(57)【要約】  ディーゼル圧縮エンジン（１６）などのディーゼル燃焼プロセス（１４）からの排気（１２）を処理するディーゼル排気ガス後処理システム（１０）が提供される。システム（１０）は、排気（１２）を高温でシステム（１０）の残り部分に選択的に供給するバーナ（１８）と、バーナ（１８）から排気（１２）を受け取るようにバーナ（１８）の下流に接続されたディーゼル微粒子フィルタ（２０）と、フィルタ（２０）から排気を受け取るようにフィルタ（２０）の下流に接続されたＮＯｘ還元装置（２２）とを含む。
2012525540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル燃焼プロセスからの排気を処理するディーゼル排気ガス処理システムであって、
前記排気を受け取り、前記排気を火炎で選択的に加熱して、前記排気を高温で前記システムの残り部分に供給するバーナと、
前記バーナから前記排気を受け取るように前記バーナの下流に接続されたディーゼル微粒子フィルタと、
前記ディーゼル微粒子フィルタから前記排気を受け取るように前記ディーゼル微粒子フィルタの下流に接続された選択的接触還元触媒及びＮＯｘトラップのうちの少なくとも１つとを備える、システム。
【請求項２】
前記バーナから前記排気を受け取るように前記バーナの下流で、前記ディーゼル微粒子フィルタへ前記排気を送達するように前記ディーゼル微粒子フィルタの上流に接続されたディーゼル酸化触媒をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ディーゼル微粒子フィルタから前記排気を受け取るように前記ディーゼル微粒子フィルタの下流で、前記選択的接触還元触媒へ前記排気を送達するように前記選択的接触還元触媒の上流に接続されたディーゼル酸化触媒をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記バーナの下流で前記ディーゼル酸化触媒の上流に位置する燃料インジェクタをさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記バーナが、少なくとも１つの燃料インジェクタ及び少なくとも１つの点火装置を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
選択的接触還元触媒及びＮＯｘトラップのうちの前記少なくとも１つが選択的接触還元触媒であり、前記触媒の上流に接続された還元剤インジェクタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
ディーゼル燃焼プロセスからのディーゼル排気を処理する方法であって、
（ａ）前記ディーゼル燃焼プロセスの下流で前記排気流内の燃料を燃焼させることによって、前記排気の温度を選択的に増大させるステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）から提供される前記温度を増大させた排気中に炭素を酸化させることによって、フィルタからすすを除去するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）から提供される前記排気内に保持されるＮＯｘを除去するステップとを含む、方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｂ）の前に、前記ステップ（ａ）からの前記排気を酸化触媒に通すことによって、ＮＯ２を生じさせ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】
前記ステップ（ｃ）の前に、前記ステップ（ｂ）からの前記排気を酸化触媒に通すことによって、ＮＯ２を生じさせるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ａ）の後及び前記ステップ（ｂ）の前に、前記排気内へ燃料を噴射するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ａ）が、前記排気内へ燃料を噴射するステップと、前記燃料に着火するステップとを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｃ）が、前記排気を選択的接触還元触媒に通すことによって、ＮＯｘをＮ２に変換するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｃ）が、ＮＯｘを捕集するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル圧縮エンジンなどのディーゼル燃焼プロセスからの排気ガスを処理するシステム及び方法に関し、より詳細には、ディーゼル圧縮エンジンからの窒素酸化物（ＮＯｘ）及び放出粒子状物質（ＰＭ）を還元するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境規制は、ディーゼル燃焼プロセスから、特にディーゼル圧縮エンジンからのＮＯｘ及びＰＭの還元を必要とする放出限界を増大させることを求めてきた。ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）は、通常、すすの形の炭素質微粒子であるＰＭの必要な還元を実現することが可能であるが、ＤＰＦによって提供される粒子状物質の還元とともにＮＯｘの必要な還元を提供できる改善されたシステムが引き続き必要とされている。
【０００３】
この点に関して、ＤＰＦ内で収集されたすすと反応してＤＰＦの所望の再生（受動的再生と呼ばれることが多い）をもたらす排気内のＮＯ２のレベルを増大させるために、ＤＰＦの上流にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を提供するシステムが提案されてきた。しかし、そのようなシステムは、３００℃未満の温度に制限されるようになり、通常、酸化触媒の前後で圧力降下をもたらす。この圧力降下は、システムの残り部分の設計で補償しなければならない。加えて、水素又は炭化水素燃料などの燃料をＤＯＣの上流に送達して、ＤＰＦ内で３１５．６℃（６００°Ｆ）より大きい温度を生成することができる（能動的再生と呼ばれることが多い）。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの特徴によれば、ディーゼル燃焼プロセスからの排気を処理するディーゼル排気ガス処理システムが提供される。このシステムは、排気を受け取り、排気を火炎で選択的に加熱して、排気を高温でシステムの残り部分に供給するバーナと、バーナから排気を受け取るようにバーナの下流に接続されたディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）と、ディーゼル微粒子フィルタから排気を受け取るようにディーゼル微粒子フィルタの下流に接続された選択的接触還元触媒（ＳＣＲ）及びＮＯｘトラップのうちの少なくとも１つとを含む。
【０００５】
１つの特徴として、システムは、バーナから排気を受け取るようにバーナの下流で、ＤＰＦへ排気を送達するようにＤＰＦの上流に接続されたディーゼル酸化触媒をさらに含む。さらなる特徴では、システムは、バーナの下流でＤＯＣの上流に位置する燃料インジェクタをさらに含む。
【０００６】
１つの特徴では、システムは、ＤＰＦから排気を受け取るようにＤＰＦの下流で、ＳＣＲへ排気を送達するようにＳＣＲの上流に接続されたディーゼル酸化触媒をさらに含む。
【０００７】
１つの特徴によれば、バーナは、少なくとも１つの燃料インジェクタ及び少なくとも１つの点火装置を含む。
【０００８】
１つの特徴として、前記「選択的接触還元触媒及びＮＯｘトラップのうちの少なくとも１つ」が選択的接触還元触媒であり、触媒の上流に接続された還元剤インジェクタをさらに含む。
【０００９】
本発明の１つの特徴によれば、ディーゼル燃焼プロセスからのディーゼル排気を処理する方法が提供される。この方法は、
【００１０】
（ａ）ディーゼル燃焼プロセスの下流で排気流内の燃料を燃焼させることによって、排気の温度を選択的に増大させるステップと、
【００１１】
（ｂ）ステップ（ａ）から提供される温度を増大させた排気中に炭素を酸化させることによって、フィルタからすすを除去するステップと、
【００１２】
（ｃ）ステップ（ｂ）から提供される排気内で保持されるＮＯｘを除去するステップとを含む。
【００１３】
１つの特徴では、前記方法は、ステップ（ｂ）の前に、ステップ（ａ）からの排気を酸化触媒に通すことによって、ＮＯ２を生じさせるステップをさらに含む。さらなる特徴として、前記方法は、ステップ（ａ）の後でステップ（ｂ）の前に、排気内へ燃料を噴射するステップをさらに含む。
【００１４】
さらなる特徴では、前記方法は、ステップ（ｃ）の前に、ステップ（ｂ）からの排気を酸化触媒に通すことによって、ＮＯ２を生じさせるステップをさらに含む。
【００１５】
１つの特徴によれば、前記ステップ（ａ）は、排気内へ燃料を噴射するステップと、燃料に着火するステップとを含む。
【００１６】
１つの特徴として、前記ステップ（ｃ）は、排気を選択的接触還元触媒に通すことによって、ＮＯｘをＮ２に変換するステップを含む。
【００１７】
１つの特徴では、前記ステップ（ｃ）は、ＮＯｘを捕集するステップを含む。
【００１８】
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、添付の特許請求の範囲及び図面を含めて、本明細書全体を読めば、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を実施するディーゼル排気ガス処理システムを、ディーゼル燃焼エンジンとともに示す図である。
【図２】図１に類似しているが、ディーゼル排気ガス処理システムの代替実施例を示す図である。
【図３】図１に類似しているが、ディーゼル排気ガス処理システムの代替実施例を示す図である。
【図４】図１に類似しているが、ディーゼル排気ガス処理システムの代替実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ディーゼル圧縮エンジン１６などのディーゼル燃焼プロセス１４からの排気１２を処理するディーゼル排気ガス後処理システム１０が提供される。排気１２は通常、とりわけ一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ２）などの窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒状物質（ＰＭ）、炭化水素、一酸化炭素（ＣＯ）、並びに他の燃焼副生成物を含有する。
【００２１】
システム１０は、排気１２を高温でシステム１０の残り部分に選択的に供給するバーナ１８と、バーナ１８から排気１２を受け取るようにバーナ１８の下流に接続されたディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）２０と、ＤＰＦ２０から排気１２を受け取るようにＤＰＦ２０の下流に接続された、図１に示す選択的接触還元触媒（ＳＣＲ）２４又は図２に示す希薄ＮＯｘトラップ２６などのＮＯｘ還元装置２２とを含む。ディーゼル圧縮エンジン１６などの希薄燃焼エンジンの排気１２内で動作温度がより低いことを克服するために、ＤＰＦ２０向けの能動的再生プロセスが用いられる。能動的再生プロセスでは、バーナ１８内で燃料を着火して火炎２８を生じさせ、排気１２を高温に加熱し、それによってＤＰＦ２０内でＰＭの酸化を可能にする。加えて、そのような能動的再生とともに、又は能動的再生とは無関係に、バーナ１８を同様に使用して排気１２を高温に加熱し、それによってＳＣＲ２４の変換効率を高めることができる。有利には、バーナ１８は、エンジン１６を出ると排気１２内で低温（３００℃未満）をもたらす動作状態を含めて、あらゆる特定のエンジン動作状態とは無関係に、選択的に又は連続してそのような高温を提供できる。したがって、システム１０は、エンジン制御部の調整を必要とすることなく動作することができる。
【００２２】
バーナ１８は、好適に、２つの例が水素及び炭化水素である適切な燃料を噴射する１つ又は複数のインジェクタ３０と、スパーク・プラグ３２などの１つ又は複数の点火装置によって排気内にすでに保持された燃焼していない燃料と共に点火される空気などの酸素供給物質を含む。この点に関して、各インジェクタ３０は、燃料と酸素供給物質の両方を噴射する複合インジェクタ、又は燃料若しくは酸素供給物質のうちの１つに特有のインジェクタとすることができる。任意の適切な処理装置（複数可）、センサ、流れ制御弁、電気コイルなどを使用してインジェクタ３０を通る流れ及び点火装置３２による着火を監視及び制御する制御システムが提供されることが好ましい。この制御システムを、概略的に３４で示す。
【００２３】
ＤＰＦ２０は、任意の適切な構造又はタイプのものとすることができ、その多くが知られている。
【００２４】
ＳＣＲ２４には、任意の適切な触媒を利用することができ、触媒の例には、任意の適切な構造又はタイプの銅ベース、鉄ベース、及びバナジアベースの触媒が含まれる。システム１０はまた、還元剤インジェクタ３６を含むことが好ましい。還元剤インジェクタ３６は、この場合も任意の適切な構造及びタイプのものであり、アンモニア、尿素、炭化水素、水素、又は合成ガスなどの窒素還元剤を排気１２内へ導入して、排気１２内のＮＯｘ分を、好ましくは少なくとも２５％、また適正な状態下では９９％も還元することができる。この点に関して、ＳＣＲ内の温度は、使用される還元剤のタイプに大きく依存する。インジェクタ３６は、加圧された還元剤源（図示せず）によって供給され、制御装置３４又は別個の制御装置（図示せず）によって制御される。
【００２５】
図２を参照すると、任意の適切な構造及びタイプの希薄ＮＯｘトラップ２６を利用することができ、希薄ＮＯｘトラップ２６は、有利には、希薄な燃料と空気の混合物を利用する動作状態中にＮＯ２を蓄積し、豊富な燃料と空気の混合物を利用する動作状態下で、蓄積されたＮＯ２をＮ２及びＯ２に還元する。この点に関して、好ましくはないが必要に応じて、予備の炭化水素燃料をトラップ２６の上流で噴射して、トラップ２６内で豊富な燃料と空気の状態をもたらし、蓄積されたＮＯ２からＮ２、Ｈ２Ｏ、及びＣＯ２を形成するのを助けることができる。
【００２６】
動作の際には、ＤＰＦの圧力降下、ＤＰＦのすすの質量、所定の動作時間設定点、及び燃料消費率などの複数のパラメータ又はパラメータの組合せに基づいて、システム１０によるＤＰＦ２０の能動的再生が必要かどうかを決定することができる。同様に、ＤＰＦの圧力降下、ＤＰＦのすすの質量、及び所定の再生時間設定点などの複数のパラメータ又はパラメータの組合せに基づいて、ＤＰＦ２０の能動的再生を終了させることができる。能動的再生中、インジェクタ（複数可）３０を介する燃料及び空気の噴射は、排気１２の流量、排気１２内の酸素濃度、並びにＤＰＦ２０への排気１２の入口温度及びＤＰＦ２０からの排気１２の出口温度を含めて、複数のパラメータ又はパラメータの組合せに基づいて行うことができ、点火装置のイオン化検出によって、又はバーナ１８への排気１２の入口温度とバーナ１８からの排気１２の出口温度を比較することによって、火炎の安定性が監視される。
【００２７】
ＳＣＲ２４及び／又は希薄ＮＯｘトラップ２６に対応する適切なパラメータを利用する類似の制御方式を利用して、バーナ１８の能動的な使用を提供し、性能を改善し、及び／又は再生を提供することができる。
【００２８】
システム１０では、ＤＰＦの適切な再生を得るにはエンジン又はシステム内への過度の燃料噴射を必要とする公知の後処理システムと比較すると、燃料効率を高めることができることを理解されたい。バーナ１８は、特にＤＰＦの受動的再生に十分なＮＯ２を提供するために排気をＤＰＦの上流でＤＯＣに通すことによる受動的又は能動的再生に依拠するシステムと比較すると、バーナ１８を通る排気１２内で圧力降下を比較的低くするように設計できることも理解されたい。排気１２をＳＣＲ２４の上流でＤＰＦ２０に通すことで、ＳＣＲ２４内の熱変動を抑える傾向があり、それによって還元剤噴射の制御を簡略化できることをさらに理解されたい。
【００２９】
図３を参照すると、システム１０の代替実施例が示されている。この代替実施例では、バーナ１８とＤＰＦ２０の間にＤＯＣ４０が接続され、受動的再生に好ましい動作状態中のあるレベルで、排気１２内にＮＯ２を提供してＤＰＦ２０の受動的再生を行う。これにより、バーナ１８による能動的再生の必要を低減させることができ、それによってシステム１０の全体的な燃料効率を増大させることができる。
【００３０】
図４は、図３に類似しているが、ＤＰＦ２０とＳＣＲ２４の間にさらに別のＤＯＣ４２を追加して追加のＮＯ２を提供し、ＳＣＲ２４内の反応を最適化するシステム１０のさらに別の実施例を示す。システム１０に対するさらなる代替手段として、バーナ１８とＤＯＣ４０の間に燃料インジェクタ４４が追加され、燃料インジェクタ４４は２つの例が炭化水素燃料及び水素である追加燃料を選択的に提供してＤＯＣ４０内の反応を高め、特定の動作状態下で排気内に追加の量のＮＯ２を生じさせる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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