JP2014527592A - 炭化水素希薄ＮＯｘ触媒を備えた排気処理システム - Google Patents

Abstract

エンジンからの排気流を処理するシステムが、エンジンからの排気流を受け入れるように適合された主排気通路を備える。側方分岐路が主排気通路と連通する。再生ユニットが、燃料を燃焼して主排気通路を流れる排気を加熱するために、側方分岐路内に配置される。希薄ＮＯＸ触媒が、主排気通路内において再生ユニットの下流に配置される。還元剤噴射器が、再生ユニットの下流かつ希薄ＮＯＸ触媒の上流に配置されて還元剤粒子を排気流に噴射する。制御器が、再生ユニットを作動させて排気の温度を高くするとともに、還元剤噴射器を作動させて希薄ＮＯＸ触媒内のＮＯＸを減らす。

Description

本開示は、概して、排気ガスを処理するシステムに関する。より詳細には、炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒の上流の排気ガス温度を高くする装置が検討される。

内燃機関の運転中に大気に放出されるＮＯ_Ｘや粒子状物質の量を減らすために、多くの排気後処理装置が開発されてきた。排気後処理システムの必要性は、ディーゼル燃焼過程が実行されるときに特に生じる。ディーゼルエンジン排気用の典型的な後処理システムは、１つまたは複数のディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択的な触媒還元（ＳＣＲ）システム、炭化水素（ＨＣ）噴射器、およびディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を備え得る。

エンジンの運転中、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）は、エンジンから排出された煤を捕捉し、粒子状物質（ＰＭ）の排出を減らす。時間の経過につれて、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）は一杯になって詰まり始めてくる。ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）で捕捉した煤の定期的な再生または酸化が、適切な作動のために必要とされる。ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生するためには、排気流内の十分な量の酸素と共に比較的高い排気温度が、フィルタで捕捉された煤を酸化するために必要とされる。

ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）は、典型的には、煤が一杯になったディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生する目的で熱を発生させるために用いられる。炭化水素（ＨＣ）が、特定の着火温度以上でディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）に噴霧されたとき、炭化水素（ＨＣ）は酸化する。この反応は極めて発熱性があり、排気ガスは着火の間に加熱される。加熱された排気ガスは、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生するために利用される。

しかしながら、多くのエンジン作動条件において、排気ガスは、約３００℃のＤＯＣ着火温度に達するほど高温ではない。したがって、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）再生は受動的には起こらない。さらに、ＮＯ_Ｘ吸着器および選択的な触媒還元システムは、典型的には、適切に作動するために最低限の排気温度を必要とする。

様々な後処理装置の上流において排気流を加熱するために、燃焼器を設けることができる。公知の燃焼器は、自動車用途の内燃機関の排気温度をうまい具合に高くしてきた。一部の相手先商標製品の製造会社は、その大きさやコストのため、従来の燃焼器を実行することを拒んできた。さらに、ディーゼル機関車、据え付けの動力装置、船舶、およびその他を含む他の用途には、比較的大型のディーゼル圧縮エンジンが搭載され得る。より大型のエンジンからの排気の質量流量は、燃焼器が典型的に備える最大流量の１０倍を超えることもある。大きな排気の質量流量に対処するために燃焼器を大きくすることは可能であるかもしれないが、この解決策に関連するコスト、重量、および実装上の懸念は、許容できない可能性がある。そのため、排気システムのコスト、重量、大きさ、および性能への影響を最小限にしつつ、炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒と、エンジンから産出される排気の温度を高くする装置とを搭載した排気処理システムのための技術には必要性があると考えられる。また、燃焼器の使用に伴う圧力損失および／または背圧への影響を最小限にすることも望まれ得る。

本節は、開示の大まかな概要を示すが、開示の範囲のすべてまたは開示の特徴のすべてを包括した開示ではない。

エンジンからの排気流を処理するシステムが、エンジンからの排気流を受け入れるように適合された主排気通路を備える。側方分岐路が主排気通路と連通する。再生ユニットが、燃料を燃焼して主排気通路を流れる排気を加熱するために、側方分岐路内に配置される。希薄ＮＯ_Ｘ触媒が、主排気通路内において再生ユニットの下流に配置される。還元剤噴射器が、再生ユニットの下流かつ希薄ＮＯ_Ｘ触媒の上流に配置されており、還元剤粒子を排気流に噴射する。制御器が、再生ユニットを作動させて排気の温度を高くするとともに、還元剤噴射器を作動させて希薄ＮＯ_Ｘ触媒内のＮＯ_Ｘを減らす。

エンジンからの排気流を処理するシステムが、燃料を燃焼する燃焼器であって、排気通路を流れる排気を加熱する燃焼器を備える。希薄ＮＯ_Ｘ触媒が、排気通路内において燃焼器の下流に配置される。還元剤噴射器が、燃焼器の上流かつ希薄ＮＯ_Ｘ触媒の上流に配置されており、還元剤粒子を排気流に噴射する。制御器が、燃焼器を作動させて排気の温度を高くするとともに、噴射器を作動させて希薄ＮＯ_Ｘ触媒内のＮＯ_Ｘを減らす。

エンジンからの排気流を処理するシステムが、燃料を燃焼する燃焼器であって、排気通路を流れる排気を加熱する燃焼器を備える。希薄ＮＯ_Ｘ触媒が、排気通路内において、別の触媒を通過する前に燃焼器によって加熱された排気を直に受け入れる状態で配置される。炭化水素噴射器が、燃焼器の下流かつ希薄ＮＯ_Ｘ触媒の上流に配置されており、炭化水素を排気流に噴射する。制御器が、燃焼器を作動させて、排気の温度を、希薄ＮＯ_Ｘ触媒内の活性部位に位置されるカーボン堆積物を燃焼するための所定の程度まで高くする。

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。

ここで説明される図面は、選択された実施形態、および必ずしもすべ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ことは意図されていない。

エンジンからの排気の温度を制御するシステムを示す概略図である。 小型再生ユニットを備える、図１に示されている排気後処理システムの一部の側方からの断面図である。 別の再生ユニットの断面図である。 別の再生ユニットの断面図である。 分流器を備えるエンジン後処理システムの断面図である。 分流器を備える後処理システムの透視図である。 他の別の再生ユニットの一部の部分的な斜視図である。 他の別の再生ユニットの断面図である。 再生ユニットの別の入口管部を示す斜視図である。 再生ユニットの別の入口管部を示す斜視図である。 再生ユニットの別の入口管部を示す斜視図である。 再生ユニットの別の入口管部を示す斜視図である。 再生ユニットの別の入口管部を示す斜視図である。 他の別の排気後処理システムを示す断面図である。 再生ユニットおよび炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒を備える別の排気後処理システムを示す。 再生ユニットおよび炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒を備える別の排気後処理システムを示す。 再生ユニットおよび炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒を備える別の排気後処理システムを示す。 再生ユニットおよび炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒を備える別の排気後処理システムを示す。 再生ユニットおよび炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒を備える別の排気後処理システムを示す。 燃焼器および炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒を備える別の排気後処理システムを示す。 燃焼器および炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒を備える別の排気後処理システムを示す。

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。

ここで、例示の実施形態を、添付の図面を参照しつつ、より十分に説明する。

図１は、例示のエンジン１２によって主排気通路１４へと産出される排気を処理する排気ガス後処理システム１０を示す。吸気通路１６が、エンジン１２に連結されて、エンジン１２に燃焼用空気を提供する。ターボチャージャ１８が、排気流の中に配置される駆動部材（図示せず）を備えている。エンジンの作動中、排気流は、駆動部材を回転させ、圧縮された空気を、エンジン１２に入る前の吸気通路１６に提供する。

排気ガス後処理システム１０は、ターボチャージャ１８から下流かつ複数の排気後処理装置から上流に配置された小型再生ユニット２６も備えている。図１に示されている例示の後処理システムでは、後処理装置は、炭化水素噴射器２８、ディーゼル酸化触媒３０、およびディーゼル粒子フィルタ３２を備えている。

再生ユニット２６は、主排気通路１４と連通しているシステム１０の側方分岐部３４内に配置されている。再生ユニット２６は、通路１４を通過する排気を、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）３０の効率を高めつつディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）３２を再生することができる高い温度へと加熱するために用いることができる。

再生ユニット２６は、適切な燃料と酸素付加剤（ｏｘｙｇｅｎａｔｏｒ）とを噴射する１つまたは複数の噴射器３６を備えることができる。燃料は、水素または炭化水素を含んでもよい。噴射器３６は、図１に示すように、燃料と酸素付加剤とを噴射する複合噴射器として構築されてもよいし、また、燃料および酸素付加剤に対して別々の噴射器（図１１）を備えてもよい。制御モジュール３８が、噴射器３６を通る流れと、第１の点火装置４２による燃料の点火とを、任意適切なプロセッサ、センサ、流れ制御弁、電気コイルなどを用いて、監視および制御するために設けられている。

再生ユニット２６は、複数の部材から成る組立体として、組み立てられた金属部品から構成された筺体５０を備えている。筺体５０は、入口管５２、円筒形状の本体部５４、および出口管５６を備えている。入口ヘッダ５８が入口管５２に固定されている。入口ヘッダ５８は、側方分岐部３４に固定され、側方分岐部３４の端部の一方を塞いでいる。他の単一または複数の部材から成る入口組立体も、本開示の範囲内にあるとして検討される。環状の容積６２が、側方分岐部３４の内側面６４と筺体５０の外側面との間の空間に存在する。

噴射器搭載部６５が、入口管５２および／または入口ヘッダ５８に固定されて、噴射器３６のための取付機構を提供している。噴射器３６のノズル部６６が、本体部５４の内側円筒面７０によって少なくとも一部が画定される主燃焼室６８内に霧状の燃料を噴射できるように、入口管５２内へと延びている。噴射器３６は、燃料入口７２と空気入口７４とを備えている。燃料入口７２は、燃料配管８６によって互いに連結された燃料タンク７８、燃料フィルタ８０、燃料ポンプ８２、および燃料ブロック８４を備える燃料送出システム７６と連通している。燃料送出システム７６の構成部品が作動することで、炭化水素を噴射器３６へと選択的に提供する。

二次空気システム９０が、二次空気フィルタ９２とＭＡＦセンサ９４とを備えている。圧縮機９６が、二次空気フィルタ９２およびＭＡＦセンサ９４を通過した空気を受け入れる状態となっている。圧縮機９６は、スーパーチャージャ、ターボチャージャ、または、独立した電動圧縮機の一部を含んでもよい。圧縮機９６からの産出物は、空気入口７４へ提供される。排気の加熱が要求されるとき、霧状の燃料の流れを噴射するために、燃料は燃料入口７２を介して噴射され、酸素付加剤は空気入口７４を介して提供される。第１の点火装置４２は、入口ヘッダ５８の下流で側方分岐部３４に備え付けられており、噴射器３６によって提供される燃料を主燃焼室６８内で燃焼するように作動可能となっている。

側方分岐部３４は、排気通路１４と実質的に３０度の角度Ａで交差している。再生ユニット２６によって生成される炎は、実質的に同じ角度で排気通路１４内へと延び入る。

細長い開口１１０が、主排気通路１４を画定する管１１２を貫いて延びている。本体部５４の一部および出口管５６の一部は、排気通路１４内に配置されている。エンジン１２から提供される排気は、筺体５０に衝突し、再生ユニット２６の作動中に筺体５０を冷却する。さらに、筺体５０の通路１４内への侵入が最小限となっているため、排気の背圧も最小限の増加とされている。側方分岐部３４および噴射器３６は、管１１２から径方向外向きに最小限だけ延びていることも理解されるべきである。このような構成によって、相手先商標製品の製造会社は、小型の再生ユニットを車両により容易に実装することができる。

本後処理システムでは、第１の点火装置４２は、コイル４６に連結されたイオンセンサ４４も備えている。イオンセンサ４４は、燃焼室６８内に配置された電極の形態であってもよい。電圧がイオンセンサに印加されて、センサから筺体５０などのアースへと電界を作り出すことができる。電圧が印加されると、電界がセンサからアースへと放射する。自由イオンが電界中にある場合、小さなイオン電流が流れることができる。イオン電流の大きさは、イオンの濃度を表している。制御モジュール３８は、イオンセンサ４４からの信号を検出するとともに受信して、炎の有無を判定する。また、イオンセンサ４４は、点火装置４２が故障していないかどうかの判定も行う。

故障は、煤、油、または他の汚染物の堆積によって発生することがある。点火装置４２が故障しているとき、適切な燃焼は起こり得ない。制御モジュール３８は、燃料の燃料入口７２への供給、空気の空気入口７４への供給、および、電力の点火装置４２への供給と、それらの供給の遮断とを行うように作動可能である。燃料および空気の噴射器３６への供給を開始する前に、制御モジュール３８は、イオンセンサ４４によって提供される信号を介して、点火装置４２が故障しているかどうかを判定する。点火装置が作動の準備ができていると判定された場合、制御モジュール３８は、エンジン回転数、周囲温度、車両速度、エンジン冷却剤温度、酸素含有量、質量空気流量、ディーゼル粒子フィルタ３２前後の圧力差、および任意の数の他の車両パラメータなどの、多くのエンジンおよび車両作動条件を明らかとすることができる。制御モジュール３８が、排気ガス温度の上昇が要求されることを判定した場合、燃料および二次空気が噴射器３６に提供される。コイル４６は電力を点火装置４２に供給して、主燃焼室６８内において燃焼を開始させる。

制御モジュール３８は、燃焼の有無と、再生ユニット２６の下流の位置での排気通路１４内における排気ガスの温度とを含む多くの他のパラメータを評価して、噴射器３６への燃料および空気の供給をいつ停止するかを決定することもできる。例えば、制御モジュール３８は、再生ユニット２６、側方分岐部３４、または主通路１４内に配置された１つまたは複数の温度センサから信号を受信して、再生ユニット２６を作動させることで閉ループ制御を行って、特定の位置で所望の温度を維持させることができる。燃焼が不意に消失した場合、制御モジュール３８は燃料の供給を停止する。他の制御手順も本発明の開示の範囲内にある。

図３は、側方分岐部３４に連結された別の再生ユニット２６ａを示している。再生ユニット２６ａは、筺体５０の小さくされた、または、首細とされた出口管部分が取り除かれていることを除いて、再生ユニット２６と実質的に同様となっている。したがって、同様の要素は、添え字「ａ」によって識別されることになる。主本体部５４ａは、出口開口部５３ａで途切れる実質的に一定の直径のものである。

図４は、参照符号２６ｂで識別される他の別の再生ユニットを示している。再生ユニット２６ｂは、長さＬが延ばされて筺体５０ｂの大部分が排気通路１４内に位置されるようにしたことを除いて、再生ユニット２６と実質的に同様となっている。同様の要素は、添え字「ｂ」を含むことになる。点火装置４２ｂの位置は、ノズル６６の端部から離れるように変更されている。

図５および図６は、管１１２内において小型再生ユニット２６の上流に配置された分流板１４０を備える他の別の構成を示している。分流板１４０は、それを貫いて延びるＤ字形の開口１４２を含んでいる。分流板１４０は、図５に示されるように斜めに配置されて、通路１４を通って流れる排気を、筺体５０に向かわせつつ筺体５０の周囲へと流す。分流された排気流は、再生ユニット２６から管１１２を通って流れる排気へと熱を移動させる。

図７は、参照符号２６ｃで識別される他の別の再生ユニットの一部を示している。再生ユニット２６ｃは、出口管５６ｃの長さが延ばされていること、および、出口管５６ｃがそれを通って延びる複数の開口１４４を備えていることを除いて、再生ユニット２６と実質的に同様となっている。延長された出口管の長さと開口１４４とによって、燃焼炎を再生ユニット２６ｃの作動中に適切に維持するとともに方向付けることが、確実に行われる。排気が通路１４を通って流れるにつれて、排気の一部は開口１４４を通過し、混合効果を生み出し、より望ましい温度分布、炎安定性、および炎品質をもたらすことになる。

図８は、参照符号２６ｄで識別される他の別の再生ユニットを示している。再生ユニット２６ｄは、再生ユニット２６の構成部品と共に、副燃焼室１４６を画定する追加の筺体部１４５も備えている。第２の点火装置１４８は、副燃焼室１４６内へと延び入っている。複数の開口１４９が、第２の筺体１４５を貫いて延びて、排気ガスが副燃焼室１４６に入るのを可能にしている。排気の加熱と混合とを高めることが、再生ユニット２６ｄの使用によって達成できる。

図９〜図１３は、入口管５２の代わりに使用できる別の入口管の構造を示している。変更された入口管の各々は、周方向に離間されつつ端壁１５２を貫いて延びる複数の開口１５０を備えている。開口１５０は、通路１４を通って流れる排気ガスが主燃焼室６８に入るのを可能としている。開口１５０を介して主燃焼室６８へと酸素を提供することで、圧縮機９６によって噴射器３６に提供された二次空気の圧力を低減させることができる。また、圧縮機９６のコストおよび大きさも縮小できる。

図９に示す入口管５２ｅは、一端において端壁１５２ｅに取り付けられた複数の垂板１５６ｅを備えている。垂板１５６ｅは、開口１５０ｅを通過するガスを旋回させるように配置されている。図１０は、垂板のない矩形の開口１５０ｆを示している。図１１は、開口１５０ｇの径方向内側の領域に取り付けられた複数の垂板１５６ｇを示している。垂板１５６ｇは、径方向外向きの方向で、排気流に対して斜めに延びている。図１２は、複数の開口１５０ｈおよび複数の垂板１５６ｈを備える他の別の入口管組立体５２ｈを参照している。垂板１５６ｈは、径方向内向きに延びている。

図１３は、周方向に互いから離間された複数の円形の開口１５０ｉを示している。開口を一部でも塞ぐような垂板はない。図９〜図１３に描写された構成の各々は、主燃焼室６８内に、実質的に一様な流れの分配をもたらす。

説明した開口１５０を備える小型再生ユニット構成のうちのいずれかは、図１４に示すように、比較的低い圧力に圧縮された空気を環状の容積６２ｊ内へと噴射するために、再配置された二次空気入口７４ｊを備える噴射器３６ｊが搭載されてもよい。霧状の燃料を主燃焼室６８ｊ内に噴射するように位置付けられた燃料入口７２ｊは、前に説明している。環状の容積６２ｊ内に噴射された空気の一部は開口１５０ｉを通過し、二次空気の残りの部分は、筺体５０ｊの外表面上を通過して小型再生ユニット２６ｊを冷却する。

図１５は、参照符号２００で識別される他の排気ガス後処理システムの一部を示している。システム２００は、図１に描写されたシステム１０と同様である。したがって、同様の要素は、以前に示した参照符号のままとなっている。排気ガス後処理システム２００は、ＤＰＦ３２のすぐ下流に配置された還元剤噴射器２０２を備えている。還元剤噴射器は、煙霧発生器２０２として構成することができる。還元剤噴射器２０２には、燃料タンク７８内に保管されたディーゼル燃料などの炭化水素が供給される。図１５に示す例では、燃料管路２０４は、燃料をタンク７８から還元剤噴射器へと供給する。Ｅ８５、Ｅ９３、またはＥ９５を含むエタノール系燃料などの他の内燃機関燃料が、還元剤の選択肢となり得るとともに、搭載された別体の容器に保管されてもよい。

煙霧発生器２０２は、電力の供給される加熱要素を備えている。燃料管路２０４を介して供給される還元剤は、加熱要素によって加熱される。還元剤は、加熱要素の表面と直に接してもよいし、もしくは接しなくてもよいことは、理解されるべきである。構成に拘わらず、エネルギーは加熱要素から還元剤へと移動されて、還元剤の温度およびエネルギー含量を増加する。加熱された還元剤は、ＤＰＦ３２から下流において排気流に噴射される。ノズルの設計、還元剤の圧力、および還元剤の温度に基づいて、１ミクロン未満の大きさの非常に小さい還元剤の液滴が、排気通路１４内へと噴射される。

希薄ＮＯ_Ｘ触媒（ＬＮＣ）２０８および選択的な触媒還元装置（ＳＣＲ）２１０が、共用の筺体２１４内に備え付けられている。ＬＮＣ２０８は、ＳＣＲ２１０の上流に配置されて、酸素の濃い環境においてＮＯ_Ｘを減少させる。ＬＮＣ２０８は、還元剤として炭化水素を用いてＮＯ_Ｘを減少させるように構成された炭化水素希薄ＮＯ_Ｘ触媒である。煙霧発生器２０２は、排気後処理システム２００に対して多くの設計上の利点をもたらす。煙霧発生器２０２にある還元剤の加熱された煙霧は、ＤＰＦ３２を出ていく排気全体に素早く拡散される。ＬＮＣ２０８へと入る前に排気と還元剤とを混合するための領域を設けるために、排気管は最小限の長さである必要がある。小さな還元剤の液滴は、より大きな液滴の還元剤よりも、ＬＮＣ２０８の多孔性の表面とより効率的に相互作用する。煙霧発生器２０２を用いることで、ＬＮＣ２０８から触媒反応が改善されることになる。小さくされた液滴の大きさは、触媒への液体の衝突によってＬＮＣ２０８に損傷を与える可能性を、最小限にもする。

ＳＣＲ２１０は、ＬＮＣ２０８から下流に配置されて、ＮＯ_Ｘをさらに減少させ、アンモニアを排気流から除去する。図１５に示されるように、ＬＮＣ２０８およびＳＣＲ２１０は、共用の筺体２１４内で互いに隣り合わせで配置されてもよい。

あるいは、還元剤噴射器２０２は、加熱されていないが加圧された還元剤を供給するためのノズルとして構成されてもよい。噴射器２０２は、アルコール系内燃機関燃料を供給してもよい。これらの燃料の揮発度に応じて、煙霧発生器または噴霧機は、排気中に還元剤を素早く分散させる必要がないかもしれない。

図１６は、参照符号３００で識別される他の別の排気ガス後処理システムの一部を示している。システム３００は、システム２００と実質的に同様となっている。したがって、同様の要素は、以前に示した参照符号によって識別されることになる。図１６に示されている構成では、ディーゼル粒子フィルタは、下流に移動されて、ＳＣＲと組み合わされている。したがって、ＳＣＲ被覆を備えるＤＰＦは、参照符号３０２で描写されている。ＤＰＦをさらに下流に移動したことで、ＬＮＣ２０８は、エンジン１２および小型再生ユニット２６のより近くに配置される。したがって、ＬＮＣ２０８に入る排気の温度は、ＬＮＣ２０８がエネルギー源から離れて配置される同様の構成よりも、当然ながら高くなる。

排気ガス後処理システム１０は、小型再生ユニット２６、ディーゼル酸化触媒３０、および煙霧発生器２０２の相対位置を利用して、ＬＮＣ２０８の変換効率を最大化する。ＬＮＣ２０８によって達成されるＮＯ_Ｘ減少効率は、排気温度の上昇に伴って高くなる。さらに、ＳＣＲ被覆されたＤＰＦ３０２は、ＳＣＲ／ＤＰＦ３０２を必要に応じて選択的に再生するために、小型再生ユニット２６およびディーゼル酸化触媒３０の十分近くに配置されている。煙霧発生器２０２を用いて還元剤を導入することによって、還元剤の排気ガスとの改善された分散および混合が、ＬＮＣ２０８に入る前に生じる。効率的なＮＯ_Ｘの減少が生じる。煙霧発生器２０２は、加熱された還元剤を噴射することで、ＬＮＣ２０８の作動特性をさらに改善する。排気温度の好ましくない低下が避けられる。

図１７は、他の別の排気ガス後処理システム４００の一部を示している。後処理システム４００は、ＬＮＣ２０８を、エンジン１２および小型再生ユニット２６に近いさらに上流へと再配置している。この構成は、低温始動を含むより広い範囲のエンジン作動条件に対して、ＮＯ_Ｘ変換効率を高める。小型再生ユニット２６が熱を排気に加えつつ、煙霧発生器２０２は、ＬＮＣ２０８の上流で噴射された還元剤にエネルギーを加える。再生ユニット２６は、カーボン堆積物が触媒の活性部位から定期的または連続的に燃焼され得るように、希薄ＮＯ_Ｘ触媒２０８の上流に配置されてもよい。希薄ＮＯ_Ｘ触媒２０８の再生は、後処理システム４００のＮＯ_Ｘ変換効率を高める。ＬＮＣ２０８は、エタノール、Ｅ８５、Ｅ９３、Ｅ９５などのアルコール系還元剤と共に使用するための銀系の触媒を含んでいる。３００℃以上の温度でのＮＯ_Ｘ減少における活性化合物として、アセトアルデヒドが生成される。噴霧機としても知られる煙霧発生器２０２の使用によって、アルコール系還元剤は銀系触媒との接触の前に分解されて、ＮＯ_Ｘ変換を３００℃未満の温度で行わせる可能性がある。煙霧発生器２０２の使用は、より高い触媒温度での全体の変換効率も高める。

必要であれば、追加のＮＯ_Ｘ変換およびアンモニア減少を行うために、選択的なＳＣＲ（図示せず）がＬＮＣ２０８からすぐ下流に配置されてもよい。システム４００は、ＬＮＣ２０８から下流かつＤＯＣ３０およびＤＰＦ３２から上流に配置されている炭化水素噴射器２８を備えている。ＤＯＣ３０およびＤＰＦ３２は、共用の筺体４０２に配置されて示されている。ＤＰＦ３２を再生するために、制御器３８は、炭化水素噴射器２８に、ディーゼル燃料などの還元剤を、ＬＮＣ２０８の下流かつＤＯＣ３０の上流で排気流に選択的に噴射させる。

図１８は、他の別の排気ガス後処理システム５００を示している。後処理システム５００は、後処理システム３００と実質的に同様となっている。したがって、同様の要素は、以前に示した参照符号のままとなっている。より具体的には、システム５００は、ＳＣＲ被覆されたＤＰＦに代わって希薄ＮＯ_Ｘ触媒被覆を有するディーゼル粒子フィルタを備えている点において、システム３００と異なっている。実装空間およびコストは、後処理システム３００および後処理システム５００に示された解決策を実施することで低減させることができる。

ＬＮＣ／ＤＰＦ５０２の作動の間、発熱化学反応が起こる。エネルギーの放出は、ディーゼル粒子フィルタによって捕捉された煤の再生の助けとなる。さらに、ＤＰＦの再生は、炭化水素ＬＮＣの脱硫酸化と同時に生じ得る。ＳＣＲ２１０は、ＬＮＣ／ＤＰＦ５０２から下流に配置されて、アンモニアを除去するとともにＮＯ_Ｘをさらに減少させる。

図１９は、他の別の排気ガス後処理システム６００を示している。排気ガス後処理システム６００は、後処理システム５００と実質的に同様となっている。これらのシステムは、煙霧発生器２０２が第２の還元剤噴射器６０２と置き換えられていること以外は実質的に同じである。第２の還元剤噴射器６０２は、追加の保管タンク６０４と連通して配管されている。アルコール系燃料などの第２の還元剤は、タンク６０４内に保管され、第２の還元剤噴射器６０２に選択的に供給される。Ｅ８５、Ｅ９３、およびＥ９５などのアルコール系燃料は、還元剤としてディーゼル燃料を用いる場合と比較して、高いＮＯ_Ｘ減少効率をもたらす。噴射器は、第２の還元剤が低蒸気圧であるため、煙霧発生器の代わりに、アルコール系燃料を噴射するために用いられ得る。タンク６０４を容易に利用可能なアルコール系燃料で満たすことは、尿素などのアンモニアの発生源を保管して分配することと比較して、望ましいと考えられる。

図２０は、共用の筺体７０２に実装されたＬＣＮ２０８およびＳＣＲ／ＤＰＦ３０２を搭載した別の排気ガス後処理システム７００を示している。煙霧発生器２０２は、燃焼器７０４の上流で排気通路１４と連通して位置付けられている。燃焼器７０４は、通路１４を通って移動する排気のすべてが燃焼器７０４を通過して筺体７０２の入口７０６へと移動するように構成されている。システム７００は、煙霧発生器２０２によって供給される霧状の還元剤が、燃焼器７０４によって加熱されるが、燃焼器７０４内において生成される炎によって燃焼されないように作動する。したがって、還元剤を含んで加熱された排気は、入口７０６に供給されて、ＬＮＣ２０８の作動範囲の改善と、より優れた低温始動特性とを実現する。燃焼器７０４は、この機能を実現するために、外郭７０８と共に構成されている。燃焼器は、外郭７０８内で燃焼炎を発生させる。還元剤および排気の混合物は、外郭７０８の外表面上を通過して、還元剤を燃焼させることなく、排気への熱伝達を可能にしている。

図２１は、参照符号８００で識別される他の排気ガス後処理システムを示している。システム８００は、煙霧発生器２０２が二次還元剤噴射器８０２で置き換えられていることを除いて、システム７００と実質的に同様となっている。二次還元剤噴射器８０２には、追加の還元剤タンク８０４に保管されているアルコール系燃料などの二次還元剤が供給される。噴射された二次還元剤は、排気通路１４を通って移動する排気と混合し、燃焼器７０４によって加熱される。加熱された還元剤および排気は、ＬＮＣ２０８およびＳＣＲ／ＤＰＦ３０２に供給されて、好ましくないＮＯ_Ｘの排出を減少させる。

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。完全であること、または、開示を限定することは意図されていない。具体的な実施形態の個々の要素または特徴は、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。追加の別の排気ガス後処理システムも、本開示の範囲内にあるとして検討される。例えば、煙霧発生器を備えているとして説明された前述の構成は、周囲温度において還元剤を排気中に供給するより典型的な還元剤噴射器を備えるように構成されてもよい。同じことは、多くの方法で変形も可能である。このような変形態様は開示からの逸脱として解釈されず、このような変更のすべては、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

１０ 排気ガス後処理システム
１２ エンジン
１４ 主排気通路
１６ 吸気通路
１８ ターボチャージャ
２６ 小型再生ユニット
２６ａ 再生ユニット
２６ｂ 再生ユニット
２６ｃ 再生ユニット
２６ｄ 再生ユニット
２８ 炭化水素噴射器
３０ ディーゼル酸化触媒
３２ ディーゼル粒子フィルタ
３４ 側方分岐部
３６ 噴射器
３６ｊ 噴射器
３８ 制御モジュール
４２ 第１の点火装置
４２ｂ 点火装置
４４ イオンセンサ
４６ コイル
５０ 筺体
５０ｂ 筺体
５２ 入口管
５２ｅ 入口管
５２ｈ 入口管組立体
５３ａ 出口開口部
５４ 本体部
５４ａ 主本体部
５６ 出口管
５６ｃ 出口管
５８ 入口ヘッダ
６２ 容積
６２ｊ 容積
６４ 内側面
６５ 噴射器搭載部
６６ ノズル部
６８ 主燃焼室
６８ｊ 主燃焼室
７０ 内側円筒面
７２ 燃料入口
７２ｊ 燃料入口
７４ 空気入口
７４ｊ 二次空気入口
７６ 燃料送出システム
７８ 燃料タンク
８０ 燃料フィルタ
８２ 燃料ポンプ
８４ 燃料ブロック
８６ 燃料配管
９０ 二次空気システム
９２ 二次空気フィルタ
９４ ＭＡＦセンサ
９６ 圧縮機
１１０ 開口
１１２ 管
１４０ 分流板
１４２ 開口
１４４ 開口
１４５ 第２の筺体部
１４６ 副燃焼室
１４８ 第２の点火装置
１４９ 開口
１５０ 開口
１５０ｅ 開口
１５０ｆ 開口
１５０ｇ 開口
１５０ｈ 開口
１５０ｉ 開口
１５２ 端壁
１５２ｅ 端壁
１５６ｅ 垂板
１５６ｇ 垂板
１５６ｈ 垂板
２００ 排気ガス後処理システム
２０２ 還元剤噴射器、煙霧発生器
２０４ 燃料管路
２０８ 希薄ＮＯ_Ｘ触媒（ＬＮＣ）
２１０ 触媒還元装置（ＳＣＲ）
２１４ 筺体
３００ 排気ガス後処理システム
３０２ ＤＰＦ
４００ 排気ガス後処理システム
５００ 排気ガス後処理システム
５０２ ＬＮＣ／ＤＰＦ
６００ 排気ガス後処理システム
６０２ 第２の還元剤噴射器
７００ 排気ガス後処理システム
７０２ 筺体
７０４ 燃焼器
７０６ 入口
７０８ 外郭
８００ 排気ガス後処理システム
８０２ 二次還元剤噴射器
８０４ 還元剤タンク
Ａ 角度

Claims (25)

1. エンジンからの排気流を処理するシステムであって、
   前記エンジンからの前記排気流を受け入れるように適合された主排気通路と、
   前記主排気通路と連通する側方分岐路と、
   燃料を燃焼して前記主排気通路を流れる前記排気を加熱するために、前記側方分岐路内に配置される再生ユニットと、
   前記主排気通路内において前記再生ユニットの下流に配置される希薄ＮＯ_Ｘ触媒と、
   前記再生ユニットの下流かつ前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の上流に配置される還元剤噴射器であって、還元剤粒子を前記排気流に噴射する還元剤噴射器と、
   前記再生ユニットを作動させて前記排気の温度を高くするとともに、前記還元剤噴射器を作動させて前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒内のＮＯ_Ｘを減らす制御器と、
   を備えるシステム。
2. 前記主排気通路内において前記再生ユニットの下流かつ前記還元剤噴射器の上流に配置される酸化触媒および粒子フィルタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の下流に配置される選択的な触媒還元装置をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記酸化触媒および前記粒子フィルタは第１の筺体に配置され、
   前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒および前記選択的な触媒還元装置は、前記第１の筺体から離間された第２の筺体に配置される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒は触媒被覆粒子フィルタを備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記還元剤噴射器は、酸化触媒の下流に配置され、前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の下流に配置される選択的な触媒還元装置をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
7. 前記還元剤噴射器は、還元剤を加熱および噴射する煙霧発生器を備える、請求項１に記載のシステム。
8. 前記煙霧発生器は、直径が１ミクロン未満の大きさの還元剤粒子を供給する、請求項７に記載のシステム。
9. 前記主排気通路内において前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の下流に配置される酸化触媒および粒子フィルタをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
10. 前記再生ユニットの下流かつ酸化触媒から上流に配置される炭化水素噴射器であって、炭化水素を前記排気流に噴射する炭化水素噴射器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
11. 選択的な触媒還元材料被覆を有する粒子フィルタをさらに備え、前記粒子フィルタは、前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の下流に配置される、請求項１に記載のシステム。
12. 前記還元剤噴射器は内燃機関燃料を噴射する、請求項１に記載のシステム。
13. 前記再生ユニットは、前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒のすぐ上流に配置されており、前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒内の活性部位からカーボン堆積物を燃焼するのに十分な高さの温度の排気を提供する、請求項１２に記載のシステム。
14. エンジンからの排気流を処理するシステムであって、
    前記エンジンからの前記排気流を受け入れるように適合された排気通路と、
    燃料を燃焼する燃焼器であって、前記排気通路を流れる前記排気を加熱する燃焼器と、
    前記排気通路内において前記燃焼器の下流に配置される希薄ＮＯ_Ｘ触媒と、
    前記燃焼器の上流かつ前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の上流に配置される還元噴射器であって、還元剤粒子を前記排気流に噴射する還元剤噴射器と、
    前記燃焼器を作動させて前記排気の温度を高くするとともに、前記噴射器を作動させて前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒内のＮＯ_Ｘを減らす制御器と、
    を備えるシステム。
15. 選択的な触媒還元材料被覆を有する粒子フィルタをさらに備え、前記粒子フィルタは、前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の下流に配置される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記還元剤噴射器は、炭化水素還元剤を加熱および噴射する煙霧発生器を備える、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記煙霧発生器は、直径が１ミクロン未満の大きさの還元剤粒子を供給する、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記還元剤はアルコール系燃料を含む、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記燃焼器は、排気と還元剤との混合物が周囲を流れる外郭を備え、前記外郭内において炎を発生させる、請求項１４に記載のシステム。
20. エンジンからの排気流を処理するシステムであって、
    前記エンジンからの前記排気流を受け入れるように適合された排気通路と、
    燃料を燃焼する燃焼器であって、前記排気通路を流れる前記排気を加熱する燃焼器と、
    前記排気通路内において、別の触媒を通過する前に前記燃焼器によって加熱された前記排気を直に受け入れる状態で配置される希薄ＮＯ_Ｘ触媒と、
    前記燃焼器の下流かつ前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒の上流に配置される炭化水素噴射器であって、炭化水素を前記排気流に噴射する炭化水素噴射器と、
    前記燃焼器を作動させて、前記排気の温度を、前記希薄ＮＯ_Ｘ触媒内の活性部位に位置されるカーボン堆積物を燃焼するための所定の程度まで高くする制御器と
    を備えるシステム。
21. 前記炭化水素はアルコール系燃料を含む、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記炭化水素はディーゼル燃料を含む、請求項２０に記載のシステム。
23. 前記主排気通路内において前記再生ユニットの下流に配置される酸化触媒および粒子フィルタをさらに備える、請求項２０に記載のシステム。
24. 前記還元剤噴射器は、前記炭化水素を加熱および噴射する煙霧発生器を備える、請求項２０に記載のシステム。
25. 前記煙霧発生器は、直径が１ミクロン未満の大きさの還元剤粒子を供給する、請求項２４に記載のシステム。

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