DE10230142B4

DE10230142B4 - Zuführeinrichtung für Unterdruck mit einem Ejektor

Info

Publication number: DE10230142B4
Application number: DE10230142A
Authority: DE
Inventors: Junichi Ikeda; Atsuya Koshu; Jun Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: DE10230142A1; US6796772B2; US20030007874A1; JP2003021100A

Abstract

Zuführeinrichtung für Unterdruck mit:
einer Luftauslassöffnung (41; 73), die mit einer Quelle für Unterdruck verbunden ist;
einer Lufteinlassöffnung (40; 72), die zur Atmosphäre hin offen ist;
einer Unterdrucköffnung (42; 74), die mit einer Unterdruckkammer einer Unterdruckeinrichtung verbunden ist;
einem Kanal (60; 80, 81) zum Schaffen einer Verbindung zwischen der Luftauslassöffnung (41; 73) und der Unterdrucköffnung (42; 74);
einem ersten Rückschlagventil (61; 95), mittels dessen Luft durch den Kanal (60; 80, 81) nur in einer Richtung von der Unterdrucköffnung (42; 74) zu der Luftauslassöffnung (41; 73) strömen kann;
einem Ejektor (1; 38; 70) mit einem Luftauslass (44; 76), der mit der Luftauslassöffnung (41; 73) in Verbindung steht, mit einem Lufteinlass (43; 75), der mit der Lufteinlassöffnung (40; 72) in Verbindung steht, und mit einem Unterdruckauslass (45; 77), der mit der Unterdrucköffnung (42; 74) in Verbindung steht;
einem zweiten Rückschlagventil (62; 94), mittels dessen Luft...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bei einer Zuführeinrichtung für Unterdruck, die einen Ejektor zum Erzeugen eines Unterdrucks verwendet.
Allgemein ist ein Bremssystem eines Automobils mit einem Druckluftverstärker (Booster) versehen, um die Bremskraft zu verstärken. Der Druckluftverstärker verwendet im Allgemeinen das Motoreinlasssystem als Quelle für Unterdruck. Das heißt, der (negative) Motoreinlassdruck wird in eine Unterdruckkammer eingeführt, um einen Druckunterschied zwischen dem Einlassdruck und dem atmosphärischen Druck zu erzeugen und so Schub in einem Leistungskolben zu erzeugen, um das Bremssystem mit einer wirksamen physikalischen Kraft zu unterstützen.
Diese Art von Druckluftverstärker leidet jedoch unter dem Problem, dass der Druckverstärker, da er den (negativen) Motoreinlassdruck verwendet, eventuell keinen ausreichend hohen Unterdruck (Vakuumgrad) in einem Laufzustand des Motors erzielen kann, in dem der Motoreinlassvakuumdruck gering ist, d. h. unmittelbar nach einem Kaltstart des Motors. In einem solchen Fall kann die Servoenergie reduziert sein. Die Reduktion der Servoenergie wird im Fall von kleinen Motoren mit einem geringen Kolbenhub (Menge der Einlassluft) zu einem Problem. Unter diesen Umständen sind bereits Druckluftverstärker vorgeschlagen worden, die einen Ejektor verwenden, um den Unterdruck zu steigern, der in die Unterdruckkammer eingeführt werden soll (siehe die japanische ungeprüfte Patentanmeldung (Kokai) Nr. Sho 60-29366 ).
Der Ejektor hat eine Düse und einen Diffusor, der stromabwärts der Düse angeordnet ist. Ein Unterdruckauslass ist zwischen der Düse und dem Diffusor vorgesehen. Wenn Gas von der Düse in Richtung des Diffusors fließen kann, wird ein Hochgeschwindigkeitsstrahl erzeugt, wodurch ein hoher Unterdruck bei dem Unterdruckauslass erzeugt werden kann.
Neuerdings bestehen gesteigerte Forderungen nach magerverbrennenden und Zylindereinspritzmaschinen, um Abgasemissionen zu reduzieren und die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffs zu erhöhen. In diesen Motoren ist jedoch der Grad der Drosselung, der mittels des Drosselventils erzielt wird, gering aufgrund dessen Struktur, und daher ist es schwierig, einen hohen negativen Einlassdruck zu erzielen. Daher besteht eine steigende Forderung nach einem Ejektor, der einen hohen negativen Druck mit einem relativ geringen negativen Einlassdruck erzeugen kann.
Im Hinblick auf eine Unterdruckzuführeinrichtung zum Zuführen eines Unterdrucks zu einem Bremssystem eines Automobils ist es erforderlich, einen hohen Unterdruck mit einem geringen negativen Einlassdruck zu erzeugen und den Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers schnell wieder herzustellen, nachdem der Unterdruck in der Unterdruckkammer durch den Betrieb des Bremssystems verbraucht worden ist. Demzufolge ist es erforderlich, dass der Ejektor einen hohen Unterdruck (Vakuumgrad) mit einem geringen negativen Einlassdruck erzeugt und gleichzeitig eine ausreichend große Menge an Ansaugluft erzielen kann.
DE 198 21 686 A1 offenbart eine Rückschlagventileinheit für ein Unterdruck benötigendes Arbeitssystem. Ein Außenluftkanal weist eine Querschnittsverengung nach Art eines Venturi-Rohres auf.
Aus US 3,636,964 ist ein Ejektor zum Zuleiten von Druckluft mit einer Laval-Düse bekannt.
Schließlich ist in der Luftstrahl-Pumpe gemäß DE 83 13 783 eine Treibdüse als Laval-Düse ausgestaltet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben genannten Umstände gemacht worden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zuführeinrichtung für Unterdruck mit einem Ejektor zu schaffen, der einen hohen Unterdruck mit einem geringen negativen Einlassdruck erzeugen kann und gleichzeitig eine ausreichend große Menge an Ansaugluft erzielen kann, so dass die Zuführeinrichtung für Unterdruck einen stabilen Unterdruck zuführen kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ermöglicht es die Lavaldüse, dass die Flussgeschwindigkeit im Bereich der Engstelle die Schallgeschwindigkeit erreicht, sogar, wenn der negative Einlassdruck gering ist. Daher kann ein hoher Unterdruck erzielt werden. Da außerdem der Einlass des Diffusors vergrößert ist und sich parallel zur Achse des Diffusors erstreckt, kann die Menge der Ansaugluft gesteigert werden, ohne dass das Endvakuum reduziert wird.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ist das Steuerventil offen, bis der Unterdruck an der Unterdrucköffnung einen vorbestimmten Unterdruck erreicht. Der Ejektor wird durch den Unterdruck von der Unterdruckquelle betätigt, um einen Unterdruck zu der Unterdrucköffnung von dem Unterdruckauslass durch das zweite Rückschlagventil zuzuführen. Wenn der Unterdruck an der Unterdrucköffnung den vorbestimmten Unterdruck erreicht hat, wird das Steuerventil geschlossen, um den Betrieb des Ejektors anzuhalten. Demzufolge wird der Unterdruck von der Unterdruckquelle direkt durch das erste Rückschlagventil zu der Unterdrucköffnung zugeführt. Weil das Steuerventil schnell geschlossen wird, wird die Funktion des Ejektors während des Zeitraums des Ventilschließübergangs durch Beschränkung des Strompfads durch das Steuerventil nicht beeinträchtigt.
Bei der Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Steuerventil auf der Seite des Lufteinlasses bezüglich des Ejektors vorgesehen sein. Mit dieser Anordnung wird der Druckverlust, der durch das Steuerventil erzeugt wird, minimiert, und die Effizienz des Ejektors wird gesteigert.
Bei der Unterdruckzuführeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Steuerventil so angeordnet sein, dass das Ende seines Ventilelements, welches zu der Richtung hin weist, in welcher sich das Steuerventil bewegt, wenn es geschlossen wird, einem Druck unterliegt, der geringer ist als an dem anderen Ende.
Das oben genannte und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der nun folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, gesehen im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht auf einen Ejektorkörper in einer ersten Ausführungsform des Ejektors gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vertikale Schnittansicht der ersten Ausführungsform des Ejektors gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Draufsicht auf eine Dichtungsplatte des Ejektors in 2.
4 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Anordnung eines Druckluftverstärkers zeigt, der den Ejektor in 2 verwendet, und zwar als Zuführeinrichtung für Unterdruck.
5 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Anordnung eines anderen Druckluftverstärkers zeigt, der den Ejektor in 2 verwendet, und zwar als Zuführeinrichtung für Unterdruck.
6 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Anordnung von einem noch anderen Druckluftverstärker zeigt, welcher den Ejektor in 2 verwendet, und zwar als Zuführeinrichtung für Unterdruck.
7(a) ist ein Diagramm, welches schematisch die Anordnung eines Ejektors zeigt, bei welchem kein paralleler Bereich am Einlass eines Diffusors vorgesehen ist.
7(b) ist ein Diagramm, welches schematisch den Ejektor in 2 zeigt, wobei ein paralleler Bereich am Einlass des Diffusors vorgesehen ist.
7(c) ist ein Diagramm, welches statische Druckverteilungen in den Ejektoren in den 7(a) und 7(b) zeigt.
8 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Ansauganschlussdruck und der Luftmenge in dem Ejektor in 2 zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches schematisch die Anordnung einer zweiten Ausführungsform des Ejektors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem negativen Arbeitsdruck und dem negativen Ansaugdruck in dem Ejektor in 9 zeigt.
11 ist eine vertikale Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Zustand zeigt, in welchem ein Steuerventil offen ist und ein Steuerkolben sich in einer zurückgezogenen Stellung befindet.
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils der Einrichtung in 11.
13 ist eine vertikale Schnittansicht der Einrichtung in 11, die einen Zustand zeigt, in dem das Steuerventil offen ist und sich der Steuerkolben in einer vorgeschobenen Stellung befindet.
14 ist eine vertikale Schnittansicht der Einrichtung in 11, die einen Zustand zeigt, in welchem das Steuerventil geschlossen ist und sich der Steuerkolben in einer zurückgezogenen Stellung befindet.
15 ist eine vertikale Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Zustand zeigt, in welchem ein Steuerventil offen ist.
16 ist eine vertikale Schnittansicht eines Verriegelungsmechanismus, der in der Einrichtung in 15 verwendet wird.
17 ist eine vertikale Schnittansicht eines anderen Beispiels des Verriegelungsmechanismus, der in der Einrichtung in 15 verwendet wird.
18 ist eine vertikale Schnittansicht der Einrichtung in 15, die einen Zustand zeigt, in dem das Steuerventil geschlossen ist.
19 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch die Anordnung der Einrichtung in 15 zeigt.
20 ist ein Diagramm, welches in Beziehung zwischen dem negativen Einlassdruck und dem vom Ejektor erzeugten Unterdruck in der Einrichtung in 15 zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Eine erste Ausführungsform des Ejektors gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Wie in 1 und 2 dargestellt, weist ein Ejektor 1 einen Ejektorkörper 2 und eine Rückplatte 3 auf, welche zu einer Einheit zusammengefügt sind, wobei eine Dichtungsplatte 4 dazwischen angeordnet ist.
Der Ejektorkörper 2 hat eine flache Ausnehmung, die in seiner flachen Verbindungsfläche ausgeformt ist, bei welcher er mit der Rückplatte 3 verbunden ist. Die flache Ausnehmung bildet eine Düse 5, einen Diffusor 6, ein Paar von Ansauganschlüssen 7, die dazwischen angeordnet sind, und einen Unterdruckkanal 8, der mit einem Ansauganschluss 7 kommuniziert. Die Rückseite des Ejektorkörpers 2 ist mit einer Filterkammer 10 ausgebildet, die mit einem Einlass 9 der Düse 5 kommuniziert, und sie ist außerdem mit einer Einlassrohrverbindungsöffnung 12 ausgeformt, die mit einem Auslass 11 des Diffusors 6 kommuniziert. Der Ejektorkörper 2, der diese Elemente aufweist, kann durch einen Gießvorgang leicht integral ausgeformt werden, beispielsweise durch Spritzgießen eines synthetischen Kunstharzmaterials, durch Formgießen oder Metallspritzgießen (metal injection molding, MIM). Ein Filterelement 13 ist in der Öffnung der Filterkammer 10 montiert und mit einer porösen Platte 14 gesichert.
Die Rückplatte 3 hat eine Ausnehmung, die in einer Verbindungsfläche der Rückplatte 3 ausgeformt ist, bei welcher sie mit dem Ejektorkörper 2 verbunden ist. Die Ausnehmung bildet einen Kommunikationskanal 15 für die Verbindung zwischen dem Paar von Ansauganschlüssen 7.
Außerdem ist in der Rückplatte 3 eine Verstärkerverbindungsöffnung 16 ausgeformt, die mit der Einlassrohrverbindungsöffnung 12 kommuniziert. In der Rückplatte 3 ist außerdem ein Unterdruckauslass 17 ausgeformt, der mit dem Unterdruckkanal 8 kommuniziert, um eine Verbindung zwischen dem Unterdruckkanal 8 und der Verstärkerverbindungsöffnung 16 zu schaffen. Die Rückplatte 3, die diese Elemente beinhaltet, kann durch einen Gießvorgang leicht integral ausgeformt werden, beispielsweise durch Spritzgießen eines synthetischen Kunstharzmaterials, durch Formgießen oder durch Metallspritzgießen (MIM).
Die Dichtungsplatte 4 ist aus einem dünnen plattenförmigen Federelement ausgeformt, das auf beiden Seiten mit einer Beschichtung aus dünnem Gummi oder nicht-festem Kunstharz versehen ist. Wie in 3 dargestellt, sind in der Dichtungsplatte 4 bogenförmige Nuten 22 und 23 ausgestanzt, um scheibenförmige Ventilelemente 20 und 21 von Rückschlagventilen 18 und 19 auszuformen, die in der Verstärkerverbindungsöffnung 16 bzw. dem Unterdruckauslass 17 angeordnet sind. Außerdem sind in der Dichtungsplatte 4 ein Paar von Öffnungen 24 ausgestanzt, um eine Verbindung zwischen den Ansauganschlüssen 7 und dem Verbindungskanal 15 zu schaffen. Das Rückschlagventil 18 lässt das Ventilelement 20 auf einem Ventilsitz 25 ruhen, der an der Rückplatte 3 ausgeformt ist, so dass Luft nur in der Richtung von der Verstärkerverbindungsöffnung 16 zu der Einlassrohrverbindungsöffnung 12 fließen kann. Das Rückschlagventil 19 lässt das Ventilelement 21 auf einem (nicht dargestellten) Ventilsitz ruhen, der an der Rückplatte 3 ausgeformt ist, so dass Luft nur in Richtung von dem Unterdruckauslass 17 zu dem Unterdruckkanal 8 fließen kann.
Nun werden die Düse 5 und der Diffusor 6 des Ejektors 1 bezüglich ihrer Konfigurationen beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, sind die Düse 5 und der Diffusor 6 in Verbindung miteinander so angeordnet, dass sie eine einzige Lavaldüse ausbilden, die einen sanft konvergierenden Einlass und einen divergierenden Auslass mit einem geringen Divergenzwinkel hat. Der Ausdruck ”Lavaldüse”, wie er hier verwendet wird, bedeutet ein Rohr oder eine Wandung, das bzw. die einen Strompfad hat, der sich von einem Einlass der Düse bis zu dem engsten Bereich (Engstelle) nach und nach verengt und sich von dort aus sanft wieder erweitert bzw. einen Strompfad, der durch ein solches Wandungsmittel definiert ist. In einer zweidimensionalen Düse mit einem rechteckigen Querschnitt, wie in der Figur dargestellt, ist der Divergenzwinkel θ des divergierenden Bereichs auf 5 bis 10 Grad festgelegt. Im Fall einer koaxialen, dreidimensionalen Düse mit beispielsweise einem kreisförmigen Querschnitt sollte der Divergenzwinkel θ auf ungefähr 3 bis 6 Grad reduziert werden, unter Berücksichtigung des Grades der Veränderung des Querschnittsbereichs. Der konvergierende Einlass hat eine Gestalt, die durch sanft gekrümmte Linien (oder kreisförmige Bögen) geformt ist, um Verluste zu minimieren. Der Engstellenbereich 26, welcher der engste Bereich der Düse 5 ist, hat eine Gestalt, die durch gekrümmte Linien ausgeformt ist, um den konvergierenden Einlass und den divergierenden Auslass sanft zu verbinden. Um einen hohen negativen Ansaugdruck mit einem negativen Arbeitsdruck von ungefähr –200 mmHg zu erhalten, sind die Öffnungen des Ansauganschlusses 7 stromabwärts des Engstellenbereichs 26 angeordnet, und zwar mit einem Abstand von ungefähr dem Zwei- bis Dreifachen der Engstellenbreite (Durchmesser).
In dem dargestellten Beispiel hat der divergierende Auslass der Lavaldüse eine Gestalt, die durch gerade Linien geformt ist (und so wird der Winkel θ bestimmt). Der divergierende Auslass sollte jedoch vorzugsweise eine Gestalt haben, die durch sanft gekrümmte Linien geformt ist, um eine plötzliche Veränderung im Verhältnis der Veränderung des Querschnitts in einem Fall zu vermeiden, bei dem die stromabwärtige Seite der Lavaldüse mit einem geraden Rohr mit einem rechteckigen Querschnitt, wie beispielsweise einem Windkanal, verbunden ist und eine im Wesentlichen gleichmäßige Flussgeschwindigkeit über den gesamten Querschnitt erforderlich ist.
Der Diffusor 6 hat einen Einlass 27 stromabwärts der Öffnungen des Ansauganschlusses 7. Der Einlass 27 hat eine vergrößerte Breite D + δ, und seine Seitenwände erstrecken sich annähernd parallel zueinander entlang der Achse des Diffusors 6 über eine Länge L. In diesem Fall ist es effektiv, wenn die vergrößerte Breite D + δ und die Länge L so gewählt sind, dass sie die Bedingung D + δ < L erfüllen. Hier ist D der Abstand am Einlassende des Diffusors zwischen Linien, die den Winkel θ definieren, der durch die lineare Divergenz der Düse 5 bestimmt ist. Im Fall einer koaxialen, dreidimensionalen Düse mit beispielsweise einem kreisförmigen Querschnitt sollte der Einlass 27 vorzugsweise die Gestalt eines geraden Rohrs haben, die erhalten wird durch axiales Erweitern der Gestalt des Diffusoreinlassbereichs bei den Öffnungen des Ansauganschlusses.
Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird nun beschrieben.
Wie in 4 dargestellt, ist der Ejektor 1 bei der Einlassrohrverbindungsöffnung 12 mit der stromabwärtigen Seite eines Drosselventils 29 in einem Einlassrohr eines Motors 28 verbunden. Die Verstärkerverbindungsöffnung 16 des Ejektors 1 ist mit einer Unterdruckkammer 31 (Vakuumkammer) eines Druckluftverstärkers 30 (Vakuumverstärkers) verbunden.
Daher wird der Ejektor 1 als Zuführeinrichtung für Unterdruck verwendet.
Wenn der negative Einlassdruck des Motors 28 ausreichend höher ist als der Unterdruck in der Unterdruckkammer 31, wird der negative Einlassdruck direkt in die Unterdruckkammer 31 eingeführt, und zwar durch das Rückschlagventil 18. Wenn der negative Motoreinlassdruck nicht ausreichend hoch ist bezüglich des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 31, wird durch den negativen Einlassdruck Luft von dem Einlass 9 des Ejektors 1 her eingeführt. Die eingeführte Luft fließt in Richtung des Auslasses 11. Der Luftstrom erzeugt einen hohen Unterdruck an den Ansauganschlüssen 7. Dieser Unterdruck wird durch das Rückschlagventil 19 in die Unterdruckkammer 31 eingeführt. Sogar, wenn der negative Einlassdruck des Motors 28 gering ist, kann daher ein hoher Unterdruck mittels des Ejektors 1 erzeugt werden und in die Unterdruckkammer 31 eingefügt werden.
Der Aufbau, bei welchem der Ejektorkörper 2 und die Rückplatte 3 durch die Dichtungsplatte 4 verbunden sind, ermöglicht es, dass der Ejektorkörper 2 und die Rückplatte 3 mit hoher Genauigkeit durch einen Gießvorgang einfach hergestellt werden können, beispielsweise durch Spritzgießen eines Kunstharzmaterials, durch Formgießen oder durch Metallspritzgießen (MIM).
Das Filterelement 13 und die Rückschlagventile 18 und 19 können integral in den Ejektor 1 eingebaut werden. Daher ist es möglich, die Gesamtgröße des Ejektors 1 zu reduzieren. Die Verwendung der Dichtungsplatte 4, die aus einem dünnen plattenförmigen Federelement ausgeformt ist, das auf beiden Seiten mit einer Beschichtung aus dünnem Gummi oder nicht-festem Kunstharz versehen ist, ermöglicht eine sichere Abdichtung der Verbindung zwischen dem Ejektorkörper 2 und der Rückplatte 3.
Obwohl in der eben beschriebenen Ausführungsform das Filterelement in dem Ejektor vorgesehen ist, kann die Anordnung auch so sein, dass das Filterelement weggelassen wird und die Einlassseite des Ejektors mit einem Luftfilter dessen Motoreinlasssystems verbunden wird.
In dem Ejektor 1 sind die Düse 5 und der Diffusor 6 kombiniert, so dass sie eine einzige Lavaldüse mit einem sanft konvergierenden Einlass und einem divergierenden Auslass mit einem kleinen Divergenzwinkel bilden. Daher erreicht die Flussgeschwindigkeit bei dem Engstellenbereich 26 die Schallgeschwindigkeit bei einem geringen Arbeitsdruck. Ein Überschallstrom von Mach 1,2 bis 1,5 kann bei der Mittelachse in der Nähe des Ansauganschlusses 7 erzielt werden. Demzufolge kann ein ausreichend hoher Unterdruck bei den Ansauganschlüssen 7 erzeugt werden.
Außerdem ist der Einlass 27 des Diffusors 6 vergrößert und erstreckt sich annähernd parallel zur Achse des Diffusors 6, wodurch, sogar, wenn die Negativdrücke bei dem Auslass 11 und den Ansauganschlüssen 7 ungefähr gleich sind, in frühen Stufen des Betriebs, die Gesamtluftmenge des Betrags der Arbeitsluft von dem Einlass 9 und des Betrags der Luft, die von den Ansauganschlüssen 7 angesaugt wird, am Einlass 27 des Diffusors 6 nicht begrenzt ist. Daher kann eine ausreichend große Ansaugluftmenge sichergestellt werden. So kann der Unterdruck in der Unterdruckkammer 31, der durch den Betrieb des Bremssystems verbraucht wurde, schnell wieder hergestellt werden. Außerdem kann, weil der divergierende Bereich des Diffusors 6 so positioniert ist, dass die Linien, die sich von den Wänden des divergierenden Auslassbereichs der Düse 5 erstrecken, mit den Wänden des divergierenden Bereichs des Diffusors zusammenfallen, tatsächlich eine einzige Lavaldüse geformt werden, und es besteht keine Trennung der Grenzschicht an der Seitenwand des Diffusors 6. Daher gibt es keine Reduzierung des Unterdrucks bei den Ansauganschlüssen 7. So kann ein hoher Vakuumgrad erzielt werden. Demzufolge ist es möglich, einen recht hohen Unterdruck der Unterdruckkammer 31 zuzuführen, sogar, wenn der negative Einlassdruck gering ist.
7(a) zeigt die Anordnung eines Ejektors, bei welchem kein paralleler Bereich am Einlass des Diffusors 6 vorgesehen ist. 7(b) zeigt die Anordnung eines Ejektors (vorliegende Erfindung), bei welchem ein paralleler Bereich beim Einlass des Diffusors 6 vorgesehen ist. 7(c) zeigt die statischen Druckverteilungen in axialer Richtung (x-Richtung) in den Ejektoren aus den 7(a) und 7(b). In 7(c) zeigt die dünne durchgezogene Linie ➀ bzw. die dicke durchgezogene Linie ➁ die statische Druckverteilung in x-Richtung, wenn der Unterdruck am Auslass 11 –200 mmHg in dem Ejektor beträgt, der nicht mit einem parallelen Bereich versehen ist, gezeigt in 7(a), und in dem Ejektor, der mit einem parallelen Bereich versehen ist, gezeigt in 7(b). Die dünne durchbrochene Linie ➂ bzw. die dicke durchbrochene Linie ➃ zeigt die statische Druckverteilung in x-Richtung, wenn der Unterdruck beim Auslass 11 in dem Ejektor ohne parallelen Bereich, gezeigt in 7(a) –300 mmHg beträgt und in dem Ejektor mit dem parallelen Bereich, gezeigt in 7(b). Es wird darauf hingewiesen, dass die statischen Druckverteilungen (nicht dargestellt) in einer Richtung (y-Richtung) senkrecht zur Achse annähernd gleichmäßig sind. Es wird aus 7(c) deutlich, dass es fast keinen Unterschied in dem Endvakuum gibt, das erzielt wird zwischen den Ejektoren in 7(a) und 7(b), und dass ein ausreichend hoher Unterdruck erzielt werden kann, unabhängig davon, ob ein paralleler Bereich am Einlass des Diffusors 6 vorgesehen ist oder nicht. Die gepunkteten Linien ➄ und ➅ in 7(c) zeigen Mittelwerte der Negativdrücke an den Ansauganschlüssen 7, wenn der negative Auslassdruck –200 mmHg bzw. –300 mmHg beträgt, und zwar in dem Ejektor mit dem parallelen Bereich aus 7(b).
8 zeigt die Ansaugluftmenge (ausgedrückt mit Bezug auf die Bedingung unter dem atmosphärischen Druck) bezüglich des Unterdrucks an den Ansauganschlüssen 7. In 8 zeigt die dünne durchgezogene Linie ➀ bzw. die dicke durchgezogene Linie ➁ die Ansaugluftmengen, wenn der Unterdruck am Auslass 11 in dem Ejektor ohne parallelen Bereich in 7(a) bzw. in den Ejektor mit parallelen Bereich in 7(b) –200 mmHg beträgt. Die dünne durchbrochene Linie ➂ bzw. die dicke durchbrochene Linie ➃ zeigen die Ansaugluftmengen, wenn der Unterdruck am Auslass 11 in dem Ejektor ohne parallelen Bereich in 7(a) bzw. in dem Ejektor mit parallelen Bereich in 7(b) –300 mmHg beträgt. Es wird aus dem oben Beschriebenen deutlich, dass die Ansaugluftmenge gesteigert werden kann, ohne das Endvakuum zu reduzieren. Bei dem Ejektor mit einem parallelen Bereich im Hinblick auf 7 und 8 ist die Länge L des parallelen Bereichs auf L = 1 mm gesetzt bezüglich der vergrößerten Breite d + δ = 0,894 mm am Einlass des Ansauganschlusses 7, um die Bedingung d + δ < L zu erfüllen, um so effektiv die Ansaugluftmenge zu steigern.
Nun werden andere Verwendungsbeispiele des Ejektors 1 mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. Der Ejektor 1 kann wie in 5 dargestellt angeschlossen sein. Das heißt, die Einlassrohrverbindungsöffnung 12 ist mit der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 29 in dem Einlassrohr des Motors 28 verbunden. Die Verstärkerverbindungsöffnung 16 ist mit der Unterdruckkammer (Vakuumkammer) des Druckluftverstärkers 30 (Vakuumbooster) verbunden. Der Einlass 9 ist mit einem Kurbelgehäuse 32 des Motors 28 verbunden. In diesem Fall kann Verbrennungsgas von dem Motor 28 von dem Einlass 9 zum Auslass 11 als Arbeitsgas für den Ejektor 1 strömen und dabei einen Unterdruck an den Ansauganschlüssen 7 erzeugen. Gleichzeitig kann das Verbrennungsgas zu dem Einlassrohr zurückgeführt werden. So kann verhindert werden, dass das Verbrennungsgas in die Atmosphäre abgegeben wird.
Wie in 6 dargestellt, kann der Einlass 9 des Ejektors 1 auch mit einem Abgasrohr 33 verbunden sein, so dass ein Teil des Abgases von dem Motor 20 durch den Ejektor 1 zurück zu dem Einlassrohr fließt. In diesem Fall wirkt ein positiver Druck des Abgases auf den Einlass 9 des Ejektors 1 ein. Daher wird die Flussgeschwindigkeit des Arbeitsgases gesteigert, und daher kann ein hoher Unterdruck erzeugt werden. Da ein positiver Druck auf den Einlass 9 einwirkt, kann außerdem ein negativer Druck erzielt werden, sogar, wenn der Auslass 11 zur Atmosphäre hin offen ist.
Es ist auch möglich, mehrere Ejektoren 1, die, wie in den 4 bis 6 angeordnet sind, zu kombinieren. In diesem Fall werden die Ansauganschlüsse der Ejektoren 1 mit der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers durch entsprechende Rückschlagventile verbunden, wobei der höchste der Negativdrücke, die in den Ejektoren 1 erzeugt werden, in die Unterdruckkammer eingeführt werden kann. So ist es möglich, den Effekt der Reduktion des negativen Einlassdrucks aufgrund von Betriebsbedingungen zu minimieren.
Eine zweite Ausführungsform des Ejektors gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 9 dargestellt. Wie in dieser Figur dargestellt, sind mehrere Paare von Ansauganschlüssen 7A und 7B entlang der axialen Richtung der Düse 5 und des Diffusors 6 angeordnet, und Rückschlagventile 34 und 35 sind für die Ansauganschlüsse 7A und 7B vorgesehen, wodurch es möglich ist, selektiv den höchsten der erzeugten Negativdrücke von den Ansauganschlüssen 7A und 7B gemäß dem negativen Arbeitsdruck zuzuführen. So kann ein hoher Unterdruck über einen breiten negativen Arbeitsdruckbereich erzielt werden. Beispielsweise sind die Ansauganschlüsse 7A optimiert für einen negativen Arbeitsdruck von –200 mmHg und so angeordnet, dass der maximale negative Ansaugdruck erzielt werden kann. Die Ansauganschlüsse 7B sind optimiert für einen negativen Arbeitsdruck von –400 mmHg und so angeordnet, dass der maximale negative Ansaugdruck erzielt werden kann. Dadurch können Kennlinien wie die in 10 gezeigten erzielt werden. In 10 zeigt die Kurve ➀ den von den Ansauganschlüssen 7A erhaltenen negativen Ansaugdruck, und die Kurve ➁ zeigt den von den Ansauganschlüssen 7B erhaltenen negativen Ansaugdruck. In einem Bereich mit geringem negativen Arbeitsdruck, wo der negative Arbeitsdruck nicht höher ist als –350 mmHg, kann so ein hoher negativer Ansaugdruck von den Ansauganschlüssen 7A erhalten werden. In einem Bereich mit hohem negativen Arbeitsdruck, wo der negative Arbeitsdruck –350 mmHg überschreitet, kann ein hoher negativer Ansaugdruck von den Ansauganschlüssen 7B erhalten werden. Demzufolge kann ein hoher negativer Arbeitsdruck über einen breiten negativen Arbeitsdruckbereich erzielt werden.
Nun wird eine erste Ausführungsform der Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, die einen Ejektor verwendet, der eine Lavaldüsenstruktur hat, wie der oben beschriebene Ejektor 1, und zwar mit Bezug auf die 11 bis 14.
Wie in 11 und 12 dargestellt, hat eine Zuführeinrichtung 36 für Unterdruck einen Ejektor 38 und ein Steuerventil 39 in einem Gehäuse 37. Die Zuführeinrichtung 36 für Unterdruck hat eine Lufteinlassöffnung 40, eine Luftauslassöffnung 41 und eine Unterdrucköffnung 42.
Der Ejektor 38 hat eine Lavaldüsenstruktur wie der Ejektor 1. Wenn Luft von einem Lufteinlass 43 zu einem Luftauslass 44 fließen kann, wird ein Hochgeschwindigkeitsstrahl erzeugt, wodurch ein hoher Unterdruck an einem Unterdruckauslass 45 erzeugt werden kann. Der Lufteinlass 43 kommuniziert mit der Lufteinlassöffnung 40. Der Luftauslass 44 kommuniziert mit der Luftauslassöffnung 41 durch einen Kanal 46 und weiter durch eine Ventilkammer 47 des Steuerventils 39. Der Unterdruckauslass 45 kommuniziert mit der Unterdrucköffnung 42 durch eine Steuerkammer 48 (später beschrieben) des Steuerventils 39.
Das Steuerventil 39 hat einen ringförmigen Ventilsitz 49, der in der Ventilkammer 47 ausgeformt ist. Ein zylindrisches Ventilelement 50 ist so vorgesehen, dass es zu dem Ventilsitz 49 hinweist, so dass es sich davon trennen oder darauf ruhen kann. Wenn das Ventilelement 50 von dem Ventilsitz 49 getrennt ist, sind der Kanal 46 und die Luftauslassöffnung 41 in Verbindung miteinander. Wenn das Ventilelement 50 auf dem Ventilsitz 49 ruht, ist die Verbindung zwischen dem Kanal 46 und der Luftauslassöffnung 41 abgeschnitten. Ein Steuerkolben 52 ist gleitend in eine Zylinderbohrung 51 eingepasst, die in einem Endbereich des Körpergehäuses 37 ausgeformt ist. Eine Steuerkammer 48 ist in der Zylinderöffnung 51 an einem Ende des Steuerkolbens 52 ausgeformt. Das andere Ende des Steuerkolbens 52 ist zur Atmosphäre hin offen. Das Ventilelement 50 und der Steuerkolben 52 sind miteinander durch eine Verbindungsstange 53 verbunden. Die Verbindung 54 zwischen dem Steuerkolben 52 und der Verbindungsstange 53 ermöglicht es, dass sich der Steuerkolben 52 und die Verbindungsstange 53 um einen Abstand E relativ zueinander bewegen (siehe 12).
Die Verbindungsstange 53 ist gleitend durch ein Führungselement 55 geführt, das an dem Gehäuse 37 angebracht ist. Die Verbindungsstange 53 hat eine äußere Umfangsnut 56, die sich an beiden Enden verjüngt. Ein Verriegelungsring 57 ist auf die Verbindungsstange 53 aufgepasst. Der Verriegelungsring 57 weist ein elastisches Element auf, das sich an beiden Enden verjüngt, so dass es in die äußere Umfangsnut 56 passt. Das elastische Element hat eine C-förmige Ausgestaltung, gesehen in Richtung der Achse der Verbindungsstange 53. Der Verriegelungsring 57 ist durch das Führungselement 55 daran gehindert, sich in axialer Richtung zu bewegen, durch einen Rückhalter 55A und einen Federrückhalter 55B. Wenn das Ventilelement 50 sich an einer vorbestimmten Ventilöffnungsstellung befindet, bei welcher es von dem Ventilsitz 49 getrennt ist, passt der Verriegelungsring 57 in die äußere Umfangsnut 56, um die Verbindungsstange 53 daran zu hindern, sich aufgrund der elastischen Kraft des Verriegelungsrings 57 axial zu bewegen. Wenn eine vorbestimmte Kraft in axialer Richtung auf den Verriegelungsring 57 einwirkt, wird der Verriegelungsring 57 ausgeweitet, so dass sich die Verbindungsstange 53 bewegen kann. Der Verriegelungsring 57 kann ein C-Ring sein, der beispielsweise aus einem synthetischen Kunstharz hergestellt ist oder aus einem metallischen Material mit Elastizität. Alternativ kann der Verriegelungsring 57 auch ein O-Ring sein, der beispielsweise aus einem Gummi oder einem synthetischen Kunstharzmaterial hergestellt ist. Der Steuerkolben 52 ist in Richtung der Atmosphäre mittels einer Steuerfeder 58 vorgespannt, die in der Steuerkammer 48 vorgesehen ist. Der Steuerkolben 52 stößt gegen einen Anschlag 59 an einer Position an, an der er am weitesten zurückgezogen ist.
Das Gehäuse 37 ist mit einem Kanal 60 für die Verbindung zwischen der Luftauslassöffnung 41 und der Unterdrucköffnung 42 versehen. Ein Rückschlagventil 61 (erstes Rückschlagventil) ist in dem Kanal 60 vorgesehen, so dass Luft nur in der Richtung von der Unterdrucköffnung 42 zu der Luftauslassöffnung 41 strömen kann. Ein Rückschlagventil 62 (zweites Rückschlagventil) ist zwischen dem Unterdruckauslass 45 des Ejektors 38 und der Steuerkammer 48 vorgesehen, so dass Luft nur in der Richtung von der Steuerkammer 48 zu dem Unterdruckauslass 45 strömen kann.
Die Lufteinlassöffnung 40 der Zuführeinrichtung für Unterdruck 36 ist zur Atmosphäre hin offen durch einen Luftreiniger 65, der in dem stromaufwärtigen Teil eines Einlassrohrs 64 eines Motors 63 vorgesehen ist, der als Quelle für Unterdruck dient. Die Luftauslassöffnung 41 ist mit der stromabwärtigen Seite eines Drosselventils 66 in dem Einlassrohr 64 verbunden. Die Unterdrucköffnung 42 ist mit einer Unterdruckkammer eines Druckluftverstärkers 67 verbunden.
Die Arbeitsweise der wie oben beschrieben aufgebauten Ausführungsform wird nun beschrieben.
Der negative Druck in dem Einlassrohr 64 des Motors 63 wird in die Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 durch die Luftauslassöffnung 41, das Rückschlagventil 61, den Kanal 60 und die Unterdrucköffnung 42 der Zuführeinrichtung 36 für Unterdruck hindurch eingeführt. Wenn der negative Druck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 gering ist, beispielsweise unmittelbar, nachdem der Motor 63 gestartet worden ist, wird der Steuerkolben 52 mittels der Steuerfeder 58 in der zurückgezogenen Stellung gehalten. Demzufolge ist das Ventilelement 50 von dem Ventilsitz 49 getrennt, und so sind die Luftauslassöffnung und der Kanal 46 in Verbindung miteinander (siehe 11 und 12). Unter diesen Bedingungen verursacht der negative Druck in dem Einlassrohr 64 des Motors 63, dass Luft von dem Lufteinlass 43 zu dem Luftauslass 44 des Ejektors 38 durch die Luftauslassöffnung 41 und den Kanal 46 hindurchströmt. Als Ergebnis wird ein negativer Druck an dem Unterdruckauslass 45 erzeugt. Der negative Druck wird in die Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 durch das Rückschlagventil 62, die Steuerkammer 48 und die Unterdrucköffnung 42 eingeführt. Sogar, wenn der negative Druck in dem Einlassrohr 64 gering ist, beispielsweise unmittelbar, nachdem der Motor 63 gestartet ist, wird daher ein hoher negativer Druck an dem Unterdruckauslass 45 durch die Auswirkung des Ejektors 38 erzeugt. Demzufolge ist es möglich, einen hohen negativen Druck zu der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 zuzuführen, und daher ist es möglich, die Knappheit an Servoenergie zu lösen.
Wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 ansteigt, steigt der Unterdruck in der Steuerkammer 48, die mit der Unterdruckkammer kommuniziert. Der Druckunterschied zwischen dem negativen Druck und dem Atmosphärendruck führt dazu, dass der Steuerkörper 52 sich gegen die Spannkraft der Feder 58 bewegt. In den frühen Stufen der Bewegung des Steuerkolbens 52 bewegen sich, weil die Steuerstange 53 mittels des Verriegelungsrings 57 verriegelt ist, der Steuerkolben 52 und die Verbindungsstange 53 relativ zueinander, und das Ventilelement 50 wird in der Ventilöffnungsstellung gehalten, wie in 13 dargestellt.
Wenn der Unterdruck in der Steuerkammer 48 weiter steigt, bewegen sich der Steuerkolben 52 und die Verbindungsstange 53 weiter relativ zueinander, bis der Abstand E (siehe 12) aufgehoben ist. Wenn Kraft, die durch den atmosphärischen Druck auf die Verbindungsstange 53 einwirkt, die Haltekraft des Verriegelungsrings 57 überschreitet, nachdem der Abstand E aufgehoben worden ist, wird der Verriegelungsring 57 erweitert, so dass sich die Verbindungsstange 53 bewegen kann, wodurch das Ventilelement 50 dazu gebracht wird, auf dem Ventilsitz 49 zu ruhen, wodurch die Verbindung zwischen der Luftauslassöffnung 41 und dem Kanal 46 abgeschnitten wird.
Als Ergebnis hält der Betrieb des Ejektors 38 an. Demzufolge wird der Unterdruck in dem Einlassrohr 64 direkt in den Druckluftverstärker 67 eingeführt. Auf diese Art und Weise wird, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 ausreichend hoch ist, der Betrieb des Ejektors 38 angehalten, wodurch der Strom der Einlassluft, die durch den Ejektor 38 hindurch an dem Drosselventil 66 vorbeigeleitet wird, abgeschnitten werden kann. So kann die Auswirkung auf das Luftbrennstoffverhältnis minimiert werden. Dabei setzt sich das Ventilelement 50 schnell auf den Ventilsitz 49, wenn die Kraft, die durch den atmosphärischen Druck auf den Steuerkolben 52 aufgebracht wird, die Haltekraft des Verriegelungsrings 57 überschritten hat. Daher wird die Funktion des Ejektors 38 während des Zeitraums des Ventilschließübergangs durch die Beschränkung des Strompfads zwischen dem Kanal 46 und der Luftauslassöffnung 41 durch das Ventilelement 50 nicht verschlechtert.
Wenn das Bremssystem arbeitet, senkt sich der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 ab, und daher senkt sich auch der Unterdruck in der Steuerkammer 48. Demzufolge wird der Steuerkolben 52 durch die Steuerfeder 58 zurückgezogen. Dabei unterliegt das Ventilelement 50 dem Unterdruck in dem Einlassrohr 64, und die Verbindungsstange 53 unterliegt einer Klemmkraft oder Reibkraft von dem Verriegelungsring 57, welcher sich nun außerhalb der äußeren Umfangsnut 56 befindet. Demzufolge zieht sich nur der Steuerkolben 52 zunächst um den Abstand E zurück (siehe 12), wie in 14 dargestellt. Das Ventilelement 50 wird in der Ventilschließstellung gehalten.
Wenn die Federkraft der Steuerfeder 58 den Unterdruck überschritten hat, der auf das Ventilelement 50 einwirkt, und auch die Haltekraft des Verriegelungsrings 57 als Ergebnis einer weiteren Absenkung des Unterdrucks in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67, zieht sich die Verbindungsstange 53 zurück, zusammen mit dem Steuerkolben 52. Demzufolge trennt sich das Ventilelement 50 von dem Ventilsitz 49, um das Ventil zu öffnen. Dabei senkt sich der Unterdruck, der auf das Ventilelement 50 einwirkt, schnell ab, wenn sich das Ventilelement 50 von dem Ventilsitz 49 trennt. Daher kann das Ventilelement 50 schnell von dem Ventilsitz 49 getrennt werden, um das Ventil zu öffnen. Demzufolge wird die Funktion des Ejektors 38 während des Zeitraums des Ventilöffnungsübergangs durch die Beschränkung des Strompfads zwischen dem Kanal 46 und der Luftauslassöffnung 41 durch das Ventilelement 50 nicht beeinträchtigt.
Daher hat der Druck in der Steuerkammer 48 während des Ventilöffnungsvorgangs des Ventilelements 50 eine Hysterese bezüglich des Drucks während des Ventilschließvorgangs. Nachdem das Ventilelement 50 sich auf den Ventilsitz 49 abgesetzt hat, um das Ventil zu schließen, als Ergebnis des Unterdrucks in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67, der auf einen vorbestimmten Unterdruck angestiegen ist, kann sich daher das Ventilelement 50 nicht von dem Ventilsitz 49 trennen, bis der Unterdruck sich um einen bestimmten Betrag gesenkt hat. So ist es möglich, die Auswirkung auf das Luftbrennstoffverhältnis in dem Motor zu minimieren. Im Allgemeinen kann, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers 67 einen vorbestimmten Unterdruck erreicht hat, er mittels des Unterdrucks in dem Einlassrohr 64 beibehalten werden, ohne den Ejektor 38 zu verwenden.
Außerdem unterliegt die Oberfläche des Ventilelements 50, die näher an der Luftauslassöffnung 41 liegt, dem Unterdruck in dem Einlassrohr 64 des Motors 63, wohingegen die Oberfläche des Ventilelements 50, die näher an der Ventilkammer 47 liegt, dem atmosphärischen Druck unterliegt. Daher hilft der Druckunterschied zwischen diesen Flächen bei der Bewegung des Ventilelements 50 in Ventilschließrichtung und ermöglicht es dem Ventilelement 50, wenn es sich auf den Ventilsitz 49 abgesetzt hat, günstig in der Ventilschließstellung gehalten zu werden.
Nun wird eine zweite Ausführungsform der Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung, welche einen Ejektor verwendet, der eine Lavaldüsenstruktur ähnlich der des oben beschriebenen Ejektors 1 hat, mit Bezug auf die 15 bis 20 beschrieben.
Wie in 15 dargestellt, hat eine Zuführeinrichtung 68 für Unterdruck einen Ejektor 70 und ein Steuerventil 71 in einem Gehäuse 69. Die Zuführeinrichtung 68 für Unterdruck hat eine Lufteinlassöffnung 72, eine Luftauslassöffnung 73 und eine Unterdrucköffnung 74.
Der Ejektor 70 hat eine Lavaldüsenstruktur ähnlich der des Ejektors 1. Wenn Luft von einem Lufteinlass 75 zu einem Luftauslass 76 strömen kann, wird ein Hochgeschwindigkeitsstrahl erzeugt, wodurch ein hoher negativer Druck bei einem Unterdruckauslass 77 erzeugt werden kann. Der Lufteinlass 75 kommuniziert mit der Lufteinlassöffnung 72 durch einen Kanal 78 und weiter durch eine Ventilkammer 79 des Steuerventils 71. Der Luftauslass 76 kommuniziert mit der Luftauslassöffnung 73. Der Unterdruckauslass 77 kommuniziert mit der Unterdrucköffnung 74 durch einen Kanal 80 und weiter durch eine Steuerkammer 81 (später beschrieben) des Steuerventils 71. Das Steuerventil 71 hat einen Ventilsitz 82, der in der Ventilkammer 79 ausgeformt ist. Ein Ventilelement 83 ist vorgesehen, so dass es zu dem Ventilsitz 82 hinweist, um sich von diesem zu trennen oder darauf zu ruhen. Wenn das Ventilelement 83 von dem Ventilsitz 82 getrennt ist, stehen der Kanal 78 und die Lufteinlassöffnung 72 in Verbindung miteinander. Wenn das Ventilelement 83 auf dem Ventilsitz 82 ruht, ist die Verbindung zwischen dem Kanal 78 und der Lufteinlassöffnung 72 abgeschlossen. Das Ventilelement 83 ist an einem Ende einer Verbindungsstange 84 montiert, die gleitend mittels des Gehäuses 69 geführt ist. Der andere Endbereich der Verbindungsstange 84 ist in eine Steuerkammer 81 eingeführt und mit einem Steuerkolben 85 verbunden. Der Steuerkolben 85 hat eine Membran 86, um die Steuerkammer 81 an einem Ende auszubilden. Das andere Ende des Steuerkolbens 85 ist zur Atmosphäre hin offen.
Die Verbindungsstange 84 ist mit einem Verriegelungsmechanismus 87 versehen. Der Verriegelungsmechanismus 87 ist angeordnet, wie in 16 dargestellt ist. Zwei Kugeln 90 sind in eine Kugelöffnung 88 eingefügt, die diametral in der Verbindungsstange 84 vorgesehen ist, wobei eine Druckfeder 89 zwischen den Kugeln 90 vorgesehen ist. Die Kugeln 90 sind im Eingriff mit halbkugelförmigen Ausnehmungen 91 (oder einer ringförmigen Nut), die in einem Teil des Gehäuses 69 ausgeformt sind, wodurch die Verbindungsstange 84 daran gehindert wird, sich in axialer Richtung zu bewegen.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Verriegelungsmechanismus 87 auch wie in 17 dargestellt angeordnet sein kann. Das heißt, die Verbindungsstange 84 ist mit mehreren (drei im dargestellten Beispiel) in Umfangsrichtung beabstandeten radialen Kugelöffnungen 88 versehen. Kugeln 90 sind in die jeweiligen Kugelöffnungen 88 eingefügt, wobei eine Druckfeder 89 zwischen jeder Kugel 90 und dem Grund der zugehörigen Kugelöffnung 88 vorgesehen sind. Die Kugeln 90 sind im Eingriff mit halbkugelförmigen Ausnehmungen 91, die in einem Teil des Gehäuses 69 ausgeformt sind, wodurch die Verbindungsstange 84 daran gehindert wird, sich in axialer Richtung zu bewegen.
Das Gehäuse 69 hat einen sich verjüngenden Bereich 92 (siehe 15), der angrenzend an die Ausnehmungen 91 für den Eingriff mit den Kugeln 90 ausgeformt ist. Der sich verjüngende Bereich 92 steigt im Durchmesser in Richtung des Ventilsitzes 82. Der Steuerkolben 85 ist in Richtung der Atmosphäre hin mittels einer Steuerfeder 93 vorgespannt, die in der Steuerkammer 81 vorgesehen ist. Normalerweise befindet sich die Verbindungsstange 84 in einer zurückgezogenen Stellung, d. h. einer Ventilöffnungsstellung, dargestellt in 15, und sie wird an einer Bewegung in axialer Richtung durch den Eingriff der Kugeln 90 in den Ausnehmungen 91 gehindert. In diesem Zustand ist das Ventilelement 83 von dem Ventilsitz 82 getrennt, um das Ventil zu öffnen.
Das Gehäuse 69 ist mit einem Rückschlagventil 94 (zweites Rückschlagventil) versehen, so dass Luft nur in der Richtung von dem Kanal 80 zu dem Unterdruckauslass 77 des Ejektors 70 fließen kann, und weiter mit einem Rückschlagventil 95 (erstes Rückschlagventil), so dass Luft nur in der Richtung von dem Kanal 80 zu dem Luftauslass 76 des Ejektors 70 strömen kann. Die Lufteinlassöffnung 72 der Zuführeinrichtung 68 für Unterdruck ist offen zur Atmosphäre, und zwar durch einen Luftreiniger (nicht dargestellt). Die Luftauslassöffnung 73 ist mit einem Motoreinlassrohr verbunden. Die Unterdrucköffnung 74 ist mit einer Unterdruckkammer eines Druckluftverstärkers verbunden.
Der Betrieb der wie oben beschrieben aufgebauten Ausführungsform wird nun erläutert.
Der Unterdruck in dem Motoreinlassrohr wird in die Unterdruckkammer des Druckverstärkers eingeführt, und zwar durch die Luftauslassöffnung 73, das Rückschlagventil 95, den Kanal 80, die Steuerkammer 81 und die Unterdruckkammer 74 der Zuführeinrichtung 68 für Unterdruck. Wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers gering ist, beispielsweise unmittelbar nach dem Start des Motors, wird der Steuerkolben 85 mittels der Steuerfeder 93 in der zurückgezogenen Stellung gehalten. Demzufolge ist das Ventilelement 83 von dem Ventilsitz 82 getrennt, und daher stehen die Lufteinlassöffnung 72 und der Kanal 78 in Verbindung miteinander (siehe 15). Unter diesen Umständen verursacht der Unterdruck in dem Motoreinlassrohr es, dass Luft von dem Lufteinlass 75 zu dem Luftauslass 76 des Ejektors 70 strömt, und zwar durch die Luftauslassöffnung 73, den Kanal 78, die Ventilkammer 79 und die Lufteinlassöffnung 72. Demzufolge wird ein Unterdruck bei dem Unterdruckauslass 77 erzeugt. Der negative Druck wird in die Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers eingeführt, und zwar durch das Rückschlagventil 94, den Kanal 80, die Steuerkammer 81 und die Unterdrucköffnung 74. Sogar, wenn der Unterdruck in dem Einlassrohr gering ist, beispielsweise direkt nach dem Start des Motors, wird daher ein hoher negativer Druck bei dem Unterdruckauslass 77 durch die Auswirkung des Ejektors 70 erzeugt. So ist es möglich, einen hohen Unterdruck der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers zuzuführen, und daher ist es möglich, die Knappheit der Servoenergie zu lösen.
Wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers steigt, steigt der Unterdruck in der Steuerkammer 81, die mit der Unterdruckkammer in Verbindung steht. Kraft aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Unterdruck und dem atmosphärischen Druck wirkt auf die Verbindungsstange 84 ein. Dabei wird die Verbindungsstange 84 durch den Verriegelungsmechanismus 87 gehalten. Daher kann sich die Verbindungsstange 84 nicht bewegen, bis die Kraft aufgrund des negativen Drucks in der Steuerkammer 81 (d. h. aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Unterdruck und dem atmosphärischen Druck) die Haltekraft des Verriegelungsmechanismus 87 überschreitet. Wenn die Kraft aufgrund des Unterdrucks in der Steuerkammer 81 die Haltekraft des Verriegelungsmechanismus 87 überschritten hat, wird die Feder 89 des Verriegelungsmechanismus 87 zusammengedrückt, so dass die Kugeln 90 zurückgezogen werden. Als Ergebnis wird der Eingriff zwischen den Kugeln 90 und den Ausnehmungen 91 aufgehoben, wodurch sich die Verbindungsstange 84 bewegen kann. Wenn sich die Verbindungsstange 84 bewegt, werden die Kugeln 90 gegen die geneigte Fläche des sich verjüngenden Bereichs 92 durch die Feder 89 gedrückt, um die Bewegung der Verbindungsstange 84 herbeizuführen. Demzufolge setzt sich das Ventilelement 83 schnell auf den Ventilsitz 82, um die Verbindung zwischen der Lufteinlassöffnung 72 und dem Kanal 78 abzuschneiden (siehe 18).
Demzufolge hält der Betrieb des Ejektors 70 an, und der Unterdruck in dem Einlassrohr wird direkt in den Druckluftverstärker eingeführt. Wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers ausreichend hoch ist, wird der Betrieb des Ejektors 70 angehalten, wodurch der Strom der Einlassluft, die durch den Ejektor 70 an dem Drosselventil vorbeigeführt wird, abgeschnitten werden kann, und so kann die Auswirkung auf das Luftbrennstoffverhältnis minimiert werden. Das Ventilelement 83 setzt sich schnell auf den Ventilsitz 82, wenn der Unterdruck in der Steuerkammer 81, der auf den Steuerkolben 85 einwirkt, die Haltekraft des Verriegelungsmechanismus 87 überschreitet. Daher wird die Funktion des Ejektors 70 nicht beeinträchtigt während des Zeitraums des Ventilschließübergangs durch Beschränkung des Strompfads zwischen der Lufteinlassöffnung 72 und dem Kanal 78 durch das Ventilelement 83.
Wenn das Bremssystem arbeitet, senkt sich der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers ab, und daher sinkt der Unterdruck in der Steuerkammer 81. Demzufolge wird der Steuerkolben 85 durch die Federkraft der Steuerfeder 93 zurückgezogen. Dabei wirkt der Unterdruck in dem Kanal 78 auf das Ventilelement 83, um es in der Ventilschließstellung zu halten. Demzufolge kann sich das Ventilelement 83 nicht von dem Ventilsitz 82 trennen, um das Ventil zu öffnen, bis sich der Unterdruck in der Steuerkammer 81 ausreichend abgesenkt hat. Nachdem sich das Ventil geöffnet hat, wird die Einwirkung des Unterdrucks in dem Kanal 78 schnell aufgehoben. Demzufolge hat der Druck während des Ventilöffnungsvorgangs des Ventilelements 83 eine Hysterese bezüglich des Drucks während des Ventilschließvorgangs. Wenn das Ventilelement 83 sich auf den Ventilsitz 82 gesetzt hat, um das Ventil zu schließen, da der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers auf einen vorbestimmten Unterdruck gestiegen ist, kann sich das Ventilelement 83 nicht von dem Ventilsitz 82 trennen, bis sich der Unterdruck um einen bestimmten Betrag gesenkt hat. Daher ist es möglich, die Auswirkung auf das Luftbrennstoffverhältnis in dem Motor zu minimieren. Im Allgemeinen kann, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Druckluftverstärkers einen vorbestimmten Unterdruck erreicht hat, eher mittels des Unterdrucks in dem Einlassrohr aufrechterhalten werden, ohne den Ejektor 70 zu verwenden.
In dieser Ausführungsform ist, wie in 19 dargestellt, das Steuerventil 71 zwischen dem Lufteinlass 75 des Ejektors 70 und der Lufteinlassöffnung 72, d. h. stromaufwärts des Lufteinlasses 75, angeordnet. Daher kann der Druckverlust, der durch das Steuerventil 71 verursacht wird, mehr reduziert werden als in einer Anordnung, bei der das Steuerventil 71 stromabwärts des Luftauslasses 76 des Ejektors 70 angeordnet ist. Demzufolge ist es möglich, die Effizienz des Ejektors 70 zu steigern, und daher ist es auch möglich, einen hohen Unterdruck zu erzielen. 20 zeigt die Beziehung zwischen dem negativen Einlassdruck und den vom Ejektor erzeugten Unterdruck bezüglich zwei Anordnungen: eine, bei der das Steuerventil stromabwärts des Lufteinlasses des Ejektors angeordnet ist (diese Ausführungsform; siehe Kurve ➀; und eine andere, bei der das Steuerventil stromabwärts des Luftauslasses angeordnet ist (siehe Kurve ➁)).
Die Oberfläche des Ventilelements 83, die näher an dem Kanal 78 liegt, unterliegt dem Unterdruck in dem Motoreinlass, wohingegen die Oberfläche des Ventilelements 83, die näher an der Ventilkammer 79 liegt, dem atmosphärischen Druck unterliegt. Daher hilft der Druckunterschied zwischen diesen Flächen dabei, das Ventilelement 83 in Ventilschließrichtung zu bewegen, und er ermöglicht es dem Ventilelement 83, wenn es auf dem Ventilsitz 82 ruht, günstig in der Ventilschließstellung gehalten zu werden.
Wie oben ausgeführt worden ist, verwendet der Ejektor gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lavaldüse, die es ermöglicht, dass die Flussgeschwindigkeit am Engstellenbereich die Schallgeschwindigkeit sogar dann erreicht, wenn der negative Einlassdruck gering ist, und daher kann ein hoher Unterdruck erzielt werden. Außerdem ist der Einlass des Diffusors verbreitert und erweitert, annähernd parallel zur Achse des Diffusors, wodurch die Menge der Ansaugluft gesteigert werden kann, ohne das Endvakuum zu reduzieren. Demzufolge kann ein hoher Unterdruck erzielt werden mit einem geringen negativen Einlassdruck. Außerdem kann eine ausreichend große Menge an Ansaugluft erzielt werden. Demzufolge kann ein stabiler Unterdruck zugeführt werden.
Gemäß der Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Steuerventil offen, bis der Unterdruck an der Unterdrucköffnung einen vorbestimmten Unterdruck erreicht. Der Ejektor wird mittels des Unterdrucks von der Unterdruckquelle her betätigt, um einen Unterdruck von dem Unterdruckauslass durch das zweite Rückschlagventil zu der Unterdrucköffnung zu liefern. Wenn der Unterdruck bei der Unterdrucköffnung den vorbestimmten Unterdruck erreicht hat, wird das Steuerventil geschlossen, um den Betrieb des Ejektors anzuhalten. Demzufolge wird der Unterdruck von der Unterdruckquelle direkt durch das erste Rückschlagventil zu der Unterdrucköffnung geliefert. Weil das Steuerventil schnell geschlossen wird, wird die Funktion des Ejektors während des Zeitraums des Ventilschließübergangs durch die Beschränkung des Strompfads durch das Steuerventil nicht beeinträchtigt. Demzufolge kann die Auswirkung auf das Luftbrennstoffverhältnis in dem Motor minimiert werden, und ein stabiler Unterdruck kann geliefert werden.
Außerdem minimiert die Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung den durch das Steuerventil verursachten Druckverlust. Daher kann die Effizienz des Ejektors gesteigert werden, und ein stabiler Unterdruck kann zugeführt werden.
Gemäß der Zuführeinrichtung für Unterdruck gemäß der vorliegenden Erfindung hilft der Druckunterschied, der auf das Ventilelement einwirkt, das Ventilelement in Ventilschließrichtung zu bewegen, und er erlaubt es dem Ventilelement, wenn es auf dem Ventilsitz ruht, günstig in der Ventilschließstellung gehalten zu werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die vorbeschriebenen Ausführungsformen begrenzt ist, sondern auf verschiedene Art und Weise modifiziert werden kann, ohne dass der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Claims

Zuführeinrichtung für Unterdruck mit: einer Luftauslassöffnung (41; 73), die mit einer Quelle für Unterdruck verbunden ist; einer Lufteinlassöffnung (40; 72), die zur Atmosphäre hin offen ist; einer Unterdrucköffnung (42; 74), die mit einer Unterdruckkammer einer Unterdruckeinrichtung verbunden ist; einem Kanal (60; 80, 81) zum Schaffen einer Verbindung zwischen der Luftauslassöffnung (41; 73) und der Unterdrucköffnung (42; 74); einem ersten Rückschlagventil (61; 95), mittels dessen Luft durch den Kanal (60; 80, 81) nur in einer Richtung von der Unterdrucköffnung (42; 74) zu der Luftauslassöffnung (41; 73) strömen kann; einem Ejektor (1; 38; 70) mit einem Luftauslass (44; 76), der mit der Luftauslassöffnung (41; 73) in Verbindung steht, mit einem Lufteinlass (43; 75), der mit der Lufteinlassöffnung (40; 72) in Verbindung steht, und mit einem Unterdruckauslass (45; 77), der mit der Unterdrucköffnung (42; 74) in Verbindung steht; einem zweiten Rückschlagventil (62; 94), mittels dessen Luft nur in einer Richtung von der Unterdrucköffnung (42; 74) zu dem Unterdruckauslass (45; 77) strömen kann; und einem Steuerventil (39; 71) zum selektiven Öffnen oder Schließen entweder des Luftauslasses (44; 76) oder des Lufteinlasses (43; 75) des Ejektors (1; 38; 70); wobei das Steuerventil (39; 71) einen Mechanismus (57; 87) zum Begrenzen der Bewegung des Steuerventils (39; 71) aufweist, der als Antwort auf einen Unterdruck bei der Unterdrucköffnung (42; 74) arbeitet, so dass die Bewegung des Steuerventils (39; 71) begrenzt wird, um einen offenen Ventilzustand beizubehalten, bis der Unterdruck bei der Unterdrucköffnung (42; 74) einen vorbestimmten Druck erreicht, und das Steuerventil (39; 71) freigegeben wird, wenn der Unterdruck bei der Unterdrucköffnung (42; 74) den vorbestimmten Druck erreicht hat, wodurch sich das Steuerventil (39; 71) dann schnell schließen kann.
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach Patentanspruch 1, bei welcher der Ejektor (1; 38; 70) versehen ist mit: einer Düse (5) mit einem rechteckigen Querschnitt, mit einem Einlassbereich mit konvergierenden gegenüberliegenden Seitenwänden, einem Auslassbereich mit divergierenden gegenüberliegenden Seitenwänden, und einem Schlundbereich (26) zwischen dem Einlass- und dem Auslassbereich, einem stromabwärts der Düse (5) angeordneten Diffusor (6) mit einem rechteckigen Querschnitt, und einem Ansauganschluss (7), der zwischen der Düse (5) und dem Diffusor (6) angeordnet ist, wobei die Düse (5) und der Diffusor (6) im Wesentlichen eine einzige Lavaldüse ausbilden, wobei der Diffusor (6) einen Einlass (27) mit einander gegenüberliegenden parallelen Seitenwänden beinhaltet, die sich von einer Öffnung des Ansauganschlusses (7) her erstrecken, so dass die gegenüberliegenden Seitenwände des Diffusoreinlasses (27) außerhalb von imaginären Verlängerungslinien der gegenüberliegenden Seitenwände des Düsenauslassbereichs verlaufen, und wobei der Bereich des Diffusors (6) stromabwärts des Einlasses (27) divergierende gegenüberliegende Seitenwände hat.
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach Patentanspruch 2, bei welcher die gegenüberliegenden divergierenden Seitenwände des Diffusors (6) im wesentlichen mit den imaginären Verlängerungslinien der gegenüberliegenden Seitenwände des Düsenauslassbereichs ausgerichtet sind.
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach einem der Patentansprüche 2 und 3, bei welcher die parallelen Bereiche der Seitenwände des Einlasses (27) eine Länge (L) haben, die länger gewählt ist als die Breite (D) des Einlasses (27).
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach Patentanspruch 1, bei welcher der Ejektor (1; 38; 70) versehen ist mit: einer Düse (5) mit einem kreisförmigen Querschnitt, mit einem Einlassbereich mit konvergierenden gegenüberliegenden Seitenwänden, einem Auslassbereich mit divergierenden gegenüberliegenden Seitenwänden, und einem Schlundbereich (26) zwischen dem Einlass- und dem Auslassbereich, einem stromabwärts der Düse (5) angeordneten Diffusor (6) mit einem kreisförmigen Querschnitt, und einem Ansauganschluss (7), der zwischen der Düse (5) und dem Diffusor (6) angeordnet ist, wobei die Düse (5) und der Diffusor (6) im Wesentlichen eine einzige Lavaldüse ausbilden, wobei der Diffusor (6) einen Einlass (27) beinhaltet, der durch eine gerade röhrenförmige Wand definiert ist, die sich von einer Öffnung des Ansauganschlusses (7) her erstreckt, so dass die Wand des Diffusoreinlasses (27) außerhalb einer imaginären Verlängerungsfläche der Wand des Düsenauslassbereichs verläuft, und wobei der Bereich des Diffusors (6) stromabwärts des Einlasses (27) eine divergierende Wand hat.
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach Patentanspruch 5, bei welcher die divergierende Wand des Diffusors (6) im wesentlichen mit der imaginären Verlängerungsfläche der Wand des Düsenauslassbereichs ausgerichtet ist.
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei welcher der Ejektor (1; 38; 70) weiter versehen ist mit: einem Ejektorkörper (2), einer Rückplatte (3) und einer Dichtungsplatte (4), die zwischen dem Ejektorkörper (2) und der Rückplatte (3) angeordnet ist, wobei die Düse (5), der Diffusor (6) und der Ansauganschluss (7) in dem Ejektorkörper (2) ausgeformt sind.
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, bei welcher das Steuerventil (39; 71) auf der Seite des Lufteinlasses (43; 75) bezüglich des Ejektors (1; 38; 70) angeordnet ist.
Zuführeinrichtung für Unterdruck nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, bei welcher das Steuerventil (39; 71) ein Ventilelement (50; 83) hat, das in einer Ventilschließrichtung als Antwort auf einen Differentialdruck beweglich ist.