JP4251764B2 - 排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法 - Google Patents
排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4251764B2 JP4251764B2 JP2000273772A JP2000273772A JP4251764B2 JP 4251764 B2 JP4251764 B2 JP 4251764B2 JP 2000273772 A JP2000273772 A JP 2000273772A JP 2000273772 A JP2000273772 A JP 2000273772A JP 4251764 B2 JP4251764 B2 JP 4251764B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- catalyst
- gas purification
- hydrogen
- nox
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
- Y02A50/2351—Atmospheric particulate matter [PM], e.g. carbon smoke microparticles, smog, aerosol particles, dust
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法に係り、更に詳細には、フィルター手段(SOFトラップ酸化触媒部及びパティキュレートトラップ触媒部)、水素供給手段及びNOx吸着還元触媒を用い、内燃機関から排出される排気ガス中の一酸化炭素(CO)、炭化水素類(HCなど)、窒素酸化物(NOx)、及びパティキュレート(PM)分を高効率で浄化する排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法に関する。
本発明の排気ガス浄化装置をディーゼルエンジン車に用いるときは、よりクリーンな排気を実現でき、地球温暖化の問題を含めて環境汚染を減少させ、経済性(燃費)を向上させることができる。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費向上及び二酸化炭素排出量の削減の観点から、理論空燃比より高い空燃比でも運転するリーンバーンエンジンが普及してきている。特に、ディーゼルエンジンは、その低燃費のゆえに改めて注目されている。
【0003】
しかし、リーンバーンタイプのエンジン排ガス(リーン排ガス)は、理論空燃比近傍で運転するエンジン排ガスに比較して酸素含有率が高いために、従来の三元触媒を用いた場合にはNOxの浄化が不十分となる。
また、従来エンジンと比較して、燃焼効率が高いために排気温度が低く、更に、ディーゼルエンジンの場合にはPM分をも含むため、従来型の触媒では排気の浄化が困難である。
更に、近年では、更なる燃費向上が進み、排気の温度は一層低下する傾向にあり、200℃以下の排気温度頻度が高くなっている。
かかる状況から、特に、ディーゼル排ガス中の有害成分を高効率浄化できる優れた方法が望まれている。
【0004】
例えば、ディーゼルエンジン排気の浄化触媒としては、従来、白金をアルミナ等の無機担体材料に担持して成る酸化触媒が用いられているが、COとHCの酸化浄化が主機能であり、SOF分もある程度酸化浄化できるものの、ドライスート(炭素粒子)の浄化には有効ではない。
また、特に200℃以下の低温度排気条件における酸化能を高める目的で、活性触媒成分である白金の担持量を高めると、排温上昇時にサルフェートが多量に生成するといった悪影響も指摘されていた。
【0005】
このサルフェートの悪影響を抑制し、且つ有害成分を効率良く浄化する方法としては、S成分の付着し難いチタニアをベースに貴金属成分を担持した触媒が提案されており(特開平10−180096号公報、TOYOTA Technical Review Vol.47、No2、P108−113(Nov.1997))、Ptを担持したゼオライトを添加する効果の有効性も示されている。この従来提案は、Pt/ゼオライトがSOF分を吸着し、150℃程度の比較的低温でもSOFを改質して燃焼性を高めると指摘している。
しかし、上記提案では、SOF成分を模擬したn−ヘキサデカンを用いたものであり、C数が20以上の高沸点成分をも含む実ガスでの効果、更にはドライスート(カーボン)の燃焼特性は不明である。
従って、上記提案でも200℃以下の低排温度域において長時間使用した場合の有効性は明確とは言えない。また、上記レビユーでは、NOxの還元浄化能に関して、車両モード走行時での浄化が確認されているが、必ずしも十分な浄化効率を得てはいない。
【0006】
また、ディーゼル排ガスを高効率で浄化するには、200℃以下の低排気温度域において、NOx、CO及びHC類に加え、PM分を高効率で浄化できることが望まれる。
このPM分の除去には、フィルター技術が不可欠であり、コージェライトや炭化珪素からなる多孔質焼結体や繊維状フイルターが提案されている。繊維状フイルターの素材としては、アルミナやシリカ等各種材料から成るものが提案されている。また、自動車技術会 学術講演会前刷集 No.103−98(1998年秋季大会)には、炭化珪素繊維を用いたディーゼル・パティキュレート・フイルター(DPF)が提案されているが、トラップしたPMを除去してフイルターを再生するためのヒーターが不可欠であり、複雑なシステムが必要であることから、小型乗用車には応用が困難である。
【0007】
ヒーターを用いないでフィルターを再生する方法として、セラミック製フイルターの前段にPt系触媒を配置させることによって排ガス中のNOを酸化力の強いNO2に転化し、このNO2の酸化力を利用してフイルターにトラップしたPM分を燃焼する方法が提案されている(特開平1−318715号公報、J.P.Warren、et.al.、”Effects on after−treatment on particulate matter when using the Continuously Regenerating Trap”、ImechE 1998 S491/006、 B.Carberry、et.al.、“A focus on current and future particle after−treatment systems”ImechE 1998 S491/007)。この方法は、排気中の成分同士の反応を利用したもので、トラップしたPM分を連続的に酸化浄化することから、連続再生式トラップと呼ばれている。
しかし、現状では、本方法の適用条件には制限があり、適用範囲が限られている。
例えば、NOからNO2へ転化するための温度範囲は限られており、200℃以下の条件では困難である。また、PMを酸化するために必要なNO2量の確保、排気中の含有Sによる被毒の問題がある。
【0008】
また、間欠的な熱制御によって捕集したPMを燃焼浄化する方法も提案されている。 特開平7−189656号公報には、難燃性(ドライスート分の多いPM)PMと良燃性PM(SOF分の多いPM)を分離捕集することにより、フィルターの燃焼再生の効率を高めることが提案されているが、内燃機関の運転条件に応じて排気を切り換える複雑な方法であり、排気上流側の良燃性PMトラップで発生する燃焼熱を下流側の難燃性PMトラップの再生に活用するというものである。上記公報での上流側の良燃性PMトラップは、例えば、特開昭61−112716号公報等に提案されているウォームアップ用触媒と同様の役割を果たす、即ち、いわゆる酸化触媒を使ったものであるが、従来の酸化触媒ではSOF燃焼を優先的に燃焼させるための工夫が施されておらず、更には、スート分の付着に対しても考慮がなされていないために、低排温条件での長時間使用に絶えられるかは不明である。また、内燃機関の吸気絞り制御で排温上昇を行うという煩雑なシステムを併用する場合、上流側の酸化触媒機能付きトラップでの発熱で下流の難燃性PMを完全に燃焼させるための熱量が期待できるかという問題に加え、触媒成分の熱劣化、吸気絞りの跳ね返りも懸念され、長時間の使用に絶えられるかは不明である。
【0009】
また、特開平8−312331号公報には、同じく上流側に酸化触媒を設け、そこに燃料である軽油を供給、燃焼させることにより排気温度を上げ、下流側のフィルターのスートを燃焼させることが提案されている。この場合にも、触媒成分の熱劣化や燃料供給による燃費悪化等の懸念事項が残る。
PMとNOxを同時に除去する方法としては、NOx吸収剤とフィルターを組み合せた提案がなされている。例えば、特許掲載第2722987号公報には、流入排気の空燃比がリーンの時にNOxを吸収し、流入排気の酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを放出するNOx吸収剤と排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルターとを相互に熱伝達可能な位置に配置し、NOx吸収剤に還元剤を供給してNOxの放出と還元浄化を行った後でフィルターに捕集されたパティキュレートを燃焼させるようにした排気浄化装置が提案されている。この場合、NOx吸収剤がフィルターの上流にあり、NO2によるパティキュレートの燃焼反応が期待できず、且つパティキュレートを燃焼させるための熱でNOx吸収剤の劣化も懸念される。更には、供給する還元剤の燃焼反応が優先的に進み、NOx還元に有効に使われないことも予想される。
【0010】
また、特開平8−303227号公報には、煤塵の捕捉とNOxの吸収を行うフィルターを加熱して、フィルターに捕捉された煤塵を燃焼させ、その燃焼を利用して所定の還元雰囲気を作りだし、吸収されたNOxを還元することによりフィルターを再生する方法が提案されている。この場合、吸収されたNOxを浄化するための還元剤が考慮されておらず、また、煤塵の燃焼熱によるNOx吸収剤の劣化も懸念される。また、低排温への対策も考慮されていない。
【0011】
更に、特開平6−117220号公報には、NOx吸収剤の上流側に酸素消費手段を設けてNOx吸収剤を還元雰囲気にするために必要な還元剤の量を低減させる提案がなされている。この場合の酸素消費手段としては、パティキュレートフィルター及び酸化触媒が提示されているが、やはり、PMの燃焼熱によるNOx吸収剤の劣化が懸念され、更に必要還元剤量は減るものの、還元剤が酸化触媒やフィルターで消費され、供給した還元剤が有効に使われるか不明である。また、従来技術と同様に低排温への対策も考慮されていない。
【0012】
更にまた、特開平9−53442号公報には、NOxとPMの同時浄化を狙って、NOをNO2にする工程と、煤を捕集する工程と、生成されたNO2と捕集した煤とを反応させて、NOを生成する工程と、生成したNOを排気から除去する工程を備えたディーゼル機関の排気浄化方法が提案されている。この提案では、排気上流側から下流にかけて酸化触媒、フィルター、NOx吸収剤を直列に配置させた実施例が示されている。しかし、この場合も上記特開平6−117220号公報と同様の懸念事項がある。
【0013】
自動車排ガス浄化以外の用途として、繊維状フィルターに各種触媒成分、ゼオライト等を担持したものが提案されている。
例えば、特開平11−290624号公報には、繊維層が2層以上積層されて成るフィルター材に、酸化珪素、活性炭、ゼオライト及び粘土等の機能性薬剤が挟持されて成るフィルターが提案されている。このなかで、機能性薬剤はパウダー状のものをフィルターに含ませて用いているが、その平均粒径は繊維層の平均目開き孔径より大きいものを用いている。このフィルターは、ポリプロピレン製であり、アンモニアガスの除去性能が調べられているが、自動車エンジンから排出されるパティキュレートのような粒子の除去、連続的再生に関しては考慮されておらず、耐熱性、パティキュレートトラップ特性及び燃焼特性は不明である。
【0014】
また、特開平10−290921号公報には、繊維性セラミックシートをコルゲート加工したものに、ゼオライト、Mn、Cu、Pt、Pd及びAg等を担持した脱臭触媒フィルターが提案されているが、粒子状物質の除去、連続的再生に関しては考慮されておらず、自動車エンジンの排気に対する適用性は不明である。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、リーンバーン排気を浄化する方法等、特に、ディーゼル排気のようにPM分を含んだ排気を高効率で浄化する方法は、数多く提案されており、フィルターとNOx吸収剤の組み合せも含まれているが、還元剤の有効利用、触媒の耐熱性等の点で問題点も懸念され、有効な方法が切望されている。
また、近年の高効率エンジンの排気では200℃以下の排温頻度が多く、そのような条件ではPM分によるフィルターの目詰まりが著しく、閉塞による圧力損失が課題となっている。
【0016】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、200℃以下の低排温条件の頻度が高いディーゼルエンジン排気条件下でも、CO、HC類、PM及びNOxを高効率で浄化できる排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、フィルター手段(SOFトラップ酸化触媒部及びパティキュレートトラップ触媒部)、水素供給手段及びNOxを吸着及び還元する機能を有する触媒(以下「NOx吸着還元触媒」と称す)を用い、必要に応じて炭化水素濃度を増大し且つ酸素濃度を低減することにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0018】
即ち、本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガス流路に上流側からフィルター手段及びNOx吸着還元触媒をこの順に配置し、更にこのNOx吸着還元触媒の入口に水素を供給できる水素供給手段を備えて成る排気ガス浄化装置であって、
上記フィルター手段が、上流側に配置されたSOFトラップ酸化触媒部とその下流側に配置されたパティキュレートトラップ触媒部とを有し、
このSOFトラップ酸化触媒部が、可溶性有機化合物及び炭化水素類を吸着・酸化し、一酸化炭素及び窒素酸化物を酸化する触媒を備え、且つこのパティキュレートトラップ触媒部が、パティキュレートを捕捉するフィルターと、一酸化炭素、炭化水素類及び窒素酸化物を酸化しパティキュレートの燃焼を促進する触媒とを備えることを特徴とする。
【0020】
更に、本発明の排気ガス浄化装置の他の好適形態は、上記NOx吸着還元触媒の温度を制御できる温度制御手段を設けたことを特徴とする。
【0021】
更にまた、本発明の排気ガス浄化方法は、上記排気ガス浄化装置を用いて排気ガスを浄化する方法であって、
上記フィルター手段によって、上記排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素類、窒素酸化物及び可溶性有機化合物を吸着・酸化し、更にパティキュレートの燃焼を促進し、
上記フィルター手段が有する上記パティキュレートトラップ触媒部のパティキュレート堆積量が一定量を超えたときに、このフィルター手段を流通する排気ガスの炭化水素濃度を増大し且つ酸素濃度を低減し、
上記NOx吸着還元触媒へ排気ガスを供給するとともに、上記水素供給手段を所望のタイミングで作動させて水素を上記NOx吸着還元触媒へ供給することを特徴とする。
【0022】
また、本発明の排気ガス浄化方法の好適形態は、上記炭化水素濃度を増大する処理、上記酸素濃度を低減する処理、及び上記水素の供給を、同期させて行うことを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の排気ガス浄化装置について詳細に説明する。なお、本明細書において「%」は、特記しない限り質量百分率を示す。
【0024】
上述の如く、本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガス流路に上流側からフィルター手段及びNOx吸着還元触媒をこの順に配置し、更にこのNOx吸着還元触媒の入口に水素を供給できる水素供給手段を備えて成る。
【0025】
ここで、上記フィルター手段は、上流側に配置されたSOFトラップ酸化触媒部とその下流側に配置されたパティキュレートトラップ触媒部とを有する。例えば、図1に示すように、フィルター手段20は、上流側に配置されたSOFトラップ酸化触媒部5とその下流側に配置されたパティキュレートトラップ触媒部6とを有する。
【0026】
ここで、上記SOFトラップ酸化触媒部は、可溶性有機化合物(SOF)及び炭化水素類(HCなど)を吸着・酸化し、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)を酸化する触媒を備える。
上記SOFトラップ酸化触媒部に用いる触媒としては、例えば、Pt/アルミナとゼオライトを混合したもの、ゼオライトにPtを直接担持したPt/ゼオライト、及びPtを多孔性高比表面積シリカに担持した触媒などを好適に使用できる。
【0027】
上記パティキュレートトラップ触媒部は、パティキュレート(PM)を捕捉するフィルターと、一酸化炭素、炭化水素類及び窒素酸化物を酸化しPMの燃焼を促進する触媒とを備える。
かかるフィルターがPMを捕捉することで下流に設置されたNOx吸着還元触媒で高いNOx吸着能力が発揮される。なお、フィルターがPM捕捉機能を発揮するためには、フィルターの細孔径が5〜50μmであることが望ましい。
上記フィルターとしては、例えば、セラミック焼結体、セラミックファイバー及び金属などの各種材料を使用できる。具体的には、セラミックファイバーをコイル状に巻いて円筒型に成形したフィルター、ファイバーを織ったものを適当な形状に成形したフィルターなど、様々な形態や大きさのフィルターを使用空間に応じて適宜選択できる。
また、上記パティキュレートトラップ触媒部に用いる触媒としては、例えば、PtやPdなどの貴金属系、Cu、Coなどのベースメタル系などを好適に使用できる。
【0029】
なお、上記SOFトラップ酸化触媒部に用いる担体としては、触媒を担持できれば特に限定されることはないが、代表的には、セラミックハニカム担体を例示できる。
また、上記パティキュレートトラップ触媒部に用いる担体としては、フィルター機能を兼備した担体が望ましく、代表的には、交互目詰型ハニカム担体(チェッカードハニカム担体)を例示できる。
【0030】
また、上記フィルター手段の下流側に配置されるNOx吸着触媒としては、NOxを吸着・還元できる機能を有する触媒であれば特に限定されないが、代表的には、貴金属を担持したアルミナ(Al2O3)のような高比表面積の耐火性無機材料に、カリウム(K)やナトリウム(Na)等のアルカリ、カルシウム(Ca)やバリウム(Ba)等のアルカリ土類、及びランタン(La)やセリウム(Ce)等の希土類、又はこれらの任意の組合せを添加して成るハニカム状モノリス型触媒を用いることができる。
【0031】
更に、本発明の排気ガス浄化装置は、上記NOx吸着還元触媒の入口に水素を供給できる水素供給手段を備える。上述のフィルター手段及びNOx吸着還元触媒とともにこの水素供給手段を備えることで、排ガス浄化装置は内燃機関(エンジン)からの排気ガスが200℃以下の低温でも極めて高い還元能を発揮する。
また、かかる水素供給手段としては、例えば、改質ガス製造装置、水素ボンベ及び水素吸蔵材などを用いたものを挙げることができる。
【0032】
本発明の排気ガス浄化装置の一実施形態を図1に示す。
この排気ガス浄化装置は、吸気絞りバルブ3により吸気量を調整できる吸気管2と排気管4とが連結されているディーゼルエンジン1、フィルター手段20(SOFトラップ酸化触媒部5及びパティキュレートトラップ触媒部6)をエンジンマニホールド位置に、NOx吸着還元触媒7を床下位置に配置して成る。また、NOx吸着還元触媒7の入口付近には、水素供給手段の一例として、水素注入ライン8及びこれを介して水素の注入が可能な水素注入ノズル9が設置されている。
このような排気ガス浄化装置では、フィルター手段20で発生するPM、HC及びCOなどの燃焼熱が、フィルター手段20の下流側に位置する排気ガス流路4に放散されるため、上記NOx吸着還元触媒の温度が約500℃を超えると所望の触媒性能を発揮することが困難となり易い。
【0033】
このため、排気ガス浄化装置にNOx吸着還元触媒の温度制御手段を設けることができる。かかる温度制御手段としては、例えば、上記フィルター手段と上記NOx吸着還元触媒との間に廃熱回収装置を設置することができる。また、この廃熱回収装置としては、図2に示すような固体蓄熱材10を例示できる。このとき、カルシウム(Ca)及び/又はマグネシウム(Mg)の炭酸塩、或いはカルシウム及び/又はマグネシウムの水酸化物を含有する固体蓄熱材を用いることが有効である。この場合は、Mg(OH)2(s)⇔MgO(s)+H2O(g)、MgCO3(s)⇔MgO(s)+CO2(g)、Ca(OH)2(s)⇔ CaO(s)+H2O(g)等の反応を利用して蓄熱・放熱が繰り返されるため、NOx吸着還元触媒7の入口近傍の温度変動を抑制できる。
なお、フィルター手段20とNOx吸着還元触媒7との距離を調整したり、NOx吸着還元触媒7の入口近傍の排気ガス流路4の形状を変更しても、NOx吸着還元触媒7の温度を制御することができる。
【0034】
次に、本発明の排気ガス浄化方法について詳細に説明する。
かかる排気ガス浄化方法は、上述した本発明の排気ガス浄化装置を用いて排気ガスを浄化する方法である。
また、上述のように、本発明の排気ガス浄化装置においては、上記フィルター手段では、上記パティキュレートトラップ触媒部が排気ガス中のPM(SOF分及び煤などのスート分)を捕捉し、上記酸化触媒が排気ガス中のCO、HC、NOx及びSOFを吸着・酸化し、PMの燃焼を促進する。また、上記NOx吸着還元触媒では、上記フィルター手段で処理されなかったNOxなどを浄化する。
【0035】
更に、上記フィルター手段が有する上記パティキュレートトラップ触媒部のPM堆積量が一定量を超えたときは、このフィルター手段を流通する排気ガスのHC濃度を増大させ且つO2濃度を低減させる。パティキュレートトラップ触媒部のPM堆積量が一定量を超えると、所望のトラップ能を発揮しないからである。
これより、排気ガス温度を高めて堆積したPM分を燃焼・除去させることができる。また、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化などでは困難な酸素低濃度雰囲気を実現できる。即ち、上記パティキュレートトラップ触媒部が、PM及びHCのトラップ・吸着能及び酸化能を発揮するので、フィルターのみ又は酸化触媒のみを用いる従来技術に対し、酸素消費能力をより一層向上できる。
【0036】
ここで、上記フィルターのPM堆積量は、パティキュレートトラップ触媒部の圧力損失値から検知することができる。例えば、パティキュレートトラップ触媒部の圧力損失値が200mmHg以上のときを上記「PM堆積量が一定量を超えたとき」として、排気ガスのHC濃度を増大し且つO2濃度を低減する処理を行うことができる。200mmHg以上では、所望のトラップ能を発揮しにくくなるからである。
また、上記HC濃度を増大させる方法としては、例えば、エンジンへの燃料インジェクションのタイミング制御(パイロット噴射やポスト噴射など)、コモンレール圧の増大、及び排気系への燃料添加などが挙げられる。
更に、上記O2濃度を低減させる方法としては、例えば、エンジンへの吸気量の制御(図1に示す吸気絞りバルブ3の制御等)などが挙げられる。なお、PM燃焼による酸素消費によってもO2濃度を低減できる。
【0037】
更に、本発明の排気ガス浄化方法では、上記NOx吸着還元触媒へ排気ガスを供給するとともに、上記水素供給手段を所望のタイミングで作動させてH2を上記NOx吸着還元触媒へ供給し、排気ガスを浄化する。
還元剤としてH2を用いると高効率でNOx還元できることが知られているが、本発明では、フィルター手段及びNOx吸着還元触媒に加えて更に水素供給手段を用いることにより、エンジン(内燃機関)から排出される排気ガスが200℃以下の低温域でも極めて高いNOx還元能が発揮できることを見出した。
この原因は明確ではないが、NOx吸着還元触媒へのPMやHCによる被覆が抑制されるためと推察できる。また、H2を還元剤として使用すると、NOx吸着還元触媒近傍にはH2Oが生成するので、その下流に更に未燃HCやCOを浄化するための触媒を設置する必要も無いという利点も備えている。
【0038】
また、ここで「所望のタイミング」とは、NOxを浄化すべきとき、即ち、NOx吸着還元触媒に吸着されたNOx由来成分を還元浄化すべき時点を意味し、具体的には、NOx吸着還元触媒へのNOx由来成分の吸着量が、その飽和吸着量に達した時点をいう。
なお、かかるNOx由来成分吸着量とNOx飽和吸着量とを対比することにより上記所望のタイミングが決定できる。代表的には、大気中へのNOx放出を確実に回避すべく、NOx由来成分吸着量がNOx飽和吸着量以下の特定値を超えた時点を上記所望のタイミングとして採用できる。
【0039】
更に、本発明の排気ガス浄化方法では、燃焼消費効率及び排気浄化効率の面から、上記炭化水素濃度を増大する処理、上記酸素濃度を低減する処理、及び上記水素の供給を、同期させて行うことが好ましい。これらの処理を同期させないと炭化水素が酸素により無駄に消費されることになる。
【0040】
更にまた、上記炭化水素濃度を増大する処理(エンジンのポスト噴射など)、上記酸素濃度を低減する処理(吸気絞りなど)、及び上記水素の供給は、上記パティキュレートトラップ触媒部の圧力損失値に応じてフィードバック制御することができる。
【0041】
また、上記水素の供給時には、上記NOx吸着還元触媒の温度を250〜500℃に制御することが好ましい。かかる範囲以外の温度では、NOx還元能が低減することがあるからである。
【0042】
以上のように、本発明の排気ガス浄化方法は、排気上流側に設置したフィルター手段が、SOFを捕捉し得るSOFトラップ酸化触媒部と、CO、HC類、NOx及びSOFを吸着・酸化し、PMの燃焼を促進し得るパティキュレートトラップ触媒部とを有することで、排気下流側に設けたNOx吸着還元触媒のNOx吸着能を大幅に向上でき、且つこのNOx吸着還元触媒入口への水素供給を組み合せたことで、吸着NOxの還元能力を向上でき、エンジンからの排気ガスが200℃以下の低排温条件であっても極めて高いNOx還元率を実現できる点で、低排温条件でのNOx浄化を考慮していない従来技術と異なるといえる。
【0043】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0044】
(実施例1)
図1に、本例で用いた排気ガス浄化装置の構成を示す。同図において、ディーゼルエンジン1は4気筒−2.5Lの直噴型であり、コモンレールシステムを備えている。エンジン1の吸気管2には吸気絞り弁3が設けられており、エンジン1への供給空気量を制御できるようになっている。排気管4には、CO、炭化水素類、窒素酸化物及び可溶性有機化合物を吸着・酸化する機能を有する容量1.5Lのハニカム触媒部5(SOFトラップ酸化触媒部)とPtを含有するファイバ製のフィルター触媒部6(パティキュレートトラップ触媒部)が直列に設置されている。更にその下流には容量1.7Lのハニカム型でNOxを吸着・還元する機能を有するNOx吸着還元触媒7が設置されている。該NOx吸着還元触媒7の排気入り口には水素注入のためのライン8及び注入ノズル9が設置されており、吸気絞りバルブ3の制御と同期させて注入制御する。
【0045】
ここで、ハニカム触媒部5(SOFトラップ酸化触媒部)は、以下のようにして得た。硝酸ランタン水溶液とPt濃度が約4%のジニトロジアンミンPt水溶液を用い、含浸法によって比表面積約830m2/g、平均細孔径約3.2nmのポーラスシリカに、Pt及びLaをそれぞれ4.0%、0.8%担持した。得られた粉末を、ベーマイト粉末と3:1の重量比で混合し、更に硝酸酸性アルミナゾルを1%加え、水と混合し、直径7mmのアルミナボールを入れた磁性ボールミルポットで60分間粉砕してスラリー液を得た。該スラリーを1平方インチ当たり400セルの通気孔を有するコージェライトハニカム1.5Lにコーティング、乾燥、焼成の過程を経て、ハニカム触媒5を得た。
【0046】
また、フィルター触媒部6(パティキュレートトラップ触媒部)は、以下のようにして得た。シリカ−アルミナ−ボリアの3成分からなるファイバ(平均径;約20μm)をコイル状に巻いて円筒型フィルターを形成し、該円筒型触媒フィルターにPt及びLa、Ceを含むアルミナ触媒のスラリ液を吹き付け法によりコーティングし、乾燥、焼成工程を経て、触媒粉末粒子を該ファイバフィルター表面上に固定した。ここで用いた円筒型フィルターは、内径80mm、長さ270mmであり、ファイバ厚さは約10mmであった。
【0047】
次に、下流側に設置するNOx吸着還元触媒7は、貴金属としてPtとRhを比表面積280m2/gの活性アルミナに担持させ、La、Ce及びNaを含有させた触媒を用いた。
【0048】
(実施例2)
図2に、本例で用いた排気ガス浄化装置の構成を示す。この排気ガス浄化装置は、フィルター触媒部6とハニカム型のNOx吸着還元触媒7との間に固体還元材10を設けた以外は、実施例1と同様の構成とした。
また、固体還元材10は、1平方インチ当たり400セルの通気孔を有するコージェライトハニカム1.0LにMgOとアルミナを重量比で4:1で混合し、水を加えてスラリーとした液をコーティング、乾燥、焼成の過程を経て得た。
【0049】
(比較例1)
図3に、本例で用いた排気ガス浄化装置の構成を示す。この排気ガス浄化装置は、ハニカム触媒部5を、Ptを担持したアルミナ層を備えるハニカム状酸化触媒部5’に代え、水素供給ライン8及び注入ノズル9を設置しないこと以外は、実施例1と同様の構成とした。
【0050】
[評価試験]
コモンレールシステムを備えた4気筒2.5Lの直噴型ディーゼルエンジンを設置したエンジンダイナモ装置を用いて、上記実施例及び比較例の排気ガス浄化装置のPM−NOx−CO−HCの浄化性能を評価した。また、本評価装置では、排気ガス浄化装置の入口温度は、エンジンの負荷を変えることにより制御できるようになっている。
上記排気ガス浄化装置の性能評価法は、フィルター手段の入口温度を150℃で5分保持した後、320℃で40秒間保持するパターンを繰り返す過渡性能評価法を用いた。このとき、320℃で40秒間保持する間に4秒間吸気絞りを行うとともに、コモンレールシステムでパイロット噴射を行い、見掛け上A/Fを13.0にまで移行させ、更に、水素が排気中に約1%の濃度で存在するように供給した。
なお、本評価試験においては、スウェーデンクラス1軽油を燃料に用いた。
【0051】
各例の排気ガス浄化装置について、PM−NOx−CO−HCの平均低減率を算出したところ、実施例1では、PM−NOx−CO−HCの平均低減率は、PM78%−NOx82%−CO96%−HC85%であった。また、実施例2では、PM82%−NOx84%−CO91%−HC88%の低減率であった。更に、比較例1では、PM85%−NOx64%−CO78%−HC84%の低減率であった。
【0052】
以上の結果から、本発明の好適形態である実施例1及び実施例2の排気ガス浄化装置を用いると、PM、NOx、CO及びHCの全成分が高効率で浄化できることがわかる。これに対し、比較例1の排気ガス浄化装置は、水素供給手段を有しないため、特にNOx及びCOの浄化能が低減してしまうことが明らかである。
【0053】
以上、本発明を一実施例により詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の開示の範囲内において種々の変形実施が可能である。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フィルター手段(SOFトラップ酸化触媒部及びパティキュレートトラップ触媒部)、水素供給手段及びNOx吸着還元触媒を用い、必要に応じて炭化水素濃度を増大し且つ酸素濃度を低減することとしたため、200℃以下の低排温条件の頻度が高いディーゼルエンジン排気条件下でも、CO、HC類、PM及びNOxを高効率で浄化できる排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気ガス浄化装置の一実施形態を示す概略図である。
【図2】本発明の排気ガス浄化装置の一実施形態を示す概略図である。
【図3】比較例1で用いた排気ガス浄化装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン
2 吸気管
3 吸気絞りバルブ
4 排気ガス流路(排気管)
5 SOFトラップ酸化触媒部(ハニカム触媒部)
5’ ハニカム状酸化触媒部
6 パティキュレートトラップ触媒部(フィルター触媒部)
7 NOx吸着還元触媒
8 水素注入ライン
9 水素注入ノズル
10 温度制御手段(固体蓄熱材)
20 フィルター手段
Claims (15)
- 内燃機関の排気ガス流路に上流側からフィルター手段及びNOx吸着還元触媒をこの順に配置し、更にこのNOx吸着還元触媒の入口に水素を供給できる水素供給手段を備えて成る排気ガス浄化装置であって、
上記フィルター手段が、上流側に配置されたSOFトラップ酸化触媒部とその下流側に配置されたパティキュレートトラップ触媒とを有し、
SOFトラップ酸化触媒部が、SOFトラップ酸化触媒を多孔性高比表面積シリカに担持して成り、
このSOFトラップ酸化触媒部が、可溶性有機化合物及び炭化水素類を吸着・酸化し、一酸化炭素及び窒素酸化物を酸化する触媒を備え、且つこのパティキュレートトラップ触媒部が、パティキュレートを捕捉するフィルターと、一酸化炭素、炭化水素類及び窒素酸化物を酸化しパティキュレートの燃焼を促進する触媒とを備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 上記SOFトラップ酸化触媒部の触媒が、白金を含むことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記パティキュレートトラップ触媒部の触媒が、白金を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記NOx吸着還元触媒が、貴金属を担持したアルミナに、カリウム、ナトリウム、カルシウム、バリウム、ランタン及びセリウムから成る群より選ばれた少なくとも1種のものを添加して成ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
- 上記水素供給手段が、改質ガス製造装置、水素ボンベ又は水素吸蔵材を用いて成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記NOx吸着還元触媒の温度を制御できる温度制御手段を設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記温度制御手段として廃熱回収装置を用い、この廃熱回収装置を上記フィルター手段と上記NOx吸着還元触媒との間に設けたことを特徴とする請求項6記載の排気ガス浄化装置。
- 上記廃熱回収装置として固体蓄熱材を用いたことを特徴とする請求項7記載の排気ガス浄化装置。
- 上記固体蓄熱材が、カルシウム及び/又はマグネシウムの炭酸塩、或いはカルシウム及び/又はマグネシウムの水酸化物を含有することを特徴とする請求項8記載の排気ガス浄化装置。
- 上記固体蓄熱材が、酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項8に記載の排気ガス浄化装置。
- 請求項1〜10のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化装置を用いて排気ガスを浄化する方法であって、
上記フィルター手段によって、上記排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素類、窒素酸化物及び可溶性有機化合物を吸着・酸化し、更にパティキュレートの燃焼を促進し、
上記フィルター手段が有する上記パティキュレートトラップ触媒部のパティキュレート堆積量が一定量を超えたときに、このフィルター手段を流通する排気ガスの炭化水素濃度を増大し且つ酸素濃度を低減し、
上記NOx吸着還元触媒へ排気ガスを供給するとともに、上記水素供給手段を所望のタイミングで作動させて水素を上記NOx吸着還元触媒へ供給することを特徴とする排気ガス浄化方法。 - 上記炭化水素濃度を増大する処理、上記酸素濃度を低減する処理、及び上記水素の供給を、同期させて行うことを特徴とする請求項11記載の排気ガス浄化方法。
- 上記炭化水素濃度を増大する処理、上記酸素濃度を低減する処理、及び上記水素の供給を、上記パティキュレートトラップ触媒部の圧力損失値に応じてフィードバック制御することを特徴とする請求項11又は12記載の排気ガス浄化方法。
- 上記パティキュレートトラップ触媒部の圧力損失値が200mmHg以上であるときに、上記フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項13記載の排気ガス浄化方法。
- 上記水素の供給時に、上記NOx吸着還元触媒の温度を250〜500℃に制御することを特徴とする請求項11〜14のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000273772A JP4251764B2 (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000273772A JP4251764B2 (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002089240A JP2002089240A (ja) | 2002-03-27 |
JP4251764B2 true JP4251764B2 (ja) | 2009-04-08 |
Family
ID=18759649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000273772A Expired - Lifetime JP4251764B2 (ja) | 2000-09-08 | 2000-09-08 | 排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4251764B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007002697A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Hino Motors Ltd | 排気浄化装置 |
JP5119690B2 (ja) | 2007-03-12 | 2013-01-16 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
JP2009162157A (ja) | 2008-01-08 | 2009-07-23 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の排気浄化装置 |
JP5161590B2 (ja) * | 2008-01-08 | 2013-03-13 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
US8434296B2 (en) | 2008-01-08 | 2013-05-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
EP2261478B1 (en) | 2008-03-03 | 2018-10-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purifier for internal combustion engine |
JP5053163B2 (ja) * | 2008-04-28 | 2012-10-17 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
JP2012087662A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Hino Motors Ltd | 排気浄化方法及び装置 |
JP6627417B2 (ja) * | 2015-10-28 | 2020-01-08 | 日本製鉄株式会社 | 排ガス中の未燃成分の除去方法及び排ガス中の窒素酸化物の除去方法 |
CN109611183B (zh) * | 2019-02-20 | 2024-03-12 | 兰州工业学院 | 一种汽车尾气回收利用装置 |
EP4030083A1 (en) * | 2019-09-09 | 2022-07-20 | NOK Corporation | Seal structure for fuel cell separator |
CN113663432A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-19 | 宏芯气体(上海)有限公司 | 一种氮气制备过程的尾气处理系统 |
CN115324688B (zh) * | 2022-08-14 | 2023-06-16 | 南通大学 | 一种船舶柴油机用尾气协同净化装置及其使用方法 |
CN116672842B (zh) * | 2023-04-19 | 2024-04-12 | 南京德厚环境科技有限公司 | 一种用于废气的处理方法与控制系统 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2946064B2 (ja) * | 1991-08-29 | 1999-09-06 | 株式会社日立製作所 | エンジン排気浄化装置 |
JP3386621B2 (ja) * | 1995-03-30 | 2003-03-17 | トヨタ自動車株式会社 | ディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒 |
JPH09103679A (ja) * | 1995-10-11 | 1997-04-22 | Toyota Motor Corp | ディーゼルエンジン用排ガス浄化触媒 |
JPH1119521A (ja) * | 1997-07-02 | 1999-01-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 排気ガス浄化用触媒の製造方法、及び排気ガス浄化用触媒を用いた排気ガスフィルター及び排気ガス浄化装置並びに排気ガス浄化システム |
JPH11125113A (ja) * | 1997-10-23 | 1999-05-11 | Denso Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
JPH11264314A (ja) * | 1998-03-19 | 1999-09-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 排ガス浄化装置 |
JPH11264313A (ja) * | 1998-03-19 | 1999-09-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流体加熱用発熱体およびそれを用いた排ガス浄化装置 |
US6863874B1 (en) * | 1998-10-12 | 2005-03-08 | Johnson Matthey Public Limited Company | Process and apparatus for treating combustion exhaust gas |
CA2350027A1 (en) * | 1998-11-06 | 2000-05-18 | Ceryx Incorporated | Integrated apparatus for removing pollutants from a fluid stream in a lean-burn environment with heat recovery |
JP2000199423A (ja) * | 1999-01-05 | 2000-07-18 | Mitsubishi Motors Corp | ディ―ゼルエンジンの排気ガス浄化装置 |
JP3551805B2 (ja) * | 1999-01-12 | 2004-08-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
2000
- 2000-09-08 JP JP2000273772A patent/JP4251764B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002089240A (ja) | 2002-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4889873B2 (ja) | 排気ガス浄化システム、これに用いる排気ガス浄化触媒及び排気浄化方法 | |
JP5651589B2 (ja) | 低温性能の優れたNOx吸着触媒 | |
KR101110649B1 (ko) | 디젤 엔진 및 이를 위한 촉매 필터 | |
JP4384601B2 (ja) | ジーゼルエンジン動力自動車のための排気制御システム | |
JP4263711B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4393039B2 (ja) | 触媒つきフィルタ、その製造方法及び排気ガス浄化システム | |
RU2392456C2 (ru) | Способ и устройство для очистки выхлопного газа | |
CN101594925B (zh) | 可热再生的一氧化氮吸附剂 | |
JP4270224B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
US20100175372A1 (en) | Compact diesel engine exhaust treatment system | |
US20140093442A1 (en) | Dual Function Catalytic Filter | |
JP4556587B2 (ja) | 排気ガス浄化装置 | |
KR20110041502A (ko) | 린번 내연 엔진용 배기 시스템 | |
JP4251764B2 (ja) | 排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法 | |
WO2010041741A1 (ja) | 排ガス浄化装置 | |
WO2007123011A1 (ja) | 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム | |
JP2007162575A (ja) | 排ガス浄化装置 | |
US20090229260A1 (en) | Exhaust Gas Purifying Apparatus | |
JP2012036821A (ja) | 内燃機関の排気ガス浄化装置 | |
JP4174976B2 (ja) | 排気浄化装置及びその製造方法 | |
JP4604374B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2008151100A (ja) | 排ガス浄化装置 | |
JP5481931B2 (ja) | 排気浄化装置及び排気浄化方法 | |
JPH08303227A (ja) | 煤塵と窒素酸化物の除去装置の再生方法、及び煤塵と窒素酸化物の除去方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040908 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041102 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041217 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050406 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050601 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20050614 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20050819 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081216 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090120 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4251764 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120130 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130130 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130130 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140130 Year of fee payment: 5 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |