還元剤を排気ガス流に導入する方法
還元剤を排気ガス流（１６）に導入する方法が開示される。方法は、第１の添加イベントの実行を命令することと、第１の添加イベントの実行命令に応じて、還元剤を取り出し装置（３２）に供給することと、還元剤を取り出し装置（３２）から排気ガス流（１６）に投入することと、還元剤を取り出し装置（３２）から還元剤源（３０）に向けて押し出すこととを含んでもよく、充分な還元剤が、ポンプ装置（２８）および流体路（３４）内に残り、ポンプ装置（２８）を満たされた状態に保つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、還元剤添加システムを含む排気システムに関する。特に、本開示は、還元剤添加システムを浄化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムは、化石燃料駆動式システムから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する方法を提供する。ＳＣＲ中に、触媒は、尿素などの還元剤とＮＯｘとの間の反応を促進して、水および窒素ガスを生成し、それによって、排気ガスからＮＯｘを除去する。通常、還元剤は、ＳＣＲ触媒の上流で排気ガスと混合される。
【０００３】
還元剤添加システムを使用して、尿素などの還元剤を排気ガス流に導入することができる。例えば、尿素は水と混合され、タンクに貯蔵される。動力システムが作動し、排気ガスを発生させると、尿素混合物がタンクからポンプで汲み上げられ、ノズルを介して排気ガス流に間欠的に散布される。
【０００４】
尿素添加システムの課題は、尿素混合物が凍結する周囲温度が比較的高い（すなわち、約−１１℃）ことに関係する。尿素が凍結すると、尿素は添加システム内で膨張し、噴射装置ノズルなどの複雑な部品に損傷を与えることがある。さらに、高い温度にさらされた場合に、尿素は分解して、添加用部品を詰まらせる恐れがある析出物を形成することがある。
【０００５】
Ｇｅｒｌａｃｈによる（特許文献１）は、尿素添加システムを浄化する方法を開示している。（特許文献１）は、エンジンが停止され、凍結する恐れがある場合、加圧空気を使用して、調量弁および試剤ポンプから尿素を除去する。
【０００６】
（特許文献１）に開示された方法は、添加システムでの尿素凍結という問題には対処し得る、エンジンが動作している間の高温での尿素分解という問題に対処できない可能性がある。例えば、ノズルに残った尿素が、噴射の合間に分解して、析出物を形成する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１６３２３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、既存技術の欠点の１つまたは複数を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様では、本開示は、還元剤を排気ガス流に導入する方法に関する。方法は、第１の添加イベントの実行を命令することと、第１の添加イベントの実行命令に応じて、還元剤を取り出し装置に供給することと、還元剤を取り出し装置から排気ガス流に投入し、還元剤を取り出し装置から還元剤源に向けて押し出すことを含むことができ、十分な還元剤がポンプ装置および流体路内に残って、ポンプ装置を満たされた状態に保つ。
【００１０】
別の態様によれば、本開示はまた、添加システムを浄化する方法に関する。方法は、還元剤をポンプ装置から第１の流体路を介して取り出し装置に供給することと、還元剤を取り出し装置から排気ガス流に散布することと、還元剤を取り出し装置から第１の流体路に沿ってポンプ装置の方に押し出すことと、取り出し装置からの還元剤が、第１の流体路に沿った、第１の長さ未満の第２の長さになったときに、還元剤を第１の流路に沿って押し出すのを中止することを含むことができ、ポンプ装置から取り出し装置までの第１の流体路の長さは第１の長さである。
【００１１】
別の態様によれば、本開示は、還元剤添加システムに関する。還元剤添加システムは、ポンプ装置を満たされた状態に保つのに十分な還元剤をポンプ装置内に維持しながら、加圧ガス源からの加圧ガスを用いて、還元剤を取り出し装置から第１の流体路に沿ってポンプ装置の方に排除するように構成された制御システムを有することができる。制御システムは、取り出し装置が還元剤をエンジンの排気ガス流に間欠的に投入する合間に、還元剤を排除することができる。
【００１２】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面には、本明細書とともに、開示したシステムの原理を説明する助けとなる開示の例示的な実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】開示した例示的な動力システムの第１の概略図である。
【図２】動力システムの第２の概略図である。
【図３】図１の添加システムの開示した例示的な取り出し装置の概略図である。
【図４】図３の取り出し装置の開示した例示的なノズルの断面図である。
【図５】開示した例示的な添加方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１および図２を参照すると、例示的な動力システム１０が開示されている。動力システム１０は、エンジン１２および排気システム１４を含む。エンジン１２は、燃料システム、空気システム、冷却システム、周辺機器、駆動系部品、ターボチャージャなどの図示していない特徴部を含む。エンジン１２は、（内燃、タービン、ガス、ディーゼル、ガス燃料、天然ガス、プロパンなどの）任意のタイプのエンジンとすることができ、任意の数量かつ任意の構成（「Ｖ」型、直列、星型など）のシリンダを有する任意の容量とすることができる。エンジン１２を使用して、機関車用途、公道用トラックまたは車両、オフハイウェイトラックまたは機械、土工機械、発電機、航空宇宙用途、船舶用途、ポンプ、静止機械、あるいは他のエンジン駆動式用途を含む任意の機械または他の装置を駆動することができる。
【００１５】
排気システム１４は、エンジン１２の排気ガス流１６からの望ましくない排出物を低減するように設計された１つまたは複数の排気ガス後処理装置を含む。排気ガス後処理装置には、それらに限定するものではないが、再生装置、熱源、酸化触媒、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択的接触還元触媒（ＳＣＲ）、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）、マフラ、またはエンジン１２から出た排気ガス流１６を処理するために必要な他の装置を含む、様々な排出物処理技術が含まれ得る。
【００１６】
図示した実施形態では、排気システム１４は、酸化触媒システム１８、混合器アセンブリ２０、およびＳＣＲアセンブリ２２を含む。酸化触媒システム１８は、様々な形で構成することができ、排気ガスに含有される炭化水素、一酸化炭素、および／または窒素酸化物を収集、吸収、吸着、および／または変換するのに有用な触媒材料を含むことができる。そのような触媒材料には、例えば、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、ロジウム、バリウム、セリウム、および／またはアルカリ金属、アルカリ性土類金属、希土類金属、あるいはそれらの組み合わせが含まれ得る。
【００１７】
ＳＣＲアセンブリ２２は、バナジウムおよびチタンタイプ、プラチナタイプ、またはゼオライトタイプのＳＣＲ触媒などの任意の適切なＳＣＲ触媒を含むことができ、これらの金属の１つまたは複数を含み、ＮＯｘを低減する助けとなるように構成されたハニカム基板または他の構造体を含むことができる。混合器アセンブリ２０は、還元剤が排気ガス流１６に導入された後で、かつその混合物をＳＣＲアセンブリ２２に導入する前に、還元剤を排気ガス流１６と混合するように構成されている。混合器アセンブリ２０は、混合物の分解を促進し、かつ／または排気ガスおよび還元剤が十分に混ざるための十分な時間を提供する構造体を含む。構造体には、オリフィス、偏向器、旋回器、バッフル、または混合を促進する他の任意の適切な構造体が含まれ得る。
【００１８】
添加システム２４は、排気システム１４に接続されて、還元剤を排気ガス流１６に供給する。添加システム２４は、添加装置を保持するキャビネットなどのハウジング２６内に部分的に、または完全に配置することができる。添加システム２４は、ポンプ装置２８、還元剤源３０、および取り出し装置３２を含むことができる。
【００１９】
還元剤源３０は、例えば、還元剤溶液を貯蔵する低圧タンクとすることができる。還元剤源３０は、ハウジング２６から離れて配置されてよいし、またはハウジング２６上、もしくはハウジング２６内に統合されてもよい。還元剤は、例えば、尿素水溶液、またはＳＣＲで還元剤として使用するのに適した他の流体とすることができる。
【００２０】
第１の流体路３４は、還元剤源３０を取り出し装置３２に流体的に接続する。第１の流体路３４は、取り出し装置３２からポンプ装置２８までの流路長さである長さＬ１を有する。
【００２１】
ポンプ装置２８は、排気ガス流１６に導入するために、還元剤を還元剤源３０から第１の流体路３４を介して取り出し装置３２に移送するように置かれ、構成されている。ポンプ装置２８は、還元剤を還元剤源３０から取り出し装置３２に送達できる任意の適切な装置とすることができる。例えば、ポンプ装置２８は、例えば、膜ポンプなどの流量調節ポンプとすることができる。ポンプ装置２８は、例えば、電気モータによってなど、エンジン１２から独立して駆動されてよいし、またはエンジン１２によって駆動されてもよい。
【００２２】
添加システム２４は、バイパス路３８を含むことができる。バイパス路３８は、ポンプ装置２８と取り出し装置３２との間の位置で、還元剤源３０を第１の流体路３４に流体的に接続する。第１の弁４０が、バイパス路３８に接続されている。第１の弁４０は、バイパス路３８を通る流れを選択的に可能にするか、または遮断することができる任意の適切な弁とすることができる。図示した実施形態では、第１の弁４０は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な、空気駆動式スプリング付勢制御弁である。第１の弁４０は、第１の位置で、バイパス路３８を通る流れを選択的に可能にし、第２の位置で、バイパス路３８を通る流れを選択的に遮断する。
【００２３】
添加システム２４は、加圧ガス源４２、圧力レギュレータ４４、第２の弁４６、および第３の弁４８を含む。第２の流体路５０は、加圧ガス源４２を取り出し装置３２に流体的に接続し、第３の流体路５２は、加圧ガス源４２を第１の弁４０の制御ポート５４に流体的に接続する。
【００２４】
加圧ガス源４２は、ハウジング２６から離れて配置されてよいし、またはハウジング２６上、またはハウジング２６内に統合されてもよい。加圧ガス源４２は、ポンプおよび／または空気などの加圧ガスを収容する加圧容器を含むことができる。加圧ガスは、還元剤の噴霧化を改善するために、取り出し装置３２で還元剤と混合することができる。
【００２５】
圧力レギュレータ４４は、第２の流体路５０内のガス圧を機械的に調整するように配置されている。圧力レギュレータ４４は、圧力損失後、適切な圧力が取り出し装置３２で維持されて、還元剤の噴射を補助するように、加圧ガス源４２の近くで適切な圧力を維持することができる。
【００２６】
第２の弁４６は、加圧ガス源４２を第２の流体路５０を介して取り出し装置３２に選択的に流体接続するように配置されている。第２の弁４６は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な、例えば、ソレノイド駆動式で、スプリングで付勢された制御弁などの任意の適切な弁とすることができる。第２の弁４６は、第１の位置で、第２の流路５０を通る流れを選択的に可能にし、第２の位置で、第２の流路５０を通る流れを選択的に遮断する。
【００２７】
第３の弁４８は、加圧ガス源４２を第３の流体路５２を介して第１の弁４０の制御ポート５４に選択的に流体接続するように配置されている。第３の弁４８は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な、例えば、３つのポートを備えた、ソレノイド駆動式で、スプリングで付勢された方向制御弁などの任意の適切な弁とすることができる。第３の弁４８は、第１の位置で、制御ポート５４を大気に流体的に接続し、第２の位置で、加圧ガス源４２を制御ポート５４に流体的に接続する。したがって、図示した実施形態では、第３の弁４８が第１の位置にある場合、制御ポート５４および第３の流体路５２にある任意の加圧ガスは大気に排出されて、第１の弁４０が開くのを可能にする。第３の弁４８が第２の位置にある場合、加圧ガス源からの加圧ガスは、第１の弁４０を強制的に閉じさせる空気制御信号として働く。別の実施形態では、第３の弁４８は削除され、第１の弁は別の供給源から駆動することができる。例えば、第１の弁４０は、ソレノイドで駆動することができる。
【００２８】
取り出し装置３２は、還元剤を排気ガス流１６に導入できる任意の適切な装置とすることができる。図３を参照すると、取り出し装置３２は、第１の流路６０、第２の流路６２、およびノズル６４を含む。第１の流路６０は、第２の流体路５０に流体的につながり、加圧ガスがノズル６４に入るのを可能にする。第２の流路６２は、第１の流体路３４に流体的につながり、還元剤溶液がノズル６４に入るのを可能にする。ノズル６４は、混合器アセンブリ２０に隣接して配置されるか、または少なくとも一部が混合器アセンブリ２０内に配置される。したがって、ノズル６４の一部は排気ガス流１６にさらされる。
【００２９】
図４を参照すると、ノズル６４は、第１の流路６０に流体的につながる第１のノズル路６６と、第２の流路６２に流体的につながる第２のノズル路６８とを含む。第１のノズル路６６および第２のノズル路６８は、チャンバ７０によって流体的に接続されている。したがって、第１のノズル路６６からの加圧ガスと、第２のノズル路６８からの加圧還元剤溶液とはチャンバ７０で合流する。
【００３０】
チャンバ７０は、複数のオリフィス７４を介して混合器アセンブリ２０に流体的に接続された１つまたは複数の噴射路７２を含む。オリフィス７４は、流れを圧力拘束する比較的小さい面積を有することができる。チャンバ７０内の混合された加圧ガスおよび加圧還元剤は、圧力拘束に打ち勝つ十分な圧力（圧力差）を有することができる。したがって、加圧ガスおよび加圧還元剤はオリフィス７４を通り、混合器アセンブリ２０内に霧散することができる。
【００３１】
図１および図２を参照すると、動力システム１０はまた、ガス圧センサ７６および制御システム７８を含む。制御システム７８は、エンジン１２、排気システム１４、および添加システム２４の様々な部分を制御および観測する１つまたは複数のコントローラ８０を含む。コントローラ８０は、例えば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）などの、機械プロセスを自動化する当技術分野で公知の任意のタイプのプログラム可能ロジックコントローラとすることができる。制御システム７８は、エンジン１２、排気システム１４、および添加システム２４を制御および観測する単一のコントローラ、または複数のコントローラを有することができる。例えば、コントローラ８０は、電線８２を介してポンプ装置２８の動作、電線８４を介して第２の弁４６の動作、および電線８６を介して第３の弁４８の動作を制御することができる。
【００３２】
コントローラ８０はまた、電線（図示せず）を介して動力システム１０の他の構成要素、例えば、エンジン１２、オペレータステーション（図示せず）、および排気システム１４などに接続することができる。例えば、コントローラ８０は、排気システム１４内に配置された温度センサおよび排出物センサ（例えば、ＮＯｘセンサ）に電気的に接続することができる。コントローラ８０は、例えば、ＳＣＲアセンブリ２２の下流などの１つまたは複数の位置で排気ガス流中のＮＯｘの量を観測することができる。排出物センサは、信号をコントローラ８０に送ることができ、コントローラは、（ｉ）添加システムが還元剤を排気ガス流１６に噴射する添加イベントを開始し、（ｉｉ）添加を中止するか、または（ｉｉｉ）間欠的添加イベントの持続時間もしくは頻度を変える（例えば、各噴射の期間または噴射間隔を変える）ように添加システム２４を制御することができる。
【００３３】
さらに、コントローラ８０はまた、排気ガス温度を示す、温度センサからの信号を受け取ることができる。コントローラ８０は、排気システム１４内の温度が、例えば、約１８０℃以上であり、選択的触媒還元が起こり得るしきい値温度を超えた場合に、添加イベントを開始することができる。排気ガス温度がしきい値温度を超えると、排気システムに配置された温度センサは、コントローラ８０に信号を送る。
【００３４】
ガス圧センサ７６は、第２の流体路５０内に配置され、電線８８を介してコントローラ８０に電気的に接続されている。ガス圧センサ７６は、第２の流体路５０内のガス圧を示す信号をコントローラ８０に入力として供給する。ガス圧センサ７６からの信号が、添加システム２４の適切な動作に適さないガス圧を示す場合、コントローラ８０は、電線８６を介して、第１の位置から第２の位置に移動するように第２の弁４６を制御し、それによって、第２の流体路５０を通る加圧ガスの流れを遮断する。第２の弁４６を第１の位置に移動させることで、加圧ガス源４２は、第１の弁４０の制御ポート４５からも切り離される。したがって、第１の弁４０は第２の位置に移動して、第１の流体路内の流体が還元剤源３０に戻るのを可能にする。
【００３５】
添加システム２４はまた、必要に応じて、第１の流体路３４内で、還元剤源３０とポンプ装置２８との間に配置された第１の逆止弁９０と、第１の流体路３４内で、ポンプ装置２８とバイパス路３８との間に配置された第２の逆止弁９２とを含むことができる。
【００３６】
産業上の利用性
開示した添加システムは、機関車または発電機などの排気ガス排出物を低減するために、流体を排気システムに送達する任意のシステムで使用することができる。開示した添加システムを使用して、機関車用途、公道用トラックまたは車両、オフハイウェイトラックまたは機械、土工機械、発電機、航空宇宙用途、船舶用途、ポンプ、静止機械、あるいは他のエンジン駆動式用途を含む、排気システムを有する任意の機械内の選択的触媒還元に影響を及ぼすことができる。
【００３７】
図１〜３に示すように、取り出し装置３２は、排気ガス流１６に隣接している。エンジンが、特に、非アイドリング状態で動作している場合、排気ガス流１６からの熱は、高温領域Ｈを生じさせる。高温領域Ｈは、エンジン動作中に、温度が所定のしきい値温度を超えることがある領域を示す。しきい値温度は、尿素が結晶化または分解し、析出物を形成する温度である。図１および図２では、図示するために、高温領域Ｈは、排気システム１４、取り出し装置３２、および第１の流体路３４の一部を囲んで示されている。しかし、高温領域Ｈは、図に示したよりも大きい、または小さい範囲を囲んでもよい。例えば、高温領域Ｈは、取り出し装置３２の一部だけを囲んでもよい。
【００３８】
コントローラ８０は、ＳＣＲを促進するために、還元剤を排気ガス流１６に間欠的に噴射する（すなわち、間欠的添加イベント）ように添加システム２４を制御する。噴射の頻度は、それらに限定するものではないが、エンジンの動作状態、排気ガスの温度、ＳＣＲアセンブリのＮＯｘを低減する効率、還元剤の濃度、および他の因子などの様々な因子に応じて変えることができる。間欠的添加イベントの合間において、高温領域に（例えば、ノズルに）残った任意の還元剤が分解して析出物を形成することがある。析出物の形成を低減する、またはなくすために、添加システム２４は、間欠的添加イベントの合間に還元剤を高温領域から排除する。
【００３９】
図５は、添加システム２４を操作する方法を提示している。エンジン１２が回転して排気ガスを発生させており、ポンプ装置２８が満たされて、還元剤を取り出し装置３２に送達する準備ができたときに、示したステップが実行される。多くのポンプ装置は空気をうまく吐出しないので、ポンプ装置を満たすとは、ポンプ装置を所望の作動流体（例えば、還元剤）で満たして、ポンプ装置から空気を排出することを意味する。満たされていないポンプ装置は、作動流体を効果的に汲み上げることができず、一方、満たされたポンプ装置は、必要な場合に、作動流体を送出することができる。
【００４０】
ステップ３００で、制御システム７８は、添加イベントの実行を命令する。例えば、コントローラ８０は、排気ガス温度と、排気ガス流１６中のＮＯｘとを示す信号を受け取り、ＳＣＲプロセスで還元剤が必要とされていると判断する。それに応じて、制御システム７８は、１回の添加イベントを実行するか、または複数の間欠的添加イベントを特定の頻度で実行するように添加システム２４を制御する。例えば、制御システム７８は、ポンプ装置２８を作動させ、１つまたは複数の弁を駆動する。
【００４１】
ステップ３１０で、添加システム２４は、還元剤を排気ガス流１６に噴射する第１の添加イベントを実行する。図１を参照すると、添加イベント中に、ポンプ装置２８が作動され、第１の弁４０が第１の位置に配置されて、バイパス路３８を通る流れを遮断し、第２の弁４６が第１の位置に配置されて、加圧ガス流が第２の流体路５０を通るのを可能にし、第３の弁４８が第２の位置に配置されて、加圧ガス源４２を第１の弁４０の制御ポート５４に流体的に接続する。
【００４２】
ポンプ装置２８は、還元剤源３０から還元剤を引き込み、圧力下で還元剤を第１の流体路３４を介して取り出し装置３２に移送する。さらに、加圧ガス源４２は、加圧ガスを第２の流体路５０を介して取り出し装置３２に移送する。図３に示すように、加圧ガスおよび加圧還元剤は、それぞれ第１の流路６０および第２の流路６２を介して取り出し装置３２に流入し、ノズル６４に向かって流れる。図４に示すように、加圧ガスおよび加圧還元剤は、それぞれ第１のノズル路６６および第２のノズル路６８を介して流れ、チャンバ７０で混合する。チャンバ７０内のガスおよび還元剤の圧力は、オリフィス７４の圧力拘束を超えることができ、還元剤および空気の混合物がオリフィス７４を介して排気システム１４内に霧散する。
【００４３】
ステップ３１５で、高温領域から還元剤を排除する。図示した実施形態では、還元剤は、取り出し装置と、第１の流体路３４（すなわち、供給管）の一部とから排除される。他の実施形態では、還元剤は、取り出し装置またはその一部から排除されさえすればよい。図２を参照すると、高温領域浄化イベント中に、ポンプ装置２８は停止し、第１の弁４０は第１の位置に配置されて、還元剤源３０をバイパス路３８を介して第１の流体路３４に流体的に接続し、第２の弁４６は、第１の位置に配置されて、加圧ガス流が第２の流体路５０を通るのを可能にし、第３の弁４８は第１の位置に配置されて、第１の弁４０の制御ポート５４を第３の流体路５２を介して大気に流体的に接続する。
【００４４】
加圧ガス源４２は、加圧ガスを第２の流体路５０を介して取り出し装置３２に移送する。図３に示すように、加圧ガスは、第１の流路６０を介して取り出し装置３２に流入し、ノズル６４に向かって流れる。図４に示すように、加圧ガスはさらに、第１のノズル路６６を介してチャンバ７０に流れ込む。ポンプ装置２８は、この時点で動作していないので、第２のノズル路６８は、オリフィス７４の圧力拘束よりも流れに対する抵抗が低くなっている。したがって、加圧空気は第２のノズル路６８に流れ込み、第２の流路６２を介して取り出し装置３２から流れ出る。この場合に、加圧ガス流は、残った還元剤を取り出し装置３２の外に押し出す。
【００４５】
還元剤および加圧空気の混合物は、第１の流体路３４を通って還元剤源３０の方に長さＬ２だけ戻ることを強いられる。長さＬ２は、ポンプ装置２８の前（すなわち、Ｌ２はＬ１よりも短い）であるが、取り出し装置３２と、取り出し装置３２に近接した第１の流体路３４とに残っていた還元剤が、高温領域Ｈの外に出るほど十分に遠い、第１の流体路３４に沿った距離に相当する。それにより、還元剤は、添加時の還元剤の流れの方向とは反対の方向に、取り出し装置３２から排除される。
【００４６】
ポンプ装置２８に近い方の第１の流体路３４内の還元剤は、バイパス路３８が、止まったポンプ装置２８を通るよりも流れ抵抗が小さいように構成されているため、バイパス路３８に沿って押される。
【００４７】
ポンプ装置が浄化される前であるが、残っている還元剤および加圧ガスの混合物が高温領域Ｈから離れるまで排除された時点で、浄化ステップ３１５が中止される。浄化ステップ３１５を中止するトリガは、所定の時間間隔に基づくか、ポンプが浄化されないことを保証する加圧ガスの圧力制御に基づくか、コントローラ８０による次の添加イベントの開始要求に基づくか、または還元剤源に戻された還元剤の量などの何らかの他の要因に基づくことができる。
【００４８】
排除を中止するために、第２の弁４６は、加圧ガスが第２の流体路５０を通って取り出し装置３２に流れる第１の位置に残る。同時に、第３の弁４８は第２の位置に配置される。結果として、第１の弁４０は、第１の位置から第２の位置に変わり、バイパス路３８を通る流体流れを遮断する。第１の弁４０は閉じられ、第２の逆止弁９２は流体流れがポンプ装置２８を通るのを妨げるので、流体のさらなる排除が防止され、加圧ガス源４２によって取り出し装置３２に送達された加圧ガスは、噴射路７２を出て混合器アセンブリ２０に至る。あるいは、排除を中止するために、第２の弁４６を第２の位置に配置して、取り出し装置３２への加圧ガスの流れを止めることができる。
【００４９】
ステップ３１４で、添加システム２４は、還元剤を排気ガス流１６に噴射する次の添加イベントを実行する。次の添加イベントであるステップ３１４は、第１の添加イベントであるステップ３１０と動作上同じであるが、添加イベントの持続時間は異なってもよい。
【００５０】
エンジンが（非アイドリング動作状態などの）動作中であり、ＳＣＲが望ましい間、添加システム２４は、添加イベントの後に高温領域から還元剤を排除するパターンを繰り返す。この方法では、添加イベントの合間の期間中に、システム内の還元剤が、分解および析出物の形成をもたらすことがある高温にさらされることはない。さらに、システムの浄化により、ポンプ装置２８から還元剤が排除されることはない。したがって、ポンプ装置２８は満たされたままであり、引き続き、要求に応じて、還元剤を取り出し装置３２に素速く供給することができる。間欠的浄化イベントはまた、システム全体が浄化されて還元剤源３０に戻される場合よりも圧縮ガスの消費が少ない。
【００５１】
図５の方法は、２つの添加イベントの合間ごとの浄化イベントについて説明しているが、当業者ならば、複数の連続する添加イベントの後など、より低い頻度で浄化イベントを行うことができると分かるであろう。
【００５２】
開示した添加システムに対して様々な修正および変形を行うことができることが同業者には明らかであろう。開示した方法および装置の仕様および実施を検討することで、他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。仕様および実施を単なる例示とみなすことが意図され、真の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示される。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、還元剤添加システムを含む排気システムに関する。特に、本開示は、還元剤添加システムを浄化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムは、化石燃料駆動式システムから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する方法を提供する。ＳＣＲ中に、触媒は、尿素などの還元剤とＮＯｘとの間の反応を促進して、水および窒素ガスを生成し、それによって、排気ガスからＮＯｘを除去する。通常、還元剤は、ＳＣＲ触媒の上流で排気ガスと混合される。
【０００３】
還元剤添加システムを使用して、尿素などの還元剤を排気ガス流に導入することができる。例えば、尿素は水と混合され、タンクに貯蔵される。動力システムが作動し、排気ガスを発生させると、尿素混合物がタンクからポンプで汲み上げられ、ノズルを介して排気ガス流に間欠的に散布される。
【０００４】
尿素添加システムの課題は、尿素混合物が凍結する周囲温度が比較的高い（すなわち、約−１１℃）ことに関係する。尿素が凍結すると、尿素は添加システム内で膨張し、噴射装置ノズルなどの複雑な部品に損傷を与えることがある。さらに、高い温度にさらされた場合に、尿素は分解して、添加用部品を詰まらせる恐れがある析出物を形成することがある。
【０００５】
Ｇｅｒｌａｃｈによる（特許文献１）は、尿素添加システムを浄化する方法を開示している。（特許文献１）は、エンジンが停止され、凍結する恐れがある場合、加圧空気を使用して、調量弁および試剤ポンプから尿素を除去する。
【０００６】
（特許文献１）に開示された方法は、添加システムでの尿素凍結という問題には対処し得る、エンジンが動作している間の高温での尿素分解という問題に対処できない可能性がある。例えば、ノズルに残った尿素が、噴射の合間に分解して、析出物を形成する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１６３２３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、既存技術の欠点の１つまたは複数を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様では、本開示は、還元剤を排気ガス流に導入する方法に関する。方法は、第１の添加イベントの実行を命令することと、第１の添加イベントの実行命令に応じて、還元剤を取り出し装置に供給することと、還元剤を取り出し装置から排気ガス流に投入し、還元剤を取り出し装置から還元剤源に向けて押し出すことを含むことができ、十分な還元剤がポンプ装置および流体路内に残って、ポンプ装置を満たされた状態に保つ。
【００１０】
別の態様によれば、本開示はまた、添加システムを浄化する方法に関する。方法は、還元剤をポンプ装置から第１の流体路を介して取り出し装置に供給することと、還元剤を取り出し装置から排気ガス流に散布することと、還元剤を取り出し装置から第１の流体路に沿ってポンプ装置の方に押し出すことと、取り出し装置からの還元剤が、第１の流体路に沿った、第１の長さ未満の第２の長さになったときに、還元剤を第１の流路に沿って押し出すのを中止することを含むことができ、ポンプ装置から取り出し装置までの第１の流体路の長さは第１の長さである。
【００１１】
別の態様によれば、本開示は、還元剤添加システムに関する。還元剤添加システムは、ポンプ装置を満たされた状態に保つのに十分な還元剤をポンプ装置内に維持しながら、加圧ガス源からの加圧ガスを用いて、還元剤を取り出し装置から第１の流体路に沿ってポンプ装置の方に排除するように構成された制御システムを有することができる。制御システムは、取り出し装置が還元剤をエンジンの排気ガス流に間欠的に投入する合間に、還元剤を排除することができる。
【００１２】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面には、本明細書とともに、開示したシステムの原理を説明する助けとなる開示の例示的な実施形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】開示した例示的な動力システムの第１の概略図である。
【図２】動力システムの第２の概略図である。
【図３】図１の添加システムの開示した例示的な取り出し装置の概略図である。
【図４】図３の取り出し装置の開示した例示的なノズルの断面図である。
【図５】開示した例示的な添加方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１および図２を参照すると、例示的な動力システム１０が開示されている。動力システム１０は、エンジン１２および排気システム１４を含む。エンジン１２は、燃料システム、空気システム、冷却システム、周辺機器、駆動系部品、ターボチャージャなどの図示していない特徴部を含む。エンジン１２は、（内燃、タービン、ガス、ディーゼル、ガス燃料、天然ガス、プロパンなどの）任意のタイプのエンジンとすることができ、任意の数量かつ任意の構成（「Ｖ」型、直列、星型など）のシリンダを有する任意の容量とすることができる。エンジン１２を使用して、機関車用途、公道用トラックまたは車両、オフハイウェイトラックまたは機械、土工機械、発電機、航空宇宙用途、船舶用途、ポンプ、静止機械、あるいは他のエンジン駆動式用途を含む任意の機械または他の装置を駆動することができる。
【００１５】
排気システム１４は、エンジン１２の排気ガス流１６からの望ましくない排出物を低減するように設計された１つまたは複数の排気ガス後処理装置を含む。排気ガス後処理装置には、それらに限定するものではないが、再生装置、熱源、酸化触媒、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択的接触還元触媒（ＳＣＲ）、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ）、マフラ、またはエンジン１２から出た排気ガス流１６を処理するために必要な他の装置を含む、様々な排出物処理技術が含まれ得る。
【００１６】
図示した実施形態では、排気システム１４は、酸化触媒システム１８、混合器アセンブリ２０、およびＳＣＲアセンブリ２２を含む。酸化触媒システム１８は、様々な形で構成することができ、排気ガスに含有される炭化水素、一酸化炭素、および／または窒素酸化物を収集、吸収、吸着、および／または変換するのに有用な触媒材料を含むことができる。そのような触媒材料には、例えば、アルミニウム、プラチナ、パラジウム、ロジウム、バリウム、セリウム、および／またはアルカリ金属、アルカリ性土類金属、希土類金属、あるいはそれらの組み合わせが含まれ得る。
【００１７】
ＳＣＲアセンブリ２２は、バナジウムおよびチタンタイプ、プラチナタイプ、またはゼオライトタイプのＳＣＲ触媒などの任意の適切なＳＣＲ触媒を含むことができ、これらの金属の１つまたは複数を含み、ＮＯｘを低減する助けとなるように構成されたハニカム基板または他の構造体を含むことができる。混合器アセンブリ２０は、還元剤が排気ガス流１６に導入された後で、かつその混合物をＳＣＲアセンブリ２２に導入する前に、還元剤を排気ガス流１６と混合するように構成されている。混合器アセンブリ２０は、混合物の分解を促進し、かつ／または排気ガスおよび還元剤が十分に混ざるための十分な時間を提供する構造体を含む。構造体には、オリフィス、偏向器、旋回器、バッフル、または混合を促進する他の任意の適切な構造体が含まれ得る。
【００１８】
添加システム２４は、排気システム１４に接続されて、還元剤を排気ガス流１６に供給する。添加システム２４は、添加装置を保持するキャビネットなどのハウジング２６内に部分的に、または完全に配置することができる。添加システム２４は、ポンプ装置２８、還元剤源３０、および取り出し装置３２を含むことができる。
【００１９】
還元剤源３０は、例えば、還元剤溶液を貯蔵する低圧タンクとすることができる。還元剤源３０は、ハウジング２６から離れて配置されてよいし、またはハウジング２６上、もしくはハウジング２６内に統合されてもよい。還元剤は、例えば、尿素水溶液、またはＳＣＲで還元剤として使用するのに適した他の流体とすることができる。
【００２０】
第１の流体路３４は、還元剤源３０を取り出し装置３２に流体的に接続する。第１の流体路３４は、取り出し装置３２からポンプ装置２８までの流路長さである長さＬ１を有する。
【００２１】
ポンプ装置２８は、排気ガス流１６に導入するために、還元剤を還元剤源３０から第１の流体路３４を介して取り出し装置３２に移送するように置かれ、構成されている。ポンプ装置２８は、還元剤を還元剤源３０から取り出し装置３２に送達できる任意の適切な装置とすることができる。例えば、ポンプ装置２８は、例えば、膜ポンプなどの流量調節ポンプとすることができる。ポンプ装置２８は、例えば、電気モータによってなど、エンジン１２から独立して駆動されてよいし、またはエンジン１２によって駆動されてもよい。
【００２２】
添加システム２４は、バイパス路３８を含むことができる。バイパス路３８は、ポンプ装置２８と取り出し装置３２との間の位置で、還元剤源３０を第１の流体路３４に流体的に接続する。第１の弁４０が、バイパス路３８に接続されている。第１の弁４０は、バイパス路３８を通る流れを選択的に可能にするか、または遮断することができる任意の適切な弁とすることができる。図示した実施形態では、第１の弁４０は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な、空気駆動式スプリング付勢制御弁である。第１の弁４０は、第１の位置で、バイパス路３８を通る流れを選択的に可能にし、第２の位置で、バイパス路３８を通る流れを選択的に遮断する。
【００２３】
添加システム２４は、加圧ガス源４２、圧力レギュレータ４４、第２の弁４６、および第３の弁４８を含む。第２の流体路５０は、加圧ガス源４２を取り出し装置３２に流体的に接続し、第３の流体路５２は、加圧ガス源４２を第１の弁４０の制御ポート５４に流体的に接続する。
【００２４】
加圧ガス源４２は、ハウジング２６から離れて配置されてよいし、またはハウジング２６上、またはハウジング２６内に統合されてもよい。加圧ガス源４２は、ポンプおよび／または空気などの加圧ガスを収容する加圧容器を含むことができる。加圧ガスは、還元剤の噴霧化を改善するために、取り出し装置３２で還元剤と混合することができる。
【００２５】
圧力レギュレータ４４は、第２の流体路５０内のガス圧を機械的に調整するように配置されている。圧力レギュレータ４４は、圧力損失後、適切な圧力が取り出し装置３２で維持されて、還元剤の噴射を補助するように、加圧ガス源４２の近くで適切な圧力を維持することができる。
【００２６】
第２の弁４６は、加圧ガス源４２を第２の流体路５０を介して取り出し装置３２に選択的に流体接続するように配置されている。第２の弁４６は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な、例えば、ソレノイド駆動式で、スプリングで付勢された制御弁などの任意の適切な弁とすることができる。第２の弁４６は、第１の位置で、第２の流路５０を通る流れを選択的に可能にし、第２の位置で、第２の流路５０を通る流れを選択的に遮断する。
【００２７】
第３の弁４８は、加圧ガス源４２を第３の流体路５２を介して第１の弁４０の制御ポート５４に選択的に流体接続するように配置されている。第３の弁４８は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な、例えば、３つのポートを備えた、ソレノイド駆動式で、スプリングで付勢された方向制御弁などの任意の適切な弁とすることができる。第３の弁４８は、第１の位置で、制御ポート５４を大気に流体的に接続し、第２の位置で、加圧ガス源４２を制御ポート５４に流体的に接続する。したがって、図示した実施形態では、第３の弁４８が第１の位置にある場合、制御ポート５４および第３の流体路５２にある任意の加圧ガスは大気に排出されて、第１の弁４０が開くのを可能にする。第３の弁４８が第２の位置にある場合、加圧ガス源からの加圧ガスは、第１の弁４０を強制的に閉じさせる空気制御信号として働く。別の実施形態では、第３の弁４８は削除され、第１の弁は別の供給源から駆動することができる。例えば、第１の弁４０は、ソレノイドで駆動することができる。
【００２８】
取り出し装置３２は、還元剤を排気ガス流１６に導入できる任意の適切な装置とすることができる。図３を参照すると、取り出し装置３２は、第１の流路６０、第２の流路６２、およびノズル６４を含む。第１の流路６０は、第２の流体路５０に流体的につながり、加圧ガスがノズル６４に入るのを可能にする。第２の流路６２は、第１の流体路３４に流体的につながり、還元剤溶液がノズル６４に入るのを可能にする。ノズル６４は、混合器アセンブリ２０に隣接して配置されるか、または少なくとも一部が混合器アセンブリ２０内に配置される。したがって、ノズル６４の一部は排気ガス流１６にさらされる。
【００２９】
図４を参照すると、ノズル６４は、第１の流路６０に流体的につながる第１のノズル路６６と、第２の流路６２に流体的につながる第２のノズル路６８とを含む。第１のノズル路６６および第２のノズル路６８は、チャンバ７０によって流体的に接続されている。したがって、第１のノズル路６６からの加圧ガスと、第２のノズル路６８からの加圧還元剤溶液とはチャンバ７０で合流する。
【００３０】
チャンバ７０は、複数のオリフィス７４を介して混合器アセンブリ２０に流体的に接続された１つまたは複数の噴射路７２を含む。オリフィス７４は、流れを圧力拘束する比較的小さい面積を有することができる。チャンバ７０内の混合された加圧ガスおよび加圧還元剤は、圧力拘束に打ち勝つ十分な圧力（圧力差）を有することができる。したがって、加圧ガスおよび加圧還元剤はオリフィス７４を通り、混合器アセンブリ２０内に霧散することができる。
【００３１】
図１および図２を参照すると、動力システム１０はまた、ガス圧センサ７６および制御システム７８を含む。制御システム７８は、エンジン１２、排気システム１４、および添加システム２４の様々な部分を制御および観測する１つまたは複数のコントローラ８０を含む。コントローラ８０は、例えば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）などの、機械プロセスを自動化する当技術分野で公知の任意のタイプのプログラム可能ロジックコントローラとすることができる。制御システム７８は、エンジン１２、排気システム１４、および添加システム２４を制御および観測する単一のコントローラ、または複数のコントローラを有することができる。例えば、コントローラ８０は、電線８２を介してポンプ装置２８の動作、電線８４を介して第２の弁４６の動作、および電線８６を介して第３の弁４８の動作を制御することができる。
【００３２】
コントローラ８０はまた、電線（図示せず）を介して動力システム１０の他の構成要素、例えば、エンジン１２、オペレータステーション（図示せず）、および排気システム１４などに接続することができる。例えば、コントローラ８０は、排気システム１４内に配置された温度センサおよび排出物センサ（例えば、ＮＯｘセンサ）に電気的に接続することができる。コントローラ８０は、例えば、ＳＣＲアセンブリ２２の下流などの１つまたは複数の位置で排気ガス流中のＮＯｘの量を観測することができる。排出物センサは、信号をコントローラ８０に送ることができ、コントローラは、（ｉ）添加システムが還元剤を排気ガス流１６に噴射する添加イベントを開始し、（ｉｉ）添加を中止するか、または（ｉｉｉ）間欠的添加イベントの持続時間もしくは頻度を変える（例えば、各噴射の期間または噴射間隔を変える）ように添加システム２４を制御することができる。
【００３３】
さらに、コントローラ８０はまた、排気ガス温度を示す、温度センサからの信号を受け取ることができる。コントローラ８０は、排気システム１４内の温度が、例えば、約１８０℃以上であり、選択的触媒還元が起こり得るしきい値温度を超えた場合に、添加イベントを開始することができる。排気ガス温度がしきい値温度を超えると、排気システムに配置された温度センサは、コントローラ８０に信号を送る。
【００３４】
ガス圧センサ７６は、第２の流体路５０内に配置され、電線８８を介してコントローラ８０に電気的に接続されている。ガス圧センサ７６は、第２の流体路５０内のガス圧を示す信号をコントローラ８０に入力として供給する。ガス圧センサ７６からの信号が、添加システム２４の適切な動作に適さないガス圧を示す場合、コントローラ８０は、電線８６を介して、第１の位置から第２の位置に移動するように第２の弁４６を制御し、それによって、第２の流体路５０を通る加圧ガスの流れを遮断する。第２の弁４６を第１の位置に移動させることで、加圧ガス源４２は、第１の弁４０の制御ポート４５からも切り離される。したがって、第１の弁４０は第２の位置に移動して、第１の流体路内の流体が還元剤源３０に戻るのを可能にする。
【００３５】
添加システム２４はまた、必要に応じて、第１の流体路３４内で、還元剤源３０とポンプ装置２８との間に配置された第１の逆止弁９０と、第１の流体路３４内で、ポンプ装置２８とバイパス路３８との間に配置された第２の逆止弁９２とを含むことができる。
【００３６】
産業上の利用性
開示した添加システムは、機関車または発電機などの排気ガス排出物を低減するために、流体を排気システムに送達する任意のシステムで使用することができる。開示した添加システムを使用して、機関車用途、公道用トラックまたは車両、オフハイウェイトラックまたは機械、土工機械、発電機、航空宇宙用途、船舶用途、ポンプ、静止機械、あるいは他のエンジン駆動式用途を含む、排気システムを有する任意の機械内の選択的触媒還元に影響を及ぼすことができる。
【００３７】
図１〜３に示すように、取り出し装置３２は、排気ガス流１６に隣接している。エンジンが、特に、非アイドリング状態で動作している場合、排気ガス流１６からの熱は、高温領域Ｈを生じさせる。高温領域Ｈは、エンジン動作中に、温度が所定のしきい値温度を超えることがある領域を示す。しきい値温度は、尿素が結晶化または分解し、析出物を形成する温度である。図１および図２では、図示するために、高温領域Ｈは、排気システム１４、取り出し装置３２、および第１の流体路３４の一部を囲んで示されている。しかし、高温領域Ｈは、図に示したよりも大きい、または小さい範囲を囲んでもよい。例えば、高温領域Ｈは、取り出し装置３２の一部だけを囲んでもよい。
【００３８】
コントローラ８０は、ＳＣＲを促進するために、還元剤を排気ガス流１６に間欠的に噴射する（すなわち、間欠的添加イベント）ように添加システム２４を制御する。噴射の頻度は、それらに限定するものではないが、エンジンの動作状態、排気ガスの温度、ＳＣＲアセンブリのＮＯｘを低減する効率、還元剤の濃度、および他の因子などの様々な因子に応じて変えることができる。間欠的添加イベントの合間において、高温領域に（例えば、ノズルに）残った任意の還元剤が分解して析出物を形成することがある。析出物の形成を低減する、またはなくすために、添加システム２４は、間欠的添加イベントの合間に還元剤を高温領域から排除する。
【００３９】
図５は、添加システム２４を操作する方法を提示している。エンジン１２が回転して排気ガスを発生させており、ポンプ装置２８が満たされて、還元剤を取り出し装置３２に送達する準備ができたときに、示したステップが実行される。多くのポンプ装置は空気をうまく吐出しないので、ポンプ装置を満たすとは、ポンプ装置を所望の作動流体（例えば、還元剤）で満たして、ポンプ装置から空気を排出することを意味する。満たされていないポンプ装置は、作動流体を効果的に汲み上げることができず、一方、満たされたポンプ装置は、必要な場合に、作動流体を送出することができる。
【００４０】
ステップ３００で、制御システム７８は、添加イベントの実行を命令する。例えば、コントローラ８０は、排気ガス温度と、排気ガス流１６中のＮＯｘとを示す信号を受け取り、ＳＣＲプロセスで還元剤が必要とされていると判断する。それに応じて、制御システム７８は、１回の添加イベントを実行するか、または複数の間欠的添加イベントを特定の頻度で実行するように添加システム２４を制御する。例えば、制御システム７８は、ポンプ装置２８を作動させ、１つまたは複数の弁を駆動する。
【００４１】
ステップ３１０で、添加システム２４は、還元剤を排気ガス流１６に噴射する第１の添加イベントを実行する。図１を参照すると、添加イベント中に、ポンプ装置２８が作動され、第１の弁４０が第１の位置に配置されて、バイパス路３８を通る流れを遮断し、第２の弁４６が第１の位置に配置されて、加圧ガス流が第２の流体路５０を通るのを可能にし、第３の弁４８が第２の位置に配置されて、加圧ガス源４２を第１の弁４０の制御ポート５４に流体的に接続する。
【００４２】
ポンプ装置２８は、還元剤源３０から還元剤を引き込み、圧力下で還元剤を第１の流体路３４を介して取り出し装置３２に移送する。さらに、加圧ガス源４２は、加圧ガスを第２の流体路５０を介して取り出し装置３２に移送する。図３に示すように、加圧ガスおよび加圧還元剤は、それぞれ第１の流路６０および第２の流路６２を介して取り出し装置３２に流入し、ノズル６４に向かって流れる。図４に示すように、加圧ガスおよび加圧還元剤は、それぞれ第１のノズル路６６および第２のノズル路６８を介して流れ、チャンバ７０で混合する。チャンバ７０内のガスおよび還元剤の圧力は、オリフィス７４の圧力拘束を超えることができ、還元剤および空気の混合物がオリフィス７４を介して排気システム１４内に霧散する。
【００４３】
ステップ３１５で、高温領域から還元剤を排除する。図示した実施形態では、還元剤は、取り出し装置と、第１の流体路３４（すなわち、供給管）の一部とから排除される。他の実施形態では、還元剤は、取り出し装置またはその一部から排除されさえすればよい。図２を参照すると、高温領域浄化イベント中に、ポンプ装置２８は停止し、第１の弁４０は第１の位置に配置されて、還元剤源３０をバイパス路３８を介して第１の流体路３４に流体的に接続し、第２の弁４６は、第１の位置に配置されて、加圧ガス流が第２の流体路５０を通るのを可能にし、第３の弁４８は第１の位置に配置されて、第１の弁４０の制御ポート５４を第３の流体路５２を介して大気に流体的に接続する。
【００４４】
加圧ガス源４２は、加圧ガスを第２の流体路５０を介して取り出し装置３２に移送する。図３に示すように、加圧ガスは、第１の流路６０を介して取り出し装置３２に流入し、ノズル６４に向かって流れる。図４に示すように、加圧ガスはさらに、第１のノズル路６６を介してチャンバ７０に流れ込む。ポンプ装置２８は、この時点で動作していないので、第２のノズル路６８は、オリフィス７４の圧力拘束よりも流れに対する抵抗が低くなっている。したがって、加圧空気は第２のノズル路６８に流れ込み、第２の流路６２を介して取り出し装置３２から流れ出る。この場合に、加圧ガス流は、残った還元剤を取り出し装置３２の外に押し出す。
【００４５】
還元剤および加圧空気の混合物は、第１の流体路３４を通って還元剤源３０の方に長さＬ２だけ戻ることを強いられる。長さＬ２は、ポンプ装置２８の前（すなわち、Ｌ２はＬ１よりも短い）であるが、取り出し装置３２と、取り出し装置３２に近接した第１の流体路３４とに残っていた還元剤が、高温領域Ｈの外に出るほど十分に遠い、第１の流体路３４に沿った距離に相当する。それにより、還元剤は、添加時の還元剤の流れの方向とは反対の方向に、取り出し装置３２から排除される。
【００４６】
ポンプ装置２８に近い方の第１の流体路３４内の還元剤は、バイパス路３８が、止まったポンプ装置２８を通るよりも流れ抵抗が小さいように構成されているため、バイパス路３８に沿って押される。
【００４７】
ポンプ装置が浄化される前であるが、残っている還元剤および加圧ガスの混合物が高温領域Ｈから離れるまで排除された時点で、浄化ステップ３１５が中止される。浄化ステップ３１５を中止するトリガは、所定の時間間隔に基づくか、ポンプが浄化されないことを保証する加圧ガスの圧力制御に基づくか、コントローラ８０による次の添加イベントの開始要求に基づくか、または還元剤源に戻された還元剤の量などの何らかの他の要因に基づくことができる。
【００４８】
排除を中止するために、第２の弁４６は、加圧ガスが第２の流体路５０を通って取り出し装置３２に流れる第１の位置に残る。同時に、第３の弁４８は第２の位置に配置される。結果として、第１の弁４０は、第１の位置から第２の位置に変わり、バイパス路３８を通る流体流れを遮断する。第１の弁４０は閉じられ、第２の逆止弁９２は流体流れがポンプ装置２８を通るのを妨げるので、流体のさらなる排除が防止され、加圧ガス源４２によって取り出し装置３２に送達された加圧ガスは、噴射路７２を出て混合器アセンブリ２０に至る。あるいは、排除を中止するために、第２の弁４６を第２の位置に配置して、取り出し装置３２への加圧ガスの流れを止めることができる。
【００４９】
ステップ３１４で、添加システム２４は、還元剤を排気ガス流１６に噴射する次の添加イベントを実行する。次の添加イベントであるステップ３１４は、第１の添加イベントであるステップ３１０と動作上同じであるが、添加イベントの持続時間は異なってもよい。
【００５０】
エンジンが（非アイドリング動作状態などの）動作中であり、ＳＣＲが望ましい間、添加システム２４は、添加イベントの後に高温領域から還元剤を排除するパターンを繰り返す。この方法では、添加イベントの合間の期間中に、システム内の還元剤が、分解および析出物の形成をもたらすことがある高温にさらされることはない。さらに、システムの浄化により、ポンプ装置２８から還元剤が排除されることはない。したがって、ポンプ装置２８は満たされたままであり、引き続き、要求に応じて、還元剤を取り出し装置３２に素速く供給することができる。間欠的浄化イベントはまた、システム全体が浄化されて還元剤源３０に戻される場合よりも圧縮ガスの消費が少ない。
【００５１】
図５の方法は、２つの添加イベントの合間ごとの浄化イベントについて説明しているが、当業者ならば、複数の連続する添加イベントの後など、より低い頻度で浄化イベントを行うことができると分かるであろう。
【００５２】
開示した添加システムに対して様々な修正および変形を行うことができることが同業者には明らかであろう。開示した方法および装置の仕様および実施を検討することで、他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。仕様および実施を単なる例示とみなすことが意図され、真の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤をエンジン（１２）の排気ガス流（１６）に導入する方法であって、
第１の添加イベントの実行を命令することと、
第１の添加イベントの実行命令に応じて、還元剤を取り出し装置（３２）に供給することであって、ポンプ装置（２８）が、還元剤を還元剤源（３０）から流体路（３４）を介して取り出し装置（３２）の方に移送することと、
還元剤を取り出し装置（３２）から排気ガス流（１６）に投入することと、
還元剤を取り出し装置（３２）から還元剤源（３０）に向けて押し出すことであって、十分な還元剤がポンプ装置（２８）内に残って、ポンプ装置（２８）を満たされた状態に保つ、
を含む方法。
【請求項２】
第２の添加イベントの実行を命令することと、
第２の添加イベントの実行命令に応じて、還元剤を取り出し装置（３２）に供給することと、
還元剤を取り出し装置（３２）から排気ガス流（１６）に投入することをさらに含み、還元剤を取り出し装置（３２）から還元剤源（３０）に向けて押し出すことは、エンジン（１２）が非アイドリング状態で動いている場合、第１の添加イベントと第２の添加イベントとの合間に行われる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ポンプ装置（２８）から取り出し装置（３２）までの流体路（３４）の長さは第１の長さであり、取り出し装置（３２）からの還元剤が流体路（３４）に沿った第２の長さである場合、還元剤を取り出し装置（３２）から還元剤源（３０）に向けて押し出すのを中止することをさらに含み、第２の長さは第１の長さよりも短い、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
還元剤を取り出し装置（３２）から押し出すことは、ポンプ装置（２８）を停止させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
排気ガス流（１６）は、取り出し装置（３２）に近接する高温領域を生じさせ、第２の長さは、高温領域の外にある、流体路（３４）に沿った位置に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
還元剤を取り出し装置（３２）から流体路（３４）に沿って還元剤源（３０）の方に押し出すことは、還元剤を取り出し装置（３２）から排気ガス流（１６）に投入する間欠的なステップの合間に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
還元剤を取り出し装置から還元剤源に向けて押し出すことは、加圧ガスを取り出し装置に移送すことをさらに含み、加圧ガスが、取り出し装置内に残った還元剤と混合する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
エンジン（１２）用の還元剤添加システム（２４）であって、
還元剤源（３０）と、
還元剤源（３０）に流体的に接続されたポンプ装置（２８）と、
第１の流体路（３４）によってポンプ装置（２８）に流体的に接続され、還元剤をエンジン（１２）の排気ガス流（１６）に投入するように構成された取り出し装置（３２）と、
第２の流体路（５０）によって取り出し装置（３２）に流体的に接続される加圧ガス源（４２）と、
取り出し装置（３２）が還元剤をエンジン（１２）の排気ガス流（１６）に間欠的に投入する合間に、ポンプ装置（２８）を満たされた状態に保つのに十分な還元剤をポンプ装置（２８）内に維持しながら、加圧ガス源（４２）からの加圧ガスを用いて、還元剤を取り出し装置（３２）から第１の流体路（３４）に沿ってポンプ装置（２８）の方に排除するように構成された制御システム（７８）と、
を含む還元剤添加システム（２４）。
【請求項９】
排気ガス流（１６）は、取り出し装置（３２）に近接する高温領域を生じさせ、制御システム（７８）は、取り出し装置（３２）が還元剤を間欠的に投入する合間に、還元剤を高温領域から排除するように構成される、請求項８に記載の還元剤添加システム。
【請求項１０】
還元剤源（３０）を第１の流体路（３４）に接続するバイパス路（３８）と、還元剤を第１の流体路（３４）から還元剤源（３０）に選択的に送るように構成された第１の弁（４０）とをさらに含む、請求項８に記載の還元剤添加システム。
【請求項１】
還元剤をエンジン（１２）の排気ガス流（１６）に導入する方法であって、
第１の添加イベントの実行を命令することと、
第１の添加イベントの実行命令に応じて、還元剤を取り出し装置（３２）に供給することであって、ポンプ装置（２８）が、還元剤を還元剤源（３０）から流体路（３４）を介して取り出し装置（３２）の方に移送することと、
還元剤を取り出し装置（３２）から排気ガス流（１６）に投入することと、
還元剤を取り出し装置（３２）から還元剤源（３０）に向けて押し出すことであって、十分な還元剤がポンプ装置（２８）内に残って、ポンプ装置（２８）を満たされた状態に保つ、
を含む方法。
【請求項２】
第２の添加イベントの実行を命令することと、
第２の添加イベントの実行命令に応じて、還元剤を取り出し装置（３２）に供給することと、
還元剤を取り出し装置（３２）から排気ガス流（１６）に投入することをさらに含み、還元剤を取り出し装置（３２）から還元剤源（３０）に向けて押し出すことは、エンジン（１２）が非アイドリング状態で動いている場合、第１の添加イベントと第２の添加イベントとの合間に行われる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ポンプ装置（２８）から取り出し装置（３２）までの流体路（３４）の長さは第１の長さであり、取り出し装置（３２）からの還元剤が流体路（３４）に沿った第２の長さである場合、還元剤を取り出し装置（３２）から還元剤源（３０）に向けて押し出すのを中止することをさらに含み、第２の長さは第１の長さよりも短い、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
還元剤を取り出し装置（３２）から押し出すことは、ポンプ装置（２８）を停止させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
排気ガス流（１６）は、取り出し装置（３２）に近接する高温領域を生じさせ、第２の長さは、高温領域の外にある、流体路（３４）に沿った位置に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
還元剤を取り出し装置（３２）から流体路（３４）に沿って還元剤源（３０）の方に押し出すことは、還元剤を取り出し装置（３２）から排気ガス流（１６）に投入する間欠的なステップの合間に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
還元剤を取り出し装置から還元剤源に向けて押し出すことは、加圧ガスを取り出し装置に移送すことをさらに含み、加圧ガスが、取り出し装置内に残った還元剤と混合する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
エンジン（１２）用の還元剤添加システム（２４）であって、
還元剤源（３０）と、
還元剤源（３０）に流体的に接続されたポンプ装置（２８）と、
第１の流体路（３４）によってポンプ装置（２８）に流体的に接続され、還元剤をエンジン（１２）の排気ガス流（１６）に投入するように構成された取り出し装置（３２）と、
第２の流体路（５０）によって取り出し装置（３２）に流体的に接続される加圧ガス源（４２）と、
取り出し装置（３２）が還元剤をエンジン（１２）の排気ガス流（１６）に間欠的に投入する合間に、ポンプ装置（２８）を満たされた状態に保つのに十分な還元剤をポンプ装置（２８）内に維持しながら、加圧ガス源（４２）からの加圧ガスを用いて、還元剤を取り出し装置（３２）から第１の流体路（３４）に沿ってポンプ装置（２８）の方に排除するように構成された制御システム（７８）と、
を含む還元剤添加システム（２４）。
【請求項９】
排気ガス流（１６）は、取り出し装置（３２）に近接する高温領域を生じさせ、制御システム（７８）は、取り出し装置（３２）が還元剤を間欠的に投入する合間に、還元剤を高温領域から排除するように構成される、請求項８に記載の還元剤添加システム。
【請求項１０】
還元剤源（３０）を第１の流体路（３４）に接続するバイパス路（３８）と、還元剤を第１の流体路（３４）から還元剤源（３０）に選択的に送るように構成された第１の弁（４０）とをさらに含む、請求項８に記載の還元剤添加システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５１５９０６（Ｐ２０１３−５１５９０６Ａ）
【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２０１２−５４６０６４（Ｐ２０１２−５４６０６４）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６０８６６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７９０２６
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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１６日（２０１０．１２．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０６０８６６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７９０２６
【国際公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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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