JP5599596B2

JP5599596B2 - 流体インジェクションシステム用のインジェクタ

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Publication number: JP5599596B2
Application number: JP2009236273A
Authority: JP
Inventors: アーデンストレッチデイル
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: EP2175108A1; CN101900017A; JP2010116916A; PL2175108T3; CN201896652U; US7980483B2; US20100090034A1; CN101900017B; EP2175108B1

Description

本開示は、インジェクタに関し、特に流体インジェクションシステム用のインジェクタに関する。

排気ガス後処理システムは一般に、排気ガス中の亜酸化窒素（ＮＯｘ）の量を減らすためにディーゼル機関に関連して使用される。ある種の後処理システムは、アンモニア、燃料、尿素などの還元剤を排気ガス中に噴霧するインジェクタを含んでいる。排気ガスは、その後触媒コンバータなどの機構に送られ、そこで、還元剤が排気ガス中の亜酸化窒素と反応して水と窒素が形成されるに従い、排気ガス中の亜酸化窒素の量が削減される。排気ガスは、触媒コンバータ内で反応した後、触媒コンバータから排出され、最終的に大気に放出される。

ある種の後処理システムでは、インジェクタは、還元剤を排気ガス中に噴霧する噴射オリフィスのような少なくとも１つのオリフィスを含むことがある。このインジェクタは、霧状の還元剤を排気ガス中に噴霧することができる。一般的には、非常に微細な霧状の還元剤が望ましい。通常、噴霧する還元剤の液滴が小さいほど、還元剤と排気ガスとの反応が効率的になる。インジェクタオリフィスにおける圧力低下が増大すると、一般に還元剤の液滴が小さくなり、インジェクタはより微細な霧状の還元剤を排気ガス中に噴霧する。

本発明の目的は、流体インジェクションシステム用のインジェクタを改良することである。

本明細書に記載された様々な例によって、インジェクションシステム用のインジェクタが提供される。インジェクタは、第１の開口部と、第２の開口部と、開位置と、閉位置と、を含んでよい。第１の開口部は、インジェクタから流体を噴霧するように構成することができ、第２の開口部は、流体をインジェクタから排出するように構成することができる。インジェクタが開位置にあるとき、第１の開口部から流体を噴霧することができ、第２の開口部への流体の流れを実質的に遮断することができる。インジェクタが閉位置にあるとき、第２の開口部を通して流体をインジェクタから排出させることができる。インジェクタは閉位置にあるときに、第１の開口部からの流体の噴霧を少なくとも部分的に遮断するように構成することができる。インジェクタはまた、ニードルとニードルガイドとを含んでいてもよく、ニードルはニードルガイドの流路内に滑り可能に配置することができる。インジェクタは、ニードルが第２の開口部に係合するときに閉位置にあることができ、ニードルが第１の開口部に係合するときに開位置にあることができる。インジェクタはまた、噴射オリフィス座を含んでいてもよく、インジェクタが閉位置にあるときにニードルを噴射オリフィスに着座させることができる。インジェクタはまた、内側着座部材または外側着座部材のいずれかを含んでいてもよい。インジェクタが開位置にあるとき、ニードルを内側着座部材と外側着座部材のいずれかに着座させることができる。

インジェクションシステムから流体を噴射するプロセスも開示される。このプロセスは、リザーバタンクからインジェクタの流体入口まで流体を送ることを含んでよく、リザーバは、圧力配管を介して流体入口と連通することができる。インジェクタが開位置にあるとき、インジェクタの第１の開口部から流体を噴霧することができる。インジェクタが閉位置にあるとき、流体を第２の開口部を通してインジェクタからリザーバタンクに排出させることができる。インジェクタは閉位置にあるときに、第１の開口部からの流体の噴霧を少なくとも部分的に遮断するように構成することができる。

例示的な流体インジェクションシステムの概略図である。閉位置にあるインジェクタの部分断面図である。閉位置にある図２のインジェクタの部分断面図である。開位置にある図２のインジェクタの部分断面図である。インジェクタが開位置にあるときのインジェクタニードルとインジェクタ本体との間のシール構成を示す、図４のインジェクタの拡大図である。インジェクタが閉位置にあるときのインジェクタニードルとインジェクタ本体との間の他のシール構成の図である。例示的な流体インジェクションシステムを作動させるプロセスを示すプロセスフロー図である。

次に、以下の説明を参照し、かつ図面も参照して、開示されるシステム及び方法についての例示的な手法を詳しく示す。図面は、いくつかの考えられる手法を表しているが、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているものではなく、本開示をより適切に例示し説明するためにいくつかの部材が誇張されるか、省略されるか、あるいは部分的に断面図で表されることがある。さらに、本明細書に記載された説明は、網羅的なものではなく、特許請求の範囲を他の点で、図面に示されかつ以下の詳細な説明で開示される形態及び構成だけに限定または制限するものでもない。

さらに、以下の説明ではいくつかの定数が導入されることがある。定数の例示的な値が示される場合がある。特定の値が示されない場合もある。定数の値は、関連するハードウェアの特性及びこのような特性間の相互関係と、開示されるシステムに関連する環境条件及び動作条件と、によって決まることになる。

次に図面を参照すると、図１は、概略図として示された、例示的な流体インジェクションシステム２０を示している。インジェクションシステム２０は、特に流体インジェクションシステムや注入システムを含む様々な用途に使用することができるが、これらの用途に限定されない。インジェクションシステム２０は、ポンプ２２と、圧力調整弁２４と、流体インジェクタ２６と、リザーバ２８と、コントローラ３０と、圧力センサ３２と、を含んでよい。流体３４は、インジェクションシステム２０内を流れ、インジェクタ２６によって選択的に吐出させることができる。流体３４は、いくつか挙げるならば流体インジェクションシステムや注入システムに使用でき、特定の用途に適した任意の流体または気体であってよく、アンモニア、燃料、尿素を含むが、これらに限定されない。ポンプ２２は、リザーバ２８からインジェクタ２６に流体３４を移動させる。

ポンプ２２は、加圧された流体３４の流れをインジェクションシステム２０に供給する。ポンプは、リザーバ２８に流体連結されたポンプ入口３６と、加圧された流体３４が吐出されるポンプ出口４０と、を含んでよい。ポンプ２２は、ポンプ入口３６に流体連結された受け入れ配管３８を通して、リザーバ２８から流体３４を受け取る。ポンプ２２は定容量型ポンプであってよく、歯車ポンプ、ベーンポンプ、アキシアルピストンポンプ、及びラジアルピストンポンプを含むことができるが、これらに限定されない。ポンプ２２は、一定の動作速度で流体３４の一定の流れを生成するように作動する。しかし、可変容量ポンプなどの他の種類のポンプを使用して、加圧された流体の流れを供給できることが理解されよう。

インジェクションシステム２０は、ポンプ出口４０を圧力調整弁２４及びインジェクタ２６に流体連結するポンプ送出配管４２をさらに含んでいる。圧力調整弁入口流路４４は、ポンプ送出配管４２を圧力調整弁２４の入口４６に流体連結し、一方、圧力配管５４は、ポンプ送出配管４２をインジェクタ２６のインジェクタ入口５０に流体連結している。

ポンプ２２から吐出された加圧された流体３４は、ポンプ送出配管４２及び圧力調整弁入口流路４４を通って圧力調整弁２４まで流れることができる。圧力調整弁２４を使用して、圧力配管５４を通してインジェクタ２６に送られる流体３４の圧力を少なくとも部分的にまたは完全に調節することができる。圧力調整弁２４は、開位置と閉位置との間で選択的に調節できる。インジェクタ２６に送られる流体３４の圧力は、圧力調整弁２４を開いて、ポンプ、送出配管４２からの流体３４の一部を圧力配管５４から迂回させ、その代わりに圧力調整弁２４を通過させることによって調節することができる。

インジェクタ２６に送られる流体３４の圧力は、圧力調整弁２４を開いて、ポンプ送出配管４２からの流体３４の一部を圧力調整弁２４に流し、かつ圧力調整弁２４の出口５２をリザーバ２８に流体連結するリザーバ入口配管５６を介してリザーバ２８に送り返すことによって調節することができる。圧力調整弁２４を通して送られなかった流体３４の残りの部分は、圧力配管５４を通してインジェクタ２６に送ることができる。圧力配管５４内の圧力レベルは、ポンプ送出配管４２からリザーバ２８に送り返される流体３４の量を調整することで調節できる。

圧力調整弁２４は、流体３４の一部を選択的にポンプ送出配管４２からリザーバ入口配管５６に流入させることによって圧力配管５４内の圧力を少なくとも部分的に調節する。インジェクションシステム２０内の圧力が概ね均一化されていると仮定すると、ポンプ送出配管４２からリザーバ２８に送られる流体３４の量を増やすことによって圧力配管５４内の圧力レベルを低下させることができ、一方、リザーバへの流体３４の流量を減らすと、圧力配管５４内の圧力が上昇する。これが、インジェクタ２６に送られる流体の圧力を調節する唯一の手法であり、かつ特定の用途の要求事項に応じて他の手法も使用できることが理解されよう。たとえば、圧力調整弁２４をインジェクションシステム２０から省略することができ、ポンプ２２の速度を変化させることによって流体３４の圧力及び流量を調節することができる。

インジェクタ２６は、インジェクタ入口５０と、バイパス開口部６０と、インジェクタオリフィス６２と、を含んでよい。加圧された流体をインジェクタ２６に供給する圧力配管５４は、インジェクタ入口５０に流体連結することができる。流体３４は、インジェクタ入口５０を通ってインジェクタ２６に入り、インジェクタオリフィス６２またはバイパス開口部６０を通ってインジェクタ２６から出ることができる。

インジェクタ２６は、開位置と閉位置との間を選択的に循環させることができる。流体３４は、インジェクタ２６を開位置に操作するとインジェクタオリフィス６２から吐出され、インジェクタ２６を閉位置に操作するとバイパス開口部６０を通ってインジェクタ２６から流出する。

インジェクタ２６は、バイパス開口部６０の下流側に配置されたオリフィス流量計(metering orifice)６４を含んでよい。オリフィス流量計６４は、インジェクタ入口５０とインジェクタ吐出口６３との間の流路を絞り、インジェクタ２６を通過する流体の圧力及び流量を少なくとも部分的に調節する。オリフィスの流路面積を狭くすることによって絞り量を増やすと、一般に、一定の圧力下でインジェクタを通過する流量が少なくなる。一方、オリフィスの流路面積を広くすると、一般に、一定の圧力下でインジェクタを通過する流量が増える。

噴射オリフィス６２は、流体３４を微細な霧として吐出させるように適切に構成することができる。例示的なインジェクションシステム２０を注入システムの一部として使用すると、この霧を排気ガス流中に吐出させることができる。流体３４は、バイパス開口部６０を通ってインジェクタ２６から出ることもでき、かつ出口配管６８及びリザーバ入口配管５６を通してリザーバ２８に送ることができる。

図２〜４は、インジェクタ２６の部分断面図を示している。インジェクタ２６は、開位置と閉位置との間で操作することができる。インジェクタ２６は、開位置と閉位置との間を選択的に循環させることができる。インジェクタ２６が開位置にあるとき、インジェクタオリフィス６２を通して流体３４をインジェクタから噴霧することができる。インジェクタ２６が閉位置にあるとき、流体３４は、インジェクタ２６からバイパス開口部６０を通りリザーバ２８に戻る。インジェクタ２６が閉位置にあるとき、インジェクタオリフィス６２からの流体３４の噴霧を実質的に遮断するかまたは少なくすることができる。

図２〜３は、閉位置にあるインジェクタを示している。インジェクタ２６は、閉位置にあるときに、バイパス開口部６０を通して流体３４をインジェクタ２６から排出させることができる。図示の例では、インジェクタ２６が閉位置にあるとき、インジェクタ２６はインジェクタオリフィス６２の位置で閉鎖され、バイパス開口部６０の位置で開放されることができる。

図２を参照すると、インジェクタ入口５０は圧力配管５４から流体３４を受け取り、流体３４は次に、旋回室７０に送り込まれる。

インジェクタ２６はまた、細長いニードル７２とニードルガイド７４とを含んでよい。ニードル７２は、ニードルガイド７４の流路７６内に滑り可能に配置することができ、それによって、ニードルガイド７４の内側でニードル７２を軸方向に選択的に位置させることができる。ニードル７２は、インジェクタ２６が閉位置にあるときインジェクタオリフィス６２の方へ進められ、インジェクタが開位置にあるときバイパス開口部６０の方へ進められることができる。

図３は、ニードル７２とニードルガイド７４との間に位置することができる噴射室７８を示している。噴射室７８は、流体３４をインジェクタオリフィス６２から迂回させてバイパス開口部６０から吐出させることができる流路を形成する。噴射室７８は、ニードル外壁８０とニードルガイド内壁９８との間の隙間によって形成される環状のキャビティであってよい。流体３４は、噴射室７８を通って、バイパス開口部６０からインジェクタ２６の外に流出することができる。

ニードル７２はまた、少なくとも１つの環状ガイド８２を含んでよい。図２〜４は、２つのガイドを有するニードル７２を示しているが、設けられるガイドの数は、少なくとも一つには特定の用途における要求事項に応じて、２つより少なくてもあるいは多くてもよいことが理解されよう。ガイド８２は、ニードル７２の中心が概ね流路７６の軸Ａ−Ａに維持されるように補助する。ガイド８２は、流体３４がガイド８２を越えて流れていくことができる流路を形成するように波形(scalloped)であってよい。

図２を参照すると、バイアス部材８４とソレノイド８６とをインジェクタ２６に含めることができる。一例では、ソレノイド８６の少なくとも一部は、ニードル７２の端部を覆っている。バイアス部材８４は、概ね軸方向の偏位力をニードル７２に及ぼす。バイアス部材８４には、バイアス部材８４の力がニードル７２を閉位置の方へ押してインジェクタオリフィス６２に着座させるように、予め負荷をかけておくことができる。図２はコイルばねを示しているが、板ばねやエラストマ材料等の任意のバイアス部材も使用できることに留意されたい。

ソレノイド８６は、ニードル７２を開位置と閉位置との間を移動させるように構成することができる。ソレノイド８６は、励磁させられると、選択的に磁力を作用させてニードル７２をニードルガイド７４内の開位置に押し込む。一例では、ニードル７２は、鋼などの磁性材料で構成することができ、従って、ソレノイド８６の磁力に応答する。ソレノイド８６によって生成された磁力は、バイアス部材８４によってかけられる偏位力に打ち勝ち、ニードル７２をバイパス開口部６０の方へ（図４の左側）滑らせることによって、開位置の方へ移動させる。ニードル７２が閉位置から開位置まで移動すると、ニードル７２はインジェクタオリフィス６２からバイパス開口部６０の方へ滑り、インジェクタオリフィス６２を開放する。ソレノイド８６の励磁が停止し磁力が作用しなくなると、バイアス部材８４の偏位力がニードル７２をインジェクタオリフィス６２の方へ押して閉位置に戻す。

図４を見ると分かるように、インジェクタ２６が開位置にあるとき、ニードル７２をバイパス開口部６０に着座させることができる。さらに、第２のニードルシール面９０はバイパス開口部シール面９２に揃えられ、バイパス開口部シール面９２をシールし、それによってニードル７２とバイパス開口部６０との間にシールが形成される。このシールは、流体３４がバイパス開口部６０を通過するのを少なくとも部分的に遮断することができ、あるいは完全に遮断することさえできる。つまり、図２，３，４のそれぞれを見ると分かるように、ニードル７２がバイパス開口部６０に着座させられるとインジェクタ２６は開位置となり、ニードル７２がインジェクタオリフィス６２に着座させられるとインジェクタ２６は閉位置となる。

一つの例では、第２のニードルシール面９０は、バイパス開口部シール面９２をシールし、バイパス開口部６０を通る流体３４の流れを部分的にのみ遮断することができる。すなわち、インジェクタ２６が開位置にあるときに最小量の流体３４がバイパス開口部６０を通過してよい。この少量の漏れはまた、インジェクタ２６が開放しているときにバイパス開口部６０の位置でニードル７２への圧力を維持する。バイパス開口部６０の位置で作用するこの圧力は、開位置と反対方向を向く圧力であってよく、すなわち、バイパス開口部６０の位置での圧力は、ニードル７２を閉位置に押し込めようとする。従って、ニードル７２を開位置から閉位置に押し込むのに必要な力は、第２のニードルシール面９０がバイパス開口部シール面９２をシールし、バイパス開口部６０を完全に遮断する場合より小さくてよい。言い換えれば、バイパス開口部６０の位置で漏れが生じていると、ニードル７２を開位置から閉位置まで押すためにバイアス部材８４（図２に示されている。）によって加えられる力は小さくてよい。

バイパス開口部６０の位置で漏れが生じているとニードル７２を開位置から閉位置まで押すのに必要な力が小さくてすむため、バイアス部材８４を最適な寸法にすることができる。すなわち、インジェクタ２６が開放しているときにバイパス開口部６０の位置で漏れが生じる場合、より力の弱い小形のバイアス部材を使用することができる。より小形のバイアス部材８４は、通常、装着サイズがより小さく、かつ質量がより小さいので有利である。

図３を参照すると、インジェクタ２６は、噴射オリフィス座９４を含んでいる。より具体的には、第１のニードルシール面９６は噴射オリフィス座シール面８８に揃えられ、噴射オリフィス座シール面８８をシールし、ニードル７２と噴射オリフィス座９４との間にシールが形成される。このシールは、流体３４がインジェクタオリフィス６２を通過するのを少なくとも部分的に遮断することができ、あるいは完全に遮断することさえできる。ニードル７２が閉位置にあるとき、流体３４の少なくとも一部はインジェクタ２６内を流れてバイパス開口部６０に至る。流体３４は、バイパス開口部６０からインジェクタ２６の外へ排出される。図１を見ると分かるように、バイパス開口部６０は、出口配管６８と流体連通することができる。

インジェクタ２６は、バイパス開口部流路９７も含んでいる。図２と図３の両方に示されているように、バイパス開口部流路９７はバイパス開口部６０及び噴射室７８と流体連通することができ、従って、インジェクタ２６が閉鎖されると、流体３４は噴射室７８からバイパス開口部流路９７を通ってバイパス開口部６０に流入する。

図４は、開位置にあるときに流体３４をインジェクタオリフィス６２から外へ噴霧するインジェクタ２６を示しており、バイパス開口部６０への流体３４の流れは実質的に遮断されていてよい。インジェクタ３４は、インジェクタオリフィス流路１００を含んでいる。インジェクタオリフィス流路１００は、インジェクタオリフィス６２と流体連通することができ、従って、インジェクタ２６が開放されると、流体３４はインジェクタオリフィス流路１００を通って噴射オリフィス６２に流入する。流体インジェクションシステム２０を乗り物の注入システムに使用すると、インジェクタオリフィス６２は排気ガス流１０４と流体連通することができる。排気ガス流１０４は、触媒コンバータなどの汚染低減機構に送ることができ、そこで流体３４と排気ガス流１０４中に存在する亜酸化窒素との反応が生じる。排気ガス流１０４が触媒コンバータに至ると、流体３４が排気ガス流１０４中の亜酸化窒素と反応し、水と窒素を生成することができる。

インジェクタが閉位置にあるとき、ニードル７２は噴射オリフィス座９４に着座させられてよい。インジェクタ２６が開放されると、ニードル７２は閉位置（図２及び３参照）から開位置（図４参照）まで滑る。

図５を参照すると、ニードル７２は内側着座部材１０６の位置でバイパス開口部６０に着座させられてよい。内側着座部材１０６は、インジェクタ２６が開位置にあるときにバイパス開口部６０をシールする。内側着座部材１０６は、ニードル７２の端部１０２に、バイパス開口部６０に隣接して位置することができる。内側着座部材１０６は、インジェクタ２６が開位置にあるときにバイパス開口部６０に当接する。より具体的には、内側着座部材１０６は、インジェクタ２６が開位置にあるときにバイパス開口部６０の外径位置１０８に接触する。図５は、内側着座部材１０６を、ニードル７２の端部から延びる面取りされた周方向リング１１２として示している。内側着座部材１０６は面取りされた周方向リング１１２として示されているが、他の構成も使用できることを理解されたい。一例では、内側着座部材１０６は、流体３４の流れを実質的に遮断する任意の構成であってよく、突き出た凸状面などの任意の形状であってよいが、それに限定されない。

さらに、図４，５はバイパス開口部６０に当接する内側着座部材１０６を示しているが、バイパス開口部６０をシールするのに他の構成も使用できることを理解されたい。たとえば、他の一例において、図６は、閉位置にあるインジェクタ１２６を示しており、この場合、着座部材をニードル１７２の外径に沿って配置することができる。着座部材は、ニードル１７２の外径２１０に沿って配置することのできる外側シール部材２０６であってよい。図６は、外側シール部材２０６を周方向に突き出た面取り部２１２として示している。面取り部２１２は、インジェクタ２２６が開位置にあるときにバイパス開口部６０をシールするように構成することができる。

再び図５を参照すると、インジェクタ２６が開位置にあるときに少量の流体３４がバイパス開口部６０を通過する場合、ニードル７２とバイパス開口部面１１８との間に圧力をかけることができる。ニードル７２の端部１０２とバイパス開口部面１１８との体積は体積Ｖとして示されており、圧力は体積Ｖに集中することができる。体積Ｖの所に集中した圧力は、ニードル７２を閉位置に押し込もうとする。従って、ニードル７２を開位置から閉位置まで押すのに必要な力は、図６に示されているニードル１７２及びバイパス開口部面２１８のように体積Ｖを含まない場合より小さくてよい。

図６を参照すると、ニードル１７２が閉位置（図６に示されている。）から開位置まで押されると、ニードル１７２の端部２０２全体がバイパス開口部面２１８をシールする。面取り部２１２は、バイパス開口部面２１８をシールして、ニードル１７２の端部２０２とバイパスシール面２１８との間で生じる可能性のある圧力の集中を発生させない。従って、ニードル７２（図２〜５に示されている。）を開位置から閉位置まで押すのに必要な力は、ニードル１７２（図６に示されている。）を開位置から閉位置まで押すのに必要な力より小さくてよい。

一例では、インジェクタ２６は、インジェクタオリフィス６２とバイパス開口部６０の一方が高速に閉じられて圧力が上昇したときに、インジェクタオリフィス６２での圧力低下を増大させることができる。インジェクタオリフィス６２またはバイパス開口部６０が閉鎖されると、流体３４の流れが急に停止し、インジェクタ２６に存在する流体３４に圧力衝撃波が形成される可能性がある。インジェクタ２６内の圧力衝撃波は、インジェクタオリフィス６２での圧力を上昇させることができる。インジェクタオリフィス６２での圧力低下が増大すると、流体３４の噴霧が促進され、インジェクタオリフィス６２から噴霧される流体３４の噴霧を増加させることができる。

図１に戻ると、インジェクションシステム２０の動作は、コントローラ３０によって制御することができる。コネクタ５８は、ポンプ２２をコントローラ３０に動作可能に連結している。コネクタ５８は、電気などの動力を与えてポンプ２２を駆動するのに使用することができる。さらに、いくつか挙げればたとえば速度や出口圧力のような、ポンプ２２の動作特性に関する電子情報を、コネクタ５８を介してポンプ２２からコントローラ３０まで送信することができる。

コントローラ３０は、それぞれコネクタ５３，５５，５６を介して、圧力センサ３２、圧力調整弁２４、及びインジェクタ２６に動作可能に連結することができる。圧力センサ３２は、圧力配管５４内の圧力を検出するために設けることができる。一例では、圧力配管５４内の圧力は約２０ｐｓｉ（０．１３７ＭＰａ）から約１５０ｐｓｉ（１．０３４ＭＰａ）の範囲であり、流量は約２０ガロン／分（０．０９立方メートル／分）から約５５０ガロン／分（２．５０立方メートル／分）の範囲である。圧力センサ３２は、圧力配管５４内の圧力を示す信号をコントローラ３０に送信するように構成することができる。コントローラ３０は、少なくとも一つには圧力センサ３２から受信される圧力情報に基づいて、圧力調整弁２４やインジェクタ２６を含むがこれらに限らない様々なシステム構成部材の動作を制御する様々な制御信号を生成することができる。たとえば、インジェクタ２６の入口圧力は所望の圧力に維持することが望ましい。コントローラ３０は、圧力センサ３２を使用して圧力配管５４内の圧力を監視することができる。コントローラ３０は、圧力センサ３２から受信された圧力に基づいて、インジェクタ２６の所望の入口圧力を維持するように圧力調整弁２４の動作を制御する適切な制御信号を生成することができる。

コントローラ３０は、インジェクタ２６の負荷サイクルを制御するように構成することもできる。コントローラ３０は、インジェクタ２６の開位置及び閉位置のタイミング及び持続時間を特定する適切な制御信号を送信または生成することができる。

次に図７を参照すると、流体をインジェクションシステムから排気ガス中に噴射するプロセス７００が示されている。プロセス７００はステップ７０２から始まり、流体３４をリザーバ２８からインジェクタ２６のインジェクタ入口５０まで送ることができる。リザーバ２８は、圧力配管５４によってインジェクタ入口５０に流体連結することができる。流体３４はリザーバ２８から受け入れ配管３８を通ってポンプ２２に至る。ポンプ２２は、流体３４をポンプ２２からポンプ送出配管４２を通って移動させる。圧力調整弁入口流路４４は、ポンプ送出配管４２を圧力調整弁２４の入口４６に流体連結し、一方、圧力配管５４はポンプ送出配管４２をインジェクタ入口５０に流体連結している。インジェクタ２６に送られる流体３４の圧力は、圧力調整弁２４を開いてポンプ送出配管４２からの流体３４の一部を圧力配管５４から迂回させ、その代わりに圧力調整弁２４を通ってリザーバ２８に戻すことによって調節することができる。圧力配管５４は、流体３４を圧力調整弁２４からインジェクタ２６に送ることができる。プロセス７００は次に、ステップ７０４に進むことができる。

ステップ７０４では、圧力配管５４内の流体３４の流量及び圧力を圧力調整弁２４によって少なくとも部分的に調節することができる。圧力調整弁２４は、圧力配管５４内の流体３４の圧力を完全に調節することもできる。図１を見ると分かるように、圧力調整弁２４を圧力配管５４に連結することができる。圧力調整弁２４は、コントローラ３０から受信される制御信号に基づいて、選択された間隔で開閉することによって流体３４の圧力を調整する。流体３４の圧力及び流量は、ポンプ送出配管４２からの流体３４の少なくとも一部を圧力調整弁２４に通し、リザーバ入口配管５６を介してリザーバ２８に送り返すことによって調節することができる。圧力調整弁２４を通して送出されなかった残りの流体３４は、次に圧力配管５４を通してインジェクタ２６に送ることができる。プロセスは次に、ステップ７０６に進むことができる。

ステップ７０６では、インジェクタ２６が開位置にあるときにインジェクタ２６のニードル７２をバイパス開口部６０に着座させることができる。さらに、図４に示されているように、第２のニードルシール面９０が、バイパス開口部シール面９２に揃えられ、バイパス開口部シール面９２をシールすることができる。ニードル７２とバイパス開口部６０との間にシールを形成することができる。シールは、流体３４の流れがバイパス開口部６０を通過するのを少なくとも部分的にまたは完全に遮断する。プロセス７００は次にステップ７０８に進むことができる。

ステップ７０８では、インジェクタ２６が開位置にあるときにインジェクタ２６のインジェクタオリフィス６２から流体を噴霧することができる。一例では、流体３４は排気ガス流１０４中に噴霧される。インジェクタ２６はインジェクタオリフィス６２から流体３４を噴霧する。インジェクタオリフィス６２は、排気ガス流１０４と流体連通することができる。排気ガス流１０４は触媒コンバータに連通することができ、そこで流体３４と排気ガス流１０４中に存在する亜酸化窒素との反応が生じる。プロセス７００は次にステップ７１０に進むことができる。

ステップ７１０では、インジェクタ２６が閉位置にあるときにインジェクタ２６のニードル７２をインジェクタオリフィス６２に着座させることができる。図３を見ると分かるように、ニードル７２を噴射オリフィス座９４に着座させることができ、第１のニードルシール面９６が、噴射オリフィス座シール面８８に揃えられ、噴射オリフィス座シール面８８をシールし、ニードル７２と噴射オリフィス座９４との間にシールが形成される。シールは、インジェクタ２６が閉位置にあるときに流体３４の流れがインジェクタオリフィス６２を通過するのを少なくとも部分的にまたは完全に遮断することができる。プロセス７００は次に、ステップ７１２に進むことができる。

ステップ７１２では、インジェクタが閉位置にあるときに、インジェクタ２６のバイパス開口部６０を通して、流体３４をインジェクタ２６からリザーバ２８に排出させることができる。図１を見ると分かるように、バイパス開口部６０はリザーバ２８と連通することができる。流体３４は、バイパス開口部６０を通ってインジェクタ２６から排出される。流体３４は次に、出口配管６８内を流れ、リザーバ２８に流入する。プロセス７００はこうして終了する。

上述した例示を参照して本開示を詳細に図示し説明したが、この例示は本開示を実施する最良の態様を示すものに過ぎない。当業者には、本開示を実施する際に、以下に示す特許請求の範囲で定義される本開示の要旨及び範囲から逸脱せずに、本明細書に記載された開示例に対する様々な変更が採用可能であることを理解されたい。以下に示す特許請求の範囲は本開示の範囲を定義するものであり、これらの特許請求項の範囲に含まれる方法及び装置並びにそれらの均等物が包含されることが意図されている。本開示についてのこれらの説明は、本明細書に記載された要素の新規で非自明なあらゆる組み合わせを含むものと理解されるべきであり、かつ特許請求の範囲は、本出願または以後の出願において、これらの要素の新規で非自明な組み合わせに対して提示することができる。さらに、上記の例は、例示的なものであり、本出願または以後の出願で請求されることのあるすべての考えられる組み合わせに対して必須であるような、単一の特徴ないし要素は存在しない。

Claims

インジェクションシステム用のインジェクタであって、
前記インジェクタから流体を噴霧するようにされた第１の開口部と、
前記流体を前記インジェクタから排出させるようにされた第２の開口部と、
ニードルと、
ニードルガイドと、
を有し、
前記ニードルは前記ニードルガイドの流路内に滑り可能に配置されており、
前記インジェクタは、前記ニードルが前記第２の開口部に係合する開位置であって、前記インジェクタが前記流体を前記第１の開口部から噴霧するようにされ、前記第２の開口部への前記流体の流れが実質的に遮断される開位置と、前記ニードルが前記第１の開口部に係合する閉位置であって、前記インジェクタが前記流体を前記第２の開口部を介して前記インジェクタから排出させるようにされ、前記第１の開口部からの前記流体の噴霧が実質的に遮断される閉位置と、の間で動作可能であるインジェクタ。
前記ニードルは、前記ニードルガイドの前記流路内に、軸方向に動くように滑り可能に配置されている、請求項１に記載のインジェクタ。
前記インジェクタは、前記ニードルが前記第１の開口部に軸方向に係合するときに前記閉位置にあり、前記ニードルが前記第２の開口部に軸方向に係合するときに前記開位置にある、請求項２に記載のインジェクタ。
前記インジェクタは前記第１の開口部の近傍に位置する噴射オリフィス座をさらに有し、前記インジェクタが前記閉位置にあるときに前記ニードルが該噴射オリフィス座に着座させられる、請求項３に記載のインジェクタ。
前記インジェクタは、内側着座部材と外側着座部材のうちのいずれかをさらに有し、前記インジェクタが前記開位置にあるときに、前記ニードルは前記内側着座部材と前記外側着座部材のうちのいずれかに着座させられる、請求項３に記載のインジェクタ。
前記インジェクタは、前記ニードルと前記ニードルガイドとの間に位置する噴射室をさらに有し、前記噴射室は前記第１の開口部を前記第２の開口部に流体連結している、請求項２に記載のインジェクタ。
前記インジェクタは、前記ニードルに動作可能に連結されたバイアス部材をさらに含み、前記バイアス部材は、前記ニードルを前記閉位置の方へ押す軸方向の偏位力を前記ニードルに及ぼす、請求項２に記載のインジェクタ。
前記インジェクタは、前記ニードルに選択的に磁力を作用させ前記ニードルを前記開位置に押し込むソレノイドをさらに含んでいる、請求項７に記載のインジェクタ。
前記ニードルは、磁性材料で構成されている、請求項８に記載のインジェクタ。
前記ソレノイドの少なくとも一部は前記ニードルの端部を覆っている、請求項８に記載のインジェクタ。
前記第２の開口部の下流側に配置されたオリフィスと、前記オリフィスの下流側に配置された吐出口と、をさらに含み、前記オリフィスは、前記インジェクタの前記第２の開口部と前記吐出口との間の流れを絞る、請求項１に記載のインジェクタ。
流体を噴射するインジェクタシステムであって、
第１の開口部と第２の開口部とを含むインジェクタであって、前記第１の開口部は前記インジェクタから流体を噴霧し、前記第２の開口部は前記流体を前記インジェクタから排出させるインジェクタと、
前記第２の開口部と連通するリザーバタンクと、
前記インジェクタの入口圧力を少なくとも部分的に調節する圧力調整弁と、
ニードルと、
ニードルガイドと、
を有し、
前記ニードルは前記ニードルガイドの流路内に滑り可能に配置されており、
前記インジェクタは、前記ニードルが前記第２の開口部に係合する開位置であって、前記インジェクタが前記流体を前記第１の開口部から排気ガス中に噴霧するようにされ、前記第２の開口部への前記流体の流れが実質的に遮断される開位置と、前記ニードルが前記第１の開口部に係合する閉位置であって、前記インジェクタが前記流体を前記第２の開口部を介して前記インジェクタから前記リザーバタンクに排出させるようにされた閉位置と、の間で動作可能であり、
前記インジェクタは、前記閉位置にあるときに、前記第１の開口部からの前記流体の噴霧を実質的に遮断するようにされている、インジェクタシステム。
前記ニードルは、前記ニードルガイドの前記流路内に、軸方向に動くように滑り可能に配置されている、請求項１２に記載のインジェクタシステム。
前記インジェクタは、前記ニードルが前記第１の開口部に軸方向に係合するときに前記閉位置にあり、前記ニードルが前記第２の開口部に軸方向に係合するときに前記開位置にある、請求項１３に記載のインジェクタシステム。
前記インジェクタの前記入口圧力を検知する圧力センサをさらに有している、請求項１２に記載のインジェクタシステム。
前記インジェクタに流体連結されたポンプをさらに有している、請求項１２に記載のインジェクタ。
インジェクションシステムから流体を噴射させる方法であって、
リザーバタンクからインジェクタの流体入口まで流体を送るステップと、
前記インジェクタが開位置にあるときに、前記インジェクタの第１の開口部から前記流体を噴霧させるステップと、
前記インジェクタが閉位置にあるときに、前記インジェクタの第２の開口部を通して、前記流体を前記インジェクタから前記リザーバタンクに排出させるステップと、
を有し、
ニードルが前記インジェクタの流路内に滑り可能に配置されており、前記ニードルは前記インジェクタが前記閉位置にあるときに、前記第１の開口部からの前記流体の噴霧を実質的に遮断し、前記インジェクタが前記開位置にあるときに前記第２の開口部への前記流体の流れが前記ニードルによって実質的に遮断される、方法。
前記インジェクタが前記閉位置にあるときに前記流体を前記第２の開口部から連通させるステップをさらに有する、請求項１７に記載の方法。
前記インジェクタが前記開位置にあるときに前記流体を前記第１の開口部から連通させるステップをさらに有する、請求項１７に記載の方法。
前記リザーバタンクと前記インジェクタの前記流体入口との間を延びる圧力配管内の前記流体の流量及び圧力を、前記圧力配管と連通する圧力調整弁によって少なくとも部分的に調節するステップをさらに有する、請求項１７に記載の方法。