JP4526709B2

JP4526709B2 - ガス輸送装置

Info

Publication number: JP4526709B2
Application number: JP2000597574A
Authority: JP
Inventors: ヘルマン、エティング; エッケハルト、ビーラス
Original assignee: アー．カイザーアウトモティーフェジステームスゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: JP2002536585A; ES2206188T3; EP1149253B1; DE50003439D1; EP1149253A1; WO2000046533A1; US6557346B1

Description

【０００１】
本発明は、請求項１で述べた圧力補償を行うガス輸送装置に関し、さらにこのようなガス輸送装置を、排気ガス再循環バルブとして、および給気装置（ｃｈａｒｇｅ−ａｉｒｄｅｖｉｃｅ）を備えた内燃エンジンの空気輸送手段として使用することに関する。
【０００２】
火花点火エンジンやディーゼルエンジン、特に自動車におけるこれらのエンジンには通常、ガス輸送装置、とりわけ排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブが設けられている。このバルブで、ＮＯｘの排出を抑え、燃費を向上させ、騒音の発生を減らすために、排気ガスを部分的に新鮮な取り込み空気と混合させている。さらに、ガス輸送装置には、空気輸送装置で、特に内燃エンジンの給気装置と関連したものもある。
【０００３】
このようなガス輸送装置は、計量調整構成要素や制御構成要素を備えており、これらの構成要素を用いて、輸送ガス量もしくは再循環ガス量を、その運転上のポイント（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）を果たす機能（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）として設定できる。再循環ガス量が少なすぎた場合は、所望の結果が得られない。また再循環ガス量が多すぎると、火花点火エンジンにおける排気ガス再循環では、誤動作を引き起こし、ＨＣ排出やＣＯ排出までもが増加し望ましくない。ディーゼルエンジンでも、粒子排出が増加し望ましくない。そのうえ再循環空気量が多すぎると、所望の給気状態を達成できない。
【０００４】
このような制御構成要素の多くは、完全に密閉できるようになったバルブであり、バキュームダイアフラムやサーボモーターあるいはばねに抗して動作する比例動作（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）磁石によって設置し、つづいて、点火調節弁やエンジンの制御ユニットからのリレーを介して、作動するものである。このような制御ユニットにおいてこの目的に使用される情報は一般的に、エンジンの負荷と速度そしてそこに取入れる空気量に関したものである。機能向上を図って、変位計量調整システム（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）を介した、開口したときの移動距離（ｏｐｅｎｉｎｇｔｒａｖｅｌ）のフィードバックも適用される。
【０００５】
普通、ガス輸送装置に接続されたエンジンのパイプシステムどうしの間に生じる圧力勾配が、ガス輸送装置に作用する。このような場合、ガス輸送装置で、計量調整構成要素を動かす方向と、輸送ガスや再循環ガスが流れる方向とが同じという傾向が続く限り、ガス輸送装置の計量調整構成要素に動作上の問題がおきる。
【０００６】
本発明の目的は、ガス輸送装置において、バルブ作動が、ガス輸送装置に作用する前記圧力変動の影響をできるかぎり受けないようになっているものを提供することである。
【０００７】
この目的は、請求項１で特定された特徴を有するガス輸送装置によって達成できる。
【０００８】
本発明によると、内燃エンジン、特に自動車エンジンのこのガス輸送装置は、圧縮ダクト、新鮮ガスを供給する新鮮ガスダクト、出口ダクト、そしてこれらの新鮮ガスダクト内と出口ダクト内へ開口する絞りを備えて、少なくとも圧縮ダクトと絞りとを、ガス、とりわけ空気や排気ガスを計量調整したり制御したりする制御構成要素を介して、互いに接続し、圧縮ガス側のガス圧と新鮮ガス側のガス圧との圧力差によって制御構成要素に作用する力を補償するための補償装置を設けている。本発明による補償装置を設けたことによって、圧力勾配の前記影響は最小となる。あるいは好ましくは、完全に補償されている。そして本発明により結果的に、とりわけ制御構成要素の作動装置を小さくできるので、省スペースとなり重量も低下し、動力消費量も装置自体の加熱も抑えられる。この補償装置によって、制御構成要素を通ることによって生じるガス圧の圧力勾配が、制御構成要素に望ましからぬ開閉方向で作用する力成分になるようなことはありえず、この結果、そこを通って供給されるガス量の制御が、大幅に向上する。
【０００９】
本発明のある好適な実施態様では、補償装置の片側は圧縮ガス側のガス圧で作動し、もう一方の片側は新鮮ガス側のガス圧で作動するようになっている。この結果、補償装置を介した圧力差は、補償されるべき力成分に対向する新たな力成分となり、しかもこれら成分の大きさは同じなので、２つの力成分をバランスさせることができる。
【００１０】
補償装置を、バタフライバルブ、ダブルバルブ、ボールバルブ、コーンバルブ、あるいはシリンダーバルブとして、制御構成要素に設けていると好ましい。
【００１１】
別の好適な実施態様では、制御構成要素が、バルブロッドと、このバルブロッドに固定されガス圧実効面積を有するバルブディスクとを備えて、ガス圧実効面積と圧力差の積と同じバルブディスクの力がバルブディスクにかかる。補償装置は、少なくとも１つのピストン、１つのダイアフラムおよび／または１つのベローを備えて、この装置はさらにバルブロッドに固定され、そしてこの装置のガス圧実効面積に圧力差が作用し、その結果、バルブディスク力を補償する補償力がこのバルブロッドに作用する。
【００１２】
さらに別の好適な態様においては、制御構成要素が、機械的、空気圧、油圧、磁気、あるいは電気作動装置、あるいはサーボモータによって、特に電気作動磁石によって、作動可能になっている。磁石もしくは比例動作磁石の使用は、制御構成要素の開口や位置が、このような磁石によって、非常に速くそして正確に設定できるので、特に適切であることがわかった。また比例動作磁石の作動力は、流れる電流によってのみほぼ決り、開口したときの移動距離とは無関係なので、制御信号に対して素早いリアクションが可能となることからも適切である。
【００１３】
また別の好適な実施態様では、補償装置は、制御構成要素内に設けられた内側バルブを構成している。
【００１４】
内側バルブ補償スペースにおけるガス圧は、補償装置のピストンとピストンのガイドスリーブとの間の開口すき間と組み合わせた内側バルブを介して、制御可能で、この内側バルブが、作動装置および／または内側バルブ作動装置によって作動可能であると好ましい。制御構成要素、たとえばメインバルブの径に対して、ピストンの径をどのように選択するかによって、ピストンとガイドスリーブとの間の開口すき間に、内側バルブがどのように適合するかが決ってくる。
【００１５】
さらに別の実施態様では、補償装置は、運動トランスミッション、特にレバートランスミッションを介して制御構成要素に作用し、一方は制御構成要素のガス圧実効面積と、他方は補償装置のガス圧実効面積との間の差を補償する。このトランスミッションによって、補償装置によって生じた力成分を、制御構成要素で補償されるべき力を補償するのに適切な大きさに変えるのである。この方法は、補償装置のガス圧実効面積と、制御構成要素のガス圧実効面積とが、相互に異なっている場合に、特に有利である。
【００１６】
さらにまた別の実施態様では、制御構成要素を、ダイアフラムやベローのばね作用によって閉鎖方向に予備圧縮しておく。この場合特に、制御構成要素の閉鎖方向の力成分を付加するために、この予備圧縮を補助するばねを、加えて設けておいてもよい。
【００１７】
本発明の好適な実施態様では、補償装置と制御構成要素とが、互いに接続されて、力について実効となって、作動装置を介して制御可能となっている。このようにすると、補償装置によって生じた力と作動装置によって生じた力とが、制御構成要素に合わせて作用し、制御構成要素に所望の総力あるいは力成分を作用させるために、相互に適切に加算しあうこと、あるいは相互に適切に補償しあうことが可能となる。
【００１８】
別の実施態様では、制御構成要素がポテンションメーターのような装置を有して、常時、制御構成要素の開口したときのそれぞれに対応する断面積についての情報を提供している。こうして、作動装置によって設定された制御構成要素の開口を、所望の開口と比較していくことができる。
【００１９】
本発明のさらなる形態によれば、本発明によるガス輸送装置を、給気装置を備える内燃エンジンの空気輸送装置として利用することに関し、この場合、圧縮ダクトは、給機装置のコンプレッサーのコンプレッサー出口ダクト内に開口する新気圧縮ダクトであり、出口ダクトは、コンプレッサーのコンプレッサー入口ダクトであり、そして新鮮ガスダクトは、新気ダクトであり、さらに制御構成要素は、空気を計量調整できるように設計されている。ガス輸送装置を空気輸送装置としてこのように利用すると、新気圧縮ダクト内のガス圧が新気ダクト内のガス圧より低ければ、空気流を、新気ダクトから、制御構成要素を通って、新気圧縮ダクトまで流れるようにすることができるということでも、好ましい。
【００２０】
本発明の別の形態によれば、本発明は、本発明によるガス輸送装置を、内燃エンジンの排気ガス再循環装置として利用することに関し、この場合、圧縮ダクトは排気ガス供給ダクトで、制御構成要素は、排気ガス供給ダクトから絞りへの排気ガスを計量調整するように設計され、かくして、内燃エンジンのガス供給内に開口する出口ダクトのガス流内へ、排気ガスを再循環する。
【００２１】
以下に、好適な実施態様を参照しながら実例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００２２】
種々の実施態様における、同一あるいは本質的に同一な特徴はすべて、以下の説明において、表現をより簡潔にするため、均一の参照符号で示すこととする。また参照符号にａを付けたときは、ガス輸送装置を排気ガス再循環装置として好適に利用したものを表しており、いっぽう、参照符号にｂを付けたときは、ガス輸送装置を給気装置を有する内燃エンジンの空気輸送装置として好適に利用したものを表す。
【００２３】
図１は、内燃エンジンの新鮮ガスシステムと排気ガスシステムのそれぞれの一部、さらに、排気ガス再循環ガス輸送装置（排気ガス再循環装置）ａと、新気輸送ガス調整装置（空気輸送装置）ｂを設置した好適な配設を、概略的に示している。この配設のなかで、本発明によるガス輸送装置の部分は、図１の破線で示されている。
【００２４】
排気ガス再循環ガス輸送装置ａの場合、ガス輸送装置は、新鮮空気を輸送する新気ダクト２ａと、排気ガスを輸送する排気ガスダクト５ａとの間に配され、出口ダクト４ａ内に開口している絞り１ａを有する。出口ダクト４ａは、排気ガス再循環装置によって計量調整された新鮮ガスと排気ガスとを含むガス流を、エンジンユニット１００に供給する。内燃エンジンの運転中、絞り１ａ中のガス圧はＰ_３、排気ガスダクト５ａ中のガス圧はＰ_５である。
【００２５】
再循環されなかった残りのガスは、排気ガスタービン１０４を通って、内燃エンジンから出られるようになっている。この排気ガスタービン１０４は、ターボチャージャーシャフト１０６を介して、コンプレッサー１０２に接続されており、さらにこのコンプレッサーは、新鮮空気を、コンプレッサー入口ダクト４ｂを介して、新気ダクト２ｂから、コンプレッサー出口ダクト１０８内に圧送する。新気ダクト２ｂとコンプレッサー入口ダクト４ｂとは、空気輸送装置ｂの絞り１ｂに接続されている。空気輸送装置ｂの制御構成要素によって、絞り１ｂは新気圧縮ダクト５ｂから隔てられている。内燃エンジンの運転中は、新気圧縮ダクト５ｂ中のガス圧はＰ_３、絞り１ｂ領域中のガス圧はＰ_２である。
【００２６】
図２は、本発明によるガス輸送装置の第１実施態様の断面図を略図的に示したものである。
【００２７】
このガス輸送装置が排気ガス再循環装置として用いられる場合、排気ガスを、圧縮ダクト５（図１における排気ガスダクト５ａ）によって、この排気ガス再循環装置に供給する。そしてこの圧縮ダクト５の一方の側はエンジンの排気ガスメインフロー内に導かれる。新鮮空気を、新気ダクト２（図１における新気ダクト２ａ）を介して、供給し、この新鮮空気を、後述するように、メインバルブ６０で圧縮ダクト５からの排気ガスを計量調整することによって、排気ガスと混合する。続いて排気ガスと混合した新鮮ガスを、エンジンユニットのガス供給と接続された出口ダクト４内を、適切な方法で輸送する。
【００２８】
そしてガス供給装置（ｇａｓｆｅｅｄ）が空気輸送装置として用いられる場合、新鮮空気を、新鮮ガスダクト２（図１における新気ダクト２ｂ）を介して、供給する。このとき、出口ダクト４は図１に示されたコンプレッサー入口ダクト４ｂに相当し、いっぽう、圧縮ダクト５は図１に示された新気圧縮ダクト５ｂに相当する。
【００２９】
圧縮ダクト５は、バルブあるいはメインバルブ６０を介して、絞り１に接続されている。このメインバルブ６０は、バルブディスク６０Ａとバルブシートあるいはバルブ壁６０Ｂとから成る。絞り１は、新鮮ガスダクト２と出口ダクト４とに接続されている。そして出口ダクト４を、再循環ガスと混合された新鮮ガスが通る。
【００３０】
補償ピストン、バランシングピストンあるいはピストン８０を収容するための、補償スペースあるいはピストンスペース１０は、圧縮ダクト５の最上壁９に設けられている。そしてこのピストン８０は、その外周で、壁あるいは側壁１１を抗して支え、ばねあるいはらせんばね６を介して、壁１１の最上部に接続されている。ピストンスペース１０と絞り１とは、ラインあるいはバランシングライン１２を介して、ピストンスペース１０と絞り１内の圧力がすばやくバランスされるように、接続されている。
【００３１】
ピストン８０とバルブディスク６０Ａとは、ロッド１３を介して、互いに接続されている。電気作動磁石（ｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｇｎｅｔ）あるいは比例動作磁石１４としての作動装置が、ロッド１３のピストン８０と反対側に配されて、この作動装置を介して、メインバルブ６０を制御できるようになっている。
【００３２】
絞り１のガス圧は、このガス輸送装置を排気ガス再循環装置として運転させるか空気輸送装置として運転させるかの条件に応じて、それぞれＰ_３かＰ_２となる。圧縮ダクト５のガス圧は、それぞれＰ_５かＰ_３となる。排気ガス再循環に関連する吸気型エンジンでは、運転上のすべてのポイントにおいて、Ｐ_５＞Ｐ_３である。正勾配すなわち吸気型エンジンと反対の勾配Ｐ_５＜Ｐ_３は、エンジンに、機械的に、あるいはターボチャージャーによって、過給がなされたとき、起こりうるものである。
【００３３】
ガス輸送装置が排気ガス再循環装置として用いられた場合、メインバルブ６０が開くと、排気ガスは普通、所望の方向に、すなわち圧縮ダクト５（排気ガスダクト５ａ）から絞り１の方向に流れる。このとき、供給されて通過する排気ガス量は本質的に、メインバルブ６０の開口断面積と、メインバルブ６０を通ることによるガス圧の勾配、すなわち圧力差Ｐ_５−Ｐ_３に依存する。
【００３４】
ガス輸送装置が空気輸送装置として用いられた場合、メインバルブ６０を開くのは、Ｐ_２とＰ_３との間の圧力バランスをもたらすためだけである。このことは、Ｐ_２＞Ｐ_３という特定の場合にも、所望される。
【００３５】
ロッド１３で作用する力は、メインバルブ６０を通ったことによるそれぞれの圧力勾配Ｐ_５−Ｐ_３かＰ_３−Ｐ_２に大きく依存する。ピストン８０やライン１２を考慮しなければ、ロッド１３で作用する力は、圧力勾配と、バルブディスク６０Ａの断面積、すなわち断面積Ｆ_３から得られる。つまり、
それぞれ、（Ｐ_５−Ｐ_３）×Ｆ_３か（Ｐ_３−Ｐ_２）×Ｆ_３
である。
【００３６】
そしてこの力は、ピストン８０で補償される。このピストン８０のガス圧実効面積、すなわち面積Ｆ_３は、バルブディスク６０Ａのものと同じである。したがって、バルブディスク６０Ａにかかる力と大きさは同じだが対抗する力が、ピストン８０に作用する。
【００３７】
ガス輸送装置のメインバルブ６０が本質的に、ロッド１３を介して、電気作動磁石あるいは比例動作磁石１４によって、作動されると好ましい。そしてこの比例動作磁石１４での力は、コイル電流によってのみ決るもので、電気子（ａｒｍａｔｕｒｅ）の位置とは無関係である。このように配設すると、迅速な反応ができ、しかもバルブ６０のバルブストロークや開放が極めて正確にできるようになる。しかしメインバルブ６０の他の作動手段、たとえば機械的、空気圧、油圧および起電力作動（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅａｃｔｕａｔｉｎｇ）手段を、前記した圧力補償と組合わせることも、同じように可能である。
【００３８】
他に、ロッド１３で作用する力を補償するには、ガス流の方向とその反対方向とにおいて、同じ方法あるいはほとんど同じ方法で、同時にあるいは実質的に同時に開く、バルブあるいはメインバルブを使用することによっても可能である。
【００３９】
このような圧力補償に基づく本発明の別の実施態様が、図３に示されている。ここでは、レバー１５を介してロッド１３に接続されているバタフライバルブ６１Ａを、計量調整あるいは制御構成要素６１として、もっとも簡潔な方法で用いている。この場合に、所望の圧力補償が、きわめて簡潔な機械設計で可能であるのが好ましい。ただしバタフライバルブ６１Ａで形成されるバルブもしくはメインバルブ６１が、閉鎖された状態において完全に気密になっていない場合には不利となる。
【００４０】
図４は、本発明のさらに別の実施態様を示している。ここで示されるのは、圧力補償の別の可能性で、メインバルブ６２の一方のバルブディスク６２Ａが、円形の一部の円弧を成してガス流方向に方向づけられ、メインバルブ６２の他方のバルブディスク６２Ａが、線形ではあるがガス流方向に対して対向するように方向づけられている。この場合、一方のバルブディスク６２ＡがＬ字型のレバー１９に固定されて、このレバー１９はロッド１３に軸回転可能に接続されて、さらにレバー１９はその中央において固定された壁突出部１７に軸回転可能に取付けられている。他方のバルブディスク６２Ａは、ロッド１３の最上端に固定されている。この場合、レバー１９の配設やバルブディスク６２Ａのガス圧実効面積は、圧縮ダクト５と絞り１との間の圧力差によって、ロッド１３に作用する力が互いに補償できるように、選択される。円形路と線形バルブディスクガイドを使用しなくとも、２つとも線形バルブディスクガイドにしたり、２つとも円形路ガイドにしてもよい。
【００４１】
図５は、図３と類似した、本発明のまた別の実施態様を示している。この実施態様では、ボール、コーンあるいはシリンダーバルブ６３を、所望の圧力補償ができるように、メインバルブとして設ける。
【００４２】
図６は、本発明のさらにまた別の実施態様を示している。この実施態様は、図２を参照して述べたピストン８０を有する実施態様の問題点を克服しようとするものである。図２を参照して述べた実施態様では、ピストン８０の作動で機械的に絶対に摩擦がないようにするのは無理であり、メインバルブ６０が閉鎖しても、圧縮ダクト５と絞り１とは依然として通じており、結果的に、ガスは未だ流れてしまう。これは、ピストン８０をダイヤフラム８１に取り換えれば防止できる。ここでダイヤフラム８１の実効面積あるいは断面積は、ピストン８０と同一でも異なっていてもよい。たとえばダイヤフラム８１の実効面積Ｆ_８１が、ピストンの実効面積より大きい場合、ダイヤフラム８１とロッド１３との間に、トランスミッション率あるいは縮小率のようなものが設定されていなければならない。そして図６の実施態様では、レバーアーム２１を有するレバートランスミッションを設けている。ここでレバーアーム２１は、一方の側が壁８の突出部に軸回転可能に取付けられており、２箇所で（選択Ａ）、あるいは１箇所で（選択Ｂ）、ロッド１３と係合している。一方の側でダイヤフラム８１に接続し他方の側で軸回転可能にレバーアーム２１に接続された補償アームによって、所定のトランスミッション率が与えられ、ダイアフラム８１を通ることによる圧力勾配によって生じた補償力は、このトランスミッション率にしたがって、ロッド１３にトランスミットされる。なおレバーアーム２１が、選択Ｂで１箇所だけでロッドに係合している場合、メインバルブ６０の開放方向に沿った方向にしかロッド１３を動かせないので、ダイアフラム８１は片側でメインバルブ６０との結合が外れる。かくして大きくなったそれぞれの力Ｆ_８１×ｐ_５かＦ_８１×ｐ_３は、ピストンの以前の補償力Ｆ_８０×ｐ_５かＦ_８０×ｐ_３まで縮小する。
【００４３】
ピストンを有していても、そのピストンの実効面積がメインバルブのそれと異なっている場合に、レバートランスミッションを行って対応させた実施態様も好ましい。しかしダイアフラムだと一般的にストロークが比較的小さいので、レバーの動きが特に好適なのである。
【００４４】
図７および８は、本発明の別の実施態様を示す。建造スペース上の有利性やコストセーブを達成するため、あるいは起こりうる損傷原因をなくすため、ここで提案された実施態様では、図２を参照して示された実施態様におけるライン１２を不要とした。圧縮ダクト５を絞り１と隔てるダイアフラム８２を、図２の壁６０Ｂのバルブシートを載せたところに設けている。したがってここではメインバルブ６４のバルブディスク６４Ａのバルブシートは、ダイアフラム８２内に形成されている。
【００４５】
図７における実施態様では、レバートランスミッション２４の支点２３が、スター２５を介して、固定パイプラインに強固に接続されている。
【００４６】
図８に示された実施態様では、回転可能に取付けられたレバー２７は、ロッド２８を介して作動される。ここでこのレバー２７は、絞り１内にガス抵抗があるため、新気ダクト２から出口ダクト４への方向において、ロッド１３の上流側と下流側とに位置すると、好ましい。排気ガス再循環装置として使用している間、汚染や腐食の危険性があるため、また温度上の理由から、レバー機構２７を、排気ガスの流れる領域には入れないようにする。変換された補償力は、ロッド１３を介してメインバルブ６４のバルブディスクにトランスミットされ、補償されるべき力成分のバランシングを導く。
【００４７】
図９は、本発明のさらに別の実施態様を示している。この場合、ベロー８４が圧縮ダクト５中に設けられており、このベロー８４は一方の側でメインバルブ６５のバルブディスク６５Ａに接続され、他方の側で圧縮ダクト５の最上壁９の長手方向で接続されている。バルブディスク６５Ａは、通路用開口３０を有し、この開口３０は、絞り１をベロー８４内までガスが通るようにつなげるものであり、この結果、絞り１とベロー８４内との間に圧力バランスが形成される。それぞれの圧力勾配Ｐ_５−Ｐ_３かＰ_３−Ｐ_２が増加すると、ベロー８４はその長手方向において縮み、その結果、メインバルブ６５の開放方向にバルブディスク６５Ａに力がかかる。そしてこの力が圧力補償機能を果たすように、ベロー８４を設計しておかなければならない。
【００４８】
このような実施態様は、ダイアフラムストロークの十分なダイアフラム（ベロー）を用いるときに有利である。たとえば、摩擦を低くしヒステリシスを無関係にもできるようになり、さらにベロー８４は圧力補償と同時に、メインバルブ６５の閉鎖ばねとしても有利に作用する。
【００４９】
図１０に示されたように、これを基本とする実施態様として、ベローではなくピストン８５を用いたものも可能である。メインバルブ６６の中空バルブ本体６６Ａによって、絞り１は、ピストン８５を収容させるための補償スペース１０につながって、ガスが通るようになっている。この結果、それぞれの圧力勾配Ｐ_５−Ｐ_３かＰ_３−Ｐ_２と関連する力を補償できる。ただしこの実施態様においても、摩擦や不完全な気密というピストンに関わる問題は起こる。
【００５０】
図１１の実施態様では、図１０のようにピストン８５上のシーリングリング３１ではなく、メインバルブ６７内に内側バルブ３２が設けられていることによって、圧縮ダクト５と絞り１との間に十分な気密が生じている点で、有利である。内側バルブ３２は、ロッド１３の予備ストロークで開放される。これは、作動装置、特に電気作動磁石あるいは比例動作磁石１４によって行われる。内側バルブ３２を閉鎖しておく限り、それぞれの圧力勾配Ｐ_５−Ｐ_３かＰ_３−Ｐ_２によって、内側バルブ３２のこの閉鎖、ひいてはメインバルブ６７の閉鎖も保たれる。そして内側バルブ３２を予備ストロークで開放すると、ピストン８６の外周と壁１１との間のチョークポイントによって、補償スペース１０内のピストン８６を越えて（ｏｖｅｒ）それぞれの圧力Ｐ_３かＰ_２が得られる。このチョークポイントの断面積は、バルブ本体６７Ａ内の通路開口３０に比べて小さくなっていなければならず、その結果、圧力バランスが生じる。この圧力バランスは、ピストン８６の実効面積のバルブディスク６７Ａの実効面積に対する直径比の選択によって、そして、チョークポイントの開口断面積と内側バルブ３２の断面積との比の選択によって、影響されうる。
【００５１】
図１２は、図１１に示された実施態様と類似の、圧力補償を行うガス輸送装置の別の実施態様である。ただし図１２は、バルブディスク６８Ａを備えたメインバルブ６８が、ばね６だけでなくロッド１３が正方向に動くことによっても、内側バルブ３２と共に閉鎖方向に駆動される点で、図１１と異なる。
【００５２】
図１３は、ロッド１３の予備ストローク中に内側バルブ３４が開放されている、圧力補償を行うガス輸送装置として、特に好適な実施態様を示している。この場合、内側バルブ３４のバルブディスクは円すい形であるが、半球形であれば好ましい。ロッド１３の最上域に固定されたピン３５の機能は、予備ストロークで内側バルブを開放した後に、メインバルブ６９を上げることである。内側バルブをこのように作動装置１４を介して作動させるのではなく、内側バルブの作動用に特に設けた内側バルブ作動装置を適用することも可能であり、この内側バルブ作動装置によって、メインバルブと内側バルブが互いに無関係に作動することも（図示せず）可能である。
【００５３】
ピストン８９の表面とガイドスリーブ３７の表面とで確実な滑りばめができるように、これらの表面は互いに適合しあっていなければならない（たとえばスチール／ベアリングメタル、その他）。
【００５４】
ピストン８９がガイドスリーブ３７内で滑りばめするときに、汚染のないように、保護スリーブ、すなわちスリーブ３６を設けてもよい。蓋３８は、内側バルブ補償スペース１０‘を成すメインバルブ６９上のスペースが可能な限り小さく保たれるように、設計されている、あるいは、別に改めて充填物（ｆｉｌｌｉｎｇｐｉｅｃｅ）を設けている。この結果、可能な限り速くそれぞれの所望圧力（それぞれの閉鎖状態ではＰ_５かＰ_３、それぞれの開放状態ではＰ_３かＰ_２）が生じるようになり、この内側バルブ補償スペース１０’に入るガスは可能な限り少量となる。内側バルブ補償スペース内のガス圧をＰ_１０‘とする。ピストン８９とガイドスリーブ３７との適合および／または汚染防止のために有利であれば、ピストン８９とガイドスリーブ３７との間の開口すき間を部分的にガスシールする、シーリングリング５０を設けてもよい。ピストン８９をガイドスリーブ３７に挿入しやすくするために、ピストンの底端の内径上に斜面を設ける。
【００５５】
壁のスター４０（図２、３、その他）や同様の装置によって、ロッド１３を最上までガイドする。さらに加えて、ピン３５、ダイヤフラム、あるいはベローによって、最上までガイドしてもよい。
【００５６】
排気ガス再循環中で圧力がＰ_３＞Ｐ_５であるとき、これはたとえばターボチャージャーによって、あるいはエンジンの機械的過給の場合に、引き起こされる正方向へ流れる勾配で起こる状態であるが、ピストンとダイヤフラムやベロー８０から８９の、それぞれのメインバルブ６０から６９に対する径比の適合に応じて、バルブ６０、６４、６５、６６、６７、６８、６９が開放され、給気ロスが起きてしまうことがある。これに対抗できるひとつの方法は、電気子として永久磁石を使っているときに磁石の磁極を反対にすること、あるいは、起電力、空気圧、油圧あるいは機械的作動が作動手段として設けられている場合に対応する計量調整を行うことである。
【００５７】
図１１から１３に示された実施態様において対抗できるもうひとつの方法は、そのような運転上のポイントで、それぞれの内側バルブ３２または３４を、磁石や対応する作動装置を介して、単に開放することである。次いで、絞り１におけるメインバルブ６７から６９の下部と、ピストン８６から８９の上部に、それぞれ、Ｐ_５より高い圧力Ｐ_３をかけて、メインバルブ６７から６９がたとえばばねによって閉鎖できるようにする。ガイドスリーブ１１または３７およびピストン８６または８９の間のチョークポイントを介した、給気ロスはわずかであり許容できる程度である。
【００５８】
図１４および１５は、図１の本発明による空気輸送装置ｂに特に適した、本発明の実施態様を示している。したがって、実質的な設計上の特徴が、図２から１３に示された実施態様と異なっているものもある。設計上の特徴で、前記の実施態様に相当するもしくは同様のものについては、同じ参照符号を用いており、説明は省略する。
【００５９】
このような利用では、磁石１４を損なう恐れのない温度でガスがこのバルブを通って流れるので、磁石をバルブの流入側に配することができ、これはバルブの建造スペース、重量およびコストに関して重要な利点となる。さらに、バルブ３４および６９のバルブシートのそれぞれの少なくとも一方の側が、エラストマーで作られていてもよい。このエラストマーは、両方のバルブに共通の構成材料９０から成っていると好ましい。
【００６０】
この実施態様では、プルタイプの磁石でなくプッシュタイプの磁石が特に有利となる。
【００６１】
バルブについてのこの実施態様では、ひとつのガスを計量調整して、それをもうひとつのガスと混合することが目的ではなく、できる限り多くの流出セクションを遅れなく提供すること、そしてやはりこの大きな流出セクションをできる限り遅れなく閉鎖することが目的であるので、複雑な比例動作磁石は不要である。バルブの閉鎖状態における磁石がしなければならないことは、先ず内側バルブ３４を、質量作用に抗して、ガス圧に抗して、内側ばね９９に抗して、そしてエラストマーが持ちうる癒着効果に抗して、開放し、次いでメインバルブ６９を、今や内側バルブより大きい質量に抗して、内側ばね９９に抗して、外側ばね６に抗して、そしてエラストマーが持ちうる癒着効果に抗して、開放するための磁力を提供することである。癒着効果を克服した後の磁力は小さくなろう。
【００６２】
バルブについてのこの実施態様では、本質的に、「オン」および「オフ」のポジションのみ認識するので、内側バルブおよび外側バルブの両方に対して大きい断面積を可能とする設計の計量調整であればすべて適している。したがって図１５において、バルブ３４の断面積はロッドが通れるようにということで限定されることはもはやない。図１５におけるさらなる利点は、移動部分の質量がより小さくなったこと、予備ストロークがたとえば金属とエラストマーとが接触することによる限定を受けなくなったため、バルブ３４を開放するための最大予備ストロークをより正確に定められるようになったことである。
【００６３】
図１５における内側ばね９９は、内側バルブ３４および外側バルブ６９の両方を閉鎖するので、内側ばね９９の寸法決めが適切に行われていれば、外側ばね６がなくてもよい。
【００６４】
こうして図１５によるバルブを、図１のｂの配置で用いると好ましい。閉鎖状態において、普通、高いほうの圧である圧力Ｐ_３が、チョークポイント９８を介して、ピストン８９にかかり、ひいてはバルブ３４および６９にかかって、それによって気密を確実にする。
【００６５】
ブローイングオフ（ｂｌｏｗｉｎｇ−ｏｆｆ）コマンドが出たとすると、図１５の好適な実施態様における磁石１４は、ばね９９、エラストマーの癒着効果、圧力差（Ｐ_３−Ｐ_２）×内側バルブ３４の実効面積から得られるガス力、そして質量作用を克服するだけでよい。したがって、バルブ３４の断面積を小さくしておいて、小さい磁石ですむようにしておくとよい。
【００６６】
バルブ３４を開放したあと、バルブ３４の断面積はチョークポイント９８の断面積より常に大きいので、ピストン８９の上部とライン１との間の圧力バランスがとれ、その結果どちらも圧力はＰ_２となる。こうしてメインバルブ６９は、磁石１４によって、ばね９９に抗して、バルブ６９のバルブシートの癒着効果に抗して、そしてメインバルブのより大きな質量作用に抗して、開放可能となる。圧力差から生じた力をもはや克服する必要はない。閉鎖コマンドが出たならば、これはスーパーチャージャーによってＰ_２に対してＰ_３が高くなった場合であるが、磁石１４内の電流をスイッチオフするか、あるいはその極性を逆にすることでもよい。電流をスイッチオフした場合、ばね９９は、先ずバルブ３４を閉鎖し、続いてバルブ６９も閉鎖する。これは両方のバルブの残留磁気に抗して、質量作用に抗して、行われる。
【００６７】
極性を逆にした場合、磁石１４はばね９９を補助するようになる。磁石１４の電気子が適切な磁性をもっていれば、このような効果を強化することもできる。
【００６８】
特にバルブ６９の断面積を小さくして、ピストン８９の上部に圧力Ｐ_３が生じ始めるや否や、当然、圧力差（Ｐ_３−Ｐ_２）×ピストンの実効面積が、閉鎖作業中のばね９９を補助し、バルブ断面積に対応する最大閉鎖力を生じさせる。
【００６９】
音の問題が主な理由となって、バルブ６９の開放はゆっくり開始するのが適切であり、このようなゆっくりとした開始から、迅速な開放の終了に変えていく必要がある。このためには磁石１４の電流を制御すればよい。ただし、バルブ３４のバルブ６９に対する径比を適切なものにすることによっても、これは達成できる、あるいは補助できる。どちらの場合も、バルブ３４の断面積を比較的大きく、あるいは特に大きくするのがよいのだが、こうすると、磁石１４をできるだけ小さくしようという意図とぶつかる。
【００７０】
音の問題に関しては特に、開放段階（ｐｈａｓｅ）のストローク域におけるバルブ６９の断面積を適切なものにすることによって、たとえば、空力的形状（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｈａｐｉｎｇ）を適切なものにすることによって、あるいはバルブに適当なチョークカラー９７を設けることによっても、達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス輸送装置の好適な配設の、内燃エンジンの新鮮ガスシステムと排気ガスシステムのそれぞれの一部の略図を示すもので、参照符号ａは排気ガス再循環装置を示し、参照符号ｂは空気輸送装置を示す。
【図２】圧力補償ラインを有する本発明によるガス輸送装置の略断面図を示す。
【図３】制御構成要素としてバタフライバルブを有する、本発明の別の実施態様の略断面図を示す。
【図４】対向しあう２つのバルブを有する、本発明のさらに別の実施態様の略断面図を示す。
【図５】ボールバルブ、コーンバルブ、またはシリンダーバルブを有する本発明のまた別の実施態様の略断面図を示す。
【図６】ダイアフラムとレバートランスミッションを有する、本発明のさらにまた別の実施態様の略断面図を示す。
【図７】ダイアフラムとレバートランスミッションを有する、本発明の別の実施態様の略断面図を示す。
【図８】ダイアフラムとレバートランスミッションを有する、本発明のまた別の実施態様の略断面図を示す。
【図９】ベローを有する、本発明のさらに別の実施態様の略断面図を示す。
【図１０】圧力補償のために、中空バルブ本体を介して作用するピストンを有する、本発明のさらにまた別の実施態様の略断面図を示す。
【図１１】内側バルブが追加されている、本発明の別の実施態様の略断面図を示す。
【図１２】内側バルブが追加されている、本発明のまた別の実施態様の略断面図を示す。
【図１３】内側バルブが追加されている、本発明のさらに別の実施態様の断面図を示す。
【図１４】空気輸送手段のために好適な本発明の実施態様の略断面図を示す。
【図１５】空気輸送手段のために好適な本発明の別の実施態様の略断面図を示す。
【符号の説明】
１絞り
２新鮮ガスダクト
２ａ、２ｂ新気ダクト
３ポテンションメータ
４出口ダクト
４ａ出口ダクト
４ｂコンプレッサー入口ダクト
５圧縮ダクト
５ａ排気ガスダクト
５ｂ新気圧縮ダクト
６ばね
６‘ ばね
８壁
８‘ 壁
９壁
１０補償スペース
１１最上壁
１２補償ライン
１３ロッド
１４磁石または比例動作磁石
１５レバー
１７壁突出部
１９レバー
２１レバーアーム
２３支点
２４レバートランスミッション
２５スター
２７レバー
２８ロッド
３０通路開口
３１シールリング
３２内側バルブ
３３内側バルブ
３４内側バルブ
３５ピン
３６保護スリーブ
３７ガイドスリーブ
３８蓋
４０ガイドスター
５０シールリング
６０メインバルブ
６０Ａバルブディスク
６０Ｂバルブシートもしくはバルブ壁
６１メインバルブ
６１Ａバタフライバルブ
６２−６９メインバルブ
６２Ａ−６９Ａバルブディスク
８０ピストン
８１−８２ダイアフラム
８４ベロー
８５−８６ピストン
８９ピストン
９０弾性バルブシール
９７チョークカラー
９８チョークポイント
９９内側ばね
１００エンジンユニット
１０２コンプレッサー
１０４排気ガスタービン
１０６排気タービン給気装置
１０８コンプレッサー出口ダクト

Claims

給気装置を備える内燃エンジンの、特に自動車エンジンの空気輸送装置において、この装置が
給気装置のコンプレッサー（１０２）のコンプレッサー出口ダクト（１０８）内に開口する新気圧縮ダクト（５ｂ）、
新鮮空気を供給する新気ダクト（２ｂ）、
コンプレッサー入口ダクト（４ｂ）、そして
新気ダクト（２ｂ）内とコンプレッサー入口ダクト（４ｂ）内とに開口する絞り（１ｂ）を備え、
少なくとも新気圧縮ダクト（５ｂ）と絞り（１ｂ）とは、空気を計量調整するための制御構成要素（６０−６９）を介して、相互に接続されており、
補償装置（６１；６１Ａ；６２；６２Ａ；６３；８０；８１；８２；８４；８５；８６；８９）が設けられて、圧縮ガス側のガス圧（Ｐ３）と新鮮ガス側のガス圧（Ｐ２）との間の圧力差（Ｐ３−Ｐ２）によって、制御構成要素（６０−６９）に作用する力を補償し、その際、この圧力差が制御構成要素の開閉方向に作用するような力成分にならないようにし、
前記制御構成要素は
軸方向に変位制御可能なバルブロッド（１３）と、
前記新気圧縮ダクトと前記絞りとの境界部を開閉可能に設けられ、一側に前記新気圧縮ダクトのガス圧（Ｐ３）が作用し他側に前記新鮮ガス側のガス圧（Ｐ２）が作用し、前記バルブロッドによる変位制御によって前記境界部を開閉可能なバルブディスク（６０Ａ；６２Ａ−６９Ａ）と、
外壁に囲われ、内部圧を前記新鮮ガス側のガス圧（Ｐ２）とすることが可能な補償スペース（１０；１０’）と、
外周と前記外壁との間が気密な関係にあって前記補償スペースに収容可能であり、前記バルブディスクと一体的に変位可能に設けられ内部が前記補償スペースに連通するピストン（８０；８５；８６；８９）と、
を備え、
前記補償装置は
前記ピストンの内側に設けられ、前記補償スペースの内部圧と前記バルブディスクの前記一側に作用する圧力とが前記新鮮ガス側のガス圧（Ｐ２）になるように変位制御される内側バルブ（３２；３４）を備える
ことを特徴とする空気輸送装置。
前記バルブディスクには、前記ピストン内と前記絞りとを連通する通路開口（３０）が形成されており、
前記内側バルブが前記通路開口を開閉するように変位制御されることによって、前記バルブディスクの前記一側と前記他側とに作用する圧力を同等にする
ことを特徴とする請求項１に記載の空気輸送装置。
前記内側バルブは、前記バルブロッドが予備ストロークだけ変位制御されて、前記通路開口を開閉する
ことを特徴とする請求項２に記載の空気輸送装置。
前記内側バルブは、前記通路開口を閉鎖するように前記バルブディスクの前記一側へバネによって付勢されている
ことを特徴とする請求項２に記載の空気輸送装置。
前記バルブロッドは、前記予備ストロークを超えて変位制御されて前記バルブディスクを開放可能である
ことを特徴とする請求項３に記載の空気輸送装置。
前記バルブロッドは、頂部の下方に段部が設けられ、前記バルブディスクを閉鎖方向に変位制御可能である
ことを特徴とする請求項３に記載の空気輸送装置。
前記通路開口は前記バルブロッドの前記軸線からずれて位置する
ことを特徴とする請求項２に記載の空気輸送装置。
前記通路開口は前記バルブロッドの前記軸線に合致して位置する
ことを特徴とする請求項２に記載の空気輸送装置。
前記ピストンの前記外周と前記外壁との間がチョークポイントを介して気密な関係にある
ことを特徴とする請求項１に記載の空気輸送装置。
前記バルブディスクは、前記ピストンと一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の空気輸送装置。
前記バルブディスクは、前記ピストンと別体的に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の空気輸送装置。