(57)【要約】リーンバーン内燃機関エンジンのための排気システムであって、当該システムはＮＯｘ捕捉部２を備えている。当該システムはリーンバーン状態の間に炭化水素（ＨＣ）を酸化するための酸化触媒１を更に備えており、当該酸化触媒１はＮＯｘ捕捉部（２）の上流側に位置している。
2004507650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン内燃機関エンジンのための排気システムにおいて、
ＮＯｘ捕捉部を備え、またリーンバーン状態の間に炭化水素（ＨＣ）を酸化するための酸化触媒部を具備し、ＮＯｘ捕捉部の上流側に酸化触媒部が位置する
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
更にＮＯｘ捕捉部の下流側において他の酸化触媒部を具備していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
その酸化触媒部もしくは各酸化触媒部は、白金族金属（ＰＧＭ）、あるいは任意の二つ若しくはそれ以上の白金族金属の混合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
ＰＧＭは、プラチナ（Ｐｔ）若しくはパラジウムであり、好ましくはＰｔであることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
酸化触媒部は、炭化水素（ＨＣ）捕捉部でもあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
ＨＣ捕捉部は、ゼオライトと、アルミナ、シリカ・アルミナ、チタニア、或いはジルコニアのうちの少なくとも一の成分と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
ＨＣ捕捉部は、β−ゼオライト、γータイプのゼオライト、ＺＳＭ−５タイプのゼオライト、或いはＵＳγータイプのゼオライトを含んでいることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
ＨＣ捕捉部はアルミナ上のＰｔであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
三元触媒部（ＴＷＣ）を、好ましくは密接に結びついた配置状態の三元触媒部を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
ＮＯｘ捕捉部の上流側にＳＯｘ捕捉部を更に備え、ＴＷＣを有する場合には当該ＳＯｘ捕捉部はＴＷＣの下流側に位置する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
ＮＯｘ捕捉部の下流側に浄化触媒を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
各識別可能領域において酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部をサポートする基材。
【請求項１３】
流通モノリスであることを特徴とする請求項１２に記載の基材。
【請求項１４】
酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部を具備するシェル状体もしくは缶状体であって、任意的に請求項１２若しくは１３に基づいているシェル状体もしくは缶状体。
【請求項１５】
リーンバーン内燃機関エンジンと、請求項１乃至１１のいずれかに記載の排気システムと、を具備する乗り物。
【請求項１６】
エンジンは、リーンバーンガソリンエンジンであって、好ましくはガソリンダイレクトインジェクションエンジンであることを特徴とする請求項１５に記載の乗り物。
【請求項１７】
エンジンは、ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１５に記載の乗り物。
【請求項１８】
リーン作動状態の間にリーンバーンエンジンからの排気ガスにおけるＨＣの量を減少させる方法において、排気ガスがＮＯｘ捕捉部を通過する前にリーン排気ガスを酸化触媒部を通過させる工程を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１９】
リーンバーンエンジンからのリーン排気ガスにおけるＨＣ量を減少させるためのＮＯｘ捕捉部下流側における酸化触媒部の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、リーンバーン（希薄燃焼）内燃エンジンのための排気システムに係り、特に、ＮＯｘ捕捉部を具備する排気システムに関する。
【０００２】
輸送手段に動力を供給するためにリーン作動状態の下で作動するエンジンに、製造者はますます興味を示している。リーンバーンエンジンで生み出されるＣＯ２が少ないということが、このことにについての一つの理由である。これは好都合である。なぜならば、将来の排気法規はＣＯ２を減少させることを目的としており、また消費者は更なる燃料節約に関する利益を得ることができるからである。
【０００３】
リーンバーンエンジンの一形態は、ガソリンダイレクトインジェクションエンジンである。これは化学量論的および非常に効率が良い（リーンな）条件の下で機能するように設けられている。作動がリーンな場合、比較的低いレベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）が形成され、その窒素酸化物（ＮＯｘ）が、比較的高いレベルの酸素が存在する状態で還元される（取り除かれる）ことはできない。結果として、ＮＯｘは、作動がリーンな場合に、例えばニトレイト（硝酸塩）として”ＮＯｘ捕捉部”に貯留される。定期的に、排気ガスが豊富になってしまい、例えば未燃炭化水素（ＨＣ）のような過剰還元体は、窒素に対して貯留されているＮＯｘを還元する。作動がリーンな場合、排気ガスは比較的高いレベルの未燃ＨＣを含んでいる。
【０００４】
将来に向けたガソリンダイレクトインジェクションエンジンからの排気を処理するために提案されている現在のシステムは、密接に結びついたスリーウエイ触媒（三元触媒）（ＴＷＣ）と、床下式のＮＯｘ捕捉部と、を有している。ＮＯｘ捕捉部は、熱力学的にＮＯｘを貯留することができようにするために床下式に配置され、約５５０℃以下とする必要がある。ＴＷＣの主な役割は、化学量論的な条件の下で排気を制御することである。コールド・スタート排気を減少させるために、それは比較的迅速に着火温度に到達する必要がある。
【０００５】
提案されたシステムにおける主な問題は、作動がリーンな場合における比較的高いレベルのＨＣを処理するその能力である。ＴＷＣは、このようなことを行うためには設けられておらず、またＮＯｘ捕捉部でもない。将来の法規に適合させることは、一般的なリーンバーンエンジンに必要なものであり、特にリーンバーンガソリンエンジンはＨＣに関して厳しい。
【０００６】
非常に驚いたことに、我々は今回以下のことを発見した。すなわち、ＮＯｘ捕捉部の上流側において排気システムが酸化触媒部を具備する場合にはＨＣの後処理がリーンバーンエンジンにとって改善されうる、ということを発見した。我々は、この所見がガソリンリーンバーンエンジン用の排気システムに用いられうるということを認識する一方で、当該所見がディーゼルタイプの応用例に関しても有用であるということを認識した。
【０００７】
一側面によれば、発明はリーンバーン内燃エンジンのための排気システムを提供し、当該システムはＮＯｘ捕捉部を含むシステムであって、そのシステムはリーンバーン状態の間に炭化水素（ＨＣ）を酸化するための酸化触媒部を具備しており、酸化触媒部はＮＯｘ捕捉部の上流側に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
ここでいう”リーンバーンエンジン”によって、その通常の作動の少なくとも一部の間にリーンな化学量論的なエアー（空気）対燃料の割合でそれが作動することができるように、すなわちλ＞１でそれが作動することができるように、制御されたエンジンを我々は意図している。エアアシストダイレクトインジェクションおよび高圧ダイレクトインジェクションを有するものを含む様々なインジェクターを用いた部分的にリーンバーンするガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、或いは圧縮天然ガスや鉱油ガスのような代替燃料で作動するエンジンを、ここで定められているリーンバーンエンジンは含んでいる。
【０００９】
酸化触媒部は、典型的には可能な限り広い温度範囲で、特に下位の温度で、酸素を有するガス状成分の反応をもたらすためにわざわざ設けられている。酸素がガス流における反応のために利用される場合には、触媒が酸化する。酸化触媒部の活性成分は、白金やパラジウムの他に、銅やモリブデンやコバルトのような酸化に関して活性な卑金属、あるいは酸化に関して活性な他の遷移元素を含みうる。
【００１０】
ＴＷＣは、ＨＣや一酸化炭素を酸化するとともにＮＯｘを還元するために、わざわざ設けられている。ＴＷＣのオペレイティング・ウインドを拡げるために酸素貯留要素（ＯＳＣ）が含まれうる一方で、λ＝１のエアー対燃料の比で或いはその近傍で機能するようにＴＷＣが設けられている。典型的なＴＷＣの活性成分は、酸化のためのプラチナ及び／又はパラジウムや、還元のためのロジウムである。ＯＳＣはセリアに基礎（ベース）がおかれうるようになっている。
【００１１】
ＧＢ−Ａ−２３４２０５６では、ＯＳＣの上流側部分に備え付けられたＮＯｘ捕捉部を有するガソリンダイレクトインジェクションエンジンのような内燃機関エンジンのための触媒コンバーターが説明されている。ＯＳＣは、リーン作動の間に酸素を吸集し、ＮＯｘ捕捉部のリッチ再生の間にそれを解放するようになっており、ＮＯｘのより効率的な脱離および還元を可能にするために、過剰酸素がＨＣを酸化するのに用いられ、それによってＮＯｘ捕捉部上での発熱が増加するようになっている。セリア・ベースのＯＳＣは、リーン作動状態の下におけるＨＣのための酸化触媒部ではない。
【００１２】
ＮＯｘ捕捉部は、リーン状態の間にＮＯｘを吸集して貯留し、リッチ状態の間に貯留されているＮＯｘを解放して接触還元するように、わざわざ設けられている。リーン運転の間に定期的にリッチな作動にするために、これにはエンジンを制御することが必要とされる。ＮＯｘ捕捉部は、典型的には、３つの機能のための活性な材料を有している。この３つの機能のための活性な材料は、白金（プラチナ）のような酸化触媒部と、例えばアルカリ金属や炭酸バリウムに代表されるようなアルカリ土類化合物のような吸集体と、ロジウムのような還元触媒と、である。
【００１３】
テールパイプの外に出されるＨＣレベルを減少させることの明白な利点に加えて、酸化触媒部がＮＯｘ捕捉部の上流側に配置された実施例では、酸化触媒部がＮＯｘ捕捉部を更に効率的に機能させることを可能にするということも、我々は発見した。従って、上述のガソリンダイレクトインジェクションのための提案されている後処理システムにおいてＮＯｘ捕捉基材により占められている同体積に関し、本発明に基づく上流側の酸化触媒部および下流側のＮＯｘ捕捉部の組み合わせは、同様のＮＯｘ捕捉部の活性をもたらすとともに、システムが比較的高いレベルのＨＣを処理することを可能にする。別の方法で言えば、ＮＯｘ捕捉部のみの場合と酸化触媒部／ＮＯｘ捕捉部の発明の場合との間におけるプラチナ族金属の総コストは等しい。
【００１４】
我々は理論に拘束されることを望まないが、ＮＯｘ捕捉部の酸化触媒部の構成要素によっても実現される機能である、ＮＯ２を生成するためのＮＯと酸素との反応を促進する上流酸化触媒部によってこの現象がもたらされていると、我々は考えている。
【００１５】
それ故に、エンジンのリーン作動の間における本発明の利点には、ＨＣの放出の減少と、ＣＯの放出の減少と、ＮＯ→ＮＯ２の酸化と、（上述の他の３つの利点に加えて）ＮＯｘ捕捉部の効率の良さをももたらすＨＣの除去と、が含まれる。
【００１６】
他の実施の形態において、システムはＮＯｘ捕捉部の下流側において他の酸化触媒部を具備している。この触媒は、いつの間にか上流側の酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部を通過するＨＣを処理することができるようになっている。
【００１７】
ディーゼルの応用例では、酸化触媒部は、酸化触媒部上におけるＨＣによってＮＯｘのある程度低温の還元の利点をももたらすようになっている。
【００１８】
好適には、酸化触媒部はＨＣ捕捉部でもある。ＨＣ捕捉部はゼオライトを含み得る。このようなゼオライトとして、例えば、γタイプのゼオライト、ＺＳＭ−５タイプのゼオライト、およびＵＳ−γタイプのゼオライト、モルデン沸石、βーゼオライト、ＺＳＭ５が考えられる。ＨＣ捕捉部がゼオライトを有する場合には、それにアルミナが、好ましくはアルミナ上のプラチナ、シリカ・アルミナ、チタニアおよび／またはジルコニアが、混ぜられうるようになっている。この実施の形態は、ＨＣ捕捉部が熱くなった際にＨＣが吸集されてからＨＣが放出されうるような始動の直後において、ＨＣを制御することに関して特に役立つ。それから放出されたＨＣは下流側で酸化されうる。なぜならば、ＨＣが放出されるまでには、酸化触媒部はその着火温度に達しているはずだからである。ＨＣ捕捉部の温度ウインドの組み合わせ及び下流の触媒についての更なる情報は、ＥＰ−Ａ−０８３０２０１を参照とすることができる。
【００１９】
好ましくは、本発明において用いられる酸化触媒部の活性成分は、プラチナ族金属（ＰＧＭ）或いはそのうちの任意の２つ或いはそれ以上の混合物である。その一方で、酸化に関して活性な主金属（ベース金属）やそのうちの任意の２つ或いはそれ以上の混合物も使用されうる。酸化に関して活性な主金属（ベース金属）は、銅、ニッケル、モリブデン、およびコバルトを含み、他の活性な遷移元素が必要に応じて使用されうる。我々がプラチナを選り好むようなＰＧＭが活性成分である場合には、パラジウムがその代わりに使用されうるようになっている。任意の２つ或いはそれ以上のＰＧＭの組み合わせが使用されうるようになっており、例えばプラチナおよびパラジウムの混合物のようなものも使用されうる。
【００２０】
好ましい実施の形態において、本発明に基づくシステムは、また、ガソリン応用例のための密接に結びついた三元触媒を有している。更なる好ましい実施の形態において、システムは酸化触媒部の上流側においてＳＯｘ捕捉部を有しており、この存在箇所は、密接に結びついた三元触媒の下流側であることが好ましい。ＳＯｘ捕捉部に関する組成の含有物に関連する活性物質には、アルカリ土類金属合成物やアルカリ金属合成物や任意の２つ或いはそれ以上の混合物が含まれる。触媒物質の硫黄被毒（硫黄中毒）は既知の問題である。状態が（高温／リッチ、還元状態）であって排気システムの触媒物質のどんなものにもＳＯｘが吸集されないという場合を除いて、システムにおいてＳＯｘがＮＯｘ捕捉部に接触することが好ましい。ＳＯｘ捕捉部の再生は定期的に訪れるこれらの状態によって影響されうるものであって、これはエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の制御に基づいて影響されうるものである。燃料内の硫黄のレベルが減少するのに伴って、システムにおいてＳＯｘ捕捉部を有することが必ずしも必要ではなくなるかもしれない。ＳＯｘ捕捉部についての更なる詳細に関しては、我々のＥＰ−Ａ−０８１４２４２を参考にしうる。
【００２１】
更なる好ましい実施の形態において、発明に基づく排気システムは、ＮＯｘ捕捉部の下流側において浄化触媒部を具備している。これは、ＳＯｘ捕捉部を具備するシステムであって、ＳＯｘ捕捉部が再生されるとＨ２Ｓが生成される可能性があるとともにそれが不快な臭いを持つようなシステムにおいて特に役立つ。これに対抗するために、浄化触媒部は、セリアのような酸素貯留要素と、プラチナのような酸化要素と、ロジウムに代表されるＮＯｘ還元要素と、Ｎｉｏ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｎＯ２，ＣｏＯおよびＣｒＯ２に代表されるＨ２Ｓを抑制する要素と、を有している。他に採りうる実施の形態として、浄化触媒部は、発明の酸化触媒部をいつのまにか通過しているＨＣに対処することができるように構成されてもよく、これはＨＣをＨ２ＯおよびＣＯ２に酸化するためにガス流において不十分な酸素となるような箇所において存在しうるようになっている。この実施の形態において、浄化触媒部は、セリアのような触媒活性を有する酸素貯留要素を有している。
【００２２】
酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部は、それぞれ、流通ハチの巣状モノリスのような分離した基材に設けられうるようになっている。モノリスは金属やセラミックとすることができる。セラミックはコージライトとすることができるが、アルミナ、ムライト、炭化珪素（シリコン・カーバイド）、ジルコニア、或いはナトリウム／ジルコニア／フォスフェイト（リン酸塩）を代わりに用いることもできる。とりわけ好ましい実施の形態では、ＮＯｘ捕捉部および酸化触媒部が、単一基材若しくは”レンガ状体”に設けられ、それぞれ識別可能な領域を占有している。コーティングされた基材の製造は、当業者にとって周知な方法に従って行われうるようになっており、ここにおいて更なる説明は行わない。好ましくは、ＮＯｘ捕捉部および酸化触媒部基材は、シェル状あるいは缶状を有している。
【００２３】
更なる側面によれば、本発明は、本明細書で示されているようなリーンバーン内燃機関を有する乗り物（車両、輸送手段）と、発明に基づく排気システムと、を提供する。
【００２４】
エンジンはリーンバーンガソリンエンジンとすることができ、好ましくはガソリンダイレクトインジェクション（ＧＤＩ）エンジンあるいはディーゼルエンジンである。
【００２５】
リーンバーンガソリンエンジンのための好ましい排気システムは、酸化触媒部の上流側において密接に結びついたＴＷＣを有している。
【００２６】
エンジンがリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンであっても、排気ガスはＮＯｘ捕捉部の上流側において（ＴＷＣの下流側に存在する）ＳＯｘ捕捉部を有しうるとともに、ＮＯｘ捕捉部の下流側において浄化触媒部を有しうる。
【００２７】
本発明の更なる好ましい実施の形態は、添付した図面を参照して以下において詳細に説明されている。
【００２８】
更なる側面によれば、発明は、リーン作動状態の間におけるリーンバーンエンジンからの排気ガスに含まれるＨＣ量を減少させる方法を提供する。その方法は、排気ガスがＮＯｘ捕捉部を通過する前に、リーン排気ガスが酸化触媒部を通過するようにさせることを含んでいる。
【００２９】
更なる側面によれば、発明は、リーンバーンエンジンからのリーン排気ガス中におけるＨＣの量を減少させるために、ＮＯｘ捕捉部の上流側における酸化触媒部の使用を提供する。
【００３０】
発明が更に十分に理解されるように、本発明に基づくシステムの好ましい実施の形態が、添付された図面を参照して説明される。
【００３１】
図１は、ＧＤＩエンジンの使用に関して提案された従来技術の排気システムの概略図である。図２は、以下の実施の形態における比較を目的として提供された排気システムの概略図である。図３は、リーンバーン内燃機関における使用に関する本発明の基本概念を具体化する排気システムを示す概略図である。図４は、図３に示された排気システムの他に採りうる実施の形態を示す概略図である。図５は、三元触媒を有するリーンバーンガソリンエンジンと共に使用する発明の実施の形態を示す概略図である。図６は、リーンバーン内燃機関で使用するためのＳＯｘ捕捉部を有する発明に基づく実施の形態を示す概略図である。図７は、リーンバーン内燃機関で使用するための浄化触媒部を有する発明に基づく実施の形態を示す概略図である。図８は、リーンバーンガソリンエンジンで使用するための三元触媒およびＳＯｘ捕捉部を有する発明に基づく実施の形態を示す概略図である。図９は、ＳＯｘ捕捉部および浄化触媒部を有するディーゼルエンジンで使用するための発明に基づく実施の形態を示す概略図である。図１０は、三元触媒、ＳＯｘ捕捉部および浄化触媒部を有するリーンバーンガソリンエンジンで使用するための発明に基づく実施の形態を示す概略図である。
【００３２】
図１を参照すると、１は発明に基づく酸化触媒部を示し、２はＮＯｘ捕捉部を示し、３は三元触媒部を示し、４はＳＯｘ捕捉部を示し、５は浄化触媒部を示し、Ｕは排気システムの上流端部を示し、Ｄは排気システムの下流端部を示している。
【００３３】
図面は自己説明的であって、以下の説明はここで示されている所定のタイプの実施の形態の理解を向上させるのに提供されるものであると、我々は考えている。
【００３４】
図３〜図１０のそれぞれでは、発明に基づく酸化触媒部がＨＣ捕捉部であることが好ましい。ＨＣ捕捉部は好ましくは、γタイプのゼオライト、ＺＳＭ−５タイプのゼオライト、およびＵＳ−γタイプのゼオライトに代表されるゼオライトを含んでいる。他に採りうる実施の形態では、ＨＣ捕捉部はアルミナ上にサポートされたプラチナである。
【００３５】
図９に示されている実施の形態では、浄化触媒部が、セリアやセリア含有要素のような触媒作用を持つ酸素貯留要素を有している。
【００３６】
図１０に示されている実施の形態では、浄化触媒部が、セリアのような酸素貯留要素と、プラチナのような酸化要素と、ロジウムに代表されるＮＯｘ還元要素と、Ｎｉｏ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｎＯ２，ＣｏＯおよびＣｒＯ２に代表されるＨ２Ｓを抑制する要素と、を有している。
【００３７】
発明が十分に理解されるように、図解する目的のためだけに以下の実施の形態が用いられる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
装置
ベンチ・テスト・セルでは、４シリンダー、１．８リットル、１９９７年モデルであって、日本の市場に関してキャリブレーションがとられた乗り物（車両、輸送手段）からのミツビシダイレクトインジェクションエンジンには、直流ダイナモメーターが取り付けられた。オリジナルのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）は切断され、エンジンの制御はエンジン管理制御システム（ＥＭＡＣＳ）によるものであった。ＮＯｘ捕捉テクノロジーとの使用に関し適合するエンジン制御方策が、我々の研究の目的に関する排気システムに対し適用されうるようにするために、これが行われた。特に、ＥＭＡＣＳは、均質モードおよびリーンバーン燃焼モードの両モードにおけるイグニッションおよびインジェクションのタイミングと持続との完全な制御を可能にした。
【００３９】
エンジンは、一方が均質モードであり他方がリーンモードである二組のマップのうちの一つに基づいて作動させられるようになっていた。イグニッション及びインジェクションについてのタイミング及び持続に関する基礎マップは、ベンチテストで使用されたものと同様のモデルのエンジンを具備した乗り物であってリバース・エンジニアリングによるこの情報にマップの基礎をおいている乗り物のＥＣＵからのデータを、まず記録することによって生成された。均質モードでは、エンジンは一定範囲のエンジンのスピードおよび負荷で作動され、基礎マップに対する補充マップは、λ＝１運転下におけるＮＯｘ、ＣＯおよびＨＣ排気の最良排気となるように生成された。リーンモードは、同一のスピードおよび負荷要求で均質モードにおいて到達されるトルクに適合させることによりマッピングされた。
【００４０】
ベンチテスト・リグにおける触媒の位置づけは以下のようになった。４００セル・パー・平方インチ（（ｃｐｓｉ）６２セルｃｍ−２）および０．１５ｍｍの肉厚および２２％エンジン押しのけ容積（ＥＳＶ）の容積セラミック基材上における、９３ ｇ ｆｔ−３パラジウムおよび７ ｇ ｆｔ−３ロジウムでのパラジウム／ロジウム三元触媒部が、エンジン排気マニホルドから略３０ｃｍの非常に近接して結びついた位置に取り付けられた。下流の触媒は、同様に分離−取付可能缶状体の全体において１３３％ＥＳＶであって、密接に結びついた触媒から２００ｃｍ奥に引っ込んで取り付けられ、床下位置に対応していた。排気計測のためのサンプル・ポイントは、スターター触媒の前であって、床下式の触媒を収容する缶状体の後に位置していた。ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ２、ＣＯおよびＯ２の濃度は、前の密接に結びついた触媒および後のＮＯｘ捕捉部ガス濃度の両者の連続的な計測を可能とするように、ＭＥＸＡ（Ｍｏｔｏｒ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ａｎａｌｙｓｅｒ）９５００ガスのデュアル・バンクを使用することによって計測された。サーモカップル（熱電対）は、床下およびスターター触媒の両者の流入コーンと流出コーンとに適合させられた。一方のサーモカップルは、１インチ（２．５４ｃｍ）ベッド温度計測を与えるために、床下式触媒に２５ｍｍ入り込んで配置された。
【００４１】
テストに先立って、エンジンはアイドリング状態で十分にウォーミングアップさせられた。均質モードでは、床下式触媒に対する入口温度が２１０℃となるように、その後エンジンが作動させられた。それから、リーン運転に切り換えられ、エンジンから排出されるＮＯｘが３００ｐｐｍとなるまで排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ位置が調整された。ＥＧＲバルブ位置は記録され、リーンセットポイント（リーン定位置）として参照される。エンジンは均質モードに切換復帰され、ＥＧＲバルブは閉じられた。リッチセットポイント（リッチ定位置）は、ラムダ０．８０を得るようにフュエル・インジェクターのパルス幅を増加させることにより獲得された。一連のリーン／リッチサイクルは以下のようにして行われた。リーンモードでは、システムのＮＯｘ効率が７５％よりも下位に落ちるまで、ＥＧＲバルブがリーンセットポイントにされた。それから、リッチセットポイントにおけるインジェクターの持続と共に、エンジンは１５秒間均質モードに切換復帰された。サイクルは５回繰り返されて、各サイクルに関して得られる結果は記録された。この手順は他の温度で繰り返された。排気システムはエンジンに適合させられて、上記プロトコルが追随され、データが収集された。
【００４２】
テストされた排気システムにおける構成要素の割付は以下の表１に示されている。報告された全てのテストにおいて、触媒は経年（老年）状態であった。三元的に密接に結びついた触媒は、窒素のバランスがとられた状態で１０％のＯ２および１０％のＨ２Ｏの下において１１００℃で４時間、熱水経年（老年）された。床下式触媒システムは、窒素のバランスがとられた状態で２％のＯ２および１０％のＨ２Ｏの下において８５０℃で４時間、熱水経年（老年）された。
【００４３】
システム１は、上流側触媒Ａと、１００ｇｆｔ−３（３．５３ｇｌ−１）のプラチナおよび２０ｇｆｔ−３（０．７ｇｌ−１）のロジウムを有するＮＯｘ捕捉部と、３３％ＥＳＶで、４００ｃｐｓｉ（６２セルｃｍ−２）、肉厚０．１５ｍｍのコーティングされたセラミック基材と、を含んで構成されている。触媒Ｂは、６０ｇｆｔ−３（２．１２ｇｌ−１）のプラチナおよび２０ｇｆｔ−３（０．７ｇｌ−１）のロジウムでのＮＯｘ捕捉部と、コーティングされた６００ｃｐｓｉ（９３セルｃｍ−２）、肉厚０．１ｍｍ、１００％ＥＳＶのセラミック基材と、である。この配置は、添付した図面の図２において概略的に示されている。
【００４４】
システム２は、上流側触媒Ａと、アルミナ−ゼオライト混合材料の上にコーティングされた１００ｇｆｔ−３（３．５３ｇｌ−１）のプラチナを有する新型のリーン酸化触媒部と、４００ｃｐｓｉ（６２セルｃｍ−２）、肉厚０．１５ｍｍ、３３％ＥＳＶのコーティングされたセラミック基材と、を含んで構成されている。触媒Ｂは、システム１において触媒Ｂとして示されているＮＯｘ捕捉部形成部と同じである。この配置は、添付した図面の図５に概略的に示されている。
【００４５】
【表１】
2004507650.tif 000003
【００４６】
結果
エンジンから出されるＨＣおよびテールパイプＨＣは５サイクルから平均化されている。
【００４７】
システム１
【表２】
2004507650.tif 000004
【００４８】
システム２
【表３】
2004507650.tif 000005
【００４９】
結論
ＮＯｘ捕捉部の上流側に酸化触媒部を具備するシステム２は、２１０，２９１および３４０℃でのリーン炭化水素変換が、ＮＯｘ捕捉部のみのシステム１と比較して改善されている。６％のＨＣ変換に至るまでの改善が２９１℃において見られ、平均の改善は２−３％である。このオーダーの排気における改善は、ヨーロッパのステージＩＶ法に適合させることが重要である。ＮＯｘ貯留受容能力の３３％のＥＳＶの除去にもかかわらず、システム２のＮＯｘ貯留機能は、システム１と比較して低下していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＧＤＩエンジンの使用に関して提案された従来技術の排気システムの概略図である。
【図２】
上述の実施の形態における比較を目的として提供された排気システムの概略図である。
【図３】
リーンバーン内燃機関における使用に関する本発明の基本概念を具体化する排気システムを示す概略図である。
【図４】
図３に示された排気システムの他に採りうる実施の形態を示す概略図である。
【図５】
三元触媒を有するリーンバーンガソリンエンジンと共に使用する発明の実施の形態を示す概略図である。
【図６】
リーンバーン内燃機関で使用するためのＳＯｘ捕捉部を有する発明に基づく実施の形態を示す概略図である。
【図７】
リーンバーン内燃機関で使用するための浄化触媒部を有する発明に基づく実施の形態を示す概略図である。
【図８】
リーンバーンガソリンエンジンで使用するための三元触媒およびＳＯｘ捕捉部を有する発明に基づく実施の形態を示す概略図である。
【図９】
ＳＯｘ捕捉部および浄化触媒部を有するディーゼルエンジンで使用するための発明に基づく実施の形態を示す概略図である。
【図１０】
三元触媒、ＳＯｘ捕捉部および浄化触媒部を有するリーンバーンガソリンエンジンで使用するための発明に基づく実施の形態を示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
2004507650.tif 000006
2004507650.tif 000007
2004507650.tif 000008
2004507650.tif 000009
2004507650.tif 000010
2004507650.tif 000011
2004507650.tif 000012
2004507650.tif 000013
2004507650.tif 000014
2004507650.tif 000015
2004507650.tif 000016
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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月17日(2002.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【書類名】明細書
【発明の名称】排気システムを備えたリーンバーンガソリンエンジン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気システムを備えたリーンバーンガソリンエンジンにおいて、当該システムはＮＯｘ捕捉部を備えるとともに、λ＞１の状態の間に未燃炭化水素（ＨＣ）を酸化するための酸化触媒部を具備していることを特徴とし、当該酸化触媒部はＮＯｘ捕捉部の上流側に位置しているエンジン。
【請求項２】
ＮＯｘ捕捉部の下流側において他の酸化触媒部を更に具備していることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
酸化触媒部は、白金族金属（ＰＧＭ）、あるいは任意の二つ若しくはそれ以上の白金族金属の混合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
【請求項４】
ＰＧＭは、プラチナ（Ｐｔ）若しくはパラジウムであって、好ましくはＰｔであることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
酸化触媒部は、炭化水素（ＨＣ）捕捉部でもあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジン。
【請求項６】
ＨＣ捕捉部は、ゼオライトと、アルミナ、シリカ・アルミナ、チタニア、或いはジルコニアのうちの少なくとも一の成分と、を含むことを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
ＨＣ捕捉部は、β−ゼオライト、γータイプのゼオライト、ＺＳＭ−５タイプのゼオライト、或いはＵＳγータイプのゼオライトを含んでいることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
ＨＣ捕捉部はアルミナ上のＰｔであることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
【請求項９】
排気システムは、更に三元触媒部（ＴＷＣ）を、好ましくは密接に結びついた配置状態で、具備することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のエンジン。
【請求項１０】
前記システムは、ＮＯｘ捕捉部の上流側にＳＯｘ捕捉部を更に具備することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のエンジン。
【請求項１１】
前記システムは、ＮＯｘ捕捉部の上流側であってＴＷＣの下流側にＳＯｘ捕捉部を更に具備することを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１２】
ＮＯｘ捕捉部の下流側に浄化触媒を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のエンジン。
【請求項１３】
排気システムは、各識別可能領域において酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部をサポートする基材を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のエンジン。
【請求項１４】
基材は、流通モノリスであることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１５】
請求項１乃至１２のいずれかに記載のエンジンにおいて、
排気システムは、酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部を具備するシェル状体もしくは缶状体を更に具備し、
任意的に請求項１３或いは１４に基づく
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のエンジン。
【請求項１６】
ガソリンダイレクトインジェクションエンジンであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のエンジン。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載のエンジンを備えた乗り物。
【請求項１８】
λ＞１の状態の間にリーンバーンガソリンエンジンからの排気システムにおける未燃ＨＣの量を減少させる方法において、
排気ガスがＮＯｘ捕捉部を通過する前に、リーン排気ガスが酸化触媒部を通過するようにさせることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
リーンバーンガソリンエンジンからのλ＞１の排気ガスにおける未燃ＨＣの量を減少させるためのＮＯｘ捕捉部の上流側における酸化触媒部の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、排気システムを備えたリーンバーン（希薄燃焼）ガソリンエンジンに関し、とりわけ、ＮＯｘ捕捉部を具備する排気システムを備えたリーンバーンガソリンエンジンに関する。
【０００２】
輸送手段に動力を供給するためにリーン作動状態の下で作動するエンジンに、製造者はますます興味を示している。リーンバーンエンジンで生み出されるＣＯ２が少ないということが、このことにについての一つの理由である。これは好都合である。なぜならば、将来の排気法規はＣＯ２を減少させることを目的としており、また消費者は更なる燃料節約に関する利益を得ることができるからである。
【０００３】
リーンバーンエンジンの一形態は、ガソリンダイレクトインジェクションエンジンである。これは化学量論的および非常に効率が良い（リーンな）条件の下で機能するように設けられている。作動がリーンな場合、比較的低いレベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）が形成され、その窒素酸化物（ＮＯｘ）が、比較的高いレベルの酸素が存在する状態で還元される（取り除かれる）ことはできない。結果として、ＮＯｘは、作動がリーンな場合に、例えばニトレイト（硝酸塩）として”ＮＯｘ捕捉部”に貯留される。定期的に、排気ガスが豊富になってしまい、例えば未燃炭化水素（ＨＣ）のような過剰還元体は、窒素に対して貯留されているＮＯｘを還元する。作動がリーンな場合、排気ガスは比較的高いレベルの未燃ＨＣを含んでいる。
【０００４】
将来に向けたガソリンダイレクトインジェクションエンジンからの排気を処理するために提案されている現在のシステムは、密接に結びついたスリーウエイ触媒（三元触媒）（ＴＷＣ）と、床下式のＮＯｘ捕捉部と、を有している。ＮＯｘ捕捉部は、熱力学的にＮＯｘを貯留することができようにするために床下式に配置され、約５５０℃以下とする必要がある。ＴＷＣの主な役割は、化学量論的な条件の下で排気を制御することである。コールド・スタート排気を減少させるために、それは比較的迅速に着火温度に到達する必要がある。
【０００５】
提案されたシステムにおける主な問題は、作動がリーンな場合における比較的高いレベルのＨＣを処理するその能力である。ＴＷＣは、このようなことを行うためには設けられておらず、またＮＯｘ捕捉部でもない。将来の法規に適合させることは、一般的なリーンバーンエンジンに必要なものであり、特にリーンバーンガソリンエンジンはＨＣに関して厳しい。
【０００６】
非常に驚いたことに、我々は今回以下のことを発見した。すなわち、ＮＯｘ捕捉部の上流側において排気システムが酸化触媒部を具備する場合にはＨＣの後処理がリーンバーンエンジンにとって改善されうる、ということを発見した。
【０００７】
一側面によれば、発明は排気システムを備えたリーンバーンガソリンエンジンを提供し、このシステムはＮＯｘ捕捉部を具備しており、λ＞１の状態の間に状態の間に未燃の炭化水素（ＨＣ）を酸化するための酸化触媒部をシステムが具備しており、酸化触媒部はＮＯｘ捕捉部の上流側に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
ここでいう”リーンバーンガソリンエンジン”によって、その通常の作動の少なくとも一部の間に、リーンな化学量論的なエアー（空気）対燃料の割合でそれが作動することができるように、すなわちλ＞１でそれが作動することができるように、制御されたエンジンを我々は意図している。エアアシストダイレクトインジェクションおよび高圧ダイレクトインジェクションを有するものを含む様々なインジェクターを用いた部分的にリーンバーンするガソリンエンジンを、ここで定められているリーンバーンガソリンエンジンは含んでいる。
【０００９】
酸化触媒部は、典型的には可能な限り広い温度範囲で、特に下位の温度で、酸素を有するガス状成分の反応をもたらすためにわざわざ設けられている。酸素がガス流における反応のために利用される場合には、触媒が酸化する。酸化触媒部の活性成分は、白金やパラジウムの他に、銅やモリブデンやコバルトのような酸化に関して活性な卑金属、あるいは酸化に関して活性な他の遷移元素を含みうる。
【００１０】
ＴＷＣは、ＨＣや一酸化炭素を酸化するとともにＮＯｘを還元するために、わざわざ設けられている。ＴＷＣのオペレイティング・ウインドを拡げるために酸素貯留要素（ＯＳＣ）が含まれうる一方で、λ＝１のエアー対燃料の比で或いはその近傍で機能するようにＴＷＣが設けられている。典型的なＴＷＣの活性成分は、酸化のためのプラチナ及び／又はパラジウムや、還元のためのロジウムである。ＯＳＣはセリアに基礎（ベース）がおかれうるようになっている。
【００１１】
ＧＢ−Ａ−２３４２０５６では、ＯＳＣの上流側部分に備え付けられたＮＯｘ捕捉部を有するガソリンダイレクトインジェクションエンジンのような内燃機関エンジンのための触媒コンバーターが説明されている。ＯＳＣは、リーン作動の間に酸素を吸集し、ＮＯｘ捕捉部のリッチ再生の間にそれを解放するようになっており、ＮＯｘのより効率的な脱離および還元を可能にするために、過剰酸素がＨＣを酸化するのに用いられ、それによってＮＯｘ捕捉部上での発熱が増加するようになっている。セリア・ベースのＯＳＣは、リーン作動状態の下におけるＨＣのための酸化触媒部ではない。
【００１２】
ＮＯｘ捕捉部は、リーン状態の間にＮＯｘを吸集して貯留し、リッチ状態の間に貯留されているＮＯｘを解放して接触還元するように、わざわざ設けられている。リーン運転の間に定期的にリッチな作動にするために、これにはエンジンを制御することが必要とされる。ＮＯｘ捕捉部は、典型的には、３つの機能のための活性な材料を有している。この３つの機能のための活性な材料は、白金（プラチナ）のような酸化触媒と、例えばアルカリ金属や炭酸バリウムに代表されるようなアルカリ土類化合物のような吸集体と、ロジウムのような還元触媒と、である。
【００１３】
ＥＰ０８９３１４４では、ダイレクトインジェクションディーゼルエンジンにおけるＮＯｘ捕捉部を脱硫することに関する方法および装置が説明されている。
【００１４】
一実施の形態において、λ＞１の状態の下でＳＯｘを脱離するのに十分な温度にＮＯｘ捕捉部を加熱するために、酸化触媒部の上流側上で発熱が生み出される。
【００１５】
これは、λ＞１の状態を維持している間に、追加のＨＣを吹き込むことおよび／またはエンジンを絞ること及びフュエル・インジェクションを遅らせることによって行われる。選択的に、水性ガスのシフトを促進するＮＯｘ捕捉部の上流側における酸化触媒部の成分を含むことにより１−１０％の間のＣＯ含有量を有するほとんど酸素が含まれていない排気流が生成され、当該生成によってλ＜１の状態の下においてＳＯｘが除去される。
【００１６】
テールパイプの外に出されるＨＣレベルを減少させることの明白な利点に加えて、酸化触媒部がＮＯｘ捕捉部の上流側に配置された実施例では、酸化触媒部がＮＯｘ捕捉部を更に効率的に機能させることを可能にするということも、我々は発見した。従って、上述のガソリンダイレクトインジェクションのための提案されている後処理システムにおいてＮＯｘ捕捉基材により占められている同体積に関し、本発明に基づく上流側の酸化触媒部および下流側のＮＯｘ捕捉部の組み合わせは、同様のＮＯｘ捕捉部の活性をもたらすとともにシステムが比較的高いレベルのＨＣを処理することを可能にする。別の方法で言えば、ＮＯｘ捕捉部のみの場合と酸化触媒部／ＮＯｘ捕捉部の発明の場合との間におけるプラチナ族金属の総コストは等しい。
【００１７】
我々は理論に拘束されることを望まないが、ＮＯｘ捕捉部の酸化触媒部の構成要素によっても実現される機能である、ＮＯ２を生成するためのＮＯと酸素との反応を促進する上流酸化触媒部によってこの現象がもたらされていると、我々は考えている。
【００１８】
それ故に、リーンバーンガソリンエンジンのリーン作動の間における本発明の利点には、ＨＣの放出の減少と、ＣＯの放出の減少と、ＮＯ→ＮＯ２の酸化と、（上述の他の３つの利点に加えて）ＮＯｘ捕捉部の効率の良さをももたらすＨＣの除去と、が含まれる。
【００１９】
他の実施の形態において、本発明に係るエンジンの排気システムは、ＮＯｘ捕捉部の下流側において他の酸化触媒部を具備している。
【００２０】
この触媒は、いつの間にか上流側の酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部を通過するＨＣを処理することができるようになっている。
【００２１】
好適には、酸化触媒部はＨＣ捕捉部でもある。ＨＣ捕捉部はゼオライトを含み得る。このようなゼオライトとして、例えば、γタイプのゼオライト、ＺＳＭ−５タイプのゼオライト、およびＵＳ−γタイプのゼオライト、モルデン沸石、βーゼオライト、ＺＳＭ５が考えられる。ＨＣ捕捉部がゼオライトを有する場合には、それにアルミナが、好ましくはアルミナ上のプラチナ、シリカ・アルミナ、チタニアおよび／またはジルコニアが、混ぜられうるようになっている。この実施の形態は、ＨＣ捕捉部が熱くなった際にＨＣが吸集されてからＨＣが放出されうるような始動の直後において、ＨＣを制御することに関して特に役立つ。それから放出されたＨＣは下流側で酸化されうる。なぜならば、ＨＣが放出されるまでには、酸化触媒部はその着火温度に達しているはずだからである。ＨＣ捕捉部の温度ウインドの組み合わせ及び下流の触媒についての更なる情報は、ＥＰ−Ａ−０８３０２０１を参照とすることができる。
【００２２】
好ましくは、本発明において用いられる酸化触媒部の活性成分は、プラチナ族金属（ＰＧＭ）或いはそのうちの任意の２つ或いはそれ以上の混合物である。その一方で、酸化に関して活性な主金属（ベース金属）やそのうちの任意の２つ或いはそれ以上の混合物も使用されうる。酸化に関して活性な主金属（ベース金属）は、銅、ニッケル、モリブデン、およびコバルトを含み、他の活性な遷移元素が必要に応じて使用されうる。我々がプラチナを選り好むようなＰＧＭが活性成分である場合には、パラジウムがその代わりに使用されうるようになっている。任意の２つ或いはそれ以上のＰＧＭの組み合わせが使用されうるようになっており、例えばプラチナおよびパラジウムの混合物のようなものも使用されうる。
【００２３】
好ましい実施の形態において、本発明に基づくエンジンの排気システムは、また、ガソリン応用例のための密接に結びついた三元触媒を有している。更なる好ましい実施の形態において、システムは酸化触媒部の上流側においてＳＯｘ捕捉部を有しており、この存在箇所は、密接に結びついた三元触媒の下流側であることが好ましい。ＳＯｘ捕捉部に関する組成の含有物に関連する活性物質には、アルカリ土類金属合成物やアルカリ金属合成物や任意の２つ或いはそれ以上の混合物が含まれる。触媒物質の硫黄被毒（硫黄中毒）は既知の問題である。状態が（高温／リッチ、還元状態）であって排気システムの触媒物質のどんなものにもＳＯｘが吸集されないという場合を除いて、システムにおいてＳＯｘがＮＯｘ捕捉部に接触することが好ましい。ＳＯｘ捕捉部の再生は定期的に訪れるこれらの状態によって影響されうるものであって、これはエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の制御に基づいて影響されうるものである。燃料内の硫黄のレベルが減少するのに伴って、システムにおいてＳＯｘ捕捉部を有することが必ずしも必要ではなくなるかもしれない。ＳＯｘ捕捉部についての更なる詳細に関しては、我々のＥＰ−Ａ−０８１４２４２を参考にしうる。
【００２４】
更なる好ましい実施の形態において、発明に基づくエンジンの排気システムは、ＮＯｘ捕捉部の下流側において浄化触媒部を具備している。これは、ＳＯｘ捕捉部を具備するシステムであって、ＳＯｘ捕捉部が再生されるとＨ２Ｓが生成される可能性があるとともにそれが不快な臭いを持つようなシステムにおいて特に役立つ。これに対抗するために、浄化触媒部は、セリアのような酸素貯留要素と、プラチナのような酸化要素と、ロジウムに代表されるＮＯｘ還元要素と、Ｎｉｏ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｎＯ２，ＣｏＯおよびＣｒＯ２に代表されるＨ２Ｓを抑制する要素と、を有している。他に採りうる実施の形態として、浄化触媒部は、発明の酸化触媒部をいつのまにか通過しているＨＣに対処することができるように構成されてもよく、これはＨＣをＨ２ＯおよびＣＯ２に酸化するためにガス流において不十分な酸素となるような箇所において存在しうるようになっている。この実施の形態において、浄化触媒部は、セリアのような触媒活性を有する酸素貯留要素を有している。
【００２５】
酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部は、それぞれ、流通ハチの巣状モノリスのような分離した基材に設けられうるようになっている。モノリスは金属やセラミックとすることができる。セラミックはコージライトとすることができるが、アルミナ、ムライト、炭化珪素（シリコン・カーバイド）、ジルコニア、或いはナトリウム／ジルコニア／フォスフェイト（リン酸塩）を代わりに用いることもできる。とりわけ好ましい実施の形態では、ＮＯｘ捕捉部および酸化触媒部が、単一基材若しくは”レンガ状体”に設けられ、それぞれ識別可能な領域を占有している。コーティングされた基材の製造は、当業者にとって周知な方法に従って行われうるようになっており、ここにおいて更なる説明は行わない。好ましくは、ＮＯｘ捕捉部および酸化触媒部基材は、シェル状あるいは缶状を有している。
【００２６】
更なる側面によれば、本発明は、本発明に基づくリーンバーンガソリンエンジンを具備する乗り物（車両、輸送手段）を提供する。
【００２７】
エンジンは、ガソリンダイレクトインジェクション（ＧＤＩ）エンジンとしうる。
【００２８】
リーンバーンガソリンエンジンのための好ましい排気システムは、酸化触媒部の上流側において密接に結びついたＴＷＣを有している。
【００２９】
発明に基づくエンジンの排気システムは、ＮＯｘ捕捉部の上流側において（ＴＷＣの下流側に存在する）ＳＯｘ捕捉部も具備しうる。そして当該排気システムは、ＮＯｘ捕捉部の下流側において浄化触媒部を具備しうる。
【００３０】
本発明の更なる好ましい実施の形態は、添付した図面を参照して以下において詳細に説明されている。
【００３１】
酸化触媒部およびＮＯｘ捕捉部は、好ましくは乗り物（車両）の床下位置に配置される。
【００３２】
更なる側面によれば、発明は、λ＞１の状態の間におけるリーンバーンガソリンエンジンからの排気ガスに含まれる未燃ＨＣ量を減少させる方法を提供する。その方法は、排気ガスがＮＯｘ捕捉部を通過する前に、リーン排気ガスが酸化触媒部を通過するようにさせることを含んでいる。
【００３３】
更なる側面によれば、発明は、リーンバーンガソリンエンジンからのλ＞１の排気ガスにおける未燃ＨＣの量を減少させるために、ＮＯｘ捕捉部の上流側における酸化触媒部の使用を提供する。
【００３４】
発明が更に十分に理解されるように、本発明に基づくエンジンで使用されるシステムの好ましい実施の形態が、添付された図面を参照して説明される。
【００３５】
図１は、ＧＤＩエンジンの使用に関して提案された従来技術の排気システムの概略図である。図２は、以下の実施の形態における比較を目的として提供された排気システムの概略図である。図３は、リーンバーンガソリンエンジンでの使用に関する本発明の基本概念を具体化する排気システムを示す概略図である。図４は、図３に示された排気システムの他に採りうる実施の形態を示す概略図である。図５は、三元触媒を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。図６は、ＳＯｘ捕捉部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。図７は、浄化触媒部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。図８は、三元触媒およびＳＯｘ捕捉部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。図９は、三元触媒、ＳＯｘ捕捉部および浄化触媒部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。
【００３６】
図１を参照すると、１は発明に基づく酸化触媒部を示し、２はＮＯｘ捕捉部を示し、３は三元触媒部を示し、４はＳＯｘ捕捉部を示し、５は浄化触媒部を示し、Ｕは排気システムの上流端部を示し、Ｄは排気システムの下流端部を示している。
【００３７】
図面は自己説明的であって、以下の説明はここで示されている所定のタイプの実施の形態の理解を向上させるのに提供されるものであると、我々は考えている。
【００３８】
図３〜図１０のそれぞれでは、発明に基づく酸化触媒部がＨＣ捕捉部であることが好ましい。ＨＣ捕捉部は好ましくは、γタイプのゼオライト、ＺＳＭ−５タイプのゼオライト、およびＵＳ−γタイプのゼオライトに代表されるゼオライトを含んでいる。他に採りうる実施の形態では、ＨＣ捕捉部はアルミナ上にサポートされたプラチナである。
【００３９】
図９に示されている実施の形態において、浄化触媒部が、セリアのような酸素貯留要素と、プラチナのような酸化要素と、ロジウムに代表されるＮＯｘ還元要素と、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＣｏＯ、及びＣｒＯ２に代表されるＨ２Ｓを抑制するための要素と、を有している。
【００４０】
発明が十分に理解されるように、図解する目的のためだけに以下の実施の形態が用いられる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
装置
ベンチ・テスト・セルでは、４シリンダー、１．８リットル、１９９７年モデルであって、日本の市場に関してキャリブレーションがとられた乗り物（車両、輸送手段）からのミツビシダイレクトインジェクションエンジンには、直流ダイナモメーターが取り付けられた。オリジナルのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）は切断され、エンジンの制御はエンジン管理制御システム（ＥＭＡＣＳ）によるものであった。ＮＯｘ捕捉テクノロジーとの使用に関し適合するエンジン制御方策が、我々の研究の目的に関する排気システムに対し適用されうるようにするために、これが行われた。特に、ＥＭＡＣＳは、均質モードおよびリーンバーン燃焼モードの両モードにおけるイグニッションおよびインジェクションのタイミングと持続との完全な制御を可能にした。
【００４２】
エンジンは、一方が均質モードであり他方がリーンモードである二組のマップのうちの一つに基づいて作動させられるようになっていた。イグニッション及びインジェクションについてのタイミング及び持続に関する基礎マップは、ベンチテストで使用されたものと同様のモデルのエンジンを具備しした乗り物であってリバース・エンジニアリングによるこの情報にマップの基礎をおいている乗り物のＥＣＵからのデータを、まず記録することによって生成された。均質モードでは、エンジンは一定範囲のエンジンのスピードおよび負荷で作動され、基礎マップに対する補充マップは、λ＝１運転下におけるＮＯｘ、ＣＯおよびＨＣ排気の最良排気となるように生成された。リーンモードは、同一のスピードおよび負荷要求で均質モードにおいて到達されるトルクに適合させることによりマッピングされた。
【００４３】
ベンチテスト・リグにおける触媒の位置づけは以下のようになった。４００セル・パー・平方インチ（（ｃｐｓｉ）６２セルｃｍ−２）および０．１５ｍｍの肉厚および２２％エンジン押しのけ容積（ＥＳＶ）のセラミック基材上における、９３ ｇ ｆｔ−３パラジウムおよび７ ｇ ｆｔ−３ロジウムでのパラジウム／ロジウム三元触媒部が、エンジン排気マニホルドから略３０ｃｍの非常に近接して結びついた位置に取り付けられた。下流の触媒は、同様に分離−取付可能な缶状体の全体において１３３％ＥＳＶであって、密接に結びついた触媒から２００ｃｍ奥に引っ込んで取り付けられ、床下位置に対応していた。排気計測のためのサンプル・ポイントは、スターター触媒の前であって、床下式の触媒を収容する缶状体の後に位置していた。ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ２、ＣＯおよびＯ２の濃度は、前の密接に結びついた触媒および後のＮＯｘ捕捉部ガス濃度の両者の連続的な計測を可能とするように、ＭＥＸＡ（Ｍｏｔｏｒ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ａｎａｌｙｓｅｒ）９５００ガスのデュアル・バンクを使用することによって計測された。サーモカップル（熱電対）は、床下およびスターター触媒の両者の流入コーンと流出コーンとに取り付けられた。一方のサーモカップルは、１インチ（２．５４ｃｍ）ベッド温度計測を与えるために、床下式触媒に２５ｍｍ入り込んで配置された。
【００４４】
テストに先立って、エンジンはアイドリング状態で十分にウォーミングアップさせられた。均質モードでは、床下式触媒に対する入口温度が２１０℃となるように、その後エンジンが作動させられた。それから、リーン運転に切り換えられ、エンジンから排出されるＮＯｘが３００ｐｐｍとなるまで排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ位置が調整された。ＥＧＲバルブ位置は記録され、リーン定位置（リーンセットポイント）として参照される。エンジンは均質モードに切換復帰され、ＥＧＲバルブは閉じられた。リッチ定位置（リッチセットポイント）は、ラムダ０．８０を得るようにフュエル・インジェクターのパルス幅を増加させることにより獲得された。一連のリーン／リッチサイクルは以下のようにして行われた。リーンモードでは、システムのＮＯｘ効率が７５％よりも下位に落ちるまで、ＥＧＲバルブがリーンセットポイント位置にされた。それから、リッチセットポイントにおけるインジェクターの持続と共に、エンジンは１５秒間均質モードに切換復帰された。サイクルは５回繰り返されて、各サイクルに関して得られる結果は記録された。この手順は他の温度で繰り返された。排気システムはエンジンに適合させられて、上記プロトコルが追随され、データが収集された。
【００４５】
テストされた排気システムにおける構成要素の割付は以下の表１に示されている。報告された全てのテストにおいて、触媒は経年（老年）状態であった。
【００４６】
三元的に密接に結びついた触媒は、窒素のバランスがとられた状態で１０％のＯ２および１０％のＨ２Ｏの下において１１００℃で４時間、熱水経年（老年）された。床下式触媒システムは、窒素のバランスがとられた状態で２％のＯ２および１０％のＨ２Ｏの下において８５０℃で４時間、熱水経年（老年）されていた。
【００４７】
システム１は、上流側触媒Ａと、１００ｇｆｔ−３（３．５３ｇｌ−１）のプラチナおよび２０ｇｆｔ−３（０．７ｇｌ−１）のロジウムを有するＮＯｘ捕捉部と、４００ｃｐｓｉ（６２セルｃｍ−２）、肉厚０．１５ｍｍ、３３％ＥＳＶのコーティングされたセラミック基材と、を含んで構成されている。触媒Ｂは、６０ｇｆｔ−３（２．１２ｇｌ−１）のプラチナおよび２０ｇｆｔ−３（０．７ｇｌ−１）のロジウムでのＮＯｘ捕捉部と、コーティングされた６００ｃｐｓｉ（９３セルｃｍ−２）、肉厚０．１ｍｍ、１００％ＥＳＶのセラミック基材と、である。この配置は、添付した図面の図２において概略的に示されている。
【００４８】
システム２は、上流側触媒Ａと、アルミナ−ゼオライト混合材料の上にコーティングされた１００ｇｆｔ−３（３．５３ｇｌ−１）のプラチナを有する新型のリーン酸化触媒部と、４００ｃｐｓｉ（６２セルｃｍ−２）、肉厚０．１５ｍｍ、３３％ＥＳＶのコーティングされたセラミック基材と、を含んで構成されている。触媒Ｂは、システム１において触媒Ｂとして示されているＮＯｘ捕捉部形成部と同じである。この配置は、添付した図面の図５に概略的に示されている。
【００４９】
【表１】
2004507650.tif 000022
【００５０】
結果
エンジンから出されるＨＣおよびテールパイプＨＣは５サイクルから平均化されている。
【００５１】
システム１
【表２】
2004507650.tif 000023
【００５２】
システム２
【表３】
2004507650.tif 000024
【００５３】
結論
ＮＯｘ捕捉部の上流側に酸化触媒部を具備するシステム２は、２１０，２９１および３４０℃でのリーン炭化水素変換が、ＮＯｘ捕捉部のみのシステム１の配置の場合と比較して改善されている。６％のＨＣ変換に至るまでの改善は２９１℃において見られ、平均の改善は２−３％である。このオーダーの排気における改善は、ヨーロッパのステージＩＶ法に適合させることが重要である。ＮＯｘ貯留受容能力の３３％のＥＳＶの除去にもかかわらず、システム２のＮＯｘ貯留機能は、システム１と比較して低下していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＧＤＩエンジンの使用に関して提案された従来技術の排気システムの概略図である。
【図２】
上述の実施の形態における比較を目的として提供された排気システムの概略図である。
【図３】
リーンバーンガソリンエンジンでの使用に関する本発明の基本概念を具体化する排気システムを示す概略図である。
【図４】
図３に示された排気システムの他に採りうる実施の形態を示す概略図である。
【図５】
三元触媒を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。
【図６】
ＳＯｘ捕捉部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。
【図７】
浄化触媒部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。
【図８】
三元触媒およびＳＯｘ捕捉部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。
【図９】
三元触媒、ＳＯｘ捕捉部および浄化触媒部を具備する本発明に関する排気システムの実施の形態を示す概略図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004507650.tif 000025
【図２】
2004507650.tif 000026
【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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【国際調査報告】
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2004507650.tif 000035
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