JP2006026582A - Exhaust gas processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気路に配備され、特に、排気中のNOxを処理するための排気ガス処理装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas processing apparatus that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and in particular, processes NOx in exhaust gas.
内燃機関はその排気を無害化して排出するため、排気路に各内燃機関の排出する排気ガス特性に応じた排気ガス処理装置である触媒やフィルタを装着している。この内、触媒は排気路に配備され多数の通気路を有する担体に各種触媒物質を担持し、これによって排気ガス中の有害物質(CO、HC、NOx等)を無害物質に浄化反応させるよう作動できる。 In order to make the exhaust gas harmless and exhaust, the internal combustion engine is equipped with a catalyst or a filter, which is an exhaust gas treatment device corresponding to the exhaust gas characteristics exhausted by each internal combustion engine, in the exhaust path. Among them, the catalyst is installed in the exhaust passage, and supports various catalytic substances on a carrier having a large number of ventilation passages, thereby operating the harmful substances (CO, HC, NOx, etc.) in the exhaust gas to purify the harmless substances. it can.
例えば、排気ガス中のNOxを処理する触媒として、白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属及びNOxを吸蔵する機能を有する金属元素を酸化物担体へ担持したものが良く知られている。担体はアルミナ、シリカ、シリカアルミナ等の高表面積を有する各種酸化物が用いられ、自動車用の排気浄化装置では目詰まりが少なく、約1000℃の高温にも耐えられ成形性が良いコージェライトのハニカム担体が使用されている。
なお、このようなハニカム担体を用いた触媒の一例が特開2003−112048号公報(特許文献1)に開示されている。
For example, as a catalyst for treating NOx in exhaust gas, a catalyst in which a noble metal such as platinum, palladium and rhodium and a metal element having a function of occluding NOx are supported on an oxide carrier is well known. The carrier is made of various oxides having a high surface area such as alumina, silica, silica alumina, etc., and the exhaust gas purification device for automobiles is less clogged and can withstand high temperatures of about 1000 ° C. and has good formability and is a cordierite honeycomb. A carrier is used.
An example of a catalyst using such a honeycomb carrier is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-1112048 (Patent Document 1).
ところで、車載されるエンジンの排気系に使用されている触媒はコージェライトやメタルを担体として用い、その上に触媒をコーティングしたシステムを採用している。しかし、排気温度の極端に低い領域をもつディーゼルエンジンでは、排温が触媒活性温度以下(200℃以下)となる運転域が発生しやすく、この運転域では排気ガス浄化性能が急に低下する。 By the way, the catalyst used for the exhaust system of the engine mounted on the vehicle employs a system in which cordierite or metal is used as a carrier and the catalyst is coated thereon. However, in a diesel engine having a region where the exhaust temperature is extremely low, an operating region in which the exhaust temperature is equal to or lower than the catalyst activation temperature (200 ° C. or less) is likely to occur, and in this operating region, the exhaust gas purification performance deteriorates rapidly.
この主な原因は担体の熱容量が低く(小さく)、温度の低い排気ガスが流れると、排気ガス温度に追従し、すぐに触媒担体が冷やされてしまうためである。
更に、還元剤を用いたNOx浄化装置の場合、NOx浄化に最適な触媒温度範囲である浄化ウインドが存在するが、この場合、特に熱容量が低い担体では排気ガス温度の急上昇により触媒温度もすぐに上昇し、触媒温度(担体)が高温になりすぎると、還元剤がNOxと反応せずに、酸素と反応し、NOxの浄化が不十分になる。
This is mainly because the heat capacity of the carrier is low (small), and when exhaust gas having a low temperature flows, the exhaust gas temperature follows and the catalyst carrier is immediately cooled.
Furthermore, in the case of a NOx purification device using a reducing agent, there is a purification window that is in the optimum catalyst temperature range for NOx purification. In this case, particularly in a carrier having a low heat capacity, the catalyst temperature immediately increases due to a sudden rise in exhaust gas temperature. If the temperature rises and the catalyst temperature (support) becomes too high, the reducing agent does not react with NOx, but reacts with oxygen, resulting in insufficient purification of NOx.
このように、熱容量の低い触媒は、排気ガス温度に対し、追従性が良く早期活性化には適するが、その使い方によっては活性温度を外れる頻度が増え、触媒性能をフルに引き出せない可能性があり、この点に本発明者は着目し、本発明を導き出したものである。 In this way, a catalyst with a low heat capacity has good followability with respect to the exhaust gas temperature and is suitable for early activation.However, depending on how it is used, the frequency of deviating from the activation temperature increases, and the catalyst performance may not be fully exploited. The present inventor has paid attention to this point and derived the present invention.
即ち、排気温度が様々に変化する排気ガスを浄化するにあたって、触媒内温度を出来るだけ活性温度域内に経時的に均一に保持することで高い性能が引出されると推測される。そのためには、触媒を担持する担体の熱容量を大きくし、高温時から低温時になった場合も担体の熱で活性を維持し、逆に、急激な温度上昇があった場合でも、担体でその温度を吸収して触媒内温度が活性温度内にとどまるようにし、常に触媒を活性温度にキープするようにすることが有効と見做される。
本発明は、触媒担体の熱容量を比較的大きくして担体温度の高低変動を抑制し、触媒温度を活性温度域内に維持することのできる排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
That is, when purifying exhaust gas whose exhaust temperature varies variously, it is estimated that high performance can be obtained by keeping the temperature in the catalyst as uniform as possible in the active temperature range over time. For this purpose, the heat capacity of the carrier supporting the catalyst is increased, and the activity is maintained by the heat of the carrier even when the temperature is low from the high temperature. Conversely, even if there is a sudden temperature rise, It is considered effective to absorb the catalyst so that the temperature in the catalyst stays within the activation temperature, and always keep the catalyst at the activation temperature.
It is an object of the present invention to provide an exhaust gas treatment apparatus that can suppress the fluctuation of the carrier temperature by keeping the heat capacity of the catalyst carrier relatively large and maintain the catalyst temperature within the active temperature range.
この発明の請求項1に係る排気ガス処理装置は、内燃機関の排気通路に配置され、隔壁により仕切られた多数の流通孔を有したハニカム構造からなる担体に、排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになったときに吸蔵したNOxを放出、還元する機能を有する触煤を担持した排気ガス処理装置において、上記担体の熱容量が0.4J/cm3・℃以上であることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas processing apparatus according to a first aspect of the present invention, wherein a carrier having a honeycomb structure having a large number of flow holes arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine and partitioned by a partition wall has a lean air-fuel ratio. In the exhaust gas processing apparatus carrying a catalyst having a function of storing NOx in the exhaust gas and releasing and reducing the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, the heat capacity of the carrier is 0 4 J / cm 3 · ° C. or more.
請求項2の発明は、請求項1記載の排気カス処理装置において、上記担体の熱容量が0.6J/cm3・℃以上であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas treatment apparatus according to the first aspect, the carrier has a heat capacity of 0.6 J / cm 3 · ° C. or more.
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の排気ガス処理装置において、上記担体よりも上流側の排気通路に、当該担体よりも熱容量の小さい担体から成るNOx吸蔵触媒を備えたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas processing apparatus according to the first or second aspect, an NOx storage catalyst comprising a carrier having a smaller heat capacity than the carrier is provided in the exhaust passage upstream of the carrier. And
この発明によれば、担体の熱容量が0.4J/cm3・℃以上なので、排気ガス温度の過度の高低変動に対する担体温度の高低変動が抑制され、なまされるので、担体温度が排気ガス温度の過度の高低変動に追従することを抑制できる。このため触媒の温度が活性温度域内に維持され、担体温度が過度に高温変動することで生じる担体熱劣化や、低温状態時に触媒に吸蔵されたNOxの熱解離、即ち、NOxの高温時放出を防止して、浄化効率を向上できる。 According to the present invention, since the heat capacity of the carrier is 0.4 J / cm 3 · ° C. or more, the fluctuation in the carrier temperature with respect to the excessive fluctuation in the exhaust gas temperature is suppressed and smoothed. It is possible to suppress following the excessive fluctuation in height. For this reason, the temperature of the catalyst is maintained within the active temperature range, and the carrier thermal deterioration caused by excessively high temperature fluctuation of the carrier and the thermal dissociation of NOx occluded in the catalyst in a low temperature state, that is, the release of NOx at a high temperature. This can improve the purification efficiency.
更に、この発明によれば、担体の熱容量が0.6J/cm3・℃以上では排気ガス温度の過度の高低変動に対する担体温度の高低変動がより確実に抑制され、緩やかとなるので、担体温度が排気ガス温度の高低変動に追従することをより確実に抑制でき、触媒の温度が活性温度域内により確実に維持されて、担体温度が過度に高温変動することで生じる担体熱劣化や、低温状態に吸収されたNOxの熱解離を防止して、浄化効率をより確実に向上できる。 Furthermore, according to the present invention, when the heat capacity of the carrier is 0.6 J / cm 3 · ° C. or more, the fluctuation in the carrier temperature with respect to the excessive fluctuation in the exhaust gas temperature is more reliably suppressed and becomes gentle. Can more reliably prevent the exhaust gas temperature from following the fluctuations in the exhaust gas temperature, the temperature of the catalyst is more reliably maintained within the active temperature range, and the carrier heat deterioration caused by excessively high temperature fluctuations or low temperature conditions Thus, the thermal dissociation of NOx absorbed in the catalyst can be prevented, and the purification efficiency can be improved more reliably.
更に、この発明によれば、排気浄化装置の排気上流側に熱容量の小さいNOx吸蔵触媒を備えたので始動時等においても前段NOx触媒が後流の担体よりも早急に活性化されるので浄化処理を早期に行え、下流の担体の温度が活性温度に達するまでの間の浄化効率の低下を防止でき、運転域全体で良好な浄化性能が得られる。 Further, according to the present invention, since the NOx occlusion catalyst having a small heat capacity is provided on the exhaust upstream side of the exhaust purification device, the front-stage NOx catalyst is activated more rapidly than the downstream carrier even at the time of starting, etc. The purification efficiency can be prevented from being lowered until the temperature of the downstream carrier reaches the activation temperature, and good purification performance can be obtained in the entire operation region.
以下、本発明の一実施形態としての排気ガス処理装置をディーゼルエンジン(以後単にエンジンと記す)1に適用した例について説明する。
エンジン1は直列に4つの燃焼室2を配備し、各燃焼室2には直接燃料を噴射する燃料噴射弁3が設けられている。ここで、燃料タンク4の燃料(軽油)は高圧燃料噴射ポンプ5で加圧されてコモンレール6(蓄圧室)に圧送され、コモンレール6から燃料噴射弁3を介し各気筒内に噴射される。ここでの燃料噴射弁3は後述のECU7から出力される噴射パルスに応じてその燃料噴射量Qと噴射時期が制御されるという周知の構成を採る。なお、燃料噴射量Qはエンジン1の負荷情報でもあり、後述のNOx放出還元処理で使用される。
Hereinafter, an example in which an exhaust gas treatment apparatus as an embodiment of the present invention is applied to a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 will be described.
The engine 1 includes four combustion chambers 2 in series, and each combustion chamber 2 is provided with a
各燃焼室2の一側より延びる不図示の吸気ポートは吸気マニホールド8に連通し、同吸気マニホールド8に吸気路Iを形成する吸気管9が接続される。この吸気管9はエアクリーナ11より吸入した吸気を過給機12で加圧し、過給機12からの吸気の冷却をインタークーラ13で行ってから吸気マニホールド8に導入している。なお、符号14は不図示の冷却水循環系の放熱用のラジエータを示す。
An intake port (not shown) extending from one side of each combustion chamber 2 communicates with the
各燃焼室2の他側より延びる不図示の排気ポートは排気マニホールド15に連通し、同排気マニホールド15には排気路Exを形成する排気管16が接続される。排気管16にはその上流から下流に向けて、排気ガス流動エネルギを受けて駆動する過給機12のタービン121と、その下流の前段NOx吸蔵触媒17と、NOx触媒18と、不図示のマフラーがこの順に配設されている。
An exhaust port (not shown) extending from the other side of each combustion chamber 2 communicates with the
前段NOx吸蔵触媒17はハニカム状のコージェライト担体171で製作され、これにカリウムK、ナトリウムNa等のアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、セリウムCeのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ptのような貴金属とを担持して形成されている。コージェライト担体171は全体容量が後述のNOx吸蔵触媒18における担体19と比較して小さく、しかも、コージェライト担体171の熱容量は0.39J/cm3・℃と比較的低く(小さく)、これにより早期活性化を図り易い構造を採用し、低温時におけるNOxの浄化効率の低下を抑制するようにしている。
The front
なお、前段触媒としてコージェライトの担体を有する前段NOx吸蔵触媒17を説明したが、これに代えてメタル担体を用いてもよく、更に、前段NOx吸蔵触媒17に代えて、低容量の酸化触媒(不図示)を採用してもよく、この場合は低温時におけるHCの浄化効率の低下を抑制できると共に、下流側の排ガス温度の上昇が測れるので、NOx吸蔵触媒18の早期活性化が図れ、NOxの低減処理可能な運転域を拡大できる。
Although the preceding stage
図1、2に示すように、NOx吸蔵触媒18はそのケーシング181内にNOx吸蔵還元触媒としての担体19を収容する。担体19全体が多孔質材の炭化珪(SiC)製であり、比較的大きな容量に形成され、しかも、その熱容量も比較的大きな値である0.65J/cm3・℃を保持するものが採用されている。
担体19は隔壁wにより仕切られた多数の直状の流通孔である流通路rを有するハニカム構造を成す。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
担体19の各流通孔rはその両端部が開放され、排気ガスを容易に通過させることができる。同担体19の全表面域にはNOx吸蔵還元触媒として機能する触媒元素が一様に担持され、具体的には、カリウムK、ナトリウムNa等のアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、セリウムCeのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ptのような貴金属とを担持している。NOx吸蔵還元触媒19は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のNOx(NO2、NO)を吸蔵収し、流入排気ガスがリッチになると吸蔵したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。
Each flow hole r of the
このようなNOx吸蔵還元触媒18は、排気中の酸素濃度が増大すると(すなわち排気の空燃比がリーン空燃比になると)、これら酸素は白金Pt上で排気中のNOx(NOが主成分)と酸化反応を起してNO2が生成される。また、流入排気中のNO2は白金Pt上で更に酸化されつつ吸蔵剤としての酸化バリウムBaOと結合しながら吸蔵剤内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のNOxがNOx吸蔵還元触媒19内に吸蔵されるようになる。
When the oxygen concentration in the exhaust gas increases (that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a lean air-fuel ratio), the NOx occlusion-
また、流入排気中の酸素濃度が低下すると(すなわち、排気の空燃比が低下して理論空燃比以下のリッチ空燃比になると)、白金Pt上でのNO2生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤内のNOxはNO2の形でNOx吸蔵還元触媒19から放出されるようになる。この場合、排気中にHC、CO等の成分が存在すると白金Pt上でこれらの成分によりNO2がN2還元される。なお、この作用に関しては前述の前段NOx吸蔵還元触媒17についても同様である。
Further, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases (that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases to a rich air-fuel ratio equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio), the amount of NO 2 generated on the platinum Pt decreases, so that the reaction now proceeds in the reverse direction, NOx in the absorbent is to be released from the NOx
更に、NOx吸蔵還元触媒18は、図3に示すように、その触媒内部の温度である触媒温度Tcがほぼ200℃乃至350℃のNOx浄化に最適な触媒活性温度範囲である浄化ウインドEgで運転されると、高浄化率を維持できる。一方、浄化ウインドEgより低側域Eldに外れるに従い、不活性域に入り、浄化反応は急減し、また、浄化ウインドEgより高側域Eudに外れるに従い担体温度が高温になりすぎると、NOx吸蔵剤の熱平衡の関係から吸蔵反応が起きなくなり、NOxを浄化できなくなると共に、吸蔵剤の内部にNOxを吸蔵していると、NOxを放出(熱解離)してしまう。
Further, as shown in FIG. 3, the NOx
本実施形態では、エンジン1としてディーゼル機関が使用されているため機関排気は通常リーン空燃比であり、NOx吸蔵還元触媒19は排気中のNOxを吸蔵する。しかし、NOx吸蔵還元触媒19に吸蔵されたNOx量が増大すると吸蔵剤(BaO等)が飽和してしまい、NOx吸蔵還元触媒19が排気中のNOxを吸蔵できなくなる。そこで、後述するように、NOx吸蔵還元触媒19に吸収されたNOx量が飽和する前時期に還元剤供給装置24に接続された還元剤供給ノズル25を駆動し、強制的にリッチ雰囲気を形成して、NOx吸蔵還元触媒19からNOxを放出させ、還元浄化するようにしている。
In this embodiment, since a diesel engine is used as the engine 1, the engine exhaust is normally at a lean air-fuel ratio, and the NOx
ここで還元剤供給装置24は還元剤として燃料タンク4の燃料(軽油)を用いる。
この還元剤供給装置24は燃料タンク4の燃料(軽油)を循環ポンプ21で燃料循環路22に循環させ、燃料循環路22の途中の流量制御弁23を後述のECU7からの制御信号に応じて開閉駆動することで、還元剤供給ノズル25から加圧燃料(軽油)をNOx吸蔵還元触媒19に供給する。
Here, the reducing
The reducing
この還元剤供給ノズル25からの燃料供給によって、NOx吸蔵還元触媒19がリッチ雰囲気に保持され、NOxの放出と還元浄化とを行なうものである。なお、リッチ雰囲気の形成にあたっては、筒内における燃料のポンプ噴射を実施して、リッチ化を図ってもよい。
車両にはエンジン制御手段であるエンジンコントロールユニット(以後単にECU7と記す)が設けられている。
By supplying fuel from the reducing
The vehicle is provided with an engine control unit (hereinafter simply referred to as ECU 7) which is an engine control means.
ECU7の不図示の入力ポートには、不図示のクランク軸近傍に配置された回転数センサ26からクランク軸一定回転角毎にパルス信号が入力され、エンジン回転数Neの算出に利用されている。不図示のアクセルペダルに配置したアクセル開度センサ27から運転者のアクセルペダル踏込み量(アクセル開度)θaを表す信号が入力される。ECU7はアクセル開度センサ27で検出されたアクセル開度θaと機関回転数Neとに基づいて機関基本燃料噴射量Q0と燃料噴射時期を算出し、この基本燃料噴射量Q0に機関運転状態に応じた補正を加えて機関の燃料噴射量Qと燃料噴射時期とを設定する。なお、NOx吸蔵還元触媒18の温度Tcが温度センサ28で検出され、ECU7に入力されている。
A pulse signal is input to an input port (not shown) of the ECU 7 from a
一方、ECU7の不図示の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量Q及び燃料噴射時期を制御するために、燃料噴射回路(ドライバー)29を介して各気筒の燃料噴射弁3に接続され、しかも、高圧燃料ポンプ5に図示しない駆動回路を介して接続され、高圧燃料ポンプ5からコモンレール6への燃料圧送量を制御している。また、ECU7の出力ポートには還元剤供給装置24の流量制御弁23が接続される。この流量制御弁23はNOx吸蔵還元触媒19からNOxを放出させるべきときに還元剤供給ノズル25から還元剤をNOx吸蔵還元触媒19に供給するよう作動する。
On the other hand, an output port (not shown) of the ECU 7 is connected to the
ECU7はエンジン制御を実施し、特に、エンジン1の排気浄化装置にのみ着目した場合、NOx吸蔵量カウント積算手段A1、リッチ運転判定手段A2、リッチ運転制御手段A3としての各機能を備えている。ここで、NOx吸蔵量カウント積算手段A1はエンジンの運転状態に応じてNOx吸蔵還元触媒18に単位時間あたり吸収されるNOx量に対応するカウント量qnを不図示のカウント量マップにより設定し、このカウント量qnを機関運転中に積算して、積算値(ΣCount←ΣCount+qn)を順次求める。
The ECU 7 performs engine control. In particular, when attention is paid only to the exhaust gas purification device of the engine 1, the ECU 7 has functions as NOx occlusion amount count integration means A1, rich operation determination means A2, and rich operation control means A3. Here, the NOx occlusion amount count integration means A1 sets a count amount qn corresponding to the NOx amount absorbed per unit time by the NOx
リッチ運転判定手段A2はカウント積算値ΣCountが予め設定されるNOx担持量である閾値Limitを上回るとリッチ運転指令(リッチスパイク)を発する。ここで、閾値LimitはNOx量が飽和する直前あるいは所定の余裕を持たせた吸蔵量に設定される。リッチ運転制御手段A3はリッチ運転指令に応じエンジン1を所定時間だけリッチ運転駆動し、この間、還元剤供給ノズル25から加圧燃料(軽油)をNOx吸蔵還元触媒18に供給し、排気中の酸素濃度を低下して、NOxを還元処理する。
The rich operation determination means A2 issues a rich operation command (rich spike) when the count integrated value ΣCount exceeds a threshold Limit which is a preset NOx carrying amount. Here, the threshold Limit is set immediately before the NOx amount is saturated or an occlusion amount with a predetermined margin. The rich operation control means A3 drives the engine 1 for a predetermined time in response to the rich operation command, and during this time, pressurized fuel (light oil) is supplied from the reducing
このような内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する。
ECU7はエンジンが運転に入ると運転情報に基づく燃料噴射制御を実行する。その間、エンジン回転数Ne、燃料噴射量Q相当のカウント量qnを予め設定した所定のカウント量マップ(不図示)により求め、今回のカウント量qnを前回値ΣCountに積算して、今回の積算値ΣCount(←ΣCount+qn)を更新して求める。次いで、最新の積算値ΣCountが所定の閾値Limitを上回ると、リッチ運転指令を発し、これに応じてエンジン1を所定時間だけリッチ運転する。
The operation of such an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine will be described.
When the engine starts operation, the ECU 7 executes fuel injection control based on the operation information. Meanwhile, the engine speed Ne and the count quantity qn corresponding to the fuel injection quantity Q are obtained by a predetermined count quantity map (not shown), and the current count quantity qn is added to the previous value ΣCount to obtain the current integrated value. ΣCount (← ΣCount + qn) is updated and obtained. Next, when the latest integrated value ΣCount exceeds a predetermined threshold Limit, a rich operation command is issued, and the engine 1 is richly operated for a predetermined time accordingly.
具体的には還元剤供給装置24の流量制御弁23を駆動し、還元剤供給ノズル25から燃料(軽油)をNOx吸蔵還元触媒18に供給し、排気中の酸素濃度を低下させ、白金Pt上でのNO2生成量を減少させる。これにより、吸収剤内のNOxはNO2の形でNOx吸蔵還元触媒18から放出され、しかも、排気中にHC、CO等の成分が存在すると白金Pt上でこれらの成分によりNO2が還元処理される。
Specifically, the
このようなNOx吸蔵還元触媒19を用いた内燃機関の排気浄化装置の駆動が行われたとする。この場合にNOx吸蔵還元触媒18のNOx浄化率は、図3に示すように、触媒温度Tcが200℃〜350℃の浄化ウインドウEgにおいて比較的高レベルに保持される。ここでNOx吸蔵還元触媒18の担体19は多孔性の炭化珪素で作成され、その熱容量は比較的高い値の0.65J/cm3・℃である。このようなNOx吸蔵還元触媒18はその浄化ウインドウEg内の平均NOx浄化率が73%の試験結果が得られている。これは従来使用のコージェライト担体の熱容量0.39J/cm3・℃の場合の浄化ウインドウ内の平均NOx浄化率試験結果に対し、10%の浄化率の向上が得られた結果となっている。
It is assumed that the exhaust gas purification device for the internal combustion engine using the NOx
更に、このような内燃機関の排気浄化装置を搭載する車両の走行時における排気ガス温度Tgと触媒温度Tcとの経時変化特性を図4に示した。
図4において、定常運転域E1では排気ガス温度Tg(図4に破線で示す)が200℃近傍に頻繁に低下する運転域でもあるにもかかわらず、触媒温度Tc(図4に実線で示す)が、比較的高NOx浄化率を確保できる250℃前後の状態に維持されている。なお、従来使用の熱容量0.39J/cm3・℃のコージェライト担体を用いた場合の触媒温度Tc’の変動を、図4に一点鎖線により対比して示した。ここで、コージェライト担体の触媒温度Tc’変動は排気ガス温度Tgの高低変動に対し比較的追従した動きを示し、高浄化率を得られる温度状態に維持され難くなっている。
Further, FIG. 4 shows the temporal change characteristics of the exhaust gas temperature Tg and the catalyst temperature Tc when the vehicle equipped with such an exhaust gas purification device for an internal combustion engine is running.
In FIG. 4, the catalyst temperature Tc (shown by a solid line in FIG. 4) is present in the steady operation region E <b> 1, even though the exhaust gas temperature Tg (shown by a broken line in FIG. 4) is also an operating region in which the exhaust gas temperature frequently decreases to around 200 ° C. However, it is maintained at a temperature around 250 ° C., which can ensure a relatively high NOx purification rate. Incidentally, the fluctuation of the catalyst temperature Tc 'in the case of using the conventional use of heat capacity 0.39J /
更に、高負荷側運転状態E2に変動した場合においても、排気ガス温度Tgが400℃近くに変動するのに対し、触媒温度Tcはその高温変動がなまされ、比較的高NOx浄化率を確保できる350℃近くの温度に維持されている。
このように、排気ガス温度Tgの経時的推移に対して、NOx吸蔵還元触媒18の触媒温度Tcの経時的推移を対比すると、担体19が比較的大きな熱容量0.65J/cm3・℃で形成されたことによって、触媒温度Tcの高低変動が排気ガス温度Tgの高低変動に比べると、なまされて緩やかな変動となり、排気ガス温度Tgに追従することが抑制され、比較的高NOx浄化率が得られる温度状態を維持することができる。しかも、担体温度である触媒温度Tcが過度に高温変動することで生じる触媒の熱劣化や、NOx吸蔵還元触媒18の場合に起きるNOxの熱解離、即ち、担体191に吸蔵していたNOxの高温時放出を防止でき、走行状態に左右されずに排気ガスの浄化効率を向上できる。
Further, even when the operating state changes to the high-load side operation state E2, the exhaust gas temperature Tg fluctuates close to 400 ° C., whereas the catalyst temperature Tc is fluctuated so as to ensure a relatively high NOx purification rate. It is maintained at a temperature close to 350 ° C.
Thus, when the time-dependent transition of the catalyst temperature Tc of the NOx
ここで、図1のN0x吸蔵触媒18では、熱容量を高めるにあたり、炭化珪素sicを担体として利用した。その理由は、熱容量を高める手法として、既存のコージェライトでは壁圧を厚くしたり、壁をアンポーラス(緻密)にすることなどが考えられるが、壁圧を厚くすると排気圧力の上昇を招いたり煤による目詰まりが発生しやすくなり、壁をアンポーラス(緻密)にした場合には衝撃強度が低下してしまうといった問題が発生するため、熱容量を高める手法として実用的ではない。また、担体がメタルで形成される場合には、担体の箔膜を厚くすることで熟容量を上げることが可能であるが、この場合には成形性が悪化してしまい、やはり実用的ではない。これに対して炭化珪素SiCの場合においては、単位あたりの比重がコージェライトに対して1.24倍ほどあり、また押し出し成形により容易に成形できるので、熱容量を高めるのに適した材料といえる。また、比較的見かけ比重の大きい炭化珪素SiCを担体として利用することにより、熱容量0.6J/cm3・℃以上を保持するように形成することが容易となるのである。
Here, in the
更に、NOx吸蔵還元触媒18の熱容量が大きく設定されたことで、活性温度に上がり難くなっているが、ここでは、エンジン1とNOx吸蔵還元触媒18の間にコージェライト担体171で熱容量が0.39J/cm3・℃と比較的低い(小さい)前段NOx吸蔵触媒17を設けた。このため、比較的小熱容量に設定された前段NOx吸蔵触媒17は、熱容量の大きいNOx吸蔵還元触媒18が不活性域にあっても、排気ガス温度Tgの比較的低い低温運転時で活性化されるので、排ガス温度Tgが低い場合のNOx浄化効率の低下を抑制でき、全運転域で良好な浄化効率を得ることができる。
Further, since the heat capacity of the NOx
上述のところにおいて、排気ガス処理装置はディーゼルエンジンの排気系にて適用されるスルータイプのNOx吸蔵触媒や担体であったが、担体19の入口側と出口側とを交互に閉塞して、排気微粒子のフィルタ機能を持たせたNOx吸蔵触媒担体としても良い。また、ガソリンエンジンにおけるNOx吸蔵触媒に適用することも可能である。
In the above, the exhaust gas treatment device is a through-type NOx occlusion catalyst or carrier applied in the exhaust system of a diesel engine, but the exhaust side is closed by alternately closing the inlet side and the outlet side of the
1 エンジン
18 NOx吸蔵還元触媒
19 担体
r 流通孔
w 隔壁
Ex 排気路
L1 隔壁の軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
3. The exhaust gas treatment apparatus according to claim 1, wherein an NOx occlusion catalyst made of a carrier having a smaller heat capacity than the carrier is provided in the exhaust passage upstream of the carrier.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004211571A JP2006026582A (en) | 2004-07-20 | 2004-07-20 | Exhaust gas processor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009532196A (en) * | 2006-03-31 | 2009-09-10 | コーニング インコーポレイテッド | Gas-through-flow ceramic substrate with catalyst for quick ignition and method for producing the same |
-
2004
- 2004-07-20 JP JP2004211571A patent/JP2006026582A/en active Pending
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