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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verbrennungssysteme und insbesondere Abgasrückführungssysteme (AGR-Systeme) für Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren wandeln chemische Energie aus einem Kraftstoff in mechanische Energie um. Der Brennstoff kann auf Erdöl (Benzin oder Diesel), Erdgas, einer Kombination davon oder dergleichen basieren. Einige Verbrennungsmotoren, wie Benzinmotoren, spritzen ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einen oder mehrere Zylinder ein, zur Zündung durch einen Zündfunken von einer Zündkerze oder dergleichen. Andere Verbrennungsmotoren, wie Dieselmotoren, komprimieren die Luft im Zylinder und spritzen dann Kraftstoff in den Zylinder, damit sich die Druckluft entzünden kann. Ein Dieselmotor kann ein hydraulisch aktiviertes elektronisch gesteuertes Einheitseinspritzsystem (HEUI-System) oder dergleichen verwenden, um die Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder zu steuern. Der gezündete Kraftstoff erzeugt schnell expandierende Gase, die einen Kolben im Zylinder betätigen. Jeder Kolben ist in der Regel mit einer Kurbelwelle oder einer ähnlichen Vorrichtung verbunden, um die Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umzuwandeln. Die Drehbewegung von der Kurbelwelle kann verwendet werden, um ein Fahrzeug anzutreiben, eine Pumpe oder einen elektrischen Generator zu betreiben oder andere Arbeiten auszuführen. Das Fahrzeug kann ein LKW, ein Automobil, ein Boot oder dergleichen sein.
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Viele Verbrennungsmotoren verwenden Abgase, um die Herstellung von Stickoxiden (NOx) während des Verbrennungsvorgangs in den Zylindern zu reduzieren. Diese Verbrennungsmotoren mischen typischerweise einen Teil der Abgase mit der Ansaugluft für die Verbrennung in den Zylindern. Die Abgase senken üblicherweise die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs unter die Temperatur, in der Stickstoff sich mit Sauerstoff verbindet, um NOx zu bilden.
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Es gibt verschiedene Ansätze zum Mischen der Abgase mit der Ansaugluft in einem Verbrennungsmotor. Einige Verbrennungsmotoren steuern das Öffnen und Schließen von Auslass- und Einlassventilen in einem Zylinder. Das Öffnen und Schließen der Ventile kann die Abgase aus dem Zylinder in den Ansaugkrümmer abfangen und zum Mischen mit der Ansaugluft drücken. Andere Verbrennungsmotoren verwenden ein Abgasrückführungssystem (AGR-System), um einen Teil der Abgase, die aus den Zylindern austreten, zum Mischen mit der Ansaugluft zu den Zylindern umzuleiten.
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Während die Abgase und Ansaugluft kombiniert werden, kann es zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Abgase in der Ansaugluft kommen. Die ungleichmäßige Verteilung kann Taschen, Zonen, Bereiche oder Schichten von höheren oder niedrigeren Abgaskonzentrationen als die ausgewählte Abgaskonzentration in der Ansaugluft beinhalten. Die Verteilung kann ungleichmäßiger sein, wenn die Abgase auf einer Seite des Ansaugluftstroms eintreten. Die ausgewählte Abgaskonzentration in der Ansaugluft kann reduziert werden, um die Auswirkungen der ungleichmäßigen Verteilung auf den Motorbetrieb zu vermeiden oder zu reduzieren. Verbrennungsmotoren können bei den niedrigeren ausgewählten Abgaskonzentrationen in der Ansaugluft mehr NOx erzeugen.
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Dementsprechend besteht ein Bedarf für ein Abgasrückführungssystem, das die Abgase besser mit der Ansaugluft mischt und gleichzeitig den Druckabfall reduziert, wenn die Luft in den Ansaugkrümmer eintritt.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein Abgasrückführungssystem bereit, das einen Teil der Abgase vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer des Motors leitet, während der Abgasluftstrom zur Verwendung in den Brennkammern gleichmäßig in den druckbeaufschlagten Ansaugluftstrom verteilt wird. Das Abgasrückführungssystem der vorliegenden Offenbarung kann einen Ansaugkrümmer, einen Abgaskrümmer, einen AGR-Kühler, eine AGR-Abgasleitung und eine AGR-Ansaugleitung mit einem Diffusor beinhalten. Der Ansaugkrümmer und der Abgaskrümmer können an einem Motorkopf befestigt sein. Die Ansaug- und Abgaskrümmer können jeweils in Fluidverbindung mit einer Vielzahl von durch den Motorkopf und einen Motorblock definierten Brennkammern stehen. Der AGR-Kühler ist konfiguriert, um die Temperatur des Abgasluftstroms zu reduzieren. Der AGR-Kühler beinhaltet einen AGR-Kühlereinlass und einen AGR-Kühlerauslass, worin die AGR-Abgasleitung den Abgaskrümmer fluidisch mit dem AGR-Kühlereinlass koppelt. Die AGR-Ansaugleitung beinhaltet ein erstes Ende und ein zweites Ende, worin das erste Ende an dem AGR-Kühlerauslass befestigt ist und das zweite Ende an einem Einlassdurchgang für den Ansaugkrümmer befestigt ist. Der Diffusor beinhaltet eine Vielzahl von am zweiten Ende befestigten Rippen, die sich in den Einlassdurchgang erstrecken.
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Jede Rippe in der Vielzahl von Rippen definiert eine Vielzahl von Öffnungen, worin jede Öffnung in der Vielzahl von Öffnungen so konfiguriert ist, dass der Abgasluftstrom durch eine Rippe zu einer angrenzenden Rippe strömen kann. Die Vielzahl von Rippen beinhaltet eine Innenrippe und eine Außenrippe. Die Innenrippe ist so konfiguriert, dass sie einen Abgasluftstrom in mindestens eine andere Rippe in der Vielzahl von Rippen und einen Diffusorbereich über den Einlassdurchgang eingreift und diesen verteilt. Die Außenrippe ist die äußerste Rippe in der Vielzahl von Rippen, die ferner den Abgasluftstrom von mindestens der angrenzenden Rippe zum Diffusorbereich verteilt.
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Zwischen der Innenrippe und der Außenrippe kann eine Zwischenrippe angeordnet sein. Es versteht sich, dass mehr als eine Zwischenrippe zwischen der Innenrippe und der Außenrippe implementiert werden kann. Die Zwischenrippe(n), die Innenrippe und die Außenrippe können alle aus einem Materialstück gebildet sein. Die Vielzahl von Rippen kann über ein Stanz- oder Gießverfahren hergestellt werden, sodass jede Rippe in der Vielzahl von Rippen, wie dargestellt, integral zueinander angeordnet ist. Alternativ kann die Vielzahl von Rippen miteinander über Verbindungselemente verschweißt werden.
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Die vorliegende Offenbarung sieht auch einen Fahrzeugmotor vor, der ein verbessertes AGR-System aufweist. Der Fahrzeugmotor beinhaltet einen Motorblock, einen Motorkopf, einen Ansaugkrümmer, einen Abgaskrümmer, einen AGR-Kühler, eine AGR-Abgasleitung und eine AGR-Ansaugleitung. Der Motorblock und der Motorkopf definieren eine Vielzahl von Brennkammern, worin der Motorkopf am Motorblock befestigt ist. Der Ansaugkrümmer und der Abgaskrümmer können am Motorkopf so befestigt sein, sodass der Ansaug- und Abgaskrümmer jeweils in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Brennkammern stehen. Der AGR-Kühler ist konfiguriert, um die Temperatur des Abgasluftstroms zu reduzieren und beinhaltet einen AGR-Kühlereinlass und einen AGR-Kühlerauslass. Die AGR-Abgasleitung ist konfiguriert, um den Abgaskrümmer fluidisch mit dem AGR-Kühlereinlass zu koppeln. Die AGR-Ansaugleitung beinhaltet ein erstes Ende und ein zweites Ende, worin das erste Ende der AGR-Ansaugleitung am AGR-Kühlerauslass und das zweite Ende der AGR-Ansaugleitung an einem Einlassdurchgang für den Ansaugkrümmer befestigt sein kann. Die AGR-Ansaugleitung beinhaltet auch eine Vielzahl von am zweiten Ende befestigten Rippen, die sich in den Einlassdurchgang erstrecken.
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Jede Rippe in der Vielzahl von Rippen definiert eine Vielzahl von Öffnungen, die konfiguriert sind, um den Abgasluftstrom zu verteilen und zu ermöglichen, dass sich der Abgasluftstrom durch eine Rippe und zu einer angrenzenden Rippe bewegt. Es versteht sich, dass die Vielzahl von Rippen eine Innenrippe und eine Außenrippe beinhaltet. Die Innenrippe ist so konfiguriert, dass sie einen Abgasluftstrom in mindestens eine andere Rippe in der Vielzahl von Rippen und einen Diffusorbereich über den Einlassdurchgang eingreift und diesen verteilt. Die Außenrippe kann konfiguriert sein, um den Abgasluftstrom ferner von mindestens einer anderen Rippe in der Vielzahl der Rippen zu dem Diffusorbereich zu verteilen. Die Zwischenrippe kann zwischen der Innenrippe und der Außenrippe angeordnet sein.
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Die vorliegende Offenbarung und ihre besonderen Eigenschaften und Vorteile wird aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen offensichtlicher werden.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, dem besten Modus, den Ansprüchen und den dazugehörigen Zeichnungen ersichtlich:
- 1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugmotors mit einem Abgasrückführungssystem (AGR-System).
- 2 ist eine Seitenansicht eines exemplarischen nicht einschränkenden Ansaugkrümmers gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine exemplarische, nicht einschränkende, vergrößerte Seitenansicht des Einlassluftkanals für den Ansaugkrümmer von 2.
- 4A ist eine exemplarische, nicht einschränkende isometrische Ansicht eines einstückigen AGR-Diffusors, der gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
- 4B ist eine Vorderansicht des exemplarischen AGR-Diffusors von 4A, der an einem Fitting befestigt ist.
- 5 ist eine exemplarische, nicht einschränkende Draufsicht eines verschweißten mehrteiligen AGR-Diffusors, der gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
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Gleiche Referenznummern beziehen sich auf gleiche Teile in der Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es wird nun im Detail auf derzeit bevorzugte Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, welche die besten Arten der Durchführung der vorliegenden Offenbarung darstellen, die den Erfindern gegenwärtig bekannt sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich exemplarisch für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Daher sind die spezifischen Details, die hierin offenbart werden, nicht als Beschränkungen zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für jegliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung und/oder dienen nur als repräsentative Grundlage, um Fachleuten auf dem Gebiet die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten zu vermitteln.
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Außer in den Beispielen oder wenn ausdrücklich erwähnt, sind alle nummerischen Angaben über Materialmengen oder Reaktions- und/oder Nutzungsbedingungen in dieser Beschreibung so zu verstehen, dass sie durch den Zusatz „etwa“ modifiziert werden, sodass sie den weitestmöglichen Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Das Ausführen innerhalb der angegebenen nummerischen Grenzen wird im Allgemeinen bevorzugt. Ferner, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben: Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte nach Gewicht; Wenn eine Gruppe oder Klasse von Materialien für einen bestimmten Zweck im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als geeignet oder bevorzugt beschrieben wird, bedeutet das, dass Mischungen von zwei oder mehreren Mitgliedern der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sind; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt in entsprechender Anwendung für normale grammatikalische Variationen der anfangs definierten Abkürzung entsprechend. Und es wird, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, die Messung einer Eigenschaft wird anhand derselben Technik gemessen, wie vorher oder nachher für dieselbe Eigenschaft angegeben ist.
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Es versteht sich ferner, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist, die im Folgenden beschrieben werden, da bestimmte Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Des Weiteren dient die hierin verwendete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ist in keiner Weise als einschränkend zu verstehen.
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Es wird ferner darauf hingewiesen, dass, wie in der Spezifikation und den angehängten Patentansprüchen verwendet, die Singularformen „ein/e“ und „der/die/das“ auch die Pluralverweise umfassen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. Der Verweis auf eine Komponente im Singular soll beispielsweise eine Vielzahl von Komponenten umfassen.
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Der Begriff „umfassend“ ist gleichbedeutend mit „beinhaltend“, „aufweisend“, „enthaltend“ oder „gekennzeichnet durch“. Diese Begriffe sind einschließlich und offen auszulegen, und schließen zusätzliche ungenannte Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.
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Der Ausdruck „bestehend aus“ schließt jedes Element, jeden Schritt oder Bestandteil aus, der nicht in dem Anspruch spezifiziert ist. Wenn dieser Ausdruck in einem Abschnitt des Hauptteils eines Anspruchs erscheint, anstatt sofort nach der Einleitung zu folgen, begrenzt er nur das Element, das in dem Abschnitt beschrieben ist; wobei andere Elemente nicht vom Anspruch insgesamt ausgeschlossen werden.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ begrenzt den Umfang eines Anspruchs auf die angegebenen Materialien oder Schritte, plus denjenigen, die nicht erheblich die Grund- und neuartigen Merkmal(e) des beanspruchten Gegenstands beeinflussen.
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Die Begriffe „umfassend“, „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ können alternativ verwendeten werden. Wo einer von diesen drei Begriffen verwendet wird, kann der vorliegend offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung eines der anderen beiden Begriffe beinhalten.
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Offenbarungen der Veröffentlichungen, auf die in dieser Anwendung verwiesen wird, gelten durch Bezugnahme in vollem Umfang in diese Anwendung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf die sich dies vorliegende Offenbarung bezieht, genauer zu beschreiben.
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Unter Bezugnahme auf 1 leitet das Abgasrückführungssystem (AGR-System) der vorliegenden Offenbarung einen Teil der Abgase vom Abgaskrümmer 14 zum Ansaugkrümmer 12 des Motors 60, während der Abgasluftstrom 48 gleichmäßig in den Ansaugluftstrom 54 verteilt wird, der den Diffusorbereich 52 (2 und 3) des Einlassdurchgangs durchströmt. Der Diffusorbereich 52 ist der Abschnitt des Einlassdurchgangs 36, der den Diffusor 41 beinhaltet und umgibt. Unter jetziger Bezugnahme auf 1, beinhaltet ein exemplarisches, nicht einschränkendes Abgasrückführungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung einen Ansaugkrümmer 12, einen Abgaskrümmer 14, einen AGR-Kühler 22, eine AGR-Abgasleitung 28 und eine AGR-Ansaugleitung 30 mit einem Diffusor 41.
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Wie in 1 dargestellt, sind der Ansaugkrümmer 12 und der Abgaskrümmer 14 einem Motorkopf 16 befestigt. Die Ansaug- und Abgaskrümmer 12, 14 stehen jeweils in Fluidverbindung mit einer Vielzahl von durch den Motorkopf 16 und einen Motorblock 20 definierten Brennkammern 18. Der AGR-Kühler 22 für das Abgasrückführungssystem 10 beinhaltet einen AGR-Kühlereinlass 24 und einen AGR-Kühlerauslass 26. Der AGR-Kühler 22 für das Abgasrückführungssystem ist konfiguriert, um die Temperatur des Abgasluftstroms zu reduzieren, bevor der Abgasluftstrom in den Einlassdurchgang eintritt. Wie in 1 gezeigt, koppelt die AGR-Abgasleitung 28 den Abgaskrümmer 14 fluidisch mit dem AGR-Kühlereinlass 24. Die AGR-Ansaugleitung 30 beinhaltet ein erstes Ende 32 und ein zweites Ende 34, worin das erste Ende 32 an dem AGR-Kühlerauslass 26 befestigt ist und das zweite Ende 34 an einem Einlassdurchgang 36 für den Ansaugkrümmer 12 befestigt ist. Der Diffusor 41 beinhaltet eine Vielzahl von am zweiten Ende 34 befestigten Rippen 38, die sich in den Einlassdurchgang 36 erstrecken.
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Der Abgaskrümmer 14 kann eine Sammelkammer oberhalb der Zylinder und am Motorkopf 16 befestigt sein, die die Abgase zum Ausstoßen aus dem Fahrzeug sammelt. Der Ansaugkrümmer 12 kann eine andere Kammer oberhalb der Zylinder und am Motorkopf 16 befestigt sein, die ein Verbrennungsgas für die Zylinder hält. Das Verbrennungsgas 72 kann die gesamte Einlassluft oder eine Kombination von Einlassluft 54 und Abgas 48 sein, abhängig von den Steuersignalen, die an das AGR-Regelventil (oder das Drosselventil) 64 gesendet werden. Die Abgasmenge 48 im Verbrennungsgas 72 kann während des Motorbetriebs gemäß dem Motorsteuersystem variieren.
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Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erstreckt sich der Diffusor 41 der vorliegenden Offenbarung in den Einlassdurchgang 36 und ist so konfiguriert, dass er die heißen Abgase 48 gleichmäßig über den gesamten Ansaugluftstrom 54 verteilt, sodass das Verbrennungsgas 72 eine gleichmäßige Verteilung des Abgases 48 durch den Ansaugluftstrom 54 aufweisen kann. Der Diffusor 41 der vorliegenden Offenbarung ist aus einer Vielzahl von Rippen 38 gebildet und die in 3 dargestellte Diffusorachse 62 ist im Wesentlichen mit dem Strömungsweg des Ansaugluftstroms 54 ausgerichtet, wie in 3 dargestellt. Das heißt, die breite Oberfläche 86 jeder Rippe 39 ist im Wesentlichen parallel zum Ansaugluftstrom 54, wie in 3 dargestellt. Dementsprechend wird der Ansaugluftstrom 54 nicht unterbrochen, wenn der Ansaugluftstrom 54 durch und an dem den Diffusor 41 vorbei strömt, während auch der Abgasluftstrom 48 über den Ansaugluftstrom 54 verteilt ist. Weiterhin kann, wie in den 2 und 3 dargestellt, der Ansaugluftdurchgang 36 durch den Ansaugkrümmer 12 definiert werden, sodass der Ansaugluftdurchgang 36 integral mit dem Ansaugkrümmer 12 ist. Alternativ kann der Ansaugluftdurchgang 36 eine separate Komponente sein, die am Ansaugkrümmer 12 befestigt ist, wie sie durch die gestrichelten Linien in den 2 und 3 gezeigt ist.
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Unter jetziger Bezugnahme auf die 4A und 5, definiert jede Rippe 39 in der Vielzahl von Rippen 38 eine Vielzahl von Öffnungen 40, worin jede Öffnung 40 in der Vielzahl von Öffnungen 40 so konfiguriert ist, dass der Abgasluftstrom 48 durch eine Rippe 39 zu einer angrenzenden Rippe 88 geführt wird. Nachdem der Abgasluftstrom 48 durch eine Öffnung 40 in einer Rippe 39 bewegt wurde, greift der Abgasluftstrom 48 dann in die angrenzende Rippe 88 ein, sodass der Abgasluftstrom 48 dann von der angrenzenden Rippe 88 zum Ansaugluftstrom 54 geleitet wird, der durch den Diffusorbereich 52 und durch die Öffnungen der nächsten äußeren Rippe 39 verläuft. Wie dargestellt, können die Öffnungen 40 in jeder Rippe 39 von den Öffnungen 40 in der angrenzenden Rippe versetzt sein. Wie gezeigt, beinhaltet die Vielzahl von Rippen 38 außerdem eine Innenrippe 44 und eine Außenrippe 46. Die Innenrippe 44 ist so konfiguriert, dass sie einen Abgasluftstrom 48 in mindestens eine andere Rippe 39 in der Vielzahl von Rippen 38 und einen Diffusorbereich 52 über den Einlassdurchgang 36 eingreift und diesen verteilt. Die Außenrippe 46 ist die äußerste Rippe in der Vielzahl von Rippen 38, die ferner den Abgasluftstrom 48 von mindestens der angrenzenden Rippe 39 zum Diffusorbereich 52 verteilt.
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Unter Bezugnahme auf die 4A-5, kann zwischen der Innenrippe 44 und der Außenrippe 46 kann eine Zwischenrippe 56 angeordnet sein. Während in den 4A-5 eine Zwischenrippe 56 dargestellt ist, versteht es sich, dass mehr als eine Zwischenrippe 56 zwischen der Innenrippe 44 und der Außenrippe 46 implementiert werden kann. Die Zwischenrippe(n) 56, die Innenrippe 44 und die Außenrippe 46 können alle aus einem Materialstück gebildet sein, wie in den 4A und 4B gezeigt. Die Vielzahl von Rippen 38 kann über ein Stanz- oder Gießverfahren hergestellt werden, sodass jede Rippe 39 in der Vielzahl von Rippen 38, wie dargestellt, integral zueinander angeordnet ist. Alternativ kann die Vielzahl von Rippen 38 miteinander über Verbindungselemente verschweißt werden, wie in 5 dargestellt.
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Die Vielzahl von Rippen 38 stellt eine offene Konstruktion bereit, sodass der Ansaugluftstrom leicht durch den Diffusor strömt, sodass der Druckabfall über dem Diffusor reduziert wird. Somit ist der stromaufwärtige Druck (stromaufwärts des Diffusors) im Wesentlichen gleich dem stromabwärtigen Druck (stromabwärts des Diffusors). In dem Bereich, der stromabwärts des Diffusors liegt, kann die Geschwindigkeit des gemischten Luftstroms im Wesentlichen der Geschwindigkeit des Ansaugluftstroms 54 stromaufwärts vom Diffusor entsprechen, vorausgesetzt, dass die Öffnung des Ansaugkrümmers 12 im Bereich stromab des Diffusors progressiv zunimmt. Darüber hinaus unterbricht die offene Konstruktion des Diffusors den Ansaugluftstrom nicht und daher wird die Geschwindigkeit des Ansaugluftstroms im Wesentlichen aufrechterhalten, wenn der Ansaugluftstrom durch den Diffusor strömt. Wie bekannt ist, ist die Fluidgeschwindigkeit umgekehrt proportional zum Druck und da die Fluidgeschwindigkeit vor und hinter dem Diffusor aufrechterhalten wird, sind der stromaufwärtige Druck und der stromabwärtige Druck im Wesentlichen derselbe, sodass ein verringerter Druckabfall auftritt, wenn der Ansaugluftstrom durch den Diffusor strömt.
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Wie dargestellt, kann die Ansaugleitung im Allgemeinen einen kleinen Durchmesser aufweisen. Dieser relativ kleinere Durchmesser erhöht die Geschwindigkeit der Ansaugluft, sodass im Bereich des Diffusors ein relativ niedriger Druck vorliegt. Der relativ niedrige Druck im Diffusorbereich 52 erhöht daher die Menge der Abgase, die in die Ansaugleitung eintreten können - da die Abgase aus der AGR-Ansaugleitung 30 einen höheren Druck als den Ansaugluftdruck aufweisen können.
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Daher mischt der Diffusor der vorliegenden Offenbarung den Abgasluftstrom 48 gleichmäßig mit dem Ansaugluftstrom 54, ohne die Geschwindigkeit und den Druck des Ansaugluftstroms zu unterbrechen. Dementsprechend weist das Verbrennungsgas (gebildet durch das Gemisch aus Ansaugluft und Abgas) eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Abgase in der Ansaugluft auf. Die gleichmäßige Verteilung der Abgase in den Verbrennungsgasen, die an die Zylinder gesendet werden, stellt sicher, dass der Verbrennungsmotor NOx-Werte bei oder unter den Zielwerten erzeugt.
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Unter erneuter Bezugnahme auf das schematische Diagramm in 1 stellt die vorliegende Offenbarung auch einen Fahrzeugmotor 60 mit einem verbesserten AGR-System 10 bereit. Der Fahrzeugmotor 60 beinhaltet einen Motorblock 20, einen Motorkopf 16, einen Ansaugkrümmer 12, einen Abgaskrümmer 14, einen AGR-Kühler 22 für die AGR, eine AGR-Abgasleitung 28 und eine AGR-Ansaugleitung 30. Der Motorblock 20 und der Motorkopf 16 definieren eine Vielzahl von Brennkammern 18, worin der Motorkopf 16 am Motorblock 20 befestigt ist. Der Ansaugkrümmer 12 und der Abgaskrümmer 14 können am Motorkopf 16 so befestigt sein, sodass der Ansaug- und Abgaskrümmer 14 jeweils in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Brennkammern 18 stehen. Der AGR-Kühler 22 ist konfiguriert, um die Temperatur des Abgasluftstroms 48 zu reduzieren und beinhaltet einen AGR-Kühlereinlass 24 und einen AGR-Kühlerauslass 26. Die AGR-Abgasleitung 28 ist konfiguriert, um den Abgaskrümmer 14 fluidisch mit dem AGR-Kühlereinlass 24 zu koppeln. Die AGR-Ansaugleitung 30 beinhaltet ein erstes Ende 32 und ein zweites Ende 34, worin das erste Ende 32 der AGR-Ansaugleitung 30 am AGR-Kühlerauslass 26 und das zweite Ende 34 der AGR-Ansaugleitung 30 an einem Einlassdurchgang 36 für den Ansaugkrümmer 12 befestigt sein kann. Die AGR-Ansaugleitung 30 beinhaltet auch eine Vielzahl von am zweiten Ende 34 befestigten Rippen 38, die sich in den Einlassdurchgang 36 erstrecken. Die Vielzahl der Rippen 38 kann hierin auch als Diffusor bezeichnet werden.
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Wie in 4A und 5 dargestellt, definiert jede Rippe 39 in der Vielzahl von Rippen 38 eine Vielzahl von Öffnungen 40, die konfiguriert sind, um den Abgasluftstrom 48, wie in den 4B und 5 dargestellt, zu verteilen. Die Vielzahl von Rippen 38 mit einer Vielzahl von Öffnungen 40 ist konfiguriert, um den Abgasluftstrom 48 in den sich kreuzenden Ansaugluftstrom 54 zu verteilen. Die Vielzahl der Öffnungen 40 ermöglicht, dass sich der Abgasluftstrom 48 durch eine Rippe 68 und zu einer angrenzenden Rippe 70 bewegt (4B). Bezugnehmend auf die 4A-5 versteht sich, dass die Vielzahl von Rippen 38 eine Innenrippe 44 und eine Außenrippe 46 beinhaltet. Die Innenrippe 44 ist so konfiguriert, dass sie einen Abgasluftstrom 48 in mindestens eine andere Rippe 50 (siehe 4B und 5) in der Vielzahl von Rippen 38 und in einen Diffusorbereich 52 (2 und 3) über den Einlassdurchgang 36 eingreift und diesen verteilt. Die Außenrippe 46 kann konfiguriert sein, um den Abgasluftstrom 48 ferner von mindestens einer anderen Rippe 57 50 in der Vielzahl der Rippen 38 zu dem Diffusorbereich 52 zu verteilen. Die Zwischenrippe 56 kann zwischen der Innenrippe 44 und der Außenrippe 46 angeordnet sein.
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Wie in 1 dargestellt, beinhalten der Fahrzeugmotor der vorliegenden Offenbarung und alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine AGR-Abgasleitung 28, die den Abgaskrümmer fluidmäßig mit dem AGR-Kühler 22 koppelt. Die AGR-Abgasleitung 28 kann ein Kanal sein, der durch den Zylinderkopf oder eine andere Motorkomponente, einen Schlauch oder ein Rohr außerhalb des Zylinderkopfes, eine Kombination davon oder dergleichen ausgebildet ist. Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann auch eine Gasfalle mit dem AGR-Kühler 22 implementiert werden, worin die Gasfalle konfiguriert ist, um Partikel aus den Abgasen zu entfernen. Der AGR-Kühler 22 kann ein Wärmetauscher oder eine andere Vorrichtung zum Entfernen von Wärme aus den Abgasen sein. Der AGR-Kühler 22 kann Kühlmittel aus dem Motorkühlsystem, einem separaten Kühlsystem oder einer Kombination davon verwenden. Alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können auch optional eine Druckmessvorrichtung (nicht dargestellt) aufweisen, um den Abgasstrom durch die AGR-Leitung zu messen.
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Der Fahrzeugmotor und das AGR-System 10 der vorliegenden Offenbarung können, müssen aber nicht notwendigerweise eine Drosselklappe oder ein Ventil (in 1 dargestellt) stromabwärts des AGR-Kühlers 22 und stromaufwärts des Einlassdurchgangs 36 aufweisen. Die Motorsteuerung oder ein anderer Mikroprozessor (nicht dargestellt) kann das Regelventil (oder die Drosselklappe) aktivieren, um den Abgasstrom in Richtung des Ansaugkrümmers 12 einzustellen, um eine ausgewählte Konzentration von Abgasen in der Ansaugluft zu erzielen. Die ausgewählte Abgaskonzentration kann während des Motorbetriebs variieren. Das Regelventil/die Drosselklappe nur, wenn der Druck der Abgase höher ist als der Druck der Ansaugluft.
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Dementsprechend beinhalten alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Diffusor, der durch eine Vielzahl von Rippen 38 gebildet ist, die an der Verbindung der AGR-Ansaugleitung 30 mit dem Einlassdurchgang 36 angeordnet sind, der Ansaugluft für die Zylinder liefert. Die Vielzahl von Rippen 38 ist um die Diffusorachse 62 angeordnet, worin jede Rippe 39 eine variierende Breite aufweist, wie in 4B dargestellt. Die Innenrippe 44 kann die kürzeste Breite aufweisen, während die Außenrippe 46 die größte Breite aufweist. Es versteht sich, dass die Außenrippe 46 eine Breite aufweisen kann, die in einen Bereich von 60 % bis 95 % des Durchmessers für den Einlassdurchgang 36 fallen kann, aber nicht notwendigerweise muss.
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Es versteht sich, dass die AGR-Ansaugleitung 30 aller Ausführungsformen ferner einen optionalen Flansch oder einen passenden Fitting beinhalten kann, wie in 4B dargestellt. Der Flansch oder der Fitting, der in 4B dargestellt ist, kann den AGR-Einlassdurchgang 36 mit dem Einlassdurchgang koppeln. Für den Fall, dass kein Flansch oder ein Fitting verwendet wird, kann der AGR-Einlassdurchgang 36 direkt mit dem Einlassdurchgang verschweißt werden. Unter Bezugnahme auf den Diffusor, der am zweiten Ende 34 der AGR-Ansaugleitung 30 angeordnet ist. Der Diffusor kann, muss aber nicht notwendigerweise, mit dem Flansch/Fitting 58 verschweißt werden, wie in 4B dargestellt. Alternativ kann der Diffusor direkt an dem Einlass an der Verbindung der AGR-Ansaugleitung 30 und dem Einlass verschweißt werden, oder der Diffusor kann direkt mit der AGR-Ansaugleitung 30 verschweißt werden.
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Der Einlassdurchgang 36 kann durch den Ansaugkrümmer 12 definiert werden, wie in den 2 und 3 dargestellt, oder der Einlassdurchgang 36 kann durch die Ansaugluftleitung (Rohr oder Schlauch) definiert werden, die den Kompressor mit dem Ansaugkrümmer 12 koppelt. Die Ansaugluftleitung kann mit dem Ausgang eines Kompressors verbunden sein, der die Ansaugluft stromaufwärts des Diffusors druckbeaufschlagt. Der Diffusor der vorliegenden Offenbarung kombiniert Abgase aus der AGR-Ansaugleitung 30 mit Ansaugluftstrom 54 zur Bildung des Verbrennungsgases für die Verbrennungszylinder. Wie angegeben, kann das AGR-Drossel-/Regelventil während des Motorbetriebs, aber nicht notwendigerweise, ermöglichen, dass bestimmte Mengen der Abgase in den Ansaugluftstrom 54 strömen, wenn der Druck der Abgase größer als der Druck des Ansaugluftstroms 54 ist. Der Ansaugluftdruck kann insbesondere variieren, wenn der Turbolader verwendet wird.
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Die ausführliche Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung oder die Anwendung oder Verwendungen der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen. Darüber hinaus besteht keinerlei Verpflichtung zur Einschränkung auf eine Theorie der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellten Theorien.
