DE60125786T2

DE60125786T2 - Einspritzventil für eine Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60125786T2
Application number: DE60125786T
Authority: DE
Inventors: Takaaki Obu-shi Aichi-ken Takagi; Toshiro Obu-shi Aichi-ken Makimura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: EP1314864B1; DE60125786D1; ES2278677T3; EP1314864A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung allgemein betrifft ein Abgassystem, das einen Injektor für einen Verbrennungsmotor umfasst.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Das Abgas, das direkt von einem Motor abgeführt wird, enthält Stickoxide (im Folgenden einfach als NOx bezeichnet). Da NOx die Atmosphäre verunreinigen, muss das Abgas gereinigt werden, bevor es in die Atmosphäre abgeführt wird. Das Entfernen der NOx durch einen Katalysator mittels Kohlenwasserstoffs (im Folgenden einfach als KW bezeichnet) als eines Reduktionsmittels ist als eine Technik des Entfernens NOx in dem Abgas bekannt. KW ist auch in dem Motorabgas enthalten, aber dessen Menge ist klein (besonders klein in einem Dieselmotor), was schwache Reduktionseffizienz des Katalysators zur Folge hat. Im Hinblick darauf, Art für Verbesserung der Reduktionseffizienz des Katalysators ist z.B., in Japanischer Offenlegungsschrift 4-358716 beschrieben. In dieser Art wird ein Reduktionsmittel (z.B., Motorkraftstoff, Alkohol oder der gleichen) in das Motorabgas eingeführt, um die Menge des KWs zu erhöhen, wodurch die Reduktionseffizienz des Katalysators verbessert wird.
Eine exemplarische Motorabgasreinigungsanlage in Bezug auf die oben betreffenden Art wird nun mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist eine Darstellung einer Motorabgasreinigungsanlage. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Injektors und eines Auspuffdurchgangs (eine Wand auf der gegenüberliegenden Seite des Auspuffdurchgangs 118 ist in der Darstellung des 2 ausgelassen. Das Gleiche gilt für die nachstehenden Figuren). Motorabgas 114 fließt von rechts nach links in 2. Für den Injektor 110, die rechte Seite des Injektors 110 entspricht Stromaufwärtsseite, und dessen linke Seite entspricht Stromabwärtsseite in 2.
Wie gezeigt in 1 wird das Motorabgas 114, das aus Verbrennung in einer Verbrennungskammer 113 eines Motors 112 resultiert, in einen Auspuffdurchgang 118 abgeführt. Der Injektor 110 ist zu dem Auspuffdurchgang 118 montiert. Wie gezeigt in 2 ist ein Sitz 125 an dem Spitzenende des Injektors 110 (unten auf der 2) montiert, und eine Einspritzdüse 125a ist in dem Sitz 125 geformt. Ein Verbindungsdurchgang ist zwischen einem Kraftstoffversorgungsanschluss 126 und dem Sitz 125 geformt, und verdichteter Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe 124 in den Kraftstoffversorgungsanshluss 126 versorgt. Während ein Magnetanker 134 nicht erregt ist, wird eine Kugel 132a, die am Spitzenende eines Ventils 132 montiert ist, gegen den Sitz 125 durch eine Feder 127 gedrückt, wobei die Einspritzdüse 125a geschlossen wird. Wenn der Magnetanker 134 durch elektrische Energie erregt wird, die von einem elektrischen Steuerkreis (nicht dargestellt) versorgt wird, der die Motorabgasreinigungsanlage steuert, wird magnetische Kraft erzeugt, wodurch das Ventil 132 aufwärts in 2 bewegt wird. Demzufolge wird ein Abstand zwischen der Kugel 132a des Ventils 132 und dem Sitz 125 hergestellt, und der Kraftstoff wird von der Einspritzdüse 125a in den Auspuffdurchgang 118 eingespritzt.
Der Kraftstoff, der so strahlförmig von dem Injektor 110 in das Motorabgas 114 durch den Auspuffdurchgang 118 fließend eingespritzt wird, wird mit dem Motorabgas 114 gemischt, wobei sich die Menge des KWs in dem Abgas 114 erhöht. Dann strömt das Motorabgas 114, das die erhöhte Menge des KWs enthält, durch einen Katalysator 116 durch, worin NOx aus dem Motorabgas 114 durch Reduktion entfernt wird. Das Motorabgas 114, das so gereinigt wird, wird in die Atmosphäre abgeführt.
Die Einspritzdüse 125a, die am Spitzenende des Injektors 110 der herkömmlichen Motorabgasreinigungsanlage geformt ist, wird dem Strom des Motorabgases 114, das feine Russpartikel enthält, direkt ausgesetzt. Daher, während Dauerbetrieb des Motors haftet der Russ, der in dem Motorabgas 114 enthalten ist, stufenweise an der Einspritzdüse 125a, was Verstopfung der Einspritzdüse 125a zur Folge hat.
Dokument DE 198 06 265 C1 beschreibt ein Einspritzsystem für Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors stromaufwärts eines Katalysators. Das System umfasst ein elektromagnetisches Ventil, das durch eine Steuereinheit gesteuert wird, so dass eine genügende Menge eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eingespritzt wird. Um die Verdüsung des eingespritzten Reduktionsmittels zu verbessern, ist eine Anschlagwand vorgesehen, worin die Einspritzdüse und die Anschlagwand so angeordnet werden, dass das Reduktionsmittel durch die Einspritzdüse eingespritzt wird, an die Anschlagwand anzuschlagen. Nach dem Anschlag an der Anschlagwand wird das verdüste Reduktionsmittel mit dem Abgas gemischt und in den Katalysator eingeführt.
Dokument GB 21 90 428 A offenbart einen Injektor mit einer Schutzeinrichtung und zwei Anschlagwände.
Dokument EP 1 138 891 A2 offenbart ein Abgassystem umfassend einen Injektor für Einspritzung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors. Um Verdüsung des eingespritzten Reduktionsmittels zu verbessern, ist ein Ablenkungskanal vorgesehen, der mit Bezug auf die tatsächliche Richtung des Injektors geneigt ist. Der Ablenkungskanal ist so angeordnet, dass das Spray auf eine Stromabwärtsrichtung auf das Zentrum des Auspuffdurchganges gerichtet wird, um eine genügende Mischung des Reduktionsmittels und des Abgases zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist das der Erfindung zugrunde liegende Ziel, ein Abgassystem umfassend einen Injektor für einen Verbrennungsmotor anzubieten, das es ermöglicht, dass eingespritztes Reduktionsmittel genügend verdüst wird und ein feines Spray eines Reduktionsmittels herausgebildet wird, und lässt in den Abgasdurchgang in einer ausgebreiteten Form hineinzutreten zu.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß der Erfindung wird die Anschlagwand des Abgassystems zu der Öffnung des Injektors direkt geleitet, wobei das Eintreten des verdüsten und ausgebreiteten Reduktionsmittels in den Abgasstrom zugelassen wird. Dies gewährleistet, dass das verdüste Reduktionsmittel in den Abgasdurchgang in einer ausgebreiteten Form eintritt, wobei vermieden wird, dass ein Teil des Reduktionsmittels an der Anschlagwand anhaftet und den Abgasdurchgang in der gewünschten ausgebreiteten Form nicht erreicht. Die gewünschte Wirkung ist auf das Merkmal basiert, dass die Anschlagwand zu der Öffnung des Abgasdurchganges direkt geleitet wird.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung spritzt ein Injektor ein Reduktionsmittel in einen Auspuffdurchgang ein, der zwischen einem Motor und einem Katalysator in einer Motorabgasreinigungsanlage geformt ist, um das Motorabgas durch den Katalysator zu reinigen, der in dem Motorauspuffdurchgang montiert ist. Der Injektor enthält an dessen Spitzenende eine Schutzeinrichtung, um eine Enspritzdüse des Injektors davor zu bewahren, dass sie einem Motorabgasstrom direkt ausgesetzt wird.
Gemäß dem Injektor ist die Schutzeinrichtung am Spitzenende des Injektors vorgesehen. Daher wird die Einspritzdüse dem Motorabgasstrom nicht direkt ausgesetzt, wobei davor bewahrt wird, dass in dem Motorabgas enthaltener Russ an der Einspritzdüse anhaftet. Somit ist diese Struktur im Stande, der Einspritzdüse des Injektors vor Verstopfung zu bewahren, die aus Anhaften des Russes resultiert.
Gemäß der Erfindung enthält die Schutzeinrichtung eine Anschlagwand, woran das Reduktionsmittel angeschlagen wird, das von der Einspritzdüse eingespritzt wird.
In dem Injektor ist die Anschlagwand, woran das Reduktionsmittel angeschlagen wird, das von der Einspritzdüse eingespritzt wird, in der Schutzeinrichtung geformt. Das Reduktionsmittel, das von der Einspritzdüse in einer Sprayform eingespritzt wird, wird in feinere Partikel bei Anschlagen an die Anschlagwand verdüst. Demzufolge wird das Reduktionsmittel mit dem Motorabgas gleichmäßiger gemischt.
Die Schutzeinrichtung kann eine Wand enthalten, die die Einspritzdüse des Injektors völlig umgibt. Da die Einspritzdüse mit der Wand völlig umgegeben wird, kann das Motorabgas davor bewahrt werden, dass es die Einspritzdüse von der Stromabwärtsseite der Schutzeinrichtung erreicht. Demzufolge kann Anhaften des Russes an der Einspritzdüse zuverlässiger verhindert werden. Eine hervorstehende Länge und ein Innendurchmesser der zylinderförmigen Wand der Schutzeinrichtung kann so eingestellt werden, dass das Reduktionsmittel, das von der Einspritzdüse eingespritzt wird, mit einer inneren Umfangsfläche der zylinderförmigen Wand keinen Kontakt aufnehmen kann.
In dem Injektor kann die Einspritzdüse außerhalb einer inneren Wandfläche des Auspuffdurchganges vorgesehen sein, so dass nur die Schutzeinrichtung in den Auspuffdurchgang hervorsteht. Dies bewahrt dem Injektorkörper davor, dass er dem Motorabgas ausgestzt wird, wodurch Erhöhung der Temperatur in dem Injektorkörper verhindert werden kann.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ausführlicher beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung einer herkömmlichen Motorabgasreinigungsanlage;
2 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Injektors und eines Auspuffdurchganges;
3 ist eine Querschnittsansicht des Spitzenendeteiles eines Injektors gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird ein Injektor gemäß der Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine Querschnittsansicht des Spitzenendeteiles des Injektors und des Auspuffdurchganges.
Wie gezeigt in 3, in dem Injektor 10a der Ausführungsform hat eine Schutzeinrichtung 53b eine Zylinderform, wobei ihr Spitzenende geschlossen ist. Eine Anschlagwand 53c ist am Spitzenende der Schutzeinrichtung 53b so geformt (d.h., an der einer Einspritzdüse 53a entgegenstehenden Stelle), dass eingespritzter Kraftstoff 55 daran angeschlagen wird. Die Anschlagwand 53c wird mit Bezug auf die axiale Richtung des Injektors 10a geneigt. Der Neigungswinkel der Anschlagwand 53c ist bestimmt, so dass der Kraftstoff, der an der Anschlagwand 53c angeschlagen wird, auf die Stromabwärtsseite des Motorabgases 14 und auf das Zentrum des Auspuffdurchganges 18 gerichtet wird.
Entsprechend der Anschlagwand 53c ist eine Öffnung 53d zum Abführen des Kraftstoffes von der Schutzeinrichtung 53b in den Auspuffdurchgang 18 in dem Spitzenendeteil der Stromabwärtsseitenwand (stromabwärts des Motorabgases 14 angeordnet) der Schutzeinrichtung 53b geformt. Die Größe der Öffnung 53d wird festgelegt, so dass der Kraftstoffstrom an die Innenwand der Schutzeinrichtung 53b nicht angeschlagen werden kann, nachdem er an die Anschlagwand 53c angeschlagen worden ist.
In dem Injektor 10a mit solch einer Struktur wird der Kraftstoff 55, der von der Einspritzdüse 53a in einer Sprayform eingespritzt wird, beim Anschlagen an die Anschlagwand 53c in feinere Partikel verdüst. Demzufolge wird der Kraftstoff 55 auf die Stromabwärtsseite des Motorabgases 14 und auf das Zentrum des Auspuffdurchganges 18 gerichtet. Daher wird der Kraftstoff 55 von der Öffnung 53d, die in dem Spitzenendeteil der Seitenwand der Schutzeinrichtung 53b geformt ist, in den Auspuffdurchgang 18 abgeführt, und wird mit dem Motorabgas 14 gemischt. Da der Kraftstoffstrom von der Schutzeinrichtung 53b in den Auspuffdurchgang 18 als feinere Partikeln abgeführt wird, nachdem er an die Anschlagwand 53c angeschlagen wird, wird der Kraftstoff mit dem Motorabgas 14 gleichmäßiger gemischt. Ferner, da der Kraftstoff, der von der Schutzeinrichtung 53b abgeführt wird, in die gleiche Richtung wie die Richtung des Motoragbases 14 zum Zentrum des Auspuffdurchganges fließt, wird er mit dem Motorabgas 14 effizient gemischt, ohne dass er an die Innenwandfläche des Auspuffdurchganges 18 anhaftet.

Claims

Ein Abgassystem umfassend einen Injektor (10a) für Einspritzung des Kraftstoffes als ein Reduktionsmittel in einen Auspuffdurchgang (18), der zwischen einem Motor und einem Katalysator in einer Motorabgasreinigungsanlage für Reinigung eines Motorabgases durch den Katalysator geformt ist, der in dem Motorauspuffdurchgang (18) montiert ist, wobei der Injektor (10a) an seinem Spitzenende eine Schutzeinrichtung (53b) dafür enthält, dass eine Einspritzdüse (53a) des Injektors (10a) davor bewahrt wird, dass sie einem Motorabgasstrom (14) direkt ausgesetzt wird, wobei die Schutzeinrichtung (53b) eine Anschlagwand (53c) enthält, woran der Kraftstoff, der von der Einspritzdüse (53a) eingespritzt wird, angeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (53b) eine zylinderische Form hat, wobei ihr Spitzenende geschlossen ist, die Anschlagwand (53c) am Spitzenende der Schutzeinrichtung (53b) so geformt ist, dass sie der Einspritzdüse (53a) gegenübersteht, und die Schutzeinrichtung (53b) ferner eine Öffnung (53d) hat, die in dem Spitzenendeteil einer Seitenwand der Schutzeinrichtung (53b) zum Abführen des Kraftstoffes von der Schutzeinrichtung (53b) in den Auspuffdurchgang (18) geformt ist.
Ein Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (53b) eine zylinderförmige Wand enthält, wobei die hervorstehende Länge und der Innendurchmesser der zylinderförmigen Wand der Schutzeinrichtung (53b) so eingestellt werden, dass das Reduktionsmittel, das von der Einspritzdüse (53a) eingespritzt wird, mit einer inneren Umfangsfläche der zylinderförmigen Wand nicht Kontakt aufnehmen kann.
Ein Abgassystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (53a) außerhalb einer Innenwandfläche des Auspuffdurchganges vorgesehen ist, so dass nur die Schutzeinrichtung (53b) in den Auspuffdurchgang (18) hervorsteht.
Ein Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandfläche der Anschlagwand (53c) so geformt ist, dass das Reduktionsmittel zu einer Stromabwärtsseite des Motorauspuffdurchganges (18) fließt, nachdem es an die Anschlagwand (53c) angeschlagen wird.
Ein Abgassystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagwand (53c) mit Bezug auf eine axiale Richtung des Injektors (10a) geneigt ist, so dass das Reduktionsmittel, das durch Anschlagen der Anschlagwand (53c) verdüst wird, auf eine Stromabwärtsseite des Abgases und auf ein Zentrum des Auspuffdurchganges (18) gerichtet wird.
Ein Abgasystem nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung (53b) lösbar zu dem Injektor (10) montiert ist.