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Fachgebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Abgasrückführungs-(AGR-)Diffusor und befasst sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, mit einem AGR-Diffusor, der eine variable Geometrie umfasst.
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Hintergrund
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Ein motorisiertes Fahrzeug kann mit einem Abgasrückführungs-(AGR-)System ausgestattet sein, das konfiguriert ist, einen Teil der Abgase eines Motors in einen Einlass des Motors zurückzuführen. Das Ersetzen eines Teils der sauerstoffreichen Einlassluft durch verbrannte Abgase reduziert den Anteil des für die Verbrennung zugänglichen Inhalts jedes Zylinders des Motors. Das führt zu einer geringeren Wärmeabgabe und einer geringeren Zylinderhöchsttemperatur und reduziert daher die Bildung von NOx.
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Damit der Motor weiterhin wirksam funktionieren kann, ist es erstrebenswert, dass die wiedereingeführten AGR-Gase homogen mit der Einlassluft vermischt werden. Ein AGR-Diffusor kann innerhalb des Einlassluftkanals bereitgestellt werden, um das Vermischen der AGR-Gase und der Einlassluft zu erleichtern. Die Geometrie des AGR-Diffusors kann so definiert werden, dass die beste Mischung der AGR-Gase und der Einlassluft bei einer bestimmten Betriebsbedingung des Fahrzeugs bereitgestellt wird.
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Aussagen der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Abgasrückführungs-(AGR-)System für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei das AGR-System Folgendes umfasst: einen Einlassluftkanal, der konfiguriert ist, den Verbrennungsmotor mit Einlassluft zu versorgen; einen AGR-Diffusor, der konfiguriert ist, den Einlassluftkanal durch einen Auslass mit rückgeführten Abgasen aus dem Verbrennungsmotor zu versorgen, wobei der AGR-Diffusor Folgendes umfasst: einen Körperabschnitt; und ein bewegbares Element, das in Bezug zum Körperabschnitt bewegbar ist, wobei das bewegbare Element konfiguriert ist, die Größe des Auslasses zu verändern, wobei das bewegbare Element eine Druckfläche umfasst, die so angeordnet ist, dass zumindest eines von Einlassluft und rückgeführten Abgasen auf die Druckfläche einwirkt und dadurch verursacht, dass das bewegbare Element sich in eine erste Richtung bewegt und die Größe des Auslasses verändert; und worin das bewegbare Element vorgespannt ist, sich in eine zweite Richtung zu bewegen.
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Die Größe des Auslasses des AGR-Diffusors kann sich in Abhängigkeit von Änderungen des Stroms der AGR-Gase und/oder der Einlassluft verändern; z.B. als Antwort auf eine Druckänderung der AGR-Gase und/oder der Einlassluft. Indem zugelassen wird, dass die Größe des Auslasses des AGR-Diffusors sich verändert, kann der AGR-Diffusor eine erstrebenswerte Menge AGR-Gase gemäß der aktuellen Motorbetriebsbedingung einführen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein derartiges Verändern der Geometrie des AGR-Diffusors ermöglichen, dass die AGR-Gase über ein breites Spektrum an Motorbetriebsbedingungen homogener vermischt werden. Der Körperabschnitt des AGR-Diffusors kann einen Abschnitt eines AGR-Kanals umfassen, der konfiguriert ist, rückgeführte Abgase zu führen. Der Auslass kann sich zwischen dem Körperabschnitt und dem bewegbaren Abschnitt befinden.
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Das AGR-System kann ferner ein elastisches Element umfassen, das konfiguriert ist, der Bewegung des bewegbaren Elements zu widerstehen. Das elastische Element kann zwischen dem bewegbaren Element und dem Körperabschnitt des AGR-Diffusors bereitgestellt sein.
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Das bewegbare Element kann im Einlassluftkanal bereitgestellt und konfiguriert sein, den Luftstrom innerhalb des Einlassluftkanals einzuschränken. Beispielsweise durch das Auslösen eines Druckabfalls im Einlassluftstrom. Eine Bewegung der Druckfläche kann die Einschränkung des Luftstroms innerhalb des Einlassluftkanals verändern.
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Das bewegbare Element kann zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar sein. Der Auslassströmungsquerschnitt kann in der ersten Position größer sein als in der zweiten Position.
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Das bewegbare Element kann konfiguriert sein, den Luftstrom innerhalb des Einlassluftkanals am wenigsten einzuschränken, wenn das bewegbare Element in der ersten Position ist. Beispielsweise durch das Anbieten einer gegenüber der zweiten Position reduzierten projizierten Fläche in Richtung des Einlassluftstroms in der ersten Position.
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Der Auslassströmungsquerschnitt kann sich linear mit der Bewegung des bewegbaren Elements zwischen der ersten und der zweiten Position verändern. Alternativ dazu kann der Auslassströmungsquerschnitt sich nichtlinear mit der Bewegung des beweglichen Elements zwischen der ersten und der zweiten Position verändern. Die Änderungsrate des Auslassströmungsquerschnitts mit der Bewegung des bewegbaren Elements kann zunehmen, wenn das bewegbare Element sich aus der ersten Position in die zweite Position bewegt. Alternativ dazu kann die Änderungsrate des Auslassströmungsquerschnitts mit der Bewegung des bewegbaren Elements abnehmen, wenn das bewegbare Element sich aus der ersten Position in die zweite Position bewegt.
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Das bewegbare Element kann eine Hülse umfassen. Die Hülse kann koaxial mit dem Körperabschnitt des AGR-Diffusors angeordnet sein. Die Hülse kann radial außerhalb des Körperabschnitts bereitgestellt sein. Alternativ dazu kann die Hülse radial innerhalb des Körperabschnitts bereitgestellt sein. Der Körperabschnitt und die Hülse können jeweils Öffnungen umfassen, und der Auslass kann zumindest teilweise durch eine Überlappungsfläche der jeweiligen Öffnungen ausgebildet sein.
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Die Öffnungen können jeweils zwei im Wesentlichen gerade Kanten umfassen. Die geraden Kanten können, müssen aber nicht parallel zu den zusammentreffenden Achsen des Körperabschnitts und der Hülse verlaufen. Die Öffnungen können halbkreisförmige Abschlussprofile umfassen. Alternativ dazu können die Öffnungen im Wesentlichen dreieckig sein. Die auf dem Körperabschnitt bzw. der Hülse bereitgestellten Öffnungen können in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sein, z.B. können die Spitzen der dreieckigen Öffnungen auf dem Körperabschnitt und der Hülse in entgegengesetzte Richtungen zeigen.
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Das elastische Element kann eine zwischen dem Körperabschnitt und der Hülse bereitgestellte Schraubenfeder umfassen.
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Die Druckfläche kann auf einer Abschlusskappe der Hülse bereitgestellt sein.
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Das bewegbare Element kann eine Platte umfassen, die konfiguriert ist, eine auf dem Körperabschnitt bereitgestellte Öffnung abzudecken. Der Auslass kann zumindest teilweise durch einen Strömungsquerschnitt zwischen der Platte und dem Körperabschnitt ausgebildet sein. Die Druckfläche kann eine Oberfläche der Platte umfassen.
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Das elastische Element kann zwischen der Platte und dem Körperabschnitt bereitgestellt sein.
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Die Platte kann innerhalb des Einlasskanals bereitgestellt sein und den Einlassluftstrom einschränken.
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Die Platte kann eine oder mehrere Rippen umfassen, auf die der Einlassluftstrom einwirken kann. Die Druckfläche kann eine Oberfläche der einen oder der mehreren Rippen umfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das das AGR-System gemäß einem zuvor erwähnten Aspekt der Offenbarung umfasst.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um klarer zu zeigen, wie sie wirksam gemacht werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigeschlossenen Zeichnungen Bezug genommen, wobei:
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1 eine schematische Ansicht des Luft- und des Abgasweges in einem Motor mit einem AGR-System gemäß Anordnungen der vorliegenden Offenbarung ist;
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die 2a und 2b perspektivische Ansichten sind, die bisher vorgeschlagene AGR-Diffusoren zeigen;
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die 3a und 3b perspektivische Ansichten eines AGR-Diffusors gemäß einer ersten Anordnung der vorliegenden Offenbarung in offener bzw. geschlossener Konfiguration sind;
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die 4a und 4b perspektivische Ansichten eines AGR-Diffusors gemäß einer zweiten Anordnung der vorliegenden Offenbarung in geschlossener bzw. offener Konfiguration sind; und
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die 5a und 5b perspektivische Ansichten eines AGR-Diffusors gemäß einer dritten Anordnung der vorliegenden Offenbarung sind.
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Ausführliche Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein typischer Luftweg für einen Verbrennungsmotor 10 eines motorisierten Fahrzeugs beschrieben. Die Luft kann durch einen Einlass 12 eintreten und dann über einen Einlasskanal 46 durch einen Luftfilter 13 gelangen. Die Luft kann durch ein Ventil 36 gedrosselt werden, bevor sie durch einen Kompressor 14a eines Turboladers 14 strömt. Der Turbolader 14 kann die Motorleistung verbessern und Emissionen reduzieren. Typischerweise ist der Turbolader 14 mit einer abgasbetriebenen Turbine 14b angeordnet, die den auf derselben Welle angebrachten Kompressor 14a antreibt. Ein Ladeluftkühler 16 kann ferner die Dichte der in den Verbrennungsmotor 10 eintretenden Luft erhöhen und dadurch ihr Leistungsverhalten verbessern. Die Luft kann dann über eine Drossel 18, die konfiguriert ist, den Massenluftstrom in den Verbrennungsmotor zu verändern, in den Verbrennungsmotor 10 eintreten.
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In einer besonderen Anordnung der vorliegenden Offenbarung umfasst der Verbrennungsmotor 10 einen Dieselmotor, es ist aber ebenso in Betracht gezogen, dass der Motor 10 ein Fremdzündungsmotor sein kann. Wie in 1 dargestellt, kann der Verbrennungsmotor 10 eine Anzahl von Zylindern 10a bis d umfassen und kann die Luft in jeden dieser Zylinder zu einer entsprechenden Zeit im Zyklus des Motors strömen, die durch ein oder mehrere (nicht dargestellte) Ventile bestimmt wird.
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Die Abgase, die aus dem Verbrennungsmotor 10 austreten, können durch die Turbine 14b des Turboladers hindurchströmen. Ein oder mehrere Abgasreinigungsmodule 20 können stromabwärts der Turbine 14b bereitgestellt sein, z.B. um Emissionen aus dem Motorauspuff zu reduzieren. Die Abgasreinigungsmodule 20 können eines oder mehrere von einem Oxidationskatalysator, z.B. einem Dieseloxidationskatalysator, und einem Partikelfilter, z.B. einem Dieselpartikelfilter, umfassen. Ein weiteres Abgasreinigungsmodul 21 kann z.B. stromabwärts des Abgasreinigungsmoduls 20 bereitgestellt sein.
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Eine erste AGR-Schleife 22, die konfiguriert ist, Abgase selektiv aus dem Verbrennungsmotor 10 über einen ersten AGR-Kanal 42 wieder in den Verbrennungsmotor rückzuführen, kann ebenfalls bereitgestellt sein. Die erste AGR-Schleife 22 kann um den Turbolader 14 bereitgestellt sein, sodass Abgase, die aus der Turbine 14b austreten, in den Einlass des Kompressors 14a rückgeführt werden können. Ein AGR-Diffusor 50 kann bereitgestellt sein, um das Vermischen der Abgase mit der Einlassluft zu verbessern. Die erste AGR-Schleife 22 kann, z.B. stromauf- oder -abwärts des Abgasreinigungsmoduls 20, vom Hauptabgasstromweg abgezweigt sein. Die erste AGR-Schleife 22 kann ein erstes Rückführventil 24 umfassen, das das Ausmaß der Rückführung durch die erste AGR-Schleife 22 steuern kann.
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Eine zweite AGR-Schleife 32, die konfiguriert ist, Abgase selektiv aus dem Verbrennungsmotor 10 über einen zweiten AGR-Kanal 44 wieder in den Verbrennungsmotor rückzuführen, kann ebenfalls bereitgestellt sein. Die zweite AGR-Schleife 32 kann um den Motor 10 bereitgestellt sein, wobei Abgase, die aus dem Motor 10 austreten, in den Lufteinlass des Motors 10 rückgeführt werden können. Ein AGR-Diffusor 50 kann bereitgestellt sein, um das Vermischen der Abgase mit der Einlassluft zu verbessern. Die zweite Abgasrückführungsschleife 32 kann, z.B. an einem Punkt zwischen dem Motor 10 und der Turbine 14b des Turboladers, vom Hauptabgasstromweg abgezweigt sein. Entsprechend können die Abgase in der zweiten AGR-Schleife 32 unter höherem Druck stehen als die Abgase in der ersten AGR-Schleife 22. Die zweite Abgasrückführungsschleife 32 kann ein zweites Rückführventil 34 umfassen, das das Ausmaß der Rückführung in der zweiten AGR-Schleife 32 steuern kann.
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Bezug nehmend auf 2a kann ein bereits zuvor vorgeschlagener AGR-Diffusor 50 innerhalb des Einlassluftkanals 46 bereitgestellt sein und AGR-Gase über den AGR-Kanal 42, 44 empfangen. Der AGR-Diffusor 50 kann einen innerhalb des Einlasskanals 46 bereitgestellten Diffusorkörper 52 umfassen. Wie aus 2a hervorgeht, kann der Diffusorkörper zylindrisch sein. Eine Abschlusskappe 56 kann auf dem Diffusorkörper bereitgestellt sein, um zu verhindern, dass AGR-Gase aus dem Diffusorkörper in mit Bezug auf den Diffusorkörper 52 axialer Richtung austreten. Eine Vielzahl von radialen Öffnungen 54 kann rund um den Diffusorkörper bereitgestellt, z.B. in Umfangsrichtung verteilt, sein, um zu ermöglichen, dass AGR-Gase aus dem Diffusorkörper 52 radial in Bezug auf den Diffusorkörper 52 (und somit axial in Bezug auf den Einlasskanal 46) austreten. Die Öffnungen können in einer oder mehreren Reihen von Öffnungen axial entlang der Länge des Diffusorkörpers 52 verteilt bereitgestellt sein. Die Größe der Öffnungen 54 kann jeweils so ausgewählt werden, dass sie optimale Injektionsmengen und ein optimales Vermischen von AGR-Gasen bei einer bestimmten Betriebsbedingung des Fahrzeugs fördert.
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Bezug nehmend auf 2b kann, anstatt die radialen Öffnungen 54 bereitzustellen, ein weiterer, bereits zuvor vorgeschlagener AGR-Diffusor 50 alternativ dazu eine oder mehrere axiale Öffnungen 58 umfassen, die in der Abschlusskappe 56 des Diffusorkörpers 52 bereitgestellt sind. Wie aus 2b hervorgeht, kann der Diffusor ferner eine Diffusorplatte 60 umfassen, die vom Diffusorkörper 52 durch ein oder mehrere Stützbeine 62 gestützt wird. Die Stützbeine 62 können sich mit der Abschlusskappe 56 des Diffusorkörpers 52 koppeln und in Umfangsrichtung rund um den Umfang der Abschlusskappe 56 angeordnet sein. Die Längen der Stützbeine können untereinander variieren und konfiguriert sein, die Diffusorplatte 60 in einem Winkel zum Strom der Einlassluft und/oder der AGR-Gase zu stützen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Diffusorplatte 60 an einer oder mehreren Stellen direkt mit dem Diffusorkörper gekoppelt sein. Die Diffusorplatte 60 kann konfiguriert sein, die Vermischung von AGR-Gasen mit der Einlassluft zu verbessern. Die Größe der axialen Öffnungen 58 und/oder die Position und der Winkel der Diffusorplatte 60 können konfiguriert sein, optimale Injektionsmengen optimales Vermischen von AGR-Gasen bei einer bestimmten Betriebsbedingung des Fahrzeugs zu fördern.
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Bezug nehmend auf die 3a und 3b ist ein variabler AGR-Diffusor 100 gemäß einer ersten Anordnung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Der variable AGR-Diffusor 100 kann innerhalb des Einlasskanals 46 bereitgestellt sein und AGR-Gase aus dem AGR-Kanal 42, 44 empfangen.
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Der variable AGR-Diffusor 100 kann einen Diffusorkörper 102 umfassen. Der Diffusorkörper kann einen Abschnitt des AGR-Kanals 42, 44 umfassen, der sich in den Einlasskanal 46 erstrecken kann. Alternativ dazu, kann der Diffusorkörper 102, wie in den 3a und 3b dargestellt, ein separates Bauteil sein, das mit dem AGR-Kanal 42, 44 gekoppelt ist. Der Diffusorkörper 102 kann mit einer Wand des Einlasskanals 46 gekoppelt sein. Der Diffusorkörper 102 kann im Wesentlichen zylindrisch sein, mit einem im Wesentlichen konstanten kreisförmigen Querschnitt entlang seiner Länge. Die Längsachse des Zylinders kann eine Achse des AGR-Diffusors 100 definieren. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Diffusorkörper 102 einen oder mehrere Schnitte jedweden Prismas oder Kegels umfassen, der auf jedwedem regelmäßigen oder unregelmäßigen vieleckigen Basisabschnitt ausgebildet ist. Der Diffusorkörper 102 kann in einer aerodynamischen Form ausgebildet sein, um die Störung des Einlassluftstroms im Einlasskanal 46 zu minimieren.
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Der variable AGR-Diffusor 100 kann ferner eine Hülse 104 umfassen. Die Hülse 104 kann mit dem Diffusorkörper 102 verschiebbar gekoppelt sein. Wie in den 3a und 3b dargestellt, kann die Hülse 104 innerhalb des Diffusorkörpers 102 bereitgestellt sein, jedoch ist ebenso in Betracht gezogen, dass die Hülse 104 außerhalb des Diffusorkörpers 102 bereitgestellt ist. In jedem Fall kann eine enge Passung zwischen der Hülse 104 und dem Diffusorkörper 102 vorliegen, um den Strom der Abgase zwischen den Bauteilen einzugrenzen.
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Der Diffusorkörper 102 kann eine oder mehrere Öffnungen 102a umfassen. Die Öffnungen können sich in den Diffusorkörper 102 in einer im Wesentlichen radialen Richtung z.B. in Bezug zur Längsachse des AGR-Diffusors erstrecken. Die Öffnungen können in Umfangsrichtung z.B. teilweise oder zur Gänze rund um den Diffusorkörper verteilt sein. Die Öffnungen können gleichmäßig oder variabel rund um den Umfang des Diffusorkörpers beabstandet sein. Beispielsweise können die Öffnungen so angeordnet sein, dass auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des variablen AGR-Diffusors 100 eine höhere Anzahl in Bezug auf den Einlassluftstrom innerhalb des Einlasskanals 46 vorliegt als auf einer stromabwärts gelegenen Seite, oder umgekehrt.
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Die Hülse 104 kann mit entsprechenden Öffnungen 104a ausgestattet sein. Die entsprechenden Öffnungen 104a können konfiguriert sein, sich mit den Öffnungen 102a zu überlappen, um einen oder mehrere Auslässe des variablen AGR-Diffusors 100 zu definieren. Wie aus 3a hervorgeht, kann sich, wenn sich die Hülse 104 in einer bestimmten Position in Bezug auf den Diffusorkörper 102 befindet, jede der entsprechenden Öffnungen 104a, die in der Hülse 104 bereitgestellt sind, mit den Öffnungen 102a, die im Diffusorkörper 102 bereitgestellt sind, decken, z.B. im Wesentlichen zur Gänze überlappen. In dieser Position kann die Größe der Auslässe des variablen AGR-Diffusors 100 ein Maximum sein, z.B. können die Auslässe im Wesentlichen vollständig geöffnet sein.
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Die Hülse 104 kann eine Abschlusskappe 104b umfassen, die ein distales Ende der Hülse 104 abschließt. Die Abschlusskappe 104b kann so angeordnet sein, dass AGR-Gase, die aus dem AGR-Kanal 42, 44 austreten, auf eine auf der Innenseite der Abschlusskappe 104b bereitgestellte Druckfläche 104c auftreffen.
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Wie aus den 3a und 3b hervorgeht, kann der Diffusorkörper 102 eine Abschlusskappe 102b umfassen, um zu verhindern, dass AGR-Gase aus dem Diffusorkörper in axialer Richtung austreten. Ist jedoch die Hülse 104 außerhalb des Diffusorkörpers 102 bereitgestellt, kann es sein, dass der Diffusorkörper keine Abschlusskappe umfasst, um es den AGR-Gasen zu ermöglichen, aus dem AGR-Diffusorkörper axial auszutreten und auf der Druckfläche 104c der Hülse 104 aufzutreffen.
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Die Druckkraft, die sich aus dem Auftreffen der AGR-Gase auf der Druckfläche 104c ergibt, kann die Position der Hülse in Bezug zu dem Diffusorkörper beeinflussen, z.B. kann die Druckkraft verursachen, dass die Hülse axial gegenüber dem Diffusorkörper verschoben wird. Wie in 3b dargestellt ist, kann ein Verschieben der Hülse 102 gegenüber dem Diffusorkörper 104 verursachen, dass die Öffnungen 102a und die entsprechenden Öffnungen 104a sich in Bezug zueinander bewegen, wodurch sich der Querschnitt des Auslasses des variablen AGR-Diffusors 100 verändern kann. In einer konkreten Anordnung kann ein Verschieben der Hülse 102 gegenüber dem Diffusorkörper 104 verursachen, dass die Öffnungen 102a und die entsprechenden Öffnungen 104a sich aus der gemeinsamen Ausrichtung bewegen und sich somit der Querschnitt des Auslasses des variablen AGR-Diffusors 100 reduzieren kann.
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Der variable AGR-Diffusor 100 kann ferner ein elastisches Element, z.B. eine Schraubenfeder 106, umfassen, das konfiguriert sein kann, der Bewegung der Hülse 104 in Bezug zum Diffusorkörper 102 zu widerstehen. Das elastische Element kann konfiguriert sein, den variablen AGR-Diffusor 100 in eine Position zurückzubringen, in der die Auslassgröße die größte ist, wenn die an die Druckfläche 104c angelegte Druckkraft am niedrigsten ist. Die Schraubenfeder 106 kann zwischen der Abschlusskappe 102b des Diffusorkörpers und der Abschlusskappe 104b der Hülse bereitgestellt sein.
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Die Steifigkeit der Spule 106 kann ausgewählt werden, um die Wirkung einer Änderung des AGR-Strömungsdrucks auf die Größe der Auslässe des variablen AGR-Diffusors 100 zu steuern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steifigkeit der Feder 106 so ausgewählt werden, dass der maximale auf die Druckfläche 104c ausgeübte Druck verursacht, dass die Hülse 104 in eine (teilweise oder zur Gänze) geschlossene Position verschoben wird, in der die Größe der Auslässe des AGR-Diffusors am kleinsten ist, wie in 3b dargestellt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Länge der Feder so ausgewählt werden, dass, wenn die Hülse 104 in die (teilweise oder zur Gänze) geschlossene Position verschoben wird, die Feder auf ihre kürzeste Länge zusammengedrückt wird. Ebenfalls zusätzlich oder alternativ dazu können der Diffusorkörper 102 und die Hülse 104 eine Schulter und eine entsprechende Widerlagerfläche (nicht dargestellt) umfassen, die verhindern können, dass die Hülse 104 über die geschlossene Position hinaus verschoben wird, ungeachtet dessen, ob die Druckkraft steigt und die Feder 106 weiter zusammengedrückt werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ zum Bereitstellen eines elastischen Elements, wie z.B. der Schraubenfeder 106, kann die Hülse 104 beschwert sein. Die Hülse 104 kann somit vorgespannt sein, in die Position zurückzukehren, in der die Auslassgröße am größten ist, wenn die an die Druckoberfläche 104c angelegte Druckkraft reduziert wird.
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Wenn sich die Hülse 104 in Bezug zum Diffusorgehäuse 102 bewegt, kann der Querschnitt der Auslässe des variablen AGR-Diffusors sich linear mit der Verschiebung der Hülse zumindest über einen Teil der Strecke der Hülse verändern. Eine solche Veränderung kann durch das Bereitstellen von Öffnungen 102a, 104a erreicht werden, die gerade, parallel verlaufende Seiten umfassen, die in der Bewegungsrichtung der Hülse 104 ausgerichtet sind. Beispielsweise können die Öffnungen 102a, 104a, wie aus den 3a und 3b hervorgeht, im Wesentlichen rechteckig sein und profilierte Enden umfassen, wie z.B. halbkreisförmige Enden, wie abgebildet. Die halbkreisförmigen Enden der Öffnungen können Auslässe bereitstellen, die im Wesentlichen kreisförmig sind, wenn die Auslässe zur Gänze geschlossen sind, wie in 3b dargestellt. Alternativ dazu können die Öffnungen jedwede sonstige Form annehmen, z.B. eine dreieckige. Jede der Öffnungen kann eine andere Form und/oder Ausrichtung aufweisen als die anderen Öffnungen.
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In einer nicht dargestellten alternativen Anordnung sind die Öffnungen 102a, 104a dreieckig und sind die auf der Hülse 104 bereitgestellten Öffnungen 104a in einem Winkel von 180° zu den Öffnungen 102a auf dem Diffusorkörper 102 angeordnet. Durch das Bereitstellen von Öffnungen mit unterschiedlicher Form und/oder Ausrichtung kann sich die Änderungsrate der Größe der Auslässe verändern, wenn die Hülse 104 verschoben wird. Beispielsweise kann die Änderungsrate der Auslassgröße linear oder quadratisch mit der Verschiebung der Hülse 104 zu- oder abnehmen.
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Bezug nehmend auf die 4a und 4b ist ein variabler AGR-Diffusor 200 gemäß einer zweiten Anordnung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Der variable AGR-Diffusor 200 kann an einem ersten Ende 200a mit der Wand des Einlasskanals 46 gekoppelt sein. Der variable AGR-Diffusor 200 kann sich in den Einlasskanal 46 bis zu einem zweiten Ende 200b erstrecken. Der variable AGR-Diffusor 100 kann AGR-Gase aus dem AGR-Kanal 42, 44 empfangen.
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Der AGR-Diffusor 200 kann einen Diffusorkörper 202 umfassen, der dem oben stehend beschriebenen AGR-Körper 102 ähnlich sein kann, jedoch kann der Diffusorkörper 202 keine radialen Öffnungen umfassen. Der Diffusorkörper 202 kann eine Abschlusskappe 202b umfassen, die mit einer oder mehreren Öffnungen 202a bereitgestellt sein kann. Die Öffnungen 202a können in axialer Richtung des Diffusorkörpers 202 bereitgestellt sein, um zu ermöglichen, dass AGR-Gase axial aus dem Diffusorkörper austreten. Alternativ dazu kann die Abschlusskappe 202b weggelassen werden und die Öffnung 202a einem offenen zweiten Ende des Diffusorkörpers 202 entsprechen.
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Der AGR-Diffusor 200 kann ferner eine Diffusorplatte 208 umfassen. Die Diffusorplatte kann an oder nahe dem zweiten Ende 200b des AGR-Diffusors bereitgestellt sein. Die Diffusorplatte 208 kann vom Diffusorkörper 202 durch ein oder mehrere elastische Stützelemente 206 gestützt sein. Die elastischen Stützelemente 206 können länglich sein und sich von dem Diffusorkörper 202 in Richtung der Diffusorplatte 208 erstrecken. Die Diffusorplatte 208 kann konfiguriert sein, sich in Bezug zu dem Diffusorkörper 202 zu drehen. Beispielsweise kann das elastische Stützelement 206 elastisch verformbar sein, um zu ermöglichen, dass der Winkel der Diffusorplatte 208 sich verändert. Das elastische Stützelement 206 kann eine Blattfeder oder eine sonstige Form von natürlicher Feder umfassen. In einer alternativen Anordnung kann das elastische Stützelement ein Scharnier, ein Festkörpergelenk oder einen sonstigen Angelpunkt umfassen, der ermöglicht, dass die Diffusorplatte 208 sich in Bezug zum Diffusorkörper 202 dreht. Der Spalt zwischen dem Diffusorkörper 202 und der Diffusorplatte 208 kann einen Auslass 201 des variablen AGR-Diffusors 200 definieren.
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Das elastische Stützelement 206 kann an oder nahe der Kante der Abschlusskappe 202b bereitgestellt sein. In der in den 3a und 3b dargestellten Anordnung ist das elastische Stützelement 206 an einer Position stromaufwärts des Einlassluftstroms bereitgestellt. Es ist jedoch gleichermaßen in Betracht gezogen, dass das Stützelement an einer Position stromabwärts oder jedweder sonstigen Position auf der Abschlusskappe 202b bereitgestellt sein könnte.
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Wie in 4a dargestellt ist, kann die Diffusorplatte 208 in Bezug auf den Strom von AGR-Gasen, die aus dem AGR-Diffusor über die Öffnungen 202a austreten, und den Einlassluftstrom innerhalb des Einlasskanals 46 abgewinkelt sein. In einer neutralen Position der Diffusorplatte 208, in der das elastische Stützelement 206 im Wesentlichen nicht verformt ist, kann die Platte so abgewinkelt sein, dass ein stromaufwärts gelegenes Ende der Diffusorplatte weiter von der Abschlusskappe 202b entfernt angeordnet ist als ein stromabwärts gelegenes Ende der Diffusorplatte, z.B. kann die Diffusorplatte in Bezug zum Einlassluftstrom nach unten abgewinkelt sein.
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Die Diffusorplatte 208 kann aufgrund der Steifigkeit des elastischen Stützelements in die neutrale Position vorgespannt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann, z.B. wenn das elastische Stützelement 206 ein Gelenk, ein Festkörpergelenk oder einen Schwenkpunkt umfasst, eine Feder bereitgestellt sein, um die Diffusorplatte 208 in die neutrale Position vorzuspannen. Ebenfalls zusätzlich oder alternativ dazu kann die Diffusorplatte 208 beschwert sein, wodurch die Diffusorplatte in die neutrale Position vorgespannt sein kann.
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In der in 4a dargestellten Konfiguration ist die Diffusorplatte innerhalb des Einlassluftstroms innerhalb des Einlasskanals 46, 48 bereitgestellt. Die Diffusorplatte kann den Einlassluftstrom einschränken und einen Druckabfall der Einlassluft auslösen. Die Diffusorplatte kann konfiguriert sein, ein optimiertes Vermischen von AGR-Gasen mit der Einlassluft in einer bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingung bereitzustellen.
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Die Diffusorplatte 208 kann eine Unterseite 208a, die dem Diffusorkörper 202 benachbart bereitgestellt ist, und eine Oberseite 208b auf der entgegengesetzten Seite der Platte umfassen. AGR-Gase, die aus dem Diffusorkörper 202 austreten, können auf der Unterseite 208a der Diffusorplatte 208 auftreffen. Einlassluft innerhalb des Einlasskanals 46 kann ebenfalls auf der Unterseite 208a auftreffen. Die auftreffenden Gase können den Druck auf die Unterseite der Diffusorplatte erhöhen, was eine Nettodruckdifferenz zwischen der Unter- und der Oberseite der Diffusorplatte erzeugen kann. Zusätzlich dazu kann Einlassluft, die durch die Diffusorplatte 208 abgelenkt wird, eine der Oberseite 208b der Diffusorplatte benachbarte Niedrigdruckregion erzeugen, die die Nettodruckdifferenz erhöhen kann. Die Nettodruckdifferenz kann zu einer Druckkraft führen, die eine Ablenkung des elastischen Stützelements 206, z.B. ein Biegen des elastischen Stützelements, verursacht. Wie in 4b dargestellt ist, kann eine Auslenkung des elastischen Stützelements 206 den Winkel der Diffusorplatte 208 zu den Strömen von AGR-Gasen und Einlassluft ändern.
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In der in 4b dargestellten Konfiguration kann der Strömungsquerschnitt des Auslasses 201 des variablen AGR-Diffusors 200 zwischen dem Diffusorkörper 202 und der Diffusorplatte 208 größer sein als in der in 4a dargestellten Konfiguration. Die in 4a dargestellte Konfiguration kann als erste Konfiguration erachtet werden, und die in 4b dargestellten Konfiguration kann eine zweite Konfiguration sein, in der der Auslass 201 offener ist als in der ersten Konfiguration.
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In der zweiten Konfiguration kann die projizierte Fläche der Diffusorplatte in der Richtung des Einlassluftstroms im Vergleich zur ersten Konfiguration reduziert sein. Die Diffusorplatte 208 kann daher den Einlassluftstrom weniger einschränken, und der durch die Diffusorplatte ausgelöste Druckabfall im Einlassluftstrom kann ebenfalls reduziert sein. Eine solche Konfiguration kann erstrebenswert sein, wenn ein hoher Wirkungsgrad des Einlassluftsystems angestrebt wird.
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In einer weiteren Anordnung kann/können die Diffusorplatte 208 und/oder das stabile Stützelement 206 so konfiguriert sein, dass die durch das Auftreffen der AGR-Gase und der Einlassluft verursachten Druckkräfte bewirken, dass die Größe des Auslasses 201 zwischen dem Diffusorkörper 202 und der Diffusorplatte 208 reduziert werden. Beispielsweise kann/können die Diffusorplatte und/oder das elastische Stützelement 206 so konfiguriert sein, dass die Einlassluft auf der oberen Fläche 208b der Diffusorplatte 208 auftrifft. Dies lässt sich durch Ausrichten der Diffusorplatte 208 in entgegengesetzte Richtung als in 4a gezeigt erreichen, sodass z.B. das stromabwärts gelegene Ende der Diffusorplatte 206 weiter von der Abschlusskappe 202b entfernt ist als das stromaufwärts gelegene Ende, wenn sich die Diffusorplatte 206 in der neutralen Position befindet. Zusätzlich oder alternativ dazu kann/können die Diffusorplatte 208 und/oder das elastische Stützelement 206 so konfiguriert sein, dass die projizierte Fläche der Diffusorplatte in Richtung des Einlassluftstroms am kleinsten ist, wenn die Diffusorplatte in der ersten Konfiguration ist.
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Wie oben stehend beschrieben, können der Strömungsquerschnitt des Auslasses 201 des AGR-Diffusors 200 und die Wirkung der Diffusorplatte 208 auf den Druckabfall des Einlassstroms durch den Winkel der Diffusorplatte beeinflusst werden. In manchen Konfigurationen des Einlass- und/oder AGR-Systems kann es erstrebenswert sein, die Wirkung des Einlassluftstroms auf den Winkel der Diffusorplatte zu erhöhen, ohne die Wirkung des AGR-Gasstroms zu ändern. In diesem Fall kann eine oder können mehrere Rippen 210 auf der Diffusorplatte 208 bereitgestellt sein. Die Rippen 210 können auf einer Kante der Diffusorplatte 208 bereitgestellt sein und sich radial von der Diffusorplatte 208 nach außen erstrecken. Die Rippen 210 können sich in einer Ebene parallel zur Diffusorplatte 208 erstrecken. Alternativ dazu können die Rippen 210 in einem Winkel zur Diffusorplatte 208 bereitgestellt sein. Der Winkel der Rippen 210 zur Diffusorplatte 208 kann je nach Entfernung von der Diffusorplatte 208 variieren, z.B. können die Rippen sich von der Ebene der Diffusorplatte 208 wegkrümmen und/oder -biegen. Einlassluft innerhalb des Einlasskanals 46 kann auf einer Unter- und/oder Oberseite der Diffusorrippen 210 auftreffen, was die Druckkraft auf der Diffusorplatte 208 beeinflussen kann, die bewirkt, dass die elastischen Stützelemente 206 ausgelenkt werden. Der Winkel der Diffusorrippen 210 relativ zur Diffusorplatte 108 kann eingestellt werden, um die Wirkung der Rippen 210 auf die Druckkraft zu ändern. Die Rippen 210 können so angeordnet sein, dass der Strom der Abgase aus dem Diffusorkörper 202 nicht auf den Rippen 210 auftrifft.
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Bezug nehmend auf die 5a und 5b ist ein variabler AGR-Diffusor 300 gemäß einer dritten Anordnung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Der variable AGR-Diffusor 300 kann an einem ersten Ende 300a mit der Wand des Einlasskanals 46 gekoppelt sein. Der variable AGR-Diffusor 300 kann sich in den Einlasskanal 46 bis zu einem zweiten Ende 300b erstrecken. Der variable AGR-Diffusor 300 kann AGR-Gase aus dem AGR-Kanal 42, 44 empfangen.
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Der variable AGR-Diffusor 300 kann einen Diffusorkörper 302 und eine Hülse 304 umfassen. Der Diffusorkörper 302 kann ähnlich wie der Diffusorkörper 102 konfiguriert sein und eine oder mehrere radiale Öffnungen 302a umfassen. Die Hülse 304 kann ähnlich wie die Hülse 104 konfiguriert sein und entsprechende Öffnungen 304a umfassen, die sich mit den Öffnungen 302a ausrichten, wenn die Hülse in einer offenen Konfiguration ausgerichtet ist, wie in 5a dargestellt.
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Die Hülse 304 kann ferner eine Abschlusskappe 304b umfassen. Eine Innenfläche der Abschlusskappe 304b kann eine Druckfläche 304c der Hülse 304 sein. AGR-Gase können auf der Druckfläche 304c auftreffen, wie oben stehend im Zusammenhang mit der Hülse 104 beschrieben, was eine Verschiebung der Hülse 304 gegenüber dem Diffusorkörper 302 verursachen kann.
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Wie oben stehend unter Bezugnahme auf die 3a und 3b beschrieben, kann ein oder können mehrere Auslässe des variablen AGR-Diffusors 300 durch die Überlappung der Öffnungen 302a und der entsprechenden Öffnungen 304a definiert sein. Die Form und/oder Ausrichtung der Öffnungen 302a und/oder der entsprechenden Öffnungen 304a können, wie oben stehend beschrieben, konfiguriert sein, die Größe und/oder Form der Auslässe des variablen AGR-Diffusors 300 sowie die Änderungsrate der Auslassgröße und/oder -form zu bestimmen, wenn die Hülse 304 gegenüber dem Diffusorkörper 302 verschoben wird.
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Der variable AGR-Diffusor 300 kann ferner ein elastisches Element 306a umfassen, das konfiguriert ist, der Bewegung der Hülse 304 in Bezug zum Diffusorkörper 302 zu widerstehen. Das elastische Element kann eine Schraubenfeder umfassen und ähnlich wie das oben stehend beschriebene elastische Element 106 konfiguriert sein.
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Der Diffusorkörper 302 kann eine Abschlusskappe 302b an oder nahe dem zweiten Ende 300a des variablen AGR-Diffusors umfassen. Die Abschlusskappe 302b kann ähnlich wie die Abschlusskappe 202b konfiguriert sein und eine oder mehrere axiale Öffnungen 302c umfassen. Wie oben stehend im Zusammenhang mit den 4a und 4b beschrieben ist, kann der Diffusorkörper 302 die Abschlusskappe 302b nicht umfassen und kann die axiale Öffnung 302c einem offenen zweiten Ende des Diffusorkörpers 302 entsprechen.
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Der variable AGR-Diffusor 300 kann ferner eine Diffusorplatte 308 und ein elastisches Stützelement 306b umfassen, das ähnlich wie die Diffusorplatte 208 und das elastische Stützelement 206 konfiguriert sein kann, die oben stehend beschrieben sind. Der variable AGR-Diffusor 300 kann daher auch einen zwischen dem Diffusorkörper 302 und der Diffusorplatte 308 definierten Auslass 301 umfassen.
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Die Diffusorplatte 308 kann eine dem Diffusorkörper 302 benachbarte Unterseite 308a und eine Oberseite 308b auf der entgegengesetzten Seite der Diffusorplatte 308 umfassen. Wie oben stehend im Zusammenhang mit der Diffusorplatte 208 beschrieben, können die AGR-Gase und die Einlassluft auf der Unterseite 308a der auftreffen und eine Druckdifferenz zwischen der Unterseite 308a und der Oberseite 308b verursachen.
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Die Druckdifferenz kann eine Druckkraft erzeugen, die das elastische Stützelement 306b verformt und den Winkel der Diffusorplatte 308 relativ zu den Strömen von Einlassluft und AGR-Gasen beeinflusst. Der Winkel der Diffusorplatte 308 kann die Größe des zwischen dem Diffusorkörper 302 und der Diffusorplatte 308 definierten Auslasses 301 des variablen AGR-Diffusors 300 beeinflussen. Der Winkel der Diffusorplatte kann auch eine Einschränkung des Einlassluftstroms innerhalb des Einlasskanals und/oder einen durch die Diffusorplatte 308 verursachten Druckabfall der Einlassluft beeinflussen. Wenn die Diffusorplatte eine offene Konfiguration ist, wie in 5b dargestellt, kann die Größe des Auslasses 301 am größten und die Einschränkung der Einlassluft und des ausgelösten Druckabfalls am kleinsten sein.
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Um zu ermöglichen, dass AGR-Gase auf der Unterseite 308a der Diffusorplatte 308 auftreffen, kann die Abschlusskappe 304b der Hülse 304 eine oder mehrere (nicht dargestellte) axiale Öffnungen umfassen, um einen axialen Strom von AGR-Gasen durch den variablen AGR-Diffusor 300 zuzulassen.
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Das Bereitstellen der axialen Öffnung kann die Wirkung der AGR-Gase auf die Verschiebung der Hülse 304 gegenüber dem Diffusorkörper 302 reduzieren. Die Steifigkeit des elastischen Elements 306a kann daher im Vergleich zur Steifigkeit des oben stehend beschriebenen elastischen Elements 106 reduziert sein.
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Die Diffusorplatte 308 kann mit einer oder mehreren optionalen Diffusorrippen 310 versehen sein, die ermöglichen, dass die Wirkung der Einlassluft auf den Winkel der Diffusorplatte 308 unabhängig von der Wirkung von AGR-Gasen eingestellt werden kann, wie oben stehend im Zusammenhang mit den Diffusorrippen 210 beschrieben ist.
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Wie in 5a dargestellt ist, können die durch die Überlappung der Öffnungen 302a und der entsprechenden Öffnungen 304a definierten Auslässe, wenn der AGR-Gasdruck und die Einlassluftrate beide niedrig sind, in einer zur Gänze offenen Konfiguration sein, während der zwischen dem Diffusorkörper 302 und der Diffusorplatte 308 definierte Auslass 301 in einer im Wesentlichen zur Gänze oder teilweise geschlossenen Konfiguration sein kann.
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Wie in 5b dargestellt ist, können die durch die Überlappung der Öffnungen 302a und der entsprechenden Öffnungen 304a definierten Auslässe, wenn der AGR-Gasdruck und die Einlassluftrate beide hoch sind, in einer zur Gänze oder teilweise geschlossenen Konfiguration sein, während der zwischen dem Diffusorkörper 302 und der Diffusorplatte 308 definierte Auslass 301 in einer im Wesentlichen zur Gänze offenen Konfiguration sein kann.
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Ist der variable AGR-Diffusor 300 wie in den 5a und 5b dargestellt konfiguriert, können die durch die Überlappung der Öffnungen 302a und der entsprechenden Öffnungen 304a definierten Auslässe der zwischen dem Diffusorkörper 302 und der Diffusorplatte 308 definierte Auslass 301, wenn der AGR-Druck niedrig und die Einlassluftstromrate hoch ist, beide gleichzeitig in einer im Wesentlichen zur Gänze offenen Position sein. Desgleichen kann der variable AGR-Diffusor 300 so konfiguriert sein, dass unter gewissen Bedingungen die Auslässe beide gleichzeitig in einer im Wesentlichen zur Gänze oder teilweise geschlossenen Konfiguration sind.
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Fachleute verstehen, dass die Erfindung zwar beispielhaft unter Bezugnahme auf ein oder mehrere Beispiele beschrieben wurde, aber nicht auf die offenbarten Beispiele beschränkt ist und dass auch andere Beispiele konstruiert werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beigeschlossenen Patentansprüche definiert ist, abzuweichen.