(57)【要約】  内燃機関燃料の流れから含硫化合物を除去するための燃料フィルタが開示される。１つの実施形態では、燃料フィルタは、吸着剤を備える少なくとも１つのカラムを備える。１つの例示の実施形態では、吸着剤は、含硫化合物、特に含硫芳香族化合物を内燃機関で使用される燃料、特にディーゼル燃料から除去することが可能である。燃焼後の排出制御デバイスの耐用期間を延ばすための装置も開示されている。１つの実施形態では、装置は内燃機関燃料の流れおよび排出制御デバイスから含硫化合物を除去するための燃料フィルタを備える。最後に、内燃機関燃料の流れから含硫化合物を除去するための方法が開示される。１つの例示の実施形態では、方法は、含硫化合物を除去可能な燃料フィルタに燃料を通過させるステップと、除去された含硫化合物を蓄積するステップと、蓄積された含硫化合物の一部を放出するステップと、その部分を機関を通過させて、排出制御デバイス内に送るステップとを含む。
2007529687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料の流れから含硫化合物を除去するための方法であって、
含硫化合物を除去することが可能な燃料フィルタに燃料を通過させることによって、前記含硫化合物を前記燃料の流れから除去するステップと、
前記燃料フィルタに前記含硫化合物を蓄積するステップと、
排出制御デバイスの再生サイクル中に、前記蓄積された含硫化合物の一部分を前記燃料の流れの中に放出するステップとを備える方法。
【請求項２】
前記燃料フィルタが、前記燃料から前記含硫化合物を除去し、蓄積し、放出する吸着剤を含み、前記含硫化合物を前記吸着剤から放出する温度に前記燃料または前記吸着剤を加熱することによって前記含硫化合物の一部分が放出される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排出制御デバイスがＮＯＸ吸着装置である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記再生サイクルが、亜酸化窒素の還元をもたらす、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記再生サイクルが、前記排出制御デバイスから含硫化合物の遊離をもたらす、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記蓄積された含硫化合物が前記吸着剤内にまたはその上に蓄積される、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記蓄積された含硫化合物の一部分を放出する前記ステップが、前記吸着剤を前記燃料の通常の作動温度よりも高い温度に加熱することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項８】
前記吸着剤が１００℃に等しいまたはそれよりも高い温度に加熱される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記吸着剤が、前記燃料の沸点よりも低い温度に加熱される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃料がディーゼル燃料である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
内燃機関の燃料の流れから含硫化合物を除去し、蓄積し、その後放出するための燃料フィルタであって、吸着剤、および前記吸着剤を加熱するための加熱要素を有する少なくとも１つのカラムを備える燃料フィルタ。
【請求項１２】
少なくとも１つのガードベッドをさらに備える、請求項１１に記載の燃料フィルタ。
【請求項１３】
吸着剤を含む少なくとも２つのカラムをさらに備える、請求項１２に記載の燃料フィルタ。
【請求項１４】
少なくとも２つのガードベッドをさらに備える、請求項１３に記載の燃料フィルタ。
【請求項１５】
排出制御デバイスの再生サイクル間の期間を延ばすためのシステムであって、
燃料の流れから含硫化合物を除去し、蓄積し、放出するための燃料フィルタと、
前記燃料システムおよび前記燃料フィルタと流体連通する内燃機関と、
前記内燃機関の排気の流れと流体連通する排出制御デバイスと、
前記蓄積された含硫化合物の前記放出を制御するための手段とを備えるシステム。
【請求項１６】
前記燃料フィルタが、吸着剤を含む少なくとも１つのカラムをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記燃料フィルタが、少なくとも１つのガードベッドをさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記燃料フィルタが、吸着剤を含む少なくとも２つのカラムを備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記燃料フィルタが、少なくとも２つのガードベッドを備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記燃料の流れを濾過するための第２の燃料フィルタをさらに備え、前記第２の燃料フィルタが、前記燃料の流れから含硫化合物を除去し、貯蔵し、放出するように構成されず、前記燃焼後の排出制御デバイスがＮＯＸ吸着装置である、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載）
本発明の実施形態は、契約番号ＤＥ−ＦＣ２６−０２ＮＴ４１２１９のもとで政府の支援によってなされることが可能である。したがって、米国政府は、本発明の部分または実施形態に対するペイドアップ・ライセンス、および限定された条件で契約番号ＤＥ−ＦＣ２６−０２ＮＴ４１２１９の条項により定められるような合理的な条件で特許権者が他者にライセンスを供与することに対して要求する権利を有することができる。
（関連出願の相互参照）
本発明は、２００４年３月１５日に出願の米国仮特許出願６０／５５３２２５の利益を主張するものである。その内容は本明細書に参照によって援用される。
【０００２】
本発明は、内燃機関の燃料の流れの中の含硫化合物の低減、操作、および／または分配に関する燃料フィルタ、装置、および方法に関する。より詳細には、開示された発明は、内燃機関、特に自走車（ｍｏｔｏｒ  ｖｅｈｉｃｌｅ）のエンジンからの窒素酸化物を低減するために、燃焼後の排出デバイスの能力を向上させる。
【背景技術】
【０００３】
窒素酸化物または「ＮＯＸ」の吸着装置は、可動式および固定式のいずれの内燃機関の排気の流れから窒素酸化物を除去するのにも使用される。しかし、このようなＮＯＸ吸着装置の効率は、含硫化合物が存在すると低減される。そのような含硫化合物、特に含硫芳香族化合物は、ＮＯＸ吸着装置の触媒の「働きを損ない」、または触媒と不可逆的に反応する。汚染された触媒を有するＮＯＸ吸着装置は、低減した効率を有する。その結果、内燃機関で使用される燃料中に含硫化合物が存在すると、排気物質、特に亜酸化窒素の排出に対して有害な作用を及ぼすおそれがある。これは、ディーゼルエンジンを使用する自走車および固定式システムにおいて特に懸念される問題である。
【０００４】
ＮＯＸ吸着装置内の触媒は、一般に、触媒／ＮＯＸ吸着装置の推定耐用寿命を延長させるようになされた再生プロセスを受ける。第１のタイプの再生プロセスでは、ＮＯＸ吸着装置から窒素の形でＮＯＸが除去されるようになされている。第２のタイプの再生プロセスでは、含硫化合物などの汚染物質が放出され、除去される。後者のプロセスは、脱硫と呼ばれることもあり、一般にＮＯＸ再生プロセスよりも高温で行われる。そのような高温に繰り返し露出されると、触媒の推定耐用寿命に悪影響を与える可能性がある。
【０００５】
燃料の流れの中に存在する含硫化合物の濃度は、ＮＯＸ吸着装置が脱硫をどのぐらいの頻度で受ける必要があるかに直接的に影響を及ぼす。濃度が高いほど、ＮＯＸ吸着装置の触媒は、より多くの頻度で脱硫を受ける必要がある。同様にＮＯＸ吸着装置は、それがより多くの頻度で脱硫を受けると推定耐用寿命がより短くなる。
【０００６】
したがって、ＮＯＸ吸着装置の硫黄汚染物質の悪影響を最小限に抑えることが可能な燃料フィルタを提供することが有利である。
【０００７】
従来技術では、内燃機関の燃料の流れから硫黄を含む燃料を除去するデバイスを提供しようという試みがなされた。たとえば、その内容が参照によって本明細書に援用される米国特許出願２００２／００２８５０５Ａ１は、エンジンの燃料タンクとインジェクタの間に配置された自動車に装着された脱硫装置を開示し、その装置は、含硫化合物を吸着し、濃縮するための含硫化合物吸着剤と、吸着された含硫化合物を酸化するための含硫化合物酸化剤または酸化触媒との組み合わせを備え、その装置はさらに、生成される含硫酸化物を回収し、除去するための手段を備える。
【０００８】
しかし、内燃機関の燃料の流れの中の含硫化合物の量を所望の濃度、特に３ｐｐｍ以下の濃度に低減可能なデバイス、特に燃料フィルタがなお必要である。
【０００９】
このような燃料フィルタが再生可能、すなわち燃料フィルタの耐用期間を延ばし、または容量を拡張するために、蓄積された含硫化合物のいくらかまたは全てを分配可能であれば、同じく有利であろう。このような再生が、ＮＯＸ吸着装置またはエンジン排気物質に有害な影響を与えずに行うことが可能であればとりわけ有利であろう。したがって、このような燃料フィルタが、脱硫の頻度を低下させることによってＮＯＸ吸着装置の耐用期間を延ばすことができれば、同様に望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの実施形態では、内燃機関燃料（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｆｕｅｌ）の流れから含硫化合物を除去するための燃料フィルタが開示され、その燃料フィルタは、少なくとも１つの吸着剤を含むカラムを備える。１つの例示の実施形態では、吸着剤は、含硫化合物、特に含硫芳香族化合物を内燃機関で使用される燃料、特にディーゼル燃料から除去することが可能である。
【００１２】
燃焼後の排出制御デバイスの耐用期間を延ばすための装置も開示されている。１つの例示の実施形態では、装置は内燃機関燃料の流れから含硫化合物を除去するための燃料フィルタ、内燃機関、燃焼後の排出制御デバイス、ならびにフィルタ、機関、および排出制御デバイスを連結する中空の導管を備える。
【００１３】
含硫化合物を除去し、蓄積し、放出することが可能な硫黄除去フィルタであって、フィルタが排出制御デバイスの再生サイクル中に、蓄積された含硫化合物のいくらかまたは全てを分配可能であり、含硫化合物の放出は、再生中に行われ、ＮＯＸ吸着装置またはエンジン排気物質に有害な影響を与えることなく行われる。
【００１４】
排出制御デバイスの再生サイクル間の期間を延ばすためのシステムであって、
燃料の流れから含硫化合物を除去し、蓄積し、放出するための燃料フィルタと、燃料システムおよび燃料フィルタと流体連通する内燃機関と、内燃機関の排気の流れと流体連通する排出制御デバイスと、蓄積された含硫化合物の放出を制御するための手段とを備える。
【００１５】
最後に、内燃機関燃料の流れから含硫化合物を除去するための方法が開示される。１つの例示の実施形態では、方法は、含硫化合物を除去可能な燃料フィルタに燃料を通過させるステップと、除去された含硫化合物を蓄積するステップと、蓄積された含硫化合物の一部を放出するステップと、放出された部分を機関を通過させて、燃焼後の排出制御デバイス内に送るステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
含硫化合物を内燃機関の燃料の流れから３ｐｐｍ以下の濃度に除去し、除去された含硫化合物を蓄積することが可能な燃料フィルタが開示される。フィルタの蓄積容量が低下すると蓄積された含硫化合物の少なくとも一部分が放出されるので、このフィルタは再生可能である。本明細書では、燃料フィルタは、燃料内に確認される含硫化合物を除去し、その後放出するように設計された燃料フィルタを示すことが意図されている。例示の実施形態による以外に燃料から汚染物質を除去するために、（たとえば一般的なまたは非硫黄分を除去する燃料フィルタなどの）別個の燃料フィルタが設けられることが理解される。あるいは、含硫化合物の除去および放出の両方、およびその他の汚染物質の濾過のために構成された単一の燃料フィルタが本発明の別の実施形態の範囲内にあることが企図される。単数形「１つの」「１つの」および「その」は、文脈がそれ以外の形で明白に表わさない限り複数の指示を含む。「任意の」「任意で」は、後に述べられた事象または状況が生じ、または生じない可能性があることを意味し、その記述は、その事象が生じる場合と生じない場合を含む。修飾語「約」は、量が述べられた値を含んでいることに関連して使用され、（たとえば、特定の量の測定に関する誤差の度合いを含むような）文脈によって表される意味を有する。
【００１７】
開示された燃料フィルタは、固定システムおよび自走車の両方で使用される内燃機関に使用することができる。例示の固定式システムは、発電機および動力装置を含む。例示の自走車には、自動車、トラック、ボート、水上オートバイ、トレーラ・トラック、ブルドーザおよびクレーンなどの建設機器、芝刈機およびトラクターなどの小さなエンジンの機器が含まれ、硫黄除去燃料フィルタは搭載されたシステムの一部である。１つの例示の実施形態は車両への適用であり、硫黄除去フィルタが排出制御システムの一部分であり、フィルタがＮＯＸ吸着装置の再生プロセス中に捕らえた含硫化合物を燃料の流れの中に放出し、ＮＯＸ吸着剤の再生は、関連分野の技術者に公知の技術に関連して行われる。
【００１８】
適切な内燃機関は、どのような適切な有機燃料によっても動力を与えられることが可能である。１つの実施形態では、燃料は、ガソリンまたはディーゼル燃料である。１つの例示の実施形態では、燃料は、ディーゼル燃料である。
【００１９】
開示された燃料フィルタにより除去される含硫化合物は、一般に内燃機関で使用するために意図された燃料に標準的に確認されるどのような含硫化合物であることもできる。１つの例示の実施形態では、開示されたフィルタによって除去される含硫化合物は、含硫芳香族化合物である。開示された燃料フィルタにより除去される例示の含硫化合物には、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、およびその誘導体が含まれる。開示された燃料フィルタは、燃料の流れからの１つまたは複数のこのような化合物を除去することができる。
【００２０】
開示された燃料フィルタおよび方法は、「高」硫黄燃料または「低」硫黄燃料の市販の燃料に使用することができる。１つの実施形態では、濾過されない燃料の流れは、約６ｐｐｍから５００ｐｐｍの硫黄濃度を含む可能性がある。別の実施形態では、開示されたフィルタおよび方法は、約１５ｐｐｍ以下の硫黄濃度を有する濾過されない燃料の流れに使用することができる。１つの例示の実施形態では、開示されたフィルタおよび方法は、約９ｐｐｍ以下の硫黄濃度を有する濾過されない燃料の流れに使用することができる。１つの実施形態では、開示されたフィルタおよび方法は、約６ｐｐｍから約１５ｐｐｍの硫黄濃度を有する濾過されない燃料の流れに使用することができる。
【００２１】
１つの実施形態では、開示された方法は、低減された硫黄濃度、特に３ｐｐｍ以下の硫黄濃度を有する濾過された燃料の流れをもたらす。
【００２２】
１つの例示の実施形態では、燃料フィルタは、吸着剤を備える少なくとも１つのカラムを備える。図１に示されるように、少なくとも１つのカラム１０が、濾過されていない燃料がそこを通ってコラム１０に入る第１の開口１０と、濾過された燃料がそこを通ってコラム１０を出る第２の開口１４とを有する。フィルタの通常動作中に、開口１４を出る燃料中の含硫化合物の濃度は、開口１２に入る燃料中の含硫化合物の濃度より少なくなる。
【００２３】
例示の吸着剤には、１つまたは複数の活性炭、ゼオライト、粘土、酸性白土、活性白土、シリカゲル、二酸化ケイ素、アルミナ、酸化アルミニウム、メソポーラスシリカ多孔質材料（ＦＳＭ）、その混合物などが含まれる。１つの実施形態では、吸着剤は、少なくとも１つのアルミナまたは酸化アルミニウムを含む。１つの例示の実施形態では、吸着剤がアルミナからなる。
【００２４】
別の例示の実施形態では、開示された燃料フィルタはさらに、図２または図３に示されるような、少なくとも１つのガードベッド１６を備える。
【００２５】
図２に示されるように、少なくとも１つのガードベッド１６が、燃料がそこを通ってガードベッドに入る第１の開口１８と、燃料がそこを通ってガードベッドを出る第２の開口２０を有することができる。この実施形態では、ガードベッド１６は、中空の導管２２を介して少なくとも１つのカラム１０に連結され、その導管を通って燃料が通過し移送できる。
【００２６】
あるいは、図３に示されるような別の実施形態では、燃料が第１の開口１６を通って入り、ガードベッド１６およびカラム１０の両方を通過し、その後、カラム１０の第２の開口１４を通って出るように、少なくとも１つのガードベッド１６が、カラム１０に接触して取り付け可能である。
【００２７】
図４に示される別の実施形態では、開示された燃料フィルタは、導管２８および３０を介して２つのガードベッド２４および２６に連結される少なくとも１つのカラム１０を備えることができる。この実施形態では、流入する燃料は、ガードベッド２４および２６のうちの１つまたは両方に入ることができる。ガードベッド２４および２６のうちの１つまたは両方から出た後に、燃料は導管３０を介してカラム１０に移送される。この実施形態では、カラム１０に入る燃料は、第１の開口１２を通過し、第２の開口１４を介してカラム１０を出る。
【００２８】
図５に示される別の実施形態では、燃料フィルタは、複式のカラム３２および３４と、単体のガードベッド４４とを備えることができる。複式のカラム３２および３４はそれぞれ、燃料がそこを通って入ることができる第１の開口３６および３８と、燃料がそこを通って出ることができる第２の開口４０および４２とを有する。単体のガードベッド４４は、導管４６を介して複式のカラム３２および３４に連結されている。１つの実施形態での導管４６は、燃料がカラム３２および３４のうちの１つまたは両方に、順次にまたは同時に入ることができるように配置される導管４８および５０を有する。
【００２９】
最後に、図６および７に示されるように、開示された燃料フィルタは、２つのガードベッド５２および５４と、２つのカラム５６および５８とを備えることができる。図２の実施形態に関して上記に論じられたように、ガードベッド５２および５４はそれぞれ、導管６０および６２を介してカラム５６および５８に連結されている。あるいは、ガードベッド５２および５４は、いかなる中空の導管を使用することなしにカラム５６および５８に直接的に取り付けられている。図４および５に関して上記に論じられたように、燃料はガードベッド５２および５４のうちの１つまたは両方、ならびに、カラム５６および５８のうちの１つまたは両方に入ることができる。
【００３０】
開示された燃料フィルタに加えて、本発明は内燃機関燃料の流れから含硫化合物を除去するための方法も提供する。開示された方法は、含硫化合物を除去可能な燃料フィルタに燃料を通過させることによって燃料から含硫化合物を除去するステップと、除去された含硫化合物を蓄積するステップと、蓄積された含硫化合物の一部を放出するステップと、その部分を排出制御デバイスに送るステップとを含む。
【００３１】
燃料が開示された燃料フィルタを通過すると、含硫化合物が燃料の流れから除去される。１つの例示の実施形態では、燃料が上記に論じたような吸着剤を含む少なくとも１つのカラムを通過すると、含硫化合物が除去される。
【００３２】
開示された燃料フィルタによって燃料の流れから除去される含硫化合物は、燃料フィルタによって蓄積される。１つの例示の実施形態では、除去された含硫化合物は、吸着剤を含む少なくとも１つのカラムに蓄積される。１つの特定の例示の実施形態では、除去された含硫化合物が吸着剤に蓄積される。
【００３３】
内燃機関の耐用期間にわたって、開示された燃料フィルタはある量の含硫化合物を除去することが理解されよう。ある点で吸着剤は、さらに蓄積することが所望されても含硫化合物をそれ以上蓄積することが不可能になる可能性がある。そのような点では、開示された燃料フィルタが再生される。燃料フィルタがいつ含硫化合物によって飽和させられたか判断する限定されない例には、
センサによって燃料フィルタの前後の燃料の硫黄含有率を測定すること（フィルタに入る測定値と等しいあるいはそれに近い硫黄測定値は、フィルタが燃料から硫黄をこれ以上除去しないことを示す）、
エンジンが排気の流れにどれほど多くの硫黄を排出しているか判断するセンサを設けること、
車両の燃料中の硫黄の百万分率でのベースラインを判断するために燃料貯蔵タンクにセンサを設けること、
および、燃料フィルタの前後に圧力センサを設けることがあり、上述の方法はどれも、図１８によって示されるようなマイクロプロセッサまたは制御装置、およびそれと連絡する様々なセンサによって容易にされる。本明細書で用いられる燃料フィルタの再生は、蓄積された含硫化合物の少なくとも１つの部分を放出することを指す。そのような放出または再生は、１つまたは複数の方法によって達成可能である。
【００３４】
１つの例示の実施形態では、燃料フィルタの再生は、燃料フィルタを高い温度に加熱することによって達成される。１つの実施形態では、燃料フィルタの少なくとも１つのカラムが（図１８に示される）加熱要素によって加熱され、燃料フィルタの吸着部材、燃料のどちらかまたは両方が、燃料の流れの最高の通常動作温度よりも高い温度に加熱され、捕らえられた含硫化合物が燃料の流れの中に放出される。１つの例示の実施形態では、加熱要素は、抵抗型の加熱要素であり、捕らえられた含硫化合物を放出するために、電源から加えられる電流または電圧が燃料または吸着材料の温度を上昇させるのに使用される。当然のことながら、その他の同等な加熱デバイスが本発明の例示の実施形態で使用するために企図される。１つの例示の実施形態では、燃料フィルタの少なくとも１つのカラムが約１００°Ｃに等しい、またはそれより高い温度に加熱される。別の実施形態では、燃料フィルタの少なくとも１つのカラムが燃料の沸点に等しい、またはそれより低い温度に加熱される。
【００３５】
別の実施形態では、燃料フィルタは、加熱された燃料の流れの使用によって、または燃料以外の溶媒による置換によって再生可能であり、溶媒は、燃料の流れと流体連通する溶媒リザーバから放出され、吸着部材から捕らえられた含硫化合物を放出することができる。１つの例示の実施形態では、溶媒はリザーバから放出され、次いで適切なフィルタによって再び捕らえられ、あるいは溶媒は同じまたは関連する排出制御デバイスに損傷を与えることなしに内燃機関で消費可能である材料である。
【００３６】
燃料フィルタの再生によって放出された、蓄積された含硫化合物の部分は、内燃機関を通って排出制御デバイス、特に燃焼後の排出制御デバイスの中に送られる。本明細書で用いられる排出制御デバイスは、移動式および固定式の両方の内燃機関の排気の流れから窒素酸化物を除去するのに使用される窒素酸化物または「ＮＯＸ」の吸着装置を指す。１つの実施形態では、排出制御デバイスはリーンＮＯＸトラップ、すなわちＬＮＴである。「燃焼後」は、内燃機関からの燃焼生成物を受けるように配置された、すなわち内燃機関の下流側に配置されたデバイスを指す。
【００３７】
１つの例示の実施形態では、放出された部分が、増加された硫黄の濃度の効果が最小限に抑えられる、デバイスの動作サイクルでの動作または時間で、排出制御デバイスに入るように、その部分がエンジンを通って排出制御デバイス内に送られる。そのような時間または動作の限定されない例が、同封された例および図面に示される。
【００３８】
別の実施形態では、その部分は、高硫黄レベルにより影響を受けないサイクル中の時に、エンジンを通ってＮＯＸ吸着装置などの燃焼後の排出デバイス内に送られることができる。そのような時または動作の限定されない例が、同封された例および図面に示される。さらに好ましい実施形態では、開示された燃料フィルタの再生によって放出された含硫化合物の部分が、ＮＯＸ吸着剤および／またはＮＯＸ吸着触媒がＮＯＸまたは脱硫に関する再生プロセスを受けているときＮＯＸ吸着装置に送られる。
【００３９】
ＮＯＸ吸着装置内の触媒は、一般に、触媒／ＮＯＸ吸着装置の効率を改善させるようになされた再生プロセスを受ける。第１のタイプの再生プロセスは、窒素酸化物を窒素に変換するようになされている。第２のタイプの再生プロセスでは、含硫化合物などの汚染物質が除去される。後者のプロセスは、脱硫と呼ばれる場合もあり、一般に、添付の例に示されるような、より高温で行われる。当然のことながら、本発明の例示の実施形態は、同封の例および図面に示されたものより高いまたは低い温度を含むことができることが理解される。
【００４０】
１つの例示の実施形態では、開示された燃料フィルタの再生によって放出された含硫化合物の部分が、ＮＯＸ吸着装置および／またはＮＯＸ吸着触媒が、再生プロセスを受けているときＮＯＸ吸着装置に送られ、低減によって亜酸化窒素の除去または放出がなされることになる。
【００４１】
別の実施形態では、開示された燃料フィルタの再生によって放出された含硫化合物の部分が、ＮＯＸ吸着装置および／またはＮＯＸ吸着触媒が、再生プロセスを受けているときＮＯＸ吸着装置に送られ、その結果、窒素酸化物の遊離すなわち脱硫が生じる。
【００４２】
１つの例示の実施形態では、その部分の放出およびそれを排出制御デバイスに送ることは、燃料フィルタの再生期間と比較して短い時間にわたって行われる。１つの例示の実施形態では、燃料フィルタの再生期間は、排出制御デバイスの再生期間と近似する。本発明の例示の実施形態によれば、再生期間がより少ない頻度になり、より長い間隔になることが可能なように、燃料フィルタがＮＯＸ吸着装置に堆積される硫黄の量を低減するとき、排出制御デバイスの再生期間は最大にされる。
【００４３】
本明細書には、内燃機関７２の排気と流体連通する排出制御デバイス７０の耐用期間を延ばすための方法および装置も開示される。この装置およびシステムは、図１８に概略的に示される内燃機関燃料の流れから含硫化合物を除去し、蓄積するための開示される燃料フィルタを備える。図示されるように、内燃機関は、燃料フィルタを介して燃料貯蔵タンク７４から燃料を受ける。蓄積された含硫化合物を燃料の流れの中に放出することを監視し、制御する装置、方法および手段の限定されない例が図１８に示されている。
【００４４】
１つの実施形態では、排出制御デバイスは、内燃機関の燃焼室からガス状燃焼生成物を受け取る燃焼後の排出制御デバイスである。
【００４５】
１つの例示の実施形態では、蓄積された含硫化合物の放出を監視し制御する、装置、方法または手段は、複数のセンサ７８と排出制御デバイスの加熱要素とを有する搭載された制御装置であり、それぞれのセンサは、複数のセンサから信号を受け取り、燃料フィルタ、ならびにその関連した加熱要素、内燃機関、および必要であれば（たとえば、排気温度を上昇させるためのリーンまたはリッチ操作など）空気を燃料の流れの混合物に変えるための燃料送出および点火システムに信号を提供するように構成されたプログラマブル・ロジックを備えるマイクロプロセッサまたは制御装置８０に信号を提供し、（たとえば、燃料フィルタが硫黄容量に達し、排出制御デバイスが脱硫または再生モードで動作する）適切な信号を受け取ると、マイクロプロセッサは硫黄を燃料の流れの中に放出するよう指示し、その硫黄は、排出制御デバイスに悪影響を与えずにそのデバイスによって受け取られる。
【００４６】
コンピュータ・プログラムに応答して動作する制御装置が、上述の処理を実行できることが理解される。したがって、規定の機能および所望の処理、ならびに計算を行うために、制御装置は、それに限定はされないが、プロセッサ、コンピュータ、メモリ、記憶装置、レジスタ、タイミング、割り込み、通信インターフェース、および入力／出力信号インターフェース、ならびに前述したもののうちの少なくとも１つを備える組み合わせを含むことができる。
【００４７】
上記に示されるように、本発明の例示の実施形態を実行するアルゴリズムは、こうしたプロセスを実行するためのコンピュータにより実行されるプロセスおよび装置の形で実施することができる。アルゴリズムは、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ、またはその他のどのような読取り可能な記憶媒体などの有形の媒体でも実施される、コンピュータプログラムコードの形で実施することも可能であり、コンピュータプログラムコードがコンピュータおよび／または制御装置にロードされ、それによって実行される場合、コンピュータは、本発明を実施する装置になる。現行のシステムが様々な態様のコマンドコードを実行するために更新可能である（たとえば、フラッシュメモリなど）再プログラム可能な記憶装置を有し、コンピュータプログラムコードがコンピュータおよび／または制御装置にロードされ、それによって実行される場合、アルゴリズムは、同様に、たとえば、コンピュータによって記憶メディアに記憶され、ロードされ、および／または実行されるにしても、あるいは電気配線もしくはケーブルによって、光ファイバを通して、または電磁放射によるなどのある種の伝達媒体によって伝達されるにしても、コンピュータプログラムコードの形で実施することが可能である。汎用のマイクロプロセッサで実行される場合、コンピュータプログラムコードのセグメントは、特定のロジック回路を形成するようにマイクロプロセッサを設定する。
【００４８】
こうした命令は、たとえば、コンピュータまたは制御装置のＲＡＭに存在することができる。あるいは、命令は、コンピュータディスケットなどのコンピュータで読取り可能な媒体を備えるデータ記憶デバイスに含めることができる。または、命令は、磁気テープ、従来のハードディスクドライブ、電子式読み出し専用メモリ、光学記憶デバイス、またはその他の適切なデータ記憶デバイスに記憶できる。本発明の例示の実施形態では、コンピュータで実行可能な命令は、コンパイルされた複数の行のＣ＋＋互換コード（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ｃｏｄｅ）であることができる。
【００４９】
例示の実施形態では、制御装置は、排出制御デバイスの脱硫または再生プロセス中に燃料フィルタからの硫黄が燃料の流れに放出されたかどうか判断するための複数のセンサからの信号を評価するロジックを含む。限定されない１つの実施例では、硫黄の放出を制御するための手段が、放出に関して適切な時間を示す、エンジンまたは排出制御デバイスの所定の温度または圧力を特定するための回路またはセンサを備える。
【００５０】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、その要素の代りに等価物を用いることができることが当分野の技術者によって理解されるであろう。さらに、その本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に特定の状況または材料を適合させるために、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明はそれを実施するために企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を包含することが意図される。
【実施例】
【００５１】
下記のテストは、燃料フィルタから蓄積された硫黄を除去し、それをＬＮＴの脱硫の直前または脱硫中にエンジン内に注入することがＬＮＴの耐用期間に害を与えるかどうか判断するために行われた。その理論は、脱硫中に、ＬＮＴが還元状態の下にあり、排気ガス内の高硫黄濃度がＬＮＴ内で維持されず、したがってＬＮＴに対して害を与えないように、高い温度にあることができるということである。
【００５２】
Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙ社からの原寸のＬＮＴ触媒が７００℃で２４時間、熱水でオーブン老化された（ｏｖｅｎ  ａｇｅｄ）。２．５４ｃｍ（１インチ）の直径で５．０８（２インチ）の長さの２つの芯が原寸の触媒から切断された。１つの芯が、テキサス州Ｓａｎ  ＡｎｔｏｎｉｏのＳｏｕｔｈｗｅｓｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＳｗＲＩ）からのＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｇａｓ  Ｒｅａｃｔｏｒ（商標）（ＵＳＧＲ（商標））に据え付けられた。次いで触媒は、表１および２に与えられた試験計画のシーケンスにしたがって試験された。使用されたガス混合物は、図３に示される。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
【表２】
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【００５５】
【表３】
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【００５６】
燃料の硫黄レベルは、ＵＳＧＲガス流でのＳＯ２によってシミュレーションされた。目標の１５ｐｐｍの燃料の硫黄レベル、および２５：１のＡＦＲで動作するエンジンに対して、排気硫黄レベルが０．６ｐｐｍに設定された。目標排気ガスＳＯ２濃度は、６００６ｐｐｍのＮＯと結合された１０．３ｐｐｍのＳＯ２を含むシリンダを使用することによって得られた。ＮＯ濃度が３５０ｐｐｍに設定されると、ＳＯ２は０．６ｐｐｍになることが知られている。ＮＯ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｃ２Ｈ４、およびＨ２Ｏに関する濃度は、フーリエ変換赤外分析計（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ  ａｎａｌｙｚｅｒ）（ＦＴＩＲ）を使用して設定され、測定された。Ｏ２濃度は、標準的なポーラログラフ分析計を使用して設定され測定された。老化したＬＮＴの場合で９０パーセントに近いＮＯＸ変換効率を与えるので、２３秒リーン、７秒リッチ・サイクルが採用された。
【００５７】
行われたテストの第１シーケンスは、ベースラインシーケンスであった。このシーケンスでは、低硫黄がステップ５を除き一貫して使用され、ステップ５では、ＬＮＴは７５ｐｐｍのＳＯ２に１時間、露出された。ベースラインテストシーケンスの主な目的は、（ｉ）いくつかの通常動作／脱硫サイクルにわたって、ＬＮＴ性能が許容できる限界内に維持できるか判断すること、（ｉｉ）１時間の期間にわたる高硫黄の、他の点は通常の動作に露出することによりＬＮＴ性能が負の影響を受けるかどうか判断すること、および（ｉｉｉ）高硫黄に露出した後に、ＬＮＴ性能が脱硫ステップによって効果的に回復されたかどうか判断することである。
【００５８】
図８は、例としてステップ５の開始時の入口のガス濃度を示す。図９は、テストシーケンスでの同じ時点での出口のガス濃度を示す。入口でＳＯ２の濃度は７５ｐｐｍであるが、出口で測定可能なＳＯ２が全くないことは、完全にＬＮＴに蓄積され、またはＳＯ２が他の形に変換されたことを示していることに注目されたい。リーン／リッチ・サイクルも同様に、非常に明確である。測定値は、通常動作の各１時間の開始時に記録され、１時間の終わりに再び記録された。図１０および１１は、ステップ３の開始および終了時での測定された窒素を含む種を示す。ステップ３は、低硫黄（０．６ｐｐｍ）ステップであり、それによって大きなＬＮＴ触媒の不活性が全く予想されない。ＬＮＴは、それが開始時と同様に、１時間の終了時に機能していることが明白である。図１２および１３は、ステップ５の開始および終了時での同じ窒素を含む種を示す。ステップ５は、高硫黄（７５ｐｐｍ）ステップであり、触媒の不活性がこのステップの終了時に明らかになることが予想された。かなりの程度の不活性がプロットから明らかである。
【００５９】
図１４は、各通常動作のステップの開始時でのＮＯ、ＮＯｘ、ＣＯ、およびＣ２Ｈ４に関して計算された変換効率の概略のプロットである。図１５は、各通常動作のステップの終了時でのＮＯ、ＮＯｘ、ＣＯ、およびＣ２Ｈ４に関して計算された変換効率の概略のプロットである。このステップは２８秒リーン／２秒リッチ・サイクル・タイムによって開始するので、ステップ１に関するデータはない。各１時間の開始時での全ての５つの測定されたステップに関する平均ＮＯｘ変換効率が計算された。標準偏差（σ）は２パーセント以内である。プロットは、平均の開始効率、ならびに計算された２σラインを示し、触媒はベースラインシーケンスのコースを超えて不活性にならない。各ステップの終了に関して、高硫黄露出ステップ５がＮＯｘ変換を下方の２σラインよりかなり下に低下させたことが明らかである。しかし、ステップ６の脱硫の後に、活性が完全に回復した。したがって、ベースライン・テストシーケンス・テストの全ての３つの目的が達成された。
【００６０】
行われたテストの第２のシーケンスは、表２の高硫黄シーケンスである。０．６ｐｐｍのＳＯ２が、ステップ１、３、７、９、および１１で通常のＬＮＴ動作に対して使用された。７５ｐｐｍのＳＯ２が、ステップ５の通常動作に対して使用され、各１６分間の最初の１５分間の間の脱硫で使用された。このシーケンスの主な目的は、ＬＮＴが脱硫中に高硫黄レベルに露出できるかどうか、および通常動作中にＮＯｘの低減をなお維持するかどうか判断することであった。
【００６１】
図１６は、各通常動作のステップの開始時でのＮＯ、ＮＯｘ、ＣＯ、およびＣ２Ｈ４に関する変換効率の概略のプロットである。図１７は、各通常動作のステップの終了時でのＮＯ、ＮＯｘ、ＣＯ、およびＣ２Ｈ４に関する変換効率の概略のプロットである。ベースライン・テスト・シーケンスに関しては、全ての６つの測定されたステップに関するＮＯｘ変換効率に関する標準偏差は、充分に２パーセント以内にあった。期待されたように、全ての値は２σライン以内に収まった。各ステップの終了に関して、高硫黄露出ステップ５がＮＯｘ変換効率を２σラインよりかなり下に低下させたことがここでも同様に明らかである。活性が高硫黄テストシーケンスの終了までに回復した。したがって、含硫化合物の形で蓄積された硫黄は、燃料フィルタから除去され、ＬＮＴに害を与えずにＬＮＴなどの排出制御デバイスの脱硫の直前または脱硫中に内燃機関に注入できることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】単一のカラムを備える、開示された燃料フィルタの１つの実施形態の概略図である。
【図２】ガードベッドを有する単一のカラムを備える、開示された燃料フィルタの別の実施形態の概略図である。
【図３】ガードベッドを有する単一のカラムを備える、図２の開示された燃料フィルタの別の実施形態の概略図である。
【図４】複式のガードベッドを有する単一のカラムを備える、開示された燃料フィルタの別の実施形態の概略図である。
【図５】１つのガードベッドを有する複式のカラムを備える、開示された燃料フィルタの別の実施形態の概略図である。
【図６】複式のガードベッドを有する複式のカラムを備える、開示された燃料フィルタの別の実施形態の概略図である。
【図７】複式のガードベッドを有する複式のカラムを備える、図６の開示された燃料フィルタの別の実施形態の図である。
【図８】ステップ５の開始時の入口のガス混合物を示すグラフである。
【図９】ステップ５の開始時の出口のガス混合物を示すグラフである。
【図１０】ステップ３の開始時のリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）活性を示すグラフである。
【図１１】ステップ３の終了時のリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）活性を示すグラフである。
【図１２】ステップ５の開始時のリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）活性を示すグラフである。
【図１３】ステップ５の終了時のリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）活性を示すグラフである。
【図１４】ベースライン・テスト・シーケンスに関する、ステップ番号に対する通常動作の開始時の変換効率の％のプロットである。
【図１５】ベースライン・テスト・シーケンスに関する、ステップ番号に対する通常動作の終了時の変換効率の％のプロットである。
【図１６】高硫黄テストシーケンスに関する、ステップ番号に対する通常動作の開始時の変換効率の％のプロットである。
【図１７】高硫黄テストシーケンスに関する、ステップ番号に対する通常動作の終了時の変換効率の％のプロットである。
【図１８】本発明の例示の実施形態による内燃機関および燃料フィルタを備えるＮＯＸ吸着装置の概略図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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