JP2008202509A - 排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気圧力の制御が行われる場合に、排気圧力を所望の圧力に精度良く制御できる排気制御装置を提供すること。
【解決手段】排気経路１の排気の圧力を制御する排気制御装置であって、排気経路を開閉する開閉手段５と、排気経路における開閉手段の設置位置よりも上流側の排気の圧力が導入される導入部１８と、導入部の圧力を受け、導入部の圧力に応じて変位可能に構成された変位部１４と、導入部の圧力が予め定められた所定の圧力以下である場合に変位部が変位することを規制する変位規制手段とを備え、開閉手段は、変位部の変位と連動して排気経路を開閉するように構成され、変位規制手段は、変位部に対して、変位部が導入部の圧力により受ける力の方向と反対の方向に予め定められた所定の力を加える作用手段２１と、所定の力の大きさを可変に設定する作用力変更手段１２とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気制御装置に関し、特に排気圧力を制御する排気制御装置に関する。

様々な目的で、排気圧力の制御が行われる。例えば、内燃機関の排気管（排気経路）に、内燃機関の燃焼に伴って発生する粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルター（例えばＤＰＦ）が設けられることがある。ＤＰＦに捕集されたＰＭの量が多くなった場合には、ＤＰＦ内に捕集されたＰＭを燃焼させて除去するＤＰＦの再生が行われる。この場合に、ＤＰＦを効率良く再生するために、排気圧力を高める制御が行われることがある。排気圧力が高められることで、内燃機関の負荷が増加するため、燃料の噴射量が増量されて排気ガスの温度が上昇する。排気ガスが高圧かつ高温となることで、ＰＭの燃焼が促進されてＤＰＦの再生が効率よく行われることができる。

図１０は、ＤＰＦの再生が行われる際の、内燃機関から排出される排気ガスの量（以下、単にガス量とする）と、ガス量に応じて必要とされる排気圧力（要求圧力）との関係の一例を示す図である。図１０において、符号２００は、要求圧力を示す。要求圧力２００は、ガス量が少なくなるに連れて大きな値に設定されている。これは、以下の理由による。

内燃機関の運転状態が低回転、軽負荷でガス量が少ない場合には、排気ガスの温度（以下、単にガス温度とする）は、ＰＭを燃焼させることが可能な温度よりも低い。この場合、ＤＰＦの再生を行うためには、ガス温度を高める必要がある。また、ＤＰＦの再生が効率よく行われるためには、排気圧力及びガス温度が高い方が有利である。このため、ガス量が少ない場合には、排気圧力を高圧にして内燃機関の負荷を大きく増加させることで、燃料の供給量を大きく増量させることが要求される。

一方、内燃機関の運転状態が高回転、高負荷でガス量が多い場合には、ガス温度は比較的高い。このため、ガス量が少ないときに比べて、排気圧力を大きく増加させずとも効率よくＤＰＦの再生が行われることができる。このため、ガス量が多い場合には、ガス量が少ない場合に比べて、要求圧力２００は小さな値に設定される。

以上説明したように、ガス量が少ない場合には、ＤＰＦの再生を効率よく行うために排気圧力を大きく高めることが必要となる。排気圧力を高めるためには、例えば排気絞り弁が用いられる。

図１１は、排気管に排気絞り弁が設けられた装置の一例を示す図である。図１１において、符号１０１は、排気管を示す。排気管１０１には、ＤＰＦ１０３が設けられている。符号Ｙ１は、排気管１０１の排気ガスの流れ方向を示す。排気管１０１において、ＤＰＦ１０３の設置位置よりも排気ガスの流れ方向の下流側には、排気絞り弁１０２が設けられている。ＤＰＦ１０３の再生が行われる際には、排気絞り弁１０２が閉じられて、排気絞り弁１０２よりも上流側の排気圧力が高められる。

排気絞り弁１０２により排気圧力の制御が行われる場合に、排気絞り弁１０２の開度が一定の値に保たれる場合には、以下に図１２を参照して説明するように、ガス量が増加するに従って排気圧力が高くなる。

図１２は、排気絞り弁１０２の開度が一定に保たれる場合の、ガス量と、排気絞り弁１０２よりも上流側における排気圧力との関係を示す図である。図１２において、符号２０２は、排気圧力を示す。図１２に示すように、ガス量が増加するに連れて排気圧力２０２は大きな値となる。

上記のように、排気絞り弁１０２の開度が一定に保たれて排気圧力が制御される場合には、ガス量が増加するに連れて排気圧力２０２が増加するため、以下に図１３を参照して説明するような問題がある。

図１３は、排気絞り弁１０２の開度が一定に保たれて排気圧力が制御された場合の排気圧力の推移を説明するための図である。

図１３において、符号２０４は、排気絞り弁１０２よりも上流側における排気圧力を示す。符号Ｐｃは、内燃機関にとって好ましくない排気圧力の下限値（以下、基準圧力とする）を示す。符号２００は、要求圧力を示す。

ＤＰＦ１０３の再生時における排気絞り弁１０２の開度は、例えば、ガス量が少ない場合であっても排気圧力２０４が十分に高められて、ＤＰＦ１０３の効率的な再生が可能となる値に設定される。即ち、排気絞り弁１０２の開度は、ガス量が小さな値（図１３の符号Ｇ１参照）である場合に、排気圧力２０４が要求圧力２００の値Ｐ１を満足する開度に設定される。

排気絞り弁１０２の開度が一定の値に設定されていることにより、ガス量がＧ１よりも大きな値である場合にＤＰＦ１０３の再生が行われると、排気圧力２０４が過大となってしまうという問題がある。例えば、ガス量がＧ１よりも大きな値Ｇ２である場合にＤＰＦ１０３の再生が行われた場合、符号Ｐ２で示す圧力で十分に効率的にＤＰＦ１０３の再生が行われることができるにもかかわらず、実際の排気圧力２０４は基準圧力Ｐｃに近い値まで高まってしまう。この場合、ＤＰＦ１０３の再生が終了して排気絞り弁１０２が開かれる際に、高圧の排気ガスが排気絞り弁１０２よりも下流側に流れ出すことに伴って大きな音が発生してしまうという問題がある。

また、ＤＰＦ１０３の再生を行うことができるガス量の範囲が比較的狭い範囲に限定されるという問題がある。ガス量が符号Ｇ２で示す値よりも大きな値である場合にＤＰＦ１０３の再生を行おうとしても、排気圧力２０４が基準圧力Ｐｃを超えてしまうこととなるので、ＤＰＦ１０３の再生を行うことができない。従って、ＤＰＦの再生を行うことができるガス量の範囲は、Ｇ１で示す値からＧ２で示す値までの比較的狭い範囲に限られてしまう。

上記の問題を解決する方法として、排気圧力２０４に基づいて排気絞り弁１０２の開度を調節することにより、排気圧力２０４を目標値（例えば要求圧力２００）に制御することが考えられる。この場合には、排気絞り弁１０２の開度の制御が高精度に行われる必要がある。特に、排気圧力２０４が高圧に制御される場合には、流路面積を小さくするために、排気絞り弁１０２の開度が小さな値に設定される。流路面積が小さい場合には、排気絞り弁１０２の開度のわずかな変化で流路面積の値が大きく変動してしまうため、排気絞り弁１０２の開度の制御が特に高精度に行われる必要がある。しかしながら、排気絞り弁１０２の開度を検出する開度センサのばらつき等が存在するため、排気絞り弁１０２の開度の制御を高精度に行うことは困難である。

また、すすなどが排気絞り弁１０２と排気管１０１との間のクリアランス部分に付着して流路面積が変化した場合には、排気絞り弁１０２の開度が指令値に制御されたとしても、実際の排気圧力２０４が所望の圧力と異なる値となってしまう。

排気系に排気機能を制御するバルブ部材が設けられた制御型排気系システムにおいて、コスト低減、小型化、共用化を達成しながら加速操作時に滑らかな加速感と心地良い加速排気音を得ると共に、良好な外観を保ちながらシングルテールのマフラに対応可能な制御型排気系システムとして、特開平９−２２８８１９号公報（特許文献１）に記載された技術が知られている。

上記特許文献１に記載された制御型排気系システムの技術は、エンジンからの排気ガスを導入するマフラ入口管と分岐管が前端板に接続され、ただ１つのマフラ出口管が後端板に接続されたマフラと、分岐管の途中に設けられた制御バルブと、シリンダ室の圧力レベル応じたピストンストロークの大きさにより制御バルブのバルブ開度を無段階に変更するシリンダ型アクチュエータと、シリンダ型アクチュエータのシリンダ室に一端が開口され、排気圧を導入する他端が排気系の高排気圧位置に開口された圧力導管と、を備えていることを特徴としている。

特開平９−２２８８１９号公報 特開平１１−２３６８２９号公報 特開昭６１−２３６９０４号公報 特開平５−５９９３１号公報

排気圧力の制御が行われる場合に、排気圧力を所望の圧力に精度良く制御できることが望まれている。

本発明の目的は、排気圧力の制御が行われる場合に、排気圧力を所望の圧力に精度良く制御できる排気制御装置を提供することである。

本発明の排気制御装置は、排気経路の排気の圧力を制御する排気制御装置であって、前記排気経路を開閉する開閉手段と、前記排気経路における前記開閉手段の設置位置よりも上流側の前記排気の圧力が導入される導入部と、前記導入部の圧力を受け、前記導入部の圧力に応じて変位可能に構成された変位部と、前記導入部の圧力が予め定められた所定の圧力以下である場合に前記変位部が変位することを規制する変位規制手段とを備え、前記開閉手段は、前記変位部の変位と連動して前記排気経路を開閉するように構成され、前記変位規制手段は、前記変位部に対して、前記変位部が前記導入部の圧力により受ける力の方向と反対の方向に予め定められた所定の力を加える作用手段と、前記所定の力の大きさを可変に設定する作用力変更手段とを有することを特徴とする。

本発明の排気制御装置において、前記排気経路は、第１の排気経路と、前記第１の排気経路をバイパスする第２の排気経路とを備え、前記開閉手段は、前記第２の排気経路を開閉し、前記排気制御装置は、前記第１の排気経路を開閉する排気経路開閉手段を備え、前記開閉手段による前記第２の排気経路の開閉制御は、前記排気経路開閉手段が閉じられた状態で実行されることを特徴とする。

本発明の排気制御装置によれば、排気圧力の制御が行われる場合に、排気圧力が所望の圧力に精度良く制御されることができる。

以下、本発明の排気制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１から図６を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、排気圧力を制御する排気制御装置に関する。

本実施形態では、排気制御装置による排気圧力の制御がＤＰＦを備えた内燃機関に適用される場合について説明する。

図１０から図１３を参照して前述したように、内燃機関の排気圧力が制御される場合に、排気絞り弁１０２の開度により排気圧力２０４が制御される場合には、排気圧力２０４を目標値（要求圧力２００）に制度よく制御することが困難となる場合がある。

これに対して、本実施形態の排気制御装置では、要求圧力２００のレベルに応じて排気圧力２０４が精度良く制御されることができる。特に、要求圧力２００が高圧の場合であっても排気圧力２０４が要求圧力２００に精度良く制御される。その結果、広範囲のガス量の領域においてＤＰＦ１０３の再生が可能となる。以下、その詳細について説明する。

図１は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。図１において、符号１は、排気管（排気経路）を示す。排気管１は、大径部１ｃと、大径部１ｃに比べて小径に形成された小径部１ｄを有する。排気管１において、小径部１ｄは、大径部１ｃよりも排気ガスの流れ方向の下流側に設けられている。排気管１の大径部１ｃには、大径部１ｃの内部を仕切る仕切板３が設けられている。仕切板３は、小径部１ｄの下壁部１ｅと同一平面上に位置するように構成されている。排気管１の大径部１ｃは、仕切板３により、第１通路（第１の排気経路）１ａと第２通路（第２の排気経路）１ｂとに分けられている。なお、排気管１における仕切板３の設置位置よりも上流側には、ＤＰＦ（図示せず）が設けられている。

第１通路１ａには、第１通路１ａを開閉する開閉弁２が設けられている。仕切板３における排気ガスの流れ方向の下流端３ａと小径部１ｄの下壁部１ｅとの間には、開口部４が形成されている。第２通路１ｂを流れる排気ガスは、開口部４において第１通路１ａを流れる排気ガスに合流する。開口部４には、開口部４を開閉する制御弁（開閉手段）５が設けられている。

制御弁５には、ロッド１３が接続されている。ロッド１３には、ロッド１３をその軸心方向に動作させて制御弁５を開閉させるための開閉制御手段６が設けられている。開閉制御手段６は、第１アクチュエータ１１及び第２アクチュエータ１２を有する。第１アクチュエータ１１及び第２アクチュエータ１２は、ロッド１３の軸心方向に直列に配置されている。第１アクチュエータ１１及び第２アクチュエータ１２は、接続部１６において互いに接続されている。以下の説明において、ロッド１３の軸心方向における制御弁５に近い方向を第１方向Ｘとする。第１アクチュエータ１１は、第２アクチュエータ１２よりも、第１方向Ｘ側に配置されている。第１アクチュエータ１１及び第２アクチュエータ１２は、それぞれ車両（図示せず）に固定されている。

第１アクチュエータ１１は、本体１１ｂと、本体１１ｂの内部にロッド１３の軸心方向に移動可能に設けられた第１ダイアフラム（変位部）１４と、本体１１ｂ内において第１ダイアフラム１４により仕切られた第１室１７と第２室（導入部）１８とを有する。第１室１７は、第１ダイアフラム１４を基準として第１方向Ｘ側に位置しており、第２室１８は、第１ダイアフラム１４を基準として第１方向Ｘと反対側に位置している。

第２アクチュエータ１２は、本体１２ｂと、本体１２ｂの内部にロッド１３の軸心方向に移動可能に設けられた第２ダイアフラム１５と、本体１２ｂ内において第２ダイアフラム１５により仕切られた第３室１９と第４室２０とを有する。第３室１９は、第２ダイアフラム１５を基準として第１方向Ｘ側に位置しており、第４室２０は、第２ダイアフラム１５を基準として第１方向Ｘと反対側に位置している。

ロッド１３は、第１アクチュエータ１１における第１方向Ｘ側の端面１１ａ、第１ダイアフラム１４、及び接続部１６を貫通している。ロッド１３における制御弁５が接続された側と反対側の端部は、第２ダイアフラム１５に接続されている。また、第１ダイアフラム１４は、ロッド１３に接続されている。第１アクチュエータ１１における第１ダイアフラム１４以外の部分、及び第２アクチュエータ１２における第２ダイアフラム１５以外の部分は、いずれもロッド１３と接続されていない。接続部１６における、ロッド１３が貫通する貫通部１６ａは、シールされている。このため、第１アクチュエータ１１の第２室１８と第２アクチュエータ１２の第３室１９との間で貫通部１６ａを介した気体の移動が生じることが抑制されている。

第１アクチュエータ１１の第１室１７において、第１ダイアフラム１４と第１方向Ｘ側の端面１１ａとの間には、スプリング（作用手段）２１が設けられている。スプリング２１は、縮んだ状態で設置されており、第１ダイアフラム１４を第１方向Ｘと反対の方向に予め定められた所定の力で付勢している。これにより、ロッド１３は、第１ダイアフラム１４を介して第１方向Ｘと反対方向への力を受けるので、制御弁５が閉じた状態となる。第２室１８は、パイプ２５を介して、制御弁５の設置位置よりも上流側の排気管１と連通されている。

第３室は、負圧管２３を介して、負圧を発生させるための負圧ポンプ２２と接続されている。負圧管２３には、負圧切替弁２４が設けられている。負圧切替弁２４により、第３室１９に負圧ポンプ２２で生成される負圧が導入される状態（以下、負圧導入状態とする）と、第３室１９内の負圧が大気に開放される状態（以下、大気開放状態とする）とが切替えられる。

車両には、車両の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を有する車両制御部３０が設けられている。開閉弁２及び負圧切替弁２４は、車両制御部３０に接続されており、車両制御部３０により開閉弁２及び負圧切替弁２４がそれぞれ制御される。

本実施形態の排気制御装置１０は、開閉弁２、制御弁５、ロッド１３、第１アクチュエータ１１、第２アクチュエータ１２、パイプ２５、負圧ポンプ２２、負圧管２３、負圧切替弁２４、及び車両制御部３０を含んでいる。

次に、排気圧力の制御が行われる際の排気制御装置１０の基本的な動作について説明する。本実施形態の排気制御装置１０では、要求圧力に応じて、排気圧力が２つの異なる圧力値のいずれかに制御されることができる。

図２は、２つの圧力値のうちで相対的に高い圧力値に排気圧力が制御される（以下、高圧制御とする）場合の動作を説明するための図である。図３は、排気圧力の制御が行われる際の排気圧力の推移を示す図である。図３において、符号Ｐ４は、高圧制御が行われる際の排気圧力の目標値（以下、高圧目標圧力とする）を示す。符号２０６は、高圧制御が行われる際の開閉弁２よりも上流側における第１通路１ａ、及び第２通路１ｂの排気圧力（以下、単に排気圧力とする）を示す。

高圧制御が行われる場合には、図２に示すように、開閉弁２が閉じられる。それと共に、負圧切替弁２４により、第３室は大気開放状態とされる。開閉弁２が閉じられることで、排気圧力２０６が上昇する。排気圧力２０６が上昇することで、第２室１８内の圧力が上昇する。符号Ｆ１は、第２室１８内の圧力により第１ダイアフラム１４に対して作用する第１方向Ｘの力を示す。第１方向Ｘの力Ｆ１は、排気圧力２０６の上昇に連れて増加する。

スプリング２１が第１ダイアフラム１４を第１方向Ｘと反対の方向に押す力の大きさは、第２室１８内の圧力が概ね高圧目標圧力Ｐ４で示す値となった場合の第１方向Ｘの力Ｆ１とつり合う値に設定されている。第２室１８内の圧力が高圧目標圧力Ｐ４よりも小さい場合には、第１方向Ｘの力Ｆ１よりもスプリング２１による第１方向Ｘと反対方向の力が大きいため、第１ダイアフラム１４は、第１方向Ｘと反対方向に押されたままで変位しない。

第２室１８内の圧力が高圧目標圧力Ｐ４よりも大きくなると（図３の符号Ｇ４参照）、スプリング２１の力よりも第１方向Ｘの力Ｆ１が大きくなるため、第１方向Ｘの力Ｆ１により、第１ダイアフラム１４は第１方向Ｘへ変位する（第１方向Ｘ側へたわむ）。これにより、ロッド１３も第１方向Ｘへ移動するので、制御弁５が開弁する。制御弁５が開弁することで、排気ガスが制御弁５から下流側へ排出されるので、排気圧力２０６は低下する。

第２室１８内の圧力が高圧目標圧力Ｐ４よりも大きな値であるほど、第１ダイアフラム１４は第１方向Ｘへ大きく変位する。その結果、制御弁５の開度が大きくなり、より多くの排気ガスを下流側へ逃がすので、速やかに排気圧力２０６が低下する。排気圧力２０６が低下して高圧目標圧力Ｐ４よりも小さくなると、制御弁５は閉弁する。以上の動作が繰り返されることにより、排気圧力２０６は、高圧目標圧力Ｐ４に保たれる。

図４は、排気圧力が符号Ｐ４で示す圧力よりも低い目標圧力（図３の符号Ｐ３参照、以下、中圧目標圧力とする）に制御される（以下、中圧制御とする）場合の動作を説明するための図である。図３の符号２０７は、中圧制御が行われる場合の排気圧力を示す。中圧制御が行われる場合には、図４に示すように、開閉弁２が閉じられると共に、負圧切替弁２４は、負圧導入状態に切替えられる。第３室１９に負圧が導入されることにより、第２ダイアフラム１５には、第１方向Ｘへの力が作用する。符号Ｆ２は、第３室１９内の負圧により第２ダイアフラム１５に作用する第１方向Ｘの力を示す。

負圧による第１方向Ｘの力Ｆ２は、第２ダイアフラム１５及びロッド１３を介して第１ダイアフラム１４に作用する。これにより、第１ダイアフラム１４には、第２室１８内の圧力による第１方向Ｘの力Ｆ１及び第３室１９内の負圧による第１方向Ｘの力Ｆ２がそれぞれ作用する。よって、高圧制御が行われる場合に比べて、第２室１８内の圧力が小さな値で制御弁５が開弁する。第３室１９に導入される負圧の大きさは、中圧目標圧力Ｐ３において制御弁５が開弁する値に設定される。これにより、排気圧力２０７が、中圧目標圧力Ｐ３に制御される。

図５は、ＤＰＦの再生時において、排気制御装置１０により排気圧力の制御が行われる場合の排気圧力の推移を示す図である。本実施形態では、要求圧力のレベルに応じて目標圧力が設定され、設定された目標圧力に排気圧力の制御が行われる。図５において、符号２００は、要求圧力を示す。符号２０８は、排気圧力を示す。符号Ｐ３及びＰ４は、それぞれ中圧目標圧力及び高圧目標圧力を示す。

要求圧力２００が中圧目標圧力Ｐ３よりも大きな値である運転領域、即ちガス量が符号Ｇ７で示す値よりも小さな値である運転領域においては、高圧制御が行われる。この場合、排気圧力２０８の制御が開始される（符号Ｇ５参照）と、図２に示すように、開閉弁２が閉じられると共に、負圧切替弁２４は大気開放状態に切替えられる。開閉弁２が閉じられると、排気圧力２０８は上昇する。排気圧力２０８が高圧目標圧力Ｐ４に達した時点（符号Ｇ６参照）で制御弁５が開弁する。それ以上ガス量が増加したとしても、排気圧力２０８は高圧目標圧力Ｐ４に保たれる。

排気圧力２０８が要求圧力２００よりも高圧に保たれるため、ＤＰＦの再生が効率的に行われる。高圧制御が行われる際には、排気圧力２０８が比較的高圧となるものの、ガス量が比較的少ないので、排気圧力２０８の制御が解除されて開閉弁２が開かれたとしても大きな音は発生しない。

内燃機関の回転数及び負荷が上昇してガス量が増加していき、要求圧力２００が中圧目標圧力Ｐ３よりも小さくなる（符号Ｇ７参照）と、高圧制御から中圧制御へ移行する。この場合、図４に示すように、負圧切替弁２４が負圧導入状態に切替えられる。これにより、制御弁５は開弁して排気ガスを下流側へ逃がす。排気圧力２０８が中圧目標圧力Ｐ３へ低下するまで制御弁５の開弁状態が保たれる。排気圧力２０８が中圧目標圧力Ｐ３以下となると、制御弁５は閉じ、排気圧力２０８が中圧目標圧力Ｐ３に保たれる。中圧制御が行われる場合には、ガス量が比較的多いものの、排気圧力２０８が高圧目標圧力Ｐ４よりも低い中圧目標圧力Ｐ３に制御されているため、開閉弁２の開弁時に発生する音が大きな音となることが抑制される。

ガス量がさらに大きくなり、開閉弁２を開いた状態でも排気圧力２０８が要求圧力２００を上回る運転状態（符号Ｇ８参照）となると、開閉弁２が開かれて排気圧力２０８の制御が解除される。

排気圧力２０８が制御される場合の目標圧力の切替えは、例えば、図６に示すマップに従って行われる。図６は、内燃機関の回転数（横軸）とトルク（縦軸）の組合せに対応する目標圧力の設定内容を示す図である。

図６に符号２１０で示す領域は、低回転、軽負荷の領域であり、排気圧力２０８の目標値は、高圧目標圧力Ｐ４に設定される。低回転、軽負荷領域２１０は、図５においてガス量がＧ７未満の領域に相当する。符号２１１で示す領域は、比較的高回転、高負荷の領域であり、排気圧力２０８の目標値は、中圧目標圧力Ｐ３に設定される。上記領域は、図５においてガス量がＧ７以上Ｇ８未満の領域に相当する。符号２１２で示す領域は、高回転、高負荷の領域であり、排気圧力２０８の制御を必要としない領域である。上記領域は、図５においてガス量がＧ８以上の領域に相当する。図６に示すマップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。

以下、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、高圧制御が行われる場合（図２参照）に、第２室１８内の圧力が高圧目標圧力Ｐ４を超えた場合に制御弁５が開弁する。本実施形態の排気制御装置１０では、制御弁５は、第２室１８内の圧力により第１ダイアフラム１４に作用する第１方向Ｘの力Ｆ１と、スプリング２１により第１ダイアフラム１４に作用する力とのバランスにより開閉される。このため、電子的な制御を必要とせずに高精度に排気圧力２０６の制御が行われる。開口部４にすすなどが付着して開口面積（クリアランス）が変化した場合であっても、第１アクチュエータ１２により、排気圧力２０６が高圧目標圧力Ｐ４となる位置に制御弁５の開度が自動的に調節される。また、排気圧力２０６の変化に対して、電子的な制御に比べて応答性に優れる。

特に、排気圧力２０６が高圧に制御される場合に、排気圧力２０６の検出値に基づいて排気絞り弁１０２（図１１参照）の開度が調節される方法に比べて、制御弁５の開度の制御が高精度に行われる。

中圧制御が行われる際（図４参照）には、第３室１９に負圧が導入される。これにより、第１ダイアフラム１４には、スプリング２１による力に抗して、負圧による第１方向Ｘの力Ｆ２（図４参照）が加えられる。よって、高圧制御が行われる際よりも小さな排気圧力２０６（中圧目標圧力Ｐ３）において制御弁５が開弁される。

以上により、排気圧力２０６が２つの異なる圧力にそれぞれ制御されることが可能となる。例えば、第２アクチュエータ１２が設けられずに第１アクチュエータ１１のみで制御弁５の開閉制御が行われた場合には、排気圧力２０６は、１つの圧力値にしか制御されることができない。この場合、目標圧力が高圧に設定された場合には、少ないガス量であってもＤＰＦの再生が可能となる反面、ガス量が大きな値である場合にＤＰＦの再生が行われると開閉弁２の開弁時に大きな音が発生してしまう。一方、開閉弁２の開弁時の気流音を抑制するために目標圧力が低圧に設定されると、低ガス量においてＤＰＦの再生ができなくなってしまう。

これに対して、本実施形態の排気制御装置１０では、要求圧力２００に応じた値に排気圧力２０６が制御される。このため、低ガス量においてもＤＰＦの再生が可能となると共に、ガス量が増加した場合であっても排気圧力２０６が大きくなり過ぎることが抑制される。これにより、開閉弁２の開弁時に大きな音が発生してしまうことを抑制しつつＤＰＦの再生を行うことが可能となる。

また、要求圧力２００に応じた値に排気圧力２０６が制御されることができるので、例えばＤＰＦの再生が行われる場合のように、運転状況（ガス量）によって要求圧力２００が異なる場合であっても対応可能となる。その結果、例えばＤＰＦの再生が広い運転状況（ガス量）の範囲で行われることが可能となる。

（第１実施形態の第１変形例）
上記第１実施形態では、中圧制御が行われる場合に、第２アクチュエータ１２に負圧が導入されたが、第１変形例では、負圧に代えて、排気圧力が導入される。

図７は、第１変形例に係る装置の概略構成図である。本変形例では、負圧ポンプ２２、負圧管２３、及び負圧切替弁２４は設けられていない。第２アクチュエータ１２の第４室２０は、排気圧導入管２８を介して、制御弁５の設置位置よりも上流側の排気管１と連通されている。排気圧導入管２８には、排気圧切替弁２７が設けられている。排気圧切替弁２７により、第４室２０に排気圧力が導入される状態と、第４室２０内の圧力が大気に開放される状態とが切替えられる。上記第１実施形態の車両制御部３０に代えて、車両制御部４０が設けられている。

高圧制御が行われる場合には、排気圧切替弁２７は、第４室２０内の圧力が大気に開放される状態に切替えられる。一方、中圧制御が行われる場合には、排気圧切替弁２７は、排気圧力が第４室２０に導入される状態に切替えられる。この場合、第４室２０内の圧力により、第２ダイアフラム１５に対して、符号Ｆ３で示す第１方向Ｘの力が作用する。排気圧力による第１方向Ｘの力Ｆ３は、第２ダイアフラム１５及びロッド１３を介して第１ダイアフラム１４に作用する。これにより、高圧制御が行われる場合に比べて、第２室１８内の圧力が小さな値で制御弁５が開弁する。

本変形例では、中圧制御時には、第４室２０に排気圧力が導入される。このため、上記第１実施形態（図４参照）の負圧による第１方向Ｘの力Ｆ２（一定値）と異なり、排気圧力の変化に伴って第１方向Ｘの力Ｆ３が変化する。よって、以下に説明するように、排気圧力が中圧目標圧力Ｐ３を超えた場合に、より速やかに排気圧力が中圧目標圧力Ｐ３まで低下する。

第２室１８内の圧力による第１方向Ｘの力Ｆ１のみならず、第４室２０内の圧力による第１方向Ｘの力Ｆ３も排気圧力の上昇に伴って増加する。第２室１８内にのみ排気圧力が導入される上記第１実施形態に比べて、排気圧力が中圧目標圧力Ｐ３を超えた場合には、制御弁５を開弁させる力が大きな値となる。このため、制御弁５が大きく開かれるので、排気ガスの下流側への排出が速やかに行われ、排気圧力が短時間で低下する。

（第１実施形態の第２変形例）
上記第１実施形態では、第１アクチュエータ１１及び第２アクチュエータ１２が共にロッド１３に直接接続されたが、本変形例では、第２アクチュエータは、接続用ロッドを介してロッド１３に接続される。

図８は、第２変形例に係る装置の概略構成図である。上記第１実施形態の第２アクチュエータ１２に代えて、第２アクチュエータ３１が設けられている。第２アクチュエータ３１は、第１アクチュエータ１１を基準としてロッド１３の軸心方向における第１方向Ｘの延長線上に設けられている。第２アクチュエータ３１は、接続用ロッド３４を介してロッド１３に接続されている。接続用ロッド３４とロッド１３との接続部は、例えばＴ字型リンクにより接続されている。このため、接続用ロッド３４がロッド１３の軸心方向（例えば第１方向Ｘ）に移動しても、ロッド１３による制御弁５の開閉動作を妨げない。

第２アクチュエータ３１の内部には、ロッド１３の軸心方向に移動可能に第２ダイアフラム３２が設けられている。第２ダイアフラム３２は、接続用ロッド３４に接続されている。第２アクチュエータ３１の内部は、第２ダイアフラム３２により、相対的に第１方向Ｘ側に位置する第３室３３と、第１方向Ｘと反対側に位置する第４室３５とに分けられている。第３室３３に負圧を導入するために、上記第１実施形態と同様に負圧ポンプ２２、負圧管２３、及び負圧切替弁２４が設けられている。

高圧制御が行われる際には、上記第１実施形態と同様に、負圧切替弁２４は大気開放状態とされる。中圧制御が行われる場合には、負圧切替弁２４は、負圧導入状態に切替えられる。この場合、第３室３３内の負圧により、第２ダイアフラム３２には、第１方向Ｘの力Ｆ４が作用する。第１方向Ｘの力Ｆ４は、接続用ロッド３４、ロッド１３を介して第１ダイアフラム１４に作用する。これにより、高圧制御が行われる場合に比べて、第２室１８内の圧力が小さな値で制御弁５が開弁する。

（第１実施形態の第３変形例）
上記実施形態においては、第１通路１ａが閉じられた状態で制御弁５により第２通路１ｂが開閉されることで排気圧力が制御されたが、これに代えて、例えば、図９に示すように、制御弁５により排気管１全体が開閉されて排気圧力が制御されることができる。これにより、簡易な構成で排気圧力が制御されることができる。

以上説明した実施形態において、アクチュエータの数は２つには限定されず、３つ以上のアクチュエータが設けられることができる。この場合、第１アクチュエータ１１の第１ダイアフラム１４に作用する力の大きさは、アクチュエータの数に応じた異なる値に設定されることができる。その結果、排気圧力がアクチュエータの数に応じた異なる値に制御されることができる。

本発明の排気制御装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態で高圧制御が行われる場合の動作を説明するための図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態の制御が行われる場合の排気圧力を示す図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態で中圧制御が行われる場合の動作を説明するための図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態の制御が行われる場合のガス量と排気圧力との関係を示す図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態における排気圧力の設定値の求め方を説明するための図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態の第１変形例に係る装置の概略構成図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態の第２変形例に係る装置の概略構成図である。 本発明の排気制御装置の第１実施形態の第３変形例に係る装置の概略構成図である。 ガス量と要求圧力との関係の一例を示す図である。 排気経路に排気絞り弁が設けられた装置の一例を示す図である。 排気絞り弁の開度が一定に保たれた場合のガス量と排気圧力との関係を示す図である。 排気絞り弁の開度が一定に保たれた場合の要求圧力と排気圧力との関係を示す図である。

符号の説明

１ 排気管
１ａ 第１通路
１ｂ 第２通路
２ 開閉弁
３ 仕切板
４ 開口部
５ 制御弁
１０ 排気制御装置
１１ 第１アクチュエータ
１２ 第２アクチュエータ
１３ ロッド
１４ 第１ダイアフラム
１５ 第２ダイアフラム
１６ 接続部
１６ａ 貫通部
１７ 第１室
１８ 第２室
１９ 第３室
２０ 第４室
２１ スプリング
２２ 負圧ポンプ
２３ 負圧管
２４ 負圧切替弁
２５ パイプ
２７ 排気圧切替弁
２８ 排気圧導入管
３０ 車両制御部
３１ 第２アクチュエータ
３２ 第２ダイアフラム
３３ 第３室
３４ 接続用ロッド
３５ 第４室
４０ 車両制御部
１０１ 排気管
１０２ 排気絞り弁
１０３ ＤＰＦ
２００ 要求圧力
２０６ 排気圧力
２０７ 排気圧力
２０８ 排気圧力
２１０ 低回転低負荷の領域
２１１ 比較的高回転高負荷の領域
２１２ 高回転高負荷の領域
Ｆ１ 第１方向Ｘの力
Ｆ２ 第１方向Ｘの力
Ｆ３ 第１方向Ｘの力
Ｆ４ 第１方向Ｘの力
Ｐ３ 中圧目標圧力
Ｐ４ 高圧目標圧力
Ｐｃ 基準圧力

Claims (2)

1. 排気経路の排気の圧力を制御する排気制御装置であって、
   前記排気経路を開閉する開閉手段と、
   前記排気経路における前記開閉手段の設置位置よりも上流側の前記排気の圧力が導入される導入部と、
   前記導入部の圧力を受け、前記導入部の圧力に応じて変位可能に構成された変位部と、
   前記導入部の圧力が予め定められた所定の圧力以下である場合に前記変位部が変位することを規制する変位規制手段とを備え、
   前記開閉手段は、前記変位部の変位と連動して前記排気経路を開閉するように構成され、
   前記変位規制手段は、前記変位部に対して、前記変位部が前記導入部の圧力により受ける力の方向と反対の方向に予め定められた所定の力を加える作用手段と、
   前記所定の力の大きさを可変に設定する作用力変更手段とを有する
   ことを特徴とする排気制御装置。
2. 請求項１記載の排気制御装置において、
   前記排気経路は、第１の排気経路と、前記第１の排気経路をバイパスする第２の排気経路とを備え、
   前記開閉手段は、前記第２の排気経路を開閉し、
   前記排気制御装置は、前記第１の排気経路を開閉する排気経路開閉手段を備え、
   前記開閉手段による前記第２の排気経路の開閉制御は、前記排気経路開閉手段が閉じられた状態で実行される
   ことを特徴とする排気制御装置。

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