JP7273868B2 - ディーゼルエンジンのための排気システム - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジン用の排気システムに関する。本発明はまた、排気システムを備える車両、及びディーゼルエンジンによって生じる排気ガスを処理する方法に関する。
ディーゼルエンジンは、世界中で政府間機関によって規制立法措置が取られる少なくとも４種類の汚染物質、すなわち：一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及びパティキュレート・マター（ＰＭ）を一般に含有する排気を生じる。各種汚染物質の１つ以上を処理するための様々な排出制御装置が存在する。これらの排出制御装置は多くの場合、排出ガスの環境への排出の前に４種類の汚染物質全てが確実に処理されるように、排気システムの一部として組み合わされる。
ディーゼルエンジン、特に大型（ＨＤ）ディーゼルエンジンは、燃費を改善するように設計されている。このような設計の結果として、ディーゼルエンジンはより高レベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）を出力し、当該エンジンの排気システムは、排出ガス規制を満たすためにますます高いＮＯｘ転化率を提供することが要求される。
選択的触媒還元（ＳＣＲ）は、ディーゼルエンジン、特にＨＤディーゼルエンジンのＮＯｘ排出要件及び規制を満たすための有効な解決策であることが実証されている。高まる燃費向上要求に伴うＳＣＲシステムのＮＯｘ排出削減の進行は、エンジンのより多くのＮＯｘ排出を可能にするであろう。しかしながら、このような要求は、典型的にはディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）及びＳＣＲ触媒から成る現在の排気システム設計にとっては困難である。
１つのアプローチは、フロースルーＳＣＲ触媒を下流に保ちながら、ＣＳＦをＳＣＲ触媒組成物でコーティングされたディーゼル微粒子フィルター（ＤＰＦ）で置き換えることである。このような排気システムの一例がＳＡＥ２０１４－０１－１５２５に記載されている。フィルター基材上の選択的触媒還元触媒は、高いＮＯｘ変換能力を有することが示されている（ＡＥ２００８－０１－００７２、ＳＡＥ２０１１－０１－１３１２及びＳＡＥ２０１２－０１－０８４３参照）。
また、排気ガス中の亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の量を最小限にすることが望ましい。米国環境保護庁は、１ポンドの亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）が大気を暖めることの影響が、１ポンドの二酸化炭素（ＣＯ２）のそれの３００倍以上であると述べている。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）も、オゾン層破壊物質（ＯＤＳ）である。亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）分子は除去又は破壊される前に約１２０年間大気中に留まると推定されている。エンジン排気物質を規制する現行の法律は、温室効果ガス（ＧＨＧ）として個別に規制されているため、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）については制限していない。
本発明は、特に低温（例えば「コールドスタート」－ディーゼルエンジンが低温から始動する場合）で、非常に高いＮＯｘ転化率を提供することができる排気システムに関する。排気システムはまた、ＮＯｘ還元反応中に副生成物として生じるＮ２Ｏの量を最小にすることができる。
本発明は、ディーゼルエンジンによって生じる排気ガスを処理するための排気システムであって、
（ａ） 白金族金属（ＰＧＭ）及び基材を含む、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置であって、白金族金属（ＰＧＭ）が白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びこれらの組み合わせから選択される排出制御装置と；
（ｂ） 排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するためのインジェクターであって、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の下流にあるインジェクターと；
（ｃ） 排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するためのインジェクターの下流の、基材と第１の選択的触媒還元組成物とを含む第１の選択的触媒還元触媒であって、基材がフロースルー基材かフィルタリング基材のいずれかである第１の選択的触媒還元触媒と；
（ｄ） 第１の選択的触媒還元触媒の下流の、フロースルー基材及び第２の選択的触媒還元（ＳＣＲ）組成物を含む第２の選択的触媒還元触媒と
を備え、かつ、
排出制御装置及び第１の選択的触媒還元触媒の少なくとも一方がフィルタリング基材を有する排気システムを提供する。
本発明者らは、本発明の排気システムを用いて、優れたＮＯｘ転化率を得ることができることを見出した。本発明の排気システムによって提供されるＮＯｘ転化率は（ａ）ＮＨ３ガスを、特に低温で、第１の選択的触媒還元触媒の直ぐ上流に供給すること、並びに／又は（ｂ）特に排気ガス温度が比較的低い場合に、一酸化炭素（ＣＯ）及び／若しくは炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置からの排気ガスを加熱することによってさらに改善できることが、見出された。本発明の排気システムは、過渡ＦＴＰ試験サイクル（transient FTP test cycle）下で＞９５％のＮｏｘ転化率を提供することができ、これは、ディーゼルエンジンが将来の排出ガス規制及び燃費目標を満たすことを可能にするであろう。
本発明は、さらに車両を提供する。本発明の車両は、本発明によるディーゼルエンジン及び排気システムを備える。
本発明はまた、ディーゼルエンジンによって生じる排ガスを処理する方法に関する。この方法は、ディーゼルエンジンによって生じる排気ガスを、排気システム、特に本発明による排気システムに通す工程を含む。
図１から５は、本発明による排気システムの態様の概略図である。
ディーゼルエンジンのターボチャージャーからの排気ガス（１）出口がディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）又はコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒であり得る酸化触媒（１０）に流れ込む排気システムを示す。酸化触媒からの排気ガス（２）出口は、選択的触媒還元フィルター触媒（４０）である第１の選択的触媒還元触媒に向かう導管を通り流れる。サイドフローＮＨ３供給体（２０）は、気体ＮＨ３を導管へ導入することができる。また、通常の尿素供給体（２５）も導管内に位置している。サイドフローＮＨ３供給体（２０）と尿素供給体（２５）の両方が、ミキサー（３０）の上流にある。ミキサーは、選択的触媒還元フィルター触媒（ＳＣＲ－ＤＰＦ）（４０）の入口面に隣接している。第２の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒（５０）。ＳＣＲ－ＤＰＦ（４０）及びＳＣＲ触媒（５０）は、密結合しており、同じ容器（６０）内に配置することができる。その後、ＳＣＲ触媒（５０）の出口からの排気ガスは、任意選択のアンモニアスリップ触媒（７０）に送られてもよい。 図１の酸化触媒（１０）が触媒化スートフィルター（８０）で置き換えられている点を除いて、図１に示した排気システムと同じ排気システムを示す。第１のＳＣＲ触媒は、フロースルー基材を有する。 触媒化スートフィルター（８０）に加えて酸化触媒（１０）が存在する点を除いて、図２の排気システムと同様の排気システムを示す。酸化触媒は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）又はコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒であり得る。 サイドフローＮＨ３供給体装置を示す概略図である。ディーゼルエンジンからの排気ガスは、排気システム内をエキゾーストマニホールド（５）からターボチャージャー（１５）へと流れる。バイパス（３５）は、排気ガス（３）の一部がサイドフローＮＨ３供給のために装置に入ることを可能にする。装置は、任意選択的に触媒化スートフィルター（４５）を包含してもよい。サイドフローＮＨ３供給体（２０）は、ターボチャージャー（１５）から主排気ガス流（１）へ導入されるＮＨ３を生成するための通常の尿素供給体（５５）及び尿素加水分解触媒（６５）を包含する。 図１に示した排気システムと類似の排気システムを示す。酸化触媒（１０）は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒、又はディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）と触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）との組み合わせであってもよい。排気システムは、サイドフローＮＨ３供給体（２０）に加えて又はその代替として、電気加熱器（７５）を包含してもよく、これは、酸化触媒（１０）から排出される排気ガスを加熱するために使用することができる。 実施例１及び２の重負荷過渡ＦＴＰサイクル（heavy duty transient FTP cycle）でのＮｏｘ転化％を示すヒストグラムである。
以下、本発明をさらに説明する。以下のセクションは、本排気システムの様々な部分に関連し、各部分をより詳細に定義し、また、本発明の車両及び方法にも関する。そのように定義された本発明の各部分又は態様は、反対のことが明記されていない限り、本発明の他の部分又は態様と組み合わせることができる。特に、好ましい又は有利であると示される任意の特徴は、好ましい又は有利であると示される他の特徴と組み合わせてもよい。
一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置
この排出制御装置は、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）、好ましくはＣＯ及びＨＣを酸化するのに適している。排出制御装置はさらに、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素に二酸化窒素（ＮＯ２）酸化するのに適している。
一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置は、
（ｉ） ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）；
（ｉｉ） 触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）；
（ｉｉｉ） コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒；
（ｉｖ） ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）；並びに
（ｖ） コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）
から成る群より選択され得る。
排出制御装置がディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）である場合、好ましくはＤＯＣがＣＳＦの上流、好ましくはすぐ上流にある。したがって、ＤＯＣの出口は、ＣＳＦの入口に接続（例えば、排ガス導管により流体接続）される。
排出制御装置がコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）である場合、好ましくはコールドスタートコンセプト触媒がＣＳＦの上流、好ましくはすぐ上流にある。したがって、コールドスタートコンセプト触媒の出口は、ＣＳＦの入口に接続（例えば、排ガス導管により流体接続）される。
排出制御装置が（ｉ）ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）か、（ｉｉ）コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）のいずれかである場合、好ましくはＤＯＣとＣＳＦ又はコールドスタートコンセプト触媒とＣＳＦは密結合している。これは、ディーゼル酸化触媒又はコールドスタートコンセプト触媒の出口端と触媒化スートフィルターの入口端の間の距離が１．０ｍｍから３００ｍｍ、好ましくは３ｍｍから２００ｍｍ、より好ましくは５ｍｍから１５０ｍｍ（例えば８ｍｍから１００ｍｍ）、例えば１０ｍｍから８０ｍｍ（例えば１２ｍｍから７０ｍｍ）、より一層好ましくは１５ｍｍから５０ｍｍ．であることを意味する。これは、熱伝導及び省スペースのために有利である。
排出制御装置が（ｉ）触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）、（ｉｉ）フィルタリング基材を有するコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒、（ｉｉｉ）ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）、（ｉｖ）コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）のいずれかである場合、第１の選択的触媒還元触媒は、フロースルー基材を好ましくは有する。
排出制御装置が（ｉ）ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）か（ｉｉ）フロースルー基材を有するコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒のいずれかである場合、第１の選択的触媒還元触媒は、フィルタリング基材を好ましくは有する（すなわち、第１のＳＣＲ触媒はＳＣＲ－ＤＰＦである）。
本発明の排気システムは通常、単一のフィルタリング基材を含むことが好ましい。
排気制御装置の入口は通常、ターボチャージャーに接続（例えば流体接続）、好ましくは直接流体接続される。したがって、主排気ガス流は、ディーゼルエンジンからターボチャージャーを通って排出制御装置へ移動する。
典型的には、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び／又は触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）はそれぞれ、基材上に配置又は担持された触媒組成物を含む。触媒組成物は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びこれらの組み合わせから選択される白金族金属（ＰＧＭ）を含む。
排出制御装置がディーゼル酸化触媒及び／又は触媒化スートフィルターである場合、（各）触媒組成物は独立に、少なくとも一の担体物質をさらに含む。（各）担体物質は独立に、耐火性酸化物を含むか、又は本質的にそれから成っていてもよい。
（各）耐火性酸化物は、典型的には、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア及びこれらの混合又は複合酸化物（例えばこれらの２種類以上の混合酸化物又は複合酸化物）から成る群より独立に選択される。例えば、耐火性酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア、シリカ－アルミナ、チタニア－アルミナ、ジルコニア－アルミナ、セリア－アルミナ、チタニア－シリカ、ジルコニア－シリカ、ジルコニア－チタニア、セリア－ジルコニア及びアルミナ－酸化マグネシウムから成る群より選択され得る。各耐火性酸化物は、アルミナ、シリカ、シリカ－アルミナ、セリア－アルミナ及びセリア－ジルコニアから成る群より独立に選択されることが好ましい。より好ましくは、（各）耐火性酸化物は、アルミナ及びシリカ－アルミナから成る群より独立に選択される。
各白金族金属（ＰＧＭ）は典型的には、担体物質上に配置又は担持される。ＰＧＭは、担体物質の上に直接配置されてもよく、又は担体物質によって直接担持されてもよい。例えば、白金及び／又はパラジウムは、担体物質上に分散させることができる。
排出制御装置がディーゼル酸化触媒及び／又は触媒化スートフィルターである場合、各触媒組成物の白金族金属（ＰＧＭ）は、白金（Ｐｔ）及び白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）との組み合わせから好ましくは選択される。各触媒組成物の白金族金属（ＰＧＭ）は、白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）との組み合わせであることが好ましい。
白金族金属（ＰＧＭ）が白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）との組み合わせである場合、白金及びパラジウムの個々の粒子が存在してもよく、これらは分離されていても混合されていてもよく、又は白金及びパラジウムは、合金、好ましくは二元金属合金の形態である。
ディーゼル酸化触媒は通常、総充填量が２０から２００ｇ ｆｔ－３、好ましくは２５から１７５ｇ ｆｔ－３より好ましくは３０から１６０ｇ ｆｔ－３の白金族金属を有し得る。
触媒化スートフィルターは、総充填量が０．５から１０ｇ ｆｔ－３、好ましくは１から７．５ｇ ｆｔ－３、より好ましくは４から６ｇ ｆｔ－３の白金族金属を有し得る。
ディーゼル酸化触媒及び／又は触媒化スートフィルターはそれぞれ独立に、白金の総質量対パラジウムの総質量の比が５：１から１：５（例えば３：１から１：３）、例えば２：１から１：２の比率の白金を含み得る。白金の総質量は、パラジウムの総質量よりも大きいことが好ましい。白金の総質量対パラジウムの総質量の比は、好ましくは５：１から１．１：１（例えば４：１から７：６）、例えば３：１から１．２５：１（例えば２．５：１から１．２５：１）である。
ディーゼル酸化触媒及び／又は触媒化スートフィルターはそれぞれ独立に、総量が０．１から４．５ｇ ｉｎ－３（例えば０．２５から４．０ｇ ｉｎ－３）、好ましくは０．５から３．０ｇ ｉｎ－３、より好ましくは０．６から２．５ｇ ｉｎ－３（例えば０．７５から１．５ｇ ｉｎ－３）の担体物質を含む。
排出制御装置がディーゼル酸化触媒である場合、ディーゼル酸化触媒は、下流区域を含んでもよい。下流区域は、基材の出口端に配置される。下流区域は、例えば揮発した白金を補足及び／又は捕集する、あるいは一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化するといった特定の機能を実行するように構成されてもよい。
下流区域は、揮発した白金を補足及び／又は捕集するための組成物を有し得る。このような区域は、揮発した白金が下流の選択的触媒還元触媒上で凝縮するのを低減又は防止する。揮発した白金を補足及び／又は捕集するための組成物は、国際公開第２０１３／０８８１３３号、国際公開第２０１３／０８８１３２、国際公開第２０１３／０８８１２８号、国際公開第２０１３／０５０７８４、及びＰＣＴ国際特許出願ＧＢ第２０１６／０５０２８５号に開示される。
下流区域は、白金、マンガン又はその酸化物、及びアルミナを含む担体物質を含み得る。白金及びマンガン又はその酸化物は好ましくは、担体物質上に配置又は担持される。下流にマンガン又はその酸化物が含まれていると、優れたＮＯ酸化活性が得られることが判明した。
下流区域がマンガンを含む場合、担体物質は好ましくは、シリカアルミナ又はシリカをドープしたアルミナを含むか、又は本質的にそれから成る。
下流区域がマンガンを含む場合、下流区域は、パラジウム、例えば担体物質上に配置又は担持されたパラジウムをさらに含み得る。下流は、白金対パラジウムの重量比が≧２：１（例えばＰｔ：Ｐｄが１：０から２：１）、より好ましくは≧４：１（例えばＰｔ：Ｐｄが１：０から４：１）であり得る。
ディーゼル酸化触媒は、炭化水素吸着材をさらに含み得る。炭化水素吸着材は、ゼオライトであり得る。ゼオライトは好ましくは、遷移金属交換ゼオライトではない。
ゼオライトは、中細孔ゼオライト（例えば最大環サイズが１０の四面体原子であるゼオライト）又は大細孔ゼオライト（例えば最大環サイズが１２の四面体原子であるゼオライト）であることが好ましい。ゼオライトは、小細孔ゼオライト（例えば最大環サイズが８の四面体原子であるゼオライト）ではないことが好ましい場合がある。
適切なゼオライト又はゼオライトの種類の例としては、フージャサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、フェリエライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、超安定Ｙ型ゼオライト、ＡＥＩ型ゼオライト、ＺＳＭ－５型ゼオライト、ＺＳＭ－１２型ゼオライト、ＺＳＭ－２０型ゼオライト、ＺＳＭ－３４型ゼオライト、ＣＨＡ型ゼオライト、ＳＳＺ－３型ゼオライト、ＳＡＰＯ－５型ゼオライト、オフレタイト、ベータゼオライト又はＣＨＡ型銅ゼオライトが挙げられる。ゼオライトは、好ましくはＺＳＭ－５型、ベータゼオライト又はＹ型ゼオライトである。
ディーゼル酸化触媒が炭化水素吸着材を含む場合、炭化水素吸着材の総量は、一般的に０．０５から３．００ｇ ｉｎ－３、特に０．１０から２．００ｇ ｉｎ－３、より具体的には０．２から１．０ｇ ｉｎ－３である。例えば、炭化水素吸着材の総量は、０．８から１．７５ｇ ｉｎ－３、例えば１．０から１．５ｇ ｉｎ－３であり得る。
排気システム内にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を含めることの利点は、ＤＯＣによって生成されるＮ２Ｏの量が最小限である点にある。
排気システム内に触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）を含めることの利点は、ＣＳＦがスート（すなわちパティキュレート・マター）を除去する点にある。ＣＳＦは、スート除去に単独で関与することも（例えば第１のＳＣＲ触媒がフロースルー基材を有する場合）、又は排気システムの全体的なスート除去に関与することもできる（例えば第１のＳＣＲ触媒がＳＣＲ－ＤＰＦである場合）。
排出制御装置は、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒を（単独で又は触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）と共に）備えていてもよい。コールドスタートコンセプト触媒（以下、「コールドスタート触媒」という）は、ＤＯＣ及びＣＳＦと比較して、相対的に低い温度で高い貯蔵効率でＮＯｘを貯蔵することができる。コールドスタート触媒は、（排気ガスの組成物が「リッチ」になるとＮＯｘを放出するリーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）又はＮＯｘ貯蔵触媒（ＮＳＣ）とは異なり）特定の温度に達するとＮＯｘを放出する。
コールドスタート触媒の利点は、第１の選択的触媒還元触媒及び第２の選択的触媒還元触媒がＮＯｘを還元するための有効作動温度に達しないように、排気システムの温度が比較的低いときにＮＯｘを貯蔵することができる点にある。コールドスタート触媒のＮＯｘ放出温度は、第１の選択的触媒還元触媒及び／又は第２の選択的触媒還元触媒の有効作動温度以上であってもよい。これは、第１の選択的触媒還元触媒及び／又は第２の選択的触媒還元触媒が効果的にＮＯｘを還元できる温度に排気システムが達したら、コールドスタート触媒がＮＯｘを放出できることを意味する。
典型的には、コールドスタート触媒は、基材上に配置又は担持された触媒物質を含む。触媒物質は、モレキュラーシーブ触媒を含むか、又は本質的にそれから成っていてもよい。モレキュラーシーブ触媒は、貴金属及びモレキュラーシーブを含むか、又は本質的にそれから成る。モレキュラーシーブ触媒は、国際公開第２０１２／１６６８６８号に記載される方法に従って調製することができる。
モレキュラーシーブ触媒は一般に、貴金属交換モレキュラーシーブを含むか、又は本質的にそれから成る。
貴金属は通常、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びこれらの２種類以上の混合物から成る群より選択される。貴金属は、より好ましくは、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びこれらの混合物から選択される。
貴金属は一般に、パラジウム（Ｐｄ）と、任意選択的に、白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）から成る群より選択される第２の金属とを含むか、又はこれらから成ることが好ましい。より一層好ましくは、貴金属は、パラジウム（Ｐｄ）と、任意選択的に白金（Ｐｔ）とを含むか、又はこれらから成る。より好ましくは、モレキュラーシーブ触媒は、唯一の貴金属としてパラジウムを含む。
貴金属がパラジウム（Ｐｄ）と第２の金属とを含むか又はこれらから成る場合、パラジウム（Ｐｄ）の第２の金属に対する質量比は、＞１：１である。より好ましくは、パラジウム（Ｐｄ）の第２の金属に対する質量比は＞１：１であり、パラジウム（Ｐｄ）の第２の金属に対するモル比も＞１：１である。
モレキュラーシーブ触媒は、卑金属をさらに含んでいてもよい。よって、モレキュラーシーブ触媒は、貴金属、モレキュラーシーブ、及び任意選択的に卑金属を含んでもよく、又は本質的にこれらから成ってもよい。モレキュラーシーブ触媒は、貴金属交換モレキュラーシーブ及び卑金属交換モレキュラーシーブを含んでもよく、又は本質的にこれらから成ってもよい。
卑金属は、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びスズ（Ｓｎ）、並びにこれらの２種類以上の混合物から成る群より選択され得る。卑金属は、鉄、銅及びコバルト、より好ましくは鉄及び銅から成る群より選択されることが好ましい。より一層好ましくは、卑金属は、鉄である。
あるいは、モレキュラーシーブ触媒は、卑金属、例えば鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）及びスズ（Ｓｎ）、並びにこれらの２種類以上の混合物から成る群より選択される卑金属を実質的に含まなくてもよい。よって、ゼオライト触媒は、卑金属を含まないことがあり得る。
一般に、モレキュラーシーブ触媒は卑金属を含まないことが好ましい。
モレキュラーシーブは通常、アルミニウム、ケイ素、及び／又はリンで構成される。モレキュラーシーブは一般に、酸素原子の共有により結合されているＳｉＯ４、ＡｌＯ４及び／又はＰＯ４の三次元構造（例えば骨格）を有する。モレキュラーシーブは、アニオン型骨格を有し得る。アニオン型骨格の電荷は、アルカリ及び／又はアルカリ土類元素（例えばＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａ）のカチオン、アンモニウムのカチオン及び／又はプロトンなど、カチオンによって相殺され得る。
典型的には、モレキュラーシーブは、アルミノシリケート骨格、アルミノホスフェート骨格又はシリコ－アルミノホスフェート骨格を有する。モレキュラーシーブは、アルミノシリケート骨格又はアルミノホスフェート骨格を有してもよい。モレキュラーシーブは、アルミノシリケート骨格又はアルミノホスフェート骨格を有することが好ましい。より好ましくは、モレキュラーシーブは、アルミノシリケート骨格を有する。
モレキュラーシーブは、アルミノシリケート骨格を有する場合、好ましくはゼオライトである。
一般に、モレキュラーシーブは、貴金属交換モレキュラーシーブ（例えば、アルミノシリケート又はアルミノホスフェート骨格を有する貴金属交換モレキュラーシーブ）である。貴金属は、モレキュラーシーブの外部表面上又はモレキュラーシーブのチャネル、キャビティ若しくはケージ内の余分な骨格部位に存在してもよい。
モレキュラーシーブ触媒は一般に、（例えば、モレキュラーシーブの細孔の内側に位置するような交換による）少なくとも１重量％の貴金属（すなわちモレキュラーシーブ触媒の貴金属の量）、好ましくは少なくとも５重量％、より好ましくは少なくとも１０重量％、例えば少なくとも２５重量％、より一層好ましくは少なくとも５０重量％を有する。
モレキュラーシーブは、小細孔モレキュラーシーブ（すなわち最大環サイズが８つの四面体原子を有するモレキュラーシーブ）、中細孔モレキュラーシーブ（すなわち最大環サイズが１０の四面体原子を有するモレキュラーシーブ）、及び大細孔モレキュラーシーブ（すなわち最大環サイズが１２の四面体原子を有するモレキュラーシーブ）から選択され得る。モレキュラーシーブは、より好ましくは、小細孔モレキュラーシーブ及び中細孔モレキュラーシーブから選択される。
第１のモレキュラーシーブ触媒の実施態様において、モレキュラーシーブは、小細孔モレキュラーシーブである。小細孔モレキュラーシーブは、好ましくは、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ及びＺＯＮ、並びにこれらの任意の２種類以上の混合物又は連晶から成る群より選択される骨格型コード（ＦＴＣ）で表される骨格構造を有する。連晶は、好ましくはＫＦＩ－ＳＩＶ、ＩＴＥ－ＲＴＨ、ＡＥＷ－ＵＥＩ、ＡＥＩ－ＣＨＡ、及びＡＥＩ－ＳＡＶから選択される。小細孔モレキュラーシーブは、より好ましくは、ＡＥＩ、ＣＨＡ又はＡＥＩ－ＣＨＡ連晶のＦＴＣを有する骨格構造を有する。小細孔モレキュラーシーブは、より一層好ましくは、ＡＥＩ又はＣＨＡ、特にＡＥＩのＦＴＣを有する骨格構造を有する。
小細孔モレキュラーシーブは、好ましくは、アルミノシリケート骨格又はシリコ－アルミノホスフェート骨格を有する。小細孔モレキュラーシーブは、特に小細孔モレキュラーシーブがＡＥＩ、ＣＨＡ又はＡＥＩ－ＣＨＡ連晶のＦＴＣ、特にＡＥＩ又はＣＨＡのＦＴＣで表される骨格構造を有する場合、アルミノシリケート骨格をより好ましくは有する。
第２のモレキュラーシーブ触媒の実施態様では、モレキュラーシーブは、ＡＥＩ、ＭＦＩ、ＥＭＴ、ＥＲＩ、ＭＯＲ、ＦＥＲ、ＢＥＡ、ＦＡＵ、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＭＷＷ、ＣＯＮ及びＥＵＯ、並びにこれらの２種類以上の混合から成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。
第３のモレキュラーシーブ触媒の実施態様において、モレキュラーシーは、中細孔モレキュラーシーブである。中細孔モレキュラーシーブは、好ましくはＭＦＩ、ＦＥＲ、ＭＷＷ及びＥＵＯから成る群より選択されるＦＴＣ、さらに好ましくはＭＦＩであるＦＴＣで表される骨格構造を有する。
第４のモレキュラーシーブ触媒の実施態様において、モレキュラーシーブは、大細孔モレキュラーシーブである。大細孔モレキュラーシーブは、好ましくはＣＯＮ、ＢＥＡ、ＦＡＵ、ＭＯＲ及びＥＭＴから成る群より選択されるＦＴＣ、さらに好ましくはＢＥＡであるＦＴＣで表される骨格構造を有する。
第１から第４のモレキュラーシーブ触媒の実施態様のそれぞれにおいて、モレキュラーシーブは、好ましくはアルミノシリケート骨格を有する（例えばモレキュラーシーブはゼオライトである）。前述の三文字コードの各々は、「ゼオライト命名に関するＩＵＰＡＣ委員会」及び／又は「国際ゼオライト学会の構造委員会」に従った骨格型を表す。
モレキュラーシーブは、典型的には、１０から２００（例えば１０から４０）、例えば１０から１００、より好ましくは１５から８０（例えば１５から３０）のシリカ対アルミナのモル比（ＳＡＲ）を有する。ＳＡＲは一般に、アルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）又はシリコ－アルミノホスフェート骨格、好ましくはアルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）を有する分子に関する。
第１、第３及び第４のモレキュラーシーブ触媒の実施態様（及び、第２のモレキュラーシーブ触媒の実施態様の一部の骨格型）のモレキュラーシーブ触媒は、７５０ｃｍ－１から１０５０ｃｍ－１の範囲の特徴的な吸収ピークを（モレキュラーシーブ自体の吸収ピークに加えて）有する赤外線スペクトルを有し得る。好ましくは、特徴的な吸収ピークは、８００ｃｍ－１から１０００ｃｍ－１の範囲であり、より好ましくは８５０ｃｍ－１から９７５ｃｍ－１の範囲である。
一般に、コールドスタート触媒は、貴金属の（すなわち、特に第１の領域におけるモレキュラーシーブ触媒の）総充填量が≧１ｇ ｆｔ－３、好ましくは＞１ｇ ｆｔ－３、より好ましくは＞２ｇ ｆｔ－３である。
コールドスタート触媒は、典型的には、貴金属の（すなわちモレキュラーシーブ触媒の）総充填量が１から２５０ｇ ｆｔ－３、好ましくは５から１５０ｇ ｆｔ－３、より好ましくは１０から１００ｇ ｆｔ－３である。
一般に、（各）基材（すなわち排出制御装置の基材）は、モノリス（本明細書では基材モノリスともいう）である。このようなモノリスは、当該技術分野でよく知られている。
基材、特に基材モノリスは、好ましくは≧７インチ（例えば≧１７．８ｃｍ）の直径を有する。このような基材モノリスは、大型ディーゼルの用途に使用される傾向がある。
典型的には、ディーゼル酸化触媒は、フロースルー基材（例えばフロースルーモノリス）である基材を含む。触媒化スートフィルターは、フィルタリング基材（例えばフィルタリングモノリス）である基材を含む。コールドスタート触媒は、フロースルー基材（例えばフロースルーモノリス）又はフィルタリング基材（例えばフィルタリングモノリス）である基材を含む。コールドスタート触媒は、フロースルー基材である基材を含むことが好ましい。
フロースルーモノリスは、典型的には、両端が開口し、それを通って延びる複数のチャネルを有するハニカム型モノリス（例えば、金属製又はセラミック製のハニカム型モノリス）を含む。
フィルタリングモノリスは、ウォールフロー型フィルター基材モノリスであってもよい。ウォールフロー型フィルター基材モノリスは一般に、複数の入口チャネルと複数の出口チャネルとを通常含み、入口チャネルは上流端（すなわち排気ガスの入口側）で開口し、下流端（すなわち排気ガスの出口側）で塞栓されるか封止され、出口チャネルは上流端部で塞栓されるか封止され、下流端で開口しており、各入口チャネルは、ウォール（例えば多孔質構造を有するウォール）によって出口チャネルから隔てられている。
ウォールフロー型フィルター基材モノリスでは、各入口チャネルが、（例えば多孔質構造の）ウォールによって出口チャネルから交互に隔てられ、逆もまた同様である。入口チャネルと出口チャネルは、ハニカム構造に配置されていることが好ましい。ハニカム構造が存在する場合、入口チャネルに垂直方向及び横方向に隣接するチャネルが上流端で塞栓され、逆もまた同じである（すなわち、出口チャネルに垂直方向及び横方向に隣接するチャネルは下流端で塞栓される）ことが好ましい。いずれの端部から見ても、交互に塞栓及び開口されているチャネルの端部は、チェス盤の外観を呈する。
一般に、基材は、管状、繊維状又は粒状の形態を有することができる。適切な担持基材の例としては、モノリスハニカムコーディエライト型の基材、モノリスハニカムＳｉＣ型の基材、層状の繊維又は編地型の基材、発泡体型の基材、クロスフロー型の基材、金属ワイヤーメッシュ型の基材、金属多孔体型の基材、及びセラミック粒子型の基材が挙げられる。
典型的には、ディーゼル酸化触媒及び／又は触媒化スートフィルター及び／又はコールドスタート触媒は、ロジウムを実質的に含まず、かつ／又はアルカリ金属、アルカリ土類金属及び／若しくは希土類金属の酸化物、炭酸塩若しくは水酸化物を含むか若しくは本質的にこれらから成るＮＯｘ貯蔵成分を実質的に含まない。より好ましくは、ディーゼル酸化触媒及び／又は触媒化スートフィルター及び／又はコールドスタート触媒は、ロジウムを含まず、かつ／又はアルカリ金属、アルカリ土類金属及び／若しくは希土類金属の酸化物、炭酸塩若しくは水酸化物を含むか若しくは本質的にこれらから成るＮＯｘ貯蔵成分を含まない。
モレキュラーシーブ触媒は白金を実質的に含まないことが好ましい場合がある。モレキュラーシーブ触媒は、より好ましくは、白金を含まない。
排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するためのインジェクター
本発明の排気システムは、排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するためのインジェクターを備える。疑義を避けるために、排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するためのインジェクターは、後述するような、排気ガスにアンモニアガスを導入するための手段ではない（例えばそれは、この手段とは異なる成分を含む）。
インジェクターは典型的には、アンモニア前駆物質を含む溶液を排気ガスに導入するのに適した液体インジェクターである。
アンモニア前駆物質は、好ましくは尿素又はギ酸アンモニウム、より好ましくは尿素である。ＳＣＲ触媒のための尿素供給システムは、当該技術分野で既知である。
インジェクターは一般に、例えばアンモニア前駆物質又はアンモニア前駆物質を含む溶液をスプレーすることにより、排気ガスに噴射する際にアンモニア前駆物質又はアンモニア前駆物質を含む溶液を噴霧する。インジェクターは、エアレスインジェクター又はエアアシストインジェクターであり得る。
インジェクターは、選択的触媒還元フィルター触媒の上流の排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するように構成される。インジェクターは、選択的触媒還元フィルター触媒の上流の排気ガスに一定量のアンモニア前駆物質を制御可能に導入するように構成されることが好ましい。より好ましくは、インジェクターは、０．７から１．３（例えば０．９から１．２）、例えば１．０から１．２（例えば約１：１）のアンモニア対ＮＯｘモル比（ＡＮＲ）を供給するために、選択的触媒還元フィルター触媒の上流の排気ガスに一定量のアンモニア前駆物質を制御可能に導入するように構成される。
アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターは、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の下流、好ましくは該装置の出口の下流にある（例えば位置する）。排出制御装置が（ｉ）ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）か、（ｉｉ）コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）である場合、インジェクターは好ましくは、ＣＳＦの出口の下流にある（例えば位置する）。
一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置は、典型的には、排ガス導管によって選択的触媒還元フィルター触媒の入口に接続されており、好ましくは流体接続されている出口を有する。アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターは、好ましくは、排出制御装置の出口と第１の選択的触媒還元触媒の入口との間に位置している。インジェクターは、好ましくは、排出制御装置の出口と第１の選択的触媒還元触媒の入口との間で排ガス導管に接続されている。
通常、アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターは、アンモニア前駆物質貯蔵タンクに接続されており、好ましくは流体接続されている。したがって、本発明の排気システムは、アンモニア前駆物質貯蔵タンクをさらに備えていてもよい。
アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターは、エンジン管理システムに電気的に接続されていてもよい。エンジン管理システムは、排気ガスの温度が≧Ｔ１（ここでＴ１は２００℃、好ましくは２１５℃、より好ましくは２３０℃）であるときにインジェクターがアンモニア前駆物質を排気ガスに噴射するように構成されてもよい。エンジン管理システムは、排気ガスの温度が≧Ｔ１であり、かつ、排気ガスのモルＡＮＲが０．７、好ましくは＜０．９であるときにインジェクターがアンモニア前駆物質を排気ガスに噴射するように構成されるのが特に好ましい。
エンジン管理システム及び／又はアンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターは、選択的触媒還元フィルター触媒の上流、好ましくはすぐ上流に位置している温度センサーに電気的に接続（例えば熱電対）されていてもよい。この温度センサーは、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の下流に位置する。温度センサーは、Ｔ１を決定するのに適している。
追加的に又は代替的に、エンジン管理システム及び／又はアンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターは、第１の選択的触媒還元触媒の上流、好ましくはすぐ上流に位置するＮＯｘセンサーに電気的に接続されていてもよい。Ｎｏｘｘセンサーは好ましくは、アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターの下流に位置する。
排気システムはミキサーをさらに含んでもよく、該ミキサーは、第１の選択的触媒還元触媒の上流及びアンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターの下流にある（例えば、排ガス導管の中に位置する）。
第１の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒
本発明の排気システムは、第１の選択的触媒還元触媒を備える。第１のＳＣＲ触媒は、アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターの下流にある（例えば位置する）。第１のＳＣＲ触媒は、第２の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒の上流にある。
第１のＳＣＲ触媒は、基材と第１のＳＣＲ触媒組成物とを備える。基材は、フロースルー基材又はフィルタリング基材である。「第１の選択的触媒還元組成物」という表現における「第１の」という用語は、排気システム内に存在する他の選択的触媒還元組成物からの組成物を表すのに用いられる。
第１のＳＣＲ触媒がフロースルー基材を有する場合、該基材は第１のＳＣＲ触媒組成物を含むことができ（すなわち第１のＳＣＲ触媒は押出によって得られる）、又は第１のＳＣＲ触媒組成物は基材上に配置若しくは担持され得る（すなわち第１のＳＣＲ触媒組成物はウオッシュコート法によって基材上に塗布される）。第１のＳＣＲ触媒組成物は、基材上に配置又は担持されることが好ましい。
一般的に、第１のＳＣＲ触媒はフィルタリング基材であることが好ましい。第１のＳＣＲ触媒がフィルタリング基材を有する場合、それは、本明細書では「ＳＣＲ－ＤＰＦ」と略される選択的触媒還元フィルター触媒である。ＳＣＲ－ＤＰＦは、フィルタリング基材と第１の選択触媒還元（ＳＣＲ）組成物とを備える。
第１の選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物又はこれらの混合物を含んでもよく、又は本質的にこれらから成っていてもよい。かかるＳＣＲ触媒配合物は、当該技術分野で知られている。
第１の選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又は本質的にこれから成ってもよい。金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、耐火性酸化物に担持されているバナジウム若しくはタングステン又はこれらの混合物を含む。耐火性酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア及びこれらの組み合わせから成る群より選択され得る。
金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物はチタニア（例えばＴｉＯ２）、セリア（例えばＣｅＯ２）及びセリウムとジルコニウムとの混合又は複合酸化物（例えばＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２、式中、ｘ＝０．１～０．９、好ましくはｘ＝０．２～０．５）から成る群より選択される耐火性酸化物に担持されたバナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）及び／又はタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）を含むか又は本質的にこれらから成ることが好ましい場合がある。
耐火性酸化物がチタニア（例えばＴｉＯ２）である場合、バナジウムの酸化物の濃度は好ましくは、（例えば金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．５から６重量％であり、かつ／又はタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）の濃度は５から２０重量％である。より好ましくは、バナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）及びタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）は、チタニア（例えばＴｉＯ２）上に担持されている。
耐火性酸化物がセリア（例えばＣｅＯ２）である場合、バナジウムの酸化物の濃度は好ましくは、（例えば金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．１から９重量％であり、かつ／又はタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）の濃度は０．１から９重量％である。
一般的に、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えばＴｉＯ２）に担持されているバナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）及び、任意選択的に、タングステンの酸化物（例えばＷＯ３）を含むか又は本質的にこれらから成る。金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、特に金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物が銅含有モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物の上流に配置される場合、副生成物として著しく少ないＮ２Ｏを生じることが見出された。
第１の選択的触媒還元組成物は、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又は本質的にこれから成ってもよい。モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、任意選択的に遷移金属交換モレキュラーシーブであるモレキュラーシーブを含む。ＳＣＲ触媒配合物は遷移金属交換モレキュラーシーブを含むことが好ましい。
一般的に、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、アルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）、アルミノホスフェート骨格（例えばＡｌＰＯ）、シリコアルミノホスフェート骨格（例えばＳＡＰＯ）、ヘテロ原子含有アルミノシリケート骨格、ヘテロ原子含有アルミノホスフェート骨格（例えばＭｅＡｌＰＯ、ここでＭｅは金属である）又はヘテロ原子含有シリコアルミノホスフェート骨格（例えばＭｅＡＰＳＯ、ここでＭｅは金属である）を有するモレキュラーシーブを含んでもよい。（例えばヘテロ原子含有骨格中の）ヘテロ原子は、例えばホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、及びそれらの任意の２種類以上の組み合わせから成る群より選択され得る。ヘテロ原子は金属であることが好ましい（例えば上記のヘテロ原子含有骨格の各々は、金属含有骨格であってもよい）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物はアルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）若しくはシリコアルミノホスフェート骨格（例えばＳＡＰＯ）を有するモレキュラーシーブを含むか又は本質的にこれから成ることが好ましい。より好ましくは、モレキュラーシーブは、アルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）を有する。
モレキュラーシーブがアルミノシリケート骨格を有する（例えばモレキュラーシーブがゼオライトである）場合、モレキュラーシーブは、典型的には５から２００（例えば１０から２００）、好ましくは１０から１００（例えば１０から３０又は２０から８０）、例えば１２から４０、より好ましくは１５から３０のシリカ対アルミナモル比（ＳＡＲ）を有する。
通常、モレキュラーシーブは微多孔質である。 微多孔質モレキュラーシーブは、（例えばＩＵＰＡＣの「微多孔質」の定義に従って）２ｎｍ未満の直径を有する細孔を有する［Pure & Appl. Chem., 66(8), (1994), 1739-1758)］参照）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、小細孔モレキュラーシーブ（例えば最大環サイズが８つの四面体原子を有するモレキュラーシーブ）、中細孔モレキュラーシーブ（例えば最大環サイズが１０の四面体原子を有するモレキュラーシーブ）又は大細孔モレキュラーシーブ（例えば最大環サイズが１２の四面体原子を有するモレキュラーシーブ）又はこれらの２種類以上の組み合わせを含み得る。
モレキュラーシーブが小細孔モレキュラーシーブである場合、小細孔モレキュラーシーブは、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ及びＺＯＮ、並びにこれらの２種類以上の混合物又は連晶から成る群より選択される骨格型コード（ＦＴＣ）で表される骨格構造を有し得る。小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ及びＩＴＥから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を好ましくは有する。小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ及びＡＥＩから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造をより好ましくは有する。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣ ＣＨＡで表される骨格構造を有してもよい。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣ ＡＥＩ．で表される骨格構造を有してもよい。小細孔モレキュラーシーブがゼオライトであるとき、小細孔モレキュラーシーブはＦＴＣ ＣＨＡで表される骨格構造を有し、ゼオライトはチャバザイトであり得る。
モレキュラーシーブが中細孔モレキュラーシーブである場合、中細孔モレキュラーシーブは、ＡＥＬ、ＡＦＯ、ＡＨＴ、ＢＯＦ、ＢＯＺ、ＣＧＦ、ＣＧＳ、ＣＨＩ、ＤＡＣ、ＥＵＯ、ＦＥＲ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＨ、ＩＴＲ、ＪＲＹ、ＪＳＲ、ＪＳＴ、ＬＡＵ、ＬＯＶ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＲＥ、ＭＴＴ、ＭＶＹ、ＭＷＷ、ＮＡＢ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＯＢＷ、ＰＡＲ、ＰＣＲ、ＰＯＮ、ＰＵＮ、ＲＲＯ、ＲＳＮ、ＳＦＦ、ＳＦＧ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＳＴＷ、ＳＶＲ、ＳＺＲ、ＴＥＲ、ＴＯＮ、ＴＵＮ、ＵＯＳ、ＶＳＶ、ＷＥＩ及びＷＥＮ、又はこれらの２種類以上の混合物及び／又は連晶からなる骨格型の群より選択される骨格型コード（ＦＴＣ）で表される骨格構造を有し得る。中細孔モレキュラーシーブは、好ましくはＦＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ及びＳＴＴから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。中細孔モレキュラーシーブは、さらに好ましくはＦＥＲ及びＭＦＩから成る群より選択され、特にＭＦＩであるＦＴＣで表される骨格構造を有する。中細孔モレキュラーシーブがゼオライであり、かつ、ＦＴＣ、ＦＥＲ又はＭＦＩで表される骨格を有する場合、ゼオライトは、フェリエライト、シリカライト又はＺＳＭ－５であり得る。
モレキュラーシーブが大細孔モレキュラーシーブである場合、大細孔モレキュラーシーブは、ＡＦＩ、ＡＦＲ、ＡＦＳ、ＡＦＹ、ＡＳＶ、ＡＴＯ、ＡＴＳ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＢＯＧ、ＢＰＨ、ＢＳＶ、ＣＡＮ、ＣＯＮ、ＣＺＰ、ＤＦＯ、ＥＭＴ、ＥＯＮ、ＥＺＴ、ＦＡＵ、ＧＭＥ、ＧＯＮ、ＩＦＲ、ＩＳＶ、ＩＴＧ、ＩＷＲ、ＩＷＳ、ＩＷＶ、ＩＷＷ、ＪＳＲ、ＬＴＦ、ＬＴＬ、ＭＡＺ、ＭＥＩ、ＭＯＲ、ＭＯＺ、ＭＳＥ、ＭＴＷ、ＮＰＯ、ＯＦＦ、ＯＫＯ、ＯＳＩ、ＲＯＮ、ＲＷＹ、ＳＡＦ、ＳＡＯ、ＳＢＥ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＥＷ、ＳＦＥ、ＳＦＯ、ＳＦＳ、ＳＦＶ、ＳＯＦ、ＳＯＳ、ＳＴＯ、ＳＳＦ、ＳＳＹ、ＵＳＩ、ＵＷＹ及びＶＥＴ、又はこれらの２種類以上の混合物及び／若しくは連晶からなる群より選択される骨格型コード（ＦＴＣ）で表される骨格構造を有し得る。大細孔モレキュラーシーブは、好ましくはＡＦＩ、ＢＥＡ、ＭＡＺ、ＭＯＲ及びＯＦＦから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。大細孔モレキュラーシーブは、より好ましくはＢＥＡ、ＭＯＲ及びＭＦＩから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。大細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、かつ、ＦＴＣ ＢＥＡ、ＦＡＵ又はＭＯＲで表される骨格を有する場合、ゼオライトは、ベータゼオライト、フージャサイト、ゼオライトＹ、ゼオライトＸ又はモルデナイトであり得る。
一般的に、モレキュラーシーブは小細孔モレキュラーシーブであることが好ましい。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、遷移金属交換モレキュラーシーブを好ましくは含む。遷移金属は、コバルト、銅、鉄、マンガン、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム及びレニウムから成る群より選択され得る。遷移金属は、銅及び鉄から成る群より選択されることが好ましい。
遷移金属は、鉄であってもよい。鉄交換モレキュラーシーブを含有するＳＣＲ触媒配合物の利点は、そのような配合物が、例えば銅交換モレキュラーシーブよりも高い温度で優れたＮＯｘ還元活性を有することである。鉄交換モレキュラーシーブはまた、（他のタイプのＳＣＲ触媒配合物と比較して）最小量のＮ２Ｏを生成することができる。
遷移金属は銅であってもよい。銅交換モレキュラーシーブを含有するＳＣＲ触媒配合物の利点は、優れた低温ｉＮＯｘ還元活性を有することである（例えば鉄交換モレキュラーシーブの低温ｉＮＯｘ還元活性よりも優れている場合がある）。
遷移金属は、モレキュラーシーブの外部表面上又はモレキュラーシーブのチャネル、キャビティ若しくはケージ内の余分な骨格部位に存在してもよい。
典型的には、遷移金属交換モレキュラーシーブは、遷移金属交換分子の０．１０から１０重量％、好ましくは０．２から５重量％の量を含む。
第１の選択的触媒還元触媒は一般的に、第１の選択的触媒還元組成物を０．５から４．０ｇ ｉｎ－３、好ましくは１．０から３．０ ４．０ｇ ｉｎ－３の全濃度で含む。
第１のＳＣＲ触媒組成物は金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物とモレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物との混合物を含むことが好ましい場合がある。（ａ）金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えばＴｉＯ２）に担持されているバナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）と、任意選択的にタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）とを含むか又は本質的にこれらから成り、（ｂ）モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は遷移金属交換モレキュラーシーブを含むことが好ましい。より好ましくは、遷移金属交換モレキュラーシーブの遷移金属は鉄である。ゼオライトは、ＭＦＩで表される骨格構造を好ましくは有する。
第１のＳＣＲ触媒がＳＣＲ－ＤＰＦである場合、フィルタリング基材は好ましくは、例えば触媒化スートフィルターに関連して上述したようなウォールフローフィルター基材モノリスである。
（例えばＳＣＲ－ＤＰＦの）ウォールフローフィルター基材モノリスは典型的には、６０から４００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）のセル密度を有する。ウォールフローフィルター基材モノリスのセル密度は１００から３５０ｃｐｓｉであることが好ましく、２００から３００ｃｐｓｉであることがより好ましい。
ウォールフローフィルター基材モノリスは、０．２０から０．５０ｍｍ、好ましくは０．２５から０．３５ｍｍ（例えば約０．３０ｍｍ）の壁厚（例えば平均内壁厚）を有し得る。
一般に、コーティングされていないウォールフローフィルター基材モノリスは、５０から８０％、好ましくは５５から７５％、より好ましくは６０から７０％の気孔率を有する。
コーティングされていないウォールフローフィルター基材モノリスは典型的には、少なくとも５μｍの平均細孔径を有する。平均細孔径は１０から４０μｍ、例えば１５から３５μｍ、より好ましくは２０から３０μｍであることが好ましい。
ウォールフローフィルター基材は、対称セル設計又は非対称セル設計を有することができる。
一般に、ＳＣＲ－ＤＰＦの場合、第１の選択的触媒還元組成物は、ウォールフローフィルター基材モノリスの壁内に配置される。さらに、第１の選択的触媒還元組成物は、入口チャネルの壁及び／又は出口チャネルの壁に配置されてもよい。
第２の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒
本発明の排気システムは、第２の選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒を備える。第２のＳＣＲ触媒は、第１のＳＣＲ触媒の下流、好ましくはすぐ下流にある。したがって、第１のＳＣＲ触媒の出口は通常、第２のＳＣＲ触媒の入口に接続（例えば流体接続）されている。
第１のＳＣＲ触媒及び第２のＳＣＲ触媒は、密結合であってもよい。第１のＳＣＲ触媒の出口と第２のＳＣＲ触媒との距離は、１．０ｍｍから３００ｍｍ、好ましくは３ｍｍから２００ｍｍ、より好ましくは５ｍｍから１５０ｍｍ（例えば８ｍｍから１００ｍｍ）、例えば１０ｍｍから８０ｍｍ（例えば１２ｍｍから７０ｍｍ）、より一層好ましくは１５ｍｍから５０ｍｍである。これは、熱伝導及び省スペースのために有利である。
第２のＳＣＲ触媒は、フロースルー基材と第２の選択触媒還元（ＳＣＲ）組成物とを備える。「第２の選択的触媒還元組成物」という表現における「第２の」という用語は、排気システム内に存在する他の選択的触媒還元組成物からの組成物を表すのに用いられる。第２のＳＣＲ触媒は２以上の選択的触媒還元組成物を有することを必要としない。
第２の選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物又はこれらの混合物を含んでもよく、又は本質的にこれらから成っていてもよい。第２の選択的触媒還元組成物は、第１の選択的触媒還元組成物と同じでも異なっていてもよい。
第２の選択的触媒還元組成物は、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又は本質的にこれから成ってもよい。金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、耐火性酸化物に担持されているバナジウム若しくはタングステン又はこれらの混合物を含む。耐火性酸化物は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、セリア及びこれらの組み合わせから成る群より選択され得る。
金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物はチタニア（例えばＴｉＯ２）、セリア（例えばＣｅＯ２）及びセリウムとジルコニウムとの混合又は複合酸化物（例えばＣｅｘＺｒ（１－ｘ）Ｏ２、式中、ｘ＝０．１～０．９、好ましくはｘ＝０．２～０．５）から成る群より選択される耐火性酸化物に担持されたバナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）及び／又はタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）を含むか又は本質的にこれらから成ることが好ましい場合がある。
耐火性酸化物がチタニア（例えばＴｉＯ２）である場合、バナジウムの酸化物の濃度は好ましくは、（例えば金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．５から６重量％であり、かつ／又はタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）の濃度は５から２０重量％である。より好ましくは、バナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）及びタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）は、チタニア（例えばＴｉＯ２）上に担持されている。
耐火性酸化物がセリア（例えばＣｅＯ２）である場合、バナジウムの酸化物の濃度は好ましくは、（例えば金属酸化物系ＳＣＲ配合物の）０．１から９重量％であり、かつ／又はタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）の濃度は０．１から９重量％である。
一般的に、金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えばＴｉＯ２）に担持されているバナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）及び、任意選択的に、タングステンの酸化物（例えばＷＯ３）を含むか又は本質的にこれらから成る。金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は副生成物として著しく少ないＮ２Ｏを生じさせることが見出された。
第２の選択的触媒還元組成物は、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物を含んでもよく、又は本質的にこれから成ってもよい。モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、任意選択的に遷移金属交換モレキュラーシーブであるモレキュラーシーブを含む。ＳＣＲ触媒配合物は遷移金属交換モレキュラーシーブを含むことが好ましい。
一般的に、モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、アルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）、アルミノホスフェート骨格（例えばＡｌＰＯ）、シリコアルミノホスフェート骨格（例えばＳＡＰＯ）、ヘテロ原子含有アルミノシリケート骨格、ヘテロ原子含有アルミノホスフェート骨格（例えばＭｅＡｌＰＯ、ここでＭｅは金属である）又はヘテロ原子含有シリコアルミノホスフェート骨格（例えばＭｅＡＰＳＯ、ここでＭｅは金属である）を有するモレキュラーシーブを含んでもよい。（例えばヘテロ原子含有骨格中の）ヘテロ原子は、例えばホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム（Ｖ）、及びこれらの任意の２種類以上の組み合わせから成る群より選択され得る。ヘテロ原子は金属であることが好ましい（例えば上記のヘテロ原子含有骨格の各々は、金属含有骨格であってもよい）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物はアルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）若しくはシリコアルミノホスフェート骨格（例えばＳＡＰＯ）を有するモレキュラーシーブを含むか又は本質的にこれから成ることが好ましい。より好ましくは、モレキュラーシーブは、アルミノシリケート骨格（例えばゼオライト）を有する。
モレキュラーシーブがアルミノシリケート骨格を有する（例えばモレキュラーシーブがゼオライトである）場合、モレキュラーシーブは、典型的には５から２００（例えば１０から２００）、好ましくは１０から１００（例えば１０から３０又は２０から８０）、例えば１２から４０、より好ましくは１５から３０のシリカ対アルミナモル比（ＳＡＲ）を有する。
通常、モレキュラーシーブは微多孔質である。微多孔質モレキュラーシーブは、（例えばＩＵＰＡＣの「微多孔質」の定義に従って）２ｎｍ未満の直径を有する細孔を有する［Pure & Appl. Chem., 66(8), (1994), 1739-1758)］参照）。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、小細孔モレキュラーシーブ（例えば最大環サイズが８つの四面体原子を有するモレキュラーシーブ）、中細孔モレキュラーシーブ（例えば最大環サイズが１０の四面体原子を有するモレキュラーシーブ）又は大細孔モレキュラーシーブ（例えば最大環サイズが１２の四面体原子を有するモレキュラーシーブ）又はこれらの２種類以上の組み合わせを含み得る。
モレキュラーシーブが小細孔モレキュラーシーブである場合、小細孔モレキュラーシーブは、ＡＣＯ、ＡＥＩ、ＡＥＮ、ＡＦＮ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＮＡ、ＡＰＣ、ＡＰＤ、ＡＴＴ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＤＲ、ＤＦＴ、ＥＡＢ、ＥＤＩ、ＥＰＩ、ＥＲＩ、ＧＩＳ、ＧＯＯ、ＩＨＷ、ＩＴＥ、ＩＴＷ、ＬＥＶ、ＫＦＩ、ＭＥＲ、ＭＯＮ、ＮＳＩ、ＯＷＥ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＴＨ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＩＶ、ＴＨＯ、ＴＳＣ、ＵＥＩ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＹＵＧ及びＺＯＮ、並びにこれらの２種類以上の混合物又は連晶から成る群より選択される骨格型コード（ＦＴＣ）で表される骨格構造を有し得る。小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ、ＬＥＶ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＳＦＷ、ＫＦＩ、ＤＤＲ及びＩＴＥから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を好ましくは有する。小細孔モレキュラーシーブは、ＣＨＡ及びＡＥＩから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造をより好ましくは有する。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣ ＣＨＡで表される骨格構造を有してもよい。小細孔モレキュラーシーブは、ＦＴＣ ＡＥＩで表される骨格構造を有してもよい。小細孔モレキュラーシーブがゼオライトであるとき、小細孔モレキュラーシーブはＦＴＣ ＣＨＡで表される骨格構造を有し、ゼオライトはチャバザイトであり得る。
モレキュラーシーブが中細孔モレキュラーシーブである場合、中細孔モレキュラーシーブは、ＡＥＬ、ＡＦＯ、ＡＨＴ、ＢＯＦ、ＢＯＺ、ＣＧＦ、ＣＧＳ、ＣＨＩ、ＤＡＣ、ＥＵＯ、ＦＥＲ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＨ、ＩＴＲ、ＪＲＹ、ＪＳＲ、ＪＳＴ、ＬＡＵ、ＬＯＶ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＲＥ、ＭＴＴ、ＭＶＹ、ＭＷＷ、ＮＡＢ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＯＢＷ、ＰＡＲ、ＰＣＲ、ＰＯＮ、ＰＵＮ、ＲＲＯ、ＲＳＮ、ＳＦＦ、ＳＦＧ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＳＴＷ、ＳＶＲ、ＳＺＲ、ＴＥＲ、ＴＯＮ、ＴＵＮ、ＵＯＳ、ＶＳＶ、ＷＥＩ及びＷＥＮ、又はこれらの２種類以上の混合物及び／又は連晶からなる骨格型の群より選択される骨格型コード（ＦＴＣ）で表される骨格構造を有し得る。中細孔モレキュラーシーブは、好ましくはＦＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ及びＳＴＴから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。中細孔モレキュラーシーブは、さらに好ましくはＦＥＲ及びＭＦＩから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。中細孔モレキュラーシーブがゼオライであり、かつ、ＦＴＣ、ＦＥＲ又はＭＦＩで表される骨格を有する場合、ゼオライトは、フェリエライト、シリカライト又はＺＳＭ－５であり得る。
モレキュラーシーブが大細孔モレキュラーシーブである場合、大細孔モレキュラーシーブは、ＡＦＩ、ＡＦＲ、ＡＦＳ、ＡＦＹ、ＡＳＶ、ＡＴＯ、ＡＴＳ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＢＯＧ、ＢＰＨ、ＢＳＶ、ＣＡＮ、ＣＯＮ、ＣＺＰ、ＤＦＯ、ＥＭＴ、ＥＯＮ、ＥＺＴ、ＦＡＵ、ＧＭＥ、ＧＯＮ、ＩＦＲ、ＩＳＶ、ＩＴＧ、ＩＷＲ、ＩＷＳ、ＩＷＶ、ＩＷＷ、ＪＳＲ、ＬＴＦ、ＬＴＬ、ＭＡＺ、ＭＥＩ、ＭＯＲ、ＭＯＺ、ＭＳＥ、ＭＴＷ、ＮＰＯ、ＯＦＦ、ＯＫＯ、ＯＳＩ、ＲＯＮ、ＲＷＹ、ＳＡＦ、ＳＡＯ、ＳＢＥ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＥＷ、ＳＦＥ、ＳＦＯ、ＳＦＳ、ＳＦＶ、ＳＯＦ、ＳＯＳ、ＳＴＯ、ＳＳＦ、ＳＳＹ、ＵＳＩ、ＵＷＹ及びＶＥＴ、又はこれらの２種類以上の混合物及び／若しくは連晶からなる群より選択される骨格型コード（ＦＴＣ）で表される骨格構造を有し得る。大細孔モレキュラーシーブは、好ましくはＡＦＩ、ＢＥＡ、ＭＡＺ、ＭＯＲ及びＯＦＦから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。大細孔モレキュラーシーブは、より好ましくはＢＥＡ、ＭＯＲ及びＭＦＩから成る群より選択されるＦＴＣで表される骨格構造を有する。大細孔モレキュラーシーブがゼオライトであり、かつ、ＦＴＣ ＢＥＡ、ＦＡＵ又はＭＯＲで表される骨格を有する場合、ゼオライトは、ベータゼオライト、フージャサイト、ゼオライトＹ、ゼオライトＸ又はモルデナイトであり得る。
一般的に、モレキュラーシーブは小細孔モレキュラーシーブであることが好ましい。
モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は、遷移金属交換モレキュラーシーブを好ましくは含む。遷移金属は、コバルト、銅、鉄、マンガン、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム及びレニウムから成る群より選択され得る。遷移金属は、銅及び鉄から成る群より選択されることが好ましい。
遷移金属は、鉄であってもよい。鉄交換モレキュラーシーブを含有するＳＣＲ触媒配合物の利点は、そのような配合物が、例えば銅交換モレキュラーシーブよりも高い温度で優れたＮＯｘ還元活性を有することである。鉄交換モレキュラーシーブはまた、（他の種類のＳＣＲ触媒配合物と比較して）最小量のＮ２Ｏを生成することができる。
遷移金属は銅であってもよい。銅交換モレキュラーシーブを含有するＳＣＲ触媒配合物の利点は、優れた低温ｉＮＯｘ還元活性を有することである（例えば鉄交換モレキュラーシーブの低温ｉＮＯｘ還元活性よりも優れている場合がある）。
遷移金属は、モレキュラーシーブの外部表面上又はモレキュラーシーブのチャネル、キャビティ若しくはケージ内の余分な骨格部位に存在してもよい。
典型的には、遷移金属交換モレキュラーシーブは、遷移金属交換分子の０．１０から１０重量％、好ましくは０．２から５重量％の量を含む。
第２のＳＣＲ触媒組成物は金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物とモレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物との混合物を含むことが好ましい場合がある。（ａ）金属酸化物系ＳＣＲ触媒配合物は、チタニア（例えばＴｉＯ２）に担持されているバナジウムの酸化物（例えばＶ２Ｏ５）と、任意選択的にタングステンの酸化物（例えばＷＯ３）とを含むか又は本質的にこれらから成り、（ｂ）モレキュラーシーブ系ＳＣＲ触媒配合物は遷移金属交換モレキュラーシーブを含むことが好ましい。より好ましくは、遷移金属交換モレキュラーシーブの遷移は鉄である。
第２のＳＣＲ触媒は一般的に、第２の選択的触媒還元組成物を０．５から４．０ｇ ｉｎ－３、例えば１．０から３．５ｇ ｉｎ－３の全濃度で含む。
第２のＳＣＲ触媒は、フロースルー基材を含む。フロースルー基材は好ましくは、例えばディーゼル酸化触媒に関連して上述したようなフロースルーモノリスである。
（例えば第２のＳＣＲ触媒の）フロースルーモノリスは、典型的には２００から１０００セル／平方インチ（ｃｐｓｉ）のセル密度を有する。フロースルーモノリスのセル密度は４００から１０００ｃｐｓｉであるのが好ましく、５００から９００ｃｐｓｉ（例えば６００から８００ｃｐｓｉ）であるのがより好ましい。
フロースルーモノリスは、０．０５から０．３５ｍｍ、好ましくは０．０６から０．２５ｍｍ、より好ましくは０．０７から０．１５ｍｍ（例えば約０．０７から０．１２ｍｍ）の壁厚（例えば平均内壁厚）を有し得る。
第２のＳＣＲ触媒の基材は第２のＳＣＲ触媒組成物を含むことができ（すなわち第２のＳＣＲ触媒は押出によって得られる）、又は第２のＳＣＲ触媒組成物は基材上に配置若しくは担持され得る（すなわち第２のＳＣＲ触媒組成物はウオッシュコート法によって基材上に塗布される）。第２のＳＣＲ触媒組成物は、基材上に配置又は担持されるのが好ましい。
一般に、コーティングされていないフロースルーモノリスは、２０から８０％、好ましくは４０から７０％、より好ましくは４５から６０％の気孔率を有する。比較的高い濃度の第２のＳＣＲ触媒組成物を基材上に配置することができるため、コーティングされていないフロースルーモノリスは高い気孔率を有するのが有利である。
第２のＳＣＲ触媒は、好ましくは基材の出口端に下流区域を含んでもよい。下流区域は典型的には、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）配合物を含む。アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）配合物は、アンモニア（例えば、第２の選択的触媒還元組成物によって酸化されていないアンモニア）を酸化するのに適している。アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）配合物は、当該技術分野で知られている。
電気加熱可能な導管
本発明の排気システムは電気加熱可能な導管をさらに備えていてもよい。電気加熱可能な導管は、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置と第１の選択的触媒還元触媒との間（すなわち排出制御装置の下流で第１のＳＣＲ触媒の上流）にある（例えば位置する）。電気加熱可能な導管は、比較的低温のときに排出制御装置から排出される排気ガスを加熱するためのものである。この位置で排気ガスを電気的に加熱することにより、下流の第１のＳＣＲ触媒と第２のＳＣＲ触媒のＮＯｘの処理のための有効作動温度まで排気ガスの温度を急速にもっていくことができる。
電気加熱可能な導管は通常、排出制御装置の出口と選択的触媒還元フィルター触媒の入口との間の排ガス導管の一部である（すなわち一部でしかない）。排出制御装置が（ｉ）ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）か、（ｉｉ）コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）である場合、電気加熱可能な導管は好ましくは、ＣＳＦの出口の下流にある（例えば位置する）。
電気加熱可能な導管は排出制御装置の出口に接続（例えば流体接続）されており、好ましくは直接接続されていることが好ましい。
電気加熱可能な導管は典型的には、アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターの上流にある。排気システムが温度センサー（例えばＴ１を決定するためのもの）及び／又はＮＯｘセンサーを備える場合、電気加熱可能な導管は好ましくは、温度センサー（例えばＴ１を決定するためのもの）及び／又はＮＯｘセンサーの上流にある（例えば位置する）。
電気加熱可能な導管は典型的には、電源接続、好ましくは少なくとも２つの電源接続、より好ましくは２つのみの電源接続を有する。各電源接続は、電気加熱可能な基材及び電源に電気的に接続され得る。電気加熱可能な導管は、抵抗器を通った電流が電気エネルギーを熱エネルギーに変換する、ジュール加熱によって加熱され得る。
電気加熱可能な導管は、使用中の電気加熱導管である。
電気加熱可能な導管はエンジン管理システムに電気的に接続されてもよい。エンジン管理システムは、排気ガスの温度が＜Ｔ１（ここでＴ１は２３０℃、好ましく２１５℃、より好ましくは２００℃）であるときに電気加熱可能な導管を活性化するように構成されてもよい。
追加的に又は代替的に、電気加熱可能な導管は、選択的触媒還元フィルター触媒の上流、好ましくはすぐ上流に位置する温度センサーに接続する（例えば熱電対）ことができる。この温度センサーは、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の下流に位置する。温度センサーは、Ｔ１を決定するのに適している。
気体アンモニア供給体
本発明の排気システムは、排気ガスに気体アンモニアを導入するための手段をさらに備えていてもよい。気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段は好ましくは、特に排気ガスの温度が＜Ｔ１（ここでＴ１は２３０℃、好ましく２１５℃、より好ましくは２００℃）であるときに気体アンモニアを排気ガスに直接導入するための手段である。疑義を避けるために、気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段は、気体状態のアンモニアを排気ガス流に直接導入する。気体アンモニアは、例えばアンモニア前駆物質からのように、主排気ガス流内でｉｎ ｓｉｔｕで生成されない。
気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段は、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の下流、並びに第１の選択的触媒還元触媒の上流に配置される。気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段は、０．７から１．３（例えば０．９から１．２）、例えば１．０から１．２（例えば約１：１）のアンモニア対ＮＯｘモル比（ＡＮＲ）を供給するために、第１の選択的触媒還元フィルター触媒の上流の排気ガスに一定量の気体アンモニアを制御可能に導入するように構成される。
特に比較的低温での気体アンモニアの排気ガスへの導入は、第１のＳＣＲ触媒及び／又は第２のＳＣＲ触媒上でのＮＯｘの変換を促進することができることが見出された。例えば尿素などのアンモニア前駆物質を比較的低温で排気ガスに噴射するのは、アンモニアはそのような温度ではｉｎ ｓｉｔｕで形成されないため、不可能である。実際、尿素は低温で排気システム内で結晶化する可能性がある。
気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段は、アンモニア供給体（例えば気体アンモニア供給体）を備えていてもよい。アンモニア供給体は通常、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置と選択的触媒還元フィルター触媒との間（すなわち排出制御装置の出口の下流で第１のＳＣＲ触媒の入口の上流）で導管に接続（例えば流体接続）される。排出制御装置が（ｉ）ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）か、（ｉｉ）コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）である場合、アンモニア供給体は好ましくは、ＣＳＦの出口の下流にある（例えば位置する）。
排気システムがミキサーを備える場合、アンモニア供給体は好ましくは、ミキサーの上流に配置される。
アンモニア供給体は、アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターの上流又は下流に配置され得る。アンモニア供給体は、アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクターの上流に配置されるのが好ましい。
排気システムが電気加熱可能な導管を備える場合、アンモニア供給体は、電気加熱可能な導管の上流又は下流に配置されてもよい。アンモニア供給体は電気加熱可能な導管の下流に配置されるのが好ましい。
気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段は、アンモニア前駆物質から気体アンモニアを生成するための手段をさらに備えていてもよい。アンモニア前駆物質から気体アンモニアを生成するための手段は、アンモニア供給体に接続（例えば流体接続）されている。アンモニア前駆物質から気体アンモニアを生成するための手段は、二次排ガス導管内に配置されている。アンモニア供給体は、主排気システム内に位置する。
アンモニア前駆物質から気体アンモニアを生成するための手段は典型的には、
（ｉ） アンモニア前駆物質を二次排ガス導管に導入するためのインジェクター；及び
（ｉｉ） アンモニア前駆物質を気体アンモニアに変換するための加水分解触媒
を備え、
アンモニア前駆物質を二次排ガス導管に導入するためのインジェクターは、加水分解触媒の上流にある（例えば位置する）。
疑義を避けるために、アンモニア前駆物質を二次排ガス導管に導入するためのインジェクターは、アンモニア前駆物質を主排気ガス流に導入するための上記のインジェクターへの追加のインジェクターである。アンモニア前駆物質を二次排ガス導管に導入するためのインジェクターは、本明細書では「第２のインジェクター」という。
第２のインジェクターは典型的には、アンモニア前駆物質を含む溶液を二次排ガス導管に導入するのに適した液体インジェクターである。アンモニア前駆物質は、好ましくは尿素又はギ酸アンモニウム、より好ましくは尿素である。
二次インジェクターは、例えばアンモニア前駆物質又はアンモニア前駆物質を含む溶液をスプレーすることにより、加水分解触媒の上流の二次排ガス導管に噴射する際にアンモニア前駆物質又はアンモニア前駆物質を含む溶液を噴霧する。二次インジェクターは、エアレスインジェクター又はエアアシストインジェクターであり得る。
二次インジェクターは、加水分解触媒の上流の二次排ガス導管にアンモニア前駆物質を導入するように構成される。二次インジェクターは、加水分解触媒の上流の二次排ガス導管に一定量のアンモニア前駆物質を制御可能に導入するように構成されることが好ましい。
二次インジェクターは典型的には、アンモニア前駆物質貯蔵タンクに接続（例えば流体接続）されており、アンモニア前駆物質貯蔵タンクは好ましくは、アンモニア前駆物質を排気ガスに導入するためのインジェクター（すなわちメインのインジェクター）に接続されている。
アンモニア前駆物質を気体アンモニアに変換するための加水分解触媒は、基材と基材上に配置又は担持されている加水分解触媒組成物とを含む。基材は、好ましくはフロースルー基材、より好ましくはコーディエライトフロースルー基材である。尿素を加水分解するための触媒組成物は、当該技術分野で知られている。
加水分解触媒組成物は、例えばＡｕドープＴｉＯ２などの二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでもよく、又は本質的にこれから成ってもよい。
加水分解触媒組成物の出口は典型的には、アンモニア供給体に接続（例えば流体接続）されている。
一般に、二次排ガス導管は、ディーゼルエンジンのエキゾーストマニホールドに接続（例えば流体接続）されている。第２の排ガス導管はターボチャージャーの上流のエキゾーストマニホールドに接続されているのが好ましい。二次排ガス導管は、ターボチャージャーをバイパスする。この構成では、少量の高温排気ガス（約１．５から７．０％）がエンジンから二次排ガス導管（すなわちサイドフローシステム）に引き込まれる。排気ガスがターボチャージャーから二次排ガス導管に迂回されるとき、二次排ガス導管内の温度は、主排気ガス流の温度よりも著しく高い。
アンモニア前駆物質から気体アンモニアを生成するための手段は、パーティキュレート・フィルター、好ましくは触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）をさらに備えてもよい。
パーティキュレート・フィルター又はＣＳＦは、アンモニア前駆物質を二次排ガス導管に導入するためのインジェクターの上流の、第２の排ガス導管内に配置される。パーティキュレート・フィルター又はＣＳＦはまた、アンモニア前駆物質を気体アンモニアに変換するための加水分解触媒の上流にある。
二次排ガス導管は、（例えば排出制御装置と第１のＳＣＲ触媒との間の排気ガスの温度（Ｔ１）が≧２００℃、好ましくは２１５℃、より好ましくは２３０℃である場合）二次排ガス導管を閉めるためのバルブを含む場合がある。バルブはエンジン管理システムに電気的に接続されてもよい。
バルブは典型的には、二次インジェクターの上流、好ましくはパーティキュレート・フィルター又はＣＳＦの上流に配置される。
アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）
ＳＣＲ触媒の下流区域に存在するアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）配合物に加えて又はその代わりとして、排気システムは、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）（すなわち別個のＡＳＣ）をさらに備えていてもよい。ＡＳＣは、基材（すなわち第２のＳＣＲ触媒の基材とは別の基材）上に配置されたアンモニアスリップ触媒配合物を含む。
アンモニアスリップ触媒は典型的には、第２のＳＣＲ触媒の下流、好ましくはすぐ下流にある。したがって、第２のＳＣＲ触媒の出口は典型的には、アンモニアスリップ触媒の入口に接続（例えば流体接続）される。
アンモニアスリップ触媒の基材は好ましくは、フロースルーモノリスである。
車両
本発明は、さらに車両を提供する。本発明の車両は、本発明のディーゼルエンジン及び排気システムを備える。典型的には、ディーゼルエンジンは通常の（すなわち従来の）ディーゼルエンジンである。
ディーゼルエンジンは、エンジン管理システムを備えていてもよい。
車両は、米国又は欧州の法律で規定されるような軽量ディーゼル車両（ＬＤＶ）である。軽量ディーゼル車両は、典型的には＜２８４０ｋｇの重量、より好ましくは＜２６１０ｋｇの重量を有する。
米国では、軽量ディーゼル車両（ＬＤＶ）とは、≦８５００ポンド（米国ポンド）の総重量を有するディーゼル車両を指す。欧州では、軽量ディーゼル車両（ＬＤＶ）という用語は、（ｉ）運転席の他に８席以下の座席を備え、５トン以下の最大質量を有する乗用車両、及び（ｉｉ）１２トン以下の最大質量を有する貨物輸送車両を指す。
車両は、米国の法律で規定されている、例えば＞８５００ポンド（米国ポンド）の総重量を有するディーゼル車のような、大型ディーゼル車両（ＨＤＶ）であることが好ましい。
ディーゼルエンジンは、≦５０ｐｐｍの硫黄、より好ましくは、≦１５ｐｐｍの硫黄、例えば≦１０ｐｐｍの硫黄、より一層好ましくは≦５ｐｐｍの硫黄を含むディーゼル燃料で動く。このようなディーゼル燃料は、「超低硫黄ディーゼル」（ＵＬＳＤ）と呼ばれることが多い。
定義
本明細書で用いられる「混合酸化物」という用語は通常、当該技術分野で従来から知られているような、単一相の酸化物の混合物を指す。本明細書で用いられる「複合酸化物」という用語は通常、当該技術分野で従来から知られているような、二相以上の相を有する酸化物の組成物を指す。
疑義を避けるために、本明細書で領域、区域又は層に関連して使用される「白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）の組み合わせ」という用語は、白金とパラジウム双方の存在を指す。「組み合わせ」という語は、白金及びパラジウムが混合物又は合金として存在することを必要としないが、このような混合物又は合金はこの用語に包含される。
本明細書で用いられる「本質的に成る」という表現は、例えば少量の不純物など、技術的特徴の基本的特性に実質的影響を及ぼさない特定の材料及び任意の他の材料又は工程を含むようにその技術的特徴の範囲を限定する。「本質的に～から成る」という表現は、「～から成る」という表現を包含する。
材料に関して、典型的にはウオッシュコート領域、ウオッシュコート層又はウオッシュコート区域の含量の文脈において、本明細書で用いられる「実質的に含まない」という表現は、例えば≦５重量％、好ましくは≦２重量％、より好ましくは≦１重量％など、少量の材料を意味する。「～を実質的に含まない」という表現は、「～を含まない」という表現を包含する。
数値範囲の終端点に関して本明細書で使用される「約」という表現は、指定された数値範囲の正確な終端点を含む。したがって、例えば、「約０．２」までのパラメーターを定義する表現は、０．２までで０．２を含めたパラメーターを含む。
次に、以下の非限定的な実施例によって本発明を例証する。
実施例１
ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、選択的触媒還元フィルター触媒及び高気孔率基材を有するＳＣＲ触媒の組み合わせを含む排気システムを下記のように試験した。
ディーゼル酸化触媒及びＳＣＲ触媒は、例えば国際公開第９／４７２６０号、国際公開第２０１１／０８０５２５号、及び国際公開第２０１４／１９５６８５に記載される通常の方法を用いて製造された。選択的触媒還元フィルター触媒は、国際公開第２０１５／１４５１２２号に記載の方法を用いて製造された。
ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の基材は、１０．５”ｘ４”の大きさであった。基材は、４００ｃｐｓｉのセル密度及び７ミルの壁厚を有した。触媒組成物の充填量は、４０ｇ ｆｔ－３であった。触媒組成物は、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｌ２Ｏ３を含有していた。
選択的触媒還元フィルター触媒の基材は、１０．５”ｘ１２”の大きさであった。ウォールフロー基材は、３００ｃｐｓｉのセル密度及び１２ミルの壁厚を有した。ウオッシュコート充填量は、１．７ｇ ｉｎ－３であった。触媒組成物は、ＣＨＡ骨格を有するＣｕゼオライトを含有していた。銅充填量は３．３３重量％であった。
選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒の基材は、１０．５”ｘ６”の大きさであった。基材は、６００ｃｐｓｉのセル密度及び４ミルの壁厚を有した。ウオッシュコート充填量は、４ｇ ｉｎ－３であった。触媒組成物は、ＣＨＡ骨格を有するＣｕゼオライトを含有していた。銅充填量は３．３３重量％であった。
排気システムを試験する前に、ＤＯＣ、ＳＣＲ－ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒を６５０℃で１００時間それぞれ水熱熟成（hydrothermally aged）（１０％水を使用）させた。
実施例２
ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）をコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒で置き換えたことを除いて、実施例１の排気システムを下記のように試験した。
コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒の基材は、１０．５”ｘ６”の大きさであった。基材は、４００ｃｐｓｉのセル密度及び４ミルの壁厚を有した。コールドスタートコンセプト触媒は、２つの層、すなわち最下層及び最上層を有していた。最下層（すなわち基材に直接コーティングされている）は、触媒組成物のウオッシュコート充填量が３ｇ ｉｎ－３であった。触媒組成物は、Ｐｄを含有するゼオライトであり、ゼオライトはＣＨＡ骨格を有していた。Ｐｔの充填量は、１００ｇ ｆｔ－３であった。最上層（最下層にコーティングされている）は、Ｐｔ（５０ｇ ｆｔ－３）及びアルミナ（１．１２ｇ ｉｎ－３）を含有していた。触媒中のＰｔ対Ｐｄ全体重量比は、１：２であった。
コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒、ＳＣＲ－ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒を、実施例１と同じ方法でそれぞれ水熱熟成させた。
試験条件
２００７年モデルのＣｕｍｍｉｎｓ ＩＳＬディーゼルエンジンを使用して、実施例１から３の排気システムをそれぞれ試験した。エンジンの詳細を表１に示す。この試験中、４．０ｇ／ｈｐ－ｈｒエンジンアウトＮＯｘを有するようにＥＧＲを調整した。尿素を送達し、エアアシストグルンドフォスポンプによって排気に噴射した。６インチスタティックミキサーを各排気システムのＳＣＲ－ＤＰＦの前、噴射ノズルの後ろに配置し、良好な混合と均一な尿素分布を確実に行った。
Figure 0007273868000001
本試験で使用した動力計は、Ｈｏｒｉｂａの８００ＨＰ ＡＣモータリングダイナモであった。吸気流量は、フルスケールの＋／－１％の正確度で測定範囲が０－２４００ｋｇ／ｈｒのＳｉｅｒｒａ空気流量計で測定した。エンジンアウト排出物は、Ｈｏｒｉｂａ ＭＥＸＡ ７５００Ｄデュアルベンチ（ＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ）分析装置を使用し、フルスケールの＋／－１％の正確度で測定した。システムアウト排出物もまた、ＦＴＩＲ（ＭＫＳモデル２０３０ ＨＳ）使用して測定した。圧力変換器、Ｓｅｔｒａ Ｍｏｄｅｌ ２０６を用いて、ＳＣＲ－ＤＰＦ ＳＣＲ－ＤＰＦ背圧をモニターした。Ｋタイプ熱電対を用いてシステム内の温度を測定した。
本システムの性能を測定するために、重負荷過渡サイクル（ＦＴＰ）試験を実施した。コールド及びホットサイクルを、試験の異なる部分で用いた。過渡サイクル中の尿素供給の平均アンモニア対ＮＯｘ比（ＡＮＲ）は、１．２から１．３であった。
結果
コールドＦＴＰサイクル下でのＮＯｘ還元
実施例１及び２の排気システムのそれぞれについて、アンモニア対ＮＯｘ比（ＡＮＲ）が１．２から１．３であるＨＤＤコールドＦＴＰサイクル中の全ＮＯｘ転化率を測定した。試験の開始前に、システムを積極的に再生してスートを除去し、その後ＦＴＰサイクルの開始前にシステムを３時間冷却した。これらの試験中に標準尿素噴射（standard urea injection）を使用した。
コールドＦＴＰ中、ＤＯＣシステム（実施例１）で達成されたＮＯｘ転化率は７５％であった。コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒を備えたシステム（実施例２）を試験すると、ＮＯｘ転化率は８０％に上昇した。この上昇は、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒によるＮＯｘの貯蔵及び放出によるものであった。コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒は、システムが冷たくなったサイクルの最初の２００秒でＮＯｘを貯蔵した。貯蔵されたＮＯｘは、サイクルに入って約３００秒でシステム温度が上昇したため、放出された。この時点で、ＳＣＲ－ＤＰＦは温かく、ＮＯｘを還元することが可能であった。たとえサイクルのコールド・セクション中に尿素供給がなかったとしても、ＮＯｘの貯蔵及びその後のウォーム期間中の放出によって、尿素供給が行われたときのＮＯｘ変換が可能になった。システム（実施例１）でＤＯＣを使用すると、最初の２００秒では還元は達成されなかった。前述のシステム（実施例２）と同様に、尿素の供給には温度が低すぎたため、このセクション中で未貯蔵ＮＯｘは変換されなかった。
コールドＦＴＰ試験中の結果は、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒を備えて設計されたシステム（実施例２）が、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒の貯蔵及び放出能力のためにより高いＮＯｘ転化率を有することを示した。これら２つのシステムの比較を図６に示す。この成績は、将来の高ＮＯｘ変換システムにとってのコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒を備える排気システムの利点を実証した。
コールドＦＴＰサイクルにおける気体ＮＨ３の効果
コールドＦＴＰサイクルの低温条件下におけるＮＨ３ガスの供給の効果を評価した。
非常な低温のために尿素を供給できないときにＮＨ３ガスを生成して主排気に噴射するために、サイドフローＮＨ３供給体が設計された。サイドフローＮＨ３供給体をエンジンプレターボに接続し、少量の高温排気流（約１．５から７．０％（例えば１５－２５ｋｇ／ｈｒ））をエンジンからサイドフローシステムに引き込んだ。フローがプレターボからサイドフロー供給体に迂回されたため、排気流温度は主排気温度よりも著しく高かった。尿素をサイドフロー反応器に噴射し、加水分解触媒上でＮＨ３ガスに変換した。生成されたＮＨ３は、ミキサー及びＳＣＲ－ＤＰＦの上流の主排気に戻された。
コールドＦＴＰサイクルの開始時（すなわち尿素供給には低すぎる温度）からＳＣＲ－ＤＰＦ入口温度が２１５℃に達するまでサイドフローＮＨ３供給体制御を使用して、主排気ガス流にＮＨ３を噴射した。温度が２１５℃を超えると、ＮＨ３供給は停止され、サイクルの残りの間、主（標準）尿素供給システムが起動されて、排気ガスに尿素が噴射された。システム噴射制御の両戦略は、約１．２のアンモニア対ＮＯｘ全体比（ＡＮＲ）を維持するように設定された。この装置の概略を図４に示す。
ＤＯＣ（実施例１）を備える排気システムの場合、ＮＯｘ還元は２５０秒後に観察された。これは、排気流中のＮＨ３ガスの早期利用可能性に起因していた。
コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒を備える排気システム（実施例２）を使用して、実験を繰り返した。コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒は最初の２００秒までＮＯｘを貯蔵した。触媒温度が上がるにつれて、ＮＯ ｘ が放出された。サイクルの開始時に利用可能なＮＨ３が存在したため、サイドフローＮＨ ３ 供給体を用いた場合、サイドフローＮＨ３供給体からＮＨ３を添加することなしにコールドＦＴＰサイクル下でＮＯｘ還元を行った場合と比較して、ＳＣＲ－ＤＰＦでより多くのＮＯｘが変換された。
コールドＦＴＰサイクルの間にサイドフローＮＨ３供給体を用いてＮＨ３を添加すると、ＤＯＣ（実施例１）を含有する排気システムのＮＯｘ転化率はベースラインから８０％に上昇した。コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒を備える排気システム（実施例２）の場合、ＮＯｘ転化率は８３％に上昇した。この試験は、サイクルの初期段階におけるＮＨ３の存在がＮＯｘ転化率をさらに上昇させることを示した。
コールドＦＴＰサイクルにおける予め貯蔵されたＮＨ３の効果
コールドＦＴＰサイクル下、標準尿素供与と併せて予め貯蔵されたＮＨ３の効果を評価した。気体ＮＨ３の早期かつ十分な利用可能性をシミュレーションするために、システムをＦＴＰ試験の前にアンモニアで予め飽和させた。事前飽和試験は、コールドＦＴＰの開始前の準備サイクル中に実施した。
事前飽和は、ＳＣＲ－ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒がＮＨ３で飽和していると考えられるまで、約１．２から１．３のＡＮＲで、複数のホットＦＴＰサイクルを実行することによって実施された。システムの飽和後、エンジンを停止し、システムを３時間冷却した。冷却後、通常の尿素供給と併せて、システムで１回のコールドＦＴＰ試験を行った。この間、側方反応器からのＮＨ３供給は利用されなかった。
前と同様に、排気温度は低温であり、サイクルの前半の大部分は尿素が噴射されなかった。実施例１（ＤＯＣ）の排気システムの場合、平均温度は約２４５℃であった。しかし、温度上昇があったときに、１００秒でＮＯｘ還元が始まった。Ｎｏｘｘ変換の大部分はサイクルに入って約２３０秒で始まった。これは、システム内に事前飽和したＮＨ３（ＳＣＲ－ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒）が存在するためであった。
実施例２の排気システム（コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒）の場合、サイクルの始めにＮＯｘが貯蔵され、予め貯蔵されたＮＨ３が利用可能であるため、ＳＣＲ－ＤＰＦは最初の１５０秒の間にさらにＮＯｘを還元することができる。サイクルに入って約２５０秒後にＮＯｘが放出されるため、ＳＣＲ－ＤＰＦは、予め貯蔵されたＮＨ３により全てのＮＯｘを還元することができる。
コールドＦＴＰの間に、ＮＯｘ転化率が、ＤＯＣ含有システム（実施例１）では８８％に上昇し、事前飽和ＮＨ３戦略を用いるコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒含有システム（実施例２）では少なくとも９１％に上昇した。この試験は、サイクルの初期段階から十分なＮＨ３が存在すれば、コールドＦＴＰサイクル中にはるかに高いＮＯｘ転化率が可能であることを示した。
コールドＦＴＰサイクルにおける予め貯蔵されたＮＨ３及び温度管理の効果
ＤＯＣ（実施例１）又はコールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒（実施例２）のいずれかの後ろ、尿素噴射及びＳＣＲ－ＤＰＦの前に、電気加熱器を設置した（図５参照）。
ＮＨ３を予め貯蔵するために、ＡＮＲ１．２－１．３の尿素噴射を伴う５つの連続したＦＴＰサイクルを実施し、各システムを前処理した。コールドＦＴＰサイクルを実行する前に、システムを３時間冷却した。このサイクル中に１．２－１．３の同じＡＮＲを用いて、システムのＮＯｘ還元能力を決定した。
電気加熱器を使用して、コールドＦＴＰサイクルの最初の４００秒（すなわちコールドセクション）で排気を暖めた。加熱器の最大出力は２０ＫＷであった。電気加熱器をサイクルに入って４００秒でオフにした。この試験は、早期のＮＨ３－ＮＯｘ反応を可能にする温度管理の存在及びＮＨ３の事前飽和を伴う条件をシミュレーションすることであった。温度管理の存在はまた、尿素の早期供給を可能にした。
電気加熱器をオンにすることにより、排気温度は急速に上昇し、サイクルに入って２００秒で２００℃に達した。平均温度は約２７０℃であった。ＮＨ３はＳＣＲ－ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒に予め貯蔵されていたため、サイクルの始めから十分な還元剤が利用可能であった。温度が２００℃未満である間、尿素の供給はなかった。ＳＣＲ触媒の温度が２００℃に達すると、尿素供給がサイクルに入ってから２００秒後に可能になった。
ＤＯＣ（実施例１）を含有する排気システムの場合、これにより９４％のＮＯｘ還元が可能になった。ＮＯｘの還元は、より高い温度のためにサイクルに入って８０秒で始まった。このサイクルに入って１００秒後にはＮＯｘ排出ピークはほとんどなかった。
コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒（実施例２）を含む排気システムの場合、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒は、サイクルの開始ｊ時に最初の１００秒でかなりの量のＮＯｘを貯蔵することができた。１００秒後、温度上昇とともに、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒はいくらかのＮＯｘ放出を始め、２５０秒後にはほとんど放出した。一方、加熱器を用いると、ＳＣＲ－ＤＰＦの入口温度はサイクルに入って約１００秒後に２００℃に達し、ＳＣＲ－ＤＰＦからＳＣＲ触媒にかけてＮＯｘを還元することができた。これは、利用可能な貯蔵されたＮＨ３によってもサポートされた。結果として、最初の１００秒後に排気管にＮＯｘの漏出はなく、全てのＮＯｘが変換された。これは、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触を含有する排気システムである実施例２のＮＯｘ転化率９８％をもたらした。
上記テストの結果を、表２に示す。この表は、コールドＦＴＰ下で試験された全ての選択肢について、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒（実施例２）を含有する排気システムのＮＯｘ転化率をＤＯＣ（実施例１）を含有する排気システムと比較している。コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒に関する結果は、ＤＯＣ含有システムと比較してより高いシステムＮＯｘ還元を常に示し、コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒の利点を実証している。
Figure 0007273868000002
実施例３
ＳＣＲ－ＤＰＦの触媒組成物をＣｕゼオライトからバナジウム含有触媒に変更することによって、実施例２の排気システムを改良した。使用したウォールフロー基材は、実施例１の選択的触媒還元フィルター触媒で使用したウォールフロー基材と同じであった。
ＳＣＲ－ＤＰＦの触媒組成物は、バナジウムの充填量が２４ｇ ｆｔ－３であり、タングステンの充填量が３０３ｇ ｆｔ－３であり、チタニアの充填量が１．１２ｇ ｉｎ－３であるバナジウム－タングステン－チタニア触媒を含有していた。触媒組成物はまた、鉄交換ゼオライトも含有し、ゼオライトはＭＦＩ骨格を有していた。Ｆｅの充填量は１０ｇ ｆｔ－３であり、ゼオライトの充填量は０．１６ｇ ｉｎ－３であった。
コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒は、実施例２で使用したコールドスタートコンセプト触媒と同じであった。ＳＣＲ触媒は、実施例１で使用したＳＣＲ触媒と同じであった。
コールドスタートコンセプト（ｄＣＳＣＴＭ）触媒、ＳＣＲ－ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒を、実施例１と同じ方法でそれぞれ水熱熟成させた。
実施例３の排気システムは、実施例１及び２で用いたのと同じ方法及び条件を用いて試験し、コールドＦＴＰサイクルでの予め貯蔵されたＮＨ３の効果と予め貯蔵されたＮＨ３及び温度管理の効果を評価した。実施例２の排気システムは、比較のために再試験した。実施例２及び３の排気システムにより排出されたＮ２Ｏの量もまた決定された。その結果を表３に示す。
Figure 0007273868000003
実施例３の排気システムは、実施例２の排気システムに匹敵するＮｏｘ転化率を示す。しかし、実施例３の排気システムによって排出されたＮ２Ｏの量は、実施例２の排気システムによって排出されたＮ２Ｏの量より有意に低かった。
実験はまた、実施例３のＣｕ－ゼオライト系ＣＲ触媒が押出バナジウム系ＳＣＲ触媒で置き換えられた排気システムから得られた排出物が、実施例３の排気システムと比較して、同等のＮＯｘ転化率を提供しつつ、少量のＮ２Ｏを排出できることを示している。
疑義を避けるために、本明細書で引用した全ての文献の全内容は、参照により本願に援用される。

Claims (5)

  1. ディーゼルエンジンによって生じる排気ガスを処理するための排気システムであって、
    （ａ） 白金族金属（ＰＧＭ）及び基材を含む、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置であって、白金族金属（ＰＧＭ）が白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びこれらの組み合わせから選択される排出制御装置と；
    （ｂ） 排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するためのインジェクターであって、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の下流にあるインジェクターと；
    （ｃ） 排気ガスにアンモニア前駆物質を導入するためのインジェクターの下流の、基材と第１の選択的触媒還元組成物とを含む第１の選択的触媒還元触媒であって、基材がフロースルー基材かフィルタリング基材のいずれかである第１の選択的触媒還元触媒と；
    （ｄ） 第１の選択的触媒還元触媒の下流の、フロースルー基材及び第２の選択的触媒還元（ＳＣＲ）組成物を含む第２の選択的触媒還元触媒と；
    （ｅ） 気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段であり、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の下流且つ第１の選択的触媒還元触媒の上流に配置されている手段と
    を備え、かつ、
    排出制御装置が
    （ｉ） フィルタリング基材を有するコールドスタートコンセプト触媒；又は
    （ｉｉ） コールドスタートコンセプト触媒及び触媒化スートフィルター（ＣＳＦ）
    のいずれかであり、
    第１の選択的触媒還元触媒がフロースルー基材を有し、
    コールドスタートコンセプト触媒が基材上に担持されている触媒物質を含み、
    触媒物質が、貴金属とモレキュラーシーブとを含むモレキュラーシーブ触媒を含み、
    モレキュラーシーブが、ＡＥＩ又はＣＨＡによって表されるＦＴＣを有する骨格構造を有する小細孔モレキュラーシーブであり、
    貴金属がパラジウムを含む、排気システム。
  2. 気体アンモニアを排気ガスに導入するための手段が、アンモニア前駆物質から気体アンモニアを生成するための手段を含み、
    アンモニア前駆物質から気体アンモニアを生成するための手段が
    （ｉ） アンモニア前駆物質を二次排気ガス導管に導入するためのインジェクター；及び
    （ｉｉ） アンモニア前駆物質を気体アンモニアに変換するための加水分解触媒
    を備え、
    アンモニア前駆物質を二次排気ガス導管に導入するためのインジェクターが加水分解触媒の上流にある、請求項１に記載の排気システム。
  3. 二次排気ガス導管がターボチャージャーの上流のディーゼルエンジンのエキゾーストマニホールドに接続されている、請求項２に記載の排気システム。
  4. 一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置と第１の選択的触媒還元触媒との間に電気加熱可能な導管をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の排気システム。
  5. 電気加熱可能な導管が、一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は炭化水素（ＨＣ）を酸化するための排出制御装置の出口と第１の選択的触媒還元触媒の入口との間の排気ガス導管の一部である、請求項４に記載の排気システム。
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