(57)【要約】【課題】  本発明は、内燃エンジンのための排出削減システムに係わる。【解決手段】  排出削減システムは、内燃エンジンの排気ガスからNOXと微粒子すすの両方を取り除くための１つ以上のDPNRデバイスを含む。それらDPNRデバイスを選択的に再生するために燃料改質装置からの改質燃料ガスを使用する。排出削減システムの動作方法も開示される。【選択図】図１
2005048772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出削減システムの動作方法であって、
第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断し、必要である場合に応答して第１のDPNR再生信号を生成するステップと、
前記第１のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを生成し、前記第１のDPNRデバイスにそれを供給するように、燃料改質装置を動作させるステップと
を備えている排出削減システム動作方法。
【請求項２】
第２のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断し、必要である場合に応答して第２のDPNR再生信号を生成するステップと、
前記第２のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを生成し、前記第２のDPNRデバイスにそれを供給するように、燃料改質装置を動作させるステップと
を更に備えている請求項１に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項３】
前記第１のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを前記第１のDPNRデバイスに振り向けるようにダイバートバルブを第１のバルブ位置に設定するステップと、
前記第２のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを前記第２のDPNRデバイスに振り向けるように前記ダイバートバルブを第２のバルブ位置に設定するステップと
を更に備えている請求項２に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項４】
前記第１のDPNR再生信号の生成に応答して前記第１のDPNRデバイスを通る排気ガス流を削減するようにダイバートバルブを第１のバルブ位置に設定するステップと、
前記第２のDPNR再生信号の生成に応答して前記第２のDPNRデバイスを通る排気ガス流を削減するように前記ダイバートバルブを第２のバルブ位置に設定するステップと
を更に備えている請求項２に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項５】
内燃エンジンからの排気ガスを前記第１のDPNRデバイスを通じて進行させるステップを更に備え、
前記判断ステップは、前記排気ガス進行ステップと同時に実行される請求項１に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項６】
前記第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断する前記ステップは、排気ガス流中のNOX量を検知することを含む請求項１に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項７】
前記第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断する前記ステップは、前記第１のDPNRデバイスの前後での圧力降下を検知することを含む請求項１に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項８】
前記第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断する前記ステップは、前記第１のDPNRデバイスが最後に再生された後、所定の期間が経過したか否かを判断することを含む請求項１に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項９】
前記第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断する前記ステップは、前記第１のDPNRデバイスが最後に再生された後に、内燃エンジンによって生成されたNOX量を判断することを含む請求項１に記載の排出削減システム動作方法。
【請求項１０】
ガス入り口を有する第１のDPNRデバイスと、
前記第１のDPNRデバイスのガス入り口に流体が流れる態様で結合されたガス出口を有する燃料改質装置と、
前記燃料改質装置と電気的に結合され、プロセッサと、そのプロセッサに電気的に結合されて複数の命令を記憶するメモリデバイスとを備える電子制御部と
を備えた排出削減システムであって、前記命令が前記プロセッサによって実行された時、前記プロセッサが、
（ａ）前記第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断し、必要である場合に応答して第１のDPNR再生信号を生成し、
（ｂ）前記第１のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを生成し、前記第１のDPNRデバイスのガス入り口に供給するように、燃料改質装置を動作させる
排出削減システム。
【請求項１１】
ガス入り口を有する第２のDPNRデバイスを更に備え、
前記燃料改質装置のガス出口が前記第２のDPNRデバイスのガス入り口に流体が流れる態様で結合され、
前記命令が前記プロセッサによって実行された時、前記プロセッサが更に、
（ａ）前記第２のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断し、必要である場合に応答して第２のDPNR再生信号を生成し、
（ｂ）前記第２のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを生成し、前記第２のDPNRデバイスのガス入り口に供給するように、燃料改質装置を動作させる
請求項１０に記載の排出削減システム。
【請求項１２】
電子制御部と電気的に結合されたダイバートバルブを更に備え、
前記ダイバートバルブは、前記第１のDPNRデバイスのガス入り口と、前記第２のDPNRデバイスのガス入り口と、前記燃料改質装置のガス出口とに流体が流れる態様で結合され、
前記命令が前記プロセッサによって実行された時、前記プロセッサが更に、
（ａ）前記第１のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを前記第１のDPNRデバイスのガス入り口に振り向けるように前記ダイバートバルブを第１のバルブ位置に設定し、
（ｂ）前記第２のDPNR再生信号の生成に応答して改質燃料ガスを前記第２のDPNRデバイスのガス入り口に振り向けるように前記ダイバートバルブを第２のバルブ位置に設定する
請求項１１に記載の排出削減システム。
【請求項１３】
排気ガス流中のNOX量を検知するように構成されたNOXセンサを更に備え、
前記命令が前記プロセッサによって実行された時、前記プロセッサが更に、
前記NOXセンサの出力に基づいて前記第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断する請求項１０に記載の排出削減システム。
【請求項１４】
前記第１のDPNRデバイスの前後での圧力降下を検知するように構成された圧力センサを更に備え、
前記命令が前記プロセッサによって実行された時、前記プロセッサが更に、
前記圧力センサの出力に基づいて前記第１のDPNRデバイスの再生を行う必要があるかを判断する請求項１０に記載の排出削減システム。
【請求項１５】
前記命令が前記プロセッサによって実行された時、前記プロセッサが更に、
前記第１のDPNRデバイスが最後に再生された後、所定の期間が経過した時に、前記第１のDPNR再生信号を生成する請求項１０に記載の排出削減システム。
【請求項１６】
NOXと微粒子すすを内燃エンジンの排気ガスから取り除くための第１のDPNRデバイスと、
前記DPNRデバイスと流体が流れる態様で結合され、炭化水素燃料を改質燃料ガスに改質するためのプラズマ燃料改質装置と
を備えている排出削減システム。
【請求項１７】
前記プラズマ燃料改質装置と流体が流れる態様で結合された第２のDPNRデバイスを更に備え、
前記第１のDPNRデバイスと前記第２のDPNRデバイスが、並列する別々の流路に配置されている請求項１６に記載の排出削減システム。
【請求項１８】
前記第１のDPNRデバイスと、前記第２のDPNRデバイスと、前記プラズマ燃料改質装置とに流体が流れる態様で結合されたフローダイバートバルブを更に備え、
前記フローダイバートバルブは、前記プラズマ燃料改質装置からの改質燃料ガスを、前記第１のDPNRデバイスと前記第２のDPNRデバイスとの間で振り分けるように動作可能である請求項１７に記載の排出削減システム。
【請求項１９】
前記プラズマ燃料改質装置と前記フローダイバートバルブとに電気的に結合された電子制御部を更に備え、
前記電子制御部は、第１の期間では前記プラズマ燃料改質装置からの改質燃料ガスを前記第１のDPNRデバイスに供給し、第２の期間では前記プラズマ燃料改質装置からの改質燃料ガスを前記第２のDPNRデバイスに供給するように、前記プラズマ燃料改質装置と前記フローダイバートバルブの両方の動作を制御するように構成されている請求項１８に記載の排出削減システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には燃料改質装置に関し、より具体的には、DPNRデバイスに改質燃料ガスを供給するための燃料改質装置を動作させる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料改質装置は、炭化水素燃料を、改質燃料ガスに改質するために動作される。車両又は静止動力発生機用の燃料改質装置等の搭載型燃料改質装置の場合、燃料改質装置で生成された改質燃料ガスは、燃料又は燃料添加物として、内燃エンジンの動作において使用することができる。また、改質燃料ガスは、内燃エンジン用の排出削減デバイスを再生するか又は状態を良好に保つために、または燃料電池用の燃料として使用することができる。
【特許文献１】米国特許第５４２５３３２号明細書
【特許文献２】米国特許第５４３７２５０号明細書
【特許文献３】米国特許第５４０９７８４号明細書
【特許文献４】米国特許第５８８７５５４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
典型的な実施形態によれば、燃料改質装置と、排出削減デバイスと、燃料電池とを有する動力システムが提供される。燃料改質装置は、排出削減デバイスと燃料電池の両方に供給される改質燃料ガスを生成するために、炭化水素燃料を改質する。
【０００４】
より具体的で典型的な実施形態によれば、炭化水素燃料を改質燃料ガスに改質するように構成された燃料改質装置と、内燃エンジンからの排出物を処理するための排出削減デバイスと、電力を生成するための燃料電池とを有するハイウェートラックの車両システムが提供される。燃料改質装置からの改質燃料ガスが、排出削減デバイスと燃料電池の両方に供給される。このようにして、改質燃料ガスを、エンジン非動作期間中に燃料電池を動作させるのに利用するとともに、エンジン動作期間中に排出削減デバイスを再生するか又は状態を良好に保つために利用することができる。燃料電池からの電力は、電気動力の運転席冷暖房装置の動力として利用してもよい。この時、エンジンをアイドリングする必要はない。
【０００５】
別の典型的な実施形態によれば、単一の燃料改質装置は、内燃エンジンの排気ガス中のいくつかの異なる排出物を処理するためのいくつかの異なるデバイスを組み合わせてなる排出削減システムを再生するか又は状態を良好に保つために利用される。
【０００６】
より具体的で典型的な実施形態によれば、この組合せ排出削減システムは、NOXトラップとすす微粒子フィルタを有する。このような場合、燃料改質装置からの改質燃料ガスは、NOXトラップとすす微粒子フィルタの両方を選択的に再生するのに使用される。
【０００７】
別の典型的な実施形態によれば、燃料改質装置は、異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、異なる構成要素に供給する異なる動作モードで動作される。
【０００８】
より具体的で典型的な実施形態によれば、燃料改質装置は、特定の量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、NOXトラップに供給するという一の動作モードで動作し、次に、異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、すす微粒子フィルタに供給する異なる動作モードで動作する。同様にして、燃料改質装置は、特定の量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、燃料電池に供給する一の動作モードで動作し、次に、異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、排出削減デバイスに供給する異なる動作モードで動作する。
【０００９】
別の典型的な実施形態によれば、燃料改質装置は、改質燃料ガスを生成し、排出削減システムが備える１つ以上の異なるDPNRデバイスにそれを供給するように動作する。
【００１０】
より具体的で典型的な実施形態によれば、排出削減システムは、並列する別々の流路に配置されている一対のDPNRデバイスを含む。燃料改質装置は、第２のDPNRデバイスがエンジン排気ガスを処理する（すなわち、排気ガス中のNOXと微粒子すすを捕捉する）間、第１のDPNRデバイスを再生するように動作することができる。第１のDPNRデバイスが再生された後、燃料改質装置は、第１のDPNRデバイスがエンジン排気ガスを処理する間、第２のDPNRデバイスを再生するように動作することができる。
【００１１】
本発明の上記及び他の特徴は、以下の説明と添付の図面から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に詳しく説明するように、本開示の着想による燃料改質装置は、改質燃料ガスを生成し燃料電池と排出削減デバイスの両方に供給するのに、利用することができる。このようにして、燃料改質装置は、排出削減デバイスを再生するか又は状態を良好に保つとともに、燃料電池の動作を維持するのに利用される場合がある。燃料改質装置が車両システム（例えばハイウェートラック）または静止動力発生機の構成要素である場合、燃料改質装置は、エンジンの非動作期間中に（すなわち、エンジンが運転されていないときに）燃料電池による電力の生成を可能にするとともに、エンジンの動作期間中に車両または動力発生機の内燃エンジンからの排気ガスの処理を可能にする。
【００１３】
燃料改質装置は、本開示のさらなる着想によれば、内燃エンジンの排気ガス中のいくつかの異なる排出物を処理するためのいくつかの異なるデバイスを有する組合せ排出削減システムを再生するか又は状態を良好に保つために利用することができる。例えば、燃料改質装置は、改質燃料ガスを生成し、NOXトラップとすす微粒子フィルタとを有する排出削減システムに供給するよう動作する。このような場合、燃料改質装置からの改質燃料ガスは、NOXトラップとすす微粒子フィルタの両方を選択的に再生するのに使用される。
【００１４】
燃料改質装置は、本開示のさらなる着想によれば、異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、異なる構成要素に供給する異なる動作モードで動作させてもよい。例えば、燃料改質装置が、改質燃料ガスを生成し、NOXトラップと微粒子フィルタの両方に供給するように動作する場合、燃料改質装置を、特定の量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、NOXトラップに供給する一の動作モードで動作させ、次に異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、微粒子フィルタに供給する異なる動作モードで動作させてもよい。同様な制御方式が、燃料改質装置を使って改質燃料ガスを生成し、燃料電池と排出削減デバイスの両方に供給する場合に、利用できる。具体的には、燃料改質装置を、特定の量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、燃料電池に供給する一の動作モードで動作させ、次に異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し、排出削減デバイスに供給する異なる動作モードで動作させてもよい。
【００１５】
燃料改質装置は、本開示のさらなる着想によれば、改質燃料ガスを生成して排出削減システムに備えられた１つ以上のDPNRデバイスに供給するように使用することができる。例えば、排出削減システムは、並列の別々の流路に配置された１対のDPNRデバイスを含むように構成してもよい。燃料改質装置は、その１対の内の第２のDPNRデバイスがエンジン排気ガスを処理する（すなわち、排気ガス中のNOXと微粒子すすをトラップする）間、その１対の内の第１のDPNRデバイスを再生するように動作する。第１のDPNRデバイスが再生された後、燃料改質装置を、第１のDPNRデバイスがエンジン排気ガスを処理する間、その第２のDPNRデバイスを再生するように動作させることが可能である。
【００１６】
本明細書において説明される燃料改質装置は、触媒燃料改質装置、熱燃料改質装置、蒸気燃料改質装置、又はその他の種類の部分酸化燃料改質装置等のいかなる種類の燃料改質装置であってもよい。本開示の燃料改質装置は、プラズマ燃料改質装置であってもよい。プラズマ燃料改質装置は、空気と炭化水素燃料との混合物を水素ガスと一酸化炭素とその他を豊富に含む改質燃料ガスに変換するのに、プラズマを使用する。プラズマ燃料改質装置を含むシステムは、前記した特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に開示されており、各文献の開示は本願に援用する。プラズマ燃料改質装置を含むシステムの他の例は、同時係属米国特許出願第１０／１５８，６１５号「排出量が拡大されたプラズマ燃料改質器」（２００２年５月３０日付で、Rabinovichらにより出願）及び同時係属米国特許出願第１０／４１１，９１７号「空気流制御が分離されたプラズマ燃料改質器」（２００３年４月１１日付で、Rabinovichらにより出願）に開示されており、両方の開示を本願に援用する。
【００１７】
以下説明のために、本開示の着想を、プラズマ燃料改質装置に関して説明する。しかし、上述したように、本開示の燃料改質装置は、いかなる種類の燃料改質装置であってもよく、添付のクレームは、明示がない限り、特定の種類の燃料改質装置に限定されないことは理解されるべきである。
【００１８】
図１と図２に、プラズマ燃料改質装置１２と制御部１６とを有するプラズマ燃料改質システム１０の典型的実施形態が示されている。プラズマ燃料改質装置１２は、炭化水素燃料を水素と一酸化炭素とその他を含む改質燃料ガスに変換する。したがって、プラズマ燃料改質装置１２は、更に以下説明するように、車両又は静止動力発生機用の搭載型燃料改質システムにおいて使用することができる。このように、搭載型プラズマ燃料改質装置１２によって生成された改質燃料ガスは、内燃エンジンの動作において燃料又は燃料添加物として利用することができ、これにより、エンジンによって生成される排出物を削減するとともにエンジンの効率を増大させる。プラズマ燃料改質装置１２によって生成される改質燃料ガスは、内燃エンジンのための排出削減デバイスを再生するか又は状態を良好に保つために利用することができる。また、車両又は静止動力発生機が例えば補助電力ユニット（APU）等の燃料電池を備える場合、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、燃料電池用の燃料として使用することも可能である。
【００１９】
図２に示すように、プラズマ燃料改質装置１２は、プラズマ生成機４２と反応炉４４とを有する。反応炉４４は、内部に反応室５０を有する反応容器４８を含む。プラズマ生成機４２は反応容器４８の上部に固定されている。プラズマ生成機４２は、上部電極５４と下部電極５６とを備える。電極５４と５６は、その間に電極ギャップ５８が画定されるように互いに離されて配置されている。絶縁体６０は、それら電極を互いに電気的に絶縁する。
【００２０】
電極５４と５６は電源３６（図１を参照）に電気的に接続され、電圧が印加されると電流がそれら電極の１つに向かって供給され、電極ギャップ５８(すなわち、電極５４、５６間)を横切ってプラズマアーク６２が発生する。燃料注入部３８等の燃料注入機構が炭化水素燃料６４をプラズマアーク６２に注入する。燃料注入部３８は、所望の量の燃料をプラズマ生成機４２に注入するいかなる種類の燃料注入機構であってもよい。ある構成においては、燃料をプラズマ生成機４２に注入するのに先立って、又はその期間中に燃料を霧状にすることが望ましい場合がある。このような燃料注入機（燃料を霧状にする注入装置）は、商用として販売されている。
【００２１】
図２に示すように、プラズマ生成機４２は、環状空気室７２を有する。加圧空気は、空気入り口７４を通って空気室７２に進入し、その後、半径方向に、内部に向かって電極ギャップ５８を通るように方向づけられ、プラズマアーク６２を内部に向かって曲げる。このようなプラズマアーク６２の曲げにより、注入された燃料６４がプラズマアーク６２を通過することが保証される。また、このようなプラズマアーク６２の曲げは、電極５６と５８の腐食を低減する。また、空気の電極ギャップ５８への進入により、空気と燃料との所望の混合物（空気燃料混合物）が生成される。特に、プラズマ燃料改質装置１２は、空気と燃料との混合物としての燃料を改質または処理する。燃料改質装置によって改質されている空気燃料混合物の空気対燃料比の変更は、燃料注入部３８と空気入り口バルブ４０を制御することによって制御される。空気入り口バルブ４０は、いかなる種類の電気制御空気バルブであってもよい。空気入り口バルブ４０は、図２に示すように、別個のものであってもよいし、プラズマ燃料改質装置１２の構成と一体化されてもよい。いずれの場合も、空気入り口バルブ４０は、プラズマ生成機４２に導入される空気の量を制御し、これによりプラズマ燃料改質装置１２によって処理される空気燃料混合物の空気対燃料比を制御する。
【００２２】
下部電極５６は、下方に向かって反応容器４８の中に延在している。このように、プラズマアーク６２を出た（改質された又は部分的に改質された）ガスは、反応室５０に進入する。触媒７８は、反応室５０に配置してもよい。触媒７８は、ガス出口７６を通して改質燃料ガスが出力するのに先立って、燃料改質処理を完了するか又は前記ガスを処理する。特に、プラズマ生成機４２を出力されるガスの一部または全部は、部分的に改質されているだけであってもよく、触媒７８が改質処理を完了する（すなわち、プラズマ生成機４２から出力される部分的に改質されたガスの改質処理を完了する反応を触媒する）ように構成されている。触媒７８は、そのような反応を触媒するように構成された任意の種類の触媒であってよい。一つの典型的な実施形態では、触媒７８は貴金属又は他の種類の触媒物質がその上に配置された基板である。このような基板は、セラミック、金属、又は他の適切な材料でできていてよい。前記触媒物質は、例えばプラチナ、ロジウム、パラジウム、又はそれらの組み合わせ、又は任意の他の類似の触媒物質であってよい。以下に更に詳しく述べるように、プラズマ燃料改質装置１２は触媒７８を備えていなくてもよい。
【００２３】
図２に示すように、プラズマ燃料改質装置１２は温度センサ３４を有し、この温度センサ３４は、プラズマ燃料改質装置１２の所望の構造物またはプラズマ燃料改質装置１２を流れるガスの温度を判断するためのフィードバック機構として使用される。例えば、温度センサ３４は、プラズマ燃料改質装置１２において生成されている改質燃料ガスの温度、反応室５０内の雰囲気温度、触媒７８の温度等を測定するために使用される。温度センサ３４は、複数の位置に配置することができ、その数はいくつでもよい。特に、実線で示されるように、温度センサ３４は、反応室５０内の構造物（例えば触媒７８又は反応室５０の壁）又は物質（例えば反応室５０内のガス）と測定上接触する位置に配置してもよい。すなわち、温度センサ３４は、その種類及び構造に依存して、構造物又は物質と物理的に接触する位置、又は構造物から所定の距離だけ離れた位置又は物質の流れの外に配置してもよい。
【００２４】
あるいは、所望の構造物又は物質の温度は、間接的に判断してもよい。特に、点線で示したように、温度センサ３４は、反応室５０又は排出用の出口７６につながるガス導管８０を流れる改質燃料ガスの温度を検知するように配置してもよい。この場合、温度測定値は、例えば触媒７８又は反応容器４８等の別の構造物の温度を計算するのに使用することができる。逆に、温度センサ３４は、反応容器４８の温度を検知するように配置し、その温度測定値と改質燃料ガスの温度との相関をとってもよい。このような場合、温度センサ３４により検知された間接温度は、所望の対象の温度と相関づけることができる。
【００２５】
図１に示すように、プラズマ燃料改質装置１２とその関連する構成要素は、制御部１６によって制御される。特に、温度センサ３４は、信号線１８を介して電子制御部１６に電気的に接続され、燃料注入部３８は、信号線２０を介して電子制御部１６に電気的に接続され、空気入り口バルブ４０は、信号線２２を介して電子制御部１６に電気的に接続され、電源３６は、信号線２４を介して電子制御部１６に電気的に接続されている。また、以下でより詳細に説明するように、プラズマ燃料改質装置１２と関連する他のいくつかの構成要素もまた、制御部１６に電気的に接続して制御してもよい。例えば、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れを、複数の構成要素間で選択的に振り向けるためのダイバートバルブは、制御部１６によって制御してもよい。同様に、内燃エンジンからの排気ガスの流れを、複数の構成要素間で選択的に振り向けるためのダイバートバルブも、制御部１６によって制御してもよい。
【００２６】
信号線１８、２０、２２、２４（及び他の構成要素を制御部と接続するための信号線）は単線として概略的に示されているが、当然のことながら、信号線は、電子制御部１６と対応する構成要素間で一方向又は双方向に電気信号の伝達を可能にする任意の種類の信号伝達手段であってよい。例えば、信号線１８、２０、２２、２４（又は本明細書に開示された任意の他の信号線）は、電子制御部１６と対応する構成要素間で電気信号を伝達するいくつかの信号線を有するワイヤハーネスであってもよい。当然のことながら、他のいかなる配線構成であってもよい。例えば、個別の信号線を使用してもよいし、または、信号線１８、２０、２２、２４（又は任意の他の信号線）の内、１つ以上の信号線を構成するのに信号多重化装置を用いるシステムを使用してもよい。また、信号線１８、２０、２２、２４は、単一のハーネスもしくはシステムを使って、プラズマ燃料改質装置１２に関連する構成要素のいくつか又は全部を電子制御部１６に電気的に接続するように、一体化されていてもよい。
【００２７】
電子制御部１６は、基本的に、プラズマ燃料改質装置１２と関連するセンサから送られる電気信号を解釈し、プラズマ燃料改質装置１２と、そこから出力される改質燃料ガスの流れと、ある場合には、内燃エンジンからの排気ガス流とを制御するために、プラズマ燃料改質装置１２と関連する電子制御される構成要素を操作するマスターコンピュータである。本開示の電子制御部１６は、多くの動作を行うが、例えば、プラズマ生成機４２に燃料を注入する各サイクルの始めと終わりを判断し、プラズマ生成機４２に導入される空気と燃料との量及び比を計算し制御し、改質装置１２又は改質燃料ガスの温度を判断し、プラズマ燃料改質装置１２に供給する電力レベルを判断し、どの構成要素（例えばNOXトラップ、微粒子フィルタ、または燃料電池）に改質燃料ガスを供給するかを判断し、生成されある特定の構成要素に供給されるべき改質燃料ガスの組成又は量を判断する等の動作を行う。
【００２８】
そのために、電子制御部１６は、電子機械的システムの制御に使用される電子ユニットによって共有されるいくつかの電子部品を含む。例えば、電子制御部１６は、そのような装置に通常含まれる構成部品の他に、マイクロプロセッサ等のプロセッサ２８と、消去可能なPROM（EPROM又はEEPROM）を含むプログラム可能な読み出し専用メモリ（PROM）等のメモリ３０を含むことができる。メモリ３０は、例えば、プロセッサ２８によって実行された時に電子制御部１６がプラズマ燃料改質装置１２の動作を制御することを可能にするソフトウェアルーチンの形態の命令群と、その他のものと、を格納するように構成されている。
【００２９】
また、電子制御部１６は、アナログインターフェイス回路３２も含む。アナログインターフェイス回路３２は、各種の燃料改質装置センサ又はプラズマ燃料改質装置１２と関連する構成要素と連係する他のセンサからの出力信号を、プロセッサ２８の入力として適切な信号に変換する。特に、アナログインターフェイス回路３２は、アナログ・デジタル（A／D）変換器（不図示）等を用いて、センサからのアナログ信号をプロセッサ２８が使用するデジタル信号に変換する。当然のことながら、A／D変換器は、１つの素子又は複数の素子によって実現されても、またはプロセッサ２８に集積化してもよい。プラズマ燃料改質装置１２と関連するセンサがデジタル出力信号を生成する場合は、そのセンサがどれであっても又いくつあっても、アナログインターフェイス回路３２をバイパスすることができる。
【００３０】
同様に、アナログインターフェイス回路３２は、プロセッサ２８からの信号をプラズマ燃料改質装置１２に関連する電気制御される構成要素（例えば燃料注入部３８、空気入り口バルブ４０、電源３６、又はガス流ダイバートバルブ等の他のシステム構成要素）にとって適切な出力信号に変換する。特に、アナログインターフェイス回路３２は、デジタル・アナログ（D／A）変換器（不図示）等を用いて、プロセッサ２８からのデジタル信号を例えば燃料注入部３８、空気入り口バルブ４０、電源３６等のプラズマ燃料改質装置１２と関連する電子制御の構成要素が使用するアナログ信号に変換する。当然のことながら、前述のA／D変換器と同様に、D／A変換器は１つの素子又は複数の素子によって実現されても、またはプロセッサ２８に集積化してもよい。プラズマ燃料改質装置１２と関連する電子制御の構成要素がデジタル入力信号を処理する場合は、そのセンサがどれであっても又いくつあっても、アナログインターフェイス回路３２をバイパスすることができる。
【００３１】
したがって、電子制御部１６は、プラズマ燃料改質装置１２とそれに関連する構成要素との動作を制御するように動作する。特に、電子制御部１６は、関連する電子制御の構成要素への入力を制御するために、いくつかのセンサからの出力を監視する閉ループ制御方式を含むルーチンを実行する。すなわち、電子制御部１６は、プラズマ燃料改質装置１２に供給されている空気及び燃料あるいはそのいずれかの、量、温度及び圧力あるいはそのいずれかと、改質燃料ガスの水素及び酸素あるいはそのいずれかの量と、改質装置又は改質燃料ガスの温度と、改質燃料ガスの組成と、排出削減デバイス（例えばNOXトラップまたは微粒子フィルタ）の飽和レベルと、その他とを判断するために、燃料改質装置またはシステムと関連するセンサ群と通信する。これらのデータを用いて、電子制御部１６は、各種の機能を実現するためのアルゴリズムを実行するために、毎秒、あらかじめプログラムされたテーブルの値を参照することを含む非常に多くの計算を実行する。この各種の機能には、いつあるいはどれだけの時間、燃料改質装置の燃料注入部または他の燃料入力部を開けるかを判断すること、燃料改質装置に入力される電力レベルを制御すること、空気入り口バルブを通る空気の量を制御すること、改質燃料ガス又は排気ガスの流れを１つの構成要素から別の構成要素に振り向けるためのダイバートバルブの位置（設定）を制御すること、生成され特定の構成要素に供給される改質燃料ガスの量及び組成あるいはそのいずれかを判断すること等が含まれる。
【００３２】
図３において、ディーゼルエンジン等の内燃エンジン１１２と燃料改質システム１０と、燃料電池１１６と、排出削減デバイス１１８とを有する動力システム１１０が示されている。燃料タンク１２０からの炭化水素燃料は、プラズマ燃料改質装置１２に供給される。燃料タンク１２０内の炭化水素燃料は、エンジン１１２で燃焼されている炭化水素燃料（例えばガソリン又はディーゼル燃料）と同じ、または、エンジン燃料とは異なる種類の炭化水素燃料であってよい。
【００３３】
前述したように、燃料改質システム１０のプラズマ燃料改質装置１２は、炭化水素燃料を水素と一酸化炭素を多く含むガス等の改質燃料ガスに改質する。そして、改質燃料ガスは、動力システム１１０に関連するいくつかの他の構成要素に供給される。例えば、プラズマ燃料改質装置１２は、燃料電池１１６に改質燃料ガスを供給するために使用してよい。具体的には、燃料タンク１２０からの炭化水素燃料は、プラズマ燃料改質装置１２によって燃料電池１１６に入力される改質燃料ガスに改質される。動力システム１１０の燃料電池１１６は、任意の種類の燃料電池であってよい。例えば、燃料電池１１６は、アルカリ燃料電池（AFC）、リン酸燃料電池（PAFC）、水素イオン交換薄膜燃料電池（PEMFC）、固体酸化物燃料電池（SOFC）、溶融炭酸塩燃料電池（MCFC）、その他任意の種類の燃料電池であってよい。
【００３４】
燃料電池１１６は、動力システム１１０及び他の構成要素を動かすのに利用される電気エネルギーを生成するために、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを処理する。例えば、燃料電池１１６で生成される電気エネルギーは、動力システム１１０と関連する構成要素によって消費してもよい。例えば、燃料電池１１６で生成される電気エネルギーは、システム電子機器等の電気装備品の動作のために利用されてもよい。当然のことながら、燃料電池１１６は１つ以上のバッテリー（不図示）と連携して、システムに関連する電気的構成要素による消費に先立って、電気エネルギーを蓄えるように動作することができる。
【００３５】
また、改質燃料ガスは、排出削減デバイス１１８に供給してもよい。このような場合、水素を多く含むガスは、内燃エンジン１１２から放出される排気ガスから排出物（例えばHC、CO、NOX、SOX、及びディーゼルエンジンの場合は炭素系微粒子又はすす）を除去する化学触媒又は吸着剤を再生するのに使用される。具体的には、排出削減デバイス１１８は、排気ガス中の未燃焼ガスを燃焼させるか又は処理する１つ以上の触媒式変換器又は類似のデバイスを含んでいてよい。すなわち、排出削減デバイス１１８は、未燃焼炭化水素及び一酸化炭素を燃焼させるか又は処理し、それらを水蒸気、二酸化炭素及び他の毒性が少ないガスに変えるのに必要な化学反応のための触媒であるプラチナ、ロジウム、パラジウム、又は他の類似の物質を含むことができる。プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、前記触媒の状態を良好に保つために、又は前記の削減処理を促進するために利用することができる。
【００３６】
排出削減デバイス１１８は、窒素酸化物（NOX）、硫黄酸化物（SOX）、及びすすあるいはそのいずれか等の化合物を捕らえ除去するための吸着剤、トラップ、フィルタ、又は類似のデバイスも含むことができる。図５と図６に関して詳細に説明するように、トラップから排気されている化合物（例えばH2S）を酸化するために、酸化触媒を排出削減デバイス１１８のトラップと合わせて使用してもよい。プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、これらの吸着剤、トラップ、フィルタを再生するのに使用できる。特に、吸着剤、トラップ、又はフィルタに捕捉された化合物を取り去る処理中に、吸着剤、トラップ、又はフィルタの再生処理が行われる。プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、このような再生処理を促進するために吸着剤、トラップ、又はフィルタに供給される。
【００３７】
排出削減デバイス１１８の構成において使用されるNOXトラップは、商用として販売されている任意の種類のNOXトラップであってよい。エンジン１１２がディーゼルエンジンである場合、NOXトラップは、ディーゼル排気ガスに伴う希薄条件においてNOXの捕捉と除去を容易にするように、希薄NOXトラップとして実現される。排出削減デバイス１１８の構成において使用することができるNOXトラップの具体的な例は、これに限定されるものではないが、米国テネシー州ノックスヴィルのEmeraChem社（旧Goal Line Environmental Technologies社（テネシー州ノックスヴィル））から商用として販売されているNOXトラップまたは同じく販売されている材料を使って作られたNOXトラップを含む。
【００３８】
排出削減デバイス１１８の構成において使用されるすす微粒子フィルタは、商用として販売されている任意の種類の微粒子フィルタであってよい。例えば、すす微粒子フィルタは、「ディープベッド（deep bed）」又は「壁流」フィルタ等の公知の排気微粒子フィルタであってよい。ディープベッドフィルタは、金属メッシュフィルタ、金属又はセラミック泡フィルタ、セラミック繊維メッシュフィルタ等であってもよい。一方、壁流フィルタは、ガスが１つのチャネルから入って壁を通り隣のチャネルから出るようにフィルタの前面と背面において交互のチャネルに栓がされたコーディエライト又はシリコン炭化物・セラミックフィルタであってもよい。また、すす微粒子フィルタは貴金属触媒物質等の触媒物質が添着されていてもよい。
【００３９】
排出削減デバイス１１８として使用されるすす微粒子フィルタは、同一出願人による同時係属米国仮特許出願第６０／３７５，１３４号（２００２年４月２４日付で、Rudolf M. Smalingにより出願）に記述されているデバイスのいずれでもよい。前記開示の全体を本願に援用する。図７に示すように、上記の文献の教示に従って製造された排出削減デバイス３００は、触媒３０４と、触媒３０４の下流に配置されたすす微粒子フィルタ３０６とを有する微粒子フィルタシステム３０２として構成することができる。触媒３０４は、すす微粒子フィルタ３０６から所定の距離（図７を参照）だけ離して配置してもよいし、すす微粒子フィルタ３０６と接触させて配置してもよいし、または、すす微粒子フィルタ３０６と共通の構造物（例えば、フィルタ部の上流に触媒部を有する構造物）として製造してもよい。
【００４０】
触媒３０４は、本明細書で記述される反応を触媒するように構成された任意の種類の触媒であってよい。１つの具体的な実施形態においては、触媒３０４は、貴金属又は他の種類の触媒物質がその上に配置された基板であってもよい。このような基板は、セラミック、金属、又は他の適切な物質から成る。触媒物質は、例えばプラチナ、ロジウム、パラジウム、これらの組み合わせ、又は他の類似の物質であってよい。
【００４１】
一方、すす微粒子フィルタ３０６は、エンジン１１２からの未処理の排気ガス中に存在するすす又は他の微粒子を捕捉する。すす微粒子フィルタ３０６は、上述した「ディープベッド」又は「壁流」フィルタ等の公知の排気微粒子フィルタであってもよい。上述したように、すす微粒子フィルタ３０６には、貴金属触媒物質等の触媒物質が添着されていてもよい。
【００４２】
再生サイクルの期間において、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、進行しエンジン１１２の排気ガス中の酸素と改質燃料ガス間の酸化反応を触媒する触媒３０４と接触する。具体的には、改質燃料ガスが進行し触媒３０４と、排気ガスが存在する中で接触する時、触媒３０４は改質燃料ガス中の水素ガスと排気ガス中の酸素を水とその他に変換する酸化反応を触媒する。また、この触媒は、改質燃料ガス中の一酸化炭素と排気ガス中の酸素を二酸化炭素に変換する酸化反応を触媒する。これら両方の酸化反応は、高発熱性であり、結果として、下流のすす微粒子フィルタ３０６に伝わる熱を生成する。その熱は、例えば、６００〜６５０℃の範囲であり、すす微粒子フィルタ３０６に捕捉されたすす微粒子を着火し燃焼させる。これにより、フィルタ３０６は再生される。
【００４３】
図８と図９に示されるように、排出削減デバイス１１８は、排気ガス流中の多数の異なる化合物を処理するためのデバイス群を有する組み合わせ排出削減システム４００であってもよい。特に、図８と図９に関連して詳細に説明するように、排出削減システム４００は、エンジン排気ガスからNOXとすすの両方を捕捉し除去するためのNOXトラップとすす微粒子フィルタシステムの両方を含んでもよい。このような場合、両デバイスの再生はプラズマ燃料改質装置１２を用いることにより容易となる。
【００４４】
図４において、動力システム１１０を具体的に実現したものが示されている。具体的には、動力システム１１０は、図４に示されるように、ハイウェートラック１５０等の車両の構成において使用される。すなわち、エンジン１１２の出力は、トラック１５０に備えられたトランスミッション１２２を駆動するか又はこれに機械的に動力を供給する。
【００４５】
図４に示した実施形態においては、燃料電池１１６は、電力をトラック１５０が備えるいくつかの構成要素に供給するように動作させてもよい。例えば燃料電池１１６は、暖房／冷房システム１２４に電力を供給するように動作させてもよい。特に、トラック１５０は、燃料電池１１６によって生成される電力によりトラック１５０の乗員室１３０（例えば運転席）を暖房／冷房するように動作する電気動力ヒータ１２６及び空調ユニット１２８あるいはそのいずれかを備えることができる。
【００４６】
トラック１５０の他の車両構成要素１３２もまた、燃料電池１１６によって生成される電力により動作させることができる。これらの構成要素１３２は、トラックの外部及び内部照明、付属部品（例えばラジオ）、電子制御システム（例えばエンジン制御モジュール、ブレーキ制御モジュール等）、エンジンデバイス（例えば燃料ポンプ、燃料注入システム等）等を含む。当然のことながら、燃料電池１１６からの電力は、必要であればプラズマ燃料改質装置１２を動作させるのに使用してもよい。
【００４７】
本明細書に説明するように、燃料電池１１６は、従来のトラックにおいて交流発電機（及び関連するバッテリー）が動力を供給するのと同様に、トラック１５０全体に電力を供給するように構成することができる。しかし、トラック１５０に電力を供給するのに燃料電池１１６を使用する場合、従来の交流発電機により動力を供給する場合のように、維持された量の電力を供給するために内燃エンジン１１２を動作させる（すなわち、回転させる）必要はない。
【００４８】
プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを、エンジン１１２の動作期間中、生成し排出削減デバイス１１８に供給してよい。具体的には、内燃エンジン１１２の動作期間中、電子制御部１６がプラズマ燃料改質装置１２の動作を、排出削減デバイス１１８を選択的に再生又は処置するために改質燃料ガスを生成し排出削減デバイス１１８に供給するように制御する。一方、エンジンの非動作（すなわち、非回転）期間中に、電子制御部１６がプラズマ燃料改質装置１２の動作を、燃料電池１１６による電気エネルギーの生成を可能にするために改質燃料ガスを生成し燃料電池１１６に供給するように制御する。このような場合、電気付属品（例えば暖房／冷房システム１２４）の動作を容易にするように維持されたレベルの動力を供給するためには、エンジン１１２からの機械的出力は必要ではなく、エンジン１１２をアイドリングさせたり動作させたりする必要はない。
【００４９】
電子制御されたフローダイバートバルブ１３６は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れを、燃料電池１１６と排出削減デバイス１１８との間で選択的に振り向けるために使用される。ダイバートバルブ１３６は、信号線１３８を介して電子制御部１６に電気的に接続されている。すなわち、ダイバートバルブ１３６の位置は電子制御部１６によって制御される。結果として、電子制御部１６は、他の機能もあるが、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れを燃料電池１１６又は排出削減デバイス１１８に選択的に振り向けることができる。
【００５０】
当然のことながら、あるシステム構成においては、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れは、燃料電池１１６に改質燃料ガスの一部が供給され、排出削減デバイス１１８に改質燃料ガスの別の一部が供給されるように、フローダイバートバルブ１３６を用いて分割してもよい。特に、もし必要であれば、プラズマ燃料改質装置１２によって生成される改質燃料ガスの一部を、エンジン１１２の動作期間中に燃料電池１１６に供給することも可能である。具体的には、燃料電池１１６は、エンジン１１２が回転時及び非回転時に電力を供給するように動作させてもよい。
【００５１】
図５において、動力システム（以下、符号２１０）の別の実施形態が示されている。動力システム２１０は、図３及び図４の動力システム１１０とある程度類似している。このため、図５及び図６では、図３及び図４で説明した共通の構成要素を表すのに同じ符号を使用し、それらの説明を省略する。
【００５２】
図５に示されるように、動力システム２１０の排出削減デバイス１１８は、トラップ２３２、２３４の対として実現してもよい。トラップ２３２、２３４は、エンジンの排気ガスからNOX、SOX等の化合物を捕捉するか、蓄積するか、又は除去する。化合物を捕捉後、排気に先立ち、その化合物を毒性の少ない化合物に分解する触媒再生反応が行われる。
【００５３】
ダイバートバルブ２３６は、エンジン１１２からの排気ガス流をトラップ２３２、２３４間で選択的に振り向ける。例えば、エンジン１１２からの排気ガスは、トラップ２３２を通り、トラップ２３４は非接続（オフライン）となるようにルートを設定してもよい。非接続時、トラップ２３４の再生を行なってもよい。トラップ２３４の再生が行われた後、ダイバートバルブ２３６の位置を、エンジン１１２からの排気ガスがトラップ２３４を通り、トラップ２３２は再生のために非接続となるように、切り替えてもよい。
【００５４】
当然のことながら、ダイバートバルブ２３６は、２位置バルブ、又はある構成では可変バルブであってもよい。２位置バルブを使用する場合は、非接続のトラップ２３２又は２３４への排気ガス流は、完全に阻止される。言い換えれば、非接続のトラップ２３２又は２３４は、排気ガス流から分離される。しかし、可変バルブを使用する場合は、所望の量の排気ガス流を非接続のトラップ２３２又は２３４に振り分けることができる。この少ない量の流れを、非接続のトラップ２３２、２３４の種類と構造によっては、非接続のトラップ２３２、２３４の再生処理を容易にするのに利用することができる。例えば、NOXトラップの再生期間中は、そのトラップを排気ガス流がほとんどか全く通らないようにするのが望ましい場合がある。しかし、上記の文献に記載されているフィルタ等のすす微粒子フィルタの再生においては、再生期間中にある程度の排気ガス流がそのフィルタを通ることが望ましい場合がある。例えば、上流の触媒（すなわち、下流のフィルタ内のすすを燃焼する熱を生成する触媒）における酸化反応を維持するために充分な量の酸素を供給するように、また、その触媒によって生成された熱によりすすフィルタ内のすすを燃焼するために充分な量の酸素を供給するように、排気ガスの制御された流れをフィルタに通すことが望ましい場合がある。
【００５５】
このように動作させるために、ダイバートバルブ２３６は、電子制御部１６と信号線２３８を介して電気的に接続されている。すなわち、ダイバートバルブ２３６の位置は、電子制御部１６によって制御されている。これにより、電子制御部１６は、エンジン１１２からの排気ガス流をトラップ２３２又はトラップ２３４、又は可変ダイバートバルブ２３６の場合は両トラップ２３２、２３４の組み合わせに選択的に振り分ける。
【００５６】
ダイバートバルブ２３６の位置を制御するための制御方式は、いくつかの異なる方法で実現することができる。例えば、ダイバートバルブ２３６の位置が時間の関数として変わる、タイミングに基づく制御方式を使用してもよい。例えば、トラップ２３２、２３４の再生は、所定の時間間隔で実行してもよい。
【００５７】
あるいは、センサに基づく制御方式を使用してもよい。この場合は、ダイバートバルブ２３６の位置は、トラップ２３２、２３６と関連する１つ以上のセンサからの出力の関数として変わる。例えば、トラップ２３２、２３４の内の１つの再生は、対応するNOXセンサ（不図示）の出力が所定の飽和レベルを示している時に、開始してもよい。
【００５８】
ダイバートバルブ２４６は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを適切なトラップ２３２又は２３４に振り向けるのに使用される。具体的には、ダイバートバルブ２４６は改質燃料ガスの流れをトラップ２３２、２３４間で選択的に振り向ける。例えば、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、トラップ２３２が非接続状態で再生時、ダイバートバルブ２４６を経由してトラップ２３２に進むようにルート設定される。トラップ２３４が非接続状態で再生する時には、ダイバートバルブ２４６の位置は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスが、ダイバートバルブ２４６を経由してトラップ２３４に進むようにルート設定されるように切り替える。
【００５９】
このように動作させるために、ダイバートバルブ２４６は、電子制御部１６と信号線２４８を介して電気的に接続されている。すなわち、ダイバートバルブ２４６の位置は、電子制御部１６によって制御されている。これにより、電子制御部１６は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れをトラップ２３２又はトラップ２３４に選択的に振り向ける。
【００６０】
制御部１６によって実行される制御方式は、改質燃料ガスと排気ガスを適切なトラップ２３２又はトラップ２３４に選択的に振り向けるために種々のダイバートバルブの位置を制御する。具体的には、制御部１６は、改質燃料ガスと排気ガスを適切なトラップ２３２又はトラップ２３４に振り向けるために、改質燃料ガスダイバートバルブ１３６、２４６の位置を排気ガスダイバートバルブ２３６と協調させる。具体的には、排気ガスをトラップ２３２に振り向けるように排気ガスダイバートバルブ２３６を位置設定する（すなわち、トラップ２３４は非接続）時、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れをトラップ２３４に、その再生を容易にするために、振り向けるように改質燃料ガスダイバートバルブ１３６、２４６を位置設定する。逆に、排気ガスをトラップ２３４に振り向けるように排気ガスダイバートバルブ２３６を位置設定する（すなわち、トラップ２３２は非接続）時、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れをトラップ２３２に、その再生を容易にするために、振り向けるように改質燃料ガスダイバートバルブ１３６、２４６を位置設定する。
【００６１】
当然のことながら、排出削減デバイス１１８は、トラップ２３２、２３４と連携して機能するように１つ以上の別の触媒を含むように構成してもよい。例えば、酸化触媒（不図示）を、トラップ２３２、２３４から排気されているガス中に存在する可能性のあるH2Sを酸化するためにトラップ２３２、２３４の下流に配置してもよい。
【００６２】
また、動力システム２１０の排出削減デバイス１１８は、上述したすす微粒子フィルタを１つ以上含むように構成してもよい。この場合、１つのすす微粒子フィルタが、排気ガス流からすすを捕捉している間に、他のすす微粒子フィルタは非接続で再生されるように、すす微粒子フィルタはトラップ２３２、２３４と同様に並列に配置してよい。あるいは、もし必要であれば、すす微粒子フィルタは、トラップ２３２、２３４と同じ構造物に収容することができる。内燃エンジン１１２がディーゼルエンジンである場合は、すす微粒子フィルタは特に有用である。
【００６３】
図６において、動力システム２１０を具体的に実現したものが示されている。具体的には、図４に関して上述したのと同様に、動力システム２１０は、ハイウェートラック１５０等の車両の構成において使用することができる。この場合、プラズマ燃料改質装置１２は、トラックの燃料電池１１６と排出削減デバイス１１８のトラップ２３２、２３４に改質燃料ガスを供給するように動作する。
【００６４】
図４に関して上述したのと同様に、動力システム２１０の燃料電池１１６は、電力をトラック１５０が備えるいくつかの構成要素に供給するように動作させてもよい。例えば、燃料電池１１６は、トラック１５０の運転席３０に空調された空気を供給するために、トラックの暖房／冷房システム１２４の電気動力ヒータ１２６及び空調ユニット１２８あるいはいずれかに電力を供給するように動作させてもよい。また、トラックの外部及び内部照明、付属部品（例えばラジオ）、電子制御システム（例えばエンジン制御モジュール、ブレーキ制御モジュール等）、エンジンデバイス（例えば燃料ポンプ、燃料注入システム等）等の他の車両構成要素１３２にもまた動力システム２１０の燃料電池１１６によって生成される電力を動力として供給してもよい。燃料電池１１６からの電力はプラズマ燃料改質装置１２を動作させるのにも使用してよい。具体的には、上述したように、プラズマ燃料改質装置１２はプラズマを生成するのに電力を必要とする。この電力は、燃料電池１１６から供給することができる。
【００６５】
当然のことながら、動力生成方式は、エンジンの動作時にエンジンからの機械的な出力を有効活用するために実施される。例えば、トラックの電気構成要素（例えば暖房／冷房システム１２４、プラズマ燃料改質装置１２等）に、エンジンの動作時は、従来の電力生成システム（例えば交流発電機）を使用して電力が供給され、エンジンの非動作時は、燃料電池１１６からの電力がトラックの電気構成要素に動力を供給するために使用される。
【００６６】
本明細書に記載した動力システムの構成は、特定の用途に合わせて変更が可能である。例えば、プラズマ燃料改質装置１２は、図５と図６の排出削減デバイス１１８（トラップ２３２、２３４を含むデバイス）と共に使用する必要があるわけではなく、任意の種類の排出削減デバイスと共に使用することができる。同様に、図５と図６の排出削減デバイス１１８は、プラズマ燃料改質装置１２と共に使用する必要があるわけではなく、任意の種類の燃料改質装置と共に使用することができる。
【００６７】
また、本明細書に記載した動力システムは、非常に多数の他の用途がある。例えば、本明細書に説明した動力システムは、ハイブリッド車の構成においても使用することができる。このような場合、内燃エンジン１１２からの機械的な出力は、回転による機械的動力をハイブリッド車の電気モータ用のバッテリーに蓄えられる電力に変換する電力生成装置に機械的に結合してよい。
【００６８】
また、本明細書に記載した動力システムは、車両動力システム以外の非常に多数の用途がある。例えば、本明細書に記載した動力システムは、静止動力生成装置の構成においても使用することができる。このような場合、内燃エンジン１１２からの機械的な出力は、回転による機械的動力を電力に変換する電力生成装置に機械的に結合することができる。また、内燃エンジン１１２からの機械的な出力は、ポンプシステムに関連するポンプ機構等を駆動するのにも使用することができる。
【００６９】
本明細書に記載した動力システムの構成は、燃料電池と排出削減デバイスに加えてシステムの他の構成要素に改質燃料ガスを供給するように変更することができる。例えば、プラズマ燃料改質装置からの改質燃料ガスは、内燃エンジンの吸込み口に供給することができる。実際、唯一の燃料源または燃料添加物として、改質燃料ガスを燃焼させることは、エンジンの動作期間中の排出物を大幅に削減する。内燃エンジン１１２がガソリン、天然ガス、メタノール、またはプロパンガス等の炭化水素を燃焼させるスパーク着火エンジンである場合は、特に有用である。このような（すなわち、改質燃料ガスが、燃焼に先立って、エンジンの吸込み口に供給される）構成においては、エンジンによって生成される排出物の低減の結果、動力システムから１つ以上の排出削減機構を削除することが可能となる。
【００７０】
内燃エンジンに改質燃料ガスを供給するために、エンジンは、その構成によっては、改質燃料ガスをエンジン燃焼室に進行させるためのキャブレター、改質燃料ガスをエンジン燃焼室に注入するための燃料注入器、または他の同様なデバイスを備えるように構成してもよい。あるいは、エンジンの既存の燃料供給システムを、炭化水素燃料と改質燃料ガスとを同時にエンジン燃焼室に注入するか又は進行させるように変更してもよい。燃料改質装置は改質燃料ガスをエンジンに関連するそのような機構に送るように構成してもよい。
【００７１】
図８と図９において、組合せ排出削減システム４００が示されている。組合せ排出削減システム４００は、本明細書に記載した動力システム１１０、２１０の排出削減デバイス１１８として使用することができる。しかし、この排出削減システムは、他の多くの燃料電池を含むシステムと含まないシステムの構成においても使用することができる。組合せ排出削減システム４００は、内燃エンジンの排気ガスから異なる排出物を処理するためのいくつかの異なるデバイスを有している。例えば、詳細に後述するように、プラズマ燃料改質装置１２は、改質燃料ガスを生成しNOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４の両方を有する排出削減システムに供給するように動作させてもよい。このような場合、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスはNOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４の両方を選択的に再生するために使用される。
【００７２】
図９に示すように、NOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４は、例えば排気パイプを介して互いに接続された別々のハウジングに収容してもよい。または、NOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４は、共通のハウジングに収容してもよい。
【００７３】
当然のことながら、構成要素（すなわち、NOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４）は、特定のシステムの必要性に適合するように任意の順序で配置してよい。特に、いくつかのシステム構成を考慮した場合、一方のデバイスを他方の上流に配置することが望ましい場合と、他の構成では、その逆の配置がより望ましい場合がある。本明細書に記載した典型的な実施形態では、排出削減システム４００のすす微粒子フィルタ４０４はNOXトラップ４０２の下流に配置される。後述するように、このような配置はNOXトラップの再生処理とすす微粒子フィルタの再生処理の両方の制御を容易にする。
【００７４】
図３〜図６に関して上述したNOXトラップについては、排出削減システム４００のNOXトラップ４０２は、任意の種類の販売さているNOXトラップであってよい。排出削減システム４００がディーゼルエンジンからの排気ガスを処理するために使用される場合は、NOXトラップ４０２は、ディーゼル排気ガスに伴う条件においてNOXの捕捉と除去を容易にするように単なるNOXトラップとして実現される。組合せ排出削減システムの構成で使用することができるNOXトラップの具体的な例は、これに限定されるものではないが、前述のEmeraChem社から商用として販売されているNOXトラップまたは同じく販売されている材料を使って作られたNOXトラップを含む。
【００７５】
組合せ排出削減システム４００の構成の中で使用されるすす微粒子フィルタは、任意の種類の商用として販売されているNOXトラップであってよい。例えば、図３〜図６のすすフィルタに関して上記で説明したように、すす微粒子フィルタ４０４は、「ディープベッド」又は「壁流」フィルタ等の公知の排気微粒子フィルタであってもよい。ディープベッドフィルタは、金属メッシュフィルタ、金属又はセラミック泡フィルタ、セラミック繊維メッシュフィルタ等であってもよい。一方、壁流フィルタは、ガスが１つのチャネルから入って壁を通り隣のチャネルから出るようにフィルタの前面と背面において交互のチャネルに栓がされたコーディエライト又はシリコン炭化物・セラミックフィルタであってもよい。また、すす微粒子フィルタは貴金属触媒物質等の触媒物質が添着されていてもよい。図８及び図９に示された典型的な実施形態においては、組合せ排出削減システム４００のすす微粒子フィルタ４０４は、前記文献に記述されているデバイスのいずれかである。
【００７６】
図９に、組合せ排出削減システム４００がより詳細に示されている。NOXトラップ４０２のNOX吸着触媒４０６は、ハウジング４１０の内室４０８に収容されている。ハウジング４１０は、排気パイプ４１４に接続された上流端４１２と排気パイプ４１８に接続された下流端４１６を有する。ハウジング４１０の上流端４１２は、排気ガス入り口４２０を画定し、ハウジング４１０の下流端４１６は、排気ガス出口４２２を画定する。このため、ディーゼルエンジンからの排気ガスは、排気ガス入り口４２０を通ってハウジング４１０に入り、NOX吸着触媒４０６を通って進行し、そして、排気ガス出口４２２を通ってハウジング４１０から排気される。
【００７７】
NOXトラップ４０２は、プラズマ燃料改質装置１２から改質燃料ガスを受け取るための入り口４２４を有する。入り口４２４は、ハウジング４１０の壁に画定された開口であってもよいし、またはハウジング４１０の壁を通って延長する管、結合部品、又は他の構造物であってもよい。また、改質燃料ガスがハウジング４１０の上流端４１２の上流において導入される場合は、ハウジング４１０の排気ガス入り口４２０は、NOXトラップ４０２の改質燃料ガス入り口として機能する。
【００７８】
プラズマ燃料改質装置１２は、NOXトラップ４０２のための改質燃料ガス入り口と流体が流れる態様で結合されている。具体的には、流体管４２６の第１端は、プラズマ燃料改質装置１２の出口に（下記に説明するように、フローダイバートバルブ４６６を介して）接続され、流体管４２６の第２端は、改質燃料ガスがハウジング４１０の内室４０８に進行するようにガス入り口４２４を通って延長するか、又はガス入り口４２４に結合されている。このようにして、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、進行しNOX吸着触媒４０６と接触する。
【００７９】
図８と図９に示すように、電子制御部１６は、一対のNOXセンサ４２８、４３０に一対の信号線４３２、４３４を介してそれぞれ電気的に接続されている。NOXセンサ４２８、４３０は、NOXトラップ４０２の再生がいつ必要かを判断するために、NOX吸着触媒４０６前後のNOX濃度の差を検知するのに使用される。特に、NOXセンサ４２８、４３０は、NOX吸着触媒４０６によって排気ガスから除去される（すなわち、捕捉される）NOXの量を判断するために協働する。NOX吸着触媒４０６によって捕捉されるNOXの量が所定のレベルに減少した時、電子制御部１６は再生処理を開始する。当然のことながら、図８と図９に示すように２つのNOXセンサが使用されているが、NOX吸着触媒４０６の下流側のNOXセンサだけを使用してもよい。そのような構成においては、NOX吸着触媒４０６によるNOX除去効率を監視するのではなく、電子制御部１６はその１個のNOXセンサにより検知されたNOX濃度がいつ所定の上側しきい値を越えるかを監視する。
【００８０】
あるいは、再生処理を開始するために他の制御方式を使用してもよい。例えば、NOXトラップ４０２の再生が時間の関数として行われる、時間ベースの制御方式を使用してもよい。このような場合においては、NOXトラップ４０２の再生は、所定の時間間隔で実行される。
【００８１】
図９にもどって、すす微粒子フィルタ４０４もより詳細に示されている。すす微粒子フィルタ４０４の触媒４３６とフィルタ４３８は、ハウジング４４２の内室４４０に収容されている。ハウジング４４２は、NOXトラップハウジング４１０の下流端４１６から延在する排気パイプ４１８に接続された上流端４４４を有する。またハウジング４４２は、排気パイプ４４８に接続された下流端４４６を有する。この排気パイプ４４８は大気に対して開いているか、又は組合せ排出削減システム４００の下流に配置された更なる排気システム構成要素（不図示）に結合される。ハウジング４４２の上流端４４４は、排気ガス入り口４５０を画定し、ハウジング４４２の下流端４４６は、排気ガス出口４５２を画定する。このため、エンジンからの排気ガスは、排気ガス入り口４５０を通ってハウジング４４２に入り、触媒４３６とすすフィルタ４３８を通って進行し、そして、排気ガス出口４５２を通ってハウジング４４２から排気される。
【００８２】
すす微粒子フィルタ４０４は、プラズマ燃料改質装置１２から改質燃料ガスを受け取るための入り口４５４を有する。NOXトラップ４０２の入り口と同様、すす微粒子フィルタ４０４の入り口は、ハウジング４４２の壁に画定された開口であってもよいし、またはハウジング４４２の壁を通って延設される管、結合部品、又は他の構造物であってもよい。また、改質燃料ガスがハウジング４４２の上流端４４４の上流において導入される場合は、ハウジング４４２の排気ガス入り口４５０は、すす微粒子フィルタ４０４の改質燃料ガス入り口として機能する。
【００８３】
プラズマ燃料改質装置１２は、すす微粒子フィルタ４０４のための改質燃料ガス入り口と流体が流れる態様で結合されている。具体的には、流体管４５６の第１端は、プラズマ燃料改質装置１２の出口に（下記に説明するように、フローダイバートバルブ４６６を介して）接続され、流体管４５６の第２端は、改質燃料ガスがハウジング４４２の内室４４０に進行するようにガス入り口４５４を通って延設されるか、又はガス入り口４５４に結合されている。このようにして、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、エンジンからの排気ガス流中に導入され触媒４３６と接触する。特に、図７に関して説明したように、再生サイクル期間において、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、進行し排気ガス中の酸素と改質燃料ガス間の酸化反応を触媒する触媒４３６と接触する。具体的には、改質燃料ガスが進行し触媒４３６と、排気ガス（又は他の酸素源）が存在する中で接触する時、触媒４３６は改質燃料ガス中の水素ガスと排気ガス中の酸素を水とその他に変換する酸化反応を触媒する。また、触媒４３６は、改質燃料ガス中の一酸化炭素と排気ガス中の酸素を二酸化炭素に変換する酸化反応を触媒する。これら両方の酸化反応は、高発熱性であり、結果として、下流のすす微粒子フィルタ４３８に伝わる熱を生成する。その熱は、例えば、６００〜６５０℃の範囲であり、すすフィルタ４３８に捕捉されたすす微粒子を着火し燃焼させ、これにより、すす微粒子フィルタ４０４は再生される。
【００８４】
図８と図９に示すように、電子制御部１６は、一対の圧力センサ４５８、４６０に一対の信号線４６２、４６４を介してそれぞれ電気的に接続されている。圧力センサ４５８、４６０は、すすフィルタ４３８の再生がいつ必要かを判断するために、すす微粒子フィルタ４０４の前後の圧力の差を検知するのに使用される。具体的には、すす微粒子フィルタ４０４の前後の圧力降下が所定の値に増加した時、電子制御部１６はフィルタ再生処理を開始する。当然のことながら、図８と図９に示すように２つの圧力センサが使用されているが、すす微粒子フィルタ４０４のどちらかの側の圧力センサだけを使用してもよい。そのような構成においては、すす微粒子フィルタ４０４の前後の圧力降下を監視するのではなく、電子制御部１６はその１個の圧力センサにより検知された圧力がいつ所定の上側しきい値を越えるか、又は所定の下側しきい値より低くなったかを監視する。
【００８５】
上記で述べたように、電子制御されたフローダイバートバルブ４６６は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れをNOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４間で選択的に振り分けるために使用される。特に、流体管４８０の一端がプラズマ燃料改質装置の出口７６と接続され、流体管４８０の他端はダイバートバルブ４６６の入り口に接続されている。ダイバートバルブ４６６の第１の出口は、流体管４２６を介してNOXトラップ４０２の入り口４２４と流体が流れる態様で結合されており、ダイバートバルブ４６６の第２の出口は、流体管４５６を介してすす微粒子フィルタ４０４の入り口４５４と流体が流れる態様で結合されている。
【００８６】
ダイバートバルブ４６６は、電子制御部１６と信号線４６８を介して電気的に接続されている。すなわち、ダイバートバルブ４６６の位置は、電子制御部１６によって制御されている。これにより、電子制御部１６は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れをNOXトラップ４０２又はすす微粒子フィルタ４０４に選択的に振り向ける。このため、エンジンの動作期間において、電子制御部１６は、組合せ排出削減システム４００の各構成要素をいつ再生するかを判断する等を行う制御ルーチンを実行する。特に、使用する制御方式（例えば、センサに基づく制御方式又は時間に基づく制御方式）に基づいて、NOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４をいつ再生するかを判断した後、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れを適切なデバイス（NOXトラップ４０２又はすす微粒子フィルタ４０４）に振り向けるようにダイバートバルブ４６６を所望の位置に設定する。当然のことながら、あるシステム構成においては、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れは、NOXトラップ４０２に改質燃料ガスの一部が供給され、すす微粒子フィルタ４０４に改質燃料ガスの別の一部が供給されるように、フローダイバートバルブ４６６を用いて分割してもよい。
【００８７】
図１０に、図５及び図６のトラップ２３２、２３４と同様に並列に配置された一対の排出削減システム４００を使用する排気ガス処理システムが示されている。図１０では、図８及び図９に関して説明した共通の構成要素を表すのに同じ符号を使用し、それらの説明を省略する。また、図８及び図９におけるいくつかの構成要素（例えばセンサに関連する信号線）は説明を明瞭にするために省かれている。
【００８８】
図１０に示されているように、排気ガスダイバートバルブ４７０は、２つの排出削減システム４００間で排気ガスの流れを選択的に振り向ける。例えば、エンジン１１２からの排気ガスは２つのシステム４００の１つを通るように経路設定され、もう一方のシステム４００は非接続としてよい。非接続の間、そのシステム４００のNOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４の一方または両方の、再生を行ってもよい。NOXトラップ４０２及びすす微粒子フィルタ４０４あるいはそのいずれかが再生された後、ダイバートバルブ４７０の位置は、エンジンからの排気ガスがその再生された排出削減システム４００を通るように切り替えることができる。この時、もう一方のシステム４００は非接続となり再生される。
【００８９】
当然のことながら、排気ガスダイバートバルブ４７０は、２位置バルブ、又はある構成では可変バルブであってもよい。２位置バルブを使用する場合は、非接続の排出削減システム４００への排気ガス流は、完全に阻止される。言い換えれば、非接続の排出削減システム４００は、排気ガス流から分離される。しかし、可変バルブを使用する場合は、所望の量の排気ガス流を非接続の排出削減システム４００に振り向けることができる。この低減された量の流れを、NOXトラップ４０２とすす微粒子フィルタ４０４の一方または両方の再生処理を容易にするのに利用することができる。例えば、NOXトラップ４０２の再生期間中は、そのトラップを排気ガス流がほとんどか全く通らないようにするのが望ましい場合がある。しかし、すす微粒子フィルタの再生の場合は、ある程度の排気ガス流がフィルタ４０４を通ることが望ましい場合がある。例えば、上流の触媒４３６における酸化反応を維持するために充分な量の酸素を供給するように、また、触媒４３６によって生成された熱によりすすフィルタ４３８内のすすを燃焼するために充分な量の酸素を供給するように、排気ガスの制御された流をフィルタ４０４に通すことが望ましい場合がある。
【００９０】
このように動作させるために、ダイバートバルブ４７０は、電子制御部１６と信号線４７２を介して電気的に接続されている。すなわち、ダイバートバルブ４７０の位置は、電子制御部１６によって制御されている。これにより、電子制御部１６は、エンジンからの排気ガス流またはその一部を適切な排出削減システム４００に選択的に振り向ける。
【００９１】
ダイバートバルブ４７０の位置を制御するための制御方式は、いくつかの異なる方法で実現することができる。例えば、ダイバートバルブ４７０の位置が時間の関数として変わる、タイミングに基づく制御方式を使用してもよい。例えば、排出削減システム４００の個々のデバイスの再生は、所定の時間間隔で実行してもよい。
【００９２】
あるいは、上述したように、排出削減システム４００の特定のNOXトラップ４０２又はすす微粒子フィルタ４０４の再生がいつ必要かを検出するためにセンサに基づく制御方式を使用してもよい。この場合は、ダイバートバルブ４７０の位置は、システム４００が備える１つ以上のセンサからの出力の関数として変わる。例えば、１つのNOXトラップ４０２の再生は、その特定のNOXトラップ４０２に対応するNOXセンサ４２８、４３０の出力が所定の飽和レベルを示している時に、開始してもよい。同様に、１つのすす微粒子フィルタ４０４の再生は、その特定のすす微粒子フィルタ４０４に対応するNOXセンサ４５８、４６０の出力が所定の飽和レベルを示している時に、開始してもよい。
【００９３】
ダイバートバルブ４７４は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを適切な排出削減システム４００に振り向けるのに使用される。言い換えれば、ダイバートバルブ４７４は改質燃料ガスの流れを２つの排出削減システム４００間で選択的に振り分ける。例えば、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、特定の排出削減システムが非接続で再生サイクル時、ダイバートバルブ４７４を経由してその排出削減システム４００に進むように経路設定される。
【００９４】
このように動作するために、ダイバートバルブ４７４は、電子制御部１６と信号線４７６を介して電気的に接続されている。すなわち、ダイバートバルブ４７４の位置は、電子制御部１６によって制御されている。これにより、電子制御部１６は、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れをいずれかの排出削減システム４００に選択的に振り向ける。そこから、改質燃料ガスの流れは、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れをその特定の排出削減システム４００の適切なデバイス（NOXトラップ４０２又はすす微粒子フィルタ４０４）に振り向けるようにダイバートバルブ４６６によって更に経路設定される。
【００９５】
電子制御部１６によって実行される制御方式は、改質燃料ガスと排気ガスとを組合せ排出削減システム４００の適切なデバイスに選択的に振り向けるために、各ダイバートバルブの位置を制御する。特に、電子制御部１６は、適切な組合せ排出削減システム４００の適切なデバイス（NOXトラップ４０２又はすす微粒子フィルタ４０４）に改質燃料ガス流と排気ガス流を振り向けるために、改質燃料ガスダイバートバルブ４６６、４７４の位置を排気ガスダイバートバルブ４７０の位置と協調させる。特に、排気ガスダイバートバルブ４７０の位置が、排気ガスが特定の（すなわち、接続状態（オンライン）の）排出削減システム４００を通るように設定されている場合は、改質燃料ガスダイバートバルブ４６６、４７４の位置はそれぞれ、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスの流れを、再生を容易にするために、非接続のシステム４００の適切なデバイスに振り向けるように設定される。上述したように、この場合、排気ガスダイバートバルブ４７０の位置は、もしそのような制御された流れが再生処理で有用である場合は、排気ガスの制御された流れがその非接続のシステム４００を通るように設定してよい。
【００９６】
図１１には、図１０と類似の排気ガス処理システムが示されている。図１１では、図１０に関して説明した共通の構成要素を表すのに同じ符号を使用し、それらの説明を省略する。
【００９７】
図１１のシステムは、一対のプラズマ燃料改質装置１２が使用されている以外は、図１０のシステムと基本的に同じである。複数のプラズマ燃料改質装置の使用は、システムの改質燃料ガスに対する要求が１つの改質装置の生成能力を越える場合には特に有用である。
【００９８】
図１１に示された典型的実施形態において、各プラズマ燃料改質装置１２は、１つのシステム４００により専用される。言い換えれば、特定のプラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、１つのNOXトラップ４０２と１つのすす微粒子フィルタ４０４の再生に使用されるが、他のトラップ４０２とフィルタ４０４の再生には使用されない。しかし、当然のことながら、特定のシステム構成の要求に適合するためには、それらのプラズマ燃料改質装置１２は、いずれの排出削減システム４００が備えるいずれのデバイスにも改質燃料ガスを生成し供給するように動作してもよい。このような場合、ガスの経路設定／バルブ位置設定方式及び関連する制御方式は、いずれの排出削減システム４００が備えるいずれのデバイスにも改質燃料ガスを供給することを可能にするように設計される。
【００９９】
より詳細に後述するように、プラズマ燃料改質装置１２は、異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し異なるデバイスに供給する異なる動作モードで動作させることができる。特に、１つのプラズマ燃料改質装置１２が改質燃料ガスを生成しいくつかの異なるデバイス、例えば燃料電池、NOXトラップ、すす微粒子フィルタ、内燃エンジンの吸い込み口等に供給するように動作させてもよい。ある構成ではこれらのデバイスはそれぞれ共通の量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを供給されるが、１つ以上のデバイスに、他の１つ以上のデバイスに供給される改質燃料ガスの量及び組成あるいはそのいずれかとは異なる量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを供給することが望ましい場合がある。
【０１００】
特定の期間におけるプラズマ燃料改質装置１２によって生成される改質燃料ガスの量は、いくつかの異なる方法で制御することができる。例えば、その特定の期間において、プラズマ燃料改質装置１２は、生成する改質燃料ガスの量を制御するために選択的に動作させる。具体的には、プラズマ燃料改質装置１２の特に有用な特徴の１つは、改質燃料ガスの生成量の変更要求への比較的速い応答である。実際、プラズマ燃料改質装置１２によって生成される改質燃料ガスの量を、燃料改質装置に流入する燃料と空気の流量比、燃料改質装置に供給されている電力レベル等に基づいて急速に増減することができる。また、プラズマ燃料改質装置１２は、電源３６（図１を参照）から電極５４、５６（図２を参照）に供給されている電力を止めることにより、ある期間停止することもできる。そのような停止期間は、特定の期間において生成されて特定のデバイスに供給される改質燃料ガスの量を制御するのに使用することができる。
【０１０１】
特定のデバイスに供給される改質燃料ガスの量は、プラズマ燃料改質装置１２によって生成されている改質燃料ガスの量に関係なくその特定のデバイスへの改質燃料ガスの流れを制御することにより制御してもよい。特に、本明細書で説明する各改質燃料ガスダイバートバルブを制御するための制御方式は、ある期間では特定のデバイスに改質燃料ガスの流れを振り向け、別の期間では改質燃料ガスの流れを他のデバイスに振り向けるようにバルブが設定されるように設計してよい。言い換えれば、特定のデバイスに改質燃料ガスの流れを振り向けるためのバルブ位置づけ方式は、異なる量の改質燃料ガスの流れを異なるデバイスに供給するように設計してもよい。
【０１０２】
同様に、プラズマ燃料改質装置１２によって生成されている改質燃料ガスの組成は、いくつかの異なる方法で制御することができる。例えば、組成の異なる改質燃料ガスは、プラズマ燃料改質装置１２によって処理されている空気燃料混合物の空気と燃料の比率を変えることで生成することができる。また、空気がプラズマ燃料改質装置１２に導入される１つまたは複数の位置によって、改質燃料ガスの組成を変えることもできる。特に、上述したように、空気は、いくつかの異なる位置においてプラズマ燃料改質装置１２に導入してよい。例えば、空気は、空気入り口７４を通ってプラズマ燃料改質装置１２に導入される。また、空気は、燃料注入部３８による注入に先立って燃料を空気と混合することでもプラズマ燃料改質装置１２に導入される。また、プラズマ燃料改質装置１２は追加の空気入り口を備えてもよい。例えば、プラズマ燃料改質装置１２は、空気を直接（すなわち、プラズマ生成機４２を通ることなく）反応室５０に流入させる空気入り口を備えるように構成してもよい。各入り口を通って導入される空気の流量の比率を変えることで、改質燃料ガスの組成を変えることができる。
【０１０３】
電源３６の動作は、異なる組成の改質燃料ガスを生成するために変更することができる。例えば、電源３６の電力出力レベル又は周波数を変えることにより、改質燃料ガスの組成を変えることができる。
【０１０４】
改質燃料ガスの組成は、改質燃料ガスがプラズマ生成機４２を出た後、通過する触媒の存在、数、種類を変えることにより変えることができる。例えば、上述したように、プラズマ燃料改質装置１２は、反応室５０に触媒（すなわち、図２の触媒７８）を備えてもよいし、備えなくてもよい。そのような触媒を有するプラズマ燃料改質装置によって生成される改質燃料ガスは、触媒を有しないプラズマ燃料改質装置によって生成される改質燃料ガスと組成が異なる。プラズマ燃料改質装置は、プラズマ生成機４２を出たガスが反応室５０内の触媒７８を通るかまたはバイパス流路を通って迂回するか選択的に経路設定するための内部ガス経路設定／バルブ位置設定方式を採用するように設計してもよい。あるいは、触媒を反応室から取り去り別のハウジング内に配置してもよい。このような場合、改質燃料ガスは、組成の異なる改質燃料ガスを生成するためにそのハウジングを通るかまたは迂回するか選択的に経路設定される。
【０１０５】
当然のことながら、追加の触媒は、異なる組成の改質燃料ガスを生成するために使用してもよい。特に、触媒を反応室５０に配置されているか否かに関係なく、いくつかの追加の触媒は、改質燃料ガスを処理するために使用することができる。経路設定／バルブ位置設定方式は、組成の異なる改質燃料ガスを生成するために１つ以上のそのような追加の触媒を改質燃料ガスが通るように選択的に経路設定されるように設計してよい。
【０１０６】
図１と図２に関して上述したように、プラズマ燃料改質装置１２は、水素、一酸化炭素等が豊富な改質燃料ガスを生成するように動作させてもよい。改質燃料ガス流中のこれらの化合物のそれぞれの量は、上記の方法により変えることができる。また、他の化合物が豊富な改質燃料ガスの流れも上記の方法により生成することができる。例えば、アセチレン、メタン、プロパノール、又はエタノールの豊富な改質燃料ガスを生成することもできる。
【０１０７】
生成されて特定のデバイスに供給される改質燃料ガスの量及び組成あるいはそのいずれかを変えることによって、そのデバイスの動作を燃料改質装置の効率とバランスさせることができる。特に、プラズマ燃料改質装置１２は、無駄となることなく、そのデバイスの動作を維持するのに充分な量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し供給するように構成してもよい。特に、本システムの効率は、生成される改質燃料ガスの量と、そのガスの「純度」の両方と相関関係がある。例えば、システムは、比較的少量の改質燃料ガスを生成するよりも、比較的多量の改質燃料ガスを生成するのにより多くのエネルギーを必要とする。同様に、比較的少量の水素を含む改質燃料ガスよりも比較的多量の水素を含む改質燃料ガスを生成するのにより多くのエネルギーを必要とする。
【０１０８】
上記で説明したように、当然のことながら、電子制御部１６は、生成され各種のデバイスに供給される改質燃料ガスの量及び組成あるいはそのいずれかを「カスタマイズ」することを可能にする制御ルーチンを実行するように構成することができる。例えば、図３〜図６に関して説明した動力システムの場合、プラズマ燃料改質装置１２は、排出削減デバイス１１８に生成され供給される改質燃料ガスとは異なる組成の改質燃料ガスを生成し燃料電池１１６に供給するように動作させてもよい。実際、ある種の燃料電池は、例えば水素が豊富な改質燃料ガスが供給される時、より効率的に動作する。排出削減デバイス１１８は、水素が豊富な改質燃料ガスを用いて再生される一方、その程度までには改質されていない改質燃料ガスを用いて再生が持続される場合がある。特に、排出削減デバイス１１８の再生は、水素原子より大きな炭化水素にリッチな改質燃料ガスを用いて、持続させられることがある。例えば、排出削減デバイスの再生は、充分な量のアセチレン、メタン、プロパノール、又はエタノールを含む改質燃料ガスを使って維持されることがある。このため、プラズマ燃料改質装置１２は、水素リッチな改質燃料ガスが生成され燃料電池１１６に供給される動作モードと、炭化水素リッチな改質燃料ガスが生成され排出削減デバイス１１８に供給される別の動作モードとで動作させてよい。
【０１０９】
例えば、図３〜図６に関して説明したように、プラズマ燃料改質装置１２からの改質燃料ガスが内燃エンジン１１２の吸い込み口に供給してよい。このような場合、エンジン１１２に供給される改質燃料ガスの量及び組成あるいはいずれかは、他のデバイス（例えば燃料電池１１６）に供給される改質燃料ガスの量及び組成あるいはいずれかとは異なる場合がある。
【０１１０】
同様の方式は、図８〜図１１の組合せ排出削減システム４００の再生期間において使用することができる。特に、ある構成においては、水素リッチな改質燃料ガスを生成し１つのデバイス（例えば、NOXトラップ４０２又はすす微粒子フィルタ４０４）に供給する一方、より大きな分子の炭化水素がリッチな改質燃料ガスを生成し他のデバイスに供給することが望ましい場合がある。例えば、プラズマ燃料改質装置１２は、水素リッチな改質燃料ガスが生成されNOXトラップ４０２に供給される動作モードと、より大きな分子の炭化水素がリッチな改質燃料ガスが生成されすす微粒子フィルタ４０４に供給される別の動作モードとで、またはその逆で、動作させてもよい。
【０１１１】
各デバイスに供給される改質燃料ガスの量を変える制御方式は、組合せ排出削減システム４００の再生期間において使用することができる。特に、他のデバイスに供給される改質燃料ガスの量とは異なる量の改質燃料ガスを生成し１つのデバイス（例えばNOXトラップ４０２又はすす微粒子フィルタ４０４）に供給することが望ましい場合がある。例えば、プラズマ燃料改質装置１２は、第１の量の改質燃料ガスを生成しNOXトラップ４０２に供給する動作モードと、それより少ない第２の量の改質燃料ガスを生成しすす微粒子フィルタ４０４に供給する別の動作モードとで、またはその逆で、動作させてもよい。
【０１１２】
図１２には、排出削減システムの別の実施形態（以後、符号５００を付す）が示されている。排出削減システム５００は、内燃エンジン１１２（例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガソリン直接噴射（GDI）エンジンまたは天然ガスエンジン）からの排気ガス中のNOXと微粒子すすを除去し処理するための１対のディーゼル微粒子NOX削減（DPNR）デバイス５０２、５０４を含む。DPNRデバイス５０２、５０４は互いに並列に配置される。説明を明瞭にするために、本明細書ではDPNRデバイス５０２は右DPNRデバイスと呼び、DPNRデバイス５０４は左DPNRデバイスと呼ぶ。しかし、右及び左という用語の使用は、特定の向きに限定する意図ではなく、説明を容易にするためのものである。
【０１１３】
DPNRデバイス５０２、５０４は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガソリン直接噴射（GDI）エンジンまたは天然ガスエンジンからの排気ガスに伴う条件においてNOXと微粒子すすの捕捉と除去を容易にする任意の種類のDPNRデバイスであってよい。DPNRデバイス５０２、５０４として使用できるDPNRデバイスの具体的な例は、これに限定されないが、米国特許出願公開第2002/0165063A1号、米国特許出願公開第2002/0056273A1号及び米国特許出願公開第2003/0010022A1号に記載されたDPNRデバイスを含む。上記の各文献の開示を本願に援用する。本発明におけるDPNRデバイスは、SAE技報2002-01-0957「ディーゼルエンジンのための同時PM及びNOX削減システム」（中谷ら）に開示されたDPNRデバイスであってもよい。上記の文献の開示を本願に援用する。
【０１１４】
上記複数の文献に記載されているように、DPNRデバイスは、基本的に、微粒子すすを捕捉しかつ、NOXを捕捉するようにNOX蓄積削減触媒物質でコーティングされた構造体である。したがって、DPNRデバイスは、微粒子すすとNOXの両方を捕捉する。典型的なDPNRデバイスは、NOX蓄積削減触媒物質でコーティングされた多孔質モノリシックハニカム構造体である。その構造体におけるフィルタチャネルは、微粒子すすが一時的に捕捉される多孔質壁を排気ガスが通過するように交互に栓がされている。NOX蓄積削減触媒物質は、基板壁と基板孔内の両方にコーティングされている。
【０１１５】
排出削減システム５００は、酸化触媒５０６も含む。触媒５０６は、排気ガス流内の酸化反応を触媒するように構成された任意の種類の触媒であってよい。１つの典型的な実施形態においては、触媒５０６は、貴金属または他の種類の触媒物質がその上に配置された基板として実現される。このような基板は、セラミック、金属、または他の適切な物質で形成される。触媒物質は、例えばプラチナ、ロジウム、パラジウム、又はそれらの組み合わせ、又は任意の他の類似の触媒物質であってよい。DPNRデバイス５０２、５０４の下流に配置する場合は、触媒５０６はDPNRデバイス５０２、５０４から水素又は炭化水素「スリップ」を清浄するように働く。例えば、酸化触媒５０６は、DPNRデバイス５０２、５０４から出力されるガス中のH2、炭化水素、またはH2Sを酸化するために使用される。
【０１１６】
図１２に示すように、ダイバートバルブ５０８は、エンジン１１２からの排気ガス流をDPNRデバイス５０２、５０４間で選択的に振り向ける。特に、ダイバートバルブ５０８は、エンジン１１２からの排気ガス流を右流路５１０か左流路５１２かに振り向ける。右DPNRデバイス５０２は、右流路５１０を進行する排気ガス又は改質燃料ガスが右DPNRデバイス５０２を通過するように右流路５１０中に配置されている。左DPNRデバイス５０４は、左流路５１２を進行する排気ガス又は改質燃料ガスが左DPNRデバイス５０４を通過するように左流路５１２中に配置されている。
【０１１７】
図１２に示すように、右流路５１０と左流路５１２は、流れ結合器５１４により再結合される。流れ結合器５１４は、DPNRデバイス５０２、５０４の下流でかつ酸化触媒５０６の上流に配置される。その結果、DPNRデバイス５０２、５０４を出るガスは酸化触媒５０６を通る。
【０１１８】
この典型的な実施形態においては、いくつかの流体管、例えばパイプ、チューブ等が各種の流路を形成するために使用されている。特に、ダイバートバルブ５０８の排気ガス入り口５１６は、エンジン１１２の排気連結管５１８と流体管５２０を介して流体が流れる態様で結合されている。ダイバートバルブ５０８の右出口５２２は、右DPNRデバイス５０２の入り口５２４と流体管５２６を介して流体が流れる態様で結合され、ダイバートバルブ５０８の左出口５２８は、左DPNRデバイス５０４の入り口５３０と流体管５３２を介して流体が流れる態様で結合されている。右DPNRデバイス５０２の出口５３４は、流れ結合器５１４と流体管５３６を介して流体が流れる態様で結合され、左DPNRデバイス５０４の出口５３８は、流れ結合器５１４と流体管５４０を介して流体が流れる態様で結合されている。流体管５４２は、流れ結合器５１４を酸化触媒５０６の入り口５４４と流体が流れる態様で結合している。流体管５４６を介して、酸化触媒５０６の出口５４８は大気に対して開いているか、または酸化触媒５０６の下流に位置する追加の排気システム（不図示）に結合されている。
【０１１９】
このような構成において、エンジン１１２からの排気ガスは、NOX、微粒子すす等を除去するために排出削減システム５００を通るように経路設定することができる。そのようにするために、排気ガスは、排気ガスの処理とデバイスの再生の両方を可能にするために、DPNRデバイス５０２、５０４間で選択的に経路設定することができる。例えば、排気ガスは、右DPNRデバイス５０２を通るように設定される一方、左DPNRデバイス５０４は非接続に維持することができる。非接続の期間において、左DPNRデバイス５０４のNOX及びすす再生を行うことができる。この場合、排気ガスは、排気連結管５１８からの流体管５２０と、ダイバートバルブ５０８と、右DPNRデバイス５０２への流体管５２６とを含む流体路に沿って進行し、デバイス５０２と、流れ結合器５１４への流体管５３６と、酸化触媒５０６への流体管５４２と、触媒５０６を通って、流体管５４６から排出される。
【０１２０】
左DPNRデバイス５０４が再生された後、ダイバートバルブ５０８の位置は、右DPNRデバイス５０２は非接続でNOX及びすす再生を行う一方、エンジン１１２からの排気ガスが左DPNRデバイス５０４を通るように切り替えられる。この場合、排気ガスは、排気連結管５１８からの流体管５２０と、ダイバートバルブ５０８と、左DPNRデバイス５０４への流体管５３２とを含む流体路に沿って進行し、デバイス５０４と、流れ結合器５１４への流体管５４０と、酸化触媒５０６への流体管５４２と、触媒５０６を通って、流体管５４６から排出される。
【０１２１】
エンジン１１２からの排気ガスを適切なDPNRデバイス５０２又は５０４に振り向けるだけでなく、ダイバートバルブ５０８は、燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを適切なDPNRデバイス５０２又は５０４に振り向けるように構成されている。特に、燃料改質装置１２の出口７６（図２）は、ダイバートバルブ５０８の還元剤流体入り口５４８に流体管８０を介して流体が流れるように結合されている。ダイバートバルブ５０８は、燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを非接続のDPNRデバイス５０２又は５０４に振り向ける。特に、上述したように、ダイバートバルブ５０８によって、エンジン排気ガスがデバイス５０２、５０４の１つを通るように設定され、もう一方のデバイスは再生のために非接続に維持される。ダイバートバルブ５０８は、エンジン排気ガスがデバイス５０２、５０４の１つを通るように経路設定される一方、燃料改質装置１２からの改質燃料ガスがもう一方のデバイスを通るように設定する。したがって、エンジン排気ガスと改質燃料ガスの両方を適切なDPNRデバイス５０２又は５０４に振り向けるために、１つのバルブを使用することができ、複数のバルブを使用する必要がない。このためのダイバートバルブが、同一出願人による同時係属米国特許出願第10/345,681号「排出削減システムにおいて排気ガス及び還元流体を誘導する方法と装置」（２００３年１月１６日付出願）に記載されている。この文献の開示を本願に援用する。当然のことながら、単一のダイバートバルブの使用は、いくつかの利点を有するが、本開示においては、複数のバルブを使用する等の他のバルブ配置であってもよい。
【０１２２】
ダイバートバルブ５０８は、信号線５５０を介して電子制御部１６に電気的に接続されている。すなわち、ダイバートバルブ５０８の位置は、電子制御部１６により制御される。これにより、電子制御部１６は、エンジン１１２からの排気ガス流と燃料改質装置１２からの改質燃料ガスとを右DPNRデバイス５０２又は左DPNRデバイス５０４又はその両方に選択的に振り向ける。
【０１２３】
ダイバートバルブ５０８の位置を制御する制御方式は、いくつかの異なる方法で実現することができる。例えば、センサに基づく制御方式を使用してもよい。このような場合、ダイバートバルブ５０８の位置は、DPNRデバイス５０２、５０４に関連する１つ以上のセンサからの出力の関数として変化する。例えば、DPNRデバイス５０２、５０４の内の１つの再生は、NOXセンサ５５２の出力が接続状態のデバイス内のNOX蓄積レベルが所定の値を示している時に、開始してよい。より具体的には、NOXセンサ５５２は、流体管５４２を通る排気ガス中のNOXを検知するように配置されている。DPNRデバイス５０２、５０４の下流の位置において、センサ５５２は、エンジン排気ガスが流れるDPNRデバイス５０２又は５０４（すなわち、接続状態のデバイス）のNOX蓄積レベルを監視するために使用される。すなわち、NOXセンサ５５２からの出力が、特定のDPNRデバイス５０２又は５０４が再生を必要としていることを示している時に、制御部１６は、上述した方法でその再生が必要なデバイス５０２又は５０４を非接続にし、もう一方のデバイス５０４又は５０２を接続状態にする。
【０１２４】
あるいは、ダイバートバルブ５０８の位置が時間の関数として変わる、タイミングに基づく制御方式を使用してもよい。例えば、DPNRデバイス５０２、５０４の再生は所定の時間間隔で実行してもよい。このような場合は、NOXセンサ５５２は取り外されるか、または時間間隔の間に予定より早く再生が要求されることがないようにするために、単なる「フェイルセーフ」として使用される。
【０１２５】
また、ダイバートバルブ５０８の位置がエンジン負荷の関数として時間とともに変わる、エンジンマップ制御方式を使用してもよい。特に、制御部１６がエンジン１１２によって生成されたNOX量を追跡できるようにするためのエンジンマップを、エンジンの負荷条件に基づいて作成してもよい。エンジン１１２が所定の量のNOXを生成し、それだけの量が接続状態のデバイス５０２又は５０４に捕捉されていると制御部１６が判定した時、制御部１６は、そのデバイスを再生のために非接続にし、もう一方を排気ガスが流れるようにするためにダイバートバルブ５０８の位置を切り替える。タイミングに基づく制御方式の場合は、NOXセンサ５５２は、この制御方式から取り外されるか、または時間間隔の間に予定より早く再生が要求されることがないようにするために、単なる「フェイルセーフ」として使用される。
【０１２６】
デバイス５０２、５０４からの微粒子すすの除去に関して、触媒デバイスの使用は、エンジン排気ガスからの熱をデバイス５０２、５０４に導入した結果としてデバイス５０２、５０４のすす再生が実行されるのを可能にする。言い換えれば、デバイス５０２、５０４に捕捉された微粒子すすは、エンジン１１２の動作中、常時、燃焼されるかまたは取り去られる。必要であれば、エンジン１１２の動作を、デバイス５０２、５０４から微粒子すすを取り去るのを容易にするために一時的に変更してもよい。例えば、エンジン１１２を、捕捉された微粒子すすの酸化レートを増加させるために、排気ガスの温度を上昇させるように動作させてもよい。そのための一つの方法は、デバイス５０２、５０４に捕捉された微粒子すすの酸化を促進するためにエンジン１１２から濃い排気ガスパルスを、生成することである。そのような濃い排気ガスパルスの生成は、排気ガス温度の上昇に加えて、デバイス５０２、５０４の貴金属の触媒作用を向上させるとともに、活性酸素の量を増加させ、微粒子すすの酸化を促進する。
【０１２７】
しかし、ある環境においては、デバイス５０２、５０４の１つ又は両方に、エンジン熱だけでは除去できないある量の微粒子すすが存在する可能性がある。例えば、エンジン動作条件によって異常に多量の微粒子すすが生成され、デバイス５０２、５０４に捕捉された場合、DPNRデバイス５０２、５０４は排気ガス熱だけでは微粒子すすを完全には取り去れない可能性がある。また、始動時及びアイドル時等の継続する過渡状態で、エンジンが動作する時、排気ガス温度が下がり、その結果、DPNRデバイス５０２、５０４の再生効率が下がる。このような場合、及びデバイス５０２、５０４の１つ又は両方に、排気ガス熱（又はエンジン動作の変更）だけでは除去できないある量の微粒子すすが存在する可能性がある他の場合において、燃料改質装置１２からの改質燃料ガスをDPNRデバイス５０２、５０４から微粒子すすを取り去るのを支援するために使用してもよい。具体的には、燃料改質装置１２からある量の改質燃料ガスをDPNRデバイス５０２、５０４に進行させ、そこに捕捉された微粒子すすの酸化を容易にすることができる。水素、一酸化炭素、及び改質燃料ガスの軽炭化水素が、酸素と反応しDPNRデバイス５０２、５０４内で、そこに捕捉された微粒子すすを燃焼させるのに充分な熱を生成する。
【０１２８】
図１２に示されているように、DPNRデバイス５０２、５０４は、それぞれ関連する圧力センサ対５５４、５５６を有している。電子制御部１６は、圧力センサ５５４、５５６に信号線５５８、５６０をそれぞれ介して電気的に結合されている。圧力センサ５５４、５５６は、DPNRデバイス５０２、５０４がすす再生における燃料改質装置１２の助けを必要としているかを判断するため使用される。特に、デバイスにおけるすす蓄積レベルを判断するために、DPNRデバイス５０２、５０４の前後の圧力差を検知する。具体的には、DPNRデバイス５０２又は５０４の前後の圧力降下が所定の値に増加した時、電子制御部１６はDPNRデバイス５０２又は５０４が再生を必要としていると判断し、すす再生処理を開始する（すなわち、改質燃料ガスがそのDPNRデバイスに進行する）。そのセンサ対の代わりに、各DPNRデバイスのどちらかの側の圧力センサだけを使用してもよい。そのような構成では、電子制御部１６は、DPNRデバイス５０２又は５０４の前後の圧力降下ではなく、その一個の圧力センサによって検知された圧力がいつ、所定の上側しきい値を越えたか又は所定の下側しきい値より下がったかを監視する。これらのセンサ構成のいずれにおいても、DPNRデバイス５０２、５０４の１つが微粒子すす再生を必要としていることをセンサの出力が示した時、制御部１６は燃料改質装置１２を動作させ、改質燃料ガスのDPNRデバイス５０２又は５０４に向かう流れを生成する。これにより前記の支援された再生処理が開始される。
【０１２９】
当然のことながら、燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを使用する他の支援されたすす再生方式を使用してもよい。例えば、DPNRデバイス５０２、５０４は、燃料改質装置１２によって処理されている空気燃料混合物の空気対燃料比を増加させることで、燃料改質装置１２内で生成された熱を使って微粒子すすを取り去ってもよい（例えば、通常の１．０〜１．４の代わりに１．４〜４．０の酸素対炭素比の空気燃料混合物を使用する）。このような動作は、改質装置１２において改質燃料ガス中のH2とCOの一部または全部を熱に変える。この熱は、システムを通ってDPNRデバイス５０２、５０４に伝えられ、微粒子すす再生処理を容易にする。燃料改質装置１２のそのような動作は、DPNRデバイス５０２、５０４をそれらの脱硫化温度（例えば、６００℃以下）に一時的に熱するのに使用することができる。このように、燃料改質装置１２からの熱を、DPNRデバイス５０２、５０４を脱硫化するため及びDPNRデバイス５０２、５０４から微粒子すすを取り去るための両方に使用する方式を採用してもよい。
【０１３０】
図１３において、エンジン１１２の動作期間中にDPNRデバイスの動作を制御するための制御ルーチン７００が示されている。制御ルーチン７００は、制御部１６が接続状態にあるDPNRデバイス５０２又は５０４のNOX蓄積レベルを判断するステップ７０２からスタートする。前述したように、接続状態にあるDPNRデバイス５０２又は５０４のNOX蓄積レベルは、いくつかの異なる方法で判断することができる。例えば、NOXセンサ５５２は、制御部１６がNOXセンサ５５２と制御部１６とを結合する信号線を読み、センサ５５２の出力を監視する場合に使用してもよい。前述したように、NOXセンサ５５２の出力信号は、接続状態にあるDPNRデバイス５０２又は５０４のNOX蓄積レベルを示す。あるいは、制御部１６は、前にそのDPNRデバイスが再生されてからの経過時間を判断することで、接続状態にあるDPNRデバイスのNOX蓄積レベルを判断してもよい。また、制御部１６は、エンジンマップ方法を使って接続状態にあるデバイスのNOX蓄積レベルを判断してもよい。いずれの場合も、制御部１６が接続状態にあるDPNRデバイス５０２又は５０４のNOX蓄積レベルを判断した後、制御ルーチン７００はステップ７０４に進む。
【０１３１】
ステップ７０４では、接続状態にあるDPNRデバイス５０２又は５０４のNOX蓄積レベルがそのデバイスの再生を必要とするレベルとなっているかを制御部１６が判断する。特に、そのDPNRデバイスのNOX再生が必要となる所定の蓄積レベル又は設定点を確立することができる。このように、ステップ７０４では、接続状態にあるDPNRデバイスのNOX蓄積レベルがその設定点以上となったか否かを制御部１６が判断する。接続状態にあるDPNRデバイスのNOX蓄積レベルが設定点より低い場合、制御ルーチン７００はステップ７０２に戻り、接続状態にあるDPNRデバイス５０２又は５０４のNOX蓄積レベルの監視を続ける。一方、接続状態にあるDPNRデバイス５０２又は５０４のNOX蓄積レベルが設定点以上となった場合は、制御信号が生成され、制御ルーチン７００はステップ７０６に進む。
【０１３２】
ステップ７０６では、制御部１６が非接続DPNRデバイス５０２又は５０４に向けてエンジン排気ガスの方向を変える。特に、制御部１６は、ダイバートバルブ５０８を現在バルブ位置から反対のバルブ位置に移動するための信号を信号線５５０に出力する。ダイバートバルブ５０８のそのような移動は、DPNRデバイス５０２、５０４の接続（オンライン）／非接続（オフライン）状態を入れ換える。例えば、右DPNRデバイス５０２が接続状態で、ステップ７０４で設定点を越えて飽和していると判断されると、制御部１６は、ダイバートバルブ５０８を現在バルブ位置から反対のバルブ位置に移動しDPNRデバイス５０４を接続状態にするための信号を信号線５５０に出力する。逆に、左DPNRデバイス５０４が接続状態で、ステップ７０４で設定点を越えて飽和していると判断されると、制御部１６は、ダイバートバルブ５０８を現在バルブ位置から反対のバルブ位置に移動しDPNRデバイス５０２を接続状態にするための信号を信号線５５０に出力する。ダイバートバルブ５０８の位置をこのようにして切り替えた後、エンジン排気ガスは、新しく接続状態になったDPNRデバイスに振り向けられる。制御ルーチン７００は次にステップ７０８に進む。
【０１３３】
ステップ７０８では、制御部１６が新しく非接続になったDPNRデバイス５０２又は５０４（すなわち、ステップ７０４で設定点を越えて飽和していると判断されたDPNRデバイス）を再生する。特に、制御部１６は、改質燃料ガスを生成するために燃料改質装置１２の動作を開始させる。燃料改質装置１２からの改質燃料ガスは、ダイバートバルブ５０８に進行し、そこで、ステップ７０６でのバルブ位置変えに基づいて、改質燃料ガスが非接続のDPNRデバイスに振り向けられる。制御ルーチン７００は次にステップ７０２に戻り、接続状態のDPNRデバイスの監視を開始する。
【０１３４】
上述したように、接続状態のDPNRデバイス５０２又は５０４から出る排気ガスは酸化触媒５０６を通る。その結果、DPNRデバイス５０２、５０４からのスリップ（例えば、水素、炭化水素、又はH2S）は酸化触媒５０６により酸化される。
【０１３５】
上述したように、DPNRデバイス５０２、５０４の微粒子すす再生は、おおむねエンジン排気ガスからの熱の導入により持続する。言い換えれば、DPNRデバイス５０２、５０４に捕捉された微粒子すすは、エンジン動作中、常に着火されデバイスから取り去られる。また、エンジン１１２の動作パラメータを、微粒子すす再生を容易にするために一時的に変えてもよい（例えば、排気ガス温度を上昇させる）。しかし、ある環境においては、デバイス５０２、５０４には、エンジン熱だけでは除去できない量の微粒子すすが存在する可能性がある。
【０１３６】
このような状況がないかを監視するため、制御部１６は、図１４に示す制御ルーチン８００を実行する。制御ルーチン８００は、図１３の制御ルーチン７００と同時に実行される。制御ルーチン８００は、制御部１６がDPNRデバイス５０２、５０４の１つまたは両方のすす蓄積レベルを判断するステップ８０２からスタートする。具体的には、制御部１６が信号線５５８、５６０を読み、圧力センサ５５４、５５６の出力を監視する。前述したように、圧力センサ５５４、５５６の出力信号は、DPNRデバイス５０２又は５０４の前後の圧力差を反映している。その結果、そのデバイスにおけるすす蓄積レベルを示している。制御部１６が特定のDPNRデバイス５０２又は５０４のすす蓄積レベルを判断した後、制御ルーチン８００はステップ８０４に進む。
【０１３７】
ステップ８０４では、制御部１６がその特定のDPNRデバイス５０２又は５０４のすす蓄積レベルがそのデバイスの微粒子すす再生を必要とするレベルとなっているかを判断する。特に、そのDPNRデバイス５０２又は５０４のすす再生において支援が必要となる所定のすす蓄積レベル又は設定点を確立することができる。例えば、エンジンマップまたは測定された排気ガス流から得られる変数としての設定点を使用してもよい。このように、ステップ８０４では、DPNRデバイス５０２又は５０４のすす蓄積レベルがその設定点以上となったか否かを制御部１６が判断する。DPNRデバイス５０２又は５０４のすす蓄積レベルが設定点より低い場合、制御ルーチン８００はステップ８０２に戻り、DPNRデバイス５０２又は５０４のすす蓄積レベルの監視を続ける。一方、DPNRデバイス５０２又は５０４のすす蓄積レベルが設定点以上となった場合は、制御信号が生成され、制御ルーチン８００はステップ８０６に進む。
【０１３８】
ステップ８０６では、制御部１６は、燃料改質装置１２からの改質燃料ガスのすす再生が必要なDPNRデバイス５０２又は５０４への進行を可能にするようにダイバートバルブ５０８を設定する。特に、制御部１６は、すす再生が必要なDPNRデバイスに改質燃料ガスが振り向けられるバルブ位置にダイバートバルブ５０８を移動するための信号を信号線５５０に出力する。制御ルーチン８００は次にステップ８０８に進む。
【０１３９】
ステップ８０８では、制御部１６が改質燃料ガスを生成するために燃料改質装置１２の動作を開始させる。燃料改質装置１２から出力する改質燃料ガスは、選択されたDPNRデバイスに進行しすす再生を容易にする。制御ルーチン８００は次にステップ８０２に戻り、デバイスのすす蓄積レベルの監視を開始する。
【０１４０】
図１５において、図１２のシステムと類似の排出削減システムが示されている。図１５において、図１２で説明した共通の構成要素を表すのに同じ符号を使用し、それらの説明を省略する。
【０１４１】
図１５のシステムは、DPNRデバイス５０２を１つだけ使用していることを除いて、図１２のシステムと類似である。単一のDPNRデバイスを使用することは、車両に後から取り付ける場合には、特に有用である。
【０１４２】
図１５のシステムにおいて、排気ダイバートバルブ９０２、９０４の対がダイバートバルブ５０８の代わりに使用される。排気ダイバートバルブ９０２、９０４の使用は、エンジン排気ガスがデバイス流路９０６あるいはバイパス流路９０８を通って進行するのを可能にする。図１５に示すように、DPNRデバイス５０２はデバイス流路９０６に配置されているが、バイパス流路９０８からは分離されている。したがって、ダイバートバルブ９０２が開いていて、ダイバートバルブ９０４が閉じている場合、エンジン１１２からの排気ガスは、デバイス流路９０６に沿って進行し、DPNRデバイス５０２を通る。一方、ダイバートバルブ９０２が閉じていて、ダイバートバルブ９０４が開いている場合、エンジン１１２からの排気ガスは、バイパス流路９０８に沿って進行するため、DPNRデバイス５０２をバイパスする。
【０１４３】
このように動作するために、ダイバートバルブ９０２、９０４は、信号線対９１２、９１４をそれぞれ介して電子制御部１６に電気的に結合されている。したがって、ダイバートバルブ９０２、９０４のそれぞれの位置は、電子制御部１６によって制御されている。これにより、電子制御部１６は、エンジン１１２からの排気ガス流を選択的にDPNRデバイス５０２あるいはバイパス流路９０８あるいはその組み合わせに振り向ける。
【０１４４】
ダイバートバルブ９０２、９０４の位置を制御する制御方式は、いくつかの異なる方法で実現することができる。例えば、図１２に関して説明したのと同様にセンサに基づく制御方式を使用してもよい。このような場合、ダイバートバルブ９０２、９０４のそれぞれの位置は、NOXセンサ５５２の出力の関数として変化する。すなわち、NOXセンサ５５２の出力がDPNRデバイス５０２の再生が必要であることを示している時に、制御部１６は、エンジン１１２からの排気ガス流がバイパス流路９０８を通るように、したがって前述したように燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを使うDPNRデバイス５０２の非接続再生を可能とするように、ダイバートバルブ９０２、９０４を操作する。
【０１４５】
あるいは、ダイバートバルブ９０２、９０４のそれぞれの位置が時間の関数として変わる、タイミングに基づく制御方式を使用してもよい。例えば、DPNRデバイス５０２の再生は所定の時間間隔で実行してもよい。このような場合は、NOXセンサ５５２は取り外されるか、または時間間隔の間に予定より早く再生が要求されることがないようにするために、単なる「フェイルセーフ」として使用される。
【０１４６】
また、ダイバートバルブ９０２、９０４のそれぞれの位置がエンジン負荷の関数として時間とともに変わる、エンジンマップ制御方式を使用してもよい。特に、制御部１６がエンジン１１２によって生成されたNOX量を追跡できるようにするためのエンジンマップをエンジンの負荷条件に基づいて作成してもよい。エンジン１１２が所定の量のNOXを生成し、それだけの量が接続状態のデバイス５０２に捕捉されていると制御部１６が判定した場合は、制御部１６は、エンジン１１２からの排気ガス流がバイパス流路９０８を通るように、したがって前述したように燃料改質装置１２からの改質燃料ガスを使うDPNRデバイス５０２の非接続再生を可能とするように、ダイバートバルブ９０２、９０４を操作する。タイミングに基づく制御方式に関して、NOXセンサ５５２は、この制御方式から取り外されるか、またはマップされた間隔の間に予定より早く再生が要求されることがないようにするために、単なる「フェイルセーフ」として使用される。
【０１４７】
DPNRデバイス５０２から、微粒子すすは図１２のDPNRデバイス５０２、５０４に関して上述したいかなる方法で取り去ってもよい。特に、図１５のシステムのDPNRデバイス５０２から、微粒子すすは排気ガス熱を使って取り去ることができる。また、エンジン１１２の動作は、DPNRデバイスのすす再生を容易にするために変えることができる。しかし、ある場合には、図１５のシステムのDPNRデバイス５０２の支援されたすす再生を行う必要がある場合があり、この時、燃料改質装置１２からの改質燃料ガスがDPNRデバイスに供給される。
【０１４８】
前記説明から分かるように、本開示の着想は、他のシステムに対して多数の特徴と利点とを提供する。例えば、本開示の着想は、ハイウェートラックの暖房・空調システムの動作を、エンジンの同時動作の必要なしに、可能にする。このような特徴は、燃料消費と排出削減のために有利である。
【０１４９】
また、改質燃料ガスを生成し本開示の排出削減デバイスに供給することによって、そのデバイスの効率が向上する。また、処理できる化合物の種類の数も増える。
【０１５０】
また、組合せ排出削減システムを使用することで、単一の燃料改質装置を使って、いくつかの異なる排出処理デバイスを再生することができる。このようにして、多数の排出化合物（例えば、NOXとすす）を単一のシステムを使用して排出ガス流から取り除くことができる。
【０１５１】
また、生成され各種のデバイスに供給される改質燃料ガスの量及び組成あるいはそのいずれかをカスタマイズすることで、プラズマ燃料改質装置１２の動作に関する効率が向上する。言い換えれば、プラズマ燃料改質装置１２の動作は、特定のデバイスの動作を支えるのに充分な無駄のない量及び組成あるいはそのいずれかの改質燃料ガスを生成し供給するように、適合させることができる。
【０１５２】
更にまた、DPNRデバイスを再生するために燃料改質装置を使用することは、他の再生方式と比べてそのデバイスの動作効率を向上させる。特に、改質燃料ガスの使用は、DPNRデバイスがNOXあるいは微粒子すすで過度に飽和する回数を低減させる。
【０１５３】
本開示は、各種の変形及び代替の形態が可能であるが、特定の典型的な実施形態を、図を使って例として詳細に説明した。開示した特定の形態に発明を限定するものではなく、本開示の精神及び範囲に入る全ての変形、等価な物、及び代替物を含むことは、理解されるべきである。
【０１５４】
本発明には、本明細書で説明した装置、システム及び方法の各種特徴から生じる複数の利点がある。なお、本開示の装置、システム及び方法の代替実施形態は、説明した特徴の全ては含まなくてもよい。この場合、前記特徴による利点の少なくともいくつかを有する。当業者は、本発明の特徴の１つ以上が組み込まれた、本発明の精神及び範囲に入る装置、システム及び方法の他の実施形態に容易に想到する可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】電子制御部によって制御されるプラズマ燃料改質装置を有する排出削減システムの簡略化したブロック図である。
【図２】図１のプラズマ燃料改質装置の概略断面図である。
【図３】動力システムの簡略化したブロック図である。
【図４】車両の構成の中で使用される図３の動力システムの簡略化したブロック図である。
【図５】動力システムの別の実施形態の簡略化したブロック図である。
【図６】車両の構成の中で使用される図５の動力システムの簡略化したブロック図である。
【図７】図３〜６の動力システムの構成の中で使用することができるすす微粒子フィルタの概略断面図である。
【図８】組合せ排出削減システムの簡略化したブロック図である。
【図９】図８の組合せ排出削減システムの概略断面図である。
【図１０】並列配置された図９の組合せ排出削減システムの対を有するシステムの簡略化したブロック図である。
【図１１】一対のプラズマ燃料改質装置を有するシステムを示す図１０と類似の図である。
【図１２】排出削減システムの簡略化したブロック図である。
【図１３】図１２のDPNRデバイスのNOX再生を監視し制御するために制御部によって実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１４】図１２のDPNRデバイスのすす再生を監視し制御するために制御部によって実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１５】DPNRデバイスを使用する排出削減システムの別の実施形態を示す図１２と類似の図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１０  プラズマ燃料改質システム
１２  プラズマ燃料改質装置
１６  制御部
２８  マイクロプロセッサ
３０  メモリ
４２  プラズマ生成機
１１８、３００  排出削減デバイス
１３６  フローダイバートバルブ又はダイバートバルブ
２３２、２３４  トラップ
２３６、２４６  ダイバートバルブ
３０２  微粒子フィルタシステム
４００  組合せ排出削減システム
４０２  NOXトラップ
４０４、４３８  すす微粒子フィルタ
４０６  NOX吸着触媒
４２８、４３０、４５８、４６０、５５２  NOXセンサ
４６６、４７０、４７４、５０８  ダイバートバルブ
５００  排出削減システム
５０２、５０４  DPNRデバイス
９０２、９０４  排気ダイバートバルブ
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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