KR20150086369A - 환원제 주입 제어 시스템 - Google Patents

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KR20150086369A
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마이클 골린
존 드조지
구안유 쳉
아담 제이. 코트르바
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

복수의 배기 처리 장치, 배기 스트림 내로 배기 처리 유체를 투여하기 위한 복수의 인젝터, 및 복수의 인젝터 각각을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는 배기 시스템이 개시된다. 컨트롤러는 배기 흐름 비율 및 배기 스트림의 온도 중 적어도 하나를 기초로 하여 복수의 인젝터 각각에 의해 배기 스트림 내로 투여되는 배기 처리 유체의 양을 능동적으로 제어한다.

Description

환원제 주입 제어 시스템{REDUCTANT INJECTION CONTROL SYSTEM}
본 발명은 배기 처리 유체 주입 제어 시스템에 관한 것이다.
연소 기관들은 환경에 해로울 수 있는 배기가스를 생산하는 것으로 알려졌다. 엔진이 가질 수 있는 환경 영향을 감소시키기 위한 노력에 있어서, 배기 후-처리 시스템들이 종합적인 평가와 개발을 받았다. 엔진 배기가스를 처리하는데 도움을 주는 다양한 부품들은 산화 및 환원 촉매이다. 엔진 적용의 크기에 따라, 이러한 부품들의 비용은 상당히 증가할 수 있다. 이와 관련하여, 기관차, 선박, 및 거대 자가발전 적용과 같은 대규모 엔진 적용들은 실질적으로 예를 들면, 트랙터 트레일러 엔진 적용보다 더 많은 배기 배출가스를 생산할 수 있다. 따라서, 배기 후-처리 시스템들은 일반적으로 이러한 대규모 적용들에 의해 생산되는 유해 배기가스를 만족스럽게 감소시키기 위하여 큰 규모이다. 그러나 후-처리 시스템의 규모가 증가함에 따라, 그러한 시스템의 생산 경비, 설치, 및 서비스는 상당히 증가한다. 따라서, 종래의 규모이나 거대 엔진 적용들에 의해 방출되는 유해 배기가스의 영향을 감소시킬 수 있는 배기 후-처리 시스템을 생산하는 것이 바람직하다.
본 섹션은 본 발명의 일반적인 요약을 제공하며, 그것의 완전한 범위 또는 모든 특징의 포괄적인 내용은 아니다.
본 발명은 복수의 배기 처리 장치, 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 주입하기 위한 복수의 인젝터(injector), 및 복수의 인젝터 각각을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함하는 배기 시스템을 제공한다. 컨트롤러는 배기 흐름 비율 및 배기 스트림의 온도 중 적어도 하나를 기초로 하여 복수의 인젝터 각각에 의해 배기 스트림 내로 투여되는 배기 처리 유체의 양을 능동적으로 제어한다.
적용의 또 다른 영역들은 여기에 제공되는 설명으로부터 자명해질 것이다. 본 요약에서의 설명 및 특정 실시 예들은 단지 설명이 목적을 위하여 의도되며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
여기에 설명되는 도면들은 단지 선택된 실시 예들의 설명을 위한 목적이고 모든 가능한 구현은 아니며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 배기 시스템의 개략적인 표현이다.
도 2는 본 발명의 원리에 따른 배기 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 2의 배기 시스템에서 바람직하게 모니터링된 온도들을 도시한 차트이다.
도 4는 본 발명의 원리에 따른 배기 시스템의 개략적인 표현이다.
일부 도면들에 걸쳐 상응하는 참조번호들은 상응하는 부품들을 나타낸다.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들이 이제 더 완전히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 시스템(10)의 개략적인 표현이다. 배기 시스템(10)은 일단 소비되면 배기 후-처리 시스템(18)을 갖는 배기 통로(16) 내로 배출되는 배기 가스들을 소비하는 연료원(fuel source, 14)과 소통되는, 적어도 하나의 엔진(12)을 포함한다. 배기 후-처리 시스템(18)은 일반적으로 엔진(12)으로부터 하류에 위치되고 디젤 산화 촉매(DOC) 부품(20), 디젤 입자상 필터(DPF) 부품(22), 및 선택적 촉매 환원(SCR) 부품(24)을 포함할 수 있다. 배기 후-처리 시스템(18)은 배기 통로(16)를 통과하는 배기 가스의 온도를 증가시키기 위하여 열 향상 장치 또는 버너(burner, 26)와 같은 부품들을 더 포함할 수 있다. 배기 가스의 온도 증가는 추운 날씨 조건들 및 엔진(12)의 시동 상에서 디젤 산화 촉매 및 선택적 환원 촉매 부품들(20 및 24)에서의 촉매를 활성화하는데 바람직할 뿐만 아니라 필요할 때 디젤 입자상 필터(22)의 재생을 개시하는데 바람직하다. 버너(26)에 연료를 제공하기 위하여, 버너는 연료원(14)과 소통되는 입구 라인(28)을 포함할 수 있다.
디젤 입자상 필터(24)는 배기(14) 내에 존재하는 검댕(soot) 및 어떠한 다른 입자 물질들을 여과하기 위한 배기 처리 부품으로서 바람직할 수 있다. 그러나, 검댕 및 다른 입자 물질들이 디젤 입자상 필터(22)의 아주 작은 구멍들(도시되지 않음)을 막기 시작하면, 디젤 입자상 필터(24)로부터 과도한 검댕과 입자 물질을 태우도록 배기의 온도를 상승시킴으로써 디젤 입자상 필터(22)는 세척될(즉, 재생될) 수 있다. 위의 이유들로 인하여, 버너(26)는 바람직하게는 각각의 디젤 산화 촉매(20), 선택적 촉매 환원(24), 및 디젤 입자상 필터(22)로부터 상류에 위치된다. 그러나, 디젤 입자상 필터(22)는 두 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 촉매 환원(24)의 상류에 위치될 수 있고 재생 목적을 위하여 고유 디자인의 버너를 포함할 수 있으며, 반면에 제 2 버너(도시되지 않음)가 두 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 촉매 환원(24)의 상류에 위치될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또 다른 대안은 각각의 디젤 산화 촉매(20), 선택적 촉매 환원(24), 및 디젤 입자상 필터(22)가 지정된 버너를 포함하는 것이다.
엔진(12)에 의해 생산되는 배기가스의 감소에 도움을 주기 위하여, 배기 후-처리 시스템(18)은 배기 처리 유체들을 배기 스트림 내로 주기적으로 주입하기 위한 인젝터들(30 및 32)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 인젝터(30)는 디젤 산화 촉매(20)의 상류에 위치될 수 있고 적어도 배기 스트림 내의 질소산화물을 감소시키는데 도움을 주는 탄화수소 배기 처리 유체를 주입하도록 작동할 수 있다. 이와 관련하여, 인젝터(30)는 디젤 연료와 같은 탄화수소를 디젤 산화 촉매(20)의 상류의 배기 통로(16) 내로 주입하기 위하여 입구 라인(34)에 의해 연료원(14)과 유체 소통된다. 인젝터(30)는 또한 회수 라인(return line, 36)을 거쳐 연료원(14)과 유체 소통될 수 있다. 회수 라인(36)은 배기 스트림 내로 주입되지 않은 어떠한 탄화수소도 연료원(14)으로 되돌아오도록 허용한다. 입구 라인(34), 인젝터(30), 및 회수 라인(36)을 통한 탄화수소의 흐름은 또한 인젝터(30)를 냉각시키는데 도움을 주며 따라서 인젝터(30)는 과열되지 않는다. 그러나, 다른 형태의 냉각이 고려된다. 예를 들면, 인젝터(30)를 냉각시키기 위하여 냉각수가 통과되는 냉각 재킷(도시되지 않음)이 인젝터(30)에 제공될 수 있다.
인젝터(32)는 선택적 촉매 환원(24)의 상류의 위치에서 요소(urea)와 같은 배기 처리 유체를 배기 통로(16) 내로 주입하도록 사용될 수 있다. 인젝터(32)는 입구 라인(40)을 거쳐 환원 탱크(38)와 소통된다. 인젝터(32)는 또는 회수 라인(42)을 거쳐 탱크(38)와 소통된다. 회수 라인(42)은 배기 스트림 내로 주입되지 않은 어떠한 요소도 탱크(38)로 되돌아오도록 허용한다. 인젝터(30)와 유사하게, 입구 라인(34), 인젝터(30), 및 회수 라인(36)을 통한 요소의 흐름은 또한 인젝터(32)를 냉각시키는데 도움을 주며 따라서 인젝터(32)는 과열되지 않는다. 그러나, 인젝터(30)와 유사한 방식으로 인젝터(32)에 냉각 재킷(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
컨트롤러(44)는 엔진(12) 및 배기 처리 시스템(18)을 포함하는, 배기 시스템(18)의 다양한 특징들을 제어하도록 사용될 수 있다. 특히, 배기 처리 시스템(18)의 소자들의 제어와 관련하여, 컨트롤러(44)는 버너(26) 및 인젝터들(30 및 32)을 제어하도록 작동될 수 있다. 이러한 소자들 각각을 제어하기 위하여, 예를 들면, 배기 온도, 질소산화물 농도, 압력, 흐름 비율, 배기 처리 유체 온도 및 압력 등을 모니터링하기 위하여 배기 처리 시스템(18) 도처의 위치들에 다양한 센서들(도시되지 않음)이 배치될 수 있다.
기관차, 선박 적용, 및 고정 적용들과 같은 사용되는 대규모 디젤 엔진들은 도 1에 개략적으로 도시된 것과 같이, 단일 배기 라인의 용량을 초과하는 배기 흐름 비율들을 가질 수 있다. 따라서, 배기 스트림(10)은 복수의 배기 라인을 갖는 다중-레그(multi-leg) 시스템인 배기 후-처리 시스템을 포함하도록 디자인될 수 있으며, 각각의 배기 라인은 디젤 산화 촉매(20), 디젤 입자상 필터(22), 및 선택적 촉매 환원(24)을 갖는다. 바람직한 다중-레그 배기 후-처리 시스템이 도 2에 개략적으로 도시된다.
따라서, 탄화수소 주입을 위하여 단일 인젝터(30)만이 도시되고 요소 주입을 위하여 단일 인젝터(32)만이 도시되나, 탄화수소 및 요소 주입 모두를 위한 다수의 인젝터가 본 발명에 의해 고려될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
기관차, 선박 적용, 및 고정 적용들과 같은 사용되는 대규모 엔진 적용들에서, 다양한 배기 처리 부품들의 생산은 엔진(12)의 작동 동안에 생산되는 상당한 배기의 양을 효율적으로 처리하는데 필요한 규모 때문에 비용이 과도하게 들 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들면 디젤 산화 촉매(20), 디젤 입자상 필터(22), 및 선택적 환원 촉매(24)의 세라믹 기질들은 생산하기에 매우 비쌀 수 있다. 매우 큰 크기로 생산될 때, 디젤 산화 촉매(20), 디젤 입자상 필터(22), 및 선택적 환원 촉매(24)는 생산하는데 비용이 매우 많이 든다. 이러한 이유 때문에, 크기에 있어서 큰 엔진 적용과 적합한 대규모 배기 처리 부품들을 만드는 대신에, 배기 흐름은 각각 규모에서 더 전통적인 버너(26), 디젤 산화 촉매(20), 디젤 입자상 필터(22), 및 선택적 환원 촉매(24) 소자를 포함하는 복수의 배기 통로(16) 내로 세분될 수 있다.
도 2는 다중-레그 배기 후-처리 시스템(50)을 개략적으로 도시한다. 다중-레그 배기 후-처리 시스템(50)은 상대적으로 큰 배기의 질량 흐름 비율을 생산하는 대규모 엔진(52)과 소통된다. 대규모 엔진(52)은 예를 들면, 기관차, 고정식, 및 선박 적용들에서 사용되는 엔진일 수 있다. 엔진(52)의 의해 생산되는 배기는 터보 매니폴드(turbo manifold, 56)를 포함할 수 있는 배기 통로(54)로 들어간다. 터보 매니폴드(56)에서, 배기는 복수의 레그(58)로 세분될 수 있다. 비록 도 2에서는 3개의 레그(58)만이 도시되나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 이와 관련하여, 다중-레그 배기 처리 시스템(50)은 한 쌍의 레그(58), 또는 도 2에 도시된 3개보다 많은 다수의 레그(58)를 포함할 수 있다. 또한, 비록 위의 설명이 많은 양의 배기를 생산하는 대규모 엔진들을 언급하나, 본 발명은 예를 들면, 승용차, 트랙터 등에서 사용되는 소규모 엔진들에 동등하게 적용가능하다.
각각의 레그(58)는 디젤 산화 촉매(20), 디젤 입자상 필터(22), 및 선택적 환원 촉매(24)를 포함하도록 구성될 수 있다. 게다가, 각각의 레그는 필요할 때 디젤 산화 촉매(20), 선택적 환원 촉매(24)뿐만 아니라 디젤 입자상 필터(22) 내의 촉매들의 활성을 달성하도록 배기 스트림의 온도를 증가시키기 위하여 각각의 버너를 포함할 수 있다. 부가적으로, 각각의 레그(58)는 각각 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 촉매 환원(24)의 상류의 위치들에서 탄화수소와 같은 배기 처리 유체 및 요소 처리 유체를 주입하기 위한 인젝터들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 마지막으로, 후-처리 시스템(18)과 유사하게, 각각의 인젝터뿐만 아니라 각각의 버너(26)는 배기 스트림 내로 배기 스트림 유체들의 주입을 제어할 뿐만 아니라, 각각의 레그(58)를 위한 버너(26)의 작용을 제어하도록 작동가능한 컨트롤러(44)와 소통될 수 있다.
컨트롤러(44)는 다중-레그 배기 후-처리 시스템(50)의 엄격한 작동 제어를 허용한다. 기관차 같은 일부 적용들에서, 엔진 출력이 모든 증가와 감소는 기관차가 이동할 특정 경로를 인지함으로써 미리 예측될 수 있다. 예를 들면, 기관차가 이동할 특정 경로를 인지함으로써, 트랙 상의 어떠한 등급 변화(예를 들면, 고도의 변화)가 미리 알려질 것이다. 이러한 정보로, 컨트롤러(44)는 고도가 상승하는 위치들에서 엔진 출력의 증가가 경험될 것이고 고도가 감소하는 위치들에서 엔진 출력의 감소가 경험될 것이라는 것을 인식하도록 프로그래밍될 수 있다. 이러한 지식으로, 컨트롤러(44)는 더 능동적인 방법으로 엔진 배기의 후-처리를 제어하도록 작동될 수 있다.
예를 들면, 만일 기관차가 고도가 증가하는 위치로 접근하면, 컨트롤러(44)는 고도의 증가를 수용하기 위하여 증가된 엔진 출력 동안에 증가된 배기 출력이 경험될 것이라는 것을 예측하도록 작동될 수 있다. 증가된 엔진 배기 출력이 다가올 것이라는 예측하고, 컨트롤러(44)는 인젝터들(30 및 32)에 의해 배기 스트림 내로 배기 처리 유체들의 투여를 사전에 증가시킬 수 있다.
대안으로서, 만일 기관차가 고도가 감소하는 위치로 접근하면, 컨트롤러(44)는 감소된 엔진 출력 동안에 감소된 배기 출력이 경험될 것이라는 것을 예측하도록 작동될 수 있다. 컨트롤러(44)는 그리고 나서 인젝터들에 의해 배기 스트림 내로 배기 처리 유체들의 투여를 사전에 감소시킬 수 있다.
컨트롤러(44)는 다중-레그 배기 처리 시스템(50)에 걸쳐 사전에 제어하도록 한정되어서는 안 된다는 것을 이해하여야 한다. 이와 대조적으로, 컨트롤러(44)는 또한 실시간 방식으로 다중-레그 배기 처리 시스템(50)을 제어하도록 작동될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 예를 들면, 다중-레그 배기 처리 시스템(50)은 컨트롤러(44)와 능동적으로 소통되는 다중-레그 배기 처리 시스템(50)에 걸쳐 다양한 위치들에서 예를 들면, 온도 센서들(60), 압력 센서들(62), 질소산화물 센서들(64)을 포함하는 복수의 센서를 포함할 수 있다. 각각의 센서들(60, 62, 및 64)로부터 수신되는 데이터를 기초로 하여, 컨트롤러(44)는 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 산화 촉매(24) 내의 촉매들의 활성을 달성하기 위하여 배기의 온도를 증가시키도록 버너(26)를 제어할 수 있거나, 또는 디젤 입자상 필터(24)를 재생하도록 버너(26)를 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(44)는 질소산화물 센서(64)로부터 수신되는 데이터에 응답하여 배기 처리 유체들의 투여를 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다. 게다가, 컨트롤러(44)는 배기 처리 시스템(50) 내의 고장 또는 오류를 진단하도록 사용될 수 있다. 이에 상관없이, 컨트롤러(44)는 배기 후-처리 시스템(50)을 제어하기 위하여 사전 조치 대비 및 반응성 방식으로 사용될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다.
다중-레그 배기 처리 시스템(50) 내의 컨트롤러(44)를 사용하여 디젤 입자상 필터들(22)의 능동적 재생을 제어하는 일례가 이제 설명될 것이다. 컨트롤러(44)는 온도 센서들(60)로부터 온도 데이터를 수신하고 시간에 따른 배기 온도를 모니터링하도록 작동될 수 있다. 일반적으로, 거의 동일한 온도에서 배기 처리 시스템(50)의 각각의 레그(58)를 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 3을 참조하면, 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 촉매 환원(24)의 적절한 활성을 유지하기 위하여 350C의 온도에서 각각의 레그(58)를 유지하는 것이 바람직할 수 있다(T0). 만일 컨트롤러(44)가 디젤 입자상 필터들(22)이 재생되어야만 한다고 결정하면(압력 센서 판독 등을 기초로 하여), 컨트롤러(44)는 디젤 입자상 필터들(22)을 재생하기 위하여 각각의 버너(26)에 예를 들면 650C로 배기 온도를 증가시키도록 명령할 것이다(T. 1).
버너들(26)이 디젤 입자상 필터들(22)을 재생하도록 작동함에 따라, 컨트롤러(44)는 디젤 입자상 필터들(22) 중 적어도 하나가 충분히 재생되었으나, 나머지 디젤 입자상 필터들(22)은 충분히 재생되지 않았다는 것을 결정할 수 있다. 이러한 결정에 응답하여, 컨트롤러(44)는 재생된 디젤 입자상 필터(들)(22)이 위치되는 레그(들)(58, 즉, 도 3에서 레그 1 및 3) 내의 버너(26)의 작동을 감소킬 수 있으며, 반면에 레그 2(도 3) 내의 나머지 버너(26)는 나머지 디젤 입자상 필터(22)를 재생하도록 계속 작동할 수 있다(T2). 재생된 디젤 입자상 필터들(22)을 위한 버너들(26)의 작동을 감소시키는 이러한 과정은 완전히 재생된다. 각각의 디젤 입자상 필터(22)의 재생 후에, 컨트롤러(44)는 어떠한 원하는 레벨로 배기 온도를 낮추기 위하여 각각의 버너(26)가 정상 작동으로 돌아오도록 명령할 수 있다(T3). 이러한 방식으로 버너들(26)을 제어함으로써, 어떠한 재생도 필요하지 않을 때 디젤 입자상 필터(22)를 재생하기 위하여 버너들(26)이 높은 용량에서 작동하지 않는다는 점에서 연료 절약이 달성될 수 있다.
게다가, 이러한 방식으로의 각각의 레그(58) 내의 버너들(26)의 제어는 각각의 레그(58)를 통한 배기의 질량 흐름을 조종할 수 있다. 더 구체적으로, 각각의 레그(58) 내의 온도들에서 배기의 질량 흐름은 각각의 레그(58) 내의 온도 때문에 영향을 받을 수 있다. 예를 들면, 만일 하나의 레그(58) 내의 온도가 또 다른 레그(58) 내의 온도보다 상당히 낮으면, 배기의 상당한 질량이 낮은 온도인 레그(58) 내로 흐르는 경향이 있을 것이다. 더 구체적으로, 배기가 차가운 레그로 들어옴에 따라, 배기의 온도는 낮아질 것이며, 이는 배기의 밀도를 증가시킬 것이다. 배기가 낮은 밀도로 존재할 것이기 때문에, 입방 피트 당 배기의 상당한 질량이 높은 온도인 레그(58)와 비교하여 차가운 레그를 통하여 이동할 수 있다. 바꾸어 말하면, 차가운 레그(58)를 통한 질량 흐름 비율은 따뜻한 레그(58)를 통한 질량 흐름 비율보다 크다. 따라서, 위에 설명된 제어 방법론을 사용함으로써 이미 재생된 레그 내의 온도가 상승된 채로 유지되는 것은 각각의 레그(58)로 들어갈 것이며 재생 과정은 나머지 레그들(58)에서 계속된다는 것을 보장할 수 있다.
확실하게, 버너들(26)이 디젤 입자상 필터들(22)을 재생하도록 작동하고 컨트롤러(44)가 디젤 입자상 필터들(22) 중 적어도 하나가 충분히 재생되었으나, 나머지 디젤 입자상 필터들(22)은 충분히 재생되지 않았기 때문에, 컨트롤러(44)는 재생된 디젤 입자상 필터(22)가 위치되는 레그(58) 내의 버너(26)의 작동을 감소시킬 수 있으며, 나머지 버너들(26)은 나머지 디젤 입자상 필터(들)(22)을 재생하도록 계속 작동할 수 있다(T2). 재생된 디젤 입자상 필터가 위치되는 버너(26)의 작동만이 재생된 디젤 입자상 필터(22)가 위치되는 레그(58)를 통한 배기의 충분한 질량 흐름을 유지하기 위하여 감소된다(꺼지는 대신에). 다시, 만일 레그(58) 내의 온도가 다른 레그들(58)과 비교하여 너무 낮으면, 배기는 낮은 온도 레그들(즉, 재생 온도들이 더 이상 경험되지 않은 레그들)을 향하여 흐르는 경향이 있을 것이다. 레그(58)를 재생된 디젤 입자상 필터(22)가 상승된 온도에 위치하도록 유지함으로써(비록 감소되더라도), 각각의 레그(58)를 통한 실질적으로 동일한 배기의 질량 흐름이 유지될 수 있다. 일단 각각의 디젤 입자상 필터(22)가 충분히 재생되면, 각각의 버너(26)는 필요한 만큼 배기 온도를 낮추기 위하여 정상 작동으로(즉, 각각의 레그가 약 350C인 T3로) 돌아올 수 있다.
각각의 레그(58) 내의 온도들을 올리기 위한 버너들(26)의 사용에 대한 대안으로서, 각각의 레그(58) 내로의 탄화수소 배기 처리 유체의 투여가 또한 각각의 레그(58) 내의 배기의 온도를 조종하도록 사용될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 더 구체적으로, 만일 하나의 레그(58)가 다른 레그들(58)과 비교하여 감소된 온도에서 존재하면, 컨트롤러(44)는 그러한 레그(58) 내의 온도를 증가시키기 위하여 낮은 온도 레그(58)와 관련된 인젝터(30)에 낮은 온도 레그(58) 내로 탄화수소 배기 처리 유체의 투여를 증가시키도록 명령할 수 있거나, 또는 컨트롤러(44)는 각각의 레그(58) 내의 온도를 낮추기 위하여 높은 온도 레그들(58) 내의 인젝터들(30)에 높은 온도 레그들(58) 내로 탄화수소 배기 처리 유체의 투여를 감소시키도록 명령할 수 있다. 이와 관계없이, 각각의 레그(58)를 통한 배기의 질량 흐름은 각각의 레그(58) 내의 온도를 기초로 하여 조종될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다.
이제 도 4를 참조하면, 또 다른 바람직한 배기 처리시스템(66)이 도시된다. 배기 후-처리 시스템(66)은 제 2 하우징(70)과 유체 소통되어 위치되는 제 1 하우징(68)을 포함한다. 제 1 하우징(68)은 엔진(12)의 하나 또는 그 이상의 연소 실린더와 소통되는 입구(72)를 포함한다. 도시된 실시 예에서, 배기 후-처리 시스템(66)은 일반적으로 엔진(12)의 생산되는 배기가 엔진(12)으로부터 입구(72) 내로 위쪽으로 흐를 것과 같이 엔진(12)의 상단 위에 형성된다.
제 1 하우징(68)은 복수의 디젤 산화 촉매(20a 내지 20i)를 포함하고, 등온 박스(isothermal box)의 구성을 갖는다. 각각의 디젤 산화 촉매(20a 내지 20i)는 디젤 입자상 필터(22a 내지 22f, 단지 디젤 입자상 필터(22a 내지 22f)만이 도시)와 상응할 수 있다. 위에 설명된 것과 같이, 배기는 입구(72)를 통하여 하우징(68)으로 들어갈 것이다. 배기가 입구(72)를 통하여 하우징(68)으로 들어감에 따라, 배기는 각각의 디젤 산화 촉매들(20a 내지 20i)에 걸쳐 확산할 것이고, 디젤 산화 촉매들(20a 내지 20i)을 통과하고, 그 뒤에 도 4에 도시된 것과 같이 위에서 아래 방향으로 디젤 입자상 필터들(22a 내지 22i)을 통과할 것이다. 그와 같이, 각각의 디젤 산화 촉매들(20a 내지 20i) 및 각각의 디젤 입자상 필터들(22a 내지 22i)은 평행하게 위치되고 내연기관(12)으로부터 제공되는 배기와 소통되는 상류 단부를 포함한다. 각각의 디젤 입자상 필터들(22a 내지 22i)은 다른 디젤 입자상 필터 출구들과 평행하게 위치되는 출구 또는 하류 단부를 포함한다. 집진장치(collector, 74)는 각각의 디젤 입자상 필터들(22a 내지 22i)을 통과하는 배기를 받는다.
제 2 하우징(70)의 입구(76)는 집진장치(74)와 소통된다. 복수의 선택적 촉매 환원(24a-24i)이 제 2 하우징(70) 내에 위치된다. 더 구체적으로, 선택적 촉매 환원(24a, 24b 및 24c)은 제 1 선택적 촉매 환원 어레이(78)를 정의하고, 선택적 촉매 환원들(24d, 24e 및 24f)은 참조번호 80으로 식별되는 제 2 선택적 촉매 환원 어레이를 형성하며, 선택적 촉매 환원들(24g, 24h 및 24i)은 제 3 선택적 촉매 환원 어레이(82)를 형성한다. 제 1 어레이(78), 제 2 어레이(80) 및 제 3 어레이(82)는 제 2 하우징(70) 내에서 서로 떨어져 축 방향으로 간격을 둔다. 설명될 것과 같이, 선택적 촉매 환원 어레이들(78, 80, 및 82)은 제 2 하우징(70)의 단부 부분(84)에서 재결합하기 이전에 집진장치(74)로부터의 배기가 3개의 평행한 통로를 통하여 흐르는 것과 같이 평행하게 상호 연결된다. 게다가, 각각의 선택적 촉매 환원 어레이 내의 3개의 선택적 촉매 환원은 서로 평행하게 위치된다.
집진장치(74)로부터 공급되기 때문에, 배기는 제 2 하우징(70)의 입구(76)로 들어간다. 플레이트(plate, 86)는 입구(76)로부터의 배기를 3개의 통로 중 어느 하나로 향하도록 하기 위하여 제 2 하우징(70) 내에 위치된다. 제 1 통로(88)는 배기가 선택적 촉매 환원들(24a, 24b 및 24c)의 상류 단부들과 소통되는 플레이트(86)를 통하여 이동하는 것을 허용하도록 플레이트(86)를 통하여 확장하는 구멍(aperture, 90)을 포함한다. 일단 배기의 이러한 부분이 제 1 어레이(78)의 평행한 선택적 촉매 환원들을 통과하면, 배기는 제 1 통로(88)의 우회 부분(bypass portion) 또는 제 1 튜브(92)를 통하여 이동한다. 더 구체적으로, 제 1 튜브(92)의 상류 단부 및 선택적 촉매 환원들(24a, 24b 및 24c)의 하류 단부들은 서로 소통된다. 제 1 튜브(92)의 하류 단부는 제 2 하우징(70)의 단부 부분(84) 및 출구(94)와 소통된다.
제 2 통로(96)는 우회 부분 또는 제 2 튜브(98)를 거쳐 집진장치(74)로부터 제 2 어레이(80)로 배기를 제공한다. 제 3 튜브(100)로서 식별되는 또 다른 우회 부분은 선택적 촉매 환원들(24d, 24e 및 24f)의 하류 단부들과 소통되는 상류 단부를 포함한다. 제 3 튜브(100)의 하류 단부는 이러한 배기 흐름의 부분을 출구(94)로 전달한다.
제 3 통로(102)는 배기가 집진장치(74)로부터 제 3 선택적 촉매 환원 어레이(82)를 통하여 이동하고 출구(94)에서 빠져나가는 경로를 제공한다. 제 3 통로(102)는 플레이트(86)를 통과하는 입구 또는 하류 단부를 갖는 우회 부분 또는 제 4 튜브(104) 및 선택적 촉매 환원들(24g, 24h 및 24i)의 상류 단부들과 유체 소통되어 위치되는 하류 단부를 포함한다. 제 3 선택적 촉매 환원 어레이(82) 내의 선택적 촉매 환원들의 하류 단부들은 출구(94)와 소통된다. 제 4 튜브(104)를 통하여 흐르는 배기는 제 1 어레이(78) 또는 제 2 어레이(80)의 선택적 촉매 환원들 중 어떠한 것도 통과하지 않는다. 유사하게, 제 1 통로(88)를 통하여 흐르는 배기는 제 1 선택적 촉매 환원 어레이(78)의 선택적 촉매 환원들만을 통과하고 제 2 어레이(80) 및 제 3 어레이(82)의 선택적 촉매 환원들을 우회한다. 제 2 통로(96)의 평행 경로는 제 2 선택적 촉매 환원 어레이(80)의 선택적 촉매 환원들로만 배기를 제공한다. 배기 처리 장치 어레이들의 사용을 통하여, 구획화 및 평행 경로들, 다수의 배기 처리 장치를 포함하는 상대적으로 높은 흐름의 배기 시스템이 최소 용량으로 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
배기 후-처리 시스템(50)과 유사한 방식으로, 배기 후-처리 시스템(66)은 각각 컨트롤러(44)에 의해 제어되는, 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 촉매 환원(24)과 서로 상응하는 복수의 인젝터(30 및 32)를 포함할 수 있다. 비록 각각의 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 촉매 환원(24)이 고유의 인젝터(30 또는 32)를 포함하더라도, 컨트롤러(44)는 각각의 디젤 산화 촉매(20) 및 선택적 촉매 환원(24)을 통과하는(또는 통과하도록 분사되는) 배기의 양에 따라 각각의 인젝터(30 및 32)의 투여 비율들을 능동적으로 조정하도록 작동될 수 있다.
더 구체적으로, 배기가 입구(72)로 들어감에 따라, 전산 유체 역학(CFD)이 배기가 각각의 디젤 산화 촉매들(20)에 균등하게 흐를 필요가 없다는 것을 결정하였다. 이와 대조적으로, 배기는 디젤 산화 촉매들(20c 내지 20g)로 들어가기 전에 예를 들면 디젤 산화 촉매들(20a, 20b, 20h, 및 20i)로 들어가려는 경향이 더 있을 수 있다. 특히, 배기의 2/3는 디젤 산화 촉매들(20a, 20b, 20h, 및 20i)로 들어갈 수 있고, 배기의 1/3만이 디젤 산화 촉매들(20c 내지 20g)로 들어간다. 이러한 점을 염두에 두고, 컨트롤러(44)는 각각의 디젤 산화 촉매(20)로 이동하는 배기의 흐름 비율을 기초로 하여 각각의 인젝터(30)로부터 방출되는 배기 처리 유체의 양을 조정하도록 사용될 수 있다.
각각의 디젤 산화 촉매(20)를 위한 흐름 비율은 각각의 디젤 산화 촉매(20)의 상류 또는 하류에 위치되는 질량 흐름 센서들(도시되지 않음)을 사용하여 결정될 수 있다. 대안으로서, 각각의 디젤 산화 촉매(20)를 위한 흐름 비율은 설치 전에 배기 시스템(66)의 검사를 통하여 결정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 각각의 인젝터(30)는 배기 스트림을 적절하게 처리하도록 배기 처리 유체의 적절한 양을 제공하기 위하여 컨트롤러(44)를 사용하여 능동적으로 제어될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
예를 들면, 배기 처리 시스템(66)의 사용 동안에 그리고 엔진(12)에 의해 발생되는 배기가 디젤 산화 촉매들(20a, 20b, 20h, 및 20i)로 들어가는 경향이 더할 수 있기 때문에, 이러한 디젤 산화 촉매들을 위한 인젝터들(즉, 도 4에 도시된 것과 같은 인젝터들(30a 및 30b)은 배기가 디젤 산화 촉매들(20a, 20b, 20h, 및 20i)로 들어가기 전에 배기 스트림 내로 배기 처리 유체를 더 빈번하게 투여하도록 구동될 수 있다. 이와 대조적으로, 엔진(12)에 의해 발생되는 배기는 디젤 산화 촉매들(20c 내지 20g)로 들어가는 경향이 덜할 수 있기 때문에, 이러한 디젤 산화 촉매들을 위한 인젝터들(즉, 도 4에 도시된 것과 같은 인젝터들(30c 및 30d))은 배기가 디젤 산화 촉매들(20c 내지 20g)로 들어가기 전에 배기 스트림 내로 배기 처리 유체를 덜 빈번하게 투여하도록 구동될 수 있다. 이러한 방식으로, 배기 처리 유체는 배기 처리 시스템(66)의 효율을 증가시키는 적절한 양으로 투여된다. 게다가, 배기 처리 유체의 어떠한 과도한 투여도 이를 필요로 하지 않는 배기 처리 시스템(66)이 위치들에서 배기에 수행되지 않는다. 그러한 과정은 배기 처리 유체를 보존한다.
인젝터들(30)은 컨트롤러(44)에 의해 제어되는 펄스-변조되거나(PWM) 또는 기계적으로 구동되는 밸브들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 각각의 인젝터들(30)의 투여량을 조정하기 위하여, 인젝터들(30)은 증가된 배기 흐름의 기간들 동안에 동시에 구동될 수 있거나, 또는 감소되는 배기 흐름의 기간들 동안에 시차제(staggered) 방식으로 구동될 수 있다. 예를 들면, 인젝터들(30a 및 30b)은 높은 엔진 부하 작동 동안에 동시에 구동될 수 있거나, 또는 배기 흐름이 감소될 때 시차제 방식으로 구동될 수 있다. 인젝터들(30c 및 30d)은 유사한 방식으로 작동될 수 있다.
인젝터들(32)은 인젝터들(30)과 유사한 방식으로 작동될 수 있다. 비록 도 4에서는 도시되지 않았으나, 각각의 선택적 촉매 환원 어레이(78, 80 및 82)는 각각의 선택적 촉매 환원(24)과 상응하는 인젝터(32) 또는 인젝터들(32)의 뱅크(bank)를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 각각의 어레이(78, 80, 및 82)로 들어가는 배기 흐름의 양에 따라, 인젝터들(32)에 의해 배기 스트림 내로 주입되는 배기 처리 유체의 양이 조정될 수 있다. 그러나, 선택적 촉매 환원 어레이들(78, 80, 및 82)이 각각 축 방향으로 정렬되기 때문에, 디젤 산화 촉매들(20a 내지 20i)에서와 같이 동일한 유체 역학이 존재하지 않는다는 것을 이해하여야만 한다. 따라서, 각각의 선택적 촉매 환원 어레이들(78, 80, 및 82)을 위한 인젝터들(32)은 배기 스트림 내로 서로 다른 배기 처리 유체의 양을 투여하기 위하여 반드시 다르게 구동될 필요는 없다. 그럼에도 불구하고, 만일 질량 흐름이 각각의 선택적 촉매 환원 어레이들(78, 80, 및 82) 사이에서 다르도록 결정되면, 컨트롤러(44)는 배기를 적절하게 처리하도록 배기 처리 유체의 적절한 양이 배기 스트림 내로 투여되는 것을 보장하기 위하여 인젝터들(30)과 유사한 방식으로 인젝터들(32)을 능동적으로 제어하도록 사용한다.
실시 예들의 이전 설명들은 도해 및 설명의 목적을 위하여 제공되었다. 이는 완전하거나 또는 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 특정 실시 예의 개별 소자들 또는 특징들은 일반적으로 그러한 특정 실시 예에 한정되지 않으며, 적용가능하면, 구체적으로 도시되거나 또는 설명되지 않더라도, 서로 호환될 수 있고 선택적 실시 예에서 사용될 수 있다. 또한 다양한 방법으로 변경될 수 있다. 그러한 변경들은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
10 : 배기 시스템
12 : 엔진
14 : 연료원
16 : 배기 통로
18 : 배기 후-처리 시스템
20 : 디젤 산화 촉매 부품
22 : 디젤 입자상 필터 부품
24 : 선택적 촉매 환원 부품
26 : 버너
30, 32 : 인젝터
34 : 입구 라인
36 : 회수 라인
38 : 탱크
40 : 입구 라인
42 : 회수 라인
44 : 컨트롤러
50 : 다중-레그 배기 후-처리 시스템
52 : 엔진
54 : 배기 통로
56 : 터보 매니폴드
58 : 레그
60 : 온도 센서
62 : 압력 센서
64 : 질소산화물 센서
66 : 배기 후-처리 시스템
68 : 제 1 하우징
70 : 제 2 하우징
72 : 입구
74 : 집진장치
76 : 제 2 하우징의 입구
78 : 제 1 선택적 촉매 환원 어레이
80 : 제 2 선택적 촉매 환원 어레이
82 : 제 3 선택적 촉매 환원 어레이
84 : 제 2 하우징의 단부 부분
86 : 플레이트
88 : 제 1 통로
90 : 구멍
92 : 제 1 튜브
94 : 제 2 하우징의 출구
96 : 제 2 통로
98 : 제 2 튜브
100 : 제 3 튜브
102 : 제 3 통로
104 : 제 4 튜브

Claims (17)

  1. 흐름 경로들에 평행하게 배치되는 복수의 배기 처리 장치;
    상기 평행한 흐름 경로들 내에 위치되는 배기 스트림 내로 배기 처리 유체를 투여하기 위한 복수의 인젝터;
    각각의 평행 흐름 경로 내에 제공되는 열 향상 장치; 및
    상기 복수의 인젝터 각각 및 상기 열 향상 장치들 각각을 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 각각의 평행 흐름 경로를 통한 상기 배기 스트림의 배기 흐름 비율을 기초로 하여 상기 복수의 인젝터 각각에 의해 상기 평행 흐름 경로들 내로 투여되는 배기 처리 유체의 양을 능동적으로 제어하고,
    상기 컨트롤러는 상기 각각의 평행 흐름 경로 내의 배기 스트림의 온도를 기초로 하여 각각의 상기 열 향상 장치들의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 평행 흐름 경로들을 통한 배기 스트림의 질량 흐름을 제어하기 위하여 상기 열 향상 장치들을 능동적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배기 처리 장치들은 입자상 필터들이고, 상기 컨트롤러는 각각의 입자상 필터들을 동시에 재생하기 위하여 각각의 열 향상 장치들을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 만일 상기 평행 흐름 경로들 중 어느 하나 내에 위치되는 상기 입자상 필터들 중 어느 하나가 나머지 입자상 필터들 이전에 재생되었으면, 상기 컨트롤러는 상기 하나의 평행 흐름 경로 내의 배기 스트림의 온도를 낮추기 위하여 상기 하나의 입자상 필터와 상응하는 상기 열 향상 장치의 작동을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 배기 처리 장치는 산화 촉매이고, 상기 컨트롤러는 상기 각각의 평행 흐름 경로 내의 상기 배기 스트림의 질량 흐름 비율을 조종하기 위하여 상기 각각의 평행 흐름 경로의 온도를 기초로 하여 상기 평행 흐름 경로들 내로 투여된 상기 배기 처리 유체의 양을 능동적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 배기 처리 장치는 산화 촉매 또는 선택적 환원 촉매이고, 상기 컨트롤러는 상기 각각의 평행 흐름 경로로 들어가는 배기의 양을 기초로 하여 상기 각각의 평행 흐름 경로와 관련된 상기 복수의 인젝터를 능동적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  7. 복수의 레그로 세분되는 배기 흐름 경로;
    상기 복수의 레그 각각에 배치되는 배기 처리 장치;
    각각의 레그 내에 위치되는 열 향상 장치; 및
    각각의 상기 레그들 내의 배기 스트림의 온도를 기초로 하여 각각의 상기 열 향상 장치를 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 각각의 배기 처리 장치는 입자상 필터인 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 열 향상 장치들로 상기 입자상 필터들의 재생 동안에 상기 각각의 레그 내의 온도를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 입자상 필터들은 동시에 재생되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 만일 하나의 입자상 필터가 나머지 상기 입자상 필터들 이전에 재생되면, 상기 컨트롤러는 상기 열 향상 장치의 작동을 감소시키기 위하여 상기 하나의 입자상 필터와 상응하는 열 향상 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 실질적으로 상기 각각의 레그들을 통한 동일한 배기 흐름을 보장하기 위하여 상기 열 향상 장치들의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  13. 배기 통로 내의 어레이 내의 배치되는 복수의 배기 처리 장치;
    상기 배기 통로 내로 배기 처리 유체를 투여하기 위하여 상기 배기 처리 장치들의 상류에 배치되는 복수의 인젝터; 및
    각각의 상기 배기 처리 장치들을 통과하는 배기 스트림의 흐름 비율을 기초로 하여 각각의 상기 인젝터들의 구동을 제어하기 위한 컨트롤러;를 포함하고,
    큰 배기 흐름 비율을 받는 상기 배기 처리 장치들에 근접하게 배치되는 상기 인젝터들은 낮은 배기 흐름을 받는 상기 배기 처리 장치들에 근접하게 배치되는 인젝터들보다 크게 작동되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 배기 처리 장치들은 산화 촉매 또는 환원 촉매인 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 배기 처리 장치들은 입자상 필터를 포함하는 산화 촉매인 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 배기 처리 장치들은 산화 촉매 및 환원 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 배기 처리 장치들은 등온 박스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9869226B2 (en) * 2013-06-07 2018-01-16 Peerless Mfg. Co. System and method for sequential injection of reagent to reduce NOx from combustion sources
DE112014006732T5 (de) 2014-06-11 2017-05-11 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Fluidzufuhrsystem mit Leitungsdrucksteuerventil
CN105673154B (zh) 2014-11-21 2019-11-08 天纳克（苏州）排放系统有限公司 共轨、该共轨的应用、尿素喷射系统及其控制方法
US10202883B2 (en) 2014-11-21 2019-02-12 Tenneco (Suzhou) Emission System Co., Ltd. Common rail assembly, urea injection system and application thereof
CN105065096B (zh) * 2015-09-18 2017-12-19 天津大学 发动机后处理器可变组合和多通道采样方法
DE102016200718A1 (de) * 2016-01-20 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Förder- und Dosiersystems für die Reduktionsmittellösung eines SCR-Katalysators
US20180304316A1 (en) * 2017-04-21 2018-10-25 Sebastien Khandjian Systems and methods to clean ducts
EP3569834A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-20 Winterthur Gas & Diesel Ltd. Internal combustion engine and method for reducing nitrogen oxide emissions
KR102054214B1 (ko) * 2018-10-26 2019-12-10 (주)세라컴 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어방법
US11834973B2 (en) * 2018-12-17 2023-12-05 Honda Motor Co., Ltd. Oil case and method for manufacturing oil case
CN112253295A (zh) * 2020-09-23 2021-01-22 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种大功率柴油发动机尾气后处理装置
CN112814770B (zh) * 2020-12-31 2022-04-05 潍柴动力股份有限公司 并联式scr系统的均匀性评价方法及装置
CN114198185B (zh) * 2022-02-16 2022-05-17 潍柴动力股份有限公司 一种两路doc碳氢均匀性调整方法、装置和发动机
US20230287841A1 (en) * 2022-03-10 2023-09-14 Cummins Emission Solutions Inc. Systems and methods for controlling regeneration of aftertreatment systems including multiple legs

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8605058D0 (en) 1986-02-28 1986-04-09 Porous Element Heating Ltd Removal of particulate material from gas
DE3717140A1 (de) 1987-05-21 1988-12-08 Webasto Ag Fahrzeugtechnik Russfilteranlage im abgastrakt einer diesel-brennkraftmaschine
JPH02277915A (ja) * 1989-04-19 1990-11-14 Babcock Hitachi Kk デイーゼル機関排気微粒子除去装置
US5390492A (en) 1992-02-21 1995-02-21 Northeastern University Flow-through particulate incineration system coupled to an aerodynamically regenerated particulate trap for diesel engine exhaust gas
JP3645704B2 (ja) 1997-03-04 2005-05-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6105365A (en) 1997-04-08 2000-08-22 Engelhard Corporation Apparatus, method, and system for concentrating adsorbable pollutants and abatement thereof
WO2003031780A1 (en) 2001-10-11 2003-04-17 Southwest Research Institute Systems and method for controlling diesel engine emissions
US6820417B2 (en) * 2001-11-29 2004-11-23 Analytical Engineering, Inc. Exhaust aftertreatment system and method for an internal combustion engine
US6820414B2 (en) 2002-07-11 2004-11-23 Fleetguard, Inc. Adsorber aftertreatment system having downstream soot filter
GB0221920D0 (en) 2002-09-20 2002-10-30 Ricardo Consulting Eng Emission reduction apparatus
US7025810B2 (en) * 2004-01-13 2006-04-11 Arvin Technologies, Inc. Method and apparatus for shutting down a fuel-fired burner of an emission abatement assembly
JP4842146B2 (ja) * 2004-01-13 2011-12-21 エムコン テクノロジーズ エルエルシー フィルタでのすすの堆積に応じたエンジン性能を監視する方法及び装置
US7628011B2 (en) * 2004-01-13 2009-12-08 Emcon Technologies Llc Emission abatement assembly and method of operating the same
JP4413020B2 (ja) 2004-01-21 2010-02-10 ヤンマー株式会社 排気ガス浄化装置及びその制御方法
US7900441B2 (en) 2004-02-12 2011-03-08 Fleetguard, Inc. Precat-NOx adsorber exhaust aftertreatment system for internal combustion engines
GB0428291D0 (en) 2004-12-24 2005-01-26 Johnson Matthey Plc Methods of regenerating NOx-Absorbent
JP2006112304A (ja) * 2004-10-14 2006-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 内燃機関の排気浄化装置
JP4608347B2 (ja) * 2005-03-29 2011-01-12 ヤンマー株式会社 排気ガス浄化装置
JP2007013861A (ja) * 2005-07-04 2007-01-18 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP4148254B2 (ja) * 2005-10-18 2008-09-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム及び、排気浄化装置の浄化能力の再生方法。
US7984608B2 (en) 2006-01-31 2011-07-26 Caterpillar Inc. Method and system of directing exhaust gas
JP4453686B2 (ja) * 2006-07-24 2010-04-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
JP4505441B2 (ja) * 2006-09-27 2010-07-21 株式会社豊田自動織機 内燃機関における排気ガス浄化装置
JP2009221922A (ja) * 2008-03-14 2009-10-01 Yanmar Co Ltd 排気ガス浄化装置
JP2011012641A (ja) * 2009-07-03 2011-01-20 Isuzu Motors Ltd 内燃機関排気浄化方法及び内燃機関排気浄化装置
US8307630B2 (en) 2009-12-02 2012-11-13 International Engine Intellectual Property Company, Llc Engine exhaust system having a plurality of diesel particulate filters
JP5516072B2 (ja) * 2010-05-17 2014-06-11 いすゞ自動車株式会社 Ｓｃｒシステム
US8516802B2 (en) 2010-10-29 2013-08-27 Tenneco Automotive Operating Company Inc. High volume exhaust gas treatment system

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