(57)【要約】  動力源（１０）用の排気処理システム（１２）が開示される。排気処理システムは吸気システム（１４）と排気システム（１６）と再循環システム（１８）とを有する。再循環システムは、排気流の少なくとも一部を排気システムから吸気システムに導くように構成される。さらに、排気処理システムは、存在する硫黄を検出するように構成されたセンサ（６４）、およびセンサと通信する制御装置（６０）を有する。制御装置は、検出された存在する硫黄に応じて再循環システムの作動を変更するように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源（１０）用の排気処理システム（１２）であって、
空気を動力源に導くための手段（１４）と、
排気を動力源から導くための手段（１６）と、
ある量の排気を動力源に戻すように導くための手段（１８）と、
存在する硫黄を検出するための手段（６４）と、
検出された存在する硫黄に応じて、動力源に戻るように導かれる排気の量を変更するための手段（６０）と、
を備える排気処理システム（１２）。
【請求項２】
検出手段が、動力源の燃料供給部（６８）と通信するセンサを含む請求項１に記載の排気処理システム。
【請求項３】
変更手段が、検出された存在する硫黄が所定量を超えたことに応じて排気を動力源に戻すように導くことを停止するように構成された制御装置を含む請求項１に記載の排気処理システム。
【請求項４】
所定量が約１５ｐｐｍである請求項３に記載の排気処理システム。
【請求項５】
検出された存在する硫黄が所定量を超えたときに故障状態を記録するように、制御装置がさらに構成される請求項３に記載の排気処理システム。
【請求項６】
排気処理システム（１２）を作動させる方法であって、
引き続く燃焼のために、動力源（１０）からの排気流の少なくとも一部を動力源に戻すように導くステップと、
存在する硫黄を検出するステップと、
検出された存在する硫黄に応じて、動力源に戻るように導かれる排気流の量を変更するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
存在する硫黄を検出するステップが、動力源に供給された燃料に存在する硫黄を検出するステップを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
検出された存在する硫黄が約１５ｐｐｍを超えたことに応じて、排気ガスの少なくとも一部を動力源に戻すように導くことを停止するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
検出された存在する硫黄が所定量を超えたときに、故障状態を記録するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
動力源（１０）と、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気処理システム（１２）と
を備える動力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、排気制御システム、より詳しくは、硫黄検出を実現する排気制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン、および公知の他のエンジンを含む内燃機関は、複雑に混合した大気汚染物質を排出する可能性がある。大気汚染物質はガス状化合物と固体微粒子物質とからなることがある。
【０００３】
環境に対する関心が高まっているため、排気基準はより厳しくなっており、エンジン型式、エンジンサイズ、および／またはエンジンクラスに応じて、エンジンから大気に出される汚染物質量を調整する必要がある。これらの規制に従うために、エンジン製造業者は、例えば、排気ガス再循環（ＥＧＲ）解決方法、濾過解決方法、触媒解決方法、およびこのような他の処理解決方法等の多数の異なる排気処理解決方法を実現し得る。
【０００４】
これらの排気処理解決方法の構成部材のいくつかは、排気エミッションに存在する硫黄による悪影響を受けることがある。硫黄の悪影響を最小限に抑えるために、エミッションに存在する硫黄を検出するためのおよびその検出に応じてエンジンの作動を変更するための方法が開発されてきた。例えば、２００４年８月１０日にマナカ（Ｍａｎａｋａ）に交付された（特許文献１）は、ＮＯｘ吸収体と排気センサとを有する排気ガス浄化制御装置を開示している。（特許文献１）は、排気ガスの硫黄成分を検知するステップと、排気ガスの硫黄成分量を算出するステップと、硫黄成分の検出量に基づいてエンジンの空燃比を変更するステップとを開示している。空燃比は、硫黄が存在した場合にＮＯｘ吸収体の汚染が生じることがあるエンジンのリーン作動を制限するように変更される。
【０００５】
（特許文献１）の排気ガス浄化制御装置はＮＯｘ吸収体の汚染を制限し得るが、この排気ガス浄化制御装置は、排気システムの他の構成部材に存在する硫黄の悪影響を最小限に抑えるには有効でない場合がある。特に、エンジンの空燃比を変更するステップは、排気制御システムのＥＧＲシステムまたは他の構成部材における硫黄の悪影響を最小限に抑えることがほとんどないであろう。さらに、（特許文献１）の装置は、排気ガスにのみ存在する硫黄を検知するので、（特許文献１）の装置は、排気ガスの上流側のエンジンの構成部材を保護することがほとんどないであろう。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，７７２，５８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示される排気制御システムは、上記課題の１つ以上を克服することに向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態では、本開示は、動力源用の排気制御システムに関する。排気制御システムは吸気システムと排気システムと再循環システムとを含む。再循環システムは、排気流の少なくとも一部を排気システムから吸気システムに導くように構成される。さらに、排気制御システムは、存在する硫黄を検出するように構成されたセンサ、およびセンサと通信する制御装置を含む。制御装置は、検出された存在する硫黄に応じて再循環システムの作動を変更するように構成される。
【０００９】
さらに他の形態では、本開示は、排気制御システムを作動させる方法に関する。本方法は、引き続く燃焼のために、動力源からの排気流の少なくとも一部をその動力源に戻すように導くステップを含む。本方法は、存在する硫黄を検出するステップと、検出された存在する硫黄に応じて、動力源に戻るように導かれる排気流の量を変更するステップとをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、例示的な排気制御システム１２を有する動力源１０を示している。動力源１０は、例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジンのようなガス燃料エンジン等のエンジン、または当業者に明らかな他の任意のエンジンを含み得る。動力源１０は、代わりに、炉等の他の動力源または他の適切な動力源を含んでもよい。排気制御システム１２は吸気システム１４と排気システム１６と再循環システム１８とを含み得る。
【００１１】
吸気システム１４は、給気を動力源１０の燃焼室２０に導入するための手段を含むことが可能である。例えば、吸気システム１４は吸気弁２２と１つ以上の圧縮機２４と空気冷却器２６とを含んでもよい。例えば、追加の弁、１つ以上のエアクリーナ、１つ以上のウエストゲート、制御システム、および給気を公知の燃焼室２０に導入するための他の手段等の追加の構成部材を吸気システム１４内に含み得ることが考慮される。
【００１２】
吸気弁２２は、流体通路２８を介して圧縮機２４に流体接続され、また動力源１０への大気の流れを調整するように構成されることが可能である。吸気弁２２は、スプール弁、シャッタ弁、バタフライ弁、チェック弁、ダイヤフラム弁、ゲート弁、シャトル弁、ボール弁、グローブ弁、または公知の他の任意の種類の弁であり得る。吸気弁２２をソレノイドで作動させるか、油圧で作動させるか、空気圧で作動させるか、または他の任意の方法で作動させることが可能である。吸気弁２２は、制御装置（図示せず）と通信し、また１つ以上の所定の条件に応じて選択的に作動されることが可能である。
【００１３】
動力源１０に流入する空気を所定の圧力レベルに圧縮するように、圧縮機２４を構成し得る。圧縮機２４は、直列関係で配置され、また流体通路３０を介して動力源１０に流体接続されることが可能である。それぞれの圧縮機２４は固定式圧縮機、可変型圧縮機、または公知の他の任意の種類の圧縮機を含み得る。代わりに、圧縮機２４を並列関係で配置し得ること、または吸気システム１４が１つのみの圧縮機２４を含み得ることが考慮される。さらに、非加圧式吸気システムが所望された場合には、圧縮機２４を省略し得ることが考慮される。
【００１４】
空気冷却器２６は、空気対空気熱交換器または空気対液体熱交換器であり、また動力源１０に導かれる空気へのまたはそれからの熱伝達を容易にするように構成されることが可能である。例えば、空気冷却器２６は、チューブ型およびシェル型の熱交換器、プレート式熱交換器、または公知の他の任意の種類の熱交換器を含んでもよい。空気冷却器２６は、流体通路３０を介して動力源１０に接続することが可能である。
【００１５】
排気システム１６は、動力源１０から排気流を導くための手段を含み得る。例えば、排気システム１６は、直列関係で接続された１つ以上のタービン３２を含んでもよい。排気システム１６が、例えば、微粒子トラップ、ＮＯｘ吸収体または他の触媒装置のような排出制御装置、減衰装置、および公知の動力源１０から排気流を導くための他の手段等の追加の構成部材を含み得ることが考慮される。
【００１６】
それぞれのタービン３２は、一方の圧縮機２４に接続され、また接続された圧縮機２４を駆動するように構成されることが可能である。特に、動力源１０を出た高温の排気ガスが、タービン３２のブレード（図示せず）に対して膨張したときに、タービン３２は、接続された圧縮機２４を回転させて駆動することが可能である。代わりに、タービン３２を並列関係で配置し得ること、または排気システム１６内に１つのみのタービン３２を含み得ることが考慮される。さらに、所望の場合、タービン３２を省略して、動力源１０により、圧縮機２４を機械的に、油圧的に、電気的に、または公知の他の任意の方法で駆動し得ることが考慮される。
【００１７】
再循環システム１８は、動力源１０の排気流の一部を排気システム１６から吸気システム１４に再び導くための手段を含むことが可能である。例えば、再循環システム１８は、入口ポート４０、再循環微粒子フィルタ４２、質量流量センサ４３、排気冷却器４４、再循環弁４６、および排気ポート４８を含んでもよい。再循環システム１８が、触媒、静電沈降装置、シールドガスシステム、および公知の他の再案内手段等の追加のまたは異なる構成部材を含み得ることが考慮される。
【００１８】
入口ポート４０は、排気システム１６に接続され、また動力源１０から排気流の少なくとも一部を収容するように構成されることが可能である。具体的には、入口ポート４０をタービン３２の下流側に配置して、タービン３２から排気ガスを収容することが可能である。代わりに、入口ポート４０をタービン３２の上流側に配置し得ることが考慮される。
【００１９】
再循環微粒子フィルタ４２は、流体通路５０を介して入口ポート４０に接続され、また入口ポート４０を通して導かれた排気流の部分から粒子状物質を除去するように構成されることが可能である。再循環微粒子フィルタ４２は導電性または非導電性の粗目要素を含み得る。再循環微粒子フィルタ４２が、それによって捕捉された微粒子物質の点火温度を低減するための触媒、再循環微粒子フィルタ４２によって捕捉された微粒子物質を再生するための手段、または触媒および再生手段の両方を含み得ることが考慮される。再生手段は、特に、燃料バーナ、電気抵抗ヒータ、エンジン制御ストラテジ、または公知の他の任意の再生手段を含むことが可能である。所望の場合、再循環微粒子フィルタ４２を省略し得ることが考慮される。
【００２０】
流体通路５２を通過する排気流を測定するように、質量流量センサ４３を構成し得る。質量流量センサ４３は、例えば、熱質量流量計、層流素子、質量補償容積式流量計、またはガスの流れを測定するように構成された他の任意の適切な装置として具体化することが可能である。
【００２１】
排気冷却器４４は、流体通路５２を介して再循環微粒子フィルタ４２に流体接続され、また入口ポート４０を通って流れる排気の部分を冷却するように構成されることが可能である。排気冷却器４４は、液体対空気熱交換器、空気対空気熱交換器、または排気流を冷却するための公知の他の任意の種類の熱交換器を含み得る。所望の場合、排気冷却器４４を省略し得ることが考慮される。
【００２２】
再循環弁４６は、流体通路５４を介して排気冷却器４４に流体接続され、また再循環システム１８を通過する排気流を調整するように構成されることが可能である。再循環弁４６は、スプール弁、シャッタ弁、バタフライ弁、チェック弁、ダイヤフラム弁、ゲート弁、シャトル弁、ボール弁、グローブ弁、または公知の他の任意の弁であり得る。再循環弁４６をソレノイドで作動させるか、油圧で作動させるか、空気圧で作動させるか、または他の任意の方法で作動させることが可能である。
【００２３】
再循環弁４６の流量特性は吸気弁２２の流量特性に関連し得る。具体的には、再循環弁４６を介して吸気システム１４に入った排気流量が、吸気弁２２を介して吸気システム１４に入った空気流量に関連し得るように、再循環弁４６および吸気弁２２の両方を制御することが可能である。例えば、再循環弁４６を通過する排気流が増加するにつれ、それに比例して、吸気弁２２を通過する空気流が減少し得る。同様に、再循環弁４６を通過する排気流が減少するにつれ、それに比例して、吸気弁２２を通過する空気流が増加し得る。
【００２４】
排気ポート４８は、流体通路５６を介して再循環弁４６に流体接続され、また再循環弁４６によって調整された排気流を吸気システム１４に導くように構成されることが可能である。具体的には、圧縮機２４が排気ポート４８からの排気流を吸引し得るように、排気ポート４８を圧縮機２４の上流側の吸気システム１４に接続し得る。
【００２５】
排気制御システム１２は制御システム５８をさらに含むことが可能である。制御システム５８は、１つ以上の所定の条件に応じて再循環弁４６を選択的に作動させるために、再循環弁４６と通信する制御装置６０を含み得る。具体的には、制御装置６０は、通信線６２を介して再循環弁４６と通信し、また通信線６６を介してセンサ６４と通信することが可能である。
【００２６】
センサ６４は、存在する硫黄を検出するための手段を含み得る。例えば、センサ６４は、動力源１０の燃料供給部６８に露出された検知要素を含み、また燃料供給部６８内の硫黄成分を検出するように構成されることが可能である。さらに、燃料供給部６８内に存在する硫黄成分の量を示す信号を発生させるようにまた信号を制御装置６０に導くように、センサ６４を構成し得る。代わりに、センサ６４が、排気に存在する硫黄成分を検出するために動力源１０の排気にまたは排気システム１２内の凝縮物にさらされる検知要素、あるいは硫黄を検出するための公知の他の任意の手段を含み得ることが考慮される。さらに、燃料供給業者によって高濃度の硫黄燃料と混合された色素を検出するような硫黄を検出する他の手段、または硫黄を検出するための公知の他の任意の手段を実現し得ることが考慮される。
【００２７】
センサ６４によって発生された信号に応答して、動力源１０に戻るように導かれる排気の量を変更するように、制御装置６０を構成し得る。例えば、センサ６４によって検出された硫黄量と所定量とを比較するように、また検出された硫黄量が所定量を超えたときに再循環弁４６の弁体を流通遮断位置に向かって移動させるように、制御装置６０を構成してもよい。一例において、所定量は約５０〜７０ｐｐｍの範囲であり得る。流通遮断位置では、再循環システム１８から吸気システム１４への排気流を実質的に停止させることが可能である。
【００２８】
さらに、センサ６４からの信号に応答して故障状態を記録するように、制御装置６０を構成し得る。特に、センサ６４によって検出された存在する硫黄が所定量を超えたときに故障状態を記録するように、制御装置６０を構成することが可能である。故障状態を記録する代わりにまたはそのことに加えて、制御装置６０が、検出された存在する硫黄を追跡して記録し得ることも考慮される。
【００２９】
制御装置６０は、再循環システム１８から吸気システム１４に戻るように導かれる排気の量を変更するための手段を含む単一のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサとして具体化することが可能である。例えば、制御装置６０は、メモリと、補助記憶装置と、中央処理装置、または再循環ガスの流れを変更するための公知の他の任意の手段等のプロセッサとを含んでもよい。制御装置６０の機能を実行するように、商業的に入手可能な多数のマイクロプロセッサを構成できる。制御装置６０が、多数の電源機能を制御できる一般的な電源マイクロプロセッサとして容易に具体化され得ることを理解されたい。電源回路、信号調整回路、ソレノイド駆動回路、通信回路、および他の固有の回路を含む既知の他の種々の回路を制御装置６０に結合することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
開示される排気制御システムは、例えば、エンジン、炉、または硫黄を含有する排気ガスの再循環が排気制御システムに損傷を与える可能性がある公知の他の任意の燃焼装置等の任意の燃焼式装置に適用でき得る。排気制御システム１２は、燃焼式装置および排気制御システム１２を硫黄の有害な影響から保護しつつ、環境に排出される排気エミッション量を低減するための簡単、安価およびコンパクトな解決方法であり得る。次に、排気制御システム１２の作動について説明する。
【００３１】
大気は、吸気弁２２を介して吸気システム１４に吸引されて、圧縮機２４に至ることが可能であり、ここで、大気は、動力源１０の燃焼室２０に入る前に所定のレベルに加圧することが可能である。供給部６８からの燃料は、燃焼室２０に入る前にまたはそれに入った後に加圧空気と混合することが可能である。次に、この燃料空気混合気を動力源１０で燃焼させて、機械的動作と、ガス状化合物および固体微粒子物質を含有する排気流とを発生させることが可能である。排気流は動力源１０からタービン３２に導くことが可能であり、ここで、高温の排気ガスが膨張することにより、タービン３２を回転させることが可能であり、これによって、接続された圧縮機２４が回転されて、入口空気が圧縮される。タービン３２に入った後に、排気ガスの流れは、吸気システム１４に再び導かれる第１の流れと、大気に導かれる第２の流れとを含む２つの流れに分割することが可能である。
【００３２】
第１の排気流が再循環システム１８の入口ポート４０を通って移動したときに、排気冷却器４４に連通する前に、第１の排気流を再循環微粒子フィルタ４２で濾過して、微粒子物質を除去することが可能である。微粒子物質は、再循環微粒子フィルタ４２のメッシュ要素に堆積されたときに、能動的および／または受動的に再生することが可能である。
【００３３】
再循環微粒子フィルタ４２からの低減された微粒子排気流は、排気冷却器４４によって所定の温度に冷却され、次に、圧縮機２４によって吸気システム１４に吸引されて戻るように再循環弁４６を通して導かれることが可能である。次に、再循環された排気流と、燃焼室２０に入った空気とを混合し得る。燃焼室２０に導かれる排気ガスは、燃焼室２０内の酸素濃度を低減することが可能であり、次に、これにより、動力源１０内の最高燃焼温度が低下される。低下された最高燃焼温度により、燃焼工程の化学反応を遅らせることが可能であり、これによって、亜酸化窒素の生成が減少される。このようにして、動力源１０に導かれている過度の微粒子物質によって生じる有害な影響および性能低下を受けることなく、動力源１０によって発生するガス汚染を低減し得る。
【００３４】
再循環弁４６と吸気弁２２とによって、再循環システム１８からの冷却および低減された微粒子排気と入口空気との比率を調整することが可能である。上記のように、再循環弁４６および吸気弁２２の流れ位置が関連し得る。吸気弁２２を介した動力源１０への入口空気の流量が増加するにつれて、動力源１０への冷却されて低減された微粒子排気の流量が減少する。同様に、吸気弁２２を介した動力源１０への入口空気の流量が減少するにつれて、動力源１０への冷却されて低減された微粒子排気の流量が増加する。
【００３５】
第２の排気流がタービン３２から出たときに、第２の排気流は、微粒子物質を除去するために第２の微粒子フィルタ（図示せず）によって濾過され、および／または排気から他の汚染物質を除去するために触媒を通して導かれることが可能である。再循環微粒子フィルタ４２と同様に、第２の微粒子フィルタを受動的および／または能動的に再生して、大気に排出されるＨＣ、ＣＯおよび／または微粒子物質の量を低減することも可能である。
【００３６】
燃料供給部６８で検出された硫黄量に応じて、再循環システム１８を通過する排気流を変更し得る。特に、大量（例えば、約５０〜７０ｐｐｍの所定量を超える量）の硫黄により、再循環システム１８および吸気システム１４の構成部材に酸性沈殿物が発生する可能性がある。例えば、水の凝縮が生じる前に、硫酸が排気冷却器４４および／または質量流量センサ４３で凝縮することがある。さらに、高い酸性レベルを有する凝縮物が、動力源１０への排気流および空気流の混合物として空気冷却器２６に生じることがある。チェックされなかった場合、これらの酸性沈殿物によって、再循環システム１８および吸気システム１４の構成部材の摩耗が大きくなり、また質量流量センサ４３の誤動作が生じる可能性がある。再循環システム１８および吸気システム１４に入ってしまう硫黄成分量を最小限に抑えるために、検出された存在する硫黄が所定量を超えたことに応じて、再循環弁４６の弁体を流通遮断位置に向かって移動させることが可能である。
【００３７】
動力源１０の故障を診断しおよび／または保証範囲を決定するときに、高レベルの硫黄を有する燃料が動力源１０内で燃焼されているかどうかを確認することが有用であり得る。特に、燃料供給部６８内に硫黄が存在することにより、吸気システム１４および再循環システム１８の構成部材の寿命および機能が低下する可能性があるので、いくつかの故障は、高濃度の硫黄燃料を使用することが直接の原因となることがある。同様の理由により、高濃度の硫黄燃料を使用することによって、ある保証範囲が無効になることがある。動力源１０の診断と保証範囲の決定とを容易にするために、制御装置６０は、検出された硫黄レベルが所定量を超えたときに故障事象を記録し、および／または硫黄レベルが、センサ６４によって検出されたときに硫黄レベルを記録することが可能である。
【００３８】
制御装置６０は、検出された存在する硫黄に応じて再循環システム１８の作動を自動的に変更し得るので、動力源１０の信頼性を向上させることが可能である。特に、再循環システム１８の作動を変更することによって、再循環システム１８および吸気システム１４の構成部材は、より短期間だけ、より低い硫黄レベルにさらされるだけで済み、これらの構成部材の寿命が延びる可能性がある。さらに、センサ６４は、動力源１０からの排気においてではなく、動力源１０に供給された燃料において存在する硫黄を検出し得るので、排気の上流側の構成部材を、下流側の排気検出では不可能な硫黄の悪影響から保護することが可能である。
【００３９】
開示される排気制御システムに種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。他の実施形態は、開示される排気制御システムの仕様および実施を考慮すれば当業者には明らかであろう。仕様および実施例は例示的なものに過ぎないと考えるべきであり、真の範囲は、次の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】開示される例示的な実施形態による排気制御システムを有する動力源の概略図である。
【図１】
2008542618.tif 000003
【国際調査報告】
2008542618.tif 000004
2008542618.tif 000005