JP2016017495A

JP2016017495A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2016017495A
Application number: JP2014142169A
Authority: JP
Inventors: 圭一林崎; Keiichi Hayashizaki
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: JP6324243B2

Abstract

【課題】銀系ＨＣ選択還元型触媒の低温性能を向上し、幅広い温度域で好適にＮＯｘを低減し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管１１の途中に設置され、燃料を還元剤としてＮＯｘを還元浄化する銀系ＨＣ選択還元型触媒１３に添加されるチタンの含有量が前記銀系ＨＣ選択還元型触媒１３内の上流側と下流側で異なるようにし、ＮＯｘの低減率を向上させる。具体的には、前記銀系ＨＣ選択還元型触媒１３を上流側と下流側の二段に分割して設置し、下流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ｂにおけるチタンの含有量が、上流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ａにおけるチタンの含有量より多いようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤に燃料を用いて排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンにおいては、排気が導かれる排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯｘ（窒素酸化物）を還元剤としてのＨＣ（炭化水素）と反応させ得るよう反応選択性を高めたＨＣ選択還元型触媒（HC-SCR：Hydrocarbon-Selective Catalytic Reduction）を配設し、該ＨＣ選択還元型触媒の排気上流側に必要量の燃料を添加することにより、該燃料から分解生成されるＨＣを前記ＨＣ選択還元型触媒上で排気中のＮＯｘと還元反応させ、これによりＮＯｘの排出量の低減を図るようにしたものがある。

図５はこのような排気浄化触媒の一例を示すもので、１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通しターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、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へ吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図５では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっており、また、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へ送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へ送り出されるようになっている。

そして、排気管１１の途中に、上流側から順次、白金系ＨＣ選択還元型触媒１２、銀系ＨＣ選択還元型触媒１３、アンモニア選択還元型触媒１４が配設されていると共に、白金系ＨＣ選択還元型触媒１２の入側と、銀系ＨＣ選択還元型触媒１３の入側には、それぞれ排気ガス９に対して燃料を添加供給するための燃料添加装置１５，１５が装備されている。

白金系ＨＣ選択還元型触媒１２は、ゼオライトまたはアルミナの担体に活性金属としてＰｔ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｉｒ等の白金系金属を担持させたものであり、１８０〜３００℃の比較的低い温度域において高いＮＯｘ低減活性をもつ。銀系ＨＣ選択還元型触媒１３は、ゼオライトまたはアルミナの担体に活性金属としてＡｇを担持させたもので、１８０〜５００℃の広い温度域でＮＯｘ低減活性を有する。このように、温度特性の異なる複数の種類の触媒を直列に配置しているのは、触媒同士で互いの活性の低い温度域におけるＮＯｘ低減活性を補い合い、広い温度範囲で排気中のＮＯｘを低減できるようにするためである。

燃料添加装置１５は、燃料が貯留される燃料タンク１６と、該燃料タンク１６に貯留された燃料を圧送する燃料加圧ポンプ１７と、該燃料加圧ポンプ１７で圧送される燃料を白金系ＨＣ選択還元型触媒１２または銀系ＨＣ選択還元型触媒１３の入側に噴霧する燃料添加ノズル１８とを備え、燃料タンク１６に貯留された燃料を燃料加圧ポンプ１７により燃料添加ノズル１８へ圧送し、該燃料添加ノズル１８から排気管１１を流れる排気ガス９に対して燃料を噴霧する。噴霧された燃料からはＨＣが分解生成され、白金系ＨＣ選択還元型触媒１２または銀系ＨＣ選択還元型触媒１３上で排気ガス９中のＮＯｘと反応してＮＯｘを還元浄化し、ＮＯｘの排出量を低減するようになっている。

またこのとき、一部のＮＯｘからは還元反応によりＮＨ_３が生成される。このＮＨ_３が下流のアンモニア選択還元型触媒１４上でＮＯｘと反応することにより、ＮＯｘをさらに良好に低減し得るようになっている。

尚、この種の排気浄化装置と関連する一般的技術水準を示す文献としては、例えば、特許文献１がある。

特開２０１２−９２６９０号公報

上述の従来例においては、前記したように、広い温度範囲で排気中のＮＯｘを低減し得るよう、排気管１１中に温度特性の異なる複数の種類の触媒、白金系ＨＣ選択還元型触媒１２と銀系ＨＣ選択還元型触媒１３を直列に配置している。しかしながら、排気温度がおよそ２５０℃程度までの比較的低い温度域においては、銀系ＨＣ選択還元型触媒１３のＮＯｘ低減性能が低く、ＮＨ_３の生成量が少ない。このため、排気温度の低い低速の運転状態では、アンモニア選択還元型触媒１４においてＮＨ_３を用いた還元反応によりＮＯｘを好適に浄化することができないという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、銀系ＨＣ選択還元型触媒の低温性能を向上し、低温域でも好適にＮＯｘを低減し得る排気浄化装置を提供しようとするものである。

本発明は、排気管の途中に設置され、燃料を還元剤としてＮＯｘを還元浄化する銀系ＨＣ選択還元型触媒を備えた排気浄化装置であって、前記銀系ＨＣ選択還元型触媒に添加されるチタンの含有量が前記銀系ＨＣ選択還元型触媒内の上流側と下流側で異なるようにし、ＮＯｘの低減率を向上させたことを特徴とする排気浄化装置にかかるものである。

而して、このようにすれば、銀系ＨＣ選択還元型触媒内の上流側と下流側でチタン含有量を同じにした場合と比較して、幅広い温度域で銀系ＨＣ選択還元型触媒のＮＯｘ低減性能を高め得る。

本発明を具体的に実施するにあたっては、前記銀系ＨＣ選択還元型触媒は、上流側と下流側の二段に分割して設置され、下流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量が、上流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量より多いように構成されていることが好ましい。

このようにすれば、上流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量が、下流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量より多いようにした場合と比較して、さらにＮＯｘの低減性能を高め得る。

また、本発明を具体的に実施するにあたっては、前記銀系ＨＣ選択還元型触媒は、チタンの含有量が上流側から下流側に向かって勾配をなして増加するように構成することができる。

本発明の排気浄化装置によれば、銀系ＨＣ選択還元型触媒の低温性能を向上し、幅広い温度域で好適にＮＯｘを低減し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施例を示す概略図である。本発明の別の実施例を示す概略図である。本発明の実施例の効果を示す線図である。本発明の実施例の効果を示すヒストグラムである。一般的な排気浄化装置の全体構成を示す概略図である。

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。

本実施例の排気浄化装置の全体構成は、図５に示した一般的な排気浄化装置と略同様である。以下、上記従来例と同じ構成については図５と同じ符号を用い、図５に示す一般的な排気浄化装置に準じて説明する。

エアクリーナ３から導かれた吸気４は、吸気管５を通してターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、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。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へ送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へ送り出される。

排気管１１の途中には、上流側から順次、白金系ＨＣ選択還元型触媒１２、銀系ＨＣ選択還元型触媒１３、アンモニア選択還元型触媒１４が設置され、前記白金系ＨＣ選択還元型触媒１２の入側と、銀系ＨＣ選択還元型触媒１３の入側には、それぞれ排気ガス９に対して燃料を添加供給するための燃料添加装置１５，１５が装備されている。

燃料添加装置１５は、燃料タンク１６、燃料加圧ポンプ１７、燃料添加ノズル１８を備え、燃料タンク１６から燃料加圧ポンプ１７を通して供給した燃料を燃料添加ノズル１８から排気管１１を流れる排気ガス９に対して噴霧し、前記白金系ＨＣ選択還元型触媒１２および銀系ＨＣ選択還元型触媒１３は、燃料添加装置１５から供給された燃料を還元剤としてＮＯｘを還元浄化する。

本実施例の特徴とするところは、図１に示す如く、銀系ＨＣ選択還元型触媒１３を上流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ａと下流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ｂの二段に分割して配置し、且つ、上流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ａと下流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ｂの間で添加されるチタンの含有量が異なるようにした点にある。

銀系ＨＣ選択還元型触媒１３の組成について説明すると、銀系ＨＣ選択還元型触媒１３は、アルミナの担体に活性金属として銀を担持させたものである。尚、担体としてはアルミナの代わりにゼオライトを用いても良い。このような銀系ＨＣ選択還元型触媒においては、触媒中の銀粒子同士が加熱によって結合し大きい粒子になるシンタリングと呼ばれる現象が発生し、これにより触媒表面積が小さくなって触媒活性が低下する問題があるが、ここに更にチタン（単体のチタンＴｉまたは酸化チタンＴｉＯ_２）を添加すると、チタンの粒子によってシンタリングの発生を抑える効果があることが知られている。このため、排気浄化装置に使われる銀系ＨＣ選択還元型触媒に対し、微量のチタンを添加することが行われている。また、銀系ＨＣ選択還元型触媒にチタンを添加すると、該チタンの含有量によって触媒の温度特性が変化することも知られている。

本実施例の銀系ＨＣ選択還元型触媒１３は、添加物として単体のチタンを含む。そして、本実施例の排気浄化装置の銀系ＨＣ選択還元型触媒１３においては、上流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ａでチタンの含有量を重量比で銀の０．７％、下流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ｂで銀の１．０％とし、下流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ｂにおけるチタンの含有量を、上流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒１９ａにおけるチタンの含有量より多くしてある（以下、上流側にチタンの含有量が０．７％の触媒を配置し、下流側にチタンの含有量が１．０％の触媒を配置した銀系ＨＣ選択還元型触媒を０．７＋１．０タイプ触媒と表記する）。尚、チタンの含有量はこの数値に限定されるものではなく、実施の形態によっては別の数値としても良い。また、単体のチタンの代わりに酸化チタンを添加する構成としても良い。

また、図２に示す如く、銀系ＨＣ選択還元型触媒を分割することなく、チタンの含有量が上流側から下流側に向かって勾配をなして増加する銀系ＨＣ選択還元型触媒２０として構成しても良い。図２に示す例では、銀系ＨＣ選択還元型触媒２０のチタンの含有量は、上流側端部で銀に対し重量比で０．５％、下流側端部で１．５％となっており、上流側端部から下流側端部に向かって連続的に変化するようになっている。尚、チタン含有量の数値ないし分布はこれに限定されるものではなく、別の数値としても良いし、また例えば、チタン含有量の分布は連続的に変化するものではなく、断続的に変化するようにしても良い。

次に、上記した実施例の作動を説明する。

図３は本実施例による排気浄化装置のＮＯｘ低減性能を示すもので、ここでは、上記０．７＋１．０タイプ触媒のＮＯｘ低減率を、一定の濃度のＮＯｘを含むモデルガスを用いて従来例と比較している。

まず、四角形のシンボルで示す線図は、銀系ＨＣ選択還元型触媒を上流側と下流側の二段配置するが、上流側と下流側でチタン含有量を同じにしたものの温度特性を表している。この触媒の配置は、すなわち、従来例と同等の構成であると言える。添加するチタンとしては単体のチタンを用いており、チタン含有量は上流側、下流側ともに重量比で銀の０．７％である（以下、０．７＋０．７タイプ触媒と表記する）。×のシンボルで示されている線図も、チタン含有量の同じ銀系ＨＣ選択還元型触媒を二段配置した従来例と同等のものの温度特性を表している。添加するチタンとしては単体のチタンを用い、チタン含有量は上流側、下流側ともに重量比で銀の１．０％である（以下、１．０＋１．０タイプ触媒と表記する）。この２つを比較すると、四角形のシンボルで表される０．７＋０．７タイプ触媒ではＮＯｘ低減率のピークが４００℃付近に位置しているが、×のシンボルで表される１．０＋１．０タイプ触媒ではピークが高温側にずれ、より高温側においてＮＯｘ低減率が高くなり、低温側（〜３５０℃）では逆に、０．７＋０．７タイプ触媒と比較してＮＯｘ低減率がやや低くなる温度域が存在する。このように、チタン含有量を変更することによって銀系ＨＣ選択還元型触媒の温度特性を調整できることは、従来知られている通りである。

そして、丸形のシンボルで示す線図が、本実施例の０．７＋１．０タイプ触媒の温度特性を表すものである。本実施例のように触媒の上流側と下流側でチタン含有量が異なるようにし、下流側のチタン含有量を上流側に比べて多くした場合、この図３の線図に示す通り、０．７＋０．７タイプ、１．０＋１．０タイプのいずれと比較しても、ほぼ全温度域にわたってＮＯｘの低減率が高くなっている。すなわち、０．７＋０．７タイプ触媒と１．０＋１．０タイプ触媒を比較した場合には、０．７＋０．７タイプ触媒がより低温向き、１．０＋１．０タイプ触媒がより高温向きであるといえるが、本実施例の０．７＋１．０タイプ触媒は、２００〜３５０℃の比較的低温域においても、３５０〜５００℃の比較的高温域においても、０．７＋０．７タイプ触媒と１．０＋１．０タイプ触媒のいずれよりもＮＯｘ低減性能が高くなっている。

また図３には、上記実施例の０．７＋１．０タイプ触媒とは逆に、上流側にチタンを重量比で銀の１．０％含む触媒を、下流側にチタンを銀の０．７％含む触媒を配置した銀系ＨＣ選択還元型触媒（以下、１．０＋０．７タイプ触媒と表記する）の温度特性を示している。三角形のシンボルで図示した線図がそれであり、０．７＋１．０タイプ触媒ほど顕著ではないものの、この１．０＋０．７タイプ触媒においても、０．７＋０．７タイプ触媒、１．０＋１．０タイプ触媒のいずれと比較しても、ほぼ全温度域にわたってＮＯｘの低減率が高くなることが判明している。

このように、銀系ＨＣ選択還元型触媒内の上流側と下流側でチタン含有量が異なるよう構成することにより、上流側と下流側でチタン含有量を同じにした場合と比較して、ＮＯｘの低減率を向上させることができる。すなわち、単にチタン含有量が異なる触媒同士で互いの温度特性の違いを補い合うだけでなく、幅広い温度域で銀系ＨＣ選択還元型触媒のＮＯｘ低減性能を高め得る。この作用は、本発明の発明者が鋭意研究の結果見出した新規な事実である。

尚、このとき、上記の如く、下流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量が、上流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量より多いようにすると、上流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量が、下流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量より多いようにした場合と比較して、さらにＮＯｘの低減性能を高め得る。

図４には、本実施例の排気浄化装置を搭載したエンジンを実際に運転した場合のＮＯｘの低減性能を示しているが、従来例の排気浄化装置と比較して、実際にＮＯｘの低減率が１０％程度も上昇しており、顕著なＮＯｘ低減性能の向上が認められる。

したがって、上述した本実施例によれば、銀系ＨＣ選択還元型触媒の低温性能を向上し、幅広い温度域で好適にＮＯｘを低減し得る。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施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。

１１排気管
１３銀系ＨＣ選択還元型触媒
１９ａ上流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒
１９ｂ下流側の銀系ＨＣ選択還元型触媒
２０銀系ＨＣ選択還元型触媒

Claims

排気管の途中に設置され、燃料を還元剤としてＮＯｘを還元浄化する銀系ＨＣ選択還元型触媒を備えた排気浄化装置であって、前記銀系ＨＣ選択還元型触媒に添加されるチタンの含有量が前記銀系ＨＣ選択還元型触媒内の上流側と下流側で異なるようにし、ＮＯｘの低減率を向上させたことを特徴とする排気浄化装置。
前記銀系ＨＣ選択還元型触媒は、上流側と下流側の二段に分割して設置され、下流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量が、上流側の前記銀系ＨＣ選択還元型触媒におけるチタンの含有量より多いことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記銀系ＨＣ選択還元型触媒は、チタンの含有量が上流側から下流側に向かって勾配をなして増加するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。