(57)【要約】  エンジン排気中の窒素酸化物を削減するための排出システムは、エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している排出触媒を有している。燃料タンクは、エンジン内での燃焼のための燃料を供給するのに適している。第一のインジェクターは、触媒の上流で排気に燃料を噴射するように動作可能である。第二のインジェクターは、触媒の上流で排気に追加還元剤タンクから追加還元剤を噴射するように動作可能である。コントローラーは、第一および第二のインジェクターをコントロールし、かつ排気内の窒素酸化物を削減するために排気の中への燃料および追加還元剤の供給を変えるように動作可能である。
2013519842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気中の窒素酸化物を削減するための排出システムであり、
前記エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している排出触媒と、
前記触媒の上流で前記排気に還元剤を噴射するように動作可能なインジェクターと、
前記エンジン内での燃焼のための燃料を供給するのに適した燃料タンクと、
追加還元剤タンクと、
第一の還元剤として前記燃料タンクから燃料が供給されるバルブを備えており、前記バルブはまた、前記追加還元剤タンクから第二の還元剤を受け取り、前記バルブは、前記排気内の窒素酸化物を削減するために前記第一および第二の還元剤の一方または両方を選択的に前記インジェクターに供給するように動作可能である、排出システム。
【請求項２】
前記燃料は、ガソリン、Ｅ８５およびＥ９５の一つを有している、請求項１の排出システム。
【請求項３】
前記燃料は、ディーゼル燃料、バイオ燃料Ｂ５、バイオ燃料Ｂ１０およびバイオ燃料Ｂ２０の一つを有している、請求項１の排出システム。
【請求項４】
前記第二の還元剤は、Ｅ８５、Ｅ９５、Ｂ５、Ｂ１０およびＢ２０の一つを有している、請求項１の排出システム。
【請求項５】
前記インジェクターをコントロールし、前記排気の中に還元剤を選択的に噴射するためのコントローラーをさらに有している、請求項１の排出システム。
【請求項６】
前記コントローラーは、乗り物センサーからの入力に基づいて前記バルブをコントロールする、請求項５の排出システム。
【請求項７】
エンジン排気中の窒素酸化物を削減するための排出システムであり、
前記エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している排出触媒と、
前記エンジン内での燃焼のための燃料を供給するのに適した燃料タンクと、
前記触媒の上流で前記排気に燃料を噴射するように動作可能な第一のインジェクターと、
追加還元剤タンクと、
前記触媒の上流で前記排気に追加還元剤を噴射するように動作可能な第二のインジェクターと、
前記第一および第二のインジェクターをコントロールし、かつ前記排気内の窒素酸化物を削減するために前記排気の中への燃料および追加還元剤の供給を変えるように動作可能であるコントローラーを備えている、排出システム。
【請求項８】
前記燃料は、ガソリン、Ｅ８５およびＥ９５の一つを有している、請求項７の排出システム。
【請求項９】
前記燃料は、ディーゼル燃料、バイオ燃料Ｂ５、バイオ燃料Ｂ１０およびバイオ燃料Ｂ２０の一つを有している、請求項７の排出システム。
【請求項１０】
前記追加還元剤は、Ｅ８５、Ｅ９５、Ｂ５、Ｂ１０およびＢ２０の一つを有している、請求項７の排出システム。
【請求項１１】
前記第一および第二のインジェクターから上流に配置された、前記排気を受け取るバーナーをさらに有している、請求項７の排出システム。
【請求項１２】
前記バーナーの下流かつ前記第一および第二のインジェクターの上流に配置されたディーゼルパーティキュレートフィルターをさらに有している、クレーム１１の排出システム。
【請求項１３】
前記第一および第二のインジェクターは、前記排気の中に同時に還元剤を噴射する、請求項７の排出システム。
【請求項１４】
エンジン排気中の窒素酸化物を削減するための排出システムであり、
前記エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している排出触媒と、
前記エンジン内ので燃焼のための燃料を供給するのに適した燃料タンクと、
前記触媒の上流で前記排気に燃料を噴射するように動作可能な第一のインジェクターと、
追加還元剤タンクと、
前記触媒の上流で前記排気に追加還元剤を噴射するように動作可能な第二のインジェクターと、
前記第一および第二のインジェクターから上流に配置された、前記排気を受け取るバーナーと、
前記バーナーの下流かつ前記第一および第二のインジェクターの上流に配置されたディーゼルパーティキュレートフィルターと、
前記排気内の窒素酸化物を削減するために前記排気の中への燃料および追加還元剤の供給を変えるように前記第一および第二のインジェクターのほかに前記バーナーをコントロールするように動作可能なコントローラー。
【請求項１５】
前記燃料は、ガソリン、Ｅ８５およびＥ９５の一つを有している、請求項１４の排出システム。
【請求項１６】
前記追加還元剤は、Ｅ８５、Ｅ９５、Ｂ５、Ｂ１０およびＢ２０の一つを有している、請求項１４の排出システム。
【請求項１７】
エンジン排気中の窒素酸化物を削減するための排出システムであり、
前記エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している第一の排出触媒と、
前記第一の排出触媒からの排気を受け取るのに適した入口を有している第二の排出触媒と、
前記エンジン内での燃焼のための燃料を供給するのに適した燃料タンクと、
前記第一の触媒の上流で前記排気に燃料を噴射するように動作可能な第一のインジェクターと、
追加還元剤タンクと、
前記第二の触媒の上流かつ前記第一の触媒の下流で前記排気の中に追加還元剤を噴射するように動作可能な第二のインジェクターと、
前記第一および第二のインジェクターから上流に配置された、前記排気を受け取るバーナーを備えている、排出システム。
【請求項１８】
前記排気内の窒素酸化物を削減するために前記排気の中への燃料および追加還元剤の供給を変えるように前記第一および第二のインジェクターのほかに前記バーナーをコントロールするように動作可能なコントローラーをさらに有している、請求項１７の排出システム。
【請求項１９】
前記第二のインジェクターに燃料を、前記第一のインジェクターに追加還元剤を供給するように動作可能なバルブをさらに有している、請求項１８の排出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１０年２月１７日に提出された米国仮出願番号６１／３０５，２７２の利益を請求する２０１０年５月４日に提出された米国出願番号１２／７７３，３１４に対する優先権を請求する。上記の出願の全開示は、参照によってここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
選択触媒還元テクノロジーは、内燃機関の排気中にある窒素酸化物の削減と関連して使用されてきた。原動機として内燃機関を利用する多くの乗り物はまた、窒素酸化物排出を削減するための排気後処理装置を装備している。これらのシステムのいくつかは、尿素を貯蔵するための乗り物に取り付けられた個別コンテナと尿素インジェクターと選択触媒還元触媒を有している尿素テクノロジーを使用して構築される。これらのシステムは過去によくおこなわれたが、乗り物に一般に搭載されない尿素または他の還元剤の使用なしで動作可能な選択触媒還元システムを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００３】
このセクションは、開示の一般的な概要を提供し、そのいっぱいの範囲またはその特徴のすべての包括的な開示ではない。
【０００４】
エンジン排気中の窒素酸化物を削減するための排出システムは、エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している排出触媒を有している。燃料タンクは、前記エンジン内での燃焼のための燃料を供給するのに適している。第一のインジェクターは、前記触媒の上流で前記排気に燃料を噴射するように動作可能である。第二のインジェクターは、前記触媒の上流で前記排気に前記追加還元剤タンクからの追加還元剤を噴射するように動作可能である。コントローラーは、前記第一および第二のインジェクターをコントロールし、かつ前記排気内の窒素酸化物を削減するために前記排気の中への燃料および追加還元剤の供給を変えるように動作可能である。
【０００５】
エンジン排気中の窒素酸化物を削減するための排出システムは、エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している排出触媒を有している。インジェクターは、前記触媒の上流で前記排気に還元剤を噴射するように動作可能である。燃料タンクは、前記エンジン内での燃焼のための燃料を供給するのに適している。バルブは、前記燃料タンクからの燃料が供給される。バルブはまた、追加還元剤タンクから還元剤を受け取る。バルブは、前記排気内の窒素酸化物を削減するために前記燃料および追加還元剤の一方または両方を選択的に前記インジェクターに供給するように動作可能である。
【０００６】
排出システムは、エンジンからの排気を受け取るのに適した入口を有している排出触媒を有している。第一のインジェクターは、前記触媒の上流で前記排気に燃料タンクからの燃料を噴射するように動作可能である。燃料タンクはまた、前記エンジン中での燃焼のための燃料を供給する。第二のインジェクターは、追加還元剤タンクに貯蔵された追加還元剤を前記触媒の上流で前記排気の中に噴射するように動作可能である。バーナーは、前記第一および第二のインジェクターから上流に配置されており、前記排気を受け取る。ディーゼルパーティキュレートフィルターは、前記バーナーの下流かつ前記第一および第二のインジェクターの上流に配置されている。コントローラーは、前記排気内の窒素酸化物を削減するために前記排気の中への燃料および追加還元剤の供給を変えるように前記第一および第二のインジェクターのほかに前記バーナーをコントロールするように動作可能である。
【０００７】
適用可能性のさらなる範囲は、ここに提供される説明から明白になるであろう。この概要中の説明および特定の例は、例証の目的だけに意図され、本開示の範囲を限定するようには意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
ここに説明された図面は、選択された実施形態およびすべての可能な実施の例証目的のためだけのものであり、本開示の範囲を限定するようには意図されていない。
【図１】図１は、複数の還元剤が乗り物上にある選択触媒還元（ＳＣＲ）システムの概略図である。
【図２】図２は、異なる触媒と共に還元剤としてＥ８５を使用したＮＯＸ変換対温度を描いたグラフである。
【図３】図３は、還元剤としてディーゼル燃料を使用したＮＯＸ削減パーセンテージ対ＮＯＸに対する炭化水素の比を描いたグラフである。
【図４】図４は、さまざまな還元剤比におけるＮＯＸ削減を描いたグラフである。
【図５】図５は、複数の還元剤が乗り物上にある代替選択触媒還元（ＳＣＲ）システムの概略図である。
【図６】図６は、複数の還元剤が乗り物上にある別の代替選択触媒還元（ＳＣＲ）システムの概略図である。
【図７】図７は、複数の還元剤が乗り物上にある別の代替選択触媒還元（ＳＣＲ）システムの概略図である。
【０００９】
対応する参照数字は、図面のいくつかの図にわたって対応部分を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
今、実例実施形態が、添付図面を参照してより完全に説明される。
【００１１】
図１は、代表的乗り物１２に関連した排気処理システム１０を描いている。乗り物１２は、排気パイプ１８と流体連絡している排気口１６を有している原動機として用意されたエンジン１４を有している。エンジン排気は、矢印によって示された方向にパイプ１８を通って流れる。インジェクター２０が、排気パイプ１８を通って流れるエンジン排気の中に還元剤を噴射するように配置されている。排出触媒２２が、インジェクター２０に下流に配置されており、パイプ１８を通って流れるエンジン排気を受け取る。
【００１２】
燃料タンク２６が、燃料を貯蔵するために乗り物１２に取り付けられている。燃料タンク２６は、エンジン１４の燃焼室に燃料が選択的に供給され得るように、燃料供給路２７を介してエンジン１４と連絡している。エンジン１４は、ガソリン燃料スパーク点火エンジンであるか、ディーゼル燃料圧縮エンジンであるように考慮されている。ガソリンエンジンの燃料は、ガソリンやＥ８５、Ｅ９５、他の同様の燃料を含み得る。ディーゼルエンジンの燃料は、ディーゼル燃料やバイオ燃料Ｂ５、Ｂ１０、Ｂ２０、他の同様の燃料を含み得る。追加還元剤タンク２８がまた、乗り物１２に取り付けられている。タンク２８は、Ｅ８５やＥ９５、Ｂ５、Ｂ１０、Ｂ２０、同様物などの容易に入手可能な還元剤を貯蔵し得るように考慮されている。
【００１３】
バルブ３０が、燃料タンク２６と追加還元剤タンク２８の一方または両方にインジェクター２０を選択的に相互に連結する。特に、第一の供給ライン３２が、燃料タンク２６からバルブ３０の第一の入口ポート３４まで延びている。同様の様式で、第二の供給ライン３６が、タンク２８とバルブ３０の第二の入口ポート３８を相互に連結している。
【００１４】
コントローラー４０が、還元剤をインジェクター２０に選択的に供給するためにバルブ３０をコントロールするように動作可能である。コントローラー４０は、バルブ３０に燃料をタンク２６からインジェクター２０に単独で供給させ得る。現在の条件に依存して、燃料は、適切な還元剤として作用し得る。コントローラー４０はまた、追加還元剤タンク２８内に貯蔵された還元剤をインジェクター２０に単独で供給するようにバルブ３０をコントロールし得る。コントローラー４０は、０〜１００％の間の混合比の任意の数の一つで燃料と追加還元剤をインジェクター２０に同時に供給し得る。
【００１５】
複数のセンサー４２が、バルブ３０をコントロールするために供給される信号が乗り物データの評価に基礎を置くようにコントローラー４０と通信状態にあってよい。センサー４２は、これらに限定されないが、乗り物１２に取り付けられたＣＡＮバスまたは専用のセンサーから入手可能であるエンジン回転数やエンジン運転温度、排気温度、マスエアフロー、タンク２６内のディーゼル燃料容積、タンク２８内の還元剤容積、ＮＯＸ濃度、ＨＣ濃度、Ｏ２濃度、Ｈ２濃度、アンモニア濃度、他のデータを提供し得る。センサー４２から提供される入力に基づいて、コントローラー４０は、バルブ３０を通って流れる還元剤を噴射することによってインジェクター２０を選択的に運転する。
【００１６】
図２は、二つの異なる触媒と協力して還元剤としてＥ８５が使用されたＮＯＸ変換対温度を描いている。触媒Ａと触媒Ｂは、尿素システムの選択触媒還元に使用される二つの既知の触媒を表わしている。どちらの触媒でも還元剤としてＥ８５を使用しながら、比較的高いＮＯＸ変換が描かれていることに注目すべきである。グラフは、ＮＯＸ対炭化水素比が５であるＥ８５濃度の単に代表的かつ非制限的な例を描いている。
【００１７】
図３は、還元剤としてディーゼル燃料を使用しながら、ＮＯＸ削減パーセント対ＮＯＸに対する炭化水素の比を描いている。ほぼ３５０℃の運転温度においてＮＯＸに対する炭化水素の比が４〜８の範囲にあるとき、ＮＯＸ削減はほぼ３８％から５６％までの範囲にある。ほぼ４００℃の運転温度においてＮＯＸに対する炭化水素の比が４〜６で変動するとき、ＮＯＸ削減はほぼ２８〜４７％の範囲にある。図１に示される二重還元剤源およびバルブ配列に基づいて、有効なＮＯＸ削減が、単に還元剤としてＥ８５の使用によって達成され得ることを認識すべきである。ＮＯＸ削減は、還元剤としてエンジン燃料の使用によっても達成され得る。
【００１８】
排気流れの中のＮＯＸをＮ２に効果的に変換するために、二つ以上の異なる還元剤が排気流れの中に同時に噴射されてよいことも考慮される。図４は、第一の還元剤がＥ１００を有しており、第二の還元剤が超低硫黄軽油（ＵＬＳＤ）を有している場合の、さまざまな削減比におけるＮＯＸ削減を描いている。Ｅ１００とＵＬＳＤが排気流れの中に同時に噴射された場合の、パーセンテージＮＯＸ削減がいくつかの異なる還元剤比について決定された。第一のＮＯＸ削減パーセンテージは、炭素窒素比が５のＵＬＳＤと同時に噴射される炭素窒素比が１のＥ１００を使用して決定された。第二のＮＯＸ削減パーセンテージは、炭素窒素比が３のＵＬＳＤと同時に噴射される炭素窒素比が３のＥ１００の還元剤比を使用して決定された。図４に示されたチャートのはるか右において、異なる削減比がＮＯＸ削減有効性について評価された。炭素窒素比が３のＥ１００は、炭素窒素比が６のＵＬＳＤと同時に噴射された。図４に示された右から二番目のデータ点は、炭素窒素比が５で噴射された１００％Ｅ８５に相当している。
【００１９】
図２と３と４は、エンジン運転条件に応じて第一および第二の還元剤の比を動的に決定することが有益であることを例証している。特に、触媒に対して一つ以上の個所においてエンジン排気温度を監視することは望ましい。さらに、コントローラー４０は、乗り物１２に搭載され貯蔵された一つ以上の還元剤の炭素窒素比を見積もるようにプログラムされ得る。さまざまな還元剤比および排気温度の間で得られるＮＯＸ削減パーセンテージに基づいて、コントローラー４０は、タンク２８内に貯蔵された還元剤の使用を最適化し得る。コントローラー４０はまた、標的ＮＯＸ削減パーセンテージを設定し、続いて希望の還元剤射出パーセンテージを決定するために、スロットル位置、エンジン回転数および乗り物速度を含む他の乗り物運転条件を評価し得る。
【００２０】
図５は、代替排気処理システム１００を描いている。排気処理システム１００は、排気処理システム１０に実質的に似ている。従って、同様の要素は、それらの前に導入された参照数字を維持している。排気処理システム１００は、燃料タンク２６と追加還元剤タンク２８を有している。燃料供給路１０２が、燃料タンク２６と第一のインジェクター１０４を相互に連結している。第一のインジェクター１０４は、燃料を還元剤としてパイプ１８中のエンジン排気流れに選択的に供給するように動作可能である。排気流れの中への燃料の供給はコントローラー４０によってコントロールされる。
【００２１】
別の供給ライン１０６が、還元剤タンク２８を第二のインジェクター１０８と相互に連結している。第二のインジェクター１０８は、排気パイプ１８を通過する排気流れの中に、タンク２８内に包含された還元剤を噴射するように選択的に動作可能である。図４では第一のインジェクター１０４は第二のインジェクター１０８の上流にあるように描かれているが、この相対的地位は逆であってもよく、すなわち、第一のインジェクター１０４は、排出触媒２２から第二のインジェクター１０８と実質的に同じ距離に配置されてもよいと認識すべきである。この配列を達成するために、インジェクターは、排気パイプ１８のまわりに異なる回転時計方位に配置されてもよい。コントローラー４０はまた、第二のインジェクター１０８と通信状態にあり、タンク２８内に貯蔵された還元剤が排気パイプ１８を通って流れる排気に供給されるときを規定およびコントロールする。
【００２２】
図６は、参照数字２００で識別された別の代替排気処理システムを描いている。排気処理システム２００は、排気処理システム１００に実質的に似ている。従って、同様の要素は、それらの前に導入された参照数字を維持している。排気処理システム２００は、排気処理システム１００の要素のおのおのと、第一のインジェクター１０４と第二のインジェクター１０８から上流に配置された熱管理装置２０２を有している。熱管理装置２０２は、排気パイプ１８を通って流れる排気の温度を高めるためのバーナー２０４を有していてもよい。熱管理装置２０２はまた、ディーゼルパーティキュレートフィルター２０６を有していてもよい。熱管理装置２０２は、バーナー２０４とディーゼルパーティキュレートフィルター２０６の両方を有していてもよい。
【００２３】
バーナー２０４は、発火性燃料を排気流れに供給するように動作可能なインジェクター２０８を有していてもよい。酸素の追加源が、加圧エア源２０９によって提供されてもよい。追加燃料がインジェクター２０８によって供給されてまたはされずに、排気パイプ１８を通って流れる排気内にあり得る燃料を選択的に発火させるために、発火装置２１０がまた、バーナー２０４の一部として設けられていてもよい。バーナー２０４が、ディーゼルパーティキュレートフィルター２０６と組み合わせて使用されるとき、バーナー２０４にエネルギーを与えて、ディーゼルパーティキュレートフィルター２０６によって前に収集されたすすを焼くことによって、フィルターが活動的に再生成されてもよい。コントローラー４０は、バーナー２０４が排気を熱するときを定めるために発火装置２１０とインジェクター２０８をコントロールするように動作可能である。
【００２４】
図７は、参照数字３００で識別された別の代替排気処理システムを例証している。排気処理システム３００は、排気処理システム２００に実質的に似ている。従って、同様の要素は、それらの前に導入された参照数字を維持している。排気処理システム３００は、排気処理システム２００の要素のおのおのと、触媒２２から下流に直列して配置された追加触媒３０２を有している。還元剤タンク２６は、触媒２２の上流の第一のインジェクター１０４に還元剤を供給する。還元剤タンク２８は、触媒２２の下流かつ触媒３０２の上流の第二のインジェクター１０８に還元剤を供給する。触媒２２と触媒３０２は、互いに実質的に同様であると考えられる。直列の二つの触媒の使用は、増加したＮＯＸ削減パーセンテージと、触媒２２と触媒３０２のおのおののより長い触媒寿命を供給し得る。
【００２５】
還元剤としてのディーゼル燃料の使用は、ディーゼル燃料還元剤インジェクターからすぐ下流の触媒内のコークス化の可能性を増加させ得る。図７は、タンク２６内に貯蔵され第一のインジェクター１０４に供給される還元剤としてのディーゼル燃料を描いている。熱管理装置２０２は、還元剤としてディーゼル燃料を受け取る触媒２２に最も接近して配置されている。もし望まれれば、排気の上昇した温度は、コークス化を最小にするとともに触媒再生を支援し得る。運転中、第一のインジェクター１０４と第二のインジェクター１０８は個々に動作されるか、前に論じたように、エンジン運転条件に依存して同時の還元剤噴射が生じてもよい。
【００２６】
代替配列では、オプションのバルブ３０４が、燃料タンク２６内の還元剤を第二のインジェクター１０８に供給し、タンク２８内の還元剤を第一のインジェクター１０４に供給するように動作可能であってもよい。還元剤供給の切り替えは、触媒２２および／または触媒３０２の再生を促進し得る。還元剤の切り替えは、触媒２２と触媒３０２の両方の寿命を増大させ得る。本開示のコンセプトは、単位時間あたりに大量の排気を出すエンジンと一緒に利用され得ることがさらに認識されるべきである。いくつかの排気システムは、エンジンと連通している多数の平行導管を有している。前に説明した排気ガス処理システムを二つ以上の平行排気導管に沿って複製するためにインジェクターおよび／またはバルブの多数のセットを使用することは本開示の範囲内である。
【００２７】
実施形態の先の説明は例証と説明の目的のために提供された。それは、徹底的であり開示を限定するように意図されていない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、その特定の実施形態を一般に限定せず、たとえ明確に図示または説明されていなくとも、適切な場合、交換可能であり、選択された実施形態で使用され得る。同一物は多くの方法で変更されてもよい。そのような変更は、開示からの逸脱と見なされず、そのような修正はすべて、開示の範囲内に含まれると意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013519842.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013519842.tif 000008
【図７】
2013519842.tif 000009
【国際調査報告】
2013519842.tif 000010
2013519842.tif 000011