JP2016089721A - 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LNT触媒と酸化触媒を複合させた複合触媒3と、触媒付パティキュレートフィルタ4と、尿素水を排気ガス通路に注入する注入手段5と、SCR触媒7とを排気ガス流れ方向の上流側から順に配置する。
【選択図】図1
Description
上記NOxを一時的にトラップして還元するLNT触媒と上記排気ガス中のHC、CO及びNOを酸化する酸化触媒とを複合させた複合触媒と、
上記パティキュレートを捕集するフィルタにパティキュレート燃焼用触媒が担持された触媒付フィルタと、
上記NOxを還元剤の存在下で選択的に還元するSCR触媒と、
上記SCR触媒に上記還元剤を供給するべく該還元剤又は還元剤前駆体を上記エンジンの排気ガス通路に注入する注入手段とを備え、
上記システム構成要素が上記排気ガス通路に、排気ガス流れ方向の上流側から上記複合触媒、上記触媒付フィルタ、上記注入手段及び上記SCR触媒の順で配置されていることを特徴とする。
上記排気ガスの空燃比がリーンであるときに該排気ガス中のNOを酸化触媒でNO2に酸化してLNT触媒でトラップするステップと、
上記排気ガスの空燃比がリーンであるときに上記LNT触媒を通過した排気ガス中のパティキュレートをフィルタで捕集するステップと、
上記LNT触媒のNOxトラップ量が所定値に達したときに、上記排気ガスの空燃比をリーンから一時的にリッチにするリッチパージを実行して、該LNT触媒にトラップされているNOxを還元浄化するステップと、
上記触媒付フィルタを通過した排気ガスの温度が所定値以上であるときに、該排気ガスに還元剤又は還元剤前駆体を注入し、該排気ガス中のNOxを当該還元剤の存在下でSCR触媒によって還元浄化するステップと、
上記フィルタのパティキュレート捕集量が所定値に達したときに、上記エンジンの燃焼室に膨張行程又は排気行程で燃料を噴射供給するポスト噴射を実行して上記排気ガス中のHC及びCOの量を増大させるステップと、
上記HC及びCOを上記LNT触媒と複合化されて一体になった酸化触媒で酸化させ、その反応熱によって温度が上昇した排気ガスを上記フィルタに流入させて該フィルタの温度を上昇させることにより、該フィルタに捕集されているパティキュレートを該フィルタに担持されている触媒によって燃焼させて除去するステップとを備えていることを特徴とする。
上記複合触媒の上記酸化触媒は、排気ガス中のHCをトラップするHCトラップ材と、HC、CO及びNOを酸化する触媒成分を含有し、
上記複合触媒は、次のA、B及びCから選ばれる少なくとも一つの構造を備えていることを特徴とする。
A ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記LNT触媒を含有する層と上記酸化触媒を含有する層が設けられ、該両層のうちの一方が他方よりも当該セルの排気ガスが通る空間側に配置されている。以下、当該空間側を配置されている一方の触媒層を端的に「上層」になっているといい、他方の触媒層を端的に「下層」になっているという。
B ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記LNT触媒と上記酸化触媒が混合された触媒層が形成されている。
C ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記LNT触媒と上記酸化触媒が設けられ、該LNT触媒及び酸化触媒のうちの一方が他方よりも当該セルの排気ガス流れ方向の上流側に配置されている。
図1に示す排気ガス浄化システムはエンジン1から排出される排気ガス中のNOxとパティキュレート(以下、「PM」という。)の処理が可能なシステムである。本例のエンジン1はディーゼルエンジンであり、その排気ガス通路2に、複合触媒3、触媒付フィルタ4、還元剤又は還元剤前駆体の注入手段5、ミキサ6、SCR触媒7及びNH3酸化触媒8が排気ガス流れ方向の上流側から順に配置されている。本明細書では、「上流側」及び「下流側」は排気ガス流れ方向について使用している。同システムは、還元剤又は還元剤前駆体を貯留するタンク9及び各種センサを備える。それらセンサの信号に基いてエンジン1の燃料噴射制御及び注入手段5の制御がECU(Engine Control Unit)11によって実行される。
[LNT触媒によるNOxトラップ,触媒付フィルタ4によるPM捕集]
排気ガスの空燃比がリーンであるとき、図4に示すように、排気ガス中のNOx(図4では代表的にNOを示している)が複合触媒3のLNT触媒のNOxトラップ材にトラップされ、PMは触媒付フィルタ4に捕集される。
NOxトラップ材のNOxトラップ量が所定値以上であり、且つ複合触媒3に流入する排気ガス温度が所定値(例えば、200℃)以上であることを条件として、必要に応じて、リッチパージが実行される。これにより、排気ガスの空燃比が一時的にリッチになり、図5に示すように、NOxトラップ材からNOxが放出されてNOx還元触媒により還元浄化される。これにより、NOxトラップ材のNOxトラップ能が回復する(LNT触媒の再生)。このときも、触媒付フィルタ4によるPMの捕集は継続される。
排気ガスの空燃比がリーンである状態において、触媒付フィルタ4の上流側と下流側の排気ガスの差圧Δに基いて触媒付フィルタ4のPM捕集量が所定値に達したことが検出されたときに、触媒付フィルタ4に流入する排気ガス温度に基いてポスト噴射が実行される。これにより、触媒付フィルタ4に捕集されているPMが燃焼して除去され、該フィルタのPM捕集能が回復する(フィルタの再生)。以下、具体的に説明する。
LNT触媒でトラップされなかったNOx、或いは還元浄化されなかったNOx、或いは触媒付フィルタ4から排出されるNOxはSCR触媒7に向かって流れる。SCR触媒7に流入する排気ガスのNOx濃度が所定値以上であること、並びにSCR触媒7に流入する排気ガス温度が所定値(例えば200℃)以上であることを条件として、必要に応じて、SCR触媒7によるNOxの選択還元が実行される。
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O
(O2が関与しないケース)
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O
6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O
[NH3酸化触媒8によるNH3等の酸化]
NOxと反応することなくSCR触媒7を通過するNH3及びその誘導体はNH3酸化触媒8のゼオライトにトラップされる。よって、NH3及びその誘導体が大気中に排出することが防止される。ゼオライトにトラップされたNH3及びその誘導体は、そのトラップ量が所定値に達したときに、ゼオライトから脱離させ、Pt触媒によって酸化させて排出させる。以下、具体的に説明する。
複合触媒3のLNT触媒のNOxトラップ量が未だ少なく、排気ガス中のNOxがLNT触媒に吸蔵されていくときは、上流側NOxセンサ19によって検出されるNOx濃度は所定値に達していないのが通常である。従って、このときはSCR触媒7によるNOxの浄化は不要であり、すなわち、注入手段5による尿素水の注入は不要である。或いは、SCR触媒7に流入するNOxは少ないため、極少量の尿素水を注入するだけで、NOxを還元浄化することができる。
2 排気ガス通路
3 複合触媒(LNT触媒+酸化触媒)
4 触媒付フィルタ
5 注入手段
6 ミキサ
7 SCR触媒
8 NH3酸化触媒
9 尿素水タンク
Claims (5)
- エンジンから排出される排気ガス中のNOxとパティキュレートの処理が可能な排気ガス浄化システムであって、当該システムの構成要素として、
上記NOxを一時的にトラップして還元するLNT触媒と上記排気ガス中のHC、CO及びNOを酸化する酸化触媒とを複合させた複合触媒と、
上記パティキュレートを捕集するフィルタにパティキュレート燃焼用触媒が担持された触媒付フィルタと、
上記NOxを還元剤の存在下で選択的に還元するSCR触媒と、
上記SCR触媒に上記還元剤を供給するべく該還元剤又は還元剤前駆体を上記エンジンの排気ガス通路に注入する注入手段とを備え、
上記システム構成要素が上記排気ガス通路に、排気ガス流れ方向の上流側から上記複合触媒、上記触媒付フィルタ、上記注入手段及び上記SCR触媒の順で配置されていることを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 請求項1において、
上記還元剤としてのNH3又は上記還元剤前駆体としての尿素が上記注入手段によって上記排気ガス通路に注入され、
当該システム構成要素として、さらにNH3及び/又はその誘導体を酸化するための酸化触媒が上記SCR触媒よりも下流側の上記排気ガス通路に配置されていることを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 請求項1又は請求項2において、
上記複合触媒の上記LNT触媒は、排気ガス中のNOを酸化する触媒成分と、排気ガス中のNOxをトラップするNOxトラップ材と、該NOxトラップ材にトラップされたNOxを還元する触媒成分を含有し、
上記複合触媒の上記酸化触媒は、排気ガス中のHCをトラップするHCトラップ材と、HC、CO及びNOを酸化する触媒成分を含有し、
上記複合触媒は、次のA、B及びCから選ばれる少なくとも一つの構造を備えていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
A ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記LNT触媒を含有する層と上記酸化触媒を含有する層が設けられ、該両層のうちの一方が他方よりも当該セルの排気ガスが通る空間側に配置されている。
B ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記LNT触媒と上記酸化触媒が混合された触媒層が形成されている。
C ハニカム担体の排気ガスが通る各セルの壁に上記LNT触媒と上記酸化触媒が設けられ、該LNT触媒及び酸化触媒のうちの一方が他方よりも当該セルの排気ガス流れ方向の上流側に配置されている。 - エンジンから排出される排気ガス中のNOxとパティキュレートを処理する排気ガス浄化方法であって、
上記排気ガスの空燃比がリーンであるときに該排気ガス中のNOを酸化触媒でNO2に酸化してLNT触媒でトラップするステップと、
上記排気ガスの空燃比がリーンであるときに上記LNT触媒を通過した排気ガス中のパティキュレートをフィルタで捕集するステップと、
上記LNT触媒のNOxトラップ量が所定値に達したときに、上記排気ガスの空燃比をリーンから一時的にリッチにするリッチパージを実行して、該LNT触媒にトラップされているNOxを還元浄化するステップと、
上記触媒付フィルタを通過した排気ガスの温度が所定値以上であるときに、該排気ガスに還元剤又は還元剤前駆体を注入し、該排気ガス中のNOxを当該還元剤の存在下でSCR触媒によって還元浄化するステップと、
上記フィルタのパティキュレート捕集量が所定値に達したときに、上記エンジンの燃焼室に膨張行程又は排気行程で燃料を噴射供給するポスト噴射を実行して上記排気ガス中のHC及びCOの量を増大させるステップと、
上記HC及びCOを上記LNT触媒と複合化されて一体になった酸化触媒で酸化させ、その反応熱によって温度が上昇した排気ガスを上記フィルタに流入させて該フィルタの温度を上昇させることにより、該フィルタに捕集されているパティキュレートを該フィルタに担持されている触媒によって燃焼させて除去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。 - 請求項4において、
上記SCR触媒を通過した排気ガス中の上記還元剤及び/又はその誘導体をトラップするステップと、そのトラップ量が所定値に達したときに、該還元剤及び/又はその誘導体を酸化させるステップをさらに備えていることを特徴とする排気ガス浄化方法。
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