JP2011163286A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
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。 Conventionally, exhaust purification is carried out with an exhaust purification catalyst installed in the middle of the exhaust pipe. As this type of exhaust purification catalyst, NOx in exhaust gas is oxidized when the exhaust air-fuel ratio is lean. Thus, a NOx occlusion reduction catalyst having the property of temporarily storing in the form of nitrate and decomposing and releasing NOx through the intervention of unburned HC, CO, etc. when the O 2 concentration in the exhaust gas decreases is reduced and purified. Are known.
そして、斯かる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。 In such a NOx occlusion reduction catalyst, when the occlusion amount of NOx increases and reaches the saturation amount, no more NOx can be occluded, so that the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst periodically It is necessary to decompose and release NOx by reducing the O 2 concentration.
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(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濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃HCやCO等の還元成分を増加して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。 For example, when used in a gasoline engine, the operating air-fuel ratio of the engine is reduced (the engine is operated at a rich air-fuel ratio), thereby reducing the O 2 concentration in the exhaust gas and unburned HC in the exhaust gas. It is possible to promote the decomposition and release of NOx by increasing reducing components such as CO and CO. However, when the NOx storage reduction catalyst is used as an exhaust purification device of a diesel engine, it is difficult to operate the engine at a rich air-fuel ratio. is there.
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)を添加する手段を新たに設け、これにより添加された燃料を還元剤としてNOx吸蔵還元触媒上でO2と反応させ、排気ガス中のO2濃度を積極的に低下させてNOx吸蔵還元触媒の再生を図る必要がある(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, a means for adding fuel (HC) to the exhaust gas upstream of the NOx storage reduction catalyst is newly provided, and the added fuel reacts with O 2 on the NOx storage reduction catalyst as a reducing agent, It is necessary to actively reduce the O 2 concentration in the exhaust gas to regenerate the NOx storage reduction catalyst (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来におけるNOx吸蔵還元触媒は、コージェライト担体にコーティングして作られていたため、これまで以上の高いNOx低減率を実現するべく触媒量を増やそうとした場合に、該触媒量の増加分に見合うコージェライト担体の大幅な容積増加を招いてしまうことになり、排気浄化装置全体の大型化が避けられなくなってしまうという問題があった。 However, since the conventional NOx occlusion reduction catalyst is made by coating a cordierite carrier, when an attempt is made to increase the amount of catalyst to achieve a higher NOx reduction rate than before, the increase in the amount of catalyst will be increased. There is a problem that a substantial increase in the volume of the corresponding cordierite carrier is caused, and an increase in the size of the entire exhaust gas purification apparatus cannot be avoided.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気浄化装置全体の大型化を招くことなくNOx低減率の向上を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the NOx reduction rate without causing an increase in the size of the entire exhaust gas purification apparatus.
本発明は、排気管の途中にNOx吸蔵還元触媒を装備し且つ該NOx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤として燃料を添加してNOxを還元浄化するように構成した排気浄化装置であって、前記NOx吸蔵還元触媒を担体を使用せずに触媒原料自体をフロースルーのハニカム型に成型し且つその成型体を排気ガスが通過可能な多孔質構造を成すように焼成して構成したことを特徴とするものである。 The present invention is an exhaust emission control device equipped with a NOx storage reduction catalyst in the middle of an exhaust pipe and configured to reduce and purify NOx by adding fuel as a reducing agent upstream of the NOx storage reduction catalyst, The NOx occlusion reduction catalyst is formed by molding the catalyst raw material itself into a flow-through honeycomb type without using a carrier and firing the molded body so as to form a porous structure through which exhaust gas can pass. It is what.
而して、このようにすれば、担体を使用せずに触媒原料自体を成型してNOx吸蔵還元触媒としているので、これまで担体に占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことが可能となり、排気浄化装置全体の大型化を招くことなく触媒量を大幅に増加することが可能となる。 Thus, in this way, since the catalyst raw material itself is molded without using a carrier to form a NOx occlusion reduction catalyst, it is possible to increase all the volume previously occupied by the carrier as a catalyst raw material. Thus, the amount of catalyst can be greatly increased without increasing the overall size of the exhaust purification device.
しかも、フロースルーのハニカム型とした成型体を排気ガスが通過可能な多孔質構造を成すように焼成しているので、NOx吸蔵還元触媒を通る排気ガスの拡散性が改善されると共に、該排気ガスと触媒との接触面積が大幅に増加されることになり、単位触媒量当たりのNOx低減性能が従来より大幅に向上されることになる。 Moreover, since the flow-through honeycomb-shaped molded body is fired so as to form a porous structure through which exhaust gas can pass, the diffusibility of exhaust gas passing through the NOx storage reduction catalyst is improved and the exhaust The contact area between the gas and the catalyst will be greatly increased, and the NOx reduction performance per unit catalyst amount will be greatly improved as compared with the prior art.
また、本発明においては、NOx吸蔵還元触媒の格子状に区画された各流路の入口を交互に目封じし且つ入口が目封じされていない流路の出口を目封じして前記各流路を区画する仕切壁を通過した排気ガスのみが下流側へ排出されるように構成し、前記NOx吸蔵還元触媒に排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ機能を持たせることが好ましい。 Further, in the present invention, the inlets of the respective channels partitioned in a lattice pattern of the NOx occlusion reduction catalyst are alternately sealed, and the outlets of the channels whose inlets are not sealed are sealed, and the respective channels It is preferable that only the exhaust gas that has passed through the partition wall partitioning the exhaust gas is discharged to the downstream side, and the NOx occlusion reduction catalyst has a filter function for collecting particulates in the exhaust gas.
このようにすれば、NOx吸蔵還元触媒をパティキュレートフィルタとしても活用することが可能となるので、新たにパティキュレートフィルタの搭載空間を確保しなくてもパティキュレートの捕集を行うことが可能となり、しかも、その内部に捕集されたパティキュレートをNOx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に燃焼除去してしまうことが可能となる。 In this way, since the NOx storage reduction catalyst can be used as a particulate filter, it becomes possible to collect particulates without securing a new particulate filter mounting space. In addition, it is possible to burn and remove the particulates collected in the interior during the desulfurization treatment of the NOx storage reduction catalyst.
尚、NOx吸蔵還元触媒の触媒原料としては、例えば、白金とロジウムを担持したアルミナに炭酸バリウムと炭酸カリウムを混合したものを用いることが可能であり、このような触媒原料を用いれば、NOx吸蔵還元触媒を担体を使用せずに触媒原料だけで良好に成型することが可能となる。 As the catalyst raw material for the NOx occlusion reduction catalyst, for example, it is possible to use a mixture of barium carbonate and potassium carbonate on alumina supporting platinum and rhodium. If such a catalyst raw material is used, NOx occlusion catalyst can be used. It becomes possible to form the reduction catalyst satisfactorily by using only the catalyst raw material without using a carrier.
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust emission control device of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、担体を使用せずに触媒原料自体を成型してNOx吸蔵還元触媒としたことによって、これまで担体に占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことができ、しかも、フロースルーのハニカム型とした成型体を排気ガスが通過可能な多孔質構造を成すように焼成したことによって、NOx吸蔵還元触媒を通る排気ガスの拡散性を改善し且つ該排気ガスと触媒との接触面積を大幅に増加して単位触媒量当たりのNOx低減性能を従来より大幅に向上することができるので、排気浄化装置全体の大型化を招くことなくNOx低減率の向上を図ることができる。
(I) According to the invention described in
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、NOx吸蔵還元触媒をパティキュレートフィルタとしても活用することができるので、新たにパティキュレートフィルタの搭載空間を確保しなくてもパティキュレートの捕集を行うことができ、しかも、その内部に捕集されたパティキュレートをNOx吸蔵還元触媒の脱硫処理時に燃焼除去してしまうことができる。
(II) According to the invention described in
(III)本発明の請求項3に記載の発明によれば、NOx吸蔵還元触媒を担体を使用せずに触媒原料だけで良好に成型することができ、しかも、担体を使用しないことで液相の炭酸カリウムが担体側へ移動してNOx吸蔵性能が低下する不具合を未然に回避することもできる。
(III) According to the invention described in
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中1はディーゼルエンジンを示し、該ディーゼルエンジン1はターボチャージャ2を備えたものとなっていて、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへと送られ、該コンプレッサ2aで加圧された吸気4がインタークーラ6へと送られて冷却され、該インタークーラ6から更に吸気マニホールド7へと吸気4が導かれてディーゼルエンジン1の各気筒8に分配されるようになっている。
FIG. 1 shows an example of an embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 1,
このディーゼルエンジン1の各気筒8から排出された排気ガス9は、排気マニホールド10を介しターボチャージャ2のタービン2bへと送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス9が排気管(排気流路)11へ導かれて該排気管11途中のNOx吸蔵還元触媒12を通され、該NOx吸蔵還元触媒12でNOxを低減された上で車外へ排出されるようになっている。
The
このNOx吸蔵還元触媒12の入側の排気管11には、軽油タンク13から軽油14(燃料)をポンプ15により導いてNOx吸蔵還元触媒12へ向け噴射する燃料添加装置16が設けられており、この燃料添加装置16により添加される軽油14を還元剤として前記NOx吸蔵還元触媒12の再生が図られるようにしてある。
The
ここで、図2に示しているように、前記NOx吸蔵還元触媒12は、従来の如きコージェライト担体を使用せずに、白金とロジウムを担持したアルミナに炭酸バリウムと炭酸カリウムを混合したものを触媒原料として、該触媒原料自体をフロースルーのハニカム型に成型し、その成型体を排気ガス9が通過可能な多孔質構造を成すように焼成して構成したものとなっている。
Here, as shown in FIG. 2, the NOx
尚、触媒原料をフロースルーのハニカム型に成型するに際しては、触媒原料を従来周知の押し出し機に入れてスクリュにより混練しながら吐出口から押し出し、該吐出口に装着したダイの開口形状によりフロースルーのハニカム型に触媒原料が成型されるようにしておけば良く、また、多孔質構造を成すように焼成するに際しては、焼成時の高温条件下で焼失して空隙を成す樹脂やカーボン等の粒を造孔材として触媒原料に混合しておけば良い。 When forming the catalyst raw material into a flow-through honeycomb type, the catalyst raw material is put into a conventionally known extruder and extruded from a discharge port while kneading with a screw, and the flow through is performed depending on the shape of the die attached to the discharge port. It is sufficient that the catalyst raw material is molded into the honeycomb type, and when firing so as to form a porous structure, particles of resin, carbon, etc. that are burned down under high temperature conditions at the time of firing to form voids May be mixed with the catalyst raw material as a pore former.
而して、このようにすれば、コージェライト担体を使用せずに触媒原料自体を成型してNOx吸蔵還元触媒12としているので、これまでコージェライト担体に占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことが可能となり、排気浄化装置全体の大型化を招くことなく触媒量を大幅に増加することが可能となる。
Thus, in this way, since the catalyst raw material itself is molded without using the cordierite carrier to form the NOx
しかも、フロースルーのハニカム型とした成型体を排気ガス9が通過可能な多孔質構造を成すように焼成しているので、NOx吸蔵還元触媒12を通る排気ガス9の拡散性が改善されると共に、該排気ガス9と触媒との接触面積が大幅に増加されることになり、単位触媒量当たりのNOx低減性能が従来より大幅に向上されることになる。
In addition, since the flow-through honeycomb-shaped molded body is fired so as to form a porous structure through which the
ここで、更に付言しておくと、本形態例では、白金とロジウムを担持したアルミナに炭酸バリウムと炭酸カリウムを混合したものを触媒原料としているため、これまでのようにコージェライト担体を使用すれば、液相の炭酸カリウム(炭酸バリウムは固相)がコージェライト担体側へ移動してNOx吸蔵能力が低下する心配があるが、このような心配がコージェライト担体を使用しないことで回避されるというメリットもある。 Here, it should be further noted that in this embodiment, since the catalyst raw material is a mixture of barium carbonate and potassium carbonate on alumina supporting platinum and rhodium, the cordierite carrier can be used as before. For example, there is a concern that liquid phase potassium carbonate (barium carbonate is a solid phase) moves to the cordierite carrier side and the NOx occlusion ability decreases, but such a concern is avoided by not using the cordierite carrier. There is also a merit.
従って、上記形態例によれば、コージェライト担体を使用せずに触媒原料自体を成型してNOx吸蔵還元触媒12としたことによって、これまでコージェライト担体に占められていた容積分を全て触媒原料として増やすことができ、しかも、フロースルーのハニカム型とした成型体を排気ガス9が通過可能な多孔質構造を成すように焼成したことによって、NOx吸蔵還元触媒12を通る排気ガス9の拡散性を改善し且つ該排気ガス9と触媒との接触面積を大幅に増加して単位触媒量当たりのNOx低減性能を従来より大幅に向上することができるので、排気浄化装置全体の大型化を招くことなくNOx低減率の向上を図ることができる。
Therefore, according to the above embodiment, the catalyst raw material itself is molded without using the cordierite carrier to form the NOx
事実、本発明者による検証実験では、図3にグラフで示す通り、コージェライト担体に触媒原料をコーティングして構成した従来のNOx吸蔵還元触媒(図3中に曲線Aで示す)と比較して、触媒原料自体を成型して焼成した本形態例のNOx吸蔵還元触媒(図3中に曲線Bで示す)の方が、活性を持つ全ての温度域で高いNOx低減率を得られることが確認されている。 In fact, in the verification experiment by the present inventor, as shown by a graph in FIG. 3, compared with a conventional NOx occlusion reduction catalyst (shown by curve A in FIG. 3) formed by coating a catalyst raw material on a cordierite carrier. It is confirmed that the NOx occlusion reduction catalyst (shown by curve B in FIG. 3) of the present embodiment in which the catalyst raw material itself is molded and calcined can obtain a higher NOx reduction rate in all active temperature ranges. Has been.
また、図4は本発明の他の形態例を示すもので、本形態例においては、NOx吸蔵還元触媒12の格子状に区画された各流路12aの入口を交互に目封じし且つ入口が目封じされていない流路12aの出口を目封じして前記各流路12aを区画する仕切壁12bを通過した排気ガス9のみが下流側へ排出されるように構成し、前記NOx吸蔵還元触媒12に排気ガス9中のパティキュレートを捕集するフィルタ機能を持たせたものとしている。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the inlets of the
このようにすれば、NOx吸蔵還元触媒12をパティキュレートフィルタとしても活用することが可能となるので、新たにパティキュレートフィルタの搭載空間を確保しなくてもパティキュレートの捕集を行うことが可能となり、しかも、その内部に捕集されたパティキュレートをNOx吸蔵還元触媒12の脱硫処理時に燃焼除去してしまうことが可能となる。
In this way, the NOx
即ち、ディーゼルエンジン1の排気ガス9中には、燃料の軽油中に含まれる硫黄分に由来したSO2ガスが存在しているため、このSO2ガスがNOx吸蔵還元触媒12上でNOxと同様に酸化して硫酸塩として吸蔵されてしまうことが避けられないが、この硫酸塩は硝酸塩と比べて安定であるため、NOx吸蔵還元触媒12を再生させるべく燃料添加を実行しても、該NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されている硫酸塩が一部しか放出されずに残留してしまう結果、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵サイトの回復割合が小さくなって吸蔵能力が低下してしまうという問題がある。
That is, in the
そこで、例えばディーゼルエンジン1をアイドリング状態等として排気ガス9の流量を絞り込んだ上、NOx吸蔵還元触媒12の入側に燃料添加装置16により軽油14を断続的に添加し、この軽油14をNOx吸蔵還元触媒12上で酸素と反応させて周囲のO2濃度を下げると共に、その反応熱により触媒床温度を脱硫温度条件の650〜700℃まで上げ、NOx吸蔵還元触媒12から硫酸塩をSO2ガスとして放出させる脱硫処理が行われる。
Therefore, for example, the
この際、NOx吸蔵還元触媒12の内部に捕集されたパティキュレートは、脱硫温度条件の650〜700℃に触媒床温度が上昇する過程で約600℃近辺から燃え始め、実質的にSO2ガスの放出が始まる頃には、その大半が燃焼除去されてしまうことになる。
At this time, the particulates trapped inside the NOx
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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。 Note that the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
9 排気ガス
11 排気管
12 NOx吸蔵還元触媒
12a 流路
12b 仕切壁
14 軽油(燃料)
16 燃料添加装置
9
16 Fuel addition device
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