(57)【要約】  選択的な触媒還元（ＳＣＲ）成分および酸化触媒成分を含む排気システムである。当該排気システムは、ＳＣＲ成分又は酸化触媒成分に隣接する位置で排気流内に排気処理流体を分散させる排気処理流体噴射システムも備え、該排気処理流体噴射装置は、排気処理流体を排気流内に投与する複数のインジェクタに加圧下で排気処理流体を供給するコモンレールを備える。該排気処理流体噴射装置は、未使用の排気処理流体を流体源に戻すための戻りレールも備える。
2015520333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一触媒成分と、
排気処理流体を収容するタンクと、
前記排気処理流体を前記第一触媒成分と隣接する位置で排気流内に分散させる排気処理流体噴射システムと
を備える排気システムであって、前記排気処理流体噴射装置は、前記排気処理流体を前記排気流内に投与する複数のインジェクタに加圧下で前記排気処理流体を供給するコモンレールと、未使用の排気処理流体を前記タンクに戻す戻りレールとを含む、排気システム。
【請求項２】
前記排気処理流体噴射システムは、前記コモンレールと前記インジェクタの入口管路とに圧力をかけるポンプを含む、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記排気処理流体噴射システムは、前記ポンプと前記コモンレールとの間に背圧調整器を含む、請求項２に記載の排気システム。
【請求項４】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記炭化水素排気処理流体は、前記触媒成分に隣接する位置で分散される、請求項１に記載の排気システム。
【請求項５】
前記触媒成分は、酸化触媒成分である、請求項４に記載の排気システム。
【請求項６】
前記排気処理流体は尿素排気処理流体であり、前記尿素排気処理流体は、前記触媒成分に隣接する位置で分散される、請求項１に記載の排気システム。
【請求項７】
前記触媒成分は、選択的な触媒還元（ＳＣＲ）触媒成分である、請求項６に記載の排気システム。
【請求項８】
第二触媒成分と
第二排気処理流体を収容する第二タンクと、
前記第二排気処理流体を前記第二触媒成分と隣接する位置で前記排気流内に分散させる第二排気処理流体噴射システムと
をさらに備え、前記第二排気処理流体噴射装置は、前記第二排気処理流体を前記排気流内に投与する複数の第二インジェクタに加圧下で前記第二排気処理流体を供給する第二コモンレールと、未使用の第二排気処理流体を前記第二タンクに戻す第二戻りレールとを含む、請求項１に記載の排気システム。
【請求項９】
前記排気処理流体噴射システムは、前記第一触媒成分に隣接する位置で炭化水素処理流体を噴射し、前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二触媒成分に隣接する位置で尿素処理流体を噴射する、請求項８に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二コモンレールと前記第二インジェクタの入口管路とに圧力をかける第二ポンプを含む、請求項８に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二ポンプと前記第二コモンレールとの間に背圧調整器を含む、請求項１０に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記第二ポンプは、前記第二ポンプが前記第二排気処理噴射システムから前記第二排気処理流体をパージできるように可逆式である、請求項１０に記載の排気システム。
【請求項１３】
前記排気ガスの温度を上昇させるためにバーナーをさらに備える、請求項１に記載の排気処理システム。
【請求項１４】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記バーナーは、前記コモンレールから供給される前記炭化水素排気処理流体を燃料源として使用する、請求項１３に記載の排気処理システム。
【請求項１５】
粒子フィルタをさらに備える、請求項１に記載の前記排気処理システム。
【請求項１６】
排気後処理システムを含む排気システムであって、前記排気後処理システムは、
第一排気処理流体噴射システムと連通する第一排気処理流体タンクと、
第二排気処理流体噴射システムと連通する第二排気処理流体タンクと
を備え、
前記第一および前記第二排気処理流体噴射システムはそれぞれ排気処理流体を排気流内に噴射する複数のインジェクタを含み、前記複数のインジェクタはそれぞれインジェクタ入口管路を通って各インジェクタと連通するコモンレールを用いて加圧され、前記複数のインジェクタはそれぞれ戻りレールと連通するインジェクタ戻り管路を有する、排気システム。
【請求項１７】
前記第一排気処理流体タンクは、炭化水素排気処理流体を含む、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項１８】
前記第二排気処理流体タンクは、尿素排気処理流体を含む、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項１９】
前記第一排気処理流体噴射システムより下流に酸化触媒をさらに備える、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項２０】
前記第二排気処理流体噴射システムより下流に選択的な触媒還元（ＳＣＲ）触媒をさらに備える、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項２１】
バーナーをさらに備え、前記バーナーは、前記第一排気処理流体噴射システムの前記コモンレールから炭化水素排気処理流体を受け取る、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項２２】
前記バーナーより下流に粒子フィルタをさらに備える、請求項２１に記載の排気システム。
【請求項２３】
前記バーナーは、前記バーナーより下流に位置する触媒のライトオフを実現するように動作することができ、さらに前記粒子フィルタを再生するように動作することができる、請求項２１に記載の排気システム。
【請求項２４】
第一触媒成分と、
排気処理流体を収容するタンクと、
前記排気処理流体を前記第一触媒成分と隣接する位置で排気流内に分散させる排気処理流体噴射システムであって、前記排気処理流体噴射装置は、前記排気処理流体を前記排気流内に投与する複数のインジェクタに加圧下で前記排気処理流体を供給するコモンレールと、未使用の排気処理流体を前記タンクに戻す戻りレールとを含む排気処理流体噴射システムと、
前記排気流内の排気ガスの温度を上昇させるために前記排気流と連通しているバーナーと
を備える排気システム。
【請求項２５】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記炭化水素排気処理流体は、前記第一触媒成分に隣接する位置で分散される、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２６】
前記第一触媒成分は酸化触媒成分である、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２７】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記バーナーは、前記コモンレールから供給される前記炭化水素排気処理流体を燃料源として使用する、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２８】
第二触媒成分と、
第二排気処理流体収容する第二タンクと、
前記第二排気処理流体を前記第二触媒成分と隣接する位置で前記排気流内に分散させる第二排気処理流体噴射システムと
をさらに備え、前記第二排気処理流体噴射装置は、前記第二排気処理流体を前記排気流内に投与する複数の第二インジェクタに加圧下で前記第二排気処理流体を供給する第二コモンレールと、未使用の第二排気処理流体を前記第二タンクに戻す第二戻りレールとを含む、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２９】
前記排気処理流体噴射システムは、前記第一触媒成分に隣接する位置で炭化水素処理流体を噴射し、前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二触媒成分に隣接する位置で尿素処理流体を噴射する、請求項２８に記載の排気システム。
【請求項３０】
前記第一触媒成分は酸化触媒成分であり、前記第二触媒成分は、選択的な触媒還元（ＳＣＲ） 触媒成分である、請求項２９に記載の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気システムのための還元剤噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本項では、本開示に関連した背景情報について説明するが、必ずしも先行技術とは限らない。
【０００３】
排出規制要件は、エンジンが、例えば粒子状物質やＮＯXなどの放出をなくす或いは少なくとも実質的に最小限にするために排気後処理システムを有することを義務付けている。粒子状物質やＮＯXの放出をなくす或いは削減するために、排気後処理システムは、粒子フィルタ（例えばディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ））、選択的な触媒還元（ＳＣＲ）成分、及びディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）成分などの成分を備え得る。
【０００４】
ＳＣＲおよびＤＯＣ成分は、一般に還元剤を排気流に噴射する還元剤噴射システムと連動して働き、排気がＳＣＲおよびＤＯＣ成分に入る前に排気を処理する。ＳＣＲの場合、尿素を含む還元剤溶液がＳＣＲ成分に入る前に排気流内に噴射される。ＤＯＣの場合、ディーゼル燃料などの炭化水素還元剤は、ＤＯＣ成分に入る前に排気流に噴射される。
【０００５】
ＳＣＲ及びＤＯＣの各排気後処理に対する噴射システムは、インジェクタ、ポンプ、フィルタ、調整器および他の必要な制御機構の組み込みを必要とし、排気流への各還元剤の投与を制御する。一般に、例えば小型、中型、大型トラックなどの流体噴射送出システムは、還元剤を排気システム内に投与するために単一の噴射源のみを必要とする。しかしながら、機関車、船舶、定置型の用途に対する大型のエンジンは、還元剤を排気流に噴射するための複数のインジェクタ源を必要とし得る。したがって、これらの大型用途は、適切なインジェクタ圧力の維持、システムの耐久性、有害な放出（例えば粒子状物質やＮＯX）の十分な低減、費用、および保守などのさまざまな問題を克服するように設計することは難しい場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本項は、本開示の一般的な概要を提供し、本開示の全ての範囲又は本開示の特徴の全ての包括的な開示ではない。
【０００７】
本開示は、選択的な触媒還元（ＳＣＲ）成分と酸化触媒成分とを含む排気システムを提供する。該排気システムは、排気処理流体をＳＣＲ成分又は酸化触媒成分と隣接する位置で排気流内に分散させる排気処理流体噴射システムも備え、排気処理流体噴射装置は、排気処理流体を排気流内に投与する複数のインジェクタに加圧下で排気処理流体を供給するコモンレールを備えている。また、排気処理流体噴射装置は、未使用の排気処理流体を流体源に戻す戻りレールも備えている。
【０００８】
適用範囲のさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明らかとなるだろう。この概要における説明および具体的な例は、例示の目的だけのために意図されており、本開示の範囲を限定することは意図されていない。
【０００９】
本明細書に記載の図面は、選択された実施形態、および必ずしも全て可能ではない実装を例示するためだけのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【００１０】
一致している参照符号は、複数の図面を通じて対応する部品を指し示している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の原理による排気処理システムを概略的に示している。
【図２】本開示の原理による炭化水素噴射用のコモンレール式噴射システムを概略的に示している。
【図３】本開示の原理による尿素噴射用のコモンレール式噴射システムを概略的に示している。
【図４】本開示の原理によるコモンレール式噴射システムを含む大型排気処理システムを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら実例となる実施形態をより完全に説明する。
【００１３】
図１は、本開示による排気システム１０を概略的に示す。排気システム１０は、燃料源１４と連通するエンジン１２を少なくとも有し、該燃料源１４は、一度消費されると排気ガスを発生させ、該排気ガスは排気後処理システム１８を有する排気通路１６内に排出される。エンジン１２の下流には、ＤＯＣ成分２０、ＤＰＦ成分２２、及びＳＣＲ成分２４を配置することができる。本開示では必要としないが、排気後処理システム１８は、排気通路１６を通過する排気ガスの温度を上昇させるためにバーナー２６などの構成要素をさらに備えることができる。排気ガスの温度を上昇させることは、必要なときにＤＰＦ２２の再生を開始するだけでなく、寒い気象条件やエンジン１２の始動時においてＤＯＣ成分２０及びＳＣＲ成分２４内の触媒のライトオフを実現するのに有利である。燃料をバーナー２６に供給するために、バーナーは、燃料源１４と連通している入口管路２７を含むことができる。
【００１４】
エンジン１２によって発生する放出の低減を助けるために、排気後処理システム１８は、排気処理流体を排気流に周期的に噴射するためのインジェクタ２８および３０を含むことができる。図１に示すように、インジェクタ２８はＤＯＣ２０よりも上流に配置可能であり、また、ＤＰＦ２２を再生するために排気温度を上げるだけでなく少なくとも排気流内のＮＯXを減少させるのに役立つ炭化水素排出処理流体を噴射することができる。この点につき、インジェクタ２８は、入口管路３２を介して燃料源１４と流体連通し、ディーゼル燃料などの炭化水素をＤＯＣ２０の上流にある排気通路１６内に噴射する。インジェクタ２８は、戻り管路３３を経由して燃料源１４とも連通できる。戻り管路３３によって、排気流に噴射されない炭化水素を燃料源１４に戻すことができる。入口管路３２、インジェクタ２８、および戻り管路３３を通る炭化水素の流れは、インジェクタ２８がオーバーヒートしないようにインジェクタ２８を冷却することにも役立つ。図には示されていないが、インジェクタ２８は、インジェクタ２８を冷却するようにインジェクタ２８の周囲に冷却液を通す冷却ジャケットを含むように構成することもできる。
【００１５】
インジェクタ３０は、ＳＣＲ２４の上流の位置で尿素などの排気処理流体を排気通路１６内に噴射するために使用することができる。インジェクタ３０は、入口管路３６を経由して還元剤タンク３４と連通する。また、インジェクタ３０は、戻り管路３８を経由してタンク３４とも連通する。戻り管路３８は、排気流内に噴射されない尿素をタンク３４に戻すことができる。インジェクタ２８も同様に、入口管路３６、インジェクタ３０および戻り管路３８を通る尿素の流れは、インジェクタ３０がオーバーヒートしないようにインジェクタ３０を冷却することにも役立つ。
【００１６】
機関車、船舶での適用、及び定置適用で使用される大型ディーゼルエンジンは、一つのインジェクタの容量を超える排気流量を有することができる。したがって、単一のインジェクタ２８のみが炭化水素インジェクタ用として例示され、また、単一のインジェクタ３０のみが尿素インジェクタ用として例示されているが、炭化水素および尿素噴射の両方用の複数のインジェクタが本開示によって考慮されることを理解されたい。しかしながら、複数のインジェクタが使用される場合、排気システム１０は、インジェクタの作動／非作動によって排気流に噴射される処理流体の噴霧の質および噴霧量に影響を及ぼすことがある各インジェクタにおける圧力変動に遭遇することがある。
【００１７】
複数のインジェクタを使用して噴霧の質や噴霧量を損なうことなく排気処理流体を排気流に効果的に供給するために、本開示は、コモンレールと流体連通する複数のインジェクタを使用し、該コモンレールは、流体の分配器として機能し、個々のインジェクタの作動及び非作動から生じる圧力変動を回避する。図２は、炭化水素排出処理流体を排気流に供給するために使用できるコモンレール式噴射システム４０を概略的に示している。
【００１８】
コモンレール式噴射システム４０は、一般に燃料源１４を備え、ディーゼル燃料などの炭化水素処理流体が燃料源１４からポンプ４６によってフィルタ４４を通って送り込まれる。フィルタ４４がポンプ４６よりも上流にあるように示されているが、フィルタ４４は、本開示の範囲を逸脱することなくポンプ４６よりも下流に位置付けることも可能であることを理解されたい。ポンプ４６は、燃料源１４から処理流体を引き込むことができるのに加えて、コモンレール４８とインジェクタ入口管路５０に圧力をかけることもできる。例示された実施形態において、コモンレール式噴射システム４０は８つのインジェクタ２８を備え、各インジェクタ２８は、例えばディーゼル駆動機関車のための排気システム１０の排気通路１６にそれぞれ対応している。図２には８つのインジェクタ２８が図示されているが、コモンレール式噴射システム４０が利用されうる用途に依存して、それよりも多い又は少ないインジェクタ２８が考慮されることを理解されたい。
【００１９】
ポンプ４６とコモンレール４８との間には、減圧調整器５２を配置してもよい。一般に、ポンプ４６は、噴霧の質や噴霧量に十分に影響を与えるのに必要とされるコモンレール４８内の圧力（例えば、約８５ｐｓｉから９０ｐｓｉ）よりも高い約１２０ｐｓｉの圧力で炭化水素処理流体を送り込むことができる。コモンレール４８内の圧力を低減させるために、減圧調整器５２はコモンレール４８内の圧力を所望の圧力に低減させる。上述の圧力は好ましいが、本開示がそれに限定されるものではないことを理解されたい。すなわち、当業者が容易に認知して理解するように、用途の大きさや範囲によって異なる圧力を使用及び考慮することができる。それに関わらず、減圧調整器５２とポンプ４６との間に背圧調整器５４を配置することができる。減圧調整器５２より上流に設置された背圧調整器５４は、過流をポンプ４６からそらし、オーバーフロー管路５５を介して燃料源１４に戻すために使用できる。そのような構成によってポンプ４６は、停止することなく又は共振することなくフル稼働できる。
【００２０】
コモンレール４８は、減圧調整器５２から流れを受け取り、全てのインジェクタ２８に渡って一定の圧力を維持するように設計される。この点について、コモンレール４８の容積は、インジェクタ２８が作動及び非作動されるとコモンレール４８内に生じる圧力変動に影響を及ぼし、コモンレール４８の容積を増加させると圧力変動が減少する。したがって、コモンレール４８の容積は、コモンレール式噴射システム４０が使用される特定の用途に応じて合わせることができる。コモンレール式噴射システム４０が例えば機関車用途に使用される場合、コモンレール４８は、外径が１．５インチ（３．８１センチメートル）から３インチ（７．６２センチメートル）の範囲にあり、壁の厚さが０．０５インチ（０．１２７センチメートル）から０．１インチ（０．２５４センチ-メートル）の範囲にあり、長さが９６インチ（２４３．８４センチメートル）から１２０インチ（３０４．８センチメートル）の範囲にあるステンレス鋼管から形成され得る。しかしながら、他の寸法のコモンレール４８も考慮され、当業者に明らかとなるであろう。例えば、コモンレール４８が船舶や定置型の用途で使用される場合、コモンレール４８の寸法を適切に必要な大きさにすることができる。コモンレール式噴射システム４０内の圧力を監視するために、個々の圧力センサ４１をコモンレール４８とインジェクタ２８に配置することができる。
【００２１】
排気処理流体は、コモンレール４８からインジェクタ入口管路５０に供給され、次にインジェクタ２８に供給され、次にそこから処理流体がそれぞれの排気通路１６に噴射される。インジェクタ２８には、それぞれ戻りレール５６内に供給する戻り管路５１も備わっている。戻りレール５６は、コモンレール４８と同等又はコモンレール４８よりも小さい寸法でもよい。戻りレール５６と同様に、戻りレール５６も噴射システムが使用される用途に応じて必要な大きさにすることができる。
【００２２】
調整可能ではあるが、各インジェクタ２８は、約０．０１インチ（０．０２５４センチメートル）から０．０５インチ（０．１２７センチメートル）の範囲のノズル開口部（図示せず）や、約０．０１インチ（０．０２５４センチメートル）から０．０５インチ（０．１２７センチメートル）の範囲の内側戻り制限開口部（図示せず）を有してもよい。内側戻り制限開口部は、インジェクタ２８を通って流れる流体量を制御し、噴霧の質を維持するようにインジェクタ２８に背圧を与える。しかし、ノズル開口部の大きさは、インジェクタが投与中の液体粒子の大きさや噴霧角度に最も影響する。戻りレール５６内に存在する排気処理流体は、未使用処理流体を燃料源１４に戻す。
【００２３】
コモンレール式噴射システム４０の使用中、各インジェクタ２８は同時に作動しても或いは交互に作動してもよい。各インジェクタ２８を同時又は交互に作動および非作動させるために、コモンレール式噴射システム４０は、制御装置５８（図４）を備えることができ、制御装置５８は、各インジェクタ２８のタイミングを制御し、ポンプ４６を制御し、さらに圧力センサ４１を監視するよう機能する。同様に、制御装置５８は、エンジン１２の操作を制御するために使用されるエンジン制御ユニット（図示せず）と連通してもよい。制御装置５８は、所望の任意の方法でインジェクタ２８を作動させることができる。例えば、インジェクタ２８は全て同時に作動されてもよく、或いはインジェクタ群２８（例えば二つ又は四つの群）を作動させて、残りのインジェクタ２８を作動させないようにしてもよい。
【００２４】
コモンレール４８は、インジェクタ２８内の圧力変動を低減するように設計されるが、全てのインジェクタ２８を同時に作動することによって各インジェクタ２８においてさまざまな圧力変動を引き起こす可能性がある。しかし、インジェクタ群２８を間欠的に作動することは、コモンレール４８内の圧力変動を打ち消し、それによって各インジェクタ２８は、交互に作動している間に圧力変動を感じることはない。それに関わらず、各インジェクタ２８の同時作動が必要な場合、コモンレール４８は、蓄圧器６０を備えることができる。コモンレール４８における蓄圧器６０の使用は、各インジェクタ２８の同時作動中の圧力変動を低減させるのに役立つ。
【００２５】
次に図３を参照すると、尿素排気処理流体を排気流内に噴射することができるコモンレール式噴射システム４０'が示されている。コモンレール式噴射システム４０'は、コモンレール式噴射システム４０と類似しており、最大の差異は、８個ではなく１２個のインジェクタ３０を使用し、尿素処理流体を送り込んでコモンレール４８'とインジェクタ入口管路５０'に圧力をかけるのに使用されるポンプ４６'が可逆であることである。尿素処理流体が凝固する場合があるため、ポンプ４６'は可逆である。尿素処理流体は凝固することがあるので、コモンレール式噴射システム４０’を使用していない時には、未噴射尿素処理流体はコモンレール式噴射システム４０’からタンク３４に戻るように一掃されなければならない。更なる差異は、コモンレール式噴射システム４０’のコモンレール４８’における圧力をどのように調整するかの方法にある。
【００２６】
コモンレール式噴射システム４０’は、一般に尿素タンク３４を備え、該尿素タンク３４から尿素処理流体がフィルタ４４’を介してポンプ４６’によって引き込まれる。フィルタ４４’はポンプ４６’よりも下流にあるように示されているが、本開示の範囲から逸脱することなくフィルタ４４’をポンプ４６’よりも上流に配置することが可能であることを理解されたい。ポンプ４６’は、タンク３４から尿素処理流体を引き込むことができることに加えてコモンレール４８’とインジェクタ入口管路５０’とに圧力をかけることもできる。例示された実施形態では、コモンレール式噴射システム４０’は、１２個のインジェクタ３０を含んでいる。１２個のインジェクタ３０が図３に示されているが、コモンレール式噴射システム４０’が利用されうる用途によって、１２個よりも多い又は少ないインジェクタ３０が考慮されることを理解されたい。
【００２７】
上述のように、コモンレール式噴射システム４０とコモンレール式噴射システム４０’との差異は、コモンレール４８及び４８’内の圧力を調整する方法にある。コモンレール式噴射システム４０’では、噴射システム４０と比較して、ポンプ４６’によって生じるコモンレール４８’内の圧力を低く維持するために減圧調整器を必要としない。減圧調整器を必要としない理由は、インジェクタ３０のノズル開口部（図示せず）がインジェクタ２８のノズル開口部と比較して小さく、また、排気システム１０内に噴射する必要がある尿素処理流体の量が、必要とされる炭化水素処理流体の量と比べて少ないからである。インジェクタ３０のノズル開口部（図示せず）は、約０．００８インチ（０．０２０３センチメートル）であり、内側戻り制限開口部（図示せず）は約０．０２４インチ（０．０６１センチメートル）である。インジェクタ３０のノズル開口部（図示せず）は、 尿素投入中に必要とされる微粒化の促進により、インジェクタ２８のノズル開口部（図示せず）と比べて小さい。
【００２８】
減圧調整器はコモンレール式噴射システム４０’には必要とされないが、オーバーフロー管路５５’を通って過流をポンプ４６’からタンク３４に戻すように進路を変えるために、ポンプ４６’より下流に配置された背圧調整器５４’を依然として使用することができる。そのような構成によって、ポンプ４６’が停止することなく又は共振することなくフル稼働できるようになる。
【００２９】
尿素排気処理流体は、コモンレール４８’からインジェクタ入口管路５０’に供給され、次にインジェクタ３０に供給され、そこからさらに尿素処理流体はそれぞれの排気通路１６に噴射される。各インジェクタ３０は、それぞれが戻りレール５６’内に供給する戻り管路５１’を備えることもできる。炭化水素噴射用のインジェクタ２８と同様に、インジェクタ３０は、冷却を保って適切に機能するように、該インジェクタを通って流れる流体の一定供給を必要としてもよい。戻りレール５６’内にある排気処理流体は、未使用の尿素処理流体をタンク３４に戻す。
【００３０】
インジェクタ２８のように、各インジェクタ３０は、同時にあるいは交互に作動されてもよい。同時或いは交互にインジェクタ３０を作動及び非作動させるために、コモンレール式噴射システム４０’は、制御装置５８を含むことができ、制御装置５８は、各インジェクタ３０のタイミングを制御し、ポンプ４６’を操作し、圧力センサ４１’を監視することができる。代替的には、コモンレール式噴射システム４０’を制御するために別個の制御装置５８を使用する代わりに、排気システム１０がコモンレール式噴射システム４０とコモンレール式噴射システム４０’との両方を備えるように構成される場合、制御装置５８を使ってコモンレールシステム４０および４０’を同時に制御することもできる。それに関わらず、制御装置５８’（使用する場合） は、エンジン１２の操作を制御するために使用されるエンジン制御ユニット（図示せず）と連通してもよく、また、制御装置５８’は、所望の任意の方法でインジェクタ３０を作動させることができる。すなわち、インジェクタ３０をすべて同時に作動させてもよく、或は、インジェクタ群３０（例えば、二つ、四つ、又は六つの群）を作動させて、残りのインジェクタ３０を作動させないままでもよい。上述のように、インジェクタ群の作動は、システムにおける圧力変動の低減に役立つことができる。コモンレール式噴射システム４０’は、必要に応じて蓄圧器６０’を備えることもできる。
【００３１】
尿素処理流体は凝固することがあるため、コモンレール式噴射システム４０’は、使用中ではないときにパージすることを必要としてもよい。上述のように、ポンプ４６’は、コモンレール式噴射システム４０’を使用していないときに、尿素処理流体をコモンレール４８’とインジェクタ入口管路とからタンク３４に戻すように送り込むことができる可逆式ポンプである。しかし、単にポンプ４６’を逆に作動させるだけではインジェクタ戻り管路５１’を完全にパージするには不十分であることもあり、凝固状態中に尿素処理流体が戻り管路内に残ると、各戻り管路５１’を破裂しやすい状態にしたままになる。
【００３２】
コモンレール式噴射システム４０’の非使用中に、尿素処理流体をコモンレール式噴射システム４０’からパージすることをさらに助けるために、戻りレール５６’をコモンレール４８’の上に配置することができる。戻りレール５６’をコモンレール４８’の上、すなわちコモンレール式噴射システム４０’内の最も高い位置に置くことにより、重力によって尿素処理流体を戻り管路５１’からパージすることを促進できる。より具体的には、戻りレール５６’がコモンレール４８の上に設置される場合、 戻りレール５６’内にある尿素処理流体は、噴射システム４０’を使用していないときに自然と戻り管路５１’内に逆流することとなる。さらに、ポンプ４６’が噴射システム４０’をバージするために逆方向に作動する場合、尿素処理流体は、戻り管路５１’およびインジェクタ３０を通って戻りレール５６’から入口管路５０’およびコモンレール４８’を通ってタンク３４に引き込まれる。
【００３３】
次に図４を参照すると、コモンレール式噴射システム４０および４０’を備えた、例として機関車用の排気システム１００が示されている。簡易化のために、図４にはコモンレール４８及び４８’だけを図示している。しかし、コモンレール式噴射システム４０および４０’は、未使用の炭化水素と尿素とを燃料源１４および尿素タンク３４に戻すための戻りレール５６および５６’も含むであろうことを理解されたい。排気システム１００は、ディーゼル燃料源１４と連通しているディーゼル駆動エンジン１２を有する。エンジン１２は、排気を排気ターボマニホールド１０２内に送り込むことができる。排気マニホールド１０２は、炭化水素処理流体をディーゼル燃料源１４からＤＯＣ２０の上流に位置する排気ターボマニホールド１０２内に噴射するコモンレール式噴射システム４０に配置される。インジェクタ２８とポンプ４６の制御は、制御装置５８によって行われる。
【００３４】
ターボマニホールド１０２よりも下流において、排気流は複数の排気通路１０４内に分かれる。各排気通路１０４は、一連の複数のＤＯＣ２０およびＤＰＦ２２と連通している。例示の実施形態では、各排気通路１０４は、一連の三つのＤＯＣ２０と三つのＤＰＦ２２と連通する。各ＤＯＣ２０およびＤＰＦ２２を出た後で、排気流は排気通路１０６内に流入する。排気通路１０６では、コモンレール式噴射システム４０’が配置され、尿素処理流体が排気通路１０６で排気流内に噴射された後で排気流がＳＣＲ２４を通って流れるように、尿素処理流体がＳＣＲ２４の上流側の位置で排気流内に噴射される。ＳＣＲ２４を通過後、処理された排気は、排気口１０８を通って排気システム１００を出る。
【００３５】
図４に示すように、コモンレール４８及び４８’は、簡易的な直線状のパイプによって具体化されてはいない。これは、機関車内のパッケージング制限がコモンレール４８及び４８’のようなパイプの使用を防止する可能性があるからである。むしろ、コモンレール４８及び４８’は、排気システム１００の設計中に存在するパッケージング制限を説明するようにモジュール方式であっても、或いは湾曲していてもよい。この点について、コモンレール４８及び４８’は、パッケージング制限を説明するようにさまざまな方向に連結されたさまざまな脚部を含んでいてもよい。コモンレール４８及び４８’のモジュール方式の設計は、圧力変動の軽減を含む各コモンレールの性能に大きな影響を及ぼさない。
【００３６】
最後に、図２及び図４に示すように、排気システム１００は、排気ガスの温度を上昇させるバーナー２６を備えることができ、該バーナー２６は、ＤＯＣ２０およびＳＣＲ２４の触媒をライトオフ温度にまで上昇させることができる。さらに、バーナー２６は、ＤＰＦ２２の再生に足りるレベルにまで排気ガス温度を上昇させるのに十分である。燃料をバーナー２６に供給するために、バーナー２６は、供給管路１１０を経由してコモンレール４８と連通することができ、炭化水素を噴射システム４０から受け取る。特に、供給管路１１０は、燃料をコモンレール４８から直接バーナーに供給する。そのような構成は、燃料源１４と連通するバーナー２６用の別個の入口管路を不要にし、それにより排気システム１００の製造に必要な部品を減らし、パッケージング制限も削減する。
【００３７】
図２および図４に示すように、バーナー２６は、バーナー２６が排気通路１６に直接連結することを単に示している図２で管路１１２によって示されるように、各インジェクタ２８より下流に位置している。しかしながら、ＤＰＦ２２に対してバーナー２６がＤＰＦ２２の再生を実現できる程度にまで排気温度を上昇できる位置に配置される限り、バーナー２６は、各インジェクタ２８よりも上流の位置で排気通路１６と連通できることを理解されたい。
【００３８】
上記によれば、大型のディーゼル用途のための排気処理流体の噴射は、噴霧の質や量を損なうことなく多数のインジェクタを利用して排気流に効果的に施され得る。流体の分配器として機能するコモンレールと流体連通する複数のインジェクタを使用することにより、個々のインジェクタの作動／非作動から生じる圧力変動を回避する。この結果、排気流に一貫して供給される還元剤の適切な量や質が得られ、排気流からＮＯXを削減する。
【００３９】
本実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的のために提供された。該説明は、完全であること、又は開示を限定することは意図していない。具体的な実施形態の個々の要素又は特徴は、その具体的な実施形態に概して限定されることはなく、適用可能である場合、具体的に示されたり説明されたりしなくても、選択された実施形態で互いに置き換え可能であり、用いることができる。同じことは、多くの方法で変形も可能である。そのような変形態様は本開示からの逸脱として解釈されず、そのような変更の全ては、本開示の範囲内に含まれることを意図している。
【図１】
2015520333.tif 000003
【図２】
2015520333.tif 000004
【図３】
2015520333.tif 000005
【図４】
2015520333.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月19日(2015.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一触媒成分と、
排気処理流体を収容するタンクと、
前記排気処理流体を前記第一触媒成分と隣接する位置で排気流内に分散させる排気処理流体噴射システムと
を備える排気システムであって、前記排気処理流体噴射システムは、前記排気処理流体を前記排気流内に投与する複数のインジェクタに加圧下で前記排気処理流体を供給するコモンレールと、未使用の排気処理流体を前記タンクに戻す戻りレールとを含む、排気システム。
【請求項２】
前記排気処理流体噴射システムは、前記コモンレールと前記インジェクタの入口管路とに圧力をかけるポンプを含む、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記排気処理流体噴射システムは、前記ポンプと前記コモンレールとの間に背圧調整器を含む、請求項２に記載の排気システム。
【請求項４】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記炭化水素排気処理流体は、前記触媒成分に隣接する位置で分散される、請求項１に記載の排気システム。
【請求項５】
前記触媒成分は、酸化触媒成分である、請求項４に記載の排気システム。
【請求項６】
前記排気処理流体は尿素排気処理流体であり、前記尿素排気処理流体は、前記触媒成分に隣接する位置で分散される、請求項１に記載の排気システム。
【請求項７】
前記触媒成分は、選択的な触媒還元（ＳＣＲ）触媒成分である、請求項６に記載の排気システム。
【請求項８】
第二触媒成分と
第二排気処理流体を収容する第二タンクと、
前記第二排気処理流体を前記第二触媒成分と隣接する位置で前記排気流内に分散させる第二排気処理流体噴射システムと
をさらに備え、前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二排気処理流体を前記排気流内に投与する複数の第二インジェクタに加圧下で前記第二排気処理流体を供給する第二コモンレールと、未使用の第二排気処理流体を前記第二タンクに戻す第二戻りレールとを含む、請求項１に記載の排気システム。
【請求項９】
前記排気処理流体噴射システムは、前記第一触媒成分に隣接する位置で炭化水素処理流体を噴射し、前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二触媒成分に隣接する位置で尿素処理流体を噴射する、請求項８に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二コモンレールと前記第二インジェクタの入口管路とに圧力をかける第二ポンプを含む、請求項８に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二ポンプと前記第二コモンレールとの間に背圧調整器を含む、請求項１０に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記第二ポンプは、前記第二ポンプが前記第二排気処理噴射システムから前記第二排気処理流体をパージできるように可逆式である、請求項１０に記載の排気システム。
【請求項１３】
前記排気ガスの温度を上昇させるためにバーナーをさらに備える、請求項１に記載の排気処理システム。
【請求項１４】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記バーナーは、前記コモンレールから供給される前記炭化水素排気処理流体を燃料源として使用する、請求項１３に記載の排気処理システム。
【請求項１５】
粒子フィルタをさらに備える、請求項１に記載の前記排気処理システム。
【請求項１６】
排気後処理システムを含む排気システムであって、前記排気後処理システムは、
第一排気処理流体噴射システムと連通する第一排気処理流体タンクと、
第二排気処理流体噴射システムと連通する第二排気処理流体タンクと
を備え、
前記第一および前記第二排気処理流体噴射システムはそれぞれ排気処理流体を排気流内に噴射する複数のインジェクタを含み、前記複数のインジェクタはそれぞれインジェクタ入口管路を通って各インジェクタと連通するコモンレールを用いて加圧され、前記複数のインジェクタはそれぞれ戻りレールと連通するインジェクタ戻り管路を有する、排気システム。
【請求項１７】
前記第一排気処理流体タンクは、炭化水素排気処理流体を含む、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項１８】
前記第二排気処理流体タンクは、尿素排気処理流体を含む、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項１９】
前記第一排気処理流体噴射システムより下流に酸化触媒をさらに備える、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項２０】
前記第二排気処理流体噴射システムより下流に選択的な触媒還元（ＳＣＲ）触媒をさらに備える、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項２１】
バーナーをさらに備え、前記バーナーは、前記第一排気処理流体噴射システムの前記コモンレールから炭化水素排気処理流体を受け取る、請求項１６に記載の排気システム。
【請求項２２】
前記バーナーより下流に粒子フィルタをさらに備える、請求項２１に記載の排気システム。
【請求項２３】
前記バーナーは、前記バーナーより下流に位置する触媒のライトオフを実現するように動作することができ、さらに前記粒子フィルタを再生するように動作することができる、請求項２１に記載の排気システム。
【請求項２４】
第一触媒成分と、
排気処理流体を収容するタンクと、
前記排気処理流体を前記第一触媒成分と隣接する位置で排気流内に分散させる排気処理流体噴射システムであって、前記排気処理流体噴射システムは、前記排気処理流体を前記排気流内に投与する複数のインジェクタに加圧下で前記排気処理流体を供給するコモンレールと、未使用の排気処理流体を前記タンクに戻す戻りレールとを含む排気処理流体噴射システムと、
前記排気流内の排気ガスの温度を上昇させるために前記排気流と連通しているバーナーと
を備える排気システム。
【請求項２５】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記炭化水素排気処理流体は、前記第一触媒成分に隣接する位置で分散される、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２６】
前記第一触媒成分は酸化触媒成分である、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２７】
前記排気処理流体は炭化水素排気処理流体であり、前記バーナーは、前記コモンレールから供給される前記炭化水素排気処理流体を燃料源として使用する、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２８】
第二触媒成分と、
第二排気処理流体収容する第二タンクと、
前記第二排気処理流体を前記第二触媒成分と隣接する位置で前記排気流内に分散させる第二排気処理流体噴射システムと
をさらに備え、前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二排気処理流体を前記排気流内に投与する複数の第二インジェクタに加圧下で前記第二排気処理流体を供給する第二コモンレールと、未使用の第二排気処理流体を前記第二タンクに戻す第二戻りレールとを含む、請求項２４に記載の排気システム。
【請求項２９】
前記排気処理流体噴射システムは、前記第一触媒成分に隣接する位置で炭化水素処理流体を噴射し、前記第二排気処理流体噴射システムは、前記第二触媒成分に隣接する位置で尿素処理流体を噴射する、請求項２８に記載の排気システム。
【請求項３０】
前記第一触媒成分は酸化触媒成分であり、前記第二触媒成分は、選択的な触媒還元（ＳＣＲ） 触媒成分である、請求項２９に記載の排気システム。
【国際調査報告】
2015520333.tif 000007
2015520333.tif 000008