JP2009191797A

JP2009191797A - 排出ガス浄化システム

Info

Publication number: JP2009191797A
Application number: JP2008035027A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Takeshima; 茂樹竹島; Masahito Shibata; 正仁柴田; Hideyuki Nagata; 英之永田
Original assignee: Nippon Oil Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】排出ガス浄化触媒のリンの被毒による活性低下を防止して、長期にわたって排出ガス浄化作用が機能するシステムを提供すること。
【解決手段】内燃機関から排出されるガスを浄化する触媒を装着した排出ガス浄化システムにおいて、排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）にリン捕捉フィルターを設置したことを特徴とする排出ガス浄化システム。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関から排出されるガスを浄化するシステムに関する。

ガソリンエンジンにおいては、排出ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）およびＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するため三元触媒が使用されてきた。さらに最近では、希薄燃焼（リーンバーン）とＮＯｘ吸蔵触媒を組み合わせ、さらにＮＯｘの低減が図られている。
一方、ディーゼルエンジンからの排出ガス中には、カーボンを主成分とする微粒子物質（パティキュレート：ＰＭ）やＮＯｘなどが含まれているため、通常、ＰＭを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター：通常すすを酸化除去するために酸化触媒が担時されている）と酸化触媒と選択的接触還元型触媒を担持したＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ触媒）の組み合わせや酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒とからなる排出ガス浄化触媒が設置されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
一方、エンジン油には、通常、摩耗防止や酸化防止の観点からＺＤＴＰ（ジアルキルジチオリン酸亜鉛）などのリン含有化合物が配合されている。このリン含有化合物中のリンが排出ガスに同伴され、排出ガス浄化触媒を被毒し、触媒の活性を低下させることが問題となっている。このため、触媒との適合性という点からエンジン油の低リン化が求められ規格化されている。たとえば、ガソリンエンジン油の規格であるＡＰＩＳ規格のリン分の規格値は、ＳＨ規格でｍａｘ０．１２％、ＳＪおよびＳＬ規格ではｍａｘ０．１０％、ＳＭ規格では０．０６−０．０８％と徐々に下げられてきている。また、ディーゼルエンジン油の規格においても、ＪＡＳＯＤＨ−１規格ではリン分の規定は無いがＤＨ−２規格ではｍａｘ０．１２％と定められたように、これまでリン分の規定は無かったものが最新の規格においては規格化されてきている。
かかるエンジン油の低リン化は、通常エンジン油に配合しているＺＤＴＰを減量することを意味するが、ＺＤＴＰの減量はオイルの摩耗防止性および酸化防止性を低下させるおそれがある。したがって、ＺＤＴＰの減量に際しては、ＺＤＴＰの減量による性能の低下を補うために、他の添加剤の添加やエンジンの材質の変更等が必要となる。しかしこのような手段を適用する場合にあっても、ＺＤＴＰの減量には限度があることが知られている。
特開２００７−２５５３４５号公報特開２００７−０８５３５３号公報特開２００７−０５６７３６号公報特開２００５−３３４６８１号公報

本発明は、排出ガス浄化触媒のリンの被毒による活性低下を防止して、長期にわたって排出ガス浄化作用が機能する排出ガス浄化システムを提供するものである。
ガソリンエンジンの排出ガス浄化触媒としては主に三元触媒が使用されるが最近では、ＮＯｘ吸蔵型の触媒やリーンＮＯｘ触媒といった新型の触媒も市場に導入されつつある。
ディーゼルエンジンの排出ガス浄化触媒は、ＮＯｘ／ＰＭ同時低減触媒（ＤＰＮＲ）や、前段の酸化触媒および後段の選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒あるいはＮＯｘ吸蔵還元触媒で構成される。酸化触媒は排出ガス中の微粒子物質（ＰＭ）を酸化して除去する役割を担い、ＳＣＲ触媒は排出ガス中のＮＯｘを選択的に触媒に吸着させ、そこに尿素水溶液を噴霧し、還元反応でＮＯｘを窒素と水に分解し排出させる役割を担っている。潤滑油に起因したリン分は、通常、排出ガス浄化触媒中のガス入口付近に偏在して堆積する傾向にある。
そこで、本発明者らは、排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）に、厚みの薄いリン捕捉フィルターを装着することにより、排出ガス浄化触媒上へのリン堆積量を大幅に低減することを可能とし、その結果、排出ガス浄化触媒を高活性に維持できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、内燃機関から排出されるガスを浄化する触媒を装着した排出ガス浄化システムにおいて、排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）にリン捕捉フィルターを設置したことを特徴とする排出ガス浄化システムに関する。
また本発明は、リン捕捉フィルターの形状が、直径が排出ガス浄化触媒ユニットの０．８〜２倍、長さ（排出ガスの流れ方向の長さ）が排出ガス浄化触媒ユニットの０．１〜０．５倍であり、かつ、長さ／直径比が０．０５〜０．４であることを特徴とする前記の排出ガス浄化システムに関する。
また本発明は、リン捕捉フィルターのタイプが、フロースルータイプ、ワイヤーメッシュタイプまたはウォールフロータイプであることを特徴とする前記の排出ガス浄化システムに関する。
また本発明は、リン捕捉フィルターの材質がセラミックス製あるいは金属製であることを特徴とする前記の排出ガス浄化システムに関する。
また本発明は、リン捕捉フィルターのセル密度が１００ｃｐｓｉ以上１５００ｃｐｓｉ以下であることを特徴とする前記の排出ガス浄化システムに関する。
さらに本発明は、内燃機関から排出されるガスを浄化する方法において、排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）にリン捕捉フィルターを設置することにより排出ガス浄化触媒へのリン分の堆積を低減させることを特徴とする排出ガスの浄化方法に関する。

本発明により、排出ガス浄化触媒上へのリン堆積量が大幅に低減され、排出ガス浄化触媒を高活性に維持できる。

以下、本発明について説明する。
本発明は、内燃機関から排出されるガスを浄化する触媒を装着した排出ガス浄化システムにおいて、排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）にリン捕捉フィルターを設置したことを特徴とする排出ガス浄化システムである。

本発明で用いるリン捕捉フィルターの直径は、排出ガス浄化触媒ユニットの直径に対し、０．８〜２倍であることが好ましく、１〜１．８倍であることがより好ましい。リン捕捉フィルターの直径が、排出ガス浄化触媒ユニットの直径の０．８倍未満の場合には、圧力損失が大きくなるため好ましくなく、一方２倍を超えると占有する空間が大きくなるため好ましくない。

また、リン捕捉フィルターの長さ（排出ガスの流れ方向の長さ）は、排出ガス浄化触媒ユニットの長さ（排出ガスの流れ方向の長さ）に対し、０．１〜０．５倍であることが好ましく、０．１５〜０．４倍であることがより好ましく、０．２〜０．３倍であることが最も好ましい。リン捕捉フィルターの長さが、排出ガス浄化触媒ユニットの長さの０．１倍未満の場合には捕捉効率が低下するため好ましくなく、０．５倍を超えても捕捉効率は大きくならないため好ましくない。

また、本発明で用いるリン捕捉フィルターの長さ／直径比は、０．０５〜０．４であることが好ましく、０．１〜０．３であることがより好ましく、０．１５〜０．２であることが最も好ましい。リン捕捉フィルターの長さ／直径比が０．０５未満の場合には、捕捉効率が低下するとともにフィルターの強度が低下するため好ましくない。一方、０．４を超えても捕捉効率は大きくならず、圧力損失が大きくなり、燃費が悪化し好ましくない。

本発明で用いるリン捕捉フィルターのタイプとしては、フロースルータイプ、ワイヤーメッシュタイプまたはウォールフロータイプのいずれをも用いることができる。ただし、ディーゼル機関においてウォールスルータイプを採用する場合はＰＭ（微粒子物質）が堆積し、圧力損失を大きくするおそれがあるため、ＰＭを酸化除去するため酸化触媒を担持させることが好ましい。
図１〜図３に、それぞれフロースルータイプ、ワイヤーメッシュタイプおよびウォールフロータイプの概念図を示す。

リン捕捉フィルターの材質については特に限定されるものではないが、セラミックス製あるいは金属製であることが好ましく、特に耐熱性の点からセラミックス製が好ましい。セラミックスとしてはコージェライト、炭化珪素、アルミナ、シリカアルミナ、ムライト、ゼオライト、窒化珪素、窒化アルミ等が例示できる。

リン捕捉フィルターがフロースルータイプの場合は、セル密度が１００ｃｐｓｉ（セル数／平方インチ）以上であることが好ましく、１５０ｃｐｓｉ以上であることがより好ましく、２５０ｃｐｓｉ以上であることがさらに好ましい。セル密度が１００ｃｐｓｉ未満の場合は、潤滑油成分がフィルターを通り抜けてしまい、リンの捕捉効率が低下するため好ましくない。一方、セル密度は１５００ｃｐｓｉ以下であることが好ましく、１３００ｃｐｓｉ以下であることがより好ましく、１１００ｃｐｓｉ以下であることがさらに好ましい。セル密度が１５００ｃｐｓｉを超えると、加工が困難となるだけでなく、壁厚が薄くなり強度が落ち、さらに圧力損失が大きくなるため好ましくない。

本発明においては、リン捕捉フィルターの設置により、内燃機関から排出されるガス中に含まれるリン分の通常２０％以上、好ましくは３０％以上が捕捉される。そのため排出ガス浄化触媒へのリン分の堆積が著しく低減され、排出ガス浄化触媒が高活性に維持される。捕捉率の上限については特に制限されるものではなく、リン捕捉フィルターの条件を制御することにより、捕捉率を高くすることができるが、圧力損失などを考慮して、好ましくは８０％以下、より好ましくは６０％以下とするのが望ましい。

なお、本発明でいう排出ガス浄化触媒とは、公知の排出ガス浄化触媒が含まれ、例えば、三元触媒、ＮＯｘ／ＰＭ同時低減触媒（ＤＰＮＲ）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、酸化触媒、ＳＣＲ触媒およびこれらの組み合わせなどを挙げることができる。
また、本発明でいう排出ガス浄化触媒ユニットとは、たとえば三元触媒やＤＰＮＲのように排出ガス浄化システムにおいて単独で使用する場合はその触媒を排出ガス浄化触媒ユニットとし、排出ガス浄化システムにおいて前段に酸化触媒を後段にＳＣＲ触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒を組合わせて使用する場合は前段の酸化触媒を排出ガス浄化触媒ユニットという。

本発明の排出ガス浄化システムは、排出ガス浄化触媒を装着した各種内燃機関（主にディーゼル機関）に適用される。なお、図４に本発明の排出ガス浄化システムの例を示す。

以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜耐久試験＞
排気量５．３１リッター４気筒直噴４サイクル水冷自然吸気ディーゼルエンジンに酸化触媒１台、ＳＣＲ（選択的接触還元）触媒２台を直列に装着し５００時間耐久試験を行った。触媒ユニットの形状は、酸化触媒の直径１９０ｍｍ、長さ１７８ｍｍ、ＳＣＲ触媒は直径１９０ｍｍ、長さ１５２ｍｍである。運転は、アイドル２分、１２００回転（３０％負荷）３分、１５００回転（３５％負荷）２．５分および２０００回転（５０％負荷）２．５分の４ステップ（計１０分）のモード運転とした。エンジン油としては、粘度１０Ｗ−３０のＪＡＳＯＤＨ−１（リン分０．０９質量％）グレードのディーゼルエンジン油を用いた。耐久試験後の各触媒を粉砕し波長分散型蛍光Ｘ線分析装置にて触媒に堆積したリン分を測定した。

（実施例１）
ディーゼルエンジンと酸化触媒の間にシリカアルミナ製フロースルータイプ（直径１９０ｍｍ、長さ７１ｍｍ）でセル密度３００ｃｐｓｉのリン捕捉フィルターを設置し耐久試験を実施した。その結果を表１に示す。

（実施例２）
ディーゼルエンジンと酸化触媒の間にシリカアルミナ製フロースルータイプ（直径１９０ｍｍ、長さ３６ｍｍ）でセル密度３００ｃｐｓｉのリン捕捉フィルターを設置し耐久試験を実施した。その結果を表１に示す。

（比較例１）
ディーゼルエンジンと酸化触媒の間にリン捕捉フィルターを設置しないで耐久試験を実施した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明のシステムにより、排出ガス浄化触媒へのリンの堆積量が大幅に低減されることが分かる。

フロースルータイプの概念図である。ワイヤーメッシュタイプの概念図である。ウォールフロータイプの概念図である。本発明の排出ガス浄化システムの例である。

Claims

内燃機関から排出されるガスを浄化する触媒を装着した排出ガス浄化システムにおいて、排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）にリン捕捉フィルターを設置したことを特徴とする排出ガス浄化システム。
リン捕捉フィルターの形状が、直径が排出ガス浄化触媒ユニットの０．８〜２倍、長さ（排出ガスの流れ方向の長さ）が排出ガス浄化触媒ユニットの０．１〜０．５倍であり、かつ、長さ／直径比が０．０５〜０．４であることを特徴とする請求項１に記載の排出ガス浄化システム。
リン捕捉フィルターのタイプが、フロースルータイプ、ワイヤーメッシュタイプまたはウォールフロータイプであることを特徴とする請求項１または２に記載の排出ガス浄化システム。
リン捕捉フィルターの材質がセラミックス製あるいは金属製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排出ガス浄化システム。
リン捕捉フィルターのセル密度が１００ｃｐｓｉ以上１５００ｃｐｓｉ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排出ガス浄化システム。
内燃機関から排出されるガスを浄化する方法において、排出ガス浄化触媒の上流側（エンジン側）にリン捕捉フィルターを設置することにより排出ガス浄化触媒へのリン分の堆積を低減させることを特徴とする排出ガスの浄化方法。