JP6530570B2 - 補助液を蓄えかつ内燃機関に供給するシステム - Google Patents

Description

本発明は、補助液を蓄えかつ自動車の内燃機関または自動車の内燃機関の部品に供給するシステムに関する。

本発明はさらに、このようなシステムを作動させる方法にも関する。最後に本発明は、補助液を蓄えかつ自動車の内燃機関または自動車の内燃機関の部品に供給するシステムのための接続モジュールにも関する。

本発明は特に、自動車の内燃機関用の水噴射システムに関する。本発明はさらに、前記システムのリザーバタンクとしての水噴射タンク用の加熱可能なモジュールにも関する。

自動車用の水噴射システムでは、リザーバタンクも弁および導管も凍結する恐れがある。この場合、氷がリザーバタンク内または導管内で膨張により損傷をもたらす恐れがあると共に、システムの始動準備までの時間を大幅に延ばす恐れがある。このシステムは、内燃機関の始動後に最短時間内で使用可能になっていなければならない。

よって、本発明の根底を成す課題は、これらの要求を満たすシステムを提供することにある。

この課題は、各独立特許請求項記載の特徴により解決される。当該システムの有利な構成は、各従属請求項に記載されている。

本発明によるシステムには、流体用のリザーバタンクと、流体用の少なくとも１つの圧送ポンプと、消費器に通じる送り部およびリザーバタンク内への戻し部を含む少なくとも１つの導管システムとが含まれる。リザーバタンクは、水タンクとして形成されていてもよい。ただし択一的に、リザーバタンクは、排ガス後処理用に内燃機関に設けられた尿素水溶液用のリザーバタンクとして形成されていてもよい。

当該システムには、１つまたは複数の消費器が、例えば複数の噴射ノズルを備えた調量ユニットとして含まれていてもよく、噴射ノズルは補助液を、内燃機関の吸気路内、内燃機関の燃焼室内、または内燃機関の排気系内に噴射する。

冒頭で述べた問題は、以下の各機能、すなわち：
１．内燃機関停止時に氷の形成を回避するため、リザーバタンクからかつ／または送り導管および戻し導管からかつ／または１つまたは複数の噴射ノズルから液体を空にする手段
２．「冷間始動段階」用の、リザーバタンクの体積の十分な部分の解凍
３．設けられた各弁の加熱
のうちの少なくとも１つを保証する、コンパクトで加熱可能な接続モジュールの提供により、解決される。

さらに本発明では、接続モジュールは、リザーバタンクの開口用の閉鎖体として形成されていることが想定されている。接続モジュールは、例えばリザーバタンクの側方の下側１／３に、好適には取出し導管がリザーバタンクの底部のできるだけ近くで該底部に開口するように配置されていてもよい。

好適には、接続モジュールは、リザーバタンク内で流体戻し流を解放する手段を有している。

本発明による接続モジュールは、例えば補助液戻し流用のリリースノズルもしくは分散ノズルを有していてもよい。水噴射システムにおいて、戻し流は約３０ｌ／ｈであり、約７Ｂａｒの圧力が加えられている。かなりの熱エネルギ（ΔＴ５Ｋにおいて１７５Ｗ）を有する戻し流は、本発明に基づきリザーバタンクの解凍に利用され、例えば接続モジュールのタンク側に設けられた戻しノズルを介して、例えばリザーバタンク内の氷に噴射され得る。

接続モジュール自体は、本発明の１つの好適な変化態様では、加熱体として形成されていてもよいもしくは電気的に加熱されていてもよい。このため接続モジュールには、ＮＴＣの形態またはＰＴＣの形態の抵抗加熱素子が備えられていてもよい。択一的に、接続モジュールを誘導式に加熱することが想定されていてもよい。

接続モジュールまたは接続モジュールの熱伝導体／加熱体の好適には電気的な加熱は、流体戻し流が未だ全く存在しない内燃機関の始動段階中に、リザーバタンク内で例えば凍結した流体を解凍するために想定されていてもよい。

好適には、接続モジュールは操作可能で制御可能な通気接続部を有しており、通気接続部の上流には、好適にはフィルタが接続されている。これにより、内燃機関の停止時に、リザーバタンクからかつ／または送り導管からかつ／または戻し導管からかつ／または噴射ノズルから、液体を空にすることが可能である。

導管システムの送り導管と戻し導管とを能動的に通気することができるようにするために、接続モジュールは、方向制御弁を有していてもよいか、または方向制御弁として形成されていてもよい。

好適には、接続モジュールは、必要とされる切換状態を実現するために、５ポート４位置切換弁として形成されている。

目的に合わせて、接続モジュールは電気的な解凍用加熱装置を有しており、かつ熱伝導体は、目的に合わせて電気的な解凍用加熱装置の加熱体として形成されている。

本発明の１つの独立した思想は、戻し導管と送り導管の両方を空にするもしくは通気すること、および場合によっては保守整備のためのリザーバタンクの排流も可能である、
補助液を蓄えかつ自動車の内燃機関または自動車の内燃機関の部品に供給するシステムを提供することにある。

当該システムには、空気等の圧縮性媒体も圧送することができる、可逆的な圧送ポンプが含まれていてもよい。導管システムを空にするもしくは通気することは、接続モジュールが通気接続部を介して周辺から空気を吸い込むまで、圧送ポンプが逆方向に運転されることにより行われてもよい。送り部内の液体は、送り部を通ってリザーバタンク内へ戻るように圧送される。このとき、空気が周辺から接続モジュールの通気接続部を介して戻し導管内へ流入する。そこに流入した空気は、液体を、戻し導管から圧送ポンプを介して、場合によっては間に接続されたフィルタを介して、送り導管内およびリザーバタンク内へ、導管システムが空になるもしくは通気されるまで、押し込む。この過程は、内燃機関が停止する度に、また場合により周辺温度に応じても実施されてもよい。

好適には、当該システムには、内燃機関の運転状態および／または周辺温度および／または流体温度および／または当該システム内の圧送圧力に応じて導管システムを通気しかつ／または空にすることを制御する手段が含まれている。

接続モジュールは、リザーバタンク側面に取り付けられていても、リザーバタンク下面に取り付けられていてもよい。接続モジュールは、例えばリザーバタンクの底部側の開口に挿入されていてもよい。

モジュールが、リザーバタンクの側面に取り付けられている場合、吸込み点は、適当なサイフォンにより、導管洗浄段階後に流入してくる水から保護され得る。

リザーバタンク内への戻し導管内または該戻し導管の、リザーバタンク内への開口の上流または該開口のところには、逆止弁が設けられていてもよく、逆止弁は、当該システムを通気しかつ／または空にする際に、リザーバタンクから導管システム内への、液体の吸戻しを防ぐ。

本発明はさらに、流体用のリザーバタンクと、流体用の少なくとも１つの圧送ポンプと、消費器に通じる送り部およびリザーバタンク内への戻し部を含む少なくとも１つの導管システムとを備えた、補助液を蓄えかつ自動車の内燃機関に供給するシステムを作動させる方法に関し、該方法では、内燃機関の停止後にその都度、好適には周辺温度に応じて導管システムを通気しかつ／または空にすることが規定されている。

最後に本発明は、水を蓄えかつ自動車の内燃機関に供給するシステムのためのリザーバタンクとしての水噴射タンク用の加熱可能な接続モジュールに関し、該接続モジュールは、リザーバタンクの開口用の閉鎖体として形成されており、接続モジュールは、リザーバタンクに連通する複数の流体通路を有しており、これらの流体通路は、導管システムの送り導管と戻し導管とに接続可能であり、接続モジュールは、熱伝導性のボディおよび／または加熱可能なボディとして形成され、かつ好適には通気接続部を備えた方向制御弁として形成されたモジュールブロックを有している。

以下に、本発明の１つの実施例を添付図面につき説明する。
本発明による、接続モジュールを備えたリザーバタンクの部分断面図である。 図１ａに示した矢印Ａ−Ａに沿って見た図である。 図１ｂに相当する図であり、対象となる方向制御弁の切換機能が象徴的に図示されている。 方向制御弁の異なる切換状態に基づき具体的に示された、当該システムの様々な運転状態を示す図である。 方向制御弁の異なる切換状態に基づき具体的に示された、当該システムの様々な運転状態を示す図である。 方向制御弁の異なる切換状態に基づき具体的に示された、当該システムの様々な運転状態を示す図である。 方向制御弁の異なる切換状態に基づき具体的に示された、当該システムの様々な運転状態を示す図である。 方向制御弁の異なる切換状態に基づき具体的に示された、当該システムの様々な運転状態を示す図である。 方向制御弁の異なる切換状態に基づき具体的に示された、当該システムの様々な運転状態を示す図である。 方向制御弁の異なる切換状態に基づき具体的に示された、当該システムの様々な運転状態を示す図である。 前方に羽根車が配置されたリリースノズルの配置形式を示す図である。 図４ａに示した羽根車を上から見た図である。 水反応車として形成された、回転可能なノズルロッドを上から見た図である。 図５ａに示したノズルロッドの側面図である。 前方に衝突体（円錐分散器）が配置されたリリースノズルの側面図である。 当該システムの様々な運転状態の概略的な図解である。 当該システムの様々な運転サイクルの概略的な流れを具体的に示すプログラムフローチャートである。

最初に図１ｂを参照する。図１ｂには、リザーバタンク１の一部と、リザーバタンクに接続された接続モジュール２とが示されており、接続モジュール２は、通気接続部２ａと、戻し接続部２ｂと、送り接続部２ｃとを有している。接続モジュール２は、リザーバタンク１に設けられた開口３用の閉鎖体として形成されている。接続モジュール２は、熱伝導性のボディとして形成されておりかつリザーバタンク１の容積内へ延在している複数の熱伝導部材４を含むモジュールボディもしくはモジュールブロックを有している。熱伝導部材４は、電気的な解凍用加熱装置の部品である加熱体として働く。

図１ａからも判るように、接続モジュール２はタンク側に、吸込み管片５と、分散ノズルとして形成された、戻し流の解放および戻し案内用のリリースノズル６とを有している。

リザーバタンク１内の吸込み点を決定する吸込み管片５は、当該システムを空にした後で、以下に説明するように、送り導管を流入する水から保護する上昇管またはサイフォンを形成している。

接続モジュール２は、例えば誘導式にまたは少なくとも１つの電気的に接触接続された加熱部材を介して、電気的に加熱可能である。

当該システムには、可逆的な圧送ポンプ７が含まれており、圧送ポンプ７は送り導管８を介して、水を、リザーバタンク１から分散器を経て消費器としての複数の噴射ノズル９へ供給する。噴射されなかった水は、戻し導管１０と戻し接続部２ｂとを介してリザーバタンク１内へ戻され、この場合、加圧された水は、リリースノズル６を介してリザーバタンク内で上方に向かって分散される。高温の戻し流の熱が、熱伝導性のモジュールブロックと熱伝導体４とを介して、貯蔵液体中に伝達される。

内燃機関の始動段階中に、リザーバタンク１内で凍結された流体の内部にキャビティを形成しようとする場合には、当該システムの取付け状態において上方に向けられた戻し流の円錐スプレーにより、残りの氷の解凍が行われる。

特に図２から看取されるように、接続モジュールは５ポート４位置切換弁として形成されている（５つの切換状態／４ウェイ）。

当該システムの様々な切換状態もしくは運転段階が、図３に示されている。接続モジュールは、通気弁２Ａ、送り弁２Ｃおよび戻し弁２Ｂを有している。

図３ａは、接続モジュール２が加熱体（電気的な加熱）として作動させられる、当該システムの運転段階を具体的に示しており、この場合、熱伝導体４を介してリザーバタンク１内へもたらされた熱は、接続モジュール２のタンク側にすぐ隣接した氷を解凍するために利用される。方向制御弁が図２に示した中間位置に位置していて、全てのポートが閉じられているこの第１の解凍段階が終了すると、接続モジュールの電気的な加熱に基づき、水も、吸込み管片５を介して取り出され（図３ｂ）、送り接続部２ｃと送り導管８とを介して噴射ノズル９に供給される。このとき、リリースノズル６を介してリザーバタンク１内へ導入される戻し流が生じる。

図３ｃには、電気ヒータの作動が想定されていない、当該システムの別の運転段階が示されているが、その他の点では、方向制御弁の切換状態は、図３ｂに示したものに相当する。

図３ｄには、最初に噴射ノズル９が洗浄される、当該システムの運転段階が示されており、そのため圧送ポンプ７の圧送方向は、噴射ノズル９の開放状態において逆転しており、吸込み管片５は送り接続部２ｃに接続される。

この運転段階では、シールフラップ１１がリリースノズル６を閉じている。戻し接続部２ｂと通気接続部２ａとは閉鎖されており、圧送ポンプ７はまず、噴射ノズル９の上流に滞留している水を、リザーバタンク１内へ引き戻す。その後、噴射ノズル９が閉じられると、通気接続部２ａが開放される。

噴射ノズル９の洗浄時に不純物が導管システム内へもたらされることを防ぐために、戻し導管１０内にはフィルタが設けられていてもよい。

送り導管８が通気もしくは洗浄される、１つの別の運転段階が、図３ｅに示されている。この場合、通気接続部２ａは、周辺に対して開放されており、圧送ポンプ７は、送り導管８を介して当該システムから全ての液体がリザーバタンク１内へ戻されるまで、通気接続部２ａを介して空気を戻し導管１０内へ引き込むことができる。

図３ｆは、通気が完全に終了したシステムにおける方向制御弁の切換状態を具体的に示している。

最後に図３ｇには、リザーバタンク１が保守整備の目的で空にされるべき場合の、方向制御弁の切換状態が具体的に示されている。

さらに当該システムの機能形式に関して図７を参照すると、Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４およびＳ_５で、１つの時間軸上に示された、方向制御弁の複数の異なる切換位置が表されている。縦座標には各弁の切換状態と、圧送ポンプ７および調量ユニット（噴射ノズル９）の運転状態とが示されている。切換位置Ｓ_０までの時間区分は、当該システムのアイドリング状態である。この状態では、始動ヒータはオフの状態であり、調量ユニットもしくは噴射ノズル９は閉じられている。圧送ポンプ７はオフの状態であり、通気弁２Ａ、戻し弁２Ｂおよび送り弁２Ｃは閉じられている。切換位置Ｓ_０は、電気的な解凍過程が流体の循環無しで実施される、当該システムの状態である。切換位置Ｓ_１において流体の循環による解凍が生ぜしめられ、切換位置Ｓ_２において調量ユニットが作動し、切換位置Ｓ_３において送り導管８の通気が導入され、切換位置Ｓ_４において戻し導管１０の通気が導入され、切換位置Ｓ_５において当該システムのアイドリング状態となる。始動ヒータ、調量ユニット、圧送ポンプ７、通気弁２Ａ、戻し弁２Ｂおよび送り弁２Ｃの様々な運転状態は、書き込まれた図表を介して読み取ることができる。

リザーバタンク１内で、流体の加熱された戻し体積流の比較的均一な分散を生ぜしめるために、本発明の１つの変化態様では、リリースノズル６の前方に羽根車１２を配置することが想定されており、羽根車１２は、回転可能に支持されておりかつ流体を供給することができるようになっていると共に、リリースノズル６から流出する流体を介して駆動することができるようになっている。

これは特に図４ａに示すように、本発明によるシステムのこの変化態様では、２つのリリースノズル６が、Ｙ字形分散器として形成された戻し流分散器に接続されていることが想定されている。

羽根車１２は２つのプロペラ羽根を有しており、２つのプロペラ羽根は、それぞれ液圧的に作用するプロファイルを有している。羽根車に対して対称的に配置された各リリースノズルは、羽根車１２に向かって流体を解放し、羽根車１２の駆動を生ぜしめ、羽根車１２は、流体の推進力により回転させられる。リリースノズル６からそれぞれ流出する円錐スプレーは、羽根車１２の回転により、リザーバタンク１内で比較的大面積に分散される。

本発明によるシステムの１つの別の変化態様が、回転可能なノズルロッド１３を示す図５に示されており、ノズルロッド１３には２つのリリースノズル６が配置されており、これらのリリースノズル６はそれぞれ、正反対の方向を向いた流出開口を有している。これにより、それぞれ正反対の向きの衝撃が流体解放時に生ぜしめられ、これらの衝撃が、ノズルロッド１３にトルクを導入し、その結果、ノズルロッド１３を回転させる。これにより、解放された加熱流体の均一で大面積な分散が、芝生用スプリンクラーの形式で生ぜしめられる。

本発明によるシステムの１つの別の変化態様が、図６に示されている。このシステムには、前方に衝突体１４が配置されたリリースノズル６が含まれている。衝突体１４は、円錐体／角柱体として形成されており、この場合、円錐体の先端は、リリースノズル６の方に向いており、リリースノズル６の流出開口に対して対称的に配置されている。このようにして、衝突体１４はリリースノズル６から流出する流体の円錐スプレーを反射すると共に、増大させる。

図４〜図６に示した全ての実施例において、１つまたは複数のリリースノズル６から流出する解放流体の円錐スプレーの拡大／分散手段が設けられており、これらの拡大／分散手段は、当該リリースノズル６のすぐ前に配置されている。

１ リザーバタンク
２ａ 通気接続部
２ｂ 戻し接続部
２ｃ 送り接続部
２Ａ 通気弁
２Ｂ 戻し弁
２Ｃ 送り弁
３ リザーバタンク１に設けられた開口
４ 熱伝導体
５ 吸込み管片
６ リリースノズル
７ 圧送ポンプ
８ 送り導管
９ 噴射ノズル
１０ 戻し導管
１１ シールフラップ
１２ 羽根車
１３ ノズルロッド
１４ 衝突体

Claims (10)

1. 補助液を蓄えかつ自動車の内燃機関または自動車の内燃機関の部品に供給するシステムにおいて、補助液用のリザーバタンク（１）と、補助液用の少なくとも１つの圧送ポンプ（７）と、消費器に通じる送り部および前記リザーバタンク（１）内への戻し部を含む少なくとも１つの導管システムとが設けられており、当該システムには、前記リザーバタンク（１）の開口に挿入された接続モジュール（２）が含まれており、該接続モジュール（２）は、前記リザーバタンク（１）に連通する複数の流体通路を有しており、これらの流体通路は、前記導管システムの送り導管（８）と戻し導管（１０）とに接続されており、前記接続モジュール（２）は、熱伝導性のボディおよび／または加熱可能なボディとして形成されたモジュールブロックを有しており、前記接続モジュール（２）は、相応に操作した場合に前記導管システムを通気しかつ／または空にすることを可能にする、切換可能な方向制御弁として形成されている、システムにおいて、
   前記モジュールブロックは、前記リザーバタンク（１）の容積内へ延在している複数の熱伝導部材（４）を含んでおり、これらの熱伝導部材（４）は、前記導管システムに対して間隔をあけて配置されていることを特徴とする、システム。
2. 前記接続モジュール（２）は、前記リザーバタンク（１）内で補助液戻し流を解放する手段を有している、請求項１記載のシステム。
3. 前記接続モジュール（２）は、操作可能で制御可能な通気接続部（２ａ）を有しており、該通気接続部（２ａ）の上流にはフィルタが接続されている、請求項１または２記載のシステム。
4. 前記接続モジュールは、電気的な解凍用加熱装置を有しており、前記熱伝導部材（４）は、前記電気的な解凍用加熱装置の加熱体として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。
5. 前記内燃機関の停止後に前記導管システムを通気しかつ／または空にする手段が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。
6. 前記内燃機関および／または当該システムの運転状態に応じて前記導管システムを通気しかつ／または空にすることを制御する手段が設けられている、請求項５記載のシステム。
7. 前記リザーバタンク（１）内に設けられた前記送り導管（８）の吸込み点は、前記送り導管内のサイフォンまたは上昇管の上流に配置されている、請求項５または６記載のシステム。
8. 前記リザーバタンク（１）内への前記戻し導管（１０）内または該戻し導管（１０）の、前記リザーバタンク（１）内への開口の上流または該開口のところに、逆止弁（１１）が設けられており、該逆止弁（１１）は、当該システムを通気しかつ／または空にする際に、前記リザーバタンク（１）から前記導管システム内への、補助液の吸戻しを防ぐようになっている、請求項５から７までのいずれか１項記載のシステム。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載のシステムを作動させる方法において、
   内燃機関の停止後にその都度、周辺温度に応じて前記導管システムを通気しかつ／または空にすることが規定されていることを特徴とする、方法。
10. 請求項１から８までのいずれか１項記載のシステムのためのリザーバタンクとしての水噴射タンク用の加熱可能な前記接続モジュール。

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