還元体添加の制御方法
還元体添加の制御方法を開示する。本発明は、車両用リーンバーン内燃機関（１２）用の、ＮＯｘ還元触媒（１８）、還元体の供給源、該触媒（１８）を該還元体と接触させる手段（２０）、該排ガスおよび／または該触媒床の温度を検知する手段（ＴＣ１）、および使用中に、還元体添加を制御する手段を備えてなる排気機構（１０）であって、該還元体添加制御手段が、該排ガスおよび／または触媒床の温度測定値に対応する率で、ある量の還元体を該触媒に供給し、該温度値が、使用中に、該排ガス中のＮＯｘ量と相関するように予め決められているものである。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に触媒作用により転化する還元体の添加を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘを好適な還元体でＮ２に触媒作用により還元することは公知である。３つの例は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）、リーン−ＮＯｘ触媒作用およびＮＯｘ−トラップ再生である。
【０００３】
ＳＣＲでは、還元体は、典型的にはＮＯｘ特異性還元体である。「ＮＯｘ特異性還元体」とは、本明細書で我々は、ほとんどの条件で、気体状混合物の他の成分よりもＮＯｘを優先的に還元する還元剤を意味する。ＮＯｘ特異性還元体の例には、窒素系化合物、例えば水素化窒素、例えばアンモニア（ＮＨ３）またはヒドラジン、があり、それ自体またはＮＨ３前駆物質を経由して使用する。
【０００４】
「ＮＨ３前駆物質」とは、我々は、例えば加水分解によりＮＨ３を誘導できる一種以上の化合物を意味する。これらの化合物は、水溶液として、または固体としての尿素（ＣＯ（ＮＨ２）２）あるいはカルバミン酸アンモニウム（ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４）を包含する。尿素を水溶液として使用する場合、共融混合物、例えば３２．５％尿素（ａｑ）、が好ましい。添加剤は、結晶化温度を下げるために水溶液中に包含することができる。
【０００５】
公知のＳＣＲ触媒には、約１７５℃〜約２５０℃におけるＮＨ３によるＮＯｘの還元に触媒作用することができるＰｔ系触媒、温度約２６０℃〜約４５０℃の中程度の温度で作用するバナジウム系触媒、例えばＶ２Ｏ５／ＴｉＯ２、および温度増加と共に活性が増加しながら機能するゼオライト系触媒が挙げられる。
【０００６】
ＮＨ３ＳＣＲ系では、幾つかの化学反応が起こり、それらのすべてが、ＮＯｘを元素状窒素に還元する所望の反応を代表している。全体的に望ましい反応は、式（１）により表される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２ → ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （１）
【０００７】
競合する、酸素との選択的反応は、二次的な放出物を発生するか、または非生産的にＮＨ３を消費する。そのような非選択的反応の一つは式（２）により表されるＮＨ３の完全酸化である。
４ＮＨ３＋５Ｏ２ → ４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ （２）
【０００８】
無論、約１００〜２００℃未満の低い温度では、ＮＨ３はＮＯ２と反応し、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）と亜硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ２）の爆発性混合物を形成することもある。この疑念を回避するために、本発明は、そのような反応またはその反応を引き起こす条件の助長を含まない。例えば、この反応は、温度が約２００℃未満に確実に下がらないようにするか、またはＮＯｘとの化学量論的反応（１対１モル比）に必要な正確な量よりも低い量のＮＨ３をガス流中に供給することにより、回避することができる。
【０００９】
尿素は、１６０℃を超える温度で式（２）により加水分解し、ＮＨ３自体を放出する。尿素は、この温度以上で、式（４）および（５）により熱的に分解し、尿素によるＳＣＲプロセス（どちらもここに参考として含めるＳＡＥ９００４９６およびＳＡＥ９３０３６３参照）の際のＣＯ形成により立証されるように、ＮＯｘを還元することも考えられる。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ → ２ＮＨ３＋ＣＯ２ （３）
ＣＯ（ＮＨ２）２ → ．ＮＨ２＋ＣＯ （４）
．ＮＨ２＋ＮＯ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ （５）
【００１０】
リーン−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）は、文献中で、リーン−ＮＯｘ還元触媒、「ＤｅＮｏｘ触媒」およびＮＯｘ吸蔵触媒とも呼ばれることがある。
【００１１】
リーン−ＮＯｘ触媒作用では、炭化水素（ＨＣ）が、酸素（Ｏ２）ではなく、反応（６）により窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応し、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）を形成する。
｛ＨＣ｝＋ＮＯｘ → Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （６）
【００１２】
競合する非選択的な酸素との反応は、反応（７）により与えられる。
｛ＨＣ｝＋Ｏｘ → ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （７）
【００１３】
文献中に記載されている、所望の反応（６）を選択的に促進するＬＮＣの二つの好ましい群、すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）上の白金（Ｐｔ）および銅（Ｃｕ）置換されたゼオライト、例えばＣｕ／ＺＳＭ−５、がある。
【００１４】
典型的なＮＯｘ−トラップ処方物は、触媒酸化成分、例えばＰｔ、ＮＯｘ−貯蔵成分、例えばアルカリ金属、例えばカリウムおよび／またはセシウム、の化合物、アルカリ土類金属、例えばバリウムまたはストロンチウム、の化合物、あるいは希土類金属、典型的にはランタンおよび／またはイットリウム、の化合物、および還元触媒、例えばロジウム、を包含する。この処方物に関して、リーンエンジン作動中のＮＯｘ−貯蔵に一般的に与えられる機構の一つは、第一工程で、五酸化二窒素(nitric oxide)がＰｔ上の活性酸化箇所の上で酸素と反応し、ＮＯ２を形成する。第二工程では、貯蔵材料によりＮＯ２が無機硝酸塩の形態で吸着される。
【００１５】
エンジンが濃縮された条件下で、または高温で間欠的に作動する場合、硝酸塩化学種が熱力学的に不安定になり、分解し、ＮＯまたはＮＯ２を形成する。リッチ条件下では、これらの窒素酸化物が一酸化炭素、水素および炭化水素によりＮ２に還元されるが、これは還元触媒上で行うことができる。
【００１６】
無機ＮＯｘ貯蔵成分は、典型的には酸化物として存在するが、無論、空気、またはＣＯ２とＨ２Ｏを含む排ガスの存在下では、この成分は、炭酸塩または場合により水酸化物の形態で存在することもできる。我々は、我々の国際特許第ＷＯ００／２１６４７号明細書（ここに参考として含める）中で、ＮＯｘ−特異性反応物を使用してＮＯｘ−トラップを再生できることを説明している。
【００１７】
ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書（ここに参考として含める）は、ディーゼル排ガス中の粒子状物質を燃焼させるための方法であって、排ガス中の一酸化窒素を触媒上で二酸化窒素に酸化すること、粒子状物質を排ガスから濾過すること、および濾過した粒子状物質を二酸化窒素中、４００℃までで燃焼させることを含んでなる、方法を記載している。そのような機構は、Johnson MattheyからＣＲＴ（商品名）として市販されている。
【００１８】
本明細書の目的には、一般的に我々は、内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に好適な還元体で触媒還元する方法をＮＯｘ還元方法と呼び、ＮＯｘからＮ２への還元を促進する触媒をＮＯｘ還元触媒と呼ぶ。そのような触媒には、ＳＣＲ触媒、リーン−ＮＯｘ触媒およびＮＯｘ−トラップが挙げられる。
【００１９】
上記のＮＯｘ還元方法に関連する問題は、還元体添加の制御である。添加する還元体が少な過ぎると、ＮＯｘ還元が放出物規準に適合するのに不十分になる。添加する還元体が多過ぎると、多くの問題を引き起こす。例えば、還元体がアンモニアである場合、アンモニアは生物学的に毒であり、不快臭を有するので、アンモニアの大気中への放出は好ましくない。過剰のアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒の下流に好適な触媒を使用して酸化することができるが、これはＮＯｘを発生し、従ってＮＯｘ還元方法の目的そのものを損なう。炭化水素燃料、例えばディーゼルまたはガソリン、も排ガスの規制される成分であり、従って、過剰の炭化水素還元体により、装置が関連する放出物規準に不適合になることがある。
【００２０】
還元体添加を制御する装置は公知であるが、複雑なアルゴリズムを実行するための複数のセンサーおよびプロセッサーが関与する非常に複雑な制御方式を必要とする傾向がある。その結果、そのような装置は非常に高価である。
【００２１】
米国特許第ＵＳ−Ａ−２００２／０１９４８４１号明細書（ここに参考として含める）は、還元触媒を包含するＳＣＲ装置に供給される外部還元体により、自動車用ディーゼルエンジンから出るＮＯｘ放出物を低減させる方法であって、一つ以上のエンジン作動パラメータ、例えば速度およびトルク、を速度／負荷センサーから感知し、触媒温度が設定した範囲内にある時にエンジンにより発生するＮＯｘ放出物の実際量を示唆する放出物の濃度を予測する工程、および触媒が、計算されたＮＯｘ放出物濃度を引き下げるのに十分な率で、触媒に外部還元体を計量供給する工程、を含んでなる方法を開示している。
【００２２】
日本国特許第ＪＰ−Ａ−２００２−１２２０１９号明細書（ここに参考として含める）は、ＮＯｘ−トラップ中の温度を検出し、還元体添加を調整してＮＯｘ−トラップ温度を予め決められた範囲内に維持することにより、ＮＯｘ−トラップ中の熱分解を阻止する方法を開示している。
【００２３】
独国特許第ＤＥ−Ａ−９９１３２６８号明細書（ここに参考として含める）は、リーンバーンエンジン中のＮＯｘ還元触媒の効率を監視する装置であって、触媒上流で予め決められた量の燃料を排ガス中に供給し、ある量の化学的エネルギーを利用できるようにし、触媒効率に応じて、ある量の熱エネルギーを与えるための燃料供給装置、触媒中への、および触媒から出る熱エネルギーを測定するための流量および温度センサー、および燃料供給装置および温度センサーと連絡するデーター処理装置を備えてなり、触媒に対するエネルギーバランスを構築し、従って、触媒の性能を示唆する相関関係信号を与える装置を開示している。
【００２４】
日本国特許第ＪＰ−Ａ−６２−１１７６２０号明細書（ここに参考として含める）には、平行に配置された２個のＮＯｘトラップを使用し、ガソリンエンジン排ガス中の窒素酸化物を除去する方法であって、該ＮＯｘトラップを交互に使用し、２方バルブの制御下で排ガスからＮＯｘを吸収する方法が記載されている。オフ−ライン使用されていないＮＯｘトラップは、好適な還元体、例えば水素、アンモニア、一酸化炭素またはメタン、を使用して再生させる。
【００２５】
Martin Elsener et al.による「Development and evaluation of a DeNOｘ system based on urea SCR」、MTZ worldwide、11/2003、64卷、28-31頁（ここに参考として含める）は、ＳＣＲ触媒を包含する排気機構における還元体送達のフィードバック制御を行うための、アンモニアに対して相互感受性(cross-sensitive)であるＮＯｘセンサーの使用を記載している。
【００２６】
我々は、還元体添加を校正し、フィードバックにより還元体添加を制御する方法を研究した。我々は、ここに、還元体系放出物を安価に、効果的に低減させる、多くの簡単な方法および装置を考案した。これらの方法を具体化する装置は、後付け製品市場に特に関連する。
【００２７】
本発明の第一の態様は、制御入力として、例えば熱電対を使用し、単一の温度測定だけを使用する。好ましくは、予め決められた温度未満では、完全なＮＯｘ除去反応を起こすには温度が低過ぎるので、還元体を添加しない、すなわち還元体添加は、ＮＯｘ還元触媒が活性である時にのみ還元体が供給されるように制御する。エンジンの負荷が増加するにつれて、排ガス中のＮＯｘレベルがほぼ直線的な様式で増加する。同様に、排ガス温度も負荷と共に増加する。従って、我々は、特定のエンジンで特定の用途には、排ガス中のＮＯｘ含有量とその温度との間に、ある関係があると予想している。さらに、これは直線関係に近いであろう。従って、その最も簡単な形態で、本発明のこの態様では、導入する還元体の率は、排ガスの温度に大体比例する。還元体をこのように添加することにより、車両上でＮＯｘ還元を維持するための非常に効率的で、簡単な方法が得られる。様々な排ガス温度で添加する還元体の実際的な量は、特定の用途によって異なることがある。しかし、その傾向は、より高い温度で、より多くのＮＯｘを除去するには、より多くの還元体を必要とすることである。実際には、校正プロセスにより正確な量を決定することになろう。
【００２８】
第一態様の装置実施態様では、本発明は、車両用リーンバーン内燃機関用の、排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒、還元体の供給源、該触媒を該還元体と接触させる手段、該排ガスおよび／または該触媒床の温度を検知する手段、および使用中に、還元体添加を制御する手段を備えてなる排気機構であって、該還元体添加制御手段が、該排ガスおよび／または触媒床の温度測定値に対応する率で、ある量の還元体を該触媒に供給し、該温度値が、使用中に、該排ガス中のＮＯｘ量と相関し、それによって該ＮＯｘの還元を促進するように予め決められている、排気機構を提供する。
【００２９】
第一態様の方法実施態様では、本発明は、車両用リーンバーン内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘを好適な触媒上でＮ２に還元するのに必要な還元体添加の率を校正する方法であって、複数の排ガスおよび／または触媒床温度で該排ガス中のＮＯｘを測定すること、および各排ガスおよび／または触媒床温度値を、該触媒上でＮＯｘを還元するのに必要な還元体添加の率に相関させることを含んでなる、方法を提供する。
【００３０】
一般的に、先行技術では、ＮＯｘ還元触媒の温度を測定し、触媒温度が予め決められた範囲を下回った時に還元体の添加を中断し、硝酸アンモニウムおよび亜硝酸アンモニウムの形成を阻止し、ＮＯｘ還元のための触媒の低温活性温度未満における還元体の放出を阻止することが公知である。本発明の第一態様は、この先行技術とは、触媒および／または排ガスの温度を、排ガス中のＮＯｘ量、従って、そのようなＮＯｘ量を下げるのに必要な還元体添加の率、を予知するために使用する点で、異なっている。
【００３１】
本発明の第二態様は、フィードバックにより還元体添加をリアル−タイムで制御する簡単な手段を提供する。この第二態様では、酸化触媒を、還元体と接触するＮＯｘ還元触媒の下流に配置する。この機構は、必要であれば例えば空気の二次的供給により、ガスが酸化触媒上で常にリーンになるように配置される。上記の第一態様と同様に、ＮＯｘ還元が効果的ではない特定の臨界排ガス温度（図４ＢのΔＴ軸に対する破線参照）未満では還元体を添加しないのが望ましい。この温度より上では、還元体量を増加することにより、排ガス中で還元されるＮＯｘ量が増加する。実際には、この効果には限界があり、より多くの還元体を導入しても、ＮＯｘ還元を強化することはできない（図４Ａに示す）。従って、望ましい添加率に対応して、僅かに過剰の還元体がＮＯｘ還元触媒からすり抜ける区域があり、これより上では、それ以上の還元体が無駄になり、関連する放出物規準に適合しなくなる場合がある。
【００３２】
全体的なガス組成は、リーンになるように設定されているので、過剰の還元体はすべて下流の酸化触媒上で酸化され、得られる発熱が酸化触媒全体の温度を増加させることができる。酸化触媒への入口温度は、使用中に著しく変化することがあるが、この方法で、我々は、存在する過剰の還元体の尺度であるΔＴだけを問題にしている。この制御戦略（図４Ｂに示す）は、還元体添加率を調節し、測定されるΔＴを、最適ＮＯｘ除去（図４Ｂにおける暗くした区域）に対応する予め決められた範囲内に維持することに基づいている、すなわち添加率を、ΔＴが小さ過ぎる場合は増加し、ΔＴが最適な、効率的ＮＯｘ転化に望まれるよりも大きい場合、減少させる。
【００３３】
本発明の第二態様の装置実施態様では、車両用リーンバーン内燃機関用の、排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒、還元体の供給源、該ＮＯｘ還元触媒を該還元体と接触させる手段、該ＮＯｘ還元触媒の下流に配置された酸化触媒、該酸化触媒を横切る温度差（ΔＴ）を測定する手段、および使用中に、還元体添加を制御する手段を備えてなる排気機構であって、該還元体添加制御手段が、還元体添加率を制御してΔＴを予め決められた範囲内に維持し、該機構が、該酸化触媒上の該排ガス組成がリーンになるように設計されている、機構を提供する。
【００３４】
本発明の第二態様の方法実施態様では、車両用リーンバーン内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に還元するのに好適な触媒への還元体添加をフィードバックにより制御する方法であって、該還元体を酸化するための酸化触媒を該ＮＯｘ還元触媒の下流に配置すること、該酸化触媒の上流で該排ガス温度を測定すること、該酸化触媒の下流で該排ガス温度を測定すること、該入口および出口温度の差（ΔＴ）を決定すること、およびΔＴが予め決められた範囲内に入るように、還元体添加の率を調節することを含んでなる方法を提供する。
【００３５】
ＮＯｘ−トラップを包含する機構に本第二態様を適用する際の問題の一つは、ＮＯｘ−トラップを再生するためにリッチ（すなわちラムダ＜１）排ガスを使用しなければならない場合があることである。我々は、二次的な空気注入を必要とせずに、本発明の第二態様をそのようなＮＯｘ−トラップに拡張できるようにするための３種類の実施態様を提案する。
【００３６】
図５に示す第一実施態様では、少なくとも２個のＮＯｘ−トラップを平行に配置し、それぞれに還元体注入装置を接続する。各ＮＯｘ−トラップ上のガス毎時空間速度（ＧＨＳＶ）は、各ライン中の相対的背圧によって異なるが、通常、配置がそれぞれ等しくなるように、この場合、ＧＨＳＶが各ラインで実質的に等しくなるように、機構を設定する。ＮＯｘ−トラップ再生は、機構中のＮＯｘ−トラップで直列で行う、すなわち、いずれの場合も、機構中の全ＮＯｘ−トラップから出る排ガスを混合した時に、その組成がリーン、すなわちラムダ＞１、になるように、少なくとも一ラインは還元体を注入しない。混合された排ガスは、上記本発明の第二態様の酸化触媒に送られる。
【００３７】
図６Ａおよび６Ｂに示す第二実施態様では、ＮＯｘ−トラップを単一の基材モノリス上に被覆し、少なくとも２個の注入装置を基材モノリスの上流側に配置し、注入された還元体がモノリス基材の特定区域に向けられるように配置する。
【００３８】
この実施態様の利点は、第一実施態様および平行ＮＯｘ−トラップを使用する他の機構と比較して、機構を収容するための、車両上に必要とする空間が少なくて済むことである。
【００３９】
第三の実施態様は、第二実施態様と類似しており、図７および８に示す。この実施態様は、上流の３方フラップバルブおよびフラップバルブの両側に位置する還元体注入装置を備えてなる。ＮＯｘ−トラップ「充填」の際、フラップバルブを、排ガス流の方向と平行になるように整列させることができる。再生の際、フラップバルブを、ＮＯｘ−トラップの還元体を受け取っている側の上に倒し、それによって排ガス流の一部を、再生されているＮＯｘ−トラップから離れるように向け、その中を通る排ガスの流れを少なくする。
【００４０】
この実施態様の利点は、ＮＯｘ−トラップの、再生すべき部分にある排ガス流が少なくなり、放出されるＮＯｘの還元が促進されるので、第二実施態様よりも再生がより効率的に行われる、すなわち必要とされる還元体が少なくなる。さらに、我々は、第二および第三の実施態様は、それ自体が特許権を受けられるように新規であり、発明であると考えている。
【００４１】
従って、第三の態様により、本発明は、車両用リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、単一のモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップ（該基材の上流末端は、流体の流れ方向で少なくとも２つの区域に小分割されている）、および該少なくとも２つの区域の画分を還元体と順次接触させる手段を備えてなり、該ＮＯｘ−トラップは、全体として排ガス流に対してイン−ラインのままである、排気機構を提供する。
【００４２】
一実施態様で、ＮＯｘ−トラップを還元体と接触させる手段は、還元体の液滴がＮＯｘ−トラップと接触するように、基材の上流末端に十分に近い所に配置された注入装置を備えてなる。還元体をＮＯｘ−トラップ上流の排ガス中に注入する意図は、排ガスの酸素濃度を下げること、すなわち濃縮することにあるが、排ガス組成をリッチ（ラムダ＜１）にする必要はない。先行技術の配置では、還元体をＮＯｘ−トラップのはるか上流に、例えば一個以上のエンジンシリンダーの排気行程中に導入するか、またはヨーロッパ特許第０７５８７１３Ａ号明細書（ここに参考として含める）の場合では、例えば還元体を、ＮＯｘ−トラップの上流に配置された酸化触媒およびディーゼル粒子状物質フィルターの上流で排気導管中に注入する。どちらの場合も、液体還元体の滴が蒸発する。さらに、最大ガス流では、ある程度のリッチ状態が得られる前に、単に過剰の酸素をすべて除去する（燃焼により）ためにだけ大量の還元体が必要になる。還元体が炭化水素燃料、例えばディーゼル、である場合、この方式は燃費が悪い。
【００４３】
我々は、大きさを制御した燃料滴をＮＯｘ−トラップ触媒の上流面の近くに導入し、注入された燃料の蒸発を計画的に制限することにより、燃料の液滴を触媒表面に衝突させることができることを見出した。これが起これば、その環境は強い還元性になり、近くに貯蔵されていた硝酸塩を還元することができる。従って、この配置は、ＮＯｘ−トラップ再生に伴う燃料損失を大幅に軽減できる。
【００４４】
粒子動力学により、液体還元体の滴は、従来のフロースルーセラミックまたは金属モノリス基材を、その壁上に担持されたＮＯｘ吸収材上に衝突することなく、通過する場合がある。還元体がＮＯｘ吸収材と接触する可能性を増加するために、一実施態様では、セラミックまたは金属フォームを含んでなるフォーム基材を使用する。別の実施態様は、ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ａ−１０５７５１９号明細書または国際特許第ＷＯ０３／０３８２４８号明細書（どちらもここに参考として含める）に記載されているような、内部じゃま板を包含する金属製部分フィルター基材を使用する。別の実施態様では、ＮＯｘ−トラップは従来のセラミックウォール−フロ−フィルターを含んでなり、そこでは、圧損により動かされる対流(convention)が、燃料滴を確実に、貯蔵されているＮＯｘに接触させる筈である。この後者の実施態様では、粒子状物質（ＰＭ）自体の効果的な濾過は重要ではないので、多孔質フィルターを使用できようが、日本国特許第ＪＰ−Ｂ−２７２２９８７号明細書（ＪＰ−Ａ−０６１５９０３７）（ここに参考として含める）に記載されているようにＮＯｘとＰＭを組み合わせた抑制、すなわちフィルターが煤燃焼触媒／ＮＯ酸化触媒、例えばＰｔ、ＮＯｘ吸収材、例えば酸化バリウム、および所望によりＮＯｘ還元触媒、例えばロジウム、を包含するのが望ましいであろう。
【００４５】
還元体注入装置とＮＯｘ−トラップとの間に配置された従来のフロースルーモノリス上に酸化触媒を被覆することも、粒子動力学にとって有利になる場合がある。モノリスの開いた前方面積およびセル密度に応じて、燃料滴が実質的に酸化せずに酸化触媒を通過し、ＮＯｘ−トラップ中に貯蔵されたＮＯｘを還元するのに利用できる。対照的に、蒸発した炭化水素還元体は酸化触媒上で、より酸化され易い。
【００４６】
別の実施態様では、ＮＯｘ−トラップ画分を還元体と接触させる手段が、基材の上流末端上に配置されたフラップバルブを備えてなり、それによって基材を少なくとも二つの区域に小分割する。一つの配置では、注入装置が各区域に接続される。
【００４７】
第三態様の方法では、車両用リーンバーン内燃機関の排気機構中にあるモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップが、ＮＯｘ−トラップの画分を還元体と接触させることにより、再生され、ＮＯｘ−トラップ全体は排ガス流に対してイン−ラインのままである。
【００４８】
一実施態様では、還元体がＮＯｘ−トラップの画分と、排ガス流が減少した時に接触する。
【００４９】
本発明の第四の態様では、車両用リーンバーン内燃機関用の、ＮＯｘ還元触媒、該触媒の上流に配置された還元体注入装置、および使用時に、還元体添加を制御する手段を備えてなる排気機構であって、還元体添加制御装置が、デューティサイクル中の全車両速度において、車両の平均デューティサイクル速度で所望のＮＯｘ転化に相関するように予め決められた率で、還元体を触媒に供給する排気機構を提供する。
【００５０】
第四態様の発明は、デューティサイクルが限られた車両、例えばまたは廃棄物トラック、用の後付け製品市場に特に用途がある。その考え方は、平均デューティサイクル速度において、ＮＯｘ還元触媒中で特定量のＮＯｘ、例えば９０％、を還元するのに、どのような還元体注入率が必要であるかを決定することである。例えば、ＮＯｘ還元触媒がＮＯｘ−トラップを含んでなる場合、使用中に、連続的な速度および量のＨＣ燃料注入、例えば毎分２秒間の注入、を行うための機構制御装置を配置することができる。この機構制御装置は、確実にＮＯｘ−トラップが実質的に完全に再生されるための比較的長いリッチＨＣ燃料パルスを時々与え、続いてＮＯｘ−トラップの貯蔵能力を維持するために、短い濃縮パルスの連続をより頻繁に与えるように設定することもできる。注入戦略のより正確な詳細は、車両およびそのデューティサイクルによって異なる。
【００５１】
平均デューティサイクル速度よりも高い速度では、ＮＯｘがより多くなり、空気流量が大きくなり、従って、不十分な還元体のために全体的なＮＯｘ転化率は低下するが、高速度は、例えば市中心部のバスではあまり起こりそうもないので、そのような高速度におけるＮＯｘ転化による燃料損失は、先行技術の、例えば注入タイミングを遅らせた設定と比較して、全走行サイクルにわたって少ないであろう。ＨＣ注入率と平均デューティサイクル速度の相関性は、特定の用途に合わせることができる、例えばマンチェスター（英国）市中心部におけるバスは、ロンドン（英国）におけるバスとは異なったデューティサイクルに直面すると予想されるであろう。
【００５２】
第四態様の一実施態様では、酸化触媒を還元体注入装置とＮＯｘ−トラップの間に配置し、ＮＯｘ−トラップの再生温度を増加し、排ガスから酸素を除去し、ＮＯｘ−トラップ再生のためのリッチ排ガスを確保する。
【００５３】
第四の態様による車両用内燃機関の排ガス中ＮＯｘの還元方法は、デューティサイクル中の全車両速度で、平均デューティサイクル速度における所望のＮＯｘ転化率に相関する率で還元体を排ガス中に導入すること、およびＮＯｘおよび還元体を含む排ガスをＮＯｘ還元触媒と接触させることを含んでなる。
【００５４】
特別な配置では、ＮＯｘ還元触媒およびここに記載する還元体送達機構を、上記ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書に記載されている配置の下流に配置する。
【００５５】
他の記載がない限り、本発明で使用する触媒は、金属またはセラミックまたは炭化ケイ素、例えばコージーライト、材料から製造された高表面積基材モノリス上に塗布する。一般的な配置は、１００〜６００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）、例えば３００〜４００ｃｐｓｉ（１５．５〜９３．０セルｃｍ−２、例えば４６．５〜６２．０セルｃｍ−２）のハニカム、フロースルーモノリス構造である。
【００５６】
内燃機関は、ディーゼルまたはリーンバーンガソリンエンジン、例えばガソリン直噴エンジン、でよい。ディーゼルエンジンは、関連する法規に規定されている軽負荷エンジンまたは重負荷エンジンでよい。
【００５７】
本発明をより深く理解するために、その実施態様を、添付の図面を参照しながら説明する。
【００５８】
全体的に番号１０で示す本発明の第一態様による機構を図１に示すが、そこでは１２がディーゼルエンジンを、１４が排気マニホルドを、１６が排気ラインを、１８がＮＯｘ還元触媒、例えば５重量％Ｃｕ／ベータゼオライトリーン−ＮＯｘ触媒を表す。還元体供給手段２０は、触媒１８の上流で排気ライン１６中に、ある量のディーゼル燃料を注入するための注入装置を包含する。熱電対ＴＣ１は、触媒１８への入口で排ガスの温度を検出し、検出した温度をエンジン管理装置（ＥＣＵ）（図には示していない）中のプロセッサーに伝達する。
【００５９】
エンジンに対する負荷が増加するにつれて、排ガス中のＮＯｘレベルがほぼ直線的な様式で増加する。同様に、排ガス温度も負荷と共に増加する。特定の臨界温度未満では、温度が完全なＮＯｘ除去反応が起こるには低過ぎるので、還元体を添加しない。図２Ａおよび２Ｂは、特定エンジン１２のデューティサイクル全体にわたる、エンジン負荷に対する排ガスＮＯｘ濃度およびエンジン負荷に対する温度の相関性を示す。実際には、様々な排ガス温度で添加される還元体の実際量は、特定のデューティサイクルの性質によって異なるが、高温でより大量のＮＯｘを除去するには、より多くの還元体を必要とするという傾向がある。そのような決定は、当業者には公知の適切な装置および技術を使用して、例えば好適なエンジンダイナモメータおよびＮＯｘセンサーを使用して、行うことができる。これらの測定から、走行サイクル全体にわたって排ガス中のＮＯｘを触媒上でＮ２に還元するのに必要な還元体添加の率を計算すること、および図２Ｃに示すようにこれを排ガス温度に相関させることが可能である。これらの相関関係を、図１のシステムを動かしているそのような全車両のＥＣＵプロセッサーに搭載し、ルックアップテーブルとして保存することができる。使用の際、還元体添加の率および量を、熱電対ＴＣ１により検出する排ガスの温度と比例するように、ＥＣＵにより制御する。このように還元体を添加することにより、車両上でＮＯｘ還元を効率的に、簡単に制御することができる。
【００６０】
図３に全体的に３０で示す、本発明の第二態様の一実施態様による機構は、図１と同じ番号で示す同様の特徴を有する。図３に示す、図１の機構に追加する新規な特徴は、酸化触媒３２、例えばガンマ−アルミナウォッシュコート上に担持された白金１重量％、を包含し、ＴＣ１が、ＮＯｘ還元触媒１８の下流で、触媒１８と酸化触媒３２の間に配置され、第二の熱電対ＴＣ２が酸化触媒３２の下流に配置されていることである。
【００６１】
使用の際、この機構は、ガスが確実に酸化触媒３２上で常にリーンになるように操作する。図１の機構と同様に、ＮＯｘ還元触媒が、その、ＮＯｘ還元に触媒作用するための低温活性温度未満にある、特定の臨界排ガス温度未満では、還元体は添加されない。この温度を超えると、還元体の量を増加することにより、排ガス中で還元されるＮＯｘ量が増加する。僅かに過剰のすり抜けた還元体が酸化触媒３２上で酸化され、その結果、生じる発熱により、ＴＣ２とＴＣ１で検出された温度の差、すなわちΔＴ＝ＴＣ２−ＴＣ１、として測定される、触媒を横切る温度増加を引き起こす。この制御戦略は、測定されるΔＴが、最適ＮＯｘ除去に対応する予め決められた値に実質的に維持されるように、還元体添加率を調節することである。還元体流は、ΔＴが小さ過ぎる場合に増加し、ΔＴが最も効率的なＮＯｘ転化に望ましい値より大きい場合に減少させる。
【００６２】
図５に全体的に４０で表す、本発明の第二態様の第二実施態様による機構では、図３と同様の特徴を同じ参照番号で示す。図５に示す、図３の機構に追加する新規な特徴は、平行な排気ライン４４で配置された複数のＮＯｘ−トラップ４２を包含し、各ラインは独自の還元体供給手段２０を有することである。
【００６３】
この、図３に示す、本発明の第二態様の配置は、リーン条件下で作動するリーンＮＯｘ触媒またはアンモニアＳＣＲ機構に応用した時に特に問題を生じないが、ＮＯｘ−トラップ４２の再生がより問題となる。リッチＮＯｘ−トラップ再生の必要性から生じる問題の一つは、下流の酸化触媒３２が、酸素不足の際に過剰の還元体を除去できないことである。これは、テールパイプにおける高度の還元体放出、および他の起こり得る問題につながる。
【００６４】
図５の機構は、排ガス流を、それぞれ独自のＮＯｘ−トラップ４２および還元体注入装置２０を備えた２本以上の平行ライン４４にどのように分割できるかを示す。どの時点においても、少なくとも一本のラインは還元体が注入されていないので、ＮＯｘ−トラップ４２から出るガス流をすべて混合すると、得られるガスは、下流の酸化触媒３２の上を通過する前は、全体的にリーンである。このようにして、過剰の還元体はすべて酸化され、得られるΔＴは、図３の実施態様に関して上に記載するように、ＮＯｘ還元機構に使用することができる。
【００６５】
本発明の第二態様の第三実施態様を図６Ａおよび６Ｂに示すが、そこでは図５に示す実施態様の複数の平行ＮＯｘ−トラップ４２が、単一のＮＯｘ−トラップ４２ＡおよびＮＯｘ−トラップの上流末端で等間隔に配置された３個の還元体供給手段２０によって置き換えられ、還元体スプレーを、基材モノリスの前面にある並列した区域４５に向けており、その中心は注入点４６により限定される。この配置は、図５に示す第一実施態様と同じ全体的な効果を与えるが、２個以上の還元体注入装置を備えた、より大きな単一の、すなわち一体的なＮＯｘ−トラップを使用している。これらの注入装置は、逐次的な様式で操作されるので、どの時点でも、ＮＯｘ−トラップの一部だけが再生を受け、この部分から出るガスは、再生されていない部分から出る排ガスと混合され、全体的にリーンのガス流を触媒３２上での酸化に供給する。
【００６６】
この実施態様に対する還元体供給手段は、燃料の液滴が触媒表面に衝突するように、制御された大きさの滴を触媒前面の近くに与えるように設定される。これが起これば、環境は強い還元性になり、近くに貯蔵されていた硝酸塩を還元することができる。この配置の利点は、ＮＯｘ−トラップ再生のための燃料損失が、エンジンの一個以上のシリンダーで注入タイミングを調節する機構よりも少ないことである。
【００６７】
図７に関して、排ガス後処理機構８０は、煤燃焼反応器１２０を備えてなり、その入口は、ディーゼルエンジン（図には示していない）の排気マニホルドに接続されている。反応器１２０は、その上流部分に、アルミナ系ウォッシュコートおよびＰｔを担持するセラミックハニカムからなる酸化触媒１２２を含む。反応器１２０は、その下流部分に、フィルター等級セラミックハニカムからなるウォール−フロ−フィルター１２４を含み、その通路は、入口末端と出口末端で交互に閉鎖および開放されており、入口末端で閉鎖されている通路は、出口末端では開放されており、入口末端で開放されている通路は、出口末端では閉鎖されている。そのような配置は、ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書に記載されており、その配置はＣＲＴ（商品名）と呼ばれている。反応器１２０の出口末端から、ＮＯｘ−トラップ容器１３０の入口にあるフラップバルブ１２８Ｘ、Ｙ、Ｚの操作チャンバーとして、プレナム１２６が続いている。容器１３０は、酸化バリウムおよび金属ＰｔおよびＲｈを含むアルミナウォッシュコートを担持するフロースルーセラミックハニカムモノリス基材からなるＮＯｘ−トラップ１３１Ｘ、Ｙを含む。フラップバルブ１２８Ｘ、Ｙ、Ｚの支点は、仕切り１２９の上に取り付けてあり、その仕切りは、反応器１３０の面を直径方向に横切って伸び、ＮＯｘ−トラップ１３１の面に対してガスを通さない用に密封されている。反応器１３０の各区域Ｘ、Ｙは、バルブ１２８の両側に、反応物注入装置１３２Ｘ、Ｙを備えている。図に示すような完全な反応器１３０では、バルブ１２８は中央位置Ｚにある。バルブ位置ＸおよびＹは、一方の側への流入位置(inset)として示す。反応器１３０には、大気中またはその後の処理につながる出口１３４が形成されている。好ましくは、反応器１３０の２個の半部分中への流量は、最終的にリーンの組成物を与えるように制御され、その混合物は、図３または５に示す配置で酸化触媒上に送られる。
【００６８】
この機構の正常な運転では、蒸気（Ｈ２Ｏ（ｇ））、二窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、未燃焼炭化水素燃料（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒子状物質（ＰＭ）を含んでなる排ガスが、例えば３００℃で、触媒１２２と接触し、その上でＮＯがＮＯ２に酸化され、ＨＣおよびＣＯの一部が蒸気およびＣＯ２に酸化される。次いで、排ガスは、フィルター１２４に入り、その上でＰＭの大部分が集められ、触媒１２２中で形成されたＮＯ２および場合によりＯ２との反応により燃焼する。次いで、ＰＭが除去されたガスは、３通りの様式、すなわち１２８Ｚでは、ＮＯｘ−トラップ区域１３０Ｘおよび１３０Ｙの両方がＮＯｘを吸収（または吸着）し、１２８Ｘでは、区域１３１Ｘが、プレナム１２６を離れるガスの小画分および１３２Ｘでディーゼル燃料の注入を受ける。区域１３１Ｘは再生を受け、その流出物は区域１３０Ｙの流出物と再び混合され、区域１３１Ｙは、ガスの主要部分を受け、ＮＯｘを吸収し、その流出物を１３４で大気中に放出し、１２８Ｙでは、区域１３１Ｙが、１２８Ｘで記載した役目を行う。
【００６９】
ＮＯｘ−トラップ１３１ＹがＮＯｘを吸収するための空き容量を有している時に、エンジン管理装置（図には示していない）が、区域Ｘから区域Ｙに切り換え、その逆も行う。
【００７０】
図８に関して、図７に示す機構とは別の機構を全体的に番号９０で示し、図７と共通の特徴は同じ番号で示すが、ここでは反応器１２０が触媒１２２だけを含む。ここでは番号１２５のＰＭフィルター容器は、別の容器１２１の中にある。この容器は、フィルターを通る流れの方向を反転させる点で異なっている。反応器１２０の出口は、位置１２３Ａと１２３Ｂ（流入）で操作できる４方バルブ１２３によりフィルター容器１２１に接続され、フィルター１２５を通してそれぞれ右側から左側へ、および左側から右側への流れを与えることができるが、中間点はフィルター１２５をバイパスさせるので、閉塞させる中間点は無い。バルブ１２３の操作は、非常に急速になるように制御する。フィルター１２５をどちらかの方向に離れることにより、ガスはバルブ１２３ＡまたはＢを通って、構造的および機能的に図７と同等であるＮＯｘ−トラップ１３０に流れる。
【００７１】
最新型ディーゼルエンジンの特徴は、エンジンから出るＮＯｘおよび／または排ガスの温度が、ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書に記載されているようにＮＯの酸化により触媒作用で発生したＮＯ２を使用する受動的フィルター再生には低過ぎる場合があることである。この問題に対する解決策の一つは、排気機構中の温度を増加することによりＰＭをフィルター上で燃焼させ、フィルターを横切る背圧を妥当な設計公差内に維持し、能動的にフィルターを再生することである。そのような能動的再生技術は、例えばヨーロッパ特許第０７５８７１３Ａ号明細書に記載されている。
【００７２】
図８に開示する機構の、ＣＲＴ（商品名）プロセスの実際的用途に対する優位性は、フィルター中の流れ反転を使用し、走行サイクル全体にわたってＮＯ２中で容易に燃焼されないＰＭを除去できることにある。未燃焼ＰＭは、第二の使い捨てフィルター上に集め、適当な間隔で除去することができる。従って、この配置は、特に後付け製品市場において、高価で、燃費のかかる能動的再生装置を取り付ける代わりに、実用的で経済的な解決策を提供する。
【００７３】
図８に示す実施態様でガス流の方向を切り換えるには、図９Ａおよび９Ｂに示す好適な４方バルブ１２３を使用することができる。これらの図面に示す平面図は、実質的に円筒形のバルブケーシング１００に関し、そのケーシングは、内部に直径が大きい周辺部区域１０２が形成され、回転シャフト１０６を有する長方形バタフライデフレクタ１０４の横行範囲を限定しており、その回転シャフトは、バルブケーシングの外に、シールを経由してアクチュエータ（図には示していない）に伸びている。横行範囲の極限は、直径が異なる区域間の段差１０８により限定され、そのような段差は、その意図する通路からのガス漏れを制限する。「ＬＨＳ」は「左側」を、ＲＨＳは「右側」を意味する。
【００７４】
図７、８および９に示す配置は、少なくとも下記の理由から独立して発明になると考えられる。機構内バルブ使用は、複雑な配管を避けるために望ましいことが分かっているが、その採用は、比較的高温の排ガス中ではバルブ機構が腐食し易く、バルブの耐用寿命前に交換することになるために、限られている。この問題は、重負荷ディーゼル車両に特に関連する。しかし、本配置では、ガスはディーゼル排気であり、これは、特に最新のエンジンでは先行技術のエンジン程高温ではなく、排ガスは、低硫黄ディーゼルを使用するためにＳＯｘ分が低く、フィルター下流のガスに含まれる、バルブを損なう可能性があるＰＭは比較的少量であり、ガスはリーンであり、従って、鋼を不動態化する。そのため、これらの特徴を組み合わせることにより、機構中のバルブ使用は実用的な提案になる。
【００７５】
図１０に示す機構５０で、５２は条件付きシステム制御装置（ＣＳＣ）であり、５４はマスタースイッチであり、５６は同期発電機であり、５８はブロックコンデンサーであり、６０は熱電対であり、６２は注入制御装置（ＩＣＵ）であり、６４は燃料ポンプであり、６６はバルブであり、６８は燃料注入装置であり、７０は正の電力線である。ＣＳＣ５２は、マスタースイッチ５４をオンにし、ＤＣブロックコンデンサー５８の後にある同期発電機５６からのＡＣリプルにより決定されるようにエンジンが作動しており、排気機構を検出するために適当に配置された熱電対６０の出力が、好適なＮＯｘ−トラップ上のＮＯｘ還元用に予め決められた最低温度を超えていれば、電力をＩＣＵ６２に供給するスイッチである。マスタースイッチ５４は、キー−オン位置に接続する必要はない。
【００７６】
ＣＳＣ５２は、３つの特徴（マスタースイッチ位置、同期発電機リプルの検出および予め決められた最小値を超える排ガス温度）のすべてが一致すれば、連続速度および量のＨＣを発生するように設計されている。ＣＳＣ５２がオンになると、注入ポンプ６４およびＩＣＵ６２に電力が供給され、ＩＣＵ６２がソレノイドバルブ６６を操作し、排ガスがＮＯｘ吸収成分の上流にある酸化触媒上を通過する前に排ガスを濃縮する一連のパルスを発生する。典型的には、注入制御装置は、比較的非常に長いリッチパルスを時々発生し、確実にＮＯｘ−トラップを実質的に完全に空にし、その後でより頻繁な一連の短い濃縮パルス、例えば毎分２秒間の注入、を発生し、ＮＯｘ−トラップの貯蔵能力を維持する（図１１参照）。
【００７７】
この燃料注入率は、選択したＮＯｘ転化、例えば平均デューティサイクル速度で９０％、に相関している。平均デューティサイクル速度よりも高い速度では、より多くのＮＯｘおよび大量の空気流があり、従って、ＮＯｘ転化は低下するであろう。しかし、高速度は、例えば市中心部のバスまたは廃棄物トラックでは、あまり起こりそうもなく、そのような高速度により引き起こされるＮＯｘ転化による燃料損失の増加は、先行技術の配置、例えば遅延注入タイミングを使用する先行技術の配置と比較して、走行サイクル全体にわたって少ない。
【００７８】
非常に一般的に、ＮＯｘ−トラップ再生を何時行うべきかを予見するための簡単な制御機構を、特に後付けする用途で提供するために、ここに記載するＮＯｘ−トラップを使用する機構を開発したが、多くの車両は、車両運転の他の特徴を制御するためのデータをＥＣＵに入力する一連のセンサーをすでに包含している。ＥＣＵを適切に再プログラム化することにより、そのような既存のセンサー入力の一つ以上を、残留ＮＯｘ−トラップ容量を予見する目的に使用することができる。これら入力には、好適な時計手段の状態を感知することにより、予め決められた、または予見される、キー−オンまたは前の再生から経過した時間、ＴＷＣ上の空気流またはマニホルド真空、点火タイミング、エンジン速度、スロットル位置、例えばラムダセンサー、好ましくは直線的ラムダセンサーを使用する排ガスレドックス組成、エンジン中に注入される燃料の量、車両が排ガス再循環（ＥＧＲ）を包含する場合、ＥＧＲバルブの位置、およびそれによって検出されるＥＧＲの量、エンジン冷却剤温度、排気機構がＮＯｘセンサーを包含する場合、ＮＯｘ−トラップの上流および／または下流で検出されるＮＯｘの量が挙げられるが、これらに限定するものではない。時計実施態様を使用する場合、予見される時間を、データ入力に応答して調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、本発明の第一態様による機構を図式的に示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す機構の排ガス中ＮＯｘ濃度をエンジン負荷に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示す機構の排ガス温度をエンジン負荷に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示す機構の排ガス温度をＮＯｘ濃度（左側ｙ軸）および還元体添加（右側ｙ軸）に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の第二態様による機構を図式的に示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示す機構におけるＮＯｘ還元触媒上で還元されるＮＯｘを還元体添加に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３に示す機構におけるＮＯｘ還元触媒上で還元されるＮＯｘをΔＴに対してプロットした、臨界温度（ｘ軸に対する破線）より上における還元体添加および検出されたΔＴに対応する最適還元体添加（暗くした区域）を示すグラフを図式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の第二態様の一実施態様による機構を図式的に示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第二態様の別の実施態様を図式的に示す図であり、単一基材モノリスを含んでなるＮＯｘ−トラップの末端図を示し、基材の上流末端における複数の還元体注入装置の注入点およびスプレー区域を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示す単一基材モノリスを図式的に示す側面図である。
【図７】図７は、ディーゼルエンジンの排ガス処理に使用するＮＯｘ−トラップと煤燃焼反応器の組合せを包含する、本発明の第三態様の一実施態様を図式的に示す断面図である。
【図８】図８は、図７と類似のＮＯｘ−トラップを備えてなるが、２つの部分からなる煤燃焼反応器を使用し、その第二部分が流れ反転フィルターを収容する、本発明の第三態様の別の実施態様を示す断面図である。
【図９】図９Ａ（位置１２３Ａ）および９Ｂ（位置１２３Ｂ）は、図８で使用する４方バルブの、２つの極限位置を示すバルブの拡大平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第四態様による機構を図式的に示す図である。
【図１１】図１１は、図９の機構で使用するための燃料注入戦略を示す、量と時間の関係をプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に触媒作用により転化する還元体の添加を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘを好適な還元体でＮ２に触媒作用により還元することは公知である。３つの例は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）、リーン−ＮＯｘ触媒作用およびＮＯｘ−トラップ再生である。
【０００３】
ＳＣＲでは、還元体は、典型的にはＮＯｘ特異性還元体である。「ＮＯｘ特異性還元体」とは、本明細書で我々は、ほとんどの条件で、気体状混合物の他の成分よりもＮＯｘを優先的に還元する還元剤を意味する。ＮＯｘ特異性還元体の例には、窒素系化合物、例えば水素化窒素、例えばアンモニア（ＮＨ３）またはヒドラジン、があり、それ自体またはＮＨ３前駆物質を経由して使用する。
【０００４】
「ＮＨ３前駆物質」とは、我々は、例えば加水分解によりＮＨ３を誘導できる一種以上の化合物を意味する。これらの化合物は、水溶液として、または固体としての尿素（ＣＯ（ＮＨ２）２）あるいはカルバミン酸アンモニウム（ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４）を包含する。尿素を水溶液として使用する場合、共融混合物、例えば３２．５％尿素（ａｑ）、が好ましい。添加剤は、結晶化温度を下げるために水溶液中に包含することができる。
【０００５】
公知のＳＣＲ触媒には、約１７５℃〜約２５０℃におけるＮＨ３によるＮＯｘの還元に触媒作用することができるＰｔ系触媒、温度約２６０℃〜約４５０℃の中程度の温度で作用するバナジウム系触媒、例えばＶ２Ｏ５／ＴｉＯ２、および温度増加と共に活性が増加しながら機能するゼオライト系触媒が挙げられる。
【０００６】
ＮＨ３ＳＣＲ系では、幾つかの化学反応が起こり、それらのすべてが、ＮＯｘを元素状窒素に還元する所望の反応を代表している。全体的に望ましい反応は、式（１）により表される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２ → ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ （１）
【０００７】
競合する、酸素との選択的反応は、二次的な放出物を発生するか、または非生産的にＮＨ３を消費する。そのような非選択的反応の一つは式（２）により表されるＮＨ３の完全酸化である。
４ＮＨ３＋５Ｏ２ → ４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ （２）
【０００８】
無論、約１００〜２００℃未満の低い温度では、ＮＨ３はＮＯ２と反応し、硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）と亜硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ２）の爆発性混合物を形成することもある。この疑念を回避するために、本発明は、そのような反応またはその反応を引き起こす条件の助長を含まない。例えば、この反応は、温度が約２００℃未満に確実に下がらないようにするか、またはＮＯｘとの化学量論的反応（１対１モル比）に必要な正確な量よりも低い量のＮＨ３をガス流中に供給することにより、回避することができる。
【０００９】
尿素は、１６０℃を超える温度で式（２）により加水分解し、ＮＨ３自体を放出する。尿素は、この温度以上で、式（４）および（５）により熱的に分解し、尿素によるＳＣＲプロセス（どちらもここに参考として含めるＳＡＥ９００４９６およびＳＡＥ９３０３６３参照）の際のＣＯ形成により立証されるように、ＮＯｘを還元することも考えられる。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ → ２ＮＨ３＋ＣＯ２ （３）
ＣＯ（ＮＨ２）２ → ．ＮＨ２＋ＣＯ （４）
．ＮＨ２＋ＮＯ → Ｎ２＋Ｈ２Ｏ （５）
【００１０】
リーン−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）は、文献中で、リーン−ＮＯｘ還元触媒、「ＤｅＮｏｘ触媒」およびＮＯｘ吸蔵触媒とも呼ばれることがある。
【００１１】
リーン−ＮＯｘ触媒作用では、炭化水素（ＨＣ）が、酸素（Ｏ２）ではなく、反応（６）により窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応し、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）を形成する。
｛ＨＣ｝＋ＮＯｘ → Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （６）
【００１２】
競合する非選択的な酸素との反応は、反応（７）により与えられる。
｛ＨＣ｝＋Ｏｘ → ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （７）
【００１３】
文献中に記載されている、所望の反応（６）を選択的に促進するＬＮＣの二つの好ましい群、すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）上の白金（Ｐｔ）および銅（Ｃｕ）置換されたゼオライト、例えばＣｕ／ＺＳＭ−５、がある。
【００１４】
典型的なＮＯｘ−トラップ処方物は、触媒酸化成分、例えばＰｔ、ＮＯｘ−貯蔵成分、例えばアルカリ金属、例えばカリウムおよび／またはセシウム、の化合物、アルカリ土類金属、例えばバリウムまたはストロンチウム、の化合物、あるいは希土類金属、典型的にはランタンおよび／またはイットリウム、の化合物、および還元触媒、例えばロジウム、を包含する。この処方物に関して、リーンエンジン作動中のＮＯｘ−貯蔵に一般的に与えられる機構の一つは、第一工程で、五酸化二窒素(nitric oxide)がＰｔ上の活性酸化箇所の上で酸素と反応し、ＮＯ２を形成する。第二工程では、貯蔵材料によりＮＯ２が無機硝酸塩の形態で吸着される。
【００１５】
エンジンが濃縮された条件下で、または高温で間欠的に作動する場合、硝酸塩化学種が熱力学的に不安定になり、分解し、ＮＯまたはＮＯ２を形成する。リッチ条件下では、これらの窒素酸化物が一酸化炭素、水素および炭化水素によりＮ２に還元されるが、これは還元触媒上で行うことができる。
【００１６】
無機ＮＯｘ貯蔵成分は、典型的には酸化物として存在するが、無論、空気、またはＣＯ２とＨ２Ｏを含む排ガスの存在下では、この成分は、炭酸塩または場合により水酸化物の形態で存在することもできる。我々は、我々の国際特許第ＷＯ００／２１６４７号明細書（ここに参考として含める）中で、ＮＯｘ−特異性反応物を使用してＮＯｘ−トラップを再生できることを説明している。
【００１７】
ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書（ここに参考として含める）は、ディーゼル排ガス中の粒子状物質を燃焼させるための方法であって、排ガス中の一酸化窒素を触媒上で二酸化窒素に酸化すること、粒子状物質を排ガスから濾過すること、および濾過した粒子状物質を二酸化窒素中、４００℃までで燃焼させることを含んでなる、方法を記載している。そのような機構は、Johnson MattheyからＣＲＴ（商品名）として市販されている。
【００１８】
本明細書の目的には、一般的に我々は、内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に好適な還元体で触媒還元する方法をＮＯｘ還元方法と呼び、ＮＯｘからＮ２への還元を促進する触媒をＮＯｘ還元触媒と呼ぶ。そのような触媒には、ＳＣＲ触媒、リーン−ＮＯｘ触媒およびＮＯｘ−トラップが挙げられる。
【００１９】
上記のＮＯｘ還元方法に関連する問題は、還元体添加の制御である。添加する還元体が少な過ぎると、ＮＯｘ還元が放出物規準に適合するのに不十分になる。添加する還元体が多過ぎると、多くの問題を引き起こす。例えば、還元体がアンモニアである場合、アンモニアは生物学的に毒であり、不快臭を有するので、アンモニアの大気中への放出は好ましくない。過剰のアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒の下流に好適な触媒を使用して酸化することができるが、これはＮＯｘを発生し、従ってＮＯｘ還元方法の目的そのものを損なう。炭化水素燃料、例えばディーゼルまたはガソリン、も排ガスの規制される成分であり、従って、過剰の炭化水素還元体により、装置が関連する放出物規準に不適合になることがある。
【００２０】
還元体添加を制御する装置は公知であるが、複雑なアルゴリズムを実行するための複数のセンサーおよびプロセッサーが関与する非常に複雑な制御方式を必要とする傾向がある。その結果、そのような装置は非常に高価である。
【００２１】
米国特許第ＵＳ−Ａ−２００２／０１９４８４１号明細書（ここに参考として含める）は、還元触媒を包含するＳＣＲ装置に供給される外部還元体により、自動車用ディーゼルエンジンから出るＮＯｘ放出物を低減させる方法であって、一つ以上のエンジン作動パラメータ、例えば速度およびトルク、を速度／負荷センサーから感知し、触媒温度が設定した範囲内にある時にエンジンにより発生するＮＯｘ放出物の実際量を示唆する放出物の濃度を予測する工程、および触媒が、計算されたＮＯｘ放出物濃度を引き下げるのに十分な率で、触媒に外部還元体を計量供給する工程、を含んでなる方法を開示している。
【００２２】
日本国特許第ＪＰ−Ａ−２００２−１２２０１９号明細書（ここに参考として含める）は、ＮＯｘ−トラップ中の温度を検出し、還元体添加を調整してＮＯｘ−トラップ温度を予め決められた範囲内に維持することにより、ＮＯｘ−トラップ中の熱分解を阻止する方法を開示している。
【００２３】
独国特許第ＤＥ−Ａ−９９１３２６８号明細書（ここに参考として含める）は、リーンバーンエンジン中のＮＯｘ還元触媒の効率を監視する装置であって、触媒上流で予め決められた量の燃料を排ガス中に供給し、ある量の化学的エネルギーを利用できるようにし、触媒効率に応じて、ある量の熱エネルギーを与えるための燃料供給装置、触媒中への、および触媒から出る熱エネルギーを測定するための流量および温度センサー、および燃料供給装置および温度センサーと連絡するデーター処理装置を備えてなり、触媒に対するエネルギーバランスを構築し、従って、触媒の性能を示唆する相関関係信号を与える装置を開示している。
【００２４】
日本国特許第ＪＰ−Ａ−６２−１１７６２０号明細書（ここに参考として含める）には、平行に配置された２個のＮＯｘトラップを使用し、ガソリンエンジン排ガス中の窒素酸化物を除去する方法であって、該ＮＯｘトラップを交互に使用し、２方バルブの制御下で排ガスからＮＯｘを吸収する方法が記載されている。オフ−ライン使用されていないＮＯｘトラップは、好適な還元体、例えば水素、アンモニア、一酸化炭素またはメタン、を使用して再生させる。
【００２５】
Martin Elsener et al.による「Development and evaluation of a DeNOｘ system based on urea SCR」、MTZ worldwide、11/2003、64卷、28-31頁（ここに参考として含める）は、ＳＣＲ触媒を包含する排気機構における還元体送達のフィードバック制御を行うための、アンモニアに対して相互感受性(cross-sensitive)であるＮＯｘセンサーの使用を記載している。
【００２６】
我々は、還元体添加を校正し、フィードバックにより還元体添加を制御する方法を研究した。我々は、ここに、還元体系放出物を安価に、効果的に低減させる、多くの簡単な方法および装置を考案した。これらの方法を具体化する装置は、後付け製品市場に特に関連する。
【００２７】
本発明の第一の態様は、制御入力として、例えば熱電対を使用し、単一の温度測定だけを使用する。好ましくは、予め決められた温度未満では、完全なＮＯｘ除去反応を起こすには温度が低過ぎるので、還元体を添加しない、すなわち還元体添加は、ＮＯｘ還元触媒が活性である時にのみ還元体が供給されるように制御する。エンジンの負荷が増加するにつれて、排ガス中のＮＯｘレベルがほぼ直線的な様式で増加する。同様に、排ガス温度も負荷と共に増加する。従って、我々は、特定のエンジンで特定の用途には、排ガス中のＮＯｘ含有量とその温度との間に、ある関係があると予想している。さらに、これは直線関係に近いであろう。従って、その最も簡単な形態で、本発明のこの態様では、導入する還元体の率は、排ガスの温度に大体比例する。還元体をこのように添加することにより、車両上でＮＯｘ還元を維持するための非常に効率的で、簡単な方法が得られる。様々な排ガス温度で添加する還元体の実際的な量は、特定の用途によって異なることがある。しかし、その傾向は、より高い温度で、より多くのＮＯｘを除去するには、より多くの還元体を必要とすることである。実際には、校正プロセスにより正確な量を決定することになろう。
【００２８】
第一態様の装置実施態様では、本発明は、車両用リーンバーン内燃機関用の、排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒、還元体の供給源、該触媒を該還元体と接触させる手段、該排ガスおよび／または該触媒床の温度を検知する手段、および使用中に、還元体添加を制御する手段を備えてなる排気機構であって、該還元体添加制御手段が、該排ガスおよび／または触媒床の温度測定値に対応する率で、ある量の還元体を該触媒に供給し、該温度値が、使用中に、該排ガス中のＮＯｘ量と相関し、それによって該ＮＯｘの還元を促進するように予め決められている、排気機構を提供する。
【００２９】
第一態様の方法実施態様では、本発明は、車両用リーンバーン内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘを好適な触媒上でＮ２に還元するのに必要な還元体添加の率を校正する方法であって、複数の排ガスおよび／または触媒床温度で該排ガス中のＮＯｘを測定すること、および各排ガスおよび／または触媒床温度値を、該触媒上でＮＯｘを還元するのに必要な還元体添加の率に相関させることを含んでなる、方法を提供する。
【００３０】
一般的に、先行技術では、ＮＯｘ還元触媒の温度を測定し、触媒温度が予め決められた範囲を下回った時に還元体の添加を中断し、硝酸アンモニウムおよび亜硝酸アンモニウムの形成を阻止し、ＮＯｘ還元のための触媒の低温活性温度未満における還元体の放出を阻止することが公知である。本発明の第一態様は、この先行技術とは、触媒および／または排ガスの温度を、排ガス中のＮＯｘ量、従って、そのようなＮＯｘ量を下げるのに必要な還元体添加の率、を予知するために使用する点で、異なっている。
【００３１】
本発明の第二態様は、フィードバックにより還元体添加をリアル−タイムで制御する簡単な手段を提供する。この第二態様では、酸化触媒を、還元体と接触するＮＯｘ還元触媒の下流に配置する。この機構は、必要であれば例えば空気の二次的供給により、ガスが酸化触媒上で常にリーンになるように配置される。上記の第一態様と同様に、ＮＯｘ還元が効果的ではない特定の臨界排ガス温度（図４ＢのΔＴ軸に対する破線参照）未満では還元体を添加しないのが望ましい。この温度より上では、還元体量を増加することにより、排ガス中で還元されるＮＯｘ量が増加する。実際には、この効果には限界があり、より多くの還元体を導入しても、ＮＯｘ還元を強化することはできない（図４Ａに示す）。従って、望ましい添加率に対応して、僅かに過剰の還元体がＮＯｘ還元触媒からすり抜ける区域があり、これより上では、それ以上の還元体が無駄になり、関連する放出物規準に適合しなくなる場合がある。
【００３２】
全体的なガス組成は、リーンになるように設定されているので、過剰の還元体はすべて下流の酸化触媒上で酸化され、得られる発熱が酸化触媒全体の温度を増加させることができる。酸化触媒への入口温度は、使用中に著しく変化することがあるが、この方法で、我々は、存在する過剰の還元体の尺度であるΔＴだけを問題にしている。この制御戦略（図４Ｂに示す）は、還元体添加率を調節し、測定されるΔＴを、最適ＮＯｘ除去（図４Ｂにおける暗くした区域）に対応する予め決められた範囲内に維持することに基づいている、すなわち添加率を、ΔＴが小さ過ぎる場合は増加し、ΔＴが最適な、効率的ＮＯｘ転化に望まれるよりも大きい場合、減少させる。
【００３３】
本発明の第二態様の装置実施態様では、車両用リーンバーン内燃機関用の、排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒、還元体の供給源、該ＮＯｘ還元触媒を該還元体と接触させる手段、該ＮＯｘ還元触媒の下流に配置された酸化触媒、該酸化触媒を横切る温度差（ΔＴ）を測定する手段、および使用中に、還元体添加を制御する手段を備えてなる排気機構であって、該還元体添加制御手段が、還元体添加率を制御してΔＴを予め決められた範囲内に維持し、該機構が、該酸化触媒上の該排ガス組成がリーンになるように設計されている、機構を提供する。
【００３４】
本発明の第二態様の方法実施態様では、車両用リーンバーン内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に還元するのに好適な触媒への還元体添加をフィードバックにより制御する方法であって、該還元体を酸化するための酸化触媒を該ＮＯｘ還元触媒の下流に配置すること、該酸化触媒の上流で該排ガス温度を測定すること、該酸化触媒の下流で該排ガス温度を測定すること、該入口および出口温度の差（ΔＴ）を決定すること、およびΔＴが予め決められた範囲内に入るように、還元体添加の率を調節することを含んでなる方法を提供する。
【００３５】
ＮＯｘ−トラップを包含する機構に本第二態様を適用する際の問題の一つは、ＮＯｘ−トラップを再生するためにリッチ（すなわちラムダ＜１）排ガスを使用しなければならない場合があることである。我々は、二次的な空気注入を必要とせずに、本発明の第二態様をそのようなＮＯｘ−トラップに拡張できるようにするための３種類の実施態様を提案する。
【００３６】
図５に示す第一実施態様では、少なくとも２個のＮＯｘ−トラップを平行に配置し、それぞれに還元体注入装置を接続する。各ＮＯｘ−トラップ上のガス毎時空間速度（ＧＨＳＶ）は、各ライン中の相対的背圧によって異なるが、通常、配置がそれぞれ等しくなるように、この場合、ＧＨＳＶが各ラインで実質的に等しくなるように、機構を設定する。ＮＯｘ−トラップ再生は、機構中のＮＯｘ−トラップで直列で行う、すなわち、いずれの場合も、機構中の全ＮＯｘ−トラップから出る排ガスを混合した時に、その組成がリーン、すなわちラムダ＞１、になるように、少なくとも一ラインは還元体を注入しない。混合された排ガスは、上記本発明の第二態様の酸化触媒に送られる。
【００３７】
図６Ａおよび６Ｂに示す第二実施態様では、ＮＯｘ−トラップを単一の基材モノリス上に被覆し、少なくとも２個の注入装置を基材モノリスの上流側に配置し、注入された還元体がモノリス基材の特定区域に向けられるように配置する。
【００３８】
この実施態様の利点は、第一実施態様および平行ＮＯｘ−トラップを使用する他の機構と比較して、機構を収容するための、車両上に必要とする空間が少なくて済むことである。
【００３９】
第三の実施態様は、第二実施態様と類似しており、図７および８に示す。この実施態様は、上流の３方フラップバルブおよびフラップバルブの両側に位置する還元体注入装置を備えてなる。ＮＯｘ−トラップ「充填」の際、フラップバルブを、排ガス流の方向と平行になるように整列させることができる。再生の際、フラップバルブを、ＮＯｘ−トラップの還元体を受け取っている側の上に倒し、それによって排ガス流の一部を、再生されているＮＯｘ−トラップから離れるように向け、その中を通る排ガスの流れを少なくする。
【００４０】
この実施態様の利点は、ＮＯｘ−トラップの、再生すべき部分にある排ガス流が少なくなり、放出されるＮＯｘの還元が促進されるので、第二実施態様よりも再生がより効率的に行われる、すなわち必要とされる還元体が少なくなる。さらに、我々は、第二および第三の実施態様は、それ自体が特許権を受けられるように新規であり、発明であると考えている。
【００４１】
従って、第三の態様により、本発明は、車両用リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、単一のモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップ（該基材の上流末端は、流体の流れ方向で少なくとも２つの区域に小分割されている）、および該少なくとも２つの区域の画分を還元体と順次接触させる手段を備えてなり、該ＮＯｘ−トラップは、全体として排ガス流に対してイン−ラインのままである、排気機構を提供する。
【００４２】
一実施態様で、ＮＯｘ−トラップを還元体と接触させる手段は、還元体の液滴がＮＯｘ−トラップと接触するように、基材の上流末端に十分に近い所に配置された注入装置を備えてなる。還元体をＮＯｘ−トラップ上流の排ガス中に注入する意図は、排ガスの酸素濃度を下げること、すなわち濃縮することにあるが、排ガス組成をリッチ（ラムダ＜１）にする必要はない。先行技術の配置では、還元体をＮＯｘ−トラップのはるか上流に、例えば一個以上のエンジンシリンダーの排気行程中に導入するか、またはヨーロッパ特許第０７５８７１３Ａ号明細書（ここに参考として含める）の場合では、例えば還元体を、ＮＯｘ−トラップの上流に配置された酸化触媒およびディーゼル粒子状物質フィルターの上流で排気導管中に注入する。どちらの場合も、液体還元体の滴が蒸発する。さらに、最大ガス流では、ある程度のリッチ状態が得られる前に、単に過剰の酸素をすべて除去する（燃焼により）ためにだけ大量の還元体が必要になる。還元体が炭化水素燃料、例えばディーゼル、である場合、この方式は燃費が悪い。
【００４３】
我々は、大きさを制御した燃料滴をＮＯｘ−トラップ触媒の上流面の近くに導入し、注入された燃料の蒸発を計画的に制限することにより、燃料の液滴を触媒表面に衝突させることができることを見出した。これが起これば、その環境は強い還元性になり、近くに貯蔵されていた硝酸塩を還元することができる。従って、この配置は、ＮＯｘ−トラップ再生に伴う燃料損失を大幅に軽減できる。
【００４４】
粒子動力学により、液体還元体の滴は、従来のフロースルーセラミックまたは金属モノリス基材を、その壁上に担持されたＮＯｘ吸収材上に衝突することなく、通過する場合がある。還元体がＮＯｘ吸収材と接触する可能性を増加するために、一実施態様では、セラミックまたは金属フォームを含んでなるフォーム基材を使用する。別の実施態様は、ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ａ−１０５７５１９号明細書または国際特許第ＷＯ０３／０３８２４８号明細書（どちらもここに参考として含める）に記載されているような、内部じゃま板を包含する金属製部分フィルター基材を使用する。別の実施態様では、ＮＯｘ−トラップは従来のセラミックウォール−フロ−フィルターを含んでなり、そこでは、圧損により動かされる対流(convention)が、燃料滴を確実に、貯蔵されているＮＯｘに接触させる筈である。この後者の実施態様では、粒子状物質（ＰＭ）自体の効果的な濾過は重要ではないので、多孔質フィルターを使用できようが、日本国特許第ＪＰ−Ｂ−２７２２９８７号明細書（ＪＰ−Ａ−０６１５９０３７）（ここに参考として含める）に記載されているようにＮＯｘとＰＭを組み合わせた抑制、すなわちフィルターが煤燃焼触媒／ＮＯ酸化触媒、例えばＰｔ、ＮＯｘ吸収材、例えば酸化バリウム、および所望によりＮＯｘ還元触媒、例えばロジウム、を包含するのが望ましいであろう。
【００４５】
還元体注入装置とＮＯｘ−トラップとの間に配置された従来のフロースルーモノリス上に酸化触媒を被覆することも、粒子動力学にとって有利になる場合がある。モノリスの開いた前方面積およびセル密度に応じて、燃料滴が実質的に酸化せずに酸化触媒を通過し、ＮＯｘ−トラップ中に貯蔵されたＮＯｘを還元するのに利用できる。対照的に、蒸発した炭化水素還元体は酸化触媒上で、より酸化され易い。
【００４６】
別の実施態様では、ＮＯｘ−トラップ画分を還元体と接触させる手段が、基材の上流末端上に配置されたフラップバルブを備えてなり、それによって基材を少なくとも二つの区域に小分割する。一つの配置では、注入装置が各区域に接続される。
【００４７】
第三態様の方法では、車両用リーンバーン内燃機関の排気機構中にあるモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップが、ＮＯｘ−トラップの画分を還元体と接触させることにより、再生され、ＮＯｘ−トラップ全体は排ガス流に対してイン−ラインのままである。
【００４８】
一実施態様では、還元体がＮＯｘ−トラップの画分と、排ガス流が減少した時に接触する。
【００４９】
本発明の第四の態様では、車両用リーンバーン内燃機関用の、ＮＯｘ還元触媒、該触媒の上流に配置された還元体注入装置、および使用時に、還元体添加を制御する手段を備えてなる排気機構であって、還元体添加制御装置が、デューティサイクル中の全車両速度において、車両の平均デューティサイクル速度で所望のＮＯｘ転化に相関するように予め決められた率で、還元体を触媒に供給する排気機構を提供する。
【００５０】
第四態様の発明は、デューティサイクルが限られた車両、例えばまたは廃棄物トラック、用の後付け製品市場に特に用途がある。その考え方は、平均デューティサイクル速度において、ＮＯｘ還元触媒中で特定量のＮＯｘ、例えば９０％、を還元するのに、どのような還元体注入率が必要であるかを決定することである。例えば、ＮＯｘ還元触媒がＮＯｘ−トラップを含んでなる場合、使用中に、連続的な速度および量のＨＣ燃料注入、例えば毎分２秒間の注入、を行うための機構制御装置を配置することができる。この機構制御装置は、確実にＮＯｘ−トラップが実質的に完全に再生されるための比較的長いリッチＨＣ燃料パルスを時々与え、続いてＮＯｘ−トラップの貯蔵能力を維持するために、短い濃縮パルスの連続をより頻繁に与えるように設定することもできる。注入戦略のより正確な詳細は、車両およびそのデューティサイクルによって異なる。
【００５１】
平均デューティサイクル速度よりも高い速度では、ＮＯｘがより多くなり、空気流量が大きくなり、従って、不十分な還元体のために全体的なＮＯｘ転化率は低下するが、高速度は、例えば市中心部のバスではあまり起こりそうもないので、そのような高速度におけるＮＯｘ転化による燃料損失は、先行技術の、例えば注入タイミングを遅らせた設定と比較して、全走行サイクルにわたって少ないであろう。ＨＣ注入率と平均デューティサイクル速度の相関性は、特定の用途に合わせることができる、例えばマンチェスター（英国）市中心部におけるバスは、ロンドン（英国）におけるバスとは異なったデューティサイクルに直面すると予想されるであろう。
【００５２】
第四態様の一実施態様では、酸化触媒を還元体注入装置とＮＯｘ−トラップの間に配置し、ＮＯｘ−トラップの再生温度を増加し、排ガスから酸素を除去し、ＮＯｘ−トラップ再生のためのリッチ排ガスを確保する。
【００５３】
第四の態様による車両用内燃機関の排ガス中ＮＯｘの還元方法は、デューティサイクル中の全車両速度で、平均デューティサイクル速度における所望のＮＯｘ転化率に相関する率で還元体を排ガス中に導入すること、およびＮＯｘおよび還元体を含む排ガスをＮＯｘ還元触媒と接触させることを含んでなる。
【００５４】
特別な配置では、ＮＯｘ還元触媒およびここに記載する還元体送達機構を、上記ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書に記載されている配置の下流に配置する。
【００５５】
他の記載がない限り、本発明で使用する触媒は、金属またはセラミックまたは炭化ケイ素、例えばコージーライト、材料から製造された高表面積基材モノリス上に塗布する。一般的な配置は、１００〜６００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）、例えば３００〜４００ｃｐｓｉ（１５．５〜９３．０セルｃｍ−２、例えば４６．５〜６２．０セルｃｍ−２）のハニカム、フロースルーモノリス構造である。
【００５６】
内燃機関は、ディーゼルまたはリーンバーンガソリンエンジン、例えばガソリン直噴エンジン、でよい。ディーゼルエンジンは、関連する法規に規定されている軽負荷エンジンまたは重負荷エンジンでよい。
【００５７】
本発明をより深く理解するために、その実施態様を、添付の図面を参照しながら説明する。
【００５８】
全体的に番号１０で示す本発明の第一態様による機構を図１に示すが、そこでは１２がディーゼルエンジンを、１４が排気マニホルドを、１６が排気ラインを、１８がＮＯｘ還元触媒、例えば５重量％Ｃｕ／ベータゼオライトリーン−ＮＯｘ触媒を表す。還元体供給手段２０は、触媒１８の上流で排気ライン１６中に、ある量のディーゼル燃料を注入するための注入装置を包含する。熱電対ＴＣ１は、触媒１８への入口で排ガスの温度を検出し、検出した温度をエンジン管理装置（ＥＣＵ）（図には示していない）中のプロセッサーに伝達する。
【００５９】
エンジンに対する負荷が増加するにつれて、排ガス中のＮＯｘレベルがほぼ直線的な様式で増加する。同様に、排ガス温度も負荷と共に増加する。特定の臨界温度未満では、温度が完全なＮＯｘ除去反応が起こるには低過ぎるので、還元体を添加しない。図２Ａおよび２Ｂは、特定エンジン１２のデューティサイクル全体にわたる、エンジン負荷に対する排ガスＮＯｘ濃度およびエンジン負荷に対する温度の相関性を示す。実際には、様々な排ガス温度で添加される還元体の実際量は、特定のデューティサイクルの性質によって異なるが、高温でより大量のＮＯｘを除去するには、より多くの還元体を必要とするという傾向がある。そのような決定は、当業者には公知の適切な装置および技術を使用して、例えば好適なエンジンダイナモメータおよびＮＯｘセンサーを使用して、行うことができる。これらの測定から、走行サイクル全体にわたって排ガス中のＮＯｘを触媒上でＮ２に還元するのに必要な還元体添加の率を計算すること、および図２Ｃに示すようにこれを排ガス温度に相関させることが可能である。これらの相関関係を、図１のシステムを動かしているそのような全車両のＥＣＵプロセッサーに搭載し、ルックアップテーブルとして保存することができる。使用の際、還元体添加の率および量を、熱電対ＴＣ１により検出する排ガスの温度と比例するように、ＥＣＵにより制御する。このように還元体を添加することにより、車両上でＮＯｘ還元を効率的に、簡単に制御することができる。
【００６０】
図３に全体的に３０で示す、本発明の第二態様の一実施態様による機構は、図１と同じ番号で示す同様の特徴を有する。図３に示す、図１の機構に追加する新規な特徴は、酸化触媒３２、例えばガンマ−アルミナウォッシュコート上に担持された白金１重量％、を包含し、ＴＣ１が、ＮＯｘ還元触媒１８の下流で、触媒１８と酸化触媒３２の間に配置され、第二の熱電対ＴＣ２が酸化触媒３２の下流に配置されていることである。
【００６１】
使用の際、この機構は、ガスが確実に酸化触媒３２上で常にリーンになるように操作する。図１の機構と同様に、ＮＯｘ還元触媒が、その、ＮＯｘ還元に触媒作用するための低温活性温度未満にある、特定の臨界排ガス温度未満では、還元体は添加されない。この温度を超えると、還元体の量を増加することにより、排ガス中で還元されるＮＯｘ量が増加する。僅かに過剰のすり抜けた還元体が酸化触媒３２上で酸化され、その結果、生じる発熱により、ＴＣ２とＴＣ１で検出された温度の差、すなわちΔＴ＝ＴＣ２−ＴＣ１、として測定される、触媒を横切る温度増加を引き起こす。この制御戦略は、測定されるΔＴが、最適ＮＯｘ除去に対応する予め決められた値に実質的に維持されるように、還元体添加率を調節することである。還元体流は、ΔＴが小さ過ぎる場合に増加し、ΔＴが最も効率的なＮＯｘ転化に望ましい値より大きい場合に減少させる。
【００６２】
図５に全体的に４０で表す、本発明の第二態様の第二実施態様による機構では、図３と同様の特徴を同じ参照番号で示す。図５に示す、図３の機構に追加する新規な特徴は、平行な排気ライン４４で配置された複数のＮＯｘ−トラップ４２を包含し、各ラインは独自の還元体供給手段２０を有することである。
【００６３】
この、図３に示す、本発明の第二態様の配置は、リーン条件下で作動するリーンＮＯｘ触媒またはアンモニアＳＣＲ機構に応用した時に特に問題を生じないが、ＮＯｘ−トラップ４２の再生がより問題となる。リッチＮＯｘ−トラップ再生の必要性から生じる問題の一つは、下流の酸化触媒３２が、酸素不足の際に過剰の還元体を除去できないことである。これは、テールパイプにおける高度の還元体放出、および他の起こり得る問題につながる。
【００６４】
図５の機構は、排ガス流を、それぞれ独自のＮＯｘ−トラップ４２および還元体注入装置２０を備えた２本以上の平行ライン４４にどのように分割できるかを示す。どの時点においても、少なくとも一本のラインは還元体が注入されていないので、ＮＯｘ−トラップ４２から出るガス流をすべて混合すると、得られるガスは、下流の酸化触媒３２の上を通過する前は、全体的にリーンである。このようにして、過剰の還元体はすべて酸化され、得られるΔＴは、図３の実施態様に関して上に記載するように、ＮＯｘ還元機構に使用することができる。
【００６５】
本発明の第二態様の第三実施態様を図６Ａおよび６Ｂに示すが、そこでは図５に示す実施態様の複数の平行ＮＯｘ−トラップ４２が、単一のＮＯｘ−トラップ４２ＡおよびＮＯｘ−トラップの上流末端で等間隔に配置された３個の還元体供給手段２０によって置き換えられ、還元体スプレーを、基材モノリスの前面にある並列した区域４５に向けており、その中心は注入点４６により限定される。この配置は、図５に示す第一実施態様と同じ全体的な効果を与えるが、２個以上の還元体注入装置を備えた、より大きな単一の、すなわち一体的なＮＯｘ−トラップを使用している。これらの注入装置は、逐次的な様式で操作されるので、どの時点でも、ＮＯｘ−トラップの一部だけが再生を受け、この部分から出るガスは、再生されていない部分から出る排ガスと混合され、全体的にリーンのガス流を触媒３２上での酸化に供給する。
【００６６】
この実施態様に対する還元体供給手段は、燃料の液滴が触媒表面に衝突するように、制御された大きさの滴を触媒前面の近くに与えるように設定される。これが起これば、環境は強い還元性になり、近くに貯蔵されていた硝酸塩を還元することができる。この配置の利点は、ＮＯｘ−トラップ再生のための燃料損失が、エンジンの一個以上のシリンダーで注入タイミングを調節する機構よりも少ないことである。
【００６７】
図７に関して、排ガス後処理機構８０は、煤燃焼反応器１２０を備えてなり、その入口は、ディーゼルエンジン（図には示していない）の排気マニホルドに接続されている。反応器１２０は、その上流部分に、アルミナ系ウォッシュコートおよびＰｔを担持するセラミックハニカムからなる酸化触媒１２２を含む。反応器１２０は、その下流部分に、フィルター等級セラミックハニカムからなるウォール−フロ−フィルター１２４を含み、その通路は、入口末端と出口末端で交互に閉鎖および開放されており、入口末端で閉鎖されている通路は、出口末端では開放されており、入口末端で開放されている通路は、出口末端では閉鎖されている。そのような配置は、ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書に記載されており、その配置はＣＲＴ（商品名）と呼ばれている。反応器１２０の出口末端から、ＮＯｘ−トラップ容器１３０の入口にあるフラップバルブ１２８Ｘ、Ｙ、Ｚの操作チャンバーとして、プレナム１２６が続いている。容器１３０は、酸化バリウムおよび金属ＰｔおよびＲｈを含むアルミナウォッシュコートを担持するフロースルーセラミックハニカムモノリス基材からなるＮＯｘ−トラップ１３１Ｘ、Ｙを含む。フラップバルブ１２８Ｘ、Ｙ、Ｚの支点は、仕切り１２９の上に取り付けてあり、その仕切りは、反応器１３０の面を直径方向に横切って伸び、ＮＯｘ−トラップ１３１の面に対してガスを通さない用に密封されている。反応器１３０の各区域Ｘ、Ｙは、バルブ１２８の両側に、反応物注入装置１３２Ｘ、Ｙを備えている。図に示すような完全な反応器１３０では、バルブ１２８は中央位置Ｚにある。バルブ位置ＸおよびＹは、一方の側への流入位置(inset)として示す。反応器１３０には、大気中またはその後の処理につながる出口１３４が形成されている。好ましくは、反応器１３０の２個の半部分中への流量は、最終的にリーンの組成物を与えるように制御され、その混合物は、図３または５に示す配置で酸化触媒上に送られる。
【００６８】
この機構の正常な運転では、蒸気（Ｈ２Ｏ（ｇ））、二窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、未燃焼炭化水素燃料（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒子状物質（ＰＭ）を含んでなる排ガスが、例えば３００℃で、触媒１２２と接触し、その上でＮＯがＮＯ２に酸化され、ＨＣおよびＣＯの一部が蒸気およびＣＯ２に酸化される。次いで、排ガスは、フィルター１２４に入り、その上でＰＭの大部分が集められ、触媒１２２中で形成されたＮＯ２および場合によりＯ２との反応により燃焼する。次いで、ＰＭが除去されたガスは、３通りの様式、すなわち１２８Ｚでは、ＮＯｘ−トラップ区域１３０Ｘおよび１３０Ｙの両方がＮＯｘを吸収（または吸着）し、１２８Ｘでは、区域１３１Ｘが、プレナム１２６を離れるガスの小画分および１３２Ｘでディーゼル燃料の注入を受ける。区域１３１Ｘは再生を受け、その流出物は区域１３０Ｙの流出物と再び混合され、区域１３１Ｙは、ガスの主要部分を受け、ＮＯｘを吸収し、その流出物を１３４で大気中に放出し、１２８Ｙでは、区域１３１Ｙが、１２８Ｘで記載した役目を行う。
【００６９】
ＮＯｘ−トラップ１３１ＹがＮＯｘを吸収するための空き容量を有している時に、エンジン管理装置（図には示していない）が、区域Ｘから区域Ｙに切り換え、その逆も行う。
【００７０】
図８に関して、図７に示す機構とは別の機構を全体的に番号９０で示し、図７と共通の特徴は同じ番号で示すが、ここでは反応器１２０が触媒１２２だけを含む。ここでは番号１２５のＰＭフィルター容器は、別の容器１２１の中にある。この容器は、フィルターを通る流れの方向を反転させる点で異なっている。反応器１２０の出口は、位置１２３Ａと１２３Ｂ（流入）で操作できる４方バルブ１２３によりフィルター容器１２１に接続され、フィルター１２５を通してそれぞれ右側から左側へ、および左側から右側への流れを与えることができるが、中間点はフィルター１２５をバイパスさせるので、閉塞させる中間点は無い。バルブ１２３の操作は、非常に急速になるように制御する。フィルター１２５をどちらかの方向に離れることにより、ガスはバルブ１２３ＡまたはＢを通って、構造的および機能的に図７と同等であるＮＯｘ−トラップ１３０に流れる。
【００７１】
最新型ディーゼルエンジンの特徴は、エンジンから出るＮＯｘおよび／または排ガスの温度が、ヨーロッパ特許第ＥＰ−Ｂ−０３４１８３２号明細書に記載されているようにＮＯの酸化により触媒作用で発生したＮＯ２を使用する受動的フィルター再生には低過ぎる場合があることである。この問題に対する解決策の一つは、排気機構中の温度を増加することによりＰＭをフィルター上で燃焼させ、フィルターを横切る背圧を妥当な設計公差内に維持し、能動的にフィルターを再生することである。そのような能動的再生技術は、例えばヨーロッパ特許第０７５８７１３Ａ号明細書に記載されている。
【００７２】
図８に開示する機構の、ＣＲＴ（商品名）プロセスの実際的用途に対する優位性は、フィルター中の流れ反転を使用し、走行サイクル全体にわたってＮＯ２中で容易に燃焼されないＰＭを除去できることにある。未燃焼ＰＭは、第二の使い捨てフィルター上に集め、適当な間隔で除去することができる。従って、この配置は、特に後付け製品市場において、高価で、燃費のかかる能動的再生装置を取り付ける代わりに、実用的で経済的な解決策を提供する。
【００７３】
図８に示す実施態様でガス流の方向を切り換えるには、図９Ａおよび９Ｂに示す好適な４方バルブ１２３を使用することができる。これらの図面に示す平面図は、実質的に円筒形のバルブケーシング１００に関し、そのケーシングは、内部に直径が大きい周辺部区域１０２が形成され、回転シャフト１０６を有する長方形バタフライデフレクタ１０４の横行範囲を限定しており、その回転シャフトは、バルブケーシングの外に、シールを経由してアクチュエータ（図には示していない）に伸びている。横行範囲の極限は、直径が異なる区域間の段差１０８により限定され、そのような段差は、その意図する通路からのガス漏れを制限する。「ＬＨＳ」は「左側」を、ＲＨＳは「右側」を意味する。
【００７４】
図７、８および９に示す配置は、少なくとも下記の理由から独立して発明になると考えられる。機構内バルブ使用は、複雑な配管を避けるために望ましいことが分かっているが、その採用は、比較的高温の排ガス中ではバルブ機構が腐食し易く、バルブの耐用寿命前に交換することになるために、限られている。この問題は、重負荷ディーゼル車両に特に関連する。しかし、本配置では、ガスはディーゼル排気であり、これは、特に最新のエンジンでは先行技術のエンジン程高温ではなく、排ガスは、低硫黄ディーゼルを使用するためにＳＯｘ分が低く、フィルター下流のガスに含まれる、バルブを損なう可能性があるＰＭは比較的少量であり、ガスはリーンであり、従って、鋼を不動態化する。そのため、これらの特徴を組み合わせることにより、機構中のバルブ使用は実用的な提案になる。
【００７５】
図１０に示す機構５０で、５２は条件付きシステム制御装置（ＣＳＣ）であり、５４はマスタースイッチであり、５６は同期発電機であり、５８はブロックコンデンサーであり、６０は熱電対であり、６２は注入制御装置（ＩＣＵ）であり、６４は燃料ポンプであり、６６はバルブであり、６８は燃料注入装置であり、７０は正の電力線である。ＣＳＣ５２は、マスタースイッチ５４をオンにし、ＤＣブロックコンデンサー５８の後にある同期発電機５６からのＡＣリプルにより決定されるようにエンジンが作動しており、排気機構を検出するために適当に配置された熱電対６０の出力が、好適なＮＯｘ−トラップ上のＮＯｘ還元用に予め決められた最低温度を超えていれば、電力をＩＣＵ６２に供給するスイッチである。マスタースイッチ５４は、キー−オン位置に接続する必要はない。
【００７６】
ＣＳＣ５２は、３つの特徴（マスタースイッチ位置、同期発電機リプルの検出および予め決められた最小値を超える排ガス温度）のすべてが一致すれば、連続速度および量のＨＣを発生するように設計されている。ＣＳＣ５２がオンになると、注入ポンプ６４およびＩＣＵ６２に電力が供給され、ＩＣＵ６２がソレノイドバルブ６６を操作し、排ガスがＮＯｘ吸収成分の上流にある酸化触媒上を通過する前に排ガスを濃縮する一連のパルスを発生する。典型的には、注入制御装置は、比較的非常に長いリッチパルスを時々発生し、確実にＮＯｘ−トラップを実質的に完全に空にし、その後でより頻繁な一連の短い濃縮パルス、例えば毎分２秒間の注入、を発生し、ＮＯｘ−トラップの貯蔵能力を維持する（図１１参照）。
【００７７】
この燃料注入率は、選択したＮＯｘ転化、例えば平均デューティサイクル速度で９０％、に相関している。平均デューティサイクル速度よりも高い速度では、より多くのＮＯｘおよび大量の空気流があり、従って、ＮＯｘ転化は低下するであろう。しかし、高速度は、例えば市中心部のバスまたは廃棄物トラックでは、あまり起こりそうもなく、そのような高速度により引き起こされるＮＯｘ転化による燃料損失の増加は、先行技術の配置、例えば遅延注入タイミングを使用する先行技術の配置と比較して、走行サイクル全体にわたって少ない。
【００７８】
非常に一般的に、ＮＯｘ−トラップ再生を何時行うべきかを予見するための簡単な制御機構を、特に後付けする用途で提供するために、ここに記載するＮＯｘ−トラップを使用する機構を開発したが、多くの車両は、車両運転の他の特徴を制御するためのデータをＥＣＵに入力する一連のセンサーをすでに包含している。ＥＣＵを適切に再プログラム化することにより、そのような既存のセンサー入力の一つ以上を、残留ＮＯｘ−トラップ容量を予見する目的に使用することができる。これら入力には、好適な時計手段の状態を感知することにより、予め決められた、または予見される、キー−オンまたは前の再生から経過した時間、ＴＷＣ上の空気流またはマニホルド真空、点火タイミング、エンジン速度、スロットル位置、例えばラムダセンサー、好ましくは直線的ラムダセンサーを使用する排ガスレドックス組成、エンジン中に注入される燃料の量、車両が排ガス再循環（ＥＧＲ）を包含する場合、ＥＧＲバルブの位置、およびそれによって検出されるＥＧＲの量、エンジン冷却剤温度、排気機構がＮＯｘセンサーを包含する場合、ＮＯｘ−トラップの上流および／または下流で検出されるＮＯｘの量が挙げられるが、これらに限定するものではない。時計実施態様を使用する場合、予見される時間を、データ入力に応答して調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、本発明の第一態様による機構を図式的に示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す機構の排ガス中ＮＯｘ濃度をエンジン負荷に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示す機構の排ガス温度をエンジン負荷に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示す機構の排ガス温度をＮＯｘ濃度（左側ｙ軸）および還元体添加（右側ｙ軸）に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の第二態様による機構を図式的に示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示す機構におけるＮＯｘ還元触媒上で還元されるＮＯｘを還元体添加に対してプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３に示す機構におけるＮＯｘ還元触媒上で還元されるＮＯｘをΔＴに対してプロットした、臨界温度（ｘ軸に対する破線）より上における還元体添加および検出されたΔＴに対応する最適還元体添加（暗くした区域）を示すグラフを図式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の第二態様の一実施態様による機構を図式的に示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第二態様の別の実施態様を図式的に示す図であり、単一基材モノリスを含んでなるＮＯｘ−トラップの末端図を示し、基材の上流末端における複数の還元体注入装置の注入点およびスプレー区域を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示す単一基材モノリスを図式的に示す側面図である。
【図７】図７は、ディーゼルエンジンの排ガス処理に使用するＮＯｘ−トラップと煤燃焼反応器の組合せを包含する、本発明の第三態様の一実施態様を図式的に示す断面図である。
【図８】図８は、図７と類似のＮＯｘ−トラップを備えてなるが、２つの部分からなる煤燃焼反応器を使用し、その第二部分が流れ反転フィルターを収容する、本発明の第三態様の別の実施態様を示す断面図である。
【図９】図９Ａ（位置１２３Ａ）および９Ｂ（位置１２３Ｂ）は、図８で使用する４方バルブの、２つの極限位置を示すバルブの拡大平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第四態様による機構を図式的に示す図である。
【図１１】図１１は、図９の機構で使用するための燃料注入戦略を示す、量と時間の関係をプロットしたグラフを図式的に示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）用の排気機構（１０）であって、
排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒（１８）と、
還元体の供給源と、
前記触媒（１８）を前記還元体と接触させる手段（２０）と、
前記排ガスおよび／または前記触媒床の温度を検知する手段（ＴＣ１）と、および
使用中に、還元体添加を制御する手段とを備えてなり、
前記還元体添加制御手段が、前記排ガスおよび／または触媒床の温度測定値に対応する率による量の還元体を前記触媒に供給するものであり、
前記温度値が、使用中に、前記排ガス中のＮＯｘ量と相関し、それによって前記ＮＯｘの還元を促進するように、予め決められている、排気機構。
【請求項２】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）の排ガス中にあるＮＯｘを好適な触媒（１８）上でＮ２に還元するのに必要な還元体添加の率を校正する方法であって、
複数の排ガスおよび／または触媒床温度で前記排ガス中のＮＯｘを測定し、および
各排ガスおよび／または触媒床温度値を、前記触媒上で前記ＮＯｘを還元するのに必要な還元体添加の率に相関させることを含んでなる、方法。
【請求項３】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）用の排気機構（３０、４０）であって、
排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒（１８、４２、４２Ａ）と、
還元体の供給源と、
前記ＮＯｘ還元触媒（１８、４２、４２Ａ）を前記還元体と接触させる手段（２０）と、
前記ＮＯｘ還元触媒（１８、４２、４２Ａ）の下流に配置された酸化触媒（３２）と、
前記酸化触媒（３２）を横切る温度差（ΔＴ）を決定する手段（ＴＣ１、ＴＣ２）と、および
使用中に、還元体添加を制御する手段とを備えてなり、
前記還元体添加制御手段が、還元体添加率を制御してΔＴを予め決められた範囲内に維持するものであり、
前記機構が、前記酸化触媒上の前記排ガス組成がリーンになるように設計されてなる、排気機構。
【請求項４】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に還元する触媒（１８、４２、４２Ａ）への還元体添加をフィードバックにより制御する方法であって、
前記還元体を酸化するための酸化触媒（３２）を前記ＮＯｘ還元触媒（１８、４２、４２Ａ）の下流に配置し、
前記酸化触媒（３２）の上流で前記排ガス温度を測定し、
前記酸化触媒（３２）の下流で前記排ガス温度を測定し、
前記入口および出口温度の差（ΔＴ）を決定し、および
還元体添加の率を調節し、ΔＴが予め決められた範囲内に入るようにすることを含んでなる、方法。
【請求項５】
車両用リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、
単一のモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップ（４２Ａ、１３１）と、および
前記基材の上流末端が、流体の流れ方向で少なくとも２つの区域（４５；１３１Ｘ、１３１Ｙ）に小分割されてなり、
前記ＮＯｘ−トラップ（４２Ａ、１３１）が、全体として排ガス流に対してイン−ラインのままである間に、前記少なくとも２つの区域（４５；１３１Ｘ、１３１Ｙ）の画分を還元体と順次接触させる手段とを備えてなる、排気機構。
【請求項６】
前記ＮＯｘ−トラップ画分を還元体と接触させる前記手段が、液体還元体の滴が前記ＮＯｘ−トラップと接触するように、前記基材の上流末端に十分に近い所に配置された注入装置（２０；１３２Ｘ、１３２Ｙ）を備えてなる、請求項５に記載の排気機構。
【請求項７】
前記基材がセラミックまたは金属フォームを備えてなる、請求項６に記載の排気機構。
【請求項８】
前記ＮＯｘ−トラップ画分を還元体と接触させる前記手段が、前記基材の上流末端上に配置されたフラップバルブ（１２８）を備えてなり、それによって前記基材を少なくとも二つの区域（１３１Ｘ、１３１Ｙ）に小分割するものである、請求項５に記載の排気機構。
【請求項９】
注入装置（１３２Ｘ、１３２Ｙ）が各区域に接続されてなる、請求項８に記載の排気機構。
【請求項１０】
車両用リーンバーン内燃機関の排気機構中にあるモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップ（４２Ａ、１３１）を再生する方法であって、
前記ＮＯｘ−トラップ全体が排ガス流に対してイン−ラインのままである間に、前記ＮＯｘ−トラップの画分（４５；１３１Ｘ、１３１Ｙ）を還元体と接触させることを含んでなる、方法。
【請求項１１】
前記ＮＯｘ−トラップの画分が液体還元体の滴と接触する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記還元体が前記ＮＯｘ−トラップの画分と、減少した排ガス流中で接触する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
車両用リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、
ＮＯｘ還元触媒と、
前記触媒の上流に配置された還元体注入装置（６８）と、および
使用中に、還元体添加を制御する手段（５０）とを備えてなり、
前記還元体添加制御手段が、デューティサイクル中の全車両速度において、前記車両の平均デューティサイクル速度で所望のＮＯｘ転化に相関するように予め決められた率で、還元体を前記触媒に供給するものである、排気機構。
【請求項１４】
前記還元体注入装置（６８）と前記ＮＯｘ還元触媒の間に配置された酸化触媒を備えてなる、請求項１３に記載の排気機構。
【請求項１５】
車両用内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘを還元する方法であって、
デューティサイクル中の全車両速度で、平均デューティサイクル速度における所望のＮＯｘ転化率に相関する率で還元体を前記排ガス中に導入し、および
前記ＮＯｘおよび前記還元体を含む前記排ガスをＮＯｘ還元触媒と接触させることを含んでなる、方法。
【請求項１６】
前記還元体を、前記ＮＯｘ還元触媒の上流で酸化触媒と接触させ、それによって前記排ガスの温度を増加すること、および／または前記排ガス中の酸素濃度を下げることを含んでなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
使用中に、前記ＮＯｘ還元触媒が活性である時にのみ、前記ＮＯｘ還元触媒に還元体を供給する制御手段を備えてなる、請求項１、３、５〜９、１３または１４のいずれか一項に記載の排気機構。
【請求項１８】
前記ＮＯｘ還元触媒が活性である時にのみ、ＮＯｘ還元に触媒作用させるために、還元体が前記ＮＯｘ還元触媒に供給される、請求項２、４、１０〜１２、１５または１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ΔＴが大き過ぎる場合、還元体添加率が低下する、請求項３に記載の排気機構。
【請求項２０】
ΔＴが大き過ぎる場合、還元体添加率が低下する、請求項４に記載の方法。
【請求項２１】
前記還元体が炭化水素であり、前記触媒がリーンＮＯｘ触媒である、請求項１、３、５〜９、１３、１４または１７のいずれか一項に記載の排気機構。
【請求項２２】
前記還元体がＮＯｘ特異性還元体であり、および
前記触媒が選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒である、請求項１、３、５〜９、１３、１４または１７のいずれか一項に記載の排気機構。
【請求項２３】
前記触媒がＮＯｘ吸収材を含んでなる、請求項２１または２２に記載の排気機構。
【請求項２４】
前記還元体が炭化水素であり、および
前記触媒がリーンＮＯｘ触媒である、請求項２、４、１０〜１２、１５、１６または１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記還元体がＮＯｘ特異性還元体であり、および
前記触媒が選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒である、請求項２、４、１０〜１２、１５、１６または１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記触媒がＮＯｘ吸収材を含んでなる、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項１】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）用の排気機構（１０）であって、
排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒（１８）と、
還元体の供給源と、
前記触媒（１８）を前記還元体と接触させる手段（２０）と、
前記排ガスおよび／または前記触媒床の温度を検知する手段（ＴＣ１）と、および
使用中に、還元体添加を制御する手段とを備えてなり、
前記還元体添加制御手段が、前記排ガスおよび／または触媒床の温度測定値に対応する率による量の還元体を前記触媒に供給するものであり、
前記温度値が、使用中に、前記排ガス中のＮＯｘ量と相関し、それによって前記ＮＯｘの還元を促進するように、予め決められている、排気機構。
【請求項２】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）の排ガス中にあるＮＯｘを好適な触媒（１８）上でＮ２に還元するのに必要な還元体添加の率を校正する方法であって、
複数の排ガスおよび／または触媒床温度で前記排ガス中のＮＯｘを測定し、および
各排ガスおよび／または触媒床温度値を、前記触媒上で前記ＮＯｘを還元するのに必要な還元体添加の率に相関させることを含んでなる、方法。
【請求項３】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）用の排気機構（３０、４０）であって、
排ガス中のＮＯｘを好適な還元体でＮ２に還元するための触媒（１８、４２、４２Ａ）と、
還元体の供給源と、
前記ＮＯｘ還元触媒（１８、４２、４２Ａ）を前記還元体と接触させる手段（２０）と、
前記ＮＯｘ還元触媒（１８、４２、４２Ａ）の下流に配置された酸化触媒（３２）と、
前記酸化触媒（３２）を横切る温度差（ΔＴ）を決定する手段（ＴＣ１、ＴＣ２）と、および
使用中に、還元体添加を制御する手段とを備えてなり、
前記還元体添加制御手段が、還元体添加率を制御してΔＴを予め決められた範囲内に維持するものであり、
前記機構が、前記酸化触媒上の前記排ガス組成がリーンになるように設計されてなる、排気機構。
【請求項４】
車両用リーンバーン内燃機関（１２）の排ガス中にあるＮＯｘをＮ２に還元する触媒（１８、４２、４２Ａ）への還元体添加をフィードバックにより制御する方法であって、
前記還元体を酸化するための酸化触媒（３２）を前記ＮＯｘ還元触媒（１８、４２、４２Ａ）の下流に配置し、
前記酸化触媒（３２）の上流で前記排ガス温度を測定し、
前記酸化触媒（３２）の下流で前記排ガス温度を測定し、
前記入口および出口温度の差（ΔＴ）を決定し、および
還元体添加の率を調節し、ΔＴが予め決められた範囲内に入るようにすることを含んでなる、方法。
【請求項５】
車両用リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、
単一のモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップ（４２Ａ、１３１）と、および
前記基材の上流末端が、流体の流れ方向で少なくとも２つの区域（４５；１３１Ｘ、１３１Ｙ）に小分割されてなり、
前記ＮＯｘ−トラップ（４２Ａ、１３１）が、全体として排ガス流に対してイン−ラインのままである間に、前記少なくとも２つの区域（４５；１３１Ｘ、１３１Ｙ）の画分を還元体と順次接触させる手段とを備えてなる、排気機構。
【請求項６】
前記ＮＯｘ−トラップ画分を還元体と接触させる前記手段が、液体還元体の滴が前記ＮＯｘ−トラップと接触するように、前記基材の上流末端に十分に近い所に配置された注入装置（２０；１３２Ｘ、１３２Ｙ）を備えてなる、請求項５に記載の排気機構。
【請求項７】
前記基材がセラミックまたは金属フォームを備えてなる、請求項６に記載の排気機構。
【請求項８】
前記ＮＯｘ−トラップ画分を還元体と接触させる前記手段が、前記基材の上流末端上に配置されたフラップバルブ（１２８）を備えてなり、それによって前記基材を少なくとも二つの区域（１３１Ｘ、１３１Ｙ）に小分割するものである、請求項５に記載の排気機構。
【請求項９】
注入装置（１３２Ｘ、１３２Ｙ）が各区域に接続されてなる、請求項８に記載の排気機構。
【請求項１０】
車両用リーンバーン内燃機関の排気機構中にあるモノリス基材上に配置されたＮＯｘ−トラップ（４２Ａ、１３１）を再生する方法であって、
前記ＮＯｘ−トラップ全体が排ガス流に対してイン−ラインのままである間に、前記ＮＯｘ−トラップの画分（４５；１３１Ｘ、１３１Ｙ）を還元体と接触させることを含んでなる、方法。
【請求項１１】
前記ＮＯｘ−トラップの画分が液体還元体の滴と接触する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記還元体が前記ＮＯｘ−トラップの画分と、減少した排ガス流中で接触する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
車両用リーンバーン内燃機関用の排気機構であって、
ＮＯｘ還元触媒と、
前記触媒の上流に配置された還元体注入装置（６８）と、および
使用中に、還元体添加を制御する手段（５０）とを備えてなり、
前記還元体添加制御手段が、デューティサイクル中の全車両速度において、前記車両の平均デューティサイクル速度で所望のＮＯｘ転化に相関するように予め決められた率で、還元体を前記触媒に供給するものである、排気機構。
【請求項１４】
前記還元体注入装置（６８）と前記ＮＯｘ還元触媒の間に配置された酸化触媒を備えてなる、請求項１３に記載の排気機構。
【請求項１５】
車両用内燃機関の排ガス中にあるＮＯｘを還元する方法であって、
デューティサイクル中の全車両速度で、平均デューティサイクル速度における所望のＮＯｘ転化率に相関する率で還元体を前記排ガス中に導入し、および
前記ＮＯｘおよび前記還元体を含む前記排ガスをＮＯｘ還元触媒と接触させることを含んでなる、方法。
【請求項１６】
前記還元体を、前記ＮＯｘ還元触媒の上流で酸化触媒と接触させ、それによって前記排ガスの温度を増加すること、および／または前記排ガス中の酸素濃度を下げることを含んでなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
使用中に、前記ＮＯｘ還元触媒が活性である時にのみ、前記ＮＯｘ還元触媒に還元体を供給する制御手段を備えてなる、請求項１、３、５〜９、１３または１４のいずれか一項に記載の排気機構。
【請求項１８】
前記ＮＯｘ還元触媒が活性である時にのみ、ＮＯｘ還元に触媒作用させるために、還元体が前記ＮＯｘ還元触媒に供給される、請求項２、４、１０〜１２、１５または１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ΔＴが大き過ぎる場合、還元体添加率が低下する、請求項３に記載の排気機構。
【請求項２０】
ΔＴが大き過ぎる場合、還元体添加率が低下する、請求項４に記載の方法。
【請求項２１】
前記還元体が炭化水素であり、前記触媒がリーンＮＯｘ触媒である、請求項１、３、５〜９、１３、１４または１７のいずれか一項に記載の排気機構。
【請求項２２】
前記還元体がＮＯｘ特異性還元体であり、および
前記触媒が選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒である、請求項１、３、５〜９、１３、１４または１７のいずれか一項に記載の排気機構。
【請求項２３】
前記触媒がＮＯｘ吸収材を含んでなる、請求項２１または２２に記載の排気機構。
【請求項２４】
前記還元体が炭化水素であり、および
前記触媒がリーンＮＯｘ触媒である、請求項２、４、１０〜１２、１５、１６または１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記還元体がＮＯｘ特異性還元体であり、および
前記触媒が選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒である、請求項２、４、１０〜１２、１５、１６または１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記触媒がＮＯｘ吸収材を含んでなる、請求項２４または２５に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００６−５２７８１５（Ｐ２００６−５２７８１５Ａ）
【公表日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１６４５２（Ｐ２００６−５１６４５２）
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００２６４３
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１３６９１
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（５９０００４７１８）ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー (152)
【氏名又は名称原語表記】ＪＯＨＮＳＯＮ ＭＡＴＴＨＥＹ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１８日（２００４．６．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００２６４３
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１３６９１
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（５９０００４７１８）ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー (152)
【氏名又は名称原語表記】ＪＯＨＮＳＯＮ ＭＡＴＴＨＥＹ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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