(57)【要約】リーンバーン内燃機関用の排気機構は、粒子状物質用のフィルター（３０、３６）およびフィルター（３０、３６）上に配置された粒子状物質を燃焼させるための、分子状酸素より活性が高い酸化体を発生するための手段を備えてなり、フィルター（３０、３６）が細長く狭い金属細片の固まりを含んでなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、
細長く平らで、狭い金属細片の固まりを充填した煤フィルターと、および
前記フィルター上に集められた煤を燃焼させるための、分子状酸素（Ｏ２）よりも活性が高い酸化体を発生させる手段とを備えてなる、排気機構。
【請求項２】
前記Ｏ２よりも活性が高い酸化体が、オゾン、プラズマまたはＮＯ２の少なくとも一種である、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
前記ＮＯ２が、少なくとも部分的に、排気ガス中に含まれるＮＯｘのＮＯ成分を触媒作用により酸化することにより付与されるものである、請求項２に記載の機構。
【請求項４】
前記機構が、前記フィルターの上流にＮＯ酸化触媒を包含し、
前記触媒が、前記フィルターに使用する型の金属基材上に担持され、但し、低い充填密度で担持されて煤粒子が通過できるようにされてなる、請求項３に記載の機構。
【請求項５】
前記フィルターが、全体的または区域的に、規則的な、コイル状の、織り上げた、または編み上げた構造を有するものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機構。
【請求項６】
前記フィルターの前記金属がタイプ３００またはタイプ４００ステンレス鋼である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の機構。
【請求項７】
前記フィルターの前記金属が、少なくとも１１．５％のＣｒと、４％のＡｌとおよび０．０２〜０．２５％の少量成分、例えば希土類元素、ジルコニウムまたはハフニウムとを含有する鉄合金を含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の機構。
【請求項８】
前記フィルターの前記金属細片の幅が２ｍｍまで、特に０．１〜０．５ｍｍであり、
前記金属細片の厚さが、前記金属細片の幅の０．２〜０．８である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の機構。
【請求項９】
前記細長く平らで、狭い金属細片が、平らにしたワイヤである、請求項９に記載の機構。
【請求項１０】
前記フィルター充填物が、煤の酸化に触媒作用する層を担持してなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１１】
前記フィルターが、ＰｔまたはＣｓおよびＶの酸化物を包含するウォッシュコートを含んでなる触媒作用被覆を含んでなる、請求項１０に記載の機構。
【請求項１２】
上流から下流に向かう順序で、益々小さくなっていく粒子を連続的に捕獲するように設計された複数の金属系フィルターを備えてなる排気ガス処理機構を備えてなる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１３】
さらに小さな粒子を捕獲するための少なくとも一個のウォール−フロ−フィルターを備えてなる、請求項１２に記載の機構。
【請求項１４】
前記または各一対の金属系フィルター間にフロースルーモノリスを備えてなる、請求項１２または１３に記載の機構。
【請求項１５】
前記または各フロースルーモノリスがＮＯ酸化触媒を含んでなり、それによって前記先行するフィルター中での煤との反応により減少したＮＯ２含有量を回復してなる、請求項１４に記載の機構。
【請求項１６】
前記フィルターの容量が、酸化体により煤を連続的に燃焼させるのに十分である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１７】
前記フィルター容量が、次の高速走行期間の前に圧損を大幅に増加するのに十分な煤を蓄積させる大きさを有してなり、
前記機構がバイパスを包含してなり、
前記バイパスを通した圧損が、前記フィルターを通した設計最大許容圧損に等しいものであることにより、エンジン停止を回避する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１８】
大気中への煤放出を制限する手段を備えてなり、
前記手段が、前記バイパスの下流に、第二段階、例えばフィルターまたは衝突収集装置および／または酸化触媒を備えてなる、請求項１７に記載の機構。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載の排気機構を備えてなる内燃機関。
【請求項２０】
請求項１９に記載のディーゼルエンジン。
【請求項２１】
内燃機関の排気ガスを処理する方法であって、
前記排気ガス中の煤をフィルター上に捕獲する工程と、
前記排気ガス成分から前記フィルター上に集められた煤を燃焼させるための、分子状酸素（Ｏ２）よりも活性が高い酸化体を発生させる工程と、および
前記捕獲された煤を酸化体中で燃焼させる工程とを含んでなり、
前記フィルターが、細長く、平らで狭い金属細片の固まりを含んでなる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーンバーン内燃機関用の排気機構に、特に煤を含むガスを処理する機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気ガスから煤をセラミックウォール−フロ−フィルターにより濾過する方法は十分に確立しているが、金属系フィルターの使用はそれ程でもない。金属系フィルターは、特に米国特許第ＵＳ−Ａ−４，２７０，９３６号明細書および第ＵＳ−Ａ−４，９０２，４８７号明細書およびＳＡＥ文献８２０１８４(Enga et al.)および８９０４０４(Cooper, Thoss)に開示されている。金属系フィルターは、Johnson Mattheyの「Catalytic Trap Oxidiser」（「ＣＴＯ」）で高度の開発段階に達しているが、市場ではウォール−フロ−フィルターと競合して成果を上げているとは思えない。我々は、最近、金属系フィルターを有利に使用できる機構を開発した。
【０００３】
本発明により、エンジンが、細長く、平らな、狭い金属細片の固まりを充填した煤フィルター、およびフィルター上に集められた煤を燃焼させるための、分子状酸素（Ｏ２）よりも活性の高い酸化体を発生するための手段を備えてなる排気ガス処理機構を備えてなる、リーンバーン内燃機関用の排気機構を提供する。
【０００４】
「細長い」とは、平らな金属細片の平面の幅に関していう。用語「狭い」もそれに従って解釈すべきである。
【０００５】
「充填」により、我々は、「密に詰めた」および「圧縮した」も意味する。
【０００６】
そのようなエンジンから出る排気ガスは、典型的には気体状成分、煤（または粒子状物質（ＰＭ））、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、酸化窒素（ＮＯｘ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、Ｏ２および窒素（Ｎ２）を含む。フィルター上に集められた煤を燃焼により除去する手段は、好ましくは連続的に作動する。Ｏ２よりも活性が高い酸化体は、例えばオゾンおよび／またはプラズマであり、ＮＯ２が最も好都合である。そのようなＮＯ２は、好ましくは少なくとも部分的に、ＮＯｘのＮＯ成分を、ＮＯ酸化触媒、例えばフィルターの上流にある、粒子状アルミナ上に担持された白金、上で触媒作用により酸化することにより得られる。そのような触媒は、フィルターに使用する型の、ただし煤粒子が通過できるように、低い充填密度で充填された、平らな、狭い金属細片基材上に担持することができる。
【０００７】
あるいは、またはこれに加えて、フィルター充填物は、場合によりＮＯからＮＯ２への酸化が関与する機構により、煤を酸化するための触媒作用層を有することができる。そのような煤酸化触媒には、担持された白金族金属、例えばアルミナ上の白金、および／または卑金属、例えばＬａ／Ｃｓ／Ｖ２Ｏ５、が挙げられる。ガス中で利用できるエンジンから出たＮＯｘが煤を連続的に燃焼させるには不十分である場合、例えばプラズマまたはＮＯｘまたは硝酸を、場合により車両上でのアンモニア酸化により発生させたガスとして、導入することにより、より多く導入することができる。
【０００８】
オゾンおよび／またはプラズマは、好適な手段、例えばＵＶ光源および／またはコロナ放電装置、により発生させることができる。プラズマおよび／またはオゾンは、ＮＯをＮＯ２に酸化することができる。一実施態様では、排気機構は、オゾンおよび／またはプラズマを発生する手段およびＮＯ酸化触媒としての手段の両方を備えてなる。
【０００９】
フィルターの外側構造は、操作上の優位性を与える特徴を有することができる。例えば、その構造は反応器シェル中に容易に挿入できる、またはそこから容易に取り出せるモノリスとして形成することができる。モノリスであってもなくても、その構造は外側構造中のカートリッジとして、容易に挿入または取り外しできる。その構造は、全体的に導電性にして、冷間始動時に電気的に加熱できるようにすることができる。そのような電気的な伝導は、フィルターを外側シェル中に配置する場合、隣接する細片間で局所的な溶接を行うことにより、モノリス構築に使用できる。外側構造は軸方向金属棒を含み、そのような溶接の際に一方の電極として作用させ、シェルを他方の電極として作用させることができる。
【００１０】
フィルターの金属は、排気処理過程の条件に耐えられるべきである。このフィルターは、セラミックフィルターよりも簡単に交換可能であり、その材料は回収して再使用できるので、フィルターの耐用寿命は、セラミックフィルターほど長くなくてもよい。フィルターを車両の通常の保守間隔で交換することも考えられる。
【００１１】
典型的には、金属は耐食性鉄合金である。典型的な合金は、タイプ３００またはタイプ４００ステンレス鋼におけるような、ニッケルとクロムおよび少量成分を含む。どちらを使用するかは、排気ガス処理機構が、リッチ条件で一時的に動作することが求められるかによって異なり、その場合、ある種のステンレス鋼は不適当である。広範囲な排気組成に対して、好ましい鉄合金は、少なくともＣｒ１１．５％、Ａｌ４％および０．０２〜０．２５％の少量成分、例えば希土類元素、ジルコニウムまたはハフニウム、を含む。フィルター中の金属は、場合により電気伝導ブリッジまたは溶接機能を与える成分を含む、様々な組成物の混合物でよい。
【００１２】
フィルターは、全体的または区域的に、規則的な、例えばコイル状、織り上げた、または編み上げた構造を有することができる。フィルターの金属細片は、幅が例えば２ｍｍまで、特に０．１〜０．５ｍｍでよい。金属細片は、使用される条件で機械的強度を与えるだけの十分な厚さを有するべきである。典型的には、その厚さは、その幅の０．２〜０．８の範囲内である。好適には、その単位長さあたりの幾何学的表面積は、円形断面および同じ重量を有する金属のそれの１．２〜１．５倍の範囲内である。円形断面を有するワイヤを平らにした製品が好適である。フィルター中の金属は、細片寸法の混合物でよく、平らになっていない中間長さとして、または追加の小単位として、円形断面ワイヤを包含することができる。一実施態様では、平らで狭い金属細片は、平らにしたワイヤである。
【００１３】
充填の程度は、所望のレベルの濾過および／または機巧なかの背圧を与えるように選択することができ、平らな金属細片の幅および高さ(depth)によって異なる。しかし、我々は、一般的に充填密度２．５〜３０％ｖ／ｖ、例えば５〜１５％ｖ／ｖ、が望ましい結果を与えると考えている。我々は、充填密度１０％を有利に使用している。
【００１４】
フィルター上の触媒作用する被覆は、酸化物、例えばアルミナ、を場合により希土類元素および活性材料、特にＰｔまたはＰｄまたはＣｓおよびＶの酸化物と共に含むウォッシュコートを含んでなる。被覆は、ペロブスキー石を含むことができる。ＮＯの触媒作用による酸化を使用する場合、触媒は、典型的にはＰｔおよび／またはＰｄをそのようなウォッシュコート上に含んでなる。オゾンを使用する場合、その発生装置は、例えば大きな電位差に保持された２個の電極間を空気が通過するコロナ放電管であるか、または高エネルギーランプを備えてなるものでよい。プラズマを使用する場合、プラズマ発生装置は、例えばコロナ放電、表面プラズマ放電または誘電バリヤー放電により操作するか、または誘電充填床または電子線リアクトルを備えてなることができる。プラズマは、電磁放射線、例えばマイクロ波放射線、により強化することができる。発生装置は、空気または排気ガス全体またはそのようなガスの一部を処理の前または後に、処理することができる。
【００１５】
エンジンに対するフィルターの大きさ、およびＯ２より活性の高い追加酸化体を導入するためのすべての配置は、設計によって決められる。最も簡単な場合、フィルター容量は、煤が酸化体により連続的に燃焼されるように十分に大きい、すなわち低速走行中の蓄積が高速走行中に急速に除去され、全体的な傾向は連続燃焼である。あまり経費がかからないフィルターの容量は、次の高速走行時の前に圧損を大幅に増加するのに十分な大量の煤を蓄積する大きさを有する。そのようなフィルターは、バイパスを包含し、その中を通る圧損を、設計上許容される最大圧損に等しくするのが好ましい。バイパスは、過度の圧損により生じるエンジン停止や低出力を回避するが、大気中にある程度の煤を放出する。そのような煤放出に対処するために、第二段階、例えばフィルターまたは衝突収集装置および／または酸化触媒をバイパスの下流に設置することができる。第二段階のフィルターおよび／または酸化触媒を含む、または含まないバイパスは、フィルターカートリッジの一部でよい。
【００１６】
フィルターおよび／または（使用する場合）酸化触媒を通るガス流の方向は、直線的な、または全体的な流れ方向に対して横方向の成分でよいか、またはその成分を有することができる。横方向流は、例えば対称的で、特に円筒形フィルター中の軸方向で、流出ヘッダーに向かって内側に、あるいは長円形断面または長方形フィルター中の高圧部分に向かうものでよい。あるいは、一方向の交差流を与えることもできる。
【００１７】
本方法および機構のさらなる態様では、一連のフィルター素子により、ガスに様々な煤処理能力、例えば益々小さくなっていく粒子を集める、および／または次第に変化する触媒作用環境を与えることができる。好ましくは、一連のフィルター素子の入口では、ガス流が流れの全体的な方向に対して横方向であるか、または横方向の成分を有する。本方法および機構が、分子状酸素よりも活性が高い酸化体に煤をさらすことを包含する場合、一連のフィルター素子は、酸化触媒と、および／またはプラズマまたはオゾンを与える手段と交互に配置することができる。そのような一連のフィルター素子では、下流のフィルターおよび（使用する場合）酸化触媒は、セラミックでよい。
【００１８】
特に有用な機構は、下流に向かう順序で、益々小さくなっていく粒子を連続的に捕獲するための複数の金属系フィルターおよび所望によりさらに小さい粒子を捕獲するための少なくとも一個のウォール−フロ−フィルターを含んでなる。この機構では、ウォール−フロ−の細孔は、目詰まりまたはブロックさせる、すなわちガス流量を低下させる可能性がある大きな粒子を先行する金属系フィルターが除去しているので、一段階ウォール−フロ−捕獲におけるよりも小さくてよい。フィルターのいずれか、またはすべてに、触媒作用を持たせることができる。
【００１９】
その代わりに、またはそれに加えて、別のＮＯ酸化触媒を、少なくとも第一フィルターの上流に配置することができる。フィルター上および／またはフィルター間のそのような触媒は、先行するフィルターで煤との反応により減少している可能性があるＮＯ２の含有量を回復する効果を有することができる。フィルター、および存在する場合、触媒は、カートリッジ中に単一の装置として組み込むことができる。そのようなＮＯ酸化触媒は、フロースルー基材、例えばセラミックまたは金属基材上に担持することができる。
【００２０】
別の態様により、本発明は、Ｏ２より活性が高い酸化体がオゾン、プラズマまたはＮＯ２の少なくとも一種である本発明の機構を提供する。
【００２１】
排気処理機構は、使用または提案されている他の装置、例えば三元触媒（ＴＷＣ）、酸化窒素（ＮＯｘ）トラップ＋再生手段、例えば炭化水素またはアンモニアを還元体として使用する選択的触媒作用還元（ＳＣＲ）、リーン−ＮＯｘ触媒作用装置、再生可能または使い捨て酸化硫黄（ＳＯｘ）トラップ、を包含することができる。エンジンおよび機構は、使用中に排気機構の作動を制御し、排気を減少させるための制御ギヤ、およびオン−ボード診断ギヤを通常の、または本発明の新規な特徴として包含することができる。
【００２２】
リーンバーンエンジンは、現在煤を含有するエンジンを発生する、またはその可能性があるすべてのエンジンでよい。例えば、エンジンは、圧縮着火機関、例えばディーゼルエンジン、または火花点火機関、例えばリーンバーンガソリン、例えばガソリン直噴（ＧＤＩ（商品名））、エンジンでよい。エンジンは、排気ガス再循環（ＥＧＲ）機構を有することができる。エンジンは軽負荷または重負荷でよい。排気ガスのＳＯ２含有量低くするために、使用する燃料のＳ含有量は、Ｓとして５００ｐｐｍｗ／ｗ未満、特に５０ｐｐｍｗ／ｗ未満にすべきである。排気ガスのＳＯ２を２０ｐｐｍ未満にする低硫黄燃料および潤滑剤が好ましい。
【００２３】
本発明をより深く理解できるようにするために、添付の図面および例を参照しながら本発明の実施態様を説明する。
【００２４】
図１に関して、物体１０は、空気入口１２および燃料入口１４を有する４シリンダーディーゼルエンジン（硫黄含有量５ｐｐｍの炭化水素を、定常運転では重量空燃比約３０で供給するが、日常起こるように変動する）を示す。エンジン排気１６は、全体的に１８で示す、絶縁内壁２０を有する円筒形処理反応器に供給される。壁２０中には、フィルターカートリッジ２２がぴったりとはめ込まれている。カートリッジ２２の入口末端には、触媒床２４が直径全体を占有しており、その触媒床は、３１０ステンレス鋼ワイヤを平らにし、幅０．３３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍにして、固体６体積％に編み上げ、アルミナウォッシュコートおよびＰｔを床体積の７０〜１００（１．９８〜２．８３ｇｍ−３）、場合により３００（８．５０ｇｍ−３）ｇ／ｆｔ３まで担持し、低温活性を持たせたもので充填されている。カートリッジ２２の次の下流区域は、第一フィルター３０を取り囲む輪状供給チャネル２８により占有されており、第一フィルター３０は、床２４と同じ平らにしたワイヤで、ただし１２体積％で充填され、ウォッシュコートおよび煤酸化触媒を担持している。フィルター３０は、軸方向内側に、出口３２に向かうガス流を与える。供給チャネル２８の末端は、縦方向でバイパス３４になっているが、その機能は後で説明する。次の下流区域は、縦方向ガス流を与える第二フィルター３６である。フィルター３６の軸方向に金属棒３８があるが、その機能は後で説明する。フィルター３６は、床２４と同じ平らにしたワイヤで、ただし１６体積％で充填され、煤酸化触媒、例えばＬａ／Ｃｓ／Ｖ２Ｏ５、を担持している。フィルター３０および／または３６は、構築時に、軸方向出口または軸方向棒３８をそれぞれ一方の電極として、および外側境界部材をもう一方の電極として使用し、電気的内部スポット溶接することにより、堅くすることができる。フィルター３６をバイパスチャネル４０が取り囲んでいる。バイパス３４および４０は、圧損を、フィルターが部分的に煤を帯びた時のフィルターの圧損と釣り合わせるために、流れに対して障害となる材料を包含する可能性を示すために、斜線で示してある。フィルター３６上の煤酸化触媒の代わりに、またはそれに加えて、フィルター間に、２４と類似の第二の酸化触媒があってもよい。
【００２５】
作動の際、床２４に入る排気ガス中のＮＯは、大部分がＮＯ２に酸化される。ガス中の煤は床２４を通過し、フィルター３０により保持され、そこでＮＯ２によりＣＯに酸化される。フィルター３０が小さく設計されているか、またはエンジン異常により過度の煤が生じた場合、煤はフィルター中に蓄積し、その中を通るガス流を妨害する。そのような妨害による、設計された、すなわち予め決められたレベルの圧損に達すると、バイパス３４が排気機構を通してガスを通すので、煤を燃焼させる条件が戻るか、または矯正手段が取られるまで、エンジンは作動し続けることができる。同様に、煤がフィルター３６中で設計レベルまで蓄積しても、バイパスチャネル４０がガスを通過させる。
【００２６】
フィルター３０および３６、および場合により他のフィルター、が連続していることにより、単位体積あたりの幾何学的表面が次第に増加し、より細かい粒子またはバイパスされた粒子を捕獲する。そのような一連のフィルターは、進入する煤の濃度が第一濾過段階におけるよりも十分に低い場合、バイパスを包含する必要は無い。そのようなさらなる段階は、上記のような酸化触媒を包含し、先行するフィルター上の煤による還元に続く、ＮＯ２の含有量を回復することができる。
【００２７】
例
European Stage 2の法的必要条件に適合し、硫黄５０ｐｐｍを含むディーゼル燃料を供給する２．５リットルAudi TDI車両に、直径５．６６ｉｎ（１４４ｍｍ）、長さ９ｉｎ（２２５ｍｍ）、セル密度４００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）（６２セルｃｍ−２）、壁厚６ミル（千分の１インチ）（０．１５ｍｍ）のフロースルーセラミックモノリスを取り付けた。この車両を標準的なシャシローリングロードダイナモメータ上に設置し、アイドリング２０秒間後に、１００秒間で１２０ｋｐｈに加速し、試験の残り期間をこの速度に維持した。さらに３００〜４００秒間後、触媒系への入口温度は安定した温度３３０〜３５０℃に達した。次いで、この車両をこの温度で２０分間走行させた（図２）。試験用の平均粒子重量を計算できるようにするために、２０分間の間、標準的な方法により粒子を２組（各１０分間毎に１組）の濾紙上に集めた。同じ２０分間の間に、酸化窒素（ＮＯおよびＮＯ２）を、モノリスへの供給ガスおよびモノリス後のテールパイプガス中で、化学発光分析およびFourier Transform Infra Red (FTIR)によりそれぞれ測定した。これに機構１のラベルを付けた。
【００２８】
車両からフロースルーモノリスを取り外し、直径５．６６ｉｎ（１４４ｍｍ）、長さ４ｉｎ（１００ｍｍ）の、同じセル密度を有し、壁厚を白金触媒で７５ｇｆｔ−３（２．６ｇリットル−１）に被覆したフロースルーモノリスで置き換え、続けて、直径５．６６ｉｎ（１４４ｍｍ）、長さ４ｉｎ（１００ｍｍ）の、裸のフロースルーモノリスを設置した。同じ試験サイクルを行い、測定を繰り返した。これに機構２のラベルを付けた。
【００２９】
酸化触媒を、直径５．６６ｉｎ（１４４ｍｍ）、長さ３ｉｎ（７６ｍｍ）の、白金で７５ｇｆｔ−３（２．６ｇリットル−１）に被覆したフロースルーモノリスで置き換え、裸のモノリスを新規な設計の粒子状物質トラップで置き換えた。このトラップは、編み上げた、ステンレス鋼ワイヤ、幅０．１ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍ、の充填された床からなり、触媒後面の直径全体を占有し、触媒と接している。ワイヤ床の全長は４ｉｎ（１００ｍｍ）で、充填密度は１０％ｖ／ｖであった。これに続いて、直径５．６６ｉｎ（１４４ｍｍ）、長さ１ｉｎ（２５．４ｍｍ）の、白金で７５ｇｆｔ−３（２．６ｇリットル−１）に被覆したフロースルーモノリス（「触媒スライス」）を、編み上げたワイヤ基材の後面に接するように配置した。さらに、この触媒に続いて、先行する第一の編み上げたワイヤ基材および触媒と同じ寸法を有する第二の編み上げたワイヤ基材および裸のモノリスを配置した。この配置は図３に示す。従って、触媒作用を持たせたフロースルーモノリスの総体積および縦横比は、機構２と同一である。この最後の機構に機構３のラベルを付けた。機構１および２と同等の走行サイクルおよび測定を繰り返した。
【００３０】
図４は、３種類の機構に対し、走行サイクル全体にわたって測定した粒子状物質をまとめて示す。粒子状物質が、機構１の「基線」から、機構２で酸化触媒を加えることにより低下し、ある量の煤を保持し、第一触媒から出るＮＯ２を煤と反応させる充填ワイヤ床を加えることにより、さらに改善される。機構１に対する機構２の転化効率は１３％であるのに対し、機構１に対する機構３の転化効率は３８％であることが分かる。
【００３１】
図５は、３種類の機構の下流にあるテールパイプにおけるＮＯ２の状態解析（秒毎に連続的）を示す。裸のモノリスを備えた機構１は、エンジンからのＮＯ２排気と類似した非常に低いＮＯ２排気を有する。機構２の後では、ＮＯが触媒上で酸化されるが、煤との反応は少量しかないので、より高いＮＯ２濃度が測定される。機構３では、第一酸化触媒上で形成されたＮＯ２が、第一フィルター床で集められた煤と反応する。第一触媒上で酸化されなかったＮＯは第一フィルター床を通過し、第二触媒上でＮＯ２に酸化される。ＮＯ２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯの反応から形成されるＮＯのある程度の再酸化も起こり得る。このＮＯ２は、第一フィルターで反応しなかったＮＯ２と共に、第二フィルター床で集められた煤と反応し、機構２と比較して、煤とＮＯ２のテールパイプレベルが低くなる。ガスがフィルター床を通過することにより、ガス流中で始まった乱流は、ＮＯ２と煤の反応および第二触媒上でのＮＯの酸化を促進する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、排気機構を備えたディーゼルエンジンを断面で図式的に示す。
【図２】図２は、車両排気機構における排気ガス後処理部品の入口温度および出口温度と時間の関係および車両速度を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明で使用する排気ガス処理機構部品を通して図式的に示す断面図である。
【図４】図４は、排気ガス処理機構１、２および３に対する走行サイクル全体にわたって測定した粒子状物質を示す棒グラフである。
【図５】図５は、機構１、２および３を備えてなる排気機構から出るテールパイプＮＯ２の状態解析（秒毎に連続的）を示す。
【図１】
2005535438.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月19日(2004.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、
細長く平らで、狭い金属細片の固まりを充填した煤フィルターと、および
前記フィルターに集められた煤を燃焼させるための、前記フィルターの上流部に設けられた、ＮＯをＮＯ２に酸化してなる触媒とを備えてなり、
前記触媒が、前記フィルターに使用する型の金属基材上に担持され、但し、低い充填密度で担持されて煤粒子が通過できるようにされてなる、排気機構。
【請求項２】
上流から下流に向かう順序で、益々小さくなっていく粒子を連続的に捕獲するように設計された複数の金属系フィルターを備えてなる排気ガス処理機構を備えてなる、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
さらに小さな粒子を捕獲するための少なくとも一個のウォール−フロ−フィルターを備えてなる、請求項２に記載の機構。
【請求項４】
前記または各一対の金属系フィルター間にフロースルーモノリスを備えてなる、請求項２または３に記載の機構。
【請求項５】
前記または各フロースルーモノリスがＮＯ酸化触媒を含んでなり、それによって前記先行するフィルター中での煤との反応により減少したＮＯ２含有量を回復してなる、請求項４に記載の機構。
【請求項６】
前記フィルターの容量が、酸化体により煤を連続的に燃焼させるのに十分である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の機構。
【請求項７】
前記フィルター容量が、次の高速走行期間の前に圧損を大幅に増加するのに十分な煤を蓄積させる大きさを有してなり、
前記機構がバイパスを包含してなり、
前記バイパスを通した圧損が、前記フィルターを通した設計最大許容圧損に等しいものであることにより、エンジン停止を回避する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の機構。
【請求項８】
大気中への煤放出を制限する手段を備えてなり、
前記手段が、前記バイパスの下流に、第二段階、例えばフィルターまたは衝突収集装置および／または酸化触媒を備えてなる、請求項７に記載の機構。
【請求項９】
前記フィルターが、全体的または区域的に、規則的な、コイル状の、織り上げた、または編み上げた構造を有するものである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１０】
前記フィルターの前記金属がタイプ３００またはタイプ４００ステンレス鋼である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１１】
前記フィルターの前記金属が、少なくとも１１．５％のＣｒと、４％のＡｌとおよび０．０２〜０．２５％の少量成分、例えば希土類元素、ジルコニウムまたはハフニウムとを含有する鉄合金を含んでなる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１２】
前記フィルターの前記金属細片の幅が２ｍｍまで、特に０．１〜０．５ｍｍであり、
前記金属細片の厚さが、前記金属細片の幅の０．２〜０．８である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１３】
前記細長く平らで、狭い金属細片が、平らにしたワイヤである、請求項８に記載の機構。
【請求項１４】
前記フィルター充填物が、煤の酸化に触媒作用する層を担持してなる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１５】
前記フィルターが、Ｐｔ、またはＣｓおよびＶの酸化物を包含するウォッシュコートを含んでなる触媒作用被覆を含んでなる、請求項１４に記載の機構。
【請求項１６】
前記フィルターに集められた煤を燃焼させるための、オゾンおよび／またはプラズマを発生させる手段を備えてなる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の排気機構を備えてなる、内燃機関。
【請求項１８】
請求項１７に記載のディーゼルエンジン。
【国際調査報告】
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