(57)【要約】  単一弁（１３、５０）が、ディーゼル排気微粒子フィルタ（４０、４１）又は低温水性ガスシフト触媒（６３、６４）のどちらかに隣接した二者択一的な亜酸化窒素トラップ（１９、２０）にエンジン排気（１１、１２）を方向付ける。合成ガスは、供給源（５４）又はインラインの触媒部分酸化剤（２３、２４）から供給され、触媒部分酸化剤（２３、２４）は、流れにおいてそれらの前にディーゼル酸化触媒を有してもよく、また燃料をエンジン燃料供給源（２６）からノズル（２７、２８）を介して受け取る。
2008513678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給源（２６）を有すると共に排気管（１２）中に排気を生成する、内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置であって、
通過する排気中の窒素酸化物を低減するよう構成された第１及び第２の亜酸化窒素トラップ（１９、２０）と；
２つの出口（１４、１５）と少なくとも１つの入口とを有する単一排気弁（１３）であって、前記排気管が前記少なくとも１つの入口に連結され、前記単一排気弁が、前記出口のうち第１の出口を介して前記排気管中を流れるほぼすべての排気を前記亜酸化窒素トラップのうち第１のトラップに方向付けるよう構成された少なくとも第１の位置を有し、前記単一排気弁が、前記出口のうち第２の出口を介して前記排気管中を流れるほぼすべての排気を前記亜酸化窒素トラップのうち第２のトラップに方向付けるよう構成された第２の位置を有する前記単一排気弁（１３）と；
前記出口の各々と前記亜酸化窒素トラップのうちのそれぞれのトラップとの間に配置されたそれぞれの炭化水素燃料改質装置（２３、２４）であって、各改質装置は燃料の前記供給源から燃料を受け取る前記炭化水素燃料改質装置（２３、２４）と；
を備え、
一対の酸化触媒（２９、３０）であって、その各々はそれぞれの前記改質装置と関連の前記出口との間に直列的な流れ関係にて配置された前記酸化触媒（２９、３０）を備え；
前記単一排気弁が、前記排気を前記亜酸化窒素トラップのうち一方に、対応する前記触媒及び前記改質装置を介して二者択一的に方向付けるよう構成されている、
ことを特徴とする内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置。
【請求項２】
燃料の供給源（２６）を有すると共に排気管（１２）中に排気を生成する、内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置であって、
通過する排気中の窒素酸化物を低減するよう構成された第１及び第２の亜酸化窒素トラップ（１９、２０）と；
２つの出口と少なくとも１つの入口とを有する単一排気弁（５０）であって、前記排気管が前記少なくとも１つの入口に連結され、前記単一排気弁が、前記出口のうち第１の出口を介して前記排気管中を流れるほぼすべての排気を前記亜酸化窒素トラップのうち第１のトラップに方向付けるよう構成された少なくとも第１の位置を有し、前記出口のうち第２の出口を介して前記排気管中を流れるほぼすべての排気を前記亜酸化窒素トラップのうち第２のトラップに方向付けるよう構成された第２の位置を有する前記単一排気弁（５０）と
一対の水性ガスシフト反応触媒床（６３、６４）であって、その各々が前記出口のうち一方とそれぞれの前記亜酸化窒素トラップとの間に直列的な流れ関係にある前記水性ガスシフト反応触媒床（６３、６４）と；
合成ガスの供給源（５４）と；
を備え、
前記単一排気弁が２つの入口を有し、一方の入口は前記排気管に連結され、もう一方の入口は合成ガスの前記供給源に連結されており；
前記単一排気弁は、前記第１の位置にあるとき、合成ガスを前記第２の亜酸化窒素トラップに方向付け、前記第２の位置にあるとき、合成ガスを前記第１の亜酸化窒素トラップに方向付ける、
ことを特徴とする内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置。
【請求項３】
前記水性ガスシフト反応触媒床（６３、６４）が、水性ガスシフト反応触媒をモノリスの上流部分上にウォッシュコーティングし、下流部分は亜酸化窒素吸着物質でコーティングすることにより形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記水性ガスシフト反応触媒床（６３、６４）が、あらかじめ亜酸化窒素吸着物質で全体をコーティングしておいたモノリスの上流端部上に水性ガスシフト反応触媒をウォッシュコーティングすることにより形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記亜酸化窒素トラップの各々と直列的な流れ関係にてディーゼル排気微粒子フィルタ（４０、４１、５６）を更に備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
燃料の供給源（２６）を有すると共に排気管（１２）中に排気を生成する、内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置であって、
通過する排気中の窒素酸化物を低減するよう構成された第１及び第２の亜酸化窒素トラップ（１９、２０）であって、床（１６、１７）内の前記亜酸化窒素トラップの各々が、（ａ）それぞれのディーゼル排気微粒子フィルタ（４０、４１）と直列的な流れ関係にあるか、又は（ｂ）それぞれの低温水／ガスシフト反応触媒（６３、６４）の下流に位置するように、前記亜酸化窒素トラップの各々が床（１６、１７）内で直列的な流れ関係にて配置された前記第１及び第２の亜酸化窒素トラップ（１９、２０）と；
合成ガスの供給源（５４）と；
を備え、
前記排気管は、２出口２入口弁を有する単一排気弁（５０）の入口を介して前記亜酸化窒素トラップの一方に連結され、前記２出口２入口弁は、少なくとも２つの位置を有し、前記入口のうち第１の入口が前記排気管に連結され、前記入口のうち第２の入口が合成ガスの前記供給源からの合成ガスを含んだ再生ガスに連結され、前記２入口弁が第１の位置と第２の位置とを有し、第１の位置では、前記排気管中を流れるほぼすべての排気が一方の出口を介して前記亜酸化窒素トラップのうち第１のトラップに方向付けられると共に、前記再生ガスがもう一方の出口を介して前記亜酸化窒素トラップのうち第２のトラップに方向付けられ、第２の位置では、前記排気管中を流れるほぼすべての排気が前記もう一方の出口を介して前記亜酸化窒素トラップのうち第２のトラップに方向付けられると共に、前記再生ガスが前記一方の出口を介して前記亜酸化窒素トラップのうち第１のトラップに方向付けられ；
前記排気弁の各出口が前記床のうち対応する床に直接連結される、
ことを特徴とする内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置。
【請求項７】
燃料の供給源（２６）を有すると共に排気管（１２）中に排気を生成する、内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置であって、
通過する排気中の窒素酸化物を低減するよう構成された第１及び第２の亜酸化窒素トラップ（１９、２０）と；
前記排気管に連結されると共に、前記排気管中を流れるほぼすべての排気が前記亜酸化窒素トラップのうち第１のトラップに方向付けられる少なくとも第１の状態と、前記排気管中を流れるほぼすべての排気が前記亜酸化窒素トラップのうち第２のトラップに方向付けられる第２の状態とをとる単一排気弁（５０）と；
合成ガスの供給源（５４）と；
を備え、
前記排気弁がまた合成ガスの前記供給源に連結され；
前記排気弁は、前記第１の状態にあるとき、合成ガスを第２の前記亜酸化窒素トラップに方向付け、前記第２の状態にあるとき、合成ガスを第１の前記亜酸化窒素トラップに方向付け；
（ａ）各々が前記排気弁とそれぞれの前記亜酸化窒素トラップとの間で直列的な流れ関係にある一対の水性ガスシフト反応触媒床（６３、６４）、又は（ｂ）各々が前記排気弁とそれぞれの前記亜酸化窒素トラップとの間で直列的な流れ関係にある一対のディーゼル排気微粒子フィルタ（４０、４１）を備える、
ことを特徴とする内燃機関（１１）の排気中の窒素酸化物を低減するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一排気弁により二者択一的に排気が送られてくるデュアル亜酸化窒素（ＮＯｘ）トラップを還元ガスにより再生する内燃機関の排気の後処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸バリウムなどの吸着剤からなる床を利用し、内燃機関の排気から窒素酸化物を集め、水素と一酸化炭素とを含むガス（「合成ガス」という）により吸着剤を周期的に再生することは知られている。
【０００３】
Ｂｕｇｌａｓｓ他への米国特許第６，８９５，７４６号では、一対のＮＯｘトラップを用いるこのようなシステムが、４つの弁、すなわち、排気を一方のＮＯｘトラップか又はもう一方のＮＯｘトラップに二者択一的に送る２つの高温排気弁と、合成ガスを第２のトラップか又は第１のトラップに二者択一的に送るもう一対の弁とを利用する。この高温排気弁は高価で、扱いにくく、漏れやすい。排気が合成ガスと同じ流れの中に漏れると、排気中の酸素が合成ガス中の水素と反応してしまい、合成ガスを無駄にすると共に危険な状況を生じ得る。４弁システムは適切に制御するのが難しい。
【特許文献１】米国特許第６，８９５，７４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
合成ガスの生成で起こる問題として、触媒部分酸化剤が用いられる場合、そこでの流れの温度にてＣＰＯが着火（燃焼プロセスを開始）しないくらい温度が十分に低い可能性があることが挙げられる。
【０００５】
何らかのｄｅＮＯｘ触媒を用いる場合の問題として、排気流中の水蒸気又は水が例えば還元されたＮ２Ｏの分解において触媒の活性を低下させることが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の開示
本発明によると、エンジン排気を第１のＮＯｘトラップと第２のＮＯｘトラップに二者択一的に送るために単一の高温弁を用いるので、排気を選択的に方向付けるための追加の高温弁を必要としない。
【０００７】
本発明の第１の構成では、第１の位置にて大部分の排気を第１のＮＯｘトラップに向け、少量の排気を第２のＮＯｘトラップに向け、次に大部分の排気を第２のトラップに向け、少量の排気を第１のトラップに向けるために、３位置２出口１入口の弁が用いられる。この少量の排気は、この弁と各ＮＯｘトラップとの間に配置されたそれぞれの炭化水素燃料改質装置に熱と酸素と水分とを与えるために用いられる。この構成では、各ＮＯｘトラップと直列的な流れ関係に配置されたそれぞれのディーゼル排気微粒子フィルタ床を備え得る。
【０００８】
２位置２出口２入口高温弁を用いる本発明の第２の構成では一方の入口がエンジン排気に連結され、もう一方の入口が合成ガスの供給源に連結される。この２位置弁は、第１のＮＯｘトラップと第２のＮＯｘトラップとの間で排気流の方向を交替にする。一態様は、各ＮＯｘトラップと直列的な流れ関係にあるそれぞれのディーゼル排気微粒子フィルタ床を含み、別の態様は、各ＮＯｘトラップの上流にそれぞれの低温水性ガスシフト反応器触媒床を含み、ＮＯｘトラップの下流又は上流にて排気流中に１以上のディーゼル排気微粒子フィルタを有する。
【０００９】
排気の流れを第１のＮＯｘトラップ又は第２のＮＯｘトラップに二者択一的に方向付けるために２位置２出口２入口高温弁を用いる本発明の第３の構成では、各ＮＯｘトラップの上流にそれぞれの水吸着床が配置され、弁の一方の入口は排気に連結され、もう一方の入口は乾燥した空気の供給源に連結され、各水吸着床の上流にはそれぞれの炭化水素燃料改質装置が設けられる。
【００１０】
上述したいずれの態様でも、１以上の排気酸化触媒をＮＯｘトラップの下流にて排気流中に配置してよい。
【００１１】
第１及び第３の構成では、ＣＰＯ改質装置の上流にて酸化触媒を作用させて、確実にＣＰＯが着火するようにガスの温度を上げることもできる。
【００１２】
添付図面に示される本発明の代表的な態様についての以下の詳細な説明から、本発明の他の目的、特徴及び効果が明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１では、エンジン１１の排気が排気管１２を通って単一弁１３に送られる。単一弁１３は３つの位置の１つに動かすことができる。図１において実線で示された第１の位置では、排気は弁１３を通って一対の管１４、１５に流入する。一対の管１４、１５はＮＯｘトラップ１９、２０（しばしばリーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）と称する）を含んだ対応する床１６、１７に通じ、このＮＯｘトラップ１９、２０は炭酸バリウムなどの吸着剤を含み得る。これらの管１４、１５の各々は触媒部分酸化剤（ＣＰＯ）触媒床２３、２４を備え、触媒床２３、２４には、排気に加え、供給源２６からそれぞれのノズル２７、２８を介してエンジン燃料が供給される。必要なら、選択肢として、管１４、１５の各々が酸化触媒床２９、３０（ディーゼル酸化触媒床など）を備えてもよい。酸化触媒床２９、３０は、着火が起こるようにＣＰＯ（又は他の改質装置）に入るガスの温度を上昇させる。
【００１４】
弁１３はまた、図１において破線で示された２つの位置のどちらかに位置でき、その際、実質的にすべての排気が床１６、１７の一方に流れ、少量の排気が該床のもう一方に流れる。場合によっては、ＣＰＯ触媒２３又は２４において水素と一酸化炭素とを含んだリフォーメートガス（しばしば「合成ガス」と称される）の生成を維持するために、少量の排気が用いられる。必要なら、それぞれのノズル２７、２８への燃料の送出は、ＮＯｘトラップの再生中にのみ燃料が与えられるようにコントローラ３７からの信号３６に応じて弁１３の位置決めに同期して弁３３、３４により制御できる。再生は吸着／再生の反復サイクルの時間の約１０％にて行ない得るので、弁１３は図１に示される位置に該サイクル時間の６０％の間あり、図１に破線で示された位置の一方又はもう一方に各々該サイクル時間の１０％の間位置し得る。
【００１５】
図１の第１の構成では、ＮＯｘトラップ１９、２０の各々と直列的な流れ関係にてそれぞれのディーゼル排気微粒子フィルタ床４０、４１を配置できる。これらのディーゼル排気微粒子フィルタ床４０、４１は図１に示されるようにＮＯｘトラップ１９、２０の上流に配置してもよいし、ＮＯｘトラップ１９、２０の下流に配置してもよい。第１の場合では、フィルタ再生中にディーゼル排気微粒子フィルタ内の微粒子の燃焼で発生した熱が、ＮＯｘトラップの再生を支援する。一方、ＮＯｘトラップの下流の位置では、排気ガスの全熱容量が、性能を改善すべくＮＯｘトラップを加熱するのに用いられる。よって、どちらにしても有利な効果があり、どちらの構成も本発明の範囲内にある。
【００１６】
管４４、４５中のＮＯｘトラップの流出物は、最終的な排気流出管４７に到達する前に酸化触媒４６を通される。この触媒は、排気を周囲環境に開放する前に炭化水素やＣＯなどの数種類のガスを単に燃焼させる。
【００１７】
図１の第１の構成では、ＣＰＯ触媒２３、２４の代わりに、自熱式改質装置（ＡＴＲ）、非触媒式均質部分酸化剤（ＣＰＯ）、又はプラズマ改質装置などの他の適当な炭化水素燃料改質装置を使用できる。
【００１８】
図２では、本発明の第２の構成の一態様が、２位置２出口２入口弁５０を含み、この弁５０は、二者択一的にほぼすべての排気を管５１を介して第１のＮＯｘトラップ１９に送る一方、管５３中の合成ガスを熱改質装置５４から管５５を介して第２のＮＯｘトラップに方向付ける。（図２において破線で示された）第２の位置では、弁５０が、ほぼすべての排気を管５５を介して第２のＮＯｘトラップに方向付ける一方、合成ガスを管５１を介して第１のＮＯｘトラップに方向付ける。熱改質装置は燃料を供給源２６から受け取り、加湿された空気を管路５７にて受け取る。
【００１９】
図３を参照すると、排気弁５０ａの変形において、図３に示されたような第３の位置にあるとき管５３を閉鎖するのに十分大きなローブ５９を備え、それにより、図１に関して述べたように、各サイクルのかなりの部分の間、ＮＯｘトラップ１９、２０の両方に排気ガスを送る。図４を参照すると、本発明の第２の構成の別の態様において、ＮＯｘトラップの再生に利用できる水素の量を増すべく合成ガス中の一酸化炭素とエンジン排気中の水分とを二酸化炭素と水素に変換するために、ＮＯｘトラップ１９、２０の上流にそれぞれの低温水性ガスシフト反応器触媒床６３、６４が設けられている。この場合、必要なら、ディーゼル排気微粒子フィルタ６６を、酸化触媒４６と直列的な流れ関係にて配置できる。本発明の特定の実施において必要とされ得るように酸化触媒４６の上流又は下流のどちらかにディーゼル排気微粒子フィルタ６６を配置できる。
【００２０】
図４の態様において、本発明の実施において必要ならば、図３の変形弁５０ａを利用できる。本発明の範囲内において、ここに記載の一体形弁以外の弁、例えば上記出願の弁又は他の適当な弁により、本発明の水性ガスシフト反応器に供給することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の単一弁ＮＯｘトラップシステムの第１の構成についての様式化された簡略図である。
【図２】第２の構成の第１の態様についての様式化された簡略図である。
【図３】排気弁が３つの位置を有する図２の変形についての部分図である。
【図４】第２の構成の第２の態様についての様式化された簡略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１    内燃機関
１２    排気管
１３    単一排気弁
１６、１７  床
２６    燃料の供給源
１９、２０  亜酸化窒素トラップ
２３、２４  炭化水素燃料改質装置
２９、３０  酸化触媒
３３、３４  弁
３７    コントローラ
４０、４１  ディーゼル排気微粒子フィルタ
４６    酸化触媒
【図１】
2008513678.tif 000003
【図２】
2008513678.tif 000004
【図３】
2008513678.tif 000005
【図４】
2008513678.tif 000006
【国際調査報告】
2008513678.tif 000007
2008513678.tif 000008