(57)【要約】  エンジンシステム（１０）は、吸気システム（１２）と、内燃機関（１４）と、排気システム（１６）とを含む。内燃機関は、燃料液滴発生器（３２）と、燃料を内燃機関（１４）の燃焼室（２８）内に直接噴射するように構成された燃料噴射器（３４）とを含む。
2010526235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気システム（１２）と、
内燃機関（１４）と、
排気システム（１６）とを備え、
内燃機関が、
燃料液滴発生器（３２）と、
燃料を内燃機関の燃焼室（２８）内に直接噴射するように構成された燃料噴射器（３４）とを含む、
エンジンシステム（１０）。
【請求項２】
燃料液滴発生器が圧電アクチュエータ（５０）を含む、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
燃料液滴発生器が内燃機関の吸気マニホールド（２２）に連結される、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
液滴発生器が、噴射要素の平方センチメートル当たり少なくとも１２２０の出口孔（６０）を有する噴射要素（５２）を含む、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
液滴発生器が、７ミクロン未満の大きさを有する燃料液滴を燃焼室に供給するように構成される、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
液滴発生器が排気システムに配置される、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
排気システムの液滴発生器が圧電アクチュエータを含む、請求項６に記載のエンジンシステム。
【請求項８】
圧電作動される液滴発生器が、下流側の後処理装置（４２）に試薬を供給するように構成される、請求項７に記載のエンジンシステム。
【請求項９】
圧電作動される液滴発生器が、２５ミクロン未満の大きさを有する尿素液滴を後処理装置に供給するように構成される、請求項８に記載のエンジンシステム。
【請求項１０】
エンジンシステム（１０）を運転する方法であって、
圧電作動される液滴発生器（４０）からエンジン排気に試薬を供給するステップと、
試薬とエンジン排気との混合気を後処理装置（４２）に供給するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
試薬が尿素を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
圧電作動される液滴発生器から試薬を供給するステップが、２５ミクロン未満の大きさを有する尿素を供給することを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、油圧システム、より詳しくは、液滴発生器を使用するエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、及び公知の他のエンジンを含むエンジンは、大気汚染物質の複雑な混合物を排出し得る。大気汚染物質は、例えば粒子状物質のような固体物質、及びＮＯ2及びＮＯ3（一般に、集合的に「ＮＯx」と称される）のような例えば窒素酸化物を含み得るガス状物質の両方から構成され得る。
【０００３】
増大する環境問題のため、排気ガス基準がより厳しくなってきた。エンジンから排出される粒子状物質とガス状汚染物質の量は、エンジンのタイプ、大きさ、及び／又はクラスに応じて調整可能である。これらの排気ガス基準を満たすために、エンジン製造業者は、少数の例を挙げれば燃料噴射、エンジン管理、及び後処理のような複数の異なるエンジン技術の改良を追求してきた。
【０００４】
例えば、燃焼室内のより均質な燃料と空気の混合気により、より効率的な燃焼をもたらすことができ、エンジンエミッションの低減が達成されることが認識されている。マーティン（Ｍａｒｔｉｎ）らに交付された（特許文献１）は、エンジンに供給された燃料を霧化するための振動アトマイザを開示している。アトマイザは、装置のノズルと本体部分を振動させて、燃料が微細に霧化された形態でノズルを介して単一の出口を通して離れるように機能する圧電結晶体を含む。（特許文献１）のアトマイザは、微細に霧化された燃料をエンジンに供給する間に、（特許文献１）のノズルの形状は、その出口に向かって下方に先細りし、したがって、空気とのより均質な混合気を目的に燃料を分配するよりもむしろ、霧化された燃料を統合するように機能する。さらに、（特許文献１）は、エンジンの後処理と関連してアトマイザを使用することを開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４０５２００４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の開示は、上述した問題の１つ以上を克服することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一形態では、本発明の開示は、吸気システムと、内燃機関と、排気システムとを含むエンジンシステムに関する。内燃機関は、燃料液滴発生器と、燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するように構成された燃料噴射器とを含む。
【０００８】
他の形態では、エンジンシステムの排気システムは、圧電作動される液滴発生器と、後処理装置とを含む。後処理装置は、圧電液滴発生器の下流側に配置される。
【０００９】
さらに他の形態では、本発明の開示は、液滴発生器から内燃機関の燃焼室に燃料を供給するステップを含むエンジンシステムを運転する方法を含む。さらに、本方法は、燃料噴射器から内燃機関の燃焼室に燃料を供給するステップを含む。
【００１０】
他の形態では、エンジンシステムを運転する方法は、圧電作動される液滴発生器からエンジン排気に試薬を供給するステップを含む。さらに、本方法は、試薬とエンジン排気との混合気を後処理装置に供給するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】開示した例示的な実施形態によるエンジンシステムの概略図である。
【図２】図１のエンジンシステムの圧電アクチュエータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、エンジンシステム１０を示している。エンジンシステム１０は、吸気システム１２と、内燃機関１４と、排気システム１６とを含むことが可能である。吸気システム１２は、例えば、周囲空気入口２０からエンジン１４の吸気マニホールド２２に延びる空気入口通路１８のような従来の構成要素を含むことが可能である。空気入口通路１８は、コンプレッサ２４及びエアクーラ２６を含んでもよい。コンプレッサ２４は、エンジンシステム１０のターボチャージャの部分でもよい。例えば、エンジン排気ガスの入口通路１８への流入を可能にするための制御可能な弁（図示せず）、空気フィルタ（図示せず）、及び／又は追加のコンプレッサ（図示せず）のような追加の及び／又は異なる構成要素を吸気システム１２内に含めてもよいことが考えられる。
【００１３】
内燃機関１４は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料動力エンジン、又は他の任意のタイプのエンジンであり得る。エンジン１４は、吸気マニホールド２２、複数の燃焼室２８、及び排気マニホールド３０を含むことが可能である。燃料噴射器３４は、それぞれの燃焼室２８内に燃料を直接噴射するために、各燃焼室２８と関連付けてもよい。図１に示したエンジン１４は、４つの燃焼室２８を含むが、エンジン１４は、より多いか又は少ない燃焼室２８を含んでもよい。さらに、燃焼室２８は、「直列」構造で（図のように）、又は「Ｖ」構造で、又は他の任意の適切な構造で配置してもよい。エンジン１４がガソリンエンジンである本発明の開示の実施形態では、噴射器３４を省略してもよく、点火プラグを加えてもよいことが理解される。
【００１４】
エンジン１４はまた、１つ以上の圧電液滴発生器３２を含むことが可能である。圧電液滴発生器３２は、各燃焼室２８の上流側に配置してもよく、特に、個々の燃焼室２８と関連付けられた吸気マニホールド２２の部分の吸気マニホールド２２内に配置してもよい。図１は、各燃焼室２８と関連付けられた単一の圧電液滴発生器３２を示しているが、１つ以上の発生器３２を各燃焼室２８と関連付けてもよい。さらに、圧電液滴発生器３２は、それぞれの燃焼室２８の入口の上流側の他の位置に配置してもよいことが理解される。圧電液滴発生器３２は、任意の従来の方法でエンジン１４に固定してもよい。以下により詳細に説明するように、圧電液滴発生器は、電気ライン４６を介して制御器４４から供給される電流によって作動することが可能である。
【００１５】
図２を参照すると、圧電液滴発生器３２は、圧電シート／アクチュエータ５０と、複数の出口孔６０を有する略平坦な噴射要素５２とを含む例えば液滴発生器ハウジング４８を含む従来の形態であり得る。構造的に圧電液滴発生器３２と同様の液滴発生器が、Ｍｉｃｒｏｆｌｏｗ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＳＡ（Ｎｅｕｓｈａｔｅｌ  Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）によって製造されている。液滴発生器ハウジング４８の側面は、入口導管５６及び入口弁５８を含むことが可能である。圧電液滴発生器３２の入口導管５６は、液滴発生器ハウジング４８内に形成された燃料室５４と、燃料供給部（図示せず）との間に連結することが可能である。入口弁５８は、ボールチェック弁のような任意の従来の形態でもよく、あるいは代わりに、入口弁５８を省略してもよい。圧電液滴発生器３２は、少なくとも液滴発生器３２が単一のノズルアセンブリで形成されないという事実によって従来の燃料噴射器とは異なる。
【００１６】
圧電アクチュエータ５０は、圧電材料又は圧電セラミック材料のような圧電材料で完全に又は部分的に形成することが可能である。さらに、圧電アクチュエータ５０は、燃料室５４の部分を形成する部材に連結された別個の要素でもよい。圧電液滴発生器３２の圧電アクチュエータ５０は、制御器４４から電流を受け取るために電気ライン４６を通して制御器４４に物理的に結合可能である。
【００１７】
圧電液滴発生器３２の数と大きさは、発生器３２の構成要素と関連する任意の制限及びエンジン１４の制約を考慮しつつ、燃焼室２８に供給されるべき所望の燃料量に基づき選択してもよい。例示的な実施形態において、噴射要素５２の出口孔６０は、約８ミクロンの大きさを有する液滴をエンジン１４に供給するように構成可能である。他の例示的な実施形態では、出口孔６０は、噴射要素５２の平方センチメートル当たり約１２２０の出口孔６０を設けるように隔てることが可能である。出口孔６０は、８ミクロン未満のような他の大きさを有する液滴を提供するように構成可能であり、また平方センチメートル当たり１２２０孔未満のような異なる分布で隔てることが可能であることが考えられる。
【００１８】
図１に戻って参照すると、排気システム１６は、エンジン１４の排気マニホールド３０からエンジンシステムの排気出口６４に延在する排気通路６２を含むことが可能である。排気通路６２は、タービン３６、微粒子フィルタ３８、排気側の圧電液滴発生器４０、及び触媒ベースの装置４２を含むことが可能である。代わりの又は追加の構成要素又は装置を排気システム１６に含めてもよい。例えば、タービン３６を省略してもよく及び／又は排気ガス再循環回路（図示せず）及び１つ以上の後処理装置（図示せず）を排気システム１６に加えてもよい。
【００１９】
排気システム１６のタービン３６は、固定形状又は可変形状のタイプでもよく、コンプレッサ２４を有するターボチャージャシステムの部分を形成してもよい。追加のタービン（図示せず）をタービン３６と直列に又は並列に排気システム１６に加えてもよい。適切なウェイストゲートシステム（図示せず）を排気システム１６に含めてもよい。
【００２０】
微粒子フィルタ３８は、タービン３６の下流側に配置することが可能であり、またエンジン排気が微粒子フィルタを通して流れるときに粒子状物質を捕捉するように構成されたフィルタ媒体を含んでもよい。フィルタ媒体は、メッシュ状の材料、多孔性セラミック材料（例えば、菫青石）、又は粒子状物質を捕捉するために適切な他の任意の材料及び／又は構造を含んでもよい。
【００２１】
触媒ベースの装置４２は、微粒子フィルタ３８の下流側に配置してもよく、触媒、ＮＯｘ吸収体、ＮＯｘ吸収体、又は公知の他の任意の脱窒装置を含んでもよい。例えば、触媒ベースの装置４２は、貴金属のような液状又はガス状の触媒でコーティングされた又はさもなければ含有する１つ以上の基材を含んでもよい。触媒は、例えば選択的触媒還元を介して、エンジン排気内の燃焼副生成物を低減することが可能である。一実施例において、尿素の形態の試薬は、排気側の圧電液滴発生器４０によって触媒ベースの装置４２の上流側の排気通路６２内に噴射することが可能である。触媒ベースの装置４２に噴射される尿素試薬は、触媒にわたってエンジン排気の内ＮＯｘと反応して、Ｈ2ＯとＮ２を形成するアンモニアに分解し得る。
【００２２】
排気側の圧電液滴発生器４０は、その出口孔６０が、噴射される特定の流体（例えば、尿素）用に寸法決めされるであろうことを除いて、エンジン１４（図２）に連結された圧電液滴発生器３２と同一の方法で構成可能である。例えば、排気側の圧電液滴発生器４０の出口孔６０は、例示的な実施形態の２５ミクロンの近似の大きさを有する尿素液滴を触媒ベースの装置４２に供給するように寸法決めしてもよい。排気側の圧電液滴発生器４０は、触媒ベースの装置４２の上流側の排気通路６２に連結するか（図示したように）、あるいは代わりに触媒ベースの装置４２の上流側に直接連結してもよい。圧電液滴発生器３２と同様に、排気側の圧電液滴発生器４０は、電気ライン６６を通して発生器４０に電流を供給する制御器４４によって制御される。出口孔６０は、２５ミクロン未満のような他の大きさを有する尿素液滴を触媒ベースの装置４２に供給するように寸法決めしてもよいことが考えられる。排気側の圧電液滴発生器４０は、排気システム１６の高熱環境のために特別に構成可能であることが理解される。
【００２３】
制御器４４は、エンジン及び／又は機械の運転パラメータ関連の情報を受け取り及び／又はこのような情報及び追加の情報を監視、記録、保管、インデックス、処理及び／又は通信するように構成された任意の構成要素を含むことが可能である。例えば、制御器４４は、メモリ、１つ以上のデータ記憶装置、中央処理ユニット、及び／又はアプリケーションを実行するために使用し得る他の任意の構成要素を含んでもよい。電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路、通信回路、及び他の適切な回路のような様々な公知の回路を制御器４４と関連付けてもよい。
【００２４】
制御器４４は、例えばエンジン管理（例えば、制御器４４はエンジン制御モジュール、別称ＥＣＭを含み得る）、排気出力及びその後処理等に関係する様々なパラメータの監視／計算のような多数の処理機能及び制御機能を実行するように構成可能である。特に、制御器４４は、あるエンジンシステム状態に基づき電気ライン４６を介してエンジン１４の圧電液滴発生器３２に供給される電流のタイミング及び持続時間を決定するように構成可能である。例えば、電流は、燃料噴射器２８によって供給される燃料を補完又は置き換えるためにエンジンアイドル状態の間に圧電液滴発生器３２に供給するか、あるいは燃料サイクルの部分又はすべて（例えば、パイロット噴射、主噴射、及び／又は後噴射）の間に燃料を燃焼室２８に供給するように発生器３２に供給してもよい。さらに、制御器４４は、特に、あるエンジンシステム状態に基づき排気側の圧電発生器４０への電流供給のタイミング及び持続時間を決定するように構成可能である。例えば、制御器４４は、触媒ベースの装置４２の適切なアンモニアの量を維持するために、電気ライン６６に沿って排気側の圧電液滴発生器４０に電流を送るべき時点と長さを決定することが可能である。
【００２５】
エンジンシステム１０の作動は、周囲空気入口２０を介した入口通路１８内への空気の受け取りを含んでもよい。次に、入口通路１８の空気は、コンプレッサ２４によって圧力が増大され、その後エアクーラ２６によって冷却してもよい。次に、低温の給気は、吸気マニホールド２２を通してエンジン１４に入ることが可能である。エンジン１４の燃焼室２８に入る前に、冷却された給気は、圧電液滴発生器３２を介して燃料と混合することが可能である。特に、制御器４４は、例えばエンジンシステムの運転状態に基づき、圧電液滴発生器３２の圧電アクチュエータ５０の作動の適切なタイミング及び持続時間を決定する。制御器４４から制御電流を受け取ると、圧電液滴発生器３２、特に圧電アクチュエータ５０（図２）は、入口導管５６を通して燃料を燃料室５４に引き込み、出口孔６０を通して燃料室５４から流体を放出するように高周波で振動する。圧電液滴発生器３２による燃料噴射の典型的なタイミング及び持続時間は、エンジンアイドル状態の間、及び／又はパイロット噴射、主噴射、及び／又は後噴射イベントの間のような燃料供給サイクルの部分又はすべての間を含んでもよい。空気と燃料との混合気が燃焼室２８に入った後、所望の燃焼に必要とされる任意の残りの燃料は、燃料噴射器２８によって燃焼室内に噴射される。その後、燃料／空気混合気の燃焼室内の燃焼が開始される。
【００２６】
エンジン１４の出力行程の後、エンジン排気は、排気マニホールド３０を介してエンジン１４を出るようにされる。そこから、排気は、排気システム１６に、より詳しくは排気通路６２に移動し得る。排気は、タービン３６によって膨張され、微粒子フィルタ３８によって濾過される。エンジンシステムパラメータによって指定される場合、制御器４４は、排気側の圧電液滴発生器４０を作動して、尿素をエンジン排気内に噴射し、このように尿素を触媒ベースの装置４２に供給するために、電気ライン６６を介して制御電流を供給し得る。排気側の圧電液滴発生器４０による尿素の噴射は、制御器４４によって開始することが可能であり、この制御器によって、触媒ベースの装置４２とエンジン排気との間の十分な量の化学反応を維持するために、より多くのアンモニアが触媒ベースの装置４２に必要であることが決定される。
【００２７】
濾過された反応したエンジン排気が触媒ベースの装置４２を離れると、エンジン排気は、排気アウトレット６４を通してエンジンシステム１０を出る。エンジンシステム１０を出た後、排気はさもなければ調整され、最終的に大気中に出ることが可能である。
【００２８】
図１は、エンジン１４の吸気側の圧電液滴発生器３２及び排気側の圧電液滴発生器４０の両方を含むエンジンシステム１０を示しているが、なお本発明の開示内にありつつ、一方又は他方の３２、４０をエンジンシステム１０から省略してもよいことが理解される。
【００２９】
エンジン１４の圧電液滴発生器３２の使用により、燃焼室２８内の燃料液滴の大きさの低減が可能になり、エミッションの改善をもたらし得る。より小さい液滴の大きさ（例えば、７ミクロン未満）により、燃焼室２８内の燃料と空気のより優れた混合が可能になる。燃料と空気のより優れた混合により、追加の有害なエンジンエミッションの原因となり得る燃焼中の「ホットスポット」の数が低減される。さらに、圧電液滴発生器３２を使用することによって、燃料ポンプ又は同等の装置を介して燃料を著しく加圧するために必要なエネルギを回避することにより、エンジンシステム１０の全体的な効率を改良することが可能である。最後に、圧電液滴発生器３２は、ある動作から燃料噴射器３２を緩和することによって噴射器寿命を延ばすことが可能である。
【００３０】
排気側の圧電液滴発生器４０の使用は、エンジン１４に連結された圧電液滴発生器３２と同様の構造的な特質を含む。例えば、排気側の圧電発生器４０は、別個の尿素ポンプ及び関連の構成要素を必要とすることがあるより複雑なシステムを回避し得る。さらに、このように小さな尿素液滴（例えば、２５ミクロン未満）を提供することによって、触媒ベースの装置４２の効率を高めることが可能であり、尿素と排気との特定の混合を達成するためにより小さな空間で済むので、発生器４０を触媒ベースの装置４２により近接して配置し得る。必要な混合空間のこの低減は、エンジンシステム空間の節減をもたらすことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
開示したシステムは、エンジンシステムの効率及び排気エミッションを強化するために適切であり得る。開示したシステムは、エンジンの任意の用途に使用可能である。このような用途は、例えば発電設備のような固定式装置、又は車両のような移動式装置のような機械用の動力を供給することを含み得る。開示したシステムは、例えば自動車、建設機械（オンロード、ならびにオフロード用途の建設機械を含む）、及び他の重機のような任意の種類の車両に使用可能である。
【００３２】
本発明の範囲から逸脱することなく、開示したエンジンシステムに様々な修正及び変更をなし得ることが、当業者には明らかであろう。本明細書に開示した本発明の説明と実施を考慮することにより、本発明の他の実施形態が当業者には明白であろう。例えば、排気システム１６は、液体の混合により補助可能な任意のタイプの後処理装置の上流側に、排気側の圧電液滴発生器４０を使用し得るように再構成してもよい。例えば、ディーゼル酸化触媒（図示せず）内に燃料を噴射して、排気システム１６の微粒子フィルタの再生を補助するか、あるいは排気の温度を再生レベルに上げるためにディーゼル微粒子フィルタの上流側で。本明細書で理解されるように、後処理装置は、排気システム１６に配置されかつ有害なエミッションの低減を補助する任意の装置であり得る。説明及び実施例は例示的なものに過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲は、次の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図１】
2010526235.tif 000003
【図２】
2010526235.tif 000004
【国際調査報告】
2010526235.tif 000005
2010526235.tif 000006