JP7584727B2 - 上流ｓｃｒ触媒を有する排気ガス処理システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの触媒物品を含む排気ガス処理システム、およびその使用方法に関する。

ディーゼルエンジンの排出には、粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、および一酸化炭素（ＣＯ）が含まれる。ＮＯ_ｘは、中でも特に一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ_２）を含む、様々な化学種の窒素酸化物の説明に使用される用語である。選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒よりも高いＮＯｘ低減を達成するための１つの重要な問題は、ＳＣＲ反応の適切な排気温度を有することである。具体的には、これは、ＳＣＲ触媒が他の触媒（典型的には、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）および触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）を含む）の下流に位置付けられる、大型車両用ディーゼル（ＨＤＤ）路上後処理システムでしばしば問題となる。そのようなシステム構成では、ＳＣＲは、いくらか低温状態を経験し、これは、特に米国ＨＤＤＴ（ＦＴＰ）認証試験の初期冷却器セグメントにわたって、ＳＣＲ反応を阻害する可能性がある。加えて、より良好な効率のために低減した排気ガス再循環（ＥＧＲ）を使用するエンジンは、エンジン出力のＮＯｘレベルの増加を経験するため、現在の目標値を満たすことはさらにより大きな課題となる。Ｎ_２Ｏは、ＳＣＲ反応の典型的な副産物であるため、特定のＨＤＤシステムの別の課題は、Ｎ_２Ｏの制限を満たすことである。

これらの排気特性は、現在のディーゼル排出触媒技術に課題をもたらすため、ますます厳しくなる環境規制を満たす新たな触媒システムに対する必要性が、当該技術分野において依然として存在する。具体的には、特にディーゼルエンジンからのＮＯｘおよびＮ_２Ｏの排出の低減に焦点を当てた、そのようなシステムのための構成要素を提供することが有益である。

本開示は、排気ガスを効果的に処理するように設計された一連の触媒を有する排気ガス処理システムを提供する。具体的には、そのような排気ガス処理システムは、上流ＳＣＲ触媒を含み、そのようなシステムは、そのような上流触媒を有しない同等の排気ガス処理システムと比較して、ＮＯｘ除去の増強およびＮ_２Ｏ排出の低下を提供することができる。本開示のシステムにわたる総ＮＯｘ変換は、０．１ｇ／ｂｈｐｈ未満の正味ＮＯｘ（ＢＳＮＯｘ）値で、例えば、９５％超であり得る。本開示のシステムにわたる総Ｎ_２Ｏ排出は、例えば、０．０１９ｇ／ｂｈｐｈ未満のＢＳＮ_２Ｏ値であり得る。

本開示の一態様では、エンジンからの排気ガス流を処理するためのシステムであって、排気ガス流と流体連通している第１の選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒であって、いかなる介在する触媒もなく排気ガス流を受け取る、第１のＳＣＲ触媒と、第１のＳＣＲ触媒と流体連通しているディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）であって、第１のＳＣＲ触媒の下流に位置付けられる、ディーゼル酸化触媒と、ディーゼル酸化触媒と流体連通している触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）であって、ディーゼル酸化触媒の下流に位置付けられる、触媒化すすフィルターと、触媒化すすフィルターと流体連通している第２のＳＣＲ触媒であって、触媒化すすフィルターの下流に位置付けられる、第２のＳＣＲ触媒と、第２のＳＣＲ触媒と一体化されているか、または第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通している、第１のＡＭＯｘ触媒とを含む、システムが提供される。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、密結合位置にある。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、床下位置にある。

様々な実施形態では、本開示のシステムは、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の形態で、第１のＳＣＲ触媒と一体化されている第２のＡＭＯｘ触媒を含む。代替的な実施形態では、第２のＡＭＯｘ触媒は、ＳＣＲ触媒と一体化されておらず、ＳＣＲ触媒のすぐ下流に位置付けられる。そのような実施形態では、第２のＡＭＯｘ触媒は、いくつかの実施形態では、白金を含み得る。特定の実施形態では、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、存在する場合、フロースルー基材上の２つ以上のウォッシュコートの形態であってもよく、フロースルー基材は、上流入口端および下流出口端を有し、第２のＡＭＯｘ触媒は、白金を含み、出口端にあり、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長未満にわたって延在する。例えば、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、フロースルー基材と直接接触している第２のＡＭＯｘ触媒を含む底部ウォッシュコートであって、第２のＡＭＯｘ触媒が、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長未満にわたって延在する、底部ウォッシュコートと、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長にわたって延在するＳＣＲ触媒を含む上部ウォッシュコートとを含み得る。

いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、バナジウム構成要素を含む。いくつかの実施形態では、第１のＳＣＲ触媒は、銅促進化分子篩を含む。例えば、第１のＳＣＲ触媒は、Ｃｕ－ＣＨＡを含み得る。

いくつかの実施形態では、本開示のシステムは、第１のＳＣＲ触媒の上流の排気ガス流に第１の還元剤を添加するように適合された第１のインジェクターと、第２のＳＣＲ触媒の上流の排気ガス流に第２の還元剤を添加するように適合された第２のインジェクターとを含む、デュアルインジェクターシステムをさらに含み得る。第１および第２の還元剤は、変動する可能性があり、いくつかの実施形態では、アンモニアまたはアンモニア前駆体を含む。

いくつかの実施形態では、ＣＳＦは、壁流フィルター上の１つ以上のウォッシュコートを含み、１つ以上のウォッシュコートは、白金およびパラジウムを含む。例えば、特定の実施形態では、ＣＳＦの１つ以上のウォッシュコート中の白金およびパラジウムは、アルミナ上に支持され、約４：１のＰｔ：Ｐｄの比で存在する。

いくつかの実施形態では、ＤＯＣは、上流入口端および下流出口端を有するフロースルー基材上の１つ以上のウォッシュコートを含み、１つ以上のウォッシュコートは、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む。例えば、特定の実施形態では、ＤＯＣは、約１：１の白金：パラジウムの比で、フロースルー基材の全長未満にわたって延在する、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む上流入口端からコーティングされた第１のウォッシュコートと、２：１超の白金：パラジウムの比で、フロースルー基材の全長未満にわたって延在する、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む下流出口端からコーティングされた第２のウォッシュコートとを含む。

様々な実施形態では、ＤＯＣは、上流入口端および下流出口端を有するゾーン化ＤＯＣ／ＣＳＦの形態でＣＳＦに関連付けられてもよく、ＤＯＣは、上流入口端にあり、ＣＳＦの全長未満にわたって延在する。例えば、いくつかの実施形態では、ゾーン化ＤＯＣ／ＣＳＦは、壁流フィルター上の２つ以上のウォッシュコートの形態であり、５：１超の白金：パラジウムの比で、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む壁流フィルターの全長にわたって延在する、第１のウォッシュコートと、５：１超の白金：パラジウムの比および５０ｇ／フィート^３以上の負荷で、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む壁流フィルターの全長未満にわたって上流入口端から延在する、第２のウォッシュコートとを含む。

いくつかの実施形態では、第１のＡＭＯｘ触媒は、第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通しており、第１のＡＭＯｘ触媒は、第３のＳＣＲ触媒と一体化されている。いくつかの実施形態では、第２のＳＣＲ触媒は、上流入口端および下流出口端を有し、入口端からＳＣＲ触媒の全長未満まで延在する鉄促進化分子篩を含み、出口端からＳＣＲ触媒の全長未満まで延在する銅促進化分子篩を含む。鉄促進化分子篩は、例えば、Ｆｅ－ＣＨＡであってもよく、かつ／または銅促進化分子篩は、例えば、Ｃｕ－ＣＨＡであってもよい。

本明細書に開示されるシステムでは、エンジンは、いくつかの実施形態では、希薄燃焼エンジンであり得る。例えば、特定の実施形態では、エンジンは、ディーゼルエンジンである。

本開示の別の態様では、排気ガス流を処理する方法であって、排気ガス流中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減されるように、排気ガス流を本明細書に開示される排気ガス処理システムと接触させることを含む、方法が提供される。いくつかの実施形態では、ＮＯｘは、ＳＣＲ触媒構成要素を介して還元され、ＨＣは、ＤＯＣ構成要素および／またはＣＳＦ構成要素よりも酸化される。さらなる一態様では、本開示は、本明細書に開示される排気ガス処理システムを作製する方法であって、例えば、本開示のシステム構成のいずれか１つ以上に従って触媒および追加の構成要素を組み立てることを含む、方法を提供する。

本発明は、以下の実施形態を非限定的に含む。

実施形態１：エンジンからの排気ガス流を処理するためのシステムであって、排気ガス流と流体連通している第１の選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒であって、いかなる介在する触媒もなく排気ガス流を受け取る、第１のＳＣＲ触媒と、第１のＳＣＲ触媒と流体連通しているディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）であって、第１のＳＣＲ触媒の下流に位置付けられる、ディーゼル酸化触媒と、ディーゼル酸化触媒と流体連通している触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）であって、ディーゼル酸化触媒の下流に位置付けられる、触媒化すすフィルターと、触媒化すすフィルターと流体連通している第２のＳＣＲ触媒であって、触媒化すすフィルターの下流に位置付けられる、第２のＳＣＲ触媒と、第２のＳＣＲ触媒と一体化されているか、または第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通している、第１のＡＭＯｘ触媒とを含む、システム。

実施形態２：第１のＳＣＲ触媒が、密結合位置にある、実施形態１に記載のシステム。

実施形態３：第１のＳＣＲ触媒が、床下位置にある、実施形態１に記載のシステム。

実施形態４：ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の形態で、第１のＳＣＲ触媒と一体化されている第２のＡＭＯｘ触媒をさらに含む、実施形態１～３のいずれかに記載のシステム。

実施形態５：第２のＡＭＯｘ触媒が、白金を含む、実施形態１～４に記載のシステム。

実施形態６：ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒が、フロースルー基材上の２つ以上のウォッシュコートの形態であり、フロースルー基材が、上流入口端および下流出口端を有し、第２のＡＭＯｘ触媒が、白金を含み、出口端にあり、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長未満にわたって延在する、実施形態４に記載のシステム。

実施形態７：ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒が、フロースルー基材と直接接触している第２のＡＭＯｘ触媒を含む底部ウォッシュコートであって、第２のＡＭＯｘ触媒が、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長未満にわたって延在する、底部ウォッシュコートと、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長にわたって延在するＳＣＲ触媒を含む上部ウォッシュコートとを含む、実施形態１～６に記載のシステム。

実施形態８：第１のＳＣＲ触媒が、バナジウム構成要素を含む、実施形態１～７のいずれかに記載のシステム。

実施形態９：第１のＳＣＲ触媒が、銅促進化分子篩を含む、実施形態１～８のいずれかに記載のシステム。

実施形態１０：第１のＳＣＲ触媒が、Ｃｕ－ＣＨＡを含む、実施形態１～９のいずれかに記載のシステム。

実施形態１１：第１のＳＣＲ触媒の上流の排気ガス流に第１の還元剤を添加するように適合された第１のインジェクターと、第２のＳＣＲ触媒の上流の排気ガス流に第２の還元剤を添加するように適合された第２のインジェクターとを含む、デュアルインジェクターシステムをさらに含む、実施形態１～１０のいずれかに記載のシステム。

前記第１および第２の還元剤が、アンモニアまたはアンモニア前駆体を含む、実施形態１～１１のいずれかに記載のシステム。

実施形態１３：ＣＳＦが、壁流フィルター上の１つ以上のウォッシュコートを含み、１つ以上のウォッシュコートが、白金およびパラジウムを含む、実施形態１～１２のいずれかに記載のシステム。

実施形態１４：ＣＳＦの１つ以上のウォッシュコート中の白金およびパラジウムが、アルミナ上に支持され、約４：１のＰｔ：Ｐｄの比で存在する、実施形態１～１３に記載のシステム。

実施形態１５：ＤＯＣが、上流入口端および下流出口端を有するフロースルー基材上の１つ以上のウォッシュコートを含み、１つ以上のウォッシュコートが、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む、実施形態１～１４のいずれかに記載のシステム。

実施形態１６：ＤＯＣが、約１：１の白金：パラジウムの比で、フロースルー基材の全長未満にわたって延在する、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む上流入口端からコーティングされた第１のウォッシュコートと、２：１超の白金：パラジウムの比で、フロースルー基材の全長未満にわたって延在する、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む下流出口端からコーティングされた第２のウォッシュコートとを含む、実施形態１～１５に記載のシステム。

実施形態１７：ＤＯＣが、上流入口端および下流出口端を有するゾーン化ＤＯＣ／ＣＳＦの形態でＣＳＦに関連付けられ、ＤＯＣが、上流入口端にあり、ＣＳＦの全長未満にわたって延在する、実施形態１～１６のいずれかに記載のシステム。

実施形態１８：ゾーン化ＤＯＣ／ＣＳＦが、壁流フィルター上の２つ以上のウォッシュコートの形態であり、５：１超の白金：パラジウムの比で、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む壁流フィルターの全長にわたって延在する、第１のウォッシュコートと、５：１超の白金：パラジウムの比および５０ｇ／フィート^３以上の負荷で、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む壁流フィルターの全長未満にわたって上流入口端から延在する、第２のウォッシュコートとを含む、実施形態１～１７のいずれかに記載のシステム。

実施形態１９：第１のＡＭＯｘ触媒が、第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通しており、第１のＡＭＯｘ触媒が、第３のＳＣＲ触媒と一体化されている、実施形態１～１８のいずれかに記載のシステム。

実施形態２０：第２のＳＣＲ触媒が、上流入口端および下流出口端を有し、入口端からＳＣＲ触媒の全長未満まで延在する鉄促進化分子篩を含み、出口端からＳＣＲ触媒の全長未満まで延在する銅促進化分子篩を含む、実施形態１～１９のいずれかに記載のシステム。

実施形態２１：鉄促進化分子篩が、Ｆｅ－ＣＨＡであり、銅促進化分子篩が、Ｃｕ－ＣＨＡである、実施形態１～２０に記載のシステム。

実施形態２２：エンジンが、希薄燃焼エンジンである、実施形態１～２１のいずれかに記載のシステム。

実施形態２３：エンジンが、ディーゼルエンジンである、実施形態１～２２のいずれかに記載のシステム。

実施形態２４：排気ガス流を処理する方法であって、排気ガス流中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減されるように、排気ガス流を実施形態１～２３のいずれかに記載のシステムと接触させることを含む、方法。

本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下に簡潔に説明される添付の図面とともに以下の詳細な説明を閲読することで明らかになるだろう。本発明は、上記の実施形態の２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の任意の組み合わせ、および本開示に記載の任意の２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の特徴または要素の組み合わせを、そのような特徴または要素が、本明細書の特定の実施形態の説明で明示的に組み合わされているか否かに関わらず含む。本開示では、別段文脈が明らかに指示しない限り、本開示の発明の分離可能ないかなる特徴または要素も、その様々な態様および実施形態のいずれかにおいて、組み合わせ可能であることが意図されると見なされるべきであるように、全体として読み取られることが意図される。本発明の他の態様および利点は、以下で明らかになるだろう。

本発明の実施形態の理解を提供するために、添付図面が参照され、これらは、必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、参照番号は、本発明の例示的な実施形態の構成要素を指す。図面は単なる例示であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

本開示によって企図される例示的な排気ガス処理システム構成である。 本開示によって企図される例示的な排気ガス処理システム構成である。 本開示によって企図される例示的な排気ガス処理システム構成である。 本開示によって企図される例示的な排気ガス処理システム構成である。 本開示によって企図される例示的な排気ガス処理システム構成である。 本開示によって企図される例示的な排気ガス処理システム構成である。 本発明による触媒ウォッシュコート組成物を含み得る蜂巣型基材の斜視図である。 図１と比較して拡大し、かつ図１の基材担持体の端面に平行な平面に沿って切り取った部分断面図であり、図１に示される複数のガス流路の拡大図を示す。 図１と比較して拡大した断面の破断図であり、図１の蜂巣型基材は、壁流フィルター基材のモノリスを表す。 本開示による比較および本発明の排気ガス処理システムの描写である。 本開示による比較および本発明の排気ガス処理システムの描写である。 本開示による比較および本発明の排気ガス処理システムの描写である。 本開示による比較および本発明の排気ガス処理システムの描写である。 本開示による比較および本発明の排気ガス処理システムの描写である。 本開示による比較および本発明の排気ガス処理システムの描写である。 上流ＳＣＲを有しない比較システムのＤＯＣ入口およびＳＣＲ－１での排気温度のプロットである。 上流ＳＣＲを有しない比較システムのＣＳＦ出口でのＢＳＮＯｘのプロットである。 上流ＳＣＲ触媒を有しない比較システムのＮＯｘ速度と比較した尿素噴射速度を示す。 ソークありの８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）にわたる、上流密結合ＳＣＲ／ＡＭＯｘを含む本発明のシステムの排気温度トレースのプロットである。 上流密結合ＳＣＲ／ＡＭＯｘ（ＮＳＲ＝０．５）を含む本発明のシステムのＣＳＦ出口でのＢＳＮＯｘのプロットである。 上流密結合ＳＣＲ／ＡＭＯｘ（ＮＳＲ＝０．５）を含む本発明のシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルのプロットである。 上流密結合ＳＣＲ／ＡＭＯｘ（ＮＳＲ＝０．７）を含む本発明のシステムのＣＳＦ出口でのＢＳＮＯｘのプロットである。 上流密結合ＳＣＲ／ＡＭＯｘ（ＮＳＲ＝０．７）を含む本発明のシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルのプロットである。 ２回のＦＴＰサイクル（ソークあり）にわたる、比較ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムのＳＣＲ入口およびＳＣＲ－ＡＭＯｘ入口での経時的な排気温度のプロットである。 ２回のＦＴＰサイクル（ソークあり）にわたる、標準的な（比較）ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムの経時的な排気ガス流量のプロットである。 ８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）および６回のＷＨＴＣにわたって分析した、標準的な（比較）ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムのＢＳＮＯｘおよびＮＯｘ変換のプロットである。 ８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）および６回のＷＨＴＣにわたって分析した、標準的な（比較）ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルのプロットである。 ２回のＦＴＰサイクル（ソークあり）にわたる、上流ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘを含む本発明の排気ガス処理システムの様々な位置での経時的な排気温度のプロットである。 ８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）および６回のＷＨＴＣにわたって分析した、本発明のＳＣＲ－ＡＭＯｘ／ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムのＢＳＮＯｘおよびＮＯｘ変換のプロットである。 ８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）および６回のＷＨＴＣにわたって分析した、本発明のＳＣＲ－ＡＭＯｘ／ＤＯＣ／ＳＣＲ／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルのプロットである。 ２回のＦＴＰサイクル（ソークあり）にわたる、上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘを含む本発明の排気ガス処理システムの様々な位置での経時的な排気温度のプロットである。 ８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）および６回のＷＨＴＣにわたって分析した、本発明の床下ＳＣＲ／ＡＭＯｘ含有システム、すなわち、ＳＣＲ－ＡＭＯｘ／ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムのＢＳＮＯｘおよびＮＯｘ変換のプロットである。 ８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）および６回のＷＨＴＣにわたって分析した、本発明の床下ＳＣＲ／ＡＭＯｘ含有システム、すなわち、ＳＣＲ－ＡＭＯｘ／ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＳＣＲ－ＡＭＯｘシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルのプロットである。 ｇ／ＫＷｈでの、比較（ＨＤＤ）システムならびに２つの本発明のシステム（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘを有するＨＤＤシステムならびにｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘおよびゾーン化ＣＳＦを有するＨＤＤシステム）にわたる、ベースラインＢＳＮＯｘのグラフである。 ｇ／ｂｈｐｈでの、比較（ＨＤＤ）システムならびに２つの本発明のシステム（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘを有するＨＤＤシステムならびにｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘおよびゾーン化ＣＳＦを有するＨＤＤシステム）にわたる、ベースラインＢＳＮＯｘのグラフである。 比較（ＨＤＤ）システムならびに２つの本発明のシステム（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘを有するＨＤＤシステムならびにｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘおよびゾーン化ＣＳＦを有するＨＤＤシステム）にわたる、ベースラインＢＳＮ_２Ｏのグラフである。 比較（ＨＤＤ）システムならびに２つの本発明のシステム（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘを有するＨＤＤシステムならびにｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘおよびゾーン化ＣＳＦを有するＨＤＤシステム）にわたる、ＮＯｘ変換のグラフである。 新鮮な条件下での高温ＦＴＰ（エンジン停止ＮＳＲ＝１．９ｇ／ｂｈｐｈｒ）にわたる、排気管ＮＯｘおよびＮ_２Ｏ排出のプロットである。 酸化触媒を含有する上流ＣｕベースのＳＣＲ触媒および酸化触媒を除く上流ＣｕベースのＳＣＲ触媒の非活性化を示すプロットである。 低温で上流位置での炭化水素噴射によるＣｕ－ＳＣＲの非活性化のプロットである。 炭化水素噴射（ＨＣＩ）事象前後の上流Ｃｕ－ＳＣＲ触媒のＤｅＮＯｘ性能のプロットである。 経時的なＮＯｘ変換のプロットであり、数時間の模擬低負荷運転後の上流位置のＣｕ－ＣＨＡ ＳＣＲ触媒にわたる、２１５℃のＳＣＲ入口でのＤｅＮＯｘの下落を示す。 新規の触媒機能をＳＣＲ触媒に組み込んだ、ＨＣＩ事象前後の２００℃での上流Ｃｕ－ＳＣＲ触媒のＤｅＮＯｘ性能のプロットであり、これは、そのような低温でのＨＣＩ事象による有意な非活性化を示さない。 数時間の模擬低負荷運転後の上流位置のＣｕ－ＣＨＡ ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒にわたる、ならびにバナジウム含有ＳＣＲ（Ｖ－ＳＣＲ）およびＣｕ－ＣＨＡ ＡＭＯｘにわたる、２００℃でのＮＯｘ変換に関するデータを提供し、Ｖ－ＳＣＲ／Ｃｕ－ＣＨＡ－ＡＭＯｘシステムのより高い堅牢性を示す。 上流Ｖ－ＳＣＲ触媒にわたる、ＨＣＩ事象に関連するデータのプロットである。 ＨＣＩ事象前後のＶ－ＳＣＲ触媒にわたる、ＤｅＮＯｘ活性のプロットである。

本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は、以下の説明に記載の構築またはプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行することができる。本明細書の本発明は、特定の実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は、本発明の原理および用途の単なる例示であることを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に対して様々な修正および変更を行うことができることは、当業者には明らかであるだろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内にある修正および変更を含むことが意図される。

本明細書全体を通して、「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、または「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、または「一実施形態では（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」などの語句が本明細書全体を通して様々な箇所に出現しても、必ずしも本発明の同じ実施形態を指すわけではない。さらに、１つ以上の実施形態では、特定の特徴、構造、材料、または特性は、任意の好適な方法で組み合わせることができる。「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」という冠詞は、本明細書では、その冠詞の文法的目的語の１つまたは２つ以上（すなわち、少なくとも１つ）のを指すために使用される。本明細書に引用される範囲はいずれも、包括的である。本明細書全体を通して使用される「約」という用語は、小さな変動を説明し、釈明するために使用される。例えば、「約」という用語は、例えば、±２％以下、±１％以下、±０．５％以下、±０．２％以下、±０．１％以下、または±０．０５％以下などの、±５％以下を指し得る。全ての数値は、明示的に示されているか否かに関わらず、「約」という用語によって修飾される。もちろん、「約」という用語によって修飾される値には、特定の値が含まれる。例えば、「約５．０」には、５．０が含まれる必要がある。

本開示で使用される用語に関して、以下の定義が提供される。

「触媒」または「触媒材料（ｃａｔａｌｙｓｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）」または「触媒材料（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）」という用語は、反応を促進する材料を指す。

本明細書で使用されているように、「触媒物品」という用語は、所望の反応の促進に使用される要素を指す。例えば、触媒物品は、基材、例えば、蜂巣基材上に、触媒種、例えば、触媒組成物を含有するウォッシュコートを含み得る。

本明細書で使用されているように、「ウォッシュコート」という用語は、処理されるガス流の通過を可能にするのに十分に多孔性である担持体基材材料（蜂巣型担持体部材など）に塗布される、触媒または他の材料の薄い接着性コーティングの当該技術分野におけるその通常の意味を有する。当該技術分野で理解されているように、ウォッシュコートは、スラリー中の粒子の分散物から得られ、これは、基材に塗布、乾燥、および焼成されて、多孔性ウォッシュコートを提供する。

本明細書で使用されているように、「流」という用語は、広義的には、固体または液体の微粒子状物質を含み得る流動ガスの任意の組み合わせを指す。「ガス状流」または「排気ガス流」という用語は、エンジンの排気などのガス状成分の流を意味し、これは、液滴および固体微粒子などの同伴した非ガス状構成要素を含有してもよい。エンジンの排気ガス流は、典型的には、燃焼生成物、不完全燃焼生成物、窒素酸化物、可燃性および／または炭素質粒子状物質（すす）、ならびに未反応の酸素および窒素をさらに含む。

本明細書で使用されているように、「層」および「層状」という用語は、例えば、基材などの表面上に支持された構造を指す。

「実質的に」は、少なくとも約９０％、例えば、少なくとも約９５％、少なくとも約９８％、少なくとも約９９％、または少なくとも約９９．５％の量を指す。

白金族金属（ＰＧＭ）構成要素は、ＰＧＭ、より具体的には、Ｐｔ、Ｐｄ、および／またはＲｈを含む任意の化合物を指す。例えば、特定の実施形態では、ＰＧＭは、実質的に（例えば、少なくとも約９０重量％）もしくは完全に金属形態（ゼロ価）であってもよく、またはＰＧＭは、酸化物形態であってもよい。ＰＧＭ構成要素への参照は、ＰＧＭが任意の価状態で存在することを可能にする。

「ＢＥＴ表面積」は、その通常の意味を有し、Ｎ_２吸着測定によって表面積を決定するためのブルナウアー－エメット－テラー法を指す。別段明記しない限り、「表面積」は、ＢＥＴ表面積を指す。

触媒材料または触媒ウォッシュコートにおける「担体」は、沈殿、会合、分散、含浸、または他の好適な方法を通して、触媒（例えば、貴金属、安定剤、促進剤、および結合剤などを含む）を受け取る材料を指す。

「耐火性金属酸化物担体」は、本開示に従って使用され得る例示的な種類の担体であり、バルクアルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア、シリカ、マグネシア、ネオジミア、およびそのような用途で既知である他の材料が含まれる。そのような材料は、得られる触媒物品に耐久性を提供すると考えられている。

本明細書で使用されているように、ゼオライトおよび他のゼオライト骨格材料（例えば、同形置換材料）などの「分子篩」という用語は、粒子状形態で、特定の触媒材料、例えば、白金族金属を支持し得る材料を指す。分子篩は、一般に四面体型の部位を含有し、かつ実質的に均一な細孔分布を有する、広範な三次元網目構造の酸素イオンに基づく材料である。本明細書で有用な例示的な分子篩は、平均細孔径が２０Å以下である微孔性材料である。分子篩の細孔径は、環径によって定義される。

本明細書で使用されているように、「ゼオライト」という用語は、ケイ素およびアルミニウム原子を含む、分子篩の特定の例を指す。ゼオライトは、ゼオライトの種類ならびにゼオライト格子に含まれるカチオンの種類および量に応じて、直径が約３～１０オングストロームの範囲である、かなり均一な細孔径を有する結晶性材料である。ゼオライトは一般に、２以上のシリカ対アルミナ（ＳＡＲ）のモル比を含む。

「八環」ゼオライトという語句は、八環細孔開口部および二重六環二次構造単位を有し、かつ四環（ｓ４ｒ）による二重六環（ｄ６ｒ）構造単位の接続から生じるケージ様構造を有する、ゼオライトを指す。ゼオライトは、二次構造単位（ＳＢＵ）および複合構造単位（ＣＢＵ）からなり、多くの異なる骨格構造で生じる。二次構造単位は、１６個までの四面体原子を含有し、キラルではない。複合構造単位は、アキラルである必要はなく、骨格全体の構築に必ずしも使用可能であるわけではない。例えば、ゼオライトの１つの群は、その骨格構造内に一重四環（ｓ４ｒ）複合構造単位を有する。四環において、「四」は、四面体のケイ素およびアルミニウム原子の位置を示し、酸素原子は、四面体原子の間に位置している。他の複合構造単位は、例えば、一重六環（ｓ６ｒ）単位、二重四環（ｄ４ｒ）単位、および二重六環（ｄ６ｒ）単位を含む。ｄ４ｒ単位は、２個のｓ４ｒ単位を結合することによってもたらされる。ｄ６ｒ単位は、２個のｓ６ｒ単位を結合することによってもたらされる。ｄ６ｒ単位には、１２個の四面体原子がある。ｄ６ｒ二次構造単位を有するゼオライト構造型は、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＭＴ、ＥＲＩ、ＦＡＵ、ＧＭＥ、ＪＳＲ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＴＬ、ＬＴＮ、ＭＯＺ、ＭＳＯ、ＭＷＷ、ＯＦＦ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＦＷ、ＳＳＦ、ＳＺＲ、ＴＳＣ、およびＷＥＮを含む。

「高表面積の耐火性金属酸化物担体」という用語は、具体的には、２０Å超の細孔および広い細孔分布を有する担体粒子を指す。高表面積の耐火性金属酸化物材料、例えば、「ガンマアルミナ」または「活性化アルミナ」とも称されるアルミナ担体材料は、典型的には、１グラムあたり６０平方メートル（ｍ^２／ｇ）を超える、しばしば約２００ｍ^２／ｇ以上までの新鮮な材料のＢＥＴ表面積を示す。そのような活性化アルミナは通常、アルミナのガンマ相とデルタ相との混合物であるが、相当量のエータ、カッパ、およびシータアルミナ相も含有してもよい。

「希土類金属酸化物」は、元素周期表で定義されているように、スカンジウム、イットリウム、およびランタン系列の１つ以上の酸化物を指す。希土類金属酸化物は、例示的な酸素吸蔵構成要素および／または促進剤材料であり得る。好適な酸素吸蔵構成要素の例には、セリア、プラセオジミア、またはそれらの組み合わせが含まれる。セリアの送達は、例えば、セリア、セリウムおよびジルコニウムの混合酸化物、ならびに／またはセリウム、ジルコニウム、および他の希土類元素（複数可）の混合酸化物を使用することによって達成することができる。好適な促進剤には、ランタン、タングステン、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、イットリウム、プラセオジム、サマリウム、ハフニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される１つ以上の希土類金属の１つ以上の非還元性酸化物が含まれる。

「アルカリ土類金属酸化物」は、例示的な安定剤材料である、第ＩＩ族金属酸化物を指す。好適な安定剤には、金属が、バリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される、非還元性金属酸化物が含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、安定剤は、バリウムおよび／またはストロンチウムの１つ以上の酸化物を含む。

「ウォッシュコート」は、蜂巣フロースルーモノリス基材またはフィルター基材などの耐火性基材に塗布される触媒材料またはその他の材料の薄い接着性コーティングであり、これは、処理されるガス流がそれを通過することを可能にするのに十分に多孔性である。したがって、「ウォッシュコート層」は、担体粒子を含むコーティングとして定義される。「触媒ウォッシュコート層」は、触媒構成要素を含浸させた担体粒子からなるコーティングである。

「モノリシック基材」は、均質かつ連続的な単位構造であり、別個の基材片をともに貼り付けることによって形成されたものではない。

「選択触媒還元」（ＳＣＲ）は、適切な量の酸素の存在下で、還元剤による窒素酸化物の触媒還元を使用する。還元剤は、例えば、炭化水素、水素、尿素、および／またはアンモニアであり得る。例えば、アンモニアの存在下でのＳＣＲ反応は、以下の２つの反応に従って、主に窒素および蒸気の形成を伴って生じる。
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ。

「ＡＭＯｘ」は、アンモニア酸化触媒を指し、これは、排気システム内の過剰なアンモニアを窒素（Ｎ_２）に変換するのに好適な１つ以上の金属を含有する触媒であり、これは一般に、担体材料上に支持される。

排気ガス処理システム
上記のように、一実施形態では、本開示は、２つ以上の触媒の組み合わせ、ならびに具体的には、上流ＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒と、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）、追加のＳＣＲ触媒、および／または追加のＡＭＯｘ触媒のうちの１つ以上との組み合わせを提供する。本明細書で一般に用いられているように、「下流」は、システム内の２つ以上の構成要素の互いに対する相対的な位置付けを指し、システムを通る典型的なガス流方向（すなわち、ガス流が、「上流」構成要素に接触した後に「下流」構成要素に接触する）によるそのような位置付けを説明する。

特定の例示的な実施形態では、排気ガス処理システムは、図１Ａ～１Ｄに示される構成によって表される。これらの図では、ガス状汚染物質（例えば、粒子状物質、未燃炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物）を含有する排気ガス流は、黒色の矢印によって表され、示されるように、上流ＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒に直接入る。いくつかの実施形態では、上流ＳＣＲまたは上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘは、床下位置にある。

特定の好ましい実施形態では、上流ＳＣＲまたは上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、「密結合」位置にある。これらのシステムの文脈では、「密結合」位置は、当該技術分野で一般に意図されるように、すなわち、従来の「床下」位置（車両の床下）よりもエンジンに近くあると理解される。一般に、これに限定されないが、そのような「密結合」位置は、エンジン室内、すなわち、車両のボンネット下、かつ排気マニホールドに隣接しており、そのような位置では、密結合触媒は一般的に、エンジンが暖機した直後にエンジンを出る高温の排気ガスに曝露されている（したがって、コールドスタート時、すなわち、周囲条件からエンジンを始動した直後の期間中の炭化水素排出の低減にしばしば役立つ）。本明細書の様々な実施形態では、上流ＳＣＲまたは上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘの説明に使用される「密結合」という用語は、例えば、尿素噴射、能動的再生のための燃料噴射などのために十分な空間を残すように、およびいくつかの実施形態では、（例えば、車両上の十分な空間利用可能性を確保するために、より小さなＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘを必要とし得る）真密結合ＤＯＣのために十分な空間を残すように、エンジンの十分近くに取り付けられることを意味する。本開示の排出処理システム内の上流ＳＣＲまたは上流ＳＣＲ ＡＭＯｘ触媒は一般に、ＤＯＣまたはゾーン化ＣＳＦのすぐ上流に取り付けられる。

構成要素は、個々の構成要素として示されているが、いくつかの実施形態では、隣接する触媒を、単一の基材上で組み合わせてもよい（例えば、いくつかの実施形態では、ＤＯＣをＣＳＦと関連付けてもよい）ことを理解されたい。上流ＳＣＲまたは上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒に加えて、本発明の排気ガス処理システムは、図１に例示されるように、ＮＯｘ排出をさらに低減するための１つ以上の下流ＳＣＲ触媒または下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を含み得る。図１には明示的に示されていないが、典型的には、還元剤インジェクターは、ＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒のすぐ上流（すなわち、入口近く）に位置付けられることを理解されたい。ＳＣＲおよびＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒が一体化される（例えば、単一の基材上で組み合わされる）実施形態では、単一の還元剤インジェクターが、一体型触媒構成要素にとって十分であり得る。

図１Ａは、第１の／上流ＳＣＲ触媒、続いて下流ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、下流触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）、および下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を描写する。図１Ｂは、第１の／上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒、続いて下流ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、下流触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）、および第２の下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を描写する。図１Ｃは、第１の／上流ＳＣＲ触媒、続いて下流ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、下流触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）、第２の下流ＳＣＲ触媒、および下流ＡＭＯｘ触媒を描写する。図１Ｄは、第１の／上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒、続いて下流ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、下流触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）、下流ＳＣＲ触媒、および下流ＡＭＯｘ触媒を描写する。図１Ｅは、第１の／上流ＳＣＲ触媒、続いて下流ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、下流触媒付きすすフィルター（ＣＳＦ）、下流ＳＣＲ触媒、および下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を描写する。図１Ｆは、第１の／上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒、続いて下流ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、下流触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）、下流ＳＣＲ触媒、および下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を描写する。これらの図に描写されているシステム内の上流ＳＣＲ触媒および上流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、密結合にあっても、床下位置にあってもよい。

本開示の排気ガス処理システム内のそのような触媒は、別個の基材上にあっても、単一の基材上に（例えば、ゾーン化構成で）提供されてもよい。所望の目的（複数可）に役立つのに好適な触媒組成物は、本明細書で以下に一般に開示されるように、変動する可能性がある。

上流ＳＣＲ（またはＳＣＲ／ＡＭＯｘ）触媒
本明細書で上記に言及されているように、本開示のシステムは一般に、ＳＣＲ触媒またはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒（本明細書では「上流」ＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒と称される）を含む。上流ＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、典型的には、それらの間にいかなる介在する触媒もなく、エンジンからの排気ガス流を受け取るように位置付けられる。いくつかの実施形態では、上流ＳＣＲ触媒またはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、床下位置にある（本明細書では「ｕｆ－ＳＣＲ」または「ｕｆ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ」と称される）。いくつかの実施形態では、上流ＳＣＲ触媒またはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、密結合位置にある（本明細書では「ｃｃ－ＳＣＲ」触媒または「ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ」触媒と称される）。本明細書で使用されているように、「選択触媒還元」（ＳＣＲ）という用語は、窒素性還元剤を使用して、窒素酸化物を二窒素（Ｎ_２）に還元する触媒プロセスを指す。本明細書で使用されているように、「窒素酸化物」および「ＮＯ_ｘ」という用語は、窒素酸化物を表す。

本明細書で以下に説明されているように、上流ＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の組成は、変動する可能性がある。さらに、例示的なＳＣＲおよびＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒組成物は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｙｒｎｅに対する米国特許第４，９６１，９１７号およびＳｐｅｒｏｎｅｌｌｏらに対する同第５，５１６，４９７号に説明されている。ＳＣＲ触媒は、例えば、１つ以上の金属酸化物（例えば、混合酸化物）、分子篩（例えば、金属促進化分子篩）、またはそれらの組み合わせを含み得る。

いくつかの実施形態では、上流ＳＣＲ触媒は、１つ以上の分子篩材料を含む。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒材料は、金属促進剤を含有する８員環小細孔分子篩を含む。本明細書で使用されているように、「小細孔」は、例えば、約５オングストロームよりも小さい（例えば、約２～５Å、約２～４Å、約３～５Å、または約３～４Å、例えば、約３．８オングストローム）細孔開口部を指す。１つの特定の８員環小細孔分子篩は、８員環小細孔ゼオライトである。

いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒材料は、ｄ６ｒ単位を含むゼオライトを含む。したがって、１つ以上の実施形態では、ＳＣＲ触媒材料は、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＭＴ、ＥＲＩ、ＦＡＵ、ＧＭＥ、ＪＳＲ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＴＬ、ＬＴＮ、ＭＯＺ、ＭＳＯ、ＭＷＷ、ＯＦＦ、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ、ＳＢＳ、ＳＢＴ、ＳＦＷ、ＳＳＦ、ＳＺＲ、ＴＳＣ、ＷＥＮ、およびそれらの組み合わせから選択される構造型を有するゼオライトを含む。特定の具体的な実施形態では、ＳＣＲ触媒材料は、ＣＨＡ、ＡＥＩ、ＡＦＸ、ＥＲＩ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される構造型を有するゼオライトを含む。さらに具体的な実施形態では、ＳＣＲ触媒材料は、ＣＨＡおよびＡＥＩから選択される構造型を有するゼオライトを含む。１つ以上の非常に具体的な実施形態では、ＳＣＲ触媒材料は、ＣＨＡ構造型を有するゼオライトを含む。

特定の実施形態では、ＳＣＲ触媒材料は、（Ｃａ，Ｎａ_２，Ｋ_２，Ｍｇ）Ａｌ_２Ｓｉ_４Ｏ_１２・６Ｈ_２Ｏによって表される近似式を有するゼオライト群の天然に存在するテクトケイ酸塩鉱物であるゼオライトチャバサイト（例えば、ケイ酸カルシウムアルミニウム水和物）を含む。本明細書に開示されるＳＣＲ触媒に用途が見出され得るゼオライトチャバサイトの３つの合成形態は、参照により本明細書に組み込まれる、１９７３年にＪｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓにより発行されたＤ．Ｗ．Ｂｒｅｃｋによる「Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｅｓ」に説明されている。Ｂｒｅｃｋによって報告された３つの合成形態は、それらの全てが参照により本明細書に組み込まれる、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｐ．２８２２（１９５６），Ｂａｒｒｅｒ ｅｔ ａｌに説明されているゼオライトＫ－Ｇ、英国特許第８６８，８４６号（１９６１）に説明されているゼオライトＤ、およびＭｉｌｔｏｎに対する米国特許第３，０３０，１８１号に説明されているゼオライトＲである。ゼオライトチャバサイトの別の合成形態であるＳＳＺ－１３の合成は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｚｏｎｅｓに対する米国特許第４，５４４，５３８号に説明されている。チャバサイト構造を有するさらに別の合成分子篩であるＳＡＰＯ－４４の作製方法は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｉｕらに対する米国特許第６，１６２，４１５号に説明されている。

ＳＣＲ触媒材料として有用な分子篩におけるシリカ対アルミナの比は、広範囲にわたって変動する可能性がある。１つ以上の実施形態では、ＳＣＲ触媒材料として有用な分子篩は、５～２５０、５～２００、５～１００、および５～５０を含む、２～３００の範囲内のシリカ対アルミナのモル比（ＳＡＲ）を有する。１つ以上の特定の実施形態では、分子篩は、１０～２００、１０～１００、１０～７５、１０～６０、１０～５０、１５～１００、１５～７５、１５～６０、１５～５０、２０～１００、２０～７５、２０～６０、および２０～５０の範囲内のシリカ対アルミナのモル比（ＳＡＲ）を有する。より具体的な実施形態では、直前のＳＡＲ範囲のいずれかを有する分子篩に関して、分子篩の球状粒子は、約１．０～約５ミクロン、およびより具体的には約１．０～約３．５ミクロンの範囲内の粒径ｄ５０を有し、分子篩構成要素の個々の結晶は、約１００～約２５０ｎｍの範囲内の結晶サイズを有する。

アンモニアによる窒素酸化物の選択触媒還元のための、中でも特に鉄促進化および銅促進化ゼオライト触媒を含む、金属促進化ゼオライト触媒もまた、好適である。促進剤金属は、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ａｇ、およびそれらの組み合わせから選択され得る。特定の実施形態では、促進剤金属は、Ｃｕ、Ｆｅ、またはそれらの組み合わせである。ＣＨＡ構造型および１超のシリカ対アルミナのモル比を有する、金属促進化、特に銅促進化アルミノケイ酸塩ゼオライトは、近年、窒素性還元剤を使用する希薄燃焼エンジンにおける窒素酸化物のＳＣＲの触媒として、高い関心を集めている。１つ以上の実施形態では、酸化物として計算した、そのような触媒中の促進剤金属含有量は、揮発物を含まない基準で報告して、少なくとも約０．１重量％である。特定の実施形態では、促進剤金属は、Ｃｕを含み、ＣｕＯとして計算したＣｕ含有量は、いずれの場合も、揮発物を含まない基準で報告して、焼成されたゼオライト構成要素の総重量に基づいて、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５、および０．１重量％を含む、約１０重量％までの範囲内である。特定の実施形態では、ＣｕＯとして計算したＣｕ含有量は、約１～約４重量％の範囲内である。

ＳＣＲ触媒材料として有用であり得る別の例示的な分子篩は、アルミノリン酸塩である。アルミノリン酸塩の種類には、シリコアルミノリン酸塩（ＳＡＰＯ）、金属アルミノリン酸塩（ＭｅＡＰＯ）、および金属シリコアルミノリン酸塩（ＭｅＳＡＰＯ）が含まれる。例示的なアルミノリン酸塩分子篩であるシリコアルミノリン酸塩３４（ＳＡＰＯ－３４）の合成形態の合成は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｏｋらに対する米国特許第４，４４０，８７１号およびＶａｎ Ｄｅｎらに対する同第７，２６４，７８９号に説明されている。さらに別の合成分子篩であるＳＡＰＯ－４４の作製方法は、参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｉｕらに対する米国特許第６，１６２，４１５号に説明されている。

いくつかの実施形態では、本開示の排気処理システムの上流ＳＣＲ触媒は、金属酸化物、例えば、混合酸化物を含む。本明細書で使用されているように、「混合酸化物」という用語は、２つ以上の化学元素のカチオン、またはいくつかの酸化状態の単一元素のカチオンを含有する酸化物を指す。いくつかの実施形態では、ＳＣＲ触媒として好適な混合酸化物には、Ｆｅ／チタニア（例えば、ＦｅＴｉＯ_３）、Ｆｅ／アルミナ（例えば、ＦｅＡｌ_２Ｏ_３）、Ｍｇ／チタニア（例えば、ＭｇＴｉＯ_３）、Ｍｇ／アルミナ（例えば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_３）、Ｍｎ／アルミナ、Ｍｎ／チタニア（例えば、ＭｎＯ_ｘ／ＴｉＯ_２）（例えば、ＭｎＯ_ｘ／Ａｌ_２Ｏ_３）、Ｃｕ／チタニア（例えば、ＣｕＴｉＯ_３）、Ｃｅ／Ｚｒ（例えば、ＣｅＺｒＯ_２）、Ｔｉ／Ｚｒ（例えば、ＴｉＺｒＯ_２）、およびそれらの混合物が含まれる。ＳＣＲ触媒としての混合酸化物のさらなる例については、それら全ての全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｓｃｈａｆｅｒ－Ｓｉｎｄｅｌｉｎｄｇｅｒらに対する米国特許出願公開第２００１／００４９３３９号、およびＢｒｅｎｎａｎらに対する米国特許第４，５１８，７１０号、Ｈｅｇｅｄｕｓらに対する米国特許第５，１３７，８５５号、Ｋａｐｔｅｉｊｎらに対する米国特許第５，４７６，８２８号、Ｈｏｎｇらに対する米国特許第８，６８５，８８２号、Ｊｕｒｎｇらに対する米国特許第９，１０１，９０８号を参照されたい。

いくつかの実施形態では、上流ＳＣＲ触媒は、１つ以上のバナジウム含有構成要素を含む。そのような組成物は一般に、本明細書では「バナジアベースの組成物」と称される。そのような実施形態では、バナジウムは、例えば、遊離バナジウム、バナジウムイオン、または五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）などの酸化バナジウム（バナジア）を含むがこれらに限定されない、様々な形態であり得る。本明細書で使用されているように、「バナジア」または「酸化バナジウム」は、五酸化バナジウムを含むバナジウムの任意の酸化物を網羅することが意図される。特定の実施形態では、バナジアベースの組成物は、バナジアを含む混合酸化物を含む。混合酸化物中のバナジアの量は、変動する可能性があり、いくつかの実施形態では、混合酸化物の総重量に基づいて、約１～約１０重量パーセントの範囲である。例えば、バナジアの量は、約１０重量パーセントの上限で、少なくとも１パーセント、少なくとも２パーセント、少なくとも３パーセント、少なくとも４パーセント、少なくとも５パーセント、もしくは少なくとも６パーセント、または約１重量パーセントの下限で、１０パーセント以下、９パーセント以下、８パーセント以下、７パーセント以下、６パーセント以下、５パーセント以下、もしくは４パーセント以下であり得る。

アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、およびそれらの組み合わせなどの耐火性金属酸化物上に支持されたバナジウムを含む、特定の有用なＳＣＲ組成物は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｓｈｉｒａｉｓｈｉらに対する米国特許第４，０１０，２３８号およびＮａｋａｊｉｍａらに対する同第４，０８５，１９３号、ならびにＣｈｅｎら対する米国特許出願公開第２０１７／０３４１０２６号に説明されている。特定の実施形態では、上流ＳＣＲ触媒は、例えば、バナジアがその上に分散されているチタニアの形態で、バナジア／チタニア（Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２）を含む混合酸化物を含む。任意で、バナジア／チタニアを、タングステン（例えば、ＷＯ_３）で活性化または安定化して、例えば、Ｖ_２Ｏ_５およびＷＯ_３がその上に分散されているチタニアの形態で、Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２／ＷＯ_３を提供することができる。いくつかの実施形態では、バナジアは、真に混合金属酸化物の形態ではなく、むしろ、金属酸化物構成要素（例えば、チタニアおよびバナジア）は、別々の粒子として存在し得ることが留意される。そのような実施形態では、タングステンの量は、変動する可能性があり、例えば、混合酸化物の総重量に基づいて、約０．５～約１０重量パーセントの範囲であり得る。例えば、タングステンの量は、約１０重量パーセントの上限で、少なくとも０．５パーセント、少なくとも１パーセント、少なくとも２パーセント、少なくとも３パーセント、少なくとも４パーセント、少なくとも５パーセント、もしくは少なくとも６パーセント、または約０．５重量パーセントの下限で、１０パーセント以下、９パーセント以下、８パーセント以下、７パーセント以下、６パーセント以下、５パーセント以下、もしくは４パーセント以下であり得る。

例示的なバナジアベースのＳＣＲ組成物は、Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５／ＷＯ_３／ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５／ＷＯ_３／ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、構成要素を含み得る。追加のバナジウム含有ＳＣＲ触媒組成物は、例えば、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｌｉｎｄｓｅｙに対する米国特許第４，７８２，０３９号およびＳｃｈｅｒｍａｎｚらに対する同第８，９７５，２０６号、ならびにＳｃｈｅｒｍａｎｚらに対する国際出願公開第ＷＯ２０１０／１２１２８０号に説明されている。

特定のバナジアベースのＳＣＲ組成物は、他の活性構成要素（例えば、他の金属酸化物）を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、本開示のシステムにおける使用に好適なバナジアベースのＳＣＲ組成物は、バナジアおよびアンチモンを含む。特定の実施形態では、そのようなバナジアベースのＳＣＲ組成物は、耐火性金属酸化物（例えば、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＷＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ２、またはそれらの組み合わせ）上に支持され得る、バナジアおよびアンチモンを含む複合酸化物を含む。バナジアおよびアンチモンを含む例示的なバナジアベースのＳＣＲ組成物は、それら全ての全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｉｎｏｕｅらに対する米国特許第４，２２１，７６８号、Ｚｈａｏらに対する国際出願公開第ＷＯ２０１７／１０１４４９号、ならびに２０１６年１２月３０日に提出された国際出願第ＰＣＴ／ＣＮ２０１６／１１３６３７号、２０１５年４月１７日に提出された同第ＰＣＴ／ＣＮ２０１５／０７６８９５号、および２０１５年１２月１７日に提出された同第ＰＣＴ／ＣＮ２０１５／０９７７０４号に開示されている。

いくつかの実施形態では、上流ＳＣＲ触媒は、バナジアベースの組成物を有利に含むが、これは、そのような組成物が、例えば、ＣｕベースのＳＣＲ組成物よりも低い固有Ｎ_２Ｏ生産を示し得ることが見出されているためである。特定の実施形態では、上流ＳＣＲ触媒は、バナジウムベースのＳＣＲ組成物と分子篩との混合物を含む。

いくつかの実施形態では、上流ＳＣＲ触媒は、一体型ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の形態であり得る。アンモニア酸化（ＡＭＯｘ）は一般に、ＮＨ_３が酸素と反応して、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、または好ましくはＮ_２を生成するプロセスを指す。例示的なＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｃａｕｄｌｅに対する米国特許第８，５２４，１８５号、Ｂｏｏｒｓｅに対する同第８，２８３，１８２号、およびＳｐｅｒｏｎｅｌｌｏらに対する同第５，５１６，４９７号に説明されている。好適なＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、ＳＣＲ触媒およびＡＭＯｘ触媒が少なくとも部分的に分離されるように、ゾーン化または層状化され得る。例えば、特定の実施形態では、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒であって、ＳＣＲ触媒が、入口端および出口端を有する基材上にあり、ＳＣＲ触媒が、入口（上流）端に位置しており、ＡＭＯｘ触媒が、出口（下流）端に位置している、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒が提供される。他の実施形態では、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、ＡＭＯｘ触媒を含む底部コートと、ＳＣＲ機能性を有する上部コートとを含み得る。いくつかの実施形態では、ＡＭＯｘ触媒組成物は、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長未満にわたって延在し、ＳＣＲ触媒組成物は、（例えば、上部ウォッシュコートとしての）ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長にわたって延在する。これらの相対的な位置は、ＡＭＯｘ触媒がＳＣＲ触媒からスリップしたアンモニアを除去することを有利に可能にする。

ＡＭＯｘ触媒の組成は、特に限定されず、この目的に好適であることが既知である様々な組成を、本開示の排気ガス処理システムの文脈で用いることができる。１つ以上の実施形態によれば、ＡＭＯｘ触媒は、排気ガス流からのアンモニアの除去に有効である、支持された貴金属構成要素である。１つ以上の実施形態では、貴金属構成要素は、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀、または金を含む。特定の実施形態では、貴金属構成要素は、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウム、白金、銀、および金の物理的混合物ならびに化学的および原子的にドープされた組み合わせを含む。特定の実施形態では、ＡＭＯｘ触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、またはそれらの組み合わせなどの白金族金属を含む。より具体的な実施形態では、ＡＭＯｘ触媒は、白金を含む。

ＡＭＯｘ触媒の貴金属は、典型的には、例えば、高表面積の耐火性金属酸化物担体上に支持される。好適な高表面積の耐火性金属酸化物の例には、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、およびジルコニア、ならびにそれらの物理的混合物、化学的組み合わせ、および／または原子的にドープされた組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、耐火性金属酸化物は、シリカ－アルミナ、非晶質または結晶性アルミノケイ酸塩、アルミナ－ジルコニア、アルミナ－ランタナ、アルミナ－クロミア、アルミナ－バリア、およびアルミナ－セリアなどの混合酸化物を含有してもよい。例示的な耐火性金属酸化物は、約５０～約３００ｍ^２／ｇの比表面積を有する高表面積のγ－アルミナを含む。

任意で、ＡＭＯｘ触媒は、ゼオライトまたは非ゼオライト分子篩を含んでもよく、これは、上流ＳＣＲ触媒に関して上記に列挙した骨格構造のいずれか１つを有してもよい。ＡＭＯｘ触媒に含めるのに好適な骨格構造には、ＣＨＡ、ＦＡＵ、ＢＥＡ、ＭＦＩ、およびＭＯＲ型のものが含まれるが、これらに限定されない。一実施形態では、分子篩構成要素は、酸化物に支持された白金構成要素と物理的に混合されてもよい。代替的な実施形態では、白金は、分子篩の外面上、またはそのチャネル、空洞、もしくはケージ内に分布していてもよい。

前述のものは、一体型ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の文脈でＡＭＯｘ触媒に言及しているが、他の実施形態では、ＡＭＯｘ触媒は、例えば、システムが、ＡＭＯｘ触媒が（それと一体化されているのではなく）そのすぐ下流にある状態で上流ＳＣＲ触媒を含むように、上流ＳＣＲ触媒から分離され得ることが留意される。

下流ＤＯＣ
本開示の排気ガス処理システムでは、上流ＳＣＲを出る排気ガスが、直接ＤＯＣに送られるように、ＤＯＣは、典型的には、上流ＳＣＲまたはＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒に直接隣接して（かつそのすぐ下流に）位置している。ＤＯＣは一般に、一酸化炭素（ＣＯ）、ガス状炭化水素（ＨＣ）、および排気ガス流に存在するあらゆる揮発性有機画分（ＶＯＣ）を酸化除去するために提供される。ＤＯＣの組成は、特に限定されず、この目的に好適であることが既知である様々な組成を、本開示の排気ガス処理システムの文脈で用いることができる。ＤＯＣ組成物は、当該技術分野で周知であり、例えば、１つ以上の白金族金属（ＰＧＭ）および任意で１つ以上の卑金属を含み得る。典型的には、ＤＯＣは、白金および／またはパラジウムを含む。当業者は、これらの触媒組成物に組み込むのに有用な触媒量のＰＧＭを容易に理解することができる。

いくつかのそのような実施形態では、例えば、前部（上流）ゾーンにＰｔを、後部（下流）ゾーンにＰｄを局所化させるように、ＤＯＣを有利にゾーン化することができるが、他の実施形態は、そのようなゾーンを逆の構成で提供する。特定の一実施形態では、ＤＯＣは、点火機能および／または能動的再生の開始のために設計された、より低いＰｔ／Ｐｄの比を有する上流ゾーンと、より高いＰｔ／Ｐｄの比を有する下流のＮＯからＮＯ_２への酸化ゾーンとを含む。一実施形態では、ＤＯＣは、高い金属負荷（例えば、少なくとも約５０ｇ／フィート^３）を有する、アルミナ上の白金およびパラジウム（例えば、約１：１の比を有する）を含む上流ゾーンと、比較的より低い金属負荷（例えば、約２０～２４ｇ／フィート^３）を有する、より高い白金含有量を有するアルミナ上の白金およびパラジウム（例えば、約５：１のＰｔ：Ｐｄの比を有する）を含む下流ゾーンとを含む。本開示のシステムにおける使用に好適な例示的なＤＯＣ組成物は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｖｏｓｓらに対する米国特許第７，０７８，００４号およびＫａｚｉらに対する同第９，３３３，４９０号、ならびに全てＳｕｎｇらに対する国際特許出願公開第ＷＯ２０１８／０２５２０８号、同第ＷＯ２０１８／００２９０１６号、および同第ＷＯ２０１７／２１６７２８号、Ｄｕｍｂｕｙａらに対する同第ＷＯ２０１７／０１９９５８号、ならびにＧｅｒｌａｃｈに対する同第ＷＯ２００９／０７４３０８号に説明されている。

下流ＣＳＦ
ＣＳＦは、すすフィルター上に堆積された触媒を一般に含む物品である。典型的には、ＣＳＦの触媒は、捕捉されたすすの燃焼および／または排気ガス流排出の酸化に有効である。一般に、すす燃焼触媒は、すすの燃焼のための任意の既知の触媒であり得る。例えば、ＣＳＦは、未燃炭化水素およびある程度まで粒子状物質の燃焼のために、１つ以上の高表面積の耐火性酸化物（例えば、酸化アルミニウムまたはセリア－ジルコニア）でコーティングされてもよい。すす燃焼触媒は、例えば、ＮＯからＮＯ_２への酸化を促進するための１つ以上の貴金属（ＰＭ）触媒（白金、パラジウム、および／またはロジウム）を含む、酸化触媒であり得る。特定の実施形態では、ＣＳＦの触媒は、耐火性金属酸化物担体（例えば、アルミナ）上に白金およびパラジウムを含む。例示的な一実施形態では、ＣＳＦは、フィルター基材上に約４ｇ／フィート^３の負荷で４：１の比でアルミナ上に支持された白金およびパラジウムを含む、ウォッシュコートを含む。本明細書で以下に概説されているように、すすフィルターは、基材に好適な任意の耐火性材料で作製することができる。フィルターは、有利には、基材の異なる部分にある排気ガスが、通路の壁を通して連通することができるフロースルー基材として定義される、壁流フィルターである。

特定の実施形態では、上記に言及したＤＯＣおよび下流ＣＳＦを、単一の基材上で組み合わせて、触媒複合ＤＯＣ／ＣＳＦ（一般的に「ゾーン化ＣＳＦ」とも称される）を提供する。そのような実施形態では、ＣＳＦは、例えば、排気ガス流に存在する、一酸化炭素（ＣＯ）、ガス状炭化水素（ＨＣ）、およびあらゆる揮発性有機画分（ＶＯＣ）の酸化除去に有効なＤＯＣ触媒と、すす／粒子状物質の燃焼に有効な触媒とを含む、ゾーン化触媒複合体であってもよく、これらの触媒は、壁流フィルター上に堆積される。１つの例示的なＤＯＣ／ＣＳＦシステムは、能動的再生のための噴射された燃料の点火および燃焼に好適な１つ以上の構成要素を含む。例えば、ＤＯＣ／ＣＳＦは、上記に説明されているように、ＣＳＦの入口にＤＯＣコーティングを提供することによって、典型的には（上記に言及した）特定のＤＯＣ組成物に関連する燃料点火機能を有する入口ゾーンとともに設計することができ、これは、例えば、ＮＯからＮＯ_２への酸化のための、その上に全長のアルミナに支持されたＰｔ／Ｐｄ層を有することで、フィルター内での受動的すす燃焼を促進し、かつ下流ＳＣＲ１触媒上でのＮＯｘ還元反応を促進するための出口ＮＯ_２を提供する。本発明での使用に好適な追加のＤＯＣ／ＣＳＦシステムには、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、Ｖｏｓｓらに対する米国特許第８，８００，２６８号およびＰｕｎｋｅらに対する第８，８５８，９０４号に説明されているものが含まれる。

下流ＳＣＲ（ＳＣＲ１）
本明細書に開示される特定の排気ガス処理システム内の下流ＳＣＲ触媒は、例えば、上流ＳＣＲ触媒に関して上記に説明されているように、ＮＯｘ変換に好適な任意の触媒材料を含み得る。特定の好ましい実施形態では、下流ＳＣＲは、例えば、Ｃｕ－ＣＨＡおよび／またはＦｅ－ＣＨＡを含むがこれらに限定されない、金属促進化分子篩を含む。特定の実施形態では、下流ＳＣＲ触媒は、純粋なＣｕ－ＣＨＡ、純粋なＦｅ－ＣＨＡ、または同じウォッシュコート中のＣｕ－ＣＨＡとＦｅ－ＣＨＡとの混合物を含む。所望される場合、下流ＳＣＲ触媒は、Ｃｕ－ＣＨＡの上部に層状化されたＦｅ－ＣＨＡを含み得る。特定の一実施形態では、下流ＳＣＲは、２つ以上の触媒組成物でゾーン化される。例えば、下流ＳＣＲは、触媒コーティングを含む触媒複合体であって、触媒コーティングが、Ｆｅ－ＣＨＡを含有する入口ゾーンおよびＣｕ－ＣＨＡを含有する出口ゾーンを含む、触媒複合体として提供されてもよい。所望される場合、上記の下流ＳＣＲ触媒では、Ｆｅ－ＣＨＡの代わりにＦｅ－Ｂｅｔａゼオライトを使用してもよいが、本発明では、Ｆｅ－Ｂｅｔａゼオライトは、そのより小さい構造環サイズのために、ＣＨＡよりも炭化水素の吸収を受けやすいことが認識されている。

下流ＡＭＯｘ
本明細書に開示される特定の排気ガス処理システム内の下流ＡＭＯｘ触媒は、任意の上流一体型ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒のＡＭＯｘ構成要素と同じ組成を有しても、それとは異なる組成を有してもよい。繰り返すが、ＮＨ_３と酸素との反応を促進して、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、または好ましくはＮ_２を生成するのに好適な任意の組成物が、この位置で使用され得る。特定の好ましい実施形態では、下流ＡＭＯｘは、アルミナ上の白金を含む。

いくつかの実施形態では、この下流ＡＭＯｘは、一体型ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の形態である。特定の実施形態では、ＤＯＣを出る排気ガス流が、ＳＣＲ１触媒およびＡＭＯｘ触媒を含む一体型ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒に流れるように、下流ＡＭＯｘを、上記に言及したＳＣＲ１と組み合わせてもよい。例えば、図１Ａおよび１Ｂの排気ガス処理システム構成を参照されたい。

特定の例示的な実施形態では、本発明の排気ガス処理システムにおける使用に好適な下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒は、アルミナ上の白金を含む底部コートと、Ｃｕ－ＣＨＡ、Ｆｅ－ＣＨＡ、またはそれらの混合物を含む上部コートとを含む。本発明はまた、後部ＡＭＯｘゾーンと、全長ＳＣＲ上部コートとを含む、ゾーン化ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒も企図する。さらに別の例示的な構成は、全て同じ上部コート内にある、入口ＳＣＲのみのゾーンと、後部ＡＭＯＸゾーンとを含む。ＳＣＲ上部コートの乾燥利得は、変動する可能性があり、特定の実施形態では、０．８ｇ／インチ^３～３ｇ／インチ^３の範囲である。いくつかの実施形態では、代わりに、ＤＯＣを出る排気ガス流がＳＣＲ１触媒に流れ、次いでＳＣＲ１触媒から一体型ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒に流れるように、下流ＡＭＯｘは、追加のＳＣＲ触媒と組み合わされる。例えば、図１Ｅおよび１Ｆの排気ガス処理システム構成を参照されたい。

基材（複数可）
前述の触媒は、典型的には、１つ以上の基材上に支持され、１つ以上の触媒複合体（すなわち、基材上の１つ以上の層の触媒材料）を提供する。本明細書に説明される触媒材料のいずれか１つ以上の分散物を使用して、ウォッシュコートのためのスラリーを形成することができる。このスラリーには、他の白金族金属、他の担体、ならびに他の安定剤および促進剤などの任意の所望の追加の成分を添加することができる。上記に開示される触媒のいずれか２つ以上は、単一の基材上で組み合わせても、単一のコーティングされた基材として提供してもよい。

本明細書に説明される触媒組成物のための基材（複数可）は、自動車触媒の調製に典型的に使用される任意の材料から構築することができ、典型的には、金属またはセラミックの蜂巣構造を含むであろう。基材は、典型的には、触媒ウォッシュコート組成物が塗布および接着される複数の壁面を提供し、それによって触媒組成物の担持体として作用する。

例示的な金属基材には、チタンおよびステンレス鋼、ならびに鉄が実質的または主な構成要素である他の合金などの、耐熱性金属および金属合金を含むものが含まれる。そのような合金は、ニッケル、クロム、および／またはアルミニウムのうちの１つ以上を含有してもよく、これらの金属の総量は、少なくとも１５重量％の合金、例えば、１０～２５重量％のクロム、３～８重量％のアルミニウム、および２０重量％までのニッケルを有利に含んでもよい。合金はまた、マンガン、銅、バナジウム、およびチタンなどの、少量または痕跡量の１つ以上の他の金属を含有してもよい。表面または金属基材を、高温、例えば、７００℃以上で酸化させて、基材の表面上に酸化物層を形成することができ、これは、合金の耐食性を改善し、金属表面へのウォッシュコート層の接着を容易にする。

基材の構築に使用されるセラミック材料には、任意の好適な耐火性材料、例えば、コーディエライト、ムライト、コージライト－αアルミナ、窒化ケイ素、ジルコンムライト、スポジュメン、アルミナ－シリカマグネシア、ジルコンシリケート、シリマナイト、マグネシウムシリケート、ジルコン、ペタライト、αアルミナ、およびアルミノケイ酸塩などが含まれ得る。

通路が流体流に開放されるように、基材の入口から出口面まで延在する複数の微細で平行なガス流路を有するモノリシックフロースルー基材などの、任意の好適な基材を用いることができる。入口から出口への本質的に直線の経路である通路は、通路を通して流れるガスが触媒材料と接触するように、触媒材料がウォッシュコートとしてコーティングされる壁によって画定される。モノリシック基材の流路は、台形、長方形、正方形、正弦波形状、六角形、楕円形、および円形などの任意の好適な断面形状のものであり得る薄壁チャネルである。そのような構造は、約６０～約１２００以上の断面１平方インチ（ｃｐｓｉ）あたりのガス入口開口部（すなわち、「セル」）、より一般的には、約３００～６００ｃｐｓｉを含有し得る。フロースルー基材の壁厚は、変動する可能性があり、典型的な範囲は、０．００２～０．１インチである。代表的な市販のフロースルー基材は、４００ｃｐｓｉ、６ミル（０．００６インチ）の壁厚、または６００ｃｐｓｉおよび４ミル（０．００４インチ）の壁厚を有する、コーディエライト基材である。しかしながら、本発明は、特定の基材の種類、材料、または形状には限定されないことが理解されるであろう。

代替的な実施形態では、基材は、各通路が、基材本体の一端で非多孔性プラグによって閉塞され、交互の通路が反対側の端面で閉塞されている、壁流基材であってもよい。これは、基材の前部端または入口端に入るガスが、壁流基材の多孔性壁を通して流れて、基材の出口端を出ることを必要とする。そのようなモノリシック基材は、約７００ｃｐｓｉ以上まで、例えば、約１００～４００ｃｐｓｉ、およびより典型的には約２００～約３００ｃｐｓｉを含有し得る。セルの断面形状は、上記に説明されているように、変動する可能性がある。壁流基材は、典型的には、０．００２～０．１インチの壁厚を有する。代表的な市販の壁流基材は、多孔性コーディエライトから構築され、その例は、２００ｃｐｓｉおよび１０ミルの壁厚、または３００ｃｐｓｉおよび８ミルの壁厚、ならびに４５～６５％の壁の多孔度を有する。チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、および窒化ケイ素などの他のセラミック材料もまた、壁流フィルター基材として使用される。しかしながら、本発明は、特定の基材の種類、材料、または形状には限定されないことが理解されるであろう。基材が壁流基材である場合、触媒組成物は、壁の表面に配設されることに加えて、多孔性壁の細孔構造内に浸透し得る（すなわち、細孔開口部を部分的または完全に塞ぐ）ことに留意されたい。

図２および３は、本明細書に説明される触媒組成物でコーティングされたフロースルー基材の形態の例示的な基材２を例示する。図２を参照すると、例示的な基材２は、円筒形状を有し、円筒外面４、上流端面６、および端面６と同一の対応する下流端面８を有する。基材２は、内部に形成された複数の微細で平行なガス流路１０を有する。図３に見られるように、流路１０は、壁１２によって形成され、上流端面６から下流端面８まで担持体２を通して延在し、担持体２を通した、そのガス流路１０を介した長手方向の流体、例えば、ガス流の流動を許容するように、流路１０は、閉塞されていない。図３でより容易に見られるように、壁１２は、そのように、ガス流路１０が実質的に規則的な多角形形状を有するように寸法決めされ、構成されている。示されるように、触媒組成物は、所望される場合、複数の異なる層内に塗布され得る。例示される実施形態では、触媒は、担持体部材の壁１２に接着された別々の底部層１４、および底部層１４の上にコーティングされた第２の別々の上部層１６の両方からなる。本発明は、１つ以上（例えば、２、３、または４つ）の触媒層を用いて実施することができ、例示される２層の実施形態に限定されない。コーティングされた層の任意の数または配置が、可能である。本発明の酸化触媒はまた、基材上にゾーンコーティングすることもでき、これは、酸化触媒が、典型的には、他方のゾーン内の他の異なる組成の第２の触媒材料と組み合わせて、基材の入口ゾーンまたは出口ゾーンにのみ存在することを意味する。コーティングされたゾーンの任意の数または配置が、可能である。

図４は、本明細書に説明されるウォッシュコート組成物でコーティングされた壁流フィルター基材の形態の例示的な基材２を例示する。図４に見られるように、例示的な基材２は、複数の通路５２を有する。通路は、フィルター基材の内壁５３により管状に囲まれている。基材は、入口端５４および出口端５６を有する。通路は、入口端で入口プラグ５８により、出口端で出口プラグ６０により交互に塞がれて、入口５４および出口５６で逆となる市松模様を形成する。ガス流６２は、塞がれていないチャネル入口６４を通して入り、出口プラグ６０によって止められ、（多孔性である）チャネル壁５３を通して出口側６６に拡散する。ガスは、入口プラグ５８を理由に、壁の入口側に戻って通ることができない。本開示で使用される多孔性壁流フィルターは、該基材の壁が１つ以上の触媒材料をその上に有するか、またはその中に含有するという点で、触媒される。触媒材料は、基材壁の入口側のみ、出口側のみ、または入口側および出口側の両方に存在し得る。本開示は、壁における、ならびに基材の入口壁および／または出口壁上の１つ以上の層の触媒材料の使用を含む。

いくつかの実施形態では、基材は、軸方向にゾーン化された構成の２つの別個のウォッシュコートスラリーで、少なくとも２回コーティングされてもよい。例えば、同じ基材が、１つのウォッシュコートスラリーで１回、および２回目は別のスラリーでコーティングされてもよく、各ウォッシュコートは、異なる。いくつかの実施形態では、２つの別個のウォッシュコートは、別個の触媒組成物（すなわち、第１の触媒組成物および第２の触媒組成物）または同じ触媒組成物の触媒構成要素を含み得る。一実施形態では、１つの触媒構成要素が、第１に基材入口端からコーティングされて（「第１のウォッシュコートゾーン」をもたらして）もよく、別の触媒構成要素が、第２に基材出口端からコーティングされて（「第２のウォッシュコートゾーン」をもたらして）もよい。さらに別の実施形態では、１つの触媒構成要素が、第１に基材出口端からコーティングされて（「第２のウォッシュコートゾーン」をもたらして）もよく、別の触媒構成要素が、第２に基材入口端からコーティングされて（「第１のウォッシュコートゾーン」をもたらして）もよい。特定の実施形態の第１のウォッシュコートゾーンは、基材の前部端または入口端から、基材の長さの約５％～約９５％、約５％～約７５％、約５％～約５０％、または約１０％～約３５％の範囲を通して延在する。第２のウォッシュコートゾーンは、基材の後部端または出口端から、基材の総軸長の約５％～約９５％、約５％～約７５％、約５％～約５０％、または約１０％～約３５％延在する。いくつかの実施形態では、第２のウォッシュコートゾーンは、第１のウォッシュコートゾーンと少なくとも部分的に重複する。いくつかの実施形態では、第１のウォッシュコートゾーンは、第２のウォッシュコートゾーンと少なくとも部分的に重複する。他の実施形態では、２つのウォッシュコートゾーン間に有意な重複はない。

いくつかの実施形態では、基材は、２つの別個のゾーンで２種類のウォッシュコートスラリーでコーティングされてもよく、第１の触媒組成物または第１の触媒構成要素のウォッシュコートを含む第１のウォッシュコートゾーン、および第２の触媒組成物または第２の触媒構成要素のウォッシュコートを含む第２のウォッシュコートゾーンは、ゾーンが重複することなく、基材の長さに沿って並んで位置している。

この組成物のウォッシュコートまたは触媒金属構成要素または他の構成要素の量を説明する際に、触媒基材の単位体積あたりの構成要素重量の単位を使用することが好都合である。したがって、単位、１立方インチあたりのグラム（「ｇ／インチ^３」）、および１立方フィートあたりのグラム（「ｇ／フィート^３」）は、本明細書において、基材の空隙の体積を含む基材の体積あたりの構成要素重量を意味するように使用される。ｇ／Ｌなどの体積あたりの重量の他の単位もまた、使用されることがある。モノリシックフロースルー基材などの触媒基材上の触媒組成物（含浸金属および担体材料の両方を含む）の総負荷は、典型的には、約０．５～約６ｇ／インチ^３、およびより典型的には約１～約５ｇ／インチ^３である。本明細書で上記に開示される触媒中の個々の触媒構成要素の総負荷は一般に、当業者に既知である。単位体積あたりのこれらの重量は、典型的には、触媒ウォッシュコート組成物での処理の前後に触媒基材を秤量することによって計算され、処理プロセスは、高温での触媒基材の乾燥および焼成を伴うため、これらの重量は、ウォッシュコートスラリーの水の本質的に全てが除去されていることから、本質的に溶媒を含まない触媒コーティングを表すことが留意される。

触媒組成物の作製方法
金属含浸担体材料の調製は、典型的には、粒子状形態の担体材料に、（ＰＧＭ含有触媒の文脈で）白金溶液およびパラジウム溶液の１つ以上などの金属溶液を含浸することを含む。複数の金属構成要素（例えば、白金およびパラジウム）を、同時または別個に含浸させてもよく、同じ担体粒子または別個の担体粒子に含浸させてもよい。担体粒子は、典型的には、溶液の実質的に全てを吸収して、湿潤固体を形成するのに十分に乾燥している。（ＰｄもしくはＰｔ含有触媒の文脈で）硝酸パラジウムもしくは硝酸白金、テトラアンミンパラジウムもしくは硝酸白金、またはテトラアンミンパラジウムもしくは酢酸白金などの、水溶性化合物または金属構成要素（複数可）の錯体の水溶液が、典型的に使用される。別々のコロイド金属粒子を含有する溶液もまた、使用され得る。金属溶液を用いた担体粒子の処理後、粒子を高温（例えば、１００～１５０℃）で一定期間（例えば、１～３時間）熱処理することなどによって、粒子を乾燥させ、次いで焼成して、金属構成要素をより触媒的に活性な形態に変換する。例示的な焼成プロセスは、約４００～６００℃の温度の空気中で約０．５～３時間の熱処理を伴う。上記のプロセスは、所望のレベルの金属含浸に達するために、必要に応じて繰り返してもよい。得られた材料は、乾燥粉末として、またはスラリーの形態で吸蔵してもよい。乾燥および焼成は、上記に説明されているように、含浸粉末上で直接、または代替的には含浸粉末から調製されたスラリーを好適な基材上にウォッシュコートした後に達成することができる。別の実施形態では、金属は、担体材料をコーティングとして基材に塗布した後に、担体材料に添加してもよい。

基材のコーティングプロセス
上記の触媒組成物を、典型的には、水と混合して、蜂巣型基材などの触媒基材をコーティングするためのスラリーを形成する。触媒粒子に加えて、スラリーは、結合剤としてのアルミナ、炭化水素（ＨＣ）吸蔵構成要素（例えば、ゼオライト）、水溶性もしくは水分散性安定剤（例えば、酢酸バリウム）、促進剤（例えば、硝酸ランタン）、会合性増粘剤、および／または界面活性剤（アニオン性、カチオン性、非イオン性、もしくは両性界面活性剤を含む）を任意で含み得る。担体の粒径を基材へのコーティングに好適な範囲に低減するためのスラリーの粉砕が、典型的には必要とされる。特定の実施形態では、触媒材料中の望ましくない合金化をもたらし得る解離した金属イオンまたは関連する金属種の形成を回避するために、スラリーへの酸の添加を回避することもまた有利である。したがって、特定の実施形態では、触媒基材のコーティングに使用されるスラリーは、実質的または完全に酸を含まなくてもよい。スラリーの典型的なｐＨ範囲は、約３～約７である。

任意で、ディーゼルシステムでは一般的ではないが、スラリーは、炭化水素（ＨＣ）の吸着のための１つ以上の炭化水素（ＨＣ）吸蔵構成要素を含有してもよい。任意の既知の炭化水素吸蔵材料、例えば、ゼオライトまたはゼオライト様材料などの微孔性材料が使用され得る。好ましくは、炭化水素吸蔵材料は、ゼオライトである。いくつかの実施形態では、ゼオライトは、フォージャサイト、チャバサイト、クリノプチロライト、モルデナイト、シリカライト、ゼオライトＸ、ゼオライトＹ、超安定ゼオライトＹ、ＺＳＭ－５ゼオライト、オフレタイト、またはベータゼオライトなどの、天然または合成ゼオライトであり得る。好ましいゼオライト吸着剤材料は、高いシリカ対アルミナ比を有する。ゼオライトは、少なくとも約１０：１、好ましくは少なくとも約５０：１のシリカ／アルミナのモル比を有してもよく、有用な範囲は、約１０：１～１０００：１、５０：１～５００：１、および約２５：１～３００：１である。好ましいゼオライトには、ＺＳＭ、Ｙ、およびベータゼオライトが含まれる。特に好ましい吸着剤は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，１７１，５５６号に開示される種類のベータゼオライトを含み得る。存在する場合、ゼオライトまたは他のＨＣ吸蔵構成要素は、典型的には、約０．０５ｇ／インチ^３～約１ｇ／インチ^３の量で使用される。存在する場合、アルミナ結合剤は、典型的には、約０．０５ｇ／インチ^３～約１ｇ／インチ^３の量で使用される。アルミナ結合剤は、例えば、ベーマイト、ガンマ－アルミナ、またはデルタ／シータアルミナであり得る。

スラリーを粉砕して、粒子の混合および均質な材料の形成を増強することができる。コーティングに好適なレオロジーを有するスラリーを調製するために、しばしば粒径の低減が必要である。粉砕は、ボールミル、連続ミル、または他の同様の機器で達成することができ、スラリーの固形分は、例えば、約２０～６０重量％、より具体的には、約３０～４０重量％であってもよい。一実施形態では、粉砕されたスラリーは、約２０～約３０ミクロンのＤ９０粒径を特徴とする。Ｄ９０は、粒子の約９０％がより細かい粒径を有する粒径として定義される。

次いで、当該技術分野で既知のウォッシュコート技術を使用して、スラリーを触媒基材上にコーティングする。本明細書で使用されているように、「ウォッシュコート」という用語は、基材に塗布される触媒材料の薄い接着性コーティングの、当該技術分野における通常の意味を有する。一実施形態では、触媒基材は、スラリーに１回以上浸漬されるか、または別様にスラリーでコーティングされる。その後、コーティングされた基材を高温（例えば、１００～１５０℃）で一定期間（例えば、０．５～３時間）乾燥し、次いで、例えば、４００～６００℃で典型的には約１０分～約３時間加熱することによって、焼成する。乾燥および焼成の後に、最終的なウォッシュコートコーティング層は、本質的に溶媒を含まないと考えることが可能である。

焼成の後に、触媒負荷は、基材のコーティングされた重量およびコーティングされていない重量の差を計算することによって決定することができる。当業者に明らかであるように、触媒負荷は、スラリーのレオロジーを変更することによって、またはコートの数を変動させることによって修正することができる。コーティング／乾燥／焼成プロセスを、必要に応じて繰り返して、コーティングを所望の負荷レベルまたは厚さに構築することができる。触媒組成物は、単層として、または多層で塗布することができる。一実施形態では、触媒組成物は、多層で塗布され、各層は、異なる組成を有する。

排気ガスの処理方法
本開示の排気ガス処理システム（例えば、図５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、および５Ｆに描写されているものを含むがこれらに限定されない）は、粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、および一酸化炭素（ＣＯ）の低減に有効である。具体的には、上流ＳＣＲ触媒を含めることで、本開示のシステムは、上流ＳＣＲ触媒を有しない同等のシステムよりも低いＮＯｘおよびＮ_２Ｏ排出を提供することができる。

いくつかの実施形態では、本開示の排気ガス処理システムは、エンジン排気ガス中の総ＮＯｘを、上流ＳＣＲ触媒を有しない対応するシステムよりも大幅に低下させることができる。具体的には、本開示の排気ガス処理システムは、従来の排気ガス処理システムと比較して、正味ＮＯ_ｘ値を有意に低減することができる。この文脈では、「正味ＮＯ_ｘ」（ＢＳＮＯ_ｘ）という用語は、使用される所与のエンジンによって生成される仕事率（正味馬力時間（ｂｈｐｈ））で割ったＮＯ_ｘの量（グラム）を指す。いくつかの実施形態では、本発明の排気ガス処理システムは、約０．２ｇ／ＫＷｈ未満、約０．１５ｇ／ＫＷｈ未満、約０．１０ｇ／ＫＷｈ未満、約０．０９ｇ／ＫＷｈ未満、または約０．０８ｇ／ＫＷｈ未満の排気管でのＢＳＮＯｘ値を提供することができる。そのようなＢＳＮＯｘ値は、約０．１５ｇ／ｂｈｐｈ未満、約０．１２ｇ／ｂｈｐｈ未満、約０．１０ｇ／ｂｈｐｈ未満、約０．０９ｇ／ｂｈｐｈ未満、約０．０８ｇ／ｂｈｐｈ未満、または約０．０７ｇ／ｂｈｐｈ未満であるものとして説明することができる。さらに、いくつかの実施形態では、本開示のシステムを使用する排気ガスの処理は、上流ＳＣＲ触媒を有しない対応するシステムから排出されるものよりも少ないＮ_２Ｏを有する、処理された排気ガスを提供することができる。例えば、いくつかの実施形態では、本開示の排気ガス処理システムは、約０．０１８ｇ／ｂｈｐｈ未満、約０．０１７ｇ／ｂｈｐｈ未満、または約０．０１６ｇ／ｂｈｐｈ未満の正味Ｎ_２Ｏ値を提供することができる。「正味Ｎ_２Ｏ」（ＢＳＮ_２Ｏ）という用語は、使用される所与のエンジンによって生成される仕事率（正味馬力時間（ｂｈｐｈ））で割ったＮ_２の量（グラム）を指す。特定の実施形態では、本開示のシステム全体の総Ｎ_２Ｏ排出は、例えば、０．０１９ｇ／ｂｈｐｈ未満のＢＳＮ_２Ｏ値であり得る。

実験
本発明の態様は、以下の実施例によってさらに完全に例示され、これらは、本発明の特定の態様を記載するために例示されるのであって、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

実施例１－標準的なシステム
標準的な排気システムを、図５Ａに示される一般的な構造で準備し、これは、密結合ＤＯＣ、続いて下流ＣＳＦ、下流ＳＣＲ（「ＳＣＲ１」）触媒、および下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を有した。ＤＯＣは、１３インチ×６インチのフロースルー基材上に４００ｃｐｓｉおよび４ミルの壁厚でコーティングしたフロースルーＤＯＣであった。それは、アルミナ上のＰｔおよびＰｄで配合した。ＤＯＣは、総触媒長（すなわち、２インチ）の３３％である入口ゾーンでゾーン化し、入口ゾーンはであり、能動的再生のための燃料Ｌ／Ｏ機能用に設計した。ＤＯＣは、１：１の比で６０ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄを有した。後部ゾーンである触媒長の６７％（すなわち、４インチ）は、ＮＯをＮＯ_２に酸化するためのものであり、５：１の比で３０ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄを有した。このＤＯＣ上の全体的な白金族金属負荷は、４０ｇ／フィート^３（２：１の比）であった。ＣＳＦは、３００ｃｐｓｉおよび９ミルの壁厚を有する１３インチ×７インチのフィルター基材であった。フィルター基材を、アルミナ上に支持された、４：１の比で４ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄでコーティングした。ＳＣＲ１触媒は、Ｆｅ－ＣＨＡ（２．３５％のＦｅ_２Ｏ_３）の３インチの入口ゾーン、およびＣｕ－ＣＨＡ（２．３５％のＣｕＯ）の３．５インチの出口ゾーンを有する、Ｆｅ／Ｃｕ－ＣＨＡゾーン化ＳＣＲを含有した。各ゾーン内の乾燥利得（ＤＧ）は２．５ｇ／インチ^３であった。ＳＣＲ／ＡＭＯｘは、６００ｃｐｓｉ、３ミルの壁厚を有する１３インチ×５．５インチのフロースルー基材であった。それは、アルミナ上のＰｔのみ（ゾーン内、２ｇ／フィート^３）の２インチの長さの後部ＡＭＯＸ底部ゾーンコートで、ゾーン化ＳＣＲ／ＡＭＯＸ構成を有した。それはまた、２．５ｇ／インチ^３のＤＧ負荷のＣｕチャバサイト（２．３５％のＣｕＯ）の全長ＳＣＲ上部コートも有し、これもまた、後部ＡＭＯＸゾーンを被覆した。

試験は、１３リットルのＨＤＤディーゼルエンジンで路上で実施し、システム構成要素は、試験前に６５０℃で５０時間エージングした。フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光ガス分析機を、ＣＳＦ出口（ＦＴ１）、ＳＣＲ１出口（ＦＴ２）、およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（ＦＴ３）に位置付けた。直接ベンチは、エンジン出口（Ｄ２）およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（Ｄ１）にあった。この比較排気システムでは、サイクル間に２０分間のソークを行って、一連の８回の大型車両用ディーゼルトラック（ＨＤＤＴ）（連邦試験手順、ＦＴＰ）サイクルを実行した。図６に示されるように、ＤＯＣ入口およびＳＣＲ１入口の排気温度を分析し、サイクルの初期段階にわたるＳＣＲ１への排気温度は非常に低く（約１６４℃／分）、サイクルの後半段階でピーク（約２７４℃）に達するにすぎないことが見出された。ＳＣＲ１入口の低い排気温度のため、対照はサイクルのより低温の段階では尿素を噴射せず、結果として、この試験の有効サイクルＮＳＲは、ＮＯｘ変換を制限する約０．８３のレベルであった。

ＢＳＮＯｘを、ＣＳＦ出口で分析し、この試験のサイクル累積ＢＳＮＯｘレベル（ＣＳＦ出口（ベースライン）、ＳＣＲ１出口、およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（排気管））を、図７に示す。ベースライン（ＣＳＦ出口）ＢＳＮＯｘレベルは、５．３～５．４ｇ／ＫＷｈの範囲内で実行した。このシステムは、ＳＣＲ１にわたる約７０％のｄｅＮＯｘを達成して、ＢＳＮＯｘを約１．６ｇ／ＫＷｈまで低減した。ＳＣＲ／ＡＭＯＸにわたる追加の約１０％のＮＯｘ低減を達成して、排気管で約１．１３～１．０７ｇ／ＫＷｈのＢＳＮＯｘが得られた。このレベルは、所望の０．２７ｇ／ＫＷｈ（０．２ｇ／ｂｈｐｈ）のＢＳＮＯｘ制限を超えており、理論によって制限されることを意図するものではないが、この結果は、低い排気温度から生じるＮＳＲの制限によるものであると考えられる。累積ＮＯｘ速度に対する尿素噴射速度も分析し、この試験の結果を、図８に提供する。示されるように、ＮＯｘのピークが存在した場合、ＦＴＰサイクルの初期の低温相中、尿素噴射速度は、本質的にゼロであった。このシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルは、ＣＳＦ出口、ＳＣＲ１出口、およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口で非常に低いことが見出された。ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（排気管）のＢＳＮ_２Ｏでさえ、現在の提案される制限未満であった。しかしながら、ＳＣＲ－１およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒にわたるＮＯｘ変換レベルは、比較的低く、これが転じて、ＳＣＲ含有触媒にわたるＮ_２Ｏ生産を制限することが留意された。したがって、ＳＣＲ－１でのそのような非常に低い排気温度を有する試験条件下では、このシステムは、ＢＳＮＯｘの制限を満たさなかった。

実施例２－本発明のシステムＡ
排気システムを、システムの他の構成要素の上流の密結合ＳＣＲ（ｃｃ－ＳＣＲ）で、図５Ｂに示される一般的な構造で準備し、これは、密結合ＳＣＲ、続いて下流ＤＯＣ、続いて下流ＣＳＦ、下流のＳＣＲ（「ＳＣＲ１」）触媒、および下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を有した。この分析のｃｃ－ＳＣＲは、真に密結合ではなかったが、アクセスの目的で、ターボ出口から約８．５フィートだけエンジンの下流に位置していた。それにも関わらず、ｃｃ－ＳＣＲを、エンジン出口により近い位置のより高い温度を利用するように位置付けた。このシステムもまた、デュアル尿素噴射を必要とした（ｃｃ－ＳＣＲの上流での１回の噴射、およびＳＣＲ－１の上流でのもう１回の噴射）。

この試験で使用したｃｃ－ＳＣＲは、１０．５インチ×９インチの／６００／４．５ＨＰ基材上にコーティングされたゾーン化ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒であった。触媒は、２ｇ／フィート^３のＰｔのみの底部コートを有する３インチの出口ＡＭＯｘゾーンを有した。全長上部コートは、Ｃｕ－ＣＨＡ（３．２５％のＣｕＯ）を構成し、２．７５ｇ／インチ^３のＤＧを有した。ＤＯＣは、１３インチ×６インチのフロースルー基材上に４００ｃｐｓｉおよび４ミルの壁厚でコーティングしたフロースルーＤＯＣであった。それは、アルミナ上のＰｔおよびＰｄで配合した。ＤＯＣは、総触媒長（すなわち、２インチ）の３３％である入口ゾーンでゾーン化し、入口ゾーンはであり、能動的再生のための燃料Ｌ／Ｏ機能用に設計した。ＤＯＣは、１：１の比で６０ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄを有した。後部ゾーンである触媒長の６７％（すなわち、４インチ）は、ＮＯをＮＯ_２に酸化するためのものであり、５：１の比で３０ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄを有した。このＤＯＣ上の全体的な白金族金属負荷は、４０ｇ／フィート^３（２：１の比）であった。ＣＳＦは、３００ｃｐｓｉおよび９ミルの壁厚を有する１３インチ×７インチのフィルター基材であった。フィルター基材を、アルミナ上に支持された、４：１の比で４ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄでコーティングした。ＳＣＲ１触媒は、ＦｅＣＨＡの全長コートを含有した。ＳＣＲ／ＡＭＯｘは、６００ｃｐｓｉ、３ミルの壁厚を有する１３インチ×５．５インチのフロースルー基材であった。それは、アルミナ上のＰｔのみ（ゾーン内、２ｇ／フィート^３）の２インチの長さの後部ＡＭＯＸ底部ゾーンコートで、ゾーン化ＳＣＲ／ＡＭＯＸ構成を有した。それはまた、２．５ｇ／インチ^３のＤＧ負荷のＣｕチャバサイト（２．３５％のＣｕＯ）の全長ＳＣＲ上部コートも有し、これもまた、後部ＡＭＯＸゾーンを被覆した。

試験は、１３リットルのＨＤＤディーゼルエンジンで路上で実施し、システム構成要素は、試験前に６５０℃で５０時間エージングした。フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光ガス分析機を、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口、ＳＣＲ１出口、およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口に位置付けた。直接ベンチは、エンジン出口およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口にあった。この排気システムでは、サイクル間に２０分間のソークを行って、一連の８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）サイクルを再び実行した。ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ入口およびＳＣＲ１入口でのＨＤＤＴ（ＦＴＰ）サイクル７にわたる排気温度トレースの拡大図を、図９に提供する。示されるように、サイクルの最初の６０％にわたって、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ入口の温度が、ＳＣＲ１入口の温度よりも有意に高いことが観察された。サイクルの初期低温部分にわたって、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘは、下流ＳＣＲ１触媒よりも５３～６１℃高い排気温度を見た。この試験では、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘへの尿素噴射は、以下の単純なＮＯｘ後続を介したＮＳＲ－０．５でのものであった。下流ＳＣＲ（ＳＣＲ１）へのサイクル累積尿素噴射は、ＳＣＲの上流で検知されたＮＯｘのレベルに基づいて、ＮＳＲ約１．１であった。

図１０に示されるように、このシステムのＢＳＮＯｘおよびＮＯｘ変換を、８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）にわたって分析した。ＢＳＮＯｘは、エンジン出口およびベースラインで分析し、エンジン出口のＢＳＮＯｘレベルは、５．６～５．７ｇ／ＫＷｈ（４．２～４．３ｇ／ｂｈｐｈ）の範囲内で実行した。ＮＳＲ＝０．５でのｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘへの尿素注入は、約４８％のＮＯｘ変換をもたらして、約２．９ｇＫＷｈ（２．２ｇ／ｂｈｐｈ）が得られた。ＳＣＲ１出口でベースラインＮＯｘの８８％へのさらなる低減を達成して、約０．６５ｇ／ＫＷｈ（０．４８ｇ／ｂｈｐｈ）のＢＳＮＯｘが得られた。追加のＮＯｘ低減（約９５％）は、ＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口（排気管）で０．２６ｇ／ＫＷｈ（０．１９ｇ／ｂｈｐｈ）のＢＳＮＯｘ、すなわち、ＢＳＮＯｘ排出制限のちょうど下を達成した。全体として、このシステムは、有意なＮＯｘ低減を示し、それは、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ入口での排気温度が高いという利点を示した。

図１１に示されるように、この試験のＢＳＮ_２Ｏレベルは、非常に低かった。ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸにわたる４８％のｄｅＮＯｘは、約０．０２２ｇ／ＫＷｈ（０．０１６ｇ／ｂｈｐｈ）のみのＢＳＮ_２Ｏをもたらし、これは、基本システムでのＣＳＦ出口とほぼ同じであった（図５）。ＳＣＲ１の下流での８８％のＮＯｘ変換は、ＢＳＮ_２Ｏを約０．０３８ｇ／ＫＷｈ（０．０２８ｇ／ｂｈｐｈ）に増加させ、ＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口（排気管）での９５％のｄｅＮＯｘの場合、ＢＳＮ_２Ｏは、約０．０４４ｇ／ＫＷｈ（０．０３３ｇ／ｂｈｐｈ）であった。これらのＢＳＮ_２Ｏ制限は、０．１ｇ／ｂｈｐｈ（０．１３ｇ／ＫＷｈ）の現在のＨＤＤ路上制限をはるかに下回っていただけでなく、０．０５ｇ／ｂｈｐｈ（０．０６７ｇ／ＫＷｈ）のＥＰＡの新たな提案されるＢＳＮ_２Ｏ制限未満でもあった。上記のように、これらの非常に低いＢＳＮ_２Ｏレベルは、ソークおよびしたがって低い排気温度を有するＨＤＤＴ（ＦＴＰ）実行にわたる現在のＥＰＡ ＢＳＮＯｘ目標をちょうど満たしながら、達成された。

この試験を、ＮＳＲ＝０．７のレベルのｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸへの尿素噴射で繰り返した。結果を図１２に示す。繰り返すが、これは、下流ＳＣＲ１触媒のためのｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸおよびＤＡＦ／ＣＥＳエンジンＥＣＵ制御への単純なＮＯｘ後続戦略を介して実行した。この試験では、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ入口およびＳＣＲ１入口の排気温度は、前の試験と本質的に同じであった。ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸへのＮＳＲ＝０．７を使用する試験のＢＳＮＯｘ排出レベルは、この試験で増加し、６．４～６．７ｇ／ＫＷｈの範囲内であった。これは、（キャリブレーションでは、より低いＮＯｘがエンジン出口のＮＯｘをわずかに上昇させるように推進するという理解に基づいて）下流ＮＯｘセンサからのエンジン制御へのフィードバックに起因し得る。より高いエンジン出口のＢＳＮＯｘにも関わらず、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸへの尿素噴射のＮＳＲ＝０．７のレベルは、６６％のｄｅＮＯｘの場合、約２．２ｇ／ＫＷｈ（１．６ｇ／ｂｈｐｈ）のｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口でのより低いＢＳＮＯｘをもたらした。ＳＣＲ１出口でのＮＯｘ変換は、約．５５ｇ／ＫＷｈ（０．４１ｇ／ｂｈｐｈ）のＢＳＮＯｘレベルの場合、９２％であり、ＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口（排気管）では、９６％の全体的なｄｅＮＯｘの場合、０．２０ｇ／ＫＷｈ（０．１５ｇ／ｂｈｐｈ）であった。これらの結果は、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸへの尿素噴射のより高いレベル（ＮＳＲ＝０．７）は、０．２ｇ／ｂｈｐｈ（０．２７ｇ／ＫＷｈ）のＢＳＮＯｘ目標に対するより大きなマージンをもたらすことを示した。

図１３に示されるように、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口でのＢＳＮ_２Ｏレベルは、０．５のレベルのＮＳＲを有する試験の場合よりもわずかに高く、約０．０３７ｇ／ＫＷｈ（０．０２８ｇ／ｂｈｐｈ）であり、これは、より大きなｄｅＮＯｘレベル、すなわち、低減されるＢＳＮＯｘの量に起因し得る。ＮＯｘ変換のより高いレベルのため、ＳＣＲ１出口およびＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口（排気管）でのＢＳＮ_２Ｏレベルもまた、この試験の場合にわずかにより高かった。しかしながら、排気管のＢＳＮ_２Ｏは、０．０５ｇ／ｂｈｐｈ（０．０６７ｇ／ＫＷｈ）の提案されるＥＰＡ制限未満であり、０．１ｇ／ｂｈｐｈ（０．１３ｇ／ＫＷｈ）の現在のＢＳＮ_２Ｏ制限をはるかに下回っていた。ソークおよび低い排気温度を有するＨＤＤＴ（ＦＴＰ）にわたるこの試験は、ＮＳＲ＝０．７でのｃｃ－ＳＣＲへの尿素噴射が、米国の路上での大型車両用ディーゼル用途の現在のＮＯｘおよび提案されるＮ_２Ｏ制限と比較して、良好なマージンを有するＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口（排気管）でのＢＳＮＯｘおよびＢＳＮ_２Ｏレベルの両方をもたらすことを示した。この試験のＮＨ_３スリップレベルは、非常に低く、ＳＣＲ１出口では約１ｐｐｍの平均および約１１ｐｐｍのピークであったが、ＳＣＲ／ＡＭＯＸ出口（排気管）では０．１ｐｐｍの平均および０．６ｐｐｍのピークであった。これらのレベルは、測定限界以下であり、２５ｐｐｍのピークのＥＰＡ目標をはるかに下回っている。全体として、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸを備えたシステムの試験は、現在のＢＳＮＯｘ目標および提案されるＥＰＡ ＢＳＮ_２Ｏ目標を満たす非常に良好な性能を示した。

実施例３－標準システムおよび本発明のシステムの比較
図５Ａ（以下の比較システムＡ）、５Ｂ（以下の本発明のシステムＢ）、および５Ｃ（以下の本発明のシステムＣ）によって表されるシステムを、この実施例に従って比較した。全ての試験は、１３リットルのＨＤＤディーゼルエンジンで路上で実施し、システム構成要素は、試験前に６５０℃で５０時間エージングした。この実施例の試験は、サイクル間に２０分間のソークありで、過渡サイクル（８回のＦＴＰおよび６回のＷＨＴＣ）にわたって実行した。

比較システムＡ
実施例１のシステムと同様の比較排気システムを、図５Ａに示される一般的な構造で準備し、これは、密結合ＤＯＣ、続いて下流ＣＳＦ、下流ＳＣＲ（「ＳＣＲ１」）触媒、および下流ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を有した。ＤＯＣは、１３インチ×６インチのフロースルー基材上に４００ｃｐｓｉおよび４ミルの壁厚でコーティングしたフロースルーＤＯＣであった。それは、アルミナ上のＰｔおよびＰｄで配合した。ＤＯＣは、総触媒長（すなわち、２インチ）の３３％である入口ゾーンでゾーン化し、入口ゾーンはであり、能動的再生のための燃料Ｌ／Ｏ機能用に設計した。ＤＯＣは、１：１の比で６０ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄを有した。後部ゾーンである触媒長の６７％（すなわち、４インチ）は、ＮＯをＮＯ_２に酸化するためのものであり、５：１の比で３０ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄを有した。このＤＯＣ上の全体的な白金族金属負荷は、４０ｇ／フィート^３（２：１の比）であった。ＣＳＦは、３００ｃｐｓｉおよび９ミルの壁厚を有する１３インチ×７インチのフィルター基材であった。フィルター基材を、アルミナ上に支持された、４：１の比で４ｇ／フィート^３のＰｔおよびＰｄでコーティングした。ＳＣＲ１触媒は、Ｆｅ－ＣＨＡ（２．３５％のＦｅ_２Ｏ_３）の３インチの入口ゾーン、およびＣｕ－ＣＨＡ（２．３５％のＣｕＯ）の３．５インチの出口ゾーンを有する、Ｆｅ／Ｃｕ－ＣＨＡゾーン化ＳＣＲを含有した。各ゾーン内の乾燥利得（ＤＧ）は２．５ｇ／インチ^３であった。ＳＣＲ／ＡＭＯｘは、６００ｃｐｓｉ、３ミルの壁厚を有する１３インチ×５．５インチのフロースルー基材であった。それは、アルミナ上のＰｔのみ（ゾーン内、２ｇ／フィート^３）の２インチの長さの後部ＡＭＯＸ底部ゾーンコートで、ゾーン化ＳＣＲ／ＡＭＯＸ構成を有した。それはまた、２．５ｇ／インチ^３のＤＧ負荷のＣｕチャバサイト（２．３５％のＣｕＯ）の全長ＳＣＲ上部コートを有し、これもまた、後部ＡＭＯｘゾーンを被覆した。

サイクル間に２０分間のソークを行って、一連の８回の大型車両用ディーゼルトラック（ＨＤＤＴ）（連邦試験手順、ＦＴＰ）サイクルおよび６回の世界調和過渡サイクル（ＷＨＴＣ）を実行した。ＦＴＩＲは、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（ＦＴ１）、ＳＣＲ１出口（ＦＴ２）、およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（ＦＴ３）に設定し、直接ベンチは、エンジン出口（Ｄ１）および排気管出口（Ｄ２）に設定した。

ＳＣＲ／ＡＭＯｘ入口およびＳＣＲ１入口の排気温度を分析し、サイクルの初期段階にわたるＳＣＲ／ＡＭＯｘおよびＳＣＲ１の両方への排気温度は非常に低く（約１９０℃）、図１４に示されるように、ＦＴＰサイクルの後半段階でピーク（約３５０℃）に達するにすぎないことが見出された。この比較システムの経時的な排気ガス流を、図１５に示す。図１６に示されるように、このシステムのＢＳＮＯｘおよびＮＯｘ変換を、８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）および６回のＷＨＴＣにわたって分析した。このシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルを、図１７に示す。

本発明のシステムＢ
比較システムＡに類似した本発明のシステムを準備したが、システムの他の構成要素の上流に密結合ＳＣＲ／ＡＭＯｘ（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ）を有するようにした（一般的な構造を図５Ｂに示す）。実施例２の本発明のシステムと同様に、このシステムもまた、デュアル尿素噴射も必要とした（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘの上流での１回の噴射、およびＳＣＲ１の上流でのもう１回の噴射）。サイクル間に２０分間のソークを行って、一連の８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）サイクルおよび６回のＷＨＴＣを実行し（ＮＳＲから入口ＳＣＲ／ＡＭＯｘは０．９であった）、図１８は、様々な位置でのＦＴＰサイクル６および７にわたる排気温度を示す。ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ入口（入口ＳＣＲ／ＡＭＯｘ）での排気温度は、下流ＳＣＲ入口およびＳＣＲ／ＡＭＯＸ入口の温度よりも有意に高い。したがって、本発明の一態様は、（この実施例では）密結合ＳＣＲまたは密結合ＳＣＲ／ＡＭＯｘが、これらのより高い排気温度を利用して、より良好なＮＯｘ変換を達成することができるという認識である。入口ＳＣＲ／ＡＭＯｘが含まれているため、このシステムは、はるかに低い排気管のＢＳＮＯｘを有することが見出された。このシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルを、図１９に示す。示されるように、このシステムにわたって非常に低いＢＳＮ_２Ｏレベルが達成された。このシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルを、図２０に示す。

本発明のシステムＣ
比較システムＡに類似した本発明のシステムを準備したが、システムの他の構成要素の上流に床下入口ＳＣＲ／ＡＭＯｘを有するようにした（第１のＳＣＲが密結合ではなく床下であったことを除いて、一般的な構造を図５Ｃに示す）。このシステムは、デュアル尿素噴射を必要とした（入口ＳＣＲ／ＡＭＯｘの上流での１回の噴射、およびＳＣＲ１の上流でのもう１回の噴射）。ＦＴＩＲは、ｕｆ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（ＦＴ１）、ＳＣＲ１出口（ＦＴ２）、およびＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（ＦＴ３）に設定し、直接ベンチは、エンジン出口（Ｄ１）および排気管出口（Ｄ２）に設定した。サイクル間に２０分間のソークを行って、一連の８回のＨＤＤＴ（ＦＴＰ）サイクルおよび６回のＷＨＴＣを実行した。

このシステムは、上流ＳＣＲ／ＡＭＯＸ入口で本発明のシステムＢのものと本質的に同じ排気温度を有するが、図２１に示されるように、下流ＳＣＲおよびＳＣＲ／ＡＭＯｘへの排気温度がわずかに増加していたことが見出された。これは、完全サイズの１３インチの直径のＤＯＣ＋ＣＳＦと比較して、１０．５インチの直径のゾーン化ＣＳＦがより小さい（より小さい熱質量）ことによると考えられる。このシステムは、図２２に示されるように、カリフォルニア大気資源局（ＡＲＢ）制限（０．０２ｇ／ｂｈｐｈのＢＳＮＯｘ）に近づく、非常に低い後部ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（排気管）を有することが見出された。このシステムのＢＳＮ_２Ｏレベルを、図２３に示す。このシステムにわたって、非常に低いＢＳＮ_２Ｏレベルが再び達成され、これは、０．１３４ｇ／ＫＷｈ（０．１ｇ／ｂｈｐｈ）の米国路上制限をはるかに下回っていた。

比較システムＡならびに本発明のシステムＢおよびＣの比較
図２４は、比較システムＡ（「ＨＤＤシステム」として示される）、本発明のシステムＢ（「ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ」を有する「ＨＤＤシステム」）、ならびに本発明のシステムＣ（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸおよびゾーン化ＣＳＦを有する「ＨＤＤシステム」）内の様々な位置におけるＢＳＮＯｘ値間の比較を提供する。示されるように、同等のベースラインＢＳＮＯｘ値の場合、本発明のシステムＢのＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（すなわち、排気管排出）でのＢＳＮＯｘ値は、比較システムＡのＢＳＮＯｘ値よりも有意に低い（０．０８９ｇ／ＫＷｈ対０．２１２ｇ／ＫＷｈ）。本発明のシステムＣのＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（すなわち、排気管排出）でのＢＳＮＯｘ値は、さらにより低く、０．０６２ｇ／ＫＷｈの値である。このグラフは、上流ＳＣＲ構成要素を排気ガス処理システムに含めることの有効性を示す。

図２５は、これらのシステム内の様々な位置におけるＢＳＮＯｘ値間の同様の比較（ｇ／ｂｈｐｈの単位）を提供し、これは、密結合（上流）ＳＣＲ構成要素を排気ガス処理システム内に含めることの有効性を再び示す。示されるように、ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒を含めると、０．１５８ｇ／ｂｈｐｈから０．０６６ｇ／ｂｈｐｈへの、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（すなわち、排気管排出）でのＢＳＮＯｘの低減がもたらされた。ＤＯＣ－ＣＳＦの代わりにゾーン化ＣＳＦを含めると、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（すなわち、排気管排出）でのＢＳＮＯｘが０．０４６ｇ／ｂｈｐｈにさらに低減した。

図２６は、比較システムＡ（「ＨＤＤシステム」として示される）、本発明のシステムＢ（「ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ」を有する「ＨＤＤシステム」）、ならびに本発明のシステムＣ（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸおよびゾーン化ＣＳＦを有する「ＨＤＤシステム」）内の様々な位置におけるＢＳＮ_２Ｏ値間の比較を提供する。示されるように、ＨＤＤシステムは、より多くのＮ_２Ｏ生成をもたらし、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（すなわち、排気管排出）でのＢＳＮ_２Ｏ値は、０．０１９４ｇ／ｂｈｐｈであった。上流ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒（本発明のシステムＢ）を含めると、ＢＳＮ_２Ｏが有意な低下がもたらされ、０．０１５７ｇ／ｂｈｐｈのＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（すなわち、排気管排出）での値が得られた。本発明のシステムＢ（本発明のシステムＣ）のＤＯＣおよびＣＳＦの代わりにシステム内にゾーン化ＣＳＦをさらに含めると、０．０１４９のＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（すなわち、排気管排出）でのＢＳＮ_２Ｏ値がもたらされ、これは、ＢＳＮ_２Ｏのさらなる低下を表す。

図２７は、比較システムＡ（「ＨＤＤシステム」として示される）、本発明のシステムＢ（「ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸ」を有する「ＨＤＤシステム」）、ならびに本発明のシステムＣ（ｃｃ－ＳＣＲ／ＡＭＯＸおよびゾーン化ＣＳＦを有する「ＨＤＤシステム」）内の様々な位置におけるＮＯｘ変換パーセンテージ間の比較を提供する。示されるように、ＨＤＤシステムは、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（排気管排出）で９３．４％のＮＯｘ変換を提供した。本発明のシステムＢおよび本発明のシステムＣの両方は、ＮＯｘ低減において比較システムＡよりも性能が優れており、これは、ＳＣＲ／ＡＭＯｘ出口（排気管排出）でそれぞれ、９７．１％のＮＯｘ変換および９８％のＮＯｘ変換を提供した。

比較システムＡならびに本発明のシステムＢおよびＣの特定の結果の概要を、以下の表に示す。

各システム設定は、排気管でのそれぞれの排出目標（ＦＴＰ目標は、０．２ｇ／ｂｈｐｈである）を満たし、２つの本発明のシステム設定は、ＡＲＢ目標レベル（０．０２ｇ／ｂｈｐｈ）に近づいた。各システム設定は、０．４６ｇ／ＫＷｈ、ＥＵ、ＶＩのＷＨＴＣ目標をさらに満たした。排気管ＢＳＮ_２Ｏレベルは、本発明のシステム設定でも非常に低く、０．１ｇ／ｂｈｐｈの路上米国制限をはるかに下回っていた。

実施例３
排気ガス処理システム、具体的には、以下の構成：ＳＣＲ／ＡＭＯｘ－ＤＯＣ－ＣＳＦ－ＳＣＲ－ＡＭＯｘを含む排気ガス処理システム内の特定の上流ＳＣＲ組成物の効果を比較するための研究を実施した。

第１に、新鮮な条件下で、ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＡＭＯＸの標準的なＥｕｒｏ ＶＩまたはＵＳ ＥＰＡ２０１０後処理システムの上流にＳＣＲ／ＡＭＯＸを含む比較システムを提供した。特にゼオライトベースのＳＣＲ材料の場合、（ＳＯ_２ではなく）ＳＯ_３が非活性化種として作用することが既知である。上流ＳＣＲに入るＳＯ_３の画分は、下流ＳＣＲのものよりも有意に少なく、これは、それがその上流に酸化触媒を含有しないためである。しかしながら、エンジンは、通常の動作条件下では、依然として低濃度のＳＯ_３を排出する。したがって、上流ＣｕゼオライトベースのＳＣＲの非活性化は一般的に、下流Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲと比較してより緩徐な速度ではあるが、経時的に生じる。

上流ＳＣＲ（エンジンにより近い）を有するシステムの欠点は、非常に明らかであり、第２のＳＣＲをＤＯＣの上流に導入するには、新たな尿素キャリブレーションと結合した第２の尿素投与装置の適用が必要である。しかしながら、利点は、欠点を明らかに上回る。ＮＡ－ＤＯＣとは異なり、当該分野でのＳＣＲの機能性および用途は、当該分野での長年の開発から非常によく理解されている。さらに、ＳＣＲをＤＯＣの上流に移動すると、非常に低いＮＯ_２レベルを見る（エンジン出口のみ）ＳＣＲがもたらされる。ＳＣＲにわたるＮ_２Ｏ生産は、ＳＣＲが見るＮＯ_２対ＮＯｘの比によって強く推進される。供給からＮＯ_２を除去すると、そのようなシステムにわたる有意なＮ_２Ｏ低減がもたらされながら、非常に低い排気管ＮＯｘ排出もまた達成される。

１．９ｇ／ｂｈｐｈｒのＥ．Ｏ．レベルで、高温ＦＴＰにわたる上流Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲを含有する、本発明のシステムを提供した。結果は、かなり低いエンジン出口ＮＯｘレベルではあるが、上流ＳＣＲ触媒に最適化されていない尿素投与戦略を使用して、高温ＦＴＰにわたって提案される超低ＮＯｘ（ＵＬＮＯｘ）およびＮ_２Ｏ排出をすでに満たしていた。図２８を参照されたい。示されるように、上流ＳＣＲ触媒を含有するシステムは、同時に非常に低いＮＯｘおよびＮ_２Ｏ排出をもって、９９．６１％のｄｅＮＯｘレベルを達成することができた。

新鮮な条件下では、ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＡＭＯＸの標準的なＥｕｒｏ ＶＩまたはＵＳ ＥＰＡ２０１０後処理システムの上流にＳＣＲ／ＡＭＯＸを含有するシステムが、高温ＦＴＰにわたってＵＬＮＯｘ排出を満たすことができることは明らかであるが、そのようなシステムは、それが依然として克服する必要があるいくつかの課題を確かに伴う。特にゼオライトベースのＳＣＲ材料の場合、ＳＯ_２ではなくＳＯ_３が非活性化種として作用することが既知である。上流ＳＣＲに入るＳＯ_３の画分は、下流ＳＣＲのものよりも有意に少なく、これは、それがその上流に酸化触媒を含有しないためである。しかしながら、エンジンは、通常の動作条件下では、依然として低濃度のＳＯ_３を排出する。したがって、上流ＣｕゼオライトベースのＳＣＲの非活性化は、下流Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲと比較してより緩徐な速度ではあるが、経時的に生じる。プロットしたＮＯｘ変換を、実行中に測定されたピーク変換値に基づいて正規化した、図２９を参照されたい。

Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲの脱硫酸化は通常、約５００℃の温度で生じる。Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲが用途を見出す活性システムでは、ＳＣＲが、フィルター再生中に脱硫酸化される傾向があり、ここで、Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲを同時に脱硫酸化するのに十分な温度が達成される。他の経路の中でも特に、重硫酸アンモニウム形成による非活性化のために、上流Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲは、そのＮＯｘ変換性能を維持するために、特定の時間間隔後に依然として脱硫酸化する必要がある。しかしながら、この構成要素にわたって十分な温度を達成するための唯一の経路は、エンジン処置を介したものであるが、これは、排気ガスの温度を上げるために上流に利用可能なＨＣ酸化触媒がないためである。炭化水素噴射（ＨＣＩ）事象中にＨＣ酸化触媒として作用する可能性に関して、Ｃｕ－ＣＨＡ ＳＣＲを研究し、高濃度のＨＣがＣｕ－ＣＨＡ ＳＣＲのＤｅＮＯｘ性能に及ぼす影響を考えた。エンジン試験では、後処理システム内で、ＤＯＣを、ＳＣＲ／ＡＭＯＸ（Ｃｕ－ＣＨＡに基づく）で置き換えた。変動する排気流および入口温度を有するいくつかの負荷点を目標にして、ＨＣＩ事象を模擬実験した。ＳＣＲ触媒部分は、いかなる有意なＨＣ酸化能力も示さなかったが、ＡＭＯｘは、この部分にＰＧＭが存在するため、特定の条件下でＨＣを点火することできることが明らかであった。ＨＣＩ事象の前後の構成要素のＮＯｘ変換試験は、有意な非活性化を示した。図３０を参照されたい。

このＳＣＲ触媒は、小細孔ゼオライト構造（ＣＨＡ）に基づいており、ＨＣは、依然としてこのＳＣＲのＮＯｘ変換活性を非活性化するようである。理論によって制限されることを意図するものではないが、コークス形成がこの非活性化の根底にある原因であり得ると推測され、その後、「デコーキング」負荷点を目標として、性能を回復することができる条件を調査した。４５０℃では回復が見られないため、温度を、４９０℃で開始して５０℃間隔の勾配で上げ、この温度を、再び３０分間維持した。Ｃｕ－ＣＨＡ ＳＣＲのＤｅＮＯｘ性能は、ＨＣＩ事象後のその性能の完全な回復に、５４０～５９０℃の温度を３０分間必要とすることが明らかになった。図３１を参照されたい。加えて、４９０℃で開始して、それを１回の「デコーキングステップ」あたり５０℃の勾配で上げる、３０分間の各「デコーキング事象」の後に、ＳＣＲ触媒の性能を測定した。完全な回復には、５４０～５９０℃の温度が３０分間必要とされるようである。回復ステップを、尿素投与せずに実行した。

上流ＳＣＲ触媒がＨＣＩ事象後に回復するのに必要な温度範囲（すなわち、５４０～５９０℃で３０分間）は通常、エンジン処置を介しては達成することができない。同時に、上流Ｃｕ－ＣＨＡ ＳＣＲ触媒もまた、数時間にわたって低負荷運転で実行して、低濃度のＨＣ／すすが、ＳＣＲ触媒のＤｅＮＯｘ性能に対して、ＨＣＩ事象後に観察されものと同等の影響／非活性化をもたらすかどうかを観察した。繰り返すが、Ｃｕ－ＣＨＡ ＳＣＲ構成要素は、２００時間のエンジンサイクリングエージングの前に、後処理システム内のＤＯＣの位置に配置し、これにより、触媒システムは、２１５、２７５、３５０、および４１５℃のＳＣＲ入口に毎時間曝露され、各ステップで１５分間保持され、２００回繰り返される。この２００時間を超える曝露の後、Ｃｕ－ＣＨＡ ＳＣＲ触媒は、再び低温性能の有意な下落を示した。図３２を参照されたい。ＨＣＩ事象に基づいて、同じ非活性化機構が想定されている。

上流Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲに対するＨＣおよび／またはすすの影響に関するこれらの結果に基づいて、観察される不活性化を軽減する、後処理システム（Ｃｕ－ゼオライトおよびバナジアを含む）への機能性を有する新たなシステムを提供した。新規システムを用いた試験を、エンジンベンチで実行し、ＨＣＩがＣｕ－ＣＨＡ ＳＣＲに及ぼす影響を観察した。図３３に示すように、ＨＣＩ事象後に上流ＳＣＲにわたって低温でのＤｅＮＯｘレベルが有意に損なわれた以前の試験とは異なり、新規触媒を試験に適用した場合、ＤｅＮＯｘレベルは、低温でほぼ変化しなかった。バナジアＳＣＲの重要な利点は、Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲと比較した場合の、その硫酸化および脱硫酸化挙動である。硫酸化はＶ－ＳＣＲ技術にわたっても観察することができるが、Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲ技術と比較して、はるかに低い温度で回復が生じる。さらに、Ｖ－ＳＣＲを長期間の低負荷運転で実行する場合、上流Ｖ－ＳＣＲは、そのＣｕ－ゼオライトＳＣＲ等価物と比較して、損害が有意に少なかった。図３４を参照されたい。

さらに、そのようなＶ－ＳＣＲベースの高度な後処理が、ＣＳＦにおける受動的すす燃焼を増加させるために「ソフト能動的」再生を必要とする場合、上流Ｖ－ＳＣＲは、優れたＨＣ酸化触媒としても作用することができる。Ｖ－ＳＣＲ＋Ｃｕ－ゼオライトＡＭＯＸで実行した試験は、ＨＣＩ事象中に優れた結果をもたらし、Ｖ－ＳＣＲは、これらの事象中にほとんどのＨＣを酸化することができ、ＡＭＯＸは、ＨＣスリップ制御触媒として作用した。目標とするＣＳＦ内温度は、Ｖ－ＳＣＲのみにわたって、ほとんどの試験条件下で達成することができ（図３５を参照されたい）、ＨＣスリップは、無視できるものであった。

さらに、Ｖ－ＳＣＲにわたるＨＣＩ事象の前後のＤｅＮＯｘ試験は、非活性化を示さなかった。Ｃｕ－ゼオライトＳＣＲにわたって観測されたものとは異なり、ＤｅＮＯｘ活性は、Ｖ－ＳＣＲにわたるＨＣ事象によって妨害されないようである。図３６を参照されたい。

両方ともＣｕ－ゼオライトおよびバナジアに基づく、一組の新たなＳＣＲ材料の開発は、性能の限界をさらにより低い温度へと推し進めた。さらに、本明細書に説明される代替的な後処理システムのレイアウトは、低温ＮＯｘ変換性能を推し進めて、より低い排出レベルを必要とする今後の規制を満たすことができる。ＤＯＣ／ＣＳＦ／ＳＣＲ／ＡＭＯＸで構成される後処理システムレイアウトに上流ＳＣＲ／ＡＭＯＸを導入することで、非常に有望な低い排気管ＮＯｘおよびＮ_２Ｏレベルがもたらされている。この実施例に示されるように、システムの全体的な性能に影響を与えずに、ＨＣ酸化機能性を後処理システムに含めることを達成した。

本発明の多くの修正および他の実施形態は、前述の説明で提示される教示の利益を有する、本発明が属する当業者に想起されるであろう。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されるものではないこと、ならびに修正および他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。本明細書では特定の用語が用いられるが、それらは、一般的かつ説明的な意味で使用されているにすぎず、限定を目的とするものではない。

Claims (20)

1. 車両のエンジンからの排気ガス流を処理するためのシステムであって、
   前記排気ガス流と流体連通している第１の選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒であって、いかなる介在する触媒もなく前記排気ガス流を受け取る、第１のＳＣＲ触媒と、
   前記第１のＳＣＲ触媒と流体連通しているディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）であって、前記第１のＳＣＲ触媒の下流に位置付けられる、ディーゼル酸化触媒と、
   前記ディーゼル酸化触媒と流体連通している触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）であって、前記ディーゼル酸化触媒の下流に位置付けられる、触媒化すすフィルターと、
   前記触媒化すすフィルターと流体連通している第２のＳＣＲ触媒であって、前記触媒化すすフィルターの下流に位置付けられる、第２のＳＣＲ触媒と、
   前記第２のＳＣＲ触媒と一体化されているか、または前記第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通している、第１のＡＭＯｘ触媒と、を含み、且つ
   ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の形態で、前記第１のＳＣＲ触媒と一体化されている第２のＡＭＯｘ触媒をさらに含み、及び
   前記第１のＡＭＯｘ触媒が、前記第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通しており、前記第１のＡＭＯｘ触媒が、第３のＳＣＲ触媒と一体化されており、且つ
   前記第１のＳＣＲ触媒が、密結合位置にあり、且つ
   前記ＣＳＦが、壁流フィルター上の１つ以上のウォッシュコートを含み、前記１つ以上のウォッシュコートが、白金およびパラジウムを含む、システム。
2. 車両のエンジンからの排気ガス流を処理するためのシステムであって、
   前記排気ガス流と流体連通している第１の選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒であって、いかなる介在する触媒もなく前記排気ガス流を受け取る、第１のＳＣＲ触媒と、
   前記第１のＳＣＲ触媒と流体連通しているディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）であって、前記第１のＳＣＲ触媒の下流に位置付けられる、ディーゼル酸化触媒と、
   前記ディーゼル酸化触媒と流体連通している触媒化すすフィルター（ＣＳＦ）であって、前記ディーゼル酸化触媒の下流に位置付けられる、触媒化すすフィルターと、
   前記触媒化すすフィルターと流体連通している第２のＳＣＲ触媒であって、前記触媒化すすフィルターの下流に位置付けられる、第２のＳＣＲ触媒と、
   前記第２のＳＣＲ触媒と一体化されているか、または前記第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通している、第１のＡＭＯｘ触媒と、を含み、且つ
   ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の形態で、前記第１のＳＣＲ触媒と一体化されている第２のＡＭＯｘ触媒をさらに含み、及び
   前記第１のＡＭＯｘ触媒が、前記第２のＳＣＲ触媒と下流で流体連通しており、前記第１のＡＭＯｘ触媒が、第３のＳＣＲ触媒と一体化されており、且つ
   前記第１のＳＣＲ触媒が、車両の床下位置にあり、且つ
   前記ＣＳＦが、壁流フィルター上の１つ以上のウォッシュコートを含み、前記１つ以上のウォッシュコートが、白金およびパラジウムを含む、システム。
3. 前記第２のＡＭＯｘ触媒が、白金を含む、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒が、フロースルー基材上の２つ以上のウォッシュコートの形態であり、前記フロースルー基材が、上流入口端および下流出口端を有し、前記第２のＡＭＯｘ触媒が、白金を含み、前記出口端にあり、前記ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長未満にわたって延在する、請求項１又は２に記載のシステム。
5. 前記ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒が、前記フロースルー基材と直接接触している前記第２のＡＭＯｘ触媒を含む底部ウォッシュコートであって、前記第２のＡＭＯｘ触媒が、前記ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長未満にわたって延在する、底部ウォッシュコートと、前記第１のＳＣＲ触媒を含む上部ウォッシュコートと、を含み、前記第１のＳＣＲ触媒は、前記ＳＣＲ／ＡＭＯｘ触媒の全長にわたって延在する、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１のＳＣＲ触媒が、バナジウム構成要素を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記第１のＳＣＲ触媒が、銅促進化分子篩を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記第１のＳＣＲ触媒が、Ｃｕ－ＣＨＡを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
9. 前記第１のＳＣＲ触媒の上流の前記排気ガス流に第１の還元剤を添加するように適合された第１のインジェクターと、前記第２のＳＣＲ触媒の上流の前記排気ガス流に第２の還元剤を添加するように適合された第２のインジェクターと、を含む、デュアルインジェクターシステムをさらに含む、請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記第１および第２の還元剤が、アンモニアまたはアンモニア前駆体を含む、請求項９に記載のシステム。
11. 前記ＣＳＦの前記１つ以上のウォッシュコート中の前記白金およびパラジウムが、アルミナ上に支持され、約４：１のＰｔ：Ｐｄの比で存在する、請求項１又は２に記載のシステム。
12. 前記ＤＯＣが、上流入口端および下流出口端を有するフロースルー基材上の１つ以上のウォッシュコートを含み、前記１つ以上のウォッシュコートが、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記ＤＯＣが、
    約１：１の白金：パラジウムの比で、前記フロースルー基材の全長未満にわたって延在する、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む前記上流入口端からコーティングされた第１のウォッシュコートと、
    ２：１超の白金：パラジウムの比で、前記フロースルー基材の全長未満にわたって延在する、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む前記下流出口端からコーティングされた第２のウォッシュコートと、を含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ＤＯＣが、上流入口端および下流出口端を有するゾーン化ＤＯＣ／ＣＳＦの形態で前記ＣＳＦに関連付けられ、前記ＤＯＣが、前記上流入口端にあり、前記ＣＳＦの全長未満にわたって延在する、請求項１～１１のいずれか１項に記載のシステム。
15. 前記ゾーン化ＤＯＣ／ＣＳＦが、壁流フィルター上の２つ以上のウォッシュコートの形態であり、
    ５：１超の白金：パラジウムの比で、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む前記壁流フィルターの全長にわたって延在する、第１のウォッシュコートと、
    ５：１超の白金：パラジウムの比および５０ｇ／フィート^３以上の負荷で、アルミナ上の白金およびパラジウムを含む前記壁流フィルターの全長未満にわたって前記上流入口端から延在する、第２のウォッシュコートと、を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記第２のＳＣＲ触媒が、上流入口端および下流出口端を有し、前記入口端から前記第２のＳＣＲ触媒の全長未満まで延在する鉄促進化分子篩を含み、前記出口端から前記第２のＳＣＲ触媒の全長未満まで延在する銅促進化分子篩を含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記鉄促進化分子篩が、Ｆｅ－ＣＨＡであり、前記銅促進化分子篩が、Ｃｕ－ＣＨＡである、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記エンジンが、希薄燃焼エンジンである、請求項１～１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記エンジンが、ディーゼルエンジンである、請求項１～１８のいずれか１項に記載のシステム。
20. 排気ガス流を処理する方法であって、前記排気ガス流中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減されるように、前記排気ガス流を請求項１～１９のいずれか１項に記載のシステムと接触させることを含む、方法。

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