(57)【要約】  ＮＯｘ吸蔵触媒；電気加熱要素；及びＮＯｘ還元触媒を備える排気システムであって、加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流に位置している。内燃エンジンからの排ガス流を処理する方法であって、ＮＯｘを、低温又は低温を下回る温度でＮＯｘ吸蔵触媒に吸着させること；前記低温を上回る温度で、前記ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを熱により脱着させること；電気加熱要素により、下流のＮＯｘ還元触媒を加熱すること；及び前記ＮＯｘ還元触媒にある脱着されたＮＯｘを、触媒により除去すること、を含む方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．ＮＯｘ吸蔵触媒、
ｂ．電気加熱要素、及び
ｃ．ＮＯｘ還元触媒
を備える排気システムであって、
加熱要素が、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流に位置している、排気システム。
【請求項２】
前記電気加熱要素が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の直後に位置している、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒が、コールドスタート触媒を含む、請求項１に記載の排気システム。
【請求項４】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒が、受動的なＮＯｘ吸着材を含む、請求項１に記載の排気システム。
【請求項５】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒が、ＮＯｘトラップを含む、請求項１に記載の排気システム。
【請求項６】
前記電気加熱要素が、還元剤注入部の下流に位置している、請求項１に記載の排気システム。
【請求項７】
前記ＮＯｘ還元触媒の上流に還元剤注入部をさらに備える、請求項１に記載の排気システム。
【請求項８】
前記電気加熱要素が、ミキサと連結されている、請求項１に記載の排気システム。
【請求項９】
前記電気加熱要素が、加水分解触媒と連結されている、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記電気加熱要素が、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒と連結されている、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記ＮＯｘ還元触媒が、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒である、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記ＮＯｘ還元触媒が、選択的接触還元フィルタ（ＳＣＲＦ）である、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１３】
前記電気加熱要素が、前記ＮＯｘ還元触媒の上流に位置している、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１４】
前記電気加熱要素が、前記ＮＯｘ還元触媒と連結されている、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１５】
前記電気加熱要素及び前記ＮＯｘ還元触媒が、単一の基材内で組み合わされている、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１６】
前記電気加熱要素及び前記ＮＯｘ還元触媒の下流に、さらなるＮＯｘ還元触媒をさらに備える、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１７】
前記排気システムが、ハイブリッド式の電動モータ及び内燃機関を動力とする車両と関連するものである、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１８】
内燃機関からの排ガス流を処理する方法であって、
ａ．ＮＯｘを、低温又は前記低温を下回る温度でＮＯｘ吸蔵触媒に吸着させること；
ｂ．前記低温を上回る温度で、前記ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを熱により脱着させること；
ｃ．電気加熱要素により、下流のＮＯｘ還元触媒を加熱すること；及び
ｄ．前記ＮＯｘ還元触媒にある脱着されたＮＯｘを、触媒により除去すること、
を含む、方法。
【請求項１９】
前記低温が、約２００℃〜約２５０℃である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
加熱要素が、断続的なパターンでＮＯｘ還元触媒を加熱し、残りの時間の間、ＮＯｘが前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＮＯｘ還元触媒を、触媒を活性化させるために充分な温度に加熱する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ＮＯｘ還元触媒が、ＳＣＲ触媒である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＮＯｘ還元触媒が、ＳＣＲＦ触媒である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記電気加熱要素が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の直後に位置している、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記電気加熱要素及び前記ＮＯｘ還元触媒が、単一の基材内で組み合わされている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記電気加熱要素の下流、かつ前記ＮＯｘ還元触媒の下流に、さらなるＮＯｘ還元触媒をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒が、コールドスタート触媒を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒が、受動的なＮＯｘ吸着材を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒が、ＮＯｘトラップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３０】
前記電気加熱要素が、前記ＮＯｘ還元触媒と連結されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
前記排気システムが、ハイブリッド式の電動モータ及び内燃機関を動力とする車両と関連するものである、請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
工程ｂが、熱によるパージを発生させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３３】
前記熱によるパージが３０秒未満、継続する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＮＯｘ還元触媒を、活性化するために充分な温度に加熱すると、ＮＯｘが、前記ＮＯｘ吸蔵触媒から放出されるように、前記熱によるパージの持続時間及びタイミングを、工程ｃと調和するように選択する、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
内燃機関の排気通路に配置された選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒又はフィルタ上にある選択的接触還元触媒（ＳＣＲＦ）を利用する排ガス浄化デバイスは、広く使用されている。一般的に、このような浄化デバイスで使用される触媒は、触媒の温度が特定の温度よりも高くなった場合にのみ、排ガス中にある汚染物質を浄化することができる。すなわちコンバータにおける触媒は、触媒の活性化温度よりも温度が低い場合、働かない。
【０００２】
通常、浄化デバイスにおける触媒は、排ガスによって徐々に加熱され、エンジン始動後に活性化温度に達する。しかしながらエンジンの温度が低い場合、例えばエンジンのコールドスタート後には、触媒を活性化温度まで加熱するには長い時間が掛かることがある。なぜならば排ガスの熱は、コンバータに到達する前に、排気通路の冷たい壁によって除去されることがあるからである。そのため、エンジンのコールドスタートでは、エンジンの排ガスは充分に浄化されないことがある。なぜならば触媒の温度は、活性化温度よりも低いからである。
【０００３】
排ガスをより早く加熱するための一つのアプローチは、電気加熱システムを備えさせることである。電気エネルギーを使用する現行のシステムはしばしば、酸化被覆を支持する基材内に組み合わされており、電気加熱触媒（ＥＨＣ）として知られる。この種のシステムは触媒を加熱し、これによって高レベルの炭化水素／ディーゼル燃料及び一酸化炭素を低い入口排気温度で変換することが可能になり、その結果、発熱性で対流する下流が生じ、これによってより早いＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒性能が可能になる。加熱要素は通常、基材の前部にある。
【０００４】
基材の前部に加熱要素を備える現行のシステムの問題は、ＮＯｘ吸蔵触媒を使用することが望ましいシステムでは、下流のＳＣＲ触媒がその活性化温度に達する前に、加熱要素がＮＯｘ吸蔵触媒を加熱することがあり、熱によるＮＯｘの放出が始まり得ることである。これによりＮＯｘは、還元されずに排気システムを通過してしまうだろう。
【０００５】
よって、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒へと吸蔵させ続けながら、下流のＳＣＲに熱を供給するシステムをもたらすことが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の幾つかの実施形態によれば、排気システムは、ＮＯｘ吸蔵触媒；電気加熱要素；及びＮＯｘ還元触媒を有し、この際に加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流に位置している。電気加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒の直後に位置していてよい。
【０００７】
幾つかの実施形態において、ＮＯｘ吸蔵触媒は、コールドスタート触媒、受動的なＮＯｘ吸着材、及び／又はＮＯｘトラップを備える。
【０００８】
幾つかの実施形態において、電気加熱要素は、還元剤注入部の下流に位置している。還元剤注入部は、ＮＯｘ還元触媒の上流に備えられていてよい。
【０００９】
幾つかの実施形態において、電気加熱要素は、ミキサと連結されており、加水分解触媒と連結されており、かつ／又は選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒と連結されている。
【００１０】
幾つかの実施形態において、ＮＯｘ還元触媒は、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒である。幾つかの実施形態において、ＮＯｘ還元触媒は、選択的接触還元フィルタ（ＳＣＲＦ）である。電気加熱要素は、ＮＯｘ還元触媒の上流に位置していてよい。幾つかの実施形態において、電気加熱要素は、ＮＯｘ還元触媒と連結されている。幾つかの実施形態において、電気加熱要素及びＮＯｘ還元触媒は、単一の基材内に組み合わされている。
【００１１】
システムは、電気加熱要素及びＮＯｘ還元触媒の下流に、さらなるＮＯｘ還元触媒をさらに有することができる。
【００１２】
幾つかの実施形態において、排気システムは、ハイブリッド式の電動モータ及び内燃機関を動力とする車両と関連するものである。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態によれば、内燃機関からの排ガス流を処理する方法は、（ａ）ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に低温又は低温よりも低い温度で吸着させること；（ｂ）低温を上回る温度で、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを熱により脱着させること：（ｃ）下流にあるＮＯｘ還元触媒を、電気加熱要素で加熱すること；及び（ｄ）脱着されたＮＯｘを、ＮＯｘ還元触媒により触媒で除去することを含む。幾つかの実施形態において低温とは、約２００℃〜約２５０℃の温度である。幾つかの実施形態において、加熱要素は、断続的なパターンでＮＯｘ還元触媒を加熱し、残りの時間の間、ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。ＮＯｘ還元触媒は、触媒を活性化させるために充分な温度に加熱することができる。幾つかの実施形態において、電気加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒の直後に位置している。幾つかの実施形態において、ＮＯｘ吸蔵触媒は、コールドスタート触媒、受動的なＮＯｘ吸着材、及び／又はＮＯｘトラップを備える。
【００１４】
幾つかの実施形態において、ＮＯｘ還元触媒は、ＳＣＲ触媒又はＳＣＲＦ触媒である。電気加熱要素は、ＮＯｘ還元触媒の上流に位置していてよい。幾つかの実施形態において、電気加熱要素は、ＮＯｘ還元触媒と連結されている。幾つかの実施形態において、電気加熱要素及びＮＯｘ還元触媒は、単一の基材内に組み合わされている。システムは、電気加熱要素及びＮＯｘ還元触媒の下流に、さらなるＮＯｘ還元触媒をさらに有することができる。
【００１５】
幾つかの実施形態において、排気システムは、ハイブリッド式の電動モータ及び内燃機関を動力とする車両と関連するものである。
【００１６】
幾つかの実施形態において、前述の方法の工程ｂは、熱によるパージを生成させることを含む。熱によるパージは例えば、３０秒未満、継続し得る。幾つかの実施形態において、熱によるパージの持続時間及びタイミングは、ＮＯｘ還元触媒を、活性化するために充分な温度に加熱すると、ＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒から放出されるように、前述の方法の工程ｃと調和するように選択する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるシステムを示す。
【図２】温度及びＮＯｘ累積質量の差異を、時間の関数として示す。
【図３】加熱ありのシステムの温度、及び加熱なしのシステムの温度を、時間の関数として示す。
【図４】加熱ありのシステムのＮＯｘ累積質量、及び加熱なしのシステムのＮＯｘ累積質量を、時間の関数として示す。
【図５】加熱ありのシステムの温度及びＮＯｘ累積、並びに加熱なしのシステムの温度及びＮＯｘ累積を、時間の関数として示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のシステム及び方法は、内燃機関、特にディーエルエンジンの排気通路に配置された電気加熱要素を、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流であって、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒の上流で使用することに関する。電気加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒の直後に位置決めされているか、又は連結されずにさらに下流に位置していてよい。電気加熱要素は例えば、還元剤射出部の下流で（従ってミキサ、加水分解触媒、又は小さなＳＣＲとして連結される）、慣用のＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒の前に位置決めされていてよい。
【００１９】
本発明のシステム及び方法は、排ガス浄化システムのＮＯｘ変換全体を改善するように設計されている。ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒が続く、ＮＯｘ吸蔵触媒を有する現行のシステムでは、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒がその活性化温度に達する前に、ＮＯｘ吸蔵触媒が、吸着されたＮＯｘを放出し得ることが判明しており、これによってＮＯｘが、還元されずに排気システムから放出され得る。同様に、電気加熱要素を有する既存のシステムは、電気加熱要素が、酸化触媒よりも上流に、又は酸化触媒と組み合わされて、位置付けられるように構成されている。ＮＯｘ吸蔵触媒を電気加熱要素よりも後ろで、又は電気加熱要素と組み合わせて用いる場合、加熱されたＮＯｘ吸蔵触媒は、熱によりＮＯｘを放出することができ、一方で下流のＳＣＲは、ＮＯｘを還元するための活性温度に未だ加熱されていない。よってこのようなシステムは、排気中のＮＯｘ放出を減少させるために効果的ではない。
【００２０】
現在、ＮＯｘ吸蔵被覆は、下流のＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒との強固なＮＯｘ性能オーバーラップを可能にするために、幅広い吸蔵温度範囲、例えば２０℃〜４００℃までを必要とする。吸蔵範囲を拡大する必要性に対する主な理由は、以下の２つである：ａ）ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒は、エンジンベイにおけるパッケージ上の制約のため、かなり冷たい位置、例えば本体下部の位置に位置していることがあること；及びｂ）システムのエネルギー収支：ＮＯｘ吸蔵触媒（通常、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒よりも熱容量が低い）は、より迅速に熱くなるであろう。よって、比較的熱容量が高いＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒は、特に二回目の急激な加速（ｈｉｌｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）が非常に攻撃的なＦＴＰ放出試験のような状況では、稼働させるには依然として温度が低過ぎる。
【００２１】
本発明のシステム及び方法は、これらの論点を取り扱っている。それと言うのも、電気加熱要素をＮＯｘ吸蔵触媒の下流であって、ＳＣＲ触媒の上流に備えさせることによって、ＮＯｘをなおも吸蔵しながらＳＣＲ触媒が加熱され、これによってＮＯｘ吸蔵触媒が、吸着されたＮＯｘを放出すれば、ＳＣＲ触媒は、ＮＯｘを減少させるために活性になることが判明したからである。ＮＯｘをなおも吸蔵しながら、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒を加熱することにより、本発明のシステム及び方法は、以下のことによりさらなる利点をもたらすことができる：ａ）高価な／多いウォッシュコート負荷量を有するＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＣ）の必要性が減少する；及び／又はｂ）ＮＳＣのリッチパージに対する必要性が最小化／取り除かれる。この効果はまた、エンジンキャリブレーションを単純化する。それと言うのも、リッチな燃料／空気混合気によりディーゼルエンジンを稼働させることは、複雑だからである。
【００２２】
本明細書に記載するＮＯｘ吸蔵触媒と加熱要素との組み合わせによってまた、慣用のＥＨＣ（その操作は、ＮＯｘ処理を開始するために、ＳＣＲの稼働範囲にできるだけ早く到達する必要がある）において発熱性である必要性と関連する燃料面での不利益及び汚染物質の発生を回避することができる。
【００２３】
従来技術による典型的なシステムの例は、以下のものを有する：
ＮＯｘ吸蔵触媒（広い温度範囲）＋ＳＣＲＦ＋ＳＣＲ
【００２４】
このようなシステムは、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵能力によって制限され得る。触媒が満杯になるか、又はＮＯｘ吸蔵触媒効率が、許容できないほど満杯になるにつれて、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒が稼働するには温度が低過ぎる場合、ＮＯｘはテールパイプへとスリップする。このようなＮＯｘスリップは、ＮＯｘ吸蔵触媒をリッチな混合気でパージ可能であれば、防止できる（慣用のＮＯｘ吸蔵触媒）。通常は、この稼働を２５０℃より低い温度で行うと、吸蔵されたＮＯｘのかなりの量は還元されず、テールパイプへとスリップし得る。
【００２５】
本発明のシステム及び方法は、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒が許容可能な温度にあること、及び還元剤注入を、吸蔵されたＮＯｘの放出に先立ち開始させ、これによってＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを、ＳＣＲ反応によって変換可能にすることを保証するように、行うことができる。さらに、本発明のシステム及び方法により、システムの設計を、ＮＯｘ吸蔵触媒がより狭くより低い温度範囲を有するようにすることができ、よってこの触媒の属性を、下流にあるＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒の老化を最小化するように、選択することができる。慣用のＮＯｘ吸蔵触媒は、リッチな混合気により高温で（＞７００℃）脱硫する必要がある。しかしながらこれらの措置により、その稼働寿命の間に、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒の不活性化が加速する。本発明のシステム及び方法の実施形態で使用可能な好ましい触媒では、リッチな混合気による脱硫の必要がないか、又は＜７００℃の温度でリッチな混合気により脱硫する必要がなく、これによってその稼働寿命の間に、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒の不活性化が最小化される。
【００２６】
従来技術のシステムの別の例は、以下のものを有する：
ＥＨＣ（＋エンジンアウトの熱／燃料）＋ＳＣＲＦ＋ＳＣＲ
【００２７】
このようなシステムは、ＮＯｘの吸蔵を可能にせず、従ってこのシステムは、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒ライトオフよりも低い稼働温度ではＮＯｘ除去力を有さない。本発明の実施形態に記載したＥＨＣを用いることによって、ＨＣライトオフの達成が保証されることにより、加熱フェーズの間における汚染物質スリップの危険性が最小になる。  
【００２８】
本発明のシステム及び方法は好ましくは、エンジンのコールドスタートからＮＯｘを吸蔵するために使用することができる。しかしながらより一般的には、加熱要素を、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘが放出される前に稼働させる。加熱要素のスイッチをいつ入れるかという正確なタイミングは、後処理システムキャリブレーションの戦略による。幾つかの実施形態では、ＮＯｘを断続的なパターンでＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒により処理するために、加熱要素を使用することができ、残りの時間の間、ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このような稼働モードは、本発明のシステム及び方法について特徴的であり得る。なぜならば、ＮＯｘ吸蔵触媒とＳＣＲ機能との間に加熱要素を位置決めすることにより、選択する場合には独立して、双方の触媒の属性を使用するための自由度が得られるからである。加熱要素をＮＯｘ吸蔵触媒の前に位置決めする場合、こうすることはできない。
【００２９】
上流のＮＯｘ吸蔵触媒
本発明の実施形態のシステム及び方法は、電気加熱要素の上流に、ＮＯｘ吸蔵触媒を含む。ＮＯｘ吸蔵触媒は、特定の条件（一般的には温度及び／又はリッチ／リーン排気条件による）に従って、ＮＯｘを吸着、放出及び／又は還元するデバイスを有することができる。ＮＯｘ吸蔵触媒は例えば、パッシブなＮＯｘ吸着材、コールドスタート触媒、ＮＯｘトラップなどを有することができる。
【００３０】
パッシブなＮＯｘ吸着材
パッシブなＮＯｘ吸着材とは、低温で、又は低温を下回る温度ではＮＯｘを吸着し、低温を超える温度では吸着されたＮＯｘを放出するために効果的なデバイスである。パッシブなＮＯｘ吸着材は、貴金属、及び小細孔モレキュラーシーブを有することができる。貴金属は好ましくは、パラジウム、白金、ロジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、又はこれらの混合物である。好ましくは、低温とは約２００℃、約２５０℃、又は約２００℃〜約２５０℃である。適切なパッシブなＮＯｘ吸着材の例は、米国特許出願公開第２０１５０１５８０１９号に記載されており、その内容は参照によりその全体が本願に組み込まれるものとする。  
【００３１】
小細孔モレキュラーシーブは、あらゆる天然又は合成のモレキュラーシーブであってよく、これにはゼオライトが含まれ、好ましくはアルミニウム、ケイ素、及び／又はリンから構成されている。モレキュラーシーブは通常、酸素原子を共有することによって連結されたＳｉＯ４、ＡｌＯ４及び／又はＰＯ４の三次元的配置を有するが、これは二次元構造であってもよい。モレキュラーシーブの骨格構造は通常、アニオン性であり、この骨格構造は電荷補償カチオン、通常はアルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素（例えばＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａ）、アンモニウムイオン、並びにプロトンにより平衡されている。金属組込型モレキュラーシーブを作製するために、その他の金属（例えばＦｅ、Ｔｉ及びＧａ）が、小細孔モレキュラーシーブの骨格構造に組み込まれていてよい。
【００３２】
小細孔モレキュラーシーブは好ましくは、アルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、金属置換されたアルミノケイ酸塩モレキュラーシーブ、アルミノホスフェートモレキュラーシーブ、又は金属置換されたアルミノホスフェートモレキュラーシーブから選択される。小細孔モレキュラーシーブはより好ましくは、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ、及びＺＯＮの骨格型の種類、並びにこれら２つ以上の混合体又は連晶を有するモレキュラーシーブである。小細孔モレキュラーシーブの特に好ましい連晶には、ＫＦＩ−ＳＩＶ、ＩＴＥ−ＲＴＨ、ＡＥＷ−ＵＥＩ、ＡＥＩ−ＣＨＡ、及びＡＥＩ−ＳＡＶが含まれる。小細孔モレキュラーシーブは最も好ましくは、ＡＥＩ若しくはＣＨＡ、又はＡＥＩ−ＣＨＡの連晶である。
【００３３】
適切なパッシブなＮＯｘ吸着材は、あらゆる既知の手段によって調製することができる。例えば、あらゆる既知の手段によって小細孔モレキュラーシーブに貴金属を添加して、パッシブなＮＯｘ吸着材を形成することができる。例えば、（硝酸パラジウムのような）貴金属化合物を、含侵、吸着、イオン交換、インシピエントウェットネス、沈殿などによって、モレキュラーシーブに担持することができる。その他の金属も、パッシブなＮＯｘ吸着材に添加することができる。パッシブなＮＯｘ吸着材中にある貴金属のうち一部（添加された合計貴金属の１パーセント超）は好ましくは、小細孔モレキュラーシーブの細孔内に位置している。より好ましくは、貴金属の合計量の５％超が、小細孔モレキュラーシーブの細孔内に位置しており；さらにより好ましくは、小細孔モレキュラーシーブの細孔内に位置している貴金属の合計量の１０％より多く、又は２５％より多く、又は５０％より多くであり得る。
【００３４】
パッシブなＮＯｘ吸着材は好ましくは、フロースルー基材、又はフィルタ基材をさらに有する。パッシブなＮＯｘ吸着材は、フロースルー又はフィルタ基材の上に被覆され、好ましくはウォッシュコート手順を用いてフロースルー又はフィルタ基材の上に堆積され、パッシブなＮＯｘ吸着材システムが製造される。
【００３５】
コールドスタート触媒
コールドスタート触媒とは、低温で、又は低温を下回る温度では、ＮＯｘ及び炭化水素（ＨＣ）を吸着し、低温を上回る温度では吸着されたＮＯｘ及びＨＣを変換及び放出するために効果的なデバイスである。好ましくは、低温とは約２００℃、約２５０℃、又は約２００℃〜約２５０℃である。適切なコールドスタート触媒の例は、国際公開第２０１５０８５３００号に記載されており、その内容は参照により本願にその全体が組み込まれるものとする。
【００３６】
コールドスタート触媒は、モレキュラーシーブ触媒と、担持型白金族金属触媒とを有することができる。モレキュラーシーブ触媒は、貴金属及びモレキュラーシーブを有するか、又は実質的にこれらから成っていてよい。担持型白金族金属触媒は、１つ又は複数の白金族金属と、１つ又は複数の無機酸化物担体とを含む。貴金属は好ましくは、パラジウム、白金、ロジウム、金、銀、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、又はこれらの混合物である。
【００３７】
モレキュラーシーブは、あらゆる天然又は合成のモレキュラーシーブであってよく、これにはゼオライトが含まれ、好ましくはアルミニウム、ケイ素、及び／又はリンから構成されている。モレキュラーシーブは通常、酸素原子を共有することによって連結されたＳｉＯ４、ＡＩＯ４及び／又はＰＯ４の三次元的配置を有するが、これは二次元構造であってもよい。モレキュラーシーブの骨格構造は通常、アニオン性であり、この骨格構造は電荷補償カチオン、通常はアルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素（例えばＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａ）、アンモニウムイオン、並びにプロトンにより平衡されている。
【００３８】
モレキュラーシーブは好ましくは、最大環サイズが８個の四面体原子である小細孔モレキュラーシーブ、最大環サイズが１０個の四面体原子である中細孔モレキュラーシーブ、又は最大環サイズが１２個の四面体原子である大細孔モレキュラーシーブであり得る。モレキュラーシーブはより好ましくは、ＡＥＩ、ＭＦＩ、ＥＭＴ、ＥＲＩ、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＢＥＡ、ＦＡＵ、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＭＷＷ、ＣＯＮ、ＥＵＯ又はこれらの混合体の骨格構造を有する。
【００３９】
担持型白金族金属触媒は、１つ又は複数の白金族金属（「ＰＧＭ」）と、１つ又は複数の無機酸化物担体とを有する。ＰＧＭは、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、又はこれらの組み合わせであってよく、最も好ましくは、白金及び／又はパラジウムである。無機酸化物担体は最も一般的には、第２族、第３族、第４族、第５族、第１３族及び第１４族元素の酸化物を含む。有用な無機酸化物担体は好ましくは、１０〜７００ｍ２／ｇの範囲内の表面積、０．１〜４ｍＬ／ｇの範囲内の細孔容積、及び約１０〜１０００オングストロームの細孔直径を有する。無機酸化物担体は好ましくは、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、ニオビア、タンタル酸化物、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、又はそれらのうち２種以上の混合酸化物若しくは複合酸化物、例えばシリカ−アルミナ、セリア−ジルコニア又はアルミナ−セリア−ジルコニアである。アルミナ及びセリアは特に好ましい。
【００４０】
担持型白金族金属触媒は、あらゆる既知の方法によって調製することができる。好ましくは、１つ又は複数の白金族金属が、あらゆる既知の手段によって１つ又は複数の無機酸化物上に負荷されて担持型ＰＧＭ触媒を形成し、添加のやり方は、特に重要ではない。例えば、（硝酸白金のような）白金化合物を、含侵、吸着、イオン交換、インシピエントウェットネス、沈殿などによって、無機酸化物に担持することができる。その他の金属、例えば鉄、マンガン、コバルト及びバリウムも、担持型ＰＧＭ触媒に添加することができる。
【００４１】
本発明のコールドスタート触媒は、従来技術で良く知られたプロセスによって調製することができる。モレキュラーシーブ触媒、及び担持型白金族金属触媒を物理的に混合して、コールドスタート触媒を作製することができる。コールドスタート触媒は好ましくは、フロースルー基材又はフィルタ基材をさらに有する。１つの実施形態では、モレキュラーシーブ触媒、及び担持型白金族金属触媒を、フロースルー又はフィルタ基材の上に被覆し、好ましくはウォッシュコート手順を用いてフロースルー又はフィルタ基材の上に堆積させて、コールドスタート触媒システムを作製する。
【００４２】
ＮＯＸトラップ
ＮＯＸトラップとは、リーン排気条件ではＮＯＸを吸着し、リッチ条件では吸着されたＮＯＸを放出し、放出されたＮＯＸを還元してＮ２にするデバイスである。
【００４３】
本発明の実施形態のＮＯＸトラップは、ＮＯＸ吸蔵のためのＮＯＸ吸着材と、酸化／還元触媒とを含むことができる。酸化窒素は通常、酸化触媒の存在下で、酸素と反応してＮＯ２を生成する。次に、無機硝酸塩の形態のＮＯｘ吸着材により、ＮＯ２が吸着される（例えばＢａＯ又はＢａＣＯ３は、ＮＯｘ吸着材上でＢａ（ＮＯ３）２に変換される）。最後に、エンジンがリッチ条件下で作動する場合、吸蔵された無機硝酸塩は分解してＮＯ又はＮＯ２を形成し、これがその後、還元触媒の存在下で、一酸化炭素、水素及び／又は炭化水素との反応によって（又はＮＨＸ若しくはＮＣＯ中間体を経由して）還元されてＮ２を形成する。通常、窒素酸化物は、排気流内で熱、一酸化炭素及び炭化水素の存在下で窒素、二酸化炭素及び水に変換される。
【００４４】
ＮＯＸ吸着材成分は好ましくは、アルカリ土類金属（例えばＢａ、Ｃａ、Ｓｒ及びＭｇ）、アルカリ金属（例えばＫ、Ｎａ、Ｌｉ及びＣｓ）、希土類金属（例えばＬａ、Ｙ、Ｐｒ及びＮｄ）、又はこれらの組合せである。これらの金属は通常、酸化物の形態で見られる。酸化／還元触媒は、１つ又は複数の貴金属を含有することができる。適切な貴金属には、白金、パラジウム及び／又はロジウムが含まれ得る。好ましくは、酸化作用を実行させるために白金が含まれ、還元作用を実行させるためにロジウムが含まれる。酸化／還元触媒及びＮＯｘ吸着材は、排気システム内で使用するために、無機酸化物のような支持体材料上に負荷されていてよい。
【００４５】
加熱要素
電気加熱要素は、内燃機関の排気通路内で、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流であって、ＮＯｘ還元触媒の上流に備えられている。あらゆる適切な電気加熱要素が、本発明のシステム及び方法に備えられていてよい。
【００４６】
１つの態様において電気加熱要素は、端部と、各端部にそれぞれに配置された電力接続部とを有する電気加熱ハニカム体とを備える。ハニカム体は、電気的な絶縁ギャップにわたるねじれ状電流路（ｔｗｉｓｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐａｔｈ）を画定することができる。
【００４７】
本明細書に記載するように、電気加熱要素が触媒／吸収材と連結されている態様では、電気的に絶縁性の支持要素は、ハニカム体を少なくとも１つの触媒担持体に固定することができる。或いは、加熱要素のための支持体として役立つ触媒担持体は、触媒活性被覆を有することができる。例えば、触媒活性被覆は、排ガス中にある成分、特に一酸化炭素及び炭化水素の酸化若しくは還元、又はＮＯｘの還元を促進させることができる。加熱可能なハニカム体には、このような触媒活性層が備えられていてもよい。
【００４８】
触媒担持体及び／又はハニカム体は、ハニカムを形成する平滑で波型のシート状金属層から作成されていてよい。
【００４９】
ハニカム体は大きな表面積を有することができ、これによってその中を流れる排ガスへの良好な熱伝導が保証される。その結果、また放射により、発生する熱を排ガスへと、又は下流の構成要素へと迅速に移動させることができる。放射により、排ガス方向の上流に配置された触媒担持体へと受け渡され得る加熱出力は、今度はこの担持体から排ガスへと受け渡され、これによって完全な加熱出力が、下流の構成要素にとって利用可能になる。
【００５０】
幾つかの態様においてハニカム体は、電流路がほぼメアンダ状又はらせん状の形状を有するように、成形されていてよい。
【００５１】
本発明の幾つかの態様において、電気加熱要素は、触媒基材と単一のユニットを形成する。例えば、電気加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒と単一のユニットを形成することができる。この場合、ＮＯｘ吸蔵触媒は、ユニットの上流端部で被覆されていてよく、電気加熱要素は、ユニットの下流端部にある。同様に、電気加熱要素は、特定のシステムのために望まれるように、触媒が、ユニットの上流端部又は下流端部で被覆されている場合、選択的還元触媒、加水分解触媒、又は酸化触媒と単一のユニットを形成することができる。好ましくは、電気加熱要素がＮＯｘ吸蔵触媒と単一の基材を形成する場合、基材は（加熱されない）前部ゾーンと、（加熱される）後部ゾーンとの間に熱的な絶縁部を備える。しかしながら一般的には、ＮＯｘ吸蔵触媒と加熱要素とを２つの異なる基材に備えることによって、電気加熱要素によるＮＯｘ吸蔵触媒の加熱を最小限にすることが好ましい。或いは、電気加熱要素は、例えば選択的還元触媒、加水分解触媒又は酸化触媒のような触媒層によって、完全に被覆されていてよい。
【００５２】
電気加熱要素は、システムのその他のいずれかの構成要素から隔離された構成要素であってよい。或いは、電気加熱要素は、システムの別の構成要素（例えばこれらに限られないが、ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒、パティキュレートフィルタ、ミキサ又は加水分解触媒のような構成要素）の一部として連結されていてよい。
【００５３】
電気加熱要素は、１０℃／秒までの迅速な温度上昇を発生可能なように設計されていてよく、好ましくは稼働させるために２ｋｗ超を必要としない。ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒に入る排ガス温度が１５０℃を上回るときに、好ましくはＮＯｘ吸蔵触媒に入る排ガス温度が２５０℃に到達する前に、電気加熱要素を稼働させるのが好ましいだろう。
【００５４】
下流のＮＯｘ還元触媒
加熱要素から下流にある適切なＮＯｘ還元触媒は、選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、又はフィルタを有する選択的接触還元触媒（ＳＣＲＦ）を備える。ＳＣＲ触媒とは、窒素化合物（例えばアンモニア若しくは尿素）との、又は炭化水素（リーンＮＯｘ還元）との反応により、ＮＯｘをＮ２に還元する触媒である。ＳＣＲ触媒は、バナジア−チタニア触媒、バナジア−タングスタ−チタニア触媒、又は遷移金属／モレキュラーシーブ触媒から構成されていてよい。遷移金属／モレキュラーシーブ触媒は、遷移金属及びモレキュラーシーブ、例えばアルミノケイ酸塩ゼオライト又はシリコアルミノリン酸塩を含む。
【００５５】
遷移金属は、クロム、セリウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル及び銅、並びにこれらの混合物から選択され得る。鉄及び銅が、特に好ましいことがある。
【００５６】
モレキュラーシーブには、ベータゼオライト、ホージャサイト（例えばＸ−ゼオライト又はＹ−ゼオライト、これにはＮａＹ及びＵＳＹが含まれる）、Ｌ−ゼオライト、ＺＳＭゼオライト（例えばＺＳＭ−５、ＺＳＭ−４８）、ＳＳＺ−ゼオライト（例えばＳＳＺ−１３、ＳＳＺ−４１、ＳＳＺ−３３）、フェリエライト、モルデナイト、チャバサイト、オフレタイト、エリオナイト、クリノプチロライト、シリカライト、リン酸アルミニウムゼオライト（これにはＳＡＰＯ−３４のような金属アルミノリン酸塩が含まれる）、メソ多孔性ゼオライト（例えばＭＣＭ−４１、ＭＣＭ−４９、ＳＢＡ−１５）、又はそれらの混合物が含まれ得る。好ましくはモレキュラーシーブには、ベータゼオライト、フェリエライト、又はチャバサイトが含まれ得る。好ましいＳＣＲ触媒には、Ｃｕ−ＣＨＡ、例えばＣｕ−ＳＡＰＯ−３４、Ｃｕ−ＳＳＺ−１３及びＦｅ−ベータゼオライトが含まれる。
【００５７】
基材
ＮＯｘ吸蔵触媒及びＳＣＲ触媒はそれぞれさらに、フロースルー基材又はフィルタ基材を備えることができる。１つの実施形態では、触媒／吸着材がフロースルー又はフィルタ基材上に被覆されていてよく、好ましくはウォッシュコート手順を用いてフロースルー又はフィルタ基材上に堆積されている。
【００５８】
ＳＣＲ触媒とフィルタとの組み合わせは、選択的接触還元フィルタ（ＳＣＲＦ触媒）として知られている。ＳＣＲＦ触媒とは、ＳＣＲの機能とパティキュレートフィルタの機能とを組み合わせた単一基材デバイスであり、所望の場合には、本発明の実施形態にとって適切である。本願を通じて、ＳＣＲ触媒についての説明及び言及は、適切であれば、ＳＣＲＦ触媒にも当てはまると理解される。
【００５９】
フロースルー又はフィルタ基材とは、触媒／吸収材の構成要素を収容可能な基材である。基材は、好ましくは、セラミック基材又は金属基材である。セラミック基材は、あらゆる適切な耐火性材料、例えばアルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、マグネシア、ゼオライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸マグネシウム、アルミノケイ酸塩及びメタロアルミノケイ酸塩（例えばコーディエライト及びスポジュメン）、又はこれらのいずれか２つ以上の混合物若しくは混合酸化物から作られていてよい。コーディエライト、ケイ酸アルミン酸マグネシウム、及び炭化ケイ素が、特に好ましい。
【００６０】
金属基材は、あらゆる適切な金属から作られてよく、特に耐熱性の金属及び金属合金、例えばチタン及びステンレス鋼、また他の微量金属に加えて、鉄、ニッケル、クロム及び／又はアルミニウムを含有するフェライト合金である。
【００６１】
フロースルー基材は好ましくは、多数の小さくて平行な薄壁を有するチャンネルを備えるハニカム構造を有するフロースルーモノリスであり、これらのチャンネルは、基材を軸方向に通り、基材の入口部又は出口部から全体に延びるものである。基材のチャンネル断面は、いかなる形状でもよいが、好ましくは正方形、シヌソイド形、三角形、長方形、六角形、台形、円形、又は楕円形である。
【００６２】
フィルタ基材は好ましくは、ウォールフロー式モノリスフィルタである。ウォールフローフィルタのチャンネルは、交互にブロックされており、これによって排ガス流は、入口部からチャンネルに入り、次いでチャンネル壁面を通じて流れて、出口部につながる異なるチャンネルからフィルタを出ることが可能になる。こうして排ガス流内の微粒子は、フィルタ内に捕捉される。
【００６３】
触媒／吸収材は、あらゆる既知の手段、例えばウォッシュコート手順により、フロースルー又はフィルタ基材に添加することができる。
【００６４】
還元剤／尿素注入部
ＮＯｘ還元触媒がＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒である場合、排気システムは、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒の上流に、排気システム内へと窒素還元剤を導入するための手段を備えることができる。排気システム内へ窒素還元剤を導入するための手段が、ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒のすぐ上流にある（例えば、窒素還元剤を導入するための手段とＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒との間に介在する触媒が存在しない）ことが、好ましいこともある。
【００６５】
還元剤は、排ガス内へと還元剤を導入するためのあらゆる適切な手段によって、流れている排ガスに添加される。適切な手段には、注入器、噴霧器、又は供給装置が含まれる。このような手段は、当技術分野でよく知られている。
【００６６】
システムで使用するための窒素還元剤は、アンモニア自体、ヒドラジン、又は尿素、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム及びギ酸アンモニウムから成る群から選択されるアンモニア前駆体であってよい。尿素が特に好ましい。
【００６７】
排気システムはまた、排ガス内のＮＯｘを還元するために、排ガス内への還元剤の導入を制御する手段を備えることができる。好ましい制御手段は、電子制御ユニット、任意でエンジン制御ユニットを備えることができ、さらに、ＮＯｘ還元触媒の下流に位置するＮＯｘセンサを備えることができる。
【００６８】
後処理デバイスを有する排気システム
本発明のシステム及び方法は、通常の稼働温度で内燃機関排ガスから汚染物質を除去可能な、１つ又は複数のさらなる後処理デバイスを備えることができる。排気システムは、前述の電気加熱要素と、ＮＯｘ吸蔵触媒及びＳＣＲ／ＳＤＲＦと、以下のものから選択される１つ又は複数のさらなる触媒構成要素とを有することができる：（１）ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒、（２）パティキュレートフィルタ、（３）ＮＯｘトラップ（ＮＯｘ吸蔵触媒とも呼ばれる）、（４）三元触媒、（５）酸化触媒、又はこれらのあらゆる組み合わせ。
【００６９】
これらの後処理デバイスは、本技術分野でよく知られている。前述のように、選択的接触還元（ＳＣＲ又はＳＣＲＦ）触媒とは、窒素化合物（例えばアンモニア若しくは尿素）との、又は炭化水素（リーンＮＯｘ還元）との反応により、ＮＯｘをＮ２に還元する触媒である。典型的なＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒は、バナジア−チタニア触媒、バナジア−タングスタ−チタニア触媒、又は金属／ゼオライト触媒、例えば鉄／ベータゼオライト、銅／ベータゼオライト、銅／ＳＳＺ−１３、銅／ＳＡＰＯ−３４、Ｆｅ／ＺＳＭ−５、又は銅／ＺＳＭ−５を含む。選択式接触還元フィルタ（ＳＣＲＦ）とは、ＳＣＲの機能と、パティキュレートフィルタの機能とを組み合わせた単一基材デバイスである。これらは、内燃機関からのＮＯｘ及び微粒子の排出を減少させるために使用される。フィルタにより捕捉されたスートを破壊することに加えて、炭化水素及び一酸化炭素を酸化するために、パティキュレートフィルタは、ＳＣＲ触媒被覆に加えて、その他の金属及び金属酸化物成分（例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ及びセリア）を有することもできる。
【００７０】
前述のようにＮＯＸトラップは、リーン排気条件ではＮＯＸを吸着し、リッチ条件下では吸着されたＮＯＸを放出し、かつ放出されたＮＯＸを還元してＮ２を形成するよう、設計されている。ＮＯＸトラップは通常、ＮＯＸ吸蔵成分（例えばＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、及びＮｄ）、酸化成分（好ましくはＰｔ）、及び還元成分（好ましくはＲｈ）を含む。これらの成分は、１つ又は複数の支持体に含まれている。
【００７１】
パティキュレートフィルタは、内燃機関の排気から微粒子を減少させるデバイスである。パティキュレートフィルタには、触媒化されたパティキュレートフィルタと、そのままの（触媒化されていない）パティキュレートフィルタが含まれる。（ディーゼル及びガソリン用途のための）触媒化されたパティキュレートフィルタは、フィルタによって捕捉されたスートを破壊することに加えて、炭化水素及び一酸化炭素を酸化するために、金属及び金属酸化物成分（例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕ及びセリア）を含有する。
【００７２】
三元触媒（ＴＷＣ）は通常、単独のデバイスでＮＯｘをＮ２に、一酸化炭素をＣＯ２に、炭化水素をＣＯ２及びＨ２Ｏに変換するために、化学量論条件下でガソリンエンジンに使用される。
【００７３】
酸化触媒、特にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）は、この技術分野でよく知られている。酸化触媒は、ＣＯを酸化してＣＯ２にするように、気相炭化水素（ＨＣ）及びディーゼル微粒子の有機フラクション（可溶性有機フラクション）を酸化してＣＯ２及びＨ２Ｏにするように、設計されている。通常、酸化触媒は、白金及び任意でパラジウムを、表面積の大きい無機酸化物、例えばアルミナ、シリカ−アルミナ及びゼオライト上に有する。
【００７４】
例示的実施形態
［ＮＯｘ吸蔵］［ＥＨＣ］−（還元剤）−［ＳＣＲ／ＳＣＲＦ］
ＮＯｘ吸蔵触媒と電気加熱要素とは、連結されていてよい。このような実施形態において加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒（の下流）の直後に設置されている。加熱要素は、ＮＯｘ吸蔵触媒と同じ基材内に組み合わされていてよく、又はＮＯｘ吸蔵触媒とは別個に、しかしながら近くに位置付けられて、設置されていてよい。システムは、加熱要素から下流に、ＳＣＲ及び／又はＳＣＲＦ触媒が続く還元剤注入部を備えることができる。任意で、システムはさらに、（１）ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒、（２）パティキュレートフィルタ、（３）ＮＯｘトラップ（ＮＯｘ吸蔵触媒とも呼ばれる）、（４）三元触媒、（５）酸化触媒、又はこれらのあらゆる組み合わせを備えることができる。
［ＮＯｘ吸蔵］−［還元剤注入部］−［ＥＨＣ］−［ＳＣＲ／ＳＣＲＦ］
ＮＯｘ吸蔵触媒と加熱要素とは、連結されていなくてもよい。このような実施形態において加熱要素は、還元剤注入部及び／又はその他の構成要素の下流に位置していてよい。この場合、ＳＣＲ及び／又はＳＣＲＦ触媒は、還元剤注入部及び加熱要素の下流に位置していてよい。このような設定において加熱要素は、ミキサ、加水分解触媒、又は小さなＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒と連結されていてよい。任意で、システムはさらに、（１）ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒、（２）パティキュレートフィルタ、（３）ＮＯｘトラップ（ＮＯｘ吸蔵触媒とも呼ばれる）、（４）三元触媒、（５）酸化触媒、又はこれらのあらゆる組み合わせを備えることができる。
［ＮＯｘ吸蔵］−［還元剤注入部］−［ＥＨＣ］［ＳＣＲ／ＳＣＲＦ］
電気加熱要素とＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒とは、連結されていてよい。このような実施形態において加熱要素は、ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒の下流に直接、設置されていてよい。加熱要素は、ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒と同一の基材内で組み合わされていてよく、又は近くに位置付けられていることによって、別個に設置されていてよい。電気加熱要素は、ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒と単一のユニットを形成することができる。ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒は、ユニットの下流端部で被覆されていてよく、この際に電気加熱要素は、ユニットの上流端部にある。或いは、電気加熱要素は、ＳＣＲ触媒層によって完全に被覆されていてよい。電気加熱要素／ＳＣＲ／ＳＣＲＦのユニットは、ＮＯｘ吸蔵触媒及び還元剤注入部の下流に位置している。任意で、システムはさらに、（１）ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒、（２）パティキュレートフィルタ、（３）ＮＯｘトラップ（ＮＯｘ吸蔵触媒とも呼ばれる）、（４）三元触媒、（５）酸化触媒、又はこれらのあらゆる組み合わせを備えることができる。
【００７５】
図１によればシステム（１０）は、還元剤注入部（１４）が続くＮＯｘ吸蔵触媒（１２）を有することができる。電気加熱要素／ＳＣＲ（Ｆ）触媒ユニット（１６）は、下流に位置している。電気加熱要素は、ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒と、単一のユニット（１６）を形成することができる；ＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒は、ユニット（１６）の下流端部で被覆されていてよく、この際に電気加熱要素は、ユニット（１６）の上流端部にあり、或いは電気加熱要素は、ＳＣＲ触媒層によって完全に被覆されて、ユニット（１６）を形成することができる。還元剤注入部（１８）は、ユニット（１６）から下流に位置しており、これにＳＣＲ（Ｆ）触媒（２０）が続く。
【００７６】
方法
本発明は、内燃機関からの排ガスを処理するための方法も含む。本方法は、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵触媒に低温又は低温よりも低い温度で吸着させること、低温を上回る温度で、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを熱により脱着させること、下流にあるＮＯｘ還元触媒を、電気加熱要素で加熱すること、及び脱着されたＮＯｘを、ＮＯｘ還元触媒により触媒で除去することを含む。好ましくは、低温は約２００℃、約２５０℃、又は約２００〜２５０℃である。
【００７７】
排ガスはさらに、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流にあるさらなる触媒構成要素で処理することができ、この触媒構成要素には、さらなるＳＣＲ／ＳＣＲＦ触媒、パティキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸着触媒、三元触媒、酸化触媒、又はこれらの組み合わせが含まれる。
【００７８】
電気加熱要素は、１０℃／秒までの迅速な温度上昇を発生させることができ、好ましくは稼働させるために２ｋｗ超を必要としない。ＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒に入る排ガス温度が１５０℃を下回る場合、好ましくはＮＯｘ吸蔵触媒に入る排ガス温度が２５０℃に到達する前に、電気加熱要素を稼働させるのが好ましいだろう。
【００７９】
一般的には加熱要素を、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘが放出される前に稼働させる。加熱要素のスイッチをいつ入れるかという正確なタイミングは、後処理システムキャリブレーションの戦略による。ＮＯｘを断続的なパターンでＳＣＲ又はＳＣＲＦ触媒により処理するために、加熱要素を使用することができ、残りの時間の間、ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このような稼働モードは、本発明のシステム及び方法について特徴的であり得る。なぜならば、ＮＯｘ吸蔵触媒とＳＣＲ機能との間に加熱要素を位置決めすることにより、選択する場合には独立して、双方の触媒の属性を使用するための自由度が得られるからである。加熱要素をＮＯｘ吸蔵触媒の前に位置決めする場合、こうすることはできない。
【００８０】
本発明のシステムはまた、ハイブリッド式の電動モータ及び内燃機関を動力とする車両において、さらなる利点をもたらすことができる。このような車両では、必要とされる動力が増加する間に、ＳＣＲの排ガス温度がライトオフ温度を下回ると、必要とされる動力の一部が電動モータから、以下の目的のために得られる：ａ）下流にあるＳＣＲ触媒のＥＨＣ加熱に先立ち、排ガス温度の上昇を低減させ、これによってＮＯｘ吸蔵触媒からのＮＯｘ放出を減少させるため、及びｂ）排ガスの質量流量が、エンジンの動力のみを使用する車両と比較して低いので、ＥＨＣ加熱モードの間にＳＣＲの加熱を改善するため。
【００８１】
本発明はまた、ＥＨＣの加熱フェーズと、吸蔵触媒の熱によるパージとを組み合わせる方法を含む。ＮＯｘは、熱によるパージを短時間発生させることによって、ＮＯｘ吸蔵触媒から脱着可能なことが判明している。熱による短時間のパージは、ＣＳＦスート再生のために使用する条件と同様であってよく、又はラムダ１稼働モードに近くてよく、これはＮＯｘを放出する際に、非常に効率的であることが判明している。幾つかの実施形態において、熱によるパージは、３０秒未満、２５秒未満、２０秒未満、１５秒未満、１０秒未満、５秒未満、約１秒〜約３０秒、約５秒〜約２５秒、又は約１０秒〜約２０秒、継続し得る。
【００８２】
熱によるパージを所定の時間で計画することによって、所望の時間に、ＮＯｘ放出とＳＣＲ（Ｆ）稼働との間で最適化されたオーバーラップ（触媒の温度が、尿素注入及び高いＮＯｘ変換のために充分に高いことを意味する）を保証するために必要な持続時間にわたり、ＳＣＲ（Ｆ）を加熱するためのＥＨＣ加熱を引き起こすことができる。
【００８３】
本発明の幾つかの実施形態においてシステムは、熱量が大きい／伝導性が低い部分（例えば金属基材又はフィルタ基材）が続く加熱要素を備え、このような基材には例えば、チタン酸アルミニウム、コーディエライト及び／又は炭化ケイ素が含まれる。熱量が大きい／伝導性が低い部分を付加することにより、システムに対してさらなる利点をもたらすことができる。なぜならば、加熱された部分により、ＥＨＣ加熱と、ＮＯｘ吸蔵触媒からの活性ＮＯｘ放出性とを調和させる厳密性をより下げることが可能になるからである。
【００８４】
以下の実施例は本発明を単に例示するに過ぎず、当業者であれば、本発明の思想及び特許請求の範囲内にある多くのバリエーションを認識するであろう。
【実施例】
【００８５】
実施例１
温度及びＮＯｘ累積質量差異を、図１に図示したシステムのようにＰＮＡ／ｄＣＳＣ／＋ＳＣＲ−ＥＨＣ＋ＳＣＲＦを備えるシステムにおいて、時間の関数として測定した。図２における結果は、ＮＯｘ吸着材と、下流にあるＮＯｘ還元触媒との典型的なミスマッチを示している。ＮＯｘ吸着材は、約２５０℃の温度でＮＯｘを放出しているが、ＮＯｘ還元触媒はこの温度では効果的ではなく、第一のＮＯｘ放出をかなり逃すであろう。
【００８６】
温度及びＮＯｘ累積質量を、加熱ありの、及び加熱なしのシステムにおいて時間の関数として特定するために、試験を行った。排ガスについて、ＰＮＡ／ｄＣＳＣによって、及びＰＮＡ／ｄＣＳＣとポストＳＣＲＦ位置との間で、加熱あり、また加熱なしで、試料を採取した。
【００８７】
その結果が、図３及び４に示されている。図３には、ポストＥＨＣ−ＳＣＲで測定した温度がハイライトされており、これによりＥＨＣ加熱モードありの稼働と、ＥＨＣ加熱モードなしの稼働が、描かれている。ＥＨＣにより熱を加えることによって、ＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の活性を、熱を加えない場合よりも早く引き起こし可能なことが保証される。図４ではこの熱の利点が、（特にこの試験では２ｋＷの電力で）ＥＨＣを稼働させた際に、先に記載したシステムの後に測定された累積ＮＯｘの減少により、測定されている。
【００８８】
実施例２
この実施例は、熱管理（エンジンの熱）によってＰＮＡのＮＯｘ吸蔵−放出特性を制御可能かどうかについて試験しており、さらにＥＨＣ−ＳＣＲを、ＮＯｘ吸蔵触媒からの熱によるＮＯｘ放出を捕らえるために使用可能かどうかについて試験している。  
【００８９】
以下の構成を有するシステムをテストした：ＮＯｘ吸蔵触媒、還元剤注入部、電気加熱要素／ＳＣＲ、還元剤注入部、ＳＣＲＦ、ＳＣＲ。このテストサイクルは、ＮＥＤＣのＥＣＥ部分であった。これによって４つのＥＣＥごとに、リーンパージが引き起こされる。リーンパージによるＮＯｘ吸蔵触媒のクリーニングは、脱ＮＯｘモードのエンジンを用いた１５秒のリーンパージ（ラムダ１．１）を含んでいた。リーンパージによるＮＯｘ吸蔵触媒のクリーニング＋電気加熱要素／ＳＣＲのために、１５秒のリーンパージより前に、１．５ｋＷの加熱を、パージに先立つこと５０秒で開始した（持続時間は６０秒）。
【００９０】
測定は、吸蔵及び放出特性を理解するために、ＰＮＡ／ｄＣＳＣについて行った。次いで、ＥＨＣ−ＳＣＲへの、アルファ５という尿素注入比率（アンモニアの、ＮＯｘに対する比率）を、２つのテストにわたって、１つはＥＨＣ加熱なし、１つはＥＨＣ加熱ありで適用した。
【００９１】
その結果が、図５に示されている。ここでは、エンジンからの累積ＮＯｘ質量が、加熱あり、及び加熱なしのポスト後処理システムと比較されている。これによればＰＮＡ／ｄＣＳＣからのＮＯｘの放出が、脱ＮＯｘパージによって熱により制御される（ラムダは１に近い）。前述のように戦略的に加熱部を加えることによって、後処理システムの後に試料採取したＮＯｘが低減される。よって、ＥＨＣ−ＳＣＲを加熱するための戦略的なアプローチをエンジンモードと連結させてＰＮＡ／ｄＣＳＣからＮＯｘを放出することができ、これによって後処理システムからのＮＯｘ変換上昇がもたらされる。
【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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【国際調査報告】
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