JP2017150325A

JP2017150325A - 排ガス処理装置

Info

Publication number: JP2017150325A
Application number: JP2016031057A
Authority: JP
Inventors: 長岡　大治; Taiji Nagaoka; 大治長岡; 今井　武人; Taketo Imai; 武人今井; 輝男中田; Teruo Nakada
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】リッチ還元時にＬＮＴで生成したＮＨ₃や排ガス中のＨＣを有効に利用してＮＯｘ浄化率を向上させることができる排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥの排気系に、ＬＮＴ２５、ＳＣＲ２６、ＣＳＦ２７を順に配置した排ガス処理装置１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンから排気される排ガスを浄化するための排ガス処理装置に関するものである。

エンジンから排気される排ガスを浄化するための排ガス処理装置として、ＬＮＴ（ＬｅａｎＮＯｘＴｒａｐ）−ＣＳＦ（ＣａｔａｌｙｚｅｄＳｏｏｔＦｉｌｔｅｒ：触媒付きスートフィルタ）−ＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｓｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）が順に配置することが提案されている（特許文献１、２）。

ｄｅＮＯｘ触媒としてのＬＮＴは、リーン空燃比のときにＮＯｘを一旦吸蔵し、適当な時期にリッチ空燃比としてＮＯｘを放出し、排ガス中のＣＯ、ＨＣと三元反応によりＮＯｘを還元する触媒システムである。

リッチ還元の際、ＮＯｘの放出速度が還元反応よりも速く進んだり、還元剤が不足している場合、ＮＯｘが還元されずにスリップする問題がある。

これを防止するために、上記提案では、ＬＮＴ−ＣＳＦの下流にＳＣＲ（ゼオライト触媒）を配置することで、リッチ還元時にＬＮＴで生成されるＮＨ₃と、ＬＮＴからスリップしたＮＯｘをＳＣＲ触媒上でＮＨ₃選択還元反応により還元するシステム（Ｐａｓｓｉｖｅ−ＳＣＲ）となっている。

また、本発明者らはこのＰａｓｓｉｖｅ−ＳＣＲシステムはＮＨ₃以外にＬＮＴからリッチ時にスリップしたＨＣによる還元反応機能（ＨＣ−ＳＣＲ）も併せ持つことを確認している。

特開２０１５−１５１９２９号公報特開２０１２−１２７３０２号公報

しかしながら、現在市販されているＰａｓｓｉｖｅ−ＳＣＲを採用した車両の触媒配置を見てみると、確認した中では全てがＬＮＴ−ＣＳＦの後段にＳＣＲ触媒を配置している。この場合、ＬＮＴで生成したＮＨ₃や、ＬＮＴからスリップしたＨＣは下流のＣＳＦの酸化触媒で一部が酸化されてしまい、残りのＮＨ₃やＨＣがＳＣＲに到達するので、生成したＮＨ₃の全てをＮＯｘ還元に使うことはできず、その効果は限定的であると考えられる。

このように従来のＬＮＴ−ＣＳＦ−ＳＣＲの配置は、リッチ還元時にＬＮＴで生成したＮＨ₃はＣＳＦに担持されている貴金属により一部が酸化されてＮＯｘとなり、残りの一部がＣＳＦを通過してＳＣＲに到達するので、ＳＣＲでのＮＨ₃による選択還元効果は限定的となる。又、排ガス中のＨＣもＬＮＴをスリップしてＣＳＦにて酸化された後にＳＣＲに到達するので、ＳＣＲでのＨＣによる還元反応も限定的となる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、リッチ還元時にＬＮＴで生成したＮＨ₃や排ガス中のＨＣを有効に利用してＮＯｘ浄化率を向上させることができる排ガス処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気系に、ＬＮＴ、ＳＣＲ、ＣＳＦを順に配置したことを特徴とする排ガス処理装置である。

前記ＳＣＲは、前記ＬＮＴの担体の後段にＳＣＲ触媒がゾーンコートされて形成されるのが好ましい。

前記ＳＣＲは、前記ＣＳＦの担体の前段にＳＣＲ触媒がゾーンコートされて形成されるのが好ましい。

前記ＬＮＴの上流側の排気系に燃料噴射弁が設けられるのが好ましい。

本発明は、ＬＮＴ、ＳＣＲ、ＣＳＦを順に配置したことで、次のような優れた効果を発揮する。
（１）ＬＮＴで生成したＮＨ₃や、排ガス中のＨＣを有効利用してＮＯｘ浄化率の向上が図れる。
（２）貴金属を使用しない低コストのゼオライト触媒（ＳＣＲ）をＬＮＴの後ろに配置するだけで、ＮＯｘ浄化率の向上が図れる。
（３）同様の効果が得られるＬＮＴ−ＳＣＲＦに対して、ＰＭ燃焼効率悪化や圧損の増加、ＰＭ再生時のＣＯスリップを招くことはない。

本発明の一実施の形態を示す図である。本発明の他の実施の形態を示し、（ａ）はＬＮＴの後段にＳＣＲを一体に組み込んだ例を、（ｂ）はＣＳＦの前段にＳＣＲを一体に組み込んだ例を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、エンジンＥの排気系に接続される排ガス処理装置１０を示したものである。

エンジンＥの吸排気系には、ターボチャージャ１１とＥＧＲ管１２が接続されており、エアクリーナ１３から吸入される空気は、ターボチャージャ１１のコンプレッサ１４で圧縮されると共に吸気通路１５に圧送され、エンジンＥの吸気マニホールド１６からエンジンＥ内に供給される。吸気通路１５には、エンジンＥへの空気量を調節するための吸気バルブ１７が設けられる。

エンジンＥから排出された排ガスは、排気マニホールド１８からターボチャージャ１１のタービン１９に排出されると共にタービン１９を駆動し、排気管２０に排気される。

吸気マニホールド１６と排気マニホールド１８にはＥＧＲ管１２が接続され、ＥＧＲ管１２に、排気マニホールド１８から吸気マニホールド１６に至る排ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１が接続されると共に、ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ２２が接続される。

排ガス処理装置１０は、タービン１９の下流側の排気管２０に排気管インジェクタ２３が設けられ、その排気管インジェクタ２３の下流側の排気管２０に形成されたキャニング容器２４内に、ＬＮＴ２５、ＳＣＲ２６、ＣＳＦ２７が順次キャニングされて構成される。

ＬＮＴ２５の上流側には、排ガス温度センサ２８が設けられ、その検出値がＥＣＵ３０に入力される。

エンジンＥは、ＥＣＵ３０により運転の全般的な制御がなされ、運転状況により、燃料インジェクタＩＮＪ、吸気バルブ１７、ＥＧＲバルブ２２、排気管インジェクタ２３を制御する。

ＥＣＵ３０は、空燃比リーン状態で、ＬＮＴ２５でＮＯｘ吸蔵を行うリーンサイクルとＮＯｘ吸蔵率が低下したときに、筒内のポスト噴射、或いは図示の排気管インジェクタ２３で燃料ＨＣをパルス的に噴射して空燃比リッチ状態でＮＯｘ還元浄化を行うリッチサイクルを行う。

このリーンとリッチの切り替えは、ＥＣＵ３０がリーン燃焼時にＬＮＴ２５に吸着されるＮＯｘ吸着量を推定し、そのＮＯｘ吸着量が設定値に達したときに、リッチ燃焼に切り替える。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

先ず、エンジンＥのリーン燃焼時には、発生したＮＯｘは、ＬＮＴ２５で吸蔵され、排ガス中のＰＭはＣＳＦ２７で捕集される。またＣＳＦ２７の再生時はＣＳＦ２７に付加した酸化触媒で排ガス中のＣＯとＰＭを酸素の存在で酸化して除去する。

ＥＣＵ３０は、ＬＮＴ２５でのＮＯｘ吸蔵量が設定値に達して、ＮＯｘ吸蔵率が低下したときに、リッチ還元に切り替え、筒内のポスト噴射を行ったり、図示の排気管インジェクタ２３で燃料ＨＣをパルス的に噴射して、排ガス中にＨＣを供給する。

これにより、ＬＮＴ２５に吸蔵されたＮＯｘは、排ガス（温度３００〜５００℃）中のＨＣで還元されて、Ｎ₂、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏとなって浄化される。

この際、ＬＮＴ２５で生成したＮＨ₃（２ＮＯ＋３Ｈ₂＋２ＣＯ→２ＮＨ₃＋２ＣＯ₂）やＬＮＴ２５からスリップしたＨＣは、その全量がＳＣＲ２６に到達してＮＯｘ還元に使用されてＮＯｘが浄化される。

このように、リッチ時にＬＮＴ２５で生成したＮＨ₃やＬＮＴ２５からスリップしたＨＣは、全量がＳＣＲ２６に到達して、ＮＯｘの還元に使われるので、ＮＨ₃によるＰａｓｓｉｖｅ−ＳＣＲのｄｅＮＯｘ効率や、ＨＣ−ＳＣＲによるｄｅＮＯｘ効率を最大限に向上させることができる。

ＳＣＲ２６に使用するゼオライトは、ＮＯｘ還元剤の種類により選択する必要がある。例えばエンジン筒内でリッチ燃焼を行い、ＣＯ，ＮＨ₃を主に還元剤とする場合は、銅チャバサイト系のＳＳＺ構造のゼオライトを用いると、ＨＣ吸着の影響を受け辛いのでｄｅＮＯｘ効果が発揮できる。

エンジン筒内で大きくリタードしたポスト噴射や、排気管への還元剤噴射を行い、ＨＣが還元剤として多くなる場合は、βゼオライトを用いるとゼオライトの格子構造が大きくＨＣ分子が吸着し易いため、ＨＣ−ＳＣＲによるｄｅＮＯｘ効果が発揮できる。この様に、ゼオライトの種類は還元剤による最適な物を選択する必要がある。

図２は、本発明の他の実施の形態を示したもので、図１に示したＬＮＴ−ＳＣＲ−ＣＳＦの触媒構成を変形した例を示したものである。

図２（ａ）は、ＬＮＴ２５の後段の担体にＳＣＲ触媒をゾーンコートしてＳＣＲ２６ａとしたものであり、また図２（ｂ）は、ＣＳＦ２７の前段の担体にＳＣＲ触媒をゾーンコートしてＳＣＲ２６ｂとしたものである。

この実施の形態では、図１と同様に、排ガス流れに対する触媒の順番がＬＮＴ−ＳＣＲ−ＣＳＦであり、上述と同様の効果が得られる。

ここで、同様のＰａｓｓｉｖｅ−ＳＣＲ効果を得られる構成として、ＬＮＴ−ＳＣＲＦも考えられる。このＳＣＲＦは、ＤＰＦにＳＣＲ触媒を担持し、ＰＭとＮＯｘの両方の浄化を狙ったフィルターであるが、この構成は下記の問題点がある。
（１）ＳＣＲＦはフィルターに貴金属を担持していないのでＰＭ燃焼効率が従来の貴金属を担持したＣＳＦ（触媒化ＤＰＦ）に比べて低下しており、特にＰａｓｓｉｖｅ燃焼性能に問題がある。
（２）ｄｅＮＯｘの効果を出すためには、ゼオライトを大量に担持する必要があるため圧損が高くなる問題点がある。
（３）同様に貴金属を担持していないため、Ｓｏｏｔが燃える際に発生するＣＯやＣＯスリップやＰＭ燃焼効率の制約を受けてしまい、ＰＭ強制再生の頻度が高くなる傾向がある。
（４）又、ゼオライトの担持量が圧損により制約されるため、ｄｅＮＯｘに対して十分な量のゼオライトを担持できない可能性がある。

それに対して、本発明の排ガス処理装置は、ＬＮＴ−ＳＣＲ−ＣＳＦの配置とすることで、ＳＣＲとＣＳＦは別々であるので、上記のような問題を生じることはない。

１０排ガス処理装置
２０排気管
２５ＬＮＴ
２６ＳＣＲ
２７ＣＳＦ

Claims

エンジンの排気系に、ＬＮＴ、ＳＣＲ、ＣＳＦを順に配置したことを特徴とする排ガス処理装置。
前記ＳＣＲは、前記ＬＮＴの担体の後段にＳＣＲ触媒がゾーンコートされてなる請求項１記載の排ガス処理装置。
前記ＳＣＲは、前記ＣＳＦの担体の前段にＳＣＲ触媒がゾーンコートされてなる請求項１記載の排ガス処理装置。
前記ＬＮＴの上流側の排気系に燃料噴射弁が設けられる請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス処理装置。