(57)【要約】      （修正有）【課題】ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）に蓄積した微粒子状物質または煤煙をＤＰＦから除去するため、ＮＯ２との酸化反応を利用した方法および装置を提供する。【解決手段】有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生により触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生するための方法であって、ＮＯｘ含有ガスは前記ＤＰＦへ導入され、ＮＯｘ含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成して、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そしてＤＰＦから除去された煤煙質量の３分の２未満がガス内のＯ２分子によって酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、前記ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御しながら、ＤＰＦ，ＮＯｘ含有ガス、ＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度は制御される。【選択図】図１
2015200320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生により触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生するための方法であって、
ＮＯｘ含有ガスを前記ＤＰＦへ導入することと、
ＮＯｘ含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成して、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そしてＤＰＦから除去された煤煙質量の３分の２未満がガス内のＯ２分子によって酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、前記ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御しながら、ＤＰＦ，ＮＯｘ含有ガス、ＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御することと、
を包含する、方法。
【請求項２】
ＤＰＦから除去された煤煙質量の２分の１未満がガス内のＯ２分子によって酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、前記ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御しながら、前記ＤＰＦ，前記ＮＯｘ含有ガス、前記ＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＤＰＦ、前記捕捉された煤煙、前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約５５０℃以下となるように前記温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＤＰＦ、前記捕捉された煤煙、前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約５００℃以下となるように前記温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＤＰＦ、前記捕捉された煤煙、前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約４５０℃を上回るように前記温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＤＰＦの下流から前記ＤＰＦの上流までＮＯを再循環させることを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＰＦの上流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の上流へＮＯを再循環させることを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＤＯＣの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより前記ＤＯＣの入口の温度を制御することを包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＤＰＦの上流にＯ２を噴射することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＤＰＦの上流のディーゼルエンジンにおけるＮＯｘ発生を制御することにより前記ＤＰＦの入口のＮＯｘレベルを制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＤＰＦの上流のエンジンシリンダの局所的火炎温度を調節してＮＯｘ発生を調節することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＤＰＦの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより、前記ＤＰＦと前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一方の温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
触媒の存在下で前記炭化水素を酸化することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
バーナシステムで前記炭化水素を酸化することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＤＰＦを加熱することにより前記ＤＰＦと前記ＮＯｘ含有ガスの少なくとも一方の温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
電気ヒータで前記ＤＰＦを加熱することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
マイクロ波で前記煤煙を加熱することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＮＯ２効率が１．０４ｇＣ／ｇＮＯ２より高い、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＮＯｘ含有ガスの質量流量を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
ＮＯｘ含有ガスを触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）へ導入するように構成されたディーゼルエンジンと、
前記ＤＰＦ、前記ＮＯｘ含有ガス、前記ＤＰＦの煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御するように構成された加熱機構と、
前記ＮＯｘ含有ガスが前記触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成し、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そして前記ＤＰＦから除去される前記煤煙質量の３分の２未満が前記ガス中のＯ２分子により酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、前記温度を制御することと前記ＤＰＦの入口のＮＯｘレベルを制御することとにより、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を実施する前記加熱機構を制御するように構成された制御装置と、
を包含する、ディーゼルエンジン機構。
【請求項２１】
前記ＤＰＦの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより前記ＤＰＦと前記ＮＯｘ含有ガスの少なくとも一方の温度を制御するように構成された炭化水素噴射機構を包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２２】
前記炭化水素を酸化するための触媒を包含する、請求項２１に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２３】
前記炭化水素を酸化するためのバーナを包含する、請求項２１に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２４】
前記ＤＰＦを加熱するための加熱機構を包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２５】
前記ＤＰＦを加熱するための電気ヒータを包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２６】
前記煤煙を加熱するためのマイクロ波機構を包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２７】
ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生する方法であって、
前記ＤＰＦにＮＯｘ含有ガスを導入することと、前記ＮＯｘ含有ガスが前記触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成し、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そして前記ＤＰＦから除去された前記煤煙質量の３分の２未満が前記ガス中のＯ２分子により酸化されてＣＯ、ＣＯ２分子を生成するように、前記ＤＦＰの入口のＮＯｘレベルを制御しながら前記ＤＰＦ，前記ＮＯｘ含有ガス、前記ＤＰＦの煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御することを包含する有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を実施することにより、前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する第１再生を実施することと、
従来のＮＯ２利用再生と能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一方を実施することにより前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する第２再生を実施することと、
を包含する方法。
【請求項２８】
前記第２再生の前に前記第１再生が実施される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２再生の後に前記第１再生が実施される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記従来のＮＯ２利用再生を実施することにより前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する再生の後、そして前記能動的Ｏ２利用再生を実施することにより前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する再生の前に前記第１再生が実施される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦのＮＯ２利用再生を実施することを包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記従来のＮＯ２利用再生、前記有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、前記能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一つと同時に、再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦの前記ＮＯ２利用再生が実施される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記従来のＮＯ２利用再生、前記有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、前記能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一つの前に、再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦの前記ＮＯ２利用再生が実施される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記従来のＮＯ２利用再生、前記有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、前記能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一つの後に、再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦの前記ＮＯ２利用再生が実施される、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）の再生つまり蓄積した微粒子状物質または煤煙をＤＰＦから除去するための方法および装置、より詳しくは、ＮＯ２との酸化反応を伴う方法および装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、本出願と同じ日に出願され譲受人を同じくする、「再循環ＮＯｘを用いたディーゼル微粒子フィルタのＮＯ２利用再生のための方法および装置」という名称の同時係属出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３３５１２号（代理人ドケット番号第０００００９−２６１号）に関連し、「微粒子フィルタの能動的ＮＯ２再生のためのＮＯ２反応物の煤煙還元能力を最大化するための方法」という名称の２００９年２月７日に出願の米国仮出願第６１／０６３，９００号の優先権を主張する。
【０００３】
ＤＰＦから煤煙を除去するための最も一般的な方法は、フィルタ媒体を通過できるガス状生成物（ＣＯ２およびＣＯ）を発生させるための捕捉煤煙の酸化であり、このプロセスは再生と呼ばれる。再生に使用される主な仕組みには二つあり、Ｏ２利用再生と呼ばれるＯ２による煤煙の酸化（（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）および／または（２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ））と、ＮＯ２利用再生と呼ばれるＮＯ２による煤煙の酸化（（Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ）および／または（Ｃ＋ＮＯ２→ＣＯ＋ＮＯ））である。
【０００４】
ＤＰＦ再生のための現在周知で実行されている解決法は、能動的Ｏ２利用再生システム、受動的ＮＯ２利用再生システム、またはこれらの組合せを包含する。能動的Ｏ２利用再生システムは、Ｏ２／煤煙反応を確立および維持するため多様な方法によって反応物の温度を上昇させる。能動的Ｏ２利用再生の間には、実質的にすべての煤煙除去がＯ２との反応によるものである。受動的ＮＯ２利用システムは、一般的にはＤＰＦの上流の酸化触媒において排気ガス中にすでに存在するＮＯからＮＯ２を生成するためと、反応物の能動的熱管理を伴わずに正常なエンジン動作範囲の一部で達成することが可能な温度レベルでＮＯ２／煤煙反応を発生させるのに必要な活性化エネルギーを減少させるために、触媒剤を使用する。
【０００５】
ＤＰＦ再生のための能動的Ｏ２利用および受動的ＮＯ２利用のコンセプトについて、多くの実行例が実証されている。受動的ＮＯ２利用再生の主な制約は、すべての用途においてＤＰＦの適切な再生を保証できないことである。これを解決するため、受動的ＮＯ２利用再生に代わって、またはこれに加えて、能動的Ｏ２利用再生が実行される。Ｏ２利用再生の主な制約は、観察されなければならない最大ＤＰＦ煤煙捕集レベルが低いことと、ＮＯ２利用再生に必要であるよりも温度要件が著しく高いことである。より頻繁な再生の必要性に加えて、高い温度要件は、ＳＣＲシステムなど煤煙濾過再生部品の下流にあるものを含めて、影響を受けるすべての排気後処理装置の性能および耐久性の低下につながることがある。温度問題の解決は、よりロバストな後処理装置の開発および／またはＤＰＦ後方の温度を低下させる付加的な装置、システム、および／または方法の実行によって行われなければならない。
【０００６】
能動的Ｏ２利用および受動的ＮＯ２利用再生のコンセプトを補ういくつかの方法が提案されている。特許文献１には、適切な反応物温度が受動的に確立された動作期間中に最適なＮＯｘの発生を行う代替的な制御戦略を開始させる方法が記載されている。特許文献２には、適切な受動的ＮＯ２利用再生活動が達成される動作期間を延長するため、反応物温度およびＤＰＦ体積流量（ゆえにＤＰＦ滞留時間）が能動的に操作される方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２３４７１１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，９１０，３２９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様によれば、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生により触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生するための方法は、ＮＯｘ含有ガスをＤＰＦに導入することと、ＤＰＦ，ＮＯｘ含有ガス、ＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御する一方で、ＮＯｘ含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成して、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そしてＤＰＦから除去された煤煙質量の３分の２未満がガス内のＯ２分子によって酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御することとを包含する。
【０００９】
本発明のまた別の態様によれば、ディーゼルエンジン機構は、触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）へＮＯｘ含有ガスを導入するように構成されたディーゼルエンジンと、ＤＰＦとＮＯｘ含有ガスとＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御するように構成された加熱機構と、ＮＯｘ含有ガスが触媒と作用して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成するとともにＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、またＤＰＦから除去される煤煙質量の３分の２未満がガス中のＯ２分子により酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、温度を制御することとＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御することにより、加熱機構を制御して、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を実施するように構成された制御装置とを包含する。
【００１０】
本発明のまた別の態様によれば、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生する方法は、ＮＯｘ含有ガスをＤＰＦに導入することと、ＮＯｘ含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成し、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、またＤＰＦから除去された煤煙質量の３分の２未満がガス中のＯ２分子により酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するようにＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御しながらＤＰＦとＮＯｘ含有ガスとＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御することとを包含する、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を実施することにより、ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する第１再生を実施することと、従来のＮＯ２利用再生と能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一方を実施することによりＤＰＦを少なくとも部分的に再生する第２再生を実施することとを包含する。
本発明の特徴および長所は、同様の数字が類似の要素を指す図面と関連して以下の詳細な説明を読むことにより良く理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の態様によるＮＯ再循環を描いたＤＰＦ通路壁の一部を、部分的断面図で概略的に示す。
【図２】それ以上であるとＮＯ２がＮＯに転換する平衡ラインを示す、様々な排気質量流量でのサンプルディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）についてのＮＯ２転換効率と温度とのグラフである。
【図３Ａ】従来のＮＯ２利用再生を、本発明の態様による有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生と比較する、煤煙捕集量と再生時間とのグラフである。
【図３Ｂ】図３Ａにグラフとして示されたデータの表である。
【図４】本発明の態様による排気後処理システムを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
最初は現時点で発明者らにより理解されている一般的でより理論的な表現で、その後はより特定の態様に関して、本発明を説明するものとする。本発明がどのように機能するかについて発明者らが現時点で理解していることを説明するために提示される理論が、請求項に明白に含まれる場合を除いて、本発明を限定するとは考えられない。
【００１３】
ＤＰＦ中の煤煙の反応速度が制限される状態は二つあることを発明者らは認識している。この反応は、（反応物の温度が低過ぎることにより）反応速度支配型であるか、（反応物の供給量が低過ぎることにより）拡散制限型であるかである。簡単に述べると、必要な反応物が供給されなければならず、反応の最小活性化エネルギーに到達されなければならない。これらの条件は、能動的制御により満たされるか、正常動作中に受動的に達成される。
【００１４】
能動的熱制御を利用するいかなるタイプの能動的再生プロセスでも、所望の反応に充分な反応速度が確立されるポイントまで反応物の温度が上昇する。再生をサポートするのに不充分である正常動作温度を上回るまで、外部手段によって（炭化水素の触媒酸化、バーナシステム、電気加熱、マイクロ波などによって）、フィルタ媒体、排気ガス、および／または捕捉された煤煙の温度を上昇させることにより、一般的にこれが達成される。能動的再生プロセスでは反応物供給の能動的制御が実施されるとよいが、これは行われていない。例えば、Ｏ２利用再生は反応速度に支配されて大量のＯ２を有するが、従来のＮＯ２戦略では一般的にＮＯ２またはＮＯｘ供給を能動的に調整することはない。
【００１５】
定義上、受動的再生システムは、再生を促進する目的で反応物の温度または反応物の供給を能動的に制御するものではない。しかし、再生活動を促進するためにいくつかの受動的手段が使用される。すなわち、ＤＰＦ内の触媒コーティングなど、捕捉された煤煙と接触状態にある触媒剤が、関連の反応に必要な活性化エネルギー（温度）を低下させるのに使用されることで、反応の反応速度支配を軽減する（高い反応速度を可能にする）。すべての反応物の完全反応をサポートする以上のことを行う充分に高い反応温度が存在する場合、反応は拡散制限型である。煤煙で一杯になったＤＰＦの場合には、拡散制限反応は、酸素含有反応物の供給が制限されることを意味する。そのため、使用不能なＮＯを有益なＮＯ２に転換するなど、反応物供給を受動的に増加させるのに触媒が使用されることにより、反応の拡散制限を軽減する（つまり高い反応速度を可能にする）。
【００１６】
煤煙酸化プロセス、つまりＤＰＦからの煤煙の除去の実際的な用途を検討する際には、反応速度、煤煙酸化速度、エンジン煤煙発生速度、煤煙除去速度の間で区別が成されなければならない。ＤＰＦ煤煙除去という実際的な目的から始めて、化学反応速度についてのより本質的かつ理論的なコンセプトに戻ることになる。煤煙質量除去速度は、単純に時間ごとのＤＰＦ煤煙質量の変化である。煤煙除去速度は、時間とともに変化する捕捉煤煙質量と相関するので、再生事象の間、一定ではない。煤煙除去速度は、煤煙酸化速度とエンジン煤煙発生速度との間の差に等しい。数１は、時間の関数としてのＤＰＦ内の煤煙質量を示す。
【数１】
2015200320.tif 000003
煤煙捕集密度、煤煙酸化速度、煤煙発生との間の関係には、いくつかの因果関係が存在する。（温度および反応物供給を含む再生条件がすでに安定している）安定した再生プロセスについては、再生事象の開始時に最高の煤煙酸化速度および煤煙除去速度が達成されている。再生が進行するにつれて煤煙酸化速度は低下して、ついに最後には煤煙発生速度と交差し、このポイントで煤煙除去速度はゼロに等しくなる。結果的に、能動的Ｏ２利用再生を含むすべての再生プロセスは、ゼロではない平衡煤煙捕集量に近づく。特に効果的な戦略では、ほぼ完全な煤煙再生に近づくかもしれないが、到達することはない。
【００１７】
数２に表された煤煙酸化速度は、捕捉された煤煙質量と化学反応速度を掛けたものに等しい。反応速度は主として、反応に関与しているＮＯ２の温度および量の関数であり、これは、ＮＯ２供給量と、煤煙質量と、平均して一つのＮＯ２分子が二つ以上のＣ原子の酸化反応に関与するものであるとして「再循環」が定義される場合の再循環の回数との関数である。再循環はＮＯ酸化反応であるので、再循環の回数は主として、ＮＯ酸化反応速度および滞留時間によって決定される。ＮＯ酸化反応速度は主として、温度と反応物有効性と触媒有効性との関数である。
【数２】
2015200320.tif 000004
ｍ＝煤煙質量
Ｃ＝定数
［ＮＯ２］＝反応に関与するＤＰＦ内のＮＯ２の濃度
Ｔ＝反応温度
Ｅ＝活性化エネルギー
Ｒ＝普遍気体定数
アルファ、ベータ、ガンマは指数である。
【００１８】
再生プロセスは主として、不均一に分散された固体と、さらに（一般的に）触媒との接触状態になければならないガス状反応物との間の表面反応を包含する。そのため、移動する酸素含有ガス粒子が、静止した固体触媒の存在下にもある静止した（そして不均一に分散された）煤煙粒子を（即座に）発見する可能性は、煤煙密度が上昇につれて高くなるだろう。そのため、煤煙捕集密度が上昇するにつれて一度により多くの反応が発生するだろう。これは、すべてではないとしてもほとんどの反応速度制限型の再生プロセスに当てはまる。制限的反応物が再循環される拡散制限型反応のすべてはないとしてもほとんどにこれが当てはまることを、発明者らは認識している。ＤＰＦ１１に触媒１０が存在した状態でＮＯがＯ２と反応してＮＯ２を生成し、ＮＯ２がＤＰＦの煤煙１２と反応してＮＯ＋ＣＯ＋ＣＯ２などを生成し、触媒の存在下でＮＯがＯ２と再び反応してＮＯ２などを生成して、最後にＮＯまたはＮＯ２がシステムから出る再循環現象が、図１に概略的に図示されている。制限的反応物が再循環できないか再循環しない煤煙が豊富にある拡散制限型反応については、煤煙捕集密度が上昇するにつれてより多くの反応が一度に発生することが概して当てはまらないことを発明者らは認識している。この場合、制限的反応物のすべてはすでに消費されて再利用されず、そのため最大回数の反応がすでに発生している。結果的に、本発明の態様による方法は、従来のＮＯ２利用方法を超える長所を有する、すなわち、煤煙捕集量が増加するにつれて再生効果およびＮＯｘ効率は著しく上昇するだろう。
【００１９】
ディーゼル排気ガス中に存在するＮＯｘは主としてＮＯを包含し、ごくわずかにＮＯ２を含む。そのため、受動的再生システムでは、ＮＯからＮＯ２を生成するのにディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）などの触媒剤が一般的に使用される。
【００２０】
ＮＯ２／ＮＯ比を上昇させてＮＯ２全体または反応物の量を増加させることにより所与のＮＯｘ量について達成可能な受動的ＮＯ２利用再生活動度を上昇させることが通常は望ましい。言い換えると、制限的反応物ＮＯ２の供給量を増加させることによりＤＰＦ内の煤煙の反応速度を上昇させることが通常は望ましいのである。しかし、図２に見られるように、所与の排気質量流量では、ＮＯからＮＯ２への転換時の触媒の効果は、最初に温度上昇とともに上昇してから低下し始め、最後にはＮＯ−ＮＯ２平衡ラインに沿って下降する。いったん平衡ラインを辿ると、ＮＯ２供給量が平衡リミットとなる。平衡リミットに等しいかこれより低い、実際に測定されたＮＯ２供給量は、「平衡制限型のＮＯ２供給量」と呼ばれるものとする。
【００２１】
平衡制限型のＮＯ２供給量は、ＤＰＦの上流に触媒剤を含むシステムにも含まないシステムにも関係する。ＤＰＦの上流に有効触媒剤を備えるシステムの場合には、平衡制限型のＮＯ２供給量は、ＤＰＦの上流で生成されてこれに送られる実際のＮＯ２量を指すだろう。ＤＰＦの上流に触媒剤を備えるシステムについては、再生事象中に、ＮＯｘ含有ガスのＮＯ２供給量を実質的に増加させるように触媒剤が作用しなければならず、さもなければ、平衡制限型のＮＯ２供給量を決定する際に、システムがＤＰＦの上流に触媒剤を有していないと考えられることは言うまでもない。煤煙が存在しないＤＰＦの場合のように、触媒剤からＤＰＦまで利用可能なＮＯ２の量が、煤煙酸化反応に関与するＮＯ２が存在しない時にＤＰＦから出るＮＯ２より著しく少ない場合にも、再生事象中にＮＯ２供給量を著しく増加させるように触媒剤が作用することはないと考えられる。ＤＰＦの上流に触媒剤を備えず触媒作用ＤＰＦでＮＯ２が生成されるシステムの場合には、平衡制限型のＮＯ２供給量は、煤煙酸化反応に関与するＮＯ２がない時にＤＰＦから出るＮＯ２の量を指す。
【００２２】
受動的ＮＯ２利用再生の間、煤煙酸化反応は反応速度支配型か拡散制限型である。一杯に捕集したＤＰＦの場合には、制限のタイプは、反応物温度ばかりでなく反応に供給されるＮＯ２の量に左右される。
【００２３】
反応速度支配型のＮＯ２／煤煙反応は、ＤＰＦを通過したＮＯ２のすべてがＤＰＦ内にある間に反応するのでなく、そのため「浪費」されることを意味する。能動的Ｏ２利用再生の場合のＯ２と異なり、ＮＯ２（とＮＯｘ）は規制排出物であり、そのため煤煙再生に関与しないＮＯ２の不必要な発生は回避されるべきである。
【００２４】
あるいは、拡散制限型のＮＯ２／煤煙反応は、供給されるＮＯ２の量が、周囲温度で所与の滞留時間内に反応することが可能であるものより少ないことを意味する。同様に、反応が煤煙による拡散制限型である場合、これはＤＰＦ煤煙捕集量が低いことを意味する。反応物（ＮＯ２）が反応器（ＤＰＦ）内で費やす時間は、滞留時間と呼ばれる。拡散制限型の反応の場合には、ＮＯ２供給量の増加とともに煤煙再生が短時間で終了する。受動的ＮＯ２利用再生事象では、最適なＮＯｘ量は、周囲温度での速度論的反応速度にほぼ適合した平衡制限型のＮＯ２供給量を発生させるものであろう。そのため、反応は、反応速度支配型と拡散制限型との間の均衡点に近づくだろう。これを目的として反応物の温度および／または供給量および／または滞留時間を能動的に制御する能動的ＮＯ２利用再生コンセプトが考案されるとよい。これらのアプローチは、受動的に実行されるものであれ能動的に実行されるものであれ、「従来式」ＮＯ２利用再生コンセプトと呼ばれるだろう。従来式ＮＯ２利用再生コンセプトは、反応速度および拡散による制限の間の均衡点に最適な形で近づくことにより、ＮＯ２／煤煙反応速度を最高にするだろう。
【００２５】
認識されていてもいなくても、従来式ＮＯ２利用再生方法は、反応速度支配型と拡散制限型の煤煙酸化反応の間の均衡点が達成される限り、反応に供給されるＮＯｘ量のＮＯ２百分率（「ＮＯ２パーセント」）を最適な形で上昇させること、および／または反応物温度を最適な形で調整することにより、煤煙再生効果および／または効率を上昇させようとするものである。従来方法で反応に供給されるＮＯ２パーセントを上昇させようとする場合には、ＤＰＦに供給されるＮＯ２パーセントあるいはＤＰＦ内の潜在的平衡ＮＯ２パーセントのいずれかを上昇させることによりこれが達成され、ＤＰＦ内の周囲条件であるＤＰＦへのＮＯとＮＯ２との混合物の供給により、そしてＮＯ−ＮＯ２平衡関係により、潜在的平衡ＮＯ２パーセントが決定される。
【００２６】
本発明の態様による方法は、従来の方法より高い煤煙再生効果または効率を達成できることを発明者らは認識している。煤煙と反応するＮＯ２の量は、反応器（ＤＰＦ）へ供給されるＮＯ２の量よりはるかに多いことを発明者らは認識している。さらに、所与の時間内に煤煙と反応するＮＯ２の量は、同じ時間内に反応器を通過するＮＯ２の理論的平衡量よりやはり多いことを発明者らは認識している。本発明の態様による方法では、ＤＰＦに供給されるＮＯ２濃度およびＤＰＦ内での平衡ＮＯ２濃度を低下させるとしても、煤煙酸化反応速度とＮＯ酸化反応速度とを上昇させることにより煤煙と反応するＮＯ２の量を増加させる。こうする際に、本発明の態様による方法では、煤煙再生プロセスに対するＮＯ再循環機構の利点を著しく高めることで、従来のＮＯ２利用の方法よりも著しく高い煤煙再生効果および効率が認められる。
【００２７】
本発明の態様では、平衡制限的なＮＯ２供給量を最大化すること、または反応速度支配型と拡散制限型との間でほぼ均衡が取れた煤煙酸化反応を確立することは、必ずしも必要ではない。従来のＮＯ２利用再生が発生するエンジン動作範囲を（熱、体積流量、反応物供給の管理により）能動的に拡大することも、本発明の態様では必ずしも必要ではない。代わりに、「有効ＮＯ２供給」というコンセプトが導入され、この有効供給は、平衡制限的ＮＯ２供給量が減少した場合でも、従来のＮＯ２利用再生中に予想される効果よりも煤煙除去効果を高めるために強化される。本出願において有効ＮＯ２供給量は、煤煙酸化に関与するＮＯ２の量として定義される。関与ＮＯ２は、平衡制限的ＮＯ２供給量、触媒作用ＤＰＦで酸化されたＮＯ、再循環ＮＯのいずれかから直接求められる。ＮＯ２反応物の煤煙除去能力というコンセプトも導入される。採用される方法が平衡制限的ＮＯ２供給量を減少させるとしても、同時に有効ＮＯ２供給量も大きく増加させることで、平衡制限的なＮＯ２供給量の煤煙除去能力を高め、結果的に著しく高い煤煙酸化速度が得られる。従来条件下よりも少量のＮＯ２がＤＰＦに供給されても、ＮＯがＮＯ２に転換されてＮＯ２がＤＰＦ内の煤煙と反応する際の速度が、大量のＮＯ２がＤＰＦに供給される従来条件下よりも高くなるように、条件が制御される。本発明の態様では、触媒反応を通して通常は１回を越えてＮＯが効果的に「再循環」されてＮＯ２を生成し、このＮＯ２が煤煙と反応して、触媒反応を受けるＮＯを再び生成する。こうして、本発明の態様により制御される条件下におけるエンジン排気中の特定量のＮＯｘは、平衡制限的なＮＯ２供給量よりも大量の煤煙を酸化するように作用する。本発明のこの態様は、「有効ＮＯ２供給強化の（ＤＰＦの）能動的ＮＯ２利用再生」と呼ばれる。従来の能動的ＮＯ２利用再生中の有効ＮＯ２量は、主として、（用途により決定される）許容ＮＯｘ量合計と、（能動的に制御されるものを含む）所与の動作条件集合についての平衡ＮＯ−ＮＯ２比とによって決定される。コンセプト（方法および装置）の適用とその効果および効率の両方において、従来式ＮＯ２利用再生コンセプトとここに提示されるコンセプトとの異なる目的の持つ意味が重要である。
【００２８】
Ｏ２／煤煙反応を開始させるのに必要な活性化エネルギーは、ＮＯ２／煤煙反応に必要なものより極めて高い。Ｏ２／煤煙反応に必要な高い活性化エネルギーのため、触媒技術分野の現状では、ディーゼルエンジンの正常動作条件下で実際的な煤煙の受動的Ｏ２利用再生を実施する能力は実証されていない。実際、効果的なＯ２利用再生は、約６００℃を上回る温度でのみ能動的に実施されていた。そのため、ＤＰＦの再生に熟知した者にとって、「能動的」再生のコンセプトおよび実行は概してＯ２利用再生についてのものであり、用語は互換的に使用されていた。同様に、「受動的」再生およびＮＯ２利用再生のコンセプトおよび専門用語は概して互換的に広く使用されてきたが、区別が成されるべきであった。本発明では、従来のＮＯ２利用再生よりも著しく高い煤煙除去効果を持ち、ＮＯｘ効率全体が改良された能動的な「再循環」ＮＯ２利用再生のためのコンセプトを特定してその方法および装置を確立し、これにより能動的Ｏ２利用再生の場合に匹敵するかこれを超える煤煙除去効果が、著しく低い排気温度で達成されるばかりでなく、能動的Ｏ２利用再生よりも高いＤＰＦ煤煙捕集量と、広い動作範囲にわたる適用とを可能にする。ＮＯｘ効率は、実質的に一杯になったＤＰＦを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたってＤＰＦに供給される質量のＮＯｘ（ｇＮＯｘ）により除去される煤煙の質量（ｇＣ）として明白に定義されるものとする。“ｇＣ”の単位はＤＰＦから除去された煤煙の質量であり、“ｇＮＯｘ”の単位は蓄積されたＮＯｘ供給物の質量である。ＤＰＦ煤煙捕集量が、検討対象のシステムにおいて通常は再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも９０％である時に、ＤＰＦは実質的に一杯になったと考えられる。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、ＤＰＦは効果的に再生されると考えられる。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分での煤煙除去速度について決定される。煤煙除去の大部分は、除去される煤煙全体のおよそ５０％であると考えられる。
【００２９】
従来の再生コンセプトと対照的に、本方法および装置の態様では、具体的にはＤＰＦの熱管理である反応物の能動的熱管理とＮＯｘ発生の能動的制御との組合せによって、ＮＯ２利用再生を能動的に最大化して、ＮＯ２反応物の煤煙除去能力を強化するため、ＮＯ２反応物の体積流量（そのため滞留時間）の能動的操作を可能にする。対照的に、従来のＮＯ２利用再生コンセプトでは主として、触媒剤の使用および／またはあまり一般的ではないがＮＯｘ発生の能動的制御により、ＮＯ２反応物の量全体を周囲の反応物温度に適切なレベルまで上昇させるか、あるいは熱および体積流量の制御により、従来のＮＯ２利用再生が発生する動作期間を能動的に拡大しようとする。
【００３０】
有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の方法および装置では、ＮＯ２／ＮＯ比、ゆえに平衡制限的ＮＯ２供給量が低下しても、ＮＯ２反応物の煤煙除去能力を最大化するというコンセプトが提示され、主としてこれを目的とする。これは実際には、主として従来のＮＯ２利用再生の場合よりも反応速度の運動項がかなり高いことにより、ＮＯ２／煤煙反応が拡散制限型であることを通常は意味する。
【００３１】
ＤＰＦ内に捕捉された各Ｃ原子は、一つのＮＯ２分子との酸化反応（Ｃ＋ＮＯ２→ＣＯ＋ＮＯ）、あるいは二つのＮＯ２分子との酸化反応（Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ）に関与する。ＮＯ２（４６．０１ｇ／ｍｏｌ）およびＣ（１２．０１ｇ／ｍｏｌ）のモル質量に基づいて、この反応ストイキオメトリーは、反応後の煤煙の質量が反応後のＮＯ２の質量の〜１３％（１：２モル反応の場合）と２６％（１：１モル反応の場合）であることを示している。粒子状物質が、普通は経験的にＣ８Ｈと表される煤煙と、それほど重要ではないが未燃焼ＨＣｓおよび不活性物質とを主として包含することは認識されている。そのため、再生の過程におけるＤＰＦ煤煙捕集量の変化が主としてＣの除去に寄与すると推定するのは妥当であろう。ここで行われる計算では、ＤＰＦ煤煙質量の変化は、Ｃの除去のみに寄与すると仮定するものとする。
【００３２】
ＤＰＦ内での正常な温度および滞留時間範囲におけるＮＯ２による触媒作用ＤＰＦの受動的再生の場合、最も望ましいケースは一般的に、所与のＮＯ２分子、または最初に酸化されてＮＯ２となるＮＯ分子が、ＤＰＦから出る前に平均して１回未満の煤煙酸化反応を終了できることであろう。これは主として、従来の動作では、ＮＯ２が反応する時間がない短い滞留時間（つまり高い排気質量流量および温度）で高いＤＰＦおよび煤煙の温度が一般的に達成されるという事実による。同様に、滞留時間が長くなる（質量流量および温度が低くなる）と、ＤＰＦおよび煤煙の温度上昇が達成されない。
【００３３】
ＮＯ２利用再生試験では、特定方法の効果を評価するため、ＮＯ２およびＣの反応ストイキオメトリーに関連するＮＯ２効率の測定が導入される。ＮＯ２効率は、実質的に一杯のＤＰＦを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたって決定される、ＤＰＦから除去されたＣの質量をＤＰＦに提供されるＮＯ２の質量で割ったものとして、明白に定義される。ＤＰＦ煤煙捕集量が、検討対象のシステムで通常は再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも９０％である時に、ＤＰＦは実質的に一杯であると考えられる。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、ＤＰＦは効果的に再生されると考えられる。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分における煤煙除去速度に関して決定される。煤煙除去の大部分は、除去された煤煙全体のおよそ５０％であると考えられる。
【００３４】
ＤＰＦを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意である時間にわたるＮＯ２およびＮＯｘ効率を定義することにより、一時的出現に基づいて計算される、および／または、有意の煤煙除去速度がもはや維持されないポイントを超えても継続する再生を表す測定を除外することが意図されている。試験の際には、再生された煤煙の一部が流入する排気から供給され、関連する再生反応はＤＰＦ煤煙捕集量を減少させない。これは、測定されたＮＯ２効率を他の要因とともに低下させる。従来のＮＯ２利用再生についての従来の知識では、ＮＯ２効率が１２．０１ｇＣ／４６．０１ｇＮＯ２＝〜０．２６ｇＣ／ｇＮＯ２を大きく超えることはないとされている。単位“ｇＣ”はＤＰＦから除去された煤煙の質量であり、単位“ｇＮＯ２”は蓄積された平衡制限的ＮＯ２供給物の質量である。それでも、（図２に見られるようなＮＯ−ＮＯ２転換の平坦部の付近またはこれを少し越えた）高い温度では、徐々に減少する平衡制限的ＮＯ２供給物が温度上昇を利用できないので、ＮＯ２利用煤煙酸化活動度全体が著しく低下すると推定された。言い換えると、温度上昇はＮＯ２供給量を単純に低下させて、結果的により拡散制限的な反応となり、そのため反応速度を低下させることで煤煙除去全体の低下を達成する。従来の受動的ＮＯ２利用再生は、実質的に一杯になったＤＰＦを再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えない時間にわたって、０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２をかなり下回る、より一般的には０．２６ｇＣ／ｇＮＯ２より低いＮＯ２効率を有する。
【００３５】
しかし、提示される方法の態様において、０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２を大きく上回るＮＯ２効率を持ち従来のＮＯ２利用再生技術よりも著しく良好な煤煙除去結果を達成できるのは、反応物温度を能動的に上昇させることのみによる。この方法によって、０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より何倍も高いＮＯ２効率が可能となる。これは、有効ＮＯ２供給（必ずしも平衡制限的ＮＯ２供給でない）を強化する目的でＮＯ２の煤煙除去能力を高めることによって達成される。ＮＯ２の煤煙除去能力を高めるための機構は、ＮＯ再循環機構である。充分に長い滞留時間と充分に高い温度とが与えられた触媒作用ＤＰＦにおいて、煤煙と反応してＮＯ分子を生成するＮＯ２分子が再循環されてＮＯ２となり、これが別の煤煙酸化作用に関与することを発明者らは認識している。滞留時間、煤煙酸化およびＮＯ酸化反応の速度論的反応速度、煤煙の有効性、酸素の有効性、そして触媒の有効性から可能となる回数だけ、このプロセスが繰り返される。
【００３６】
測定基準となる「ＮＯ２効率」は、提供されるモルＮＯ２ごとに除去されるモルＣについても定義されることに注意すべきである。しかし、ＮＯ２効率はここでは主として、従来の受動的ＮＯ２利用再生の性能を、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生と比較するための測定基準として使用されるため、ｇＣ／ｇＮＯ２に関してまたはモルＣ／モルＮＯ２に関して表されるかどうかは、現時点では重要であるとは考えられない。従来の受動的ＮＯ２利用再生中には、ＮＯの再循環が行われるのは当然であるが、再循環の量は、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を介して達成されるものよりかなり低いだろうということに言及しておく。
【００３７】
さらに、ＮＯ２効率の測定基準は、触媒剤がＤＰＦの上流に設けられた場合に触媒剤が有効触媒剤であると仮定したものである。有効触媒剤は、実質的には該当するガスの条件にとって可能な最高平衡レベルまでＮＯ２レベルを上昇させるものであると考えられる。他の仮定では、従来の受動的ＮＯ２利用再生中に、効果的でない上流の触媒剤が低レベルのＮＯ２を伝達し、ＤＰＦの再生がたいていはＤＰＦにおけるＮＯからＮＯ２への転換の関数であって、本発明の態様による煤煙除去効果を達成することなく高いＮＯ２効率を示すという危険が生じる。ここに記すモデルおよび例は、上流の触媒剤が効果的な触媒剤であると仮定している。なんらかのシステム、つまり効果的な上流の触媒剤を含むもの、効果的でない上流の触媒剤を含むもの、触媒剤を含まないものについては、平衡制限的なＮＯ２供給は、煤煙が存在しないＤＰＦの場合のように、ＮＯ２が煤煙酸化反応に関与しない時にＤＰＦを通過したＮＯ２の量を指すとも考えられる。
【００３８】
温度を能動的に上昇させることにより（そして可能な滞留時間である限り）、提案の方法では、ＮＯ再循環機構により提供される長所を最大化しようとする。滞留時間を延長する様々な方法によりいくらかの効果が達成されるが、従来の駆動系機構では、エンジン動作ポイント（速度および負荷）によりこれが大きく左右され、そのため滞留時間を短縮する可能性が制限される。ＮＯ２分子が再循環される回数を最大化することは、主として、反応物の熱管理によりＮＯ酸化反応の運動項を増加させることによって達成されるだろう。ＮＯ再循環の回数は、平衡制限的なＮＯ２供給量が低下するよりも速く温度とともに増加するため、平衡制限的ＮＯ２供給量が減少しても有効ＮＯ２供給量が増加する。
【００３９】
実際には、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の最適温度は一般的に、許容範囲の最高温度であろう。この最高温度は、たいていはシステムごとに変化する、制御不能なＯ２利用再生が発生する温度、つまり部品温度リミットからの許容安全マージンなどを含む温度でよい。しかし、動作条件が、ＮＯ再循環の実際的な最大リミットが所与の温度で達成されるようなものである場合には、さらに温度が上昇すると実際に有効ＮＯ２供給を減少させるだろう。ＮＯ再循環の実際的な最大リミットは、ＤＰＦ設計およびＤＰＦ壁の物理的特徴などの要因に影響される。ＤＰＦ温度の上昇に使用される方法が再生性能に影響することにも注意すること。すなわち、触媒作用燃焼システムを含む炭化水素（ＨＣ）を燃焼させるシステムについては、ＤＰＦへの過剰なＨＣスリップはＮＯ再循環プロセスにマイナスの影響を与える。この場合、ＤＰＦ温度の上昇の結果、ＤＰＦへのＨＣスリップがかなり上昇する動作条件では、再生性能はマイナスの影響を受ける。
【００４０】
他の制約により制限されなければ、許容可能な最高温度は、非制御Ｏ２利用再生を開始させる温度に近づくが、これからの適切な安全マージンは維持する。非制御Ｏ２利用再生を作動させるのに必要な温度は、触媒の特徴および煤煙密度の上昇の関数として低下する。実際には、非制御Ｏ２利用再生が開始されないことと、有効ＮＯ２供給強化の非常に効果的な能動的ＮＯ２利用再生が達成されることの両方を保証するため、約５５０℃以下または約５００℃以下のＤＰＦ入口温度が使用されている。非制御Ｏ２利用再生が開始されない限り、煤煙除去結果を向上させる高い温度が使用されてもよい。必要であれば、煤煙酸化性能の低下が観察されるが、低い温度が使用されてもよい。
【００４１】
通常、本発明の態様による方法を適用する時には、入力ＮＯｘの流れが最適な形で増加すると煤煙酸化が最大化する。そのため、許容可能な最大ＮＯｘ流に課せられる制約は、煤煙除去性能、つまり所与の開始時煤煙捕集量から所与の終了時煤煙捕集量までＤＰＦを再生するのにどれだけの時間が必要か、を低下させる。しかし、入力ＮＯｘの量はＮＯ再循環機構に重大な影響を与えないため、入力ＮＯｘ量の減少はＮＯｘ効率を大きく低下させない。概念的に述べると、ＮＯｘ流全体の減少は有効ＮＯ２供給流を減少させるが、ＮＯ２反応物の煤煙除去能力を低下させることはない。これは、所与の煤煙量を再生するにはほぼ同じＮＯｘ総量が必要とされ、長い再生事象を単純に必要とすることを意味する。そのため、本発明の態様を用いて所与の煤煙量を再生するのにエンジンから必要とされるＮＯｘ量全体は、従来のＮＯ２利用再生事象に必要とされるものよりかなり少ない。
【００４２】
反応物温度を能動的に上昇させるために付加的エネルギーが消費されなければならないことに注意すべきである。そのため、有効ＮＯ２供給強化の低コストの能動的ＮＯ２利用再生は、最小の時間量（つまり許容可能な最高温度、可能な最長滞留時間、許容可能な最高入力ＮＯｘ量）で終了する再生である。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の再生性能は、許容可能な最高シリンダ圧力などの基本的なエンジン制約により、多量のＮＯｘを発生させる能力において制限を受ける。同様に、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を開始させる能力は、最低触媒温度を必要とするＤＯＣシステムなど、反応物温度を能動的に調整する能力によって制限される。
【００４３】
ＳＣＲなどのＮＯｘ後処理装置は、この方法の実行に必要ではないが、ＤＰＦから出る高いＮＯｘレベルの完全または部分的な低下を可能にするだろう。ＮＯｘ発生は（質量流量の操作とともに）、エンジン制御（噴射タイミング、噴射圧力、ターボチャージャベーン位置、ＥＧＲバルブ位置を含む）を通して達成される。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生中の最適な（または許容可能な最高の）ＮＯｘ発生、排気ガス温度、そしてＤＰＦ滞留時間のために考案された代替的な制御戦略が、ＥＣＵにより実行および開始される。後処理炭化水素噴射器は、ＤＯＣの上流に燃料を噴射する。噴射された燃料はＤＯＣにおいて酸化されて排気ガス温度を上昇させることで、ＤＰＦと捕捉された煤煙との温度を上昇させる。さらにＤＯＣは、入力されたＮＯｘ量からＮＯ２供給を発生させる。ＤＯＣで発生されるＮＯ２量が次にＤＰＦに送られ、ここで上記の方法および機構にしたがって煤煙酸化が実行される。
【００４４】
ＤＯＣ内でＮＯ分子からＮＯ２が一度に生成されることが観察されるはずである。しかし図１に図示されているように、ＮＯ再循環機構により、触媒作用ＤＰＦ内で数回にわたってＮＯ２がＮＯ分子から再生成されてもよい。本発明の態様では、有効なＮＯ２の発生の大半がＤＰＦ内で行われるため、ＤＯＣは必要ない。そのため、バーナシステム、電気加熱システム、マイクロ波システムなど、反応物温度を能動的に調整することがさらに可能な触媒作用ＤＰＦを備えるシステムが、本方法の実行に使用されるのである。コンセプトおよび方法を説明および記載するのに使用される図のシステムは、この方法が実行されるすべてのシステムを代表するためのものではない。
【００４５】
触媒技術分野の現状では、ディーゼルエンジンの所定の高排気温度動作期間での従来のＮＯ２利用再生を可能にするが、能動的Ｏ２利用再生について実証されたものよりは効果が低い。そのため、多くの用途では、従来のＮＯ２利用再生のみに頼るだけでは、必要な煤煙除去レベルを満たすのに充分でなく、能動的Ｏ２利用再生と、能動的Ｏ２利用および従来のＮＯ２利用再生との組合せのいずれかが採用されている。しかし、発熱および反応速度が制御されるというＯ２／煤煙反応の性質のため、制御不能なＯ２利用再生を回避するための制約が必要とされる。すなわち、最少の排気質量流量および最大の許容可能ＤＰＦ煤煙捕集量という要件が維持されなければならないのである。最少排気質量流量の制約は、実際に実行される時に不完全な再生が発生する可能性を高める。最大ＤＰＦ煤煙捕集量は、ＤＰＦ再生がどれほどの頻度で必要とされるかなどを決定するだろう。
【００４６】
有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生方法の拡散制限という性質により、制御不能なＮＯ２煤煙酸化反応は発生しない。本発明の態様により、非制御Ｏ２利用再生を開始させることが可能である。しかし、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の方法および装置の態様により、排気質量流量の制約が軽減される。同様に、本発明の態様により、非制御Ｏ２利用再生を開始させるのに必要なＤＰＦ煤煙密度が著しく上昇する。高い許容可能ＤＰＦ煤煙捕集レベルのため、あまり頻繁に再生をしなくてよい。ある用途では、許容可能ＤＰＦ煤煙捕集レベルが高いので、最高ＤＰＦ煤煙捕集レベルより低いがＯ２利用再生システムで可能であるものよりは高い平衡煤煙捕集レベルに達する結果となる。そのため、正常な状況でのこれらの用途では、能動的再生が必要ではない。しかし、異常な作業、部品の故障、または他の原因のためＤＰＦ捕集が予想の平衡状態を超えて上昇し続ける場合にも、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生によって、Ｏ２利用再生では可能ではない安全な再生が可能である。
【００４７】
さらに、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生は、同等の効果を持つＯ２利用再生よりもかなり低い温度を達成でき、これにより関連の排気後処理装置へのマイナスの性能影響および故障の可能性を低下させる。これは、ＳＣＲなど、煤煙濾過再生システムの下流の部品を含むだろう。
【００４８】
図３Ａは、従来のＮＯ２利用再生の例と有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の例とをグラフで示している。例１および２は従来のＮＯ２方法を用いた再生結果を示すのに対して、例３Ａおよび３Ｂは、本発明の態様を用いた再生結果を示す。図３Ａにグラフで示された再生の事象時間合計が、図３Ｂの表に示されている。これらの再生の事象時間合計は試験システムの暖機に費やされた時間を含んでおり、ゆえに下の表１に示されたＮＯｘおよびＮＯ２効率は、正常な再生条件に達した後の期間のみについてＮＯｘおよびＮＯ２の量が測定された場合よりもおそらくわずかに低い。しかし、暖機期間が含まれない場合には、例１および２の従来ＮＯ２利用再生と例３Ａおよび３Ｂの有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生との間の差はさらに劇的に好ましいものとなると予想される。
【００４９】
例１，２，３Ａおよび３Ｂで説明される試験はすべてエンジン動力計で実施され、エンジンは同じエンジン速度およびブレーキトルクで作動した。また各試験に同じ機器が使用された。エンジンはＵＳ２０１０  Ｖｏｌｖｏ  ＭＤ１１Ｌ  Ｂ−Ｐｈａｓｅ大型ディーゼルエンジンであり、排気後処理システムはＶｏｌｖｏ  ＵＳ２０１０  ＭＤ１１用のＦｌｅｅｔｇｕａｒｄ  Ｂ−Ｐｈａｓｅ  ＤＯＣおよびＤＰＦであった。ＤＯＣおよびＤＰＦは貴金属酸化触媒を含んでおり、使用された加熱機構はＤＯＣへのＨＣ噴射であった。
【００５０】
試験方法は、煤煙捕集量測定について以下のように行われた。ＤＰＦで捕集を行う所定の煤煙捕集ルーチンでエンジンが作動した。吸湿による誤差を回避するためＤＰＦは高温で計量され、開始時煤煙捕集量が計算された。ＤＰＦが再度設置され、測定時間長にわたって所望の再生方法が実施された。再生の直後に、高温重量が記録され、新たな煤煙捕集量が計算され、煤煙捕集量の変化が判断された。この時点で、例１および２について、１回か２回の付加的再生がそれぞれ実施され、各再生後の新たな煤煙捕集量が測定された。所望の回数の再生が終了すると、効果の高い方法を用いて延長時間にわたってＤＰＦが再生された。
【００５１】
表１は、四つの例の主要統計の要約、つまり除去された煤煙質量、蓄積されたＮＯｘおよびＮＯ２、計算されたＮＯｘおよびＮＯ２効率、消費燃料合計を示す。ＮＯｘおよびＮＯ２効率計算に使用される蓄積ＮＯｘおよびＮＯ２の量を判断するため、ＤＰＦ入口におけるＮＯｘおよびＮＯ２の総和が求められた。蓄積されたＮＯ２を判断するため、ここではＮＯ２パーセントと呼ばれるＮＯｘに対するＮＯ２の百分率を決定するように、ＤＯＣのＮＯ２転換効率のモデルがすべての例について作成された。さらに、例３Ａおよび３Ｂの条件を繰り返した試験では、例３Ａおよび３Ｂで達成された不測の結果を確認するためＮＯ２が測定された。
【表１】
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【００５２】
例１および２では、ＮＯｘ発生を増加させるため、そしてＨＣ噴射の補助なしで排気ガス温度をできる限り上昇させるため、エンジンが較正された。ＮＯｘ発生と排気ガス温度との間にはトレードオフが存在する。例１では、より高い排気ガス温度のためにトレードオフが行われたのに対して、例２ではより高いＮＯｘ質量流量のためにバイアスが加えられた。結果的に得られた例１および２のＤＰＦ入口温度はおよそ３５０〜３９０℃の範囲であり、平均ＤＰＦ温度はおよそ３２５〜３７５℃であった。
【００５３】
これらの平均ＤＰＦ温度は、典型的なデューティサイクルの少なくとも一部での運転中、典型的な受動的ＮＯ２利用再生で見られるものに近づく。分析がより容易な定常状態試験を行うため、従来の方法と有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生との間の適正な比較を表す例であると考えられる。
【００５４】
例３Ａおよび３Ｂは、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生が二つの異なる再生時間で実施されたことを示す。例３Ａおよび３Ｂでは、例２よりもＮＯｘをさらに上昇させるようにエンジンが較正された。さらに、ＤＰＦ入口温度をおよそ４９０℃に制御するためＤＯＣに対するＨＣ噴射が用いられ、その結果、平均ＤＰＦ温度はおよそ４７０℃となった。ここで従来技術と呼ばれるものによる再生（例１および２）は、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生（例３Ａおよび３Ｂ）よりも時間がかかる傾向があることが、例１，２，３Ａ，３Ｂの比較から分かる。また、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生のＮＯｘ効率およびＮＯ２効率が、従来技術のＮＯｘ効率およびＮＯ２効率よりもかなり高くなる傾向がある。
【００５５】
ディーゼルエンジン２３に関して特に有益な排気後処理システム（ＥＡＴＳ）２１が図４に示されている。ＥＡＴＳ２１は、ディーゼルエンジン２３の下流のディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）２５を包含する。ＤＰＦ２５は、エンジン２３から排気ガス流を受け取るように構成されている。
【００５６】
有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を実施するため、ディーゼルエンジン構成は、ＮＯｘ含有ガスを触媒作用ＤＰＦ２５へ導入するように構成されたディーゼルエンジン２３を包含する。ＮＯｘ含有ガスの質量流量は、可変バルブタイミング、シリンダ作動停止、または従来とは異なる駆動系機構の使用など、適当な方法で制御されるとよい。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生では、通常は、ＤＰＦの上流のエンジンシリンダでの局所的火炎温度を調節することにより、ＤＰＦ２５の入口でのＮＯｘレベルが制御される。また、ＤＰＦ２５、ＮＯｘ含有ガス、および／またはＤＰＦ内の煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御するように加熱機構４７が構成されている。ＮＯｘ含有ガスが触媒と反応してＮＯ２分子を生成し、その後で煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成して、０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高い、より好ましくは約１．０４ｇＣ／ｇＮＯ２より高いＮＯ２効率を達成するように温度を制御することにより、加熱機構を制御して、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を補助するように、制御装置５３が構成されている。
【００５７】
加熱機構４７は、ＤＰＦの上流でディーゼルエンジン排気流に炭化水素を噴射することによりＤＰＦ２５とＮＯｘ含有ガスの少なくとも一方の温度を制御するように構成された炭化水素噴射機構を包含する。加熱機構は、炭化水素と反応して、排気ガス温度を上昇させる、および／または、ＮＯからＮＯ２への転換を促進するため、ＤＰＦの上流のＤＰＦ２５またはＤＯＣ４３などの触媒を包含する。加熱機構４７は、炭化水素を燃焼させるためのバーナを包含する。加熱機構４７は、煤煙を加熱するための電気加熱機構またはマイクロ波機構など、ＮＯｘ含有ガス流の代わりにＤＰＦ２５を加熱するタイプのものでよい。
【００５８】
通常はＤＰＦ２５の下流のポイント３１から通常はＤＰＦの上流のポイント３３まで再循環されるＮＯおよび／またはＮＯ２またはその両方を含むガスの再循環を可能にするため、導管２９が設けられている。受動的または能動的な従来のＮＯ２利用再生の間およびＯ２利用再生の間ばかりでなく、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の間に、ＮＯおよび／またはＮＯ２を再循環させることが有益である。ＤＰＦ２５についての「ＤＰＦの下流」および「ＤＰＦの上流」という表現は、ＤＰＦの実質的部分の下流または上流であるＤＰＦ上のポイント、つまり導管２９がＤＰＦの入口の下流の第１ポイントにおよび第１ポイントの下流の別のポイントに接続するように導管がＤＰＦ上の一つ以上のポイントに直接接続するという構成ばかりでなく、ポイント３１および３３がＤＰＦから離間している構成を含むものとする。ＤＯＣなどの酸化触媒がＤＰＦの上流（ＤＯＣ４３）または下流（ＤＯＣ２  ４３’）に設けられて、上流の酸化触媒の入口とＤＰＦの出口との間のポイントなどから分岐ポイントの上流のポイントまで再循環が行われるなど、他の構成も可能である。再循環の分岐が、ＤＰＦの下流の酸化触媒ＤＯＣ２  ４３’からである場合には、再循環はＤＰＦの出口の上流のポイントまでである。理論上、少なくとも一部のＮＯｘ（ＮＯ２、Ｏ２と反応してＮＯ２を生成するにはＮＯ、および／またはその両方）が再循環されるように、酸化触媒（設けられる場合）またはＤＰＦの入口の下流の分岐ポイントから分岐ポイントの上流のポイントまで再循環が行われればよい。
【００５９】
再循環したＮＯをＯ２と反応させてＮＯ２を生成するように反応領域が構成されるとよい。反応領域は、空気またはＯ２（以下、「空気／Ｏ２」と呼ばれる）が噴射され再循環ＮＯと混合されてＮＯ２を生成するポイント３５を含む領域３７を包含する。反応領域は、触媒の存在下で再循環ＮＯがＯ２と反応してＮＯ２を生成する領域を付加的または代替的に包含する。触媒の存在下で再循環ＮＯがＯ２と反応する領域は、触媒がＤＰＦにある領域３９であるが、触媒の存在下で再循環ＮＯがＯ２と反応する領域は、ＤＰＦの上流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）４３を触媒が包含する領域４１である。反応領域は、反応領域３７，３９，４１のうちの一つ以上に加えて、ＮＯがＯ２と反応する他の領域を包含し、これらの領域を設ける目的は、ただＮＯとＯ２との反応を促進してＮＯ２を生成することである。
【００６０】
空気／Ｏ２は、ＤＰＦ２５の下流および下流のＤＯＣ２  ４３’の上流に噴射される。これは例えば、ＮＯ２がＤＰＦ２５へ再循環されるようにＤＯＣ２  ４３’においてＮＯからＮＯ２への転換を促進するのに有益である。再生を強化する目的で、排気後処理システムの何らかの箇所に空気／Ｏ２が噴射されてもよい。
【００６１】
ＮＯ２の再循環、または再循環ＮＯからＮＯ２を生成した後にＮＯ２を用いて煤煙を酸化してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯを生成してからＮＯをＮＯ２に再循環させて、少なくともさらに１回の煤煙酸化反応を終了させてＤＰＦ２５を再生することは、「再循環ＮＯｘを用いた有効ＮＯ２供給強化の（ＤＰＦの）能動的ＮＯ２利用再生」と呼ばれるものとする。ＮＯｘを再循環させる方法は、再生効果を高めるばかりでなく、調整後にシステムから出るＮＯｘを増加させずにこれを行う。触媒作用ＤＰＦにおけるＮＯ滞留時間を増加させるためなど、このＤＰＦでのＮＯ再循環とＮＯｘ再循環の両方が一緒に有効に使用されることが考えられる。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生（触媒作用ＤＰＦを含まなければならず、ＮＯｘ再循環を伴う必要はない）と、再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生（触媒作用ＤＰＦを伴う必要はない）の両方は、反応速度制限と拡散制限との間の均衡点に近づこうとする従来のＮＯ２利用再生と対照的である。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生と、再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生の両方も、実質的にすべての煤煙がＯ２との反応により除去されて、従来のＮＯ２利用再生、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、または再循環ＮＯｘを用いるＮＯ２利用再生よりもかなり高い温度（触媒作用ＤＰＦについては約６００℃から約６２５℃、触媒作用のないＤＰＦについては６６０℃まで、また時には６６０℃を超える）で一般的に実施される能動的Ｏ２利用再生と対照的である。能動的Ｏ２利用再生はまた、後処理炭化水素噴射器などの加熱機構４７など、ＤＰＦの入口４５での排気流の加熱を一般的に伴う。
【００６２】
ＮＯｘ排出物を削減するため、選択的触媒還元後処理装置（ＳＣＲ）４９などのＮＯｘ後処理装置がＤＰＦ２５の下流に設けられるとよい。空気／Ｏ２が噴射される反応領域３７は、ＤＰＦ２５の下流とＳＣＲ４９の上流に配置されてもよいが、通常は、ＤＰＦと、設けられるならばＤＯＣ４３との上流に配置される。しかし状況によっては、ＤＰＦ２５の下流に空気／Ｏ２を噴射することが有益であるかもしれない。あるいは空気／Ｏ２の噴射ポイント３５がＤＯＣ４３（設けられるならば）の下流であってもよい。再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生のために、導管を再循環したガスが、再循環ＮＯと反応してＮＯ２を生成する噴射空気／Ｏ２の少なくとも一部を含むように、導管２９、より詳しくはＤＰＦ２５の下流にある導管のポイント３１が、空気／Ｏ２が噴射される領域５１の下流に配置されてもよい。
【００６３】
温度モニタ５２が設けられ、これがＤＰＦ２５またはＤＰＦの入口４５の温度を制御するため例えば一つ以上のコンピュータまたはマイクロプロセッサを包含する一つ以上のＥＣＵなどの制御装置５３と関連する。温度モニタ５２は通常、ＤＰＦ２５の入口４５またはその上流に配置される。通常、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の間の温度は、約５５０℃以下または約５００℃以下に維持され、通常は最低で４５０℃に維持される。「約」何度以下として温度が表記される場合、温度がこの特定値を少量だけ超えてもよく、少量以上に特定値を超えることが一時的に発現してもよいことは言うまでもない。温度を所望の温度範囲内まで上昇させるため、加熱機構４７は制御装置５３により制御される。温度が所望範囲を上回る場合には、制御装置５３を介してバルブ５５を制御することにより噴射領域３７に外部の空気／Ｏ２を導入するなど、適切な冷却手段が取られてもよい。ＳＣＲ４９の温度を制御するため、または再循環ＮＯとＯ２との混合を制御するために、ＤＰＦ２５の下流の空気／Ｏ２ライン５１（設けられる場合）のバルブ５６を制御装置５３が制御してもよい。
【００６４】
上記の温度範囲が約５５０℃以上に近づく間に、通常、多量の煤煙捕集量を持つＤＰＦで制御不能な再生が起こる危険が高くなる。約５５０℃以下の温度では、理論上、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生の間に、除去された煤煙の３分の２未満、おそらくは半分未満がＯ２との反応により除去される。ガス中のＯ２分子との酸化によりＤＰＦから除去されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成する煤煙質量の理論的百分率の評価（煤煙除去における「Ｏ２関与」と短縮した言葉でも表されるものとする）は、実質的に一杯になったＤＰＦの有効再生の長さに対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたって行われなければならない。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、ＤＰＦは効果的に再生されたと考えられる。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分における煤煙除去速度について決定される。煤煙除去の大部分とは、除去される煤煙全体のおよそ５０％であると考えられる。ＤＰＦ煤煙捕集量が、通常は検討対象のシステムにおいて再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも９０％である時に、ＤＰＦは実質的に一杯であると考えられる。様々な理由から、理論上、実際に発生するよりも高いＯ２関与を示唆する傾向があることが現在認識されている。
【００６５】
約５５０℃以下の温度では、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生中に発生するようにＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルが制御されない場合には、実質的にすべての煤煙除去がＯ２との反応によるものである低速の再生が実施される。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生を介した温度の制御およびＮＯｘレベルの制御は、通常、再生効果を実質的に上昇させる。
【００６６】
通常、除去される煤煙の３分の２以上がＯ２との反応により除去されるのに充分なほど温度が上昇する時に、この温度は、一般的にある種のＯ２利用再生の低い温度範囲と関連する温度に近づくが、このようなＯ２利用再生では、理論上、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生のようにＮＯｘは制御されないため、実質的にすべての煤煙除去がＯ２により実施される。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生のようにＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルが制御されて、除去される煤煙の３分の２以上がＯ２との反応により除去されるのに充分なほど温度が上昇すると、多量の煤煙を捕集したＤＰＦには非制御再生の危険が生じることがある。
【００６７】
ガス中のＯ２分子による酸化つまりＯ２関与によりＣＯおよびＣＯ２分子を生成する、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生中などに何らかの方法でＤＰＦから除去された煤煙質量の百分率を判断するための、有益であるが必ずしも限定的ではない技術は、一連の経験的試験、すなわち一連の経験的再生を伴い、ＤＰＦを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない同じ時間にわたって、各再生が行われた。有意の煤煙除去速度が維持されなくなると、ＤＰＦは有効に再生されたと見なされるものとする。有意の煤煙除去速度は、煤煙除去の大部分における煤煙除去速度に関して決定される。煤煙除去の大部分は、除去される煤煙全体のおよそ５０％であると考えられる。
【００６８】
Ｏ２関与を判断するために考案された技術は、以下のように進行する。
（Ａ）ＤＰＦが効果的にクリーニングされる。ＤＰＦのクリーニングのための様々な適当な方法は周知であり、ＤＰＦをクリーニングするのに使用される特定の方法は、この方法がかなり一貫した結果をもたらさなければならず、同じ方法が一貫して使用されるべきであることを除いて、特に重要であるとは考えられない。
（Ｂ）ステップ（Ａ）に続いて、検討対象のシステムで通常、再生が開始される煤煙捕集量の少なくとも９０％までＤＰＦで捕集が行われる。ＤＰＦで捕集を行うための特定条件および方法は、かなり一貫した結果をもたらすべきであり、同じ条件および方法が一貫して使用されるべきである。
（Ｃ）ステップ（Ｂ）に続いて、ＤＰＦを効果的に再生するのに必要な時間に対して有意であるがこれを超えることのない時間にわたって、有効ＮＯ２供給強化のＮＯ２利用再生など、調査対象の方法によってＤＰＦが再生される（「調査的再生」）。再生中の煤煙除去全体が測定される。
（Ｄ）ステップ（Ｃ）に続いて、ＤＰＦが再び効果的にクリーニングされる。
（Ｅ）ステップ（Ｄ）に続いて、調査的再生と同じ開始時煤煙捕集量まで（あるいは妥当な捕集量近くまで）ＤＰＦで捕集が行われる。
（Ｆ）ステップ（Ｅ）に続いて、調査的再生の時間と等しい時間、相対的再生方法によってＤＰＦが再生される（「相対的再生」）。相対的再生は、ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルがＤＰＦの再生に対して有意であるレベルまで低下していることを除いて、調査的再生と同一の方法で実施される。相対的再生の終了時に、煤煙除去合計が測定される。
（Ｇ）相対的再生による煤煙除去合計が調査的再生の煤煙除去合計で割られて、調査的再生中にガス中のＯ２分子による酸化によりＤＰＦから除去されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成する煤煙質量の最大画分が決定される。
【００６９】
有効に再生を行うのに必要な時間に対して有意である時間におけるＯ２関与を規定することにより、一時的出現に基づいて計算される、およびまたは、有意の煤煙除去速度がもはや維持されないポイントを超えても継続する再生を表す測定値を除外することが意図されている。
【００７０】
ここに説明される技術は、調査的再生中にＯ２により除去される煤煙質量の実際の画分を過大評価したものであると予想され、そのためＯ２関与の従来基準である。より正確な経験的および／または理論的技術は、上述した方法により実証されると予想されるものよりさらに低いＯ２関与レベルを示すことがある。
【００７１】
制御装置５３は、再循環ガスから生成されるかこれによって運搬されるＮＯ２により煤煙の少なくとも一部が酸化される再循環ＮＯｘを用いるＮＯ２利用再生が中止または開始されるように、また、再循環ＮＯｘを用いるＮＯ２利用再生が中止されると、再循環なしで煤煙が酸化される、従来の、または有効ＮＯ２供給強化による能動的ＮＯ２利用の再生による再生動作が発生するように、導管２９のバルブ５７を開閉することなどにより導管におけるＮＯｘの再循環を開始および中止するようにも構成されている。再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生が完全に中止、一部中止、または最大容量で作動するように、導管２９のバルブ５７は通常、全開および全閉を含む複数の位置に加えて、全開と全閉との間の位置へ調節可能である。再循環ＮＯｘを用いてＮＯ２利用再生が調節可能であると、エンジン２３からのＮＯｘ発生の制御および／またはＤＰＦの再生速度の制御を促進することができる。
【００７２】
制御装置５３は、加熱機構４７を制御して、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生または再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生が少なくとも部分的に中止された時に、ＤＰＦ２５の入口４５での温度が排気流中のＯ２でＤＰＦ内の煤煙を酸化するのに充分なほど上昇する能動的Ｏ２利用再生動作を開始させるようにも構成されている。煤煙捕集レベルが充分に低い時に、ＤＰＦの入口４５の温度を上昇させること、ＤＰＦ２５の温度を上昇させること、煤煙の温度を上昇させることなどにより、この方法は少なくとも部分的に中止され、能動的Ｏ２利用再生が開始される。
【００７３】
圧力センサ機構５９はＤＰＦ２５に関連した構成を持ち、ＤＰＦにおける圧力低下に対応する信号を制御装置５３に送るのに適している。ＤＰＦ２５における圧力低下は（ＤＰＦにおける体積流量とともに）ＤＰＦの煤煙捕集量と関係を持っていることが多い。様々な再生方法を伴う様々な再生方式が実施されてもよい。例えば、ＤＰＦ２５における圧力低下または他に煤煙捕集を示すものに応じて、様々な再生方法を実施するように再生方式が考案されてもよい。高い煤煙捕集レベルでは、Ｏ２利用再生と関連する温度は一般的に、ＤＰＦにダメージを与える可能性のある制御不能再生を起こさせるのに充分なほど高い。有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生と一般的に関連した、Ｏ２利用再生に関する低い温度はまだ、煤煙捕集レベルがまだ高い時にＤＰＦにダメージを与える制御不能Ｏ２利用再生反応を開始させるのに充分なほど高い。このような高い煤煙捕集レベルでは、従来のＮＯ２利用再生、つまり０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より低いＮＯ２効率を持つＮＯ２利用再生とともに再生方式が開始してから、ＤＰＦ２５における圧力低下（または他に煤煙捕集を示す基準）が低い煤煙捕集レベルを示した後で、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生に切り換わる。表示された煤煙捕集量がさらに低下すると、能動的Ｏ２利用再生が開始される。従来のＮＯ２利用再生、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、能動的Ｏ２利用再生のいずれかでは、再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生（ＮＯおよび／またはＮＯ２の再循環を伴う）が同時に実施されることが可能である。また、従来のＮＯ２利用再生、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、能動的Ｏ２利用再生のいずれかでは、再循環ＮＯｘを用いてこの再生がＮＯ２利用再生に切り換わるか、その逆が行われる。
【００７４】
通常は、ＤＰＦの上流のエンジンシリンダの局所的火炎温度を調節することにより、従来の、および／または有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、および／またはエンジン２３からのＮＯｘ発生の速度を調節する目的で排気ガス流のＮＯｘレベルを調節するようにも、制御装置５３は構成されている。これは例えば、燃料噴射システム６１の燃料噴射タイミングおよび／または燃料噴射圧力、ターボチャージャ６３のベーン位置、ＥＧＲバルブ６５の位置のうち一つ以上の適切な調節により、さらにすべて制御装置５３により制御されるスロットルなど他のアクチュエータにより、達成される。このようにして、従来のＮＯ２利用再生、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生に利用可能なＮＯｘに加えて、ＥＡＴＳ２１からのＮＯｘ排出物が調節される。一般的に、有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生では、環境関連法により一般的に規定されるレベルである、ＤＰＦの入口のＮＯｘレベルをガスが通常有するレベルよりも高くすることにより、これが制御される。ＮＯｘレベルが制御される程度は一般的に、異なるサイズのディーゼルエンジンのような特定のＮＯｘ発生源と他の動作条件などの要因に左右され、システムごとに大きく変化する。
【００７５】
導管にポンプを設けることなどにより、導管２９内のガスを再循環させるための機械的手段６７（点線で図示）が設けられるか、例えばＤＰＦの上流の排気ライン６９を通るガス流から生じるベンチュリ効果によりガスが再循環される。
【００７６】
本発明の態様によるＤＰＦ２５を再生するための方法では、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯが生成されるように触媒作用ＤＰＦ２５の煤煙がＮＯ２で酸化される。この方法によれば、ＮＯｘ含有ガスが触媒作用ＤＰＦ２５に導入され、ＤＰＦ，捕捉された煤煙、ＮＯｘ含有ガスの少なくとも一つの温度が加熱機構４７などによって制御され、ＮＯｘ含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成して、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そしてＤＰＦから除去された煤煙質量の３分の２未満がガス内のＯ２分子によって酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルが制御される。
【００７７】
ＤＰＦ２５、捕捉された煤煙、ＮＯｘ含有ガスの少なくとも一つの温度は、この温度が約５５０℃以下、約５００℃以下、少なくとも４５０度を上回るように通常は制御される。ＤＰＦ２５の下流からのＮＯｘは、ＤＰＦの上流、通常は、設けられたＤＰＦの上流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）４３の上流に再循環される。ＤＯＣ４３の入口の温度は、ＤＯＣの上流のディーゼルエンジン排気流に炭化水素を噴射することなどによって制御される。
【００７８】
ＤＰＦへ流入するＮＯｘ含有ガスの組成を調節するため、様々な措置が取られる。空気／Ｏ２はＤＰＦの上流に噴射される。ＤＰＦの上流のエンジンシリンダの局所的火炎温度を調節することなどにより、ＤＰＦの上流のディーゼルエンジンのＮＯｘ発生が調節される。
【００７９】
ＤＰＦからのＮＯの少なくとも一部を再循環させて一つ以上の反応領域３７，３９，および／または４１で再循環ＮＯをＯ２と反応させることでＮＯ２を生成することにより、再循環ＮＯｘを用いたＤＰＦ２５のＮＯ２利用再生が実施される。再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生の間、ＤＰＦ２５内の煤煙を酸化させたＮＯ２の少なくとも一部は、再循環ガスから生成されるかこれにより運搬されたＮＯ２である。ＤＰＦ２５の入口４５の温度は通常、この温度が約５００℃であって少なくとも４５０℃を上回るように、触媒作用ＤＰＦを用いて実施される時に有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生および再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生の間に制御される。
【００８０】
再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生の間、ＤＰＦ２５の下流のポイント３１からのＮＯｘは、ＤＰＦの上流のポイント３３へ再循環される。Ｏ２が再循環ＮＯと反応して再循環ＮＯ２を生成する反応領域３７などで、能動的再生中に空気／Ｏ２がＤＰＦ２５の上流に噴射される。付加的または代替的に、ＤＯＣ４３の反応領域４１および／または触媒作用ＤＰＦ２５の反応領域３９などで、能動的再生中に触媒の存在下で再循環ＮＯがＯ２と反応する。
【００８１】
ＤＰＦ２５から出て再循環されないＮＯｘガスは、ＤＰＦの下流のＳＣＲ４９などで、ＮＯｘレベルを低下させるように処理される。空気／Ｏ２はＤＰＦの下流およびＳＣＲの上流のポイント５１に噴射され、噴射された空気／Ｏ２の一部は再循環ＮＯｘとともに再循環されて、再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生に使用するためのＮＯ２の生成を促進する。噴射された空気／Ｏ２は、ＳＣＲ４９の入口での温度を制御するのにも使用される。
【００８２】
エンジンのシリンダの局所的火炎温度を制御することなどにより、ＤＰＦ２５の上流のディーゼルエンジン２３において制御装置５３などによりＮＯｘ発生が制御される。これは、例えば、燃料噴射システム６１の燃料噴射のタイミングおよび圧力、ターボチャージャ６３のベーン位置、ＥＧＲバルブ６５の位置を調節することによって達成される。このようにして、従来のＮＯ２利用再生、または有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生、または再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生に有効なＮＯｘが、ＥＡＴＳ２１からのＮＯｘ排出物とともに調節される。
【００８３】
ＤＰＦにおける煤煙捕集レベル、またはＤＰＦ２５の圧力低下のように煤煙捕集レベルなどを示す何らかの特徴に基づいて、能動的Ｏ２利用再生が制御装置５３などにより開始される。また、導管２９のバルブ５７を閉じることなどにより、再循環ＮＯｘを用いたＮＯ２利用再生が終了され、再循環ＮＯ２なしの煤煙の酸化を含む能動的Ｏ２利用再生または従来のＮＯ２利用再生または有効ＮＯ２供給強化の能動的ＮＯ２利用再生が実施される。このようにして、ＤＰＦの再生速度および／またはＥＡＴＳ２１からのＮＯｘ排出物が調節される。
【００８４】
本出願では、“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（を含む）”の使用は非限定的であり、“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（を包含する）”などの語と同じ意味を持つが、他の構造、材料、作用の存在を除外するものではない。同様に、“ｃａｎ”または“ｍａｙ”の語の使用は、非制限的であることとその構造、材料、作用が必要でないことを表す意図を持つが、このような語を使用しなくても、構造、材料、作用が不可欠であることを表す意図はない。この構造、材料、作用が現時点で不可欠であると考えられる限り、そのように明記される。
【００８５】
好適な実施形態にしたがって本発明を図示および説明したが、請求項に提示される本発明から逸脱することなく変形および変更が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８６】
１０  触媒
１１  ディーゼル微粒子フィルタ
１２  煤煙
２１  ＥＡＴＳ（排気後処理システム）
２３  ディーゼルエンジン
２５  ＤＰＦ（ディーゼル微粒子フィルタ）
２９  導管
３１  分岐ポイント
３３  吐出ポイント
３５  噴射ポイント
３７  噴射領域
３９，４１  反応領域
４３  ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）
４３’  ＤＯＣ２（ディーゼル酸化触媒２）
４５  入口
４７  加熱機構
４９  ＳＣＲ（選択的触媒還元後処理装置）
５１  空気／Ｏ２ライン
５２  温度モニタ
５３  制御装置
５５，５６，５７  バルブ
５９  圧力センサ機構
６１  燃料噴射システム
６３  ターボチャージャ
６５  ＥＧＲバルブ
６７  機械的手段
６９  排気ライン
【図１】
2015200320.tif 000006
【図２】
2015200320.tif 000007
【図３Ａ】
2015200320.tif 000008
【図３Ｂ】
2015200320.tif 000009
【図４】
2015200320.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月25日(2015.5.25)
【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】
有効ＮＯ２供給が強化される能動的ＮＯ２利用再生により触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生するための方法であって、
ＮＯｘ含有ガスを前記ＤＰＦへ導入することと、
前記ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御するように少なくともエンジン操作しながら、前記ＤＰＦ，前記ＮＯｘ含有ガス、前記ＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御することによって、
前記ＮＯｘ含有ガス中に含まれるＮＯ２分子、及び前記ＮＯｘ含有ガス中に含まれるＮＯ分子から生成されたＮＯ２分子が、煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成する第１反応を実施するとともに、
少なくとも一つの一連の第２反応を実施して、前記第１反応及び前記一連の第２反応中の一つの反応のうち少なくとも一つで生成されたＮＯ分子と、前記ＤＰＦ中のＯ２分子とが、更に前記触媒と反応して、後に前記煤煙粒子と反応するＮＯ２分子を少なくとも部分的に生成することで、
ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そして前記ＤＰＦから除去された煤煙質量の３分の２未満がガス内のＯ２分子によって酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成することと、を包含する、方法。
【請求項２】
ＤＰＦから除去された煤煙質量の２分の１未満がガス内のＯ２分子によって酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、前記ＤＰＦの入口でのＮＯｘレベルを制御しながら、前記ＤＰＦ，前記ＮＯｘ含有ガス、前記ＤＰＦ内の煤煙の少なくとも一つの温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＤＰＦ、前記捕捉された煤煙、前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約５５０℃以下となるように前記温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＤＰＦ、前記捕捉された煤煙、前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約５００℃以下となるように前記温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＤＰＦ、前記捕捉された煤煙、前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一つの温度が約４５０℃を上回るように前記温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＤＰＦの下流から前記ＤＰＦの上流までＮＯを再循環させることを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＤＰＦの上流のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の上流へＮＯを再循環させることを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＤＯＣの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより前記ＤＯＣの入口の温度を制御することを包含する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＤＰＦの上流にＯ２を噴射することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＤＰＦの上流のディーゼルエンジンにおけるＮＯｘ発生を制御することにより前記ＤＰＦの入口のＮＯｘレベルを制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＤＰＦの上流のエンジンシリンダの局所的火炎温度を調節してＮＯｘ発生を調節することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＤＰＦの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより、前記ＤＰＦと前記ＮＯｘ含有ガスのうち少なくとも一方の温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
触媒の存在下で前記炭化水素を酸化することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
バーナシステムで前記炭化水素を酸化することを包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＤＰＦを加熱することにより前記ＤＰＦと前記ＮＯｘ含有ガスの少なくとも一方の温度を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
電気ヒータで前記ＤＰＦを加熱することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
マイクロ波で前記煤煙を加熱することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＮＯ２効率が１．０４ｇＣ／ｇＮＯ２より高い、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＮＯｘ含有ガスの質量流量を制御することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
ＮＯｘ含有ガスを触媒作用ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）へ導入するように構成されたディーゼルエンジンと、
前記ＤＰＦ、前記ＮＯｘ含有ガス、前記ＤＰＦの煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御するように構成された加熱機構と、
前記ＮＯｘ含有ガス中に含まれるＮＯ２分子、及び前記ＮＯｘ含有ガス中に含まれるＮＯ分子から生成されたＮＯ２分子が、煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成する第１反応を実施するとともに、
少なくとも一つの一連の第２反応を実施して、前記第１反応及び前記一連の第２反応中の一つの反応のうち少なくとも一つで生成されたＮＯ分子と、前記ＤＰＦ中のＯ２分子とが、更に前記触媒と反応して、後に前記煤煙粒子と反応するＮＯ２分子を少なくとも部分的に生成することで、
ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そして前記ＤＰＦから除去される前記煤煙質量の３分の２未満が前記ガス中のＯ２分子により酸化されてＣＯおよびＣＯ２分子を生成するように、前記温度を制御することと前記ＤＰＦの入口のＮＯｘレベルを制御することとにより、有効ＮＯ２供給が強化される能動的ＮＯ２利用再生を実施する前記加熱機構を制御するように構成された制御装置と、
を包含する、ディーゼルエンジン機構。
【請求項２１】
前記ＤＰＦの上流のディーゼルエンジン排気流へ炭化水素を噴射することにより前記ＤＰＦと前記ＮＯｘ含有ガスの少なくとも一方の温度を制御するように構成された炭化水素噴射機構を包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２２】
前記炭化水素を酸化するための触媒を包含する、請求項２１に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２３】
前記炭化水素を酸化するためのバーナを包含する、請求項２１に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２４】
前記ＤＰＦを加熱するための加熱機構を包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２５】
前記ＤＰＦを加熱するための電気ヒータを包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２６】
前記煤煙を加熱するためのマイクロ波機構を包含する、請求項２０に記載のディーゼルエンジン機構。
【請求項２７】
ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を再生する方法であって、
前記ＤＰＦにＮＯｘ含有ガスを導入することと、前記ＮＯｘ含有ガスが触媒と反応して、後に煤煙粒子と反応してＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ分子を生成するＮＯ２分子を生成し、ＮＯ２効率が０．５２ｇＣ／ｇＮＯ２より高くなるように、そして前記ＤＰＦから除去された前記煤煙質量の３分の２未満が前記ガス中のＯ２分子により酸化されてＣＯ、ＣＯ２分子を生成するように、前記ＤＦＰの入口のＮＯｘレベルを制御するように少なくともエンジン操作しながら、前記ＤＰＦ，前記ＮＯｘ含有ガス、前記ＤＰＦの煤煙のうち少なくとも一つの温度を制御するように加熱機構を操作することを包含する有効ＮＯ２供給が強化される能動的ＮＯ２利用再生を実施することにより、前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する第１再生を実施することと、
従来の受動的ＮＯ２利用再生と能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一方を実施することにより前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する第２再生を実施することと、
を包含する方法。
【請求項２８】
前記第２再生の前に前記第１再生が実施される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２再生の後に前記第１再生が実施される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記従来の受動的ＮＯ２利用再生を実施することにより前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する再生の後、そして前記能動的Ｏ２利用再生を実施することにより前記ＤＰＦを少なくとも部分的に再生する再生の前に前記第１再生が実施される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦのＮＯ２利用再生を実施することを包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記従来の受動的ＮＯ２利用再生、前記有効ＮＯ２供給が強化される能動的ＮＯ２利用再生、前記能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一つと同時に、再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦの前記ＮＯ２利用再生が実施される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記従来の受動的ＮＯ２利用再生、前記有効ＮＯ２供給が強化される能動的ＮＯ２利用再生、前記能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一つの前に、再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦの前記ＮＯ２利用再生が実施される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記従来の受動的ＮＯ２利用再生、前記有効ＮＯ２供給が強化される能動的ＮＯ２利用再生、前記能動的Ｏ２利用再生の少なくとも一つの後に、再循環ＮＯｘを用いた前記ＤＰＦの前記ＮＯ２利用再生が実施される、請求項３１に記載の方法。