JP2004316658A - 排気システムの温度管理 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ディーゼルエンジン排気ガス流から粒子状物質（ＰＭ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための統合型排出物削減システムの温度管理に係わる。
【解決手段】 本発明の統合型排出物削減システムは、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）と、ＤＰＦに入る排気ガス流の温度を調整するための熱源と、少なくとも１つのＮＯｘ用選択的触媒還元器と、ＮＯｘ還元器に入る排気ガス流の温度を調整するための熱交換器と、ＤＰＦとＮＯｘ還元器に入る排気ガス流の温度及び／又は圧力を監視するための及び熱交換器と熱源の作用を制御するための計算機とを含むことが出来る。これにより、ＤＰＦとＮＯｘ還元器の効率が向上する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジン排気ガス流から粒子状物質と反応性窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための排気物質削減システムに関し、より具体的には、選択的触媒還元要素を有する排出物削減システムの効率の改善に関する。

ディーゼルエンジン燃焼排気ガスは、二酸化炭素、一酸化炭素、未燃焼炭化水素、ＮＯｘ、及び粒子状物質（ＰＭ）を含む。環境規制により、ＮＯｘ及びＰＭのディーゼル排気物質レベルを革新的に低減する排出物制御がますます要求されている。例として、EURO4(2005)、EURO5(2008)、US2004及びUS2007排出制限基準がある。また、規制により、特定の運転サイクル期間において排出されるうるＮＯｘ量はますます制限されるようになってきている。例えば、米国連邦試験手順（ＦＴＰ）又は欧州車両排出物グループ（ＭＶＥＧ）がある。

ディーゼルエンジン排気ガスからＮＯｘを除去する公知の方法の一つは、触媒還元によるものである。触媒還元法では基本的に、排気ガスを、ＮＯｘを窒素に変換する還元ガスとともに触媒体上を通過させる。２種類の触媒還元として、非選択的触媒還元（ＮＳＣＲ）と選択的触媒還元（ＳＣＲ）がある。本発明は、ＳＣＲ型触媒還元を含む排出物削減システムに関する。

Rothらの特許文献１には、ディーゼル燃料内燃エンジンを動力とし、そのエンジンの下流に還元触媒コンバータを備える車両の排気ガス中の過渡状態及び定常状態でのＮＯｘ排出物を削減する方法及び装置が開示されている。前記触媒コンバータは、還元触媒と、触媒コンバータの上流において、燃料オイルを炭化水素（ＨＣ）還元剤として排気ガスに注入するシステムとを含む。Rothらは、エンジンが過渡状態にあることで排気ガスの温度が高められ、それにより触媒コンバータの温度を、ＮＯｘ変換が発生する温度範囲を越えて上昇させる場合があることを認識した。

ＮＯｘ触媒の変換効率は温度によって決まる。効率的な作用温度範囲は、一般に１５０〜５００℃であり、触媒によって決まる。７５０〜８００℃を越えると、触媒は損傷する可能性がある。高負荷状態でエンジンが動作している期間中に、排気ガス温度はこの範囲を越える場合がある。

ディーゼルエンジン排気ガス流からＰＭを除去するためのディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）は、炭素すすの除去において極めて効率的であることが立証されている。広く使われているＤＰＦは、フィルタ体の多孔質壁に粒子状物質を捕らえることでディーゼル排気ガスをフィルタする壁流フィルタである。Cutlerらの特許文献２には、多孔質セラミックディーゼル排気微粒子フィルタが開示されている。セラミックフィルタは、ディーゼル排気微粒子を捕らえて燃焼させる働きをする複数の連接された蜂の巣状構造体を含む。粒子状物質が捕集されてくると、ついにはこのフィルタを横切る圧力降下が増してエンジンに対する背圧が生じ、フィルタの再生が必要となる。再生処理は、フィルタを加熱して炭素すすを燃焼させることを含む。通常、この再生は、低速燃焼が開始されて数分続き、その間にフィルタ内の温度が約４００〜６００℃から最大約８００〜１０００℃に上昇する、制御されたエンジン管理条件の下で達成される。
米国特許第６，４４６，４３０号明細書 米国特許第６，４６４，７４４号明細書

現在利用可能なシステムにおいては、３００℃以下の排気ガス流温度におけるディーゼルＰＭの燃焼効果に問題がある。ディーゼル排気ガス流温度は５００℃を越える場合があるけれども、一般的には、特に低エンジン負荷条件下ではそれよりかなり低い、例えば３００℃以下であり、前述したように、微粒子をそのような低温度で燃焼するには、触媒フィルタはあまり効果的ではない。また、熱的手段による炭素燃焼には６００℃程度の温度が必要である。

上記システムは、ある種のディーゼル排気物質の削減に役立つことが知られているが、また、このシステムをその効率を最大にする温度で使用すれば、有効であることも知られている。具体的には、ＤＰＦ再生は特定の閾値を越える温度、しばしば、通常のディーゼル排気ガス流温度より高い温度において達成される。例えばＳＣＲ等のＮＯｘ触媒は通常３００〜４５０℃の温度範囲において、最も効率的に作用する。

本発明は、粒子状物質（ＰＭ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とをディーゼルエンジン排気ガス流から除去するための、統合型排出物削減システムの温度管理を含む。本発明の統合型排出物削減システムは、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）と、ＤＰＦに入る排気ガス流の温度を調整するための熱源と、少なくとも１つのＮＯｘ用選択的触媒還元器と、ＮＯｘ還元器に入る排気ガス流の温度を調整するための熱交換器と、ＤＰＦとＮＯｘ還元器に入る排気ガス流の温度を監視するための、及び熱交換器と熱源の作用を制御するための計算機とを含むことが出来る。これにより、ＤＰＦ及びＮＯｘ還元器の効率が向上する。

排出物削減システムの典型的な実施形態は、車両に動力を供給するディーゼルエンジンからの排気ガス流を受け取る。排気ガス流は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と、熱交換器と、ＮＯｘ還元器と、ＤＰＦと、必要により消音器とを通過させられる。排出物削減システムは、排気ガス流排出物削減処理を監視し、これを制御するためのエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。

ＮＯｘ触媒の変換効率は温度によって決まる。ＰＭの灰化もまた温度に依存する。従って、ＤＰＦ，ＮＯｘ還元器等の各種の排出物削減システム構成要素に入る排気ガス流は、システム構成要素の効率が最大となる温度に調整すると有利である。具体的には、蓄積したすすを燃焼させるためにＤＰＦに入る排気ガス流の温度を上げることが、しばしば有利である。これにより、排気時、ＤＰＦの背圧が低減される。また、ＮＯｘ還元器に入る排気ガス流の温度を、特定の温度範囲に入るように上下させることが有利である場合がある。

一実施形態においては、ディーゼルエンジンの排気ガス流中の排出物を削減するのに適合した排気物質削減システムが提供され、そのシステムはディーゼルエンジンの動作を制御するのに適合した制御部と、ディーゼルエンジンの排気ガス流中に設置され、前記制御部により制御され排気ガス流の温度を調整するのに適合した少なくとも１つの温度調整機構と、その温度調整機構と連係し温度調整された排気ガス流から排出物を除去するのに適合した少なくとも１つの排出物除去装置を含む。

別の実施形態は、粒子状物質と排出物とを含む排気ガス流を生成するディーゼルエンジンに備えられた、ディーゼルエンジンのための排気物質削減システムである。この排気物質削減システムは、排出物酸化装置と、排出物酸化装置と連係して排気ガス流の温度を変更するのに適合した熱交換器と、その熱交換器と連係して温度調整された排気ガス流の排出物を化学変化させて削減するのに適合した選択的触媒還元装置とを含む。排気物質削減システムは、さらに、排気ガス流から粒子状物質を除去するフィルタと、自己清浄することが出来るフィルタと連係する熱生成源と、排気ガス流中に配置されて排気ガス流の温度を検知する少なくとも１つのセンサと、熱交換器及び熱生成源と連係し、前記センサにより検知された温度に基づいて熱交換器及び熱生成源の作用を制御するのに適合した制御部とを含む。

さらに別の実施形態では、ディーゼルエンジンによって生成された排出物を削減する方法が提供される。その方法は、ディーゼルエンジンから排気ガス流を取り出すことと、排気ガス流の温度を調整することと、温度調整された排気ガス流から排出物を除去することとを含む。

以下に開示する実施形態は、本発明を下記の詳細な説明に開示された形態に限定することを意図したものではない。むしろ、下記の実施形態は、その教示するところを当業者が利用することができるように、選択され、記述されている。

図１に示す車両１２は、ディーゼルエンジン（不図示）により動力を供給され、ディーゼルエンジン排気ガス流１７から粒子状物質（ＰＭ）と反応性窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための、図２に示す排気物質削減システム１０を含む。図１、２において、排出物削減システム１０は、一般に、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）２０と、熱交換システム４０と、選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム又はＮＯｘ還元器６０と、ディーゼル微粒子フィルタ７０と、熱源としてのディーゼル燃焼バーナー８０と、消音器９０と、排気パイプ９６と、図３に示す制御システム１００とを含む。排気物質削減システム１０の温度管理のための本発明の方法及び制御システム１００は、選択的触媒還元要素を有する排出物削減システムの効率を向上させる。

図２において、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）２０は、ディーゼル排気ガス中に存在する未燃焼炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を削減する。すなわち、ＤＯＣ２０は、未燃焼ＨＣ及びＣＯの酸化を触媒する。このような装置は、この分野ではよく知られており、好適な例としては、米国インディアナ州コロンバスのArvinMeritor社から入手できる部品番号DOC2007977がある。

熱交換システム４０は、ディーゼルエンジン排気ガスの温度調整、一般的には冷却を行う。熱交換システム４０は、ディーゼルエンジン排気ガス流の平行管路として対となった、交換路４２とパイパス路４４とを含む。交換路４２は、冷却剤制御バルブ５１によって制御される冷却剤流が供給され、冷却剤入口５２と冷却剤出口５４とを備える熱交換構造体５５を含む熱交換器５０を備える。冷却剤は、例えば軽負荷車両１２の場合で冷却容量があれば、既存のエンジン冷却システムから、また、例えば重負荷車両１２の場合は、予備の冷却容量が限られている場合があり、車両１２上の独立した冷却システムから供給される。

パイパス路４４は、熱交換バルブ４６を含む。熱交換バルブ４６としては、典型的な実施形態においては、例えば米国インディアナ州コロンバスのArvinMeritor社製の部品番号SK030503等の高温排気ガス制御バルブを使用することが出来る。熱交換器５０を通過するエンジン排気ガスの流れは、バルブ４６によってパイパス路４４に生じる、流れに対する抵抗によって決まる。例えば、バルブ４６がパイパス路４４を閉じると、熱交換器５０を通過するエンジン排気ガス流は増加し、バルブ４６が開いて排気ガス流がパイパス路４４を通過できるようになると、熱交換器５０を通過するエンジン排気ガス流は、減少する。典型的な熱交換器５０は、米国ミシガン州トロイのBehr America社製の部品番号1202496である。

ＳＣＲシステム６０は、一般に排気ガス流に対する触媒作用の３構成要素を含んでいる。加水分解触媒６２は、ＳＣＲシステム６０の第一段目であり、ここで、タンク５７から尿素が、ポンプ５８と尿素注入バルブ５９を介して加えられる。この段において、尿素が排気ガス流１７と混合する。加水分解触媒６２を通過後、排気ガス流１７はＳＣＲ触媒６４を通過し、ここで尿素と排気ガス流１７中のＮＯｘとから窒素が生成される。ＳＣＲ触媒６４を通過後、排気ガス流１７はアンモニア・スリップ触媒６６に入り、ここでアンモニアセンサ６７によって計測された過剰なアンモニアが排気ガス流１７から除去される。典型的なアンモニアセンサは、スウェーデン国Goteborgに所在するSiemens Laser Analytics AB社製の部品番号LDS3000と機能的に類似のユニットである。もし過剰なアンモニアが生成されている場合は、センサ６７はエンジン制御ユニット（制御部１００）に、尿素注入制御用バルブ５９を修正するよう信号を送信する。もしくは、生成されるアンモニアが排出物に比べて少なすぎる場合は、尿素注入を促進するようバルブ５９をさらに開ける。

ＤＰＦ７０は、例えば炭素すす等のディーゼル排気ＰＭを捕らえ燃焼するためのフィルタ構造体７２を含む。フィルタ構造体７２はこの分野ではよく知られており、例えばディーゼルエンジンの排気ガスから炭素すすを除去するのに効率的な、複数の連接された蜂の巣状構造体を形成する多孔質セラミックが使用できる。ＤＰＦ７０は、例えば米国ニューヨーク州コーニングのCorning社製の部品番号R990、または米国特許第６，４６４，７４４号に係わるフィルタである。

熱源８０は、ディーゼルエンジンの排気ガスの温度を上昇させることが出来る。具体的には、熱源８０は、排気ガス温度を炭素すす着火温度、すなわち最低４００〜６００℃の範囲または触媒処理したＤＰＦを使用する場合は最低３５０〜４５０℃の範囲まで上昇させることが出来るものとする。以後、炭素すすを燃焼させるのに充分な温度として規定される設定点Ｓ２は、６００〜６５０℃の範囲である。典型的な実施形態においては、熱源８０は、例えばArvinMeritor社製の部品番号2010942等のディーゼル燃料を燃料とするバーナーを含む。このような熱源８０は、熱源８０に供給されるディーゼル燃料を制御するための燃料制御部８２と、燃焼のためにディーゼル燃料の噴霧を制御するための燃料噴霧空気制御部８４と、熱源８０によるディーゼル燃料の燃焼のための空気流を制御するための空気送風制御部８６とを含む。

消音器９０と排気パイプ９６は、エンジン排気ノイズ削減と排出されるエンジン排気ガス流９８の方向を決めるためのものである。

図２及び図４において、典型的な実施形態においては、ディーゼルエンジンからの排気ガス流１７は、エンジン排気接続部１８を介して排気物質削減システム１０に導入される。エンジン排気接続部１８はＤＯＣ２０に接続されている。ＤＯＣ２０から出て熱交換器５０に入る排気ガス流１７の温度Ｔ１は、制御部１００により熱交換器入り口温度センサ２７を用いて監視される。温度Ｔ１を監視することにより、制御部１００は、ＳＣＲシステム６０に入る排気ガス流１７の温度を修正するように熱交換器５０を調整することが出来る。

熱交換システム４０を通る排気ガス流１７の流量と、結果としての排気ガス流１７の温度変化は、熱交換バルブ４６と冷却剤バルブ５１を用いて制御部１００によって制御される。また、熱交換システム４０を通過する排気ガス流１７の冷却は、熱交換器５０を通る排気ガス流１７の流量と、バイパス路４４を部分的にもしくは完全に開けるか、または閉めて排気ガス流１７が熱交換器５０を通るように強制する熱交換バルブ４６の機能と、冷却剤バルブ５１によって制御される熱交換器５０を流れる冷却剤の流量とによって制御される。

熱交換システム４０から出力されてＳＣＲシステム６０に入る排気ガス流１７の温度Ｔ２は、制御部１００によってＳＣＲ入り口温度センサ５６を用いて監視される。このセンサは、熱交換器５０の出口温度を監視する働きもする。熱交換システム４０は、排気ガス流の温度をＤＯＣ２０での排気ガス流の温度からＳＣＲ６０におけるＮＯｘ吸収のために最適な温度に向かって必要に応じて下げる。

ＳＣＲ６０を出た排気ガス流１７はＤＰＦ７０に供給される。ＤＰＦ７０に入る排気ガス流１７の温度（Ｔ３）と圧力（Ｐ１）は、制御部１００によってＤＰＦ入り口圧力センサ６８とＤＰＦ入り口温度センサ６９を用いて監視される。制御部１００は、熱源８０を制御してＤＰＦ７０に入る排気ガス流１７の温度を制御する場合がある。具体的には、制御部１００は、燃料制御部８２と、燃料噴霧空気制御部８４と、燃焼空気送風制御部８６とを制御し、ＤＰＦ７０に入る排気ガス流１７の温度を所望のレベルに上昇させる。ＤＰＦ７０から出る排気ガス流１７の温度（Ｔ４）と圧力（Ｐ２）は、制御部１００によってＤＰＦ出口圧力センサ７８とＤＰＦ出口温度センサ７９を用いて監視される。最後に排気ガス流１７は、消音器９０と排気パイプ９６とを流れ、統合型排出物削減システム１０から排気ガス流９８として排出される。

統合型排出物削減システム１０の温度管理により、ディーゼルエンジン排気ガス流１７からＮＯｘとＰＭを除去する効率が向上する。特に、典型的な実施形態において熱交換システム４０と熱源８０とを含む熱移動システムは、ＳＣＲシステム６０に入る排気ガス流１７の温度を調整するように、また、ＤＰＦ７０に入る排気ガス流１７の温度をある温度範囲に調整するように制御部１００によって制御され、これによって、ＤＰＦ７０とＳＣＲシステム６０の作用の効率が向上する。

ＤＰＦ７０は、ＰＭ、一般的には炭素すすを捕捉し焼却するためのものである。エンジンの低負荷条件時、排気ガス流１７の温度は３００℃以下となることがあり、熱交換システム４０によってさらに低下している場合がある。センサ６９によるＤＰＦ入り口温度（Ｔ３）の監視により、制御部１００はＤＰＦ７０に入る排気ガス流１７の温度を、熱源８０を制御することにより上昇させることが出来る。ＤＰＦ７０は排気ガス流１７の温度にかかわらずＰＭを捕捉するが、ＰＭの焼却とＤＰＦ７０の再生には排気ガス流１７の温度より高い温度を必要とする場合がある。熱源８０は排気ガス流１７の温度をＤＰＦ７０の再生が行われる範囲に上昇させることが出来る。

制御部１００は、ＤＰＦ７０に過剰に粒子状物質が捕捉されたことによりＤＰＦ７０の再生が必要となっているか否かを判定するために、ＤＰＦ入り口圧力（Ｐ１）とＤＰＦ出口圧力（Ｐ２）とを入り口圧力センサ６８と出口圧力センサ７８を用いて監視する。ＤＰＦ７０に過剰に捕捉されたＰＭが、排気ガス流１７においてＳＣＲシステム６０に対して過剰な背圧を生じる場合がある。捕捉された過剰ＰＭが焼却されるようにＤＰＦ７０内の温度を上昇させることから成る再生サイクルによって、過剰に捕捉されたＰＭがＤＰＦ７０から除去される。これは、例えば熱源８０を使って定期的に排気ガス流１７の温度を、６００℃を越す、好ましくは６５０℃を越す温度に、また、触媒処理したＤＰＦの場合は３５０℃を越す、好ましくは４５０℃を越す温度に上昇させることにより達成される。しかし、これらの温度はＤＰＦ７０内のフィルタ構造体７２に損傷を与える燃焼温度以下、例えば８００℃未満、好ましくは７５０℃未満の温度である。これは、例えば熱源８０を使って定期的に排気ガス流１７の温度を、６００℃を越す、好ましくは６５０℃を越す温度に、また、触媒処理したＤＰＦの場合は３５０℃を越す、好ましくは４５０℃を越す温度に上昇させることにより達成される。しかし、これらの温度はＤＰＦ７０内のフィルタ構造体７２に損傷を与える燃焼温度以下、例えば８００℃未満、好ましくは７５０℃未満の温度である。

加水分解触媒６２に入る排気ガス流１７の温度Ｔ２が、使用される加水分解触媒６２と、ＳＣＲ触媒６４と、アンモニア・スリップ触媒６６との効率を向上させる温度範囲内である場合に、ＳＣＲシステム６０の効率は上がる。以後、ＳＣＲシステム６０及びその特定の触媒の効率的作用温度範囲として規定される設定点Ｓ１は、Ｖ２Ｏ５（五酸化バナジウム）とＴｉＯ２（酸化チタン）触媒の場合、２８０〜４１０℃の範囲である。代わりの触媒とその効率的作用温度範囲は、白金１５０〜２１０℃、改良白金２５０〜３３０℃、ゼオライト３５０〜５００℃である。

もし、触媒６２、６４、６６の代わりに、その他の触媒が使用される場合は、若干異なる温度範囲が触媒の作用効率に応じて必要となる可能性がある。従って、エンジン低負荷条件時または始動直後、排気ガス流１７は好ましい温度範囲未満の温度である場合があり、この場合、制御部１００は、熱交換器５０及び追加の熱源（不図示）を制御してＳＣＲシステム入り口温度Ｔ２を好ましい温度範囲内に修正する。

また、エンジン通常負荷条件期間において、または他の熱源により排気ガス流１７が一層加熱されることにより、ＳＣＲシステム６０に入る排気ガス流１７の温度Ｔ２が好ましい温度範囲より高くなることとなりやすい。従って、制御部１００は、バルブ４６を用いてバイパス路４４を流れる排気ガス流１７を部分的にもしくは完全に閉塞させることで、排気ガス流１７の冷却を制御し、熱交換器５０に冷却剤を供給する冷却剤制御バルブ５１を部分的にもしくは完全に開けることで、冷却剤の流量を増加させる。これにより、ＳＣＲシステム６０に入る排気ガス流１７の温度Ｔ２を低下させる。

図５Ａ〜５Ｃを参照すると、制御部１００は、排出物削減システム１０を制御するためのモジュールを実行するのに適合したプロセッサとそのプロセッサにより実行されるソフトウェアとを含む。本発明において、モジュールとはソフトウェアの一部であり、１つ以上の機能を含む。各機能は特定のタスクを行う。各モジュールは、多数の条件文、すなわち、その条件文が実行される毎に、そのモジュールが、プロセッサが返す入力値に応じた働きをするのを可能にする文、を含む。図５Ａ〜５Ｃは、制御部１００により前記ソフトウェアが実行された場合の処理制御フローを示す。

図５Ａにおいて、制御部１００が前記ソフトウェアを実行する時、モジュールＡ（１０２）が実行される。モジュールＡ（１０２）は、ＳＣＲシステム６０に入る排気ガス流１７の温度制御のための温度管理処理制御を行う。モジュールＡ（１０２）の実行時、条件文１０４（温度Ｔ２が設定点Ｓ１にあるか）がテストされる。もし、プロセッサが入力値TRUEを返した場合、モジュールＡ（１０２）は、ＤＰＦ再生に関するモジュールＢに進む。もし、プロセッサが入力値FALSEを返した場合、モジュールＡ（１０２）は、先に進む前に条件文１０６（温度が高すぎるか）をテストする。もし、プロセッサが入力値TRUEを返した場合、モジュールＡは、熱交換器冷却容量を調整するためのモジュール機能１０８を実行する。その機能の一部として、プロセッサが条件文１１０（熱交換器に流れがあるか）をテストする。もし、プロセッサが入力値TRUEを返した場合、モジュールＡ（１０２）は、再度はじめから開始する。しかし、もし、プロセッサが値FALSEを返した場合、モジュールＡ（１０２）はアラーム１１２を鳴らす。条件文１０６に戻って、条件文１０６に対してプロセッサが値FALSEを返した場合、モジュールＡ（１０２）は第２の条件文１１４（温度が低すぎるか）に進む。もし、条件文１１４に関して値FALSEが返された場合、プロセッサはモジュールＢの実行に移る。もし、プロセッサが条件文１１４に対して値TRUEを返した場合、モジュールＡ（１０２）は条件文１１６（熱交換器内を冷却剤が流れているか）に進む。もし、プロセッサが条件文１１６に対して値TRUEを返した場合、モジュールＡ（１０２）は冷却剤の流量及び／又はバイパスの流量を削減する機能を実行する。機能１１８を実行後、モジュールＡ（１０２）は、はじめに戻って再度開始する。もし、条件文１１６に対して入力値FALSEが返された場合、モジュールＡ（１０２）は、熱交換器へ冷却剤を流す機能１２０の実行に進む。機能１２０の実行後、モジュールＡ（１０２）は条件文１０４から再実行される。

図５Ｂにおいて、モジュールＢ（１２２）は、前述した指定されたステップでモジュールＡ（１０２）から処理を引き受ける。モジュールＢ（１２２）は、排気ガス流１７がＳＣＲシステム６０を通過した後、使用されるＤＰＦ７０の再生のための温度管理処理制御を行う。モジュールＢ（１２２）の実行時、条件文１２４（ＤＰＦ再生が必要か）がテストされる。もし、プロセッサが入力値FALSEを返した場合、モジュールＢ（１２２）は、モジュールＡ（１０２）のスタートに戻る。もし、プロセッサが入力値TRUEを返した場合、モジュールＢ（１２２）は、ヒータ８０の調整とＴ３として測定される温度を設定点Ｓ２へと制御する機能１２６を実行する。機能１２６を実行後、モジュールＢ（１２２）は条件文１２８（温度Ｔ３が設定点Ｓ２にあるか）をテストする。もし、プロセッサが入力値FALSEを返した場合、モジュールＢ（１２２）は、ヒータ７０の燃料流量を調整する機能１３０を実行する。機能１３０を実行後、モジュールＢ（１２２）は、条件文１２８を再びテストする。もし、プロセッサが条件文１２８に対して入力値TRUEを返した場合、条件文１３２（ＤＰＦ再生が完了したか）がモジュールＢ（１２２）によってテストされる。もし、プロセッサが入力値FALSEを返した場合、条件文１２８及び１３２が、プロセッサが入力値TRUEを両方に返すまで、それぞれテストされる。もし、プロセッサが条件文１３２に対して入力値TRUEを返した場合、モジュールＢ（１２２）はヒータ８０をオフする機能１３４を実行する。機能１３４を実行後、モジュールＢ（１２２）は、モジュールＡ（１０２）に戻る。

図５Ｃにおいて、制御部１００が前記ソフトウェアを実行する場合、モジュールＣ（２００）は同時に実行される。モジュールＣ（２００）はＳＣＲ６０によって放出されているアンモニアの量を制御する。モジュールＣ（２００）の実行時、条件文２０２（適正な量のアンモニアが放出されているか）がテストされる。もし、プロセッサが入力値TRUEを返した場合、モジュールＣ（２００）は条件文２０２から再実行される。もし、プロセッサが入力値FALSEを返した場合、モジュールＣ（２００）は、条件文２０４（過剰にアンモニアが放出されているか）をテストする。もし、プロセッサが条件文２０４に対して入力値TRUEを返した場合、モジュールＣ（２００）は、ＳＣＲシステム６０に注入されている尿素の量を削減し、それによりアンモニア量を削減する機能２０６を実行する。モジュールＣ（２００）が機能２０６を実行した後、モジュールＣ（２００）は、条件文２０２から再実行される。もし、プロセッサが条件文２０４に対して入力値FALSEを返した場合、モジュールＣ（２００）は、ＳＣＲシステム６０に注入されている尿素量を増加させるために尿素バルブを調整する機能２０８を実行する。機能２０８を実行後、モジュールＣ（２００）は、条件文２０２から再実行される。モジュールＣ（２００）は、排気ガス流１７がシステム１０を通過している間は、実行されることがある。

本発明の典型的な構成について説明したが、本発明は、この開示の精神及び範囲内でさらに変更が可能である。従って、本出願は、本発明の原理を使用する本発明のいかなる変更、利用、適応をも含むように意図されたものである。また、本出願は、本発明が属する技術分野における既知のまたは慣習的な実施の範囲内での本開示からの逸脱をも含むように意図されたものである。

本発明のディーゼルエンジン動力車両に備えられた、統合型排出物削減システムの組み立て図である。 図１の統合型排出物削減システムの平面図である。 図１の統合型排出物削減システムを制御するための制御システムのブロック図である。 図１の統合型排出物削減システムの処理図である。 図３の制御部のソフトウェアフロー図である。 図３の制御部のソフトウェアフロー図である。 図３の制御部のソフトウェアフロー図である。

符号の説明

１０ 排気物質削減システム
１２ 車両
１７ ディーゼル排気ガス流
２０ ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）
４０ 熱交換システム
５０ 熱交換器
５９ ＳＣＲ尿素注入バルブ
６０ 選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）
７０ ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）
８０ 熱源（ヒータ）
９０ 消音器
１００ 制御部

Claims (20)

1. ディーゼルエンジンの排気ガス流中に生成される排出物を削減するように適合した排気物質削減システムであって、
   前記ディーゼルエンジンの動作を制御するのに適合した制御部と、
   前記ディーゼルエンジンの排気ガス流中に配置され、前記制御部により制御され、前記排気ガス流の温度を調整するのに適合した少なくとも１つの温度調整機構と、
   前記温度調整機構と連係する、前記温度調整された排気ガス流から排出物を除去するのに適合した少なくとも１つの排出物除去装置と
   を備えている排気物質削減システム。
2. 前記排出物除去装置は、選択的触媒還元器またはディーゼル微粒子フィルタの内の１つを含む請求項１に記載の排気物質削減システム。
3. 前記排気ガス流中に配置され、前記排気ガス流の温度を検知し、検知された温度を前記制御部に通知するのに適合した少なくとも１つのセンサを更に備える請求項１に記載の排気物質削減システム。
4. 前記検知された温度は所望の温度範囲と比較され、前記排気ガス流の温度は前記制御部と前記温度調整機構とによって調整される請求項３に記載の排気物質削減システム。
5. 前記温度調整機構を通過する前後で前記排気ガス流の温度が検知されるように、１つの前記センサが、前記排気ガス流中で、前記温度調整機構の前に配置され、第２の前記センサが前記温度調整機構の後に配置されている請求項３に記載の排気物質削減システム。
6. 前記排気ガス流の温度が検知され、第２の排出物除去装置のためのより高い温度に調整される請求項５に記載の排気物質削減システム。
7. 第１の排出物除去装置と、第２の排出物除去装置と、前記第１の排出物除去装置と連係する第１の温度調整機構と、前記第２の排出物除去装置と連係する第２の温度調整機構とを更に備える請求項１に記載の排気物質削減システム。
8. 前記第１の排出物除去装置は、温度の下がった排気ガス流を使用し、前記第１の温度調整機構は、排気ガス流の温度を下げるのに適合した熱交換器であり、
   前記第２の排出物除去装置は、高温の排気ガス流を使用し、前記第２の温度調整機構は、前記第２の排出物除去装置への導入に先立って排気ガス流の温度を上げることが出来る熱生成源である請求項７に記載の排気物質削減システム。
9. 前記排気ガス流中に配置され、前記排気ガス流の温度を検知し、検知された温度を前記制御部に通知するのに適合した少なくとも１つのセンサを更に備える請求項８に記載の排気物質削減システム。
10. 前記温度調整機構は、前記排出物除去装置と連係し、排気ガス流の温度を上げるのに適合した熱生成源である請求項１に記載の排気物質削減システム。
11. 前記温度調整機構と連係するディーゼル酸化触媒を更に備え、
    前記排気ガス流は、前記温度調整機構を通過する前に前記ディーゼル酸化触媒を通過する請求項１に記載の排気物質削減システム。
12. 前記排出物除去装置は、選択的触媒還元器を含む請求項１に記載の排気物質削減システム。
13. 前記排出物除去装置は、ディーゼル微粒子フィルタを含む請求項１に記載の排気物質削減システム。
14. 前記温度調整機構は、前記ディーゼル微粒子フィルタを加熱することが出来るバーナーを含む請求項１３に記載の排気物質削減システム。
15. 前記排出物除去装置は、尿素を使用する選択的触媒還元装置を含む請求項１に記載の排気物質削減システム。
16. 尿素を前記選択的触媒還元装置に注入する尿素注入装置を更に備えている請求項１５に記載の排気物質削減システム。
17. 粒子状物質及び排出物を含む排気ガス流を排出するディーゼルエンジン用の排気物質削減システムであって、
    排出物酸化装置と、
    前記排出物酸化装置と連係し、排気ガス流の温度を変えるのに適合した熱交換器と、
    前記熱交換器と連係し、温度調整された排気ガス流中の排出物を化学変化させるのに適合した選択的触媒還元装置と、
    排気ガス流から粒子状物質を除去するフィルタと、
    自己再生可能な前記フィルタと連係する熱生成源と、
    排気ガス流中に配置され、排気ガス流の温度を検知する少なくとも１つのセンサと、
    前記熱交換器及び前記熱生成源と連係し、前記センサによって検知された温度に基づいて前記熱交換器及び前記熱生成源の作用を制御するのに適合した制御部と
    を備える排気物質削減システム。
18. ディーゼルエンジンによって排出される排出物を削減する方法であって、
    ディーゼルエンジンからの排気ガス流を生成することと、
    前記排気ガス流の温度を調整することと、
    温度調整された排気ガス流から排出物を除去することと
    を含む排気物質削減方法。
19. 前記温度調整のステップの前に、
    排気ガス流に対する所望の温度範囲を決定するステップと、
    調整に先立って排気ガス流の温度を検知するステップと、
    どれだけの温度調整が必要かを判定するステップと
    を更に備える請求項１８に記載の排気物質削減方法。
20. 温度調整の前に、
    排気ガス流中の粒子状物質の一部がガスに変換されるように酸化するステップと、
    前記変換されたガスを排気ガス流と混合するステップと、
    前記混合されたガスと排気ガス流とを排出するステップと
    を更に備える請求項１８に記載の排気物質削減方法。
    

Images