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Die vorliegende Anmeldung ist von
der gleichzeitig schwebenden Patentanmeldung mit dem gleichen Inhaber
abgeleitet, deren Prioritätsnutzen ausdrücklich beansprucht
wird: Vorläufige
Anmeldung (Provisional Application) Seriennr. 60/143.532 (Attorney
Docket 00 P 7402 US), eingereicht am 05. Januar 2000 im Namen von
John Edward Cook mit dem Titel DIESEL EGR SYSTEM (DIESEL-AGR-SYSTEM).
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Abgasrückführung (AGR)
in Verbrennungsmotoren, insbesondere in Dieselmotoren mit Turbolader.
Geregelte Motorabgasrückführung ist
ein bekanntes Verfahren zur Reduzierung der Stickoxide in Verbrennungsprodukten,
die von einem Verbrennungsmotor in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Ein typisches AGR-System
umfasst ein AGR-Ventil, welches in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
des Motors so gesteuert wird, dass es die Menge der Motorabgase
regelt, welche in den in den Motor einströmenden Ansaugungs-Strom rückgeführt werden,
so dass die Verbrennungstemperatur im Motor begrenzt und folglich
die Bildung von Stickoxiden verringert wird. Der Umfang der AGR
wird gesteuert, indem der Grad des Öffnens des AGR-Ventils und
der Druckabfall am AGR-Ventil gesteuert werden.
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Das Aufladen eines Motors ist ein
Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines Kraftfahrzeugs. Das
Aufladen eines Motors mittels einer abgasbetriebenen Turbine ist
als Turboaufladung bekannt. Ein Turbolader umfasst einen Verdichter,
welcher den Druck im Ansaugsystem verstärkt, und eine Turbine, die
von Motorabgasen angetrieben wird, um den Verdichter zu betreiben.
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Es wird angenommen, dass Motoren
mit Turboladern Verbesserungen bringen können, indem sie die Fahrzeughersteller
in die Lage versetzen, sowohl die vorgegebenen Anforderungen im
Hinblick auf Kraftstoffeinsparung zu erfüllen als auch ein gewünschtes
Niveau der Motorleistung zu erreichen. Da jedoch solche Motoren
auch den vorgeschriebenen Anforderungen in Bezug auf Auspuffemissionen genügen müssen, hat
es den Anschein, dass sie nach wie vor AGR-Systeme benötigen werden.
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In
US-A-5.937.650 (Arnold) wird ein Abgasrückführungssystem
bereitgestellt, bei dem ein Turbolader verwendet wird, der eine
eingebaute Pumpe, ein Steuerventil und einen Mischer umfasst.
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In
JP-A-07.279.777 (Nobayathi) wird eine AGR-Vorrichtung
für einen
aufgeladenen Dieselmotor bereitgestellt.
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Wenn ein Motor mit Aufladung läuft, kann
der Druck im Ansaugsystem den Druck in der Abgasanlage übersteigen.
Ein Druck in der Abgasanlage, welcher geringer als der Druck im
Ansaugsystem ist, erzeugt am AGR-Ventil einen Druckabfall in einer
Richtung, die zu der für
die Abgasrückführung erforderlichen
Richtung entgegengesetzt ist. Folglich wird eine Lösung benötigt, die
es ermöglicht,
Abgase zurückzuführen.
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Auf eine solche Lösung zielt die vorliegende Erfindung
ab, besonders auf eine Lösung,
die es ermöglicht,
dass ein mit einem Auflader ausgestatteter Motor und insbesondere
ein Motor, der mit einem abgasbetriebenen Turbolader ausgestattet
ist, die verschiedenen Anforderungen in Bezug auf Kraftstoffeinsparung,
Auspuffemissionen und Motorleistung erfüllt.
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Dementsprechend betrifft die vorliegende
Erfindung ein neues und einzigartiges AGR-System und -Verfahren
für einen
aufgeladenen Motor, insbesondere einen Dieselmotor mit Turbolader.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird
ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, der mit Aufladung mittels
Ladeluft arbeitet und umfasst: ein Ansaugsystem; eine Abgasanlage,
die ein Auspuffendrohr umfasst; ein Drosselventil zur selektiven Drosselung
des Abgasstroms zum Auspuffendrohr; ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) zur gesteuerten
Rückführung von
Abgasen von der Abgasanlage zum Ansaugsystem, welches ein AGR-Ventil
umfasst, das einen in Strömungsrichtung gesehen
vor dem Drosselventil mit der Abgasanlage verbundenen Einlasskanal
und einen mit dem Ansaugsystem verbundenen Auslasskanal aufweist; und
eine Steuereinrichtung zur Steuerung des AGR-Ventils und des Drosselventils,
welche einen Regler zur Betätigung
des Drosselventils umfasst, um den Abgasstrom zum Auspuffendrohr
teilweise zu begrenzen, so dass die Differenz zwischen dem Druck
am Einlass des AGR-Ventils und dem Druck am Auslass des AGR-Ventils
auf einen gewünschten Differenzdruck
eingeregelt wird, der von einer Druckänderung im Ansaugsystem und
in der Abgasanlage im Wesentlichen unbeeinflusst ist; wobei der Motor
einen Turbolader umfasst, der einen Verdichter im Ansaugsystem und
eine Turbine in der Abgasanlage aufweist, und dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Einlasskanal des AGR-Ventils in Strömungsrichtung
gesehen nach der Turbine mit der Abgasanlage verbunden ist, und
bei dem der Auslasskanal des AGR-Ventils in Strömungsrichtung gesehen nach dem
Verdichter mit dem Ansaugsystem verbunden ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren zur Abgasrückführung in einem Verbrennungsmotor
bereitgestellt, der mit Aufladung mittels Ladeluft arbeitet und
umfasst: ein Ansaugsystem; eine Abgasanlage, die ein Auspuffendrohr
umfasst; ein Drosselventil zur selektiven Drosselung des Abgasstroms
zum Auspuffendrohr; ein Abgasrückführungssystem
(AGR-System) zur gesteuerten Rückführung von
Abgasen von der Abgasanlage zum Ansaugsystem, welches ein AGR-Ventil
umfasst, das einen in Strömungsrichtung
gesehen vor dem Drosselventil, jedoch nach einer Turbolader-Turbine
mit der Abgasanlage verbundenen Einlasskanal und einen in Strömungsrichtung
gesehen nach einem Turbolader-Verdichter mit dem Ansaugsystem verbundenen
Auslasskanal aufweist; wobei das Verfahren umfasst die Steuerung
des AGR-Ventils und des Drosselventils, einschließlich der
Betätigung
des Drosselventils, um den Abgasstrom zum Auspuffendrohr auf eine
solche Weise teilweise zu begrenzen, dass die Differenz zwischen
dem Druck am Einlass des AGR-Ventils und dem Druck am Auslass des AGR-Ventils
auf einen gewünschten
Differenzdruck eingeregelt wird, der von einer Druckänderung
im Ansaugsystem und in der Abgasanlage im Wesentlichen unbeeinflusst
ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung ist ein pneumatischer Regler zur Kopplung mit einem Verbrennungsmotor
vorgesehen, welcher ein Ansaugsystem, eine Abgasanlage, die ein
Auspuffendrohr umfasst, ein Drosselventil zur selektiven Drosselung
des Abgasstroms zum Auspuffendrohr und ein Abgasrückführungssystem
(AGR-System) zur gesteuerten Rückführung von
Abgasen von der Abgasanlage zum Ansaugsystem, welches ein AGR-Ventil
umfasst, das einen in Strömungsrichtung gesehen
vor dem Drosselventil mit der Abgasanlage verbundenen Einlasskanal
und einen mit dem Ansaugsystem verbundenen Auslasskanal aufweist, umfasst,
und wobei der Motor einen Turbolader umfasst, der einen Verdichter
im Ansaugsystem und eine Turbine in der Absauganlage aufweist, wobei der
Einlasskanal des AGR-Ventils in Strömungsrichtung gesehen nach
der Turbine mit der Abgasanlage verbunden ist, und bei dem der Auslasskanal
des AGR-Ventils in Strömungsrichtung
gesehen nach dem Verdichter im Ansaugsystem und in der Abgasanlage
mit dem Ansaugsystem verbunden ist; wobei der Regler umfasst: ein
Gehäuse,
welches Differenzdruck-Erfassungskanäle zum Erfassen des Differenzdruckes
am Einlass- und am Auslasskanal des EGR-Ventils und einen pneumatischen
Druckregelungsmechanismus, welcher mit einem Quellenkanal, der so
beschaffen ist, dass er mit einer pneumatischen Energiequelle verbunden
werden kann, mit einem Entlüftungskanal,
der so beschaffen ist, dass er mit der Atmosphäre verbunden werden kann, und mit
einem Kanal des geregelten Druckes gekoppelt ist, und welcher bewirkt,
dass an dem Kanal des geregelten Druckes ein geregelter pneumatischer Druck
zur Betätigung
des Drosselventils erzeugt wird, umfasst.
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Die beigefügten Zeichnungen, welche mit
in diese Anmeldung einbezogen sind und einen Bestandteil dieser
Patentbeschreibung darstellen, umfassen eine oder mehrere derzeit
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der weiter oben gegebenen
allgemeinen Beschreibung und der weiter unten gegebenen ausführlichen
Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung entsprechend einer
besten Ausführungsform, die
für die
Ausführung
der Erfindung in Betracht gezogen wird, zu offenbaren.
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1 ist
eine Prinzipskizze eines Motors, der eine erste Ausführungsform
des AGR-Systems gemäß den Prinzipien
der Erfindung umfasst.
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2 ist
eine Prinzipskizze eines Motors, der eine zweite Ausführungsform
des AGR-Systems gemäß den Prinzipien
der Erfindung umfasst.
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3 ist
eine Querschnittzeichnung einer als Beispiel dienenden Ausführungsform
einer Vorrichtung, die in dem AGR-System von 2 vorhanden ist.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines anderen Teils von 3.
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5 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils von 3, welche
eine andere Betriebsposition für
bestimmte Teile, welche dargestellt sind, zeigt.
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6 eine
Querschnittzeichnung einer als Beispiel dienenden Ausführungsform
einer anderen Vorrichtung, die in dem AGR-System von 2 vorhanden ist.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen AGR-Systems 10 in
Verbindung mit einem Verbrennungsmotor 12. Der Motor 12 ist ein
Beispiel eines auf geladenen Motors, in diesem Falle ein Dieselmotor
mit Turbolader. Im Interesse der Kürze werden hier nur diejenigen
Teile des Motors 12 erörtert,
die mit dem AGR-System 10 zusammenhängen, da die Beschreibung anderer
Teile für das
Verständnis
der Prinzipien der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist.
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Der Motor 12 umfasst ein
Ansaugsystem 14 und eine Abgasanlage 16. Das Ansaugsystem 14 umfasst
einen Frischlufteinlass 18, einen Verdichter 20 und
einen Ansaugkrümmer 22,
die in der genannten Reihenfolge entlang der Richtung des Ansaugstroms
zu den Brennräumen 24 des
Motors angeordnet sind. Die Abgasanlage 16 umfasst einen
Abgaskrümmer 26,
eine Turbine 28, ein Drosselventil 30 und ein
Auspuffendrohr 32, die in der genannten Reihenfolge entlang
der Richtung des Abgasstroms von den Brennräumen 24 angeordnet
sind.
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Das EGR-System 10 umfasst
ein EGR-Ventil 34, durch welches Abgase von der Abgasanlage 16 zum
Ansaugsystem 14 rückgeführt werden.
Die Abgase für
die Rückführung werden
am Auslass der Turbine 28 aus der Abgasanlage 16 entnommen.
Bevor die Abgase in das AGR-Ventil 34 einströmen, werden
sie mittels eines AGR-Kühlers 36 gekühlt. Nachdem
die Abgase aus dem AGR-Ventil 34 ausgeströmt sind,
werden sie vor dem Ansaugkrümmer 22, jedoch
nach dem Verdichter 20 in das Ansaugsystem 14 eingeführt. Die
Turbine 28 und der Verdichter 20 stellen zusammen
einen Turbolader dar.
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Eine Steuereinrichtung, wie etwa
ein elektronisches Steuergerät
(ECU) 38 des Motors, führt
die Steuerung verschiedener Aspekte des Motorbetriebs durch, einschließlich der
Steuerung der Abgasrückführung entsprechend
einer Steuerungsstrategie, die für
den betreffenden Motor geeignet ist. Die Steuerungsstrategie beruht
auf gewissen variablen Parametern, von denen einige in 1 dargestellt sind, wie
Motordrehzahl (U/min), Motorlast und Luftmassenstrom (mass air flow,
MAF) in den Motor. Die Steuerungsstrategie umfasst die Steuerung
sowohl des Drosselventils 30 als auch des AGR-Ventils 34.
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Ein zugehöriger Positionssensor 40 liefert dem
elektronischen Steuergerät 38 ein
Positionsrückführsignal 42,
welches den Grad repräsentiert, bis
zu dem das Ventil den AGR-Strom selektiv drosselt. Ein zugehöriger Differenzdrucksensor 44 liest die
Differenz zwischen dem Druck am Einlass des AGR-Ventils und dem
Druck am Auslass des AGR-Ventils. Der Sensor 44 übermittelt
ein Signal 46, welches diese Differenz repräsentiert,
an das elektronische Steuergerät 38.
Eine andere Möglichkeit
besteht darin, dass ein Signal, welches den Druck am Einlass des
Ventils repräsentiert,
und ein Signal, welches den Druck am Auslass des Ventils repräsentiert, zum
elektronischen Steuergerät 38 übermittelt
werden, damit das elektronische Steuergerät 38 den Differenzdruck
berechnet.
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Die Positionsrückführung vom Positionssensor 40 wird
zur Regelung des AGR-Ventils 34 im geschlossenen Kreis
verwendet, um den Grad zu steuern, bis zu dem das AGR-Ventil geöffnet ist.
Da das Positionsrückführsignal 42 dem
elektronischen Steuergerät 38 Daten
liefert, welche den Grad der Drosselung des AGR-Stroms repräsentieren,
den das AGR-Ventil 34 aufweist, und da das Signal 46 dem elektronischen
Steuergerät 38 Daten
liefert, welche den Differenzdruck an der Drosselung repräsentieren,
kann die AGR-Durchflussmenge
durch das AGR-Ventil 34 mittels einer Berechnung, die vom elektronischen
Steuergerät 38 mit
Hilfe dieser Daten durchgeführt
wird, näherungsweise
bestimmt werden.
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Das AGR-Ventil 34 umfasst
ferner ein elektrisches Stellglied, zum Beispiel eine lineare Magnetspule,
welche das Ventil bis zu einem Grad öffnet, der durch ein Befehlssignal 47 vom
elektronischen Steuergerät 38 bestimmt
wird, welches über
eine Treiberschaltung auf das Stellglied einwirkt. Das Drosselventil 30 umfasst
ebenfalls ein elektrisches Stellglied 48, welches den Strom
durch das Ventil bis zu einem Grade selektiv drosselt, der durch
ein Befehlssignal 49 vom elektronischen Steuergerät 38 bestimmt
wird. Das Stellglied des Drosselventils kann ein Gleichstrommotor
sein.
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Die von der Erfindung bereitgestellte
grundlegende Steuerungsstrategie umfasst die Betätigung des Drosselventils 30,
so dass es den Abgasstrom zum Auspuffendrohr 32 bis zu
einem Grade drosselt, der ausreichend ist, um Druck am Einlass des AGR-Ventils 34 aufzubauen,
welcher, wenn der Verdichter 20 für ein Aufladen der zu den Brennräumen 24 strömenden Ladeluft
sorgt, den Druckabfall am AGR-Ventil
auf einen gewünschten
Wert einregelt, der es ermöglicht,
dass der Grad, bis zu dem das AGR-Ventil geöffnet ist, eine entsprechende
vorgegebene AGR-Durchflussmenge bewirkt. Wenn sich die Betriebsweise
des Motors und/oder die Betriebsweise des Turboladers und/oder die
Anforderung an die AGR-Durchflussmenge ändert, können das Ventil 30,
das Ventil 34 oder beide in Reaktion auf eine Änderung
eines der Befehlssignale 47, 49 oder beider verstellt
werden. Eine Verstellung eines Ventils kann eine Verstellung des
anderen erfordern, um ein gewünschtes
Ergebnis zu erzielen, und folglich ist anzunehmen, dass eine koordinierte
Steuerung beider Ventile eine wünschenswerte
grundlegende Steuerungsstrategie ist.
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Die AGR-Durchflussmenge wird vom
elektronischen Steuergerät 38 gesteuert,
welches geeignete Eingabeparameter-Daten zusammen mit den Rückführungsdaten
vom Positionssensor 40 und den Rückführungsdaten vom Differenzdrucksensor 44 verarbeitet,
um einen Wert für
das Befehlssignal 47 zu ermitteln, welcher einen solchen
Grad der Öffnung des
AGR-Ventils 34 bewirkt, dass die gewünschte AGR-Durchflussmenge
für die
im Ansaugsystem 14 und in der Abgasanlage 16 vorliegenden
Druckbedingungen erzielt wird. Das elektronische Steuergerät 38 verarbeitet
die entsprechenden Daten, um einen Wert für das Befehlssignal 49 zu
ermitteln, durch den das Drosselventil 30 so betätigt wird,
dass der Druckabfall am AGR-Ventil 34 auf einen gewünschten
Wert eingeregelt wird. Als bevorzugte Betätigung des Drosselventils 30 wird
die geringste Drosselung des Abgasstromes zum Auspuffendrohr 32 angestrebt, welche
mit dem Ziel des Erreichens der gewünschten Regelung des Differenzdruckes
am AGR-Ventil 34 vereinbar ist.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen AGR-Systems 10' in Verbindung
mit einem Motor 12. Teile, welche in beiden 1 und 2 vorhanden sind, sind in beiden Abbildungen
jeweils mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, weshalb auf eine
Wiederholung ihrer ausführlichen
Beschreibung verzichtet wird. Das System 10' unterscheidet sich vom System 10 dadurch,
dass das Drosselventil 30 von einem pneumatischen Ventilregler 50 anstelle
eines Elektromotors gesteuert wird. Die Differenz zwischen dem Druck
am Einlass des AGR-Ventils 34 und dem Druck am Auslass
des AGR-Ventils, d. h. der Differenzdruck am Ventil, dient als eine
Eingangsgröße für den Regler 50,
anstatt als eine Eingangsgröße für einen
Differenzdrucksensor, welcher die Differenz in ein elektrisches
Signal für
die anschließende
Bearbeitung und Verwendung durch das elektronische Steuergerät 38 umwandelt,
wie im Falle des Systems 10 von 1. Die pneumatische Energie für die Betätigung des
Drosselventils 30 wird von einer pneumatischen Energiequelle
bezogen, wie etwa einer Druckluftquelle 52, die über eine
Rohrleitung mit dem Regler 50 verbunden ist. In großen Fahrzeugen,
wie etwa Schwerlastkraftwagen, steht gewöhnlich eine Druckluftquelle
zur Verfügung.
Ein Beispiel eines solchen Reglers 50 ist für sich allein
in 3 dargestellt, während ein
Beispiel eines zugehörigen
Drosselventils 30 für
sich allein in 6 dargestellt
ist.
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Der Regler 50 ist eine Vorrichtung,
welche ein Gehäuse 54 umfasst,
das mehrere Anschlusskanäle
aufweist, die. als vom Gehäuse 54 vorstehende Stutzen
dargestellt sind. Jeder Stutzen ist zu einem entsprechenden Kammerraum
im Inneren des Gehäuses 54 hin
offen. Ein erster Kanal 56 dient zur Übertragung des Druckes am Einlass
des AGR-Ventils 34 (d.
h. des Druckes auf der Abgasanlagen-Seite des Ventils) zu einem
ersten inneren Kammerraum 58. Ein zweiter Kanal 60 zur Übertragung
des Druckes am Auslass des AGR-Ventils 34 (d. h. des Druckes
auf der Ansaugsystem-Seite des Ventils) zu einem zweiten inneren
Kammerraum 62. Eine bewegliche Wand 64 trennt
die Kammerräume 58, 62 voneinander.
Durch einen dritten Kanal 66 strömt Druckluft von der Druckluftquelle 52 in
einen dritten inneren Kammerraum 68. Ein vierter Kanal 70 steht
mit einem vierten inneren Kammerraum 72 in Verbindung,
und ein fünfter
Kanal 74 steht mit einem fünften inneren Kammerraum 76 in
Verbindung.
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Die Kammerräume 58, 62, 72 und 76 sind hintereinander
entlang einer imaginären
Mittellinie 78 angeordnet. Ein zylindrischer Schaft 80 ist
konzentrisch zur Mittellinie 78 angeordnet und wird am
Gehäuse 54 geführt, so
dass er eine lineare Bewegung entlang derselben ausführen kann.
Das Gehäuse 54 umfasst
eine innere Trennwand 82, welche quer zur Mittellinie 78 verläuft. Der
Kammerraum 62 ist auf einer Seite der Trennwand 82 angeordnet,
während
die Kammerräume 68 und 72 auf
der anderen Seite angeordnet sind.
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Die Trennwand 82 umfasst
eine Nabe 84, die zur Mittellinie 78 konzentrisch
ist. Eine Durchgangsbohrung 86 verläuft konzentrisch zur Mittellinie 78 durch
die Nabe 84 hindurch. Der Schaft 80 erstreckt sich
vollständig
durch die Durchgangsbohrung 86 hindurch. In der Nähe eines
axialen Endes der Nabe 84 sorgt eine gasdichte Dichtung 88 für die Abdichtung
zwischen dem Außendurchmesser
des Schaftes 80 und der Wand der Durchgangsbohrung 86.
In der Nähe
des anderen axialen Endes der Nabe 84 sorgt eine gasdichte
Dichtung 90 für
die Abdichtung zwischen dem Außendurchmesser
des Schaftes 80 und der Wand der Durchgangsbohrung 86.
Ein Beispiel eines geeigneten Materials für die Dichtungen 88, 90 ist
mit Graphit getränktes
Dichtungsmittel, welches etwas zusammendrückbar ist.
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Ein Federteller 92 ist im
Kammerraum 72 über
dem Außendurchmesser
des Schaftes 80 angebracht und an diesem befestigt. 4 zeigt weitere Einzelheiten,
insbesondere einen Absatz 93 des Schaftes 80,
auf den sich der Federteller 92 stützt. Eine Schraubendruckfeder 94 wird
zwischen dem Federteller 92 und einem Absatz an einem Ende
des Kammerraumes 72 zusammengedrückt gehalten, um den Schaft 80 entlang
der Mittellinie 78 in eine Richtung zum Kammerraum 62 hin
zu drücken.
Dies dient dazu, das als Spitze ausgebildete Ende des Schaftes 80,
das sich im Kammerraum 62 befindet, gegen die Mitte einer
starren Scheibe 95 zu drücken, welche einen gasundurchlässigen Mittelteil
der beweglichen Wand 64 bildet.
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Die bewegliche Wand 64 umfasst
ferner einen gasundurchlässigen äußeren ringförmigen Teil 96,
der einen inneren Rand, der gasdicht am äußeren Rand der Scheibe 95 befestigt
ist, und einen äußeren Rand,
der an einer Verbindungsstelle zwischen zwei zusammenpassenden Teilen
des Gehäuses 54 abgedichtet
an einer Wand des Gehäuses 54 gehalten wird,
welche die Kammerräume 58, 62 entlang
des Umfangs begrenzt, aufweist. Der Teil 96 ist so beschaffen,
dass er sicherstellt, dass sich die Scheibe 95 entlang
der Mittellinie 78 frei vor- und zurückbewegen kann. Eine im Kammerraum 58 angeordnete Schraubendruckfeder 98 ist
bestrebt, die die Scheibe 95 entlang der Mittellinie 78 in
eine Richtung zum Kammerraum 62 hin zu drücken. Ein
Ende der Feder 98 ist mittels einer in der Mitte befindlichen
Federteller-Struktur in der Scheibe 95 bezüglich der
Mittellinie 78 zentriert. Das entgegengesetzte Ende der
Feder 98 ist bezüglich
eines Federtellers 100 zentriert, welcher im Kammerraum 58 mittels
eines Einstellmechanismus 102 entlang der Mittellinie 78 axial
positioniert werden kann.
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Der Einstellmechanismus 102 umfasst
einen Einsteller 104 mit Gewinde, der sich im Gewindeeingriff
mit einer zur Mittellinie 78 konzentrischen Gewindebohrung 106 im
Gehäuse 54 an
einer Endwand des Gehäuses 54,
welche den Kammerraum 58 gegenüber der beweglichen Wand 64 begrenzt,
befindet. Ein äußeres Ende
des Einstellers 104 kann mittels eines Einstellwerkzeugs
(nicht dargestellt) gedreht werden, um die Position des Federtellers 100 entlang
der Mittellinie 78 einzustellen.
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Die Trennwand 82 umfasst
einen Durchgang 108, welcher den Kammerraum 68 mit
dem Teil der Durchgangsbohrung 86 verbindet, der zwischen
den Dichtungen 88 und 90 liegt. Der Durchgang 108 erstreckt
sich senkrecht von der Durchgangsbohrung 86 weg und weist
dann eine rechtwinklige Biegung auf, um in einem ihn umgebenden
Ventilsitz 110 am Kammerraum 68 zu enden. Ein
Ventilelement 112 ist an einem Ende eines Ankers 114 angeordnet,
welcher mittels einer Feder 116 elastisch vorbelastet ist, so
dass er das Ventilelement 112 gegen den Sitz 110 drückt und
den Durchgang 108 zum Kammerraum 68 verschließt. Das
Abheben des Ventilelements 112 von seinem Sitz erfolgt
durch Erregung einer Magnetspule 118, so dass sie den Anker 114 und
das Ventilelement 112 gegen die Kraft der Feder 116 vom
Sitz 110 weg zieht. Wenn das Ventilelement 112 vom
Sitz abgehoben ist, kann Luft aus dem Kammerraum 68 in
den Durchgang 108 hinein und von dort zur Durchgangsbohrung 86 strömen. Ein
elektrischer Verbinder 120 ermöglicht es, die Magnetspule 118 an
eine vom elektronischen Steuergerät 38 gesteuerte Treiberschaltung
(nicht dargestellt) zur Betätigung
der Magnetspule anzuschließen,
um den Durchgang 108 zu öffnen und zu schließen.
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Das Gehäuse 54 weist einen
Absatz 122 auf, welcher die Kammerräume 72 und 76 voneinander trennt.
Der innere Rand des Absatzes 122 umfasst einen Ventilsitz 124,
der dem Kammerraum 76 zugewandt ist. Ein Ventilelement 126 ist
im Kammerraum 76 angeordnet und ist so geführt, dass
es eine Bewegung entlang der Mittellinie 78 ausführt. Eine
Schraubendruckfeder 128 ist bestrebt, das Ventilelement 126 in
eine Richtung entlang der Mittellinie 78 zum Schaft 80 und
zur Anlage am Ventilsitz 124 hin zu drücken, um die Verbindung zwischen
dem Kammerraum 72 und dem Kammerraum 74 zu schließen. 3 zeigt die von dem Ventilelement 126 und
dem Schaft 80 eingenommene Position, wenn kein AGR-Strom
angefordert wird, und in dieser Position wurde das Ventilelement 126 mittels
des Schaftes 80 vom Sitz 124 abgehoben, um zu
bewirken, dass der Kammerraum 72 zum Kammerraum 74 hin
offen ist. Infolgedessen ist leicht einzusehen, dass die Anordnung
des Ventilelements 126 und der Feder 128 ein Entlüftungsventil
in der Nähe
eines Endes der Mittellinie 78 zur Verfügung stellt. Es ist ebenfalls
leicht einzusehen, dass die Feder 98 etwas straffer als
die Feder 94 ist.
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Der Schaft 80 umfasst ein
Sackloch 166, welches an dem axialen Ende des Schaftes
offen ist, das in 3 gegen
das Ventilelement 126 gedrückt wird. Das Loch 166 erstreckt
sich von diesem axialen Ende bis in eine Tiefe, wo es sich mit einem
radialen Loch 168 schneidet, welches sich bis zum Außendurchmesser
des Schaftes erstreckt, wo das radiale Loch 168 zu einem
ringförmigen
Raum hin offen ist, welcher radial vom Außendurchmesser des Schaftes und
der Wand der Durchgangsbohrung 86 und axial von den Dichtungen 88 und 90 begrenzt
wird. Das Ende des Durchgangs 108 an der Durchgangsbohrung 86 ist
ebenfalls zu diesem ringförmigen
Raum hin offen. Die Kraft, mit welcher der Schaft 80 das Ventilelement 126 vom
Sitz abhebt, schließt
das offene Ende des Loches 166. 5 wird später erläutert, nachdem die Art und
Weise, wie der Regler 50 funktioniert, beschrieben worden
ist.
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6 zeigt
eine Einzelheit des Drosselventils 30. Die Betätigung des
Drosselventils 30 erfolgt mittels eines pneumatischen Stellglieds 132,
welches vom Regler 50 gesteuert wird. Das Ventil 30 umfasst ein
zylindrisches Gehäuse 134,
welches einen Durchgang 136 mit kreisförmigem Querschnitt aufweist.
Der Durchgang 136 weist eine Eintrittsöffnung 138 an einem
Ende und eine Austrittsöffnung 140 am entgegengesetzten
Ende auf. Flansche oder Laschen an der Eintrittsöffnung und an der Austrittsöffnung ermöglichen
den Einbau des Gehäuses 134 in die
Abgasanlage 16, um Abgase zum Auspuffendrohr 32 zu
transportieren.
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Eine Klappe 142 ist im Durchgang 136 auf
einer Welle angebracht, die sich um eine quer zum Durchgang 136 verlaufende
Achse 144 dreht. Ein Hebel oder eine Kurbel 146,
die sich außerhalb
des Durchgangs 136 befindet, dreht die Klappe 142 in jede
gewünschte
Position innerhalb eines Bereiches von Winkelpositionen um die Achse 144 herum.
In der in 6 dargestellten
Position drosselt die Klappe 142 den Durchgang 136 minimal.
Wenn die Kurbel 146 die Klappe 142 zunehmend im
Uhrzeigersinn dreht, wird der Durchgang 136 zunehmend eingeschränkt.
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Das Stellglied 132 umfasst
ein Gehäuse 148, welches
mittels einer beweglichen Wand 154 in zwei Kammerräume 150, 152 unterteilt
ist. Der Kammerraum 150 ist über einen Kanal 156 mit
dem Kanal 70 des Reglers 50 verbunden. Der Kammerraum 152 ist zur
Atmosphäre
hin offen. Im Kammerraum 152 ist eine Schraubendruckfeder 158 angeordnet, welche die
bewegliche Wand 154 in eine Richtung zum Kammerraum 150 hin
drückt.
Ein Ende der Feder 158 stützt sich auf einen Federteller 160,
welcher an der Mitte der beweglichen Wand 154 befestigt
ist. Eine Welle 162 erstreckt sich von der Mitte des Federtellers 160 zum
freien Ende der Kurbel 146.
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6 zeigt
einen Zustand, in dem die Drücke
in den Kammerräumen 150, 152 gleich
sind. Wenn sich der Druck im Kammerraum 150 relativ zu dem
im Kammerraum 152 erhöht,
wird die bewegliche Wand 154 gegen die Kraft der Feder 158 zunehmend
zum Kammerraum 152 hin verschoben, was zur Folge hat, dass
die Welle 162 die Kurbel 146 betätigt und
die Klappe 142 zunehmend im Uhrzeigersinn dreht. Wenn der
Kammerraum 150 vom Druck entlastet wird, bewegt die Feder 158 die
bewegliche Wand 154 und folglich auch die Klappe 152 zurück in die
in der Abbildung dargestellte Position. Die bewegliche Wand 154 ist
so beschaffen, dass sie sich auf eine Art und Weise biegt, welche
es dem Stellglied ermöglicht,
die Kurbel 146 in eine rotierende Bewegung zu versetzen,
ohne dass in der Welle 162 ein nennenswertes Verdrehmoment
erzeugt wird. Ein Kanal 164 im Ventilgehäuse 134,
der sich in Strömungsrichtung
gesehen vor der Klappe 142 befindet, verbindet den Auspuff
mit dem Kühler 36.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die 3 und 5 erläutert, wie der Regler 50 die
Regelung durchführt.
Wenn AGR angefordert wird, erregt das elektronische Steuergerät 38 die
Magnetspule 118. Die Druckdifferenz am AGR-Ventil 34,
die an der beweglichen Wand 64 des Reglers 50 entsteht,
wenn der Motor 12 läuft
und der Turbolader in Betrieb ist, bewirkt, dass sich die Wand 64 aus
der in 3 dargestellten
Position nach links bewegt, wobei sie die Feder 98 axial
um einen ebenso großen
Weg zusammendrückt,
und die Feder 94 wirkt auf den Schaft 80, so dass
dieser der Bewegung der Wand 64 folgt und eine Position
einnimmt, die im Wesentlichen der in 5 entspricht.
Durch die Bewegung des Schaftes nach links wird das Ventilelement 126 freigegeben, was
der Feder 128 ermöglicht,
das Ventilelement 126 in eine Position zu bewegen, die
im Wesentlichen der in 5 dargestellten
entspricht.
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Da die Magnetspule 118 erregt
ist, so dass der Durchgang 108 zum Kammerraum 68 geöffnet wird,
kann Druckluft von der Quelle 52 in den Kammerraum 68 einströmen. Da
das offene Ende des Loches 166 am Ende des Schaftes 80 einen
geringfügigen
Abstand vom Ventilelement
126 hat, und da das letztere
den Kammerraum 76 in Bezug auf den Kammerraum 72 abdichtet,
so dass verhindert wird, dass Luft aus dem letzteren über den
ersteren in die Atmosphäre
ausströmt,
kann die Druckluft von der Quelle 52 im Kammerraum 72 einen
Druck aufbauen, da der Schaft 80 eine Fortsetzung des Durchgangs 108 zum
Kammerraum 72 gewährleistet.
Dieser ansteigende Druck wird über
den Stutzen 70 des Reglers 50 und den Stutzen 156 des
Stellglieds 132 auf den Kammerraum 150 des Stellglieds übertragen.
Infolgedessen bewirkt das Drosselventil 30 eine zunehmende
Begrenzung des Abgasstroms zum Auspuffendrohr 32.
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Die zunehmende Drosselung des Abgasstroms
zum Auspuffendrohr 32 bewirkt eine Erhöhung des Gegendruckes auf den
Motor und ebenso des Druckes am Einlass des AGR-Ventils 34.
Doch gleichzeitig wirkt diese Druckerhöhung über den Stutzen 56 auf
den Kammerraum 58 des Reglers 50 ein. Demzufolge
beginnt die Wand 64, eine Bewegung nach rechts auszuführen, die
auch auf den Schaft 80 übertragen
wird. Wenn sich der Schaft 80 genügend weit bewegt hat, so dass
er mit der dem Schaft zugewandten Stirnseite des Ventilelements 126 in
Berührung
kommt, verschließt
dieser Kontakt das offene Ende des Loches 166. Die weitere
Bewegung des Schaftes bewirkt, dass das Ende des Loches 166 verschlossen
und abgedichtet wird, und dass das Ventilelement 126 beginnt,
sich vom Sitz 124 abzuheben. Der Druck der Druckluft im
Kammerraum 72 beginnt dann, über den Kammerraum 76 und
den Kanal 74 in die Atmosphäre zu entweichen, und der Druck,
der auf den Kammerraum 150 des Stellgliedes 132 einwirkt,
beginnt dann abzunehmen. Zwischen dem Ventilelement 126 und
der Wand seines Kammerraumes wird ein ausreichender Zwischenraum
gewährleistet,
um zu ermöglichen,
dass Luft durch den Stutzen 74 strömt, wenn das Ventilelement
von seinem Sitz abgehoben ist. Dies kann auf unterschiedliche Weise
geschehen. Eine Möglichkeit besteht
darin, den kreisförmigen
Umfang des Ventilelements auf entlang des Umfangs in bestimmten Abständen angeordneten
Rippen zu führen,
welche in der Kammerwand in Längsrichtung
verlaufen, so dass Luft durch Kanäle zwischen den Rippen ausströmen kann.
Da das Ende des Loches 166 durch den Kontakt des Schaftes
mit dem Ventilelement 126 dicht verschlossen ist, kann
der Druckverlust im Kammerraum 72 nicht ausgeglichen werden.
Der Abfall des auf das Stellglied 132 einwirkenden Luftdruckes
bewirkt jedoch, dass das Drosselventil 30 die Drosselung
der zum Auspuffendrohr 32 strömenden Abgase verringert und
folglich auch den Druck im Kammerraum 58 verringert, aufgrund
der Übertragung
des Druckes der Abgasanlage am Einlass des AGR-Ventils 34 auf
diesen Kammerraum. Dies führt dann
dazu, dass sich der Schaft 80 nach links bewegt, wodurch
erneut ermöglicht
wird, dass die Druckluft im Kammerraum 72 Druck aufbaut.
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Auf diese Weise wird im Kammerraum 72 ein geregelter
Druck hergestellt. Die Größe des geregelten
Druckes bewirkt eine entsprechende Betriebsposition des Drosselventils 30 zur
Erzielung eines gewünschten
Differenzdruckes am EGR-Ventil 34.
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Aufgrund dieser Beschreibung ist
leicht einzusehen, dass der Grad, bis zu dem der Schaft 80 zum
Ventilelement 126 hin bewegt wird, von der Position der
Scheibe 95 bestimmt wird, welche wiederum von der Differenz
zwischen dem Druck im Kammerraum 58 und dem im Kammerraum 62 abhängig ist.
Um dem Regler 50 zu ermöglichen,
eine zuvor festgelegte Differenz, so wie sie mittels des Einstellmechanismus 102 eingestellt
wurde, aufrechtzuerhalten, wird der Schaft 80 so positioniert,
dass der im Kammerraum 72 aufgebaute geregelte Luftdruck,
indem er auf das Stellglied 132 einwirkt, bewirkt, dass das
Drosselventil 30 in eine Position gebracht wird, in der
es den Abgasstrom zum Auspuffendrohr 32 in einem Maße drosselt,
welches am Einlass des AGR-Ventils einen Druck erzeugt, der den
Druck am Auslass des AGR-Ventils um die festgelegte Differenz übersteigt.
Der Regelungsmechanismus bewirkt die Erzeugung eines geregelten
Druckes zur Aufrechterhaltung des mittels des Einstellmechanismus 102 eingestellten
Differenzdruckes infolge der Wechselwirkung, welche zwischen der
Wand 64, dem Schaft 80 und dem Ventilelement 126 auftritt.
Das Ventilelement 126 kann aus einem geeigneten Elastomer
oder irgendeinem anderen Material, dessen dem Schaft 80 zugewandte
Seite aus einem Elastomer besteht, hergestellt sein, so dass das
Loch 166 abgedichtet wird, wenn das Schaftende an das Ventilelement 126 stößt.
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Dass durch das System eine Regelung
erzielt wird, ist aus der folgenden Analyse von vier Typen von Änderungen
ersichtlich. Für
diese Analyse wird vorausgesetzt, dass die Öffnungsweite des AGR-Ventils 34 konstant
ist.
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Wenn sich der Druck im Abgaskrümmer 26 erhöht, widerspiegelt
sich diese Druckerhöhung
in einem Druckanstieg im Kammerraum 58. Die bewegliche
Wand 64 bewegt dann den Schaft 80, wodurch sich
die Entlüftung
des Kammerraumes 72 verstärkt, was eine Verringerung
des auf das Stellglied 132 einwirkenden geregelten Druckes
bewirkt. Das Stellglied 132 wiederum bewirkt, dass die
Auspuffendrohr-Drosselung verringert wird, wodurch die Druckerhöhung im
Abgaskrümmer
kompensiert wird, so dass die AGR-Durchflussmenge im Wesentlichen
unbeeinflusst bleibt.
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Wenn sich der Druck im Abgaskrümmer 26 verringert,
widerspiegelt sich diese Druckabnahme in einer Verringerung des
Druckes im Kammerraum 58. Die bewegliche Wand 64 wird
dann wieder in eine Position gebracht, in der es der Feder 94 ermöglicht wird,
den Schaft 80 vom Ventilelement 126 weg zu bewegen,
wodurch sich die Entlüftung
des Kammerraumes 72 verringert, was eine Erhöhung des
auf das Stellglied 132 einwirkenden geregelten Druckes
bewirkt. Das Stellglied 132 wiederum bewirkt, dass die Auspuffendrohr-Drosselung
vergrößert wird,
wodurch die Druckabnahme im Abgaskrümmer kompensiert wird, so dass
die AGR-Durchflussmenge im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt.
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Wenn sich der Druck im Ansaugkrümmer 22 erhöht, wie
zum Beispiel, wenn der Verdichter 20 beginnt, den Motor
aufzuladen, widerspiegelt sich die Druckerhöhung in einer Erhöhung des
Druckes im Kammerraum 62. Die bewegliche Wand 64 wird
dann in eine Position gebracht, in der es der Feder 94 ermöglicht wird,
den Schaft 80 vom Ventilelement 126 weg zu bewegen,
wodurch sich die Entlüftung
des Kammerraumes 72 verringert, was eine Erhöhung des
auf das Stellglied 132 einwirkenden geregelten Druckes
bewirkt. Das Stellglied 132 wiederum bewirkt, dass die
Auspuffendrohr-Drosselung vergrößert wird,
wodurch sich der Druck am Einlass des AGR-Ventils erhöht, so dass
die AGR-Durchflussmenge im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt.
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Wenn sich der Druck im Ansaugkrümmer 22 verringert,
wie zum Beispiel, wenn der Verdichter 20 aufhört, den
Motor aufzuladen, widerspiegelt sich die Druckabnahme in einer Verringerung
des Druckes im Kammerraum 62. Die bewegliche Wand 64 bewegt dann
den Schaft 80, wodurch sich die Entlüftung des Kammerraumes 72 verstärkt, was
eine Verringerung des auf das Stellglied 132 einwirkenden
geregelten Druckes bewirkt. Das Stellglied 132 wiederum
bewirkt, dass die Auspuffendrohr-Drosselung in demselben Maße, wie
der Druck im Ansaugkrümmer
abnimmt, verringert wird, so dass die AGR-Durchflussmenge im Wesentlichen unbeeinflusst
bleibt.
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Mit der beweglichen Wand 64 ist
ein Bewegungsmelder 170 gekoppelt. Wenn in bestimmten Betriebsarten
keine Bewegung dieser Wand erkannt wird, kann dies auf einen Fehler
hinweisen, der vom Bewegungsmelder 170 gemeldet werden
kann. Mit dem Drosselventil 30 kann ein Sensor gekoppelt sein,
der dazu dient, ein Signal 172 an das elektronische Steuergerät 38 zu
senden, um einen möglichen Fehler
im Drosselventil 30 zu melden.
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Aufgrund der obigen Beschreibung
ist für den
Leser leicht einzusehen, dass Abgase bei Vorhandensein einer Aufladung
mit einer gesteuerten Durchflussmenge rückgeführt werden können. Die Magnetspule 118 wird
jedes Mal erregt, wenn ein AGR-Strom benötigt wird, und entregt, wenn
eine AGR nicht gewünscht
wird. Das offenbarte Steuerungssystem ist selbstregelnd. Mit der
Erfindung kann eine schnelle Beendigung der AGR erzielt werden,
wenn eine Beendigung verlangt wird. Dies kann von Bedeutung sein,
wenn ein Dieselmotor in die Lage versetzt werden soll, einwandfrei
zu laufen, wenn er aus dem Leerlauf beschleunigt wird.
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Obwohl im Vorstehenden eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, können die erfindungsgemäßen Prinzipien
natürlich
in jeder beliebigen Form realisiert werden, die in den Geltungsbereich
der folgenden Ansprüche
fällt.