(57)【要約】より低温で内燃機関の排気流からＮＯＸを除去し、より高温で排気流の中へＮＯＸを放出して戻すシステム（１０）および方法は、所定の温度より低温でＮＯＸを選択的に吸着し、かつ所定の温度より高温でＮＯＸを脱着することが可能である吸着剤（３０）を持つ吸蔵体を有する。システムは増大されるＮＯ２／ＮＯ比を生じるようにコールド運転中にエンジンを運転するエンジン制御モジュールを有する。システムはまた、リーンＮＯＸトラップ等の触媒コンバータ（２２）を有する。
2006509137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータの中へ入る前に、内燃機関の低温の排気流からＮＯＸを除去し、高温で前記排気流の中へ前記ＮＯＸを放出して戻すエミッション制御システムにおいて、
入力装置を有し、内燃機関に接続されることに適合するエンジン制御モジュールと、該エンジン制御モジュールは前記入力装置での排気流の温度を表す信号の受信に応じて、前記内燃機関の前記排気流中のＮＯ２／ＮＯ比を増大することと、
前記内燃機関の排気マニホールドとの連通に適合するインレットおよび内燃機関触媒コンバータとの連通に適合するアウトレットを有するハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置される吸着剤と、該吸着剤は所定の温度より低温でＮＯＸを選択的に吸着することができ、かつ所定の温度より高温でＮＯＸを脱着することができることによって、前記エンジン制御モジュールが前記内燃機関に接続され、および前記ハウジングが前記エンジン排気マニホールドおよび前記触媒コンバータの間に連結される場合には、前記エンジン制御モジュールは前記内燃機関の前記排気流の前記ＮＯ２／ＮＯ比を増大することによって前記入力装置で前記信号の受信に応答することとを備えるエミッション制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記所定の温度は約２００℃である装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記吸着剤は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属の交換カチオンを含有するゼオライトを有する装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記吸着剤はアルカリ土類金属の交換カチオンを含有するゼオライトを有する装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記吸着剤はカルシウムの交換カチオンを含有するゼオライトを有する装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記吸着剤はチャバザイト、エリオナイト、フォージャサイト、合成Ａ型ゼオライト、合成Ｘ型ゼオライト、または合成Ｙ型ゼオライトを有する装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記吸着剤はカルシウム交換された合成Ｙ型ゼオライトを有する装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、前記吸着剤はカルシウム交換された合成Ｙ型ゼオライトを有する装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、前記アウトレットと連通する前記吸着剤から流体力学的に下流の前記ハウジングの前記内部に配置される触媒コンバータを有する装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、前記触媒コンバータはＬＮＴ、ＳＣＲ、およびアクティブ型の脱ＮＯＸ触媒の１つである装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置において、前記排気流の温度を表す前記信号を発生するための前記エンジン制御モジュール入力装置に接続されるセンサを有する装置。
【請求項１２】
低温で内燃機関の排気流からＮＯＸを除去し、高温で前記排気流の中へ前記ＮＯＸを放出して戻すシステムにおいて、
入力装置を有し内燃機関に接続されることに適合するエンジン制御モジュールと、該エ
ンジン制御モジュールは、排気流の温度を表す信号の前記入力装置での受信に応じて前記内燃機関の前記排気流中のＮＯ２／ＮＯ比を増大することと、
前記内燃機関の前記排気流との連通に適合するインレットおよびアウトレットを有する吸蔵体と、該吸蔵体は所定の温度より低温でＮＯＸを選択的に吸着することができ、かつ所定の温度より高温でＮＯＸを脱着することができる吸着剤を有することと、
前記吸蔵体アウトレットと連結される触媒コンバータとを備えるシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記吸着剤は水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属の交換カチオンを含有するゼオライトを有する装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の装置において、前記吸着剤はアルカリ土類金属の交換カチオンを含有するゼオライトを有する装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の装置において、前記吸着剤はカルシウムの交換カチオンを含有するゼオライトを有する装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載の装置において、前記吸着剤はチャバザイト、エリオナイト、フォージャサイト、合成Ａ型ゼオライト、合成Ｘ型ゼオライト、または合成Ｙ型ゼオライトを有する装置。
【請求項１７】
請求項１２に記載の装置において、前記吸着剤はカルシウム交換された合成Ｙ型ゼオライトを有する装置。
【請求項１８】
請求項１２に記載の装置において、前記触媒コンバータはＬＮＴ、ＳＣＲ、およびアクティブ型の脱ＮＯＸ触媒の１つである装置。
【請求項１９】
所定の温度より低温で内燃機関の排気流からＮＯＸを除去し、かつ前記所定の温度より高温で前記排気流の中へ前記ＮＯＸを放出して戻す方法において、
ａ）内燃機関の排気流の温度を検知する工程と、
ｂ）検知される前記温度が所定の温度より低い場合に前記排気流に増大されるＮＯ２／ＮＯ比を生じるために前記内燃機関を制御する工程と、
ｃ）前記所定の温度より低温でＮＯＸを選択的に吸着することができ、かつ前記所定の温度より高温でＮＯＸを脱着することができる吸着剤を有する吸蔵体に排気流を通過する工程とを有する方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記所定の温度より大きなライトオフ温度を有する触媒コンバータに吸蔵体から前記排気流を通過し、かつ検知される前記温度が前記所定の温度および前記ライトオフ温度の間にある場合に前記排気流の前記温度が急速に上昇するように前記内燃機関を運転する工程を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にコールド運転（cold operation）中の車両排気窒素酸化物の除去および貯蔵用の装置および方法に関する。より詳細には、本発明はコールド運転中の車両の排気から窒素酸化物を吸蔵するためのゼオライトの使用に関する。窒素酸化物は後で車両エンジンが暖まるにつれ、続く触媒コンバータによる処理のためにゼオライトより放出される。
【背景技術】
【０００２】
自動車車両エンジンなどの内燃機関の運転は、多くの気体の排気副生成物を生み出す。これらの副生成物に含まれるのは、未燃焼炭化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、および当業者にはＮＯＸとして周知の種々の窒素−酸化化合物、等の汚染物質である。ＮＯＸは、内燃機関の排気中に見出されるように、主として酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ２）からなる。ＮＯＸは、眼、鼻、および喉の炎症を含みこれらに限定されない多くの問題を引き起こし得る汚染物質である。ＮＯＸはまた水と結合して酸性析出物の成分である酸を生じる。現代の自動車車両はこれらの問題を軽減するためのエンジン排気処理システムを装備されており、環境規則に従う。
【０００３】
多くの場合において、エンジン排気処理システムは未燃焼炭化水素を排気から吸収するための吸着剤を有する。吸着剤はエンジンから導出する排気配管中に配置される。吸着剤は未燃焼炭化水素を引寄せて、吸着剤表面上の間隙の空間に蓄積する。吸着剤はその後の触媒コンバータの酸化作用がライトオフ（light off ）温度に到達するまで未燃焼炭化水素を物理的に吸蔵する。ライトオフ温度では、吸着剤はまた下流の触媒コンバータへ輸送するために未燃焼炭化水素を放出する、高温に達する。その後、触媒コンバータは排気ガス中の未燃焼炭化水素を非汚染ガスに酸化および転化する。
【０００４】
一般的な型の触媒コンバータは当業者にはリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）として周知である。名前が示すように、ＬＮＴはＮＯＸを非汚染ガスに転化する。ＬＮＴは、しかしながら、約２００℃より上、臨界のライトオフ温度に到達した後でのみ、高効率で作用し最大量のＮＯＸを除去する。低い雰囲気温度を持つ場所で始動される自動車の場合、ＬＮＴがこの臨界のライトオフ温度に到達するには数分を要し、この間にＮＯＸは大気へ不都合に流出する。この場合では、運転サイクルの間に生じる全ＮＯＸテールパイプエミッションの５０％超は、ＬＮＴを２００℃に到達させる時間の間に発生し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＮＴまたは他のＮＯＸ除去技術が約２００℃より低いときには内燃機関のコールド運転中に大気へ流出するＮＯＸ量を減少する装置を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はコールド運転中に車両排気ガス窒素酸化物エミッションを制御するシステムに関する。システムはＮＯ２／ＮＯ比を変化させる制御装置、ＮＯＸの貯蔵および放出用の吸蔵体、およびＮＯＸ減少用の触媒コンバータを有する。制御装置は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ、気筒休止（cylinder deactivation ）、酸化触媒、非平衡プラズマ等の技術を利用してＮＯ２／ＮＯ比を増大することができる。吸蔵体はゼオライト系の吸着体であることができ、触媒コンバータは、ＬＮＴ、ＳＣＲ（含Ｎ還元剤を用いる選択的触媒還元法）、脱ＮＯＸ触媒（パッシブ型またはＨＣ噴射のアクティブ型）等の任意の適当な装置であることができる。システムは、車両のコールド運転中の有意なＮＯＸ減少を達成
するために、制御装置、吸蔵体、および触媒コンバータの選択される特性を統合する。
【０００７】
本発明によると、低温で内燃機関の排気流からＮＯＸを除去し、かつ高温で排気流の中へ前記ＮＯＸを放出して戻す装置が提供される。装置は、内燃機関の排気流と連絡するインレットおよび内燃機関触媒コンバータと連通するアウトレットを有する吸着体ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置される、所定の所望の高効率な温度（好ましくは約２００℃）より低温でＮＯＸを選択的に吸着することができ、かつ所定の温度より高温でＮＯＸを脱着することができる吸着剤とを有する。触媒コンバータは吸着体ハウジング内または別のハウジング内に配置されることができる。例として本明細書中では約２００℃の温度を用いるが、本発明はその近傍の温度に限定されない。ゼオライトがＮＯＸを保持する高い方の温度範囲は約１７０〜２００℃であり、幾つかの触媒材料はその温度範囲でライトオフする。しかしながら、吸蔵体材料の放出温度特性に調和することにより、および触媒材料のライトオフ温度特性により、任意の種々の所定の高効率温度は運転のために選択され得る。
【０００８】
本発明の装置は詳細にはエンジンのコールド運転中に内燃機関排気流からＮＯＸを除去および貯蔵すること、および続いてそのＮＯＸを触媒コンバータの運転温度で排気流の中へ再噴射して戻すことに有用である。エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）は、エンジンおよびエミッション制御システムの運転状況についての情報を提供する複数のセンサからセンサ信号を受取る。例えば、センサは、空気流量センサ（ＭＡＦ）、吸気マニホールド絶対圧力センサ（ＭＡＰ）、スロットル位置センサ（ＴＰＳ）、車両速度センサ（ＶＳＳ）、エンジン回転数センサ（ＲＰＭ）、冷却液温度センサ（ＴＭＰ）、加熱排気ガス酸素センサ（ＨＥＧＯ）、排気ガス温度センサ（ＥＧＴ）、および触媒監視センサ（ＣＭＳ）を有することができる。センサからの信号に基づき、ＥＣＭは、ＬＮＴがライトオフ温度に到達するまで、コールド運転中にエンジンが増大されたＮＯ２／ＮＯ比を持つ排気ガスを排出するように運転させるために、排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブおよび燃料制御装置を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付する図面に照らして考慮される場合、上記の利点は、本発明の他の利点と共に、以下の好適な実施様態の詳細な説明から当業者らには容易に明白となるであろう。
本発明は低温で内燃機関の排気流からＮＯＸを除去し、かつ高温で前記排気流の中へ前記ＮＯＸを放出して戻す装置に関する。装置は、内燃機関の排気流と連絡するインレットおよび内燃機関の触媒コンバータと連絡するアウトレットを有する吸着体ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置される、高効率な温度（好適には約２００℃）より低温でＮＯＸを選択的に吸着することができ、かつ高効率な温度より高温でＮＯＸを脱着することができる吸着剤とを有する。
【００１０】
本発明による吸着剤は、アルミニウムおよびケイ素の酸化物の無限に延びる四面体骨格に基づく結晶性無機高分子体であるゼオライトを有する。四面体骨格はチャネルすなわちカチオンにより専有される相互連絡する間隙の経路を有する。ケイ素−アルミニウム比が低い場合、ＮＯＸの吸蔵および貯蔵は本発明に従い高められる。
【００１１】
Ｃａ２＋等の２価のアルカリ土類金属の交換カチオンを有するゼオライトは、約２００℃より低温で、また高温で、ＮＯＸ分子をそれぞれ貯蔵し、また放出できることが発見されている。本発明の実施に有用な交換カチオンは、水素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および遷移金属のイオンを含む。アルカリ土類金属のうち、好適なカチオンが調製されるものは、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、およびラジウムを含む。有用な天然ゼオライトは、チャバザイト、エリオナイト、およびフォージャサイトを含んでよく、有用な合成ゼオライトは、Ａ型、Ｘ型、およびＹ型ゼオライトを含む。好適な吸着剤はカ
ルシウム交換されたＹ型ゼオライトである。本発明の吸着剤システムは、ゼオライトのイオン的なネットワークと相互作用するイオン対（ＮＯ＋ＮＯ２−）の形成に基づき、二酸化窒素−酸化窒素比が約１と等しいかまたは約１より高い時に最適に機能する。
【００１２】
本発明は、内燃機関の排出物から流れる排気ガスを処理するため、排気システムの配管、典型的には例えばリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）等の触媒コンバータの上流に設置されることに適合した装置を提供する。従来の内燃機関からの排気ガスは、上述の好適な二酸化窒素−酸化窒素比より低い量の二酸化窒素および酸化窒素を含んでいる。
【００１３】
運転中、排気ガスがハウジングのインレットに入り、かつ吸着剤が約２００℃のより低温の場合、吸着剤上の間隙は排気ガス流からＮＯＸを引寄せて吸蔵する。このように、吸着剤は排気ガス流からのＮＯＸの粗分離（bulk separation ）をもたらす。内燃機関の排気ガス流が暖まることにより吸着剤が２００℃より高温に加熱されるのに従い、吸着剤は吸着剤の間隙に貯蔵されるＮＯＸを脱着することにより、下流の触媒コンバータによる続く無害な生成物への変換のためにＮＯＸを放出する。このように、吸着剤は内燃がコールド運転から活性化される毎に、吸着−脱着プロセスの熱サイクルを経る。
【００１４】
図１を参照すると、例えば内燃機関用の排気システムは一般に１０で示される。排気システム１０は排気管１２の上流端１４に、排気ガス（図示せず）を提供するガソリンまたはディーゼルエンジン等の排気源（図示せず）を有する。排気ガスは、排気管１２の上流端１４から排気管１２の下流端１６に、排気管１２の中を矢印１８により示されるガス流路を流れる。
【００１５】
本発明による装置は符号２０として一般的に示され、排気管１２の上流端１４および、例えばリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）２２等の触媒コンバータを仲介する排気管１２に連結される。装置２０はインレット端２６およびアウトレット端２８を持つハウジング２４を有する。排気ガスの流路１８中に吸着表面３２を持つ少なくとも１つの吸着剤３０は、ハウジング２４の内部に配置される。
【００１６】
運転中、排気ガスがハウジングのインレットに入り、かつ吸着剤３０が約２００℃より低温の場合、吸着剤３０は排気ガスが吸着表面３２と接触する時に排気ガス中のＮＯＸを除去および貯蔵する。吸着剤３０が約２００℃より高く加熱される時に、吸着剤３０はＮＯＸをＬＮＴ２２へ放出する。
【００１７】
次に図２を参照すると、例えば内燃機関用の排気システムは符号４０として一般的に示される。排気システム４０は排気管４２の上流端４４に、排気ガス（図示せず）を提供するガソリンまたはディーゼルエンジン等の排気源（図示せず）を有する。排気ガスは、排気管４２の上流端４４から排気管４２の下流端４６に、排気管４２の中を矢印４８により示されるガス流路を流れる。
【００１８】
本発明による装置の別の実施様態は符号５０として一般的に示され、排気管４２の上流端４４および、例えばリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）５２等の触媒コンバータを仲介する排気管４２に連結される。装置５０はインレット端５６およびアウトレット端５８を持つ吸着剤ハウジング５４を有する。吸着剤ハウジング５４およびＬＮＴ５２は共通のハウジング６４内に囲まれる。排気ガスの流路４８中に吸着表面６２を持つ吸着剤６０は、ハウジング５４の内部に配置される。
【００１９】
運転中、排気ガスがハウジングのインレットに入り、かつ吸着剤６０が約２００℃より低温の場合、吸着剤６０は排気ガスが吸着表面６２と接触する時に排気ガス中のＮＯＸを除去および貯蔵する。吸着剤６０が約２００℃より高い時に、吸着剤６０はＮＯＸをＬＮ
Ｔ５２へ放出する。
【００２０】
図３に示されるのは、本発明によるエンジンエミッション制御システム７０である。内燃機関７２は吸気マニホールド７４および排気マニホールド７６を提供される。スロットル（図示せず）は大気等の空気源７８からエンジン７２に受入れられる新たな空気の量を制御する。排気マニホールド７６を通じてエンジン７２の外に流れる排気ガスの小さな部分は、マニホールド間に連結される通路８０を通じて吸気マニホールド７４へ戻される。再循環される排気ガスの量は排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ８２を調節することにより制御される。バルブ８２はバルブに接続されるエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）８４からの制御信号に応答する。ＥＣＭ８４はまた、エンジン７２へ届けられる燃料の量を決定する制御信号を発生するために、燃料制御装置８６に接続される。
【００２１】
排気マニホールド７６は、上述の吸収体３０および６０の一方のような吸蔵体８８のインレットに連結される。吸蔵体８８のアウトレットは、上述のリーンＮＯＸトラップ２２および５２または他の適当な装置等の触媒コンバータ９０のインレットに連結される。ＥＭＣ８４はエンジン７２およびエミッション制御システム７０の運転状況についての情報を提供する複数のセンサ９２からセンサ信号を受取る。例えば、センサ９２は、空気流量センサ（ＭＡＦ）、吸気マニホールド絶対圧力センサ（ＭＡＰ）、スロットル位置センサ（ＴＰＳ）、車両速度センサ（ＶＳＳ）、エンジンＲＰＭセンサ（ＲＰＭ）、冷却液温度センサ（ＴＭＰ）、加熱排気ガス酸素センサ（ＨＥＧＯ）、排気ガス温度センサ（ＥＧＴ）、および触媒監視センサ（ＣＭＳ）を有することができる。典型的には、ＨＥＧＯセンサはコンバータ９０へのインレットの上流の排気ガス流中に配置され、ＥＧＴセンサはコンバータ中に配置され、かつＣＭＳはコンバータからのアウトレットの下流に配置される。センサ９２からの信号に基づき、ＥＣＭ８４はコンバータ９０がライトオフ温度に到達するまで、コールド運転中にエンジンが増大されたＮＯ２／ＮＯ比を持つ排気ガスを排出するように運転させるために、ＥＧＲバルブ８２および燃料制御装置８６を制御することができる。
【００２２】
本発明によるシステムの熱制御性能は、詳細には２つの点で有利である。１つは、吸蔵体８８中のゼオライト材料はコンバータ９０のライトオフ温度が到達される前にＮＯＸで満たされるため、それ以上のＮＯＸは排気ガスから除去されることができない。もう１つは、システム７０が劣化するにつれ、吸蔵体８８中のゼオライト材料の脱着温度は降下し、同時にコンバータ９０中の触媒のライトオフ温度は上昇する。第２の点はＮＯＸがもはや保持されず触媒はまだライトオフに到達しない温度領域を生み出す。これらの両方の点で、エンジン７２の運転は、触媒コンバータ９０を通過するであろうＮＯＸの量を最小化するために、排気ガスに急速な温度上昇を生み出すように管理されることができる。例えば、典型的には１以上の吸気バルブを休止することにより残る気筒を激しく運動させ排気ガスの温度上昇を速めるために、ＥＭＣ８４はエンジン７２に関連する気筒休止装置９４に接続される。
【００２３】
要約すると、本発明によるシステム７０は、車両エンジンのコールド運転中の窒素酸化物を減少するために、制御装置、吸蔵体、および触媒コンバータを統合する。制御装置８４は、エンジンを出る排気ガスのＮＯ２／ＮＯ比を増大するために、エンジン管理技術を利用する。比を制御する方法の１つはＥＧＲバルブ８２の利用である。比を制御する別の方法は気筒休止装置９４の利用である。比を制御するさらに他の方法は、燃料制御装置８６および／または空気源７８を調節する、または酸化触媒または非平衡プラズマ等の付加物を挿入するためのＥＣＭ８４の利用を伴うことができる。ゼオライト系の吸蔵体８８は所定の温度より低温でＮＯＸを保持し、所定の温度より高温でＮＯＸを放出する。触媒コンバータ９０は、ＮＯＸを減少するために所定の温度またはより低温でライトオフし、ＬＮＴ、ＳＣＲ、またはアクティブ型の脱ＮＯＸ触媒であることができる。
【００２４】
ＮＯ２／ＮＯ比は１と等しいかまたは１より高くあることは要求されない。排気ガスがエンジン７２を出る際には、ＮＯ留分は主要なＮＯＸ種である。ＮＯ２含有量の任意の増大はゼオライト吸蔵体８８の効率を増大するであろう。ＮＯ２／ＮＯ比が１の場合、カルシウム交換されたＹ型ゼオライトは最適な効率を持つであろう。しかしながら、システム７０は１より高いおよび低い比で運転するであろう。触媒コンバータ９０がライトオフ温度より低温に降下する任意の場合にも、吸蔵体８８の温度がＮＯＸ脱着温度より低温であればシステム７０は作動するであろう。
【００２５】
特許法の規定に従い、本発明は好適な実施様態を表すと思われるものにより説明される。しかしながら、本発明が、詳細に図示および説明されるのとは別な方法で、その精神または範囲から逸脱することなく実施されることができることは注目されるべきである。例えば、本発明は内燃機関の排気システム内の別の容器として、またはＬＮＴ用の同じハウジングの一部分として具体化されることも可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による内燃機関から流れる排気ガスを処理するための装置の概略図。
【図２】内燃機関からの流路を流れる排気ガスを処理するための装置の別の実施様態の概略図。
【図３】本発明によるエンジンエミッション制御システムのブロック図。
【図１】
2006509137.tif 000003
【図２】
2006509137.tif 000004
【図３】
2006509137.tif 000005
【国際調査報告】
2006509137.tif 000006
2006509137.tif 000007
2006509137.tif 000008