JP2015151970A - Exhaust emission control catalyst device and exhaust emission control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス浄化触媒装置及び排気ガス浄化方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst device and an exhaust gas purification method.
従来、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)の浄化のために、特にリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは、リーンNOxトラップ触媒(LNT触媒)を利用することが知られている。このLNT触媒は、NOx吸蔵材によって排気ガスの空燃比がリーンであるときにNOxを吸蔵する。そして、エンジンの空燃比をリッチに変調するリッチパージにより、NOx吸蔵材からのNOxの放出、及び未燃ガスや触媒金属によるNOxの還元が行われる。NOx吸蔵材としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属を利用することが知られている。但し、アルカリ金属は触媒担体を形成するコージェライトの粒界にガラス相を形成して担体強度を低下させることから、実際にはそのような問題がない、例えばバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びマグネシウム(Mg)等のアルカリ土類金属が一般に採用されている。 Conventionally, it is known to use a lean NO x trap catalyst (LNT catalyst) for purifying nitrogen oxides (NO x ) contained in engine exhaust gas, particularly in lean burn gasoline engines and diesel engines. . The LNT catalyst occludes NO x when the air-fuel ratio of the exhaust gas by the NO x storage material is lean. By rich purge modulating the air-fuel ratio of the engine to rich, NO x emissions from the NO x storage materials, and reduction of unburnt gas and catalyst metal due to NO x is carried out. It is known to use an alkali metal or an alkaline earth metal as the NO x storage material. However, the alkali metal forms a glass phase at the cordierite grain boundary forming the catalyst carrier and lowers the strength of the carrier, so there is actually no such problem, for example, barium (Ba), strontium (Sr). Alkaline earth metals such as magnesium (Mg) are generally employed.
例えば、特許文献1には、下層にCePr複合酸化物とアルミナとを含み、上層にRhドープCeZr材とアルミナとを含み、両層にRh、Pt及びNOx吸蔵材を含むリーンNOx吸蔵触媒が開示されている。特許文献1では、NOx吸蔵材として、Ba、K、Sr及びMgが例示されている。
For example,
また、特許文献2には、排気ガス流れ方向上流側にNOx吸着材を配置し、下流側にNOx浄化触媒を配置した排気ガス浄化システムが開示されている。特許文献2では、NOx吸着材として、上記アルカリ土類金属ではなく、アルミナに担持されたセリア等が例示されている。
特許文献1においては、該文献の図8や図10に示されているように、排気ガス温度が250℃以上の温度域になったときにNOx浄化性能を発揮するものの、それよりも低い温度におけるNOx浄化性能が明らかでない。一般に、NOx吸蔵材として用いられているアルカリ土類金属は、100℃〜150℃程度の排気ガス温度が低温時の場合、NOxの吸蔵効果を発揮しないことが知られており、すなわち、特許文献1の触媒では、エンジン始動直後から排気ガス温度が100℃〜150℃程度の低温域においては、NOxの吸蔵ができず、その結果、排気ガス成分であるNOxの多くが外部に放出されるおそれがあると考えられる。
In
また、特許文献2においても、該文献の実施例1として、セリア材をNOx吸着材に用いた場合に250℃におけるNOx浄化率が高いことが示されているものの(特許文献2の図5及び図6)、それよりも低い温度におけるNOx浄化性能が明らかでない。
Also, in
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、100℃程度の低温域から450℃程度の高温域までの幅広い排気ガスの温度範囲において、NOxの浄化を効率良く行うことができるようにすることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to efficiently purify NO x in a wide exhaust gas temperature range from a low temperature range of about 100 ° C. to a high temperature range of about 450 ° C. Is to be able to do.
前記の目的を達成するために、本発明は、排気ガス通路の上流側に排気ガス温度が100℃程度の低温域であってもNOxを吸着できるNOx吸着/吸蔵材を設け、その下流側にリーン雰囲気下でNOxを吸蔵できて且つリッチ雰囲気下でNOxの還元浄化をできるNOx吸蔵還元触媒を設けてNOxの浄化をするようにした。 To achieve the above object, the present invention is the the NO x adsorption / storage material exhaust gas temperature is capable of adsorbing NO x even at a low temperature range of about 100 ° C. provided on the upstream side of the exhaust gas passage, downstream A NO x storage reduction catalyst capable of storing NO x under a lean atmosphere and reducing and purifying NO x under a rich atmosphere is provided on the side to purify NO x .
具体的に、本発明に係る排気ガス浄化方法は、リーン燃焼可能なエンジンから排出されるNOxを含む排気ガスを浄化する排気ガス浄化方法であって、エンジンの排気ガス通路に、排気ガス温度が100℃以上200℃以下のときにNOxを吸着可能で且つ排気ガス温度が350℃以上450℃以下のときにNOxを吸蔵可能であるNOx吸着/吸蔵材を含むNOxトラップ部を配置すると共に、該NOxトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵可能で且つ排気ガスの空燃比がリッチのときにNOxを還元可能なNOx吸蔵還元触媒を配置するステップと、エンジン始動直後から排気ガス温度が200℃以下となるまでの間に、NOxトラップ部に排気ガス中のNOxを吸着させるステップと、排気ガス温度が200℃を超えて350℃未満までの間に、排気ガスの空燃比をリーンに維持して、NOx吸蔵還元触媒に排気ガス中のNOxを吸蔵させるステップと、排気ガス温度が350℃以上450℃以下の間に、NOxトラップ部及びNOx吸蔵還元触媒に排気ガス中のNOxを吸蔵させるステップと、エンジンの燃焼室に圧縮行程上死点付近で燃料を噴射供給する主噴射後に、膨張行程又は排気行程において燃料を噴射供給する後噴射させて排気ガス中へHCを含ませて、排気ガスの空燃比がリッチ状態になるように制御して、NOx吸蔵還元触媒によりNOxトラップ部及びNOx吸蔵還元触媒から脱離したNOxを還元浄化して放出するステップとを備えていることを特徴とする。 Specifically, an exhaust gas purification method according to the present invention is an exhaust gas purification method for purifying exhaust gas containing NO x discharged from a lean-combustible engine, wherein an exhaust gas temperature is provided in an exhaust gas passage of the engine. the but NO x trap portion including the NO x adsorption / storage material capable of inserting and extracting the NO x when and exhaust gas temperature can adsorb NO x is 350 ° C. or higher 450 ° C. or less at 100 ° C. or higher 200 ° C. or less reduction with placing, in exhaust gas flow direction downstream side of the NO x trap section, the NO x air-fuel ratio is at the rich air-fuel ratio of the exhaust gas can occlude NO x at lean in and exhaust gas placing a NO x storage-and-reduction catalysts that can, during a period from immediately after the start of the engine until the exhaust gas temperature is 200 ° C. or less, of adsorbing NO x in the exhaust gas to the NO x trap portion A step that, until less than the exhaust gas temperature exceeds the 200 ° C. 350 ° C., a step of maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas lean, allowed to absorb the NO x storage reduction catalyst NO x in the exhaust gas , while the exhaust gas temperature is 350 ° C. or higher 450 ° C. or less, and step of storing the NO x trap portion and the NO x storage reduction catalyst NO x in the exhaust gas, in the vicinity of top dead center of the compression stroke in a combustion chamber of an engine After the main injection for supplying fuel, the fuel is injected and supplied in the expansion stroke or the exhaust stroke, and then injected to include HC in the exhaust gas so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich, characterized in that it comprises a step of emitting by reducing purify NO x trap portion and NO x storage-reduction catalyst from the desorbed NO x by the NO x storage-reduction catalyst.
本発明に係る排気ガス浄化方法によると、排気ガス温度が100℃以上200℃以下のときにNOxを吸着可能なNOx吸着/吸蔵材を含むNOxトラップ部をエンジンの排気ガス通路に設けるため、アルカリ土類であるNOx吸蔵材がNOxを吸蔵できない温度域であっても排気ガス中のNOxをトラップすることができ、外部にNOxが放出されることを防止できる。また、NOxトラップ部の排気ガス流れ方向下流側にNOx吸蔵還元触媒を配置するため、排気ガス温度がエンジン始動直後から上昇して200℃程度を超えると、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵することができ、さらに排気ガスの空燃比がリッチになるように制御することにより、NOxトラップ部及びNOx吸蔵還元触媒から脱離されたNOxを還元浄化することができる。このようにして、幅広い排気ガス温度域において、効率良くNOxを浄化することが可能となる。 According to the exhaust gas purification method according to the present invention, the exhaust gas temperature is provided NO x trap portion including adsorbable the NO x adsorption / storage material of NO x in an exhaust gas passage of the engine when the following 200 ° C. 100 ° C. or higher Therefore, even at a temperature range where the nO x storage material can not absorb nO x is an alkaline-earth can trap nO x in the exhaust gas, it is possible to prevent the outside nO x is released. Moreover, for placement of the NO x storage-reduction catalyst in the exhaust gas flow direction downstream side of the NO x trap unit, when the exhaust gas temperature exceeds about 200 ° C. to rise immediately after the engine start, the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean it can occlude NO x, further air-fuel ratio of the exhaust gas by controlling so rich, to reduce and purify NO x trap portion and the NO x storage from the reduced catalyst was desorbed NO x when Can do. In this way, it is possible to efficiently purify NO x in a wide exhaust gas temperature range.
また、本方法において、NOx吸着/吸蔵材としては、好適にジルコニア(ZrO2)を用いることができ、NOx吸蔵還元触媒に含有されるNOx吸蔵材としては、好適にバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びマグネシウム(Mg)を用いることができる。 In this method, zirconia (ZrO 2 ) can be preferably used as the NO x adsorption / occlusion material, and barium (Ba) is preferably used as the NO x occlusion material contained in the NO x storage reduction catalyst. Strontium (Sr) and magnesium (Mg) can be used.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置は、リーン燃焼可能なエンジンから排出されるNOxを含む排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒装置であって、エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス温度が100℃以上200℃以下のときにNOxを吸着可能で且つ排気ガス温度が350℃以上450℃以下のときにNOxを吸蔵可能であるNOx吸着/吸蔵材を含むNOxトラップ部と、NOxトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵可能で且つ排気ガスの空燃比がリッチのときにNOxを還元可能なNOx吸蔵還元触媒とを備えていることを特徴とする。 An exhaust gas purification catalyst device according to the present invention is an exhaust gas purification catalyst device that purifies exhaust gas containing NO x discharged from an engine capable of lean combustion, and is provided in an exhaust gas passage of the engine, and has an exhaust gas temperature. and NO x trap portion but comprising the NO x adsorption / storage material of NO x can be occluded when and exhaust gas temperature can adsorb NO x is 350 ° C. or higher 450 ° C. or less at 100 ° C. or higher 200 ° C. or less , Provided downstream of the NO x trap portion in the exhaust gas flow direction, can store NO x when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and can reduce NO x when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich And an NO x storage reduction catalyst.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置によると、排気ガス温度が100℃以上200℃以下のときにNOxを吸着可能なNOx吸着/吸蔵材を含むNOxトラップ部がエンジンの排気ガス通路に設けられているため、アルカリ土類であるNOx吸蔵材がNOxを吸蔵できない温度域であっても排気ガス中のNOxをトラップすることができ、外部にNOxが放出されることを防止できる。また、NOxトラップ部の排気ガス流れ方向下流側にNOx吸蔵還元触媒が配置されているため、排気ガス温度がエンジン始動直後から上昇して200℃程度を超えると、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵することができ、さらに排気ガスの空燃比がリッチのときに、NOxトラップ部及びNOx吸蔵還元触媒から脱離されたNOxを還元浄化することができる。よって、幅広い排気ガス温度域において、効率良くNOxを浄化することが可能となる。 According to the exhaust gas purifying catalyst device according to the present invention, the exhaust gas passage of the NO x trap portion engine comprising adsorbable the NO x adsorption / storage material the NO x when the exhaust gas temperature is 100 ° C. or higher 200 ° C. or less because provided, that the nO x storage material is an alkaline earth is even at a temperature range which can not occlude nO x can trap nO x in the exhaust gas, outside nO x is released Can be prevented. Further, since the NO x storage-reduction catalyst is disposed in an exhaust gas flow direction downstream side of the NO x trap unit, when the exhaust gas temperature exceeds about rise to 200 ° C. immediately after engine start, the air-fuel ratio of the exhaust gas can occlude NO x at lean can further when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, to reduce and purify NO x trap portion and the NO x storage desorbed from the reduced catalyst was NO x. Thus, a wide range of exhaust gas temperature range, it is possible to purify efficiently NO x.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置において、NOx吸着/吸蔵材はジルコニアを含むことが好ましい。 In the exhaust gas purifying catalyst device according to the present invention, the NO x adsorption / occlusion material preferably contains zirconia.
ジルコニアは、排気ガス温度が100℃以上200℃以下のときにNOxを吸着可能であるため、NOx吸着/吸蔵材として好適に用いることができる。 Zirconia can be suitably used as a NO x adsorption / occlusion material because it can adsorb NO x when the exhaust gas temperature is 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置において、イットリウム(Y)が固溶されたジルコニアを含むことが好ましい。 The exhaust gas purifying catalyst device according to the present invention preferably contains zirconia in which yttrium (Y) is dissolved.
ジルコニアにイットリウムを固溶させることにより、ジルコニアの塩基性が増大し、ジルコニア表面におけるNOxを引きつける力が強くなり、その結果、高効率でNOxを吸着できる。 By dissolving yttrium in zirconia, the basicity of zirconia increases, and the power to attract NO x on the zirconia surface increases, and as a result, NO x can be adsorbed with high efficiency.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置において、NOx吸着/吸蔵材には、白金(Pt)、パラジウム(Pd)及びロジウム(Rh)のうちの少なくとも1つの触媒金属が担持されていることが好ましい。 In the exhaust gas purification catalyst device according to the present invention, it is preferable that at least one catalyst metal of platinum (Pt), palladium (Pd) and rhodium (Rh) is supported on the NO x adsorption / occlusion material. .
このようにすると、NOx吸着/吸蔵材が含まれるNOxトラップ部にも排気ガス浄化のための触媒活性を付与することができ、排気ガス浄化能を向上することができる。 In this way, also it is possible to impart catalytic activity for exhaust gas purification in NO x trap portion that includes the NO x adsorption / storage material, it is possible to improve the exhaust gas purification performance.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置において、NOxトラップ部は、Pt担持アルミナ(Al2O3)を含むことが好ましい。 In the exhaust gas purifying catalyst device according to the present invention, it is preferable that the NO x trap portion includes Pt-supported alumina (Al 2 O 3 ).
アルミナは比表面積が高いため、Ptの分散性を向上することができて、触媒金属であるPtと排気ガスとの接触性が向上し、排気ガスの浄化に有利となる。 Since alumina has a high specific surface area, the dispersibility of Pt can be improved, and the contact property between the catalyst metal Pt and the exhaust gas is improved, which is advantageous for purification of the exhaust gas.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置において、NOx吸蔵還元触媒は、セリア材を含む下層とアルミナ材を含む上層との積層構造であり、上層及び下層は、Ba、Sr及びMgを含むNOx吸蔵材とRh及びPtを含む触媒金属とを備えていてもよい。 In the exhaust gas purification catalyst device according to the present invention, the NO x storage reduction catalyst has a laminated structure of a lower layer containing a ceria material and an upper layer containing an alumina material, and the upper layer and the lower layer are NO x containing Ba, Sr and Mg. An occlusion material and a catalytic metal containing Rh and Pt may be provided.
触媒金属としてNOx吸蔵還元触媒に含有されるRhは、スチームリフォーミング反応に寄与し、この反応によりH2が生成されるため、NOxの還元浄化を促進することができる。このため、Rhを含有させることでNOx還元浄化性能が高い触媒を得ることができる。また、NOx吸蔵材となるアルカリ土類金属が含有されているため、リーン雰囲気下で排気ガス中のNOxを吸蔵でき、また、リッチ雰囲気下において吸蔵したNOxを脱離し、上記Rh等により効率良く還元浄化することができる。 Rh contained in the NO x storage reduction catalyst as a catalyst metal contributes to the steam reforming reaction, and H 2 is generated by this reaction. Therefore, reduction and purification of NO x can be promoted. Therefore, it is possible to obtain the NO x reduction purification performance high catalyst by the inclusion of Rh. Also, since the alkaline earth metal to be the NO x storage material is contained, can occlude NO x in the exhaust gas in the lean atmosphere, also eliminated the NO x occluding under a rich atmosphere, the Rh etc. Thus, reduction and purification can be performed efficiently.
本発明に係る排気ガス浄化触媒装置及び排気ガス浄化方法によると、100℃程度の低温域から450℃程度の高温域までの幅広い排気ガスの温度範囲において、NOxの浄化を効率良く行うことが可能となる。 According to the exhaust gas purification catalyst device and the exhaust gas purification method of the present invention, NO x can be efficiently purified in a wide exhaust gas temperature range from a low temperature range of about 100 ° C. to a high temperature range of about 450 ° C. It becomes possible.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention, its application, or its application.
(排気ガス浄化触媒装置の構成)
図1は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化触媒装置1の構成を示しており、符号2は排気ガス通路、符号3はNOxトラップ部、符号4はNOx吸蔵還元触媒であるリーンNOxトラップ触媒(LNT触媒)を示している。具体的に、図1に示すように、排気ガス浄化触媒装置1は、エンジン燃焼室(図示せず)から排出された排気ガスが通る排気ガス通路2に配設されたNOxトラップ部3と、その排気ガス下流側(図1では右側)に配設されたLNT触媒4とを備えている。
(Configuration of exhaust gas purification catalyst device)
FIG. 1 shows the configuration of an exhaust gas
図2は、NOxトラップ部3の排気ガス流れ方向に垂直な断面の一部を示す図である。図2に示すように、NOxトラップ部3は、コージェライト製のハニカム担体30の排気ガス通路壁に、ジルコニア(ZrO2)を含むZrO2層31が配設されて構成されており、ZrO2層31の内側の空間が排気ガス通路となっている。ハニカム担体30は、そのセル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造となっている。図2では、図の簡略化のため、1つのセルにのみ上記ZrO2層31を描いているが、全てのセルに上記ZrO2層31が形成されている。上記ZrO2層31は、ZrO2のみで構成されていてもよいが、NOxトラップ部3に触媒性能を付与するために、ZrO2にPt、Pd及びRhのうちの少なくとも1つの触媒金属が担持されていてもよい。また、上記ZrO2層31は、アルミナ(Al2O3)を含んでいてもよく、そのアルミナにPtが担持されていてもよい。また、ZrO2としてはイットリウム(Y)が固溶されているY含有ZrO2が用いられていても構わない。このようにすると、ZrO2の塩基性が増大し、ZrO2におけるNOxトラップ性を向上できる。NOxトラップ部3に含まれるZrO2の機能については後に説明する。
FIG. 2 is a diagram showing a part of a cross section perpendicular to the exhaust gas flow direction of the NO x trap section 3. As shown in FIG. 2, the NO x trap section 3 is configured by arranging a ZrO 2 layer 31 containing zirconia (ZrO 2 ) on the exhaust gas passage wall of a
図3は、LNT触媒4の排気ガス流れ方向に垂直な断面の一部を示す図である。図3に示すように、LNT触媒4は、コージェライト製のハニカム担体40の排気ガス通路壁に、二層の触媒層が積層されて構成されている。なお、LNT触媒4におけるハニカム担体40も、そのセル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造となっており、図3においても、図の簡略化のため、1つのセルにのみ上記触媒層を描いているが、全てのセルに上記触媒層が形成されている。具体的に、LNT触媒4において、排気ガス通路壁と接するように形成された下層触媒層41はアルミナとセリアとを含み、下層触媒層41の上に形成された上層触媒層42はアルミナを含み、下層触媒層41及び上層触媒層42には、触媒金属であるPt及びRhと、NOx吸蔵材であるBa、Sr及びMgが含浸担持されている。このような構成により、LNT触媒4は、排気ガス温度が約250℃以上のリーン雰囲気の際に上記NOx吸蔵材によりNOxを吸蔵できると共に、リッチ雰囲気において上記触媒金属によりNOxの還元に作用することができる。なお、LNT触媒4におけるハニカム担体40も、そのセル断面形状が六角形である六角セルハニカム構造となっている。図3においても、図の簡略化のため、1つのセルにのみ上記触媒層を描いているが、全てのセルに上記触媒層が形成されている。
FIG. 3 is a diagram showing a part of a cross section perpendicular to the exhaust gas flow direction of the
(ZrO2について)
次に、NOxトラップ部に含まれるZrO2の機能、特にNOx吸着能及びNOx吸蔵能について説明する。
(About ZrO 2 )
Next, the function of ZrO 2 contained in the NO x trap part, particularly the NO x adsorption capacity and the NO x storage capacity will be described.
まず、排気ガス温度を100℃から漸次昇温したときの、各温度時におけるZrO2のNOxをトラップする性能について検討した。そのために、ZrO2に対して、周知の方法である昇温脱離ガス分析法(TPD法)を用いてZrO2の各温度におけるNOトラップ量及び脱離量を測定した。本測定のために、まず、担体上に形成したZrO2層に対して、He雰囲気で600℃、10分間の前処理を行った。その後、NOを含むガスを導入した。具体的に、評価ガスの組成は、NOが1000ppmであり、O2が10%であり、残部がN2である。評価ガス温度を100℃にして30分間維持した後、ガス温度を17℃/minで昇温した。その測定結果を図4に示す。 First, the performance of trapping NO x of ZrO 2 at each temperature when the exhaust gas temperature was gradually raised from 100 ° C. was examined. Therefore, for ZrO 2, it was measured NO trap amount and desorption amount at each temperature of ZrO 2 using a well-known method Atsushi Nobori spectroscopy (TPD method). For this measurement, first, the ZrO 2 layer formed on the support was pretreated at 600 ° C. for 10 minutes in a He atmosphere. Thereafter, a gas containing NO was introduced. Specifically, the composition of the evaluation gas is 1000 ppm for NO, 10% for O 2 , and the balance for N 2 . After the evaluation gas temperature was maintained at 100 ° C. for 30 minutes, the gas temperature was increased at 17 ° C./min. The measurement results are shown in FIG.
図4に示すように、ガス温度が100℃の際は、約20分の間、NOの流入濃度である1000ppmよりもNO流出濃度が小さくなっていることから、ZrO2はNOをトラップすることがわかる。その後、ガス温度を上げて、約200℃においてZrO2からのNOの脱離がピークとなった。その後、ガス温度が上がるに従って、NOの脱離量が小さくなり、再び、NOの流入濃度である1000ppmよりもNO排出濃度が小さくなり、約350℃まで低減し続けた。その後、再びNOの脱離量が増大し、約500℃でZrO2からのNOの脱離がピークとなった。この結果から、ZrO2は、昇温過程において2つの脱離ピークが見られ、低温でNOが脱離する弱いトラップの形態と、高温まで保持する強いトラップの形態とがあることが示唆された。 As shown in FIG. 4, when the gas temperature is 100 ° C., the NO outflow concentration is lower than 1000 ppm, which is the inflow concentration of NO, for about 20 minutes, so ZrO 2 traps NO. I understand. Thereafter, the gas temperature was raised, and NO desorption from ZrO 2 peaked at about 200 ° C. Thereafter, as the gas temperature increased, the NO desorption amount decreased, and again the NO exhaust concentration became lower than the inflow concentration of 1000 ppm, which continued to decrease to about 350 ° C. Thereafter, the desorption amount of NO increased again, and NO desorption from ZrO 2 peaked at about 500 ° C. From this result, it was suggested that ZrO 2 has two desorption peaks in the temperature rising process, and there are a weak trap form in which NO is desorbed at a low temperature and a strong trap form that keeps up to a high temperature. .
次に、上記2種のNOトラップの形態がどのような形態であるか検討するために、周知の方法であるin-situフーリエ変換赤外分光(FT−IR)を用いて、100℃から450℃におけるZrO2にトラップされたNOxの状態について調べた。具体的に、まず、担体に形成されたZrO2層に対して、He雰囲気で600℃、10分間の前処理を行った。その後、評価ガスの組成を、NOが1000ppm、O2が2.5%、残部がN2とし、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃及び450℃を評価温度としてFT−IRの測定を行った。測定結果を図5に示す。 Next, in order to examine what the two types of NO traps are, the in-situ Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) which is a well-known method is used. The state of NO x trapped in ZrO 2 at 0 ° C. was examined. Specifically, first, the ZrO 2 layer formed on the carrier was pretreated at 600 ° C. for 10 minutes in a He atmosphere. Thereafter, the composition of the evaluation gas is set to 1000 ppm for NO, 2.5% for O 2 and N 2 for the balance, and 100 ° C., 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C., 400 ° C. and 450 ° C. FT-IR was measured as the evaluation temperature. The measurement results are shown in FIG.
図5に示すように、100℃〜300℃においては、波数が約1200cm−1と約1330cm−1の位置にピークが見られ、これはNO2に特有なピークである。すなわち、100℃〜300℃においては、NOが酸素存在下でZrO2の表面にNO2の形態でトラップ(吸着)されていると考えられる。また、ピーク強度は、100℃で最も強く、温度が上がるに従ってピークが弱くなることから、この吸着においては、熱振動の影響により、温度上昇に伴ってNOがZrO2の表面に存在することが困難となると考えられる。 As shown in FIG. 5, in the 100 ° C. to 300 ° C., it wavenumber show a peak at about 1200 cm -1 to about 1330 cm -1, which is characteristic peak in NO 2. That is, at 100 ° C. to 300 ° C., it is considered that NO is trapped (adsorbed) in the form of NO 2 on the surface of ZrO 2 in the presence of oxygen. In addition, since the peak intensity is strongest at 100 ° C. and the peak becomes weaker as the temperature rises, in this adsorption, NO may be present on the surface of ZrO 2 as the temperature rises due to the influence of thermal vibration. It will be difficult.
一方、300℃〜450℃においては、波数が約1250cm−1と約1590cm−1の位置にピークが見られ、これはNO3 −に特有のピークである。すなわち、300℃〜450℃においては、NOはZrに対してNO3 −の形態で化学的にトラップ(吸蔵)されていると考えられる。 On the other hand, in the 300 ° C. to 450 ° C., wavenumber peak is observed at a position of about 1250 cm -1 to about 1590 cm -1, which is NO 3 - is the peak peculiar to. That is, at 300 ° C. to 450 ° C., NO is considered to be chemically trapped (occluded) in the form of NO 3 − with respect to Zr.
以上の結果から、ZrO2は、低温域ではNOをNO2としての吸着によりトラップし、温度が上がるに従って上記吸着の影響が小さくなると共に、NOをNO3 −としての化学的な吸蔵によりトラップすると考えられる。図5のグラフから、特に、ZrO2は、100℃〜200℃程度の温度域においてNOを高効率で吸着することができ、350℃〜450℃程度の温度域においてNOを高効率で吸蔵することができると考えられる。 These results, ZrO 2 is a NO at low temperature range trapped by adsorption as NO 2, together with the influence of the adsorption decreases as the temperature rises, the NO NO 3 - when trapped by chemical occlusion of the Conceivable. From the graph of FIG. 5, in particular, ZrO 2 can adsorb NO with high efficiency in the temperature range of about 100 ° C. to 200 ° C., and occlude NO with high efficiency in the temperature range of about 350 ° C. to 450 ° C. It is considered possible.
次に、ZrO2に触媒金属となるPtを担持した場合も上記と同様の傾向が見られるかどうか検討するために、Pt担持ZrO2をハニカム担体に形成し、モデルガス流通反応装置に取り付けて、該担体のガス入口及び出口におけるNO濃度を検出し、その値に基づいてPt担持ZrO2のNOのトラップ量を測定した。ハニカム担体は、セル壁の厚さが4.5milであり、1平方インチ当たりのセル数が400である担体容量25mlのコージェライト製六角セルハニカム担体(直径25.4mm、長さ50mm)を用いて、ZrO2の量は100g/L(担体1L当たりの担持量)とし、該ZrO2にPtを0.5g/L担持した。ZrO2へのPtの担持方法、及び担体へのPt担持ZrO2の形成方法については後に説明する。 Next, in order also carrying Pt as a catalytic metal ZrO 2 to examine whether similar tendency to the above can be seen, the Pt-supported ZrO 2 was formed on the honeycomb support, it is attached to a model gas flow reactor The NO concentration at the gas inlet and outlet of the carrier was detected, and the NO trap amount of Pt-supported ZrO 2 was measured based on the detected concentrations. As the honeycomb carrier, a cordierite hexagonal cell honeycomb carrier (diameter: 25.4 mm, length: 50 mm) having a cell wall thickness of 4.5 mil and a carrier capacity of 25 ml with 400 cells per square inch is used. The amount of ZrO 2 was 100 g / L (supported amount per liter of support), and 0.5 g / L of Pt was supported on the ZrO 2 . Method for supporting Pt to ZrO 2, and will be described later Pt supported ZrO 2 of a method of forming the carrier.
本測定の前に、まず、リーン雰囲気とリッチ雰囲気とを1分毎に切り替えて600℃、10分間の前処理を行った。その後、NOを含むモデルガスを導入した。測定をする際のガス温度は、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃及び400℃とし、各温度においてリッチ雰囲気で安定させた後にリーン雰囲気に切り替えてから300秒間のNOトラップ量を測定した。なお、リーン雰囲気のガス組成は、NOが220ppmであり、HCが400ppmであり、COが0.15%であり、O2が10%であり、CO2が6%であり、H2Oが10%であり、残部がN2である。一方、リッチ雰囲気のガス組成は、NOが220ppmであり、HCが3400ppmであり、COが1.0%であり、O2が0.5%であり、CO2が6%であり、H2Oが10%であり、残部がN2である。上記条件で測定を行った結果を図6に示す。 Before this measurement, first, a lean atmosphere and a rich atmosphere were switched every minute, and a pretreatment was performed at 600 ° C. for 10 minutes. Thereafter, model gas containing NO was introduced. The gas temperatures at the time of measurement were 100 ° C., 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C. and 400 ° C., and after stabilizing in a rich atmosphere at each temperature, switching to a lean atmosphere for 300 seconds. The amount of NO trap was measured. The gas composition of the lean atmosphere is 220 ppm NO, 400 ppm HC, 0.15% CO, 10% O 2 , 6% CO 2 , and H 2 O 10% with the balance being N 2 . On the other hand, the gas composition of the rich atmosphere is 220 ppm NO, 3400 ppm HC, 1.0% CO, 0.5% O 2 , 6% CO 2 , H 2 O is 10%, the remainder being N 2. The results of measurement under the above conditions are shown in FIG.
図6に示すように、NOのトラップ量は、200℃と350℃とにおいてピークが見られる。これは、上記の2つの試験結果とほぼ相関があり、Pt担持ZrO2に対しても、ZrO2の場合と同様に、NOは、低温域では物理的に吸着され、高温域では化学的に吸蔵されると考えられる。 As shown in FIG. 6, the NO trap amount shows peaks at 200 ° C. and 350 ° C. This substantially correlates with the above two test results. Similarly to ZrO 2 , NO is physically adsorbed to Pt-supported ZrO 2 and is chemically adsorbed in the low temperature range. It is thought to be occluded.
(NOxトラップ部及びLNT触媒の製造方法)
次に、本実施形態に係る触媒装置におけるNOxトラップ部及びLNT触媒の製造方法について説明する。まず、NOxトラップ部について、特にPt担持ZrO2を含むNOxトラップ部の製造方法について説明する。
(NO x trap part and LNT catalyst production method)
Next, a method for manufacturing of the NO x trap portion and the LNT catalyst in the catalytic device according to the present embodiment. First, a method for manufacturing a NO x trap part, particularly a NO x trap part containing Pt-supported ZrO 2 will be described.
Pt担持ZrO2は、ZrO2に対してジニトロジアミンPt硝酸溶液を用いた蒸発乾固法を行うことによって得られる。具体的に、ZrO2粒子材にイオン交換水を加えてスラリー状にし、それをスターラー等により十分に撹拌する。続いて、撹拌しながらそのスラリーに所定量のジニトロジアミンPt硝酸溶液を滴下し、十分に撹拌する。その後、加熱しながらさらに撹拌を続けて、水分を完全に蒸発させる。蒸発後、大気中において500℃程度で2時間焼成することにより、Pt担持ZrO2が得られる。 Pt-supported ZrO 2 can be obtained by subjecting ZrO 2 to an evaporation to dryness method using a dinitrodiamine Pt nitric acid solution. Specifically, ion exchange water is added to the ZrO 2 particle material to form a slurry, which is sufficiently stirred by a stirrer or the like. Subsequently, a predetermined amount of dinitrodiamine Pt nitric acid solution is dropped into the slurry while stirring, and sufficiently stirred. Thereafter, stirring is continued while heating to completely evaporate water. After evaporation, Pt-supported ZrO 2 is obtained by baking in the atmosphere at about 500 ° C. for 2 hours.
続いて、得られたPt担持ZrO2に硝酸ジルコニル等のバインダー及びイオン交換水を加え、混合してスラリー状にする。このスラリーを担体上にコーティングし、150℃程度で乾燥させた後、500℃程度で2時間焼成することにより、担体上にPt担持ZrO2を形成することができて、NOxトラップ部を得ることができる。 Subsequently, a binder such as zirconyl nitrate and ion exchange water are added to the obtained Pt-supported ZrO 2 and mixed to form a slurry. This slurry is coated on a carrier, dried at about 150 ° C., and then fired at about 500 ° C. for 2 hours, whereby Pt-supported ZrO 2 can be formed on the carrier, and an NO x trap part is obtained. be able to.
次に、LNT触媒の製造方法について説明する。ここでは、特に、上記の二層構造の触媒層を含むLNT触媒の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of a LNT catalyst is demonstrated. Here, in particular, a method for producing an LNT catalyst including the catalyst layer having the above two-layer structure will be described.
まず、下層触媒層の構成成分となるAl2O3粒子材とCeO2粒子材とを混合し、混合物に硝酸ジルコニル等のバインダーと水とを加え、撹拌してスラリー状にする。なお、CeO2は、例えばプラセオジム等を含む複合酸化物の形態(CePrOx)のものを用いても構わない。このスラリーをハニカム担体のセル壁の上にコーティングし、150℃程度で乾燥させた後、500℃程度で2時間焼成する。これにより、下層触媒層の前駆層を得ることができる。 First, an Al 2 O 3 particle material and a CeO 2 particle material, which are constituent components of the lower catalyst layer, are mixed, and a binder such as zirconyl nitrate and water are added to the mixture and stirred to form a slurry. CeO 2 may be in the form of a complex oxide (PePrO x ) containing praseodymium or the like, for example. This slurry is coated on the cell walls of the honeycomb carrier, dried at about 150 ° C., and then fired at about 500 ° C. for 2 hours. Thereby, the precursor layer of a lower catalyst layer can be obtained.
続いて、活性アルミナを用いて上層触媒層の前駆層を形成する。ここで、活性アルミナにRh等の触媒金属を担持してもよく、このようにすると、下層で吸蔵されたNOxが脱離する際に、上層を通って排気ガス通路に放出されるため、上層に多くの触媒金属を担持しておくことで、効率良くNOxを浄化することができる。この場合、上層触媒層の構成成分となるAl2O3粒子材に硝酸ロジウム水溶液を用いて蒸発乾固法を行うことでAl2O3にRhを担持する。このようにして得られたRh担持Al2O3に硝酸ジルコニル等のバインダーと水とを加え、撹拌してスラリー状にする。このスラリーを上記下層触媒層の前駆層の上にコーティングし、150℃程度で乾燥させた後、500℃程度で2時間焼成する。これにより、上層触媒層の前駆層を得ることができる。 Subsequently, a precursor layer of the upper catalyst layer is formed using activated alumina. Here, it may carry a catalytic metal Rh such as activated alumina, in this case, when the NO x occluded in the lower layer is eliminated, since it is released into the exhaust gas passage through the upper layer, By supporting a large amount of catalyst metal on the upper layer, NO x can be efficiently purified. In this case, Rh is supported on Al 2 O 3 by performing evaporation to dryness using an aqueous rhodium nitrate solution on the Al 2 O 3 particulate material that is a constituent component of the upper catalyst layer. A binder such as zirconyl nitrate and water are added to the Rh-supported Al 2 O 3 thus obtained, and the mixture is stirred to form a slurry. This slurry is coated on the precursor layer of the lower catalyst layer, dried at about 150 ° C., and then fired at about 500 ° C. for 2 hours. Thereby, the precursor layer of an upper catalyst layer can be obtained.
その後、上記下層触媒層及び上層触媒層のそれぞれの前駆層に対して、触媒金属であるPt及びRh、並びにNOx吸蔵材であるBa、Sr及びMgとの混合溶液を含浸させる。含浸後、上記前駆層が設けられたハニカム担体を乾燥し、焼成する。これにより、上記前駆層に触媒金属及びNOx吸蔵材が含浸担持された下層触媒層及び上層触媒層を含むLNT触媒が得られる。なお、このとき、NOx吸蔵材には、上記アルカリ土類金属の酢酸塩又は硝酸塩の水溶液を用いる。また、乾燥は、例えば大気雰囲気において100℃〜250℃程度の温度に所定時間保持することによって行うことができ、焼成は、例えば大気雰囲気において400℃〜600℃程度の温度に数時間保持することによって行うことができる。 Thereafter, the precursor layers of the lower catalyst layer and the upper catalyst layer are impregnated with a mixed solution of Pt and Rh, which are catalyst metals, and Ba, Sr, and Mg, which are NO x storage materials. After impregnation, the honeycomb carrier provided with the precursor layer is dried and fired. As a result, an LNT catalyst including a lower catalyst layer and an upper catalyst layer in which the catalyst layer and the NO x storage material are impregnated and supported on the precursor layer is obtained. At this time, an aqueous solution of the alkaline earth metal acetate or nitrate is used as the NO x storage material. Moreover, drying can be performed by holding at a temperature of about 100 ° C. to 250 ° C. for a predetermined time in an air atmosphere, for example, and baking is held at a temperature of about 400 ° C. to 600 ° C. for a few hours in an air atmosphere, for example. Can be done by.
上記のようにして得られたNOxトラップ部を排気ガス通路の上流側に設け、また、上記のようにして得られたLNT触媒をその下流側に設けることにより、本実施形態に係る排気ガス浄化触媒装置を得ることができる。 The NO x trap part obtained as described above is provided on the upstream side of the exhaust gas passage, and the LNT catalyst obtained as described above is provided on the downstream side thereof, whereby the exhaust gas according to this embodiment is provided. A purification catalyst device can be obtained.
(排気ガス浄化方法)
次に、上記排気ガス浄化触媒装置を用いて、排気ガスを浄化する方法について説明する。本方法では、まず、上述のように、NOxトラップ部を排気ガス通路の上流側に設け、また、LNT触媒をその下流側に設け、エンジンの始動直後において、排気ガス温度が200℃以下となるまでの間に、NOxトラップ部に排気ガス中のNOxを吸着させる。その後、排気ガス温度が200℃を超えて350℃未満までの間に、排気ガスの空燃比をリーンに維持して、排気ガス中のNOxをLNT触媒に吸蔵させる。その後、排気ガス温度が350℃以上450℃以下の間に、NOxトラップ部及びLNT触媒に排気ガス中のNOxを吸蔵させる。そして、エンジンの燃焼室に圧縮行程上死点付近で燃料を噴射供給する主噴射後に、膨張行程又は排気行程において燃料を噴射供給する後噴射(リッチパージ)させて排気ガス中へHCを含ませて、排気ガスの空燃比がリッチ状態になるように制御して、LNT触媒により、NOxトラップ部及びLNT触媒から脱離したNOxを還元浄化して放出する。
(Exhaust gas purification method)
Next, a method for purifying exhaust gas using the exhaust gas purification catalyst device will be described. In the present method, first, as described above, the NO x trap portion is provided on the upstream side of the exhaust gas passage, and the LNT catalyst is provided on the downstream side thereof. during until, adsorbing NO x in the exhaust gas to the NO x trap portion. Thereafter, while the exhaust gas temperature exceeds 200 ° C. and below 350 ° C., the air-fuel ratio of the exhaust gas is maintained lean, and NO x in the exhaust gas is stored in the LNT catalyst. Thereafter, while the exhaust gas temperature is 350 ° C. or higher 450 ° C. or less, allowed to absorb NO x trap portion and LNT catalyst NO x in the exhaust gas. Then, after the main injection in which fuel is injected into the combustion chamber of the engine near the top dead center of the compression stroke, the fuel is injected and supplied in the expansion stroke or the exhaust stroke (rich purge) to include HC in the exhaust gas. Te, the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to be in a rich state, the LNT catalyst, reduces and discharges purify NO x desorbed from the NO x trap portion and LNT catalyst.
このような排気ガス浄化方法によると、エンジン始動直後における排気ガス温度が低温域にあるときであっても、NOxトラップ部によりNOxをトラップ可能であるためNOxを外部に放出することを防止できる。また、排気ガス温度が上がるに従って、LNT触媒の活性が向上し、このタイミングで上記トラップされていたNOxが脱離して、リーン雰囲気においてはLNT触媒に吸蔵され、リッチ雰囲気においては還元浄化される。さらに排気ガス温度が上がると、NOxトラップ部においてNOxを吸蔵することができる。このように、排気ガス温度の幅広い温度領域において、効率良く排気ガス中のNOxを還元浄化できて、外部に放出されるNOx量を低減することができる。 According to such an exhaust gas purification method, the exhaust gas temperature immediately after engine start to release even when in the low temperature range, the NO x for the NO x trap portion can be trapped NO x to the outside Can be prevented. Further, according to the exhaust gas temperature increases, to improve the activity of the LNT catalyst, release NO x, which have been the trapped at this timing de, in the lean atmosphere is occluded into LNT catalyst is reduced and purified in a rich atmosphere . Further the exhaust gas temperature is increased, it is possible to absorb NO x in the NO x trap portion. In this manner, NO x in the exhaust gas can be efficiently reduced and purified in a wide temperature range of the exhaust gas temperature, and the amount of NO x released to the outside can be reduced.
以下に、本発明に係る排気ガス浄化触媒装置を詳細に説明するための実施例を示す。本実施例では、Pt担持ZrO2を含むNOxトラップ部の下流側にLNT触媒が配設された排気ガス浄化触媒装置のNOxトラップ量を測定した。また、比較例として、Pt担持Al2O3を含むNOxトラップ部の下流側にLNT触媒が配設された排気ガス浄化触媒装置のNOxトラップ率を測定した。 Below, the Example for demonstrating in detail the exhaust-gas purification catalyst apparatus which concerns on this invention is shown. In this example, the NO x trap amount of the exhaust gas purification catalyst device in which the LNT catalyst is disposed downstream of the NO x trap portion containing Pt-supported ZrO 2 was measured. Further, as a comparative example, the NO x trap rate of an exhaust gas purification catalyst device in which an LNT catalyst is disposed on the downstream side of the NO x trap portion containing Pt-supported Al 2 O 3 was measured.
具体的に、実施例1では、セル壁の厚さが4.5milであり、1平方インチ当たりのセル数が400である担体容量25mlのコージェライト製六角セルハニカム担体(直径25.4mm、長さ50mm)に、上記方法に従ってPt担持ZrO2を設けてNOxトラップ部を得た。ここで、ZrO2の量は100g/L(担体1L当たりの担持量)とし、該ZrO2にPtを0.5g/L担持した。また、上記と同一のサイズのコージェライト製六角セルハニカム担体に、上記方法に従って上層触媒層及び下層触媒層により構成されるLNT触媒を得た。ここで、下層触媒層には、200g/LのAl2O3と70g/LのCePrOx(CeO:Pr2O3=9:1、質量比)とが含まれており、上層触媒層には50g/LのAl2O3に0.4g/LのRhが担持されている。また、下層触媒層及び上層触媒層には、4.3g/LのPt、0.1g/LのRh、25g/LのBa、10g/LのSr及び5g/LのMgを含む混合溶液を用いて、それら触媒金属及びNOx吸蔵材が含浸担持されている。 Specifically, in Example 1, a cordierite hexagonal cell honeycomb carrier (diameter: 25.4 mm, long length) having a cell wall thickness of 4.5 mil and a carrier capacity of 25 ml with 400 cells per square inch. 50 mm) was provided with Pt-supported ZrO 2 according to the above method to obtain a NO x trap part. Here, the amount of ZrO 2 was 100 g / L (supported amount per 1 L of carrier), and 0.5 g / L of Pt was supported on the ZrO 2 . Further, an LNT catalyst composed of an upper catalyst layer and a lower catalyst layer was obtained on a cordierite hexagonal cell honeycomb carrier having the same size as described above according to the above method. Here, the lower catalyst layer contains 200 g / L of Al 2 O 3 and 70 g / L of CePrO x (CeO: Pr 2 O 3 = 9: 1, mass ratio). In which 0.4 g / L of Rh is supported on 50 g / L of Al 2 O 3 . Further, a mixed solution containing 4.3 g / L Pt, 0.1 g / L Rh, 25 g / L Ba, 10 g / L Sr and 5 g / L Mg is used for the lower catalyst layer and the upper catalyst layer. In use, the catalytic metal and the NO x storage material are impregnated and supported.
また、実施例2は、実施例1と比較してNOxトラップ部に含まれる成分のみが異なる。具体的に、実施例2では、ZrO2とAl2O3とが質量比1:1で混合された混合物にPtが担持されたものを用いている。なお、上記混合物の量は100g/Lであり、Ptの担持量は0.5g/Lである。 Further, Example 2 is different from Example 1 only in the components contained in the NO x trap part. Specifically, in Example 2, a mixture in which Pt is supported on a mixture in which ZrO 2 and Al 2 O 3 are mixed at a mass ratio of 1: 1 is used. The amount of the mixture is 100 g / L, and the supported amount of Pt is 0.5 g / L.
また、実施例3は、実施例1と比較して、NOxトラップ部におけるPtが担持されるZrO2として、イットリウム(Y)が含有されたZrO2を用いていることのみが異なる。なお、ZrO2:Y2O3=9:1(質量比)となるようにY含有ZrO2を調製した。 Further, Example 3 differs from Example 1 only in that ZrO 2 containing yttrium (Y) is used as ZrO 2 on which Pt is supported in the NO x trap part. Y-containing ZrO 2 was prepared so that ZrO 2 : Y 2 O 3 = 9: 1 (mass ratio).
一方、比較例は、実施例1と比較して、NOxトラップ部においてPtが担持されたZrO2ではなく、Ptが担持されたAl2O3を用いたことのみが異なる。 On the other hand, the comparative example differs from Example 1 only in using Al 2 O 3 supporting Pt, not ZrO 2 supporting Pt in the NO x trap portion.
上記実施例1〜3及び比較例のそれぞれのNOxトラップ部及びLNT触媒をモデルガス流通反応装置に取り付け、NOx成分を含むモデルガスを流して、NOxトラップ率を測定した。なお、NOxトラップ部及びLNT触媒は、NOxトラップ部の排気ガス流れ方向下流側にLNT触媒が位置するようにモデルガス流通反応装置に取り付けた。それらの触媒に対して予め、O2が2%、H2Oが10%の雰囲気下において750℃で24時間のエージング処理を行った。その後、リッチ雰囲気下で100℃に温度を維持し、モデルガスを触媒に導入して5分後にモデルガス温度を100℃から30℃/分で上昇させ、200℃又は300℃に維持した後、モデルガスをリーン雰囲気に切り替え、LNT触媒の出口におけるNOx濃度を120秒間測定し、その測定値とNOの導入量(220ppm)に基づいて、120秒間のNOxトラップ率を算出した。
The NO x trap portions and LNT catalysts of Examples 1 to 3 and the comparative example were each attached to a model gas flow reactor, and a model gas containing a NO x component was flowed to measure the NO x trap rate. The NO x trap part and the LNT catalyst were attached to the model gas flow reactor so that the LNT catalyst was located downstream of the NO x trap part in the exhaust gas flow direction. These catalysts were previously subjected to an aging treatment at 750 ° C. for 24 hours in an atmosphere of 2
なお、リーン雰囲気のモデルガスの組成は、NOが220ppm、HCが400ppmC、COが0.15%、O2が10%、CO2が6%、H2Oが10%、残部がN2である。リッチ雰囲気のモデルガスの組成は、NOが220ppm、HCが3400ppmC、COが1.0%、O2が0.5%、CO2が6%、H2Oが10%、残部がN2である。また、ガスの流量を30L/minとし、空間速度をSV=72000h−1とした。実施例1〜3及び比較例の200℃及び300℃におけるNOxトラップ率の測定結果を図7に示す。 The composition of the model gas in the lean atmosphere is 220 ppm NO, 400 ppm HC, 0.15% CO, 10% O 2 , 6% CO 2 , 10% H 2 O, and the balance N 2 is there. The composition of the rich atmosphere model gas is 220 ppm NO, 3400 ppm HC, 1.0% CO, 0.5% O 2 , 6% CO 2 , 10% H 2 O and the balance N 2 is there. The gas flow rate was 30 L / min, and the space velocity was SV = 72000 h −1 . The measurement results of the NO x trap rates at 200 ° C. and 300 ° C. of Examples 1 to 3 and the comparative example are shown in FIG.
図7に示すように、実施例1〜3の触媒装置と比較例の触媒装置とのNOxトラップ率を比較すると、実施例1〜3の触媒装置の方が、モデルガス温度が200℃及び300℃の際のNOxトラップ率が大きいことがわかる。これは、実施例1〜3では、NOxトラップ部にZrO2が含まれており、上述の通り、ZrO2のNOx吸着/吸蔵能により、触媒装置全体としてのNOxトラップ率が増大したためと考えられる。また、実施例1と実施例2とを比較すると、実施例2の方が、NOxトラップ率が大きいことがわかる。これは、アルミナは比表面積が高いため、Ptの分散性を向上することができて、触媒金属であるPtとNOxとの接触性が向上し、吸着しやすいNO2への酸化が促進されるためと考えられる。また、実施例1と実施例3とを比較すると、実施例3の方が、NOxトラップ率が大きいことがわかる。これは、実施例3では、NOxトラップ部におけるZrO2にYを含有させており、Yを含むことによりZrO2の塩基性が増大し、排気ガス中のNOを引きつける力が強くなったためであると考えられる。 As shown in FIG. 7, when comparing the NO x trap rates of the catalyst devices of Examples 1 to 3 and the catalyst device of the comparative example, the model gas temperature of the catalyst devices of Examples 1 to 3 is 200 ° C. It can be seen that the NO x trap rate at 300 ° C. is large. This is because in Examples 1 to 3, ZrO 2 was contained in the NO x trap part, and as described above, the NO x trap rate of the entire catalyst device increased due to the NO x adsorption / storage capacity of ZrO 2. it is conceivable that. Further, comparing Example 1 and Example 2, it can be seen that Example 2 has a higher NO x trap rate. This is because alumina has a high specific surface area, so the dispersibility of Pt can be improved, the contact property between Pt, which is a catalytic metal, and NO x is improved, and oxidation to NO 2 that is easily adsorbed is promoted. It is thought to be for this purpose. Further, comparing Example 1 and Example 3, it can be seen that Example 3 has a higher NO x trap rate. This is because in Example 3, Y was contained in ZrO 2 in the NO x trap part, and the inclusion of Y increased the basicity of ZrO 2 and increased the ability to attract NO in the exhaust gas. It is believed that there is.
1 排気ガス浄化触媒装置
2 排気ガス通路
3 NOxトラップ部
4 リーンNOxトラップ触媒(LNT触媒、NOx吸蔵還元触媒)
30,40 ハニカム担体
31 ZrO2層
41 下層触媒層
42 上層触媒層
1 exhaust gas
30, 40
Claims (9)
前記エンジンの排気ガス通路に、排気ガス温度が100℃以上200℃以下のときにNOxを吸着可能で且つ排気ガス温度が350℃以上450℃以下のときにNOxを吸蔵可能であるNOx吸着/吸蔵材を含むNOxトラップ部を配置すると共に、該NOxトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵可能で且つ排気ガスの空燃比がリッチのときにNOxを還元可能なNOx吸蔵還元触媒を配置するステップと、
前記エンジン始動直後から排気ガス温度が200℃以下となるまでの間に、NOxトラップ部に前記排気ガス中のNOxを吸着させるステップと、
前記排気ガス温度が200℃を超えて350℃未満までの間に、排気ガスの空燃比をリーンに維持して、前記NOx吸蔵還元触媒に前記排気ガス中のNOxを吸蔵させるステップと、
前記排気ガス温度が350℃以上450℃以下の間に、前記NOxトラップ部及びNOx吸蔵還元触媒に前記排気ガス中のNOxを吸蔵させるステップと、
前記エンジンの燃焼室に圧縮行程上死点付近で燃料を噴射供給する主噴射後に、膨張行程又は排気行程において燃料を噴射供給する後噴射させて排気ガス中へHCを含ませて、排気ガスの空燃比がリッチ状態になるように制御して、前記NOx吸蔵還元触媒により前記NOxトラップ部及びNOx吸蔵還元触媒から脱離したNOxを還元浄化して放出するステップとを備えていることを特徴とする排気ガス浄化方法。 An exhaust gas purification method for purifying exhaust gas containing NO x discharged from an engine capable of lean combustion,
The exhaust gas passage of the engine, the exhaust gas temperature is possible occlude NO x when and exhaust gas temperature can adsorb NO x is 350 ° C. or higher 450 ° C. or less when: 200 ° C. 100 ° C. or higher NO x with arranging the NO x trap section including a suction / storage material, said the NO x trap exhaust gas flow direction downstream side of the unit, the air-fuel ratio of the exhaust gas is storable in and exhaust gas NO x when the lean Disposing a NO x storage reduction catalyst capable of reducing NO x when the air-fuel ratio is rich;
Between immediately after the engine start to the exhaust gas temperature is 200 ° C. or less, a step of adsorbing NO x in the exhaust gas to the NO x trap portion,
Between the to less than the exhaust gas temperature exceeds the 200 ° C. 350 ° C., a step of maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas lean, allowed to absorb NO x in the exhaust gas to the NO x storage-and-reduction catalysts,
Between the exhaust gas temperature is 350 ° C. or higher 450 ° C. or less, and step of storing the NO x trap portion and the NO x NO x occlusion reduction catalyst to the exhaust gas,
After the main injection in which fuel is injected into the combustion chamber of the engine near the top dead center of the compression stroke, the fuel is injected and supplied in the expansion stroke or the exhaust stroke, and then injected to include HC in the exhaust gas. and controlled so that the air-fuel ratio becomes rich state, and a step of releasing the NO x storage-and-reduction catalyst by said NO x trap portion and the NO x storage from the reducing catalyst desorbed the NO x reduction purification to An exhaust gas purification method characterized by the above.
前記エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス温度が100℃以上200℃以下のときにNOxを吸着可能で且つ排気ガス温度が350℃以上450℃以下のときにNOxを吸蔵可能であるNOx吸着/吸蔵材を含むNOxトラップ部と、
前記NOxトラップ部よりも排気ガス流れ方向下流側に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵可能で且つ排気ガスの空燃比がリッチのときにNOxを還元可能なNOx吸蔵還元触媒とを備えていることを特徴とする排気ガス浄化触媒装置。 An exhaust gas purification catalyst device that purifies exhaust gas containing NO x discharged from a lean-combustible engine,
Provided in an exhaust gas passage of the engine, it is possible to occlude NO x when the exhaust gas temperature is below 450 ° C. possible and exhaust gas temperature is 350 ° C. or higher adsorbing NO x at below 200 ° C. 100 ° C. or higher and NO x trap portion including the NO x adsorption / storage material,
Than said NO x trap portion provided in the exhaust gas flow direction downstream of the NO x air-fuel ratio is at the rich air-fuel ratio of the exhaust gas can occlude NO x at lean in and exhaust gas reducible An exhaust gas purification catalyst device comprising an NO x storage reduction catalyst.
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