JP2016003639A - 排気ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】設計自由度やコスト面に優れ、排気ガス浄化触媒へのＰＭ付着を有効に防止し、適切な触媒性能を発揮できる排気ガス浄化システムを提供すること。
【解決手段】内燃機関の排気流路に、排気ガス空燃比がリーンでＮＯｘを吸蔵し且つストイキ又はリッチで吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と触媒材料を含有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルターを備えた排気ガス浄化システムである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が上記パティキュレートフィルターよりも排気流路の上流側に配置され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、その触媒層が細孔径２μｍ以上の細孔容量が全細孔の細孔容量の２５％以下の割合を占める細孔分布を有する。
【選択図】なし
【解決手段】内燃機関の排気流路に、排気ガス空燃比がリーンでＮＯｘを吸蔵し且つストイキ又はリッチで吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と触媒材料を含有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルターを備えた排気ガス浄化システムである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が上記パティキュレートフィルターよりも排気流路の上流側に配置され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、その触媒層が細孔径２μｍ以上の細孔容量が全細孔の細孔容量の２５％以下の割合を占める細孔分布を有する。
【選択図】なし
Description
本発明は、排気ガス浄化システムに係り、更に詳細には、排気ガス中にパティキュレート（ＰＭ）が存在する環境下でも優れた触媒性能を発揮し得る排気ガス浄化システムに関する。
従来、リーンバーンエンジン、特にディーゼルエンジンの排気ガス浄化においては、パティキュレートマター（ＰＭ）が排気ガス浄化触媒に堆積して触媒性能を劣化させることが知られている。
これに対し、近年、ハニカム構造体の排気ガス浄化触媒の排気流路上流側に通電加熱可能な整流機構を設置したディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置が開発されている。
この排気ガス浄化装置では、整流機構によって排気ガスを複数に分流し好ましくは排気ガスを層流に整流して排気ガス浄化触媒のセル壁にＰＭが付着し難いようにし、且つ整流機構を通電加熱して排気ガス浄化触媒に流入する排気ガスを加熱することにより酸化触媒を活性化してＰＭを浄化し、ＰＭの堆積を防止しようとしている（例えば、特許文献１参照。）。
この排気ガス浄化装置では、整流機構によって排気ガスを複数に分流し好ましくは排気ガスを層流に整流して排気ガス浄化触媒のセル壁にＰＭが付着し難いようにし、且つ整流機構を通電加熱して排気ガス浄化触媒に流入する排気ガスを加熱することにより酸化触媒を活性化してＰＭを浄化し、ＰＭの堆積を防止しようとしている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、このような従来の排気ガス浄化装置にあっては、排気ガスを整流する特殊な整流機構が必要でコスト高となり、また、通電加熱によりＰＭ付着を防止するので通電機構を別途設ける必要もあり設計自由度が低くなりがちでコスト高になりやすく、しかも通電エネルギーを必要とするので燃費の悪化を招く。
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、設計自由度やコスト面に優れ、排気ガス浄化触媒へのＰＭ付着を有効に防止し、適切な触媒性能を発揮できる排気ガス浄化システムを提供することにある。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の細孔分布を有する触媒層を備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒をパティキュレートフィルターよりも排気流路上流側に設置することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気流路に、排気ガス空燃比がリーンでＮＯｘを吸蔵し且つストイキ又はリッチで吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と触媒材料を含有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルターを備えた排気ガス浄化システムである。
この排気ガス浄化システムでは、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が上記パティキュレートフィルターよりも排気流路の上流側に配置され、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、その触媒層が細孔径２μｍ以上の細孔容量が全細孔の細孔容量うちの２５％以下の割合を占める細孔分布を有することを特徴とする。
この排気ガス浄化システムでは、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が上記パティキュレートフィルターよりも排気流路の上流側に配置され、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、その触媒層が細孔径２μｍ以上の細孔容量が全細孔の細孔容量うちの２５％以下の割合を占める細孔分布を有することを特徴とする。
本発明によれば、所定の細孔分布を有する触媒層を備えるＮＯｘ吸蔵還元型触媒をパティキュレートフィルターよりも排気流路上流側に設置することとしたため、設計自由度やコスト面に優れ、排気ガス浄化触媒へのＰＭ付着を有効に防止し、適切な触媒性能を発揮できる排気ガス浄化システムを提供することができる。
以下、本発明の排気ガス浄化システムについて説明する。
（１）上述のように、本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気流路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒とパティキュレートフィルターを設置したものであり、排気流路の上流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を配置し、その下流側にパティキュレートフィルターを配置したものである。
（１）上述のように、本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気流路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒とパティキュレートフィルターを設置したものであり、排気流路の上流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を配置し、その下流側にパティキュレートフィルターを配置したものである。
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガス空燃比がリーンでＮＯｘを吸蔵し且つストイキ又はリッチで吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と、触媒材料を含有する。
ＮＯｘ吸蔵材としては、従来公知の材料を用いることができ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素やこれらの酸化物を挙げることができ、例えば、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）及びサマリウム（Ｓｍ）の酸化物を好適に使用することができる。
ＮＯｘ吸蔵材としては、従来公知の材料を用いることができ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素やこれらの酸化物を挙げることができ、例えば、バリウム（Ｂａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ナトリウム（Ｎａ）及びサマリウム（Ｓｍ）の酸化物を好適に使用することができる。
また、触媒材料としては、従来公知の貴金属、耐火性基材や高比表面積基材、助触媒を挙げることができる。
貴金属としては、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）を例示でき、耐火性基材や高比表面積基材としては、各種アルミナ、シリカ及びゼオライトを例示でき、助触媒としては、セリアやジルコニアなどを例示できる。
貴金属としては、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）及びパラジウム（Ｐｄ）を例示でき、耐火性基材や高比表面積基材としては、各種アルミナ、シリカ及びゼオライトを例示でき、助触媒としては、セリアやジルコニアなどを例示できる。
一方、パティキュレートフィルター（ＤＰＦ）も、排気ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕捉できれば十分で従来公知のＤＰＦを用いることができ、典型的には、ハニカム構造担体のセル端を交互に目詰めしたウォールフロー型のＤＰＦを例示できる。
（２）また、本発明の排気ガス浄化システムでは、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、その触媒層が、２μｍ以上の細孔径を有する細孔の細孔容量が全細孔の細孔容量のうちの２５％以下の割合を占める細孔分布を有する。
ここで、触媒層に存在する細孔の細孔径や細孔容量は、水銀圧入法により測定される。
通常、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒層において、細孔径は０．００５μｍ〜数十μｍの範囲に分布するが、本発明では、これらの全細孔の細孔容量うちの２５％以下の割合を細孔径が２μｍ超の細孔の細孔容量が占有することになる。
ここで、触媒層に存在する細孔の細孔径や細孔容量は、水銀圧入法により測定される。
通常、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒層において、細孔径は０．００５μｍ〜数十μｍの範囲に分布するが、本発明では、これらの全細孔の細孔容量うちの２５％以下の割合を細孔径が２μｍ超の細孔の細孔容量が占有することになる。
排気ガス浄化触媒においては、ウォッシュコート内のガス拡散が浄化性能に大きな影響を及ぼすため細孔径を制御する必要があるが、２μｍ以上の細孔径では１〜１０μｍのＰＭが慣性衝突や接触、遮断、重力により捕集されて成長してしまうので、細孔内をＰＭが覆ってしまい浄化性能が低下する。
通常、ＰＭは粒子径０．１μｍ付近に最頻値を持つので、ＤＰＦを介してＰＭを捕捉するが、排気ガス温度が低く、リッチスパイク（Ｒ／Ｓ）や硫黄被毒を解除すべく多量のＨＣが排出される条件下では、ＰＭの粒子径はいっそう大きくなる。
以上のことから、本発明では、細孔２μｍ以上の細孔の細孔容量を全細孔容量の２５％以下に抑えることにより、ＰＭが触媒に付着して性能劣化を引き起こすのを防止する。
通常、ＰＭは粒子径０．１μｍ付近に最頻値を持つので、ＤＰＦを介してＰＭを捕捉するが、排気ガス温度が低く、リッチスパイク（Ｒ／Ｓ）や硫黄被毒を解除すべく多量のＨＣが排出される条件下では、ＰＭの粒子径はいっそう大きくなる。
以上のことから、本発明では、細孔２μｍ以上の細孔の細孔容量を全細孔容量の２５％以下に抑えることにより、ＰＭが触媒に付着して性能劣化を引き起こすのを防止する。
なお、本発明において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒はハニカム構造担体などの一体構造型担体に担持することができるが、使用するハニカム構造担体としては、ウォールフロー型の担体よりもオープンフロー型担体が好ましい。
この理由は、ＰＭが付着しにくい構造をした触媒であるにも拘わらず、ＰＭを貯めるウォールフロー型担体に担持すると、触媒上又はその付近にＰＭがトラップされてしまい発明の効果が低減することがある。また、ＰＭが燃焼する際に発生する熱によって触媒の熱劣化が進んでしまうこともある。さらに、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒は使用する触媒量が多く、ウォールフロー型担体に担持すると圧損が増大しやすい。
この理由は、ＰＭが付着しにくい構造をした触媒であるにも拘わらず、ＰＭを貯めるウォールフロー型担体に担持すると、触媒上又はその付近にＰＭがトラップされてしまい発明の効果が低減することがある。また、ＰＭが燃焼する際に発生する熱によって触媒の熱劣化が進んでしまうこともある。さらに、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒は使用する触媒量が多く、ウォールフロー型担体に担持すると圧損が増大しやすい。
また、本発明にいおいては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の排気流路上流側に、ＮＯｘ、ＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）を浄化する触媒を設置することができる。
かかる触媒としては、特に限定されるものではないが、酸化触媒と三元触媒を例示することができる。
かかる触媒としては、特に限定されるものではないが、酸化触媒と三元触媒を例示することができる。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の調製）
セリア、ジルコニア及びアルミナ等の基材に貴金属を担持した触媒粉末１２０ｇ、ベーマイト３０ｇ、水２５０ｇ、１０％硝酸１００ｇ、水酸化アルミナ７０ｇをアルミナ製磁性ポットに投入し、アルミナボールとともに５分間〜６０分間混合粉砕し、触媒スラリーを得た。なお、触媒１及び触媒４のスラリーについては４５〜６０分間混合粉砕し、触媒２及び触媒３のスラリーについては５〜１０分間混合粉砕した。
得られた触媒スラリーを、上記にて触媒を塗布したコージェライト製ハニカム担体（４００セル・４ミル、容量１．６Ｌ）に塗布し、余剰のスラリーを空気流にて除去し、１２０℃で乾燥した後、４００℃の空気気流中で焼成し、触媒１〜触媒４を得た。
セリア、ジルコニア及びアルミナ等の基材に貴金属を担持した触媒粉末１２０ｇ、ベーマイト３０ｇ、水２５０ｇ、１０％硝酸１００ｇ、水酸化アルミナ７０ｇをアルミナ製磁性ポットに投入し、アルミナボールとともに５分間〜６０分間混合粉砕し、触媒スラリーを得た。なお、触媒１及び触媒４のスラリーについては４５〜６０分間混合粉砕し、触媒２及び触媒３のスラリーについては５〜１０分間混合粉砕した。
得られた触媒スラリーを、上記にて触媒を塗布したコージェライト製ハニカム担体（４００セル・４ミル、容量１．６Ｌ）に塗布し、余剰のスラリーを空気流にて除去し、１２０℃で乾燥した後、４００℃の空気気流中で焼成し、触媒１〜触媒４を得た。
（排気ガス浄化システムの構築）
（実施例１及び２、比較例１及び２）
上記で得られたＮＯｘ吸蔵還元型触媒（触媒１〜４）を自動車エンジン（日産自動車製、直列４気筒２５００ｃｃ直噴ディーゼルエンジン）の排気流路に設置し、その下流にＰｔを含有する酸化触媒を担持したＤＰＦを配置し、その上流にＤＰＦ再生及び硫黄被毒解除時の昇温用にＰｔ、Ｐｄ及びＲｈのうちのいずれか２種又は３種の貴金属をＣｅ−Ａｌ２Ｏ３やＣｅ−Ｚｒの基材に担持させた触媒粉末を２層に配置し、ＮＯｘ吸着材としてＢａ等のアルカリ土類金属を含浸させた三元触媒を配置して各例の排気ガス浄化システムを構築した。
（実施例１及び２、比較例１及び２）
上記で得られたＮＯｘ吸蔵還元型触媒（触媒１〜４）を自動車エンジン（日産自動車製、直列４気筒２５００ｃｃ直噴ディーゼルエンジン）の排気流路に設置し、その下流にＰｔを含有する酸化触媒を担持したＤＰＦを配置し、その上流にＤＰＦ再生及び硫黄被毒解除時の昇温用にＰｔ、Ｐｄ及びＲｈのうちのいずれか２種又は３種の貴金属をＣｅ−Ａｌ２Ｏ３やＣｅ−Ｚｒの基材に担持させた触媒粉末を２層に配置し、ＮＯｘ吸着材としてＢａ等のアルカリ土類金属を含浸させた三元触媒を配置して各例の排気ガス浄化システムを構築した。
＜性能評価＞
［細孔容量及び分布］
触媒１〜４の触媒層について、水銀圧入法で細孔容量及びその分布を測定した。得られた結果を表１及び図１に示す。
［細孔容量及び分布］
触媒１〜４の触媒層について、水銀圧入法で細孔容量及びその分布を測定した。得られた結果を表１及び図１に示す。
［ＮＯｘ浄化性能］
燃料として軽油を用い、各例の排気ガス浄化システムに供給される排気ガスがリーンとリッチを繰り返すようにエンジン運転を行い、ＮＯｘ転化率を測定した。得られた結果を図２に示す。
なお、この測定の際、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口温度が２００〜５００℃になるように制御した。また、リーンとリッチの切り換えは、リーン運転を６０秒間、リッチ運転を５秒間行うことで行った。なお、リーン時の空間速度は５００００ｈ−１、リッチ時は３５０００ｈ−１とした。代表的には、ＮＯｘ濃度はリーン時とリッチ時でともに１５０ｐｐｍであり、ＣＯ濃度はリーン時は０（ゼロ）、リッチ時は２．２％、ＨＣ濃度はリーン時は０（ゼロ）、リッチ時は２５００ｐｐｍである。
燃料として軽油を用い、各例の排気ガス浄化システムに供給される排気ガスがリーンとリッチを繰り返すようにエンジン運転を行い、ＮＯｘ転化率を測定した。得られた結果を図２に示す。
なお、この測定の際、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口温度が２００〜５００℃になるように制御した。また、リーンとリッチの切り換えは、リーン運転を６０秒間、リッチ運転を５秒間行うことで行った。なお、リーン時の空間速度は５００００ｈ−１、リッチ時は３５０００ｈ−１とした。代表的には、ＮＯｘ濃度はリーン時とリッチ時でともに１５０ｐｐｍであり、ＣＯ濃度はリーン時は０（ゼロ）、リッチ時は２．２％、ＨＣ濃度はリーン時は０（ゼロ）、リッチ時は２５００ｐｐｍである。
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、三元触媒を酸化触媒に変更する場合や、ガソリンエンジンでＧＰＦを使用する場合など、ＤＰＦを下流に持つＮＯｘ触媒の粒径に応用が可能である。
例えば、三元触媒を酸化触媒に変更する場合や、ガソリンエンジンでＧＰＦを使用する場合など、ＤＰＦを下流に持つＮＯｘ触媒の粒径に応用が可能である。
Claims (3)
- 内燃機関の排気流路に、排気ガス空燃比がリーンでＮＯｘを吸蔵し且つストイキ又はリッチで吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵材と触媒材料を含有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルターを備えた排気ガス浄化システムにおいて、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が上記パティキュレートフィルターよりも排気流路の上流側に配置され、
上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、その触媒層が細孔径２μｍ以上の細孔容量が全細孔の細孔容量の２５％以下の割合を占める細孔分布を有することを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が、オープンフロー型のハニカム構造担体を有することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
- 上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側にＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯを浄化する触媒を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014126118A JP2016003639A (ja) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | 排気ガス浄化システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014126118A JP2016003639A (ja) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | 排気ガス浄化システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016003639A true JP2016003639A (ja) | 2016-01-12 |
Family
ID=55223097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014126118A Pending JP2016003639A (ja) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | 排気ガス浄化システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016003639A (ja) |
-
2014
- 2014-06-19 JP JP2014126118A patent/JP2016003639A/ja active Pending
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