JP4411799B2 - 排気ガス浄化システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、EGRシステムを備えたエンジンにおいて、排気ガス中のNOxを吸収及び分解するNOx浄化触媒で、排気ガス中のNOxを浄化する排気ガス浄化システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼル機関や一部のガソリン機関等のエンジンや様々な燃焼装置の排ガス中から窒素酸化物(NOx)を還元除去するためのNOx触媒について種々の研究や提案がなされている。
【0003】
これらのNOx触媒の中に、三元触媒と異なり排ガス中に酸素が存在していてもNOxの浄化を行うことができ、希薄燃焼(リーン燃焼)ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの排ガスの浄化に使用あるいは使用の検討がなされている、NOxを吸収及び分解するNOx浄化触媒がある。
【0004】
このNOxを吸収及び分解できるNOx浄化触媒としては、ブラウンミラライト型触媒やその他のNOx吸蔵還元型触媒等が知られているが、このNOx浄化触媒では、通常の状態では、排気ガス中のNOxをNOx吸収物質で吸収することにより、排ガス中のNOxを除去して、排ガスを浄化して排出している。
【0005】
しかし、このNOx吸収状態が継続すると、NOx浄化触媒が飽和して、NOxの吸収能力が低下するので、NOx浄化触媒から、吸収していたNOxを短時間の間で分解させて、NOx浄化触媒の吸収能力を回復させる再生処理を行う必要がある。
【0006】
このNOx浄化触媒に吸収されたNOxを分解する場合には、このNOx浄化触媒から放出されるNOxを、還元雰囲気、雰囲気中に含まれるCO,HC,H2 等の還元剤、触媒近傍に添加した還元触媒等により、窒素ガスN2 に還元して浄化し、外部へのNOxの排出を回避している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、吸収されたNOxを積極的に放出させる再生処理をする場合には、短時間の間ではあるが、NOx量が多くなるため、NOx浄化触媒から放出されるNOxを全て完全に分解することは難しく、放出されたNOxの分解処理が不十分となるという問題がある。
【0008】
一方、NOx濃度が比較的高い排気ガスをエンジンの燃焼室に還流させても、この排気ガス中のNOxが燃焼室で還元されるため、外部に排出される排気ガス中のNOx濃度が高くならず、浄化効率を良好に維持できることが分かった。
【0009】
本発明は、この知見を得て、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、NOxを吸収及び分解するNOx浄化触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、EGR制御とNOx浄化触媒からのNOxの分解及び放出とを連携させることにより、外部に排出されるNOx量を低減できる排気ガス浄化システムを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、次のように構成される。
【0011】
1)EGRバルブを有するEGRガス還流通路を備えたエンジンにおいて、排気ガス中のNOxを吸収及び分解するNOx浄化触媒と、該NOx浄化触媒に吸収されたNOxを分解し、該NOx浄化触媒を再生するための再生手段とを有して形成されるNOx浄化装置を、前記EGRガス還流通路が分岐する位置よりも上流側の排気通路に設け、前記NOx浄化触媒のNOx吸収量を検知する検知手段を設置し、前記再生手段を、前記NOx浄化触媒を加熱する加熱装置で形成すると共に、該加熱装置を、直接加熱する電気ヒータ、マイクロ波又は低温プラズマによる誘導加熱を行う加熱装置のいずれか一つ又は組合せで形成し、前記検知手段により前記NOx浄化触媒のNOx吸収量が予め定めた数値を超えたことを検知した場合、前記加熱装置を加熱して前記NOx浄化触媒に吸収されているNOxを放出させ、放出されるNOx放出量を増加させると共に、前記NOx浄化装置の下流側からエンジンの上流側に配設された前記EGRガス還流通路のEGRバルブの弁開度を増加させ、前記NOx浄化触媒を通過したNOxがエンジン及びNOx浄化触媒を再び通過するよう制御を行うように構成される。
【0012】
つまり、NOx浄化触媒に吸収されたNOxを分解および放出させて、NOx浄化触媒を再生する機構と、放出されしかも分解できなかったNOxをEGRガスとしてエンジンに還流する機構を設けて構成する。
【0013】
そして、NOx浄化触媒に吸収されたNOxを放出させながら、NOxを効率よく還元及び分解してNOx浄化触媒を再生し、NOx浄化触媒の浄化能力の維持と耐久性向上を図ると共に、NOx浄化触媒から放出され、分解されずにNOx浄化触媒を通過したNOxをEGRガス還流通路経由でエンジンに戻し、再度燃焼することでNOxを還元し、NOx浄化率の低下を防止する。
【0014】
2)また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記NOx浄化触媒に、該NOx浄化触媒のNOx浄化触媒の導電率を計測する導電率計測部を設けると共に、該導電率計測部で計測されたNOx浄化触媒の導電率に基づいて、前記EGRバルブの弁開度の制御を行う制御手段を備えて構成される。
【0015】
また、エンジン回転数、負荷に応じて制御するEGRに加えて、NOx吸収量に応じて変化するNOx浄化触媒の導電率に基づいて、EGRバルブの制御を行うことにより、より極め細かくNOx浄化触媒のNOx除去効率の制御が可能となり、外部に排出されるNOx量を低減することができる。
【0016】
3)更に、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記NOx浄化触媒が、希土類元素、アルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素の内、少なくとも1種類以上の元素を含有するブラウンミラライト型複合酸化物と、ブラウンミラライト粒子表面に分散した貴金属とから形成される。
【0017】
この構成により、ブラウンミラライト型複合酸化物により効率よくNOxを吸収し、貴金属により、加熱等の再生処理によって、ブラウンミラライト型複合酸化物にから放出されるNOxを還元することができるので、排気ガス中のNOxを連続して浄化できる。
【0018】
4)そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御手段は、前記再生装置が前記NOx浄化触媒を再生する際に、前記EGRバルブの弁開度を修正するように構成される。
【0019】
このEGRバルブの弁開度の修正により、通常のEGRよりも多量のEGRガスを燃焼室に還流できるので、NOx浄化触媒の再生の際に、発生するNOxの多くを燃焼室に再循環し、NOxを分解できる。
【0020】
5)また。上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記再生手段を、前記NOx浄化触媒を加熱する加熱装置で形成すると共に、該加熱装置を、直接加熱する電気ヒータ、マイクロ波又は低温プラズマによる誘導加熱を行う加熱装置のいずれか一つ又は組合せで形成する。この構成により、再生手段を比較的簡単に形成できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
【0022】
図1に示す排気ガス浄化システム1のNOx浄化装置10は、排気ガスG中のNOx(窒素酸化物)を吸収及び分解するNOx浄化触媒11と、このNOx浄化触媒11に吸収されたNOxを分解させ再生させるために、このNOx浄化触媒11を加熱する加熱装置(再生手段)12とを備えて形成される。
そして、このNOx浄化装置10は、EGRバルブ21を備えたEGRガス還流通路20を有するエンジン1の排気通路3に配設されるが、排気通路3からEGRガス還流通路20が分岐する位置20Gよりも、上流側に配設される。つまり、EGRガス管流通路20をNOx浄化装置10よりも下流側で排気通路3から分岐して、エンジン1の吸気通路2に接続して形成する。
【0023】
また、NOx浄化触媒11は、コージェライトハニカムの表面に、希土類元素、アルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素の内、少なくとも1種類以上の元素を含有するブラウンミラライト型複合酸化物11aとブラウンミラライト粒子表面に分散配置した白金等の貴金属11bとを担持したNOx触媒多孔材を作製し、このNOx触媒多孔材を金属容器内に固定して形成する。
【0024】
更に、このNOx触媒多孔材の両端又は両端近傍に電極31a,31bを設けると共に、この両電極からNOx浄化触媒11の導電率を計測する導電率計測部32を設け、この導電率計測部32の計測値を、EGRバルブ21を制御する制御部(制御手段)30に入力し、このNOx浄化触媒11の導電率に基づいて、EGRバルブ21の弁開度の制御を行うように構成する。
【0025】
このNOx浄化触媒11の排気ガス通過時の導電率を検知することにより、NOx浄化触媒11のNOxの吸収量を知ることができるので、NOx浄化触媒11の導電率に基づいて制御することにより、NOx浄化触媒11からのNOxの放出量に対応した制御をすることができる。
【0026】
このNOx浄化触媒11における導電率計測部32の構成は、図1の構成以外のものでも良く、例えば、NOx触媒多孔材の外周2カ所に電極膜を形成し、この電極膜に外部電極を接続して、この外部電極からNOx浄化触媒11の導電率を計測するようにして形成してもよい。
【0027】
そして、NOx浄化触媒11を加熱して再生するための加熱装置12をNOx浄化触媒11の外周に配置し、この加熱装置12でNOx浄化触媒11を加熱することにより、NOx浄化触媒11のブラウンミラライト型複合酸化物11aに吸収されたNOxを効率よく分解および放出させ、貴金属11bの触媒作用により還元及び分解し、NOx浄化触媒11を再生する。
【0028】
この加熱装置12は、直接加熱する電気ヒータ等や、マイクロ波や低温((非平衡)プラズマ等による誘導加熱を行う装置等で形成する。
【0029】
そして、制御部30は、加熱装置12でNOx浄化触媒11を加熱して再生する際に、通常のエンジン回転数、負荷に応じて設定されるEGRバルブ21の弁開度よりも大きい弁開度を取るように、EGRバルブ21の開閉制御信号を修正する。
【0030】
つまり、従来のエンジン回転数、負荷に応じて設定される弁開度に加えて、吸収しているNOx量に応じて変化するNOx浄化触媒11の導電率(抵抗率)をEGRバルブ21の開閉弁制御のパラメータに加えてEGRバルブ21の制御を行う。
【0031】
この構成の排気ガス浄化システム1によれば、加熱装置12の作動により、NOx浄化触媒11を加熱昇温させて、このNOx浄化触媒11のブラウンミラライト型複合酸化物11aに吸収されたNOxを分解および放出させると共に、加熱昇温により活性化している貴金属11bの触媒作用により、放出されたNOxを還元浄化して、NOx浄化触媒11を再生することができる。
【0032】
この加熱装置12の作動によるNOxの分解および放出で、ブラウンミラライト型複合酸化物11aのNOx吸収能力を回復させることができるので、NOx浄化触媒11のNOxの浄化能力の維持と耐久性向上を図れる。
【0033】
また、NOx放出量を増加させたときに、EGRバルブ21の弁開度を大きくして、NOx浄化触媒11から放出され、分解されずにNOx浄化触媒11を通過したNOxをEGRバルブ21を介してエンジン1に戻し、このNOx濃度が高いEGRガスGeを燃焼させることでNOxを還元できるので、NOx浄化率の低下を防止できる。
【0034】
また、従来のエンジン回転数、負荷に応じて設定される弁開度に加えて、NOx量に応じて変化するNOx浄化触媒11の導電率(抵抗率)を、EGRバルブ21の開閉弁制御のパラメータに加えてEGRバルブ21の制御を行うので、NOx触媒11のNOx除去のより極め細かい制御が可能となり、外部に排出されるNOx量の低減ができる。
【0035】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る排気ガス浄化システムによれば、加熱装置等で形成される再生手段を設けているので、NOx浄化触媒を加熱昇温させて、このNOx浄化触媒に吸収されたNOxを分解および放出させると共に、この放出されたNOxを加熱昇温により活性化している貴金属の触媒作用で効率よく還元浄化し、NOx浄化触媒を再生することができる。
【0036】
そして、再生手段によりNOx浄化触媒を再生し、NOx浄化触媒の浄化能力の維持と耐久性向上を図ると共に、NOx浄化触媒の再生時やNOx吸収能力が低下した時に、NOx浄化触媒から放出され、分解されずにNOx浄化触媒を通過したNOxをEGRガス還流通路経由でエンジンに戻して、このNOx濃度が高いEGRガスを燃焼させて放出されたNOxを還元浄化できるので、外部に排出される排ガスにおけるNOx浄化率の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン
3 排気通路
10 排気ガス浄化システム
11 NOx浄化触媒
11a ブラウンミラライト型複合酸化物
11b 貴金属
12 再生手段(加熱装置)
20 EGRガス還流通路
20b EGRガス還流通路が分岐する位置
21 EGRバルブ
32 導電率計測部
30 制御手段(制御部)
G 排気ガス
Claims (4)
- EGRバルブを有するEGRガス還流通路を備えたエンジンにおいて、排気ガス中のNOxを吸収及び分解するNOx浄化触媒と、該NOx浄化触媒に吸収されたNOxを分解し、該NOx浄化触媒を再生するための再生手段とを有して形成されるNOx浄化装置を、前記EGRガス還流通路が分岐する位置よりも上流側の排気通路に設け、前記NOx浄化触媒のNOx吸収量を検知する検知手段を設置し、
前記再生手段を、前記NOx浄化触媒を加熱する加熱装置で形成すると共に、該加熱装置を、直接加熱する電気ヒータ、マイクロ波又は低温プラズマによる誘導加熱を行う加熱装置のいずれか一つ又は組合せで形成し、
前記検知手段により前記NOx浄化触媒のNOx吸収量が予め定めた数値を超えたことを検知した場合、前記加熱装置を加熱して前記NOx浄化触媒に吸収されているNOxを放出させ、放出されるNOx放出量を増加させると共に、前記NOx浄化装置の下流側からエンジンの上流側に配設された前記EGRガス還流通路のEGRバルブの弁開度を増加させ、前記NOx浄化触媒を通過したNOxがエンジン及びNOx浄化触媒を再び通過するよう制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 前記NOx浄化触媒に、該NOx浄化触媒の導電率を計測する導電率計測部を設けると共に、該導電率計測部で計測されたNOx浄化触媒の導電率に基づいて、前記EGRバルブの弁開度の制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化システム。
- 前記NOx浄化触媒が、希土類元素、アルカリ土類金属元素、アルカリ金属元素の内、少なくとも1種類以上の元素を含有するブラウンミライト型複合酸化物と、ブラウンミライト粒子表面に分散した貴金属からなる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システム。
- 前記制御手段は、前記再生手段が前記NOx浄化触媒を再生する際に、前記EGRバルブの弁開度を修正することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の排気ガス浄化システム。
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