EP2276914A1 - Abgasregelsystem und abgasregelverfahren - Google Patents

Abgasregelsystem und abgasregelverfahren

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EP2276914A1
EP2276914A1 EP09712598A EP09712598A EP2276914A1 EP 2276914 A1 EP2276914 A1 EP 2276914A1 EP 09712598 A EP09712598 A EP 09712598A EP 09712598 A EP09712598 A EP 09712598A EP 2276914 A1 EP2276914 A1 EP 2276914A1
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exhaust
pressure
exhaust gas
throttle valve
gas control
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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    • Y10T137/2622—Bypass or relief valve responsive to pressure downstream of outlet valve

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas control system and an exhaust gas control method.
  • the exhaust gas control system has an exhaust throttle valve in an exhaust passage and an actuator of the exhaust throttle valve with an actuating linkage.
  • An exhaust gas pressure regulating device regulates the exhaust gas pressure occurring in the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve.
  • Such an exhaust gas control system with an exhaust throttle valve can be used versatile in internal combustion engines, preferably in internal combustion engines of motor vehicles.
  • an exhaust gas control system 50 as shown in Figure 7 with a damper or throttle valve 12 known.
  • the throttle valve 12 has, in order to achieve a pressure and temperature limitation, a pressure relief valve 35 which is arranged on the throttle valve 12.
  • the pressure limiting valve 35 holds in the closed state with a valve flap 36 an opening 37 in the throttle valve 12 biased closed.
  • the bias voltage is, as Figure 7 shows, applied by a leaf spring 38.
  • the valve flap 36 of the pressure limiting valve 35 opens as soon as an admissible exhaust gas pressure Pi upstream of the throttle valve 12 is exceeded and thus also an inadmissibly high temperature Ti of the exhaust gas duct 5 would set.
  • the motor is protected in a braking phase from overpressure and overtemperature.
  • the exhaust gas control system 40 has a butterfly valve 13.
  • An edge surface of the butterfly throttle valve 13 in the closed state is sealed in a region 41 by a valve head 42 of a pressure relief valve 43.
  • the overpressure valve 43 opens a bypass via which an overpressure and thus also a temperature increase can be reduced.
  • an exhaust gas control system 60 as shown in Figure 9 which with a asymmetrically arranged throttle 12, works.
  • the throttle valve 12 is pivotable about an axis of rotation 28 arranged outside the axis of symmetry of the exhaust gas duct 5.
  • the spring bias is overcome at an overpressure upstream of the throttle and the biased throttle valve 12 releases a gap over which the overpressure and thus an excessive Temperature upstream of the throttle valve 12 can be reduced.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages in the prior art and to provide an exhaust gas control system that not only uses the pressure rise upstream of a closed exhaust throttle valve for an exhaust damper brake, but also advantageously uses the associated with the pressure rise temperature rise in the exhaust passage upstream of an exhaust throttle valve , This object is achieved with the subject of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • an exhaust gas control system and an exhaust gas control method are provided.
  • the exhaust gas control system has an exhaust throttle valve in an exhaust passage and an actuator of the exhaust throttle valve with an actuating linkage.
  • An exhaust gas pressure regulating device regulates the exhaust gas pressure occurring upstream of the exhaust throttle valve in the exhaust gas passage.
  • the actuating linkage on a crizak- tuatorik which cooperates with a pressure compensation volume.
  • the pressure compensation volume is pneumatically connected to a throttle opening upstream of the exhaust throttle valve.
  • An advantage of this exhaust gas control system is that the pressure upstream of the exhaust throttle valve is introduced via the throttle opening in a compensating volume and is directed from there to an actuator, depending on the pressure applied directly to the actuator via the linkage the exhaust throttle valve from a closed position into a Pressure-controlled position can stably transfer.
  • the throttle opening in cooperation with the compensation volume creates a delay element, which filters out high-frequency pressure peaks largely from the pulsating exhaust gas pressure in an advantageous manner.
  • the Filterv ⁇ rhalten this delay element can be adjusted so that both a high-frequency fluttering of the exhaust throttle valve and a long-term excessive pressure with the exhaust gas control system according to the invention is avoided.
  • the equalization volume creates a slightly slower mean pressure rise, however does not lead to the pressurization of additional cylinder valves, since the crizaktuatorik on the actuating linkage allows an exhaust pressure and an exhaust gas pressure determined exhaust gas temperature control upstream of the exhaust throttle valve.
  • the exhaust gas pressure regulating device preferably has an exhaust gas pressure limiting device, which makes it possible to limit the exhaust gas pressure upstream of the exhaust gas throttle valve.
  • the exhaust throttle valve may have a throttle valve, which cooperates via a pivot axis with the actuating linkage and thus also with the crizaktuatorik.
  • the exhaust throttle valve preferably has a butterfly
  • Throttle on which is designed completely symmetrical to a rotation axis, wherein the axis of rotation coincides with an axis of symmetry of the exhaust passage in the region of the throttle valve.
  • a butterfly throttle valve has the advantage that the required adjustment forces on the throttle valve axis are minimal.
  • the actuating device has a two end positions engaging drive with a first end position, wherein the actuating linkage and the Regelaktuatorik hold the exhaust throttle valve in an open position.
  • the actuating linkage and the crizaktuatorik hold the exhaust throttle valve in an open position.
  • the crizaktuatorik is effective and maintained the ⁇ bgas- throttle valve in a conditional by the exhaust pressure of the pressure equalization volume position. This position is completely stable due to the equalized pressure in the compensation volume, so that a flutter of a throttle valve pe, in particular a butterfly throttle, does not occur.
  • the drive may have an electromagnetically operated piston.
  • Such solenoid drives have the advantage that they can move relatively quickly between the two end positions of the linkage.
  • the drive has a hydraulically operated piston, wherein such a drive has the possibility of a damped Einneh- men of the two end positions.
  • the drive has a pneumatically operated piston, wherein such a pneumatic drive in its sequence of movements for the linkage can be varied in an advantageous manner.
  • the crizaktuatorik is mechanically connected to the piston of the drive.
  • This mechanical connection includes both a direct fixing of the control actuator on the piston and a transmission of the movement of the drive via a corresponding push rod to the Regelaktu- atorik.
  • a direct fixation of the actuators on the piston a relatively large control range for the exhaust pressure-related position of the exhaust throttle valve can be connected, while with the aid of a push rod the pressure-dependent deflection of the linkage can be correspondingly reduced.
  • the actuating device for a hydraulic or pneumatic drive, it is provided that the actuating device a Stellzylin-, a piston and in a first inactive state the adjusting cylinder has resiliently biased push rod.
  • the actuating cylinder is articulated with one end opposite to the push rod. This articulated fixation can advantageously compensate for a circular movement of a lever arm about the axis of rotation of the exhaust throttle valve when adjusting the exhaust throttle valve from an open position to a closed position and vice versa, if both the lifting movement of the push rod and the lifting movement of the Regelaktuatorik done in a straight line and a joint connected to the lever arm.
  • the crizaktuatorik can be constructed similar to the drive with drive piston.
  • the control actuator system preferably has an actuator cylinder with a spring-biased actuator piston and an actuator rod fixed to the actuator piston.
  • the free end of the actuator rod is articulated to a lever arm which cooperates with an axis of rotation of the exhaust throttle valve.
  • the crizaktuatorik only becomes effective when the exhaust throttle valve is in a closed position and upstream of the exhaust throttle valve, an excessive pressure and a pressure-dependent excessive temperature builds up in the exhaust passage.
  • this has an opening which is pneumatically connected to the pressure compensation volume. It has in a reduced pressure state of Pressure equalization volume of the hinged to the Aktuatorikstange lever arm maximum deflection and in a pressurized state of the pressure compensation volume, the lever arm to a pressure-dependent controlled deflection.
  • a pressure compensation volume container is arranged at the throttle opening of the exhaust gas passage upstream of the exhaust throttle valve, which is connected via a pressure line with the opening of the Aktuatorikzylin- ders.
  • this pressure line is designed to be flexible in order to follow the movements of the actuating linkage and thus the movements of Aktuatorikzylinders.
  • the pressure compensation volume and the Regelaktuatorik are arranged in a common container -
  • Such a hollow cylinder sits so directly on the drive piston of the drive, so that the length of the hollow cylinder determines the possible maximum Aktuatorikhub on the lever arm for actuating the exhaust throttle system.
  • the hollow cylinder designed as a push rod can form a common housing for both the crizaktuatorik and the pressure equalization volume. In this case, the number of components to be provided for the exhaust gas control system is further reduced, since not only the push rod is eliminated, but also the hollow cylinder can simultaneously form the piston for driving in the drive cylinder.
  • the exhaust throttle valve is arranged downstream of an exhaust manifold of an internal combustion engine and upstream of a DPF.
  • the exhaust throttle valve in cooperation with the exhaust control system, serves as an exhaust throttle brake which can be activated when the injection of fuel into the engine is shut off.
  • the exhaust throttle valve may be located downstream of a DPF of an internal combustion engine and upstream of a muffler.
  • Such cleaning can be done both periodically while driving and done with the engine running in the holding state of the vehicle. Since in this case the engine is not as On the contrary, as the supercharger operates, but rather supplies hot exhaust gases, a larger pressure dependent deflection of the control actuator is helpful, as one of the embodiments of the invention described below allow for an optimal temperature cycle for cleaning the DPF, for example when the vehicle is moving.
  • An exhaust gas control method with an exhaust gas control system has the following method steps. First, an exhaust gas throttle valve is provided in an exhaust passage, which is adjustable via an actuating linkage of an actuating device. Further, an exhaust pressure control device of the pulsating exhaust gas pressure occurring upstream of the exhaust throttle valve in the exhaust passage is provided. Upstream of the exhaust throttle valve, a throttle opening is additionally provided, which supplies the pulsating exhaust gas pressure to a pressure compensation volume, which compensates for pressure peaks of the pulsating exhaust gas pressure and supplies the balanced exhaust gas pressure to a Regelaktuatorik.
  • the throttle opening and the pressure compensation volume form a delay element with a filter effect in which pressure peaks of the pulsating exhaust gas pressure are reduced or filtered out, wherein the filter behavior is adjusted so that the exhaust throttle valve can assume a pressure-dependent controlled stable position.
  • a first open position is held by the exhaust throttle valve in this exhaust gas control method as long as a drive of an actuator is inactive and maintains a first end position.
  • the drive of the actuator is activated and assumes a second end position, in which the crizaktuatorik has a regulated by the pressure of the pressure compensation volume position, the exhaust throttle valve is accordingly moved from a closed position to a pressure-dependent second controlled stable position.
  • the drive electromagnetically, hydraulically or pneumatically drive a piston in a control cylinder and move from a first end position to a second end position.
  • a lever arm which cooperates with an axis of rotation of the exhaust throttle valve and is articulated on a free end of an actuator rod, is adjusted in a pressure-dependent manner by an actuator piston of an actuator cylinder.
  • the actuator cylinder is connected via an opening with the pressure compensation volume pneumatics. connected.
  • the lever arm articulated on the actuator rod assumes a maximum deflection and, in a pressurized state of the pressure compensation volume, the lever arm is moved into a pressure-dependent controlled deflection by the control actuator.
  • the exhaust gas control method may be used as an engine brake boost when the exhaust throttle valve is located downstream of an exhaust manifold of an internal combustion engine and upstream of a soot particulate filter of an engine system and the pressure in the exhaust manifold is controlled via the exhaust throttle valve such that a maximum allowable pressure in the engine and a pressure-dependent maximum allowable Temperature at shutdown fuel injection at a corresponding braking operation are not exceeded.
  • the exhaust throttle valve is downstream of a
  • Soot particulate filter of an internal combustion engine and arranged upstream of a muffler and regulated the pressure in the exhaust passage via the exhaust throttle valve that a maximum allowable pressure in the engine and with fuel injection switched not exceeded a pressure-dependent maximum allowable temperature in the DPF when cleaning the DPF become.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an exhaust gas control system of a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the exhaust gas control system according to FIG. 1 in a first end position of a piston of a drive
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the exhaust gas control system according to FIG. 1 in a second end position of the piston of the drive;
  • Figure 4 shows a schematic diagram of the exhaust gas control system according to Figure 1 in a second end position of the piston with activated crizaktuatorik;
  • Figure 5 shows a schematic diagram of an exhaust gas control system of a second embodiment of the invention
  • Figure 6 is a schematic diagram of an exhaust control system of a third embodiment of the invention.
  • Figure 7 shows a schematic diagram of an exhaust control system according to the prior art
  • Figure 8 shows a schematic diagram of another exhaust control system according to the prior art
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of an additional emission control system according to the prior art.
  • the exhaust gas control system 1 shows a schematic diagram of an exhaust gas control system 1 of a first embodiment of the invention.
  • the exhaust gas control system 1 has an exhaust gas throttle valve 4 in an exhaust gas duct 5 which is moved from an open position into a closed position and vice versa around an axis of rotation 28 in the directions of the arrows A and B. can be moved.
  • a lever arm 27 is fixed to the outwardly guided rotation axis 28, which is pivotally connected to a control device 8.
  • the control device 8 comprises a drive 16 in a control cylinder 20 from which a push rod 21 protrudes.
  • the push rod 21 carries a crizaktuatorik 9, from which an actuator rod 25 protrudes, which is connected at its free end 26 hingedly connected to the lever arm 27 of the exhaust throttle valve 4. Since the lever arm 27 for adjusting the throttle valve 12, which is designed here as a butterfly throttle 13 performs a circular motion, the actuating linkage 7 an actuator 6 articulated at a fixed point 45 with one end 22 of the actuating cylinder 20 of the drive 16 from.
  • the drive 16 is supplied in this embodiment of the invention pneumatically via a flexible pressure line 44 for activation in the direction of arrow C with compressed air, which is supplied via a compressed air supply line 46 and an electrically operated two-way switch 39.
  • compressed air is discharged from the actuating cylinder 20 via the pressure line 44 in the direction of arrow D and the pressure release port 47 of the two-way switch 39 in the direction of arrow E.
  • a throttle opening 11 is arranged upstream of the exhaust gas throttle valve 4, which supplies a pressure compensation volume 10, which is stored in a pressure compensation volume tank 30 and via a pressure line 31 with an opening 29 of the Regelaktuatorik. 9 is pneumatically connected.
  • the section of an exhaust gas duct 5 shown here may be arranged downstream of an exhaust manifold of the internal combustion engine for brake boosting of an internal combustion engine or may be installed downstream of the DPF in an existing exhaust duct for heating a diesel particulate filter (DPF).
  • DPF diesel particulate filter
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the exhaust gas control system 1 according to FIG. 1 in a first end position 14 of a piston 19 of the drive 16.
  • the drive 16 has the actuating cylinder 20, in which the piston 19 is pressed by a helical spring element 48 into the first position 14, at the same time the push rod 21 attached to the piston 19 is retracted into the actuating cylinder 20.
  • this reset function can also be ensured by a pressure feed line in the region of the screw 48 shown here. This has the advantage over a bias voltage by a helical spring 48, that the push rod 21 is not suddenly pulled into the Stellzy- cylinder, but controlled in the actuating cylinder can be moved back.
  • the piston 19 can also be moved by means of an electromagnetic drive or a hydraulic drive.
  • the Regelaktuatorik 9 is arranged at the end of the piston rod 21, which in turn has a Aktuatorikzylinder 23, a Aktuatorikkolben 24 and an actuator rod 25.
  • the Aktuatorikkolben 24 is held by a helical spring element 49 in a maximum deflection x m in the actuator 23 and ensures in this non-activated state of the drive 16 and the
  • the lever arm 27 follows a circular movement in the direction of arrow G, which is why the actuating cylinder 20 is arranged with its the push rod 21 opposite end 22 relative to the fixed point 45 hinged.
  • the pressure and the temperature in the exhaust passage 5 are approximately equal to upstream and downstream of the throttle valve 12.
  • the Cannabisaktuatorik 9 which is connected via the opening 29 in the actuator 23 and the pressure line 31 with the compensating volume 10 in a compensating volume tank 30 is not activated, although via the throttle opening 11, the pressure compensation volume 10 with the exhaust passage connected is.
  • Figure 3 shows a schematic diagram of the exhaust gas control system 1 according to Figure 1 in a second end position 15 of the piston 19 of the drive 16.
  • compressed air in the direction of arrow C in the adjusting cylinder 20 is pressed and the fferenfederele- element 48 by the piston 19 to the second end position 15, which is defined by a stop element 51 in the actuating cylinder 20, compressed.
  • the push rod 21 and the actuator rod 25 provide in this second end position of the
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the exhaust gas control system 1 according to FIG. 1 in a second end position 15 of the piston 19 with activated regulating actuator 9.
  • the opening 29 is established via the pressure line 31 activated in Aktuatorikzvi i nder 23 and the Aktuatorikkolben 24 experiences a pressure-dependent deflection x p , so that the Aktuatorikstange 25 shortens the total length of the actuating linkage 7 and thus the throttle valve 12 spends in a second pressure-dependent position 18 and an exhaust gas flow in the direction of arrow F by a Gap between throttle valve 12 and exhaust passage wall which ensures that the pressure Pi upstream of the throttle valve 12 is maintained at a constant allowable level.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of an exhaust gas control system 2 of a second embodiment of the invention.
  • Components having the same functions as in the previous figures are identified by the same reference numerals and will not be discussed separately.
  • this second embodiment of the invention differs from the first embodiment of the invention according to the figures 1 to 4, characterized in that the compensation volume 10 and the Regelaktuatorik 9 are arranged in a common housing 32.
  • This common housing 32 has an area which is filled with the pressure compensation volume 10, and a region in which the Aktuatorikkolben 24 can be moved within the Aktuatorikzylinders 23, wherein the two areas are pneumatically coupled via an opening 29 with each other.
  • the advantage of this embodiment has already been discussed above, so that a re-discussion is unnecessary.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of an exhaust gas control system 3 of a third embodiment of the invention in a second end position 15 of the piston 19 of the drive 16 in the Stellzylin- 20th
  • components with the same functions as in the preceding figures are marked with the same reference characters and will not extra discussed.
  • the iedter- to the previous embodiments is that instead of the push rod 21 now a hollow cylinder 33 is provided, in which both the pressure compensation volume 10 and the Regelaktuatorik 9 are housed.
  • This hollow cylinder Linder 33 is fixed directly on the drive piston 19, so that a much larger maximum deflection x m for the movement of the Aktuatorikstange 25 is possible.
  • an exhaust gas control system which is to be used for cleaning a DPF, especially since this cleaning and also the throttling of the exhaust gas in the exhaust duct 5 takes place with the engine running and the injection switched on.
  • the exhaust throttle valve 4 is arranged in a region of the exhaust system downstream of the DPF and upstream of an exhaust pot (not shown) of an internal combustion engine.
  • This exhaust gas control system 3 can be used for the cleaning of diesel particulate filters of a stationary engine, a marine engine or for diesel engines of electric generators and rail vehicles.
  • FIGS. 7 to 9 show embodiments of exhaust gas control systems 40, 50 and 60 of the prior art and have already been discussed in the introduction, so that a repetition at this point can be dispensed with.
  • pressure line 32 housings or containers

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Description

Abgasregelsystem und Abgasregelverfahren
Die Erfindung betrifft ein Abgasregelsystem und ein Abgasregelverfahren. Das Abgasregelsystem weist ein Abgasdrosselventil in einem Abgaskanal und eine Betätigungseinrichtung des Abgasdrosselventils mit einem Betätigungsgestänge auf. Eine Abgasdruckregeleinrichtung regelt den stromaufwärts des Abgasdrosselventils auftretenden Abgasdruck im Abgaskanal. Ein derartiges Abgasregelsystem mit einem Abgasdrosselventil kann vielseitig in Brennkraftmaschinen, vorzugsweise in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden.
Aus der Druckschrift DE 198 21 130 Al ist bekannt, dass ein derartiges Abgasregelsystem als Motorstaubremse dienen kann. In diesem Fall wird die Strömung von Abgasen aus der Brennkraftmaschine durch eine Stauklappe unterbunden, um eine Steigerung der Leistung der Motorbremse zu erreichen. Dazu wird der Auspufftrakt möglichst dicht verschlossen und gleichzeitig die Einspritzpumpe auf Null Förderung umgestellt. Der Motor wird dabei vom schiebenden Kraftfahrzeug angetrieben und der Druck steigt aufgrund der Kompressorwirkung des Motors an.
Ein Anstieg des Druckes stromaufwärts der Stauklappe kann ohne Vorsehen eines Abgasregelsystems dazu führen, dass Zylinderventile des Motors nachteilig aufgedrückt werden und Abgas in andere Zylinder zurückströmt. Eine weitere Gefahr einer derartigen Stauklappenlösung zur Unterstützung des Motorbremsverhaltens besteht darin, dass nach Aufdrücken von zusätzlichen Zylinderventilen vermehrt Gas zwischen dem Abgaskanal und den einzelnen Zylindern hin und her gepumpt wird, wodurch eine hohe Wärmeentwicklung die Temperatur stromaufwärts der Stauklappe ansteigen lässt.
Um den Druck- und Temperaturanstieg zu begrenzen ist aus der Druckschrift DE 198 21 130 ein Abgasregelsystem 50 wie in Figur 7 gezeigt mit einer Stauklappe bzw. Drosselklappe 12 bekannt. Die Drosselklappe 12 weist, um eine Druck- und Temperaturbegrenzung zu erreichen, ein Druckbegrenzungsventil 35 auf, das auf der Drosselklappe 12 angeordnet ist. Das Druck- begrenzungsventil 35 hält im geschlossenen Zustand mit einer Ventilklappe 36 eine Öffnung 37 in der Drosselklappe 12 vorgespannt geschlossen. Die Vorspannung wird, wie Figur 7 zeigt, von einer Blattfeder 38 aufgebracht. Die Ventilklappe 36 des Druckbegrenzungsventils 35 öffnet sobald ein zulässi- ger Abgasdruck Pi stromaufwärts der Drosselklappe 12 überschritten wird und damit auch sich eine unzulässig hohe Temperatur Ti des Abgaskanals 5 einstellen würde. Somit wird mit dem Druckbegrenzungsventil 35 der Motor in einer Bremsphase vor Überdruck und Übertemperatur geschützt.
Aus der Druckschrift US 4,750,459 ist ein dynamisches druckbegrenzendes Abgasregelsystem 40, das in Figur 8 gezeigt wird, bekannt. Dazu weist das Abgasregelsystem 40 eine But- terfly-Drosselklappe 13 auf. Eine Kantenfläche der Butterfly- Drosselklappe 13 in geschlossenem Zustand wird in einem Bereich 41 von einem Ventilkopf 42 eines Überdruckventils 43 abgedichtet. Bei Überschreiten eines zulässigen stromauf- wärtsseitigen Ab^ssdruckes Pi öffnet das Überdruckventil 43 einen Bypass, über den ein Überdruck und damit auch eine Tem- peraturüberhöhung abgebaut werden kann.
Weiterhin ist aus der Druckschrift US 5,355,673 ein Abgasregelsystem 60 wie in Figur 9 gezeigt bekannt, das mit einer asymmetrisch angeordneten Drosselklappe 12, arbeitet. Dabei ist die Drosselklappe 12 um eine außerhalb der Symmetrieachse des Abgaskanals 5 angeordnete Drehachse 28 schwenkbar. In einem Schließzustand der asymmetrisch gelagerten Drosselklappe 12, die über ein Federelement in dem Schließzustand gehalten werden kann, wird bei einem Überdruck stromaufwärts' der Drosselklappe die federelastische Vorspannung überwunden und die vorgespannte Drosselklappe 12 gibt einen Spalt frei, über den der Überdruck und damit eine überhöhte Temperatur stromauf- wärts der Drosselklappe 12 abgebaut werden kann.
Somit kann mit Hilfe der bekannten Abgasregelsysteme bei einer maximalen Drehzahl des Motors ein maximal zulässiger Druck nicht überschritten werden. Bei diesen Lösungen übt der Staudruck des Motors eine öffnende Kraft aus, die den schließenden Federmechanismus in den bekannten Lösungen überwindet. Jedoch hat das den Nachteil, dass entweder die Drosselklappe selbst oder zumindest das Begrenzungsventil aufgrund des pulsierenden Druckes im Abgaskanal ständig vibriert oder flat- tert, da das Gas nicht in einem konstanten Strom vom Motor abgegeben wird, sondern schubweise, entsprechend den Kolbenhüben. Dieses führt zu einem starken Verschleiß und einer geringen Lebensdauer derartiger Abgasregelsysteme und kann zusätzlich zu einer starken Geräuschentwicklung führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Abgasregelsystem anzugeben, das nicht nur den Druckanstieg stromaufwärts einer geschlossenen Abgasdrosselklappe für eine Auspuffklappenbremse nutzt, son- dern auch den mit dem Druckanstieg verbundenen Temperaturanstieg im Abgaskanal stromaufwärts eines Abgasdrosselventils vorteilhaft einsetzt. Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Abgasregelsystem und ein Abgasregelverfahren geschaffen. Das Abgasregelsystem weist ein Abgasdrosselventil in einem Abgaskanal und eine Betätigungseinrichtung des Abgasdrosselventils mit einem Betätigungsgestänge auf. Eine Abgasdruckregeleinrichtung regelt den stromauf- wärts des Abgasdrosselventils auftretenden Abgasdruck in dem Abgaskanal. Dazu weist das Betätigungsgestänge eine Regelak- tuatorik auf, die mit einem Druckausgleichsvolumen zusammenwirkt. Das Druckausgleichsvolumen ist dabei mit einer Drosselöffnung stromaufwärts des Abgasdrosselventils pneumatisch verbunden.
Ein Vorteil dieses Abgasregelsystems ist es, dass der Druck stromaufwärts des Abgasdrosselventils über die Drosselöffnung in ein Ausgleichsvolumen eingeführt ist und von dort aus zu einer Aktuatorik geleitet wird, die abhängig vom direkt an der Aktuatorik anstehenden Druck über das Gestänge das Abgasdrosselventil von einer Schließstellung in eine druckabhängig geregelte Position stabil überführen kann. Durch die Drosselöffnung in Zusammenwirken mit dem Ausgleichsvolumen entsteht ein Verzögerungsglied, das in vorteilhafter Weise hochfrequente Druckspitzen weitgehend aus dem pulsierenden Abgasdruck herausfiltert. Durch Anpassung des Abgasdrosselventils und des Ausgangsvolumens kann das Filtervβrhalten dieses Verzögerungsgliedes so eingestellt werden, dass sowohl ein hoch- frequentes Flattern des Abgasdrosselventils als auch ein langfristig zu hoher Druck mit dem erfindungsgemäßen Abgasregelsystem vermieden wird. Durch das Ausgleichsvolumen entsteht ein etwas langsamer mittlerer Druckanstieg, der jedoch nicht zum Aufdrücken von zusätzlichen Zylinderventilen führt, da die Regelaktuatorik an dem Betätigungsgestänge eine Abgas- druck- und eine durch den Abgasdruck bestimmte Abgastemperaturregelung stromaufwärts des Abgasdrosselventils ermöglicht.
Vorzugsweise weist dabei die Abgasdruckregeleinrichtung eine Abgasdruckbegrenzungseinrichtung auf, die es ermöglicht, den Abgasdruck stromaufwärts des Abgasdrosselventils zu begrenzen.
Zur Druckregelung bzw. Druckbegrenzung kann das Abgasdrosselventil eine Drosselklappe aufweisen, die über eine Schwenkachse mit dem Betätigungsgestänge und damit auch mit der Regelaktuatorik zusammenwirkt. Anstelle einer Drosselklappe weist das Abgasdrosselventil vorzugsweise eine Butterfly-
Drosselklappe auf, die vollständig symmetrisch zu einer Drehachse gestaltet ist, wobei die Drehachse mit einer Symmetrieachse des Abgaskanals im Bereich des Drosselventils zusammenfällt. Eine derartige Butterfly-Drosselklappe hat den Vor- teil, dass die erforderlichen Verstellkräfte an der Drosselklappenachse minimal sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Betätigungseinrichtung einen zwei Endstellungen einnehmenden Antrieb mit einer ersten Endstellung auf, bei der das Betätigungsgestänge und die Regelaktuatorik das Abgasdrosselventil in einer Offen-Position halten. In einer zweiten Endstellung des Antriebs wird die Regelaktuatorik wirksam und das Äbgas- drosselventil in einer durch den Abgasdruck des Druckaus- gleichsvolumens bedingten Position gehalten. Diese Position ist aufgrund des vergleichmäßigten Druckes in dem Ausgleichsvolumen völlig stabil, sodass ein Flattern einer Drosselklap- pe, insbesondere einer Butterfly-Drosselklappe, nicht auftritt.
Um die zwei Endstellungen des Antriebs zu realisieren, kann der Antrieb einen elektromagnetisch betriebenen Kolben aufweisen. Derartige Solenoidantriebe haben den Vorteil, dass sie relativ schnell zwischen den beiden Endstellungen des Gestänges verfahren können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Antrieb einen hydraulisch betriebenen Kolben auf, wobei ein derartiger Antrieb die Möglichkeit eines gedämpften Einneh- mens der beiden Endstellungen besitzt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Antrieb einen pneumatisch betriebenen Kolben auf, wobei ein derartiger pneumatischer Antrieb in seinem Bewegungsablauf für das Gestänge in vorteilhafter Weise variiert werden kann.
Dabei steht die Regelaktuatorik mit dem Kolben des Antriebs mechanisch in Verbindung. Diese mechanische Verbindung um- fasst sowohl ein direktes Fixieren der Regelaktuatorik auf dem Kolben als auch eine Übertragung der Bewegung des Antriebs über eine entsprechende Schubstange auf die Regelaktu- atorik. Dabei kann mit einer direkten Fixierung der Aktuato- rik auf dem Kolben ein relativ großer Regelbereich für die abgasdruckbedingte Position des Abgasdrosselventils verbunden sein, während mit Hilfe einer Schubstange die drυckabhängige Auslenkung des Gestänges entsprechend vermindert werden kann.
Für einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb ist es vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung einen Stellzylin- der, einen Kolben und eine in einem ersten inaktiven Zustand des Stellzylinders federelastisch vorgespannte Schubstange aufweist. Dabei ist der Stellzylinder mit einem Ende gegenüberliegend zu der Schubstange gelenkig fixiert. Diese gelenkige Fixierung kann in vorteilhafter Weise eine Kreisbewegung eines Hebelarms um die Drehachse des Abgasdrosselventils beim Verstellen des Abgasdrosselventils von einer Offen-Position in eine Schließposition und umgekehrt ausgleichen, wenn sowohl die Hubbewegung der Schubstange als auch die Hubbewegung der Regelaktuatorik gradlinig erfolgt und über ein Gelenk mit dem Hebelarm verbunden ist.
Die Regelaktuatorik kann ähnlich aufgebaut sein wie der Antrieb mit Antriebskolben. Vorzugsweise weist dazu die Regelaktuatorik einen Aktuatorikzylinder mit einem federelastisch vorgespannten Aktuatorikkolben auf und einer an dem Aktuato- rikkolben fixierten Aktuatorikstange. Das freie Ende der Ak- tuatorikstange ist an einen Hebelarm angelenkt, der mit einer Drehachse des Abgasdrosselventils zusammenwirkt. Dabei wird die Regelaktuatorik erst wirksam, wenn das Abgasdrosselventil in einer Schließposition ist und sich stromaufwärts des Abgasdrosselventils ein überhöhter Druck und eine vom Druck abhängige überhöhte Temperatur im Abgaskanal aufbaut. Erst dann wird das Druckausgleichsvolumen über die Drosselöffnung stromaufwärts des Abgasdrosselventils aufgeladen und kann die Aktuatorik bzw. den Aktuatorikkolben in Bewegung setzen, falls sich ein unzulässig hoher maximaler Druck aufbaut, bei dem die Gefahr besteht, dass zusätzliche Zylinderventile aufgedrückt werden.
Um ein Zusammenwirken zwischen Druckausgleichsvolumen und Aktuatorikzylinder zu ermöglichen, weist dieser eine Öffnung auf, die mit dem Druckausgleichsvolumen pneumatisch verbunden ist. Dabei weist in einem druckverminderten Zustand des Druckausgleichsvolumens der an die Aktuatorikstange angelenkte Hebelarm eine maximale Auslenkung auf und in einem druckbeaufschlagten Zustand des Druckausgleichsvolumens weist der Hebelarm eine druckabhängig geregelte Auslenkung auf.
Dabei wird praktisch die Länge des Betätigungsgestänges, das sich aus Schubstange des Antriebs und Aktuatorikstange der Regelaktuatorik zusammensetzt, verkürzt. Wie bereits oben erwähnt kann bei dem Erfordernis einer größeren Auslenkung des Gestänges der Aktuatorikzylinder unmittelbar auf den Antriebskolben montiert sein, was vorzugsweise für eine Reinigung eines . Dieselpartikelfilters (DPF) von Vorteil sein kann, um bei laufendem Motor und bei eingeschalteter Kraftstoffeinspritzung eine höhere Temperaturvariation stromaufwärts des Abgasregelventils zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Drosselöffnung des Abgaskanals stromaufwärts des Abgasdrosselventils ein Druckausgleichsvolumenbehälter angeordnet, der über eine Druckleitung mit der Öffnung des Aktuatorikzylin- ders verbunden ist. Dabei ist diese Druckleitung flexibel ausgeführt, um den Bewegungen des Betätigungsgestänges und damit den Bewegungen des Aktuatorikzylinders folgen zu können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das Druckausgleichsvolumen und die Regelaktuatorik in einem gemeinsamen Behälter angeordnet- Das hat den Vorteil, dass die Anzahl der Komponenten des Abgasregelsystems vermin- dert werden kann, was sowohl für Lagerkosten, Ersatzteilkosten und Montagekosten vorteilhaft ist. Darüber hinaus ist es vorgesehen, die Schubstange als Hohlzy- linder auszubilden, wobei der Hohlzylinder die Regelaktuato- rik aufweist. Ein derartiger Hohlzylinder sitzt damit direkt auf dem Antriebskolben des Antriebs, so dass die Länge des Hohlzylinders den möglichen maximalen Aktuatorikhub an dem Hebelarm zur Betätigung des Abgasdrosselsystems bestimmt. Darüber hinaus kann der als Schubstange ausgebildete Hohlzylinder ein gemeinsames Gehäuse für sowohl die Regelaktuatorik als auch das Druckausgleichvolumen bilden. In diesem Fall wird die Anzahl der Komponenten, die für das Abgasregelsystem bereitzustellen sind, weiter vermindert, da nicht nur die Schubstange entfällt, sondern der Hohlzylinder auch gleichzeitig den Kolben für den Antrieb in dem Antriebszylinder bilden kann.
Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass das Abgasdrosselventil stromabwärts eines Abgaskrümmers eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines DPF angeordnet ist. In diesem Fall dient das Abgasdrosselventil in Zusammenwirken mit dem Abgasregel- System als eine Auspuffdrosselklappenbremse, die dann aktiviert werden kann, wenn die Einspritzung von Kraftstoff in den Motor abgeschaltet wird. Andererseits kann das Abgasdrosselventil stromabwärts eines DPF eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines Auspufftopfes angeordnet sein. In diesem Fall kann die mit dem Druckanstieg in dem Abgaskanal verbundene Erhöhung der Abgastemperatur genutzt werden, um beispielsweise das DPF durch Aufheizung zu reinigen, wobei der Einspritzvorgang bzw= die Einspritzung von Kraftstoff in den Motor nicht abgestellt wird.
Eine derartige Reinigung kann sowohl periodisch im Fahrbetrieb erfolgen als auch bei laufendem Motor im Haltezustand des Fahrzeugs erfolgen. Da in diesem Fall der Motor nicht als Kompressor arbeitet, sondern vielmehr heiße Abgase liefert, ist eine größere druckabhängige Auslenkung der Regelaktuato- rik hilfreich wie es eine der unten beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ermöglicht, um einen optimalen Tem- peraturzyklus für das Reinigen des DPF beispielsweise bei fahrendem Fahrzeug durchführen zu können.
Ein Abgasregelverfahren mit einem Abgasregelsystem weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Ab- gasdrosselventil in einem Abgaskanal vorgesehen, das über ein Betätigungsgestänge einer Betätigungseinrichtung verstellbar ist. Ferner wird eine Abgasdruckregeleinrichtung des stromaufwärts des Abgasdrosselventils im Abgaskanal auftretenden pulsierenden Abgasdruckes bereitgestellt. Stromaufwärts des Abgasdrosselventils wird zusätzlich eine Drosselöffnung vorgesehen, die den pulsierenden Abgasdruck einem Druckausgleichsvolumen zuführt, das Druckspitzen des pulsierenden Abgasdruckes ausgleicht und den ausgeglichenen Abgasdruck einer Regelaktuatorik zuführt.
Dabei hält ein Betätigungsgestänge mit der Regelaktuatorik in einer ersten Endstellung eines Antriebs das Abgasdrosselventil stabil in einer Offen-Position. In einer zweiten Endstellung des Antriebs hält das Betätigungsgestänge mit der Rege- laktuatorik das Abgasdrosselventil in einer von dem anstehenden Druck in dem Druckausgleichsvolumen geregelten stabilen Position. Ein derartiges Abgasregelverfahren kann in vorteilhafter Weise sowohl für eine Auspuffklappenbremse als auch für Reinigungs- und Regenerationsverfahren eines DPF einge- setzt werden.
Bei diesem Abgasregelverfahren wird der Druck stromaufwärts einer Abgasdrosselklappe in einer Schließstellung der Abgas- drosselklappe über eine Drosselöffnung dem Druckausgleichsvolumen zugeführt und der ausgeglichene Abgasdruck versorgt eine Aktuatorik, die abhängig von dem ausgeglichenen Abgasdruck ■ die Abgasdrosselklappe geregelt öffnet. Dabei bilden die Drosselöffnung und das Druckausgleichsvolumen ein Verzögerungsglied mit Filterwirkung, bei dem Druckspitzen des pulsierenden Abgasdruckes abgebaut bzw. ausgefiltert werden, wobei das Filterverhalten so eingestellt wird, dass die Abgasdrosselklappe eine druckabhängig geregelte stabile Position einnehmen kann.
Eine erste Offen-Position wird von dem Abgasdrosselventil bei diesem Abgasregelverfahren solange gehalten, solange ein Antrieb einer Betätigungseinrichtung inaktiv ist und eine erste Endstellung beibehält. Sobald der Antrieb der Betätigungseinrichtung aktiviert wird und eine zweite Endstellung einnimmt, bei der die Regelaktuatorik eine durch den Druck des Druckausgleichsvolumens geregelte Stellung aufweist, wird das Abgasdrosselventil entsprechend von einer Schließstellung in eine druckabhängige zweite geregelte stabile Position verbracht .
Dabei kann der Antrieb einen Kolben in einem Stellzylinder elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch antreiben und von einer ersten Endstellung in eine zweite Endstellung verschieben.
Bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird ein Hebelarm, der mit einer Drehachse des Abgasdrosselventils zu- sammenwirkt und an ein freies Ende einer Aktuatorikstange angelenkt ist, von einem Aktuatorikkolben eines Aktuatorikzy- linders druckabhängig verstellt. Der Aktuatorikzylinder ist dazu über eine Öffnung mit dem Druckausgleichsvolumen pneuma- tisch verbunden. In einem druckverminderten Zustand des Druckausgleichsvolumens nimmt der an die Aktuatorikstange angelenkte Hebelarm eine maximale Auslenkung ein und in einem druckbeaufschlagten Zustand des Druckausgleichsvolumens wird der Hebelarm in eine druckabhängig geregelte Auslenkung durch die Regelaktuatorik verbracht.
Das Abgasregelverfahren kann als Motorbremsverstärkung eingesetzt werden, wenn das Abgasdrosselventil stromabwärts eines Abgaskrümmers eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines Rußpartikelfilters eines Motorsystems angeordnet wird und der Druck im Abgaskrümmer derart über das Abgasdrosselventil geregelt wird, dass ein maximal zulässiger Druck im Verbrennungsmotor und eine vom Druck abhängige maximal zulässige Temperatur bei abgeschalteter Kraftstoffeinspritzung bei einem entsprechenden Bremsvorgang nicht überschritten werden.
Ferner ist es möglich, das Abgasregelverfahren für ein Aufheizen des Abgaskanals einzusetzen, um damit ein DPF zu rei- nigen. Dazu wird das Abgasdrosselventil stromabwärts eines
Rußpartikelfilters eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines Auspufftopfes angeordnet und der Druck in dem Abgaskanal derart über das Abgasdrosselventil geregelt, dass ein maximal zulässiger Druck im Verbrennungsmotor und bei einge- schalteter Kraftstoffeinspritzung eine vom Druck abhängige maximal zulässige Temperatur in dem DPF bei der Reinigung des DPF nicht überschritten werden.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasregelsystems einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze des Abgasregelsystems gemäß Figur 1 in einer ersten Endstellung eines Kolbens eines Antriebs;
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze des Abgasregelsystems gemäß Figur 1 in einer zweiten Endstellung des Kolbens des Antriebs;
Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze des Abgasregelsystems gemäß Figur 1 in einer zweiten Endstellung des Kolbens mit aktivierter Regelaktuatorik;
Figur 5 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasregelsystems einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasregelsystems einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 7 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasregelsystems gemäß dem Stand der Technik;
Figur 8 zeigt eine Prinzipskizze eines weiteren Abgasregelsystems gemäß dem Stand der Technik;
Figur 9 zeigt eine Prinzipskizze eines zusätzlichen Abgasregelsystems gemäß dem Stand der Technik.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasregelsystems 1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Abgasregelsystem 1 weist in einem Abgaskanal 5 ein Abgasdrosselventil 4 auf, das um eine Drehachse 28 in den Pfeilrichtungen A und B von einer Offen-Position in eine Schließposition und umge- kehrt bewegt werden kann. Dazu ist an der nach außen geführten Drehachse 28 ein Hebelarm 27 fixiert, der gelenkig mit einer Regeleinrichtung 8 verbunden ist. Die Regeleinrichtung 8 umfasst einen Antrieb 16 in einem Stellzylinder 20, aus dem eine Schubstange 21 herausragt.
Die Schubstange 21 trägt eine Regelaktuatorik 9, aus der eine Aktuatorikstange 25 herausragt, die mit ihrem freien Ende 26 gelenkig mit dem Hebelarm 27 des Abgasdrosselventils 4 ver- bunden ist. Da der Hebelarm 27 zum Verstellen der Drosselklappe 12, die hier als Butterfly-Drosselklappe 13 ausgebildet ist, eine Kreisbewegung ausführt, stützt sich das Betätigungsgestänge 7 einer Betätigungseinrichtung 6 gelenkig an einem Fixpunkt 45 mit einem Ende 22 des Stellzylinders 20 des Antriebs 16 ab.
Der Antrieb 16 wird in dieser Ausführungsform der Erfindung pneumatisch über eine flexible Druckleitung 44 zur Aktivierung in Pfeilrichtung C mit Druckluft versorgt, die über eine Druckluftversorgungsleitung 46 und über einen elektrisch betriebenen Zweiwegeschalter 39 zugeführt wird. Beim Ausschalten des Zweiwegeschalters 39 wird die Druckluft aus dem Stellzylinder 20 über die Druckleitung 44 in Pfeilrichtung D und die Druckablassöffnung 47 des Zweiwegeschalters 39 in Pfeilrichtung E abgelassen. Das Zusammenwirken zwischen Antrieb 16 und Aktuatorik 9 wird mit den nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
Um die Aktuatorik 9 zu betätigen, ist stromaufwärts des Ab- gasdrosselventils 4 eine Drosselöffnung 11 angeordnet, die ein Druckausgleichsvolumen 10 versorgt, das in einem Druckausgleichsvolumenbehälter 30 gespeichert ist und über eine Druckleitung 31 mit einer Öffnung 29 der Regelaktuatorik 9 pneumatisch verbunden ist. Der hier gezeigte Ausschnitt eines Abgaskanals 5 kann zur Bremsverstärkung eines Verbrennungsmotors stromabwärts eines Abgaskrümmers des Verbrennungsmotors angeordnet sein oder zur Aufheizung eines Dieselpartikelfil- ters (DPF) stromabwärts des DPF in einen bestehenden Abgaskanal eingebaut werden.
In beiden Fällen erhöhen sich Druck und Temperatur auf Pi bzw. Ti stromaufwärts des Abgasdrosselventils 4 gegenüber ei- nem Druck P2 und einer Temperatur T2 stromabwärts des Abgasdrosselventils 4, wenn dieses eine Schließposition einnimmt. In einer Offen-Position des Abgasdrosselventils 4 soll eine möglichst geringe Druckdifferenz zwischen Pi und P2 auftreten, indem die Abgasdrosselklappe 12 derart gestaltet ist, dass sie einen geringen Strömungswiderstand in der Offen- Position darstellt.
Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze des Abgasregelsystems 1 gemäß Figur 1 in einer ersten Endstellung 14 eines Kolbens 19 des Antriebs 16. Der Antrieb 16 weist dazu den Stellzylinder 20 auf, in dem der Kolben 19 von einem Schraubfederelement 48 in die erste Position 14 gedrückt wird, wobei gleichzeitig die am Kolben 19 befestige Schubstange 21 in den Stellzylinder 20 eingezogen ist. Anstelle eines Schraubelements 48 als Rückstellelement für den Kolben 14 kann diese Rückstellfunktion auch durch eine Druckzuleitung im Bereich des hier gezeigten Schraubelements 48 gewährleistet werden. Das hat den Vorteil gegenüber einer Vorspannung durch eine Schraubfeder 48, dass die Schubstange 21 nicht schlagartig in den Stellzy- linder eingezogen wird, sondern gesteuert in den Stellzylinder zurückgefahren werden kann. Anstelle des hier gezeigten pneumatischen Antriebs 16 kann der Kolben 19 auch mit Hilfe eines elektromagnetischen Antriebs oder eines hydraulischen Antriebs bewegt werden. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist am Ende der Kolbenstange 21 die Regelaktuatorik 9 angeordnet, die ihrerseits einen Aktuatorikzylinder 23, einen Aktuatorikkolben 24 und eine Aktuatorikstange 25 aufweist. Der Aktuatorikkolben 24 wird durch ein Schraubfederelement 49 in einer maximalen Auslenkung xm in dem Aktuatorikzylinder 23 gehalten und sorgt in diesem nicht aktivierten Zustand des Antriebs 16 und der
Regelaktuatorik 9 über die Aktuatorikstange 25, die mit ihrem freien Ende 26 an einem Hebelarm 27 angelenkt ist, dafür, dass die Drosselklappe 12 des Abgasdrosselventils 4 in einer Offen-Position 17 gehalten wird.
Wird der Antriebskolben 19 durch Aktivierung des Antriebs 16 in eine zweite hier nicht gezeigte Endstellung verbracht, so folgt der Hebelarm 27 einer Kreisbewegung in Pfeilrichtung G, weshalb der Stellzylinder 20 mit seinem der Schubstange 21 gegenüberliegenden Ende 22 gegenüber dem Fixpunkt 45 gelenkig angeordnet ist. Der Druck und die Temperatur im Abgaskanal 5 sind stromaufwärts und stromabwärts der Drosselklappe 12 annähernd gleich. Bei diesem normalen Abgasdruck im Abgaskanal 5 wird die Regelaktuatorik 9, die über die Öffnung 29 in dem Aktuatorikzylinder 23 und die Druckleitung 31 mit dem Ausgleichsvolumen 10 in einem Ausgleichsvolumenbehälter 30 verbunden ist, nicht aktiviert, obgleich über die Drosselöffnung 11 das Druckausgleichsvolumen 10 mit dem Abgaskanal verbunden ist.
Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze des Abgasregelsystems 1 gemäß Figur 1 in einer zweiten Endstellung 15 des Kolbens 19 des Antriebs 16. Dazu wurde Druckluft in Pfeilrichtung C in den Stellzylinder 20 eingepresst und das Schraubenfederele- ment 48 durch den Kolben 19 bis zur zweiten Endstellung 15, die durch ein Anschlagelement 51 in dem Stellzylinder 20 definiert ist, zusammengepresst . Die Schubstange 21 und die Ak- tuatorikstange 25 sorgen in dieser zweiten Endstellung des
Kolbens 19 dafür, dass über den Hebelarm 27 die Drosselklappe 12 in eine Schließstellung verfahren wird.
Stromaufwärts der Drosselklappe 12 erhöht sich in dem Abgas- kanal 5 der Druck P1, der jedoch zeitlich nicht konstant ist, sondern pulsierend auf die geschlossene Drosselklappe 12 einwirkt. Über eine Drosselöffnung 11 wird dieser pulsierende Abgasdruck dem Ausgleichsvolumen 10 zugeführt, das wie ein Filter wirkt und die Druckspitzen von Pi glättet bzw. ausfil- tert. Über die Druckleitung 31 wird somit ein ausgeglichener Druck in den Aktuatorikzylinder 23 über die Öffnung 29 des Aktuatorikzylinders 23 gepresst. Solange ein kritischer bzw. maximal zulässiger Druck nicht überschritten wird, bleibt die Drosselklappe 12 in dieser Schließposition 34 und der Aktua- torikkolben in der hier gezeigten Stellung, bei maximaler Auslenkung xm der Aktuatorik.
Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze des Abgasregelsystems 1 gemäß Figur 1 in einer zweiten Endstellung 15 des Kolbens 19 mit aktivierter Regelaktuatorik 9. Überschreitet der gemit- telte Druck Pm im Druckausgleichsvolumen 10 des Druckausgleichsbehälters 30 einen Schwellwert, so wird über die Druckleitung 31 die Öffnung 29 im Aktuatorikzvi i nder 23 akti- viert und der Aktuatorikkolben 24 erfährt eine druckabhängige Auslenkung xp, so dass die Aktuatorikstange 25 die Gesamtlänge des Betätigungsgestänges 7 verkürzt und damit die Drosselklappe 12 in eine zweite druckabhängige Position 18 verbringt und ein Abgasstrom in Pfeilrichtung F durch einen Spalt zwi- sehen Drosselklappe 12 und Abgaskanalwand strömen kann, der dafür sorgt, dass der Druck Pi stromaufwärts der Drosselklappe 12 auf einer konstanten zulässigen Höhe gehalten wird.
Figur 5 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasregelsystems 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung wird lediglich die zweite Endstellung 15 des Kolbens 19 des Stell- zylinders 20 gezeigt. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den Figuren 1 bis 4 dadurch, dass das Ausgleichsvolumen 10 und die Regelaktuatorik 9 in einem gemeinsamen Gehäuse 32 angeordnet sind. Dieses gemeinsame Gehäuse 32 weist einen Bereich auf, der mit dem Druckausgleichsvolumen 10 angefüllt ist, und einen Bereich, in dem der Aktuatorikkolben 24 innerhalb des Aktuatorikzylinders 23 bewegt werden kann, wobei die beiden Bereiche über eine Öffnung 29 miteinander pneumatisch gekoppelt sind. Der Vorteil dieser Ausführungsform wurde oben bereits diskutiert, so dass sich eine erneute Erörterung erübrigt .
Figur 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Abgasregelsystems 3 einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer zweiten Endstellung 15 des Kolbens 19 des Antriebs 16 im Stellzylin- der 20. Auch hier sind Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet und werden nicht extra erörtert. Der ünter- schied zu den vorhergehenden Ausführungsformen besteht darin, dass anstelle der Schubstange 21 nun ein Hohlzylinder 33 vorgesehen ist, in dem sowohl das Druckausgleichsvolumen 10 als auch die Regelaktuatorik 9 untergebracht sind. Dieser Hohlzy- linder 33 ist unmittelbar auf den Antriebskolben 19 fixiert, so dass eine deutlich größere maximale Auslenkung xm für die Bewegung der Aktuatorikstange 25 möglich wird. Eine derartige Vergrößerung ist von Vorteil für ein erfindungsgemäßes Abgas- regelsystem, das zur Reinigung eines DPF einzusetzen ist, zumal diese Reinigung und auch die Drosselung des Abgases in dem Abgaskanal 5 bei laufendem Motor und eingeschalteter Einspritzung abläuft. Dazu ist das Abgasdrosselventil 4 in einem Bereich des Abgassystems stromabwärts des DPF und stromauf- wärts eines nicht gezeigten Abgastopfes eines Verbrennungsmotors angeordnet. Dieses Abgasregelsystem 3 kann für die Reinigung von Dieselpartikelfiltern eines stationären Motors, eines Schiffsmotors oder für Dieselantriebsaggregate von E- lektrogeneratoren und Schienenfahrzeugen eingesetzt werden.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen Ausführungsformen von Abgasregelsystemen 40, 50 und 60 des Stands der Technik und wurden einleitend bereits erörtert, sodass auf eine Wiederholung an dieser Stelle verzichtet werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Abgasregelsystem (1. Ausführungsform)
2 Abgasregelsystem (2. Ausführungsform) 3 Abgasregelsystem (3. Ausführungsform)
4 Abgasdrosselventil
5 Abgaskanal
6 Betätigungseinrichtung
7 Betätigungsgestänge 8 Regeleinrichtung
9 Regelaktuatorik
10 Druckausgleichsvolumen
11 Drosselöffnung
12 Drosselklappe 13 Butterfly-Drosselklappe
14 erste Endstellung des Antriebs
15 zweite Endstellung des Antriebs
16 Antrieb
17 Offen-Position 18 druckbedingte geregelte stabile Position
19 Kolben
20 Stellzylinder des Antriebs
21 Schubstange des Antriebs
22 angelenktes Ende des Stellzylinders 23 Aktuatorikzylinder
24 Aktuatorikkolben
25 Aktuatorikstange
26 freies Ende der Aktuatorikstange
27 Hebelarm des Abgasdrosselventils 28 Drehachse des Abgasdrosselventils
29 Öffnung des Aktuatorikzylinders
30 Druckausgleichsvolumenbehälter
31 Druckleitung 32 Gehäuse bzw. Behälter
33 Hohlzylinder
34 Schließstellung
35 Druckbegrenzungsventil 36 Ventilklappe
37 Öffnung
38 Blattfeder
39 Schalter
40 Abgasregelsystem (Stand der Technik) 41 Bereich
42 Ventilkopf
43 Überdruckventil
44 Druckleitung 45 Fixpunkt 46 Druckluftversorgungsleitung
47 Druckablassöffnung
48 Schraubfederelement 49 Schraubfederelement
50 Abgasregelsystem (Stand der Technik) 51 Anschlagselement
60 Abgasregelsystem (Stand der Technik)
Pm ausgeglichener Abgasdruck
Pi Abgasdruck (stromaufwärts des Ventils) P2 Abgasdruck (stromabwärts des Ventils)
Ti Abgastemperatur (stromaufwärts des Ventils)
T2 Abgastemperatur (stromabwärts des Ventils) xm maximale Auslenkung
Xp druckabhängige Auslenkung A bis G Pfeilrichtungen

Claims

Patentansprüche
1. Abgasregelsystem mit einem Abgasdrosselventil (4) in einem Abgaskanal (5), einer Betätigungseinrichtung (6) des Abgasdrosselventils (4) mit einem Betätigungsgestänge (7), einer Abgasdruckregeleinrichtung (8) des stromaufwärts des Abgasdrosselventils (4) in dem Abgaskanal (5) auftretenden Abgasdruckes (Pi) , dadurch gekennzeichnet , dass das Betätigungsgestänge (7) eine Regelaktuatorik (9) aufweist, die mit einem Druckausgleichsvolumen (10) zusammenwirkt, wobei das Druckausgleichsvolumen (10) mit einer Drosselöffnung (11) stromaufwärts des Abgasdrosselventils (4) pneumatisch verbunden ist.
2. Abgasregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Abgasdruckregeleinrichtung (8) eine Abgasdruckbe- grenzungseinrichtung aufweist.
3. Abgasregelsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das Abgasdrosselventil (4) eine Drosselklappe (12) aufweist.
4. Abgasregeisystem nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet , dass das Abgasdrosselventil (4) eine Butterfly-Drosselklappe (13) aufweist.
5. AbgasregelSystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (6) einen zwei Endstellungen (14, 15) einnehmenden Antrieb (16) mit einer ersten Endstellung (14) aufweist, bei der das Betätigungsgestänge (7) und die Regelaktuatorik (9) das Abgasdrosselventil (4) in einer Offen-Position (17) halten, und wobei das Abgasdrosselventil (4) in einer zweiten Endstellung (15) des Antriebs (16) eine durch die Regelaktuatorik (9) und den Abgasdruck (Pm) des Druckausgleichsvolumens (10) bedingte Position (18) aufweist.
6. Abgasregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) einen elektromagnetisch betriebenen
Kolben (19) aufweist.
7. Abgasregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) einen hydraulisch betriebenen Kolben (19) aufweist.
8. Abgasregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) einen pneumatisch betriebenen Kolben i -\ r\ \ _,, .<r..^ ^ „+.
9. Abgasregelsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Regelaktuatorik (9) mit dem Kolben (19) des Antriebs (16) mechanisch in Verbindung steht.
10. Abgasregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) der Betätigungseinrichtung (6) einen
Stellzylinder (20), einen Kolben (19) und eine in einem ersten inaktiven Zustand des Stellzylinders (20) federelastisch vorgespannte Schubstange (21) aufweist, und wobei der Stellzylinder (20) mit einem Ende (22) gegenü- berliegend zu der Schubstange (21) gelenkig fixiert ist.
11. Abgasregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelaktuatorik (9) einen Aktuatorikzylinder (23) mit einem federelastisch vorgespannten Aktuatorikkolben (24) und einer an dem Aktuatorikkolben (24) fixierten Aktuatorikstange (25) aufweist, wobei die Aktuato- rikstange (25) mit einem freien Ende (26) an einen He- beiarm (27) angelenkt ist, der mit einer Drehachse (28) des Abgasdrosselventils (4) zusammenwirkt.
12. Abgasregelsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorikzylinder (23) eine Öffnung (29) aufweist, die mit dem Druckausgleichsvolumen (10) pneumatisch verbunden ist, und wobei in einem druckverminderten Zustand des Druckausgleichsvolumens (10) der an die Aktuatorikstange (25) angelenkte Hebelarm (27) eine maximale Auslenkung (xm) aufweist und in einem druckbeaufschlagten Zustand des Druckausgleichsvolumens (10) der Hebelarm (27) eine druckabhängig geregelte Auslenkung (xp) aufweist.
13. Abgasregelsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Drosselöffnung (11) des Abgaskanals (5) ein Druckausgleichsvolumenbehälter (30) angeordnet ist, der über eine Druckleitung (31) mit der Öffnung (29) des Ak- tuatorikzylinders (23) verbunden ist.
14. Abgasregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckausgleichsvolumen (10) und die Regelaktuatorik
(9) in einem gemeinsamen Behälter (32) angeordnet sind.
15. Abgasregelsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (21) als Hohlzylinder (33) ausgebildet ist, wobei der Hohlzylinder (33) die Regelaktuatorik (9) aufweist .
16. Abgasregelsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (21) als Hohlzylinder (33) ausgebildet ist, wobei der Hohlzylinder (33) die Regelaktuatorik (9) und das Druckausgleichsvolumen (10) aufweist.
17. Abgasregelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasdrosselventil (4) stromabwärts eines Abgaskrümmers eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines Rußpartikelfilters angeordnet ist.
18. Abgasregelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasdrosselventil (4) stromabwärts eines Rußpartikelfilters eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines Auspufftopfes angeordnet ist.
19. Abgasregelverfahren mit einem Abgasregelsystem, wobei das Abgasregelverfahren folgende Verfahrensschritte aufweist : - Vorsehen eines Abgasdrosselventils (4) in einem Abgaskanal (5) ,
Vorsehen einer Betätigungseinrichtung (6) des Abgasdrosselventils (4) mit einem Betätigungsgestänge (V), - Vorsehen einer Abgasdruckregeleinrichtung (8) des stromaufwärts des Abgasdrosselventils (4) im Abgaskanal (5) auftretenden pulsierenden Abgasdruckes (Pi) , dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Abgasdrosselventils (4) eine Drosselöffnung (11) vorgesehen wird, von der ein pulsierender Abgasdruck (Pi) einem Druckausgleichsvolumen (10) zugeführt wird, das Druckspitzen des pulsierenden Abgasdruckes (Pi) ausgleicht und von dem der ausgeglichene Ab- gasdruck (Pm) einer Regelaktuatorik (9) zugeführt wird, wobei ein Betätigungsgestänge (7) mit der Regelaktuatorik (9) in einer ersten Endstellung (14) eines Antriebs (16) das Abgasdrosselventil (4) stabil in einer Offen- Position (17) hält und in einer zweiten Endstellung (15) des Antriebs (16) das Betätigungsgestänge (7) mit der
Regelaktuatorik (9) das Abgasdrosselventil (4) in einer von dem anstehenden Druck (Pm) des Druckausgleichsvolumens (10) geregelten stabilen Position (18) hält.
20. Abgasregelverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (Pi) stromaufwärts einer Abgasdrosselklappe (4) in einer Schließstellung (34) der Abgasdrosselklappe (12) über eine Drosselöffnung (11) dem Druckausgleichsvolumen (10) zugeführt wird, und der ausgeglichene Ab- gasdruck (Pm) eine Aktuatorik (9) versorgt, die abhängig von dem ausgeglichenen Abgasdruck (Pm) die Abgasdrossel- klappe (4) geregelt öffnet.
21. Abgasregelverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , dass die Drosselöffnung (11) und das Druckausgleichsvolumen (10) ein Verzögerungsglied mit Filterwirkung bilden, bei dem Druckspitzen des pulsierenden Abgasdruckes (Pi) abgebaut bzw. ausgefiltert werden, wobei das Filterverhalten so eingestellt wird, dass die Abgasdrosselklappe (12) eine druckabhängig geregelte stabile Position (18) einnimmt.
22. Abgasregelverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet , dass das Abgasdrosselventil (4) in einer ersten Offen- Position (17) gehalten wird, solange ein Antrieb (16) der Betätigungseinrichtung (6) inaktiv ist und eine erste Endstellung (14) beibehält.
23. Abgasregelverfahren nach Anspruch 22 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Stellung des Abgasdrosselventils (4) in einer zweiten geregelten stabilen Position (18) gehalten wird, sobald der Antrieb (16) der Betätigungseinrichtung (6) ak- tiviert wird und eine zweite Endstellung einnimmt, bei der die Regelaktuatorik (9) eine durch den Druck (Pm) des Druckausgleichsvolumens (10) geregelte Stellung einnimmt und das Abgasdrosselventil (4) entsprechend von einer Schließposition (34) in die druckabhängige zweite geregelte stabile Position (18) verbringt.
24. Abgasregelverfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , dass der Antrieb (16) einen Kolben (19) in einem Stellzylin- der (20) elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch antreibt und von einer ersten Endstellung (14) in eine zweite Endstellung (15) verschiebt.
25. Abgasregelverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet , dass ein Hebelarm (27), der mit einer Drehachse (28) des Abgasdrosselventils (4) zusammenwirkt und an ein freies Ende (26) einer Aktuatorikstange (25) angelenkt ist, von einem Aktuatorikkolben (24) eines Aktuatorikzylinders (23) druckabhängig verstellt wird.
26. Abgasregelverfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , dass der Aktuatorikzylinder (23) über eine Öffnung (29) mit dem Druckausgleichsvolumen (10) pneumatisch verbunden ist, und wobei in einem druckverminderten Zustand des Druckausgleichsvolumens (10) der an die Aktuatorikstange (25) angelenkte Hebelarm (27) eine maximale Auslenkung (xm) einnimmt und in einem druckbeaufschlagten Zustand des Druckausgleichsvolumens (10) der Hebelarm (27) in eine druckabhängig geregelte Auslenkung (xp) durch die Regelaktuatorik (9) verbracht wird.
27. Abgasregelverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasdrosselventil (4) stromabwärts eines Abgaskrüm- mers eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines Rußpartikelfilters eines Motorbremssystems angeordnet wird und der Druck (Pi) im Abgaskrümmer derart über das Abgasdrosselventil (4) geregelt wird, dass ein maximal zulässiger Druck im Verbrennungsmotor und eine von dem Druck abhängige maximal zulässige Temperatur bei abgeschalteter Kraftstoffeinspritzung bei einem Motorbremsvorgang nicht überschritten werden.
28. Abgasregelverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet , dass das Abgasdrosselventil (4) stromabwärts eines Rußpartikelfilters eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts eines Auspufftopfes eines Rußpartikelfilter-Reinigungssystems angeordnet wird und der Druck (Pi) in dem Abgas- kanal (5) derart über das Abgasdrosselventil (4) geregelt wird, dass ein maximal zulässiger Druck im Verbrennungsmotor und bei eingeschalteter Kraftstoffeinspritzung eine von dem Druck abhängige maximal zulässige Temperatur in dem Rußpartikelfilter bei der Reinigung des Rußpartikelfilters nicht überschritten werden.
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