JP2751562B2 - 内燃機関の触媒式排ガス浄化装置 - Google Patents
内燃機関の触媒式排ガス浄化装置Info
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Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の触媒式排ガス浄化装置に関し
て、特に空燃比がリーン側となる酸素過剰雰囲気でも、
NOxを高率に浄化できる触媒、いわゆるリーンNOx触媒を
用いた触媒式排ガス浄化装置に関するものである。
て、特に空燃比がリーン側となる酸素過剰雰囲気でも、
NOxを高率に浄化できる触媒、いわゆるリーンNOx触媒を
用いた触媒式排ガス浄化装置に関するものである。
低燃費化の要求から希薄混合気を燃焼させる(リーン
バーン)エンジンが知られている。このようなエンジン
では設定空燃比をリーン側の酸素過剰雰囲気とするた
め、排ガス中の有害成分のうち炭化水素(HC)、一酸化
炭素(CO)の酸化除去は容易であるが、窒素酸化物(NO
x)は十分に還元除去することが困難となる。NOxの発生
量はリーン雰囲気とすることにより減少するが、従来の
三元触媒では、リーン領域での還元能力は発揮できず、
NOxの発生を十分に抑制することができなかった。
バーン)エンジンが知られている。このようなエンジン
では設定空燃比をリーン側の酸素過剰雰囲気とするた
め、排ガス中の有害成分のうち炭化水素(HC)、一酸化
炭素(CO)の酸化除去は容易であるが、窒素酸化物(NO
x)は十分に還元除去することが困難となる。NOxの発生
量はリーン雰囲気とすることにより減少するが、従来の
三元触媒では、リーン領域での還元能力は発揮できず、
NOxの発生を十分に抑制することができなかった。
このため、リーン雰囲気でNOxを十分に浄化すること
のできる、いわゆるリーンNOx触媒が研究されており、C
u等の遷移金属、或いは、貴金属をゼオライトにイオン
交換担持した金属−ゼオライト触媒が、リーンNOx触媒
として提案されている。
のできる、いわゆるリーンNOx触媒が研究されており、C
u等の遷移金属、或いは、貴金属をゼオライトにイオン
交換担持した金属−ゼオライト触媒が、リーンNOx触媒
として提案されている。
例えば、本出願人は、特開平1-130735号公報におい
て、遷移金属でイオン交換したゼオライトからなる触媒
材料を、耐火性担体上に担持させたリーンNOx触媒を用
いた触媒式排ガス浄化装置を提案した。この遷移金属と
しては、Cu、Co、Cr、Ni、Fe、Mg、Mnが好ましく、特に
Cuが好ましい。また、ゼオライトは3次元骨格の結晶構
造を形成し、細孔(スーパーケージ)を有する。そのス
ーパーケージ中にはイオン交換により導入された遷移金
属の活性サイトが存在するため排ガス中のHCはスーパー
ケージに選択的に吸着される。その吸着されたHCがNOx
と反応し、NOxを還元して除去する。
て、遷移金属でイオン交換したゼオライトからなる触媒
材料を、耐火性担体上に担持させたリーンNOx触媒を用
いた触媒式排ガス浄化装置を提案した。この遷移金属と
しては、Cu、Co、Cr、Ni、Fe、Mg、Mnが好ましく、特に
Cuが好ましい。また、ゼオライトは3次元骨格の結晶構
造を形成し、細孔(スーパーケージ)を有する。そのス
ーパーケージ中にはイオン交換により導入された遷移金
属の活性サイトが存在するため排ガス中のHCはスーパー
ケージに選択的に吸着される。その吸着されたHCがNOx
と反応し、NOxを還元して除去する。
本出願人は、また、特開平1-135541号公報において、
遷移金属に代えて貴金属でイオン交換したゼオライトか
らなるリーンNOx触媒を用いた触媒式排ガス浄化装置に
ついても提案している。
遷移金属に代えて貴金属でイオン交換したゼオライトか
らなるリーンNOx触媒を用いた触媒式排ガス浄化装置に
ついても提案している。
ゼオライトには、下記第1表に示すようにスーパーケ
ージ径の異なる各種のものがある。
ージ径の異なる各種のものがある。
ところが、エンジンから排出されるHC成分には、様々
な分子サイズが存在するため、スーパーケージ構造がも
たらすゼオライトの分子篩い効果によってHC成分が選択
的に吸着される。従って単一のスーパーケージ構造のみ
からなるリーンNOx触媒では、HCの吸着ひいてはNOxの還
元、除去は十分なものであった。
な分子サイズが存在するため、スーパーケージ構造がも
たらすゼオライトの分子篩い効果によってHC成分が選択
的に吸着される。従って単一のスーパーケージ構造のみ
からなるリーンNOx触媒では、HCの吸着ひいてはNOxの還
元、除去は十分なものであった。
そこで、本出願人は特願昭63-292662号(未公開)に
於いて、銅(Cu)でイオン交換したゼオライトを用いた
リーンNOx触媒について、スーパーケージ径サイズの異
なる2種以上のリーンNOx触媒を使用してエンジンから
排出される様々な分子サイズのHC成分の吸着を可能に
し、NOxの浄化率を向上させた触媒式排ガス浄化装置を
提案している。
於いて、銅(Cu)でイオン交換したゼオライトを用いた
リーンNOx触媒について、スーパーケージ径サイズの異
なる2種以上のリーンNOx触媒を使用してエンジンから
排出される様々な分子サイズのHC成分の吸着を可能に
し、NOxの浄化率を向上させた触媒式排ガス浄化装置を
提案している。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、特願昭63-292662号では、HCがNOxと反
応するに至るまでに触媒中で完全酸化を生ずる点が考慮
されていないため、特に分子の大きさが小さなHCが、NO
xの浄化に有効な状態(部分酸化して活性種となった状
態)での吸着効率が十分でなく、NOx浄化率を低下させ
る場合がある。即ち、排ガス浄化用触媒装置中において
はリーンNOx触媒の酸化作用により下流側程高温になる
ため、分子の小さなHC程、特に下流側の高温状態におい
て、酸化されやすい性質があり、完全酸化されたHCはNO
xの浄化に関与せず、HCの完全酸化はNOxの浄化率を低下
させる。
応するに至るまでに触媒中で完全酸化を生ずる点が考慮
されていないため、特に分子の大きさが小さなHCが、NO
xの浄化に有効な状態(部分酸化して活性種となった状
態)での吸着効率が十分でなく、NOx浄化率を低下させ
る場合がある。即ち、排ガス浄化用触媒装置中において
はリーンNOx触媒の酸化作用により下流側程高温になる
ため、分子の小さなHC程、特に下流側の高温状態におい
て、酸化されやすい性質があり、完全酸化されたHCはNO
xの浄化に関与せず、HCの完全酸化はNOxの浄化率を低下
させる。
そこで、本発明は、酸化されやすい分子の小さなHC
を、触媒中の排ガスの流れ方向の上流側で比較的低温状
態においてリーンNOx触媒に吸着させて、NOxを浄化させ
る。このようにして、分子の小さなHCの完全酸化を抑制
し、NOxの浄化率を向上させることを目的とする。
を、触媒中の排ガスの流れ方向の上流側で比較的低温状
態においてリーンNOx触媒に吸着させて、NOxを浄化させ
る。このようにして、分子の小さなHCの完全酸化を抑制
し、NOxの浄化率を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、遷移金属、或
いは、貴金属でイオン交換した酸素過剰雰囲気での還元
触媒材料を、耐火性担体上に担持した触媒式排ガス浄化
装置において、スーパーケージ径が異なる2種以上の、
3次元骨格の結晶構造を有する触媒材料からなり、スー
パーケージ径が小さな触媒材料の分布が触媒装置中の排
ガスの流れ方向の上流側で多くなるように構成する。
いは、貴金属でイオン交換した酸素過剰雰囲気での還元
触媒材料を、耐火性担体上に担持した触媒式排ガス浄化
装置において、スーパーケージ径が異なる2種以上の、
3次元骨格の結晶構造を有する触媒材料からなり、スー
パーケージ径が小さな触媒材料の分布が触媒装置中の排
ガスの流れ方向の上流側で多くなるように構成する。
上記の如く構成された、触媒式排ガス浄化装置では、
分子の小さなHCを効率よく吸着するスーパーケージ径の
小さなリーンNOx触媒が、触媒装置中の排ガスの流れ方
向の上流側に多く分布するため、分子の小さなHCは、上
流側で触媒に吸着されてNOxの浄化に利用される。この
ため、酸化されやすい分子の小さなHCの完全酸化が抑制
され、NOxの浄化率を向上させる。
分子の小さなHCを効率よく吸着するスーパーケージ径の
小さなリーンNOx触媒が、触媒装置中の排ガスの流れ方
向の上流側に多く分布するため、分子の小さなHCは、上
流側で触媒に吸着されてNOxの浄化に利用される。この
ため、酸化されやすい分子の小さなHCの完全酸化が抑制
され、NOxの浄化率を向上させる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
る。
第1図は本発明の全体構成図であり、1はエンジン、
2は排ガス浄化装置である。排ガス浄化装置2は3つの
リーンNOx触媒からなり、排ガスの流れ方向の上流側か
ら触媒A、触媒B、触媒Cである。エンジン1で燃焼し
た混合気の排ガスは、エギゾーストマニホルド3、エギ
ゾーストパイプ4を経て排ガス浄化装置2に入る。排ガ
スは排ガス浄化装置2にて有害成分が浄化され、排気管
5、マフラ(図示せず)を経て大気に放出される。
2は排ガス浄化装置である。排ガス浄化装置2は3つの
リーンNOx触媒からなり、排ガスの流れ方向の上流側か
ら触媒A、触媒B、触媒Cである。エンジン1で燃焼し
た混合気の排ガスは、エギゾーストマニホルド3、エギ
ゾーストパイプ4を経て排ガス浄化装置2に入る。排ガ
スは排ガス浄化装置2にて有害成分が浄化され、排気管
5、マフラ(図示せず)を経て大気に放出される。
排ガス浄化装置2は、第2図の斜視図において示すよ
うに、コーディエライト製の正方形断面のハニカムを有
するモノリス担体に後述する組成の触媒材料をコーティ
ングした3種類のリーンNOx触媒A,B,Cを、位相が一致す
るように結合して一体化したものである。
うに、コーディエライト製の正方形断面のハニカムを有
するモノリス担体に後述する組成の触媒材料をコーティ
ングした3種類のリーンNOx触媒A,B,Cを、位相が一致す
るように結合して一体化したものである。
リーンNOx触媒A,B,Cは、排ガスの流れ方向の上流側へ
スーパーケージ径の小さいものを配置し、下流側へ順番
にスーパーケージ径が大きなものを配置している。リー
ンNOx触媒Aは第1表に示す2種の酸素環の連結構造か
らなるスーパーケージを持つフェリエライトを配置し、
その下流側のリーンNOx触媒BにはリーンNOx触媒Aより
もスーパーケージ径が大きな、第1表に示すスーパーケ
ージ構造を持つZSM-5を配置し、更に下流側のリーンNOx
触媒CにはリーンNOx触媒Bよりもスーパーケージ径が
大きな、第1表に示すスーパーケージ構造を持つモルデ
ナイトを配置した。
スーパーケージ径の小さいものを配置し、下流側へ順番
にスーパーケージ径が大きなものを配置している。リー
ンNOx触媒Aは第1表に示す2種の酸素環の連結構造か
らなるスーパーケージを持つフェリエライトを配置し、
その下流側のリーンNOx触媒BにはリーンNOx触媒Aより
もスーパーケージ径が大きな、第1表に示すスーパーケ
ージ構造を持つZSM-5を配置し、更に下流側のリーンNOx
触媒CにはリーンNOx触媒Bよりもスーパーケージ径が
大きな、第1表に示すスーパーケージ構造を持つモルデ
ナイトを配置した。
スーパーケージ構造は各材料によって異なるが、例え
ばフェリエライトでは、第7図に示す様な連結構造をし
ている。スーパーケージは符号6で示される。
ばフェリエライトでは、第7図に示す様な連結構造をし
ている。スーパーケージは符号6で示される。
本実施例では、3種類のリーンNOx触媒A,B,Cを一体と
した排ガス浄化装置2を提案したが、第3図に示す様
に、モノリス担体にスーパーケージ径の異なるリーンNO
x触媒材料を各々担持させたリーンNOx触媒a,b,cを含む
3つの排ガス浄化装置21、22、23を持つ構造としてもよ
い。なお、スーパーケージ径の大きさは、リーンNOx触
媒a,b,cの順で大きくなるように配置する。
した排ガス浄化装置2を提案したが、第3図に示す様
に、モノリス担体にスーパーケージ径の異なるリーンNO
x触媒材料を各々担持させたリーンNOx触媒a,b,cを含む
3つの排ガス浄化装置21、22、23を持つ構造としてもよ
い。なお、スーパーケージ径の大きさは、リーンNOx触
媒a,b,cの順で大きくなるように配置する。
本実施例では、3種類のリーンNOx触媒を用いた例を
示したが、スーパーケージ径の異なるリーンNOx触媒を
2つ、或いは、4つ以上としてもよい。
示したが、スーパーケージ径の異なるリーンNOx触媒を
2つ、或いは、4つ以上としてもよい。
また、本実施例ではモノリス担持の例で示したが、ペ
レット状のものにおいても本発明は有効である。
レット状のものにおいても本発明は有効である。
[比較例1] 本実施例で使用した、スーパーケージ径が小さなリー
ンNOx触媒Aを、3つ並べた排ガス浄化装置。
ンNOx触媒Aを、3つ並べた排ガス浄化装置。
[比較例2] 本実施例で使用した、スーパーケージ径が大きなリー
ンNOx触媒Cを、3つ並べた排ガス浄化装置。
ンNOx触媒Cを、3つ並べた排ガス浄化装置。
[性能評価試験] 本実施例と比較例1及び比較例2の排ガス浄化装置に
ついて、下記条件でHCとNOxの浄化率を測定した。な
お、空燃比(A/F)は25である。
ついて、下記条件でHCとNOxの浄化率を測定した。な
お、空燃比(A/F)は25である。
試験条件 ・エンジン :ディーゼルエンジン(3660cc)、 1200r.p.m.-15kgm、 HC:5000ppm(炭素原子換算)を基本にした。
・触媒 :400セル/インチのモノリス担体に各触媒
材料をコートして、排ガスの流れ方向の上流側より触媒
A、触媒B、触媒Cの3つのリーンNOx触媒からなる。
材料をコートして、排ガスの流れ方向の上流側より触媒
A、触媒B、触媒Cの3つのリーンNOx触媒からなる。
・分析 :HC…MEXA-1120TFI-F、 NOx…MEXA-8120、 (共に、堀場製作所製の分析器)。
試験結果を第4図、第5図、第6図に示す。
これらの図に示すように、HCの吸着率とHCの浄化率に
相関があると考えられる。
相関があると考えられる。
第4図は、本実施例の評価試験結果を示す。各リーン
NOx触媒A,B,Cでスーパーケージ径に合った分子サイズの
HCが吸着され、HCの浄化率(吸着率)は触媒長さに対し
て上昇する。その結果、NOxの浄化率も、触媒長さに対
して上昇する。。つまり、排ガス中のHCが高効率で吸着
されるため、HCの浄化率が向上し、これにともなってNO
xの浄化率も向上する。つまり、HC、NOxともに浄化率が
高い。
NOx触媒A,B,Cでスーパーケージ径に合った分子サイズの
HCが吸着され、HCの浄化率(吸着率)は触媒長さに対し
て上昇する。その結果、NOxの浄化率も、触媒長さに対
して上昇する。。つまり、排ガス中のHCが高効率で吸着
されるため、HCの浄化率が向上し、これにともなってNO
xの浄化率も向上する。つまり、HC、NOxともに浄化率が
高い。
第5図は、比較例1の試験結果を示す。本実施例で使
用した、スーパーケージ径が小さなリーンNOx触媒Aを
3つ並べており、中央及び下流側では触媒中の温度が下
流側程高くなるため、吸着し得る分子サイズの小さなHC
は、酸化されてNOxの浄化機能が低下し、NOxの浄化率は
あまり上昇しない。
用した、スーパーケージ径が小さなリーンNOx触媒Aを
3つ並べており、中央及び下流側では触媒中の温度が下
流側程高くなるため、吸着し得る分子サイズの小さなHC
は、酸化されてNOxの浄化機能が低下し、NOxの浄化率は
あまり上昇しない。
第6図は、比較例2の試験結果を示す。本実施例で使
用したスーパーケージ径が大きなリーンNOx触媒Cを3
つ並べており、主に吸着され得る分子サイズの大きなHC
は酸化されにくいため、触媒長さに対してNOxの浄化率
は、ほぼ一様に上昇するが、第5図と比べると全体とし
てHC及びNOx浄化率は低い。
用したスーパーケージ径が大きなリーンNOx触媒Cを3
つ並べており、主に吸着され得る分子サイズの大きなHC
は酸化されにくいため、触媒長さに対してNOxの浄化率
は、ほぼ一様に上昇するが、第5図と比べると全体とし
てHC及びNOx浄化率は低い。
以上説明したように、本発明によれば、分子の小さな
HCの完全酸化が抑えられ、NOx浄化率が向上する。ま
た、スーパーケージ径の異なる2種以上のリーンNOx触
媒としていることにより、各種分子サイズのHCを効率よ
く吸着してリーンNOx触媒として利用でき、NOxの浄化率
の高い触媒式排ガス浄化装置を提供できる。
HCの完全酸化が抑えられ、NOx浄化率が向上する。ま
た、スーパーケージ径の異なる2種以上のリーンNOx触
媒としていることにより、各種分子サイズのHCを効率よ
く吸着してリーンNOx触媒として利用でき、NOxの浄化率
の高い触媒式排ガス浄化装置を提供できる。
第1図は、本発明による実施例の排ガス浄化装置を備え
たエンジンの全体構成図、 第2図は、本発明による実施例の排ガス浄化装置の斜視
図、 第3図は、他の実施例の排ガス浄化装置の構成図、 第4図は、本実施例のHCとNOxの浄化率性能試験結果を
表す図、 第5図は、比較例1の浄化率性能試験結果を表す図、 第6図は、比較例2の浄化率性能評価結果を表す図、 第7図は、フェリエライトの結晶構造を表す図、を示す
ものである。 符号の説明 1……エンジン 2……排ガス浄化装置 A……リーンNOx触媒A B……リーンNOx触媒B C……リーンNOx触媒C 6……スーパーケージ
たエンジンの全体構成図、 第2図は、本発明による実施例の排ガス浄化装置の斜視
図、 第3図は、他の実施例の排ガス浄化装置の構成図、 第4図は、本実施例のHCとNOxの浄化率性能試験結果を
表す図、 第5図は、比較例1の浄化率性能試験結果を表す図、 第6図は、比較例2の浄化率性能評価結果を表す図、 第7図は、フェリエライトの結晶構造を表す図、を示す
ものである。 符号の説明 1……エンジン 2……排ガス浄化装置 A……リーンNOx触媒A B……リーンNOx触媒B C……リーンNOx触媒C 6……スーパーケージ
Claims (1)
- 【請求項1】遷移金属、或いは、貴金属でイオン交換し
た酸素過剰雰囲気での還元触媒材料を、耐火性担体上に
担持した内燃機関の触媒式排ガス浄化装置において、 前記触媒材料は、スーパーケージ径が異なる2種以上
の、3次元骨格の結晶構造を有する触媒材料からなり、 スーパーケージ径が小さな触媒材料の分布を、前記浄化
装置中の排ガスの流れ方向の上流側に、多くしたことを
特徴とする内燃機関の触媒式排ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2129850A JP2751562B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 内燃機関の触媒式排ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2129850A JP2751562B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 内燃機関の触媒式排ガス浄化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0427706A JPH0427706A (ja) | 1992-01-30 |
JP2751562B2 true JP2751562B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=15019795
Family Applications (1)
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