(57)【要約】【課題】エンジン用の排出ガスシステム、並びに排出ガス流を制御するための装置及び方法を提供すること。【解決手段】排出ガス処理システムにおける排出ガス処理装置のための種々の方法及びシステムが提供される。１つの実施例において、排出ガス処理装置は、排出ガスが排出ガス処理装置に流れる一次流路と、一次流路内に部分的に配置され、排出ガスを第１のガス流とバイパス流とに分割する第１のサブ触媒と、バイパス流において第１のサブ触媒の下流側に配置され、第１のガス流とは異なる第２のガス流を形成する第２のサブ触媒と、を含む。【選択図】      図５
2014508885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガス処理システムであって、
排出ガスが排出ガス処理装置に流れる一次流路と、
前記一次流路内に部分的に配置され、前記排出ガスを第１のガス流とバイパス流とに分割する第１のサブ触媒と、
前記バイパス流において前記第１のサブ触媒の下流側に配置され、第２のガス流を形成する第２のサブ触媒と、
を備え、前記第２のガス流が前記第１のガス流とは異なる、排出ガス処理システム。
【請求項２】
前記第１のサブ触媒が、前記排出ガス処理装置の直径にわたって部分的に延び、前記第２のサブ触媒が、前記排出ガス処理装置の直径にわたって部分的に延び、前記第２のサブ触媒が前記第１のサブ触媒の下流側にあり、該第１のサブ触媒と前記第２のサブ触媒との間に分流器が結合される、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項３】
前記排出ガスの流れの方向に垂直な方向に沿って、前記第１のサブ触媒の断面積が前記第２のサブ触媒の断面積と実質的に同じである、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項４】
前記排出ガス処理装置が、ターボチャージャのタービンの上流側にある、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項５】
第３のガス流を形成する前記バイパス流内に配置された第３のサブ触媒を更に備え、前記第３のガス流が、前記第１のガス流及び前記第２のガス流とは異なる、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項６】
第４のガス流を形成する第４のサブ触媒と、第５のガス流を形成する第５のサブ触媒とを更に備え、前記サブ触媒が段階的構成で配列される、請求項５に記載の排出ガス処理システム。
【請求項７】
前記排出ガス処理システムが、機関車のエンジンに結合され、前記エンジンが、１０シリンダエンジン、１２シリンダエンジン、１４シリンダエンジン、又は１６シリンダエンジンのうちの１つを含む、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項８】
前記第１のサブ触媒及び前記第２のサブ触媒が実質的に同じである、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項９】
前記第１のサブ触媒及び前記第２のサブ触媒が異なっている、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項１０】
前記排出ガス処理装置が、閉鎖位置にあるときに前記第１のサブ触媒への流れを実質的に低減するよう構成されたバルブの下流側に位置付けられる、請求項１に記載の排出ガス処理システム。
【請求項１１】
エンジンに結合され、複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置を含む排出ガス処理システムの方法であって、
前記エンジンからの排出ガス流を一次流路に沿って前記排出ガス処理装置に配向するステップと、
前記排出ガス処理装置の一次流路に部分的に配置された第１のサブ触媒を通って排出ガスの第１の部分を配向することにより、前記排出ガス流を第１の流れ経路に分割するステップと、
前記第１のサブ触媒をバイパスした第２の流れ経路に沿って排出ガスの異なる第２の部分を配向するステップと、
を含み、前記第２の流れ経路が、前記一次流路に配置された第２のサブ触媒を通って前記排出ガスの第２の部分を配向するようにする、方法。
【請求項１２】
作動条件に基づいて、前記排出ガス処理装置の上流側に位置付けられたバルブを調整し、前記第１のサブ触媒への流れを実質的に低減するようにするステップを更に含み、前記バルブがゲートバルブである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記作動条件が、低エンジン負荷、閾値温度を下回る排出ガス温度、及び閾値温度を下回る前記第１のサブ触媒又は前記第２のサブ触媒の温度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エンジンが、鉄道車両、海上船舶、又はオフハイウェイ車両に位置付けられる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のサブ触媒及び前記第２のサブ触媒をバイパスする第３の流れ経路に沿って排出ガスの異なる第３の部分を配向するステップを更に含み、前記第３の流れ経路が、前記一次流路に配置された第３のサブ触媒を通って前記排出ガスの第３の部分を配向するようにする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
ルーフ組立体と側壁とによって定められる機関運転室と、
前記機関運転室内に位置付けられ、該機関運転室の長さと平行に長手方向軸線が整列されるエンジンと、
前記エンジンの排気マニホルドの上面、前記ルーフ組立体、及び前記機関運転室の側壁によって定められたスペース内で前記エンジン上に搭載され、前記エンジンの長手方向軸線と平行に長手方向軸線が整列されるようになる排出ガス処理システムと、
を備え、前記排出ガス処理システムが、一次流路と、複数のサブ触媒とを有する排出ガス処理装置を含み、少なくとも１つのサブ触媒が、前記一次流路内に部分的に配置され、第１の流れ経路が排出ガスを前記第１のサブ触媒に通過させ、第２の流れ経路が前記第１のサブ触媒をバイパスさせる、ことを特徴とするシステム。
【請求項１７】
タービン及び圧縮機を有するターボチャージャを更に備え、前記タービンが、前記排出ガス処理装置の上流側に位置付けられる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記排出ガス処理装置内に位置付けられた１つ又はそれ以上の温度センサと連通し、前記温度センサからの伝達情報に基づいて前記流れ経路の１つ又はそれ以上に沿って流れを調整するようバルブを制御するように構成されたコントローラを更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
排出ガス処理装置であって、
流路と、
前記流路内に配置され、前記流路に沿った第１の位置にある第１のサブ触媒と、
を備え、前記第１のサブ触媒が前記第１の位置にて前記流路の半径方向範囲を完全ではなく部分的に充填し、前記第１のサブ触媒によって充填されていない前記第１の位置における前記半径方向範囲の部分が占有されておらず、排出ガスが前記第１のサブ触媒の周りに捕らわれることなく流れることができるようになり、
前記排出ガス処理装置が更に、
前記流路内に配置され、前記流路に沿った下流側の第２の位置にある第２のサブ触媒を備え、前記第２のサブ触媒が、前記第２の位置において前記流路の半径方向範囲を完全ではなく部分的に充填し、前記第２の位置によって充填されていない前記第２の位置における前記半径方向範囲の部分が占有されておらず、排出ガスが前記第２のサブ触媒の周りに捕らわれることなく流れることができるようになる、排出ガス処理装置。
【請求項２０】
前記第１のサブ触媒と前記第２のサブ触媒とを相互接続する分流器を更に備え、前記分流器が、前記流路に当接していない前記第１のサブ触媒及び前記第２のサブ触媒の遠位縁部を相互接続し、前記分流器が、前記第１の位置にて前記占有されていない半径方向範囲を通過する排出ガスを前記第２のサブ触媒の入力に送り、前記第１のサブ触媒から出る排出ガスを前記第２の位置にて排出ガスを前記占有されていない半径方向範囲に送る、請求項１９に記載の排出ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、エンジン用の排出ガスシステムに関し、他の実施形態は、排出ガス流を制御するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
作動中、内燃エンジンは、様々な燃焼副生成物を発生し、これらは排出ストリーム中でエンジンから放出される。従って、排出ガス処理システムは、例えば、規制エミッションを低減するためにエンジンの排出システムに含まれる。幾つかの実施例において、排出ガス処理システムは、排出ストリームが流れる通過装置（触媒など）を含む。このような実施例において、流量、密度、排出ストリームの粘度、及び通過装置の幾何形状などのパラメータに応じて、システム上に圧力低下が引き起こされる可能性がある。圧力低下は、寄生損失を生じ、例えば、これによりエンジン効率が低下する可能性がある。
【発明の概要】
【０００３】
１つの実施形態において、排出ガス処理システムのための排出ガス処理装置は、排出ガスが排出ガス処理装置に流れる一次流路を含む。排出ガス処理装置は更に、一次流路内に部分的に配置されて排出ガスを第１のガス流とバイパス流とに分割する第１のサブ触媒と、バイパス流において第１のサブ触媒の下流側に配置されて第２のガス流を形成する第２のサブ触媒と、を含み、第２のガス流が第１のガス流とは異なる。
【０００４】
排出ガス処理装置において各々が別個の流路を備えた少なくとも２つのサブ触媒を含めることにより、排出ガスが流れる断面積を増大させることができる。更に、触媒の断面積が増大すると、排出ガス処理装置の効率を低下させることなく、触媒の長さを短くすることができる。このようにして、例えば、長さの短縮に伴って圧力低下が減少するので、システムに対する圧力低下を低減することができる。上記の概要は、以下の詳細な説明においてより詳細に記載される本発明の概念の中から選ばれた内容を概略的な形式で紹介するために提供されている点を理解されたい。このことは、請求項に記載された主題の主要な又は不可欠な特徴要素を特定することを意味するものではなく、本主題の範囲は、詳細な説明の後に続く請求項により一意的に定義される。更に、請求項に記載の主題は、上記又は本開示の何れかの部分における何れかの欠点を解決する実施構成に限定されるものではない。
【０００５】
本発明は、添付図面を参照しながら非限定的な実施形態に関する以下の説明を読むことにより十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の１つの実施形態による、排出ガス処理システムを備えた鉄道車両の例示的な実施形態の概略図。
【図２】ターボチャージャを備えたエンジン並びに排出ガス処理システムのほぼ縮尺通りの斜視図。
【図３】機関運転室の例示的な実施形態のほぼ縮尺通りの斜視図。
【図４】単一のサブ触媒を備えた従来の排出ガス処理装置の概略図。
【図５】複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置の例示的な実施形態の概略図。
【図６】複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置の例示的な実施形態の概略図。
【図７】複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置の例示的な実施形態の概略図。
【図８】複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置の例示的な実施形態の概略図。
【図９】複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置の例示的な実施形態の概略図。
【図１０】複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置の例示的な実施形態の概略図。
【図１１】排出ガス処理システムのための例示的な制御方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の説明は、排出ガス処理装置を通る別個の流路を形成する複数のサブ触媒を含む、排出ガス処理装置の種々の実施形態に関する。幾つかの実施形態において、排出ガス処理装置は、排出ガスが通って排出ガス処理装置に流れる一次流路を含む。排出ガス処理装置は更に、排出ガスを第１のガス流とバイパス流とに分割する一次流路内に部分的に配置される第１のサブ触媒と、第１のガス流とは異なる第２のガス流を形成するバイパス流内に配置された第２のサブ触媒とを含む。他の実施形態では、排出ガス処理装置は、内部に配置された２つよりも多いサブ触媒を含む。
【０００８】
幾つかの実施形態において、排出ガス処理装置は、鉄道車両のような車両における排出ガス処理装置として構成される。例えば、図１は、鉄道車両１０６として描かれ、複数のホイール１１２を介してレール１０２上を走行するよう構成された車両システム１００（例えば、機関車システム）の例示的な実施形態のブロック図を示す。図示のように、鉄道車両１０６は、エンジン１０４に結合された排出ガス処理システム１０８を含む。非限定的な他の実施形態では、エンジン１０は、発電プラント用途などの定置エンジン、又は船舶推進システムもしくはオフハイウェイ車両システムのエンジンとすることができる。
【０００９】
エンジン１０４は、吸入導管１１４から燃焼用吸入空気を受け取る。吸入導管１１４は、鉄道車両１０６の外部からの空気をフィルタ処理する空気フィルタ（図示せず）から周囲空気を受け取る。エンジン１０４における燃焼の結果生じた排出ガスは、排気通路１１６に供給される。排出ガスは、排気通路１１６を通り、鉄道車両１０６の排気スタックの外に流出する。１つの実施例において、エンジン１０４は、圧縮点火により空気とディーゼル燃料とを燃焼させるディーゼルエンジンである。非限定的な他の実施形態において、エンジン１０４は、ガソリン、灯油、バイオディーゼル、又は類似の密度の他の石油蒸留物を含む燃料を圧縮点火（及び／又は火花点火）により燃焼させることができる。
【００１０】
車両システム１００は、吸入導管１１４と排気通路１１６との間に配列されたターボチャージャ１２０を含む。ターボチャージャ１２０は、吸入導管１１４に吸い込まれる周囲空気の給気を増大させ、燃焼中により大きな充填密度を提供して出力及び／又はエンジン作動効率を高めるようにする。ターボチャージャ１２０は、タービン（図１に示していない）によって少なくとも部分的に駆動される圧縮機（図１に示していない）を含むことができる。この場合、単一のターボチャージャが含まれるが、システムは、複数のタービン及び／又は圧縮機段を含むことができる。
【００１１】
車両システム１００は更に、ターボチャージャ１２０の下流側で排気通路において結合された排出ガス処理システム１０８を含む。排出ガス処理システム１０８は、排出ガス処理装置１２４を含む。排出ガス処理装置は、例えば、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒、その他などの触媒とすることができる。図５〜１０を参照して更に詳細に説明されるように、排出ガス処理装置１２４は、内部に配置された複数のサブ触媒を含むことができ、該サブ触媒は、１次流路をサブ触媒の数に対応する数の流路に分割する。
【００１２】
鉄道車両１０６は更に、車両システム１００に関連する種々の構成要素を制御するコントローラ１４８を含む。１つの実施例において、コントローラ１４８は、コンピュータ制御システムを含む。コントローラ１４８は更に、鉄道車両運転のオンボード監視及び制御を可能にするコードを含む、コンピュータ可読記憶媒体（図示せず）を含む。車両システム１００の制御及び管理を監視する間、コントローラ１４８は、本明細書で更に詳細に説明されるように様々なエンジンセンサ１５０から信号を受け取り、作動パラメータ及び作動状態を判定し、これに応じて種々のエンジンアクチュエータ１５２を調整し、鉄道車両１０６の作動を制御するよう構成することができる。例えば、コントローラ１４８は、限定ではないが、エンジン速度、エンジン負荷、ブースト圧力、排気圧力、大気圧、排気温度、その他を含む、種々のエンジンセンサ１５０から信号を受け取ることができる。これに応じて、コントローラ１４８は、トラクションモータ、オルタネータ、シリンダバルブ、スロットル、その他などの種々の構成要素にコマンドを送ることにより、車両システム１００を制御することができる。
【００１３】
図１１を参照して更に詳細に説明するように、幾つかの実施形態において、コントローラ１４８は、排出ガス処理システム１０８内に位置付けられた１つ又はそれ以上の温度センサ１６０から通信を受けることができる。温度センサ１６０から通信に応答して、コントローラ１４８は、例えば、バルブ１６２の位置を制御するアクチュエータに信号を送信することができる。バルブ１６２は、例えば、ゲートバルブとすることができ、排気通路１１６を部分的にわたって延びて、排出ガス処理装置１２４内での１つ又はそれ以上のサブ触媒への排出ガスの流れを実質的に低減する。他の実施例では、バルブ１６２は、サブ触媒の１つ又はそれ以上への排出ガス流を低減するが、排出ガス処理装置１２４への流れを完全には制限しない別のタイプのバルブとすることができる。
【００１４】
１つの例示的な実施形態において、車両システムは、ルーフ組立体及び側壁によって定められる機関運転室を含む機関車システムである。機関車システムは更に、エンジンの長手方向軸線が運転室の長さと平行に整列するように機関運転室に位置付けられたエンジンを備える。更に、排出ガス処理システムは、エンジンの排気マニホルドの上面、ルーフ組立体、及び機関運転室の側壁によって定められるスペース内に含まれて該エンジン上に搭載され、排出ガス処理システムの長手方向軸線がエンジンの長手方向軸線と平行に整列するようになる。排出ガス処理システムは、一次流路及び複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置を含む。サブ触媒の各々は、エンジンの排気マニホルドから排出ガスの異なる部分を受け取るよう構成された対応する流路を形成する。このような例示的な実施形態の詳細な実施例について以下で説明する。
【００１５】
図２を参照すると、例示的なエンジンシステム２００が図示されており、エンジンシステム２００は、図１を参照して上記で説明したエンジン１０４のようなエンジン２０２を含む。エンジンシステムは更に、エンジンの前側に搭載されたターボチャージャ２０４と、エンジンの上部に位置付けられた排出ガス処理システム２０８とを含む。
【００１６】
図２の実施例において、エンジン２０２はＶ型エンジンであり、互いに対して１８０度未満の角度で位置付けられた２つのシリンダバンクを含み、これらがＶ字型の内寄り領域を有してエンジンの長手方向軸線に沿って見たときにＶ字に見えるようになる。エンジンの長手方向軸線は、この実施例において最長寸法で定められる。図２の実施例において、及び図３において、長手方向は符号２１２で示され、垂直方向は符号２１４で示され、横方向は符号２１６で示される。シリンダの各バンクは、複数のシリンダを含む。複数のシリンダの各々は、カムシャフトにより制御されて、加圧吸入空気の流れを燃焼のためシリンダに流入させることを可能にする吸入バルブを含む。シリンダの各々は更に、カムシャフトにより制御されて、燃焼ガス（例えば、排出ガス）の流れをシリンダから流出させることを可能にする排気バルブを含む。
【００１７】
図２の例示的な実施形態において、排出ガスは、シリンダから流出し、Ｖ字領域内に位置付けられた（例えば、内寄りの向きで）排気マニホルドに流入する。他の実施形態において、排気マニホルドは、例えば、該排気マニホルドがＶ字領域の外部に位置付けられる外寄りの向きにあってもよい。図２の実施例において、エンジン２０２はＶ−１２エンジンである。他の実施形態では、エンジンは、Ｖ−６、Ｉ−４、Ｉ−６、Ｉ−８、対向４、又は別のエンジンタイプであってもよい。
【００１８】
上述のように、エンジンシステム２００は、エンジン２０２の前端部２１０に位置付けられたターボチャージャ２０４を含む。図２の実施例において、エンジンの前端部２１０は、ページの右側に面している。吸入空気がターボチャージャ２０４を通って流れ、ここでターボチャージャの圧縮機によって加圧された後、エンジン２０２のシリンダに流入する。幾つかの実施形態において、エンジンは更に、給気冷却器を含み、エンジン２０２のシリンダに流入する前に加圧された吸入空気を冷却する。ターボチャージャは、エンジン２０２の排気マニホルドに結合されて、排出ガスがエンジン２０２のシリンダから流出し、次いで、排気通路２１８を通って流れ、排出ガス処理システム２０８に流入した後、ターボチャージャ２０４のタービンに流入するようになる。
【００１９】
図２に示す例示的な実施形態において、排出ガス処理システム２０８は、エンジン２０２の垂直方向上方に位置付けられる。排出ガス処理システム２０８は、エンジン２０２の排気間に非居る度の上面、機関運転室３００のルーフ組立体３０２、及び機関運転室の側壁３０４によって定められるスペース内に収まるようにエンジン２０２の上部に位置付けられる。機関運転室３００は、図３に示されている。エンジン２０２は、エンジンの長手方向軸線が機関運転室３００の長さと平行に整列されるように機関運転室３００に位置付けることができる。図２に示すように、排出ガス処理システムの長手方向軸線は、エンジンの長手方向軸線と平行に整列される。
【００２０】
排出ガス処理システム２０８は、エンジンの長手方向軸線と平行に整列されたハイｋ胃通路によって定められる。図２に示す例示的な実施形態において、排出ガス処理システム２０８は、触媒のような排出ガス処理装置２２０を含む。幾つかの実施形態において、排出ガス処理装置２２０は、図５〜１０に関して以下で更に詳細に説明するように、複数のサブ触媒を含む。別の非限定的な実施形態において、排出ガス処理システム２０８は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ＤＯＣの下流側に結合されたディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタの下流側に結合された選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒など、１つよりも多い排出ガス処理装置を含む。別の実施形態において、排出ガス処理システムは、エンジン排気ストリームにおいて発生するＮＯｘ化学種を低減するＳＣＲシステムと、エンジン排気ストリームにおいて発生する粒状物質又はスートの量を低減する粒状物質（ＰＭ）低減システムとを含む。ＳＣＲシステムに含まれる様々な排気後処理構成要素は、例えば、ＳＣＲ触媒、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）、及びＳＣＲ触媒と共に使用される適切な還元剤を混合及び加水分解する構造（又は領域）を含むことができる。構造又は領域は、例えば、還元剤貯蔵タンク及び注入システムから還元剤を受け取ることができる。
【００２１】
更に、排気流路２１８は、排出ガスが排出ガス処理システム２０８に流入する入口を含む。
【００２２】
別の実施形態において、排出ガス処理システム２０８は、同じ方向（例えば、エンジンの長手方向軸線に沿って）で整列した複数の別個の流路を含むことができる。このような実施形態において、複数の流路の各々は、各々が複数のサブ触媒を含むことができる１つ又はそれ以上の排出ガス処理装置を含むことができる。
【００２３】
上述のように、排気通路がエンジンの長手方向軸線と平行に整列されるようにエンジンの上部に排出ガス処理システムを位置付けることにより、コンパクトな構成を可能とすることができる。このようにして、エンジン及び排出ガス処理システムは、上述の機関運転室のようなスペース内に配置することができ、ここではパッケージングスペースが制限される可能性がある。
【００２４】
上述の機関車システムのような、パッケージングスペースが制限される車両システムにおいて、排出ガス流の方向に垂直な排出ガス処理装置の断面積は、排出ガス処理装置がエンジンと機関運転室のルーフ組立体との間のスペース内に収まるように小さくすることができる。例えば、排出ガス処理装置の直径が低減される。更に、このような構成において、排出ガス処理装置は、排出ガスが、例えば所望の時間期間触媒に曝されるように細長くすることができる。
【００２５】
幾つかの実施例において、触媒は、排出ガスが通って流れる複数のチャンネルから形成されたハニカム様構造を有することができる。このような実施形態において、排出ガス処理装置によって引き起こされる圧力低下は、管体（例えば、チャンネル）を通じた圧力低下のハーゲン・ポアズィユ（Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ）の式：
（１）
に従って、装置の長さが増大したときに増大する可能性がある。ここで、μは管体を流れる流体の粘度、Ｌは管体長、Ｑは体積流量、及びｒは管体半径である。システムの圧力低下が増大した場合、システムの寄生損失が増大し、これによりエンジン効率が低下する可能性がある。ハーゲン・ポアズィユ（Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ）の式（１）から更に導出できるように、断面積の増大及び／又は管体長の縮小によって圧力低下を低減することができる。
【００２６】
図４は、排出ガス処理システム４００における典型的な従来の排出ガス処理装置４０２の例示的な実施形態を示している。図４に示すように、エンジン（図４には図示せず）からの排出ガス４０５は、一次流路４０４に沿って排出ガス処理装置４０２内に流れる。例えば、一次流路は流入流路である。排出ガス処理装置４０２は、該排出ガス処理装置の一方の側部から反対側の側部まで実質的に延びて、排出ガス処理装置の断面を実質的に充填する単一のサブ触媒を含む。単一のサブ触媒４０６が存在するので、排出ガス４０５が排出ガス処理装置４０２に流入すると、排出ガスは、単一の流路４０８に沿ってサブ触媒４０６を流れ、排出ガス処理装置４０２から出る。
【００２７】
排出ガス処理装置４０２の長さが増大すると、上述のようにシステムの圧力低下が増大し、エンジン効率の低下につながる可能性がある。従って、図５〜１０は、排出ガス処理装置において段階的構成に配列された複数のサブ触媒の各々を通って排出ガスの異なる部分が流れるように、排出ガス処理装置内の排出ガスの流れを分割することにより触媒の断面積を増大させた排出ガス処理装置の例示的な実施形態を示している。従って、排出ガス処理装置に曝される排出ガスの持続時間は、排出ガス処理装置の長さを付加することなく維持することができる。このようにして、装置を通る排出ガスの流れによって生じる圧力低下を低減することができる。
【００２８】
例示的な実施形態において、排出ガス処理システムの排出ガス処理装置は、排出ガスが排出ガス処理装置を通る一次流路を含む。排出ガス処理装置は更に、排出ガスを第１のガス流とバイパス流とに分割する一次流路内に部分的に配置される第１のサブ触媒と、第１のガス流とは異なる第２のガス流を形成するバイパス流内に配置された第２のサブ触媒とを含む。
【００２９】
別の例示的な実施形態において、排出ガス処理装置は、流路と、該流路内に配置され且つ流路に沿った第１の位置にある第１のサブ触媒を含む。第１のサブ触媒は、第１の位置にて流路の半径方向範囲を全体ではなく部分的に充填する。更に、第１のサブ触媒によって充填されていない第１の位置における半径方向範囲の一部分は占有されず、排出ガスが第１のサブ触媒の周りに捕らわれることなく流れることができるようになる。排出ガス処理装置は更に、流路内に配置され且つ流路に沿った下流側の第２の位置にある第２のサブ触媒を含む。第２のサブ触媒は、第２の位置にて流路の半径方向範囲を全体ではなく部分的に充填する。更に、第２のサブ触媒によって充填されていない第２の位置における半径方向範囲の一部分は占有されず、排出ガスが第２のサブ触媒の周りに捕らわれることなく流れることができるようになる。図５は、このような実施形態を示している。
【００３０】
一次流路は流入流路であり、ここで排出ガス流は、例えば、サブ触媒によって流れが分割される前に、排出ガス処理装置に合流する。本明細書で使用される用語「分割」は、排出ガス流が、ガス流の２つ又はそれ以上の別個の部分（例えば、第１のガス流、バイパス流、及びその他）に分けられることを意味する。更に、「〜に部分的に配置される」とは、少なくとも一部の排出ガスがサブ触媒をバイパスすることができるように、サブ触媒が排出ガス処理装置の直径にわたって部分的に延びていることを意味する。詳細には、サブ触媒のある位置での流路の半径方向範囲の一部は占有されず、排出ガスがサブ触媒の周りに捕らわれることなく流れることができるようになる。ガス流は、サブ触媒を通る作動流である。例えば、第１のガス流は、第１のサブ触媒を通る作動流である。更に、「バイパス」とは、排気流がサブ触媒を通って流れないことを意味する。例えば、バイパス流は、第１のサブ触媒を通過しない。代わりに、バイパス流は、第１のサブ触媒の周りに流れ、ここで第２のサブ触媒を通過すると第２のガス流になる。他の実施例では、以下で説明するように、バイパス流は、２つ又はそれ以上のガス流に更に分割することができる。
【００３１】
図５に示す例示的な実施形態は、分割流路を備えた排出ガス処理装置５０２を含む排出ガス処理システム５００を示している。図２に関して上記で説明したエンジン２０２のようなエンジンからの排出ガス流５０５は、一次流路５０４（例えば、流入れ経路）を介して排出ガス処理装置５０２に流入する。排出ガス処理装置５０２内に入ると、一次流路５０４は、以下で説明するように、２つの流れ経路に沿って２つのガス流に分割される。
【００３２】
図５の例示的な実施形態において、排出ガス処理装置５０２は、第１のサブ触媒５０６及び第２のサブ触媒５０８を含む。図示のように、第１のサブ触媒５０６は、第２の位置にある第２のサブ触媒５０８の上流側の第１の位置に配置され、サブ触媒が、排出ガス処理装置の長さに沿って段階的構成で配列されるようになる。更に、サブ触媒の各々は、排出ガス処理装置５０２の直径にわたって部分的にのみ延びて、各サブ触媒が排出ガス流の異なる部分を受け取るようにする。具体的には、各サブ触媒は、流路の半径方向範囲を全体ではなく部分的に充填する。
【００３３】
一例として、図５に示すように、第１のサブ触媒５０６は、排出ガス処理装置５０２の上部から、半径方向範囲５１８にて排出ガス処理装置５０２の直径にわたって約４分の３の位置まで延びている。図５の実施例において、半径方向は符号５２２で示され、長手方向は符号５２４で示されている。図示のように、第１のサブ触媒５０６によって充填されてない半径方向範囲５１８の一部は占有されておらず、排出ガスが第１のサブ触媒５０６の周りに捕らわれることなく流れることができるようになる。第２のサブ触媒５０８は、排出ガス処理装置５０２の底部から、半径方向範囲５２０にて排出ガス処理装置５０２の直径にわたって約４分の３の位置まで延びている。図示のように、第２のサブ触媒によって充填されてない半径方向範囲５２０の一部は占有されておらず、排出ガスが第２のサブ触媒５１８の周りに捕らわれることなく流れることができるようになる。他の実施形態では、サブ触媒は、排出ガス処理装置の両側から延びることができる。このようにして、排出ガスが流れる触媒の表面積が増大する。
【００３４】
幾つかの実施形態において、第１のサブ触媒５０６及び第２のサブ触媒５０８は実質的に同じである。例えば、サブ触媒は、同じタイプの材料（例えば、基板、触媒、ウォシュコート、又は同様のもの）から形成され、同じサイズ及び構造（例えば、チャンネル直径及びスペース）を有することができる。他の実施形態では、第１のサブ触媒５０６及び第２のサブ触媒５０８は異なることができる。例えば、サブ触媒は、異なるサイズを有することができる。１つの実施形態において、サブ触媒は、例えば、サブ触媒の一方は比較的高温でより効果的であり、他方のサブ触媒は比較的低温でより効果的であるように、異なる基板及び／又はコーティングを有することができる。このような実施形態において、排出ガス処理システム５００は、図１１に関して以下でより詳細に説明されるように、サブ触媒の一方への排出ガス流が実質的に低減されるように閉鎖することができるバルブ５１４を含むことができる。
【００３５】
図５の実施例に示すように、第１のサブ触媒５０６は、これに沿って一次流路５０４からのガス流の第１の部分が流れる第１の流れ経路５１０を形成する。ガス流の第２の異なる部分は、第１のサブ触媒をバイパスし、第２のサブ触媒５０８によって形成される第２の流れ経路５１２に沿って流れる。分流器５１６は、流路に当接していない第１のサブ触媒５０６及び第２のサブ触媒５０８の遠位縁部を相互接続し、サブ触媒５０６から出る排出ガスがサブ触媒５０８に流入しないようにする。図５に示すように、分流器５１６は、第１のサブ触媒５０６の位置で占有していない半径方向範囲５１８を通過する排出ガスを第２のサブ触媒５０８の入力に送る。分流器５１６は更に、第２のサブ触媒５０８の位置にて第１のサブ触媒５０６から出る排出ガスを占有されていない半径方向範囲５２０に送る。分流器５１６は、例えば、ステンレス鋼などのあらゆる好適な材料から形成することができる。例示的な実施形態において、分流器５１６の片側又は両側は、エミッション低減を更に向上させるため、触媒材料でコーティングすることができる。分流器５１６は、あらゆる好適な方法で取り付け又は固定することができる。
【００３６】
以上のように、排出ガス処理装置は、排出ガス処理装置を通る排出流を２つの流れ経路に分割する２つのサブ触媒を含むことができる。このようにして、排出ガスが流れる触媒の表面積を増大させることができ、排出ガスの各部分が流れる長さを短くし、これによりシステムの圧力低下を低減することができる。
【００３７】
図６は、分割流れ経路を有する排出ガス処理装置６０２を備えた排出ガス処理システム６００の別の例示的な実施形態を示している。図２に関して上述したエンジン２０２のようなエンジンからの排出ガス流６０５は、一次流路６０４（例えば、流入流れ経路）を介して排出ガス処理装置６０２に流入する。排出ガス処理装置６０２内に入ると、一次流路６０４は、以下で説明するように、３つの流れ経路に沿って３つのガス流に分割される。
【００３８】
図６に示すように、排出ガス処理装置６０２は、第１のサブ触媒６０６と、第２のサブ触媒６０８と、第３のサブ触媒６１０とを含み、これらは排出ガス処理装置６０２の長さに沿って段階的に配列される。サブ触媒６０８は、サブ触媒６０６の下流側で且つサブ触媒６１０の上流側に位置付けられる。更に、サブ触媒の各々は、排出ガス処理装置６０２の直径にわたって部分的にのみ延びて、各サブ触媒が排出ガス流６０５の異なる部分を受け取るようにする。
【００３９】
幾つかの実施形態において、第１のサブ触媒６０６、第２のサブ触媒６０８、及び第３のサブ触媒６１０は、実質的に同じである。例えば、サブ触媒は、同じ材料（例えば、基板、触媒、ウォシュコート、又は同様のもの）から形成され、同じサイズ及び構造（例えば、チャンネル直径及びスペース）を有することができる。他の実施形態では、サブ触媒の各々は異なることができる。１つの実施形態において、サブ触媒の各々は、異なる形状及び断面積を有することができる。或いは、又はこれに加えて、サブ触媒は、例えば、サブ触媒の少なくとも１つが比較的高温でより効果的であり、他のサブ触媒が比較的低温でより効果的であるように、異なる基板及び／又はコーティングを有することができる。更に別の実施形態において、サブ触媒のうちの２つは同じとすることができるが、他のサブ触媒は異なるものである。
【００４０】
図６の実施例において更に示すように、第１のサブ触媒６０６は、一次流路６０４からの排出ガスの第１の部分が流れる第１の流れ経路６１２を形成する。ガス流の第２の異なる部分は、第１のサブ触媒６０６をバイパスし、第２のサブ触媒６０８によって形成される第２の流れ経路６１４に沿って流れる。ガス流の第１及び第２の部分とは異なる第３の部分は、第１及び第２のサブ触媒６０６、６０８をバイパスし、第３のサブ触媒６１０を通って第３の流れ経路６１６に沿って流れる。排出ガス処理装置６０２は更に、複数の分流器６１８を含む。例えば、１つの分流器６１８が第１のサブ触媒６０６と第２のサブ触媒６０８との間に結合され、サブ触媒６０６から出る排出ガスがサブ触媒６０８に流入しないようにする。別の分流器６１８が第２のサブ触媒６０８と第３のサブ触媒６１０との間に結合され、サブ触媒６０８から出る排出ガスがサブ触媒６１０に流入しないようにする。
【００４１】
図６に示した例示的な実施形態は更に、第２のサブ触媒６０８に結合された第３の分流器を含み、例えば、流入流れ経路を第２及び第３のサブ触媒６０８、６１０の上流側で第２の流れ経路６１４と第３の流れ経路６１６とに分割するようにする。他の実施形態では、排出ガス処理装置は、第３の分流器を含まなくてもよい。分流器６１８は、例えば、ステンレス鋼などのあらゆる好適な材料から形成することができる。幾つかの実施形態において、分流器６１８のうちの１つ又はそれ以上の分流器の片側又は両側は、エミッション低減を更に向上させるため、触媒材料でコーティングすることができる。分流器６１６は、あらゆる好適な方法で取り付け又は固定することができる。
【００４２】
以上のように、排出ガス処理装置は、排出ガス処理装置を通る排気流を３つの流れ経路に分割する３つのサブ触媒を含むことができる。このようにして、排出ガスが流れる触媒の表面積を増大させることができ、排出ガスの各部分が流れる長さを短くし、これによりシステムの圧力低下を低減することができる。
【００４３】
図７は、分割流れ経路を有する排出ガス処理装置７０２を備えた排出ガス処理システム７００の別の例示的な実施形態を示している。図２を参照して上述したエンジン２０２のようなエンジンからの排出ガス流７０５は、一次流路７０４（例えば、流入流れ経路）を介して排出ガス処理装置７０２に流入する。排出ガス処理装置７０２内に入ると、一次流路７０４は、以下で説明するように、対応する数の流れ経路に沿って２つ又は３つのガス流に分割される。
【００４４】
図７の例示的な実施形態において、排出ガス処理装置７０２は、第１のサブ触媒７０６と、第２のサブ触媒７０８と、第３のサブ触媒７１０とを含み、これらは、排出ガス処理装置７０２の長さに沿って段階的構成で配列される。サブ触媒７０８は、サブ触媒７０６及びサブ触媒７１０の下流側に配置される。更に、サブ触媒の各々は、排出ガス処理装置７０２の直径にわたって部分的にのみ延びて、各サブ触媒が排出ガス流７０５の異なる部分を受け取るようにする。
【００４５】
幾つかの実施形態において、第１のサブ触媒７０６、第２のサブ触媒７０８、及び第３のサブ触媒７１０は実質的に同じである。例えば、サブ触媒は、同じ材料（例えば、基板、触媒、ウォシュコート、又は同様のもの）から形成され、同じサイズ及び構造（例えば、チャンネル直径及びスペース）を有することができる。他の実施形態では、サブ触媒の各々は異なることができる。１つの実施例において、サブ触媒の１つ又はそれ以上は、図７に示すように、異なる形状及び／又は断面積を有することができる。代替として、又はこれに加えて、サブ触媒は、例えば、サブ触媒の１つ又はそれ以上が比較的高温でより効果的であり、他のサブ触媒が比較的低温でより効果的であるように、異なる基板及び／又はコーティングを有することができる。更に別の実施形態において、サブ触媒のうちの２つは同じとすることができ、他のサブ触媒は異なるものである。
【００４６】
図７の実施例において更に示すように、第１のサブ触媒７０６は、一次流路７０４からの排出ガスの第１の部分が流れる第１の流れ経路７１２を形成する。ガス流の第２の異なる部分は、第１のサブ触媒７０６をバイパスし、第２のサブ触媒７０８によって形成される第２の流れ経路７１４に沿って流れる。排出ガスの第１及び第２の部分とは異なる第３の部分は、第１及び第２のサブ触媒７０６、７０８をバイパスし、第３のサブ触媒７１０を通って第３の流れ経路７１６に沿って流れる。排出ガス処理装置７０２は更に、複数の分流器７１８を含む。例えば、１つの分流器７１８が第１のサブ触媒７０６と第２のサブ触媒７０８との間に結合され、サブ触媒７０６から出る排出ガスがサブ触媒７０８に流入しないようにする。別の分流器７１８が第２のサブ触媒７０８と第３のサブ触媒７１０との間に結合され、サブ触媒７１０から出る排出ガスがサブ触媒７０８に流入しないようにする。分流器７１８は、例えば、ステンレス鋼などのあらゆる好適な材料から形成することができる。幾つかの実施形態において、分流器７１８のうちの１つ又はそれ以上の分流器の片側又は両側は、エミッション低減を更に向上させるため、触媒材料でコーティングすることができる。分流器７１６は、あらゆる好適な方法で取り付け又は固定することができる。
【００４７】
幾つかの実施例において、第１のサブ触媒７０６及び第３のサブ触媒７１０は、第１の流れ経路を形成する（例えば、流れ経路７１２及び７１６が同じ流れ経路の一部である）同じサブ触媒であってもよい。例えば、サブ触媒は、図７に示すように断面で見たときに２つのサブ触媒として見えるリング形状を有することができる。このような実施例において、排出ガス処理装置７０２は、排出ガスの２つの異なる部分が流れる２つの流れ経路に排出ガス流７０５を分割する２つのサブ触媒を含む。
【００４８】
従って、排出ガス処理装置は、排出ガス処理装置を通じて排出流を２又は３つの流れ経路にそれぞれ分割する２又は３つのサブ触媒を含むことができる。このようにして、排出ガスが流れる触媒表面積を増大させることができ、排出ガスの各々の部分が流れる長さを短くし、これによりシステムに対する圧力低下を低減することができる。
【００４９】
分割流れ経路を有する排出ガス処理装置８０２を備えた排出ガス処理システム８００の別の例示的な実施形態が図８に示されている。図２を参照して上述したエンジン２０２のようなエンジンからの排出ガス流８０５は、一次流路８０４（例えば、流入流れ経路）を介して排出ガス処理装置８０２に流入する。排出ガス処理装置８０２内に入ると、一次流路８０４は、以下で説明するように、対応する数の流れ経路に沿って３、４、又は５つのガス流に分割される。
【００５０】
図８の例示的な実施形態において、排出ガス処理装置８０２は、第１のサブ触媒８０６と、第２のサブ触媒８０８と、第３のサブ触媒８１０と、第４のサブ触媒８１２、及び第５のサブ触媒８１４とを含み、これらは、排出ガス処理装置８０２の長さに沿って段階的構成で配列される。サブ触媒８０８及び８１４は、サブ触媒８０６及び８１２の下流側でサブ触媒８１０の上流側に位置付けられる。更に、サブ触媒の各々は、排出ガス処理装置８０２の直径にわたって部分的にのみ延びて、各サブ触媒が排出ガス流８０５の異なる部分を受け取るようにする。
【００５１】
幾つかの実施形態において、第１のサブ触媒８０６、第２のサブ触媒８０８、第３のサブ触媒８１０、第４のサブ触媒８１２、及び第５のサブ触媒８１４は実質的に同じである。例えば、サブ触媒は、同じ材料（例えば、基板、触媒、ウォシュコート、又は同様のもの）から形成され、同じサイズ及び構造（例えば、チャンネル直径及びスペース）を有することができる。他の実施形態では、サブ触媒の各々は異なることができる。１つの実施例において、サブ触媒の１つ又はそれ以上は、図８に示すように、異なる形状及び／又は断面積を有することができる。代替として、又はこれに加えて、サブ触媒は、例えば、サブ触媒の１つ又はそれ以上が比較的高温でより効果的であり、他のサブ触媒が比較的低温でより効果的であるように、異なる基板及び／又はコーティングを有することができる。      
【００５２】
図８の実施例において更に示すように、第１のサブ触媒８０６は、一次流路８０４からのガス流の第１の部分が流れる第１の流れ経路８１６を形成する。ガス流の第２の異なる部分は、第２のサブ触媒８０８によって形成される第２の流れ経路８１４に沿って流れる。ガス流の第１及び第２の部分とは異なるガス流の第３の部分は、第３のサブ触媒８１０を通って第３の流れ経路８２０に沿って流れる。排出ガスの第１、第２、及び第３の部分とは異なる排出ガスの第４の部分は、第４のサブ触媒８１２を通って第４の流れ経路８２２に沿って流れる。最後に、排出ガスの第１、第２、第３の部分、及び第４の部分とは異なる排出ガスの第５の部分は、第５のサブ触媒８１４を通って第５の流路８２４に沿って流れる。
【００５３】
排出ガス処理装置８０２は更に、複数の分流器８１８を含む。例えば、１つの分流器８２６が第１のサブ触媒８０６と第２のサブ触媒８０８との間に結合され、サブ触媒８０６から出る排出ガスが他のサブ触媒の何れかに流入しないようにする。別の分流器８２６が第２のサブ触媒８０８と第３のサブ触媒８１０との間に結合され、サブ触媒８０８から出る排出ガスがサブ触媒８１０に流入しないようにする。別の分流器８２６が第４のサブ触媒８１２と第５のサブ触媒８１４との間に結合され、サブ触媒８１２から出る排出ガスが他のサブ触媒に流入しないようにする。別の分流器８２６が第５のサブ触媒８１４と第３のサブ触媒８１０との間に結合され、サブ触媒８１４から出る排出ガスが第３のサブ触媒８１０に流入しないようにする。分流器８２６は、例えば、ステンレス鋼などのあらゆる好適な材料から形成することができる。幾つかの実施形態において、分流器８２６のうちの１つ又はそれ以上の分流器の片側又は両側は、エミッション低減を更に向上させるため、触媒材料でコーティングすることができる。分流器８２６は、あらゆる好適な方法で取り付け又は固定することができる。
【００５４】
幾つかの実施例において、第１のサブ触媒８０６及び第４のサブ触媒８１２は、第１の流れ経路を形成する（例えば、流れ経路８１６及び８２２が同じ流れ経路の一部である）同じサブ触媒であってもよい。例えば、サブ触媒は、図８に示すように断面で見たときに２つのサブ触媒として見えるリング形状を有することができる。このような実施例において、排出ガス処理装置８０２は、排出ガスの２つの異なる部分が流れる２つの流れ経路を形成する４つのサブ触媒を含む。
【００５５】
同様に、第２のサブ触媒８０８及び第５のサブ触媒８１４は、第２の流れ経路（例えば、流れ経路８１８及び８２４が同じ流れ経路の一部である）を形成する同じリング形サブ触媒とすることができる。このようにして、排出ガス処理装置８０２は、２つの別個の流れ経路を形成する２つのリング形サブ触媒と、他の２つの流れ経路とは異なる第３の流れ経路を形成する第３の円筒形サブ触媒とを含むことができる。
【００５６】
従って、排出ガス処理装置は、３、４、又は５つのサブ触媒を含むことができ、これらサブ触媒は、排出ガス処理装置を通じて排気流を３、４、又は５つの流れ経路にそれぞれ分割する。このようにして、排出ガスが流れる触媒の表面積を増大させることができ、排出ガスの各部分が流れる長さを短くし、これによりシステムの圧力低下を低減することができる。
【００５７】
図９は、分割流れ経路を有する排出ガス処理装置９０２を備えた排出ガス処理システム９００の別の例示的な実施形態を示している。図２を参照して上述したエンジン２０２のようなエンジンからの排出ガス流９０５は、一次流路９０４（例えば、流入流れ経路）を介して排出ガス処理装置９０２に流入する。排出ガス処理装置９０２内に入ると、一次流路９０４は、以下で説明するように、対応する数の流れ経路に沿って４、５、６、又は７つのガス流に分割される。
【００５８】
図９の例示的な実施形態において、排出ガス処理装置９０２は、内部に配置され且つ排出ガス処理装置９０２の長さに沿って段階的構成で配列された７つのサブ触媒９０６を含む。サブ触媒のうちの４つは、同じライン９１２に沿って位置付けられ、他の３つのサブ触媒は、別のライン９１４に沿って下流側に位置付けられる。サブ触媒９０６の各々は、排出ガス処理装置９０２の直径にわたって部分的にのみ延びて、各サブ触媒が排出ガス流９０５の異なる部分を受け取るようにする。１つの例示的な実施形態において、サブ触媒９０６の各々は、例えば、異なる排出ガス処理装置である。
【００５９】
幾つかの実施形態において、サブ触媒９０６の各々は実質的に同じである。例えば、サブ触媒９０６は、同じ材料（例えば、基板、触媒、ウォシュコート、又は同様のもの）から形成され、図９に示すような同じサイズ及び構造（例えば、チャンネル直径及びスペース）を有することができる。他の実施形態では、サブ触媒の各々は異なることができる。１つの実施例において、サブ触媒の１つ又はそれ以上は、異なる形状及び／又は断面積を有することができる。代替として、又はこれに加えて、サブ触媒は、例えば、サブ触媒の１つが比較的高温でより効果的であり、他のサブ触媒が比較的低温でより効果的であるように、異なる基板及び／又はコーティングを有することができる。
【００６０】
図９の実施例において更に示すように、サブ触媒９０６の各々は、一次流路９０４からの排出ガスの異なる部分が流れる流れ経路９０８を形成する。排出ガス処理装置９０２は更に、サブ触媒間に位置付けられた複数の分流器９１０を含み、サブ触媒から出る排出ガスがサブ触媒に流入しないようにする。分流器９１０は、例えば、ステンレス鋼などのあらゆる好適な材料から形成することができる。幾つかの実施形態において、分流器９１０のうちの１つ又はそれ以上の分流器の片側又は両側は、エミッション低減を更に向上させるため、触媒材料でコーティングすることができる。分流器９１０は、あらゆる好適な方法で取り付け又は固定することができる。
【００６１】
幾つかの実施例において、ライン９１２に沿って配置されたサブ触媒９０６のうちの２つは、リング形サブ触媒を形成することができる。例えば、排出ガス処理装置９０２は、ライン９１２に沿って配置された１つ又は２つのリング形サブ触媒を含むことができる。排出ガス処理装置は更に、ライン９１４に沿って配置されたリング形触媒を含むことができる。このようにして、図９に示す排出ガス処理装置９０２は、排出ガス流９０５を対応する数のガス流に分割する、４、５、６、又は７つのサブ触媒を含むことができる。
【００６２】
従って、排出ガス処理装置は、４、５、６、又は７つのサブ触媒を含むことができ、これらサブ触媒は、排出ガス処理装置を通じて排気流を４、５、６、又は７つの流れ経路にそれぞれ分割する。このようにして、排出ガスが流れる触媒の表面積を増大させることができ、排出ガスの各部分が流れる長さを短くし、これによりシステムの圧力低下を低減することができる。
【００６３】
図１０は、分割流れ経路を有する排出ガス処理装置１００２を備えた排出ガス処理システム１０００の別の例示的な実施形態を示している。図２を参照して上述したエンジン２０２のようなエンジンからの排出ガス流１００５は、一次流路１００４（例えば、流入流れ経路）を介して排出ガス処理装置１００２に流入する。排出ガス処理装置１００２内に入ると、一次流路１００４は、以下で説明するように、対応する数の流れ経路に沿って６、７、８、９、１０、又はそれ以上のガス流に分割される。１つの実施形態において、サブ触媒１００６の各々は、例えば、異なる排出ガス処理装置とすることができる。
【００６４】
図１０の例示的な実施形態において、排出ガス処理装置１００２は、内部に配置され且つ排出ガス処理装置１００２の長さに沿って段階的構成で配列された１１のサブ触媒１００６を含む。サブ触媒のうちの６つは、同じライン１０１２に沿って位置付けられ、サブ触媒のうちの４つは、別のライン１０１４に沿って下流側に位置付けられ、１１番目のサブ触媒は、ライン１０１６に沿って更に下流側に位置付けられる。サブ触媒１００６の各々は、排出ガス処理装置１００２の直径にわたって部分的にのみ延びて、各サブ触媒が排出ガス流１００５の異なる部分を受け取るようにする。
【００６５】
幾つかの実施形態において、サブ触媒１００６の各々は実質的に同じである。例えば、サブ触媒１００６は、同じ材料（例えば、基板、触媒、ウォシュコート、又は同様のもの）から形成され、同じサイズ及び構造（例えば、チャンネル直径及びスペース）を有することができる。他の実施形態では、サブ触媒の各々は異なることができる。１つの実施例において、サブ触媒の１つ又はそれ以上は、異なる形状及び／又は断面積を有することができる。代替として、又はこれに加えて、サブ触媒は、例えば、サブ触媒の１つが比較的高温でより効果的であり、他のサブ触媒が比較的低温でより効果的であるように、異なる基板及び／又はコーティングを有することができる。
【００６６】
更に図１０は、サブ触媒１００６の各々が、一次流路１００４からの排出ガスの異なる部分が流れる流れ経路１００８を形成した例示的な実施形態を示している。排出ガス処理装置１００２は更に、サブ触媒間に位置付けられた複数の複数の分流器１０１０を含み、サブ触媒から出る排出ガスが他のサブ触媒の何れにも流入しないようにする。分流器１０１０は、例えば、ステンレス鋼などのあらゆる好適な材料から形成することができる。幾つかの実施形態において、分流器１０１０のうちの１つ又はそれ以上の分流器の片側又は両側は、エミッション低減を更に向上させるため、触媒材料でコーティングすることができる。分流器１０１０は、あらゆる好適な方法で取り付け又は固定することができる。
【００６７】
幾つかの実施例において、ライン１０１２に沿って配置されたサブ触媒１００６のうちの２つは、リング形サブ触媒を形成することができる。例えば、排出ガス処理装置１００２は、ライン１０１２に沿って配置された１、２、又は３つのリング形サブ触媒を含むことができる。排出ガス処理装置は更に、ライン１０１４に沿って配置された１つ又は２つのリング形触媒を含むことができる。このようにして、図１０に示す排出ガス処理装置１００２は、排出ガス流９０５を対応する数のガス流に分割する、６、７、８、９、１０、又は１１個のサブ触媒を含むことができる。
【００６８】
従って、排出ガス処理装置は、６、７、８、９、１０、又は１１個のサブ触媒を含むことができ、これらサブ触媒は、排出ガス処理装置を通じて排気流を６、７、８、９、１０、又は１１個の流れ経路にそれぞれ分割する。このようにして、排出ガスが流れる触媒の表面積を増大させることができ、排出ガスの各部分が流れる長さを短くし、これによりシステムの圧力低下を低減することができる。
【００６９】
図５〜１０の例示的な実施形態は、例証として提供され、限定を意図するものではない。逆に、例示の実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく様々な異なる用途に適用することができる一般概念を明らかにすることが意図される。例えば、排出ガス処理装置は、エンジンからの排出ガスを対応する数の流れ経路に分割する何れかの好適な数のサブ触媒を含むことができる。更に、サブ触媒は、あらゆる好適な構成で排出ガス処理装置に位置付けることができる。各サブ触媒のサイズ及び形状は、例えば、排出ガス処理装置内のサブ触媒の構成に基づいて変えることができる。
【００７０】
図１１は、図５を参照して説明された排出ガス処理装置５０２のような排出ガス処理装置を通じて排出ガスの流れを制御する方法の例示的な実施形態を示すフローチャートを示している。具体的には、方法１１００は、動作状態を決定し、これに応じて排出ガス処理装置を通じて流れを調整する。
【００７１】
方法１１００のステップ１１０２において、エンジン及び／又は排出ガス処理システムの作動状態が決定される。作動状態は、排出ガス温度、エンジン負荷、サブ触媒温度、その他を含むことができる。
【００７２】
作動状態が決定されると、方法１１００は、ステップ１１０４に進み、ここで排出ガス温度が閾値温度よりも上回るかどうかを判定する。例えば、排出ガス温度は、排気通路内に位置付けられた排出ガス温度センサによって測定することができる。閾値温度は、例えば、エンジン暖機運転状態又はエンジン負荷に基づくことができる。一例として、エンジン低負荷では、排出ガスは、高負荷時の排出ガス温度と比べて相対的に低温とすることができる。
【００７３】
排出ガス温度が閾値温度を下回ると判定された場合、方法１１００は、ステップ１１０６に進み、ここで、図５を参照して上述されたバルブ５１４のようなバルブが閉鎖され、排出ガス流を第２の流れ経路に沿って第２のサブ触媒を通じて配向し、第１の流れ経路に沿って第１のサブ触媒を通る流れを実質的に低減する。
【００７４】
方法１１００のステップ１１０８において、排出ガス温度が閾値温度を上回るかどうかを判定する。幾つかの実施例において、閾値温度は、方法１１００のステップ１１０４において上述した閾値温度と同じとすることができる。他の実施例において、閾値温度は、方法１１００のステップ１１０４において上述した閾値温度と異なるものとすることができる。
【００７５】
閾値温度が閾値温度を上回らないと判定された場合、方法１１００は、ステップ１１０８に戻り、バルブは閉鎖位置のままである。他方、ステップ１１０８において、排出ガス温度が閾値温度を上回ると判定された場合、又はステップ１１０４において、排出ガス温度が閾値温度を上回ると判定された場合、方法１１００はステップ１１１０に進む。
【００７６】
方法１１００のステップ１１１０において、バルブが開放され、一次排気通路に沿った排出ガス流の第１の部分が、第１のサブ触媒を通って第１の流れ経路に沿って配向され、排出ガス流の第２の部分が、第１のサブ触媒をバイパスするよう第２のサブ触媒を通って第２の流れ経路に沿って配向されるようになる。
【００７７】
他の実施形態では、バルブの制御は、エンジン負荷に基づくことができる。例えば、低負荷状態の間、バルブは閉鎖され、第１のサブ触媒を通る流れが実質的に低減され、一次流路を通って流れる排出ガスの大部分が、第２の流れ経路に沿って第２のサブ触媒を通過して流れるようになる。このようにして、排出ガス処理装置は、例えば、高効率で作動することができる。更に、排出ガス処理装置を通る流れを制御するバルブを使用することによって、排出ガス処理装置の劣化を軽減することができる。
【００７８】
別の実施形態において、バルブの制御は、サブ触媒温度に基づくことができる。例えば、閾値温度は、第１のサブ触媒又は第２のサブ触媒のライトオフ温度とすることができる。第１のサブ触媒の温度が閾値温度を下回る場合、バルブを閉鎖し、第１のサブ触媒を通る流れを実質的に低減することができる。このようにして、例えば、サブ触媒の一方又は両方のライトオフ時間を短縮することができる。
【００７９】
従って、複数のサブ触媒を備えた排出ガス処理装置の上流側に位置付けられたバルブを調整し、サブ触媒の各々に対応する流れ経路に沿った排出ガス流を制御することができる。その結果、排出ガス処理装置の効率を向上させることができ、劣化を軽減することができる。
【００８０】
方法１１００は、排出ガス処理システムが、図５に示す例示的な実施形態のような、２つのサブ触媒を有する排出ガス処理装置を含む例示的な実施形態について説明している。しかしながら、本方法は、例えば、図６〜１０に描いた例示的な実施形態のような、あらゆる好適な数のサブ触媒を含む排出ガス処理システムにも適用できる点は理解されたい。
【００８１】
上記で説明したように、用語「高温」及び「低温」は相対的なものであり、「高い」温度は、「低い」温度よりも高い圧力があることを意味する。逆に、「低い」温度は、「高い」温度よりも低い圧力がある。
【００８２】
本明細書で使用する場合に、前に数詞のない要素又はステップの表現は、そうではないことを明確に述べていない限り複数のそのような要素又はステップの存在を排除するものではないと理解されたい。更に、本発明の「１つの実施形態」という表現は、記載された特徴要素を組み込む追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。その上、明示的にそうでないことを示していない限り、特定の特性を有する単一の要素又は複数の要素を「備える」、「含む」、又は「有する」実施形態は、当該特性を有していない追加の要素を含むことができる。用語「含んでいる」及び「ｉｎ  ｗｈｉｃｈ」は、それぞれ用語「備える」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ」の一般的な表現の均等形として使用される。その上、用語「第１の」、「第２の」、及び「第３の」などは、単なる標識として使用され、これらの対象物に対して数値的要件又は特定の位置的順序を課すことを意図するものではない。
【００８３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００８４】
５００：排出ガス処理システム
５０２：排出ガス処理装置
５０４：一次流路
５０５：排出ガス流
５０６：第１のサブ触媒
５０８：第２のサブ触媒
５１０：第１の流れ経路
５１２：第２の流れ経路
５１４：バルブ
５１８：半径方向範囲
５２０：半径方向範囲
５２２：半径方向
５２４：長手方向
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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