CN101568704B - 用于向内燃机的排气系统计量燃料的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于向内燃机的排气系统(12)计量燃料的装置(10；40；50；60)，该装置具有设置在排气系统(12)中的喷射阀(14；42)，该喷射阀在关闭状态也通过流动的冷却液冷却并且被经由燃料输入部(16)供给燃料，该燃料的第一分流(j_e)喷入排气中，该燃料的第二分流(j_r)经由燃料汇集回流部(32)返回到燃料储存容器中。所述装置的特征在于，燃料输入部(16)被从喷射系统的低压系统(18)供给，该喷射系统用于计量用于在内燃机燃烧室内进行的燃烧的燃料，并且所述装置(10；40；50；60)具有液压地与燃料输入部(16)连接的、用于阻尼压力波动的阻尼装置(20)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于向内燃机的排气系统计量燃料的装置，该装置具有设置在排气系统中的喷射阀，该喷射阀在关闭状态下也通过流动的冷却液冷却并通过燃料输入部供给燃料，该燃料的第一分流喷入排气中，该燃料的第二分流通过燃料回流部返回到燃料储存容器中。
背景技术
这样的装置例如由DE 10324482A1已知。将燃料喷入排气系统中的目的在于，或者影响排气温度或者为了触发和维持排气系统中的用于再生排气后处理部件的化学反应。在将液态燃料喷入比较热的排气中时，燃料蒸发并带走排气中的热量，从而该措施可以在某些情况下用于保护构件如排气弯管和/或排气涡轮增压器不被过加热。所述的某些情况特别是包括化学计算的或还原的排气氛围。相反，如果喷入到氧化的排气氛围中，则会触发化学反应。因此，例如触发放热的化学反应，以加热排气后处理部件如颗粒滤清器和/或催化器。替代地或者补充地，通过将燃料喷入首先氧化的排气氛围中产生还原的排气氛围，该还原的排气氛围用于再生排气后处理部件。因此，例如基本上装载有氮化合物的氮氧化物储存催化器在还原的排气氛围中在升高的排气温度时被再生。在此，储存的氮化合物分解并且得到的氮分子随排气被从储存催化器中带走。
在DE 10324482A1中提到结合颗粒滤清器的再生喷入燃料。在这种情况下，将燃料喷入氧化的排气氛围中，这在氧化催化器上引起放热反应。由此，仍然氧化的排气氛围的温度升高，使得超过沉积在颗粒滤清器中的炭黑的点火温度并且炭黑颗粒在氧化的排气氛围中燃烧。在DE 10324482A1的方案中使用的喷射阀由一控制装置用电信号控制，使得计量和射束准备通过唯一的阀进行。喷射阀的燃料输入通过电动泵进行，该泵由一控制装置控制，使得该泵根据需要向设置在排气系统中的喷射阀输送燃料。
在由泵输送的燃料被划分成需要喷入的第一分流和需要通过燃料回流部返回燃料储存容器中的第二分流之前，该燃料通过喷射阀内部的冷却通道引导。根据需要控制泵的前提条件在于，该泵、它的驱动装置和它的控制装置设计成完全专门用于给设置在排气系统中的喷射阀供给燃料并且因而特别是与喷射系统的低压泵不相同的，借助该低压泵将燃料输送至高压泵，该高压泵产生用于在内燃机燃烧室内进行的燃烧的喷射压力。
发明内容
本发明与现有技术的不同之处在于，从喷射系统的低压系统对燃料输入部进行补给，该喷射系统用于计量用于在内燃机燃烧室内进行的燃烧的燃料，并且该装置具有液压地与燃料输入部连接的、用于阻尼压力波动的阻尼装置。
通过从常规喷射系统的低压系统来供给用于向排气系统计量燃料的装置可以省去具有驱动装置和控制装置的单独的泵，这在排气后处理系统的成本方面以及在系统可靠性方面是有利的。
但从常规喷射系统的低压系统进行供给会导致来自低压系统的压力波动耦合到装置中。这样的压力波动的振幅可能是低压系统中的平均压力的多倍。这样的压力波动会妨碍燃料到排气系统中的计量，因为这样的压力波动会不利地影响喷射阀的打开特性。因此，在压力控制的喷射阀中争取所谓的颤动运行，在该颤动运行中喷射阀以快速的顺序打开和关闭，这也称为颤动。
在此，喷射阀通过燃料系统的压力克服弹簧的力而打开。喷射阀的打开短时间地瓦解喷射阀之前的压力，这导致喷射阀关闭。在喷射阀关闭时，喷射阀之前的压力重新建立，使得该喷射阀重新打开。结果，喷射阀以也称为颤动的快速的顺序而打开和关闭。该颤动使喷射流总是反复中断，这减小了喷入的燃料的微滴大小并且因而有利于很好地准备用于在排气中蒸发的燃料。所希望的颤动仅在比较窄的压力范围内出现，在出现所述的压力波动时离开该压力范围。
液压地与燃料输入部连接的阻尼装置阻尼耦合入的压力波动并且因而用于保持对于射束准备必需的颤动运行。代替通过喷射阀的颤动的射束准 备，也可使用带有喷孔盘的喷射阀，用于射束准备。这样的喷射阀例如由WO 94/00686已知。在这种类型的喷射阀中，射束准备的质量也与喷射压力有关，从而对耦合入的压力波动的阻尼在这种类型的喷射阀中也是有利的。
进一步的优点由从属权利要求、说明书和附图中得出。
当然，前述的以及下面还将阐述的特征不仅能以分别给出的组合、而且能以其他的组合或单独地应用，而不偏离本发明的框架。
附图说明
在附图中示出并在下面的描述中更详细地阐述本发明的实施例。其中，在不同附图中的相同的附图标记分别表示相同的元件。图中分别以示意的形式示出：
图1示出本发明的第一实施例；
图2示出本发明的第二实施例；
图3示出本发明的第三实施例；以及
图4示出本发明的第四实施例。
具体实施方式
图1详细地示出用于向内燃机的排气系统12计量燃料的装置10。装置10具有设置在排气系统12中的喷射阀14。在此，设置在排气系统12中是指这样的设置，即，喷射阀14这样安装在引导排气的管路的一开口上，即该喷射阀伸入该管路中并且密封地封闭该开口。装置10具有燃料输入部16，装置10通过该燃料输入部被供给燃料。燃料输入部16被从喷射系统的低压系统18供给，该喷射系统用于计量用于在内燃机燃烧室内进行的燃烧的燃料。
这样的喷射系统的实施方式包括一个低压回路和一个高压回路。在该低压回路中，低压泵产生数量级为2-5bar的燃料压力，该燃料压力由高压泵或各个泵-喷嘴-元件提高到数量级在1000至2000bar之间的喷射压力。装置10还具有一个液压地与燃料输入部16连接的、用于阻尼压力波动和/或压力波的阻尼装置20。
在图1的实施方式中使用的喷射阀14是压力控制的喷射阀14，该喷射 阀通过能电控的计量阀22连接在阻尼装置20的阻尼容积24上。
在此，压力控制的喷射阀14是指这样的喷射阀，在该喷射阀中，在喷射阀14的压力室内部的增大的燃料压力使密封体例如喷嘴针克服复位弹簧的力从密封座上抬起并这时释放喷射横截面。
在图1的实施方式中，喷射阀14的压力室内的压力通过用控制装置26控制计量阀22来控制。由此控制从阻尼容积24至喷射阀14的燃料流。控制优选这样进行，使得当不应进行喷射时计量阀22便在很大程度上关闭。于是，在喷射阀14的压力室内不能建立燃料压力。可能还存在的燃料压力通过设有回流节流阀28的第一同流部30下降，从而喷射阀14关闭和/或保持关闭。因此，该实施方式使用两个阀14、22用于向排气计量燃料，其中喷射量的控制借助计量阀22进行，而射束或喷洒准备借助压力控制的喷射阀14进行。
从低压系统18分支到装置10中的燃料的第一分流j_e被喷入到排气系统12中的排气中。流入的燃料的第二分流j_r经由燃料汇集回流部32回流到燃料储存容器中。喷射阀14在打开状态下通过以第一分流j_e喷入排气中的燃料量被冷却。此外，喷射阀14在关闭状态下也通过流动的冷却液被冷却。在图1的实施方式中，连续地给喷射阀14供给燃料，该燃料的分流j_r1穿过喷射阀14并通过第一回流部30再排出。分流j_r1从喷射阀14中吸收热量，通过第一回流部30将该热量排出并以这种方式构成冷却液流，该冷却液流作为冷却介质的燃料组成。在一种实施方式中，回流部30通入燃料汇集回流部32中。
在一种实施方式中，热量的吸收这样实现，即分流j_r1在被第一回流部30接纳之前，也被引导通过喷射阀14的压力室。在喷射阀14关闭时，这种穿流通过周期地打开和关闭计量阀22来控制，这如此进行，即压力室内的压力不超过喷射阀14的打开压力。对于应打开喷射阀14的情况，通过计量阀22提高流量，使得通过第一回流部30中的回流节流阀28建立超过喷射阀14的打开压力的压力。
在图1的实施方式中，阻尼装置20具有阻尼容积24，该阻尼容积与喷射阀14在空间上分隔开地设置在燃料输入部16中。阻尼容积24阻尼从低压系统耦合到装置10中的压力波动的振幅。可选地存在的进口节流阀34 用于附加的阻尼和在低压系统18与装置10之间的压力脱耦。在此，作为进口节流阀34的附加优点，装置10中的过程对低压系统18中的压力水平的反作用减小。
阻尼容积24通过压力控制阀36连接在燃料汇集回流部32上。压力控制阀36优选是压力控制的阀，该阀在能调节的打开压力时自主地打开而在低于打开压力时又自主地关闭。阻尼容积24中的压力峰值能以这种方式和方法通过打开压力控制的压力控制阀36降低，这减小了这种压力峰值对喷射阀14的打开和关闭的影响。
所述的压力峰值在低压系统18中例如作为用齿轮泵产生压力的结果而产生，在该齿轮泵中各个输送齿分别导致相应的压力峰值。压力峰值的另一原因在于用于给内燃机燃烧室供给燃料的高压回路对低压系统18的反作用。在用于柴油机的喷射系统中，压力峰值可例如达到数量级为20bar的值，其中在低压系统18中的平均压力水平处于2至5bar的数量级中。
图1的实施方式还示出一截止阀38，该截止阀设置在喷射阀14的上游并在关闭状态下中断至喷射阀14的燃料供应。该截止阀38的任务在于，在某些情况下例如在事故时禁止至排气系统12的燃料供应，使得燃料不会不受控制地流到排气系统12中。为此目的，截止阀38优选构造成能电控的阀。这样的截止阀38可不仅设置在阻尼容积24的前面，而且可设置在阻尼容积24的后面。
在一种优选的实施方式中，喷射阀14设立用于在合适的喷射压力时以颤动运行来工作，并由此用于良好的喷洒准备或射束准备。为此，特别是喷射阀14和压力控制阀36的打开压力彼此协调。
根据图2的实施方式同样示出一用于向内燃机的排气系统12计量燃料的装置40，该装置具有设置在排气系统12中的喷射阀42，该喷射阀在关闭状下也通过流动的冷却液冷却，该装置还具有燃料输入部16，喷入排气中的第一分流j_e和通过燃料汇集回流部32回流到燃料储存容器中的第二分流j_r通过该燃料输入部被供应该装置40。
其中，燃料输入部16在这里也被从内燃机喷射系统的所述低压系统18供给。液压地与燃料输入部16连接的阻尼装置20具有阻尼容积44，该阻尼容积通过压力控制阀36连接在燃料汇集回流部32上。与图1的方案不同，在图2中的阻尼容积44设计成冷却储藏器，其中，喷射阀42至少部分地设置在冷却储藏器内部。冷却储藏器被燃料穿流，其中，在燃料输入部16中出现的压力波动在对到排气的燃料的计量产生作用之前通过冷却储藏器的阻尼容积和通过压力控制阀36的作用被阻尼。
在一种优选实施方式的框架内，喷射阀42实现为电控喷射阀42，该电控喷射阀设立用于根据控制装置26的电控制信号喷入一定量的需要喷入的燃料。因此与图1的方案不同，在图2的方案中使用唯一的阀42用于计量和喷洒准备或射束准备。与根据图1的实施方式相比，在图1的实施方式中计量和喷洒或射束准备在空间上分开地通过两个阀22进行，在图2的实施方式中减小了集成和应用消耗。该优点源自：用两个阀22、14的计量和射束或喷洒准备导致具有相应高的集成和应用消耗的系统的在液压方面很复杂的性能。在这样的具有两个阀22、14的系统中，动态性能、特别是喷射阀14的动态性能变复杂，另外，精确地诊断泄露特别是在计量阀22和喷射阀14之间的泄露也变难。
在一种实施方式中还设有压力传感器48，该压力传感器检测喷射阀42之前的燃料压力并传递给也控制喷射阀42的控制装置26。了解识别燃料压力为控制装置26提供了这样的可能性，即通过喷射阀42更精确地计量与燃料压力有关的流量。
根据图3的实施方式示出装置50，在该装置中同样借助设置在排气系统中的喷射阀42向内燃机排气系统12计量燃料，该喷射阀在关闭状态下也通过流动的冷却液冷却。在图3的实施方式中，冷却如结合图1所述的那样进行。图1和3的方案的不同之处在于，根据图1的能电控的计量阀22与压力控制的喷射阀14的组合在图3的方案中已由能电控的喷射阀42代替。电控制的或能电控的喷射阀42设立用于根据控制装置26的电控制信号喷入一定量的需要喷入的燃料。因此，如图2的方案中那样，在图3的方案中也使用唯一一个阀用于计量和用于喷洒准备或射束准备。
此外，在图3中的装置也通过燃料输入部16被供给燃料，该燃料的第一分流j_e被喷入排气中，该燃料的第二分流j_r经由燃料汇集回流部32返回到燃料储存容器中。燃料输入部16被从喷射系统的低压系统18中供给，喷射系统用于计量用于在内燃机燃烧室内进行的燃烧的燃料。装置50 具有液压地与燃料输入部16连接的、带有阻尼容积24的阻尼装置20，该阻尼容积经由压力控制阀36连接在燃料汇集回流部32上并且在空间上与喷射阀42分开地设置在燃料输入部16中。
图4的实施方式构成图2的方案的变型形式。就此而言，图4也首先示出用于向内燃机的排气系统12计量燃料的装置60，该装置具有设置在排气系统12中的喷射阀42，该喷射阀在关闭状态下也通过流动的冷却液冷却并且经由燃料输入部16被供给燃料。经由燃料输入部16供给到装置60中的燃料的第一分流j_e被喷入排气中，而第二分流j_r经由燃料汇集回流部32返回到燃料储存容器中。燃料输入部16被从喷射系统的低压系统18中供给，该喷射系统用于计量用于在内燃机燃烧室内进行的燃烧的燃料。
装置60具有液压地与燃料输入部16连接的、带有阻尼容积24的阻尼装置20，该阻尼容积经由压力控制阀36连接在燃料汇集回流部32上并且在空间上与喷射阀42分开地设置在燃料输入部16中。喷射阀42是电控的喷射阀42，该喷射阀设立用于根据控制装置26的电控制信号喷入一定量的需要喷入的燃料。这里也使用唯一的阀42用于计量和用于喷洒或射束准备，使得这里也得到已结合图2阐述的相应的优点。喷射阀42至少部分地设置在被冷却介质穿流的冷却罩62内。但与图2的实施方式不同，不是使用燃料、而是使用内燃机的冷却液作为冷却介质。管路64、66用于将冷却罩62连接在内燃机的冷却系统上。
Claims (10)
1.用于向内燃机的排气系统(12)计量燃料的装置(10；40；50；60)，具有一设置在该排气系统(12)中的喷射阀(14；42)，该喷射阀在关闭状态中也通过流动的冷却液被冷却并且经由一燃料输入部(16)被供给燃料，该燃料的一第一分流(j_e)被喷入排气中，该燃料的一第二分流(j_r)经由一燃料汇集回流部(32)被回送到一燃料储存容器中，其特征在于，所述燃料输入部(16)被由一喷射系统的一低压系统(18)供给，该喷射系统用于计量用于在内燃机燃烧室内进行的燃烧的燃料，所述装置(10；40；50；60)具有一液压地与所述燃料输入部(16)连接的、用于阻尼压力波动的阻尼装置(20)。
2.根据权利要求1的装置(10；40；50；60)，其特征在于，所述阻尼装置(20)具有一阻尼容积(24；44)。
3.根据权利要求2的装置(10；40；50；60)，其特征在于，所述阻尼容积(24；44)经由一压力控制阀(36)连接在所述燃料汇集回流部(32)上。
4.根据权利要求2或3的装置(40)，其特征在于，所述阻尼容积(44)构造成冷却储藏器，所述喷射阀(42)至少部分地设置在该冷却储藏器的内部。
5.根据权利要求4的装置(40)，其特征在于，所述喷射阀(42)是一电控制的喷射阀(42)，该喷射阀被设置用于根据一电的控制信号喷入一定量的待喷入的燃料。
6.根据权利要求2的装置(10；40；50)，其特征在于，所述阻尼容积(24)在空间上与所述喷射阀(14；42)分开地设置在所述燃料输入部(16)中。
7.根据权利要求6的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)具有一压力控制的喷射阀(14)，该喷射阀经由一可电控制的计量阀(22)连接在所述阻尼容积(24)上。
8.根据权利要求6的装置(50；60)，其特征在于，所述喷射阀是一可电控制的喷射阀(42)，该喷射阀被设置用于根据一电的控制信号喷入一定量的待喷入的燃料。
9.根据权利要求8的装置(60)，其特征在于，所述喷射阀(42)至少部分地设置在一被一冷却介质穿流的冷却罩(62)内。
10.根据权利要求9的装置(60)，其特征在于，所述冷却罩(60)经由管路(64，66)连接在所述内燃机的一冷却系统上。
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