JP2006233938A - Exhaust emission control device - Google Patents

Exhaust emission control device Download PDF

Info

Publication number
JP2006233938A
JP2006233938A JP2005053589A JP2005053589A JP2006233938A JP 2006233938 A JP2006233938 A JP 2006233938A JP 2005053589 A JP2005053589 A JP 2005053589A JP 2005053589 A JP2005053589 A JP 2005053589A JP 2006233938 A JP2006233938 A JP 2006233938A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
exhaust
nox
emission control
control device
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.)
Withdrawn
Application number
JP2005053589A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Miyao Arakawa
宮男 荒川
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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 Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2005053589A priority Critical patent/JP2006233938A/en
Publication of JP2006233938A publication Critical patent/JP2006233938A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device not influenced by sulfur poisoning with a simple control by using a three-way conversion catalyst and a component separation mechanism separating oxygen and NOx in exhaust gas. <P>SOLUTION: This invented exhaust emission control device 1 is provided in an exhaust line of an internal combustion engine and is provided with a main exhaust gas flow passage 12 discharging exhaust gas discharged from a combustion chamber 2 of an internal combustion engine E to an outside, a bypass flow passage 14 branching off at an upstream part of the main exhaust gas flow passage 12 and merging in a downstream part of the main exhaust gas passage, a component separation means 16 installed in the branch part of the main exhaust flow passage and the bypass flow passage and separating predetermined component in exhaust gas, a reducing agent 20 installed in the bypass flow passage and reducing NOx, a reducing agent adding means 18 arranged in an upstream of the reducing catalyst and adding reducing agent reducing NOx, and a pressure difference producing means 22 installed in the bypass passage and introducing exhaust gas into the component separating means. The component separation means 16 is provided with a zeolite film separating NOx and oxygen in exhaust gas. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、リーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine such as a lean gasoline engine or a diesel engine.

従来から、内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物(以後、NOxという)やパーティキュレート(PM)を低減するために、種々のフィルタや触媒が用いられている。触媒でNOxを還元する際には、リッチ燃焼を行って排気ガス中の炭化水素を増加させ、これを還元剤として触媒に供給するのが普通である。しかし、リッチ燃焼は燃費を悪化させる原因ともなるので、これ以外の方法でNOxの還元を促進する技術が望まれていた。   Conventionally, various filters and catalysts have been used to reduce nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) and particulates (PM) in the exhaust gas of an internal combustion engine. When NOx is reduced by the catalyst, it is common to perform rich combustion to increase hydrocarbons in the exhaust gas and supply this to the catalyst as a reducing agent. However, since rich combustion also causes deterioration of fuel consumption, a technique for promoting the reduction of NOx by other methods has been desired.

このため、排気ガス中の酸素を減らし、吸蔵触媒のNOx浄化性能を向上しようとする技術が提案されている(特許文献1参照)。この技術は、エンジンの排気管に酸素富化システムを設け、酸素富化膜により排気ガスを酸素濃度が比較的高い酸素富化ガスと、酸素濃度が比較的低い酸素減損ガスとに分離して、この酸素減損ガスをNOxの還元処理時に触媒に供給することにより、NOxの還元を促進しようとするものであり、排気ガス中の酸素を富化する酸素富化膜は、公知のものを使用できるとしている。酸素富化膜としては、シリコーンゴム系、ポリ、ポリスルホン系、ポリアミド系などの材料で製造した非孔性高分子膜等が知られている。   For this reason, a technique for reducing oxygen in the exhaust gas and improving the NOx purification performance of the storage catalyst has been proposed (see Patent Document 1). In this technology, an oxygen enrichment system is provided in the exhaust pipe of an engine, and the exhaust gas is separated into an oxygen enriched gas having a relatively high oxygen concentration and an oxygen depleted gas having a relatively low oxygen concentration by an oxygen enriched membrane. The oxygen-depleted gas is supplied to the catalyst during the NOx reduction treatment to promote the reduction of NOx, and a known oxygen-enriched film that enriches the oxygen in the exhaust gas is used. I can do it. Known oxygen-enriched membranes include non-porous polymer membranes made of materials such as silicone rubber, poly, polysulfone, and polyamide.

しかし、これらの材質からなる酸素富化膜では排気ガス温度が高温であるために耐熱性に問題があり、長期間にわたって安定した酸素富化特性を維持することができない。   However, oxygen-enriched films made of these materials have a problem in heat resistance because the exhaust gas temperature is high, and stable oxygen-enrichment characteristics cannot be maintained over a long period of time.

また、上記の従来技術による排気浄化装置では、触媒にNOx吸蔵触媒を使用するために内燃機関の運転状態によって切り替え機構が必要であり、かつ硫黄被毒の影響が大きいなどといった問題がある。
特開2003−27926号公報
In addition, the above-described exhaust gas purification apparatus according to the related art has a problem that a switching mechanism is required depending on the operating state of the internal combustion engine in order to use the NOx storage catalyst as the catalyst, and the influence of sulfur poisoning is large.
JP 2003-27926 A

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、排気中の酸素とNOxとを分離する成分分離機構と三元触媒とを利用することで、簡素な制御で硫黄被毒の影響を受けない排気浄化装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. By utilizing a component separation mechanism that separates oxygen and NOx in exhaust gas and a three-way catalyst, the sulfur coverage can be achieved with simple control. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification device that is not affected by poison.

本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気経路に設けられた排気浄化装置であって、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する主排気流路と、
この主排気流路の上流部で分岐し主排気流路の下流部で合流する迂回流路と、主排気流路と迂回流路との分岐部に介装され排気ガス中の所定の成分を分離する成分分離手段と、迂回流路に介装されNOxを還元する還元触媒と、還元触媒の上流に配置されNOxを還元する還元剤を添加する還元剤添加手段と、迂回流路に介装され排気ガスを成分分離手段に導入する差圧発生手段とを備え、成分分離手段は、排気ガス中のNOxと酸素とを分離するゼオライト膜を備えることを特徴とする。
An exhaust purification device of the present invention is an exhaust purification device provided in an exhaust path of an internal combustion engine, and a main exhaust passage that exhausts exhaust gas discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine to the outside;
A detour channel that branches at the upstream portion of the main exhaust flow channel and joins at the downstream portion of the main exhaust flow channel, and a predetermined component in the exhaust gas that is interposed between the branch portion of the main exhaust flow channel and the detour flow channel. A component separating means for separating; a reduction catalyst for reducing NOx interposed in the bypass channel; a reducing agent adding means for adding a reducing agent arranged upstream of the reduction catalyst to reduce NOx; And a differential pressure generating means for introducing the exhaust gas into the component separation means, and the component separation means comprises a zeolite membrane for separating NOx and oxygen in the exhaust gas.

本発明の排気浄化装置は、主排気流路と迂回流路との分岐部に排気ガス中のNOxと酸素とを分離する成分分離手段を有しているので、迂回流路にNOx富化ガスを導入し、還元剤を添加して還元触媒によって効率よくNOxを還元することができる。ここで、排気ガス中のNOxを分離する分離膜にゼオライト膜を使用しているので、耐熱性が高く高温の排気ガス中でも安定してその分離特性を維持することができる。   Since the exhaust gas purification apparatus of the present invention has component separation means for separating NOx and oxygen in the exhaust gas at the branch portion between the main exhaust flow path and the bypass flow path, the NOx enriched gas is provided in the bypass flow path. Can be introduced, and a reducing agent can be added to efficiently reduce NOx by the reduction catalyst. Here, since the zeolite membrane is used as the separation membrane for separating NOx in the exhaust gas, the separation characteristics can be stably maintained even in high-temperature exhaust gas with high heat resistance.

本発明の排気浄化装置において、成分分離手段は、ゼオライト膜を基材表面に一体的に形成した矩形波断面構造体である異が望ましい。   In the exhaust emission control device of the present invention, the component separation means is preferably a rectangular wave cross-sectional structure in which a zeolite membrane is integrally formed on the substrate surface.

成分分離手段をゼオライト膜を基材表面に一体的に形成した矩形波断面構造体とすることで、NOxの分離面積を拡大することができるので、コンパクトで分離効率の高い排気浄化装置を提供すること可能である。   Since the component separation means is a rectangular wave cross-section structure in which a zeolite membrane is integrally formed on the substrate surface, the NOx separation area can be expanded, and thus a compact and high separation efficiency exhaust purification device is provided. It is possible.

また、矩形波断面構造体の排気ガスの流入端面は、封止部と開口部とが交互に隣り合うように形成されており、排気ガスはこの開口部に流入することが好ましい。   Further, the exhaust gas inflow end face of the rectangular wave cross-section structure is formed so that the sealing portions and the opening portions are alternately adjacent to each other, and the exhaust gas preferably flows into the opening portion.

矩形波断面構造体の排気ガスの流入端面に封止部と開口部とを設けることで、迂回流路への排気ガスの自由な流通を阻止し、迂回流路にNOxを富化することができる。また、主排気流路への排気ガスの流通は自在であるので、NOxを分離して酸素や炭酸ガス、あるいは硫黄酸化物などが富化された排気ガスを主排気流路を介して外部へ排出することができる。硫黄酸化物は、還元触媒に硫黄被毒の影響を与える因子であるが、還元触媒を介装している迂回流路へは流入することなく主排気流路を介して外部へ排出されるので、還元触媒は硫黄被毒を受けることがなく良好な還元特性を維持することができる。なお、還元触媒を通って無害化された排気ガスは、主排気流路と合流してから外部へ放出されるので、NOxを分離して酸素や炭酸ガス、硫黄酸化物などが富化された排気ガスを希釈することができる。   By providing a sealing portion and an opening at the exhaust gas inflow end surface of the rectangular wave cross-section structure, it is possible to prevent the exhaust gas from freely flowing into the bypass channel and to enrich NOx in the bypass channel. it can. Further, since the exhaust gas can freely flow to the main exhaust passage, the exhaust gas enriched with oxygen, carbon dioxide, sulfur oxide, etc. by separating NOx is sent to the outside through the main exhaust passage. Can be discharged. Sulfur oxide is a factor that affects sulfur poisoning of the reduction catalyst, but it is discharged to the outside through the main exhaust passage without flowing into the detour passage interposing the reduction catalyst. The reduction catalyst does not suffer from sulfur poisoning and can maintain good reduction characteristics. The exhaust gas rendered harmless through the reduction catalyst is discharged to the outside after joining the main exhaust passage, so that NOx is separated to enrich oxygen, carbon dioxide, sulfur oxide, etc. Exhaust gas can be diluted.

ここで、ゼオライト膜は孔径が0.26〜0.5nmの細孔を有し、また、矩形断面構造体の基材は径が0.1〜50μmの通孔を有する多孔質体であることが望ましい。   Here, the zeolite membrane has pores having a pore diameter of 0.26 to 0.5 nm, and the base material of the rectangular cross-section structure is a porous body having through holes having a diameter of 0.1 to 50 μm. Is desirable.

ゼオライト膜の孔径を上記の範囲とすることで、排気ガス中のNOxと酸素とを効率よく分離することができる。また、基材を径が0.1〜50μmの通孔を有す多孔質体とすることで基材の強度を確保できると共に、NOxの透過を阻害することがない。   By setting the pore diameter of the zeolite membrane within the above range, NOx and oxygen in the exhaust gas can be efficiently separated. Moreover, while making a base material the porous body which has a through-hole with a diameter of 0.1-50 micrometers, while ensuring the intensity | strength of a base material, permeation | transmission of NOx is not inhibited.

このような多孔質体はセラミックであることが望ましく、セラミックはコージェライトであることが好ましい。コージェライトは良好な成形性を有し、原料の配合や焼成方法などにより容易に所望の通気性(通孔径や通孔密度など)や強度を得ることができるので好適である。   Such a porous body is desirably a ceramic, and the ceramic is preferably cordierite. Cordierite is preferable because it has good moldability and can easily obtain desired air permeability (through-hole diameter, through-hole density, etc.) and strength by blending raw materials and firing methods.

本発明の排気浄化装置においては、還元触媒は三元触媒であることができる。上記のように、還元触媒には、還元剤とNOxだけが導入され、酸素や硫黄酸化物は導入されることはない。従って、複雑な操作を要する吸蔵還元触媒である必要はなく安価で取り扱いが容易な三元触媒を使用すればよい。   In the exhaust emission control device of the present invention, the reduction catalyst can be a three-way catalyst. As described above, only the reducing agent and NOx are introduced into the reduction catalyst, and oxygen and sulfur oxides are not introduced. Therefore, it is not necessary to use an occlusion reduction catalyst that requires complicated operation, and a three-way catalyst that is inexpensive and easy to handle may be used.

また、本発明の排気浄化装置において、成分分離手段はNOx吸着物質を担持することができる。成分分離手段にNOxに対する吸着性の高い物質、例えばBa等を担持させることによりNOxの分離性能をさらに向上することができる。   In the exhaust emission control device of the present invention, the component separation means can carry a NOx adsorbing substance. The separation performance of NOx can be further improved by supporting a substance having high adsorptivity to NOx, such as Ba, on the component separation means.

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の好適な一実施の形態であるディーゼルエンジンにおける排気浄化装置のシステム構成を示す。   FIG. 1 shows a system configuration of an exhaust emission control device in a diesel engine which is a preferred embodiment of the present invention.

この態様の排気浄化装置1は、エンジンEの燃焼室2から排出された排気ガスG0を消音器(マフラー)24を経由して外部に排出する主排気流路12と、主排気流路12を迂回する迂回流路14とを備えている。迂回流路14は、主排気流路16と分岐部14aで分岐し、消音器24の上流の合流部14bで主排気流路16に合流するように連通している。 The exhaust purification apparatus 1 of this aspect includes a main exhaust flow path 12 that discharges exhaust gas G 0 discharged from the combustion chamber 2 of the engine E to the outside via a silencer (muffler) 24, and a main exhaust flow path 12. And a bypass flow path 14 for bypassing. The bypass flow path 14 is branched by the main exhaust flow path 16 and the branch portion 14 a and communicates with the main exhaust flow path 16 at the merge section 14 b upstream of the silencer 24.

主排気流路12の分岐部14aには、排気ガスG0中の所定の成分を分離する成分分離手段16が介装されている。また、迂回流路14には、NOxを還元する還元剤を添加する還元剤添加手段18と、NOxを還元する還元触媒20と、排気ガスG0を成分分離手段16を介して迂回流路14へ導入する差圧発生手段22とが上流から下流に向かって順に配置されている。なお、図中、4は燃料を噴射するインジェクタ、6は吸気弁、8は排気弁である。 A component separation means 16 for separating a predetermined component in the exhaust gas G 0 is interposed in the branch portion 14 a of the main exhaust flow path 12. Further, the detour channel 14 is provided with a reducing agent addition means 18 for adding a reducing agent for reducing NOx, a reduction catalyst 20 for reducing NOx, and the exhaust gas G 0 via the component separation means 16. The differential pressure generating means 22 to be introduced to are arranged in order from upstream to downstream. In the figure, 4 is an injector for injecting fuel, 6 is an intake valve, and 8 is an exhaust valve.

上記の構成を備える排気浄化装置1において、本発明は、主排気流路12と迂回流路14との分岐部14aに介装された成分分離手段16が、排気ガスG0中のNOxと酸素とを分離するゼオライト膜を備えることに特徴がある。 In the exhaust purification apparatus 1 having the configuration described above, the present invention is the main exhaust passage 12 and the bypass passage 14 component separating means 16 interposed in the branch portion 14a with the, NOx and oxygen in the exhaust gas G 0 It is characterized by having a zeolite membrane that separates.

ゼオライト膜は、NOxは透過するが、酸素は透過しない大きさの細孔を有する分子ふるいを選択しているので、排気ガスG0は成分分離手段16を通過することにより、NOx濃度が高く酸素濃度が低い排気ガスg1と、酸素濃度が高くNOx濃度が低い排気ガスg2とに分離される。 Since the zeolite membrane selects a molecular sieve having pores of a size that allows NOx to pass through but does not allow oxygen to pass through, the exhaust gas G 0 passes through the component separation means 16 and has a high NOx concentration. The exhaust gas g 1 having a low concentration and the exhaust gas g 2 having a high oxygen concentration and a low NOx concentration are separated.

NOx濃度が高く酸素濃度が低い排気ガスg1は迂回流路14に導入され、還元剤添加手段18により還元剤(例えば、燃料)を添加され、続いて還元触媒20に流入してNOxが還元され、無害化した排気ガスg3となる。 The exhaust gas g 1 having a high NOx concentration and a low oxygen concentration is introduced into the bypass channel 14, and a reducing agent (for example, fuel) is added by the reducing agent addition means 18, and then flows into the reduction catalyst 20 to reduce NOx. The harmless exhaust gas g 3 is obtained.

また、酸素濃度が高くNOx濃度が低い排気ガスg2は主排気流路12を流通して外部へ排出されるが、合流部14bで無害化された排気ガスg3と合流して排気ガスG1となって外部へ排出される。従って、排気ガスG1のNOx濃度を極めて低く抑えることができる。 Further, the exhaust gas g 2 having a high oxygen concentration and a low NOx concentration flows through the main exhaust passage 12 and is discharged to the outside. However, the exhaust gas g 2 joins the exhaust gas g 3 that has been rendered harmless by the joining portion 14b and is exhausted. 1 and discharged to the outside. Therefore, the NOx concentration of the exhaust gas G 1 can be kept extremely low.

成分分離手段16は、図2に模式的に示すように、ゼオライト膜24を基材26の表面に一体的に形成した矩形波断面構造体Kである。矩形波断面構造体Kは、基材(以後、隔壁ともいう)26と、隣り合う隔壁26を連結する連結部28によって区画される多数の間隙(以後、スリットという。)30で構成されている。   As schematically shown in FIG. 2, the component separating means 16 is a rectangular wave cross-sectional structure K in which a zeolite membrane 24 is integrally formed on the surface of a base material 26. The rectangular wave cross-sectional structure K includes a base material (hereinafter also referred to as a partition wall) 26 and a large number of gaps (hereinafter referred to as slits) 30 defined by connecting portions 28 that connect adjacent partition walls 26. .

ここで、迂回流路14に対向する面(図2では上面Y1)に開口しているスリット30の主排気流路12における排気ガス流入端面(例えばX0)に開口している排気ガスG0の流入部30aは排気ガスG0の流通を阻止するように封止されている。 Here, the exhaust gas G that opens to the exhaust gas inflow end surface (for example, X 0 ) of the main exhaust flow channel 12 of the slit 30 that opens to the surface (the upper surface Y 1 in FIG. 2) that faces the bypass flow channel 14. 0 inflow portions 30a are sealed to prevent the flow of exhaust gas G 0.

すなわち、矩形波断面構造体Kの排気ガスの流入端面X0は、封止部30aと開口部30bとが交互に隣り合うように形成されているので、矩形波断面構造体Kを端面X0を排気ガスG0の上流側として、スリット30のX0−X1方向を主排気流路16の軸線に並行となるように分岐部14aに配置すれば、排気ガスG0は封止されていないスリット30内を自在に流通することができる。 That is, the inflow end surface of the exhaust gas of the rectangular wave sectional structure K X 0, since the sealing portion 30a and the opening 30b are formed so as to be adjacent to each other alternately, the end face X 0 a rectangular wave sectional structure K Is located at the upstream side of the exhaust gas G 0 and the X 0 -X 1 direction of the slit 30 is parallel to the axis of the main exhaust flow path 16, the exhaust gas G 0 is sealed. The inside of the slit 30 that is not present can be freely distributed.

しかし、迂回流路14への排気ガスG0の自由な流入は封止部30aと連結部28によって阻止されているので、排気ガスG0は自在に流通することができない。ところが、基材26表面に形成されているゼオライト膜24は、排気ガスG0中のNOxは透過可能であり、また、基材26は微細な通孔を有する多孔質体で形成されているので、差圧発生手段22で迂回流路14の分岐部14a側を減圧することで、図2(b)に示すように、ゼオライト膜24を透過したNOxを迂回流路14へ富化することができる。図2(b)は図2(a)の矩形波断面の一部断面を拡大して示したものであり、排気ガスG0を矩形波断面構造体Kを通過させることでNOx(NO)が富化された排気ガスg1と、主に酸素を富化された排気ガスg2とに分離する様子を模式的に示したものである。 However, since free inflow of the exhaust gas G 0 into the bypass channel 14 is blocked by the sealing portion 30a and the connecting portion 28, the exhaust gas G 0 cannot freely flow. However, the zeolite membrane 24 formed on the surface of the base material 26 is permeable to NOx in the exhaust gas G 0 , and the base material 26 is formed of a porous body having fine through holes. By reducing the pressure at the branching portion 14a side of the bypass channel 14 with the differential pressure generating means 22, NOx that permeates the zeolite membrane 24 can be enriched in the bypass channel 14 as shown in FIG. 2 (b). it can. FIG. 2B is an enlarged view of a partial cross section of the rectangular wave cross section of FIG. 2A. By passing the exhaust gas G 0 through the rectangular wave cross section structure K, NOx (NO) is reduced. FIG. 2 schematically shows a state in which the exhaust gas g 1 enriched and the exhaust gas g 2 enriched mainly in oxygen are separated.

以上のような矩形波断面構造体Kのスリット30の端面X、X’におけるスリット密度は、5〜15個/cmであることが望ましい。スリット密度が5個/cm未満では、NOxの分離面積が不十分であり、また、15個/cmを越えると排気ガスの圧力損失が大きくなるので好ましくない。   The slit density at the end faces X and X ′ of the slit 30 of the rectangular wave cross-section structure K as described above is preferably 5 to 15 pieces / cm. If the slit density is less than 5 pieces / cm, the NOx separation area is insufficient, and if it exceeds 15 pieces / cm, the pressure loss of the exhaust gas increases, which is not preferable.

また、各スリット30を隔てる隔壁26の厚さは0.05〜1.0mmであることが望ましい。隔壁26の厚さが0.05mm未満では強度的に不十分であり、また1.0mmを越えて厚い場合には駆動圧力が大きいポンプ22を必要とするので適当ではない。より好ましくは0.1〜0.5mmである。   The thickness of the partition wall 26 separating the slits 30 is desirably 0.05 to 1.0 mm. If the thickness of the partition wall 26 is less than 0.05 mm, the strength is insufficient, and if it exceeds 1.0 mm, the pump 22 having a large driving pressure is required, which is not appropriate. More preferably, it is 0.1-0.5 mm.

図2(b)に示すように、矩形波断面構造体Kの隔壁26の表面には、排気ガスG0中のNOxを選択的に透過して分離する分離膜24が基材26と一体的に形成されている。分離膜24は排気ガスG0の流れに対して隔壁26の上流側に形成されており、分離膜24を透過したNOxは多孔質の基材からなる隔壁26の微細な通孔を通って矩形波断面構造体Kの下流側(迂回流路14側)に富化される。   As shown in FIG. 2B, a separation membrane 24 that selectively permeates and separates NOx in the exhaust gas G0 is integrally formed with the base material 26 on the surface of the partition wall 26 of the rectangular wave sectional structure K. Is formed. The separation membrane 24 is formed on the upstream side of the partition wall 26 with respect to the flow of the exhaust gas G0, and the NOx that has permeated through the separation membrane 24 passes through the fine through-holes of the partition wall 26 made of a porous base material to generate a rectangular wave. It is enriched on the downstream side of the cross-section structure K (the bypass channel 14 side).

分離膜24は、高温の排気ガスG0からNOxを分離するためにゼオライト系材料からなる分子ふるい膜を用いる。ゼオライトは分子サイズの細孔径を有した結晶性無機酸化物であり、細孔径を選択することで分子径の異なる気体成分を選別することができる。   The separation membrane 24 uses a molecular sieve membrane made of a zeolitic material in order to separate NOx from the high temperature exhaust gas G0. Zeolite is a crystalline inorganic oxide having a pore size of molecular size, and gas components having different molecular sizes can be selected by selecting the pore size.

図3は、ゼオライトの分子ふるい膜24で排気ガス中のNOx(NO)を分離する様子を模式的に示したものである。排気ガス中には酸素O2、窒素N2、二酸化炭素CO2、NO(NOx)あるいは水蒸気H2Oなど多くの気体成分が混在している。ところが、これらの各気体成分は分子レベルで大きさが異なり、周知のようにその分子径は、水蒸気<NO(NOx)<二酸化炭素<酸素<窒素の順に大きい。NO(NOx)の分子径は約0.32nmであり酸素のそれは0.35nmである。従って、分子ふるい膜24の細孔径をNOxの分子径よりも大きく、かつ酸素の分子径よりも小さくすることにより、NOxを透過して酸素分子などその他の気体成分と分離することができる。NOxの透過効率などを考慮すると、具体的にはこの分子ふるい膜24の細孔は0.33〜0.5nmであることが望ましい。 FIG. 3 schematically shows how the NOx (NO) in the exhaust gas is separated by the molecular sieve membrane 24 of zeolite. In the exhaust gas, many gas components such as oxygen O 2 , nitrogen N 2 , carbon dioxide CO 2 , NO (NOx) or water vapor H 2 O are mixed. However, these gas components have different sizes at the molecular level, and as is well known, their molecular diameters are in the order of water vapor <NO (NOx) <carbon dioxide <oxygen <nitrogen. The molecular diameter of NO (NOx) is about 0.32 nm, and that of oxygen is 0.35 nm. Therefore, by making the pore diameter of the molecular sieve film 24 larger than the molecular diameter of NOx and smaller than the molecular diameter of oxygen, it is possible to permeate NOx and separate it from other gas components such as oxygen molecules. In consideration of the transmission efficiency of NOx and the like, specifically, the pores of the molecular sieve membrane 24 are desirably 0.33 to 0.5 nm.

また、ゼオライト膜24の厚さは0.1〜100μmであることが望ましい。膜厚が0.1μm未満では強度不足やピンホール等の欠陥が発生することがあり、また、100μmを越えると気体成分を透過するための圧力差が大きくなって適当ではない。より好ましくは1〜50μmである。   The thickness of the zeolite membrane 24 is preferably 0.1 to 100 μm. If the film thickness is less than 0.1 μm, defects such as insufficient strength and pinholes may occur, and if it exceeds 100 μm, the pressure difference for permeating gas components becomes large, which is not appropriate. More preferably, it is 1-50 micrometers.

上記のように多孔質の基材26表面に一体的に形成したゼオライト膜24により、排気ガス中のNOxを分離して迂回流路14内に富化することができる。従って、基材26は、ゼオライト膜24の透過性を阻害しない程度の多孔質体であることが望ましい。   As described above, the zeolite membrane 24 integrally formed on the surface of the porous substrate 26 can separate NOx in the exhaust gas and enrich it in the bypass channel 14. Therefore, the base material 26 is desirably a porous body that does not inhibit the permeability of the zeolite membrane 24.

このような多孔質体の材質は特に限定はなく、金属、金属酸化物などのセラミックス、カーボンおよび有機ポリマなどを用いることができる。しかし、強度や剛直性の観点からは、金属及び金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物などのセラミックスが好ましい。さらにゼオライト膜との熱膨張率の差が少ないこと、あるいは親和性が高いこと等を考慮すると、金属としては、ステンレス製の燒結金属、金属酸化物としてはアルミナ、ジルコニア、シリカ、ムライト、コージェライト、チタニア、ゼオライトまたはゼオライト類似物等が好適である。中でも、多孔質のセラミックであるコージェライトは良好な成形性を有し、原料の配合や焼成方法などにより容易に所望の通気性(通孔径や通孔密度など)や強度を得ることができるので好適である。このような多孔質体の平均通孔径は100μm以下であることが強度的に好ましく、更に好ましくは0.1〜50μmである。   The material of such a porous body is not particularly limited, and ceramics such as metals and metal oxides, carbon, and organic polymers can be used. However, from the viewpoint of strength and rigidity, ceramics such as metals and metal oxides, metal nitrides, and metal carbides are preferable. Furthermore, considering that the difference in coefficient of thermal expansion from the zeolite membrane is small or that the affinity is high, the sintered metal made of stainless steel as the metal, alumina, zirconia, silica, mullite, cordierite as the metal oxide , Titania, zeolite or zeolite analogues are preferred. Among these, cordierite, which is a porous ceramic, has good formability, and can easily obtain desired air permeability (pore diameter, hole density, etc.) and strength by blending raw materials and firing methods. Is preferred. The average through-hole diameter of such a porous body is preferably 100 μm or less, and more preferably 0.1 to 50 μm.

本実施の形態において差圧発生手段22は還元触媒20の下流側に配置されており、迂回流路14を減圧することで排気ガスG0を矩形断面構造体Kを介して排気ガスg1として還元触媒20に導入する。差圧発生手段としては特に限定はなく、通常の真空ポンプやブロアーなどを用いることができる。ゼオライト膜24で分離されるNOx量Vは、図4に示すように、差圧発生手段であるポンプの圧力Pに比例して増加する。従って、成分分離手段16として図2の矩形断面構造体Kを有する排気浄化装置1では、ポンプ22の排気圧力を変化させることにより還元触媒20へ導入するNOx量を変化させることができる。つまり、ポンプ圧力を制御することでNOxの還元量を制御できるわけである。 In the present embodiment, the differential pressure generating means 22 is disposed on the downstream side of the reduction catalyst 20, and the exhaust gas G0 is reduced as the exhaust gas g 1 through the rectangular cross-section structure K by reducing the pressure of the bypass passage 14. Introduced into the catalyst 20. The differential pressure generating means is not particularly limited, and a normal vacuum pump or blower can be used. As shown in FIG. 4, the NOx amount V separated by the zeolite membrane 24 increases in proportion to the pressure P of the pump that is the differential pressure generating means. Therefore, in the exhaust purification device 1 having the rectangular cross-sectional structure K of FIG. 2 as the component separation means 16, the amount of NOx introduced into the reduction catalyst 20 can be changed by changing the exhaust pressure of the pump 22. That is, the reduction amount of NOx can be controlled by controlling the pump pressure.

成分分離手段16でNOxを分離した排気ガスg1は、排気ガスG0に混在している還元剤として機能する未燃焼の炭化水素や一酸化炭素などが酸素とともに減損されている。従って、還元触媒20の還元作用を促進するために内燃機関の燃料(ガソリン、軽油)などの還元剤を排気ガスg1に添加することが望ましい。この還元剤を添加する還元剤添加手段18は特に限定はなく、通常用いられる周知の還元剤添加装置を用いればよい。 In the exhaust gas g 1 from which NOx has been separated by the component separation means 16, unburned hydrocarbons, carbon monoxide and the like that function as a reducing agent mixed in the exhaust gas G 0 are depleted together with oxygen. Therefore, it is desirable to add a reducing agent such as fuel (gasoline, light oil) of the internal combustion engine to the exhaust gas g 1 in order to promote the reduction action of the reduction catalyst 20. The reducing agent adding means 18 for adding the reducing agent is not particularly limited, and a well-known reducing agent adding device that is usually used may be used.

本実施の形態において、還元触媒20は、通常のガソリンエンジンで用いられる三元触媒を好適に使用することができる。これは、添加された還元剤と反応可能な酸素が減損された排気ガスg1が還元触媒に導入されるので、いわゆるリーン燃焼であっても三元触媒で容易に還元することができるからである。 In the present embodiment, the reduction catalyst 20 can suitably use a three-way catalyst used in a normal gasoline engine. This is because the exhaust gas g 1 in which oxygen capable of reacting with the added reducing agent is depleted is introduced into the reduction catalyst, so that even the so-called lean combustion can be easily reduced with the three-way catalyst. is there.

また、硫黄酸化物は、還元触媒に硫黄被毒の影響を与える因子であるが、この硫黄酸化物もまた、成分分離手段16によってNOxと分離され、酸素富化ガスg2中に混在して外部へ排出される。従って、還元触媒20は硫黄被毒を受けることがなく良好なNOx還元特性を維持することができる。 Moreover, sulfur oxides, is a factor that affects the sulfur poisoning reduction catalyst, the sulfur oxides are also separated from the NOx by component separating means 16, are mixed in an oxygen-enriched gas g 2 It is discharged outside. Therefore, the reduction catalyst 20 can maintain good NOx reduction characteristics without being subjected to sulfur poisoning.

なお、本発明の排気浄化装置は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することができる。   The exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be changed without departing from the gist of the present invention.

例えば、成分分離手段16のコージェライト等からなる基材26の表面に図5に示すようにNOxの吸着性の高いBaを担持させる。Baは排気ガスの温度が低い場合には、Ba+2NO2+O2 →Ba(NO32 としてNOxを吸蔵する。そして、排気ガス温度が高いときやリッチ運転時には、Ba(NO32 →Ba+2NO2+O2 のように分解してNOxの濃度を高めることができる。従って、NOxの濃度の高い状態でポンプを駆動してゼオライト膜24を通過させるようにすれば、常時ポンプを駆動することなく高効率でNOxを富化することができるので、排気浄化装置をさらに省エネルギー化することができる。 For example, Ba having high NOx adsorptivity is supported on the surface of the base material 26 made of cordierite or the like of the component separating means 16 as shown in FIG. Ba stores NOx as Ba + 2NO 2 + O 2 → Ba (NO 3 ) 2 when the temperature of the exhaust gas is low. When the exhaust gas temperature is high or during rich operation, the NOx concentration can be increased by decomposition as Ba (NO 3 ) 2 → Ba + 2NO 2 + O 2 . Therefore, if the pump is driven in a state where the concentration of NOx is high so as to pass through the zeolite membrane 24, NOx can be enriched with high efficiency without always driving the pump. Energy saving can be achieved.

また、矩形波断面構造体Kは、図6に示すような円柱形状としてもよい。円柱形状とすることで図2(a)の矩形波断面構造体Kに比べて排気ガスG0の流入面積を増大することができる。なお、図中黒塗り部は、封止部30aあるいは連結部28である。 Moreover, the rectangular wave cross-section structure K is good also as a cylindrical shape as shown in FIG. By adopting a cylindrical shape, the inflow area of the exhaust gas G 0 can be increased as compared with the rectangular wave cross-sectional structure K of FIG. In addition, the black coating part in a figure is the sealing part 30a or the connection part 28. FIG.

本発明の排気浄化装置は、リーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気浄化装置として好適である。   The exhaust purification device of the present invention is suitable as an exhaust purification device for an internal combustion engine such as a lean gasoline engine or a diesel engine.

実施の形態−の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of Embodiment-. 矩形波断面構造体の概要を示す説明図である。(a)は矩形波断面構造体の全体形状を示す斜視図である。(b)は縦断面の一部分を示し、NOxを分離する様子を説明する説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of a rectangular wave cross-section. (A) is a perspective view which shows the whole shape of a rectangular wave cross-section structure. (B) is an explanatory view showing a part of a longitudinal section and explaining how NOx is separated. ゼオライト膜によるNOx(NO)の分離を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining separation of NOx (NO) by a zeolite membrane. ポンプ圧力とNOx透過量との関係を概念的に示したグラフである。It is the graph which showed notionally the relation between pump pressure and NOx permeation amount. 基材表面にBaを担持させ、NOxを吸蔵する様子を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a mode that Ba is supported on the surface of a substrate and occludes NOx. 矩形波断面構造体の他の態様を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other aspect of a rectangular wave cross-section structure.

符号の説明Explanation of symbols

12:主排気流路 14:迂回流路 16:成分分離手段 18:還元剤添加手段 20:還元触媒 22:差圧発生手段(ポンプ) 24:ゼオライト膜(分離膜) 26:基材(隔壁) 28:連結部 30:スリット 30a:封止部30b:開口部 K:矩形波断面構造体 12: Main exhaust passage 14: Detour passage 16: Component separation means 18: Reducing agent addition means 20: Reduction catalyst 22: Differential pressure generation means (pump) 24: Zeolite membrane (separation membrane) 26: Base material (partition wall) 28: Connection part 30: Slit 30a: Sealing part 30b: Opening part K: Rectangular wave cross-section structure

Claims (10)

内燃機関の排気経路に設けられた排気浄化装置であって、
前記内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する主排気流路と、
前記主排気流路の上流部で分岐し前記主排気流路の下流部で合流する迂回流路と、
前記主排気流路と前記迂回流路との分岐部に介装され前記排気ガス中の所定の成分を分離する成分分離手段と、
前記迂回流路に介装され窒素酸化物を還元する還元触媒と、
前記還元触媒の上流に配置され窒素酸化物を還元する還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記迂回流路に介装され前記排気ガスを前記成分分離手段に導入する差圧発生手段とを備え、
前記成分分離手段は、前記排気ガス中の窒素酸化物と酸素とを分離するゼオライト膜を備えることを特徴とする排気浄化装置。
An exhaust purification device provided in an exhaust path of an internal combustion engine,
A main exhaust passage for exhausting the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine to the outside;
A detour channel that branches at an upstream portion of the main exhaust channel and merges at a downstream portion of the main exhaust channel;
Component separation means for separating a predetermined component in the exhaust gas interposed in a branch portion between the main exhaust passage and the bypass passage;
A reduction catalyst interposed in the bypass channel to reduce nitrogen oxides;
Reducing agent addition means for adding a reducing agent disposed upstream of the reduction catalyst to reduce nitrogen oxides;
Differential pressure generating means interposed in the bypass flow path for introducing the exhaust gas into the component separation means,
The exhaust gas purification apparatus, wherein the component separation means includes a zeolite membrane that separates nitrogen oxides and oxygen in the exhaust gas.
前記成分分離手段は、前記ゼオライト膜を基材表面に一体的に形成した矩形波断面構造体である請求項1に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the component separation means is a rectangular wave cross-sectional structure in which the zeolite membrane is integrally formed on a substrate surface. 前矩形波断面構造体の前記排気ガスの流入端面は、封止部と開口部とが交互に隣り合うように形成されており、該排気ガスは該開口部に流入する請求項2に記載の排気浄化装置。   The exhaust gas inflow end surface of the front rectangular wave cross-sectional structure is formed so that sealing portions and openings are alternately adjacent to each other, and the exhaust gas flows into the openings. Exhaust purification device. 前記ゼオライト膜は孔径が0.26〜0.5nmの細孔を有する請求項1〜4のいずれかに記載の排気浄化装置。   The exhaust purification apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the zeolite membrane has pores having a pore diameter of 0.26 to 0.5 nm. 前記基材は径が0.1〜50μmの通孔を有する多孔質体である請求項2〜4のいずれかに記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to any one of claims 2 to 4, wherein the base material is a porous body having a through hole having a diameter of 0.1 to 50 µm. 前記多孔質体はセラミックである請求項5に記載の排気浄化装置。   The exhaust purification device according to claim 5, wherein the porous body is ceramic. 前記セラミックはコージェライトである請求項6に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 6, wherein the ceramic is cordierite. 前記還元触媒は三元触媒である請求項1に記載の排気浄化装置。   The exhaust purification device according to claim 1, wherein the reduction catalyst is a three-way catalyst. 前記成分分離手段は窒素酸化物吸着物質を担持する請求項1に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the component separation means carries a nitrogen oxide adsorbing substance. 前記窒素酸化物吸着物質はBaである請求項9に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 9, wherein the nitrogen oxide adsorbing substance is Ba.
JP2005053589A 2005-02-28 2005-02-28 Exhaust emission control device Withdrawn JP2006233938A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005053589A JP2006233938A (en) 2005-02-28 2005-02-28 Exhaust emission control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005053589A JP2006233938A (en) 2005-02-28 2005-02-28 Exhaust emission control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006233938A true JP2006233938A (en) 2006-09-07

Family

ID=37041863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005053589A Withdrawn JP2006233938A (en) 2005-02-28 2005-02-28 Exhaust emission control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006233938A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011098327A (en) * 2009-11-09 2011-05-19 Toyota Central R&D Labs Inc Separation membrane for nitrogen oxide, nitrogen oxide separator using the same, method for separation of nitrogen oxide, nitrogen oxide cleaning device, and nitrogen oxide cleaning method
US20110179778A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for exhaust gas aftertreatment from an internal combustion engine
US20170241317A1 (en) * 2016-02-23 2017-08-24 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust Treatment System Having Membrane Module For Water Removal
WO2022181503A1 (en) * 2021-02-26 2022-09-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 Gas filter, gas sensor and gas sensing device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011098327A (en) * 2009-11-09 2011-05-19 Toyota Central R&D Labs Inc Separation membrane for nitrogen oxide, nitrogen oxide separator using the same, method for separation of nitrogen oxide, nitrogen oxide cleaning device, and nitrogen oxide cleaning method
US20110179778A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for exhaust gas aftertreatment from an internal combustion engine
CN102146829A (en) * 2010-01-27 2011-08-10 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Method and apparatus for exhaust gas aftertreatment from an internal combustion engine
US20170241317A1 (en) * 2016-02-23 2017-08-24 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust Treatment System Having Membrane Module For Water Removal
US10054022B2 (en) * 2016-02-23 2018-08-21 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust treatment system having membrane module for water removal
WO2022181503A1 (en) * 2021-02-26 2022-09-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 Gas filter, gas sensor and gas sensing device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101068922B1 (en) Exhaust cleaner for internal combustion engine
JP5465361B2 (en) Exhaust gas purification device
US7740809B2 (en) Exhaust gas-cleaning apparatus
JP5456943B2 (en) Exhaust gas purification device
JP2009106913A (en) Selectively reducing catalyst
JP2008505274A (en) CPO regenerative lean NOX trap with no moving parts
BR112013005816B1 (en) CATALYST, METHOD FOR GENERATING HEAT FOR SOOT REMOVAL AND REDUCING NH3 EXHAUST IN AN EXHAUST SYSTEM, AND EXHAUST TREATMENT SYSTEM
JP2002504643A5 (en)
US7827974B2 (en) Method for operating an internal combustion engine of a vehicle, especially a motor vehicle, and device for implementing said method
JP2006233938A (en) Exhaust emission control device
US8479487B2 (en) Hybrid multichannel porous structure for hydrogen separation
US8661830B2 (en) Hybrid multichannel porous structure for hydrogen separation
JP2006275020A (en) Exhaust temperature control device
JP4711425B2 (en) Exhaust gas purification device and exhaust gas purification method
JP5605578B2 (en) Exhaust purification device
JP5993698B2 (en) Exhaust gas purification device
JP4631902B2 (en) Exhaust gas purification device
JP2006226149A (en) Intake element control device
JP2006266108A (en) Exhaust gas temperature control device
JP2006329020A (en) Exhaust emission control device for engine
JP2006316654A (en) Exhaust emission control device
JP2006200497A (en) Emission control device
JP2006183505A (en) Fluid component separator
JP2006257920A (en) Exhaust emission control device
JP5952533B2 (en) Exhaust gas purification device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070315

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090722