JP2006242020A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的低い温度領域から高いNOx低減率を得られるようにした排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管4の途中にNOx吸蔵還元触媒5を装備してなる排気浄化装置において、空気を供給する空気供給手段11と、該空気供給手段11から供給される空気に対し軽油17を添加する燃料添加手段18と、該燃料添加手段18によって空気に対し添加される軽油17を所要温度に上昇させる昇温手段20と、該昇温手段20によって所要温度に昇温させた軽油17をH2とCOに分解する改質触媒21と、該改質触媒21によって分解されたH2とCOをNOx吸蔵還元触媒5の入側に還元剤として供給する還元剤供給管22とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】排気管4の途中にNOx吸蔵還元触媒5を装備してなる排気浄化装置において、空気を供給する空気供給手段11と、該空気供給手段11から供給される空気に対し軽油17を添加する燃料添加手段18と、該燃料添加手段18によって空気に対し添加される軽油17を所要温度に上昇させる昇温手段20と、該昇温手段20によって所要温度に昇温させた軽油17をH2とCOに分解する改質触媒21と、該改質触媒21によって分解されたH2とCOをNOx吸蔵還元触媒5の入側に還元剤として供給する還元剤供給管22とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のNOxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中のO2濃度が低下した時に未燃HCやCO等の介在によりNOxを分解放出して還元浄化する性質を備えたNOx吸蔵還元触媒が知られている。
この種のNOx吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、白金・カリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を有するものとして既に知られている。
そして、NOx吸蔵還元触媒においては、NOxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のNOxを吸蔵できなくなるため、定期的にNOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのO2濃度を低下させてNOxを分解放出させる必要がある。
例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下させる(機関をリッチ空燃比で運転する)ことにより、排気ガス中のO2濃度を低下させ且つ排気ガス中の未燃HCやCO等の還元成分を増加させてNOxの分解放出を促すことができるが、NOx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。
このため、NOx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料(HC)を添加することにより、この添加燃料を還元剤としてNOx吸蔵還元触媒上でO2と反応させることで排気ガス中のO2濃度を低下させる必要がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−356127号公報
しかしながら、前述の如くNOx吸蔵還元触媒の上流側で燃料添加を行う方式では、その添加燃料が蒸発して生じたHCの一部がNOx吸蔵還元触媒の表面上で排気ガス中のO2と反応(燃焼)し、NOx吸蔵還元触媒の周囲の雰囲気中におけるO2濃度がほぼ零となってからNOxの分解放出が開始されることになるため、NOx吸蔵還元触媒の表面上でHCがO2と反応(燃焼)するのに必要な燃焼温度(約220〜250[℃])が得られない運転条件下(例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等)では、NOx吸蔵還元触媒からNOxを効率良く分解放出させることができず、NOx吸蔵還元触媒の再生が効率良く進まないことで触媒の容積中に占めるNOx吸蔵サイトの回復割合が小さくなって吸蔵能力が落ちるという問題があった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、比較的低い温度領域から高いNOx低減率を得られるようにした排気浄化装置を提供しようとするものである。
本発明は、排気管の途中にNOx吸蔵還元触媒を装備してなる排気浄化装置において、
空気を供給する空気供給手段と、
該空気供給手段から供給される空気に対し燃料を添加する燃料添加手段と、
該燃料添加手段によって空気に対し添加される燃料を所要温度に上昇させる昇温手段と、
該昇温手段によって所要温度に昇温させた燃料をH2とCOに分解する改質触媒と、
該改質触媒によって分解されたH2とCOをNOx吸蔵還元触媒の入側に還元剤として供給する還元剤供給手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
空気を供給する空気供給手段と、
該空気供給手段から供給される空気に対し燃料を添加する燃料添加手段と、
該燃料添加手段によって空気に対し添加される燃料を所要温度に上昇させる昇温手段と、
該昇温手段によって所要温度に昇温させた燃料をH2とCOに分解する改質触媒と、
該改質触媒によって分解されたH2とCOをNOx吸蔵還元触媒の入側に還元剤として供給する還元剤供給手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。
上記排気浄化装置によれば、以下のような作用が得られる。
空気供給手段から供給される空気に対し燃料添加手段によって添加される燃料は、昇温手段によって所要温度に昇温され、改質触媒にて燃料と共存するO2と反応して雰囲気温度を上げ且つO2が消費された後に燃料中のHCがH2とCOに分解されて還元剤供給手段によりNOx吸蔵還元触媒の入側に還元剤として導入されるので、その導入段階から雰囲気中のO2濃度がほぼ零となってNOxの分解放出が直ちに開始され、そのままNOx吸蔵還元触媒の表面上で反応性の高いH2及びCOにより従来のHCの燃焼温度より低い温度からNOxが効率良くN2に還元処理される。
前記排気浄化装置においては、昇温手段を、酸化触媒が一体的に担持され且つ通電が行われるヒータ触媒によって構成することが好ましい。
又、前記排気浄化装置においては、昇温手段を、燃料添加手段からの燃料の一部を燃焼させて昇温させるバーナによって構成すると共に、該バーナによって昇温させた雰囲気のもと燃料添加手段からの燃料を添加用として改質触媒の入側に導くよう構成することもできる。
本発明の排気浄化装置によれば、空気に対して添加した燃料を所要温度に昇温させ改質触媒にてH2とCOに分解させ、これらの反応性の高いH2及びCOにより比較的低い温度領域から必要最小限の燃料添加で効率良くNOx吸蔵還元触媒の再生を図ることができるので、例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、車外に排出される排気ガス中に含まれるNOxを従来より効果的に低減させることができ、NOx吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置の実用性を大幅に向上させることができるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1は本発明を実施する形態の一例であって、本図示例の排気浄化装置においては、ディーゼルエンジン1から排気マニホールド2を介して排出される排気ガス3が流通する排気管4の途中に、フロースルー方式のハニカム構造を有するNOx吸蔵還元触媒5がケーシング6に抱持されるように装備されている。
又、ここに図示している例では、前記NOx吸蔵還元触媒5の後段に酸化触媒を一体的に担持したパティキュレートフィルタ7が配置されており、NOx吸蔵還元触媒5を経た排気ガス3が通されて該排気ガス3中のパティキュレートが捕集されるようにしてある。
そして、圧縮空気が貯留されたエアタンク8から延びる空気供給管9の途中に、空気流量調節弁10を設けて空気供給手段11を構成し、該空気供給手段11の空気流量調節弁10より下流側における空気供給管9の途中に、噴射ノズル12を貫通配置し、該噴射ノズル12と軽油タンク13との間を軽油供給管14により接続し、該軽油供給管14の途中に装備した供給ポンプ15の駆動と軽油噴射弁16の開作動とにより軽油タンク13内の軽油17(還元剤としての燃料)を前記噴射ノズル12を介し前記空気供給管9の途中(後述するヒータ触媒25及び改質触媒21の入側)に添加し得るようにしてあり、これら噴射ノズル12、軽油タンク13、軽油供給管14、供給ポンプ15、軽油噴射弁16により燃料添加手段18を構成してある。
更に、前記空気供給手段11の空気供給管9の延長線上に形成されたケーシング19内に、前記燃料添加手段18の噴射ノズル12から噴射されて空気に対し添加される軽油17を所要温度に上昇させる昇温手段20と、該昇温手段20によって所要温度に昇温させた軽油17をH2とCOに分解する改質触媒21とを順次配設し、該改質触媒21によって分解されたH2とCOをNOx吸蔵還元触媒5の入側に還元剤として供給する還元剤供給管22(還元剤供給手段)を、前記ケーシング19の下流側端部に接続してある。
本図示例の場合、前記昇温手段20は、バッテリ23から電流コントローラ24を介して通電が行われるヒータ触媒25によって構成してあり、該ヒータ触媒25としては、例えば、ハニカム状に形成したステンレス等の金属に白金等の酸化触媒を一体的に担持したものを採用することができる。
又、前記改質触媒21には、例えば、アルミナやシリカ等の酸化物又はゼオライト等の複合酸化物を担体として、Pd、Pt、Rh等を活性金属として担持させたものを用いれば良い。
そして、エンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)をなす制御装置26において、ディーゼルエンジン1の機関回転数を検出する回転センサ27からの回転数信号27aと、アクセルセンサ28(アクセルペダルの踏み込み角度を検出するセンサ)からの負荷信号28aと、NOx吸蔵還元触媒5の入側の温度を検出する温度センサ29からの温度信号29aとから判断される現在の運転状態に基づき、軽油17の適切な添加量と噴射タイミングが決定され、この適切な添加量と噴射タイミングでの軽油17の添加が実行されるように前記制御装置26から供給ポンプ15への駆動指令信号15aと軽油噴射弁16への開度指令信号16aとが出力されると共に、空気流量調節弁10への開度指令信号10a、並びに電流コントローラ24への電流調節信号24aが出力されるようになっている。
尚、前記空気供給手段11を構成するエアタンク8としては、ブレーキ等に使用される圧縮空気を貯留するエアタンクを兼用すれば良いが、圧縮空気の消費量がブレーキ側から制限されるような場合には、専用のエアタンクをブレーキ用とは別に設けるようにすれば良い。
又、図1中、30は吸気管であって、該吸気管30途中には、排気マニホールド2の出側における排気管4途中に設けられたタービン31によって駆動されるコンプレッサ32が設けられ、該タービン31とコンプレッサ32とからターボチャージャ33が構成されると共に、前記コンプレッサ32より下流側における吸気管30途中には、インタクーラ34が設けられている。
次に、上記図示例の作用を説明する。
制御装置26において、回転センサ27からの回転数信号27aと、アクセルセンサ28からの負荷信号28aと、温度センサ29からの温度信号29aとから現在の運転状態が判断され、これに基づき、軽油17の適切な添加量と噴射タイミングが決定され、前記制御装置26から燃料添加手段18の供給ポンプ15へ駆動指令信号15aが出力され且つ軽油噴射弁16へ開度指令信号16aが出力されると共に、空気供給手段11の空気流量調節弁10へ開度指令信号10aが出力され、更に電流コントローラ24へ電流調節信号24aが出力される。
これにより、空気供給手段11を構成するエアタンク8から空気供給管9へ所要量の空気が供給されると共に、燃料添加手段18を構成する軽油タンク13から所要量の軽油17が軽油供給管14を経て噴射ノズル12より空気供給管9内の空気へ添加され、更に昇温手段20を構成するバッテリ23から電流コントローラ24を介してヒータ触媒25へ通電が行われ、前記燃料添加手段18の噴射ノズル12から空気供給管9内の空気へ添加される軽油17は、昇温手段20のヒータ触媒25によって所要温度(およそ220〜300[℃]程度)に昇温された後、改質触媒21へ導かれ、該改質触媒21にて軽油17と共存するO2と反応して雰囲気温度をおよそ600[℃]前後まで上げ且つO2が消費された後に軽油17中のHCがH2とCOに分解されて還元剤供給手段としての還元剤供給管22によりNOx吸蔵還元触媒5の入側に還元剤として導入されるので、その導入段階から雰囲気中のO2濃度がほぼ零となってNOxの分解放出が直ちに開始され、そのままNOx吸蔵還元触媒5の表面上で反応性の高いH2及びCOにより従来のHCの燃焼温度より低い温度からNOxが効率良くN2に還元処理される。
こうして、空気に対して添加した軽油17を所要温度に昇温させ改質触媒21にてH2とCOに分解させ、これらの反応性の高いH2及びCOにより比較的低い温度領域から必要最小限の軽油17の添加で効率良くNOx吸蔵還元触媒5の再生を図ることができるので、例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、車外に排出される排気ガス中に含まれるNOxを従来より効果的に低減させることができ、NOx吸蔵還元触媒5を用いた排気浄化装置の実用性を大幅に向上させることができる。
事実、本発明者等が行った実験結果によれば、図2のグラフに示す如く、軽油17から生成されたHCをそのままNOx吸蔵還元触媒5上で反応させたケースA(破線で図示)と、軽油17から生成されたHCをH2とCOに分解させてNOx吸蔵還元触媒5上で反応させたケースB(実線で図示)とを比較したところ、ケースAよりもケースBの方が低い温度領域から高いNOx低減率を得られることが確認された。尚、図2のグラフにおける縦軸はNOx低減率を、横軸は排気温度を夫々示している。
図3は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図1に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図3に示す如く、昇温手段20を、燃料添加手段18からの軽油17の一部を燃焼させて昇温させるバーナ35によって構成すると共に、該バーナ35によって昇温させた雰囲気のもと燃料添加手段18からの軽油17を添加用として改質触媒21の入側に導くよう構成した点にある。
本図示例の場合、燃料添加手段18の軽油供給管14途中から昇温用軽油供給管14´を分岐せしめ、該昇温用軽油供給管14´から供給される軽油17を、バーナ35の点火プラグ36近傍に導いて完全燃焼させると共に、前記燃料添加手段18の噴射ノズル12を改質触媒21の入側に配置してある。
図3に示す例においては、昇温用軽油供給管14´から供給される軽油17がバーナ35の点火プラグ36近傍に導かれて完全燃焼することによって、改質触媒21の入側の温度がおよそ220〜300[℃]程度に昇温され、この雰囲気のもと、燃料添加手段18の噴射ノズル12から軽油17を添加用として改質触媒21の入側に導くと、該添加用の軽油17が、改質触媒21にて軽油17と共存するO2と反応して雰囲気温度をおよそ600[℃]前後まで上げ且つO2が消費された後に軽油17中のHCがH2とCOに分解されて還元剤供給手段としての還元剤供給管22によりNOx吸蔵還元触媒5の入側に還元剤として導入されるので、その導入段階から雰囲気中のO2濃度がほぼ零となってNOxの分解放出が直ちに開始され、そのままNOx吸蔵還元触媒5の表面上で反応性の高いH2及びCOにより従来のHCの燃焼温度より低い温度からNOxが効率良くN2に還元処理される。
こうして、図3に示す例の場合にも、図1に示す例の場合と同様、空気に対して添加した軽油17を所要温度に昇温させ改質触媒21にてH2とCOに分解させ、これらの反応性の高いH2及びCOにより比較的低い温度領域から必要最小限の軽油17の添加で効率良くNOx吸蔵還元触媒5の再生を図ることができるので、例えば渋滞の多い都市内での徐行運転等のように低負荷で排気温度が低い運転状態が継続され易い運転条件下であっても、車外に排出される排気ガス中に含まれるNOxを従来より効果的に低減させることができ、NOx吸蔵還元触媒5を用いた排気浄化装置の実用性を大幅に向上させることができる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、還元剤として添加される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に、灯油等の異種燃料を用いても良いこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
3 排気ガス
4 排気管
5 NOx吸蔵還元触媒
8 エアタンク
9 空気供給管
10 空気流量調節弁
11 空気供給手段
12 噴射ノズル
13 軽油タンク
14 軽油供給管
14´ 昇温用軽油供給管
15 供給ポンプ
16 軽油噴射弁
17 軽油
18 燃料添加手段
20 昇温手段
21 改質触媒
22 還元剤供給管(還元剤供給手段)
25 ヒータ触媒
26 制御装置
35 バーナ
3 排気ガス
4 排気管
5 NOx吸蔵還元触媒
8 エアタンク
9 空気供給管
10 空気流量調節弁
11 空気供給手段
12 噴射ノズル
13 軽油タンク
14 軽油供給管
14´ 昇温用軽油供給管
15 供給ポンプ
16 軽油噴射弁
17 軽油
18 燃料添加手段
20 昇温手段
21 改質触媒
22 還元剤供給管(還元剤供給手段)
25 ヒータ触媒
26 制御装置
35 バーナ
Claims (3)
- 排気管の途中にNOx吸蔵還元触媒を装備してなる排気浄化装置において、
空気を供給する空気供給手段と、
該空気供給手段から供給される空気に対し燃料を添加する燃料添加手段と、
該燃料添加手段によって空気に対し添加される燃料を所要温度に上昇させる昇温手段と、
該昇温手段によって所要温度に昇温させた燃料をH2とCOに分解する改質触媒と、
該改質触媒によって分解されたH2とCOをNOx吸蔵還元触媒の入側に還元剤として供給する還元剤供給手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。 - 昇温手段を、酸化触媒が一体的に担持され且つ通電が行われるヒータ触媒によって構成した請求項1記載の排気浄化装置。
- 昇温手段を、燃料添加手段からの燃料の一部を燃焼させて昇温させるバーナによって構成すると共に、該バーナによって昇温させた雰囲気のもと燃料添加手段からの燃料を添加用として改質触媒の入側に導くよう構成した請求項1記載の排気浄化装置。
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JP2005055513A JP2006242020A (ja) | 2005-03-01 | 2005-03-01 | 排気浄化装置 |
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