JP4371241B2 - Exhaust gas purification system - Google Patents

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Description

本発明は、本発明は、移動体、特に車両の内燃機関から排出される窒化酸化物(NOx)を含む排気ガスを浄化するシステムに関する。   The present invention relates to a system for purifying exhaust gas containing nitrided oxide (NOx) discharged from an internal combustion engine of a moving body, particularly a vehicle.

自動車等の移動体の内燃機関から排出される排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)及び窒化酸化物(NOx)等を浄化するため、理論空燃比(Air/Fuel)の下で働く三元触媒やこれを用いた排気浄化システムが用いられている。
一方、燃費を良くするため、理論空燃比より高い空燃比領域で燃焼を起こす、リーンバーン(希薄燃焼:lean burn)エンジンが実用化されている。リーンバーン条件下で、排出される窒素酸化物(NOx)を浄化する手段としては、NOxをトラップする機能を有するNOx浄化触媒が使用されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−257417号公報
Theoretical air-fuel ratio (Air / Fuel) is used to purify carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrided oxides (NOx), etc. contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine of a moving body such as an automobile. A three-way catalyst working under the exhaust gas and an exhaust purification system using the same are used.
On the other hand, in order to improve fuel efficiency, lean burn engines that cause combustion in an air-fuel ratio range higher than the stoichiometric air-fuel ratio have been put into practical use. As a means for purifying exhausted nitrogen oxides (NOx) under lean burn conditions, a NOx purification catalyst having a function of trapping NOx is used (see, for example, Patent Document 1).
JP 2000-257417 A

このリーンバーン用のNOx浄化触媒は、NOxを還元して浄化する触媒の他にNOxトラップ剤(NOx吸着材)を備えており、空燃比がリーン(燃料比が小さい)条件で排出されるNOxをNOxトラップ剤に吸着させ、空燃比がリッチ(燃料比が大きい)になった際に、トラップしていたNOxを排気ガス中の還元ガス成分で還元し、放出浄化する。即ち、このNOx浄化触媒では、空燃比がリッチのとき、内燃機関より排出された炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、水素(H)等の還元ガス成分がNOx還元浄化触媒に供給され、還元反応によりNOxが浄化され、Nとして放出される。なお、各還元ガスの還元機能は、温度条件に依存している。HC、COがNOxの浄化反応に優れた還元作用を発現するのは、250℃以上の温度条件が必要である。 This NOx purification catalyst for lean burn includes a NOx trap agent (NOx adsorbent) in addition to a catalyst that reduces and purifies NOx, and is discharged when the air-fuel ratio is lean (fuel ratio is small). Is adsorbed by the NOx trapping agent, and when the air-fuel ratio becomes rich (the fuel ratio is large), the trapped NOx is reduced by the reducing gas component in the exhaust gas and released and purified. That is, in this NOx purification catalyst, when the air-fuel ratio is rich, reducing gas components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and hydrogen (H 2 ) discharged from the internal combustion engine enter the NOx reduction purification catalyst. Supplied, NOx is purified by a reduction reaction, and released as N 2 . Note that the reducing function of each reducing gas depends on temperature conditions. A temperature condition of 250 ° C. or higher is necessary for HC and CO to exhibit an excellent reducing action in the NOx purification reaction.

しかしながら、一般に、リーンバーン条件での排気ガス温度は低く、HC、COがNOxの放出浄化のために優れた還元作用を発現する250℃以上の温度には達しにくい。特に、コールド領域と呼ばれるエンジン始動時の排気ガス温度は、180℃〜200℃の温度であるため、NOx浄化触媒によるNOの還元浄化を効率的に行うことができない。
また、ディーゼルエンジンを使用する車両の場合は、排気ガス温度は更に低くなるため、NOx浄化触媒の還元浄化の効率はより悪くなる。
一方、車両用の排気ガス規制の対象は、NOxのみならず、HCガスも含まれる。上述するように、排気ガス温度が低い場合には、NOx浄化触媒において、排気ガス中のHCやCOが還元反応に利用されないと、消費されず、そのまま排気ガスとして外部に流出してしまうおそれがある。
However, in general, the exhaust gas temperature under lean burn conditions is low, and it is difficult to reach a temperature of 250 ° C. or higher at which HC and CO exhibit an excellent reducing action for NOx emission purification. Particularly, since the exhaust gas temperature at the time of starting the engine, which is called a cold region, is a temperature of 180 ° C. to 200 ° C., NO reduction purification by the NOx purification catalyst cannot be performed efficiently.
Further, in the case of a vehicle using a diesel engine, the exhaust gas temperature is further lowered, so that the reduction purification efficiency of the NOx purification catalyst becomes worse.
On the other hand, vehicles subject to exhaust gas regulations include not only NOx but also HC gas. As described above, when the exhaust gas temperature is low, in the NOx purification catalyst, unless HC or CO in the exhaust gas is used for the reduction reaction, it may not be consumed and may flow out to the outside as it is. is there.

なお、リーンバーンを行う内燃機関における低温でのHCの流出という問題点に対して、特開2000−257417号公報では、NOx浄化触媒の後段に高炭素数のHCをトラップするHCトラップ剤及び低炭素数のHCを浄化する酸化触媒を配置する排気浄化装置が開示されている。
しかし、上記排気浄化装置では、低温でのNOx浄化は行われず、NOx浄化は温度を上昇させて行い、この温度上昇により後段のHCトラップ剤にトラップしたHCも放出浄化している。即ち、この装置では、温度加熱手段を常に用いているので、燃料消費の増大を招く。従って、リーンバーンによる最大の利点である良好な燃費が得られない。
In order to solve the problem of HC outflow at a low temperature in an internal combustion engine that performs lean burn, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-257417 discloses an HC trapping agent that traps HC having a high carbon number at the downstream of the NOx purification catalyst and a low An exhaust emission control device in which an oxidation catalyst for purifying HC having carbon number is arranged is disclosed.
However, the exhaust purification device does not perform NOx purification at a low temperature, and NOx purification is performed by increasing the temperature, and HC trapped in the HC trapping agent in the subsequent stage is also released and purified by this temperature increase. That is, in this apparatus, since the temperature heating means is always used, the fuel consumption is increased. Therefore, good fuel consumption, which is the greatest advantage of lean burn, cannot be obtained.

本発明の目的は、リーンバーン条件下において、排気ガス中のNOx及びHCをより効率的に浄化しうる車両用浄化システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a vehicle purification system capable of more efficiently purifying NOx and HC in exhaust gas under lean burn conditions.

上記目的を達成するため、本発明の態様による車両用排気ガス浄化システムは、燃焼ガス又は排気ガス流路内に配置され、排気ガス中の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる、水素富化手段と、上記排気ガス流路上の上記水素富化手段の後に配置されたNOx浄化触媒と、更に、上記排気ガス流路上の上記NOx浄化触媒の後に配置されたHCトラップ触媒とを有し、上記水素富化手段からNOx浄化触媒に、排気ガスが常に直接流れ、上記水素富化手段が、内燃機関の燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火時期及び吸排気弁の開閉タイミングの少なくともいずれかを制御することにより、水素を生成する燃焼制御手段を有する。   In order to achieve the above object, a vehicle exhaust gas purification system according to an aspect of the present invention is disposed in a combustion gas or exhaust gas flow path, and increases a hydrogen component ratio with respect to a reducing gas component in the exhaust gas. Means, a NOx purification catalyst disposed after the hydrogen enrichment means on the exhaust gas flow path, and an HC trap catalyst disposed after the NOx purification catalyst on the exhaust gas flow path, Exhaust gas always flows directly from the hydrogen enrichment means to the NOx purification catalyst, and the hydrogen enrichment means controls at least one of the fuel injection amount of the internal combustion engine, fuel injection timing, ignition timing, and intake / exhaust valve opening / closing timing. By doing so, it has a combustion control means for generating hydrogen.

本発明によれば、NOx浄化触媒の上流に水素富化手段を備え、NOx浄化触媒の下流にHCトラップ触媒を配置することなどにより、水素を有効利用してNOxを効率良く浄化し得るとともに、大気中へのHC流出量を低減した排気ガス浄化システムを提供することができる。   According to the present invention, the hydrogen enrichment means is provided upstream of the NOx purification catalyst, and the HC trap catalyst is disposed downstream of the NOx purification catalyst. It is possible to provide an exhaust gas purification system that reduces the outflow amount of HC into the atmosphere.

本願発明者らはこれまで、250℃未満の低温でのNOx浄化に関して種々の検討を行ってきた。これらの検討から、本願発明者等は米国特許出願09/692,470に開示する、水素をNOx浄化に有効に利用した排気ガス浄化システムを提案している。この排気ガス浄化システムは、排気ガス流路上のNOx浄化触媒の前に水素富化手段を備えたものである。
NOx浄化触媒の前に置かれた水素富化手段は、水素を生成し、あるいは水素以外の還元ガスを選択酸化することにより、NOx浄化触媒に入る排気ガス中の相対的な水素濃度を上げる。水素は、250℃未満の低温においても高い還元作用を発揮できるので、NOx浄化触媒にトラップされたNOxを効率的に還元放出させることができる。この浄化システムを用いることにより、従来不可能であると思われていた排気ガス温度がコールド域にあっても、NOxを浄化することが可能となる。
The inventors of the present application have so far conducted various studies on NOx purification at a low temperature of less than 250 ° C. Based on these studies, the present inventors have proposed an exhaust gas purification system that effectively utilizes hydrogen for NOx purification, as disclosed in US patent application 09 / 692,470. This exhaust gas purification system is provided with hydrogen enriching means in front of the NOx purification catalyst on the exhaust gas flow path.
The hydrogen enrichment means placed in front of the NOx purification catalyst increases the relative hydrogen concentration in the exhaust gas entering the NOx purification catalyst by generating hydrogen or selectively oxidizing a reducing gas other than hydrogen. Since hydrogen can exhibit a high reducing action even at a low temperature of less than 250 ° C., NOx trapped in the NOx purification catalyst can be efficiently reduced and released. By using this purification system, it is possible to purify NOx even if the exhaust gas temperature, which has been considered impossible in the past, is in the cold region.

しかしながら、本発明者らが更に検討を加えた結果、上記排気ガス浄化システムにおいても、水素富化手段やNOx浄化触媒で反応に関与しなかった一部のHCが低温で大気中に流出する虞れがあり、これらの大気中に流出するHC濃度を低減する必要があることが判明した。
本発明の実施の形態に係る排気ガス浄化システムは、上記浄化システムを改良したものであり、リーンバーン条件下において、内燃機関から排出される排気ガス中のNOxのみならず、HCをより効率的に浄化しうる車両用浄化システムである。以下、具体的に説明する。なお、本明細書において、「%」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
However, as a result of further studies by the present inventors, even in the above exhaust gas purification system, some HC that was not involved in the reaction by the hydrogen enrichment means or the NOx purification catalyst may flow out into the atmosphere at a low temperature. It has been found that it is necessary to reduce the concentration of HC flowing into the atmosphere.
An exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention is an improvement of the above purification system, and more efficiently not only NOx in exhaust gas discharged from an internal combustion engine but also HC under lean burn conditions. It is a vehicle purification system that can be purified. This will be specifically described below. In the present specification, “%” represents mass percentage unless otherwise specified.

まず、図1に示すように、本実施の形態の排気ガス浄化システムでは、エンジン10からの排気ガス流路上に、水素富化手段20と、NOx浄化触媒30と、HCトラップ触媒40とを、この順番にインラインに並べている。水素富化手段は、常に排気ガスにさらされており、排気ガス又は燃焼ガスの流れの中に配置されている。よって、このシステムでは、バイパスを設けて排気ガスを循環させたり、排気ガス流路中に切り替え弁を設けたり、上記排気ガス流路の外部から水素を供給したりする必要がない。本システムは、よりコンパクトな高い性能のシステムとなり、車両用として優れたものである。
なお、エンジン10は、制御装置15により運転状態に応じて燃料噴射条件等が制御され、空燃比がリーン状態又はリッチ状態が発生する。
First, as shown in FIG. 1, in the exhaust gas purification system of the present embodiment, the hydrogen enrichment means 20, the NOx purification catalyst 30, and the HC trap catalyst 40 are disposed on the exhaust gas flow path from the engine 10. They are arranged inline in this order. The hydrogen enrichment means is always exposed to the exhaust gas and is arranged in the flow of exhaust gas or combustion gas. Therefore, in this system, there is no need to provide a bypass to circulate the exhaust gas, to provide a switching valve in the exhaust gas passage, or to supply hydrogen from the outside of the exhaust gas passage. This system becomes a more compact and high performance system and is excellent for vehicles.
In the engine 10, the fuel injection conditions and the like are controlled by the control device 15 in accordance with the operating state, and the air-fuel ratio becomes lean or rich.

まず、水素富化手段20について概説する。水素富化手段とは、燃焼ガス及び/又は排気ガス中の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる手段のことであり、具体的には、(a)燃焼ガス及び/又は排気ガス中で水素を生成する手段、若しくは(b)燃焼ガス及び/又は排気ガス中で水素以外の還元成分を減少させる手段に相当する。なお、水素富化手段として、上記(a)を用いるが、(b)を併用してもよい。
具体的に、上記水素生成手段(a)は、燃焼ガスや排気ガス中で水素を生成し、該ガス中に存在する水素量自体を増加させて積極的に水素濃度を増大させる手段であり、燃料噴射タイミングや点火時期などに関する燃焼制御手段(燃焼系)と、ロジウム(Rh)等の貴金属を含有する水素生成触媒(触媒系)と、が例示でき、本発明では少なくとも上記の燃焼系を使用する。また、上記還元成分減少手段(b)は、HCやCO等の還元成分を選択的に(又は水素よりも優位に)減少させ、該ガス中での水素存在比率を増加させるものである。CO・HC選択酸化触媒や、水素の消費比率を他のガス成分の消費比率よりも低減する固体酸性酸化物を含有する触媒等を挙げることができる。
First, the hydrogen enrichment means 20 will be outlined. The hydrogen enrichment means is means for increasing the hydrogen component ratio to the reducing gas component in the combustion gas and / or exhaust gas. Specifically, (a) hydrogen in the combustion gas and / or exhaust gas. Or (b) means for reducing reducing components other than hydrogen in the combustion gas and / or exhaust gas. In addition, although said (a) is used as a hydrogen enrichment means, you may use (b) together.
Specifically, the hydrogen generation means (a) is a means for generating hydrogen in combustion gas or exhaust gas, and actively increasing the hydrogen concentration by increasing the amount of hydrogen present in the gas. Combustion control means (combustion system) relating to fuel injection timing, ignition timing, and the like, and a hydrogen generation catalyst (catalyst system) containing a noble metal such as rhodium (Rh) can be exemplified. In the present invention, at least the above combustion system is used. To do. The reducing component reducing means (b) selectively reduces reducing components such as HC and CO (or more preferentially than hydrogen), and increases the hydrogen existing ratio in the gas. Examples thereof include a CO / HC selective oxidation catalyst and a catalyst containing a solid acidic oxide that reduces the consumption ratio of hydrogen compared to the consumption ratio of other gas components.

図2は、NOxトラップ型のNOx浄化触媒30における浄化のメカニズムを説明する図である。NOx浄化触媒30は、NOx還元浄化触媒である白金(Pt),Rh等の貴金属触媒35と、NOxを硝酸塩としてトラップするBa等の吸着材36とを有している。空燃比がリーンの際に、吸着材36にトラップされたNOxは、空燃比がリッチになった際に、貴金属触媒35のもと、排気ガス中の還元ガスにより還元、浄化され、Nとして放出される。
排気ガス中に含まれる水素以外のHCやCO等の還元成分は、250℃〜500℃の温度条件で還元機能を発現するが、リーンバーン条件下で排出される排気ガス温度のように、250℃未満の低温では還元機能を発現しない。また、図2に示すように、250℃未満の温度では、特にCOガスが、NOx浄化触媒35表面に被着し、NOxの浄化反応を阻害する傾向がある。
FIG. 2 is a diagram for explaining a purification mechanism in the NOx trap type NOx purification catalyst 30. The NOx purification catalyst 30 includes a noble metal catalyst 35 such as platinum (Pt) and Rh that is a NOx reduction purification catalyst, and an adsorbent 36 such as Ba that traps NOx as nitrate. When the air-fuel ratio is lean, the NOx trapped in the adsorbent 36 is reduced and purified by the reducing gas in the exhaust gas under the noble metal catalyst 35 when the air-fuel ratio becomes rich, and becomes N 2 Released.
Reducing components such as HC and CO other than hydrogen contained in the exhaust gas develop a reducing function under a temperature condition of 250 ° C. to 500 ° C., but 250 like the exhaust gas temperature discharged under lean burn conditions. Does not exhibit reducing function at low temperatures below ℃. In addition, as shown in FIG. 2, particularly at a temperature of less than 250 ° C., CO gas tends to adhere to the surface of the NOx purification catalyst 35 and inhibit the NOx purification reaction.

一方、水素は、200℃以下の低温、コールド域の温度でも還元機能を発現するので、排気ガス中の水素量が増加すれば、NOx浄化触媒30によるNOxの浄化反応は促進される。また、排気ガス中の水素以外の還元成分(HCやCO)を減少させ、相対的な水素濃度が上がる場合においても、浄化反応を阻害するCO量等が減少するため、水素による浄化反応は促進される。
具体的には、本実施の形態のNOx浄化触媒がNOx浄化を行う際、上述の水素富化手段により水素富化が実行され、排気ガス中の水素濃度[H2]と全還元成分濃度[TR]が、次の(f1)式及び(f2)式を充たすことが好ましい。
[H2/TR]d>[H2/TR]u…(f1)
[H2/TR]d≧0.3…(f2)
ここで、[H2/TR]uは上記水素富化手段の水素富化実行前又は上流での水素濃度[H2]uと全還元成分濃度[TR]uの比、[H2/TR]dは上記NOx浄化触媒の入口での水素濃度[H2]dと全還元成分濃度[TR]dの比を示す。
On the other hand, since hydrogen exhibits a reducing function even at a low temperature of 200 ° C. or lower and in a cold region, the NOx purification reaction by the NOx purification catalyst 30 is promoted if the amount of hydrogen in the exhaust gas increases. In addition, the reduction component other than hydrogen in the exhaust gas (HC and CO) is reduced, and even when the relative hydrogen concentration increases, the amount of CO that inhibits the purification reaction decreases, so the purification reaction by hydrogen is accelerated. Is done.
Specifically, when the NOx purification catalyst of the present embodiment performs NOx purification, hydrogen enrichment is performed by the above-described hydrogen enrichment means, and the hydrogen concentration [H2] in the exhaust gas and the total reducing component concentration [TR] ] Preferably satisfies the following formulas (f1) and (f2).
[H2 / TR] d> [H2 / TR] u (f1)
[H2 / TR] d ≧ 0.3 (f2)
Here, [H2 / TR] u is the ratio of the hydrogen concentration [H2] u to the total reducing component concentration [TR] u before or upstream of the hydrogen enrichment by the hydrogen enrichment means, and [H2 / TR] d is The ratio of the hydrogen concentration [H2] d at the inlet of the NOx purification catalyst and the total reducing component concentration [TR] d is shown.

上記(f1)、(f2)式が充たされる場合、水素がNOx浄化反応で還元成分として有効に利用され、NOxを効率良く浄化する。
本願発明者等の検討によれば、水素富化手段を用いない場合、自動車エンジンからの排気ガスや排気ガス浄化用触媒を用いた場合は、[H2/TR]d<0.3であるので、上記(f2)の式を充たす場合、明らかに水素富化手段の効果を得ることができる。なお、より好ましくは、[H2/TR]d≧0.5とする。なお、安全性向上のため、水素含有量は、全排ガスに対し4%未満とすることが好ましい。
上述した水素富化手段は、水素富化を常時実行することができるが、水素富化の実行時をNOx浄化触媒によるNOx浄化時と一致させることは、NOx浄化効率を高めるという観点から望ましい。
When the above formulas (f1) and (f2) are satisfied, hydrogen is effectively used as a reducing component in the NOx purification reaction, and NOx is efficiently purified.
According to the study by the inventors of the present application, when the hydrogen enrichment means is not used, and when the exhaust gas from the automobile engine or the exhaust gas purification catalyst is used, [H2 / TR] d <0.3. When the above formula (f2) is satisfied, the effect of the hydrogen enrichment means can be clearly obtained. More preferably, [H2 / TR] d ≧ 0.5. In order to improve safety, the hydrogen content is preferably less than 4% with respect to the total exhaust gas.
The above-described hydrogen enrichment means can always perform the hydrogen enrichment, but it is desirable from the viewpoint of improving the NOx purification efficiency to make the execution of the hydrogen enrichment coincide with the time of the NOx purification by the NOx purification catalyst.

更に、本実施の形態の浄化システムでは、NOx浄化時におけるNOxトラップ浄化触媒の入口での、水素濃度[H2]dと全還元成分濃度[TR]d中の一酸化炭素濃度[CO]dとの比率が、以下の(f3)式を満足することが好ましい。
[H2/CO]d>1…(f3)
(f3)が充たされる場合は、還元ガス中で、特に、NOx触媒表面に被着し、NOxと水素との浄化反応を阻害する傾向が高いCOの濃度が低減されるので、還元力の強いHとNOxとの反応性を高め、NOxの浄化効率を更に向上させることができる。
Furthermore, in the purification system of the present embodiment, the hydrogen concentration [H2] d and the carbon monoxide concentration [CO] d in the total reducing component concentration [TR] d at the inlet of the NOx trap purification catalyst during NOx purification It is preferable that the ratio satisfies the following formula (f3).
[H2 / CO] d> 1 (f3)
When (f3) is satisfied, the concentration of CO, which tends to adhere to the NOx catalyst surface in the reducing gas and inhibit the purification reaction between NOx and hydrogen, is reduced. The reactivity between H 2 and NOx can be increased, and the NOx purification efficiency can be further improved.

次に、本実施の形態に係るHCトラップ触媒40について説明する。図3は、本実施の形態に係るHCトラップ触媒40の構成を示す外観図及び部分断面図である。
図1に示すように、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムでは、HCトラップ触媒40は、上述したNOx浄化触媒の下流に配置される。HCトラップ触媒40は、低温時にHCを吸着し、温度上昇に伴って(活性化温度に達すると)HCを放出できる吸着剤を含有するものである。NOx浄化触媒で消費されず、排気ガス中に残ったHCをトラップする。放出されたHCは、HCトラップ触媒40が一体に備える三元触媒又はHCトラップ触媒40と別に設けられた三元触媒により浄化される。
Next, the HC trap catalyst 40 according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is an external view and a partial sectional view showing the configuration of the HC trap catalyst 40 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, in the exhaust gas purification system according to the present embodiment, the HC trap catalyst 40 is disposed downstream of the NOx purification catalyst described above. The HC trap catalyst 40 contains an adsorbent capable of adsorbing HC at a low temperature and releasing HC as the temperature rises (when the activation temperature is reached). HC remaining in the exhaust gas is trapped without being consumed by the NOx purification catalyst. The released HC is purified by a three-way catalyst provided integrally with the HC trap catalyst 40 or a three-way catalyst provided separately from the HC trap catalyst 40.

なお、HCトラップ触媒と別体として三元触媒等のHC浄化触媒を有してもよいが、HCトラップ触媒自体にHC吸着剤層とHC浄化触媒とを含む構造を有する方が、HCを効率良く放出浄化できる。
例えば、図3に示すように、本実施の形態のHCトラップ触媒は、断面が多角形のセルを複数有するモノリス担体41上に、炭化水素吸着材層42と、三元触媒である金属触媒層43が積層形成されたものである。金属触媒層43の内側のセル中央を排気ガスが通過する。モノリス担体41としては、例えば、コージェライトなどのセラミック製のものや、フェライト系ステンレスなどの金属製のものを用いることができる。
炭化水素吸着材層42の炭化水素吸着材としては、ゼオライト又は活性炭を挙げることができる。また、金属触媒層43の金属触媒としては、Pd、Pt又はRh等のいわゆる三元触媒機能を有する金属を使用できる。なお、炭化水素吸着材としてゼオライトを使用する場合は、耐久性を上げるために、ゼオライト層中には、金属触媒を含まないことが望ましい。
Although an HC purification catalyst such as a three-way catalyst may be provided separately from the HC trap catalyst, the HC trap catalyst itself has a structure that includes an HC adsorbent layer and an HC purification catalyst. It can release and purify well.
For example, as shown in FIG. 3, the HC trap catalyst of the present embodiment has a hydrocarbon adsorbent layer 42 and a metal catalyst layer that is a three-way catalyst on a monolith support 41 having a plurality of cells having a polygonal cross section. 43 is formed by stacking. The exhaust gas passes through the center of the cell inside the metal catalyst layer 43. As the monolith carrier 41, for example, a ceramic material such as cordierite or a metal material such as ferritic stainless steel can be used.
Examples of the hydrocarbon adsorbent of the hydrocarbon adsorbent layer 42 include zeolite or activated carbon. Moreover, as a metal catalyst of the metal catalyst layer 43, the metal which has what is called a three-way catalyst function, such as Pd, Pt, or Rh, can be used. In addition, when using a zeolite as a hydrocarbon adsorbent, it is desirable not to contain a metal catalyst in a zeolite layer, in order to raise durability.

このように、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムでは、NOx浄化触媒の上流に水素富化手段を有するとともに、NOx浄化触媒の下流にHCトラップ触媒を配置しているので、NOxの浄化反応を効率良く促進できるとともに、NOxの浄化反応で使用されず、排気ガス中に残ったHCについては、HCトラップ触媒によってトラップし、HCの大気中への流出を未然に防止できる。即ち、コールド域で発生するHCの流出を抑制できる。
なお、本実施の形態に係るHCトラップ触媒40の、炭化水素吸着材層42の種類は、対象とする内燃機関の燃料の種類に応じて適宜変更することが好ましい。
As described above, in the exhaust gas purification system according to the present embodiment, the hydrogen enrichment means is provided upstream of the NOx purification catalyst and the HC trap catalyst is disposed downstream of the NOx purification catalyst. The HC remaining in the exhaust gas that is not used in the NOx purification reaction can be trapped by the HC trap catalyst to prevent the outflow of HC into the atmosphere. That is, the outflow of HC generated in the cold region can be suppressed.
Note that the type of the hydrocarbon adsorbent layer 42 of the HC trap catalyst 40 according to the present embodiment is preferably changed as appropriate according to the type of fuel of the target internal combustion engine.

図4は、排気ガス中のHCの分子径分布を示したグラフである。図4中、線Aはガソリン燃料を使用したガソリン車の場合、線Bは、軽油燃料を使用したディーゼル車の場合である。
図4中の線Aを参照にするように、燃料がガソリンなどの軽質油の場合、未浄化HCには炭素数が3以上や分子径が4Å(0.4nm)以上のHCが多く含まれる。これに対する炭化水素吸着材としては、これらの分子径を効率的に吸着するβ−ゼオライトやZSM−5などを用いることが好ましい。なお、吸着する平均的な分子径とゼオライトの細孔径とは相関があるため、吸着すべき分子径と同等以上の細孔径を有するゼオライトを使用することが好ましい。
FIG. 4 is a graph showing the molecular size distribution of HC in the exhaust gas. In FIG. 4, line A is for a gasoline vehicle using gasoline fuel, and line B is for a diesel vehicle using light oil fuel.
As shown in the line A in FIG. 4, when the fuel is light oil such as gasoline, unpurified HC contains many HCs having 3 or more carbon atoms and a molecular diameter of 4 mm (0.4 nm) or more. . As a hydrocarbon adsorbing material for this, it is preferable to use β-zeolite, ZSM-5, or the like that efficiently adsorbs these molecular diameters. In addition, since there is a correlation between the average molecular diameter to be adsorbed and the pore diameter of the zeolite, it is preferable to use a zeolite having a pore diameter equal to or larger than the molecular diameter to be adsorbed.

一方、図4中の線Bを参照にするように、燃料が軽油などの重質油の場合、排気ガス中には、炭素数が3未満の分子径が4Å未満のHCから炭素数が3以上の分子径が4Å以上の種々のHCが含まれる。従って、炭化水素吸着材として、4Å以上のHCを効率的に吸着できるβ−ゼオライトやZSM−5の他に、4Å未満のHCを効率的に吸着できるフェリエライト、A型,B型ゼオライトなどを用いることが好ましい。
なお、HCトラップ触媒は、水素富化手段と、NOx浄化触媒の後に配置される。水素富化手段として、CO・HC選択酸化触媒を使用する場合は、炭素数が3以上の分子径が4Å以上のHCは、このCO・HC選択酸化触媒によって酸化浄化される。従って、ディーゼル車のように、燃料として軽油を使用する場合であって、しかも、水素富化手段としてCO・HC選択酸化触媒を使用する場合は、図4の線bに示すように、この触媒を通過した排気ガス中には、主に炭素数が3未満や分子径が4Å未満のHCが含まれる。従って、この場合は、炭化水素吸着材として、4Å(0.4nm)未満のHCを効率的に吸着できるフェリエライト、A型ゼオライト,B型ゼオライトなどを用いることが好ましい。
なお、一般にメタン(CH)は排ガス規制の対象にならないので、上記HCトラップ触媒でトラップされる炭化水素は、少なくともCHより大きい分子をトラップできるものであればよい。言い換えれば、沸点が−50℃以上の炭化水素を主にトラップできるものであればよい。
On the other hand, as shown by the line B in FIG. 4, when the fuel is heavy oil such as light oil, the exhaust gas contains 3 carbon atoms from HC having a molecular diameter of less than 3 and a molecular diameter of less than 4 cm. Various HCs having a molecular diameter of 4 mm or more are included. Therefore, as a hydrocarbon adsorbent, in addition to β-zeolite and ZSM-5 that can efficiently adsorb 4 HC or more of HC, ferrierite, A type, B type zeolite and the like that can adsorb less than 4 HC of HC efficiently It is preferable to use it.
The HC trap catalyst is disposed after the hydrogen enrichment means and the NOx purification catalyst. When a CO / HC selective oxidation catalyst is used as the hydrogen enrichment means, HC having 3 or more carbon atoms and a molecular diameter of 4 mm or more is oxidized and purified by this CO / HC selective oxidation catalyst. Accordingly, when diesel oil is used as a fuel as in a diesel vehicle and a CO / HC selective oxidation catalyst is used as the hydrogen enrichment means, as shown by line b in FIG. The exhaust gas that has passed through mainly contains HC having a carbon number of less than 3 and a molecular diameter of less than 4 cm. Therefore, in this case, it is preferable to use ferrierite, A-type zeolite, B-type zeolite, or the like that can efficiently adsorb HC less than 4 mm (0.4 nm) as the hydrocarbon adsorbent.
In general, since methane (CH 4 ) is not subject to exhaust gas regulations, the hydrocarbon trapped by the HC trap catalyst may be any that can trap at least molecules larger than CH 4 . In other words, any hydrocarbon that has a boiling point of −50 ° C. or higher can be mainly trapped.

以上に説明するように、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムでは、排気ガス流路に配置されたNOx浄化触媒の上流に特定の水素富化手段を配置し、且つ該NOxトラップ浄化触媒の下流にHCトラップ触媒を配置し、この水素富化手段によって、該NOx浄化触媒に水素が富化された燃焼ガスや排気ガスを供給するので、NOxの浄化処理を効率的に行うとともに、HCトラップ触媒によって、コールド域でのHCの大気中への流出を未然に防止できる。   As described above, in the exhaust gas purification system according to the present embodiment, the specific hydrogen enriching means is disposed upstream of the NOx purification catalyst disposed in the exhaust gas flow path, and the NOx trap purification catalyst is An HC trap catalyst is disposed downstream, and the hydrogen enrichment means supplies combustion gas and exhaust gas enriched with hydrogen to the NOx purification catalyst, so that the NOx purification process can be performed efficiently and the HC trap The catalyst can prevent HC from flowing out to the atmosphere in the cold region.

再び、本実施の形態に係る水素富化手段につき更に詳細に説明する。
上述したように、水素富化手段には、大きく分けて水素生成手段(a)と水素以外の還元成分を減少させる手段(b)とがある。更に、水素生成手段(a)としては、燃焼制御手段(I)(燃焼系)及び水素生成触媒(II)(触媒系)があげられる。また、水素以外の還元成分を減少させる手段(b)としては、CO・HC選択酸化触媒(III)(触媒系)、固体酸性酸化物含有触媒(IV)(触媒系)が挙げられる。
これらの手段は、完全に区別されるものではなく、ひとつの触媒が複数の触媒機能を有する場合もある。また、(I)〜(IV)の手段については、(I)の手段を必須構成とするが、他の手段を組み合わせて用いることができる。好適な水素富化手段の構造としては、燃焼制御手段(I)と、水素生成触媒(II)、HC・CO選択酸化触媒(III)及び固体酸性酸化物含有触媒(IV)を組合せたものが挙げられる。
Again, the hydrogen enrichment means according to the present embodiment will be described in more detail.
As described above, the hydrogen enrichment means is roughly divided into a hydrogen generation means (a) and a means (b) for reducing reducing components other than hydrogen. Further, examples of the hydrogen generation means (a) include combustion control means (I) (combustion system) and hydrogen generation catalyst (II) (catalyst system). Examples of means (b) for reducing reducing components other than hydrogen include a CO / HC selective oxidation catalyst (III) (catalyst system) and a solid acidic oxide-containing catalyst (IV) (catalyst system).
These means are not completely distinguished, and one catalyst may have a plurality of catalyst functions. As for the means (I) to (IV), the means (I) is essential, but other means can be used in combination. As a structure of a suitable hydrogen enrichment means, a combination of the combustion control means (I), a hydrogen generation catalyst (II), an HC / CO selective oxidation catalyst (III) and a solid acidic oxide-containing catalyst (IV) Can be mentioned.

具体的に、燃焼制御手段(I)としては、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火時期又は吸排気弁の開閉タイミング及びこれらの任意の組合せを制御する手段を挙げることができる。また、この燃焼制御手段には、燃焼ガス及び/又は排気ガス中で、主としてHCを部分酸化し、CO生成を起こす手段を有するものがある。
水素生成触媒(II)としては、燃焼ガス及び/又は排気ガス中のHCとCOから水素を生成する機能を有する触媒であれば十分であるが、Pt,Pd又はRh及びこれらの任意の混合物に係る貴金属を含有する貴金属触媒を例示することができる。なお、かかる水素生成触媒において、単独の貴金属を用いるものとしては、Rhを含有する触媒が最も好ましい。
Specifically, examples of the combustion control means (I) include means for controlling the fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing or intake / exhaust valve opening / closing timing, and any combination thereof. Some combustion control means include means for partially oxidizing HC in the combustion gas and / or exhaust gas to cause CO generation.
As the hydrogen generation catalyst (II), a catalyst having a function of generating hydrogen from HC and CO in combustion gas and / or exhaust gas is sufficient, but Pt, Pd or Rh and any mixture thereof can be used. A noble metal catalyst containing such a noble metal can be exemplified. In addition, in this hydrogen production | generation catalyst, as a thing using a single noble metal, the catalyst containing Rh is the most preferable.

CO・HC選択酸化触媒(III)は、H以外の還元成分を減らす効果を有する。例えば、この触媒としては、H生成機能をも有するジルコニウム酸化物を含有する触媒を挙げることができる。この場合、ジルコニウム酸化物としては、アルカリ土類金属を含有し、その組成が、次の一般式(f4)を充たすものを用いることが好ましい。
[X]aZrbOc…(f4)
ここで、式中のXは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なくとも1種のアルカリ土類金属、a及びbは各元素の原子比率、cはX及びZrの原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示し、a=0.01〜0.5、b=0.5〜0.99、a+b=1を満たす。
上記(f4)式において、aが0.01未満ではジルコニウム酸化物に対する添加元素(アルカリ土類金属)の改質効果が十分に得られず、逆に、aが0.5を超えると耐熱性が悪化し触媒活性が低下することがある。また、a+bが1.0を超えるとジルコニウム酸化物の構造安定性が低下することがあり、好ましくない。
The CO / HC selective oxidation catalyst (III) has an effect of reducing reducing components other than H 2 . For example, examples of the catalyst include a catalyst containing a zirconium oxide having a function of generating H 2 . In this case, it is preferable to use a zirconium oxide containing an alkaline earth metal and having a composition satisfying the following general formula (f4).
[X] aZrbOc (f4)
Here, X in the formula is at least one alkaline earth metal selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium and barium, a and b are atomic ratios of the respective elements, and c is a valence of X and Zr. The number of oxygen atoms necessary to satisfy the above is shown, and a = 0.01 to 0.5, b = 0.5 to 0.99, and a + b = 1 are satisfied.
In the above formula (f4), if a is less than 0.01, the effect of modifying the additive element (alkaline earth metal) with respect to zirconium oxide cannot be sufficiently obtained. Conversely, if a exceeds 0.5, the heat resistance May deteriorate and the catalytic activity may decrease. On the other hand, if a + b exceeds 1.0, the structural stability of the zirconium oxide may decrease, which is not preferable.

上述の如く、このジルコニウム酸化物に係るCO・HC選択酸化触媒は、水素生成触媒、好ましくはRhと併用することが可能であり、かかる併用により、Rhの電子状態が好適な状態に維持され、Hが効率良く生成されるようになるので、水素富化をいっそう促進することができる。
この場合、Rhの使用量は、触媒1L当たり、0.01〜10g/Lとすることが望ましく、0.01g/L未満ではRhによるH成分比率の増大効果が十分に得られず、逆に10g/Lを超えると増大効果が飽和する。
なお、かかる併用の際、上記(f4)式で表されるジルコニウム酸化物において、a+bが1.0を超えると、添加したアルカリ土類金属が触媒表面に析出してRhの触媒活性を低下させることがある。
As described above, the CO / HC selective oxidation catalyst related to this zirconium oxide can be used in combination with a hydrogen generation catalyst, preferably Rh, and the combined use maintains the electronic state of Rh in a suitable state. Since H 2 is efficiently generated, hydrogen enrichment can be further promoted.
In this case, the amount of Rh used is desirably 0.01 to 10 g / L per liter of the catalyst, and if it is less than 0.01 g / L, the effect of increasing the H 2 component ratio due to Rh cannot be sufficiently obtained. If it exceeds 10 g / L, the increase effect is saturated.
In the combined use, in the zirconium oxide represented by the above formula (f4), if a + b exceeds 1.0, the added alkaline earth metal is precipitated on the catalyst surface to reduce the catalytic activity of Rh. Sometimes.

また、かかるCO・HC選択酸化触媒には、未燃焼HC及びCOを選択的に酸化・除去しH成分比率を増大すべく、Pdとセリウム酸化物を含有させることができ、この場合、全Pd量の20〜80%がこのセリウム酸化物に担持されるようにすることが望ましい。
セリウム酸化物上に担持されるPd量が20%未満ではH生成比率の増大効果が十分に得られず、逆に80%を超えるとPdの分散性が悪化し触媒活性が低下する。
また、Pdの使用量は、触媒1L当たり、0.01〜50g/Lとすることが望ましく、0.01g/L未満では、Pdが未燃焼HC及びCOを選択的に酸化・除去してH成分比率を高める改良効果が十分に得られず、逆に50g/Lを超えると改良効果が飽和する。
Further, such a CO / HC selective oxidation catalyst can contain Pd and cerium oxide in order to selectively oxidize and remove unburned HC and CO and increase the H 2 component ratio. It is desirable that 20 to 80% of the Pd amount is supported on the cerium oxide.
If the amount of Pd supported on the cerium oxide is less than 20%, the effect of increasing the H 2 production ratio cannot be obtained sufficiently. Conversely, if it exceeds 80%, the dispersibility of Pd deteriorates and the catalytic activity decreases.
The amount of Pd used is desirably 0.01 to 50 g / L per liter of the catalyst, and if it is less than 0.01 g / L, Pd selectively oxidizes and removes unburned HC and CO to form H. The improvement effect which raises a 2 component ratio is not fully acquired, but when 50 g / L is exceeded conversely, the improvement effect will be saturated.

次に、固体酸性酸化物含有触媒(IV)は、Hの消費を抑制するものである。好ましくはCO・HC選択酸化機能をも有する、固体酸性ジルコニウム酸化物を含有する触媒を挙げることができる。
このような固体酸性ジルコニウム酸化物としては、チタン、アルミニウム、タングステン、モリブデン及び亜鉛から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素を含有し、その組成が次の一般式(f5)で表されるものが望ましい。
[Y]dZreOf…(f5)
ここで、式中のYはチタン、アルミニウム、タングステン、モリブデン及び亜鉛から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素、d及びeは各元素の原子比率、fはY及びZrの原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示し、d=0.01〜0.5、e=0.5〜0.99、d+e=1を満たす。
上記(f5)において、dが0.01未満ではジルコニウム酸化物に対するチタン等の添加元素の改質効果が十分に得られず、逆にdが0.5を超えると耐熱性が悪化し触媒活性が低下することがある。また、a+bが1.0を超えるとジルコニウム酸化物の構造安定性が低下することがある。
Then, the solid acidic oxide-containing catalyst (IV) is to reduce the consumption of H 2. A catalyst containing a solid acidic zirconium oxide which preferably has a CO / HC selective oxidation function can also be mentioned.
Such a solid acidic zirconium oxide contains at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, tungsten, molybdenum and zinc, and its composition is represented by the following general formula (f5). Things are desirable.
[Y] dZreOf (f5)
Here, Y in the formula is at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, tungsten, molybdenum and zinc, d and e are atomic ratios of each element, and f satisfies the valences of Y and Zr. This indicates the number of oxygen atoms necessary to achieve d = 0.01 to 0.5, e = 0.5 to 0.99, and d + e = 1.
In the above (f5), if d is less than 0.01, the effect of modifying the additive element such as titanium with respect to zirconium oxide cannot be sufficiently obtained. Conversely, if d exceeds 0.5, the heat resistance deteriorates and the catalytic activity May decrease. On the other hand, when a + b exceeds 1.0, the structural stability of the zirconium oxide may be lowered.

また、この固体酸性酸化物含有触媒(IV)は、水素生成触媒、特にPtと併用することができ、かかる併用により、H成分比率が高くなった組成ガス中のHを効率良くNOx浄化触媒に供給することができる。
この場合、PtのH消費を抑制すべく、Ptを上記(f5)式で表されるジルコニウム酸化物上に担持することが好ましく、全Pt量の10〜30%がこのジルコニウム酸化物に担持されるようにすることが望ましい。かかるジルコニウム酸化物上に担持されるPt量が10%未満では、生成したHに対する消費抑制効果が十分に得られず、逆に30%を超えると抑制効果が飽和する。
また、Ptの使用量は、触媒1L当たり、0.01〜25g/Lとすることが望ましく、0.01g/L未満ではPtが未燃焼HC及びCOを選択的に酸化・除去しH成分比率を高める改良効果が十分に得られず、逆に25g/Lを超えると改良効果が飽和する。
なお、かかる併用の際、上記(f5)式で表されるジルコニウム酸化物において、a+bが1.0を超えると、チタン等の添加元素が触媒表面に析出してPtの触媒活性を低下させることがあるため、好ましくない。
Further, the solid acidic oxide-containing catalyst (IV) is a hydrogen generating catalyst, in particular can be used in combination with Pt, by such combination, effectively NOx purification of H 2 in the composition in the gas H 2 component ratio is increased The catalyst can be supplied.
In this case, in order to suppress the consumption of Pt by H 2 , it is preferable to support Pt on the zirconium oxide represented by the above formula (f5), and 10 to 30% of the total amount of Pt is supported on this zirconium oxide. It is desirable to do so. If the amount of Pt supported on such zirconium oxide is less than 10%, the effect of suppressing the consumption of the generated H 2 cannot be sufficiently obtained. Conversely, if the amount exceeds 30%, the suppressing effect is saturated.
Further, the amount of Pt used is desirably 0.01 to 25 g / L per liter of the catalyst, and if it is less than 0.01 g / L, Pt selectively oxidizes and removes unburned HC and CO to form an H 2 component. The improvement effect which raises a ratio cannot fully be acquired, but when 25 g / L is exceeded conversely, the improvement effect will be saturated.
In addition, in the combined use, in the zirconium oxide represented by the above formula (f5), if a + b exceeds 1.0, an additive element such as titanium is precipitated on the catalyst surface to reduce the catalytic activity of Pt. This is not preferable.

ここで、上述した水素生成触媒、及びCO・HC選択酸化触媒などとの併用触媒の触媒構造などにつき、詳細に説明しておく。
本実施の形態の排気ガス浄化システムにおいて、水素富化手段の一例である水素生成触媒及び他成分との併用触媒については、モリノス担体等を用いた一体構造型の触媒とし、かかる担体の排気ガス流路の上流側にHC及びCOを酸化し酸素を低減する触媒成分を配置し、この下流側に水素を生成する触媒成分を配置し、水素生成触媒成分に接触する酸素量が低減されるような構成とすることが好ましい。
Here, the catalyst structure of the combined catalyst with the hydrogen generation catalyst and the CO / HC selective oxidation catalyst described above will be described in detail.
In the exhaust gas purification system of the present embodiment, the hydrogen generation catalyst which is an example of the hydrogen enrichment means and the combined catalyst with other components are an integral structure type catalyst using a Molinos carrier or the like, and the exhaust gas of the carrier A catalyst component that oxidizes HC and CO to reduce oxygen is arranged on the upstream side of the flow path, and a catalyst component that generates hydrogen is arranged on the downstream side so that the amount of oxygen in contact with the hydrogen generation catalyst component is reduced. It is preferable to adopt a simple configuration.

上記触媒においては、空間速度や温度等の条件変動に素早く対応するため、上流側のHC・COを酸化し、Oを低減する触媒成分としてPd及び/又はPtを用いることが好ましく、この場合、Pd及び/又はPtの含有量を触媒体積当たり0.1〜50g/Lとすることが望ましい。なお、必要に応じ、担体としてアルミナを使用してもよい。
Pd及び/又はPtの含有量が0.1g/L未満では十分な触媒活性が得られないことがあり、逆に50g/Lを超えると触媒活性が飽和する。
また、残HC及びCOからHを効率良く生成するためには、下流の水素生成触媒成分として、Rhとジルコニウム酸化物を含有させることが好ましい。
空間速度や温度等の条件変動に素早く対応するため、Rhの含有量は触媒体積当たり0.1〜50g/L、ジルコニウム酸化物の含有量は10〜300g/Lとすることが好ましい。なお、ジルコニウム酸化物は担体として用いられるものである。
Rhの含有量が0.1g/L未満では十分な触媒活性が得られないことがあり、逆に50g/Lを超えると触媒活性が飽和する。また、ジルコニウム酸化物の含有量が5g/L未満ではロジウムの触媒性能の改質効果が十分に得られず、逆に、100g/Lを超えると触媒活性が飽和する。
In the above catalyst, it is preferable to use Pd and / or Pt as a catalyst component that oxidizes HC / CO on the upstream side and reduces O 2 in order to quickly cope with fluctuations in conditions such as space velocity and temperature. , Pd and / or Pt content is preferably 0.1 to 50 g / L per catalyst volume. In addition, you may use an alumina as a support | carrier as needed.
If the content of Pd and / or Pt is less than 0.1 g / L, sufficient catalytic activity may not be obtained. Conversely, if it exceeds 50 g / L, the catalytic activity is saturated.
In addition, in order to efficiently generate H 2 from the residual HC and CO, it is preferable to contain Rh and zirconium oxide as downstream hydrogen generation catalyst components.
In order to quickly cope with fluctuations in conditions such as space velocity and temperature, the Rh content is preferably 0.1 to 50 g / L and the zirconium oxide content is preferably 10 to 300 g / L per catalyst volume. Zirconium oxide is used as a carrier.
If the Rh content is less than 0.1 g / L, sufficient catalytic activity may not be obtained. Conversely, if it exceeds 50 g / L, the catalytic activity is saturated. On the other hand, if the zirconium oxide content is less than 5 g / L, the effect of improving the rhodium catalyst performance cannot be sufficiently obtained. Conversely, if it exceeds 100 g / L, the catalytic activity is saturated.

また、かかるジルコニウム酸化物として、上記(f4)式で表されるアルカリ土類金属を含有するジルコニウム酸化物を用い、Rhの電子状態を好適な状態に維持すれば、Hを効率良く生成させることができる。
更に、上記同様に、Pdとセリウム酸化物を含有させて、Pdの電子状態を好適な状態に維持し、Hの更に効率的な生成を促進することも可能である。
この場合、Pd含有量を0.01〜50g/L、セリウム酸化物(担体)の含有量を10〜300g/Lとすることが好ましく、Pdの含有量が0.1g/L未満では十分な触媒活性が得られないことがあり、逆に50g/Lを超えると触媒活性が飽和する。また、セリウム酸化物の含有量が10g/L未満ではPdの触媒性能の改質効果が十分に得られないことがあり、逆に300g/Lを超えると触媒活性が飽和する。
Moreover, if the zirconium oxide containing the alkaline earth metal represented by the formula (f4) is used as the zirconium oxide and the electronic state of Rh is maintained in a suitable state, H 2 is efficiently generated. be able to.
Further, as described above, it is also possible to contain Pd and cerium oxide to maintain the electronic state of Pd in a suitable state and promote more efficient generation of H 2 .
In this case, the Pd content is preferably 0.01 to 50 g / L, and the cerium oxide (support) content is preferably 10 to 300 g / L. The Pd content of less than 0.1 g / L is sufficient. In some cases, the catalytic activity may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 50 g / L, the catalytic activity is saturated. On the other hand, if the content of cerium oxide is less than 10 g / L, the effect of improving the catalytic performance of Pd may not be sufficiently obtained. Conversely, if it exceeds 300 g / L, the catalytic activity is saturated.

なお、本実施の形態の排気ガス浄化システムにおいて、上記各種の水素富化手段を組み合わせることができるが、特に、上記燃焼制御手段(I)と上記触媒系の水素富化手段 ((II)〜(IV))との組合せは有効である。
即ち、内燃機関の燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火時期又は吸排気弁の開閉タイミング及びこれらの任意の組合せを上記燃焼制御手段によって制御して、上記触媒系の水素富化手段に流入する燃焼ガスや排気ガスをそのZ値が断続的に1.0以下になるような炭化水素等の還元成分過剰雰囲気(リッチ域)に調整すれば、Hの生成効果などが更に向上するため、(f1)式〜(f3)式に規定するガス組成制御を容易に実行し易くなる。
なお、上述のZ値は、酸化剤と還元剤との量論比を表すもので、次式で定義される。
Z=([O2]×2+[NO])/([H2]×2+[CO]+[HC]×α)
ここで、[O2]、[NO]、[H2]、[CO]及び[HC]は、それぞれ酸素、一酸化窒素、水素、一酸化炭素及び炭化水素の濃度を示し、αはHC成分の種類によって定まる係数である。
In the exhaust gas purification system of the present embodiment, the various hydrogen enriching means can be combined. In particular, the combustion control means (I) and the catalyst system hydrogen enriching means ((II) to (II) to Combination with (IV)) is effective.
That is, the combustion flow that flows into the hydrogen enriching means of the catalyst system by controlling the fuel injection amount of the internal combustion engine, the fuel injection timing, the ignition timing or the opening / closing timing of the intake / exhaust valve and any combination thereof by the combustion control means. If the gas or exhaust gas is adjusted to a reducing component excess atmosphere (rich region) such as hydrocarbon such that the Z value is intermittently 1.0 or less, the effect of generating H 2 and the like is further improved. It becomes easy to execute the gas composition control defined in the equations f1) to (f3).
The Z value described above represents the stoichiometric ratio between the oxidizing agent and the reducing agent, and is defined by the following equation.
Z = ([O2] × 2 + [NO]) / ([H2] × 2 + [CO] + [HC] × α)
Here, [O2], [NO], [H2], [CO] and [HC] indicate the concentrations of oxygen, nitric oxide, hydrogen, carbon monoxide and hydrocarbon, respectively, and α is the type of HC component Is a coefficient determined by.

次に、NOx浄化触媒について詳細に説明する。
このNOx浄化触媒は、上述した各種水素富化手段の下段に配置され、水素等の還元成分によりNOxを還元処理できれば十分であり、特に限定されるものではないが、大別して、アルミナ、アルカリ金属又はアルカリ土類金属及びこれらの任意の混合物とPt、Pd又はRh及びこれらの任意の混合物とを含有するNOxトラップ型のNOx浄化触媒と、銅(Cu)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、ガリウム(Ga)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、亜鉛(Zn)、チタン(Ti)、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)又は銀(Ag)及びこれの任意の混合物とPt、イリジウム(Ir)又はRh及びこれらの任意の混合物とを含有する選択還元型のNOx浄化触媒に分類される。
Next, the NOx purification catalyst will be described in detail.
This NOx purification catalyst is arranged at the lower stage of the various hydrogen enriching means described above, and it is sufficient that NOx can be reduced by a reducing component such as hydrogen, and is not particularly limited. Or a NOx trap type NOx purification catalyst containing alkaline earth metal and any mixture thereof and Pt, Pd or Rh and any mixture thereof, and copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni) , Iron (Fe), gallium (Ga), lanthanum (La), cerium (Ce), zinc (Zn), titanium (Ti), calcium (Ca), barium (Ba) or silver (Ag) and any of these It is classified as a selective reduction type NOx purification catalyst containing a mixture and Pt, iridium (Ir) or Rh and any mixture thereof.

を還元成分として高効率で利用できる触媒としては、前者のNOxトラップ型触媒が望ましく、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムでは、NOxトラップ型を用いる。
この場合、アルカリ金属としてセシウム(Cs)、アルカリ土類金属としてマグネシウム(Mg)、Ca、ストロンチウム(Sr)及び/又はBaを用い、これらを酸化物換算で触媒1L当たり10〜70g/Lの割合で含有させることが好ましい。これらの含有量の合計が10g/L未満では十分な性能が得られず、逆に70g/Lを超えて含有させるとNOx浄化性能が低下することがある。
また、PtやRh等の貴金属担持量は、0.01〜25g/Lとすることが好ましい。貴金属担持量が、0.01g/L未満では十分なNOx浄化性能が得られないことがあり、逆に25g/Lを超えても触媒活性が飽和する。
As the catalyst that can use H 2 as a reducing component with high efficiency, the former NOx trap type catalyst is desirable, and the exhaust gas purification system according to the present embodiment uses the NOx trap type.
In this case, cesium (Cs) is used as the alkali metal, magnesium (Mg), Ca, strontium (Sr) and / or Ba is used as the alkaline earth metal, and these are in a ratio of 10 to 70 g / L per 1 L of the catalyst in terms of oxide. It is preferable to contain. If the total of these contents is less than 10 g / L, sufficient performance cannot be obtained. Conversely, if the content exceeds 70 g / L, the NOx purification performance may deteriorate.
Further, the amount of noble metal supported such as Pt or Rh is preferably 0.01 to 25 g / L. If the amount of noble metal supported is less than 0.01 g / L, sufficient NOx purification performance may not be obtained. Conversely, if it exceeds 25 g / L, the catalytic activity is saturated.

かかるNOxトラップ型のNOx浄化触媒において、アルカリ金属やアルカリ土類金属の担持方法としては、酢酸塩などの水溶性塩の溶液を用いた含浸法、又は炭酸塩や硫酸塩などの難溶性塩/不溶性塩を水溶性スラリーに混ぜ込む混ぜ込み法など、任意の方法を用いることができる。
なお、NOx浄化触媒のその他の例としては、少なくともRhを含有し、活性温度が260〜380℃である触媒を用いることができ、この触媒を使用すれば、比較的低温の排気ガス中のNOxも有効に浄化することができるようになる。
また、各種触媒において、触媒成分を担持するのに用いる多孔質基材としては、アルミナ、シリカアルミナ又はゼオライト及びこれらの任意の混合物が好適であるが、特に比表面積が50〜300m/g程度の活性アルミナが好ましい。
更に、アルミナの比表面積を高める目的で、これに希土類元素やジルコニウムなどを添加してもよい。多孔質担体の使用量は触媒1L当たり50〜300gとすることが好ましい。
In such a NOx trap type NOx purification catalyst, alkali metal or alkaline earth metal is supported by an impregnation method using a solution of a water-soluble salt such as acetate, or a poorly soluble salt such as carbonate or sulfate / Any method such as a mixing method of mixing an insoluble salt into a water-soluble slurry can be used.
In addition, as another example of the NOx purification catalyst, a catalyst containing at least Rh and having an activation temperature of 260 to 380 ° C. can be used. If this catalyst is used, NOx in a relatively low temperature exhaust gas can be used. Can also be effectively purified.
In various catalysts, as the porous substrate used for supporting the catalyst component, alumina, silica alumina or zeolite and any mixture thereof are suitable, and the specific surface area is particularly about 50 to 300 m 2 / g. The activated alumina is preferred.
Furthermore, for the purpose of increasing the specific surface area of alumina, a rare earth element, zirconium or the like may be added thereto. The amount of the porous carrier used is preferably 50 to 300 g per liter of the catalyst.

以下、本発明の実施例について説明する。
実施例の排気ガス浄化システムは、図1に示すように、内燃機関10と連結している排気ガス通路上に、水素富化手段20、NOx浄化触媒30及びHCトラップ触媒40を配置している。また、水素富化手段20としては、水素生成・透過触媒21と、HC、CO選択的酸化触媒22とを直列に並べて使用している。
ここで、水素生成・透過触媒21とは、水素生成触媒(II)、CO・HC選択酸化触媒(III)、固体酸性酸化物含有触媒(IV)とを組み合わせた構造の触媒である。
図5に、その構造例を示す。担体210上に、Pd及びセリウム酸化物を含有する水素生成触媒層220を形成し、更に水素生成触媒層220上の排気ガス上流側に、アルミナ等に担持させたPdを含むCO・HC選択酸化触媒層230を形成し、水素生成触媒220上の排気ガス下流側に、アルカリ土類金属を含有するジルコニウム酸化物担体にRhを担持させた固体酸性酸化物含有触媒層240を形成している。
Examples of the present invention will be described below.
In the exhaust gas purification system of the embodiment, as shown in FIG. 1, the hydrogen enrichment means 20, the NOx purification catalyst 30, and the HC trap catalyst 40 are arranged on the exhaust gas passage connected to the internal combustion engine 10. . Further, as the hydrogen enrichment means 20, a hydrogen generation / permeation catalyst 21 and an HC / CO selective oxidation catalyst 22 are arranged in series.
Here, the hydrogen generation / permeation catalyst 21 is a catalyst having a structure in which a hydrogen generation catalyst (II), a CO / HC selective oxidation catalyst (III), and a solid acidic oxide-containing catalyst (IV) are combined.
FIG. 5 shows an example of the structure. A hydrogen generation catalyst layer 220 containing Pd and cerium oxide is formed on the support 210, and CO / HC selective oxidation containing Pd supported on alumina or the like on the upstream side of the exhaust gas on the hydrogen generation catalyst layer 220. A catalyst layer 230 is formed, and on the downstream side of the exhaust gas on the hydrogen generation catalyst 220, a solid acidic oxide-containing catalyst layer 240 in which Rh is supported on a zirconium oxide support containing an alkaline earth metal is formed.

排気ガス中のHC、CO、HOは、CO・HC選択酸化触媒層230を透過する過程でHCは酸化されCOになる。更に、HC及びCOは水素生成触媒層220に達したところで、HOと反応し水素を生成する。生成された水素は固体酸性酸化物含有触媒240により消費されることなく、外部に放出される。このように、この構造では、水素を生成するとともに、生成された水素を透過する機能を示す。
なお、この水素生成・透過触媒21によって消費されなかったHC及びCOの多くは、次のHC、CO選択的酸化触媒22によって、酸化消費される。
HC, CO, and H 2 O in the exhaust gas are oxidized into CO by passing through the CO / HC selective oxidation catalyst layer 230. Further, when HC and CO reach the hydrogen generation catalyst layer 220, they react with H 2 O to generate hydrogen. The produced hydrogen is discharged outside without being consumed by the solid acidic oxide-containing catalyst 240. Thus, this structure shows a function of generating hydrogen and permeating the generated hydrogen.
Note that most of the HC and CO not consumed by the hydrogen generation / permeation catalyst 21 is oxidized and consumed by the next HC / CO selective oxidation catalyst 22.

内燃機関10は希薄燃焼を行うことができ、例えばリーンバーンエンジン、直噴エンジン及びディーゼルエンジンなどが用いられる。内燃機関10は、制御装置15により運転状態に応じて燃料噴射条件等を制御され、空燃比がリーン又はリッチの状態が発生されることとなる。
排気ガス温度が低い状態にあるコールド域において、内燃機関10の空燃比がリッチのときに発生した排気ガス成分のうち、一部のHCはH生成・透過触媒21、及びHC・COを選択酸化触媒22により部分酸化され、後段に配置されたNOx浄化触媒30に流入する。後段に配置されたNOx浄化触媒30は、トラップ型の触媒であり、内燃機関10の空燃比がリーンのときに排出されるNOxをトラップする機能を有する。
The internal combustion engine 10 can perform lean combustion. For example, a lean burn engine, a direct injection engine, a diesel engine, or the like is used. In the internal combustion engine 10, the fuel injection conditions and the like are controlled by the control device 15 in accordance with the operating state, and the air / fuel ratio is lean or rich.
Among the exhaust gas components generated when the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is rich in the cold region where the exhaust gas temperature is low, some HC selects the H 2 generation / permeation catalyst 21 and HC / CO. It is partially oxidized by the oxidation catalyst 22 and flows into the NOx purification catalyst 30 disposed in the subsequent stage. The NOx purification catalyst 30 disposed in the subsequent stage is a trap type catalyst and has a function of trapping NOx discharged when the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is lean.

排気ガス温度が低い状態にあるコールド域において、空燃比がリーンのときにトラップされたNOxは、内燃機関10の空燃比がリッチのときにNOx浄化触媒30に流入するHにより還元され浄化される。
このとき、HとともにNOx浄化触媒30に流入するHCは、排気ガス温度が低いために、NOx浄化触媒30にトラップされたNOxを放出浄化する還元剤としては消費されず、NOx浄化触媒30を通過する。通過したHCは、NOx浄化触媒30の後段に配置されたHCトラップ触媒40の炭化水素吸着材にトラップされる。HCトラップ触媒40にトラップされたHCは排ガス温度の上昇により放出され、炭化水素吸着材層上に形成された三元触媒層によって浄化される。
In the cold region where the exhaust gas temperature is low, NOx trapped when the air-fuel ratio is lean is reduced and purified by H 2 flowing into the NOx purification catalyst 30 when the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is rich. The
At this time, the HC flowing into the NOx purification catalyst 30 together with H 2 is not consumed as a reducing agent for releasing and purifying NOx trapped in the NOx purification catalyst 30 because the exhaust gas temperature is low. pass. The passed HC is trapped by the hydrocarbon adsorbent of the HC trap catalyst 40 disposed at the subsequent stage of the NOx purification catalyst 30. The HC trapped in the HC trap catalyst 40 is released as the exhaust gas temperature rises and is purified by the three-way catalyst layer formed on the hydrocarbon adsorbent layer.

HCトラップ触媒40において、流入するHCをトラップするHC吸着材は、多孔質物質であり、例えばゼオライトが用いられる。流入するHC成分の分子の大きさに応じて、HCトラップ剤の細孔の大きさ、即ち細孔径の異なるトラップ剤に適宜変更することができる。
以上のように、この排気ガス浄化システムにより、低温であるコールド域において、NOxを浄化しつつ、HCの大気中への流出を未然に防止することが可能となる。
In the HC trap catalyst 40, the HC adsorbent that traps the inflowing HC is a porous material, and for example, zeolite is used. Depending on the size of the HC component molecules that flow in, the size of the pores of the HC trapping agent, that is, the trapping agent having a different pore diameter can be appropriately changed.
As described above, this exhaust gas purification system can prevent the outflow of HC into the atmosphere while purifying NOx in a cold region at a low temperature.

図6Aは、リーンバーンエンジンを用いたガソリン車において、本実施例の排気ガス浄化システムを使用した場合のHCトラップ特性の一例を示す。なお、ここでは、燃料ガスとして、ガソリンが用いられる。
図6Aに示すように、ガソリンを燃料とする内燃機関で発生したHC成分は、炭素数(C数)が3以上のHC成分が86%存在しており、HCトラップ触媒40の入口でもC数が3以上の成分が82%存在している。従って、この場合は、コールド域でのHCの流出を未然に防止するには、C3以上のHC成分を低減することが必要となる。
そこで、本実施例では、HCトラップ触媒40の吸着剤として、C3以上のHC成分を有効にトラップするβゼオライトを用いている。この結果、図6Aに示すように、HCトラップ触媒40で60%のHCが低減できる。また、その低減効果はC数が3以上のHC成分のトラップによるものであることが判る。
FIG. 6A shows an example of the HC trap characteristic when the exhaust gas purification system of this embodiment is used in a gasoline vehicle using a lean burn engine. Here, gasoline is used as the fuel gas.
As shown in FIG. 6A, the HC component generated in the internal combustion engine fueled with gasoline has 86% of the HC component having 3 or more carbon atoms (C number), and the C number also exists at the inlet of the HC trap catalyst 40. Is present in 82% of three or more components. Therefore, in this case, in order to prevent the outflow of HC in the cold region, it is necessary to reduce the HC component of C3 or higher.
Therefore, in this embodiment, β zeolite that effectively traps C3 or higher HC components is used as the adsorbent for the HC trap catalyst 40. As a result, as shown in FIG. 6A, HC trap catalyst 40 can reduce HC by 60%. It can also be seen that the reduction effect is due to trapping of HC components having a C number of 3 or more.

図6Bは、ディーゼル車において、本実施例の排気ガス浄化システムを使用した場合のHCトラップ特性の一例を示す。なお、ここでは、燃料ガスとして軽油が用いられる。
図6Bにおいて、軽油を用いた内燃機関で発生したHC成分は、ガソリンを用いた内燃機関とは異なり、炭素数(C数)が3未満のHC成分が40%と多く、HCトラップ触媒40の入口でもガソリンのそれとは対照的にC数が3未満の成分が60%存在する。よって、燃料として軽油を用いた内燃機関において、コールド域でのHCの流出を未然に防止するには、C数が3未満のHC成分を低減することが必要となる。
そこで、本実施例においては、HCトラップ触媒40の吸着剤として、C3未満のHC成分を効率的にトラップするフェリエライトを用いる。この結果、図6Bに示すように、HCトラップ触媒40により50%のHCが低減できる。また、その低減効果はC数が3未満のHC成分のトラップによるものであることが判る。
FIG. 6B shows an example of HC trap characteristics when the exhaust gas purification system of this embodiment is used in a diesel vehicle. Here, light oil is used as the fuel gas.
In FIG. 6B, the HC component generated in the internal combustion engine using light oil is different from the internal combustion engine using gasoline, and the HC component having a carbon number (C number) of less than 3 is as high as 40%. In contrast to gasoline, 60% of components with a C number of less than 3 are present at the inlet. Therefore, in an internal combustion engine that uses light oil as a fuel, it is necessary to reduce the HC component having a C number of less than 3 in order to prevent the outflow of HC in the cold region.
Therefore, in this embodiment, ferrierite that efficiently traps HC components less than C3 is used as the adsorbent for the HC trap catalyst 40. As a result, as shown in FIG. 6B, the HC trap catalyst 40 can reduce HC by 50%. Further, it can be seen that the reduction effect is due to trapping of HC components having a C number of less than 3.

以上に説明したように、本発明の排気ガス浄化システムを用いる内燃機関の違いにより、HCトラップ触媒のHCトラップ剤を適宜変えることにより、コールド域でのHCの大気中への流出を未然に防止することが可能となる。   As described above, due to the difference in the internal combustion engine using the exhaust gas purification system of the present invention, by appropriately changing the HC trapping agent of the HC trap catalyst, the outflow of HC into the atmosphere in the cold region can be prevented in advance. It becomes possible to do.

本発明の実施の形態に係る、水素富化手段と、NOx浄化触媒と、HCトラップ触媒を有する排気ガス浄化システムの構成図である。It is a block diagram of the exhaust gas purification system which has a hydrogen enrichment means, an NOx purification catalyst, and an HC trap catalyst according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るNOx浄化触媒におけるNOx浄化のメカニズムを示す図である。It is a figure which shows the mechanism of NOx purification in the NOx purification catalyst which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るHCトラップ触媒の一例を示す外観図及び、部分拡大断面図である。It is the external view which shows an example of the HC trap catalyst which concerns on embodiment of this invention, and a partial expanded sectional view. 排気ガス中に含まれるHCの分子径分布を示す図である。It is a figure which shows molecular diameter distribution of HC contained in exhaust gas. 本発明の実施例に係る水素富化手段のひとつである水素生成・透過触媒の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the hydrogen production | generation and permeation | transmission catalyst which is one of the hydrogen enrichment means based on the Example of this invention. Aはガソリンエンジンを使用した場合の各場所における排気ガス中のHC濃度を示し、Bはディーゼルエンジンを使用した場合の各場所における排気ガス中のHC濃度を示すグラフである。A is a graph showing the HC concentration in the exhaust gas at each place when the gasoline engine is used, and B is a graph showing the HC concentration in the exhaust gas at each place when the diesel engine is used.

符号の説明Explanation of symbols

10 エンジン
15 制御装置
20 水素富化手段
21 H2生成・透過触媒
22 HC・CO選択的酸化触媒
30 NOx浄化触媒
35 貴金属触媒
36 吸着材
40 HCトラップ触媒
41 モノリス担体
42 炭化水素吸着材層
43 金属触媒層
210 担体
220 水素生成触媒層
230 CO・HC選択酸化触媒層
240 固体酸性酸化物含有触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 15 Control apparatus 20 Hydrogen enrichment means 21 H2 production | generation / permeation catalyst 22 HC / CO selective oxidation catalyst 30 NOx purification catalyst 35 Noble metal catalyst 36 Adsorbent 40 HC trap catalyst 41 Monolith support 42 Hydrocarbon adsorbent layer 43 Metal catalyst Layer 210 Support 220 Hydrogen generation catalyst layer 230 CO / HC selective oxidation catalyst layer 240 Solid acidic oxide-containing catalyst layer

Claims (16)

燃焼ガス又は排気ガス流路内に配置され、排気ガス中の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる、水素富化手段と、
上記排気ガス流路上の上記水素富化手段の後に配置されたNOx浄化触媒と、
更に、上記排気ガス流路上の上記NOx浄化触媒の後に配置されたHCトラップ触媒とを有し、
上記水素富化手段からNOx浄化触媒に、排気ガスが常に直接流れ、
上記水素富化手段が、内燃機関の燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火時期及び吸排気弁の開閉タイミングの少なくともいずれかを制御することにより、水素を生成する燃焼制御手段を有する、ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
A hydrogen enrichment means arranged in the combustion gas or exhaust gas flow path to increase the hydrogen component ratio to the reducing gas component in the exhaust gas;
A NOx purification catalyst disposed after the hydrogen enrichment means on the exhaust gas flow path;
And an HC trap catalyst disposed after the NOx purification catalyst on the exhaust gas flow path,
Exhaust gas always flows directly from the hydrogen enrichment means to the NOx purification catalyst,
The hydrogen enriching means includes combustion control means for generating hydrogen by controlling at least one of a fuel injection amount, fuel injection timing, ignition timing, and intake / exhaust valve opening / closing timing of an internal combustion engine. Exhaust gas purification system.
上記水素富化手段が水素生成手段を有することを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the hydrogen enriching means includes hydrogen generating means. 上記水素富化手段が排気ガス中の水素以外の還元成分を減少させる手段を有することを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the hydrogen enriching means includes means for reducing a reducing component other than hydrogen in the exhaust gas. 上記水素富化手段が、排気ガス成分から水素を生成する反応を促進する、水素生成触媒を有することを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the hydrogen enriching means includes a hydrogen generation catalyst that promotes a reaction of generating hydrogen from an exhaust gas component. 上記水素生成触媒が、Pt,Pd又はRh及びこれらの任意の混合物に係る貴金属を含有することを特徴とする請求項4に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 4, wherein the hydrogen generation catalyst contains a noble metal related to Pt, Pd or Rh and any mixture thereof. 上記水素富化手段は、次の一般式(f5)で表される酸化ジルコニウムを含有する触媒を有することを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化システム。
[Y]dZreOf…(f5)
ここで、式中のYはチタン、アルミニウム、タングステン、モリブデン及び亜鉛から成る群より選ばれた少なくとも1種の元素、
d及びeは各元素の原子比率、fはY及びZrの原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示し、d=0.01〜0.5、e=0.5〜0.99、d+e=1を満たす。
The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the hydrogen enriching means includes a catalyst containing zirconium oxide represented by the following general formula (f5).
[Y] dZreOf (f5)
Here, Y in the formula is at least one element selected from the group consisting of titanium, aluminum, tungsten, molybdenum and zinc,
d and e are atomic ratios of the respective elements, f is the number of oxygen atoms necessary to satisfy the valences of Y and Zr, and d = 0.01 to 0.5, e = 0.5 to 0.99 , D + e = 1 is satisfied.
上記HCトラップ触媒は、炭化水素吸着材層と、上記炭化水素吸着材層上に形成された三元触媒層とを有する請求項1に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 1, wherein the HC trap catalyst has a hydrocarbon adsorbent layer and a three-way catalyst layer formed on the hydrocarbon adsorbent layer. 上記排気ガス浄化システムは、ガソリン車両に搭載されるものであり、上記HCトラップ触媒の上記炭化水素吸着材層は、主成分として分子径が0.4nm以上のHCを主にトラップするゼオライトを含むことを特徴とする請求項7に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system is mounted on a gasoline vehicle, and the hydrocarbon adsorbent layer of the HC trap catalyst includes zeolite that mainly traps HC having a molecular diameter of 0.4 nm or more as a main component. The exhaust gas purification system according to claim 7. 上記ゼオライトは、β−ゼオライト、ZSM−5のいずれか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システム。   The exhaust gas purification system according to claim 8, wherein the zeolite is any one of β-zeolite and ZSM-5. 上記排気ガス浄化システムは、ディーゼル車両に搭載されるものであり、上記HCトラップ触媒の上記炭化水素吸着材層は、主成分として、分子径が0.4nm未満のHCを主にトラップするゼオライトを含むことを特徴とする請求項7に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system is mounted on a diesel vehicle, and the hydrocarbon adsorbent layer of the HC trap catalyst comprises, as a main component, zeolite that mainly traps HC having a molecular diameter of less than 0.4 nm. The exhaust gas purification system according to claim 7, comprising: 上記ゼオライトは、フェリエライト、A型ゼオライト又はB型ゼオライトのいずれかである請求項10に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 10, wherein the zeolite is any one of ferrierite, A-type zeolite, and B-type zeolite. 上記排気ガス浄化システムは、ディーゼル車両に搭載されるものであり、
上記上記水素富化手段は、排気ガス中のHC又はCOを酸化する反応を促進する、HC・CO酸化触媒を有し、
上記HCトラップ触媒の上記炭化水素吸着材層は、主成分として、分子径が0.4nm未満のHCを主にトラップするゼオライトを含むことを特徴とする請求項7に記載の排気ガス浄化システム。
The exhaust gas purification system is mounted on a diesel vehicle,
The hydrogen enriching means has an HC / CO oxidation catalyst that promotes a reaction of oxidizing HC or CO in the exhaust gas,
8. The exhaust gas purification system according to claim 7, wherein the hydrocarbon adsorbent layer of the HC trap catalyst contains, as a main component, zeolite that mainly traps HC having a molecular diameter of less than 0.4 nm.
上記HC・CO酸化触媒は、以下の化学式(f4)で表されるジルコニウム酸化物を含む触媒を有する、ことを特徴とする請求項12に記載の排気ガス浄化システム。
[X]aZrbOc…(f4)
ここで、式中のXは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なくとも1種のアルカリ土類金属であり、
a及びbは各元素の原子比率、cはX及びZrの原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示し、a=0.01〜0.5、b=0.5〜0.99、a+b=1を満たす。
The exhaust gas purification system according to claim 12, wherein the HC / CO oxidation catalyst includes a catalyst containing a zirconium oxide represented by the following chemical formula (f4).
[X] aZrbOc (f4)
Here, X in the formula is at least one alkaline earth metal selected from the group consisting of magnesium, calcium, strontium and barium,
a and b are atomic ratios of the respective elements, c is the number of oxygen atoms required to satisfy the valences of X and Zr, and a = 0.01 to 0.5, b = 0.5 to 0.99 A + b = 1.
上記ゼオライトは、フェリエライト、A型ゼオライト又はB型ゼオライトのいずれかであることを特徴とする請求項12又は13に記載の排気ガス浄化システム。   The exhaust gas purification system according to claim 12 or 13, wherein the zeolite is any one of ferrierite, A-type zeolite, and B-type zeolite. 上記NOx浄化触媒がNOx浄化を行う際、上記水素富化手段により水素富化が実行され、排気ガス中の水素濃度[H2]と全還元成分濃度[TR]が、次の(f1)式及び(f2)式
[H2/TR]d>[H2/TR]u…(f1)
[H2/TR]d≧0.3…(f2)
(式中の[H2/TR]uは上記水素富化手段の水素富化実行前又は上流での水素濃度[H2]uと全還元成分濃度[TR]uの比、[H2/TR]dは上記NOx浄化触媒の入口での水素濃度[H2]dと全還元成分濃度[TR]dの比を示す。)を充たすことを特徴とする請求項1〜14のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。
When the NOx purification catalyst performs NOx purification, hydrogen enrichment is performed by the hydrogen enriching means, and the hydrogen concentration [H2] and the total reducing component concentration [TR] in the exhaust gas are expressed by the following equation (f1) and Formula (f2)
[H2 / TR] d> [H2 / TR] u (f1)
[H2 / TR] d ≧ 0.3 (f2)
(Where [H2 / TR] u is the ratio of the hydrogen concentration [H2] u to the total reducing component concentration [TR] u before or upstream of the hydrogen enrichment of the hydrogen enriching means, [H2 / TR] d 15 represents the ratio of the hydrogen concentration [H2] d and the total reducing component concentration [TR] d at the inlet of the NOx purification catalyst). Exhaust gas purification system.
NOx浄化時における上記NOx浄化触媒の入口での、水素濃度[H2]dと全還元成分濃度[TR]d中の一酸化炭素濃度[CO]dとの比率が、次の(f3)式
[H2/CO]d>1…(f3)
を満足することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化システム。
The ratio of the hydrogen concentration [H2] d to the carbon monoxide concentration [CO] d in the total reducing component concentration [TR] d at the inlet of the NOx purification catalyst during NOx purification is expressed by the following equation (f3).
[H2 / CO] d> 1 (f3)
The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 15, wherein the exhaust gas purification system is satisfied.
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