添加剤注入装置を備える動力系
動力系が提供される。この動力系は、粒子状物質を含む排気流を発生させるように構成された動力源を含む。この動力系はまた、燃料供給手段と動力源とを接続し、燃料流を燃料供給手段から動力源へと方向付けるように構成された燃料供給ラインも含む。添加剤注入装置は、添加剤を燃料流の中に注入するように構成される。イオン化装置は、少なくとも部分的に排気流の中に配置され、電荷を粒子状物質と添加剤に印加するように構成される。微粒子フィルタは、排気流から粒子状物質と添加剤を除去するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して動力系に関し、より具体的には、添加剤注入装置を備える動力系に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンを含む内燃機関は、大気汚染の原因となり得る物質の複合的な混合物を排出する。これらの大気汚染物質には、粒子状物質または煤煙として知られる固形物が含まれている可能性がある。環境意識の高まりにより、ディーゼルエンジンの排出物基準がより厳しくなっている。エンジンから排出される粒子状物質の量は、エンジンの種類、エンジンの大きさ、および／またはエンジンのクラスに応じて規制されて得る。
【０００３】
エンジンメーカが環境中への粒子状物質排出規制に適合するために採用している方法の１つは、粒子状物質捕集装置、たとえば微粒子トラップまたはディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）を使用して、エンジンの排気流から粒子状物質を除去する、というものである。ＤＰＦは、フィルタ基板内に粒子状物質を捕捉するように設計されたフィルタであり、これには、たとえばワイヤメッシュまたはセラミックハニカム濾材が含まれていてもよい。この濾材は、比較的粒径の大きい粒子状物質を排気から減少させるには有効であるが、比較的粒径の小さい粒子状物質の捕捉においては不十分となり得る。
【０００４】
時間の経過により、粒子状物質が濾材上に堆積することがあり、排気通路を閉塞させて、その結果、排気圧力が上昇し、エンジンの性能が低下し得る。ＤＰＦは、たとえばエンジンの燃焼またはＤＰＦに関連付けられた加熱装置の制御を通じて排気の温度を上昇させることによって濾材に付着した粒子状物質を燃焼させることで、再生可能である。一般に、ＤＰＦの再生工程は所定の時間、たとえば１０分間続く。場合によっては、濾材上の粒子状物質の分布が均一でないと、一部の粒子状物質が燃焼せずに残ったまま、再生工程が終了し得る。
【０００５】
エンジン排気中の粒子状物質削減の管理には、さまざまな再生方法が利用できる。たとえば、２００２年１２月３日にＶｉｎｃｅｎｔらに発行された（特許文献１）（以下、「’７２５号特許」という）には、微粒子フィルタトラップの再生に使用するための鉄含有燃料可溶性添加剤を供給する方法が記載されている。この方法は、燃焼前、または燃焼中に燃料に添加剤を添加するステップを含む。特に、添加剤の供給分は、燃料サプライチェーンの中のいずれかの段階で燃料に添加されるか、または車載の注入装置を介して、燃料へ、または直接、燃焼室またはインレットシステム内に添加される。添加剤は燃料と混合し、混合物が燃焼して、煤煙微粒子と添加剤を含む排気流が排出される。動作の際には、添加剤によって煤煙微粒子の着火温度が下がる。
【０００６】
（特許文献１）に記載された方法は、微粒子フィルタトラップの再生には適している場合があるが、問題もあり得る。たとえば、粒子状物質の粒形が十分に小さいと、ディーゼル微粒子捕集フィルタでは微細な粒子状物質を有効に捕捉できない場合がある。それゆえ、微細な粒子状物質が直接、環境中に排出されて、環境汚染を引き起こし得る。さらに、濾材上の粒子状物質と添加剤の分布が均一でない場合がある。その結果、再生終了後に、濾材上に残留粒子状物質が燃焼されずに残ることがあり、これは排気流および／またはエンジンの性能に不利な影響を与え得る。
【０００７】
本発明の系は、既存の技術を改良しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，４８８，７２５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、動力系に関する。この動力系は、排気流を発生させるように構成された動力源を含む。動力系はまた、燃料供給手段と動力源とを接続する燃料供給ラインも含む。この燃料供給ラインは、燃料流を燃料供給手段から動力源へと方向付けるように構成される。添加剤注入装置が、添加剤を燃料流の中に注入するように構成される。イオン化装置が、少なくとも部分的に排気流の中に配置され、排気流の中の添加剤と粒子状物質に電荷を印加するように構成される。微粒子フィルタが、排気流から粒子状物質と添加剤を除去するように構成される。
【００１０】
本発明の他の態様は、排気流から粒子状物質を除去する方法に関する。この方法は、燃料流を動力源へと方向付けるステップを含む。この方法はまた、添加剤を動力源の上流の燃料流の中に注入するステップも含む。この方法はまた、燃料と添加剤を燃焼させて、粒子状物質と添加剤の含まれる排気流を生成するステップも含む。この方法はまた、排気流を、イオン化装置を通るように方向付けることによって、添加剤と粒子状物質に電荷を印加するステップも含む。この方法は、排気流を、微粒子フィルタを通るように方向付けるステップをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な本発明の動力系を有する例示的な機械の概略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、例示的な機械５を概略的に描いたものであり、この中で例示的な本発明の動力系１０を使用し得る。機械５はどのような種類の機械でもよく、たとえば乗用車、事業用車両、農耕機械、鉱山機械、建設機械等の移動機械であってもよい。あるいは、機械５は、たとえば発電機等の静止機械であってもよい。
【００１３】
動力系１０は、燃料を燃焼させ、粒子状物質を含む排気流を発生させるように構成された動力源２０と、排気流を処理するように構成された排気後処理システム３０を含んでいてもよい。本願の目的上、動力源２０を４ストロークディーゼルエンジンとし図示し、説明する。当業者であれば、動力源２０がどのような種類の内燃機関でもよく、たとえばガソリンエンジン、気体燃料型エンジン（たとえば、天然ガスエンジン）、または、当業者の間で周知のその他のどのような種類の燃焼エンジンでもよいことがわかるであろう。動力源２０は、少なくとも部分的に複数の燃焼室２５を画定するエンジンブロックを含んでいてもよい。図の実施形態において、動力源２０は４つの燃焼室を含む。動力源２０に含める燃焼室２５はそれより多くても、少なくてもよく、また燃焼室２５は「インライン」構成または「Ｖ字形」構成、あるいはその他の適切な構成で配置してもよいと考えられる。
【００１４】
動力源２０は、空気／燃料混合物を燃焼室２５の各々に引き込み、燃焼させて、動力、熱および排気を生成してもよい。特に、動力源２０は、空気／燃料混合物を動力源２０に供給するためのインテークマニホールド３５を含んでいてもよい。インテークマニホールド３５は、燃料システム４０から燃料を、また給気システム（図示せず）から空気を受けてもよく、空気と燃料の混合物を、燃焼室２５の各々へと方向付けてもよい。
【００１５】
燃料システム４０は、燃料を動力源２０に供給して燃焼させるように構成されていてもよい。燃料システム４０は、燃料供給手段４５、ポンプ５５、および燃料流を燃料供給手段４５から動力源２０へと方向付けるように構成された燃料供給ライン５０を含んでいてもよい。燃料供給ライン５０は、燃料流を燃料供給手段４５から動力源２０のインテークマニホールド３５へと方向付けるように構成されていてもよい。ポンプ５５は、燃料供給ライン５０の中に配置されてもよく、燃料供給手段４５からある量の燃料を吸引し、この燃料に加圧し、加圧燃料をインテークマニホールド３５へと方向付けるように構成されていてもよい。あるいは、動力源２０は、燃焼室２５の各々に関連付けられ、燃料を燃焼室２５の各々に注入するように構成された注入装置（図示せず）を含んでいてもよいと考えられる。
【００１６】
動力系１０は、燃焼前または燃焼中の燃料への添加剤溶液の供給を提供する装置をさらに含んでいてもよい。具体的には、動力系１０は、ある量の添加剤を貯蓄し、供給するように構成された添加剤供給手段６０と、動力源２０へと供給される燃料流の中に添加剤を注入するように構成された添加剤注入装置７０を含んでいてもよい。動力系１０はまた、添加剤を添加剤供給手段６０から添加剤注入装置７０へと送出するように構成されたポンプ６５を含んでいてもよい。ポンプ６５は、どのような種類の高精度な定量低流量ポンプであってもよい。ポンプ６５は、ダイアフラムポンプまたは当業界で周知のその他のポンプであってもよい。添加剤注入装置７０は、動力系１０の中の任意の適切な位置に配置されてもよい。たとえば、添加剤注入装置７０は、少なくとも部分的に燃料供給ライン５０の中に、少なくとも部分的に燃料供給手段４５の中に、インテークマニホールド３５に隣接して、または燃焼室２５に隣接して配置されてもよい。添加剤は、添加剤注入装置７０によって、動力源２０に供給される燃料の中に注入されてもよい。たとえば、添加剤は、燃焼前または燃焼中に、燃料供給ライン５０、燃料供給手段４５、インテークマニホールド３５、燃料室２５、または燃料システム４０または動力源２０の中のいずれかの適切な場所に注入されてもよい。図１に示されるように、添加剤注入装置７０は、動力源２０の上流に配置されてもよく、添加剤を動力源２０の上流のインテークマニホールド３５へと注入してもよい。添加剤注入装置７０は機械式、油圧式、または電気式に作動されてもよいと考えられる。
【００１７】
後処理システム３０は、燃焼工程後の有害ガスの排出と動力源２０から排出される粒子状物質を削減するように構成されていてもよい。後処理システム３０は、排気通路を有する排気マニホールド８５を含んでいてもよく、各通路は、燃焼室２５の１つと流体連通する。後処理システム３０は、通路９０を含んでいてもよく、これは排気マニホールド８５と流体連通していてもよい。後処理システム３０は、排気から有害ガスおよび粒子状物質を削減するために、通路９０内に各種の装置を含んでいてもよい。たとえば、後処理システム３０は、少なくとも部分的に通路９０内に配置され、排気がそこを通過する間に粒子状物質を捕捉するように構成された微粒子フィルタ９５を含んでいてもよい。図には示されていないが、当業者は、後処理システム３０がまた、微粒子フィルタ９５に関連付けられ、再生工程中に排気または微粒子フィルタ９５内に捕捉された粒子状物質の温度を上昇させて粒子状物質を酸化するための燃料燃焼バーナまたは加熱装置を含んでいてもよいことがわかるであろう。いくつかの実施形態において、排気の温度は、エンジン燃焼の制御によって上げられてもよい。このような実施形態においては、後処理システム３０に燃料燃焼バーナまたは加熱装置が含まれていなくてもよい。後処理システム３０は、当業界で周知のその他の構成要素、たとえば選択触媒還元装置、ＮＯｘトラップ、ＳＯｘ還元装置等を含んでいてもよいと考えられる。
【００１８】
微粒子フィルタ９５は、さまざまな微粒子フィルタのいずれでもよく、たとえば、焼結金属ファイバフロースルー型フィルタ、コージライトまたは炭化珪素ウォールフロー型フィルタまたは当業界で周知のその他の微粒子フィルタであってもよい。微粒子フィルタ９５は、ハウジング１００と、少なくとも部分的にハウジング１００の中に配置されたフィルタ基板１０５を含んでいてもよい。フィルタ基板１０５は、ワイヤメッシュ濾材、セラミックハニカム濾材、または当業界で周知のその他の適切な濾材を含んでいてもよい。排気流が濾材を通過すると、粒子状物質、たとえば燃焼しなかった炭化水素が濾材に衝突し、濾材によってブロックされ得る。時間の経過により、粒子状物質がフィルタ基板１０５の表面上に堆積する場合があり、濾材が飽和状態となり得る。このような粒子状物質の堆積によって、微粒子フィルタ９５を通過する排気流が減少する場合があり、エンジンの性能に不利な影響を与え得る。
【００１９】
動力系１０は、動力系１０の動作を制御するように構成された制御システム１２０を含んでいてもよい。制御システム１２０はコントローラ８０を含んでいてもよく、これは、既存の機械制御モジュールまたは単独型のコントローラであってもよい。コントローラ８０は、動力系１０の各種のシステムと装置に関連付けられていてもよい。たとえば、コントローラ８０は、動力源２０、後処理システム３０および燃料システム４０の少なくとも１つに関連付けられていてもよい。コントローラ８０は、動力源２０の動作、排気後処理および燃料送達を制御してもよい。別の例として、コントローラ８０はまた、添加剤供給手段６０、添加剤注入装置７０およびポンプ６５の少なくとも１つに関連付けられていてもよい。コントローラ８０は、動力源２０に供給される燃料中への添加剤の注入を制御するように構成されていてもよい。コントローラ８０は、添加剤供給手段６０、添加剤注入装置７０およびポンプ６５の少なくとも１つを制御することによって、添加剤注入の量とタイミングを調整してもよい。
【００２０】
制御システム１２０は、排気流と流体連通し、排気流のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサを含んでいてもよい。制御システム１２０はまた、微粒子フィルタ９５に関連付けられ、微粒子フィルタ９５のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサを含んでいてもよい。たとえば、制御システム１２０は、温度センサ１３０を含んでいてもよい。温度センサ１３０は、少なくとも部分的に通路９０内に、たとえば微粒子フィルタ９５の上流または下流に配置されてもよく、また、排気流と流体連通していてもよい。温度センサ１３０は、排気流の温度を測定してもよく、また測定温度を示す信号を発生してもよい。温度センサ１３０は、この信号を分析のためにコントローラ８０に送信してもよい。いくつかの実施形態において、温度センサ１３０はまた、微粒子フィルタ９５に関連する温度または、フィルタ基板１０５の表面に堆積した粒子状物質の温度を測定するように構成されていてもよい。温度センサ１３０は、微粒子フィルタ９５の一部、たとえばフィルタ基板１０５と一体であってもよく、または微粒子フィルタ９５に隣接して配置されてもよい。
【００２１】
制御システム１２０は、少なくとも部分的に通路９０内に配置され、排気流と流体連通する圧力センサ１３５を含んでいてもよい。圧力センサ１３５は、通路９０内の排気圧力を測定するように構成されていてもよい。たとえば、圧力センサ１３５は、微粒子フィルタ９５の上流に配置されて、微粒子フィルタ９５の上流の排気圧力をモニタしてもよい。圧力センサ１３５はまた、所望により、微粒子フィルタ９５の上流に配置してもよい。２つ以上の圧力センサを通路９０内のさまざまな位置に配置してもよいと考えられる。
【００２２】
制御システム１２０は、微粒子フィルタ９５内の粒子状物質の負荷、たとえばフィルタ基板１０５上に堆積した粒子状物質の量を測定するように構成された微粒子フィルタ負荷センサ１２５を含んでいてもよい。負荷センサ１２５は、粒子状物質の負荷を示す信号を発生してもよく、この信号をコントローラ８０に送信してもよい。負荷センサ１２５は、微粒子フィルタ９５と一体であっても、またはそれに隣接して配置されてもよい。
【００２３】
それに加えておよび／またはその代わりに、排気または微粒子フィルタ９５の温度、通路９０内の排気圧力および微粒子フィルタ９５の負荷の少なくとも１つは、センサによって測定されるのではなく、コントローラ８０によって推定されてもよい。すなわち、コントローラ８０は、排気および／または微粒子フィルタ９５に関連する温度、圧力および負荷を、動力源２０および／またはこれに関連付けられている機械の１つまたはそれ以上の動作条件に関する可変値の関数として判断してもよい（すなわち、仮想センサ）。たとえば、燃料供給量、着火タイミング、出力、エンジン速度、ブースト圧、エンジン温度、空気／燃料比および／またはその他の周知のパラメータに関する１つまたはそれ以上のエンジン性能マップがコントローラ８０のメモリの中に保存されてもよい。これらのマップの各々は、表、グラフおよび／または等式の形態であってもよく、動力源２０のラボおよび／または現場における動作から収集したデータをまとめたものを含んでいてもよい。コントローラ８０は、動力系１０の動作に関するデータを受け取ってもよく、これらのマップの１つまたはそれ以上を参照することによって、動力源２０の所与の動作条件についての排気および／または微粒子フィルタ９５に関連する温度、圧力および負荷を推定してもよい。このように、コントローラ８０は、温度データを測定または推定して、そこから微粒子フィルタ９５の再生と添加剤の注入に関する決定を下してもよい。
【００２４】
後処理システム３０はイオン化装置１４０を含んでいてもよい。イオン化装置１４０は、少なくとも部分的に排気通路９０内の、微粒子フィルタ９５の上流に配置されてもよい。イオン化装置１４０は、所定の極性の電圧、たとえば正電圧をイオン化装置１４０に供給するように構成された第一の荷電装置１４５に接続されていてもよい。その結果、イオン化装置１４０は帯電してもよく、今度は、排気がイオン化装置１４０を通過する間に、第一の電荷、たとえば正電荷を排気中の粒子状物質と添加剤粒子に印加してもよい。それゆえ、粒子状物質と添加剤粒子は、同符号電荷、たとえば正電荷で帯電してもよい。
【００２５】
後処理システム３０はまた、第二の電荷を微粒子フィルタ９５に印加するように構成された第二の荷電装置１５５を含んでいてもよい。第二の電荷は、粒子状物質と添加剤粒子に印加される第一の電荷のそれとは反対の極性を有していてもよい。第二の荷電装置１５５は、微粒子フィルタ９５の適切な部分、たとえばフィルタ基板１０５またはハウジング１００に接続されていてもよい。第二の荷電装置１５５は、電圧を、たとえば微粒子フィルタ９５のフィルタ基板１０５に供給してもよく、それによって微粒子フィルタ９５のフィルタ基板１０５は第二の電荷で帯電してもよい。
【００２６】
第一の荷電装置１４５と第二の荷電装置１５５の少なくとも一方は、コントローラ８０と接続されて、これによって制御されてもよい。コントローラ８０はたとえば、イオン化装置１４０と微粒子フィルタ９５に供給される電圧の大きさと極性を、それぞれ第一の荷電装置１４５と第二の荷電装置１５５の制御によって制御してもよい。換言すれば、コントローラ８０は、粒子状物質と添加剤粒子および微粒子フィルタ９５に印加される電荷の量と極性を制御してもよい。図には別の装置として示されているが、いくつかの実施形態においては、第一の荷電装置１４５と第二の荷電装置１５５の少なくとも一方がコントローラ８０と一体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のシステムは、燃焼によって発生する粒子状物質を削減し、微粒子フィルタの再生を促進するために、任意の動力系に利用可能であり得る。たとえば、本発明の後処理システム３０は、移動システム、たとえば自動車、大型トラック、建設機械、船舶等の移動車両に動力を供給するエンジンに利用可能であり得る。後処理システム３０はまた、発電設備等の静止機械にも利用可能であり得る。
【００２８】
動力源２０は、空気と燃料の混合物を燃焼させて、動力と排気を発生してもよい。燃料システム４０は、動力源２０に燃料を供給してもよい。ポンプ５５は、燃料供給装置４５から燃料を吸引し、燃料に加圧し、加圧された燃料をインテークマニホールド３５へと方向付けてもよい。燃料は、給気システム（図示せず）から受け取った空気と混合されてもよく、燃焼室２５へと方向付けられて、その中で燃焼されてもよい。動力源２０は、燃焼後に排気流を排出し得る。排気流は、燃焼室２５から放出され、排気マニホールド８５を通って後処理システム３０へと方向付けられてもよく、ここで排気が処理される。排気流は、大気汚染物質の複雑な混合物を含む場合があり、これは粒子状物質を含み得る。環境中への粒子状物質の放出は、排気流を微粒子フィルタ９５に通すことによって削減してもよい。
【００２９】
添加剤は、燃焼前または燃焼中に、動力系１０の中の適切な場所にある動力源２０に供給される燃料流の中に注入されてもよい。添加剤は、微粒子フィルタ９５の再生を促進する目的のため、フィルタ基板１０５の表面上の粒子状物質の分布の均一性を改善する目的のため、またはその他の適切な目的のために構成されていてもよい。添加剤は、鉄系材料、たとえばジシクロペンタジエニル鉄またはその他の任意の適切な材料であってもよい。添加剤注入装置７０は、所定の量の添加剤を動力源２０に供給される燃料流の中に注入してもよい。あるいは、添加剤注入装置７０は、添加剤をインテークマニホールド３５または燃焼室２５に注入してもよい。添加剤は、燃焼室２５内の空気／燃料混合物と一緒に燃焼されてもよい。
【００３０】
燃焼後に、添加剤は粒子となり得、粒子状物質と一緒に排気中に存在する場合がある。排気がイオン化装置１４０の脇を通過する間に、イオン化装置１４０が電荷、たとえば正電荷を添加剤粒子および粒子状物質に印加してもよい。コントローラ８０は、第一の荷電装置１４５からイオン化装置１４０へと供給される電圧を制御することによって、イオン化装置１４０を制御してもよい。その結果、添加剤粒子と粒子状物質は、同じ極性、たとえば正の極性の同符号電荷で帯電し得る。
【００３１】
帯電した添加剤粒子と粒子状物質は、同じ極性の２つの電荷間の静電力によって相互に反発する。具体的には、反発力は、いずれの帯電添加剤粒子と粒子状物質のいずれの帯電粒子の間にも存在し得る。反発力の結果として、排気中の粒子状物質および／または添加剤粒子は均一に分布し得る。その結果、粒子状物質および／または添加剤がフィルタ基板１０５の表面に付着すると、フィルタ基板１０５の表面上の粒子状物質および／または添加剤粒子の均一な分布が実現され得る。粒子状物質および添加剤粒子が均一に分布することにより、粒子状物質の再生の効率が改善され、再生工程終了時にフィルタ基板１０５の上に残っている残留粒子状物質が削減または排除され得る。
【００３２】
コントローラ８０は、第二の荷電装置１５５を制御して、微粒子フィルタ９５の一部、たとえばフィルタ基板１０５に逆電圧を印加させてもよい。換言すれば、たとえば、正電圧がイオン化装置１４０に供給される場合は、負電圧がフィルタ基板１０５に供給され得る。そのため、正に帯電した粒子状物質と添加剤粒子がフィルタ基板１０５に到達すると、正に帯電した粒子状物質と添加剤粒子は、反対の電荷間の静電引力により、負に帯電したフィルタ基板１０５の表面に引き付けられる。このように、粒子状物質はフィルタ基板１０５によってより捕捉されるやすくなり得る。特に、より粒径の小さい粒子状物質は、通常であれば帯電しないとフィルタ基板１０５の網目を通過し得るが、正に帯電した粒子状物質と負に帯電したフィルタ基板１０５との間の静電引力によって、フィルタ基板１０５によって捕捉され得る。
【００３３】
コントローラ８０は、微粒子フィルタ９５の再生および／または添加剤の注入を制御してもよい。たとえば、動力系１０の動作中、コントローラ８０は、負荷センサ１２５によって、フィルタ基板１０５の上に堆積した粒子状物質の負荷をモニタしてもよい。負荷センサ１２５が、フィルタ基板１０５の粒子状物質の負荷が所定の負荷閾値を超えたことを示すと、コントローラ８０は微粒子フィルタ９５を再生する再生工程を開始させてもよい。その代わりに、および／またはそれに加えて、コントローラ８０は、圧力センサ１３５を通じて微粒子フィルタ９５の上流の排気流の圧力をモニタしてもよく、この圧力センサは排気流の圧力を示す信号を発生して、この信号をコントローラ８０に送信してもよい。コントローラ８０は、排気流の圧力の測定結果に基づいて、微粒子フィルタ９５を再生するための再生工程が必要か否かを判断してもよい。コントローラ８０はまた、微粒子フィルタ９５を再生するために再生が必要か否かを、温度センサ１３０によって測定される、排気流および／または、フィルタ基板１０５により捕捉された粒子状物質の温度に基づいて判断してもよいと考えられる。コントローラ８０は、負荷センサ１２５によって測定される負荷、圧力センサ１３５によって測定される圧力および温度センサ１３０によって測定される温度の少なくとも１つに基づいて、再生を開始させてもよい。
【００３４】
コントローラ８０は、温度センサ１３０を通じて、排気流の温度および／または微粒子フィルタ９５に関連する温度をモニタしてもよい。温度センサ１３０は、測定された温度を示す信号を発生して、この信号をコントローラ８０に送信してもよい。一実施形態において、コントローラ８０は、微粒子フィルタ９５を再生するために再生工程が必要であると判断すると、負荷センサ１２５によって測定された負荷、温度センサ１３０によって測定された温度、および圧力センサ１３５によって測定された圧力の少なくとも１つに基づいて、添加剤注入装置７０によって注入されるべき添加剤の量と添加剤注入のタイミングを判断してもよい。
【００３５】
たとえば、コントローラ８０は、添加剤注入の量とタイミングを、負荷センサ１２５によって測定された負荷に基づいて判断してもよい。コントローラ８０が負荷センサ１２５によって発生された信号を受信し、再生が必要と判断すると、コントローラ８０は、添加剤注入装置７０とポンプ６５を作動させて、動力源２０に供給される燃料流の中に所定の量の添加剤が注入されるようにしてもよい。
【００３６】
他の例として、コントローラ８０が温度センサ１３０によって発生された温度信号を受信し、排気または微粒子フィルタ９５の温度が所定の温度閾値に到達したと判断すると、コントローラ８０は、ポンプ６５および／または添加剤注入装置７０を作動させて、動力源２０に供給される燃料流の中に所定の量の添加剤が注入されるようにしてもよい。
【００３７】
また別の例として、コントローラ８０が圧力センサ１３５によって発生された信号を受信して、排気圧力が所定の閾値を超えたと判断すると、コントローラ８０は、ポンプ６５および／また添加剤注入装置７０を作動させて、動力源２０に供給される燃料流の中に所定の量の添加剤が注入されるようにしてもよい。添加剤が注入されると、コントローラ８０は添加剤注入装置７０を、所定の長さの時間にわたって継続的に添加剤を注入するか、または所定の間隔、たとえば３０秒間隔で所定の量の添加剤を注入するように制御してもよい。添加剤の注入は、再生が終了した時、またはいずれかの所望の適切な時に、コントローラ８０によって終了されてもよい。たとえば、コントローラ８０は、添加剤注入をいつ終了すべきかを、圧力センサ１３５によって測定された圧力、温度センサ１３０によって測定された温度、負荷センサ１２５によって測定された負荷の少なくとも１つに基づいて判断してもよい。
【００３８】
微粒子フィルタ９５の再生中に、コントローラ８０は、燃焼室２５内および／または、粒子フィルタ９５に関連付けられた燃料燃焼バーナ（図示せず）または加熱装置（図示せず）内の燃焼を制御して、排気および／またはフィルタ基板１０５によって捕捉された粒子状物質の温度を上昇させることによって、粒子状物質を酸化させるようにしてもよい。温度が酸化温度範囲、たとえば５００〜６００℃に上昇されると、粒子状物質は酸化し得る。フィルタ基板１０５において、添加剤は化学反応を起こす場合があり、これは粒子状物質の酸化を触媒し得る。たとえば、鉄をベースとする添加剤は、粒子状物質の着火または酸化閾値温度を下げる場合があり、それによって粒子状物質を比較的低い温度で酸化できるようになり、それゆえ、微粒子フィルタ９５の再生が促進される。
【００３９】
いくつかの実施形態において、添加剤によって粒子状物質の酸化または着火に必要な温度が低下し得るため、動力源２０内の燃焼を意図的に制御することを通じて、または燃料燃焼バーナを動作させることを通じて、または加熱装置を制御することによって、排気温度または微粒子フィルタ９５に関連する温度を上昇させるために必要な労力が大幅に軽減され得る。
【００４０】
再生工程は、所定の時間、たとえば１０分間継続してもよい。再生工程中、フィルタ基板１０５に堆積した粒子状物質がフィルタ基板１０５の表面から燃焼し得る。粒子状物質および／または添加剤を含む帯電排気間に存在する反発力によって、粒子状物質がフィルタ基板１０５の表面上でより均等に分布してもよい。その結果、再生工程中、フィルタ基板１０５の表面上に堆積した粒子状物質は、均一に燃焼し得る。粒子状物質が燃焼した後、少なくとも一部の添加剤粒子がフィルタ基板１０５の表面から分離され得、ハウジング１００に貯蓄され得る。添加剤粒子は、後に、たとえば微粒子フィルタ９５の定期的保守作業中に回収されて処分またはリサイクルされてもよい。
【００４１】
当業者とっては当然のことながら、本発明の動力系には、開示の範囲から逸脱することなく、各種の改良と変更を加えることができる。他の実施形態も、本明細書で開示される系の詳細な説明と実践を考慮すれば当業者には明らかであろう。詳細な説明と例は例示として考えるものとし、開示の正確な範囲は以下の特許請求の範囲およびこれと均等のものによって示される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して動力系に関し、より具体的には、添加剤注入装置を備える動力系に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンを含む内燃機関は、大気汚染の原因となり得る物質の複合的な混合物を排出する。これらの大気汚染物質には、粒子状物質または煤煙として知られる固形物が含まれている可能性がある。環境意識の高まりにより、ディーゼルエンジンの排出物基準がより厳しくなっている。エンジンから排出される粒子状物質の量は、エンジンの種類、エンジンの大きさ、および／またはエンジンのクラスに応じて規制されて得る。
【０００３】
エンジンメーカが環境中への粒子状物質排出規制に適合するために採用している方法の１つは、粒子状物質捕集装置、たとえば微粒子トラップまたはディーゼル微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ）を使用して、エンジンの排気流から粒子状物質を除去する、というものである。ＤＰＦは、フィルタ基板内に粒子状物質を捕捉するように設計されたフィルタであり、これには、たとえばワイヤメッシュまたはセラミックハニカム濾材が含まれていてもよい。この濾材は、比較的粒径の大きい粒子状物質を排気から減少させるには有効であるが、比較的粒径の小さい粒子状物質の捕捉においては不十分となり得る。
【０００４】
時間の経過により、粒子状物質が濾材上に堆積することがあり、排気通路を閉塞させて、その結果、排気圧力が上昇し、エンジンの性能が低下し得る。ＤＰＦは、たとえばエンジンの燃焼またはＤＰＦに関連付けられた加熱装置の制御を通じて排気の温度を上昇させることによって濾材に付着した粒子状物質を燃焼させることで、再生可能である。一般に、ＤＰＦの再生工程は所定の時間、たとえば１０分間続く。場合によっては、濾材上の粒子状物質の分布が均一でないと、一部の粒子状物質が燃焼せずに残ったまま、再生工程が終了し得る。
【０００５】
エンジン排気中の粒子状物質削減の管理には、さまざまな再生方法が利用できる。たとえば、２００２年１２月３日にＶｉｎｃｅｎｔらに発行された（特許文献１）（以下、「’７２５号特許」という）には、微粒子フィルタトラップの再生に使用するための鉄含有燃料可溶性添加剤を供給する方法が記載されている。この方法は、燃焼前、または燃焼中に燃料に添加剤を添加するステップを含む。特に、添加剤の供給分は、燃料サプライチェーンの中のいずれかの段階で燃料に添加されるか、または車載の注入装置を介して、燃料へ、または直接、燃焼室またはインレットシステム内に添加される。添加剤は燃料と混合し、混合物が燃焼して、煤煙微粒子と添加剤を含む排気流が排出される。動作の際には、添加剤によって煤煙微粒子の着火温度が下がる。
【０００６】
（特許文献１）に記載された方法は、微粒子フィルタトラップの再生には適している場合があるが、問題もあり得る。たとえば、粒子状物質の粒形が十分に小さいと、ディーゼル微粒子捕集フィルタでは微細な粒子状物質を有効に捕捉できない場合がある。それゆえ、微細な粒子状物質が直接、環境中に排出されて、環境汚染を引き起こし得る。さらに、濾材上の粒子状物質と添加剤の分布が均一でない場合がある。その結果、再生終了後に、濾材上に残留粒子状物質が燃焼されずに残ることがあり、これは排気流および／またはエンジンの性能に不利な影響を与え得る。
【０００７】
本発明の系は、既存の技術を改良しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，４８８，７２５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、動力系に関する。この動力系は、排気流を発生させるように構成された動力源を含む。動力系はまた、燃料供給手段と動力源とを接続する燃料供給ラインも含む。この燃料供給ラインは、燃料流を燃料供給手段から動力源へと方向付けるように構成される。添加剤注入装置が、添加剤を燃料流の中に注入するように構成される。イオン化装置が、少なくとも部分的に排気流の中に配置され、排気流の中の添加剤と粒子状物質に電荷を印加するように構成される。微粒子フィルタが、排気流から粒子状物質と添加剤を除去するように構成される。
【００１０】
本発明の他の態様は、排気流から粒子状物質を除去する方法に関する。この方法は、燃料流を動力源へと方向付けるステップを含む。この方法はまた、添加剤を動力源の上流の燃料流の中に注入するステップも含む。この方法はまた、燃料と添加剤を燃焼させて、粒子状物質と添加剤の含まれる排気流を生成するステップも含む。この方法はまた、排気流を、イオン化装置を通るように方向付けることによって、添加剤と粒子状物質に電荷を印加するステップも含む。この方法は、排気流を、微粒子フィルタを通るように方向付けるステップをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な本発明の動力系を有する例示的な機械の概略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、例示的な機械５を概略的に描いたものであり、この中で例示的な本発明の動力系１０を使用し得る。機械５はどのような種類の機械でもよく、たとえば乗用車、事業用車両、農耕機械、鉱山機械、建設機械等の移動機械であってもよい。あるいは、機械５は、たとえば発電機等の静止機械であってもよい。
【００１３】
動力系１０は、燃料を燃焼させ、粒子状物質を含む排気流を発生させるように構成された動力源２０と、排気流を処理するように構成された排気後処理システム３０を含んでいてもよい。本願の目的上、動力源２０を４ストロークディーゼルエンジンとし図示し、説明する。当業者であれば、動力源２０がどのような種類の内燃機関でもよく、たとえばガソリンエンジン、気体燃料型エンジン（たとえば、天然ガスエンジン）、または、当業者の間で周知のその他のどのような種類の燃焼エンジンでもよいことがわかるであろう。動力源２０は、少なくとも部分的に複数の燃焼室２５を画定するエンジンブロックを含んでいてもよい。図の実施形態において、動力源２０は４つの燃焼室を含む。動力源２０に含める燃焼室２５はそれより多くても、少なくてもよく、また燃焼室２５は「インライン」構成または「Ｖ字形」構成、あるいはその他の適切な構成で配置してもよいと考えられる。
【００１４】
動力源２０は、空気／燃料混合物を燃焼室２５の各々に引き込み、燃焼させて、動力、熱および排気を生成してもよい。特に、動力源２０は、空気／燃料混合物を動力源２０に供給するためのインテークマニホールド３５を含んでいてもよい。インテークマニホールド３５は、燃料システム４０から燃料を、また給気システム（図示せず）から空気を受けてもよく、空気と燃料の混合物を、燃焼室２５の各々へと方向付けてもよい。
【００１５】
燃料システム４０は、燃料を動力源２０に供給して燃焼させるように構成されていてもよい。燃料システム４０は、燃料供給手段４５、ポンプ５５、および燃料流を燃料供給手段４５から動力源２０へと方向付けるように構成された燃料供給ライン５０を含んでいてもよい。燃料供給ライン５０は、燃料流を燃料供給手段４５から動力源２０のインテークマニホールド３５へと方向付けるように構成されていてもよい。ポンプ５５は、燃料供給ライン５０の中に配置されてもよく、燃料供給手段４５からある量の燃料を吸引し、この燃料に加圧し、加圧燃料をインテークマニホールド３５へと方向付けるように構成されていてもよい。あるいは、動力源２０は、燃焼室２５の各々に関連付けられ、燃料を燃焼室２５の各々に注入するように構成された注入装置（図示せず）を含んでいてもよいと考えられる。
【００１６】
動力系１０は、燃焼前または燃焼中の燃料への添加剤溶液の供給を提供する装置をさらに含んでいてもよい。具体的には、動力系１０は、ある量の添加剤を貯蓄し、供給するように構成された添加剤供給手段６０と、動力源２０へと供給される燃料流の中に添加剤を注入するように構成された添加剤注入装置７０を含んでいてもよい。動力系１０はまた、添加剤を添加剤供給手段６０から添加剤注入装置７０へと送出するように構成されたポンプ６５を含んでいてもよい。ポンプ６５は、どのような種類の高精度な定量低流量ポンプであってもよい。ポンプ６５は、ダイアフラムポンプまたは当業界で周知のその他のポンプであってもよい。添加剤注入装置７０は、動力系１０の中の任意の適切な位置に配置されてもよい。たとえば、添加剤注入装置７０は、少なくとも部分的に燃料供給ライン５０の中に、少なくとも部分的に燃料供給手段４５の中に、インテークマニホールド３５に隣接して、または燃焼室２５に隣接して配置されてもよい。添加剤は、添加剤注入装置７０によって、動力源２０に供給される燃料の中に注入されてもよい。たとえば、添加剤は、燃焼前または燃焼中に、燃料供給ライン５０、燃料供給手段４５、インテークマニホールド３５、燃料室２５、または燃料システム４０または動力源２０の中のいずれかの適切な場所に注入されてもよい。図１に示されるように、添加剤注入装置７０は、動力源２０の上流に配置されてもよく、添加剤を動力源２０の上流のインテークマニホールド３５へと注入してもよい。添加剤注入装置７０は機械式、油圧式、または電気式に作動されてもよいと考えられる。
【００１７】
後処理システム３０は、燃焼工程後の有害ガスの排出と動力源２０から排出される粒子状物質を削減するように構成されていてもよい。後処理システム３０は、排気通路を有する排気マニホールド８５を含んでいてもよく、各通路は、燃焼室２５の１つと流体連通する。後処理システム３０は、通路９０を含んでいてもよく、これは排気マニホールド８５と流体連通していてもよい。後処理システム３０は、排気から有害ガスおよび粒子状物質を削減するために、通路９０内に各種の装置を含んでいてもよい。たとえば、後処理システム３０は、少なくとも部分的に通路９０内に配置され、排気がそこを通過する間に粒子状物質を捕捉するように構成された微粒子フィルタ９５を含んでいてもよい。図には示されていないが、当業者は、後処理システム３０がまた、微粒子フィルタ９５に関連付けられ、再生工程中に排気または微粒子フィルタ９５内に捕捉された粒子状物質の温度を上昇させて粒子状物質を酸化するための燃料燃焼バーナまたは加熱装置を含んでいてもよいことがわかるであろう。いくつかの実施形態において、排気の温度は、エンジン燃焼の制御によって上げられてもよい。このような実施形態においては、後処理システム３０に燃料燃焼バーナまたは加熱装置が含まれていなくてもよい。後処理システム３０は、当業界で周知のその他の構成要素、たとえば選択触媒還元装置、ＮＯｘトラップ、ＳＯｘ還元装置等を含んでいてもよいと考えられる。
【００１８】
微粒子フィルタ９５は、さまざまな微粒子フィルタのいずれでもよく、たとえば、焼結金属ファイバフロースルー型フィルタ、コージライトまたは炭化珪素ウォールフロー型フィルタまたは当業界で周知のその他の微粒子フィルタであってもよい。微粒子フィルタ９５は、ハウジング１００と、少なくとも部分的にハウジング１００の中に配置されたフィルタ基板１０５を含んでいてもよい。フィルタ基板１０５は、ワイヤメッシュ濾材、セラミックハニカム濾材、または当業界で周知のその他の適切な濾材を含んでいてもよい。排気流が濾材を通過すると、粒子状物質、たとえば燃焼しなかった炭化水素が濾材に衝突し、濾材によってブロックされ得る。時間の経過により、粒子状物質がフィルタ基板１０５の表面上に堆積する場合があり、濾材が飽和状態となり得る。このような粒子状物質の堆積によって、微粒子フィルタ９５を通過する排気流が減少する場合があり、エンジンの性能に不利な影響を与え得る。
【００１９】
動力系１０は、動力系１０の動作を制御するように構成された制御システム１２０を含んでいてもよい。制御システム１２０はコントローラ８０を含んでいてもよく、これは、既存の機械制御モジュールまたは単独型のコントローラであってもよい。コントローラ８０は、動力系１０の各種のシステムと装置に関連付けられていてもよい。たとえば、コントローラ８０は、動力源２０、後処理システム３０および燃料システム４０の少なくとも１つに関連付けられていてもよい。コントローラ８０は、動力源２０の動作、排気後処理および燃料送達を制御してもよい。別の例として、コントローラ８０はまた、添加剤供給手段６０、添加剤注入装置７０およびポンプ６５の少なくとも１つに関連付けられていてもよい。コントローラ８０は、動力源２０に供給される燃料中への添加剤の注入を制御するように構成されていてもよい。コントローラ８０は、添加剤供給手段６０、添加剤注入装置７０およびポンプ６５の少なくとも１つを制御することによって、添加剤注入の量とタイミングを調整してもよい。
【００２０】
制御システム１２０は、排気流と流体連通し、排気流のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサを含んでいてもよい。制御システム１２０はまた、微粒子フィルタ９５に関連付けられ、微粒子フィルタ９５のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサを含んでいてもよい。たとえば、制御システム１２０は、温度センサ１３０を含んでいてもよい。温度センサ１３０は、少なくとも部分的に通路９０内に、たとえば微粒子フィルタ９５の上流または下流に配置されてもよく、また、排気流と流体連通していてもよい。温度センサ１３０は、排気流の温度を測定してもよく、また測定温度を示す信号を発生してもよい。温度センサ１３０は、この信号を分析のためにコントローラ８０に送信してもよい。いくつかの実施形態において、温度センサ１３０はまた、微粒子フィルタ９５に関連する温度または、フィルタ基板１０５の表面に堆積した粒子状物質の温度を測定するように構成されていてもよい。温度センサ１３０は、微粒子フィルタ９５の一部、たとえばフィルタ基板１０５と一体であってもよく、または微粒子フィルタ９５に隣接して配置されてもよい。
【００２１】
制御システム１２０は、少なくとも部分的に通路９０内に配置され、排気流と流体連通する圧力センサ１３５を含んでいてもよい。圧力センサ１３５は、通路９０内の排気圧力を測定するように構成されていてもよい。たとえば、圧力センサ１３５は、微粒子フィルタ９５の上流に配置されて、微粒子フィルタ９５の上流の排気圧力をモニタしてもよい。圧力センサ１３５はまた、所望により、微粒子フィルタ９５の上流に配置してもよい。２つ以上の圧力センサを通路９０内のさまざまな位置に配置してもよいと考えられる。
【００２２】
制御システム１２０は、微粒子フィルタ９５内の粒子状物質の負荷、たとえばフィルタ基板１０５上に堆積した粒子状物質の量を測定するように構成された微粒子フィルタ負荷センサ１２５を含んでいてもよい。負荷センサ１２５は、粒子状物質の負荷を示す信号を発生してもよく、この信号をコントローラ８０に送信してもよい。負荷センサ１２５は、微粒子フィルタ９５と一体であっても、またはそれに隣接して配置されてもよい。
【００２３】
それに加えておよび／またはその代わりに、排気または微粒子フィルタ９５の温度、通路９０内の排気圧力および微粒子フィルタ９５の負荷の少なくとも１つは、センサによって測定されるのではなく、コントローラ８０によって推定されてもよい。すなわち、コントローラ８０は、排気および／または微粒子フィルタ９５に関連する温度、圧力および負荷を、動力源２０および／またはこれに関連付けられている機械の１つまたはそれ以上の動作条件に関する可変値の関数として判断してもよい（すなわち、仮想センサ）。たとえば、燃料供給量、着火タイミング、出力、エンジン速度、ブースト圧、エンジン温度、空気／燃料比および／またはその他の周知のパラメータに関する１つまたはそれ以上のエンジン性能マップがコントローラ８０のメモリの中に保存されてもよい。これらのマップの各々は、表、グラフおよび／または等式の形態であってもよく、動力源２０のラボおよび／または現場における動作から収集したデータをまとめたものを含んでいてもよい。コントローラ８０は、動力系１０の動作に関するデータを受け取ってもよく、これらのマップの１つまたはそれ以上を参照することによって、動力源２０の所与の動作条件についての排気および／または微粒子フィルタ９５に関連する温度、圧力および負荷を推定してもよい。このように、コントローラ８０は、温度データを測定または推定して、そこから微粒子フィルタ９５の再生と添加剤の注入に関する決定を下してもよい。
【００２４】
後処理システム３０はイオン化装置１４０を含んでいてもよい。イオン化装置１４０は、少なくとも部分的に排気通路９０内の、微粒子フィルタ９５の上流に配置されてもよい。イオン化装置１４０は、所定の極性の電圧、たとえば正電圧をイオン化装置１４０に供給するように構成された第一の荷電装置１４５に接続されていてもよい。その結果、イオン化装置１４０は帯電してもよく、今度は、排気がイオン化装置１４０を通過する間に、第一の電荷、たとえば正電荷を排気中の粒子状物質と添加剤粒子に印加してもよい。それゆえ、粒子状物質と添加剤粒子は、同符号電荷、たとえば正電荷で帯電してもよい。
【００２５】
後処理システム３０はまた、第二の電荷を微粒子フィルタ９５に印加するように構成された第二の荷電装置１５５を含んでいてもよい。第二の電荷は、粒子状物質と添加剤粒子に印加される第一の電荷のそれとは反対の極性を有していてもよい。第二の荷電装置１５５は、微粒子フィルタ９５の適切な部分、たとえばフィルタ基板１０５またはハウジング１００に接続されていてもよい。第二の荷電装置１５５は、電圧を、たとえば微粒子フィルタ９５のフィルタ基板１０５に供給してもよく、それによって微粒子フィルタ９５のフィルタ基板１０５は第二の電荷で帯電してもよい。
【００２６】
第一の荷電装置１４５と第二の荷電装置１５５の少なくとも一方は、コントローラ８０と接続されて、これによって制御されてもよい。コントローラ８０はたとえば、イオン化装置１４０と微粒子フィルタ９５に供給される電圧の大きさと極性を、それぞれ第一の荷電装置１４５と第二の荷電装置１５５の制御によって制御してもよい。換言すれば、コントローラ８０は、粒子状物質と添加剤粒子および微粒子フィルタ９５に印加される電荷の量と極性を制御してもよい。図には別の装置として示されているが、いくつかの実施形態においては、第一の荷電装置１４５と第二の荷電装置１５５の少なくとも一方がコントローラ８０と一体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のシステムは、燃焼によって発生する粒子状物質を削減し、微粒子フィルタの再生を促進するために、任意の動力系に利用可能であり得る。たとえば、本発明の後処理システム３０は、移動システム、たとえば自動車、大型トラック、建設機械、船舶等の移動車両に動力を供給するエンジンに利用可能であり得る。後処理システム３０はまた、発電設備等の静止機械にも利用可能であり得る。
【００２８】
動力源２０は、空気と燃料の混合物を燃焼させて、動力と排気を発生してもよい。燃料システム４０は、動力源２０に燃料を供給してもよい。ポンプ５５は、燃料供給装置４５から燃料を吸引し、燃料に加圧し、加圧された燃料をインテークマニホールド３５へと方向付けてもよい。燃料は、給気システム（図示せず）から受け取った空気と混合されてもよく、燃焼室２５へと方向付けられて、その中で燃焼されてもよい。動力源２０は、燃焼後に排気流を排出し得る。排気流は、燃焼室２５から放出され、排気マニホールド８５を通って後処理システム３０へと方向付けられてもよく、ここで排気が処理される。排気流は、大気汚染物質の複雑な混合物を含む場合があり、これは粒子状物質を含み得る。環境中への粒子状物質の放出は、排気流を微粒子フィルタ９５に通すことによって削減してもよい。
【００２９】
添加剤は、燃焼前または燃焼中に、動力系１０の中の適切な場所にある動力源２０に供給される燃料流の中に注入されてもよい。添加剤は、微粒子フィルタ９５の再生を促進する目的のため、フィルタ基板１０５の表面上の粒子状物質の分布の均一性を改善する目的のため、またはその他の適切な目的のために構成されていてもよい。添加剤は、鉄系材料、たとえばジシクロペンタジエニル鉄またはその他の任意の適切な材料であってもよい。添加剤注入装置７０は、所定の量の添加剤を動力源２０に供給される燃料流の中に注入してもよい。あるいは、添加剤注入装置７０は、添加剤をインテークマニホールド３５または燃焼室２５に注入してもよい。添加剤は、燃焼室２５内の空気／燃料混合物と一緒に燃焼されてもよい。
【００３０】
燃焼後に、添加剤は粒子となり得、粒子状物質と一緒に排気中に存在する場合がある。排気がイオン化装置１４０の脇を通過する間に、イオン化装置１４０が電荷、たとえば正電荷を添加剤粒子および粒子状物質に印加してもよい。コントローラ８０は、第一の荷電装置１４５からイオン化装置１４０へと供給される電圧を制御することによって、イオン化装置１４０を制御してもよい。その結果、添加剤粒子と粒子状物質は、同じ極性、たとえば正の極性の同符号電荷で帯電し得る。
【００３１】
帯電した添加剤粒子と粒子状物質は、同じ極性の２つの電荷間の静電力によって相互に反発する。具体的には、反発力は、いずれの帯電添加剤粒子と粒子状物質のいずれの帯電粒子の間にも存在し得る。反発力の結果として、排気中の粒子状物質および／または添加剤粒子は均一に分布し得る。その結果、粒子状物質および／または添加剤がフィルタ基板１０５の表面に付着すると、フィルタ基板１０５の表面上の粒子状物質および／または添加剤粒子の均一な分布が実現され得る。粒子状物質および添加剤粒子が均一に分布することにより、粒子状物質の再生の効率が改善され、再生工程終了時にフィルタ基板１０５の上に残っている残留粒子状物質が削減または排除され得る。
【００３２】
コントローラ８０は、第二の荷電装置１５５を制御して、微粒子フィルタ９５の一部、たとえばフィルタ基板１０５に逆電圧を印加させてもよい。換言すれば、たとえば、正電圧がイオン化装置１４０に供給される場合は、負電圧がフィルタ基板１０５に供給され得る。そのため、正に帯電した粒子状物質と添加剤粒子がフィルタ基板１０５に到達すると、正に帯電した粒子状物質と添加剤粒子は、反対の電荷間の静電引力により、負に帯電したフィルタ基板１０５の表面に引き付けられる。このように、粒子状物質はフィルタ基板１０５によってより捕捉されるやすくなり得る。特に、より粒径の小さい粒子状物質は、通常であれば帯電しないとフィルタ基板１０５の網目を通過し得るが、正に帯電した粒子状物質と負に帯電したフィルタ基板１０５との間の静電引力によって、フィルタ基板１０５によって捕捉され得る。
【００３３】
コントローラ８０は、微粒子フィルタ９５の再生および／または添加剤の注入を制御してもよい。たとえば、動力系１０の動作中、コントローラ８０は、負荷センサ１２５によって、フィルタ基板１０５の上に堆積した粒子状物質の負荷をモニタしてもよい。負荷センサ１２５が、フィルタ基板１０５の粒子状物質の負荷が所定の負荷閾値を超えたことを示すと、コントローラ８０は微粒子フィルタ９５を再生する再生工程を開始させてもよい。その代わりに、および／またはそれに加えて、コントローラ８０は、圧力センサ１３５を通じて微粒子フィルタ９５の上流の排気流の圧力をモニタしてもよく、この圧力センサは排気流の圧力を示す信号を発生して、この信号をコントローラ８０に送信してもよい。コントローラ８０は、排気流の圧力の測定結果に基づいて、微粒子フィルタ９５を再生するための再生工程が必要か否かを判断してもよい。コントローラ８０はまた、微粒子フィルタ９５を再生するために再生が必要か否かを、温度センサ１３０によって測定される、排気流および／または、フィルタ基板１０５により捕捉された粒子状物質の温度に基づいて判断してもよいと考えられる。コントローラ８０は、負荷センサ１２５によって測定される負荷、圧力センサ１３５によって測定される圧力および温度センサ１３０によって測定される温度の少なくとも１つに基づいて、再生を開始させてもよい。
【００３４】
コントローラ８０は、温度センサ１３０を通じて、排気流の温度および／または微粒子フィルタ９５に関連する温度をモニタしてもよい。温度センサ１３０は、測定された温度を示す信号を発生して、この信号をコントローラ８０に送信してもよい。一実施形態において、コントローラ８０は、微粒子フィルタ９５を再生するために再生工程が必要であると判断すると、負荷センサ１２５によって測定された負荷、温度センサ１３０によって測定された温度、および圧力センサ１３５によって測定された圧力の少なくとも１つに基づいて、添加剤注入装置７０によって注入されるべき添加剤の量と添加剤注入のタイミングを判断してもよい。
【００３５】
たとえば、コントローラ８０は、添加剤注入の量とタイミングを、負荷センサ１２５によって測定された負荷に基づいて判断してもよい。コントローラ８０が負荷センサ１２５によって発生された信号を受信し、再生が必要と判断すると、コントローラ８０は、添加剤注入装置７０とポンプ６５を作動させて、動力源２０に供給される燃料流の中に所定の量の添加剤が注入されるようにしてもよい。
【００３６】
他の例として、コントローラ８０が温度センサ１３０によって発生された温度信号を受信し、排気または微粒子フィルタ９５の温度が所定の温度閾値に到達したと判断すると、コントローラ８０は、ポンプ６５および／または添加剤注入装置７０を作動させて、動力源２０に供給される燃料流の中に所定の量の添加剤が注入されるようにしてもよい。
【００３７】
また別の例として、コントローラ８０が圧力センサ１３５によって発生された信号を受信して、排気圧力が所定の閾値を超えたと判断すると、コントローラ８０は、ポンプ６５および／また添加剤注入装置７０を作動させて、動力源２０に供給される燃料流の中に所定の量の添加剤が注入されるようにしてもよい。添加剤が注入されると、コントローラ８０は添加剤注入装置７０を、所定の長さの時間にわたって継続的に添加剤を注入するか、または所定の間隔、たとえば３０秒間隔で所定の量の添加剤を注入するように制御してもよい。添加剤の注入は、再生が終了した時、またはいずれかの所望の適切な時に、コントローラ８０によって終了されてもよい。たとえば、コントローラ８０は、添加剤注入をいつ終了すべきかを、圧力センサ１３５によって測定された圧力、温度センサ１３０によって測定された温度、負荷センサ１２５によって測定された負荷の少なくとも１つに基づいて判断してもよい。
【００３８】
微粒子フィルタ９５の再生中に、コントローラ８０は、燃焼室２５内および／または、粒子フィルタ９５に関連付けられた燃料燃焼バーナ（図示せず）または加熱装置（図示せず）内の燃焼を制御して、排気および／またはフィルタ基板１０５によって捕捉された粒子状物質の温度を上昇させることによって、粒子状物質を酸化させるようにしてもよい。温度が酸化温度範囲、たとえば５００〜６００℃に上昇されると、粒子状物質は酸化し得る。フィルタ基板１０５において、添加剤は化学反応を起こす場合があり、これは粒子状物質の酸化を触媒し得る。たとえば、鉄をベースとする添加剤は、粒子状物質の着火または酸化閾値温度を下げる場合があり、それによって粒子状物質を比較的低い温度で酸化できるようになり、それゆえ、微粒子フィルタ９５の再生が促進される。
【００３９】
いくつかの実施形態において、添加剤によって粒子状物質の酸化または着火に必要な温度が低下し得るため、動力源２０内の燃焼を意図的に制御することを通じて、または燃料燃焼バーナを動作させることを通じて、または加熱装置を制御することによって、排気温度または微粒子フィルタ９５に関連する温度を上昇させるために必要な労力が大幅に軽減され得る。
【００４０】
再生工程は、所定の時間、たとえば１０分間継続してもよい。再生工程中、フィルタ基板１０５に堆積した粒子状物質がフィルタ基板１０５の表面から燃焼し得る。粒子状物質および／または添加剤を含む帯電排気間に存在する反発力によって、粒子状物質がフィルタ基板１０５の表面上でより均等に分布してもよい。その結果、再生工程中、フィルタ基板１０５の表面上に堆積した粒子状物質は、均一に燃焼し得る。粒子状物質が燃焼した後、少なくとも一部の添加剤粒子がフィルタ基板１０５の表面から分離され得、ハウジング１００に貯蓄され得る。添加剤粒子は、後に、たとえば微粒子フィルタ９５の定期的保守作業中に回収されて処分またはリサイクルされてもよい。
【００４１】
当業者とっては当然のことながら、本発明の動力系には、開示の範囲から逸脱することなく、各種の改良と変更を加えることができる。他の実施形態も、本明細書で開示される系の詳細な説明と実践を考慮すれば当業者には明らかであろう。詳細な説明と例は例示として考えるものとし、開示の正確な範囲は以下の特許請求の範囲およびこれと均等のものによって示される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状物質を含む排気流を発生させるように構成された動力源と、
燃料供給手段と動力源とを接続し、燃料流を燃料供給手段から動力源へと方向付けるように構成された燃料供給ラインと、
添加剤を燃料流の中に注入するように構成された添加剤注入装置と、
少なくとも部分的に排気流の中に配置され、粒子状物質と添加剤に電荷を印加するように構成されたイオン化装置と、
排気流から粒子状物質と添加剤を除去するように構成された微粒子フィルタと、
を備える動力系。
【請求項２】
添加剤注入装置が動力源の上流に配置される、請求項１に記載の動力系。
【請求項３】
添加剤供給手段と、
添加剤を添加剤供給装置から吸引し、添加剤を添加剤注入装置へと方向付けるように構成されたポンプと、
をさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項４】
添加剤が鉄系添加剤である、請求項１に記載の動力系。
【請求項５】
排気流と流体連通し、排気流のパラメータを測定するように構成されたセンサをさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項６】
センサが、温度センサまたは圧力センサの少なくとも一方を含み、パラメータが少なくとも排気流の温度または排気流の圧力である、請求項５に記載の動力系。
【請求項７】
微粒子フィルタに関連付けられ、粒子状物質の負荷を測定するように構成された負荷センサをさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項８】
イオン化装置に関連付けられ、粒子状物質と添加物に印加される電荷を供給するように構成された第一の荷電装置をさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項９】
粒子状物質と添加剤に印加される電荷が第一の電荷であり、動力系が、微粒子フィルタに関連付けられ、第二の電荷を微粒子フィルタに印加するように構成された第二の荷電装置をさらに含む、請求項８に記載の動力系。
【請求項１０】
添加剤注入装置に関連付けられ、燃料流への添加剤の注入を制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項９に記載の動力系。
【請求項１１】
コントローラが、第一の電荷と第二の電荷を制御するようにさらに構成されている、請求項１０に記載の動力系。
【請求項１２】
燃料流を動力源へと方向付けるステップと、
添加剤を燃料流へと注入するステップと、
燃料を燃焼させて、排気流を生成するステップであって、排気流が粒子状物質と添加剤を含むステップと、
粒子状物質と添加剤に同符号電荷を印加するステップと、
排気流が微粒子フィルタを通過するように方向付けるステップと、
を含む、排気流から粒子状物質を除去する方法。
【請求項１３】
添加剤の注入を排気流に関連するパラメータに基づいて制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
パラメータが排気流の温度と排気流の圧力の少なくとも一方を示す、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
添加剤の注入を微粒子フィルタ内の粒子状物質の負荷に基づいて制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
電荷を微粒子フィルタに印加するステップをさらに含み、微粒子フィルタに印加される電荷が、粒子状物質と添加剤に印加される同符号電荷の極性と反対の極性を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
燃料を燃焼させて、粒子状物質を含む排気流を発生させるように構成された動力源と、
燃料流を燃料供給手段から動力源へと方向付けるように構成された燃料供給ラインと、
添加剤を燃料流の中に注入するように構成された添加剤注入装置と、
少なくとも部分的に排気流の中に配置され、第一の極性を有する第一の電荷を粒子状物質と添加剤に印加するように構成されたイオン化装置と、
排気流から粒子状物質と添加剤を除去するように構成された微粒子フィルタと、
微粒子フィルタに第二の電荷を印加するように構成された荷電装置であって、第二の電荷が第一の極性と反対の第二の極性を有する荷電装置と、
を備える機械。
【請求項１８】
添加剤注入装置が動力源の上流に配置されている、請求項１７に記載の機械。
【請求項１９】
添加剤が鉄系添加剤である、請求項１７に記載の機械。
【請求項２０】
排気流と流体連通し、排気流のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサと、
微粒子フィルタに関連付けられ、微粒子フィルタのパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサと、
添加剤注入装置に関連付けられ、燃料流への添加剤の注入を、排気流のパラメータと微粒子フィルタのパラメータの少なくとも一方に基づいて制御するように構成されたコントローラと、
をさらに含む、請求項１７に記載の機械。
【請求項１】
粒子状物質を含む排気流を発生させるように構成された動力源と、
燃料供給手段と動力源とを接続し、燃料流を燃料供給手段から動力源へと方向付けるように構成された燃料供給ラインと、
添加剤を燃料流の中に注入するように構成された添加剤注入装置と、
少なくとも部分的に排気流の中に配置され、粒子状物質と添加剤に電荷を印加するように構成されたイオン化装置と、
排気流から粒子状物質と添加剤を除去するように構成された微粒子フィルタと、
を備える動力系。
【請求項２】
添加剤注入装置が動力源の上流に配置される、請求項１に記載の動力系。
【請求項３】
添加剤供給手段と、
添加剤を添加剤供給装置から吸引し、添加剤を添加剤注入装置へと方向付けるように構成されたポンプと、
をさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項４】
添加剤が鉄系添加剤である、請求項１に記載の動力系。
【請求項５】
排気流と流体連通し、排気流のパラメータを測定するように構成されたセンサをさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項６】
センサが、温度センサまたは圧力センサの少なくとも一方を含み、パラメータが少なくとも排気流の温度または排気流の圧力である、請求項５に記載の動力系。
【請求項７】
微粒子フィルタに関連付けられ、粒子状物質の負荷を測定するように構成された負荷センサをさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項８】
イオン化装置に関連付けられ、粒子状物質と添加物に印加される電荷を供給するように構成された第一の荷電装置をさらに含む、請求項１に記載の動力系。
【請求項９】
粒子状物質と添加剤に印加される電荷が第一の電荷であり、動力系が、微粒子フィルタに関連付けられ、第二の電荷を微粒子フィルタに印加するように構成された第二の荷電装置をさらに含む、請求項８に記載の動力系。
【請求項１０】
添加剤注入装置に関連付けられ、燃料流への添加剤の注入を制御するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項９に記載の動力系。
【請求項１１】
コントローラが、第一の電荷と第二の電荷を制御するようにさらに構成されている、請求項１０に記載の動力系。
【請求項１２】
燃料流を動力源へと方向付けるステップと、
添加剤を燃料流へと注入するステップと、
燃料を燃焼させて、排気流を生成するステップであって、排気流が粒子状物質と添加剤を含むステップと、
粒子状物質と添加剤に同符号電荷を印加するステップと、
排気流が微粒子フィルタを通過するように方向付けるステップと、
を含む、排気流から粒子状物質を除去する方法。
【請求項１３】
添加剤の注入を排気流に関連するパラメータに基づいて制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
パラメータが排気流の温度と排気流の圧力の少なくとも一方を示す、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
添加剤の注入を微粒子フィルタ内の粒子状物質の負荷に基づいて制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
電荷を微粒子フィルタに印加するステップをさらに含み、微粒子フィルタに印加される電荷が、粒子状物質と添加剤に印加される同符号電荷の極性と反対の極性を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
燃料を燃焼させて、粒子状物質を含む排気流を発生させるように構成された動力源と、
燃料流を燃料供給手段から動力源へと方向付けるように構成された燃料供給ラインと、
添加剤を燃料流の中に注入するように構成された添加剤注入装置と、
少なくとも部分的に排気流の中に配置され、第一の極性を有する第一の電荷を粒子状物質と添加剤に印加するように構成されたイオン化装置と、
排気流から粒子状物質と添加剤を除去するように構成された微粒子フィルタと、
微粒子フィルタに第二の電荷を印加するように構成された荷電装置であって、第二の電荷が第一の極性と反対の第二の極性を有する荷電装置と、
を備える機械。
【請求項１８】
添加剤注入装置が動力源の上流に配置されている、請求項１７に記載の機械。
【請求項１９】
添加剤が鉄系添加剤である、請求項１７に記載の機械。
【請求項２０】
排気流と流体連通し、排気流のパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサと、
微粒子フィルタに関連付けられ、微粒子フィルタのパラメータを測定するように構成された少なくとも１つのセンサと、
添加剤注入装置に関連付けられ、燃料流への添加剤の注入を、排気流のパラメータと微粒子フィルタのパラメータの少なくとも一方に基づいて制御するように構成されたコントローラと、
をさらに含む、請求項１７に記載の機械。
【図１】
【公表番号】特表２０１３−５１５９０５（Ｐ２０１３−５１５９０５Ａ）
【公表日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４６０４８（Ｐ２０１２−５４６０４８）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６０５２８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８７６９７
【国際公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６０５２８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８７６９７
【国際公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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