特許 5721442 排気制御システム及び排気制御法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5721442

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】排気制御システム及び排気制御法

(51)【国際特許分類】

   F02D 9/10 20060101AFI20150430BHJP

   F02D 9/04 20060101ALI20150430BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20150430BHJP

【ＦＩ】

   F02D9/10 G

   F02D9/10 A

   F02D9/04 E

   F02D9/04 C

   F02D9/04 B

   F01N13/08 B

【請求項の数】27

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2010-547118(P2010-547118)

(86)(22)【出願日】2009年2月20日

(65)【公表番号】特表2011-512483(P2011-512483A)

(43)【公表日】2011年4月21日

(86)【国際出願番号】EP2009001254

(87)【国際公開番号】WO2009103561

(87)【国際公開日】20090827

【審査請求日】2012年1月23日

(31)【優先権主張番号】102008010658.5

(32)【優先日】2008年2月22日

(33)【優先権主張国】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】597007363

【氏名又は名称】クノル−ブレムゼ ジステーメ フューア ヌッツファールツォイゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｋｎｏｒｒ−Ｂｒｅｍｓｅ Ｓｙｓｔｅｍｅ ｆｕｅｒ Ｎｕｔｚｆａｈｒｚｅｕｇｅ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(74)【代理人】

【識別番号】100165939

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 孝博

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル ヘルゲス

【審査官】 本庄 亮太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１８００１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５１１８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 仏国特許出願公開第０１２３１３３７（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 実開平７−４８３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第６１７９０９６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特表平９−５１１８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−９３８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第７３３７６０９（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ９／００−１１／１０

Ｆ０１Ｎ １３／０８

Ｆ０２Ｄ ４１／００−４１／４０

Ｆ０２Ｄ ４３／００−４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路（５）内に設けられる排気絞り弁（４）と、
該排気絞り弁（４）の開閉を行う操作リンク（７）を備える操作装置（６）であって、前記操作リンク（７）はプッシュロッド（２１）を有し、該プッシュロッド（２１）は、アクチュエータピストン（２４）とアクチュエータロッド（２５）とを有する制御アクチュエータ（９）のアクチュエータシリンダ（２３）を支持するようになっている操作装置（６）と、
前記排気絞り弁（４）の上流で前記排気通路（５）内に発生する排気圧（Ｐ_１）の排気圧制御装置（８）であって、前記排気圧（Ｐ_１）に応じて、前記操作リンク（７）を操作して前記排気絞り弁（４）を制御する制御アクチュエータ（９）を有する排気圧制御装置（８）と、を備える排気制御システムであって、
前記排気絞り弁（４）の上流に設けられる絞り開口（１１）と、
該絞り開口（１１）と前記制御アクチュエータ（９）との間に設けられ、前記絞り開口（１１）と前記制御アクチュエータ（９）とにそれぞれニューマチック式に連通され、不変の容積を有する圧力補償体積容器（３０）と、を備え、
前記排気圧制御装置（８）は、前記プッシュロッド（２１）が突出する作動シリンダ（２０）内に駆動部（１６）を有し、前記プッシュロッド（２１）は中空シリンダ（３３）として形成されており、該中空シリンダ（３３）内に制御アクチュエータ（９）が格納されていることを特徴とする排気制御システム。

【請求項2】

前記排気圧制御装置（８）が排気圧制限装置を備える、請求項１記載の排気制御システム。

【請求項3】

前記排気絞り弁（４）が絞りフラップ（１２）を備える、請求項１又は２記載の排気制御システム。

【請求項4】

前記排気絞り弁（４）がちょう形の絞りフラップ（１３）を備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項5】

前記操作装置（６）が、２つの終端位置（１４，１５）をとる駆動部（１６）を有しており、該駆動部（１６）は、前記操作リンク（７）及び前記制御アクチュエータ（９）が前記排気絞り弁（４）を開放位置（１７）に維持する第１の終端位置（１４）を有しており、かつ前記排気絞り弁（４）は、前記駆動部（１６）の第２の終端位置（１５）では、前記制御アクチュエータ（９）及び前記圧力補償体積容器（３０）の排気圧（Ｐ_ｍ）によって規定される位置（１８）をとる、請求項１から４までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項6】

前記駆動部（１６）が、電磁式に運転されるピストン（１９）を備える、請求項５記載の排気制御システム。

【請求項7】

前記駆動部（１６）が、ハイドロリック式に運転されるピストン（１９）を備える、請求項５記載の排気制御システム。

【請求項8】

前記駆動部（１６）が、ニューマチック式に運転されるピストン（１９）を備える、請求項５記載の排気制御システム。

【請求項9】

前記制御アクチュエータ（９）が前記駆動部（１６）の前記ピストン（１９）に機械的に結合されている、請求項６から８までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項10】

前記駆動部（１６）が、作動シリンダ（２０）、ピストン（１９）、及び前記作動シリンダ（２０）の第１の非作動状態でばね弾性的に付勢されるプッシュロッド（２１）を有しており、前記作動シリンダ（２０）が、前記プッシュロッド（２１）とは反対側の端部（２２）においてジョイントを介して固定されている、請求項５から９までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項11】

前記制御アクチュエータ（９）が、ばね弾性的に付勢されるアクチュエータピストン（２４）と、該アクチュエータピストン（２４）に固定されるアクチュエータロッド（２５）とを備えるアクチュエータシリンダ（２３）を有しており、前記アクチュエータロッド（２５）が自由端（２６）において、前記排気絞り弁（４）の回転軸（２８）と協働するレバーアーム（２７）に枢設されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項12】

前記アクチュエータシリンダ（２３）が開口（２９）を有しており、該開口（２９）が前記圧力補償体積容器（３０）にニューマチック式に連通されており、該圧力補償体積容器（３０）の減圧された状態で、前記アクチュエータロッド（２５）に枢設された前記レバーアーム（２７）が最大の変位位置（ｘ_ｍ）を有しており、かつ前記圧力補償体積容器（３０）の圧力負荷された状態で、前記レバーアーム（２７）が、圧力に基づいて制御される変位位置（ｘ_ｐ）を有している、請求項１１記載の排気制御システム。

【請求項13】

前記排気通路（５）の前記絞り開口（１１）に圧力補償体積容器（３０）が配置されており、該圧力補償体積容器（３０）が圧力管路（３１）を介して前記アクチュエータシリンダ（２３）の前記開口（２９）に接続されている、請求項１２記載の排気制御システム。

【請求項14】

前記圧力補償体積容器（３０）及び前記制御アクチュエータ（９）が１つの共通の容器（３２）内に配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項15】

前記プッシュロッド（２１）が中空シリンダ（３３）として形成されており、該中空シリンダ（３３）が前記圧力補償体積容器（３０）を備える、請求項１から１４までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項16】

前記排気絞り弁（４）が内燃機関の排気マニホールドの下流かつすす粒子フィルタの上流に配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項17】

前記排気絞り弁（４）が内燃機関のすす粒子フィルタの下流かつマフラの上流に配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の排気制御システム。

【請求項18】

排気制御システムによる排気制御法であって、当該排気制御法が以下の方法ステップ、すなわち
排気絞り弁（４）を排気通路（５）内に設け、
該排気絞り弁（４）の開閉を行う操作リンク（７）を備える操作装置（６）であって、前記操作リンク（７）はプッシュロッド（２１）を有し、該プッシュロッド（２１）は、アクチュエータピストン（２４）とアクチュエータロッド（２５）とを有する制御アクチュエータ（９）のアクチュエータシリンダ（２３）を支持するようになっている操作装置（６）を設け、
前記排気絞り弁（４）の上流で前記排気通路（５）内に発生する脈動する排気圧（Ｐ_１）の排気圧制御装置（８）であって、前記排気圧（Ｐ_１）に応じて、前記操作リンク（７）を操作して前記排気絞り弁（４）を制御する制御アクチュエータ（９）を有する排気圧制御装置（８）を設ける、
という方法ステップを備え、
前記排気圧制御装置（８）は、前記プッシュロッド（２１）が突出する作動シリンダ（２０）内に駆動部（１６）を有し、前記プッシュロッド（２１）は中空シリンダ（３３）として形成されており、該中空シリンダ（３３）内に制御アクチュエータ（９）が格納されており、
前記排気絞り弁（４）の上流に絞り開口（１１）を設け、
該絞り開口（１１）は、脈動する排気圧（Ｐ_１）を、不変の容積を有する圧力補償体積容器（３０）に供給して、該脈動する排気圧（Ｐ_１）の圧力ピークを補償し、前記補償された排気圧（Ｐ_ｍ）を制御アクチュエータ（９）に供給し、
前記制御アクチュエータ（９）を備える操作リンク（７）は、駆動部（１６）の第１の終端位置（１４）で、前記排気絞り弁（４）を安定に開放位置（１７）に維持し、
かつ駆動部（１６）の第２の終端位置（１５）で、前記制御アクチュエータ（９）を備える操作リンク（７）は、前記排気絞り弁（４）を、前記圧力補償体積容器（３０）にかかっている圧力（Ｐ_ｍ）によって制御される安定な位置（１８）に維持することを特徴とする、排気制御システムによる排気制御法。

【請求項19】

排気絞りフラップ（４）の上流の圧力（Ｐ_１）を前記排気絞りフラップ（１２）の閉鎖位置（３４）で絞り開口（１１）を介して前記圧力補償体積容器（３０）に供給し、前記補償された排気圧（Ｐ_ｍ）を制御アクチュエータ（９）に供給し、該制御アクチュエータ（９）によって、前記補償された排気圧（Ｐ_ｍ）に基づいて前記排気絞りフラップ（４）を開放制御する、請求項１８記載の排気制御法。

【請求項20】

前記絞り開口（１１）及び前記圧力補償体積容器（３０）によってフィルタ作用を有する遅延要素を形成して、前記脈動する排気圧（Ｐ_１）の圧力ピークを解消又は除去するようにし、該フィルタ作用の特性を、前記排気絞りフラップ（１２）が、圧力に基づいて制御される安定な位置（１８）を占めるように、調整する、請求項１９記載の排気制御法。

【請求項21】

前記操作装置（６）の駆動部（１６）が、非作動であり、第１の終端位置（１４）を維持する限り、前記排気絞り弁（４）を第１の開放位置（１７）に維持する、請求項１８から２０までのいずれか１項記載の排気制御法。

【請求項22】

前記操作装置（６）の前記駆動部（１６）が、作動されて、前記制御アクチュエータ（９）が前記圧力補償体積容器（３０）の圧力（Ｐ_ｍ）によって制御される位置を占め、前記排気絞り弁（４）が対応して閉鎖位置（３４）から第２の、前記圧力に基づいて制御される安定な位置（１８）へと移動する、第２の終端位置をとると直ちに、前記排気絞り弁（４）の位置を第２の制御される安定な位置（１８）に維持する、請求項２１記載の排気制御法。

【請求項23】

前記駆動部（１６）によってピストン（１９）を作動シリンダ（２０）内で電磁式、ハイドロリック式又はニューマチック式に駆動し、第１の終端位置（１４）から第２の終端位置（１５）へと移動させる、請求項２１又は２２記載の排気制御法。

【請求項24】

前記排気絞り弁（４）の回転軸（２８）と協働するとともに、アクチュエータロッド（２５）の自由端（２６）に枢設されているレバーアーム（２７）を、アクチュエータシリンダ（２３）のアクチュエータピストン（２４）によって圧力に基づいて調節する、請求項１８から２３までのいずれか１項記載の排気制御法。

【請求項25】

前記アクチュエータシリンダ（２３）を、開口（２９）を介して前記圧力補償体積容器（３０）にニューマチック式に連通させて、該圧力補償体積容器（３０）の減圧された状態では、前記アクチュエータロッド（２５）に枢設された前記レバーアーム（２７）が、最大の変位位置（ｘ_ｍ）を占めるようにし、かつ前記圧力補償体積容器（３０）の圧力負荷された状態では、前記レバーアーム（２７）が、圧力に基づいて制御される変位位置（ｘ_ｐ）へと前記制御アクチュエータ（９）によって移動させられるようにする、請求項２４記載の排気制御法。

【請求項26】

前記排気絞り弁（４）を内燃機関の排気マニホールドの下流かつエンジンブレーキシステムのすす粒子フィルタの上流に配置し、前記排気マニホールド内の圧力（Ｐ_１）を、前記内燃機関内の最大で許容可能な圧力と、該圧力に基づく最大で許容可能な温度とが、燃料噴射がオフにされた状態での、エンジンブレーキプロセス時に超過されないように、前記排気絞り弁（４）を介して制御する、請求項１８から２５までのいずれか１項記載の排気制御法。

【請求項27】

前記排気絞り弁（４）を内燃機関のすす粒子フィルタの下流及びすす粒子フィルタ浄化システムのマフラの上流に配置し、前記排気通路（５）内の圧力（Ｐ_１）を、前記内燃機関内の最大で許容可能な圧力と、燃料噴射がオンにされた状態での、前記すす粒子フィルタ内の、前記圧力に基づく最大で許容可能な温度とが、すす粒子フィルタの浄化時に超過されないように、前記排気絞り弁（４）を介して制御する、請求項１８から２５までのいずれか１項記載の排気制御法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気制御システム及び排気制御法に関する。排気制御システムは、排気通路内に設けられる排気絞り弁と、操作リンクを備える排気絞り弁の操作装置とを備える。排気圧制御装置は、排気絞り弁の上流に発生する排気通路内の排気圧を制御する。排気絞り弁を備えるこの種の排気制御システムは、多方面で、内燃機関、有利には自動車の内燃機関において使用可能である。

【0002】

刊行物ＤＥ１９８２１１３０Ａ１において、この種の排気制御システムがエンジン堰止めブレーキ（Ｍｏｔｏｒｓｔａｕｂｒｅｍｓｅ）として機能し得ることが公知である。この場合、内燃機関からの排気の流動は、エンジンブレーキの出力の向上を達成するために、堰止めフラップ（Ｓｔａｕｋｌａｐｐｅ）によって遮断される。このために、排気管が可及的密に閉鎖されると同時に、噴射ポンプの圧送がゼロに切り換えられる。その際、原動機は、惰走する自動車によって駆動され、圧力は、原動機のコンプレッサ作用に基づいて上昇する。

【0003】

堰止めフラップの上流における圧力の上昇は、排気制御システムを設けなければ、原動機のシリンダ弁が不都合に押し開けられて、排気が他のシリンダに逆流することに至らしめる恐れがある。エンジンブレーキ特性を助成するためのこの種の堰止めフラップによる解決手段の別の危険は、付加的なシリンダ弁の押し開け後、より多くのガスが排気通路と個々のシリンダとの間で往復するように圧送されることにより、高い発熱が堰止めフラップの上流の温度を上昇させることにある。

【0004】

この圧力上昇及び温度上昇を制限するために、刊行物ＤＥ１９８２１１３０において、図７に示すような堰止めフラップあるいは絞りフラップ１２を備える排気制御システム５０が公知である。絞りフラップ１２は、圧力制限及び温度制限を達成するために、絞りフラップ１２上に配置されている圧力制限弁３５を備える。圧力制限弁３５は、閉鎖された状態にあるとき、弁フラップ３６によって、絞りフラップ１２に設けられた開口３７を予め付勢された状態で閉鎖状態に維持する。このプリロードは、図７に示すように、板ばね３８によって印加される。圧力制限弁３５の弁フラップ３６は、絞りフラップ１２の上流における許容可能な排気圧Ｐ_１が超過され、ひいては排気通路５の許容できない程高い温度Ｔ_１が生じると直ちに開弁する。これにより、圧力制限弁３５によって原動機は、制動期間中、過圧及び超過温度から保護される。

【0005】

刊行物ＵＳ４７５０４５９において、図８に示す、動圧を制限する排気制御システム４０が公知である。このために排気制御システム４０は、ちょう形の絞りフラップ（Ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ−Ｄｒｏｓｓｅｌｋｌａｐｐｅ）１３を備える。閉鎖された状態にあるちょう形の絞りフラップ１３のエッジ面は、領域４１において過圧弁４３の弁ヘッド４２によってシールされる。許容可能な上流側の排気圧Ｐ_１の超過時には、過圧弁４３がバイパスを開く。このバイパスを介して、過圧、ひいては温度の過昇を解消することができる。

【0006】

さらに、刊行物ＵＳ５３５５６７３において、図９に示すように、非対称的に配置される絞りフラップ１２とともに作業する排気制御システム６０が公知である。この排気制御システム６０では、絞りフラップ１２は、排気通路５の対称軸線の外に配置される回転軸２８周りに旋回可能である。非対称的に支承され、ばね部材を介して閉鎖状態に保持可能な絞りフラップ１２の閉鎖状態において、絞りフラップの上流の過圧時に、ばね弾性的なプリロードは克服され、予め付勢された絞りフラップ１２はギャップを開放する。このギャップを介して、絞りフラップ１２の上流の過圧、ひいては過昇した温度は解消可能である。

【0007】

これにより、公知の排気制御システムによって、原動機の最大の回転数時に、最大で許容可能な圧力が超過される恐れはない。これらの解決手段では、原動機の背圧が、公知の解決手段における閉鎖方向で働くばね機構を克服する開放力を及ぼしている。しかし、これらの解決手段は、絞りフラップ自体又は少なくとも制限弁が、排気通路内の脈動する圧力に基づいて常時振動するか、又はばたつくという欠点を有する。それというのも、ガスは一定の流れで原動機から放出されるわけではなく、断続的にあるいはバッチ状に、ピストンの行程に応じて放出されるからである。このことは、この種の排気制御システムの強い摩耗及び短い寿命に至り、かつ付加的に、強い騒音発生に至りかねない。

【0008】

本発明の課題は、背景技術における欠点を克服し、かつ閉鎖された排気絞りフラップの上流における圧力上昇を排気フラップ式ブレーキ（Ａｕｓｐｕｆｆｋｌａｐｐｅｎｂｒｅｍｓｅ）のために利用するだけでなく、圧力上昇に付随する排気通路内の排気絞り弁の上流における温度上昇を有利に利用する排気制御システムを提供することである。

【0009】

この課題は、独立請求項に記載の構成によって解決される。本発明の有利な形態は、従属請求項から看取される。

【0010】

本発明により排気制御システム及び排気制御法が提供される。排気制御システムは、排気通路内に設けられる排気絞り弁と、操作リンクを備える排気絞り弁の操作装置とを備える。排気圧制御装置は、排気絞り弁の上流に発生する排気通路内の排気圧を制御する。このために操作リンクは、圧力補償体積と協働する制御アクチュエータを備える。圧力補償体積は、排気絞り弁の上流に設けられる絞り開口にニューマチック式に連通されている。

【0011】

この排気制御システムの利点は、排気絞り弁の上流の圧力が絞り開口を介して補償体積に導入されており、この圧力が補償体積からアクチュエータへと導かれて、アクチュエータが、直接アクチュエータにかかっている圧力に基づいて、リンクを介して排気絞り弁を閉鎖位置から、圧力に基づいて制御される位置へと安定に移行させることができる点にある。補償体積と協働する絞り開口によって、有利には高周波の圧力ピークを大幅に、脈動する排気圧からフィルタリングする遅延要素（Ｖｅｒｚｏｅｇｅｒｕｎｇｓｇｌｉｄ）が生じる。排気絞り弁及び初期体積の適合によって、この遅延要素のフィルタ特性を、排気絞り弁の高周波のばたつきと、長期の過度に高い圧力とが、本発明に係る排気制御システムによって回避されるように調整することができる。補償体積によって、多少ゆっくりとした中等の圧力上昇が生じる。しかし、この圧力上昇は、付加的なシリンダ弁の押し開けには至らない。それというのも、操作リンクに設けられた制御アクチュエータが、排気圧制御、及び排気圧によって規定される排気温度制御を排気絞り弁の上流において可能とするからである。

【0012】

有利には、排気圧制御装置が排気圧制限装置を備える。排気圧制限装置は、排気絞り弁の上流の排気圧を制限することができる。

【0013】

圧力制御又は圧力制限のために、排気絞り弁は絞りフラップを有していてよい。絞りフラップは、旋回軸を介して操作リンクと協働し、ひいては制御アクチュエータとも協働する。絞りフラップの代わりに、排気絞り弁は、有利にはちょう形の絞りフラップを備える。ちょう形の絞りフラップは、完全に回転軸に関して対称的に構成されており、回転軸は、排気通路の対称軸線と絞り弁の領域において交わる。この種のちょう形の絞りフラップは、絞りフラップ軸における必要な調節力が最小で済むという利点を有する。

【0014】

本発明の有利な形態では、操作装置が、２つの終端位置をとる駆動部を有しており、駆動部は、操作リンク及び制御アクチュエータが排気絞り弁を開放位置に維持する第１の終端位置を有する。駆動部の第２の終端位置では、制御アクチュエータが有効となり、排気絞り弁は、圧力補償体積の排気圧によって惹起される位置に保持される。この位置は、補償体積内の均衡された圧力に基づいて完全に安定である。その結果、絞りフラップ、特にちょう形の絞りフラップのばたつきは発生しない。

【0015】

駆動部の２つの終端位置を実現するために、駆動部は、電磁式に運転されるピストンを備えていてよい。この種のソレノイドドライブは、比較的迅速にリンクの両終端位置間で可動であるという利点を有する。

【0016】

本発明の別の形態では、駆動部が、ハイドロリック式に運転されるピストンを備える。この種の駆動部は、両終端位置をとる際に減衰する可能性を有する。

【0017】

本発明の別の形態では、駆動部が、ニューマチック式に運転されるピストンを備える。この種のニューマチック式の駆動部は、リンクのための運動経過を有利には可変とすることができる。

【0018】

その際、制御アクチュエータは、駆動部のピストンに機械的に結合されている。この機械的な結合は、ピストンにおける制御アクチュエータの直接の固定と、対応するプッシュロッドを介した制御アクチュエータへの駆動部の運動の伝達とを包括する。その際、ピストンにおけるアクチュエータの直接の固定には、排気圧によって規定される排気絞り弁の位置のための、比較的大きな制御範囲が結び付く一方で、プッシュロッドによって、圧力に基づくリンクの変位を相応に減じることができる。

【0019】

ハイドロリック式又はニューマチック式の駆動部のために、操作装置は、作動シリンダ、ピストン、及び作動シリンダの第１の非作動状態でばね弾性的に付勢されるプッシュロッドを有している。その際、作動シリンダは、プッシュロッドに対向する端部においてジョイントを介して固定されている。このジョイントを介した固定は、有利には、プッシュロッドのストローク運動及び制御アクチュエータのストローク運動が直線状になされ、ジョイントを介してレバーアームに結合されている場合、開放位置から閉鎖位置及び閉鎖位置から開放位置への排気絞り弁の調節時の、排気絞り弁の回転軸周りのレバーアームの円運動を補償することができる。

【0020】

制御アクチュエータは、駆動ピストンを備える駆動部と類似に構成されていてよい。このために有利には、制御アクチュエータが、ばね弾性的に付勢されるアクチュエータピストンと、アクチュエータピストンに固定されるアクチュエータロッドとを備えるアクチュエータシリンダを有している。アクチュエータロッドの自由端は、排気絞り弁の回転軸と協働するレバーアームに枢設されている。その際、制御アクチュエータは、排気絞り弁が閉鎖位置にあり、排気絞り弁の上流において、過昇した圧力、及びこの圧力に基づいて過昇した温度が排気通路内に形成されて初めて有効となる。こうなって初めて、圧力補償体積は、排気絞り弁の上流に設けられる絞り開口を介して負荷され、付加的なシリンダ弁が押し開けられる恐れが生じる許容できないほど高い最大の圧力が形成された場合に、アクチュエータ又はアクチュエータピストンを運動させることができる。

【0021】

圧力補償体積とアクチュエータシリンダとの間の協働を可能にするために、アクチュエータシリンダは開口を有しており、開口は圧力補償体積にニューマチック式に連通されている。その際、圧力補償体積の減圧された状態では、アクチュエータロッドに枢設されたレバーアームが最大の変位位置を有しており、かつ圧力補償体積の圧力負荷された状態では、レバーアームが、圧力に基づいて制御される変位位置を有している。

【0022】

その際、実用的なことに、駆動部のプッシュロッドと制御アクチュエータのアクチュエータロッドとからなる操作リンクの長さは短縮される。既に上述したように、リンクのより大きな変位が必要な場合には、アクチュエータシリンダが直接駆動ピストン上に取り付けられていてよい。このことは、有利には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌｐａｒｔｉｋｅｌｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）の浄化にとって、原動機が作動し、かつ燃料噴射がオンであるときに、排気制御弁の上流におけるより高い温度変動を可能にするために、有利であり得る。

【0023】

本発明の有利な形態では、排気絞り弁の上流に設けられる排気通路の絞り開口に圧力補償体積容器が配置されており、圧力補償体積容器は、圧力管路を介してアクチュエータシリンダの開口に接続されている。その際、この圧力管路は、操作リンクの運動、ひいてはアクチュエータシリンダの運動に従動することができるように、フレキシブルに構成されている。

【0024】

本発明の別の有利な形態では、圧力補償体積及び制御アクチュエータが１つの共通の容器内に配置されている。このことは、排気制御システムの部品点数を減じることができるという利点を有する。このことは、保管コスト、交換部品コスト及び組立コストの面で有利である。

【0025】

さらに、プッシュロッドは中空シリンダとして形成されていてよく、中空シリンダは制御アクチュエータを備える。これにより、この種の中空シリンダは、直接駆動部の駆動ピストンに設置されるので、中空シリンダの長さは、排気絞りシステムを操作するためのレバーアームにおける可能な最大のアクチュエータストロークを規定する。さらに、プッシュロッドとして形成される中空シリンダは、制御アクチュエータ及び圧力補償体積のための１つの共通のハウジングを形成することができる。この場合、排気制御システムのために準備しなければならない部品点数は、プッシュロッドが省略されるだけでなく、中空シリンダが同時に、駆動シリンダ内の駆動部のためのピストンを形成することもできるので、さらに減じられる。

【0026】

さらに、排気絞り弁は、内燃機関の排気マニホールドの下流かつＤＰＦの上流に配置されていてよい。この場合、排気絞り弁は、排気制御システムと協働して排気絞りフラップ式ブレーキ（Ａｕｓｐｕｆｆｄｒｏｓｓｅｌｋｌａｐｐｅｎｂｒｅｍｓｅ）として役立つ。排気絞りフラップ式ブレーキは、原動機への燃料の噴射が停止されたときに、作動可能である。他方、排気絞り弁は、内燃機関のＤＰＦの下流かつマフラ（Ａｕｓｐｕｆｆｔｏｐｆ）の上流に配置されていてもよい。この場合、排気通路内の圧力上昇に伴う排気温度の上昇を、例えばＤＰＦを加熱によって浄化するために利用することができる。この場合、原動機への燃料の噴射プロセス又は噴射は停止されない。

【0027】

この種の浄化は、周期的に走行運転中になされても、原動機の作動時に車両の停止状態においてなされてもよい。この場合、原動機がコンプレッサとして作動するのではなく、むしろ高温の排気を提供するので、制御アクチュエータの、圧力に基づくより大きな変位は、本発明の以下に説明する実施の形態の１つが可能とするように、例えば走行中の車両においてＤＰＦの浄化のための最適な温度サイクルを実施することができるようにするために、有益である。

【0028】

排気制御システムを備える排気制御法は、以下の方法ステップを備える。まず、操作装置の操作リンクを介して調節可能な排気絞り弁を排気通路内に設ける。さらに、排気絞り弁の上流で排気通路内に発生する脈動する排気圧の排気圧制御装置を用意する。排気絞り弁の上流に付加的に絞り開口を設け、絞り開口から脈動する排気圧を圧力補償体積に供給して、脈動する排気圧の圧力ピークを補償し、この補償された排気圧を制御アクチュエータに供給する。

【0029】

その際、制御アクチュエータを備える操作リンクは、駆動部の第１の終端位置で、排気絞り弁を安定に開放位置に維持する。駆動部の第２の終端位置では、制御アクチュエータを備える操作リンクは、排気絞り弁を、圧力補償体積にかかっている圧力によって制御される安定な位置に維持する。このような排気制御法は、有利には、排気フラップ式ブレーキのためにも、ＤＰＦの浄化法及び再生法のために使用され得る。

【0030】

この排気制御法では、排気絞りフラップの上流の圧力を排気絞りフラップの閉鎖位置で絞り開口を介して圧力補償体積に供給し、この補償された排気圧をアクチュエータに供給し、アクチュエータによって、補償された排気圧に基づいて排気絞りフラップを開放制御する。その際、絞り開口及び圧力補償体積によってフィルタ作用を有する遅延要素を形成して、脈動する排気圧の圧力ピークを解消又は除去するようにし、このフィルタ特性を、排気絞りフラップが、圧力に基づいて制御される安定な位置を占めることができるように、調整する。

【0031】

この排気制御法では、操作装置の駆動部が非作動であり、第１の終端位置を維持する限り、第１の開放位置を排気絞り弁により維持する。操作装置の駆動部が、作動されて、制御アクチュエータが圧力補償体積の圧力によって制御される位置を有する、第２の終端位置をとると直ちに、排気絞り弁を対応して閉鎖位置から第２の、圧力に基づいて制御される安定な位置へと移動させる。

【0032】

その際、駆動部によってピストンを作動シリンダ内で電磁式、ハイドロリック式又はニューマチック式に駆動し、第１の終端位置から第２の終端位置へと移動させることができる。

【0033】

方法の有利な実施に際しては、排気絞り弁の回転軸と協働するとともに、アクチュエータロッドの自由端に枢設されているレバーアームを、アクチュエータシリンダのアクチュエータピストンによって圧力に基づいて調節する。このために、アクチュエータシリンダを開口を介して圧力補償体積にニューマチック式に連通させる。圧力補償体積の減圧された状態では、アクチュエータロッドに枢設されたレバーアームが、最大の変位位置を占めるようにし、かつ圧力補償体積の圧力負荷された状態では、レバーアームが、圧力に基づいて制御される変位位置へと制御アクチュエータによって移動させられるようにする。

【0034】

排気制御法は、排気絞り弁を内燃機関の排気マニホールドの下流かつエンジンシステムのすす粒子フィルタ（Ｒｕｓｓｐａｒｔｉｋｅｌｆｉｌｔｅｒ）の上流に配置し、排気マニホールド内の圧力を、内燃機関内の最大で許容可能な圧力と、圧力に基づく最大で許容可能な温度とが、燃料噴射がオフにされた状態での、相応のブレーキプロセス時に超過されないように、排気絞り弁を介して制御すると、エンジンブレーキ倍力として使用することができる。

【0035】

さらに、排気制御法は、ＰＤＦを浄化するために排気通路を加熱するために使用することができる。このために、排気絞り弁を内燃機関のすす粒子フィルタの下流及びマフラの上流に配置し、排気通路内の圧力を、内燃機関内の最大で許容可能な圧力と、燃料噴射がオンにされた状態での、ＤＰＦ内の、圧力に基づく最大で許容可能な温度とが、ＤＰＦの浄化時に超過されないように、排気絞り弁を介して制御する。

【0036】

以下に、本発明について添付図面を参照しながら詳説する。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る排気制御システムの原理図である。

【図2】駆動部のピストンが第１の終端位置にある、図１に示した排気制御システムの原理図である。

【図3】駆動部のピストンが第２の終端位置にある、図１に示した排気制御システムの原理図である。

【図4】ピストンが第２の終端位置にあり、制御アクチュエータが作動されている、図１に示した排気制御システムの原理図である。

【図5】本発明の第２の実施の形態に係る排気制御システムの原理図である。

【図6】本発明の第３の実施の形態に係る排気制御システムの原理図である。

【図7】背景技術における排気制御システムの原理図である。

【図8】背景技術における別の排気制御システムの原理図である。

【図9】背景技術における付加的な排気制御システムの原理図である。

【0038】

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る排気制御システム１の原理図を示す。排気制御システム１は、排気通路５内に排気絞り弁４を備える。排気絞り弁４は、回転軸２８周りに矢印方向Ａ及びＢで、開放位置から閉鎖位置へ、かつ閉鎖位置から開放位置へと運動可能である。このために、外方に案内された回転軸２８にレバーアーム２７が固定されており、レバーアーム２７は、ジョイントを介してあるいはヒンジ式に、制御装置８に結合されている。制御装置８は、駆動部１６を作動シリンダ２０内に有している。作動シリンダ２０からプッシュロッド２１が突出している。

【0039】

プッシュロッド２１は、制御アクチュエータ９を支持している。制御アクチュエータ９からアクチュエータロッド２５が突出しており、アクチュエータロッド２５は、自由端２６において、ジョイントを介してあるいはヒンジ式に、排気絞り弁４のレバーアーム２７に結合されている。レバーアーム２７は、本実施の形態ではちょう形の絞りフラップ１３として形成されている絞りフラップ１２を調節するために円運動を行うので、操作装置６の操作リンク７は、ジョイントを介してあるいはヒンジ式に、固定点４５において駆動部１６の作動シリンダ２０の一端２２によって支持されている。

【0040】

駆動部１６には、本発明の本実施の形態ではニューマチック式に、フレキシブルな圧力管路４４を介して作動のために矢印方向Ｃで圧縮空気が供給される。圧縮空気は、圧縮空気供給管路４６と、電気的に運転される二路切換器（Ｚｗｅｉｗｅｇｅｓｃｈａｌｔｅｒ）３９とを介して供給される。二路切換器３９がオフにされると、圧縮空気は、作動シリンダ２０から圧力管路４４を介して矢印方向Ｄで、かつ二路切換器３９の圧力逃がし開口４７を介して矢印方向Ｅで逃がされる。駆動部１６とアクチュエータ９との間の協働について、以下の図面を参照しながら詳説する。

【0041】

アクチュエータ９を操作するために、排気絞り弁４の上流に絞り開口１１が配置されている。絞り開口１１は圧力補償体積１０の供給を行う。圧力補償体積１０は、圧力補償体積容器３０内に蓄えられており、圧力管路３１を介して制御アクチュエータ９の開口２９にニューマチック式に連通されている。排気通路５の図示した部分は、内燃機関のブレーキ倍力のために、内燃機関の排気マニホールドの下流に配置されていてもよいし、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の加熱のために、ＤＰＦの下流に、既存の排気通路内に組み込まれてもよい。

【0042】

両事例において、排気絞り弁４が閉鎖位置をとるときは、排気絞り弁４の上流の圧力Ｐ_１及び温度Ｔ_１は、排気絞り弁４の下流の圧力Ｐ_２及び温度Ｔ_２に対して上昇する。排気絞り弁４の開放位置では、排気絞りフラップ１２が開放位置において低い流動抵抗を示すように構成されていることによって、Ｐ_１とＰ_２との間の可及的小さな圧力差が生じることが望ましい。

【0043】

図２は、駆動部１６のピストン１９が第１の終端位置１４にある、図１に示した排気制御システム１の原理図を示す。このために駆動部１６は、内部でピストン１９がコイルばね部材４８によって第１の位置１４へと押圧される作動シリンダ２０を有している。同時に、ピストン１９に固定されたプッシュロッド２１は、作動シリンダ２０内に引き込まれている。ピストン１４のための戻し部材としてのコイル部材４８の代わりに、この戻し機能は、図２に示したコイル部材４８の領域に圧力を導入することによって保証されてもよい。この圧力導入は、コイルばね４８によるプリロードに対して、プッシュロッド２１が衝撃的に作動シリンダ内に引き込まれず、制御された状態で作動シリンダ内に後退可能であるという利点を有している。

【0044】

図２に示したニューマチック式の駆動部１６の代わりに、ピストン１９を電磁式の駆動部又はハイドロリック式の駆動部によって運動させてもよい。本発明の本第１の実施の形態では、ピストンロッド２１の端部に制御アクチュエータ９が配置されている。制御アクチュエータ９自体は、アクチュエータシリンダ２３、アクチュエータピストン２４及びアクチュエータロッド２５を備える。アクチュエータピストン２４は、コイルばね部材４９によって最大の変位位置ｘ_ｍでアクチュエータシリンダ２３内に保持され、かつ駆動部１６及び制御アクチュエータ９のこの非作動状態において、自由端２６でもってレバーアーム２７に枢設されているアクチュエータロッド２５を介して、排気絞り弁４の絞りフラップ１２が開放位置１７に保持されるようにしている。

【0045】

駆動ピストン１９が駆動部１６の作動によって、図２には示されていない第２の終端位置にもたらされる場合には、作動シリンダ２０がプッシュロッド２１とは反対側の端部２２において固定点４５に対して可動に配置されているので、レバーアーム２７は、矢印方向Ｇでの円運動に従う。排気通路５内の圧力及び温度は、絞りフラップ１２の上流と下流とでほぼ等しい。排気通路５内のこの通常の排気圧では、アクチュエータシリンダ２３に設けられた開口２９と圧力管路３１とを介して補償体積容器３０内の補償体積１０に連通されている制御アクチュエータ９は、絞り開口１１を介して圧力補償体積１０が排気通路に連通されているにもかかわらず、作動しない。

【0046】

図３は、駆動部１６のピストン１９が第２の終端位置１５にある、図１に示した排気制御システム１の原理図を示す。このために、圧縮空気は、矢印方向Ｃで作動シリンダ２０内に押し込まれ、コイルばね部材４８は、ピストン１９によって、ストッパ部材５１によって作動シリンダ２０内に規定されている第２の終端位置１５まで圧縮される。プッシュロッド２１及びアクチュエータロッド２５は、ピストン１９のこの第２の終端位置において、レバーアーム２７を介して絞りフラップ１２が閉鎖位置に移動するように働く。

【0047】

絞りフラップ１２の上流では排気通路５内の圧力Ｐ_１が上昇する。しかし、この圧力Ｐ_１は、時間的に一定でなく、脈動状あるいはパルス状に、閉鎖された絞りフラップ１２に作用する。絞り開口１１を介して、この脈動する排気圧が補償体積１０へと供給される。補償体積１０は、フィルタのように働いて、Ｐ_１の圧力ピークを平滑化するか、あるいは濾波する。これにより、圧力管路３１を介して、補償された圧力がアクチュエータシリンダ２３内に、アクチュエータシリンダ２３の開口２９を介して押し込まれる。臨界的な、あるいは最大で許容可能な圧力が超過されない限り、絞りフラップ１２は、この閉鎖位置３４にとどまり、アクチュエータピストンは、図３に示した位置、すなわちアクチュエータの最大の変位位置ｘ_ｍにとどまる。

【0048】

図４は、ピストン１９が第２の終端位置１５にあり、制御アクチュエータ９が作動されている、図１に示した排気制御システム１の原理図を示す。圧力補償容器３０の圧力補償体積１０内の平均された圧力Ｐ_ｍが閾値を超過すると、圧力管路３１を介してアクチュエータシリンダ２３内の開口２９がアクティブ化され、アクチュエータピストン２４は、圧力に基づく変位ｘ_ｐを経る。その結果、アクチュエータロッド２５は、操作リンク７の全長を短縮する。これにより、絞りフラップ１２は、第２の、圧力に基づく位置１８にもたらされ、排気流を矢印方向Ｆで絞りフラップ１２と排気通路壁との間のギャップを通して流動させることができる。この排気流は、絞りフラップ１２の上流の圧力Ｐ_１が許容可能な一定の高さに維持されるようにする。

【0049】

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る排気制御システム２の原理図を示す。前述の図面に示したものと同じ機能を有する部材には、同じ符号を付し、特別に説明することはしない。本発明の本第２の実施の形態においては、作動シリンダ２０のピストン１９の第２の終端位置１５のみを示す。本第２の実施の形態は、図１〜図４に示した本発明の第１の実施の形態とは、補償体積１０及び制御アクチュエータ９が１つの共通のハウジング３２内に配置されている点で相違する。この共通のハウジング３２は、圧力補償体積１０で満たされている領域と、アクチュエータピストン２４がアクチュエータシリンダ２３内で可動である領域とを有している。両領域は、開口２９を介して互いにニューマチック式に連結されている。本実施の形態の利点については、上で既に説明したので、再度の言及は不要である。

【0050】

図６は、作動シリンダ２０内の駆動部１６のピストン１９が第２の終端位置１５にある、本発明の第３の実施の形態に係る排気制御システム３の原理図を示す。第３の実施の形態でも、前述の図面に示したものと同じ機能を有する部材には、同じ符号を付し、特別に説明することはしない。前述の実施の形態との相違は、プッシュロッド２１の代わりに、本実施の形態では中空シリンダ３３が設けられている点にある。中空シリンダ３３内には、圧力補償体積１０と制御アクチュエータ９とが収容されている。この中空シリンダ３３は、直接駆動ピストン１９に固定されているので、アクチュエータロッド２５の運動のための、明らかに大きな最大の変位位置ｘ_ｍが可能となる。このような拡大は、ＤＰＦの浄化のために使用したい本発明に係る排気制御システムにとって、とりわけこの浄化及び排気通路５内での排気の絞りが原動機の作動時及び噴射のオン時に経過するためになおさらのこと、有利である。このために、排気絞り弁４は、ＤＰＦの下流かつ内燃機関の図示されていない排気チャンバ（Ａｂｇａｓｔｏｐｆ）の上流における排気系の領域に配置されている。この排気制御システム３は、定置の原動機の、船舶原動機の、又は発電機及びレール車両のディーゼル駆動ユニットのためのディーゼルパティキュレートフィルタの浄化のために使用可能である。

【0051】

図７〜図９は、従来技術の排気制御システム４０，５０，６０の形態を示すものであり、導入部において既に説明したので、この項での繰り返しは省略可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ 排気制御システム（第１の実施の形態）
２ 排気制御システム（第２の実施の形態）
３ 排気制御システム（第３の実施の形態）
４ 排気絞り弁
５ 排気通路
６ 操作装置
７ 操作リンク
８ 制御装置
９ 制御アクチュエータ
１０ 圧力補償体積
１１ 絞り開口
１２ 絞りフラップ
１３ ちょう形の絞りフラップ
１４ 駆動部の第１の終端位置
１５ 駆動部の第２の終端位置
１６ 駆動部
１７ 開放位置
１８ 圧力に基づいて制御される安定な位置
１９ ピストン
２０ 駆動部の作動シリンダ
２１ 駆動部のプッシュロッド
２２ 作動シリンダの枢設される端部
２３ アクチュエータシリンダ
２４ アクチュエータピストン
２５ アクチュエータロッド
２６ アクチュエータロッドの自由端
２７ 排気絞り弁のレバーアーム
２８ 排気絞り弁の回転軸
２９ アクチュエータシリンダの開口
３０ 圧力補償体積容器
３１ 圧力管路
３２ ハウジング又は容器
３３ 中空シリンダ
３４ 閉鎖位置
３５ 圧力制限弁
３６ 弁フラップ
３７ 開口
３８ 板ばね
３９ 切換器
４０ 排気制御システム（従来技術）
４１ 領域
４２ 弁ヘッド
４３ 過圧弁
４４ 圧力管路
４５ 固定点
４６ 圧縮空気供給管路
４７ 圧力逃がし開口
４８ コイルばね部材
４９ コイルばね部材
５０ 排気制御システム（従来技術）
５１ ストッパ部材
６０ 排気制御システム（従来技術）
Ｐ_ｍ 補償された排気圧
Ｐ_１ 排気圧（弁の上流）
Ｐ_２ 排気圧（弁の下流）
Ｔ_１ 排気温度（弁の上流）
Ｔ_２ 排気温度（弁の下流）
ｘ_ｍ 最大の変位位置
ｘ_ｐ 圧力に基づく変位位置
Ａ〜Ｇ 矢印方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】