本发明涉及一种构成为阀芯的旋转中心自阀座的阀孔的中心偏心地配置、所述阀芯的密封面自所述阀芯的旋转中心偏心地配置的双偏心阀。
背景技术：
以往，作为这种技术，例如公知有下述的专利文献1所记载的球阀型的双偏心阀。在图41、图42(专利文献1中的图2(a)、(b))中利用剖视图表示该双偏心阀。该双偏心阀包括：具有流体的流路51的壳体52、包含阀孔53a和形成在阀孔53a的边缘部的环状的阀座面53b的阀座53、呈圆板状且在外周形成有与阀座面53b相对应的环状的密封面54a的阀芯54以及用于使阀芯54转动的旋转轴55。而且，旋转轴55的轴线l1与阀芯54以及阀孔53a的径向平行地延伸，自阀孔53a的中心向阀孔53a的径向偏心地配置，并且密封面54a自旋转轴55的轴线l1向阀芯54的轴线l2所延伸的方向偏心地配置。此外，通过使阀芯54以旋转轴55的轴线l1为中心转动，密封面54a构成为能够在与阀座面53b面接触的全闭状态和离阀座面53b最远的全开状态之间移动。在该双偏心阀中，通过在阀座53上设置弹性构件(上游侧筒状密封构件56、下游侧筒状密封构件57以及面压产生部件58)而在全闭时使阀座53的阀座面53b压接于阀芯54的密封面54a，提高了全闭状态下的密封性。此外，在流体的压力作用于阀芯54时，通过利用弹性构件将阀座53按压于阀芯54，填补阀芯54和阀座53之间的间隙。图41、图42被认为对于流路51、阀座53、阀芯54以及旋转轴55设想了在通过流路51和阀座53的中心且与旋转轴55的轴线l1正交的方向上剖切而成的中心截面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－196464号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
然而，在专利文献1所述的双偏心阀中，由于利用弹性构件将阀座53按压于阀芯54，因此，虽然全闭状态下的密封性上升，但是在自全闭状态开阀时阀座53和阀芯54会在阀座面53b和密封面54a处互相摩擦，开阀响应性有可能恶化。此外，在该双偏心阀中，从闭阀时的较早阶段开始，阀芯54与阀座53接触而在此状态下转动到全闭位置，因此，阀座53和阀芯54互相摩擦而两者53、54磨损，在耐久性的方面存在问题。并且，由于为了构成双偏心阀而使用弹性构件，因此，部件件数相应地增加，结构变复杂。
此外，在专利文献1所述的双偏心阀中，如图41、图42所示，在阀芯54从全闭位置向开阀方向转动时，以旋转轴55的轴线l1为界，阀芯54的一个侧部(第1侧部)61朝向阀孔53a中转动，阀芯54的另一个侧部(第2侧部)62朝向阀孔53a外转动。在此，在阀芯54从全闭位置向开阀方向转动时，如图41所示，在阀芯54的第2侧部62的外周和流路11的内壁之间形成的间隙的最短距离(第1最短距离)g1和流路面积(第1流路面积)a1将阀芯54处于全闭位置时的第1最短距离g1和第1流路面积a1分别作为初始值且随着阀芯54的转动发生变化。此外，在阀芯54的第2侧部62和阀座53的阀座面53b之间形成的间隙的最短距离(第2最短距离)g2和流路面积(第2流路面积)a2将阀芯54处于全闭位置时的第2最短距离g2和第2流路面积a2分别设为零且随着阀芯54的转动而增加。因而，在阀芯54从全闭位置向开阀方向转动的过程中，在第2侧部62的一侧流动的流体流量受到第1最短距离g1和第2最短距离g2之间的关系或者第1流路面积a1和第2流路面积a2之间的关系的影响。即，即使随着阀芯54的转动而第2最短距离g2和第2流路面积a2逐渐增大，若第1最短距离g1短于第2最短距离g2、或者第1流路面积a1小于第2流路面积a2，则流体流量也会出于第1最短距离g1或者第1流路面积a1的原因而受到限制。
在此，对于专利文献1的双偏心阀，在图43中利用图表表示第1最短距离g1相对于阀芯54的转动角度(开度)的关系。在图44中利用图表表示第1最短距离g1与第2最短距离g2的距离比g1/g2相对于阀芯54的转动角度(开度)的关系。如图43所示，可知在“0度～约50度”的开度范围内，第1最短距离g1短于初始值(约3mm)。即，在该开度范围内，虽认为第2最短距离g2逐渐增大，但第1最短距离g1减小得小于初始值。因此，如图44所示，距离比g1/g2在“0度～40度”的开度范围内自无限大值逐渐减小而达到最低值，在“约40度～90度”的开度范围内自最低值逐渐增大。但是，由于第1最短距离g1不大于第2最短距离g2，因此，距离比g1/g2在“10度～90度”的开度范围内变得小于“1.0”。认为在第1流路面积a1和第2流路面积a2之间的倾向也近似于这样的倾向。
其结果，无法确保与第2最短距离g2或者第2流路面积a2的变化(即，阀芯54的开度变化)相应的适当的流体流量。在这一点上，在专利文献1所述的双偏心阀中，如图41所示，阀芯54处于全闭位置时的第1最短距离g1或者第1流路面积a1只是阀座53的大致壁厚量的程度，特别是在“10度～90度”的开度范围内，推测为第1最短距离g1短于第2最短距离g2，第1流路面积a1小于第2流路面积a2。因此，在该双偏心阀中，无法获得与阀芯54自全闭位置的开度变化相应的适当的流量特性。
本发明即是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够利用简单的结构确保全闭状态下的密封性并且提升开阀响应性和耐久性的双偏心阀。此外，除了上述目的之外，本发明的另一个目的在于提供一种能够确保与阀芯自全闭位置的开度变化相应的适当的流量特性的双偏心阀。
用于解决问题的方案
(1)为了上述目的，本发明的一个技术方案是一种双偏心阀，其包括：阀座，其包含阀孔和形成在阀孔的边缘部的环状的阀座面；阀芯，其呈圆板状，在外周形成有与阀座面相对应的环状的密封面；流路，其配置有阀座和阀芯，供流体流动；以及旋转轴，其用于使阀芯转动，旋转轴的轴线与阀芯以及阀孔的径向平行地延伸，自阀孔的中心向阀孔的径向偏心地配置，并且密封面自旋转轴的轴线向阀芯的轴线所延伸的方向偏心地配置，通过使阀芯以旋转轴的轴线为中心转动，密封面构成为能够在与阀座面面接触的全闭位置和离阀座面最远的全开位置之间移动，该双偏心阀的主旨在于，在阀芯开始从全闭位置向开阀方向转动的同时，密封面开始远离阀座面，并且开始沿着以旋转轴的轴线为中心的转动轨迹移动。
采用上述(1)的结构，通过使阀芯以旋转轴的轴线为中心地转动，阀芯的密封面能够在与阀座的阀座面面接触的全闭位置和离阀座面最远的全开位置之间移动。在全闭状态下，阀座的阀孔被阀芯堵塞，因此，在阀孔处流体的流动被阻断。此外，由于阀芯和阀座之间利用密封面和阀座面之间的面接触而被密封，因此，不设置将阀座按压于阀芯的特别的弹性构件就能够防止流体泄漏。另一方面，在开阀状态下，阀座的阀孔打开，在阀孔处容许流体的流动。此外，在阀芯开始从全闭位置向开阀方向转动的同时，阀芯的密封面开始远离阀座的阀座面，并且开始沿着以旋转轴的轴线为中心的转动轨迹移动，因此，密封面和阀座面之间的摩擦量微小。
(2)为了达到上述目的，优选的是，在上述(1)的结构中，阀芯以假想面为界被二分为第1侧部和第2侧部，所述假象面自旋转轴的轴线与阀孔的中心轴线所延伸的方向平行地延伸，密封面包含与阀座面的靠外周位置接触的最外边缘和与阀座面的靠内周位置接触的最内边缘，构成为在阀芯从全闭位置向开阀方向转动时，第1侧部朝向阀孔中转动，第2侧部朝向阀孔外转动，并且密封面的最外边缘和最内边缘分别沿着以旋转轴的轴线为中心的转动轨迹转动，在全闭位置，阀座面以如下方式朝向阀孔的中心倾斜：使在第1侧部的密封面的最外边缘处阀座面外切于最外边缘的转动轨迹的角度成为最大值、使在第2侧部的密封面的最内边缘处阀座面外切于最内边缘的转动轨迹的角度成为最小值。
采用上述(2)的结构，除了上述(1)的结构的作用之外，在阀芯从全闭位置向开阀方向转动时，阀芯的第1侧部朝向阀孔中转动，因此，该第1侧部的密封面的最外边缘沿着以旋转轴的轴线为中心的转动轨迹转动，并在最后超出阀座的阀座面的范围。在此，在全闭位置，将在第1侧部的密封面的最外边缘处阀座面外切于该最外边缘的转动轨迹的角度设为最大值，因此，在第1侧部开始转动之后，其最外边缘不会与阀座面接触。另一方面，在阀芯从全闭位置向开阀方向转动时，阀芯的第2侧部朝向阀孔外转动，因此，该第2侧部的密封面的最内边缘沿着以旋转轴的轴线为中心的转动轨迹转动，并在最后超出阀座的阀座面的范围。在此，在全闭位置，将在第2侧部的密封面的最内边缘处阀座面外切于该最内边缘的转动轨迹的角度设为最小值，因此，在第2侧部开始转动之后，其最内边缘不会与阀座面接触。
(3)为了达到上述目的，优选的是，在上述(2)的结构中，就流路、阀座以及阀芯而言，在通过流路和阀座的中心且与旋转轴的轴线正交的方向上剖切而成的中心截面中，若将在阀芯从全闭位置向开阀方向转动时在阀芯的第2侧部的外周和流路的内壁之间形成的间隙的最短距离设为第1最短距离，将在阀芯从全闭位置向开阀方向转动时在阀座的阀座面的与第2侧部相对应的部分和第2侧部之间形成的间隙的最短距离设为第2最短距离，则设定流路、阀座以及阀芯的形状和尺寸，使得第1最短距离为第2最短距离以上。
采用上述(3)的结构，除了上述(2)的结构的作用之外，在阀芯从其全闭位置向开阀方向转动时，第1最短距离不会短于第2最短距离，不会由在流路的内壁和阀芯的第2侧部的外周之间形成的间隙导致在第2侧部和阀座之间流动的流体的流量受到限制。
(4)为了达到上述目的，优选的是，在上述(2)的结构中，若将在阀芯从全闭位置向开阀方向转动时在阀芯的第2侧部的外周和流路的内壁之间形成的流体的流路面积设为第1流路面积，将在阀芯从全闭位置向开阀方向转动时在阀座的阀座面的与第2侧部相对应的部分和第2侧部之间形成的流体的流路面积设为第2流路面积，则设定流路、阀座以及阀芯的形状和尺寸，使得第1流路面积为第2流路面积的1.3倍以上。
采用上述(4)的结构，除了上述(2)的结构的作用之外，在阀芯从其全闭位置向开阀方向转动时，第1流路面积不会小于第2流路面积，不会由在流路的内壁和阀芯的第2侧部的外周之间形成的流路面积导致在第2侧部和阀座之间流动的流体的流量受到限制。此外，第1流路面积为第2流路面积的1.3倍以上，与第2流路面积相比，在大小上对第1流路面积赋予充分的富余。
(5)为了达到上述目的，优选的是，在上述(2)～(4)中的任一个结构中，阀芯在与阀孔相对的一侧具备平坦的底面，阀芯在密封面和底面之间形成有从密封面朝向底面倾斜的锥面。
采用上述(5)的结构，除了上述(2)～(4)中的任一个结构的作用之外，在阀芯为低开度时，在阀孔的阀座面和阀芯之间流动的流体一边沿着该锥面被引导一边顺畅地向下游侧流动，流体流量的偏差变少。
(6)为了达到上述目的，优选的是，在上述(1)～(5)中的任一个结构中，阀座面和密封面分别在整周的范围内呈相同形状。
采用上述(6)的结构，除了上述(1)～(5)中的任一个结构的作用之外，将阀座面和密封面分别在整周的范围内形成为相同形状即可，因此，阀座和阀芯的加工容易。
(7)为了达到上述目的，优选的是，在上述(1)～(6)中的任一个结构中，阀芯包含自其板面突出且固定在旋转轴上的固定部，固定部在自旋转轴的轴线向旋转轴的径向偏离的位置固定在旋转轴上，固定部配置在阀芯的轴线上，包含固定部的阀芯以阀芯的轴线为中心呈180度中心对称形状。
采用上述(7)的结构，除了上述(1)～(6)中的任一个结构的作用之外，阀芯的固定部在自旋转轴的轴线向旋转轴的径向偏离的位置固定在旋转轴上，因此，对于作为阀芯的转动中心的旋转轴的轴线的配置，能够确保阀芯自轴线的偏心。此外，由于固定部配置在阀芯的轴线上，包含固定部的阀芯以阀芯的轴线为中心呈180度中心对称形状，因此，不必将固定部相对于阀芯的轴线偏心地形成，阀芯的制造容易。
(8)为了达到上述目的，优选的是，在上述(1)～(7)中的任一个结构中，在流路中，阀芯配置在比阀座靠上游侧的位置。
采用上述(8)的结构，除了上述(1)～(7)中的任一个结构的作用之外，在配置有阀座和阀芯的流路中，阀芯配置在比阀座靠上游侧的位置，因此，在阀芯配置在全闭位置的状态下，流体的压力向将阀芯按压于阀座的方向作用。
(9)为了达到上述目的，优选的是，在上述(2)～(8)中的任一个结构中，在考虑从旋转轴的轴线到第1侧部中的密封面的最外边缘的最短距离所形成的第1线段和密封面正交的状态的情况下，将第1线段的长度设为cs、旋转轴自阀孔的中心轴线向阀孔的径向偏心的偏心量设为a、密封面的最大外径设为d时，将根据下式(1)的关系求出的密封面的第1张角角度设为γs，
γs＝2*arccos((d/2－a)/cs)[rad]···(1)
在考虑从旋转轴的轴线到第2侧部中的密封面的最内边缘的最长距离所形成的第2线段和密封面正交的状态的情况下，将从旋转轴的轴线到第2侧部中的密封面的最外边缘的最长距离的长度设为cl、旋转轴自阀孔的中心轴线向轴向偏心的偏心量设为b、密封面的轴向的厚度设为t时，将根据下式(2)和(3)的关系求出的密封面的第2张角角度设为γl时，
γl＝arcsin((f/2+t)/(cl/2))
+arctan(f/(d/2+a))[rad]···(2)
f＝b－t/2···(3)
将密封面的最佳张角角度γ设定为满足下式(4)的条件。
γl≤γ≤γs···(4)
采用上述(9)的结构，除了上述(2)～(8)中的任一个结构的作用之外，通过在这样的范围内设定最佳张角角度γ，阀芯的密封面和阀座的阀座面之间的摩擦量微小。
发明的效果
采用上述(1)的结构，对于双偏心阀，不设置特别的弹性构件就能够利用简单的结构确保全闭状态下的密封性，并且能够提升开阀响应性和耐久性。
采用上述(2)的结构，对于双偏心阀，不设置特别的弹性构件就能够利用简单的结构确保全闭状态下的密封性，并且能够提升开阀响应性和耐久性。
采用上述(3)的结构，除了上述(2)的结构的效果之外，还能够确保与阀芯自全闭位置的开度变化相应的适当的流量特性。
采用上述(4)的结构，除了上述(2)的结构的效果之外，还能够确保与阀芯自全闭位置的开度变化相应的适当的流量特性。
采用上述(5)的结构，除了上述(2)～(4)中的任一个结构的效果之外，还能够使流体的低流量区域中的流量特性稳定，能够减少流量特性整体的偏差。
采用上述(6)的结构，除了上述(1)～(5)中的任一个结构的效果之外，还能够使双偏心阀的制造容易且廉价。
采用上述(7)的结构，除了上述(1)～(6)中的任一个结构的效果之外，还能够使双偏心阀的制造更加容易且廉价。
采用上述(8)的结构，除了上述(1)～(7)中的任一个结构的效果之外，还能够提升阀座和阀芯之间、即阀座面和密封面之间的密封性。
采用上述(9)的结构，除了上述(2)～(8)中的任一个结构的效果之外，对于双偏心阀，还能够更可靠地提升开阀响应性和耐久性。
附图说明
图1涉及一个实施方式，是表示具备双偏心阀的电动式的egr阀的立体图。
图2涉及一个实施方式，是局部剖切地表示全闭状态的阀部的立体图。
图3涉及一个实施方式，是局部剖切地表示全开状态的阀部的立体图。
图4涉及一个实施方式，是表示全闭状态的阀座、阀芯以及旋转轴的侧视图。
图5涉及一个实施方式，是表示全闭状态的阀座、阀芯以及旋转轴的图4的a－a线剖视图。
图6涉及一个实施方式，是表示全闭状态的阀座和阀芯的剖视图。
图7涉及一个实施方式，是表示全闭状态的阀座和阀芯的俯视图。
图8涉及一个实施方式，是放大地表示图5的点划线圆s1的部分的剖视图。
图9涉及一个实施方式，是放大地表示图5的点划线圆s2的部分的剖视图。
图10涉及一个实施方式，是表示阀芯的主视图。
图11涉及一个实施方式，是表示图10的密封面部分的尺寸关系的示意图。
图12涉及一个实施方式，是表示图10的密封面部分的尺寸关系的示意图。
图13涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为40度时的流路、阀座以及阀芯的关系的示意图。
图14涉及一个实施方式，是表示阀芯在全闭位置时的管部的俯视图。
图15涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“1度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图16涉及一个实施方式，是表示图15的由点划线四边围成的部分的放大图。
图17涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“3度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图18涉及一个实施方式，是表示图17的由点划线四边围成的部分的放大图。
图19涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“4度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图20涉及一个实施方式，是表示图19的点划线四边围成的部分的放大图。
图21涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“10度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图22涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“20度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图23涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“30度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图24涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“40度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图25涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“50度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图26涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“60度”时的egr气体流速分布的cae解析结果的说明图。
图27涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“0度”(全闭)时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图28涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“1.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图29涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“2.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图30涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“3.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图31涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“4.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图32涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“5.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图33涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“6.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图34涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“7.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图35涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“8.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图36涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“9.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图37涉及一个实施方式，是表示阀芯的开度为“10.0度”时的第1侧部和第2侧部中的阀座和阀芯的位置关系的局部放大剖视图。
图38涉及一个实施方式，是表示第1最短距离相对于阀芯的转动角度(开度)的关系的图表。
图39涉及一个实施方式，是表示第1最短距离与第2最短距离的距离比相对于阀芯的转动角度(开度)的关系的图表。
图40涉及一个实施方式，是表示egr气体流量变化(流量特性)相对于阀芯的开度的图表。
图41涉及以往例，是表示全闭状态的双偏心阀的剖视图。
图42涉及以往例，是表示开阀状态的双偏心阀的剖视图。
图43涉及以往例，是表示第1最短距离相对于阀芯的转动角度(开度)的关系的图表。
图44涉及以往例，是表示第1最短距离与第2最短距离的距离比相对于阀芯的转动角度(开度)的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明将本发明的双偏心阀具体化为排气回流阀(egr阀)的一个实施方式。
图1中利用立体图表示具备双偏心阀的电动式的egr阀1。该egr阀1包括由双偏心阀构成的阀部2、内置有马达的马达部3以及内置有多个齿轮的减速机构部4。阀部2包含金属制的管部12，该管部12在其内部具有供作为流体的egr气体流动的流路11，在流路11中配置有阀座13、阀芯14以及旋转轴15。流路11的内形、阀座13的外形、阀芯14的外形在俯视时分别呈圆形或者大致圆形。马达的旋转力经由多个齿轮传递到旋转轴15。在本实施方式中，具有流路11的管部12相当于本发明的壳体6的一部分，马达部3的马达、减速机构部4的多个齿轮被该壳体6覆盖。壳体6由铝等金属形成。
图2中利用立体图局部剖切地表示阀芯14落座于阀座13的全闭状态的阀部2。图3中利用立体图局部剖切地表示阀芯14离阀座13最远的全开状态的阀部2。如图2、图3所示，在流路11形成有台阶部10，在该台阶部10装入有阀座13。阀座13呈圆环状，在其中央具有圆形或者大致圆形的阀孔16。在阀孔16的边缘部形成有环状的阀座面17。阀芯14呈圆板状，在其外周形成有与阀座面17相对应的环状的密封面18。阀芯14固定在旋转轴15上，与旋转轴15一体地转动。在图2、图3中，流路11的比阀芯14靠上的部分表示egr气体的流动的上游侧，流路11的比阀座13靠下的部分表示egr气体的流动的下游侧。即，在流路11中，阀芯14配置在比阀座13靠egr气体的流动的上游侧的位置。
图4中利用侧视图表示全闭状态的阀座13、阀芯14以及旋转轴15。图5中利用图4的a－a线剖视图表示全闭状态的阀座13、阀芯14以及旋转轴15。图6中利用剖视图表示全闭状态的阀座13和阀芯14。图7中利用俯视图表示全闭状态的阀座13和阀芯14。如图2～图7所示，旋转轴15的轴线l1与阀芯14以及阀孔16的径向平行地延伸，自阀孔16的中心p1向阀孔16的径向偏心地配置，并且阀芯14的密封面18自旋转轴15的轴线l1向阀芯14的轴线l2所延伸的方向偏心地配置。此外，通过使阀芯14以旋转轴15的轴线l1为中心转动，阀芯14的密封面18构成为能够在与阀座13的阀座面17面接触的全闭位置(参照图2)和离阀座面17最远的全开位置(参照图3)之间移动。
在本实施方式中，在图5中，在阀芯14开始从全闭位置向开阀方向(图5所示的箭头f1的方向、即图5中的顺时针方向)转动的同时，阀芯14的密封面18开始远离阀座13的阀座面17，并且开始沿着以旋转轴15的轴线l1为中心的转动轨迹t1、t2移动。
图8中利用剖视图放大地表示图5的点划线圆s1的部分。图9中利用剖视图放大地表示图5的点划线圆s2的部分。如图6、图7所示，阀芯14以假想面v1为界被二分为第1侧部21(在图6、图7中标注网点来表示的部分。)和第2侧部22(在图6、图7中未标注网点的部分。)，该假想面v1自旋转轴15的轴线l1与阀孔16的中心轴线l3所延伸的方向平行地延伸。如图8、图9所示，阀芯14的密封面18包含与阀座13的阀座面17的靠外周位置接触的最外边缘18a、18b和与阀座面17的靠内周位置接触的最内边缘18c、18d。而且，构成为在阀芯14从图6所示的全闭位置向箭头f1所示的开阀方向转动时，第1侧部21朝向阀孔16中转动，第2侧部22朝向阀孔16外转动，并且阀芯14的密封面18的最外边缘18a、18b和最内边缘18c、18d分别沿着以旋转轴15的轴线l1为中心的转动轨迹t1a、t2a、t1b、t2b转动。在此，“t1a”表示第1侧部21的最外边缘18a的转动轨迹，“t2a”表示第2侧部22的最外边缘18b的转动轨迹，“t1b”表示第1侧部21的最内边缘18c的转动轨迹，“t2b”表示第2侧部22的最内边缘18d的转动轨迹。此外，在图6所示的全闭位置，以使如图8所示在第1侧部21的密封面18的最外边缘18a处阀座面17外切于该最外边缘18a的转动轨迹t1a的角度成为最大值、使如图9所示在第2侧部22的密封面18的最内边缘18d处阀座面17外切于该最内边缘18d的转动轨迹t2b的角度成为最小值的方式形成为阀座13的阀座面17朝向阀孔16的中心p1倾斜。
在此，如图2、图3所示，阀座13的阀座面17和阀芯14的密封面18分别形成为在整周的范围内呈相同形状。即，无论是阀座面17的宽度、截面形状还是密封面18的宽度、截面形状都分别在阀孔16和阀芯14的整周范围内形成为相同。
如图4～图7所示，阀芯14包含自其上侧的板面14a突出且固定在旋转轴15上的山形状的固定部14b。该固定部14b在自旋转轴15的轴线l1向旋转轴15的径向偏离的位置借助自旋转轴15的顶端突出的销15a固定在旋转轴15上。此外，如图5～图7所示，固定部14b配置在阀芯14的轴线l2上，形成为包含固定部14b的阀芯14以阀芯14的轴线l2为中心地呈180度中心对称形状。如图6所示，阀芯14在其下侧、即与阀孔16相对的一侧具备平坦的底面14c。此外，阀芯14在密封面18和底面14c之间形成有从密封面18的最内边缘18c、18d朝向底面14c倾斜的锥面14d。此外，如图8、图9所示，密封面18的最内边缘18c、18d和锥面14d之间的连接部18e成为向外侧凸起的圆弧面。
图10中利用主视图表示阀芯14。图11和图12中利用示意图表示图10的密封面18的部分的尺寸关系。在图10中，将阀芯14的密封面18以阀芯14的轴线l2为中心形成的最佳的张角角度设为“γ”时，该最佳的张角角度γ能够如下地设定。即，如图11所示，在考虑从旋转轴15的轴线l1到第1侧部21中的密封面18的最外边缘18a的最短距离所形成的第1线段和密封面18正交的状态的情况下，将第1线段的长度设为cs、旋转轴15的轴线l1自阀孔16的中心轴线l3向阀孔16的径向偏心的偏心量设为a、密封面18的最大外径设为d时，将根据下式(1)的关系求得的密封面18的第1张角角度设为γs。
γs＝2*arccos((d/2－a)/cs)[rad]···(1)
在图11中，将从旋转轴15的轴线l1到第1侧部21中的密封面18的最外边缘18a的中央的第1线段和包含密封面18的最外边缘18a、18b的平面所形成的角度设为第1角度αs时，根据该第1角度αs的两倍的角度与第1张角角度γs相当这样的关系，该式(1)成立。
此外，如图12所示，在考虑从旋转轴15的轴线l1到第2侧部22中的密封面18的最内边缘18d的最长距离所形成的第2线段和密封面18正交的状态的情况下，将从旋转轴15的轴线l1到第2侧部22中的密封面18的最外边缘18b的最长距离的长度设为cl、密封面18的轴向的厚度设为t、旋转轴15的轴线l1自阀芯14的密封面18的轴向的厚度t的中央向阀芯14的轴线l2的方向偏心的偏心量设为b时，根据下式(2)和(3)的关系求出的密封面18的第2张角角度设为γl时，
γl＝arcsin((f/2+t)/(cl/2))
+arctan(f/(d/2+a))[rad]···(2)
f＝b－t/2···(3)
该式(2)和(3)是由以下关系而成立的：在图12中，将从旋转轴15的轴线l1到第2侧部22中的密封面18的最外边缘18b的线段和包含密封面18的最外边缘18a、18b的平面所形成的角度设为第2角度αl1、描画分别与最外边缘18b、最内边缘18d以及轴线l1连接的以最长距离cl为直径的假想圆时，根据通过求出从该假想圆的中心点o到最内边缘18d的直线和包含密封面18的最外边缘18a和最内边缘18d的平面所形成的第3角度αl2而能够求出第2张角角度γl。
而且，在本实施方式中，密封面18的最佳的张角角度γ被设定为满足下式(4)的条件。
γl≤γ≤γs···(4)
在此，对管部12的流路11、阀座13、阀芯14的形状和尺寸的关系进行说明。图13中利用示意图表示阀芯14的开度为“40度”时的流路11、阀座13以及阀芯14的关系。图13是对于流路11、阀座13以及阀芯14设想在通过流路11和阀座13的中心且与旋转轴15的轴线l1正交的方向上剖切而成的中心截面的示意图。图14中利用俯视图表示阀芯14在全闭位置时的管部12。如图13、图14所示，将在阀芯14从全闭位置向开阀方向转动时在阀芯14的第2侧部22的外周和流路11的内壁之间形成的间隙的最短距离设为第1最短距离g1，将同样地在此时形成的egr气体的流路面积设为第1流路面积a1。此外，将在阀芯14从全闭位置向开阀方向转动时在阀座13的阀座面17的与第2侧部22相对应的部分和第2侧部22之间形成的间隙的最短距离设为第2最短距离g2，将同样地在此时形成的egr气体的流路面积设为第2流路面积a2。而且，在本实施方式中，设定流路11、阀座13以及阀芯14的形状和尺寸，使得第1最短距离g1为第2最短距离g2以上。此外，设定流路11、阀座13以及阀芯14的形状和尺寸，使得第1流路面积a1为第2流路面积a2的1.3倍以上。因此，如图13所示，流路11的比阀芯14靠上游的部分的内壁呈圆筒形，其内径d1、阀座13的阀座面17的最大径d2以及阀芯14的最大径d3分别被设定为预定值。
采用以上说明的本实施方式的双偏心阀，通过使阀芯14以旋转轴15的轴线l1为中心转动，阀芯14的密封面18能够在与阀座13的阀座面17面接触的全闭位置和离阀座面17最远的全开位置之间移动。而且，在阀芯14配置在全闭位置的状态(全闭状态)下，阀座13的阀孔16被堵塞，因此，能够在阀孔16处阻断egr气体的流动。此外，由于阀芯14和阀座13之间因密封面18和阀座面17之间的面接触而被密封，因此，不设置将阀座13按压于阀芯14的特别的弹性构件就能够防止egr气体的泄漏。即，在以往技术中，如图41、图42所示，通过利用弹性构件将阀座53按压于阀芯54，填补阀芯54和阀座53之间的间隙。相对于此，在本实施方式中，不特别设置弹性构件，仅利用阀座13的阀座面17和阀芯14的密封面18的结构就能够确保利用双偏心阀实现的全闭状态下的密封性。
另一方面，在双偏心阀的开阀状态下，阀座13的阀孔16打开，在阀孔16处容许egr气体的流动。此外，在阀芯14开始从全闭位置向开阀方向转动的同时，阀芯14的密封面18开始远离阀座13的阀座面17，并且开始沿着以旋转轴15的轴线l1为中心的转动轨迹t1、t2移动，因此，密封面18与阀座面17之间的摩擦量微小。因此，与阀芯14和阀座13不摩擦相应地在开阀时阀芯14能够迅速转动，能够减少阀芯14的密封面18和阀座13的阀座面17之间的磨损。其结果，双偏心阀不设置特别的弹性构件而利用简单的结构就能够提升开阀响应性和耐久性。
在本实施方式中，在阀芯14从全闭位置向开阀方向转动时，阀芯14的第1侧部21朝向阀孔16中转动，因此，该第1侧部21的密封面18的最外边缘18a沿着以旋转轴15的轴线l1为中心的转动轨迹t1a转动，并在最后超出阀座13的阀座面17的范围。在此，在全闭位置，使在第1侧部21的密封面18的最外边缘18a处阀座面17外切于该最外边缘18a的转动轨迹t1a的角度成为最大值，因此，在该第1侧部21开始转动之后，其最外边缘18a不会与阀座面17接触。在此，第1侧部21的最内边缘18c在阀芯14开阀时最先超出阀座面17的范围，因此不会与阀座面17接触。另一方面，在阀芯14从全闭位置向开阀方向转动时，阀芯14的第2侧部22朝向阀孔16外转动，因此，该第2侧部22的密封面18的最内边缘18d沿着以旋转轴15的轴线l1为中心的转动轨迹t2b转动，并在最后超出阀座13的阀座面17的范围。在此，在全闭位置，使在第2侧部22的密封面18的最内边缘18d处阀座面17外切于该最内边缘18d的转动轨迹t2b的角度成为最小值，因此，在第2侧部22开始转动之后，其最内边缘18d不会与阀座面17接触。在此，第2侧部22的最外边缘18b在阀芯14开阀时最先超出阀座面17的范围，因此不会与阀座面17接触。这样，在阀芯14自全闭位置开阀时，密封面18的最外边缘18a和最内边缘18d不会与阀座面17接触，因此，最外边缘18a以及最内边缘18d与阀座面17之间的摩擦量微小。因此，与阀芯14和阀座13不摩擦相应地在开阀时阀芯14能够迅速转动，能够减少阀芯14的密封面18和阀座13的阀座面17之间的磨损。其结果，双偏心阀不设置特别的弹性构件而利用简单的结构就能够确保全闭状态下的密封性，并且提升开阀响应性和耐久性。
在本实施方式中，将阀座13的阀座面17和阀芯14的密封面18分别在整周的范围内形成为相同形状即可，因此，阀座13和阀芯14的加工容易。因此，能够使双偏心阀的制造容易且廉价。
在本实施方式中，阀芯14的固定部14b在自旋转轴15的轴线l1向旋转轴15的径向偏离的位置借助销15a固定在旋转轴15上，因此，对于作为阀芯14的转动中心的旋转轴15的轴线l1的配置，能够确保阀芯14自轴线l1的偏心。此外，固定部14b配置在阀芯14的轴线l2上，包含固定部14b的阀芯14以阀芯14的轴线l2为中心地呈180度中心对称形状，因此，不必使固定部14b相对于阀芯14的轴线l2偏心地形成，在这种意义上阀芯14的制造容易。在这种意义上也能够使双偏心阀的制造更加容易且廉价。
在本实施方式中，在配置有阀座13和阀芯14的流路11上，阀芯14配置在比阀座13靠egr气体流动的上游侧的位置，因此，在阀芯14配置在全闭位置的状态下，egr气体的压力向将阀芯14按压于阀座13的方向作用。因此，能够提升阀座13和阀芯14之间、即阀座面17和密封面18之间的密封性。
在本实施方式中，通过将阀芯14的密封面18的最佳张角角度γ设定为第2张角角度γl～第1张角角度γs之间的角度，阀芯14的密封面18和阀座13的阀座面17之间的摩擦量微小。在这种意义上，对于双偏心阀，能够更可靠地提升开阀响应性和耐久性。
在此，针对该egr阀1说明egr气体流量相对于阀芯14的开度的变化(流量特性)。图15中利用说明图表示阀芯14的开度为“1度”时的egr气体流速分布的cae解析结果。图16中利用放大图表示图15的由点划线四边c1围成的部分。图17中利用说明图表示阀芯14的开度为“3度”时的egr气体流速分布的cae解析结果。图18中利用放大图表示图17的由点划线四边c2围成的部分。图19中利用说明图表示阀芯14的开度为“4度”时的egr气体流速分布的cae解析结果。图20中利用放大图表示图19的由点划线四边c3围成的部分。图21～图26中利用说明图表示阀芯14的开度分别为“10度”、“20度”、“30度”、“40度”、“50度”以及“60度”时的egr气体流速分布的cae解析结果。图15～图26设想与图13同样的中心截面。在图15～图26中，底纹(网点)越浓则表示流速越高。图27～图37中利用局部放大剖视图表示阀芯14的开度分别为“0度”(全闭)、“1.0度”、“2.0度”、“3.0度”、“4.0度”、“5.0度”、“6.0度”、“7.0度”、“8.0度”、“9.0度”以及“10.0度”时的第1侧部21和第2侧部22中的阀座13和阀芯14之间的位置关系。图27～图37相当于与图5中的阀座13和阀芯14的左右两端部分相对应的放大剖视图。
如图15～图26所示，在阀芯14从其全闭位置向开阀方向转动时，阀芯14的第2侧部22朝向阀孔16外转动。此时，如图14所示，在阀芯14的第2侧部22的外周和流路11的内壁之间形成的第1最短距离g1和第1流路面积a1将阀芯14处于全闭位置时的第1最短距离g1和第1流路面积a1分别作为初始值且随着阀芯14的转动发生变化。在此，如图15～图26所示，阀芯14自全闭位置到以中程度的开度(约40度)打开，第1最短距离g1和第1流路面积a1的变化率变少，阀芯14自中程度的开度到打开到全开位置，第1最短距离g1和第1流路面积a1的变化率(增加率)变大。另一方面，如图15～图26所示，在阀座13的阀座面17的与阀芯14的第2侧部22相对应的部分和第2侧部22之间形成的第2最短距离g2和第2流路面积a2将阀芯14处于全闭位置时的第2最短距离g2和第2流路面积a2分别设为零且随着阀芯14的转动而增加。在本实施方式中，设定流路11、阀座13以及阀芯14的形状和尺寸，使得在分别变化的第1最短距离g1和第2最短距离g2之间，第1最短距离g1为第2最短距离g2以上。此外，在本实施方式中，设定流路11、阀座13以及阀芯14的形状和尺寸，使得在分别变化的第1流路面积a1和第2流路面积a2之间，第1流路面积a1为第2流路面积a2的1.3倍以上。
在此，图38针对本实施方式的egr阀1利用图表表示第1最短距离g1相对于阀芯14的转动角度(开度)的关系。图39中利用图表表示第1最短距离g1与第2最短距离g2的距离比g1/g2相对于阀芯14的转动角度(开度)的关系。在图38、图39中，线类型的差异表示在图13中使阀座面17的最大径d2和阀芯14的最大径d3相同、使流路11的内径d1发生变化的情况下的流量特性的差异。在此，粗线j1涉及本实施方式，表示流路11的内径d1被设定为预定值β的情况。实线j2涉及对比例，表示流路的内径d1被设定得比预定值β大“5mm”左右的情况。虚线j3同样涉及对比例，表示流路的内径d1被设定得比预定值β小“5mm”左右的情况。如图38中粗线j1所示，采用本实施方式，可知在从0度到约45度的开度范围(第1开度范围)内，第1最短距离g1短于初始值(约7mm)。即，在该开度范围内，认为第2最短距离g2逐渐增大，但第1最短距离g1减小得小于初始值。因此，如图39所示，在第1开度范围中，距离比g1/g2从无限大值逐渐减小而达到最低值，在从约45度到90度的开度范围(第2开度范围)内自最低值逐渐增大。但是，在本实施方式中，第1最短距离g1被设定为第2最短距离g2以上，因此，可知在“0度～90度”的全开度范围内，距离比g1/g2不在“1.0”以下。同样，可知在图39中实线j2所示的对比例中，在“0度～90度”的全开度范围内，距离比g1/g2也不在“1.0”以下。相对于此，在图39中虚线j3所示的对比例中，可知在“约30度～约60度”的开度范围内，距离比g1/g2在“1.0”以下。也就是说，第1最短距离g1小于第2最短距离g2。一般认为在第1流路面积a1和第2流路面积a2之间的倾向也近似于这样的倾向。
因而，在本实施方式中，在阀芯14从其全闭位置向开阀方向转动时，第1最短距离g1不会短于第2最短距离g2，第1流路面积a1不会小于第2流路面积a2，不会由在流路11的内壁和阀芯14的第2侧部22的外周之间形成的间隙和流路面积导致在第2侧部22和阀座13之间流动的egr气体的流量受到限制。此外，第1流路面积a1为第2流路面积a2的1.3倍以上，与第2流路面积a2相比，在大小上对第1流路面积a1赋予充分的富余。因此，采用本实施方式的egr阀1，能够确保与阀芯14自全闭位置的开度变化相应的适当的流量特性。另外，就阀芯14的第1侧部21而言，第1侧部21的转动方向与第2侧部22的转动方向相反，在流路11的比阀芯14靠上游侧的部分中egr气体的流动不会被阀芯14限制。
图40针对该egr阀1利用图表表示egr气体相对于阀芯14的开度而言的流量变化(流量特性)。在图40中，线类型的差异表示在图13中使阀座面17的最大径d2和阀芯14的最大径d3相同、使流路11的内径d1发生变化的情况下的差异。粗线k1涉及本实施方式，表示第1流路面积a1相对于第2流路面积a2的面积倍率为“约2.9倍”的情况。实线k2涉及第1对比例，表示面积倍率为“约2.0倍”的情况。虚线k3涉及第2对比例，表示面积倍率为“约0.85倍”的情况。如图40中粗线k1和实线k2所示，在本实施方式和第1对比例中，在阀芯14的开度为“0度～约3度”的微少开度区域中流量微增，在“约3度～约20度”的低开度区域中流量激增，在“约20度～约50度”的中开度区域中流量稍稍缓慢地增加，在“约50度～90度”的中高开度区域中，流量缓慢地增加。根据该图表可明确知晓，在面积倍率为“约2.9倍和约2.0倍”的本实施方式和第1对比例中，与面积倍率为“约0.85倍”的第2对比例相比，在“约25度～约55度”的中开度区域中流量变多。这样，在本实施方式中，能够谋求egr气体流量特性的适当化。
此外，在本实施方式中，阀芯14在密封面18和底面14c之间形成有从密封面18的最内边缘18c、18d朝向底面14c倾斜的锥面14d。因而，在阀芯14为低开度时，在阀孔16的阀座面17和阀芯14之间流动的egr气体一边沿着该锥面14d被引导一边顺畅地向下游侧流动，egr气体流量的偏差变少。因此，能够使egr气体的低流量区域中的流量特性稳定，能够减少流量特性整体的偏差。
例如，在阀芯14的开度为“约4度～约10度”的低开度区域中，如图19～图21所示，可知在阀座13和阀芯14之间流动的egr气体沿着阀芯14的锥面14d朝向下游侧的流路11的中心流动。一般认为其原因在于，如图31～图37所示，在“0度～约10度”的低开度区域中，在第2侧部22中阀芯14的锥面14d与阀座13的阀座面17相对。
另外，本发明并不限定于所述实施方式，能够在不脱离发明主旨的范围内适当地变更结构的一部分进行实施。
在所述实施方式中，将包含固定部14b的阀芯14形成为以其轴线l2为中心180度中心对称形状，但也可以通过将固定部形成在自阀芯的轴线偏心的位置而将阀芯形成为以其轴线为中心非180度中心对称形状。
产业上的可利用性
本发明能够应用于以egr阀为首的调节流体流量的流量调节阀。
附图标记说明
1、egr阀；2、阀部；11、流路；13、阀座；14、阀芯；14a、板面；14b、固定部；14c、底面；14d、锥面；15、旋转轴；15a、销；16、阀孔；17、阀座面；18、密封面；18a、最外边缘(第1侧部的)；18b、最外边缘(第2侧部的)；18c、最内边缘(第1侧部的)；18d、最内边缘(第2侧部的)；21、第1侧部；22、第2侧部；l1、旋转轴的轴线；l2、阀芯的轴线；l3、阀孔的中心轴线；p1、阀孔的中心；t1、密封面的转动轨迹(第1侧部的)；t2、密封面的转动轨迹(第2侧部的)；t1a、最外边缘的转动轨迹(第1侧部的)；t2a、最外边缘的转动轨迹(第2侧部的)；t1b、最内边缘的转动轨迹(第1侧部的)；t2b、最内边缘的转动轨迹(第2侧部的)；v1、假想面；γ、密封面的最佳的张角角度；γs、第1张角角度；γl、第2张角角度；cs、第1线段的长度(到第1侧部的最外边缘为止)；cl、最长距离(到第2侧部的最外边缘为止)；a、偏心量；b、偏心量；d、密封面的最大外径；t、密封面的轴向的厚度；a1、第1流路面积；a2、第2流路面积。