JP2002529649A - 熱回収式希薄燃焼環境での流体流れから汚染物質を除去する集積装置 - Google Patents

熱回収式希薄燃焼環境での流体流れから汚染物質を除去する集積装置

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JP2002529649A
JP2002529649A JP2000581348A JP2000581348A JP2002529649A JP 2002529649 A JP2002529649 A JP 2002529649A JP 2000581348 A JP2000581348 A JP 2000581348A JP 2000581348 A JP2000581348 A JP 2000581348A JP 2002529649 A JP2002529649 A JP 2002529649A
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hydrocarbons
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ページ、ドーリア、エル
エドガー、ブラッドリイ、エル
マクドナルド、ロバート、ジェイ
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サーリックス インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 流体流れ、特にジーゼルエンジンなどの希薄燃焼式エンジンからの放出物質を処理する装置と方法とが提供され、これには、炭化水素、一酸化炭素、粒状体、窒素酸化物などを除去する複式触媒が用いられいる。さらにこの方法および装置では、排気ガスの出口側と入口側で熱交換が行われて、触媒作用が高い温度領域に配置した触媒の機能を維持させるようになっている。この触媒は、流体流れ中の粒状体を捕捉するフィルタの再生作用も有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明は、主に希薄燃焼式エンジンの排気ガス流を処理する装置に関し、 流体流れ、特に炭化水素、粒状体、一酸化炭素を触媒で酸化させ、かつ窒素酸化
物を触媒により低減させるこの種の装置に関する。
【０００２】 放出成分 ジーゼルエンジンなどの希薄燃焼式エンジンは、窒素酸化物(ＮＯｘ)、ガス状
炭化水素（ＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ），二酸化硫黄（ＳＯ2）などの種々のガ
スを放出し、かつ粒状体（ＰＭ）と言う固体物質と液体物質の複合物をも放出す
る。このＰＭは、乾燥炭素（すなわち煤煙）、無機酸化物（基本的には硫酸塩）
などの固体物質と、液体（濃縮炭化水素など）とからなるものである。硫酸塩は
、ジーゼル燃料に存在する硫黄の酸化により燃焼中に生じ、排気ガスの水分と反
作用して硫酸Ｈ2ＳＯ4を生成する。液体は、未燃燃料と潤滑油の複合体であり、
被溶性の潤滑油との複合体である。
【０００３】 処理の必要性 ジーゼルの放出物は、ガソリンエンジンのものと比較すると複雑であり、その
触媒処理がかなり複雑である。エンジン放出物の低減に対する国家の方針は非常
に強められる一方であり、地球温暖化、人体健康方針、燃料代の高騰に関して希
薄燃焼式エンジンに対する興味が新たに高まっている。特に希薄燃焼式エンジン
のＰＭおよびＮＯｘの低減に対して特に興味が高まっている。ほとんどの解決処
理方法では、これらの二つの汚染物質の一方を低減しようとすると、他方が増大
する結果となる。この特性は、ＰＭ／ＮＯｘのトレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆ
ｆ）として知られており、ジーゼルエンジン工業界では未解決の問題となってい
る。よって、ジーゼルエンジンでは、排気ガスを後処理して厳しい規格標準に合
わせる必要がある。
【０００４】 現行の処理 ＨＣ、ＣＯおよびＰＭの可溶性有機部分を還元するのに現在使用されいる酸化
触媒は、コージライトなどのセレミック基板の溝壁に薄め塗膜を蒸着させた構成
である。これらの触媒は、通常プラチナあるいはパラジウムベース即ちパラジウ
ムを主成分とするものであり、希土類などの種々の酸化補助触媒とともにアルミ
ナ、ジルコニアあるいはバナジア（ｖａｎａｄｉａ）により担持されている。現
在の触媒技術では、ＰＭの可溶性有機部分やＨＣ、ＣＯを低減することはできる
が、ＮＯｘを低減できない。古くから使用されてきた自動車用スリーウェイ触媒
は、希薄燃焼環境で生ずるような余剰の空気中でのＮＯｘを低減できず、システ
ムの解決手段として、ＨＣ，ＣＯ，ＰＭとＮＯｘの双方を同時に低減するために
集中されている。
【０００５】 希薄燃焼環境で触媒上でＨＣ，ＣＯを酸化させることは、排気ガスと触媒がい
わゆる着火温度以上であれば、従来から簡単であった。酸化触媒は、触媒基板に
付着させた薄め塗膜上に含浸させたプラチナあるいはパラジウムで典型的には構
成される。ＮＯｘ低減に関して、ＮＯｘをＮ2とＯ2とに分解する触媒は、理想的
解決策を与えるが、この様な触媒を展開するには困難で有ることが知れている。
代わりに、多数の触媒の形成方法では、ＨＣの存在下でＮＯｘの低減を促進する
ことが分かっている。この触媒形成を利用して、ＮＯｘを酸化剤として作用させ
ＨＣを一酸化炭素と水に変換する。特に、ＨＣ還元剤は、気筒から流出する未燃
の燃料から、あるいはシリンダ、排気マニホルドや排気後処理装置の下流の排気
管への燃焼後の燃料噴射のいずれかの結果から得られている。
【０００６】 酸化触媒はＰＭのＳＯＦ成分を酸化するには有効であるものの、固体炭素の酸
化には効果がない。これに代わる方策は、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）に
よってＰＭを濾過あるいは捕捉することである。しかるに、ＤＰＦは、主として
、採集したＰＭがフィルタに蓄積し、結果として、動力と燃料消費を低下せしめ
る高背圧を招くと云う理由で、広く行き渡って用いられてはいない。さらに、閉
塞したフィルタから生ずる過剰な背圧がエンジンを損傷することもある。ＰＭを
焼き払うために、或いはＤＰＦを再生するために多くの方策が提案されている。
これらの提案には、バーナーの使用、触媒による燃料添加や、触媒ＤＰＦがある
が、それらに限るものではない。
【０００７】 希薄燃焼環境における全ての主要な汚染タイプの低減に有効で、統合されてい
て便利な、ＤＰＦに加えてＮＯｘ低減機能と、ＤＰＦ再生手段とを組み込んだ装
置に対する要望がある。本発明は、この要望に応えて、さらに関連のある利点を
提供する。
【０００８】 （発明の概要） 本発明は、種々の希薄燃焼環境において効果的かつ便利に公害物質を酸化して
減少させる集積装置に在る。これらの環境とは、ディーゼル内燃、二元燃料（デ
ィーゼルおよび天然ガス）の、専用火花点火希薄燃焼、そして均一充填圧縮点火
などの各種のエンジンを含む。装置は、希薄燃焼エンジンの排気ダクト中のター
ボチャージャの下流に配置することが好ましい。この装置は、１つの統合システ
ムにおける粒状物質（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）そして窒
素酸化物（ＮＯｘ）の処理を可能にし、また、これらの反応から熱回収し、到来
する排気流れを予熱して触媒内部温度を上昇させる。
【０００９】 装置は、触媒ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）を使用し、また、新規な熱交
換器設計に統合した、希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）および／またはディーゼル酸
化触媒（ＤＯＣ）を含むこともできる。この熱交換器は螺旋形状であることが好
ましいが、円筒多管式、平板式、回転台式（rotating bed）やフロー切替式（fl
ow-switching）など他の既知の形状とすることもできる。
【００１０】 ＤＰＦは、ＨＣ、ＣＯそしてＰＭの触媒処理を行う。ＤＰＦは流れからＰＭを
捕らえ、フィルタに採集したＰＭによって圧力降下が過大になるのを防止する。
ＤＰＦは、コージライト（cordierite）、シリコン、カーバイド、ムライト（mu
llite）や、その他の多くの高温多孔セラミック素材などのセラミック材料で作
る壁面流式粒子フィルタであることが好ましい。壁面流式フィルタ構造に代わる
構成は、細孔セラミック発泡体、焼結金属網、そしてセラミック繊維糸を含んで
いる。これら全てが、濾過機能を果たすのに十分小さな孔サイズの、大きな濾過
領域を提供する。
【００１１】 ＤＰＦ材料はまた触媒材料を塗布するか、または含浸させて再生に必要な温度
を下げることができる。触媒材料はプラチナまたはパラジウムのような貴金属ま
たはセラミック酸化物（例えば、Ｍｎ−Ｏ）のような非貴金属複合物（ｎｏｎ−
ｐｒｅｃｉｏｕｓ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含む。
【００１２】 本装置はまた窒素酸化物低減のため熱交換器の適切な温度領域においてＬＮＣ
を採用することもできる。ＬＮＣは進入する流れ中に存在するか、または代替的
に以下述べるように燃料噴射器によって供給されるＨＣとＮＯｘを反応させる。
ＬＮＣはＤＰＦに隣接して、またはＤＰＦのどこか上流に配置することができる
。代替的に、ＬＮＣはＤＰＦの上流側面に置くこともできる。ＬＮＣは一体構造
を有するのが好ましいが、セラミックまたはメタルフォームで構成することもで
きる。適当な活性金属に（ａｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ）はプラチナ、鉄、すず、
または銅がある。薄め塗膜はアルミナかまたはゼオライト系でよい。また、大き
い表面積のアルミナは貴金属または卑金属を加えたＬＮＣとして機能し得る。
【００１３】 本装置はまた流れ成分の酸化のため熱交換器の適切な温度領域においてＤＯＣ
を採用することもできる。ＤＯＣはプラチナ、パラジウムまたは金のような貴金
属を使用することができ、そしてアルミナかまたはゼオライト薄め塗膜に含浸す
ることができる。
【００１４】 本装置はまた入口通路において流れ内にＨＣを噴射する燃料噴射器を採用する
こともできる。ＬＮＣ、ＤＯＣまたは改変したＤＰＦ上で反応させられると、噴
射されたＨＣはＤＰＦにおける温度を上昇させて再生のためＰＭの酸化速度を向
上させることができる。本装置はまた圧力、温度およびエンジン速度のセンサ、
そしてまたＨＣ噴射速度を適切なレベルに調整する制御装置を採用している。代
替的に、入口通路において流体流れを加熱する電気抵抗ヒータを必要なら使用す
ることができる。さらに、触媒がその着火温度より低ければ、触媒を炎により加
熱させるバーナ装置にＨＣ噴射を組み込むことができる。
【００１５】 本装置は、燃料噴射装置を大幅に変化させることなく、また進歩した排
気ガス再循環を採用することなく、現在のエンジンが高負荷エンジンの益々厳し
い基準を達成し得るようにする。本装置のコンパクトな大きさおよび優れた騒音
低減特性は、またエンジン用の現存のマフラーや消音器を本装置で置き換えさせ
る。
【００１６】 本発明の他の特徴や利点は、本発明の原理を示す、本願に含まれる図面および
構成図により理解される、本発明の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００１７】 図面、特に図１を参照すると、希薄燃焼エンジンからの放出物質、例えば、集
積（統合）システム中の炭化水素（ＨＣ）、粒状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような流体流れを扱う装置１０が示されている。
該装置はエンジン又は他の放出源の排気ダクト中のターボチャージャの下流に位
置することが出来る。
【００１８】 該装置の外面は熱交換器シェル１２を形成する。シェル内には、２つの交換器
壁１４、１６があり、これらは入ってくる流体流れと出ていく流体流れとの間の
熱交換のための入り口通路１８と出口通路２０とを形成している。交換器壁はそ
れらの面を横切る熱伝導を許し、過度の腐食なく、通常の希薄燃焼排気流れを受
ける。交換器壁は渦巻き構造を形成し、その中で、内側へ向かう渦巻き流れ通路
と外側へ向かう渦巻き流れ通路における前処理流れ及び後処理流れ間の熱を交換
する。交換器壁は０．４５７２ｍｍ（０．０１８インチ）から１．０１６ｍｍ（
０．０４０インチ）の薄ゲージであり、中間排気温度を扱うためにマフラーグレ
ードのステンレス鋼から作られている。図１の通路中に示されている矢印は通路
を通る流体流れの方向を示している。交換器壁のための渦巻き構造は好適実施例
の特徴であるが、シェル−チューブ、プレート−フレーム、回転ベッド又は流れ
切り換えのような他の熱交換のための公知構造も可能である。
【００１９】 入口通路１８及び出口通路２０の遠心端に、入口プレナム２６と出口プレナム
２８があり、それらを介して流体流れは出入りする。入口プレナム及び出口プレ
ナムは無視し得る圧力降下を生成するように形作られデザインされている。
【００２０】 触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）２２が入口通路１８と出口通路２
０との間の領域に位置している。触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）に
おいては、流体流れは粒状体捕捉のためのフィルタ（ＰＭ）と触媒に接触し、粒
状体（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する。触媒作用ジ
ーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）は入口通路１８と出口通路２０との間の領域を
横切って延在している。その結果、入口通路から出口通路へ流れている流体流れ
は触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）を通過しなければならない。触媒
作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）は、触媒として、白金又は白金処理壁−
流れフィルタを採用することが出来る。触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰ
Ｆ）は、炭化珪素、コージライト、金属、又は他の同様なフィルタ材料からなっ
ている。好適には、触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）はコージライト
壁−流れ粒状体フィルタ上の白金コーティング触媒である。触媒作用ジーゼル粒
状体フィルタ（ＤＰＦ）は非貴金属セラミック酸化物でコーティングされてもよ
い。しかしながら、小孔サイズのセラミックフォームや、燒結金属フォ−ムや、
セラミック糸からなる構造体や、フィルタ特性を備えた他の材料からなる構造体
のような他の構成も可能である。
【００２１】 ジーゼル酸化触媒（DOC）３６はDPF２２に隣接して配置されている。このDOC
は、従来の触媒基体を被覆する薄め塗膜（ｗａｓｈｃｏａｔ）にある貴金属ある
いは非貴金属からなる。該DOCは好ましくは単一の構造を有し、セラミックある
いは金属のフォームから作ることができる。適した酸化触媒材料は、白金、パラ
ジウム、あるいは非貴金属を主成分とするセラミック酸化物即ちMn―Oなどであ
る。もしも必要とする酸化をおこなうのに充分な触媒をDPFが含有しているなら
ば、DOCは除くことができる。 希薄NOｘ触媒（LNC）２４はDPF２２とDOC36の上流に位置している。あるいは
このLNCを、選択されたLNCの好ましい作動温度に応じて、更に上流即ち入り口通
路１８内に位置させることができる。このLNCは、以下の包括的な反応を介してN
Oｘを低減するための低減材としてHCを使用している。
【００２２】
【化１】 HC ＋ O2 ＋ NOｘ→ H2O ＋ CO2 ＋ N2
【００２３】 このLNCは、充分なHCが希薄NOｘ反応用の流れ内で利用できるように、配置さ
れなければならない。これは、LNCがDPFおよび／またはDOCの上流に配置される
ことを必要としても良い。LNCは好ましくはアルミナを主成分とし且つ２００℃
〜６００℃で作動するように形成され、従って入口通路の正しい温度ウインド（
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｎｄｏｗ）内に配置される。この代わりとして、
該LNCは、この技術分野で知られ且つ使用されている多くの他の製剤（ｆｏｒｍ
ｕｌａｔｉｏｎｓ）の１つを主成分とすることができる。LNC製剤は、以下のも
のに限定されるのではないが、Al2O3、Sn/γ―Al2O3、Co-ZSM-5、Cu-ZrO2、Co/A
l2O3、Cu-ZSM-5およびGa-ZSM-5などの多くの遷移状態の金属のいずれかを含むゼ
オライトおよびアルミナ（Al2O3）を主成分として含むことができる。アルミナ
の使用はそれ自体においてNOｘの低減用の触媒として作用することができる。LN
Cの適当な作動温度は、その成分に大きく依存しており、約２００℃から約６０
０℃である。例えば、Pt- Al2O3は１７５℃〜４００℃の範囲で最も反応性があ
り、Cu-ZSM-5は３７５℃〜４５０℃の範囲で最も反応性があり、且つγ―Al2O3
は４５０℃〜６００℃の範囲で最も反応性がある。
【００２４】 LNC２４は好ましくは一体構造を有する。しかし、異なる形状のペレット、セ
ラミックフォームおよび金属フォームが、LNC用の他の可能な構造である。LNCは
、最も高い破壊率（即ち低減率）及び最も低い圧力降下を達成するため最適化さ
れたセル密度および壁厚さを備えたセラミック一体構造あるいは金属一体構造の
いずれかを使用できる。金属基体およびセラミック基体の両方は、多くのセル密
度および壁厚さで商業的に利用可能である。代わりの実施例では、LNCは、入口
通路１８内で、上記交換機の壁１４および１６に沿ってDPF２２の上流に配置さ
れる。代替として、LNCは、入口通路に面しているDPFの端部にDPF自体をLNCで被
覆することで、DPFと一体にすることができる。 本発明の他の実施例は、LNC２４のないDPF２２とDOC３６を含む。この実施例
では、装置１０は特別のフィルタあるいはトラップとして使用される。この実施
例の利点は、装置のコア内でより高い温度を維持できることである、というのは
、LNCで必要とされる低い温度での作動が不必要なためである。このより高い温
度は、DPFとDOCにおいて化成処理率（chemical conversion rates）を高める
。
【００２５】 本発明の他の実施例は、ＤＰＦ２２がなくＤＯＣ３６とＬＮＣ２４を含む。こ
の実施例では、ＤＯＣとＬＮＣを、それらの類似の作動温度の故に、互いに隣接
して配置可能である有利さを維持する。この実施例は、処理される流体流れが低
レベルのＰＭを含むとき、効果的に使用可能である。
【００２６】 本発明の好ましい実施例は、また、図１に示す、燃料インジェクタ３２を含み
、ＬＮＣ２４で流体流れからＮＯｘを伴う反応のための補充ＨＣと同様に、追加
の熱エネルギをＤＰＦ２２に入る流体流れに供給する。分析は、ＬＮＣを減少さ
せる触媒として要求されるＨＣの量がその適正な作動温度までＤＰＦを上昇する
ために必要とされる量に匹敵することを示している。この流れがエンジンの排気
であれば、燃料インジェクタは入口プレナム２６の上流に配置されてこの流れの
中にＨＣの適正な混合を保証し、パルス幅変更技術（ｐｕｌｓｅ−ｗｉｄｔｈ
ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して安全性や信頼性のため
に、それは循環される。燃料インジェクタは、適正な作動領域における組合され
た触媒機構の作動温度を維持し、また以下に述べるように、ＤＰＦの周期的な再
生を供給するために使用される。
【００２７】 この実施例においては、装置１０はまた様々な圧力、（流れがエンジン排気で
あれば）エンジン速度、及び温度のセンサを含み、燃料の噴出を制御する。本発
明の他の実施例は、このようなＨＣインジェクタが、装置が作動するサービス（
ｓｅｒｖｉｃｅ）に必要でなければ（すなわち、温度が適正な触媒作動のために
十分に高いか、十分なＨＣがＬＮＣ２４反応のために排気流れに存在していれば
）、燃料インジェクタはない。さらに、電気抵抗ヒータ３０が入口通路１８とＤ
ＰＦ２２の間に配置されて、ＤＰＦの最適な作動のための追加のヒータが備えら
れてもよい。
【００２８】 異なった構成要素間の相乗作用により、優れたエミッション減少結果（ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ）を与える、三つの技術の
個々の性能が最適化される。ＮＯｘ減少機能や、酸化機能や、熱回復機能の特異
な構成はいくつかの相乗的な有利さを提供する。最初に、ＮＯｘを減少するため
に使用されるＬＮＣ２４がシステムに追加の炭化水素の存在を必要とする。典型
的には、過剰なＨＣが最大のＮＯｘ減少を達成するために追加されねばならない
。ＬＮＣの下流に酸化触媒または触媒作用を及ぼされたＤＰＦ２２を配置するこ
とで、未反応のＨＣが酸化され、ＨＣやＣＯの排出が除かれ、熱を発生する。こ
の熱はＤＰＦの温度を上げ、フィルタで捕獲された炭質ＰＭを酸化させることに
よって再生を容易にする。ＨＣ，ＣＯ及びＰＭの発熱酸化によって発生する熱は
、熱交換器によって再循環され、それによって、システムに入る、より冷却され
たエンジン排気流れを予熱する。熱の再循環は、ＬＮＣを伴うＮｏｘの減少とＤ
ＰＦの再生をともに、これらの構成要素の温度の増加やこれらを超えて流れる排
気ガスによって、容易にする。
【００２９】 最終的に、作動中の燃料噴射制御装置は装置の更なる最適化を行なうことがで
きる。所望の性能に応じて幾つかの制御方法を実施することができる。窒素酸化
物（ＮＯｘ）を最大限に減少させるために、燃料を連続的に噴射して最適温度を
維持して還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を 希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）２４に供給すべきである。あるいは、燃料を周期的
にのみ噴射して触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）２２の温度を高めて
再生するようにすれば、燃料消費量をかなり減少させることができる。燃料噴射
装置の更なる重要な機能は周期的に十分な燃料を加えて触媒の温度を６００℃よ
り高める能力、すなわち結果的に排出ガス中の全ての余分な酸素が消費される。
この周期的な高温／濃厚循環は 希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）と触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）の触
媒が硫黄で部分的に汚染されないようにすることができる。
【００３０】 表１に示すように、希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）２４基ＺＳＭ−５と触媒を施
された触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）２２は両者とも３７５℃〜４
５０℃までの温度範囲内で良好に作用し、従って、これらは、同時に一酸化炭素
（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、および粒状物質（ＰＭ）
の減少を達成すべく均等に混合される。希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）と触媒作用
ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）の形成の好適選択は機関の寸法及び稼動率、
および燃料の硫黄含有量に依存する。低硫黄含有燃料を使用する軽量小型機関に
対する好適な選択は、Ｐｔ−γ−AL2O3LNC、およびPt−含侵コージライト(cordi
erite)触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）である。重量大型機関（すな
わち、１２リットルの排気量の重作業サイクルを有する）に対する好適な選択は
、γ−AL2O3LNC（すなわち、貴金属は含まない）、およびPt−含侵触媒作用ジー
ゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）である。触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰ
Ｆ）、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）３６および希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）は
、入口通路１８と出口通路２０間に直列に隣接して配置され、全ての触媒がそれ
ぞれの最適温度で作用し続けることを容易にする。
【００３１】
【表１】 表１
【００３２】 図２は、エンジン排気を処理する装置の操作を示す流れ図である。エンジンの
始動時に、触媒がその作動(light-off)温度（約２００℃）まで一度暖められる
と、補充のＨＣ（炭化水素）が燃料噴射器３２を通じて排気流内に導入される。
補充のＨＣはＤＰＦ２２で発熱反応して装置１０を適当な作動温度にする。最初
の始動の後、出口通路２０内の処理されたガスからの熱は、エンジン排気ガスを
適当な温度にするのに必要な加熱の大部分を供給する。何故ならば、装置内での
ＤＰＦ２２を通しての排出物減少反応の発熱特性は、補充のＨＣの最小入力での
エンジン排気ガスの適当な予熱を確保するに十分な熱を発生するからである。排
気温度を適当な範囲にまで上昇させるのに必要とされるエネルギー量は、内方通
路と外方通路との間の熱交換によりもたらされる熱回収のために、著しく減少さ
れる。
【００３３】 一度流れが充分に予熱されると、反応がＬＮＣ２４で始まり、そこでＮＯｘ（
窒素酸化物）が、燃料噴射器３２を通じて流れ内に導入されたＨＣと反応する。
分析は、ＬＮＣ用の減少要素として必要とされるＨＣの量が、ＤＰＦ２２をその
適当な作動温度にするのに必要なＨＣの量と比較可能であることを示す。この結
果は、燃料噴射器で、パルス幅変調技術を使用してＨＣの異なる量が装置の上流
へ、ＬＮＣとＤＰＦをそれらの適当な温度設定ポイントに維持する制御アルゴリ
ズムに基づき導入することにより、好適には得られる。このことは、ＤＰＦでの
温度を触媒の作動(light-off)温度を過ぎて上昇させ、ＰＭを酸化させＤＰＦを
再生させる。ＤＰＦを通過した後、処理された流れは出口通路２０を経て出口空
間２８まで通過する。この燃料噴射は、排気流の成分とＰＭの吸収割合の結果に
応じて連続しても断続しても良い。
【００３４】 希薄燃焼エンジンの比較的低い運転温度のために、ＤＰＦ２２はこの機能にお
いて低温度ＰＭ除去を促進して延長されたアイドリングの運転状態での詰まり(p
lugging)を避ける必要がある。詰まり(plugging)による圧力降下が過剰となるこ
とを避けるために、ＤＰＦは触媒酸化により放出される熱により再生されねばな
らない。ＰＭの乾燥カーボン粒子は点火のために少なくても４００−４５０℃の
温度を必要とするので、入ってくる排出流内のＨＣが不充分ならＰＭ破壊のため
の適切な温度にＤＰＦをするよう、追加の加熱エネルギーが、燃料噴射器３２か
らの燃料の形態で或いは加熱要素３０からの電気の形態で必要とされても良い。
このために、圧力センサー３４がＤＰＦ両端間の圧力降下を測定し、コントロー
ラー内に入力される圧力信号を発生する。もしこの圧力降下が過剰となったら，
コントローラーは燃料噴射器３２を制御して増加されたＨＣを提供して温度をＰ
Ｍの点火温度まで上昇させる。一度圧力降下が許容可能なレベルまで降下すれば
、コントローラーは追加のＨＣ噴射を終了させる。また、温度センサー３８はＤ
ＰＦ近傍の温度を測定し、コントローラー内に入力される温度信号を発生する。
もし温度がＤＰＦの最適動作温度以下に降下すると、コントローラーは燃料噴射
器を制御して増加されたＨＣを供給し、ＤＰＦ近傍の温度を上昇させる。
【００３５】 性能の特徴づけを容易にするために、エンジンはいくつかの異なる負荷ポイン
トで試験される。負荷ポイントの一例は、回転数１２００ｒｐｍ、トルク５００
ｆｔ−ｌｂｓである。エンジンのアイドリングは、ＤＰＦ２２の再生のために最
もエネルギー効率の良い負荷ポイントであるが、これは作動温度（ｌｉｇｈｔ−
ｏｆｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで加熱される必要がある排気ガスがほとん
どないからである。しかし、アイドリングでの温度が低すぎると再生を開始する
ことができず、また再生（４０℃から１００℃）中に放出される熱は、反応化学
性質（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を維持するのには足りない。
【００３６】 再生ＤＰＦ２２にまたがる温度上昇は、最大４０℃までである。入口通路１８
と出口通路２０との間の熱交換は、この温度上昇を利用している。図３および図
４は、この熱回収の効果を表している。図３は、ＤＰＦおよび／またはＤＯＣ３
６を備えるが熱交換器を持たない装置の温度プロフィールと、ＤＰＦおよび／ま
たはＤＯＣ、および効率６６％の熱交換器を備えた装置の温度プロフィールとを
示す。図４は、熱交換器に加えて、ＤＰＦおよび／またはＤＯＣ、およびＬＮＣ
を備えた装置の温度プロフィールを示す。これらの図は、入口通路と出口通路と
の間の熱交換による、流体流れの温度上昇を表している。
【００３７】 システムの温度が高いほどエネルギー効率が良く且つよく制御されたフィルタ
ー再生が得られる。しかし、アイドルリング時の温度が低すぎると再生を開始す
ることができず、また再生中に放出される熱は反応化学性質を維持するのに不十
分である。運転中、流れは、入口プレナム（ｉｎｌｅｔ ｐｌｅｎｕｍ）２６を
通して入口通路１８に流れる。入口通路内の流体流れは、出口通路２０内の高温
ガスによる熱交換によって加熱される。入口通路と出口通路との間の熱交換が、
流体流れの温度を、触媒反応によって放出された熱による上昇を超えて、ＤＰＦ
２２およびＬＮＣ２４内の触媒が作動する適切な温度まで上昇させる。表２に示
すように、この熱交換は温度上昇に関連している。熱交換効率は字式によって定
義される。 η ＝ １−（ΔＴreaction／ΔＴsystem） ［％］
【表２】
【００３８】 エンジンの排気流れの処理に使用する場合、装置１０は、エンジン排気量の半
分から３倍の触媒容積を有するように構成される。すなわち、１２リッターエン
ジンは、ＬＮＣ２４、ＤＰＦ２２およびＤＯＣ３８を収容するために、６リッタ
ーから３６リーターの容積を必要とする。
【００３９】 本発明は好適実施例のみを参照して開示されているが、当業者であれば、本発
明の範囲から逸脱することなく装置の代替実施例を構成可能であることを理解す
るであろう。本発明は特許請求の範囲の記載によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、矢印が螺旋状の入口および出口通路を通る流れの方向を示し、希薄Ｎ
Ｏｘ触媒、ディーゼル粒状体フィルターおよび該通路の間の界面に位置したディ
ーゼル酸化触媒で希薄燃焼放出物質を処理するための、本発明による装置の実施
例の端面図である。本実施例は、また最適作動性能において用いられるエンジン
速度、圧力および温度のセンサと同じく、炭化水素付加用の燃料噴射器も含む。
【図２】 図１の装置内の個々の構成要素の相対位置と、該装置内の流体流れを示す流れ
線図。
【図３】 触媒作用ジーゼル粒状体フィルタの温度上昇及び／又は熱回収の為の熱交換器
がない装置と６６％効率を有した熱交換器がある装置とにおけるジーゼル酸化触
媒を示すグラフ。
【図４】 ＮＯｘ還元と粒状体及び一酸化炭素の酸化とからの熱入力を含む、図１の装
置を介する温度上昇のグラフ。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【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
【補正内容】
【発明の名称】 熱回収式希薄燃焼環境での流体流れから汚染物質を除去する集
積装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明は、主に希薄燃焼式エンジンの排気ガス流を処理する装置に関し、 流体流れ、特に炭化水素、粒状体、一酸化炭素を触媒で酸化させ、かつ窒素酸化
物を触媒により低減させるこの種の装置に関する。
【０００２】 放出成分 ジーゼルエンジンなどの希薄燃焼式エンジンは、窒素酸化物(ＮＯｘ)、ガス状
炭化水素（ＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ），二酸化硫黄（ＳＯ2）などの種々のガ
スを放出し、かつ粒状体（ＰＭ）と言う固体物質と液体物質の複合物をも放出す
る。このＰＭは、乾燥炭素（すなわち煤煙）、無機酸化物（基本的には硫酸塩）
などの固体物質と、液体（濃縮炭化水素など）とからなるものである。硫酸塩は
、ジーゼル燃料に存在する硫黄の酸化により燃焼中に生じ、排気ガスの水分と反
作用して硫酸Ｈ2ＳＯ4を生成する。液体は、未燃の燃料と潤滑油の複合体であり
、被溶性の潤滑油との複合体である。
【０００３】 処理の必要性 ジーゼルの放出物は、ガソリンエンジンのものと比較すると複雑であり、その
触媒処理がかなり複雑である。エンジン放出物の低減に対する国家の方針は非常
に強められる一方であり、地球温暖化、人体健康方針、燃料代の高騰に関して希
薄燃焼式エンジンに対する興味が新たに高まっている。特に希薄燃焼式エンジン
のＰＭおよびＮＯｘの低減に対して特に興味が高まっている。ほとんどの解決処
理方法では、これらの二つの汚染物質の一方を低減しようとすると、他方が増大
する結果となる。この特性は、ＰＭ／ＮＯｘのトレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆ
ｆ）として知られており、ジーゼルエンジン工業界では未解決の問題となってい
る。よって、ジーゼルエンジンでは、排気ガスを後処理して厳しい規格標準に合
わせる必要がある。
【０００４】 現行の処理 ＨＣ、ＣＯおよびＰＭの可溶性有機部分を還元するのに現在使用されている酸
化触媒は、コージライトなどのセレミック基板の溝壁に薄め塗膜を蒸着させた構
成である。これらの触媒は、通常プラチナあるいはパラジウムベース即ちパラジ
ウムを主成分とするものであり、希土類などの種々の酸化補助触媒とともにアル
ミナ、ジルコニアあるいはバナジア（ｖａｎａｄｉａ）により担持されている。
現在の触媒技術では、ＰＭの可溶性有機部分やＨＣ、ＣＯを低減することはでき
るが、ＮＯｘを低減できない。古くから使用されてきた自動車用スリーウェイ触
媒は、希薄燃焼環境で生ずるような余剰の空気中でのＮＯｘを低減できず、シス
テムの解決手段として、ＨＣ，ＣＯ，ＰＭとＮＯｘの双方を同時に低減するため
に集中されている。
【０００５】 希薄燃焼環境で触媒上でＨＣ，ＣＯを酸化させることは、排気ガスと触媒がい
わゆる着火温度以上であれば、従来から簡単であった。酸化触媒は、触媒基板に
付着させた薄め塗膜上に含浸させたプラチナあるいはパラジウムで典型的には構
成される。ＮＯｘ低減に関して、ＮＯｘをＮ2とＯ2とに分解する触媒は、理想的
解決策を与えるが、この様な触媒を展開するには困難で有ることが知れている。
代わりに、多数の触媒の形成方法では、ＨＣの存在下でＮＯｘの低減を促進する
ことが分かっている。この触媒形成を利用して、ＮＯｘを酸化剤として作用させ
ＨＣを一酸化炭素と水に変換する。特に、ＨＣ還元剤は、気筒から流出する未燃
の燃料から、あるいはシリンダ、排気マニホルドや排気後処理装置の下流の排気
管への燃焼後の燃料噴射のいずれかの結果から得られている。
【０００６】 酸化触媒はＰＭのＳＯＦ成分を酸化するには有効であるものの、固体炭素の酸
化には効果がない。これに代わる方策は、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）に
よってＰＭを濾過あるいは捕捉することである。しかるに、ＤＰＦは、主として
、採集したＰＭがフィルタに蓄積し、結果として、動力と燃料消費を低下せしめ
る高背圧を招くと云う理由で、広く行き渡って用いられてはいない。さらに、閉
塞したフィルタから生ずる過剰な背圧がエンジンを損傷することもある。ＰＭを
焼き払うために、或いはＤＰＦを再生するために多くの方策が提案されている。
これらの提案には、バーナーの使用、触媒による燃料添加や、触媒ＤＰＦがある
が、それらに限るものではない。
【０００７】 希薄燃焼環境における全ての主要な汚染タイプの低減に有効で、統合されてい
て便利な、ＤＰＦに加えてＮＯｘ低減機能と、ＤＰＦ再生手段とを組み込んだ装
置に対する要望がある。本発明は、この要望に応えて、さらに関連のある利点を
提供する。
【０００８】 （発明の概要） 本発明は、種々の希薄燃焼環境において効果的かつ便利に公害物質を酸化して
減少させる集積装置に在る。これらの環境とは、ディーゼル内燃、二元燃料（デ
ィーゼルおよび天然ガス）の、専用火花点火希薄燃焼、そして均一充填圧縮点火
などの各種のエンジンを含む。装置は、希薄燃焼エンジンの排気ダクト中のター
ボチャージャの下流に配置することが好ましい。この装置は、１つの統合システ
ムにおける粒状物質（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）そして窒
素酸化物（ＮＯｘ）の処理を可能にし、また、これらの反応から熱回収し、到来
する排気流れを予熱して触媒内部温度を上昇させる。
【０００９】 装置は、触媒ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）を使用し、また、新規な熱交
換器設計に統合した、希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）および／またはディーゼル酸
化触媒（ＤＯＣ）を含むこともできる。この熱交換器は螺旋形状であることが好
ましいが、円筒多管式、平板式、回転台式（rotating bed）やフロー切替式（fl
ow-switching）など他の既知の形状とすることもできる。
【００１０】 ＤＰＦは、ＨＣ、ＣＯそしてＰＭの触媒処理を行う。ＤＰＦは流れからＰＭを
捕らえ、フィルタに採集したＰＭによって圧力降下が過大になるのを防止する。
ＤＰＦは、コージライト（cordierite）、シリコン、カーバイド、ムライト（mu
llite）や、その他の多くの高温多孔セラミック素材などのセラミック材料で作
る壁面流式粒子フィルタであることが好ましい。壁面流式フィルタ構造に代わる
構成は、細孔セラミック発泡体、焼結金属網、そしてセラミック繊維糸を含んで
いる。これら全てが、濾過機能を果たすのに十分小さな孔サイズの、大きな濾過
領域を提供する。
【００１１】 ＤＰＦ材料はまた触媒材料を塗布するか、または含浸させて再生に必要な温度
を下げることができる。触媒材料はプラチナまたはパラジウムのような貴金属ま
たはセラミック酸化物（例えば、Ｍｎ−Ｏ）のような非貴金属複合物（ｎｏｎ−
ｐｒｅｃｉｏｕｓ ｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含む。
【００１２】 本装置はまた窒素酸化物低減のため熱交換器の適切な温度領域においてＬＮＣ
を採用することもできる。ＬＮＣは進入する流れ中に存在するか、または代替的
に以下述べるように燃料噴射器によって供給されるＨＣとＮＯｘを反応させる。
ＬＮＣはＤＰＦに隣接して、またはＤＰＦのどこか上流に配置することができる
。代替的に、ＬＮＣはＤＰＦの上流側面に置くこともできる。ＬＮＣは一体構造
を有するのが好ましいが、セラミックまたはメタルフォームで構成することもで
きる。適当な活性金属に（ａｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ）はプラチナ、鉄、すず、
または銅がある。薄め塗膜はアルミナかまたはゼオライト系でよい。また、大き
い表面積のアルミナは貴金属または卑金属を加えたＬＮＣとして機能し得る。
【００１３】 本装置はまた流れ成分の酸化のため熱交換器の適切な温度領域においてＤＯＣ
を採用することもできる。ＤＯＣはプラチナ、パラジウムまたは金のような貴金
属を使用することができ、そしてアルミナかまたはゼオライト薄め塗膜に含浸す
ることができる。
【００１４】 本装置はまた入口通路において流れ内にＨＣを噴射する燃料噴射器を採用する
こともできる。ＬＮＣ、ＤＯＣまたは改変したＤＰＦ上で反応させられると、噴
射されたＨＣはＤＰＦにおける温度を上昇させて再生のためＰＭの酸化速度を向
上させることができる。本装置はまた圧力、温度およびエンジン速度のセンサ、
そしてまたＨＣ噴射速度を適切なレベルに調整する制御装置を採用している。代
替的に、入口通路において流体流れを加熱する電気抵抗ヒータを必要なら使用す
ることができる。さらに、触媒がその着火温度より低ければ、触媒を炎により加
熱させるバーナ装置にＨＣ噴射を組み込むことができる。
【００１５】 本装置は、燃料噴射装置を大幅に変化させることなく、また進歩した排気ガス
再循環を採用することなく、現在のエンジンが高負荷エンジンの益々厳しい基準
を達成し得るようにする。本装置のコンパクトな大きさおよび優れた騒音低減特
性は、またエンジン用の現存のマフラーや消音器を本装置で置き換えさせる。
【００１６】 本発明の他の特徴や利点は、本発明の原理を示す、本願に含まれる図面および
構成図により理解される、本発明の以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００１７】 図面、特に図１を参照すると、希薄燃焼エンジンからの放出物質、例えば、集
積（統合）システム中の炭化水素（ＨＣ）、粒状物質（ＰＭ）、一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような流体流れを扱う装置１０が示されている。
該装置はエンジン又は他の放出源の排気ダクト中のターボチャージャの下流に位
置することが出来る。
【００１８】 該装置の外面は熱交換器シェル１２を形成する。シェル内には、２つの交換器
壁１４、１６があり、これらは入ってくる流体流れと出ていく流体流れとの間の
熱交換のための入口通路１８と出口通路２０とを形成している。交換器壁はそれ
らの面を横切る熱伝導を許し、過度の腐食なく、通常の希薄燃焼排気流れを受け
る。交換器壁は渦巻き構造を形成し、その中で、内側へ向かう渦巻き流れ通路と
外側へ向かう渦巻き流れ通路における前処理流れ及び後処理流れ間の熱を交換す
る。交換器壁は０．４５７２ｍｍ（０．０１８インチ）から１．０１６ｍｍ（０
．０４０インチ）の薄ゲージであり、中間排気温度を扱うためにマフラーグレー
ドのステンレス鋼から作られている。図１の通路中に示されている矢印は通路を
通る流体流れの方向を示している。交換器壁のための渦巻き構造は好適実施例の
特徴であるが、シェル−チューブ、プレート−フレーム、回転ベッド又は流れ切
り換えのような他の熱交換のための公知構造も可能である。
【００１９】 入口通路１８及び出口通路２０の遠心端に、入口プレナム２６と出口プレナム
２８があり、それらを介して流体流れは出入りする。入口プレナム及び出口プレ
ナムは無視し得る圧力降下を生成するように形作られデザインされている。
【００２０】 触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）２２が入口通路１８と出口通路２
０との間の領域に位置している。触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）に
おいては、流体流れは粒状体捕捉のためのフィルタ（ＰＭ）と触媒に接触し、粒
状体（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する。触媒作用ジ
ーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）は入口通路１８と出口通路２０との間の領域を
横切って延在している。その結果、入口通路から出口通路へ流れている流体流れ
は触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）を通過しなければならない。触媒
作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）は、触媒として、白金又は白金処理壁−
流れフィルタを採用することが出来る。触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰ
Ｆ）は、炭化珪素、コージライト、金属、又は他の同様なフィルタ材料からなっ
ている。好適には、触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）はコージライト
壁−流れ粒状体フィルタ上の白金コーティング触媒である。触媒作用ジーゼル粒
状体フィルタ（ＤＰＦ）は非貴金属セラミック酸化物でコーティングされてもよ
い。しかしながら、小孔サイズのセラミックフォームや、燒結金属フォームや、
セラミック糸からなる構造体や、フィルタ特性を備えた他の材料からなる構造体
のような他の構成も可能である。
【００２１】 ジーゼル酸化触媒（DOC）３６はDPF２２に隣接して配置されている。このDOC
は、従来の触媒基体を被覆する薄め塗膜（ｗａｓｈｃｏａｔ）にある貴金属ある
いは非貴金属からなる。該DOCは好ましくは単一の構造を有し、セラミックある
いは金属のフォームから作ることができる。適した酸化触媒材料は、白金、パラ
ジウム、あるいは非貴金属を主成分とするセラミック酸化物即ちMn―Oなどであ
る。もしも必要とする酸化をおこなうのに充分な触媒をDPFが含有しているなら
ば、DOCは除くことができる。 希薄NOｘ触媒（LNC）２４はDPF２２とDOC36の上流に位置している。あるいは
このLNCを、選択されたLNCの好ましい作動温度に応じて、更に上流即ち入り口通
路１８内に位置させることができる。このLNCは、以下の包括的な反応を介してN
Oｘを低減するための低減材としてHCを使用している。
【００２２】
【化１】 HC ＋ O2 ＋ NOｘ→ H2O ＋ CO2 ＋ N2
【００２３】 このLNCは、充分なHCが希薄NOｘ反応用の流れ内で利用できるように、配置さ
れなければならない。これは、LNCがDPFおよび／またはDOCの上流に配置される
ことを必要としても良い。LNCは好ましくはアルミナを主成分とし且つ２００℃
〜６００℃で作動するように形成され、従って入口通路の正しい温度ウインド（
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｎｄｏｗ）内に配置される。この代わりとして、
該LNCは、この技術分野で知られ且つ使用されている多くの他の製剤（ｆｏｒｍ
ｕｌａｔｉｏｎｓ）の１つを主成分とすることができる。LNC製剤は、以下のも
のに限定されるのではないが、Al2O3、Sn/γ―Al2O3、Co-ZSM-5、Cu-ZrO2、Co/A
l2O3、Cu-ZSM-5およびGa-ZSM-5などの多くの遷移状態の金属のいずれかを含むゼ
オライトおよびアルミナ（Al2O3）を主成分として含むことができる。アルミナ
の使用はそれ自体においてNOｘの低減用の触媒として作用することができる。LN
Cの適当な作動温度は、その成分に大きく依存しており、約２００℃から約６０
０℃である。例えば、Pt- Al2O3は１７５℃〜４００℃の範囲で最も反応性があ
り、Cu-ZSM-5は３７５℃〜４５０℃の範囲で最も反応性があり、且つγ―Al2O3
は４５０℃〜６００℃の範囲で最も反応性がある。
【００２４】 LNC２４は好ましくは一体構造を有する。しかし、異なる形状のペレット、セ
ラミックフォームおよび金属フォームが、LNC用の他の可能な構造である。LNCは
、最も高い破壊率（即ち低減率）及び最も低い圧力降下を達成するため最適化さ
れたセル密度および壁厚さを備えたセラミック一体構造あるいは金属一体構造の
いずれかを使用できる。金属基体およびセラミック基体の両方は、多くのセル密
度および壁厚さで商業的に利用可能である。代わりの実施例では、LNCは、入口
通路１８内で、上記交換機の壁１４および１６に沿ってDPF２２の上流に配置さ
れる。代替として、LNCは、入口通路に面しているDPFの端部にDPF自体をLNCで被
覆することで、DPFと一体にすることができる。 本発明の他の実施例は、LNC２４のないDPF２２とDOC３６を含む。この実施例
では、装置１０は特別のフィルタあるいはトラップとして使用される。この実施
例の利点は、装置のコア内でより高い温度を維持できることである、というのは
、LNCで必要とされる低い温度での作動が不必要なためである。このより高い温
度は、DPFとDOCにおいて化成処理率（chemical conversion rates）を高める
。
【００２５】 本発明の他の実施例は、ＤＰＦ２２がなくＤＯＣ３６とＬＮＣ２４を含む。こ
の実施例では、ＤＯＣとＬＮＣを、それらの類似の作動温度の故に、互いに隣接
して配置可能である有利さを維持する。この実施例は、処理される流体流れが低
レベルのＰＭを含むとき、効果的に使用可能である。
【００２６】 本発明の好ましい実施例は、また、図１に示す、燃料インジェクタ即ち燃料噴 射機 ３２を含み、ＬＮＣ２４で流体流れからＮＯｘを伴う反応のための補充ＨＣ
と同様に、追加の熱エネルギをＤＰＦ２２に入る流体流れに供給する。分析は、
ＬＮＣを減少させる触媒として要求されるＨＣの量がその適正な作動温度までＤ
ＰＦを上昇するために必要とされる量に匹敵することを示している。この流れが
エンジンの排気であれば、燃料インジェクタは入口プレナム２６の上流に配置さ
れてこの流れの中にＨＣの適正な混合を保証し、パルス幅変更技術（ｐｕｌｓｅ
−ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して安全性
や信頼性のために、それは循環される。燃料インジェクタは、適正な作動領域に
おける組合された触媒機構の作動温度を維持し、また以下に述べるように、ＤＰ
Ｆの周期的な再生を供給するために使用される。
【００２７】 この実施例においては、装置１０はまた様々な圧力、（流れがエンジン排気で
あれば）エンジン速度、及び温度のセンサを含み、燃料の噴出を制御する。本発
明の他の実施例は、このようなＨＣインジェクタが、装置が作動するサービス（
ｓｅｒｖｉｃｅ）に必要でなければ（すなわち、温度が適正な触媒作動のために
十分に高いか、十分なＨＣがＬＮＣ２４反応のために排気流れに存在していれば
）、燃料インジェクタはない。さらに、電気抵抗ヒータ３０が入口通路１８とＤ
ＰＦ２２の間に配置されて、ＤＰＦの最適な作動のための追加のヒータが備えら
れてもよい。
【００２８】 異なった構成要素間の相乗作用により、優れたエミッション減少結果（ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ）を与える、三つの技術の
個々の性能が最適化される。ＮＯｘ減少機能や、酸化機能や、熱回復機能の特異
な構成はいくつかの相乗的な有利さを提供する。最初に、ＮＯｘを減少するため
に使用されるＬＮＣ２４がシステムに追加の炭化水素の存在を必要とする。典型
的には、過剰なＨＣが最大のＮＯｘ減少を達成するために追加されねばならない
。ＬＮＣの下流に酸化触媒または触媒作用を及ぼされたＤＰＦ２２を配置するこ
とで、未反応のＨＣが酸化され、ＨＣやＣＯの排出が除かれ、熱を発生する。こ
の熱はＤＰＦの温度を上げ、フィルタで捕獲された炭質ＰＭを酸化させることに
よって再生を容易にする。ＨＣ，ＣＯ及びＰＭの発熱酸化によって発生する熱は
、熱交換器によって再循環され、それによって、システムに入る、より冷却され
たエンジン排気流れを予熱する。熱の再循環は、ＬＮＣを伴うＮｏｘの減少とＤ
ＰＦの再生をともに、これらの構成要素の温度の増加やこれらを超えて流れる排
気ガスによって、容易にする。
【００２９】 最終的に、作動中の燃料噴射制御装置は装置の更なる最適化を行なうことがで
きる。所望の性能に応じて幾つかの制御方法を実施することができる。窒素酸化
物（ＮＯｘ）を最大限に減少させるために、燃料を連続的に噴射して最適温度を
維持して還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）２４に
供給すべきである。あるいは、燃料を周期的にのみ噴射して触媒作用ジーゼル粒
状体フィルタ（ＤＰＦ）２２の温度を高めて再生するようにすれば、燃料消費量
をかなり減少させることができる。燃料噴射装置の更なる重要な機能は周期的に
十分な燃料を加えて触媒の温度を６００℃より高める能力、すなわち結果的に排
出ガス中の全ての余分な酸素が消費される。この周期的な高温／濃厚循環は 希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）と触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）の触
媒が硫黄で部分的に汚染されないようにすることができる。
【００３０】 表１に示すように、希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）２４基ＺＳＭ−５と触媒を施
された触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）２２は両者とも３７５℃〜４
５０℃までの温度範囲内で良好に作用し、従って、これらは、同時に一酸化炭素
（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、および粒状物質（ＰＭ）
の減少を達成すべく均等に混合される。希薄−ＮＯｘ触媒（ＬＮＣ）と触媒作用
ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）の形成の好適選択は機関即ちエンジンの寸法
及び稼動率、および燃料の硫黄含有量に依存する。低硫黄含有燃料を使用する軽
量小型機関に対する好適な選択は、Ｐｔ−γ−AL2O3LNC、およびPt−含侵コージ
ライト(cordierite)触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）である。重量大
型機関（すなわち、１２リットルの排気量の重作業サイクルを有する）に対する
好適な選択は、γ−AL2O3LNC（すなわち、貴金属は含まない）、およびPt−含侵
触媒作用ジーゼル粒状体フィルタ（ＤＰＦ）である。触媒作用ジーゼル粒状体フ
ィルタ（ＤＰＦ）、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）３６および希薄−ＮＯｘ触媒
（ＬＮＣ）は、入口通路１８と出口通路２０間に直列に隣接して配置され、全て
の触媒がそれぞれの最適温度で作用し続けることを容易にする。
【００３１】
【表１】
【００３２】 図２は、エンジン排気を処理する装置の操作を示す流れ図である。エンジンの
始動時に、触媒がその作動(light-off)温度（約２００℃）まで一度暖められる
と、補充のＨＣ（炭化水素）が燃料噴射器３２を通じて排気流内に導入される。
補充のＨＣはＤＰＦ２２で発熱反応して装置１０を適当な作動温度にする。最初
の始動の後、出口通路２０内の処理されたガスからの熱は、エンジン排気ガスを
適当な温度にするのに必要な加熱の大部分を供給する。何故ならば、装置内での
ＤＰＦ２２を通しての排出物減少反応の発熱特性は、補充のＨＣの最小入力での
エンジン排気ガスの適当な予熱を確保するに十分な熱を発生するからである。排
気温度を適当な範囲にまで上昇させるのに必要とされるエネルギー量は、内方通
路と外方通路との間の熱交換によりもたらされる熱回収のために、著しく減少さ
れる。
【００３３】 一度流れが充分に予熱されると、反応がＬＮＣ２４で始まり、そこでＮＯｘ（
窒素酸化物）が、燃料噴射器３２を通じて流れ内に導入されたＨＣと反応する。
分析は、ＬＮＣ用の減少要素として必要とされるＨＣの量が、ＤＰＦ２２をその
適当な作動温度にするのに必要なＨＣの量と比較可能であることを示す。この結
果は、燃料噴射器で、パルス幅変調技術を使用してＨＣの異なる量が装置の上流
へ、ＬＮＣとＤＰＦをそれらの適当な温度設定ポイントに維持する制御アルゴリ
ズムに基づき導入することにより、好適には得られる。このことは、ＤＰＦでの
温度を触媒の作動(light-off)温度を過ぎて上昇させ、ＰＭを酸化させＤＰＦを
再生させる。ＤＰＦを通過した後、処理された流れは出口通路２０を経て出口空
間２８まで通過する。この燃料噴射は、排気流の成分とＰＭの吸収割合の結果に
応じて連続しても断続しても良い。
【００３４】 希薄燃焼エンジンの比較的低い運転温度のために、ＤＰＦ２２はこの機能にお
いて低温度ＰＭ除去を促進して延長されたアイドリングの運転状態での詰まり(p
lugging)を避ける必要がある。詰まり(plugging)による圧力降下が過剰となるこ
とを避けるために、ＤＰＦは触媒酸化により放出される熱により再生されねばな
らない。ＰＭの乾燥カーボン粒子は点火のために少なくても４００−４５０℃の
温度を必要とするので、入ってくる排出流内のＨＣが不充分ならＰＭ破壊のため
の適切な温度にＤＰＦをするよう、追加の加熱エネルギーが、燃料噴射器３２か
らの燃料の形態で或いは加熱要素３０からの電気の形態で必要とされても良い。
このために、圧力センサー３４がＤＰＦ両端間の圧力降下を測定し、コントロー
ラー内に入力される圧力信号を発生する。もしこの圧力降下が過剰となったら，
コントローラーは燃料噴射器３２を制御して増加されたＨＣを提供して温度をＰ
Ｍの点火温度まで上昇させる。一度圧力降下が許容可能なレベルまで降下すれば
、コントローラーは追加のＨＣ噴射を終了させる。また、温度センサー３８はＤ
ＰＦ近傍の温度を測定し、コントローラー内に入力される温度信号を発生する。
もし温度がＤＰＦの最適動作温度以下に降下すると、コントローラーは燃料噴射
器を制御して増加されたＨＣを供給し、ＤＰＦ近傍の温度を上昇させる。
【００３５】 性能の特徴づけを容易にするために、エンジンはいくつかの異なる負荷ポイン
トで試験される。負荷ポイントの一例は、回転数１２００ｒｐｍ、トルク５００
ｆｔ−ｌｂｓである。エンジンのアイドリングは、ＤＰＦ２２の再生のために最
もエネルギー効率の良い負荷ポイントであるが、これは作動温度（ｌｉｇｈｔ−
ｏｆｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで加熱される必要がある排気ガスがほとん
どないからである。しかし、アイドリングでの温度が低すぎると再生を開始する
ことができず、また再生（４０℃から１００℃）中に放出される熱は、反応化学
性質（ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）を維持するのには足りない。
【００３６】 再生ＤＰＦ２２にまたがる温度上昇は、最大４０℃までである。入口通路１８
と出口通路２０との間の熱交換は、この温度上昇を利用している。図３および図
４は、この熱回収の効果を表している。図３は、ＤＰＦおよび／またはＤＯＣ３
６を備えるが熱交換器を持たない装置の温度プロフィールと、ＤＰＦおよび／ま
たはＤＯＣ、および効率６６％の熱交換器を備えた装置の温度プロフィールとを
示す。図４は、熱交換器に加えて、ＤＰＦおよび／またはＤＯＣ、およびＬＮＣ
を備えた装置の温度プロフィールを示す。これらの図は、入口通路と出口通路と
の間の熱交換による、流体流れの温度上昇を表している。
【００３７】 システムの温度が高いほどエネルギー効率が良く且つよく制御されたフィルタ
ー再生が得られる。しかし、アイドルリング時の温度が低すぎると再生を開始す
ることができず、また再生中に放出される熱は反応化学性質を維持するのに不十
分である。運転中、流れは、入口プレナム（ｉｎｌｅｔ ｐｌｅｎｕｍ）２６を
通して入口通路１８に流れる。入口通路内の流体流れは、出口通路２０内の高温
ガスによる熱交換によって加熱される。入口通路と出口通路との間の熱交換が、
流体流れの温度を、触媒反応によって放出された熱による上昇を超えて、ＤＰＦ
２２およびＬＮＣ２４内の触媒が作動する適切な温度まで上昇させる。表２に示
すように、この熱交換は温度上昇に関連している。熱交換効率は次の式によって
定義される。
【数１】 η ＝ １−（ΔＴreaction／ΔＴsystem） ［％］
【表２】
【００３８】 エンジンの排気流れの処理に使用する場合、装置１０は、エンジン排気量の半
分から３倍の触媒容積を有するように構成される。すなわち、１２リッターエン
ジンは、ＬＮＣ２４、ＤＰＦ２２およびＤＯＣ３８を収容するために、６リッタ
ーから３６リッターの容積を必要とする。
【００３９】 本発明は好適実施例のみを参照して開示されているが、当業者であれば、本発
明の範囲から逸脱することなく装置の代替実施例を構成可能であることを理解す
るであろう。本発明は特許請求の範囲の記載によってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、矢印が螺旋状の入口および出口通路を通る流れの方向を示し、希薄Ｎ
Ｏｘ触媒、ディーゼル粒状体フィルターおよび該通路の間の界面に位置したディ
ーゼル酸化触媒で希薄燃焼放出物質を処理するための、本発明による装置の実施
例の端面図である。本実施例は、また最適作動性能において用いられるエンジン
速度、圧力および温度のセンサと同じく、炭化水素付加用の燃料噴射器も含む。
【図２】 図１の装置内の個々の構成要素の相対位置と、該装置内の流体流れを示す流れ
線図。
【図３】 触媒作用ジーゼル粒状体フィルタの温度上昇及び／又は熱回収の為の熱交換器
がない装置と６６％効率を有した熱交換器がある装置とにおけるジーゼル酸化触
媒を示すグラフ。
【図４】 ＮＯｘ還元と粒状体及び一酸化炭素の酸化とからの熱入力を含む、図１の装置
を介する温度上昇のグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 ３４１ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３４１Ｚ Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｂ０１Ｄ 39/20 Ｄ 53/86 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/10 Ａ 53/94 3/24 Ｅ Ｆ０１Ｎ 3/10 Ｌ 3/24 3/28 ３０１Ｃ ３０１Ｄ 3/28 ３０１ 3/36 Ｂ 5/00 Ｃ 3/36 7/08 Ｚ 5/00 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｂ 7/08 １０３Ｃ ＺＡＢ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マクドナルド、ロバート、ジェイ アメリカ合衆国 カリフォルニア、プラヤ デル レイ、 ビスタ デル マル 6200、ナンバー 207 Ｆターム(参考） 3G004 AA01 BA06 DA00 DA01 DA14 DA25 EA00 FA01 FA02 FA03 FA04 FA05 FA07 3G090 AA01 AA02 AA03 BA01 CB00 CB11 DA03 DA12 DA13 DA18 EA01 EA02 EA05 3G091 AA02 AA10 AA18 AA19 AA21 AB02 AB05 AB13 BA00 BA11 BA14 BA15 BA19 DC01 EA01 EA17 EA18 GB01W GB01X GB05W GB06W GB07W GB10W GB10X GB17W GB17X HA12 HA15 HA16 HA47 HB01 HB06 4D019 AA01 BA05 BB02 BB06 BB07 BC07 BC11 BC12 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 AB01 AB02 AB05 AB07 AC02 BA03X BA10X BA11Y BA17Y BA30X BA31X BA34Y BA35X BA37Y BA41X BB02 BB09 BB14 BC01 CA05 CC32 CC38 CC42 CC47 CC52 CC54 CD05 CD08 DA01 DA02 DA03 DA06 DA07 DA10 DA13 DA20

Claims (54)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 間隔を置いて配置され、流体流用の入口通路と出口通路を画成する第１および
    第２壁を有し、該第１および第２壁が前記出口通路から前記入口通路へ熱を伝え
    るように構成されている熱交換器と、 前記熱交換器に一体的に結合され、また前記流体流を前記入口通路から前記出
    口通路へ送るように配置され、一酸化炭素と炭化水素を酸化させるとともに、前
    記流体流中に存在する粒状物を集めて酸化させるように構成されているディーゼ
    ル粒子フィルタとを含む流体流の処理装置。
  2. 【請求項２】 前記ディーゼル粒子フィルタが、セラミックス壁製粒子流フ
    ィルタである請求項１に記載された流体流の処理装置。
  3. 【請求項３】 前記ディーゼル粒子フィルタが、セラミックフォーム、焼結
    金属フォームおよびセラミックス繊維糸から成る群から選ばれた材料を含む請求
    項１に記載された流体流の処理装置。
  4. 【請求項４】 前記ディーゼル粒子フィルタが触媒を含む請求項１に記載さ
    れた流体流の処理装置。
  5. 【請求項５】 前記触媒が、白金、パラジウムおよび酸化物セラミックスか
    ら成る群から選ばれた材料を含む請求項４に記載された流体流の処理装置。
  6. 【請求項６】 前記ディーゼル粒子フィルタの上流に位置する希薄ＮＯｘ触
    媒を更に含み、該希薄ＮＯｘ触媒が前記流体流中に存在する窒素酸化物を減らす
    ように構成されている請求項１に記載された流体流の処理装置。
  7. 【請求項７】 前記希薄ＮＯｘ触媒が前記ディーゼル粒子フィルタに極く接
    近して配置されている請求項６に記載された流体流の処理装置。
  8. 【請求項８】 前記ディーゼル粒子フィルタが前記入口通路に面する表面を
    有し、前記希薄ＮＯｘ触媒が、前記ディーゼル粒子フィルタの、前記入口通路に
    面する前記表面に被着されている請求項７に記載された流体流の処理装置。
  9. 【請求項９】 前記希薄ＮＯｘ触媒が一体構造を有する請求項６に記載され
    た流体流の処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記希薄ＮＯｘ触媒が貴金属、セラミックフォームおよび
    金属フォームから成る群から選ばれた材料で形成されている請求項６に記載され
    た流体流の処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記入口通路と前記出口通路の間で前記熱交換器に一体的
    に結合されたディーゼル酸化触媒を更に含み、該ディーゼル酸化触媒が、前記流
    体流中に存在する一酸化炭素および炭化水素を酸化させるように構成されている
    請求項１に記載された流体流の処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記ディーゼル酸化触媒が金属を更に含む請求項１０に記
    載された流体流の処理装置。
  13. 【請求項１３】 前記ディーゼル酸化触媒がセラミックフォームまたは金属
    フォームを含む請求項１０に記載された流体流の処理装置。
  14. 【請求項１４】 前記入口通路に炭化水素を噴射するように構成され且つ配
    置された燃料噴射装置を更に含む請求項１に記載された流体流の処理装置。
  15. 【請求項１５】 前記ディーゼル粒子フィルタ中の圧力降下を示す圧力信号
    を発するように構成された１以上の圧力センサと、 前記ディーゼル粒子フィルタに対する予め定められた隣接位置における温度を
    示す温度信号を発する温度センサと、 前記燃料噴射装置が前記入口通路に炭化水素を噴射する速度を制御するための
    、前記圧力信号と前記温度信号に応答する制御器とを更に含む請求項１４に記載
    された流体流の処理装置。
  16. 【請求項１６】 前記ディーゼル粒子フィルタ中の前記圧力降下を特定水準
    以下に維持するように、前記制御器が選択されている請求項１５に記載された流
    体流の処理装置。
  17. 【請求項１７】 前記制御器が、前記ディーゼル粒子フィルタに対する予め
    定められた隣接位置における温度を特定水準以下に維持するように選択されてい
    る請求項１５に記載された流体流の処理装置。
  18. 【請求項１８】 前記流体流がエンジンの排気であり、 前記エンジンが、エンジン速度を示すエンジン速度信号を発するように構成さ
    れたエンジン速度センサを具備し、かつ 前記制御器が、前記燃料噴射装置が前記入口通路に炭化水素を噴射する速度を
    制御するために、前記エンジン速度信号に応答する請求項１５に記載された流体
    流の処理装置。
  19. 【請求項１９】 前記入口通路における流体流を加熱するように構成された
    抵抗加熱器を更に含む請求項１に記載された流体流の処理装置。
  20. 【請求項２０】 間隔を置いて配置された前記第１および第２壁が螺旋形状
    を有する請求項１に記載された流体流の処理装置。
  21. 【請求項２１】 流体流を処理する装置であって、 前記流体流のための入口通路および出口通路を画成する第一および第二の離隔
    された壁を有する熱交換器にして、前記壁が熱を出口通路から入口通路へと伝達
    するよう形成されている熱交換器、 前記入口通路と前記出口通路との間において前記熱交換器に一体的に接続され
    るディーゼル酸化触媒にして、前記流体流における一酸化炭素および炭化水素を
    酸化するように形成されている ディーゼル酸化触媒、および 該ディーゼル酸化触媒の上流に位置された希薄ＮＯX触媒にして、前記流におい
    て窒素酸化物を減少するよう形成されている希薄ＮＯX触媒、 を包含する流体流を処理する装置。
  22. 【請求項２２】 請求項２１に記載された装置において、前記ディーゼル酸
    化触媒が金属を含む、流体流を処理する装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２１に記載された装置において、前記ディーゼル酸
    化触媒がセラミックフォームまたは金属フォームを含む流体流を処理する装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２１に記載された装置において、前記希薄ＮＯX触
    媒が前記ディーゼル酸化触媒にすぐに隣接して位置されている流体流を処理する
    装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載された装置において、 前記ディーゼル酸化触媒が前記入口通路に面した表面を有し、そして 前記希薄ＮＯX触媒が前記入口通路に面した前記ディーゼル酸化触媒の表面に
    付着されている流体流を処理する装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２１に記載された装置において、前記希薄ＮＯX触
    媒が一体構造を有する流体流を処理する装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２１に記載された装置において、前記希薄ＮＯX触
    媒が貴金属、セラミックフォームおよび金属フォームからなる群から選択された
    材料よりなる流体流を処理する装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２１に記載された装置において、前記入口通路内に
    炭化水素を噴射するよう位置されかつ形成されている燃料噴射器をさらに含む流
    体流を処理する装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２８に記載された装置において、 前記ディーゼル酸化触媒に隣接した所定の位置における温度を示す温度信号を
    生じるよう形成された温度センサ、および 前記温度信号に応答し、前記燃料噴射器が炭化水素を前記入口通路内に噴射す
    る割合を制御する制御装置、 をさらに含む流体流を処理する装置。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載された装置において、前記制御装置が選
    択されて、特定のレベルであるいはそれ以下で前記ディーゼル酸化触媒に隣接し
    た所定の位置における温度を維持する流体流を処理する装置。
  31. 【請求項３１】 請求項２９に記載された装置において、 前記流体流がエンジンからの排気であり、 前記エンジンがエンジン速度を示すエンジン速度信号を生じるよう形成された
    エンジン速度センサを含み、そして 前記制御器が前記エンジン速度信号に応答して、前記燃料噴射器が炭化水素を
    前記入口通路内に噴射する割合を制御する流体流を処理する装置。
  32. 【請求項３２】 請求項２１に記載されたにおいて、前記流体流を前記入口
    通路において加熱するよう形成された抵抗加熱器をさらに含む流体流を処理する
    装置。
  33. 【請求項３３】 請求項２１に記載された装置において、前記第一および第
    二の離隔された壁が螺旋状形状を有する流体流を処理する装置。
  34. 【請求項３４】 流体流れを処理する装置において、 流体流れの入口通路と出口通路を限定し該出口通路から入口通路へ熱を運ぶ
    ように形成された第１および第２の隔置された壁を有する熱交換器と； 前記熱交換器に一体に結合され、前記入口通路から出口通路へ流体流れを送
    るように位置決めされ、一酸化炭素と炭化水素を酸化し、流体流れの中に存在す
    る粒状物（particulate matter）を収集し酸化するように形成されたディーゼル
    粒子フィルター（diesel particulate filter）と； 前記入口および出口通路の間において前記熱交換器に一体に結合され、流体
    流れの中に存在する一酸化炭素と炭化水素を酸化するように形成されたディーゼ
    ル酸化触媒（diesel oxidation catalyst）と； ディーゼル粒子フィルターの上流に置かれ、流体流れの中に存在する窒素酸
    化物を還元するように形成された希薄ＮＯｘ触媒（lean-NOｘ catalyst）と； 炭化水素を入口通路の中に噴射するように置かれ形成された燃料噴射器と； ディーゼル粒子フィルターを通しての何らかの圧力降下を示す圧力信号を発
    生するように形成された１個またはそれ以上の圧力センサーと； ディーゼル粒子フィルターに隣接する所定の位置における温度を示す温度信
    号を発生するように形成された温度センサーと； 圧力信号と温度信号に応答し、燃料噴射器が炭化水素を入口通路の中に噴射
    する割合を制御する制御器と； 入口通路における流体流れを加熱するように形成された抵抗加熱器と； を有し、 前記制御器はディーゼル粒子フィルターを通しての圧力降下を特定のレベル
    またはそれ以下に維持し、ディーゼル粒子フィルター内の所定の位置における温
    度を特定のレベルまたはそれ以下に維持するように選択されることを特徴とする
    流体流れを処理する装置。
  35. 【請求項３５】 流体流れはエンジンからの排気であり； 該エンジンはエンジン速度を示すエンジン速度信号を発生するように形成さ
    れたエンジン速度センサーを含み； 前記制御器はエンジン速度信号に応答し燃料噴射器が炭化水素を入口通路の
    中に噴射する割合を制御することを特徴とする請求項３４に記載された装置。
  36. 【請求項３６】 流体流れを処理する方法において、 退出する処理流体流れ（exiting treated fluid stream）を使用する熱交換
    器により流体流れを予熱することと； 一酸化炭素と炭化水素を酸化し、予熱された流体流れの中の粒状物（partic
    ulate matter）を収集し酸化することと； から成る流体流れの処理方法。
  37. 【請求項３７】 一酸化炭素と炭化水素を酸化することと、予熱された流体
    流れの中に存在する粒状物を収集し酸化することはディーゼル粒子フィルター（
    diesel particulate filter）を使用して行われる請求項３６に記載された方法
    。
  38. 【請求項３８】 予熱された流体流の中に存在する一酸化炭素と炭化水素を
    酸化することはディーゼル酸化触媒を使用して行われる請求項３６に記載された
    方法。
  39. 【請求項３９】 更に予熱された流体流の中に存在する窒素酸化物を還元す
    ることを含む請求項３６に記載された方法。
  40. 【請求項４０】 予熱された流体流の中に存在する窒素酸化物を還元するこ
    とは希薄NOｘ触媒を使用して行われる請求項３９に記載された方法。
  41. 【請求項４１】 更に炭化水素を予熱された流体流の中に噴射することを含
    む請求項３６に記載された方法。
  42. 【請求項４２】 予熱された流体流の中に炭化水素を噴射することは； 予熱された流体流の中の一点における温度を測定することと； 測定された温度に基づいて炭化水素が予熱された流体流れの中に噴射される
    割合を制御することと； を含む請求項４１に記載の方法。
  43. 【請求項４３】 予熱された流体流れの中に炭化水素を噴射することは； 予熱された流体流の中の一点における圧力を測定することと； 測定された圧力に基づいて炭化水素が予熱された流体流れの中に噴射される
    割合を制御することと； を含む請求項４１に記載の方法。
  44. 【請求項４４】 予熱された流体流れはエンジンからの排気であり、更に； エンジンの速度を測定することと； 測定されたエンジン速度に基づいて炭化水素が予熱された流体流れの中に噴
    射される割合を制御することと； を含む請求項４１に記載された方法。
  45. 【請求項４５】 請求項３６に記載された方法において、前記流出する処理
    された流対流を使用しながら、予熱することに先立って外部熱源を使用すること
    により前記流体流を予熱することをさらに含む方法。
  46. 【請求項４６】 流体流を処理する方法において、 流出し処理された流体流を使用しながら、前記流体流を熱交換により予熱する
    こと、および 一酸化炭素および炭化水素を酸化し、そして予熱された流体流に存在する窒素
    酸化物を減少させて、流出し処理された流体流を生じること、 を含む流対流を処理する方法。
  47. 【請求項４７】 予熱流体流れにある一酸化炭素及び炭化水素を酸化するこ
    とは、ディーゼル酸化触媒を用いながら、おこなわれる請求項４６に記載された
    方法。
  48. 【請求項４８】 予熱流体流れにある窒素酸化物を減らすのに希薄-NOｘ触
    媒が用いられる請求項４６に記載された方法。
  49. 【請求項４９】 更に流体流れに炭化水素を注入する請求項４６に記載され
    た方法。予熱
  50. 【請求項５０】 予熱流体流れに炭化水素を注入し、 予熱流体流れにおけるある点での温度を測定し、そして該測定温度に基づ
    いて予熱流体流れに炭化水素が注入される割合を制御する請求項４９に記載され
    た方法。
  51. 【請求項５１】 予熱流体流れがエンジンからの排気であり、 エンジンの回転数を測定し、測定されたエンジン回転数に基づいた予熱流
    体流れに炭化水素を注入する割合を制御する請求項４９に記載された方法。
  52. 【請求項５２】 流出し処理され流体流れを使用しながら、予熱する前に外
    部加熱源を使用して流体流れを予熱する請求項４６に記載された方法。
  53. 【請求項５３】 流体流れを処理する方法において、 外部加熱源を使用しながら該流体流れを予熱し； 処理流体流れを用いる熱交換によって流体流れを更に予熱し； 予熱流体流れのある点での温度を測定し； 予熱流体流れのいくつかの点での圧力を測定し； 予熱流体流れに炭化水素を注入し； 測定された温度及び圧力に基づいて予熱燃料流れに注入する炭化水素の割
    合を制御し；そして 一酸化炭素及び炭化水素を酸化し、処理流体流れをつくるために予熱流体
    流れの粒状体を集め酸化する、流体流れを処理する方法。
  54. 【請求項５４】 予熱流体流れがエンジンからの排気であり、エンジンの回
    転を測定すると共に該測定エンジン回転に基づいた予熱燃料流れに注入される炭
    化水素の割合を制御する請求項５３に記載された方法。
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