(57)【要約】一般に、気体燃料の燃焼中に生成された排気ガスを、ＮＯｘ吸着体を使用して処理するリーンＮＯｘ吸着体を再生するための方法および装置が開示される。エンジンに対する動作要求にかかわらず、再生中にＮＯｘ吸着体を介して排気ガスの目標再生流量を維持するために、バイパスラインが使用される。閉ループおよび開ループ制御が提供される。閉ループ制御は、再生中に排気ガスの特徴を決定するセンサと、これらの特徴を使用して効率的な再生サイクルを提供する制御装置とを使用している。排気ガスのシリンダ内再生状態と、排気ガスのインライン再生状態とを組み合わせた構築を使用する再生マップも提供される。
2006502345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンＮＯｘ吸着体を再生する方法であって、前記リーンＮＯｘ吸着体は、動作中の内燃エンジンの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスからＮＯｘを除去するために使用され、前記方法は、
（ａ）前記リーンＮＯｘ吸着体を介して前記排気ガスの目標再生流量を決定する工程と、
（ｂ）前記リーンＮＯｘ吸着体に前記排気ガスの再生流量を誘導する工程であって、前記再生流量は、
前記目標再生流量が前記エンジンからの排気ガス流量よりも小さい場合、前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記排気ガスのバイパス流量を迂回させて、前記再生流量を前記目標再生流量と実質的に同じとする工程、および
前記目標再生流量が前記エンジンからの前記排気ガス流量よりも大きい場合、前記排気ガスの実質的に全てを前記リーンＮＯｘ吸着体に誘導する工程の一方によって確立されており、
前記エンジンからの前記排気ガス流量および前記バイパス流量は、
エンジン速度、
エンジン負荷、
前記エンジンの吸気マニホールド温度、
吸気流量、
前記エンジン内への燃料流量、
前記エンジンの吸気圧力、
前記エンジンから出る前記排気ガスに関して計測される流量、
排気ガス温度、および
排気ガス圧力の少なくとも一つを参照して確立されていることと、
（ｃ）前記リーンＮＯｘ吸着体の全域で前記再生流量のラムダを１未満に維持するために、前記排気ガスの内部、かつ前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、還元剤を反応させる工程とを含む方法。
【請求項２】
前記還元剤は水素である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記還元剤は炭化水素である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記炭化水素はメタンを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記排気ガス内で前記メタンが改質されることによって、前記再生流量内に水素を導入する工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料および前記還元剤は互換性がある請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記バイパス流量が第２のリーンＮＯｘ吸着体に誘導される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
内燃エンジンの少なくとも一つの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法であって、前記方法は、
前記エンジンの通常動作中に、リーンＮＯｘ吸着体に前記排気ガスの全てを誘導する工程と、
再生サイクル開始時間および再生サイクル終了時間によって定義される再生サイクルによって、前記リーンＮＯｘ吸着体を周期的に再生する工程であって、前記再生サイクル中に
（ａ）前記リーンＮＯｘ吸着体を介して前記排気ガスの目標再生流量を決定する工程と、
（ｂ）前記リーンＮＯｘ吸着体に前記排気ガスの再生流量を誘導する工程であって、前記再生流量は、
前記目標再生流量が前記エンジンからの前記排気ガス流量よりも小さい場合、前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記排気ガスのバイパス流量を迂回させて、前記再生流量を前記目標再生流量と実質的に同じとする工程、および
前記目標再生流量が前記エンジンからの前記排気ガス流量よりも大きい場合、前記排気ガスの実質的に全てを前記リーンＮＯｘ吸着体に誘導する工程の一方によって確立されており、
前記エンジンからの前記排気ガス流量および前記バイパス流量は、
エンジン速度、
エンジン負荷、
吸気マニホールド温度、
吸気流量、
前記エンジン内への燃料流量、
吸気圧力、
前記エンジンから出る前記排気ガスに関して計測される流量、
排気ガス温度、および
排気ガス圧力の少なくとも一つを参照して決定されることと、
（ｃ）前記リーンＮＯｘ吸着体の全域で前記再生流量のラムダを１未満に維持するために、前記排気ガスの内部、かつ前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、還元剤を反応させる工程とを含む方法。
【請求項９】
前記還元剤は水素である請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記還元剤は炭化水素である請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記炭化水素はメタンを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記排気ガス内で前記メタンが改質されることによって、前記再生流量内に水素を導入する工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記燃料および前記還元剤は互換性がある請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記炭化水素の反応は、前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記バイパス流量を誘導する前に、前記排気ガス内で生じる請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記炭化水素の反応は前記再生流量の内部で生じる請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記炭化水素は、バルブおよびインジェクタの少なくとも一方によって前記排気ガス内に誘導される請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記再生サイクル終了時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記再生流量の前記ラムダが所定の閾値濃度未満となる際に決定される請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記再生サイクル終了時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記還元剤の濃度が所定の閾値濃度を超える際に決定される請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
前記再生サイクル終了時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側のＣＯまたはＨ２の少なくとも一方の濃度が所定の閾値濃度を超える際に決定される請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記再生流量は少なくとも一つのバルブによって制御される請求項８に記載の方法。
【請求項２１】
前記再生流量は、バイパスライン内のバイパスバルブおよび排気ライン内の排気バルブによって制御される請求項８に記載の方法。
【請求項２２】
前記バイパスバルブは可変制御バルブである請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記排気バルブは可変制御バルブである請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記再生サイクル開始時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記排気ガス内のＮＯｘ濃度が前記エンジンから出るＮＯｘ濃度に比較して閾値濃度を超える際に決定される請求項８に記載の方法。
【請求項２５】
前記エンジンが所定の低負荷、低速のモードで動作しているとき、前記燃焼室の内部での前記燃料の燃焼の結果として前記排気ガスの前記ラムダが１未満となることをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項２６】
前記エンジンは直接噴射エンジンである請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記再生サイクル中に、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記排気ガスを浄化触媒に誘導する工程をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項２８】
前記浄化触媒は前記排気ガスからＮＯｘを除去する請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記浄化触媒は前記排気ガスから還元剤を除去する請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記浄化触媒は前記排気ガスから硫化水素を除去する請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、微粒子フィルタに前記排気ガスを誘導する工程をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項３２】
前記バイパス流量が第２のリーンＮＯｘ吸着体に誘導される請求項８に記載の方法。
【請求項３３】
内燃エンジンの少なくとも一つの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法であって、前記方法は、
（ａ）前記エンジンの通常動作中に、リーンＮＯｘ吸着体に前記排気ガスの全てを誘導する工程と、
（ｂ）高負荷方法、中間的負荷方法および低負荷方法の一つから選択され、前記排気ガスを前記リーンＮＯｘ吸着体に通過させる所定の再生方法を用いて前記リーンＮＯｘ吸着体を周期的に再生する工程であって、
前記高負荷方法の間、
前記ＮＯｘ吸着体の全域で前記排気ガスのラムダを１未満に維持するために、前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で還元剤を反応させ、
前記低負荷方法の間、
前記排気ガスの前記ラムダが１未満となるように、前記燃焼室内で前記燃料を燃やして前記排気ガスを生成し、
前記中間的負荷方法の間、
前記燃焼室内の前記燃料をリッチな環境で燃やす工程、および
前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で還元剤を反応させる工程によって、前記ＮＯｘ吸着体の全域で前記排気ガスの前記ラムダを１未満にすることとを含む方法。
【請求項３４】
動作中の内燃エンジンの燃焼室内での燃料の燃焼中に生成された排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムであって、前記後処理システムは、
（ａ）前記エンジンからの前記排気ガスを誘導するための排気ライン、
（ｂ）前記ＮＯｘを除去するために前記排気ライン内に配置されたリーンＮＯｘ吸着体、
（ｃ）前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記排気ラインに配置され、還元剤の酸化または改質を促進することが可能な再生触媒、
（ｄ）前記触媒の上流側で、還元剤貯蔵所から前記排気ラインへ前記還元剤を送るための還元剤ライン、
（ｅ）前記排気ライン内への前記還元剤の流量を制御するために、前記還元剤ライン内に配置された還元剤流量制御装置、
（ｆ）前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記排気ガスを誘導するためのバイパスライン、
（ｇ）前記バイパスラインを介して前記排気ガスの流量を制御することが可能な少なくとも一つのバイパス流量制御装置、
（ｈ）制御装置、
（ｉ）前記制御装置に制御情報を提供し、前記制御情報に応答して前記制御装置が前記少なくとも一つのバルブの調整が可能な少なくとも一つのセンサを備える後処理システム。
【請求項３５】
前記還元剤は水素である請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項３６】
前記還元剤は気体状炭化水素であり、前記排気ガスに水素を供給するために、前記触媒は前記気体状炭化水素を還元することが可能である請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項３７】
前記触媒は、酸化触媒と直列の改質装置である請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項３８】
前記触媒は酸化触媒である請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項３９】
前記触媒は、改質装置と化合された酸化触媒を含む請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項４０】
前記再生触媒の近傍の前記排気ガスが所定の閾値温度未満の温度であり、前記所定の閾値温度未満では前記触媒が前記還元剤の反応を効率的に促進することが不可能であるとき、前記還元剤を酸化するために、前記エンジンの近傍に第２の密結合触媒をさらに備える請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項４１】
前記還元剤を前記排気ライン内に噴射させるためのインジェクタをさらに備える請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項４２】
前記バイパス流量制御装置はバルブである請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項４３】
前記還元剤貯蔵所は前記エンジンの燃料システムである請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項４４】
前記再生触媒の下流側で、かつ該再生触媒の近傍において、前記排気ライン内に配置された微粒子フィルタをさらに備える請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項４５】
前記バイパスライン内に第２のリーンＮＯｘ吸着体をさらに備える請求項３４に記載の後処理システム。
【請求項４６】
前記第２のリーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記バイパスライン内に配置された第２の再生触媒をさらに備える請求項４５に記載の後処理システム。
【請求項４７】
前記後処理システムは、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側に配置された浄化触媒をさらに備え、前記浄化触媒は、前記排気ガスから、
（ａ）前記ＮＯｘ、
（ｂ）前記還元剤、および硫化水素の少なくとも一つを除去することが可能である請求項３４に記載の後処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンに関連して使用されるＮＯｘ吸収体を再生するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送およびエネルギー用途においては、内燃エンジンに関する排ガス規制が益々重要となりつつある。問題の汚染物質の１種は窒素酸化物（ＮＯｘ）である。ＮＯｘは内燃エンジンにおける燃焼中に形成される。
【０００３】
有効なＮＯｘ処理システムの一つは、ＮＯｘトラップとしても知られているリーンＮＯｘ吸着体（ＬＮＡ）である。ＬＮＡシステムは周期的に再生されることが必要である。すなわち、時間の経過とともに、ＮＯｘ除去の実施をさらに可能とするために、還元剤はＮＯｘトラップを処理する必要がある。効率的な再生手段を提供することが望ましい。
【０００４】
一例として国際公開第００／７６６３７号パンフレットに記載されているように、ＮＯｘトラップ再生に利用可能な様々な還元剤が存在している。一例として、多様な炭化水素、一酸化炭素（ＣＯ）および水素が還元剤として使用可能である。水素は還元剤として特に有効である（米国特許第５，９５３，９１１号参照）。
【０００５】
さらに、水素が還元剤として使用されるときには、生成物が水および窒素であることから、生成された廃棄物に関して有利である。ＣＯなどの他の炭素を基にした還元剤も有用であるが、炭素を基にした還元剤は、温室効果ガスである二酸化炭素の生成をもたらす。
【０００６】
水素は保管が難しく、且つ一般に入手が容易ではない。しかし、内燃エンジンは通常、燃料として炭化水素を使用していることから、炭化水素は容易に入手可能である。炭化水素は水素原子を含むことから、水素のための有力な供給源を提供する。水素を得るために、炭化水素燃料は改質装置に通されてもよい。
【０００７】
さらに、水素は優れた還元剤であるが、水素を利用する任意の再生工程は、再生が完了した際に水素が排気ガスとともに放出されるという危険がある。このことは、水素の可燃性に起因して好ましくない。さらに、炭化水素源からの水素を使用する再生は、潜在的な燃料を消費する。したがって、再生効率を高めることは、未処理のＮＯｘの排出が低減されるだけでなく、他の場合には燃料として利用可能な炭化水素の消費を低減することにも役立つ。
【０００８】
ＮＯｘ排出はさらに、燃焼を管理することによって低減され得る。ＮＯｘ排出は、ある種の気体燃料を重炭化水素の代わりに用いることによって低減され得る。こうした燃料の例として、天然ガス、メタンおよびプロパンが挙げられる。しかし、気体燃料であっても、ＮＯｘ排出が問題にならなくなったわけではない。
【０００９】
ＮＯｘ排出の問題を解決するために、気体燃焼工程での開発が努力されている。空気および気体燃料の予混充填物が燃焼室内で火花によって点火される火花点火式気体燃料エンジンは、ＮＯｘの更なる減少をもたらす。さらに、エンジン燃焼室内に導入されてより容易に自動点火可能な少量のパイロット燃料などの点火源によって点火される高圧直接噴射式の気体燃料は、選択された気体燃料に応じてＮＯｘの排出レベルを低下させることによって、ディーゼル燃料エンジンにおける改良をもたらす。しかし、そのようなエンジン内には依然としてある程度のＮＯｘが生成されており、それ故、この汚染物質を低減させることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はＮＯｘ吸着体を再生する効率的な手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、リーンＮＯｘ吸着体を再生するための効率的な方法および装置に向けられている。リーンＮＯｘ吸着体を効率的に再生するためのバイパス方法を備える方法が開示される。
【００１２】
再生サイクルの完了を示す容易に認識可能なマーカを提供することによって、リーンＮＯｘ吸着体を効率的に再生する方法が開示される。これにより、再生の即時応答監視、又は閉ループ再生法が可能となる。
【００１３】
作動中の内燃エンジンの燃焼室内において、燃料の燃焼によって生成される排気ガスからＮＯｘを除去するために使用されるリーンＮＯｘ吸着体を再生する好ましい一方法は、
（ａ）該リーンＮＯｘ吸着体を介して該排気ガスの目標再生流量を決定する工程と、
【００１４】
（ｂ）該リーンＮＯｘ吸着体に該排気ガスの再生流量を誘導する工程であって、前記再生流量は、該目標再生流量が該エンジンからの該排気ガスの流量よりも小さい場合、該リーンＮＯｘ吸着体の周囲に該排気ガスのバイパス流量を迂回させて、該再生流量を該目標再生流量と実質的に同じとする工程、あるいは該目標再生流量が該エンジンからの排気ガス流量よりも大きい場合、該排気ガスの実質的に全てを該リーンＮＯｘ吸着体に誘導する工程の一方によって確立されており、
【００１５】
該エンジンからの排気ガスの流量および該バイパス流量は、
エンジンの速度、
エンジンの負荷、
該エンジンの吸気マニホールド温度、
吸気流量、
該エンジン内への燃料流量、
該エンジンの吸気圧力、
該エンジンから出る該排気ガス流量に関して計測される流量、および
該排気ガスの温度および圧力の少なくとも一つを参照して決定されていることと、
【００１６】
（ｃ）該リーンＮＯｘ吸着体の全域で該再生流量のラムダを１未満に維持するために、該排気ガスの内部、かつ該リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、第１の量の還元剤を反応させる工程とを含む。
【００１７】
この方法は、還元剤が水素であるとして実施され得る。この方法はまた、還元剤が炭化水素であるとして実施され得るとともに、好ましい一例では、炭化水素はメタンである。この方法のさらなる態様は、再生流量内に水素を導入するために、リーンＮＯｘ吸着体の上流側の排気ガス内で第２の量の炭化水素が改質される工程を含み得る。
【００１８】
好ましい一方法では、エンジン内で燃焼される燃料は、還元剤と同じ、または該還元剤と互換性がある。さらなる実施形態では、バイパス流量は、第２のリーンＮＯｘ吸着体に誘導される。
【００１９】
また、内燃エンジンの少なくとも一つの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成される排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法が提供される。この方法は、該エンジンの通常動作中に、リーンＮＯｘ吸着体に該排気ガスの全てを誘導する工程と、再生サイクル開始時間および再生サイクル終了時間によって定義される再生サイクル中に、該リーンＮＯｘ吸着体を周期的に再生する工程とを含む。この再生サイクルは、
【００２０】
（ａ）該リーンＮＯｘ吸着体を介して該排気ガスの目標再生流量を決定する工程と、
（ｂ）該リーンＮＯｘ吸着体に該排気ガスの再生流量を誘導する工程であって、該再生流量は、該目標再生流量が該エンジンからの排気ガスの流量よりも小さい場合、該リーンＮＯｘ吸着体の周囲に排気ガスのバイパス流量を迂回させて、該再生流量を該目標再生流量と実質的に同じとする工程、および該目標再生流量が該エンジンからの排気ガスの流量よりも大きい場合、該排気ガスの実質的に全てを、該リーンＮＯｘ吸着体に誘導する工程の一方によって確立されており、
【００２１】
該エンジンからの排気ガスの流量および該バイパス流量は、
該エンジンの速度、
該エンジンの負荷、
該エンジンの吸気マニホールド温度、
吸気流量、
該エンジン内への燃料流量、
該エンジンの吸気圧力、
該エンジンから出る該排気ガスに関して計測される流量、および
該排気ガスの温度および圧力の少なくとも一つを参照して決定されていることとを含む。
【００２２】
該リーンＮＯｘ吸着体の全域で該再生流量のラムダを１未満に維持するために、該排気ガスの内部、かつ該リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、第１の量の還元剤が反応される。
【００２３】
好ましい一方法では、燃料は還元剤と同じ、または該還元剤と互換性がある。
この方法のさらなる態様は、リーンＮＯｘ吸着体の上流側の排気ガス内で第２の量の炭化水素が改質されることによって、再生流量内に水素を導入する工程を含む。好ましい一例では、炭化水素はメタンである。さらなる実施形態では、リーンＮＯｘ吸着体の上流側の排気ガス内でメタンが改質されることによって、再生流量内に水素が導入される。
【００２４】
後処理システム内へのメタンを含む炭化水素の導入に関して、この方法の一実施形態では、リーンＮＯｘ吸着体の周囲にバイパス流量を誘導する前に、炭化水素が排気ガス内で酸化され得る。しかし、好ましい一実施形態では、炭化水素は再生流量の内部で酸化される。これらの実施形態では、バルブまたはインジェクタの少なくとも一方によって、第１の量の炭化水素が排気ガスの内部に誘導され得る。
【００２５】
後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法の他の実施形態では、再生サイクル終了時間は、リーンＮＯｘ吸着体の下流側の再生流量のラムダが、所定の閾値濃度未満の酸素ポテンシャルを示すことに基づいている。さらなる実施形態では、再生サイクルは、リーンＮＯｘ吸着体の下流側の還元剤の濃度が、所定の閾値濃度を超えることに基づいている。
【００２６】
リーンＮＯｘ吸着体の上流側の排気ガス内で第２の量の炭化水素が改質されることによる再生流量への水素の導入に関する他の実施形態では、再生サイクル終了時間は、リーンＮＯｘ吸着体の下流側のＣＯまたはＨ２の少なくとも一方の濃度が所定の閾値濃度を超えることに基づいている。
【００２７】
後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法の他の実施形態では、再生流量は少なくとも一つのバルブによって制御される。具体的な一実施形態では、その再生流量はバイパスライン内のバイパスバルブおよび排気ライン内の排気バルブによって制御される。再生およびバイパス流量に対する制御をより高めるために、バイパスバルブと、排気バルブとのうちのいずれか一方、あるいはその両方が可変制御バルブとなり得る。
【００２８】
後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法の他の実施形態では、再生サイクル開始時間は、リーンＮＯｘ吸着体の下流側の排気ガス内におけるＮＯｘ濃度の測定に基づいて決定されており、この開始時間は、測定されたＮＯｘ濃度が、エンジンから出る排気ガスのＮＯｘ濃度を参照することによって決定される閾値濃度よりも高い場合に生じる。
【００２９】
炭化水素としてメタンを利用する方法の実施形態において、この方法はさらに、所定の低負荷および低速のモードで動作している際に、排気ガスのラムダが１未満であるような排気ガスを生成するために、燃焼室内で燃料を燃やす工程を含み得る。
【００３０】
好ましい一例では、エンジンは直接噴射エンジンである。
後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法の他の実施形態では、再生サイクル中に、排気ガスは浄化触媒を介してリーンＮＯｘ吸着体の下流側に誘導される。この浄化触媒は、ＮＯｘまたは還元剤を除去し得る。好ましい一例では、浄化触媒は排気ガスから硫化水素を除去する。
【００３１】
この方法はさらに、リーンＮＯｘ吸着体の上流側で微粒子フィルタに排気ガスを誘導する工程を含んでもよいし、あるいは他の例では、第２のリーンＮＯｘ吸着体にバイパス流量を誘導する工程を含んでもよい。
【００３２】
内燃エンジンの少なくとも一つの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを備える内燃エンジンを動作させるためのさらなる方法が開示される。
【００３３】
この方法は、
（ａ）該エンジンの通常動作中に、リーンＮＯｘ吸着体に該排気ガスの全てを誘導する工程と、
（ｂ）高負荷方法、中間的負荷方法および低負荷方法の一つから選択され、該排気ガスを該リーンＮＯｘ吸着体に通過させる所定の再生方法を用いて該リーンＮＯｘ吸着体を周期的に再生する工程であって、
【００３４】
該高負荷方法の間、
該リーンＮＯｘ吸着体の全域で該排気ガスのラムダを１未満に維持するために、該リーンＮＯｘ吸着体の上流側で還元剤を反応させ、
該低負荷方法の間、
該排気ガスの該ラムダが１未満となるように、該燃焼室内で該燃料を燃やして該排気ガスを発生させ、
該中間的負荷方法の間、
該燃焼室内の該燃料をリッチ環境で燃やす工程、および
該リーンＮＯｘ吸着体の上流側で還元剤を反応させることによって、該ＮＯｘ吸着体の全域で該排気ガスの該ラムダを１未満にする工程を含む。
【００３５】
動作中の内燃エンジンの燃焼室の内部での燃料の燃焼中に生成される排気ガス内に見だされるＮＯｘを除去するための後処理システムが提供される。
このシステムは、
（ａ）該エンジンからの該排気ガスを誘導するための排気ライン、
（ｂ）ＮＯｘを除去するために該排気ライン内に配置されたリーンＮＯｘ吸着体、
（ｃ）該リーンＮＯｘ吸着体の上流側の該排気ラインに配置され、還元剤の酸化が可能な再生触媒、
（ｄ）該再生触媒の上流側で、還元剤貯蔵所から該排気ラインへ該還元剤を送るための還元剤ライン、
（ｅ）該排気ライン内への該還元剤の流量を制御するために、該還元剤ライン内に配置された還元剤流量制御装置、
（ｆ）該リーンＮＯｘ吸着体の周囲に該排気ガスを誘導するためのバイパスライン、
（ｇ）該バイパスラインを介して該排気ガスの流量を制御することが可能な少なくとも一つのバイパス流量制御装置、
（ｈ）制御装置、および
（ｉ）該制御装置に制御情報を提供し、該制御情報に応答して該制御装置が該少なくとも一つのバルブの調整が可能な少なくとも一つのセンサを備える。
【００３６】
この後処理システムでは、還元剤は水素であり得るとともに、好ましい一例では、還元剤は気体状炭化水素である。この実施形態では、排気ガスに水素を供給するために、再生触媒は気体状炭化水素を還元し得る。
【００３７】
後処理システムの好ましい一実施形態では、再生触媒は、酸化触媒と直列の改質装置を備える。この再生触媒はさらに、酸化触媒でもあり得る。他の実施形態では、再生触媒は改質装置と化合された酸化触媒を備える。
【００３８】
この後処理システムはさらに、再生触媒の近傍の該排気ガスが、所定の閾値温度未満の温度である場合、還元剤を酸化するために、該エンジンの近傍に第２の密結合触媒を備え得る。所定の閾値温度は、その温度未満では該還元触媒が該還元剤を効率的に酸化させることが不可能である温度として決定される。
【００３９】
この後処理システムはさらに、排気ライン内に還元剤を噴射させるためのインジェクタを備え得る。
バイパスバルブは、バイパスラインを介して流量の変調を改良するために、可変制御バルブであり得る。他の実施形態では、還元剤貯蔵所は、該エンジンの燃料システムであり得る。
【００４０】
さらなる実施形態は、水素または炭化水素などの第２の量の還元剤を、第２の気体ラインを介して導入し、これを酸化触媒に送る。
このシステムはさらに、バイパスライン内の再生触媒または第２のリーンＮＯｘ吸着体の下流側で、かつこれらの近傍において、排気ライン内に配置された微粒子フィルタを備えてもよい。
【００４１】
第２の再生触媒は、第２のリーンＮＯｘ吸着体の上流側で、バイパスライン内に配置されてもよい。
この後処理システムはさらに、リーンＮＯｘ吸着体の下流側に浄化触媒を備え得る。この浄化触媒は、ＮＯｘまたは還元剤、および好ましい一例では硫化水素を該排気ガスから除去し得る。
【００４２】
本発明のさらなる態様および本発明の特定の実施形態の特徴が以下に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図面は本発明の非限定の実施形態を表している。
燃焼室内での燃焼の間に生成された排気ガスを処理するために使用されるＮＯｘ吸着体を再生する方法が開示される。炭化水素、好ましくはメタンが排気ライン内に導入されており、この炭化水素は、ＮＯｘ吸収体を再生するために使用される水素を生成するために、排気ライン内で酸化および改質される。ＣＯおよび水素はメタンの改質の間に生成されており、水素およびＣＯの両方を含む再生混合物をもたらす。この後処理システムは、再生流量、炭化水素消費、排気、および再生時間を低減させる目的で、再生中にＮＯｘ吸着体を迂回するように、ある量の排気ガスを誘導することが可能である。排気ガスの性質を示す特異的なマーカが、再生の完了を識別するために使用され得る。
【００４４】
図１は、本発明の好ましい一実施形態に係る後処理システムを表す概略図である。排気ライン２２は、矢印２０の方向へ流れる排気ガスを、エンジンブロック１１から矢印３１の方向の出口まで運ぶ。ＮＯｘ後処理システムの構成要素は、矢印５６で示されるように、排気ガスがＮＯｘ吸着体４６に運ばれるように排気ライン２２内に配置され得る。再生触媒４２は、ＮＯｘ吸着体４６の上流側に、且つ排気ライン２２内に配置されている。
【００４５】
バイパスライン１２は、吸収体４６が再生されている間、好ましくは吸着体４６を迂回して排気ガスの一部を運ぶことが可能である。この排気ガスは、バイパスバルブ１４を開くことによって、矢印１８で示すようにバイパスライン１２の中を通って誘導され得る。バイパスバルブ１４は、バイパスライン１２に沿ったどの箇所にでも配置され得る。図示した実施形態では、バイパスライン１２は接合部１６で排気ライン２２から分岐し、且つＮＯｘ吸着体４６から下流側の接合部４８で排気ライン２２に再接合している。
【００４６】
再生中にライン２２およびバイパスライン１２を通る排気ガスの流量の制御に役立てるために、バルブ１３および１４が設けられている。
図１はまた、エンジンブロック１１に物理的に近接したライン２２内の密結合触媒７４を示すが、主題の方法および装置の動作がこれなしに可能であれば好ましくない（以下の検討を参照）。炭化水素、好ましくはメタンガスは、触媒４２および／または触媒７４の直前に導入され得る。貯蔵ライン３４からそれぞれ分岐する主ライン２６および密結合ライン２７内には、炭化水素バルブ２８および２９が配置されている。貯蔵ライン３４は貯蔵所３６に結合されており、メタンは、矢印５０で示すように貯蔵所３６から流れ得る。ライン２６および２７に沿った流れ方向５１および５２も提供される。
【００４７】
ラムダセンサ７１は、ラムダを測定するために使用される。本明細書において、ラムダは排気ガスの酸素ポテンシャルの尺度として定義される。ラムダセンサはこのポテンシャルを測定している。一般に、１を超えるラムダ値は高酸素ポテンシャルを示し、１未満のラムダ値は低酸素ポテンシャルを示す。リッチ排気ガス環境とはラムダ値が１未満の環境のことであり、リーン排気ガス環境とはラムダ値が１を超える環境のことである。ラムダセンサ７１は、フィードライン６１および６３と、排気ライン２２との交差点によって示される吸着体４６の後ろ、およびエンジンブロック１１の近傍で、排気ガス内のラムダを測定している。ＮＯｘセンサ７２は、フィードライン６２および６４と、排気ライン２２との交差点によって示される吸着体４６の後ろ、およびエンジンブロック１１の近傍で、ＮＯｘレベルを測定するために使用される。温度センサ７３はまた、フィードライン６５および６６と、排気ライン２２との交差点によって示される触媒４２の前後の温度を測定するために使用される。最後に、センサ７１、７２および７３の各々は、各フィードライン６７、６８および６９を介して制御装置７０に情報を送っている。ライン６０は、制御装置７０にエンジンのデータを提供する。制御装置７０は、フィードライン７５および７６を介してバルブ１３および１４を駆動し、フィードライン７７および７８を介してバルブ２８および２９を駆動する。
【００４８】
図２は、典型的な中域エンジン速度および負荷において、排気ガス内の状況のサンプル組を時間に対してプロットして示すグラフを提供する。ライン５００は、点Ｃ（図１参照）において測定された排気ガスのラムダである。ライン５０２は、点Ａ（図１参照）において摂氏温度で測定された排気ガスの温度である。ライン５０４は、点Ｂにおいてｋｇ／ｈｒで測定された排気ガスの流量である。ライン５０６は、点Ｄ（図１参照）においてｐｐｍで測定された吸着体４６の下流側での排気ガスのＮＯｘ濃度である。ライン５０８は、点Ｂ（図１参照）における排気ガスのラムダであり、再生サイクルの開始と終了との間で参照番号５０８によって示された破線を除いて、ライン５０８はライン５００と重複している。
ライン５１０はラムダ値の１を表しており、この上では排気ガスが高酸素ポテンシャルを有し、この下では排気ガスが低酸素ポテンシャルを有する。ラインＳは再生サイクルのおおよその開始時間を提供する。ラインＯは再生サイクルに対する最も早い終了を提供する。ラインＦは、図示した例における再生サイクルの終了を提供する。
【００４９】
図３は、トルク対速度に関するエンジンマップを提供する。ライン９００から９０６は、総排気ガス流量の１００％、５０％、３５％および２０％が、再生中にＮＯｘ吸着体を通って誘導される境界線を示す傾斜線を提供する。ライン９０８は、エンジン作動マップの境界線を定義する。
【００５０】
図４は、排気ガスの流量または空間速度が温度に対してプロットされたグラフを提供する。ライン８００は、エンジンブロック１１から出る排気ガスの特性の一例を、エンジンの作動状態の全てにわたって提供している。ライン８０２は、再生中にＮＯｘ吸着体４６を通る排気ガスの目標特性を提供する。
【００５１】
図５を参照すると、バイパスシステム９６８が２ベッドシステムである本発明の代替実施形態が提供される。排気ライン９７２は、エンジンブロック９７０から方向９７４の向きに排気ガスを誘導する。改質装置９７６、９７８は、排気ガスが矢印９８４または９８６に従って誘導され得るライン９７７、９７９内に配置されている。ライン９７７、９７９内には、吸着体９８０および９８２も配置されている。生じた排気ガスは、システム９６８から方向９８８の方向に誘導される。ライン９７７、９７９の各々には、バルブ９９０、９９２が配置されている。貯蔵ライン９９５、９９７には、貯蔵所９９３から方向９９８の方向にガスの流れを制御するために、バルブ９９４、９９６も設けられている。
【００５２】
図６は、本後処理システムの動作を制御するための代替トルク対速度マップを提供する。ライン９５０は、シリンダ内再生とインライン再生との組み合わせが実施される再生の遷移領域９５２を定義する。ライン９５４、９５６、９５８および９６０は、図３と同様の傾斜線を提供しており、総排気ガス流量の１００％、５０％、３５％および２０％が、再生中にＮＯｘ吸着体を通って誘導される境界線を示す。ライン９６２は、エンジン作動マップの境界線を定義する。
【００５３】
図１のＮＯｘ後処理システムでは、エンジンブロック１１内においてエンジン排気ライン２２の上流側に配置された一つ以上の燃焼室の内部における燃焼事象によって、排気ガスが生成されている。排気ガスは、天然ガス、または天然ガス若しくはメタンを含む混合燃料などの燃料の燃焼（ＮＯｘ吸着体が後処理目的で使用される場合にはリーンバーン燃焼）に由来する。この燃料は一般に、燃焼室内に直接噴射されるか、あるいはヒューミゲート（ｆｕｍｉｇａｔｅｄ）装填物を生成するために、ある量の空気と予混合されるか、または予混合された装填物と、直接噴射された装填物とのエンジンを駆動させる２つの組み合わせである。いずれの場合にも、燃焼室内部における燃焼工程の始動のために、火花点火、熱面点火、または圧縮点火が利用される。
【００５４】
エンジンの通常動作中、バルブ１４は閉じられ、排気ガスは排気ライン２２に沿って流れる。この排気ガスはまた、ＮＯｘを除去するＮＯｘ吸着体４６を通過する。一例として、通常動作中、ＮＯｘ吸着体はリーン動作状態にあり、すなわち、排気ガス内の利用可能な酸素が過剰な状態で、ＮＯｘは次の反応によって（ＮＯ３）２に追いやられる。
【００５５】
【数１】
2006502345.tif 000003
上式において、Ｘは、この技術分野の当業者によく知られているようなウォッシュコート（ｗａｓｈｃｏａｔ）である。最終的には、Ｘ（ＮＯ３）２が吸着体４６の吸着サイトを使い尽くすにつれて、ＮＯｘ吸着体４６は、ＮＯｘ除去の有効性が低下することとなる。ＮＯｘのベース濃度を超えるＮＯｘ排気の増加割合を表現するために、ＮＯｘスリップが使用される。ＮＯｘスリップは、受容不可能なＮＯｘレベルが放出される時点を決定するために使用され得る。この受容不可能レベルに到達すると、吸着体４６は再生される。ＮＯｘ吸着体は、再生されると排気ガスからのＮＯｘの除去に復帰する。制御装置７０は、ＮＯｘ吸着体４６が再生される必要がある時点を決定する。この処理は、エンジンマップから選択されたパラメータに基づく開ループ制御を通じて、または、処理された排気ガス内のＮＯｘ濃度の直読みに部分的に基づいた閉ループ制御を通じて実施され得る。一例として、こうした開ループ制御の一つは、吸着体４６を再生する必要がある時点を評価するために、ある範囲のエンジン動作状態にわたって後処理システムの較正を使用する。すなわち、この制御装置はエンジンの負荷や速度などの変数を監視し、参照テーブルから、再生に関する時刻が決定される。この方法において、システムは、ＮＯｘ生成を示すエンジン動作状態がＮＯｘ吸着体に対する再生が望まれる時点を評価するために使用されるように較正される。開ループ制御のために、トルク、速度、吸気流量、エンジン内への燃料流量、吸気マニホールド温度、吸気マニホールド圧力などの状態、ならびにその他の状態が使用され得る。
【００５６】
再生サイクルの開始を決定するために、閉ループ制御も使用され得る。一例として、こうした制御の一つは、ライン６４を通るセンサ７２を備えた吸着体４６の上流側、およびライン６２を通るエンジンの近傍において、排気ライン２２内のＮＯｘレベルを監視する。制御装置７０は、点ＣにおけるＮＯｘのブロック１１から出るＮＯｘに対する比が所定の閾値ＮＯｘスリップレベルを超えるとすぐに、再生を開始することができる。
【００５７】
再生サイクル中、制御装置７０は、Ｈ２および／またはＣＯをＮＯｘ吸着体４６に提供するとともに、リッチな排気ガス環境（酸素欠乏環境）においてこれを実施することが必要である。制御装置は、再生に使用される炭化水素を低減させるとともに、再生に要する時間を短縮させるのに役立つ再生方法を提供するために、排気ガスの流量、およびメタンの導入を制御することができる。使用可能な炭化水素の一つはメタンである。
【００５８】
下記事項は、再生中において触媒４２の全域で見られる反応の組み合わせを提供する。
【００５９】
【数２】
2006502345.tif 000004
上式において、反応６は排気ガス温度に従って平衡に保たれ得る。ここでさらに、式３は生じることはあるが、好ましくはないことに留意されたい。次いで、式４から６に従って生成されるＣＯおよびＨ２が以下のようにして再生に使用される。
【００６０】
【数３】
2006502345.tif 000005
上式において、Ｘはウォッシュコートの形で提供される。排気ガス内における低酸素ポテンシャルを示す１未満のラムダは、反応７から１２を支持しており、ラムダが１を超える場合は一般に、これは成り立たない。
【００６１】
制御装置は一般に、
・排気ガス流量、
・排気ガス温度、
・所与の排気ガス温度において触媒４２の反応容量を考慮しながら選択される所望の排気ガス流量、
・再生サイクルの全体にわたるエンジン、吸着体４６および／または触媒４２からの排気ガスのラムダ、及び
・吸着体４６および触媒４２の種類に基づいて再生方法を決定する。
【００６２】
触媒４２は、使用されるエンジン、およびそのエンジン向けに考慮される動作状態に適合するように選択される。所与の再生サイクルに関する再生方法は、開ループ方法または閉ループ方法によって実施され得る。この再生方法は、貯蔵所３６から後処理システム内に導入されるメタンの量および速度、ならびにバルブ１３および１４の制御によるバイパス流量を制御することができる。再生中における目標は、そのラムダが１未満である排気ガス環境を効率的に提供し、これによって反応７から１２を促進することである。このことは、上述の反応に従って放出された酸素を除去するためにＮＯｘ吸着体に還元剤が提供された時点で実現される。しかし、メタン、またはその他の炭化水素などの他の還元剤を用いたＮＯｘ吸着体を通じた酸化によっても、必要なリッチ排気ガス環境を提供することが可能である。さらに、ＮＯｘを減少させるために全ての炭化水素が効率的に使用される状態を提供すること、および再生に要する時間を最小限にすることが好ましい。
【００６３】
開ループ方法では、制御装置は、再生の直前および再生中のエンジンの速度ならびに負荷に基づいて、排気ガスの流量が吸着体を通るように導かれ、且つメタンが排気ガス内に導かれるように較正されることが好ましい。エンジン吸気マニホールド温度、吸気流量、およびエンジン内への燃料流量または吸気マニホールド圧力も、再生を制御するための指標として使用され得る。負荷および速度が長期間にわたって比較的一定に保たれているようなある種の静的な動作状態では、一定の再生サイクル時間が使用され得る。こうした開ループ方法は、各々が排気ガス温度、流量およびラムダ値のうちの少なくとも一つを示す一つ以上のエンジン動作状態を考慮するエンジン較正を利用している。この制御装置は、触媒４２および吸着体４６の特性に基づいて、ＮＯｘ吸着体を通る排気ガスの所望の流れが導かれるように較正される。
【００６４】
再生中のＮＯｘ吸着体４６を通過する流量は、本明細書では再生流量と呼ばれる。排気ガス流量が所望の再生流量を超えるか否かを判定するために参照テーブルが使用され、さらに所望の再生流量を超えていれば、過剰な排気ガスを、バイパスライン１２を介して吸着体４６を迂回するように導く。再生中に排気ガスがバイパスされている場合、これはバイパス流量と呼ばれる。所望のバイパス流量は、バルブ１３および１４を調整し、吸着体４６を通過する目標再生流量を一致させることによって達成される。
【００６５】
図３のエンジンマップを参照すると、ＮＯｘ吸着体４６を通過する排気ガスのパーセント流量が、エンジンのトルクおよび速度に基づいて提供され、このパーセント値は、輪郭ライン９００から９０６で示されるように、速度およびトルクが上昇するにつれて低下する。ライン９００より上側または右側の域内にある動作状態は、吸着体４６を通って流れる総排気ガスの割合における低下を示す。ライン９００のより下側または左側では、制御装置７０は、バルブ１４を開けることなく全ての排気ガスを、吸着体４６を通るように流し得る。
【００６６】
この開ループ制御のための参照テーブルはまた、触媒４２の上流側の目標メタン濃度を提供する。このエンジン動作状態は、ブロック１１からの排気ガス温度および排気ガスのラムダに関する情報を提供する。エンジン動作状態に基づいて決定される排気ガスのラムダ、および排気ガスの流量は、再生を効率的に支持するために十分なリッチ排気ガス環境をもたらすために要するメタンの量の一部を決定する。
【００６７】
閉ループ方法も使用され得る。閉ループシステムでは、エンジンブロック１１から出たラムダは、センサ７１によって測定されてもよく、温度は、ライン６６を通過する触媒より前、且つライン６５を通過する触媒４２の後で、センサ７３によって測定されてもよい。このエンジンの負荷および速度は、参照テーブルに基づいて排気ガス流量を推測するために制御装置によって使用さてもよく、または完全な閉ループ制御のために、排気ライン内で流量計がまた使用されてもよい。参照テーブルとともにセンサ情報は、排気ライン２２内に導入されるメタンの流量、および再生中にバルブ１４およびライン１２を通過して導かれる排気ガスの流量がどれだけであるか（該流量がある場合）を決定するために使用される。排気ガス流量が、触媒４２によるメタンの完全な酸化および改質を可能にするには大きすぎる場合、または触媒４６を効率的に再生するには大きすぎる場合、所望の流量に達するまで若干の流量がバイパスライン１２に誘導される。
【００６８】
触媒４２の前および後の温度が高過ぎたり低過ぎたりする場合、メタンの量は、これらの温度の読み値に従って増加または減少され得る。例えば、この温度が較正中に選択された触媒の一部に基づいて設定された所定の温度未満である場合、メタンは、排気ガス温度が上記改質反応５を支持する受容可能レベルまで上昇するように保証する（触媒４２に対する吸気混合物が最初に過剰な燃料を有していると仮定する）ために減少され得る。さらに、触媒後の温度が高過ぎる場合、再生中に触媒の過熱および損傷を回避するために、メタン量は遮断され得る。こうした方法は、一回の再生サイクルを通る際にバルブ２８を通過するメタンの流れが数回開いたり閉じたりし、これによって触媒４２を保護しながら吸着体４６が再生されることを保証する一連のサイクルを利用し得る。
【００６９】
同様に、ラムダセンサ７１は、上記反応７から１２に従って吸着体４６全体にわたって目標再生効率に近付くのに十分にリッチな排気ガスを保証するために、
制御装置がバルブ２８を通過して導入されるメタンの量を調整し得る。
【００７０】
また、ラムダセンサは、センサ７１よりむしろ、またはセンサ７１に加えて、触媒４２の後ろ、且つ吸着体４６の前に備えられ得る。このことは、吸着体４６を介した効率的な再生を提供するために、触媒４２から出る酸素ポテンシャルを監視することになる。すなわち、ライン２６を通るメタンの流量が未知であれば、ＮＯｘ吸着体４６の再生の前での再生流量の目標ラムダの提供に役立たせるために、ラムダセンサは、メタンの流量を閉ループ制御するために使用し得る。
【００７１】
所望であれば、排気ガス温度を上昇させるために、任意の密結合触媒７４も利用可能である。触媒７４のブロック１１への接近は、排気ガス環境内部でメタンを酸化するのに排気ガスが低温すぎることがないことを保証するのに役立つ。したがって、排気ガス温度が閾値未満であることを制御装置が検出すると、バルブ２９は触媒７４の上流側にメタンを供給し、吸着体４６の上流側で排気ガスを十分に加熱および酸化する。再生で用いられるＣＯおよび水素を生成するために、触媒４２に関して実施されたのと同様に、触媒７４も使用され得る。
【００７２】
上で述べたように、これらの閉ループ方法は好ましいが必須ではない。負荷および速度などのエンジン動作パラメータに基づいて再生サイクルの全体にわたって目標メタンの噴射速度および噴射量を提供するシステムの較正を使用した上述の開ループ方法は、動的な監視、ならびにシステムのハードウェアおよびソフトウェアに関する追加的な複雑性を排除し得る。しかし、こうした方法では再生が不完全になりやすいこと、またはメタンの不利益（ｐｅｎａｌｔｙ）が高い再生となりやすいことが代償である。
【００７３】
制御装置は、閉ループ制御または開ループ制御を参照することによって再生サイクルの完了を決定し得る。閉ループ制御では、吸着体４６の下流側のライン２２内の酸素ポテンシャルが減少した時点を決定するために、制御装置は吸着体４６の下流側のラムダセンサ７１からの読み値を使用し得る。反応７から１２までを参照すると、吸着体４６から大部分の窒素が放出された後は、吸着体４６からもはや酸素が放出されていないため、酸素ポテンシャルが低下し始める。再生サイクルの完了に対する閉ループ監視のために、吸着体４６の下流側でＣＯまたはＨ２の増加を検出するＣＯまたはＨ２センサを含む他のセンサが適用されてもよい。こうした増加は、吸着体からもはや酸素が放出されておらず、吸着体内をＨ２およびＣＯが未反応で通過するときに生じる。
【００７４】
開ループ制御は、速度、負荷、吸気流量、エンジン内への燃料流量、吸気マニホールド温度および圧力などのエンジン動作状態に基づいて再生時間が予め決定されるようなシステムの較正に依拠して使用され得る。
【００７５】
図３を再び参照すると、再生サイクルの開始時点および再生サイクル中にエンジンの速度と負荷とのいずれか一方あるいは両方が増加すると、制御装置７０は、負荷および速度がライン９００より上側にあるときにバルブ１４を開放させるように命令する。エンジン動作パラメータが、触媒４２の特徴によって一部が決定される触媒４２または吸着体４６を通る目標流量を超える排気ガス流量を生成し続けるように、バルブ１３および１４は、動作状態の広い範囲で提供する可変制御バルブとされ得る。したがって、制御装置７０が所望の排気ガス流量を決定すると、バルブ１３および１４は、再生中にライン２２を通過する排気ガスのこの予め決定された流量を維持するように調整され得る。
【００７６】
システムを簡略化するために、バルブ１３および１４のために使用される可変流量バルブに対する代替は、２位置バルブ（あるいは、さらに言えば他の複数位置バルブ）である。この場合、制御装置は、３つの可能な設定値のうちから一つを選択し得る。バルブ１３は、完全に開放されたり、部分的に開放されたりし得る。バルブ１４は、閉じたり完全に開放されたりし得る。したがって、制御装置７０は、ライン２２を通過する排気流量を所定目標値に一致させるために、エンジン動作パラメータに従ってバルブごとに位置を選択し得る。すなわち、低い速度および負荷の場合、バルブ１３が完全に開き、かつバルブ１４が閉じている。より高い負荷および速度の場合、バルブ１３が完全に開き、かつバルブ１４が完全に開いている。さらにより高い速度および負荷の場合、バルブ１３が部分的に閉じ、かつバルブ１４が開いている。
【００７７】
他のバルブ構成も同様に使用され得る。再生中にライン２２を通る流量に対する制御装置のより柔軟な管理は、各動作状態に対する目標の所定流量比に対する制御装置の管理に役立つ。こうした柔軟性は、これらのバルブを制御するために、より高価なバルブおよびより複雑なソフトウェアを必要とするより高価なシステムをもたらすことが代償である。
【００７８】
本技術分野の当業者であれば、バルブ１３および１４は任意の流量制御機構とされてもよく、バルブに限定される必要はないことが理解されよう。
図４を参照すると、エンジン動作状態の範囲全体にわたる流量および温度が提供される。領域８００は、ブロック１１から放出される典型的な排気ガス流量および温度状態を表す。領域８０２は、再生中に再生触媒４２を通過する排気ガスの温度および流量に関する所望の動作範囲であり、ＮＯｘ吸着体４６の再生に必要な状態を可能にする排気ガス状態を提供する制御装置を提供する。したがって、ブロック１１から出た流量が領域８０２よりも上側にあれば、吸着体４６を通過する排気流量を領域８０２の範囲内でこの範囲の上限流量または下限流量よりも下に持っていくために、バイパスライン１２を通過する流量が使用され得る。理想的には、再生流量はこの範囲内にある所望の流量を目標としているが、しかし、排気ガス流量、システムのバルブ反応時間、圧力および温度変化に応じて、８０２によって定義される範囲内の異なる再生流量の一つだけが維持され得る。触媒４２において温度が領域８０２より下（領域８０２の左側）にある場合、以下に記載するようにエンジンの動作を介して、または、上および下で記載するように、ブロック１１の近傍で密結合触媒７４の使用によって、付加的な熱が発生され得る。
【００７９】
図２を参照すると、吸着サイクルの一部および再生サイクル全体にわたってシステムの選択された特徴がプロットされている。図１を参照すると、点ＢおよびＣにおけるラムダ（それぞれライン５０８および５００）、点Ａにおける温度および空間速度（それぞれライン５０２および５０４）、ならびに点ＤにおけるＮＯｘ（ライン５０６）の全てが示され、時間に対してプロットされている。提供された例は、エンジンが典型的な中間速度および負荷で動作しているときの後処理システムの動作を代表する。
【００８０】
ライン５０６を参照すると、そのレベルが所定の閾値を超えたことを制御装置が決定するまで、ＮＯｘ濃度は徐々に増加する。このことは、エンジン動作パラメータを監視するか、あるいはＮＯｘ濃度を測定することによって実施され得る。次に、再生はバルブ１４の開放によって開始される。再生の開始は時刻Ｓで示される。バルブ１４が開くと、時刻Ｓにおいてライン２２、ライン５０４を通る空間速度または流量が低下する。また、メタンはライン２２に誘導され、これによって触媒４２と吸着体４６の間でラムダは１未満のレベルまで低下する（ライン５０８）。また、ＮＯｘ吸着体に続くラムダは、再生が完了した後に低下する（ライン５００）が、吸着体の再生中は、吸着体に入るリッチ混合物が窒素の酸化によって酸素を解放することから、ラムダ値が概ね１に維持され、吸着体４６に入る混合物に比べてよりリーンな混合物の吸着体４６からの放出をもたらす。しかし、最終的には、吸着体４６からこれ以上は酸素が解放されることはなく、ラムダは、吸着体４６から出るラムダが吸着体４６に入るラムダと同じになるまで低下する（ライン５０８）。吸着体４６から出る閾値ラムダが検出された後、バルブ１４はバルブ２８と一緒に閉じられる。そうすると直ぐに流量が上昇し始め（ライン５０４）、全ての排気ガスが、再び排気ライン２２を通過するように送られる。間もなくラムダが上昇し始め、リーン排気ガス環境をもたらす（ライン５００および５０８）。
【００８１】
再生サイクルは、図２では時刻Ｆにおいて完了していることを留意されたい。このことは、実際には再生サイクルの終了の遅延となる。好ましくは、ＮＯｘ吸着体の後のラムダ（ライン５００）が所定の閾値未満に下がった後、かつこれがＮＯｘ吸着体の上流側のラムダ（ライン５０８）と一致する前の場合、再生サイクルは、時間Ｏと時間Ｆとの間の何れかの時点で完了する。
【００８２】
再生サイクル中、排気ガスのＮＯｘ処理がバイパスライン１２を通過するように送られずにエンジンが動作を継続するにつれて（ライン５０４）、ライン２２から出るＮＯｘレベルが実質的に上昇する。しかし、再生が完了した後、全ての排気ガスが、最近の再生された吸着体４６を通過するように送られると、ＮＯｘは急激に低下する。したがって、燃料消費（メタンの消費）を制限するだけでなく、短い再生時間は、バイパスライン１２を通って再生中に放出されるＮＯｘの量も制限する。再生に必要な期間が長いほど、バイパスライン１２を通過する排気ガス流量がより漸増性となる。目標サイクルは、最小の期間にわたって噴射される単位メタン当り、どれだけの還元剤が生成されるかに基づいている。これは、より高いラムダが存在する酸素を燃焼させるためにより多くのメタンが必要であり、しかしＣＯを生成するためにより多くの酸素が利用可能であることから、排気ガスの温度、排気ガスの流量、触媒の仕様、および排気ガスのラムダなどの変数の関数となる。好ましくは、再生サイクルは、エンジンの動作時間の５％未満に維持される。また、上述のように、バイパスライン１２は一般に単独のＮＯｘ吸着体を含まないことから、バイパスライン１２を通るように送られた排気ガスのより多い流量は、より高いＮＯｘ排気をもたらす。
【００８３】
図５は、後処理システムの代替的な一実施形態を表す。ここでは、バイパスライン内に第２のＮＯｘ吸着体および触媒が配置され、再生中に当該ラインを通過するＮＯｘが処理される。すなわち、吸着体９８０または吸着体９８２のいずれか一方の再生中に、ライン９７７またはライン９７９のいずれか一方がバイパスラインとして作用する。バルブ９９４、９９６、９９０および９９２は全て、吸着体のどれが再生されるかを制御するように機能する。例えば、吸着体９８０の再生では、バイパスラインはライン９７９である。ここで、再生サイクルは、制御方法（図３参照）に従って改質装置９７６を通って排気ガスが誘導された時点で開始される。図１を参照してライン１２を通って排気ガスがバイパスされたのと同様の方法で、再生中に吸着体９８２を通って過剰な排気ガスがバイパスされる。しかし、この場合は、過剰な排気ガスがＮＯｘ吸着体９８２によって処理される。
【００８４】
この例では、還元剤源（メタン）は、貯蔵所９９３からバルブ９９４を通ってライン９７７に誘導される。同時に、バルブ９９０および９９２は、再生を目的として各バルブを通過する排気ガスの所望スプリットに従って開かれる。最終的には、ＮＯｘ吸着体９８２も再生される必要がある。バルブ９９４が閉じられ、かつ９９６が開かれている場合、動作しているバイパスラインは９７７となる。
【００８５】
このシステムは一般に、任意の時点でその１つを「オフライン」とした３ベッド、または４ベッドもしくは５ベッド、あるいはこれ以上のベッドを伴うマルチベッドシステムに拡張され得る。ここでの利点は、同じ触媒体積当りのＮＯｘ変換が改良されることである。
【００８６】
さらに、マルチベッドシステム（２つ以上のベッド）は、２つの物理的に別個な吸着体を必要としないことに留意されたい。尚、単一の物理的吸着体の各部は、一つの分離された吸着体として動作し得る。
【００８７】
また、図５には２つの改質装置が示されているが、１つの改質装置が使用され得る。実際に、１つの改質装置が、他のマルチベッド設計のために使用され得る。ここで、改質装置は、当該改質装置を迂回して排気を各吸着体に送るラインと、当該改質装置から各吸着体を通って排気ガスを送るラインとを含むことになる。バルブはこうしたシステムの設計を制御する。
【００８８】
一般に、これらのマルチベッドシステムは、より良好な変換を提供するが、これらはまた、構造に関連して、および制御機構に関連して、システムに対してコストおよび複雑性を増大させる傾向がある。
【００８９】
再生時間の短縮に役立てることが可能な後処理システムを動作させる代替的な一方法は、通常動作中に触媒４２を迂回し、かつ吸着体４６を通過するように排気ガスを送る付加的な排気ラインを利用する。この付加的な排気ライン内に配置されたバルブは、通常動作中に閉じられるバルブ１３が再生開始の直前に開放され、一方触媒バイパスが開放のままに維持されるように使用され得る。このことは、排気ガスの流量がライン２２を通ることを許容し、これにより触媒４２がライトオフされ（ｌｉｇｈｔｉｎｇ  ｏｆｆ）、再生サイクル前にこのラインが加温される。触媒４２をバイパスするために使用されるバルブが、再生サイクルの開始時において閉じられている場合、ライン２２を加熱するのに要する時間を短くし、かつ再生を開始可能になるまでの時間を短くすることが可能である。もう一つの方法として、触媒４２を迂回して付加的な排気ラインを有する一実施形態では、確実にある量の排気ガスを常にライン２２を通って流すために、リフォーマライン２２内の流速が設定されることができ、付加的な排気ラインを通過する流量を制御することによって触媒４２を通過する流量を調節するためにバルブを利用することにより、バルブ１３が不要となる。
【００９０】
触媒４２は、高濃度のＨ２および／またはＣＯと、必要最低限量の酸素とを有する所望の排気ガスを提供するために、反応３から５を促進する一つのベッド（ｂｅｄ）として総称的に記載される。さまざまな範囲で、反応３から６（発熱および吸熱反応の組み合わせ）は、この触媒の全域で工程を促進する。この触媒は、メタンを酸化し、かつ反応５を促進させてＨ２およびＣＯを提供する改質装置であり得る。また、メタンの一部を酸化し、かつメタンを改質してＨ２およびＣＯを提供する（反応４参照）部分酸化触媒であり得る。触媒４２はまた、共通の境界面を共有する連続の酸化触媒および改質装置であり得る。この触媒は、先ず排気ガス内にわずかな酸素が残るまでメタンを酸化し、次いで、過剰なメタンを使用して改質装置内にＨ２およびＣＯを生成する。これら２つの触媒（酸化触媒および改質装置）は、ライン２２に直列に配置され得るとともに、共通の境界面を共有する必要がない。また、改質装置および酸化触媒の組み合わせは、改質装置および酸化触媒を一つの混合触媒に一体化するのに使用され得る。各選択肢は、求められる後処理システムに応じてどの触媒を使用すべきかに関する任意の判断を考慮して、コストと効率との平衡を保っている。
【００９１】
簡単に上述したように、図１を再び参照すると、付加的な触媒（密結合触媒７４）は、エンジンブロック１１の近傍に配置されて示される。いくつかのシステムは、メタンの酸化を支持するために排気ガスが十分に加熱されることを保証するために、エンジンの近傍に配置されたこのような触媒が必要である。すなわち、エンジンブロック近傍の密結合触媒を利用し、これによって低い負荷および／または速度、あるいはアイドル状態にあるときの排気ガス温度が、触媒４２におけるメタンの安定した酸化での閾値限界未満に低下することを防止することを可能とすることにより、恩恵を得るような後処理システムの設計もある。したがって、こうした状態下では、エンジンブロック１１近傍の密結合触媒７４を有しており、ライン２７によってこうした触媒の上流側にメタンを供給することが有利である。次いで、この触媒は、排気ガスを適当な温度まで加熱するために貯蔵所３６から供給されたメタンを酸化し、これにより触媒４２が十分にライトオフされ得る。もう一つの方法として、触媒７４はリッチ排気ガス環境、ならびに吸着体４６の再生に必要なＨ２およびＣＯを提供し得る。しかし、ここでは、ＣＯおよびＨ２がバイパスラインを通って漏れ出ると非効率であることから、それを防止するために、バルブ１４が閉じている場合にだけこの方法が動作されることが望ましい。
【００９２】
低負荷状態下で再生サイクルを動作させる付加的な一方法は、エンジンブロック１１内部の燃焼室内で、燃料リッチな可燃混合物（好ましくはメタンを含む）を燃やすことである。もう一つの方法として、そのサイクルの後期において、燃料の噴射によって燃料をリーンに燃やす方法がある。燃料は燃焼室内で、または排気内もしくは触媒上で酸化し得る。各場合において、このことは、過剰なＣＯおよび若干のＨ２を生成する一方、リッチ排気ガス環境を作る。この方法では、必要な還元剤がリッチ排気ガス環境内に存在している場合、触媒４２にメタンを提供する必要がない。好ましくは、こうした方法は、典型的には軽負荷に関連する流量および温度が低い場合の状態に制限され、吸着体４６に流量全体を通過させることが望ましい場合には低速度状態またはアイドル状態に制限される。
【００９３】
ＮＯｘ吸着体を再生するために、必要な状態および還元剤を生成するシリンダ内技法の使用は、欠点を有し得る。
例えば、リーン状態下で動作する火花点火式エンジンは、化学量論的状態下の動作に由来するものと比較した場合、比較的低いエンジン放出ＮＯｘを有する。一般に、ＮＯｘ生成でのピークは、エンジン放出ＮＯｘをリーン限界の近傍で発生するものと比べて１桁大きくすることが可能な化学量論に関して若干リーンな状態において生じる。したがって、ＮＯｘ吸着体再生に貢献する状態を作るためのリーン動作からリッチ動作への遷移によっても、エンジン放出ＮＯｘ排気のかなりの増加が生じる。リッチな状態下での動作の間に、ＮＯｘ吸着体はエンジン放出のＮＯｘと吸着体放出のＮＯｘとの両方を窒素に還元する。しかし、リーン動作まで戻るように遷移する際、化学量論的に関してリーンな動作時に生成された相当量のＮＯｘがＮＯｘ吸着体によって捕捉される。
【００９４】
軽負荷／低速度状態（例えば、アイドル状態）下では、ＮＯｘの質量流量は比較的低く、ＮＯｘ吸着体の貯蔵容量は比較的高い。１０００秒を超える吸着フェーズが実現され得る。この状態下では、リッチ動作からリーン動作への遷移中に吸着されるＮＯｘの影響は比較的小さい。例えば、リーンからリッチへの遷移が完了するために５秒間かかり、かつ生成されたＮＯｘがリーン動作の場合と比較して１桁大きい場合、その吸着フェーズは提供された例では５％だけ短くなり９５０秒となる。しかし、エンジン放出ＮＯｘの質量流量が速度および負荷に伴って増加するにつれて、遷移中に生成された付加的なＮＯｘによる相対的な影響がシステム動作に影響を与え始める。例えば、アイドル状態と比較して速度および負荷がより大きいエンジン動作状態では、そのエンジン放出ＮＯｘ流速が２倍になる。これらの状態下では、リーンエンジン放出ＮＯｘの排気および温度に基づくＮＯｘ吸着体の充填時間は、５００秒に短縮される。シリンダ内再生を使用する場合、ここでは５秒遷移によって充填時間が１０％短縮されて４５０秒となる。ある点において、このラインに沿って継続していると、シリンダ内技法はＮＯｘ吸着体を再生するための有効な手段ではない。
【００９５】
ヒューミゲート（ｆｕｍｉｇａｔｅｄ）またはポート噴射式のリーンバーンエンジンでも同様の結果が予測される。しかし、ポート噴射式のリーンバーンエンジンは、リーンからリッチへの遷移時間がより短縮すると予測されることから、シリンダ内再生に対してより寛容であることが予測される。
【００９６】
火花時期を遅延させることは、シリンダ内再生が使用され得る領域を拡張させる可能性がある状況に役立つ。同様に、ＥＧＲ速度を増大させることがシリンダ内酸素濃度を低下させることに利用可能であれば、上で検討した問題は依然として存在するが改善される。
【００９７】
気体燃料の直接噴射を用いるエンジンでは、この問題は生じないと予測される。直接噴射エンジンでは、インジェクタの使用は、リッチな動作への遷移においてより大きな柔軟性を提供する。例えば、ＥＧＲ速度の増加、ガス噴射時期の遅延、マルチ噴射、およびエンジンのスロットル調整の組み合わせが可能である。これらの状態は、エンジン放出ＮＯｘレベルのあまり大きな増加につながることがない。むしろ、（粒子状物質放出が増加する可能性とともに）エンジン放出ＮＯｘレベルが低下することになる。
【００９８】
シリンダ内再生が有効でない場合、インライン再生技法の使用に依拠し得る。しかし、比較的低い排気ガス温度における全開流量状態では、インライン再生方法は効果的でないことがある。燃料の不利益（ｆｕｅｌ  ｐｅｎａｌｔｙ）および炭化水素スリップは、シリンダ内再生に関するものに比べてはるかに高くなり得る。上述のように、インライン再生の効率は、密結合触媒の使用によって改善され得るが、依然として満足の行くものではない。
【００９９】
したがって、効率的なシリンダ内再生が可能であるような速度負荷領域が、効率的なインライン再生を実現することが可能な領域と重複しない場合、このシステムは特殊な管理検討を必要とする。
【０１００】
したがって、図６を参照すると、効率的なシリンダ内が実現され得る領域は、図６中のライン９５０の下側である。効果的なインライン再生が実現され得る領域は、ライン９５０の上側である。シリンダ内再生とインライン再生とのいずれもが効率的でない領域は、図６中のライン９５０で囲まれた領域９５２として定義される。領域９５２では、シリンダ内再生とインライン再生との組み合わせを使用することによって、エンジンマップのこの領域を管理することが可能となる。この組み合わせ法の一実施形態は、そのエンジンに関して、排気内の酸素濃度を低下させるために、再生中に燃焼環境のリッチ化を提供する。同時に、排気ガス温度を増加させるために（および、エンジン放出のＮＯｘ排気を低下させるために）火花時期が遅延されてもよいし、遅延されなくてもよい。排気ガス内の化学種と反応させて酸素ポテンシャルをさらに低下させるとともに、ＮＯｘ吸着体の再生に役立つ状態を作るために、ある量の還元剤が再生触媒の上流側に噴射される。
【０１０１】
この技法に関する利点としては、
・エンジンのリッチからリーンへの遷移に関するＮＯｘスパイクが回避されること、および
・燃料の不利益および炭化水素スリップが低下することが挙げられる。
【０１０２】
この方法の可能な第２の実施形態は、ＮＯｘ吸着体触媒を再生するために、リーン動作からリッチ動作へのシリンダ内遷移を使用することを含む。リーン動作まで戻るように遷移することが望ましい時間において、ある量の還元剤が再生触媒の上流側に噴射される。この噴射された還元剤は、リッチからリーンへの遷移の間にＮＯｘ吸着体にわたってリッチな大気を維持するために使用され、高いエンジン放出のＮＯｘ排気がＮＯｘ吸着体の全域で低減される。この実施形態は第１の実施形態に関して概説したのと同様の利点を有している。
【０１０３】
上述したように、低負荷、かつ一般に低速度によって表されるライン９５０の下側の第１の領域（領域９５１）は、シリンダ内再生が望ましい動作範囲を示す。エンジンがこれらの状態下で動作している場合、排気ガスがより低温であることから、過剰なＣＯおよび若干のＨ２によるリッチな環境のシリンダ内再生は通常、再生のためにライン内で望ましい状態をもたらすのに触媒４２（あるいは、密結合触媒７４）が必要となるような場合と比較してより効率的である。
【０１０４】
ライン９５４によって区画され、かつ速度または負荷が大きな領域９５２の外側の領域は、吸着体を通過する排気ガスの全開流量が好ましいトルクおよび速度の範囲を表す。この領域を超えて、ライン９５６、９５８、９６０によって表されるような速度またはトルク、あるいはこれら両者が大きい領域では、図３に関連して示され、かつ既に検討されたようなバイパス流量が適用される。
【０１０５】
後処理システムに関するこの制御方法が高圧力直接噴射エンジンに使用される場合、動作のためにヒューミゲート（ｆｕｍｉｇａｔｅｄ）燃料を使用する火花点火式エンジンと比較して、領域９５１の範囲がより大きくなり、負荷／速度のプロット上でライン９５０をより高くまで押し上げる傾向となることに留意されたい。すなわち、その実効膨張比は大きくなる傾向があり、これによって、火花点火式エンジンの場合と比較して、一般により低温の排気ガスがエンジンから放出されることになる。
【０１０６】
また、図６に示されたようなシリンダ内再生は、必ずしも再生中にバイパス流量に依拠する必要がないことに留意されたい。すなわち、ライン９５４によって区画される高負荷領域は、再生制御マップの動作の範囲となり得る。この場合、リーンＮＯｘ吸着体の再生のために３つの領域が存在することになる。領域９５１によって表された低負荷方法、領域９５２によって表された中間的負荷方法、およびライン９５４によって区画された高負荷方法は、再生制御マップの全体を表すことになる。各領域は、既に教示されたように、バイパスを必要とせずにシリンダ内再生方法およびインライン再生方法を使用することになる。
【０１０７】
上述したように、再生サイクルは排気ガス温度に依存する。触媒４２内に導入された排気ガスは、最初に触媒を確実に「ライトオフ（ｌｉｔ−ｏｆｆ）」することを保証するための最低温度を超える温度を有することが重要である。燃焼室からの再生工程を制御する付加的な一方法は、比較的遅れた熱放出（火花点火式エンジンの場合にこうなることがあり得る）と、あるいは再生が必要とされる爆発行程の後期に燃焼室内への燃料の遅延または第２の直接噴射とのいずれかを保証するために、燃焼方法または燃焼時期を選択することである。このことはまた、ある量の排気ガスをＮＯｘ処理せずにバイパスラインを通過するように誘導された際に、再生中に関連する利点を伴うようにＮＯｘレベルを低下させ得る。ここで、ＮＯｘレベルを低下させることは利点を有している。他の方法は当業者によく知られている。
【０１０８】
天然ガスは、その大部分がメタンであり、わずかに付加的な重炭化水素（一般的にはＣ２やＣ３の炭化水素）を伴うことから、エンジンが天然ガスを燃料としている場合、メタン貯蔵所３６は燃料貯蔵タンクとなり得る。すなわち、メタン貯蔵所３６は、エンジン燃料タンクなどの天然ガス源となり得る。
【０１０９】
また、バルブ２８および２９は、排気ライン２２内にメタンを直接噴射するインジェクタとなり得る。還元剤流量制御器としてのインジェクタは、メタンの時期および量に対する制御をより高めることが可能であり、したがって、再生サイクルに対する制御をより高めることが可能である。
【０１１０】
触媒を保持するために、例えばセラミック基板ではなく、（その金属基板が触媒４２に対する熱応答を改善する場合）金属基板が一般に好ましい。上述したように、熱応答がより高速であるほど、再生工程をより迅速に完了させることが可能であり、その結果、バイパスライン１２を通って流れる可能性がある未処理の排気ガスの量が低下する。
【０１１１】
後処理システムの付加的な一実施形態は、酸化触媒および改質装置が直列であるが共通の境界は共有しないことを含み、酸化触媒から下流側、かつ触媒４２を伴う改質装置の上流側でメタンを導入するためのバルブを含み得る。こうした下流バルブを通過するメタンの流量は、改質装置内に入る排気ガスの内部で必要となるメタン量に応答して制御され得る。排気ガスは、酸化触媒を通過し終わった後では、その特徴が変化する。このガス内では、酸素がより少なくなり、メタンがより少なくなる。このことは、触媒内においてメタンの酸化が生じたことによるものである。これによって酸素が消費される。メタンは、再生工程内の好ましい成分であるＨ２およびＣＯの供給源を提供するように機能することから（上述の反応４および５を参照）、改質装置内で必要となるメタンの量は、改質装置の上流側の排気流内に存在する量によって決定される。好ましいメタンの量は、酸化触媒を出るガス内に存在するその量と、存在するこの当初のメタンの量に比較して好ましいＨ２およびＣＯ濃度とによって決定され、存在するメタンは酸化触媒内で酸化されないメタンである。
【０１１２】
酸化触媒を通して押し出された後、下流側バイブを介してメタンが補充された排気ガスは、改質装置を通して押し出される。この改質装置は、酸化触媒および燃焼室内で加熱された排気ガスの高温を利用し、ライン２２での改質装置内におけるメタンの改質を駆動し、触媒４２から下流側にＨ２およびＣＯを提供する。この流れは、Ｈ２およびＣＯがＮＯｘ吸着体４６を再生する際に、ＮＯｘ吸着体４６内に誘導される。
【０１１３】
酸化触媒は、触媒４２の一成分になり得るとともに、酸素含有量を低下させるべく排気ガスを酸化させるのに適した任意の酸化触媒になり得る。一例として、適当な酸化触媒は次の反応を促進し得る。
【０１１４】
【数４】
2006502345.tif 000006
単に一例として、この用途で知られた動作状態では、適当なウォッシュコート配合はＡｌ２Ｏ３を含む。当業者に理解されるように、他の適当なウォッシュコート配合が使用されてもよい。
【０１１５】
改質装置は触媒４２の一成分になり得るとともに、この用途に適した改質装置はよく知られている。改質装置は、水によってメタンをＣＯおよびＨ２に変換するのに適当であることが好ましい。一例として、改質装置は、Ａｌ２Ｏ３を含むウォッシュコート材料を伴う貴金属ベースの触媒になり得る。
【０１１６】
ＮＯｘ吸着体４６は概して、リーン状態下で動作している間にＮＯｘを吸着して触媒ウォッシュコートの形で保存しており、ＮＯ２が開放され得るとともに、水素およびリッチ排気ガスを含む再生混合物が吸着体を通過される際、リッチな動作状態下でＮ２に還元される。上述したように、以下は、リーン状態下におけるＮＯ  ＮＯｘｘ吸着体の典型的な動作を表す。
【０１１７】
【数５】
2006502345.tif 000007
およびリッチ状態下では、
【数６】
2006502345.tif 000008
上式において、Ｘはウォッシュコートの形で提供されているとともに、典型的には、アルカリ（例えば、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｅ）、アルカリ土類（例えば、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ）、または希土類（例えば、Ｌａ、Ｙｔ）である。
【０１１８】
触媒４２のライトオフ、ならびに再生中における排気ガスの改質および酸化の促進に役立つために、インライン外部ヒータが使用され得る。大部分の熱は排気ガスによって提供されることが好ましいが、限定ではなく単に一例として、
【０１１９】
過渡応答、
効率検討、
迅速な熱の解放を利用する燃焼方法、
バルブ時期、または
大きな膨張比を利用するシリンダ設計によって排気ガスを放出することが可能であり、これによって再生前または再生中に酸化を開始させるべく、こうしたヒータから恩恵を得ることが可能となる。
【０１２０】
熱交換器は、吸着体４６を再生させた後、触媒４２の出口から、または未使用のガスから、ある量の熱が触媒４２の上流側のライン２２に沿った点に至るまで戻すように誘導し得る。これは、触媒を最初にライトオフした後、こうしたヒータにかかる負荷を低下させるのに役立てるために使用され得る。
【０１２１】
上述した改質では、再生のためのＨ２およびＣＯを生成するために蒸気が必要であることに留意されたい。排気ガスが十分な量の水を有していると、この要求は満たされる傾向がある。しかし、水レベルが低いと、部分酸化触媒（ＰＯＸ）触媒は、水の補充を必要とせずにガスを改質するために使用され得る（反応４参照）。当業者によって理解されるように、他の改質装置も使用され得る。
【０１２２】
メタンを酸化することによって、他の炭化水素と比較してスチームがより入手し易くなる。このことは、上記に比べて一つの付加的な利点となる。
更なる利点が、２つの主成分としてメタンと水素とを組み合わせた燃料が使用される場合に実現され得る。一例として、１０から５０％の水素を有する天然ガスがエンジン燃料として適当となることがあり、且つ再生に適することがある。次いで、こうした燃料は、酸化触媒の前で燃料に導入された水素が、これらの触媒のライトオフに役立ち得るとともに、ラムダが１未満の排気ガス環境の提供に役立ち得ることを本明細書中で検討した実施形態において利用され得る。さらに、ある量の水素が排気流内に提供されることによって、触媒４２に対する負荷が低下する。噴射される燃料内に水素が存在していることから、再生に要する改質はより少なくなる。
【０１２３】
上で教示された排気ガスをバイパスさせるための方法はさらに、排気ガス内に水素が噴射されるにも使用され得る。この場合、その再生方法はＮＯｘ吸着体を通過する目標再生流量によって駆動され、再生中において、関連する燃料の不利益ならびに未処理のＮＯｘおよびＮＯｘスリップの放出を制限しながら効率的に再生が行われることになる。その燃料が還元剤の手近な供給源となるようにエンジンの燃料が水素であれば、このことはさらにより有利となるが、この方法は、外部の改質装置が使用される場合にも同様に有用となる。さらに、上記の、且つ図５に示されたような２ベッド式後処理システムの使用は、目標再生流量を決定した後の再生サイクル中に、ＮＯｘ吸着体の上流側で水素が排気ガス内に直接噴射され得る場合に有用となる。
【０１２４】
本発明のさらなる実施形態は、インライン微粒子フィルタを有する後処理システムを含む。図１を参照すると、微粒子フィルタは、改質装置４２の近傍、かつこの下流側でライン２２内に配置されてもよい。次に、この微粒子フィルタは、再生中にライン２２内に発生した過剰な熱からの恩恵を得ることが可能であり、これにより再生サイクルの完了後にこのラインに酸素が再導入された時点で、微粒子フィルタの全体にわたって発熱が生じることになり、微粒子フィルタの再生サイクルを延長したり省略したりして、ここで回収された煤を焼き払うことができる。しかし、ここで生じる一つの問題は、流量の一部が再生イベント中に微粒子フィルタを迂回されることから、粒子状物質排出の低下に関する微粒子フィルタの有効性が低下することである。
【０１２５】
本発明のさらに別の実施形態では、後処理システムにおいて浄化触媒が使用される。図１を参照すると、浄化触媒（図示せず）は、接合４８を超えてライン２２に提供されてもよい。その触媒は、（再生サイクル中に生じる）バイパスライン１２からＮＯｘ（リーンＮＯｘ触媒）を低下させるために選択され得るし、または再生中に後処理システムを通過する還元剤（ＣＯまたはＨ２）またはその他の炭化水素を取り除くために選択され得るし、または吸着体の任意の脱硫工程中に生じる可能性がある硫化水素を取り除くために選択され得る。
【０１２６】
この開示において流量に言及しているときはいずれも、流量は問題の気体の質量流量またはモル流量である。
バイパスラインが開いたときに再生中のＮＯｘ排気の低減に役立てるために、排気ガス再循環（ＥＧＲ）もまた利用され得る。再生中のＥＧＲ比率の上昇は、燃焼室内で生成されたＮＯｘを低減するこができ、これによって、バイパスライン１２を通って大気中に出るＮＯｘ流量がより少なくなる。さらに、ＥＧＲの上昇は、再生中の排気ガス内の酸素濃度を低下させるためにも使用されることができ、同様に、酸化触媒に対する負荷を低下させて再生サイクル中の酸素を減少させ、かつ酸素を燃やすために要するメタンの量を減少させることができる。
【０１２７】
メタンは水素の好ましい供給源であるが、当業者に理解されるように、エタン、プロパンおよびブタンなどの他の気体状炭化水素（ただし、これらに限らない）を含む他のより軽い炭化水素（一般的には、気体状炭化水素）が使用され得る。
【０１２８】
本発明の特定の要素、実施形態および応用が図示され、かつ記載されたが、当業者であればこの開示の趣旨を逸脱することなく（特に、上述の教示に比べて）修正を行うことが可能であることから、本発明は当然これらに限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るＮＯｘ管理システムの概要を示す図。
【図２】排気ガスの特徴を時間に対してプロットして表すグラフ。再生サイクルの全体にわたるいくつかのシステムの特徴が含まれる。
【図３】閉ループ制御方法で使用するために提供される再生サイクルの全体にわたって、流量傾斜を伴う速度に対するトルクのエンジン動作マップを示す図。
【図４】再生中に、エンジンから出てＮＯｘ触媒を通過する排気ガスの流量対温度を示すグラフ。
【図５】２ベッド式バイパス後処理システムを備える本発明の代替的実施形態を示す図。
【図６】インライン再生と、シリンダ内再生との両方で利用する閉ループ制御方法で使用するために提供される再生サイクルの全体にわたって、流量傾斜を伴う速度に対するトルクのエンジン動作マップを表す本発明のための制御方法の代替的実施形態を示す図。
【図１】
2006502345.tif 000009
【図２】
2006502345.tif 000010
【図３】
2006502345.tif 000011
【図４】
2006502345.tif 000012
【図５】
2006502345.tif 000013
【図６】
2006502345.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月22日(2004.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンＮＯｘ吸着体を再生する方法であって、前記リーンＮＯｘ吸着体は、動作中の内燃エンジンの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスからＮＯｘを除去するために使用され、前記方法は、
（ａ）前記リーンＮＯｘ吸着体を介して前記排気ガスの目標再生流量を決定する工程と、
（ｂ）前記リーンＮＯｘ吸着体に前記排気ガスの再生流量を誘導する工程であって、前記再生流量は、
前記目標再生流量が前記エンジンからの排気ガス流量よりも小さい場合、前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記排気ガスのバイパス流量を迂回させて、前記再生流量を前記目標再生流量と実質的に同じとする工程、および
前記目標再生流量が前記エンジンからの前記排気ガス流量よりも大きい場合、前記排気ガスの実質的に全てを前記リーンＮＯｘ吸着体に誘導する工程の一方によって確立されており、
前記エンジンからの前記排気ガス流量および前記バイパス流量は、
エンジン速度、
エンジン負荷、
前記エンジンの吸気マニホールド温度、
吸気流量、
前記エンジン内への燃料流量、
前記エンジンの吸気圧力、
前記エンジンから出る前記排気ガスに関して計測される流量、
排気ガス温度、および
排気ガス圧力の少なくとも一つを参照して確立されていることと、
（ｃ）前記リーンＮＯｘ吸着体の全域で前記再生流量のラムダを１未満に維持するために、前記排気ガスの内部、かつ前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、還元剤を反応させる工程とを含む方法。
【請求項２】
前記目標再生流量は、前記排気ガス内のＮＯｘ濃度の少なくとも一部に基づいて決定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記還元剤は水素である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記還元剤は炭化水素である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記炭化水素はメタンを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記排気ガス内で前記メタンが改質されることによって、前記再生流量内に水素を導入する工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記燃料および前記還元剤は互換性がある請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記バイパス流量が第２のリーンＮＯｘ吸着体に誘導される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
内燃エンジンの少なくとも一つの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法であって、前記方法は、
前記エンジンの通常動作中に、リーンＮＯｘ吸着体に前記排気ガスの全てを誘導する工程と、
再生サイクル開始時間および再生サイクル終了時間によって定義される再生サイクルによって、前記リーンＮＯｘ吸着体を周期的に再生する工程であって、前記再生サイクル中に
（ａ）前記リーンＮＯｘ吸着体を介して前記排気ガスの目標再生流量を決定する工程と、
（ｂ）前記リーンＮＯｘ吸着体に前記排気ガスの再生流量を誘導する工程であって、前記再生流量は、
前記目標再生流量が前記エンジンからの前記排気ガス流量よりも小さい場合、前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記排気ガスのバイパス流量を迂回させて、前記再生流量を前記目標再生流量と実質的に同じとする工程、および
前記目標再生流量が前記エンジンからの前記排気ガス流量よりも大きい場合、前記排気ガスの実質的に全てを前記リーンＮＯｘ吸着体に誘導する工程の一方によって確立されており、
前記エンジンからの前記排気ガス流量および前記バイパス流量は、
エンジン速度、
エンジン負荷、
吸気マニホールド温度、
吸気流量、
前記エンジン内への燃料流量、
吸気圧力、
前記エンジンから出る前記排気ガスに関して計測される流量、
排気ガス温度、および
排気ガス圧力の少なくとも一つを参照して決定されることと、
（ｃ）前記リーンＮＯｘ吸着体の全域で前記再生流量のラムダを１未満に維持するために、前記排気ガスの内部、かつ前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、還元剤を反応させる工程とを含む方法。
【請求項１０】
前記還元剤は水素である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記還元剤は炭化水素である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記炭化水素はメタンを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記排気ガス内で前記メタンが改質されることによって、前記再生流量内に水素を導入する工程をさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記燃料および前記還元剤は互換性がある請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記炭化水素の反応は、前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記バイパス流量を誘導する前に、前記排気ガス内で生じる請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記炭化水素の反応は前記再生流量の内部で生じる請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記炭化水素は、バルブおよびインジェクタの少なくとも一方によって前記排気ガス内に誘導される請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記再生サイクル終了時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記再生流量の前記ラムダが所定の閾値濃度未満となる際に決定される請求項９に記載の方法。
【請求項１９】
前記再生サイクル終了時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記還元剤の濃度が所定の閾値濃度を超える際に決定される請求項９に記載の方法。
【請求項２０】
前記再生サイクル終了時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側のＣＯまたはＨ２の少なくとも一方の濃度が所定の閾値濃度を超える際に決定される請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記再生流量は少なくとも一つのバルブによって制御される請求項９に記載の方法。
【請求項２２】
前記再生流量は、バイパスライン内のバイパスバルブおよび排気ライン内の排気バルブによって制御される請求項９に記載の方法。
【請求項２３】
前記バイパスバルブは可変制御バルブである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記排気バルブは可変制御バルブである請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記再生サイクル開始時間は、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記排気ガス内のＮＯｘ濃度が前記エンジンから出るＮＯｘ濃度に比較して閾値濃度を超える際に決定される請求項９に記載の方法。
【請求項２６】
前記エンジンが所定の低負荷、低速のモードで動作しているとき、前記燃焼室の内部での前記燃料の燃焼の結果として前記排気ガスの前記ラムダが１未満となることをさらに含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２７】
前記エンジンは直接噴射エンジンである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記再生サイクル中に、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側の前記排気ガスを浄化触媒に誘導する工程をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項２９】
前記浄化触媒は前記排気ガスからＮＯｘを除去する請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記浄化触媒は前記排気ガスから還元剤を除去する請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記浄化触媒は前記排気ガスから硫化水素を除去する請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で、微粒子フィルタに前記排気ガスを誘導する工程をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項３３】
前記バイパス流量が第２のリーンＮＯｘ吸着体に誘導される請求項９に記載の方法。
【請求項３４】
リーンバーン内燃エンジンの少なくとも一つの燃焼室内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムを備える内燃エンジンを動作させる方法であって、前記方法は、
（ａ）前記エンジンの通常動作中に、リーンＮＯｘ吸着体にリーン燃料混合物の燃焼に由来する前記排気ガスの全てを誘導する工程と、
（ｂ）高負荷方法、中間的負荷方法および低負荷方法の一つから選択され、前記排気ガスを前記リーンＮＯｘ吸着体に通過させる所定の再生方法を用いて前記リーンＮＯｘ吸着体を周期的に再生する工程であって、
前記高負荷方法の間、
前記ＮＯｘ吸着体の全域で前記排気ガスのラムダを１未満に維持するために、前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で還元剤を反応させ、
前記低負荷方法の間、
前記排気ガスの前記ラムダが１未満となるような前記排気ガスを生成するために、前記通常動作のリーンバーンから前記燃焼室内の前記燃料のリッチバーンに遷移し、
前記中間的負荷方法の間、
前記ラムダが１未満となるような前記排気ガスを生成するために、前記通常動作のリーンバーンからリッチ環境での前記燃焼室内の前記燃料のリッチバーンに遷移する工程、および前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側で還元剤を反応させる工程によって、前記ＮＯｘ吸着体の全域で前記排気ガスの前記ラムダを１未満にすることとを含む方法。
【請求項３５】
動作中の内燃エンジンの燃焼室内での燃料の燃焼中に生成された排気ガスからＮＯｘを除去するための後処理システムであって、前記後処理システムは、
（ａ）前記エンジンからの前記排気ガスを誘導するための排気ライン、
（ｂ）前記ＮＯｘを除去するために前記排気ライン内に配置されたリーンＮＯｘ吸着体、
（ｃ）前記リーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記排気ラインに配置され、還元剤の酸化または改質を促進することが可能な再生触媒、
（ｄ）前記触媒の上流側で、還元剤貯蔵所から前記排気ラインへ前記還元剤を送るための還元剤ライン、
（ｅ）前記排気ライン内への前記還元剤の流量を制御するために、前記還元剤ライン内に配置された還元剤流量制御装置、
（ｆ）前記リーンＮＯｘ吸着体の周囲に前記排気ガスを誘導するためのバイパスライン、
（ｇ）前記バイパスライン内の第２のリーンＮＯｘ吸着体、
（ｈ）前記バイパスラインを介して前記排気ガスの流量を制御することが可能な少なくとも一つのバイパス流量制御装置、
（ｉ）制御装置、
（ｊ）前記制御装置に制御情報を提供し、前記制御情報に応答して前記制御装置が前記少なくとも一つのバルブの調整が可能な少なくとも一つのセンサを備える後処理システム。
【請求項３６】
前記還元剤は水素である請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項３７】
前記還元剤は気体状炭化水素であり、前記排気ガスに水素を供給するために、前記触媒は前記気体状炭化水素を還元することが可能である請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項３８】
前記触媒は、酸化触媒と直列の改質装置である請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項３９】
前記触媒は酸化触媒である請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４０】
前記触媒は、改質装置と化合された酸化触媒を含む請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４１】
前記再生触媒の近傍の前記排気ガスが所定の閾値温度未満の温度であり、前記所定の閾値温度未満では前記触媒が前記還元剤の反応を効率的に促進することが不可能であるとき、前記還元剤を酸化するために、前記エンジンの近傍に第２の密結合触媒をさらに備える請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４２】
前記還元剤を前記排気ライン内に噴射させるためのインジェクタをさらに備える請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４３】
前記バイパス流量制御装置はバルブである請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４４】
前記還元剤貯蔵所は前記エンジンの燃料システムである請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４５】
前記再生触媒の下流側で、かつ該再生触媒の近傍において、前記排気ライン内に配置された微粒子フィルタをさらに備える請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４６】
前記バイパスライン内に第２のリーンＮＯｘ吸着体をさらに備える請求項３５に記載の後処理システム。
【請求項４７】
前記第２のリーンＮＯｘ吸着体の上流側の前記バイパスライン内に配置された第２の再生触媒をさらに備える請求項４６に記載の後処理システム。
【請求項４８】
前記後処理システムは、前記リーンＮＯｘ吸着体の下流側に配置された浄化触媒をさらに備え、前記浄化触媒は、前記排気ガスから、
（ａ）前記ＮＯｘ、
（ｂ）前記還元剤、および
（ｃ）硫化水素の少なくとも一つを除去することが可能である請求項３５に記載の後処理システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
低負荷状態下で再生サイクルを動作させる付加的な一方法は、エンジンブロック１１内部の燃焼室内で、燃料リッチな可燃混合物（好ましくはメタンを含む）を燃やすことである。もう一つの方法として、そのサイクルの後期において、燃料の噴射によって燃料をリーンに燃やす方法が使用され得る。燃料は燃焼室内で、または排気内もしくは触媒上で酸化し得る。各場合において、このことは、過剰なＣＯおよび若干のＨ２を生成する一方、リッチ排気ガス環境を作る。この方法では、必要な還元剤がリッチ排気ガス環境内に存在している場合、触媒４２にメタンを提供する必要がない。好ましくは、こうした方法は、典型的には軽負荷に関連する流量および温度が低い場合の状態に制限され、吸着体４６に流量全体を通過させることが望ましい場合には低速度状態またはアイドル状態に制限される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
したがって、図６を参照すると、効率的なシリンダ内再生が実現され得る領域は、図６中のライン９５０の下側である。効果的なインライン再生が実現され得る領域は、ライン９５０の上側である。シリンダ内再生とインライン再生とのいずれもが効率的でない領域は、図６中のライン９５０で囲まれた領域９５２として定義される。領域９５２では、シリンダ内再生とインライン再生との組み合わせを使用することによって、エンジンマップのこの領域を管理することが可能となる。この組み合わせ法の一実施形態は、そのエンジンに関して、排気内の酸素濃度を低下させるために、再生中に燃焼環境のリッチ化を提供する。同時に、排気ガス温度を増加させるために（および、エンジン放出のＮＯｘ排気を低下させるために）火花時期が遅延されてもよいし、遅延されなくてもよい。排気ガス内の化学種と反応させて酸素ポテンシャルをさらに低下させるとともに、ＮＯｘ吸着体の再生に役立つ状態を作るために、ある量の還元剤が再生触媒の上流側に噴射される。


【国際調査報告】
2006502345.tif 000015
2006502345.tif 000016