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 P ₂ und einer Temperatur T ₂ stromabwärts des Abgasdrosselventils 4, wenn dieses eine Schließposition einnimmt. In einer Offen-Position des Abgasdrosselventils 4 soll eine möglichst geringe Druckdifferenz zwischen Pi und P ₂ 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 x _m 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 P ₁ , 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 x _m 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 P _m 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 x _p , 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 x _m 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)

P _m ausgeglichener Abgasdruck

Pi Abgasdruck (stromaufwärts des Ventils) P ₂ Abgasdruck (stromabwärts des Ventils)

Ti Abgastemperatur (stromaufwärts des Ventils)

T ₂ Abgastemperatur (stromabwärts des Ventils) x _m maximale Auslenkung

Xp druckabhängige Auslenkung A bis G Pfeilrichtungen