JP4848010B2 - 微粒子フィルタを再生するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、排ガスシステムに対応配置された内燃機関の構成部分を再生し、温度負荷し、かつ／又は熱処理するための装置であって、再生、温度負荷及び／又は熱処理に用いられる燃料を、有利には車両の内燃機関（この場合、内燃機関は特にディーゼルエンジンとして構成されている）の排ガスシステム内に噴射するための、供給された燃料の圧力に関連して、有利には振動運転で作業する噴射弁を備えている形式のもの関する。

車両の内燃機関の排ガスシステム内に微粒子フィルタを組み込むことは公知である。内燃機関が例えばディーゼルエンジンである場合、微粒子フィルタは煤煙（カーボンブラック）フィルタとして作用し、その濾過作用に基づいて微粒子負荷を低下させる。所定の使用時間後にフィルタが目詰まりするのを避けるために、フィルタを時々再生させる必要がある。再生は温度を高くすることによって行われ、これによって微粒子特に煤煙粒子を燃焼させる。温度を高くすることは、燃料例えばディーゼルを排ガス導管内に噴射することによって行われる。噴射された燃料は、微粒子フィルタの前に位置する酸化触媒に達する。酸化触媒に達する燃料が排ガス温度を高め、それによって、相応に熱い排ガスが、後置接続された微粒子フィルタに達し、ここで再生が行われる。

簡単な構造で、確実に機能し、しかも広範囲に使用することができる装置を得るために、噴射弁の上流に配置された、圧力振動を減衰又は取り除く少なくとも１つの圧力制御弁が設けられている。この圧力制御弁によって、噴射弁の特に振動運転を阻止するか又は妨害する圧力変動が取り除かれる。従って、噴射弁の上流側（供給された燃料に関連して）に圧力制御弁が配置されている。つまり噴射弁の前方に圧力制御弁が接続されている。この噴射弁は、供給された燃料の圧力に関連して作業する。つまり、燃料の圧力が、前もって規定された所定の値を超えると、噴射弁は開放し、所定量の燃料を排ガスシステム内に噴射する。これによって、供給システム内の圧力は低下するので、噴射弁は再び閉鎖する。次いで圧力は再び上昇するので、再び噴射が行われる。これによって、噴射弁は周期的に開放し、これによって前述のいわゆる振動運転が行われる。噴射弁への燃料の供給は、関連する構成部分に基づいて一定の圧力で行われるのではなく、圧力変動、場合によって短期的な圧力ピークも存在するので、物理的な理由により狭い圧力範囲内でのみ可能な振動運転を非常に容易に停止させることができる。本発明の手段に基づいて、圧力制御弁は、圧力変動及び／又は圧力ピークを避けるか又は減少させるように作用するので、噴射弁の確実な振動運転が可能である。燃料の供給システム内における前記圧力変動は、特に例えば歯車ポンプとして構成される燃料ポンプに由来している。ポンプの各フィード歯列は、システム全体に確実に伝達される相応の圧力ピークを生ぜしめる。内燃機関のシリンダに供給するための燃料噴射システムも、その高圧回路から所属の負圧回路に作用し、ひいては燃料供給システムに作用する。有利な形式で、噴射弁と圧力制御弁とは、前記負圧回路内に配置されており、この負圧回路は、内燃機関のシリンダの噴射システムに関連して、例えば約４バールの圧力でフィードを行う。さらに、内燃機関のそれぞれの運転状態は、燃料フィードを行う負圧回路に影響を及ぼすようになっている。何故ならば、機械的なポンプにおいては、ポンプと内燃機関との機械的な連結が存在するからである。つまり、より高いエンジン回転数が、より低い回転数よりも相応に高いポンプ回転数を生ぜしめるからである。燃料ポンプとして電気式のポンプが使用される場合、ポンプによって生ぜしめられる変動は生じないか、又は無視できる程度に僅かな変動しか生じない。その他の圧力変動の値は維持される。

本発明の実施態様によれば、圧力制御弁は、生じた圧力に応じて作業する弁である。それに応じて、供給された圧力が開放圧力よりも低い場合、調節可能な調節圧力において自動的に開放し、次いで再び閉鎖する。このような形式で、圧力上昇若しくは圧力ピークに基づいて、圧力制御弁の開放状態が得られ、これによって、圧力負荷軽減、及びひいては圧力の安定化が得られる。つまり、噴射弁に、「安定した」燃料圧が供給される。

本発明の実施態様によれば、圧力制御弁の前方にインレット絞りが接続されている。従って、インレット絞りは、圧力制御弁の上流に配置されていて、圧力制御弁の前方において予め所定の圧力安定化が行われるようになっている。従って、このインレット絞りは圧力制御弁を補助するように働く。インレット絞りはさらに、負圧回路の圧力レベルにまったく影響を及ぼさないか、又は僅かな影響しか及ぼさないようにするために、必要である。

圧力制御弁の前方に緩衝スペースが接続されていれば、有利である。圧力制御弁の上流に位置する緩衝スペースは、同様に負圧回路内の燃料圧に圧力安定化作用を及ぼすようになっているので、燃料圧のための別個の又は付加的な圧力安定化手段を形成している。

本発明の実施態様によれば、噴射弁はばね負荷された第１の弁である。また、圧力制御弁がばね負荷された第２の弁であれば、有利である。いずれの場合も、この弁は、ばねの設計に基づいて、圧力が所定の値を上回ると直ちに開放し、圧力が所定の値を下回ると再び閉鎖する機械的な弁である。有利には、前記２つの弁、つまり噴射弁及び圧力制御弁の開放圧力は、噴射弁の迅速かつ確実な振動運転が得られ、つまり圧力制御弁が効果的な圧力安定化作用を行うように、互いに合わせられている。圧力特性、つまり前記２つの弁の開放圧力値は、種々異なる大きさに選定することができる。これと同じことは、２つの弁の閉鎖圧力値にも当てはまる。基本的に、２つの弁が同じ又は類似の開放圧力値及び／又は閉鎖圧力値を有していてもよい。

本発明の実施態様によれば、噴射弁の前方に、燃料供給を中断する安全弁が接続されている。この安全弁は、噴射弁の上流側に位置していて、所定の状態例えば車両事故の際に燃料供給を遮断し、それによって燃料が排ガスシステム内に制御不能に排出されないようにする課題を有している。

また、噴射弁の前方に、燃料量を規定する調量弁が接続されていれば、有利である。噴射弁の上流に配置された調量弁は、開放して排ガスシステム内への燃料噴射を可能にすることによって、微粒子フィルタの再生が行われるべき時期を器愛知する。また、それぞれ噴射弁によってもたらされた燃料量も、調量作用を有する調量弁によって規定され得る。これは、制御又は調整されながら行われ、自動車のそれぞれの運転状態に基づいている。これは、微粒子フィルタを再生させる目的のために、調量弁によって燃料を排ガスシステム内に供給するだけではなく、その他の課題を満たすためにも、例えば冷間始動後に迅速に排ガスシステム内に高い温度を生ぜしめるためにも、排ガス触媒（その機能のために所定の運転温度が必要である）の機能性を迅速に得るためにも、可能である。

排ガスシステムに対応配置された構成部分は、排ガス粒子をろ過するための微粒子フィルタであってよい。選択的に又は付加的に、この構成部分をＮＯｘ吸蔵部であってもよい。本発明に従ってＮＯｘ吸蔵部を温度負荷することによって、ＮＯｘ吸蔵部の脱硫を行うことも可能である。脱硫に対して付加的又は選択的に、本発明に従ってＮＯｘ吸蔵部の再生を行うことも可能である。付加的に又は選択的に、本発明に従って、温度調節特に熱処理することもできる。つまり排ガスシステム内の温度状態に所望の影響を及ぼすことができる。

内燃機関としてディーゼルエンジンが使用される場合、微粒子フィルタはディーゼル微粒子フィルタを形成する。このディーゼル微粒子フィルタは、ディーゼル煤煙が環境に排出されるのを阻止する。つまり微粒子汚染が減少される。

本発明の実施態様によれば、噴射弁と圧力制御弁とが、内燃機関の燃料噴射システムの負圧領域内に配置されている。これについては前述の通りである。

また本発明は、前記装置を運転するための方法に関する。

再生、温度負荷及び／又は熱処理に用いられる燃料を、有利には自動車の内燃機関の排ガスシステム内に噴射するための、供給された燃料の圧力に関連して、有利には振動運転で作業する噴射弁を備えている形式の、排ガスシステムに対応配置された内燃機関の構成部分を再生し、温度で負荷し、及び／又は熱処理するための方法に関する。この場合、噴射弁の上流側で、燃料の圧力変動を減少制御するようにした。

以下に本発明を図示の実施例を用いて説明する。

図１は、車両の内燃機関の排ガスシステムの微粒子フィルタを調整するための装置を再生するための装置の液圧回路図、
図２は、本発明の第１実施例の２つの線図、
図３は、本発明の第２実施例の２つの線図を示す。

図１は、詳しく図示していない自動車の燃料供給の負圧回路１の一部を示す。負圧回路１は、図示していない機械的な燃料フィードポンプによって供給される。ポンプは、自動車のタンクから燃料を供給し、燃料を自動車の燃料噴射システムに低圧（例えば４ｂａｒ；４バール）で供給し、この場合、燃料噴射システムは、燃料を車両の図示していない内燃機関のシリンダ内に噴射するための高圧回路を有している。燃料は特に、車両のディーゼルエンジンのためのディーゼル燃料である。

負圧回路１は、インレット絞り２の上流側に接続されており、このインレット絞り２の下流側は緩衝スペース３に通じている。緩衝スペース３は、一方では噴射弁６に続いていて、他方では圧力制御弁８に続いている。緩衝スペース３は、燃料で満たされたスペースであって、このスペースの寸法は、負圧回路１内の燃料の圧力波、圧力ピーク及び圧力変動を緩衝するように作用する大きさに選定されている。同様の作用はインレット絞り２にも及ぼされる。インレット絞り２と緩衝スペース３と、以下に詳しく説明された圧力制御弁８とによって、全体的に、圧力ピーク及び圧力変動等が殆ど発生することのない、有利な形式で調節可能な安定した運転圧力が得られる。そうでなければ、圧力変動は、噴射弁６の上流側を除く、負圧回路１内の広い範囲に亘って存在する。歯車ポンプは１／１０００秒範囲で例えば２０バールの圧力ピークが生ぜしめる。このことから、この圧力ピークは、負圧回路の平均的な圧力値（前述のように例えば４バール）を著しく超えていることが明らかである。

緩衝スペース３に安全弁４が接続されており、この安全弁４は、特に事故の際に燃料の吐出／噴射を阻止するために、たとえば緊急時に燃料供給をしゃ断する。安全弁４の下流側は、調量弁５の上流側に接続されている。調量弁５は、時間単位当たりの所望の燃料量がガイドされ、かつ噴射弁６に供給されるような形式で調整又は制御される。噴射弁６は、燃料が内燃機関の図示していない排ガスシステムに噴射されるように配置されている。噴射弁６の下流側において排ガスシステム内に、図示していない酸化触媒が配置されており、この酸化触媒は、燃料噴射時に排ガスシステム内の排ガス温度を、排ガスシステム内で酸化触媒の下流側に配置された微粒子フィルタが再生される程度に、つまり、濾過された粒子例えば煤煙（カーボンブラック）及びその他の微粒子が温度上昇によって燃焼される程度に、著しく高めるので、再生段階後に微粒子フィルタが洗浄される。このような形式の再生は、自動車の通常運転中に、ほぼ５００〜１０００走行キロメートルで実施される。微粒子内の温度は、再生中に約５５０〜６００℃に達する。

図１では、枠内において、インレット絞り２と、緩衝スペース３と、安全弁４及び調量弁５とが、１つの構造ユニット７にまとめられて示されている。

圧力制御弁８の上流側は、緩衝スペース３に接続されている。圧力制御弁８の下流側９は、自動車のタンクに通じている。

前述のように、燃料管路１０，１１によってインレット絞り２が負圧回路１と緩衝スペース３との間に配置されている。燃料管路１２は、緩衝スペース３から安全弁４の上流側の端部に通じている。安全弁４の下流側の端部は、燃料管路１３を介して調量弁５の上流側の端部に接続されている。調量弁５の下流側の端部は、燃料管路１４を介して噴射弁６の上流側の端部に接続されている。噴射弁６の下流側の端部１５は、図示していない排ガスシステム内に燃料を噴射するために用いられる。圧力制御弁８の上流側の端部は、燃料管路１６を介して緩衝スペース３に接続されている。圧力制御弁８の下流側の端部に接続された燃料管路１７は、燃料を戻しガイドするために用いられ、有利な形式で自動車のタンクに通じている。

安全弁４と調量弁５とは、有利な形式で制御可能又は調整可能であって、従って、その機能に関連してそれぞれの走行状態及び状況に適合され得る。噴射弁６及び圧力制御弁８は、ばね負荷（ばね付勢）された弁である。つまり、調節可能な運転圧力（開放圧力）を越えた時にはじめて、相応のばねのプリロード力に基づいてそれぞれの弁を開放する。従って供給された燃料は、所定の圧力値を有している。

従って、次の機能が得られる。負圧回路１内において、燃料は、圧力ピーク、圧力波その他を有している。つまり負圧回路１内には一定の圧力値は存在しない。緩衝スペース３内の燃料の圧力ピーク及び圧力は、インレット絞り２に基づいて容易に減少される。さらにまた、緩衝スペース３の容積及びインレット絞り２に基づいて、燃料の圧力変動ピークに付加的な緩衝が作用し、燃料管路１２，１３，１４並びに安全弁４及び調量弁５を介して噴射弁６に供給される。微粒子フィルタの再生が排ガスシステム内で実施されるべき場合は、調量弁５が開放位置にあり、それによってばね負荷された噴射弁６が開放し、燃料が排ガスシステム内に噴射される。噴射によって、インレット管路内の燃料圧が低下するので、噴射弁６は再び閉鎖する。これによって、燃料管路１４内に新たに圧力が形成され、噴射弁６の開放が行われる。この過程は運転中に繰り返される。これは噴射弁６のいわゆる振動運転（Schnarrbetrieb）である。しかしながらこの振動運転は、供給された燃料内に、つまり燃料管路１４内に極端に大きい圧力変動が存在しない場合にのみ、可能である。また振動運転は、比較的狭い圧力範囲内においてしか可能ではない。圧力変動、圧力波、圧力ピークその他の、少なくとも部分的に作用する補償を得るために、またそれによって噴射弁６の振動運転を可能にするために、圧力制御弁８が、圧力ピークを低下させるように制御することによって均一性が得られる。圧力上昇が発生すると常に、ばね負荷された圧力制御弁８が開放し、相応の燃料量を燃料管路１７を介して自動車のタンクに戻し案内する。これによって、緩衝スペース３内の圧力が相応に低下し、それによって、振動運転を実施するために、噴射弁６に十分に一定な燃料圧力が提供される。圧力制御弁８が開放することによって相応の圧力ピークが低下しめられると、圧力制御弁８は、新たな圧力ピークによって繰り返し開放が行われるまで、再び閉鎖する。

それにも拘わらず、圧力制御弁８が、噴射弁６に供給するシステム内において燃料の圧力ピーク、圧力波その他に補償作用を有していて、圧力レベルの調節作用を及ぼすことが明らかである。圧力レベルの調節作用とは、構成部材を相応に設計することによって、圧力レベルを調整することができる、ということである。

本発明による装置は、すべての公知の噴射システムにおいて、その構造とは無関係に使用することができるので、相応に広範囲に使用することができる。この装置は、有利にはそれぞれの負圧回路に接続される。噴射弁６の振動運転によって、排ガスシステム内において燃料の非常に良好な噴霧が得られる。燃料特にディーゼル燃料を排ガス経路内で完全に気化させるために、良好なスプレー形成が必要である。本発明による圧力制限弁８に基づいて、噴射弁６の供給領域内に著しく変動の小さい負圧が生ぜしめられるので、振動運転は申し分なく、確実に得られる。勿論、排ガスシステム内に燃料を噴射するために、１つの噴射弁６だけでなく、複数の噴射弁６を設けてもよい。１つ以上の圧力制御弁を設けてもよい。本発明の目的は、噴射弁６がシステムの存在する圧力変動に従うのではなく、振動運転を開始する、つまり圧力制御弁８の補償作用に基づいて、噴射弁６の運転に影響を与えることである。

勿論、図１に示した回路の変化実施例が可能であるので、圧力制御弁８を例えば安全弁４と調量弁５との間に配置するか、又は調量弁５の下流側にも、つまり側弁５と噴射弁６との間に配置してもよい。

図２及び図３に示した線図は、本発明による装置の前述の機能を示している。図２の上側の線図、及び図３の上側の線図は、圧力（縦軸）と時間（横軸）との関係を示している。図２及び図３の下側の線図は、弁ニードルストローク（縦軸）と時間（横軸）との関係を示している。

図２には、４バール（平均値）の負圧で作業する、図１に示したシステムが示されている。図３では、この平均値は３バールである。図２及び図３のそれぞれ上側の線図には、負圧回路１内の燃料の圧力が参照符号１８で示されている（p inlet system）。噴射弁６の上流側の端部において、つまり燃料管路１４内に存在する燃料圧力の変化が、参照符号１９で示されている（p inlet HCIV）。参照符号２０で、圧力制御弁８の圧力が示されている（p at pressure control valve）。図２及び図３のそれぞれ下側の線図には、調量弁５の弁ストロークが参照符号２１で示されている（lift EV14）。参照符号２２は、噴射弁６の弁ストロークを示している（lift HCIV）。

左から右に見て（時間軸）、図２及び図３には、まず調量弁５が所定の時間だけ開放され、次いで閉鎖され、次いで再び開放され、次いで再び閉鎖される状態が示されている。これによって相応の燃料測定が行われる。参照符号１８に従って、相応に常に同じ圧力ピーク及び圧力低下を伴うシステム圧、つまり負圧回路１内の圧力が、横軸全体に亘って延在している。これは、図２にもまた図３にも当てはまる。同様に、横軸の全長に亘って、圧力制御弁８における圧力変動が一様に（図２においても、また図３においても）延在している。噴射弁６のインレットにおける圧力変化を見ると（参照符号１９）、調量弁５が開放されている段階で、一様な振動運転が行われる、つまり噴射弁６における圧力変化は、負圧回路１内の圧力変化に追従していない、ことが明らかである。調量弁５が閉鎖されている段階で、噴射弁６における圧力はゼロである。噴射弁６の振動運転は、それぞれ図２及び図３の下側の線図にも示されていて、ここで、噴射弁６の弁ストロークを表す参照符号２２で示されている。

車両の内燃機関の排ガスシステムの微粒子フィルタを調整するための装置を再生するための装置の液圧回路図である。 本発明の第１実施例の２つの線図である。 本発明の第２実施例の２つの線図である。

Claims (12)

1. 排ガスシステムに対応配置された、内燃機関の構成部分を再生し、温度負荷し、かつ／又は熱処理するための装置であって、再生、温度負荷及び／又は熱処理に用いられる燃料を内燃機関の排ガスシステム内に噴射するための、供給された燃料の圧力に関連して、有利には振動運転で作業する噴射弁を備えている形式のものにおいて、
   少なくとも噴射弁（６）の上流側に少なくとも１つの圧力制御弁（８）が設けられており、該圧力制御弁（８）の前方に、圧力変動を減衰するか又は取り除くための緩衝スペース（３）が接続されていることを特徴とする、装置。
2. 前記圧力制御弁（８）が、生じた圧力に応じて作業する弁である、請求項１記載の装置。
3. 圧力制御弁（８）の前方にインレット絞り（２）が接続されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 圧力制御弁（８）が、出口側で燃料戻し管路に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 噴射弁（６）がばね負荷された第１の弁である、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 圧力制御弁（８）がばね負荷された第２の弁である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 噴射弁（６）の前方に、燃料供給を中断する安全弁が接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 噴射弁（６）の前方に、燃料量を規定する調量弁（５）が接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記構成部分が、微粒子フィルタ又はＮＯ_ｘ吸蔵部である、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 微粒子フィルタがディーゼル微粒子フィルタである、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 噴射弁（６）と圧力制御弁（８）とが、内燃機関の燃料噴射システムの負圧領域内に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置を運転するための方法。

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