JP2005061247A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】NOx吸蔵還元触媒を使用してリッチスパイクを行うときに、HC、COが大気中に放出される抑制する排気浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明の排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒5、NOx吸蔵還元触媒5の下流の排気排出路7、及びNOx吸蔵還元触媒5の排気下流側から、このNOx吸蔵還元触媒5の排気上流側へと、排気を循環させる排気循環路9を有する。ここでこの排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒5でのNOx還元処理の際にNOx吸蔵還元触媒5から排出される排気の少なくとも一部を、NOx吸蔵還元触媒5の排気上流側に循環させることを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明の排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒5、NOx吸蔵還元触媒5の下流の排気排出路7、及びNOx吸蔵還元触媒5の排気下流側から、このNOx吸蔵還元触媒5の排気上流側へと、排気を循環させる排気循環路9を有する。ここでこの排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒5でのNOx還元処理の際にNOx吸蔵還元触媒5から排出される排気の少なくとも一部を、NOx吸蔵還元触媒5の排気上流側に循環させることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等からの排気の浄化装置に関するものであって、特に自動車のエンジンから排出されるNOxを除去するためにNOx吸蔵還元触媒を使用する排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関からの排気を浄化する技術としては、NOx吸蔵還元触媒を使用することが知られている。このNOx吸蔵還元触媒の使用においては、常時は酸素過剰の燃料リーン状態でエンジンを作動させて、エンジンから排出されるNOxをNOx吸蔵還元触媒に吸蔵する。その後、間欠的に空気に対して過剰な量で燃料又は還元剤をエンジン又は排気路に供給し(リッチスパイクを行い)、燃料が理論空燃比よりも多くなるように(燃料リッチになるように)して、この吸蔵されたNOxをN2に還元する。
【0003】
リッチスパイク時にNOx吸蔵還元触媒に達するHC(炭化水素成分)、CO(一酸化炭素)等の還元性成分は、理想的には、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを還元することによって全て消費される。しかしながら、実際には、NOx吸蔵還元触媒での反応を受けずにこれらの還元性成分がすり抜けることがある。CO、HCを含有する排気をそのまま排出することは、公害や環境の悪化をもたらし、また公的な規制により制限されている。
【0004】
HC、COのすり抜けは、排気浄化触媒が低温でまだ充分な活性を有さないときにも問題となっている。この問題を解決するために、特許文献1及び特許文献2の排気浄化装置では、触媒の下流側にHC吸着材を配置し、触媒が低温でまだ充分な活性を有さないときには、触媒を通過した排気をHC吸着材に通して未反応のHCを吸着保持している。HC吸着材で吸着したこのHCは、触媒温度が充分に上がって触媒が活性化されたときに、切替弁を作動させ、触媒に再循環させて浄化している。
【0005】
更に、特許文献3の排気浄化装置では、ディーゼル車から排出されるNOxを浄化するために、排気に高濃度の還元剤を加えてNOx浄化触媒でNOxを還元し、NOx還元のために使用されなかった過剰の還元剤を、下流の吸着材で吸着/再循環させてNOx還元のための還元剤として再利用している。
【0006】
プラズマリアクターを使用する排気浄化装置の例としては、特許文献4で説明されているようなものを挙げることができる。この特許文献4の排気浄化装置では、排気上流側にプラズマリアクター、排気下流側に排気浄化触媒を配置している。この排気浄化装置では、放電によってプラズマリアクター内にプラズマを発生させて、排気ガス中のNOxを酸化してNO2にし、NOxがプラズマリアクター内のNOx吸着材に吸着されやすいようにしている。吸着したNOxは、排気浄化触媒が充分に暖められたときに、放電を止めてNOx吸着材から脱着させ、下流のNOx浄化触媒で浄化している。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−100641号公報
【特許文献2】
特開平6−74020号公報
【特許文献3】
特開平5−71331号公報
【特許文献4】
特開2001−182525号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン始動時などの触媒が低温のときにHC、COを触媒で浄化しきれないという問題は、特許文献1及び2の排気浄化装置でのように、排気浄化触媒の下流側にHC吸着材を配置し、ここで吸着したHCを触媒上流に再循環させることによって部分的に解決されている。また、NOx還元のために過剰のHCを還元剤として使用する場合のHC、CO放出の問題も、特許文献3の排気浄化装置でのように、NOx還元のために使用されなかった過剰の還元剤を、下流の吸着材で吸着/再循環させて再利用することによって解決されている。また更に特許文献4でのように、排気浄化触媒の上流側にプラズマリアクターを配置し、プラズマで排気ガス中のNOxをNO2に酸化して、NOxをプラズマリアクター内のNOx吸着材に吸着されやすくすることも提案されている。
【0009】
しかしながら、これら特許文献のいずれにおいても、NOx吸蔵還元触媒を使用してNOxを還元するリッチスパイクのときのHC、COのすり抜けを考慮していない。また、リッチスパイク時のすり抜けHC、COを浄化するためには、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側で酸化/三元触媒を使用することが考えられるが、これらの触媒、特に白金族金属を含有するこれらの触媒はコスト面で好ましくないこともある。
【0010】
そこで本発明では、NOx吸蔵還元触媒を使用してリッチスパイクを行うときに、HC、COが大気中に放出されることを抑制する排気浄化装置を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒、NOx吸蔵還元触媒の下流の排気排出路、及びNOx吸蔵還元触媒の排気下流側から、NOx吸蔵還元触媒の排気上流側へと、排気を循環させる排気循環路を有する。ここで本発明のこの排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒でのNOx還元処理の際にNOx吸蔵還元触媒から排出される排気の少なくとも一部、特にHC成分のような排気中の還元性成分を、NOx吸蔵還元触媒の排気上流側に循環させることを特徴とする。ここで「NOx吸蔵還元触媒でのNOx還元処理」は、いわゆるリッチスパイクによって排気を燃料リッチ状態にし、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを還元してN2にする処理をいう。
【0012】
本発明によれば、NOx吸蔵還元触媒においてNOx還元に使用されずにすり抜けたHC、COの少なくとも一部、好ましくは全てを、再びNOx吸蔵還元触媒に循環させ、NOx吸蔵還元触媒でこのHC、COをNOx還元に使用して酸化/浄化できる。
【0013】
本発明の1つの態様では、NOx吸蔵還元触媒の上流側であって、排気循環路で循環させる排気が供給される箇所の下流側に、プラズマリアクターが配置されている。また本発明の他のもう1つの態様では、NOx吸蔵還元触媒がプラズマリアクター内に保持されている。
【0014】
これらの態様によれば、NOx吸蔵還元触媒においてNOx還元に使用されずにすり抜けたHC、COを、プラズマリアクターに通すことによって、プラズマリアクター内で生成する強酸化剤によって酸化を促進すること、及び/又は比較的分子量の大きいHCをプラズマによって分解して、酸化しやすい低分子量のHCにすることができる。
【0015】
本発明の1つの態様では、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側に配置された空燃比センサーを更に有する。
【0016】
この態様によれば、空燃比センサーの測定値に基づいて、NOx吸蔵還元触媒から排出された排気を、排気排出路に送り又は排気循環路に送ることができる。また特に、燃料リッチ状態にあるか否かを空燃比センサーで検知し、排気が燃料リッチ状態であるときに、排気を排気循環路に送るように制御できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排気浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【0018】
本発明の排気浄化装置の1つの態様を図1に表す。この図1に示す排気浄化装置の構成では、エンジン1の下流にNOX吸蔵還元触媒5が配置されている。またこのNOX吸蔵還元触媒5の下流には、NOX吸蔵還元触媒5を通過した排気を排出する排気排出路7と、この排気をNOX吸蔵還元触媒5の前段に戻す排気循環路9とがあり、これらの流路を切替弁11が切り替えるようにされている。また排気循環路9には一方向弁13が配置されている。
【0019】
この排気浄化装置の使用においては、常時は図1(a)で示すようにして、酸素過剰の燃料リーン状態でエンジン1を作動させ、エンジン1から排出される排気をNOx吸蔵還元触媒5に通し、NOx吸蔵還元触媒5でNOxを吸蔵して、浄化された排気を排気排出路7に経由させて大気中に放出している。そして例えば数分間隔で間欠的にリッチスパイクを行うこと、すなわち一般的に燃料である還元剤を吸気又は排気流れに瞬間的に添加することによって、燃料リッチ排気でNOx吸蔵還元触媒5に吸蔵されたNOxをN2に還元する。リッチスパイクのために還元性成分を添加された排気がNOx吸蔵還元触媒5から排出されたときに、図1(b)で示すように、切替弁11を切り替えて、この排気の少なくとも一部が、随意に緩衝部分10を有する排気循環路9内に圧入されるようにする。その後再び、図1(c)で示すように切替弁11を切り替えて排気循環路9を閉じると、加圧された排気循環路9及び随意の緩衝部分10内の排気は、一方向弁13を通ってNOx吸蔵還元触媒5に再循環される。
【0020】
本発明の排気浄化装置の他の態様を図2に表す。この図2に示す排気浄化装置の構成では、エンジン1の下流にNOX吸蔵還元触媒5が配置されている。またこのNOX吸蔵還元触媒5の下流には、NOX吸蔵還元触媒5を通過した排気を排出する排気排出路7と、この排気をNOx吸蔵還元触媒5の前段に戻す排気循環路9とがあり、これらの流路の分岐部分には一方向弁21が配置されている。また排気循環路9にはポンプ23が配置されている。
【0021】
この排気浄化装置の使用においては、常時は図2(a)で示すようにして、酸素過剰の燃料リーン状態でエンジン1を作動させ、エンジン1から排出される排気をNOx吸蔵還元触媒5に通し、NOx吸蔵還元触媒5でNOxを吸蔵して、浄化された排気を排気排出路7に経由させて大気中に放出している。そして例えば数分間隔で間欠的にリッチスパイクを行うことによって、NOx吸蔵還元触媒5に吸蔵されたNOxをN2に還元する。このリッチスパイクのために還元性成分を添加された排気がNOx吸蔵還元触媒5から排出されたときにポンプ23を作動させることによって、図2(b)で示すように、一方向弁21が開いて、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の一部が、排気循環路9を経由してNOx吸蔵還元触媒5に再循環されるようにする。
【0022】
図3に表す本発明の排気浄化装置の第3の態様では、特許文献1及び2の排気浄化装置でのように、ゼオライトのようなHC吸着材を用いる。この図3に示す排気浄化装置の構成では、エンジン1の下流にNOX吸蔵還元触媒5が配置されている。またこのNOX吸蔵還元触媒5の下流には、NOX吸蔵還元触媒5を通過した排気を排出する排気排出路7と、排気をNOX吸蔵還元触媒5の前段に戻す排気循環路9とがあり、これらの流路の分岐部分には切替弁31が配置されている。ここでこの切替弁31は、図3(a)のように排気循環路9を閉ざしているときにも、NOx吸蔵還元触媒からの排気の一部が排気循環路9に浸入するのを許すものである。また排気循環路9にはHC吸着材35と一方向弁33が配置されている。
【0023】
この排気浄化装置の使用においては、常時は図3(a)で示すようにして、酸素過剰の燃料リーン状態でエンジン1を作動させ、エンジン1から排出される排気をNOx吸蔵還元触媒5に通し、NOx吸蔵還元触媒5でNOxを吸蔵して、浄化された排気を排気排出路7に経由させて大気中に放出している。そして例えば数分間隔で間欠的にリッチスパイクを行うことによって、NOx吸蔵還元触媒5に吸蔵されたNOxをN2に還元する。このリッチスパイクのために還元性成分を添加された排気がNOx吸蔵還元触媒5から排出されたときに、図3(b)で示すように切替弁31を切り替えて、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の少なくとも一部が、HC吸着材35を通過するようにし、ここでHCを吸着する。その後再び、図3(a)で示すように切替弁31を切り替えて排気循環路9を閉じるが、この切替弁31は、図3(a)のように排気循環路9を閉ざしているときにも、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の一部が排気循環路9に浸入するのを許すので、エンジン排気の脈動により、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の一部が、HC吸着材35及び一方向弁33を通ってNOx吸蔵還元触媒5に再循環される。このときにHC吸着材35を通る排気はHC濃度が低いので、HC吸着材35に吸着されているHCの一部を脱離させ、NOx吸蔵還元触媒5に再循環させる。
【0024】
尚、ここではプラズマリアクターを用いない態様を説明したが、本発明の排気浄化装置はプラズマリアクターを有することができる。この場合には、プラズマリアクターは、NOx吸蔵還元触媒の上流側であって、排気循環路で循環させる排気が供給される箇所の下流側に配置すること、又はNOx吸蔵還元触媒をプラズマリアクター内に保持することができる。
【0025】
また、本発明の排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側に配置された空燃比センサーを更に有することができる。この場合には、任意のタイプの空燃比センサーを用いることができる。この空燃比センサーは特に、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側であって、排気排出路と排気循環路との分岐部分の上流側に配置することが考えられる。
【0026】
以下では本発明の排気浄化装置の各部について説明する。
【0027】
本発明で使用するNOx吸蔵還元触媒は、空燃比がリーン状態のときにNOxを吸蔵し、一定間隔でリッチスパイクを行ったときに(排気中に燃料を吹き込んだときに)、吸蔵したNOxをN2に還元する触媒である。これは例えば、コージェライトのような多孔質酸化物担体に、Pt、Rh、Pd、Ir若しくはRuのような貴金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選択されるNOx吸蔵剤とを担持させたものとして使用することができる。
【0028】
このようなNOx吸蔵還元触媒は、当該技術分野で知られる任意の適当な量で、ウォッシュコート等の任意の手段によって、粉末の又は成型された担体に担持させることができる。また触媒を担持したこの担体をスラリーとして用いて、ハニカム状に成型された基材にコーティングして乾燥及び焼成したもの、又はこの担体をペレット状に成型して筒状の絶縁体に充填したものとしても使用することもできる。
【0029】
本発明で使用するHC吸着材は、任意の既知のHC吸着材でよく、例えばゼオライトである。HC吸着材は、ハニカム状に成型された基材にこれらの吸着材のスラリーをコーティングして乾燥及び焼成したもの、これらの吸着材をペレット状に成型して筒状の絶縁体に充填したもの、これらの吸着材自体をハニカム状に成型したものとしても使用することができる。
【0030】
本発明で使用するプラズマリアクターは、任意の既知のタイプのプラズマリアクターでよく、例えば図4で示すようなものである。ここで図4の(a)及び(b)はそれぞれ、プラズマリアクターの側面図及び断面図である。尚、プラズマは一般に化学種を活性化して反応を促進し、また大きい分子を比較的小さい分子に分解する。
【0031】
この図4において、線状電極44は、この線状電極44と筒状外周電極46との間の空間又はハニカム構造体のような絶縁物42に電圧を印加できる任意の材料で製造できる。この線状電極44の材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはCu、W、ステンレス、Fe、Pt、Al 等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。また絶縁物42がハニカム構造体である場合、ここにFe/ZrO2のような酸化触媒、及び/又はNOx吸蔵還元触媒を担持することもできる。
【0032】
筒状外周電極46は、この筒状外周電極46と線状電極44との間に電圧を印加できる材料で製造できる。そのような材料として、線状電極44に関して示した材料を使用できる。この外周電極46は、これらの材料を金属メッシュ又は金属箔として絶縁物42に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストを絶縁物42に適用して作ることができる。
【0033】
高電圧発生器48は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。線状電極44と筒状外周電極46との間の印加電圧及びパルス周期としては、プラズマを発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧50kV及びパルス周期2,000Hzを使用できる。直流電圧を線状電極44と筒状外周電極46との間に印加する場合には、線状電極44をカソードとすることも、またアノードとすることもできる。また線状電極44と筒状外周電極46の一方を接地することもできる。
【0034】
線状電極44と筒状外周電極46との間で放電を起こさせるため、高電圧発生器48によって、これらの電極間に電圧を印加する。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。
【0035】
本発明で使用するプラズマリアクターは、図5で示すようなものであってもよい。ここで図5(a)及び(b)はそれぞれ側面図及び断面図である。この図5で示されるプラズマリアクターは、図4のプラズマリアクターにおいて線状電極44と筒状外周電極46との間に電圧を印加する代わりに、絶縁物52の両端のメッシュ状電極53、55間に電圧を印可することを除いて、図4のプラズマリアクターと同様である。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、NOx吸蔵還元触媒を使用してリッチスパイクを行うときに、HC、COが大気中に放出される抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気浄化装置の第1の態様を示す模式図である。
【図2】本発明の排気浄化装置の第2の態様を示す模式図である。
【図3】本発明の排気浄化装置の第3の態様を示す模式図である。
【図4】本発明で使用できるプラズマリアクターを示す模式図である。
【図5】本発明で使用できるプラズマリアクターを示す模式図である。
【符号の説明】
1…エンジン
5…NOx吸蔵還元触媒
7…排気排出路
9…排気循環路
10…緩衝部分
11、21、31…切替弁
13、33…一方向弁
23…ポンプ
35…HC吸着材
42、52…絶縁物
44…線状電極
46…筒状電極
48、58…高電圧電源
53、55…メッシュ状電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等からの排気の浄化装置に関するものであって、特に自動車のエンジンから排出されるNOxを除去するためにNOx吸蔵還元触媒を使用する排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関からの排気を浄化する技術としては、NOx吸蔵還元触媒を使用することが知られている。このNOx吸蔵還元触媒の使用においては、常時は酸素過剰の燃料リーン状態でエンジンを作動させて、エンジンから排出されるNOxをNOx吸蔵還元触媒に吸蔵する。その後、間欠的に空気に対して過剰な量で燃料又は還元剤をエンジン又は排気路に供給し(リッチスパイクを行い)、燃料が理論空燃比よりも多くなるように(燃料リッチになるように)して、この吸蔵されたNOxをN2に還元する。
【0003】
リッチスパイク時にNOx吸蔵還元触媒に達するHC(炭化水素成分)、CO(一酸化炭素)等の還元性成分は、理想的には、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを還元することによって全て消費される。しかしながら、実際には、NOx吸蔵還元触媒での反応を受けずにこれらの還元性成分がすり抜けることがある。CO、HCを含有する排気をそのまま排出することは、公害や環境の悪化をもたらし、また公的な規制により制限されている。
【0004】
HC、COのすり抜けは、排気浄化触媒が低温でまだ充分な活性を有さないときにも問題となっている。この問題を解決するために、特許文献1及び特許文献2の排気浄化装置では、触媒の下流側にHC吸着材を配置し、触媒が低温でまだ充分な活性を有さないときには、触媒を通過した排気をHC吸着材に通して未反応のHCを吸着保持している。HC吸着材で吸着したこのHCは、触媒温度が充分に上がって触媒が活性化されたときに、切替弁を作動させ、触媒に再循環させて浄化している。
【0005】
更に、特許文献3の排気浄化装置では、ディーゼル車から排出されるNOxを浄化するために、排気に高濃度の還元剤を加えてNOx浄化触媒でNOxを還元し、NOx還元のために使用されなかった過剰の還元剤を、下流の吸着材で吸着/再循環させてNOx還元のための還元剤として再利用している。
【0006】
プラズマリアクターを使用する排気浄化装置の例としては、特許文献4で説明されているようなものを挙げることができる。この特許文献4の排気浄化装置では、排気上流側にプラズマリアクター、排気下流側に排気浄化触媒を配置している。この排気浄化装置では、放電によってプラズマリアクター内にプラズマを発生させて、排気ガス中のNOxを酸化してNO2にし、NOxがプラズマリアクター内のNOx吸着材に吸着されやすいようにしている。吸着したNOxは、排気浄化触媒が充分に暖められたときに、放電を止めてNOx吸着材から脱着させ、下流のNOx浄化触媒で浄化している。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−100641号公報
【特許文献2】
特開平6−74020号公報
【特許文献3】
特開平5−71331号公報
【特許文献4】
特開2001−182525号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン始動時などの触媒が低温のときにHC、COを触媒で浄化しきれないという問題は、特許文献1及び2の排気浄化装置でのように、排気浄化触媒の下流側にHC吸着材を配置し、ここで吸着したHCを触媒上流に再循環させることによって部分的に解決されている。また、NOx還元のために過剰のHCを還元剤として使用する場合のHC、CO放出の問題も、特許文献3の排気浄化装置でのように、NOx還元のために使用されなかった過剰の還元剤を、下流の吸着材で吸着/再循環させて再利用することによって解決されている。また更に特許文献4でのように、排気浄化触媒の上流側にプラズマリアクターを配置し、プラズマで排気ガス中のNOxをNO2に酸化して、NOxをプラズマリアクター内のNOx吸着材に吸着されやすくすることも提案されている。
【0009】
しかしながら、これら特許文献のいずれにおいても、NOx吸蔵還元触媒を使用してNOxを還元するリッチスパイクのときのHC、COのすり抜けを考慮していない。また、リッチスパイク時のすり抜けHC、COを浄化するためには、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側で酸化/三元触媒を使用することが考えられるが、これらの触媒、特に白金族金属を含有するこれらの触媒はコスト面で好ましくないこともある。
【0010】
そこで本発明では、NOx吸蔵還元触媒を使用してリッチスパイクを行うときに、HC、COが大気中に放出されることを抑制する排気浄化装置を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒、NOx吸蔵還元触媒の下流の排気排出路、及びNOx吸蔵還元触媒の排気下流側から、NOx吸蔵還元触媒の排気上流側へと、排気を循環させる排気循環路を有する。ここで本発明のこの排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒でのNOx還元処理の際にNOx吸蔵還元触媒から排出される排気の少なくとも一部、特にHC成分のような排気中の還元性成分を、NOx吸蔵還元触媒の排気上流側に循環させることを特徴とする。ここで「NOx吸蔵還元触媒でのNOx還元処理」は、いわゆるリッチスパイクによって排気を燃料リッチ状態にし、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを還元してN2にする処理をいう。
【0012】
本発明によれば、NOx吸蔵還元触媒においてNOx還元に使用されずにすり抜けたHC、COの少なくとも一部、好ましくは全てを、再びNOx吸蔵還元触媒に循環させ、NOx吸蔵還元触媒でこのHC、COをNOx還元に使用して酸化/浄化できる。
【0013】
本発明の1つの態様では、NOx吸蔵還元触媒の上流側であって、排気循環路で循環させる排気が供給される箇所の下流側に、プラズマリアクターが配置されている。また本発明の他のもう1つの態様では、NOx吸蔵還元触媒がプラズマリアクター内に保持されている。
【0014】
これらの態様によれば、NOx吸蔵還元触媒においてNOx還元に使用されずにすり抜けたHC、COを、プラズマリアクターに通すことによって、プラズマリアクター内で生成する強酸化剤によって酸化を促進すること、及び/又は比較的分子量の大きいHCをプラズマによって分解して、酸化しやすい低分子量のHCにすることができる。
【0015】
本発明の1つの態様では、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側に配置された空燃比センサーを更に有する。
【0016】
この態様によれば、空燃比センサーの測定値に基づいて、NOx吸蔵還元触媒から排出された排気を、排気排出路に送り又は排気循環路に送ることができる。また特に、燃料リッチ状態にあるか否かを空燃比センサーで検知し、排気が燃料リッチ状態であるときに、排気を排気循環路に送るように制御できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排気浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【0018】
本発明の排気浄化装置の1つの態様を図1に表す。この図1に示す排気浄化装置の構成では、エンジン1の下流にNOX吸蔵還元触媒5が配置されている。またこのNOX吸蔵還元触媒5の下流には、NOX吸蔵還元触媒5を通過した排気を排出する排気排出路7と、この排気をNOX吸蔵還元触媒5の前段に戻す排気循環路9とがあり、これらの流路を切替弁11が切り替えるようにされている。また排気循環路9には一方向弁13が配置されている。
【0019】
この排気浄化装置の使用においては、常時は図1(a)で示すようにして、酸素過剰の燃料リーン状態でエンジン1を作動させ、エンジン1から排出される排気をNOx吸蔵還元触媒5に通し、NOx吸蔵還元触媒5でNOxを吸蔵して、浄化された排気を排気排出路7に経由させて大気中に放出している。そして例えば数分間隔で間欠的にリッチスパイクを行うこと、すなわち一般的に燃料である還元剤を吸気又は排気流れに瞬間的に添加することによって、燃料リッチ排気でNOx吸蔵還元触媒5に吸蔵されたNOxをN2に還元する。リッチスパイクのために還元性成分を添加された排気がNOx吸蔵還元触媒5から排出されたときに、図1(b)で示すように、切替弁11を切り替えて、この排気の少なくとも一部が、随意に緩衝部分10を有する排気循環路9内に圧入されるようにする。その後再び、図1(c)で示すように切替弁11を切り替えて排気循環路9を閉じると、加圧された排気循環路9及び随意の緩衝部分10内の排気は、一方向弁13を通ってNOx吸蔵還元触媒5に再循環される。
【0020】
本発明の排気浄化装置の他の態様を図2に表す。この図2に示す排気浄化装置の構成では、エンジン1の下流にNOX吸蔵還元触媒5が配置されている。またこのNOX吸蔵還元触媒5の下流には、NOX吸蔵還元触媒5を通過した排気を排出する排気排出路7と、この排気をNOx吸蔵還元触媒5の前段に戻す排気循環路9とがあり、これらの流路の分岐部分には一方向弁21が配置されている。また排気循環路9にはポンプ23が配置されている。
【0021】
この排気浄化装置の使用においては、常時は図2(a)で示すようにして、酸素過剰の燃料リーン状態でエンジン1を作動させ、エンジン1から排出される排気をNOx吸蔵還元触媒5に通し、NOx吸蔵還元触媒5でNOxを吸蔵して、浄化された排気を排気排出路7に経由させて大気中に放出している。そして例えば数分間隔で間欠的にリッチスパイクを行うことによって、NOx吸蔵還元触媒5に吸蔵されたNOxをN2に還元する。このリッチスパイクのために還元性成分を添加された排気がNOx吸蔵還元触媒5から排出されたときにポンプ23を作動させることによって、図2(b)で示すように、一方向弁21が開いて、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の一部が、排気循環路9を経由してNOx吸蔵還元触媒5に再循環されるようにする。
【0022】
図3に表す本発明の排気浄化装置の第3の態様では、特許文献1及び2の排気浄化装置でのように、ゼオライトのようなHC吸着材を用いる。この図3に示す排気浄化装置の構成では、エンジン1の下流にNOX吸蔵還元触媒5が配置されている。またこのNOX吸蔵還元触媒5の下流には、NOX吸蔵還元触媒5を通過した排気を排出する排気排出路7と、排気をNOX吸蔵還元触媒5の前段に戻す排気循環路9とがあり、これらの流路の分岐部分には切替弁31が配置されている。ここでこの切替弁31は、図3(a)のように排気循環路9を閉ざしているときにも、NOx吸蔵還元触媒からの排気の一部が排気循環路9に浸入するのを許すものである。また排気循環路9にはHC吸着材35と一方向弁33が配置されている。
【0023】
この排気浄化装置の使用においては、常時は図3(a)で示すようにして、酸素過剰の燃料リーン状態でエンジン1を作動させ、エンジン1から排出される排気をNOx吸蔵還元触媒5に通し、NOx吸蔵還元触媒5でNOxを吸蔵して、浄化された排気を排気排出路7に経由させて大気中に放出している。そして例えば数分間隔で間欠的にリッチスパイクを行うことによって、NOx吸蔵還元触媒5に吸蔵されたNOxをN2に還元する。このリッチスパイクのために還元性成分を添加された排気がNOx吸蔵還元触媒5から排出されたときに、図3(b)で示すように切替弁31を切り替えて、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の少なくとも一部が、HC吸着材35を通過するようにし、ここでHCを吸着する。その後再び、図3(a)で示すように切替弁31を切り替えて排気循環路9を閉じるが、この切替弁31は、図3(a)のように排気循環路9を閉ざしているときにも、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の一部が排気循環路9に浸入するのを許すので、エンジン排気の脈動により、NOx吸蔵還元触媒5からの排気の一部が、HC吸着材35及び一方向弁33を通ってNOx吸蔵還元触媒5に再循環される。このときにHC吸着材35を通る排気はHC濃度が低いので、HC吸着材35に吸着されているHCの一部を脱離させ、NOx吸蔵還元触媒5に再循環させる。
【0024】
尚、ここではプラズマリアクターを用いない態様を説明したが、本発明の排気浄化装置はプラズマリアクターを有することができる。この場合には、プラズマリアクターは、NOx吸蔵還元触媒の上流側であって、排気循環路で循環させる排気が供給される箇所の下流側に配置すること、又はNOx吸蔵還元触媒をプラズマリアクター内に保持することができる。
【0025】
また、本発明の排気浄化装置は、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側に配置された空燃比センサーを更に有することができる。この場合には、任意のタイプの空燃比センサーを用いることができる。この空燃比センサーは特に、NOx吸蔵還元触媒の排気下流側であって、排気排出路と排気循環路との分岐部分の上流側に配置することが考えられる。
【0026】
以下では本発明の排気浄化装置の各部について説明する。
【0027】
本発明で使用するNOx吸蔵還元触媒は、空燃比がリーン状態のときにNOxを吸蔵し、一定間隔でリッチスパイクを行ったときに(排気中に燃料を吹き込んだときに)、吸蔵したNOxをN2に還元する触媒である。これは例えば、コージェライトのような多孔質酸化物担体に、Pt、Rh、Pd、Ir若しくはRuのような貴金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選択されるNOx吸蔵剤とを担持させたものとして使用することができる。
【0028】
このようなNOx吸蔵還元触媒は、当該技術分野で知られる任意の適当な量で、ウォッシュコート等の任意の手段によって、粉末の又は成型された担体に担持させることができる。また触媒を担持したこの担体をスラリーとして用いて、ハニカム状に成型された基材にコーティングして乾燥及び焼成したもの、又はこの担体をペレット状に成型して筒状の絶縁体に充填したものとしても使用することもできる。
【0029】
本発明で使用するHC吸着材は、任意の既知のHC吸着材でよく、例えばゼオライトである。HC吸着材は、ハニカム状に成型された基材にこれらの吸着材のスラリーをコーティングして乾燥及び焼成したもの、これらの吸着材をペレット状に成型して筒状の絶縁体に充填したもの、これらの吸着材自体をハニカム状に成型したものとしても使用することができる。
【0030】
本発明で使用するプラズマリアクターは、任意の既知のタイプのプラズマリアクターでよく、例えば図4で示すようなものである。ここで図4の(a)及び(b)はそれぞれ、プラズマリアクターの側面図及び断面図である。尚、プラズマは一般に化学種を活性化して反応を促進し、また大きい分子を比較的小さい分子に分解する。
【0031】
この図4において、線状電極44は、この線状電極44と筒状外周電極46との間の空間又はハニカム構造体のような絶縁物42に電圧を印加できる任意の材料で製造できる。この線状電極44の材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはCu、W、ステンレス、Fe、Pt、Al 等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。また絶縁物42がハニカム構造体である場合、ここにFe/ZrO2のような酸化触媒、及び/又はNOx吸蔵還元触媒を担持することもできる。
【0032】
筒状外周電極46は、この筒状外周電極46と線状電極44との間に電圧を印加できる材料で製造できる。そのような材料として、線状電極44に関して示した材料を使用できる。この外周電極46は、これらの材料を金属メッシュ又は金属箔として絶縁物42に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストを絶縁物42に適用して作ることができる。
【0033】
高電圧発生器48は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。線状電極44と筒状外周電極46との間の印加電圧及びパルス周期としては、プラズマを発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧50kV及びパルス周期2,000Hzを使用できる。直流電圧を線状電極44と筒状外周電極46との間に印加する場合には、線状電極44をカソードとすることも、またアノードとすることもできる。また線状電極44と筒状外周電極46の一方を接地することもできる。
【0034】
線状電極44と筒状外周電極46との間で放電を起こさせるため、高電圧発生器48によって、これらの電極間に電圧を印加する。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。
【0035】
本発明で使用するプラズマリアクターは、図5で示すようなものであってもよい。ここで図5(a)及び(b)はそれぞれ側面図及び断面図である。この図5で示されるプラズマリアクターは、図4のプラズマリアクターにおいて線状電極44と筒状外周電極46との間に電圧を印加する代わりに、絶縁物52の両端のメッシュ状電極53、55間に電圧を印可することを除いて、図4のプラズマリアクターと同様である。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、NOx吸蔵還元触媒を使用してリッチスパイクを行うときに、HC、COが大気中に放出される抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気浄化装置の第1の態様を示す模式図である。
【図2】本発明の排気浄化装置の第2の態様を示す模式図である。
【図3】本発明の排気浄化装置の第3の態様を示す模式図である。
【図4】本発明で使用できるプラズマリアクターを示す模式図である。
【図5】本発明で使用できるプラズマリアクターを示す模式図である。
【符号の説明】
1…エンジン
5…NOx吸蔵還元触媒
7…排気排出路
9…排気循環路
10…緩衝部分
11、21、31…切替弁
13、33…一方向弁
23…ポンプ
35…HC吸着材
42、52…絶縁物
44…線状電極
46…筒状電極
48、58…高電圧電源
53、55…メッシュ状電極
Claims (3)
- NOx吸蔵還元触媒、
前記NOx吸蔵還元触媒の下流の排気排出路、及び
前記NOx吸蔵還元触媒の排気下流側から、前記NOx吸蔵還元触媒の排気上流側へと、排気を循環させる排気循環路、
を有し、前記NOx吸蔵還元触媒でのNOx還元処理の際にNOx吸蔵還元触媒から排出される排気の少なくとも一部を、前記NOx吸蔵還元触媒の排気上流側に循環させることを特徴とする、排気浄化装置。 - 前記NOx吸蔵還元触媒の上流側であって、前記排気循環路で循環させる排気が供給される箇所の下流側に、プラズマリアクターが配置されている、又は前記NOx吸蔵還元触媒がプラズマリアクター内に保持されている、請求項1に記載の排気浄化装置。
- 前記NOx吸蔵還元触媒の排気下流側に配置された空燃比センサーを更に有する、請求項1又は2に記載の排気浄化装置。
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JP2003207904A JP2005061247A (ja) | 2003-08-19 | 2003-08-19 | 排気浄化装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101230417B1 (ko) | 2011-08-23 | 2013-02-06 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 배기가스의 질소산화물 저감장치 |
JP2016008529A (ja) * | 2014-06-23 | 2016-01-18 | 株式会社豊田中央研究所 | 排気ガス浄化装置 |
-
2003
- 2003-08-19 JP JP2003207904A patent/JP2005061247A/ja active Pending
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