DE69724180T2

DE69724180T2 - Abgasrückführeinrichtung

Info

Publication number: DE69724180T2
Application number: DE69724180T
Authority: DE
Inventors: Fuminori Nishio-shi Suzuki; Shigeiku Nishio-shi Enomoto; Yukihiko Kariya-city Takeuchi; Hidetoshi Kariya-city Ooiwa
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: EP0809012A3; EP0809012B1; DE69724180D1; EP0809012A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasrückführeinrichtung in einem Verbrennungsmotor nach der Präambel von Anspruch 1.
Als einer der Verfahren zur Verringerung der Menge von NOx im Abgas eines Verbrennungsmotors ist das Abgasrückführsystem zur Zurückführung eines Teils des Abgases in die Ansaugluft wohl bekannt. Die Verschärfung der Abgasvorschriften in den letzten Jahren hat es allerdings erforderlich gemacht, die Zurückführmenge des Abgases zu erhöhen. Aus diesem Grund wurden verschiedene Verbesserungen vorgenommen, wie die Hinzufügung eines Ventils zum Anpassen der Strömungsrate des zurückgeführten Gases, das heißt ein Ventil zur Beschränkung des Stroms an Frischluft an die Aufstromseite des Steuerventils für das zurückgeführte Gas (siehe zum Beispiel Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) Nr. 6-17711).
In einer solchen verbesserten Abgasrückführeinrichtung besteht allerdings das Problem, dass vor allem in einem vorübergehen Betriebszustand wie einer starken Beschleunigung, bei der von einem Betriebsbereich, in dem die Menge des zurückgeführten Gases hoch ist, zu einem Betriebsbereich, in dem die Menge des zurückgeführten Gases gering ist, gewechselt wird, die tatsächliche Absperrung des zurückgeführten Gases verzögert wird, so dass mehr Rauch erzeugt wird, selbst wenn das Steuerventil für das zurückgeführte Gas schnell anspricht, so dass das Volumen des Ansaugkanals vom Drosselventil zum Einlassventil eines jeden Zylinders groß ist.
Als Gegenmaßnahme für dieses Problem ist es möglich, das Volumen des oben beschriebenen Ansaugkanals zwischen der Drosselklappe und dem Einlassventil eines jeden Zylinders zu verkleinern, indem die beiden in kurzem Abstand zueinander angeordnet werden. Allerdings wird dadurch der Abstand zwischen der Drosselklappe und dem Steuerventil für das zurückgeführte Gas ebenfalls verkürzt, weshalb das zurückgeführte Gas leicht in einen „Rückstrombereich" der auf der Abstromseite der Drosselklappe (Bereich, in dem die Ansaugluft von der Abstromseite zur Aufstromseite strömt) erzeugten Ansaugluft strömen kann, das zurückgeführte Gas zurück zur Drosselklappe strömt, die im zurückgeführten Gas enthaltenen Komponenten sich an der Drosselklappe festsetzen und sich deshalb Ablagerungen bilden.
Wenn sich die Ablagerungen um die Drosselklappe herum bilden, kann sich nicht nur die Drosselklappe im Betrieb nicht länger gleichmäßig öffnen und schließen, sondern es ändert sich auch die wirksame Größe der Ventilöffnung im Verhältnis zur selben Betriebsmenge, so dass sich das Verhältnis zwischen der Öffnungs- und Schließposition der Drosselklappe und der Menge der zuströmenden Frischluft ändert, die Menge der Frischluft im Verhältnis zur Menge der Kraftstoffeinspritzung verringert wird, mehr Rauch entsteht und sich die Emissionen verschlechtern. Wie wohl bekannt ist, können sich bei einem Verbrennungsmotor einer Anordnung, in der das Durchblasegas mit dem Schmieröl des Motors an die Aufstromseite der Drosselklappe zurückgeführt wird, und bei einem Verbrennungsmotor, der zum Aufladen einen Turbolader verwendet, wenn sich die im Durchblasegas enthaltene Ölkomponente oder das aus dem Turbolader entwichene Öl am Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas festsetzt, wegen des Öls leicht Kohlenstoffpartikel usw. im zurückgeführten Gas am Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas festsetzen und dort Ablagerungen bilden, weshalb auch das Problem entsteht, dass der Leitungsbereich des Strömungspfades der Zustromöffnung für das zurückgeführte Gas weiter verkleinert wird.
Außerdem ist es allgemein notwendig, den Ventildurchmesser des Steuerventils für das zurückgeführte Gas groß zu machen, aber wenn in der herkömmlichen Abgasrückführeinrichtung wie oben erwähnt der Ventildurchmesser des Steuerventils für das zurückgeführte Gas vergrößert wird und die Strömungsrate des zurückgeführten Gases erhöht wird, entsteht das Problem, dass ein Stellantrieb mit einer Membran oder einem Schrittmotor oder Ähnlichem zum Öffnen oder Schließen des Steuerventils für das zurückgeführte Gas durch die Wärme des zurückgeführten Gases beschädigt wird.
Um die Beschädigung des Stellantriebs durch Wärme zu verhindern, sind in einer anderen verwandten Technik der Zustromanschluss des zurückgeführten Gases zum Ansaugkanal und das Ventilgehäuse des Steuerventils für das zurückgeführte Gas im unteren Bereich des Ansaugrohrs angeordnet, der Stellantrieb ist an einem oberen Teil des Ansaugrohrs angeordnet, die beiden sind durch einen langen Ventilschaft verbunden, und der Ventilschaft wird mit durch den Ansaugkanal strömender Ansaugluft (Frischluft) mit einer relativ niedrigen Temperatur gekühlt, damit verhindert wird, dass die vom Ventilgehäuse aufgenommene Wärme des zurückgeführten Gases direkt an den Stellantrieb übertragen wird, um so eine Beschädigung des Stellantriebs zu verhindern (siehe zum Beispiel Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) Nr. 60-243359).
Allerdings lagern sich auch in der letztgenannten verwandten Technik üblicherweise die im Durchblasegas, das in die Ansaugluft auf der Aufstromseite des Zustromanschlusses für das zurückgeführte Gas strömt, enthaltene Ölkomponente und die im zurückgeführten Gas enthaltenen Kohlenstoffpartikel am Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas an und bilden Ablagerungen, die die Querschnittsfläche des Strömungspfads verkleinern oder sich am Ventilsitzbereich oder dem Ventilgehäuse des Steuerventils für das zurückgeführte Gas festsetzen, wodurch diese festkleben und die Funktion des Steuerventils behindern. Außerdem strömt das aus dem Turbolader entweichende Öl in den Ansaugkanal, selbst wenn der Zustromanschluss für das Durchblasegas nicht im Ansaugkanal und der Turbolader zum Aufladen auf der Aufstromseite des Ansaugkanals angeordnet ist, so dass die Möglichkeit besteht, dass ein ähnliches Problem auftritt.
Eine allgemeine Abgasrückführeinrichtung ist aus EP-A-0 586 123 bekannt. Danach ist eine Drosselklappe mit einem Ventilschaft in der Mitte eines Ansaugrohrs angebracht und passt eine Menge durch dieses strömender Ansaugluft an. Ein Einlassrohr für das zurückgeführte Gas führt einen Teil eines Abgases eines Verbrennungsmotors in das Ansaugrohr zurück. Ein Steuerventil für das zurückgeführte Gas ist im Einlassrohr für das zurückgeführte Gas angeordnet und passt die Menge des durch das Rohr strömenden zurückgeführten Gases an. Das Einlassrohr für das zurückgeführte Gas öffnet sich über einen Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas in einem Vorstrombereich der Ansaugluft. Zu diesem Zweck ist am Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas ein Richtkanal für das zurückgeführte Gas mit einer geneigten Oberfläche angebracht, die in einem Außenbereich des Ansaugrohrs positioniert und zur Abstromseite des Ansaugrohrs geneigt ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasrückführeinrichtung nach der Präambel von Anspruch 1 weiterzuentwickeln, so dass eine kompakte Größe erreicht wird und gleichzeitig ein reibungsloser Strom des zurückgeführten Gases gewährleistet wird.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Abgasrückführeinrichtung mit den Merkmalen des neuen Anspruchs 1 erreicht.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Nach der vorliegenden Erfindung verwendet die Abgasrückführeinrichtung eine neue Anordnung, die dafür sorgt, dass das zurückgeführte Gas dem Motor reibungslos zugeführt werden kann.
Außerdem wird eine verbesserte Abgasrückführeinrichtung bereitgestellt, mit der verhindert wird, dass sich die Ablagerungen durch den Rückstrom des zurückgeführten Gases um die Drosselklappe herum festsetzen.
Mit der Abgasrückführeinrichtung kann das zurückgeführte Gas reibungslos in den Motor zurückgeführt werden, ohne Probleme wie die Bildung von Ablagerungen in der Nähe des Zustromanschlusses für das zurückgeführte Gas, an dem das Steuerventil für das zurückgeführte Gas angeordnet ist, und ohne dass der Zustromanschluss verstopft wird oder das Ventilgehäuse am Ventilsitzbereich festklebt.
Bei der Abgasrückführeinrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas im Vorstrombereich der Ansaugluft geöffnet, die im Ansaugrohr von der Aufstromseite zur Abstromseite im stromabwärts gelegenen Bereich der Drosselklappe im Ansaugrohr strömt, so dass das vom Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas in das Ansaugrohr strömende zurückgeführte Gas reibungslos zur Abstromseite strömt, während er vom Vorstrom der Ansaugluft mitgeführt wird, um wieder in den Motor eingeleitet zu werden, so dass vermieden werden kann, dass das zurückgeführte Gas zurück ins Ansaugrohr strömt, die Drosselklappe erreicht und dort zur Bildung von Ablagerungen führt.
Außerdem wird nach der Abgasrückführeinrichtung der vorliegenden Erfindung ein Ende eines gebogenen Leitungsmittels mit einem Ende des Einlassrohrs für das zurückgeführte Gas verbunden, dessen innerer Bereich als die Führungsleitung für das zurückgeführte Gas definiert ist, während gleichzeitig dessen anderes Ende als der Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas definiert ist und zur Abstromseite im Vorstrombereich des Stroms der Ansaugluft in das Ansaugrohr geöffnet wird; deshalb kann der Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas unabhängig von den Positionen der Vorrichtungen des Einlassrohrs für das zurückgeführte Gas und des Steuerventils für das zurückgeführte Gas im Vorstrombereich des Stroms der Ansaugluft an der Abstromseite des Drosselventils geöffnet werden, und gleichzeitig wird das zurückgeführte Gas reibungslos zu deren Öffnung geleitet und kann zur Abstromseite des Stroms der Ansaugluft ausgestoßen werden. Deshalb dringt das zurückgeführte Gas nicht in den Rückstrombereich ein, sondern strömt in den Vorstrombereich und strömt zur Abstromseite, so dass zuverlässig verhindert werden kann, dass sich Ablagerungen an der Drosselklappe bilden.
Außerdem wird in der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die im Ansaugrohr nahe des Zustromanschlusses für das zurückgeführte Gas gebildeten Ablagerun gen dort, wo sich das Steuerventil für das zurückgeführte Gas befindet, durch die Formierung einer Mischung aus den Ölkomponenten im Durchblasegas oder dem aus dem Turbolader entweichenden Öl und den Kohlenstoffpartikeln im zurückgeführten Gas gebildet werden, im oberen Bereich des Einlassrohrs, an dem die Festsetzung der Ölkomponenten im Durchblasegas im Ansaugrohr am schwierigsten ist, eine möglichst gute Schutzwand gebildet, um zu verhindern, dass das Durchblasegas usw. eindringt, und gleichzeitig wird der Ventilsitzbereich des Steuerventils für das zurückgeführte Gas in dieser Schutzwand angeordnet, wodurch die oben beschriebenen Probleme in der verwandten Technik gelöst werden.
Konkreter wird nach der Abgasrückführeinrichtung der vorliegenden Erfindung durch die Anordnung des Ventilsitzbereichs des Steuerventils für das zurückgeführte Gas an einer Position des oberen Bereichs des Ansaugkanals und gleichzeitige Bereitstellung der Teilungswand, die sich zur Abstromseite erstreckt, so dass ein Raum zwischen dem Ventilsitzbereich und dem Ansaugkanal entsteht, wobei der Einlassanschluss für das zurückgeführte Gas, dessen Öffnung vom Ventilsitz aus gesehen zur Abstromseite weist, im oberen Bereich des Ansaugkanals gebildet wird. Dadurch passiert das durch den Spalt des Ventilsitzbereiches strömende zugeführte Gas den Einlassanschluss für das zurückgeführte Gas und strömt zur Abstromseite, wo es sich mit der durch den Ansaugkanal strömenden Ansaugluft vermischt und dem Motor zur Durchführung eines Abgasreinigungsvorgangs zugeführt wird.
Die Aufgabe und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen klarer werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen wird; in diesen ist
1 eine Frontansicht, teilweise im Schnitt, der Gesamtanordnung einer Abgasrückführeinrichtung nach einem nicht beanspruchten ersten vergleichbaren Beispiel;
2 eine von oben gesehene Schnittdarstellung eines Teils der in 1 gezeigten Abgasrückführeinrichtung;
3 eine vertikale Schnittansicht der Bestandteile zur Erklärung der Funktionsweise der in 1 gezeigten Abgasrückführeinrichtung;
4 eine seitliche Schnittansicht entlang einer Linie IV-IV in 3;
5 eine teilweise vertikale Schnittansicht zur Erklärung der Probleme der verwandten Technik;
6 eine teilweise vertikale Schnittansicht zur Erklärung der Funktionsweise und der Wirkung des ersten nicht beanspruchten vergleichbaren Beispiels;
7 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, der Gesamtanordnung der Abgasrückführeinrichtung nach einem zweiten nicht beanspruchten vergleichbaren Beispiel;
8 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, der Gesamtanordnung einer herkömmlichen Abgasrückführeinrichtung, die als ein Beispiel einer schlechten Verteilung der Ansaugluft auf die Zylinder dient;
9A eine Schnittansicht, die schematisch die Anordnung der wichtigsten Teile der in 8 gezeigten herkömmlichen Abgasrückführeinrichtung zeigt;
9B ein Diagramm einer Abgasrückführungsrate der in 8 gezeigten herkömmlichen Abgasrückführeinrichtung;
10A eine Schnittansicht, die schematisch die Anordnung der wichtigsten Teile des in 7 gezeigten zweiten vergleichbaren Beispiels zeigt;
10B ein Diagramm der Abgasrückführungsrate, das die Wirkung des in 7 gezeigten zweiten vergleichbaren Beispiels zeigt;
11 eine vertikale Schnittansicht, die die wichtigsten Teile einer Abgasrückführeinrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine vertikale Schnittansicht von vorne entlang einer Linie XII-XII in 11;
13 eine seitliche Schnittansicht entlang einer Linie XIII-XIII in 12;
14 eine vertikale Schnittansicht von vorne der wichtigsten Teile, die ein Problem des ersten vergleichbaren Beispiels zeigt;
15 eine vertikale Schnittansicht von vorne der wichtigsten Teile, die die Wirkung der ersten Ausführungsform zeigt;
16 eine vertikale Schnittansicht, die die wichtigsten Teile einer Abgasrückführeinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine vertikale Schnittansicht von vorne, die die wichtigsten Teile einer Abgasrückführeinrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 eine vertikale Schnittansicht von vorne entlang einer Linie XVIII-XVIII in 17;
19 eine seitliche Schnittansicht entlang einer Linie XIX-XIX in 17;
20 eine Frontansicht, teilweise im Schnitt, der Anordnung der Abgasrückführeinrichtung nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, der in 20 gezeigten Abgasrückführeinrichtung;
22 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, der Gesamtanordnung einer herkömmlichen allgemeinen Abgasrückführeinrichtung;
23 eine Frontansicht, teilweise im Schnitt, der Gesamtanordnung einer Abgasrückführeinrichtung nach einem weiteren nicht beanspruchten vergleichbaren Beispiel;
24 eine vertikale Schnittansicht der Bestandteile zur Erklärung der Funktionsweise der Abgasrückführeinrichtung nach dem vergleichbaren Beispiel;
25 eine vertikale Schnittteilansicht zur Erklärung der Wirkung des vergleichbaren Beispiels;
26 eine Frontansicht, teilweise im Schnitt, der Gesamtanordnung einer Abgasrückführeinrichtung nach einem weiteren vergleichbaren Beispiel;
27 eine Frontansicht, teilweise im Schnitt, der Gesamtanordnung einer Abgasrückführeinrichtung nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
28 eine vertikale Schnittteilansicht von vorne der Gesamtanordnung einer Abgasrückführeinrichtung nach noch einem weiteren vergleichbaren Beispiel;
29 eine vertikale Schnittteilansicht der in 28 gezeigten Abgasrückführeinrichtung, gesehen von unten;
30 eine seitliche Schnittansicht entlang einer Linie XXX-XXX von 28;
31 eine vertikale Schnittteilansicht von vorne der Gesamtanordnung des herkömmlichen Beispiels;
32 eine vertikale Schnittteilansicht von vorne der Anordnung einer Abgasrückführeinrichtung nach einem weiteren vergleichbaren Beispiel;
33 eine vertikale Schnittteilansicht der in 32 gezeigten Abgasrückführeinrichtung, gesehen von unten;
34 eine vertikale Schnittteilansicht von vorne der Anordnung der Abgasrückführeinrichtung nach einer sechsten Ausführungsform; und
35 eine vertikale Schnittteilansicht der in 34 gezeigten Abgasrückführeinrichtung, gesehen von unten.
1 und 2 zeigen ein Beispiel eines Verbrennungsmotors 2, der mit einer Abgasrückführeinrichtung 1 ausgestattet ist, als ein erstes nicht beanspruchtes vergleichbares Beispiel. 1 ist eine Frontansicht eines Zylinderblocks 9 eines Mehrzylindermotors 2 von der Vorderseite einer nicht abgebildeten Kurbelwelle; während 2 eine Draufsicht ist, die dies von oben zeigt. Eine Drosselklappe 3 des Motors 2 und ein Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas, die die wichtigsten Elemente der Abgasrückführeinrichtung 1 bilden, werden nacheinander in einem festgelegten Abstand in einem Ansaugrohr 5 in einer Richtung (Richtung durch einen Pfeil angezeigt) befestigt, in die die Ansaugluft, das heißt eine angesaugte Frischluft (in der Figur mit FL bezeichnet), strömt. Selbstverständlich ist die Drosselklappe 3 als ein variables Öffnungsventil an einer geeigneten Position im Ansaugrohr 5 angeordnet, so dass es die Strömungsrate der in das Ansaugrohr 5 strömenden Ansaugluft anpasst, während das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas als variables Öffnungsventil an einer geeigneten Position des Einlassrohrs 8 für das zurückgeführte Gas angeordnet ist, so dass es die Strömungsrate des zurückgeführten Gases (in der Figur als ZG angezeigt, wobei das nach außen ausgestoßene Gas umgekehrt mit AG bezeichnet wird) anpasst, um einen Teil des Abgases von der Seite des Abgaskrümmers 6 zu entnehmen und es der Ansaugluft wieder zuzuführen, die im Ansaugrohr 5 auf der Seite des Ansaugkrümmers 7 strömt. Die erste Ausführungsform ist ein Beispiel, das einen Fall zeigt, in dem das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas direkt an der Rohrwand des Ansaugrohrs 5 befestigt ist.
Auf der anderen Seite wird eine Zuführleitung 10 für Durchblasegas, die das in einem Kurbelgehäuse oder einem Zylinderkopfgehäuse des Motors 2 gesammelte Durchblasegas (das Durch blasegas ist in der Figur mit DG bezeichnet) zur Verarbeitung dem Ansaugrohr 5 zuführt, in der Rohrwand des Ansaugrohrs 5 an der Abstromseite der Drosselklappe 3 geöffnet.
Wenn man insbesondere den Strom der Ansaugluft auf der Abstromseite der Drosselklappe 3 wie in 3 und 4 gezeigt betrachtet, wird in diesem Fall im Bereich der Abstromseite des Absperrventils 3 vom Typ einer Drosselklappe ein Vorstrom der von der Aufstromseite zur Abstromseite strömenden Ansaugluft im nahe bei der Rohrwand liegenden Bereich im Ansaugrohr 5 gebildet, wodurch im Zentrum des Ansaugrohrs direkt hinter der Drosselklappe 3 ein Unterdruckbereich entsteht. Deshalb ist ein Phänomen zu beobachten, bei dem ein Teil der Ansaugluft von der Abstromseite zurück zur Aufstromseite des Ansaugrohrs 5 auf diesen Unterdruckbereich zuströmt. Wenn der Bereich im Ansaugrohr 5, in dem der Vorstrom der Ansaugluft vorhanden ist, als „Vorstrombereich" (in der Figur als VS gezeigt) bezeichnet wird und gleichzeitig der Bereich, in dem der Rückstrom vorhanden ist, als „Rückstrombereich" (in der Figur als RS gezeigt) bezeichnet wird, liegt das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung im Grunde darin, dass der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas im Vorstrombereich der Ansaugluft geöffnet wird.
Hier ist anzumerken, dass die Form einer Kurve B, die die Grenze des Vorstrombereichs und des Rückstrombereichs in der seitlichen Querschnittsansicht anzeigt, nicht kreisförmig ist und der Rohrwand des Ansaugrohrs 5 in 4 folgt, die den seitlichen Querschnitt des Ansaugrohrs 5 zeigt, sondern durch den Einfluss des Ventilschafts 12 der Drosselklappe 3 eine flache, lange Ovalform annimmt. Aus diesem Grund hat sich ein Phänomen gezeigt, bei dem die Dicke des Vorstrombereichs in der radialen Richtung in dem Bereich, wo der Ventilschaft 12 die Rohrwand des Ansaugrohrs 5 kreuzt, am kleinsten und in dem Teil nahe einer geraden Linie R-R senkrecht zum Ventilschaft 12 am größten wird. Demnach liegt eines der konkreten charakteristischen Merkmale in der ersten Ausführungsform darin, dass wie in 3 gezeigt die Öffnung des Einlassrohrs 8 für das zurückgeführte Gas, das heißt der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas, insbesondere in der unteren Position der Rohrwand angeordnet ist, die die gerade Linie R-R im Vorstrombereich auf der Abstromseite der Drosselklappe 3 kreuzt. Wenn ein Absperrventil 3 vom Typ einer Drosselklappe verwendet wird, entspricht die geeignete Position für die Anordnung des Zustromanschlusses 11 für das zurückgeführte Gas der Abstromseite von der Position, wo die Drosselklappe 3 am frühesten geöffnet wird, wenn sie sich aus dem geschlossenen Zustand zu öffnen beginnt.
Der Unterschied in der Funktionsweise und der Wirkung zwischen dem herkömmlichen Fall und dem ersten vergleichbaren Beispiel wird durch einen Vergleich zwischen 5 und 6 erklärt. In 5 ist der Zustand der Strömung des zurückgeführten Gases gezeigt, wenn das zurückgeführte Gas wie im herkömmlichen Fall in den Rückstrombereich der Ansaugluft strömt, während die Rückführungsrate des Abgases auf 20 Prozent eingestellt ist, und gleichzeitig ist in 6 der Fall der ersten Ausführungsform gezeigt, wenn das zurückgeführte Gas unter ähnlichen Bedingungen in den Vorstrombereich strömt.
Im Fall des in 5 gezeigten herkömmlichen Beispiels ist ein Grund dafür, dass der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas häufig im Rückstrombereich der Ansaugluft geöffnet wird, dass man die Länge des Rohres in den Rohrleitungen möglichst klein machen möchte. Dies wird konkret in 22 erklärt, die die verwandte Technik zeigt; zum Beispiel wird in einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor 2 das Ansaugrohr 5 in einer rechtwinkligen Richtung zur Anordnungsrichtung der in Reihe angeordneten vier Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4 verlängert, aber um die Ansaugluft gleichmäßig auf die Brennräume 14 der Zylinder zu verteilen, muss der Ventilschaft 12 des Absperrventils 3 in Form einer Drosselklappe parallel zur Anordnungsrichtung der Zylinder angeordnet werden.
Auf der anderen Seite wird das Einlassrohr 8 für das zurückgeführte Gas, das von einem Teil des Abgaskrümmers 6 zur Seite des Ansaugrohrs 5 reicht, im Wesentlichen in derselben Höhe wie das Ansaugrohr 5 zur gegenüberliegenden Seite des Zylinderblocks 9 geführt, deshalb ist wegen der Notwendigkeit, die Länge des Rohrs 8 möglichst klein zu machen, der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas in der gleichen Ebene mit dem Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 angeordnet. Allerdings wurde die Dicke des Vorstrombereichs der Ansaugluft auf der Abstromseite der Drosselklappe 3 in der Nähe des Ventilschafts 12 gering, wie in 4 gezeigt, und der Rückstrombereich der Ansaugluft erstreckt sich weit in die stromabwärts gelegene Seite hinein. Entsprechend wird wie in 5 gezeigt im Fall des herkömmlichen Beispiels, bei dem der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas in der gleichen Ebene mit dem Ventilschaft 12 angeordnet ist, der Zustromanschluss 11 im Rückstrombereich der Ansaugluft geöffnet.
Wenn der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas wie beim in 5 gezeigten herkömmlichen Beispiel im Rückstrombereich der Ansaugluft des Ansaugrohrs 5 geöffnet wird, erreicht das vom Zustromanschluss 11 in das Ansaugrohr 5 strömende zurückgeführte Gas die Drosselklappe 3, wobei es mit dem Strom mitgeführt wird, der von der Abstromseite des Ansaugrohrs 5 zurück zur Aufstromseite strömt und es zu einer Bildung von Ablagerungen an der Drosselklappe 3 kommt, wenn aber der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas wie beim in 6 gezeigten ersten vergleichbaren Beispiel im Vorstrombereich der Ansaugluft angeordnet ist, strömt das hereinkommende zurückgeführte Gas zur Abstromseite vom Zustromanschluss 11, wobei es mit dem Vorstrom der Ansaugluft mitgeführt wird, so dass die Bildung von Ablagerungen an der Drosselklappe 3 verhindert werden kann. Im ersten vergleichbaren Beispiel ist der Zustromanschluss 11 an der Position angeordnet, an der die Dicke des Vorstrombereichs am größten wird, das heißt, der Ventilschaft 15 des tellerförmigen Steuerventils für das zurückgeführte Gas ist in einer geraden Linie im rechten Winkel zum Ventilschaft 12 angeordnet, so dass die beste Wirkung erzielt wird. Wie aus dieser Tatsache abgeleitet werden kann, wird im Wesentlichen dieselbe Wirkung erzielt, wenn sich der Zustromanschluss 11 im Vorstrombereich der Ansaugluft befindet.
Ein zweites vergleichbares Beispiel ist in 7 gezeigt. Wenn der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas auf diese Weise im Vorstrombereich der Ansaugluft auf der Abstromseite von der Drosselklappe 3 geöffnet wird, wird, selbst wenn das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas wie in 7 veranschaulicht in der Mitte des Einlassrohrs 8 für das zurückgeführte Gas angebracht ist, eine ähnliche Wirkung erzielt wie im Fall des ersten vergleichbaren Beispiels.
Ein unerwünschtes herkömmliches Beispiel ist in 8 gezeigt. In diesem Beispiel ist der Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 in einer Richtung im rechten Winkel zur Anordnungsrichtung der Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4 des Motors 2 angeordnet, so dass die Verteilung der Ansaugluft auf die Zylinder nicht länger gleichmäßig durchgeführt wird. Wenn der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas auf der Abstromseite an der Position geöffnet wird, wo der Ventilschaft 12 die Rohrwand des Ansaugrohrs 5 kreuzt, lässt sie den Strom des zurückgeführten Gases in den Rückstrombereich der Ansaugluft strömen, weshalb das Problem der Bildung von Ablagerungen an der Drosselklappe 3 entsteht. Im Gegensatz dazu werden im in 7 gezeigten zweiten vergleichbaren Beispiel diese Probleme gleichzeitig gelöst, einfach indem der Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 in 8 in die Richtung der Anordnungsrichtung der Zylinder ausgerichtet wird.
Die Wirkung des zweiten vergleichbaren Beispiels wird im Vergleich mit dem mangelhaften Beispiel in 9A und 9B und den 10A und 10B erklärt. 9A zeigt eine ähnliche Anordnung wie die in 8 gezeigte, in der der Ventilschaft 12 des Absperrventils 3 in Form einer Drosselklappe in der rechtwinkligen Richtung zur Anordnungsrichtung der Zylinder angeordnet ist. 10A zeigt im Vergleich dazu eine ähnliche Anordnung wie die in 7 gezeigte, in der die Anordnungsrichtung der Zylinder mit der Richtung des Ventilschafts 12 der Drosselklappe 3 übereinstimmt. Als die Abgasrückführrate für jeden Zylinder unter gleichen Bedingungen gemessen wurde, wobei die durchschnittliche Abgasrückführrate 14,3 Prozent beträgt und die Drosselklappe 3 einen Öffnungsgrad von 100 Prozent hat, wurde im herkömmlichen System eine Schwankung von 5 Prozent bestätigt, wie in 9B gezeigt, aber die Schwankung konnte auf etwa 0,8 Prozent gesenkt werden, wie in 10B gezeigt.
Als Nächstes wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Um eine andere Konstruktion zu ermöglichen als beim ersten und zweiten vergleichbaren Beispiel liegt in diesem Beispiel wie in 11 bis 13 gezeigt das charakteristische Merkmal darin, dass der Ventilschaft 15 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas parallel zum Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 gestützt wird und dass gleichzeitig die Position des ersteren um genau den notwendigen Abstand an einer anderen Position als die Position des letzteren gesetzt ist, so dass der Ventilschaft 15 und der Ventilsitz 16 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas an der Augenseite der Rohrwand des Ansaugrohrs 5 versetzt angeordnet sind. Dann wird in diesem Fall ein Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas an der Rohrwand des Ansaugrohrs 5 befestigt, und der Ventilsitz 16 wird mit dem Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas verbunden. Im Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas ist eine geneigte Oberfläche (mit 18 gekennzeichnet) angebracht, damit das zurückgeführte Gas leicht mit dem Vorstrom der Ansaugluft mitgeführt werden kann.
Da in der ersten Ausführungsform der Richtkanal 17 bereitgestellt wird, dessen Oberfläche 18 zum Vorstrombereich der Ansaugluft geneigt ist, kann, selbst wenn der Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 und der Ventilschaft 15 des Steuerventils für das zurückgeführte Gas eng nebeneinander in der Richtung des Ansaugrohrs 5 angeordnet sind, der Rückfluss des zurückgeführten Gases zur Drosselklappe 3 verhindert werden. Außerdem kann, wenn der Teilungsflansch 19 wie in 12 und 13 hinzugefügt wird und die Öffnungsposition des Zustromanschlusses 11 für das zurückgeführte Gas so weit wie möglich von der Drosselklappe 3 zur Abstromseite verschoben wird, die Strömungsrate des Vorstroms der Ansaugluft (Mischung aus der Frischluft und Durchblasegas) im Zustromanschluss 11 erhöht werden im Vergleich zu einem Fall, in dem der Teilungsflansch 19 nicht vorhanden ist; deshalb kann das zurückgeführte Gas leicht mit dem Vorstrom des zurückgeführten Gases mitgeführt werden, und der Rückwärtsstrom des zurückgeführten Gases zur Drosselklappe 3 kann wirksam weiter verhindert werden.
Da der Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas mit der geneigten Oberfläche 18 zur Abstromseite des Ansaugrohrs 5 angeordnet ist, strömt des weiteren das zurückgeführte Gas nach und nach reibungslos in den Ansaugluft-Strom aus und verteilt sich gleichmäßig, weshalb die Verteilung des zurückgeführten Gases hinsichtlich der Zylinder gleichmäßig geschieht, das Auftreten einer Schwankung in der Leistung der verschiedenen Zylinder kann verhindert werden, und die Drehzahl des Motors zum Zeitpunkt eines Betriebs mit geringer Last wird gleichmäßiger als im herkömmlichen Fall.
Da der Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 und der Ventilschaft 15 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas parallel zueinander angeordnet sind und der Abstand zwischen den Ventilschäften 12 und 15 in der Richtung des Ansaugrohrs 5 verkleinert wurde, ist es bei dieser Ausführungsform des Weiteren möglich, die Länge des Ansaugrohrs 5 in der Nähe der Drosselklappe 3 zu verringern, und deshalb kann der gesamte Motor kleiner gemacht werden. Dadurch wird das Ansprechen auf eine Gaspedalbetätigung verbessert.
Aufgrund der unterschiedlichen Anordnungen gibt es einen kleinen Unterschied in der Funktionsweise und der Wirkung zwischen dem ersten vergleichbaren Beispiel und der ersten Ausführungsform. Wenn im Fall des ersten vergleichbaren Beispiels die Abgasrückführmenge etwa 20 Prozent beträgt, strömt wie in 6 gezeigt das zurückgeführte Gas zur Abstromseite, wobei es mit dem Vorstrom der Ansaugluft mitgeführt wird, und strömt nicht zurück zur Drosselklappe 3, sondern es wird eine sehr große Menge von zurückgeführtem Gas dem Ansaugrohr 5 zugeführt, wenn die Rückführungsmenge eine bestimmte Grenze von circa 50 Prozent übersteigt, und deshalb strömt manchmal wie in 14 gezeigt trotzdem ein Teil des zurückgeführten Gases zurück und erreicht die Drosselklappe 3. Wenn aller dings die in der ersten Ausführungsform gezeigte Anordnung verwendet wird, strömt wegen der Funktionsweise des Teilungsflanschs 19, der geneigten Oberfläche 18 usw. wie in 15 gezeigt das zurückgeführte Gas nicht zurück und erreicht die Drosselklappe 3, selbst in einem Zustand, in dem die Rückführungsrate 50 Prozent übersteigt.
Wenn des Weiteren als Modifikation der ersten Ausführungsform der Bereich des Strömungspfades des zum Ansaugrohr geöffneten Zustromanschlusses 11 für das rückgeführte Gas größer gemacht wird als der Ventilsitz 16 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas, beispielsweise in der in 16 gezeigten Ausführungsweise eines fächerförmigen Gaszustromanschlusses 20, wird die Strömungsrate des zurückgeführten Gases in das Ansaugrohr 5 geringer, und gleichzeitig kann das zurückgeführte Gas in den Strom der Ansaugluft (Mischung aus Frischluft und Durchblasegas) strömen, während es verteilt wird, so dass das zurückgeführte Gas mit einer verringerten Dichte außerdem noch einfacher mit dem Vorstrom der Ansaugluft mitgeführt und der Rückstrom zur Drosselklappe 3 verhindert werden kann.
Weiterhin kann bei der in 17 bis 19 gezeigten dritten Ausführungsform durch Anordnung des Ventilsitzes 16 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas und dem Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas oberhalb der Drosselklappe 4, die der Öffnungs- und Schließrichtung des Absperrventils 3 vom Typ einer Drosselklappe mit dem parallel gestützten Ventilschaft 12 entspricht, die Bildung von Ablagerungen durch die nicht nur im zurückgeführten Gas, sondern auch im Durchblasegas enthaltenen Schmierölpartikel des Motors verhindert werden, wodurch die Unannehmlichkeit der Verkleinerung der Querschnittsfläche des Strömungspfads des Ventilsitzes 16 vermieden werden kann.
Der Grund hierfür ist, dass selbst wenn die im Durchblasegas enthaltenen Schmierölpartikel usw. sich an der inneren Oberfläche des Ansaugrohrs 5 festsetzen und einen Ölfilm bilden, der Ölfilm aufgrund der Schwerkraft abwärts fließt und deshalb nicht nahe des oberhalb der Drosselklappe 3 angeordneten Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas strömt, so dass es dort zu keiner Bildung einer Ablagerung durch das Festsetzen der Kohlenstoffpartikel usw. im zurückgeführten Gas kommt.
Man beachte, dass in der dritten Ausführungsform die Position des oberen Teils der Drosselklappe 3 mit dem Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas stromabwärts von der Position liegt, an der die Drosselklappe 3 am frühesten geöffnet wird, wenn sie sich aus dem geschlossenen Zustand zu öffnen beginnt. Deshalb wird das vom Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas in das Ansaugrohr 5 strömende Gas gut mit der Ansaugluft gemischt, selbst wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 3 gering ist. Wenn dann das zurückgeführte Gas abgesperrt wird, verschwindet der Einfluss des zurückgeführten Gases schnell an der Abstromseite der Drosselklappe 3, so dass die Reaktion beim Öffnen und Schließen des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas verbessert wird. In diesem Fall gibt es außerdem die merkliche Wirkung, dass das Eindringen des Durchblasegases in das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas behindert werden kann, indem der Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas mit dem Teilungsflansch 19 und der geneigten Oberfläche 18 eingefügt wird.
Wenn der Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas am oberen Teil des Ansaugkrümmers 7 als Teil des Ansaugrohrs 5 befestigt wird, wie in der in 20 und 21 gezeigten vierten Ausführungsform, kann außerdem die Drosselklappe 3 näher am Zylinderblock 9 angeordnet werden als bei den anderen Aus führungsformen, so dass, wenn das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas zur Beschleunigung geöffnet wird, das Volumen des Ansaugrohrs 5 mit dem Ansaugkrümmer 7 auf dessen stromabwärts gelegener Seite kleiner ist als im Fall, bei dem die Drosselklappe 3 und das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas auf der mehr stromaufwärts gelegenen Position angeordnet sind, so dass die Menge des im Ansaugrohr 5 verbleibenden zurückgeführten Gases gering ist, wodurch das Ansprechen des Motors 2 auf eine Gaspedalbetätigung verbessert wird und es gleichzeitig möglich wird, der Abgasrückführeinrichtung 1 eine kompakte Größe zu geben.
Der Punkt, an dem der Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas und der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas zu diesem Zweck im Ansaugkrümmer 7 angeordnet sind, unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform, aber es werden im Wesentlichen dieselbe Funktionsweise und dieselbe Wirkung erzielt.
Sowohl die dritte Ausführungsform als auch die vierte Ausführungsform ist mit einem Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas mit der geneigte Oberfläche 18 ausgestattet, wie in 17 und 20 gezeigt, so dass ähnlich wie in den obigen Ausführungsformen die Verteilung des zurückgeführten Gases auf die Zylinder des Motors gleichmäßiger wird, die Schwankungen bei der Leistung der verschiedenen Zylinder gering wird, die Drehzahl bei einem Betrieb mit geringer Last stabil wird usw.
Als Nächstes wird in 23 bis 25 ein weiteres nicht beanspruchtes vergleichbares Beispiel gezeigt. Ein gemeinsames charakteristisches Merkmal dieses vergleichbaren Beispiels und eines weiteren vergleichbaren Beispiels (26) mit der später besprochenen fünften Ausführungsform (27) liegt darin, dass ein scharfwinklig gebogenes Rohr 24 bereitgestellt wird, das mit dem Ende des Einlassrohrs 8 für das zurückgeführte Gas verbunden wird, der Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas wird innerhalb des gebogenen Rohrs 24 gebildet, und gleichzeitig wird die Öffnung des anderen Endes des gebogenen Rohrs 24 als der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas definiert, der sich zur Abstromseite des Ansaugrohrs 5 hin öffnet, wodurch der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas dieses gebogenen Rohrs 24 an einem relativ weit stromabwärts gelegenen Bereich des Stroms der Ansaugluft im Vorstrombereich der im Ansaugrohr 5 gebildeten Ansaugluft geöffnet wird.
Man beachte, dass alle Rohre 24 scharfwinklig gebogen sind, aber die Rohre, die in der vorliegenden Erfindung als die gebogene Führungsleitung für das zurückgeführte Gas verwendet werden, nicht immer nur aus scharfwinklig gebogenen Rohren 24 bestehen, sondern beliebige gebogene Rohre 24 sein können, solange der gebogene Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas gebildet wird und das darin strömende zurückgeführte Gas in den Vorstrombereich an der relativ weit Abstromseite des Ansaugrohrs 5 geführt wird und sie gleichzeitig das zurückgeführte Gas zur Abstromseite des Flusses der Ansaugluft in der Öffnung am anderen Ende ausstoßen können. Deshalb sollte das gebogene Rohr 24 allgemein als „gebogenes Leitungsmittel" gelesen werden.
Im Fall des obigen ersten vergleichbaren Beispiels (1 bis 4) ist, wenn die Rückführungsrate des Abgases etwa 20 Prozent beträgt, die Strömungsrate an Frischluft groß und die Strömungsrate des zurückgeführten Gases klein, weshalb das zurückgeführte Gas, das aus dem im Vorstrombereich des Abgases in das Ansaugrohr 5 geöffneten Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas strömt, zur Abstromseite strömt, wobei es mit dem Vorstrom der Frischluft im Ansaugrohr 5 mitgeführt wird, so dass das zurückgeführte Gas nicht in den Rückstrombereich der Ansaugluft strömt, sondern wenn die Rückführungsrate bis auf etwa 50 Prozent erhöht wird, wie oben anhand von 14 erklärt, wird die Strömungsrate der Frischluft im Ansaugrohr 5 gering, wohingegen die Strömungsrate des zurückgeführten Gases, das aus dem Zustromanschluss 11 strömt, erhöht wird, so dass dies ein Fall ist, in dem das zurückgeführte Gas den Vorstrombereich der Frischluft durchdringt und in den Rückstrombereich strömt. In einem solchen Fall strömt das zurückgeführte Gas ähnlich wie in der verwandten Technik zurück, obwohl dessen Menge gering ist, und manchmal wird in der Drosselklappe 3 usw. eine Ablagerung gebildet.
In der obigen ersten Ausführungsform (siehe 11 bis 13 und 15) wird ein ähnliches Problem gelöst, indem der Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas mit der geneigten Oberfläche 18, der Teilungsflansch 19 usw. bereitgestellt werden, aber in der siebten Ausführungsform wird dieses Problem gelöst, indem das gebogene Rohr 24 eingefügt wird, das zur Abstromseite des Stromes der Ansaugluft geöffnet ist, so dass es an den Ventilsitz 16 des Steuerventils für das zurückgeführte Gas angeschlossen ist, der an der Position angeordnet ist, wo das Einlassrohr 8 für das zurückgeführte Gas die Rohrwand des Ansaugrohrs 5 im Vorstrombereich der Frischluft im Ansaugrohr 5 durchdringt, und wobei die Öffnung des Endes des gebogenen Rohrs 24 als der Zustromanschluss 11 für das zurückgeführte Gas bezüglich des Ansaugrohrs 5 definiert ist.
Deshalb passiert im vorliegenden vergleichbaren Beispiel das in das Einlassrohr 8 strömende zurückgeführte Gas wie in 24 gezeigt den Ventilsitz 16 des Steuerventils für das zu rückgeführte Gas und wird danach von dem im gebogenen Rohr 24 gebildeten Richtkanal 17 für das zurückgeführte Gas reibungslos geführt und ändert seine Strömungsrichtung, wird dann ausgestoßen in Richtung der Strömung des Vorstrombereichs der Frischluft vom Zustromanschluss 11, der im Vorstrombereich der Frischluft geöffnet wird, so dass es, selbst wenn das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas nahe der Drosselklappe 3 angeordnet ist und selbst in einem Fall, in dem der Ventilschaft 15 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas im Extremfall an der Aufstromseite in Richtung des Ansaugrohrs 5 vom Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 angeordnet ist, möglich wird, den Zustromanschluss 11 über das gebogene Rohr 24 im Vorstrombereich der Frischluft zu öffnen. Weiterhin wird, selbst in einem Fall, in dem die Rückführungsrate den Wert von etwa 50 Prozent erreicht, wie in 25 gezeigt, das zurückgeführte Gas in den Vorstrombereich der Frischluft (Ansaugluft) weit genug stromabwärts von der Drosselklappe 3 gelegen durch den Richtkanal 17 des gebogenen Rohrs 24 zugeführt, und deshalb wird der Rückstrom des zurückgeführten Gases zur Drosselklappe 3 zuverlässig verhindert.
26 zeigt das weitere nicht beanspruchte vergleichbare Beispiel. Auch in diesem Beispiel wird das gebogene Rohr 24 am Ende des Einlassrohrs 8 für das zurückgeführte Gas verwendet. Der Unterschied hierbei liegt darin, dass das Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas nicht in der Rohrwand des Ansaugrohrs 5, sondern in der Mitte des Einlassrohrs 8 für das zurückgeführte Gas angeordnet ist. Auch in diesem Fall kann hinsichtlich der Funktionsweise und der Wirkung das zurückgeführte Gas durch das gebogene Rohr 24 weit genug stromabwärts von der Drosselklappe 3 in den Vorstrombereich der Frischluft im Ansaugrohr 5 eingeleitet werden, so dass ein nachteiliger Einfluss auf die Drosselklappe 3 durch den Rückstrom des zurückgeführten Gases vermieden werden kann.
27 zeigt die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der fünften Ausführungsform sind der Ventilschaft 12 der Drosselklappe 3 und der Ventilschaft 15 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas parallel, so dass es in dieser Form schwierig ist, das zurückgeführte Gas gleichmäßig in den Strom von Frischluft auf der stromabgewandten Seite der Drosselklappe 3 strömen zu lassen, aber durch eine Anordnung des gebogenen Rohrs 24 in der Weise, dass es an der stromabwärts gewandten Seite des Ventilsitzes 16 des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas befestigt ist, und durch Öffnen des Zustromanschlusses 11 des Endes des Richtkanals 17 für das zurückgeführte Gas im Vorstrombereich der Frischluft weit genug stromabwärts von der Drosselklappe 3 wird es möglich, den Rückstrom des zurückgeführten Gases in die Richtung der Drosselklappe 3 zu verhindern, und gleichzeitig kann das zurückgeführte Gas gleichmäßig mit der Frischluft vermischt werden. Durch Anordnung des geöffneten gebogenen Rohrs 24 am Ende des Einlassrohrs 8 für das zurückgeführte Gas ergibt sich auf diese Weise der Vorteil, dass man eine große Freiheit bei der Positionierung der Drosselklappe 3 und dem Steuerventil 4 für das zurückgeführte Gas im Verhältnis zueinander erhält.
In den abgebildeten Ausführungsformen wurde das Beispiel der Verwendung eines durch den Unterdruck betätigten Membran-Stellantriebs zur Betätigung der Drosselklappe 3 und des Steuerventils 4 für das zurückgeführte Gas gezeigt (der angelegte Unterdruck ist in der Figur als UD gekennzeichnet, während der Atmosphärendruck mit AD gekennzeichnet ist), aber selbstverständlich können auch andere Arten von Stellantrieben als Stellantrieb für diese Ventile verwendet werden, wie zum Beispiel ein Schrittmotor, ein Piezo-Stellantrieb und ein Stellantrieb vom Typ einer Magnetspule.
Bevor die folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt werden, wird eine weitere konkrete Erklärung der Anordnung, der Funktionsweise und der Probleme der Abgasrückführeinrichtung in der zuletzt beschriebenen verwandten Technik gegeben, die unter Verweis auf 31 einfach im Abschnitt über die verwandte Technik erläutert wurde. In 31 ist 101 ein Mehrzylindermotor, und 102 zeigt eine daran befestigte herkömmliche Abgasrückführeinrichtung an. Referenznummer 103 ist ein Luftfilter, und 104 ist ein Ansaugkanal, der daran befestigt und in einem Ansaugrohr 105 gebildet ist, einem Ansaugkrümmer 106 usw. Referenznummer 107 bezeichnet einen Abgaskrümmer des Motors 101. Die Abgasrückführeinrichtung 102 ist zusammengesetzt aus einem Einlassrohr 108 für das zurückgeführte Gas, das einen Teil des Abgases AG vom Abgaskrümmer 107 als das zurückgeführte Gas entnimmt und dieses dem Teil des Ansaugkanals 104 zuführt, und einem Steuerventil 109 für das zurückgeführte Gas, das am Ende des Einlassrohrs 108 angeordnet ist.
Das herkömmliche Steuerventil 109 für das zurückgeführte Gas umfasst einen Ventilsitz 110, der auch als der Zustromanschluss für das zurückgeführte Gas im unteren Bereich des Ansaugrohrs 105 dient, ein kegelstumpfartig geformtes Ventilgehäuse 111, das dieses öffnet und schließt, einem langen stabförmigen Ventilschaft 112, der in das Ventilgehäuse 111 integriert ist und den Ansaugkanal 104 kreuzt, und einem Stellantrieb 113, der das obere Ende des Ventilschafts 112 betätigt. Der Stellantrieb 113 ist außerdem mit einer Membran 114 versehen, die mit dem oberen Ende des Ventilschafts 112 gekoppelt ist, sowie einer Druckfeder 116, die in einer Unterdruckkammer 115 im oberen Teil der Membran 114 platziert ist.
Um das im Kurbelgehäuse und im Ventildeckel 117 des Motors 101 gesammelte Durchblasegas DG zu leiten und zu bearbeiten, wird separat von der Abgasrückführeinrichtung 102 ein Einlassrohr 118 für das Durchblasegas bereitgestellt, das diese verbindet. Der Zustromanschluss 119 für das Durchblasegas, der dessen Auslassöffnung ist, wird in der Rohrwand des Ansaugrohrs 105 an der Aufstromseite des Ventilsitzes 110 des Steuerventils 109 für das zurückgeführte Gas geöffnet.
Wie wohl bekannt ist, bewegt sich in der in 31 gezeigten herkömmlichen Abgasrückführeinrichtung, wenn der steuernde Unterdruck UD auf die Unterdruckkammer 115 des Membran-Stellantriebs 113 einwirkt, die Membran 114 nach oben gegen die Gegenkraft der Druckfeder 116, und das Ventilgehäuse 111 öffnet den Ventilsitz 110 über den Ventilschaft 112. Als Ergebnis davon dringt das zurückgeführte Gas, das zu einem Teil aus dem Abgas von dem Abgaskrümmer 107 besteht, durch das Einlassrohr 108 für das zurückgeführte Gas, wird mit der im Ansaugkanal 104 vom Ventilsitz 110 strömenden Einlass-Frischluft vermischt und der Brennkammer des Motors 101 zugeführt, wo sie den Verbrennungszustand verbessert und für die Reinigung des Abgases verwendet wird.
In letzter Zeit wurde die Strömungsrate des zurückgeführten Gases immer mehr erhöht, aber durch den Strom einer großen Menge an zurückgeführtem Gas erhöht sich die Temperatur des Ventilsitzes 110 und des Ventilgehäuses 111. Die Wärme führt zu einer Beschädigung der Membran 114 des Stellantriebs 113 oder, wenn der Stellantrieb ein Schrittmotor oder ähnliches ist, beschädigt diesen, aber im herkömmlichen Beispiel von 31 wird ein langer Ventilschaft 112 des Steuerventils 109 für das zurückgeführte Gas bereitgestellt, der den Ansaugkanal 104 kreuzt, in dem die Ansaugluft mit einer großen Menge Frischluft von niedriger Temperatur strömt, so dass die Wärme sogar bei einer erhöhten Temperatur des Ventilsitzes 110 und des Ventilgehäuses 111 vom langen Ventilschaft 112 in die Ansaugluft gestreut wird, so dass ein Bruch der Membran 114 usw. des Stellantriebs 113 durch die Wärme vermieden werden kann.
Wenn allerdings wie im herkömmlichen Beispiel von 31 der Ventilsitz 110 des Steuerventils 108 für das zurückgeführte Gas, das die Öffnung am Ende des Einlassrohrs 108 für das zurückgeführte Gas ist, im unteren Teil des Ansaugkanals 104 angeordnet ist und wenn das Durchblasegas mit einer großen Ölkomponente vom Zustromanschluss 119 am Ende des Einlassrohrs 108 für das Durchblasegas strömt, das normalerweise an der Aufstromseite des Steuerventils 109 für das zurückgeführte Gas angeordnet ist, wird diese Ölkomponente abgetrennt und setzt sich an der Wandoberfläche des Ansaugkanals 104 fest, und gleichzeitig koaguliert es und bildet einen Ölfilm, der unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten in die Nähe des Ventilsitzes 110 des Steuerventils 109 für das zurückgeführte Gas fließt. Der Ventilsitz 110, der die Öffnung des Endes des Einlassrohrs 108 für das zurückgeführte Gas ist, setzt das zurückgeführte Gas frei, so dass wie oben erwähnt die Möglichkeit besteht, dass die darin enthaltenen Kohlenstoffpartikel mit der Ölkomponente im Durchblasegas vermischt werden und nahe dem Ventilsitz 110 eine Ablagerung bilden, die die Querschnittsfläche des Strömungspfads verkleinert oder die das Ventilgehäuse 111 am Ventilsitz 110 festkleben lässt und den Betrieb unmöglich macht.
Ein Mittel zur Lösung dieses Problems ist die Abgasrückführeinrichtung des nächsten vergleichbaren Beispiels, das in 28 bis 30 gezeigt wird. Im Folgenden wird deren Anordnung detailliert erklärt. Für einen leichten Vergleich werden für die Bestandteile im Wesentlichen dieselben Referenzsymbole verwendet wie für diejenigen des oben erwähnten herkömmlichen Beispiels. Insbesondere bezeichnet 101 einen Mehrzylindermotor, 103 einen Luftfilter, 104 einen Ansaugkanal, 105 ein Ansaugrohr, 106 einen Ansaugkrümmer, 107 einen Abgaskrümmer, 108 ein Einlassrohr für das zurückgeführte Gas, 113 einen Membran-Stellantrieb, 114 eine Membran, 115 eine Unterdruckkammer, 116 eine Druckfeder, 117 einen Zylinderkopfdeckel, 118 ein Einlassrohr für das Durchblasegas und 119 einen Zustromanschluss für das Durchblasegas.
Wie aus dem Vergleich mit dem herkömmlichen Beispiel von 31 ersichtlich wird, besteht das charakteristische Merkmal der Abgasrückführeinrichtung 120 von 28 bis 30 in der verwandten Anordnung des an dem Ansaugrohr 105 und dessen Bereich an der Abstromseite befestigten Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas. Dieses Steuerventil 121 besteht aus einem Rohrabschnitt 122, der so angeordnet ist, dass er in die Mitte des Ansaugrohrs 105 eingefügt ist und einen Teil des Ansaugkanals 104 bildet. Ein Teil 105a des Ansaugrohrs 105 an der Abstromseite des Rohrabschnitts 122 hat eine Form, die an die Endoberfläche des Steuerventils 121 einschließlich des Rohrabschnitts 122 angepasst ist. In dem abgebildeten Beispiel wird der Teil 105a des Ansaugrohrs 105 separat vom Rohrabschnitt 122 des Steuerventils 121 bereitgestellt, aber es ist auch möglich, sie in der ersteren integriert zu bauen. Insbesondere durch die Einfügung der Trennwand 123 mit dem Ansaugkanal 104 wird verhindert, dass die Ansaugluft und das Durchblasegas, die zur Abstromseite strömen, direkt in das Steuerventil 121 für das zurückgeführte Gas strömen. Selbstverständlich kann die Trennwand 123 durch einen Teil des Rohrabschnitts 122 gebildet werden, solange dies die Installation des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas nicht behindert.
Weiterhin ist das Steuerventil 121 für das zurückgeführte Gas mit einem Ventilgehäuse 124 ausgestattet, das mit seiner axialen Linie in einer Richtung befestigt ist, die die axiale Linie des Rohrabschnitts 122 in einem rechten Winkel im oberen Teil des Rohrabschnitts 122 schneidet, also im oberen Teil des Ansaugkanals 104, mit einem Einlass 125 für das dort angelegte zurückgeführte Gas, einem ringförmigen, im Ventilgehäuse 124 gebildeten Ventilsitz 126, einem Ventilgehäuse 127 von einer kegelstumpfartigen Form zum Öffnen und Schließen und einem Einlassanschluss 128 für das zurückgeführte Gas, die zur Abstromseite hin geöffnet wird, so dass beim Trennen des Ventilgehäuses 127 vom Ventilsitz 126 das durch den Spalt zwischen ihnen strömende zurückgeführte Gas in den Ansaugkanal 104 geführt wird und in den Ansaugstrom strömt.
Der integral mit dem Ventilgehäuse 127 gebildete Ventilschaft 129 wird durch den Stellantrieb 133 auf die gleiche Weise angetrieben wie beim herkömmlichen Beispiel. Durch Befestigung des Ventilgehäuses 124 des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas in der Weise, dass es den Rohrabschnitt 122 kreuzt, kann der Stellantrieb 113 an einer Position eng am Ansaugrohr 105 angeordnet werden, so dass er zusammen mit dem Ventilgehäuse 124 durch die im Ansaugrohr 105 strömende Ansaugluft mit relativ niedriger Temperatur gekühlt wird. Wenn der Stellantrieb 113 vom Membrantyp ist, kann dadurch eine Beschädigung der Membran 114 durch die vom Ventilgehäuse 127 über den Ventilschaft 129 übertragene Wärme des zurückgeführten Gases vermieden werden.
Im Betriebszustand der Abgasrückführeinrichtung 120 öffnet oder schließt das Ventilgehäuse 127 des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas bei Bedarf den Ventilspalt zum Ventilsitz 126 durch das Anlegen des Unterdrucks über eine nicht abgebildete Vakuumpumpe oder Ähnliches an die Unterdruckkammer 115 des Membran-Stellantriebs 113 und lässt eine geeignete Menge an zurückgeführtem Gas in den im Ansaugkanal 104 zur Abstromseite vom Einlassanschluss 128 strömenden Ansaugluft strömen.
Der von der auf der Aufstromseite des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas geöffnete Zustromanschluss 119 für das Durchblasegas strömende Durchblasegas ist in der Ansaugluft enthalten, und deshalb setzt sich die im Durchblasegas enthaltene Ölkomponente an der Innenwandoberfläche des Ansaugrohrs 105 fest und koaguliert zu einem Ölfilm, aber der Ölfilm strömt aufgrund der Schwerkraft nach unten. Da außerdem die Trennwand 123 mit dem Ansaugkanal 104 im unteren Teil des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas vorhanden ist, wird das Durchblasegas selbst wenn kein Zufluss des zurückgeführten Gases vorhanden ist, nicht in die Nähe des Ventilsitzes 126 verschoben. Deshalb wird durch diese beiden Funktionen das Eindringen und Festsetzen der Ölkomponente im Durchblasegas an der Peripherie des Ventilsitzes 126 des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas zuverlässig verhindert. Dadurch kann die Störung vermieden werden, dass die im aus dem Steuerventil 121 strömenden zurückgeführten Gas enthaltenen Kohlenstoffpartikel mit der Ölkomponente im Durchblasegas vermischt werden und eine Ablagerung im Strömungspfad bilden, die die Querschnittsfläche des Strömungspfads verkleinern oder zu einem Festkleben des Ventilgehäuses 127 und des Ventilsitzes 126 führen, und damit eine schlechte Funktion des Steuerventils 121 verursachen.
Als Nächstes wird die Abgasrückführeinrichtung 130 eines weiteren vergleichbaren Beispiels erklärt, das in 32 und 33 veranschaulicht wird. Die Anordnung des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas wird unverändert wie oben bei behalten. Nur die Anordnung von dessen Abstromteil wird geändert. Deshalb sind den Teilen, die mit der obigen Ausführungsform gemeinsam sind, dieselben Referenzsymbole oder Nummern zugeordnet, wie das Steuerventil 121 für das zurückgeführte Gas, und überlappende Erklärungen werden ausgelassen. Das vorliegende vergleichbare Beispiel hat einen geneigten Zustromanschluss 131 für das zurückgeführte Gas, der nicht nur so geformt ist, dass das Steuerventil 121 und der Teil 105b des an der Abstromseite von dessen Rohrabschnitt 122 befestigten Ansaugrohrs 5 mit der Aufstromseite an der Oberfläche des angeschlossenen Endes übereinstimmt, sondern auch am Einlassanschluss 128 für das zurückgeführte Gas des Steuerventils 121 auf der Aufstromseite befestigt ist und im Ansaugkanal 104 auf der Abstromseite geöffnet wird. Die Öffnung des Zustromanschlusses 131 zum Ansaugkanal 104, das heißt zum Zustromanschluss 132 für das zurückgeführte Gas, kann das strömende zurückgeführte Gas beim Passieren des Steuerventils 121 reibungslos mit der Ansaugluft im Ansaugkanal 104 kombinieren.
Da der vom Ventilsitz 126 des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas zum Ansaugkanal geneigte Zustromanschluss 131 für das zurückgeführte Gas bereitgestellt ist, wird die Strömungsrate während der Zeit verringert, während der das zurückgeführte Gas, das durch den Ventilspalt zwischen dem Ventilgehäuse 127 und dem Ventilsitz 126 des Steuerventils 121 strömt, in den Zustromanschluss 131 strömt; so ergeben sich die Vorteile, dass die Mischung mit der Ansaugluft, die in den Ansaugkanal 104 strömt, verbessert wird und die Verteilung des zurückgeführten Gases auf die Zylinder einheitlicher wird als im Fall des vorhergehenden vergleichbaren Beispiels.
34 und 35 zeigen die Abgasrückführeinrichtung 133 nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das charakteristische Merkmal der sechsten Ausführungsform liegt darin, dass zwar die wesentliche Anordnung der Abgasrückführeinrichtung 130 des obigen vergleichbaren Beispiels unverändert beibehalten wird, aber der Rohrabschnitt 122 des Steuerventils 121 für das zurückgeführte Gas und der Teil 105a des Ansaugrohrs 105 auf der Abstromseite miteinander kombiniert sind und das Zustromelement 134 für das zurückgeführte Gas bilden. Infolgedessen entspricht in diesem Fall ein Teil des Zustromelementes 134 für das zurückgeführte Gas dem Rohrabschnitt 122 im obigen vergleichbaren Beispiel, weshalb in der sechsten Ausführungsform nur der Ventilteil ohne den Rohrabschnitt 122 vom Steuerventil 121 für das zurückgeführte Gas im obigen vergleichbaren Beispiel als Steuerventil 121' für das zurückgeführte Gas gezeigt wird. Durch die Einfügung des Zustromelementes 134 für das zurückgeführte Gas wird die Anzahl der Teile und die Anzahl der Installationsschritte verringert, weshalb in der sechsten Ausführungsform die Produktionskosten gesenkt werden können.

Claims

Abgasrückführeinrichtung in einem Verbrennungsmotor, ausgestattet mit einer Drosselklappe (3) mit einem Ventilschaft (12), der in der Mitte eines Ansaugrohres (5) angeordnet ist und eine Menge von durch das Ansaugrohr (5) strömende und zu einer Brennkammer in einem Zylinder zu leitende Ansaugluft regelt; Zuführleitung (8) für zurückgeführtes Gas zum Zurückführen eines Teils eines Abgases als zurückgeführtes Gas in das Ansaugrohr (5); Steuerventil (21) für zurückgeführtes Gas mit einem Ventilschaft (15), der in der Zuführleitung (8) für zurückgeführtes Gas angeordnet ist und die Menge des durch die Leitung und in das Ansaugrohr (5) strömenden zurückgeführten Gases regelt; und Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas, die sich in dem Ansaugrohr (5) öffnet, um das zurückgeführte Gas am Ende der Zuführleitung (8) für zurückgeführtes Gas in das Ansaugrohr (5) strömen zu lassen, wobei die Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas in einem Vorwärtsstrombereich von Ansaugluft geöffnet wird, die auf der stromabwärts gelegenen Seite der Drosselklappe (3) von der stromaufwärts zur stromabwärts gelegenen Seite des Ansaugrohres (5) strömt, und wobei eine Führungsleitung (17) für zurückgeführtes Gas bereitgestellt wird, um die Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas und einen Ventilsitzteil (16) des Steuerventils (21) für zurückgeführtes Gas zu verbinden, und wobei die Führungsleitung (17) für zurückgeführtes Gas mit einer geneigten Oberfläche (18) ausgestattet ist, die im Außenbereich des Ansaugrohrs (5) angeordnet und in Richtung der stromabwärts gelegenen Seite des Ansaugrohrs (5) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (12) der Drosselklappe (3) und der Ventilschaft (15) des Steuerventils (21) für zurückgeführtes Gas parallel angeordnet sind und ihr Abstand in Richtung des Ansaugrohrs (5) gering ist.
Abgasrückführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilungsflansch (19) an einer stromaufwärts der Ansaugluft gelegenen Seite der Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas angeordnet ist und das Strömen des zurückgeführten Gases zur stromaufwärts gelegenen Seite der Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas verhindert, wenn es in das Ansaugrohr (5) strömt.
Abgasrückführeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführleitung (10) für Durchblasgas das in dem Motor erzeugte Durchblasgas in das Ansaugrohr (5) an der stromaufwärts gelegenen Seite der Drosselklappe (3) strömen lässt und gleichzeitig die Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas im oberen Teil der Drosselklappe (3) angeordnet ist.
Abgasrückführeinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (3) vom Typ eines Klappenventils ausgeführt ist und sein Ventilschaft (12) parallel zur Anordnungsrichtung mehrerer Zylinder des Motors angeordnet ist.
Abgasrückführeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas im unteren Teil der Drosselklappe (3) in der Rohrwand des Ansaugrohrs (5) auf der stromabwärts gelegenen Seite der Drosselklappe (3) vom Typ eines Klappenventils geöffnet wird.
Abgasrückführeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas im oberen Teil der Drosselklappe (3) in der Rohrwand des Ansaugrohrs (5) an auf der stromabwärts gelegenen Seite der Drosselklappe (3) vom Typ eines Klappenventils geöffnet wird.
Abgasrückführeinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zustromöffnung (11) für zurückgeführtes Gas eine Fächerform hat.
Abgasrückführeinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustromleitung (17) für zurückgeführtes Gas im Verhältnis zum Ansaugrohr (5) geneigt ist.
Abgasrückführeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustromleitung (17) für zurückgeführtes Gas in das Steuerventil (21) für zurückgeführtes Gas integriert ist.
Abgasrückführeinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Teilungsflansch (19) als auch die Zuführleitung (8) für zurückgeführtes Gas im oberen Teil des Ansaugrohrs (5) angeordnet sind.
Abgasrückführeinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (3) und das Steuerventil (21) für zurückgeführtes Gas in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.