(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスの付着を防止するべく排気ガス後処理装置のインジェクタを作動させる方法であって、
前記インジェクタノズルは触媒コーティングを有しており、
排気ガスの流れ内に炭化水素の流体を選択的に噴射して前記排気ガスの流れの温度を上昇させる段階；
炭化水素を噴射していないときであり、排気ガスの温度が閾値温度より低いときに、前記インジェクタノズルを通って空気が流れるようにする段階；及び、
炭化水素を噴射していないときであり、前記排気ガスの温度が前記閾値温度より高いときに、前記インジェクタノズルを通る前記空気の流れを実質的に停止させる段階、
を含む方法。
【請求項２】
前記後処理装置の状態を監視すること；
排気ガスの温度を監視すること；及び、
前記後処理装置の状態に応じて及び前記排気ガスの温度に応じて前記排気ガスの流れへの前記炭化水素の噴射を制御すること、を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
炭化水素を噴射した直後に前記インジェクタを通って空気が流れるようにして前記インジェクタから残りの炭化水素を取り除く段階、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記インジェクタのノズルを通る空気の流れを、前記排気ガスの温度が前記閾値温度より高いときに、前記排気ガスの温度が前記閾値温度より低くなるまで実質的に停止させる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記インジェクタノズルを通る空気の流れを、前記排気ガスの温度が前記閾値温度より高いときに、予め定められた期間実質的に停止させる、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス後処理装置及びそれらの作動方法を対象としている。より詳しくは、本発明は、後処理システムにおける後処理インジェクタノズルのコークス付着を防止する装置及び方法を対象としている。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガス後処理装置は、排気ガスから目標物質を転換しあるいは取り除くために使用されている。この後処理装置は、例えば、排気ガス内の粒子状物質を取り除くとともに一酸化炭素及び未燃炭化水素を酸化させることができるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、排気ガスから粒子状物質を取り除くディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、及び触媒の存在下でアンモニアベースの還元剤を噴射して窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素ガス及び水に転換する選択触媒還元（ＳＣＲ）システムを備える。後処理装置、例えばＳＣＲ装置は、閾値温度においてあるいはそれ以上でのみ作動する。他の装置、例えばＤＰＦは、捕集した粒子状物質のフィルタ本体からの定期的な除去を必要とする。そのような１つのプロセスは再生として知られているが、捕集した粒子状物質の酸化によって生じ、フィルタ本体が典型的に６００℃を上回る高い温度にあることを必要とする。
【０００３】
エンジンを始動するときに、後処理部品は外気温度あるいはその近傍にあり得るが、その温度はそれらの装置の運転にとっては低すぎる。加えて、自動車の排気ガス、特にディーゼルエンジンの排気ガスは、車載されている特定の排気後処理システムの運転、特にＤＰＦの再生にとって十分に高い温度に常にあるわけではない。したがって、必要に応じて排気ガスの温度を上昇させるためのいくつかの装置あるいは方法が設けられる。排気を加熱する方法及び装置には、排気ガスの温度を制御するためのエンジン制御、排気管内に配置された電気抵抗加熱コイル、及びバーナが含まれる。そのような装置は、炭化水素、典型的にはディーゼル燃料を排気ガスに噴射するシステムであって、排気ガスの流れに燃料を噴射するように配置されたインジェクタノズルを含んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
炭化水素インジェクタに関する一つの問題は、「コーキング」と呼ばれる、分解した液化炭化水素、粒子状物質、及びノズル上に集まる他の残留物のインジェクタノズルへの付着である。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解消するための装置及び方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、炭化水素インジェクタを備える排気ガス後処理装置は、触媒材料でコーティングされたインジェクタノズルを含む。この触媒コーティングは、ノズル上に集まる炭化水素が、非触媒作用による酸化よりも低い温度において酸化されるようにする。
【０００７】
本発明による装置は、排気ガスの温度に応じ、インジェクタを介して空気流を供給しかつ制御する装置を更に備える。
【０００８】
インジェクタを作動させる本発明の方法は、（１）後処理装置を加熱するために燃料を噴射する状態（２）燃料噴射の後、排気ガスの温度が低いときに、ノズルを通る空気の流れが残りの燃料をパージし及び／又はノズルを冷却して炭素の付着を防止する状態及び（３）排気温度が酸化を維持するのに十分に高いときに、堆積したあらゆる炭素を酸化させるべく排気ガスによるノズルの受動的な加熱を可能にするために空気の流れが無い（あるいは少ない）状態、の３つの状態を含む。状態（３）の直後に、この方法は、灰を取り除く追加のエアパージを含むことができる。
【０００９】
コークスの付着を回避するために排気ガス後処理装置のインジェクタを作動させる方法は、そのインジェクタのノズルが触媒コーティングを有しており、選択された期間にわたって排気ガスの流れ内に炭化水素の流体を噴射する段階、排気ガスの温度が閾値温度より低いときにインジェクタのノズルを通って空気が流れるようにする段階、及び排気ガスの温度が閾値温度より高いときにインジェクタのノズルを通る空気の流れを実質的に停止させる段階、を含む。
【００１０】
本発明の別の態様では、この方法は、後処理装置の状態を監視する段階、排気ガスの温度を監視する段階、及び後処理装置の状態に応じてかつ排気ガスの温度に応じて排気ガスの流れ内への炭化水素の噴射を制御する段階、を含む。
【００１１】
本発明の別の態様では、空気の流れが好ましくはパルス化され、空気の流れのパラメータ、体積、周波数及び期間は排気ガスの温度に応じて制御される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明は、添付の図面と関連づけて以下の詳細な説明を読むことにより、さらに理解される。
【００１３】
【図１】内燃機関及び本発明の例示的な実施形態の後処理システムを有する排気システムの模式的な図面である。
【図２】例示的な後処理インジェクタの簡略化された図面である。
【図３】本発明による方法の流れ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明による排気ガス後処理システム１２を具備した内燃機関１０を備える装置を図示している。内燃機関１０は、エンジンからの排気ガスを受け入れる排気ガスの管路１４に接続されている。排気ガスは管路によって後処理装置１６に運ばれるが、その後処理システムは、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、及び例えば選択触媒反応装置（ＳＣＲ）あるいはリーンＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）といった窒素酸化物を処理する装置を含むことができる。排気ガスは処理された後に、排気筒あるいはパイプ１８を通って外界に放出される。
【００１５】
ＤＰＦは排気ガスを濾過して煤及び他の粒子状物質を捕集するが、それらは間隔を置いてあるいはＤＰＦが詰まったときに取り除かなければならない。主に炭素ベースの粒子状物質を取り除く一つの一般的な方法は、粒子状物質を酸化させるのに十分な温度にＤＰＦフィルタ本体の温度を上昇させることである。ＤＰＦフィルタ本体の温度は、周知のように様々な方法で高めることができる。一つの方法は炭化水素（あるいは燃料）を排気ガスに加えることであり、それは酸化して熱エネルギを放出する。炭化水素の供給源２２に接続されているインジェクタ２０は、そのような目的のために図１に示されている。インジェクタ２０は、排気ガスの流れ内に炭化水素を導入するノズル２４を含んでいる。例示の実施形態のインジェクタ２０はまた、空気の供給源２６に接続されている。制御装置２８は、以下により詳しく説明するように、インジェクタ２０を通る炭化水素及び空気の流れを制御するようにプログラムされている。温度センサ３０、３４は、装置に出入りする排気ガスの温度を監視するべく、後処理装置１６の入口及び出口にそれぞれ配置されている。それに代えて、ＤＯＣ及びＤＰＦを含む後処理装置においては、温度センサをＤＯＣの上流、ＤＯＣの下流、ＤＰＦの上流、ＤＰＦの下流に配置することができる。加えて、ＤＰＦを通過する排気ガスの圧力変化を監視するべく、圧力センサ３２、３６が後処理装置１６の入口及び出口にそれぞれ配置されている。入力と出口の間の排気圧の差は、ＤＰＦにおける煤の堆積を決定するために有用である。
【００１６】
インジェクタ２０は、後処理装置１６の上流にあることにより、粒子状物質を運ぶ排気ガスに曝されている。加えて、インジェクタのノズル２４、及びインジェクタのノズル２４にあってかつそこから出る炭化水素の液体は、排気ガスの熱に曝されている。このことは、炭化水素の液体及び粒子状物質の付着物がノズル上で形を成すに連れてノズルのコーキングに帰着し得る。
【００１７】
ノズルを相対的に低い温度に維持することは、コーキングを排除することはできないが、防止を助けることはできる。コークスの付着物は、炭素を酸化させるべく十分に高い温度にノズルを加熱することによって取り除くことができ、かつノズルを加熱する装置は知られている。しかしながら、これらはインジェクタのシステムにコスト及び複雑さを付け加える。
【００１８】
本発明によると、インジェクタのノズル２４には、比較的低い温度でのコークス付着物の酸化を可能にする触媒材料のコーティングが設けられる。適切な触媒材料には、例えば白金及びパラジウムといった貴金属触媒が含まれる。図２を参照すると、インジェクタのノズル２４は、液体燃料のための流路４２を有したノズルパイプ４０を含んでいる。この流路４２は先端４４内で終了しているが、先端４４は、例えば流量を制御し又は渦あるいは噴霧角度を誘発する流体分配装置を含むことができる。インジェクタ２０は、任意の適切な流体インジェクタとすることができるとともに、噴射流体のための内部通路５２を有するインジェクタ本体５０と、ノズルの流路４２内への及び先端４４への流れを制御するべくばね５６とアクチュエータ装置（図示せず）によって作動可能な、内部通路５２内で可動なニードル５４とを含むことができる。
【００１９】
触媒コーティングは、好ましくは、排気ガスの熱及びノズル２４によって噴射される燃料に曝される表面に付加される。そのような表面には、ノズル２４の外側表面４６、先端４４、及び流路４２を定める表面４８が含まれる。
【００２０】
これらの表面上の触媒コーティングは、それらの表面上の炭素付着物を酸化させるために必要な温度を低下させる。図３は、インジェクタのコークス付着を防止する本発明の方法の流れ図である。この方法によると、排気ガスの流入と流出との間の圧力差を監視することによって及び／又は装置の温度を監視することによって、後処理（ＡＴ）装置の運転状態が監視される（Ｓ１００）。また、ＡＴ装置に流入する排気ガスの温度もまた監視される（Ｓ１０２）。
【００２１】
この方法は、付着した炭素を酸化させるのに充分な温度へと排気ガスが触媒コーティングノズルを加熱できる温度閾値よりも排気ガスが高いかどうかを判定する（Ｓ１０４）。触媒として貴金属を使用することにより、ノズルを約２４０℃あるいはそれより高く加熱することは、酸化を促進する。
【００２２】
連続するやり方で説明してきたが、ここで理解されるべきことは、本発明の方法の全体を連続させて実行するのではなく、ＡＴ装置を監視する段階、排気ガス温度を監視する段階、排気ガス温度が閾値より高いかどうかを判定する段階が、この方法の残りの部分を実行するときに絶えずあるいは反復する順序で実行されることである。
【００２３】
排気ガス温度がステップＳ１０４の閾値より高い場合、この方法はステップＳ１０６においてインジェクタを通る空気の流れを停止させ、又は、例えば排気ガスのノズル内への侵入は防止するが事実上ノズルを冷却しないように空気の流れを最小とすべく空気の流れを実質的に停止させる。空気の流れが無いことあるいは低流量の空気の流れは、あらゆる炭素付着物を酸化させるのに充分な温度へのノズルの加熱を可能にする。ノズルが加熱されて酸化が生じる期間を測定するために、タイマを始動させることができる。それに代えて、この方法によると、ステップＳ１０４において判定される閾値より排気ガスの温度が高い間は、空気の流れを停止させあるいは最小のままとする。
【００２４】
加熱／酸化の期間が経過したとき（ステップＳ１０８）あるいは排気ガス温度が閾値温度より低下したときに、この方法は、コーキングを防止する冷却のためにノズルを通る空気の流れを増加させる（Ｓ１１０）。
【００２５】
ステップＳ１０４に戻って、排気ガス温度が閾値温度より低い場合は、排気ガスの温度を高める必要があるかどうかを判定するためにＡＴ装置の状態が評価される（ステップＳ１１２）。例えば、ＤＰＦ装置は捕集した粒子状物質を取り除くために再生の手順を必要とし得る。
【００２６】
ＡＴ装置が加熱を必要としない場合、この方法はノズルを通って空気が流れるようにする（ステップＳ１１４）。空気の流れはノズルの冷却を助けてコークス付着を防止しあるいは妨げる。
【００２７】
ＡＴ装置が加熱を必要とする場合は、排気ガスの温度を監視しつつインジェクタを通して炭化水素を噴射する（ステップＳ１１６）。炭化水素の量及び噴射の頻度は、ＤＰＦ装置を目標温度に加熱するとともにＤＰＦを再生させるのに充分な期間にわたってその温度を維持する排気ガス温度に対して制御される。これに代えて、ＤＰＦは、入口と出口の間の排気ガスの圧力差が閾値より低くなるまで加熱することができる。
【００２８】
再生プロセスが完了したときに、炭化水素の噴射を停止させるとともにノズルを通って空気が流れるようにする（ステップＳ１１４）。炭化水素を噴射した後の空気の流れは残りの炭化水素のノズルからの除去を助け、連続する空気の流れはノズルの冷却を助けてコークス付着の阻止あるいは防止を助ける。
【００２９】
ここで留意されるべきことは、本発明によると、炭素を酸化させるためには温度が十分に高くない低い排気温度において、空気がノズルを通って連続して流れて、炭素の付着を減速させるべくノズルの温度をできるだけ低く維持することである。ノズルに付着した炭素の酸化を維持するのに十分に高い排気温度においては、ノズルを通る空気の流れは完全に停止されあるいは実質的に完全に停止され、ノズルの冷却を回避してあらゆるコーキングを酸化できるようにする。
【００３０】
本出願においては、例えば「含む」といった用語の使用は開放的なものであって例えば「備える」といった用語と同じ意味を有し、他の構造、材料あるいは作為の存在を排除しないことが意図されている。同様に、例えば「することができる」あるいは「し得る」といった用語の使用は開放的なものであって構造、材料又は作為が必ずしも不可欠ではないことを表すものと意図されているが、そのような用語の使用の欠落が構造、材料あるいは作為が不可欠であることを表すものとは意図されていない。構造、材料あるいは作為が目下のところは不可欠であるとみなされる限りにおいて、それらはそのようなものと認識される。
【００３１】
この発明を好ましい実施形態に基づいて図示しかつ説明してきたが、請求の範囲に記載される発明を逸脱することなくその変形及び変更をなし得ることは認められるところである。
【符号の説明】
【００３２】
１０  内燃機関
１２  排気ガス後処理システム
１４  管路
１６  後処理装置
１８  パイプ
２０  インジェクタ
２２  炭化水素供給源
２４  ノズル
２６  空気供給源
２８  制御装置
３０  温度センサ
３２  圧力センサ
３４  温度センサ
３６  圧力センサ
４０  ノズルパイプ
４２  流路
４４  先端
４６  外側表面
４８  表面
５０  インジェクタ本体
５２  内部通路
５４  ニードル
５６  ばね
【図１】
0005909028.tif 000002
【図２】
0005909028.tif 000003
【図３】
0005909028.tif 000004