(57)【要約】ＬＮＴ（13）の上流に燃料改質装置（12）を含む排気処理システム（7）用の脱硫酸方法。燃料改質装置（12）の上流に還元剤を噴射する。還元剤は改質装置（12）内で反応して熱を生じるが、システムは、還元剤の幾らかが逃れてＬＮＴ（13）内で反応してさらに熱を生じるように構成される。この構成により、ＬＮＴ（13）は第一装置（12）より高温で操作でき、ＬＮＴ（13）と第一装置（12）温度を独立して制御可能にする。第一装置（12）を制御するインナーループに命令を与えることでアウターループはＬＮＴ（13）温度を制御する。典型的に、インナーループは還元剤噴射割合をパルス化し、第一装置（12）温度を制限する。アウターループは還元剤噴射割合をより長い時間スケールでパルスして、二つのパルス期間にする。時間を合せて、ある期間からの改質油ピークを前の期間からの温度ピークと合せる。
2009517599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＴ（１３）の脱硫酸方法であって、
前記ＬＮＴ（１３）を脱硫酸する期間内に排気流内に還元剤を噴射し、
第一装置（１２）を通るように前記還元剤を流して、前記還元剤を前記排気内の酸素と反応させて、前記排気内の酸素のかなりの部分を消費させ、
前記ＬＮＴ（１３）を通るように前記排気を流して、
この際、前記還元剤の噴射は、一方はより長く、一方はより短い、二つの異なる時間スケール上で間欠的に行い、
前記各時間スケールの場合での間欠動作は、実質的に還元剤の噴射の無い期間と、実質的に還元剤の噴射のある期間の間のサイクルを含み、
前記より長い時間スケールの期間は、前記より短い時間スケールの対応する期間と比べて、平均で少なくとも約４倍長いことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第一装置は、燃料改質装置（１２）であり、
前記実質的に燃料を噴射するより長い時間スケールの期間は、夫々、前記改質装置（１２）を加熱する期間を含み、
前記改質装置（１２）の加熱は、ストイキオメトリーな燃料対酸素の割合か、これより下で、前記排気が残るような割合での燃料の噴射を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記より短い時間スケールでの還元剤の噴射の間欠動作は、前記第一装置（１２）を過熱から防ぐように機能し、
前記より長い時間スケールでの間欠動作は、前記ＬＮＴ（１３）を過熱から防ぐように機能することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＬＮＴ（１３）を脱硫酸する期間を通じて、前記ＬＮＴ（１３）を少なくとも約５００℃の温度に保つことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記還元剤は化石燃料であり、前記第一装置（１２）は、前記第一装置（１２）内で完全に燃焼されていない化石燃料のほとんどを改質油に変えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＬＮＴ（１３）は、実質的に還元剤の噴射の無い期間と実質的に還元剤の噴射がある期間にわたるより長い時間スケール上のサイクルで最大温度に達し、
前記最大温度は、この期間中に前記ＬＮＴ（１３）に入る排気の最大温度と比べて少なくとも約１００℃より高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＬＮＴ（１３）の温度は、実質的に還元剤の噴射の無い期間と実質的に還元剤の噴射がある期間にわたるより長い時間スケール上のサイクルでピークから少なくとも約５０℃冷却して、
前記ＬＮＴ（１３）は、実質的に還元剤の噴射がある期間の開始でピークの約２５℃内にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記温度は、実質的に還元剤の噴射がある期間の少なくとも最初の約３秒間上昇することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記温度は、実質的に還元剤の噴射が無い期間にわたって少なくとも約４０℃上昇することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記より短い時間スケールの間欠動作は、約０．１から約２秒の期間を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ＬＮＴ（１３）の脱硫酸方法であって、
排気流内に還元剤を噴射し、
第一装置（１２）を通るように前記還元剤を流して、前記還元剤の一部を前記排気内の酸素と反応させて、前記排気内の酸素のかなりの部分を消費させ、
前記ＬＮＴ（１３）を通るように前記排気を流して、
前記還元剤を噴射する段階と前記還元剤を噴射しない段階の間でサイクル化させ、
この際、前記ＬＮＴ（１３）の温度を、少なくとも前記還元剤を噴射しない期間のかなりの部分中で上昇させ、
前記温度を、各サイクルで少なくとも約５０℃で変化させ、
前記温度を、一般的に、前記還元剤を噴射する段階の開始でピークの約２５℃内にすることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記期間内の温度は、この期間中に前記ＬＮＴ（１３）に入る排気の最大温度と比べて少なくとも約１００℃より高い最大値を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記温度は、一般的に、前記還元剤を噴射しない段階の少なくとも最初の約３秒間上昇することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記温度は、一般的に、前記還元剤を噴射しない段階中に少なくとも約４０℃上昇することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記還元剤は化石燃料であり、前記第一装置（１２）は、前記第一装置（１２）内で完全に燃焼されていない化石燃料のほとんどを改質油に変えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
ＬＮＴ（１３）の脱硫酸方法であって、
排気流内に還元剤を噴射し、
第一装置（１２）を通るように前記還元剤を流して、前記還元剤の一部を前記排気内の酸素と反応させて、前記排気内の酸素のかなりの部分を消費させ、
前記ＬＮＴ（１３）を通るように前記排気を流して、前記還元剤のさらなる一部か、この改質された生成物を反応させて前記ＬＮＴ（１３）をさらに加熱させ、
この際、前記ＬＮＴ（１３）内での反応によって十分な熱を生じさせて、前記ＬＮＴ（１３）に入る排気の最大温度よりも少なくとも約１００℃上回るように前記ＬＮＴ内の温度を上昇させることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記還元剤は化石燃料であり、前記第一装置（１２）は、前記第一装置（１２）内で完全に燃焼されていない化石燃料のほとんどを改質油に変えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記還元剤の噴射は、前記ＬＮＴ（１３）の温度を制御するためにパルス化されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
ＬＮＴ（１３）の上流に第一触媒（１２）を有する排気後処理システム内のＬＮＴ（１３）の脱硫酸方法であって、
前記第一触媒（１２）の上流の排気に対するディーゼル燃料の供給を変化させることで最大を有する第一範囲内に前記ＬＮＴ（１３）の温度を制御し、この制御手段は、ディーゼル燃料の供給の二つのモードを有し、この第一モードでは、前記第一触媒（１２）の温度を、最小と最大を有する第二範囲に調整するようにディーゼル燃料を供給することを含み、この第二モードでは、前記ディーゼル燃料の供給を実質的に終了させて、これによって前記第一装置（１２）の温度を前記第二範囲の最小よりも低下させ、
この際、前記第一触媒（１２）に入る排気内の前記ディーゼル燃料の少なくとも大部分を前記第一触媒（１２）内で反応させることを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記第一触媒（１２）は、燃料改質装置（１２）であり、
前記第一モードは、ストイキオメトリーな燃料対酸素の割合か、これより下で、前記排気が去る割合で燃料を噴射することで前記改質装置（１２）を加熱する期間を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＬＮＴ（１３）の温度は、前記第一と第二のモードの間を選択的に変えることで制御されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第一触媒（１２）の温度を制御するために、前記第一モード中、前記第一触媒（１２）に対して前記ディーゼル燃料をパルス化して供給することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第一触媒（１２）内で完全に燃焼されていない前記ディーゼル燃料の大部分を、改質油に変えることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
排気処理システム（７）内のＬＮＴ（１３）の脱硫酸用の制御システムであって、
インナー及びアウターループ制御を有し、前記アウターループによって前記インナーループを制御し、
前記アウターループは、前記ＬＮＴ（１３）の温度制御用にフィードバック制御システムを有し、前記インナーループに命令を与えるように構成され、
前記インナーループは、燃料改質装置（１２）の温度制御用にフィードバック制御システムを有し、前記排気に対する燃料の供給を制御することを特徴とする制御システム。
【請求項２５】
前記アウターループは、前記排気への燃料の供給を停止する結果となるように、命令を与えるように構成されることを特徴とする請求項２４に記載の制御システム。
【請求項２６】
前記アウターループ制御は、前記停止に続き燃料の供給を再開始する結果となるように、命令を与えるように構成されることを特徴とする請求項２５に記載の制御システム。
【請求項２７】
前記システムは、前記アウターループによる停止に続く燃料供給の再開始時に、前記改質装置（１２）を加熱するように構成され、
前記改質装置（１２）の加熱は、ストイキオメトリーな燃料対酸素の割合か、これより下で、前記排気が去る割合で燃料を供給することを含むことを特徴とする請求項２６に記載の制御システム。
【請求項２８】
前記インナーループ制御は、前記改質装置の過熱を防ぐように、前記燃料の供給をパルス化するように構成されることを特徴とする請求項２４に記載の制御システム。
【請求項２９】
前記インナーループ制御は、改質油を生成するモードを有し、このモードでは、前記アウターループから独立して前記改質装置（１２）の温度を制御するが、前記改質油の生成用のモードから前記インナーループを外すように前記アウターループが命令を与える範囲を除くことを特徴とする請求項２４に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル及びリーンバーンガソリンエンジン用の、汚染制御システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンからのＮＯＸ（窒素酸化物）の放出は、環境問題となっている。そこで、米国を含む幾つかの国では、トラックや他のディーゼル駆動自動車からのＮＯＸ放出を制限するように長く規制している。製造者達及び開発者達は、この規制を満たすように、かなりの努力を行っている。
【０００３】
ストイキオメトリー（化学量論）の燃料−空気混合を用いるガソリン駆動自動車では、三元触媒がＮＯＸ放出を制御できることが解っている。しかし、圧縮点火を用いるディーゼル駆動自動車では、一般的に、三元触媒を効果的に用いるには、排気が酸素リッチ過ぎていた。
【０００４】
そこで、ディーゼル駆動自動車からのＮＯＸ放出を制御するために、幾つかの解決策が提案されている。一つの仕方では、エンジンに焦点を合わせている。しかし、排気ガス再循環や、部分的に均一化された燃料−空気の混合は助けになるが、これら技術だけでは、ＮＯＸ放出を除去できない。他の仕方では、自動車の排気からＮＯＸを除くものがある。これらには、リーンバーンＮＯＸ触媒、選択還元触媒（ＳＣＲ）、及びリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴｓ）の利用が含まれる。
【０００５】
リーンバーンＮＯＸ触媒は、酸素リッチ状況下でＮＯＸの除去を促進する。しかし、酸化性雰囲気内でのＮＯＸの除去は、困難である。また、要求される作用、持続性、及び操作温度範囲を有するリーンバーンＮＯＸ触媒を見出すことは、困難であることが解っている。また、リーンバーンＮＯＸ触媒は、熱水作用的に不安定な傾向がある。また、比較的に短い使用の後で、相当な作用の損失が生じている。リーンバーンＮＯＸ触媒は、典型的に、沸石（ゼオライト）ウオッシュコートを用いているが、これは還元微環境を提供すると考えられている。また、ディーゼル燃料のような還元剤を排気内に導入することが一般的に求められており、３％又はこれ以上の燃料経済ペナルティーを導入している。現在、リーンバーン触媒用のピークＮＯＸ変換効率は、許容できない程低い。
【０００６】
ＳＣＲは、一般に、アンモニアによるＮＯＸの選択還元触媒に関する。この反応は、酸化性環境内でも起きる。吸収剤内にＮＯＸを一時的に蓄えることができ、又は排気内にアンモニアを連続して供給できる。ＳＣＲは、ＮＯＸ還元を高いレベルで達成できるが、短所として、アンモニア分配用の構造や適当な前駆物が欠けていた。他の問題として、アンモニアを周囲に放出するおそれがあった。
【０００７】
ＬＮＴｓは、再生中にＮＯＸを還元する触媒とＮＯＸ吸収剤を備えた装置である。吸収剤は、典型的に、アルカリ土類酸化物の吸収剤、例えばＢａＣＯ3を含み、また触媒は、典型的に、貴金属、例えばＰｔやＲｕを含む。リーン排気中、触媒は、ＮＯＸ吸収へ導く酸化反応を速める。堆積したＮＯＸは除かれて、ＬＮＴ内で還元環境を生じさせることでＬＮＴが再生される。還元環境中で、触媒は反応を作用させて、これによって吸収したＮＯＸを還元して、取除く。
【０００８】
ＬＮＴは、脱硝中にアンモニアを生成できる。従って、ＬＮＴとアンモニアＳＣＲ触媒を一つのシステム内に組合わせることが提案されている。再生中にＬＮＴによって生成されるアンモニアは、ＮＯＸ還元用の後の利用のためにＳＣＲ触媒によって捕らえられ、このため、燃料ペナルティーを増やしたり、貴金属を用いることなく、独立型のＬＮＴに対し変換効率を向上させる。特許文献１にはこのようなシステムが開示されている。特許文献２にもこのようなシステムが開示されているが、この場合、単一の外壁内に双方の要素を含ませたり、単一の基盤上に分配している。特許文献３にもこのようなシステムが開示されているが、この場合、ＬＮＴとＳＣＲ触媒の上流に直線に並んだ改質装置（リフォーマー）を設けている。
【０００９】
ＬＮＴ再生用に還元環境を形成することは、排気から酸素のほとんどを除いて、還元剤を提供することを含む。エンジンをストイキオメトリー又はリッチに駆動できる場合を除いて、還元剤の一部は排気内で反応して、酸素を消費する。還元剤との反応によって除かれる酸素の量は、様々な方法で減らすことができる。エンジンにインテークエアスロットルが備えられている場合、このスロットルを用いてもよい。また、変速機のギアレシオを変えて、生成するパワーは等しいがより酸素を含まない操作点までエンジンをシフトしてもよい。しかしながら、少なくともディーゼルエンジンの場合、一般に、排気内に噴射される還元剤との改質反応や燃焼によって、排気内の酸素の幾らかを減らすことが必要とされている。
【００１０】
エンジンや別体の燃料噴射装置を用いて、排気内に還元剤を噴射してもよい。例えば、エンジンは、排気を放出する前に、一つ又は複数のシリンダーの排気内にさらなる燃料を噴射してもよい。あるいは、又は、これに加えて、エンジンの下流の排気内に還元剤を噴射してもよい。
【００１１】
ＬＮＴ内で還元剤と酸素の間の反応を起こすことができるが、一般に、ＬＮＴの上流の触媒内で反応を起こすことが好ましく、これによって、反応の熱が、再生毎にＬＮＴ内で大きな温度上昇を生じさせないようにする。
【００１２】
ＮＯＸの堆積に加えて、ＬＮＴｓは、ＳＯＸ（硫黄酸化物）を堆積する。ＳＯＸは、通常の燃料内に存在する硫黄の燃焼生成物である。硫黄を減らした燃料の場合でも、燃焼によって生成されるＳＯＸの量はかなりある。ＳＯＸは、ＮＯＸよりも強く吸収し、より頻繁ではないものの、再生を、より強く必要とする。脱硫酸（デサルフェーション）は、還元環境と同様に高い温度を必要とする。排気の温度は、特にリーンバーンガソリンエンジンの場合、エンジン調整によって高めることができるが、少なくともディーゼルエンジンの場合、しばしば、さらなる熱を提供することを必要とする。典型的に、この熱は、排気から過度の酸素を除くのに用いられる反応と同じタイプのものを通じて提供される。
【００１３】
特許文献４に開示されたシステムでは、還元剤は、排気流の外側で生成された改質油であって、必要に応じて排気内に噴射される。脱硫酸中、改質油は、酸化触媒の上流で噴射される。酸化触媒上で改質油の燃焼によって生じる熱は、排気によってＬＮＴまで送られて、ＬＮＴを脱硫酸温度まで上昇させる。
【００１４】
特許文献５に開示された排気処理システムでは、ＬＮＴの上流の排気ライン内に燃料改質装置を設けている。改質装置は、酸化及び改質触媒の双方を含む。改質装置は、過度の酸素を除くとともに、ディーゼル燃料還元剤をより反応性の改質油に変えている。脱硫酸のため、改質装置によって生成される熱を用いてＬＮＴを脱硫酸温度まで上昇させている。また、改質装置の温度を制御するために、ディーゼル燃料の噴射をパルス化してもよい。
【特許文献１】米国特許第６，７３２，５０７号公報
【特許文献２】米国特許公開第２００４/００７６５６５号公報
【特許文献３】国際特許第２００４/０９０２９６号公報
【特許文献４】米国特許第６，８３２，４７３号公報
【特許文献５】米国特許公開第２００３/０１０１７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
向上しているものの、耐久性があり、合理的な操作コスト（燃料ペナルティーを含む）で、アメリカ環境庁（EPA）の２０１０年用の規制や他の同様の規制を満足できる程度までディーゼルエンジンからのＮＯＸ放出の除去を実現できる、手ごろで信頼性のある排気処理システムが長い間求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の構想の幾つかは、ＬＮＴの脱硫酸方法に関する。この方法は、一般に、排気処理システム内のＬＮＴの上流に、第一装置、例えば燃料改質装置を設けたシステムに適用される。第一装置の上流には、還元剤を噴射する。還元剤のほとんどは、第一装置内で酸化及び／又は改質されて、ここで熱を発生する。
【００１７】
ＬＮＴの脱硫酸用の本発明の構想の一つに従うと、還元剤及び／又はこの改質された生成物のかなりの追加部分がＬＮＴ内で反応して、さらに熱を生じさせる。典型的に、ＬＮＴ温度は、このため、ＬＮＴに入る排気の温度と比べて、少なくとも約１００℃より高いピークにまで上昇する。この構想では、第一装置よりも高い温度でＬＮＴを操作させるようにして、後述する方法と合わせて、ＬＮＴと第一装置温度を独立して制御することを可能にする。
【００１８】
他の構想は、上述したシステムに適用できる制御手段に関する。この際、第一装置を制御するインナーループに対して命令を与えることで、アウターループによってＬＮＴ温度を制御する。この命令には、例えば、インナーループ用のスイッチモード（例えば、オンとオフのモード間）が含まれる。インナーループは、少なくとも還元剤噴射割合の制御を通じて、第一装置の温度を制御する。典型的に、インナーループは、第一装置の温度を制限するために、還元剤噴射割合をパルス化する。また、アウターループは、ＬＮＴの温度を独立して制御するために、インナーループの操作をパルス化してもよい。
【００１９】
同様の構想は、ＬＮＴの上流に第一装置を含む排気後処理システム内のＬＮＴを脱硫酸する方法にも関する。この方法では、第一装置の上流の排気に対するディーゼル燃料の供給を変化させることで、ＬＮＴの温度を第一範囲内に制御することを含む。この制御手段は、ディーゼル燃料の供給を二つのモードで含み、この第一のモードでは、最小と最大を含む第二範囲内に第一触媒の温度を調整するようにディーゼル燃料を供給し、また、この第二のモードでは、ディーゼル燃料の供給を実質的に終了させて、これによって、第一装置の温度を、第二範囲の最小より下に低下させる。
【００２０】
さらなる構想は、脱硫酸用の制御手段に関し、この際、一方はより短く、一方はより長い、二つの時間スケール上で間欠的となるように、還元剤を噴射することを含む。より長い時間スケール上での間欠は、一般に、ＬＮＴの温度を制御するために用いられる。また、より短い時間スケール上での間欠は、一般に、上流の装置の温度を制御するために用いられており、この装置は、上では第一装置として参照されており、典型的には、燃料改質装置である。
【００２１】
さらなる構想は、ＬＮＴの上流に第一装置と、この第一装置の上流に還元剤供給装置を含む、排気処理システム用の脱硫酸制御手段にも関する。この手段では、ＬＮＴの温度を制御するために、還元剤の供給をパルス化する。このパルス期間と持続は、ＬＮＴ温度が前のパルス中に噴射された還元剤の燃焼に起因するピーク近くに依然ある際に、還元剤をＬＮＴに提供するように選択される。還元剤、熱分解又は改質された物質の一部は、期間又は還元剤の噴射中にＬＮＴ内に蓄えられて、ＬＮＴ内の酸素濃度が上昇する時に還元剤を噴射しない期間中に燃焼させてもよい。少なくとも約５０℃相違する最小と最大の間で各パルス期間でＬＮＴ温度が変化する場合、一般に、ＬＮＴ温度は、還元剤の噴射の開始時に最大の約２５℃内にある。
【００２２】
本発明の構想は、ここで記載した方法のいずれかを実行するように構成された、動力発生システム及び自動車も含む。
【００２３】
この要約の主要な目的は、以下に記載する詳細な説明の理解を助けるために、簡略化された形態で、本発明の構想の幾つかを提供することである。この要約は、“発明”として考えることができる本発明の構想の各々や本発明の構想の各組合せを包括的に記載したものではない。添付した図と合わせて、以下の詳細な説明から、当該技術分野における当業者には、本発明の他の構想も明らかになるであろう。ここにおける特定の説明は、添付した特許請求の範囲に定めた発明のように、本発明の最終的な記載と合わせて、様々な方法で、一般的にしたり、狭めたり、又は、組合わせることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の様々な構想は、ＬＮＴの上流に第一装置を有する排気処理システムに適用可能である。第一装置は触媒を含むが、これは、排気内に含まれる酸素のかなりの部分を、排気に加えられる還元剤との反応によって消費するように操作できる。このような装置の下流の排気内には、適度な量の酸素が常に存在するが、一般に、この装置は、排気から酸素のほとんどを除くように適用できる。
【００２５】
好ましくは、第一装置は、ディーゼル燃料のような化石燃料還元剤から改質油を生成するように操作できるが、本発明の構想は、これに限定されない。例えば、排気ラインの外側で改質油を生成して、酸化触媒のように単に操作される、第一装置の上流に噴射するシステムに対して様々な構想を適用できる。
【００２６】
図１を参照すると、本発明の様々な構想を実施できる、例示的な動力発生システム５について概略的に示している。このシステム５は、エンジン９、変速機８、及び排気後処理システム７を含む。排気後処理システム７は、制御器１０、燃料噴射装置１１、リーンＮＯＸ触媒１５、改質装置１２、リーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）１３、アンモニア−ＳＣＲ触媒１４、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）１６、及びクリーンアップ触媒１７を含む。制御器１０は、温度センサ２０と２１及びＮＯＸセンサ２２と２３を含む、複数の源からデータを受取る。制御器１０は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）でもよく、これは、変速機８と排気後処理システム７も制御し、又は、これら機能を集合的に行う複数の制御ユニットを含んでいてもよい。
【００２７】
変速機８は、任意のタイプでもよい。しかし、幾つかの実施形態では、変速機８は、広い範囲のトルク乗数の多数から選択でき、エンジン９が所定の動力要求を満たすことができる操作点の範囲を利用可能にするタイプでもよい。例えば、変速機８は、連続的に可変の変速機（ＣＶＴ）でもよい。
【００２８】
リーンＮＯＸ触媒１５は、典型的に、排気の一部を構成していたり、リーンＮＯＸ触媒１５によって蓄えられていた炭化水素のような還元剤を用いて、エンジン排気からＮＯＸの一部を除く。ＤＰＦ１６は、排気から粒子を除く。リーン操作（リーン段階）中、ＬＮＴ１３は、ＮＯＸの第二の部分を吸収する。アンモニア−ＳＣＲ触媒１４は、ＬＮＴ１３の前の再生（リッチ段階）から蓄えたアンモニアを有していてもよい。アンモニア−ＳＣＲ触媒１４が蓄えたアンモニアを有している場合、これは、リーン排気からＮＯＸの第三の部分を除く。クリーンアップ触媒１７は、排気内に残る未燃焼炭化水素とＣＯを酸化するように機能できる。
【００２９】
時間が経過するにつれて、堆積したＮＯＸを除くため、ＬＮＴ１３を再生しなくてはならない（脱硝）。脱硝には、改質装置１２を操作温度まで加熱して、燃料噴射装置１１を用いて燃料を噴射することを含んでいてもよい。改質装置１２は、噴射された燃料を用いて、改質油を生成する際、排気から酸素のほとんどを消費する。従って、生成された改質油は、ＬＮＴ１３内で吸収されたＮＯＸを減らす。ＮＯＸの幾らかはＮＨ３に還元されて、このほとんどはアンモニア−ＳＣＲ触媒１４によって捕らえられて、続くリーン段階中にＮＯＸを減らすために用いられる。クリーンアップ触媒１７は、リッチ段階中に排気内に残されていた残留酸素や蓄えた酸素を用いて、未使用の還元剤と未吸収のＮＨ３を酸化する。再生中、リーンＮＯＸ触媒１５は、後の使用のために還元剤を蓄えてもよい。
【００３０】
図２を参照すると、本発明の様々な構想を適用できる他の例示的なシステム２５が示されている。このシステム２５は、システム５と同じ構成要素を多く含むが、リーンＮＯＸ触媒１５又はクリーンアップ酸化触媒１７を含まない。一つの重要な相違点として、このシステム２５内では、改質装置１２とＬＮＴ１３の間にＤＰＦ１４を設ける。この構成は、以下で詳述するように、還元剤の噴射の期間とほぼ合わせてＬＮＴの温度ピークの時間調整をすることを助けることができる。また、ＤＰＦ１４は、改質装置１２とＬＮＴ１３の間にサーマルバッファを設けることで、脱硝中、高温からＬＮＴ１３を保護するように機能できる。ＬＮＴ１３内の温度エスカレーション（温度変動範囲）の数及び／又は大きさを減らすことで、ＬＮＴ１３の寿命を延ばすことができる。
【００３１】
また、時間が経過するにつれて、堆積した硫黄成分を除くため、ＬＮＴ１３を再生しなくてはならない（脱硫酸）。脱硫酸には、改質装置１２を操作温度まで加熱し、ＬＮＴ１３を脱硫酸温度まで加熱して、加熱したＬＮＴ１３に還元環境を提供することを含んでいてもよい。改質装置用の操作温度は、改質装置の構成に基づく。また、脱硫酸温度は変化できるが、典型的に、約５００から約８００℃の範囲内にあり、より典型的には、約６５０から約７５０℃の範囲内にある。最小温度より下では、脱硫酸は非常に遅くなる。また、最大温度より上では、ＬＮＴ１３が損傷を受けるおそれがある。
【００３２】
本発明の構想の一つは、ＬＮＴ１３内の脱硫酸温度を達成したり、維持することに関する。この方法に従うと、ＬＮＴ１３は、排気内に還元剤を噴射することを含む、調整により加熱される。還元剤の一部は、改質装置１２、又は酸化触媒内で反応して、熱を発生してＬＮＴ１３の温度を上昇させるが、還元剤のさらなる部分や、この派生物は、改質装置１２又は酸化触媒を通って、ＬＮＴ１３内で反応する。ＬＮＴ１３内の反応によって、ここに相当量の熱が生じる。この方法の一つの利点として、ＬＮＴ１３と改質装置１２の温度を独立して制御できる。他の利点として、ＬＮＴ１３が改質装置１２から伝達する熱伝道によってのみ加熱される場合、必要とされる度合いまで改質装置１２を加熱しなくてもよい。後者の利点は、改質装置１２とＬＮＴ１３の間で周囲にかなりの熱損失がある場合、特に重要となり得る。また、後者の利点は、ＬＮＴ１３の脱硫酸用の最適な温度に適切に関しない、改質装置１２操作用の最適な温度がある場合にも、重要となり得る。
【００３３】
改質装置１２への還元剤の供給は、典型的に、間欠的に行われる。このことは、ＬＮＴ１３内に燃焼用の反応物を提供することを助けることができる。例えば、還元剤の噴射段階の間、排気は、一般的にリッチになり、酸素濃度は、排気が改質装置１２を通るにつれて非常に低くなることがある。それにもかかわらず、改質装置１２とＬＮＴ１３の間のスペースが十分に大きい場合、このスペース内に堆積した酸素を用いたり、還元剤が噴射されない前の段階中に蓄えられた酸素を用いて、ＬＮＴ１３内で酸化してもよい。他の可能性として、この酸素は、還元剤の噴射段階中に、改質装置１２を通り抜けた酸素でもよい。このような通り抜けは、改質装置１２の低温の操作や、限定した触媒の充填、又は、排気とこの触媒の間の限定した物質移動効率により促進できる。
【００３４】
また、排気内の酸素濃度が高い時、還元剤を噴射しない段階中に、ＬＮＴ１３内で燃焼が生じる可能性がある。このような燃焼は、還元剤を噴射する段階中に、還元剤、例えば、炭化水素、熱分解した還元剤、又は、改質した還元剤がＬＮＴ１３内で吸収された場合に起こり得る。他の可能性として、還元剤を噴射する段階中に、これら成分のいずれかが改質装置１２とＬＮＴ１３の間のスペース内に堆積して、後に続く還元剤を噴射しない段階中に、酸素と混合する場合がある。実施形態の一つでは、ＬＮＴ１３内での燃焼用にＬＮＴ１３に燃料を供給する仕方は、ディーゼル燃料還元剤又はこの還元剤から得た熱分解した成分（クラックしたディーゼル燃料）が、第一装置を通り抜けることを可能にする。通り抜けは、第一装置の作用と物質移動特性、ディーゼル燃料噴射割合、及び／又は、制御される改質装置１２への温度を通じて制御できる。ＬＮＴ１３は、一般に、ほとんどの還元剤の燃焼に関して機能する触媒を含む。
【００３５】
内部で起こる反応によって加熱されるＬＮＴ１３の度合いの測定の一つとして、脱硫酸プロセス中にＬＮＴ１３に入る排気のピーク温度とこのプロセス中にＬＮＴ１３内で起きるピーク温度との比較がある。好ましくは、任意の適当な測定の組合わせを通じて、ＬＮＴ１３内で反応が起きるが、これは、ＬＮＴ１３内の温度を、ＬＮＴ１３内に入る排気のピーク温度と比べて少なくとも約５０℃より高いピークまで上昇させるのに十分である。より好ましくは、この差は、少なくとも約１００℃であり、さらに好ましくは、少なくとも約１５０℃である。
【００３６】
関連する構想として、インナー及びアウターループを含む制御システムがある。アウターループは、インナーループへ命令を与えることで、ＬＮＴ温度を制御する。インナーループは、還元剤噴射割合の制御と、可能なら他の測定の同様の制御によって、第一装置（典型的には、改質装置）の温度を制御する。他の測定として、例えば、エンジン９用のインテークエアスロットルや、変速機８用のトルクレシオの選択を含むことができる。この構成の利点の一つとして、インナーループは、一般に、アウターループよりも動的により速く、排気フローレート、温度、又は成分に影響を与える外乱に対して素早く応答することができる。
【００３７】
図３を参照すると、インナー及びアウターループ制御について例示した制御構造１００が概略的に示されている。ＬＮＴ温度制御器１０２は、脱硫酸スケジューラー／制御器１０１によって作用するが、これは任意の適当な指標を適用して、脱硫酸プロセスの開始時を決定する。ＬＮＴ温度制御器１０２は、状況評価装置（ステートエスティメーター）１０３によって提供されるＬＮＴ温度を考慮する。好ましくは、ＬＮＴ温度は、制御可能なパラメーターと比べて比較的に遅く反応するため、オブザーバーやステートエスティメーターを用いてＬＮＴ温度を決定する。何らかの形態の予測が用いられない場合、ＬＮＴ温度が意図された限界を超える危険性がある。現在の測定温度に基づく推定、この変化の割合、及び、温度測定の遅れの推定は、一般に十分である。
【００３８】
ＬＮＴ温度制御器の出力は、改質装置温度制御器１０６用の命令となる。この命令は、単に、改質装置１２を作動と非作動モードの間でスイッチさせる命令でもよい。作動モード中、改質装置１２は、改質油を生成するのに適する温度に制御される。非作動モード中、改質装置１２は、一般に“オフ”にされるが、これは、還元剤の噴射はなく、改質装置１２は自由冷却することを意味する。
【００３９】
改質装置１２が作動する時、改質装置温度制御器１０６は、少なくとも噴射制御器１０７へ命令を与えることで、改質装置温度を調整する。後述するように、様々なタイプの改質装置があり、タイプごとに様々な構成がある。
【００４０】
改質装置１２のリッチ操作中、排気内に存在する酸素の大部分は、改質油が生成される際に、消費される。反応の実際の順番にかかわらず、改質装置１２の操作は、以下のものと似た反応の組合わせによってモデル化できる。
（１）0.684ＣＨ1.85＋Ｏ2→0.684ＣＯ2＋0.632Ｈ2Ｏ
（２）0.316ＣＨ1.85＋0.316Ｈ2Ｏ→0.316ＣＯ＋0.608Ｈ2
（３）0.316ＣＯ＋0.316Ｈ2Ｏ→0.316ＣＯ2＋0.316Ｈ2
この際、ＣＨ1.85は、例示的な還元剤、例えばディーゼル燃料を示し、この炭素と水素の割合を1.85とする。式（１）は、発熱の完全燃焼であって、これによって酸素を消費する。式（２）は、吸熱の蒸気改質である。式（３）は、水性ガスシフト反応であって、これは比較的に熱的に中立で、本開示内容ではそれほど重要ではなく、ＣＯとＨ2の双方とも再生に効果的である。
【００４１】
理想的な状況では、式（１）と（２）のバランスによって、改質装置の温度を保つのに丁度十分な熱を提供する。酸素濃度が比較的に高い時、例えば、５−１０％か、これ以上の時、改質装置に基づいて、反応（１）が支配的になる傾向があり、これによって改質装置の温度が不快な度合いまで上昇することが起こり得る。最終的に、過熱を防ぐため、改質装置１２を停止しなくてはならない。一度、改質装置１２が冷却すると、燃料噴射を再開始できる。この結果、改質装置の制御器１０６は、特に、排気酸素濃度が比較的に高い時、改質装置の温度を許容可能な範囲内に保つように、燃料供給の割合をしばしばパルス化させる。
【００４２】
図４を参照すると、上述した制御手段の例示的な実施の結果としての燃料供給パターンが示されている。この際、線４０１は、周期的にゼロにリセットされるのを除き、単調に増大する量で、噴射された全燃料を示しているが、線４０１の詳細を比較的に視認できるようなスケールで示している。燃料噴射は、より長い時間スケールで比較的に周期的に行われ、全燃料噴射が段階的な態様で増大する段階と、燃料噴射の行われない段階とによって特徴付けられる。燃料が噴射される段階では、段階的なパターンは、より短い時間スケールでパルス化される燃料噴射を示している。
【００４３】
図４の線４０２は、線４０１で示した燃料噴射パターン４０１の結果としての改質装置の温度を示している。線４０３は、結果のＬＮＴ温度を示している。より長い時間スケールでのパルスによって、ＬＮＴ温度を、ＬＮＴ１３を脱硫酸する目標の範囲内に制御できる。また、より短い時間スケールでのパルスによって、改質装置１２を過熱させることなく、改質装置の温度を、改質油を効果的に生成する目標の温度範囲内に制御できる。より長い時間スケールでの還元剤の噴射や還元剤を噴射しない段階や期間の長さは、より短い時間スケールでの対応する段階や期間と比べて長い。
【００４４】
従って、本発明の構想の一つは、一方はより短く、一方はより長い、二つの時間スケール上で、間欠的な割合で、ＬＮＴの上流の第一装置に対して還元剤を供給することに関する。この場合、パルスや間欠動作は、第一装置に入る排気内の還元剤の濃度の仮定的な測定によって容易に検出できるが、第一装置に対し基本的に還元剤を連続して供給する結果となる非常に早いパルスは含まないことを理解されたい。特に、本発明におけるパルスは、弁を通るフローレートを制御するために、全開及び全閉位置の間で弁を急にスイッチすることを含まない。
【００４５】
より短い時間スケールでのパルス期間は、典型的に、約０．０５から約２秒で、より典型的には、約０．１から約１秒である。また、より長い時間スケールでのパルス期間は、典型的に、約３から約３０秒である。より長い時間スケールでのパルス期間は、より短い時間スケールでのパルス期間と比べて、典型的に、少なくとも約４倍長く、より典型的には、少なくとも約８倍長く、さらに典型的には、少なくとも約１２倍長い。これら割合は、典型的に、個々の段階にも適用でき、例えば、より長い時間スケールでの燃料を噴射しない期間は、より短い時間スケールでの燃料を噴射しない期間と比べて、典型的に、少なくとも約４倍長い。
【００４６】
図４の線Ａ−Ａ’で強調しているように、燃料噴射が終了した後、ＬＮＴ１３内の温度は長く（この例では、少なくとも約５秒）上昇し続ける。詳細は不明だが、この温度上昇は、ＬＮＴ１３内の化学反応に関係する。改質装置１２からの熱伝達は、ＬＮＴ１３への温度が上のように改質装置１２内で生じるものよりも上昇することの十分な説明ではない。本発明の構想は、一般に、任意の特定の理論に拘束されず、連続的な温度上昇は、少なくとも部分的に、ＬＮＴ１３内の吸収された還元剤の燃焼、より起こり得ることは、改質装置１２から通り抜けた炭化水素の燃焼に起因すると考えられる。
【００４７】
図５を参照すると、図４に示した燃料噴射の結果である、ＬＮＴ１３内の還元剤の濃度と温度との間の時間に関する関係について示している。線５０１は水素の濃度を示し、線５０２は一酸化炭素の濃度を示している。線Ｂ−Ｂ’で強調しているように、ＬＮＴ１３内の温度のピークは、改質油の生成ピークと比べ、時間的にかなり遅く生じる。図５は、好適な実施形態の構成というより、構想の基本を例示することを意図している。好ましくは、続く改質油の生成ピークは、示されたものか、示されたものよりも遅く生じるＬＮＴの温度ピークよりも早く生じて、これによって、ＬＮＴの温度ピークと、続く期間用の改質油の生成ピークとを合わせる。
【００４８】
図６を参照すると、脱硫酸割合と図５に示した状態の間の関係が示されている。線６０１は、ＬＮＴ１３の下流の硫化水素の濃度を示している。この例では、硫黄の大部分はＨ2Ｓの形態で放出されて、この際、Ｈ2Ｓ濃度は、脱硫酸割合を反映する。脱硫酸割合は、改質油濃度ピークがＬＮＴ温度ピークと合わない場合でも、温度の強い関数として示されている。改質油濃度ピークがＬＮＴ温度ピークに近付くようにされると、改質油はより効果的に用いられる。
【００４９】
本発明の他の構想は、還元剤の噴射段階の間の時間を計ることに関し、それによって、ピークＬＮＴ温度は、還元剤の噴射段階の終わり近くと反対に、還元剤の噴射段階の始まり近くか中頃で生じる。パルス期間と持続は、前のパルス中に噴射された還元剤の燃焼の結果としてＬＮＴ温度がピーク近くに依然ある際に、還元剤がＬＮＴ１３に供給されるように選択される。例えば、少なくとも約５０℃で最小と最大間で相違する間の各パルス期間にわたってＬＮＴ温度が変化する場合、一般に、ＬＮＴ温度は、還元剤の噴射段階の開始で最大の約２５℃内にある。少なくとも約１００℃で最小と最大間で相違する間の各パルス期間にわたってＬＮＴ温度が変化する場合、一般に、ＬＮＴ温度は、還元剤の噴射段階の開始で最大の約５０℃内にある。
【００５０】
この構想は、より長い時間スケールで各還元剤の噴射段階の終了後に温度がかなり上昇し続ける時に最も適用できる。ＬＮＴ温度は、各還元剤の噴射段階の終了後に、好ましくは、少なくとも約３秒、より好ましくは、少なくとも約５秒上昇し続ける。好ましくは、ＬＮＴ温度は、各還元剤の噴射段階の終了後に少なくとも約４０℃上昇する。
【００５１】
図７を参照すると、図３に示した制御構造と合う制御プロセス７００が示されており、上述した構想の幾つかの例示的な実施について示している。このプロセス７００は、脱硫酸が必要か否かについて決定する操作７０１から開始する。この決定は、任意の適当な形態で行うことができる。例えば、脱硫酸は、操作の３０時間毎後のように、周期的にスケジュールされていてもよい。あるいは、脱硫酸の必要性は、システム性能に基づいて決定されてもよく、例えば、長い脱硝に続くＬＮＴ１３の作用に基づいたり、脱硝が過度の度合いまで増やすことが求められた頻度に基づいて決定されてもよい。
【００５２】
脱硝プロセスは、操作７０２で開始して、改質装置１２を暖める。ここで想定される典型的な改質装置は、典型的なディーゼルエンジンの排気温度よりも上の温度でのみ効果的に操作できるものである。改質装置１２は、任意の適当な態様で加熱されてもよい。この例では、改質装置１２は、ストイキオメトリーな燃料対酸素の割合か、これより下で排気を保つ割合で燃料を噴射することで加熱される。実質的に、全ての燃料は、改質装置１２内で燃焼して、熱を生じさせ、基本的に改質油を生成しない。
【００５３】
改質装置１２が加熱する際に、ＬＮＴ１３は加熱するが、しかしながら、改質装置１２が十分に加熱された後、ＬＮＴはさらなる加熱を求めることがある。必要に応じて、ＬＮＴ１３を適当に加熱するため、ストイキオメトリーか、これより下で、操作を延長してもよい。一例では、ＬＮＴ１３は、炭化水素の漏れを伴うリッチ操作を開始する前、少なくとも約４５０℃の温度まで加熱される。
【００５４】
一度、加熱段階が完了すると、操作７０３が開始する。この段階の燃料噴射割合は、一般的に、改質油の生成と燃料の消費との間で最大の割合が得られるように最適化される。制御器１０によって、エンジンのエアインテークをスロットルしたり、変速機のギアレシオを選択できる場合、これら制御パラメーターは、改質油の効率的な生成及び／又は利用を助けるように選択できる。
【００５５】
操作７０４は、改質装置１２が過熱であるか否かについて決定する。好ましくは、この目的のための改質装置の温度は、遅れを自由に推定される。例えば、このような推定は、改質装置１２内や、改質装置１２のすぐ下流の排気内に置かれた温度センサからの情報を用いて決定できる。推定を行う際、簡単な推定を含んでもよく、また、オブザーバー、例えば、カルマンフィルター又はスライディングモードオブザーバーを用いて達成してもよい。オブザーバーは、好ましくは、改質装置１２内の炭化水素の吸収を考慮したモデルを含む。改質装置１２内での炭化水素の吸収は、燃料供給が停止された後、改質装置１２の温度をかなり向上させることがあることが観察されている。改質装置の温度は、遅れが自由な推定を用いないと、温度測定を受取る際の遅れによって、かなり行き過ぎることがある。
【００５６】
改質装置１２が過熱の寸前の時、操作７０５によって燃料噴射を停止する。操作７０６中、改質装置１２が冷却される際、プロセス７００が待機する。この待機期間の長さは、任意の適当な態様で決定できる。一例では、操作７０６は、改質装置１２が目標温度に冷却されるまで続く。他の例では、短い時間スケールの燃料パルスの各々の間に固定期間を設ける。さらなる例では、期間の長さは、燃料噴射毎の改質油の生成量を最適化するプロセスの一部として、制御器によって動的に選択される。ステップ７０３−７０６は、制御プロセスのインナーループを含む。
【００５７】
操作７０７は、アウターループの一部である。ステップ７０７は、ＬＮＴ１３が熱過ぎるようになってきているか否かについて決定する。再度、燃料噴射の終了に続いてＬＮＴ１３がかなり加熱されることがあるので、好ましくは、遅れが自由な推定を用いる。ＬＮＴが熱くなり過ぎるようになる場合、操作７０８によって、燃料噴射を終わらせる。燃料噴射の終了は、インナーループ制御へ命令を与えることを含んでいてもよい。
【００５８】
操作７０９は、他の待機操作である。一例では、これは、ＬＮＴ１３が目標温度まで冷却されるまで待つことを含む。しかしながら、好ましくは、より長い時間スケール上で作用する燃料噴射の段階の間に固定期間を設ける。このような固定期間は、作用する燃料噴射の段階の開始近くか、中頃で、ピークＬＮＴ温度が生じるように、これら期間の時間を合わせる上記構想を実施するために用いることができる。
【００５９】
操作７０９に続き、改質装置１０２は、操作７０２で再加熱される。操作７０２、７０７、７０８、及び７０９は、アウターループを含む。改質装置１０２が効果的に操作するために加熱されなくてはならないタイプの場合、加熱は、一般に、より長い時間スケール上で燃料を噴射しない期間に続く必要がある。より短い時間スケール上で燃料を噴射しない期間は、通常、改質装置１２を再加熱することを避けるように選ばれる。より長い時間スケール上で燃料を噴射しないより長い期間の後、改質装置１０２は、一般に、加熱期間を伴わずに改質油を効果的に生成するように十分に冷たい。
【００６０】
エンジン９は、好ましくは、圧縮点火ディーゼルエンジンであって、リーンバーンガソリンエンジンや、酸素リッチな、ＮＯＸを含む排気を生成する任意の他のタイプのエンジンを備えた、動力発生システムに対して、本発明の様々な構想を適用できる。本明細書の目的上、ＮＯＸには、ＮＯとＮＯ2が含まれる。
【００６１】
変速機８は、自動変速機の任意の適当なタイプでもよい。変速機８は、カウンターシャフトタイプの機械変速機のような通常の変速機でもよいが、好ましくは、ＣＶＴである。ＣＶＴは、通常の変速機よりも、操作点の選択をより多く提供でき、また一般に、トルク乗算もより広い範囲で提供できる。一般に、ＣＶＴは、シフト中に、動力伝達中での中断を避けたり、最小にできる。ＣＶＴシステムの例として、油圧静的変速機；転動接触トラクション装置；オーバーランニングクラッチ構成；電子機器；スリッピングクラッチを備えた多段ギアボックス；及びＶ−ベルトトラクション装置を含む。ＣＶＴは、動力分断を含むことができ、また、多段変速を含むこともできる。
【００６２】
好適なＣＶＴは、広い範囲のトルク乗算比を提供し、通常の変速機と比べてシフトの必要性を減らして、エンジンによって形成されるピークトルクレベルの一部だけにＣＶＴをさらす。これは、ＣＶＴを通るトルクを減らすように、ステップダウンギアセットを用いることで達成できる。ＣＶＴからのトルクは、トルクをリストアする、ステップアップギアセットを通る。ＣＶＴはさらに、エンジンからのトルクを分けて、遊星歯車セット内でトルクを再度組合わせることで保護される。遊星歯車セットは、ステップ状の自動変速機を通ってエンジンから伝達された直接的なトルク成分を、バンドタイプＣＶＴのような、ＣＶＴからのトルク成分と混合させたり、組合わせる。この組合わせは、全体的ＣＶＴを提供して、この際、トルクの一部だけがバンドタイプＣＶＴを通る。
【００６３】
燃料噴射装置１１は、任意の適当なタイプでもよい。好ましくは、これは、霧化又は気化されたスプレーで、燃料を提供する。この燃料は、エンジン９用の燃料ポンプによって提供される圧力で噴射されてもよい。しかしながら、好ましくは、少なくとも約４バールの圧力で燃料を供給するように、燃料ポンプによって提供されるものより燃料圧力を少なくとも２倍にするように油圧原理で操作する圧力増強装置を介して燃料を送る。
【００６４】
リーンＮＯＸ触媒１５は、ＨＣ−ＳＣＲ触媒、ＣＯ−ＳＣＲ触媒、又はＨ2−ＳＣＲ触媒でもよい。ＨＣ−ＳＣＲ触媒の例として、難溶性酸化物上に加えられたり、沸石内に置換された、遷移金属を含む。遷移金属の例として、銅、クロミウム、鉄、コバルト、ニッケル、カドミウム、銀、金、イリジウム、プラチナ、及びマンガン、さらにこれらの混合物を含む。難溶性酸化物の例として、アルミナ、ジルコニア、シリカ−アルミナ、及びチタニアを含む。利用可能な沸石として、ＺＳＭ-５、Ｙ沸石、モルデナイト、及びフェライトを含む。好適な沸石は、Ｓｉ：Ａｌの比を約５以上、選択的に、約２０以上有する。ＨＣ−ＳＣＲ触媒に基づく沸石の特定の例として、Ｃｕ−ＺＳＭ−５、Ｆｅ−ＺＳＭ−５、及びＣｏ−ＺＳＭ−５を含む。ＣｅＯ2被覆（コーティング）は、これら触媒の水とＳＯ2非作用を減らすことができる。Ｃｕ/ＺＳＭ−５は、約３００から約４５０℃の温度範囲内で効果的である。触媒に基づく難溶性酸化物の特定の例として、アルミナ−サポートの銀を含む。効果的な温度領域（窓）を広げるように、２つ又は複数の触媒を組合わせることは可能である。
【００６５】
炭化水素を蓄える機能が求められる場合、沸石が効果的である。米国特許第６，２０２，４０７号公報には、炭化水素を蓄える機能を有するＨＣ−ＳＣＲ触媒について開示されている。この触媒は、両性金属酸化物である。この金属酸化物は、酸と基部の双方と反応を示すという意味で両性である。特定の例として、ガンマ−アルミナ、Ｇａ2Ｏ3、及びＺｒＯ2を含む。貴金属は、選択的である。貴金属を用いる場合、Ｐｔ、Ｐｄ、又はＲｈの替わりに、より高価ではない貴金属として、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、又はＳｎを用いることができる。
【００６６】
本明細書では、用語の炭化水素には、水素と炭素原子から基本的に構成される全てのものが含まれるが、ＨＣ−ＳＣＲ触媒は、全ての炭化水素分子と作用を示す必要はない。例えば、幾つかのＨＣ−ＳＣＲ触媒は、短鎖の炭化水素により良好に適用し、またＨＣ−ＳＣＲ触媒は、一般に、ＣＨ4と実質的に作用を示さないことが想定されることがある。
【００６７】
ＣＯ−ＳＣＲ触媒の例として、難溶性の酸化物サポート上の貴金属を含む。特定の例として、ＣｅＯ2−ＺｒＯ2サポートとＣｕ及び／又はＦｅＺｒＯ2サポート上のＲｈを含む。
【００６８】
Ｈ2−ＳＣＲ触媒の例にも、難溶性の酸化物サポート上の貴金属が含まれる。特定の例として、ＬａＭｎＯ3、ＣｅＯ2、及びＭｎＯ2の混合上にサポートされたＰｔ、ＺｉＯ2とＴｉＯ2の混合上にサポートされたＰｔ、ＭｇＯ上にサポートされたＲｕ、Ａｌ2Ｏ3上にサポートされたＲｕを含む。
【００６９】
リーンＮＯＸ触媒１５は、図１に示したものとは異なるように配置できる。実施形態の一つでは、リーンＮＯＸ触媒１５は、燃料噴射装置１１の上流にある。他の実施形態では、リーンＮＯＸ触媒１５は、改質装置１２の下流にあり、これによって、リーンＮＯＸ触媒１５は、還元剤として、改質装置生成物を利用できる。さらなる実施形態では、リーンＮＯＸ触媒１５は、ＬＮＴ１３の十分に下流にあり、これによって、ＬＮＴ１３脱硫酸用の高温からリーンＮＯＸ触媒１５を保護できる。
【００７０】
燃料改質装置は、燃料を十分に燃焼させることなく、重い燃料をより軽い成分に変えることができる装置である。燃料改質装置は、触媒改質装置やプラズマ改質装置でもよい。好ましくは、改質装置１２は、部分的な酸化触媒改質装置である。部分的な酸化触媒改質装置は、改質装置触媒を含む。改質装置触媒の例として、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ又はＲｕのような貴金属と、Ａｌ、Ｍｇ、及びＮｉの酸化物を含み、後者のグループは、典型的に、ＣａＯ、Ｋ2Ｏ、及びＣｅのような希土類金属の一つ又は複数と組合わせられて、作用を高める。改質装置は、好ましくは、５００℃より下の温度で主な作用を行うように構成された三元触媒又は酸化触媒と比べて、大きさが小さい。部分的な酸化触媒改質装置は、一般に、約６００から約１１００℃の温度で作用する。
【００７１】
ＮＯＸ吸収装置−触媒１３は、任意の適当なＮＯＸ吸収材料を含むことができる。ＮＯＸ吸収材料の例として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢｅのようなアルカリ土類金属、又はＫやＣｅのようなアルカリ金属の、酸化物、炭酸塩、及び水酸化物を含む。ＮＯＸ吸収材料のさらなる例として、沸石、アルミナ、シリカ及び活性炭のような、分子篩を含む。さらなる例として、チタニウムやジルコニウムの燐酸塩のような、金属燐酸塩を含む。一般的に、ＮＯＸ吸収材料は、アルカリ土類酸化物である。吸収物は、典型的に、バインダーと組合わせられて、自己サポート構造に形成されるか、不活性基盤上にコーティングとして適用される。
【００７２】
また、ＬＮＴ１３は、還元環境内でＮＯＸの還元用触媒を含む。触媒は、例えば、一つ又は複数の貴金属、例えば、Ａｕ、Ａｇ、及びＣｕ、グループＶＩＩＩ金属、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｎｉ、及びＣｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、又はＫでもよい。典型的な触媒は、ＰｔとＲｈを含むが、Ｎ2上でのＮＨ3の生成のため、Ｒｈを減らしたり、除くことが望まれる場合がある。貴金属触媒は、アルカリ土類酸化物の吸収装置の吸収機能も助ける。
【００７３】
本発明に従う吸収装置と触媒は、一般に、自動車の排気システムに用いるのに適する。自動車の排気システムは、重量、寸法、及び持続面で制限を生じさせる。例えば、自動車の排気システム用のＮＯＸ吸収層は、自動車操作中に生じる振動下での下落に対して十分な耐性を有する必要がある。
【００７４】
吸収層又は触媒ブリックは、任意の適当な構造を有することができる。適当な構造の例として、一体（モノリシック）、パック層、及び層状スクリーンを含むことができる。パック層は、好ましくは、粒子を焼結したり、バインダーを用いて結合することで、粘着性の固まりに形成される。層が吸収機能を有する時、好ましくは、任意の厚い壁、大きな粒子、又は厚いコーティングがマクロ孔を有して、吸収が生じる場所でのマイクロ孔へのアクセスを容易にする。マクロ孔構造は、一体に焼結されたり、バインダーを用いて一体に保持された吸収剤の小さな粒子から、壁、粒子、又はコーティングを形成することで得ることができる。
【００７５】
アンモニア−ＳＣＲ触媒１４は、リーン排気内でＮＯＸをＮ2に還元するためにＮＯＸとＮＨ3の間で触媒作用を行える触媒である。ＳＣＲ触媒の例として、例えば、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｄ、Ｍｏ、Ｗ、及びＣｅのような金属の酸化物、ＺＳＭ−５やＺＳＭ−１１のような沸石で、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｚｎ、又はＰｔのカチオンのような金属イオンと置換したもの、及び活性炭を含む。好ましくは、アンモニア−ＳＣＲ触媒１４は、ＬＮＴ１３を脱硫酸するのに要する温度に耐性があるように構成される。
【００７６】
粒子フィルタ１６は、任意の適当な構造を有することができる。適当な構造の例として、一体型壁のフローフィルタを含み、これは典型的に、セラミック、特に、菫青石又はＳｉＣ、セラミックフォームのブロック、有孔性焼結金属や金属フォームの一体状構造、セラミックや金属ファイバーのような温度抵抗ファイバーの巻いたり、編んだり、組んだ構造から形成される。フィルターエレメント用の典型的な孔の大きさは、約１０μｍか、これよりも小さい。選択的に、改質装置１２、ＬＮＴ１３、リーンＮＯＸ触媒１５、又はアンモニア−ＳＣＲ触媒１４の一つ又は複数を、ＤＰＦ１６の構造内やコーティングとして一体にする。
【００７７】
ＤＰＦ１６は、堆積したすすを除くために再生される。ＤＰＦ１６は、連続的又は間欠的に再生されるタイプのいずれでもよい。間欠的な再生では、ＤＰＦ１６は、例えば改質装置１２を用いて加熱される。ＤＰＦ１６は、堆積したすすがＯ2と燃焼する温度まで加熱される。この温度は、適当な触媒にＤＰＦ１６を提供することで低めることができる。ＤＰＦ１６が加熱された後、すすは、酸素リッチ環境内で燃焼する。
【００７８】
連続的な再生では、ＤＰＦ１６は、ＮＯ2とＯ2の双方によってすすの燃焼を促進する触媒と提供されてもよい。ＮＯ2とＯ2の双方によってすすの酸化を促進する触媒の例として、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｙ、及びＮｄの酸化物を含む。間欠的な再生の必要性を完全にのぞくために、ＮＯからＮＯ2への酸化を促進するためにさらなる酸化触媒を備えることを必要としてもよく、これによって、堆積するとすぐにすすを燃焼するために十分なＮＯ2を提供することができる。連続的な再生の場合、ＤＰＦ１６は、改質装置１２の上流に適切に置かれる。ＤＰＦ１６が連続的に再生されない場合、一般的に、改質装置１２の下流に、図示するように置かれる。図２に例示した位置の利点として、ＤＰＦ１６は、改質装置１２とＬＮＴ１３の間の温度を和らげることができる。
【００７９】
クリーンアップ触媒１７は、好適には、エンジン９からの未燃焼炭化水素、不使用の還元剤、及び、ＮＯＸ吸収装置−触媒１３から解放されて、アンモニア−ＳＣＲ触媒１５によって酸化されていない任意のＨ2Ｓを酸化するように機能する。任意の適当な酸化触媒を用いることができる。典型的な酸化触媒は、貴金属、例えば、プラチナである。クリーンアップ触媒１７をリッチ状況下で機能させるため、触媒は、セリアのような、酸素を蓄えるように機能する成分を含んでいてもよい。必要に応じて、Ｈ2Ｓを除くことは、ＮｉＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ2、ＣｏＯ、及びＣｒＯ２のような一つ又は複数のさらなる成分によって助けることができる。
【００８０】
以上、添付した特許請求の範囲によって定められる本発明について、幾つかの構想、要素、及び特徴に関して、図示し、及び／又は、記載した。特定の要素や特徴は、幾つかの構想の一つについてだけ説明されたり、広い意味と狭い意味の双方で説明されたが、広い概念と狭い概念での要素や特徴は、一つ又は複数の他の要素や特徴と広い概念や狭い概念で組合わせることができるが、このような組合わせは、当該技術分野における当業者には論理的に認識できるものとする。また、この特定の説明は、一つの発明以上について記載されており、添付された請求項は、本明細書で説明された全ての構想、要点、実施形態、例について示す必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、ディーゼル及びリーンバーンガソリンエンジンからのＮＯＸ放出を制御するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の幾つかの構想を実施できる例示的な排気処理システムの略図である。
【図２】本発明の幾つかの構想を実施できる他の例示的な排気処理システムの略図である。
【図３】本発明の構想の一つを例示した制御構造の略図である。
【図４】燃料噴射とこの結果の改質装置とＬＮＴの温度プロファイルの例示的なパターンを示した図である。
【図５】図４に示したように燃料供給する時、改質装置の下流のＬＮＴ内での温度と改質油の濃度を例示した図である。
【図６】図５に示した状態と脱硫酸の割合の間の関係について示した図である。
【図７】本発明の構想の幾つかを実施するのに用いることができる例示的な制御プロセスのフローチャートを示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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