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Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, nämlich eine Anordnung mit einem Ejektor.
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Aus der
US 2009/0 297 367 A1 ist eine solche Anordnung mit einem Ejektor bekannt. Vor diesem technischen Hintergrund offenbart die
US 2003/ 0 031 566 A1 eine Dichtungsanordnung mit einer Nut und die
US 2008 / 0 260 544 A1 eine weitere Anordnung mit einem Ejektor.
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Aufgrund ihres einfachen und robusten Aufbaus finden Ejektoren oder Strahlpumpen häufig Verwendung in sogenannten Regeneriersystemen von Kraftfahrzeugen. Regeneriersysteme bewirken eine Regenerierung des Aktivkohlefilters, in welchem Kraftstoffdämpfe aufgenommen sind. Diese Kraftstoffdämpfe können einem Motor zugeführt werden. Ein solches Regeneriersystem ist beispielhaft in 1, speziell für turboaufgeladene Motoren, dargestellt.
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Der Einsatz von Zusatzkomponenten, wie beispielsweise Ejektoren, in Regeneriersystemen ist heute notwendig, da Quellen, die einen ausreichenden motorseitigen Unterdruck über längere Zeitabschnitte erzeugen könnten, aufgrund von verbrauchsreduzierenden Maßnahmen an Motoren deutlich eingeschränkt sind. Verbrauchsreduzierende Maßnahmen, die zu Einschränkungen führen, sind Downsizing, Entdrosselung von Ansaugsystemen, Turboaufladung, Stop-/Start-Techniken und insbesondere Hybridisierungen von Kraftfahrzeugen.
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Eine Regenerierung nur unter Ausnutzung eines betriebsbedingten, üblichen Unterdrucks in einem Saugrohr oder vor einem Verdichter eines Turboladers, ist nicht mehr ausreichend. Vielmehr sind zusätzliche Hilfsmittel erforderlich.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Start-/Stop-Technik und bei Hybridfahrzeugen läuft ein Verbrennungsmotor zeitweise überhaupt nicht, wodurch in diesen Zeitabschnitten sogar gar keine Regenerierung erfolgen kann. Kraftstoffdämpfe fallen jedoch, abhängig von klimatischen Bedingungen, weiterhin an.
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Besonders große Bedeutung hat die zuvor aufgezeigte technische Problematik beispielsweise in den USA, wo aufgrund der dortigen Gesetzgebung alle Kraftfahrzeuge mit einem sogenannten ORVR (Onboard Refueling Vapor Recovery) - System ausgerüstet sein müssen. Das ORVR -System muss die während der Betankung aus dem Tank entweichenden Kraftstoffdämpfe auffangen.
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Das Auffangen erfolgt in der Regel mit demselben Aktivkohlefilter, der auch die übrigen aus dem Tank entweichenden Kraftstoffdämpfe auffängt. Infolgedessen sind in den USA deutlich größere Spülluftmengen zur Regenerierung eines Aktivkohlefilters notwendig als beispielsweise in Europa, wo kein ORVR-System vorgeschrieben ist. Dort nämlich werden die aus dem Tank verdrängten Kraftstoffdämpfe bei der Betankung von an der Zapfpistole vorgesehenen Abführeinrichtungen abgesaugt. Zusätzlich zu den zuvor genannten Anforderungen besteht aber auch ein Bedarf nach einer weiteren Reduzierung zulässiger Emissionen.
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Mit Hilfe von Ejektoren wird die Regenerierung eines Aktivkohlefilters in Kraftfahrzeugen mit turboaufgeladenem Motor unterstützt. Dabei wird ein künstlicher Kurzschluss zwischen der verdichteten Luft, nach dem Verdichter, zum Lufteinlass vor dem Verdichter hergestellt und das Druckgefälle zur Erzeugung eines Treibstroms ausgenutzt. Abhängig vom Ladedruck wird dann ein entsprechender Regenerierstrom zum Spülen des Aktivkohlefilters erzeugt.
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In den USA ist es weiterhin vorgeschrieben, dass die ordnungsgemäße Funktion derartiger Regeneriersysteme mit der sogenannten On Board Diagnose (OBD) im Kraftfahrzeug regelmäßig im Betrieb überprüft wird.
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Bei einem Regeneriersystem gemäß 1 ergibt sich konkret das Problem der Diagnose der Leitung vom Ejektor zum Ansaugtrakt des Turboladers. Diese Leitung bzw. die Intaktheit der Leitung ist nicht bzw. nur mit aufwendigen Zusatzmaßnahmen diagnostizierbar. In 1 ist diese Leitung mit dem Bezugszeichen 4a versehen und mit einem Ejektor 4 des Stands der Technik verbunden.
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Der Gesetzgeber lässt vor diesem Hintergrund zu, dass eine Prüfung der Abströmseite des Ejektors nicht notwendig ist, wenn er innenwandig im Ansaugtrakt verläuft. Dabei muss über das Gesamtdesign sichergestellt sein, dass ein Fehler, wie beispielsweise ein Bruch, diagnostizierbar ist. Dies führte unter anderem zu einer Ausführung wie sie in 2 dargestellt ist. Bei dieser Ausführung wird der Ejektor direkt mit dem Ansaugtrakt vor dem Turbolader verbunden. Der Ejektor kann unter anderem durch Rotationsschweißung mit dem Ansaugtrakt verbunden sein.
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Bei dem direkt mit dem Ansaugtrakt verbundenen Ejektor gemäß 2 sind die Zulaufanschlüsse einstückig mit dem Ejektor ausgeführt. So besteht allerdings die Gefahr, dass bei einem Lösen der Verbindung des Ejektors mit dem Ansaugtrakt, beispielsweise durch einen Bruch, die grundsätzliche Funktionalität des Ejektors jedoch erhalten bleibt. Ein abströmseitiger Misch- oder Ausgangsstrom würde dann den Ejektor in die Umwelt verlassen, was nicht zulässig ist. Dieser Fehler wäre aber insbesondere nicht diagnostizierbar.
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Ein gemäß 2 direkt mit dem Ansaugtrakt verbundener Ejektor ist aufgrund dessen exponierter Position nachteilig. Das weite Auskragen relativ zu einer Wandung des Ansaugtrakts ist störend und setzt den Ejektor großen Gefahren aus. Es können Kollisionen und letztendlich Brüche auftreten.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung mit einem Ejektor anzugeben, die bei kompaktem Aufbau einen kleinen Bauraum erfordert, eine ausreichende Pumpwirkung ermöglicht und im Falle eines Fehlers eindeutig als Fehlerquelle erfassbar und diagnostizierbar ist.
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass der Ejektor als separates, einschiebbares Funktionsbauteil von den Anschlussstutzen für einen Zulauf aus einer Düse oder Mischkammer entkoppelt sein muss. Hierbei ist konkret erkannt worden, dass ein Bruch zumindest eines der beiden Anschlussstutzen für den Zulauf zu einer Fehlfunktion führt, die klar diagnostizierbar ist. Darauf ist erkannt worden, dass durch eine separate Anordnung des Ejektors Auskragungen auf ein Minimum, nämlich insbesondere auf eine unbedingt notwendige Stutzenlänge, reduzierbar sind. So wird der Ejektor bzw. eine diesen aufnehmende Anordnung in geringerem Maße durch Brüche oder Kollisionen mit anderen Gegenständen geschädigt. Durch eine Ausgestaltung des Ejektors, die mit einem Aufnahmekörper in geeigneter Weise korrespondiert, ist sichergestellt, dass dieser lagerichtig in den Aufnahmekörper eingeschoben wird. Hier sind Anschläge denkbar, welche die lagerichtige Position sicherstellen. Es ist auch denkbar, dass der Ejektor in den Aufnahmekörper lagerichtig eingepresst und dadurch fixiert ist. Der Ejektor ist insoweit derart ausgestaltet, dass er als Funktionsbauteil in einen komplementär zu ihm ausgebildeten Aufnahmekörper lagerichtig einschiebbar und/ oder positionierbar ist, um seine Funktion als Strahlpumpe in einer Anordnung zu erfüllen.
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Der Grundkörper könnte gemeinsam mit dem Durchgang eine Venturidüse bilden, wobei der Durchgang zwei konische, sich in Richtung der engsten Stelle zumindest bereichsweise verjüngende Abschnitte aufweist. Sobald durch eine Venturidüse ein gasförmiges oder flüssiges Medium fließt, ist an der engsten Stelle des rohrförmigen Durchgangs der dynamische Druck, nämlich der Staudruck, maximal und der statische Druck minimal. Die Geschwindigkeit eines strömenden Fluids steigt im Verhältnis der Querschnitte des rohrförmigen Durchgangs beim Durchströmen der engsten Stelle an, weil überall dieselbe Fluidmenge durchfließen muss. Zugleich sinkt der Druck im ersten Anschlussstutzen, welcher genau in die engste Stelle mündet. So kann ein Saugmedium über den ersten Anschlussstutzen aus einer Mischkammer angesaugt werden.
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Der Grundkörper könnte einen zumindest teilweise als Kegelstumpf ausgebildeten separaten Einschubkörper aufnehmen, welcher einen konisch verlaufenden Durchgangskanal aufweist, der einen Teil des Durchgangs, nämlich einen konisch verlaufenden Abschnitt des Durchgangs bildet. Durch einen Einschubkörper ist die Konizität des zweiten Abschnitts, welcher der zweiten Öffnung zugewandt ist, variabel einstellbar.
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Der Grundkörper könnte zwei Nuten aufweisen, welche den Durchgang an einem äußeren Umfang des Grundkörpers umlaufend umfangen und beidseits der dritten Öffnung angeordnet sind. In den Nuten können Dichtungen aufgenommen werden.
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Vor diesem Hintergrund könnten in den Nuten Dichtungen aufgenommen sein. Hierdurch können Druckräume gegeneinander abgedichtet werden.
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Der Grundkörper könnte einen ersten Anschlag aufweisen, der als sich radial erstreckende Ringfläche ausgebildet ist, welche Teil eines umlaufenden Wulstes ist. Hierdurch kann mit einer Stufe im Aufnahmekörper ein Ringspalt ausgebildet werden, welcher ein geringes Axialspiel beim Einschieben des Ejektors in den Aufnahmekörper erlaubt.
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Der Grundkörper könnte einen zweiten Anschlag aufweisen, der als Endfläche ausgebildet ist, welche die zweite Öffnung säumt. Die Endfläche kann problemlos an einer Stufe oder einem Vorsprung innerhalb des Aufnahmekörpers zum Liegen kommen, wenn der Ejektor nach dem Einschieben seine lagerichtige Position erreicht hat.
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Ganz allgemein ist denkbar, dass die Anschläge mit Anschlageinrichtungen oder Gegenflächen im Aufnahmekörper und/ oder im Ansaugtrakt eines Turboladers korrespondieren, welche die funktionstaugliche Einschubtiefe des Ejektors vorgeben oder sicher stellen.
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Der Grundkörper könnte eine Rastnase aufweisen, die auf der Seite der zweiten Öffnung angeordnet ist. Die Rastnase, die bevorzugt federnd ausgebildet ist, kann eine Kante im zweiten Anschlussstutzen hinter greifen und so den Ejektor gegen ein Herausrutschen aus dem Aufnahmekörper sichern.
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Eine Anordnung umfasst erfindungsgemäß einen Ejektor der hier beschriebenen Art und einen Aufnahmekörper, in welchem der Ejektor als separates Funktionsbauteil aufgenommen ist, wobei der Aufnahmekörper zwei Anschlussstutzen aufweist und wobei der Aufnahmekörper einen abströmseitigen Aufnahmebereich aufweist, der mit den beiden Anschlussstutzen fluidleitend verbunden ist. Der Ejektor kann als separates Funktionsbauteil, insbesondere von den Anschlussstutzen baulich getrennt, in den Aufnahmekörper eingeschoben werden, um seine Funktion als Strahlpumpe zu erfüllen.
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Der Aufnahmekörper ist einstückig mit einem Ansaugtrakt eines Turboladers oder einstückig mit einem Teil dieses Ansaugtrakts ausgebildet. So kann der abströmseitige Aufnahmebereich innenwandig im Ansaugtrakt verlaufen.
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Aufgrund des hier dargestellten einfachen und robusten Aufbaus eignet sich der Ejektor zur Verwendung in Regeneriersystemen von Kraftfahrzeugen.
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Der längliche Ejektor lässt sich nach Art einer Patrone in den Aufnahmekörper einschieben und kann sich, abhängig von den vorgesehenen konstruktiven Mitteln, auch wieder aus diesem entnehmen lassen.
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Bevorzugt wird der Ejektor über den abströmseitigen Aufnahmebereich eingeschoben, so dass seine dritte Öffnung mit dem ersten Anschlussstutzen fluchtet.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 eine schematische Ansicht eines ersten Regeneriersystems des Stands der Technik mit einem Ejektor des Stands der Technik, der als separates Teil angeordnet ist,
- 2 eine schematische Ansicht eines weiteren Regeneriersystems des Stands der Technik mit einem Ejektor des Stands der Technik, der einstückig mit einem Ansaugtrakt eines Turboladers ausgebildet, vorzugsweise an seinem Abströmstutzen mit diesem verschweißt ist,
- 3 einen Ejektor, der als separates Funktionsbauteil in einen Aufnahmekörper einschiebbar und entnehmbar ist, und eine Anordnung, umfassend den Aufnahmekörper und den Ejektor, wobei der Ejektor in den Aufnahmekörper eingeschoben ist, und
- 4 eine Anordnung, welche einen Ejektor gemäß 3 aufweist.
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3 zeigt einen Ejektor 13 zum Einschieben in einen Aufnahmekörper 14, umfassend einen Grundkörper 15 mit einem Durchgang 16, der eine erste Öffnung 17 und eine zweite Öffnung 18 miteinander fluidleitend verbindet, wobei der Durchgang 16 eine engste Stelle 19 aufweist, welche mit einer ihr zugeordneten dritten Öffnung 20 fluidleitend verbunden ist, und wobei sich der Durchgang 16 zu der ersten und der zweiten Öffnung 17, 18 hin zumindest abschnittsweise aufweitet.
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Der Durchgang 16 weitet sich von der engsten Stelle 19 ausgehend zu der zweiten Öffnung 18 hin auf. Der Durchgang 16 weitet sich abschnittsweise zu der ersten Öffnung 17 hin auf.
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Der Ejektor 13 ist derart ausgestaltet, dass er als Funktionsbauteil in einen komplementär zu ihm ausgebildeten Aufnahmekörper 14 lagerichtig einschiebbar ist, um seine Funktion als Strahlpumpe in einer Anordnung zu erfüllen. Der Grundkörper 15 weist mindestens einen Anschlag 21, 22 zum Anlegen an den Aufnahmekörper 14 auf.
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Der Grundkörper 15 bildet gemeinsam mit dem Durchgang 16 eine Venturidüse, wobei der Durchgang 16 zwei konische, sich in Richtung der engsten Stelle 19 verjüngende Abschnitte 23, 24 aufweist. Die Abschnitte 23, 24 sind Teile des Durchgangs 16, wobei ihre orthogonal zur Durchströmungsrichtung orientierten Querschnittsflächen in Richtung der engsten Stelle 19 abnehmen.
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Der Grundkörper 15 nimmt einen zumindest teilweise als Kegelstumpf ausgebildeten separaten Einschubkörper 25 auf, welcher einen konisch verlaufenden Durchgangskanal 26 aufweist, der einen Teil des Durchgangs 16, nämlich einen konisch verlaufenden zweiten Abschnitt 24 des Durchgangs 16 bildet. Der erste Abschnitt 23 ist der ersten Öffnung 17 zugewandt.
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Der Grundkörper 15 weist zwei Nuten 27, 28 auf, welche den Durchgang 16 an einem äußeren Umfang des Grundkörpers 15 umlaufend umfangen und beidseits der dritten Öffnung 20 angeordnet sind. In den Nuten 27, 28 sind Dichtungen 29, 30 aufgenommen, die als O-Ringe ausgebildet sind.
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Der Grundkörper 15 weist einen ersten Anschlag 21 auf, der als sich radial erstreckende Ringfläche ausgebildet ist, welche Teil eines umlaufenden Wulstes 31 ist. Zwischen dem Aufnahmekörper 14 und der Ringfläche ist ein Ringspalt ausgebildet, der ein Axialspiel erlaubt.
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Der Grundkörper 15 weist einen zweiten Anschlag 22 auf, der als Endfläche ausgebildet ist, welche die zweite Öffnung 18 säumt. Hier ist keine Gegenfläche im Aufnahmekörper 14 für den zweiten Anschlag 22 ausgebildet.
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Vielmehr weist der Grundkörper 15 im konkreten Ausführungsbeispiel eine Rastnase 32 auf, die auf der Seite der zweiten Öffnung 18 angeordnet ist. Die Rastnase 32 ist federnd ausgebildet und mit dem Aufnahmekörper 14 verrastet. Die Verrastung könnte auch als lösbare Verbindung ausgeführt sein.
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Insoweit zeigt 3 auch eine Anordnung, umfassend einen Ejektor 13 und einen Aufnahmekörper 14, in welchem der Ejektor 13 als separates und vom Aufnahmekörper 14 baulich getrenntes und lösbares Funktionsbauteil aufgenommen ist, wobei der Aufnahmekörper 14 zwei Anschlussstutzen 33, 34 aufweist und wobei der Aufnahmekörper 14 als abströmseitigen Aufnahmebereich 35 einen Abströmstutzen aufweist, der mit den beiden Anschlussstutzen 33, 34 fluidleitend verbunden ist.
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4 zeigt, dass der Aufnahmekörper 14' einstückig mit einem Ansaugtrakt 5 eines Turboladers 3 oder einstückig mit einem Teil dieses Ansaugtrakts 5 ausgebildet ist. Konkret ist der Aufnahmekörper 14' ein Teil der Wandung des Ansaugtrakts 5, wobei die Anschlussstutzen 33', 34' vom Ansaugtrakt 5 in geeigneter Stutzenlänge abragen, um mit einer nicht gezeigten Mischkammer oder einer nicht gezeigten Düse problemlos verbunden zu werden. Bei dieser Ausgestaltung kann auch zusammen mit dem Turbolader 3 eine Anschlageinrichtung 36 vorgesehen sein, die verhindert, dass der Ejektor 13 in Richtung des Turboladers 3 wandert und seine funktionsgerechte Position im Aufnahmekörper 14' verlässt.
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Vor diesem Hintergrund zeigt 3 in schematischer Ansicht die Funktionsweise des Ejektors 13, welcher auch als Strahlpumpe bezeichnet wird. Mittels eines Fluidstahls T, nämlich einem Treibstrom, der mit möglichst hoher Geschwindigkeit aus einer nicht gezeigten Düse austritt, wird eine Pumpwirkung erzielt. Durch eine Impulsübertragung auf ein Saugmedium in einer ebenfalls nicht gezeigten Mischkammer wird dieses Saugmedium beschleunigt und vom Fluidstrahl T mitgerissen. Hiermit verbunden ist ein Druckabfall im Saugmedium. Aufgrund des Druckabfalls wird ein Saugstrahl R, im konkreten Fall ein Regenerierstrom, erzeugt. Der Regenerierstrom nimmt die im Aktivkohlefilter gespeicherten Kraftstoffbestandteile mit. Über die erste Öffnung 17 verlässt dann ein Mischstrom M den Ejektor 13.
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Insoweit ist ein erster Anschlussstutzen 33 mit einer Mischkammer für ein Saugmedium verbunden und ist ein zweiter Anschlussstutzen 34 mit einer Düse verbunden. Der abströmseitige Aufnahmebereich 35 führt den Mischstrom M dem Turbolader 3 zu.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Ejektors 13, bei dem beide Anschlussstutzen 33, 34 der Zuläufe körperlich vom eigentlichen Ejektor 13 getrennt sind. Hierdurch wird vermieden, das bei einer Krafteinleitung auf einen oder beide Anschlussstutzen 33, 34 beispielsweise durch eine Kollision, nicht zwangsweise der Ejektor 13 mit beeinträchtigt und im Falle eines Bruches mit gelöst wird.
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Ein Systemfehler durch Bruch eines oder auch beider Anschlussstutzen 33, 34 ist im Sinne des US-Gesetzgebers während der OBD-Prüfung diagnostizierbar.
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In 4 sind die Anschlussstutzen 33', 34' für die Zuläufe einstückig mit dem Ansaugtrakt 5 vor dem Turbolader 3 oder eines Teiles dessen verbunden und könnten, wie in 4 dargestellt, direkt in den Aufnahmekörper 14' für den eigentlichen Ejektor 13 münden. Diese Ausführung ist platzsparend und reduziert die Auskragungen auf ein Minimum, nämlich auf die notwendige Stutzenlänge, um Anschlüsse vorzusehen.
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Die Orientierung der Anschlussstutzen 33, 33', 34, 34' ist dabei nicht auf die in 3 und 4 dargestellte, nämlich orthogonale, Ausrichtung in Bezug zum abströmseitigen Aufnahmebereich 35, 35' bzw. zum Abströmstutzen beschränkt. Mit der Ausführung gemäß 4, welche einen innenwandigen Auslauf des Ejektors 13 vorsieht, wird der Empfehlung der US-Behörde entsprochen.
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Der eigentliche Ejektor 13 wird in einen, mit den Anschlussstutzen 33, 33', 34, 34' verbundenen Aufnahmekörper 14, 14' eingeschoben. Dieser ist, wie in 4 dargestellt, ebenfalls einstückig mit dem Ansaugtrakt 5 vor dem Turbolader 3 oder mit einem Teil dessen ausgebildet. Der Aufnahmekörper 14' ist aus dem Ansaugtrakt 5 oder einem Teil desselben ausgeformt.
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Nach Erreichen einer entsprechenden Position ist eine Funktionalität des Ejektors 13 hergestellt. Die genaue Position wird durch einen oder mehrere Anschläge 21, 22 oder Presssitze vorgegeben. Da die eigentlichen Anschlussstutzen 33, 33', 34, 34' für die Zuläufe körperlich vom Ejektor 13 getrennt sind, sind Druckräume, die sich nach dem Einschieben ergeben, gegen einander abgedichtet. Die Abdichtung kann, wie in 3 und 4 dargestellt, durch O-Ringe erfolgen.
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Da der Ejektor 13 gegen einen sich ergebenden Druckraum eingeschoben wird, ist er gegen ein Lösen unter Druckbeaufschlagung gesichert. Die Sicherung erfolgt durch Verrastung. Aber auch ein Sichern durch ein Gegenstück, insbesondere durch die in 4 gezeigte Anschlageinrichtung 36, nach Komplettierung des Ansaugtrakts 5 ist denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Saugrohr
- 2
- Motor
- 3
- Turbolader
- 4
- Ejektor
- 4a
- Leitung vom Ejektor zum Ansaugtrakt
- 5
- Ansaugtrakt
- 6
- Luftfilter
- 7
- Rückschlagventil
- 8
- Rückschlagventil
- 9
- Regenerierventil
- 10
- Sensor
- 11
- Aktivkohlefilter
- 12
- Kraftstofftank
- 13
- Ejektor
- 14, 14'
- Aufnahmekörper
- 15
- Grundkörper
- 16
- Durchgang
- 17
- erste Öffnung
- 18
- zweite Öffnung
- 19
- engste Stelle
- 20
- dritte Öffnung
- 21
- erster Anschlag
- 22
- zweiter Anschlag
- 23
- erster Abschnitt
- 24
- zweiter Abschnitt
- 25
- Einschubkörper
- 26
- Durchgangskanal
- 27
- erste Nut
- 28
- zweite Nut
- 29
- erste Dichtung
- 30
- zweite Dichtung
- 31
- Wulst
- 32
- Rastnase
- 33, 33'
- erster Anschlussstutzen
- 34, 34'
- zweiter Anschlussstutzen
- 35, 35'
- abströmseitiger Aufnahmebereich
- 36
- Anschlageinrichtung
