der Ventilöffnung 16 angeordnet. Die Dichtungsfläche 18 des Ventilelements 14 ist exzentrisch von der Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 zu einer Erstreckungsrichtung der Mittelachse Lv des Ventilelements 14 angeordnet.
  • Durch Drehung des Ventilelements 14 um die Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 ist das Ventilelement 14 zwischen einer geschlossenen Ventilstellung, in der die Dichtungsfläche 18 des Ventilelements 14 in Flächenkontakt mit der Sitzfläche 17 steht, und einer vollständig geöffneten Position, in der die Dichtungsfläche 18 am weitesten von der Sitzfläche 17 entfernt ist (siehe 5).
  • Wie in den 8 und 9 gezeigt, weist ein Ventilgehäuse 35, das Metall oder Kunststoff hergestellt wird, den Durchlass 11 und den Rohrabschnitt 12 auf. Ein Abschlussrahmen 36 aus Metall oder Kunststoff verschließt ein offenes Ende des Ventilgehäuses 35. Das Ventilelement 14 und die drehbare Welle 15 sind im Ventilgehäuse 35 angeordnet. Die drehbare Welle 15 umfasst an seinem distalen Endabschnitt einen Stift 15a. Der Stift 15a ist insbesondere an einem Ende der drehbaren Welle 15 in Richtung der Mittelachse Ls (auf der Seite nahe des Ventilelements 14) vorgesehen. Der Durchmesser des Stifts 15a ist kleiner als der Durchmesser eines Bereichs der drehbaren Welle 15, der nicht den Stift 15a umfasst. Am anderen Ende der drehbaren Welle 15 in Richtung der Mittelachse Ls (auf der Seite nahe zu einem Hauptgetriebe 41) ist ein proximaler Endabschnitt 15b vorgesehen.
  • Der mit dem Stift 15a ausgebildete distale Endabschnitt der drehbaren Welle 15 ist ein freies distales Ende, das in den Durchlass 11 des Rohrabschnitts 12 eingesetzt und platziert wird. Die drehbare Welle 15 ist in einer freitragenden Konfiguration durch zwei voneinander entfernt angeordnete Lager, nämlich ein erstes Lager 37 und ein zweites Lager 38, gelagert, so dass die drehbare Welle 15 in Bezug zum Ventilgehäuse 35 drehbar ist. Das erste Lager 37 und das zweite Lager 38 sind jeweils aus einem Kugellager gebildet. Diese ersten und zweiten Lager 37 und 38 sind zwischen dem Ventilelement 14 und dem Hauptgetriebe 41 in Richtung der Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 zur drehbaren Lagerung der drehbaren Welle 15 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Lager 37 an einer im Verhältnis zum zweiten Lager näheren Position zum Hauptgetriebe 41 angeordnet. Das Ventilelement 14 ist durch Schweißen an den Stift 15a im distalen Endabschnitt der drehbaren Welle 15 fixiert und im Durchlass 11 platziert.
  • Der Abschlussrahmen 36 ist mit einer Mehrzahl von Klemmen 39 an dem Ventilgehäuse gesichert (siehe 2 und 3). Wie in den 8 und 9 gezeigt, ist das mit einem fächerförmigen Getriebe versehene Hauptgetriebe 41 an dem proximalen Endabschnitt 15b der drehbaren Welle 15 befestigt. Eine Rückstellfeder 40, die eine Rückstellfederkraft Fs1 (siehe 12) erzeugt, ist zwischen dem Ventilgehäuse 35 und dem Hauptgetriebe 41 vorgesehen. Die Rückstellfederkraft Fs1 ist eine Kraft zur Drehung der drehbaren Welle 15 in eine Schließrichtung des Ventils und um das Ventilelement 14 in eine Schließrichtung (also in Richtung einer Position, in der der Ventilöffnungsgrad θ, der im Folgenden noch beschrieben wird, „0“ ist) zu drängen.
  • Die Rückstellfeder 40 ist ein elastisches Element aus einem in wendelförmig gewundenen Draht und weist an beiden Enden einen nahseitigen Haken 40b und einem fernseitigen Haken 40a auf. Der fernseitige Haken 40a und der nahseitige Haken 40b sind in einem Abstand von etwa 180° in einer Umfangsrichtung der Rückstellfeder voneinander beabstandet. Der fernseitige Haken 40a auf einer Seite des Ventilgehäuses 35 angeordnet (auf einer Fernseite des Zeichnungsblattes der 11), so dass er ein Feder-Hakenteil 35c (siehe 19) des Ventilgehäuses 35 kontaktiert. Im Unterschied dazu ist der nahseitige Haken 40b auf einer Seite des Hauptgetriebes 41 angeordnet (auf einer Nahseite des Zeichnungsblattes der 11), so dass er ein Feder-Hakenteil 41c des Hauptgetrie41 kontaktiert.
  • Wie in den 8 bis 11 gezeigt, umfasst das Hauptgetriebe 41 unter anderem einen Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a, einen Zahnradabschnitt 41b, einen Feder-Hakenteil 41c und einen Federführungsabschnitt 41d. In Umfangsrichtung (gegen den Uhrzeigersinn in 11) des Hauptgetriebes 41 sind der vollständig geschlossene Stopper-Abschnitt 41a, der Zahnradabschnitt 41b und der Feder-Hakenteil 41c in dieser Reihenfolge angeordnet. Das Hauptgetriebe 41 ist mit der drehbaren Welle 15 verbaut und konfiguriert, um die durch den Motor 32 erzeugte Antriebskraft aufzunehmen. Der Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a ist ein Abschnitt, der an dem Schliessstellungsstopper-Abschnitt 35b des Ventilgehäuses anliegt, wenn der Ventilöffnungsgrad θ „0“ ist. Der Hauptantrieb 41 ist ein Beispiel für „Antriebskraftaufnahme-Teil“ der vorliegenden Erfindung.
  • Der Ventilöffnungsgrad θ ist ein Rotationswinkel der drehbaren Welle 15 um die Mittelachse Ls und korrespondiert zu einem Drehwinkel des Hauptgetriebes 41 und einem Öffnungswinkel des Ventilelements 14. In anderen Worten, wenn der Ventilöffnungswinkel θ „0“ ist, ist der Drehwinkel drehbaren Welle 15 ein minimaler Winkel innerhalb des Drehbereichs der drehbaren Welle 15. In den 8 bis 11 ist der Ventilöffnungsgrad θ „0“.
  • Der Zahnradabschnitt 41b, wie in 11 gezeigt, greift in Zahnrad 42b des Zwischengetriebes 42 mit kleinem Durchmesser ein. Der Feder-Hakenteil ist in Kontakt mit dem nahseitigen Haken 40b der Rückstellfeder 40 und nimmt die Rückstellfederkraft Fs1 vom nahseitigen Haken 40b auf (siehe 12).
  • Wie in 9 gezeigt, ist der Federführungsabschnitt 41d innerhalb der gewendelten Rückstellfeder 40 zur Stützung der Rückstellfeder 40 angeordnet. Der Federführungsabschnitt 41d ist auf der Seite des proximalen Endes 15b der drehbaren Welle 15 mit der drehbaren Welle 15 verbaut.
  • Das Hauptgetriebe 41 umfasst, wie in 9 dargestellt, eine Aussparung 41e, in die ein im Wesentlichen scheibenförmiger Magnet 46 montiert ist. Dadurch wird der Magnet 46, wenn das Hauptgetriebe 41 zusammen mit dem Ventilelement 14 und der drehbaren Welle 15 dreht, ebenfalls gedreht, wodurch ein magnetisches Feld des Magneten 46 verändert wird. Diese Änderung des magnetischen Felds des Magneten 46 wird über einen Rotationswinkelsensor (nicht gezeigt) detektiert, so dass der Rotationswinkel des Hauptgetriebes 41 als ein Öffnungsgrad des Ventilelements 14, das heißt der Öffnungsgrads des Hauptgetriebes 41, ermittelt wird.
  • Wie in 8 gezeigt, ist der Motor 32 in einer im Ventilgehäuse ausgebildeten Halteaussparung 35a untergebracht und befestigt. Der Motor 32 erzeugt eine Antriebskraft zur Drehung der drehbaren Welle 15 in eine Ventilöffnungsrichtung und eine Ventilschließrichtung. Der Motor 32 über den Geschwindigkeitsreduzierungsmechanismus 33 zur Übertragung der Antriebskraft an die drehbare Welle 15 gekoppelt, um das Ventilelement 14 zu öffnen und zu schließen. Insbesondere ist die Abtriebswelle 32a (siehe 10) des Motors 32 an einem Motorgetriebe 43 befestigt. Dieses Motorgetriebe 43 ist zur mit dem Hauptgetriebe 41 über eine Zwischengetriebe 42 zur Übertragung der Antriebskraft verbunden.
  • Das Zwischengetriebe 42 ist ein doppeltes Getriebe mit einem Zahnrad 42a mit großem Durchmesser und das Zahnrad 42b mit kleinem Durchmesser und ist durch das Ventilgehäuse 35 über einen Wellenbolzen 44 drehbar gelagert. Der Durchmesser des Zahnrads 42a mit großem Durchmesser ist größer als der Durchmesser des Zahnrads 42b mit kleinem Durchmesser. Das Zahnrad 42a mit großem Durchmesser ist antreibbar mit dem Motor 32 in Eingriff während das Zahnrad 42b mit kleinem Durchmesser antreibbar mit dem Hauptgetriebe 41 in Eingriff ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Hauptgetriebe 41, das Zwischengetriebe 42 und der Motor 32, die den Geschwindigkeitsreduzierungsmechanismus 33 bilden, aus Kunststoff. Dadurch werden in der vorliegenden Ausführungsform Gewichtseinsparungen erreicht.
  • Der Motor 32 ist ein Beispiel eines „Antriebsmechanismus“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Zwischengetriebe 42 (ein Antriebsübertragungselement) überträgt zudem die Antriebskraft des Motors 32 auf die drehbare Welle 15.
  • Bei dem integrierten Ventil 181 in der obigen Ausgestaltung, wobei auf Details noch später hingewiesen wird, wird bei Einschaltung des Motors 32 ausgehend von einer geschlossenen Ventilstellung (eine Stellung in der der gesamte Umfang der Dichtungsfläche 18 des Ventilelements 14 in Kontakt mit dem gesamten Umfang der Sitzfläche 17 des Ventilsitzes 13 ist), wie in 4 gezeigt, eine auf die Zähne des Zahnrads drückende Kraft (die Motorantriebskraft Fm1 (siehe 14)) auf das Hauptgetriebe ausgeübt, wodurch das Ventilelement 14 nach dem Hebelprinzip in Richtung des Ventilsitzes 13 bewegt wird (siehe 15). Wenn anschließend die Antriebsspannung (Strom) für den Motor 32 graduell erhöht wird, werden die Abtriebswelle 32a und das Motorgetriebe 43 in eine Vorwärtsrichtung gedreht (also eine Richtung zum Öffnen des Ventilelements 14) und diese Drehgeschwindigkeit wird durch das Zwischengetriebe 42 reduziert und auf das Hauptgetriebe 41 übertragen. Folglich wird das Ventilelement 14 entgegen der Rückstellfederkraft Fs1, die durch die Rückstellfeder 40 aufgebracht wird und das Ventilelement 14 in eine Schließrichtung des Ventils drängt, geöffnet, so dass der Durchlass 11 geöffnet wird (siehe 16 und 18). Wenn die dem Motor 32 zugeführte Antriebsspannung daraufhin beim Öffnungsvorgang des Ventilelements 14 auf einem konstanten Niveau gehalten wird, gleichen sich die Motorantriebskraft Fm1 und die Rückstellfederkraft Fs1 bei einem Öffnungsgrad des Ventilelements 14 zu dieser Zeit an, so dass das Ventilelement 14 bei einem vorgegebenen Öffnungsgrad gehalten wird.
  • Weitere Einzelheiten zum Betrieb des integrierten Ventils 181 der vorliegenden Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Während des Nicht-Betriebs des Motors 32, der nicht aktiviert ist (also weil der Motor 32 gestoppt ist) ist der Ventilöffnungswinkel θ „0“, das heißt das integrierte Ventil 181 befindet sich in der geschlossenen Ventilstellung. Zu diesem Zeitpunkt, wie in 11 gezeigt, steht der Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a des Hauptgetriebes 41 mit dem Schliessstellungsstopper-Abschnitt 35b des Ventilgehäuses 35 in Kontakt.
  • In diesem Zusammenhang wird das Verhältnis der Kräfte im Sinne einer Umfangsrichtung der drehbaren Welle 15 oder um die drehbare Welle 15, wie nachfolgend betrachtet. Wie in 12 gezeigt, nimmt das Feder-Hakenteil 41c des Hauptgetriebes 41 die Federrückstellkraft Fs1 von dem nahseitigen Haken 40b der Rückstellfeder 40 auf. In einem rechtwinkeligen oder Kartesischen Koordinaten System, wie in 12, bestehend aus einem durch die Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 dargestellten Ursprung, eine durch eine horizontale Linie verkörperte x-Achse und durch eine vertikale Linie dargestellte y-Achse, ist ein erster Quadrant ein Abschnitt, der durch eine positive x-Achse und eine positive y-Achse definiert wird, ist ein zweiter Quadrant ein Abschnitt, der durch eine negative x-Achse und eine positive y-Achse definiert wird, ist ein dritter Quadrant ein Abschnitt, der durch negative x-Achse und eine negative y-Achse definiert wird, und ist ein vierter Quadrant ein Abschnitt, der durch eine positive x-Achse und eine negative y-Achse definiert wird. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich der fernseitige Haken 40a und der Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a in einer Position, die dem ersten Quadranten entspricht, und der nahseitige Haken 40b und der Feder-Hakenteil 41c in einer Position, die dem dritten Quadranten entspricht.
  • Nach dem Hebelprinzip wird hier ein Stützpunkt oder Drehpunkt in den Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a gelegt, ein Schwerpunkt (point of effort) wird in den Feder-Hakenteil 41c gelegt und ein Kraftangriffspunkt wird in einen mittleren Abschnitt zwischen dem Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a und dem Feder-Hakenteil 41c gelegt. Somit bewirkt die auf das Feder-Hakenteil 41 aufgebrachte Federrückstellkraft Fs1 eine Kraft Fs2, die auf den mittleren Abschnitt zwischen dem Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a und dem Feder-Hakenteil 41c wirkt. Dies wird ausgedrückt durch: „Kraft Fs2“ = 2 x „Federrückstellkraft Fs1“. In 12 ist der Abstand zwischen dem Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a und dem Feder-Hakenteil 41c auf „2R“ eingestellt.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird das Verhältnis der Kräfte im Sinne eines Querschnitts der drehbaren Welle 15 entlang der Mittelachse Ls, wie nachfolgend betrachtet. Eine +y-Richtungskomponente der Kraft Fs2 ist eine Kraftkomponente Fs3, wie in 13. Die +y-Richtung stellte eine Richtung senkrecht zu einer Richtung einer Mittelachse Lj des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 (die x-Richtung) und einer Richtung, in der der Ventilsitz 13 relativ zum Ventilelement 14 angeordnet ist (eine Aufwärtsrichtung im Zeichnungsblatt der 12 und 13). Dies wird ausgedrückt durch: „Kraftkomponente Fs3“ = „Kraft Fs2“ x „sinθ1“. Der Winkel θ1 ist ein Winkel, der zwischen der Anordnungsrichtung, in der Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a und das Feder-Hakenteil 41c angeordnet sind, und der x-Richtung, wie in 12 dargestellt.
  • Die Kraftkomponente Fs3 bewirkt eine Kraft Fs4 (eine in eine Trennrichtung drängende Kraft), die auf den Federführungsabschnitt 41d in +y-Richtung wirkt. Dies wird ausgedrückt durch: „Kraft Fs4“ = „Kraftkomponente Fs3“ x Lb/La. Dadurch ist die Kraft Fs4 eine Kraft, die durch die Federrückstellkraft Fs1 hervorgerufen wird, und in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse Lj des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 wirkt. Der Abstand La ist ein Abstand von der Stelle, an der das erste Lager 37 angeordnet ist, zu einer Stelle, an der die Kraft Fs4 in der x-Richtung wirkt. Der Abstand Lb ist ein Abstand von der Stelle, an der das erste Lager 37 angeordnet ist, zu einer Stelle, an der die Kraft Fs3 in der x-Richtung wirkt.
  • Wenn die Kraft Fs4 in +y-Richtung an der Stelle des Federführungsabschnitts 41d wirkt, wird die mit dem Federführungsabschnitt 41d verbaute drehbare Welle 15 gedreht und neigt sich in 13 im Uhrzeigersinn um das als Stützpunkt dienende erste Lager 37. Gemäß des Hebelprinzips bewegt sich das am proximalen Ende 15b der drehbaren Welle vorgesehen Hauptgetriebe 41 in die +y-Richtung während das am Stift 15a der drehbaren Welle 15 vorgesehene Ventilelement 14 in die -y-Richtung bewegt wird. Somit wird das Ventilelement 14 in eine Richtung weg von dem Ventilsitz 13 (eine Trennrichtung) bewegt. In der oben beschriebenen Weise wird das Ventilelement14 während der Zeit, in der der Motor 32 nicht betrieben wird und das integrierte Ventil 181 in einer geschlossenen Ventilstellung ist, durch eine Kraft Fs4 in eine Richtung zur Trennung vom Ventilsitz 13 bewegt. Zu dieser Zeit wird die drehbare Welle 15 durch das zweite Lager 38 gestoppt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ventilelement 14 zu diesem Zeitpunkt in Kontakt mit dem im Ventilsitz 13 vorgesehenen Gummisitz 21 (ein Dichtungselement), wie in 13 gezeigt. Genauer gesagt, kontaktiert das Ventilelement 14, wie in 21 dargestellt, das vordere Ende eines deformierbaren Abschnitts 21a (einen Wulstabschnitt) des Gummisitzes 21. In dieser Lage ist das Ventilelement 14 über seinen gesamten Umfang in Kontakt mit dem vorderen Ende des deformierbaren Abschnitts 21a und der deformierbare Abschnitt 21a wird nur leicht verformt. Dadurch kann das integrierte Ventil 181 die Dichtungseigenschaft mit einer einfachen Struktur erhöhen, da der Gummisitz 21 zwischen dem Ventilsitz 13 und dem Ventilelement 14 abdichtet. Hier ist die Anforderung an das integrierte Ventil eine Dichtungsfunktion, um das Ansaugen von Luft in die Brennstoffzelle 111 während des Anhaltens eines Fahrzeugs, in das das Brennstoffzellensystem 101 eingebaut ist, zu vermeiden. In der vorliegenden Ausführungsform dichtet der Gummisitz 21 für die geforderte Dichtungsfunktion des integrierten Ventils 181 zwischen Ventilsitz 13 und Ventilelement 14 ab.
  • Darüber hinaus befindet sich das Ventilelement 14 zu diesem Zeitpunkt an einer Stelle dargestellt durch einen Punkt P1a in 20, die die Beziehung zwischen Ventilöffnungsgrad θ und dem offenen Bereich S wiedergibt. Hier entspricht die Zeit „wenn das integrierte Ventil 181 in einer geschlossenen Ventilstellung ist“ der Zeit, wenn der Ventilöffnungsgrad (der Öffnungsgrad des Ventilelements 14) „0“ ist, das heißt die Zeit, wenn der Rotationswinkel der drehbaren Welle 15 ein Winkel während der völligen Schließung ist (der kleinste Winkel innerhalb des Drehbereichs der drehbaren Welle 15).
  • Danach, während des Betriebs des Motors 32, nämlich wenn der Motor 32 eingeschaltet ist, wirkt die Motorantriebskraft Fm1 von dem Zahnrad 42b mit kleinem Durchmesser (siehe 11) des Zwischengetriebes 42 auf den Getriebeabschnitt 41b (siehe 11) zur Drehung des Hauptgetriebes 41. Bezüglich des Kraftverhältnisses im Sinne einer Umfangsrichtung der drehbaren Welle 15 zu diesem Zeitpunkt wirkt die Motorantriebskraft Fm1 in der -y-Richtung, wie in 14 dargestellt. Diese -y-Richtung ist eine senkrechte Richtung zur Richtung der Mittelachse Lj (die x-Richtung) des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 und entspricht einer Richtung, in der Ventilelement 14 relativ zum Ventilsitz 13 angeordnet ist (eine Abwärtsrichtung in den Zeichnungsblättern der 12 und 13).
  • Die Motorantriebskraft Fm1 bedingt eine Kraft Fm2, die in der -y-Richtung an einer Position der Mittelachse Ls der drehbaren Welle 15 wirkt. Bezüglich des Kraftverhältnisses im Sinne des Querschnitts der drehbaren Welle 15 entlang der Mittelachse Ls, wirkt zudem eine Kraft Fm3 (in Sitzrichtung drängende Kraft) in die negative y-Richtung an einer Position des Federführungsabschnitts 41d, wie in 15 gezeigt. Dies wird ausgedrückt durch: „Kraft Fm3“ = „Kraft Fm2“ x Lb/La. Während des Betriebs des Motors 32 in der oben beschriebenen Weise wird die Kraft Fm3 erzeugt. Diese Kraft Fm3 ist eine Kraft, die durch die Motorantriebskraft Fm1 bewirkt wird und in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse Lj des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 wirkt. Die Kraft Fm3 bedingt die Drehung der drehbaren Welle 15 und deren Neigung um das als Stützpunkt dienende erste Lager 37, wodurch das Ventilelement 14 in Richtung des Ventilsitzes 13 gedrängt wird.
  • Wie in 15 gezeigt, wird die mit dem Federführungsabschnitt41d des Hauptgetriebes 41 verbaute drehbare Welle 15, wenn die Kraft Fm3 größer als die Kraft Fs4 wird, gedreht und neigt sich in 14 gegen den Uhrzeigersinn um das als Drehpunkt dienende erste Lager 37. Entsprechend wird über das Hebelprinzip das Hauptgetriebe 41 in die -y-Richtung bewegt, während sich das Ventilelement 14 in die +y-Richtung bewegt. Somit wird das Ventilelement 14 durch die Kraft Fm3 in Richtung des Ventilsitzes 13 (eine Sitzrichtung) bewegt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird zu dieser Zeit der deformierbare Abschnitt 21a des Gummisitzes 21 durch das Ventilelement 14 zusammengedrückt und verformt. Eine Verformung des deformierbaren Abschnitts 21a ist kleiner als bei einer plasitischen Verformung des deformierbaren Abschnitts 21a. Somit wird der deformierbare Abschnitt 21a elastisch, nicht aber plastisch verformt.
  • Das Ventilelement 14 befindet zu diesem Zeitpunkt an einer Stelle dargestellt durch einen Punkt P1b in 20, die die Beziehung zwischen Ventilöffnungsgrad θ und dem offenen Bereich S wiedergibt.
  • Wenn anschließend die Antriebsspannung für den Motor 32 ansteigt und somit die Motorantriebskraft Fm1 groß wird, wird die drehbare Welle 15 weiter gedreht und neigt sich weiter gegen den Uhrzeigersinn in 16 um das als Drehpunkt dienende erste Lager 37. Folglich wird das Hauptgetriebe 41 weiter in die -y-Richtung bewegt, während das Ventilelement 14 weiter in die +y-Richtung bewegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die drehbare Welle 15 um die Mittelachse Ls gedreht, so dass der Ventilöffnungswinkel θ (der Drehwinkel der drehbaren Welle 15) „α“ wird (siehe 17) und der offene Bereich S zunimmt. In diesem Zustand trennt sich der Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen 41a des Hauptgetriebes 41 von dem Schliessstellungsstopper-Abschnitt 35b des Ventilgehäuses 35, wie in 17 gezeigt. Die drehbare Welle 15 wird, wie in 16 dargestellt, durch das zweite Lager 38 angehalten. Das Ventilelement 14 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in einer Position dargestellt durch einen Punkt P1c in 20, die die Beziehung zwischen Ventilöffnungsgrad θ und dem offenen Bereich S wiedergibt.
  • Da im Weiteren die Motorantriebskraft Fm1 weiterhin größer wird, wird die drehbare Welle 15 weiter um die Mittelachse Ls gedreht. Dies bewirkt, dass sich das Ventilelement 14 vom Ventilsitz 13 trennt, wie in 18 gezeigt, wodurch sich der offene Bereich S weiter vergrößert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ventilöffnungsgrad θ „β“ (siehe 19). Das Ventilelement 14 ist zu diesem Zeitpunkt in einer Position dargestellt durch einen Punkt P1d in 20, die die Beziehung zwischen Ventilöffnungsgrad θ und dem offenen Bereich S wiedergibt. In der oben beschriebenen Weise wird die Ventilöffnungsbedienung des integrierten Ventils 181 durch die Motorantriebskraft Fm1 ausgeführt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das integrierte Ventil 181 die beiden ersten und zweiten Lager 37 und 38. Anstelle dieser ersten und zweiten Lager 37 und 38 können auch ein einziges Lager oder drei oder mehr Lager eingesetzt werden.
  • Ein denkbares abgewandeltes Beispiel ist die Verwendung eines Gummisitzes 21 gemäß der 22 oder 23. Wie in 22 dargestellt, hat der Gummisitz 21 die Ausgestaltung einer Lippendichtung, bei der der deformierbare Abschnitt 21a eine lippenähnliche Form aufweist (eine vorstehende Form, die sich biegen lässt, wenn sie durch das Ventilelement 14 gedrückt wird). Anderseits, wie in 23 gezeigt, weist der Gummisitz 21 eine kombinierte Ausgestaltung einer Lippendichtung und einer Wulst auf, bei der der deformierbare Abschnitt 21a eine lippen-ähnliche Form hat und mit einer Wulst ausgebildet ist (ein Vorsprung, der mit dem Ventilelement 14 in engen Kontakt kommen kann). Der Gummisitz kann statt im Ventilsitz 13 im Ventilelement 14 vorgesehen sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt das wie oben ausgestaltete integrierte Ventil 181 die Kraft Fs4 während des Nicht-Betriebs des Motors 32. Diese Kraft Fs4 ist eine Kraft, die durch die Federrückstellkraft Fs1 hervorgerufen wird und die in eine senkrechte Richtung zu der Mittelachse Lj des ersten Lagers 37 und des zweiten Lagers 38 wirkt. Die Kraft Fs4 bedingt die Neigung der drehbaren Welle 15 um das als Drehpunkt dienende erste Lager 37, wodurch das Ventilelement 14 in die Richtung weg vom Ventilsitz 13 gedrängt wird. Zudem ist der Gummisitz 21 in entweder dem Ventilelement 14 oder dem Ventilsitz 13 vorgesehen, um während des Nicht-Betriebs des Motors 32 zwischen Ventilelement 14 und Ventilsitz 13 abzudichten.
  • In obiger Weise schließt oder dichtet der Gummisitz 21 zwischen Ventilsitz 13 und Ventilelement 14. Somit kann das integrierte Ventil 181 mit einer einfachen Struktur eine erhöhte Dichtungseigenschaft erreichen.
  • Zudem umfasst Gummisitz 21 in der vorliegenden Ausführungsform einen deformierbaren Abschnitt 21a mit einem vorderen Ende, das während des Nicht-Betriebs des Motors 32 mit dem Ventilelement 14 in Kontakt kommen kann und verformt werden kann, wenn es während des Betriebs des Motors 32 durch das Ventilelement 14 zusammengedrückt wird. Eine Verformung des deformierbaren Abschnitts 21a während des Betriebs des Motors 32 ist kleiner als eine plastische Verfomrung des deformierbaren Abschnitts 21a. Demgemäß wird der deformierbare Abschnitt 21a des Gummisitzes 21 nicht übermäßig durch das Ventilelement 14 zusammengedrückt und somit kann Abrasion des Gummisitzes 21 verringert werden. In dem Fall, in dem der Gummisitz 21 im Ventilelement 14 vorgesehen ist, kontaktiert das vordere Ende des deformierbaren Abschnitts 21a den Ventilsitz 13 während des Nicht-Betriebs des Motors 32 und wird während des Betriebs des Motors 21 gegen den Ventilsitz 13 gedrückt und verformt.
  • Das erfindungsgemäße exzentrische Ventil ist auch zur Abdichtung des Ventils 174 und des Bypass-Ventils 191 in dem Luftsystem 113 des Brennstoffzellensystems 101 anwendbar.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben, bei der ähnliche oder identische Komponenten oder Teile zu denen des ersten Ausführungsbeispiels dieselben Bezugsziffern zugeordnet werden wie in der ersten Ausführungsform, ohne ihre Erläuterung zu wiederholen. Die nachfolgende Beschreibung ist auf die Unterscheide zur ersten Ausführungsform gerichtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist, nachdem die Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 111 gestoppt wurde, das integrierte Ventil 181 geschlossen, aber der Motor 32 wird nicht sofort angehalten. Der Motor 32 wird weiter betrieben, um das Ventilelement 14 für eine Abdichtung zwischen dem Ventilelement 14 und dem Gummisitz gegen den Gummisitz 21 zu drücken, und dann wird der Motor 32 angehalten, um die Abdichtung beizubehalten.
  • Dazu führt die Steuerung 201 eine Steuerung auf Basis des in 26 gezeigten Ablaufdiagramms aus (Brennstoffzellen-Luft-integriertes Ventil-Steuerung). Die Steuerung bestimmt zunächst, ob eine Brennstoffzellen-Stack-Energieerzeungsstopp-Anfrage vorliegt (Schritt S1). Hier ist eine „Brennstoffzellen-Stack-Energieerzeungsstopp-Anfrage“ eine Aufforderung, die Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 111 anzuhalten. Wenn die Brennstoffzellen-Stack-Energieerzeungsstopp-Anfrage vorliegt (Schritt S1: JA), liest die Steuerung 201 einen Stack-Druck STP aus (Schritt S2), führt eine Ansteuerung zur Schließung des Dichtungsventils aus (Schritt S3) und dreht das Dichtungsventil 174 in eine OFF-Position, also stoppt oder hält die Anregung des Antriebsmechanismus des Dichtungsventils 174 an (Schritt S4), um die Ansteuerung zur Schließung des integrierten Ventils auszuführen (Schritt S5). Hier ist der „Stack-Druck STP“ ein Innendruck der Brennstoffzelle 111. Die „Ansteuerung zur Schließung des Dichtungsventils“ ist eine Steuerung zum Schließen des Dichtungsventils 174. Die „ Ansteuerung zur Schließung des integrierten Ventils“ ist eine Steuerung zum Schließen des integrierten Ventils 181.
  • Nachfolgend bestimmt die Steuerung 201, ob der Stack-Druck STP gleich oder kleiner einem vorbestimmten Druck a ist (ein vorbestimmter Unterdruck) (Schritt S6). Wenn der Stack-Druck STP gleich oder kleiner als der vorbestimmte Druck a ist (Schritt S6; JA), schaltet die Steuerung 201 die Anregung des Motors 32 des integrierten Ventils 181 ab, wodurch der Motor 32 von einem Betriebszustand in einen Nicht-Betriebszustand geschaltet wird (Schritt S7) und schaltet eine Energiezuführung der ECU (ECU zur Dichtungsfunktionskontrolle) aus (Schritt S8). Hier ist der vorbestimmte Druck a ein Unterdruck, also geringer als der atmosphärische Druck.
  • Wenn der Stack-Druck STP abnimmt, so dass er gleich oder kleiner als der vorbestimmte Druck a ist, stoppt die Steuerung 201 die Anregung des Motors 32 des integrierten Ventils 181 zur Schaltung des Motors 32 von einem Betriebszustand in einen Nicht-Betriebszustand. Insbesondere wird der Motor wie folgt von einem Betriebszustand in einen Nicht-Betriebszustand geschaltet. Zunächst wird die Anregung des Motors 32, während der Innendruck der Brennstoffzelle 111 höher als ein vorbestimmter Druck a ist, beibehalten, um das Ventilelement 14 gegen den Gummisitz 21 zu drücken, um zwischen diesen einen Abdichtungszustand zu schaffen. Dann, wenn der Innendruck der Brennstoffzelle 111 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Druck a wird, wird die Anregung des Motors 32 gestoppt, so dass das Ventilelement 14 den Gummisitz 21 unter dem internen Unterdruck der Brennstoffzelle zur Bildung eines Abdichtungszustands zwischen Ventilelement 14 und Gummisitz 21 kontaktieren kann.
  • In Schritt S6, wenn der Stack-Druck STP höher als ein vorbestimmter Druck a ist (Schritt S6: NEIN), bleibt die Bestromung des integrierten Ventils 181 eingeschaltet, das heißt, der Motor 32 des integrierten Ventils 181 wird weiter angeregt und im Betrieb gehalten (Schritt S9) und die Energieversorgung der ECU bleibt an (Schritt S10).
  • In Schritt S1, wenn die Brennstoffzellen-Stack-Energieerzeungsstopp-Anfrage nicht vorliegt (Schritt S1: JA), führt die Steuerung eine Steuerung gemäß der Energieerzeugungsanforderungen für das Dichtungsventi 174, das integrierte Ventil 181 und das Bypassventil 191 aus (Schritt S11).
  • Wenn die Steuerung basierend auf dem vorangehenden Steuerungsablaufdiagramm ausgeführt wird, wird eine Steuerung wie in dem Steuerungszeitdiagramm in 27 vorgenommen. Wie in 27 gezeigt, wird die Bestromung des Motors 32 des integrierten Ventils 181 gestoppt, wenn der Stack-Druck STP gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Druck a zur Zeit T2 wird, nachdem die Brennstoffzellen-Stack-Energieerzeungsstopp-Anfrage zu einer Zeit T1 erfolgt ist.
  • Wenn der Motor 32 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von einem Betriebszustand in einen Nicht-Betriebszustand geschaltet werden soll, wird der Motor in einen Nicht-Betriebszustand geschaltet, nachdem der Druck auf das Ventilelement 14 auf der dem Ventilsitz 13 zugewandten Seite, also der Stack-Druck STP, einen vorbestimmten Druck a erreicht. Auf diese Weise wird der Motor 32 betrieben bis der Stack-Druck STP den vorbestimmten Druck a erreicht und nachdem der Stack-Druck STP den vorbestimmten Druck a erreicht hat, wird der Motor 32 in einen Nicht-Betriebszustand gebracht, der es erlaubt, dass sich das Ventilelement 14 unter Nutzung des in der Brennstoffzelle 111 erzeugten Unterdrucks in Richtung Ventilsitz 13 bewegt. Auch wenn der Gummisitz 21 Verschleiß aufweist, kann die Dichtungseigenschaft oderstärke zwischen dem Ventilsitz 13 und dem Ventilelement 14 während der Ventilschließung erhöht werden. Während der Unterbrechung der Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 111 kann sich das Ventilelement zudem, selbst wenn der Motor 32 des integrierten Ventils 181 in den Nicht-Betriebszustand geschaltet wird, in Richtung des Ventilsitzes 13 durch Nutzung des in der Brennstoffzelle 111 generierten Unterdrucks bewegen. Somit kann während des Nicht-Betriebs des Motors 32 die Dichtungseigenschaft zwischen dem Ventilsitz 13 und dem Ventilelement 14 während der Ventilschließung erhöht werden.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Als nächstes wird nachfolgend eine dritte Ausführungsform beschrieben. Ähnliche oder identische Komponente oder Teile zu denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels werden dieselben Bezugsziffern zugeordnet wie in diesen Ausführungsformen, ohne ihre Erläuterung zu wiederholen. Die nachfolgende Beschreibung ist auf die Unterscheide zur ersten und zweiten Ausführungsform gerichtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung während des Betriebs des Motors 32 in einem Abdichtungssteuerungsmodus und in einem Druckregulierungsmodus ausgeführt. Hierbei ist der Abdichtungssteuerungsmodus ein Modus zur Steuerung der Drehung des Ventilelements 14 während eines Öffnungsgrads des Ventilelements 14 nahe einer vollständig geschlossenen Position. Dieser Abdichtungsmodus wird beispielsweise während eines Anhaltens des Fahrzeugs, in das das Brennstoffzellensystem 101 eingebaut ist, ausgeführt. Der Druckregulierungsmodus ist Modus zur Steuerung des offenen Bereichs S der Ventilöffnung 16 zur Regulierung der Durchflussrate der Luft. In diesem Druckregulierungsmodus wird der Öffnungsgrad des Ventilelements bei einem Öffnungsgrad, der größer ist als im Abdichtungssteuerungsmodus, gesteuert. Der Druckregelungsmodus wird beispielsweise während das Fahrzeug, in das das Brennstoffzellensystem 101 eingebaut ist, läuft ausgeführt.
  • Hierfür führt die Steuerung 201 eine Ansteuerung basierend auf dem in 28 gezeigten Steuerungsablaufdiagramm aus (Brennstoffzellen-Luft-integriertes Ventil-Steuerung). Zunächst nimmt die Steuerung 201 eine Stack-Luftzuführungszielmenge (eine Zielmenge an Luft, die dem Brennstoffzellen-Stack zugeführt werden soll) TSTGa (Schritt S101) und steuert eine Einblasmenge der Luftpumpe 172 bis zu einer Menge, die der Stack-Luftzuführungszielmenge TSTGa entspricht (Schritt S102). Die Steuerung 201 nimmt ferner einen Stack-Druck STP (Schritt S103) und nimmt einen aktuellen Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils, also den aktuellen Öffnungsgrad des Ventilelements 14 des integrierten Ventils 181 (Schritt S104).
  • Anschließend ermittelt die Steuerung 201, ob eine Druckregulierungsanfrage für das integrierte Ventil vorliegt oder nicht (Schritt S105). Wenn die Druckregulierungsanfrage für das integrierte Ventil vorliegt (Schritt S105: JA), wird bestimmt, ob ein XACVC-Flag „0“ ist oder nicht (Schritt S106). Der XACVC-Flag ist ein Bestimmungsindikator für den Winkel A.
  • Wenn der XACVC-Flag „0“ ist (Schritt S106: JA), beurteilt die Steuerung 201, ob der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils gleich oder kleiner als der Winkel A ist (Schritt S107). Hierbei entspricht die Zeit, zu der der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils der Winkel A ist, der Zeit, zu der der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 des integrierten Ventils 181, also der Ventilöffnungsgrad θ (der Drehwinkel der drehbaren Welle 15 und der Drehwinkel des Hauptgetriebes 41), der Winkel A ist, wie in 24 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt, wie in 24 gezeigt, sind das Ventilelement 14 und der Gummisitz 21 nicht miteinander in Kontakt.
  • Wenn der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils gleich oder größer als der Winkel A ist (Schritt S107: JA), also im Druckregulierungsmodus, in dem das Ventilelement 14 und der Gummisitz 21 nicht miteinander in Kontakt sind, wird der XACVC-Flag auf „1“ geschaltet (Schritt S108). Dann wird ein Zielöffnungsgrad tpcta des integrierten Ventils und eine Zielöffnungsgrad tbta des Bypass-Ventils bestimmt, um eine Stack-Luftzuführungsmenge STGa zur Stack-Luftzuführungszielmenge TSTGa zu steuern. (Schritt S109).
  • Die Steuerung 201 ermittelt dann, ob der Zielöffnungsgrad tpcta des integrierten Ventils gleich oder größer als der Winkel A ist oder nicht (Schritt S110). Wenn der Zielöffnungsgrad tpcta des integrierten Ventils gleich oder größer als der Winkel A ist (Schritt S110: JA), steuert die Steuerung 201 den Öffnungsgrad des Ventilelements 114 des integrierten Ventils 181 zum Zielöffnungsgrad tpcta des integrierten Ventils mit hohem Ansprechvermögen. Insbesondere erhöht die Steuerung 201 die Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 des integrierten Ventils 181 und passt den Öffnungsgrad des Ventilelements 14 an den Zielöffnungsgrad tpcta des integrierten Ventils an und steuert das Bypass-Ventil 191 zum Zielöffnungsgrad tbta des Bypass-Ventils mit hohem Ansprechvermögen (Schritt S111). Der Druckregulierungsmodus wird somit ausgeführt, wenn das Ventilelement 14 und der Gummisitz 21 nicht miteinander in Kontakt stehen.
  • Wenn in Schritt S105 die Druckregulierungsanfrage für das integrierte Ventil nicht vorliegt (Schritt S105: NEIN), ermittelt die Steuerung 201, ob der XACVC-Flag „1“ ist oder nicht (Schritt S112). Wenn der XACVC-Flag „1“ ist (Schritt S112: JA), wird bestimmt, ob der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils kleiner als der Winkel A ist oder nicht (Schritt S113). Wenn der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils kleiner als der Winkel A ist (Schritt S113: JA), schaltet die Steuerung 201 den XACVC-Flag auf „0“ (Schritt S114) und steuert, dass das integrierte Ventil 181 über eine Ansteuerung zur langsamen Schließung des integrierten Ventils vollständig geschlossen wird (Schritt S115). Konkret ausgedrückt, bedingt die Steuerung 201 in dem Abdichtungssteuerungsmodus, bei dem der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils kleiner als der Winkel A ist (das heißt, wenn der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 nahe einer vollständig geschlossenen Position ist), dass das integrierte Ventil 181 während einer Reduzierung der Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 vollständig geschlossen wird. Auf diese Weise ist die Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 im Abdichtungssteuerungsmodus langsamer als die Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 im Druckregulierungsmodus.
  • Wenn in Schritt S106 der XACVC-Flag nicht „0“ ist (Schritt S106: NEIN), wird der Prozess in Schritt S109 weiter ausgeführt.
  • Wenn in Schritt S107 der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils kleiner ist als der Winkel A (Schritt S107: NEIN) erfolgt die Ansteuerung zum langsamen Öffnen des integrierten Ventils, das heißt, die Ventilöffnungssteuerung wird durch Reduzierung der Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 vorgenommen (Schritt S116) und der Prozess in Schritt S106 durchgeführt. Insbesondere wird das integrierte Ventil 181 im Abdichtungssteuerungsmodus, bei dem der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils kleiner als ein Winkel A ist (also wenn der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 nahe einer vollständigen Schließposition ist), während einer Reduzierung der Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 geöffnet.
  • Wenn der Zielöffnungsgrad tpcta des integrierten Ventils in Schritt S110 kleiner als der Winkel A ist (Schritt S110: NEIN), wird der Prozess gemäß Schritt S111 ausgeführt, indem der Zielöffnungsgrad tpcta des integrierten Ventils dem Winkel A zugewiesen wird (Schritt S117).
  • Wenn in Schritt S112 der XACVC-Flag nicht „1“ ist (Schritt S112: NEIN), wird der Prozess in Schritt S115 weiter ausgeführt.
  • Wenn in Schritt S113 der aktuelle Öffnungsgrad ata des integrierten Ventils gleich oder größer als der Winkel A ist (Schritt S113: NEIN), wird eine Schnellschließsteuerung des integrierten Ventils ausgeführt, das heißt, dass die Ventilschließsteuerung durch eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 vorgenommen wird (Schritt S118). Infolge wird das Verfahren in Schritt S112 ausgeführt.
  • Wenn die Steuerung basierend auf dem vorhergehenden Steuerungsflussdiagramm ausgeführt wird, wird beispielweise eine Steuerung, wie sie in dem Steuerungszeitdiagramm in 29 dargestellt ist, vorgenommen. Wie in 29 gezeigt, erfolgt eine langsame Dichtungsänderungssteuerung zu einer Zeit T11 und einer Zeit T15. Insbesondere wird die Ansteuerung zum langsamen Öffnen des integrierten Ventils zur Zeit T11 und die Ansteuerung zum langsamen Schließen des integrierten Ventils zur Zeit T15 ausgeführt. Zudem wird zur Zeit T12 und zur Zeit T14 eine Druckregulierungssteuerung mit hoher Responsivität ausgeführt. Insbesondere wird der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 des integrierten Ventils 181 mit hohem Ansprechvermögen gesteuert. Zur Zeit T11 und zur Zeit T14 wird ferner eine Bypass-Steuerung mit hohem Ansprechvermögen ausgeführt, das heißt, dass der Öffnungsgrad des Ventilelements des Bypass-Ventils 191 mit hoher Responsivität gesteuert wird.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst der auszuführende Steuerungsmodus während des Betriebs des Motors 32 den druckregulierenden Modus und den Dichtungssteuerungsmodus. Im druckregulierenden Modus sind das Ventilelement 14 und der Gummisitz 21 mit einander nicht in Kontakt. Da das Ventilelement 14 und der Gummisitz im mit hoher Frequenz ausgeführten druckregulierenden Modus nicht miteinander in Kontakt sind, kann die Anzahl der Male, die das Ventilelement 14 und der Gummisitz aufeinander abgleiten, verringert werden, so dass die Abrasion oder der Verschleiß des Gummisitzes 21 reduziert werden kann.
  • Die Drehgeschwindigkeit des Ventilelements 14 im Dichtungssteuerungsmodus ist langsamer als die Drehgeschwindigkeit des Ventilelements im druckregulierenden Modus. Entsprechend kann die Gleitintensität des Ventilelements 14 in Bezug zum Gummisitz 21 im Dichtungssteuerungsmodus verringert werden, so dass eine Reduzierung der Abrasion und des Verschleißes des Gummisitzes 21ermöglicht wird.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Als nächstes wird im Folgenden eine vierte Ausführungsform beschrieben, bei der ähnliche oder identische Komponenten oder Teile zu denen der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele dieselben Bezugsziffern zugeordnet werden wie in den ersten bis dritten Ausführungsformen, ohne ihre Erläuterungen zu wiederholen. Die nachfolgende Beschreibung ist auf die Unterscheide zur ersten bis dritten Ausführungsform gerichtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Fahrzeug mit dem eingebauten Brennstoffzellensystem 101 bei einer Bremsaufforderung der regenerativen Bremse und Anhalten der Energieerzeugung der Brennstoffzelle 111 die in der Brennstoffzelle 111 verbleibende überschüssige durch Reaktion zwischen dem WasserstoffGas und dem Sauerstoff-Gas generierte elektrische Energie für den Antrieb der Luftpumpe 172 verbraucht, während eine Batterie (nicht gezeigt) in einem vollständig geladenen Zustand ist. Zu dieser Zeit ist das integrierte Ventil 181 geschlossen, wobei aber eine Luftaustrittsmenge des integrierten Ventils 181 nicht Null sein muss. Somit wird das integrierte Ventil 181 bei Vorliegen einer Bremsaufforderung der regenerativen Bremse nicht angesteuert, vollständig zu schließen, sondern angesteuert, um das Ventilelement 14 in eine Position zu bringen, in der es beginnt, den Gummisitz 21 zu kontaktieren (beispielsweise eine Position, wie in 15 gezeigt), so dass das Ventilelement 14 mit geringem Druck gegen den Gummisitz 21 gedrückt wird. Insbesondere ist der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 auf einen Winkel B eingestellt, der größer als der gesetzte Winkel zum vollständigen Schließen und kleiner als der Winkel A ist.
  • Hierzu führt die Steuerung 201 eine Steuerung basierend auf dem in 30 gezeigten Steuerungsflussdiagramm aus (Brennstoffzellen-Luft-Steuerung). Wenn ein Zündschalter IG auf „AN“ geschaltet ist (Schritt S201: JA), bestimmt die Steuerung 201, ob eine Energieerzeugungsanfrage vorliegt (Schritt S202). Wenn die Energieerzeugungsanfrage vorliegt (Schritt S202: JA), wird weiter bestimmt, ob die Bremsaufforderung der regenerativen Bremse vorliegt (Schritt S203). Wenn die Bremsaufforderung der regenerativen Bremse vorliegt (Schritt S203: JA), wird der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 des integrierten Ventils 181 auf den Winkel B eingestellt (Schritt S204), das Bypass-Ventil 191 zur vollständigen Schließung angesteuert (Schritt S205), die Luftpumpe 172 zum Betrieb bei einer Drehzahl eines regenerativen Modus angesteuert (Schritt S206) und ein XEB-Flag auf „1“ geschaltet (Schritt S207).
  • Auf diese Weise wird der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 bei dem Winkel B gehalten, wenn die Bremsaufforderung der regenerativen Bremse erfolgt und somit die Luftpumpe 172 betrieben wird. Dieser Winkel B ist ein Öffnungsgrad in einem Punkt innerhalb des Öffnungsgradbereichs im Dichtungssteuerungsmodus und ist größer als der gesetzte Winkel für eine vollständige Schließung und kleiner als der Winkel A. Der XEB-Flag ist ein Steuerungs-Flag der regenerativen Bremse, der zu „0“ gesetzt ist, wenn die regenerative Bremse nicht agiert, oder der zu 1 gesetzt wird, wenn die regenerative Bremse in Betrieb ist.
  • In Schritt S202, wenn keine Energieerzeugungsanfrage vorliegt (Schritt S202: NEIN), stoppt die Steuerung 201 die Luftpumpe 172 (Schritt S208), führt die Steuerung zur vollständigen Schließung des Dichtungsventils, des integrierten Ventils und des Bypass-Ventils aus (Schritte S209 bis S211) und schaltet den XEB-Flag auf „0“ (Schritt S212).
  • Wenn die Bremsaufforderung der regenerativen Bremse nicht vorliegt (Schritt S202: NEIN), bestimmt die Steuerung in Schritt S203, ob der XEB-Flag 1 ist (Schritt S213). Wenn der XEB-Flag „1“ ist, also wenn eine Rückholanfrage vorliegt (Schritt S213: JA), führt die Steuerung 201 umgehend die Ansteuerung zur vollständigen Schließung des Bypass-Ventils 191, die Ventilöffnungssteuerung und die Ventilschließsteuerung aus (Schritt S214), schaltet den XEB-Flag auf „0“ (Schritt S215) und führt dann das Verfahren nach Schritt S213 fort.
  • Wenn in Schritt S213 der XEB-Flag nicht „1“ ist, das heißt, wenn eine laufende Energieerzeugungsanfrage (eine Anfrage zur Energiegenerierung während des Betriebs) vorliegt (Schritt S213: NEIN), wird eine Ausgabe-Anfrage genommen (Schritt S216) und die Ansteuerung zur vollständigen Öffnung des Dichtungsventils ausgeführt (Schritt S217), um den Öffnungsgrad des integrierten Ventils, den Öffnungsgrad des Bypass-Ventils und die Anzahl der Drehungen der Luftpumpe gemäß der Ausgabe-Anfrage zu steuern (Schritt S218).
  • Wenn die Steuerung gemäß des vorhergehenden Steuerungsflussdiagramms ausgeführt wird, erfolgt beispielsweise eine Steuerung, wie sie durch ein Steuerungszeitdiagramm in 31 dargestellt ist. Wie in 31 gezeigt, wird die regenerative Steuerung zur Zeit T25 durchgeführt. Insbesondere wird der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 des integrierten Ventils 181 zur Zeit T25 auf einen Winkel B eingestellt.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Öffnungsgrad des Ventilelements 14 bei dem Winkel B gehalten, wenn die Luftpumpe 172 auf eine Bremsaufforderung der regenerativen Bremse hin betrieben wird. Demnach wird die Steuerung zum vollständigen Schließen des integrierten Ventils 181 nicht ausgeführt, wenn die Bremsaufforderung der regenerativen Bremse immer wieder erfolgt, sondern nur, wenn ein Fahrzeug vollständig angehalten wird. Dadurch kann vermieden werden, dass das Ventilelement 14 und der Gummisitz 21 immer wieder gegeneinander abgleiten. Somit wird überschüssige elektrische Energie, die bei der Bremsaufforderung der regenerativen Bremse generiert wird, für den Betrieb der Luftpumpe 172 verbraucht werden, während der Verschleiß des Gummisitzes 21 gehemmt wird.
  • Die vorstehenden Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und schränken die vorliegende Erfindung nicht ein. Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen verkörpert werden, ohne von den wesentlichen Merkmalen dieser Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die drehbare Welle 15 an beiden Enden von dem ersten Lager 37 und einem anderen Lager (nicht gezeigt), das separat an einer gegenüberliegenden Seite des Ventilelements 14 angeordnet ist, gestützt werden
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Ventilbereich
    3
    Antriebsmechanismusbereich
    11
    Durchlass
    13
    Ventilsitz
    14
    Ventilelement
    15
    drehbare Welle
    15a
    Stift
    15b
    proximaler Endabschnitt
    16
    Ventilöffnung
    17
    Sitzfläche
    18
    Dichtungsfläche
    21
    Gummisitz
    21a
    deformierbarer Abschnitt
    21b
    Wulst
    32
    Motor
    35b
    Schliessstellungsstopper -Abschnit
    35c
    Feder-Hakenteil
    37
    erstes Lager
    38
    zweites Lager
    40
    Rückstellfeder
    40a
    fernseitiger Haken
    40b
    nahseitige Haken
    41
    Hauptgetriebe
    41a
    Stopper-Abschnitt zum vollständigen Schließen
    41b
    Zahnradabschnitt
    41c
    Feder-Hakenteil
    41d
    Federführungsabschnitt
    101
    Brennstoffzellensystem
    111
    Brennstoffzelle
    112
    Wasserstoffsystem
    113
    Luftsystem
    162
    Luftableitungsleitung
    174
    Dichtungsventil
    181
    integriertes Ventil
    191
    Bypass-Ventil
    Ls
    Mittelachse (der drehbaren Welle)
    Lv
    Mittelachse (des Ventilelements)
    Lj
    Mittelachse (des Lagers)
    Fs1
    Rückstellfederkraft
    Fs4
    Kraft (in eine Trennrichtung drängende Kraft)
    Fm1
    Motorantriebskraft
    Fm3
    Kraft (in Sitzrichtung drängende Kraft)
    θ
    Ventilöffnungsgrad

Claims (7)

  1. Ein exzentrisches Ventil, umfassend: einen Ventilsitz mit einer Ventilöffnung und einer Sitzfläche, die an einer Kante der Ventilöffnung gebildet ist; ein Ventilelement, das mit einer Dichtungsfläche auf einem äußeren Umfang korrespondierend zu der Sitzfläche ausgebildet ist; eine mit dem Ventilelement verbaute drehbare Welle zur Drehung des Ventilelements, und die drehbare Welle weist eine Mittelachse auf, die sich parallel zu einer radialen Richtung den Ventilelements erstreckt, wobei die Mittelachse der drehbaren Welle exzentrisch von einem Zentrum der Ventilöffnung in einer anderen radialen Richtung der Ventilöffnung angeordnet ist, und die Dichtungsfläche exzentrisch von der Mittelachse der drehbaren Welle hin zu einer Erstreckungsrichtung der Mittelachse des Ventilelements angeordnet ist, wobei das exzentrische Ventil weiter umfasst: einen Antriebsmechanismus zur Erzeugung einer Antriebskraft, zum Drehen der drehbaren Welle in einer Richtung zur Öffnung des Ventils zu drehen; ein mit der drehbaren Welle integral verbauter Antriebskraftaufnahme-Teil zur Aufnahme der Antriebskraft; ein in einer Position zwischen dem Ventilelement und dem Antriebskraftaufnahme-Teil in Richtung der Mittelachse der drehbaren Welle angeordnetes Lager zur Stützung der drehbaren Welle; und eine Rückstellfeder zur Erzeugung einer Rückstellfederkraft, um die drehbare Welle in eine Richtung zur Schließung des Ventils zu drehen, wobei, während eines Nicht-Betriebs des Antriebsmechanismus, das exzentrische Ventil eine in eine Trennrichtung drängende Kraft erzeugt, so dass sich die drehbare Welle um das Lager als Drehpunkt neigt und das Ventilelement in eine Richtung weg von dem Ventilsitz gedrängt wird, wobei die in Trennungsrichtung drängende Kraft eine Kraft ist, die auf der Rückstellfederkraft beruht und in eine Richtung senkrecht zur Mittelachse des Lagers wirkt, und entweder das Ventilelement oder der Ventilsitz ein Dichtungselement aufweist, um zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz während des Nicht-Betriebs des Antriebsmechanismus abzudichten.
  2. Das exzentrische Ventil nach Anspruch 1, wobei das Dichtungselement einen verformbaren Abschnitt mit einem vorderen Ende, das mit dem Ventilelement oder dem Ventilsitz während des Nicht-Betriebs des Antriebsmechanismus in Kontakt kommt, beinhaltet und das verformt wird, wenn es durch das Ventilelement oder einen Ventilsitz während des Betriebs des Antriebsmechanismus zusammengedrückt wird, und die Verformung des verformbaren Abschnitts während des Betriebs des Antriebsmechanismus kleiner ist als die Verformung des verformbaren Abschnitts bei plastischer Verformung.
  3. Das exzentrische Ventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn der Antriebsmechanismus von einem Betriebszustand in einen Nicht-Betriebszustand geschaltet werden soll, der Antriebsmechanismus in den Nicht-Betriebszustand geschaltet, nachdem ein Druck auf das Ventilelement auf einer dem Ventilsitz zugewandten Seite einen vorbestimmten negativen Druck erreicht.
  4. Das exzentrische Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das exzentrische Ventil ausgebildet ist, während des Betriebs des Antriebsmechanismus einen Steuerungsmodus auszuführen, wobei der Steuerungsmodus einen druckregulierenden Modus zur Steuerung eines offenen Bereichs der Ventilöffnung und einen Dichtungssteuerungsmodus zur Steuerung der Drehung des Ventilelements nahe einer vollständig geschlossenen Position des Ventilelements umfasst.
  5. Das exzentrische Ventil nach Anspruch 4, wobei eine Drehgeschwindigkeit des Ventilelements im Dichtungssteuerungsmodus langsamer als eine Drehgeschwindigkeit des Ventilelements im druckregulierenden Modus ist.
  6. Das exzentrische Ventil nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Ventilelement und das Dichtungselement in der vorgenannten Ausgestaltung in dem druckregulierenden Modus nicht in Kontakt miteinander sind.
  7. Das exzentrische Ventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das exzentrische Ventil einen Durchlass aufweist, durch den Luft in ein Brennstoffzellensystem fließt, und wenn das Brennstoffzellensystem eine Luftpumpe zur Steuerung der Durchflussrate der Luft als Antwort auf eine Aufforderung einer regenerativen Bremse antreibt, wird ein Öffnungsgrad des Ventilelements bei einem Öffnungsgrad innerhalb eines im Dichtungssteuerungsmodus bestimmten Öffnungsgradbereichs beibehalten.
DE112016006030.0T 2015-12-25 2016-09-15 Exzentrisches Ventil Pending DE112016006030T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-253259 2015-12-25
JP2015253259A JP6490002B2 (ja) 2015-12-25 2015-12-25 偏心弁
PCT/JP2016/077294 WO2017110169A1 (ja) 2015-12-25 2016-09-15 偏心弁

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112016006030T5 true DE112016006030T5 (de) 2018-09-13

Family

ID=59089942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112016006030.0T Pending DE112016006030T5 (de) 2015-12-25 2016-09-15 Exzentrisches Ventil

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10337622B2 (de)
JP (1) JP6490002B2 (de)
CN (2) CN108474482B (de)
DE (1) DE112016006030T5 (de)
WO (1) WO2017110169A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4239231A1 (de) * 2022-03-02 2023-09-06 Bing Power Systems GmbH Drosselklappenanordnung

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6664957B2 (ja) * 2015-12-25 2020-03-13 愛三工業株式会社 流量制御弁
JP6768427B2 (ja) * 2016-06-01 2020-10-14 愛三工業株式会社 二重偏心弁
JP7002876B2 (ja) * 2017-07-27 2022-02-04 愛三工業株式会社 封止弁制御システムおよび燃料電池システム
JP6859233B2 (ja) * 2017-08-31 2021-04-14 愛三工業株式会社 二重偏心弁
JP2019071234A (ja) * 2017-10-10 2019-05-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7446173B2 (ja) 2020-07-23 2024-03-08 愛三工業株式会社 バルブ装置
JP7311542B2 (ja) * 2021-01-27 2023-07-19 フタバ産業株式会社 排気部品
CN217182357U (zh) * 2022-03-22 2022-08-12 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种定向泄压结构、电池箱体、电池以及用电装置

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1504288A (en) * 1924-03-31 1924-08-12 Vencl Zdenek Flap valve
US2859772A (en) * 1954-12-07 1958-11-11 Studebaker Packard Corp Heat control valve
US3623696A (en) * 1969-12-30 1971-11-30 Masoneilan Int Inc Eccentric, sealless, rotary valve for flow control
US3857545A (en) * 1973-06-14 1974-12-31 Briggs & Stratton Corp Valve for deep vacuum chambers
US4073473A (en) * 1974-11-11 1978-02-14 Honeywell G.M.B.H. Rotary valve
DE2828238C2 (de) * 1978-06-28 1982-12-16 Bopp & Reuther Gmbh, 6800 Mannheim Dichteinrichtung
JPS5534597U (de) * 1978-08-29 1980-03-05
JPS5927573Y2 (ja) 1980-03-18 1984-08-09 株式会社新潟鐵工所 バタフライバルブ
JP2813505B2 (ja) 1992-02-26 1998-10-22 宇宙開発事業団 入口圧制御弁
US6135416A (en) * 1999-02-18 2000-10-24 Varian, Inc. Butterfly valve
CN2370231Y (zh) * 1999-05-19 2000-03-22 杨绍贵 自密封偏心蝶阀
JP3950276B2 (ja) 2000-02-03 2007-07-25 愛三工業株式会社 排気ガス還流制御装置
US6494434B1 (en) * 2001-07-12 2002-12-17 Vat Holding Ag Butterfly valve
JP2005140034A (ja) * 2003-11-07 2005-06-02 Keihin Corp 電子制御弁の原点復帰装置
JP4322248B2 (ja) * 2005-12-26 2009-08-26 ニイガタ・ローディング・システムズ株式会社 偏心型バタフライ弁のシール装置
CN100520132C (zh) * 2007-11-23 2009-07-29 河北工业大学 一种无磨损硬密封蝶阀
JP2010038308A (ja) 2008-08-06 2010-02-18 Nippon Valqua Ind Ltd ゲートバルブ装置
CN101893103B (zh) * 2009-05-22 2013-01-30 吴树源 一种弹力限位偏心轴蝶阀
JP2011043218A (ja) * 2009-08-21 2011-03-03 Denso Corp 流体制御弁
JP2011179625A (ja) * 2010-03-03 2011-09-15 Denso Corp ボールバルブ
US8434736B2 (en) * 2010-09-28 2013-05-07 Keihin Corporation Fluid passage valve
JP5615117B2 (ja) 2010-09-28 2014-10-29 株式会社ケーヒン 流路開閉弁
CN201836408U (zh) * 2010-10-15 2011-05-18 保定天福泵阀制造有限公司 变偏硬密封蝶阀
CN201866281U (zh) * 2010-11-30 2011-06-15 刘克章 一种陶瓷硬密封三偏心阀门
CN202302002U (zh) * 2011-09-07 2012-07-04 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 一种s形弹性双o形金属密封圈硬密封双偏心蝶阀
US9995398B2 (en) * 2013-12-25 2018-06-12 Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha Double eccentric valve
JP6196937B2 (ja) * 2014-05-19 2017-09-13 愛三工業株式会社 二重偏心弁
CN203868390U (zh) * 2014-05-26 2014-10-08 威森流体控制股份有限公司 一种偏心阀
JP6418798B2 (ja) 2014-06-13 2018-11-07 東邦エンジニアリング株式会社 研磨パッドのバリ取り装置
CN203963056U (zh) * 2014-07-15 2014-11-26 重庆川武仪表有限公司 双偏心蝶阀

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4239231A1 (de) * 2022-03-02 2023-09-06 Bing Power Systems GmbH Drosselklappenanordnung
DE102022202128A1 (de) 2022-03-02 2023-09-07 Bing Power Systems Gmbh Drosselklappenanordnung

Also Published As

Publication number Publication date
US20190056032A1 (en) 2019-02-21
CN108474482A (zh) 2018-08-31
CN110259964A (zh) 2019-09-20
JP6490002B2 (ja) 2019-03-27
US10337622B2 (en) 2019-07-02
JP2017116012A (ja) 2017-06-29
WO2017110169A1 (ja) 2017-06-29
US20190257430A1 (en) 2019-08-22
CN108474482B (zh) 2019-05-07
US10982772B2 (en) 2021-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112016006030T5 (de) Exzentrisches Ventil
DE112008000547B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112010005307B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112013002056T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE10354907A1 (de) Brennstoffzellensystem mit verbesserter Startfähigkeit
DE112018002700T5 (de) Brennstoffzellensystem
EP3033789B1 (de) Vereinfachung des elektrischen systems von brennstoffzellen durch verarmung der kathodenversorgung
DE112007002716T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE112007002858B4 (de) Brennstoffzellensystem mit einer Steuereinheit zum Ansteuern von Ventilen unter Verwendung des Drucks eines durch einen Fluidströmungsweg strömenden Fluids
DE112007002889T5 (de) Fluidsteuerungsventil und Brennstoffzellensystem
DE112016006365T5 (de) Stromregelventil
DE112008003031T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE112009004786T5 (de) Brennstoffzellensystem
DE102018100027A1 (de) Brennstoffzellensystem und Steuerverfahren hierfür
DE102011053664B4 (de) Niederdruck-Umführ-AGR-Vorrichtung
DE112007002775B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE112007000171T5 (de) Brennstoffzellensystem und bewegliches Objekt
DE112006003142B4 (de) Brennstoffzellsystem und dessen Betriebsunterbrechungsverfahren
DE102016215027A1 (de) Brennstoffzellenvorrichtung
DE112007000471T5 (de) Regelventil und Brennstoffzellensystem
DE102015118063A1 (de) Ventilsteuervorrichtung und Ventilsteuerverfahren
DE102020120391A1 (de) Gasversorgungssystem und Verfahren zum Schätzen des Innendrucks eines Gastanks
DE112017002771T5 (de) Doppelexzentrisches Ventil
DE112007002888B4 (de) Ventil für Brennstoffzelle und Brennstoffzellen-Fahrzeug
WO2020035407A1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum abschalten eines brennstoffzellensystems

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: PRUEFER & PARTNER MBB PATENTANWAELTE RECHTSANW, DE

R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R016 Response to examination communication