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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Frischgasanlage für eine Brennkraftmaschine, z. B. Dieselmotor, Ottomotor, Gasmotor, Saugmotor, aufgeladener Motor, Motor mit Direkteinspritzung, Motor mit Saugrohreinspritzung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Üblicherweise besitzt eine Frischgasanlage zumindest einen Frischgassammler oder Frischgasverteiler, von dem einzelne Zuführrohre ausgehen, die jeweils einen Zylinder der Brennkraftmaschine mit Frischgas versorgen. Das Frischgas ist – je nach Bauart der Brennkraftmaschine – Frischluft, ein gasförmiger Brennstoff oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch. Zur Reduzierung der Schadstoffemissionen, insbesondere der NOX-Emissionen, ist es bekannt, die Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung auszustatten, welche Verbrennungsabgase dem Frischgas zumischt, um auf diese Weise den Zylindern ein Frischgas-Abgasgemisch zuzuführen. Dabei ist üblicherweise eine Abgasrückführleitung vorgesehen, die einerseits an einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine und andererseits an einer geeignete Stelle an die Frischgasanlage angeschlossen ist. Denkbar ist beispielsweise eine Verbindung dieser Abgasrückführleitung mit jedem einzelnen Zuführrohr. Die Abgasrückführleitung wird üblicherweise mit einem Abgasrückführventil gesteuert, welches in Abhängigkeit der Betriebszustände der Brennkraftmaschine eine Abgasrückführrate einstellt.
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Eine gattungsgemäße Frischgasanlage ist aus der
DE 196 33 603 C1 bekannt. Sie umfasst mehrere Zuführrohrsysteme zur Versorgung jeweils eines Zylinders der Brennkraftmaschine mit Frischgas. Jedes Zuführrohrsystem weist dabei ein Haupteinlassrohr, ein Nebeneinlassrohr, ein Auslassrohr und eine Ventileinrichtung auf. Das Haupteinlassrohr ist im Einbauzustand an eine Frischgasversorgung angeschlossen. Das Nebeneinlassrohr ist im Einbauzustand an eine weitere Gasversorgung angeschlossen. Das Auslassrohr ist im Einbauzustand an den jeweiligen Zylinder angeschlossen. Die Ventileinrichtung ist eingangsseitig an das Haupteinlassrohr und an das Nebeneinlassrohr sowie ausgangsseitig an das Auslassrohr angeschlossen: Ferner ist die Ventileinrichtung so ausgestaltet, dass sie in Abhängigkeit ihrer Betätigung das Auslassrohr wahlweise mit dem Haupteinlassrohr und/oder mit dem Nebeneinlassrohr verbindet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Frischgasanlage der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen kompakten Aufbau besitzt und/oder den Betrieb einer damit ausgestatteten Brennkraftmaschine hinsichtlich Wirkungsgrad und/oder Schadstoffemission verbessert.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Zufuhr rückgeführter Abgase oder eines anderen Gases, beispielsweise eines Brennstoff-Luft-Gemischs, für jeden einzelnen Zylinder separat steuern zu können. Darüber hinaus soll für jeden einzelnen Zylinder separat wahlweise das Frischgas und/oder das rückgeführte Abgas bzw. das andere Gas zugeführt werden können. Erreicht wird dies bei der Erfindung mit Hilfe von Zuführrohrsystemen, von denen jeweils eines je Zylinder vorgesehen ist. Jedes Zuführrohrsystem umfasst ein Haupteinlassrohr, ein Nebeneinlassrohr, ein Auslassrohr und eine Ventileinrichtung. Das Haupteinlassrohr ist in herkömmlicherweise an eine Frischgasversorgung angeschlossen, während das Auslassrohr in üblicherweise zum jeweiligen Zylinder führt. Im Unterschied dazu ist das Neben einlassrohr an eine weitere Gasversorgung, z. B. an eine Abgasrückführeinrichtung oder an eine Brennstoff-Luft-Gemischbildungseinrichtung, angeschlossen. Von entscheidender Bedeutung ist jedoch, dass für jedes Zuführrohrsystem eine eigene Ventileinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit ihrer Betätigung das Abgasrohr wahlweise mit dem Haupteinlassrohr und/oder mit dem Nebeneinlassrohr verbinden kann und die erfindungsgemäß mit einer Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung arbeitet, um für die Ventileinrichtung Schaltzeiten von kleiner als 10 ms zu ermöglichen.
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Die erfindungsgemäße Frischgasanlage baut zum einen vergleichsweise kompakt, da wesentliche Komponenten einer Abgasrückführeinrichtung bzw. einer Gemischbildungseinrichtung bereits in die einzelnen Zuführrohrsysteme integriert sind. Darüber hinaus lassen sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Frischgasanlage für die Brennkraftmaschine Betriebszustände realisieren, bei denen einzelnen Zylindern ausschließlich rückgeführtes Abgas oder Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt werden kann, ohne dass dabei gleichzeitig (reines) Frischgas zugeführt wird. Eine derartige Betriebsweise ist vor allem dann von Vorteil, wenn für die einzelnen Zylinder eine Schichtbeladung erreicht werden soll. Unter einer Schichtbeladung wird im vorliegenden Zusammenhang eine Beladung des jeweiligen Zylinders verstanden, bei der unterschiedliche Gase räumlich getrennt im Brennraum des jeweiligen Zylinders vorliegen. Eine solche Schichtladung kann beispielsweise axial, also in Kolbenhubrichtung oder radial erfolgen. Beispielsweise ist es denkbar, den Zylinder in einer ersten Beladungsphase ausschließlich mit rückgeführtem Abgas zu befüllen, das außerdem mit einem Drall beaufschlagt wird, so dass es sich radial außen entlang einer Zylinderwandung im jeweiligen Brennraum des Zylinders ausbreitet. In einer zweiten Phase der Beladung kann dann zentral Frischgas zugeführt werden. Zu einem geeigneten Zeitpunkt kann dann dem zentral angeordneten Frischgas Brennstoff zugemischt werden. Bei einer geeigneten Schichtung und bei einem geeigneten Timing kann eine Verbrennungsreaktion erreicht werden, bevor eine wesentliche Durchmischung des Brennstoff-Frischgas-Gemischs mit dem Abgas erfolgt ist. Auf diese Weise wird zum einen die Temperaturbelastung der Zylinderwände reduziert. Gleichzeitig kann dabei auch die Reaktionstemperatur abgesenkt werden, was mit einer Reduktion der Schadstoffemissionen einhergeht. Zum anderen kann bei dieser Vorgehensweise die Verbrennung stöchiometrisch durchgeführt werden, was die Abgasnachbehandlung, beispielsweise mit einem Drei-Wege-Katalysator, erheblich vereinfacht bzw. erst ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Frischgasanlage wird darin gesehen, dass das Haupteinlassrohr und das Nebeneinlassrohr mit Hilfe einer einzigen Ventileinrichtung gesteuert werden können, wodurch es grundsätzlich möglich ist, die Ventileinrichtung im Hinblick auf besonders kurze Schaltzeiten auszulegen, wobei gleichzeitig weiterhin ein kompakter Aufbau für die Frischgasanlage gewährleistet werden kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit Frischgasanlage,
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2 eine vereinfachte Darstellung einer Ventileinrichtung der Frischgasanlage,
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3 eine Ansicht wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
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4 eine Ansicht wie in 3, jedoch bei einer weiteren Ausführungsform,
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5 eine Ansicht auf Stellglieder der Ventileinrichtung entsprechend einem Pfeil V in 4,
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6 eine weitere vereinfachte Ansicht einer Ventileinrichtung bei einer anderen Ausführungsform.
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Entsprechend 1 ist eine Brennkraftmaschine 1, insbesondere eines im Übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, mit einer Frischgasanlage 2 zur Versorgung der Brennkraftmaschine 1 mit Frischgas ausgestattet. Die Frischgasanlage 2 dient als Frischgasversorgung und umfasst eine Frischgasleitung 3, in der ein Frischgasfilter 4 angeordnet ist und die zu einem Frischgassammler bzw. Frischgasverteiler 5 führt. Vom Frischgasverteiler 5 gehen mehrere, hier exemplarisch drei Zuführrohrsysteme 6 ab, die jeweils zu einem Zylinder 7 der Brennkraftmaschine 1 führen. Die Zuführrohrsysteme 6 dienen somit zur Frischgaszuführung zu jeweils einem Zylinder 7 bzw. dessen nicht näher bezeichneten Brennraum.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Abgasanlage 8 ausgestattet, die für jeden Zylinder 7 einen Abgaskrümmer 9 aufweist. Die Abgaskrümmer 9 führen vom jeweiligen Zylinder 7 zu einem Abgassammler 10, von dem eine Abgasleitung 11 abgeht. In dieser Abgasleitung 11 sind dann üblicherweise Gasbehandlungseinrichtungen, wie z. B. Katalysatoren, Partikelfilter, Schalldämpfer und dergleichen angeordnet.
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Bei der hier gezeigten besonderen Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 1 außerdem mit einer Abgasrückführeinrichtung 12 ausgestattet, die eine Abgasrückführleitung 13 aufweist, welche Verbrennungsabgase von der Abgasanlage 8 zur Frischgasanlage 2 zurückführt. Zu diesem Zweck ist die Abgasrückführleitung 13 z. B. an den Abgassammler 10 angeschlossen und führt zu allen Zuführrohrsystemen 6.
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Jedes Zuführrohrsystem 6 umfasst ein Haupteinlassrohr 14, ein Nebeneinlassrohr 15, ein Auslassrohr 16 sowie eine Ventileinrichtung 17. Im hier gezeigten Einbauzustand der Frischgasanlage 2 ist jedes Haupteinlassrohr 14 an die Frischgasversorgung, also hier an den Frischgasverteiler 5 angeschlossen und führt von diesem zur Ventileinrichtung 17. Im Unterschied dazu ist jedes Nebeneinlassrohr 15 an die Abgasrückführeinrichtung 12 bzw. an deren Abgasrückführleitung 13 angeschlossen und führt zur Ventileinrichtung 17. Desweiteren ist jedes Auslassrohr 16 an den jeweiligen Zylinder 7 bzw. an einen die Zylinder 7 enthaltenden Motorblock 18 angeschlossen und führt von der Ventileinrichtung 17 zum zugehörigen Zylinder 7. In der Folge ist jede Ventileinrichtung 17 eingangsseitig an das zugehörige Haupteinlassrohr 14 und an das zugehörige Nebeneinlassrohr 15 sowie ausgangsseitig an das zugehörige Auslassrohr 16 angeschlossen.
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Desweiteren ist jede Ventileinrichtung 17 so ausgestaltet, dass sie in Abhängigkeit ihrer Betätigung zumindest die folgenden beiden Schaltstellungen realisieren kann: In der ersten Schaltstellung ist das Haupteinlassrohr 14 mit dem Auslassrohr 16 verbunden, während das Nebeneinlassrohr 15 gesperrt ist. In der zweiten Schaltstellung ist das Nebeneinlassrohr 15 mit dem Auslassrohr 16 verbunden, während das Haupteinlassrohr 14 geschlossen ist. Die Ventileinrichtungen 17 ermöglichen es somit, die einzelnen Zylinder 7 individuell mit Frischgas oder mit rückgeführtem Abgas zu versorgen. Dabei ist vor allem die ausschließliche Versorgung einzelnen Zylinder mit rückgeführtem Abgas von erhöhtem Interesse, da auf diese Weise ein Schichtladungsbetrieb mit rückgeführten Abgasen realisiert werden kann.
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Es ist klar, dass die Ventileinrichtungen 17 auch so ausgestaltet werden können, dass sie grundsätzlich auch wenigstens eine weitere Schaltstellung realisieren können. Beispielsweise kann eine Schaltstellung vorgesehen sein, in der sowohl das Haupteinlassrohr 14 als auch das Nebeneinlassrohr 15 mit dem Auslassrohr 16 verbunden sind. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Schaltstellung vorgesehen sein, in der weder das Haupteinlassrohr 14 noch das Nebeneinlassrohr 15 mit dem Auslassrohr 16 kommunizieren kann.
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Obwohl bei der hier gezeigten Ausführungsform die Nebeneinlassrohre 15 an die Abgasrückführeinrichtung 12 angeschlossen sind, ist grundsätzlich auch eine andere Ausführungsform möglich, bei der die Nebeneinlassrohre 15 an eine andere Gasversorgung, wie z. B. an eine nicht gezeigte Brennstoff-Luft-Gemischbildungseinrichtung, angeschlossen sind. Bei der Brennstoff-Luft-Gemischbildung wird zwischen interner und externer Gemischbildung unterschieden. Bei einer internen Gemischbildung wird das Verbrennungsgemisch im Zylinder 7 bzw. unmittelbar in dessen Brennraum erzeugt, indem der Brennstoff gleichzeitig oder verzögert in den Brennraum bzw. Zylinder 7 eingespritzt wird. Bei einer externen Gemischbildung wird das Verbrennungsgemisch außerhalb des Zylinders 7 bzw. außerhalb des Brennraums erzeugt und erst anschließend eingeleitet. Eine externe Gemischbildung kann mit Hilfe der hier gezeigten Frischgasanlage 2 zur Erzeugung einer Ladungsschichtung genutzt werden, was ebenfalls im Hinblick auf die Schadstoffemission vorteilhaft sein kann.
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Wichtig für eine effektive Schichtladung ist, dass eine möglichst geringe Durchmischung der einzelnen Schichten auftritt. Dies kann unter anderem mit extrem kurzen und somit schnell ablaufenden Beladungsvorgängen realisiert werden. Derartige schnelle Beladungsvorgänge lassen sich beispielsweise mittels Impulsladung erzielen, bei der im Brennraum zunächst ein Unterdruck erzeugt wird, z. B. durch einen entsprechenden Kolbenhub. Durch schnelles Öffnen des Haupteinlassrohrs 14 bzw. des Nebeneinlassrohr 15 kann der Brennraum dann impulsartig mit Frischgas oder rückgeführtem Abgas oder – wie oben erläutert – mit Brennstoff-Luft-Gemisch ganz oder teilweise befüllt werden. Für die Effektivität einer derartigen Impulsladung sind insbesondere die Erzielung extrem kurzer Schaltzeiten von Vorteil. Zur Realisierung kurzer Schaltzeiten arbeiten die Ventileinrichtungen 17 daher mit Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen.
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Entsprechend 2 enthält jede Ventileinrichtung 17 bei einer bevorzugten Ausführungsform in einem Ventilgehäuse 19 eine Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20. Eine solche Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 unterscheidet sich von herkömmlichen anderen Stelleinrichtungen dadurch, dass damit extrem kurze Stell- oder Schaltzeiten realisierbar sind, z. B. kleiner als 10 ms oder kleiner als 5 ms.
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Die Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 umfasst ein Stellglied 21, das von der Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 zwischen zwei Schaltstellungen I und II verstellbar ist. Für die vereinfachte Darstellung ist in 2 das Stellglied 21 in beiden Schaltstellungen I, II wiedergeben, jedoch in der ersten Schaltstellung I mit 21' bezeichnet.
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Das Ventilgehäuse 19 besitzt einen Haupteinlass 22, der mit dem Haupteinlassrohr 14 verbunden ist, sowie einen Nebeneinlass 23, der mit dem Nebeneinlassrohr 15 verbunden ist, und einen Auslass 24, der mit dem Auslassrohr 16 verbunden ist. In der ersten Schaltstellung I sperrt das Stellglied 21' den Nebeneinlass 23 und verbindet gleichzeitig den Haupteinlass 22 mit dem Auslass 24. Das Frischgas kann somit vom Haupteinlassrohr 14 zum Hauptauslassrohr 16 gelangen. In der zweiten Schaltstellung II sperrt das Stellglied 21 den Haupteinlass 22 und verbindet gleichzeitig den Nebeneinlass 23 mit dem Auslass 24. In diesem Fall kann z. B. das rückgeführte Abgas vom Nebeneinlassrohr 15 zum Auslassrohr 16 gelangen.
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Bei der in 2 gezeigten speziellen Ausführungsform ist das Stellglied 21 als Blattfeder ausgebildet, die im folgenden ebenfalls mit 21 bzw. 21' bezeichnet wird. Die Blattfeder 21 ist mit einem festen Ende 25 an einer Trennwand 26 befestigt, die den Haupteingang 22 vom Nebeneingang 23 trennt. Die Trennwand 26 ist dabei ein Bestandteil des Ventilgehäuses 19. Vorzugsweise ist dabei das feste Ende 25 der Blattfeder 21 an einem Abströmende der Trennwand 26 befestigt.
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An einem freien Ende 27 trägt die Blattfeder 21 einen Anker 28 aus einem magnetisch anziehbaren Material. Ebenso ist es möglich, die Blattfeder 21 zumindest an ihrem freien Ende 27 als Anker 28 auszubilden. Desweiteren sind zwei Elektromagnete 29 und 30 vorgesehen, die in üblicher Weise mit Spule und Joch ausgestaltet sind. Die Elektromagnete 29, 30 sind dabei im Ventilgehäuse 19 stromauf des Auslasses 24 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. In der ersten Schaltstellung I liegt der Anker 28' am bestromten ersten Elektromagneten 29 an, der den Anker 28' und somit die Blattfeder 21' in dieser Position festhält. In der zweiten Schaltstellung II liegt der Anker 28 am bestromten zweiten Elektromagneten 30 an, der den Anker 28 bzw. die Blattfeder 21 in dieser Position festhält. Die Blattfeder 21 ist mit ihrem festen Ende 25 so in der Trennwand 26 verankert, dass sie bei unbestromten Elektromagneten 29, 30 von selbst eine zwischen den Elektromagneten 29, 30 liegende Neutrallage einnimmt. Die Blattfeder 21 spannt somit den Anker 28 in diese Neutrallage vor.
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Mit Hilfe einer derartigen Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 können extrem kurze Schaltzeiten realisiert werden, da die Blattfeder 21 sehr große Rückstellkräfte erzeugen kann, was zu großen Stellgeschwindigkeiten für die als Stellglied arbeitende Blattfeder 21 führt. Im betriebsfähigen Zustand dienen die Elektromagnete 29, 30 im wesentlichen nur dazu, die sich aufgrund ihrer Federspannung selbsttätig verstellende Blattfeder 21 in der jeweiligen Schaltstellung I oder II einzufangen und festzuhalten. Außerdem kompensieren die Elektromagnete 29, 30 auftretende Reibungsverluste. Mit der in 2 gezeigten Ausführungsform der Ventileinrichtung 17 kann das Stellglied 21 nur zwischen den beiden genannten Schaltstellungen I, II mit hoher Stellgeschwindigkeit verstellt werden.
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Entsprechend 3 kann bei einer anderen Ausführungsform der Ventileinrichtung 17 das Stellglied 21 als oszillierender Drehschieber ausgebildet sein, der im folgenden ebenfalls mit 21 bezeichnet wird. Der Drehschieber 21 ist im Ventilgehäuse 19 um eine Drehachse 31 drehbar gelagert und ist mit einem hier nicht dargestellten, entsprechenden Drehantrieb gekoppelt, der den Drehschieber 21 um die Drehachse 31 antreibt. Der Drehschieber 21 ist hier als Zylinderhülse ausgestaltet, die in ihrer Wandung geeignete Schaltfenster 32, 33 aufweist, die so bemessen sind, dass durch entsprechende Relativlagen des Drehschiebers 21 die erwünschten Schaltstellung für die Ventileinrichtung 17 realisiert werden können. In 3 ist beispielhaft die zweite Schaltstellung II wiedergegeben, in welcher der Haupteinlass 22 gesperrt ist, während der Nebeneinlass 23 mit dem Auslass 24 verbunden ist. Der Drehantrieb, mit dessen Hilfe der Drehschieber 21 möglichst rasch zwischen den jeweils vorgesehenen Schaltstellungen verstellt werden kann, kann beispielsweise elektromagnetisch oder hydraulisch oder mechanisch arbeiten.
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Die mit dem Drehschieber 21 ausgestattete Ventileinrichtung 17 bietet auf einfache Weise die Möglichkeit, neben den bereits genannten Schaltstellungen auch weitere Schaltstellungen zu realisieren. Beispielsweise ist durch entsprechende Dimensionierung und Positionierung der Schaltfenster 32, 33 eine Schaltstellung möglich, bei der sowohl der Haupteinlass 22 als auch der Nebeneinlass 23 mit dem Auslass 24 verbunden sind. Ebenso kann ohne weiteres eine Schaltstellung realisiert werden, bei welcher der Auslass 24 gesperrt ist und/oder in welcher der Haupteinlass 22 und der Nebeneinlass 23 gesperrt sind.
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Alternativ kann anstelle des oszillierenden Drehschiebers 21 auch ein synchron zu einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine rotierender Drehschieber vorgesehen sein, der über eine Phasenverstelleinrichtung an verschiedene Betriebspunkte der Brennkraftmaschine angepasste Schaltzeitpunkte für Haupteinlass 22 und Nebeneinlass 23 ermöglicht.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventileinrichtung 17 in einer stark vereinfachten Darstellung. Während bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen die jeweilige Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 jeweils nur mit einem einzigen Stellglied 21 arbeitet, weist die Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 bei der in 4 gezeigten Ausführungsform zwei Stellglieder, nämlich ein Hauptstellglied 34 und ein Nebenstellglied 35, auf. Beide Stellglieder 34, 35 werden von einem gemeinsamen Stellantrieb 36 angetrieben. Das Hauptstellglied 34 ist dem Haupteinlass 22 zugeordnet und steuert somit die Verbindung zwischen Haupteinlass 22 und Auslass 24. Im Unterschied dazu ist das Nebenstellglied 35 dem Nebeneinlass 23 zugeordnet und steuert die Verbindung zwischen dem Nebeneinlass 23 und dem Auslass 24. Mit Hilfe des gemeinsamen Stellantriebs 36 können die Stellglieder 34 und 35 gemeinsam, also gleichzeitig zumindest zwischen einer ersten Schaltstellung, die in 4 wiedergegeben ist, und einer zweiten Schaltstellung verstellt werden. In der gezeigten ersten Schaltstellung ist die Verbindung vom Haupteinlass 22 zum Auslass 24 geöffnet, während die Verbindung vom Nebeneinlass 23 zum Auslass 24 gesperrt ist. Dementsprechend strömt nur Frischgas vom Haupteinlassrohr 14 zum Auslassrohr 16. In der zweiten, nicht gezeigten Schaltstellung ist die Verbindung vom Haupteinlass 22 zum Auslass 24 gesperrt, während die Verbindung vom Nebeneinlass 23 zum Auslass 24 geöffnet ist, so dass in der Folge rückgeführtes Abgas vom Nebeneinlassrohr 15 zum Auslassrohr 16 geführt werden kann. Des weiteren kann grundsätzlich auch eine dritte Schaltstellung realisiert werden, die zwischen den beiden anderen Schaltstellungen liegt und z. B. einer Neutrallage des Stellantriebs 36 entspricht. In dieser dritten Schaltstellung sind Nebeneinlass 23 und Haupteinlass 22 mit dem Auslass 24 verbunden.
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Zweckmäßig sind die Stellglieder 34, 35 jeweils als Klappe, insbesondere – wie hier – als Schmetterlingsklappe, ausgestaltet, die jeweils mit einer Antriebswelle 37 drehfest verbunden sind, wobei diese Antriebswelle 37 ihrerseits mit dem Stellantrieb 36 antriebsgekoppelt ist. Die beiden Stellglieder 34, 35 sind bezüglich ihrer Drehlage versetzt an der Antriebswelle 37 angebracht. Vorzugsweise sind die beiden Stellglieder 34, 35 um 90° zueinander versetzt auf der Antriebswelle 37 angeordnet. Dieser Zusammenhang ergibt sich auch besonders deutlich aus 5. Gleichzeitig ist 5 entnehmbar, dass die Stellglieder 34, 35 durchaus unterschiedlich dimensioniert sein können.
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Während die bislang beschriebenen Ventileinrichtungen 16 jeweils mit einer einzigen Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 arbeiten, zeigt 6 eine Ausführungsform, die zumindest zwei Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 aufweist. Die beiden Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 arbeiten dabei grundsätzlich wie die mit Bezug auf 2 beschriebene Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20, so dass insoweit auch auf den zugehörigen Beschreibungsteil verwiesen wird.
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Im Ventilgehäuse 19 dieser Ventileinrichtung 17 sind zumindest zwei Gaspfade 38 und 39 ausgebildet. Die Gaspfade 38, 39 sind in 6 jeweils durch eine unterbrochene Linie angedeutet. Obwohl bei der hier gezeigten Ausführungsform das Ventilgehäuse 19 nur zwei solche Gaspfade 38, 39 enthält, ist klar, dass das Ventilgehäuse 19 bei einer anderen Ausführungsform der Ventileinrichtung 17 auch drei oder mehr Gaspfade enthalten kann.
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Die Ventileinrichtung 17 ist für jeden Gaspfad 38, 39 mit einer separaten Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 der vorstehend mit Bezug auf 2 näher erläuterten Art ausgestattet. Bei der zweiten Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20' sind die Bezugszeichen jeweils mit einem „'” gekennzeichnet.
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Die Anordnung der Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 in der Ventileinrichtung 17 erfolgt dabei so, dass mit jeder Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 einer der Gaspfade 38, 39 zum Öffnen und zum Schließen angesteuert werden kann. Dabei ist klar, dass bei einer Ausführungsform mit mehr als zwei Gaspfaden 38, 39 dann entsprechend mehr als zwei Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 in der Ventileinrichtung 17 vorgesehen sind.
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Jede Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 umfasst eine Blattfeder 21 als Schaltglied, die jeweils an ihrem festen Ende 25 am Ventilgehäuse 19 festgelegt sind, und zwar jeweils an einer den jeweiligen Gaspfad 38, 39 seitlich begrenzenden Wand 40 bzw. 41. Außerdem ist jede Blattfeder 21 insgesamt oder zumindest an ihrem freien Ende 27 als magnetisch anziehbarer Anker 28 ausgebildet. Desweiteren ist jedem Anker 28 ein erster Elektromagnet 29 mit Joch und Spule sowie ein zweiter Elektromagnet 30 mit Joch und Spule zugeordnet, um den Anker 28 und somit die Blattfeder 21 in der jeweiligen Schaltstellung zu halten. 6 zeigt exemplarisch für beide Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 eine Schließstellung, in welcher der jeweils zugeordnete Gaspfad 38, 39 gesperrt ist.
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Entsprechend 6 sind die Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 innerhalb des Ventilgehäuses 19 in einem gemeinsamen Axialabschnitt 42 des Ventilgehäuses 19 angeordnet, der hier durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist. Hierdurch besitzt die Ventileinrichtung 17 eine extrem kompakte Bauweise. Die Blattfedern 21 der Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 sind dabei in diesem Axialabschnitt 42 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Bei der hier gezeigten Ausführungsform mit zwei Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 liegen sich die Blattfedern 21 diametral gegenüber. Im vorliegenden Fall liegt somit für die Blattfedern 21 eine symmetrische Anordnung vor.
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Zweckmäßig sind die Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 der Ventileinrichtung 17 baugleich, wodurch sich eine große Anzahl von Gleichteilen ergibt, was die Herstellungskosten der Ventileinrichtung 17 entsprechend reduziert. Abweichend davon ist es grundsätzlich auch möglich, die jeweilige Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 hinsichtlich ihrer Dimensionierung an den jeweils zu steuernden Querschnitt des zugeordneten Gaspfads 38, 39 anzupassen.
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Das Ventilgehäuse 19 enthält im Axialabschnitt 42 einen gemeinsamen, koaxial angeordneten Anlagekörper 43. An diesem Anlagekörper 43 kommen die Blattfedern 21 mit ihrem jeweiligen freien Ende 27 bei der in 6 gezeigten Schließstellung zur Anlage. Dementsprechend sind die zweiten Elektromagnete 30 in diesen Anlagekörper 43 integriert.
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Zum Ausbilden der getrennten Gaspfade 38, 39 im Ventilgehäuse 19 enthält das Ventilgehäuse 19 für die Gaspfade 38, 39 einen gemeinsamen Leitungsabschnitt 44, der sich in 6 rechts vom Anlagekörper 43 erstreckt, sowie für jeden Gaspfad 38, 39 einen separaten Leitungsabschnitt 44 bzw. 46, die sich in 6 links vom Anlagekörper 43 erstrecken. Dementsprechend ist der Anlagekörper 43 an einem Übergang zwischen dem gemeinsamen Leitungsabschnitt 44 und den separaten Leitungsabschnitten 45, 46 angeordnet. Je nach Strömungsrichtung in den Gaspfaden 38, 39 bildet der Anlagekörper 43 dabei eine Abströmkante oder eine Anströmkante. Zweckmäßig ist der Anlagekörper 43 im Hinblick auf die jeweils vorherrschende Strömungsrichtung aerodynamisch optimiert.
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Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform weist jede Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtung 20 für jede Blattfeder 21 bzw. für jeden Anker 28 jeweils zwei separate Elektromagnete 29 und 30 auf. D. h., bei zwei Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 sind insgesamt vier Elektromagnete 29, 30 vorgesehen. Bei separaten Elektromagnet-Paaren 29, 30 für jeden Anker 28 können die Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 unabhängig voneinander angesteuert werden. Das bedeutet, dass der eine Gaspfad 38 unabhängig vom andern Gaspfad 49 geöffnet und geschlossen werden kann und umgekehrt. Hierdurch ergeben sich vier Schaltstellungskombinationen.
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In der 6 gezeigten ersten Schaltstellung sind beide Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 zum Sperren der beiden Gaspfade 38, 39 geschaltet.
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In einer zweiten Schaltstellung ist durch eine entsprechende Betätigung der Hochgeschwindigkeitsstelleinrichtungen 20 der eine separate Leitungsabschnitt 45 gesperrt, während der andere separate Leitungsabschnitt 46 geöffnet ist. Dementsprechend ist der durch den in 6 unten dargestellten geöffneten separaten Leitungsabschnitt 46 führende zweite Gaspfad 39 geöffnet. Rückgeführtes Abgas bzw. Gemisch strömt dann vom Nebeneinlass 23 zum Auslass 24. Im Unterschied dazu ist dies bei einer dritten Schaltstellung umgekehrt, so dass nur der durch den in 6 oben dargestellten separaten Leitungsabschnitt 45 geführte erste Gaspfad 38 geöffnet ist und nur Frischgas vom Haupteinlass 22 zum Auslass 24 strömt. Schließlich können in einer vierten Schaltstellung beide Gaspfade 38, 39 geöffnet sein.
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Für den Fall, dass die zuvor erläuterten zweiten und dritten Schaltzustände für den jeweiligen Anwendungsfall gar nicht benötigt werden, ist es grundsätzlich möglich, den beiden Blattfedern 21 bzw. den beiden Ankern 28 einen gemeinsamen zweiten, in den Anlagekörper 43 integrierten Elektromagneten 30 zuzuordnen, was den Aufbau der Ventileinrichtung 17 zusätzlich vereinfacht.
