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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-08-29
(54)【発明の名称】排気システム及びその構成要素
(51)【国際特許分類】
F01N 3/20 20060101AFI20240822BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20240822BHJP
F01N 3/28 20060101ALI20240822BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20240822BHJP
B01J 35/50 20240101ALI20240822BHJP
B01J 37/02 20060101ALI20240822BHJP
【ＦＩ】
F01N3/20 K
F01N3/24 L
F01N3/28 301C
F01N3/28 301F
F01N3/28 301J
F01N3/08 B
F01N3/08 C
F01N3/28 311H
F01N3/24 E
B01J35/50 311
B01J35/50 ZAB
B01J37/02 301L
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024508644
(86)(22)【出願日】2022-08-15
(85)【翻訳文提出日】2024-03-27
(86)【国際出願番号】 US2022040366
(87)【国際公開番号】W WO2023019023
(87)【国際公開日】2023-02-16
(31)【優先権主張番号】63/233,019
(32)【優先日】2021-08-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524054521
【氏名又は名称】イーシーシー・テック・エムエスジェイ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＣＣ ＴＥＣ ＭＳＪ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100113170
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 和久
(72)【発明者】
【氏名】アキルディス，サバン
【テーマコード（参考）】
3G091
4G169
【Ｆターム（参考）】
3G091AB02
3G091AB05
3G091AB13
3G091AB14
3G091AB15
3G091CA03
3G091CA17
3G091GA06
3G091GB06W
3G091GB07W
3G091GB17W
3G091HA28
4G169AA03
4G169AA11
4G169BA13A
4G169BC33A
4G169BC50A
4G169BC71A
4G169BC72A
4G169BC75A
4G169CA03
4G169CA07
4G169CA08
4G169CA13
4G169CA14
4G169CA15
4G169CA18
4G169DA06
4G169EA19
4G169EA20
4G169EA27
4G169EA28
4G169EB15Y
4G169EC28
4G169EE03
4G169EE09
(57)【要約】
外部に結合されたコネクタを有するハウジングと、各々がハウジングの内部に配設され、かつコネクタに電気的に結合された第１の端子及び第２の端子と、第１の端子及び第２の端子に結合された加熱要素と、第１の端子及び第２の端子に結合された加熱線と、加熱要素の全体にわたって加熱線からの熱を伝導するように加熱要素に挿入された複数の加熱ロッドと、を含み、コネクタが、外部電源から電力を受け取って、加熱要素及び加熱線に電流を供給し、加熱ロッドのうちの少なくとも１つが、加熱線を支持する、排気システム用のヒータに関する。要素の組み合わせは、排気ガスの流動を加熱し、かつ乱し、排気システムから有毒ガス及び汚染物質を除去及び／又は低減することを支援するように構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジングの外部に結合されたコネクタと、各々が前記ハウジングの内部に配設されるとともに前記コネクタに電気的に結合される第１の端子及び第２の端子と、を含むハウジングと、前記第１の端子及び前記第２の端子に結合された加熱要素と、
前記第１の端子及び前記第２の端子に結合された加熱線と、
前記加熱要素の全体にわたって前記加熱線からの熱を伝導するために、前記加熱要素の開口部に挿通された複数の加熱ロッドであって、前記加熱ロッドのうちの少なくとも１つが、前記加熱線を支持している、複数の加熱ロッドと、を備え、
前記コネクタが、前記加熱要素及び前記加熱線に電流を供給するために、前記ヒータから外部にある電源から電力を受け取るように構成されている、排気システム用のヒータ。
【請求項2】
前記加熱要素が、貴金属の２つ以上の層を有する触媒コーティングを備える、請求項１に記載のヒータ。
【請求項3】
前記貴金属が、白金、チタン、パラジウム、ロジウム、及び金のうちの２つ以上を含む、請求項２に記載のヒータ。
【請求項4】
前記触媒コーティングが、チタンを含む第１の層と、
前記第１の層上に配設された、パラジウムを含む第２の層と、
前記第２の層上に配設された、ロジウムを含む第３の層と、
セラミック材料を含む最外層と、を備える、請求項３に記載のヒータ。
【請求項5】
前記加熱線が、互いに平行な少なくとも２つの平面にずれて配置される、請求項１に記載のヒータ。
【請求項6】
前記加熱線が、第１の加熱線及び第２の加熱線を含み、前記第１の加熱線が、前記第２の加熱線からずれて配置される、請求項１に記載のヒータ。
【請求項7】
前記第１の加熱線と前記第２の加熱線との間の前記ずれた配置が、前記第１の加熱線及び前記第２の加熱線の前記平面に直交する、請求項６に記載のヒータ。
【請求項8】
前記加熱ロッドのうちの１つ以上が、ロッド部分及び先端部分を備える、請求項１に記載のヒータ。
【請求項9】
前記先端部分が、前記加熱線から前記ロッドに電流が伝達しないように絶縁材料で形成されている、請求項８に記載のヒータ。
【請求項10】
前記加熱ロッドのうちの少なくとも１つの前記先端部分に配設されて前記加熱線を支持するように構成されている留め具を更に備える、請求項９に記載のヒータ。
【請求項11】
前記留め具が、前記加熱線から前記ロッドに電流が伝達しないように絶縁材料で形成されている、請求項１０に記載のヒータ。
【請求項12】
前記加熱ロッドが、第１の長さを有する第１の長さの加熱ロッドと、前記第１の長さとは異なる第２の長さを有する第２の長さの加熱ロッドと、を含み、前記第１の長さの加熱ロッドが、第１のずれた配置で前記加熱線を支持し、前記第２の長さの加熱ロッドが、第２のずれた配置で前記加熱線を支持している、請求項１１に記載のヒータ。
【請求項13】
前記加熱ロッドが、少なくとも２つの長さを含む、請求項１に記載のヒータ。
【請求項14】
前記ヒータが、触媒コンバータの内部に設けられている、請求項１に記載のヒータ。
【請求項15】
前記ヒータが、前記排気システムの排気管の空洞の内部に設けられている、請求項１に記載のヒータ。
【請求項16】
前記排気管が、排気マニホールドと触媒コンバータとの間、又は前記触媒コンバータと選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）との間、又は前記ＳＣＲと前記排気システムのマフラとの間のうちの少なくとも１つに位置する、請求項１５に記載のヒータ。
【請求項17】
前記排気管が、ディーゼル酸化触媒とディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）との間、又は前記ＤＰＦと選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）との間、又は前記ＳＣＲと前記排気システムのマフラとの間のうちの少なくとも１つに位置する、請求項１５に記載のヒータ。
【請求項18】
前記排気管が、添加溶液噴射器と添加溶液を収容する添加溶液リザーバとを含む添加システムを更に備え、前記添加溶液噴射器が、前記添加溶液を前記ヒータに向けて噴霧するように構成されている、請求項１５に記載のヒータ。
【請求項19】
前記ヒータが、前記ヒータに供給される電流の量と前記電流が前記ヒータに供給されるタイミングとを制御するための信号をコントローラから受信するように構成されており、前記添加システムが、前記添加溶液噴霧のタイミング及び持続時間を制御するための信号を前記コントローラから受信するように構成されており、これにより、前記供給される電流と前記添加溶液噴霧の前記タイミング及び前記持続時間とが、前記排気管内に位置する１つ以上のセンサに基づく、請求項１８に記載のヒータ。
【請求項20】
前記排気管が、前記排気管の前記空洞内の排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するように前記排気管の外面に隣接して配置された磁石を更に備える、請求項１５又は１８に記載のヒータ。
【請求項21】
前記排気管が、前記外面の外側に位置する第２の表面を更に備え、前記磁石が、前記排気管の前記第２の表面と前記外面との間に配置されている、請求項２０に記載のヒータ。
【請求項22】
前記磁石が、ネオジウム磁石である、請求項２０に記載のヒータ。
【請求項23】
前記加熱線が、ニッケル及びクロムを含む、請求項１に記載のヒータ。
【請求項24】
前記コネクタが、セラミックスペーサによって前記ハウジングから隔離されている、請求項１に記載のヒータ。
【請求項25】
前記加熱要素の前記開口部のうちの１つ以上が、ハニカム形状又は六角形形状を有する、請求項３に記載のヒータ。
【請求項26】
排気システム構成要素に結合されるように構成された排気管を備え、前記排気管が、前記排気管の空洞の内部に配設されたヒータを備え、前記ヒータが、
ハウジングと、
前記ハウジングの内部に配設された加熱線と、
前記ハウジングに取り付けられ、かつ前記加熱線に電気的に接続されたコネクタであって、前記コネクタが、前記加熱線に電流を供給するために前記ヒータから外部にある電源から電力を受け取るように構成されている、コネクタと、を備え、
前記ヒータが、前記排気管の内部のガスを加熱して、前記排気管から出る有毒ガス及び／又は微粒子状物質を低減するように構成されている、構造。
【請求項27】
前記排気システム構成要素が、排気マニホールドと、
触媒コンバータと、
選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）と、
ディーゼル酸化触媒と、
ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）と、
選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）と、
マフラと、のうちの１つ以上を含む、請求項２６に記載の構造。
【請求項28】
前記排気管が、前記排気管の前記空洞内の排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するように前記排気管の外面に隣接して配置された磁石を更に備える、請求項２７に記載の構造。
【請求項29】
前記排気管が、前記外面の外側に位置する第２の表面を更に備え、前記磁石が、前記排気管の前記第２の表面と前記外面との間に配設されている、請求項２８に記載の構造。
【請求項30】
車両排気システムの構成要素の外部に接続されるように構成されて、ハウジングと、加熱要素と、センサと、を備える、ヒータと、前記構成要素内の排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するように前記構成要素の外面に隣接して配置されるように構成された磁石と、を備える、構造。
【請求項31】
前記構成要素が、触媒コンバータである、請求項３０に記載の構造。
【請求項32】
前記構成要素が、排気マニホールドと、
触媒コンバータと、
選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）と、
ディーゼル酸化触媒と、
ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）と、
選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）と、
マフラと、
排気システム管と、のうちの１つ以上である、請求項３０に記載の構造。
【請求項33】
前記ヒータが、触媒コンバータの外部に接続されるように構成された第１のヒータと、ＳＣＲの外部に接続されるように構成された第２のヒータと、を含む、請求項３０に記載の構造。
【請求項34】
前記ヒータが、添加溶液噴射器と添加溶液を収容する添加溶液リザーバとを含む添加システムを更に備え、前記添加溶液噴射器が、前記添加溶液を前記構成要素に向けて噴霧するように構成されている、請求項３０に記載の構造。
【請求項35】
前記センサが、１つ以上の温度センサ及び１つ以上のガスセンサを含む、請求項３０に記載の構造。
【請求項36】
前記構成要素に結合されるように構成された構成要素ガスセンサを更に備える、請求項３０に記載の構造。
【請求項37】
前記構成要素の出口ポートに取り付けられた排気管に結合されるように構成された排気管ガスセンサを更に備える、請求項３６に記載の構造。
【請求項38】
前記構成要素の出口ポートに取り付けられた排気管に結合されるように構成された排気管温度センサを更に備える、請求項３０又は３７に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき２０２１年８月１３日に出願された米国仮出願第６３／２３３，０１９号の優先権を主張し、その全ての内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき２０２１年８月１３日に出願された米国仮出願第６３／２３３，０１９号の優先権を主張し、その全ての内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本発明は、概して、排気システムに関し、より具体的には、エンジンから生成又は排出されてもよい有害な排気ガス、微粒子状物質、及び他の残渣を除去及び／又は低減するための排気システムの改善に関する。
【背景技術】
【0003】
背景セクションの詳細は、関連技術を構成するものではなく、本開示の主題に関する背景情報としてのみ提供される。
【0004】
ガソリン及びディーゼルエンジンが放出する大気汚染物質の中には、一般にＮＯｘと略される、ＮＯ及びＮＯ２という窒素の酸化物がある。窒素酸化物は、人間の健康に有害な直接的な影響を及ぼし、窒素酸化物が農作物及び生態系に与える損害を通じて間接的な影響を及ぼす。車両のＮＯｘ排出量は、１９６０年代から規制されている。
【0005】
ＮＯｘは、大気中の化学物質と反応して、二次微細微粒子状物質（ＰＭ２．５）、すなわち煤を形成する。ＰＭ２．５への曝露は、脳卒中、虚血性心疾患、慢性閉塞性肺疾患、肺がん、及び下気道感染症を引き起こす可能性がある。揮発性有機化合物及び日光と組み合わされると、ＮＯｘは、スモッグの主要成分である地上レベルオゾンを形成することを助長する。オゾンは、喘息、慢性閉塞性肺疾患、又は肺気腫のような慢性肺疾患を引き起こしたり、悪化させたりする可能性があり、特に、子供及び高齢者のような脆弱な集団では、致命的となり得る。
【0006】
ＮＯｘ排出はまた、生態系及び農作物に影響を与える。オゾン汚染は、植物にとって有毒であり、バイオマス、作物収量、及び森林生産力の損失に寄与する。このような汚染は、太陽光照射を低減して、植物の光合成を減少させ、植物のバイオマスを低減する。バイオマスの損失は、植物に隔離される炭素が少なくなり、大気中に残るＣＯ２が多くなることを意味する。このような汚染は、葉の表面全体にわたるＣＯ２と水蒸気との交換に影響を与えることによって、生態系の働きを直接変える可能性があり、このことは、水文学に著しい影響を及ぼし、河川流を変化させさえする可能性がある。
【0007】
ディーゼル排気中のＮＯｘは、特に難しい問題である。燃焼過程である程度の量のＮＯｘが生成されることは、避けられない。したがって、車両からのＮＯｘ排出に関する基本的な問題は、第１に、生成される量を最小限に抑えることであり、第２に、排気からＮＯｘを除去することである。第１のタスクは、主に燃焼温度を低下させることによって達成される。第２のものは、後処理デバイスを使用して、排気中のＮＯｘを窒素及び水及び／又はＣＯ２に還元する化学反応を引き起こして、達成される。
【0008】
車両排気に存在する酸素が多すぎると、その化学反応が起こりにくくなる。問題となるのは、酸素が少なすぎると、排気中の他の汚染物質、未燃焼の炭化水素、及び一酸化炭素を取り除きにくくなることである。
【0009】
ディーゼルエンジンは、その圧縮点火設計故に、はるかに多くの燃焼空気を使用し、その結果として、ディーゼルエンジンの排気は、ガソリンエンジンの排気よりもはるかに多くの酸素を含有する（より多くの酸素が入り、より多くの酸素が出る）。これは、ＮＯｘを還元する化学反応が起こるのに好ましくない環境である。軽量ディーゼル車両及び大型ディーゼル車両によって提示されるＮＯｘ制御に関する技術的課題は、異なる。排出制御機器を据え付けるための物理的な空間が相対的に不足していることは、車、特に小型車にとって、重要な課題である。
【0010】
化石燃料燃焼エンジン（例えば、内燃機関）用の排気システムは、典型的には、１つ以上の触媒コンバータと触媒コンバータに接続されたマフラとを含む。１つ以上の触媒コンバータを有する排気システムは、限定されるものではないが、様々な車両（例えば、自動車、トラック、バス、全地形対応車両（ＡＴＶ）など）、及び発電機、フォークリフト、採掘機器、列車、オートバイ、ジェットスキー、スノーモービル、リーフブロワ、航空機、木材ストーブなどを含む。
【0011】
一般に、触媒コンバータは、酸化還元反応（酸化又は還元）を触媒することによって、有毒ガスと排気ガスの汚染物質とをより毒性の低い汚染物質に還元及び／又は変換するように構成されている。
【0012】
最新のガソリンエンジン車両には、排気システムの一部としての三元触媒コンバータが装備されている。これは、コンバータ内の酸素と結合してＣＯ２になる一酸化炭素（ＣＯ）と、酸素と結合してＣＯ２及び水蒸気（Ｈ２Ｏ）を生成する未燃焼の炭化水素と、触媒を介して窒素と水及び／又はＣＯ２に還元されるＮＯｘと、の３つの汚染物質を制御するため、三元触媒コンバータと呼ばれる。
【0013】
三元触媒コンバータは、ガソリンの場合に１重量部の燃料に対して約１４．６～１４．８重量部の空気であってもよい、リッチ（過剰燃料）条件とリーン（過剰酸素）条件との間で排気ガスが振動するように、エンジンが化学量論比に近い狭い帯域の空燃比内で作動するときに、効果的である。液化石油ガス（ＬＰＧ）、天然ガス、及びエタノール燃料の比率は、各々わずかに異なり、それらの燃料を使用するときには、修正された燃料システム設定が必要となる。しかしながら、エンジンが狭い帯域の空燃比の外で動作しているとき、変換効率は、非常に速く低下する。
【0014】
ディーゼル排気中のＮＯｘを制御する問題はより複雑であるため、ディーゼル車両は、異なるアプローチを必要とする。まず、ほとんどの最新のディーゼル車両は、それらの設計に排気ガス再循環（ＥＧＲ）を組み込んでいる。ＥＧＲシステムは、排気ガスの一部分を燃焼室に戻すように再利用し、そこで、これが「新鮮な」吸気と混じり合う。これにより、酸素含有量が低減され、燃焼混合物の水蒸気含有量が増加する。それには、ピーク燃焼温度を低下させる効果がある。ピーク燃焼温度が上昇するにつれてより多くのＮＯｘが生成されるため、ＥＧＲは、エンジンによって生成されるＮＯｘの量を効率的に低減する。ただし、排気ガスの再利用が多すぎると、ＰＭ２．５が増加し、燃料効率が低下するため、適切な設計には精巧なバランスが必要である。
【0015】
ＥＧＲは、ＮＯｘが形成される時点で、エンジンシリンダの内部のＮＯｘ排出量を制御する問題に対処する。ディーゼル車両では、排気がエンジンから恒久的に出た後に、ＮＯｘを制御するために２つの方法が使用される。リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）は、触媒を使用して、排気からのＮＯｘを一時的に貯蔵する。エンジンコントローラは、（動作条件に応じて、数秒～数分の範囲の）間隔を置いて、燃焼される空燃混合物中の燃料の割合を短時間増加させる。よりリッチな空燃混合物を燃焼させることによる排気は、比例してより少ない酸素及びより多くの未燃焼の炭化水素を含有し、触媒に貯蔵されたＮＯｘは、排気中の炭化水素と反応して、窒素及び水及び／又はＣＯ２を生成する。選択的触媒還元（ＳＣＲ）は、アンモニアを還元剤として使用して、触媒上でＮＯｘを還元する。アンモニアは、典型的には、尿素の形態で供給され、尿素は、車両上のタンク内の溶液中に貯蔵されなければならない。エンジンサイズと、動作特性と、触媒の原材料のコストと、に関する理由で、実際問題として、今日製造されている大型車両は、ＳＣＲシステムのみを使用し、軽量車両は、ＳＣＲ又はＬＮＴのいずれも使用することができる。
【0016】
ＥＧＲ、ＬＮＴ、及びＳＣＲは、三元触媒コンバータとは対照的に、アクティブなシステムである。それらの動作は、車両のエンジン制御ユニット（例えば、ＳＣＲについての排気内に尿素溶液が噴射される間隔、又は空燃混合物が濃縮されてＬＮＴを再生する間隔を決定する）によって制御され、これらの動作は、直接的（例えば、尿素タンクを補充するためのサービス料）及び間接的（エンジンを定期的にリッチに稼働させるか、又は排気ガスを再循環させることによって燃料をわずかに低減する経済性）の両方のメンテナンス要件及びコストを伴う。
【0017】
ガソリン車両又はディーゼル車両を低温で運転する場合（例えば、エンジンの冷間始動中）、排気システムデバイスは、一般に、炭化水素及びＮＯｘなどのエンジン排出物を低減するのに十分には触媒活性でない。点火後の最初の６０秒ほどの間に生成される危険なガスである、冷間始動排出物は、エンジン作動サイクルの中で最も毒性の高い部分を表す。実際、１回の平均的な運転による有害なガス排出量の７０パーセント超が、始動直後のこの冷間始動中に発生する。それは、触媒が、典型的には、エンジン排気ガスが触媒を触媒コンバータ内で触媒反応が開始される温度に加熱するまで、十分な効率に達しないためである。触媒は、十分な効率で機能するために一定の温度（通常、３００℃よりも高い）を必要とすることから、車のウォームアップ段階中に排出量が顕著に高くなる。この期間の持続時間と排出量とは、周囲温度、及び車の推進システムの初期温度に依存する。実際、ガソリン車の場合、平均的な実運転条件では、ＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）の総排出量の大部分が、冷間始動の追加排出量に起因する。更に、冷間始動排出量は、より低い周囲温度でかなり増加する。対照的に、ディーゼル車の冷間始動排出量は、ガソリン車のものよりも低い。それゆえ、触媒点火がほぼエンジン始動の瞬間から起こるように、触媒コンバータを高速で加熱する必要性がある。
【0018】
本開示は、上記で言及される課題のうちの１つ以上を克服することを対象とする。本明細書に提供される背景説明は、概して本開示の文脈を提示する目的のものである。本明細書に別段の指示がない限り、本セクションに記載される事柄は、本出願の特許請求の範囲の先行技術ではなく、本セクションに含まれることによっては、先行技術又は先行技術の示唆であると認められない。
【発明の概要】
【0019】
本開示のある特定の態様によれば、排気システムからの有害な排気ガス、微粒子状物質、及び他の残渣の除去及び／又は低減を改善するためのシステム及び方法が開示される。
【0020】
一実施形態では、排気システム用のヒータがあり、ヒータは、ハウジングであって、ハウジングの外部に結合されたコネクタと、第１の端子及び第２の端子であって、各々が、ハウジングの内部に配設され、かつコネクタに電気的に結合されている、第１の端子及び第２の端子と、第１の端子及び第２の端子に結合された加熱要素と、第１の端子及び第２の端子に結合された加熱線と、加熱要素の全体にわたって加熱線からの熱を伝導するために加熱要素の開口部に挿通された複数の加熱ロッドであって、加熱ロッドのうちの少なくとも１つが、加熱線を支持する、複数の加熱ロッドと、を含む、ハウジングを含み、コネクタが、加熱要素及び加熱線に電流を供給するためにヒータから外部にある電源から電力を受け取るように構成されている。
【0021】
一実施形態では、加熱要素が、貴金属の２つ以上の層を有する触媒コーティングを含む。
【0022】
一実施形態では、貴金属が、白金、チタン、パラジウム、ロジウム、及び金のうちの２つ以上を含む。
【0023】
一実施形態では、触媒コーティングが、チタンを含む第１の層と、第１の層上に配設された、パラジウムを含む第２の層と、第２の層上に配設された、ロジウムを含む第３の層と、セラミック材料を含む最外層と、を含む。
【0024】
一実施形態では、加熱線が、互いに平行な少なくとも２つの平面にずれて配置される（displaced）。
【0025】
一実施形態では、加熱線が、第１の加熱線及び第２の加熱線を含み、第１の加熱線が、第２の加熱線からずれて配置される（displaced）。
【0026】
一実施形態では、第１の加熱線と第２の加熱線との間のずれた配置（displacement）が、第１の加熱線及び第２の加熱線の平面に直交する。
【0027】
一実施形態では、加熱ロッドのうちの１つ以上が、ロッド部分及び先端部分を含む。
【0028】
一実施形態では、先端部分が、加熱線からロッドに電流が伝達しないように、絶縁材料で形成されている。
【0029】
一実施形態では、加熱ロッドのうちの１つ以上が、加熱ロッドの先端部分に配設された留め具を含み、留め具が、加熱線を支持するように構成されている。
【0030】
一実施形態では、留め具が、加熱線からロッドに電流が伝達しないように、絶縁材料で形成されている。
【0031】
一実施形態では、加熱ロッドが、第１の長さを有する第１の長さの加熱ロッドと、第１の長さとは異なる第２の長さを有する第２の長さの加熱ロッドと、を含み、第１の長さの加熱ロッドが、第１のずれた配置で加熱線を支持し、第２の長さの加熱ロッドが、第２のずれた配置で加熱線を支持している。
【0032】
一実施形態では、加熱ロッドが、少なくとも２つの長さを有する。
【0033】
一実施形態では、ヒータが、触媒コンバータの内部に設けられている。
【0034】
一実施形態では、ヒータが、排気システムの排気管の空洞の内部に設けられている。
【0035】
一実施形態では、排気管が、排気マニホールドと触媒コンバータとの間、又は触媒コンバータと選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）との間、又はＳＣＲと排気システムのマフラとの間のうちの少なくとも１つに位置する。
【0036】
一実施形態では、排気管が、ディーゼル酸化触媒とディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）との間、又はＤＰＦと選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）との間、又はＳＣＲと排気システムのマフラとの間のうちの少なくとも１つに位置する。
【0037】
一実施形態では、排気管が、添加溶液噴射器と添加溶液を収容する添加溶液リザーバとを有する添加システムを更に含み、添加溶液噴射器が、添加溶液をヒータに向けて噴霧するように構成されている。
【0038】
一実施形態では、ヒータが、ヒータに供給される電流の量と、電流がヒータに供給されるタイミングと、を制御するための信号をコントローラから受信するように構成されている。
【0039】
一実施形態では、添加システムが、添加溶液噴霧のタイミング及び持続時間を制御するための信号をコントローラから受信するように構成されており、このように構成されていることによって、供給される電流と添加溶液噴霧のタイミング及び持続時間とが、排気管内に位置する１つ以上のセンサに基づく。
【0040】
一実施形態では、排気管が、排気管の空洞内の排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するように排気管の外面に隣接して配置された複数の磁石を更に含む。
【0041】
一実施形態では、排気管が、外面の外側に位置する第２の表面を含み、複数の磁石が、排気管の第２の表面と外面との間に配置されている。
【0042】
一実施形態では、複数の磁石が、ネオジウム磁石である。
【0043】
一実施形態では、加熱線が、ニッケル及びクロムで形成されている。
【0044】
一実施形態では、コネクタが、セラミックスペーサによってハウジングから隔離されている。
【0045】
一実施形態では、加熱要素の開口部のうちの１つ以上が、ハニカム形状又は六角形形状を有する。
【0046】
一実施形態では、排気システム構成要素に結合されるように構成された排気管を含む構造があり、排気管が、排気管の空洞の内部に配設されたヒータを含み、ヒータが、ハウジングと、ハウジングの内部に配設された加熱線と、ハウジングに取り付けられ、かつ加熱線に電気的に接続されたコネクタと、を含み、コネクタが、加熱線に電流を供給するためにヒータから外部にある電源から電力を受け取るように構成されており、これらによって、ヒータが、排気管から出る有毒ガス及び／又は微粒子状物質を低減するために排気管の内部のガスを加熱するように構成されている。
【0047】
一実施形態では、排気システム構成要素が、排気マニホールド、触媒コンバータ、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、及びマフラのうちの１つ以上を含む。
【0048】
一実施形態では、排気管が、排気管の空洞内の排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するように排気管の外面に隣接して配置された複数の磁石を含む。
【0049】
一実施形態では、排気管が、外面の外側に位置する第２の表面を更に含み、複数の磁石が、排気管の第２の表面と外面との間に配設されている。
【0050】
一実施形態では、構造が、車両排気システム構成要素の外部に接続されるように構成されたヒータであって、ハウジング、加熱要素、及びセンサを含む、ヒータと、構成要素内の排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するように構成要素の外面に隣接して配置されるように構成された磁石と、を含む。
【0051】
一実施形態では、構成要素が、触媒コンバータである。
【0052】
一実施形態では、構成要素が、排気マニホールドと、
【0053】
触媒コンバータと、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）と、ディーゼル酸化触媒と、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）と、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）と、マフラと、排気システム管と、のうちの１つ以上である。
【0054】
一実施形態では、ヒータが、触媒コンバータの外部に接続されるように構成された第１のヒータと、ＳＣＲの外部に接続されるように構成された第２のヒータと、を含む。
【0055】
一実施形態では、ヒータが、添加溶液噴射器と添加溶液を収容する添加溶液リザーバとを含む添加システムを更に備え、添加溶液噴射器が、添加溶液を構成要素に向けて噴霧するように構成されている。
【0056】
一実施形態では、センサが、１つ以上の温度センサ及び１つ以上のガスセンサを含む。
【0057】
一実施形態では、構造が、構成要素に結合されるように構成された構成要素ガスセンサを更に含む。
【0058】
一実施形態では、構造が、構成要素の出口ポートに取り付けられた排気管に結合されるように構成された排気管ガスセンサを更に含む。
【0059】
一実施形態では、構造が、構成要素の出口ポートに取り付けられた排気管に結合されるように構成された排気管温度センサを更に含む。
【0060】
具体的な効果は、詳細な説明のセクションで上述の効果とともに説明される。
【0061】
本開示の態様、特徴、及び利点は、上述したものに限定されない。上記で言及されない他の態様、特徴、及び利点を、以下の説明から明確に理解することができ、本明細書に記載の実施形態からより明確に理解することができることが理解される。追加的に、本明細書に記載される様々な態様、特徴、及び利点は、添付の特許請求の範囲に記載されるその手段及び組み合わせを介して実現されてもよいことが理解される。
【0062】
本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、様々な例示的な実施形態を例示し、説明とともに、開示される実施形態の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの断面図である。
【図3】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの断面図である。
【図5】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの断面図である。
【図6】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの断面図である。
【図8】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの断面図である。
【図10】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの断面図である。
【図12】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの斜視切断図である。
【図13】本開示の１つ以上の実施形態に係る、触媒コンバータの部分断面図である。
【図14】本開示の１つ以上の実施形態に係る、選択的触媒還元システムの斜視切断図である。
【図16】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ガソリンで動作する排気システム又は内燃機関の斜視アセンブリ図である。
【図17】本開示の１つ以上の実施形態に係る、排気システムコンバータの部分切断図である。
【図18A】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ヒータの斜視図である。
【図18B】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ヒータの斜視図である。
【図18C】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ヒータの斜視図である。
【図19】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ヒータの斜視図である。
【図20】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ヒータの斜視図である。
【図21】本開示の１つ以上の実施形態に係る、加熱ピンの斜視図である。
【図22】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ヒータを示す触媒コンバータの断面図である。
【図23】本開示の１つ以上の実施形態に係る、コイルヒータの斜視図である。
【図24】本開示の１つ以上の実施形態に係る、コイルヒータの端面図である。
【図25】本開示の１つ以上の実施形態に係る、マフラの上面図である。
【図27】本開示の１つ以上の実施形態に係る、例示的な排気システムを示す。
【図28】本開示の１つ以上の実施形態に係る、例示的な排気システムを示す。
【図28A】本開示の１つ以上の実施形態に係る、例示的な添加溶液分配器を示す。
【図29】本開示の１つ以上の実施形態に係る、例示的な排気制御システムの概略図を示す。
【図30A】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ディーゼル燃料で動作する車両の排気システムを示す。
【図30B】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ディーゼル燃料で動作する車両の排気システムを示す。
【図30C】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ディーゼル燃料で動作する車両の排気システムを示す。
【図31】本開示の１つ以上の実施形態に係る、酸化触媒の斜視切断図である。
【図32】本開示の１つ以上の実施形態に係る、酸化触媒中に配置されたフィルタの端面図である。
【図33】本開示の１つ以上の実施形態に係る、ディーゼル微粒子フィルタに配置されたフィルタの端面図である。
【図34】本開示の１つ以上の実施形態に係る、石炭関連用途の排気システムのアセンブリ図である。
【図36】本開示の１つ以上の実施形態に係る、オートバイ用の排気システムである。
【図37】本開示の１つ以上の実施形態に係る、芝刈り機用の排気システムである。
【図38】本開示の１つ以上の実施形態に係る、非電池式排気システムである。
【図39】本開示の１つ以上の実施形態に係る、産業用発電所の排気システムのアセンブリ図である。
【図41】本開示の１つ以上の実施形態に係る、コイルヒータの図である。
【図42】本開示の１つ以上の実施形態に係る、排気管ヒータを有する排気システムのアセンブリ図である。
【図43】本開示の１つ以上の実施形態に係る、排気管ヒータを有する排気システムのアセンブリ図である。
【図44】本開示の１つ以上の実施形態に係る、外部ヒータの図である。
【図45】本開示の１つ以上の実施形態に係る、外部ヒータの図である。
【図46】本開示の一実施形態に係る、１つ以上の外部ヒータを有する排気システムのアセンブリ図である。
【発明を実施するための形態】
【0064】
ここから以後、本開示の主題を、その一部を形成し、かつ例示として特定の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、より完全に説明する。「例示的な」として本明細書に記載される実施形態又は実装態様は、例えば、他の実施形態又は実装態様よりも好ましいか、又は有利であると解釈されるべきではなく、むしろ、実施形態（複数可）が「例示的な」実施形態（複数可）であることを反映するか、又は示すことを意図したものである。主題を、多様な異なる形態で具現化することができ、したがって、扱われるか、又は特許請求される主題は、本明細書に示される任意の例示的な実施形態に限定されないものとして解釈されることを意図したものであり、例示的な実施形態は、単に例示的であるように提供される。同様に、特許請求の範囲又は扱われる主題のための合理的に広い範囲が意図される。とりわけ、例えば、主題は、方法、デバイス、構成要素、又はシステムとして具現化されてもよい。したがって、実施形態は、例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせ（ソフトウェアそのもの以外）の形態をとってもよい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味にとられることを意図したものではない。
【0065】
本明細書及び特許請求の範囲を通して、用語は、明示的に述べられた意味を越えて、状況に照らして示唆又は含意される微妙に異なる意味を有してもよい。同様に、本明細書で使用される「一実施形態では」という語句は、必ずしも同じ実施形態を指さず、本明細書で使用される「別の実施形態では」という語句は、必ずしも異なる実施形態を指さない。例えば、特許請求される主題は、例示的な実施形態を全体的又は部分的に組み合わせることを含むことが意図される。
【0066】
以下で使用される用語は、本開示のある特定の具体例の詳細な説明と併せて使用されていても、その最も広い合理的な態様で解釈されてもよい。確かに、ある特定の用語が、以下で強調されてもよいが、任意の制限された態様で解釈されることを意図した任意の用語を、この詳細な説明のセクションでそのように明白かつ具体的に定義する。前述の概要及び以下の詳細な説明の両方は、単に例示的及び説明的であり、特許請求される際に特徴を限定しない。
【0067】
本開示では、「基づく」という用語は、「少なくとも部分的に基づく」ことを意味する。単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が別段指示しない限り、複数の指示対象を含む。「例示的な」という用語は、「理想的な」ではなく「例」の意味で使用される。「又は」という用語は、包括的であるように意図されており、列挙される項目のいずれか一方、いずれか、いくつか、又は全てを意味する。「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語、又はそれらの他の変形は、要素のリストを含むプロセス、方法、又は製品が必ずしもそれらの要素のみを含むのではなく、そのようなプロセス、方法、物品、又は装置に明示的に列挙されていないか、又はそれに固有ではない他の要素を含んでもよいように、非排他的な包含に及ぶことを意図したものである。「実質的に」及び「一般に」などの相対的な用語は、述べられるか、又は理解される値の±５％の可能な変動を示すために使用される。
【0068】
【0069】
触媒コンバータは、１つ以上のフィルタを含む。フィルタは、セラミックで形成され、ハニカム形状である（任意の特定の形状に限定されない）開口部を含んでもよい。特に高い耐熱性が必要とされる用途では、Ｋａｎｔｈａｌ（ＦｅＣｒＡｌ）で作製された金属箔モノリシックフィルタが使用されてもよい。触媒コンバータは、酸化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化ケイ素、又はシリカとアルミナとの混合物から形成された触媒コーティングを含んでもよい。触媒材料は、粗い不規則な表面を形成するように選択されてもよい。この表面は、裸の基板の滑らかな表面と比較して表面積を大幅に増加させる。このことは、ひいては、エンジン排気と反応するために利用可能な触媒活性表面を最大化する。リーンエンジン動作下では、過剰な酸素があってもよく、ＮＯｘの還元は、望ましくない場合がある。リッチ条件下では、過剰な燃料は、触媒の前に、利用可能な酸素を消費してもよい。したがって、貯蔵された酸素のみが酸化機能のために利用可能であってもよい。効果的なＮＯｘ還元及びＨＣ酸化の要件が矛盾しているため、閉ループ制御システムが必要であってもよい。制御システムは、ＮＯｘ還元触媒が完全に酸化されるのを防止してもよいが、酸素貯蔵材料を補充して、その酸化触媒としての機能を維持してもよい。
【0070】
図１は、本開示の一実施形態に係る触媒コンバータ１００の断面図を例示している。触媒コンバータ１００は、長手方向（又は水平方向）軸１０４に沿って延在してもよい。触媒コンバータ１００は、外部シェル１０２、入口ポート１０６、及び出口ポート１０８を含んでもよい。外部シェル１０２の内部に１つ以上のフィルタ１１０が配設されてもよい。外部シェル１０２の内部に、複数の空間（又は開口部）１１２を有する内部構造が設けられる又は配置されてもよい。例えば、示されるように、空間１１２は、１つ以上のフィルタ１１０の間に、又はこれに隣接して設けられてもよい。空間１１２内に、触媒コンバータ１００の内部を加熱するように構成された１つ以上の電気加熱要素１１４が配置されてもよい。加熱要素１１４は、例えばニクロム（ＮｉＣｒ）線で構成された加熱線を含んでもよいが、これに限定されない。加熱要素１１４に電気エネルギーを供給するために、電源（例示の明確さのために、図には示されていない）から電気リード１１６が延在してもよい。加熱要素１１４は、触媒コンバータ１００の内部を加熱することによって、従来の触媒コンバータと比較して、触媒コンバータ１００内の有害なガス及び微粒子状物質の除去又は低減を著しくかつ十分に改善する。図１は、触媒コンバータに関して説明されているが、図１の構成要素及び実施形態は、例えば、選択的触媒還元システム、酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ、排気管などの任意の他の排気コンバータを対象としてもよいし、それに組み込まれてもよい。
【0071】
図２Ａは、フィルタ１１０の端面図を示す。一実施形態では、フィルタ１１０は、例えば、複数のハニカム形状の開口部２１０を含む金属フィルタ又はセラミックフィルタであってもよい。開口部２１０は、ガス及び／又は微粒子状物質をフィルタ１１０の一端部から反対側の端部に伝えるように構成されてもよい。フィルタ１１０の開口部２１０の形状及びサイズは、本開示の１つ以上の排気システムの用途に応じて変化してもよい。一実施形態では、ガソリンエンジンシステムで使用されるフィルタ１１０のための開口部２１０のサイズは、約１／１６インチであってもよいが、これに限定されない。別の実施形態では、ディーゼルエンジンシステムで使用されるフィルタ１１０のための開口部２１０のサイズは、約１／８インチ～１／４インチであってもよいが、これに限定されない。
【0072】
一実施形態では、フィルタ１１０は、フィルタ１１０と有毒又は有害なガス及び微粒子状物質との間の接触を最大化又は増加させるために、触媒コーティング材料でコーティングされてもよい。触媒コーティング材料は、入口ポート１０６から出口ポート１０８まで横切ってもよい有毒ガス及び微粒子状物質の流動を低速化してもよい。追加的に、触媒コーティング材料は、触媒コンバータ１００の急速加熱を容易にするのに役立ってもよい。追加的に、触媒コーティング材料は、触媒コンバータ１００の急速加熱を容易にしてもよい。本開示の原理及び概念を具現化する触媒コーティングの実施形態及びその関連付けられた特徴が、以後記載される。
【0073】
図２Ｂは、本開示の一実施形態に係る触媒コーティング２２０の断面図を示す。触媒コーティング２２０は、複数の層２２２～２３０を含んでもよい。複数の層は、例えば、第１の層２２２、第２の層２２４、第３の層２２６、第４の層２２８、及び第５の層２３０を含んでもよい。第１の層２２２は、フィルタ１１０の表面上に設けられてもよいか、又はフィルタ自体の表面材料を含んでもよい。第１の層２２２は、例えば、約０．３５～０．８マイクロメートルの厚さを有するセラミック材料を含んでもよい。図２Ｂの第５の層２３０である最上層もまた、例えば、０．３５～０．８マイクロメートルの厚さを有するセラミック材料を含んでもよい。１つ以上のセラミック材料を含む第１の層２２２及び第５の層２３０は、フィルタ１１０と触媒コーティング２２０の他の層とに対する潜在的な衝撃又は損傷からの保護を設けてもよい。第１の層２２２及び第５の層２３０の厚さは、これらに限定されず、特定の用途に依存する。
【0074】
一実施形態では、第２の層２２４、第３の層２２６、及び第４の層２２８は、第１の層２２２と第５の層２３０との間に挟まれてもよい。更に、第２の層２２４、第３の層２２６、及び第４の層２２８は、貴金属を含んでもよい。例えば、第２の層２２４は、チタンを含んでもよく、第３の層２２６は、パラジウムを含んでもよく、第４の層２２８は、ロジウムを含んでもよい。追加的又は代替的に、金が、層２２２～２３０に加えて、又は層２２２～２３０のうちの１つ以上と組み合わせて使用されてもよい。例えば、金が、層２２２～２３０の間又は上に（例えば、金の散乱斑点又はドットを噴霧することによって）噴霧されてもよい。金が触媒コーティング２２０で利用されるとき、層２２２～２３０の各々又は組み合わせをより薄くしてもよい。すなわち、触媒コーティング２２０の有効性は、層２２２～２３０で金を使用することによって改善されてもよい。本開示の１つの例示的な実施形態では、ガソリンエンジンシステムに使用されるフィルタ１１０は、白金、パラジウム、ロジウム、及びセラミックでコーティングされたハニカム形状の開口部を含んでもよい。追加的又は代替的に、金が使用されてもよい。同様に、ディーゼルエンジンシステム用のフィルタ１１０は、白金、パラジウム、ロジウム、及びセラミックでコーティングされた六角形開口部又はハニカム開口部を含んでもよい。幾何学的表面積は、触媒性能にとって重要な要因であってもよい。限定されるものではないが、六角形形状の開口部は、正方形形状の開口部よりも良好な熱質量効率を提供する。
【0075】
第２の層、第３の層、及び第４の層の厚さは、０．３５～０．８０マイクロメートルであってもよいが、各層の厚さは、これに限定されず、特定の用途に依存する。一実施形態では、フィルタ１１０は、触媒コーティング２２０の各層が着けられた後に、所定の温度で焼成されてもよい。触媒コーティング２２０のための５つの層が図２Ｂに示されているが、触媒コーティング２２０のための層の数は、５つに限定されなくてもよい。追加的に、第２の層２２４～第４の層２２８の順序は、交換可能であってもよい。しかしながら、第１の層２２２及び第５の層２３０は、好ましくは、貴金属層（例えば、層２２４～２２８）及びフィルタ１１０の保護を提供するために、第２の層２２４～第４の層２２８の外層上に配設されてもよい。本開示の実施形態に係る触媒コーティング２２０は、フィルタ１１０を急速加熱し、望ましくない排気ガス及び微粒子状物質を劇的に低減又は除去する。
【0076】
実施形態では、触媒コーティング２２０は、その表面積を保持してもよく、高温、例えば、およそ１０００℃以上、での触媒金属粒子の焼結を防止してもよい。上述したように、触媒材料は、希少金属又は貴金属の混合物であってもよい。いくつかの実施形態では、白金は、主な活性触媒として選択されてもよい。代替的に、白金は、いくつかの実施形態では使用されなくてもよい。白金が使用されるかどうかは、例えば任意の望ましくない追加の反応及び／又はコストに基づいて、決定されてもよい。追加的又は代替的に、パラジウム及びロジウムが触媒コーティング２２０に含まれてもよい。一実施形態では、ロジウムは、還元触媒に使用される触媒コーティング２２０に含まれてもよく、パラジウムは、酸化触媒に使用されるコーティング材料に含まれてもよい。一実施形態では、還元及び／又は酸化を容易にするために、白金が触媒コーティングに含まれてもよい。追加的又は代替的に、還元及び／又は酸化を容易にするために、セリウム、銅、鉄、マンガン、及びニッケルがコーティング材料に含まれてもよい。
【0077】
図３は、本開示の一実施形態に係る触媒コンバータ３００を例示している。触媒コンバータ３００は、外部シェル３０２、入口ポート３０６、出口ポート３０８、１つ以上のフィルタ３１０、及び複数の空間３１２を含んでもよい。この実施形態では、電気加熱要素３１４は、空間３１２に配置又は配設されてもよい。加熱要素３１４は、例えばニクロム線で構成された加熱線を含んでもよいが、これに限定されない。加熱要素３１４に電気エネルギーを供給するために、電源（例示及び説明の明確さのために、図には示されていない）から電気リード３１６が延在してもよい。
【0078】
一実施形態では、撹乱プレート３１８が、入口ポート３０６及び出口ポート３０８に、又はこれらの近くに設置されてもよい。撹乱プレート３１８は、フィルタ３１０を横断する排気ガスの流動に撹拌を追加するか、又はこの流動の撹拌を増加させるために含まれてもよい。図３に示されるように、撹乱プレート３１８は、外部シェル３０２の長手方向（又は水平方向）軸３０４に直交して配向又は配設されてもよい。図１に示されるフィルタ１１０と同様に、フィルタ３１０は、有毒ガス及び微粒子との接触を最大化又は増加させるために、かつ触媒コンバータ３００内の、及びそれを縦断するガスの流動を減速するために、１つ以上の触媒材料でコーティングされてもよい。追加的に、加熱要素３１４は、触媒コンバータ３００の内部及び構成要素（例えば、フィルタ３１０）を加熱することによって、有害なガス及び微粒子状物質の除去又は低減を更に支援してもよい。図４Ａ及び図４Ｂは、排気ガス及び微粒子状物質の流動の方向にわたって延在してもよい穴４２０のアレイを含んでもよい撹乱プレート３１８の端面図を示す。穴４２０のアレイは、図４Ａに示される均一なパターンで、又は図４Ｂに示されるような疑似ランダムパターンで、撹乱プレート３１８の周りに散在してもよい。更に、穴４２０のサイズ及び形状は、好適な態様で変化してもよい。図４Ｃは、フィルタ３１０の端面図の一例を示す。図１及び図２Ａのフィルタ１１０と同様に、フィルタ３１０は、図２Ａ及び図２Ｂに対応する上記で考察される実施形態と同様に、セラミック及び貴金属の複数の層を有する複数の穴４１０及び触媒コーティングを含んでもよい。
【0079】
図５は、本開示の一実施形態に係る触媒コンバータ５００を描いている。触媒コンバータ５００は、１つ以上のフィルタ５１０、加熱要素５１４、電気リード５１６、二次平面加熱要素５１５、５１７、撹乱（disrupter）プレート５１８、及び追加の電気リード５１９を含んでもよい。加熱要素５１４は、複数の空間５１２内に配置又は配設されてもよい。電気リード５１６は、加熱要素５１４と、撹乱プレート５１８に隣接する入口ポート５０６及び／又は出口ポート５０８の近くに配置されてもよい二次平面加熱要素５１５、５１７と、に電力を供給するための電源から延在してもよい。追加の電気リード５１９は、二次平面加熱要素５１５、５１７に電気エネルギーを供給してもよい。本開示の様々な要素のうちのいくつかは、平面状であるか、又は特定の向きを有するものとして記載されているが、これらの幾何学的制限が厳密であることは必要とされず、その近似は、本開示の様々な実施形態の説明の範囲内である。排気ガスの通常の実質的な層流の乱れは、触媒コンバータ５００の効率を高める。したがって、触媒コンバータから出る有毒ガス及び特定の物質の除去又は低減は、複数の加熱要素５１４、５１５、５１７及び撹乱プレート５１８を含むことによって著しく改善される。
【0080】
一実施形態では、二次加熱要素５１５、５１７は、入口ポート５０６及び／又は出口ポート５０８に隣接して、又はこの近くに配設される代わりに、フィルタ５１０のうちの１つ以上に隣接して、又はこの近くに配設又は配置されてもよい。触媒コンバータ５００は、有害なガス及び微粒子状物質が触媒コンバータ５００を通過する際に、有害なガス及び微粒子状物質を除去又は低減する。二次加熱要素５１５、５１７は、触媒コンバータ５００の内部温度を、例えば、約８００℃～１２００℃に加熱するように構成されてもよい。このことは、触媒コンバータ５００内の、又はこれを縦断する有害なガス及び微粒子状物質の除去又は低減を支援する。フィルタ５１０（例示的な濾過プロセスの例示については図１６を参照のこと）は、例えば、約８００℃～１２００℃の内部温度を維持することを支援し、かつひいては、有害なガス及び微粒子状物質の除去又は低減を更に支援するために、貴金属でコーティング又は噴霧されてもよい。追加的に、図１～図４に従って説明される実施形態と同様に、触媒コンバータ５００は、有害なガス及び微粒子状物質の除去又は低減を支援するために、図２Ｂに示されるような触媒コーティングを含んでもよい。
【0081】
図６は、本開示の一実施形態に係る触媒コンバータ６００を例示している。触媒コンバータ６００は、入口ポート６０６と出口ポート６０８との間に磁場が維持されてもよい１つ以上のフィルタ６１０を含んでもよい。この実施形態では、触媒コンバータ６００は、外部シェル６０３を部分的に又は内部に取り囲む包囲シェル６０２で強化されている。シェル６０２、６０３の間に複数の磁石６０７が位置してもよいか又は配置されてもよい。図７に示されるように、複数の磁石６０７は、外部シェル６０３の外側幾何学形状に近似するように湾曲した形状を有してもよく、２つのセット６０７ａ、６０７ｂに設けられてもよい。複数の磁石６０７は、図７に示されるように、交互する極性を有するアレイに配設されてもよい。一実施形態では、互いに向き合う磁石６０７は、反対の極性を有してもよい。代替的に、磁石６０７は、同じ極性を有してもよく、極性は、コンバータ６００の長手方向又は水平方向に沿って変化しなくてもよい。反対の極性を有して互いに向き合う磁石を有することは、より強い磁場をもたらす。一実施形態では、複数の磁石６０７は、１つ以上のネオジウム磁石を含んでもよい。別の実施形態では、複数の磁石６０７は、電磁石であってもよい。ただし、所望の用途に応じて、任意の好適な磁石が使用されてもよい。図１～図５に開示される実施形態と同様に、ヒータ６１２、６１３は、触媒コンバータ６００内の１つ以上の空間に配置されてもよい。更に、電気リード６１６、６１６が、例えば約６～４５アンペアの電流を印加することによって所望の温度を維持するように、ヒータ６１２、６１３の間で切り替わるように構成されてもよい制御ユニット及び電源（例示の明確さのために、図には示されていない）に取り付けられてもよい。
【0082】
図８は、本開示の一実施形態に係る触媒コンバータ８００を示す。この実施形態では、磁石８０７のアレイが、外部シェル８０２の内表面から外部シェル８０２に当接するように設置されてもよい。図１～図７に従って記載される実施形態と同様に、加熱要素８１４が、加熱要素８１４に電力供給する電気リード８１６を有する１つ以上のフィルタ８１０の隣の空間８１２に、又はこの近くに、配置されてもよい。
【0083】
図９Ａは、磁石８０７の端面図を示し、図９Ｂは、磁石８０７の分解図を描いている。一実施形態では、中央コア磁気ロッド８０９が、磁石８０７のセットの一部として設けられてもよい。中央コア磁気ロッド８０９は、磁石５０７の極性の様々な配置を可能にしてもよい。例えば、互いに向き合う外側磁石８０７は、同じ極性又は異なる極性を有してもよい。このことは、長手方向に沿って変化してもよい。加えて、中央コア磁気ロッド８０９は、各端部に１つの極性を有する、入口ポート８０６から出口ポート８０８まで延在する１つの部品であってもよい。代替的に、中央コア磁気ロッド８０９は、長手方向に互いに分離され、かつ長手方向に変化してもよい極性を有してもよい、セグメントで作製されてもよい。磁石８０７は、固定磁石として描かれているが、追加的又は代替的に、電磁石が、好適な電流源（例示及び説明の明確さのために、図には示されていない）で動作するように設けられてもよい。
【0084】
図１０は、本開示の一実施形態に係る触媒コンバータ１０００を例示している。触媒コンバータ１０００は、外部シェル１００２、入口ポート１００６、出口ポート１００８、１つ以上のフィルタ１０１０、複数の空間１０１２、及び複数の加熱ロッド１０１６を含んでもよい。一実施形態では、電気の加熱要素１０１４は、空間１０１２に配置又は配設されてもよい。加熱要素１０１４は、例えばニクロム線で構成された加熱線を含んでもよいが、これに限定されない。加熱要素１０１４に電気エネルギーを供給するために、電源から電気リード１０１６が延在してもよい。
【0085】
図１１Ａは、図１０のフィルタ１０１０の端面図を示す。一実施形態では、フィルタ１０１０は、例えば、複数のハニカム形状の開口部１１１０を含む金属フィルタ又はセラミックフィルタであってもよい。開口部１１１０は、ガス及び／又は微粒子状物質をフィルタ１０１０の一端部から反対側の端部に伝えるように構成されてもよい。フィルタ１０１０の開口部１１１０の形状及びサイズは、本開示の排気システムの所望の用途に応じて変化してもよい。一実施形態では、ガソリンエンジンシステムで使用されるフィルタ１０１０のための開口部１１１０のサイズは、約１／１６インチであってもよいが、これに限定されない。別の実施形態では、ディーゼルエンジンシステムで使用されるフィルタ１０１０のための開口部１１１０のサイズは、約１／８インチ～１／４インチであってもよい、これに限定されない。更に、複数のロッド１０１６は、複数の開口部１１１０に挿入されてもよい。複数のロッド１０１６は、フィルタ１０１０の一端部からフィルタ１０１０の全長にわたって他端部まで延在してもよい。いくつかの実施形態では、複数のロッド１０１６は、フィルタ１０１０の全長にわたって延在する代わりに、フィルタ１０１０に部分的にわたって延在してもよい。複数のロッド１０１６は、触媒コンバータ１０００の内部で生成される熱を迅速に伝導し、かつ熱をフィルタ１０１０に伝達することによって、フィルタ１０１０の急速加熱を容易にしてもよい。フィルタ１０１で使用される複数のロッド１０１６の数及び場所は、触媒コンバータ１０００を使用して排気システム内で生成される背圧の量又はレベルに基づいて決定されてもよい。したがって、複数のロッド１０１６の数は、少なくともフィルタの形状及びサイズ、フィルタ１０１０の開口部１１１０のサイズなどで決定されてもよい。好ましくは、フィルタ１０１０に挿入された複数のロッド１０１６で測定される背圧のレベルは、ゼロであってもよい。
【0086】
一実施形態では、１つ以上のフィルタ１０１０は、フィルタ１０１０と有毒ガス及び微粒子状物質との間の接触を最大化又は増加させるために、触媒コーティング材料でコーティングされてもよい。触媒コーティング材料は、入口ポート１００６から出口ポート１００８まで横切ってもよい有毒ガス及び微粒子状物質の流動を低速化してもよい。追加的に、触媒コーティング材料は、触媒コンバータ１０００の急速加熱を容易にしてもよい。本開示の原理及び概念を具現化する触媒コーティングの実施形態及びその関連付けられた特徴が、以後記載される。１つ以上のフィルタ１０１０は、図２Ｂに関して上述したのと同じ方法で、触媒コーティング材料でコーティングされてもよい。
【0087】
図１１Ｂは、複数のロッド１０１６を含む図１０のフィルタ１０１０の斜視図を示す。一実施形態では、複数のロッド１０１６は、複数の開口部１１１０に挿入されてもよい。更に、複数のロッド１０１６は、フィルタ１０１０の一端部からフィルタ１０１０の全長にわたって他端部まで延在してもよい。いくつかの実施形態では、複数のロッド１０１６は、フィルタ１０１０の全長にわたって延在する代わりに、フィルタ１０１０に部分的にわたって延在してもよい。上述したように、複数のロッド１０１６の数及び場所は、触媒コンバータ１０００を利用する排気システムで測定される背圧のレベルに依存してもよい。複数のロッド１０１６を利用することによって、上記の図２Ｂに従って記載される触媒コーティング１１２０に加えて、触媒コンバータ１０００を急速加熱して、化石燃料ベースの内燃機関で生成される有毒又は有害なガス及び微粒子の除去及び低減を劇的に改善してもよい。
【0088】
図１２は、本開示の例示的な一実施形態に係る触媒コンバータ１２００を例示している。図１２に示される要素に加えて、触媒コンバータ１２００は、図１～図１１に示される実施形態に従って開示される１つ以上の特徴を含んでもよい。触媒コンバータ１２００は、第１のハウジング（又はシェル）１２１２と、第１のハウジング１２１２によって包囲されてもよい第２のハウジング（又はシェル）１２１４と、排気ガスが第１のハウジング１２１２に入る入口１２１６と、排気ガスが第１のハウジング１２１２から出る出口１２１８と、を含んでもよい。第１のハウジング１２１２の内部空洞内で、入口１２１６と出口１２１８との間に、第１のフィルタ１２２６、及び第２のフィルタ１２２８。第１のフィルタ１２２６は、有害な排気ガス、特に二酸化炭素を酸化するように構成されている。第２のフィルタ１２２８は、二酸化炭素、一酸化炭素、及び窒素酸化物、並びに炭化水素、及び他の有害な化学物質を含むがこれらに限定されない、有害な排気ガスを更に低減／除去するように構成されてもよい。フィルタ１２２６、１２２８は、セラミック材料又は金属材料で形成されてもよい。
【0089】
第１のフィルタ１２２６及び第２のフィルタ１２２８は、例えば、１つ以上の貴金属を有する触媒コーティング１２２９でコーティングされてもよい複数のハニカム形状の開口部を含むセラミックフィルタを含んでもよい。第１のフィルタ１２２６及び第２のフィルタ１２２８は、ハニカム構造を通って延在してもよい複数のロッド１２３０を含んでもよい。例えば、熱処理された金属又は合金（例えば、銅又は鋼）で形成された複数の加熱ロッド１２３０は、各ロッド１２３０の一端部が一般に入口１２１６に向けられ、かつ各ロッド１２３０の他端部が一般に触媒コンバータ１２００の出口１２１８に向けられるように、フィルタ１２２６、１２２８を横切って長手方向又は水平方向に延在してもよい。追加的又は代替的に、ロッド１２３０は、フィルタ１２２６、１２２８の周りを横切るように配置されてもよい。一実施形態では、第１のフィルタ１２２６における各ロッド１２３０は、第１のフィルタ１２２６の一端部から第１のフィルタ１２２６の他端部まで、第１のフィルタ１２２６の全長にわたって延在してもよい。同様に、第２のフィルタ１２２８における各ロッド１２３０は、第２のフィルタ１２２６の一端部から第２のフィルタ１２２８の他端部まで、第２のフィルタ１２２８の全長にわたって延在してもよい。代替的に、１つ以上のロッド１２３０は、第１のフィルタ１２２６及び／又は第２のフィルタ１２２８を部分的に横切って延在してもよい。以下で更に検討されるように、ロッド１２３０は、フィルタ１２２６、１２２８に熱を伝達するように機能し、フィルタ１２２６、１２２８内の加熱されたロッド質量は、触媒コンバータ１２０２内の温度を効率的に一定に維持することを容易にする。追加的に、第１のハウジング１２１２と第２のハウジング１２１４との間に、複数の磁石１２３２が配置及び分配されてもよい。磁石１２３２の設置は、ハウジング１２１２、１２１４の間に示されているが、磁石１２３２は、両方のフィルタ１２２６、１２２８上若しくは両方のフィルタ１２２６、１２２８内、空洞１２２２内、及び／又は第１のハウジング１２１２の外部に設置されてもよい。一実施形態では、ロッド１２３０の数は、フィルタ１２２６、１２２８のサイズによって決定されてもよい。例えば、約１２×５インチのサイズを有するフィルタの場合、約６～８個のロッドが設けられてもよい。ロッドの数は、排気システムの背圧に基づいていてもよい。一実施形態では、フィルタのサイズは、排気空気流の背圧を低減又は排除するように修正されてもよい。
【0090】
排気ガス中の酸素の量を監視することを容易にするために、電子制御ユニットと通信する酸素センサ１２２０は、触媒コンバータ１２００の外部又は内部に配設又は固定されてもよい。酸素センサ１２２０は、エンジンを離れる排気ガス中の酸素の量（又は可燃性物質の濃度）を測定するように構成されている。排気システムは、上流及び下流の酸素センサ１２２０の両方を有してもよい。上流酸素センサ１２２０は、触媒コンバータ１２２０の前に位置してもよい一方、下流センサは、触媒コンバータ１２００の後に位置する。しばしばパワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）と称されるエンジンコンピュータは、上流酸素センサ１２２０からのデータを使用して、エンジンの燃料混合を調節してもよい。一方、ＰＣＭは、触媒コンバータ１２００の健全性を監視するために下流酸素センサ１２２０からの信号を使用してもよい。
【0091】
酸素センサ１２２０は、入口１２１６の下流かつ第１のフィルタ１２２６の前に、第１のハウジング１２１２の第１のハウジング空洞１２２２内に延在してもよい。触媒コンバータ１２０２の内部温度を閾値温度よりも高く増加させるために、第２のハウジング１２１４の外側から第１のハウジング空洞１２２２に延在する電気ヒータ１２２４は、第１のフィルタ１２２６の上流に配設されてもよい。ヒータ１２２４は、触媒コンバータ１２０２の外部に配置されてもよい電源及び電子制御ユニットに接続されてもよく、触媒コンバータ１２００の内部を閾値温度よりも高く加熱するように構成されてもよい。電源及び電子制御ユニットは、出口１２１８の近くに配置されてもよい温度センサ１２４５によって提供される温度センサデータに基づいて、ヒータ１２２４を制御してもよい。図１２に描かれるヒータ１２２４は、巻回された金属コイル１２２５を含んでもよい。ただし、ヒータ１２２４は、触媒コンバータ１２００の急速内部加熱を確実にするために、任意の形態（以下で詳細に更に後述される）をとってもよい。ヒータ１２２４は、フィルタ１２２６の前に図１２の触媒コンバータ１２００に延在するように示されているが、２つ以上のヒータ１２２４が、触媒コンバータ１２００に延在するように配置されてもよい。例えば、ヒータ（複数可）１２２４は、フィルタ１２２６、１２２８のうちの１つ以上の中に、又は第１の空洞１２２２及び／若しくは第２の空洞１２２３内に、フィルタ１２２６、１２２８の間などに配置されてもよい。したがって、ヒータ（複数可）１２２４の設置は、本開示の図に示される実施形態に限定されない。更に、本開示に従う様々な設計での１つ以上のヒータは、第１のハウジング１２１２及び／若しくは第２のハウジング１２１４内の任意の位置で、完全に触媒コンバータ１２００の空洞１２２２、１２２３内に配置されてもよく、かつ／又は触媒コンバータ１２００の外部に固定されてもよく、かつ／又は触媒コンバータ１２００のすぐ上流に位置するチューブ１２０６の中若しくは外部に固定されてもよい。
【0092】
図１３は、本開示の一実施形態に係る例示的な触媒コンバータ１３００を例示している。触媒コンバータ１３００は、フィルタ１３２５の前の第１のヒータ１３１５と、フィルタ１３２５の後ろの第２のヒータ１３１７と、を含んでもよい。追加的に、温度センサ１３２６、１３２７は、触媒コンバータ１３００の内部温度を監視し、かつ適切な内部温度が維持されることを確実にするために、ヒータ１３１５及び１３１７に隣接して、又はこれらの近くに設置されてもよい。図１３に示されるように、本開示の実施形態に従って、様々なガスが、触媒コンバータ１３００に入って、触媒コンバータ１３００によって低減又は除去されてもよい。
【0093】
図１４は、本開示の一実施形態に係る選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）１４００を示す。一実施形態では、ＳＣＲ１４００は、本開示の実施形態に係る、触媒コンバータ又は他の排気コンバータ（例えば、酸化触媒及び／又はディーゼル微粒子フィルタ）の下流に配置されてもよい。ＳＣＲ１４００は、チューブ１６０６（図１６に示される）によって触媒コンバータ（又は他の排気コンバータ）に下流で結合されてもよい。ＳＣＲ１４００は、窒素酸化物ガスを酸化し、かつそれらを本開示の排気システムから環境に排出される無害な排気物質（例えば、窒素、水、及び少量の二酸化炭素）に変換することによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスを低減するように構成されている。一実施形態では、ＳＣＲ１４００は、排気流に液体還元剤を組み込むことを必要とせずに排気物質を還元して、窒素酸化物の量を低減する。他の実施形態では、ＳＣＲ１４００は、有害な排気物質の低減又は除去を容易にするために液体還元剤（例えば、尿素）を噴射するための１つ以上の噴射器を含んでもよい。尿素の１つの供給源は、蒸留水に溶解された約３２．５％の高品質尿素を含むＡｄＢｌｕｅである。
【0094】
図１４に例示されるように、ＳＣＲ１４００は、フィルタ１４４０、複数の加熱ロッド１４４６、及び加熱要素１４２４を含んでもよい。図１４に描かれる加熱要素１４２４は、巻回された金属コイル１４２５を含んでもよい。ただし、加熱要素１４２４は、ＳＣＲ１４００の内部加熱を確実にするために、任意の形態（以下で詳細に更に後述される）をとってもよい。更に、図１５Ａに示されるように、フィルタ１４４０は、複数のハニカム形状の開口部１５４７を含んでもよい。開口部１５４７の特定の形状及びサイズはこれに限定されず、ＳＣＲ１４００の所望の用途に従って、任意の好適な形状及びサイズが使用されてもよい。一実施形態では、複数の加熱ロッド１４４６は、ハニカム形状の開口部１５４７に挿入されてもよい。図１５Ｂは、フィルタ１４４０の部分斜視図を示す。ハニカム形状の開口部１５４７に加えて、フィルタ１４４０は、フィルタ１４４０の周りに分散してもよい複数の穴１５４２を含んでもよい。複数の穴１５４２は、層状経路からの排気ガスの流動を更に乱すために、かつＳＣＲ１４００から出るガスを低速化するために含まれてもよい。フィルタ１４４０は、図１～図１３の実施形態に開示されたフィルタと同様に、図２Ｂに関して上述したのと同じ態様で、触媒コーティング１５４８でコーティングされてもよい。
【0095】
一実施形態では、加熱ロッド１４４６は、各ロッド１４４６の一端部が概ねＳＣＲ１４００の入口に向けて配向されてもよく、かつ各ロッド１４４６の他端部が概ねＳＣＲ１４００の出口に向けて配向されてもよいように、ハニカム構造を通って長手方向に延在してもよい。ロッド１４４６は、熱処理された金属又は合金（例えば、銅又は鋼）を含んでもよい。電気ヒータ１４２４は、電子制御ユニットと通信してもよく、フィルタ１４４０の上流のＳＣＲ１４００に延在してもよい。図１～図１３に開示される前述の実施形態のフィルタと同様に、ＳＣＲ１４００のフィルタ１４４０のロッド１４４６及び触媒コーティング１５４８は、急速加熱を容易にし、フィルタ１４４０全体にわたって内部温度が十分に維持されることを確実にする。追加的又は代替的に、ＳＣＲ１４００は、電気ヒータ１４２４を制御するために電子制御ユニットによって監視及び制御されてもよい１つ以上の窒素酸化物センサ又はＯ２センサを含んでもよい。
【0096】
ＳＣＲ１４００の内部温度を上昇させることによって、排気ガスの追加の有害な化学物質及び微粒子が燃焼し尽くす。フィルタ１４４０は、ハニカム開口部１５４７を通る選択的ＳＣＲ１４００の内部空洞を通過する排気ガスの流動を捕捉及び／又は減速することを容易にする。触媒コーティング１５４８は、追加の有害な排気物質が閾値温度（ヒータ１４２４がない触媒コンバータ１４００内の通常の動作温度を超える）よりも高く加熱され、かつＳＣＲ１４００から出る前に燃焼し尽くしてもよいように、排気ガスの流動を更に減速し、かつ乱すことを容易にする。ロッド１４４６及び触媒コーティング１５４８に加えて、図６～図９Ｂの前述の実施形態と同様に、ＳＣＲ１４００の内部又は外部に、複数の磁石（例示の明確さのために、図には示されていない）が配置及び分配されてもよい。
【0097】
触媒コンバータ１２００における磁石１２３２と同様に、磁石の極性は、磁石の近傍の電流を増加させて排気ガス及び微粒子の流動を乱し、かつ減速することによって、排気ガス及び微粒子がフィルタ１４４０を通過する際に、排気ガス及び微粒子の流動１５５０を更に乱し、かつ減速してもよく、これにより、ひいては、ＳＣＲ１４００内での排気ガスのより長い期間の加熱が可能になり、ひいては、排気ガスの有毒な副産物の更なる酸化及び低減が可能になる。追加的又は代替的に、磁石は、フィルタ１４４０と選択的触媒還元システム１４００との間、及び／又は選択的触媒還元システム１４００ハウジングの外部に配置されてもよい。ＳＣＲ１４００内の温度は非常に高くなり得るため、磁石は、劣化に煩わされずに期待される最高温度で動作することが可能であってもよい（例えば、ＡｌＮｉＣｏ磁石）。
【0098】
図１６は、本開示の一実施形態に係る排気システム１６００を示す。一実施形態では、排気システム１６００は、ガソリンを利用する内燃機関のために構成又は設計されてもよい。排気システム１６００は、触媒コンバータ１６０２、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）１６０４、１つ以上の電気ヒータ１６２４、１つ以上の熱センサ１６３０、１つ以上のガス（又は酸素又はＯ２）センサ１６５５、及びマフラ１６０８を含んでもよい。触媒コンバータ１６０２は、第１のチューブ１６０６を介してＳＣＲ１６０４に結合されてもよく、ＳＣＲ１６０４は、図１６に示されるように、第２のチューブ１６１０を介してマフラ１６０８に結合されてもよい。熱センサ１６３０は、触媒コンバータ１６０２から出る前に排気ガスの温度を検出するように構成されてもよい。電子制御ユニット（ＥＣＵ）に接続されてもよい熱センサ１６３０は、触媒コンバータ１６０２の入口１６１６及び／又は出口１６１８の近くに位置してもよい。
【0099】
例示的な一実施形態では、冷間始動からエンジンを始動すると、排気ガス及び微粒子状物質の温度よりも高く触媒コンバータ１６０２の内部温度を加熱することを支援するために、電子制御ユニットによって１つ以上の電気ヒータ１６２４が同時にオンにされてもよい。ヒータ１６２４は、所望の温度に達した後にオンのままであってもよいか、又は触媒コンバータ１６０２内の温度が所定の閾値温度よりも低く降下する場合に、オフにされてから再びオンにされてもよい。電子制御ユニットは、１つ以上の温度計及び他のセンサから入力信号を受信するとともに、ヒータ１６２４の活動を制御するための信号を生成してもよい。複数のロッド（例示の明確さのために、図には示されていない）が、触媒コンバータ１６０２内に組み立てられた状態で、フィルタ１６２６、１６２８内で長手方向又は水平方向に延在してもよい。ロッドは、フィルタ１６２６、１６２８を通ってヒータ１６２４からのより迅速な熱伝達のための導管を提供し、それによって、触媒コンバータ１６０２の内部温度を所望の内部温度に加速し、フィルタ１６２６、１６２８の表面積及び触媒コンバータ１６０２の空洞１６２２の全体にわたって所望の内部温度を閾値よりも高く維持することを支援して、少なくともフィルタ１６２６、１５２８及び周囲の内部表面積にわたって有害な排気ガスを酸化してもよい。
【0100】
触媒コンバータ１６０２の内部温度を触媒コンバータ１６０２の通常の動作温度を超える温度に上昇させることによって、排気ガスの一部である有害な化学物質及び微粒子は、従来の触媒コンバータにおけるよりも効率的に、触媒コンバータ１６０２から出る前に酸化させ、かつ／又は燃焼し尽くす。フィルタ１６２６、１６２８は、排気ガスがハニカム開口部を通って触媒コンバータ１６０２の内部空洞を通過するときに、排気ガスの流動を捕捉及び／又は減速することを容易にし、貴金属フィルタコーティング（例示及び説明の明確さのために、図には示されていない）は、内部触媒コンバータ空洞１６２２を横切る排気ガスの流動を更に減速し、かつ乱し、有害な排気物質のより多くを、閾値排気ガス温度よりも高く加熱し、かつ触媒コンバータ１６０２から出る前に酸化し、かつ／又は燃焼し尽くすことができるように支援する。閾値温度は、システム１６００の構成要素及び他の要因に基づいて所望される追加の酸化／燃焼の量に基づいて、任意の所与の構成に対して最適化されてもよい。
【0101】
一実施形態では、磁石１６３２の極性は、触媒コンバータ１６０２の空洞１６２２内の電流を増加させることによって、排気ガス及び微粒子が触媒コンバータ１６０２を通過する際に、排気ガス及び微粒子の流動を更に乱し、かつ減速することを支援する。排気ガス及び微粒子の流動を乱し、かつ減速することは、触媒コンバータ１６０２の空洞１６２２内でより長い期間排気ガスを加熱し、ひいては、排気ガスの有毒な副産物の更なる酸化及び低減を可能にする。触媒コンバータ１６０２内の温度は非常に高くなり得るため、磁石１６３２は、劣化に煩わされず期待される最高温度で動作するように構成されてもよい（例えば、ＡｌＮｉＣｏ磁石、ネオジウム磁石など）。
【0102】
図１４～図１５Ｂに従って記載されるＳＣＲ１４００と同様に、ＳＣＲ１６０４は、図１～図１５Ｂの前述の実施形態に係る、複数のロッド及び触媒コーティングを介してＳＣＲ１６０４を急速加熱することによって、窒素酸化物ガスを酸化し、かつそれらを無害な排気物質（例えば、窒素、水、及び少量の二酸化炭素）に変換することによって、窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスを低減するように構成されてもよい。ＳＣＲ１６０４から出ると、残りの排気ガスは、ＳＣＲ１６０４を接続するチューブ１６１０を通ってマフラ１６０８に流動してもよい。マフラ１６０８は、エンジン騒音を低減するか、又は「消音する」ように構成されてもよく、残りの有害な排気ガスを更に低減し、排気温度を冷却してもよい。
【0103】
図１７は、本開示の一実施形態に係る排気コンバータ１７００を例示している。排気コンバータ１７００は、ガソリン又はディーゼルベースのエンジンシステムで利用されてもよい。更に、排気コンバータ１７００は、例えば、触媒コンバータ、ＳＣＲ、酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）として使用されるように設計又は構成されてもよい。
【0104】
一実施形態では、排気コンバータ１７００は、第１のヒータ１７２０、第１のフィルタ１７２１、第２のヒータ１７２６、及び第２のフィルタ１７２８を含んでもよい。第１のヒータ１７２０は、第１のコネクタ１７２４を介して電源から電力を受け取ってもよく（例示及び説明の明確化のために示されていない）、第２のヒータ１７２６は、第２のコネクタ１７３４を介して電源から電力を受け取ってもよい。第１のヒータ１７２０及び第１のフィルタ１７２１は、統合された単一デバイスであってもよい。代替的に、第１のヒータ１７２０及び第１のフィルタ１７２１は、任意の好適な固定手段を介して（例えば、溶接、ネジ、ボルトなどを介して）互いに組み合わされてもよいか、又は取り付けられてもよい別個のデバイスであってもよい。同様に、第２のヒータ１７２６及び第２のフィルタ１７２８は、統合された単一のデバイスであってもよい。代替的に、第２のヒータ１７２６及び第２のフィルタ１７２８は、任意の好適な固定手段を介して（例えば、溶接、ネジ、ボルトなどを介して）互いに組み合わされてもよいか、又は取り付けられてもよい別個のデバイスであってもよい。第１のヒータ１７２６及び第２のヒータ１７２６は、図１７に示されるように、異なるタイプのヒータであってもよい。代替的に、第１のヒータ１７２０及び第２のヒータ１７２７は、同じタイプのヒータであってもよい。
【0105】
一実施形態では、第１のヒータ１７２０は、加熱要素１７２２を含んでもよい。加熱要素１７２２は、例えば、金属材料で作製されてもよく、加熱要素１７２２は、複数の開口部（例えば、ハニカム形状の開口部）を含んでもよい。追加的に、第１のヒータ１７２０は、水平方向に第１のヒータ１７２０を横切って延在する複数の加熱ロッド１７２２を含んでもよい。加熱ロッド１７２２は、第１のヒータ１７２０の一端部から他端部まで完全に水平に延在してもよい。代替的に、加熱ロッド１７２２は、第１のヒータ１７２０内で部分的に水平に延在してもよい。更に、加熱ロッド１７２２は、フィルタインサート１７２２の複数の開口部に挿入されてもよい。一実施形態では、加熱ロッド１７２２は、例えば、熱処理された金属又は合金（例えば、銅又は鋼）を含んでもよい。
【0106】
一実施形態では、第１のヒータ１７２０は、第１のコネクタ１７２４と第１のヒータ１７２２のハウジング１７２３（例えば、金属ハウジング）との間に電位を印加することによって加熱されてもよい。第１のコネクタ１７２４及びハウジング１７２３は、第１の端子及び第２の端子（例えば、正端子及び負（又は接地）端子）として機能するように構成されてもよい。加熱要素１７２２及びヒータハウジング１７２３は、電源に電気的に結合されてもよい。したがって、第１のヒータ１７２０は、電源によって電位が印加されて、第１のヒータ１７２０を通過する電流を誘起すると、急速に熱くなり得る。したがって、ハウジング１７２３、加熱要素１７２２、及び加熱ロッド１７１６は、第１のヒータ１７２０の急速加熱を容易にしてもよい。例えば、加熱ロッド１７１６は、第１のヒータ１７２０の内部で生成された熱を加熱要素１７２２に伝達することを容易にする。加熱要素１７２２は、排気ガス及び微粒子状物質の除去及び低減を支援してもよいフィルタとして機能してもよい。第１のフィルタ１７２１は、排気コンバータ１７００の所望の用途に応じて、セラミック材料又は金属材料で作製されてもよい。上記の図１～図１６の前述の実施形態に従って記載される触媒コンバータ及びＳＣＲと同様に、第１のフィルタ１７２１は、複数の加熱ロッド（例示の明確さのために、図には示されていない）及び薄い触媒コーティングを含んでもよい。したがって、第１のヒータ１７２０、薄い触媒コーティング、及び複数の加熱ロッドから生成された熱は、第１のフィルタ１７２６を急速加熱することを容易にしてもよい。
【0107】
一実施形態では、第２のヒータ１７２６は、１つ以上の加熱線１７２７を含んでもよい。図１７に示されるように、加熱線１７２７は、ウェブパターンで配置されてもよい。ただし、加熱線１７２７の任意の好適な形状及び／又はサイズが利用されてもよい。加熱線１７２７は、コネクタ１７３４に結合されてもよい。この実施形態では、第２のヒータ１７２６は、加熱線１７２７に電流を印加することによって加熱されてもよい。電源は、同時に又は順次に、コネクタ１７２４及び１７３４に電流を供給するように構成されてもよい。加熱線１７２７によって生成された熱は、第２のフィルタ１７２８を加熱してもよい。第２のフィルタ１７２８は、複数の加熱ロッド１７３０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、加熱線１７２７は、振動又は他の内部又は外部の動き又は力によって引き起こされてもよい加熱線１７２７への潜在的な損傷を防止するために、加熱ロッド１７３０に取り付けられてもよい。第２のフィルタ１７２８は、排気コンバータ１７００の所望の用途に応じて、セラミック材料又は金属材料で作製されてもよい。上記の図１～図１６の前述の実施形態に従って記載される触媒コンバータ及びＳＣＲと同様に、第２のフィルタ１７２８は、薄い触媒コーティングを含んでもよい。したがって、第２のヒータ１７２６、薄い触媒コーティング、及び複数の加熱ロッド１７３０から生成された熱は、第２のフィルタ１７２８を急速加熱することを容易にしてもよい。いくつかの実施形態では、金属材料で作製された第１のフィルタ１７２１及び／又は第２のフィルタ１７２８は、第１のフィルタ１７２１及び／又は第２のフィルタ１７２８の急速加熱を更に支援するために、電源の１つ以上の端子に電気的に結合されてもよい。更に、第１のヒータ１７２０及び第２のヒータ１７２６の場所は、図１７に示されるように限定されない。第１のヒータ１７２０及び第２のヒータ１７２６の場所は、排気コンバータ１７００の所望の用途に基づいて好適に決定されてもよい。
【0108】
第１のヒータ１７２０は、加熱要素１７２２と、加熱線１７２７などの１つ以上の加熱線と、の両方を含んでもよいことが理解される（例えば、図１９を参照のこと）。同様に、第２のヒータ１７２６は、１つ以上の加熱線１７２７と、加熱要素１７２２などの加熱要素と、を含んでもよい（例えば、図１９を参照のこと）。注記したように、加熱要素１７２２は、排気ガス及び微粒子状物質の除去及び低減を支援してもよいフィルタとして機能してもよい。
【0109】
図１８Ａ～図２３Ｂは、図１～図１７に開示される前述の実施形態のいずれかに組み込まれてもよい様々な例示的なヒータ及び構成要素を示す。図１８Ａは、本開示の一実施形態に係るヒータ１８００の斜視図を例示している。ヒータ１８００は、ハウジング（又はシャーシ）１８０２、１つ以上の加熱線１８０４、及びコネクタ１８０６を含んでもよい。一実施形態では、加熱線１８０４は、ハウジング１８０２及びコネクタ１８０６に結合されてもよい。例えば、加熱線１８０４の一端部は、ハウジング１８０２に結合されてもよく、加熱線１８０４の他端部は、コネクタ１８０６に結合されてもよい。図１８Ａに示されるように、コネクタ１８０６は、電源から電流を受け取るように構成された１つ以上の端子と、ハウジング１８０２の表面とコネクタ１８０６との間に電気絶縁を提供するための電気絶縁体として機能する１つ以上のセラミック部分１８０８と、を含んでもよい。１つ以上の端子は、例えば、コネクタ１８０６の正（又は負）端子であってもよい。ハウジング１８０２は、負（又は正）端子又は接地として構成されてもよい。
【0110】
一実施形態では、加熱線１８０４は、図１８Ａに示されるように、螺旋（又はジグザグ）形状を含んでもよい。ただし、加熱線１８０４は、ヒータ１８００の所望の用途に応じて、任意の好適な形状を有してもよい。加熱線１８０４は、約１．２ｍｍの厚さを有するクロムニッケル抵抗材料で作製されてもよい。加熱線１８０４の各々の厚さ及び長さは、加熱線１８０４に印加される電流の量（又はレベル）に基づいて決定されてもよい。例えば、約４８～６０アンペアの電流供給に約４０ｃｍの長さが使用されてもよい。約３０アンペアの電流供給の場合、約２０ｃｍの長さが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の加熱線１８０４は、例えば、複数の加熱線１８０４の各々の端部をコネクタ１８０６の複数の正端子の各々に接続しながら、複数の加熱線の他端部の全てをハウジング１８０２の表面上の単一の負端子に互いに接続することによって使用されてもよい。したがって、供給電流は、複数の加熱線１８０４に分割され、それによって、加熱線１８０４の数によって供給される電流の総量を低減してもよい。複数の加熱線１８０４の各々の厚さ及び長さは、加熱線１８０４に供給される電流のレベルに対して計算されてもよい。複数の加熱線１８０４を利用することは、加熱線１８０４の各々をより短く、かつより薄くすることを可能にしてもよい。それゆえ、加熱線１８０４は、より大きな厚さ及び長さを有する単一の加熱線よりも実質的に速く熱くなり得る。
【0111】
図１８Ｂは、本開示の別の実施形態に係るヒータ１８１０の斜視図を示す。ヒータ１８１０は、ウェブ形状（これに限定されない）を有する加熱線１８１４と、ハウジング（又はシャーシ）１８２１と、加熱線１８１４を所定の位置に保持するように構成された複数のロッド１８１８と、を含んでもよい。加熱線１８１４は、電流がコネクタ１８１６を介して電源によって供給されるときに熱くなり得る。コネクタは、正端子及び負端子を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ハウジング１８１２は、負端子又は接地として構成されてもよい。上述した図１８Ａの実施形態に従って開示される加熱線１８０４と同様に、加熱線１８１４の形状、厚さ、及び長さは、電源から供給される電流のレベルに関連して決定されてもよい。ヒータ１８１０は、例えば、セラミックハニカムフィルタの約１～１．５インチ前に配置されてもよい。
【0112】
図１８Ｃは、本開示の別の実施形態に係るヒータ１８３０の詳細図を例示している。図１８Ｃに示されるように、ヒータ１８３０は、異なるサイズ及びパターンを含むように設計されてもよい。ヒータ１８３０は、ヒータ１８３０に電流が印加されると急速に熱くなるように構成された金属材料で作製されてもよい。ヒータ１８３０は、図１～図１８Ｂの実施形態に開示されるヒータのいずれかに対して追加的又は代替的に使用されてもよい。
【0113】
図１９は、本開示の一実施形態に係るヒータ１９０２を例示している。ヒータ１９０２は、ハウジング１９０２、第１の端子１９０３、第２の端子１９０４、１つ以上の加熱線１９０６（１つだけが示されているが、図１８Ａに示される加熱線１８０４と同様に、複数のレベルの加熱線が利用されてもよい）、加熱要素１９０８、複数の加熱ロッド１９１０、及びコネクタ１９１２を含んでもよい。ハウジング１９０２は、金属ハウジングであってもよい。
【0114】
第１の端子１９０３は、正（又は負）端子であってもよく、第２の端子１９０４は、負（又は正）端子又は接地であってもよい。一実施形態では、第１の端子１９０３は、コネクタ１９１２に電気的に結合されてもよく、第２の端子１９０４は、ハウジング１９０２に電気的に結合されてもよい。
【0115】
加熱線１９０６は、第１の端子１９０３と第２の端子１９０４との間に電気的に結合されてもよい。この実施形態では、コネクタ１９１２は、電源から電流を受け取るように構成されてもよく、正（又は負）端子として機能してもよい。更に、ハウジング１９０２は、負（又は正）端子又は接地として機能するように構成されてもよい。したがって、正端子１９０３（例えば、コネクタ１９１２を介して）と負端子１９０４（例えば、ハウジング１９０２を介して）との間の電源によって供給される電位は、第１の端子１９０３と第２の端子１９０４との間に電流を誘起してもよい。したがって、第１の端子１９０３と第２の端子１９０４との間に結合された加熱線１９０６は、供給された電流のレベルに基づいて熱くなり得る。追加的に、金属材料を含んでもよい加熱要素１９０８は、第１の端子１９０３及び／又は第２の端子１９０４に電気的に結合されてもよく、また、電流が供給される結果として熱くなってもよい。
【0116】
加熱ロッド１９１０は、加熱線１９０６によって生成されてもよい熱を急速伝導することによって、加熱要素１９０８を熱くすることを更に容易にしてもよい。一実施形態では、加熱ロッド１９１０は、加熱要素１９０８の開口部に挿入されてもよく、加熱要素１９０８の一端部から加熱要素１９０８の他端部まで延在してもよい。加熱ロッド１９１０はまた、加熱要素１９０８の一端部から加熱要素１９０８の他端部まで部分的に延在してもよいロッドを含んでもよい。更に、加熱ロッド１９１０は、加熱線１９０６を所定の位置に保持するように構成された支持体として作用してもよい。この例では、加熱ロッド１９１０は、加熱要素１９０８の一端部から加熱要素１９０８の他端部まで部分的に延在する。
【0117】
一実施形態では、加熱線１９０６は、図１９に示されるように、螺旋形状を含んでもよい。ただし、加熱線１９０６の具体的な形状及びサイズは、これに限定されず、ヒータ１９００の所望の用途に応じて任意の好適な形状又はサイズを有してもよい。加熱線１８０４と同様に、加熱線１９０６は、好ましくは約１．２ｍｍの厚さを有する、クロムニッケル抵抗材料で作製されてもよい。加熱線１９０６の長さは、加熱線１９０６に印加される電流の量（又はレベル）に基づいて決定されてもよい。例えば、４８アンペアの電流供給に約４０ｃｍの長さが使用されてもよい。３０アンペアの供給される電流の場合、約２０ｃｍの長さが使用されてもよい。したがって、加熱線１９０６の長さ及び厚さは、電流供給のレベルに対して計算されてもよい。いくつかの実施形態では、加熱線１８０４と同様に複数の加熱線１９０６が利用されてもよい。
【0118】
一実施形態では、加熱要素１９０８は、フィルタとして作用してもよく、図１～図１８Ｃの前述の実施形態に係る触媒コーティングを含んでもよい。触媒コーティングは、ヒータ１９００の急速加熱を更に容易にしてもよい。追加的又は代替的に、図６～図９Ｂの実施形態に係る１つ以上の磁石が、ヒータ１９００の急速加熱を容易にするために、ハウジング１９０２と第１の電極１９０３及び第２の電極１９０４との間の空洞（又は空間）１９１４に設置又は配置されてもよい。したがって、ヒータ１９００は、図１９の実施形態に係る、少なくとも加熱線１９０６、加熱ロッド１９１０、触媒コーティング、及び／又は磁石の１つ以上の組み合わせを介して、急速加熱されてもよい。
【0119】
図２０は、本開示の一実施形態に係るヒータ２０００の斜視図を例示している。図１９のヒータ１９００と同様に、ヒータ２０００は、ハウジング２００２、第１の端子２００４、第２の端子２００６、加熱要素２００８、複数の加熱ロッド２０１６、及び１つ以上の加熱線（例示及び説明の明確さのために、図示せず）を含んでもよい。ヒータ２０００は、図１９の前述の実施形態に開示されるヒータ１９００と同様に機能してもよい。一実施形態では、複数の加熱ロッド２０１６は、加熱要素２００８の開口部に挿入されてもよい。複数の加熱ロッド２０１６は、金属材料を含んでもよく、複数のロッド２０１６は、加熱線（例えば、加熱線１８０４、１８１４、及び／又は１９０６）を固定してもよい。
【0120】
図２１は、本開示の一実施形態に係る１つの例示的な加熱ロッド２０１６を例示している。加熱ロッド２０１６は、金属（例えば、熱処理された金属又は合金（例えば、銅又は鋼））で作製されたロッド部分２１０６と、絶縁特性を有するアルミニウム合金で作製された先端部分２１０４と、を含んでもよい。したがって、先端部分２１０４は、加熱ロッド２０１６の短絡又は過熱を防止するために、加熱ロッド２０１６を通る電流の通過を防止してもよい。
【0121】
更に、加熱ロッド２０１６は、加熱線を所定の位置に固定するように構成されたクリップ２１０２（例えば、留め具）を含んでもよい。一実施形態では、加熱線は、クリップ２１０２の開口部２１０３にスナップ嵌めされてもよい。開口部２０１３は、加熱線をクリップ２１０２に固定するために、加熱線と同様の任意の好適な形状を有してもよい。クリップ２１０２は、対応する加熱ロッド２０１６を通る電流の通過を防止するように構成された電気絶縁体であってもよい。したがって、複数の加熱ロッド２０１６のうちの１つ以上は、本開示の排気システムを含む機械又は車両の動作中に、本開示の加熱線を堅固に所定の位置に保持してもよい。
【0122】
一実施形態では、加熱ロッド２０１６は、例えば互いに約２インチ、離間して配置されてもよい。加熱ロッド２０１６の間隔は、これに限定されないが、本開示の所望の用途（例えば、加熱線の形状及び長さ）に基づいて、互いに離間して配置されてもよい。更に、複数の加熱ロッド２０１６は、複数の加熱ロッド２０１６のロッド部分２１０６によってヒータ２０００の内部で生成された熱を伝導することによって、加熱要素２００８の急速加熱を追加的に容易にしてもよい。一実施形態では、複数の加熱ロッド２０１６は、図２０に示されるような加熱要素の代わりに、ＳＣＲのフィルタに直接挿入されてもよい。したがって、加熱ロッド２０１６は、例えば、熱伝導を介して、加熱線１９０６（図２０及び図２１には示されていない）の包含によって導入される追加の急速加熱を容易にしてもよいが、当該加熱線１９０６から電気的に絶縁されている。
【0123】
加熱ロッド２０１６のうちの１つ以上が、ヒータ２０００の急速加熱を更に容易にするために、加熱要素２００８を通って延在してもよい。一実施形態では、複数の加熱ロッド２０１６は、様々な長さを有してもよい。例えば、いくつかの加熱ロッド２０１６が、他の加熱ロッド２０１６よりも長い場合がある。すなわち、長いほうの加熱ロッド２０１６は、１つのずれた配置（displacement）で加熱線１９０６を固定するように構成されてもよく、短いほうの加熱ロッド２０１６は、別のずれた配置で加熱線を固定するように構成されてもよい。例えば、図１８Ａに示されるように、長いほうの加熱ロッド２０１６は、最上層部分（ずれた配置）に配設された加熱線１８０４を固定してもよく、短いほうの加熱ロッド２０１６は、加熱線１８０４を最下層部分（ずれた配置）に固定してもよい。
【0124】
図２２は、本開示の排気コンバータ（例えば、触媒コンバータ、ＳＣＲ、酸化触媒、ＤＰＦなど）２２００の例示的な実施形態を描いている。排気コンバータ２２００は、排気コンバータ２２００内の様々な場所に設置又は配置されてもよい様々なタイプ、形状及びサイズを有する複数のヒータ２２１５、２２１６、２２１７、２２１８、２２２０を含んでもよい。本開示の実施形態では、本開示に従って、所望の用途に基づいて、任意の好適な数のヒータが利用されてもよい。
【0125】
図２３及び図２４は、本開示の一実施形態に係る１つのタイプのヒータ２３００を描いている。ヒータ２３００は、本開示の前述の実施形態の排気コンバータ（例えば、触媒コンバータ、ＳＣＲ、酸化触媒、ＤＰＦなど）にその外側から挿入されてもよく、所定の位置に螺設されてもよい。したがって、ヒータ２３００は、本開示の排気コンバータに取り外し可能に取り付けられてもよい。ヒータ２３００はまた、排気システムのチューブに挿入されてもよい。より具体的には、そのようなヒータは、アフターマーケットパーツとして設けられ、触媒コンバータ、ＳＣＲ構成要素又はＤＰＦ構成要素を変更することなく、既存の車両の排気チューブに据え付けられてもよい。また、同じ又は同様のタイプのヒータ４１００が、図４１に示されている。ヒータ２３００／４１００は、支持スタッド／ロッド２３０８／４１０８の周りに螺旋状に巻かれた加熱線２３０４／４１０４で形成されてもよい。支持スタッド／ロッド２３０８／４１０８は、正端子又は負端子に接続されてもよく、一実施形態では、支持スタッド／ロッド２３０８／４１０８は、負端子に接続されており、ヒータが挿入されているハウジングに接続されてもよい。ヒータ２３００／４１００は、正端子又は負端子に接続されてもよいコネクタスタッド２３１０／４１１０を含んでもよく、一実施形態では、コネクタスタッド２３１０／４１１０は、正端子に接続されており、排気コンバータ又は排気チューブの外部にアクセス可能であるように構成されている。図４１は、ヒータ４１００に接続された外部電源コネクタ４１２０及び４１３０を例示している。一実施形態では、４１２０は、正電源ケーブルであり、４１３０は、負電源ケーブルである。別の実施形態では、４１２０は、負電源ケーブルであり、４１３０は、正電源ケーブルである。電源ケーブル４１２０及び４１３０は、当業者に知られている様々な方途で接続されてもよい。図４１において、それらは、関連着けられた端子に螺設／ボルト締めされた電気的な突出部として例示されている。
【0126】
図２５及び図２６は、本開示の一実施形態に係るマフラ２５００を示す。一実施形態では、マフラ２５００は、ガソリン又はディーゼルで動作するように構成されてもよい内燃機関のために構成又は設計されてもよい、図１６の排気システム１６００で利用されてもよい。マフラ２５００は、１つ以上のサイレンサ２５０８と、散在し、かつ／又は互いに離間して配置された複数のプレート２５０６と、が位置してもよいハウジング２５１０を含んでもよい。プレート２５０６は、例えば鋼で形成されてもよく、１つ以上の貴金属２６０２（図２Ｂで上述したような）でコーティングされてもよい。貴金属コーティング２６０２は、ハウジング２５１０内の排気ガスの流動を乱してもよく、その結果、排気ガスは乱流となり、これにより、ひいては、高イオンの排気ガスが、マフラ２５００の入口２５０２からマフラハウジング２５１０を通過し、出口２５０４を通ってマフラハウジング２５１０から出る際に、高温の排気ガスの流動が減速される。貴金属コーティングされたプレート２６０２に起因するマフラ２５００内の排気ガスの乱れは、より多くの時間でマフラ２５００内の排気ガス及び微粒子状物質が、マフラ２５００から出て環境に入る前に、燃焼し尽くし、かつ／又は酸化することを可能にする。加えて、入口２５０２の内部の複数のプレート２５０６は、排気を内外に再循環させてもよく、例えば約１５％の、ＮＯｘを削減してもよい。
【0127】
図２７は、本開示の一実施形態に係る例示的な排気システム２７００を示す。排気システム２７００は、触媒コンバータ２７０２と、触媒コンバータ２７０２に電気的に結合された制御ユニット２７２１と、を含んでもよい。触媒コンバータ２７０２は、図１～図２６の実施形態に従って記載される前述の触媒コンバータの構成要素と同様の構成要素を含んでもよい。制御ユニット２７０９は、１つ以上のセンサからの読み取りに基づいて加熱要素２７１７のうちの１つ以上を制御することによって、排気システム２７００の動作を容易にするように、１つ以上の電気リード（又はケーブル）２７０６を介して触媒コンバータ２７０２に電気的に結合されてもよい。この実施形態では、触媒コンバータ２７０２は、触媒コンバータ２７０２の急速加熱を容易にするために、複数の磁石２７０７及び加熱要素２７１７を含んでもよい。
【0128】
図２８は、本開示の一実施形態に係る排気システム２８００を示す。システム２８００は、排気コンバータシステム２８０７に結合されたコントローラ２８０２を含んでもよい。排気コンバータシステム２８０７は、例えばエンジン２８０４による化石燃料の内燃に起因して、有害なガス及び微粒子状物質を生成してもよいエンジン２８０４に結合されてもよい。コントローラ２８０２は、エンジン２８０４及び排気コンバータシステム２８０７に電気的に結合されてもよい。コントローラ２８０２は、エンジン２８０４及び排気コンバータシステム２８０７から様々な信号及び／又はデータを受信して、車両又は機械を十分に動作させるためにエンジン２８０４及び排気コンバータシステム２８０７の制御を容易にするように構成されてもよい。
【0129】
一実施形態では、排気コンバータシステム２８０７は、エンジン２８０４から触媒コンバータ２８１８に排気ガスを伝えるためにエンジン２８０４に結合された吸気チャンバ２８１６を含んでもよい。触媒コンバータ２８１８は、図１～図２７の前述の実施形態に従って上述した触媒コンバータに関連付けられた１つ以上のヒータ２８２０及び他の構成要素を含んでもよい。排気コンバータシステム２８０７は、濾過された（又は変換された）かつ／又は還元されたガスを選択的還元触媒濾過システム（ＳＣＲ）２８２４に伝達するための吸気／排気チャンバ２８２２を更に含んでもよい。ＳＣＲ２８２４は、図１～図２７の実施形態に係る、１つ以上のヒータ２８２６と、前述のＳＣＲに関連付けられた他の構成要素と、を含んでもよい。更に、排気コンバータシステム２８０７は、マフラに結合されてもよい排気チャンバ２８４８を含んでもよい（例示及び説明の明確さのために、示されていない）。
【0130】
一実施形態では、排気コンバータシステム２８０７は、ガスセンサ２８５０、２８５４、２８５６を含んでもよい。例えば、ガスセンサ２８５０は、吸気チャンバ２８１６に結合されてもよく、ガスセンサ２８５４は、吸気／排気チャンバ２８２２に結合されてもよく、ガスセンサ２８５６は、排気チャンバ２８４８に結合されてもよい。ガスセンサ２８５０、２８５４、２８５６は、例えば、酸素（例えば、Ｏ２）センサを含んでもよいが、これに限定されず、システム２８００の所望の用途に基づいて任意の好適なガスセンサが利用されてもよい。追加的に、排気コンバータシステム２８０７は、可能な解決策の中でもとりわけ、尿素、塩水、又はアンモニア溶液などの添加溶液を排気流動ガスに噴射又はポンプ供給するために、溶液タンク２８０６、２８０８に結合された温度センサ２８５２、２８５３、２８５５、２８５８、及び添加噴射器２８１０、２８１２を含んでもよい。ガスセンサ２８５０は、触媒コンバータ２８１２の前に配置されてもよく、ガスセンサ２８５４は、触媒コンバータ２８１８とＳＣＲ２８２４との間に配置されてもよい。
【0131】
コントローラ２８０２は、温度センサ２８５２から信号を受信して、ヒータ２８１８を制御してもよい。更に、コントローラ２８０２は、温度センサ２８５３から信号を受信して、添加噴射器２８１０を制御してもよい。例えば、触媒コンバータ２８１８における所定の温度が温度センサ２８５３によって検出されると、コントローラ２８０２は、触媒コンバータ２８１８内に添加溶液を噴射又は射出するためのコマンド信号を添加噴射器２８１０に送信してもよい。一実施形態では、添加噴射器２８１０は、温度センサ２８５３が、所定の温度が維持されていることを検出した場合に、所定の間隔で、溶液タンク２８０６によって供給された添加溶液を触媒コンバータ２８１８内に連続的に噴射してもよい。代替的に、温度センサ２８５３は、所定の温度範囲、例えば約３４０～４１０℃、を検出するように構成されてもよい。換言すると、所定の温度又は所定の温度範囲で触媒コンバータ２８１８内に噴射された添加溶液は、触媒コンバータ２８１８における有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を改善してもよい。
【0132】
一実施形態では、ガスセンサ２８５０は、吸気チャンバ２８１６における排気ガスの条件又は状態を検出してもよく、ガスセンサ２８５４は、吸気／排気チャンバ２８２２における排気ガスの条件又は状態を検出してもよい。すなわち、ガスセンサ２８５０、２８５４は、排気ガスの条件又は状態に関連するデータをコントローラ２８０２に伝送してもよい。したがって、コントローラ２８０２は、受信されたガスデータを利用して、触媒コンバータ２８１８の有効性を監視し、触媒コンバータ２８１８の望ましい性能を達成するための適切な機能を実行してもよい。更に、コントローラ２８０２は、受信されたガスデータを利用し、システム２８００に結合された１つ以上のディスプレイにガス監視情報を表示してもよい。一実施形態では、コントローラ２８０２は、システム２８００の所望の性能及び／又は機能性を達成するように、エンジン２８０４及び／又は排気コンバータシステム２８０７を自動制御してもよい。別の実施形態では、システム２８００のオペレータは、システム２８００に結合されたディスプレイに表示されたガス及び／又は温度監視データに基づいて、システム２８００の所望の性能及び／又は機能性を達成するように、エンジン２８０４及び／又は排気コンバータシステム２８０７を手動制御してもよい。また別の実施形態では、システム２８００は、自動及び手動の両方で制御されてもよい。
【0133】
一実施形態では、温度センサ２８５２は、触媒コンバータ２８１８の内部温度を検出してもよい。コントローラ２８０２は、温度センサ２８５２から受信された温度データを利用して、ヒータ２８２０を制御してもよい。すなわち、コントローラ２８０２は、ヒータ２８２０を制御して、触媒コンバータ２８１８の内部の所望の温度を維持して、触媒コンバータ２８１８の所望の性能（例えば、有害な排気ガス及び微粒子状物質の十分な低減）及び／又は機能性を達成してもよい。
【0134】
一実施形態では、ＳＣＲ２８２４は、触媒コンバータ２８１８に関連して記載されるのと同様の態様で制御されてもよい。すなわち、コントローラ２８０２は、上述したように触媒コンバータ２８１８を制御するのと同様に、噴射器２８１２及びヒータ２８２６を制御するための信号をガスセンサ２８５４、２８５６及び温度センサ２８５５、２８５８から受信して、ＳＣＲ２８２４の所望の性能及び／又は機能性を達成してもよい。いくつかの実施形態では、排気コンバータシステム２８０７で２つ以上のＳＣＲを利用して、有害な排気ガス及び微粒子状物質を更に低減又は除去してもよい。
【0135】
一実施形態では、コントローラ２８０２は、高度センサ２８６０からデータを受信してもよい。高度センサ２８６０は、車両の任意の好適な場所に取り付けられてもよい。高度のレベルは、エンジン及び排気コンバータ２８０７内の圧力をオフセットしてもよいことから、コントローラ２８０２は、高度の変化によって引き起こされる圧力変動をオフセットするための適切な機能を実行してもよい。例えば、比較的高い高度では、システム２８００は、エンジン２８０４に比較的少ない酸素を取り込んでもよい。したがって、コントローラ２８０２は、スロットル位置スイッチを調整してエンジン２８０４に追加の空気を導入するための制御信号を伝送してもよい。高度の変化は、燃料効率、及びエンジン内の空気圧に影響を与えてもよい。すなわち、比較的高い高度レベルでは、エンジンは、より少ないガスを燃焼してもよい。更に、より多くの燃料を有する比較的少ない空気は、例えば、触媒コンバータ２８１８に損傷を引き起こしてもよい。したがって、コントローラ２８０２は、様々な構成要素（例えば、スロットル位置スイッチ、ヒータなど）に適切な信号を伝送してもよい。
【0136】
図２８Ａは、本開示の一実施形態に係る例示的な添加溶液分配器２８５０を示す。添加溶液分配器２８５０は、１つ以上の添加噴射器２８１０、２８１２の下流に位置する。１つ以上の添加溶液分配器２８５０は、それぞれ、添加噴射器２８１０、２８１２と、触媒コンバータ２８１８及びＳＣＲ２８２４と、の間に位置してもよい。添加溶液分配器２８５０は、互いに所定の距離で配設された複数の翼（又はプレート）２８５４を含んでもよい。更に、添加溶液分配器２８５０は、図２８Ａに示されるように、翼２８５４の各々の間の複数の開口部２８５２と、添加溶液分配器２８５０の中心にある円形の開口部２８５２と、を含んでもよい。添加溶液分配器２８５０は、添加噴射器２８１０、２８１２によって噴霧された添加溶液を均等に分配することによって、触媒コンバータ及び／又はＳＣＲにおけるハニカムフィルタの劣化（例えば、クラッキング）を防止する。一実施形態では、翼２８５４の各々は、タービン作用を与えるために、かつ添加溶液を触媒コンバータ及び／又はＳＣＲのフィルタに均等に分配するために、所定の角度で角度を付けられてもよい。翼２８５４の形状、サイズ、及び数は、これに限定されず、添加溶液分配器２８５０の所望の用途又は性能に従って変化してもよい。
【0137】
図２９は、本開示の一実施形態に係る、排気システムの動作及び／又は制御のための例示的な排気制御システム２９００の概略図を例示している。排気制御システム２９００は、複数の入力２９０１、例えば、ガスデータ２９０６、温度データ２９０８、及び高度データ２９１０と、コントローラ２９０２と、複数の出力２９０３、例えば、ガス監視データ２９１２、ヒータ調整値２９１４、噴射器調整値２９１６、及びスロットル位置スイッチ信号値２９１８と、を含んでもよい。コントローラ２９０２は、決定モジュール２９０４、メモリ、二次記憶デバイス、及び中央処理ユニットなどのプロセッサ、又は本開示と一致するタスクを遂行するための任意の他の手段を含んでもよい。コントローラ２９０２に関連付けられたメモリ又は二次記憶デバイスは、非一時的コンピュータ可読媒体を含んでもよく、図２８のシステム２８００に関連して開示されるプロセスなどの、コントローラ２９０２がその機能を実行するのを支援するデータ及び／又はソフトウェアルーチンを記憶してもよい。更に、コントローラ２９０２に関連付けられたメモリ又は二次記憶デバイスは、システム２８００又は本開示の他のシステムにおける開示されたセンサに関連付けられた様々な入力から受信されたデータを記憶してもよい。市販のマイクロプロセッサが、コントローラ２９０２の機能を実行するように構成されてもよい。コントローラ２９０２であれば、多数の他の機械機能を制御することができる一般的な機械コントローラを容易に具現化できることを理解されたい。様々な他の知られている回路が、信号調節回路、通信回路、作動回路、及び他の適切な回路を含む、コントローラ２９０２に関連付けられてもよい。
【0138】
一実施形態では、コントローラ２９０２は、１つ以上のヒータ（例えば、ヒータ２８１８、２８２６）を制御してもよい。例えば、図１～図２８の前述の実施形態に係る、１つ以上の温度センサ（例えば、温度センサ２８５３、２８５２、２８５８）から受信された温度データ２９０８に基づいて、決定モジュールは、ヒータ調整値２９１４を計算又は決定してもよい。次いで、コントローラ２９０２は、本開示の前述の実施形態に従って、ヒータ調整値２９１４を伝送して、１つ以上のヒータ（例えば、ヒータ２８１８、２８２６）を制御してもよい。
【0139】
一実施形態では、コントローラ２９０２は、１つ以上の添加噴射器２８１０、２８１２を制御してもよい。例えば、温度データ２９０８に基づいて、決定モジュール２９０４は、噴射器調整値２９１６を計算又は決定してもよい。次いで、コントローラ２９０２は、本開示の前述の実施形態に従って、制御するために噴射器調整値２９１６を１つ以上の添加噴射器２８１０、２８１２に伝送してもよい。一実施形態では、決定モジュール２９０４は、高度データ２９１０を利用して、スロットル位置スイッチ信号値２９１８を計算又は決定してもよい。次いで、コントローラ２９０２は、本開示の前述の実施形態に従って、スロットル位置スイッチを制御してもよい。一実施形態では、決定モジュール２９０４は、１つ以上のガスセンサ（例えば、２８５０、２８５４、２８５６）から受信されたガスデータ２９０６に基づいて、ガス監視データ２９１２を生成してもよい。例えば、決定モジュールは、ガスセンサ２８５０によって検出された量のガスとガスセンサ２８５４によって検出された量のガスとを比較してもよい。次いで、決定モジュールは、ガス監視データ２９１２を生成してもよい。次いで、コントローラ２９０２は、本開示による前述の実施形態に係るディスプレイにガス監視データ２９１２を伝送してもよい。いくつかの実施形態では、決定モジュール２９０４は、本開示の実施形態に従って、ヒータ、噴射器、スロットル位置スイッチ、及び／又はディスプレイを制御するための適切なデータ及び値を決定するために、ガスデータ２９０６、温度データ２９０７、及び高度データ２９１０を同時に又は順次に利用してもよい。したがって、コントローラ２９０２は、本開示の実施形態に係る、ヒータ、噴射器、スロットル位置スイッチ、及び／又はディスプレイの自動制御及び／又は手動制御を容易にするように構成されてもよい。
【0140】
一実施形態では、前述の実施形態に係る触媒コンバータは、排気ガスが、前述の実施形態に係る１つ以上の入口ポートから、前述の実施形態の（いくつかの実施形態では）１つ以上の撹乱プレートを通って、及び前述の実施形態の１つ以上のヒータ又は加熱要素を通って流動してもよいように設置又は配置されてもよい。追加的に、排気ガスは、いくつかの実施形態では、１つ以上の追加のヒータによって追加的に加熱され、前述の実施形態の磁石によって磁場にさらされてもよい。追加のヒータ及び／又は磁場は、触媒コンバータを通過するガスの個々の分子及びイオンと相互作用し、触媒コンバータから出る前に行われる触媒変換の効率を増加させてもよい。ヒータが触媒コンバータ内に含まれることに加えて、ヒータは、車両又は機械上の既存の触媒コンバータに追加されてもよい。
【0141】
試験結果によれば、本開示の前述の実施形態に従って装備又は変更された排気システムは、ガソリン駆動車では約９５～９９％、ディーゼル駆動車では９０～９７％だけ、炭素排出、廃ガス（ＮＯｘ、ＣＯなど）、及び微粒子状物質の低減をもたらした。
【0142】
図３０Ａ及び図３０Ｂは、ディーゼル燃料で走行する車両用の排気システム３１００の一実施形態を例示している。図３０Ａ及び図３０Ｂに示されるように、排気システム３１００は、酸化触媒３１０２、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）３１０４、選択的触媒還元濾過システム（ＳＣＲ）３１０８、及びマフラ３１１２を含んでもよい。酸化触媒３１０２、及びＤＰＦ３１０４、及びＳＣＲ３１０８は別個に示されているが、いくつかの実施形態では、酸化触媒３１０２、ＤＰＦ３１０４、及び／又はＳＣＲ３１０８は、単一のハウジングに含まれる単一の単一システムに組み合わされてもよい。排気システム３１００は、酸化触媒１３０２をディーゼル微粒子フィルタ１３０４に接続する第１のチューブ３１０６と、ＤＰＦ３１０４をＳＣＲ３１１４に接続する第２のチューブ３１１８と、ＳＣＲ３１１４をマフラ３１１６に接続する第３のチューブ３１２０と、を更に含んでもよい。排気システム３１００はまた、ヒータ３１２４、３１４９及びセンサ３１４０、３１４１、３１４２を含んでもよい。
【0143】
図３０Ｃは、本開示の別の実施形態に係る排気システム３１５０を示す。排気システム３１５０は、図３１Ａ及び図３３Ｂに示されるものと同様の構成要素を含んでもよい。加えて、排気システム３１５０は、噴射器３１５４を含む追加のＳＣＲ３１５２を含んでもよい。この実施形態における追加のＳＣＲ３１５２及び噴射器３１５４は、酸化触媒３１０２、ディーゼル微粒子フィルタ３１０４、及びＳＣＲ３１０８によって処理された後の有害なガスの追加の低減及び除去を容易にしてもよい。
【0144】
図３１に描かれるように、酸化触媒３１０２は、ハウジング３２１６と、排気ガスがハウジング３２１６の空洞３２２０に入る入口３２１８と、排気ガスがハウジング３２１６から出る出口３２２２と、を含んでもよい。酸素センサ（例えば、Ｏ２センサ）が、ハウジング３２１６の外部に固定されてもよく、排気ガス中の酸素の割合を評価するために、入口３２１８の下流の空洞３２２０に延在してもよい。電気ヒータ３１２４（図３２を参照のこと）は、ハウジング３２１６の外側から空洞３２２０に延在してもよい。ヒータ３１２４は、酸化触媒３１０２の外部で電源及び電子制御ユニットに接続されてもよい。図３０Ａに描かれるヒータ３１２４は、巻回された金属コイル３１２５を含んでもよい。ただし、ヒータ３１２４は、酸化触媒３１０２の内部中詰めを確実にするための任意の形態をとることができる。酸化触媒３１０２から出る前に排気ガスの温度を評価するために、熱センサは、入口３２１８及び／又は出口３２２２の近くに位置してもよい。
【0145】
図３１に示されるように、ヒータ３１２４の下流にあるハウジング３２１６の内部空洞３２２０内に、少なくとも１つのフィルタ３２２６が配置されている。フィルタ３２２６は、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、並びに炭化水素（ＨＣ）、微粒子状物質（ＰＭ）、及び他の有害な化学物質及び残渣を含むがこれらに限定されない、有害なガス及び微粒子を濾過するように構成されている。フィルタ３２２６は、例えば、セラミックで形成されてもよく、１つ以上の貴金属３２２８（図２Ｂで上述したような）でコーティングされてもよく、複数のハニカム形状の開口部を含んでもよい。フィルタ３２２６の開口部は、排気ガスの流動を乱し、かつ微粒子状物質を捕捉して微粒子状物質が環境に放出されるのを防止するように構成されている。
【0146】
熱処理された金属又は合金（例えば、銅又は鋼）で形成されてもよい複数のロッド３２３０は、フィルタ３２２６のハニカム構造を通って長手方向に延在してもよい。ロッド３２３０はまた、又は代わりに、フィルタ３２２６を横切って延在してもよい。追加的に、１つ以上の磁石３２３２は、ハウジング３２１６の内部に分配されてもよい。磁石３２３２は、フィルタ３２２６の近くに、若しくはフィルタ３２２６と接触して、かつ／又はフィルタ３２２６内に配置されてもよい。
【0147】
図１６を参照して上述したようにガソリンを利用するエンジンと同様に、排気システム３１００を冷間始動から利用するディーゼルエンジンの始動時に、電気ヒータ３１２４を電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって同時にオンにして、排気ガス及び微粒子状物質の温度よりも高く酸化触媒３１０２、ＤＰＦ３１０４、及びＳＣＲ３１０８の内部温度を加熱することを支援してもよい。ヒータ３１２４は、所望の温度に達した後にオンのままであってもよいか、又は、ヒータ３１２４は、酸化触媒３１０２、ＤＰＦ３１０４、及び／又はＳＣＲ３１０８内の温度が閾値温度よりも低く降下する場合に、オフにされてから再びオンにされてもよい。ロッド３２３０は、酸化触媒３１０２の内部温度を所望の内部温度に加熱することを加速し、かつ少なくともフィルタ３２２６及び周囲の内部表面積全体にわたって、所望の内部温度を維持することを支援するように構成されている。
【0148】
酸化触媒３１０２の内部温度を上昇させることによって、排気ガスの一部である有害な化学物質及び微粒子は、酸化触媒３１０２から出る前に酸化し、かつ／又は燃焼し尽くす。貴金属フィルタコーティング３２２８は、酸化触媒３１０２の空洞の内部を横断する排気ガスの流動を更に減速し、かつ乱し、有害な排気物質のより多くを閾値温度よりも高く加熱し、酸化触媒３１０２から出る前に燃焼させ尽くすことができるようにする。
【0149】
磁石３２３２は、磁石３２３２の極性を介して酸化触媒３１０２の空洞３２２０内の電流を増加させることによって、ガソリン排気システム６０２及び１２００に組み込まれた磁石１２３２、１６３２、１６４６と同様に、排気ガス及び微粒子が酸化触媒３１０２を通過する際に、排気ガス及び微粒子の流動を更に乱し、かつ減速する。排気ガス及び微粒子の流動を乱し、かつ減速することは、酸化触媒３１０２の空洞３２２０内でより長い期間排気ガスを加熱し、ひいては、排気ガスの有毒な副産物の更なる酸化及び低減を可能にする。酸化触媒３１０２から出ると、残りの有害な排気ガス、微粒子、及び残渣は、チューブ３１１０を通ってディーゼル微粒子フィルタ３１０４に移動する。ディーゼル微粒子フィルタ３１０４は、微粒子（例えば、煤）を、微粒子が酸化触媒３１０２から出た後、かつ排気システム３１００から出て環境に放出される前に、捕捉するように設計されてもよい。
【0150】
図３２に示されるように、ディーゼル微粒子フィルタ３１０４は、微粒子（例えば、煤）を捕捉して、微粒子が環境に放出されるのを防止するように構成された複数の開口部（例えば、ハニカム形状の開口部）を有してもよいセラミックフィルタ３１０５を含む。本開示の前述の実施形態のフィルタと同様に、フィルタ３１０５は、１つ以上の貴金属３３３６でコーティングされてもよく、ハニカム構造を通って延在する複数のロッド３３３８を含んでもよい。ロッド３３３８は、熱処理された金属又は合金（例えば、銅又は鋼）で形成されてもよい。追加的に、１つ以上の磁石３３３９は、フィルタ３１０５の近くに、若しくはフィルタ３１０５と接触して、かつ／又はフィルタ３１０５内に分配されてもよい。
【0151】
フィルタ３１０５上に蓄積された微粒子状物質を低減し、かつ微粒子状物質がフィルタ３１０５を遮断すること、ひいては、排気システム３１００に背圧を生じさせることを防止するために、フィルタ３１０５は、フィルタ３１０５上に蓄積された微粒子状物質を燃焼させ尽くすことによる再生を通じて清浄化されなければならない。アクティブ再生及びパッシブ再生という、２つのタイプの再生がある。アクティブ再生は、追加の熱エネルギーを導入することによって実際の排気ガス温度を上昇させることを伴う。対照的に、パッシブ方法は、利用可能な温度が再生に十分である範囲まで必要とされる温度を低下させることに基づく。既存の再生システムとは異なり、電子制御ユニットと通信するヒータ３１４０を、ＤＰＦ３１０４の上流に設置してもよく、ロッド３３３８、金属コーティング３３３６、及びＤＰＦ３１０４内に配置された１つ以上の磁石３３３９と組み合わせて使用して、（磁石３３３９を介して）電流を増加させ、（貴金属コーティング３３３６を介して）排気ガス及び微粒子状物質の流動を乱し、（ロッド３３３８を介して）フィルタ３１０５の温度を上昇させ、ひいては、フィルタ上及びフィルタ内に捕捉されている微粒子の温度を上昇させて、微粒子を酸化させ、ガス状副生成物（すなわち、ＣＯ２）を生成してもよい。追加的に、排気ガス中の二酸化窒素の割合が低減され、一酸化窒素に変換される。この化学プロセスは、フィルタ３１０５が排気システムの定期的な動作中に連続的に清浄化されてもよいように、絶えず繰り返される。したがって、例えば、エンジン管理システムからの支援を得て、再生に関して追加の支援は必要とされない場合がある。
【0152】
ディーゼル微粒子フィルタ３１０４の下流には、選択的触媒還元システム３１０８があり、これは、ガソリン排気システム１６００におけるＳＣＲ１６０４と同様に、二酸化窒素ガスを酸化し、かつそれらを、排気流に液体還元剤を導入する必要性を伴わずに排気システム３１００から環境に排出される無害な排気物質（例えば、窒素、水、及び少量の二酸化炭素）に変換することによって、二酸化窒素ガスを還元するように構成されている。
【0153】
ＳＣＲ３１０８は、複数の開口部（例えば、ハニカム形状の開口部）３３４４と、フィルタ３３４２の周りに分散された小穴３３４６と、を有するフィルタ３３４２を含んでもよい。ガソリン排気システム１６００におけるＳＣＲ１６０４と同様に、フィルタ３３４２は、１つ以上の貴金属３３４８（図２Ｂで上述したような）でコーティングされてもよく、ハニカム構造を通って延在する複数のロッド３３５０と、フィルタ３３４２の周りに分散された１つ以上の磁石３３４７と、を含んでもよい。
【0154】
再び図３０Ａを参照すると、電子制御ユニットと通信する電気ヒータ３１４９が、フィルタ３３４２の上流の選択的触媒還元システム３１０８に設けられてもよい。ヒータ３１４９は、選択的触媒還元システム３１０８の内部温度を、ロッド３３５０及び金属コーティング３３４８と併せて閾値温度よりも高く上昇させて、フィルタ３３４２及び周囲の内部表面積全体にわたる内部温度が、残りの排気ガス及び微粒子状物質の温度を超えることを確実にし、かつ窒素酸化物ガスがフィルタ３３４２を横切って移動するときの窒素酸化物ガスの割合を更に低減するように維持されるように、構成されてもよい。小穴３３４６及び磁石３３４７は、それらが選択的触媒還元システム３１０８内で移動する際に排気ガスの流動を更に乱すことを支援するために、かつ排気ガスが出る前に加熱された選択的触媒還元システム３１０８を通過する際に、排気ガスが酸化し、かつ／又は燃焼し尽くすためのより多くの時間を提供するために含まれてもよい。ＳＣＲ３１０８は、ＳＣＲ３１０８が効率的に動作することを確実にするための１つ以上の窒素酸化物センサを含んでもよい。
【0155】
ＳＣＲ３１０８から出ると、残りの排気ガスは、チューブ３１１４を通ってマフラ３１１２に流動してもよい。マフラ３１１２は、ガソリン排気システム１６００のマフラ１６０８と実質的に同様であってもよい。図２５及び図２６に描かれるように、マフラ３１１２は、１つ以上のサイレンサと、散在し、かつ／又は互いに離間して配置された複数のプレートと、が位置してもよいハウジングを含んでもよい。プレートは、例えば、鋼で形成されてもよく、１つ以上の貴金属でコーティングされている。貴金属コーティング（図２Ｂで上述したような）は、ハウジング内の排気ガスの流動を乱すことを支援してもよい。その結果、排気ガスは乱流となり、これにより、ひいては、高温の排気ガスが、マフラ３１１２の入口からマフラハウジングを通過し、出口を通ってマフラハウジングから出る際に、高温の排気ガスの流動が減速される。貴金属コーティングされたプレートの包含に起因するマフラ３１１２内の排気ガスの乱れは、より多くの時間でマフラ３１１２内の排気ガス及び微粒子状物質が、マフラ３１１２から出て環境に入る前に、燃焼し尽くし、かつ／又は酸化することを可能にする。
【0156】
本発明の別の実施形態によれば、１つ以上のヒータ４２２０が、図４２及び図４３に示されるような、排気システム４２００（本明細書では、「排気管ヒータ」）の様々な排気管４２１０（例えば、接続管、延長管など）のうちの１つ以上に取り付けられてもよいか、又は内部に配設されてもよい。排気管４２１０は、アルミニウムめっき鋼又はステンレス鋼から作製されてもよい。
【0157】
例えば、ガソリン駆動エンジン用の排気システム４２００では、１つ以上の排気管ヒータ４２２０が、触媒コンバータの入口ポートの前、触媒コンバータとＳＣＲとの間、及び／又はＳＣＲとマフラとの間にある場所で、排気管４２１０の内部に配設されてもよい。同様に、ディーゼル駆動エンジン用の排気システム４２００では、１つ以上の排気管ヒータ４２２０が、ディーゼル酸化触媒の前、ディーゼル酸素触媒とＤＰＦとの間、及び／又はＤＰＦとＳＣＲとの間にある場所で、排気管４２１０内に配設されてもよい。排気管ヒータ４２２０は、電気コネクタ４２２５（上述した電気コネクタ１７２４、１７３４など）を介して、電源（図示せず）から電力を受け取ってもよい。排気管ヒータは、別個の電気コネクタ４２２５を介して別個に電力供給されてもよいか、又は単一の電気コネクタ４２２５を介してまとめて電力供給されてもよい。ガソリン駆動車両又はディーゼル駆動車両では、排気管ヒータ４２２０は、１つ以上の電気コネクタ４２２５を介して、車両の主電池（図示せず）、又は代替的に副電池（図示せず）に電気的に接続され、これによって電力供給されてもよい。
【0158】
排気管ヒータ４２２０を、排気システム４２００の既存の排気管４２１０内に、又は既存の排気システムの交換用排気管４２１０の一部として据え付けることができる。例えば、１つ以上の排気管ヒータ４２２０を有する交換用排気管４２１０は、排気システム４２００の排気マニホールド、触媒コンバータ、ＳＣＲ、及び／又はマフラに接続されてもよい。いくつかの触媒コンバータが排気マニホールドに統合されることが理解される。
【0159】
図４２及び図４３に示されるように、排気管４２１０は、添加システム４２３０を更に備えてもよい。添加システム４２３０は、可能な解決策の中でもとりわけ、尿素、塩水、又はアンモニア溶液などの添加溶液を排気流動ガスに噴射又はポンプ供給するための添加溶液タンク４２５０（上述した添加溶液タンク２８０６、２８０８など）に結合された添加噴射器４２４０（上述した添加噴射器２８１０、２８１２など）を含んでもよい。排気管４２１０は、１つ以上のガスセンサ４２７０（上述したガスセンサ２８５０、２８５４、２８５６など）を更に含んでもよい。追加的に、排気管は、温度センサ（上述した温度センサ２８５２、２８５３、２８５５、２８５８など）を含んでもよく、添加溶液は、排気管４２１０における有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を更に改善するために、所定の温度又は所定の温度範囲で排気管４２１０内に噴射されてもよい。
【0160】
したがって、上記で考察されるように、コントローラ（上述したコントローラ２８０２など）（図示せず）が、受信された信号に基づいて、ヒータに供給される電流の量と、電流が排気管ヒータ４２２０に供給されるタイミングと、を制御するための信号をガスセンサ４２７０及び／又は温度センサから受信してもよい。追加的に、添加システム４２３０は、１つ以上のセンサから受信された信号に基づいて、添加溶液噴霧のタイミング及び持続時間を制御するための信号をコントローラから受信してもよい。例えば、排気管４２１０における所定の温度が温度センサによって検出されると、コントローラは、検出された温度に基づいて、排気管内に添加溶液を噴射又は射出するためのコマンド信号を添加噴射器に送信してもよい。一実施形態では、添加噴射器４２４０は、温度センサが、所定の温度が維持されていることを検出した場合に、所定の間隔で、添加溶液タンク４２５０によって供給された添加溶液を排気管４２１０内に連続的に噴射してもよい。代替的に、温度センサは、所定の温度範囲、例えば約３４０～４１０℃、を検出するように構成されてもよい。換言すると、所定の温度又は所定の温度範囲で排気管４２１０内に噴射された添加溶液は、排気管４２１０における有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を改善してもよい。追加的に、温度センサは、排気管の内部温度を検出してもよい。コントローラは、温度センサから受信された温度データを利用して、排気管ヒータ４２２０を制御してもよい。すなわち、コントローラは、排気管ヒータ４２２０を制御して、排気管４２１０の内部を所望の温度に維持して、排気システムの所望の性能（例えば、有害な排気ガス及び微粒子状物質の十分な低減）及び／又は機能性を達成してもよい。
【0161】
追加的に、排気管４２１０は、排気管４２１０の外面４２１５上に、又はこれに隣接して、位置するか、又は配置された１つ以上の磁石（上述した磁石６０７など）を含んでもよい。磁石（本明細書には示されていない）は、排気管の外側の幾何学形状に対して近似的な湾曲形状を有してもよく、（上記の図７に示されるような）交互する極性を有するアレイに配設されてもよい。一実施形態では、互いに向き合う磁石は、反対の極性を有してもよい。代替的に、磁石は、同じ極性を有してもよく、極性は、排気管４２１０の長手方向又は水平方向に沿って変化しなくてもよい。反対の極性を有して互いに向き合う磁石を有することは、より強い磁場をもたらす。一実施形態では、複数の磁石は、１つ以上のネオジウム磁石を含んでもよい。別の実施形態では、１つ以上の磁石は、電磁石であってもよい。ただし、所望の用途に応じて、任意の好適な磁石が使用されてもよい。追加的に、排気管４２１０は、外側シェル又は外面（例えば、テープ、留め具、カバーなど）（図示せず）を含んでもよく、磁石のうちの１つ以上は、排気管の外面と外側シェルとの間に配置又は配設されてもよい。追加的に、排気管は、１つ以上のフィルタ４２６０（上述したフィルタ１１０など）を備えてもよい。
【0162】
一実施形態によれば、排気管４２１０は、排気システム構成要素に結合されるように構成されている。排気システム構成要素は、排気マニホールド、触媒コンバータ、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、及びマフラのうちの１つ以上を含んでもよい。排気管４２１０は、排気管４２１０の空洞４２８０の内部に配設された排気管ヒータ４２２０を含んでもよい。排気管ヒータ４２２０は、ハウジング４２９０と、ハウジングの内部に配設された加熱線（上述した加熱線１８０４、１９０６など）と、ハウジングに取り付けられ、かつ加熱線に電気的に接続された電気コネクタ４２２５と、を含んでもよい。電気コネクタ４２２５は、加熱線に電流を供給するために、排気管ヒータ４２２０から外部にある電源（図示せず）から電力を受け取るように構成されてもよい。排気管ヒータ４２２０は、排気管４２１０の内部のガスを加熱して、排気管４２１０から出る有毒ガス及び／又は微粒子状物質を低減するように構成されてもよい。排気管４２１０は、排気管４２１０の空洞４２８０における排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するために、排気管４２１０の外面４２１５に隣接して配置された１つ以上の磁石を更に含んでもよい。排気管４２１０は、外面４２１５の外側に位置する第２の表面（図示せず）を更に含んでもよく、１つ以上の磁石は、排気管４２１０の第２の表面と外面４２１５との間に配設されてもよい。第２の表面は、外部シェル、外側ケーシング、テープ又は他の接着剤、留め具などの表面であってもよい。
【0163】
排気管４２１０は、排気管４２１０の空洞４２８０の内部に配設された排気管ヒータ４２２０を含んでもよい。排気管ヒータ４２２０は、ハウジング４２９０と、ハウジングの内部に配設された加熱線（上述した加熱線１８０４、１９０６など）と、ハウジングに取り付けられ、かつ加熱線に電気的に接続された電気コネクタ４２２５と、を含んでもよい。電気コネクタ４２２５は、加熱線に電流を供給するために、排気管ヒータ４２２０から外部にある電源（図示せず）から電力を受け取るように構成されてもよい。排気管ヒータ４２２０は、排気管４２１０の内部のガスを加熱して、排気管４２１０から出る有毒ガス及び／又は微粒子状物質を低減するように構成されてもよい。排気管４２１０は、排気管４２１０の空洞４２８０における排気ガスの流動の乱れ及び減速を支援するために、排気管４２１０の外面４２１５に隣接して配置された１つ以上の磁石を更に含んでもよい。排気管４２１０は、外面４２１５の外側に位置する第２の表面（図示せず）を更に含んでもよく、１つ以上の磁石は、排気管４２１０の第２の表面と外面４２１５との間に配設されてもよい。第２の表面は、外部シェル、外側ケーシング、テープ又は他の接着剤、留め具などの表面であってもよい。
【0164】
図４４は、本発明の一実施形態に係る外部ヒータ４４００を示す。外部ヒータ４４００は、外部に位置し、排気システムの１つ以上の構成要素に接続されてもよい。１つ以上の構成要素は、排気システム（図４６に示される）の触媒コンバータ、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、マフラ、又は排気管であってもよい。
【0165】
一実施形態では、外部ヒータ４４００は、鋼又はアルミニウム（これに限定されない）で作製されてもよいヒータハウジング４４２０と、ヒータハウジング４４２０内に配設された加熱線４４１０（上述した加熱線１８０４、１９０６など）又は代替の加熱要素と、を有する。加熱線４４１０は、いかなる構成又は形状にも限定されない。外部ヒータ４４００は、１つ以上のガスセンサ４４４０（上述したガスセンサ２８５０、２８５４、２８５６など）及び温度センサ４４５０（上述した温度センサ２８５２、２８５３、２８５５、２８５８など）を更に含んでもよい。温度センサ４４５０はまた、高度センサとして機能してもよい。外部ヒータ４４００は、添加システム４４３０を更に含んでもよい。添加システム４４３０は、可能な解決策の中でもとりわけ、尿素、塩水、又はアンモニア溶液などの添加溶液を排気システム内に噴射又はポンプ供給するための添加溶液タンク（上述した添加溶液タンク２８０６、２８０８、４２５０など）に結合された添加噴射器（上述した添加噴射器２８１０、２８１２、４２４０など）を含んでもよい。添加溶液を所定の温度又は所定の温度範囲で外部ヒータ４４００内に噴射して、排気システムにおける有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を更に改善してもよい。外部ヒータ４４００は、電気コネクタ（上述した電気コネクタ１７２４、１７３４など）を介して、又は第１の端子４４６０及び第２の端子４４６５を介して、電源（図示せず）から電力を受け取ってもよい。例えば、第１の端子４４６０は、正端子であってもよく、第２の端子４４６５は、負端子であってもよい。ガソリン駆動車両又はディーゼル駆動車両では、外部ヒータ４４００は、第１の端子４４６０及び第２の端子４４６５を介して、車両の主電池（図示せず）又は代替的に副電池（図示せず）に電気的に接続され、これによって電力供給されてもよい。
【0166】
図４５は、本発明の別の実施形態に係る外部ヒータ４５００を示す。外部ヒータ４５００は、外部に位置し、排気システムの１つ以上の構成要素に接続されてもよい。１つ以上の構成要素は、排気システム（図４６に示される）の触媒コンバータ、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）、マフラ、又は排気管であってもよい。
【0167】
一実施形態では、外部ヒータ４４００は、鋼又はアルミニウム（これに限定されない）で作製されてもよいヒータハウジング４５２０と、ヒータハウジング４５２０内に配設された複数の加熱要素４５１０、４５１５（上述した加熱要素１９０８、２００８、２７１７など）と、を有する。加熱要素は、４５１０であり、４５１５は、いかなる構成又は形状にも限定されない。加熱要素４５１０、４５１５は、加熱線（上述した加熱線１８０４及び１９０６など）及び／又は加熱要素、例えば上述したようなハニカム形状ヒータ又は六角形形状ヒータ、を含んでもよい。それゆえ、加熱要素４５１０、４５１５は、フィルタとして作用してもよく、有害なガス及び微粒子状物質の除去又は低減を支援するために、図２Ｂに示されるような触媒コーティングを含んでもよい。
【0168】
外部ヒータ４５００は、１つ以上のガスセンサ４５４０（上述したガスセンサ２８５０、２８５４、２８５６、４４４０など）及び温度センサ４５５０（上述した温度センサ２８５２、２８５３、２８５５、２８５８、４４４０など）を更に含んでもよい。温度センサ４５５０はまた、高度センサとして機能してもよい。外部ヒータ４５００は、添加システム４５３０を更に含んでもよい。添加システム４５３０は、可能な解決策の中でもとりわけ、尿素、塩水、又はアンモニア溶液などの添加溶液を排気システム内に噴射又はポンプ供給するための添加溶液タンク（上述した添加溶液タンク２８０６、２８０８、４２５０など）に結合された添加噴射器（上述した添加噴射器２８１０、２８１２、４２４０など）を含んでもよい。添加溶液を所定の温度又は所定の温度範囲で外部ヒータ４５００内に噴射して、排気システムにおける有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を更に改善してもよい。外部ヒータ４５００は、電気コネクタ（上述した電気コネクタ１７２４、１７３４など）を介して、又は第１の端子４５６０及び第２の端子４５６５を介して、電源（図示せず）から電力を受け取ってもよい。例えば、第１の端子４５６０は、正端子であってもよく、第２の端子４５６５は、負端子であってもよい。ガソリン駆動車両又はディーゼル駆動車両では、外部ヒータ４５００は、第１の端子４５６０及び第２の端子４５６５を介して、車両の主電池（図示せず）又は代替的に副電池（図示せず）に電気的に接続され、これによって電力供給されてもよい。
図４６は、１つ以上の外部ヒータ４６１０（上述した外部ヒータ４４００及び４５００など）を組み込んだ排気システム４６００を示す。一実施形態では、排気システム４６００は、限定されるものではないが、触媒コンバータ又はＤＰＦ４６９０、排気管４６９２、ＳＣＲ４６９４、及びマフラ４６９６を含む。外部ヒータ４６１０は、排気システム４６００の前述の構成要素のうちのいずれか１つ以上に接続されてもよい。図４６では、外部ヒータ４６１０は、外部に位置し、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０に接続されている。外部ヒータ４６１０は、ＳＣＲ４６９４の入口などの異なる構成要素に、又は触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０及びＳＣＲ４６９４（又は１つ以上の排気管４６９２などの他の構成要素）の両方に接続されてもよいことが理解される。
外部ヒータ４６１０は、金属又は可撓性接続管又は他の取り付け手段などの接続管４６１５を介して、この実施形態では触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０である排気システム構成要素に接続されてもよい。代替的に、外部ヒータ４６１０は、穴を形成し、外部ヒータ４６１０を穴に締結することによって、又は排気システム構成要素における既存のセンサ穴を使用することによって、排気システム構成要素に直接結合されてもよい。
外部ヒータ４６１０は、１つ以上の温度センサ４６５０（上述した温度センサ２８５２、２８５３、２８５５、２８５８、４４４０、４５５０など）を含んでもよい。温度センサ４６５０はまた、高度センサとして機能してもよい。外部ヒータ４６１０は、添加システム４６３０を更に含んでもよい。添加システム４６３０は、可能な解決策の中でもとりわけ、尿素、塩水、又はアンモニア溶液などの添加溶液を排気システム内に噴射又はポンプ供給するための添加溶液タンク４６３５（上述した添加溶液タンク２８０６、２８０８、４２５０など）に結合された添加噴射器（上述した添加噴射器２８１０、２８１２、４２４０など）を含んでもよい。添加溶液を所定の温度又は所定の温度範囲で外部ヒータ４６１０内に噴射して、排気システムにおける有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を更に改善してもよい。外部ヒータ４６１０は、電気コネクタ（上述した電気コネクタ１７２４、１７３４など）を介して、電源（図示せず）から電力を受け取ってもよい。ガソリン駆動車両又はディーゼル駆動車両では、外部ヒータ４５００は、車両の主電池（図示せず）又は代替的に副電池（図示せず）に電気的に接続され、これによって電力供給されてもよい。
図４６は、１つ以上の外部ヒータ４６１０（上述した外部ヒータ４４００及び４５００など）を組み込んだ排気システム４６００を示す。一実施形態では、排気システム４６００は、限定されるものではないが、触媒コンバータ又はＤＰＦ４６９０、排気管４６９２、ＳＣＲ４６９４、及びマフラ４６９６を含む。外部ヒータ４６１０は、排気システム４６００の前述の構成要素のうちのいずれか１つ以上に接続されてもよい。図４６では、外部ヒータ４６１０は、外部に位置し、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０に接続されている。外部ヒータ４６１０は、ＳＣＲ４６９４の入口などの異なる構成要素に、又は触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０及びＳＣＲ４６９４（又は１つ以上の排気管４６９２などの他の構成要素）の両方に接続されてもよいことが理解される。
外部ヒータ４６１０は、金属又は可撓性接続管又は他の取り付け手段などの接続管４６１５を介して、この実施形態では触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０である排気システム構成要素に接続されてもよい。代替的に、外部ヒータ４６１０は、穴を形成し、外部ヒータ４６１０を穴に締結することによって、又は排気システム構成要素における既存のセンサ穴を使用することによって、排気システム構成要素に直接結合されてもよい。
外部ヒータ４６１０は、１つ以上の温度センサ４６５０（上述した温度センサ２８５２、２８５３、２８５５、２８５８、４４４０、４５５０など）を含んでもよい。温度センサ４６５０はまた、高度センサとして機能してもよい。外部ヒータ４６１０は、添加システム４６３０を更に含んでもよい。添加システム４６３０は、可能な解決策の中でもとりわけ、尿素、塩水、又はアンモニア溶液などの添加溶液を排気システム内に噴射又はポンプ供給するための添加溶液タンク４６３５（上述した添加溶液タンク２８０６、２８０８、４２５０など）に結合された添加噴射器（上述した添加噴射器２８１０、２８１２、４２４０など）を含んでもよい。添加溶液を所定の温度又は所定の温度範囲で外部ヒータ４６１０内に噴射して、排気システムにおける有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を更に改善してもよい。外部ヒータ４６１０は、電気コネクタ（上述した電気コネクタ１７２４、１７３４など）を介して、電源（図示せず）から電力を受け取ってもよい。ガソリン駆動車両又はディーゼル駆動車両では、外部ヒータ４５００は、車両の主電池（図示せず）又は代替的に副電池（図示せず）に電気的に接続され、これによって電力供給されてもよい。
【0169】
外部ヒータ４６１０は、１つ以上のガスセンサ４６４０（上述したガスセンサ２８５０、２８５４、２８５６など）を更に含んでもよい。ガスセンサ４６４０は、例えば、酸素（例えば、Ｏ２）センサを含んでもよいが、これに限定されず、排気システム４６００の所望の用途に基づいて任意の好適なガスセンサが利用されてもよい。ガスセンサ４６４０の各々は、例えば、車両排気システムの既存のコントローラとは別個である専用コントローラ４６４５によって制御されてもよい。
【0170】
触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０は、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０の外面に隣接して、又はこの外面上に、位置するか、又は配置された１つ以上の磁石４６７０を含んでもよい。１つ以上の磁石４６７０は、図７に示されるように、交互する極性を有するアレイに配設されてもよい。一実施形態では、互いに向き合う磁石４６７０は、反対の極性を有してもよい。代替的に、１つ以上の磁石４６７０は、同じ極性を有してもよく、極性は、コンバータ／ＤＰＦ４６９０の長手方向又は水平方向に沿って変化しなくてもよい。反対の極性を有して互いに向き合う磁石を有することは、より強い磁場をもたらす。一実施形態では、複数の磁石４６７０は、１つ以上のネオジウム磁石を含んでもよい。別の実施形態では、１つ以上の磁石４６７０は、電磁石であってもよい。ただし、所望の用途に応じて、任意の好適な磁石が使用されてもよい。１つ以上の磁石４６７０は、ＳＣＲ４６９４、マフラ４６９６、及び／又は排気管４６９２などの排気システムの他の構成要素の外面に隣接して、又はこの外面上に位置してもよいことが理解される。
【0171】
追加的に、ガスセンサ４６４０は、排気システム４６００の１つ以上の構成要素の外部に結合されてもよい。図４６では、第１のガスセンサ４６４０は、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０に結合されており、第２のガスセンサ４６４０は、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０の出口ポートに取り付けられた排気管４６９２に結合されている。ガスセンサ４６４０は、例えば、酸素（例えば、Ｏ２）センサを含んでもよいが、これに限定されず、排気システム４６００の所望の用途に基づいて任意の好適なガスセンサが利用されてもよい。ガスセンサ４６４０の各々は、例えば、車両排気システムの既存のコントローラとは別個である専用コントローラ４６４５によって制御されてもよい。
【0172】
追加的に、温度センサ４４５０は、排気システム４６００の１つ以上の構成要素の外部に結合されてもよい。例えば、図４６に例示されるように、温度センサ４６５０は、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０の出口ポートに取り付けられた排気管４６９２に外部から結合されている。温度センサ４６５０はまた、高度センサとして機能してもよい。
【0173】
追加的に、排気システムは、コントローラ４６８０に結合されてもよい。コントローラ４６８０は、温度センサ４６５０から信号を受信して、外部ヒータ４６１０を制御してもよい。更に、コントローラ４６８０は、温度センサ４６５０から信号を受信して、添加システム４６３０を制御してもよい。例えば、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０における所定の温度が温度センサ４６５０によって検出されると、コントローラ４６８０は、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０内に添加溶液を噴射又は射出するためのコマンド信号を添加システム４６３０に送信してもよい。一実施形態では、添加システム４６３０は、温度センサ４６５０が、所定の温度が維持されていることを検出した場合に、所定の間隔で、添加溶液タンク４６３５によって供給された添加溶液を触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０内に連続的に噴射してもよい。代替的に、温度センサ４６５０は、所定の温度範囲、例えば約３４０～４１０℃、を検出するように構成されてもよい。換言すると、所定の温度又は所定の温度範囲で触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０内に噴射された添加溶液は、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０における有害なガス（例えば、ＮＯｘなど）の低減又は除去を改善してもよい。
【0174】
一実施形態では、ガスセンサ４６４０は、排気ガスの条件又は状態に関連するデータを専用コントローラ４６４５に伝送してもよい。したがって、コントローラ４６４５は、受信されたガスデータを利用して、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０の有効性を監視し、触媒コンバータ／ＤＰＦ４６９０の望ましい性能を達成するための適切な機能を実行してもよい。
【0175】
図３４は、石炭燃焼装置、デバイスなどの排気システム３４００を例示している。排気システム３４００は、ハウジング３４０２を含む。ハウジング３４０２内には、順に、入口３４０４のすぐ下流の第１の選択的触媒還元濾過システム（ＳＣＲ）３４０６、第１の電気ヒータ３４０８、第２のＳＣＲ３４１０、第２のヒータ３４１２、及びハニカム構造を有する別のフィルタ３４１３がある。追加的に、内部側壁に近い、ハウジング３４０２の内部の周りに、複数の磁石３４１５が分散されている。ＳＣＲ３４０６、３４１０、及びヒータ３４０８、３４１２の設計及び特性は、ガソリン排気システム及びディーゼル排気システム１６００、３１００に関して上述した前述の実施形態と実質的に同様であってもよい。したがって、実質的に同様の特徴が、石炭排気システム３４００の一部として参照によって組み込まれている。
【0176】
図３４の排気システム３４００の下流には、第１の電気送風機３４１４と、ハニカム構造３５１７（図３５Ａ及び図３５Ｂの詳細を参照のこと）を含む複数のフィルタ３４１６と、未燃焼粒子（例えば、石炭）を未燃焼粒子が廃棄される廃棄物容器３４１８に導くシュート３２１９と、追加の金属濾過システム３４２０と、第２の電気送風機３４３２と、清浄なガスが通って環境に出る煙突３４２４と、がある。
【0177】
図３６は、オートバイの排気システム３６００を描いている。図３６に示されるように、第１の選択的触媒還元濾過システム（ＳＣＲ）３６０２は、排気チューブ３６０４内に配置されてもよく、電気ヒータ３６０６及び第２のＳＣＲ３６０８は、排気ハウジング３６０９内に配置されてもよい。図３６に示されるように、ヒータ３６０６は、ヒータ３６０６の下流に位置する第２のＳＣＲ３６０８を有するハウジング３６０８の入口３６１２の近くのハウジング３６０９内で延在するように配置されてもよい。一実施形態では、第１のＳＣＲ３６０２及び第２のＳＣＲ３６０８は、銅セラミックを含んでもよい。ヒータ３６０８は、車両の所望の電圧（例えば、６～４５アンペア）を使用して動作するように構成されてもよい。
【0178】
前述の実施形態のＳＣＲと同様に、第１のＳＣＲ３６０２及び第２のＳＣＲ３６０８は、窒素酸化物ガスを酸化し、かつそれらを、選択的触媒還元濾過システム３６０２、３６０８に液体還元剤を導入する必要性の有無にかかわらず排気システム３６００から環境に排出される無害の排気物質に変換することによって、窒素酸化物ガスを低減するように構成されている。第１のＳＣＲ３６０２及び第２のＳＣＲ３６０８は各々、それぞれ、１つ以上の貴金属３６１６、３６１７でコーティングされた複数のハニカム形状の開口部と、ハニカム構造を通って長手方向に延在してもよい金属又は合金で形成された複数のロッド３６１８、３６１９と、１つ以上の磁石３６２０、３６２１と、を含んでもよいフィルタ３６１４、３６１５を含んでもよい。追加的又は代替的に、ロッド３６１８、３６１９は、フィルタ３６１４、３６１５の周りを横切るように延在してもよい。ロッド３６１８、３６１９及び金属コーティング３６１６、３６１７（図２Ｂで上述されたような）は、第１のＳＣＲ３６０２及び第２のＳＣＲ３６０８の急速加熱を容易にし、フィルタ３６１４、３６１５全体にわたる内部温度が維持されることを確実にする。磁石３６２０、３６２１は、それらの極性を通じて、それぞれの各選択的還元システム３６０２、３６０８内で排気ガスをより長い期間加熱すること、ひいては、排気ガスの有毒副産物の更なる酸化及び低減を可能にするために磁石３６２０、３６２１の近傍の電流を増加させることによって、排気ガス及び微粒子がフィルタ３６１４、３６１５を通過する際に排気ガス及び微粒子の流動を更に乱し、かつ減速することを支援するように、フィルタ３６１４、３６１５内に配置及び分配されてもよい。追加的又は代替的に、フィルタ３６１４、３６１５内の磁石３６２０、３６２１の設置、磁石３６２０、３６２１は、フィルタ３６１４、３６１５に隣接して、かつ／又はそれぞれの各選択的触媒還元システム３６０２、３６０８ハウジングの外部に配置されてもよい。２つの選択的触媒還元システム３６０２、３６０８が示されているが、排気システム３６００は、ハウジング３６０９内に単一の選択的触媒還元システム３６０８を含んでもよい。
【0179】
図３７は、芝刈り機の排気システム３７００を描いている。示されるように、電気ヒータ３７０２及び選択的触媒還元濾過システム３７０４は、排気ハウジング３７０６内に配置されてもよい。ヒータ３７０２は、ヒータ３７０２の下流に位置するＳＣＲ３７０４を用いて、ハウジング３７０６内の上流で、ハウジング３７０６内で延在するように配置されてもよい。ヒータ３７０２は、車両の所望の電圧（例えば、６～４５アンペア）を使用して動作するように構成されてもよい。芝刈り機及び／又は別の機械が電池で動作しない場合、熱は、ヒータを使用する代わりにエンジンによって供給されてもよい。
【0180】
上述した選択的触媒還元濾過システムのようなＳＣＲ３７０４は、窒素酸化物ガスを酸化し、かつそれらを、選択的触媒還元濾過システム３７０４に液体還元剤を導入する必要性の有無にかかわらず排気システム３７００から環境に排出される無害の排気物質に変換することによって、窒素酸化物ガスを低減するように構成されてもよい。選択的触媒還元システム３７０４は、前述の実施形態と同様に、複数のハニカム形状の開口部を含んでもよく、１つ以上の貴金属３７１０（図２Ｂで上述したような）でコーティングされてもよいフィルタ３７０８を含み、ハニカム構造を通って長手方向に延在する、金属又は合金で形成された複数のロッド３７１２と、フィルタ３７０８内に配置された１つ以上の磁石３７１４と、を含む。ヒータ３７０２、ロッド３７１２、金属コーティング３７１０、及び磁石３７１４は、本開示の前述の実施形態の排気システムに関して上述した機能（複数可）と同様に動作してもよい。追加的又は代替的に、磁石３７１４は、排気システム３７００のフィルタ３７０８に隣接して、かつ／又はハウジング３７０６の外部に配置されてもよい。
【0181】
図３８は、化石燃料を利用する非電池式機械用の排気システム３８００を描いている。示されるように、液体還元剤を利用してもしなくてもよい選択的触媒還元濾過システム３８０２は、ハウジング３８０３内に配置されてもよいフィルタ３８０４であって、複数のハニカム形状の開口部を含んでもよく、１つ以上の貴金属３８０６（図２Ｂで上述したような）でコーティングされてもよく、かつハニカム構造を通って長手方向に延在する、金属又は合金で形成された複数のロッド３８０８と、フィルタ３８０４内に配置された１つ以上の磁石３８１０と、を含んでもよい、フィルタ３８０４を含む。ロッド３８０８、金属コーティング３８０６、及び磁石３８１０は、システム３８００とは要素がハウジング３８０３内で加熱されない場合があるという違いがある前述の実施形態の排気システムに関して上述したような実質的に同様の機能（複数可）を実行してもよい。フィルタ３８０４内の１つ以上の磁石３８１０の設置に対して、追加的又は代替的に、磁石３８１０は、フィルタ２００４に隣接して、かつ／又は排気システム３８００のハウジング３８０３の外部に配置されてもよい。
【0182】
図３９に示される実施形態は、発電所及び製鋼所、又は煙突を有する任意の同様のプラント用の排気システム、例えば、石炭燃焼装置、デバイスなどのための排気システムを例示している。図３４と共有されるそれらの特徴については、ここでは再度考察しない。
【0183】
図３９の新しい特徴は、石炭燃焼及び製鋼業者と、とりわけ、低～高流量選択的触媒還元（ＳＣＲ）添加用途からの適用範囲をサポートするための窒素の酸化物（ＮＯｘ）還元能力に焦点を当てた添加システムと、発電所からの二酸化硫黄（ＳＯ２）及びＮＯｘの排出を低減するための煙突の多数の他の特徴と、を有する排煙システム３１００を使用する任意の他の製造施設と、を含む。
【0184】
添加システムは、特徴の中でも、添加溶液タンク００３、コントローラ００１、及び添加溶液噴射器００３５を含んでもよい。添加溶液タンク００３は、可能な溶液の中でも、例えば、尿素、塩水、又はアンモニアの添加溶液を収容してもよい。添加溶液は、システムに存在する窒素酸化物の還元を容易にし、好ましくは、水性還元剤として、ＳＣＲ触媒コンバータの上流の排気ガス中に噴射される。
【0185】
添加溶液タンク００３は、キャップを備えた充填開口部と、コントローラ００１に結合されたポンプ００２と、を含む。添加溶液タンク００３は、任意の特定のサイズ、例えば、５００ガロン、２０００ガロン、又は任意の所望のサイズに限定されない。ポンプの出力は、添加噴射器００３５に結合されている。添加噴射器００３５は、システム要件を満たすための既製の噴射器であってもよいし、システム要件に基づいてカスタム設計された噴射器であってもよい。コントローラ００１はまた、電力、データ、及び通信のためのシステム配線を含んでもよいが、データ及び通信の無線結合もまた企図される。
【0186】
本明細書に先述されるように、１つ以上のヒータが選択的触媒還元（ＳＣＲ）濾過システムに追加されてもよい。追加的に、任意の追加されたヒータが、噴射された処理溶液がヒータを通過するように、場所のうちの１つ以上で添加噴射器００３５と対になってもよい。石炭燃焼排気システムはまた、ガス温度（熱）センサ又はＯ２流量センサなどの少なくとも１つのセンサを含んでもよい。他の実施形態は、場所のうちの１つ以上にガス温度（熱）センサ又はＯ２流量センサのうちの１つ又は両方を有してもよい。これらのセンサの各々の出力は、ヒータの温度及び／又は噴射器のデューティサイクルを決定するために、制御ユニットによって受信される。添加された処理溶液（例えば、添加物）は、フィーダライン０９を介してコントローラ００１から送られてもよく、添加物オーバーフロー及び空気は、添加物オーバーフローライン０８を介して抜き取られる。同様に、タンクは、添加された処理溶液の流動を制御するためのオーバーフロー及び空気送風ライン００８、又は同様の圧力制御バルブを有してもよい。
【0187】
図３９に示されるように、添加噴射器００３５は、環境及びシステムに応じて十分な気化温度に加熱されたヒータに添加溶液（例えば、尿素、塩水、又はアンモニア）を提供する。添加溶液は気化され、それゆえ、システム内に蒸気を生成する。これにより、燃焼温度が低下し、十分に低い場合、形成される熱ＮＯｘの濃度が低減される。ヒータの温度と処理溶液噴射のアクティブ時間とは、コントローラ００１によって監視及び制御されてもよい。例えば、最も効率的なヒータ温度は、４００°Ｆから、最大１８００°Ｆなどの任意の所望までであろう。例えば、添加溶液噴射のアクティブ時間は、典型的には、毎分１回の添加である。噴射の回数は、システムに応じて、複数回の添加噴射を含めて変化してもよい。時間は、システムに応じて１５分超又は未満ごとを含めて、変化してもよい。しかし、このシステムは、より低濃度又はより高濃度で機能する。
【0188】
図３４の排気システムと同様であるが、追加を伴い、図３９は、未燃焼粒子（例えば、石炭）を、未燃焼粒子が廃棄される廃棄物容器４０００に導くハニカム構造及びシュートを含む複数のフィルタ３００／４００／５００と、追加の金属濾過システム４００と、第２の電気送風機６０１と、清浄なガスが通って環境に出る煙突と、を例示している。
【0189】
図３９の煙突は、効率及び環境の考慮事項を改善するための二重シェル設計を含んでもよい。具体的には、図３９の煙突は、送風機モータ６０２及び新鮮な空気フィーダ管０００を利用して新鮮な空気が吹き込まれるギャップによって分離された内側シェル及び外側シェルを含む。この空気通路は、煙突の第２の（外側）シェルを冷却する。二重シェル煙突は、排気システムからの全ての排気が通過する内側煙突９２、一方側で外部環境に曝露される外側シェル９０、及び内側スタック９２と外側シェル９０との間に位置する空気空隙８０によって画定されてもよく、外側シェル９０を環境に対して比較的低温に保持して、新鮮な空気をそこに吹き込むことを可能にする。内側シェルはまた、内側シェル内の熱を保持することを支援する熱パッド９３を含んでもよい。
【0190】
図４０は、煙突の上面図を示し、排気ダクト４、熱パッド３（９３）、内側ダクト１（９２）、及び内側ダクト１と外側ダクトとの間の新鮮な空気の開口部２を例示する一助をなしている。内側ダクト１は、より高価なレンガ構造とは対照的に、鋼で形成されてもよい。熱パッド３は、アルミニウム裏地を含み、内側ダクトに据え付けられて、最大２２００°Ｆ以上の温度に耐え得る。
【0191】
上記に注記したように、前述の設計は、経時的に劣化する高コストのレンガ造りの煙突を排除する。内側鋼製ダクト１は、ヘッディングパッド３とともに、熱を内部に集中させ続け、そこでは、排気を処理し続けることができる。更に、第２のダクトの前の新鮮な空気のギャップは、外向きの第２のダクトが低温であり、環境生物（例えば、鳥）が接触するのに安全であり、機械的維持費が少なく、大きな温度変動に起因して早く劣化しないことを意味する。便宜のため、以下のリストによって、本発明の一実施形態に係る、図３９に開示される特徴が識別される。
００１－コントローラ
００２－添加物レベルコントローラ、及びコントローラへの添加物液体ポンプ
００３－添加溶液タンク
００８－オーバーフローライン及び空気送風機
０８－添加噴射器からの添加物オーバーフローライン
０９－フィーダライン
００３５－添加噴射器
１２－熱センサ
１０－線（例えば、正電気コネクタ線及び負）
７９－主電気ボックス及び安全ボックス
４００－ＮＯｘ用の同時ヒータを有する、ＳＣＲ貴金属がコーティングされたＳＣＲフィルタ
３００－セラミック貴金属フィルタ（例えば、酸化触媒と同じ目的を果たす）
５００－加熱されたセラミック特殊フィルタ
１３－熱センサ及び安全センサ
６００－送風機モータ（例えば、可変送風機モータ）
１４－蒸気及び温度センサ
２５－電気ヒータ
２６－ＳＣＲ金属触媒コンバータシステム
２７－微粒子フィルタ
２８－ＮＯｘ貯蔵フィルタ
０１０－負電気ケーブル
３０００－第２のフィルタハウジング
４０００－粉塵及び未燃コイル集塵機
００－煙ダックの第２の開口部のための新鮮な空気のフィーダ管
６０１－第２の送風機モータ
６０２－主煙ダックと第２のハウジングとの間の新鮮な空気のための送風機モータ
８９－第１のハウジング煙道開口部
９０－第２の外側シェル煙道
８０－外側シェルを忠実に冷却し続けるための新鮮な空気の送風機のための２シェル間開口部
９３－熱パット（例えば、第１の煙道にアルミニウム裏地が据え付けられている）
７０００－磁石（複数可）
８０００－熱パッド
９０００－内側シェル
０１１２－外側シェル
００１－コントローラ
００２－添加物レベルコントローラ、及びコントローラへの添加物液体ポンプ
００３－添加溶液タンク
００８－オーバーフローライン及び空気送風機
０８－添加噴射器からの添加物オーバーフローライン
０９－フィーダライン
００３５－添加噴射器
１２－熱センサ
１０－線（例えば、正電気コネクタ線及び負）
７９－主電気ボックス及び安全ボックス
４００－ＮＯｘ用の同時ヒータを有する、ＳＣＲ貴金属がコーティングされたＳＣＲフィルタ
３００－セラミック貴金属フィルタ（例えば、酸化触媒と同じ目的を果たす）
５００－加熱されたセラミック特殊フィルタ
１３－熱センサ及び安全センサ
６００－送風機モータ（例えば、可変送風機モータ）
１４－蒸気及び温度センサ
２５－電気ヒータ
２６－ＳＣＲ金属触媒コンバータシステム
２７－微粒子フィルタ
２８－ＮＯｘ貯蔵フィルタ
０１０－負電気ケーブル
３０００－第２のフィルタハウジング
４０００－粉塵及び未燃コイル集塵機
００－煙ダックの第２の開口部のための新鮮な空気のフィーダ管
６０１－第２の送風機モータ
６０２－主煙ダックと第２のハウジングとの間の新鮮な空気のための送風機モータ
８９－第１のハウジング煙道開口部
９０－第２の外側シェル煙道
８０－外側シェルを忠実に冷却し続けるための新鮮な空気の送風機のための２シェル間開口部
９３－熱パット（例えば、第１の煙道にアルミニウム裏地が据え付けられている）
７０００－磁石（複数可）
８０００－熱パッド
９０００－内側シェル
０１１２－外側シェル
【0192】
便宜のため、以下のリストによって、本発明の一実施形態に係る、図４０に示される煙突の上面図を例示する図４０に開示される特徴が識別される。
１－内側鋼製煙道ハウジング
２－新鮮な空気のダクト開口部
３－アルミニウムラップ付き熱パッド（内側シェルに取り付けられている）
４－第１の本体煙道ハウジング開口部
１－内側鋼製煙道ハウジング
２－新鮮な空気のダクト開口部
３－アルミニウムラップ付き熱パッド（内側シェルに取り付けられている）
４－第１の本体煙道ハウジング開口部
【0193】
前述の説明及び添付の図面は、本発明の原理、例示的な実施形態、及び動作モードを例示している。ただし、本発明は、本明細書に開示される特定の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。上記で考察される実施形態の変形は、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって理解されるであろう。したがって、上述の実施形態及び添付の図面は、限定ではなく、例示と見なされるべきである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図28A】
【図29】
【図30A】
【図30B】
【図30C】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34-35B】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39-40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【国際調査報告】