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技術 内燃機関用の排ガス再循環弁

出願人 ピールブルクゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
発明者 シュテファンフィットオスマンサーリゲラートディーツ
出願日 2011年8月3日 (9年4ヶ月経過) 出願番号 2013-525218
公開日 2013年11月7日 (7年1ヶ月経過) 公開番号 2013-540926
状態 特許登録済
技術分野 排気還流装置 リフト弁
主要キーワード ガイド区間 ガイドボディ ガイド範囲 半径方向分力 半径方向力成分 ガイド区分 ガイドブシュ 機能故障
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年11月7日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題・解決手段

内燃機関用排ガス再循環弁であって、排ガス流入部(4)と排ガス流出部(6)とを備えたハウジング(2)と、弁閉鎖体(10)と、弁ロッド(12)とが設けられていて、該弁ロッド(12)に前記弁閉鎖体(10)が固定されており、該弁ロッド(12)はアクチュエータを介して運動可能であり、前記排ガス流入部(4)と前記排ガス流出部(6)との間に弁座(8)が設けられていて、該弁座(8)へ前記弁閉鎖体(10)が前記弁ロッド(12)の運動によって降下可能であり、かつ該弁座(8)から前記弁閉鎖体(10)が逆向きの運動によって持上げ可能であり、ガイドブシュ(14)が設けられていて、該ガイドブシュ(14)を介して、前記弁ロッド(12)が前記ハウジング(2)内に案内されており、さらにシールリング(18)が設けられていて、該シールリング(18)は前記ガイドブシュ(14)の、前記弁閉鎖体(10)とは反対の側の端部に配置されている、内燃機関用の排ガス再循環弁が知られている。しかし、しばしば、弁のひっかかりまたは不シール性の問題が生じる。したがって、ガイドブシュ(14)の、前記シールリング(18)に向けられた第1の区分(30)で、前記弁ロッド(12)と前記ガイドブシュ(14)との間に、環状のギャップ(32)が形成されていることが提案される。このことは、シールリング(18)の機械的な負荷を減少させ、かつガイド区間を短縮させる。

概要

背景

概要

内燃機関用排ガス再循環弁であって、排ガス流入部(4)と排ガス流出部(6)とを備えたハウジング(2)と、弁閉鎖体(10)と、弁ロッド(12)とが設けられていて、該弁ロッド(12)に前記弁閉鎖体(10)が固定されており、該弁ロッド(12)はアクチュエータを介して運動可能であり、前記排ガス流入部(4)と前記排ガス流出部(6)との間に弁座(8)が設けられていて、該弁座(8)へ前記弁閉鎖体(10)が前記弁ロッド(12)の運動によって降下可能であり、かつ該弁座(8)から前記弁閉鎖体(10)が逆向きの運動によって持上げ可能であり、ガイドブシュ(14)が設けられていて、該ガイドブシュ(14)を介して、前記弁ロッド(12)が前記ハウジング(2)内に案内されており、さらにシールリング(18)が設けられていて、該シールリング(18)は前記ガイドブシュ(14)の、前記弁閉鎖体(10)とは反対の側の端部に配置されている、内燃機関用の排ガス再循環弁が知られている。しかし、しばしば、弁のひっかかりまたは不シール性の問題が生じる。したがって、ガイドブシュ(14)の、前記シールリング(18)に向けられた第1の区分(30)で、前記弁ロッド(12)と前記ガイドブシュ(14)との間に、環状のギャップ(32)が形成されていることが提案される。このことは、シールリング(18)の機械的な負荷を減少させ、かつガイド区間を短縮させる。

目的

したがって、組付けにかかる手間が少ないと同時に、弁の機能故障なしに長い寿命が確保されるような排ガス再循環弁を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

内燃機関用排ガス再循環弁であって、排ガス流入部(4)と排ガス流出部(6)とを備えたハウジング(2)と、弁閉鎖体(10)と、弁ロッド(12)とが設けられていて、該弁ロッド(12)に前記弁閉鎖体(10)が固定されており、該弁ロッド(12)はアクチュエータを介して運動可能であり、前記排ガス流入部(4)と前記排ガス流出部(6)との間に弁座(8)が設けられていて、該弁座(8)へ前記弁閉鎖体(10)が前記弁ロッド(12)の運動によって降下可能であり、かつ該弁座(8)から前記弁閉鎖体(10)が逆向きの運動によって持上げ可能であり、ガイドブシュ(14)が設けられていて、該ガイドブシュ(14)を介して、前記弁ロッド(12)が前記ハウジング(2)内に案内されており、さらにシールリング(18)が設けられていて、該シールリング(18)は前記ガイドブシュ(14)の、前記弁閉鎖体(10)とは反対の側の端部に配置されている、内燃機関用の排ガス再循環弁において、前記ガイドブシュ(14)の、前記シールリング(18)寄りの第1の区分(30)で、前記弁ロッド(12)と前記ガイドブシュ(14)との間に、環状のギャップ(32)が形成されていることを特徴とする、内燃機関用の排ガス再循環弁。

請求項2

前記ギャップ(32)の高さが、前記弁閉鎖体(10)の最大行程高さよりも大きいか、または該最大行程高さに等しい、請求項1記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

請求項3

前記第1の区分(30)に、前記ガイドブシュ(14)のガイド区分(34)が隣接しており、該ガイド区分(34)の、前記弁閉鎖体(10)寄りの端部に、シャープなエッジ(52)が形成されている、請求項1または2記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

請求項4

前記ガイド区分(34)に、前記弁閉鎖体(10)に向かう方向で第3の区分(36)が隣接しており、該第3の区分(36)で前記ガイドブシュ(14)と前記弁ロッド(12)との間に、第2のギャップ(40)が形成されており、前記ガイドブシュ(14)の、前記弁閉鎖体(10)寄りの端部がくびれ部(38)を有し、該くびれ部(38)によって前記第2のギャップ(40)が減じられている、請求項3記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

請求項5

前記ガイド区分(34)の軸方向の端部が、2つのガイド範囲(42,44)を有し、両ガイド範囲(42,44)の間に別のギャップ(45)が形成されている、請求項3または4記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

請求項6

前記両ガイド範囲(42,44)の軸方向高さが、前記弁閉鎖体(10)の最大行程高さよりも小さいか、または該最大行程高さに等しい、請求項5記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

請求項7

前記両ガイド範囲(42,44)の両軸方向端部のうちの少なくとも一方の軸方向端部が、シャープなエッジ(46,48,50,52)を有する、請求項5または6記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

請求項8

前記弁ロッド(12)に環状の凹部(54)が形成されており、該凹部(54)は、当該排ガス再循環弁の閉弁された状態で直接に前記ガイド区分(34)に隣接しているか、または前記ガイド区分(34)との短い重なりを有する、請求項1から7までのいずれか1項記載の内燃機関用の排ガス再循環弁。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関用排ガス再循環弁EGRバルブ)であって、排ガス流入部と排ガス流出部とを備えたハウジングと、弁閉鎖体と、弁ロッドとが設けられていて、該弁ロッドに前記弁閉鎖体が固定されており、該弁ロッドはアクチュエータを介して運動可能であり、前記排ガス流入部と前記排ガス流出部との間に弁座が設けられていて、該弁座へ前記弁閉鎖体が前記弁ロッドの運動によって降下可能であり、かつ該弁座から前記弁閉鎖体が逆向きの運動によって持上げ可能であり、ガイドブシュが設けられていて、該ガイドブシュを介して、前記弁ロッドが前記ハウジング内に案内されており、さらにシールリングが設けられていて、該シールリングは前記ガイドブシュの、前記弁閉鎖体とは反対の側の端部に配置されている、内燃機関用の排ガス再循環弁に関する。

0002

内燃機関排ガス中の環境に有害な成分、特に窒素酸化物を低減させるために、内燃機関のその都度の運転状態適合された排ガス量再循環させる排ガス再循環弁は、一般に知られていて、多数の出願に記載されている。排ガス再循環弁は一般にアクチュエータを有し、このアクチュエータは弁ロッドに作用結合されている。この弁ロッドはガイドブシュを介して弁のハウジング内に案内される。弁ロッドの、アクチュエータとは反対の側の端部は、少なくとも1つの弁閉鎖体を有し、この弁閉鎖体は相応する弁座に対応している。たいていの排ガス再循環弁は、弁が閉鎖された状態において前記ガイドブシュが、新空気を含む範囲に配置されていて、弁閉鎖体によって排ガス側から分離されているように構成されている。しかし、弁が開放されると、すなわち弁閉鎖体が弁座から持ち上げられると、排ガスは吸気管の方向に流れるので、含有の排ガスまたは別様に粘結性および粘着性物質により負荷された排ガスと、ガイドブシュとの接続が生じ、これにより、とりわけ温度差に基づいて、弁ロッド外面もしくはガイドブシュ内面付着物が形成され、これらの付着物は弁の機能を損なう恐れがある。

0003

弁ロッド外面もしくはガイドボディ内面におけるこのような付着物を回避し、しかもそれと同時にアクチュエータの範囲に位置する電気的な構成部分、たとえば電磁石電動モータまたはポテンショメータにおける排ガス成分による機能故障を阻止するために、種々の提案が成されている。

0004

アクチュエータの範囲への汚染物質侵入を回避するためには、たとえばドイツ連邦共和国特許第10336976号明細書に基づき、半径方向シールリングによる弁ロッドシールが知られている。しかし、この半径方向シールリングは既に短い使用時間の後に摩耗し、そのシール機能を失ってしまう。なぜならば、ガイドブシュと弁ロッドとの間の付着物が、シールリングに隣接した範囲において弁ロッドに、掻き傷状の溝筋形成(Riefenbildung)を生ぜしめるからである。このような、場合によってはシャープなエッジとなる溝筋は、シールリングに沿って案内され、このシールリングにおいてやはり小さな亀裂を生ぜしめる恐れがある。これにより、不シール性(不密性)の他に、弁のひっかかりも生じる結果となる。

0005

ドイツ連邦共和国特許出願公開第4338192号明細書には、シール部材の別の形態が提案されている。同ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書に開示されている弁では、清浄ガス側の範囲にリブが配置されており、このリブにより、ガイドボディを熱放射線および汚染に対して防護しようとしている。付加的に、弁ロッドは弾性的なダイヤフラムに結合されており、このダイヤフラムにより、作動室を排ガス流出部に対してシールしようとしている。しかし、このような構成は構造の点で極めて手間がかかる。なぜならば、弁ボディをシールするために、複数の付加的な構成部分が使用されなければならないからである。特に、作動室をシールするダイヤフラムの配置は、付加的な組付け手間を必要とし、そしてリブを備えたハウジングの製造は、リブなしのハウジングに比べて高いコストを必要とする。さらに、ガイドブシュと弁ロッドとの間の範囲には、付着物が溜まり、このような付着物は弁のひっかかりを招く。

0006

相応して、公知の構成では、ガイドブシュと弁ロッドとの間に侵入した汚染粒子が、弁ロッドにおけるバリ形成および溝筋形成または付着物自体により弁の機能故障を生ぜしめるという欠点がある。これにより、アクチュエータのシールドも、汚染粒子によって妨げられる恐れがあり、その結果、電気的な構成部分の故障が生じる恐れがある。

0007

したがって、組付けにかかる手間が少ないと同時に、弁の機能故障なしに長い寿命が確保されるような排ガス再循環弁を提供するという課題が課せられる。シールエレメントにおける損傷ならびに弁ロッドにおける付着物または掻き傷状の溝筋によるひっかかりも阻止されることが望まれる。

0008

上記課題は、請求項1の特徴部に記載の特徴により解決される。ガイドブシュの、シールリングに向けられた第1の区分、つまりシールリング寄りの第1の区分で、弁ロッドとガイドブシュとの間に、環状のギャップが形成されていることにより、この範囲では、弁ロッドとガイドブシュとの間に摩擦が生じないことが達成される。これにより、この範囲では、半径方向シールリングの破壊を招く恐れのある掻き傷状の溝筋も形成されない。

0009

前記ギャップの高さもしくは長さが、弁閉鎖体の最大行程高さもしくは最大行程長さよりも大きいか、またはこれに等しいと有利である。これにより、ガイドブシュのガイド範囲内をスライドする区分、つまり互いに沿った直接的なスライド運動により掻き傷状の溝筋およびエッジが形成される恐れのある区分が、弁の閉弁時にシールリングと接触する危険が排除される。これにより、シールリングのシール性および寿命が高められる。

0010

本発明の改良形では、前記第1の区分に、ガイドブシュのガイド区分が続いており、該ガイド区分の、弁閉鎖体寄りの端部が、シャープなエッジとして形成されている。このシャープなエッジは、掻取りエッジとして働く。この掻取りエッジでは、弁の閉弁時に弁ロッドの付着物が削り落とされ、これにより、比較的短いスライド範囲への汚染物の侵入が十分に回避される。

0011

本発明の別の有利な構成では、前記ガイド区分に、弁閉鎖体に向かう方向で第3の区分が隣接しており、該第3の区分でガイドブシュと弁ロッドとの間に、第2のギャップが形成されており、この場合、ガイドブシュの、弁閉鎖体寄りの端部がくびれ部を有し、該くびれ部によって前記第2のギャップが減じられる。この第2のギャップ内には、スライド範囲において弁ロッドまたはガイドブシュに溝筋を発生させる摩擦を生ぜしめることなしに、汚染物が捕集され得る。付加的に、排ガスにより流通される室に突入している前記第3の区分は、弁ロッドのためのシールドとして働く。

0012

本発明のさらに別の有利な構成では、前記ガイド区分の軸方向の端部が、2つのガイド範囲を有し、すなわち前記ガイド区分の軸方向の両端部にそれぞれ1つのガイド範囲が設けられており、両ガイド範囲の間に別のギャップが形成されている。これにより、摩擦を発生させる恐れのあるスライド範囲が著しく減少され、付着物を捕集するための付加的な空間が提供される。それにもかかわらず、2つのガイド範囲により、弁ロッドのきれいなガイドが確保される。前記ガイド範囲は、より大きな摩擦面を回避するために短く形成されていると有利である。ひっかかりを一層容易に解除することができる。

0013

前記両ガイド範囲の軸方向高さもしくは軸方向長さが、弁閉鎖体の最大行程高さもしくは最大行程長さよりも小さいか、またはこれに等しいと有利である。これにより、ガイド範囲に存在する汚染物は、弁の操作時にその都度、ガイド範囲外の範囲へ搬送され得るようになる。

0014

これに対する改良形では、前記両ガイド範囲の両軸方向端部のうちの少なくとも一方の軸方向端部が、シャープなエッジ状に形成されている。これらのエッジは掻取りエッジとして働く。掻取りエッジを介して、汚染物は弁ロッドの運動時に弁ロッドから削り取られ、これによりスライド範囲内への侵入が十分に阻止される。このことは、低減された摩擦をもたらし、ひいては溝筋形成の回避をもたらす。

0015

弁ロッドに環状のアンダカット部もしくは凹部が形成されていると有利である。この凹部は、当該排ガス再循環弁の閉弁された状態で直接に前記ガイド区分に隣接しているか、または前記ガイド区分との短い重なりもしくはオーバラップを有する。弁ロッドのこの区分も、掻き取られた不純物を収容するために働き、ひいては弁ロットとガイドブシュとの間に挟まった粒子との摩擦による損傷を回避するために役立つ。

0016

したがって、弁の機能故障が最小限に抑えられる排ガス再循環弁が提供され、この場合、弁ロッドに沿った長寿命のシール性が確保され、摩擦を伴うガイド範囲内の不純物が十分に回避され、これにより排ガス再循環弁のひっかかりも阻止される。

0017

以下に、本発明による排ガス再循環弁の2つの実施形態を図面につき詳しく説明する。

図面の簡単な説明

0018

本発明の第1実施形態による排ガス再循環弁の一部を側方から見た断面図である。
本発明の第2実施形態による排ガス再循環弁の一部を側方から見た断面図である。

0019

図1に示した排ガス再循環弁(EGRバルブ)は、差込み弁として形成されている。この差込み弁は、排ガス再循環通路に、相応して形成された開口内に公知の形態で組み込むことができる。排ガス再循環弁はハウジング2を有し、このハウジング2には、排ガス流入部4と排ガス流出部6とが形成されている。

0020

排ガス流入部4と排ガス流出部6との間には、制御されるべき流通横断面が設けられている。この流通横断面は、ハウジング2内に配置された弁座8によって取り囲まれており、この弁座8は弁閉鎖体10と協働する。弁閉鎖体10は弁ロッド12に不動に取り付けられており、この弁ロッド12はガイドブシュ14内に並進的に移動可能にスライド式に支承されている。この場合、弁ロッド12はクロムメッキされて形成される。弁ロッド12は、特殊鋼から製造されたガイドブシュ14内をスライドする。ガイドブシュ14は、ハウジング2に、相応して加工成形された貫通孔16内に固定されている。この貫通孔16は段部17を備えており、この段部17は、貫通孔16内でのガイドブシュ14の軸方向位置を確保して、ガイドブシュ14が弁閉鎖体10に向かう方向に運動することを防止している。

0021

この貫通孔16の内部で、ガイドブシュ14の、弁閉鎖体10とは反対の側には、支持リング20を備えたリップシールリング18が配置されている。

0022

弁ロッド12の、弁閉鎖体10とは反対の側の端部には、直接にまたは間接的に、特に電動モータ式のアクチュエータ(図示しない)が接続されている。このアクチュエータを介して弁ロッド12は並進的に運動可能となる。

0023

アクチュエータの側で弁ロッド12を取り囲むように、ハウジング2には、環状の切欠き22が形成されている。この切欠き22は弁ロッド12を同心的に取り囲んでいる。この切欠き22の底部24には、コイルばね26が支持されている。このコイルばね26は同じく弁ロッド12を取り囲んでいる。コイルばね26の反対の側の端部は、ばね受け28に支持されている。このばね受け28は弁ロッド12に対して軸方向移動不能に弁ロッド12に固定されている。コイルばね26は底部24とばね受け28との間でプリロードもしくは予荷重かけられているので、弁閉鎖体10は、ばね力によって弁座8に押圧される。

0024

本発明によれば、ガイドブシュ14が、リップシールリング18寄りの第1の区分30を有する。この第1の区分30の内径は、弁ロッド12の外径よりも大きく形成されているので、第1の区分30では、弁ロッド12とガイドブシュ14との間に同心的な環状のギャップ32が存在している。このギャップ32の軸方向の延在長さは、少なくとも弁閉鎖体10の最大行程と同じ長さに形成されている。

0025

この第1の区分30には、第2の区分が続いている。第2の区分はガイド区分34として働く。ガイド区分34内には、弁ロッド12がスライド式に支承されている。このガイド区分34には、本実施形態では、拡張された区分36が新たに続いている。この拡張された区分36の、弁閉鎖体10寄りの端部は、くびれ部38を有する。このくびれ部38は、弁ロッド12に対して同心的に配置された環状の第2のギャップ40を半径方向で画成している。

0026

ところで、アクチュエータがばね力に抗して作動させられると、弁ロッド12は弁閉鎖体10の方向でスライド式にガイドブシュ14内で運動させられるので、弁閉鎖体10は弁座8から持ち上げられる。これにより、自由な流通横断面が形成され、この自由な流通横断面を通じて、粒子を含む排ガスは排ガス流入部4から排ガス流出部6に向かう方向に流通することができる。このことは、特に存在する排ガス脈動に基づいて、アクチュエータへ向かう方向での圧力降下を生ぜしめる状態が発生し得ることを招く。その結果、少量の排ガスが弁ロッド12に沿ってアクチュエータの方向へ流れる。この排ガス中には、汚染物が存在しており、この汚染物は弁ロッド12またはガイドブシュ14に付着する。これにより、弁の運動時には、弁の任意の位置においてガイド区分内をスライドする範囲に、所要の小さな許容誤差に基づいて掻き傷状の溝筋(Riefen)が発生する恐れがある。しかし、これらの溝筋はもはやリップシールリング18とは接触し得ない。なぜならば、弁ロッド12の、リップシールリング18と接触する区分は、いかなる位置においても、ガイド区分34内をスライドしないからである。したがって、弁ロッド12のこの区分には、リップシールリング18の破壊を招くような掻き傷状の溝筋も形成されない。その代わりに、第1のギャップ32には、存在する不純物を捕集するために十分な空間が存在している。同じことはギャップ40にも云える。また、前記運動によってガイド区分34から不純物を除去して、それぞれギャップ32,40内に溜めることも可能となる。

0027

図2に示した排ガス再循環弁は、第1の実施形態を改良した改良形を形成している。同一の構成部分に対しては、同じ符号が使用される。

0028

第1実施形態に比べて、弁ロッド12およびガイドブシュ14において変更が行われている。図1に示した構成における、長尺につながったガイド区分34では、特にガイド区分34の中央部に煤が溜まり易い。この煤はもはや搬出されず、最後には高められた摩擦を生ぜしめる。したがって、図2に示した第2実施形態では、第1実施形態の比較的長尺なガイド区分34が2つのガイド範囲42,44に分割されている。両ガイド範囲42,44は、ガイド区分34の軸方向の両端部に配置されていて、できるだけ短尺に形成されている。両ガイド範囲42,44の間には、ガイドブシュ14の内径を拡大させることによって、ガイド範囲42,44に対して相対的に長いギャップ45が形成されている。両ガイド範囲42,44の間のこの間隔は、弁ロッド12の傾動もしくは傾倒を阻止するために必要となる。ガイド部を、十分に大きな間隔を持って互いに対峙して位置する2つのガイド範囲42,44に減少させることにより、ロッドを有するガイドジオメトリ幾何学的なガイド形状)が維持される。ガイド範囲42,44の軸方向の端部は、掻取りエッジとして働くエッジ46,48,50,52を有する。弁ロッド12に沿って存在する汚染物は、弁ロッド12の運動時にこれらのエッジ46,48,50,52において掻き取られ、したがって汚染物の大部分はガイド範囲42,44には全く侵入せず、ギャップ32,40,45内に捕集される。この場合、弁行程に対して相対的にはるかに短い両ガイド範囲42,44により、ガイド部に対する弁ロッド12のいずれの接触個所も、全行程時には短い各ガイド範囲42,44の全長を完全に通過して越えることが達成され、ひいては粒子が接触範囲から十分に搬出され得ることも達成される。さらに、弁ロッド12の運動時および両構成部分の直接的な接触時での前記ガイド範囲42,44における比較的高い半径方向力成分もしくは半径方向分力により、粒子溜まりも同じく低減される。

0029

弁閉鎖体10寄りに設置されたガイド範囲44は、排ガスにより流通される室の内部に位置している。排ガス再循環弁の閉弁された状態では、この第2のガイド範囲44に直接に隣接して、またはこの第2のガイド範囲44に対して僅かな重なりを持って、弁ロッド12にアンダカット部もしくは凹部54が設けられている。この凹部54も、不純物を収容するために働き、そして第2のガイド範囲44内への真っ直ぐな流入を困難にする渦流形成を生ぜしめる。

0030

前記実施形態により、排ガス再循環弁の寿命が高められ得ることが判る。なぜならば、機械的な負荷(損傷)を受ける範囲が減じられるからである。摩擦の大部分が回避されるので、リップシールリングのシール性が維持されると共に、スライド範囲の減少によってひっかかりも十分に阻止される。

0031

念のため付言しておくと、特許請求の範囲の保護範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、特に掻取りエッジの個数または構成部分のサイズ寸法に関して種々の構造上の変更が考えられる。

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