(57)【要約】      （修正有）【課題】ディーゼルエンジン内の電気的加熱要素が、アイドリング又はそれに近い低い排気量又は低い排気温度の状況での温度を、ＤＯＣが燃料を燃焼させるのに活性化される点まで十分に上昇させる。ＤＯＣ内の触媒が活性化されるとすぐに、ＤＰＦ再生が開始される。【解決手段】電気加熱要素は、ターボチャージされたディーゼルエンジンの出口とＤＯＣハウジングの入口との間の排気管に設けることができる。電気加熱要素は、エンジンオルタネータから電力供給されることができ、エンジン電気制御モジュールにより必要時に活性化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料燃焼で排気を生成するディーゼルエンジンの排気システムであって、
ディーゼルエンジンからの排気を受ける排気路と、
前記排気路内に設けられたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ハウジングと、
前記排気路内の前記ＤＯＣハウジングの下流に設けられたディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）と、
前記排気路内の前記ＤＯＣハウジングの上流に設けられた電気加熱要素と、を備え、
前記電気加熱要素は、前記ＤＯＣハウジングへ流入する排気ガスの温度を上昇させるように形成されている、
ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気システム。
【請求項２】
エンジンコントロール装置と、
前記エンジンコントロール装置に通信可能に接続された信号系統と、エンジン電源及び前記電気加熱要素との間に接続された電源系統とを有するリレーと、を備え、
前記エンジンコントロール装置は、効果的なＤＰＦ再生に十分なＤＯＣ活性のために、排気温度を上昇させなければならないときに、前記リレーに前記電気加熱要素へ電力供給させる、
請求項１記載の排気システム。
【請求項３】
前記排気路は、前記ＤＯＣハウジングの上流に設けられたタービンを備え、
前記電気加熱要素は、前記タービンと前記ＤＯＣハウジングの間に設けられている、
請求項２記載の排気システム。
【請求項４】
前記電気加熱要素が、前記ＤＯＣハウジングの入口に配置されている、
請求項３記載の排気システム。
【請求項５】
前記電気加熱要素は、排気ガスを約２５０℃まで加熱するようなサイズである、
請求項１記載の排気システム。
【請求項６】
ディーゼルエンジンで動く乗り物において、
前記ディーゼルエンジンが、電力発生器へ機械的動力を供給し、
前記ディーゼルエンジンが、コンプレッサ及び排気ガス駆動タービンを含むターボチャージャを有し、
前記タービンは、ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）に流れ接続されたディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）ハウジングと流れ接続された排気出口を備え、
エンジンセンサー信号を受信しエンジン排気を制御するエンジン制御パラメータを変更するエンジンコントロール信号を送信するエンジン電気コントロールユニットとを有する改良であって、
前記タービンと前記ＤＯＣハウジングとの間の流路内に電気加熱要素が配置され、
前記電気加熱要素は、前記エンジン電気コントロールユニットと通信可能に接続され、前記エンジン電気コントロールユニットが前記ＤＯＣハウジングへより高い排気ガス温度を要求した際に前記電力発生装置により駆動される、
ことを特徴とする改良。
【請求項７】
前記電気エンジンコントロールユニットに通信可能に接続された信号系統と、前記電力発生装置及び前記電気加熱要素との間に接続された電源系統とを有するリレーを備えている、
請求項６記載の改良。
【請求項８】
前記電気加熱要素は、タービン出口と、ＤＯＣハウジング入口との間の排気管内に配置される、
請求項７記載の改良。
【請求項９】
前記ＤＯＣハウジングと前記電気加熱要素の間に配置された温度センサを備えている、請求項８記載の改良。
【請求項１０】
ディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）の上流にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を備えた排気路を有するディーゼルエンジンのためのＤＰＦ再生を開始する方法であって、
再生が必要であるかどうかを決定するステップと、
排気ガスと熱伝達可能な電気加熱要素を用いて、前記ＤＯＣに接触する排気ガスを加熱するステップと、を備えている、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記排気ガスを加熱するステップは、さらに、
前記ＤＯＣに接触する前記排気ガスの温度を測定するステップと、
前記排気ガスの温度が必要とされるＤＯＣ活性化温度よりも低い場合にのみ、前記排気ガスの加熱を行うステップと、を備えている
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記排気ガスを加熱するステップは、さらに、
エンジンの機械的動力を電力に変換することで前記電気加熱要素に必要な電力を生成するステップを備えている、
請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、内燃機関により駆動されるトラックのような自動車に関し、詳細には、排気システムを通過する排気ガスを処理する排気ガス処理装置を備えたディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気システムを通過する排気ガスを処理するための既知のシステムは、炭化水素（ＨＣ）をＣＯ2及びＨ2Ｏへ酸化し、ＮＯをＮＯ2へと変換するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と、ディーゼル粒子物質（ＤＰＭ）を捕捉するディーゼル粒子フィルター（ＤＰＦ）とを有する。ＤＰＭは、すす即ち炭素と、可溶性の有機性可溶成分（ＳＯＦ）と、アッシュ（すなわち、潤滑油混和剤など）とを含む。ＤＰＦは、排気ガス流路のＤＯＣの下流に位置する。これら二つの排気ガス処理装置の組み合わせにより、大量の炭化水素、一酸化炭素、すす、ＳＯＦ及びアッシュが大気に放出されることが防止される。ＤＰＦによるＤＰＭの捕捉によって、黒煙が乗り物の排気管から排出されることが防止される。
【０００３】
ＤＯＣは、ＨＣを酸化し、ＮＯをＮＯ2に変換する。ＤＰＦ内で捕捉されたＤＰＭの有機的成分、すなわち、炭素及びＳＯＦは、ＤＰＦ内で酸化され、ＤＯＣで生成された二酸化窒素を使用して、ＣＯ2及びＨ2Ｏを形成し、これらは排気管から大気へ排出することができる。
【０００４】
捕捉された炭素がＣＯ2へ酸化される速度は、ＮＯ2又はＯ2の濃度だけではなく、温度の影響も受ける。特に、ＤＰＦに関しては、３つの重要な温度パラメータがある。
【０００５】
第１の温度パラメータは、酸化触媒の「消灯」温度であり、この温度より低い温度では、触媒の活性がＨＣを酸化するには低すぎる温度である。消灯温度は、典型的には２５０℃である。
【０００６】
第２の温度パラメータは、ＮＯのＮＯ2への変換を制御する。このＮＯの変換温度は下限と上限を有する温度範囲に広がり、この下限と上限は、４０％又はそれより多くの一酸化窒素の変換が達成される最小温度及び最大温度として規定される。これら二つの限界により定義される変換温度領域は、約２５０℃から約４５０℃に亘る。
【０００７】
第３の温度パラメータは、炭素がフィルタ内で酸化される速度に関係する。関連文書では、この温度を「バランスポイント温度」（又はＢＰＴ）と呼んでいる。これは、時としてＤＰＦの再生速度と称される粒子の酸化速度が、粒子の堆積速度と等しくなる温度である。ＢＰＴは、ディーゼルエンジンが予期される排気規制法及び／又は規則に適合することを可能とするＤＰＦの能力を決定するパラメータの一つである。
【０００８】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べ、比較的リーン且つ比較的低温度で作動するのが典型的である。このことが、ＢＰＴが自然に達成されることを不確定なものとする。
【０００９】
これゆえに、粒子の捕捉効率を維持するために、ＤＰＦを、時々、再生する必要がある。再生は捕捉した粒子を焼き払う状況の存在を含み、この捕捉した粒子が抑制されずに蓄積するとＤＰＦの効果が損われることになる。「再生」はＤＰＭを焼く一般的な処理を指すが、二つの特定のタイプの再生が、現在、自動車エンジンへ適用されるものとして、再生技術を詳しい人には認識されている。
【００１０】
「受動的再生」は、エンジンコントロールシステム内でアルゴリズムにより具現化される特定の再生方法を開始することなく、ＤＰＭを焼く条件下で、エンジンを駆動しているときにはいつでも実行される再生を意味すると、一般的に理解されている。
「能動的再生」は、ＤＰＦに入る排気ガスの温度を、捕捉した粒子の燃焼を開始させ且つ維持するのに適した範囲まで高めることを目的とし、エンジンコントロールシステム自身の主導により、又は、ドライバがエンジンコントロールシステムにプログラムされた再生手順を開始させることによって意図的に開始される再生を意味すると、一般的に理解されている。
【００１１】
能動的再生は、自身のエンジンコントロールシステムにより再生が要求される限度までＤＰＦがＤＰＭに堆積する前であっても開始される。その限度を超えるＤＰＭの堆積がエンジンコントロールシステムに示されたとき、コントロールシステムは能動的再生を強制し、それは、時に単に強制的再生として呼ばれる。
【００１２】
能動的再生を開始し持続させる条件を作り出すことは、強制的か否かによらず、ＤＰＦに入る排気ガスの温度を適切な高温まで上昇させることを含むのが一般的である。
【００１３】
捕捉された粒子物質を燃焼させるため、過剰酸素を残したままＤＰＦに入る排気ガスの温度を上昇させるため方法、例えばディーゼル燃料のメイン噴射の開始を遅らせる、又は後噴射を行うなどの、いくつかのＤＰＦ強制的再生方法がある。後噴射は、能動的ＤＰＦの再生に必要な比較的な高い温度まで排気ガス温度を上昇させる他の手法及び／又は装置と関連して使用されてもよい。
【００１４】
これらの方法は、触媒の温度を触媒の「消灯」温度より高く上昇させるのに十分な温度まで排気ガス温度を上昇させることができ、過剰炭化水素ＨＣを提供でき、この過剰タンカ水素は触媒により酸化される。このような炭化水素ＨＣの酸化は、ＤＰＦ内の温度をＢＰＴよりも高い温度に上昇させるのに必要な熱を供給する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ごみトラックや、汎用トラック、及び空港燃料補給トラックなどのような低負担／低い流れの運転サイクルは、ＤＰＦ再生を開始するのに必要な温度を得ることが難しい。典型的には、エンジンアイドリング時の排気ガスの温度は、１５０℃であるが、ＤＯＣ活性化は約２５０℃まで達成されない。この困難を克服するために、エンジンを変更することができるが、燃料又は効率が悪化してしまう。燃料バーナーや同時ガス改質装置のような、副次的なオプションがこの問題を補償できる。
【００１６】
本願発明者らは、排気ガスの温度及びディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の温度が、所望の発熱を生じる燃料を酸化させるのに不十分であるため、今日の運転サイクルでは、能動的ＤＰＦ再生が達成できないことを見出した。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の実施形態は、エンジンアイドリング時のように流量が低い状態で排気ガス温度を、ＤＯＣハウジング内の触媒が活性化して燃料を燃焼させる点まで上昇させるヒータを提供する。ＤＯＣハウジング内の触媒が活性化されられるとすぐに、ＤＰＦ再生を開始できる。ヒーターシステムは、アイドル状態、又は低流量／低温度状態の排気ガス温度を十分に上昇させる。したがって、ＤＰＦ再生は乗り物の運転サイクルに依存しなくなる。
【００１８】
電気加熱要素は、排気管のタービン出口とＤＯＣハウジング入口の間に設けられ、好ましくは、温度損失を最小にするため、ＤＯＣハウジングの直前に配置される。ヒータは、自動車のオルタネータからリレーを通じて電力供給される。エンジンコントロールシステムがＤＰＦ再生を要求するが、ＤＯＣハウジングへの排気ガス温度が所定値に達していないとき、リレーに制御信号が送られる。
【００１９】
開示された実施形態は、ディーゼルエンジンへの排気システムを提供する。ディーゼルエンジンは、このディーゼルエンジン内での燃料燃焼で生じた排気を受け入れる排気路を含む。ＤＯＣハウジングは、排気路内に配置される。ＤＰＦは、排気路内のＤＯＣハウジングの下流に配置される。電気加熱要素は、ＤＯＣハウジングに入る排気ガスの温度を上昇させるように構成されている。電気加熱要素は、排気ガスを約２５０℃まで加熱するようなサイズとされる。
【００２０】
エンジンコントロール装置は、エンジン操作信号を受信し、排気を制御し、エンジン性能を最適化するエンジンパラメータを制御する。エンジンコントロール装置は、電気リレーと通信可能に接続されている。リレーは、エンジンコントロール装置と通信可能に接続された通信系統と、エンジン電源と電気加熱要素との間に接続された電源系統とを備えている。エンジンコントロール装置は、効果的なＤＰＦ再生のために十分なＤＯＣ活性を行えるように排気温度を上昇させなければならない時に、リレーを作動させ電気加熱要素に電力を供給させる。この点に関し、温度センサは、ＤＯＣハウジングと電気加熱要素との間に配置でき、センサはエンジンコントロールに通信可能に接続されている。
【００２１】
排気路は、ＤＯＣハウジングの上流にタービンを含むことができる。電気加熱要素は、タービンとＤＯＣハウジングとの間、又はＤＯＣハウジングの入口に配置できる。
【００２２】
本発明によれば、ディーゼル粒子フィルタ再生を開始する方法であって、再生が必要であるかを決定するステップと、排気ガスと熱伝達可能な電気加熱要素を用いて、ＤＯＣと接触する排気ガスを加熱するステップと、を含む方法が提供される。
【００２３】
排気ガスを加熱するステップは、さらに、ＤＯＣと接触する排気ガスの温度を測定するステップと、排気ガスの温度がＤＯＣ活性化に必要な温度よりも低い場合にのみ、排気ガスの加熱を行うステップとを備えている。
【００２４】
多数の本発明の他の利点及び特徴は、以下の発明および実施形態の詳細な説明、請求の範囲、及び添付の図面からすぐに明確になるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】排気後処理装置を備えたディーゼルエンジン及び制御装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、多数の異なる形の実施形態が可能であるが、本開示が本発明の原則の例示であると考えられ、本発明を例示された特定の実施形態に限定することを意図するものではないことの理解とともに、明確な実施形態が図面に示され、ここで詳細に記載される。
【００２７】
図１は、自動車に動力を供給する例示的なディーゼルエンジン２０の概略図である。エンジン２０は、エンジン電気制御ユニット又はモジュールのような演算装置からなるエンジンコントロール装置２２を有し、このエンジンコントロール装置は、エンジン操作の様々な側面を制御するための様々な制御データを作りだすために、様々な供給源からのデータを処理する。コントロール装置２２により処理されるデータは、センサのような外部供給源で生成されたもの、および／又は、内部的に生成されたものである。
【００２８】
コントロール装置２２は、エンジンシリンダブロック２８内の燃焼チャンバーに燃料を噴射する電気駆動式の燃料噴射器２６の作動を制御する噴射器ドライバモジュールを備えている。各燃料噴射器２６は、各シリンダに関連しており、エンジンに取付けられこれを通して対応するエンジンシリンダに燃料が噴射されるノズルを有する本体を備えている。エンジンコントロールシステム２２の処理装置は、燃料供給のタイミング及び量を設定するために噴射器の駆動のタイミング及び間隔をリアルタイムで計算するのに十分な速さでデータを処理できる。
【００２９】
エンジン２０は、さらに、ブロック２８に取付けられたインテークマニフォールドを有するインテークシステムを備えている。インタークーラ３２、及びターボチャージャ３６のコンプレッサ３４がマニフォールド３０の上流に設けられている。コンプレッサ３４は、インタークーラ３２を通して空気を引き込んで圧縮空気を生成し、この圧縮空気が、エンジンサイクルの間に適当な回数開閉する対応する吸気バルブを介してマニホールド３０から各エンジンシリンダに入る。
【００３０】
エンジン２０は、エンジンシリンダ内での燃焼で生成された排気ガスがエンジンから大気中へと流れる排気システム３７を備えている。排気システムは、ブロック２８に取付けられた排気マニフォールド３８を備えている。排気ガスは、エンジンサイクルの間の適切な回数開閉する排気バルブを経由して、各シリンダからマニフォールド３８に流れる。
【００３１】
エンジン２０の過給は、排気システムと一体化され、シャフトを介してコンプレッサ３４に接続されたタービンをさらに備えるターボチャージャ３６により達成される。タービン４０に作用する加熱排気ガスは、タービンにコンプレッサ３４を作動させ、エンジン２０にブーストを提供する圧縮空気を発生させる。
【００３２】
排気システムは、排気ガスが排気管４９を通して大気中へ排出される前に排気ガスを処理することができるように、タービンの下流にＤＯＣハウジング４４とＤＰＦ４８とをさらに備えている。ＤＯＣハウジング４４とＤＰＦ４８とは、別個の構成要素として示されているが、ＤＯＣハウジング４４とＤＰＦ４８とが、共通のハウジングを使用することも可能である。
【００３３】
ＤＰＦ４８は、通過する排気ガス内のＤＰＭを高い割合で捕捉し、捕捉したＤＰＭが大気へ放出されるのを防止する。ＤＯＣハウジング４４内の酸化触媒は、導入される排気ガスのＨＣをＣＯ2及びＨ2Ｏへと酸化し、ＮＯをＮＯ2へと変換する。ＮＯ2は、ＤＰＦ４８内に捕捉された炭素粒子を削減するのに使用される。
【００３４】
上記のように、受動的及び能動的再生について、米国特許第６，８２９，８９０号明細書、米国特許出願公開第２００８／０１８４６９６号明細書、及び米国特許出願公開第２００８／００９３１５３号明細書は、再生を行うシステム及び方法を説明する。これらの特許及び出願公開を本願に援用する。
【００３５】
開示された本発明の例示的実施形態によれば、電気抵抗コイル５２のような電気加熱要素が、排気システム内のタービン４０とＤＯＣハウジング４４との間に配置される。コイル５２は、自動車側電源、例えば、プーリーにより駆動するベルト又は同様のものを介してエンジン２０により従来通りに駆動されるエンジンオルタネータに電気的に接続されたリレー５６を通じて電力供給される。オルタネータ６０は、知られているように、乗り物のバッテリ６４に充電する。熱電対のような温度センサ７０がＤＯＣハウジング４４の上流又はＤＯＣハウジングに配置されている。温度センサ７０は、ＤＯＣハウジング４４内の排気ガス温度と一致する排気ガス温度を、エンジン２２へ伝える。
【００３６】
エンジンアイドリング時、又は排気ガス流が少ない他の状況の間、もし、温度が再生に必要な温度より低くなり、コントロール２２が再生を要求すると、エンジンコントロール２２は、ＤＯＣハウジング４４へ流れ込む排気ガスを加熱するため、コイル５２に電流を流すように、リレー５６に電圧を印加する。センサー７０により感知された温度が再生に必要な排気ガス温度を超えると、コントロール２２は、リレーから電圧を除き、電流はコイル５２から遮断される。
【００３７】
前記から、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、多数の変更や修正ができることが解る。ここに示した明確な装置に関して、いかなる限定も意図されず、推測されないことが解る。
【図１】
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