(57)【要約】  リーンＮＯｘ吸着材（１６）を使用する後処理システムにおける排気ガスの熱を管理するための方法および装置が開示される。硫黄脱離高温ライン（４９）および冷却ライン（１２ａ）は、異なる化学物質と排気ガス温度とを要する後処理システムの吸着、再生、および硫黄脱離の各サイクルのための、エンジンの稼動から独立した排気ガス温度の制御に用いられる。本方法および装置はＳＯｘ吸着材（１００）を備え、より優れた耐久性を本発明に付与する。
2007502385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
稼動中の内燃エンジンの燃焼室内における燃料の燃焼中に生成される排気ガス中に検出されるＮＯｘを処理するための後処理システムであって、該後処理システムは、
エンジンから、該後処理システムを介して排気ガスを導くための排気ラインであって、冷却ラインおよび高温ラインを備える排気ラインと、
前記排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材と、
還元剤を酸化することが可能であるとともに、その酸化された還元剤を前記排気ラインへと導くことが可能な第１の触媒と、
還元剤を還元剤貯蔵室から前記触媒へと送出するための還元剤ラインと、
前記排気ラインに対する還元剤の流れを制御するための、前記還元剤ライン中に配置された還元剤流量制御装置と、
前記高温ラインおよび冷却ラインを経由する排気ガスの流れを制御するための流量制御装置とを備え、
前記排気ラインは、排気ガスを前記触媒から前記リーンＮＯｘ吸着材へと送出することが可能であるシステム。
【請求項２】
前記触媒は前記排気ライン中に配置されている請求項１に記載の後処理システム。
【請求項３】
冷却ラインおよび高温ラインは、前記触媒と前記ＮＯｘ吸着材との間に存在する、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項４】
冷却ラインは、高温ラインよりも長い請求項２に記載の後処理システム。
【請求項５】
冷却ライン中に配置されたタービンを備える請求項２に記載の後処理システム。
【請求項６】
前記タービンは、空気希釈ライン中に配置されている空気ブロワを駆動し、該空気ブロアは、空気を圧縮し、その圧縮された空気を冷却ラインへと導入するように接続されている、請求項５に記載の後処理システム。
【請求項７】
空気を圧縮し冷却ラインへと導くための、空気希釈ライン中に配置された空気ブロワを備える、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項８】
冷却ライン中に配置された熱交換器を備える請求項２に記載の後処理システム。
【請求項９】
前記触媒の上流の排気ライン中に密結合型触媒を備え、前記還元剤ラインは、該密結合型触媒の上流の排気ラインに還元剤を送出することが可能である、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１０】
還元剤ラインは、還元剤を前記触媒の上流の排気ラインに送出する、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１１】
前記排気ラインは、前記触媒を回避して排気ガスを導くことが可能な迂回ラインを備える請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１２】
排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材を通過する前に、排気ガスからＳＯｘを除去するべく、前記ＮＯｘ吸着材に相対して前記排気ライン中に配置されたＳＯｘ吸着材を更に備える、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１３】
前記排気ラインは、該ＳＯｘ吸着材を再生させるときに、前記ＮＯｘ吸着材を回避して
排気ガスを迂回させるための硫黄ラインと、同硫黄ラインを経由する排気ガスの流れを制御するための流量制御装置とを更に備える、請求項１２に記載の後処理システム。
【請求項１４】
稼動中の内燃エンジンの燃焼室内における燃料の燃焼中に生成される排気ガス中に検出されるＮＯｘを処理するための後処理システムであって、該後処理システムは、
エンジンから、該後処理システムを介して排気ガスを導くための排気ラインと、
前記排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材と、
還元剤を酸化することが可能であるとともに、その酸化された還元剤を前記排気ラインへと導くことが可能な触媒と、
還元剤を還元剤貯蔵室から前記触媒の上流の排気ラインへ送出するための還元剤ラインと、
前記排気ラインに対する還元剤の流れを制御するための、前記還元剤ライン中に配置された還元剤流量制御装置と、
前記排気ライン中に配置されたＳＯｘ吸着材と、
前記ＮＯｘ吸着材を回避して排気ガスを迂回させることができる硫黄ラインと、
前記硫黄ラインを経由する排気ガスの流れを制御するための流量制御装置とを備え、前記排気ラインは、前記触媒およびＳＯｘ吸着材から前記リーンＮＯｘ吸着材へと排気ガスを送出する後処理システム。
【請求項１５】
第１の触媒は、前記排気ライン中に配置される請求項１４に記載の後処理システム。
【請求項１６】
前記ＮＯｘ吸着材を回避して排気ガスを迂回させることができる硫黄ラインと、該硫黄ラインを経由する排気ガスの流れを制御するための流量制御装置とを備える、請求項１５に記載の後処理システム。
【請求項１７】
内燃エンジンの少なくとも１つの燃焼室において、燃料の燃焼により生成される排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを稼動する方法であって、該方法は、吸着サイクル、再生サイクル、および硫黄脱離サイクルを備え、
吸着サイクル中には、
排気ガスが吸着温度範囲よりも高温のときには、排気ガスを所定の吸着温度範囲内に冷却する工程と、
その冷却された排気ガスのすべてを、排気ラインを介して、同排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材へと導く工程とを備え、
再生サイクル中には、
排気ガスを、１以下のラムダ値へと酸化する工程と、
排気ガスが所定の再生温度範囲より低いときには、排気ガスを前記再生温度範囲内へと加熱する工程と、
酸化および加熱された排気ガスを、前記リーンＮＯｘ吸着材を介して導く工程とを備え、
硫黄脱離サイクル中には、
排気ガスを１以下のラムダ値へと酸化する工程と、
排気ガスが所定の硫黄脱離温度範囲よりも低いときには、排気ガスを前記硫黄脱離温度範囲へと加熱する工程と、
酸化および加熱された排気ガスを、前記リーンＮＯｘ吸着材を介して導く工程とを備える方法。
【請求項１８】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は、排気ガスに対して空気を導入する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は、タービンを介して排気ガスを導
く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記タービンは、前記排気ラインの前記ＮＯｘ吸着材の上流に空気を導くためのブロワを駆動するために用いられる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は排気ガスを膨張させる工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は熱交換器を介して排気ガスを導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は冷却ラインを介して排気ガスを送る工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
再生サイクル中において、前記リーンＮＯｘ吸着材を回避した迂回ラインを介して排気ガスの一部を導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
硫黄脱離サイクル中において、前記リーンＮＯｘ吸着材を回避した迂回ラインを介して排気ガスの一部を導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
吸着サイクル中において、前記ＮＯｘ吸着材を介して排気ガスを導く工程に先立ち、前記排気ライン中に配置されたＳＯｘ吸着材を介して排気ガスを導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
排気ガスを、排気ガス中に導入された還元剤と共に触媒を通過させることにより、排気ガスは加熱および酸化される請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
還元剤は、炭化水素、水素、およびこれらの組み合わせの内から選択される、請求項１７乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
還元剤は、天然ガス、ディーゼル燃料、メタン、エタン、ブタン、プロパン、およびこれらの組み合わせの内から選択された炭化水素を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
エンジンからの排気ガスを処理するための後処理システムであって、該後処理システムは、
リーンＮＯｘ吸着材と、
エンジンから前記リーンＮＯｘ吸着材へと排気ガスを導くように接続された排気ラインと、該排気ラインは、前記ＮＯｘ吸着材の上流において合流する少なくとも第１の経路と第２の経路とを設けるように分岐することと、第１の経路は、第２の経路よりも高い熱損失を呈することと、
排気ガスを、第１の経路と第２の経路とに選択的に配分するための機構とを備えるシステム。
【請求項３１】
エンジンからの排気ガスを処理するための方法であって、該方法は、
エンジンからの排気ガスの流れを受取る工程と、リーンＮＯｘ吸着材における所望のガス温度に基づき、排気ガスの流れを、少なくとも第１の経路と第２の経路との間に配分する工程と、第１の経路と第２の経路とは、互いに異なる熱損失特性を有することと、
第１の経路と第２の経路とから前記リーンＮＯｘ吸着材へとガス流を送出する工程とを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーンＮＯｘ吸着材後処理システムにより要求される稼動条件の範囲にわたり、排気ガスの熱を管理するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンの排出制御は、輸送やエネルギー使用において一層重要になってきている。窒素の酸化物（ＮＯｘ）は、特に関心事項である。ＮＯｘは内燃エンジン中における燃焼中に形成される。
【０００３】
リーンＮＯｘ吸着材（ｌｅａｎ  ＮＯｘ  ａｄｓｏｒｂｅｒ、ＬＮＡ）は、排出ガスからＮＯｘを除去するために使用することが可能である。ＬＮＡは触媒床中にＮＯｘを捕捉することにより、ＮＯｘを低減させる。ＬＮＡ中でのＮＯｘの捕捉は、本願では吸着と称される。触媒床に貯蔵されたＮＯｘは、周期的に窒素ガス（Ｎ２）に還元される。この還元工程は、再生、または再生サイクルと称される。
【０００４】
エンジン燃料中に硫黄が検出される場合、または、硫黄を含有するエンジン潤滑油が燃焼室に漏洩した場合、硫黄の酸化物もまた、ＬＮＡ触媒床中に捕捉される。例を示すと、特許文献１において議論されているように、排気ガス中の硫黄酸化物に由来するＬＮＡの硫黄被毒は、ＮＯｘを除去するＬＮＡの能力に対する妨害となり得る。エンジンの稼動中にこれらの硫黄酸化物を周期的に除去することは、ＬＮＡの有効性を維持するのに役立つ。硫黄化合物を除去するのに使用される工程は、硫黄脱離と称される。再生サイクル、および硫黄脱離のサイクルは、双方とも有効であるためには低酸素含有（すなわち「リッチ」）環境が必要である。再生、硫黄脱離、およびＮＯｘ除去は、排気ガス温度が異なる範囲内にあるときに、夫々最も良好に機能する。
【０００５】
触媒床は酸に基づく化学反応であることを考慮することにより、ＬＮＡ触媒床が効果的にＮＯｘおよびＳＯｘを捕捉する温度範囲が決定される。一般に、捕捉された硫酸化合物は、捕捉された硝酸化合物よりも安定である。即ち、ＬＮＡ触媒床が硫酸化合物を貯蔵する能力は、ＮＯｘに関する場合より一層高温範囲方向に拡大している。同様の理由から、硫黄脱離が進行する温度は、再生に要する温度よりも高い傾向がある。
【０００６】
本願において「硫黄脱離温度」とは、硫黄がＬＮＡ触媒床から効率的に離脱する比較的高い温度を指すものとして使用される。現行のＬＮＡ触媒床の性能は、７００℃を超える温度に暴露されると、主に半融現象により劣化する傾向がある。７００℃を大幅に超過すると、劣化率は増大する。硫黄脱離温度が７００℃に近づいて、７００℃を超過すると、ＬＮＡの長期的な性能を劣弱にすることにつながり得る。
【０００７】
ＬＮＡの再生に関しては、硫黄脱離温度よりも低い再生温度が、一般的には好ましい。
吸着期には、排気ガスは希薄（リーン）であり、従って、ＮＯｘはＬＮＡ中に捕捉されている。吸着期中には、低い排気ガス温度が許容され、従って、ＬＮＡがエンジンマップの適切な範囲にわたりＮＯｘを吸着するように、低い排気ガス温度が選択される。吸着サイクル中の好ましい排気ガス温度は、再生温度と重複してもよく、一般に硫黄脱離温度より低い（これらすべては、触媒床組成、選択された還元剤、および後処理システム内の他の因子に依存する）。
【０００８】
ＬＮＡに対して要求される後処理の制御に依存する好ましい排気ガス温度の範囲の観点から、可能なエンジン稼動条件の範囲にわたり、上記の温度を実現する際の柔軟性が重要
である。ＬＮＡが暴露される温度を制御することにより、ＬＮＡの寿命を伸長させ得るとともに、内燃エンジンの排気ガスからのＮＯｘ除去の有効性を向上させ得る。更に、排気ガス内で再生および硫黄脱離温度となり、その後好ましい吸着サイクル温度に回復するのが速いほど、再生または硫黄離脱のための燃料ペナルティが少なく、かつ、これらのサイクルの結果として、エンジンから排出されるＮＯｘが少なくなる。
【０００９】
本願ではインライン酸化と称する排気ガス中の還元性物質の酸化は、必要とする熱および還元剤を提供し、ＬＮＡの再生または硫黄脱離を行うとともに、硫黄脱離に必要な低い酸素含有環境を生成することができる。酸化は触媒により促進され得る。触媒がエンジンを着火させるほどに排気ガス温度が充分に高くなるように、触媒はエンジンに極めて近接して配置されるとともに、排気ガス温度がリッチ（燃料が濃厚）な排気ガスの再生温度または硫黄脱離温度を提供するほどに、触媒はＬＮＡに一層近接した位置にあらねばならない。しかし、改質／酸化触媒の効率的な稼動に要する温度においては、ＬＮＡの反応容量（ＮＯｘを捕捉するＬＮＡの能力）は比較的低い。そこで、吸着サイクル中にＬＮＡを通過する排気ガスは、広い範囲のエンジン稼動条件にわたり、ＬＮＡが効率的に作用するように、充分に冷却される（例えば、エンジンから離間して配置される）ことを考慮するべきである。
【００１０】
本願における「上流」および「下流」なる記載は、他に記載がない限り、ＬＮＡ後処理システムの吸着サイクル中における排気ガス流の方向に対する（再生サイクル、または硫黄脱離サイクル中の流れとは同一ではない）、後処理の部品の相対的な位置を説明するものである。
【特許文献１】米国特許６，３９３，８３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、広い範囲のエンジン稼動条件にわたり、ＬＮＡを用いて排気ガス温度を管理するための方法、および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ＬＮＡの吸着サイクル、硫黄脱離サイクル、および再生サイクル中におけるＬＮＡに付与される排気ガスの熱を管理する方法を提供する。本発明の一態様は、ＬＮＡと酸化触媒との間の冷却路を近道するか、または同冷却路を避けて迂回する高温経路を提供する。本発明の他の態様は、後処理システムにおける長い経路、即ち冷却経路を提供する。上記の経路は、必要な場合に排気ガスを冷却する。他の態様は、排気ガスを必要に応じて冷却するための、酸化触媒とＬＮＡとの間に熱交換器を有する冷却経路を提供する。本発明の他の態様は、排気を冷却し、排気ガスの熱からエネルギーを抽出するための、酸化触媒とＬＮＡとの間にタービン付きの冷却経路を提供する。このエネルギーは、本発明の他の態様において、必要なときに、排気ガス流に空気を導入し、排気を（希釈により）冷却するのに使用され得る。本発明の他の態様は、後処理システムにおける硫黄の管理のための硫黄捕捉材を提供する。
【００１３】
後処理システムは、稼動中の内燃エンジンの燃焼室内において、燃料が燃焼中に生成される排気ガス中に見出されるＮＯｘを処理するために、開示される。本システムは、
エンジンからの排気ガスを導くための排気ラインと、
前記排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材（ＬＮＡ）と、
前記排気ライン中のＬＮＡの上流に配置された第１の触媒であって、該触媒は、排気ガス中の還元性物質を酸化することが可能であることと、
還元剤を還元剤貯蔵室から前記触媒へ送出するための還元剤ラインと、
排気ラインに対する還元剤の流量を制御するための、還元剤ライン中に配置された還元
剤流量制御装置と、
高温ラインおよび冷却ラインを経由する排気ガスの流量を制御するための流量制御装置とを備える。
【００１４】
排気ラインは、第１の触媒からリーンＮＯｘ吸着材へと排気ガスを送出することができる。
後処理システムの一実施態様において、冷却ラインおよび加熱ラインは、触媒とＮＯｘ吸着材との間に載置されている。冷却ラインは、好ましくは排気ラインより長い。
【００１５】
本システムは、冷却ライン中に配置されたタービンを更に備え、該タービンは空気希釈ライン中に配置された空気ブロワを駆動し、空気を圧縮し、その圧縮された空気を冷却ラインへと導入することができる。
【００１６】
本システムの一実施態様において、空気希釈ラインに配置された空気ブロワは、空気を圧縮し、それを冷却ラインへと導くことができる。熱交換器もまた、冷却ラインに配置され得る。
【００１７】
後処理システムは、本システムの排気ライン中の第１の触媒の上流に、密結合型触媒を更に備えることができる。還元剤ラインは、蜜結合型触媒の上流において、排気ラインに還元剤を送出する。他の実施態様において、還元剤ラインは、第１の触媒の上流において還元剤を送出する。
【００１８】
本システムの更なる実施態様において、排気ラインは、第１の触媒を回避して排気ガスを導くために用いられる迂回ラインを備えることができる。
後処理システムは、ＳＯｘ吸着材を更に備えることができる。ＳＯｘ吸着材は、排気ガスがＮＯｘ吸着材を通過する前に、排気ガスからＳＯｘを除去するように、排気ライン中にＮＯｘ吸着材と関連して配置される。好ましい実施態様において、排気ラインは、ＳＯｘ吸着材を再生しているときには、ＮＯｘ吸着材を回避して排気ガスを迂回させるための硫黄ラインと、同硫黄ラインを通過する排気ガス流量を制御するための流量制御装置とを更に備えることができる。
【００１９】
稼動している内燃エンジンの燃焼室内での燃料の燃焼中に生成される排気ガス中に見出されるＮＯｘを処理するための、後処理システムが開示される。本システムは、
エンジンから後処理システムを介して排気ガスを導くための排気ラインと、
前記排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材と、
前記排気ライン中に配置された第１の触媒と、該触媒は排気ガス中の還元性物質を酸化させる能力があることと、
前記触媒の上流において、還元剤貯蔵室から排気ラインへと還元剤を送出するための還元剤ラインと、
排気ラインへの還元剤の流量制御のために、還元剤ライン中に配置された還元剤流量制御装置と、
排気ライン中に配置されたＳＯｘ吸着材と、
ＮＯｘ吸着材を回避して排気ガスを迂回させることができる硫黄ラインと、
硫黄ラインを通過する排気ガスの流量を制御するための流量制御装置であって、前記排気ラインは、前記触媒およびＳＯｘ吸着材からリーンＮＯｘへと排気ガスを送出する制御装置とを備える。
【００２０】
好ましい実施態様において、本システムは、ＮＯｘ吸着材を回避して排気ガスを迂回させるための硫黄ラインと、該硫黄ラインを通過する排気ガス流量を制御するための流量制御装置とを更に備える。
【００２１】
排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを装備された内燃エンジンの稼動に関する方法もまた提供される。本方法は、吸着サイクル、再生サイクル、および硫黄脱離サイクルを備える。
【００２２】
吸着サイクル中には、排気ガスが所定の吸着温度範囲よりも高いとき、排気ガスは吸着温度範囲内へと冷却される。すべての冷却された排気ガスは、排気ラインを介し、排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材に導かれる。
【００２３】
再生サイクル中には、排気ガスは１以下のラムダ値に酸化され、排気ガスが所定の再生温度範囲未満のときは、排気ガスは再生温度範囲内にまで加熱され、更に、酸化され、加熱された排気ガスは、リーンＮＯｘ吸着材を介して導かれる。
【００２４】
硫黄脱離サイクル中には、排気ガスは１以下のラムダ値に酸化され、排気ガスが硫黄脱離温度範囲未満のときは、排気ガスは所定の硫黄脱離温度範囲内にまで加熱され、更に、酸化および加熱された排気ガスは、リーンＮＯｘ吸着材を介して導かれる。
【００２５】
本方法の好ましい実施態様において、吸着サイクル中に排気ガスを冷却する工程は、排気ガスに空気を導入する工程、排気ガスを膨張させる工程、および排気ガスを熱交換器、またはタービンを介して導く工程の内の少なくともいずれかを更に備えることができる。好ましい実施例において、タービンは、ＮＯｘ吸着剤の上流において排気ラインに空気を導くように、ブロワを駆動するために使用される。
【００２６】
更なる好ましい実施態様において、排気ガスを冷却する工程は、冷却ラインを介して排気を配送する工程、または、ＮＯｘ吸着材を介して排気ガスを導く工程に先立って、リーンＮＯｘ吸着材を介して排気ガスの一部を導く工程、若しくは排気ガスを排気ラインに配置されたＳＯｘ吸着材を介して導く工程を更に備えることができる。
【００２７】
本方法の他の実施態様において、排気ガス中に導入された還元剤を有する触媒を排気ガスが通過することにより、排気ガスは加熱および酸化される。
還元剤は１つ以上の炭化水素、水素、またはこれらの任意の組み合わせからなる方法が実行され得る。好ましい実施例において，炭化水素は天然ガス、ディーゼル燃料、メタン、エタン、ブタン、プロパン、またはこれらの任意の組み合わせからなる。
【００２８】
本発明の更なる態様、および本発明の具体的な実施態様の特徴は、以下に説明される。
図面においては、本発明の限定的とするものではない実施態様が図示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
ＬＮＡ後処理システムにおける排気ガスの熱を管理するための方法、および装置が開示される。ＬＮＡは、エンジンの燃焼室における燃料の燃焼中に生成される排気ガスを処理するために使用される。比較的低い排気ガス温度（例を示すと、４５０℃未満）が、ＬＮＡの効率的な稼動のために典型的には必要である。しかし、高温および還元的な雰囲気も周期的に必要である。これらの要求は、エンジン速度条件および負荷条件とは独立である。したがって、効率的なシステム稼動のためには、ＬＮＡにおける温度を独立して制御する手段が所望される。
【００３０】
必要により、排気ガスは、エンジンから排気ガスを、例えば、熱交換器、長い経路（高温の排気ガスが所望される場合に設けられる排気ガス経路と比較して長い）、またはタービン駆動のブロワを形成する冷却ラインを介して通過させることにより冷却される。低い酸素含有環境が必要なときは、例えば、メタン、他の炭化水素、または水素からなり得る
還元剤が排気ラインに導入されて酸化され得る。これは排気ガスを還元させるとともに、排気ガスの温度を上昇させる。
【００３１】
図１は、温度に対してプロットされた排気ガスの流量の図を示す。曲線８００内の区域は、エンジンの稼動条件におけるエンジンブロックから流出する排気ガスの、流量／温度特性の一例の範囲を示す。曲線８０２内の区域は、再生中に触媒に導かれる排気ガスの目標特性の範囲を示す。曲線８０４内の区域は、吸着サイクル（通常サイクル）中にＬＮＡを通過する排気ガスの目標特性の範囲を示す。曲線８０６内の区域は、硫黄脱離中にＬＮＡを通過する排気ガスの目標特性の範囲を示す。
【００３２】
ＬＮＡの耐久性、または有効寿命を過度に低減する程、温度が高くならないことを保証するようにするように注意しなければならない。従って、曲線８０６の範囲は効率的な硫黄脱離を可能にするが、ＬＮＡの特性によっては、ＬＮＡ内の排気ガスがその範囲内における最高温度であるのことが望ましくないこともある。点Ａは、エンジンのための稼動条件の典型的な中点である。
【００３３】
図２は、本発明の一実施態様による後処理システムを示す概略図である。排気ラインは、エンジンから後処理システムを介して流下し、排気ガスの後処理を制御するための多くの分岐ラインまたは代替ラインからなる。これらには、リードライン１２、ライン１２ａ、高温ライン４９、および迂回ライン２０が含まれる。リードライン１２は、矢印１４の方向にエンジンブロック１０からＮＯｘ後処理システムへと流下する排気ガスを搬送する。この後処理システムにおいては、排気ガスは、通常は排気ラインを構成する代替のラインを介して導かれることもある。後処理システムにおいて、リードライン１２は、矢印１４により示されるように、排気ガスをＬＮＡ１６に搬送する。リードライン１２は、ライン１２ａと、ライン１２ａと接する高温ライン４９とに分岐する。
【００３４】
ＬＮＡ１６を流出するガスは、リードライン１２を介して排気口へ送出される。触媒１８はＬＮＡ１６の上流のリードライン１２中に配置される。
「排気ライン」なる語は、本願においては、後処理システム内において排気ガスを搬送するすべてのライン、後処理システムに対して排気ガスを搬送するすべてのライン、および、後処理システムから排気ガスを搬送するすべてのラインを含むものとして用いられる。
【００３５】
リードライン１２はまた、ＬＮＡ１６が再生されている間、または硫黄脱離されている間には、望ましいように、ＬＮＡ１６を回避して一部の排気ガスを搬送することが可能な迂回ライン２０に分岐している。排気ガスは、矢印２２により示されるように、迂回弁２４を開放することにより、迂回ライン２０を介して導かれ得る。迂回弁２４は迂回ライン２０の任意の箇所に配置されてよい。
【００３６】
弁２４，３０は、再生および硫黄脱離をされている間に、リードライン１２を経由する排気ガスの流量を制御し易くするために設置される。
任意である密結合型触媒３２は、エンジンブロック１０に物理的に近接して、リードライン１２中に設置される。好ましくはメタン、他の炭化水素、または水素である還元剤は、触媒１８および／または触媒３２の直前に導入され得る。還元剤弁３４，３６は、夫々、主ライン３８、および密結合ライン４０中に配置され、夫々は還元剤が供給される貯蔵室４４に接続されている。
【００３７】
高温ライン４９は、触媒１８とＬＮＡ１６との間を走引している排気ラインであるライン１２ａを迂回している。弁５１，５７は、夫々高温ライン４９、およびライン１２ａ中に配置されている。矢印５３は高温ライン４９中の流向を示す。
【００３８】
リードライン１２内のセンサ入力ライン６０，６２の夫々の交点により示されるように、触媒１８およびＬＮＡ１６の前における温度を測定するべく、温度センサ５８が用いられる。データフローはデータ方向ライン６３により示される。センサ５８は、データ方向ライン６７により示されるように、入力ライン６６を介し制御装置６４に対して温度情報を送信する。入力ライン７０は、データ方向ライン７１により示されるように、制御装置６４に対してエンジンデータを提供する。制御装置６４は、データ方向ライン７５により示されるように、入力ライン７２を介して弁２４，３０，３４，３６，５１，５７を操作する。
【００３９】
図３は、本発明の第２の実施態様による後処理システムを示す。図２に示される実施態様におけるのと同様に、排気ガスは、矢印により示されるように、エンジンブロック１０からリードライン１２と高温ライン８６とを備える排気ラインを介して、ＬＮＡ１６へと導かれる。還元剤は、貯蔵室４４から弁３６により制御され、ライン３８を介してリードライン１２に導入される。触媒１８は、ライン３８とリードライン１２との合流点の下流に存し、必要により排気ガスが触媒１８を通って加熱および酸化されるようにする。排気ガス温度は、リードライン１２に配置されたタービン駆動のブロワ８２により更に制御される。ブロワ８２は排気ガスを受領し、該ガスを膨張および冷却させ、該ガスからのエネルギーを抽出し、そのエネルギーを用いて、図示される実施態様中の矢印９４に示されるように、空気をライン８４および弁８０を経由して、タービン駆動ブロワ８２の下流であり、かつＬＮＡ１６の上流であるリードライン１２へと導く。
【００４０】
排気ラインは高温ライン８６を備える。高温ライン８６を経由する流れは、弁９０により制御される。ライン９１を経由する流れは、矢印９２により示されるように、弁８８により制御される。
【００４１】
図４は、本発明による後処理システムの一般化された概略図を示す。図４は、触媒１８とＬＮＡ１６との間の、高温ライン１４２の下流に接続されるべき、３つの可能な冷却ループを示す。高温ライン１４２を通過する流れは、弁１４０により制御される。この実施態様における排気ラインは、リードライン１２、高温ライン１４２、および冷却ライン１４４，１４６，１４８を備える。冷却ライン１４４，１４６，１４８は、本後処理システム内の排気ラインの構成要素を備える。熱交換経路１４４は、リードライン１２中に配置された熱交換器を有する。タービン経路１４６は、排気ガスの熱エネルギーを（例を示すと、ターボチャージャに）転換するためのタービン１５２を有する。長経路１４８は、排気ガスを触媒１６に送出する工程に先立ち、排気ガスの冷却を可能とする延長された延長リードライン１２を有する。長経路１４８、およびタービン経路１４６は、図２および図３に夫々示した実施態様の別例である。冷却ライン１４４，１４６，１４８、または本願に開示された他の実施態様のうちの１つ以上のものをＬＮＡ後処理システムに組み入れてもよい。
【００４２】
排気ガスは、エンジンブロック１０の、リードライン１２の上流に配置された１つ以上の燃焼室内における燃焼事象により生成される。排気ガスは、燃料の燃焼によって生じる。例えば、燃料は、水素、天然ガス、ディーゼル燃料、またはガソリンなどの炭化水素、または、天然ガス、メタン、または他の炭化水素のような燃料を含む混合燃料であり得る。水素と、天然ガス、ディーゼル燃料、または混合された炭化水素などの炭化水素燃料とを組み合わせた燃料の燃焼もまた、考えられる。燃料は、一般に、燃焼室に直接噴射されるか、あるいは霧状の装填物を生成するために一定量の空気と予備混合される。どちらの場合にも、スパーク点火、熱面点火、または圧縮点火を用いて、燃焼室内における燃焼工程を開始する。
【００４３】
後処理システムの吸着サイクル中には、リーン、即ち、酸素リッチな排気ガス環境において、排気ガスからの適切なＮＯｘ除去を促進するように、流量および排気ガス温度を曲線８０４により画定された区域内に維持することが望ましい。吸着サイクル中に生成された排気ガスに関して稼動する温度および流量の範囲を考慮すると、後処理システムの吸着サイクルでは、少なくとも一部の稼動条件において、エンジンからの排気ガスをＬＮＡ前において冷却する必要がある。これは、少なくとも有意量の排気ガスをＬＮＡ１６の上流において冷却ラインを介して流下させることにより達成され得る。
【００４４】
吸着サイクル中において、排気ガス中に過剰な酸素が存在する比較的低温でリーンな（酸素リッチな）稼動条件のもとにおいて、ＬＮＡ１６は、以下の反応によりＮＯｘを（ＮＯ３）２に変化させる。
【００４５】
ＮＯ＋１／２Ｏ２（Ｐｔ）→ＮＯ２                  （１）
ＸＯ＋２ＮＯ２＋１／２Ｏ２→Ｘ（ＮＯ３）２        （２）
上記式中、Ｘは触媒床中に存在する（これについては、以下においてさらに説明する）。
【００４６】
再度、図２の実施態様を考察すると、弁２４，５１は閉止され、排気ガスはライン１２ａを含むリードライン１２に沿って流下する。排気ガスはライン１２ａによって提供される延長された経路に沿って移動しながら冷却される。即ち、ライン１２ａを通過する冷却期間は、排気ガス温度が区域８０４内に入るのを保証することが求められ得る。排気ガスが、その所望の温度にてＬＮＡ１６を通過し、ＮＯｘを除去する。
【００４７】
ブロック１０とＬＮＡ１６との間の延長経路は、吸着中には比較的低温の排気ガスを供給するのを助ける。ライン１２ａにより得られる経路の長さ、およびＬＮＡ１６の上流に使用される排気ラインの材料は、すべての負荷において、排気温度が区域８０４内に入るように選択される。代替案としては、エンジンが区域８００の最高温度部分で稼動することが稀である場合には、ライン１２ａの短縮、または材料の選択における一層の融通性に関連して捕捉できなかったＮＯｘは許容され得る。
【００４８】
図３の実施態様において、冷却ループは、触媒１８からＬＮＡ１６への延長ラインではなく、リードライン１２に配置されたタービン駆動ブロワ８２を備える。タービン駆動ブロワ８２を駆動し、かつ、ＬＮＡ１６の前において排気ガスを冷却するために使用される熱は、空気をライン８４から、弁８０を通過させ、リードライン１２へと引き込む圧縮機を駆動するために用いられる。排気ガスは希釈され、冷却器の吸気により冷却される。弁９０，８８，８０は、ＬＮＡ１６に送出される排気ガスの温度を調節するために用いられ得る。弁８８は任意である。タービン駆動ブロワ８２におけるタービンはまた、他の目的の仕事を行うことが所望される場合には、シャフトを駆動するのにも使用され得る。
【００４９】
図４は、一般化された冷却ループを有する実施態様を示す。ここで、触媒１８とＬＮＡ１６との間の排気ガス経路は、冷却ループ１４４，１４６，１４８にて示されている。特に、冷却ループ１４６にはタービンが示されている。図３において検討された実施態様においては、空気による希釈を実施するために使用されたが、タービンは、排気ガスの熱からエネルギーを抽出し、ジェネレータ、または他のこのような用途のものを駆動するのに使用することができる。
【００５０】
更に、独立の空気圧縮機からの空気による希釈も、排気ラインに導入され得る。この圧縮機は、独立の電動機、または他の独立のエネルギー源により駆動され得る。この場合には、タービンは排除され得る。
【００５１】
冷却ループ１４４に図示されるように、エンジン冷却媒体、または他の冷却媒体（空気
など）は、必要により、熱交換器１５０に組み込み、排気ガスからの熱を取り出すことができる。冷却ループ１４８は、リードライン１２の延長部分である。すべてのこれらの方法は、本後処理システムの吸着サイクルに供するように、排気ガスの温度を低下させて使用され得る。
【００５２】
最終的には、Ｘ（ＮＯ３）２がＬＮＡ１６の吸着サイトを消尽するにつれ、ＬＮＡ１６は、ＮＯｘを除去する効率が低下する。従って、ＮＯｘを除去するためには、周期的な再生が必要となる。制御装置６４は、いつＬＮＡ１６が再生工程を要するかを決定する。
【００５３】
再生中には、以下に、メタンが還元剤である場合の、触媒１８において見られる一連の反応を示す。
ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ                  （３）
ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２                  （４）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２                      （５）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２                      （６）
ここで、反応（６）は、排気ガスの温度に依存して平衡になり得る。反応式（３）は起こり得るが、好ましくはないことに留意されたい。反応式（４）〜（６）により生成されるＣＯとＨ２とは、その後、例えば以下のように、再生に使用される。
【００５４】
Ｘ（ＮＯ３）２→ＸＯ＋２ＮＯ＋３／２Ｏ２          （７）
Ｘ（ＮＯ３）２→ＸＯ＋２ＮＯ２＋１／２Ｏ２        （８）
ＮＯ＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋１／２Ｎ２                    （９）
ＮＯ２＋２Ｈ２→１／２Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ              （１０）
ＮＯ＋ＣＯ（Ｒｈ）→１／２Ｎ２＋ＣＯ２            （１１）
ＮＯ２＋２ＣＯ→１／２Ｎ２＋２ＣＯ２              （１２）
上記式中、Ｘは触媒床中に存在する。排気ガス中における酸素含有量が低いことを意味する１以下のラムダ値は、反応（７）〜（１２）にとって好ましい。一般的には、ラムダが１を超えるような場合はない。
【００５５】
一般に、ＬＮＡを介する再生時の流れ、および排気ガスの温度を対象とした、再生方法が採用される。触媒１８は、再生をするのに望ましいように、高温で、かつリッチな環境を実現するのに役立つ。再生中に触媒１８に供される還元剤は、酸化され改変されて、酸素含有量が低く、かつ、ＣＯおよび水素などの再生に対して有効な還元剤（触媒からの還元剤、または還元剤貯蔵室４４からの還元剤）を含有する排気ガス環境を実現する。
【００５６】
しかし、先に言及したように、排気ガスの再生温度は、一般に、幾つかのエンジン稼動条件にわたりブロック１０から放散される排気ガスよりも高温であることが必要とされ得る（区域８０２参照）。従って、再生中には、触媒１８またはブロック１０において生成された熱を、ＬＮＡに対して送出される排気ガス中に保持することが有利であり得る。吸着サイクル中には、ＬＮＡ１６を、ブロック１０の充分に後に有するか、または、ブロック１０から熱に関して遠位に有することが好ましい場合、再生中には、この熱に関する距離を短縮することが望ましい。従って、図２を参照すると、触媒１８からの還元剤は、希求される再生環境を実現するために、ライン１２ａによって、適切な排気ガス温度にてＬＮＡ１６へと導かれる。触媒１８が着火し、排気ガスの環境を還元するにつれて、排気ガスの酸化中における排気温度が上昇するが、この上昇はＬＮＡ１６の再生にとっては一般的には充分である。従って、一般にライン１２ａは、ＮＯｘ用のＬＮＡ１６を再生するのに充分なはずである。ライン１２ａを介する熱損失が大き過ぎる場合には、高温ライン４９が使用され得る。触媒１８およびＬＮＡ１６の前の後処理システムに配置された１つ以上の図示されているセンサは、再生中のＬＮＡ１６を経由する流量を制御するために使用され得ることに留意されたい。センサはまた、必要により、触媒１８の後にも配置され得
る。
【００５７】
ＬＮＡ１６の直前に位置する排気ラインに、還元剤を導くためのオフラインの改質装置を使用することもまた可能である。これにより、高温ライン４９は不要となり得る。改質装置は、必要により、還元剤を含有する高温ガス（例えば空気など）を提供することにより、排気ガスを加熱することができる。このようなシステムはまた、加熱および酸化を要する排気ガスの量を低減することにより、迂回ライン２０の利点を取り入れることも可能である。更に、吸着サイクル中には、冷却ラインは温度を制御するために用いられ得る。
【００５８】
図２を参照すると、排気ガス温度を上昇させるために、所望により、密結合型触媒３２を設けてもよい。触媒３２がエンジンブロック１０に近接していることにより、排気ガスが、排気ガス環境を酸化できなくなるほど過剰に冷却されることがないことを保証するのに役立つ。従って、排気ガス温度が閾値未満であることを制御装置が検知すると、弁３４は触媒３２の上流に還元剤を供給し、ＬＮＡ１６の上流において、排気ガスを充分に加熱、および酸化する。これは、エンジンが低負荷にて稼動しているときに有用である。低負荷稼動において、ブロック１０から流出する排気ガスは、比較的低温である。追加の触媒３２はまた、必要な際に、触媒１８を着火させることも補助する。ＬＮＡ１６とブロック１０とは熱的には相互に隔離されており、触媒１８は、排気ガス通路内のうち、ＬＮＡ１６に近接していることと、ブロック１０に近接していることとの妥協点である位置に配置される。
【００５９】
図３を参照すると、タービン駆動ブロワは、触媒１８とＬＮＡ１６との間の排気ガスの温度を制御するために使用される。排気ガスが再生用には望ましくないほど低温であると判定された場合には、タービン駆動ブロワ８２にかかる負荷は低減、または除去される。ここで、ライン９１は、吸気を弁８８に導くように設置され、前記弁８８は負荷を低減または除去し、それにより、ある程度の排気ガス温度を維持する。代替案、または付加的な案としては、高温ライン８６は、排気ガスの熱が維持される必要があるときには、タービン駆動ブロワ８２を迂回するために使用され得る。当業者にとっては明らかなように、図３に示されるシステムは、高温ライン８６のみにより稼動することができる。
【００６０】
図４を参照すると、冷却ループ１４４，１４６，１４８のすべては、排気ガスの熱を調整するために使用され得る。一方、高温ライン１４２は、加熱、および酸化された排気ガスを、タービン１５２、熱交換器１５０、またはリードライン１２の延長部分であるループ１４８を回避して迂回させるために使用可能である。更に、上記のシステムは並列にて使用することもできるし、直列にて使用することもできる。
【００６１】
図２に示されるように、センサは後処理システム中に配置され、再生中の排気ガスの温度を監視し、その読取値に従って、流量の制御をすることができる。
ＬＮＡ１６の再生を目的とする再生サイクルは、通常はＬＮＡ１６の硫黄脱離をし損じるであろう。ＬＮＡ１６の内部において、Ｘ（ＳＯｘ）もまた、別途ＮＯｘを除去するのに使用され得る吸着サイトを消費する。従って、ＬＮＡ１６の効率を維持するため、再生サイクルに加え硫黄脱離サイクルもまた、周期的に必要とされる。
【００６２】
硫黄脱離サイクル中において、メタンが還元剤である場合、触媒１８における一連の反応条件の例は、以下からなる。
ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ                  （１３）
ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２                  （１４）
得られるリッチ、および高温の排気ガス環境は、次の硫黄脱離に用いられる。
【００６３】
Ｘ（ＳＯｘ）→ＳＯｘ                            （１５）
ここで、Ｘは触媒床中に存在する。
再生と同様に、反応７を促進するためには、ラムダ値は低く（定量的に言えば、１未満で）なければならない。
【００６４】
リッチな排気ガス環境を実現することに加え、排気ガスの温度は、効率的な硫黄脱離に充分な温度に保持される必要がある。硫黄脱離に必要な温度は、再生に必要な温度よりも高く、かつ典型的には、ブロック１０からの排気ガスの温度よりも高い。図２の実施態様において、硫黄脱離サイクルが必要とされる場合、高温ライン４９は開通し、ライン１２のライン１２ａを迂回することにより排気ガスが走行する距離を短縮する。これにより、排気ガスが触媒１８からＬＮＡへと流下するに伴い、排気ガスからの熱が著しく消散しないように保証するのに役立つ。同様に、図３および図４を参照すると、長い経路に加え、熱交換器１５０、タービン駆動ブロワ８２、またはタービン１５２が使用される場合には、高温ライン４９は、必要により、これらの熱低減システムを迂回することができる。工程は再生のために要する工程と同様である。しかしながら、ＬＮＡ１６の硫黄脱離に所望の温度は、図１の区域８０６を参照すると、はるかに高い。
【００６５】
吸着サイクル、再生サイクル、および硫黄脱離サイクルは、エンジンマップから選択されたパラメータに基づいて開ループ制御により制御され得、あるいは、排気ガス温度と、所与の排気ガス温度における触媒１８の反応容量とに部分的に基づいて閉ループ制御により制御されてもよい。例を示すと、一つの開ループ制御において、エンジンの稼動条件の範囲における処理システムにおける相関関係を用いて、触媒１８の特性に対して、ＬＮＡ１６が再生、または硫黄脱離されるに要する時間を推定する。このような実施態様において、制御装置はエンジン負荷、および速度のような変数を監視し、その後、参照テーブルに基づき、再生、または硫黄脱離に要する時間を決定する。
【００６６】
開ループ制御は、トルク、速度、吸気マニフォールド温度、吸気マニフォールド圧、触媒の前の排気ガス温度および排気ガス圧、並びに、当業者に知られた他の条件などの条件に基づいて行われる。本システムは、何時ＬＮＡの再生または硫黄脱離が必要であるかを推定するためにエンジン稼動条件が用いられるように調整され得る。前記エンジン稼動条件は、排気ガス中のＮＯｘおよび硫黄の含有量の指標である。
【００６７】
硫黄脱離に要する時間は、エンジンに使用された燃料の供給源、およびエンジンに使用された潤滑油の供給源のような要因に依存して変動し得る、排気ガス中の硫黄含有量の推定範囲にある程度依存する。
【００６８】
閉ループ制御を用いて、再生または硫黄脱離をいつ開始するべきか、並びに、選択された後処理様式に関して、各サイクルをいかに効率的に稼動するかを決定することができる。例として、図２乃至４のうちのいずれか１つを参照すると、硫黄脱離サイクルを選択するのためのこのような制御方法の一つは、多くの再生サイクルの過程において、ＬＮＡ１６の下流のリードライン１２内におけるＮＯｘのレベルを監視することができる。ＬＮＡの能力が所定のレベルより低下すると、制御装置は硫黄脱離サイクルを指示することができる。ＬＮＡの能力は、再生サイクルと再生サイクルとの間に測定され得る。再生サイクルと再生サイクルとの間の時間の長さが所定のレベルより短くなると、制御装置は硫黄脱離サイクルを開始するであろう。制御装置は排気ガス流量、および還元剤の導入を制御でき、それにより還元剤の使用を限定するのに有用な硫黄脱離方法を提供できる。再生サイクルの制御に関しては、再生サイクルの開始時期を選択するために、ＬＮＡ１６を経由する捕捉できなかったＮＯｘを測定することができる。
【００６９】
吸着サイクル、再生サイクル、または硫黄脱離サイクル中、排気ガスは、（吸着中には）リーン排気ガスまたは（酸素欠乏環境においては）リッチ排気ガスとして、吸着サイク
ル、再生サイクル、または場合によっては硫黄脱離サイクルのための適切な温度を有して、ＬＮＡに供給されなければならない。
【００７０】
再生中のＮＯｘ用ＬＮＡを経由する排気ガスの流れは、本願においては再生流と称する。硫黄脱離中のＬＮＡを経由する排気ガスの流れは、本願においては硫黄脱離流と称する。
【００７１】
図２を参照すると、再生サイクル、または硫黄脱離サイクル中には、制御装置６４は、一般的には、排気ガス流量、排気ガス温度、所与の排気ガス温度における触媒１８の反応容量を考慮して選択された所望の排気ガス流量、および、エンジンからの排気ガスのラムダ値に基づいて、再生方法または硫黄脱離方法を決定する。所与の再生サイクル、または硫黄脱離サイクルのための再生方法および硫黄脱離方法は、先に検討した開ループの方法、または閉ループの方法により行われる。再生方法、および硫黄脱離方法は、貯蔵室４４から排気ガスへと導入される還元剤の量および添加速度と、弁５１によって決定される高温ライン４９を経由する排気ガス流量とにより制御される。
【００７２】
任意であるが、触媒１８の前に迂回路を設置してもよい。弁２４，３０により制御される流れを有する迂回ライン２０は、再生または硫黄脱離中に、酸化または加熱される必要がある排気ガスの量を低減するのに役立ち得る。排気ガス条件として設定された目標は、ラムダ値が１以下であり、かつ、排気ガスの温度が、反応（７）乃至（１２）、または場合によっては反応（１５）を促進する程に充分高いことである。還元剤は酸化されることによって、排気ガスを加熱するのに要するエネルギーを付与する。
【００７３】
再生中には、再生流は、多くの場合、迂回路２０を介して迂回された排気ではなく、ライン１２ａを介して、酸化、加熱、および移送される排気の一部を含む。
硫黄脱離流は、高温ライン４９を介して導かれるので、排気ガスがライン１２のライン１２ａを介して配送された場合に比較して、硫黄脱離流はより多くの熱を保持する。
【００７４】
硫黄脱離の開始に際し、制御装置６４は、弁５１を開放させ、弁５７を閉止させる。硫黄脱離流は、選択された制御方法と、ライン１２ａ中の弁５７に関して選択された弁の位置とに依存して、ある程度ライン１２ａへ迂回する。迂回ライン２０は、再生と硫黄脱離との効率を良くするのに役立つが、必ずしも必要ではない。本システムは、硫黄脱離中に、ＬＮＡ経由での排気の全開全流を実現することが可能である。
【００７５】
水素、メタン、または他の炭化水素などの、他の還元剤を有するＬＮＡを介した酸化もまた、ＬＮＡでの硫黄脱離温度と、必要なリッチな排気ガス条件とを提供するのに必要とされる熱を付与することに留意されたい。
【００７６】
後処理システムの開ループ制御に関して、先に考察された変数を用いることにより、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクルの前と、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクル中とにおいて、エンジン速度および負荷に基づき、排気ガスの流れがＬＮＡを経由するように導かれ、かつ、還元剤が排気ガスへと導かれるように、制御装置が調整されることが好ましい。エンジン吸気マニフォールド温度、吸気質量流量、燃料流量、または吸気マニフォールド圧はまた、硫黄脱離サイクルを制御するのに有用な、排気ガスの特性の指標として用いられ得る。一定の硫黄脱離サイクル時間もまた用いられ得る。硫黄脱離サイクル時間は、触媒着火時間、および変動する排気ガス流量に関係するサイクル変化などの変数と比べて較的長いので、硫黄脱離サイクル時間を用いることは適当であり得る。
【００７７】
開ループ制御方法は、１つ以上のエンジン稼動条件を考慮したエンジンの関係式を用いる。各エンジン稼動条件は、排気ガス温度、流量、およびラムダ値のうちの少なくとも１
つの指標である。排気ガスの所望の流量がＬＮＡを介して導かれるように、触媒１８とＬＮＡ１６との特性に基づいて制御装置は調整される。参照テーブルを用いて、排気ガス流量が所望の再生流量、または硫黄脱離流量を超過しているか否かを判定することができる。超過している場合には、制御装置６４は、ＬＮＡを回避して迂回ライン２０を介して過剰の排気ガスを迂回させ得る。所望の迂回流量は、ＬＮＡ１６経由の目標とする硫黄脱離流量と合致するように、弁２４，３０を調節することにより達成される。
【００７８】
参照テーブルはまた、高温ライン４９における所望の流量を供するためにも使用され得る。前記のように、弁５１は、硫黄脱離サイクル、または再生サイクルの開始の際には開放され、再生流、または硫黄脱離流の内の相当部分は、高温ライン４９を介して導かれ得る。ライン１２ａに配置された弁５７は、再生または硫黄脱離中には、高温ライン４９を経由する流れに対して、付加的な制御を行う。
【００７９】
弁５１，５７に関して説明された本目的に適する弁は公知である。例えば、図２乃至４の実施態様において説明した弁は、費用と制御の要求度とによって規定される弁の種類の選択により、単純な二位置弁、多位置弁、または可変位置制御弁であってよい。更に、弁５１，５７の内の１つは除去され得る。これにより、制御レベルは低下する一方、制御が単純化され、可動部品の除去により費用および保守が削減される。いずれの場合にも、制御装置は、流れをライン１２ａと高温ライン４９とに分割することにより、硫黄脱離流量を調節できる。
【００８０】
図２において提供された実施態様を参照すると、作動可能なシステムを維持しながら、弁５１を除去することができる。再生流および硫黄脱離流、並びに吸着排気ガス流量制御は、硫黄脱離流の一部が、すべての稼動形態の間、触媒１８から高温ライン４９を介してＬＮＡ１６へと導かれることを考慮する必要がある。このように排気流量を連続的に分割することにより、排気ガス温度はＬＮＡ１６において上昇され得る。必要な場合には、吸着サイクル中に排気ガスを目標温度未満に保持するように温度を管理するための、他の方法が提供され得る。代替案としては、弁５７を備えず、ライン１２ａを経由する排気ガス流量が常時存在するようにしてもよい。従って制御装置は、このことを考慮する必要がある。すべての場合において、閉ループの方法は、上記の方法と組み合わせられる。一つの閉ループ法において、温度センサ５８は制御装置６４にデータを送付し、それにより、再生サイクルおよび硫黄脱離サイクルの効率を制御装置６４により制御するように使用され得る。
【００８１】
開ループ制御用の参照テーブルは、再生または硫黄脱離中における触媒１８の前の目標還元物質濃度を提示することもできる。エンジン稼動条件は、排気ガス温度と、ブロック１０からの排気ガスの流量、およびラムダ値とに関する情報とを提供する。排気ガスの温度は、再生サイクルおよび硫黄脱離サイクル中の排気ガスの目標範囲温度範囲を達成するための、所望の還元剤の量を決定するために使用され得る。この目標範囲温度範囲は、触媒を損ない得る温度未満で、かつ、還元剤の効率的な改質、従って、ＬＮＡ１６の再生、または硫黄脱離に適する温度を超える温度に保持されるべきである。更に、エンジン稼動条件から推定される排気ガスのラムダ値は、効率が高い再生、または硫黄脱離を支えるためのリッチな排気ガス条件を実現するために必要とされる還元剤の量を決定する。
【００８２】
再度、図１を参照すると、閉ループの方法は、温度が触媒１８の前、または触媒１８の後（図示された実施態様において、触媒１８の前に図示されるセンサ５８を参照のこと）にて測定され、更にＬＮＡ１６の前にてライン６２を介して測定され得る場合にも使用することができる。エンジンの負荷および速度は、制御装置により参照テーブルに基づいて排気ガス流量を決定するために用いられ得る。排気ライン中の流量計は、更なる閉ループ制御にも使用され得る。センサからの情報に基づく参照テーブルは、再生サイクルまたは
硫黄脱離サイクル中において、目標の再生または硫黄脱離流量と、再生または硫黄脱離温度とを維持するために、リードライン１２に導入されるべき還元剤の流量、並びに、排気ガスがある場合には、いかなる量の排気ガスが弁２４とライン２０とを介して導入されるべきかを決定するのに使用され得る。
【００８３】
触媒１８に対して、排気ガス流量が、メタンを完全に酸化させるには大きすぎる場合、または、効率よく硫黄脱離を行うには大きすぎる場合には、所望の流量に達するまで、一部の流れが迂回路２０に導かれる。
【００８４】
ＬＮＡの前の温度が高すぎるか、または低すぎる場合には、メタン量が調節され、所望の硫黄脱離温度を達成することができる。これはまた、触媒１８へ進入する温度、または、触媒１８から退出する温度を監視しつつ実施される。
【００８５】
上記の開ループシステムにおけるのと同様に、高温ライン４９を経由する硫黄脱離流は、高温ライン４９とライン１２ａとに分割される流れに対応するエンジンマップを備える制御装置に対して提供される相関関係値により決定される。これは、ライン１２ａ、および／または高温ライン４９にある弁の有効性および種類によって決まる、制御装置が利用でき得る制御に依存する。更に、開ループ制御が用いられ、ＬＮＡ１６の前における再生流または硫黄脱離流の温度をも考慮し、その後、高温ライン４９およびライン１２ａを経由する硫黄脱離流が、ＬＮＡ１６の再生または硫黄脱離が効率的に行われるようにするのに要する所望の温度を目標とするように指示する。その温度はまた、ＬＮＡ１６への一層高温の排気ガスを付与する還元剤の流れ、即ち流量を変化させるように、弁３６を制御するのにも使用され得る。
【００８６】
前記のように、費用および用途を考慮すると、閉ループの方法が好ましいこともある。前記の開ループの方法は、本システムにおける、負荷および速度などのエンジン稼動パラメータに基づく、再生サイクルおよび硫黄脱離サイクルにおける、目標とする還元剤の注入速度と注入量を示す相関関係を用いている。更に開ループは、本システムのためのハードウェアとソフトウェアとにおける動的な監視を排除し、複雑さが付加されることを防止することができる。しかし、その反面、このような方法では、ＬＮＡ１６の再生または硫黄脱離が、不完全または非効率的となる可能性がある。
【００８７】
前記のように、制御はまた、タービン駆動ブロワ８２を備える実施態様を制御するのにも使用できる。しかし、ここで、吸着サイクル中における弁８０を介してリードライン１２に導入される空気の流量を監視するために、制御が必要とされる。再生サイクル、または硫黄脱離サイクルにおいて、ＬＮＡ１６を経由する排気ガスに要求される温度に合致することが要求されるので、弁９０が開放されて、流れの全量または一部をタービン駆動ブロワ８２の周囲に導く。しかしながら、この実施態様においては図示されていないが、当業者には理解されるように、触媒１８とＬＮＡ１６との間の（触媒１８の上流と、ＬＮＡの下流との間の）迂回路がまた使用され得る。この迂回路は、図１における第１の実施態様にて説明されたのと同様の方法により使用されよう。
【００８８】
高温ライン８６に加え、ライン９１はまた、排気ガス熱を維持する必要があるときに、タービン駆動ブロワ８２の負荷を除去するのに使用され得る。
図３に示される実施態様に関して、弁８０を通過する流量センサ、および、ライン１２内の温度センサは、吸着サイクル、再生サイクル、および硫黄脱離サイクルのための閉ループ制御を付与するために使用され得る。
【００８９】
更に一般的には、図４を参照すると、ＬＮＡ１６を経由する排気温度を操作するのに必要とされるように、３つの熱交換器、またはタービンも、制御される。開ループ制御、ま
たは閉ループ制御は、ＬＮＡ１６に導入される排気ラインを介する流量と温度とを制御し、エンジンの稼動要件にかかわらず、かつ、後処理システムから吸着、再生、および硫黄脱離の内いずれが求められようとも、排気ガス温度を所望の範囲内とすることが確実にできる。
【００９０】
本システムを簡潔にするために、多様な流量制御弁を使用する代わりに、二位置弁（または、他の多位置弁）を使用する。例えば、弁２４，３０，５１，５７に関して、制御装置は、ライン１２，２０，４９を経由する流れを制御する複数の可能な設定の内から１つを選択する。弁３０は、完全にまたは部分的に開放され得る。弁２４，５１，５７は、閉止または開放される。従って、ライン１２を経由する排気流量を所与の目標値と合致させるために、制御装置６４は、エンジン稼動パラメータに従って各弁の位置を選択する。即ち、低速および低負荷においては、弁３０，５１は全開であり、弁２４，５７は閉止される。高負荷および高速度においては、弁２４，３０，５１は完全に開放され、弁５７は閉止され得る。更なる高速度および高負荷においては、弁３０は部分的に開放され、弁２４，５１は開放され、弁５７は、開放または閉止される。
【００９１】
当業者であれば分かるように、図示された後処理システムにおいて使用される弁は、任意の流量制御機構であってよく、弁に限定される必要はない。
他の弁の構成は同様に使用され得る。吸着サイクル、再生サイクル、および硫黄脱離サイクル中の流れを管理するための制御装置に関して柔軟性があるので、制御装置が各サイクルの目標の所定流量に合致させ易い。しかしその反面は、このような柔軟性により、一層高価な弁、およびこれらの弁を制御するための一層複雑なソフトウェアを要するシステムとなることである。
【００９２】
図５は、本発明の更なる実施態様を示す。ここでは、第２のＬＮＡ、即ちＳＯｘ吸着材１００が付加されている。排気ラインは、リードライン１２、迂回ライン２０、ライン１２ａ、高温ライン４９、および硫黄ライン１０６を備える。ＳＯｘ吸着材１００を経由する流量を制御するには、弁１０２，１０４を使用して、ＬＮＡ１６を経由する排気ガス流量、または硫黄ライン１０６によってＬＮＡを回避する排気ガスの流量を制御する。弁１０８，１１０は、ＬＮＡ１６、触媒１８、およびＳＯｘ吸着材１００を迂回する流量を（必要な場合に）制御するために使用される。上記のように、ここで代替となり得る流量制御方法を示すと、迂回制御弁１０８，１１０は、先に示した図２に図示された実施態様では双方の弁のうちの一方がリードライン１２に位置していたが、ここでは双方とも迂回ライン２０中に位置することに留意されたい。
【００９３】
図５に示される実施態様は、図２に示された実施態様の案であるが、ＳＯｘ吸着材１００を有するように改変されている。ＳＯｘ吸着材１００は、硫黄脱離サイクルの間隔を拡大する。ＬＮＡ１６はやはり周期的な硫黄脱離を要する。しかし、ライン１２ａ中のＳＯｘ吸着材１００は、ほとんどのＳＯｘを除去する。吸着サイクル中のＬＮＡを通過する排気ガス中の硫黄化合物の濃度は低い。しかし、図示した構成では、やはりＬＮＡ１６とＳＯｘ用のＬＮＡ１００との双方に硫黄脱離をさせる必要がある。
【００９４】
ＬＮＡ１６は、前記のように、実質的に硫黄脱離され得る。硫黄脱離を行うために必要とされる熱は、触媒１８、還元剤貯蔵室４４からの還元剤（ライン４２、および弁３６を介して導入される）、および排気中の熱を確保する高温ライン４９により供され、ＬＮＡの硫黄脱離のために維持される。
【００９５】
ＳＯｘ吸着材の再生サイクル（ＬＮＡ再生サイクルのように、更なる吸着のために周期的に吸着材を解放させるために、主な捕捉成分、この場合には硫黄化合物を周期的に放出するように設計されている）も組み込まれ得る。ＳＯｘ吸着材１００が満杯のとき、排気
ガスは貯蔵室４４からの還元剤の触媒１８での反応により酸化される。得られるＳＯｘ吸着材１００を経由するリッチな排気ガスは、ＳＯｘ吸着材１００から流出する排気ガスに対して、硫黄を放出する。これは、排気ガス温度がＬＮＡ１６からのＮＯｘの放出と同様な範囲内にあるときに生じるように設計されている。これにより、放出された硫黄がＬＮＡを迂回して導かれている限り、ＮＯｘ吸着材およびＳＯｘ吸着材を同時に再生させることができる。ここで、触媒１８から直接ＬＮＡ１６へのラインに対しては、ＬＮＡ１６の再生に所要の比較的硫黄が含まれていない排気ガスが供される必要がある。それと同様な排気ガスは、ＳＯｘ吸着材１００に導かれ、得られる硫黄高含有な排気ガスは、ライン１０６を介して後処理システムから放出されるであろう。即ち、得られた排気ガスは、弁１０４を経由し、ライン１０６に沿って本システムから送られる。図示された実施態様において、ＳＯｘ吸着材の再生サイクル中は、弁１０２は閉止され、ＬＮＡ１６を介して硫黄を多く含む排気ガスが放出されるのを防止することは重要である。
【００９６】
ＮＯｘ吸着材およびＳＯｘ吸着材の再生は、順次行われる。排気ガスは、ＳＯｘ吸着材の再生において所望されるように加熱され、硫黄ライン１０６を介して迂回される。その直ぐ後で、ＳＯｘ吸着材の再生が完了すると、排気ガスがＬＮＡ１６を通過し、この触媒の再生サイクルのために、少量の硫黄がＬＮＡに導かれる。
【００９７】
ＳＯｘ吸着材再生サイクル中に、ある量の排気ガスを迂回ライン２０に導くことにより、迂回ライン２０はまた、効率を向上するのに用いられ得、これにより、ライン１２ａを経由する残余の排気ガスを加熱するのに要するエネルギーを削減することができる。
【００９８】
ＳＯｘ吸着材再生中、または硫黄脱離中に放出された硫化水素を硫酸塩に変化させるために、図示されていない浄化触媒が、任意により設置され得る。
この実施態様において、ＬＮＡ１６を硫黄脱離するために使用される高温ライン４９を備えることは、あまり重要ではないことに留意されたい。ＬＮＡ１６の硫黄脱離サイクル同士の間の期間が、ＳＯｘ吸着材１００の導入に伴い著しく増大するので、ライン１２ａを介して排気ガスを移送することによる大きな熱損失を補うために、硫黄脱離用の排気ガスを付加的な加熱することにおいて効率を損なうことは、あまり重要ではない。
【００９９】
一般に、例を示すと、適切なサイズのＳＯｘ吸着材は、ＬＮＡ１６の硫黄脱離サイクルのサイクル間の時間を５０倍に増大させ得る。使用される燃料に依存するが、ＳＯｘ吸着材は、例を示すと、ＬＮＡに対して１／４のサイズになり得る。前記のように、ＳＯｘ吸着材は、ＮＯｘ吸着材再生温度と類似のＳＯｘ再生温度範囲が可能なように選択でき、これにより、２つの異なる工程に対して同様な条件が適用されることにより、システムの複雑さを低減することができる。更に、例を示すと、排気流が、反転、または分割してＳＯｘ吸着材およびＮＯｘ吸着材を経由し、同一の触媒から別々に流れる場合、これらの両吸着材の再生は同時に起こり得る。
【０１００】
硫黄ライン１０６は本システムにとって必須なものではない。しかしながら、硫黄ライン１０６がない場合には、ＳＯｘ吸着材の再生は回避されなければならないか、さもなければ、以下に検討される実施態様に関して示される方法のような、逆の方法を採用しなければならない（図６、および付随する検討内容を参照のこと）。
【０１０１】
図６は、弁１０８，１１０を有する迂回ライン２０、並びに、排気ライン中の触媒１８、ＳＯｘ吸着材１００、およびＬＮＡ１６を備える本発明の更なる実施態様を示す。この実施態様はまた、逆流ライン２０８へと分岐するリードライン１２を備える。ライン２０８を経由する排気ガス流量は、弁２００，２０４により制御される。一般に、排気ラインは、リードライン１２、迂回ライン２０、ライン２０８、および逆流出口２０２を備える。
【０１０２】
弁２０１は、逆流出口２０２からの流量を制御する。弁２０６は、リードライン１２から退出する流量を制御する。還元剤貯蔵室４４には還元剤ライン４２が付設されている。弁３６は、再生および硫黄脱離が希求されるとき、触媒に対する還元剤の流量を制御する。
【０１０３】
稼動中においては、吸着サイクル中には、排気ガスはエンジンブロック１０からライン１２、およびＳＯｘ吸着材１００、ＬＮＡ１６を経由し、弁２０６を通って退出する。弁１０８，２０１，２０４は閉止され、弁２０６を介して排気ガスを流下させ、本後処理システム外に退出させる。本システムの制御は、先に説明したものと同様であることが可能である。
【０１０４】
再生サイクルが必要とされると、弁３６が開放されて還元剤が導入されている場合には、流れは触媒１８を介して維持される。リッチな加熱された排気ガスは、弁２０４を介してＬＮＡ１６へと導かれ、ライン２０２を介してシステム外へと導かれ得る。前記のように、ある程度の排気ガスは、触媒１８を回避して直接にライン２０へ迂回し得る。
【０１０５】
システム制御装置が、ＬＮＡ１６を硫黄脱離することを選択すると、弁３６，２０４が開放される。ある程度の排気ガスの迂回が好ましい場合には、弁１０８，１１０は、開放され得る。ＬＮＡ１６の硫黄脱離中には、排気ガスは触媒１８から流下し、触媒１８に対して還元剤が導入される場合には、排気ガスは、酸化および加熱され、更に弁２０４およびライン２０８を介してＬＮＡ１６へと迂回される。弁２０６は閉止され、すべての排気ガスをＬＮＡ１６経由にて配送する。最終的に、ＬＮＡ１６からの硫黄を付与された排気ガスは、リードライン１２からライン２０２へと導かれ、弁２０１を介して本後処理システム外へ放出される。
【０１０６】
同様に、排気ガスはＳＯｘ吸着材１００の再生中には同一方向に送られる。加熱された排気ガスは、ライン２０８を経由し、弁２０４、およびＬＮＡ１６を通過し、ＳＯｘ吸着材１００に導かれる。ＳＯｘ吸着材１００において硫黄を放出した後、排気ガスはライン２０２を経由し、弁２０１を通過し本システムから押出される。
【０１０７】
この実施態様は、閉ループシステムを用いて稼動することができる。センサを本後処理システム中に配置し、いつこれらの吸着材は再生、または硫黄脱離が必要となるのかを決定するために、ＳＯｘ吸着材１００、またはＬＮＡ１６からの捕捉できなかった硫黄またはＮＯｘを監視する。その後、弁は適切に制御されるであろう。センサはまた、本後処理の一部を通過する流量を測定し、吸着サイクル、硫黄脱離サイクル、および再生サイクル中において、本システムの一部における流量の条件を狙い易くすることができる。同様に、本システムは、排気ガスの流量、およびエンジン稼動条件を決定、または推察する開ループ制御方法を活用して調整し、再生サイクルが開始するべき時期、および、硫黄脱離サイクルが開始するべき時期を概算することができる。
【０１０８】
迂回ライン２０が使用されている再生サイクルおよび硫黄脱離サイクル中には、ライン１２から放出されるＮＯｘのレベルは、エンジンは迂回ライン２０を介して配送される排気ガスの処理を行うことなく稼動を続けているので、相当に増大し得る。しかしながら、再生および硫黄脱離が完了すると、すべての排気ガスが再生、および硫黄脱離されて間もないＬＮＡ１６を介して配送されるので、ＮＯｘは速やかに低下する。従って、燃料消費（メタンの消費）を減少させたいという要望と同様に、再生サイクルおよび硫黄脱離サイクルを短くすることによって、迂回ライン２０を経由する硫黄脱離中に放出されるＮＯｘの量を抑制する。再生サイクルおよび硫黄脱離サイクルに必要とされる時間が長いほど、迂回ライン２０を通過する累積排気ガスの流量は多くなる。
【０１０９】
触媒１８は、概して、上述した関連する反応を促進し、場合によって、再生温度または硫黄脱離温度以下において、１以下のラムダ値を有する所望の排気ガスを提供する床として説明される。この触媒は極めて高温になるまで排気ガスを迅速に加熱する必要があるので、この触媒はまた、排気ガスに要する温度に耐えることができる材料から選択されるとともに、排気ガスを迅速に高温まで加熱する能力があることが必要である。金属基材が触媒１８に対する熱的な応答性を向上させる場合には、触媒を保持するための金属基材は、例えば、セラミックの基材よりも一般に好ましい。前記のように、熱的な応答性が迅速であるほど、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクルは早く完了する。それにより、迂回ライン２０を介して流下し得る未処理の排気ガスの量を削減できる。
【０１１０】
触媒１８は、還元剤（例えばメタンなど）を部分的に酸化し、還元剤を変化させる（メタンの例に関しては、反応（４）乃至（６）を参照）部分酸化触媒であり得る。
触媒１８はまた、共通の境界面を共有する背中合わせの酸化触媒と改質材とであり得る。このような触媒は、酸素含有量が充分に減少するまで、まず還元性物質を酸化する。これら２つの触媒、即ち、酸化触媒および改質材はまた、ライン１２中に直列に配置されてもよく、従って、必ずしも共通の境界面を共有する必要はない。更に、改質材および酸化触媒を混合触媒の形で一体化した改質材および酸化触媒の結合体が使用され得る。いずれの選択でも、費用と効率との間に兼ね合いがある。
【０１１１】
酸化触媒は、触媒１８の成分であり得、更に、酸素含量を低減させるための排気ガスを酸化するのに適する任意の酸化触媒であり得る。例を示すと、適切な酸化触媒は、以下の反応を進めることが可能である。
【０１１２】
ＣｘＨｙ＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ２（Ｐｔ）→ｘＣＯ２＋ｙ／２Ｈ２Ｏ
ＣｘＨｙ＋（ｘ＋ｙ／４）Ｏ２（Ｐｄ）→ｘＣＯ２＋ｙ／２Ｈ２Ｏ
ＣｘＨｙ＋（ｘ／２）Ｏ２（Ｐｄ）→ｘＣＯ＋ｙ／２Ｈ２
ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２
一例に過ぎないが、この適用例として知られる稼動条件に関しては、適切な触媒床組成はＡｌ２Ｏ３を含む。当業者には理解されるであろうが、他の適切な触媒床組成もまた使用され得る。
【０１１３】
改質材は触媒１８の成分であり得る。この適用法に適切な改質材は公知である。改質材は、炭化水素を水と反応させ、ＣＯおよびＨ２に変換するのに適することが好ましい。例を示すと、改質材はＡｌ２Ｏ３を含有する触媒床材料を有する貴金属系触媒であり得る。
【０１１４】
図２は、付加的な触媒、即ち、エンジンブロック１０に近接して配置された密結合型触媒３２を示す。一システムでは、エンジンに近接して配置されたこのような触媒を有し、排気ガスを、還元剤の酸化を支援するのに充分なほど高温にすることを保証にする。即ち、エンジンブロックに近接した密結合型触媒を採用することによる利点を有する後処理システムが設計され、それにより、低負荷および／または低速度状態、またはアイドリング状態における排気ガス温度が、触媒１８中におけるメタンの安定的な酸化が危うくなる限界値未満に低下することを防止できる。密結合型触媒は、典型的には、触媒１８より物理的に小さく、従って、エンジンの近傍に容易に収蔵される。密結合型触媒は触媒１８の代替ではない。触媒をより大きくすることにより、本システムにおいて排気ガス流量をより高くすることができ、迅速な硫黄脱離サイクルを実現するという利点を得ることができる。従って、このような条件のもとで、エンジンブロック１０の近傍に、自身の前にメタンを排気ガスに送付するライン４０を付された密結合型触媒３２を有することには、利点がある。触媒３２は貯蔵室４４から供給された還元剤を酸化し、触媒１８が充分に着火可能となるのに適する温度へと排気ガスを加熱する。
【０１１５】
密結合型触媒はタービンの前に設置され得、タービンにおいて部分的に加熱された加熱排気ガスは、エンジンに一層大きな柔軟性を付与するタービンを駆動するのに役立つように使用され得ることにも留意されたい。
【０１１６】
前記のように、吸着サイクル、再生サイクル、および硫黄脱離サイクルは、排気ガス温度に依存する。例えば、再生および硫黄脱離に関しては、触媒１８に導入される排気ガスは、触媒が初めに着火される最低温度より高い温度を有することが重要である。燃焼室からの適切な排気ガス温度を確保する一方法は、燃焼方法、または燃焼時期を選択することである。これにより、スパーク点火のエンジンの場合には、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクルにおいては比較的放熱が遅くなり、そうでなければ、高負荷時の吸着においては、放熱が迅速となる。更に、再生、または硫黄脱離が所望であるときに、動力行程の後半における燃焼室への遅延噴射または第２の燃料の直接噴射をすることは、エンンジンブロック１０からの排気ガスを加熱するのに有用であろう。これはまた、かなりの排気ガスがＮＯｘ処理をされることなく、迂回ラインを介して導かれるので、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクル中には、付随する利点によりＮＯｘのレベルを低減することができる。ここにおける低ＮＯｘのレベルは利点を有する。他の方法は、当業者にとっては公知である。
【０１１７】
炭化水素または水素は有効な還元剤であるので、エンジンが還元剤を燃料としていれば、貯蔵室４４は燃料貯蔵タンクであり得る。例えば、天然ガスエンジンにとっては、天然ガスは還元剤として使用され得る。
【０１１８】
更に、弁３４，３６は、メタンなどの適切な還元剤をリードライン１２に直接注入する注入器であり得る。注入器は、メタンの時期と量とに関するより広い制御を行い、それにより、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクルの期間に関するより広い制御を行うであろう。
【０１１９】
ＬＮＡ１６は、リーンな条件下における稼動中は、通常はＮＯｘを触媒床に吸着し、貯蔵する。その後、水素およびリッチな排気ガスを含む硫黄脱離混合物が、ＬＮＡを通過するときに、リッチな稼動条件下において、ＮＯ２は放出され、Ｎ２に還元される。前記のように、リーンな条件下におけるＬＮＡの典型的な作用は、以下の通りである。
【０１２０】
ＮＯ＋１／２Ｏ２（Ｐｔ）→ＮＯ２
ＸＯ＋２ＮＯ２＋１／２Ｏ２→Ｘ（ＮＯ３）２
更に、リッチな条件下での反応は以下の通りである。
【０１２１】
Ｘ（ＮＯ３）２→ＸＯ＋２ＮＯ＋３／２Ｏ２
Ｘ（ＮＯ３）２→ＸＯ＋２ＮＯ２＋１／２Ｏ２
ＮＯ＋ＣＯ（Ｒｈ）→１／２Ｎ２＋ＣＯ２
２ＮＯ２＋４Ｈ２→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ
ここで、Ｘは触媒床中に存在し、典型的にはアルカリ（例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｅ）、アルカリ土類（例えば、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ，Ｍｇ）、または希土類（例えば、Ｌａ、Ｙ）である。
【０１２２】
燃料の２つの主要な成分として、メタンおよび水素のような還元剤と組み合わせた燃料が使用されれば、更なる利点が得られる。例として示すと、１０％から５０％の水素を含有する天然ガスはエンジン燃料として適切であるとともに、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクルに対しても適切である。従って、このような燃料は、酸化触媒の前において燃料に添加された水素が、それらの触媒を着火し易くし、更に排気ガス環境においてラムダ値
を１以下にすることを援助し得るという、既に検討してきた実施態様において使用され得る。更に、排気の流れに対してある量の水素を付与することにより、触媒１８にかかる負荷が低減される。改質が少なくなることは、噴射燃料中に水素が存在するので、硫黄脱離にとっては望ましい。
【０１２３】
使用され得る還元剤には、ディーゼル燃料、ガソリン、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、または他の炭化水素、水素、またはこれらの燃料の組み合わせなどのものが含まれる。
【０１２４】
本開示において、流量について言及した場合、それは検討対象となっているガスの質量、またはモル流量である。
排気再循環（ＥＧＲ）はまた、迂回ラインが開放されているときの再生サイクルまたは硫黄脱離サイクル中に、ＮＯｘ排出を低減するのに役立つ。再生または硫黄脱離中のＥＧＲ量を増加させると、燃焼室において生成されるＮＯｘを低減でき、迂回ライン２０を経由し、大気中に流出するＮＯｘを減少させることになる。更に、ＥＧＲの増加はまた、再生または硫黄脱離中の排気ガス中の酸素濃度を低減するのに使用され得る。これは、酸化触媒にかかる負荷を減らし、再生サイクルまたは硫黄脱離サイクル中の酸素を低減するとともに、酸素を燃焼させるのに要する還元剤の量を低減する。
【０１２５】
本発明の詳細な要素、実施態様、および適用法が図示され、説明されてきたが、当業者により本発明の開示の範囲から逸脱することなく、特に前述の教示内容を踏まえて、種々の改変が為され得ることは理解されよう。従って、勿論、本発明はこれらに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】吸着域（通常サイクル）、再生域、および硫黄脱離域に関する、エンジン稼動条件の範囲における排気ガス流量と温度とを示す相関図。
【図２】本後処理システムの第１の実施態様の概略図。
【図３】本後処理システムの第２の実施態様の概略図。
【図４】本後処理システムの一般化された実施態様の概略図。
【図５】本後処理システムの第３の実施態様の概略図。
【図６】本後処理システムの第４の実施態様の概略図。
【図１】
2007502385.tif 000003
【図２】
2007502385.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月16日(2005.5.16)
【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】
稼動中の内燃エンジンの燃焼室内における燃料の燃焼中に生成される排気ガス中に検出されるＮＯｘを処理するための後処理システムであって、該後処理システムは、
エンジンから、該後処理システムを介して排気ガスを導くための排気ラインであって、吸着サイクルおよび再生サイクル中に、排気ガス温度を管理するための冷却ラインおよび高温ラインを備える排気ラインと、
前記排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材と、
還元剤を酸化可能であるとともに、その酸化された還元剤を前記排気ラインへと導くことが可能な触媒と、
還元剤を還元剤貯蔵室から前記触媒へと送出するための還元剤ラインと、
前記排気ラインに対する還元剤の流れを制御するための、該還元剤ライン中に配置された還元剤流量制御装置と、
前記高温ラインおよび冷却ラインを経由する排気ガスの流れを制御するための流量制御装置とを備え、
前記排気ラインは、排気ガスを前記触媒から前記リーンＮＯｘ吸着材へと送出することが可能であるシステム。
【請求項２】
前記触媒は前記排気ライン中に配置された請求項１に記載の後処理システム。
【請求項３】
冷却ラインおよび高温ラインは、前記触媒と前記ＮＯｘ吸着材との間に存在する、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項４】
冷却ラインは、高温ラインよりも長い請求項２に記載の後処理システム。
【請求項５】
冷却ライン中に配置されたタービンを備える請求項２に記載の後処理システム。
【請求項６】
前記タービンは、空気希釈ライン中に配置されている空気ブロワを駆動し、該空気ブロアは、空気を圧縮し、その圧縮された空気を冷却ラインへと導入するように接続されている、請求項５に記載の後処理システム。
【請求項７】
空気を圧縮し冷却ラインへと導くための、空気希釈ライン中に配置された空気ブロワを備える、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項８】
冷却ライン中に配置された熱交換器を備える請求項２に記載の後処理システム。
【請求項９】
前記触媒の上流の前記排気ライン中に密結合型触媒を備え、前記還元剤ラインは、該密結合型触媒の上流の排気ラインに還元剤を送出することが可能である、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１０】
還元剤ラインは、還元剤を前記触媒の上流の排気ラインに送出する、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１１】
前記排気ラインは、前記触媒を回避して排気ガスを導くことが可能な迂回ラインを備える請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１２】
排気ガスが吸着サイクル中に前記ＮＯｘ吸着材を通過する前に、排気ガスからＳＯｘを除去するべく、前記排気ライン中に配置されたＳＯｘ吸着材を更に備える、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１３】
前記排気ラインは、該ＳＯｘ吸着材を再生させるときに、前記ＮＯｘ吸着材を回避して排気ガスを迂回させるための硫黄ラインと、同硫黄ラインを経由する排気ガスの流れを制御するための流量制御装置とを更に備える請求項１２に記載の後処理システム。
【請求項１４】
前記ＮＯｘ吸着材がＳＯｘ吸着材の上流に存在する場合には、高温ラインは排気ガスの流れを変更することが可能な逆流ラインである、請求項１２に記載の後処理システム。
【請求項１５】
排気ガスの熱が高温ラインを介して放散されるよりも多く冷却ラインを介して放散されるように、冷却ラインの長さは高温ラインの長さに対比して選択される請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１６】
冷却ラインの材料は、排気ガスの熱が、高温ラインを介して放散されるよりも多く冷却ラインを介して放散されるように選択される、請求項２に記載の後処理システム。
【請求項１７】
内燃エンジンの少なくとも１つの燃焼室において、燃料の燃焼により生成される排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを稼動する方法であって、該方法は、吸着サイクル、再生サイクル、および硫黄脱離サイクルを備え、
吸着サイクル中には、
排気ガスが吸着温度範囲よりも高温のときには、排気ガスを所定の吸着温度範囲内に冷却する工程と、
その冷却された排気ガスのすべてを、排気ラインを介して、同排気ライン中に配置されたリーンＮＯｘ吸着材へと導く工程とを備え、
再生サイクル中には、
前記リーンＮＯｘ吸着材を回避した迂回ラインを経由して、排気ガスの第１の部分を導く工程と、
排気ガスの少なくとも第２の部分を、１以下のラムダ値へと酸化する工程と、
排気ガスの少なくとも第２の部分が所定の再生温度範囲より低いときには、排気ガスの少なくとも第２の部分を、該再生温度範囲内へと加熱する工程と、
酸化および加熱された排気ガスを、前記リーンＮＯｘ吸着材を介して導く工程とを備え、
硫黄脱離サイクル中には、
排気ガスを１以下のラムダ値へと酸化する工程と、
排気ガスが所定の硫黄脱離温度範囲よりも低いときには、排気ガスを前記硫黄脱離温度範囲へと加熱する工程と、
酸化および加熱された排気ガスを、前記リーンＮＯｘ吸着材を介して導く工程とを備える方法。
【請求項１８】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は、排気ガスに対して空気を導入する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は、タービンを介して排気ガスを導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記タービンは、前記排気ラインの前記ＮＯｘ吸着材の上流に空気を導くためのブロワを駆動するために用いられる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は排気ガスを膨張させる工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は排気ガスを熱交換器を経由して導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
吸着サイクル中において、排気ガスを冷却する工程は排気ガスを冷却ラインを経由して配送する工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
排気ガスの少なくとも第２の部分は、排気ガスの第１の部分を含まない、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
硫黄脱離サイクル中において、前記リーンＮＯｘ吸着材を回避した迂回ラインを介して排気ガスの一部を導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
吸着サイクル中において、前記ＮＯｘ吸着材を介して排気ガスを導く工程に先立ち、前記排気ライン中に配置されたＳＯｘ吸着材を介して排気ガスを導く工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
排気ガスを、排気ガス中に導入された還元剤と共に触媒を通過させることにより、排気ガスは加熱および酸化される請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
還元剤は、炭化水素、水素、およびこれらの組み合わせの内から選択される、請求項１７乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
還元剤は、天然ガス、ディーゼル燃料、メタン、エタン、ブタン、プロパン、およびこれらの組み合わせの内から選択された炭化水素を含む、請求項２８に記載の方法。
【国際調査報告】
2007502385.tif 000009
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