JP4239864B2 - Diesel exhaust gas purification device - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼルエンジンからの排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas from a diesel engine.

ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少されてきている。しかし、ディーゼルエンジンについては、有害成分がパティキュレート(粒子状物質:炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子等、以下PMという)として排出されるという特異な事情から、規制も技術の進歩もガソリンエンジンに比べて遅れている。   As for gasoline engines, harmful components in exhaust gas have been steadily reduced due to strict regulations on exhaust gas and advances in technology that can cope with it. However, because diesel engines emit harmful components as particulates (particulate matter: carbon fine particles, sulfur fine particles such as sulfate, high molecular weight hydrocarbon fine particles, etc., hereinafter referred to as PM), regulations are also restricted. Technological progress is also slow compared to gasoline engines.

現在までに開発されているディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置(ウォールフロー)と、オープン型の排ガス浄化装置(ストレートフロー)とが知られている。このうちトラップ型の排ガス浄化装置としては、セラミック製の目封じタイプのハニカム体(ディーゼルPMフィルタ(以下 DPFという))が知られている。この DPFは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を例えば交互に市松状に目封じしてなるものであり、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁とよりなり、セル隔壁の細孔で排ガスを濾過してPMを捕集することで排出を抑制するものである。   As exhaust gas purification devices for diesel engines that have been developed so far, a trap type exhaust gas purification device (wall flow) and an open type exhaust gas purification device (straight flow) are known. Among these, as a trap type exhaust gas purification device, a ceramic plug-type honeycomb body (diesel PM filter (hereinafter referred to as DPF)) is known. This DPF is formed by alternately sealing both ends of the openings of the cells of the ceramic honeycomb structure, for example, in a checkered pattern, and is adjacent to the inflow side cells and the inflow side cells clogged on the exhaust gas downstream side. It consists of an outflow side cell clogged upstream of the exhaust gas and a cell partition partitioning the inflow side cell and the outflow side cell. The exhaust gas is filtered through the pores of the cell partition wall to collect PM, thereby suppressing emissions. To do.

しかし DPFでは、PMの堆積によって圧損が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、圧損が上昇した場合に高温の排ガスを流通させたり、バーナあるいは電気ヒータ等で加熱することで堆積したPMを燃焼させ、 DPFを再生することが行われている。しかしながらこの場合には、PMの堆積量が多いほど燃焼時の温度が上昇し、それによる熱応力で DPFが破損する場合もある。   However, in DPF, pressure loss increases due to PM accumulation, so it is necessary to periodically remove and regenerate PM accumulated by some means. Therefore, conventionally, when pressure loss increases, high temperature exhaust gas is circulated, or PM accumulated by burning with a burner or an electric heater is burned to regenerate DPF. However, in this case, the higher the amount of PM deposited, the higher the temperature during combustion, and the DPF may be damaged by the thermal stress.

そこで近年では、例えば特開平09−173866号公報に記載されているように、 DPFのセル隔壁の表面にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金(Pt)などの貴金属を担持した連続再生式 DPF(フィルタ触媒)が開発されている。このフィルタ触媒によれば、捕集されたPMが貴金属の触媒反応によって酸化燃焼するため、捕集と同時にあるいは捕集に連続してPMを燃焼させることでフィルタ機能を再生することができる。そして触媒反応は比較的低温で生じること、及び捕集量が少ないうちにPMを燃焼できることから、 DPFに作用する熱応力が小さく破損が防止されるという利点がある。   Therefore, in recent years, as described in JP-A-09-173866, for example, a coating layer is formed from alumina or the like on the surface of the cell partition of DPF, and a noble metal such as platinum (Pt) is supported on the coating layer. Continuous regeneration type DPF (filter catalyst) has been developed. According to this filter catalyst, the collected PM is oxidized and burned by the catalytic reaction of the noble metal, so that the filter function can be regenerated by burning the PM simultaneously with the collection or continuously with the collection. Since the catalytic reaction occurs at a relatively low temperature and PM can be burned while the amount of trapped is small, there is an advantage that the thermal stress acting on the DPF is small and damage is prevented.

しかしながらフィルタ触媒においても、多量のPMを含む排ガスが短時間に流入した場合や始動時などの冷間時には、その酸化性能が不足してPMが堆積する場合があり、排気圧損が上昇したり、堆積したPMが高温時に一気に燃焼するため破損する場合がある。そこでフィルタ触媒の排ガス上流側に酸化触媒を配置し、酸化触媒で排ガス中のHC及びCOを酸化するとともに、その発熱反応によって加熱された排ガスをフィルタ触媒に流入させることが提案され実用化されている。   However, even in a filter catalyst, when exhaust gas containing a large amount of PM flows in a short time or when it is cold such as at the time of start-up, its oxidation performance may be insufficient and PM may accumulate, increasing the exhaust pressure loss, The accumulated PM may burn at a high temperature, causing damage. Therefore, it has been proposed and put into practical use that an oxidation catalyst is arranged upstream of the exhaust gas of the filter catalyst, oxidizes HC and CO in the exhaust gas with the oxidation catalyst, and exhaust gas heated by the exothermic reaction flows into the filter catalyst. Yes.

例えば特開平60−043113号公報には、 DPFの前段にHCの酸化性能に優れた触媒を配置し、吸気絞りあるいは遅角制御によって多量のHCを供給して、酸化性能に優れた触媒における反応熱で DPFに堆積したPMを燃焼する技術が開示されている。また特開2002−021544号公報には、 DPFあるいはフィルタ触媒の前段に酸化触媒あるいはNOx 吸蔵還元触媒を配置し、燃焼室へ燃料を噴射するポスト噴射あるいは排ガス中に燃料を添加することによってHCを供給して、酸化触媒あるいはNOx 吸蔵還元触媒における反応熱で DPFあるいはフィルタ触媒に堆積したPMを燃焼させる技術が開示されている。 For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 60-043113, a catalyst having excellent HC oxidation performance is arranged in front of the DPF, and a large amount of HC is supplied by intake throttling or retarding control so that the reaction in the catalyst having excellent oxidation performance is achieved. A technique for burning PM deposited on DPF with heat is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 2002-021544 discloses an HC by placing an oxidation catalyst or NO x storage reduction catalyst in front of a DPF or filter catalyst, and injecting fuel into the combustion chamber by post injection or exhaust gas. Is supplied, and the PM deposited on the DPF or filter catalyst is combusted by the heat of reaction in the oxidation catalyst or NO x storage reduction catalyst.

このような技術においては、後段の DPFあるいはフィルタ触媒に流入する排ガスの温度を 600〜 650℃以上に昇温することが望ましい。しかし吸気絞りあるいは遅角制御によってHCを供給する方法では、始動時や低速走行時など排ガス温度が低い場合には前段の酸化触媒を活性化温度まで昇温することが困難であり、その間は後段の DPFあるいはフィルタ触媒にPMが堆積する。また特に排ガス中に燃料を添加することによってHCを供給する方法では、液体燃料として供給されるために前段の酸化触媒が冷却されてしまい、始動時などの低温域では後段の DPFあるいはフィルタ触媒に流入する排ガスの温度を昇温することが困難となる。また酸化触媒において燃料を含む排ガスに着火したとしても、途中で失火する場合もあった。   In such technology, it is desirable to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the subsequent DPF or filter catalyst to 600 to 650 ° C or higher. However, in the method of supplying HC by intake throttling or retarded angle control, it is difficult to raise the oxidation catalyst in the previous stage to the activation temperature when the exhaust gas temperature is low, such as when starting or running at low speed, and during that time, the latter stage PM accumulates on the DPF or filter catalyst. In particular, in the method of supplying HC by adding fuel to the exhaust gas, the oxidation catalyst in the previous stage is cooled because it is supplied as liquid fuel, and the DPF or filter catalyst in the subsequent stage is cooled in a low temperature range such as at the start. It becomes difficult to raise the temperature of the inflowing exhaust gas. Further, even if the exhaust gas containing fuel is ignited in the oxidation catalyst, it may be misfired on the way.

さらに前段の酸化触媒には、触媒成分としてPtなどの貴金属が担持されているが、高温域で貴金属の粒成長が生じて劣化し、着火温度が上昇するとともに酸化活性が低下するという問題もある。
特開平09−173866号 特開平60−043113号 特開2002−021544号
Further, the pre-stage oxidation catalyst carries a noble metal such as Pt as a catalyst component, but there is also a problem that the noble metal grain growth occurs and deteriorates at a high temperature range, the ignition temperature rises and the oxidation activity decreases. .
JP 09-173866 Japanese Patent Laid-Open No. 60-043113 JP 2002-021544

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、前段に配置される酸化触媒の熱特性を改善し、早期に昇温されしかも貴金属の粒成長を抑制できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has an object to improve the thermal characteristics of an oxidation catalyst arranged in the preceding stage and to increase the temperature early and to suppress grain growth of noble metal. .

上記課題を解決する本発明のディーゼル排ガス浄化装置の特徴は、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、を有し、セル隔壁の表面及び細孔内表面に形成され多孔質酸化物に触媒金属を担持してなる触媒層を備えたウォールフロー構造のフィルタ触媒と、
フィルタ触媒の排ガス上流側に配置され、ストレートフロー構造のハニカム構造体と、そのセル隔壁に形成された酸化活性を有する酸化触媒層と、を有する前段触媒と、からなり、前段触媒の上流側で排ガス中に液体還元剤を添加するシステムに用いられるディーゼル排ガス浄化装置であって、
前段触媒のハニカム構造体は熱伝導率が10W/m・℃以上であり、かつ熱容量が 0.4J/cm3 ・℃以上であることにある。
The characteristics of the diesel exhaust gas purification apparatus of the present invention that solves the above-described problems are: an inflow side cell that is clogged on the exhaust gas downstream side; an outflow side cell that is adjacent to the inflow side cell and that is clogged on the exhaust gas upstream side; A porous cell partition wall having a large number of pores dividing the cell and the outflow side cell, and a catalyst formed by supporting a catalyst metal on a porous oxide formed on the surface of the cell partition wall and the inner surface of the pores A filter catalyst having a wall flow structure with a layer;
It is arranged on the upstream side of the exhaust gas of the filter catalyst and comprises a honeycomb structure having a straight flow structure and an oxidation catalyst layer having oxidation activity formed in the cell partition wall, and upstream of the upstream catalyst. A diesel exhaust gas purification device used in a system for adding a liquid reducing agent to exhaust gas,
The honeycomb structure of the pre-stage catalyst has a thermal conductivity of 10 W / m · ° C. or higher and a heat capacity of 0.4 J / cm 3 · ° C. or higher.

本発明のディーゼル排ガス浄化装置によれば、前段触媒のハニカム構造体の熱伝導率が高く放熱しやすいので、流れる排ガスに反応熱が速やかに伝達され、排ガス温度が高まる。また前段触媒のハニカム構造体は熱容量が大きいので、液体還元剤が添加されても添加された液体還元剤によって冷却されるのが抑制され、液体還元剤のガス化が促進される。したがってフィルタ触媒に堆積したPMを効率よく燃焼させることができ、フィルタ触媒の再生が効率よく行われる。また排ガスに反応熱が速やかに伝達される結果、前段触媒に担持されている貴金属は高温に長時間曝されるのが抑制され、粒成長しにくい。 According to the diesel exhaust gas purification apparatus of the present invention, the honeycomb structure of the pre-catalyst has a high thermal conductivity and easily dissipates heat, so that the reaction heat is quickly transmitted to the flowing exhaust gas and the exhaust gas temperature is increased. Further, since the honeycomb structure of the pre-catalyst has a large heat capacity, it is suppressed from being cooled by the added liquid reducing agent even if the liquid reducing agent is added, and gasification of the liquid reducing agent is promoted. Therefore the PM deposited on the filter catalyst can be efficiently combusted, regeneration of the filter catalyst is efficiently. In addition, as a result of the reaction heat being quickly transmitted to the exhaust gas, the noble metal supported on the pre-stage catalyst is suppressed from being exposed to a high temperature for a long time, and the grain growth is difficult.

すなわち本発明のディーゼル排ガス浄化装置によれば、液体還元剤が添加されても添加された還元剤を前段触媒で確実に酸化し、その燃焼熱を効率よく下流側のフィルタ触媒に伝達して堆積したPMを燃焼させることができるとともに、前段触媒の床温を低くできるため貴金属の粒成長を抑制することができる。 That is, according to the diesel exhaust gas purification apparatus of the present invention, even if a liquid reducing agent is added, the added reducing agent is reliably oxidized by the pre-stage catalyst, and the combustion heat is efficiently transmitted to the downstream filter catalyst and deposited. PM can be burned, and the bed temperature of the pre-catalyst can be lowered, so that noble metal grain growth can be suppressed.

本発明のディーゼル排ガス浄化装置は、前段触媒とフィルタ触媒が排ガス上流側から下流側に向かってこの順に配置されている。前段触媒とフィルタ触媒をそれぞれ別のコンバータに配置することもできるが、排ガスの熱損失を低減するために、一つのコンバータ内に両方を配置することが望ましい。 In the diesel exhaust gas purification apparatus of the present invention, the pre-stage catalyst and the filter catalyst are arranged in this order from the exhaust gas upstream side to the downstream side. Although the pre-stage catalyst and the filter catalyst can be arranged in separate converters, it is desirable to arrange both in a single converter in order to reduce heat loss of exhaust gas.

本発明の特徴をなす前段触媒は、ストレートフロー構造のハニカム構造体と、そのセル隔壁に形成された酸化活性を有する酸化触媒層と、を有している。そしてハニカム構造体は、熱伝導率が10W/m・℃以上であり、かつ熱容量が 0.4J/cm3 ・℃以上である。例えば従来のコージェライトに代えて炭化ケイ素、窒化ケイ素などからハニカム構造体を形成することで、このような特性をもつハニカム構造体とすることができる。熱伝導率が10W/m・℃より低かったり、熱容量が 0.4J/cm3 ・℃より低い場合には、本発明の効果が得られない。 The pre-stage catalyst that characterizes the present invention includes a honeycomb structure having a straight flow structure, and an oxidation catalyst layer having oxidation activity formed on the cell partition wall. The honeycomb structure has a thermal conductivity of 10 W / m · ° C. or higher and a heat capacity of 0.4 J / cm 3 · ° C. or higher. For example, by forming a honeycomb structure from silicon carbide, silicon nitride or the like instead of conventional cordierite, a honeycomb structure having such characteristics can be obtained. When the thermal conductivity is lower than 10 W / m · ° C. or the heat capacity is lower than 0.4 J / cm 3 · ° C., the effect of the present invention cannot be obtained.

酸化触媒層は、多孔質酸化物粉末と、多孔質酸化物粉末に担持された触媒金属とから構成される。多孔質酸化物としては、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニアなどの酸化物あるいはこれらの複数種からなる複合酸化物を用いることができる。また触媒金属は、Pt、Rh、Pd、Ir、Ruなどの白金族の貴金属から選ばれた一種あるいは複数種を用いることが好ましい。貴金属の担持量は、ハニカム体の体積1Lあたり 0.1〜5gとするのが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなってしまう。なお貴金属に加えて、Fe、W、Co、Ni、Cuなどの遷移金属を用いることもできる。またアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれるNOx 吸蔵材をさらに担持したNOx 吸蔵還元触媒としてもよい。 The oxidation catalyst layer is composed of a porous oxide powder and a catalytic metal supported on the porous oxide powder. As the porous oxide, oxides such as alumina, ceria, zirconia, and titania, or composite oxides composed of a plurality of these oxides can be used. The catalyst metal is preferably one or more selected from platinum group noble metals such as Pt, Rh, Pd, Ir, and Ru. The amount of the precious metal supported is preferably 0.1 to 5 g per liter of the honeycomb body volume. If the loading amount is less than this, the activity is too low to be practical, and if the loading amount exceeds this range, the activity is saturated and the cost is increased. In addition to noble metals, transition metals such as Fe, W, Co, Ni, and Cu can also be used. Further, the NO x storage reduction catalyst further supporting a NO x storage material selected from alkali metals, alkaline earth metals and rare earth elements may be used.

フィルタ触媒は、従来の DPFと同様の目封じタイプのハニカム体である。このハニカム体は、コーディエライト、炭化ケイ素などの耐熱性セラミックスから製造することができる。例えばコーディエライト粉末を主成分とする粘土状のスラリーを調製し、それを押出成形などで成形し、焼成する。コーディエライト粉末に代えて、アルミナ、マグネシア及びシリカの各粉末をコーディエライト組成となるように配合することもできる。その後、一端面のセル開口を同様の粘土状のスラリーなどで市松状などに目封じし、他端面では一端面で目封じされたセルに隣接するセルのセル開口を目封じする。その後焼成などで目封じ材を固定することで製造することができる。 The filter catalyst is a plug- type honeycomb body similar to the conventional DPF. This honeycomb body can be manufactured from heat-resistant ceramics such as cordierite and silicon carbide. For example, a clay-like slurry containing cordierite powder as a main component is prepared, and the slurry is formed by extrusion or the like and fired. Instead of cordierite powder, powders of alumina, magnesia and silica can be blended so as to have a cordierite composition. Thereafter, the cell opening on one end face is sealed in a checkered pattern with the same clay-like slurry, and the cell opening of the cell adjacent to the cell sealed on the one end face is sealed on the other end face. Thereafter, it can be produced by fixing the sealing material by firing or the like.

ハニカム体のセル隔壁に細孔を形成するには、上記したスラリー中にカーボン粉末、木粉、澱粉、樹脂粉末などの可燃物粉末などを混合しておき、可燃物粉末が焼成時に消失することで細孔を形成することができ、可燃物粉末の粒径及び添加量を調整することで表面空孔及び内部細孔の径の分布と開口面積を制御することができる。   In order to form pores in the cell partition walls of the honeycomb body, combustible powder such as carbon powder, wood powder, starch and resin powder is mixed in the above slurry, and the combustible powder disappears during firing. Thus, the pores can be formed, and the distribution and opening area of the diameters of the surface pores and the internal pores can be controlled by adjusting the particle size and addition amount of the combustible powder.

ハニカム体のセル隔壁における細孔分布は、従来の DPFと同様に、気孔率が40〜80%、平均細孔径が10〜50μmの範囲とすることができる。気孔率または平均細孔径がこの範囲から外れると、PMの捕集効率が低下したり、排気圧損が上昇したりする場合がある。   The pore distribution in the cell partition walls of the honeycomb body can be in the range of 40 to 80% porosity and 10 to 50 μm average pore diameter, as in the case of conventional DPF. If the porosity or the average pore diameter is out of this range, the PM collection efficiency may decrease or the exhaust pressure loss may increase.

フィルタ触媒は、セル隔壁の表面及び細孔内表面に形成され多孔質酸化物に触媒金属を担持してなる触媒層を備える。多孔質酸化物は、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニアなどの酸化物あるいはこれらの複数種からなる複合酸化物を用いることができる。 The filter catalyst includes a catalyst layer formed on the surface of the cell partition wall and the surface of the pores and having a catalyst metal supported on a porous oxide . As the porous oxide, oxides such as alumina, ceria, zirconia, and titania, or a composite oxide composed of a plurality of these oxides can be used.

貴金属としては、Pt、Rh、Pd、Ir、Ruなどの白金族の貴金属から選ばれた一種あるいは複数種を用いることが好ましい。貴金属の担持量は、ハニカム体の体積1Lあたり 0.1〜5gとするのが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなってしまう。   As the noble metal, it is preferable to use one or more kinds selected from platinum group noble metals such as Pt, Rh, Pd, Ir, and Ru. The amount of the precious metal supported is preferably 0.1 to 5 g per liter of the honeycomb body volume. If the loading amount is less than this, the activity is too low to be practical, and if the loading amount exceeds this range, the activity is saturated and the cost is increased.

触媒層は、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選ばれるNOx 吸蔵材をさらに担持していることが望ましい。触媒層にNOx 吸蔵材を含めば、貴金属による酸化によって生成したNO2 をNOx 吸蔵材に吸蔵でき、NOx の浄化活性が向上する。NOx 吸蔵材の担持量は、ハニカムの体積1リットルあたり0.05〜1.00モルの範囲とすることが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持すると触媒金属を覆って活性が低下するようになる。 The catalyst layer preferably further supports a NO x storage material selected from alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth elements. If the NO x storage material is included in the catalyst layer, NO 2 generated by oxidation with the noble metal can be stored in the NO x storage material, and the NO x purification activity is improved. The amount of the NO x storage material supported is preferably in the range of 0.05 to 1.00 mol per liter of honeycomb volume. If the supported amount is less than this, the activity is too low to be practical, and if the supported amount is more than this range, the catalyst metal is covered and the activity is lowered.

ハニカム体に触媒層を形成するには、多孔質酸化物粉末をアルミナゾルなどのバインダ成分及び水とともにスラリーとし、そのスラリーをセル隔壁に付着させた後に焼成し、その後に貴金属及びNOx 吸蔵材を担持すればよい。スラリーをセル隔壁に付着させるには通常の浸漬法を用いることができるが、エアブローあるいは吸引によって、セル隔壁の細孔に強制的にスラリーを充填するとともに、細孔内に入ったスラリーの余分なものを除去することが望ましい。 In order to form the catalyst layer on the honeycomb body, the porous oxide powder is made into a slurry together with a binder component such as alumina sol and water, and the slurry is attached to the cell partition wall and fired, and then the precious metal and the NO x storage material are added. What is necessary is just to carry. A normal dipping method can be used to attach the slurry to the cell partition walls. However, the slurry is forcibly filled into the pores of the cell partition walls by air blowing or suction, and the excess slurry contained in the pores is filled. It is desirable to remove things.

触媒層の形成量は、ハニカム体の体積1Lあたり30〜 200gとすることが好ましい。触媒層がこれらの範囲より少ないと貴金属あるいはNOx 吸蔵材の耐久性の低下が避けられず、これらの範囲を超えると排気圧損が高くなりすぎて実用的ではない。 The formation amount of the catalyst layer is preferably 30 to 200 g per liter of the honeycomb body volume. If the catalyst layer is less than these ranges, the durability of the noble metal or NO x storage material is inevitably lowered, and if it exceeds these ranges, the exhaust pressure loss becomes too high, which is not practical.

なお前段触媒及びフィルタ触媒の構成比率は、特に制限されないが、体積比で前段触媒:フィルタ触媒=3〜1:1〜3の範囲とすることが好ましい。 The constituent ratio of the pre-stage catalyst and the filter catalyst is not particularly limited, but is preferably in the range of the pre-stage catalyst: filter catalyst = 3: 1 to 1-3 in terms of volume ratio.

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

Figure 0004239864
(実施例1)
図1に本実施例の排ガス浄化装置を示す。この排ガス浄化装置は、前段触媒1と、フィルタ触媒2とが、排ガス上流側から下流側に向かってこの順に隣接して触媒コンバータ3内に配置されてなる。触媒コンバータ3の上流側には、排ガス中に軽油を添加するインジェクタ4が備えられている。
Figure 0004239864
Example 1
FIG. 1 shows an exhaust gas purification apparatus of this embodiment. In this exhaust gas purifying apparatus, a pre-stage catalyst 1 and a filter catalyst 2 are arranged in the catalytic converter 3 adjacent in this order from the exhaust gas upstream side to the downstream side. An injector 4 for adding light oil to the exhaust gas is provided upstream of the catalytic converter 3.

以下、前段触媒1及びフィルタ触媒2の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。   Hereinafter, the manufacturing method of the front | former stage catalyst 1 and the filter catalyst 2 is demonstrated, and it replaces with the detailed description of a structure.

<前段触媒1の調製>
炭化ケイ素( SiC)から形成されたストレートフロー構造のハニカム構造体を用意した。このハニカム構造体は、表1にまとめて示すように、直径 129mm、長さ60mm、セル数が 300/inch2 で厚さ0.30mmのセル隔壁を有している。セル隔壁の気孔率は30%であり、コア質量は 425g/L、熱伝導率は45W/m・℃、熱容量は0.45J/cm3 ・℃である。
<Preparation of pre-stage catalyst 1>
A honeycomb structure with a straight flow structure made of silicon carbide (SiC) was prepared. As shown in Table 1, this honeycomb structure has a cell partition wall having a diameter of 129 mm, a length of 60 mm, a cell number of 300 / inch 2 and a thickness of 0.30 mm. The cell partition wall has a porosity of 30%, a core mass of 425 g / L, a thermal conductivity of 45 W / m · ° C., and a heat capacity of 0.45 J / cm 3 · ° C.

次に、アルミナ、チタニア、ジルコニア及びセリアの各粉末が水中に分散された混合スラリーを用意し、ウォッシュコート法にて上記ハニカム構造体のセル隔壁表面にコート層を 200g/L形成した。その後、吸水担持法にてPtを3g/L担持して焼成し、前段触媒1を調製した。   Next, a mixed slurry in which each powder of alumina, titania, zirconia, and ceria was dispersed in water was prepared, and a coat layer was formed at 200 g / L on the cell partition wall surface of the honeycomb structure by a wash coat method. Thereafter, 3 g / L of Pt was supported and calcined by a water absorption supporting method to prepare a pre-stage catalyst 1.

<フィルタ触媒2の調製>
コージェライト製のウォールフロー構造のハニカムフィルタを用意した。このハニカムフィルタは、直径 129mm、長さ 150mm、セル数が 300/inch2 で厚さ0.15mmのセル隔壁を有している。
<Preparation of filter catalyst 2>
A honeycomb filter with a wall flow structure made of cordierite was prepared. This honeycomb filter has a cell partition wall having a diameter of 129 mm, a length of 150 mm, a cell count of 300 / inch 2 and a thickness of 0.15 mm.

次に、アルミナ、チタニア、ジルコニア及びセリアの各粉末が水中に分散された混合スラリーを用意し、ウォッシュコート法にて上記ハニカムフィルタのセル隔壁表面及びセル隔壁内部の細孔表面にコート層を 120g/L形成した。その後、吸水担持法にてPtを2g/L担持して焼成し、吸水担持法にてLi、Ba及びKをそれぞれ 0.1モル/L担持した後 500℃で焼成して、フィルタ触媒2を調製した。   Next, a mixed slurry in which each powder of alumina, titania, zirconia and ceria is dispersed in water is prepared, and 120 g of a coating layer is applied to the surface of the cell partition walls of the honeycomb filter and the pore surfaces inside the cell partition walls by a wash coat method. / L formed. Thereafter, Pt was supported at 2 g / L by the water absorption method and baked, and 0.1 mol / L of Li, Ba, and K were each supported by the water absorption method and then calcined at 500 ° C. to prepare filter catalyst 2. .

(実施例2〜3、比較例1〜3)
前段触媒1のハニカム構造体を、表1に示すものに代えたこと以外は実施例1と同様である。
(Examples 2-3, Comparative Examples 1-3)
Example 1 is the same as Example 1 except that the honeycomb structure of the pre-catalyst 1 is replaced with that shown in Table 1.

<試験1>
前段触媒1及びフィルタ触媒2を、排ガス上流側から下流側に向かってこの順に隣接して触媒コンバータ3内に配置し、本実施例の排ガス浄化装置とした。そして触媒コンバータ3を排気量2Lのディーゼルエンジンの排気系に搭載し、ディーゼルエンジンを回転数 1900rpmでトルクを調整して、前段触媒1への入りガス温度を 200℃とした。この状態で5〜10分間運転した後、触媒コンバータ3の上流側に取り付けたインジェクタ4から排ガス中に軽油を添加し、前段触媒1からの出ガスの温度とプロファイルを測定して着火及び失火の判定を行った。結果を表2に示す。
<Test 1>
The pre-stage catalyst 1 and the filter catalyst 2 are arranged in the catalytic converter 3 adjacent to each other in this order from the exhaust gas upstream side to the downstream side to obtain the exhaust gas purification apparatus of this example. The catalytic converter 3 was mounted on the exhaust system of a diesel engine with a displacement of 2 L, and the torque of the diesel engine was adjusted at a rotational speed of 1900 rpm, so that the gas temperature entering the first catalyst 1 was 200 ° C. After operating in this state for 5 to 10 minutes, light oil is added to the exhaust gas from the injector 4 attached upstream of the catalytic converter 3, and the temperature and profile of the gas emitted from the pre-stage catalyst 1 are measured to detect ignition and misfire. Judgment was made. The results are shown in Table 2.

また前段触媒1への入りガス温度を 230℃、 270℃とした場合についても同様に試験し、それぞれの結果を表2に示す。なお表2において、出ガス温度が約 350℃となって着火が良好であったものを(○)と評価し、一旦は着火して出ガス温度が上昇したものの途中で失火したものを(△)と評価し、出ガス温度が入りガス温度より低いものを(×)と評価した。   The same test was conducted when the temperature of the gas entering the pre-stage catalyst 1 was 230 ° C and 270 ° C, and the results are shown in Table 2. In Table 2, the case where the gas emission temperature was about 350 ° C. and the ignition was good was evaluated as (◯). ), And those having an outlet gas temperature lower than the entering gas temperature were evaluated as (×).

<試験2>
触媒コンバータ3を排気量2Lのディーゼルエンジンの排気系に搭載し、アイドル運転から60km/hrへ、60km/hrからアイドル運転への加減速を10回行い、アイドル運転から 100km/hrへの加速と 100km/hrでの定常走行を1回行うのを1サイクルとし、これを 100サイクル行った。なお 100km/hrでの定常走行時には、比較例1の場合に前段触媒1の出ガス温度が 600℃となる添加量でインジェクタ4から軽油を添加した。因みに前段触媒1への入りガス温度は、60km/hr定常走行時の場合には約 240℃、 100km/hr定常走行時の場合には約 340℃である。
<Test 2>
The catalytic converter 3 is installed in the exhaust system of a diesel engine with a displacement of 2L, and acceleration / deceleration from idling to 60km / hr and from 60km / hr to idling is performed 10 times, and acceleration from idling to 100km / hr One cycle of steady running at 100 km / hr was defined as one cycle, and this was performed for 100 cycles. During steady running at 100 km / hr, in the case of Comparative Example 1, light oil was added from the injector 4 in such an amount that the outgas temperature of the pre-stage catalyst 1 was 600 ° C. Incidentally, the temperature of the gas entering the pre-stage catalyst 1 is about 240 ° C. for 60 km / hr steady running and about 340 ° C. for 100 km / hr steady running.

そして 100サイクル後にディーゼルエンジンを回転数 2000rpmでトルクを変化させ、10℃/分の速度で昇温した時のHC浄化率を連続的に測定し、HC50%浄化温度を算出した。結果を表2に示す。なお上記サイクル試験を行わなかった新品の浄化装置についても同様にHC50%浄化温度を測定し、結果を表2に示す。   Then, after 100 cycles, the torque of the diesel engine was changed at 2000 rpm and the HC purification rate when the temperature was raised at a rate of 10 ° C./min was continuously measured to calculate the HC 50% purification temperature. The results are shown in Table 2. In addition, the HC50% purification temperature was measured in the same manner for a new purification device that was not subjected to the cycle test, and the results are shown in Table 2.

<試験3>
上記サイクル試験後のそれぞれのフィルタ触媒を分解し、PMの堆積状態を目視で観察した結果を表2に示す。表2において、PMがほとんど無いものを(○)とし、上流部あるいは外周部にのみPMが燃え残っているものを(△)とし、全体にPMが多く燃え残っているものを(×)と評価した。
<Test 3>
Table 2 shows the results obtained by decomposing each filter catalyst after the cycle test and visually observing the PM deposition state. In Table 2, (○) indicates that there is almost no PM, (△) indicates that PM remains unburned only at the upstream or outer periphery, and (×) indicates that PM remains largely unburned as a whole. evaluated.

<評価>   <Evaluation>

Figure 0004239864
表2からわかるように、実施例1〜3の浄化装置では、軽油の添加によっても冷却されることなく着火が円滑に進行しているが、比較例1〜3では着火が不安定となっている。これは、前段触媒1のハニカム構造体の熱容量の差に起因していると考えられる。
Figure 0004239864
As can be seen from Table 2, in the purification apparatuses of Examples 1 to 3, the ignition proceeds smoothly without being cooled by the addition of light oil, but in Comparative Examples 1 to 3, the ignition becomes unstable. Yes. This is considered to be caused by the difference in the heat capacity of the honeycomb structure of the pre-stage catalyst 1.

またHC50%浄化温度については、比較例2〜3の浄化装置がサイクル試験後の上昇度合いが大きく、耐久性が低い。しかし実施例1〜3の浄化装置によれば、サイクル試験後の上昇度合いが小さく、Ptの粒成長が抑制されていることがわかる。比較例1は比較例2〜3より耐久性がよいことからも、これは前段触媒1のハニカム構造体の熱伝導率が高いことに起因していると考えられる。   Moreover, about HC50% purification temperature, the purification apparatus of Comparative Examples 2-3 has a large raise degree after a cycle test, and its durability is low. However, according to the purification apparatuses of Examples 1 to 3, it can be seen that the degree of increase after the cycle test is small, and the Pt grain growth is suppressed. Since Comparative Example 1 has better durability than Comparative Examples 2 and 3, it is considered that this is due to the high thermal conductivity of the honeycomb structure of the pre-catalyst 1.

さらに実施例1〜3では、各比較例に比べてサイクル試験後のPM堆積状態が良好であり、これは、熱容量が大きく熱伝導率が高いハニカム構造体を前段触媒に用いた効果であると考えられる。すなわち、添加された軽油の燃焼熱が前段触媒1にこもることなく排ガスを介してフィルタ触媒2に伝達されたため、前段触媒1のPtの粒成長が抑制され、フィルタ触媒2に堆積したPMが効率よく燃焼したと考えられる。   Further, in Examples 1 to 3, the PM deposition state after the cycle test is better than in each comparative example, and this is an effect of using a honeycomb structure having a large heat capacity and high thermal conductivity as a pre-stage catalyst. Conceivable. That is, since the combustion heat of the added light oil is transmitted to the filter catalyst 2 through the exhaust gas without being trapped in the pre-stage catalyst 1, the Pt grain growth of the pre-stage catalyst 1 is suppressed, and the PM deposited on the filter catalyst 2 is efficient. It is thought that it burned well.

本発明の一実施例の排ガス浄化装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the exhaust gas purification apparatus of one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:前段触媒 2:フィルタ触媒 3:触媒コンバータ   1: Pre-stage catalyst 2: Filter catalyst 3: Catalytic converter

Claims (1)

排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、該流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、該流入側セルと該流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁と、を有し、該セル隔壁の表面及び該細孔内表面に形成され多孔質酸化物に触媒金属を担持してなる触媒層を備えたウォールフロー構造のフィルタ触媒と、
該フィルタ触媒の排ガス上流側に配置され、ストレートフロー構造のハニカム構造体と、そのセル隔壁に形成された酸化活性を有する酸化触媒層と、を有する前段触媒と、からなり、該前段触媒の上流側で排ガス中に液体還元剤を添加するシステムに用いられるディーゼル排ガス浄化装置であって、
該前段触媒の該ハニカム構造体は熱伝導率が10W/m・℃以上であり、かつ熱容量が 0.4J/cm3 ・℃以上であることを特徴とするディーゼル排ガス浄化装置。
An inflow side cell clogged on the exhaust gas downstream side, an outflow side cell adjacent to the inflow side cell and clogged on the exhaust gas upstream side, the inflow side cell and the outflow side cell are partitioned, and a large number of pores are formed. A wall flow structure filter catalyst having a catalyst layer formed on the surface of the cell partition and the inner surface of the pores and having a catalyst metal supported on the porous oxide. ,
A pre-stage catalyst disposed on the exhaust gas upstream side of the filter catalyst and comprising a honeycomb structure having a straight flow structure and an oxidation catalyst layer having oxidation activity formed in the cell partition wall, upstream of the pre- stage catalyst A diesel exhaust gas purification device used in a system for adding a liquid reducing agent to exhaust gas on the side,
The diesel exhaust gas purification apparatus, wherein the honeycomb structure of the pre-stage catalyst has a thermal conductivity of 10 W / m · ° C or more and a heat capacity of 0.4 J / cm 3 · ° C or more.
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