DE102012206685A1 - Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Wenn ein Versagen in einem Synchronisationsmechanismus (210) auftritt, dreht ein Ansaugluftdrosselventil (20) in einer Richtung, die einer Ventilschließrichtung in einem normalen Betriebszustand entgegengesetzt ist, so dass ein Arm (27a) einer angetriebenen Platte (27) einen drosselventilseitigen Anschlag (31) berührt, um die Drehung des Ansaugluftdrosselventils (20) anzuhalten. Danach berührt ein EGR-ventilseitiger Anschlag (32) den Arm (27a) der angetriebenen Platte (27), um ein Niederdruck-EGR-Ventil (18) anzuhalten, wenn das Niederdruck-EGR-Ventil (18) aus einer vollständig geschlossenen Position in eine vollständig offene Position gedreht wird. Ein Drehwinkel des EGR-Ventils (18) wird durch einen Sensor (80) erfasst und wird an eine ECU (200) ausgegeben. Die ECU (200) bestimmt, dass ein Versagensmodus festgelegt ist, wenn ein Ventilwinkel, der vom Sensor (80) erfasst wird, mit einer Drehanschlagsposition des EGR-Ventils (18) zusammenfällt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung (EGR, Exhaust Gas Recirculation-Vorrichtung) für eine Maschine mit interner Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine.
  • HINTERGRUND
  • Eine Abgasrückführungstechnik (EGR-Technik), die einen Teil von Abgas einer Brennkraftmaschine als EGR-Gas auf eine Lufteinlassseite rezirkuliert, ist als eine Technik bekannt, die die Erzeugung von Stickoxid (NOx) begrenzt, das in dem Abgas der Brennkraftmaschine enthalten ist.
  • Diese EGR-Technik kann die Menge von NOx verringern, indem sie die Menge des EGR-Gases erhöht. Wenn sehr viel EGR-Gas zurückgeführt wird, wird jedoch wahrscheinlich Partikelmaterial (PM) erzeugt. Im Hinblick darauf wurde eine Technik zur Verringerung von NOx vorgeschlagen. Nach dieser Technik wird eine Kombination einer EGR-Vorrichtung in einem Hochdrucksystem und einer EGR-Vorrichtung in einem Niederdrucksystem verwendet, um die Erzeugung des Partikelmaterials (PM) zu begrenzen und NOx zu verringern.
  • Die EGR-Vorrichtung des Niederdrucksystems führt jedoch das EGR-Gas aus einem Gebiet, in dem der Abgasdruck vergleichsweise niedrig ist, in ein Gebiet zurück, in dem der erzeugte Ansaugunterdruck vergleichsweise niedrig ist. Daher ist es schwierig, eine große Menge des EGR-Gases an die Brennkraftmaschine zurückzuführen bzw. zu rezirkulieren, obwohl es möglich ist, eine kleine Menge des EGR-Gases an die Brennkraftmaschine zurückzugeben.
  • Um einen solchen Nachteil zu überwinden, schlägt die JP 2011-32929A (die der US 2011/0023846A1 entspricht) eine Niederdruck-EGR-Vorrichtung vor, in der ein Ansaugluftdrosselventil 120 in einem Abschnitt eines Ansaugdurchlasses 110 angeordnet ist, der an einer stromaufwärtigen Seite eines Zusammenführungsabschnitts vorgesehen ist, an dem ein Niederdruck-EGR-Durchlass 100 mit dem Ansaugdurchlass 110 zusammengeführt wird, wie in 10 gezeigt. In einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine, in dem eine große Menge des EGR-Gases in die Brennkraftmaschine zurückgeführt werden muss, wird der Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 120 so gesteuert, dass das Ansaugluftdrosselventil 120 in seiner Ventilschließrichtung angetrieben wird, um das Ansaugluftdrosselventil 120 zu schließen, d. h. in einer Richtung zur Erhöhung des Ansaugluftunterdrucks.
  • Zudem wird in der Niederdruck-EGR-Vorrichtung der JP 2011-32929A (die der US 2011/0023846A1 entspricht) eine Abgabe (eine Abgabeeigenschaft) eines Stellglieds, das ein Niederdruck-EGR-Ventil 130 antreibt, über eine Verbindungsvorrichtung umgewandelt, und dann an das Ansaugluftdrosselventil 120 übertragen. Dadurch wird ein spezielles Stellglied eliminiert, das dazu bestimmt ist, das Ansaugluftdrosselventil 120 anzutreiben. Zudem lehrt die JP 2011-32929A (die der US 2011/0023846A1 entspricht) eine Technik zum Bestimmen eines Versagens des Ansaugluftdrosselventils 120 unter Verwendung eines Drehwinkelsensors, der einen Drehwinkel des Ansaugluftdrosselventils 130 sensiert bzw. erfasst, um einem Fall entgegenzuwirken, in dem das Ansaugluftdrosselventil 120 aufgrund eines Versagens der Verbindungsvorrichtung nicht gesteuert werden kann.
  • Nach der Technik zum Bestimmen des Versagens des Ansaugluftdrosselventils wird der Drehwinkel des Niederdruck-EGR-Ventils 130 erfasst, um zu bestimmen, dass das Ansaugluftdrosselventil 120 in einem Fall versagt, in dem der Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 120 sich von einem Öffnungsgrad unterscheidet, der zu einem maximalen Öffnungsgrad passt, der durch einen mechanischen Anschlag begrenzt ist, d. h. einem Fall, in dem ein Ort einer Nocke, die integriert mit dem Niederdruck-EGR-Ventil 130 gedreht wird, außerhalb eines normalen Winkelbetriebsbereichs angeordnet ist. In dem Fall der vorstehend erläuterten Versagensbestimmungstechnik wird jedoch der Winkelbetriebsbereich der Nockenplatte vergrößert. Das heißt, dass das Niederdruck-EGR-Ventil 130, das durch eine Feder in eine Ventilschließvorrichtung desselben vorgespannt ist, über eine vollständig geschlossene Position, an der der Öffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Durchlasses minimal ist, hinaus in eine Richtung entgegen einer normalen Öffnungsrichtung (einer Öffnungsrichtung in einem normalen Betriebszustand, in dem die Verbindungsvorrichtung nicht versagt hat) gedreht wird, wenn die Verbindungsvorrichtung versagt. Daher wird die Nockenplatte, die integriert mit dem Niederdruck-EGR-Ventil 130 gedreht wird, außerhalb des normalen Betriebswinkelbereichs der Nockenplatte angeordnet.
  • Als ein Ergebnis ist es notwendig, einen zusätzlichen Betriebsraum zu schaffen, um die Vergrößerung des Betriebswinkelbereichs der Nockenplatte zuzulassen, weil der Betriebswinkelbereich der Nockenplatte vergrößert wird. Dadurch wird nachteiligerweise die Größe der die Verbindungsvorrichtung umfassenden Niederdruck-EGR-Vorrichtung erhöht.
  • KURZE ERLÄUTERUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wird in Anbetracht der vorstehend erläuterten Nachteile beschrieben. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Niederdruckabgasrückführungs(EGR)-Vorrichtung zu schaffen, die mindestens einen der vorstehend erläuterten Nachteile beseitigt.
  • Nach der vorliegenden Offenbarung wird eine Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die mit einem Turbolader versehen ist, der in einem Ansaug- und Abgassystem eingebaut ist, das einen Ansaugdurchlass umfasst, der an die Brennkraftmaschine zuzuführende Ansaugluft leitet und einen Kompressor des Turboladers enthält, und einen Abgasdurchlass, der aus der Brennkraftmaschine ausgegebenes Abgas leitet und eine Abgasreinigungsvorrichtung aufweist. Die Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung umfasst einen Niederdruckabgasrückführungsdurchlass bzw. Niederdruck-EGR-Durchlass, ein Niederdruck-EGR-Ventil, eine Ventilantriebsvorrichtung, ein Drosselventil, einen Synchronisationsmechanismus, einen Mechanismus zum Festlegen eines Versagensmodus, und eine Versagensmoduserfassungsvorrichtung. Der Niederdruck-EGR-Durchlass verbindet einen Abschnitt des Abgasdurchlasses, der stromab der Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist, mit einem Abschnitt des Ansaugdurchlasses, der stromauf des Kompressors angeordnet ist. Das Niederdruck-EGR-Ventil ist dazu angepasst, eine Flussgröße von Niederdruck-EGR-Gas anzupassen, das durch den Niederdruck-EGR-Durchlass aus dem Abgasdurchlass in den Ansaugdurchlass zurückzuführen ist. Die Ventilantriebsvorrichtung ist dazu angepasst, das Niederdruck-EGR-Ventil anzutreiben. Das Drosselventil ist entweder in dem Abgasdurchlass oder dem Ansaugdurchlass eingebaut und ist dazu angepasst, einen Öffnungsgrad entweder des Abgasdurchlasses oder des Ansaugdurchlasses zu verringern und dadurch die Flussgröße des in den Ansaugdurchlass zurückzuführenden Niederdruck-EGR-Gases zu erhöhen. Der Synchronisationsmechanismus ist dazu angepasst, das Drosselventil in einer Schließrichtung anzutreiben, um entweder den Abgasdurchlass oder den Ansaugdurchlass synchron mit einer Ventilöffnungsbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils zu schließen, die eine Drehbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils in einer Öffnungsrichtung ist, um den Niederdruck-EGR-Durchlass zu öffnen. Der Synchronisierungsmechanismus ist auch dazu angepasst, das Drosselventil in einer Öffnungsrichtung anzutreiben, um entweder den Abgasdurchlass oder den Ansaugdurchlass synchron mit einer Ventilschließbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils zu öffnen, die eine Drehbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils in einer Schließrichtung zum Schließen des Niederdruck-EGR-Durchlasses ist. Der Mechanismus zum Festlegen des Versagensmodus legt einen Versagensmodus durch Begrenzen der Drehung des Drosselventils und der Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils fest. Die Vorrichtung zur Bestimmung des Versagensmodus bestimmt auf der Grundlage einer Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils, ob der Versagensmodus festgelegt ist. Der Mechanismus zum Festlegen des Versagensmodus umfasst eine Feder, einen drosselventilseitigen Anschlag und einen EGR-ventilseitigen Anschlag. Die Feder spannt das Drosselventil in einer Vorspannrichtung vor, die der Schließrichtung des Drosselventils zum Schließen entweder des Abgasdurchlasses oder des Ansaugdurchlasses synchron zu der Ventilöffnungsbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils entgegengesetzt ist. Der drosselventilseitige Anschlag hält mechanisch das Drosselventil an einer vorab festgelegten Drehposition an, wenn das Drosselventil von der Feder in der Vorspannrichtung vorgespannt ist und dadurch in der Vorspannrichtung gedreht wird. Der EGR-ventilseitige Anschlag stoppt mechanisch die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils an einer zugehörigen Position, die zu der vorab festgelegten Drehposition des Drosselventils passt. Die Vorrichtung zum Bestimmen des Versagensmodus umfasst einen Ventilwinkelsensor, der eine Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils als einen Ventilwinkel erfasst. Die Vorrichtung zur Bestimmung des Versagensmodus bestimmt, dass der Versagensmodus in einem Fall festgelegt ist, in dem der vom Ventilwinkelsensor erfasste Ventilwinkel zu der Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils passt, das zu einer Zeit des Drehens des Niederdruck-EGR-Ventils aus einer vollständig geschlossenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils, an der ein Öffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Durchlasses minimal ist, in eine vollständig offene Position des Niederdruck-EGR-Ventils, an der der Öffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Durchlasses maximal ist, von dem EGR-ventilseitigen Anschlag gestoppt wird.
  • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die nachstehend beschriebenen Figuren sind nur zur Veranschaulichung gedacht und es ist nicht beabsichtigt, dass sie den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränken.
  • 1 ist eine Schnittansicht einer Niederdruck-EGR-Einheit einer Niederdruck-EGR-Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die die vollständig geschlossene Position eines Niederdruck-EGR-Ventils und eine vollständig offene Position eines Ansaugluftdrosselventils zeigt;
  • 2 ist eine Schnittansicht der Niederdruck-EGR-Einheit nach der ersten Ausführungsform, die eine vollständig offene Position des Niederdruck-EGR-Ventils und eine vollständig geschlossene Position des Ansaugluftdrosselventils zeigt;
  • 3 ist eine Schnittansicht der Niederdruck-EGR-Einheit nach der ersten Ausführungsform, die einen Zustand zeigt, in dem die Drehung des Ansaugluftdrosselventils mechanisch durch einen drosselventilseitigen Anschlag gestoppt wird;
  • 4 ist eine Schnittansicht der Niederdruck-EGR-Einheit nach der ersten Ausführungsform, die einen Zustand zeigt, in dem die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils mechanisch durch einen EGR-ventilseitigen Anschlag gestoppt wird;
  • 5 ist ein schematisches Schaubild, das schematisch ein Ansaug- und Abgassystem einer Brennkraftmaschine nach der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 6 ist eine Schnittansicht einer Niederdruck-EGR-Einheit nach einer zweiten Ausführungsform, die eine vollständig offene Position des Niederdruck-EGR-Ventils und eine vollständig geschlossene Position des Ansaugluftdrosselventils zeigt;
  • 7A ist eine Draufsicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einer Antriebsplatte und einer Rolle nach der zweiten Ausführungsform zeigt;
  • 7B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der 7A, die ein Nockenprofil zeigt, in dem eine unempfindliche Zone festgelegt ist;
  • 8 ist ein Schaubild, das Öffnungsgradcharakteristika eines Niederdruck-EGR-Ventils und eines Ansaugluftdrosselventils in einem Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 9 ist ein Schaubild, das Öffnungsgradcharakteristika des Niederdruck-EGR-Ventils und des Ansaugluftdrosselventils nach der zweiten Ausführungsform zeigt; und
  • 10 ist ein schematisches Schaubild, das ein Niederdruck-EGR-Ventil und ein Ansaugluftdrosselventil nach einem Stand der Technik zeigt.
  • GENAUE ERLÄUTERUNG
  • (Erste Ausführungsform)
  • Nun wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben, in der EGR-Vorrichtungen der ersten Ausführungsform mit einer Brennkraftmaschine verwendet werden, die mit einem Turbolader in einem Ansaug- und Abgassystem versehen ist.
  • Die Maschine mit interner Verbrennung (die nachstehend als eine Brennkraftmaschine 1 bezeichnet wird) kann beispielsweise eine Dieselbrennkraftmaschine sein, die Leichtöl als Kraftstoff verwendet, oder ein Benzinmotor, der Benzin als Kraftstoff verwendet. Wie in 5 gezeigt ist die Brennkraftmaschine 1 mit dem Ansaug- und Abgassystem 300 versehen, das einen Ansaugdurchlass 2 und einen Abgasdurchlass 3 umfasst. Der Ansaugdurchlass 2 leitet bzw. führt Ansaugluft in Zylinder der Brennkraftmaschine 1. Der Abgasdurchlass 3 leitet bzw. führt Abgas, das bei der Verbrennung von Kraftstoff in den Zylindern erzeugt wird und aus der Brennkraftmaschine 1 ausgegeben wird, um das Abgas in die Atmosphäre abzugeben.
  • In dieser Ausführungsform ist die Aufladung ein Turbolader 40, der eine Abgasturbine 4 und einen Kompressor 5 aufweist. Die Abgasturbine 4 wandelt die Energie des Abgases, das aus der Brennkraftmaschine 1 abgegeben wird, in eine Drehkraft um. Der Kompressor 5 ist koaxial mit der Abgasturbine 4 verbunden. Wenn der in dem Abgasdurchlass 2 eingebaute Kompressor 5 durch die Drehkraft der Abgasturbine 4 dreht, wird die Ansaugluft komprimiert und der Brennkraftmaschine 1 zugeführt.
  • Ein Luftfilter 6, der Kompressor 5, ein Zwischenkühler 7, ein Drosselkörper 9 und ein Ausgleichstank 10 sind in dem Ansaugdurchlass 2 eingebaut. Der Luftfilter 6 nimmt Fremdobjekte auf, wie Staub, Feinsand, Schmutz, die in der durch eine Einlassöffnung 6a eingesaugten Außenluft enthalten sind. Der Zwischenkühler 7 kühlt die komprimierte Luft, die vom Kompressor 5 komprimiert wird. Ein Drosselventil 8, das eine an die Brennkraftmaschine 1 zuzuführende Menge der Ansaugluft anpasst, ist in dem Drosselkörper 9 vorgesehen. Der Ausgleichstank 10 bildet eine Kammer mit vorab festgelegtem Volumen.
  • Die Abgasturbine 4 und ein Dieselpartikelfilter (DPF) 11 sind in dem Abgasdurchlass 11 eingebaut. Der DPF 11 sammelt das Partikelmaterial (PM), das in dem Abgas enthalten ist. Der DPF ist ein Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung.
  • Als Nächstes werden die EGR-Vorrichtungen beschrieben.
  • Eine Hochdruck-EGR-Vorrichtung 310 und eine Niederdruck-EGR-Vorrichtung 320 sind in dem Ansaug- und Abgassystem 300 der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
  • Die Hochdruck-EGR-Vorrichtung 310 ist eine Abgasrückführungsvorrichtung, die einen Teil von Abgas mit relativ hoher Temperatur und hohem Druck, das gerade aus der Brennkraftmaschine 1 abgegeben wurde, als Hochdruck-EGR-Gas zur Lufteinlassseite (dem Ansaugdurchlass 2) zurückführt.
  • Wie in 5 gezeigt umfasst die Hochdruck-EGR-Vorrichtung 310 einen Hochdruck-EGR-Durchlass 12, ein Hochdruck-EGR-Ventil 13, einen Hochdruck-EGR-Kühler 14, einen Umleitungs-EGR-Durchlass 15 und ein EGR-Durchlass-Schaltventil 16. Der Hochdruck-EGR-Durchlass 12 verbindet einen Abschnitt des Abgasdurchlasses 3, der auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasturbine 4 in der Flussrichtung des Abgases angeordnet ist, mit einem Abschnitt des Ansaugdurchlasses 2 (in der vorliegenden Ausführungsform dem Ausgleichstank 10), der in der Flussrichtung der Ansaugluft auf der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 8 angeordnet ist. Das Hochdruck-EGR-Ventil 13 passt die Flussgröße des Hochdruck-EGR-Gases an, das über den Hochdruck-EGR-Durchlass 12 zur Lufteinlassseite zurückgeführt wird. Der Hochdruck-EGR-Kühler 14 kühlt das Hochdruck-EGR-Gas, das zur Lufteinlassseite zurückgeführt wird. Der Umgehungs-EGR-Durchlass 15 umgeht den Hochdruck-EGR-Kühler 14. Das EGR-Durchlass-Schaltventil 16 schaltet zwischen einem EGR-Weg, der das Hochdruck-EGR-Gas über den Hochdruck-EGR-Kühler 14 zur Lufteinlassseite zurückführt, und einem EGR-Weg um, der das Hochdruck-EGR-Gas über den Umleitungs-EGR-Durchlass 15 zur Lufteinlassseite zurückführt.
  • Die Niederdruck-EGR-Vorrichtung 320 ist eine Abgasrückführungsvorrichtung eines Niederdrucksystems, die einen Teil des Abgases mit relativ niedriger Temperatur und relativ niedrigem Druck als Niederdruck-EGR-Gas zur Luftansaugseite zurückführt.
  • Wie in 5 gezeigt umfasst die Niederdruck-EGR-Vorrichtung 320 einen Niederdruck-EGR-Durchlass 17, ein Niederdruck-EGR-Ventil 18, einen Niederdruck-EGR-Kühler 19 und ein Ansaugluftdrosselventil 20. Der Niederdruck-EGR-Durchlass 17 verbindet einen Abschnitt des Abgasdurchlasses 3, der stromab der Abgasturbine 4 (auf der stromabwärtigen Seite des DPF 11 in der vorliegenden Ausführungsform) in der Flussrichtung des Abgases angeordnet ist, mit einem Abschnitt des Ansaugdurchlasses 2, der auf der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 5 in der Flussrichtung der Ansaugluft angeordnet ist. Das Niederdruck-EGR-Ventil 18 passt die Flussgröße bzw. Flussmenge des Niederdruck-EGR-Gases an, das über den Niederdruck-EGR-Durchlass 17 zur Luftansaugseite zurückgeführt wird. Der Niederdruck-EGR-Kühler 19 kühlt das Niederdruck-EGR-Gas, das zur Luftansaugseite zurückgeführt wird. Das Ansaugluftdrosselventil 20 passt einen Öffnungsgrad des Ansaugdurchlasses 2 synchron zu der Öffnungs-/Schließbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 an, das den Niederdruck-EGR-Durchlass 17 öffnet oder schließt.
  • Als Nächstes werden das Niederdruck-EGR-Ventil 18 und das Ansaugluftdrosselventil 20 beschrieben.
  • Das Niederdruck-EGR-Ventil 18 und das Ansaugluftdrosselventil 20 sind zusammen mit einem nachstehend genau beschriebenen Synchronisationsmechanismus 210 in eine Niederdruck-EGR-Einheit UT integriert. Die Niederdruck-EGR-Einheit UT kann einen Abschnitt des Ansaugdurchlasses 2 und einen Abschnitt des Niederdruck-EGR-Durchlasses 17 umfassen, die in 1 gezeigt sind.
  • Wie in 1 gezeigt ist das Niederdruck-EGR-Ventil 18 ein Schmetterlingsventil, das integriert mit einer Welle 18a gedreht wird. Das Niederdruck-EGR-Ventil 18 ist an einem Ort angeordnet, der benachbart zu einem Auslass des Niederdruck-EGR-Durchlasses 17 ist, der mit dem Ansaugdurchlass 2 verbunden ist. In den 1 bis 4 ist die linke Seite des Ansaugdurchlasses 2 die Seite des Luftfilters 6, und die rechte Seite des Ansaugdurchlasses 2 ist die Seite der Brennkraftmaschine 1.
  • Das Niederdruck-EGR-Ventil 18 ist um die Welle 18a zwischen einer vollständig geschlossenen Position (einer in 1 gezeigten Position), bei der der Ventilöffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Ventils 18 minimal ist, und einer vollständig offenen Position (einer in 2 gezeigten Position) drehbar, an der der Ventilöffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Ventils 18 maximal ist. Das Niederdruck-EGR-Ventil 18 wird durch eine Drehkraft gedreht, die durch ein elektrisches Stellglied 50 erzeugt und an die Welle 18a über eine nachstehend genau beschriebene Antriebskraftübertragungsvorrichtung übertragen wird.
  • Das elektrische Stellglied 50 ist eine Ventilantriebsvorrichtung (eine Ventilantriebseinrichtung) und umfasst beispielsweise einen Gleichstrom-(DC-)Elektromotor. Die Menge an elektrischem Strom, die dem Gleichstrommotor zugeführt wird, wird durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 200 geregelt, die als eine elektronische Steuervorrichtung dient, so dass ein erfasster Winkel eines Ventilwinkelsensors 80, der eine Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils 18 als einen Ventilwinkel erfasst, mit einem Steuerzielwert zusammenfällt, der passend zu einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 festgelegt ist.
  • Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung umfasst einen Getriebezug, der die Drehzahl des Gleichstrommotors verringert und dadurch ein Antriebsdrehmoment erhöht. Der Getriebezug umfasst ein Ritzel 21, ein Untersetzungszahnrad 22, ein Zahnrad kleinen Durchmessers 23 und ein Ventilzahnrad 24. Das Ritzel 21 ist auf einer Abtriebswelle des Gleichstrommotors montiert. Das Untersetzungszahnrad 22 greift in das Ritzel 21 ein. Das Zahnrad kleinen Durchmessers 23 wird durch eine Mittelwelle 22a gelagert, die eine gemeinsame Welle ist, die sowohl das Untersetzungszahnrad 22 als auch das Zahnrad 23 kleinen Durchmessers lagert, und das Zahnrad 23 kleinen Durchmessers wird zusammen mit dem Untersetzungszahnrad 22 gedreht. Das Ventilzahnrad 24 greift in das Zahnrad 23 kleinen Durchmessers ein. Das Ventilzahnrad 24 ist an der Welle 18a des Niederdruck-EGR-Ventils 18 befestigt und wird dadurch zusammen mit der Welle 18a gedreht.
  • Ähnlich dem Niederdruck-EGR-Ventil 18 ist das Ansaugluftdrosselventil 20 ein Schmetterlingsventil, das zusammen mit einer Welle 20a gedreht wird. Wie in 1 gezeigt ist das Ansaugluftdrosselventil 20 in einem EGR-Gasflusseinlass (einer Verbindung zum Niederdruck-EGR-Durchlass 17) des Ansaugdurchlasses 2 angeordnet, in den das Niederdruck-EGR-Gas vom Niederdruck-EGR-Durchlass 17 eingeführt wird.
  • Das Ansaugluftdrosselventil 20 ist mit dem Niederdruck-EGR-Ventil 18 über den nachstehend beschriebenen Synchronisierungsmechanismus 210 verbunden. Wenn das Ansaugluftdrosselventil 20 den Öffnungsgrad des Ansaugdurchlasses 2 synchron zu der Ventilöffnungsbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 verringert, das den Niederdruck-EGR-Durchlass 17 öffnet, erhöht das Ansaugluftdrosselventil 20 die Flussmenge des in den Ansaugdurchlass 2 zurückgeführten Niederdruck-EGR-Gases.
  • Wie in 1 gezeigt umfasst der Synchronisierungsmechanismus 210 eine Antriebsplatte 26, eine angetriebene Platte 27 und einen nachstehend beschriebenen Nockenmechanismus 60 (eine Nockeneinrichtung). Die Antriebsplatte 26 ist an dem Ventilzahnrad 24 mit Schrauben 25 befestigt und wird integriert mit dem Niederdruck-EGR-Ventil 18 gedreht. Die angetriebene Platte 27 ist an der Welle 20a des Ansaugluftdrosselventils 20 befestigt und wird dadurch integriert mit dem Ansaugluftdrosselventil 20 gedreht. Der Nockenmechanismus 60 überträgt die Drehung der Antriebsplatte 26 an die angetriebene Platte 27.
  • Der Nockenmechanismus 60 (die Nockeneinrichtung) umfasst eine Nockennut 28 und eine Rolle 29. Die Nockennut 28 wird in der Antriebsplatte 26 gebildet. Die Rolle 29 ist an der angetriebenen Platte 27 eingebaut und in der Nockennut 28 aufgenommen.
  • Die Nockennut 28 umfasst eine erste Nockenoberfläche 28a und eine zweite Nockenoberfläche 28b, die jeweils unterschiedliche Nockenprofile aufweisen. Das Nockenprofil der ersten Nockenoberfläche 28a wird durch einen Bogen gebildet, der von einem Drehzentrum O der Antriebsplatte 26 mit einem konstanten Abstand (einer Länge) entlang der gesamten Umfangsausdehnung des Bogens beabstandet ist, so dass das Nockenprofil der ersten Nockenfläche 28a das Ansaugluftdrosselventil 20 über einen vorab festgelegten Drehwinkel (einen vorab festgelegten Drehabschnitt), der von der in 1 gezeigten vollständig geschlossenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 bis zu einem mittleren Öffnungsgrad (beispielsweise im Allgemeinen einer mittleren Position zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig offenen Position) des Niederdruck-EGR-Ventils 18 reicht, in der vollständig offenen Position (der in 1 gezeigten Position) halten kann. Die zweite Nockenfläche 28b schließt an die erste Nockenfläche 28a an. Das Nockenprofil der zweiten Nockenfläche 28b ist so festgelegt, dass das Ansaugluftdrosselventil 20 zur Zeit der Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 aus dem mittleren Öffnungsgrad in die in 2 gezeigte vollständig offene Position in die vollständig geschlossene Position angetrieben wird.
  • Eine Rollenwelle 29a ist an einem Arm 27a (siehe 3) befestigt, der in der angetriebenen Platte 27 gebildet ist. Die Rolle 29 ist drehbar an einer äußeren Umfangsoberfläche der Rollenwelle 29a befestigt.
  • Ein äußerer Umfangsabschnitt der angetriebenen Platte 27 wird in einer im Allgemeinen kreisförmigen Form aufgebaut und die angetriebene Platte 27 ist an der Welle 20a befestigt, die sich durch einen radialen Mittelabschnitt der angetriebenen Platte 27 erstreckt. Der Arm 27a, an dem die Rollenwelle 29a befestigt ist, wird in einem Umfangsabschnitt der angetriebenen Platte 27 gebildet, und der Arm 27a steht in der radialen Richtung der angetriebenen Platte 27 nach außen vor. Ein entferntes Ende des Arms 27a ist in einer Bogenform mit einer vorab festgelegten Krümmung aufgebaut.
  • Wenn die Antriebsplatte 26 integriert mit dem Niederdruck-EGR-Ventil 18 gedreht wird, bewegt sich die Rolle 29 des Nockenmechanismus 60 (der Nockeneinrichtung) entlang der Nockennut 28, die in der Antriebsplatte 26 gebildet ist, um dem Nockenprofil der Nockennut 28 zu folgen. Dadurch wird die Drehung der Antriebsplatte 26 so an die angetriebene Platte 27 übertragen, dass das Ansaugluftdrosselventil 20 integriert mit der angetriebenen Platte 27 gedreht wird.
  • Die Niederdruck-EGR-Einheit UT der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Mechanismus 70 zur Festlegung eines Versagensmodus (eine Versagensmodusfestlegungseinrichtung) und eine Vorrichtung 90 zur Bestimmung eines Versagensmodus (eine Versagensmodusbestimmungseinrichtung). Der Mechanismus 70 zur Festlegung des Versagensmodus legt einen Versagensmodus fest, wenn der Synchronisierungsmechanismus 210 versagt. Die Vorrichtung 90 zur Bestimmung des Versagensmodus bestimmt, ob der Versagensmodus festgelegt ist. Der Versagensmodus wird zur Zeit des Auftretens des Versagens des Synchronisierungsmechanismus 210 festgelegt. Genauer gesagt wird der Versagensmodus festgelegt, wenn die Rollenwelle 29a und die Rolle 29 von der angetriebenen Platte 27 so abheben, dass die Drehung der Antriebsplatte 26 nicht an die angetriebene Platte 27 übertragen werden kann. In anderen Worten wird der Versagensmodus festgelegt, wenn die Kopplung zwischen der Antriebsplatte 26 und der angetriebenen Platte 27 aufgrund des später genau beschriebenen Auftretens der Fehlfunktion des Nockenmechanismus 60 gelöst wird, so dass die Antriebsplatte 26 und die angetriebene Platte 27 voneinander frei werden.
  • Der Mechanismus 70 zur Festlegung des Versagensmodus (Versagensmodusfestlegungseinrichtung) umfasst eine Feder 30, einen Anschlag 31 auf der Seite des Drosselventils und einen Anschlag 32 auf der Seite des EGR-Ventils. Die Feder 30 spannt das Ansaugluftdrosselventil 20 in einer Vorspannrichtung derselben (der Richtung im Uhrzeigersinn in den 1 und 2) vor. Der Anschlag 31 auf der Drosselventilseite stoppt das Ansaugluftdrosselventil 20 bei der Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 in der Vorspannrichtung (der Richtung im Uhrzeigersinn in den 1 und 2) durch die Vorspannkraft der Feder 30 zur Zeit des Auftretens des vorstehend erläuterten Versagens mechanisch an einer vorab festgelegten Drehposition. Der Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite wird in der Antriebsplatte 26 gebildet und stoppt die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 mechanisch an einer Position, die zu der Anschlagsposition (der in 4 gezeigten vorab festgelegten Drehposition) des Ansaugluftdrosselventils 20 passt.
  • Die Feder 30 spannt das Ansaugluftdrosselventil in der Richtung (der Richtung im Uhrzeigersinn in den 1 und 2) vor, die einer Ventilschließrichtung des Ansaugluftdrosselventils entgegengesetzt ist, die eine Drehrichtung zum Schließen des Ansaugdurchlasses 2 mit dem Ansaugluftdrosselventil 20 synchron mit der Ventilöffnungsbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 ist. Genauer gesagt spannt die Feder 30 das Ansaugluftdrosselventil in der Vorspannrichtung, d. h. der entgegengesetzten Richtung (der Richtung im Uhrzeigersinn in den 1 und 2) vor, die der Ventilschließrichtung zur normalen Betriebszeit (der Richtung im Gegenuhrzeigersinn in den 1 und 2) des Ansaugluftdrosselventils entgegengesetzt ist, die eine Richtung des Drehens des Ansaugluftdrosselventils 20 aus der Position der 1 in die Position der 2 ist.
  • Der Anschlag 31 auf der Seite des Drosselventils kann beispielsweise in einem Gehäuse 33 (siehe 1) der Niederdruck-EGR-Einheit UT vorgesehen sein. Der Anschlag 31 auf der Drosselventilseite ist so angeordnet, dass er der angetriebenen Platte 27 (noch genauer dem Arm 27a der angetriebenen Platte 27) in der Drehrichtung (der Richtung im Uhrzeigersinn in den 1 und 2) der angetriebenen Platte 27 gegenüberliegt, die von der Feder 30 vorgespannt ist und wie vorstehend erläutert zur Zeit des Auftretens des Versagens zusammen mit dem Ansaugluftdrosselventil 20 gedreht wird. Wie in 3 gezeigt wird die Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 mechanisch beschränkt, d. h. gestoppt, wenn eine seitliche Oberfläche des Arms 27a der angetriebenen Platte 27 den Anschlag 31 auf der Seite des Drosselventils berührt.
  • Der Anschlag 31 auf der Seite des Drosselventils ist an einem Ort angeordnet, an dem das Ansaugluftdrosselventil 20 angehalten wird, während der Ansaugdurchlass 2 um einen vorab festgelegten Öffnungsgrad geöffnet wird, ohne den Ansaugdurchlass 2 zu der Zeit vollständig zu schließen, zu der die Drehung der angetriebenen Platte 27 durch den Kontakt des Arms 27a der angetriebenen Platte 27 mit dem Anschlag 31 auf der Drosselventilseite beschränkt ist. Das heißt, der Anschlag 31 auf der Drosselventilseite ist an dem Ort angeordnet, an dem die Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 zwischen der vollständig geschlossenen Position des Ansaugluftdrosselventils 20 (diese vollständig geschlossene Position des Ansaugluftdrosselventils 20 ist entgegengesetzt zu der vollständig geschlossenen Position des Ansaugluftdrosselventils 20 zur Zeit des normalen Betriebs, die in 2 gezeigt ist und wird erreicht, indem das Ansaugluftdrosselventil 20 der 2 in 2 um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht wird) und der vollständig geöffneten Position (der Position der 1) des Ansaugluftdrosselventils 20 gestoppt wird. Genauer gesagt wird für den Zweck der Beschreibung angenommen, dass der Ventilöffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 20 in der vollständig geschlossenen Position des Ansaugluftdrosselventils 20, in der der Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils minimal ist, 0% beträgt, und dass der Ventilöffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 20 in der vollständig geöffneten Position des Ansaugluftdrosselventils 20, in der der Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 20 maximal ist, 100% beträgt. In einem solchen Fall ist der Anschlag 31 auf der Drosselventilseite in der Position angeordnet, in der man die Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 in einem Bereich von 50% bis 100% des Ventilöffnungsgrads des Ansaugluftdrosselventils 20 anhalten kann.
  • Wie in 4 gezeigt stoppt der Anschlag 32 auf der Seite des EGR-Ventils mechanisch die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils 18, wenn der Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite den äußeren Endabschnitt des Arms 27a der angetriebenen Platte 27 beim Antrieb des Niederdruck-EGR-Ventils 18 in der Ventilöffnungsrichtung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 zur Öffnung des Niederdruck-EGR-Durchlasses 17 aus der vollständig geschlossenen Position des Niederdruck-EGR-Winkels 18 (der Position der 1) zur Zeit des Auftretens des vorstehend erläuterten Versagens berührt. Der Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite ist an dem Ort angeordnet, an dem die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 an einem mittleren Ort (in der ersten Ausführungsform im Allgemeinen einer mittleren Position) zwischen der vollständig geschlossenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 und der vollständig offenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 stoppt. Das heißt, dass der Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite den Arm 27a berührt, um die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 anzuhalten, wenn das Niederdruck-EGR-Ventil 18 aus der vollständig geschlossenen Position in die mittlere Position gedreht wird. Der Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite ist in einer Bogenform aufgebaut, die zu der Seite des entfernten Endabschnitts des Arms 27a passt.
  • Die Vorrichtung 90 zur Bestimmung des Versagensmodus (Versagensmodusbestimmungseinrichtung) umfasst die ECU 200 und den Ventilwinkelsensor 80 und bestimmt auf der Grundlage des erfassten Winkels des Ventilwinkelsensors 80, der die Drehposition (den Ventilwinkel) des Niederdruck-EGR-Ventils 18 erfasst, ob der Versagensmodus festgelegt ist.
  • Der Ventilwinkelsensors 80 ist beispielsweise ein nichtberührender Drehwinkelsensor, der einen Permanentmagneten 80a und einen Hall-Schaltkreis 80b aufweist. Der Permanentmagnet 80a wird an der Welle 18a des Niederdruck-EGR-Ventils 18 eingebaut, und der Hall-Schaltkreis 80b ist an einem Ort angeordnet, der zu dem Permanentmagneten 80a benachbart ist. Ein elektrisches Signal, das in dem Hall-Schaltkreis 80b erzeugt wird, wird an die ECU 200 ausgegeben.
  • Die Vorrichtung 90 zur Bestimmung des Versagensmodus (die Versagensmodusbestimmungseinrichtung) bestimmt in einem Fall, in dem der vom Ventilwinkelsensor 80 erfasste Ventilwinkel eine Drehposition des vom Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite gestoppten Niederdruck-EGR-Ventils 18 ist, dass der Versagensmodus vorliegt.
  • Als Nächstes wird ein Betrieb der Niederdruck-EGR-Vorrichtung 320 beschrieben.
  • Zunächst wird der Betrieb zur Normalzeit beschrieben, in dem der Synchronisierungsmechanismus 210 nicht versagt.
  • Wenn das Niederdruck-EGR-Ventil 18 aus der vollständig geschlossenen Position in die vollständig offene Position angetrieben wird, wird das Ansaugluftdrosselventil 20 aus der vollständig offenen Position über den Synchronisierungsmechanismus 210 in die vollständig geschlossene Position angetrieben. Zu dieser Betriebszeit bewegt sich die Rolle 29, die an der angetriebenen Platte 27 montiert ist, entlang der ersten Nutfläche 28a über den vorab festgelegten Drehwinkel (den vorab festgelegten Drehzeitabschnitt) aus der vollständig geschlossenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 zur mittleren Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 (beispielsweise der Position, bei der der Ventilöffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Ventils 18 50% beträgt), so dass das Ansaugluftdrosselventil 20 nicht gedreht wird und in der vollständig offenen Position desselben gehalten wird, die in 1 gezeigt ist.
  • Danach wird die Rolle 29 in der Nockennut 28 entlang der zweiten Nockenoberfläche 28b bewegt, wenn das Niederdruck-EGR-Ventil 18 aus der mittleren Position in die vollständig offene Position dreht. Dadurch dreht das Ansaugluftdrosselventil 20 aus der vollständig offenen Position in die in 2 gezeigte vollständig geschlossene Position. Auf diese Weise erhöht sich der Ansaugunterdruck, der in dem Ansaughub der Brennkraftmaschine 1 erzeugt wird, so dass eine große Menge des EGR-Gases in die Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt werden kann.
  • Als Nächstes wird der Betrieb zur Zeit des Versagens beschrieben, falls der Synchronisierungsmechanismus 210 versagt.
  • In dem Fall, in dem der Synchronisierungsmechanismus 210 versagt, d. h. die Rolle 29 und die Rollenwelle 29a von der angetriebenen Platte 27 abgehoben sind, so dass die Antriebsplatte 26 und die angetriebene Platte 27 voneinander frei sind, dreht das Ansaugluftdrosselventil 20 durch die Vorspannkraft der Feder 30 in der Vorspannrichtung, d. h. der entgegengesetzten Richtung (der Richtung im Uhrzeigersinn), die der Schließrichtung des Ansaugluftdrosselventils 20 zur normalen Betriebszeit entgegengesetzt ist. Wie in 3 gezeigt wird die Drehung des im Uhrzeigersinn gedrehten Ansaugluftdrosselventils 20 angehalten, wenn die seitliche Fläche des Arms 27a der angetriebenen Platte 27 den Anschlag 31 auf der Drosselventilseite berührt.
  • Danach berührt der Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite der Antriebsplatte 26 den entfernten Endabschnitt des Arms 27a der angetriebenen Platte 27, und dadurch wird die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 mechanisch angehalten, wie in 4 gezeigt, wenn das Niederdruck-EGR-Ventil 18 aus der vollständig geschlossenen Position in die vollständig offene Position angetrieben bzw. verstellt wird. Die Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils 18, d. h. der Ventilwinkel des Niederdruck-EGR-Ventils 18, das durch den Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite angehalten wird, wird mit dem Ventilwinkelsensor 80 erfasst, und das erfasste Ergebnis des Ventilwinkelsensors 80 wird an die ECU 200 ausgegeben. Wenn der Ventilwinkel des Niederdruck-EGR-Ventils 18, der mit dem Ventilwinkelsensor 80 erfasst wird, mit der Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils 18 zusammenfällt, das durch den Anschlag 32 auf der EGR-Ventilseite angehalten wird, bestimmt die ECU 200, dass der Versagensmodus vorliegt. Wenn die ECU 200 bestimmt, dass der Versagensmodus vorliegt, führt die ECU 200 einen Warnvorgang aus, um das Vorliegen des Versagensmodus über eine Warnvorrichtung (beispielsweise eine visuelle Warnvorrichtung oder eine Tonwarnvorrichtung) anzuzeigen. Beispielsweise kann der Warnvorgang ein Anzeigevorgang wie das Einschalten einer Warnlampe 220 sein, um einem Insassen des Fahrzeugs das Vorliegen des Versagensmodus anzuzeigen.
  • Nun werden Vorteile der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Die Niederdruck-EGR-Vorrichtung 320 der ersten Ausführungsform kann die Versagensbestimmung innerhalb des normalen Betriebsbereichs des Antriebs bzw. der Verstellung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 aus der vollständig geschlossenen Position in die vollständig offene Position zur Zeit des Auftretens des Versagens des Synchronisierungsmechanismus 210 ausführen, d. h. zur Zeit des Abhebens der Rolle 29 und der Rollenwelle 29a von der angetriebenen Platte 27, um die Antriebsplatte 26 und die angetriebene Platte 27 voneinander zu lösen. Das heißt, dass die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 aus der vollständig geschlossenen Position in die Ventilöffnungsrichtung, die der Ventilöffnungsrichtung zur normalen Betriebszeit entgegengesetzt ist, nicht durchgeführt werden kann, wenn der Versagensmodus vorliegt. Auf diese Weise wird der Betriebswinkelbereich der Antriebsplatte 26 nicht erhöht, die integriert mit dem Niederdruck-EGR-Ventil 18 gedreht wird. Daher ist es nicht notwendig, einen größeren Raum vorzusehen, der sich weiter als der Winkelbereich für Normalbetrieb erstreckt. Daher kann die Größe der Niederdruck-EGR-Einheit UT im Vergleich zur herkömmlichen Technik verringert werden, die in der JP 2011-32929A (die der US 2011/0023846A1 entspricht) offenbart ist.
  • Zudem kann der Anschlag 31 auf der Drosselventilseite, der die Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 mechanisch stoppt, die Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 in dem Ventilöffnungsgradbereich von 50% bis 100% stoppenn, wenn der Versagensmodus vorliegt. Auf diese Weise wird das Ansaugluftdrosselventil 20 nicht an seiner vollständig geschlossenen Position gestoppt, an der der Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 20 minimal ist. Daher kann der Öffnungsgrad des Ansaugdurchlasses 2 bei 50% oder höher gehalten werden. In einem solchen Fall wird die Ansaugluft (Frischluft), die in die Brennkraftmaschine 1 angesaugt wird, nicht stark verringert, so dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 nicht signifikant beeinflusst wird.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 6 zeigt eine Schnittansicht einer Niederdruck-EGR-Einheit UT nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Die zweite Nockenoberfläche 28b, die in der ersten Ausführungsform diskutiert wurde, weist das Nockenprofil auf, das das Ansaugluftdrosselventil 20 in die vollständig geschlossene Position verstellt, während das Niederdruck-EGR-Ventil 18 wie in 2 gezeigt aus dem mittleren Öffnungsgrad in die vollständig offene Position gedreht wird. In der zweiten Ausführungsform weist das Nockenprofil der zweiten Nockenfläche 28b eine unempfindliche Zone auf, die eine Änderung (die auch als eine Ventilöffnungsgradänderung bezeichnet wird) des Öffnungsgrads des Ansaugluftdrosselventils 20 in der vollständig geschlossenen Position desselben als Antwort auf eine Änderung des Öffnungsgrads (auch als eine Ventilöffnungsgradänderung bezeichnet) des Niederdruck-EGR-Ventils 18 in der vollständig offenen Position beschränkt.
  • In der nachfolgenden Beschreibung wird der Drehwinkel θ0 des Niederdruck-EGR-Ventils 18 in der vollständig geschlossenen Position wie in 7A gezeigt als ein Referenzwinkel festgelegt, und der Drehwinkel des Niederdruck-EGR-Ventils 18 in der vollständig offenen Position wird als θm festgelegt. Zudem wird ein Berührpunkt der zweiten Nockenfläche 28b, an dem die Rolle 29 zur Zeit des Stellens des Niederdruck-EGR-Ventils 18 in die vollständig offene Position berührt bzw. anliegt, als ein Kontaktpunkt A bezeichnet. Eine Seite des Kontaktpunkts A, die auf der Seite der ersten Nockenoberfläche 28a angeordnet ist, wird als eine Ventilschließseite definiert. Zudem wird die andere Seite des Kontaktpunkts A, die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, die der Ventilschließseite gegenüberliegt, als eine Ventilöffnungsseite definiert.
  • Zum Zweck der Beschreibung zur Veranschaulichung eines Vergleichsbeispiels wird angenommen, dass die zweite Nockenfläche 28b ein Nockenprofil aufweist, das durch eine in 7B gezeigte Punkt-Punkt-Strich-Linie angezeigt ist. In einem solchen Fall gibt es wie in 8 gezeigt eine Änderung ΔQ der Menge der Ansaugluft aufgrund der Änderung der vollständig geschlossenen Position des Ansaugluftdrosselventils 20, wenn das Niederdruck-EGR-Ventil 18 eine Ventilöffnungsgradänderung Δθ1 auf der Ventilschließseite und eine Ventilöffnungsgradänderung Δθ2 auf der Ventilöffnungsseite mit Bezug auf den Drehwinkel θm aufweist. Das Nockenprofil, das durch die Punkt-Punkt-Strich-Linie in 7B angezeigt wird, wird durch eine gekrümmte Linie gebildet, die durch den Kontaktpunkt zwischen der zweiten Nockenfläche 28b und der Rolle 29 geht und eine progressiv abnehmende Krümmung von der Ventilschließseite zur Ventilöffnungsseite aufweist, d. h. eine gekrümmte Linie, die von dem Drehzentrum O der Antriebsplatte 26 (siehe 7A) mit einem Abstand entfernt ist, der sich progressiv von der Ventilschließseite hin zur Ventilöffnungsseite erhöht (r1 < rm < r2).
  • Wenn die Änderung der vollständig offenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 vorliegt, können die folgenden Nachteile auftreten.
    • (a) Der Fall, in dem die Änderung der vollständig offenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 auf der kleineren Seite vorliegt, d. h. der Fall, in welchem der Drehwinkel des Niederdruck-EGR-Ventils 18 in der vollständig geschlossenen Position wie in 7B gezeigt um θ1 abweicht.
  • Die vollständig offene Position des Ansaugluftdrosselventils 20 weicht von einem Zielwert derselben auf die größere Seite des Zielwerts wie in 8 gezeigt so ab, dass der Druckunterschied zwischen dem Druck auf der Vorderseite des Niederdruck-EGR-Ventils 18 und der Druck auf der Rückseite des Niederdruck-EGR-Ventils 18 kleiner als ein Sollwert desselben wird. Daher verringert sich die Flussgröße des Niederdruck-EGR-Gases, das auf die Luftansaugseite zurückgeführt wird, so dass sich die Emission verschlechtert.
    • (b) Der Fall, in dem die Änderung auf der vollständig offenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 auf der größeren Seite vorliegt, d. h. der Fall, in welchem der Drehwinkel des Niederdruck-EGR-Ventils 18 in der vollständig geschlossenen Position wie in 7B gezeigt um θ2 abweicht.
  • Die vollständig geschlossene Position des Ansaugluftdrosselventils 20 weicht von dem Sollwert derselben auf die kleinere Seite ab, wie in 8 gezeigt, so dass die Menge an Ansaugluft weiter gedrosselt, d. h. verringert wird. Daher wird die Menge an in die Brennkammer zugeführter Ansaugluft ungenügend, und dadurch verschlechtert sich die Brennkraftmaschinenleistung.
  • Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel weist die zweite Nockenfläche 28b der zweiten Ausführungsform wie durch eine durchgezogene Linie in 7B gezeigt ein Nockenprofil auf, das ein Bogen ist, der sich mit einem konstanten Abstand (einer Länge) rm vom Drehzentrum O der Antriebsplatte 26 entlang des gesamten Umfangsbereichs des Bogens zumindest in einem Winkelbereich von θ1 zum Drehwinkel θ2 erstreckt. Das heißt, dass der Winkelbereich, der mindestens zwischen dem Drehwinkel θ1 und dem Drehwinkel θ2 vorliegt, die unempfindliche Zone bildet, in der der Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 20 gegenüber der Änderung des Öffnungsgrads des Niederdruck-EGR-Ventils 18 unempfindlich ist, d. h. nicht durch diese beeinflusst wird. Daher wird die Rolle 29 selbst in dem Fall angehalten, in dem die Änderung der vollständig offenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 vorliegt, d. h. sie ist auf dem Abschnitt des Nockenprofils stationär, das in dem Winkelbereich zwischen dem Drehwinkel θ1 und dem Drehwinkel θ2 angeordnet ist. In anderen Worten empfängt die Rolle 29 selbst dann, wenn die Antriebsplatte 26 durch die Größe der Ventilöffnungsgradänderung des Niederdruck-EGR-Ventils 18 gedreht wird, nicht die Antriebskraft von dem Abschnitt des Nockenprofils, das zwischen dem Drehwinkel θ1 und dem Drehwinkel θ2 liegt, weil der Abschnitt des Nockenprofils, der zwischen dem Drehwinkel θ1 und dem Drehwinkel θ2 liegt, durch den Bogen gebildet wird, der vom Drehzentrum O der Antriebsplatte 26 über die gesamte Ausdehnung des Umfangs des Bogens mit dem konstanten Abstand (der Länge) entfernt ist. Daher wird die angetriebene Platte 27, die die Rolle 29 aufweist, nicht gedreht. Als ein Ergebnis ist es selbst dann, wenn die Änderung der vollständig offenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils 18 vorliegt, möglich, die Änderung des Öffnungsgrads des Ansaugluftdrosselventils 20 in seiner vollständig geschlossenen Position zu begrenzen (möglich, die Abweichung des Öffnungsgrads des Ansaugluftdrosselventils 20 im Wesentlichen zu eliminieren). Daher ist es wie in 9 gezeigt möglich, die Änderung ΔQ der Flussgröße der Ansaugluft im Wesentlichen zu eliminieren. Daher ist es möglich, die Verschlechterung der Brennkraftmaschinenleistung und die Verschlechterung der Emissionen zu begrenzen.
  • Nun werden Modifikationen der vorstehend erläuterten Ausführungsformen beschrieben.
  • In der Niederdruck-EGR-Einheit UT der ersten und zweiten Ausführungsformen wird das Ansaugluftdrosselventil 20 am EGR-Gasflusseinlass (der Verbindung zum Niederdruck-EGR-Durchlass 17) des Ansaugdurchlasses 2 angeordnet, in den das Niederdruck-EGR-Gas vom Niederdruck-EGR-Durchlass 17 zugeführt wird. Alternativ kann das Ansaugluftdrosselventil 20 in einem anderen Abschnitt des Ansaugdurchlasses 2 angeordnet sein, der auf der stromaufwärtigen Seite der Verbindung mit dem Niederdruck-EGR-Durchlass 17 in der Flussrichtung der Ansaugluft angeordnet ist (auf der linken Seite in 1 oder 6). Zudem wird das Ansaugluftdrosselventil 20 in den ersten und zweiten Ausführungsformen als das Drosselventil der vorliegenden Offenbarung erörtert. Alternativ kann anstelle des Ansaugluftdrosselventils 20 das Drosselventil der vorliegenden Offenbarung als ein Abgasdrosselventil verwendet werden. Dieses Abgasdrosselventil kann beispielsweise in einer Verbindung zwischen dem Abgasdurchlass 3 und dem Niederdruck-EGR-Durchlass 17 oder einem Abschnitt des Abgasdurchlasses 3 platziert sein, der auf der stromabwärtigen Seite der Verbindung mit dem Niederdruck-EGR-Durchlass 17 angeordnet ist. Das Abgasdrosselventil drosselt, d. h. verringert die Öffnung des Abgasdurchlasses, um die Flussgröße des Niederdruck-EGR-Gases zu erhöhen.
  • In der ersten Ausführungsform wird die Niederdruck-EGR-Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung auf die Brennkraftmaschine 1 mit dem Turbolader 40 in dem Ansaug- und Abgassystem 300 angewendet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf einen solchen Turbolader beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Offenbarung auf die Brennkraftmaschine 1 mit einem Lader angewendet werden, der den Kompressor 5 aufweist, der in dem Ansaugdurchlass 2 eingebaut ist und von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. In einem solchen Fall ist das stromaufwärtige Ende (der Einlass des Niederdruck-EGR-Gases) des Niederdruck-EGR-Durchlasses 17 mit einem Abschnitt des Abgasdurchlasses 3 verbunden, der auf der stromabwärtigen Seite der Abgasreinigungsvorrichtung (des DPF 11 in der ersten Ausführungsform) angeordnet ist. Das heißt, dass ein Teil des durch die Abgasreinigungsvorrichtung gereinigten Abgases als das Niederdruck-EGR-Gas in den Ansaugdurchlass 2 zurückgeführt wird.
  • In der ersten Ausführungsform berührt die seitliche Oberfläche des Arms 27a der Antriebsplatte 27 den Anschlag 31 auf der Seite des Drosselventils, um die Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 anzuhalten, wenn der Versagensmodus festgelegt ist. Alternativ kann der Anschlag 31 auf der Seite des Drosselventils in dem Ansaugdurchlass 2 angeordnet sein, und der Endabschnitt des Ansaugluftdrosselventils 20 kann direkt den Anschlag 31 auf der Seite des Drosselventils berühren, um die Drehung des Ansaugluftdrosselventils 20 anzuhalten.
  • Weitere Vorteile und Modifikationen werden für den Fachmann schnell offensichtlich. Die vorliegende Offenbarung im weiteren Sinne ist daher nicht auf bestimmte Einzelheiten, eine repräsentative Vorrichtung und veranschaulichende Beispiele beschränkt, die gezeigt und beschrieben sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (7)

  1. Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1), die mit einem Turbolader (40) versehen ist, der in einem Ansaug- und Abgassystem (300) eingebaut ist, das einen Ansaugdurchlass (2) umfasst, der an die Brennkraftmaschine (1) zuzuführende Ansaugluft leitet und einen Kompressor (5) des Turboladers (40) enthält, und einen Abgasdurchlass (3), der aus der Brennkraftmaschine (1) abgegebenes Abgas leitet und eine Abgasreinigungsvorrichtung (11) aufweist, wobei die Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Niederdruckabgasrückführungs-[EGR]-Durchlass (17), der einen Abschnitt des Abgasdurchlasses (3), der stromab der Abgasreinigungsvorrichtung (11) angeordnet ist, mit einem Abschnitt des Ansaugdurchlasses (2) verbindet, der stromauf des Kompressors (5) angeordnet ist; ein Niederdruck-EGR-Ventil (18), das dazu angepasst ist, eine Flussgröße von Niederdruck-EGR-Gas anzupassen, das durch den Niederdruck-EGR-Durchlass (17) von dem Abgasdurchlass (3) in den Ansaugdurchlass (2) zurückzuführen ist; eine Ventilantriebsvorrichtung (50), die dazu angepasst ist, das Niederdruck-EGR-Ventil (18) anzutreiben; ein Drosselventil (20), das entweder in dem Abgasdurchlass (3) oder dem Ansaugdurchlass (2) eingebaut und dazu angepasst ist, einen Öffnungsgrad entweder des Abgasdurchlasses (3) oder des Ansaugdurchlasses (2) zu verringern und dadurch die Flussgröße des in den Ansaugdurchlass (2) zurückzuführenden Niederdruck-EGR-Gases zu erhöhen; einen Synchronisationsmechanismus (210), der dazu angepasst ist, das Drosselventil in einer Schließrichtung anzutreiben, um entweder den Abgasdurchlass (3) oder den Ansaugdurchlass (2) synchron mit einer Ventilöffnungsbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) zu schließen, die eine Drehbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) in einer Öffnungsrichtung ist, um den Niederdruck-EGR-Durchlass (17) zu öffnen, wobei der Synchronisierungsmechanismus (210) auch dazu angepasst ist, das Drosselventil (20) in einer Öffnungsrichtung anzutreiben, um entweder den Abgasdurchlass (3) oder den Ansaugdurchlass (2) synchron mit einer Ventilschließbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) zu öffnen, die eine Drehbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) in einer Schließrichtung zum Schließen des Niederdruck-EGR-Durchlasses (17) ist; einen Mechanismus (70) zum Festlegen des Versagensmodus, der einen Versagensmodus durch Begrenzen der Drehung des Drosselventils (20) und der Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) festlegt; und eine Vorrichtung (90) zur Bestimmung des Versagensmodus, die auf der Grundlage einer Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils (18) bestimmt, ob der Versagensmodus festgelegt ist, wobei: der Mechanismus (70) zum Festlegen des Versagensmodus Folgendes umfasst: eine Feder (30), die das Drosselventil (20) in einer Vorspannrichtung vorspannt, die der Schließrichtung des Drosselventils (20) zum Schließen entweder des Abgasdurchlasses (3) oder des Ansaugdurchlasses (2) synchron zu der Ventilöffnungsbewegung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) entgegengesetzt ist; einen drosselventilseitigen Anschlag (31), der mechanisch das Drosselventil (20) an einer vorab festgelegten Drehposition anhält, wenn das Drosselventil (20) von der Feder (30) in der Vorspannrichtung vorgespannt ist und dadurch in der Vorspannrichtung gedreht wird; und einen EGR-ventilseitigen Anschlag (32), der mechanisch die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) an einer zugehörigen Position anhält, die zu der vorab festgelegten Drehposition des Drosselventils (20) passt; die Vorrichtung (90) zum Bestimmen des Versagensmodus einen Ventilwinkelsensor (80) umfasst, der eine Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils (18) als einen Ventilwinkel erfasst; und die Vorrichtung (90) zur Bestimmung des Versagensmodus bestimmt, dass der Versagensmodus in einem Fall festgelegt ist, in dem der vom Ventilwinkelsensor (80) erfasste Ventilwinkel zu der Drehposition des Niederdruck-EGR-Ventils (18) passt, das zu einer Zeit des Drehens des Niederdruck-EGR-Ventils (18) aus einer vollständig geschlossenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils (18), an der ein Öffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Durchlasses (17) minimal ist, in eine vollständig offene Position des Niederdruck-EGR-Ventils (18), an der der Öffnungsgrad des Niederdruck-EGR-Durchlasses (17) maximal ist, von dem EGR-ventilseitigen Anschlag (32) angehalten wird.
  2. Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: der Synchronisierungsmechanismus (210) Folgendes aufweist: eine Antriebsplatte (26), die dazu angepasst ist, integriert mit dem Niederdruck-EGR-Ventil (18) gedreht zu werden; eine angetriebene Platte (27), die dazu angepasst ist, integriert mit dem Drosselventil (20) gedreht zu werden; und einen Nockenmechanismus (60), der eine Drehung der Antriebsplatte (26) auf die angetriebene Platte (27) überträgt; und wobei der Mechanismus (70) zur Festlegung des Versagensmodus den Versagensmodus in einem Zustand festlegt, in dem die Kupplung zwischen der Antriebsplatte (26) und der angetriebenen Platte (27) aufgrund eines Versagens des Nockenmechanismus (60) gelöst ist.
  3. Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei: der Anschlag (31) auf der Seite des Drosselventils so angeordnet ist, dass er der angetriebenen Platte (27) in einer Drehrichtung der angetriebenen Platte zum Drehen der angetriebenen Platte (27) integriert mit dem Drosselventil (20) in der Vorspannrichtung der Feder (30) gegenüberliegt; und das Drosselventil (20) an der vorab festgelegten Drehposition anhält, wenn die angetriebene Platte (27) den Anschlag (31) auf der Seite des Drosselventils berührt.
  4. Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei: der Anschlag (32) auf der Seite des EGR-Ventils so angeordnet ist, dass er der angetriebenen Platte (27) gegenüberliegt; und der Anschlag (32) auf der Seite des EGR-Ventils die angetriebene Platte (27) berührt, um die Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) zur Zeit der Drehung des Niederdruck-EGR-Ventils (18) aus der vollständig geschlossenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils (18) in der Öffnungsrichtung zum Öffnen des Niederdruck-EGR-Durchlasses (17) in einem Zustand anzuhalten, in dem die angetriebene Platte (27) den Anschlag (31) auf der Seite des Drosselventils berührt, um das Drosselventil (20) an der vorab festgelegten Drehposition anzuhalten.
  5. Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Nockenmechanismus (60) eine unempfindliche Zone aufweist, die eine Änderung eines Öffnungsgrads des Drosselventils (20) in der vollständig geschlossenen Position des Drosselventils (20) mit Bezug auf eine Änderung eines Öffnungsgrads des Niederdruck-EGR-Ventils (18) in der vollständig offenen Position des Niederdruck-EGR-Ventils (18) beschränkt.
  6. Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei: der Nockenmechanismus (60) Folgendes aufweist: eine Nockennut (28), die in der Antriebsplatte (26) gebildet ist; und eine Rolle (29), die in der angetriebenen Platte (27) vorgesehen ist und dazu angepasst ist, sich als Antwort auf eine Drehung der Antriebsplatte (26) entlang der Nockennut (28) zu bewegen; und die unempfindliche Zone durch einen Abschnitt eines Nockenprofils der Nockennut (28) festgelegt ist, die als ein Bogen aufgebaut ist, der von einem Drehzentrum (0) der Antriebsplatte (26) mit einem konstanten Abstand (rm) entlang einer gesamten Länge des Umfangs des Bogens beabstandet ist.
  7. Niederdruckabgasrückführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die vorab festgelegte Drehposition, bei der die Drehung des Drosselventils (20) durch den Anschlag (31) auf der Seite des Drosselventils zur Zeit des Festlegens des Versagensmodus angehalten wird, zwischen einer vollständig geschlossenen Position des Drosselventils (20), bei der der Öffnungsgrad des Drosselventils (20) minimal ist, und einer vollständig offenen Position des Drosselventils (20) liegt, bei der der Öffnungsgrad des Drosselventils (20) maximal ist.
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