(57)【要約】燃料プロセッサバイパスを用いるＩＣエンジンのエミッション削減用のシステムと方法。一般に本発明のシステムは、排気パイプ（102）、バイパスパイプ（104）、弁（106）、燃料プロセッサ（108）、燃料噴射器（110）、ＮＯXトラップ（112）を有する。弁が開放位置の時、全排気がバイパスパイプを通って流れるようにする。また、弁が閉鎖位置の時、全排気が排気パイプを通って流れるようにする。変更例では、このシステムはさらに、予燃焼器（214）、サーマルマス、ミキサー及び／又はＤＰＦ（216）を含む。さらにＮＯXトラップの再生又は脱硫方法にも関する。典型的に、これら方法では、排気パイプ内に排気を導入し、バイパスパイプ入口の弁を開放し、燃料プロセッサ上流に燃料を噴射し、ＮＯXトラップ内に還元混合を導入する。燃料の噴射は、パルスしたり、連続させてもよい。
2008530434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気流内のＮＯX濃度を減らすためのシステムであって、排気パイプ、バイパスパイプ、弁、燃料プロセッサ、燃料噴射器、ＮＯXトラップを有し、
前記排気パイプは、上流のエンジンから送られる排気を、内部を通って流すように構成され、
前記バイパスパイプは、入口、出口を有し、内部を通ってガスを流すように管路を定め、前記入口と出口を前記排気パイプと接続させ、
前記弁は、前記パイパスパイプの入口又は出口に置かれて、開放及び閉鎖位置の間で移動するように構成され、前記弁が前記開放位置の時、前記バイパスパイプを開放して、全排気が前記バイパスパイプを流れるようにし、前記弁が前記閉鎖位置の時、全排気が前記排気パイプを流れるようにし、
前記燃料プロセッサは、前記バイパスパイプ内に置かれて、入口、出口、触媒エレメントを有し、内部を通ってガスを流すように少なくとも一つの管路を定め、
前記燃料噴射器は、前記燃料プロセッサの上流に置かれて、前記燃料プロセッサの上流に燃料を噴射するように構成され、
前記ＮＯXトラップは、前記バイパスパイプ出口の下流に置かれることを特徴とするシステム。
【請求項２】
さらに、前記燃料プロセッサの上流と前記燃料噴射器の下流に予燃焼器を置き、この予燃焼器は、内部を通ってガスを流すように、少なくとも２つの近接配置された細長い経路を有するサポート材料を含み、前記細長い経路は内面を有し、前記経路の少なくとも一方の前記内面の少なくとも一部には、触媒材料をコートするか、含浸することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記予燃焼器は、前記燃料プロセッサの容積の約０．０５から約１倍であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記サポート材料は、少なくとも部分的に鉄に基づく金属合金から形成されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記サポート材料は、少なくとも部分的にアルミニウムを含む合金から形成されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記サポート材料はさらに、酸化ジルコニウム、酸化チタニウム、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、又はこれらの混合物のウォッシュコートを含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記サポート材料の経路の流体用の直径は、約０．２ｍｍから約１０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記予燃焼器の前記触媒材料は、パラジウム、プラチナ、又はこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
さらに、前記燃料プロセッサの下流と前記ＮＯXトラップの上流に置かれるサーマルマスを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記燃料噴射器は、エンジンシリンダーの燃料噴射器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、パティキュレートフィルタを含み、このパティキュレートフィルタを前記バイパスパイプ出口の下流に置くことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記燃料プロセッサは、さらに硫黄トラップ用材料を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記燃料プロセッサの触媒エレメントは、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はこれらの混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記触媒エレメントは、モノリシックであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記触媒エレメントは、１０から５００ミクロンの範囲内で壁の厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記触媒エレメントは、セラミック、金属、又はこれらの混合物からなる一群から選ばれた材料を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記燃料プロセッサは、さらに、断熱マットを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記燃料プロセッサは、さらに、放熱バリアを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
少なくとも２つの燃料プロセッサを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの燃料プロセッサは、異なる大きさであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
少なくとも一つの前記燃料プロセッサは排気パイプであり、少なくとも一つの前記燃料プロセッサはバイパスパイプであることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記排気パイプである少なくとも一つの燃料プロセッサと、前記バイパスパイプである少なくとも一つの燃料プロセッサは、異なる大きさであることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
少なくとも２つのバイパスパイプを含み、前記少なくとも２つの燃料プロセッサを別々に前記バイパスパイプ内に置くことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記燃料プロセッサは同時に操作されることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記燃料プロセッサは別々に操作されることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
燃料プロセッサバイパスを有するシステム内のＮＯXトラップの再生又は脱硫の方法であって、
排気パイプ内に排気を導入し、この際、前記排気パイプをバイパスパイプに接続し、前記バイパスパイプは入口、出口を有し、内部を通ってガスを流すように管路を定め、
前記バイパスパイプの入口又は出口に置かれた弁を開放させて、全排気が前記バイパスパイプを通って流れるようにし、この際、前記弁を開放及び閉鎖位置の間で移動可能に構成し、
前記入口の下流で前記バイパスパイプ内に置かれた燃料プロセッサの上流に燃料を噴射し、この際、前記燃料プロセッサは入口、出口、触媒エレメントを有し、内部を通ってガスを流すように少なくとも一つの管路を定め、ＣＯとＨ2の還元混合を生じさせ、
前記還元混合をＮＯXトラップ内に導入し、この際、前記ＮＯXトラップは、前記バイパスパイプ出口の下流に置かれることを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記排気は、圧縮点火エンジン排気とスパーク点火エンジン排気から構成される一群から選ばれることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記燃料は、炭化水素又は炭化水素を含む混合物からなることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記燃料は、ガソリンとディーゼル燃料から構成される一群から選ばれることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記燃料の噴射では、さらに、燃料のパルス噴射を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記燃料のパルス噴射では、前記弁の開放後、約１から約１０パルスを含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記パルスの各々は、約０．１から約２．０秒続くことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記パルスの各々の間の時間の期間と各パルスの持続期間は、前記燃料プロセッサが、約５００℃と約８００℃の間の温度で保たれるように選ばれることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
さらに、予燃焼器内に排気を導入し、この際、前記予燃焼器は、前記燃料噴射器の下流と前記燃料プロセッサの上流に置かれることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
さらに、前記ＮＯXトラップ内に還元混合を導入するのに先立って、ディーゼルパティキュレートフィルタ内に還元混合を導入することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記触媒エレメントの温度が、５００℃より大きくかつ８００℃より小さい温度になるまで、前記燃料プロセッサの上流に燃料を噴射することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
前記弁が開放又は閉鎖される際、前記燃料プロセッサの上流に燃料を噴射することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
前記弁は、所定の割合で開放又は閉鎖することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記割合を調節又は制御することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
排気流を燃料噴射割合と調整するように、前記割合を制御することを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
燃料プロセッサバイパスを有するシステムを用いたエミッションの削減方法であって、
排気パイプ内に排気を導入し、この際、前記排気パイプはバイパスパイプと接続されており、前記バイパスパイプは入口、出口を有し、内部を通ってガスを流すように管路を定めており、
前記バイパスパイプ出口の下流に置かれたＮＯXトラップ内に排気を導入し、この際、前記ＮＯXトラップは入口、出口、ＮＯX吸着材料を有し、内部を通ってガスを流すように管路を定めており、前記吸着材料によって排気内のＮＯXを吸着可能にし、
前記バイパスパイプの入口又は出口に置かれた弁を開放して、前記ＮＯXトラップを再生させ、全排気が前記バイパスパイプ内を流れるようにし、この際、前記弁を開放及び閉鎖位置の間で移動できるように構成し、
前記入口と出口の間で前記バイパスパイプ内に置かれた前記燃料プロセッサの上流の、前記バイパスパイプ内に燃料を噴射して、この際、前記燃料プロセッサは入口、出口、触媒エレメントを有し、内部を通ってガスを流すように少なくとも一つの管路を定めており、ＣＯとＨ2を含む還元混合を生じさせ、
前記還元混合を前記ＮＯXトラップ内に導入して、この際、前記バイパスパイプ出口の下流に前記ＮＯXトラップを置き、
前記弁を閉鎖することを特徴とする方法。
【請求項４２】
前記弁を閉鎖するステップでは、前記触媒エレメントの温度を約３００℃から約８００℃の範囲内の温度に保つことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記触媒エレメントは、約５００℃から約８００℃の範囲内の温度まで予め加熱されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記ＮＯXトラップによってＮＯXを吸着する時、前記ＮＯXトラップ内の排気は過度の酸素を含み、ＮＯXトラップが再生される時、前記ＮＯXトラップ内の排気はほとんど酸素を含まないことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に内燃機関（ＩＣ：internal combustion）エンジンに関し、より特徴的には、窒素酸化物（“ＮＯX”）エミッションを生成するＩＣエンジンの性能とエミッション制御を向上するために、燃料プロセッサバイパスを用いるシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
政府によりエミッション調整が年々厳しく求められてきているため、ＩＣエンジンからのエミッションを減らす努力が高められている。このような調整は、ディーゼルエンジンについて特定の問題を従来提起しているが、これは、非常に効率的であるものの、非常に高いＮＯXのエミッションと粒子状物質（“ＰＭ”）をしばしば生成することに関する。ディーゼルエンジンのエミッションは、エンジン構成だけの修正によっては十分に減らすことができないため、ディーゼルエンジンの排気の処理の後、しばしば、ディーゼルエンジンのエミッションの低減を助けることが必要とされている。この後処理では、典型的に、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（“ＤＰＦ”）及び／又はＮＯXトラップを用いている。
【０００３】
ＤＰＦは、典型的に、セラミックフィルターであって、排気流内に置かれる。主に粒状炭素から構成されるＰＭは、ＤＰＦの中と上で集められて、フィルターを詰まらせることがあり、これによって、背圧を増大させて、エンジン効率を低下させたり、システムを不操作にさせることがある。このため、ＤＰＦは、この効率を保つために、再生される必要がある。
【０００４】
ＮＯXトラップは、典型的に、排気流内に置かれて、排気流からＮＯXを吸着させる吸着材（absorbent）を有している。但し、吸着材は、この最大吸着限界に達した時、これ以上のＮＯXを吸着できなくなる。このため、ＤＰＦと同様に、ＮＯXトラップの効率を保つために、ＮＯXトラップを再生する必要がある。
【０００５】
粒状炭素が中と上で集められて、ＤＰＦ温度が最小の閾値を越えた時に、ＤＰＦが燃焼される時に、通常、ＤＰＦの再生が行われる。このＤＰＦ温度の上昇は、典型的に、エンジンを高負荷で操作する時に排気温度が上昇する直接的な結果である。しかしながら、エンジン操作によってＤＰＦを再生するのに十分に高いエンジン排気温度が提供されない時、排気流又はＤＰＦを他の方法によって加熱しなければならない。例えば、燃料を排気流内に噴射して、ＤＰＦ上や、ＤＰＦの上流に配置される燃料燃焼器上で燃焼して、排気流を加熱してもよい。しかしながら、この目的のために燃料を用いることは、燃料ペナルティーを増大させる結果になる。
【０００６】
ＮＯXトラップは、典型的に、吸着−触媒システムを有しており、ＮＯXのトラップ、ＮＯXの解放、及びＮＯXの還元の複数の機能を提供する。全体的なＮＯXエミッションは、ＮＯXトラップを一度又はこれ以上のサイクルで操作することで減少され、夫々がトラップと再生のサイクルを構成する。通常、酸化状態下や、排気流が過度の酸素を含む状態下で、トラップサイクル中に、ＮＯXトラップの一成分が排気流からＮＯXを吸着する。この成分は、典型的に、排気流が還元される時、つまり、排気流の成分が酸素に比べて過度の還元材（例えば、燃料炭化水素、一酸化炭素、水素等）を含むように調整されて、ＮＯXが解放されるように、選ばれている。また、ＮＯXのトラップは、非汚染Ｎ2を形成する還元状態下で、還元材とＮＯXを反応させる、ＮＯX還元触媒を有している。即ち、還元サイクル中、排気流が還元される時、ＮＯXが解放されて、還元触媒上で還元材と反応して、Ｎ2を形成する。
【０００７】
上述したように、トラップされたＮＯXをＮ2に変換するために、ＮＯXトラップ環境を還元させなくてはならない。上述したＤＰＦ再生と同様に、ＮＯXトラップの温度を上昇させるために、燃料を排気流内に噴射して、ＮＯXトラップ上か、上流の燃料プロセッサ上で燃焼させてもよいが、必要があれば、酸素を消費して、還元環境を生じさせてもよい。関連して、本願発明の出願人により米国特許庁に出願中の特許文献１及び２の開示例を参照されたい。尚、これらの開示例は、全て、本明細書に参考として包含されている。これら例で述べたように、ＮＯXトラップの上流側に設けた燃料プロセッサを用いることは良好に作用し、燃料プロセッサが低めの熱容量を有するように構成される時や、再生の間のＮＯXトラップ時間が長い時、適度な燃料ペナルティーを得ることができる。しかしながら、高めの熱容量を有する燃料プロセッサが用いられる時や、再生の間のＮＯXトラップ時間が短い時には、燃料ペナルティーが増大することがあった。さらに、これら構成は、排気温度の限定的な範囲で、効果的となることがあった。
【特許文献１】米国特許出願第１０/４３１，１７１号
【特許文献２】米国特許出願第１０/３０９，９３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、より優れたＮＯXトラップの再生用のシステムと方法を提供することが求められている。同様に、エミッション制御とＮＯXトラップの再生に関して燃料ペナルティーを低減できるシステムと方法を提供することが求められている。さらに、広い範囲の排気温度状況にわたって、燃料ペナルティーを低減できるシステムと方法を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書で記載するシステムと方法は、燃料プロセッサバイパスを用いて、ＩＣエンジンのエミッションを低減する。効果的には、このシステムと方法は、操作中に燃料ペナルティーを低減できるようにし、この結果、燃料効率をより向上させる。一般に、本明細書で記載するシステムは、排気パイプ、バイパスパイプ、弁、燃料プロセッサ、燃料噴射器及びＮＯXトラップを含む。排気パイプは、上流のエンジンから、これを通って排気を流すように構成される。これは、バイパスパイプと接続されて、入口と出口を有するが、双方とも排気パイプと接続されて、これを通ってガスを流すのに適するように管路を定める。
【００１０】
弁は、バイパスパイプの入口又は出口に置かれて、開放及び閉鎖位置の間を移動するように構成される。弁が開放位置の時、バイパスパイプの入口と出口は開放して、全排気がバイパスパイプを通って流れるようになる。弁が閉鎖位置の時、バイパスパイプの入口又は出口が閉鎖して、全排気が排気パイプを通って流れるようになる。燃料プロセッサは、典型的に、入口と出口の間でバイパスパイプ内に置かれる。これは、入口、出口、触媒エレメントを有し、少なくとも一つの管路を定めて、これを通ってガスを通すのに適するようにする。燃料噴射器は、典型的に、燃料プロセッサの上流に置かれて、燃料プロセッサの上流に燃料を噴射するように構成される。幾つかの変更例では、燃料噴射器は、エンジンシリンダーの燃料噴射器である。ＮＯXトラップは、典型的に、バイパスパイプの出口の下流の排気パイプ内に置かれる。
【００１１】
幾つかの変更例では、上述したシステムはまた、燃料プロセッサの上流と燃料噴射器の下流に、予燃焼器（pre-combustor）を配置する。予燃焼器は、典型的に、少なくとも２つの隣接配置される細長い経路を有するサポート材料を備えて、これを通ってガスを通過させるようにし、また、少なくとも一つの細長い経路の内面の少なくとも一部を典型的に、触媒材料で覆う（コートする）か、含浸している。予燃焼器は、任意の適当な大きさでもよいが、例えば、燃料プロセッサの約０．０５倍から約１倍の容積でもよい。予燃焼器のサポート材料の経路の流体側の直径は、約０．２ｍｍから約１０ｍｍでもよい。
【００１２】
同様に、予燃焼器のサポート材料は、任意の適当な材料から形成されてもよい。例えば、これは、少なくとも部分的に、鉄に基づく金属合金から形成されてもよく、又は、少なくとも部分的に、アルミニウムを含む合金から形成されてもよい。また、サポート材料は、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ランタナ、セリア、酸化カルシウム、酸化バリウム、クロミア、又はこれらの混合物からなるウォッシュコートを有していてもよい。予燃焼器の触媒材料は、パラジウム、プラチナ、又はこれらの混合物を有していてもよい。
【００１３】
本明細書で記載したシステムは、燃料プロセッサの下流とＮＯXトラップの上流に、サーマルマスを配置してもよい。同様に、本明細書で記載したシステムは、パティキュレートフィルター及び／又は硫黄トラップ材料を有していてもよい。パティキュレートフィルター及び／又は硫黄トラップ材料は、典型的に、バイパスパイプの出口の下流に置かれる。
【００１４】
燃料プロセッサの触媒エレメントは、任意の適当な触媒材料を含んでいてもよい。例えば、これは、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、又はこれらの混合物を含んでいてもよい。同様に、触媒エレメントは、人気の適当な材料から形成されていてもよい。例えば、これは、セラミック、金属、又はこれらの混合物を含む一群から選ばれた材料から形成できる。金属は、鉄に基づく金属合金から形成されていてもよく、又は、少なくとも部分的にアルミニウムを含む合金から形成されていてもよい。幾つかの変更例では、触媒エレメントは、モノリシック（monolithic）であり、また、幾つかの変更例では、触媒エレメントは、１０から５００ミクロンの範囲内で壁の厚さを有する。燃料プロセッサは、さらに、熱損失を防ぐために、断熱マットや放熱バリアを有していてもよい。
【００１５】
また、本発明は、燃料プロセッサバイパスを有するシステム内のＮＯXトラップを再生させたり（regenerating）、脱硫させる（desulfating）方法も含む。典型的に、この方法は、排気パイプ内に排気を導入し、バイパスパイプの入口に置かれた弁を開放し、燃料プロセッサの上流に燃料を噴射し、ＮＯXトラップ内に還元材の混合を導入する。排気パイプは、典型的に、バイパスパイプと接続されており、これは入口と出口を含み、これら双方を排気パイプと接続させて、管路を定めて、これを通ってガスを通すのに適するようにする。
【００１６】
弁は、開放及び閉鎖位置の間で移動するように構成されており、弁が開放位置の時、全排気がバイパスパイプを通って流れるようにする。燃料プロセッサは、典型的に、バイパスパイプ内に置かれる。燃料プロセッサは、入口、出口、触媒エレメントを有し、少なくとも一つの管路を定めて、これを通ってガスを流すのに適するようにして、ＣＯとＨ2の還元材の混合を生成する。ＮＯXトラップは、典型的に、バイパスパイプの出口の下流に置かれる。
【００１７】
排気パイプ内に導入される排気は、例えば、圧縮点火されたエンジン排気や、スパーク点火されたエンジン排気でもよい。燃料プロセッサの上流に噴射される燃料は、例えば炭化水素や、炭化水素を含む混合気（例えば、フューエルブレンド）を含んでいてもよい。幾つかの変更例では、燃料は、ガソリンとディーゼル燃料を含む一群から選ばれる。
【００１８】
本明細書で記載される方法はまた、予燃焼器内に排気を導入してもよく、この際、予燃料器は、燃料噴射器の下流と、燃料プロセッサの上流に置かれる。適当な予燃焼器は、簡単に上述されている通りである。この方法はまた、還元材の混合をＮＯXトラップ内に導入するのに先立って、パティキュレートフィルター内に導入してもよい。幾つかの変更例では、燃料プロセッサは、触媒エレメントの温度が、約５００℃より上で、かつ約８００℃より下になるまで操作される。
【００１９】
本明細書ではまた、燃料プロセッサバイパスを有するシステムを用いてエミッションを削減する方法についても記載する。一般に、この方法では、排気パイプ内に排気を導入して、ＮＯXトラップ内に排気を導入して、弁を開放させて、燃料プロセッサの上流に燃料を噴射して、還元材のガスの混合を生成させて、ＮＯXトラップ内にこの還元材の混合を導入することを含む。
【００２０】
排気パイプは、バイパスパイプと接続され、バイパスパイプは、入口と出口を有して、管路を定めて、これを通ってガスが流れるのを適するようにする。ＮＯXトラップは、典型的に、バイパスパイプの出口の下流に置かれて、入口、出口及びＮＯX吸着材を有して、管路を定めて、これを通ってガスが流れるのを適するようにする。排気内のＮＯXは、吸着材によって吸着される。弁は、バイパスパイプの入口に置かれて、開放及び閉鎖位置の間で移動するように構成される。弁が開放する時、全排気がバイパスパイプを通って流れるようになり、また、弁が閉鎖する時、全排気が排気パイプを通って流れるようになる。燃料は、典型的に、燃料プロセッサの上流でバイパスパイプ内に噴射され、燃料プロセッサは、バイパスパイプ内で、弁の下流に置かれる。しかし、燃料はまた、弁が開放する時から、バイパス入口の上流の排気パイプ内に噴射されることができ、燃料は、次に、バイパスパイプ内に流れて、燃料プロセッサに向かう。燃料噴射は、エンジン上の噴射器によって行われてもよく、また、エンジンシリンダーの燃料噴射器によって行われてもよい。このことは、例えば、メインエンジン燃焼燃料が燃焼された後、燃料を噴射することで行われてもよい。このような噴射は、典型的に、レイト（遅い）サイクル噴射又はポスト（次の）サイクル噴射と呼ばれることがある。この燃料は、シリンダを一掃し、シリンダを去る排気によって排気ライン内に向かう。燃料プロセッサは、典型的に、入口、出口及び触媒エレメントを有し、少なくとも一つの管路を定めて、これを通ってガスが流れるのに適するようにして、ＣＯとＨ2の還元材の混合を生成する。ＮＯXトラップは、燃料プロセッサの下流に置かれる。
【００２１】
本明細書に記載するエミッションの低減方法は、弁の閉鎖を含んでいてもよい。幾つかの変更例では、弁の閉鎖により、燃料プロセッサの触媒エレメントの温度を約３００℃から約８００℃の範囲内の温度に保つようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
Ｉ．システム
以下、燃料プロセッサバイパスを用いるＩＣエンジンのエミッションを低減するシステムと方法について記載する。一般に、本明細書で説明するシステムは、排気パイプ、バイパスパイプ、弁、燃料プロセッサ、燃料噴射器及びＮＯXトラップを含む。例えば、図１を参照すると、システム（100）は、排気パイプ（102）、バイパスパイプ（104）、弁（106）、燃料プロセッサ（108）、燃料噴射器（110）、及びＮＯXトラップ（112）を含む。排気パイプ（102）は、排気を、上流のエンジンからこれを通って流すように構成される。これは、バイパスパイプの入口（114）と出口（116）で、バイパスパイプ（104）と接続される。図１に示すように、バイパスパイプ（104）は管路を定めて、これを通ってガスを流すのに適するようにする。
【００２３】
図１に例示した構成では、弁（106）は、バイパスパイプの入口（114）に置かれて、開放及び閉鎖位置の間で移動するように構成される。弁が開放位置の時、バイパスパイプ（104）の入口（114）は開放し、全排気がバイパスパイプ（104）を流れるようにする。弁が閉鎖位置の時、バイパスパイプの入口は閉鎖し、全排気が排気パイプを流れるようにする。弁は、本明細書で記載する目的を達成するのに適する任意の弁でもよい。例えば、弁は、標準的なフラッパバルブや、切換え（ディバーター）等でもよい。
【００２４】
燃料プロセッサ（108）は、典型的に、図１に示すように、バイパスパイプの入口に弁が置かれる時に、弁（106）の下流で、バイパスパイプ（104）内に置かれるが、これについては以下においてより詳しく説明する。尚、他の構成では、バイパスの出口に弁を置いて、弁の上流に燃料プロセッサを置くことは可能である。燃料プロセッサは、入口（118）、出口（120）、触媒エレメント（図示せず）を有し、少なくとも一つの管路を定めて、これを通ってガスを流すのに適するようにする。ＮＯXトラップ（112）については、以下においてより詳しく説明する。一般に、ＮＯXトラップ（112）は、バイパスパイプの出口（116）の下流の排気パイプ内に典型的に置かれる。
【００２５】
燃料噴射器（110）は、典型的に、燃料プロセッサ（108）の上流に置かれて、燃料プロセッサ（108）の上流に燃料を噴射するように構成される。図１に示した燃料噴射器はバイパスパイプ（104）内に配置されているが、これは必須ではない。むしろ、燃料噴射器は、燃料プロセッサの上流の任意の場所に配置することができる。実際、幾つかの変更例では、燃料噴射器は、エンジンシリンダーの燃料噴射器（図示せず）である。
【００２６】
一般に、本明細書で記載したシステムは、典型的に、排気流内のＮＯXのエミッションを削減するのに用いられ、特に、ＮＯXトラップの再生又は脱硫、あるいは双方を行うのに利点がある。従って、多くの適当なシステム構成が可能となる。例えば、このシステムはさらに、予燃焼器、ミキサー、ＤＰＦ又はサーマルマスを含むことができ、あるいは、これらの任意の組合せや、全て４つの組合せを含むことができる。
【００２７】
例えば、図２に示したシステムは、本明細書で記載する方法を用いるのに適するが、これは、さらにオプションの構成要素を含んでいる。図２に示したシステム（200）は、排気パイプ（202）、バイパスパイプ（204）、弁（206）、燃料プロセッサ（208）、燃料噴射器（210）及びＮＯXトラップ（212）を含む。この際、システム（200）はまた、予燃焼器（214）とＤＰＦ（216）を含む。システムの構成要素は、単一のユニットとしてパッケージされていてもよく、又は、個々の構成要素としてパッケージされて、後で一体に組付けられてもよい。例示した予燃焼器、ミキサー、燃料プロセッサ、ＮＯXトラップ、ＤＰＦｓ、及びサーマルマスは、本明細書に記載するシステムと方法に用いるのに適し、以下において、これらについて説明する。
【００２８】
Ａ．予燃焼器
一般に、予燃焼器は、燃料プロセッサの入口でほぼ均一な燃料と空気の混合を提供し、燃料プロセッサの入口でほぼ均一な温度を提供し、燃料プロセッサを加熱するために燃料を燃焼させたり、ＮＯXトラップの再生又は脱硫用にリッチな還元ガスの混合を提供するのに用いることができる。また、予燃焼器は、これら機能の組合せを提供するように構成されてもよい。従って、幾つかの変更例では、予燃焼器は、サポート材料を有し、少なくとも２つの隣接配置される細長い経路（図示せず）を有して、これを通ってガスを流せるようにする。
【００２９】
上記細長い経路は内面を有し、幾つかの変更例では、少なくとも第一の経路の内面の少なくとも一部を触媒材料でコートしたり、含浸させて、第二の経路の少なくとも一部を触媒材料でコートしないようにする。例えば、幾つかの変更例では、予燃焼器は、波形状のホイルを用いて形成するが、これは、一方の側を触媒材料でコートして、次に螺旋状にロールして、触媒材料でコートされた経路と、触媒材料でコートされない経路とを含むように、モノリシック構造を形成する。触媒材料でコートされる経路の割合は、約５％から約９５％まで変化でき、幾つかの変更例では、約２０％から約８０％まで変化できる。ヘリングボーンの波形状のホイルの一方の側を触媒材料でコートして、次に半分に折りたたみ、螺旋状にロールする場合、経路の５０％を触媒材料でコートして、残りの５０％を触媒でコートされないようにできる。このような構造では、触媒材料でコートされた表面が、触媒材料でコートされない表面によって冷却されるため、非常に不均一な燃料濃度を燃焼することができる。さらに、触媒材料でコートされたホイルをロールするように形成されたこのようなモノリシック構造では、互いに結合されないように隣接する層を有し、隣接する層が互いに対して軸方向と周方向の双方で、スリップ移動することを許容できる。このような移動により、この構造が、モノリシック構造内の温度勾配を非常に寛容にできるが、これは、熱勾配が熱膨張と局所的なストレスを、構造がこのストレスを和らげることができない場合、勾配を生じさせるためである。このようなルーズな非固定型の構造は、非均一な燃料濃度によって生じる、急な熱の移動と熱勾配に対して、より一層明瞭に寛容にできる。あるいは、金属構造を、コーティングに先立ってモノリシック構造に形成してから、ウォッシュコートと触媒をコートしてもよい。このように予め形成されるモノリシック構造は、ろう付け（brazing）によって結合されたり、波形状の層を一体に取付けることで結合されてもよい。コーティングに続いて、触媒層を経路や表面の一部上にコートすることで、波形状の金属の一方の側にコートしてから、螺旋状にロールすることで得られるものと基本的に同じタイプの構造を得るようにしてもよい。
【００３０】
本明細書で記載したシステムと方法に用いるのに適する、例示した予燃焼器は、米国特許第５，２５０，４８９号と第５，５１２，２５０号に開示されたものでもよく、これら特許文献の全開示内容は、いずれも、本明細書に参考として包含されるものとする。例えば、予燃焼器は、金属のサポート上の、プラチナグループ、金属に基づく触媒材料から構成されてもよい。
【００３１】
金属サポートは、ハチの巣状（honeycombs）の波形シート（これは、例えば、平坦なセパレートシートを介在させてもよい）、スパイラルロールの形態、柱状（ひとつかみのストロー）や、他の形態であって、圧力低下を最小にし、高いスペース速度を可能とする細長い経路や通路を有するものでもよい。金属サポートは、典型的に、セラミックサポートよりも望ましいが、セラミックサポートを同様に用いることは可能である。細長い経路の内壁（つまり、金属サポートの経路や通路の内部）の少なくとも一部上には、触媒材料を取付けたり、コートしたり、含浸したり、他適当に配置する。尚、用語「少なくとも一部」は、各経路がこの全長にわたって、又は、この長さに沿って任意の場所で全経路面にわたって、コートされることを必要としないことを意味する。幾つかの例では、経路の長さの一部に沿って取付けられる触媒材料は、十分となる。例として挙げる金属サポート材料には、アルミニウム、アルミニウムを含むもの又はアルミニウムを処理したスチール、鉄合金、任意のステンレススチール、及び高温で安定する任意の金属合金であって、ニッケルやコバルト合金を含むものでもよく、触媒材料を含む層を金属表面上に取付けてもよい。例えば、本明細書に記載される予燃焼器に用いるのに適するアルミニウムを含むスチールは、アゲン及び他の者による米国特許第４，４１４，０２３号と、チャップマン及び他の者による米国特許第４，３３１，６３１号と、カーンズ及び他の者による米国特許第３，９６９，０８２号に開示されたものでもよい。これらスチールは、例えば、カワサキスチールコーポレーションによって販売されているもの（RIVER LITE 20-5 SR）、アレーニーラドラム（Allegheny Ludlum）スチールによって販売されているもの（ALFA I及びII）、及びエンジニアマテリアルソリューションズによって販売されているもの（DURAFOIL）でもよく、十分に融解したアルミニウムを含み、酸化された時、アルミニウムがアルミナウィスカー（whisker）、結晶又は層を、スチールの表面上に形成して、粗く、化学的に反応する表面を提供して、ウォッシュコートをより良好に付着できるようにしたものでもよい。
【００３２】
予燃焼器のサポートは、さらにウォッシュコートを含んでいてもよい。ウォッシュコートは、当該技術で知られているアプローチを用いて適用されてもよく、例えば、ガンマ−アルミナ、ジルコニア、シリカ、またはチタニア材料（好ましくはソル）又は、アルミナム、カルシウム、シリコン、チタニウム、ジルコニウムを含む酸化物の少なくとも２つからなる混合ソルで、例えば、バリウム、セリウム、ランタン、クロミウム、又は様々な他の成分の添加物を含むものを適用されてもよい。幾つかの変更例では、ジルコニアのソル又はサスペンションをウォッシュコートとして用いる。他の溶解しにくい酸化物、例えばシリカとチタニアもまた、適当である。ウォッシュコートは、任意の適当な方法を用いて適用することができ、例えば、スプレーしたり、直接的な適用を行ったり、又は、ウォッシュコート材料のソル内にサポートを浸したり、他の方法を用いてもよい。燃焼や燃料処理用の触媒材料は、ウォッシュコートをサポート上にコートした後で加えてもよく、又は、単一のステップで、ウォッシュコートに加えて、サポートに適用してもよい。
【００３３】
また、アルミナムサポートも本明細書で記載した予燃焼器と用いるのに適し、一般的な金属サポート用に、上述したものと基本的に同じ仕方で処理されたり、コートされてもよい。予燃焼器は、例えば冷間圧延や、金属の長いシートやストリップを波形にする他の処理によって形成されてもよい。この波形のストリップは、平坦な金属ストリップと組み合わせて、螺旋状にロールされて、円筒形状の触媒構造を形成して、これを通ってガスを流動可能にしてもよい。圧延ではなく、波形と平坦な（又はスペーサー）ストリップをカットしたり、折りたたんで、共に配置して構造を形成してもよい。あるいは、チャップマンと他の者による、米国特許第４，３３１，６３１号に開示しているように、ヘリングボーンの波形パターンを用いてもよく、これは、折りたたまれたり、二重にされて、螺旋状にロールされた時に、開口した波形構造をなすようにして、この際、平坦な金属ストリップを用いずに、また入れ子状に重ねずにできる。モノリシック構造は、ろう付けにより結合されたり、又は、波形の金属層を一体に固定するようにしてもよい。
【００３４】
予燃焼器は、任意の適当な大きさでもよい。例えば、これは、燃料燃焼器の容量の約０．０５倍から約１倍の範囲内でもよい。幾つかの変更例では、予燃焼器は、燃料燃焼器の容量の約０．１から約０．７倍であって、また、他の変更例では、予燃焼器は、燃料燃焼器の容量の約０．２から約０．４倍であって、この際、燃焼器と予燃焼器の容量は、燃焼器と予燃焼器のようなユニットの入口面、出口面、及び円筒形状の外径によって定められる、コートされたモノリシックの触媒構造の容量として定められる。同様に、予燃焼器は、任意の適当な流体用の外径の通路又は経路を有することができる。典型的に、予燃焼器の経路の流体用の直径は、燃料プロセッサの経路の流体用の直径よりも大きいが、これは必須ではない。流体用の直径（Ｄh）は、特定のタイプの経路の全ての平均的な断面区間領域の４倍の大きさとして定められ、この経路は例えば、触媒材料でコートされた経路であって、触媒構造内のこのタイプの経路の全ての平均的なウエットの周囲によって分けられた触媒構造内のものがある。流体用の直径は、典型的に、円形の経路の場合には、幾何学的な直径と等しいが、非円形の経路の場合には、変化することがある。このように、様々な幾何学的な経路が考えられる。触媒材料でコートされた経路の流体用の直径は、コートされない経路の流体用の直径と異なっていてもよい。幾つかの変更例では、予燃焼器の経路の流体用の直径は、約０．２ｍｍから約１０ｍｍの範囲内にある。他の変更例では、予燃焼器の経路の流体用の直径は、約０．５ｍｍから約７ｍｍの範囲内にあり、又は、約１ｍｍから約５ｍｍの範囲内にある。予燃焼器は、電気的に加熱されてもよく、つまり電流を通すことで加熱されるように構成することができる。
【００３５】
以下においてより詳しく説明するように、予燃焼器は、一般に、燃料噴射器の下流と燃料プロセッサの上流に置かれる。幾つかの変更例では、予燃焼器は、バイパスパイプの入口の下流と燃料プロセッサの上流に置かれて、これにより、希薄（リーン）、ＮＯXトラップサイクル（この際、バイパスパイプ内に排気流を通さない）で操作される時、予燃焼器は熱を保ち、予燃焼器の温度が緩やかに下降するようにする。幾つかの変更例では、これは、予燃焼器と燃料プロセッサの間のスペースを十分にとって、排気流が燃料プロセッサ内に入る前に、最大のガスの混合を達成するように、予燃焼器を配置可能にするのに利点がある。
【００３６】
予燃焼器は、断熱されてもよく、つまり、断熱マットや放熱バリアを用いて、希薄ＮＯXトラップサイクル中に、予燃焼器からの熱損失を減らすことを助けてもよい。同様に、低めの熱容量を有するように、予燃焼器を設計、構成して、例えば、急な温度上昇を助けるようにしてもよい。
【００３７】
Ｂ．ミキサー
このシステムは、さらに、燃料プロセッサの上流、又は予燃焼器の上流にミキサーを配置して、排気流からの空気と噴射された燃料との混合を助けるようにしてもよい。このミキサーにより、より均一な燃料と空気の混合を生成することを助けてもよい。
【００３８】
蒸気、液体、又はこれら２つの組合せの形態で、燃料を噴射してもよい。噴射された燃料が液体の場合、この幾らか、又は全部が、熱い排気ガスの混合と接する時、気化されてもよい。ディーゼル燃料の場合、燃料のかなりの部分が液体飛沫の形態であり、低めの排気温度では、これら飛沫は急に蒸発しない。このような場合、特に、噴射された液体燃料のかなりの部分を気化するのに、予燃焼器が有用になり得る。混合は、さらにこの気化を加速するために用いることができる。このミキサーは、ガスの混合を促進したり、及び／又は、液体飛沫の気化を助ける、任意の適当なミキサーでもよい。
【００３９】
一変更例では、静的（つまり、可動部を有しない）、インライン（直列）のミキサーを用いてもよい。この変更例では、ミキサーは、排気流と噴射された燃料の流れを変化させるように作用して、混合を促す。様々なタイプの静的ミキサーが商業的に利用可能となっており、これを利用してもよい。例えば、静的ミキサーの一タイプでは、交差する経路の配列を有し、流れを分流して、これらの分流をさらに再配置して、組み合わせるようにしている。他のミキサーのタイプでは、旋回部と、逆方向に回転する旋回部を有しており、ガスの混合に旋回を伝えるものがある。旋回部は、一方向に回転する部位と、反対方向に回転する他の部位を有していてもよい。また、パイプ区間をミキサーとして用いてもよい。例えば、長さ／内径の比（Ｌ/Ｄi）が２よりも大きいまっすぐなパイプ区間や、湾曲したパイプ区間を用いてもよい。
【００４０】
あるいは、ミキサーは、ファン、タービン、さらにはアコースティックエネルギー入力装置のような可動部を有していてもよく、これによって、ガス流内で乱れや混合を促してもよい。しかしながら、可動部は磨耗したり、サービスを必要としたり、大きなエネルギー入力を必要とすることがあるため、このようなミキサーは、望ましいとされない場合がある。従って、非静的なミキサーが構成の複雑さとエネルギー消費を高めることに対して十分に利点があるのか否かを決定する前に、混合効率の向上について評価することが望ましいとされる場合がある。
【００４１】
特に燃料が高分子重量を有し、熱分解しがちな場合、時折、ニス状の物質や炭素の沈殿物がミキサー上に燃料スプレーと接する部位を形成することがある。ニス状の物質は、ディーゼル燃料の部分的な熱分解によって形成される炭化水素状のコーティングである。従って、ミキサーの少なくとも一部分には、これらニス状の物質や炭素の沈殿物を酸化させる酸化反応の触媒作用を引き起こすことができる触媒をコートしてもよい。このように、触媒が沈澱物を防いだり、除くようにするが、ほとんど連続してクリーニングさせたり、セルフクリーニングオーブンのようにする。
【００４２】
また、混合を助けるために、燃料噴射器を用いてもよい。一変更例では、燃料噴射器を燃料燃焼器の上流に置いて、パイプ長と組み合わせて用いて、ガス混合を均一に混合させる。この機能を行うのに必要なパイプ長の区間は、一般に、パイプの直径の約２から約１０倍とされている。また、燃料噴射器を、排気パイプ内の湾曲部の上流に置いて、さらに燃料と空気を混合させてもよい。幾つかの例では、予燃焼器に導入される前に、燃料と空気を素早く混合させたり、短い距離で混合させることが望ましいとされる。これは、重い燃料（例えば、ディーゼル燃料）は熱分解や変質をしがちで、ニス状の物質や他の堆積物を生じさせることがあり、これが次にシステムの劣化をもたらすおそれがあるためである。
【００４３】
同様に、一つ又は複数の有孔プレートやスクリーンを用いて、排気流と噴射された燃料混合を混合することを助けたり、あるいは、混合流を望ましい方向に向けることを助けてもよい。任意の数の有孔プレートを用いてもよく、追加の有孔プレートによって、混合の均一さを向上させてもよい。しかしながら、追加の有孔プレートの利用は、圧力低下を増すことがあり、これは、エンジン出力パワーを減らすおそれがあるので、望ましくないとされる場合がある。
【００４４】
Ｃ．燃料プロセッサ
図１に示すように、燃料プロセッサ（108）は、入口（118）、出口（120）及び触媒エレメント（図示せず）を有する。さらに、燃料プロセッサは、少なくとも一つの管路を定めて、これを通ってガスを流すのに適するようにする。燃料プロセッサは、また第二の燃料噴射器を備えて、空気や追加の燃料（図示せず）を内部に導入させてもよい。
【００４５】
燃料プロセッサの触媒エレメントは、単一の触媒を構成してもよく、あるいは、複数の触媒を連続するように構成してもよい。例えば、第一触媒は、主に酸化触媒として構成されて、燃料と酸素の幾らかと反応するように選ばれた触媒成分を備えて、二酸化炭素と水を形成し、熱を生じさせてもよい。過度の燃料及び／又は触媒ユニットの間で噴射された燃料は、第二の触媒ユニットにわたされて、ここで、過度の燃料を水と二酸化炭素と反応させて、ＣＯとＨ2を生成させてもよい。この第二の触媒は、例えば、主に改質触媒として構成されてもよい。あるいは、酸化用の入口区間と、改質用の出口区間を有するように、単一の触媒を構成してもよい。このように、単一の触媒を用いて、効果的に２つの別の触媒ユニットの機能を提供させてもよい。
【００４６】
また、触媒エレメントは、一つ又は複数の金属や酸化物を活性触媒材料として備えて、高表面領域の耐性のサポートと組み合わせて用いてもよいが、これらの多くは、炭化水素の酸化に関する技術で公知である。触媒は、高表面領域のサポートと活性触媒材料の混合を典型的に含む、ウォッシュコート、有孔コーティングとして加えられてもよい。あるいは、ウォッシュコートは、有孔構造とともにサポートを含み、炭化水素や炭素を酸化するために、第二の酸化物部や酸化活性の組合せを有していてもよい。コーティングは、任意の複数のプロセスを用いて加えられてもよい。例えば、これは、プラズマフレームスプレー、化学気相成長法（ＣＶＤ）、電気（電解）めっき、無電解めっき、又は、スプレー可能なソル（液体中に触媒粒子のサスペンションを含む）を用いて加えられてもよい。また、ウォッシュコートは、スラリー内に部位を浸すことで適用されてもよい。触媒成分の一例として、ダラ  ベッタと他の者による米国特許第５，２３２，３５７号に開示されたシステムと方法を用いて得られるものがあるが、この開示内容は全て、本明細書に参考として包含される。
【００４７】
燃料プロセッサの触媒エレメントは、例えば、容器内のペレットやビードを用いて構成されたり、又は、モノリシックなハチの巣状のタイプのユニットを用いて構成されてもよい。但し、自動車の振動が、ペレットやビード材料を摩損させたり、損失させるおそれがあるので、モノリシックなハチの巣状のユニットが望ましい。さらに、モノリシックのユニットは、典型的に、流動する排気流にとって、低めの圧力低下にする。任意のモノリシックを用いることができる。例えば、モノリシックはセラミックでもよく、金属でもよく、又は、これらの任意の組合せでもよい。さらに、モノリシックは、様々なセルの大きさと形状を有することができる。セルの大きさの形状の決定は、典型的に、望ましい表面領域と圧力低下と、また、関連する熱と物質の移動係数に基づく。例えば、素早く加熱できるように、低めの熱容量を有する燃料プロセッサの触媒エレメントが望ましいとされることがある。同様に、燃料プロセッサの触媒エレメントは、低めの圧力低下を有し、全システムの全体的な圧力低下が操作を妨害したり、エンジン効率を低下させないようにすることが望ましいとされることがある。幾つかの変更例では、モノリシック型のユニットの壁の厚さは、１０から１３０ミクロンの範囲内にある。
【００４８】
モノリシック構造を用いる時、この外部又は壁の表面を触媒層でコートしてもよい。この触媒は、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ランタナ、セリア、酸化カルシウム、酸化バリウム、クロミア、又はこれらの混合物を含み、高い露出表面領域を有するウォッシュコートを含んでいてもよい。この酸化ウォッシュコートは、所望の機能に基づいて、酸化や改質用のさらなる触媒材料活性を含んでいてもよい。本発明に用いることができる様々なモノリシック触媒の用意と成分については、デラ  ベッタと他の者による米国特許第５，１８３，４０１号、第５，２５９，７５４号及び第５，５１２，２５０号に開示されたものがあるが、これら全ては、本明細書に参考として包含される。
【００４９】
酸化触媒は、炭化水素を酸化できる任意の触媒材料を含むことができる。例えば、酸化触媒は、元素の周期表（２００３年１１月７日付けの、国際純正化学・応用化学連合（ＩＵＰＡＣ：International Union of Pure and Applied Chemistry）の元素の周期表）のグループ６から１１のうちの任意のものから選ばれた元素を含むことができる。より活性のある触媒元素は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏのグループから選ぶことができる。幾つかの例では、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉを用いることがより望ましく、これは、単独で用いられたり、組み合わせて用いられたり、さらには、元素又は酸化物として実際の利用に供されてもよい。
【００５０】
酸化触媒の一つの特性として、望ましくは、非常に低い温度で高い触媒活性を有することがある。この場合、システム構成を修正することなく、低めの排気温度で酸化を開始できる。ガス温度がかなり上昇するように、排気内の燃料と酸素が十分な割合で反応する温度は、通常、「ライトオフ（light off）」温度と呼ばれている。ライトオフ温度は、典型的に、２５０℃より下で、しばしば２００℃より下が望ましい。
【００５１】
酸化触媒は、さらに、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、酸化ランタナ、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化クロミウム、又はこれらの混合や組合せを含むウォッシュコートを有していてもよく、さらなる成分や元素を備えたり、備えていなくてもよく、この上に、当該技術で公知な様々な方法によって、活性触媒材料を加えてもよい。例として、酸化セリウムジルコニウムの混合又は固溶体、シリカアルミナ、カルシウム、バリウム、シリコン、又はランタナ‐安定化アルミナ、又は当該技術で公知な他の物でもよい。尚、高分子重量のディーゼル燃料は、高温で熱分解する傾向があるので、触媒は、炭化水素燃料のスチームクラッキング用の触媒材料活性を有することがある。可能な追加物として、酸化カルシウム、酸化バリウム、他のアルカリ又はアルカリ土類の酸化物、さらには希土類の酸化物のような、基本的な酸化物を含んでいてもよい。触媒は、アルミナ又はジルコニアのような有孔サポート内に、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｎｉ又は任意の他の活性触媒材料をコーティングしたり、含浸させることで形成してもよい。金属のローディングは、重量のうち０．１から２０％の範囲内でもよいが、より望ましくは、重量のうち１から１０％の範囲内にする。本明細書で記載されたシステムと方法には、様々な例示した触媒を用いることができ、これにはデラ  ベットと他の者による米国特許第５，２３２，３５７号に開示されたものが含まれるが、この開示内容の全ては、本明細書に参考として包含される。
【００５２】
改質触媒は、同様に、高表面領域サポートを追加の活性触媒材料とともに用いることができる。例えば、改質触媒は、触媒材料Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔを含んでいてもよい。触媒は、通常の希薄酸化状況下で安定を保つことができ、次にリッチな状況下で燃料の追加に対して非常に素早く反応して、これによりＨ2とＣＯを生成できるように選ぶことができる。この場合、有孔酸化物のサポート上に、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈを支持することが望ましい場合がある。
【００５３】
例えば、典型的な改質触媒では、有孔酸化ジルコニウムのサポート上に、重量のうち１％のＲｈを含む場合がある。これは、水中に三塩化ロジウムを溶解させて、高表面領域（例えば、１５ｍ2/ｇから１５０ｍ2/ｇの範囲）の固体酸化ジルコニウム上にこの溶液を含浸させることで得ることができる。ロジウム濃度は、典型的に、全ウォッシュコート触媒固体の重量のうち、０．１から２０％の範囲内でもよい。より典型的には、このロジウム濃度は、全ウォッシュコートのローディングのうち、０．５から５％の範囲内でもよい。ウォッシュコートは、モノリシックのハチの巣状の構造の内側の経路上に、１から５０ｍｇ/ｃｍ2か、より典型的には、５から１５ｍｇ/ｃｍ2のローディング厚さでコートされてもよい。Ｐｄ又はＰｔを含む触媒は、同様の仕方で用意することができ、重量のうちで金属濃度を０．１％から２０％の範囲内とし、好ましくは、重量のうちで１％から１０％の範囲内とする。
【００５４】
酸化及び改質触媒は、酸化及び改質成分の双方をウォッシュコート内に組み合わせることで、同じモノリシックのユニット内に組み合わせることができる。例えば、活性酸化触媒Ｐｄと活性改質触媒Ｒｈをジルコニアサポート上で組み合わせて触媒を形成し、燃料を酸素と反応させる酸化活性と残りの燃料をＣＯとＨ2に改質させるのに必要な改質活性を備えるようにしてもよい。あるいは、Ｒｈ成分を高表面領域のサポートに加えて、加熱したり、固定させてもよい。Ｐｄを別に高表面領域のサポート上にコートさせて、加熱したり、固定させてもよい。これら触媒は、一体に混合されて、Ｐｄ/Ｒｈ触媒を形成してもよく、この混合触媒を次に、モノリシック基盤上にコートしてもよい。
【００５５】
また、燃料プロセッサに、硫黄トラップ材料を含ませることができる。この硫黄トラップ材料は、希薄トラップサイクル中に硫黄を吸着して、可能であれば、硫黄を硫酸塩として保つように機能してもよい。再生サイクル中、燃料プロセッサ触媒は、５００℃から８００℃の範囲内で、高温に加熱されて、次に、さらなる燃料が噴射されることで、排気成分をリッチにする。このリッチな期間中、硫酸塩が分解されて、硫黄が硫化水素、二酸化硫黄、又はこれら成分の混合物として解放される。この取り除かれた硫黄は、リッチな排気の混合内で燃料プロセッサの触媒から出て、硫黄の一部又はほとんど全てがＮＯXトラップを通って、ＮＯXトラップ上で保持されないようにする。適当な硫黄トラップ材料の例として、リチウム、ナトリウム、カリウム、リビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、希土類元素、グループ８、９、１０、１１及び１２の元素、又はこれらの混合物の酸化物や構成物が含まれる。アルカリ及びアルカリ土類元素と亜鉛は、特に好ましい。
【００５６】
以下においてより詳しく説明するように、燃料プロセッサは、断熱マット及び／又は放熱バリアを備えて、熱損失を防ぐことを助けてもよい。
【００５７】
Ｄ．ＮＯXトラップ
本明細書で説明するシステムは、ＮＯXトラップを有する。ＮＯXトラップは、典型的に、吸着−触媒構造（例えば、キャニスタ）を含み、これを排気流内に置いて、これを通って排気流を流動可能にする。典型的な吸着−触媒は、ハチの巣状のモノリシック構造であって、この表面や壁上に吸着及び触媒成分をコートして備える。
【００５８】
上述したように、触媒内の吸着材がＮＯXで飽和すると、吸着が不完全になり、ＮＯXトラップから流出するＮＯXのレベルが増大する。この時、再生が必要とされる。再生するために、排気流の成分が酸化から還元混合に変化し、再生サイクルが開始する。還元材が導入されると、ＮＯXが吸着材から除かれて、ＮＯXトラップの触媒成分によって窒素に還元される。ＮＯXの脱着と還元がおおよそ完了すると、排気流の成分が酸化混合に戻されて、エミッション制御サイクルのトラップサイクルが開始される。図１を参照すると、バイパスパイプ出口（116）の排気パイプ下流内にＮＯXトラップ（112）が置かれており、図２を参照すると、ＤＰＦ（216）の下流にＮＯXトラップ（212）が置かれている。
【００５９】
Ｅ．ＤＰＦ
本明細書で説明するシステムは、さらにＤＰＦを有する。ＤＰＦは、本明細書で説明した任意の構成要素と組み合わせて用いることができる。図２を参照すると、一つの変更例が図示されており、この場合、フィルター又はトラップ（216）がＤＰＦである。この変更例では、ＤＰＦ（216）は、バイパスパイプ出口（218）の下流で、ＮＯXトラップ（212）の上流に置かれている。あるいは、ＤＰＦは、ＮＯXトラップの下流に置かれてもよく、これは、バイパスパイプ出口の排気パイプ下流内に置かれる。ＤＰＦは、菫青石、シリコンカーバイド、金属、又は任意の他の材料から形成されてもよく、排気流から粒子状すすをトラップして、取り除く構成を有することができる。典型的なＤＰＦは、セラミックの流通可能なハチの巣状構造であって、有孔経路壁と交互に出口と入口を閉じた経路を有して、壁を通って流動させるようにガス流を向けて、これによって、粒子状物質を排気流からろ過させる。
【００６０】
他の構成も可能である。しかしながら、全ての構成において、粒子状すすをフィルター内でトラップさせ、時間がたつと背圧を増大させるようにフィルターをつまらせるので、トラップされたすすを燃焼することで再生を必要とする。ＤＰＦは、単にセラミックか金属フィルターでもよく、この際、再生は、排気流を含む酸素が存在する時にフィルターを加熱して、すすの燃焼する温度にすることで行われる。
【００６１】
あるいは、すすの酸化は、フィルター表面に加えられる触媒を用いて達成されてもよい。これは、すすの燃焼温度を下げるように働くので、より低めの温度で再生を行うことができる。
【００６２】
Ｆ．サーマルマス
システム操作の制御を助けるため、特に、燃料プロセッサとＮＯXトラップの間の温度を和らげるのを助けるため、サーマルマス又は熱吸着成分を用いてもよい。これは、燃料プロセッサ用の最適の温度範囲がかなり高いのに対して、ＮＯXトラップ用の最適な操作温度範囲がそうではないため、そして、例えば、ＮＯXトラップは低めの温度で最良に機能するが、高めの温度では機能しないことがあるので、有効とされる場合がある。
【００６３】
本明細書で説明したシステムに利用するのに、多くの様々なサーマルマス構成が可能であり、多くの様々なサーマルマスを用いることができる。例えば、一変更例では、本明細書で説明したシステムは、さらに燃料プロセッサの下流で、ＮＯXトラップの上流にサーマルマスを配置してもよい。ＮＯXの再生サイクル中、燃料プロセッサ温度は６００℃かこれ以上に上昇することがある。排気ガスは、サーマルマスを流れると、サーマルマスと熱交換することで冷却されて、このため、ＮＯXトラップを高温の排気にさらすことを制限できる。サーマルマスは、セラミック又は金属のハチの巣状の構造であって、ＮＯXトラップ触媒の加熱を制限するのに十分な熱容量を有するものでもよい。
【００６４】
このサーマルマスは、バイパスパイプ出口の下流で、ＮＯXトラップの上流に置かれたＤＰＦでもよく、又は、燃料プロセッサの下流で、ＮＯXトラップの上流に置かれた別体のサーマルマス要素でもよい。ＤＰＦがサーマルマスとして用いられる時、ＮＯXトラップを一定の温度により容易に保つことができるが、これは、ＤＰＦは一般に非常に大きく、高いサーマルマスを有するためである。この構成の一つの利点は、予燃焼器と燃料プロセッサによって生じる熱を用いてＤＰＦを加熱して、再生することができ、以下においてより詳しく説明するように、炭素状のすすを燃焼することを助けることができる。
【００６５】
サーマルマスは、任意の適当な材料を用いて形成することができる。例えば、これはセラミック又は金属でもよい。幾つかの変更例では、これは高い熱容量と低めの圧力低下を有し、全システムを横切る圧力低下がシステム操作を損わないように保証する。サーマルマスの熱容量の最適な範囲は、少なくともガスのフローレートと所望の温度上昇の関数であって、このため、選択的に制御することができる。他の例では、ＮＯXトラップ自身で高い熱容量を備えるように構成することも可能である。
【００６６】
ＩＩ．方法
Ａ．ＮＯXトラップの再生方法
以下、燃料プロセッサバイパスを有するシステム内のＮＯXトラップの再生方法について説明する。典型的に、この方法では、排気パイプ内に排気を導入し、バイパスパイプの入口又は出口に置かれた弁を開放させて、燃料プロセッサの上流に燃料を噴射して、ＮＯXトラップ内に還元混合を導入するステップを含む。
【００６７】
ここで、図１を参照して、ＮＯXトラップの再生方法についてさらに説明する。例えば、図１に示すように、排気パイプ（102）をバイパスパイプ（104）に接続する。上流のエンジンから送られる排気を、排気パイプ（102）内に導入する。排気パイプ内に導入される排気は、例えば、圧縮点火エンジン排気又はスパーク点火エンジン排気でもよい。エンジン操作のＮＯXトラップサイクル中、弁（106）を閉鎖位置にして、排気ガスが排気パイプ（102）とＮＯXトラップ（112）を流れるようにするが、バイパスパイプ（104）を流れないようにする。上述したように、排気ガスからのＮＯXは、ＮＯXトラップによって吸着されて、周囲の環境に流れないようにする。しかし、一度ＮＯX吸着材がこの最大限界に達すると、さらなるＮＯXを吸着することができなくなるので、ＮＯXトラップの再生が必要になる。
【００６８】
ＮＯXトラップの再生の準備が整うと、弁（106）を開放して、バイパスパイプ（104）と燃料プロセッサ（108）を通って排気を流すが、排気パイプ（102）を流れないようにする。これによって、再生サイクルを開始させる。図１に例示しているように、燃料噴射器（110）を用いて、燃料プロセッサ（108）の上流に燃料を噴射するが、これは、バイパスパイプ（104）内で、弁（106）の下流に置かれる。燃料プロセッサ（108）は、入口（118）、出口（120）、触媒エレメントを有し、少なくとも一つの管路を定めて、これを通ってガスを流せるようにする。触媒エレメントが、操作可能な温度範囲（例えば、６００℃‐７５０℃）まで加熱される時、エンジン状態が変化して、排気内のＯ2の濃度を低めることがある。燃料プロセッサに噴射される燃料は増大されて、リッチな混合を提供する。燃料と排気の混合は、次に、燃料プロセッサ（108）内を流れるが、ここで、燃料の一部が酸素と反応して、残りの燃料が水とＣＯ2と反応して、ＣＯとＨ2の還元混合を形成するが、これは、以下においてより詳しく説明する。
【００６９】
ＮＯXトラップ（112）は、典型的に、バイパスパイプ出口（116）の下流の排気パイプ内に置かれる。弁（106）が開放する時、燃料プロセッサがリッチモードで操作されて、還元混合をＮＯXトラップ（112）内に送って、再生することが可能になる。このプロセス中、ＮＯXが良性の窒素ガス（Ｎ2）に還元される。この再生サイクルが完了すると、燃料噴射が終了し、弁（106）が閉鎖して、システムが次のＮＯXトラップサイクルに戻される。ＮＯXトラップサイクル中、基本的に、排気流は燃料プロセッサを流れない。基本的に、燃料プロセッサを流れる流れがないので、燃料プロセッサの触媒エレメントの温度は高く保たれて、経時的に非常に緩やかに低下する。そして、次の再生サイクルが必要になると、プロセスが繰返される。しかし、第二の、続く再生では、燃料プロセッサの触媒エレメントは既に熱いので、必要とされる加熱時間はわずかとなり、必要とされる操作温度まで燃料プロセッサを加熱するのに要する燃料は非常にわずかとなる。
【００７０】
この第二の、続く再生では、弁（106）を再度開放させて、燃料プロセッサ（108）の上流に燃料を噴射して、排気内の残りの酸素を燃焼させて、ＮＯXトラップの再生に必要なＨ2とＣＯを生じさせる。そして、触媒エレメントが熱いままなので、十分に加熱するのに必要な時間が非常にわずかとなる。従って、燃料プロセッサを加熱するのに要する燃料は、最小となる。この結果、燃料ペナルティーを減少させるので、これによって、燃料効率を増大させる。さらに、燃料プロセッサが既に熱い時、再生を行う時間も減少する。
【００７１】
触媒エレメントの温度を操作状態で保つのを助けるため、触媒エレメントと燃料プロセッサの容器の壁の間か、燃料プロセッサの容器自身の外部の周りに、例えば、断熱マットのような、断熱層を設けてもよい。さらに、燃料プロセッサの入口と出口の面からの熱損失に放熱が関与することがあるため、燃料プロセッサの入口及び／又は出口の面に放熱バリアを設けてもよい。
【００７２】
典型的に、再生は十分な速度で生じるので、再生サイクルは比較的に短くなり、同時に十分な時間が経過できるようにして、ＮＯX吸着性能のかなりの割合が再生できるようにする。典型的に、吸着サイクルは、高負荷で、１から５分の間のいずれかで続き、また、低負荷かアイドル時では、長くて２０分続くことがある。バイパスを用いることで、再生‐還元サイクルは、典型的に、１‐１０秒の間のいずれかで続き、典型的に、再生は、２‐３秒で達成することができ、さらには、１秒かこれ以下のわずかな間でも達成できることがある。
【００７３】
燃料プロセッサの上流に噴射される燃料は、システムに適用可能な任意の燃料でもよく、例えば、この燃料は、炭化水素や炭化水素を含む混合物（例えば、燃料ブレンド）を有していてもよい。幾つかの変更例では、燃料は、ガソリンとディーゼル燃料を含むグループから選ばれる。この燃料はまた、上流のエンジンに用いられる燃料と同じタイプでもよい。
【００７４】
この燃料は、エンジン操作の再生サイクル中、連続的又は間欠的に噴射されてもよい。連続的に燃料を噴射する場合、燃料の流れの割合と時間が燃料の量を制御する。間欠的に燃料を噴射する場合、燃料の流れのパルス頻度と割合、さらにパルス時間が燃料の量を制御する。
【００７５】
複数の離散したリッチと希薄のパルスで燃料を噴射することは、長所となることがあり、例えば、本明細書で説明したシステムは、本発明の出願人によって２００３年５月６日に出願された上記特許文献１に記載されているように、酸素を高いレベルで含む排気流に用いることができ、この特許文献１のうち、燃料のパルス噴射に関する記載部分の全ては、本明細書に参考として包含される。例えば、５−２０％の酸素を含む排気流とともに、より頻繁には、８（±２％）から１５％（±２％）の酸素のパルス燃料噴射された排気流とともに、ＮＯXトラップ触媒の再生のために、リッチサイクルを生じさせるのに用いることができる。
【００７６】
高い排気酸素レベルで操作する時、任意の数のパルスを再生サイクルのために用いることができ、例えば、１から２０パルスを用いてもよい。同様に、各パルスの長さを選択して、触媒エレメントの温度がパルスの連続中に高いままにするが、但し、触媒エレメントが過熱されないように、高過ぎないようにする。例えば、パルスは、０．１から約２秒の長さでもよい。さらに、パルス間の時間のインターバルは、エンジン操作のモードに基づいて変化してもよく、燃料プロセッサ内の触媒エレメントの構成と排気流の割合も処理してもよい。排気のフローレートが低くなる、低めのエンジンｒｐｍでは、低めのガスのフローレートが触媒エレメントをよりゆっくりと冷却するので、パルスはより離れていてもよい。パルスは、０．５秒から約２０秒離れていてもよい。排気のフローレートが高くなる、高めのｒｐｍでは、パルスを互いにより近づけても良く、例えば、０．１から３秒離してもよい。このように燃料噴射を急に制御することは、加圧燃料噴射を用いて達成することができ、これは、電子制御されてもよく、この場合、典型的に、１ミリ秒以下で、非常に素早く、オンとオフを切り替えることができる。典型的に、パルス間の継続時間は、燃料プロセッサ時間をクールダウンさせるのに十分に長く、これによって過熱を避けるようにするが、但し、燃料プロセッサの温度が約５００℃と約８００℃の間で保たれるのに十分に短くする。
【００７７】
噴射される燃料の量は、典型的に、排気流内に存在する過度の酸素の全てと反応して、還元ガス混合（ＣＯとＨ2）の必要な量をＮＯXトラップ触媒システムの操作温度で生じさせるのに十分とされる。この燃料の量は、１よりも大きい当量比（φ：equivalence ratio）に相当する。この当量比は、ＣＯ2とＨ2Ｏを生じさせるために、ガス混合内に存在する全ての酸素と十分に反応するのに必要な理論燃料濃度で、燃料濃度を割ったものである。
【００７８】
上述したように、ミキサーを用いて、より均一な燃料と空気の混合を生じさせたり、混合が任意の所望の限界内で当量比（φ）を得られるようにしてもよい。例えば、排気内の酸素濃度をゼロに減らすように（例えば、ＮＯXトラップに入る前）、予燃焼器、そして燃料燃焼器を用いる場合、混合のレベルが必要な混合当量比を決定する。ミキサーが、燃料燃焼器の入口で＋/‐１０％の均一さで混合を生じさせる場合、１．１の当量比が得られるように燃料を加えてもよく、これによって、触媒で最も低い当量比が１．０になるようにする。同様に、Ｈ2とＣＯを生じさせるために、リッチに操作される燃料燃焼器の部位のため、混合の均一さは、必要な改質性能を得るために、必要とされる当量比と必要とされる温度に基づいて、同様に決定されてもよい。一般に、＋/−２０％からの混合の均一さが望ましいが、＋/−１０％がより望ましく、さらに、＋/−６％が最も望ましい。
【００７９】
Ｈ2とＣＯを含む還元混合は、様々な反応から形成できる。例えば、燃料の一部を予燃焼器上で燃焼させて、燃料プロセッサ温度を約５００℃から７００℃まで上昇させて、この際、残りの燃料を、排気流内又は最初の燃料燃焼によって形成されたＨ2ＯとＣＯ2と反応させて、所望のＨ2とＣＯが得られるようにしてもよい。あるいは、燃料、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、及びＣＯ2を、燃料プロセッサ内で同時に反応させて、所望のＨ2とＣＯが得られるようにしてもよい。
【００８０】
幾つかの例では、ＮＯXトラップを損傷させたり、吸着用の所望の操作範囲から逸脱させないようにするため、ＮＯXトラップを高温になり過ぎないように加熱することが望ましい場合がある。上述したように、このことは、燃料プロセッサの下流にサーマルマスを置くことで達成できる。このように、高温の燃料プロセスサイクル中に、燃料プロセッサの出口流からの熱をサーマルマスによって吸収でき、そして、ＮＯXトラップに入る前にガス流の温度を減らすことができる。上述したように、サーマルマスは、別体のサーマルマスでもよく、ＮＯXトラップの一部でもよく、又は、ＤＰＦでもよい。
【００８１】
本明細書で説明した方法は、図２に符号（214）で示したように、まず、予燃焼器内に排気を導入してもよい。予燃焼器は、燃料噴射器（210）の下流で、燃料プロセッサ（208）の上流に置かれている。適当な予燃焼器については、既に上述している通りである。さらに、この方法では、ＮＯXトラップ（212）内に導入するのに先立って、ＤＰＦ（216）内に還元混合を導入してもよい。幾つかの変更例では、燃料プロセッサ（208）を、触媒エレメントが約５００℃よりも高く、約８００℃よりも低い温度になるまで操作してから、燃料噴射を終了することでスイッチをオフにしてもよく、また、選択的に、弁（206）を閉鎖してもよい。
【００８２】
さらに、図５と６を参照して、本明細書で説明した方法に用いるのに適当な他のバイパスシステムについて説明する。図５を参照すると、メインの排気パイプ（500）は、燃料プロセッサユニット（502）と（504）とともに、別体のバイパスレッグ又はパイプ内に置かれて、夫々に、別体の弁（506）と（508）が取付けられる。この構成では、一方の燃料プロセッサを高排気流用に構成し、第二の燃料プロセッサを低排気流用に構成することが可能になる。低排気流用に構成された燃料プロセッサ、例えば（502）は、上述のように熱いまま保たれるように構成でき、また、高い熱容量と低い熱損失となるように構成できる。この燃料プロセッサは、全てのサイクルで操作でき、又は、再生サイクルのほとんどの部分で操作して、高い燃料プロセッサ温度を保つようにしてもよい。第二の燃料プロセッサ（504）は、排気ガスが高温の時、高排気流で操作するように構成でき、また、素早く開始するように低いサーマルマスで構成できる。あるいは、燃料プロセッサの双方とも上述のように操作することができ、必要に応じてＮＯXトラップの再生に用いられるように高温で保つことができる。燃料プロセッサを周期的に操作したり、部分的に操作したり、又は、素早くバイパス弁を開放させて、燃料プロセッサ温度を上昇させるように燃料を噴射することで、燃料プロセッサを高温で保つことができる。
【００８３】
図６を参照すると、排気ガスは常に燃料プロセッサ（600）を流れて、弁（604）により燃料プロセッサ（602）を通る流れを制御する。燃料プロセッサ（602）は既に説明したように操作することができ、この際、燃料プロセッサ（600）が熱くなった後に弁（604）を閉鎖して、燃料プロセッサ（602）を熱いままに保ち、低めの排気ガス温度でも開始できるようにする。燃料プロセッサ（600）は、次に、排気流の大量を処理する必要があり、還元材の大量を生じさせる必要がある時、高いガス流で用いることができる。再度、燃料プロセッサ（600）は、素早い開始用に構成することができ、また、熱を保ち、高温で保持するように、燃料プロセッサ（602）を構成することができる。
【００８４】
Ｂ．ＮＯXトラップの脱硫方法
さらに、ＮＯXトラップの脱硫方法も提供する。エンジン燃料内の硫黄は、排気流内に硫黄酸化物（例えば、ＳＯ2やＳＯ3）を生じさせる。この硫黄酸化物（ＳＯX）は、ＮＯXトラップの成分と反応して、硫酸塩を形成することがあり、これは次に、ＮＯXトラップの操作を損うおそれがある。燃料内の硫黄の典型的なレベルは比較的に低く、数時間から数週間の間のいずれかで（これは、エンジンを利用する際の数１００から数１０００マイルに相当する）、トラップの操作を損うが、これよりも長くトラップを作用できるようにしなくてはならない。
【００８５】
システムを脱硫させる一つの方法として、燃料プロセッサを操作して、約５００℃から約８００℃の範囲内の温度を有する出口ガス流を生じさせるものがある。この流れは、次に、下流のＮＯXトラップを加熱して、約５００℃から約７００℃の範囲内の温度に加熱するのに利用できる。ＮＯXトラップが所望の温度まで加熱される時、燃料プロセッサとエンジンスロットルに向かう燃料の流れを調整して、Ｈ2とＣＯを生成させて、燃料プロセッサから出る酸素の濃度を減らすことができる。この還元ガス混合は、次に、ＮＯXトラップの操作を損う硫酸塩と他の成分を分解させて、ＮＯXトラップを脱硫できる。この熱い還元ガス混合は、脱流が完了するまで保つことができる。一変更例では、ＮＯXトラップ用の再生の温度範囲は、約３００℃から約８００℃であり、より典型的には、約５００℃から約７００℃である。さらに、連続して長い還元パルス又は多くの短いパルスとして、Ｈ2とＣＯ還元材を脱硫用にＮＯXトラップに供給してもよい。
本明細書で説明したシステムと方法は、以下の非限定的な例を参照することで、より詳しく理解することができる。
【００８６】
例１：Ｏ2レベルを減少するシステム操作
図３を参照すると、図１と２に示したシステムと同様のシステムの操作について示しており、この場合、燃料プロセッサはバイパスレッグ又はパイプ内にある。図３を参照すると、水平軸に時間を示して、垂直軸に複数の操作パラメーター、例えば、バイパス流、排気Ｏ2レベル、燃料プロセッサ燃料流、燃料プロセッサ温度、及びＨ2/ＣＯ生成を示している。この例では、システムは、パネルＡ内のバイパスカーブ（301）を通る流れによって示すように、バイパスレッグを通る排気流で開始される。パネルＣ内に示す燃料のフローレートのカーブ（302）によって示すように、燃料プロセッサ内に燃料が供給されて、パネルＤ内に示す燃料プロセッサ（303）の温度によって示すように、燃料プロセッサを加熱し、５００℃から８００℃の範囲内の温度にする。燃料プロセッサが所望の温度になると、パネルＢ内のＯ2濃度カーブ（304）によって示すように、排気Ｏ2レベルが約５％に減らされる。燃料プロセッサの燃料は、次に、所望のリッチ状態が得られるように調整されて、この際、パネルＥ内の（306）に示すように、燃料プロセッサは、燃料の一部をＨ2とＣＯに変換する。このリッチ状態は、Ｈ2とＣＯの必要とされる量が生成されるまで保たれて、この時、燃料プロセッサ燃料が停止される。次に、バイパスを制御する弁を切り替えて、バイパスと燃料プロセッサ（307）を通る流れを停止させる。燃料プロセッサを通る排気ガス流は非常に小さいかゼロのため、燃料プロセッサの温度は遅い割合で減少する。バイパス流は、ＮＯXトラップが排気流内のＮＯXをトラップする希薄トラップサイクル中に低く保たれる。そして、ＮＯXトラップがフルになると、これは同様の仕方で再生されるが、この際、燃料プロセッサは高温なので、小量の燃料だけが、燃料プロセッサを必要とされる操作温度まで加熱するために必要とされる。排気流を燃料プロセッサ内に通すようにバイパス制御弁を切り替えて、幾らかの追加の燃料を噴射して、燃料プロセッサの温度を上昇させて、排気Ｏ2レベルを約５％に調整して、そして、燃料噴射割合を調整して、必要とされるリッチな状態を得て、Ｈ2とＣＯを生成して、下流のＮＯXトラップに流すようにする。必要とされるレベルまでＮＯXエミッションを制御するように、上記希薄トラップと再生サイクルを繰返す。
【００８７】
弁を開放させたり、閉鎖させて、流れをバイパス内に通したり、この周りに流すのを切り替える時の間、燃料プロセッサの触媒ユニットの温度を保持したり、調整するために、燃料を噴射してもよい。さらに、バイパス弁を調節してもよく、つまり、弁の開放や閉鎖の割合を制御したり、弁を部分的に開放したり、完全に開放したり、あるいは、弁を部分的に閉鎖したり、完全に閉鎖するように、弁の開放によって燃料噴射をより精密に調整できるようにして、排気流がバイパスシステムの一方のレッグから他方のレッグまで切り替わる際に、燃料プロセッサ温度を制御してもよい。また、エンジンへの吸気の流れをスロットルしたり、ＥＧＲ（排気ガス再循環）のフローレートを増大させたり、又はこの双方を行うことで、排気Ｏ2レベルを所望のレベルまで調整できるようにしてもよい。また、排気酸素レベルが調整される際の持続期間は、全バイパス再生サイクルや、このサイクルの一部をカバーできる。燃料プロセッサ温度は６００℃として示されているが、これは例示的に示されたものに過ぎない。他の温度も可能である。
【００８８】
例２：Ｏ2レベルを減少させないシステム操作
図４を参照すると、バイパスシステムを操作する他の方法が示されており、この際、排気酸素レベルは調整されないが、替わりに、操作中、比較的に高いままに保つようにする。この方法は、図３に示した方法と類似するが、相違点として、（401）に示すように、燃料プロセッサの加熱後、Ｈ2とＣＯの所望のレベルを生成するために望ましいリッチな状態を得るため、噴射される燃料に必要とされる燃料の流れをより高くする。この理由は、Ｏ2レベルが高く、排気内のＯ2の大量と反応するために、より燃料が必要とされるためである。高レベルのＯ2とともに燃料を燃焼させる結果、高い熱を生成して、曲線（402）に示すように、温度を急に上昇させる。また、リッチな操作中、還元材Ｈ2とＣＯ（403）のパルスが生じる。この温度が高くなり過ぎると、燃料プロセッサ触媒が損傷を受けるおそれがあるので、燃料噴射を幾らかの期間中停止して（404）、排気ガス流によって燃料プロセッサを冷却する（405）。そして、所望の低い温度に達したら、燃料噴射を再度開始して（406）、他のＨ2＋ＣＯ還元材パルスを生じさせる。
【００８９】
図３に示した方法と同様に、ＮＯXトラップが十分に再生すると、バイパス流を止めて（407）、希薄トラップサイクルを開始させる。このプロセスは、所望のレベルのＮＯX制御が得られるように、必要に応じて繰返される。リッチパルスの数は、１〜１０又はこれ以上に変化でき、この際、リッチパルスの数は、望ましい再生のレベルと、各パルスで生成されるＨ2＋ＣＯのレベルによって決定される。同様に、所望の燃料プロセッサの操作温度を得るために、リッチ期間の長さと冷却に要する時間を変化させてもよい。燃料プロセッサの温度は、広い範囲にわたって、約５００℃から約８００℃で変化できる。さらに、排気酸素レベルも、広い範囲にわたって、変化できる。尚、この例で示した８％は、単に例示的に示したものに過ぎない。
【００９０】
以上、本発明について例示的な実施形態について説明したが、当該技術分野における当業者であれば、本発明の範囲から離れることなく、様々な変化や修正を行うことは可能であろう。本発明の真の範囲と技術思想の中に収まる限り、添付した特許請求の範囲は、このような変化や修正の全てをカバーすることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本明細書で説明した燃料プロセッサバイパスシステムについて例示した図である。
【図２】オプションの予燃焼器とオプションのＤＰＦを備えた燃料プロセッサバイパスシステムについて示した図である。
【図３】再生サイクル中に排気酸素レベルを調整する燃料プロセッサバイパスシステムの操作について、３Ａ-３Ｅに分けて示した図である。
【図４】ＮＯXトラップと再生サイクル中における高い排気酸素レベルでの燃料プロセッサバイパスシステムの操作について、４Ａ-４Ｅに分けて示した図である。
【図５】２つの燃料パイパスパイプを含むシステムを示した図である。
【図６】排気パイプ内とバイパスパイプ内に夫々設けるように、２つの燃料プロセッサを含むシステムを示した図である。
【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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【国際調査報告】
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