JP2001082136A - ディーゼルエンジンの排気浄化方法 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気浄化方法

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JP2001082136A
JP2001082136A JP25727399A JP25727399A JP2001082136A JP 2001082136 A JP2001082136 A JP 2001082136A JP 25727399 A JP25727399 A JP 25727399A JP 25727399 A JP25727399 A JP 25727399A JP 2001082136 A JP2001082136 A JP 2001082136A
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JP
Japan
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exhaust gas
fuel
nox
diesel engine
exhaust emission
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JP25727399A
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Masakazu Iwamoto
正和 岩本
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Hino Motors Ltd
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Hino Motors Ltd
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素過剰存在下であってもNOx還元触媒上
で選択的にNOxをCOと反応させて効率良く還元浄化
し得るディーゼルエンジンの排気浄化方法を提供する。 【解決手段】 ロジウムをゼオライト,アルミナ,チタ
ニア,酸化クロムの何れかを担体として担持させて成る
NOx還元触媒4を排気管3の途中に装備し、酸素過剰
存在下で排気ガス2中にCOを添加することにより、前
記NOx還元触媒4上でNOxを選択的にCOと反応させ
て還元浄化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの排気浄化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジンにおいて
は、排気ガスが流通する排気管の途中にNOx還元触媒
を装備し、該NOx還元触媒の上流側に必要量の還元剤
を添加して該還元剤をNOx還元触媒上で排気ガス中の
NOx(窒素酸化物)と還元反応させることによりNOx
の排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【0003】他方、理論空燃比より薄い空燃比で希薄燃
焼(リーンバーン)を行わせることにより大幅な燃費の
向上を図り得ることが広く知られているが、このような
希薄燃焼運転を行うことを想定したディーゼルエンジン
に関してもNOxの排出濃度を低減することは重要な課
題となっている。
【0004】そして、排気ガス中のNOxを還元浄化す
るのに用いる具体的な還元剤としては、NOxが増加す
るような運転状態でNOxと同様に増加し且つそれ自体
の排出量も規制対象となっているCOを利用することが
考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に、希薄燃焼運転時における酸素過剰存在下では、NO
x還元触媒上において、COがNOxと反応するよりも先
に酸素と反応してCO2に酸化されてしまうので、CO
がNOxを還元浄化させる還元剤として有効に寄与せ
ず、実用化レベルの高いNOx低減効果を得ることが難
しいという問題があった。
【0006】本発明は、上述の実情に鑑みてなされたも
のであり、酸素過剰存在下であってもNOx還元触媒上
で選択的にNOxをCOと反応させて効率良く還元浄化
し得るディーゼルエンジンの排気浄化方法を提供するこ
とを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、ロジウムをゼ
オライト,アルミナ,チタニア,酸化クロムの何れかを
担体として担持させて成るNOx還元触媒を排気管の途
中に装備し、酸素過剰存在下で排気ガス中にCOを添加
することにより、前記NOx還元触媒上でCOを選択的
にNOxと反応させて還元浄化することを特徴とするデ
ィーゼルエンジンの排気浄化方法、に係るものである。
【0008】而して、ロジウムをゼオライト,アルミ
ナ,チタニア,酸化クロムの何れかを担体として担持さ
せたNOx還元触媒は、酸素過剰存在下においても選択
的にNOxをCOと反応させる傑出した性能を発揮し、
格別多くのCOを添加しなくてもNOx還元触媒上でC
Oと排気ガス中のNOやNO2との反応が促進され、N
Oxが効率良く還元浄化されてN2及びCO2として処理
されることになり、酸素過剰存在下におけるNOxの浄
化率が大幅に向上されると共に、COの浄化率も大幅に
向上される。
【0009】更に、本発明においては、排気ガス中にC
Oを添加するに際し、燃料を主噴射以外のタイミングで
噴射させ、その噴射した燃料の熱分解と炭素分の部分酸
化とによりCOを生成して排気ガス中に添加することが
可能である。
【0010】このようにすれば、噴射された燃料が気筒
内で正常に燃焼せずに熱分解してCOが生成され、ま
た、その熱分解により生じた炭素分や、当初から燃料中
に含まれていた炭素分などの一部が酸化することによっ
てもCOが生成されるので、格別なCOの添加手段を新
たに設けなくても燃料噴射を適切に制御するだけでCO
を添加することが可能となる。
【0011】また、燃料を主噴射以外のタイミングで噴
射させることに換えて、燃料の主噴射自体のタイミング
を遅らせて燃料の燃焼性を低下させることでCOを生成
して排気ガス中に添加するようにしても良い。
【0012】更には、排気管におけるNOx還元触媒よ
り上流側に燃料を導入し、その導入した燃料の熱分解と
炭素分の部分酸化とによりCOを生成して排気ガス中に
添加するようにしても良い。
【0013】また、排気ガス再循環装置により排気ガス
を再循環して酸素濃度の低減化を図り、燃料の燃焼性を
低下させることでCOを生成して排気ガス中に添加する
ことも可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。
【0015】図1は本発明を実施する形態の一例を示す
もので、本形態例の排気浄化装置においては、ディーゼ
ルエンジン1からの排気ガス2が流通する排気管3の途
中に、ロジウムをゼオライト,アルミナ,チタニア,酸
化クロムの何れかを担体として担持させて成るNOx還
元触媒4が配置されており、後述する手法により添加し
たCOを還元剤としてNOxを還元浄化し得るようにし
てある。
【0016】尚、図中5はディーゼルエンジン1の各気
筒に対し図示しない燃料タンクからの燃料(軽油)を噴
射する燃料ポンプ、6は吸気管、7は吸入空気を示す。
【0017】ここで、前述した如きNOx還元触媒4の
製造にあたっては、図2に一例を示すように、ロジウム
のアンミン錯体塩を用いてゼオライト担体に所定量のロ
ジウムをイオン交換させることにより担持させ(ゼオラ
イト以外の担体を使用する場合はロジウムのアンミン錯
体塩でロジウムを含浸担持させる)、然る後に、乾燥、
焼成の工程を経て粉末状の触媒とし、これに水やアルコ
ールなどの溶媒とバインダーとを混合してスラリー化
し、そのスラリーを押し出し成形することによりハニカ
ム型に成形し、これを乾燥、焼成の工程を経てNOx還
元触媒4とすれば良い。
【0018】ただし、押し出し成形に換えて、前記のス
ラリーをハニカム型の担体にコーティングし、これを乾
燥、焼成の工程を経てNOx還元触媒4とすることも勿
論可能である。
【0019】そして、このようにロジウムをゼオライ
ト,アルミナ,チタニア,酸化クロムの何れかを担体と
して担持させたNOx還元触媒4が、酸素過剰存在下に
おいても選択的にNOxをCOと反応させる傑出した性
能を発揮するものとなることは、本発明者による実験で
既に確認されているところである。
【0020】即ち、下記の表1に示すように、ゼオライ
トを担体として様々な金属を担持させた触媒について、
酸素共存下でCOを還元剤とした約250〜300℃の
温度範囲における性能試験を行った結果、ロジウム(R
h),ルテニウム(Ru),パラジウム(Pd)だけが
NOx低減性能を示し、しかも、このうちのルテニウム
(Ru),パラジウム(Pd)は実質的に実用化レベル
に達していない性能しか有しておらず、ロジウム(R
h)をゼオライトに担持させたものだけが最大NOx低
減率40%という傑出した実用性の高い性能を示すこと
が判明し、酸素共存下でCOを還元剤とした場合におけ
るロジウム(Rh)の優位性が確認されている。
【0021】
【表1】 担体:ゼオライト 温度:250〜300℃
【0022】更に、図3にグラフで示すように、ゼオラ
イトに換えてチタニアを担体としてロジウム(Rh)を
担持させた場合には、最大NOx低減率が約50%とい
う更に優れた性能が確認され、また、ゼオライトを担体
としたものには若干及ばないものの、アルミナや酸化ク
ロムを担体としてロジウム(Rh)を担持させたものに
も十分に実用化に供し得る優れた性能が確認された。
【0023】而して、本形態例において採用しているN
Ox還元触媒4は、希薄燃焼運転時などにおける酸素過
剰存在下においても選択的にNOxをCOと反応させる
傑出した性能を発揮し、格別多くのCOを添加しなくて
もNOx還元触媒4上でCOと排気ガス2中のNOやN
2との反応が促進され、NOxが効率良く還元浄化され
てN2及びCO2として処理されることになる。
【0024】ここで、排気ガス2中にCOを添加するに
際しては、例えば、NOx還元触媒4が活性温度域とな
るのを待って燃料ポンプ5により燃料を主噴射以外のタ
イミングで噴射させるようにすれば良く、このようにす
れば、噴射された燃料が気筒内で正常に燃焼せずに熱分
解してCOが生成され、また、その熱分解により生じた
炭素分や、当初から燃料中に含まれていた炭素分などの
一部が酸化することによってもCOが生成されて排気ガ
ス2中に添加されることになる。
【0025】また、燃料を主噴射以外のタイミングで噴
射させることに換えて、燃料の主噴射自体のタイミング
を遅らせて燃料の燃焼性を低下させることでCOを生成
して排気ガス中に添加するようにしても良い。
【0026】尚、一般的に、NOxが増加するような運
転状態では、NOxと一緒にCOも増加するケースが多
く、例えばエンジン回転数一定を条件として負荷が上が
った場合には、NOxが増加する一方でCOも急激に増
加してくるため、前述した如き燃料を主噴射以外のタイ
ミングで噴射したり、燃料の主噴射自体のタイミングを
遅らせたりする操作を極端に行う必要はなく、運転に支
障のない範囲で軽微に行えば良い。
【0027】従って、上記形態例によれば、希薄燃焼運
転時などにおける酸素過剰存在下であってもNOx還元
触媒4上で選択的にNOxをCOと反応させて効率良く
還元浄化することができる。
【0028】特に本形態例においては、燃料を主噴射以
外のタイミングで噴射したり、燃料の主噴射自体のタイ
ミングを遅らせたりすることで、その噴射した燃料の熱
分解と炭素分の部分酸化とによりCOを生成して排気ガ
ス中に添加するようにしているので、格別なCOの添加
手段を新たに設けなくても燃料噴射を適切に制御するだ
けでCOを生成して添加することができる。
【0029】また、図4は排気ガス2中にCOを添加す
る手法の別の例を示すものであり、NOx還元触媒4の
上流側の排気管3と還元剤タンク8(燃料タンクでも
可)との間を還元剤供給管9により接続し、該還元剤供
給管9の途中に設けた還元剤供給ポンプ10の駆動によ
り還元剤タンク8内の燃料(軽油)をノズル11を介し
NOx還元触媒4の上流側に導入し得るようにしたもの
である。
【0030】このようにすれば、還元剤タンク8から導
入された燃料が排気管3内で燃焼せずに熱分解してCO
が生成され、また、その熱分解により生じた炭素分や、
当初から燃料中に含まれていた炭素分などの一部が酸化
することによってもCOが生成されて排気ガス2中に添
加されることになるので、先の形態例の場合と同様に、
NOx還元触媒4上で選択的にNOxをCOと反応させて
効率良く還元浄化することができる。
【0031】更に、図5は排気ガス2中にCOを添加す
る手法の更に別の例を示すもので、ここに図示している
ディーゼルエンジン1では、排気ガス再循環装置を成す
EGRパイプ12により排気管3と吸気管6との間が接
続されており、このEGRパイプ12の途中に備えた常
時閉のEGRバルブ13を吸気行程中に開け、前記EG
Rパイプ12を通して排気ガス2の一部を吸入空気7と
一緒に再循環して気筒内に送り込み、該気筒内で緩慢な
燃焼を行わせることにより燃焼温度を下げてNOxの低
減化を図るようにしてある。
【0032】そして、このような排気ガス再循環装置を
備えたディーゼルエンジン1においては、EGRバルブ
13を開けて適宜な量の排気ガス2を吸気管6側に再循
環し、これにより酸素濃度を低減化して燃料の燃焼性を
低下させることでCOを積極的に生成して排気ガス2中
に添加することが可能である。
【0033】ただし、排気ガス2を吸気管6側に再循環
して酸素濃度を低減化するといっても、希薄燃焼運転の
効果を損なうような還元性雰囲気とするわけではなく、
あくまでも一般的なリーン域を下まわらない程度の空燃
比領域で酸素濃度を低減すれば良い。
【0034】尚、本発明のディーゼルエンジンの排気浄
化方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではな
く、排気ガス再循環装置により排気ガスを再循環して酸
素濃度の相対的な低減化を図る際には、図示の如き従来
周知のEGRパイプから成る排気ガス再循環装置を利用
する以外に、バルブタイミングの可変手段により吸気行
程で排気弁を開けて排気ガスを気筒内に呼び戻すように
した排気ガス再循環装置を用いても良いこと、その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加
え得ることは勿論である。
【0035】
【発明の効果】上記した本発明のディーゼルエンジンの
排気浄化方法によれば、希薄燃焼運転時などにおける酸
素過剰存在下であってもNOx還元触媒上で選択的にN
OxをCOと反応させて効率良く還元浄化することがで
きるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概略図であ
る。
【図2】図1のNOx還元触媒の製造工程の一例を示す
ブロック図である。
【図3】NOxの浄化性能を比較して示すグラフであ
る。
【図4】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【図5】本発明の更に別の形態例を示す概略図である。
【符号の説明】 1 ディーゼルエンジン 2 排気ガス 3 排気管 4 NOx還元触媒 12 EGRパイプ(排気ガス再循環装置)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/28 301 F02D 21/08 301D 4D048 3/36 41/38 B F02D 21/08 301 41/40 D 41/38 43/00 301J 41/40 301N 43/00 301 301W F02M 25/07 570J B01D 53/36 ZAB F02M 25/07 570 102H 103B Fターム(参考) 3G062 AA01 AA10 BA05 BA09 GA15 GA21 3G084 AA01 BA15 BA20 DA10 EC02 FA38 3G091 AA02 AA18 AB05 BA14 CA16 CA18 CB03 FC04 GA06 GB05W GB09X GB10X GB17X HB05 3G092 AA02 AA17 BB13 DC08 EA04 FA17 HC03X HD07X 3G301 HA02 HA13 JA25 MA18 MA23 NE12 PE03Z PE04Z 4D048 AA06 AB02 AC02 BA03X BA07X BA11X BA25X BA33X BA41X CA01 CC28 CC38 DA01 DA09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロジウムをゼオライト,アルミナ,チタ
    ニア,酸化クロムの何れかを担体として担持させて成る
    NOx還元触媒を排気管の途中に装備し、酸素過剰存在
    下で排気ガス中にCOを添加することにより、前記NO
    x還元触媒上でNOxを選択的にCOと反応させて還元浄
    化することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化
    方法。
  2. 【請求項2】 燃料を主噴射以外のタイミングで噴射さ
    せ、その噴射した燃料の熱分解と炭素分の部分酸化とに
    よりCOを生成して排気ガス中に添加することを特徴と
    する請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方
    法。
  3. 【請求項3】 燃料の主噴射のタイミングを遅らせて燃
    料の燃焼性を低下させることでCOを生成して排気ガス
    中に添加することを特徴とする請求項1に記載のディー
    ゼルエンジンの排気浄化方法。
  4. 【請求項4】 排気管におけるNOx還元触媒より上流
    側に燃料を導入し、その導入した燃料の熱分解と炭素分
    の部分酸化とによりCOを生成して排気ガス中に添加す
    ることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジ
    ンの排気浄化方法。
  5. 【請求項5】 排気ガス再循環装置により排気ガスを再
    循環して酸素濃度の低減化を図り、燃料の燃焼性を低下
    させることでCOを生成して排気ガス中に添加すること
    を特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排
    気浄化方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010203352A (ja) * 2009-03-04 2010-09-16 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジンの燃焼制御方法およびディーゼルエンジン
JP2010242614A (ja) * 2009-04-06 2010-10-28 Toyota Central R&D Labs Inc 二酸化窒素の浄化方法及び二酸化窒素の浄化装置

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