(57)【要約】  リーンバーン内燃機関（１２）用排気システム（４０）であって、単位的モノリス基材（４２）上に配置された少なくとも一種のＮＯｘ吸収材と、液状還元剤の液滴を少なくとも一つの基材の上流の排ガスに注入するインジェクターを備えた手段（２０）と、使用時にＮＯｘ吸収材を再生して関連する排出基準を満たすようにするために還元剤の注入を制御するための手段とを備えてなり、液状還元剤の液滴がＮＯｘ吸収材と接触してＮＯｘの局在還元を生じるように構成されている、排気システム。
2008502844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン内燃機関（１２）用排気システム（４０；５０；８０）であって、
単位的モノリス基材（４２；４２Ａ；６０；１３０）上に配置された少なくとも一種のＮＯｘ吸収材と、
液状還元剤の液滴を少なくとも一つの基材の上流の排ガスに注入するインジェクターを備えた手段（２０；６６、６８；１３２）と、
使用時にＮＯｘ吸収材を再生して関連する排出基準を満たすようにするために還元剤の注入を制御するための手段とを備えてなり、
液状還元剤の液滴がＮＯｘ吸収材と接触してＮＯｘの局在還元を生じるように構成されている、排気システム。
【請求項２】
平行に配置した単位的モノリス基材（４２）の上に配置された複数のＮＯｘ吸収材であって、
各基材が還元剤インジェクター（２０）と関連しているものである吸収材と、
使用時に、前記複数のＮＯｘ吸収材が排ガス流に対して直列のままの状態で、連続的に平行基材の少なくとも一つを液状還元剤の液滴と接触させる手段とを備えてなる、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
少なくとも一つの基材（４２Ａ；１３０）の上流端が、流体流の方向を少なくとも２つの領域（４５；１３１Ｘ、１３１Ｙ）にさらに分割され、
前記システムが、使用時に、全体として少なくとも一つの基材が全体として排ガス流に対して直列のままの状態で、連続的に前記少なくとも２つの領域の一部を液状還元剤の液滴と接触させる手段を備えている、請求項１に記載の排気システム。
【請求項４】
前記少なくとも２つの領域の一部分を液状還元剤の液滴と接触させる手段が、前記基材の上流端に配置されているフラップ弁（１２８）を備えている、請求項３に記載の排気システム。
【請求項５】
別個のインジェクター（２０；１３２Ｘ、１３２Ｙ）を、各領域に関連して備えている、請求項３又は４に記載の排気システム。
【請求項６】
前記又は各ＮＯｘ吸収材基材の下流に配置された、還元剤を酸化するための酸化触媒（３２）と、
酸化触媒間の温度差（ΔＴ）を求める手段（ＴＣ１、ＴＣ２）と、
使用時に、液状還元剤の液滴の注入を制御する手段とを備えてなり、
前記還元剤液滴注入制御手段が還元剤注入速度を制御してΔＴを所定の範囲内に維持し、前記システムが前記酸化触媒上の排ガス組成がリーンであるように構成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項７】
ΔＴが大きすぎる場合には、前記還元剤の注入速度を減少させる、請求項６に記載の排気システム。
【請求項８】
前記ＮＯｘ吸収材が、少なくとも一種のアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属の化合物又はそれらのいずれか２種以上の混合物を含んでなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項９】
前記アルカリ金属が、カリウム及びセシウムからなる群から選択されたものである、請求項８に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記アルカリ土類金属が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群から選択されたものである、請求項８に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記希土類金属が、ランタン及びイットリウムからなる群から選択されたものである、請求項８に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記ＮＯｘ吸収材が、一酸化窒素を酸化する触媒と、必要に応じて白金等の白金族金属を含んでなる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１３】
前記ＮＯｘ吸収材が、ＮＯｘをＮ２に還元する触媒、例えば、ロジウムを含んでなる、請求項１２に記載の排気システム。
【請求項１４】
使用時、前記ＮＯｘ還元触媒が活性であるときのみに還元剤を注入するための制御手段を備えている、請求項１２又は１３に記載の排気システム。
【請求項１５】
前記ＮＯｘ吸収材基材モノリスが、セラミック又は金属フォームを備えてなる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１６】
前記ＮＯｘ吸収材基材モノリスが、微粒子フィルターを備えてなる、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の排気システム。
【請求項１７】
前記インジェクターとＮＯｘ吸収材基材モノリスとの間に配置された酸化触媒を備えてなる、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の排気システムを備えた車両。
【請求項１９】
ディーゼルエンジンを備えてなる、請求項１８に記載の車両。
【請求項２０】
リーンバーン内燃機関の排気システム（４０；５０；８０）における単位的モノリス基材（４２；４２Ａ；６０；１３０）上に配置されたＮＯｘ吸収材を再生する方法であって、
前記ＮＯｘ吸収材を液状還元剤の液滴と接触させることにより、ＮＯｘの局在還元を生じさせることを含んでなる、方法。
【請求項２１】
前記排気システムが、平行に配置された単位的モノリス基材（４２）上に配置された複数のＮＯｘ吸収材を備えており、
前記複数のＮＯｘ吸収材が排ガス流に対して直列のままの状態で、前記平行基材の少なくとも一つを連続的に液状還元剤の液滴と接触させることを含んでなる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記基材が全体として排ガス流に対して直列のままの状態で、前記基材（４２Ａ）の一部分を連続的に前記液状還元剤の液滴と接触させることを含んでなる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記基材の一部分を連続的に前記液状還元剤の液滴と接触させる工程が、還元された排気ガス流で生じる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ＮＯｘ吸収材基材の下流に配置された酸化触媒（３２）上で前記還元剤を酸化することと、
前記酸化触媒の入口温度と出口温度との間の差（ΔＴ）を求めることと、
ΔＴが所定の範囲内にあるように還元剤の添加速度を調整することとを含んでなる、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＮＯｘ吸収材がＮＯｘをＮ２に還元する触媒を含んでなり、
前記ＮＯｘ還元触媒がＮＯｘ還元を触媒するのに活性であるときのみ前記又は各ＮＯｘ吸収材基材を液状還元剤の液滴と接触させることを含んでなる、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記還元剤が、前記機関に動力を提供する燃料等の炭化水素を含んでなる、請求項２０〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素酸化物（ＮＯｘ）用吸収材を備えたディーゼルエンジン等のリーンバーン内燃機関用排気システムに関する。特に、本発明は、このようなＮＯｘ吸収材の再生方法に関する。
【０００２】
リーン排ガスからの窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着し、二窒素（Ｎ２）への還元のためのより少ない酸素を含有する雰囲気にこの吸蔵されたＮＯｘを放出するための装置を備えた車両リーンバーン内燃機関用排気システムは、例えば、特許文献１（引用することにより本明細書の内容の一部とされる）から公知である。このようなＮＯｘ吸収材は、典型的には一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化する触媒、例えば、白金（Ｐｔ）及び必要に応じて適当な還元剤、例えば、炭化水素を用いてＮＯｘをＮ２に還元するロジウム等の触媒と関連させて用いる。ＮＯｘ吸収材とＮＯ酸化触媒と必要に応じてＮＯｘ還元触媒とを含んでなる触媒は、リーンＮＯｘトラップ又は単にＮＯｘトラップと称されることがよくある。
【０００３】
典型的なＮＯｘトラップ剤におけるＮＯｘ吸収材として、アルカリ金属、例えば、カリウム及び／又はセシウムの化合物；アルカリ土類金属、例えば、バリウム又はストロンチウムの化合物；及び／又は希土類金属、典型的にはランタン及び／又はイットリウムの化合物をあげることができる。このＮＯｘトラップ剤についてのリーンエンジン操作中のＮＯｘ吸蔵に関して一般的に考えられている一つの機構は、第一の工程において、ＮＯがＰｔ上の活性酸化部位で酸素と反応してＮＯ２を形成する。第二工程では、無機硝酸塩の形態の吸蔵材料によりＮＯ２が吸着される。
【０００４】
エンジンがエンリッチ条件下で断続的に走るとき、又は排ガスが高温であるときには、硝酸塩種が熱力学的に不安定となり、分解してＮＯ又はＮＯ２を生成する。エンリッチ条件下では、これらのＮＯｘは、一酸化炭素、水素及び炭化水素によりＮ２に還元される。これは、還元触媒を用いて生じさせることができる。
【０００５】
無機ＮＯｘ吸蔵成分は典型的には酸化物として存在するが、ＣＯ２及びＨ２Ｏを含有する空気又は排ガスの存在下では、炭酸塩又は場合によっては水酸化物の形態であってもよい。また、本発明者等による特許文献２（引用することにより本明細書の内容の一部とされる）では、ＮＯｘ特異的反応剤をＮＯｘトラップを再生するのに使用できると記載されている。
【０００６】
特許文献３（引用することにより本明細書の内容の一部とされる）は、ディーゼルの排ガス中の粒状物（ＰＭ）を燃焼させる方法を記載している。この方法は、触媒により排ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化すること、この排ガスからＰＭを濾取すること、及びこのＮＯ２中の濾取されたＰＭを４００℃以下の温度で燃焼することを含んでなる。このようなシステムは、Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙ社製から入手でき、ＣＲＴ（登録商標）として市販されている。
【０００７】
特許文献４（引用することにより本明細書の内容の一部とされる）は、ディーゼルエンジン用排気システムを開示している。このシステムは、特許文献３に開示されているＣＲＴ（登録商標）システムと、排ガス温度を断続的に上昇させてＮＯ２とフィルター上に濾取したカーボンとを反応させるためのヒーターと、排ガス中のＮＯを除去するためにＣＲＴ（登録商標）フィルターの下流に配置したＮＯｘ吸収材又はリーンＮＯｘ触媒とを備えている。ＮＯｘ吸収材を再生するか、又はＮＯをリーンＮＯｘ触媒で還元するための還元剤を、一つ以上のエンジンシリンダーの排気行程中に炭化水素燃料を排ガスに導入することによるか、又はエンジンと酸化触媒との間の排ガス管に炭化水素燃料を噴射することにより供給する。
【０００８】
還元剤をＮＯｘ吸収材の上流の排ガスに注入するのは、排ガスの酸素濃度を減少させるため、すなわち、排ガス組成を濃縮する（必ずしもリッチ（ラムダ＜１）にはしない）ためである。しかしながら、炭化水素還元剤をＮＯｘ吸収材のずっと上流の排ガスに注入することにより、液状炭化水素還元剤の液滴が蒸発する。さらに、全開ガス流量では、いずれかの程度のリッチ度が得られる前に単に全ての過剰酸素（燃焼により）を除去するのに、顕著な量の還元剤が必要である。還元剤がディーゼル等の炭化水素燃料の場合、この方法は、コストがかかり、燃料節約の面で不利である。
【特許文献１】ＥＰ０５６０９９１
【特許文献２】ＷＯ００／２１６４７
【特許文献３】ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２
【特許文献４】ＥＰ０７５８７１３Ａ
【発明の開示】
【０００９】
本発明者等は、注入液状還元剤、例えば、炭化水素燃料の蒸発を、制御された大きさの還元剤液滴をＮＯｘ吸収材を担持している基材モノリスの上流面付近に導入することにより、意図的に制限することより、還元剤の液滴がＮＯｘ吸収材に接触することができることを見いだした。この場合、環境が強還元性となり、これにより付近に吸蔵された硝酸塩を還元できる。したがって、この構成により、ＮＯｘ吸収材再生に関連した還元剤の消費量を顕著に減少できる。
【００１０】
本発明の第一の態様によれば、リーンバーン内燃機関用排気システムであって、単位的モノリス基材上に配置された少なくとも一種のＮＯｘ吸収材と、液状還元剤の液滴を少なくとも一つの基材の上流の排ガスに注入するインジェクターを備えた手段と、使用時にＮＯｘ吸収材を再生して関連する排出基準を満たすようにするために還元剤の注入を制御するための手段とを備えてなり、液状還元剤の液滴がＮＯｘ吸収材と接触してＮＯｘの局在還元を生じるように構成されている、排気システムが提供される。
【００１１】
当業者には、内燃機関の排気システムにおける還元剤の液滴サイズを制御する方法は周知であり、所望の目的に適当な装置を選択できる。考慮すべきパラメータには、ディーゼルエンジンにおける共同燃料インジェクターを使用することができる還元剤をインジェクターヘッドに排出するのに適当な圧力の選択、及びエンジン速度及び／又はシステムにおける排ガスのガス時間空間速度に応じて圧力を調節することなどがある。インジェクターヘッドの構造は、対応技術から周知であり、静電塗装法、又は家庭用ボイラー等用の燃料バーナーからの技術を採用することができる。どの構成を選択しようと、本発明の最も重要な特徴は、還元剤が液状還元剤の液滴の形態のＮＯｘ吸収材と接触することである。
【００１２】
図１に示す一実施態様によれば、排気システムは、平行に配置した単位的モノリス基材の上に配置された複数のＮＯｘ吸収材であって、各基材が還元剤インジェクターと関連しているものである吸収材と、使用時に、前記複数のＮＯｘ吸収材が排ガス流に対して直列のままの状態で、連続的に平行基材の少なくとも一つを液状還元剤の液滴と接触させる手段とを備えてなる。各ＮＯｘトラップについてのガス時間空間速度（ＧＨＳＶ）は、各ラインにおける相対背圧に依存するが、通常このシステムは、配置が各ラインで同じとなるように構成する。この場合、ＧＨＳＶは、各ラインにおいて実質的に同じである。一つの再生法において、ＮＯｘ吸収材の再生を、システムにおけるＮＯｘ吸収材において直列に実施する。すなわち、どの時点でも、少なくとも一つのラインには注入する還元剤がなく、したがって、システムにおける全てのＮＯｘトラップを出る排ガスが混合すると、その組成物はリーン、すなわち、ラムダ＞１である。
【００１３】
第二の実施態様を、図２Ａ及び図２Ｂに示す。この実施態様では、少なくとも一つの基材の上流端が、流体流の方向を少なくとも２つの領域にさらに分割され、前記システムが、使用時に、全体として少なくとも一つの基材が排ガス流に対して直列のままの状態で、連続的に前記少なくとも２つの領域の一部を液状還元剤の液滴と接触させる手段を備えている。この実施態様の利点は、排気システムを備えた車両には、システムを収容するのに、各々ＮＯｘ吸収材を含む複数の基材モノリスを備えたシステムと比較して、必要とする空間が小さいことである。
【００１４】
図３に示すこの第二の実施態様の一つの配置では、前記少なくとも２つの領域の一部分を液状還元剤の液滴と接触させる手段が、前記基材の上流端に配置されているフラップ弁を備えている。フラップ弁の上流に単一のインジェクターを使用し、大部分の注入還元剤がフラップ弁の作動により特定の領域に向けられるようにしてもよい。別法として、フラップ弁により分割された各領域は、それ自身のインジェクターに関連させることができる。還元剤を受け入れる部分における減少した排ガス流は、ＮＯｘ吸収材の再生を促進することができ、フラップ弁を作動させることにより実施できる。
【００１５】
第一又は第二実施態様の排気システムでは、炭化水素還元剤が大気に不必要にでてしまうのを防止するために、正のフィードバックにより還元剤の注入を制御する手段を備えることができる。この制御手段は、前記又は各ＮＯｘ吸収材基材の下流に配置された還元剤を酸化するための酸化触媒と、酸化触媒間の温度差（ΔＴ）を求める手段と、使用時に、液状還元剤の液滴の注入を制御する手段とを備えてなり、前記還元剤液滴注入制御手段が還元剤注入速度を制御してΔＴを所定の範囲内に維持し、前記システムが前記酸化触媒上の排ガス組成がリーンであるように構成されている。
【００１６】
還元剤の注入を制御する手段を備えた排気システムの一つの実施態様によれば、ΔＴが大きすぎる場合には、前記還元剤の注入速度を減少させる。
【００１７】
本発明で使用されるＮＯｘ吸収材は、少なくとも一種のアルカリ金属、アルカリ土類金属若しくは希土類金属又はそれらのいずれか２種以上の混合物を含んでいてもよい。好適なアルカリ金属を、カリウム及びセシウムからなる群から選択することができる。効果的なアルカリ土類金属を、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムからなる群から選択することができ、希土類金属はランタン及びイットリウムのうちの一つ又は両方であることができる。
【００１８】
本発明者等の実施態様によれば、前記ＮＯｘ吸収材は、一酸化窒素を酸化する触媒と、必要に応じて白金等の白金族金属を含んでいてもよく、さらにロジウム等のＮＯｘをＮ２に還元する触媒を含んでなることができる。
【００１９】
特定の実施態様によれば、制御手段は、使用時、ＮＯｘ還元触媒が活性であるときのみ還元剤を注入する。
【００２０】
特記のない限りは、本発明で使用される触媒は、金属又はセラミック又は炭化ケイ素、例えば、コージェライト材料製の高表面積基材モノリス上に塗布する。一般的な構成は、ハニカムフロースルーモノリス構造（１００〜６００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）、例えば、３００〜４００ｃｐｓｉ（１５．５〜９３．０セル・ｃｍ−２、例えば、４６．５〜６２．０セル・ｃｍ−２））である。
【００２１】
質点動力学により、液状還元剤の液滴が、通常のフロースルーセラミック又は金属モノリス基材を、その壁に担持されたＮＯｘ吸収材に衝突することなく通過することができる。還元剤がＮＯｘ吸収材と接触する可能性を増加させるために、一実施態様によれば、セラミック又は金属フォームを含んでなる発泡基材が使用される。別の実施態様によれば、ＥＰ−Ａ−１０５７５１９又はＷＯ０３／０３８２４８（両方とも、引用することにより本明細書の内容の一部とされる）に開示されているような内部バッフルを含む金属製部分フィルター基材を利用する。さらなる実施態様によれば、ＮＯｘ吸収材は、通常のセラミック壁流フィルターを含む。ここで、通常の圧力降下駆動では、還元剤の液滴は、吸蔵されたＮＯｘと確実に接触するようにしなければならない。この後者の実施態様によれば、ＰＭ自体の濾過効率は重要ではないので、多孔質フィルターを使用できるが、複合ＮＯｘ及びＰＭ制御は、ＪＰ−Ｂ−２７２２９８７（ＪＰ−Ａ−０６−１５９０３７）（引用することにより本明細書の内容の一部とされる）に記載されているように望ましいであろう。すなわち、フィルターは、スート燃焼触媒／ＮＯ酸化触媒、例えば、Ｐｔ、ＮＯｘ吸収材、例えば、酸化バリウム及び必要に応じてＮＯｘ還元触媒、例えば、ロジウムを含む。
【００２２】
別の実施態様によれば、前記又は各ＮＯｘ吸収材基材モノリスは、粒状フィルターを含む。
【００２３】
酸化触媒を通常のフロースルーモノリス上に塗布し、還元剤インジェクターとＮＯｘ吸収材基材との間に配置すると、質点動力学の利点が得られる。モノリスの開放前面面積及びセル密度によって、還元剤の液滴は、実質的に酸化することなく酸化触媒を通過することができ、ＮＯｘ吸収材に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに使用できる。蒸発した炭化水素還元剤、すなわち、ガス状炭化水素は、酸化触媒によってより酸化されやすい。
【００２４】
特定の構成において、本明細書に記載のＮＯｘ還元触媒及び還元剤を排出するシステムは、上記したＥＰ−Ｂ−０３４１８３２に記載の構成の下流に配置される。
【００２５】
本発明の第二の態様によれば、本発明による排気システムを備えた車両が提供される。
【００２６】
内燃機関は、ディーゼル又はリーンバーンガソリンエンジン、例えば、ガソリン直接噴射エンジンであることができる。ディーゼルエンジンは、関連の法律で定められているように、軽量エンジンであっても、大型エンジンであってもよい。
【００２７】
本発明の第三の態様によれば、リーンバーン内燃機関の排気システムにおける単位的モノリス基材上に配置されたＮＯｘ吸収材を再生する方法であって、前記ＮＯｘ吸収材を液状還元剤の液滴と接触させることにより、ＮＯｘの局在還元を生じさせることを含んでなる、方法が提供される。
【００２８】
前記排気システムが平行に配置された単位的モノリス基材上に配置された複数のＮＯｘ吸収材を備えている一実施様態によれば、本方法は、前記複数のＮＯｘ吸収材が排ガス流に対して直列のままの状態で、前記平行基材の少なくとも一つを連続的に液状還元剤の液滴と接触させることを含んでなる。
【００２９】
別の実施態様によれば、本方法は、前記基材が全体として排ガス流に対して直列のままの状態で、単一の基材の一部分を連続的に前記液状還元剤の液滴と接触させることを含んでなる。単一の基材の一部分のみを還元剤と接触させるとき、排ガス流量を減少させておこなうことができる。
【００３０】
特定の実施態様によれば、本方法は、ＮＯｘ吸収材基材の下流に配置された酸化触媒上で前記還元剤を酸化することと、前記酸化触媒の入口温度と出口温度との間の差（ΔＴ）を求めることと、ΔＴが所定の範囲内にあるように還元剤の注入速度を調整することとを含んでなる。
【００３１】
望ましくは、ＮＯｘ吸収材がＮＯｘをＮ２に還元させるための触媒を含んでなる本方法は、ＮＯｘ還元触媒がＮＯｘ還元を触媒するのに活性であるときだけ、前記又は各基材を液状還元剤の液滴と接触させることを含んでなる。
【００３２】
本発明をより詳細に説明するために、本発明の実施態様を添付図面を参照して説明する。
【００３３】
本発明の実施態様による排気システム（一般的に４０として示されている）を、図１に示す。１２はディーゼルエンジンを示し、１４は排気マニホールドを示し、１６は排気ラインを示し、４２は複数のＮＯｘトラップ触媒を示す。前記複数のＮＯｘトラップ触媒は、各々基材モノリス上のアルミナの薄め塗膜に担持されているＰｔ／Ｒｈ及びＢａＯを含んでなり、且つ平行排気ライン４４に配置されている。各ラインは、それ自体の還元剤供給手段２０を備えている。この還元剤供給手段２０は、ＮＯｘトラップ触媒４２の上流の排気ライン１６に、ある量のディーゼル燃料を噴射するためのインジェクターを備えている。酸化触媒３２、例えば、ガンマアルミナの薄め塗膜に担持した１重量％白金を、排気ライン４４の下流接合個所の下流に位置させる。熱電対ＴＣ１はＴＣ１の入口で排気ガスの温度を検出し、第二熱電対ＴＣ２を酸化触媒３２の下流に位置させて出口の排気ガス温度を検出する。ＴＣ１及びＴＣ２は、エンジン制御装置（ＥＣＵ（図示せず））のプロセッサーに検出温度を伝える。
【００３４】
使用に際して、システムを、ガスが常に酸化触媒３２上で確実にリーンであるように操作する。例えば、どの時点においても、少なくとも一つのラインには還元剤を注入させないので、総ＮＯｘトラップ４２出口ガス流を混合すると、得られたガスは、下流酸化触媒３２上を通過する前に全体的にリーンである。ＮＯｘトラップ触媒がＮＯｘ還元を触媒するためのその着火温度より低い、一定の臨界排気ガス温度より低い温度では、還元剤を注入しない。これより高い温度では、還元剤の量を増加すると、還元される排ガスにおけるＮＯｘの量の増加が生じる。小過剰還元剤スリップは、酸化触媒３２上で酸化され、生じる発熱により、ＴＣ２及びＴＣ１で検出された温度の差、すなわち、ΔＴ＝ＴＣ２−ＴＣ１により測定された触媒の温度の増加が生じる。制御法として、還元剤の添加速度を調整して、最適なＮＯｘ除去に対応する実質的に所定の値に測定ΔＴを保つことをおこなう。ΔＴが小さすぎる場合には、還元剤の流量を増加し、ΔＴが最適効率ＮＯｘ転化について望ましい値よりも大きい場合には還元剤の流量を減少させる。
【００３５】
別の態様を、図２Ａ及び図２Ｂに示す。この態様では、図１の実施態様の複数の平行ＮＯｘトラップ４２は、単一の単位的ＮＯｘトラップ４２Ａにより置き換えたものであり、３つの還元剤供給手段２０が、ＮＯｘトラップ基材モノリスの上流端に等距離に配置し、還元剤スプレーを、中心が注入点４６により規定される基材モノリスの前面上の並列領域４５上に導く。この配置により、図１に示す実施態様と同じ総合的な効果が得られるが、上記の配置では、より大きな単一、すなわち、２つ以上の還元剤インジェクターを備えた単位的ＮＯｘトラップ基材を用いている。インジェクターは、順次操作でき、この場合、どの時点においても、ＮＯｘトラップの一部分のみが再生されるようにおこない、この部分からの出口ガスを再生されない部分からの排ガスと混合して触媒３２上での酸化用全リーンガス流を得る。
【００３６】
さらなる実施態様を、図３に示す。排ガス後処理システム８０は、スート燃焼反応器１２０を備えている。スート燃焼反応器１２０の入口を、ディーゼルエンジン（図示せず）の排気マニホールドに接続させる。反応器１２０の上流部には、アルミナ系薄め塗膜及びＰｔを担持したセラミックハニカムからなる酸化触媒１２２が入っている。反応器１２０の下流部には、フィルター級セラミックハニカムからなる壁流フィルター１２４が入っている。壁流フィルター１２４の流路は、入口端で交互に栓塞及び非栓塞され、出口端で交互に栓塞されている。ここで、入口端で栓塞されている流路を出口端で非栓塞としたり、その逆にする。下流フィルターでのＰＭの燃焼のためのＮＯをＮＯ２に酸化するための酸化触媒のこのような配置がＥＰ−Ｂ−０３４１８３２に記載されており、その配置がＣＲＴ（登録商標）として知られている。反応器１２０の出口端から、プレナム１２６は、ＮＯｘトラップ容器１３０の入口でフラップ弁１２８Ｘ、Ｙ、Ｚの操作チャンバーとして延びている。容器１３０には、ＮＯｘトラップ１３１Ｘ、Ｙが入っている。ＮＯｘトラップ１３１Ｘ、Ｙは、酸化バリウム及び金属Ｐｔ及びＲｈを含有するアルミナの薄め塗膜を担持する流入セラミックハニカムモノリス基材からなる。フラップ弁１２８Ｘ、Ｙ、Ｚの支点を、隔壁１２９に取り付ける。隔壁１２９は、反応器１３０の面にわたって正反対に延びており、ＮＯｘトラップ１３１の面に対して気密とする。反応器１３０の各領域Ｘ及びＹにおいて、弁１２８の各面に、反応剤インジェクター１３２Ｘ、Ｙがついている。図示する完成した反応器１３０において、弁１２８は、中央位置Ｚにある。弁位置Ｘ、Ｙは、はめ込みとして示されている。反応器１３０に、大気又はさらなる処理に通じる出口１３４を付ける。好ましくは、反応器１３０の二等分における流量を制御して、ネットリーン組成物が得られるようにして、混合物を、図１に示す配置で、オキシカット上を通過させる。
【００３７】
システムの正常操作において、スチーム（Ｈ２Ｏ（グラム））、二窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、未燃焼炭化水素燃料（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び粒状物質（ＰＭ）を含んでなる排ガスが、約３００℃で触媒１２２と接触して、ＮＯがＮＯ２に酸化され、ＨＣ及びＣＯの一部が酸化されてスチームとＣＯ２となる。次に、フィルター１２４に入り、それによりＰＭのほとんどが集められ、触媒１２２において形成されるＮＯ２及び恐らくＯ２との反応により燃焼する。次に、ＰＭのないガスが３つのモードの一つにおいて処理される：１２８Ｚ：ＮＯｘトラップ領域１３０Ｘ及び１３０Ｙの両方は、ＮＯｘを吸収（又は吸着）する；１２８Ｘ：領域１３１Ｘにはプレナム１２６を出たガスの少量が入るとともに、１３２Ｘでディーゼル燃料が噴射される。ここで、再生され、その流出物が、領域１３０Ｙのものと合流し；１３１Ｙには、ガスの主要部分が入り、ＮＯｘを吸収し、その流出物を移動させて１３４で大気に放出させる；１２８Ｙ：領域１３１Ｙでは、１２８Ｘに記載のことを実施する。
【００３８】
ＮＯｘトラップ１３１ＹがＮＯｘを吸収する自由容量があるときに、エンジン管理システム（図示せず）が、領域Ｘから領域Ｙに変化し；また、その逆も同様である。
【００３９】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されない。
【実施例】
【００４０】
６リットルのターボチャージャー付きで、ヨーロッパステージ１排出限界を満たした型のエンジンターボ（５２）を備えたエンジンが付いた単一デッキバスの排気システム（５０）（図４に示す）を改良して、排ガスを３つの平行レッグ（５６）のうちの一つにそらすための３方スプリッター（５４）を内蔵し、この際の各レッグにおける排ガス流の速度を等しくした。各レッグ（５６）は、酸化触媒（６０）とその後にＮＯｘトラップ（６２）が入ったチャンバー（５８）を備えるものであった。次に、ガス流を、ＮＯｘトラップの下流で混合し、総ガス流を、「浄化」酸化触媒（６４）を通して、ＮＯｘトラップを出てくる未燃焼炭化水素（ＨＣ）を除去してから、排ガスを大気に放出した。燃料ソレノイド（６８）を備えた燃料インジェクター（６６）を各酸化触媒（６０）の前、ＮＯｘセンサー（６９）を排気スプリッター（５４）の前、複合ＮＯｘ／空気燃料比センサー（７０）をＮＯｘトラップの後ろ、温度測定用熱電対（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）を酸化触媒（６０）の前後と反応器の出口に配置した。酸化触媒（６０）とＮＯｘトラップ（６２）の各々は、セラミックフロースルーモノリス上に４００セル／平方インチ（６２セル・ｃｍ−２）及び肉厚０．０６インチ（０．１５ｍｍ）で塗布したものであった。酸化触媒（６０）は直径５．６６インチ（１４４ｍｍ）×３インチ（７６ｍｍ）及び容積７５．５立方インチ（１．２４リットル）、ＮＯｘトラップ（６２）は直径が同じであるが長さ６インチ（１５２ｍｍ）、「浄化」触媒（６４）は直径１０．５インチ（２６７ｍｍ）×長さ３インチ（７６ｍｍ）及び容積２６０立方インチ（４．２６リットル）であった。
【００４１】
ここに記載の実験は、スプリット排気の一つのレッグだけを用いて実施した。車両を、イオウ５０ｐｐｍ含有するディーゼル燃料を用いて操作し、一定のアイドリング速度１０、２０、３０及び４０ｍｐｈで各時間試験した。燃料を、これらの点の各々で噴射し、噴射中の空燃比は図５に示すようにして求めた。時間と継続時間（噴射２秒、１／分／レッグ）との組み合わせは、排気ガス温度（活性温度領域内にＮＯｘトラップを維持する）とＮＯｘ転化率との最良の組み合わせが得られるように実験で選択した。同時に、システム前後のＮＯｘ排出量を温度分布とともに測定した。
【００４２】
図５において、方形波は、インジェクターの後及び触媒前面の前の理想の空／燃比を表す。排気ガス混合物は、通常リーンであるが、噴射中は瞬間的にリッチになる。「リッチ」空／燃比（燃料噴射容積、排気理論及び排気流量基準）の計算値と道路での速度との関係を、曲線で示す。理論空／燃比が１４．７：１の場合には、インジェクターにより、約６ｍｐｈを超える速度では真にリッチな混合物を得ることはできないことが分かった。後記する図で使用した空／燃比の測定値は、ＮＯｘトラップ後のセンサーから得たものである。触媒系内の吸収及び化学活性のため、方形波の明瞭な形状が失われている。
【００４３】
図６に、アイドリング状態でのエンジンから排出されたＮＯｘ（ｐｐｍ）及びＮＯｘトラップ後のＮＯｘ（ｐｐｍ）を、ＮＯｘトラップ後に測定した空燃比とともに示す。図７に、同じ時間について、温度を追跡した結果を示す。図６から、アイドリング期間の開始時に燃料を噴射すると、図５の予測から推定されるようにリーンからリッチに空燃比が低下し、初期ＮＯｘブレークスルー後、ＮＯｘ転化率が良好となることが分かる。時間の経過とともに、空燃比が、噴射の間中リーンのままであるが、良好なＮＯｘ転化率がまだ維持されている。酸化触媒上で発生する発熱（Ｔ２）により、その操作領域２２０〜５５０℃内のＮＯｘトラップの温度が維持されやすい。また、発熱（Ｔ３）は、ＮＯｘトラップ全体にわたって記録されている。その一部は、酸化触媒からの未反応ガス状還元剤の燃焼により生じる。本発明者等は、この結果を、この発熱の一部が、時間がこのエンジンアイドリング状態で経過するにつれて、未燃焼燃料液滴の燃焼がＮＯｘトラップの表面で反応することによるものと考えている。これは、システムの入口温度が流入燃料を蒸発させるのに十分でない程度まで低下し、後方センサーが測定した空／燃比スパイクが、顕著でなくなり、より丸くなるからであり、燃料液滴が付着、蒸発、そしてその後酸化する順序をたどることを示唆している。この現象により生じる局部的リッチは、実測ＮＯｘトラップ操作効率を維持する役割も果たす。
【００４４】
一定速度４０ｍｐｈで保持されたバスでの実験の結果を、図８及び図９に示す。ここで、排気流量は、はるかに大きいが、アイドリングで排気は噴射時間全体を通じてリーンのままであることが予想されるので、噴射流量は同じとした（図５）。しかしながら、燃料を最初に噴射したときのブレークスルースパイクとは別に、ＮＯｘは、残りの操作時間において還元される。ただし、この場合、アイドリング時ほどには効率的ではない。（Ｔ２）での発熱（Ｔ３）は、アイドリング時よりも小さいことがあったが、排ガスの増加した流量の熱容量に起因して、発熱は極めて顕著である。したがって、発熱反応がまだ生じており、ここでも、このことは、一部の未燃焼燃料液滴が、酸化触媒を介して搬送され、ＮＯｘトラップ上で燃焼されるからであると思われる。燃料の液滴は、酸化触媒の入口温度がより高いにもかかわらず、存続することが予想される。これは、ＮＯｘトラップを横断して測定された顕著な発熱及び明らかにリーン状態で観察されるトラップの再生により示されるように、より大きな排気流量により酸化触媒を通って液滴を搬送する傾向があるからである。
【００４５】
図１０に、このシステムについて、平均ＮＯｘ転化効率の計算値と速度との関係を示す。図５は、約６ｍｐｈを超えるとリッチ排ガス状態は生じないが、より広い速度範囲にわたってリーン条件下で、ＮＯｘ転化が良好であることを示している。このことは、とりわけ、都市バスでは最も一般的な運転速度範囲であるアイドリングから３０ｍｐｈの範囲に関連している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による排気システムの一実施態様の概略図である。
【図２Ａ】単位的基材モノリスを備えたＮＯＸトラップの縦正面図を示す本発明による排気システムの別の実施態様の概略図であり、基材の上流端での複数の還元剤インジェクターの注入点とスプレー領域を示す。
【図２Ｂ】図２Ａに示す単位的基材モノリスの概略側面図である。
【図３】ＮＯｘトラップを、ディーゼルエンジンの排ガスの処理に用いられるスート燃焼反応器と組み合わせて備えた本発明の別の排気システムの実施態様の概略断面図である。
【図４】本発明の実用的な排気システムの実施態様の概略図である。
【図５】図４の実施態様における上流空／燃比（ＡＦＲ）と道路での速度との関係を示すグラフである。
【図６】図４の実施態様について、アイドリング状態でのＮＯｘ測定値を示すグラフである。
【図７】図６に示す記録について、アイドリング状態での対応のシステム温度を示すグラフである。
【図８】図４の実施態様について、４０ｍｐｈでのＮＯｘ測定値を示すグラフである。
【図９】図８に示す記録について、４０ｍｐｈでの対応の温度測定値を示すグラフである。
【図１０】図４のシステムについて、ＮＯｘ転化率と道路での速度との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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