JP2010514974A - 内燃機関の排ガス系に向かう燃料を調量するための装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の排ガス系（１２）に向かう燃料を調量するための装置（１０；４０；５０；６０）であって、排ガス系（１２）に配置された噴射弁（１４；４２）が設けられており、噴射弁（１４；４２）は、閉鎖状態でも、通流する冷却液によって冷却され、噴射弁（１４；４２）は、燃料流入路（１６）を介して燃料供給され、燃料のうち、第１の部分流（ｊ＿ｅ）が、排ガスに噴射され、第２の部分流（ｊ＿ｒ）が、燃料集合還流路（３２）を介して燃料貯蔵容器に戻される。調量装置の特徴によれば、燃料流入路（１６）は、内燃機関の燃焼室内で行われる燃焼のための燃料を調量するのに用いられる噴射系の低圧系（１８）から燃料供給され、調量装置（１０；４０；５０；６０）は、燃料流入路（１６）と液圧式に接続された、圧力振動を減衰するための減衰装置（２０）を備えている。

Description

本発明は、内燃機関の排ガス系に向かう燃料を調量するための装置であって、排ガス系に配置された噴射弁が設けられており、噴射弁は、閉鎖状態でも、通流する冷却液によって冷却され、噴射弁は、燃料流入路を介して燃料供給され、燃料のうち、第１の部分流が、排ガスに噴射され、第２の部分流が、燃料集合還流路を介して燃料貯蔵容器に戻されるものに関する。

そのような装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３２４４８２号明細書において公知である。排ガス系への燃料の噴射は、排ガス温度に影響を及ぼすか、または排ガス系において排ガス後処理要素を再生するのに用いられる化学反応を起こして、維持するために行われる。比較的高温の排ガスに液体燃料を噴射する際に、燃料は気化し、排ガスから熱を吸収するので、このような構成は、特定の状況下で、排ガスエルボおよび／または排ガスターボチャージャのような構成要素を過熱から保護するために用いることができる。特定の状況に、特に化学量論の排ガス雰囲気または還元性の排ガス雰囲気が数えられる。これに対して噴射が酸化性の排ガス雰囲気に行われると、化学反応を起こすことができる。したがってたとえば排ガス後処理成分、たとえば粒子フィルタおよび／または触媒を加熱するための発熱化学反応が起こる。選択的または補足的に、当初は酸化性の排ガス雰囲気に燃料を噴射することによって、還元性の排ガス雰囲気が形成され、還元性の排ガス雰囲気は、排ガス後処理成分の再生に用いられる。したがってたとえば概ね窒素化合物で充填された窒素酸化物−貯蔵触媒は、比較的高い排ガス温度で還元性の排ガス雰囲気において再生される。この場合貯蔵された窒素化合物は分解し、結果として生じる窒素分子は、排ガスと共に貯蔵触媒から放出される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３２４４８２号明細書には、粒子フィルタの再生に関して燃料の噴射が言及されている。ここでは酸化性の排ガス雰囲気への燃料噴射が行われ、これによって酸化触媒に発熱反応が生じる。これによって依然として酸化性の排ガス雰囲気の温度は高められ、粒子フィルタ内で堆積されたカーボンブラックの燃焼温度を上回り、カーボンブラックは酸化性の排ガス雰囲気で燃焼する。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３２４４８２号明細書の対象において用いられる噴射弁は、制御装置によって電気信号により操作されるので、測定および噴射混合気形成は、単個の弁によって行われる。噴射弁への燃料供給は、電気ポンプを介して行われ、ポンプは、制御装置によって制御され、要求に応じた燃料が排ガス系に配置された噴射弁に搬送される。

ポンプから搬送される燃料は、噴射しようとする第１の部分流と燃料還流路を介して燃料貯蔵容器に戻される第２の部分流とに分けられるまえに、冷却通路を通って噴射弁の内側にガイドされる。要求に応じたポンプ制御は、ポンプ、ポンプの駆動装置および制御装置が、排ガス系に配置された噴射弁に燃料を供給するために特別に設計されていることを前提としており、したがって特に内燃機関の燃焼室内で行われる燃焼のための噴射圧を形成する高圧ポンプに燃料を搬送する噴射弁の低圧ポンプと同一ではない。

発明の開示
本発明は、背景技術とは異なり、燃料流入路が、内燃機関の燃焼室内で行われる燃焼のための燃料を調量するのに用いられる噴射系の低圧系から燃料供給され、調量装置は、燃料流入路と液圧式に接続された、圧力振動を減衰するための減衰装置を備えている。

従来慣用の噴射系の低圧系から排ガス系に向かう燃料を調量するための装置を提供することによって、駆動装置と制御装置とを備えた個別的なポンプを省略することができ、このことは、排ガス後処理系のコストに関して、また系の信頼性に関して有利である。

従来慣用の噴射系の低圧系からの燃料供給によって、低圧系から調量装置へ圧力振動が及ぼされる恐れがある。そのような圧力振動の振幅は、低圧系における平均圧力の幾倍にもなり得る。そのような圧力振動は、排ガス系への燃料の調量を損なう恐れがある。なぜならば圧力振動が噴射弁の開放動作に不都合な影響を及ぼす恐れがあるという理由による。したがって圧力制御式の噴射弁において、いわゆるチャタリングモード（Schnarrbetrieb）が所望され、ここでは噴射弁は、迅速に開閉し、これはチャタリングとも呼ばれる。

この場合噴射弁は、燃料系における圧力によって、ばねの力に抗して開かれる。噴射弁の開放によって、噴射弁の上流側の圧力は、短時間で落ち込み、これによって噴射弁が閉じられる。閉鎖状態の噴射弁では、噴射弁の上流側の圧力が新たに形成され、その結果として噴射弁は新たに開放される。その結果として、チャタリングとも呼ばれる迅速な経過で噴射弁は開閉する。チャタリングによって、噴流は繰り返し中断され、これによって噴射される燃料の滴サイズが縮小され、そうして排ガスにおける気化のための燃料の良好な混合気形成に役立つ。所望のチャタリングは、記載の圧力振動が発生する際に離れる比較的狭い圧力範囲でしか生じない。

燃料流入路と液圧式に接続された減衰装置は、導入される圧力振動を減衰し、噴射混合気形成に必要なチャタリングモードが維持されるように働く。噴射弁のチャタリングによる噴射混合気形成に対して選択的に、噴射混合気形成のための噴射孔付ディスクを備えた噴射弁を用いてもよい。そのような噴射弁は、たとえば国際公開第９４／００６８６号パンフレットにおいて公知である。このような噴射弁でも、噴射混合気形成の品質は噴射圧に影響されるので、結合された圧力振動の減衰は、このような噴射弁でも有利である。

別の利点は、従属請求項、実施の形態の説明および添付図面から看取される。

もちろん前述および後述の構成は、記載した組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の別の組み合わせでも、また単独でも用いることができる。

本発明の実施の形態を図示して、以下に詳しく説明する。異なる図面における同じ符合は、同じ構成要素を意味している。

本発明の第１形態を示す図である。 本発明の第２形態を示す図である。 本発明の第３形態を示す図である。 本発明の第４形態を示す図である。

実施の形態
図１には、内燃機関の排ガス系１２に向かう燃料を調量するための装置１０を詳しく示した。調量装置１０は、噴射弁１４を備えており、噴射弁１４は、排ガス系１２に配置されている。この場合排ガス系１２における配置構造とは、噴射弁１４が排ガスをガイドする管路の開口に取り付けられていて、噴射弁１４が管路に突入して、開口を密に閉鎖する配置構造と解される。調量装置１０は、燃料流入路１６を備えており、燃料流入路１６を介して、調量装置１０に燃料が供給される。燃料流入路１６は、噴射系の低圧系１８から燃料供給され、低圧系１８は、内燃機関の燃焼室内で行われる燃焼のための燃料を調量するのに用いられる。

そのような噴射系の構造は、低圧回路と高圧回路とを有している。低圧回路では、低圧ポンプが、２ｂａｒ〜５ｂａｒの大きさの燃料圧を形成し、この燃料圧は、高圧ポンプまたは個々のポンプ−ノズル−エレメントによって、１０００ｂａｒ〜２０００ｂａｒの大きさの噴射圧に高められる。さらに調量装置１０は、燃料流入路１６と液圧式に接続された、圧力振動および／または圧力波を減衰するための減衰装置２０を備えている。

図１の形態で用いられる噴射弁１４は、圧力制御式の噴射弁１４であり、噴射弁１４は、電気制御式の調量弁２２を介して、減衰装置２０の減衰容積２４に接続されている。

この場合圧力制御式の噴射弁１４とは、噴射弁１４の圧力室の内側で高まる燃料圧が、シール体、たとえばノズルニードルを、戻しばねの力に抗してシール座から持ち上げ、この際に噴射横断面を解放する噴射弁と解される。

図１の形態では、噴射弁１４の圧力室における圧力は、制御装置２６による調量弁２２の操作によって制御される。これによって減衰容積２４から噴射弁１４に向かう燃料が制御される。有利には、操作は、噴射の所望されない場合に調量弁２２ができる限り閉じられるように行われる。したがって噴射弁１４の圧力室には燃料圧が形成されない。場合によっては依然として存在する燃料圧は、還流路絞り２８を備えた第１の還流路３０を介して低減されるので、噴射弁１４は、閉鎖し、かつ／または閉鎖状態で維持される。したがってこのような形態では、排ガスに向かう燃料の調量のために２つの弁１４，２２が用いられ、この場合噴射量の制御は、調量弁２２によって行われ、噴射混合気形成または噴霧混合気形成は、圧力制御式の噴射弁１４によって行われる。

低圧系１８から調量装置１０へ分岐する燃料の第１の部分流ｊ＿ｅは、排ガス系１２における排ガスに噴射される。流入する燃料の第２の部分流ｊ＿ｒは、燃料集合還流路３２を介して燃料貯蔵容器に戻される。噴射弁１４は、開放状態で、第１の部分流ｊ＿ｅで排ガスに噴射される燃料量によって冷却される。さらに噴射弁１４は、閉鎖状態でも、通流する冷却流体によって冷却される。図１の形態では、噴射弁１４に、持続的に燃料が供給され、燃料のうち、部分流ｊ＿ｒ１は、噴射弁１４を通流し、第１の還流路３０を介して再び導出される。部分流ｊ＿ｒ１は、噴射弁１４から熱を吸収し、熱を、第１の還流路３０を介して導出し、このようにして冷媒としての燃料から成る冷却液流の構成を成している。１形態では、還流路３０は、燃料集合還流路３２に通じている。

熱の吸収は、１形態によれば、部分流ｊ＿ｒ１が、第１の還流路３０に収容されるまえに、噴射弁１４の圧力チャンバを通ってガイドされることによって行われる。閉鎖状態の噴射弁１４では、通流は、調量弁２２の周期的な開閉によって制御され、開閉は、圧力チャンバにおける圧力が噴射弁１４の開放圧を上回らないように行われる。噴射弁１４を開放しようとすると、調量弁２２を通る通流量が高められるので、第１の還流路３０における還流路絞り２８を介して、噴射弁１４の開放圧を上回る圧力を形成することができる。

図１の形態では、減衰装置２０は、減衰容積２４を有しており、減衰容積２４は、空間的に噴射弁１４から分離して、燃料流入路１６に配置されている。減衰容積２４は、低圧系１８から調量装置１０にもたらされる圧力振動の振幅を減衰する。選択的に設けられる流入絞り３４は、低圧系１８と調量装置１０との間の追加的な減衰および圧力分離に用いられる。この場合流入絞り３４の追加的な利点として、調量装置１０における過程から低圧系１８における圧力レベルへの反作用が低減する。

減衰容積２４は、圧力制御弁３６を介して燃料集合還流路３２に接続されている。圧力制御弁３６は、有利には圧力制御式の弁であり、弁は、調節可能な開放圧で自動的に開き、開放圧を下回ると自動的に再び閉じる。このようにして減衰容積２４におけるピーク圧力が、圧力制御式の圧力制御弁３６の開放によって抑制され、これによって噴射弁１４の開閉に対するピーク圧力の影響が低減される。

前述のピーク圧力は、低圧系１８において、たとえば歯車ポンプによる圧力形成の結果として生じ、歯車ポンプでは、個々の搬送歯によってその都度適当なピーク圧力が生じる。ピーク圧力の別の原因は、低圧系１８に対する、内燃機関の燃焼室に燃料供給するのに用いられる高圧回路の反作用から生じる。ディーゼル機関用の噴射系では、たとえば２０ｂａｒの値のピーク圧力が得られ、この場合低圧系１８における平均圧力レベルは、２ｂａｒ〜５ｂａｒの値で存在する。

さらに図１の形態では、遮断弁３８が設けられており、遮断弁３８は、噴射弁１４の上流側に配置されており、遮断弁３８は、閉鎖状態で、噴射弁１４に向かう燃料供給を中断する。遮断弁３８の役割は、排ガス系１２に向かう燃料供給を、特定の状況において、たとえば故障時に、中断することであり、その結果排ガス系１２へ燃料が制御されずに流出することはない。このために遮断弁３８は、有利には電気制御式の弁として形成されている。そのような遮断弁３８は、減衰容積２４の前後に配置することができる。

有利な形態では、噴射弁１４は、適切な噴射圧においてチャタリングリングモードで作動し、これによって良好な噴霧混合気形成または噴射混合気形成をもたらす。このために特に噴射弁１４の開放圧と圧力制御弁３６の開放圧とが、互いに調和されている。

図２には、図１と同様に内燃機関の排ガス系１２に向かう燃料を調量するための装置４０を示しており、排ガス系１２に配置された噴射弁４２が設けられており、噴射弁４２は、閉鎖状態で、通流する冷却液によって冷却され、燃料流入路１６が設けられており、燃料流入路１６を介して、調量装置４０に、排ガスに噴射される第１の部分流ｊ＿ｅおよび燃料集合還流路３２を介して燃料貯蔵容器に戻る第２の部分流ｊ＿ｒが供給される。

ここでもまた燃料流入路１６は、内燃機関の噴射系における前述の低圧系１８から燃料供給される。燃料流入路１６と液圧式に接続された減衰装置２０は、減衰容積４４を有しており、減衰容積４４は、圧力制御弁３６を介して燃料集合還流路３２に接続されている。図１に示した形態とは異なって、図２において、減衰容積４４は、冷却リザーバ４４として形成されており、ここでは噴射弁４２は、少なくとも部分的に冷却リザーバ４４の内側に配置されている。冷却リザーバ４４に燃料が通流し、この場合燃料流入路１６に生じる圧力変動は、排ガスに向かう燃料の調量に影響を及ぼすまえに、冷却リザーバ４４の減衰容積と圧力制御弁３６の作用とによって減衰される。

有利な形態の範囲内で、噴射弁４２は、電気制御式の噴射弁４２として実現され、噴射弁４２は、噴射しようとする燃料量を、制御装置２６の電気操作信号に応じて噴射するように調整されている。したがって図１に示した形態とは異なって、図２に示した形態では、調量および噴霧混合気形成または噴射混合気形成のために単個の弁４２が用いられる。調量および噴霧混合気形成または噴射混合気形成が２つの弁２２によって空間的に分離された、図１に示した形態に対して、図２に示した形態では、比較的僅かな組付手間および適用手間が得られる。この利点は、２つの弁２２，１４による調量および噴霧混合気形成または噴射混合気形成が、相応に高い組付手間および適用手間と共に、液圧式に極めて複雑な系の特性をもたらすことに起因する。２つの弁２２，１４を用いたそのような系では、動特性、特に噴射弁１４の動特性を困難にし、さらに漏れ、特に調量弁２２と噴射弁１４との間の漏れの精確な診断を困難にする。

１形態では、追加的に圧力センサ４８が設けられており、圧力センサ４８は、噴射弁４２の上流側で燃料圧を検出して、制御装置２６に伝達し、制御装置２６は、噴射弁４２も制御する。燃料圧の検出によって、制御装置２６は、燃料圧に応じた、噴射弁４２を通る通流量をさらに精確に調量することができる。

図３には、内燃機関の排ガス系１２に向かう燃料を調量するための装置５０を示しており、調量装置５０は、排ガス系１２に配置された噴射弁４２によって調量され、噴射弁４２は、閉鎖状態でも通流する冷却液によって冷却される。冷却は、図３の形態では、図１に関して記載したように行われる。図１の形態と図３の形態との相違点によれば、図１に示した圧力制御式の噴射弁１４と電気制御式の調量弁２２との組み合わせが、図３の形態では、電気制御式の噴射弁４２によって代用されている。電気制御式または電気制御可能な噴射弁４２は、噴射しようとする燃料を、制御装置２６の電気操作信号に応じて噴射するよう調整されている。図２の形態と同様に、図３の形態でも、調量および噴霧混合気形成または噴射混合気形成のために単個の弁４２が用いられる。

その他の点を述べると、図３の調量装置も燃料流入路１６を介して燃料供給され、燃料のうち、第１の部分流ｊ＿ｅが排ガスに噴射され、第２の部分流ｊ＿ｒが燃料集合還流路３２を介して燃料貯蔵容器に戻される。燃料流入路１６は、内燃機関の燃焼室内で行われる燃焼のための燃料を調量するのに用いられる噴射系の低圧系１８から燃料供給される。調量装置５０は、減衰容積２４を有する、燃料流入路１６と液圧式に接続された減衰装置２０を備えており、減衰容積２４は、圧力制御弁３６を介して燃料集合還流路３２に接続されていて、噴射弁４２から空間的に分離して燃料流入路１６に配置されている。

図４の形態は、図２の形態の変化形を成している。したがって図４でも、内燃機関の排ガス系１２に向かう燃料を調量するための装置６０を示しており、排ガス系１２に配置された噴射弁４２が設けられており、噴射弁４２は、閉鎖状態でも、通流する冷却液によって冷却され、燃料流入路１６を介して燃料供給される。燃料流入路１６を介して調量装置６０に供給される燃料の第１の部分流ｊ＿ｅは、排ガスに噴射され、第２の部分流ｊ＿ｒは、燃料集合還流路３２を介して燃料貯蔵容器に戻される。燃料流入路１６は、内燃機関の燃焼室内で行われる燃焼のための燃料を調量するために用いられる噴射系の低圧系１８から燃料供給される。

調量装置６０は、減衰容積２４を有する、燃料流入路１６と液圧式に接続された減衰装置２０を備えており、減衰容積２４は、圧力制御弁３６を介して燃料集合還流路３２に接続されていて、噴射弁４２から空間的に分離して燃料流入路１６に配置されている。噴射弁４２は、電気制御式の噴射弁４２であり、噴射しようとする量の燃料を、制御装置２６の電気操作信号に応じて噴射するよう調整されている。ここでも調量および噴霧混合気形成または噴射混合気形成のために単個の弁４２が用いられるので、ここでも図２に関して既に説明した利点が得られる。噴射弁４２は、少なくとも部分的に冷媒の通流する冷却ジャケット６２内に配置されている。図２の形態との相違点によれば、内燃機関の燃料ではなく、冷却液が冷媒として用いられる。管路６４，６６は、内燃機関の冷却系に冷却ジャケット６２を接続するのに用いられる。

Claims (10)

1. 内燃機関の排ガス系（１２）に向かう燃料を調量するための装置（１０；４０；５０；６０）であって、
   排ガス系（１２）に配置された噴射弁（１４；４２）が設けられており、該噴射弁（１４；４２）は、閉鎖状態でも、通流する冷却液によって冷却され、前記噴射弁（１４；４２）は、燃料流入路（１６）を介して燃料供給され、燃料のうち、第１の部分流（ｊ＿ｅ）が、排ガスに噴射され、第２の部分流（ｊ＿ｒ）が、燃料集合還流路（３２）を介して燃料貯蔵容器に戻される、調量装置において、
   前記燃料流入路（１６）は、内燃機関の燃焼室内で行われる燃焼のための燃料を調量するのに用いられる噴射系の低圧系（１８）から燃料供給され、当該調量装置（１０；４０；５０；６０）は、前記燃料流入路（１６）と液圧式に接続された、圧力振動を減衰するための減衰装置（２０）を備えていることを特徴とする、内燃機関の排ガス系に向かう燃料を調量するための装置。
2. 前記減衰装置（２０）は、減衰容積（２４；４０）を有している、請求項１記載の装置。
3. 前記減衰容積（２４；４４）は、圧力制御弁（３６）を介して前記燃料集合還流路（３２）に接続されている、請求項２記載の装置。
4. 前記減衰容積（４４）は、冷却リザーバ（４４）として形成されており、前記噴射弁（４２）は、少なくとも部分的に該冷却リザーバ（４４）の内側に配置されている、請求項２または３記載の装置。
5. 前記噴射弁（４２）は、電気制御式の噴射弁（４２）であって、該噴射弁（４２）は、噴射しようとする量の燃料を電気操作信号に応じて噴射するよう調整されている、請求項４記載の装置。
6. 前記減衰容積（２４）は、前記噴射弁（１４；４２）から空間的に分離して前記燃料流入路（１６）に配置されている、請求項２記載の装置。
7. 当該調量装置（１０）は、圧力制御式の噴射弁（１４）を備えており、該噴射弁（１４）は、電気制御式の調量弁（２２）を介して、前記減衰容積（２４）に接続されている、請求項６記載の装置。
8. 前記噴射弁は、電気制御式の噴射弁（４２）であって、該噴射弁（４２）は、噴射しようとする量の燃料を電気操作信号に応じて噴射するよう調整されている、請求項６記載の装置。
9. 前記噴射弁（４２）は、少なくとも部分的に冷媒の通流する冷却ジャケット（６２）内に配置されている、請求項８記載の装置。
10. 前記冷却ジャケット（６０）は、管路（６４，６６）を介して、内燃機関の冷却系に接続されている、請求項９記載の装置。

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