(57)【要約】ジーゼル動力自動車のためのＮＯｘ排気システムは各レッグ（１５，１６）中にＮＯｘ吸着触媒（２０Ａ、２０Ｂ）そして合流されたレッグ（１８）中に酸化触媒（１９）を伴う「Ｙ」型排気システムを有する。シリンダーの一方のバンクは「Ｙ」レッグの一方（１５）に排気ガスを送り、他方、シリンダーの第２のバンクは他方の「Ｙ」レッグ（１６）に排気ガスを送る。各レッグ中の排気ガスの組成は、一方のレッグ中の排気ガスがそのレッグ中のＮＯｘ吸着触媒を再生するために濃厚であるようにエンジンのＥＣＵにより独立に制御されるが、他方、他方のレッグ中の排気ガスの組成は、合流ガス流が常に希薄であり、還元剤のスリップが酸化触媒（１９）で酸化されるように希薄である。
2005537417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１の複数のシリンダーと流体連絡する第１の排気マニホールドおよび異なる第２の複数のシリンダーと流体連絡する第２の排気マニホールドを有する複数シリンダーのジーゼルエンジン、
ｂ）前記の第１のマニホールドと流体連絡する第１の排気レッグ中の第１のＮＯｘ吸着触媒、
ｃ）前記の第２のマニホールドと流体連絡する第２の排気レッグ中の第２のＮＯｘ吸着触媒、
ｄ）前記の第１および第２のＮＯｘ触媒の下流で前記の第１および第２の排気レッグと流体連絡する入口を有する共通の排気レッグであって、前記の共通の排気レッグ中に合流された後に、前記の第１および第２のレッグからの排気ガスが通過する酸化触媒を有する排気レッグ、及び
ｅ）一方の排気マニホールド中に濃厚ガスを、そして他方の排気ガスマニホールド中に希薄ガスを周期的に生成するようにプログラムされた定常作業に従って前記の第２の排気マニホールド中の排気ガスの組成と独立に、前記の第１の排気マニホールド中の排気ガスの組成を制御するＥＣＵ手段、
を含んで成る、自動車から放出される排気ガスを処理するためのシステム。
【請求項２】
前記ＥＣＵ手段が一方の排気マニホールドから他方のマニホールドへ、前記の濃厚ガスおよび希薄ガスの生成を周期的に切替える請求項１のシステム。
【請求項３】
別の触媒としてもしくはその上流の床として各ＮＯｘ吸着触媒と一体に形成されたかいずれかの、各ＮＯｘ吸着触媒の上流に触媒化すすフィルターを更に含む請求項２のシステム。
【請求項４】
各ＮＯｘ吸着触媒の上流および下流にＮＯｘセンサー、そして各ＮＯｘ吸着触媒の上流および下流にラムダセンサーを更に含む［ここで前記のＥＣＵ手段が前記ＮＯｘセンサーを感知して前記の定常作業の開始を決定し、そして前記ラムダセンサーを感知して前記定常作業の終了を決定する］請求項２のシステム。
【請求項５】
前記第１および第２の複数シリンダー中の各シリンダーが燃料インジェクターを有し、ここで第１のレールと流体連絡する前記第１の複数のシリンダー中の前記燃料インジェクターおよび別の第２のレールと流体連絡する前記第２の複数シリンダー中の前記燃料インジェクターおよび前記ＥＣＵ手段が前記第１および第２のレール中の燃料油の圧力および流量を独立に制御し、それにより各複数のシリンダー中のＡ／Ｆ比が各複数のシリンダーからの所望の濃厚もしくは希薄排気ガスを生成するように独立に制御される、請求項１のシステム。
【請求項６】
別々の第１および第２の複数のシリンダーがそれぞれ、それをとおしてそれらの燃焼生成物を排気ガスとして排気する別々の第１および第２の排気マニホールドを有する複数シリンダーのジーゼルエンジンを備えた自動車により生成される有害排気を制御する方法であって、ここで前記エンジンが前記エンジンにより生成される前記排気ガスの組成を制御するプログラム可能なＥＣＵを有し、前記方法が：
ａ）前記第１の排気マニホールドからの排気ガスの第１の流れがそれをとおって通過する前記第１の排気マニホールドの下流の、それと流体連絡する第１のＮＯｘ吸着触媒および、前記第２の排気マニホールドからの排気ガスの第２の流れがそれをとおって通過する前記第２の排気マニホールドの下流の、それと流体連絡する第２のＮＯｘ吸着触媒を提供すること、
ｂ）前記第１および第２のＮＯｘ吸着触媒の下流の排気ガス流を共通の排気流に合流させて前記第１および第２の排気流から排気ガスの実質的に混合された共通の流れを生成すること、
ｃ）排気ガスの前記の合わせた流れを酸化触媒中を通過させること、並びに
ｄ）前記第２の流れ中の前記排気ガスの組成と独立に、前記第１の排気流中の前記排気ガスの組成を前記ＥＣＵにより制御して、一方の前記ＮＯｘ吸着触媒を通過する濃厚排気流および、他方の吸着触媒を通過する希薄排気流を周期的に生成して、それにより前記濃厚排気流に露出されるＮＯｘ触媒が再生されること、
の段階を含んで成る、方法。
【請求項７】
一方の前記ＮＯｘ吸着触媒が再生された時に前記第１および第２の排気ガスの組成を反対にさせる段階を更に含む請求項６の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の排気流のラムダ値が前記の合流させたガス流の正味酸素含量が少なくとも２．０％以上であることを確保するのに十分な値に設定される請求項７の方法。
【請求項９】
前記の濃厚排気流のラムダが１．０以下であり、前記の希薄排気流のラムダが１．０以上である請求項６の方法。
【請求項１０】
各ＮＯｘ吸着触媒の上流の、もしくは前記のＮＯｘ吸着触媒に一体化された触媒化すすフィルターを提供する段階、および希薄排気流の組成を周期的に変更して前記の触媒化フィルターを通過する排気ガスをより高温に加熱するのに十分に希薄排気流中に可燃物の存在を引き起こす段階、および更にその後、前記の希薄排気ガス組成物の組成を変更して、前記のＮＯｘ吸着触媒の床温度が硫黄を放出するのに十分な温度にある時に、前記の希薄排気ガスを前以て受容する前記のＮＯｘ吸着触媒上に濃厚排気ガスを通過させる固定時間の期間のパルスを生成させる段階を更に含み、ここで前記の硫黄がＨ２Ｓに還元され、その後前記の酸化触媒中で酸化される、請求項６の方法。
【請求項１１】
前記ＮＯｘ吸着触媒がＮＯｘを貯蔵し、そして放出するために触媒として活性である温度範囲が約１５０℃から約５５０℃であり、前記ＮＯｘ触媒がその中に捕捉された硫黄を放出するのに触媒として活性である温度範囲が約５５０℃以上であり、そしてラムダが１未満である、請求項１０の方法。
【請求項１２】
ＮＯｘ吸着触媒を使用する自動車の軽量（ｌｉｇｈｔ  ｄｕｔｙ）ジーゼルエンジンにより発生されるＮＯｘ排気を制御する方法における、
ａ）エンジンのシリンダーの第１のバンクのみと流体連絡する第１の排気マニホールドおよび前記第１の排気マニホールドと流体連絡する第１のＮＯｘ触媒を提供すること、
ｂ）異なるシリンダーの第２のバンクとのみ流体連絡する第２の排気マニホールドおよび前記の第２の排気マニホールドと流体連絡する第２のＮＯｘ吸着触媒を提供すること、並びに
ｃ）最初に、前記の第１のＮＯｘ吸着触媒が再生されるまで、シリンダーの前記の第２のバンクが前記の第２のＮＯｘ吸着触媒を通過する希薄排気ガスを生成する間、シリンダーの前記の第１のバンクに、前記の第１のＮＯｘ吸着触媒を通過する濃厚排気ガスを生成させ、そして次にシリンダーの前記の第１のバンクが前記の第１のＮＯｘ吸着触媒を通過する希薄排気ガスを生成する間、シリンダーの前記の第２のバンクに、前記の第２のＮＯｘ吸着触媒を通過する濃厚排気ガスを生成させることにより前記のＮＯｘ吸着触媒を連続的に再生すること、
の段階を含んで成る改善。
【請求項１３】
前記ＮＯｘ吸着触媒を通過させた後に排気ガスを合わせる段階および前記の合わせたガス流を酸化触媒中を通過させて排気スリップを最小にする段階を更に含む請求項１２の改善方法。
【請求項１４】
前記の濃厚排気ガスの濃厚度および前記の希薄排気ガスの希薄度を、２．０％以上の正味酸素含量を有する前記の合わせた排気ガス流を生成するラムダ値に設定する段階を更に含む請求項１３の改善法。
【請求項１５】
前記の排気マニホールド中の前記の濃厚および希薄排気ガス流が各シリンダーバンク中のＡ／Ｆ比を独立に変更して、前記排気ガス組成物を生成することにより生成され、ここで前記方法が更に、前記第１および第２のシリンダーバンクそれぞれの中の燃料インジェクターと流体連絡する、別々の第１および第２の油圧れるを提供すること並びに各レール中の燃料油の圧力および流量を独立に制御して、シリンダーの各バンク中に所望のＡ／Ｆ比を確保することの段階を更に含む、請求項１２の改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概括的にジーゼルエンジンのための排気制御システム、そして更にとりわけ排気システムの最適な作動を確保するように操作されるエンジンの排気ガスを精製するための排気システムを備えたエンジンに関する。
【０００２】
本発明は特に、典型的には高いＡ／Ｆ（空気対燃料）比で作動するジーゼルエンジンに適用することができ、特にそれに関連して説明されるであろう。しかし、当業者には、本発明がより広い適用を有し、概念的には、希薄燃焼ガソリン燃料エンジンのような他の内燃機関に対する適用をもつことができることが認められるであろう。
【背景技術】
【０００３】
圧縮点火ジーゼルエンジンはそれらの固有の高い熱効率（すなわち良好な燃費）および低速における高いトルクのために、自動車の動力源として望ましい利点を有することは周知である。ジーゼルエンジンは非常に希薄な燃料条件下で高いＡ／Ｆ比で作動する。その結果、ジーゼルエンジンは非常に少量の、気相の炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素の排気を有する。しかしながら、ジーゼル排気中の排出物は比較的高い窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒状物の排気を特徴として有する。粒状排気（５２℃における凝縮物質として測定される）は、固体（不溶性）の炭素のすす微粒子並びに潤滑油および、しばしば可溶性有機画分（ＳＯＦ）と称される未燃焼燃料の形態の液体炭化水素から成る多相である。更に、燃料中の硫黄の存在のために、ＳＯ３＋Ｈ２Ｏ＝Ｈ２ＳＯ４の形態のいわゆる「硫酸塩」もまた存在する。更に排気ガスが「スリップ」の事象において毒性の亜硫酸、Ｈ２Ｓを生成する可能性がある。
【０００４】
ジーゼルエンジンにより生成されるＮＯｘ排気を精製するために開発された、そして開発されつつある、かなり多数の排気精製システムが存在する。１つの周知の排気システムは排気流中に外部還元剤、典型的にはＮＨ３もしくはアンモニア前駆体もしくはジーゼル燃料を注入して、次にＳＣＲ（選択的触媒還元）触媒上を通過する排気流を濃厚にしてＮＯｘを還元することである。例えば、２０００年、１０月３日公開のＰａｔｃｈｅｔｔに対する本受託者の特許文献１および２００２年２月２１日公開の特許文献２を参照されたい（特許文献１および２参照）。前記特許文献２中に認められるように、燃料が還元剤として使用される時は、特に開発された希薄ＮＯｘ触媒（高温もしくは低温のいずれかの）のタイプが排気システム中に使用される（特許文献２参照）。
【０００５】
排気システムはまたＮＯｘ吸着触媒システムを利用するジーゼルエンジンにより生成される毒性のＮＯｘガスを精製するために開発されてき、それが本発明が関連するこのタイプのシステムである。概念的にはＮＯｘ吸着触媒の作用原理は希薄作動条件下でＮＯｘを貯蔵することである。貯蔵されたＮＯｘを無害な窒素（Ｎ２）へ還元するために、その後に、希薄排気ガス条件（ラムダ＞１）から濃厚（ラムダ＜１）条件への周期的短期間の移行が必要である。短期間の濃厚操作中に、排気ガスは炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）が濃厚になり、他方排気ガス中の酸素濃度は著しく消耗されて化学的に還元性の（ラムダ＜１）排気ガスをもたらす。例えば、ジーゼルエンジンの濃厚移動をもたらすためにエンジンの排気を調整するためのＥＣＵ制御スキームを示す、２０００年７月４日公開のＤａｉｍｌｅｒ−Ｃｈｒｙｓｌｅｒの特許文献３およびＮＯｘ吸着触媒の再生をもたらすためにＥＧＲ（排気ガス再循環）と組み合わせて空気取り込みのためのジーゼルエンジンターボチャージャーをスロットルすることを示す、２００２年３月１２日公開のＭａｚｄａの特許文献４を参照されたい（特許文献３および４参照）。
【０００６】
ＮＯｘ吸着触媒上に貯蔵されたＮＯｘを有効に還元するためには高濃度の還元剤が必要であることは知られている。濃厚パルス中にエンジンにより生成されるＨＣおよびＣＯの量は典型的には触媒上で還元することができるＮＯｘの化学量論的量を超える。この還元剤の過剰は高いＮＯｘ還元効率のためには必要であるが、ＮＯｘ吸着触媒排出口におけるＨＣおよびＣＯのブレークスルー（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）をもたらす（「スリップ」）。全体的還元性排気ガス条件下ではＨＣ／ＣＯスリップは無害なＣＯ２およびＨ２Ｏに酸化されることができない。還元剤スリップの問題はＮＯｘ吸着触媒が吸着された硫黄酸化物（ＳＯｘ）から再生される時に更に重大である。いわゆる脱硫処理中に、ＮＯｘ吸着触媒は５５０℃より高温でラムダ＜１の排気ガスにさらされる。これらの条件下では、触媒は前以て貯蔵されたＳＯｘを放出し、次にそれがＮＯｘ吸着触媒上でＨ２Ｓに還元されるであろう。Ｈ２Ｓは毒性で悪臭のひどい化合物であり、その放出は回避しなければならない。
【０００７】
概念的にはこの問題に対処する少なくとも２種の方法がある。この問題を処理する１つの方法はいわゆる酸素貯蔵成分（ＯＳＣ）の使用である。ＯＳＣ物質をガソリン動力エンジンの排気システムにおいて周知の三方触媒中に使用する。三方触媒は酸素を希薄条件下に貯蔵し、エンジンがその後濃厚条件下で作動される時に、貯蔵した酸素を還元剤、ＨＣおよびＣＯと反応させることによりテールパイプのラムダを１に調整する。ＯＳＣ物質は過剰な還元剤の量がＯＳＣ物質中で利用可能な酸素貯蔵能の化学量論的量を越えない条件下で、ＮＯｘ吸着触媒の濃厚なＮＯｘ再生期間中にＨＣ／ＣＯを酸化することができる。あらゆるＨＣ／ＣＯ漏洩を防止するためには濃厚パルス期間中に供給された還元剤の量はまだ、貯蔵されたＮＯｘおよび合わせたすべてのＯＳＣ物質の化学量論的量より低い必要がある。有効なＮＯｘ還元の前提条件、すなわちＮＯｘ吸着触媒上でラムダ＜１、と一緒に、濃厚ＮＯｘ吸着剤再生期間中の還元剤の正確な量の使用が問題の可能な制御をもたらす。希薄燃焼、火花点火タイプのエンジンの制御の１例として、２００２年４月２３日公開のＢｉｎｄｅｒ等に対するＦｏｒｄの特許文献５を参照されたい（特許文献５参照）。しかし、三方触媒は（今日の技術レベルにおいては）ジーゼルエンジンに対しては操作可能ではないことを認めなければならない。
【０００８】
この問題に対処するもう１つの方法は先行技術の図１にスキームで表わされる。この先行技術の図は非特許文献１中に考察されている（非特許文献１参照）。図１は本発明に幾らかの類似を担持する外部再生排気システムを表わす。先行技術の図１のシステムにおいては、排気ガスは各々がＮＯｘ吸着触媒２Ａ、２Ｂを含む２本の排気レッグ１Ａ、１Ｂに分割される。排気がレッグ１Ａ、１Ｂに二股に別れる地点に排気フラップ３が設置され、各レッグ１Ａ、１Ｂ中の排気ガスの流れを制御する。２Ａもしくは２ＢのいずれかのＮＯｘ吸着触媒の一方は排気フラップ３により再生されて、再生された触媒への排気ガス（およびその中に含まれる酸素）の流れを減少し、同時に、再生された触媒の前方の減少された流量の排気流に５Ａもしくは５Ｂで外部燃料を導入する。次に排気レッグ１Ａおよび１Ｂが酸化触媒７を含む共通のレッグ６中に再合流される。排気流が共通レッグ６に再合流された後に、ＨＣ／ＣＯブレークスルーもしくはスリップを酸化触媒７上で酸化することができる。これは実行可能なシステムである。その欠点は、流量を変更するためには移動可能な弁もしくはフラップ３が必要であり、従って、乗り物の環境に耐久性の心配をもたらし、そして外部燃料をシステムに供給して、それが燃費の不利およびインジェクターの経費をもたらさねばならない事実を含む。当該ＳＡＥ論文は更に、触媒変換装置のための空間許容量が限定され、軽量ジーゼルエンジンの排気温度が重量ジーゼルに対するものより著しく低いために、このシステムが軽量ジーゼルエンジン（乗用車）には有効ではないかもしれないことに言及している。軽量ジーゼルエンジンに対しては温度は２００℃未満であることができ、この温度で注入されたジーゼル燃料は排気管中および触媒上に凝縮する可能性がある。図１に示されたものと類似のいくらかのＹ型排気レッグ形態は、すべて１９９７年９月１日もしくはその近辺に出願され、公開されたＶｏｌｋｓｗａｇｅｎの特許文献６、７および８に開示されている（特許文献６、７および８参照）。すべての変形物が酸化触媒の上流にあるＹ型中でＮＯｘ触媒を交互に再生するための外部還元剤を注入するように見える。すべての形態がＹ分枝レッグの一方もしくは両方をとおしてジーゼル排気を選択的に誘導するための弁を有する。
【０００９】
前記のように、先行技術はかなり多数のＮＯｘ排気制御システムを有する。本発明に関する限り、２０００年２月１５日公開のＭａに対するＦｏｒｄの特許文献９はシリンダーの一方のバンクが周期的に活性化され、不活性化され、他方シリンダーの他方のバンクもしくは群がそれらの活性な燃料供給状態に維持される火花点火エンジンにより使用されるシステムを公開している（特許文献９参照）。その排気システムは触媒変換装置、触媒変換装置の下流の点火室および点火室の下流のＮＯｘトラップもしくは吸着触媒を含んで成る。両方のシリンダー群もしくはバンクが燃焼するときに、化学量論的量のもしくは還元性排気ガスがＮＯｘトラップの再生のために生成される。１群のシリンダーのみが活性化されると、排気ガスは希薄であり、ＮＯｘトラップがＮＯｘを捕捉する。空気はそうでないが、燃料はシリンダーの不活性化バンクもしくは群への供給を停止されるので排気ガスは希薄である。システムは火花点火エンジンに適用可能性を有し、ここではエンジンに対する部分負荷要求に応答してシリンダーの一方のバンクが、部分的エンジン荷重要求を満すために両方のシリンダーバンクが完全負荷より低い負荷でスロットルされる場合より少ない燃料使用により完全負荷で効率的に作動することができる。弁付きＥＧＲを伴う類似の分割モードの操作概念を開示している、１９８１年１２月１日開示のＥｔｏｈ等に対するＮｉｓｓａｎの特許文献１０も参照されたい（特許文献１０参照）。
【００１０】
Ｙ排気レッグ形態に関しては２００２年３月１２日開示のＢｅｈｒ等に対するＦｏｒｄの特許文献１１および２００２年２月１９日開示のＴａｋａｈａｓｈｉ等に対するＮｉｓｓａｎの特許文献１２を参照することができ、それらは例えばＥＧＯ（酸素センサー）信号に応じて火花点火エンジンにおけるシリンダーの別々のバンクに対するＡ／Ｆ比の独立の制御を示す（特許文献１１および１２参照）。
【特許文献１】米国特許第６，１２６，６２９号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／１４６５７号パンフレット
【特許文献３】米国特許第６，０８２，３２５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３５４，２６９号明細書
【特許文献５】米国特許第６，３７４，５９７号明細書
【特許文献６】独国特許第１９６  ２６  ８３５号明細書、
【特許文献７】独国特許第１９６  ２６  ８３６号明細書
【特許文献８】独国特許第１９６  ２６  ８３７号明細書
【特許文献９】米国特許第６，０２３，９２９号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，３０３，０５３号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，３５４，０７７号明細書
【特許文献１２】米国特許第６，３４７，５１４号明細書
【非特許文献１】Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ  Ｃｏｒｐ．のＪｕｅｊｉｎ  Ｌｉ，Ｓｔａｎ  Ｒｏｔｈ，Ｍａｈｍｏｕｄ  Ｙａｓｓｉｎｅ，Ｔｉｌｍａｎ  ＢｅｕｔｅｌおよびＪｏｅ  Ｄｅｔｔｌｉｎｇ並びにＪｏｈａｎｎｅｓ  Ｋｅｐｌｅｒ  ＵｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔのＣｈｒｉｓ  Ｓａｍｍｅｒにより”Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｆａｃｔｏｒｓ  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ＮＯｘ  Ｔｒａｐ  ｉｎ  ａ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｕｔｙ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ（軽量ジーゼル自動車におけるＮＯｘトラップの性能に影響を与える因子の研究）”と題するＳＡＥ論文２０００−０１−２９１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、ＮＯｘ排気を制御するためにＮＯｘ吸着触媒もしくは捕捉触媒を使用するジーゼルエンジンのための改善された排気制御システムを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の他の特徴物と一緒に本目的は
ａ）第１の複数のシリンダーと流体連絡する第１の排気マニホールドおよび異なる第２の複数のシリンダーと流体連絡する第２の排気マニホールドを有する複数シリンダーのジーゼルエンジン、
ｂ）第１のマニホールドと流体連絡する第１の排気レッグ中の第１のＮＯｘ吸着触媒、
ｃ）第２のマニホールドと流体連絡する第２の排気レッグ中の第２のＮＯｘ吸着触媒、
ｄ）第１および第２のＮＯｘ触媒の下流で第１および第２の排気レッグと流体連絡する入り口を有する共通排気レッグ（ここで共通排気レッグはその中に、共通排気レッグ中で混合された後に、第１および第２のレッグからの排気ガスが通過する酸化触媒を有する）並びに
ｅ）一方のＮＯｘ吸着触媒の再生が必要な場合に、ＥＣＵがエンジンに、一方の排気マニホールド中に濃厚排気ガスを、そして他方の排気ガスマニホールド中に希薄排気ガスを生成させるように第２の排気マニホールド中の排気ガスの組成と独立に、第１の排気マニホールド中の排気ガスの組成を制御するＥＣＵ手段（ここで当該濃厚ガスは他方のＮＯｘ吸着触媒が他方の排気マニホールド中の希薄ガス中に存在するＮＯｘを吸着する間に、それと接触するＮＯｘ吸着触媒に、その中に貯蔵された窒素の酸化物を放出させるために十分な量の可燃性ガスを有する）、
を含む、自動車から放出される排気ガスを処理するためのシステム中に提供される。
【００１３】
本発明のもう１つの重要な特徴物に従うと、ＥＣＵは、それによりＨＣ、ＣＯおよびＨ２Ｓスリップが最小になる、１．００未満のラムダを有する酸化触媒の上流で共通の排気レッグ中に合わせたガス流を生成するように、濃厚な排気ガスレッグ中に存在するガスの組成および希薄排気ガスレッグ中に存在するガスの組成を制御する。（「ラムダ」は化学量論的燃焼を支持するために必要なＡ／Ｆ比で割られたＡ／Ｆ比を意味する。ラムダ１は化学量論的燃焼をもたらすＡ／Ｆ比を意味する）。
【００１４】
本発明のもう１つのアスペクトに従うと、各ＮＯｘ吸着触媒の再生はＥＣＵにより排気ガスの組成物を一方のシリンダーバンクから他方のシリンダーバンクに単に切替えることにより連続的に起こすことができる。従って、他の場合には完全に飽和されたＮＯｘ吸着触媒が最初に再生を受ける時に起るＮＯｘ排気のバーストを幾らか限定する、ＮＯｘ吸着触媒の比較的低い飽和レベルにおいて濃厚／希薄交代定常作業の引き金を引くことができる。
【００１５】
本発明のもう１つの特徴物に従うと、本発明はＮＯｘ吸着触媒のどんな特定の組成および構成にも限定されず、ＮＯｘ吸着触媒のみならずまた希薄ＮＯｘ触媒も再生されることができる。更に、触媒化すすフィルターのような他の触媒を各ＮＯｘ触媒の上流もしくは下流の排気レッグ中に配置するか、またはＮＯｘケーシングと組み合わせるかまたはＮＯｘ吸着触媒中に一体にすることができる。
【００１６】
蓄積されたすすからの触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）の積極的（ａｃｔｉｖｅ）再生のためには、全体のガス組成が希薄に留まる間に、ＣＳＦを含む排気レッグ中の排気温度を上昇させる。この操作モードにおいて、排気ガス中の酸素がＣＳＦ上の炭素と反応して、ＣＯおよびＣＯ２を形成する。次にＣＯはＣＳＦ上でＣＯ２に燃焼される。ＣＳＦのすす再生中、同一排気レッグ中に配置されたＮＯｘ吸着触媒の床温度は５５０℃以上に達する可能性がある。この発熱過程において、ＥＣＵは希薄排気ガスの排気ガス組成の変化を一時的に誘起して、ＮＯｘ吸着触媒から保持されたＳＯｘを脱着するのに十分濃厚なパルス（１．０未満のラムダ）をもたらすことができる。この濃厚パルスの還元条件下で、放出されたＳＯｘのすべてもしくは一部がＮＯｘ吸着触媒上でＨ２Ｓに還元されるであろう。本特許中に記載されたＹ形態は、相対するエンジンマニホールドをとおして提供される希薄排気流との、排気流を含む濃厚なＨ２Ｓの再混合によりＮＯｘ吸着剤から放出されるあらゆる量のＨ２Ｓの排気を抑制する。両方の排気流の再混合後に、Ｈ２ＳはＤＯＣ上でＳＯ２に再度酸化されて、それにより環境中へのより毒性で、悪臭を出すＨ２Ｓの放出を妨げる。
【００１７】
ＣＳＦをＮＯｘ吸着触媒を組み合わせる触媒システムの場合には、双方の触媒機能は２基の個別の変換ユニットに分離されるかもしくは１基の変換ユニットに組み合わせることができる。ＮＯｘ吸着触媒の前記の脱ＳＯｘ再生法は、双方の触媒機能が１本の排気レッグ中に配置される限り、ＣＳＦおよびＮＯｘ吸着触媒のすべての組み合わせ物に適用される。
【００１８】
本発明の更にもう１つのアスペクトに従うと、ＥＣＵは以下のエンジン構成部品：
ｉ）従来のパイロット注入もしくは後注入法もしくは、燃料インジェクターのレール圧を制御するポンプを含む、例えば２００１年４月３日付けのＹａｍａｓｈｉｔａに対するＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉの米国特許第６，２０９，５１６号明細書（引用により本明細書に取り入れ、その一部とされた）中に開示されたその他の段階的方法によるような、Ａ／Ｆ比を制御するそして／もしくはシリンダー内の燃焼のタイミングを制御するための燃料インジェクター、
ｉｉ）シリンダーの各バンクに対して共通の取り込みマニホールドもしくは別々の取り込みマニホールドのいずれかが使用されようと、取り込みマニホールド中のａ）可変性幾何学的ターボチャージャーおよび／もしくは排気ゲート制御システムまたはｂ）１個もしくは複数のエンジンスロットル、
ｉｉｉ）弁タイミングを制御するための弁アクチュエーター並びに
ｉｖ）ＥＧＲ装置が使用される場合にＥＧＲループのための弁、
を制御することによるような知られた方法で、排気システムの各レッグ中の排気ガスの組成を制御する。
【００１９】
本発明のもう１つのアスペクトに従うと、本発明は、別々の第１および第２の複数のシリンダーがそれぞれ、それらの燃焼生成物をそれをとおして排気ガスとして排気する別々の第１および第２の排気マニホールドを有する複数シリンダーのジーゼルエンジンを備えた自動車により生成される有毒排気を制御するための改善された方法を提供し、ここで前記エンジンは各排気マニホールド中の排気ガスの組成を制御するプログラム可能なＥＣＵを有する。この方法は
ａ）第１の排気マニホールドからの排気ガスの第１の流れが通過する、第１の排気マニホールドの下流の、それと流体連絡する第１のＮＯｘ吸着触媒および第２の排気マニホールドからの排気ガスの第２の流れが通過する、第２の排気マニホールドの下流の、それと流体連絡する第２のＮＯｘ吸着触媒を提供すること、
ｂ）第１および第２のＮＯｘ吸着触媒の下流の排気ガス流を共通の排気流に合わせて第１および第２の排気流から排気ガスの実質的に混合された共通の流れを生成すること、
ｃ）排気ガスの合わせた流れを酸化触媒中を通過させること、並びに
ｄ）第２の排気流中の排気ガスの組成と独立に第１の排気流中の排気ガスの組成をＥＣＵにより制御して、その再生のために一方のＮＯｘ吸着触媒中を通過する濃厚排気流および他方のＮＯｘ吸着触媒中を通過する希薄排気流を周期的に生成して、酸化触媒中を通過する希薄混合排気流にＨＣおよびＣＯスリップを確実に最小にさせること、
の段階を含む。第１および第２の排気マニホールド中の排気ガスの組成は、双方のＮＯｘ吸着触媒が再生されるように周期的に反対にされる。
【００２０】
本発明のもう１つのアスペクトに従うと、その方法もしくは周期的定常作業は、ジーゼルエンジンが通常の運転状態にある時に駆動される（ａｃｔｉｖａｔｅｄ）ことができる、あるいは言い換えると、その方法もしくは定常作業は、エンジンが、乗り物が十分に加速され、それによりエンジンの操縦性が本発明の排気制御システムにより悪影響を受けない時のような高負荷下にある時に、停止する（ｄｅａｃｔｉｖａｔｅｄ）ことができる。
【００２１】
本発明のもう１つのアスペクトに従うと、ＮＯｘセンサーのような通常のセンサー配列（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ）を使用して、その方法を駆動するための触媒の現在の状態を決定し、ラムダセンサーのような本発明のセンサーを使用してその方法を停止するので、そのため、切替え並びに濃厚および希薄流が生成される期間がＮＯｘ触媒の実際的性能に固有に関連付けられ、再生をＮＯｘ触媒の飽和レベルより低いレベルに設定して、放出されるＮＯｘの還元を高め、触媒の寿命を延長することができる。
【００２２】
本発明の更にもう１つのアスペクトに従うと、前記の周期的濃厚／希薄定常作業は、所望の再生が起ることを確保するように、触媒の活性温度域が存在しないと、起動されない。
【００２３】
本発明のもう１つのアスペクトは以下の条件の１カ条以上：
ａ）特に外部還元システムに比較すると減少した燃費、
ｂ）自動車への適用に必要な空間節約設備に適用可能であること、
ｃ）軽量ジーゼルへの適用に適すること、および
ｄ）自動車上にすでに存在しない更なる構成部品を必要としないこと、
を達成するジーゼルエンジンに特に適した排気制御システムの提供である。
【００２４】
本発明のこれらおよびその他の目的、特徴物もしくは利点は以下に提示される本発明の詳細な説明を読み、理解すると、当業者には明白になるであろう。
【００２５】
本発明は特定の部品もしくは部品の配列の形態を採ることができ、その好ましい態様はその一部を形成する付記の図面において詳細に説明され、具体的に示されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
今度は、その図示が本発明の好ましい態様を開示することのみを目的とし、必ずしもそれらを限定する目的のためではない図面について、本発明の排気制御システムの好ましい態様の１つのスキーム表示が図２に示される。図２において、２バンクもしくは複数のシリンダー１２を有する複数のシリンダーのジーゼルエンジン１０が示され、そこで各シリンダーバンクは排気マニホールド１３、１４に燃焼生成物を排気する。図２に対しては、シリンダー１、２および３が「第１」もしくは「Ａ」シリンダーバンクを構成し、それらの燃焼生成物を第１の排気マニホールド１３中に排気し、そしてシリンダー４，５および６は「第２」もしくは「Ｂ」シリンダーバンクを構成して、それらの燃焼生成物を第２の排気マニホールド１４中に排気する。第１の排気マニホールド１３は第１の排気レッグ１５と流体連絡し、第２の排気マニホールド１４は第２の排気レッグ１６と流体連絡する。各排気レッグ１５、１６は共通排気レッグ１８の入り口１７で連絡する。
排気システム
本発明はどんな特別の触媒、触媒調製物もしくは触媒配列にも限定されない。それは、排気ガスが希薄な時にＮＯｘを吸着もしくは捕捉し、そして排気流が濃厚な時に（あるいは、排気ガスの酸素濃度が低下する時に）貯蔵されたＮＯｘを放出するあらゆる知られた触媒に適用され、そして「吸着触媒（ａｄｓｏｒｂｅｒ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ）」の用語が営業的に明確な意味を有するにもかかわらず、使用の容易性および用語の確実性のために、これらすべての触媒が本明細書では「吸着触媒」と呼ばれるであろう。区別するためには、典型的な吸着触媒は本明細書では「吸着触媒」の用語を包含するすべてから区別するために「古典的吸着触媒」と呼ばれるであろう。
【００２７】
技術的にはもちろん、「吸着」は気体／固体もしくは液体／固体界面それぞれを含む系中で表面上への気相からもしくは液相からの分子、原子もしくはイオンの蓄積を意味する。その用語はまた気体／液体系にも延伸し、そこでは吸着は気相中に含まれる分子、原子もしくはイオンが液相の表面と衝突して、その表面に付着することを意味する。「吸収」は固体もしくは液体のバルク中での分子、原子もしくはイオンの蓄積を意味する。吸収は一番最初に吸着を必要とする。
【００２８】
ＮＯｘ吸着触媒上へのＮＯｘの貯蔵中、ＮＯｘは最初に触媒表面［ＰＭ（貴金属）およびＮＳＣ（ＮＯｘ貯蔵成分）双方］上に吸着される。しかし、吸着されたＮＯｘの一部はＮＳＣと反応して、バルクの亜硝酸塩および／もしくは硝酸塩を形成することができる。ＮＯｘはＮＳＣ物質と反応してバルク化合物を形成するので、後者の過程は吸着過程であると考えられる。本発明の用語に関する限り、単独で使用されるかもしくは「吸着触媒」と組み合わせて使用される時は、「吸着剤」および「吸着」はその技術的意味で吸着を含むのみならずまた、それがＮＯｘ還元触媒中で起る限りにおいて吸収をも含むことが意図される。
【００２９】
これはＢａＯ（ＮＳＣ物質）上のＮＯ２の貯蔵が以下の段階：
（１）４ＮＯ２＋２ＢａＯ→Ｂａ（ＮＯ２）２＋Ｂａ（ＮＯ３）２
（２）Ｂａ（ＮＯ２）２＋２ＮＯ２→Ｂａ（ＮＯ３）２＋２ＮＯ
（３）Ｂａ（ＮＯ２）２＋Ｏ２→Ｂａ（ＮＯ３）２
（４）４ＮＯ２＋２ＢａＣＯ３→Ｂａ（ＮＯ２）２＋Ｂａ（ＮＯ３）２＋２ＣＯ２
［ここでＢａ（ＮＯ２）２は亜硝酸バリウムであり、Ｂａ（ＮＯ３）２は硝酸バリウムである］
を通って進行することを考慮すると、明白であるにちがいない。
【００３０】
等式（１）においてＢａＯはＢａＣＯ３で置換することができ、反応（４）に導く。前記の反応は亜硝酸塩もしくは硝酸塩がＮＳＣの表面上もしくはバルク中に形成されるか否かを特定しないことに注目願いたい。このように、「吸着」および「吸着する」は、本明細書で使用される時はそれぞれ、「吸収」および「吸収する」を含む。
【００３１】
本発明のすべての態様において、ＮＯｘ吸着触媒２０Ａは第１の排気レッグ１５中に配置され、同一のＮＯｘ吸着触媒２０Ｂが第２の排気レッグ１６中に配置されている。
【００３２】
１態様において、吸着触媒２０Ａ、２０Ｂは古典的吸着触媒である。周知のように、古典的吸着触媒の操作は段階的に進行し、触媒は酸化および還元機能の双方を示す。酸化環境においては、ＮＯはＮＯ２に酸化され、それは低温では、典型的には貴金属、すなわちＰｔにより触媒され、それがＮＯｘ貯蔵に重要な段階である。しかし、酸化はＮＯ２で停止せず、ＮＳＣからの原子酸素の取り込みによりＮＯ２を更に硝酸塩に酸化し続ける。ＮＳＣは卑金属化合物に対応すると考えられ、炭酸塩／硝酸塩転化（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）は濃厚／希薄操作に関連する（炭酸塩は濃厚操作中に形成され、他方硝酸塩は希薄操作中に形成される）。還元剤の役割に対しては、貴金属が最初に還元剤（すなわちＣＯおよび／もしくはＨＣ）の導入時にＮＯｘの放出を触媒する。これは幾らかのＮＯｘ貯蔵部位を回復することができるが、ＮＯｘのあらゆる還元には寄与しない。次に放出されたＮＯｘは更に濃厚環境（ＨＣ、ＣＯ）中でＮ２に還元される。卑金属化合物は希薄／濃厚操作中に炭酸塩／硝酸塩転化もしくは主要経路を経過すると考えられる。
【００３３】
古典的吸着触媒は典型的には、１種もしくは複数の白金群金属、ＮＯｘ貯蔵物質（ＮＳＣ）、すなわちアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属酸化物を含んで成り、ここでＰＭおよびＮＳＣ化合物は双方とも酸化支持体、例えばＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２およびそれらの混合物上に支持される。ガス流を気相のＮＯｘ還元剤に接触させるためには、触媒物質を、還元反応を支持するのに十分な温度、例えば少なくとも約１５０℃で、ガス流を触媒物質と接触させてそこを流通させる物理的構造を有する担体上のコーティングとして適用する。好ましい担体はコルジエライト、．アルファ．−アルミナ、ミュライト、等のようなセラミック様物質を含んで成り、他方、その他はスレンレス鋼のような超硬金属を含んで成ることができる。１つの典型的な種類の担体は、２つの末端面および、「フロースルー（ｆｌｏｗ  ｔｈｒｏｕｇｈ）」タイプの担体を提供するために担体中を貫通して延伸し、担体の末端面を連結する複数の微細な、実質的に平行なガス流通路を有する円筒形の形態（その断面図は円形、楕円形もしくは多角形であることができる）の本体を含んで成る。これらの担体は、平方インチ当り（「ｃｐｓｉ」）にずっと少ないセルを有する担体もまた有用であることができるが、断面の流通面積１平方インチ当り約７００以上の流通チャンネル（「セル」）までを含むことができる。例えば、典型的な担体は約２００〜４００ｃｐｓｉを有する。このようなＮＯｘ吸着触媒の特別な組成の例に対しては２０００年１１月２１日付けのＤｅｅｂａ等に対する指定者の米国特許第６，１５０，２９１号明細書（引用により本明細書に取り込まれ、その一部にされた）を参照されたい。
【００３４】
本発明のもう１つの態様において、希薄ＮＯｘ触媒はＮＯｘ古典的吸着触媒の代わりに双方の排気レッグ中に配置される。原則的には、炭化水素希薄ＮＯｘ触媒の操作中にＣＯ／ＨＣ漏洩の同様な問題が起る。希薄条件下でＨＣによりＮＯｘを還元するために、排気ガス中に存在するＮＯｘに対する炭化水素のＣ：Ｎ原子比率は、≦１であるその正常値から、具体的には４：１の範囲にあるが、１０：１の高さまで上ることができる１を超える高いレベルに上昇させる必要がある。増加されたＨＣの生の（ｒａｗ）排気がＨＣ−Ｏ２反応に比較されたＨＣ−ＮＯｘ反応の固有の低い選択性のために、ＨＣ希薄ＮＯｘ還元のための前提条件である。ＨＣ希薄ＮＯｘ触媒とともに使用されるＣ：Ｎ比は希薄ＮＯｘ触媒のＨＣ被毒を回避するための上限値を超えてはならない。一般には、ＨＣ希薄ＮＯｘ触媒の操作範囲内の高まったＨＣの生の排気レベルにおいては、すべてのＨＣがＨＣスリップをもたらす希薄ＮＯｘ触媒上で転化されない。低温の希薄ＮＯｘ触媒は白金基材（Ｐｔ−基材）であり、存在するゼオライトを活性にする必要はないが、Ｐｔ／ゼオライト触媒がより良く、Ｐｔ／アルミナ触媒のような他の触媒よりも副生成物としてのＮ２Ｏの生成に対してより良い選択性を有するように見える。概括的に、低温の希薄ＮＯｘ触媒は、約２５０℃の温度における最大効率を伴って、約１８０〜３５０℃の触媒としての活性温度範囲を有する。高温の希薄ＮＯｘ触媒は卑金属／ゼオライト組成物、例えばＣｕ／ＺＳＭ−５を有する。高温のＮＯｘ触媒は約４００℃で起る最大効率を伴って、約３００℃〜３５０℃のより低い温度範囲をもつ。本発明はＮＯｘ吸着触媒としてＨＣ／ＣＯ還元剤とともに高温もしくは低温希薄ＮＯｘ触媒のいずれかを使用する。用語の問題として、燃料がジーゼルエンジンのシリンダー中に形成された燃焼室内で燃焼される時は、気体状の燃焼生成物が生成される。可燃性である燃焼生成物の部分（「可燃性の」燃焼生成物）にはＨＣおよびＣＯが含まれるが、必ずしもそれらに限定はされない。
【００３５】
本発明のもう１つの態様に従うと、ＮＯｘ吸着触媒は共通の超硬担体部材上に相互に近接して配置されたＮＯｘ減少触媒およびＮＯｘ貯蔵物質を含む組成物によりＮＯｘの減少をもたらす。ＮＯｘ減少触媒は白金触媒金属成分または１種もしくは複数の他の白金群金属の触媒化合物から成る触媒金属成分を含んで成る。処理される気体流、例えばエンジン排気が希薄である時、気体流中に含まれるＮＯｘはＮＯｘ貯蔵物質上に吸着され、それによりエンジンにより放出される排気ガスから気体状ＮＯｘを除去すると考えられる。白金の触媒成分はこのような吸着を促進すると考えられる。この希薄吸着は排気を生成するエンジンに供給された可燃性混合物の空気対燃料比を減少することにより達成することができるように気体流を濃厚にすることにより終結される希薄操作期間中に起る。気体流中の炭化水素および一酸化炭素もしくはその他の適切な還元剤がＮＯｘ貯蔵物質から、吸着されたＮＯｘを放出するであろう。次に、放出されたＮＯｘは還元剤との反応により白金金属上で還元されてＮ２を形成する。放出されたＮＯｘの一部はまたＮ２Ｏに還元されることができる。このようなＮＯｘ吸着触媒の具体的な例として、１９９９年２月２３日付けのＤｅｅｂａ等に対する指定代理人の米国特許第５，８７４，０５７号明細書を参照することができる（これらの触媒組成物の例として引用により本明細書中に取り入れ、その一部とされたので、本明細書中でその更なる説明をする必要がない）。
【００３６】
ＮＯｘ吸着触媒の他の例は米国特許第５，７２７，３８５号（Ｈｅｐｂｕｒｎ）、第５，７５０，０８２号（Ｈｅｐｂｕｒｎ等）、第５，７５３，１９２号（Ｄｏｌｓｏｎ等）、第５，７５８，４８９号（Ｈｅｐｂｕｒｎ等）、第５，７９５，５５３（Ｌｏｔｔ等）および第５，９１０，０９７号（Ｂｏｅｇｎｅｒ等）明細書に認めることができる。
【００３７】
本発明のもう１つの態様に従うと、粒状物もしくはすすフィルターをＮＯｘ吸着触媒と同一レッグ中に配置されたシステム中に使用することができる。触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）はかなり多数の、ＮＯｘ吸着触媒を含む配列物もしくは組み合わせ物中に使用することができ（各組み合わせ物は利点および欠点を有する）、すべてのこのような組み合わせ物もしくは配列物を本発明に使用することができることを認めることができる。例えば、ＣＳＦはＮＯｘ吸着触媒の上流もしくは下流に配置することができるかまたはＮＯｘ吸着触媒上にコートするかもしくはその中に含むことができる。「ウォールフロー（ｗａｌｌ  ｆｌｏｗ）」タイプの触媒化すすフィルターが好ましく使用される。図４および５にスキームで示すように、触媒物質は、それをとおって延伸している、複数の微細な、実質的に平行なガス流通路もしくはチャンネルを有する、概括的に円筒形の単位物体を含んで成る、通常ハネカムもしくはモノリス担体と称されるタイプの担体上にめっきされる（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）。チャンネルが開放末端をもつ時は、担体は「フロースルー（ｆｌｏｗ  ｔｈｒｏｕｇｈ）」担体と称される。交互のチャンネルが反対の末端面で閉鎖された、各チャンネルが担体本体の一方の端で閉鎖されている時は、その担体はウォールフロー担体（もしくはフィルター）と称される。ウォールフロー担体並びにその上にめっきされた触媒物質は多孔質であるので、排気ガスは担体の壁を通過することができる（そしてエンジン上に過剰な背圧を形成することがない）。モノリス担体の本体は好ましくは、きん青石、％−アルミナ、シリコンカーバイド、窒素化ケイ素、ジルコニア、ムライト、リチア輝石、アルミナ−シリカ−マグネシアもしくはケイ酸ジルコニウムのようなセラミック様物質から成る。触媒は担体上にコートされるかもしくはその中に浸漬されるかもしくはその上に噴霧され、”Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ”（「触媒化ジーゼル排出粒状物フィルター」）と題する１９９２年３月３１日公開のＤｅｔｔｌｉｎｇ等に対する受託者の米国特許第５，１００，６３２号明細書に開示されたような組成物または、”Ｂａｓｉｃ  Ｚｅｏｌｉｔｅｓ  ａｓ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ  Ｔｒａｐｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ”（「ジーゼル酸化触媒のための炭化水素捕捉物としての塩基性ゼオライト」）と題する１９９８年９月８日公開のＦａｒｒａｕｔｏ等に対する受託者の米国特許第５，８０４，１５５号明細書に開示されたゼオライトを利用する触媒組成物すらであることができる。米国特許第５，１００，６３２号および第５，８０４，１５５号は双方とも、本発明の好ましい態様中に使用された触媒化すすフィルターの担体に適用された触媒組成物のそれらの開示のために、本明細書に引用により取り込まれている。受容できる触媒化すすフィルターの１例はＭＥＸ  ００３と名付けられたＥｎｇｅｌｈａｒｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのフィルター触媒である。この触媒は、酢酸ジルコニウム溶液として溶液含浸によりすすフィルター基材に適用され、次に乾燥された、２５０ｇ／ｆｔ３（９２６０ｇ／ｍ３）���ＺｒＯ２および、次に硝酸セリウム（ＩＩＩ）／クエン酸溶液（Ｃｅ：クエン酸塩のモル比＝１：１）として溶液含浸により適用され、次に乾燥され、４５０℃で灰化された５００ｇ／ｆｔ３（１８．５ｋｇ／ｍ３）のＣｅＯ２、およびアミン−可溶化水酸化Ｐｔ（ＩＶ）（すなわち、Ｐｔ”Ａ”塩）として、溶液含浸により適用され、次に乾燥され、４５０℃で灰化された７５ｇ／ｆｔ３（２．８ｋｇ／ｍ３）の白金から成る。
【００３８】
図４および５はウォールフローフィルター２２の末端図および側面図それぞれをスキームで示す。ウォールフローフィルター２２の多孔質のもしくはガス透過性の壁はチャンネルの一部を形成する、ある与えられた壁の内面、および隣接チャンネルの一部を形成する同一壁の外面、によりチャンネルを形成する。ウォールフローフィルター中のチャンネルは交互の、閉鎖チャンネル２３と排気の入り口側に開放されたチャンネル２４（図１６）をもつ、通常の碁盤の目の模様（図５）を有する。すべてのチャンネルは説明の目的のために、前記に考察されたように触媒化されている。酸化窒素、ＮＯおよびすすが開放チャンネル２４に流入する。ＮＯは流入チャンネル２４上の触媒化表面との反応により酸化し、ＮＯ２に変化すると考えられる。周知のように、すすは、矢印２１により示すように、排気ガスにそこを通過させるウォールフローフィルターの壁により捕捉される。しかし、流入チャンネル２４中で形成されたＮＯ２は各流入チャンネルの壁上に捕捉されたすすと反応して、ＮＯに還元する。すすとのＮＯ２による反応はフィルター（より清浄なフィルター、より小さい背圧、等を維持する）および排出工程に有益である。（ＮＯ２は炭素質物質と著しく反応性である。）今度は閉鎖チャンネル２３に流入する窒素酸化物、ＮＯが閉鎖チャンネル２３の壁面上の触媒と反応し、ＮＯ２に酸化する。ＮＯ２はＮＯｘ吸着触媒２０上へのＮＯｘの貯蔵に有利であると考えられる。
【００３９】
前記のように、ジーゼル排気はすす微粒子のみならず、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような汚染物を含有する不均質物質（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｏｕｓ  ｍａｔｅｒｉａｌ）である。すす微粒子は乾燥した、固形の炭素を含む画分および可溶性の有機画分の双方を構成する。可溶性有機画分は時々、揮発性有機画分（ＶＯＦもしくはＳＯＦ）と称され、排気ガスの温度に応じて、蒸気としてもしくはエアゾール（液体凝縮物の微細液滴）のいずれかとしてジーゼル排気中に存在することができる。すすフィルター上の触媒はＶＯＦを酸化して、ＣＳＦのブロックを遅らせるかもしくは最少にするかまたは、ウォールフローフィルターのチャンネルの透過性の減少を妨げる。すすフィルターはまたＨＣおよびＣＯを酸化して、これらの汚染物を「良性の」排出物に転化させる。更に、触媒すすフィルターはまた、酸化窒素、ＮＯ（これは、大部分がエンジン１０により生成されるＮＯｘ排気の少なくとも約５０％以上を意味するものとして、大部分のＮＯｘを含んで成ることが一般に知られている）をＮＯ２に酸化させて、それがＶＯＦと接触するとＮＯに容易に還元し、従って、ＣＳＦ触媒の寿命に有益である。一旦ＮＯがチャンネルの壁を通過すると、それは再度、触媒と接触して、ＮＯ２状態に酸化し、それはＮＯｘのその形態において、ＮＯｘ吸着触媒に対して有益であると考えられる。従ってその入り口部分に触媒化すすフィルターおよびその出口部分上に延伸する希薄ＮＯｘ触媒を有する単一の触媒レンガを構成することができる。これは、各ＮＯｘ吸着触媒２０Ａ、２０Ｂの前面部分がその基材の一部として、触媒化すすフィルター２２Ａ、２２Ｂそれぞれを有することを示している、各ＮＯｘ吸着触媒２０の前面の点線により図２にスキームで示される。例えば２００２年、４月２３日公開の”Ｍｕｌｔｉ−ｚｏｎｅｄ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｔｒａｐ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  ａｎｄ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ（複数領域の触媒トラップおよびその製法および使用法）”と題するＤｅｅｂａ等に対する受諾者の米国特許第６，３７５，９１０号明細書を参照されたい。触媒化すすフィルターおよびＮＯｘ吸着触媒２２Ａ、２０Ａおよび２２Ｂ、２０Ｂ双方はもちろん別々であって、単一のカバー中に組み合わせてももしくは単に相互から別個であることができると考えられる。
【００４０】
まだ図２において、第１および第２のレッグ１５、１６は入り口１７の下流に酸化触媒１９を担持する共通排気レッグ１８の入り口１７で合流する。酸化触媒１９の入り口は、第１および第２のレッグ１５、１６中の双方の排気流が酸化触媒１９中に流入する前に共通の流れ中に完全に混合されることを確保するために共通の排気レッグ１８の入り口１７から十分に遠くにある。酸化触媒１９は全く通常のものであり、典型的には超硬金属酸化物上に分散された白金群金属を含んで成る。本発明への使用に適する酸化触媒の１例は、酸化触媒の組成物の開示のために本明細書に引用により取り入れられている、”Ｚｅｏｌｉｔｅ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｕｓｅ（ゼオライト含有酸化触媒および使用法）”と題するＹａｂｕｚ等に対する米国特許第６，２７４，１０７号明細書に開示されている。以下に考察されるように、触媒化すすフィルターを排出する排気ガスはＮＯｘ吸着触媒の基材を、より高温に加熱することができ、そこで知られた濃厚パルスがＮＯｘフィルター中に捕捉された硫黄を放出し、減少させることができることが知られている。ＮＯｘ吸着触媒の温度が上昇すると、ＮＯｘを捕捉するその性能は減少する。すなわち、ＮＯｘ吸着触媒がＮＯｘを貯蔵するのに触媒として活性である温度範囲は典型的には、ＮＯｘ吸着触媒が貯蔵された硫黄を放出するのに触媒として活性である温度「範囲（ｗｉｎｄｏｗ）」より低い。本発明のシステムはその濃厚／希薄パージ周期中に貯蔵された硫黄を放出するこの知られた方法を有利に使用することができる。
制御システム
他の燃料供給システムを使用することはできるが、好ましい態様においては、エンジン１０には、軽量ジーゼルエンジンに燃料を供給するために典型的に使用されるタイプの油圧式加圧レール燃料制御システムが付いている。すなわち、本発明は軽量ジーゼルエンジン動力自動車に特別な適用を有するが、そのより広い意味において、本発明はＨＥＵＩ（油圧式に駆動される電気的に制御されるユニット燃料インジェクター）システムを使用して重量ジーゼル駆動自動車に適用を有する。
【００４１】
図２には、シリンダーバンクの独立した制御を許す方法で修飾されたＨＥＵＩシステムが開示されている。各シリンダー１２には、ユニットインジェクタータイプの燃料インジェクター２５が付いている。（ユニットインジェクターおよびＨＥＵＩシステムのその開示のために本明細書に取り入れられたＧｌａｓｓｙの米国特許第５，１９１，８６７号明細書を参照されたい。）図に示されるように低圧燃料ポンプ２６が自動車の燃料タンク２７から燃料を吸引し、個々のインジェクター２５に燃料を送り出す前に調整ステーション２８で燃料を調整する。１本もしくは複数の燃料復帰ライン２９が提供されている。燃料供給システムは図に示すように燃料インジェクター２５を駆動する油圧システムと別個で、それから離れている。
【００４２】
燃料インジェクター２５は順次、エンジンの電気的制御ユニット、ＥＣＵ、３０により発生される信号により調整される油圧により駆動される。典型的には低圧ポンプ３２が、その出口がその駆動のために各燃料インジェクター２５と流体連絡するレール３６を加圧する高圧ポンプ３４の入り口に圧力をかける。レール中の圧力は復帰ライン３８上に復帰させるために高圧ポンプ流を放出するスロットルレール圧力制御弁３７により決定される。
【００４３】
図２に開示された態様において、レールシステムは各シリンダーバンクに対して独立した燃料供給制御を可能にするように分割されている。第１および第２のシリンダーバンクにはそれら自体、高圧ポンプ３４Ａ、３４Ｂ、それら自体のレール３６Ａ、３６Ｂおよびそれら自体の圧力制御弁３７Ａ、３７Ｂが提供されている。しかし、当業者は唯一の高圧ポンプ３４を必要とするようなその代わりの弁配列を使用することができるか、または燃料インジェクターのデザインが、燃料インジェクターが共通の圧力において共通のレールにより各シリンダーバンクを適当に駆動するようなものであるか、または全く異なる燃料供給配列を使用することができることを認めるであろう。
【００４４】
多数の感知された変数に応答して、ＥＣＵ３０は第１のシリンダーバンク中の各燃料インジェクター２５中のソレノイド弁に対して３８Ａでインプットされ、そして第２のシリンダーバンクの各燃料インジェクターのソレノイド弁に対して３８Ｂでインプットされるように示されている各シリンダーの燃料インジェクター２５に対して電気的制御信号を発する。周知のように、ソレノイド弁は燃料インジェクターのパルス注入を制御する。ＥＣＵ３０はまた、各レールの圧力制御弁３７Ａ、３７Ｂそれぞれを調整するために３９Ａ、３９Ｂでインプットされるように示されている制御信号を発して、燃料インジェクター２５に送り出されたエンジンオイルの圧力を設定する。エンジン１０の燃料供給を決定するためにＥＣＵ３０により必要とされるかなり多数の変数を表わす多数のインプット信号に応答して、ＥＣＵ３０は図２の態様に対してはエンジンの燃料供給を制御するための信号３８Ａ、３８Ｂの形態を採るアウトプット信号を発生することに注目することで十分であると考えられる。
【００４５】
今度は図３に、軽量ジーゼル自動車に使用される、より典型的なレールシステムが示される。図３のレールシステムは図２に開示されたものより広いＡ／Ｆ制御範囲を提供すると考えられ、従って図３のレールシステムが好ましい。（再度、本発明はまた重量ジーゼルエンジンにも適用でき、図２に示したような修飾ＨＥＵＩシステムがその中でそれ自体、所望の希薄／濃厚エンジン排気組成物を提供するのに不十分である場合は、他の既知のエンジン操作法を更に使用することができる。例えば、先行技術で知られる低圧ポンプ３２と流体連絡する破線９０、９１として示した更なる排気レッグ燃料インジェクターを提供することができる。本発明により、単に排気レッグインジェクターをとおして、必要な更なる還元剤を供給した先行技術の配列よりも少ない、レッグインジェクターをとおる外部燃料が必要とされる。）レールシステムを説明する図２に使用された参照番号が図３に示したレールシステム中の同様な構成部品に適用されるであろう。図３の態様において、分割レールは示されたレール３６Ａによってのみ使用される。図２におけるように、弁３２により圧力調整される低圧ポンプ３２は高圧ポンプ３４Ａに圧力をかける。これも高圧調整弁３３Ａにより圧力調整される高圧ポンプ３４は調整弁３３Ａにより決定される設定圧力において燃料を分割れる３６Ａに充填する。ソレノイドもしくは電磁弁３７Ａはエンジン１０に燃料を供給するために時間をあけて分割レール３６Ａからインジェクターに高圧で燃料を供給する。図２のレールの態様は別々に供給される燃料で燃料インジェクターを操作するためにレール圧力を使用するが、他方図３のレールの態様は圧力を供給し、エンジンに燃料を供給する双方のために燃料オイルを使用する。
【００４６】
ＥＣＵ３０は通常のものであり、中央処理ユニットもしくはＣＰＵ４０、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）４１、ＲＯＭ（読み取り単独メモリー）４２およびＮＶＲＡＭ（不揮発性ランダムアクセスメモリー）４３のような周知の要素を含む。ＲＯＭ４２と別にそれと離れて（あるいはＲＯＭ４２の成分として含まれる）参照表（ＬＵＴ）４４も示されている。更にＥＣＵ３０からそしてそれへの指示を受容し、伝達するための通常のインプット／アウトプット（Ｉ／Ｏ）ユニット４６も示されている。ＥＣＵ３０はＲＯＭ４２中に段階的指示により保存されるような、エンジン１０、工程エンジン制御システムおよび診断定常作業を制御するために周知の方法で作動する。周知のように、技術的操作パラメーターはインプット信号としてＥＣＵ３０中に読み取られ、それが次に自動車の制御自動車操作、特にエンジン１０の操作に対するアクチュエーターへのアウトプット信号もしくはＥＣＵ３０からアウトプットされる制御信号に処理される。
【００４７】
ＥＣＵ３０にインプットされ、エンジン１０の操作（燃料供給）を制御するために使用されるエンジン操作情報を発生する多数のセンサーが存在する。幾つかのセンサーは図３に図式により示され、エンジンのフライホイール５１の回転を感知して、ＥＣＵ３０に破線５２上のタイミング信号を発するように示されたタイミングピックアップユニット５０を含む。タイミング信号ライン５２上のインプット信号は燃料、もしくは弁もしくはエンジントルク情報に対するものであれ、自動車の速度情報、タイミング情報を発するインプットセンサー信号と考えることができる。更に、空気流センサー５５は取り込みマニホールド通路５６中の大量の空気流を感知し、ＥＣＵ３０に空気センサーの破線５７上にインプット信号を発する。空気信号ライン５７はまた、マニホールドの空気圧のセンサー情報を担持するものと考えることができる。更に加速センサー破線６２上に加速信号を発する運転者に制御される加速装置のペダル６１と連絡されたスロットルセンサー６０も示されている。図３に示したエンジンセンサーは本発明の排気システムを実施する際に有用なタイプのエンジンのデータを引き出す方法を単に説明しており、本発明を限定するものと解釈してはならない。当業者は、ＥＣＵ３０にアクチュエーターのコマンド信号を発生させるエンジン制御技術に使用されるかなり多数の方法が存在すること認めるであろうし、本発明は所望の排気物を生成するあらゆるこのような制御法の使用を想定する。
【００４８】
重要なことには、環境に排出された排気および触媒の機能化（ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇ）を直接的もしくは間接的に示す、ＥＣＵ３０に対するインプット信号を発する触媒排気システム中に１もしくは複数の排気センサーが存在する。図３に示したセンサーは考察の目的のためのみのものであり、本発明の触媒システム中の実際のセンサーの配置を表わすかも知れないし、表わさないかも知れない。各ＮＯｘ吸着触媒２０に対して各排気レッグ１５，１６中に上流ＮＯｘセンサー６３および下流ＮＯｘセンサー６４が存在し、ＮＯｘ吸着触媒２０の現在の状態を示す異なる信号を発するために使用される。（あるいはまた、エンジンから排出するＮＯｘ排気をＮＯｘマップから決定する、唯一の下流のＮＯｘセンサーを使用することができる。ＮＯｘマップはエンジン速度および負荷の関数として現在のＮＯｘ排気を提供することができ、ＥＣＵにおいて実施することができる。）同様に、更にＮＯｘ吸着触媒２０の上流および下流にラムダセンサー６４，６５それぞれが配置されている。概念的には、ＮＯｘセンサーはＮＯｘ吸着触媒中のＮＯｘ貯蔵部位の飽和レベルを示す信号を発するものと考えることができ、すなわち信号はＮＯｘ吸着触媒がいつ発せられたかを示す。更にＤＯＣ触媒１９の上流のＥＧＯセンサー６８を使用して、ＤＯＣ触媒１９に入る前に合流されたレッグ１８中の合流排気ガスの希薄／濃厚組成を決定する。すべてのセンサー６３、６４、６５、６６および６８がセンサー破線６９上でＥＣＵ３０に対するそれらの排気センサー信号を出力する。
【００４９】
本発明はシリンダーの１群もしくは１バンクがその排気ガスマニホールド中に濃厚なもしくは化学量論的量の排気ガスを生成することができ、従ってそのＮＯｘ吸着触媒を再生することができ、他方、シリンダーの他の群もしくはバンクがその排気ガスマニホールド中にそのＮＯｘ吸着触媒中に吸着されたＮＯｘ排気を生成する希薄なもしくは化学量論的量を超えた「正常な」ジーゼル排気ガスを生成することができるようにエンジン１０の操作を変動させる。エンジン１０の操作は濃厚ガスが一方のＮＯｘ吸着触媒を再生する時に、シリンダーバンクの燃料供給が切替わるようなものである。これは、１もしくは複数の前記のセンサー信号に応答して（あるいはまた周期的な時間に基づいて）、ＥＣＵ３０中に、そのアクチュエーターを制御するために少なくとも１基のアクチュエーターにＥＣＵ３０により発せられるコマンド信号をもたらす多数の計算、段階もしくは指示を始動する日常作業をプログラムすることにより実施される。概念的には、そのより広い意味ににおいて、本発明のシステムは、シリンダーの一方のバンクに対する排気ガスが濃厚であり、すなわちラムダが１．００未満であり、そしてシリンダーの他方のバンクの排気ガスが希薄であり、すなわちラムダが少なくとも１．０以上であり、そして好ましくは、２．５以上であるようにエンジン操作を制御するように、１もしくは複数のアクチュエーターに１もしくは複数の様々なコマンド信号を発生する、プログラム可能な定常作業を実行する。このプログラム可能な定常作業は「濃厚／希薄」定常作業と呼ばれるであろう。次に、濃厚な排気流を受容するＮＯｘ吸着触媒の再生が完了したかもしくは前以て設定された程度に再生された時に、定常作業を更に一方のシリンダーバンクから他方にコマンド信号を切替えることができる。一旦定常作業により制御されたアクチュエーター、インプット信号およびプログラム可能な定常作業により制御される事象が知られた後には、このような定常作業を開発することはコンピュータープログラマーの技術の範囲内であるので、実際のプログラム可能な定常作業は本明細書には示されない。センサー信号は概括的に前記に定義された。排気ガスの濃厚／希薄構成を制御することができる幾つかの「アクチュエーター」が以下に示される。エンジン技術内では、燃料の燃焼を制御することにより、かなり多数の特定の排気ガス組成物を生成するためにかなり多数の燃料供給法を使用することは周知であると考えられる。本発明はＮＯｘ吸着触媒の再生に必要な所望の濃厚／希薄排気ガス組成物を生成するためのあらゆるこのような知られた方法の使用を想定する。以下の考察はエンジン排気ガス中のＮＯｘ含量を制御することが知られているアクチュエーターに重点を置かれる。
ａ）燃料インジェクター
排気ガスの組成を変更するもっとも容易な方法は恐らく、図３の態様に対するライン３９上（図２の態様に対するライン３９および３８）にＥＣＵ３０からのパルス出力信号に対してインジェクター２５により供給される燃料を変動させることにより単にＡ／Ｆ比を変更することである。本説明で使用されるパルス幅はパルスの期間（およびそれが継続する間にパルスがどのように変化するか）のみならずまた、パルスが発生される時間を含む。マニホールド圧、クランクシャフトの位置、等を含む、センサー信号によりレール圧および個々のインジェクターによる燃料供給をいかに変更するかを示すために本明細書に引用により取り込まれている、１９９３年１１月１６日公開の”Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｆｕｅｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（燃料注入速度制御法）”と題するＲｅｇｕｅｉｒｏに対するＣｈｒｙｓｌｅｒの米国特許第５，２６１，３６６号明細書を参照することができる。従って、プログラム可能な定常作業は概念的には、単にライン５７上の大量空気流量信号、タイミングセンサーライン５２上のクランクシャフトタイミング位置信号を感知し、適当な参考表４４にアクセスして、一方のシリンダーバンクに対して濃厚であり、他方のシリンダーバンクに希薄であろうＡ／Ｆ比をもたらすのに十分な燃料量を決定することを意味する。次にＥＣＵ３０はライン３９Ａおよび３９Ｂ上に適当なソレノイドアクチュエーター信号を発して所望の濃厚および希薄排気ガス組成物をもたらすであろう。これについては更に、例えばＴＤＣ（トップデッドセンター）の十分前のパイロット注入のような圧縮行程およびＴＤＣ周辺の主要注入行程期間中に別々の時間に燃料を注入することは周知であることを述べなければならない。これに関しては、その図３および本明細書に引用により取り込まれたその図の付随説明により、２０００年７月４日付けの”Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ａ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ（ジーゼルエンジンの運転法およびシステム）”と題するＤｉｇｅｓｅｒ等に対するＤａｉｍｌｅｒ−Ｃｈｒｙｓｌｅｒの米国特許第６，０８２，３２５号明細書に示されたように、濃厚から希薄への切替えは単にパイロットのタイミングおよび主要注入燃料パルスの変更を実行することができるのみである。次に米国特許第６，０８２，３２５号明細書に示されたインプット信号を感知する本発明のプログラム可能な定常作業が希薄排気シリンダーバンクに対するパイロットおよび主要注入パルスの正常なタイミングを維持しながら、濃厚な排気シリンダーバンクに対するパイロットおよび主要注入パルスのタイミング変更を引き起こすと考えられる。再生時に、シリンダーバンクに対するタイミング信号が変更されると考えられる。
ｂ）ＥＧＲを伴うもしくは伴わない空気スロットル
Ａ／Ｆ比はまた、取り込みマニホールド５６をとおる空気流により影響を受ける。今日、大部分のジーゼルエンジンには取り込みマニホールド５６中の空気流状態を確立する内部幾何学構造（可変性の羽根車の刃の角度）を有する可変性幾何学構造をもつターボチャージャー（ＶＧＴ）が付いている。ＶＧＴをもつジーゼルエンジンは取り込みマニホールド中にスロットル板７０をもってももたなくてもよい。考察の目的で、図３の態様は破線の空気スロットルコマンドライン７１上にＥＣＵ３０からのコマンド信号により調整されるスロットル板７０を示す。更に、各シリンダーバンクへの空気流を独立に調整することができるように、各シリンダーバンクに別々のスロットル７０Ａ（７０Ｂは図示されていない）が提供されることを推定することができる。その他の空気流配列が当業者に示唆され、本発明は図３に示した２スロットル配列に限定されない。空気スロットル板７０と組み合わせたインジェクター２５は典型的にはＡ／Ｆ比を設定するために一斉に制御される。更にエンジン１０には典型的には、破線のＥＧＲ制御ライン７６をとおるＥＣＵ３０の制御下でＥＧＲ弁７５によりＥＧＲ（排気ガス再循環）ループ７４が付いている。第１および第２の排気マニホールド１３、１４中で希薄／濃厚ガス流を生成し、変化させるためにはインジェクター、空気スロットルおよびＥＧＲがＥＣＵの制御下にある。ターボチャージジーゼルエンジンがシリンダーの燃焼室に入れられたタービンにより生成される空気圧で制御され、次にＥＧＲループの弁による開放、そして最後にインジェクターからの燃料の増加によりＮＯｘ触媒の再生のための濃厚な排気ガス混合物を生成する再生配列のための２００２年３月１２日公開の”Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅ（エンジン制御のための方法およびシステム）”と題するＳａｉｔｏ等に対するＭａｚｄａの米国特許第６３５４２６９号明細書を参照することができる。同様な効力に対して、ＥＧＲを感知し、そしてＥＧＲの感知された値に応答して空気取り込みおよび燃料を制御する、２０００年２月２２日公開の”Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ（ジーゼルエンジン排気制御システム）”と題するＩｔｏｙａｍａに対するＮｉｓｓａｎの米国特許第６，０２６，７９０号明細書が存在する。米国特許第６，３５４，２６９号および第６，０２６，７９０号明細書に開示された制御スキームはまた、それらが濃厚なガス流を生成するシリンダーのバンクを制御する際に使用することができ、そして同時に希薄ガス流を生成するために他方のシリンダーバンクに対して使用することができるために、引用により本明細書に取り入れられている。
ｃ）弁によるタイミング
更に、エンジン１０は破線の弁制御ライン８１上のＥＣＵ３０の制御下の参照番号８０によりスキームで表わされた可変性弁タイミングユニットを備えることができる。燃焼が起る時のサイクルの圧縮行程の時間を変更するために取り込み弁を閉鎖する時間を変更する可変性弁タイミングユニットを開示している、２００１年４月２日公開の”Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ（ジーゼルエンジンの制御システムおよび制御法）”と題するＹａｍａｓｈｉｔａに対するＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉの米国特許第６，２０９，５１６号明細書を参照することができる。１運転モードにおいて、エンジンにより通常生成される粒状物およびＮＯｘは減少され、米国特許第６，２０９，５１６号はエンジンの要求に応じて一方の燃焼モードから他方のモードに切替えるが、全体としてジーゼル排気は減少する。米国特許第６，２０９，５１６号の考え方は本発明中に利用することができる。米国特許第６，２０９，５１６号明細書中に開示された第１の燃焼モードは、過剰燃料をもたらし、そして／もしくは空気スロットル板７０に対する空気流を遅らせるためにインジェクターパルスを更に修飾することにより濃厚なガス流を生成するように更に修飾されなければならないと考えられる。
【００５０】
前記に考察されたエンジンのプログラム可能な定常作業は単に例もしくは実例であり、必ずしも本発明を限定するものではない。要するに、前記に考察されたいずれの知られた方法もしくはジーゼルエンジン制御分野で当業者に知られたいずれのエンジン制御法も、各シリンダーバンク中に、濃厚もしくは希薄であることができる排気ガスをもたらすために使用することができる。更にまた、燃焼生成物中の特定の可燃物が排気ガス中に優勢であるようにジーゼルエンジンの燃焼室内の燃焼を制御することが当該技術分野で知られている。例えば、可燃性のＣＯを燃焼生成物中の優勢ガスであるようにすることができるか、あるいはまた炭化水素（ＨＣ）を優勢にすることができる。更にまた、生成された希薄排気ガス中に所望の量の可燃物を生成することができ、特定の可燃物を希薄排気ガス中に優勢にさせることができる。
【００５１】
しかし、これまで考察されなかった本発明のシステムの２種の更なる必要条件が存在する。システムの必要条件はａ）流れが合流された排気レッグ１６中に合流される時に合流された流れが希薄であるように、エンジンが濃厚および希薄排気ガス流を生成しなければならない、そしてｂ）自動車の操縦性が著しく損なわれることはできないこと、である。
【００５２】
ベンチテストにより、第１の必要条件、すなわちＮＯｘ吸着触媒の下流の合流排気流が希薄であることは充たすことができることが示された。すなわち、ｉ）ＮＯｘ吸着触媒２０の再生が起ることができ、そしてｉｉ）合流した流れ（濃厚および希薄）が希薄であることができる、ようなＡ／Ｆ濃厚および希薄燃料供給比率をもたらすことができる。これは定速エンジン操作中に５０％希薄および５０％濃厚排気流によるＮＯｘ吸着剤再生中に再合流排気ガス中の酸素濃度の計算結果を示す下表により示される。
燃料Ｈ／Ｃ＝１．８４
Ｈ２：ＣＯ，希薄＝０
化学量論的Ａ／Ｆ＝１４．４６６
ラムダ＝（実地Ａ／Ｆ）／（化学量論的Ａ／Ｆ）
エンジンベンチからの具体例：
【００５３】
【表１】
2005537417.tif 000003
【００５４】
希薄合流排気流の必要条件は、それがないと恐らく起る可能性があるスリップを回避するために必要である。すなわち、再生中にＨＣ、ＣＯおよびＨ２Ｓ（硫化水素）がＮＯｘ吸着触媒を逃れ抜ける可能性がある。合流した流れが希薄であることを要求することにより、スリップが酸化触媒１９上を通過する時に、これらの有害な排気を「良性の」ガス、すなわちＣＯ２，Ｈ２Ｏおよび毒性の少ないＳＯｘガスに酸化させるのに十分な酸素が存在する。合流された流れ中の利用可能な正味の酸素は排気流の組成の少なくとも２％である。営業的適用においてスリップの可能性を回避もしくは最小にするために、合流排気流の組成の少なくとも５％もしくは合流排気流の組成の少なくとも８％すらのような合流排気流中のより高い百分率の正味の利用可能な酸素を使用することができると考えられる。
【００５５】
本発明の現時点では操縦性試験は実施されていない。シリンダーの各バンクは別々に制御されるので、操縦性が著しく影響をうけることは期待されない。希薄で作動するシリンダーのバンクは濃厚で作動するものと同様な動力をもたらすであろう（例えば各シリンダーバンクの注入のタイミングは、双方のシリンダーバンクがトルク中立性（ｎｅｕｔｒａｌｉｔｙ）の条件を同じくするように設定されるであろう）。希薄作動シリンダー中に注入された燃料の量に対する濃厚作動シリンダー中に注入される燃料の追加量はエンジンのＣＯ／ＨＣ排気増加をもたらし、排気ガス温度を上昇させ、それにより燃料効率を減少するであろう。
【００５６】
ＮＯｘ吸着触媒２０Ａ、２０Ｂの一方が再生される必要があることをセンサーが示す時まで、双方のシリンダーバンクは同様に作動するであろうと推定される。その時点で、ＥＣＵ３０はエンジン１０を「濃厚／希薄」排気ガスモードに入れさせるであろう（しかしトルク中立状態を保持するために各バンクに対して同様なトルク出力をもたらしながら）。
【００５７】
しかし、ＮＯｘ触媒を再生することができる前に充たさねばならない知られた条件が存在する。ＮＯｘ触媒床の温度が触媒として活性なその再生域内になければならない。従って、プログラム可能な定常作業は、濃厚／希薄モードを始動することができる前にこの条件が存在するか否かを決定しなければならない。更に、濃厚／希薄モードが操縦性に悪い影響を与える場合は、エンジンが負荷下にある駆動サイクルの部分中に再生定常作業を一時的に低下させなければならない。例えば、自動車が完全加速下にある（ペダルセンサー６０）もしくは過剰負荷下で定速で坂を昇っている場合、濃厚／希薄サイクルは一時的に低下させなければならないかも知れない。しかし、濃厚／希薄定常作業を停止し、開始することは更なる問題を提起する。
【００５８】
ＮＯｘ吸着触媒中のＮＯｘ吸着部位の吸着／脱着の特徴は触媒トラップが飽和になる時に変化することが知られている。触媒が完全に枯渇すると、触媒中の最初のＮＯｘ貯蔵部位がＮＯｘの貯蔵に強度な親和性を有し、ＮＯｘを容易に脱着しない。ＮＯｘ吸着部位を充填するためには前記の反対が真実である。触媒が再生の開始時にＮＯｘで飽和される場合は、多数の部位がＮＯｘを放出するであろうし、放出されるすべてのＮＯｘは窒素に還元されないであろう。すなわち、再生の開始時にＮＯｘのバーストをもたらし、それは再生中に弱められるであろう。再生中に、最初に放出されたすべてのＮＯｘの還元を引き起こすには不十分な還元剤の量が存在することが１つのもっともらしい説である。ＮＯｘ飽和の前に再生が起ると（例えば、飽和の７０％で）、ＮＯｘのブレークスルーが減少し、全体のＮＯｘ効率が増加する。
【００５９】
従って、１基もしくは複数のアクチュエーターもしくはエンジンの制御法が操縦性に不都合な影響を与えずに所望の濃厚排気ガス組成をもたらすことができる場合は、濃厚／希薄再生は作動される時に連続的に活性のまま留まるに違いない。しかし、本発明の別々のシリンダーバンク制御の特徴物のために、どんな頻度で濃厚／希薄モードが作動されるかについての心配は減少し、そしてＮＯｘブレークスルーの不都合な効果を減少させるために濃厚／希薄モードが作動される飽和域を減少させることができる。例えば、ＮＯｘ吸着触媒の飽和が５０％にある時に再生を開始することができる。この状態においては、ＮＯｘ吸着部位はＮＯｘを維持する傾向があり、そのため捕捉されたＮＯｘの放出のために大量の還元剤が存在しなければならない。前記のような通常のシステムにおいて、操縦性の心配のために低い飽和限度でＮＯｘ吸着触媒を再生することは実際的ではない。更に、ＮＯｘ吸着触媒が低飽和レベルで再生される場合、ＮＯｘ吸着触媒の寿命が延長されることができる。認められるように、濃厚排気ガス中の可燃物の比率を制御することができることは知られている。ＣＯもしくはＨＣがＮＯｘ吸着剤を再生するのにより有効であるか否かは温度に依存する。概括的にＣＯは比較的低温でより有効である。ＣＯはまた、より清浄な還元剤である。ＨＣは触媒の表面上にコークスを残す可能性がある。従って、排気ガスの制御はシリンダーの「濃厚な」バンクに対するＮＯｘ吸着触媒の再生を更に高めるために排気ガス中の与えられた還元剤、好ましくはＣＯの優勢をもたらすように設定することができる。
【００６０】
本発明のこのアスペクトを要約すると、濃厚排気ガスの組成は好ましくは、可燃物の高いＣＯ百分率を有するように設定され、ＮＯｘ吸着触媒のパージもしくは再生は、ＮＯｘ吸着触媒中のＮＯｘ貯蔵部位の設定百分率がＮＯｘを貯蔵もしくは捕捉した後に起るように設定される。再生は理論的には、すべての貯蔵部位が充填されると（飽和）起ることができる。しかし、濃厚ガスを瞬時に生成する本発明の性能のために、再生は飽和レベルのずっと下方に設定することができ、それによりＮＯｘ吸着触媒の効率を維持することができる。例えば、５０％飽和のような低いレベルで再生が起ることができると考えられる。再生時に最初に放出される貯蔵ＮＯｘの量が少なくなり、排気流中に存在する可燃物が放出ＮＯｘをより良く減少させることができるために、再生が低レベルの飽和で起る場合には更なる利点がもたらされる。同様に、ＮＯｘ吸着触媒中のすべてのＮＯｘ吸着部位がＮＯｘをパージされた時には、必ずしも濃厚排気ガスを停止することが起るとは限らない。実際に、再生定常作業の開始点および停止点はある与えられたＮＯｘ吸着触媒の効率の関数として設定された飽和レベルに設定されるであろう。
【００６１】
ＮＯｘ吸着触媒の再生はＮＯｘ捕捉触媒調製物に応じて比較的低い排気温度、例えば１５０℃〜４５０℃で起ることが知られている。これはＮＯｘ吸着触媒を、典型的に約２５０℃の排気ガス温度をもたらす軽量ジーゼルエンジンに特に適用可能にさせる。他方で、すすの燃焼は実際的には、ＮＯｘ減少からすす減少への突然の切替え、より高温、典型的には５５０℃〜６００℃および酸素を必要とする条件、を必要とする。触媒化すすフィルターはより低温で希薄排気ガス中の可燃物を酸素と反応させて、すすフィルターの温度を上昇させる発熱反応を生成させるので、そのためすすは灰化されることができ、触媒化すすフィルターは軽量ジーゼルエンジンに特に適する。これに関しては、ＨＣの燃焼はＣＯの燃焼よりも発熱性であることが知られている。Ｃ−１に基づくと、燃焼のエンタルピーはＣＯに対して２８３ｋＪ／モルであり、ＣＨ１．８４に対して５８８ｋＪ／モルである。従って、本発明の１態様において、エンジンは高百分率のＨＣを有する希薄排気ガスをもたらすように制御することができる。
【００６２】
すすからのＣＳＦの活性再生中に、ＣＳＦ触媒床中の温度は６００℃に到達するかもしくはそれを超えることができる。この発熱の結果として、ＣＳＦと同一排気レッグ中に配置されたＮＯｘ吸着触媒もまた加熱されるであろう。ＣＳＦ再生中もしくは好ましくはその直後のいずれかに濃厚パルスを適用することによりＳＯｘからＮＯｘ吸着剤を再生するために、この状態を利用することができる。この濃厚パルス期間中にＮＯｘ吸着触媒上に貯蔵される硫酸塩が還元剤の存在下で分解され、次に還元されてＨ２Ｓを形成する。次に中間体のＨ２Ｓ排気がその後にＤＯＣ触媒上でＳＯ２に酸化されるであろう。１態様において、ＣＳＦ触媒はＮＯｘ吸着触媒に隣接して、その上流に配置することができる（図２に示したように）。ＮＯｘ吸着触媒の床温度はＣＳＦの床温度を遅らせ、温度の時間的遅れは計算して、触媒の利用を最適化するための濃厚パルスの生成を予測するために使用することができる。（触媒床の温度は熱電対（図示されていない）により測定することができるかまたは排気ガスもしくはエンジン温度を使用するかなり多数の周知のアルゴリズム法を使用することができる。）再度、ＮＯｘ吸着触媒床の温度が上昇されるようにＮＯｘ触媒をすすフィルター（触媒化されてももしくはされなくても）に結合させ、そして硫黄を放出して次にＳＯｘに酸化させることができるように濃厚燃焼可能パルス（短時間）を生成する考えは当該技術分野で知られている。本発明において、濃厚／希薄サイクル中に、希薄ＮＯｘ吸着触媒に誘導された排気ガスが、触媒化すすフィルターがすすフィルター中に捕捉されたすすを灰化させるのに有効なように周期的に変動されることができる。更にまた、ＮＯｘ吸着剤中に捕捉された硫黄を除去するために、濃厚流（「希薄」排気レッグ中の）をパルスで送り出す通常に知られた方法を一時的に利用することができる。更にまた、Ｈ２Ｓスリップが起りえないように、合流排気レッグ中の過剰酸化を確保するために、希薄排気ガスを生成するシリンダーバンクが濃厚パルスを生成するように一時的に変化する時に、濃厚排気ガスを生成するシリンダーバンクが、合流された流れが濃厚酸素を含んだままであるように希薄排気ガスを生成するように一時的に変化することができる。（本明細書で使用される「パルス」もしくは一時的な低下は、触媒の状態に応じて数秒から数分の範囲にわたることができ、そしてその用語は相対的な意味で使用され、絶対的な意味では使用されない）。
【００６３】
本発明は好ましい態様およびそれに代わる態様について説明されてきた。前記の本発明の詳細な説明を読み、理解すると、明らかに、当業者に修飾物および変形物が思いつかれるであろう。それらが本明細書に請求された本発明の範囲内に入る限りにおいて、これらすべての修飾物および変形物を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】ジーゼル動力の自動車に使用のための排気制御システムの先行技術のスキームである。
【図２】本発明の排気制御システムの１態様のスキーム表示である。
【図３】図２に示したものとわずかに異なって示される排気制御システムの好ましい態様のスキーム表示である。
【図４】すすフィルターのスキームによる末端図である。
【図５】その線５−５に沿って採られた図４に表わしたフィルターの縦の図のスキーム表示である。
【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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【国際調査報告】
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