JP2005344627A

JP2005344627A - 排ガス浄化システム

Info

Publication number: JP2005344627A
Application number: JP2004165885A
Authority: JP
Inventors: Shinko Takatani; 真弘高谷; Hitoshi Onodera; 仁小野寺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】還元材供給手段が還元材を供給するタイミングを制御し、排ガス中のＨＣ量の低減とηＮＯｘの向上が両立され得る排ガス浄化システムを提供すること。
【解決手段】排ガス流路上に三元酸化触媒、トラップ触媒を配設し、ＮＯｘ吸着量検知手段及び還元材供給手段を備え、ＮＯｘ吸着量検知手段がトラップ触媒のＮＯｘ吸着量を検知し、還元材供給手段が内燃機関の運転状況が加速領域にあるときに還元材をトラップ触媒へ供給する排ガス浄化システムである。還元材供給手段が、１．アクセル開度がＯＮである、２．エンジン回転が１０００ｒｐｍ以上である、３．車速が４０ｋｍ／ｈ以上である、４．ノッキングセンサー異常なし（失火判断）、５．空燃比がＡ／Ｆ２０以下である、で表されるトリガー条件を基準に還元材の供給を開始／停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関や燃焼器等から排出される排ガスを浄化するためのシステムに係り、特にＮＯｘ転化率（ηＮＯｘ）が優れる排ガス浄化システムに関する。

従来から、ＮＯｘ触媒を用いた排ガス浄化システムでは、ＮＯｘ触媒の還元処理として、ＮＯｘ吸着量を検知して還元材を供給することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−３０６７７８号公報

しかし、従来の排ガス浄化システムでは、還元材を供給する時期の設定が制御されていないため、タイミングによっては還元材を効率良く供給できず、トレードオフであるＨＣの増加を招いたり、ηＮＯｘの低下を招いてしまう。言い換えれば、定常運転域又は減速運転域で還元材を供給すると、余剰ＨＣによる失火や、触媒温度低下によりＮＯｘ触媒の活性が低下することがあった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、還元材供給手段が還元材を供給するタイミングを制御し、排ガス中のＨＣ量の低減とηＮＯｘの向上が両立され得る排ガス浄化システムを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、トラップ触媒への還元材の供給を、燃焼状態が良好な加速領域で行うことにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明によれば、内燃機関の運転状況が加速領域であるときにトラップ触媒への還元材供給を行うので、トラップ触媒が高温であるときに吸着ＮＯｘの処理がなされ、ＨＣ低減とηＮＯｘ向上の両立を図ることができる。

以下、本発明の排ガス浄化システムについて詳細に説明する。なお、本明細書において「％」は、特記しない限り質量百分率を示す。

本発明の排ガス浄化システムでは、排ガス流路上の上流側（内燃機関側）に、三元酸化触媒を設置し、下流側にトラップ触媒を設置する。また、該トラップ触媒に吸着したＮＯｘを検知するＮＯｘ吸着量検知手段と、該トラップ触媒に還元材を供給する還元材供給手段を備える。例えば、図１に示すような構成で本システムを構築できる。

ここで、上記三元酸化触媒は、例えばＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈなどの貴金属を含む。
また、上記トラップ触媒は、ＮＯｘ吸着機能及びＨＣ吸着機能を有する触媒成分、例えば、エンジン始動後の排気温度が低い場合にＨＣを吸着し、排温の上昇と共にＨＣを脱離浄化し、且つ排温上昇後のリーン時にＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘをリッチ又はストイキ時に脱離浄化する触媒であり、該触媒が少なくとも２層を有する構造であり、担体側の第１層目にゼオライトを、第２層目にアルミナと、貴金属と、アルカリ又はアルカリ土類化合物とを含み、それらのコート量が、触媒１Ｌ当たり換算で、第１層目のゼオライトが１００〜３００ｇ、第２層目のコート量が１５０〜４００ｇ、アルカリ又はアルカリ土類化合物が金属原子換算で０．１〜０．６モル、貴金属が１〜１０ｇであり、該触媒層を担持するモノリスハニカム担体のＧＳＡ（幾何学表面積）が２０〜５０ｃｍ^２／ｃｍ^３である排ガス浄化用触媒や、第一層と第二層が各々タンデムで単一触媒として前後に配置されている触媒システム構成などが使用できる。
上記三元酸化触媒及びトラップ触媒の触媒成分は、代表的には、一体構造型担体に担持して用いるのが望ましく、例えば、コーディライトなどのセラミック製やフェライト系ステンレスなどの金属製のハニカム状モノリス担体が用いられる。また、触媒成分の担持量は、所望の触媒機能が十分に得られる限り特に制限されないが、例えば、上記三元酸化触媒では触媒１Ｌ当たり１〜１０ｇ、上記トラップ触媒では触媒１Ｌ当たり１〜１０ｇの範囲で使用できる。

また、上記ＮＯｘ吸着量検知手段としては、例えば、トラップ触媒の入口や出口に設置されるＮＯｘガスセンサー及びその測定量からＮＯｘ吸着量を算出する装置、内燃機関の運転条件（走行負荷や回転数、進角など）からＮＯｘ吸着量を推定して算出する装置などが挙げられる。
更に、上記還元材供給手段としては、例えば、内燃機関の燃焼状態を制御して排ガス雰囲気を一時的に短時間リッチ状態にする（以下「リッチスパイク（Ｒ／Ｓ）を投入する」という。）装置や、外部からＨ_２などの還元ガスを供給できる装置などを挙げることができる。また、上記還元材供給手段は三元酸化触媒と併せて用いることが望ましい。即ち、三元酸化触媒の出口の排ガス組成をガスセンサーなどを用いて測定・算出したり、三元酸化触媒の触媒反応を内燃機関から排出される排ガス組成や該触媒入口の排ガス温度から算出し、よりトラップ触媒に吸着したＮＯｘの解除に適する還元材を供給することができる。

以上のような構成により、本発明の排ガス浄化システムでは、上記ＮＯｘ吸着量検知手段が、該トラップ触媒のＮＯｘ吸着量が設定量を超えていることを検知する。また、ＮＯｘ吸着量の飽和後は、上記還元材供給手段が、内燃機関の運転状況が加速領域にあるときに還元材を該トラップ触媒へ供給する。
これより、吸着したＮＯｘ量に応じて還元材が効率良く供給できることになり、ＨＣとＮＯｘの低減が図れる。また、還元材の供給を加速領域で行うことにより、還元材成分中のＨＣがより減少し、触媒温度が上昇するので、ηＮＯｘも向上する。

また、本発明の排ガス浄化システムにおいては、上記還元材供給手段が、以下の１〜５
１．アクセル開度がＯＮである
２．エンジン回転が１０００ｒｐｍ以上である
３．車速が４０ｋｍ／ｈ以上である
４．ノッキングセンサー異常なし（失火判断）
５．空燃比がＡ／Ｆ２０以下である
で表される加速領域条件の少なくとも１つ又は全てを満足しないときに、還元材の供給を停止することが好適である。また、同様に、上記加速領域条件の少なくとも１つ又は全てを満足するときに、還元材の供給を行うことが好適である。より好ましくは１〜５の全ての条件を満たすときに還元材の供給を開始し、満たさないときに停止することがよい。図２に、本システムにより、トラップ触媒に吸着したＮＯｘが還元処理されるまでのフローの一例を示す。

本システムでは、上記加速領域条件で還元材の供給を開始／停止することにより、還元材の供給を内燃機関の運転状況が加速領域であるときに的確に実行できる。具体的には、図３に示すように、例えば、従来の排ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸着量の飽和後又は一定期間の経過後にＲ／Ｓを投入するだけであるため、内燃機関の燃焼状態によっては失火してＨＣ量が多くなり、触媒温度も低くなり、ηＮＯｘの向上は困難であった（図３左側）。なお、「失火」は主に運転状況が定常時、特に減速時に発生し易い。これに対して、本発明では、ＮＯｘ吸着量が飽和したとき且つ上記加速領域条件を満たすときにＲ／Ｓを投入するので、内燃機関の燃焼状態が良好であり、失火が抑制されてＨＣの大幅な減少が可能となる（ＣＯの多いＲ／Ｓとなる）。また、触媒温度も高いのでＮＯｘ還元能力が向上し得る（図３右側）。図４に、図１に示す排ガス浄化システムにおいて、還元材の供給を定常時に行った場合及び加速領域で行った場合のＮＯｘの転化率とＨＣの転化率の違いを示す。

排ガス浄化システムの一例を示す概略図である。排ガス浄化システムにより吸着ＮＯｘが処理される工程を示すフロー図である。内燃機関の燃焼状態、触媒温度及び還元材供給タイミングを示すグラフである。定常運転及び加速運転におけるＮＯｘ転化率及びＨＣ転化率を示すグラフである。

符号の説明

１三元酸化触媒
２トラップ触媒
３ＮＯｘ吸着量検知手段
４還元材供給手段
５還元材供給タイミング（Ｒ／Ｓ投入タイミング）
６触媒温度
７内燃機関の燃焼状態

Claims

排ガス流路上に、貴金属を含む三元酸化触媒と、ＮＯｘ吸着機能及びＨＣ吸着機能を有するトラップ触媒とを順次配設し、更にＮＯｘ吸着量検知手段及び還元材供給手段を備える排ガス浄化システムであって、
上記ＮＯｘ吸着量検知手段が、該トラップ触媒のＮＯｘ吸着量が設定量を超えていることを検知し、これに応じて上記還元材供給手段が、内燃機関の運転状況が加速領域にあるときに還元材を該トラップ触媒へ供給することを特徴とする排ガス浄化システム。
上記還元材供給手段が、以下の１〜５
１．アクセル開度がＯＮである
２．エンジン回転が１０００ｒｐｍ以上である
３．車速が４０ｋｍ／ｈ以上である
４．ノッキングセンサー異常なし（失火判断）
５．空燃比がＡ／Ｆ２０以下である
で表される加速領域条件の少なくとも１つ又は全てを満足しないときに、還元材の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化システム。
上記還元材供給手段が、以下の１〜５
１．アクセル開度がＯＮである
２．エンジン回転が１０００ｒｐｍ以上である
３．車速が４０ｋｍ／ｈ以上である
４．ノッキングセンサー異常なし（失火判断）
５．空燃比がＡ／Ｆ２０以下である
で表される加速領域条件の少なくとも１つ又は全てを満足するときに、還元材の供給を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス浄化システム。