JP2001327838A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気浄化装置

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JP2001327838A
JP2001327838A JP2000148019A JP2000148019A JP2001327838A JP 2001327838 A JP2001327838 A JP 2001327838A JP 2000148019 A JP2000148019 A JP 2000148019A JP 2000148019 A JP2000148019 A JP 2000148019A JP 2001327838 A JP2001327838 A JP 2001327838A
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JP
Japan
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catalyst
monolith
exhaust gas
diesel engine
hydrocarbon
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JP2000148019A
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English (en)
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Goji Masuda
剛司 増田
Masanobu Hirata
公信 平田
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UD Trucks Corp
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UD Trucks Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒の活性化が低い低温状態であっても、窒素
酸化物(NOx)の排出量を低減する。 【解決手段】ディーゼルエンジンの排気通路10に、そ
の上流側から下流側にかけて、ハニカム形状の横断面を
有する第1モノリス12と第2モノリス14とを直列に
介装すると共に、第1モノリスの上流側に炭化水素とし
ての燃料を添加する燃料添加装置16を介装する。そし
て、第1モノリス12には、水蒸気改質反応(Cmn
mH2O→mCO+(m+n/2)H2)を起こすロジウム担
持ジルコニア触媒を塗布する一方、第2モノリス14に
は、次式のように、排気中のNOxに対して水素及び炭
化水素を反応させて排気を浄化する白金担持ゼオライト
触媒又は銀担持アルミナ触媒を塗布する。 NOx+H2→N2+H2O NOx+Cmn→N2+CO2+H2

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
ンの排気浄化装置において、特に、窒素酸化物(以下
「NOx」という)の排出量を低減する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、ディーゼルエンジンの排気を
浄化することを目的として、排気通路に介装されたモノ
リスタイプの触媒により、排気中のNOxを還元浄化す
る排気浄化装置が公知である。この場合、NOxを還元
するための還元剤として、排気中の炭化水素(以下「H
C」という)が用いられているが、その量が浄化するN
Oxに比べて少ないので、触媒上流側に燃料等のHCを
添加するようにした技術が案出されている。
【0003】このような排気浄化装置として、例えば、
Catalysis Surveys from Japan 3(1999) P.139-146に開
示されているような、いわゆるIAR(Intermediate A
ddition of Reductant)方法を採用したものがある。即
ち、排気通路に2つのモノリスを直列に介装し、上流側
のモノリスに貴金属担持系触媒を塗布する一方、下流側
のモノリスに金属担持ゼオライト触媒を塗布し、両触媒
間で還元剤としてのHCが供給されるように構成する。
そして、上流側のモノリスに塗布された触媒により、一
酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に転化した
後、下流側のモノリスに塗布された触媒により、転化さ
れた二酸化窒素を窒素(N2),二酸化炭素(CO2)及
び水(H2O)に還元浄化することで、排気中のNOx
が低減される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
IAR方法では、触媒のNOx還元性能がいまだ不十分
であるため、触媒の活性化が低い低温状態においては、
NOx低減率が十分とは言えず、さらなるNOxの低減
による排気浄化が求められていた。
【0005】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、水蒸気改質反応により生成された水素を用い
て、さらなるNOxの排出量の低減を実現したディーゼ
ルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1記載
の発明では、排気通路に介装されたモノリスと、前記モ
ノリスに塗布された第1及び第2の触媒と、当該モノリ
スの上流側に炭化水素を添加する炭化水素添加手段と、
を含んで構成されるディーゼルエンジンの排気浄化装置
であって、前記第1の触媒は、前記炭化水素添加手段に
より添加された炭化水素を還元剤として、次式のような
水蒸気改質反応を起こさせる一方、 Cmn+mH2O→mCO+(m+n/2)H2 前記第2の触媒は、排気中の窒素酸化物に対して、前記
第1の触媒により生成された水素及び前記炭化水素添加
手段により添加された炭化水素を、夫々次式のように反
応させる NOx+H2→N2+H2O NOx+Cmn→N2+CO2+H2O ことを特徴とする。
【0007】かかる構成によれば、ディーゼルエンジン
から排出された排気は、排気通路を通って排気浄化装置
に導入されると、炭化水素添加手段により添加された炭
化水素と混合し、排気と炭化水素とからなる混合気が形
成される。この混合気がモノリスを通過する際、第1の
触媒と接触すると水蒸気改質反応が起こり、水素が生成
される。そして、混合気及び水素が第2の触媒と接触す
ると、排気に含まれる窒素酸化物が水素及び炭化水素と
夫々反応し、無害な窒素,二酸化炭素及び水(水蒸気)
となる。
【0008】請求項2記載の発明では、前記第1の触媒
は、ロジウム担持ジルコニア触媒であることを特徴とす
る。かかる構成によれば、第1の触媒としてロジウム担
持ジルコニア触媒を用いることにより、水蒸気改質反応
が効果的に行なわれる。
【0009】請求項3記載の発明では、前記第2の触媒
は、白金担持ゼオライト触媒又は銀担持アルミナ触媒で
あることを特徴とする。かかる構成によれば、第2の触
媒として白金担持ゼオライト触媒又は銀担持アルミナ触
媒を用いることで、排気に含まれる窒素酸化物に対して
水素及び炭化水素を効果的に反応させられる。
【0010】請求項4記載の発明では、前記第1及び第
2の触媒は、1つのモノリスに、2層状態又は混合状態
で塗布される構成であることを特徴とする。かかる構成
によれば、排気浄化装置を構成する部品点数が削減さ
れ、装置の小型化及びコスト削減等が図られる。
【0011】請求項5記載の発明では、前記モノリス
は、前記第1の触媒が塗布された上流側に配置される第
1モノリスと、前記第2の触媒が塗布された下流側に配
置される第2モノリスと、から構成されることを特徴と
する。
【0012】かかる構成によれば、各モノリスにおける
反応が単純化され、効果的に排気浄化が行なわれる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図1は、本発明に係るディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置(以下「排気浄化装置」という)
の全体構成を示す。
【0014】ディーゼルエンジンの排気通路10には、
その上流から下流にかけて、ハニカム形状の横断面を有
する第1モノリス12と第2モノリス14とが直列に介
装される。
【0015】第1モノリス12には、次式のように、効
率的な水蒸気改質反応を起こすロジウム担持ジルコニア
触媒(Rh/ZrO2)が塗布される。 Cmn+mH2O→mCO+(m+n/2)H2 一方、第2モノリス14には、次式のように、排気に含
まれるNOxに対して、第1モノリス12に塗布された
ロジウム担持ジルコニア触媒の反応により生成された水
素(H2)、及び、還元剤としての炭化水素(Cmn
を夫々反応させて、排気を浄化する触媒が塗布される。
このような触媒としては、例えば、白金担持ゼオライト
触媒(Pt/ゼオライト)又は銀担持アルミナ触媒(A
g/Al 23)が用いられる。
【0016】NOx+H2→N2+H2O NOx+Cmn→N2+CO2+H2O また、第1モノリス12の上流側の排気通路10には、
第1モノリス12の上流側にHCとしての燃料を添加す
る燃料添加装置16(炭化水素添加手段)が介装され
る。燃料添加装置16は、排気通路10内に燃料を噴射
する燃料噴射弁16aと、燃料タンク16bに貯留され
た燃料を燃料噴射弁16aに加圧供給する燃料ポンプ1
6cと、燃料ポンプ16cを駆動する電動モータ16d
と、電動モータ16dの駆動制御を行なうコントロール
ユニット16eと、を含んで構成される。コントロール
ユニット16eには、機関回転速度Neを検出する回転
速度センサ18と、機関負荷Lを検出する負荷センサ2
0と、の出力が夫々入力される。そして、コントロール
ユニット16eでは、例えば、図2のような燃料添加量
マップが参照され、機関回転速度Ne及び機関負荷Lに
基づいて燃料添加量が決定され、燃料噴射弁16aの開
弁時間の制御を介して燃料添加量の増減制御が行なわれ
る。
【0017】なお、以上説明しなかった符号22は、排
気通路10に対して第1モノリス12及び第2モノリス
14を保持するための保持材である。次に、かかる構成
からなる排気浄化装置の作用について説明する。
【0018】ディーゼルエンジンから排出された排気
は、排気通路10を通って排気浄化装置に導入される
と、燃料添加装置16により添加された燃料と混合し、
排気と燃料とからなる混合気が形成される。この混合気
が第1モノリス12を通過する際、第1モノリス12に
塗布されたロジウム担持ジルコニア触媒と接触し、次式
のような水蒸気改質反応が起こる。
【0019】Cmn+mH2O→mCO+(m+n/2)H2 即ち、水蒸気改質反応により、燃料と排気中に含まれる
水蒸気(H2O)とが反応し、一酸化炭素(CO)と水
素(H2)とが生成される。
【0020】そして、混合気,一酸化炭素及び水素が第
2モノリス14を通過する際、第2モノリス14に塗布
された白金担持ゼオライト触媒又は銀担持アルミナ触媒
と接触し、次式のような排気浄化反応が起こる。
【0021】NOx+H2→N2+H2O NOx+Cmn→N2+CO2+H2O 従って、排気中に含まれるNOxは、水素改質反応によ
って生成された水素、及び、燃料添加装置16によって
添加された燃料のうち第1モノリス12を通過した燃料
と反応し、無害な窒素,二酸化炭素及び水(水蒸気)と
なる。このため、触媒の活性化が低い低温状態であって
も、排気に含まれるNOxが低減されるので、NOxの
排出量をより低減することができる。
【0022】なお、第1モノリス12における水蒸気改
質反応により生成された一酸化炭素は、そのまま排気浄
化装置から排出されるが、その排出量は極めて微量であ
り、酸化触媒等で処理可能であるため、排気性状には影
響がない。
【0023】また、以上説明した排気浄化装置は、排気
通路10に2つのモノリス12及び14を直列に介装し
た構成であるが、図3(A)に示すように、排気通路1
0に1つのモノリス24を介装した構成を採用してもよ
い。この場合には、モノリス24に、ロジウム担持ジル
コニア触媒、及び、白金担持ゼオライト触媒若しくは銀
担持アルミナ触媒を、2層状態(図3(B))又は混合
状態(図3(C))で塗布すればよい。
【0024】なお、かかる構成の排気浄化装置の作用
は、先の実施形態における排気浄化装置と同様であるの
で、その説明は省略することとする。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、触媒の活性化が低い低温状態であっても、
排気に含まれる窒素酸化物が低減されるので、窒素酸化
物の排出量をより低減することができる。
【0026】請求項2記載の発明によれば、水蒸気改質
反応を効果的に行なうことができる。請求項3記載の発
明によれば、排気に含まれる窒素酸化物に対して、水素
及び炭化水素を効果的に反応させることができる。
【0027】請求項4記載の発明によれば、装置の小型
化及びコスト削減等を図ることができる。請求項5記載
の発明によれば、効果的に排気浄化を行なうことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ディーゼルエンジンの排気浄化装置の一例を
示す全体構成図
【図2】 燃料添加マップの説明図
【図3】 ディーゼルエンジンの排気浄化装置の他の例
を示し、(A)はモノリスの構造説明図、(B)は2層
状態で触媒を塗布した状態の説明図、(C)は混合状態
で触媒を塗布した状態の説明図
【符号の説明】
10 排気通路 12 第1モノリス 14 第2モノリス 16 燃料添加装置 24 モノリス
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/08 F01N 3/10 A 3/10 3/28 301C 3/28 301 301G B01D 53/36 102H Fターム(参考) 3G091 AA18 AB01 AB04 BA03 BA14 BA39 CA18 CB08 DA01 DA02 DB10 EA01 EA03 FA02 FA04 FB02 FC07 GA06 GB01W GB01X GB05W GB06W GB06X GB09X GB10X HA08 HA47 4D048 AA06 AB02 AC02 BA03X BA08X BA11X BA30X BA33X BA34X BA41X BB02 CC32 CC36 CC46 CC50 4G040 EA03 EA06 EC03 4G069 AA03 AA11 BA01A BA05A BA07A BB04A BC32A BC71A BC75A CA03 CA08 CA13 EC28 EE05 EE09 FB23 ZA00

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気通路に介装されたモノリスと、 前記モノリスに塗布された第1及び第2の触媒と、 当該モノリスの上流側に炭化水素を添加する炭化水素添
    加手段と、 を含んで構成されるディーゼルエンジンの排気浄化装置
    であって、 前記第1の触媒は、前記炭化水素添加手段により添加さ
    れた炭化水素を還元剤として、次式のような水蒸気改質
    反応を起こさせる一方、 Cmn+mH2O→mCO+(m+n/2)H2 前記第2の触媒は、排気中の窒素酸化物に対して、前記
    第1の触媒により生成された水素及び前記炭化水素添加
    手段により添加された炭化水素を、夫々次式のように反
    応させる NOx+H2→N2+H2O NOx+Cmn→N2+CO2+H2O ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項2】前記第1の触媒は、ロジウム担持ジルコニ
    ア触媒であることを特徴とする請求項1記載のディーゼ
    ルエンジンの排気浄化装置。
  3. 【請求項3】前記第2の触媒は、白金担持ゼオライト触
    媒又は銀担持アルミナ触媒であることを特徴とする請求
    項1又は請求項2に記載のディーゼルエンジンの排気浄
    化装置。
  4. 【請求項4】前記第1及び第2の触媒は、1つのモノリ
    スに、2層状態又は混合状態で塗布される構成であるこ
    とを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記
    載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項5】前記モノリスは、 前記第1の触媒が塗布された上流側に配置される第1モ
    ノリスと、 前記第2の触媒が塗布された下流側に配置される第2モ
    ノリスと、 から構成されることを特徴とする請求項1〜請求項3の
    いずれか1つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装
    置。
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