JP2010529345A - 内燃機関の粒子フィルタを再生する方法 - Google Patents

Abstract

内燃機関（１）の粒子フィルタ（２９）を再生する方法は、排ガス管（２５）においてポスト燃焼を行うために粒子フィルタ（２９）の上流において排ガス管（２５）内に空気が供給され、高圧ポンプユニット（１７）によって内燃機関（１）のシリンダ（８）に燃料が供給され、高圧ポンプユニット（１７）によって粒子フィルタ（２９）の上流において排ガス管（２５）内に燃料が供給されることを含む。

Description

ディーゼル内燃機関のエミッションは、かなりの量の粒子を含んでおり、厳しい汚染防止規制を受ける。ディーゼル内燃機関には、粒子を保持し且つ、既存の規制によって規定される与えられた汚染防止パラメータに従う粒子フィルタが装備されている。粒子フィルタの能力は制限されており、粒子フィルタは、周期的に、フィルタにおける粒子を燃焼させるためのサイクルによって再生されなければならない。粒子の燃焼は、排気ガスと共にフィルタから排出される二酸化炭素を生じ、事実上、粒子フィルタのクリーニングを保証する。粒子フィルタの再生を行う必要性は、内燃機関の運転速度と、運転速度過渡現象とに依存する。実際には、内燃機関の特定の運転条件は、フィルタによって保持された粒子の燃焼を開始することができる排気ガスの温度を生ぜしめると同時に、燃焼を行うために必要とされる酸素の供給を生ぜしめ、フィルタから粒子を部分的に排除することができる。しかしながら、前記条件を生ぜしめる運転速度及び過渡現象は、粒子フィルタの完全な再生（クリーニング）を生ぜしめるための十分な時間にわたって維持されず、その結果、排ガスの温度と過剰空気条件とが、粒子フィルタの完全な再生（クリーニング）を行うために決定され、十分な時間にわたって維持されなければならない。

粒子フィルタにおける粒子の燃焼を開始するために必要とされる温度は、排ガス管において供給される過剰空気と燃料との、排ガス管におけるポスト燃焼によって提供される。

ポスト燃焼は、排ガス管に沿って粒子フィルタの上流において行われ、６ｂａｒよりも高い平均圧力でこの箇所に燃料を供給することを伴う。これは、車両に、内燃機関のあらゆる運転条件において粒子フィルタの上流に燃料を供給することができる燃料ポンプが装備されていなければならないことを意味する。

本発明の目的は、従来技術の欠点を有さず、特に経済的な内燃機関の粒子フィルタを再生する方法を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の粒子フィルタを再生する方法が提供され、この方法は、排ガス管におけるポスト燃焼を行うために粒子フィルための上流の排ガス管内に燃焼空気を供給するステップと、高圧ポンプユニットによって内燃機関のシリンダに燃料を供給するステップとを含み、この方法は、高圧ポンプユニットによって排ガス管内に燃料を供給することを特徴とする。

本発明は、内燃機関にも関する。

本発明によれば、内燃機関が提供され、この内燃機関は、シリンダが設けられた駆動ユニットと、粒子フィルタを含む排気ユニットと、シリンダと排気ユニットとに供給するための燃焼空気供給ユニットと、高圧ポンプユニットを含む、シリンダに燃料を供給するためのユニットとを有しており、内燃機関が、排気ユニットにポスト燃焼燃料を供給するための装置を有しており、この供給するための装置が、高圧ポンプユニットの加圧燃料出口に接続された供給ラインを含むことを特徴とする。

本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明に従って提供される内燃機関の、明瞭さのために一部が省略された概略図である添付の図面を参照した、発明の非制限的な実施例の以下の説明から明らかになるであろう。

本発明による内燃機関を示す図である。

添付の図面において、１は内燃機関を全体的に示しており、この内燃機関は、駆動ユニット２と、駆動ユニット２に燃焼空気を供給するためのユニット３と、駆動ユニット２に燃料、特にディーゼル燃料を供給するためのユニット４と、燃焼ガスのための排気ユニット５と、排気ユニット５においてポスト燃焼を行うための、排気ユニット５に燃料を供給するための装置６とを有している。

駆動ユニット２は、４つのシリンダ８を備えるシリンダヘッド７を有しており、各シリンダは、燃焼空気供給ユニット３と、燃料供給ユニット４と、排気ユニット５とに直接に連通している。駆動ユニット２は、熱エネルギを、駆動軸９に提供される機械的エネルギに変換する。

供給ユニット３は、各シリンダ８に接続された供給管１０と、圧縮機１１と、ヒータ１２と、空気流を調節するための弁１３とを有している。

燃料供給ユニット４は、いわゆるコモンレール式のものであり、燃料タンク１４と供給ライン１５とを有している。供給ライン１５は、順に配置された、フィルタ１６と、高圧ポンプユニット１７と、全てのシリンダ６のための分配マニホールド１８とを有している。供給装置４は４つのインジェクタ１９を有しており、各インジェクタは、個々のシリンダ６に関連しており、個々のライン２０によって分配マニホールド１８に接続されている。

高圧ポンプユニット１７は、ピストンポンプ２１と、ピストンポンプ２１、選択的に燃料供給装置６に供給する機能を有する歯車ポンプ２２とを有している。高圧ポンプユニット１７は、ピストンポンプ２１と歯車ポンプ２２とを作動させるための軸２３と、駆動軸９を作動軸２３に接続するための運動学的なトランスミッション２４（概略的に破線で示されている）とを有している。

排気ユニット５は、シリンダ８に接続された排ガス管２５と、排ガス管２５内に収容されかつ軸２７によって圧縮機１１に接続されたタービン２６と、排ガス管２５に沿って配置された燃焼室２８と、燃焼室２８の下流において排ガス管２５内に収容された粒子フィルタ２９とを有している。

供給ユニット３は、バイパス管３０によって排気ユニット５に接続されており、特に、バイパス管３０は、供給管１０に沿って圧縮機１１の下流に配置されており、排ガス管２５に沿って燃焼室２８の上流に配置されている。調整弁３１と、空気を排気ガスの温度に近い温度にまで加熱するためのヒータ３２とが、バイパス管３０に沿って順に配置されている。

供給装置６は、粒子フィルタ２９の上流での燃焼室２８におけるポスト燃焼のために必要な燃料を提供することができ、高圧ポンプユニット１７を燃焼室２８の直ぐ上流で排ガス管２５に接続する燃料供給ライン３３と、供給ライン３３を高圧ポンプユニット１７に接続するためのユニオン３４と、燃料を排ガス管２５内に噴射するように設計された燃料インジェクタ３５と、供給ライン３３に沿って燃料を選択的に供給するためのオン／オフ式のインタセプト弁３６と、制御ユニット３７とを有している。

制御ユニット３７は、粒子フィルタ２９の再生のためのサイクルの作動を生ぜしめ、したがって、粒子フィルタ２９の飽和と、排ガス管２５における排ガスの温度とに応じて、排ガス管２５内の流量を調量するように設計されている。

特に、排ガス管２５には、粒子フィルタ２９の上流と下流とにおける差圧を検出し、差圧に関連した信号ＤＰを発信するための差圧センサ３８と、燃焼室２８の上流に配置された、温度信号Ｔ１を発信するように設計された温度センサ３９と、燃焼室２８と粒子フィルタ２９との間に配置された、温度信号Ｔ２を発信するように設計された温度センサ４０とが装備されている。

使用中、制御ユニット３７は、比較ユニット４１において信号ＤＰをしきい値ＤＰＳと比較し、信号ＤＰがしきい値ＤＰＳよりも大きい場合は、制御ユニット３７は再生信号ＲＳを発信し、この再生信号ＲＳはインタセプト弁３１を開放させる。信号Ｔ１及びＴ２は、粒子の自動燃焼のための値ＴＡと、安全値ＴＳと比較される。実際には、自動燃焼値ＴＡは、粒子の自動燃焼温度、すなわちその温度を超えると粒子が燃焼して一酸化炭素に変換される温度に関連しているのに対し、安全値ＴＳは、その温度を超えると排気ユニット５の構造部分が、ポスト燃焼及び排ガスに関連した高温によって生ぜしめられる損傷を受ける可能性がある温度に関連している。

基本的に、制御ユニット３７は比較ユニット４２において温度信号Ｔ１及びＴ２を自動燃焼値ＴＡ及び安全値ＴＳと比較し、安全値ＴＳを超える危険性なく温度信号Ｔ２をできるだけ高く、あらゆる場合に自動燃焼値ＴＡよりも高く保つアルゴリズムに基づいて燃料インジェクタ３５を作動させるための調量信号ＤＳを発信する。

供給装置６のユニオン３４は、歯車ポンプ２２によって生ぜしめられる圧力変動を緩衝するための、燃料流横断面に沿った狭窄部４３を有している。さらに、狭窄部４３は、燃料の一部がポスト燃焼のために流出させられた場合に、高圧ポンプユニット１７内の圧力降下を回避するという利点を有する。

前記方法は、一般的な高圧ポンプユニットをこの新たな機能に適応させるために必要とされる変更が比較的限定されるので、費用効果が高い。実際には、高圧ポンプユニット１７に、歯車ポンプ２２によって排ガス管２５に圧送される燃料を供給するためにユニオン３４と係合させられることができる出口管４４によって実質的に規定される付加的な出口を付加することが必要とされる。

本明細書においては、再生の特定の形式が特に参照されているが、本発明の用途は、燃料の使用を必要とする粒子フィルタの再生のあらゆる形式に拡大する。

１ 内燃機関、 ２ 駆動ユニット、 ３ 燃焼空気を供給するためのユニット、 ４ ディーゼル燃料を供給するためのユニット、 ５ 排気ユニット、 ６ 燃料を供給するための装置、 ７ シリンダヘッド、 ８ シリンダ、 ９ 駆動軸、 １１ 圧縮機、 １２ ヒータ、 １３ 弁、 １４ 燃料供給ユニット、 １５ 供給ライン、 １６ フィルタ、 １７ ポンプユニット、 １８ 分配マニホールド、 １９ インジェクタ、 ２０ ライン、 ２１ ピストンポンプ、 ２２ 歯車ポンプ、 ２３ 作動軸、 ２４ トランスミッション、 ２５ 排ガス管、 ２６ タービン、 ２７ 軸、 ２８ 燃焼室、 ２９ 粒子フィルタ、 ３０ バイパス管、 ３１ 調整弁、 ３２ ヒータ、 ３３ 燃料供給ライン、 ３４ ユニオン、 ３５ 燃料インジェクタ、 ３６ インタセプト弁、 ３７ 制御ユニット、 ３８ 差圧センサ、 ３９ 温度センサ、 ４０ 温度センサ、 ４１ 比較ユニット、 ４２ 比較ユニット、 ４３ 狭窄部、 ４４ 出口管

Claims (13)

1. 内燃機関（１）の粒子フィルタ（２９）を再生する方法において、該方法が、排ガス管（２５）においてポスト燃焼を行うために粒子フィルタ（２９）の上流で排ガス管（２５）内に燃焼空気を供給するステップと、高圧ポンプユニット（１７）によって内燃機関（１）のシリンダ（８）に燃料を供給するステップとを含み、燃料を高圧ポンプユニット（１７）によって排ガス管（２５）内に供給することを特徴とする、内燃機関の粒子フィルタを再生する方法。
2. 高圧ポンプユニット（１７）が、ピストンポンプ（２１）と、該ピストンポンプ（２１）に供給するように設計された歯車ポンプ（２２）とを含み、方法が、歯車ポンプ（２２）によって排ガス管（２５）内に燃料を供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 燃料インジェクタ（３５）によって排ガス管（２５）内に燃料を調量することを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 高圧ポンプユニット（１７）と排ガス管（２５）との間に延びた燃料供給ライン（３３）に沿って配置されたインタセプト弁（３６）によって、高圧ポンプユニット（１７）と排ガス管（２５）との間の燃料流を選択的に遮断又は供給することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. インタセプト弁（３３）が、常時閉鎖されている電気式のオン／オフ弁であり、方法が、制御ユニット（３７）によって発信される再生信号（ＲＳ）によってインタセプト弁を開放させることを含むことを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 駆動軸（９）の７５０ｒｐｍの作動速度で６ｂａｒより高い平均圧力で燃料を供給することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 高圧ポンプユニット（１７）の直ぐ下流において、ポスト燃焼の燃料供給を狭窄することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 内燃機関において、
   シリンダ（８）を備える駆動ユニット（２）と、粒子フィルタ（２９）を備える排気ユニット（５）と、シリンダ（８）及び排気ユニット（５）に供給するための燃焼空気供給ユニット（３）と、高圧ポンプユニット（１７）を備える、燃料をシリンダ（８）に供給するためのユニット（４）とが設けられており、内燃機関（１）が、排気ユニット（５）にポスト燃焼の燃料を供給するための供給装置（６）を有しており、該供給装置（６）が、高圧ポンプユニット（１７）の加圧燃料出口に接続された供給ライン（３３）を有することを特徴とする、内燃機関。
9. 高圧ポンプユニット（１７）が、ピストンポンプ（２１）と、歯車ポンプ（２２）とを有しており、前記燃料出口が、歯車ポンプ（２２）とピストンポンプ（２１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項８記載の内燃機関。
10. 供給装置（６）が、排気ユニット（５）に燃料を調量するための燃料インジェクタ（３５）を有することを特徴とする、請求項８又は９記載の内燃機関。
11. 供給装置（６）が、高圧ポンプユニット（１７）と排ガス管（２５）との間における燃料流を選択的に遮断又は供給するための、高圧ポンプユニット（１７）と排ガス管との間に延びた燃料供給ライン（３３）に沿って配置されたインタセプト弁（３６）を有することを特徴とする、請求項８から１０までのいずれか１項記載の内燃機関。
12. インタセプト弁（３３）が、常時閉鎖されている電気式のオン／オフ弁であり、方法が、制御ユニット（３７）によって発信された再生信号（ＲＳ）によってインタセプト弁（３６）を開放させることを含むことを特徴とする、請求項１１記載の内燃機関。
13. 供給装置（６）が、ユニオン（３４）を有しており、該ユニオン（３４）が、高圧ポンプユニット（１７）の出口管に接続されることができ且つ上流における圧力変動を減衰させ、該圧力変動を平均値の±０．５ｂａｒ以内に減じるために燃料流の横断面のための狭窄部（４３）を有することを特徴とする、請求項８から１２までのいずれか１項記載の内燃機関。

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