DE102022103199A1

DE102022103199A1 - Steuerventil

Info

Publication number: DE102022103199A1
Application number: DE102022103199.3A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Mimura; Akifumi Ozeki
Original assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-09-22
Also published as: US11703136B2; US20220298957A1

Abstract

Ein Steuerventil 8 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse 21, in dem ein Auslass für eine Flüssigkeit ausgebildet ist und in dem die Flüssigkeit aufgenommen ist, einen Rotor 22, der drehbar in dem Gehäuse 21 aufgenommen ist und der eine Verbindungsöffnung aufweist, die mit dem Auslass verbindbar ist, und einen Gleitring 131, der eine Gleitfläche 141a aufweist, die an einer Außenfläche des Rotors in einem Zustand gleitet, in dem sie in dem Auslass angeordnet ist, und der bewirkt, dass der Auslass und die Verbindungsöffnung gemäß einer Drehposition des Rotors 22 miteinander in Verbindung stehen, wobei ein Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen der Flüssigkeit zwischen der Gleitfläche 141a und dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt an der Außenfläche des Rotors 22 vorgesehen ist, und wobei der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt einen vertieften Abschnitt zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil.
Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-047369 , die in Japan am 22. März 2021 eingereicht wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-199313 , die in Japan am 8. Dezember 2021 eingereicht wurde, beansprucht, wobei deren Inhalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Stand der Technik
In einem Kühlsystem, das einen Motor unter Verwendung von Kühlwasser kühlt, ist ein Steuerventil, das den Fluss des Kühlwassers zu jeder Strömungsbahn steuert, in einem Verzweigungsabschnitt zu jeder Strömungsbahn (Kühler-Strömungsbahn oder dergleichen) vorgesehen.
Das Steuerventil umfasst ein Gehäuse, in dem ein Kühlwasser-Auslass ausgebildet ist, einen Rotor, der eine Verbindungsöffnung aufweist, die in der Lage ist, mit dem Auslass in Verbindung zu stehen, und der drehbar in dem Gehäuse aufgenommen ist, und einen Gleitring, der in dem Auslass angeordnet ist und an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors gleitet (siehe z. B. japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer 2016-114125).
Gemäß dieser Konfiguration kann durch Rotation des Rotors zwischen dem Verbinden und dem Sperren der Verbindung zwischen dem Auslass und der Verbindungsöffnung mittels des Gleitrings umgeschaltet werden. Wenn die Verbindungsöffnung und der Auslass miteinander in Verbindung stehen, strömt eine Kühlflüssigkeit, die in den Rotor strömt, durch die Verbindungsöffnung, den Gleitring, und den Auslass aus dem Steuerventil heraus. Folglich wird das Kühlwasser entsprechend der Drehung des Rotors auf eine oder mehrere Strömungsbahnen verteilt.
Zusammenfassung der Erfindung
Zum frühzeitigen Aufwärmen eines Motors ist es bevorzugt, das Innere eines Kühlsystems vom Beginn des Startvorgangs des Motors bis zum Ende des Aufwärmvorgangs in einem Nullströmungszustand zu halten. Der Nullströmungszustand ist ein Zustand (ein Zustand, in dem Kühlwasser nicht in eine Kühler-Strömungsbahn strömt oder der Strom von Kühlwasser in die Kühler-Strömungsbahn gering ist), in dem Kühlwasser zumindest in einer Motor-Strömungsbahn bleibt. Um das frühzeitige Aufwärmen zu realisieren, ist es daher erforderlich, die Dichteigenschaften zwischen einem Rotor und einem Gleitring zu verbessern.
Wenn jedoch die Haftung zwischen dem Gleitring und dem Rotor durch die Reduzierung einer Oberflächenrauheit des Rotors verbessert wird, um die Dichteigenschaften sicherzustellen, nimmt der Gleitwiderstand, der zwischen dem Rotor und dem Gleitring erzeugt wird, wenn der Rotor in Drehung versetzt wird, zu. Folglich nimmt ein Drehmoment (Nenndrehmoment) zu, das erforderlich ist, um den Rotor in Drehung zu versetzen, was wiederum zu einer Zunahme einer Größe einer Betätigungseinrichtung und zu einer Zunahme des Energieverbrauchs führt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Steuerventil bereit, das sowohl verbesserte Dichteigenschaften zwischen dem Rotor und dem Gleitring schafft als auch Gleiteigenschaften zwischen dem Rotor und dem Gleitring gewährleistet.
Um die zuvor genannten Probleme zu lösen, umfasst die vorliegende Erfindung die folgenden Aspekte.
(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerventil bereitgestellt mit: einem Gehäuse, in dem ein Auslass für eine Flüssigkeit ausgebildet ist und in dem die Flüssigkeit aufgenommen ist; einem Rotor, der eine Verbindungsöffnung aufweist, die mit dem Auslass verbindbar ist, und der drehbar in dem Gehäuse aufgenommen ist; und einem Gleitring, der eine Gleitfläche aufweist, die an einer Außenfläche des Rotors in einem Zustand gleitet, in dem er in dem Auslass angeordnet ist, und der bewirkt, dass der Auslass und die Verbindungsöffnung miteinander entsprechend einer Drehposition des Rotors in Verbindung stehen. Ein Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen der Flüssigkeit zwischen der Gleitfläche und dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt ist an der Außenfläche des Rotors vorgesehen. Der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt weist einen vertieften Abschnitt zur Aufnahme der Flüssigkeit auf.
Bei der zuvor beschriebenen Konfiguration ist der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen der Flüssigkeit zwischen einer äußeren Umfangsfläche eines Ventilzylinders und der Gleitfläche des Gleitrings an der äußeren Umfangsfläche eines Ventilzylinders vorgesehen. Gemäß dieser Konfiguration ist die Flüssigkeit, die in einen winzigen Zwischenraum zwischen der Außenfläche des Rotors und der Gleitfläche des Gleitrings eingetreten ist, in dem vertieften Abschnitt aufgenommen. Folglich wird wahrscheinlich aufgrund des Einflusses der Oberflächenspannung oder dergleichen, die zwischen dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt und der Gleitfläche wirkt, ein Flüssigkeitsfilm zwischen der Außenfläche des Rotors und der Gleitfläche des Gleitrings gebildet. Folglich kann der Flüssigkeitsfilm zwischen dem Rotor und dem Gleitring eine Abdichtung schaffen. Demzufolge tritt die Flüssigkeit nicht ohne Weiteres zwischen dem Rotor und dem Gleitring in das Innere des Gleitrings. Daher ist es gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration auf einfache Weise möglich, einen Nullströmungszustand eines Kühlsystems beizubehalten, und es ist möglich, ein frühzeitiges Aufwärmen des Fahrzeugs zu realisieren.
Gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration kann ein Bereich, in dem der Rotor und der Gleitring in direkten Kontakt miteinander kommen, durch den Flüssigkeitsfilm, der zwischen dem Rotor und dem Gleitring gebildet wird, reduziert werden. Demzufolge ist es möglich, infolge des vertieften Abschnitts in dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt die Haftung zwischen dem Rotor und dem Gleitring zu reduzieren. Es ist daher möglich, den Gleitwiderstand während der Drehung des Rotors zu verringern und das Drehmoment zu reduzieren. Daher ist es möglich, eine Zunahme einer Größe einer Betätigungseinrichtung und eine Zunahme des Energieverbrauchs zu verhindern.
Gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration ist es daher möglich, ein Steuerventil bereitzustellen, das sowohl eine Verbesserung der Dichteigenschaften zwischen dem Rotor und dem Gleitring schafft als auch die Gleiteigenschaften zwischen dem Rotor und dem Gleitring sicherstellt.
Da die Dichteigenschaften und die Gleiteigenschaften durch das Bilden des vertieften Abschnitts an der Außenfläche des Rotors gewährleistet werden können, ist es mit der zuvor beschriebenen Konfiguration möglich, die Lebensdauer im Vergleich zu der herkömmlichen Konfiguration zu verbessern, bei der z. B. eine Gleitschicht auf die äußeren Umfangsfläche des Rotors aufgebracht wird. Daher können die Dichteigenschaften und die Gleiteigenschaften für lange Zeit gewährleistet werden.
(2) Bei dem Steuerventil gemäß Aspekt (1) kann sich der vertiefte Abschnitt in einer Umfangsrichtung um eine Drehachse des Rotors erstrecken.
Da sich der vertiefte Abschnitt entlang einer Drehrichtung des Rotors erstreckt, bewegt sich bei der zuvor beschriebenen Konfiguration, wenn sich der Rotor dreht, ein oberster Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Rotors, der sich zwischen den benachbarten vertieften Abschnitten befindet, entlang der Drehrichtung des Rotors. D.h. es ist an jeder Stelle der Gleitfläche des Gleitrings möglich, zu verhindern, dass sich der vertiefte Abschnitt und der oberste Abschnitt, der sich zwischen zwei vertieften Abschnitten befindet, abwechselnd vorbeibewegen, wenn sich der Rotor dreht. Daher kann ein anormaler Verschleiß der Gleitfläche des Gleitrings verhindert werden.
(3) Bei dem Steuerventil gemäß Aspekt (2) kann der Rotor in einer rohrförmigen Form ausgebildet sein, die sich koaxial zu der Drehachse erstreckt. Eine Nut, die in einer Axialrichtung entlang der Drehachse spiralförmig verläuft, während die Nut in der Umfangsrichtung zu einer Seite verläuft, kann an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors ausgebildet sein. Die Nut kann durch das Anordnen einer Mehrzahl der vertieften Abschnitte in der Axialrichtung in einer Schnittansicht entlang der Axialrichtung gebildet sein.
Bei der zuvor beschriebenen Konfiguration wird der vertiefte Abschnitt durch eine Nut gebildet, die in der Axialrichtung entlang der Drehachse spiralförmig verläuft, während sie an der äußeren Umfangsfläche des Rotors in der Umfangsrichtung zu einer Seite verläuft. Gemäß dieser Konfiguration kann der vertiefte Abschnitt an der Außenfläche des Rotors auf einfache Weise durch das Durchführen einer Drehbearbeitung oder dergleichen an dem Rotor nach dem Spritzgießen gebildet werden. Insbesondere kann bei der zuvor genannten Konfiguration die spanende Bearbeitung beendet werden, obwohl die Außenfläche des Rotors rauer ist als im herkömmlichen Fall, sodass die Zeit für eine spanende Bearbeitung im Vergleich zu einem Fall, in dem die Oberflächenrauheit der Außenfläche des Rotors verringert wird, um die Dichteigenschaften zu verbessern, verringert werden kann. Folglich ist es möglich, die Effizienz bei der Herstellung zu verbessern und die Herstellkosten zu reduzieren.
(4) Bei dem Steuerventil nach einem der Aspekte (1) bis (3) ist eine Oberflächenrauheit der Außenfläche als eine Rotor-Oberflächenrauheit definiert und eine Oberflächenrauheit der Gleitfläche als eine Ring-Oberflächenrauheit definiert. Die Rotor-Oberflächenrauheit kann größer als die Ring-Oberflächenrauheit sein.
Dadurch dass die Rotor-Oberflächenrauheit des Rotors größer als die Ring-Oberflächenrauheit vorgesehen wird, kann bei der zuvor beschriebenen Konfiguration die Flüssigkeit zuverlässiger in dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt gehalten werden.
(5) Bei dem Steuerventil gemäß Aspekt (4) kann die Rotor-Oberflächenrauheit in einem Bereich von 11 µm < X ≤ 45 µm im Sinne einer Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz liegen.
Da die Rotor-Oberflächenrauheit im Bereich von 11 µm < X ≤ 45 im Sinne der Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz liegt, ist es möglich, sowohl Dichteigenschaften als auch eine Verringerung des Drehmoments zu erreichen.
Im Speziellen kann, da die Rotor-Oberflächenrauheit größer als der untere Grenzwert ist, der Gleitwiderstand, der zwischen dem Rotor und dem Gleitring wirkt, verringert werden, und das Drehmoment kann verringert werden. Da die Rotor-Oberflächenrauheit gleich oder kleiner als der obere Grenzwert ist, können des Weiteren die Dichteigenschaften zwischen dem Rotor und dem Gleitring insbesondere im Nullströmungszustand (bis das Aufwärmen beendet ist) sichergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist möglich, ein Steuerventil bereitzustellen, das sowohl eine Verbesserung der Dichteigenschaften zwischen dem Rotor und dem Gleitring als auch eine Unterbindung eines Verschleißes zwischen dem Rotor und dem Gleitring schafft.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Steuerventils gemäß der Ausführungsform.
3 ist eine Explosionsansicht des Steuerventils gemäß der Ausführungsform.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2.
5 ist eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie V-V in 2.
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie VI-VI in 5.
7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Steuerventils gemäß der Ausführungsform.
8 ist eine Kennlinie, die die Änderungen einer „Austrittsmenge“ und eines „Drehmoments“ zeigt, wenn eine Rotor-Oberflächenrauheit verändert wird.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung ist ein Fall beschrieben, in dem ein Steuerventil der vorliegenden Ausführungsform in einem Kühlsystem zum Kühlen eines Motors mit Kühlwasser verwendet wird.
Kühlsystem 1
1 ist ein Blockdiagramm eines Kühlsystems 1.
Wie in 1 dargestellt, ist das Kühlsystem 1 in einem Fahrzeug installiert, das mindestens einen Motor als eine Fahrzeugantriebsquelle umfasst. Zusätzlich zu einem Fahrzeug, das nur einen Motor hat, kann das Fahrzeug darüber hinaus ein Hybridfahrzeug, ein Plug-In-Hybridfahrzeug oder dergleichen sein.
In dem Kühlsystem 1 sind ein Motor 2 (ENG), eine Wasserpumpe 3 (W/P), ein Kühler 4 (RAD), ein Wärmetauscher 5 (H / EX), eine Heizeinrichtung 6 (HTR), ein Abgasrückführungs- bzw. AGR-Kühler 7 (AGR) und ein Steuerventil 8 (EWV) durch Strömungsbahnen 10 bis 14 verbunden.
Die Wasserpumpe 3, der Motor 2 und das Steuerventil 8 sind in Reihe an der Haupt-Strömungsbahn 10 von einer stromauf gelegenen Seite zu einer stromab gelegenen Seite verbunden. In der Haupt-Strömungsbahn 10 durchläuft das Kühlwasser der Reihe nach den Motor 2 und das Steuerventil 8 aufgrund des Betriebs der Wasserpumpe 3.
Eine Kühler-Strömungsbahn 11, eine Aufwärm-Strömungsbahn 12, eine Luftaufbereitungs-Strömungsbahn 13 und eine AGR-Strömungsbahn 14 sind jeweils mit der Haupt-Strömungsbahn 10 verbunden. Die Kühler-Strömungsbahn 11, die Aufwärm-Strömungsbahn 12, die Luftaufbereitungs-Strömungsbahn 13 und die AGR-Strömungsbahn 14 verbinden den stromaufwärts der Wasserpumpe 3 gelegenen Abschnitt der Haupt-Strömungsbahn 10 und das Steuerventil 8.
Der Kühler 4 ist mit der Kühler-Strömungsbahn 11 verbunden. In der Kühler-Strömungsbahn 11 erfolgt in dem Kühler 4 ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und der Umgebungsluft.
Ein Wärmetauscher 5 ist mit der Aufwärm-Strömungsbahn 12 verbunden. Motoröl zirkuliert zwischen dem Wärmetauscher 5 und dem Motor 2 durch eine Öl-Strömungsbahn 18. In der Aufwärm-Strömungsbahn 12 erfolgt in dem Wärmetauscher 5 ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem Motoröl. D. h. der Wärmetauscher 5 fungiert als ein Ölerwärmer, wenn eine Wassertemperatur höher als eine Öltemperatur ist, um das Motoröl zu erwärmen. Hingegen fungiert der Wärmetauscher 5 als ein Ölkühler, wenn die Wassertemperatur niedriger als die Öltemperatur ist, um das Motoröl zu kühlen.
Die Heizeinrichtung 6 ist mit der Luftaufbereitungs-Strömungsbahn 13 verbunden. Die Heizeinrichtung 6 ist z. B. in einem (nicht dargestellten) Kanal einer Klimaanlage vorgesehen. In der Luftaufbereitungs-Strömungsbahn 13 erfolgt in der Heizeinrichtung 6 ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und der aufbereiteten Luft, die durch den Kanal strömt.
Der AGR-Kühler 7 ist mit der AGR-Strömungsbahn 14 verbunden. In der AGR-Strömungsbahn 14 erfolgt in dem AGR-Kühler 7 ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem AGR-Gas.
Bei dem zuvor beschriebenen Kühlsystem 1 strömt das Kühlwasser, das den Motor 2 in der Haupt-Strömungsbahn 10 durchlaufen hat, in das Steuerventil 8 und wird anschließend durch den Betrieb des Steuerventils 8 wahlweise auf jede der Strömungsbahnen 11 bis 13 verteilt.
Steuerventil 8
2 ist eine perspektivische Ansicht des Steuerventils 8. 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Steuerventils 8. Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst das Steuerventil 8 ein Gehäuse 21, einen Rotor 22 (siehe 3) und eine Antriebseinheit 23.
Gehäuse 21
Das Gehäuse 21 umfasst einen mit einem Boden versehenen rohrförmigen Gehäuse-Hauptkörper 25 und einen Deckel 26, der einen Öffnungsabschnitt des Gehäuse-Hauptkörpers 25 verschließt. In der folgenden Beschreibung wird eine Richtung entlang einer Achse O1 des Gehäuses 21 vereinfacht als eine Gehäuse-Axialrichtung bezeichnet. In der Gehäuse-Axialrichtung wird eine Richtung hin zum unteren Wandabschnitt 32 des Gehäuse-Hauptkörpers 25 in Bezug auf einen Umfangswandabschnitt 31 des Gehäuse-Hauptkörpers 25 als eine erste Seite bezeichnet, und eine Richtung hin zum Deckel 26 in Bezug auf den Umfangswandabschnitt 31 des Gehäuse-Hauptkörpers 25 wird als eine zweite Seite bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur Achse O1 wird als eine Gehäuse-Radialrichtung bezeichnet und eine Richtung um die Achse O1 herum wird als die Gehäuse-Umfangsrichtung bezeichnet.
Eine Mehrzahl von Befestigungsteilen 33 ist an dem Umfangswandabschnitt 31 des Gehäuse-Hauptkörpers 25 ausgebildet. Jedes der Befestigungsteile 33 steht von dem Umfangswandabschnitt 31 in der Gehäuse-Radialrichtung nach außen vor. Das Steuerventil 8 ist in dem Motorraum z. B. durch jedes Befestigungsteil 33 befestigt. Die Position, die Anzahl und dergleichen der Befestigungsteile 33 kann je nach Bedarf geändert werden.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2. Wie in 3 und 4 gezeigt, ist ein Einströmanschluss 37, der in der Gehäuse-Radialrichtung nach außen hervortritt, in einem Abschnitt des Umfangswandabschnitts 31 ausgebildet, der sich in der Gehäuse-Axialrichtung auf der zweiten Seite befindet. Der Einströmanschluss 37 ist mit einem Einlass bzw. einer Einlassöffnung 37a (siehe 4) ausgebildet, die den Einströmanschluss 37 in der Gehäuse-Radialrichtung durchdringt. Die Einlassöffnung 37a sorgt für eine Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Gehäuses 21. Die Haupt-Strömungsbahn 10 (siehe 1) ist mit der Öffnungs-Endfläche (einer äußeren Endfläche in der Gehäuse-Radialrichtung) des Einströmanschlusses 37 verbunden.
Wie in 4 gezeigt, ist ein Kühleranschluss 41, der in der Gehäuse-Radialrichtung nach außen hervortritt, an einer Position des Umfangswandabschnitts 31 ausgebildet, die dem Einströmanschluss 37 mit der Achse O1 dazwischen in der Gehäuse-Radialrichtung gegenüber liegt. Der Kühleranschluss 41 ist mit einer Fehleröffnung 41a und einem Kühler-Auslass 41b (Auslassöffnung bzw. Auslass), die in der Gehäuse-Axialrichtung nebeneinander angeordnet sind, ausgebildet. Die Fehleröffnung 41a und der Kühler-Auslass 41b durchdringen beide den Kühleranschluss 41 in der Gehäuse-Radialrichtung. Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt die Fehleröffnung 41a der Einlassöffnung 37a in der Gehäuse-Radialrichtung gegenüber. Der Kühler-Auslass 41b ist bezüglich der Fehleröffnung 41a in der Gehäuse-Axialrichtung auf der ersten Seite angeordnet.
Ein Kühleranschlussstück 42 ist mit einer Öffnungs-Endfläche (einer äußeren Endfläche in der Gehäuse-Radialrichtung) des Kühleranschlusses 41 verbunden. Das Kühleranschlussstück 42 schafft eine Verbindung zwischen dem Kühleranschluss 41 und dem stromauf gelegenen Endabschnitt der Kühler-Strömungsbahn 11 (siehe 1). Das Kühleranschlussstück 42 ist (z. B. mittels Vibrationsschweißen oder dergleichen) mit der Öffnungs-Endfläche des Kühleranschlusses 41 verschweißt.
Ein Thermostat 45 ist in der Fehleröffnung 41a vorgesehen. D. h. das Thermostat 45 liegt der Einlassöffnung 37a in der Gehäuse-Radialrichtung gegenüber. Das Thermostat 45 öffnet und schließt die Fehleröffnung 41a entsprechend der Temperatur des Kühlwassers, das in das Gehäuse 21 strömt.
In dem Deckel 26 ist an einem Rand einer Öffnung eines AGR-Auslasses 51 ein AGR-Anschlussstück 52 ausgebildet. Das AGR-Anschlussstück 52 ist in einer rohrförmigen Form ausgebildet, die sich in der Gehäuse-Radialrichtung nach außen und in der Gehäuse-Axialrichtung zur zweiten Seite hin erstreckt. Das AGR-Anschlussstück 52 schafft eine Verbindung zwischen dem AGR-Auslass 51 und dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt der AGR-Strömungsbahn 14 (siehe 1). Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das AGR-Anschlussstück 52 integral mit dem Deckel 26 ausgebildet. Jedoch kann das AGR-Anschlussstück 52 auch getrennt von dem Deckel 26 ausgebildet sein. Der AGR-Auslass 51 und das AGR-Anschlussstück 52 können an dem Umfangswandabschnitt 31 oder dergleichen vorgesehen sein.
Wie in 3 gezeigt, ist in dem Umfangswandabschnitt 31 ein Aufwärmanschluss 56, der in der Gehäuse-Radialrichtung nach außen hervortritt, in einem Abschnitt ausgebildet, der sich bezüglich des Kühleranschlusses 41 in der Gehäuse-Axialrichtung auf der ersten Seite befindet. Der Aufwärmanschluss 56 ist mit einem Aufwärmauslass 56a ausgebildet, der den Aufwärmanschluss 56 in der Gehäuse-Radialrichtung durchdringt. Ein Aufwärm-Anschlussstück 62 ist mit der Endfläche einer Öffnung des Aufwärmanschlusses 56 verbunden. Das Aufwärm-Anschlussstück 62 verbindet den Aufwärmanschluss 56 und den stromaufwärts gelegenen Endabschnitt der Aufwärm-Strömungsbahn 12 (siehe 1). Das Aufwärm-Anschlussstück 62 ist (z. B. durch Vibrationsschweißen oder dergleichen) mit der Endfläche der Öffnung des Aufwärmanschlusses 56 verschweißt.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Luftaufbereitungsanschluss 66 in der Gehäuse-Axialrichtung an einer Stelle des Umfangswandabschnitts 31 zwischen dem Kühleranschluss 41 und dem Aufwärmanschluss 56 ausgebildet und in der Gehäuse-Umfangsrichtung bezüglich des Aufwärmanschlusses 56 um etwa 180° versetzt. Der Luftaufbereitungsanschluss 66 ist mit einem Luftaufbereitungs-Auslass 66a gebildet, der den Luftaufbereitungsanschluss 66 in der Gehäuse-Radialrichtung durchdringt. Ein Luftaufbereitungs-Anschlussstück 68 ist mit der Endfläche einer Öffnung des Luftaufbereitungsanschlusses 66 verbunden. Das Luftaufbereitungs-Anschlussstück 68 verbindet den Luftaufbereitungsanschluss 66 und einen stromaufwärts gelegenen Endabschnitt der Luftaufbereitungs-Strömungsbahn 13 (siehe 1). Das Luftaufbereitungs-Anschlussstück 68 ist (z. B. durch Vibrationsschweißen oder dergleichen) mit der Endfläche der Öffnung des Luftaufbereitungsanschlusses 66 verschweißt.
Antriebseinheit 23
Wie in 2 gezeigt, ist die Antriebseinheit 23 an dem unteren Wandabschnitt 32 des Gehäuse-Hauptkörpers 25 angebracht. Die Antriebseinheit 23 umfasst ein Motor, einen Verzögerungsmechanismus, eine Steuerkonsole und dergleichen (nicht dargestellt).
Rotor 22
Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist der Rotor 22 in dem Gehäuse 21 aufgenommen. Der Rotor 22 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und ist koaxial zu der Achse O1 des Gehäuses 21 angeordnet. Der Rotor 22 öffnet oder schließt jeden Auslass (den Kühler-Auslass 41b, den Aufwärmauslass 56a und den Luftaufbereitungs-Auslass 66a), in dem er sich um die Achse O1 dreht.
Wie in 4 dargestellt, ist der Rotor 22 derart konfiguriert, dass eine innere Welle 73 in einem Rotor-Hauptkörper 72 eingespritzt ist. Die innere Welle 73 ist aus einem Material gebildet (z. B. einem metallischen Material), das eine höhere Festigkeit als der Rotor-Hauptkörper 72 (z. B. ein Harzmaterial) aufweist. Die innere Welle 73 erstreckt sich koaxial zu der Achse O1. Der Rotor 22 kann z. B. aus einem Harzmaterial oder einem Metallmaterial einstückig gebildet sein.
Ein Endabschnitt auf der ersten Seite der inneren Welle 73 tritt durch den unteren Wandabschnitt 32 in der Gehäuse-Axialrichtung durch eine Durchgangsöffnung 32a, die in dem unteren Wandabschnitt 32 ausgebildet ist. Der Endabschnitt auf der ersten Seite der inneren Welle 73 ist durch eine erste Lagerbuchse 78, die an dem unteren Wandabschnitt 32 vorgesehen ist, drehbar gelagert. Genauer ist der untere Wandabschnitt 32 mit einer ersten Wellenaufnahmewand 79 in Richtung zur zweiten Seite hin in Gehäuse-Axialrichtung gebildet. Die erste Wellenaufnahmewand 79 umgibt die Durchgangsöffnung 32a. Die erste Lagerbuchse 78 ist in die erste Wellenaufnahmewand 79 eingesetzt.
Ein Abschnitt der inneren Welle 73, der sich bezüglich der ersten Lagerbuchse 78 in der Gehäuse-Axialrichtung auf der ersten Seite befindet, ist mit der Antriebseinheit 23 in einem Abschnitt verbunden, der sich außerhalb des unteren Wandabschnitts 32 befindet. Folglich wird die Energie der Antriebseinheit 23 auf die innere Welle 73 übertragen.
Ein Endabschnitt auf der zweiten Seite der inneren Welle 73 ist durch eine zweite Lagerbuchse 84, die in dem Deckel 26 vorgesehen ist, drehbar gelagert. Genauer ist der Deckel 26 mit einer zweiten Wellenaufnahmewand 86 in der Gehäuse-Axialrichtung zur ersten Seite hin ausgebildet. Die zweite Wellenaufnahmewand 86 umgibt die Achse O1 in dem zuvor beschriebenen AGR-Auslass 51 in der Gehäuse-Radialrichtung. Die zweite Lagerbuchse 84 ist in die zweite Wellenaufnahmewand 86 eingesetzt.
Der Rotor-Hauptkörper 72 umgibt den Umfang der inneren Welle 73. Der Rotor-Hauptkörper 72 umfasst eine äußere Welle 81, die mit der inneren Welle73 verbunden ist, einen Ventilzylinder 82, der den Umfang der äußeren Welle 81 umgibt, und eine Speiche 83, die die äußere Welle 81 und den Ventilzylinder 82 miteinander verbindet. Der Rotor-Hauptkörper 72 ist vorzugsweise aus einem Harzmaterial gebildet, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Polyphenylensulfid (PPS), aromatischen Polyetherketonen (PEEK), und Polyamid (PA) als eine Hauptkomponente.
Die äußere Welle 81 umgibt die innere Welle 73 über den gesamten Umfang in einem Zustand, in dem beide Endabschnitte der inneren Welle 73 in der Gehäuse-Axialrichtung freiliegen. Bei der vorliegenden Ausführungsform bilden die äußere Welle 81 und die innere Welle 73 eine Drehwelle 85 des Rotors 22.
Eine erste Dichtlippe 87 ist in einem Abschnitt der ersten Wellenaufnahmewand 79 vorgesehen, der sich in der Gehäuse-Axialrichtung bezüglich der ersten Lagerbuchse 78 auf der zweiten Seite befindet. Die erste Dichtlippe 87 schafft eine Abdichtung zwischen einer inneren Umfangsfläche der ersten Wellenaufnahmewand 79 und einer äußeren Umfangsfläche der Drehwelle 85 (der äußeren Welle 81).
Eine zweite Dichtlippe 88 ist in einem Abschnitt der zweiten Wellenaufnahmewand 86 vorgesehen, der sich in der Gehäuse-Axialrichtung bezüglich der zweiten Lagerbuchse 84 auf der ersten Seite befindet. Die zweite Dichtlippe 88 schafft eine Abdichtung zwischen einer inneren Umfangsfläche der zweiten Wellenaufnahmewand 86 und einer äußeren Umfangsfläche der Drehwelle 85 (der äußeren Welle 81).
Der Ventilzylinder 82 ist koaxial zu der Achse O1 angeordnet. Der Ventilzylinder 82 ist in dem Gehäuse 21 in einem Abschnitt angeordnet, der sich in der Gehäuse-Axialrichtung bezüglich der Einlassöffnung 37a auf der ersten Seite befindet. Der Ventilzylinder 82 ist in der Gehäuse-Axialrichtung an einer Stelle derart vorgesehen, dass er die Fehleröffnung 41a meidet und sich über den Kühler-Auslass 41b, den Aufwärmauslass 56a, und den Luftaufbereitungs-Auslass 66a spannt. Die Innenseite des Ventilzylinders 82 bildet eine Strömungsbahn 91, in der das Kühlwasser, welches durch die Einlassöffnung 37a in das Gehäuse 21 strömt, in die Gehäuse-Axialrichtung strömt. Ein Abschnitt des Gehäuses 21, der sich in der Gehäuse-Axialrichtung bezüglich des Ventilzylinders 82 auf der zweiten Seite befindet, bildet eine Verbindungs-Strömungsbahn 92, die mit der Strömungsbahn 91 in Verbindung steht.
In dem Ventilzylinder 82 ist eine Kühler-Verbindungsöffnung 95, die den Ventilzylinder 82 in der Gehäuse-Radialrichtung durchdringt, an derselben Stelle in der Gehäuse-Axialrichtung wie der zuvor beschriebene Kühler-Auslass 41b ausgebildet. In einem Fall, in dem mindestens ein Abschnitt der Kühler-Verbindungsöffnung 95 den Gleitring 131, der in den Kühler-Auslass 41b eingesetzt ist, bei Betrachtung in der Gehäuse-Radialrichtung überlappt, stehen der Kühler-Auslass 41b und die Innenseite der Strömungsbahn 91 über die Kühler-Verbindungsöffnung 95 miteinander in Verbindung.
In dem Ventilzylinder 82 ist eine Aufwärm-Verbindungsöffnung 96, die den Ventilzylinder 82 in der Gehäuse-Radialrichtung durchdringt, an derselben Stelle in der Gehäuse-Axialrichtung wie der Aufwärmauslass 56a ausgebildet. In einem Fall, in dem mindestens ein Abschnitt der Aufwärm-Verbindungsöffnung 96 den Gleitring 131, der in den Aufwärmauslass 56a eingesetzt ist, bei Betrachtung in der Gehäuse-Radialrichtung überlappt, stehen der Aufwärmauslass 56a und die Innenseite der Strömungsbahn 91 über die Aufwärm-Verbindungsöffnung 96 miteinander in Verbindung.
In dem Ventilzylinder 82 ist eine Luftaufbereitungs-Verbindungsöffnung 97, die den Ventilzylinder 82 in der Gehäuse-Radialrichtung durchdringt, an derselben Stelle in der Gehäuse-Axialrichtung wie der zuvor beschriebene Luftaufbereitungs-Auslass 66a ausgebildet. In einem Fall, in dem mindestens ein Abschnitt der Luftaufbereitungs-Verbindungsöffnung 97 den Gleitring 131, der in den Luftaufbereitungs-Auslass 66a eingesetzt ist, bei Betrachtung in der Gehäuse-Radialrichtung überlappt, stehen der Luftaufbereitungs-Auslass 66a und die Innenseite der Strömungsbahn 91 über die Luftaufbereitungs-Verbindungsöffnung 97 miteinander in Verbindung.
Der Rotor 22 wechselt zwischen dem Herstellen und Trennen einer Verbindung zwischen der Innenseite der Strömungsbahn 91 und den Auslässen 41b, 56a und 66a, wenn sich der Rotor 22 um die Achse O1 dreht. Das Verbindungsmuster zwischen dem Auslass und der Verbindungsöffnung kann in geeigneter Weise festgelegt werden. Eine Anordnung des Auslasses und der Verbindungsöffnung kann gemäß dem festgelegten Verbindungsmuster gewechselt werden. Zumindest einige der entsprechenden Auslässe und Verbindungsöffnungen können an Stellen angeordnet sein, in denen sie sich in der Gehäuse-Axialrichtung überlappen.
Nachfolgend werden Details eines Verbindungsabschnitts des Aufwärmanschlusses 56 und des Aufwärm-Anschlussstücks 62 beschrieben. Da ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Kühleranschluss 41 und dem Kühleranschlussstück 42 sowie ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Luftaufbereitungsanschluss 66 und dem Luftaufbereitungs-Anschlussstück 68 denselben Aufbau wie der Verbindungsabschnitt zwischen dem Aufwärmanschluss 56 und dem Aufwärm-Anschlussstück 62 haben, wird auf deren Beschreibung verzichtet.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Line V-V in 2. In der nachfolgenden Beschreibung kann eine Richtung entlang einer Achse O2 des Aufwärmauslasses 56a als eine Anschluss-Axialrichtung bezeichnet werden. In diesem Fall wird in der Anschluss-Axialrichtung eine Richtung bezüglich des Aufwärmanschlusses 56 hin zur Achse O1 als eine Innenseite bezeichnet und eine Richtung bezüglich des Aufwärmanschlusses 56 weg von der Achse O1 als eine Außenseite bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur Achse O2 kann als eine Anschluss-Radialrichtung bezeichnet werden und eine Richtung um die Achse O2 herum kann als eine Anschluss-Umfangsrichtung bezeichnet werden.
Wie in 5 gezeigt, umfasst der Aufwärmanschluss 56 einen Dichtungszylinder 101, der sich in der Anschluss-Axialrichtung erstreckt, und einen Anschlussflansch 102, der in der Anschluss-Radialrichtung von dem Dichtungszylinder 101 nach außen vorsteht. Die Innenseite des Dichtungszylinders 101 bildet den zuvor beschriebenen Aufwärmauslass 56a.
Das Aufwärm-Anschlussstück 62 umfasst einen Anschlusszylinder 110, der koaxial zu der Achse O2 angeordnet ist, und einen Anschlussstückflansch 111, der in der Anschluss-Radialrichtung von einem in der Anschluss-Axialrichtung inneren Endabschnitt des Anschlusszylinders 110 nach außen vorsteht.
Der Anschlussstückflansch 111 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet, die einen Außendurchmesser aufweist, der gleich dem des Anschlussflanschs 102 ist, und die einen Innendurchmesser aufweist, der größer als ein Außendurchmesser des Dichtungszylinders 101 ist. Der Anschlussstückflansch 111 ist mit dem Anschlussflansch 102 durch Vibrationsschweißen oder dergleichen verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Dichtungsmechanismus 130 in dem Abschnitt vorgesehen, der von dem Aufwärmanschluss 56 und dem Aufwärm-Anschlussstück 62 umgeben ist. Der Dichtungsmechanismus 130 umfasst einen Gleitring 131, ein Vorspannelement 132, einen Dichtungsring 133 und eine Halterung 134. Wie in 3 dargestellt, ist ein Dichtungsmechanismus 130 mit demselben Aufbau wie der Dichtungsmechanismus 130, der in dem Aufwärmanschluss 56 vorgesehen ist, auch in dem zuvor beschriebenen Kühleranschluss 41 und dem Luftaufbereitungsanschluss 66 vorgesehen. Der Dichtungsmechanismus 130, der in dem Kühleranschluss 41 und dem Luftaufbereitungsanschluss 66 vorgesehen ist, ist mit denselben Bezugszeichen wie der in dem Aufwärmanschluss 56 vorgesehene Dichtungsmechanismus 130 bezeichnet, so dass deren Beschreibung entfallen kann.
Wie in 5 dargestellt, ist der Gleitring 131 in den Aufwärmauslass 56a eingesetzt. Der Gleitring 131 erstreckt sich koaxial zu der Achse O2 und ist in einer mehrstufigen rohrförmigen Form ausgebildet, deren Außendurchmesser in der Anschluss-Axialrichtung nach außen hin stufenweise abnimmt. Genauer hat der Gleitring 131 einen Abschnitt 141 mit großem Durchmesser, der in der Anschluss-Axialrichtung an der Innenseite angeordnet ist, und einen Abschnitt 142 mit kleinem Durchmesser, der in der Anschluss-Axialrichtung mit der Außenseite bezüglich des Abschnitts 141 mit großem Durchmesser in Verbindung steht.
Eine äußere Umfangsfläche des Abschnitts 141 mit großem Durchmesser ist dazu eingerichtet, an einer inneren Umfangsfläche des Dichtungszylinders 101 gleitbeweglich zu sein. Der Abschnitt 141 mit großem Durchmesser wird durch den Dichtungszylinder 101 daran gehindert, sich bezüglich des Aufwärmanschlusses 56 in der Anschluss-Radialrichtung zu bewegen. Eine innere Endfläche des Abschnitts 141 mit großem Durchmesser in der Anschluss-Axialrichtung bildet eine Gleitfläche 141a, die an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 gleitet. Die Gleitfläche 141a ist eine gekrümmte Fläche, die so ausgebildet ist, dass sie einem Krümmungsradius des Ventilzylinders 82 folgt.
Eine äußere Umfangsfläche des Abschnitts 142 mit kleinem Durchmesser ist mit der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts 141 mit großem Durchmesser über eine gestufte Fläche 143 verbunden. Die gestufte Fläche 143 ist in der Anschluss-Axialrichtung zur Innenseite hin in der Anschluss-Radialrichtung nach außen geneigt und erstreckt sich anschließend in der Anschluss-Radialrichtung weiter nach außen. Ein Dichtungszwischenraum Q wird in der Anschluss-Radialrichtung zwischen der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts 142 mit kleinem Durchmesser und der inneren Umfangsfläche des Dichtungszylinders 101 gebildet.
Die innere Umfangsfläche des Abschnitts 142 mit kleinem Durchmesser ist durchgängig bzw. nahtlos mit der inneren Umfangsfläche des Abschnitts 141 mit großem Durchmesser verbunden. Eine in der Anschluss-Axialrichtung äußere Endfläche (nachfolgend als eine „Sitzfläche 142a“ bezeichnet) des Abschnitts 142 mit kleinem Durchmesser ist derart ausgebildet, dass sie eine ebene Fläche senkrecht zur Anschluss-Axialrichtung aufweist. Die Sitzfläche 142a des Abschnitts 142 mit kleinem Durchmesser ist an einer Stelle angeordnet, die der in der Anschluss-Axialrichtung äußeren Endfläche des Dichtungszylinders 101 entspricht. Der Gleitring 131 ist von dem Aufwärm-Anschlussstück 62 in der Anschluss-Radialrichtung und in der Anschluss-Axialrichtung getrennt.
Das Vorspannelement 132 ist zwischen der Sitzfläche 142a des Gleitrings 131 und dem Aufwärm-Anschlussstück 62 angeordnet. Das Vorspannelement 132 ist z. B. eine Wellenfeder. Das Vorspannelement 132 spannt den Gleitring 131 in der Anschluss-Axialrichtung (zum Ventilzylinder 82 hin) nach innen vor.
Der Dichtungsring 133 kann z. B. eine Y-Dichtung sein. Der Dichtungsring 133 umgibt den Gleitring 131 (den Abschnitt 142 mit kleinem Durchmesser) in einem Zustand, in dem ein Öffnungsabschnitt (gabelförmiger Abschnitt) davon in der Anschluss-Axialrichtung nach innen weist. In einem Zustand, in dem der Dichtungsring 133 in dem Dichtungszwischenraum Q angeordnet ist, ist jeder der äußersten Endabschnitte des gabelförmigen Abschnitts in einem engen gleitenden Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts 142 mit kleinem Durchmesser und mit der inneren Umfangsfläche des Dichtungszylinders 101. In den Dichtungszwischenraum Q wird ein hydraulischer Druck des Gehäuses 21 in den inneren Bereich in der Anschluss-Axialrichtung bezüglich des Dichtungsrings 133 durch einen Zwischenraum zwischen der inneren Umfangsfläche des Dichtungszylinders 101 und dem Gleitring 131 eingeleitet. Die gestufte Fläche 143 bildet eine druckaufnehmende Fläche, die der Gleitfläche 141a am Gleitring 131 in der Anschluss-Axialrichtung gegenüber liegt, die einen hydraulischen Druck des Kühlwassers in dem Gehäuse 21 aufnimmt, und die in der Anschluss-Axialrichtung nach innen gedrückt wird.
Die Halterung 134 ist dazu eingerichtet, in der Anschluss-Axialrichtung bezüglich des Aufwärmanschlusses 56 und des Aufwärm-Anschlussstücks 62 in dem Dichtungszwischenraum Q bewegbar zu sein. Die Halterung 134 umfasst einen Haltezylinder 151 und einen Halteflansch 152.
Der Haltezylinder 151 erstreckt sich in der Anschluss-Axialrichtung. Der Haltezylinder 151 ist in der Anschluss-Axialrichtung von der Außenseite her in den Dichtungszwischenraum Q eingesetzt. Der Haltezylinder 151 begrenzt die Bewegung des Dichtungsrings 133 in der Anschuss-Axialrichtung nach außen, indem er an einem Bodenabschnitt des Dichtungsrings 133 anliegt.
Der Haltezylinder 151 umgibt die Umfangsbereiche des Abschnitts 142 mit kleinem Durchmesser und des Vorspannelements 132 in einem Zustand, in dem er den Abschnitt 142 mit kleinem Durchmesser und das Vorspannelement 132 in der Anschluss-Axialrichtung überspannt.
Der Halteflansch 152 steht von dem in der Anschluss-Axialrichtung äußeren Endabschnitt des Haltezylinders 151 in der Anschluss-Radialrichtung nach außen vor. Der Halteflansch 152 ist zwischen dem Dichtungszylinder 101 und dem Anschlusszylinder 110 angeordnet.
Vorliegend sind bei dem Gleitring 131 eine Fläche S1 der gestuften Fläche 143 und eine Fläche S2 der Gleitfläche 141a so gewählt, dass die folgenden Gleichungen (1) und (2) erfüllt sind. $S 1 < S 2 \leq S 1 / k$
$α \leq k < 1$
k: ist eine Druckminderungskonstante des Kühlwassers, das durch einen winzigen Zwischenraum zwischen der Gleitfläche 141a und dem Ventilzylinder 82 strömt
α: ist ein unterer Grenzwert der Druckminderungskonstante, der durch die physikalischen Eigenschaften von Kühlwasser festgelegt ist
Die Fläche S1 der gestuften Fläche 143 und die Fläche S2 der Gleitfläche 141a beziehen sich auf eine Fläche, wenn diese in die Anschluss-Axialrichtung projiziert werden.
α in Gleichung (2) ist ein Standardwert der Druckminderungskonstante, der durch die Art des Kühlwassers, einer Verwendungsumgebung (wie etwa der Temperatur) und dergleichen bestimmt ist. Z. B. ist im Fall von Wasser unter normalen Anwendungsbedingungen α=1/2. Wenn sich die physikalischen Eigenschaften des verwendeten Kühlwassers verändern, ändert sich der Wert zu α=1/3 oder dergleichen.
Die Druckminderungskonstante k in Gleichung (2) wird zu α (z. B. ½), der einem Standardwert der Druckminderungskonstante entspricht, wenn die Gleitfläche 141a mit dem Ventilzylinder 82 von dem äußeren Rand zu dem inneren Rand in der Anschluss-Radialrichtung gleichmäßig in Kontakt steht. Jedoch vergrößert sich aufgrund von Herstell- oder Montagefehlern oder dergleichen des Gleitrings 131 der Zwischenraum zwischen dem Außenumfangsabschnitt der Gleitfläche 141a und dem Ventilzylinder 82 bezüglich des Innenumfangsabschnitts der Gleitfläche 141a geringfügig. In diesem Fall nähert sich die Druckminderungskonstante k in Gleichung (2) sukzessive k=1 an.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird unter der Annahme, dass ein winziger Zwischenraum zwischen der Gleitfläche 141a des Gleitrings 131 und der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 vorhanden ist, um ein Gleiten zu ermöglichen, eine Beziehung zwischen den Flächen S1 und S2 der gestuften Fläche 143 und der Gleitfläche 141a durch die Gleichungen (1) und (2) festgelegt.
D. h., dass der Druck des Kühlwassers in dem Gehäuse 21 so auf die gestufte Fläche 143 des Gleitrings 131 wirkt, wie sie ist. Der Druck des Kühlwassers in dem Gehäuse 21 wirkt nicht auf die Gleitfläche 141a, wie sie ist. Der Druck des Kühlwassers wirkt mit abnehmendem Druck, wenn das Kühlwasser durch einen winzigen Zwischenraum zwischen der Gleitfläche 141a und dem Ventilzylinder 82 in der Anschluss-Radialrichtung von dem äußeren Rand zu dem inneren Rand strömt. In diesem Fall verringert sich der Druck des Kühlwassers sukzessive in der Anschluss-Radialrichtung nach innen und versucht, den Gleitring 131 in der Anschluss-Axialrichtung nach außen zu drücken.
Folglich wirkt eine Kraft, die durch das Multiplizieren der Fläche S1 der gestuften Fläche 143 mit dem Druck P in dem Gehäuse 21 erhalten wird, auf die gestufte Fläche 143 des Gleitrings 131, wie sie ist. Eine Kraft, die durch das Multiplizieren der Fläche S2 der Gleitfläche 141a mit dem Druck P in dem Gehäuse 21 und der Druckminderungskonstante k erhalten wird, wirkt auf die Gleitfläche 141a des Gleitrings 131.
Wie klar aus der Gleichung (1) hervorgeht, sind die Flächen S1 und S2 des Steuerventils 8 der vorliegenden Ausführungsform so gewählt, dass die Beziehung k × S2 ≤ S1 erfüllt ist. Daher ist eine Beziehung P × k × S2 ≤ P × S1 ebenfalls erfüllt.
Folglich ist eine Kraft F1 (F1 = P × S1) in einer Andrückrichtung, die auf die gestufte Fläche 143 des Gleitrings 131 wirkt, größer als eine Kraft F2 (F2 = P × k × S2) in einer Auftriebsrichtung, die auf die Gleitfläche 141a des Gleitrings 131 wirkt. Daher kann bei dem Steuerventil 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Dichtung zwischen dem Gleitring 131 und dem Ventilzylinder 82 nur durch die Beziehung des Drucks des Kühlwassers in dem Gehäuse 21 realisiert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Fläche S1 der gestuften Fläche 143 des Gleitrings 131 kleiner als die Fläche S2 der Gleitfläche 141a. Daher ist es selbst dann möglich, wenn der Druck des Kühlwassers in dem Gehäuse 21 zunimmt, zu verhindern, dass die Gleitfläche 141a des Gleitrings 131 mit einer überhöhten Kraft gegen den Ventilzylinder 82 gedrückt wird. Folglich kann, wenn das Steuerventil 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, eine Zunahme der Größe und der Ausgangsleistung der Antriebseinheit 23, die den Rotor 22 drehend antreibt, vermieden werden, und ein frühzeitiger Verschleiß des Gleitrings 131 und der Lagerbuchsen 78 und 84 (4) kann unterdrückt werden.
Wie zuvor beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Fläche S2 der Gleitfläche 141a so gewählt, dass sie größer als die Fläche S1 der gestuften Fläche 143 in einem Bereich ist, in dem die Andrückkraft in der Anschluss-Axialrichtung nach innen, die auf den Gleitring 131 wirkt, nicht unter die Auftriebskraft in der Anschluss-Radialrichtung nach außen fällt, die auf den Gleitring 131 wirkt. Daher ist es möglich, eine Abdichtung zwischen dem Gleitring 131 und dem Ventilzylinder 82 zu schaffen, während das Andrücken des Gleitrings 131 gegen den Ventilzylinder 82 mit einer überhöhten Kraft unterbunden wird.
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie VI-VI in 5. 7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, in der die äußere Umfangsfläche des Rotors 22 (Ventilzylinder 82) gezeigt ist, die gemäß der Ausführungsform in dem Steuerventil 8 vorhanden ist.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, ist ein Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 an der äußeren Umfangsfläche (äußere Fläche) des Ventilzylinders 82, der in dem Rotor 22 enthalten ist, vorgesehen. Der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 hält das Kühlwasser zwischen dem Gleitring 131 und der Gleitfläche 141a.
Der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 hat einen vertieften Abschnitt 161 zur Aufnahme des Kühlwassers und einen Flüssigkeits-Zwischenabschnitt 162, in den das Kühlwasser eingefügt ist. Der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 kann zumindest an einer Fläche (einem Überlappungsabschnitt bei Betrachtung in der Gehäuse-Radialrichtung) der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 vorgesehen sein, die sich durch den Kühler-Auslass 41b, den Aufwärmauslass 56a und den Luftaufbereitungs-Auslass 66a erstreckt, wenn sich der Rotor 22 dreht.
Der vertiefte Abschnitt 161 ist in der Gehäuse-Radialrichtung bezüglich der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 nach innen vertieft. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der vertiefte Abschnitt 161 eine Nut 170, die spiralförmig an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 verläuft. Die Nut 170 ist durch Drehbearbeitung oder dergleichen der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 gebildet. Die Nut 170 verläuft in der Gehäuse-Axialrichtung zur ersten Seite und in der Gehäuse-Umfangsrichtung zu einer Seite.
Der vertiefte Abschnitt 161 ist ein Abschnitt des Öffnungsabschnitts der Nut 170, der an demselben Querschnitt erscheint, wenn der Ventilzylinder 82 entlang der Gehäuse-Axialrichtung geschnitten wird. D.h. eine Mehrzahl von vertieften Abschnitten 161 ist in der Gehäuse-Axialrichtung in einer Querschnittsansicht entlang der Gehäuse-Axialrichtung angeordnet. Jeder vertiefte Abschnitt 161 ist beispielsweise in einer Querschnittsansicht entlang der Gehäuse-Axialrichtung in einer dreieckförmigen Form ausgebildet. Eine Abmessung des vertieften Abschnitts 161 in der Gehäuse-Axialrichtung ist wesentlich kleiner als die Gleitfläche 141a. Bei dem vertieften Abschnitt 161 kann ein Verhältnis zwischen der Abmessung in der Gehäuse-Axialrichtung und der Abmessung in der Gehäuse-Radialrichtung in geeigneter Weise verändert werden.
Der Flüssigkeits-Zwischenabschnitt 162 ist ein Abschnitt des Ventilzylinders 82, der sich in der Gehäuse-Axialrichtung zwischen den benachbarten vertieften Abschnitten 161 befindet. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet der Flüssigkeits-Zwischenabschnitt 162 die äußere Umfangsfläche des Ventilzylinders 82. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Flüssigkeits-Zwischenabschnitte 162 in einer gratartigen Form, die sich entlang der Gehäuse-Umfangsrichtung erstreckt, gebildet, wobei sie in der Gehäuse-Axialrichtung ohne einen Zwischenraum benachbart zum vertieften Abschnitt 161 angeordnet sind. Die Flüssigkeits-Zwischenabschnitte 162 können in einer streifenartigen Form ausgebildet sein, wobei sie zum benachbarten vertieften Abschnitt 161 mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet sind.
Bei der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 ist eine Oberflächenrauheit des Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitts 160 definiert als eine Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁, und eine Oberflächenrauheit der Gleitfläche 141a ist definiert als eine Ring-Oberflächenrauheit Rz₂. Die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ ist größer als die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ (Rz₁ > Rz₂). Da die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ größer ist als die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂, können die Dichteigenschaften durch die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ des Rotors 22 eingestellt werden.
Es ist bevorzugt, dass der Rotor 22 (insbesondere die äußere Umfangsfläche des Ventilzylinders 82) härter ist als der Gleitring 131 (insbesondere die Gleitfläche 141a). Üblicherweise sind die Dichteigenschaften verringert, wenn der Rotor 22 verschleißt. Jedoch ist es mit dem Rotor 22, der eine härtere Struktur als der Gleitring 131 aufweist, möglich, das Verschleißen des Rotors 22 zu unterbinden und die Dichteigenschaften aufrechtzuerhalten und die Rauigkeit des Rotors 22 beizubehalten und das Drehmoment konstant zu halten.
Der Gleitring 131 enthält vorzugsweise zumindest kein Fluorkohlenwasserstoff (FKW). Der Grund ist, dass ein Verschleißen des Rotors 22 beschleunigt wird, wenn der Gleitring 131 FKW enthält.
Die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ und die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ sind eine Zehnpunkt gemittelte Rautiefen Rz, standardisiert gemäß JIS B 0601.
Die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ bezieht sich auf die Oberflächenrauheit der äußeren Umfangsfläche des Rotors 22 in der Gehäuse-Axialrichtung und kann z. B. mit einer Oberflächenrauheit/Kontur-Messeinrichtung (Modell: SV-C3200H8, hergestellt von Mitutoyo Co., Ltd.) gemessen werden. Die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ wird so gewählt, dass sie in einem Bereich von 45 µm oder weniger liegt (11 µm < X ≤ 45 µm), und größer als 11 µm in der Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz(X) ist.
Die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ bezieht sich auf die Oberflächenrauheit der Gleitfläche 141a des Gleitrings 131 und kann z. B. mit einer Oberflächenrauheit/Kontur-Messeinrichtung (Modell: SV-C3200H8, hergestellt von Mitutoyo Co., Ltd.) gemessen werden. Die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ wird vorzugsweise so gewählt, dass sie 6,3 µm oder weniger bezüglich der Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz beträgt, ungeachtet des Wertes der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ so gewählt ist, dass sie in einem Bereich von 5 µm oder darunter liegt (1 µm < X ≤ 5 µm), die größer als 1 µm ist.
Betriebsweise des Steuerventils 8
Im Folgenden wird eine Betriebsweise des zuvor beschriebenen Steuerventils 8 beschrieben.
Normalbetrieb
Wie in 1 dargestellt, wird in der Haupt-Strömungsbahn 10 Kühlwasser, das durch die Wasserpumpe 3 zugeführt wird, einem Wärmetauschvorgang durch den Motor 2 unterzogen und strömt anschließend zum Steuerventil 8. Wie in 4 dargestellt, strömt das Kühlwasser, das den Motor 2 in der Haupt-Strömungsbahn 10 durchlaufen hat, durch die Einlassöffnung bzw. den Einlass 37a in die Verbindungs-Strömungsbahn 92 in dem Gehäuse 21.
Von dem Kühlwasser, das in die Verbindungs-Strömungsbahn 92 geströmt ist, strömt ein Teil des Kühlwassers in den AGR-Auslass 51. Das Kühlwasser, das in den AGR-Auslass 51 geströmt ist, wird durch das AGR-Anschlussstück 52 der AGR-Strömungsbahn 14 zugeführt. Das Kühlwasser, das der AGR-Strömungsbahn 14 zugeführt wurde, wird zur Haupt-Strömungsbahn 10 zurückgeführt, nachdem in dem AGR-Kühler 7 ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem AGR-Gas erfolgt ist.
Von dem Kühlwasser, das in die Verbindungs-Strömungsbahn 92 geströmt ist, strömt das Kühlwasser, das nicht in den AGR-Auslass 51 geströmt ist, von der zweiten Seite in der Gehäuse-Axialrichtung in die Strömungsbahn 91. Das Kühlwasser, das in die Strömungsbahn 91 geströmt ist, wird während des Strömens in der Strömungsbahn 91 in der Gehäuse-Axialrichtung auf jeden Auslass verteilt. D. h., dass das Kühlwasser, das in die Strömungsbahn 91 strömt, auf die Strömungsbahnen 11 bis 13 durch die Auslassöffnung, die mit der Verbindungsöffnung unter den Auslassöffnungen in Verbindung steht, verteilt wird.
Bei dem Steuerventil 8 wird, um das Verbindungsmuster zwischen dem Auslass und dem Verbindungsanschluss zu wechseln, der Rotor 22 um die Achse O1 in Drehung versetzt. Anschließend steht durch das Anhalten der Drehung des Rotors 22 in der Position, die dem einzustellenden Verbindungsmuster entspricht, der Auslass mit der Verbindungsöffnung in dem Verbindungsmuster entsprechend einer Halteposition des Rotors 22 in Verbindung.
Nullströmungszustand
Nachfolgend wird der Betrieb des Kühlsystems 1 in einem Nullströmungszustand beschrieben. Bei dem Kühlsystem 1 der vorliegenden Ausführungsform wird das Kühlsystem 1 vom Beginn der Startvorgangs des Motors bis zur Beendigung des Aufwärmvorgangs in einem Nullströmungszustand gehalten. In dem Nullströmungszustand ist zumindest die Verbindung zwischen dem Kühler-Auslass 41b und der Kühler-Verbindungsöffnung 95 unterbrochen (ein Öffnungsgrad des Kühler-Auslasses 41b ist auf 0% gestellt) und das Kühlwasser bleibt in der Kühler-Strömungsbahn 11. Bei der vorliegenden Ausführungsform stehen im Nullströmungszustand nur das Innere der Verbindungs-Strömungsbahn 92 und das Innere des AGR-Auslasses 51 in einem Zustand miteinander in Verbindung, in dem die Wasserpumpe 3 angetrieben wird.
Im Nullströmungszustand strömt das Kühlwasser, das in die Verbindungs-Strömungsbahn 92 geströmt ist, in den AGR-Auslass 51. Das Kühlwasser, das in den AGR-Auslass 51 geströmt ist, wird der AGR-Strömungsbahn 14 durch das AGR-Anschlussstück 52 zugeführt.
Im Nullströmungszustand ist der Öffnungsgrad der Auslässe (Kühler-Auslass 41b, Aufwärmauslass 56a und Luftaufbereitungs-Auslass 66a) anders als der des AGR-Auslasses 0%. Daher bleibt das Kühlwasser in der Kühler-Strömungsbahn 11, der Aufwärm-Strömungsbahn 12 und der Luftaufbereitungs-Strömungsbahn 13. Demzufolge kann die Wärmetauscheffizienz zwischen der Wärme, die von dem Motor abgegeben wird, und dem Kühlwasser im Kühler-Auslass 41b niedrig gehalten werden, sodass eine frühzeitige Aufwärmung realisiert werden kann.
Wenn die Temperatur des Kühlwassers (die Temperatur des Kühlwassers, das in den Einströmanschluss 37 strömt), das von der Wasserpumpe 3 abgegeben wird, eine vorbestimmte Temperatur erreicht, kann festgestellt werden, dass das Aufwärmen des Motors beendet ist. Folglich hebt das Kühlsystem 1 den Nullströmungszustand auf und verteilt das Kühlwasser auf jede der Strömungsbahnen 11 bis 13, wie zuvor beschrieben, gemäß einem Zustand des Motors und einem Fahrzustand des Fahrzeugs.
Um ein frühzeitiges Aufwärmen zu realisieren, ist es erforderlich, die Dichteigenschaften zwischen dem Rotor 22 (Ventilzylinder 82) und dem Gleitring 131 (Gleitfläche 141a) zu verbessern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 zum Aufnehmen des Kühlwassers zwischen der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 und der Gleitfläche 141a an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 vorgesehen. Gemäß dieser Konfiguration wird das Kühlwasser, das in den winzigen Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 und der Gleitfläche 141a gelangt ist, in dem vertieften Abschnitt 161 aufgenommen. Folglich wird wahrscheinlich ein Flüssigkeitsfilm 163 zwischen der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 und der Gleitfläche 141a infolge des Einflusses der Oberflächenspannung oder dergleichen, die zwischen dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 und der Gleitfläche 141a wirkt, gebildet. Folglich kann der Flüssigkeitsfilm 163 eine Abdichtung zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 schaffen. Demzufolge ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass das Kühlwasser zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 hindurch zur Innenseite des Gleitrings 131 gelangt. Daher ist es gemäß der zuvor angegebenen Ausführungsform auf einfache Weise möglich, den Nullströmungszustand des Kühlsystems 1 beizubehalten, und es ist möglich ein frühzeitiges Aufwärmen des Fahrzeugs zu realisieren.
Der Bereich, in dem der Rotor 22 (Ventilzylinder 82) und der Gleitring 131 miteinander in direkten Kontakt kommen, kann durch den Flüssigkeitsfilm 163, der zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 gebildet wird, verringert werden. Demzufolge ist es möglich, die Haftung zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 aufgrund des vertieften Abschnitts 161 des Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitts 160 zu verringern. Daher ist es möglich, den Gleitwiderstand des Rotors 22 während der Drehung zu verringern und das Drehmoment zu reduzieren. Daher ist es möglich, eine Zunahme der Größe der Betätigungseinrichtung und eine Zunahme des Energieverbrauchs zu unterbinden.
Daher ist es gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform möglich, ein Steuerventil 8 bereitzustellen, mit dem sowohl eine Verbesserung der Dichteigenschaften zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 als auch eine Gewährleistung der Gleiteigenschaften zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 erreicht werden.
Da die Dichteigenschaften und die Gleiteigenschaften durch das Bilden des vertieften Abschnitts 161 an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 sichergestellt werden, ist es mit der vorliegenden Ausführungsform möglich, im Vergleich zu der herkömmlichen Konfiguration, bei der z. B. eine Gleitschicht auf die äußeren Umfangsfläche des Rotors aufgebracht wird, die Lebensdauer zu verbessern. Daher können die Dichteigenschaften und die Gleiteigenschaften für eine lange Zeitdauer sichergestellt werden.
Bei der zuvor angegebenen Ausführungsform bewegt sich, da sich der vertiefte Abschnitt 161 entlang der Drehrichtung (Gehäuse-Umfangsrichtung) des Rotors 22 erstreckt, wenn sich der Rotor 22 dreht, der oberste Abschnitt (Flüssigkeits-Zwischenabschnitt 162) der äußeren Umfangsfläche des Rotors 22, der zwischen den benachbarten vertieften Abschnitten 161 angeordnet ist, entlang der Gehäuse-Umfangsrichtung. D.h., es kann in jeder beliebigen Position der Gleitfläche 141a verhindert werden, dass sich der vertiefte Abschnitt 161 und der Flüssigkeits-Zwischenabschnitt 162 abwechselnd vorbeibewegen, wenn sich der Rotor 22 dreht. Daher kann ein anormales Verschleißen der Gleitfläche 141a unterbunden werden.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird der vertiefte Abschnitt 161 durch die Nut 170 gebildet, die in der Gehäuse-Axialrichtung spiralförmig zur ersten Seite verläuft, während sie in der Gehäuse-Umfangsrichtung an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 zu einer Seite verläuft. Gemäß dieser Konfiguration kann der vertiefte Abschnitt 161 auf einfache Weise an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 durch die Durchführung einer Drehbearbeitung oder dergleichen an dem Ventilzylinder 82 nach dem Spritzgießen gebildet werden. Insbesondere kann bei der vorliegenden Ausführungsform, da die spanende Bearbeitung beendet werden kann, wenn die äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 rauer als im herkömmlichen Fall ist, die Zeit für eine Spanbearbeitung im Vergleich zu einem Fall reduziert werden, bei dem die Oberflächenrauheit der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 verringert wird, um die Dichteigenschaft zu verbessern. Folglich ist es möglich, die Herstellungseffizienz zu verbessern und die Herstellkosten zu senken.
Bei der zuvor angegebenen Ausführungsform kann, da die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ des Rotors 22 größer ist als die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂, das Kühlwasser noch zuverlässiger in dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 gehalten werden.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform können, da die die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ in dem Bereich von 11 µm < X ≤ 45 µm bezüglich der Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz liegt, sowohl die Dichteigenschaften als auch eine Verringerung des Drehmoments erreicht werden. Im Speziellen kann, da die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ größer ist als der zuvor genannte untere Grenzwert, der Gleitwiderstand, der zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 wirkt, verringert werden, sodass dass Drehmoment reduziert werden kann. Da die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ gleich oder geringer als der obere Grenzwert ist, können die Dichteigenschaften zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 insbesondere im Nullströmungszustand (bis das Aufwärmen beendet ist) sichergestellt werden.
Bei der zuvor angegebenen Ausführungsform ist die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ so gewählt, dass sie 6,3 µm oder weniger bezüglich der Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz beträgt. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, sowohl eine Verbesserung der Dichteigenschaften zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 als auch eine Unterbindung des Verschleißens zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 zu erreichen. Insbesondere kann durch das Einstellen der Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ auf einen Wert, der wesentlich geringer als die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ ist, ein Verschleißen der äußeren Umfangsfläche des Rotors 22 unterbunden werden. Folglich kann die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ für eine lange Zeit in einem Soll-Bereich gehalten werden, sodass die Dichteigenschaften auf einfache Weise sichergestellt werden können.
8 ist ein Diagramm, das die Änderung einer „Austrittsmenge“ und eines „Drehmoments“ zeigt, wenn die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ bei einem Standarddruck verändert wird. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat einen Versuch durchgeführt, um die Dichteigenschaften und die Gleiteigenschaften zwischen dem Rotor 22 (Ventilzylinder 82) und dem Gleitring 131 (Gleitfläche 141a) infolge der Veränderung der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ zu verifizieren.
Die „Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁“ auf einer horizontalen Achse des Diagramms ist die Zehnpunkt gemittelte Rautiefe Rz, die in JIS B 0601 standardisiert ist. Die „Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁“ ist ein Wert, der mit einer Oberflächenrauheit-/Kontur-Messeinrichtung (Modell: SV-C3200H8, hergestellt von Mitutoyo Co., Ltd.) gemessen wird.
Bei diesem Versuch wurde die Ring-Oberflächenrauheit Rz₂ auf z. B. 6,3 µm oder niedriger als ein Bereich festgelegt, der den Verschleiß des Rotors 22 nicht beeinflusst.
Die „Austrittsmenge“, die auf einer linken vertikalen Achse des Diagramms angegeben ist, entspricht den gemessenen Werten, wenn die Temperatur des Kühlwassers auf -30°C (niedrige Temperatur), 25°C (Normaltemperatur) und 80°C (übliche Temperatur, bei der vollständig aufgewärmt ist) festgelegt ist. Die Messung erfolgt unter Verwendung einer Memory-High-Coder-Einrichtung (Modell: 860-50, hergestellt von Hioki Electric Co., Ltd.) und einer 16ch Scanner-Einheit (Modellname: 8958, hergestellt von Hioki Electric Co., Ltd.).
Das „Drehmoment“, das auf einer rechten vertikalen Achse des Diagramms angegeben ist, bezieht sich auf das Drehmoment des Rotors 22 bei Standarddruck. Die Messung erfolgt unter Verwendung eines Drehmomentmessgeräts (Modell: UTMII-2Nm, hergestellt von Unipulse Corporation).
Der zuvor angegebene „Standarddruck“ ist der Maximaldruck in dem Betriebsversuch, der gemäß dem Betriebsmuster zur Brennstoffverbrauch-Messung erfolgt und der einen Abgabedruck (Druck des Kühlwassers, das in den Einströmanschluss 37 strömt) des Kühlwassers angibt, das von der Wasserpumpe 3 abgeführt wird.
Bezüglich der Beziehung zwischen der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ und der Austrittsmenge tendiert die Austrittsmenge zu einer Zunahme, wenn die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ zunimmt. D.h. je rauer die Oberfläche des Rotors 22 ist, umso größer ist die Austrittsmenge. Man beachte, dass der Grund hierfür darin besteht, dass ein Zwischenraum zwischen der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 und der Gleitfläche 141a entsteht. Wie in 8 gezeigt, nimmt, wenn die Temperatur des Kühlwassers 80°C beträgt, die Viskosität des Kühlwassers ab, sodass das Kühlwasser leichter strömt. Folglich nimmt, wenn die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ größer als 45 µm wird, die Austrittsmenge bis zu einem vorbestimmten spezifizierten Wert C oder darüber zu, so dass es sich als schwierig erweist, den Nullströmungszustand effektiv beizubehalten.
Bezüglich der Beziehung zwischen der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ und dem Drehmoment, tendiert das Drehmoment zu einer Zunahme, wenn der Wert der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ abnimmt. Man beachte, dass je glatter die Oberfläche des Rotors 22 ist, desto enger liegen der Rotor 22 und der Gleitring 131 aneinander, und umso größer ist die Reibungskraft, sodass das Drehmoment zunimmt, wenn sich der Rotor 22 dreht. Wenn die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ 11 µm oder weniger beträgt, kann das Drehmoment nicht auf einem Soll-Drehmoment niedergehalten werden, sodass eine Zunahme des Energieverbrauchs und dergleichen die Folge ist.
Bei den Tendenzen der Dichteigenschaften und der Gleiteigenschaften infolge der Veränderung der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ waren Absolutwerte abhängig von der gemessenen Temperatur des Kühlwassers unterschiedlich, jedoch wurde dieselbe Tendenz unabhängig von der gemessenen Temperatur festgestellt. D.h., wenn die Temperatur des Kühlwassers abnimmt, nimmt die Viskosität des Kühlwassers zu. Wenn die Temperaturen des Kühlwassers (-30°C, 25°C, und 80°C) in dem in 8 gezeigten Diagramm miteinander verglichen werden, tendiert die Austrittsmenge daher zu einer Abnahme, wenn die Temperatur des Kühlwassers abnimmt.
Bei den Tendenzen der Dichteigenschaften und der Gleiteigenschaften infolge der Veränderung der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ waren die Absolutwerte abhängig von dem Druck des Kühlwassers (Abgabedruck der Wasserpumpe 3) unterschiedlich, jedoch wurde dieselbe Tendenz unabhängig von dem gemessenen Druck festgestellt. D.h., wenn der Druck des Kühlwassers zunimmt, nimmt der Druck, der zwischen der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 und der Gleitfläche 141a wirkt, zu, sodass die Austrittsmenge zu einer Zunahme tendiert. Wenn der Druck des Kühlwassers zunimmt, nimmt die Kraft F1 in der Andrückrichtung zu, die auf die gestufte Fläche 143 des Gleitrings 131 wirkt, sodass die Reibungskraft, die zwischen der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 und der Gleitfläche 141a des Gleitrings 131 wirkt, zunimmt, weshalb der Gleitwiderstand zunimmt.
Auf Basis der zuvor beschriebenen Ergebnisse liegt die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁(X) vorzugsweise im Bereich von 11 µm < X ≤ 45 µm bezüglich einer Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz. Wenn die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ innerhalb des zuvor genannten Bereichs liegt, ist es möglich, sowohl eine Verbesserung der Dichteigenschaften zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 als auch eine Unterbindung des Verschleißes zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 zu erreichen.
Die Verbesserung der Dichteigenschaften zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 und die Unterbindung des Verschleißes zwischen dem Rotor 22 und dem Gleitring 131 wird in verschiedenen Temperaturbereichen und Druckbereichen des Kühlwassers wirksam vollzogen. Daher liegt die Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁(X) bevorzugt in einem Bereich größer 25 µm und gleich oder kleiner als 44 µm (25 µm < X ≤ 44 µm), und mehr bevorzugt in einem Bereich größer 25 µm und gleich oder kleiner als 38 µm (25 µm < X ≤ 38 µm). Insbesondere können durch das Festlegen der Rotor-Oberflächenrauheit Rz₁ auf 38 µm oder weniger die Dichteigenschaften noch besser sichergestellt werden, kann das Kühlwasser zu dem gewünschten Zeitpunkt nur der beabsichtigten Strömungsbahn zugeführt werden, und kann der Brennstoffverbrauch reduziert werden.
Zusätzlich ist es möglich, die Komponenten der zuvor beschriebenen Ausführungsform je nach Bedarf durch bekannte Komponenten zu ersetzen, ohne vom Kerngedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wobei die zuvor angegebenen Ausführungsformen in verschiedenen Modifizierungen umfasst sind.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird das Kühlwasser als die Flüssigkeit verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Z. B. kann Wasser, eine Lösung oder dergleichen als die Flüssigkeit verwendet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem der vertiefte Abschnitt 161 aus der Nut 170 besteht, die spiralförmig an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 verläuft, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der vertiefte Abschnitt 161 kann durch eine Nut gebildet sein, die linear in der Gehäuse-Umfangsrichtung an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 verläuft. Der vertiefte Abschnitt 161 kann durch eine Nut gebildet sein, die in einer Wellenform an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 verläuft. Der vertiefte Abschnitt 161 kann ein unterbrochener vertiefter Abschnitt sein, der an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 vorgesehen ist. D.h. der vertiefte Abschnitt 161 kann in inselförmig in Abständen in der Gehäuse-Axialrichtung und der Gehäuse-Umfangsrichtung vorgesehen sein.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem der vertiefte Abschnitt 161 an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 82 durch spanende Bearbeitung, wie z. B. Drehbearbeitung gebildet wird, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Der vertiefte Abschnitt 161 kann durch ein Verfahren, das sich von der spanenden Bearbeitung untetscheidet, wie z. B. einem Sandstrahlverfahren oder einem Ätzverfahren, gebildet werden.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der der vertiefte Abschnitt 161 in der Querschnittsansicht entlang der Gehäuse-Axialrichtung betrachtet z. B. in einer dreieckförmigen Form ausgebildet ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der vertiefte Abschnitt 161 kann im Querschnitt entlang der Gehäuse-Axialrichtung betrachtet in einer halbkreisförmigen Form, einer rechteckigen Form oder dergleichen ausgebildet sein.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der das Kühlwasser, das in das Steuerventil 8 strömt, auf die Kühler-Strömungsbahn 11, die Aufwärm-Strömungsbahn 12, die Luftaufbereitungs-Strömungsbahn 13 und die AGR-Strömungsbahn 14 verteilt wird, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Das Steuerventil 8 kann dazu eingerichtet sein, das Kühlwasser, das in das Steuerventil 8 strömt, auf mindestens zwei Strömungsbahnen zu verteilen. Die Anordnung, der Typ, die Form, oder dergleichen eines jeden Verbindungsanschlusses und Auslasses kann je nach Bedarf verändert werden.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der die Ventilzylinder 82 des Rotor 22 auf beiden Seiten in der Gehäuse-Axialrichtung offen sind, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Der Aufbau des Rotors 22 kann in geeigneter Weise verändert werden, solange das Kühlwasser in den Ventilzylinder 82 gelangen kann. Z. B. kann der Rotor 22 einen geschlossenen Abschnitt aufweisen, der beide Endöffnungsabschnitte des Ventilzylinders 82 in der Gehäuse-Axialrichtung schließt. In diesem Fall kann ein Verbindungsanschluss oder dergleichen in dem geschlossenen Abschnitt ausgebildet sein, sodass das Innere und die Außenseite des Rotors 22 miteinander in der Gehäuse-Axialrichtung in Verbindung stehen können. Darüber hinaus kann in diesem Fall der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt 160 an der Fläche (der Außenfläche des Rotors 22) des geschlossenen Abschnitts, der der Gleitfläche 141a zugewandt ist, vorgesehen sein.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem der Rotor 22 (Ventilzylinder 82) und das Gehäuse 21 (Umfangswandabschnitt 31) jeweils in einer zylindrischen Form (mit einem gleichmäßigen Durchmesser über die gesamte Gehäuse-Axialrichtung) gebildet sind, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Wenn der Ventilzylinder 82 dazu eingerichtet ist, in dem Umfangswandabschnitt 31 drehbar zu sein, können sich ein Außendurchmesser des Ventilzylinders 82 und ein Innendurchmesser des Umfangswandabschnitts 31 in der Gehäuse-Axialrichtung verändern. In diesem Fall können der Ventilzylinder 82 und der Umfangswandabschnitt 31 z. B. verschiedene Formen aufweisen, wie z. B. eine kugelförmige Form (eine Form, bei der ein Durchmesser von dem zentralen Abschnitt in Richtung der beiden Endabschnitte in der Gehäuse-Axialrichtung abnimmt), eine Form, bei der eine Mehrzahl von kugelförmigen Abschnitten durchgängig in der Gehäuse-Axialrichtung vorgesehen sind, eine sich verjüngende Form (eine Form, bei der sich ein Durchmesser von der ersten Seite zur zweiten Seite in der Gehäuse-Axialrichtung allmählich ändert) und eine gestufte Form (eine Form, bei der sich der Durchmesser von der ersten Seite zur zweiten Seite in der Gehäuse-Axialrichtung stufenweise ändert).
Bezugszeichenliste

8: Steuerventil
21: Gehäuse
22: Rotor
85: Drehwelle
131: Gleitring
141a: Gleitfläche
160: Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt
161: vertiefter Abschnitt
162: Flüssigkeits-Zwischenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2021047369 [0002]
JP 2021199313 [0002]

Claims

Steuerventil mit einem Gehäuse, in dem ein Auslass für eine Flüssigkeit ausgebildet ist und in dem die Flüssigkeit aufgenommen ist; einem Rotor, der eine Verbindungsöffnung aufweist, die mit dem Auslass verbindbar ist, und der drehbar in dem Gehäuse aufgenommen ist; und einem Gleitring, der eine Gleitfläche aufweist, die in einem Zustand an einer Außenfläche des Rotors gleitet, in dem der Gleitring in dem Auslass angeordnet ist, und der bewirkt, dass der Auslass und die Verbindungsöffnung gemäß einer Drehposition des Rotors miteinander in Verbindung stehen, wobei ein Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen der Flüssigkeit zwischen der Gleitfläche und dem Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt an der Außenfläche des Rotors vorgesehen ist, und wobei der Flüssigkeits-Aufnahmeabschnitt einen vertieften Abschnitt zur Aufnahme der Flüssigkeit aufweist.
Steuerventil nach Anspruch 1, wobei sich der vertiefte Abschnitt in einer Umfangsrichtung um eine Drehachse des Rotors erstreckt.
Steuerventil nach Anspruch 2, wobei der Rotor in einer rohrförmigen Form ausgebildet ist, die sich koaxial zu der Drehachse erstreckt, wobei eine Nut, die in einer Axialrichtung entlang der Drehachse spiralförmig verläuft während die Nut in der Umfangsrichtung zu einer Seite verläuft, an einer äußeren Umfangsfläche des Rotors ausgebildet ist, und wobei die Nut durch das Anordnen einer Mehrzahl der vertieften Abschnitte in der Axialrichtung in einer Schnittansicht entlang der Axialrichtung gebildet ist.
Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn eine Oberflächenrauheit der Außenfläche als eine Rotor-Oberflächenrauheit definiert ist und eine Oberflächenrauheit der Gleitfläche als eine Ring-Oberflächenrauheit definiert ist, die Rotor-Oberflächenrauheit größer ist als die Ring-Oberflächenrauheit.
Steuerventil nach Anspruch 4, wobei die Rotor-Oberflächenrauheit in einem Bereich von 11 µm < X ≤ 45 µm im Sinne einer Zehnpunkt gemittelten Rautiefe Rz liegt.