JP2001123823A - ガソリンエンジン排気中の粒子状物質を転化する機構 - Google Patents

ガソリンエンジン排気中の粒子状物質を転化する機構

Info

Publication number
JP2001123823A
JP2001123823A JP2000245830A JP2000245830A JP2001123823A JP 2001123823 A JP2001123823 A JP 2001123823A JP 2000245830 A JP2000245830 A JP 2000245830A JP 2000245830 A JP2000245830 A JP 2000245830A JP 2001123823 A JP2001123823 A JP 2001123823A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
plasma
filter
plasma generator
water vapor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000245830A
Other languages
English (en)
Inventor
Julia Margaret Evans
ジュリア、マーガレット、エバンズ
Stephen Poulston
スティーブン、ポールストン
Raj Rao Rajaram
ラジ、ラオ、ラジャラム
Andrew Peter Walker
アンドルー、ピーター、ウォーカー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Matthey PLC
Original Assignee
Johnson Matthey PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Matthey PLC filed Critical Johnson Matthey PLC
Publication of JP2001123823A publication Critical patent/JP2001123823A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/9454—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/0231—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using special exhaust apparatus upstream of the filter for producing nitrogen dioxide, e.g. for continuous filter regeneration systems [CRT]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F01N3/0275—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means using electric discharge means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0892—Electric or magnetic treatment, e.g. dissociation of noxious components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/28—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a plasma reactor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/028—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting humidity or water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ガソリンエンジン排気中の粒子状物質を転化す
る機構の提供。 【解決手段】理論空然比に運転されるエンジン、および
排気中の水蒸気を酸化体に転化するためのプラズマ発生
機およびプラズマ発生機の下流にあるフィルターを包含
する排気機構を含んでなる、排気中のＰＭを転化する機
構。プラズマ処理した水蒸気を酸化体として使用し、排
気機構中に配置されたフィルター上に捕獲された粒子状
物質（ＰＭ）を転化する、および／またはＮＯおよび／
またはＮ２ をＮＯ２に酸化し（この水蒸気、ＰＭ、Ｎ
ＯおよびＮ２ は、理論空然比に運転されるガソリンエ
ンジンの排気中に存在する）、次いでＮＯ２ を使用し
てＰＭを燃焼させる。実験的には、プラズマを使用し、
水の存在下および不存在下で、気体状炭化水素を転化
し、続いて質量分析法で測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、理論空然比に運転されるガソリ
ンエンジン排気中の粒子状物質を転化する機構に関す
る。
【０００２】ガソリンエンジンは、あらゆる種類の車両
および固定動力供給源に広く使用されている。ガソリン
エンジンは、それらの燃焼特性のために、固体、液体の
微小滴またはこれら２種類の混合物からなる、粒子状物
質（ＰＭ）を発生する。ＰＭは燃焼から生じる様々な物
質、例えば未燃焼炭化水素（ＨＣ）および燃料中に存在
する硫黄分に由来の二酸化硫黄の酸化により生成される
硫酸、を含んでなることがある。肉眼にはディーゼルエ
ンジンにより形成されるＰＭよりも見え難いが、ガソリ
ンエンジンから発生するＰＭは、粒子径が小さく、ＰＭ
は肺の中の肺胞通路中に深く浸透するので、潜在的に人
間にとってより有害である。これは肺癌の原因につなが
っている。ディーゼル排気は、ＮＯｘを包含する、排ガ
ス規制に適合する様に処理する必要がある、他の成分も
含んでいる。
【０００３】排ガス規制に適合する様に、ガソリン車両
は、三元触媒（ＴＷＣ）と呼ばれる接触転化装置を備え
るのが一般的である。最も一般的なＴＷＣは、Ａｌ２Ｏ
３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２またはそれらの２種類以上の混
合物でよい酸化性の高表面積ウォッシュコート上に担持
された白金族金属（ＰＧＭ）、例えばＰｔ、Ｐｄおよび
Ｒｈの１種以上、を使用している。触媒用の担体は、増
量されたセラミック、例えばコージーライト、または金
属から製造された、一般的に圧損が低い、フロー−スル
ーハニカムモノリスである。しかし、ＴＷＣはＰＭを部
分的にしか除去できていない。
【０００４】ＰＭの除去は、間欠的または連続的に浄化
または再生できる、ある形態のフィルターまたはトラッ
プを使用して達成することもできる。粒子状物質トラッ
プ自体に触媒作用させてＰＭ燃焼温度を下げることがで
き、ある形態の外部加熱、例えばトラップの、またはそ
こに供給される空気の電気加熱、を使用し、ＰＭ燃焼を
開始することができる。エンジンへの燃料に触媒を包含
することも提案されており、ＰＧＭと共に、鉄、銅また
はセリウム化合物が潜在的な触媒物質として提案されて
いる。
【０００５】しかし、これらの先行技術提案を理論空然
比に運転されるエンジンに応用することには、ＮＯｘの
抑制と比較してＰＭの除去が不十分であること、過剰の
コスト、燃料の経済性低下、既存技術との非相容性を包
含する、一つ以上の問題がある。
【０００６】ディーゼル用途向けで成果を上げている粒
子状物質トラップは、Johnson Matthey Plcから「連続
再生トラップ」（ＣＲＴ（商品名））として市販され、
米国特許第４，９０２，４８７号明細書に開示されてい
る。この機構は、排気中ＮＯｘの酸化により生じるＮＯ
２ を使用し、フィルター上にあるＰＭを燃焼させる。
これは、ＮＯ２ はＰＭを約２５０℃で燃焼させること
ができ、ディーゼル排気の温度は一般的に３５０℃まで
であるので、ディーゼル用途に有利である。しかし、Ｏ
２ 中でＰＭを燃焼させるには、約６５０℃までの温度
が必要である。
【０００７】典型的にはガソリンエンジンの排気中に
は、ＮＯをＮＯ２ に酸化するのに十分な酸素が存在せ
ず、存在するＯ２ はすべて他の排気成分、例えばＣ
Ｏ、水素、および炭化水素、と優先的に反応するので、
連続再生トラップの使用は一般的にディーゼル用途に限
られる。ガソリン直噴（ＧＤＩ）エンジン以外のガソリ
ンエンジンは、通常、理論空然比または僅かにリッチ条
件下で作動する。
【０００８】「理論空然比」とは、燃焼中に炭化水素お
よび一酸化炭素のすべてを消費するのに理論的に十分な
酸素がある点を意味する。この点は、空気と燃料の比約
１４．７で起こる。理論空然比条件下では、排気は還元
性でも、酸化性でもない。燃焼からの燃料残留物が存在
するために、すなわち燃焼時の空気：燃料の比が理論空
然比な点よりも小さかったために、排気が還元性である
場合に、排気は「リッチ」とよばれる。「リーン」排気
条件は、燃焼時の空気：燃料の比が理論空然比な点より
も大きい場合に起こる。リーン排気は、炭化水素燃料が
ほとんど完全に燃焼するために、過剰の酸素を含み、炭
化水素をほとんどまたはまったく含まず、その結果、排
気は酸化性になる。実際には、理論空然比な点で走行す
る様に設定されたエンジンの排気は、例えばエンジンが
アイドリングしている時（僅かにリーン）、あるいは車
両を加速する時（僅かにリッチ）に、化学量論の中立的
な非酸化性／非還元性基準を中心にしてマクロ的に変動
するために、燃焼中に僅かに変化する。しかし、平均的
には、排気は非酸化性で、非還元性である。説明し易く
するために、用語「理論空然比」または「理論空然比
に」は、以下、真の理論空然比空気：燃料比を中心にし
たマクロ的変動があり、それに従って排気の組成が変化
する条件を修飾するものとする。
【０００９】国際特許第ＷＯ９９／１８３３３号明細書
は、排気中の水蒸気に対するプラズマ発生機の作用によ
り発生するフリーラジカルを利用し、未燃焼ＨＣおよび
ＣＯの酸化およびＮＯｘの還元に対するＴＷＣの作用を
強化する方法および装置を開示している。
【００１０】米国特許第５，７４６，９８４号明細書
は、リーンバーンエンジン、例えばガソリン直噴エンジ
ン、との組合せで使用する、ＮＯｘトラップ、ＨＣトラ
ップ、粒子状物質トラップおよびプラズマ発生機を包含
する排気機構を記載している。この機構では、捕獲され
たＮＯｘおよびＨＣ成分がリッチ条件下で放出され、プ
ラズマ発生機に運ばれ、そこでプラズマを使用して未燃
焼ＨＣ、ＮＯｘおよびＰＭを破壊する。
【００１１】我々の国際特許第ＷＯ００／２１６４６号
明細書は、ディーゼルエンジンの排気を清浄する機構を
開示しているが、この機構は、プラズマ発生機およびフ
ィルターまたは粒子状物質トラップを包含する。この機
構は、ディーゼルおよび他のリーンバーンエンジンから
出る排気を処理する。
【００１２】我々の知る限り、理論空然比に運転される
エンジンの排気からＰＭを特別に除去するための研究は
なされていない。
【００１３】ここで我々は、理論空然比に運転されるガ
ソリンエンジンから出る排気中の水蒸気をプラズマで処
理し、プラズマ処理された水蒸気を使用し、フィルター
上に収集可能なＰＭを転化できること、および／または
ＮＯｘをＮＯ２ に酸化し、このＮＯ２ を使用してＰＭ
を燃焼できることを見出だした。本発明は、その一態様
として、排気機構中に配置されたフィルター上に捕獲さ
れた粒子状物質（ＰＭ）を転化し、および／またはＮＯ
および／またはＮ２ をＮＯ２ に酸化し、次いでＮＯ２
を使用してＰＭを燃焼させるのに際し、酸化体として
プラズマ処理した水蒸気の使用であって、ここで、水蒸
気、ＰＭ、ＮＯおよびＮ２ は、理論空然比に運転され
るガソリンエンジンの排気中に存在するものである、使
用を提供するものである。
【００１４】本発明には、ＣＲＴ（商品名）の利点を理
論空然比に運転されるガソリンエンジンの排気機構に取
り入れるという優位性がある。さらに、ＳＯ２ からＳ
Ｏ３への酸化（これがディーゼル機構におけるＣＲＴ
（商品名）の、硫黄含有量の低い（すなわち＜５０ pp
m）燃料への応用を制限している）を起こさずに、プラ
ズマによりＮＯがＮＯ２ に酸化されることが報告され
ている。我々は、本発明により、ＣＲＴ（商品名）の原
理を、現在市販されているガソリンにより典型的な、よ
り高い硫黄含有量、すなわち〜３５０ ppm、にも使用で
きると考えている。
【００１５】疑念を避けるために、「理論空然比に運転
されるガソリンエンジン」とは、完全に理論空然比に運
転される様に設計され、エンジンサイクルの一部分で例
えばリーンで作動せず、残りの部分では理論空然比に作
動するエンジンを意味する。非理論空然比に運転される
エンジンは、ガソリン直噴エンジン、排気機構がＮＯｘ
トラップを包含するエンジン、または理論空然比運転が
例えば加速または車両用道路の走行で起こる部分的リー
ンバーンエンジンを包含する。
【００１６】本発明の目的には、プラズマは、自由電
子、ラジカルおよびイオン化された分子、および様々な
励起状態の原子および分子が存在するガスである。プラ
ズマは、正および負電荷からなり、全体的には電気的に
中性のままであるガスである。非熱的プラズマでは、電
子の平均エネルギーは、ガスの他の成分のそれよりも著
しく高い。
【００１７】理論に捕らわれたくはないが、本発明で、
ＮＯ２ は、排気中のＮＯの酸化によって生じるだけで
はなく、窒素の酸化によってもＮＯが生じ、次いでこれ
自体がＮＯ２ に転化されると考えられる。また、ＮＯ
またはＮ２ から触媒作用により生じた酸化体は、必ず
しもすべてがＮＯ２ ではないことも理解すべきであ
る。酸化体は、全体または部分的に、Ｎ２Ｏ５、Ｎ２Ｏ
または排気中のＮＯに由来する同等の酸化体でよい。
しかし、簡単にするために、酸化体はここでは単にＮＯ
２ と呼ぶ。
【００１８】一般的に、水蒸気の濃度は約５％である。
本発明の他の好ましい用途は、排気中の水蒸気がガソリ
ンの燃焼以外の供給源に由来することである。これに
は、排気中に存在するプラズマ処理された水蒸気酸化体
の量を調整し、エンジンに対する特定の負荷、従って、
排気中に存在するＮＯｘおよび／またはＰＭのレベルに
適合させることができるという優位性がある。この供給
源は、車両のエンジン制御装置（ＥＣＵ）により制御さ
れる供給手段でよい。排気中に追加される水蒸気入力の
レベルを調節する一方法は、車両の車上診断（ＯＢＤ）
の一部として排気機構中に存在するセンサーからの負お
よび正のフィードバックによる。あるいは、水蒸気追加
レベルは、特定の設定条件、例えばエンジン回転数(rev
s)および／または加速、に対して予めプログラム化し、
ＥＣＵ中にマップとして記憶させることができる。
【００１９】好ましくは、本発明は、ＮＯおよび／また
はＮ２ のＮＯ２ への酸化を利用し、酸化触媒からなる
触媒全体のＮＯｘまたは炭化水素ライト−オフを強化す
ることをさらに含んでなる。
【００２０】触媒全体のライト−オフとは、その触媒
が、ある反応に触媒作用するのに５０％有効である温度
である。ＮＯ２ は一般的にＮＯよりも反応性が高いの
で、ＮＯからＮＯ２ への転化はＮＯｘライト−オフを
促進することができる。しかし、理論空然比条件下で
は、Ｏ２ がＣＯ、水素および気体状炭化水素と優先的
に反応するので、従来の触媒技術を使用するＮＯからＮ
Ｏ２ への転化は非常に困難である。従って、本発明を
使用してＮＯ２ を形成することは、ＮＯｘおよび炭化
水素の両方に好適な酸化体触媒全体のライト−オフを促
進することにも使用できる。
【００２１】別の態様では、本発明は、理論空然比に運
転されるガソリンエンジン、および排気中の水蒸気を酸
化体に転化するためのプラズマ発生機およびプラズマ発
生機の下流にあるフィルターを包含する排気機構を含ん
でなる、排気中のＰＭを転化する機構を提供する。好ま
しくは、プラズマ発生機およびフィルターは密に接続す
る、すなわち相互に隣接して配置する。別の好ましい態
様では、この機構はプラズマ発生機の上流に水蒸気を供
給する手段を包含する。
【００２２】好ましくは、本機構は、ＰｔまたはＰｄま
たは２種類の混合物でよいが、好ましくはＰｔである酸
化触媒からなる触媒をさらに含んでなる。
【００２３】プラズマ発生機は、いずれかの好適な型の
発生機でよい。例えば、プラズマ発生機はコロナ放電、
表面プラズマ放電、誘電バリヤー放電型、あるいは誘電
充填床または電子線反応器、でよい。プラズマ発生機
は、電磁放射線、例えばマイクロ波放射線、により強化
することができる。所望により、プラズマ発生機は排気
の全部または一部を処理する様に配置することができ
る。
【００２４】使用するフィルターは、例えばワイヤを織
り上げた、または縫い上げたフィルター、または一般的
に公知の型のウォールフローフィルターでよい。ある種
の車両、特に軽量自動車またはバンには、総ＰＭの８０
重量％程度だけを集めるフィルター設計を使用するのが
必要であるか、または望ましい場合がある。
【００２５】フィルターは触媒作用を有するのが好まし
く、触媒作用を与える場合、卑金属触媒が好ましく、ラ
ンタン、セシウムおよびバナジウム五酸化物の組合せま
たはＭｇＯ上のＰｔが最も好ましい。
【００２６】
【実施例】本発明をより深く理解するために、添付の図
面を参照しながら、説明のためにのみ、例を記載する。
【００２７】例１ 本発明を例示するために、我々は炭化水素プロペンの転
化を試験した。プロペンは、室温および常圧で気体であ
る。しかし、プラズマ処理した水蒸気によるＰＭ転化ま
たはプラズマ処理した水蒸気により発生したＮＯ２ に
よる燃焼を実験室で再現することは安全性の理由から非
常に困難なので、プロペンを選択した。しかし、ここに
示す結果は、本発明の炭化水素、例えば炭化水素濃度の
高い粒子状物質への一般的な応用、および我々のＣＲＴ
（商品名）原理における応用を示す。ＣＲＴ（商品名）
に関する詳細は、米国特許第４，９０２，４８７号明細
書の例を参照すべきである。
【００２８】合成ガス混合物を使用し、試験装置で、水
の存在下および不存在下でプラズマを使用し、プロペン
の転化を時間に対して測定した。図１に示す試験装置１
０は、チタン酸バリウム触媒で被覆した直径約３mmのア
ルミナ球（図には示していない）の帯電した充填床プラ
ズマ発生機１２を包含する。触媒床は、厚さが約１０mm
で、セラミックチューブ１８（内径５０mm）の内側で２
個の金属電極１４、１６の間に配置した。充填床は、機
械加工可能なセラミック挿入物２０とスプリング２１の
間に保持する。チューブ１８は、viton ガスケット２２
を使用して気密にしてある。一方の電極１６は接地し、
他方の電極１４に５０Hzの正弦波ＡＣ電圧約３kV（ＲＭ
Ｓ）を印加した。ガス混合物およびプラズマ発生機の両
方共常温であった。基質および生成ガス混合物の両方の
中のプロペンおよびＮＯを質量分析法を使用して測定し
た。データの収集は１秒間に１回行なった。
【００２９】合成ガス混合物は、ＮＯ３００ ppm、Ｏ２
/Ｈｅ１２％および、存在する場合、水蒸気濃度１％ v/
vを含んでなる。ガスの総流量は２５０ml／分であり、
ガス空間速度（ＧＨＳＶ）は約１０００hr−１であっ
た。
【００３０】図２に示す結果は、プラズマの存在下で、
時間に対して測定したプロペンの転化率が、水蒸気が存
在する場合に著しく大きいことを明確に示している。
【００３１】図３は、質量分析法で測定したＮＯ強度
が、水が存在する場合に、存在しない場合よりも、大幅
に減少することを明確に示している。このことは、プラ
ズマ処理した水蒸気が酸化体として作用するという結論
と一致している。実際、プロペンの転化生成物であるホ
ルムアルデヒドも質量分析法ではＮＯと共に分析されて
いるので、ＮＯの転化は、これらの結果に示されるより
も５％まで、より効率的であると考える。
【００３２】例２ 基質ガス混合物中の水蒸気濃度％を変えて、実施例１を
繰り返した。水蒸気濃度０．５％ v/vおよび１．５％ v
/vで試験した。図３に示す結果は、プロペン転化率％と
基質ガス混合物中の水蒸気濃度の間の相関性を明らかに
示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実験室用試験装置を図式的に示す図で
ある。
【図２】図２は、プラズマの存在下で、水蒸気が存在す
る、および存在しない場合の、質量分析法で測定した炭
化水素プロペンの任意単位で示す転化率（縦軸）と時間
（秒）（横軸）の関係を示すグラフである。実線は、水
が存在する場合の結果を示し、破線は水が存在しない場
合の結果を示す。（ａ）はプラズマのスイッチを入れた
ことを示し、（ｂ）はプラズマのスイッチを切ったこと
を示す。
【図３】図３は、プラズマの存在下で、水蒸気が存在す
る、および存在しない場合の、質量分析法で測定したＮ
Ｏの、任意単位で示す強度（縦軸）と時間（秒）（横
軸）の関係を示すグラフである。実線は、水が存在する
場合の結果を示し、破線は水が存在しない場合の結果を
示す。（ａ）はプラズマのスイッチを入れたことを示
し、（ｂ）はプラズマのスイッチを切ったことを示す。
【図４】図４は、プロパン転化率（％）（縦軸）と水濃
度（％）（横軸）の関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/10 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ 3/24 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｂ (72)発明者 スティーブン、ポールストン イギリス国レディング、ヘザリイ、ロー ド、４ (72)発明者 ラジ、ラオ、ラジャラム イギリス国スラウ、ブックランド、アベニ ュ、34 (72)発明者 アンドルー、ピーター、ウォーカー イギリス国ロイストン、メルボルン、ブラ ムリー、アベニュ、57

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気機構中に配置されたフィルター上に捕
    獲された粒子状物質（ＰＭ）を転化し、および／または
    ＮＯおよび／またはＮ２をＮＯ２に酸化し、 次いで、ＮＯ２を使用してＰＭを燃焼させるのに際し、 該転化および／または該酸化が、酸化体としてプラズマ
    処理した水蒸気を使用するものであって、 該水蒸気、ＰＭ、ＮＯ、およびＮ２が、理論空然比に運
    転されるガソリンエンジンの排気中に存在するものであ
    る、使用。
  2. 【請求項２】前記排気中の水蒸気の少なくとも一部が、
    ガソリンの燃焼以外の供給源に由来するものである、請
    求項１に記載の使用。
  3. 【請求項３】生成したＮＯ２を使用して、ＮＯｘおよび
    炭化水素用の酸化触媒からなる触媒のライト−オフを強
    化するものである、請求項１または２に記載の使用。
  4. 【請求項４】理論空然比に運転されるエンジンと、 排気中の水蒸気を酸化体に転化するためのプラズマ発生
    機、およびプラズマ発生機の下流にあるフィルターを包
    含する排気機構とを含んでなる、ＰＭを転化するための
    機構。
  5. 【請求項５】前記プラズマ発生機が、コロナ放電、表面
    プラズマ放電、誘電バリヤー放電型の発生機であるか、
    または誘電充填床もしくは電子線反応器である、請求項
    ４に記載の機構。
  6. 【請求項６】前記プラズマ発生機とフィルターとが相互
    に密接となっている、請求項４または５に記載の機構。
  7. 【請求項７】酸化触媒からなる触媒をさらに含んでな
    る、請求項４〜６のいずれか一項に記載の機構。
  8. 【請求項８】前記酸化触媒がＰｔまたはＰｄまたはこれ
    ら２種類の混合物、好ましくはＰｔである、請求項７に
    記載の機構。
  9. 【請求項９】プラズマ発生機の上流に水蒸気を供給する
    手段をさらに包含する、請求項４〜８のいずれか一項に
    記載の機構。
  10. 【請求項１０】前記フィルターが触媒作用を有する、請
    求項４〜９のいずれか一項に記載の機構。
  11. 【請求項１１】フィルター触媒が卑金属を含んでなり、
    好ましくはランタン、セシウムおよびバナジウム五酸化
    物の組合せであるか、またはＭｇＯ上のＰｔである、請
    求項１０に記載の機構。
JP2000245830A 1999-08-14 2000-08-14 ガソリンエンジン排気中の粒子状物質を転化する機構 Pending JP2001123823A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9919200.7 1999-08-14
GBGB9919200.7A GB9919200D0 (en) 1999-08-14 1999-08-14 Pollution control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001123823A true JP2001123823A (ja) 2001-05-08

Family

ID=10859148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000245830A Pending JP2001123823A (ja) 1999-08-14 2000-08-14 ガソリンエンジン排気中の粒子状物質を転化する機構

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6479023B1 (ja)
EP (1) EP1077078A3 (ja)
JP (1) JP2001123823A (ja)
GB (1) GB9919200D0 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010540349A (ja) * 2007-10-08 2010-12-24 ルノー・エス・アー・エス 自動車用のフィルタ再生型暖房／空調システム、それに関連する制御方法および関連するフィルタ

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6775972B2 (en) * 1998-10-09 2004-08-17 Johnson Matthey Public Limited Company Purification of exhaust gases
JP2002357119A (ja) * 2001-03-02 2002-12-13 Yukio Kinoshita 放電現象などを用いた高効率排気ガス処理システム
JP3551156B2 (ja) 2001-03-08 2004-08-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4439910B2 (ja) * 2001-08-01 2010-03-24 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー 粒子状物質を燃焼させるための排気機構を備えたガソリンエンジン
JP3649188B2 (ja) * 2002-01-16 2005-05-18 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置付き内燃機関
GB0206613D0 (en) * 2002-03-21 2002-05-01 Johnson Matthey Plc Exhaust system for an internal combustion engine
EP1426102B1 (en) * 2002-11-21 2007-06-06 HONDA MOTOR CO., Ltd. Process for decreasing content of particulate material contained in exhaust gas from lean burn engine or the like
GB2408470B (en) * 2003-11-25 2007-06-13 Arvin Internat An internal combustion engine exhaust system
JP2005291071A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Honda Motor Co Ltd 排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化方法
US8115373B2 (en) 2005-07-06 2012-02-14 Rochester Institute Of Technology Self-regenerating particulate trap systems for emissions and methods thereof
US7398643B2 (en) * 2006-05-16 2008-07-15 Dana Canada Corporation Combined EGR cooler and plasma reactor
JP2009074426A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
US7959883B2 (en) 2009-08-28 2011-06-14 Corning Incorporated Engine exhaust gas reactors and methods
ITPI20100003A1 (it) 2010-01-14 2011-07-15 Re Co 2 S R L Metodo e apparato per rimuovere particolato solido da un gas, in particolare da fumi di combustione di un combustibile fossile solido
US11305260B2 (en) 2018-02-26 2022-04-19 Basf Corporation Catalyst for gasoline engine exhaust gas aftertreatment
CN115337745B (zh) * 2022-09-28 2023-09-12 联峰钢铁（张家港）有限公司 一种烟气脱硫脱硝系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100632A (en) * 1984-04-23 1992-03-31 Engelhard Corporation Catalyzed diesel exhaust particulate filter
US4902487A (en) 1988-05-13 1990-02-20 Johnson Matthey, Inc. Treatment of diesel exhaust gases
KR960002348B1 (ko) * 1991-10-03 1996-02-16 도요다 지도오샤 가부시끼가이샤 내연기관의 배기정화장치
GB9218207D0 (en) 1992-08-27 1992-10-14 Atomic Energy Authority Uk The purification of internal combustion engine exhaust emissions
GB9301433D0 (en) 1993-01-20 1993-03-17 Atomic Energy Authority Uk Gas purification
JPH06343820A (ja) 1993-06-10 1994-12-20 Hitachi Zosen Corp 水蒸気プラズマによる排ガス処理方法
US5807526A (en) 1993-11-05 1998-09-15 Miljevic; Vujo Device for removal of SO2 and NOx from flue gases by high frequency discharge by Tesla coil or other high voltage and high frequency generator
US5746984A (en) * 1996-06-28 1998-05-05 Low Emissions Technologies Research And Development Partnership Exhaust system with emissions storage device and plasma reactor
US5711147A (en) 1996-08-19 1998-01-27 The Regents Of The University Of California Plasma-assisted catalytic reduction system
US6029442A (en) 1996-12-18 2000-02-29 Litex, Inc. Method and apparatus for using free radicals to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of fuel
GB9821947D0 (en) * 1998-10-09 1998-12-02 Johnson Matthey Plc Purification of exhaust gases
GB9901413D0 (en) * 1999-01-23 1999-03-10 Aea Technology Plc Reactor for plasma assisted gas processing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010540349A (ja) * 2007-10-08 2010-12-24 ルノー・エス・アー・エス 自動車用のフィルタ再生型暖房／空調システム、それに関連する制御方法および関連するフィルタ

Also Published As

Publication number Publication date
EP1077078A2 (en) 2001-02-21
US6479023B1 (en) 2002-11-12
GB9919200D0 (en) 1999-10-20
EP1077078A3 (en) 2001-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6557340B1 (en) System and method for purifying exhaust gases
US6775972B2 (en) Purification of exhaust gases
US5746984A (en) Exhaust system with emissions storage device and plasma reactor
US6038853A (en) Plasma-assisted catalytic storage reduction system
JP3917267B2 (ja) 排ガス浄化装置
US6264899B1 (en) Method and apparatus for using hydroxyl to reduce pollutants in the exhaust gases from the combustion of a fuel
US6212883B1 (en) Method and apparatus for treating exhaust gas from vehicles
KR101114167B1 (ko) 배기 가스 정화용 촉매의 재생 장치 및 재생 방법
US6038854A (en) Plasma regenerated particulate trap and NOx reduction system
US7521031B2 (en) Method and apparatus for treating exhaust gas
Hoard Plasma-catalysis for diesel exhaust treatment: current state of the art
US6479023B1 (en) System for converting particulate matter in gasoline engine exhaust gases
JP2001508514A (ja) エンジンの排気ガス中の汚染物質を減じるための方法及び装置
JP2004506505A (ja) エンジン排気ガスからのｎｏｘの除去方法及び装置
US11859526B2 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
US6185930B1 (en) Method for reducing pollutant emission in motor vehicles
US11377993B2 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
US11547969B2 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
US6767526B1 (en) Method for treating by combustion carbon-containing particles in an internal combustion engine exhaust circuit
WO2020079137A1 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
US20210381415A1 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
JP5474468B2 (ja) プラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置
JP2001162134A (ja) 排気ガス浄化法及び排気ガス浄化装置
US11441464B2 (en) Use of ozone with LNT and MnO2 catalyst for the treatment of residual pollutant for the exhaust gas of an internal engine combustion
JP2001164927A (ja) Ｎｏｘ浄化方法及びその装置