JP2011528080A - 燃料を調量するための調量装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関（１０）のエクゾーストマニホールド（３６）内で酸化触媒コンバータ（４２）の手前において燃料を調量するための調量装置に関する。燃料供給装置（７２）の後ろで調量ユニット（４８）の管路内に弁（５４）及び噴射ノズル（４０）が組み込まれており、該調量ユニット（４８）から第１のオーバーフロー弁（８０）を有するリターンライン（８２）が分岐している。閉鎖弁（５４）と調量弁（５６）との間に、調量ユニット（４８）の平均的な圧力レベルを制御する制御弁（９０）を備えた、前記リターンライン（８２）とは別のリターンライン（８８）が配置されている。

Description

今日では内燃機関に、内燃機関の排気ガスシステムの構成部材の再生並びに排ガスシステムの熱処理部材の再生のために有用な手段が設けられている。従って、例えばディーゼル粒子フィルタを再生させるために、燃料を調量するための噴射弁が設けられる。ディーゼル粒子フィルタを安価な費用でコーティングするか又は添加剤のための補助タンクは必要ない。酸化触媒コンバータの前でディーゼル燃料を調量するための装置は、低圧燃料循環回路内に組み込まれている。この装置は、精確に調量された量の燃料を酸化触媒コンバータ上で圧縮空気を用いることなしにエクゾーストマニホールド内に噴射する。これによって、排気ガスが酸化触媒コンバータを貫流する際の排ガス温度は、著しく上昇する。この際に、粒子フィルタ内に貯えられた煤（カーボン）が燃焼する。貫流量は実際の要求に応じて変化する。頑丈でコンパクトな、メンテナンスフリーのシステムが、燃料追加を必要に応じて、かつエンジンの噴射システムとは無関係に制御する。

発明の開示
本発明は、内燃機関の排気ガス装置のための酸化触媒コンバータの手前において燃料を調量するための調量装置に関する。燃料供給方向で燃料供給装置の後ろ（下流側）で調量ユニット内に弁及び噴射ノズルが組み込まれており、調量ユニット及び／又は調量弁の領域内に、圧力変動を減衰するための少なくとも１つの装置が設けられている。この装置は、減衰部材、拡張部材、容器又は追加体積であってよい。調量装置若しくは排気ガス装置内に発生する圧力ピーク若しくは圧力信号は、前記減衰装置によって、個別の構成部材が損傷を受けることがない程度に、最小化される。つまり、圧力ピークは、個別のセンサに作用し、それによって検知される程度に、強く減少される。しかも、本発明の装置によって、調量ユニットの平均的な圧力レベルを適合させることができるか若しくは減少させることができる。また、調量ユニットの規格条件、並びにディーゼル粒子フィルタの前の排気ガスシステム内に燃料を噴射するための噴射弁の規格条件を満たすために、調量ユニットの前に接続された（前置接続された）流入絞りを介して圧力変化を適当に減衰することができる。

有利には、燃料特にディーゼル燃料のための低圧装置又は調量装置の後ろに、調量ユニットの圧力変動を減衰するための装置が配設されていて、圧力レベルを減少させるために調量ユニットの管路システム内に組み込まれている。

また、排気ガスシステム若しくは調量ユニットが、オーバーフロー弁を有する少なくともリターンライン（戻し管路）を介して、自動車の収集容器に接続されていて、上流側でリターンラインと燃料ラインとの接続箇所の後ろに、圧力変動を減衰するための装置を備えた閉鎖弁及び／又は調量ユニットが設けられている。収集容器内に燃料が貯えられている。構成に応じて、第１の絞りは省くことができ、閉鎖弁だけで作動するように構成してもよい。

本発明の有利な解決策によれば、圧力変動を減衰するための装置が、少なくとも第１及び／又は第２の絞り及び／又は、調量ユニットに配設された室又は調量ユニットの管路システム内に設けられた拡張部によって形成されている。

有利には、第１の絞りが、上流側のリターンラインと燃料ラインとの接続箇所の後ろ、かつ閉鎖弁の前に設けられていて、第２の絞りが、閉鎖弁と調量弁との間の燃料ラインに設けられている。

さらに、燃料の追加体積を収容するための拡張部又は容器が、閉鎖弁と絞り弁との間で燃料ラインに組み込まれていて、弁ブロックの部分若しくは燃料ラインの部分を形成している。

また有利には、閉鎖弁の後ろ及び調量弁の前の燃料ラインに、少なくとも１つの圧力センサが設けられており、該圧力センサが、追加的な燃料体積を収容するための拡張部と作用接続している。

また有利には、閉鎖弁と調量弁との間の燃料ラインに、圧力センサを有する少なくとも第２の絞りが接続されていて、該第２の絞りは、追加的な燃料体積を収容するための拡張部と作用接続している。

閉鎖弁と、調量弁又は追加的な燃料量を収容するための拡張部との間の燃料ラインに、オーバーフロー弁を備えた第２のリターンラインを接続しても有利である。

以下に図面を用いて本発明を詳しく説明する。

種々異なる電磁制御式若しくは電子制御式の弁、調量ユニット、酸化触媒コンバータ並びに微粒子フィルタを備えた、本発明の第１実施例による排気ガス装置の概略的なブロック図である。 インレット絞りと調量ユニットとの間においてオーバーフロー弁を有するリターンラインが燃料ラインに接続され、かつ収集容器に接続されている、第１実施例と同様の概略的なブロック図である。 チャンバとして構成された追加的な減衰器を調量ユニット内に組み込むことができる、別の実施例の概略的なブロック図である。

図１は、特に自己点火式内燃機関における排気ガス後処理のための今日使用されているシステムを示す。

図１は、内燃機関１０の排気ガスシステムに、燃料特にディーゼル燃料が調量して供給される排気ガス後処理システムの概略図を示す。

図１に概略的に示されているように、内燃機関１０（この実施例では４気筒内燃機関特に自己点火式内燃機関である）は、インテークマニホールド１２並びにエクゾーストマニホールド３６を有している。内燃機関１０はスーパーチャージャを有しており、該スーパーチャージャは、図１によればエクゾーストターボチャージャとして構成されている。内燃機関１０のインテークマニホールド１２内で、インテークエア１４の吸込みが行われる。インテークエア１４は、特にエクゾーストターボチャージャとして構成されたスーパーチャージャ１６のコンプレッサ部分２０内において圧縮される。次いで、圧縮時に加熱された空気は、インテークマニホールド１２内に設けられた中間冷却装置２８内で冷却される。中間冷却装置２８に後置接続された調量装置を介して、内燃機関１０の回転数が制御される。内燃機関１０のインテークマニホールド１２内に設けられたスロットル３０の後ろに、排気ガス再循環装置３２が開口しており、この排気ガス再循環装置３２は、排気ガス再循環弁及び、非常に高温の排気ガスを冷却するための冷却装置３４を有している。この冷却装置３４は、圧縮されかつ中間冷却装置２８内で冷却されたフレッシュエアに、再び供給される。

内燃機関１０の後ろにはさらにエクゾーストマニホールド３６が接続（後置接続）されている。エクゾーストマニホールドにおいて、排気ガスは排気ガス側でエクゾーストパイプ３８内に移送され、このエクゾーストパイプ３８内に、特にエクゾーストターボチャージャとして構成された、内燃機関１０のスーパーチャージャ１６の前記タービン部分２４が設けられている。スーパーチャージャ１６のタービン部分２４を介して排気ガスは応力除去（膨張）され、コンプレッサ部分２０が、インテークエア１４を圧縮させるために駆動される。コンプレッサ部分２０とタービン部分２４とは、剛性の高い軸２６を介して互いに連結されている。図１に示した剛性の高い軸２６の代わりに、カップリング又は互いに連結された軸部分等を設けてもよい。

エクゾーストパイプ３８内の、特にエクゾーストターボチャージャとして構成されたスーパーチャージャ１６のタービン部分２４の下流に噴射弁４０が配置されている。噴射弁４０（この噴射弁４０に調量ユニット４８が前置接続されている）を介して、燃料特にディーゼル燃料が、タービン部分２４の後ろで、エクゾーストパイプ３８内に配置された酸化触媒コンバータ４２の前に噴射される。噴射箇所の後ろ、つまり噴射弁４０の下流側に酸化触媒コンバータ４２が配置されており、該酸化触媒コンバータ４２の後ろにディーゼル粒子フィルタ４４が接続されている。エクゾーストパイプ３８を通過した排気ガス４６は、さらに酸化触媒コンバータ４２並びにディーゼル粒子フィルタ４４を通過する。

構造的に適した燃料噴射弁である噴射弁４０は供給圧力において開放するので、燃料特にディーゼル燃料は、エクゾーストマニホールド３６のエクゾーストパイプ３８内に噴射される。図１に概略的に示された調量ユニット４８は、第１の圧力センサ５０と第２の圧力センサ５２とを有している。さらに、調量ユニット４８内に閉鎖弁５４並びに調量弁５６が組み込まれている。調量ユニット４８自体は、制御モジュール５８によって制御される。制御モジュール５８は、制御信号６０を介して、調量ユニット４８内に配置された閉鎖弁５４を制御し、さらに制御信号６２を介して、調量ユニット４８内に設けられた調量弁５６を制御する。調量ユニット４８内において噴射弁４０への供給管路に前置接続された第２の圧力センサ５２から、圧力信号６４が制御モジュール５８に達する。

この制御モジュール５８には、さらに温度信号６６及び６８が伝達される。温度信号６６は、燃料特にディーゼル燃料をエクゾーストマニホールド３６のエクゾーストパイプ３８内に噴射した後の排気ガス温度である。燃料の噴射によって、酸化触媒コンバータ４２を通過する前に、エクゾーストパイプ３８内の温度は著しく高められる。酸化触媒コンバータ４２の後ろの温度信号６８は、制御モジュール５８に伝達され、また排気ガス内のディーゼル燃料フィルタ４４が通過する際に調節された圧力損失７０が、浄化された排気ガス４６が内燃機関１０の排気ガスマニホールド３６のエクゾーストパイプ３８を通過する前に、同様に制御モジュール５８に伝達される。

調量ユニット４８への燃料の流入は、閉鎖弁５４を制御することによって中断される。閉鎖弁５４は常に、ディーゼル粒子フィルタ４の再生の必要がない場合、つまりディーゼル粒子フィルタ４に堆積した煤粒子を、排気ガス温度を高めることによって燃焼させる必要がない場合に、操作される。これは、通常運転中のことである。上流側に配置された第１の圧力センサ５０を介して、調量しようとする燃料量の必要量が算出される。この必要な量は、調量ユニット４８内に設けられた調量弁５６を介して提供され、噴射弁４０に供給される。

図２には、燃料が低圧回路７２から絞り箇所７６を介して調量ユニット４８に供給されることが示されている。低圧回路７２は、図２に概略的に示された管路を介して収集容器７４に接続されている。供給絞りとも称呼される絞り箇所７６を介して、燃料は調量ユニット４８に流入する。この調量ユニット４８は、図２に示した実施例では、破線で示した長方形の枠によって概略的に示されている。内部に調量ユニット４８が収容されているハウジングは、図２では詳しく示されていない。

再生休止中、つまりディーゼル粒子フィルタ４４を再生する必要がなく、このディーゼル粒子フィルタ４４に堆積した煤粒子の燃焼が行われない場合には、絞り箇所７６の後ろに接続された閉鎖弁５４が調量ユニット４８への燃料の流入を中断する。この場合、燃料は例えば逆止弁として構成されたオーバーフロー弁を介してリターンライン８２を通って収集容器７４に戻し案内される。さらに、図２に示した調量ユニット４８は第１の圧力センサ５０を有しており、該第１の圧力センサ５０によって、調量しようとする必要量が算出される。この必要とされる燃料量は調量弁５６を介して提供され、この調量部５６から噴射弁４０に供給される。この噴射弁４０は、有利にはばね付勢された噴射弁であって、この噴射弁４０は所定の開放圧力を越えると開放し、それによって燃料がエクゾーストパイプ３８内に噴射される。

調量ユニット４８はさらに、調量弁５６の後ろに接続された圧力センサ５２を有している。この下流側に配置された第２の圧力センサ５２は、噴射弁４０まで延在する管路内の漏れを検出するために用いられ、調量ユニット４８から出る際の燃料の圧力を測定する。

図３は、本発明に従って設けられた調量ユニット４８を示す。図２と同様に、図３に示した調量ユニット４８には、低圧回路７２から燃料が供給される。定圧回路７２には、燃料が収集容器７４から供給される。閉じられた閉鎖弁５４において、つまりディーゼル粒子フィルタ４４の再生休止中に、流入絞り（絞り箇所）７６からリターンライン８２が収集容器７４に分岐しており、この場合、燃料が定圧回路７２から流入絞り７６を介して調量ユニット４８に達することはない。図３に示されているように、調量ユニット４８は、閉鎖弁５４と調量弁５６との間に接続部を有している。この接続部に、第２のオーバーフロー弁８０並びに、収集容器７４に通じる並列リターンライン８８が接続されている。並列リターンライン８８は、閉鎖弁５４と調量弁５６及び／又は追加的な燃料体積を収容するための圧力ダンパ７８との間に接続されていて、収集容器７４に接続されている。このような手段によって、調量ユニット４８内に形成される平均的な圧力レベル、つまり調量ユニット４８内の運転圧力レベルが調節され、かつ維持される。さらに、流入絞り７６を相応に調量することによって圧力分布を制御することができる。

図３から分かるように、閉鎖弁５４と調量弁５６との間に圧力ダンパ７８が配置されており、該圧力ダンパ７８は、貫流横断面の拡張部又は減衰体積等として構成することができる。図３に示されているように、調量ユニット４８は、収集容器７４に通じる第２の並列リターンライン８８の接続部が、閉鎖弁５４と調量弁５６との間に位置するように、構成されている。圧力ダンパ７８に、ダンパ絞り８４を介して第１の圧力センサ５０が配属されている。第２の圧力センサ５２は、調量ユニット４８の出口に位置していて、調量弁５６の後ろに接続されている。第２の圧力センサ５２を介して、噴射弁４０に通じる管路内の漏れが検知される。最も簡単な構造では逆止弁として構成され得る噴射弁４０を介して、燃料はエクゾーストパイプ３８内に、ひいてはこのエクゾーストパイプ３８内を流れる排気ガス内に噴射される。最も簡単な構造で逆止弁として構成された噴射弁４０は、供給管路内に、つまり調量ユニット４８の後ろに所定の開放圧力が得られると直ちに、開放する。開放圧力は、調量ユニット４内に設けられた第２の圧力センサ５２を介して連続的に測定される。

収集容器７４に通じる並列リターンライン８８内に設けられた第２のオーバーフロー弁９０は、別個の構成部材として並列リターンライン８８内に、若しくは調量ユニット４８の図示していないハウジングに設けられた外部の構成部材であってよい。また、第２のオーバーフロー弁９０は調量ユニット４８内に組み込まれていてもよい。使用目的及び車両の用途に応じて、開放圧力を適合させることができ、第２のオーバーフロー弁９０を通って収集容器５４に通じる燃料の貫流を制御することができる。

また、調量ユニット４８内にできるだけ大きい圧力ダンパ７８が設けられている。ダンパ絞り８４の絞り横断面を、並列リターンライン８８内に収容された第２のオーバーフロー弁９０の規定された開放時点と関連付けて、適当に適合させることによって、調量ユニット４８内に所望の運転圧力範囲を調節することができ、運転のため維持することができる。

必要であれば、減衰手段を調量ユニット４８の外にも設けることができる。例えば圧力レベルを低減させることができ、それによって、例えば閉鎖弁５４の規格を考慮することができる。最適には、低圧回路７２内において生じる圧力振動は、調量ユニット４８の前の流入絞り７６の領域内に減衰体積を設けることによって、減少させることができる。このために、例えば低圧回路７２と調量ユニット４８との間に延在する弾性的なチューブ等を設けることができる。

閉鎖弁５４の後ろに第１の圧力センサ５０を接続することは、例えば弁ハウジング内に設けられた孔を介して行われる。第１の圧力センサ５０を直接的に接続することによって、閉鎖弁５４の下流に発生し、それによって供給圧力変動の原因となる圧力変動及びキャビテーション発生を補償することができる。第１の圧力センサ５０の前における圧力ピークを避けるか又は最小化するために、第１の圧力センサ５０をダンパ絞り８４に簡単に接続する手段が提案されている。さらに前記補償体積又は拡張構成部を用いて、燃料体積つまり圧力ダンパ７８を大きく構成することによって、圧力変動を減衰することができる。

エクゾーストパイプ３８内に噴射するために必要な燃料量の調量は、調量弁５６によって行われ、この調量弁５６の後ろに、圧力レベルを測定するための第２の圧力センサ５２が接続されている。

閉鎖弁５４は、ディーゼル粒子フィルタ４４の再生休止中における調量弁５６への燃料の流れを遮断する。この場合、燃料は、流入絞り７６の前方に接続されている（前置接続）第１のオーバーフロー弁８０及びリターンライン８２を介して収集容器７４に戻し案内される。閉鎖弁５４が開放すると、燃料は圧力ダンパ７８を通過して調量弁５６に達する。閉鎖弁５４と調量弁５６との間の接続孔に、排気ガス流内に調量供給される燃料量を最適に適合させるか若しくは算出するために、第１の圧力センサ５０が配置されている。この第１の圧力センサ５０は、必要な調量量を算出するために用いられる。この調量量は、調量弁５６を介して提供され、噴射弁４０に圧送される。噴射弁４０は、前述のように、パッシブに開放する弁であり、例えば所定の開放圧が得られると開放して燃料特にディーゼル燃料をエクゾーストマニホールド３６のエクゾーストパイプ３８内に噴射する逆止弁である。

本発明による排気ガス処理システムを使用した場合、噴射弁４０は、例えば図３に示していない冷却装置にねじ込まれている。該冷却装置は、例えば冷却水循環路を介して内燃機関１０に冷却手段を直接供給する。噴射弁４０の冷却は、噴射弁４０を介して供給される燃料流（図示せず）によっても可能である。

第２の圧力センサ５２の接続原理は、図２及び図３の実施例において同じである。

図３によれば、調量ユニット４８内において閉鎖弁５４の下流若しくは第１の圧力センサ５０の下流に、圧力ダンパとして用いられる体積７８が追加的に設けられている。この体積７８は、例えば調量ユニット４８の管路内における横断面拡張部として設けられており、従って例えば孔拡張部として示されている。この追加的な体積７８は、７８＞２ｃｍ^３であるか又は２ｃｍ^３と２０ｃｍ^３との間、特に２ｃｍ^３と１０ｃｍ^３の間であって、調量ユニット４８内の減衰体積として用いられる。

調量ユニット４８は、図３を用いて前述したように、低圧回路７２に接続されている。調量ラインは、第２の圧力センサ５２の下流で調量ユニット４８を通過して、噴射弁４０まで延在している。噴射弁４０は、供給される燃料によって安価な形式で冷却される。何故ならば、排気ガス温度は、酸化触媒を貫流する際に約６００℃に上昇するからである。さらに、図３に示されていない冷却装置によって、燃料の早期の劣化は避けられる。噴射弁４０の出口開口の直前において、調量ラインに燃料リターンラインが接続され、該燃料リターンラインは、制御可能若しくは調整可能な圧力弁を介して再び収集容器７４に接続されている。

１０ 内燃機関、 １２ インテークマニホールド、 １４ インテークエア、 １６ スーパーチャージャ、 ２０ コンプレッサ部分、 ２４ タービン部分、 ２６ 軸、 ２８ 中間冷却装置、 ３０ スロットル、 ３２ 排気ガス再循環装置、 ３４ 冷却装置、 ３６ エクゾーストマニホールド、 ３８ エクゾーストパイプ、 ４０ 噴射弁、 ４２ 酸化触媒コンバータ、 ４４ ディーゼル粒子フィルタ、 ４６ （浄化された）排気ガス、 ４８ 調量ユニット、 ５０ 第１の圧力センサ、 ５４ 閉鎖弁、 ５６ 調量弁、 ５８ 制御モジュール、 ６０ 制御信号、 ６２ 制御信号、 ７２ 低圧回路（燃料供給装置）、 ７４ 収集容器、 ７６ 絞り箇所（流入絞り）、 ７８ 圧力ダンパ（体積）、 ８０ オーバーフロー弁、 ８２ リターンライン、 ８４ ダンパ絞り、 ８８ 並列リターンライン、 ９０ 第２のオーバーフロー弁

Claims (14)

1. 内燃機関（１０）のエクゾーストマニホールド（３６）内で酸化触媒コンバータ（４２）の手前において燃料を調量するための調量装置であって、燃料供給装置（７２）の後ろで調量ユニット（４８）の管路内に弁（５４）及び噴射ノズル（４０）が組み込まれており、該調量ユニット（４８）から第１のオーバーフロー弁（８０）を有するリターンライン（８２）が分岐している形式のものにおいて、
   前記弁（５４）の下流側に、調量ユニット（４８）の平均的な圧力レベルを制御する制御弁（９０）を備えた、前記リターンライン（８２）とは別のリターンライン（８８）が配置されていることを特徴とする、燃料を調量するための調量装置。
2. 前記弁（５４）の下流側に調量弁（５６）が配置されている、請求項１記載の調量装置。
3. 前記弁（５４）と前記調量弁（５６）との間に、前記リターンライン（８２）とは別のリターンライン（８８）が配置されている、請求項２記載の調量装置。
4. 燃料特にディーゼル燃料のための供給装置（７２）の後ろで、調量ユニット（４８）の前に、絞り箇所（７６）が接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の調量装置。
5. 圧力変動を減衰するための装置（７８，８４）が調量ユニット（４８）の管路システム内に組み込まれている、請求項１から４までのいずれか１項記載の調量装置。
6. 調量ユニット（４８）が、第１のオーバーフロー弁（８０）を有するリターンライン（８２）を介して自動車の収集容器（７４）に接続されていて、リターンライン（８２）の接続箇所の後ろの下流側に、圧力変動を減衰するための装置（７８，８４）を有する閉鎖弁（５４）及び／又は調量ユニット（４８）を備えている、請求項５記載の調量装置。
7. 圧力変動を減衰するための装置（７８，８４）が、少なくとも１つのダンパ絞り（８４）及び／又は、調量ユニット（４８）に配設された室又は調量ユニット（４８）の管路システム内の拡張部を有している、請求項５記載の調量装置。
8. 絞り箇所としての流入絞り（７６）が、下流側においてリターンフロー（８２）との接続箇所の後ろで閉鎖弁（５４）の前に設けられていて、ダンパ絞り（８４）が閉鎖弁（５４）と調量弁（５６）との間の調量ユニット（４８）内に設けられている、請求項２，４又は７のいずれか１項記載の調量装置。
9. 圧力変動を減衰するための装置（７８，８４）が、閉鎖弁（５４）と調量弁（５６）との間で調量ユニット（４８）内に組み込まれている、請求項２又は５記載の調量装置。
10. 圧力変動を減衰するための、追加的な燃料体積を収容する拡張部又は容器としてとして構成された装置（７８，８４）が、弁ブロックの一部又は調量ユニット（４８）の管路システムの一部である、請求項７記載の調量装置。
11. 調量ユニット（４８）内において閉鎖弁（５４）の後ろで調量弁（５６）の前に少なくとも１つの第１の圧力センサ（５０）が設けられていて、該第１の圧力センサ（５０）が、圧力変動を減衰するための装置（７８，８４）と作用接続している、請求項２又は５記載の調量装置。
12. 閉鎖弁（５４）と調量弁（５６）との間で、少なくとも１つの絞り箇所（５４）が第１の圧力センサ（５０）に接続されていて、該第１の圧力センサ（５０）が、圧力変動を減衰するための装置と作用接続している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の調量装置。
13. 閉鎖弁（５４）と調量弁（５６）又は圧力ダンパ（７８）との間に、第２のオーバーフロー弁（９０）を備えた並列リターンライン（８８）が延在している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の調量装置。
14. 噴射ノズル（４０）が噴射弁として構成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の調量装置。

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