(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内に流体を噴射するための噴射システムであって、
前記噴射システムは、
少なくとも２つのモジュールと、
少なくとも１つの圧力補正容積室（４４、４６、４８、５４、５６）と、
を有し、
各モジュールは、前記排気管内に流体を噴射するように構成された少なくとも１つの噴射ユニット（４０、５０、６０）を備え、
前記圧力補正容積室（４４、４６、４８、５４、５６）は、前記モジュールの少なくとも１つに対して前記流体を供給するように構成され、前記モジュールの少なくとも２つを互いに連結し、個々のモジュール間の圧力の脈動の伝達を抑制し、
前記圧力補正容積室（４４、４６、４８、５４、５６）は所定の容積を有し、前記圧力補正容積室（４４、４６、４８、５４、５６）には燃料が充填され、
少なくとも第１の前記モジュールは、前記流体を調量するための調量ユニット（１０、２０、３０；２１、３１）を有し、
前記調量ユニット（１０、２０、３０）は、前記流体の供給を遮断するための遮断弁（１２、２２、３２）と、前記流体を調量するための調量弁（１４、２４、３４）と、を有し、前記遮断弁（１２、２２、３２）の出口は、前記調量弁（１４、２４、３４）の入口と連結され、
第２の前記モジュールの入口側は、前記圧力補正容積室（４４、４６）を介して、第１の前記モジュールの前記遮断弁（１２）の出口と連結される、噴射システム。
【請求項２】
前記噴射システムは第３のモジュールを有し、
前記第３のモジュールの入口側が、前記圧力補正容積室（４６）と連結される、請求項１に記載の噴射システム。
【請求項３】
第２の前記モジュールは遮断弁（２２）を備え、
前記噴射システムは第３のモジュール及び第２の圧力補正容積室（５４）を有し、
前記第３のモジュールの入口側は、前記第２の圧力補正容積室（５４）を介して、第２の前記モジュールの前記遮断弁（２２）の出口と連結される、請求項１に記載の噴射システム。
【請求項４】
第１の前記モジュールのみが前記遮断弁（１２）を有する、請求項１又は２に記載の噴射システム。
【請求項５】
前記噴射システムは、前記流体を調量するための少なくとも１つの前記調量ユニット（１０）を有し、
別の圧力補正容積室（５６）を有し、
前記別の圧力補正容積室（５６）は前記調量ユニット（１０）と前記噴射ユニット（４０、５０、６０）とを連結し、前記別の圧力補正容積室（５６）には、前記調量ユニット（１０）により前記流体が充填可能である、請求項１に記載の噴射システム。
【請求項６】
前記噴射ユニットは、前記排気管内に配置された触媒コンバータの上流側で、前記流体を当該排気管内に噴射可能であるように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管内に流体を噴射する噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関の排気システム内にパティキュレートフィルタ（Ｐａｒｔｉｋｅｌｆｉｌｔｅｒ）を取り付けることは公知である。内燃機関が例えばディーゼルエンジンの場合には、パティキュレートフィルタは、例えば、固体粒子除去フィルタ（Ｒｕｓｓｆｉｌｔｅｒ）として機能し、そのフィルタ効果によって、細かな煤による負荷を低減する。特定の使用期間の後にフィルタが詰まることを防止するために、時折フィルタを再生する必要がある。当該再生は、例えば約６００度まで温度を上げることにより行われ、これにより、微粒子、特に、固体粒子が燃焼する。このことは、全ての作動状態において、エンジン対策（エンジン制御）（ｍｏｔｏｒｉｓｃｈｅ  Ｍａｓｓｎａｈｍｅ）によって可能ではないため、温度上昇は、噴射弁を介して排気管内へと噴射される燃料、例えばディーゼル油により達成される。噴射された燃料は、パティキュレートフィルタの前に配置された酸化触媒コンバータに達する。酸化触媒コンバータ内に達した燃料は酸化され又は燃焼され、排気ガスの温度が上昇することとなり、対応する高温の排気ガスが、後段のパティキュレートフィルタに到達し、再生を引き起こす。
【０００３】
パティキュレートフィルタを再生する方法及び装置が、例えば、独国特許出願公開第１０２００５０３４７０４号明細書、独国特許出願公開第１０２００６０６２４９１号明細書、及び、独国特許出願公開第１０２００６０５７４２５号明細書に記載されている。
【０００４】
排気管内に流体を噴射する従来の公知のシステムは、１つの排気管のためにのみ利用可能であり、噴射する流体量を任意に増やすことが出来ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、排気管内に流体を噴射するための改善されたシステムであって、複数の排気系を備えた排気システムに容易に調整可能であり任意の大きさの流体量を噴射することを可能とする上記システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本課題は、独立請求項１に記載の噴射システムにより解決される。従属請求項は、独立請求項１に記載の本発明にかかる噴射システムの好適な構成を記載する。
【０００７】
本発明にかかる噴射システムは、少なくとも２つのモジュールと、少なくとも１つの圧力補正容積室を有する。この圧力補正容積室は、上記モジュールの少なくとも１つに対して流体を供給するように構成され、当該モジュールの少なくとも２つを互いに油圧連結する。各上記モジュールは、流体を受けるための入口と、排気管内に流体を噴射するように構成された少なくとも１つの噴射ユニットと、を有する。
【０００８】
モジュール構成によって、本発明にかかる噴射システムは、多段排気システム（多流（マルチフロー）排気システム）と、噴射される流体に対する様々な量の要請と、に対して容易に調整可能である。特に、追加的なモジュールを付け加えることによって、任意の大きさの噴射量が噴射されうる。
【０００９】
本発明に基づいて設けられる圧力補正容積室は、個々のモジュール間の圧力の脈動（Ｄｒｕｃｋｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇ）の伝達を抑制する。従って、各モジュールに基本的に一定の圧力条件が備わることが保障される。このことは、所定の噴射量を正確に噴射することを可能とする。
【００１０】
実施形態において、少なくとも第１のモジュールは、流体を調量するための調量ユニットを有する。このような調量ユニットによって、所望の噴射量を正確に設定することが出来る。
【００１１】
更なる別の実施形態において、調量ユニットは、流体供給を遮断するための遮断弁と、流体を調量するための調量弁と、を有する。ここで、遮断弁の出口は、調量弁の入口と油圧連結される。直列に相前後して配置された遮断弁及び調量弁を備える調量ユニットのこのような構成により、流体供給を確実に遮断することが可能になる一方で、所望の噴射量の正確な調量が可能となる。流体供給が遮断弁により、調量弁に依存せずに遮断可能であることによって、当該調量弁の誤動作の際にも、コントロールされることなく流体が溢れ出ることが確実に防止される。噴射システムの安全性がこのように高められる。
【００１２】
実施形態において、モジュールの入口側は、共通の流体供給部と油圧連結される。ここで、共通の流体供給部は、少なくとも部分的に圧力補正容積室として構成される。少なくとも部分的に圧力補正容積室として構成される流体供給部は、モジュール間の必要な圧力非連結（Ｄｒｕｃｋｅｎｔｋｏｐｐｌｕｎｇ）のために役立つ。対応する大きさの容積室が、例えば、コモンレール（Ｃｏｍｍｏｎ−Ｒａｉｌ）技術で使用されるレールのように形成されるので、コモンレール技術において公知の経験を参考にすることが出来る。
【００１３】
代替的な実施形態において、第２のモジュールの入口側は、圧力補正容積室を介して、第１のモジュールの遮断弁の出口側と油圧連結される。この実施形態では、噴射システム全体の流体供給が、第１のモジュールの遮断弁により遮断可能である。これにより、追加的なモジュール内に遮断弁を設ける必要がなく、当該モジュールのコストが低減される。
【００１４】
上記実施形態の変形例において、第３のモジュールの入口側が、圧力補正容積室と油圧連結され、従って、圧力補正容積室が、第２のモジュール、第３のモジュール、及び場合によっては更なる別のモジュールのために共有され、利用されるモジュールの数に依存せずに、ただ１つの圧力補正容積室が設けられる。ただ１つの圧力補正容積室を利用することにより、噴射システムのコストを少なく抑えることが出来る。
【００１５】
代替的な実施形態において、第３のモジュールの入口側は、第２の圧力補正容積室を介して、第２のモジュールの遮断弁の出口と油圧連結される。本実施形態において各モジュールが、それぞれ独自の圧力補正容積室を介して前段のモジュールと接続されることにより、個々の圧力補正容積室が、共通の圧力補正容積室よりも小さく形成されうる。複数の、より小さな圧力補正容積室の利用により、噴射システムを、提供される空間に対してフレキシブルに調整することが可能であり、噴射システムの取り付けが容易になる。
【００１６】
実施形態において、流体を調量するための少なくとも１つの調量素子が設けられる。ここで、圧力補正容積室には、上記調量素子により流体が充填可能である。調量素子によって共通の圧力補正容積室に流体が充填されうる噴射システムでは、ただ１つの調量素子が必要である。これにより、噴射システムのコストがさらに低減されうる。
【００１７】
実施形態において、圧力補正容積室と各モジュールとの間には、弁、特に逆止め弁が配置される。このような弁により、個々のモジュールが互いに油圧連結される。モジュールが互いに油圧非連結状態である（ｈｙｄｒａｕｌｉｓｃｈ  ｅｎｔｋｏｐｐｅｌｎ）場合に、圧力補正容積室をより小さく形成することが可能であり、噴射システムの動作信頼性が改善される。なぜならば、個々のモジュール間の有害な相互作用が確実に防止されるからである。
【００１８】
更なる別の実施形態において、第２の圧力補正容積室に流体を供給する第２の調量素子は、第３の圧力補正容積室を介して第１の調量素子と油圧連結される。このような構成を備えた噴射システムは任意に拡張可能であり、特に、噴射システムは、複数の排気系内に大きな噴射量も噴射可能であるように構成されうる。
【００１９】
実施形態において、噴射ユニットは、排気管内に配置された触媒コンバータの上流側で流体を噴射するように構成される。これにより、噴射される流体の触媒燃焼と、排気管内に配置されるフィルタの特に効果的な再生と、が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下、本発明を、添付の図面に示される排気管内に流体を噴射するシステムを用いて、より詳細に解説することにする。本発明は、例えば尿素のような他の流体を噴射するシステムでも適用可能である。
【図１】直列に接続された３つの調量ユニットを備えた本発明にかかる噴射システムの第１実施形態を示す。
【図２】調量ユニットが共通の圧力補正容積室を介して互いに接続される本発明にかかる噴射システムの第２実施形態を示す。
【図３】２つの簡素化された調量ユニットを備えた第２の実施形態の変形例を示す。
【図４】３つの計測ユニット全てに、共通の圧力補正容積室を介して流体が供給される第３の実施形態を示す。
【図５】共通の圧力補正容積室が１つの計測ユニットにより供給される、本発明にかかる噴射システムの第４の実施形態、及び、排気システムを備えた内燃機関を概略的に示す。
【図６】図１及び図５に示される実施形態の組み合わせを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、第１の調量ユニット１０と第１の噴射ユニット４０とを有する第１のモジュールを備えた、本発明にかかる噴射システムの第１の実施形態を示している。第１の調量ユニット１０は、燃料供給８により供給される燃料流量がそれによって遮断可能な遮断弁１２を有する。出口側に、即ち、遮断弁１２の後の流れ方向において、第１の調量ユニット１０内の燃料通路１９上に、流入する燃料の圧力を図るために第１の圧力センサ１６が配置される。第１の圧力センサ１６の後の流れ方向において、所望の噴射量を調量するように構成された調量弁１４が配置される。調量弁１４の出口には、当該調量弁１４の出口での燃料圧を図るために、第２の圧力センサ１８が設けられる。第１の調量ユニット１０の出口は、第１の噴射ユニット４０の入口と油圧連結される。噴射ユニット４０は、噴射弁４２の他に、図１の概略図には示されない冷却調整器及び金属シールを有する。
【００２２】
噴射弁４２は、排気管内に燃料を噴射するために、触媒コンバータの上流の、同様に図示されない排気管上に配置される。噴射された燃料は、触媒コンバータ内で触媒燃焼する。これにより、排気管の周りの温度が上昇し、触媒コンバータの下流に配置されるパティキュレートフィルタ内に堆積した堆積物が燃焼し、フィルタが再生される。
【００２３】
燃料通路１９上では、遮断弁１２の出口と第１の調量ユニット１０の第１の圧力センサ１６と間に、第１の圧力補正容積室４４が油圧連結しており、当該第１の圧力補正容積室４４は、遮断弁１２が開くと、燃料通路８からの燃料が充填される。第１の圧力補正容積室４４の出口は、第２の調量ユニット２０及び第２の噴射ユニット５０を有する第２のモジュールの、当該調量ユニット２０の入口と接続されている。従って、第１の調量ユニット１０の遮断弁１２が開くと、第２のモジュールの調量ユニット２０は、第１の圧力補正容積室４４を介して、燃料通路８からの燃料が供給される。
【００２４】
第２の調量ユニット２０は、対応する第２の噴射ユニット５０に、調量された燃料量を供給する。第２の調量ユニット２０及び第２の噴射ユニット５０を備えた第２のモジュールは、第１の調量ユニット１０及び第１の噴射ユニット４０を備えた第１のモジュールと同じ構成である。従って、構成についての新たな詳細な記載は省略される。
【００２５】
第２のモジュールの調量ユニット２０の、噴射弁２２と第１の圧力センサ２６との間には、燃料通路２９上に、第２の圧力補正容積室５４が接続され、当該第２の圧力補正容積室５４は、遮断弁２２が開くと、第３のモジュールの調量ユニット３０に燃料を供給する。第３のモジュールは、第３の噴射ユニット６０を有し、当該第３の噴射ユニット６０には、第３のモジュールの調量ユニット３０により燃料が供給される。
【００２６】
それぞれが更なる別の噴射ユニットを備える、図１に示されない更なる別の調量ユニットを、図１に示されない追加的な圧力補正容積室を介して、第３の調量ユニット３０内の燃料通路３９へと接続することによって、図１に示される噴射システムは任意に拡張可能である。
【００２７】
調量ユニット１０、２０、３０及び噴射ユニット４０、５０、６０を備えた同じ構成の各モジュールと、圧力補正容積室４４、５４と、を利用することによって、本発明にかかる噴射システムは、特に簡単に、フレキシブルに、安価に製造可能である。任意の大きさの噴射システムをそれらから構成しうる３つの異なる構成要素のみ製造すればよい。各調量ユニット１０、２０、３０の接続のために、それぞれ異なる圧力補正容積室４４、５４を利用することによって、個々の圧力補正容積室４４、５４が小さいことが可能であり、容易でフレキシブルに組み立てることが出来る。
【００２８】
図２は、本発明にかかる噴射システムの代替的な実施形態を示す。
【００２９】
本実施形態において利用される調量ユニット１０、２０、３０及び噴射ユニット４０、５０、６０は、第１実施形態で利用されるユニットと同じ構成であるため、改めて記載しない。
【００３０】
図２に示される実施形態は、第１の調量ユニット１０の燃料通路１９上の遮断弁１２の上流側に接続された圧力補正容積室４６に対して、第２の調量ユニット２０、及び、第３の調量ユニット３０、及び、場合によっては図２に示されない更なる別の調量ユニットが接続されるという点で、図１に示される実施形態とは異なっている。図２に示されない実施形態ではただ１つの圧力補正容積室４６が利用されるため、複数の圧力補正容積室の製造及び組み立てを行う必要がない。従って、噴射システムは、容易で安価に製造可能であり、組み立て可能である。
【００３１】
図３は、図２に示される実施形態の変形例を示しており、圧力補正容積室４８に接続された調量ユニット２１、３１は遮断弁を有さず、各調量弁２２、３４の後にそれぞれが配置された各圧力センサ２８、３８のみを有する。
【００３２】
遮断弁を有さない調量ユニット２１、３１は、「スレーブ」調量ユニット２１、３１と呼ばれ、遮断弁１２、及び、当該遮断弁１２と調量弁１４との間の第１の圧力センサ１６を更に有するいわゆる「マスタ」調量ユニット１０よりも、安価に製造可能である。本実施形態では、燃料供給は、噴射システム全体について、第１の「マスタ」調量ユニット１０内の遮断弁１２を閉鎖することにより、遮断可能である。
【００３３】
図４は、第１実施形態の調量ユニットと同じ構成であり共通の燃料供給部５４に接続された３つの「マスタ」調量ユニット１０、２０、３０を備えた第３実施形態を示す。共通の燃料供給部５４（「コモンレール（Ｃｏｍｍｏｎ−Ｒａｉｌ）」）は、ここでは少なくとも部分的に圧力補正容積室として構成される。本実施形態では、コモンレール技術の構成要素および経験を参考にすることが可能であり、従って、本実施形態は特に容易で安価に実現可能である。
【００３４】
示されない代替的な実施形態において、調量ユニットは、遮断弁が無い「スレーブ」調量ユニットとして構成され、中央遮断弁が、共通の燃料供給部５４への図示されない供給線内に構成される。
【００３５】
図５は、本発明にかかる噴射システムの代替的な実施形態を示しており、ここでは、個々のモジュールはそれぞれ、噴射ユニット４０、５０、６０、７０を含み、共通の圧力補正容積室５８を介して、共通の調量ユニット１０から燃料が供給される。
【００３６】
図５では、６つのシリンダ及び２つの排気系８２、８４を備えた内燃機関７２が概略的に示される。排気系８２、８４のそれぞれの中には、排気流からの粒子をフィルタリングするように構成されたパティキュレートフィルタ７６が配置される。各排気系８２、８４内では、内燃機関７２と各パティキュレートフィルタ７６との間に、酸化触媒コンバータ７４がそれぞれ配置される。
【００３７】
合計４つの噴射ユニット４０、５０、６０、７０が、調量ユニット１０により調量される燃料を酸化触媒コンバータ７４の上流側の各排気系８２、８４内に噴射するために、当該排気系８２、８４に配置される。噴射された燃料は、酸化触媒コンバータ７４内で触媒燃焼する。当該燃焼によって、排気系８２、８４内の温度が、パティキュレートフィルタ７６内に堆積した固体粒子が燃焼して当該パティキュレートフィルタ７６が再生される程度にまで上昇する。
【００３８】
図５に示される本発明にかかる噴射システムの実施形態は、第１の実施形態で開示された、燃料供給８を介して燃料が供給される調量ユニット１０を有する。調量ユニット１０は、調量ユニット１４により調量される燃料量を、４つの噴射ユニット４０、５０、６０、７０と油圧連結した共通の圧力補正容積室５８内に供給する。従って、当該４つの噴射ユニット４０、５０、６０、７０には、圧力補正容積室５８からの燃料が供給可能である。噴射ユニット４０、５０、６０、７０は、上記の実施形態との関連で記載された噴射ユニット４０、５０、６０と同じ構成であるため、改めて記載しない。
【００３９】
上記４つの噴射ユニット４０、５０，６０、７０のそれぞれは、独自の燃料通路４９、５９、６９、７９を介して、圧力補正容積室５８と接続される。燃料通路４９、５９、６９、７９のそれぞれの中では、圧力補正容積室５８と各噴射ユニット４０、５０、６０、７０との間に、それぞれ逆止め弁６４、６５、６６、６７が設けられる。逆止め弁６４、６５、６６、６７は、噴射ユニット４０、５０、６０、７０から圧力補正容積室５８への燃料の逆流を防止する。従って、噴射ユニット４０、５０、６０、７０は、互いに油圧非連結状態にある。
【００４０】
図５に示される噴射システムの実施形態は、ただ１つの調量ユニット１０、及び、ただ１つの圧力補正容積室５８を有する。従って、特に安価に製造可能であり、小さな空間のみ必要である。
【００４１】
図６は、第１の実施形態と第４の実施形態とが組み合わされた、本発明にかかる噴射システムの更なる別の実施形態を示す。
【００４２】
図６に示される実施形態は、３つの調量ユニット１０、２０、３０であって、各当該調量ユニット１０、２０、３０に割り当てられた圧力補正容積室５６、５７、５８のそれぞれに、調量された燃料量を充填するための上記３つの調量ユニット１０、２０、３０を有する。各圧力補正容積室５６、５７、５８には、それぞれ３つの噴射ユニット４０、５０、６０、４１、５１、６１、４３、５３、６３が接続される。当該噴射ユニット４０、５０、６０、４１、５１、６１、４３、５３、６３は、上記の実施形態との関連で記載された噴射ユニット４０、５０、６０と同じ構造であり、調量ユニット１０、２０、３０により調量される燃料を、示されない排気系内に噴射するための図６に示されないノズルを特に有する。
【００４３】
第１の調量ユニット１０には、燃料入口８を通じて燃料が供給される。
【００４４】
第２の調量ユニット２０は、第１の実施形態と同じように、噴射弁１２の後で第１の調量ユニット１０の燃料通路１９へと接続する圧力補正容積室４４を介して、第１の調量ユニット１０と接続し、当該圧力補正容積室４４を介して燃料が供給される。
【００４５】
第３の調量ユニット３０は、遮断弁２２の後で第２の調量ユニット２０の燃料通路２９に接続される第２の圧力補正容積室５４を介して、第２の調量ユニット２０と接続し、当該第２の圧力補正容積室５４を介して、燃料が供給される。
【００４６】
図６に示される実施形態は、第１の実施形態（図１）の利点と、第４の実施形態（図６）の利点とを結びつける。特に、本実施形態の２段モジュール構成は、任意の排気システムに対して特にフレキシブルに噴射システムを調整し、複数の排気系を備えた特に大きな排気システム内に、特に大きな噴射量を噴射することを可能とする。
【００４７】
３つの調量ユニット１０、２０、３０であって、各３つの噴射ユニット４０、５０、６０、４１、５１、６１、４３、５３、６３がそこから燃料を供給される、上記３つの調量ユニットを備えた、図６に示される構成は例示的なものにすぎない。各調量ユニット１０、２０、３０は、任意のより大きい、又は、より小さい数の噴射ユニット４０、５０、６０、４１、５１、６１、４３、５３、６３に対して、燃料を供給する。同様に、所望の大きさの噴射システムを提供するために、任意の数の調量ユニット１０、２０、３０が組み合わされうる。
【００４８】
図に示されない代替的な実施形態において、追加的な調量ユニット２０、３０が、第２実施形態にかかる共通の圧力補正容積室を介して、第１の調量ユニット１０と接続される。また、追加的な調量ユニット２０、３０が、独自の遮断弁２２、３２のない「スレーブ」調量ユニット２１、３１として構成可能であり、噴射システムのためのコストが小さく抑えられる。
【００４９】
代替的に、３つの調量ユニット１０、２０、３０全ても、第３の実施形態に基づき少なくとも部分的に圧力補正容積室として構成された共通の燃料供給部を介して接続されうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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