JP2017155643A - Nox purification device and process of manufacture of nox purification device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気に含まれるNOxを還元して浄化するNOx浄化装置、およびNOx浄化装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a NOx purification device that reduces and purifies NOx contained in exhaust gas from an internal combustion engine, and a method for manufacturing the NOx purification device.
従来の吸蔵型のNOx浄化装置は、吸着触媒を担持した担体を有する吸着部と、還元触媒を担持した担体を有する還元部とを備え、吸着触媒でNOxを吸着させるとともに、吸着触媒から離脱したNOxを還元触媒で還元させる。この種の吸着触媒は、NO2やNO3については吸着できるものの、NOについては殆ど吸着できない。そこで従来では、吸着部の担体に酸化触媒を担持させ、この酸化触媒によりNOをNO2に酸化させて、NOx吸着を促進させている。 A conventional storage-type NOx purification device includes an adsorption part having a carrier carrying an adsorption catalyst and a reduction part having a carrier carrying a reduction catalyst, and adsorbs NOx by the adsorption catalyst and leaves the adsorption catalyst. NOx is reduced with a reduction catalyst. This type of adsorption catalyst can adsorb NO 2 and NO 3 but hardly adsorbs NO. Therefore, conventionally, an oxidation catalyst is supported on the carrier of the adsorption section, and NO is oxidized to NO 2 by this oxidation catalyst to promote NOx adsorption.
さらに特許文献1では、排気通路のうち吸着部および還元部の上流側部分にオゾンを添加することで、NOをNO2に酸化させてNOx吸着を促進させている。これによれば、酸化触媒が十分に活性化していない低温の状態でも、NOxを吸着できるようになる。
Furthermore, in
さて、吸着部の担体に酸化触媒を担持させた従来のNOx浄化装置において、上述したオゾン添加により低温時でもNOx吸着を促進できるといった効果の信憑性について、本発明者らは実際に試験して確認してみた。その結果、以下の問題が生じることが分かった。すなわち、低温状態では、排気中のCOがNO2と反応してしまい、これによりNO2がNOになる。つまり、低温時においては、オゾンでNOをNO2に酸化させても、そのように生成されたNO2はCOと反応してNOに戻されてしまい、オゾンによるNOx吸着促進を十分に図ることができない。 Now, in the conventional NOx purification device in which an oxidation catalyst is supported on the support of the adsorption unit, the present inventors have actually tested the credibility of the effect of promoting NOx adsorption even at low temperatures by adding ozone as described above. I checked it. As a result, it was found that the following problems occur. That is, in a low temperature state, CO in the exhaust gas reacts with NO 2, and thereby NO 2 becomes NO. That is, in the low temperature, even by oxidizing NO to NO 2 with ozone, the so produced NO 2 is will go back to NO by reaction with CO, achieving a sufficient NOx adsorption promoting Ozone I can't.
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、オゾン添加によるNOx吸着促進の確実性向上を図ったNOx浄化装置、およびNOx浄化装置の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a NOx purification device that improves the certainty of NOx adsorption promotion by ozone addition and a method for manufacturing the NOx purification device.
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。 The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope of the invention. .
開示される第1の発明は、内燃機関(10)の排気通路(11)へオゾンを添加可能な排気系に適用され、排気に含まれるNOxを還元して浄化するNOx浄化装置において、多孔質形状の第1担体(23)を有し、排気通路へ添加されたオゾンにより酸化されたNOxを吸着する吸着部(20A)と、多孔質形状の第2担体(24)を有し、吸着部から脱離したNOxを第2担体に担持された還元触媒(24a)で還元させる還元部(20B、202B)と、を備え、第1担体による酸化触媒の担持量はゼロであり、第1担体がNOxを吸着するNOx浄化装置である。 The disclosed first invention is applied to an exhaust system capable of adding ozone to an exhaust passage (11) of an internal combustion engine (10), and is a NOx purification device that reduces and purifies NOx contained in exhaust gas, and is porous. An adsorbing portion (20A) having a first carrier (23) having a shape and adsorbing NOx oxidized by ozone added to the exhaust passage, and a second carrier (24) having a porous shape, A reduction section (20B, 202B) for reducing NOx desorbed from the second carrier with a reduction catalyst (24a) carried on the second carrier, the amount of the oxidation catalyst carried by the first carrier is zero, and the first carrier Is a NOx purification device that adsorbs NOx.
さて、COがNO2をNOに変化させてしまうことは先述した通りであり、この反応をCO阻害反応と呼ぶ。本発明者らは、従来の吸着部の担体に担持されていた酸化触媒が、COを活性化させて、CO阻害反応を促していると考察し、この考察を確認する各種試験を行った。その結果、上記酸化触媒の担持量を少なくするほどCO阻害反応が抑制され、さらに、酸化触媒の担持量をゼロにすればCO阻害反応が殆ど生じなくなる、との知見を得た。 As described above, CO changes NO 2 to NO, and this reaction is called a CO inhibition reaction. The present inventors considered that the oxidation catalyst supported on the carrier of the conventional adsorbing part activated CO and promoted CO inhibition reaction, and conducted various tests to confirm this consideration. As a result, the inventors have found that the CO inhibition reaction is suppressed as the amount of the oxidation catalyst supported is reduced, and that the CO inhibition reaction hardly occurs if the amount of the oxidation catalyst supported is reduced to zero.
この点を鑑みた上記第1の発明によれば、オゾン添加が可能な排気系に適用されるNOx浄化装置であることを前提とし、吸着部が有する第1担体による酸化触媒の担持量がゼロである。そのため、オゾン添加により生成されたNO2がNOに戻るといったCO阻害反応が殆ど生じなくなるので、オゾン添加によるNOx吸着促進の確実性を向上できる。したがって、触媒が十分に活性化できないような低温時であっても、十分なNOx吸着を実現できる。 In view of this point, the first invention is based on the premise that the NOx purification device is applied to an exhaust system to which ozone can be added, and the amount of the oxidation catalyst supported by the first carrier that the adsorption unit has is zero. It is. For this reason, the CO inhibition reaction in which NO 2 generated by the addition of ozone returns to NO hardly occurs, so that the certainty of the NOx adsorption promotion by the addition of ozone can be improved. Therefore, sufficient NOx adsorption can be realized even at a low temperature at which the catalyst cannot be sufficiently activated.
開示される第2の発明は、多孔質形状の第1担体(23)を有し、内燃機関(10)の排気通路(11)へ添加されたオゾンにより酸化されたNOxを吸着する吸着部(20A)と、多孔質形状の第2担体(24)を有し、吸着部から脱離したNOxを第2担体に担持された還元触媒(24a)で還元させる還元部(20B)と、を備えるNOx浄化装置の製造方法において、基材(22)の表面の第1領域(22A)に、酸化触媒の含有量がゼロであるペースト状の第1担体を塗布し、その後、基材の表面のうち第1領域に隣接する第2領域(22B)に、還元触媒を含有するペースト状の第2担体を塗布し、その後、第1担体および第2担体を基材とともに加熱することで、第1担体および第2担体を多孔質形状にして基材に焼き付けるNOx浄化装置の製造方法である。 A second invention to be disclosed includes an adsorbing portion (1) having a porous first support (23) and adsorbing NOx oxidized by ozone added to an exhaust passage (11) of an internal combustion engine (10). 20A) and a reduction part (20B) having a porous second support (24) and reducing NOx desorbed from the adsorption part by a reduction catalyst (24a) supported on the second support. In the manufacturing method of the NOx purification device, a paste-like first carrier having a zero oxidation catalyst content is applied to the first region (22A) of the surface of the base material (22), and then the surface of the base material (22A). Of these, the second region (22B) adjacent to the first region is coated with a paste-like second carrier containing a reduction catalyst, and then the first carrier and the second carrier are heated together with the base material, thereby The carrier and the second carrier are made porous and baked onto the substrate. It is a manufacturing method of the Ox purifier.
ここで、第1担体を塗布する第1領域と第2担体を塗布する第2領域とが隣接する場合には、その領域の境界部分において、第1担体と第2担体が塗布する製造過程で僅かに重畳することがある。この場合、第2担体の上に第1担体が重畳すると、第2担体が担持している還元触媒の影響を第1担体が受けてしまい、第1担体のうち第2担体と重畳する部分ではCO阻害反応を十分に抑制できなくなる。一方、第1担体の上に第2担体が重畳した場合には、第2担体が第1担体の影響を受けて還元力が低下する等の不具合は生じない。 Here, when the first region to which the first carrier is applied and the second region to which the second carrier is applied are adjacent to each other, in the manufacturing process in which the first carrier and the second carrier are applied at the boundary portion of the region. There may be a slight overlap. In this case, when the first carrier is superimposed on the second carrier, the first carrier is affected by the reduction catalyst carried by the second carrier, and in the portion of the first carrier that is superimposed on the second carrier. The CO inhibition reaction cannot be sufficiently suppressed. On the other hand, when the second carrier is superimposed on the first carrier, there is no problem such that the second carrier is affected by the first carrier and the reducing power is reduced.
これらの点を鑑みた上記第2の発明では、第1担体を塗布した後に第2担体を塗布するので、第1領域および第2領域の境界部分において、第2担体の上に第1担体が重畳することを回避できる。よって、上述した重畳によるCO阻害反応のおそれを回避できる。しかも、第1担体による酸化触媒の担持量がゼロとなるため、上記第1の発明と同様にして、CO阻害反応が生じることを抑制でき、オゾン添加によるNOx吸着促進の確実性を向上できる。 In the second invention in view of these points, since the second carrier is applied after the first carrier is applied, the first carrier is placed on the second carrier at the boundary between the first region and the second region. Superposition can be avoided. Therefore, the risk of the CO inhibition reaction due to the superposition described above can be avoided. Moreover, since the amount of the oxidation catalyst supported by the first carrier becomes zero, it is possible to suppress the occurrence of a CO inhibition reaction as in the first aspect of the invention, and it is possible to improve the certainty of promoting NOx adsorption by adding ozone.
開示される第3の発明は、多孔質形状の第1担体(23)を有し、内燃機関(10)の排気通路(11)へ添加されたオゾンにより酸化されたNOxを吸着する吸着部(20A)と、多孔質形状の第2担体(24)を有し、吸着部から脱離したNOxを第2担体に担持された還元触媒(24a)で還元させる還元部(202B)と、を備えるNOx浄化装置の製造方法において、基材(22)の表面に、酸化触媒の含有量がゼロであるペースト状の第1担体を塗布し、その後、第1担体の表面の一部に、還元触媒を含有するペースト状の第2担体を塗布し、その後、第1担体および第2担体を基材とともに加熱することで、第1担体および第2担体を多孔質形状にして基材に焼き付けるNOx浄化装置の製造方法である。 A third invention to be disclosed has a first support (23) having a porous shape and adsorbs an NOx oxidized by ozone added to the exhaust passage (11) of the internal combustion engine (10) ( 20A) and a reduction part (202B) having a porous second support (24) and reducing NOx desorbed from the adsorption part with a reduction catalyst (24a) supported on the second support. In the manufacturing method of the NOx purification device, a paste-like first carrier having an oxidation catalyst content of zero is applied to the surface of the substrate (22), and then a reduction catalyst is applied to a part of the surface of the first carrier. NOx purification in which a paste-like second carrier containing sapphire is applied, and then the first carrier and the second carrier are heated together with the base material so that the first carrier and the second carrier are made porous and baked on the base material It is a manufacturing method of an apparatus.
先述した通り、第2担体の上に第1担体が重畳する場合にはCO阻害反応が懸念されるのに対し、第1担体の上に第2担体が重畳する場合には還元力低下等の不具合は生じない。この点を鑑みた上記第3の発明では、第1担体を塗布した後、第1担体の表面の一部に第2担体を塗布するので、還元力低下等の不具合を生じさせることなく、以下のように製造効率を向上できる。すなわち、上記第3の発明では、第1担体の上に第2担体を重ねることを前提として製造するため、第1担体を所定の第1領域に塗布する場合に比べて、第1担体の塗布範囲を精度良く管理することを不要にできる。よって、製造効率を向上できる。しかも、第1担体による酸化触媒の担持量がゼロとなるため、上記第1の発明と同様にして、CO阻害反応が生じることを抑制でき、オゾン添加によるNOx吸着促進の確実性を向上できる。 As described above, when the first carrier is superimposed on the second carrier, there is a concern about the CO inhibition reaction, whereas when the second carrier is superimposed on the first carrier, the reduction power is reduced. There is no problem. In the third aspect of the invention in view of this point, after the first carrier is applied, the second carrier is applied to a part of the surface of the first carrier. Thus, the production efficiency can be improved. That is, in the third aspect of the invention, since the manufacturing is performed on the premise that the second carrier is stacked on the first carrier, the first carrier is applied compared to the case where the first carrier is applied to the predetermined first region. It is not necessary to manage the range accurately. Therefore, manufacturing efficiency can be improved. Moreover, since the amount of the oxidation catalyst supported by the first carrier becomes zero, it is possible to suppress the occurrence of a CO inhibition reaction as in the first aspect of the invention, and it is possible to improve the certainty of promoting NOx adsorption by adding ozone.
以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。 Hereinafter, a plurality of modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted. In each embodiment, when only a part of the configuration is described, the other configurations described above can be applied to other portions of the configuration.
(第1実施形態)
図1に示すNOx浄化装置は、エンジン10の出力を駆動源として走行する車両に搭載されている。内燃機関であるエンジン10は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、燃焼に用いる燃料には、炭化水素化合物である軽油を用いている。NOx浄化装置は、NOx浄化部20およびオゾン添加部30を備える。NOx浄化部20は、エンジン10の排気通路11に設けられている。排気通路11を流れる排気は、NOx浄化部20を通過した後に、排気出口11aから放出される。NOxとしては、NO、NO2の他にもNO3等がある。
(First embodiment)
The NOx purification device shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle that travels using the output of the
オゾン添加部30は、排気通路11のうちNOx浄化部20の上流側部分にオゾンO3を添加する。オゾン添加部30から排気通路11にオゾンが供給された場合、オゾンにより排気中のNOがNO2に酸化されることでNO2の割合が増加する。オゾン添加部30は、排気通路11にオゾンを供給する供給状態と、オゾンを供給しない停止状態とに移行可能に制御される。
The
オゾン添加部30は、オゾン通路31、オゾン生成器32、エアポンプ33、排気遮断弁34、圧力センサ35、添加ノズル36、および制御装置37を備えている。オゾン通路31は、排気通路11のうちNOx浄化部20の上流側に接続されている。オゾン通路31には、オゾン生成器32、エアポンプ33、排気遮断弁34、圧力センサ35、および添加ノズル36が設けられている。
The
エアポンプ33は、外部空気である大気をオゾン通路31へ送風する。エアポンプ33は、遠心式のエアポンプであり、電動モータにより駆動されるインペラをケース内に収容して構成される。オゾン通路31においては、その上流端にエアポンプ33が設けられており、エアポンプ33と排気通路11との間にオゾン生成器32が設けられている。
The
オゾン生成器32は、その内部に流通路を形成するハウジングを備え、流通路には複数の電極が配置されている。これらの電極は、互いに平行に対向するように配置された平板形状であり、高電圧が印加される電極と接地電圧の電極とが交互に配置されている。オゾン生成器32のハウジングには、エアポンプ33により送風された空気が流入する。この空気は、ハウジング内の流通路に流入し、電極間の通路である電極間通路を流通する。
The
オゾン生成器32の電極へ通電すると、電極から放出された電子が、電極間通路の空気中に含まれる酸素分子に衝突する。すると、酸素分子からオゾンが生成される。つまり、オゾン生成器32は、放電により酸素分子をプラズマ状態にしてオゾンを生成する。したがって、オゾン生成器32への通電時には、オゾン生成器32から排気通路11に向けて流れる外部空気にオゾンが含まれる。
When the electrode of the
排気遮断弁34は、電磁駆動式の開閉弁であり、オゾン通路31においてオゾン生成器32と排気通路11との間に設けられている。排気遮断弁34を閉弁作動させると、オゾン通路31と排気通路11との連通が遮断される。これにより、排気がオゾン通路31を逆流してオゾン生成器32に到達するが防止される。圧力センサ35は、オゾン通路31のうちオゾン生成器32と排気遮断弁34との間に設けられ、オゾン通路31の内部圧力を通路圧力として検出する。
The
添加ノズル36は、オゾン通路31の下流端に取り付けられており、排気通路11においてNOx浄化部20の上流側に配置されている。添加ノズル36から排気通路11へオゾンが添加された場合、NOx浄化部20に到達する排気中のNOxがオゾンにより酸化されやすくなる。オゾンにより酸化されたNOxとしては、NOが酸化されたNO2や、NO2が酸化されたNO3などが挙げられる。
The
制御装置37は、オゾン生成器32、エアポンプ33および排気遮断弁34の作動を制御する。例えば、エンジン回転数やエンジン負荷等に基づき排気中のNOx量や、NOx中のNO量を推定する。そして、その推定されたNO量に応じたオゾン量を添加させるよう、オゾン生成器32およびエアポンプ33の作動を推定NO量に基づき制御する。
The
さらに制御装置37は、オゾン添加が要求されている場合には排気遮断弁34を開弁作動させる。但し、圧力センサ35により検出された圧力が排気通路11の圧力よりも高くなった場合、或いは高くなると予測された場合には、排気遮断弁34を閉弁作動させて、上述した排気の逆流を回避させる。
Further, the
図2に示すように、NOx浄化部20は、吸着部20Aおよび還元部20Bを有する。吸着部20Aは、オゾン添加部30から添加されたオゾンにより酸化された排気中のNOxを吸着する。NOに対する吸着力よりもNO2に対する吸着力の方が大きく、NO2に対する吸着力よりもNO3に対する吸着力の方が大きくなっている。このため特に低温(例えば100℃〜200℃)では、排気へオゾンを供給しNOをNO2またはNO3へ酸化させることにより吸着力を高めることができる。低温で吸着されたNOxは、吸着部20Aで吸着されているNOx量が多いほど吸着部20Aから脱離しやすくなる。また、高温であるほど脱離しやすくなる。還元部20Bは、排気流れ方向において吸着部20Aの下流側に配置されており、吸着部20Aから脱離したNOxをN2に還元する。
As shown in FIG. 2, the
NOx浄化部20は、吸着部20Aおよび還元部20Bの骨格となる基材22を備える。基材22は、スルーフロー型のハニカムであり、コージェライトやシリコンカーバイトにより格子状に形成されている。基材22により格子状に仕切られる内側部分は、排気通路11に沿って延びた複数の格子通路21として機能する。換言すれば、基材22は、排気流れ方向に延びる円柱形状であり、円柱内部には、排気流れ方向に延びる複数本の格子通路21が形成されている。
The
基材22の表面のうち吸着部20Aを形成する部分を第1領域22Aと呼び、基材22の表面のうち還元部20Bを形成する部分を第2領域22Bと呼ぶ。図3に示すように、基材22の表面の第1領域22Aには、第1担体23がコーティングされている。図4に示すように、基材22の表面の第2領域22Bには、第2担体24がコーティングされている。
A portion of the surface of the
第1担体23および第2担体24の材質にはアルミナAl2O3が用いられている。第1担体23および第2担体24は、内部に多数の孔が形成されている多孔質形状である。この多孔質形状は、ペースト状のアルミナを加熱することで、ペースト内部で気化したガスが外部へ抜け出る際に形成されたものである。
Alumina Al 2 O 3 is used as the material of the
第2担体24は還元触媒24aを担持している。還元触媒としてPtやRh、Pdといった貴金属が用いられている。還元触媒24aの活性は、その温度が活性温度(例えば300℃程度)まで上昇することで高められる。還元触媒24aが十分に活性化した状態では、還元触媒24a上でNOxは窒素N2に還元されやすくなる。その一方で、第1担体23は触媒を担持しておらず、第1担体23による酸化触媒および吸着触媒の担持量はゼロである。
The
次に、NOx浄化装置の製造方法のうち、NOx浄化部20についての製造方法について、図5を用いて説明する。この製造方法による手順は、作業者が各種製造装置を用いて行う手順である。先ずステップS10において、第1担体23の母材となるペースト、および第2担体24の母材となるペーストを形成する。具体的には、粉末状のアルミナを溶液に溶かしてペーストを形成する。また、第2担体24のペーストに還元触媒24aを混入する。第1担体23のペーストには酸化触媒や吸着触媒を混入させない。
Next, the manufacturing method about the
次に、ステップS11において、ステップS10で形成しておいたペースト状の第1担体23を、基材22の表面のうちの第1領域22A(図2参照)に塗布する。基材22は、排気流れ方向における上流側部分である第1領域22Aと、下流側部分である第2領域22Bとに区分けされている。第1領域22Aおよび第2領域22Bは隣接している。例えば、ペースト状の第1担体23を容器に貯留しておき、基材22の軸方向が上下方向に一致し、かつ、第1領域22Aが下側となるように、基材22の向きを調整する。その後、基材22を所定量だけ下降させて、基材22の第1領域22Aを容器内のペーストに浸す。その後、基材22を上昇させて容器から取り出す。これにより、ペースト状の第1担体23が第1領域22Aに塗布される。
Next, in step S <b> 11, the paste-like
次に、ステップS12において、基材22に塗布された第1担体23に熱風を吹きかけて、第1担体23を乾燥させる。これにより、基材22に塗布された第1担体23が液垂れしないようになる。
Next, in step S <b> 12, hot air is blown onto the
次に、ステップS13において、ステップS10で形成しておいたペースト状の第2担体24を、基材22の表面のうちの第2領域22B(図2参照)に塗布する。例えば、ペースト状の第2担体24を容器に貯留しておき、基材22の軸方向が上下方向に一致し、かつ、第2領域22Bが下側となるように、基材22の向きを調整する。その後、基材22を所定量だけ下降させて、基材22の第2領域22Bを容器内のペーストに浸す。その後、基材22を上昇させて容器から取り出す。これにより、ペースト状の第2担体24が第2領域22Bに塗布される。
Next, in step S <b> 13, the paste-like
次に、ステップS14において、基材22に塗布された第2担体24に熱風を吹きかけて、第2担体24を乾燥させる。これにより、基材22に塗布された第2担体24が液垂れしないようになる。
Next, in step S <b> 14, hot air is blown onto the
次に、ステップS15において、塗布された第1担体23および第2担体24を、基材22とともに加熱する。これにより、第1担体23および第2担体24は、多孔質形状に形成されるとともに、基材22に焼き付けられる。なお、図2に示す例では、第1領域22Aおよび第2領域22Bの、排気通路方向における長さを同じに設定しているが、第1領域22Aおよび第2領域22Bのいずれか一方を他方よりも大きく設定してもよい。
Next, in step S <b> 15, the applied
さて、本実施形態に反して、酸化触媒である白金Ptおよび吸着触媒であるバリウムBaを第1担体23に担持させたNOx浄化装置(比較例)の場合には、図6の上段に示すCO阻害反応が生じる。すなわち、低温時にオゾンを添加してNOをNO2やNO3に変化させて、低温時における吸着触媒へのNOx吸着量増大を図ろうとしても、排気中のCOがNO2と反応してしまい、これによりNO2がNOになる。つまり、低温時においては、オゾンでNOをNO2に酸化させても、そのように生成されたNO2はCOと反応してNOに戻されてしまい、オゾンによるNOx吸着促進を十分に図ることができない。
Contrary to this embodiment, in the case of a NOx purification device (comparative example) in which platinum Pt as an oxidation catalyst and barium Ba as an adsorption catalyst are supported on the
これに対し、第1担体23による酸化触媒および吸着触媒の担持量がゼロの場合には、CO阻害反応を促している酸化触媒が存在しないので、図6の下段に示すようにCO阻害反応が生じなくなる。そして、添加されたオゾンにより生成されたNO3が第1担体23に直接吸着される、といった現象が生じることを本発明者らは見出した。
On the other hand, when the amount of the oxidation catalyst and the adsorption catalyst supported by the
本発明者らは、上記知見を確認するべく以下の試験を実施して、図7〜図10の試験結果を得た。 The present inventors conducted the following tests to confirm the above findings, and obtained the test results shown in FIGS.
図7に係る試験では、酸化触媒および吸着触媒を担持させた図6上段に示す吸着部20Ax(比較例)を準備する。図8に係る試験では、酸化触媒および吸着触媒の担持量がゼロである本実施形態に係る吸着部20Aを準備する。図7および図8の試験では、NOx吸着量がゼロの状態の吸着部20A、20Axへ、排ガスを模擬した試験用排ガスを流入させている。1000ppmのCOを含む試験用排ガスと、COを含んでいない試験用排ガスとの各々で試験を実施している。また、いずれの試験用排ガスにも同じ量のオゾンが添加されている。
In the test according to FIG. 7, an adsorption part 20Ax (comparative example) shown in the upper part of FIG. 6 carrying an oxidation catalyst and an adsorption catalyst is prepared. In the test according to FIG. 8, the
さらに上記試験では、試験用排ガスを吸着部20A、20Axへ流入させている時に、吸着部20A、20Axの下流側でNOxの量を計測する。したがって、吸着部20A、20Axへ流入する試験用排ガス中の全てのNO2(つまりNOx流入量)が吸着された場合、計測されるNOx量(つまりNOx流出量)はゼロとなる。NOx流入量に対するNOx流出量の割合をNOx吸着率と呼ぶ。この試験では、試験用排ガスに含まれるNOの量が200ppmに調整されている。また、吸着部20A、20Axの中心温度が130℃となるように調整されている。
Further, in the above test, the amount of NOx is measured on the downstream side of the adsorbing
図7および図8の試験結果によれば、試験時間の経過に伴い、横軸に示すNOx吸着量が増大して一定量を超えると、縦軸に示すNOx吸着率が低下していくことが分かる。そして、比較例の場合、COを含む排ガスで試験した場合には、NOx吸着率が著しく低下していくのに対し、COを含まない排ガスで試験した場合には、NOx吸着率の低下が緩やかである。このことは、CO阻害反応によりNOx吸着率が著しく低下していることを意味する。一方、本実施形態の場合、COを含む場合と含まない場合とで、NOx吸着率の低下速度は殆ど変わらない。このことは、CO阻害反応の影響を殆ど受けていないことを意味する。 According to the test results of FIG. 7 and FIG. 8, as the test time elapses, when the NOx adsorption amount shown on the horizontal axis increases and exceeds a certain amount, the NOx adsorption rate shown on the vertical axis decreases. I understand. In the case of the comparative example, the NOx adsorption rate decreases remarkably when tested with exhaust gas containing CO, whereas the NOx adsorption rate decreases slowly when tested with exhaust gas not containing CO. It is. This means that the NOx adsorption rate is remarkably reduced due to the CO inhibition reaction. On the other hand, in the present embodiment, the rate of decrease in the NOx adsorption rate is almost the same between the case of containing CO and the case of not containing CO. This means that it is hardly affected by the CO inhibition reaction.
図9に係る試験では、本実施形態に係る吸着部20A、および比較例に係る吸着部20Axの各々について、オゾンが存在する環境下で十分な量のNOxを吸着させておき、その状態で、吸着部20A、20Axの温度を徐々に上昇させていく。そして、吸着部20A、20Axの下流側でNOxの量を計測し、この計測値は、吸着部20A、20Axから脱離したNOx量に相当する。図9中の実線は、本実施形態に係る吸着部20Aを用いた場合のNOx脱離量の計測値の変化を示し、図9中の点線は、比較例に係る吸着部20Axを用いた場合のNOx脱離量の計測値の変化を示す。
In the test according to FIG. 9, a sufficient amount of NOx is adsorbed in an environment where ozone exists for each of the
試験時間の経過に伴い、横軸に示す吸着部20A、20Axの中心温度は徐々に増大していき、温度上昇に伴いNOx脱離量は増大していく。比較例に係る吸着部20Axの場合、350℃と570℃の2箇所でNOx脱離量がピークとなる。350℃をピークとするNOx脱離量は、NO2が脱離したことによるものである推察され、570℃をピークとするNOx脱離量は、NO3が脱離したことによるものであると推察される。これに対し、本実施形態に係る吸着部20Aの場合には、430℃の1箇所でNOx脱離量がピークとなる。ピークが2箇所ではなく1箇所になっていることからして、第1担体23に吸着されるNOxはNO3であり、NO2は殆ど吸着されていないと推察される。そして、図9の試験結果は、本実施形態によるNOx脱離量のピークは比較例に比べて低温になることを表わす。
As the test time elapses, the center temperatures of the
図10に係る試験では、比較例に係る吸着部20Axにおける酸化触媒の担持量を変更させて、以下に説明するNOx吸着量減少率を試験している。図7および図8において、NOx吸着率が所定値になった時のNOx吸着量を基準吸着量と呼ぶ。そして、排ガスにCOを含まない場合の基準吸着量に対する、COを含む場合の基準吸着量の比率を、NOx吸着量減少率と呼び、図10の縦軸がNOx吸着量減少率を示す。また、図7および図9の試験では、比較例に係る吸着部20Axの1リットル当りに含まれているPtの重量(つまりPt担持量)を1.0g/Lに設定している。そして図10の試験では、Pt担持量を1.0g/L、0.5g/L、0.2g/L、0.0g/Lの各々について、NOx吸着量減少率を計測しており、図10の横軸がPt担持量を示す。 In the test according to FIG. 10, the NOx adsorption amount decrease rate described below is tested by changing the amount of the oxidation catalyst supported in the adsorption unit 20Ax according to the comparative example. 7 and 8, the NOx adsorption amount when the NOx adsorption rate reaches a predetermined value is referred to as a reference adsorption amount. The ratio of the reference adsorption amount when CO is included to the reference adsorption amount when CO is not included in the exhaust gas is called the NOx adsorption amount decrease rate, and the vertical axis in FIG. 10 indicates the NOx adsorption amount decrease rate. In the tests of FIGS. 7 and 9, the weight of Pt contained in each liter of the adsorbing portion 20Ax according to the comparative example (that is, the amount of Pt supported) is set to 1.0 g / L. In the test of FIG. 10, the NOx adsorption amount decrease rate was measured for each of the Pt loadings of 1.0 g / L, 0.5 g / L, 0.2 g / L, and 0.0 g / L. The horizontal axis of 10 indicates the amount of Pt supported.
図10の試験結果は、Pt担持量が少ないほどNOx吸着量減少率は小さくなり、CO阻害反応による影響が少なくなることを意味する。そして、オゾンが添加された環境下であれば、Pt担持量をゼロにしても十分な量のNOxを吸着できることが、図7〜図10の試験結果から分かる。 The test results in FIG. 10 indicate that the smaller the amount of Pt supported, the smaller the NOx adsorption amount decrease rate and the less the influence of the CO inhibition reaction. It can be seen from the test results of FIGS. 7 to 10 that a sufficient amount of NOx can be adsorbed even if the amount of Pt supported is zero under an environment where ozone is added.
以上により、本実施形態によれば、オゾン添加が可能な排気系に適用されるNOx浄化部20であることを前提とし、吸着部20Aが有する第1担体23による酸化触媒の担持量がゼロである。そのため、オゾン添加により生成されたNO2がNOに戻るといったCO阻害反応が殆ど生じなくなるので、低温時におけるオゾンによるNOx吸着促進の確実性を向上できる。したがって、触媒が十分に活性化できないような低温時であっても、十分なNOx吸着を実現できる。
As described above, according to the present embodiment, assuming that the
また、オゾンが添加された状況下では、NOやNO2がNO3に酸化され、NO3が第1担体23に直接吸着される現象が生じることが分かった。そこで本実施形態では、吸着触媒の担持量もゼロにしているので、吸着部20Aの材料コストを低減できる。
Further, under the ozone is added conditions, NO and NO 2 is oxidized to NO 3, is NO 3 was found that the phenomenon is adsorbed directly to the
さらに本実施形態では、吸着部20Aおよび還元部20Bは、排気流れ方向に並べて配置されており、吸着部20Aは、排気流れ方向において還元部20Bの上流側に配置されている。これによれば、第1担体23および第2担体24を積層することにより、吸着部20Aおよび還元部20Bを積層して配置する場合に比べ、第2担体24に担持されている還元触媒24aから十分に離れた位置に第1担体23を配置できる。よって、還元触媒24aの影響でCO阻害反応が吸着部20Aで生じるおそれを低減できる。
Further, in the present embodiment, the
さらに本実施形態では、第1担体23および第2担体24の両方を保持する基材22を備える。これによれば、第1担体23を保持する基材と第2担体24を保持する基材とを共用させて1つにできるので、各々の基材を別々に設ける場合に比べて、部品点数低減および装置の小型化を図ることができる。
Furthermore, in this embodiment, the
さらに本実施形態では、第1担体23にアルミナが用いられている。第1担体23にアルミナを用いた場合には、図7〜図10に示すように十分な吸着性能が発揮されることが確認されている。
Further, in this embodiment, alumina is used for the
さらに本実施形態では、基材22の表面の第1領域22Aに、酸化触媒の含有量がゼロであるペースト状の第1担体23を塗布する。その後、基材22の表面のうち第1領域22Aに隣接する第2領域22Bに、還元触媒24aを含有するペースト状の第2担体24を塗布する。その後、第1担体23および第2担体24を基材22とともに加熱することで、第1担体23および第2担体24を多孔質形状にして基材22に焼き付ける。そのため、第1担体を塗布した後に第2担体を塗布するので、第1領域および第2領域の境界部分において、第2担体の上に第1担体が重畳することを回避できる。よって、上述した重畳によるCO阻害反応のおそれを回避できる。
Furthermore, in the present embodiment, a paste-like
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、第1担体23は第1領域22Aに設けられ、第2担体24は第2領域22Bに設けられており、第1担体23および第2担体24の各々は基材22の表面に設けられている。これに対し、本実施形態に係るNOx浄化部202では、第1担体23は第1領域22Aおよび第2領域22Bの両方に設けられており、基材22表面の全体が第1担体23で覆われている。そして第2担体24は、第2領域22Bに設けられている部分の第1担体23の表面に設けられている(図11参照)。つまり、本実施形態に係る吸着部20Aは、上記第1実施形態と同様の図3に示す断面形状であり、本実施形態に係る還元部202Bは、図11に示す断面形状である。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the
次に、NOx浄化装置の製造方法のうち、NOx浄化部202についての製造方法について、図12を用いて説明する。この製造方法の手順は、作業者が各種製造装置を用いて行う手順である。先ずステップS20において、図5のステップS10と同様にして、第1担体23および第2担体24のペーストを形成する。第2担体24には還元触媒24aを混入させ、第1担体23には酸化触媒や吸着触媒を混入させない。
Next, the manufacturing method about the
次に、ステップS21において、ステップS20で形成しておいたペースト状の第1担体23を、基材22の表面の全体に塗布する。例えば、ペースト状の第1担体23を容器に貯留しておき、基材22の全体を容器内のペーストに浸すことで、第1担体23を基材22の全体に塗布する。次に、ステップS22において、基材22に塗布された第1担体23に熱風を吹きかけて、第1担体23を乾燥させる。
Next, in step S <b> 21, the pasty
次に、ステップS23において、ステップS20で形成しておいたペースト状の第2担体24を、第1担体23の表面のうちの第2領域22B(図2参照)に塗布する。例えば、図5のステップS13と同様にして、ペースト状の第2担体24を容器に貯留しておく。そして、第2領域22Bが下側となるように基材22の向きを調整し、その後、基材22を所定量だけ下降させて、第2領域22Bを容器内のペーストに浸す。その後、基材22を上昇させて容器から取り出すことにより、ペースト状の第2担体24が第2領域22Bに塗布される。次に、ステップS24において、基材22に塗布された第2担体24に熱風を吹きかけて、第2担体24を乾燥させる。
Next, in step S23, the paste-like
次に、ステップS25において、図5のステップS15と同様にして、塗布された第1担体23および第2担体24を基材22とともに加熱することで、多孔質形状に形成するとともに基材22に焼き付ける。
Next, in step S25, the coated
以上により、本実施形態においても上記第1実施形態と同様にして、吸着部20Aが有する第1担体23による酸化触媒の担持量がゼロとなるため、CO阻害反応が殆ど生じなくなるので、低温時におけるオゾンによるNOx吸着促進の確実性を向上できる。また、オゾンが添加された状況下では、NO3が第1担体23に直接吸着されることに着目して、吸着触媒の担持量もゼロにしているので、吸着部20Aの材料コストを低減できる。
As described above, in the present embodiment as well, in the same manner as in the first embodiment, the amount of the oxidation catalyst supported by the
なお、本実施形態では第2担体24が第1担体23の上に積層しているが、第1担体23は触媒を担持していないので、第2担体24での還元能力が第1担体23から影響を受けて低減する不具合は生じない。
In the present embodiment, the
さらに本実施形態では、基材22の表面の全体に、酸化触媒の含有量がゼロであるペースト状の第1担体23を塗布する。その後、第1担体23の表面のうち第2領域22Bに相当する部分に、還元触媒を含有するペースト状の第2担体24を塗布する。その後、第1担体23および第2担体24を基材22とともに加熱することで、第1担体23および第2担体24を多孔質形状にして基材22に焼き付ける。そのため、第1担体23の上に第2担体24を重ねることを前提として製造するため、第1担体23を所定の第1領域22Aに塗布する場合に比べて、第1担体23の塗布範囲を精度良く管理することを不要にできる。例えば、容器内に貯留するペースト状の第1担体23に、基材22を下降して浸すにあたり、基材22の下降量の管理をラフにできるので、製造効率を向上できる。
Furthermore, in this embodiment, the paste-like 1st support |
(第3実施形態)
上記第1実施形態に係る基材22は、図2に示すスルーフロー型のハニカム形状であるが、本実施形態に係るNOx浄化部203の基材22は、図13に示すウォールフロー型のハニカム形状である。具体的には、図2に示す複数の格子通路21のうちの半分について、格子通路の流入口を目封じ壁25で閉塞して流入通路21aとする。残りの半分については、格子通路の流出口を目封じ壁25で閉塞して流出通路21bとする。この構成によれば、図13中の矢印に示すように、流入口から流入した排気が、流入通路21aを流れた後、基材22の壁を貫通して隣の流出通路21bへ流れ込み、その後、流出通路21bを流通して流出口から流出する。
(Third embodiment)
The
ウォールフロー型の本実施形態においても、第1実施形態または第2実施形態と同様にして第1担体23および第2担体24が基材22に設けられており、第1担体23の酸化触媒担持量はゼロに設定されている。そのため、本実施形態においてもCO阻害反応を抑制できるので、低温時におけるオゾンによるNOx吸着促進の確実性を向上できる。
In this embodiment of the wall flow type as well, the
(第4実施形態)
上記第2実施形態では、基材22の表面全体に第1担体23を設け、第1担体23のうち第2領域22Bに相当する部分に第2担体24を設けている。これに対し、本実施形態に係るNOx浄化部204では、図14に示すように、基材22の全面に第2担体24を設け、第2担体24の表面全体に第1担体23を設けている。具体的には、第1領域22Aおよび第2領域22Bのいずれの部分においても、基材22の表面に第2担体24が塗布され、その第2担体24の表面に第1担体23が塗布されている。
(Fourth embodiment)
In the second embodiment, the
つまり、上記第1実施形態および第2実施形態では、吸着部20Aと還元部20Bとが排気流れ方向に並べて配置されている。これに対し本実施形態では、吸着部を形成する第1担体23および還元部を形成する第2担体24が、基材22の上に積層配置されているため、吸着部と還元部とが排気流れ方向に対して垂直な方向に並べて配置されていると言える。そして、基材22の形状はスルーフロー型である。
That is, in the first embodiment and the second embodiment, the
上記構成による本実施形態によれば、低温時にNOxを吸着させる際には、格子通路21に露出している第2担体24で、オゾンにより酸化されたNO3が吸着される。そして、第2担体24から脱離したNOxは、第1担体23の内部の多孔を通過して還元部に到達すると、還元部の第2担体24に担持されている還元触媒24aで還元される。
According to this embodiment having the above configuration, when NOx is adsorbed at a low temperature, NO 3 oxidized by ozone is adsorbed by the
本実施形態においても、第1実施形態または第2実施形態と同様にして、第1担体23の酸化触媒担持量はゼロに設定されている。そのため、本実施形態においてもCO阻害反応を抑制できるので、低温時におけるオゾンによるNOx吸着促進の確実性を向上できる。
Also in the present embodiment, the amount of the oxidation catalyst supported on the
(他の実施形態)
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as illustrated below. Not only combinations of parts that clearly show that combinations are possible in each embodiment, but also combinations of the embodiments even if they are not explicitly stated unless there is a problem with the combination. Is also possible.
上記各実施形態では、第1担体23にアルミナを用いているが、アルミナシリカやゼオライトを用いてもよいし、それらを適宜組み合わせて混合させてもよい。要するに、第1担体23の成分に、アルミナ、アルミナシリカおよびゼオライトの少なくとも1つが含まれていることが望ましい。これらの材質の他にも、シリカSiO2、セリアCeO、ジルコニアZrO2、ランタンLa、チタニアTiO2を用いても良いし、それらを適宜組み合わせて混合させてもよい。
In each of the above embodiments, alumina is used for the
上記各実施形態では、第1担体23による吸着触媒の担持量がゼロである。これに対し、第1担体23にバリウム等の吸着触媒を担持させてもよい。
In each of the above embodiments, the amount of adsorption catalyst supported by the
図1に示すNOx浄化部20は、圧縮自着火式の内燃機関であるディーゼルエンジンに適用されているが、点火着火式の内燃機関であり、燃焼室へ燃料を直接噴射する直噴式のガソリンエンジンに適用されていてもよい。
The
10…内燃機関、11…排気通路、20、202、203、204…NOx浄化部、20A…吸着部、20B、202B…還元部、22…基材、23…第1担体、24…第2担体、24a…還元触媒、30…オゾン添加部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
多孔質形状の第1担体(23)を有し、前記排気通路へ添加されたオゾンにより酸化されたNOxを吸着する吸着部(20A)と、
多孔質形状の第2担体(24)を有し、前記吸着部から脱離したNOxを前記第2担体に担持された還元触媒(24a)で還元させる還元部(20B、202B)と、
を備え、
前記第1担体による酸化触媒の担持量はゼロであり、前記第1担体がNOxを吸着するNOx浄化装置。 In an NOx purification device that is applied to an exhaust system that can add ozone to an exhaust passage (11) of an internal combustion engine (10) and that reduces and purifies NOx contained in exhaust gas,
An adsorbing portion (20A) having a porous first support (23) for adsorbing NOx oxidized by ozone added to the exhaust passage;
A reduction part (20B, 202B) having a porous second support (24), and reducing NOx desorbed from the adsorption part with a reduction catalyst (24a) supported on the second support;
With
The NOx purification device in which the amount of the oxidation catalyst supported by the first carrier is zero, and the first carrier adsorbs NOx.
前記吸着部は、排気流れ方向において前記還元部の上流側に配置されている請求項1に記載のNOx浄化装置。 The adsorbing part and the reducing part are arranged side by side in the exhaust flow direction,
The NOx purification device according to claim 1, wherein the adsorption unit is disposed upstream of the reduction unit in the exhaust flow direction.
多孔質形状の第2担体(24)を有し、前記吸着部から脱離したNOxを前記第2担体に担持された還元触媒(24a)で還元させる還元部(20B)と、
を備えるNOx浄化装置の製造方法において、
基材(22)の表面の第1領域(22A)に、酸化触媒の含有量がゼロであるペースト状の前記第1担体を塗布し、
その後、前記基材の表面のうち前記第1領域に隣接する第2領域(22B)に、前記還元触媒を含有するペースト状の前記第2担体を塗布し、
その後、前記第1担体および前記第2担体を前記基材とともに加熱することで、前記第1担体および前記第2担体を多孔質形状にして前記基材に焼き付けるNOx浄化装置の製造方法。 An adsorbing portion (20A) having a porous first support (23) and adsorbing NOx oxidized by ozone added to the exhaust passage (11) of the internal combustion engine (10);
A reducing unit (20B) having a porous second carrier (24), and reducing NOx desorbed from the adsorption unit with a reduction catalyst (24a) supported on the second carrier;
In a manufacturing method of a NOx purification device comprising:
Applying the paste-like first carrier having an oxidation catalyst content of zero to the first region (22A) on the surface of the substrate (22),
Then, the paste-like second carrier containing the reduction catalyst is applied to the second region (22B) adjacent to the first region of the surface of the substrate,
Thereafter, the first carrier and the second carrier are heated together with the base material, whereby the first carrier and the second carrier are made porous to be baked on the base material.
多孔質形状の第2担体(24)を有し、前記吸着部から脱離したNOxを前記第2担体に担持された還元触媒(24a)で還元させる還元部(202B)と、
を備えるNOx浄化装置の製造方法において、
基材(22)の表面に、酸化触媒の含有量がゼロであるペースト状の前記第1担体を塗布し、
その後、前記第1担体の表面の一部に、前記還元触媒を含有するペースト状の前記第2担体を塗布し、
その後、前記第1担体および前記第2担体を前記基材とともに加熱することで、前記第1担体および前記第2担体を多孔質形状にして前記基材に焼き付けるNOx浄化装置の製造方法。 An adsorbing portion (20A) having a porous first support (23) and adsorbing NOx oxidized by ozone added to the exhaust passage (11) of the internal combustion engine (10);
A reducing unit (202B) having a porous second carrier (24), and reducing NOx desorbed from the adsorption unit with a reduction catalyst (24a) supported on the second carrier;
In a manufacturing method of a NOx purification device comprising:
On the surface of the base material (22), the paste-like first carrier having an oxidation catalyst content of zero is applied,
Thereafter, the paste-like second carrier containing the reduction catalyst is applied to a part of the surface of the first carrier,
Thereafter, the first carrier and the second carrier are heated together with the base material, whereby the first carrier and the second carrier are made porous to be baked on the base material.
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