JP5130289B2 - 再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための装置、所属の噴射弁および方法 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための装置であって、少なくとも１つの噴射弁が設けられており、該噴射弁が、流体、特に燃料を、有利にはチャタリング運転で、たとえば供給された流体の圧力に関連して排ガスシステムに噴射するようになっている形式のものに関する。

さらに、本発明は、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための請求項１から１７までのいずれか１項記載の装置に使用するための噴射弁であって、当該噴射弁が、流体、特に燃料を、有利にはチャタリング運転で、たとえば供給された流体の圧力に関連して排ガスシステムに噴射するようになっている形式のものに関する。

さらに、本発明は、少なくとも１つの噴射弁によって、流体、特に燃料を、有利にはチャタリング運転で、たとえば供給された流体の圧力に関連して排ガスシステムに噴射して、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための方法に関する。

車両の内燃機関の排ガスシステムにパティキュレートフィルタを据え付けることがしられている。内燃機関は、たとえばディーゼルエンジンであり、したがって、パティキュレートフィルタが、たとえば煤フィルタとして作用し、その濾過作用に基づき微粒子負荷を減少させる。規定された使用期間後、フィルタが目詰まりすることを阻止するために、このフィルタを時々再生することが必要となる。この再生は、たとえば約６００℃への温度上昇によって行われる。これによって、パティキュレート、特に煤粒子が燃焼する。このことは、あらゆる運転状態で原動手段によって可能ではないので、温度上昇は、噴射弁を介して排ガス系統に噴射される燃料、たとえばディーゼルによって得られる。この噴射された燃料は、パティキュレートフィルタの前方に配置された酸化触媒に到達する。この酸化触媒に到達した燃料は酸化されるかもしくは燃焼させられ、排ガス温度上昇に繋がり、これによって、相応に高温の排ガスが、後置されたパティキュレートフィルタに到達し、そこで、再生を生ぜしめる。

排ガス内への燃料の調量供給のためには、慣用の多孔噴射弁および単孔噴射弁を使用することができる。しかし、これらの噴射弁は、排ガス内に存在する煤の堆積によって既存の運転条件で孔が目詰まりするかもしくはカーボン付着されるという欠点を有している。この結果、調量量が運転期間にわたって減少する。このことは、事情により、噴射される量がもはやパティキュレートフィルタの再生のために十分でないかまたは、最悪の事例では、もはや決して調量することができないことに繋がる。

供給された燃料の圧力に関連して作業する噴射弁、すなわち、供給された燃料の圧力が、規定された設定された値を上回り、その後、噴射弁を開放し、燃料量を排ガスシステムに噴射する噴射弁が使用されてもよい。これによって、供給システムにおける圧力が減少し、これによって、噴射弁が再び閉鎖する。いま、圧力が再び増加し、これによって、噴射弁が再び開放し、燃料を排ガスシステムに噴射する。これによって、噴射弁がリズミカルに開閉される。このことは、いわゆる「チャタリング運転」に繋がる。このようなチャタリング運転は、「Ｂｏｓｃｈ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｈａｎｄｂｏｏｋ，６ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ」（Ｒｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ ＧｍｂＨ、２００４年、ＩＳＢＮ ０−８３７６−１２４３−８、第６４５頁）に基づき公知である。さらに、内燃機関の排ガス後処理のための装置におけるチャタリング運転の調整が、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００５０３４７０４号明細書に記載されている。噴射弁への燃料の供給は、関連した構成要素に基づきコンスタントな圧力で行われず、圧力変動および場合により短期間の圧力ピークも付与されるので、チャタリング運転の休止が生ぜしめられ得る。

発明の開示
本発明の装置によれば、噴射弁が、弁ヘッドと弁座とを有しており、供給された流体の、噴射弁に作用する流力が、弁ヘッドの１回のストロークにわたって連続的に減少するように、弁ヘッドのジオメトリと、弁座のジオメトリとが形成されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、弁ヘッドの外側のヘッド直径部が、弁座の外側の座直径部よりも大きく形成されており、これによって、弁ヘッドが、閉鎖された状態で弁座の弁シール縁部を越えて張り出している。

本発明の装置の有利な構成によれば、弁ヘッドが、少なくとも噴射弁の閉鎖された状態で、有利には噴射弁の開放された状態でも、該噴射弁の縁領域に対して相対的に引っ込められている。

本発明の装置の有利な構成によれば、縁領域が、斜め面取りされた領域を介して弁座に接続されており、これによって、弁ヘッドと縁領域との間に、斜め面取りされた領域と弁ヘッドとによって仕切られた窪みが形成されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、弁座が、内側の座直径部と外側の座直径部との間に、真っ直ぐな弁座交接縁部を有しており、該弁座交接縁部が、垂線に対する設定された角度を有している。

本発明の装置の有利な構成によれば、弁ヘッドの弁ヘッド交接縁部が、内側のヘッド直径部から外側のヘッド直径部に向かって、緩傾斜の球形の外側湾曲部を備えて増加しており、該外側湾曲部が、設定された弁ヘッド曲率半径を有している。

本発明の装置の有利な構成によれば、外側の座直径部に弁シール縁部が配置されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、外側の座直径部の向こう側で、弁座と縁領域もしくは弁の縁領域との間に、斜め面取りされた領域が設けられており、これによって、弁ヘッドが、斜め面取りされた領域によって側方で仕切られた窪みの内部で運動させられるようになっていて、縁領域に対して、少なくとも弁の閉鎖された状態で引っ込められている。

本発明の装置の有利な構成によれば、噴射弁が、ばね負荷された弁として形成されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、噴射弁に、燃料供給を阻止する安全弁が前置されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、噴射弁に、燃料量を規定する調量弁が前置されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、調量弁として機能する付加的な弁が、噴射弁内に組み込まれている。

本発明の装置の有利な構成によれば、調量弁が、弁ヘッドと弁座との上流側に配置されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、調量弁が、弁支持体を介して、弁座を有する弁ボディに結合されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、弁支持体が、調量弁と弁ボディとの間に共振容積を仕切っている。

本発明の装置の有利な構成によれば、噴射弁と、安全弁と、調量弁とが、内燃機関の燃料噴射システムの低圧回路に配置されている。

本発明の装置の有利な構成によれば、構成部材が、パティキュレートフィルタ、特にディーゼルパティキュレートまたはＮＯｘ吸蔵器である。

本発明の噴射弁によれば、弁ヘッドと弁座とが設けられており、供給された流体の、当該噴射弁に作用する流力が、弁ヘッドの１回のストロークにわたって連続的に減少するように、弁ヘッドのジオメトリと、弁座のジオメトリとが形成されている。

本発明の方法によれば、噴射弁が、弁ヘッドと弁座とを有しており、供給された流体の、噴射弁に作用する流力を、弁ヘッドの１回のストロークにわたって連続的に減少させる。

独立請求項の特徴を備えた、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための本発明による装置、本発明による噴射弁もしくは本発明による方法は、従来のものに比べて、供給された燃料の、当該装置によって包括された噴射弁に作用する流力が、弁ヘッドの１回のストロークにわたって連続的に減少するかもしくは噴射弁の弁ヘッドのジオメトリと弁座のジオメトリとが相応に形成されているという利点を有している。これによって、頑強なチャタリング挙動に対する圧力範囲が拡大される。これによって、有利には、排ガス系統における良好な燃料噴霧調整と、過剰なカーボン付着に対する確実な防護とを得ることができる。

従属請求項に記載した手段および態様によって、本発明による噴射弁もしくは本発明による装置もしくは本発明による方法の有利な改良が可能となる。

弁ヘッドの外側のヘッド直径部が、弁座の外側の座直径部よりも大きく形成されていると特に有利である。これによって、弁ヘッドが、閉鎖された状態で弁座を越えて張り出しており、外側の座直径部に弁シール縁部が配置されている。弁座は、たとえば内側の座直径部と外側の座直径部との間に、真っ直ぐな弁座交接縁部を有している。この弁座交接縁部は、垂線に対する設定された角度αを有している。

本発明による装置もしくは噴射弁の構成では、弁ヘッドの弁ヘッド交接縁部が、内側のヘッド直径部から外側のヘッド直径部に向かって、緩傾斜の球形の外側湾曲部を備えて増加している。この外側湾曲部は、設定された弁ヘッド曲率半径を有している。

内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための本発明による装置の構成では、噴射弁が、たとえばばね負荷される弁として形成されている。

本発明による装置の別の構成では、噴射弁に、燃料供給を阻止する安全弁が前置されている。これに相俟って、この安全弁は噴射弁の上流側に位置していて、規定された状況で、たとえば車両の事故時に燃料供給を阻止する役割を有しており、これによって、排ガスシステムへの燃料の、コントロールされない流出が生ぜしめられ得ない。

さらに、噴射弁に、燃料量を規定する調量弁が前置されていると有利である。噴射弁の上流側に配置された調量弁は、噴射弁が開放しかつ排ガスシステムへの燃料噴射を可能にすることによって、パティキュレートフィルタの再生を実施したい時間区分を規定する。その上、その都度噴射弁によって供給される燃料量を、調量作用する調量弁によって規定することもできる。このことは、開ループ制御で行われてもよいし、閉ループ制御で行われてもよく、自動車のその都度の運転状態に関連し得る。この場合、パティキュレートフィルタの再生の目的のために、調量弁によって燃料を排ガスシステムに供給することだけでなく、別の役割を果たす、たとえばコールドスタート後に迅速に高い温度を排ガスシステムに発生させ、これによって、機能のために特定の運転温度が必要となる排ガス触媒の機能性を極めて迅速に得ることも可能となる。

本発明による装置の別の構成では、噴射弁と、安全弁と、圧力制御弁とが、内燃機関の燃料噴射システムの低圧回路に配置されている。

排ガスシステムに対応配置された構成部材は、排ガスパティキュレートを濾し取るために、パティキュレートフィルタであってよい。択一的または付加的には、構成部材がＮＯｘ吸蔵器であることも可能である。本発明による装置に基づくＮＯｘ吸蔵器の温度負荷によって、このＮＯｘ吸蔵器の脱硫を生ぜしめることが可能となる。この脱硫に対して付加的または択一的には、本発明による装置に基づくＮＯｘ吸蔵器の再生も実施可能である。付加的または択一的には、本発明による装置に基づき、温度調整、特に熱マネージメントを生ぜしめることが可能となる。すなわち、排ガスシステムおいて温度状況に所望により影響を与えることができる。

内燃機関としてディーゼルエンジンが使用される場合には、パティキュレートフィルタがディーゼルパティキュレートフィルタを成している。このディーゼルパティキュレートフィルタは環境へのディーゼル煤の流出を阻止する。すなわち、微粒子負荷が低減される。

内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための本発明による装置もしくは本発明による噴射弁もしくは本発明による方法の更なる有利な態様および改善は、別の従属請求項および明細書に記載した特徴によって明らかとなる。

発明の実施形態
本発明の実施例を図面に示し、以下に詳しく説明する。

図１から明らかであるように、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための装置１は、燃料４を、供給された燃料の圧力に関連して排ガスシステムの排ガス系統３に噴射する噴射弁１０と、この噴射弁１０に前置された、燃料供給を阻止することができる安全弁８と、この安全弁８と噴射弁１０との間に配置されていて、噴射弁１０に対する燃料量を規定する調量弁９とを有している。排ガスシステムに対応配置された該当する構成部材は、たとえばパティキュレートフィルタ、特にディーゼルパティキュレートフィルタまたはＮＯｘ吸蔵器であってよい。

安全弁８と、調量弁９と、噴射弁１０とは、それぞればね負荷された弁として形成されている。この場合、安全弁８と調量弁９とは構成ユニット７内に配置されている。安全弁８と調量弁９とは、有利には電気的に制御可能にまたは調整可能に形成されていて、これに相俟って、その機能に関して、その都度の走行状況と、付与された事情とに適合させることができる。噴射弁１０は、調整可能な運転圧が上回られた場合に初めて、相応のばねプリロードに基づき開放する。したがって、供給された燃料が、規定された圧力値を有していなければならない。

図２から明らかであるように、慣用の噴射弁１０’は、外側のヘッド直径部１４’および内側のヘッド直径部１６’を備えた弁ヘッド１１’と、弁ステム１２’と、外側のヘッド直径部１４’に相当する外側の座直径部１５’および内側の座直径部１７’を備えた弁座１３’とを有していて、供給された燃料の圧力に関連して、有利にはチャタリング運転で運転される。弁座１３’は、内側の座直径部１７’と外側の座直径部１５’との間に、設定された弁座曲率半径２２を備えた湾曲した弁座交接縁部１９’を有している。さらに、図２から明らかであるように、弁ヘッド１１’は、内側のヘッド直径部１６’と外側のヘッド直径部１４’との間に弁ヘッド交接縁部１８’を有している。この弁ヘッド交接縁部１８’は、設定された弁ヘッド曲率半径２１’を備えた急傾斜の球形の外側湾曲部として形成されている。これによって、内側の座直径部１７’に弁シール縁部２０’が生ぜしめられる。

図４の特性線グラフには、３ｂａｒ、５ｂａｒ、７ｂａｒおよび１０ｂａｒのそれぞれ異なる圧力値に対する複数の特性線が、流力とストロークＨとの関係で示してある。図４に示した特性線グラフから明らかであるように、供給された燃料の、慣用の噴射弁１０’に作用する流力は、弁ヘッド１１のストロークＨに関連して全ての圧力値に対して最初増加し、その後、減少する。図９の所属の特性線グラフには、複数の特性線が、圧力と時間との関係で示してあり、図１０の所属の特性線グラフには、複数の特性線が、ストロークＨと時間との関係で示してあり、図１１の所属の特性線グラフには、複数の特性線が、ストロークＨと周波数との関係で示してある。図９〜図１１に示した特性線から明らかであるように、慣用の噴射弁１０’に対して、約２．８ｂａｒ〜３．８ｂａｒの圧力範囲内でしか頑強なチャタリング挙動は生ぜしめられない。

図３から明らかであるように、本発明による噴射弁１０は、慣用の噴射弁１０’に類似して、外側のヘッド直径部１４および内側のヘッド直径部１６を備えた弁ヘッド１１と、弁ステム１２と、外側の座直径部１５および内側の座直径部１７を備えた弁座１３とを有していて、供給された燃料の圧力に関連して、有利にはチャタリング運転で運転される。慣用の噴射弁１０’と異なり、本発明による噴射弁１０の外側のヘッド直径部１４は外側の座直径部１５よりも大きく形成されている。これによって、弁ヘッド１１が、閉鎖された状態で弁座１３を越えて張り出しており、弁シール縁部２０が外側の座直径部１５に配置されている。さらに、弁座１３は、内側の座直径部１７と外側の座直径部１５との間に、真っ直ぐな弁座交接縁部１９を有している。この弁座交接縁部１９は、垂線に対する設定された角度を有している。さらに、図３から明らかであるように、弁ヘッド１１は内側のヘッド直径部１６と外側のヘッド直径部１４との間に弁ヘッド交接縁部１８を有している。この弁ヘッド交接縁部１８は、緩傾斜の球形の外側湾曲部の形で増加している。この外側湾曲部は、設定された弁ヘッド曲率半径２１を有している。

図５の特性線グラフには、図４の特性線グラフに類似して、３ｂａｒ、５ｂａｒ、７ｂａｒおよび１０ｂａｒのそれぞれ異なる圧力値に対する複数の特性線が、流力とストロークＨとの関係で示してある。図５に示した特性線グラフから明らかであるように、供給された燃料の、本発明による噴射弁１０に作用する流力は、弁ヘッド１１のストロークＨに関連して全ての圧力値に対して連続的に減少し、これによって、特性線グラフ６〜８から明らかであるように、頑強なチャタリング挙動に対する圧力範囲が、有利な形式で拡大される。図６の所属の特性線グラフには、複数の特性線が、圧力と時間との関係で示してあり、図７の所属の特性線グラフには、複数の特性線が、ストロークＨと時間との関係で示してあり、図８の所属の特性線グラフには、複数の特性線が、ストロークＨと周波数との関係で示してある。図６〜図８に示した特性線から明らかであるように、本発明による噴射弁１０では、頑強なチャタリング挙動が、約３．０ｂａｒ〜４．８ｂａｒの拡大された圧力範囲に対して生ぜしめられる。

さらに、図１から明らかであるように、噴射弁１０と、安全弁８と、調量弁９とは、内燃機関の燃料噴射システムの低圧回路２に配置されている。この低圧回路２は、機械的な燃料フィードポンプ（図示せず）によって燃料供給される。この燃料フィードポンプは車両のタンクから燃料を圧送し、この燃料、たとえばディーゼルエンジンに用いられるディーゼル燃料を、エンジン噴射のための高圧回路のほかに、燃料管路５と、安全弁８と、調量弁９と、燃料管路６とを介して噴射弁１０に供給する。安全弁８は燃料供給を緊急事例において遮断することができ、これによって、たとえば事故時に燃料の流出もしくは噴出が阻止される。調量弁９は、所望の燃料量が単位時間ごとに燃料管路６を通って噴射弁１０に供給されるように調整することができるかまたは制御することができる。噴射弁１０は、燃料４が内燃機関の排ガスシステムの排ガス系統３に噴射されるように配置されている。噴射弁１０の下流側では、排ガスシステムに酸化触媒（図示せず）が配置されている。この酸化触媒は燃料の噴射時に排ガスシステムにおける排ガス温度を著しく上昇させ、これによって、酸化触媒の下流側で排ガスシステムに配置されたパティキュレートフィルタが再生されるようになっている。これは、温度上昇によって、濾し取られたパティキュレート、たとえば煤およびその他の微粒子が燃焼させられ、これによって、再生段階後、パティキュレートフィルタが浄化されて使用されることを意味している。

図１２には、圧力制御式の噴射弁が横断面図で示してある。この噴射弁は管状の弁支持体６１を備えている。この弁支持体６１の弁出口側の端部には、弁ボディ６０が挿入されている。この弁ボディ６０は中心の孔６２を有している。この孔の内部には、弁ヘッドを有する弁ニードル６３が配置されている。弁ボディ６０とばね受け６７との間には、ばね６５が挟み込まれている。ばね受けは、弁ニードルの、弁ヘッドと反対の側で弁ニードルに結合されており、これによって、弁ボディ６０に支持されたばね６５が弁ニードルの弁ヘッドを弁ボディに向かって押圧し、これによって、付加的な力が弁ニードルに作用しない限り、孔が閉鎖されている。

これは、外向きに開放するノズルである。このノズルは、ばね力と、摩擦力と、振動するシステムの重力と、加えられる燃料の押圧力もしくはハイドロリック的な力との総和が、ばね受けから弁ヘッドに向かって方向付けられた成分を有している場合に開放される。この場合、振動するアッセンブリは、そのニードルが燃料の調量の間、安定した長手方向振動を実施するように最適化されている。閉鎖された状態では、ばねが、外向きに開放するニードルを座に押圧している。流力／押圧力とばね力との適切な調和によって、ニードルが調量の間、必要となる安定した振動運動をほぼ平均値で実施する。この振動状態、いわゆる「チャタリング」は、特に流力とばね力との適切な調和によって達成される。この場合、流力には、弁座の外側の座直径部に対して相対的な外側のヘッド直径部の、すでに前述した選択によって適切に影響が与えられる。付着している煤は、流れ状況の、生ぜしめられる変化に相俟った、ノズルニードルの、調量時に生ぜしめられる周期的なかつ安定した長手方向加速度によって「振り落とされる」。

図１３には、本発明による別の噴射弁１００が示してある。この噴射弁１００は弁ヘッド１１０を備えている。この弁ヘッド１１０の外側のヘッド直径部１４は、図３に示したアッセンブリに類似して、外側の座直径部１５よりも大きく寸法設定されている。図３に示したアッセンブリに類似して、ノズルニードルは、弁座１３０もしくは弁シール縁部１４５をパティキュレートの堆積に対して防護する防護体としても働く。図３に示したアッセンブリと異なり、弁シール縁部１４５は、弁の外側の縁領域１４２もしくは弁のハウジングに対して幾分引っ込められており、これによって、排ガス内に位置する煤粒子が弁シール縁部１４５の敏感な領域に直接衝突しない。したがって、弁シール縁部１４５は、斜め面取りされた領域１４０の風陰にもしくは斜め面取りされた領域によって形成された窪み１５０に位置している。弁シール縁部の、有利には長手方向の位置は、図１３に示したように、可能な限り外側、すなわち、内側の座直径部１７から離れる方向で外側の座直径部１５に向かって形成されているかもしくは外側の座直径部１５に形成されており、これによって、弁座１３０の内側の領域への煤粒子の侵入が阻止される。

本発明による噴射弁１０；１００は、既知の全ての噴射システムにおいて、その構造に依存せずに、たとえば磁気的にまたは圧電的に制御されるニードル、特に直接制御されるニードルを備えた弁アッセンブリにも使用することができ、これによって、相応に幅広い使用範囲が付与される。本発明による噴射弁１０；１００は、有利には各低圧回路２に接続される。本発明による噴射弁１０の、拡大された圧力範囲で可能となるチャタリング運転によって、燃料４の極めて良好な噴霧を排ガス系統３に達成することができ、これによって、ディーゼル燃料を完全に排ガス管内で気化することができる。

図１４には、複合弁２００の形の本発明による噴射弁の択一的な別の実施形態が横断面図で示してある。複合弁２００は、圧力制御式の第１の弁２２０と、ソレノイド制御式の第２の弁２２５とを有している。両弁は、特に管状の弁支持体６１０内に組み込まれている。構成部材６０，６３，６５，６７は、図１２に示した構成に相当している。この場合、弁ヘッドは、選択的に、図１３のように引っ込められて形成されていてもよいし、図３のように張り出して形成されていてもよい。ばね６５は、有利にはインコネル（ニッケルベース合金）または類似の耐熱性の材料から成っている。第１の弁２２０は、ばね６５と弁ボディ６０との間に配置された、ばね６５もしくは外向きに開放する弁ニードル６３のストロークＨ（図３参照）を調整するための支持ディスク２１０を有している。この調整は、弁２００の製作時に一回行われる。択一的には、弁ボディ６０が可逆的に固定可能に、たとえば弁ボディ６０内にねじ込み可能に形成されていてもよく、これによって、保守または修理の事例において、支持ディスク２１０を、異なる厚さを備えた支持ディスクに交換することができる。調量したい流体もしくは調量したい還元剤もしくは調量したい燃料の流れ方向で見て、第１の弁２２０には、調量機能を引き受けるソレノイド制御式の第２の弁２２５が前置されている。この第２の弁は第２の弁ニードル２３０を有している。この第２の弁ニードル２３０は、この弁ニードル２３０とストロークストッパ２４０との間に挟み込まれた第２のばね２３５を介して、弁支持体６１０内に組み込まれた第２の弁ボディ２６０の弁シール縁部２６５に向かって押圧される。第２の弁ニードルの最大のストロークはストローク高さ２７５によって規定される。このストローク高さ２７５は、ストロークストッパ２４０と第２の弁ニードル２３０との、互いに向かい合った面の間隔によって付与されている。第２の弁ニードル２３０は磁性の材料、特に強磁性の材料から成っていて、第２のばね２３５のばね力に抗して、弁支持体６１０に配置されたソレノイドコイル２４５の切換可能な磁界を介して持ち上げられ、これによって、調量したい流体が、弁支持体６１０と弁ニードル２３０との間の室２８０を介して弁シール縁部２６５の領域を通過することができる。この場合、流体は、第２の弁と第１の弁との間に位置する共振容積２５０に到達する。この共振容積５０は、両弁を間隔を置いて配置することによって高さ２７０にわたって弁支持体６１０内に形成される。

閉鎖された状態では、ばね６５が、外向きに開放するニードル６３の弁ヘッドを、規定された力で、弁ボディ６０によって形成された座に押圧している。燃料を調量するためには、電磁弁が制御され、これによって、室２８０を介して加えられた供給圧が座に作用し、ニードル６３の開放に繋がる。流力と、押圧力と、ばね力と、両弁の間の共振容積２５０と、共振体（この共振体には、主として、弁ニードル６３と、ばね６５と、共振容積２５０と、ばね６５の領域における（燃料）容積とが属している）の設計との適切な調和によって、ニードル６３が調量の間、必要となる安定した振動運動をほぼ中間位置で実施する。この振動の周波数は１００〜１００００Ｈｚの間にある。電磁弁の制御は、たとえば周波数変調されてかつ／またはパルス幅変調されて、流体、たとえば燃料または別の液体における要求された調量量に関連して行われる。図１４に示したインジェクタ原理は、排ガス内に存在する煤によって損なわれない機能を備えた構成要素における噴霧調整と調量機能との統合によって優れている。複合弁２００は、外向きに開放する圧力制御式のノズルと、このノズルの上流側に配置された電磁弁との組合せであり、これによって、規定された容積が両弁の間に形成される。この規定された容積は、圧力波に対する共振体として働き、これによって、ノズルニードル６３が、ばね受け６７およびばね６５と一緒に調量の間、構造に起因して、安定した長手方向振動を実施する。この振動状態、いわゆる「チャタリング」は、流力とばね力との適切な調和によって達成される。この場合、ここでも、供給された燃料の、第１の弁２２０に作用する流力が、弁ヘッドの１回のストロークにわたって連続的に減少するように、弁ニードル６３の弁ヘッドのジオメトリと、対応配置された弁座（図１３に示した弁座１３０もしくは図３に示した弁座１３参照）のジオメトリとが形成されている。２つの弁原理の組合せによって、カーボン付着抵抗性の弁が形成される。この弁は、同時に排ガス内への燃料の正確な調量のために使用することもできる。調量誤差は、分離された２つの弁の使用に比べて減少させることができる。すなわち、１つには、規定された共振容積２５０が、チャタリング運転を保証するための規定された条件を提供しており、もう１つには、調量精度が、両弁の間の規定された小さな容積に基づき一層高くなっている。図３または図１３に示したアッセンブリと異なり、調量量を適切に制御するために、付加的な別個の調量弁が不要となる。

選択的には、第２の弁２２５が、圧電的に制御される弁または別の形式で電気的に切換可能な弁として形成されていてもよい。

噴射弁（１０，１００，２００）の制御は、タイミング制御されて行われるかもしくはパルス幅変調されて行われる。この場合、噴射弁は、有利には、この噴射弁がその開放のために制御される時間区分（チャタリング運転）で作業する。このチャタリング運転は、有利には、噴射弁の弁ヘッドが、主として、噴射弁の閉鎖された状態で弁ヘッドと相互作用する弁座に接触することなしに、ほぼ中間位置で振動することにある。この場合、弁ヘッドもしくは弁ニードルの、チャタリング運転に割り当てられた振動周波数は、有利には１００〜１００００Ｈｚの間の範囲内にある。

内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための本発明による装置は、少なくとも１つの噴射弁を有しているかもしくは噴射弁として形成されている。排ガスの負荷は、有利にはエンジン下流側で行われる。すなわち、排ガスが内燃機関から流出した後、流体、特に燃料が排ガスに供給される。

車両の内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための本発明による装置のハイドロリック的な回路図である。 噴射弁の概略的な領域断面図である。 噴射弁の形の本発明による装置の概略的な領域断面図である。 図２に示した噴射弁の特性線グラフである。 図３に示した本発明による噴射弁の特性線グラフである。 図３に示した本発明による噴射弁の種々異なる特性線グラフである。 図３に示した本発明による噴射弁の種々異なる特性線グラフである。 図３に示した本発明による噴射弁の種々異なる特性線グラフである。 図２に示した噴射弁の種々異なる特性線グラフである。 図２に示した噴射弁の種々異なる特性線グラフである。 図２に示した噴射弁の種々異なる特性線グラフである。 噴射弁を示す図である。 噴射弁の別の概略的な領域断面図である。 組み込まれた調量弁を備えた噴射弁を示す図である。

符号の説明

１ 装置、 ２ 低圧回路、 ３ 排ガス系統、 ４ 燃料、 ５ 燃料管路、 ６ 燃料管路、 ７ 構成ユニット、 ８ 安全弁、 ９ 調量弁、 １０、１０’ 噴射弁、 １１，１１’ 弁ヘッド、 １２，１２’ 弁ステム、 １３，１３’ 弁座、 １４，１４’ 外側のヘッド直径部、 １５，１５’ 外側の座直径部、 １６，１６’ 内側のヘッド直径部、 １７，１７’ 内側の座直径部、 １８，１８’ 弁ヘッド交接縁部、 １９，１９’ 弁座交接縁部、 ２０，２０’ 弁シール縁部、 ２１，２１’ 弁ヘッド曲率半径、 ２２ 弁座曲率半径、 ６０ 弁ボディ、 ６１ 弁支持体、 ６２ 孔、 ６３ 弁ニードル、 ６５ ばね、 ６７ ばね受け、 １００ 噴射弁、 １１０ 弁ヘッド、 １３０ 弁座、 １４０ 領域、 １４２ 縁領域、 １４５ 弁シール縁部、 １５０ 窪み、 ２００ 複合弁、 ２１０ 支持ディスク、 ２２０ 第１の弁、 ２２５ 第２の弁、 ２３０ 弁ニードル、 ２３５ ばね、 ２４０ ストロークストッパ、 ２４５ ソレノイドコイル、 ２５０ 共振容積、 ２６０ 弁ボディ、 ２６５ 弁シール縁部、 ２７０ 高さ、 ２７５ ストローク高さ、 ２８０ 室、 ６１０ 弁支持体、 Ｈ ストローク、 α 角度

Claims (17)

1. 内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための装置であって、少なくとも１つの噴射弁（１０，１００，２００）が設けられており、該噴射弁（１０，１００，２００）が、流体を、チャタリング運転で、供給された流体の圧力に関連して排ガスシステムに噴射するようになっている形式のものにおいて、
   噴射弁が、弁ヘッド（１１，１１０）と弁座（１３，１３０）とを有しており、弁ヘッド（１１，１１０）の外側のヘッド直径部（１４）が、弁座（１３）の外側の座直径部（１５）よりも大きく形成されており、これによって、弁ヘッド（１１，１１０）が、閉鎖された状態で弁座（１３，１３０）の前記弁ヘッド（１１，１１０）と当接する弁シール縁部（２０，１４５）を越えて張り出しており、該弁シール縁部（２０，１４５）が、外側の座直径部（１５）に配置されており、これによって、供給された流体の、噴射弁（１０，１００，２００）に作用する流力が、弁ヘッド（１１，１１０）の１回のストローク（Ｈ）にわたって連続的に減少するように、弁ヘッド（１１，１１０）のジオメトリと、弁座（１３，１３０）のジオメトリとが形成されていることを特徴とする、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための装置。
2. 弁ヘッド（１１０）が、少なくとも噴射弁の閉鎖された状態で、噴射弁の開放された状態でも、該噴射弁の縁領域（１４２）に対して相対的に引っ込められている、請求項１記載の装置。
3. 縁領域（１４２）が、斜め面取りされた領域（１４０）を介して弁座（１３０）に接続されており、これによって、弁ヘッド（１１０）と縁領域（１４２）との間に、斜め面取りされた領域（１４０）と弁ヘッド（１１０）とによって仕切られた窪み（１５０）が形成されている、請求項２記載の装置。
4. 弁座（１３，１３０）が、内側の座直径部（１７）と外側の座直径部（１５）との間に、真っ直ぐな弁座交接縁部（１９）を有しており、該弁座交接縁部（１９）が、ストローク方向に対する設定された角度を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 弁ヘッド（１１，１１０）の弁ヘッド交接縁部（１８）が、内側のヘッド直径部（１６）から外側のヘッド直径部（１４）に向かって、緩傾斜の球形の外側湾曲部を備えて増加しており、該外側湾曲部が、設定された弁ヘッド曲率半径（２１）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 外側の座直径部（１５）の更に外側で、弁座（１３０）と縁領域（１４２）もしくは弁の縁領域（１４２）との間に、斜め面取りされた領域（１４０）が設けられており、これによって、弁ヘッドが、斜め面取りされた領域（１４０）によって側方で仕切られた窪みの内部で運動させられるようになっていて、縁領域に対して、少なくとも弁の閉鎖された状態で引っ込められている、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（１０，１００，２００）が、ばね負荷された弁として形成されている、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（１０，１００，２００）に、燃料供給を阻止する安全弁（８）が前置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 噴射弁（１０，１００）に、燃料量を規定する調量弁（９）が前置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 調量弁（２２５）として機能する付加的な弁が、噴射弁（２００）内に組み込まれている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
11. 調量弁（２２５）が、弁ヘッド（１１，１１０）と弁座（１３，１３０）との上流側に配置されている、請求項１０記載の装置。
12. 調量弁（２２５）が、弁支持体（６１０）を介して、弁座（１３，１３０）を有する弁ボディ（６０）に結合されている、請求項１１記載の装置。
13. 弁支持体（６１０）が、調量弁（２２５）と弁ボディ（６０）との間に共振容積（２５０）を仕切っている、請求項１２記載の装置。
14. 噴射弁（１０，１００，２００）と、安全弁（８）と、調量弁（９，２２５）とが、内燃機関の燃料噴射システムの低圧回路（２）に配置されている、請求項８から１３までのいずれか１項記載の装置。
15. 構成部材が、パティキュレートフィルタまたはＮＯｘ吸蔵器である、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置。
16. 内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための請求項１から１５までのいずれか１項記載の装置に使用するための噴射弁であって、当該噴射弁が、流体を、チャタリング運転で、供給された流体の圧力に関連して排ガスシステムに噴射するようになっている形式のものにおいて、弁ヘッド（１１，１１０）と弁座（１３，１３０）とが設けられており、弁ヘッド（１１，１１０）の外側のヘッド直径部（１４）が、弁座（１３）の外側の座直径部（１５）よりも大きく形成されており、これによって、弁ヘッド（１１，１１０）が、閉鎖された状態で弁座（１３，１３０）の前記弁ヘッド（１１，１１０）と当接する弁シール縁部（２０，１４５）を越えて張り出しており、該弁シール縁部（２０，１４５）が、外側の座直径部（１５）に配置されており、これによって、供給された流体の、当該噴射弁（１０，１００，２００）に作用する流力が、弁ヘッド（１１，１１０）の１回のストローク（Ｈ）にわたって連続的に減少するように、弁ヘッド（１１，１１０）のジオメトリと、弁座（１３，１３０）のジオメトリとが形成されていることを特徴とする、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための装置に使用するための噴射弁。
17. 少なくとも１つの噴射弁（１０，１００，２００）によって、流体を、チャタリング運転で、供給された流体の圧力に関連して排ガスシステムに噴射して、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための方法において、噴射弁が、弁ヘッド（１１，１１０）と弁座（１３，１３０）とを有しており、弁ヘッド（１１，１１０）の外側のヘッド直径部（１４）が、弁座（１３）の外側の座直径部（１５）よりも大きく形成されており、これによって、弁ヘッド（１１，１１０）が、閉鎖された状態で弁座（１３，１３０）の前記弁ヘッド（１１，１１０）と当接する弁シール縁部（２０，１４５）を越えて張り出しており、該弁シール縁部（２０，１４５）が、外側の座直径部（１５）に配置されており、これによって、供給された流体の、噴射弁（１０，１００，２００）に作用する流力を、弁ヘッド（１１，１１０）の１回のストローク（Ｈ）にわたって連続的に減少させることを特徴とする、内燃機関の排ガスシステムに対応配置された構成部材を再生しかつ／または温度負荷しかつ／または熱マネージメントするための方法。

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