(57)【要約】  ディーゼル微粒子フィルタの再生方法は、ディーゼル微粒子フィルタの入口に流入するガス流の温度を、ディーゼル微粒子フィルタの入口において４５０℃以上に高め、その場合に、ディーゼル微粒子フィルタの入口におけるガス流が３００ppm 以上の量のＮＯＸと、５体積％以上のＯ２とを含み、これにより、ディーゼル微粒子フィルタ内の煤を焼却することを含む。この方法はまた、ディーゼル微粒子フィルタの入口に流入するガス流の温度を、ディーゼル微粒子フィルタの入口において５５０℃以下に高め、その場合に、多孔質の壁からの煤の焼却速度が３．８グラム／リットル／時以上である。
2010534290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル微粒子フィルタを少なくともある程度再生させる方法であって、該ディーゼル微粒子フィルタは、入口、出口および該入口と出口との間に配置された多数の多孔質の壁を備えた多孔質体を備え、ガス流が、前記入口に流入し、前記ディーゼル微粒子フィルタを通過し、前記出口から流出し、前記多孔質の壁は、該多孔質の壁内または壁上に捕捉された多量の炭素煤を含んでいるものにおいて、
前記ディーゼル微粒子フィルタの前記入口に流入するガス流の温度を、前記ディーゼル微粒子フィルタの入口において４５０℃以上に高め、
その場合に、前記ディーゼル微粒子フィルタの入口におけるガス流が３００ppm 以上の量のＮＯＸと、５体積％以上のＯ２とを含み、これにより、前記ディーゼル微粒子フィルタ内の煤を焼却することを含むことを特徴とする、ディーゼル微粒子フィルタの再生方法。
【請求項２】
前記ディーゼル微粒子フィルタの入口に流入するガス流の温度が４５０℃と６００℃との間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ディーゼル微粒子フィルタの入口に流入するガス流の温度が、１５分間以内の第１の期間において４５０℃と５５０℃の間であり、前記排気ガスの温度が第２の期間において５５０℃を超え、かつ該第２の期間における前記ディーゼル微粒子フィルタの入口でのＮＯＸの量が３００ppm 以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ディーゼル微粒子フィルタが酸化物フィルタであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記酸化物フィルタの多孔質の壁が、約７００グラム／リットル以下の塗装されていない状態での嵩密度を有することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
ディーゼル微粒子フィルタを少なくともある程度再生させる方法であって、該ディーゼル微粒子フィルタは、入口、出口および該入口と出口との間に配置された多数の多孔質の壁を備えた多孔質体を備え、ガス流は、前記入口に流入し、前記ディーゼル微粒子フィルタを通過し、前記出口から流出し、前記多孔質の壁は、該多孔質の壁内または壁上に捕捉された多量の炭素煤を含んでいるものにおいて、
前記ディーゼル微粒子フィルタの前記入口に流入するガス流の温度を、前記ディーゼル微粒子フィルタの入口において５５０℃以下に高め、
その場合に、前記ディーゼル微粒子フィルタの入口におけるガス流が、５体積％以上のＯ２を含み、かつ前記多孔質の壁からの前記煤の焼却速度が３．８グラム／リットル／時以上であることを特徴とする、ディーゼル微粒子フィルタの再生方法。
【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等のセラミック・ハニカム構造体の再生に関し、特に、ディーゼル微粒子フィルタ内の炭素煤等の大量の微粒子の処理を含むセラミック・ハニカム体の処理に関するするものである。
【背景技術】
【０００２】
大気汚染を減らすために、多くの国は、内燃機関によって生成されかつ大気中に放出される排気ガスの組成に対して益々厳しくなる制限を課している。ディーゼルエンジンからの一次的な有害物質は、少量の炭化水素および一酸化炭素以外に、酸化窒素（ＮＯＸ）および微粒子物質である。
【０００３】
環境中へ放出される排気ガス中に存在する大量の微粒子物質を低減または極少化するために、従来から多くの方法が提案されて来た。広く利用されて来た方法の一つは、エンジンに付随している排気システム中に、ディーゼル微粒子フィルタすなわちスート・トラップを配置することである。一般に、微粒子フィルタは、多孔質の壁を備えた交互に閉塞された多数の平行なチャンネルから構成されている。特にこれらのフィルタは、１平方センチメートル当たり約１／１０〜１００セルの横断面セル密度を有するハニカム構造体を備え、かつ固形物微粒子フィルタ体および固定熱交換器を含むいくつかの用途を有する。これらの用途に対しては、ハニカム構造体の選択されたセルがそれらの一端または両端において閉塞または施栓されていることを必要とする。適当なバインダ中に分散された無機粉末を含む可塑化された粉末バッチからの種々のハニカム構造体の製造方法は良く知られている。特許文献１，２および３には、このようなハニカム構造体の製造のための押出しダイ、工程および組成物が記載され、特許文献４および５には、金属粉末を含むバッチから押出し成形されるセル構造を有するハニカムが記載されている。
【０００４】
具体例として、図１は周知の固形物微粒子フィルタ本体１０を示す。このフィルタ本体１０は、外壁１５によって囲まれた交差する薄い多孔質の多数の壁１４からなるマトリクスによって形成されたハニカム構造１２を備えており、図示の具体例においてはこのハニカム構造１２が円形の断面形状を備えている。上記壁１４は、第１端面１８を備えた第１端部１３と、反対側の第２端面２０を備えた第２端部１７との間に亘って延在しており、このフィルタ本体１０の端面１８，２０間に延び、かつ端面１８，２０に開口している多数の隣接する中空通路すなわちセルチャンネル２２を形成している。フィルタ１０（図２および図３）を形成するために、各セル２２の一端は閉塞され、セル２２のうちの第１組のセル２４は第１端面１８において閉塞され、かつ第２組のセル２６は第２端面２０において閉塞されている。第１および第２端面１８，２０の一方は、完成したフィルタ１０の入力面として利用されている。典型的なセル構造において、各入力側セルチャンネルは、その一側または複数側部において出力側チャンネルと境を接し、各出力側セルチャンネルは、その一側または複数側部において入力側チャンネルと隣接している。各セルチャンネル２２は正方形の断面形状を有しているが、例えば円形、四角形、三角形、六角形等の他のセル形状を有していてもよい。ディーゼル微粒子フィルタは、コージェライト、チタン酸アルミニウム、ムライトまたは炭化珪素等のセラミック材料から作製されることができる。
【０００５】
動作時には、加圧された汚染された流体が入力面（端面１８，２０のうちの一方）に運ばれ、所定の入力面に開口部を有するセルチャンネル２２を通ってフィルタに入る。これらのセルチャンネル２２は、反対側の端面、すなわち本体の出力面において閉塞されているため、汚染された流体は、薄い多孔質の壁１４を強制的に通過せしめられて、入力面において閉塞されかつ出力面において開口している隣接するセルチャンネル２２内に入る。多孔質の壁１４に開けられている孔を通過するには大き過ぎる流体中の汚染物質である固形物微粒子は壁１４の背後に置き去りにされ、清浄化された流体は、出力セルチャンネル２２を通ってこのフィルタ１０の外に流出する。
【０００６】
微粒子フィルタに捕捉された微粒子物質は、このフィルタの性能およびその結果としてこのフィルタが取り付けられているエンジンの性能を維持するためのみでなく、微粒子トラップ内に捕捉されている微粒子物質の自己発火および管理されない燃焼が生じた場合における微粒子フィルタの破壊を回避するために、時折フィルタから取り除かれなければならない。例えば、多量の微粒子物質がこの微粒子フィルタ内部に蓄積されているので、特に運転条件が、捕捉されている微粒子物質の唐突なかつ管理されない燃焼からなる「危機的な」再生の引金になり得る。その結果、微粒子フィルタのチャンネル・マトリクスの内部に破壊の原因となる高い温度が発生し得る。
【０００７】
それ故に、再生処理を施すことによって、微粒子トラップ内部に蓄積された微粒子物質を定期的に除去することが有益である。注目されているように、高い背圧を除去しかつ効果的な濾過特性を維持することによってエンジンの損傷を回避しかつエンジンの低燃費運転を維持するために、再生は壁流通式ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）技術にとって必要な処理である。一般に再生は、フィルタ内に蓄積された微粒子物質を燃焼させる手段を含む。この処理は一般に、大部分が炭素からなる微粒子物質すなわち煤を、排気ガス中に存在する酸素と接触させて燃焼させることを含む。しかしながら、この特別な反応は、約６００℃よりも高い温度においてのみ自然に発生するが、この温度は、正常に機能するエンジンにおいて微粒子フィルタの入口で測定された温度よりもかなり高い。それ故に、付着している微粒子物質を燃焼させることによりフィルタの再生を行なうことができる条件を開発することが必要である。微粒子フィルタの入口における排気ガスの温度を上昇させて再生を誘引させるために、多くの方法が提案されおよび／または用いられて来た。
【０００８】
受動的再生および能動的再生を含む２種類の再生処理が一般に採用されている。受動的再生は、２５０℃を超えるフィルタ入口温度およびＮＯ２によって煤を酸化させるのに十分なＮＯをエンジンが生成させるときに生じる。受動的再生を維持するためには、ＮＯをＮＯ２に転化する触媒が必要である。一般に受動的再生時期は、ＮＯ２の作用が熱の動的平衡によって制限されるので、４００℃と４５０℃との間に限定される。能動的再生は、フィルタの入口温度を５００℃よりも高い範囲まで上昇させる強制的再生であり、排気ガス中に含まれる酸素を用いて炭素煤の大部分を焼却するものである。多くのエンジンは、燃料と、微粒子フィルタの上流に配置されたディーゼル酸化触媒とを利用して、６５０℃もの高い温度を得ている。このディーゼル酸化触媒は、如何なる点火栓をも内部に備えておらず、ＨＣおよびＯ２を利用して熱を発生させるモリシックな基体である。さらに別のエンジンは、バーナー・システムを用いて能動的再生のための熱を発生させている。フィルタは通常酸化触媒で触媒化されて再生性能を改善し、すなわち、煤酸化によるエミッションの低減のみでなく、より低い再生温度を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第３,７９０,６５４号明細書
【特許文献２】米国特許第３,８８５,９７７号明細書
【特許文献３】米国特許第３,９０５,７４３号明細書
【特許文献４】米国特許第４,９９２,２３３号明細書
【特許文献５】米国特許第５,１１０,５２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
煤の酸化は、排気ガスが高いエネルギー温度において不可欠な量の煤および酸素を含んでいるときに発生し得る。酸素を伴う再生は、かなりの部分の煤酸化を得るために、５００℃を超え５５０℃までの温度を必要とする。しかしながら、温度が５５０℃から６５０℃に達すると、急激な熱放出したがって高い発熱反応を生じる管理されない煤酸化の危険性が増大する。管理されない再生を生じさせる一般的な条件は、煤がオーバーロードされたフィルタまたは高速速度論（fast kinetics）を危険にさらす再生条件、すなわち、高温の発生、および酸化に有利なガス組成、吸収、対流または伝導による不十分な熱除去に関して得られる。管理されない再生には、溶融およびひび割れによる破壊の危険性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ディーゼル微粒子フィルタを少なくともある程度再生させる方法であって、このディーゼル微粒子フィルタは、入口、出口および入口と出口との間に配置された多数の多孔質の壁を備えた多孔質の本体を備え、ガス流は、上記入口に流入し、上記ディーゼル微粒子フィルタを通過し、上記出口から流出し、上記多孔質の壁は、これらの多孔質の壁内または壁上に捕捉された多量の炭素煤を含んでおり、この方法は、上記ディーゼル微粒子フィルタの入口に流入するガス流の温度を、ディーゼル微粒子フィルタの入口において４５０℃以上に高め、その場合に、上記ディーゼル微粒子フィルタの入口におけるガス流が比較的多量のＮＯＸと、５体積％以上のＯ２とを含み、これにより、上記ディーゼル微粒子フィルタ内の煤を焼却することを含む。上記ディーゼル微粒子フィルタの入口に流入するガス流の温度は、４５０℃以上、好ましくは４５０℃と６００℃との間の範囲内、より好ましくは４５０℃と５７５℃との間の範囲内、そして最も好ましくは４５０℃と５５０℃との間の範囲内であり、一方、ＮＯＸの量は、好ましくは３００ppm 以上、より好ましくは５００ppm 以上、最も好ましくは７５０ppm 以上である。
【００１２】
本発明の方法の他の態様は、上記ディーゼル微粒子フィルタの入口に流入するガス流の温度を、このディーゼル微粒子フィルタの入口において５５０℃以下に高め、その場合に、上記ディーゼル微粒子フィルタの入口におけるガス流が、５体積％以上のＯ２を含み、かつ上記多孔質の壁からの煤の焼却速度が３．８グラム／リットル／時以上、より好ましくは４．２グラム／リットル／時以上、最も好ましくは４．６グラム／リットル／時以上である。
【００１３】
ディーゼル微粒子フィルタを再生させるための本発明の方法は、安全にかつ短時間に、このディーゼルフィルタ内またはディーゼルフィルタ上に含まれる大量の微粒子物質の量を低減する。具体的には、一般的に管理されない再生が誘引されるのに必要な温度範囲よりも低い温度が、微粒子フィルタを少なくともある程度再生させるのに用いられ、これにより、その微粒子フィルタ内に捕捉されている微粒子物質の量を、より高い温度の再生体制が採用される場合のレベルまで減らし、これにより、このフィルタを完全に再生させる。さらに、能動的再生に対する煤堆積期間を増大させることができ、その結果、再生間の間隔の延長および燃費の改善が達成される。本発明の再生方法は、フィルタ管理体制全体を改善し、より安全な再生条件、より効果的なエネルギー利用、および増大された融通性を提供して、フィルタ内における、より高い煤負荷量を安全な態様で管理する。微粒子物質がフィルタから除去されるのにつれて、フィルタは再生される。
【００１４】
ここに説明されている実施の形態において、多数の多孔質の壁はハニカム構造において提供されるのが好ましい。また、ディーゼル微粒子フィルタは、ハニカム構造内に設けられた多数の多孔質の壁から形成されていることが好ましいコージェライト等の多孔質セラミック材料からなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】両端が開放された長手方向に延びる多数のチャンネルを備えた公知のハニカム本体の斜視図である。
【図２】長手方向に延びる交互に施栓された多数のチャンネルを備えた、本発明の方法により再生され得る公知のディーゼル微粒子フィルタの斜視図である。
【図３】図２の公知のディーゼル微粒子フィルタの端面図である。
【図４】本発明の方法の実施に用いられ得るディーゼルエンジン・システムの概略図である。
【図５】３種類のディーゼル微粒子フィルタの３種類の入口温度に基づく種々の１段階再生体制および多段階再生体制に関する再生時間の関数としての相対圧力低下に反映された煤負荷量の影響を示すグラフである。
【図６Ａ】より低いＮＯＸレベルを用いたテスト結果を示すグラフである。
【図６Ｂ】より高いＮＯＸレベルを用いたテスト結果を示すグラフである。
【図７Ａ】比較的低いＮＯＸレベルにおいて実施された再生を含む再生方法に関する温度輪郭を示すグラフである。
【図７Ｂ】比較的低いＮＯＸレベルにおいて実施された再生を含む再生方法に関する温度輪郭を示すグラフである。
【図８】比較的高いＮＯＸレベルおよび比較的低いＮＯＸレベルにおける再生中の微粒子フィルタを通過する排気ガス流の相対抵抗を示すグラフである。
【図９】排気ガス流中の酸素レベルを変える効果を示す、時間対酸素レベル対相対流動抵抗のグラフである。
【図１０】入口温度に対する排気ガス流対再生効率を示すグラフである。
【図１１】段階的再生処理に関する再生時間に対する排気ガス流の入口温度に対する相対抵抗および酸素濃度を示すグラフである。
【図１２】開示された実施の形態におけるＳＣＲ脱ＮＯＸ効率を示すグラフである。
【図１３】開示された実施の形態におけるＳＣＲアンモニア転化率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、そうではないと明白に指示されている場合を除き、種々の代わりとなる適応および工程順序が想定される。また、添付図面に描かれかつ下記の説明に記載された具体的な装置および方法は、添付の請求項に規定された本発明の概念の例示的実施の形態である。したがって、ここに開示されている実施の形態に関する具体的な寸法およびその他の物理的特性は、請求項にそうではないと明白に指示されている場合を除き、限定と判断すべきではない。
【００１７】
図４は、本発明の方法が適用され得るディーゼルエンジン・システム３０の概略図を示す。このディーゼルエンジン・システム３０は、コンプレッサ３１、ディーゼルエンジン３２、タービン３４、およびディーゼル微粒子フィルタ３６を備えている。あるいは、このディーゼルエンジン・システム３０は、酸化触媒コンバータすなわちディーゼル酸化触媒３８を備えていてもよい。また、このディーゼルエンジン・システム３０は、ＮＯＸを化学反応によってＨ２ＯおよびＮ２に転化し、これによりガス流からＮＯＸを除去するために、触媒の存在の下にアンモニアまたは尿素等の流体還元体を排気ガス流に注入する選択的触媒還元（ＳＣＲ）装置等の脱ＮＯＸ装置４６を備えていてもよい。動作時には、空気Ａが導入されかつコンプレッサ３１によって圧縮され、これにより圧縮された空気を、吸気マニフォルド４０を通じてディーゼルエンジン３２に供給する。燃料Ｂは、複数の燃料インジェクタ４２を通じてディーゼルエンジン３２に注入され、空気とともに燃焼される。シリンダ内で生成された排気ガスは排気マニフォルド４４を通じてディーゼルエンジン３２から排出され、排気ガスの一部はコンプレッサ３１を回転させるタービン３４に流入する。次に排気ガスＣは、好ましくは酸化物フィルタであるディーゼル微粒子フィルタ３６、および随意的に酸化触媒コンバータ３８ならびに好ましくは脱ＮＯＸ装置４６をも含む排気ガス後処理システムに流入する。
【００１８】
本発明の再生方法は、微粒子フィルタの入口における排気ガス流の温度を好ましくは４５０℃以上、より好ましくは約５００℃以上の温度に、さらに好ましくは４５０℃と６００℃との間の温度範囲に、さらに好ましくは４５０℃と５７５℃との間の温度範囲に、最も好ましくは４５０℃と５５０℃との間の温度範囲に上昇させることを含み、その場合、ＮＯＸを含む排気ガス流が、好ましくは３００ppm 以上の、より好ましくは５００ppm 以上の、さらに好ましくは７５０ppm 以上のＮＯＸと、好ましくは５体積％以上の、より好ましくは７体積％以上のＯ２とを含んでいる。この方法はまた、微粒子フィルタの入口における排気ガス流の温度が好ましくは４５０℃と５５０℃との間の範囲内に１５分間維持され、次いで、微粒子フィルタの入口における排気ガス流の温度が５５０℃以上に高められるという段階的な再生方法を通じて実施され、その場合に、上記第２期間中の微粒子フィルタの入口におけるＮＯＸの量は３００ppm 以下である。さらに、この方法が酸化物微粒子フィルタの再生に用いられる場合には、この微粒子フィルタのコーティングされていない嵩密度は７００グラム／リットル以下、より好ましくは６００グラム／リットル以下である。
【００１９】
いくつかの実施の形態において、上記方法は、微粒子フィルタの多孔質の壁からの煤の焼却速度を、好ましくは３．８グラム／リットル／時以上、より好ましくは４．２グラム／リットル／時以上、最も好ましくは４．６グラム／リットル／時以上に保つことを含み、その場合に、ＮＯＸの量は、好ましくは３００ppm 以上、より好ましくは５００ppm 以上、最も好ましくは７５０ppm 以上である。さらに、この方法は、微粒子フィルタの多孔質の壁内または壁上に捕捉された煤の焼却速度が、１５分以内の第１ピリオドの間において、好ましくは６グラム／リットル／時以内、より好ましくは４グラム／リットル／時以内、最も好ましくは３グラム／リットル／時以内であり、次いで微粒子フィルタの入口におけるガス流の温度が５５０℃以上に高められる。
【００２０】
図５は、代表的な複数の条件における代表的なフィルタに関する３種類のディーゼル微粒子フィルタの入口温度に基づく種々の１段階および多段階再生体制に関する再生時間の関数としての相対的圧力低下に反映された煤負荷量の影響のモデル化された結果を概略的に示すグラフである。相対的圧力低下０％は、ディーゼル微粒子フィルタ内に煤が存在しない場合に対応し、相対的圧力低下１００％は、高い煤負荷量を示す。点線５０，５３および実線５５は、温度Ｔ１，Ｔ２およびＴ３において実施された１段階再生に対応し、ここで、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３、例えば４５０℃、５５０℃および６００℃である。１０分間の再生後の煤のレベル（相対的圧力低下レベル）は、Ｔ１において最も高く、次にＴ２において高く、Ｔ３において最も低い。破線５２は、（ａ）Ｔ１において５分間、そして（ｂ）Ｔ２において５分間実施された２段階再生に対応し、破線５４は、（ａ）Ｔ２において７分間、そして（ｂ）Ｔ３において３分間実施された２段階再生に対応する。フィルタ内で焼却された煤の差により、線５３および５５は、屈折点が２７０秒近辺であることを示し、線５５は屈折点が３２０秒近辺であることを示す。線５２および５４で示されているように、このような混成２段階再生周期に関する１０分間の再生周期の終端においては、極めて低い煤レベルがフィルタ内に得られる。さらに、より低い再生温度を第１段階に用いて一部の煤を焼却し、次いで２段階周期の第２段階において、より高い再生温度に切り替えることによって、より少量の煤のみがより高い温度に曝されるために、フィルタ内部において、より安全な動作が得られることになり、管理されないまたは望ましくない煤焼却速度発生の可能性を低減する。
【００２１】
したがって、高いＮＯＸ濃度の排気ガスを高い温度において積極的に利用して、全体の再生効率を改善し、かつ微粒子フィルタ内に捕捉された煤を、一般的に管理されない再生に関係する温度よりも低い温度において減少させることにより、管理されない再生の危険性を低減する。
【００２２】
表１は、ＮＯＸ再生および再生効率に関する煤負荷量およびいくつかの条件を示し、特に能動的な管理された再生および煤負荷量の影響を示す。表１に示されているように、煤負荷量ならびに、煤が負荷されたフィルタと少なくとも部分的に再生されたフィルタとの重量差を、完全に煤が負荷されていないフィルタの重量で除算することによって算出された再生効率は、再生の前後における計量によって測定される。
【表１】
2010534290.tif 000003
【００２３】
例えば４５０ppm のような比較的低いＮＯＸ条件における管理された再生が図６Ａに示され、例えば１４５０ppm のような比較的高いＮＯＸ条件における管理された再生が図６Ｂに示されている。図６Ａおよび図６Ｂにおいては、質量流量６０、フィルタに流入する酸素量６２、フィルタから流出する酸素量６４、フィルタによる圧力低下６６、およびフィルタを通じた相対抵抗６８の測定値が示されている。図６Ｂに示されているような、例えば１４５０ppm という比較的高いＮＯＸ条件における管理された再生は、図６Ａに示されているような、例えば４５０ppm という比較的低いＮＯＸ条件における管理された再生と比較して、この微粒子フィルタを通過する排気ガス流の相対流動抵抗、したがって比較的高いＮＯＸ条件においてフィルタ内の煤負荷量における優れた低減を示す。何故ならば、フィルタ内の流れの相対抵抗は煤の負荷量に応じて変化するからである。さらに図６Ａおよび図６Ｂは、比較的高いＮＯＸ条件および優れた再生を達成するためのエンジン条件は、排気ガス流内のＮＯＸレベルを除いては、同様であったことを示している。
【００２４】
比較的低い、すなわち３８０ppm のＮＯＸ条件および比較的高い、すなわち１３５０ppmのＮＯＸ条件の温度輪郭が図７Ａおよび図７Ｂにそれぞれ示されており、図７Ａおよび図７Ｂにおける見出しは、微粒子フィルタ内の温度レベルが監視されている部位を示しており、微粒子フィルタの入口が見出しの左端に、かつ出口が見出しの右端に位置している。比較的低いＮＯＸ条件および比較的高いＮＯＸ条件に曝されている微粒子フィルタの温度輪郭はほぼ同様の形状を有しているが、優れた再生効率は、より低い温度において達成されており、これによりフィルタにおける熱応力が軽減される。
【００２５】
図８は、微粒子フィルタの再生中にこのフィルタを通過する排気ガス流の流れの相対抵抗を示し、フィルタ内の煤負荷量を示している。種々のテスト中のこの微粒子フィルタの入口においては、温度が５５０℃、ガス流中のＯ２濃度が８％、排気ガス流の流量は２５０ｋｇ／時、最初の煤負荷量は４．５ｇ／リットルであった。図８は、黒塗りのマーカーによって示された３８０ppm の比較的低い流入ＮＯＸ濃度に関する結果と、白抜きのマーカーで示された１３５０ppm の比較的高い流入ＮＯＸ濃度に関する結果とを示している。三角形、円形および四角形のマーカーは、再生の５分、１０分および１５分経過をそれぞれ示している。他の同類の点から上方に大きく離れているマーカーは、再生が開始されてからフィルタが安定されかつ測定のために取り扱われている間の期間を示している。図８においては、より低いＮＯＸレベル（３８０ppm ）に比較して、ＮＯＸレベル（１３５０ppm ）が高いほど、再生が速やかで、再生の終点に向かう最終的な煤負荷量が少ないことを相対抵抗が示している。より低いＮＯＸレベルにおける再生効率は、５分、１０分および１５分の再生期間後においてそれぞれ、２６％、４６％および６５％であった。より高いＮＯＸレベルにおける再生効率は、５分、１０分および１５分の再生期間後においてそれぞれ、４９％、７６％および８９％であった。
【００２６】
図９は、ＮＯＸが比較的高い濃度で供給される再生時における、より高い酸素濃度の効果を示す。特に図９はＯ２レベルの差を示し、双方とも類似のＮＯＸ条件において、より高いＯ２レベルが高いほど再生効率が高い。比較的高い（約８％）Ｏ２濃度レベル（ＯＨ）および比較的低い（約６〜７％）Ｏ２濃度レベル（ＯＬ）において種々のテストが実施され、入口のＮＯＸ濃度は全て１３５０ppm であった。低Ｏ２レベル（ＲＬ）および高Ｏ２レベル（ＲＨ）に関し、煤負荷量を示すこの微粒子フィルタ再生中にフィルタを通過する排気ガス流の流れの相対抵抗は、高Ｏ２レベルにおいて、より速やかな再生および再生の終端に向かってのより低い最終的煤負荷量を示している。低Ｏ２レベルにおける再生効率は６０％であったが、高Ｏ２レベルにおける再生効率は７６％であった。これらの研究成果は、米国ニューヨーク州コーニング所在のコーニング社からDuraTrap（登録商標）ＣＯとして販売されている、直径９インチ（２３ｃｍ）、長さ１２インチ（３０ｃｍ）、１平方インチ（６．４５ｃｍ２）当たり２００セルを有するコージェライトからなる円筒状ディーゼル微粒子フィルタで得られた。場合によっては、このディーゼル微粒子フィルタは、４．５ｇ／リットルの当初煤負荷量と、微粒子フィルタの入口における２５０ｋｇ／時の排気ガス流量とを有するシステム内において、米国ペンシルヴェニア州ウェイン所在のJohnson Matthey 社からAipha として販売されている酸化触媒で塗装される。
【００２７】
図１０は、種々の入口温度における再生中に、例えば１５００ppm の比較的高いＮＯＸレベルに対する例えば５００ppm の比較的低いＮＯＸレベル（それぞれ線８０および８２）を用いた場合に得られる再生効率によって反映される、受動的再生処理では及ばない顕著な効果を示す。具体的には、約３℃／秒の上昇度合いで４５０℃から５５０℃までの種々の温度の流入ガス流が施された。各再生サイクルは、４ｇ／リットルの煤負荷目標をもって１０分間であった。その結果、ＮＯＸを増すと、より安全な入口温度を用いることができ、ディーゼル微粒子フィルタの損傷および全体の煤質量制限の増大を防止する。
【００２８】
いくつかの実施の形態において、本発明の方法は、例えばここに開示された再生計画において効果を得るのに必要なＮＯＸレベルが、エミッション規制を超える場合に、ＮＯＸエミッションを管理するために、ディーゼル微粒子フィルタの処理後の下流でＮＯＸの除去（例えば脱ＮＯＸ）に、すなわち、ディーゼル微粒子フィルタを出るガス流の処理ステップに利用することができる。進歩した再生計画は、高いＮＯＸレベルとともに達成される比較的高い再生性能の利益を得ながら、ＮＯＸエミッションの影響を最少にするのに利用することができる。段階的再生計画を含む実施の形態が図１１に示されており、この段階的再生計画は、例えば１０００ppm のような高いＮＯＸレベルを、全再生段階のうちの例えば５５０℃のような比較的低い温度部分に対して利用している。図１１は、入口のＮＯＸ濃度９０、ＤＰＦ入口温度９２、相対抵抗９４、および酸素濃度９６を示し、２分から８分までの第１段階においては、ＮＯＸレベルが１０００ppm で、ＤＰＦの入口温度は５５０℃であり、９分から１３分までの第２段階においては、ＮＯＸレベルが２００ppm で、ＤＰＦの入口温度は６００℃であり、第１段階における再生効率は約６５〜７０％であり、第２段階における再生効率は約９０％を超えるものであった。
【００２９】
表２は、数々の煤負荷量、ならびに塗布された微粒子フィルタの種々の入口温度、ＮＯＸレベル、およびＯ２レベルにおいて達成される再生効率を示す。
【表２】
2010534290.tif 000004
【００３０】
ディーゼル微粒子フィルタを再生させるための本発明の方法は、ディーゼルフィルタ内およびディーゼルフィルタ上に含まれる微粒子物質の量を、より安全かつより時間効率の良い態様で低減するのに役立つ。特に、管理不能再生を誘発するのに十分な温度よりも低い温度領域が、微粒子フィルタを少なくとも不十分に再生させるために利用されるので、これにより、フィルタを完全に再生することができる、より高い温度での再生体制が採用されるレベルまで、微粒子フィルタ内に捕捉されている微粒子物質の量を減らすことがでる。さらに、能動的再生のための煤負荷期間を増大させることができるので、再生間の間隔が長くなり、燃料の節約になる。本発明の再生方法は、フィルタ管理計画全体を改善し、より安全な再生条件、より効率的なエネルギー利用、およびフィルタ内のより多い煤負荷量をより安全な態様で管理する、より高い融通性を提供する。
【００３１】
図１２は、入力アンモニア濃度を入力ＮＯＸ濃度で除算した比に対する脱ＮＯＸ効率（％）を示すグラフであり、ＳＣＲ装置の入口におけるＮＯＸ濃度は、温度５００，５５０および６００℃（それぞれ図１２における曲線１００，１０２および１０４）にいて８００ppm であった。このＳＣＲ装置は、Johnson Mattey 社の銅ゼオライト・ウォッシュコートを１９０グラム／リットル塗布され、６５０℃で５時間熱熟成された、１平方インチ（６．４５ｃｍ２）当たり４００セル、壁の厚さ４ミル（０．０１ｍｍ）のコージェライトからなる。本発明によれば、８００ppm のような高いＮＯＸレベルおよび高温（５００〜６００℃）においても、高レベルの脱ＮＯＸが達成可能であることを図１２が示している。
【００３２】
ここに開示されているいくつかの実施の形態によれば、ディーゼル微粒子フィルタの入口におけるガス流の温度が４５０℃と６００℃との間であり、かつディーゼル微粒子フィルタの下流のガス流は、このガス流からＮＯＸの好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、さらに好ましくは少なくとも７０％、さらに好ましくは少なくとも７５％、さらにより好ましくは少なくとも８０％除去するのに十分な選択的触媒還元を通じて処理される。
【００３３】
図１３は、図１２に記載された条件およびＳＣＲ装置に関する還元作用に対するアンモニア転化率（％）を示すグラフであり、曲線１１０，１１２および１１４は、それぞれ温度５００，５５０および６００℃の入口温度に対応する。図１３は、本発明によれば、より高い還元作用レベルにおいても、許容可能に高いアンモニア転化率が達成可能なことを示している。
【００３４】
ここに開示されているいくつかの実施の形態によれば、ＳＣＲ装置に流入するガス流の温度が５００℃と６００℃との間であり、選択的触媒還元は９５％を超える、より好ましくは９７％を超える、さらに好ましくは９８％を超えるアンモニア転化率を有する。
【００３５】
上述の説明において、ここに開示された概念から離れることなしに本発明に対して修正を行なうことが可能なことは当業者であれば容易に理解されるである筈であり、かかる修正も、それらは含まれないと明記されていない限り、それらの請求項に含まれるとみなされるべきである。
【符号の説明】
【００３６】
３０  ディーゼルエンジン・システム
３１  コンプレサ
３２  ディーゼルエンジン
３４  タービン
３６  ディーゼル微粒子フィルタ
３８  酸化触媒コンバータ
４０  吸気マニフォルド
４２  燃料インジェクタ
４４  排気マニフォルド
４６  脱ＮＯＸ装置
【図１】
2010534290.tif 000005
【図２】
2010534290.tif 000006
【図３】
2010534290.tif 000007
【図４】
2010534290.tif 000008
【図５】
2010534290.tif 000009
【図６Ａ】
2010534290.tif 000010
【図６Ｂ】
2010534290.tif 000011
【図７Ａ】
2010534290.tif 000012
【図７Ｂ】
2010534290.tif 000013
【図８】
2010534290.tif 000014
【図９】
2010534290.tif 000015
【図１０】
2010534290.tif 000016
【図１１】
2010534290.tif 000017
【図１２】
2010534290.tif 000018
【図１３】
2010534290.tif 000019
【国際調査報告】
2010534290.tif 000020
2010534290.tif 000021
2010534290.tif 000022
2010534290.tif 000023