JP2010507037A - ディーゼル排出物質を減少させるためのデュアルインジェクタ装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ディーゼルエンジン排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させるために、尿素水溶液等の流体を排気ガス流に噴射するための方法及び装置を提供する。より詳細には、本発明は、ディーゼル排出物質を減少させるためのデュアルインジェクタ装置及び対応する方法を提供する。
Description
本発明は、全体としてディーゼルエンジンからの排出物質の削減に関する。特に、本発明は、ディーゼルエンジン排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させるために、尿素水溶液又はディーゼル燃料等の炭化水素等の流体を排気ガス流に噴射するための方法及び装置を提供する。より詳細には、本発明は、ディーゼル排出物質を減少させるためのデュアルインジェクタ装置及び対応する方法を提供する。
通常、後処理装置によってディーゼルエンジン排出物質を減少させる場合には、粒子状物質の制御のためのディーゼルパティキュレートフィルタ及びＮＯｘを減少させるためのリーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）又は選択的触媒還元（ＳＣＲ）等の技術を使用する。ディーゼル燃料等の炭化水素（ＨＣ）系試薬をディーゼルエンジン排気ガスに噴射し、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）にたまった煤を燃焼させてフィルタを再生したり、ＮＯ２として蓄積されたＮＯｘの化学的還元のためにＬＮＴを燃料リッチ状態とすることができる。通常、バナジウム、貴金属又はゼオライト触媒を使用してＮＯｘを無害な窒素ガスに化学的に変換するために尿素又はアンモニア水溶液等の試薬が使用される。このような装置は、エンジン作動条件及び後処理条件に応じた広範な試薬流量における排気ガスへの試薬の噴射の精密な制御に依存する。また、２リッター未満（乗用車）から１６リッター（大型トラック）という様々なエンジン排気量に対応して異なる量の試薬を排気ガスに噴射しなければならないため、異なる大きさのインジェクタ及び各用途のための異なる設計が必要となり、製造、在庫、サービスコストが上昇する。
エンジンＥＣＵから回転数（ｒｐｍ）、負荷、排気ガス温度又は背圧等に関するエンジン信号を受信し、ディーゼルエンジンの排気管の１以上の位置において別々又は同時にＨＣ又は尿素を噴射する１以上のインジェクタに試薬を供給する１以上のポンプを制御することができるコントローラを備えた簡素な装置を提供することが有利である。
温度や圧力等のパラメータに基づいて試薬を噴射するためのコントローラを含む装置が知られている。Ｐｅｔｅｒ−Ｈｏｂｌｙｎらに付与された米国特許第６，３６１，７５４号公報（以下、「Ｐｅｔｅｒ−Ｈｏｂｌｙｎ特許」という）は、排出物質を減少させるための装置であって、試薬噴射ポート又はノズルの流量又はパルスを変調するためのコントローラを含む装置を開示している。しかしながら、Ｐｅｔｅｒ−Ｈｏｂｌｙｎ特許に開示された装置は２種類の異なる試薬を噴射することはできず、上流のプロセスにおいて尿素水溶液の加水分解によって生成された気体状アンモニアを噴射するだけである。
Ｂｌａｋｅｍａｎらに付与された米国特許第７，２６４，７８５号公報（以下、「Ｂｌａｋｅｍａｎ特許」という）は、排気ガス流における複数の位置で窒素含有還元剤であるアンモニアを噴射するための手段を含む選択的触媒還元装置を開示している。Ｂｌａｋｅｍａｎ特許は、アンモニアの噴射を制御するための手段も開示している。しかしながら、Ｂｌａｋｅｍａｎ特許に開示された装置は、所与の時点において１個所で１種類の還元剤のみを排気ガス流に噴射するものである。特に、Ｂｌａｋｅｍａｎ特許に開示された装置は、排気ガス流の第１の領域でアンモニアを噴射し、特定の温度に達した時に第２の領域に移行する。また、Ｂｌａｋｅｍａｎ特許に開示された装置は気体状アンモニアを使用しており、加水分解触媒を使用した尿素から気体状アンモニアへの複雑な触媒転換を必要とする。さらに、Ｂｌａｋｅｍａｎ特許は、エンジンをオフにした時に尿素を噴射し、エンジンをオンにするまで触媒に尿素を蓄積する複雑な手段を開示している。
Ｖａｌｅｎｔｉｎｅによる国際特許出願第ＷＯ２００４／０５８６４２号公報（以下、「Ｖａｌｅｎｔｉｎｅ出願」という）は、内燃機関のためのＮＯｘ削減装置を開示している。Ｖａｌｅｎｔｉｎｅ出願に開示された装置は、２種以上の触媒と、触媒の上流における２つの異なる領域で試薬を噴射するためのインジェクタとを含む。コントローラは測定パラメータを受信し、測定パラメータを参照値と比較して試薬の使用を最適化することができる制御信号を生成する。特に、コントローラは、排気ガス温度に基づいて必要に応じて試薬の位置を第１の領域から第２の領域に切り換える。Ｖａｌｅｎｔｉｎｅ出願では、上述した従来技術文献と同様に１種類の試薬のみを使用している。また、Ｖａｌｅｎｔｉｎｅ出願は、各触媒の上流に単一のインジェクタを配置した場合にエンジン作動条件に必要とされる広範な試薬をどのように使用するかについて開示していない。各触媒の温度制限により、２つのインジェクタを使用して高流量で試薬を同時に噴射することができない。
また、０．２５〜６００ｇ／分の広範な流量で試薬を噴射することができるインジェクタを提供することも有利である。また、合計で１２００ｇ／分までの流量で試薬を噴射することができる２つのインジェクタを提供することができればさらに有利である。また、様々なオリフィス直径（０．００４〜０．０３０インチ）を有する着脱可能なオリフィス板のみを物理的に変更し、オン時間（１％〜９５％）、作動周波数（１〜１０Ｈｚ）又は作動圧力（６０〜１２０ｐｓｉ）等の作動パラメータを変化させることによって流量範囲を変化させることができればさらに有利である。また、そのようなインジェクタが噴霧化又は冷却のために空気を必要とせず、最小の滞在空間において１５０℃〜８００℃の温度を有する排気ガスにＨＣ又は尿素系試薬を噴射することができる材料からなり、堆積物がインジェクタに形成されたり、たまったりすることを防止することができれば有利である。また、試薬の複雑な触媒前処理を行うことなく試薬を噴射することができればさらに有利である。
本発明の方法及び装置は、上述した利点及びその他の利点を提供するものである。
本発明の目的は、ディーゼルエンジン排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させるために、尿素水溶液又はディーゼル燃料等の炭化水素等の流体を排気ガス流に噴射するための方法及び装置を提供することにある。より詳細には、本発明の目的は、ディーゼル排出物質を減少させるためのデュアルインジェクタ装置及び対応する方法を提供することにある。
２００５年４月２２日に出願された米国特許出願第１１／１１２，０３９号及び２００６年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／８０９，９１８号は、ＨＣ又は尿素を噴射するために有用であって、供給圧力、循環速度、オン時間、周波数又はオリフィス直径を変化させることによって流量を調節することができるインジェクタの実施形態を開示している。本発明は、１つ又は２つのポンプを使用し、１つのＥＣＵによって制御される２つのインジェクタによって２０ｇ／分未満〜１２００ｇ／分の合計流量を達成することによって上記出願の開示を発展させるものである。
本発明の目的は、２つ以上の試薬インジェクタを使用してディーゼル排出物質を減少させるための装置であって、ディーゼルパティキュレートフィルタ及びリーンＮＯｘトラップの少なくとも１つの上流に配置され、ディーゼルエンジンからの排気ガス流に第１の試薬を噴射する第１のインジェクタと、選択的触媒還元触媒の上流に配置され、前記第１の試薬とは異なる第２の試薬を前記排気ガス流に噴射する第２のインジェクタと、前記第１のインジェクタに前記第１の試薬を供給する第１のポンプと、前記第２のインジェクタに前記第２の試薬を供給する第２のポンプと、前記第１の試薬及び前記第２の試薬の噴射を制御する制御装置と、を含む装置によって達成される。
いくつかの実施形態では、前記制御装置は、エンジン作動パラメータに基づいて少なくとも１つの制御信号を生成する。いくつかの実施形態では、前記制御装置は、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプのそれぞれに１以上の制御信号を送信及び／又は前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタのそれぞれに１以上の制御信号を送信することによって前記噴射を制御する。
本発明の別の目的は、２つ以上の試薬インジェクタを使用してディーゼル排出物質を減少させるための方法であって、ディーゼルエンジンのエンジン負荷を検出する工程と、検出された前記エンジン負荷が第１の閾値以下である場合に、前記ディーゼルエンジンの排気ガス流に第１のインジェクタから第１の試薬を第１の噴射周波数で噴射する工程と、検出された前記エンジン負荷が前記第１の閾値を超えた場合に、前記第１のインジェクタの噴射周波数を第２の噴射周波数に上昇させる工程と、検出された前記エンジン負荷が第２の閾値を超えた場合に、第２のインジェクタからの前記排気ガス流への第２の試薬の噴射を開始する工程と、検出された前記エンジン負荷が前記第２の閾値を超えている場合に、前記第２のインジェクタから前記第２の試薬を前記第２の噴射周波数で噴射し、前記第１のインジェクタから前記第１の試薬を前記第２の噴射周波数で噴射する工程と、を含む方法によって達成される。
いくつかの実施形態では、前記第１の噴射周波数は約１．５Ｈｚ以下であり、前記第１の閾値は約１５％であり、前記第２の噴射周波数は少なくとも約１０Ｈｚであり、前記第２の閾値は約４０％である。
また、本発明は、２つのインジェクタを使用して試薬の噴射を制御する方法であって、約６０〜１２０ｐｓｉの圧力で少なくとも１種の試薬をリードインジェクタとラグインジェクタに供給するための１以上の流体供給ポンプを用意し、ＮＯｘ及び微粒子を減少させるための１種以上の後処理触媒を含むディーゼルエンジンの排気ガス流に前記リードインジェクタから第１の試薬を約０．２５〜６００ｇ／分の流量で供給し、前記ラグインジェクタから前記第１の試薬とは異なる第２の試薬を約０．２５〜６００ｇ／分の流量で前記排気ガス流に供給し、単一の制御装置から前記第１の試薬及び前記第２の試薬の供給を制御することを含み、前記リードインジェクタ及び前記ラグインジェクタのそれぞれが、約４０〜約８０μｍ（ＳＭＤ）の液滴を供給するための噴霧化用渦巻板を有する単一流体パルス幅変調インジェクタを含む方法を提供する。
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照してなされる以下の有利な実施形態の説明によって明らかになるだろう。なお、図面では、同一の部材には同一の参照番号を付している。
以下、図面を参照して本発明について説明する。図面では、同一の構成要素には同一の参照番号を付している。
なお、以下の詳細な説明は実施形態の例示であって、本発明の範囲、利用可能性又は構成を制限することを意図するものではない。以下の実施形態の詳細な説明は、当業者が本発明の実施形態を実施することを可能とするものである。なお、請求項に記載した本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、構成要素の機能及び構成に様々な変更を加えることができることを理解されたい。
図１は、本発明の実施形態のブロック図を示す。噴射装置ＥＣＵ１２は、２つの１２Ｖ ＤＣ容積移送式ポンプ１６，１８を駆動することができるソフトウェアプログラムを含み、ポンプ１６，１８は、同一又は異なる圧力、周波数、オン時間で動作させることができる同一又は異なる大きさのオリフィス板を含むインジェクタ１，２に試薬をそれぞれ供給する。ＥＣＵ１０は、エンジン作動パラメータ又は噴射信号を噴射装置ＥＣＵ１２に供給することができ、噴射装置ＥＣＵ１２はポンプ１６，１８及びインジェクタ１，２を制御する。図１に示すように、ポンプ１６，１８には１つのタンク１４から試薬を供給することができる。別の実施形態では、別々のタンクから試薬をポンプ１６，１８に供給することができ、以下に詳細に説明するように、各タンクは異なる試薬を含むことができる。インジェクタ１，２のオリフィス板は、０．００４〜０．０３０インチの直径を有することができ、作動圧力は６０〜１２０ｐｓｉであり、循環速度は２．５〜１０ガロン／時である。（例えば、エンジンＥＣＵ１０又は噴射装置ＥＣＵ１２を介した）パルス幅変調インジェクタの動作は、１％〜９５％のオン時間の範囲で変化させることができ、周波数は１〜１０Ｈｚの範囲で変化させることができる。これらの変数は、４０〜８０μｍ（ＳＭＤ）の平均直径の液滴がインジェクタ１，２から噴射されるように選択される。図１において、破線は制御信号の経路を示し、実線は試薬の流体ラインを示す。
図１はタンク１４からポンプ１６，１８を介して２つのインジェクタ１，２に試薬が供給される例を示しているが、同一の試薬がインジェクタ１，２に供給される場合には、１つのポンプを使用して共通の試薬をインジェクタ１，２に供給することができる。
別の実施形態では、インジェクタ１，２を冷却するために試薬を使用することもできる。この場合、戻りライン１６ａ，１６ｂを介して試薬を試薬タンク１４に戻すことができる。
本発明における使用に適したインジェクタは、低流量で作動させた場合には固有の設計仕様のために±２０％の流量の変動を示す。従って、良好な流量制御精度を維持するために、インジェクタはできるだけ１０％を超えるオン時間で作動させることが望ましい。
別の実施形態では、図２Ａに示すように、ＤＰＦの再生とＬＮＴへの噴射に同一の試薬（炭化水素等）を使用する場合には、１つのポンプを使用して試薬を２つのインジェクタに供給することができ、インジェクタは所望の流量範囲を満たすように選択し、作動させる。この場合、ＤＰＦ２０の前に配置された第１のインジェクタと、ＬＮＴ２２の上流に配置された第２のインジェクタに炭化水素試薬を供給する。
本発明の別の実施形態では、図２Ｂに示すように、２つの異なる試薬を使用することができる。例えば、ＤＰＦの再生のために炭化水素をＤＰＦ２０の上流に配置された１つのインジェクタ（例えば、インジェクタ１）を介してディーゼル排気ガス流に噴射し、ＳＣＲのために尿素をＳＣＲ触媒２４の上流に配置された他方のインジェクタ（例えば、インジェクタ２）を介して噴射することができる。そのような実施形態では、（ＨＣ試薬及びＳＣＲ試薬を含む試薬タンクにそれぞれ接続された）２つのポンプを使用することができる。各ポンプは、試薬を所望の流量で供給することができる大きさを有し、エンジンＥＣＵ１０及び／又は噴射装置ＥＣＵ１２からの信号に基づいて作動する所定のインジェクタに対応する。エンジンＥＣＵ１０又は噴射装置ＥＣＵ１２は、各インジェクタの使用要件に基づいて各インジェクタの作動時間と周波数を変更するように設計することができる。
２つの異なる試薬を使用する本発明の別の実施形態を図２Ｃに示す。この例では、炭化水素をＬＮＴの上流に配置された１つのインジェクタ（例えば、インジェクタ１）を介してディーゼル排気ガス流に噴射し、ＳＣＲのために尿素をＳＣＲ触媒２４の上流に配置された他方のインジェクタ（例えば、インジェクタ２）を介して噴射することができる。そのような実施形態では、（ＨＣ試薬及びＳＣＲ試薬を含む試薬タンクにそれぞれ接続された）２つのポンプを使用することができる。各ポンプは、試薬を所望の流量で供給することができる大きさを有し、エンジンＥＣＵ１０及び／又は噴射装置ＥＣＵ１２からの信号に基づいて作動する所定のインジェクタに対応する。エンジンＥＣＵ１０又は噴射装置ＥＣＵ１２は、各インジェクタの使用要件に基づいて各インジェクタの作動時間と周波数を変更するように設計することができる。
図２Ｃに示す実施形態では、インジェクタ１，２を同時に作動させることができる。あるいは、エンジン作動条件に応じて、一方のインジェクタをオンにし、他方のインジェクタをオフにすることができる。また、インジェクタ１を最初にオフにし、ＳＣＲ触媒２４に尿素を噴射するインジェクタ２のみを使用して装置を作動させてもよい。インジェクタ２のポンプに尿素を供給するタンク内の尿素の量が所定の低レベルに達した場合に警報を鳴らしてもよい。警報が鳴ると、エンジンＥＣＵ１０及び／又は噴射装置ＥＣＵ１２は尿素の噴射を停止するようインジェクタ２に指示してもよい。警報が鳴った後にタンクに残っている尿素をインジェクタ２に循環させてインジェクタ２を冷却してもよい。インジェクタ２をオフした時に、エンジンＥＣＵ１０及び／又は噴射装置ＥＣＵ１２はインジェクタ１をオンにし、インジェクタ１は尿素タンクが再充填されるまでＬＮＴ２２に炭化水素を噴射してもよい。インジェクタ１がオフの期間には、インジェクタ１を冷却するために炭化水素をインジェクタ１に循環させてもよい。ＬＮＴ２２とＳＣＲ触媒２４の両方を有する装置を使用する場合には、図２Ｃに示すようにＬＮＴ２２をＳＣＲ触媒２４の上流に配置し、ＳＣＲ触媒２４がＬＮＴ２２における炭化水素の反応によって形成されたアンモニア副生成物を利用することができるように構成することが有利な場合がある。ただし、ＳＣＲ２４がＬＮＴ２２の上流に配置された装置とすることもできる。
本発明の別の実施形態では、大量の試薬が必要な場合には（高負荷エンジン等）、デュアルポンプ・デュアルインジェクタ構成を使用して最大１２００ｇ／分の合計流量を達成することができる。そのような実施形態では、第１のインジェクタ１をリード（進み）インジェクタとし、インジェクタ２をラグ（遅れ）インジェクタとする。リードインジェクタは、１〜２Ｈｚの小さなパルス幅及び１〜５％の短いオン時間で作動し、周波数を自動的に１０Ｈｚに変化させてリードインジェクタからの流量を増加させ、最適な流量範囲で動作を最大とする前に１５〜５０％のオン時間で作動することによって最小流量から中間流量を達成するような大きさを有することができる。リードインジェクタ１の最大流量の４０〜５０％に達した時に、第２の（ラグ）インジェクタ２を１０Ｈｚの周波数で作動させて装置の制御において必要な追加的な流体を供給することができる。ＥＣＵからの要求信号に基づき、最大流量が達成されるまで２つのインジェクタのオン時間を平行して増加させてもよい。
本発明のデュアルインジェクタ装置の実施形態が有益な多くの状況が考えられる。例えば、ＤＰＦを再生するために低い頻度でＨＣを噴射する場合には、３００マイル毎に１〜５分間にわたって噴射流量を１〜５ｇ／分から４００〜６００ｇ／分に変化させることができる。ＤＰＦの再生のためにＨＣの噴射が必要ではない期間には、リードインジェクタに炭化水素を連続的に循環させ、リードインジェクタを冷却すると共に炭素がインジェクタに堆積することを防止することができる。専用の尿素循環ポンプから尿素が供給される第２のインジェクタは、エンジン負荷と速度の関数として排出されるＮＯｘによって決定される流量でＳＣＲ触媒に尿素試薬を噴射するために使用することができる。通常、流量は軽負荷用途では０．２５ｇ／分〜１００ｇ／分、高負荷用途では２０ｇ／分〜６００ｇ／分であり、オリフィスの大きさ、作動周波数、オン時間及び／又はポンプ圧力に応じて選択される。
別の例では、ＳＣＲ装置には、低負荷における１０〜２０ｇ／分から高負荷における１０００ｇ／分という広範囲の流量が必要となる場合がある。通常の０．０２５インチのオリフィスを有するインジェクタは、１０Ｈｚ及び９０％のオン時間で約５００ｇ／分の流体しか供給することができない。１．５％のオン時間で作動させた場合には、流量は２０ｇ／分である。この場合、周波数とオン時間を変更してリードインジェクタを作動させて２０〜５００ｇ／分の流量を達成し、ラグインジェクタをリードインジェクタと平行して作動させ、約１００ｇ／分の流量及び１０Ｈｚの周波数から尿素を追加的に供給することができる。２つのインジェクタのオン時間は最大９５％に増加させて合計で１０００ｇ／分の尿素を供給することができる。いくつかの実施形態では、噴射量を制御するために作動圧力又はポンプ圧力を変化させる。特に、噴射量を増加させるためにポンプ圧力を約８０ｐｓｉｇを超える圧力まで増加させることができる。
以下、図２Ｄに示す本発明のデュアルインジェクタ装置の実施例の試験結果について説明する。この実施例では、リーンＮＯｘトラップ２２又はＬＮＴ２２の上流においてＨＣ試薬をより反応性の高い種に変換するために使用されるＨＣ改質器２６の上流に２０ｇ／分以下から８００ｇ／分以上の試薬を供給するように設計・プログラミングされたＨＣ系装置について試験を行った。この実施例では、０．０２８インチのオリフィスを有するインジェクタ１，２がＬＮＴ２２及びＨＣ改質器２６の上流に配置され、インジェクタ１，２には８０〜１１０ｐｓｉのライン圧力で別々のポンプから流体が供給される。エンジン負荷信号又は対応するエンジンＥＣＵ試薬噴射信号に合わせて試薬を噴射するように開発されたプログラムに基づいてインジェクタの周波数とオン時間を制御するために１つのＥＣＵを使用する。ＳＣＲ触媒２４をＬＮＴ２２の下流に配置してＬＮＴ２２における炭化水素の反応によって形成されたアンモニア副生成物を利用することができる。
デュアルインジェクタの作動シークエンス
負荷増加条件：表１に示すように、最小負荷（１％）では、インジェクタ１は１．５Ｈｚの周波数及び１７ｇ／分の流量で噴射を開始する。負荷が１％から１５％に増加すると、インジェクタの周波数は１．５Ｈｚのままだが、インジェクタ１の流量は負荷に比例して１７ｇ／分から１２５ｇ／分に変化する。負荷が１５％を超えて増加し続けると、インジェクタの周波数は約６０ミリ秒以内に１．５Ｈｚから１０Ｈｚに切り替わる。１０Ｈｚで動作するインジェクタ１は、負荷が４０％となるまで要求された３３０ｇ／分の流量を供給し続ける。負荷が４０％を超えて増加すると、インジェクタ２は１０Ｈｚの周波数で噴射を開始し、流量はインジェクタ１からの７８％（２６４ｇ／分）とインジェクタ２からの２２％（７２ｇ／分）の合計となる。負荷が４０％から１００％に増加すると、インジェクタ１よりもインジェクタ２において流量が急速に増加し、１００％の負荷ではインジェクタ１，２の流量が５０／５０となり、全流量は８１６ｇ／分となる。
負荷増加条件：表１に示すように、最小負荷（１％）では、インジェクタ１は１．５Ｈｚの周波数及び１７ｇ／分の流量で噴射を開始する。負荷が１％から１５％に増加すると、インジェクタの周波数は１．５Ｈｚのままだが、インジェクタ１の流量は負荷に比例して１７ｇ／分から１２５ｇ／分に変化する。負荷が１５％を超えて増加し続けると、インジェクタの周波数は約６０ミリ秒以内に１．５Ｈｚから１０Ｈｚに切り替わる。１０Ｈｚで動作するインジェクタ１は、負荷が４０％となるまで要求された３３０ｇ／分の流量を供給し続ける。負荷が４０％を超えて増加すると、インジェクタ２は１０Ｈｚの周波数で噴射を開始し、流量はインジェクタ１からの７８％（２６４ｇ／分）とインジェクタ２からの２２％（７２ｇ／分）の合計となる。負荷が４０％から１００％に増加すると、インジェクタ１よりもインジェクタ２において流量が急速に増加し、１００％の負荷ではインジェクタ１，２の流量が５０／５０となり、全流量は８１６ｇ／分となる。
なお、インジェクタ１は低負荷（＜１５％）の場合に１．５Ｈｚで作動し、１５％より高い負荷において１０Ｈｚで作動する。インジェクタ２は全ての動作条件において１０Ｈｚで動作する。
負荷減少条件：負荷が１００％から４０％に減少すると、インジェクタは負荷増加条件と同様に負荷を共有し、１００％の負荷における５０／５０から、４１％の負荷ではインジェクタ１（２６２ｇ／分）から７８％、インジェクタ２から２２％（７１ｇ／分）という割合でインジェクタ１，２は共に１０Ｈｚの周波数で作動する。負荷が４０％から２１％の間で減少すると、インジェクタ２は１０Ｈｚの周波数で流体を噴射し、７１ｇ／分の流量を維持する。インジェクタ１は１０Ｈｚの周波数で流体を噴射し、４０％の負荷における２５３ｇ／分から２１％の負荷における９０ｇ／分に流量を低下させる。負荷が２１％未満になると、インジェクタ２は噴射を停止し、インジェクタ１は引き続き１０Ｈｚの周波数で流体を噴射し、２０％の負荷における１６２ｇ／分から１２％の負荷における９５ｇ／分に要求合計流量を低下させる。負荷が１２％未満になると、インジェクタ１の周波数は１６０ミリ秒以内に１０Ｈｚから１．５Ｈｚに変化する。インジェクタ１は１．５Ｈｚの周波数で要求流量を噴射し続け、流量は１２％の負荷における９５ｇ／分から１％の負荷における１７ｇ／分へと負荷に比例して低下する。
なお、インジェクタ１は低負荷（＜１２％）の場合に１．５Ｈｚで作動し、１２％より高い負荷において１０Ｈｚで作動する。インジェクタ２は全ての動作条件において１０Ｈｚで動作する。
図３は、上述した実施例に係る負荷増加・減少条件におけるインジェクタ１，２間の流量配分のグラフである。線３０，３２は、負荷増加時のインジェクタ１，２の流量をそれぞれ示している。線３４，３６は、負荷減少時のインジェクタ１，２の流量をそれぞれ示している。線３８は、インジェクタ１，２からの合計流量を示す。
負荷の増加及び減少に対するインジェクタ性能の異なる挙動特性は、インジェクタ１，２の最適な噴霧品質を維持しながら、急速な負荷変化条件においてインジェクタ２のショートサイクリング（ｓｈｏｒｔ ｃｙｃｌｉｎｇ）を減少させることを意図するものである。
別の実施形態では、デュアルＳＣＲ触媒装置を備える車両において、リードインジェクタによって試薬を噴射する低温運転（２００℃未満の排気ガス温度）において貴金属触媒を使用し、温度が２００〜２５０℃よりも高い場合（リードインジェクタは低温触媒に試薬を噴射しないが、インジェクタを低温に維持するために試薬を循環させ続ける）に、低温触媒の下流に配置されたバナジウム又はゼオライトからなる第２の触媒をラグインジェクタと共に使用することができる。排気ガス温度が２００〜２５０℃の範囲にある場合には、２つのインジェクタを作動させてＮＯｘ低減量を最大化し、副生成物の生成を最小化することができる。
本発明は、デュアルインジェクタを使用してＮＯｘ排出量を低減するための有利な方法と装置を提供する。
各種実施形態に関連して本発明について説明したが、請求項に記載した本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び改良を加えることができる。
Claims (23)
- ２つ以上の試薬インジェクタを使用してディーゼル排出物質を減少させるための装置であって、
ディーゼルパティキュレートフィルタ及びリーンＮＯｘトラップの少なくとも１つの上流に配置され、ディーゼルエンジンからの排気ガス流に第１の試薬を噴射する第１のインジェクタと、
選択的触媒還元触媒の上流に配置され、前記第１の試薬とは異なる第２の試薬を前記排気ガス流に噴射する第２のインジェクタと、
前記第１のインジェクタに前記第１の試薬を供給する第１のポンプと、
前記第２のインジェクタに前記第２の試薬を供給する第２のポンプと、
前記第１の試薬及び前記第２の試薬の噴射を制御する制御装置と、
を含む装置。 - 請求項１において、前記制御装置が、エンジン作動パラメータに基づいて少なくとも１つの制御信号を生成する装置。
- 請求項１において、前記制御装置が、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプのそれぞれに１以上の制御信号を送信することによって前記噴射を制御する装置。
- 請求項１において、前記制御装置が、前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタのそれぞれに１以上の制御信号を送信することによって前記噴射を制御する装置。
- 請求項１において、前記第１の試薬が炭化水素であり、前記第２の試薬が尿素である装置。
- 請求項１において、前記制御装置が、前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタのそれぞれのオン時間と噴射周波数を変化させる装置。
- 請求項１において、
前記第１のポンプに接続され、前記第１の試薬を含む第１のタンクと、
前記第２のポンプに接続され、前記第２の試薬を含む第２のタンクと、
をさらに含む装置。 - 請求項７において、前記制御装置が、前記第２のタンクが所定の低レベルに達したことを示す警告信号を受信し、前記警告信号を受信した場合に、前記第２の試薬の噴射を停止させ、前記第１の試薬の噴射を開始させるための少なくとも１つの制御信号を送信する装置。
- 請求項１において、前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタのそれぞれが、約０．００４〜０．０３０インチのオリフィス直径を有するオリフィス板を含む装置。
- 請求項９において、前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタのそれぞれが、約４０〜約８０μｍ（ＳＭＤ）の液滴を供給するための噴霧化用渦巻板を含む装置。
- ２つ以上の試薬インジェクタを使用してディーゼル排出物質を減少させるための方法であって、
ディーゼルエンジンのエンジン負荷を検出する工程と、
検出された前記エンジン負荷が第１の閾値以下である場合に、前記ディーゼルエンジンの排気ガス流に第１のインジェクタから第１の試薬を第１の噴射周波数で噴射する工程と、
検出された前記エンジン負荷が前記第１の閾値を超えた場合に、前記第１のインジェクタの噴射周波数を第２の噴射周波数に上昇させる工程と、
検出された前記エンジン負荷が第２の閾値を超えた場合に、第２のインジェクタからの前記排気ガス流への第２の試薬の噴射を開始する工程と、
検出された前記エンジン負荷が前記第２の閾値を超えている場合に、前記第２のインジェクタから前記第２の試薬を前記第２の噴射周波数で噴射し、前記第１のインジェクタから前記第１の試薬を前記第２の噴射周波数で噴射する工程と、
を含む方法。 - 請求項１１において、前記第１の噴射周波数が約１．５Ｈｚ以下であり、前記第１の閾値が約１５％であり、前記第２の噴射周波数が少なくとも約１０Ｈｚであり、前記第２の閾値が約４０％である方法。
- 請求項１１において、
検出された前記エンジン負荷が約１％から約１５％に増加する時に前記第１のインジェクタのオン時間を増加させて前記第１のインジェクタからの第１の流量を約１２５ｇ／分とする工程と、
前記第１の流量が少なくとも約３３０ｇ／分になるまで、前記エンジン負荷が約４０％に増加する際に前記第１のインジェクタのオン時間を増加させる工程と、
をさらに含む方法。 - 請求項１３において、少なくとも８１６ｇ／分の合計流量が達成されるまで、第１の流量及び前記第２のインジェクタからの第２の流量を増加させる工程をさらに含む方法。
- 請求項１１において、
検出された前記エンジン負荷が第３の閾値まで減少するまで前記第１の試薬を前記第２の噴射周波数で噴射すると共に前記第２の試薬を前記第２の噴射周波数で噴射する工程と、
検出された前記エンジン負荷が前記第３の閾値未満に減少した場合に前記第２のインジェクタからの前記第２の試薬の噴射を停止させる工程と、検出された前記エンジン負荷が第４の閾値未満に減少した場合に前記第１のインジェクタの噴射周波数を前記第１の噴射周波数に減少させる工程と、
をさらに含む方法。 - 請求項１５において、前記第３の閾値が約２１％であり、前記第４の閾値が約１２％である方法。
- 請求項１１において、前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタのそれぞれの流量を変化させる工程をさらに含む方法。
- 請求項１１において、前記第１の試薬及び前記第２の試薬が尿素である方法。
- 請求項１１において、前記第１の試薬及び前記第２の試薬が炭化水素である方法。
- 請求項１１において、
前記第２の試薬の供給が所定の低レベルに達したことを示す警告信号を制御装置において受信する工程と、
前記警告信号を受信した場合に、前記第２の試薬の噴射を停止させ、前記第１の試薬を噴射を開始させるための少なくとも１つの制御信号を前記制御装置から送信する工程と、
をさらに含む方法。 - ２つのインジェクタを使用して試薬の噴射を制御する方法であって、
約６０〜１２０ｐｓｉの圧力で少なくとも１種の試薬をリードインジェクタとラグインジェクタに供給するための１以上の流体供給ポンプを用意し、
ＮＯｘ及び微粒子を減少させるための１種以上の後処理触媒を含むディーゼルエンジンの排気ガス流に前記リードインジェクタから第１の試薬を約０．２５〜６００ｇ／分の流量で供給し、
前記ラグインジェクタから前記第１の試薬とは異なる第２の試薬を約０．２５〜６００ｇ／分の流量で前記排気ガス流に供給し、
単一の制御装置から前記第１の試薬及び前記第２の試薬の供給を制御することを含み、
前記リードインジェクタ及び前記ラグインジェクタのそれぞれが、約４０〜約８０μｍ（ＳＭＤ）の液滴を供給するための噴霧化用渦巻板を有する単一流体パルス幅変調インジェクタを含む方法。 - 請求項２１において、
前記１種以上の後処理触媒が、ディーゼルパティキュレートフィルタ及び前記ディーゼルパティキュレートフィルタの下流に配置された選択的触媒還元触媒を含み、
前記リードインジェクタが、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流で炭化水素試薬を噴射し、
前記ラグインジェクタが、前記ディーゼルエンジンパティキュレートフィルタと前記選択的触媒還元触媒との間で尿素試薬を噴射する方法。 - 請求項２１において、
前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタのそれぞれが、約０．００４〜約０．０３０インチのオリフィス直径を有するオリフィス板を含み、
前記第１のインジェクタ及び前記第２のインジェクタが、約１〜約９５％のオン時間、約１Ｈｚ〜約１０Ｈｚの噴射周波数、約６０ｐｓｉ〜約１２０ｐｓｉの流体圧力、約２．５〜約１０ガロン／時の循環速度となるように構成されている方法。
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