(57)【要約】排出ガス通路内で排出ガスを処理するための選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムを提供する。このシステムは，排出通路（１２）内に配置された加水分解触媒（１８）と，ディーゼル排出流体（ＤＥＦ）を加水分解触媒に噴射するためのＤＥＦ投与ユニット（１６）を備える。加水分解触媒（１８）の下流側で，ＳＣＲ触媒（２０）が通路（１２）内に配置される。投与ユニット（１６）によるＤＥＦ投与は，コントローラ（２６）により制御される。コントローラ（２６）は，ＤＥＦが１Ｈｚ以下の変調周波数をもって噴射されるようにＤＥＦ投与ユニット（１６）を制御する。ＳＣＲシステムを使用して排出ガス通路内で排出ガスを処理する方法も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガスを排出通路内において処理するための選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムであって：
・前記排出通路内に配置された加水分解触媒；
・前記加水分解触媒にディーゼル排出流体（ＤＥＦ）を噴射するためのＤＥＦ投与ユニット；
・前記加水分解触媒の下流側で前記通路内に配置されたＳＣＲ触媒；並びに
・前記投与ユニットによるＤＥＦ投与を制御するためのコントローラ；
を備え，前記コントローラは，前記ＤＥＦ投与ユニットを，ＤＥＦが１ヘルツ以下の変調周波数をもって噴射されるように制御する構成とされている，システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって，前記コントローラは，前記ＤＥＦ投与ユニットを，ＤＥＦが少なくとも１秒の変調周期に亘って噴射されるように制御する構成とされている，システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシステムであって，前記コントローラに通信接続される少なくとも１つの温度センサを更に備え，
前記コントローラは，前記ＤＥＦ投与ユニットの変調周期を，前記少なくとも１つの温度センサから受信した信号に応じて選択的に調整する構成とされている，システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって，前記少なくとも１つの温度センサは，前記加水分解触媒の内部に配置されている，システム。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のシステムであって，前記コントローラは，前記排出通路内における排出ガスの質量流量に応じて前記変調周波数を選択的に調整する構成とされている，システム。
【請求項６】
車両用の排出ガス装置であって，請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳＣＲシステムを含む排出ガス装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳＣＲシステムを含む車両。
【請求項８】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムを使用して排出ガス通路内で排出ガスを処理する方法であって，
・前記排出通路内に配置される加水分解触媒，前記加水分解触媒にディーゼル排出流体（ＤＥＦ）を，可変のＤＥＦ投与率をもって噴射するためのＤＥＦ投与ユニット，及びコントローラを準備するステップ；
・前記加水分解触媒にＤＥＦを噴射するステップ；並びに
・ＤＥＦ投与を，ＤＥＦが１ヘルツ以下の変調周波数をもって噴射されるように制御するステップ；
を備える方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって，ＤＥＦ流体を少なくとも１秒の変調周期に亘って噴射するステップを更に備える，方法。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の方法であって：少なくとも１つの温度センサを準備するステップ；並びに，前記ＤＥＦ投与ユニットの変調周期を，前記少なくとも１つの温度センサから受信した信号に応じて調整するステップを更に備える，方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって，少なくとも１つの温度センサを準備するステップが，前記少なくとも１つの温度センサを前記加水分解触媒の内部に配置するステップを砂得る，方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１の何れか一項に記載の方法であって，前記変調周波数を，前記排出通路内における排出ガスの質量流量に応じて調整するステップを更に備える，方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ディーゼルエンジンの排出ガスを処理するための選択的触媒還元システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムは既知であり，一般的にディーゼルエンジンの排出系に含まれて該エンジンの排出ガス処理に供されている。このようなシステムは，エンジンの排出通路内を流れる排出ガスにディーゼル排出流体（ＤＥＦ）を導入するものである。ＤＥＦは尿素を含み，その尿素は排出通路内で加水分解及び／又は熱分解することによりアンモニアを生成する。アンモニアはＳＣＲ触媒を通過し，その間にアンモニアは，排出系から大気中に放出される前に，排出ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素及び水に変換する。
【０００３】
排出通路内にＤＥＦを投与する多くのＳＣＲシステムが提案されている。このようなシステムは，ときには「ウェット・スプレー」とも称されており，水性尿素のスプレーを排出ガス中に噴射して分解させることによりアンモニアを生成するものである。かかるシステムの一例は，特許文献１：米国特許出願公開第２００８／０２２６５４号明細書に開示されている。特許文献１は，ＳＣＲ触媒と，ＳＣＲ触媒の下流側に配置されてＤＥＦをＳＣＲ触媒に噴射する反応剤噴射器とを含むＳＣＲシステムを開示している。反応剤噴射器は，１Ｈｚ〜１０ＨＺの間の周波数でＤＥＦを噴射する。
【０００４】
特定の条件下でＳＣＲシステムにおける加水分解触媒にＤＥＦを投与する場合，ＤＥＦは触媒を冷却して尿素の熱分解と，これに引き続くイソシアン酸の加水分解，並びにアンモニア及びイソシアン酸の脱離を減速させ，又は実効的に防止する。このアンモニア放出の抑制により，加水分解触媒の機能におけるラグ又は遅延が生じる。その結果，ＳＣＲ触媒におけるアンモニア貯蔵及びＮＯｘ変換に作用させ得る制御量が制約される。更に，尿素の熱分解が減速又は防止されると，例えば排出入口温度の上昇が生じた場合でも，排出通路内における尿素の堆積を生じさせ，未反応の尿素又はアンモニアが未処理状態で排出通路からアンモニア・スリップ中に投与される結果を生じさせかねない。
【０００５】
従来のＳＣＲシステムは，ＤＥＦ噴射器を使用して所定量のＤＥＦを，ＤＥＦの供給圧で規定される流量で，各噴射間における典型的には１秒に満たない短い周期をもって噴射するものである。これは，低域及び中間域での温度条件及び／又は流量条件における加水分解触媒の温度回復を許容するものではなく，究極的にはアンモニア生成を抑制することとなる。既知のＳＣＲシステムは，可能な限り高く設定した噴射パルス幅変調周波数を使用する傾向がある。
【０００６】
本発明の課題は，既知のＳＣＲ排出システムにおける上記欠点の少なくとも１つを除去又は軽減することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２２６５４号明細書
【発明の概要】
【０００８】
第１の態様において，本発明は，排出ガスを排出通路内において処理するための選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムを提供する。このシステムは：
・前記排出通路内に配置された加水分解触媒；
・前記加水分解触媒にディーゼル排出流体（ＤＥＦ）を噴射するためのＤＥＦ投与ユニット；
・前記加水分解触媒の下流側で前記通路内に配置されたＳＣＲ触媒；並びに
・前記投与ユニットによるＤＥＦ投与を制御するためのコントローラ；
を備え，前記コントローラは，前記ＤＥＦ投与ユニットを，ＤＥＦが１ヘルツ以下の変調周波数をもって噴射されるように制御する構成とされている。
【０００９】
第２の態様において，本発明は，第１の態様に係るＳＣＲシステムを含む車両用の排出ガス装置を提供する。
【００１０】
第３の態様において，本発明は，第１の態様に係るＳＣＲシステムを含む車両用を提供する。
【００１１】
第４の態様において，本発明は，選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムを使用して排出ガス通路内で排出ガスを処理する方法を提供する。この方法は：
・前記排出通路内に配置される加水分解触媒，前記加水分解触媒にディーゼル排出流体（ＤＥＦ）を，可変のＤＥＦ投与率をもって噴射するためのＤＥＦ投与ユニット，及びコントローラを準備するステップ；
・前記加水分解触媒にＤＥＦを噴射するステップ；並びに
・ＤＥＦ投与を，ＤＥＦが１ヘルツ以下の変調周波数をもって噴射されるように制御するステップ；を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
以下，本発明の好適な実施形態を，あくまでも例示として，添付図面を参照しながら記載する。
【図１】選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムの概要図である。
【図２】図１のＳＣＲシステムにおける例示的な投与パターンを示す説明図である。
【図３】異なる投与率におけるアンモニア生成量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は，選択的触媒関願（ＳＣＲ）システム１０を示すものである。システム１０は，車両（図示せず）のエンジン（図示せず）から排出ガスを搬出する排出通路１２内に配置される。排出ガスは，先ず，任意的にシステム１０の一部を構成することのできる，既知の形式のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１４を通過する。ＤＯＣ１４は，その触媒作用により排出ガス中の炭化水素及び一酸化酸素の酸化反応を生じさせて二酸化酸素及び水を発生させるものである。
【００１４】
ＤＯＣ１４の下流側にはディーゼル排出流体（ＤＥＦ）投与ユニット１６が配置され，これは，排出通路１２内でＤＯＣ１４の下流側に配置された加水分解触媒１８にＤＥＦを投与するように構成されている。ＤＥＦ投与ユニット１６は既知の形式であり，ＤＥＦを水性尿素の溶液形態で噴射するものである。加水分解触媒１８は既知の形式であり，ＤＥＦの加水反応の触媒作用を生じさせてアンモニア及び二酸化炭素を発生させるものである。
【００１５】
排出通路１２内で加水分解触媒１８の下流側にＳＣＲ触媒２０が配置され，これも既知の形式である。ＳＣＲ触媒２０は，加水分解触媒の下流側で排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）とアンモニアとの間の還元反応の触媒作用を生じさせてＮＯｘを窒素及び水に変換するものである。任意的に，システム１０は，ＳＣＲ触媒２０の直ぐ上流側に配置されるＳＣＲ触媒フィルタ２２を含むことができる。ＳＣＲ触媒フィルタ２２は，排出通路内における大きな粒子がＳＣＲ触媒２０に流入するのを防止するように構成されている。
【００１６】
排出通路１２内でＳＣＲ触媒２０の下流側には，既知形式のアンモニア・スリップ（ＡＳ）触媒２４が任意的に配置され，これは，ＳＣＲ触媒２０を通過した未反応のアンモニアを，排出系から大気中に放出可能となる前に酸化させるように構成されている。
【００１７】
システム１０はコントローラ２６を含み，これはＤＥＦ投与ユニット１６に接続され，かつ，ＤＥＦ投与ユニット１６がＤＥＦを加水分解触媒１８に投与する投与率を制御するように構成されている。コントローラ２６は，ＤＥＦ投与ユニット１６をオン状態及びオフ状態の間で制御するように構成されている。オン状態においてＤＥＦ投与ユニット１６は，コントローラ２６により設定されるゼロ以外の投与率でＤＥＦを加水分解触媒１８に投与し，オフ状態においてＤＥＦ投与ユニット１６はＤＥＦを加水分解触媒１８に投与しない。コントローラ２６は，パルス周波数変調を使用することにより，オン状態及びオフ状態の間でＤＥＦ投与ユニット１６を変調するように構成することができ，パルス幅変調を使用することにより，ＤＥＦ投与ユニット１６はＤＥＦを加水分解触媒１８に投与する周期を制御することもできる。
【００１８】
システム１０は，コントローラ２６に接続される複数のセンサも含んでいる。
【００１９】
入口窒素酸化物（ＮＯｘ）センサ２８が加水分解触媒１８の上流側に配置され，排出通路１２内におけるＮＯｘレベルを測定するように構成されている。このＮＯｘセンサ２８は，コントローラ２６に接続されている。
【００２０】
加水分解触媒１８の上流側には第１の，又は入口側の温度センサ３０も配置されており，これもコントローラ２６に接続されている。入口側温度センサ３０は，加水分解触媒１８の上流側における温度を測定するように構成されている。
【００２１】
加水分解触媒１８とＳＣＲ触媒２０との間には第２の温度センサ３２が配置され，これはコントローラ２６に接続され，かつ，信号をコントローラ２６に送信することにより，排出ガスの温度値を測定するように構成されている。第２の温度センサ３２は，加水分解触媒１８とＳＣＲ触媒２０との間に配置することができる。代替的に，第２の温度センサ３２は，加水分解触媒１８内に配置することもできる。
【００２２】
加水分解触媒１８とＳＣＲ触媒２０との間にはアンモニアセンサ３４も配置され，これもコントローラ２６に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
次に，図１及び図２を参照して本発明に係るシステム１０の作動態様の一例を記載する。
【００２４】
エンジンからの排出ガスが通路１２を流れると，コントローラ２６はＤＥＦ投与ユニット１６を，同ユニットがＤＥＦを加水分解触媒１８に投与する際の変調周波数が１Ｈｚ以下となるように制御する。好適には，コントローラ２６がＤＥＦ投与ユニット１６をオン状態に制御する場合，ＤＥＦ投与ユニット１６はＤＥＦを加水分解触媒１８に毎時１１，０００グラムの投与率で投与する。
【００２５】
また，コントローラ２６は，ＤＥＦ投与ユニット１６がＤＥＦを加水分解触媒１８に投与する際の変調周波数を，第１及び第２の温度センサ３０，３２の一方から受信した信号，及び／又は既知の態様で計算された排出通路内における排出ガスの質量流量に応じて調整する。例えば，コントローラ２６は，ＤＥＦ投与ユニット１６を制御することにより，加水分解触媒１８における排出ガス温度が所定レベルを超えたときに，ＤＥＦ投与ユニット１６がＤＥＦを加水分解触媒１８に投与する際の変調周波数を増加させるように構成することができる。
【００２６】
システム１０において使用することのできる投与パターンを，図２のグラフに例示する。この例示パターンにおいて，ＤＥＦ投与ユニット１６がオフ状態にある最小時間は１秒であり，投与ユニット１６がオン状態にある最小時間も１秒である。例示パターンを通じて，ＤＥＦ投与ユニット１６は，オン状態にあるときにＤＥＦを加水分解触媒１８に対して毎時１１，０００グラムの投与率で投与する。
【００２７】
先ず，例示的な投与パターンのフェーズＡにおいて，ＤＥＦ投与ユニット１６は，１秒間に亘ってオン状態，４秒間に亘ってオフ状態である。フェーズＢでは周波数が増加し，ＤＥＦ投与ユニット１６は，１秒間に亘ってオン状態，１秒間に亘ってオフ状態である。フェーズＣでは，ＤＥＦ投与ユニット１６は，３秒間に亘ってオン状態，１秒間に亘ってオフ状態である。
【００２８】
従来のＳＣＲシステムにおいて，より多量のアンモニアを生成してＮＯｘを低有害性ガスに還元させるためにＤＥＦ投与の変調周波数を増加させるのとは異なり，本発明に係るシステムは，噴射の変調周波数を減少させてより多量のアンモニアを生成してＮＯｘを還元させるものである。上述したシステムにおいて，加水分解触媒の温度は，１Ｈｚの投与周波数に基づいて噴射の間に回復可能であり，これによりＤＥＦをアンモニアに一層効果的に変換することができる。これは，ＳＣＲ触媒における選択的触媒還元にためにより多量のアンモニアが利用できることを意味する。従って，上述したシステムはＮＯｘ還元性能を向上するものであり，アンモニア・スリップ現象が生じることはない。
【００２９】
本発明によるＳＣＲシステムを使用して達成されるＤＥＦのアンモニアへの変換の有効性は，図３において証明されている。図３は，異なる時間に亘っての異なるＤＥＦ投与率におけるアンモニア生成量を示すグラフである。アンモニア生成量は１８秒間に亘る投与率１００００ｇ／ｈｒの場合に最大であり，最大アンモニア生成量は約９００ＰＰＭである。アンモニア生成量は，それぞれ９０秒間及び３６秒間に亘る投与率２０００ｇ／ｈｒ及び５０００ｇ／ｈｒの場合にはより少量であり，最大アンモニア生成量はそれぞれ約７００ＰＰＭ及び約５９０ＰＰＭである。これは，アンモニア生成量が，短時間に亘る高い投与率の場合に，長時間に亘る低い投与率の場合よりも大きいことを示すものである。
【００３０】
添付した特許請求の範囲により規定される本発明の技術的範囲を逸脱することなく，修正及び改良を行えることは，言うまでもない。
【００３１】
例えば，ＤＥＦ投与周波数は，加水分解触媒の内部条件に関連する特定のトリガー条件に基づくものとすることができる。加水分解触媒及び推定器の埋め込みモデルは，トリガー条件を設定するために，加水分解触媒出口におけるアンモニア及び温度センサの測定値と，加水分解食内入口におけるＮＯｘセンサの測定値を使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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