JP4997967B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
従来、例えば、特開2002−89246号公報に開示されるように、NOx吸蔵還元型触媒(以下、「NSR触媒」と称す)を有する排気ガス浄化装置が知られている。NSR触媒は、より具体的には、内燃機関から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物(NOx)、および炭化水素(HC)等を浄化処理する触媒機能と、NOxを触媒内部に吸蔵する機能と、を備えた触媒である。還元剤が不足するリーン運転時には、触媒で浄化処理されないNOxが大気に放出されるおそれがある。NSR触媒によれば、NOxを触媒内部に吸蔵し、触媒活性後のリッチ或いはストイキ運転時に、吸蔵されていたNOxとHC等の還元剤とを反応させ、浄化処理することができる。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-89246, an exhaust gas purifying apparatus having a NOx occlusion reduction type catalyst (hereinafter referred to as “NSR catalyst”) is known. More specifically, the NSR catalyst has a catalytic function for purifying nitrogen oxide (NOx), hydrocarbon (HC), etc. contained in the combustion gas discharged from the internal combustion engine, and stores NOx in the catalyst. And a catalyst having a function. During lean operation where the reducing agent is insufficient, NOx that is not purified by the catalyst may be released to the atmosphere. According to the NSR catalyst, NOx can be occluded inside the catalyst, and during the rich or stoichiometric operation after the catalyst activation, the occluded NOx can be reacted with a reducing agent such as HC for purification.
また、触媒活性が発現していない内燃機関の冷間始動時においては、NOxの酸化反応が活性化されず、上述した吸蔵反応が効率よく行われない。そこで、上記従来のシステムによれば、冷間始動時において排気ガスにオゾンが添加される。オゾンはNOxを気相で酸化させることができる。このため、触媒活性発現前であってもNOxを効果的に酸化させることができ、NOxの吸蔵量を増加させることができる。 Further, at the time of cold start of the internal combustion engine that does not exhibit catalytic activity, the NOx oxidation reaction is not activated, and the above-described occlusion reaction is not performed efficiently. Therefore, according to the conventional system, ozone is added to the exhaust gas at the cold start. Ozone can oxidize NOx in the gas phase. For this reason, even before the catalytic activity is expressed, NOx can be effectively oxidized, and the storage amount of NOx can be increased.
しかしながら、オゾンは熱分解しやすいため、オゾンの利用は触媒温度が比較的低温な領域に限られる。このため、オゾンの利用可能上限からNSR触媒の活性が発現するまでの温度領域において、吸蔵できなかったNOxが大気に放出されてしまうおそれがあった。 However, since ozone is easily pyrolyzed, the use of ozone is limited to a region where the catalyst temperature is relatively low. For this reason, there was a possibility that NOx that could not be occluded was released to the atmosphere in the temperature range from the upper limit of usable ozone to the manifestation of the activity of the NSR catalyst.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、NOxの浄化性能を向上させることのできる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can improve NOx purification performance.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に設けられた排気ガス浄化装置であって、
NOx保持材と、
前記NOx保持材の上流の排気ガスにオゾンを導入するオゾン導入手段と、
前記NOx保持材から脱離したNOxが流通する流路上に配置された3元触媒と、
前記3元触媒に比して低い温度において活性が発現するように調製された選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒の上流の排気ガスに酸素を導入する酸素導入手段と、
前記選択還元型触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記オゾン導入手段および前記酸素導入手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記選択還元型触媒の温度が活性発現温度に達した場合に、前記オゾン導入手段によるオゾンの導入を停止するとともに、前記酸素導入手段による酸素の導入を開始することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust gas purification apparatus provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
NOx retention material;
Ozone introducing means for introducing ozone into the exhaust gas upstream of the NOx holding material;
A three-way catalyst disposed on a flow path through which NOx desorbed from the NOx holding material flows;
A selective reduction catalyst prepared such that the activity is exhibited at a temperature lower than that of the three-way catalyst;
Oxygen introducing means for introducing oxygen into the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction catalyst;
Temperature acquisition means for acquiring the temperature of the selective catalytic reduction catalyst;
Control means for controlling the operation of the ozone introduction means and the oxygen introduction means,
The control means stops the introduction of ozone by the ozone introduction means and starts the introduction of oxygen by the oxygen introduction means when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst reaches an activation expression temperature. To do.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記選択還元型触媒と前記3元触媒とは別体であって、
前記選択還元型触媒は、前記3元触媒の上流に配置されていることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The selective reduction catalyst and the three-way catalyst are separate bodies,
The selective reduction catalyst is arranged upstream of the three-way catalyst.
また、第3の発明は、第1または2の発明において、
前記NOx保持材と前記3元触媒とは別体であって、
前記NOx保持材は、前記3元触媒の上流に配置されていることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The NOx holding material and the three-way catalyst are separate bodies,
The NOx holding material is arranged upstream of the three-way catalyst.
また、第4の発明は、第1または2の発明において、
前記NOx保持材と前記3元触媒とは、一体化されたNOx吸蔵還元型触媒であることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is 1st or 2nd invention,
The NOx holding material and the three-way catalyst are an integrated NOx occlusion reduction type catalyst.
また、第5の発明は、第1乃至第4の何れか1つの発明において、
前記酸素導入手段は、前記選択還元型触媒が活性喪失温度に達した場合に、酸素の導入を停止することを特徴とする。
また、第6の発明は、第1乃至第5の何れか1つの発明において、
前記制御手段は、前記選択還元型触媒が活性発現温度に達していない場合に、前記オゾン導入手段によるオゾンの導入を開始することを特徴とする。
The fifth invention is the invention according to any one of the first to fourth inventions,
The oxygen introducing means stops oxygen introduction when the selective catalytic reduction catalyst reaches an activity loss temperature.
Further, the sixth invention is the invention according to any one of the first to fifth inventions,
The control means starts introduction of ozone by the ozone introduction means when the selective catalytic reduction catalyst has not reached the activity expression temperature.
第1の発明によれば、内燃機関の排気通路には選択還元型触媒(以下、「SCR触媒」と称す)と3元触媒とが配置されている。SCR触媒は、3元触媒に比して低い温度で活性するように調製されており、リーン雰囲気下においてNOxとHCとを反応させ浄化する機能を有する。このため、本発明によれば、3元触媒が活性する前において、NOx保持材に吸蔵或いは吸着できなかったNOxを効果的に浄化することができ、NOxの浄化性能を向上させることができる。
また、SCR触媒は酸素過剰下において、NOxとHCとを反応させ浄化することができる。本発明によれば、SCR触媒の温度が活性発現温度に達した場合にSCR触媒の上流側から酸素が導入されるので、該SCR触媒内部を酸素過剰雰囲気にすることができる。このため、本発明によれば、NOx保持材において浄化できないNOxを該SCR触媒において浄化処理することができ、NOxの浄化効率を向上させることができる。
また、SCR触媒の温度が活性温度に達し、該SCR触媒における浄化処理が開始された後は、必ずしもNOx保持材にNOxを吸蔵或いは吸着させる必要はない。本発明によれば、該SCR触媒においてNOxの浄化処理が行われている間はオゾンの添加が停止されるので、オゾンの使用を抑制することができ、システム効率を向上させることができる。
According to the first invention, a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR catalyst”) and a three-way catalyst are arranged in the exhaust passage of the internal combustion engine. The SCR catalyst is prepared so as to be activated at a temperature lower than that of the three-way catalyst, and has a function of purifying by reacting NOx and HC in a lean atmosphere. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively purify NOx that could not be occluded or adsorbed by the NOx holding material before the three-way catalyst is activated, and improve the NOx purification performance.
Further, the SCR catalyst can purify NOx and HC by reacting in an excess of oxygen. According to the present invention, oxygen is introduced from the upstream side of the SCR catalyst when the temperature of the SCR catalyst reaches the activity expression temperature, so that the inside of the SCR catalyst can be in an oxygen-excess atmosphere. Therefore, according to the present invention, NOx that cannot be purified by the NOx holding material can be purified by the SCR catalyst, and the NOx purification efficiency can be improved.
Further, after the temperature of the SCR catalyst reaches the activation temperature and the purification process in the SCR catalyst is started, it is not always necessary to store or adsorb NOx in the NOx holding material. According to the present invention, since the addition of ozone is stopped while the NOx purification process is being performed in the SCR catalyst, the use of ozone can be suppressed and the system efficiency can be improved.
第2の発明によれば、内燃機関の排気通路において、SCR触媒が3元触媒の上流に配置される。このため、本発明によれば、内燃機関の冷間始動時において、SCR触媒の活性を逸早く発現させることができる。また、3元触媒の活性がある程度発現した後は、SCR触媒において浄化されなかったNOxを3元触媒において浄化処理することができ、NOx浄化性能を向上させることができる。 According to the second invention, the SCR catalyst is disposed upstream of the three-way catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine. For this reason, according to the present invention, the activity of the SCR catalyst can be rapidly exhibited at the time of cold start of the internal combustion engine. Further, after the activity of the three-way catalyst is developed to some extent, NOx that has not been purified by the SCR catalyst can be purified by the three-way catalyst, and the NOx purification performance can be improved.
また、NOx保持材に担持されている吸蔵元素は、触媒の貴金属にとって触媒毒になると考えられている。第3の発明によれば、内燃機関の排気通路において、NOx保持材と3元触媒とが別々に配置されるので、3元触媒の活性をより高めることができる。また、3元触媒がNOx保持材よりも下流に配置されるので、3元触媒の活性がある程度発現した後は、NOx保持材に吸蔵或いは吸着されなかったNOxを3元触媒において浄化処理することができ、NOx浄化性能を向上させることができる。 Further, the occlusion element supported on the NOx holding material is considered to be a catalyst poison for the noble metal of the catalyst. According to the third invention, since the NOx holding material and the three-way catalyst are separately arranged in the exhaust passage of the internal combustion engine, the activity of the three-way catalyst can be further increased. In addition, since the three-way catalyst is arranged downstream of the NOx holding material, after the activity of the three-way catalyst is developed to some extent, the NOx that has not been occluded or adsorbed by the NOx holding material is purified in the three-way catalyst. NOx purification performance can be improved.
第4の発明によれば、NOx保持材と3元触媒とが一体化されたNOx吸蔵還元型触媒が使用されるので、脱離したNOxを効率よく触媒上で反応させることができる。また、一体化されることにより部品点数が削減されるので、製造コストを抑えることができる。 According to the fourth invention, since the NOx occlusion reduction type catalyst in which the NOx holding material and the three-way catalyst are integrated is used, the desorbed NOx can be efficiently reacted on the catalyst. Moreover, since the number of parts is reduced by integrating, manufacturing cost can be suppressed.
また、SCR触媒の温度が上昇し活性が低下すると、該SCR触媒においてNOxを効果的に浄化することができない。第5の発明によれば、SCR触媒の活性が失われた場合に、酸素の導入が停止され触媒内部がストイキ雰囲気となる。このため、本発明によれば、3元触媒を使用することによりNOxを効果的に浄化することができる。 Further, when the temperature of the SCR catalyst rises and the activity decreases, NOx cannot be effectively purified in the SCR catalyst. According to the fifth aspect , when the activity of the SCR catalyst is lost, the introduction of oxygen is stopped and the inside of the catalyst becomes a stoichiometric atmosphere. For this reason, according to the present invention, NOx can be effectively purified by using a three-way catalyst.
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1の構成を説明するための図を示す。図1に示すとおり、本実施の形態の排気ガス浄化装置10は、内燃機関(以下、単に「エンジン」とも称す)
12に取り付けられている。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the exhaust gas purifying
12 is attached.
エンジン12の排気側には、排気管14が接続されている。排気管14の途中には、排気浄化触媒20が配置されている。排気浄化触媒20の内部には、セラミックス担体上に貴金属である白金(Pt)と炭酸バリウム(BaCO3)とが担持されたNSR触媒22が配置されている。PtはCO、HC等の酸化反応、或いはNOxの還元反応を活性させる活性点として機能する。また、BaCO3は、NOxを硝酸塩として吸蔵するNOx吸蔵剤として機能する。
An
また、排気浄化触媒20内部におけるNSR触媒22の上流側には、ゼオライト系ZSM−5担体上に銅(Cu)が担持された選択還元型触媒24(以下、「SCR触媒24」と称す)が配置されている。Cuは、HC等の酸化反応、或いはNOxの還元反応を活性させる活性点として機能する。また、SCR触媒24には温度センサ26が配置されている。尚、以下、PtまたはCuが担持された担体を「触媒」と、BaCO3が担持された担体を「NOx保持材」と称す。
Further, on the upstream side of the
本実施の形態の排気ガス浄化装置10は、オゾン供給装置30を備えている。オゾン供給装置30は、空気口32から導入された酸素を利用してオゾン(O3)を生成し、オゾン噴射口34から噴射する仕組みになっている。また、オゾン供給装置30は、空気口32から導入された空気をそのままオゾン噴射口34から噴射することもできる。オゾン噴射口34はSCR触媒24の上流側に配置され、下流に向けてオゾンを噴射するように配置されている。尚、オゾン供給装置30の構成および機能等に関しては、本発明の主要部ではなく、かつ、公知の技術であるため、その詳細な説明を省略する。
The exhaust
本実施の形態のシステムは、図1に示すとおり、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の出力部には、上述したオゾン供給装置30が接続されている。ECU50の入力部には、上述した温度センサ26の他、エンジン12の運転条件および運転状態を検出するための種々のセンサ類が接続されている。ECU50は、入力された各種の情報に基づいてオゾンの噴射時期および噴射量を算出し、オゾン供給装置30を駆動する。
The system according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50 as shown in FIG. The
[実施の形態1の動作]
(オゾンを利用したNOx吸蔵還元動作)
次に、図2および図3を参照して、本実施形態の動作について説明する。排気浄化触媒20の内部に配置されたNSR触媒22の触媒上では、NOxがHC、或いはCOと反応し、N2、H2O、CO2等に分解される。これにより、排気ガスに含まれるNOxを効果的に浄化することとしている。しかしながら、NSR触媒22が活性温度に達していない内燃機関12の冷間始動時においては、3元活性が低く、排気ガスに含まれるNOxを浄化できない。
[Operation of Embodiment 1]
(NOx occlusion reduction operation using ozone)
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. On the catalyst of the
そこで、本実施の形態においては、浄化できないNOxを吸蔵して、大気に放出される事態を抑制することとする。NOxを吸蔵する手段としては、排気ガスにオゾンが導入される。より具体的には、エンジン12の冷間始動時に、オゾン供給装置30にて生成されたオゾンが、オゾン噴射口34からNSR触媒22に向けて噴射される。
Therefore, in the present embodiment, NOx that cannot be purified is occluded and the situation where it is released to the atmosphere is suppressed. As means for storing NOx, ozone is introduced into the exhaust gas. More specifically, when the
図2はNOxの吸蔵反応を説明するための模式図であり、NSR触媒22の内部を拡大して示す図である。この図に示すとおり、排気浄化触媒20が低温である触媒活性前において、NOxは気相でオゾンと反応し酸化される。より具体的には、以下に示す反応が起きる。
NO+O3→NO2+O2 ・・・(1)
NO2+O3→NO3+O2 ・・・(2)
NO2+NO3→N2O5 ・・・(3)
(NO2+NO3←N2O5)
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the NOx occlusion reaction, and is an enlarged view showing the inside of the
NO + O 3 → NO 2 + O 2 (1)
NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2 (2)
NO 2 + NO 3 → N 2 O 5 (3)
(NO 2 + NO 3 ← N 2 O 5 )
NO2、NO3、或いはN2O5に酸化されたNOxは、NOx保持材にBa(NO3)2等の硝酸塩として吸蔵される。これにより、NOxを効果的に吸蔵することができ、排気浄化触媒20の3元活性発現前において、NOxが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。
NOx oxidized to NO 2 , NO 3 , or N 2 O 5 is occluded as a nitrate such as Ba (NO 3 ) 2 in the NOx holding material. Thereby, NOx can be occluded effectively, and the situation where NOx is released into the atmosphere before the three-way activity of the
吸蔵されたNOxは、NSR触媒22が活性した後に、排気ガスに含まれるHC等の還元剤と反応し浄化される。図3はNOxの還元反応を説明するための模式図であり、NSR触媒22の内部を拡大して示す図である。この図に示すとおり、触媒活性後において、吸着されたNOxが排気ガスに含まれるHC等の還元剤により還元され、N2、H2O、CO2等に分解される。このように、NOxの吸蔵および還元反応を効率よく行うことにより、触媒活性前に吸蔵されたNOxを効果的に浄化することができる。
The stored NOx reacts with a reducing agent such as HC contained in the exhaust gas and is purified after the
尚、上述したNOx吸蔵反応においては、NO2、NO3、N2O5、或いはこれらの窒素酸化物が水と反応することにより生成されたHNO3の形態であれば吸蔵可能であるが、NO2の形態によるNOx吸蔵量には限界がある。このため、上式(2)の反応が活発に行われることにより、多くのNO2をNO3の形態にすることができれば、NOx吸蔵量を飛躍的に増大させることができる。 In the above NOx occlusion reaction, NO 2 , NO 3 , N 2 O 5 , or HNO 3 produced by reacting these nitrogen oxides with water can be occluded, the NOx occlusion amount by the form NO 2 is limited. Therefore, by the above reaction formula (2) is actively performed, if it is possible to much NO 2 in the form of NO 3, it is possible to dramatically increase a NOx storage amount.
しかしながら、上式(2)の反応に必要な活性化エネルギは、上式(1)の反応に要するエネルギより高いため、上式(1)の反応が上式(2)の反応よりも優先して起きてしまう。このため、排気ガスに含まれるオゾンのモル量がNOのモル量よりも小さい場合には、上式(1)の反応までしか起きず、NOはNO2までしか酸化されないこととなる。 However, since the activation energy required for the reaction of the above equation (2) is higher than the energy required for the reaction of the above equation (1), the reaction of the above equation (1) takes precedence over the reaction of the above equation (2). Get up. Therefore, when the molar amount of ozone contained in the exhaust gas is less than the molar amount of NO are not occur only to the above reaction formula (1), NO is only so that the not oxidized to NO 2.
そこで、排気ガスに導入されるオゾンのモル量が、当該排気ガスに含まれるNOのモル量よりも大きくなるようにオゾン導入量を制御することとする。これにより、上式(2)の反応によりNO2をNO3まで酸化することができ、NOx吸蔵量を増大させることができる。 Therefore, the ozone introduction amount is controlled so that the molar amount of ozone introduced into the exhaust gas is larger than the molar amount of NO contained in the exhaust gas. Accordingly, the NO 2 by the reaction of the equation (2) can be oxidized to NO 3, it is possible to increase the NOx storage amount.
また、好ましくは、排気ガスに導入されるオゾンのモル量が当該排気ガスに含まれるNOのモル量の2倍量以上になるようにオゾン導入量を制御することとすれば、大部分のNOをNO3まで酸化することができ、NOx吸蔵量を飛躍的に増大させることができる。 Preferably, if the amount of ozone introduced is controlled so that the molar amount of ozone introduced into the exhaust gas is at least twice the molar amount of NO contained in the exhaust gas, most of the NO Can be oxidized to NO 3 , and the NOx occlusion amount can be dramatically increased.
(SCR触媒によるNOx浄化動作)
上述したとおり、本実施の形態においては、エンジン12の冷間始動時において、NSR触媒22に向けてオゾンが噴射される。これにより、NSR触媒22の3元活性発現前にエンジン12から排出されるNOxを効果的に吸蔵して、大気への放出を抑制することとしている。
(NOx purification operation by SCR catalyst)
As described above, in the present embodiment, ozone is injected toward the
しかしながら、オゾンは高温になると熱分解を起こしてしまうため、オゾンの利用は触媒温度が300℃以下となる温度領域に限られてしまう。このため、オゾンを利用できる上限値からNSR触媒22での活性が発現する温度までの範囲は、オゾンを添加してもNSR触媒22においてNOxを吸蔵することができず、また、効果的に浄化することもできないので、吸蔵できなかったNOxが大気に放出されてしまう。
However, since ozone causes thermal decomposition at a high temperature, use of ozone is limited to a temperature range where the catalyst temperature is 300 ° C. or lower. For this reason, the range from the upper limit value at which ozone can be used to the temperature at which the activity of the
そこで、本実施の形態1においては、排気浄化触媒20の内部にSCR触媒24が配置される。SCR触媒24は、NSR触媒22に比して低い温度で活性し、オゾンを利用できない温度領域においてNOxとHCとを選択して浄化することができるように調製されている。このため、NSR触媒22においてNOxの吸蔵および浄化ができない領域であっても、当該SCR触媒24において吸蔵できなかったNOxを浄化することができ、NOxの浄化性能を向上させることができる。
Therefore, in the first embodiment, the
尚、SCR触媒24は酸素過剰雰囲気において、その浄化性能を発揮することができる。本実施の形態においては、SCR触媒24に空気が導入されることにより酸素過剰雰囲気が形成される。より具体的には、SCR触媒24の活性温度範囲において、オゾン供給装置30からのオゾンの導入が停止され、替わりに空気が導入される。これにより、NSR触媒22に吸蔵できなかったNOxをSCR触媒24により効果的に浄化することができる。
Note that the
[実施の形態1における具体的処理]
図4は、図1に示すシステムにおいて、NOxを効率よく浄化するために実行するルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンでは、先ず、SCR触媒24の温度Tsが取得される(ステップS100)。ここでは、具体的には、温度センサ26の出力信号に基づいて算出される。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed to efficiently purify NOx in the system shown in FIG. In the routine shown in FIG. 4, first, the temperature Ts of the
次に、上記ステップS100にて取得されたSCR触媒24の温度Tsが、所定温度T1より小さいか否かが判定される(ステップS102)。温度T1はSCR触媒24の活性が発現する温度であり、当該T1がオゾンの利用可能温度の上限値近傍となるように、SCR触媒24が調製されている。
Next, it is determined whether or not the temperature Ts of the
上記ステップS102において、Ts<T1の成立が認められた場合には、未だSCR触媒24の活性が発現していないと判断され、次のステップに移行し、排気浄化触媒20にオゾンが添加される(ステップS104)。ここでは、具体的には、オゾン供給装置30が駆動され、オゾン噴射口34からオゾンが噴射される。これにより、NSR触媒22にNOxが吸蔵される。
If the establishment of Ts <T1 is recognized in step S102, it is determined that the activity of the
一方、ステップS102において、Ts<T1の成立が認められない場合には、SCR触媒24の温度が活性発現温度よりも大きいと判断され、次のステップに移行し、上記ステップS100にて取得されたSCR触媒24の温度Tsが、所定温度T2より小さいか否かが判定される(ステップS106)。温度T2はSCR触媒24の活性が失われる温度であり、当該T2がNSR触媒22の活性が発現する温度近傍となるように、SCR触媒24が調製されている。
On the other hand, if the establishment of Ts <T1 is not recognized in step S102, it is determined that the temperature of the
上記ステップS106において、Ts<T2の成立が認められた場合には、SCR触媒24の活性が発現している領域であると判断され、次のステップに移行し、排気浄化触媒20に空気が添加される(ステップS108)。ここでは、具体的には、先ず、オゾン供給装置30によるオゾンの供給が停止される。次いで、空気口32からオゾン供給装置30に導入された空気がオゾン噴射口34から噴射される。これにより、SCR触媒24周囲が酸素過剰雰囲気となり、SCR触媒24におけるNOx浄化性能が発揮される。
If the establishment of Ts <T2 is recognized in step S106, it is determined that the region is where the activity of the
一方、ステップS106において、Ts<T2の成立が認められない場合には、NSR触媒22における活性が発現したと判断され、次のステップに移行し、オゾン供給装置30が停止され、排気浄化触媒20への空気添加が停止される(ステップS110)。これにより、NSR触媒22においてNOxが浄化される。
On the other hand, if the establishment of Ts <T2 is not recognized in step S106, it is determined that the activity in the
以上説明したとおり、本実施の形態1によれば、オゾンを利用可能な温度の上限値からNSR触媒22の活性が発現する温度までの温度領域において、排気浄化触媒へのオゾンの添加が停止され、替わりに酸素が添加される。これにより、SCR触媒24を酸素過剰雰囲気にすることができるので、NSR触媒22においてNOxの吸蔵および浄化ができない温度領域であっても、当該SCR触媒24においてNOxを効果的に浄化することができ、NOxの浄化性能を向上させることができる。
As described above, according to the first embodiment, the addition of ozone to the exhaust purification catalyst is stopped in the temperature range from the upper limit value of the temperature at which ozone can be used to the temperature at which the activity of the
ところで、上述した実施の形態1においては、オゾン供給装置30によりオゾンを生成し、オゾン噴射口34から排気浄化触媒20に向けて噴射することとしているが、オゾン供給装置30の構成はこれに限られない。すなわち、排気浄化触媒20導入される排気ガスにオゾンを添加できるのであれば、オゾン発生器を排気管14に配置する構成でもよいし、オゾン供給装置30から排気浄化触媒20の上流の排気管14にオゾンを導入する構成でもよい。
Incidentally, in Embodiment 1 described above, ozone is generated by the
また、上述した実施の形態1においては、SCR触媒24は、温度T1がオゾンの利用可能温度上限値近傍、温度T2がNSR触媒22の活性発現温度近傍となるように調製されていることとしているが、T1およびT2はこれに限られない。すなわち、オゾンの利用可能温度上限値とNSR触媒22の活性発現温度との間の温度領域に少しでもSCR触媒24の活性領域が重なるように調製すればNOx浄化性能を向上することができる。
In the first embodiment described above,
また、上述した実施の形態1においては、NOx吸蔵剤としてBaCO3が使用されているが、材料はこれに限られない。すなわち、Na,K,Cs,Rbなどのアルカリ金属、Ba,Ca,Srなどのアルカリ土類金属、Y,Ce,La,Prなどの希土類元素を必要に応じて用いることとしてもよい。また、NSR触媒22に使用される触媒の材料に関してもPtに限定されず、貴金属材料であるRh,Pd等を必要に応じて用いることとしてもよい。また、SCR触媒24に使用される触媒に関してもCuに限定されず、遷移金属であるFe等を必要に応じて用いることとしてもよい。
In Embodiment 1 described above, BaCO 3 is used as the NOx storage agent, but the material is not limited to this. That is, alkali metals such as Na, K, Cs, and Rb, alkaline earth metals such as Ba, Ca, and Sr, and rare earth elements such as Y, Ce, La, and Pr may be used as necessary. Further, the material of the catalyst used for the
また、上述した実施の形態1においては、排気浄化触媒20の内部に、セラミックス担体上に貴金属であるPtとNOx吸蔵剤として機能するBaCO3とが担持されたNSR触媒22が配置されることとしているが、配置されるNSR触媒22の構成はこれに限られない。すなわち、上式(1)および(2)に示すオゾンの気相反応によれば、触媒上でなくてもNOxを酸化させることができるため、例えば、該NSR触媒22の内部でNOx吸蔵剤と貴金属とを分離担持することも可能となる。より具体的には、NOx吸蔵剤と貴金属とを、担体の上流側と下流側とに分離して担持する構成としてもよいし、担体を上層側と下層側に分離して担持する構成としてもよい。尚、層状に分離担持する場合には、貴金属をNOx吸蔵剤の上層に配置し、NOx吸蔵剤から放出されるNOxを該貴金属により還元する構成が好ましい。
In the first embodiment described above, the
尚、上述した実施の形態1においては、SCR触媒24が前記第1の発明における「選択還元型触媒」に相当している。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1においては、NSR触媒22が前記第4の発明における「NOx吸蔵還元型触媒」に相当している。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1においては、温度センサ26が前記第1の発明における「温度取得手段」に、温度T1が前記第1の発明における「活性発現温度」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1においては、温度T2が前記第1の発明における「活性喪失温度」に相当していると共に、ECU50が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第1の発明における「制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the temperature T2 corresponds to the “activity loss temperature” in the first aspect of the invention, and the
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ108の処理を実行することにより、前記第5の発明における「制御手段」が、上記ステップ102の処理を実行することにより、前記第6の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
実施の形態1についての評価試験
[実験装置の構成]
次に、図5乃至図7を用いて、実施の形態1に示す発明の効果を確認するために行った評価試験について説明する。図5は、本評価試験の実験装置の構成を説明するための図である。図5に示すとおり、本実験装置はモデルガス発生器100を備えている。モデルガス発生器100は複数の種類のガスボンベ102から供給されるガスを混合させて、内燃機関から排出される排気ガスの模擬ガスを生成することができる。
Evaluation test for the first embodiment
[Configuration of experimental apparatus]
Next, an evaluation test conducted for confirming the effect of the invention shown in Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration of the experimental apparatus for this evaluation test. As shown in FIG. 5, the experimental apparatus includes a
モデルガス発生器100の下流には触媒試験体200が配置されている。触媒試験体200の周囲には、触媒試験体200を所望の温度に制御するための電気炉が配置されている。触媒試験体200の具体的な構成については説明を後述する。
A
触媒試験体200の下流には、排気ガス分析計110、112、およびオゾン分析計114が接続されている。モデルガス発生器100にて生成された模擬ガスは、触媒試験体200の内部を通過した後に、これらの分析計においてその成分が分析される。
また、図5に示す実験装置は、触媒試験体200の上流にオゾンを含む注入ガスを導入するための装置を備えている。より具体的には、本実験装置は酸素ボンベ122を備えている。酸素ボンベ122の下流には、流量制御ユニット124を介してオゾン発生器120が接続されている。オゾン発生器120は、酸素ボンベ122から供給される酸素を用いてオゾンを生成する装置である。オゾン発生器120は、オゾン分析計126、および流量制御ユニット128を介して触媒試験体200の上流に接続されている。また、酸素ボンベ122は、別途設けられた流量制御ユニット130を介して、直接オゾン分析計126の上流に接続されている。このような構成によれば、注入ガスに含まれるオゾン量と酸素量を個別に制御することが可能となる。
Further, the experimental apparatus shown in FIG. 5 includes an apparatus for introducing an injection gas containing ozone upstream of the
尚、本評価試験の実験装置において使用される測定機器を以下に示す。
オゾン発生器120 :岩崎電気 OP100W
オゾン分析計126 :荏原実業 EG600
オゾン分析計114 :荏原実業 EG2001B
排気ガス分析計110 :堀場製作所 MEXA9100D
(HC、CO、NOxを計測)
排気ガス分析計112 :堀場製作所 VAI−510
(CO2を計測)
The measurement equipment used in the experimental apparatus for this evaluation test is shown below.
Ozone generator 120: Iwasaki Electric OP100W
Ozone analyzer 126: Sugawara business EG600
Ozone analyzer 114: Sugawara business EG2001B
Exhaust gas analyzer 110: HORIBA, Ltd. MEXA9100D
(Measures HC, CO, NOx)
Exhaust gas analyzer 112: HORIBA, Ltd. VAI-510
(Measures CO 2 )
次に、触媒試験体200の具体的な構成について詳細に説明する。図6は、本実験装置の触媒試験体200の内部を模式的に示す断面図である。本評価試験においては、触媒試験体200として、実験1においては触媒試験体200aを、実験2においては触媒試験体200bを使用することとした。図6(a)は、実験1に使用される触媒試験体200aの内部を模式的に示す断面図である。図6(a)に示すとおり、触媒試験体200aの石英管202の内部には、上流に触媒サンプル204が、下流に触媒サンプル206が配置されている。触媒サンプル204および206は以下の手順で作成した。
Next, a specific configuration of the
(触媒サンプル204の作成手順)
先ず、φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、H型ZSM−5型ゼオライト(Si/Al比=40)をコートした。コート量は120g/Lである。次いで、ここに硝酸Cuを含む水溶液を用いてCuをイオン交換し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。Cuの担持量は4g/Lである。
(Procedure for making catalyst sample 204)
First, a cordierite honeycomb of φ30 mm × L25 mm, 4 mil / 400 cpsi was coated with H-type ZSM-5 type zeolite (Si / Al ratio = 40). The coating amount is 120 g / L. Next, Cu was ion-exchanged using an aqueous solution containing Cu nitrate here, dried, and then fired at 450 ° C. for 1 hour. The supported amount of Cu is 4 g / L.
(触媒サンプル206の作成手順)
先ず、φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lである。次いで、ここに酢酸バリウムを吸水担持し、500℃で2時間焼成した。酢酸バリウムの担持量は0.2mol/Lである。この触媒を、炭酸水素アンモニウムを含む溶液に浸漬処理し、250℃で乾燥させた。さらに、ジニトロジアンミン白金を含む水溶液を用いてPtを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。Ptの担持量は4g/Lである。
(Procedure for making catalyst sample 206)
First, γ-Al 2 O 3 was coated on a cordierite honeycomb of φ30 mm × L25 mm, 4 mil / 400 cpsi. The coating amount is 120 g / L. Next, barium acetate was supported on the water and fired at 500 ° C. for 2 hours. The supported amount of barium acetate is 0.2 mol / L. This catalyst was immersed in a solution containing ammonium hydrogen carbonate and dried at 250 ° C. Furthermore, Pt was supported using an aqueous solution containing dinitrodiammine platinum, dried, and then fired at 450 ° C. for 1 hour. The supported amount of Pt is 4 g / L.
一方、図6(b)は、実験2に使用される触媒試験体200bの内部を模式的に示す断面図である。図6(b)に示すとおり、触媒試験体200bの石英管202の内部には、触媒サンプル208が配置されている。触媒サンプル208は以下の手順で作成した。
On the other hand, FIG. 6B is a cross-sectional view schematically showing the inside of the
(触媒サンプル208の作成手順)
先ず、φ30mm×L50mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lである。次いで,ここに酢酸バリウムを吸水担持し、500℃で2時間焼成した。酢酸バリウムの担持量は0.1mol/Lである。この触媒を、炭酸水素アンモニウムを含む溶液に浸漬処理し、250℃で乾燥させた。さらに、ジニトロジアンミン白金を含む水溶液を用いてPtを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。Ptの担持量は2g/Lである。
(Procedure for making catalyst sample 208)
First, a cordierite honeycomb of φ30 mm × L50 mm, 4 mil / 400 cpsi was coated with γ-Al 2 O 3 . The coating amount is 120 g / L. Next, barium acetate was supported on the water and fired at 500 ° C. for 2 hours. The amount of barium acetate supported is 0.1 mol / L. This catalyst was immersed in a solution containing ammonium hydrogen carbonate and dried at 250 ° C. Furthermore, Pt was supported using an aqueous solution containing dinitrodiammine platinum, dried, and then fired at 450 ° C. for 1 hour. The supported amount of Pt is 2 g / L.
[実験条件]
本評価試験における実験条件を以下に示す。
温度 :30℃〜500℃の範囲で制御
温度上昇速度 :10℃/min.
模擬ガス組成 :C3H6(1000ppm)
CO(7000ppm)
NO(1500ppm)
O2(7000ppm)
CO2(10%)
H2O(3%)
残部 N2
模擬ガス流量 :30L/min.
注入ガス組成 :O3(30000ppm)
残部 O2
(オゾン発生器120を制御することによりO2のみの注入も可能)
注入ガス流量 :6L/min.
[Experimental conditions]
The experimental conditions in this evaluation test are shown below.
Temperature: Control in the range of 30 ° C to 500 ° C Temperature rise rate: 10 ° C / min.
Simulated gas composition: C 3 H 6 (1000 ppm)
CO (7000ppm)
NO (1500ppm)
O 2 (7000ppm)
CO 2 (10%)
H 2 O (3%)
Remaining N 2
Simulated gas flow rate: 30L / min.
Injection gas composition: O 3 (30000ppm)
Balance O 2
(Injection of only O 2 is possible by controlling the ozone generator 120)
Injection gas flow rate: 6 L / min.
[試験方法]
触媒試験体200周囲に配置された電気炉を低温側から昇温させ実験を行った。オゾンを含む注入ガスは30℃から250℃の範囲で注入し、250℃から300℃までは酸素のみの注入ガスを注入した。300℃以上の温度では注入ガスの注入を止め、模擬ガスのみを注入させた。実験は触媒サンプル204および206を使用する実験1と触媒サンプル208を使用する実験2とを行った。浄化率は、試験時間内に触媒試験体200に導入されたNOx量(以下、「導入NOx量」と称す)から、触媒試験体200の下流に排出されたNOx量(以下、「排出NOx量」と称す)を差し引いた値を、導入NOx量で除算することにより100分率で算出した。
導入NOx量=模擬ガス中のNOx濃度×模擬ガス流量×試験時間 ・・・(4)
排出NOx量=触媒200下流のNOx濃度×ガス流量(模擬ガス+注入ガス)×試験時間 ・・・(5)
浄化率=(導入NOx量−排出NOx量)/導入NOx量×100 ・・・(6)
[Test method]
The experiment was performed by raising the temperature of the electric furnace arranged around the
Introduced NOx amount = NOx concentration in simulated gas × simulated gas flow rate × test time (4)
Exhaust NOx amount = NOx concentration downstream of
Purification rate = (introduction NOx amount−exhaust NOx amount) / introduction NOx amount × 100 (6)
[試験結果]
図7は、実験1および実験2における各種成分の浄化率を示す図である。図7に示すとおり、実験1に使用された触媒試験体200aの方が、触媒試験体200bに比してNOx、HC、COのいずれに関しても浄化率が優れていることが確認される。これにより、NSR触媒に加えてSCR触媒を使用する効果が確認できる。
[Test results]
FIG. 7 is a diagram showing purification rates of various components in Experiment 1 and
実施の形態2.
[実施の形態2の特徴的構成]
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。図8は、実施の形態2の構成を説明するための図を示す。尚、図8に示す排気ガス浄化装置40において、図1に示す排気ガス浄化装置10と共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
[Characteristic Configuration of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining the configuration of the second embodiment. In the exhaust
図8に示すとおり、本実施の形態の排気ガス浄化装置40は、排気管14の途中に、排気浄化触媒42が配置されている。排気浄化触媒42の内部には、セラミックス担体上に炭酸バリウム(BaCO3)が担持されたNOx保持材44が配置されている。NOx保持材44の下流側には、ゼオライト系ZSM−5担体上に銅(Cu)が担持されたSCR触媒46が配置されている。また、SCR触媒46のさらに下流側には、セラミックス担体上に貴金属(Pt)が担持された3元触媒48が配置されている。BaCO3は、NOxを硝酸塩として吸蔵するNOx吸蔵剤として機能する。また、CuおよびPtは、CO、HC等の酸化反応、或いはNOxの還元反応を活性させる活性点として機能する。
As shown in FIG. 8, in the exhaust
本実施の形態の排気ガス浄化装置40は、オゾン供給装置30を備えている。また、NOx保持材44の上流側には、NOx保持材44に向けてオゾンを噴射するオゾン噴射口34が配置されている。
The exhaust
[実施の形態2の特徴的動作]
上述した実施の形態1の排気ガス浄化装置10においては、NSR触媒22に加えて、SCR触媒46が併用されることとしている。これにより、NSR触媒22においてNOxを吸蔵および浄化することができない期間において、NOxを効果的に浄化することができ、NOxの浄化性能を向上させることができる。
[Characteristic operation of the second embodiment]
In the exhaust
しかしながら、一般的に、NSR触媒は3元触媒に比して浄化効率が低い。これは、NSR触媒に担持されているNOx吸蔵剤が貴金属にとって触媒毒となるためと考えられている。 However, in general, the NSR catalyst has a lower purification efficiency than the three-way catalyst. This is thought to be because the NOx storage agent supported on the NSR catalyst becomes a catalyst poison for the noble metal.
そこで、本実施の形態2においては、NOx保持材と3元触媒とが分離して配置された排気浄化触媒42が使用される。図8に示すとおり、排気浄化触媒42においては、NOx保持材44が3元触媒48と別体として配置されているため、3元触媒48の活性をより高めることができる。また、3元触媒48がNOx保持材44よりも下流に配置されるので、3元触媒48の活性がある程度発現した後は、NOx保持材44に吸蔵されなかったNOxを3元触媒48において浄化処理することができ、NOx浄化性能を向上させることができる。
Therefore, in the second embodiment, the
また、3元触媒48がSCR触媒46の上流に配置されていると、3元触媒48において、排気ガスに含まれる還元剤と導入された酸素とが反応してしまい、還元剤がSCR触媒46に導入される前に消費されてしまう。この点、本実施の形態2によれば、3元触媒48がSCR触媒46の下流に配置されているので、SCR触媒46に還元剤を効率よく導入することができ、SCR触媒46におけるNOx浄化効率を向上させることができる。
If the three-
ところで、上述した実施の形態2においては、NOx保持材44、SCR触媒46および3元触媒48を内部に備える排気浄化触媒42が使用されているが、触媒の構成はこれに限られない。すなわち、これらの触媒が排気浄化触媒42として一体化されている必要はなく、それぞれ別々に排気管14に配置される構成でもよい。
By the way, in
また、上述した実施の形態2においては、NOx保持材44の上流に配置されたオゾン噴射口34から該NOx保持材44に向かってオゾンを噴射することとしているが、オゾンを添加する構成はこれに限られない。すなわち、NOx保持材44に導入される排気ガスにオゾンを添加できるのであれば、オゾン発生器を排気管14に配置する構成でもよいし、オゾン噴射口34がNOx保持材44の上流の排気管14に配置される構成でもよい。
In the second embodiment described above, ozone is injected from the
また、上述した実施の形態2においては、オゾン供給装置30を使用して、オゾン噴射口34から酸素を噴射することとしているが、酸素を添加する構成はこれに限られない。すなわち、SCR触媒46を酸素過剰下にできるのであれば、ポンプ等の他の装置を使用して、排気ガスに酸素を導入することとしてもよい。また、SCR触媒46の上流側の排気ガスの酸素を導入するのであれば、導入場所も特に限定されず、例えば、排気マニホールド内に酸素を導入する構成でもよい。
Moreover, in
また、上述した実施の形態2においては、NOx吸蔵剤としてBaCO3が使用されているが、材料はこれに限られない。すなわち、Na,K,Cs,Rbなどのアルカリ金属、Ba,Ca,Srなどのアルカリ土類金属、Y,Ce,La,Prなどの希土類元素を必要に応じて用いることとしてもよい。また、3元触媒48に使用される触媒の材料に関してもPtに限定されず、貴金属材料であるRh,Pd等を必要に応じて用いることとしてもよい。また、SCR触媒46に使用される触媒に関してもCuに限定されず、遷移金属であるFe等を必要に応じて用いることとしてもよい。
In
尚、上述した実施の形態2においては、NOx保持材44が前記第1の発明における「NOx保持材」に、SCR触媒46が前記第1の発明における「選択還元型触媒」に、3元触媒48が前記第1の発明における「3元触媒」に、それぞれ相当している。
In the second embodiment, the
実施の形態2についての評価試験
[実験装置の構成]
次に、図9および図10を用いて、実施の形態2に示す発明の効果を確認するために行った評価試験について説明する。本評価試験の実験装置は、図5に示す実験装置の触媒試験体200を、後述する触媒試験体300に変更した実験装置が使用される。
Evaluation test for
[Configuration of experimental apparatus]
Next, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, an evaluation test performed to confirm the effect of the invention shown in
次に、触媒300の具体的な構成について詳細に説明する。図9は、本実験装置の触媒試験体300の内部を模式的に示す断面図である。本評価試験においては、触媒試験体300aを使用する実験1と、触媒試験体300bを使用する実験2とを行うこととした。図9(a)は、実験1に使用される触媒試験体300aの内部を模式的に示す断面図である。図9(a)に示すとおり、触媒試験体300aの石英管302の内部には、上流に触媒サンプル304が、中流に触媒サンプル306が、そして下流に触媒サンプル308が配置されている。触媒サンプル304、306、および308は以下の手順で作成した。
Next, a specific configuration of the catalyst 300 will be described in detail. FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the inside of the catalyst test body 300 of the experimental apparatus. In this evaluation test, Experiment 1 using the
(触媒サンプル304の作成手順)
先ず、φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lである。次いで、ここに酢酸バリウムを吸水担持し、500℃で2時間焼成した。酢酸バリウムの担持量は0.2mol/Lである。この触媒を、炭酸水素アンモニウムを含む溶液に浸漬処理し、250℃で乾燥させた。
(Procedure for making catalyst sample 304)
First, γ-Al 2 O 3 was coated on a cordierite honeycomb of φ30 mm × L25 mm, 4 mil / 400 cpsi. The coating amount is 120 g / L. Next, barium acetate was supported on the water and fired at 500 ° C. for 2 hours. The supported amount of barium acetate is 0.2 mol / L. This catalyst was immersed in a solution containing ammonium hydrogen carbonate and dried at 250 ° C.
(触媒サンプル306の作成手順)
先ず、φ30mm×L25mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、H型ZSM−5型ゼオライト(Si/Al比=40)をコートした。コート量は120g/Lである。次いで、ここに硝酸Cuを含む水溶液を用いてCuをイオン交換し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。Cuの担持量は4g/Lである。
(Procedure for making catalyst sample 306)
First, a cordierite honeycomb of φ30 mm × L25 mm, 4 mil / 400 cpsi was coated with H-type ZSM-5 type zeolite (Si / Al ratio = 40). The coating amount is 120 g / L. Next, Cu was ion-exchanged using an aqueous solution containing Cu nitrate here, dried, and then fired at 450 ° C. for 1 hour. The supported amount of Cu is 4 g / L.
(触媒サンプル308の作成手順)
先ず、φ30mm×L50mm、4mil/400cpsiのコージェライト製ハニカムに、γ−Al2O3をコートした。コート量は120g/Lである。次いで、ここにジニトロジアンミン白金を含む水溶液を用いてPtを担持し、乾燥後、450℃で1時間焼成した。Ptの担持量は2g/Lである。
(Procedure for making catalyst sample 308)
First, a cordierite honeycomb of φ30 mm × L50 mm, 4 mil / 400 cpsi was coated with γ-Al 2 O 3 . The coating amount is 120 g / L. Next, Pt was supported thereon using an aqueous solution containing dinitrodiammine platinum, dried, and calcined at 450 ° C. for 1 hour. The supported amount of Pt is 2 g / L.
一方、図9(b)は、実験2に使用される触媒試験体300bの内部を模式的に示す断面図である。図9(b)に示すとおり、触媒試験体300bの石英管302の内部には、上流に触媒サンプル310が、下流に触媒サンプル312が配置されている。触媒サンプル310は、実施の形態1の評価試験において用いられた触媒試験体204と、触媒サンプル312は、同評価試験において用いられた触媒試験体206と同様の構成のため、その詳細な説明を省略する。
On the other hand, FIG. 9B is a cross-sectional view schematically showing the inside of the
[実験条件]
本評価試験における実験条件を以下に示す。
温度 :30℃〜500℃の範囲で制御
温度上昇速度 :10℃/min.
模擬ガス組成 :C3H6(1000ppm)
CO(7000ppm)
NO(1500ppm)
O2(7000ppm)
CO2(10%)
H2O(3%)
残部 N2
模擬ガス流量 :30L/min.
注入ガス組成 :O3(30000ppm)
残部 O2
(オゾン発生器120を制御することによりO2のみの注入も可能)
注入ガス流量 :6L/min.
[Experimental conditions]
The experimental conditions in this evaluation test are shown below.
Temperature: Control in the range of 30 ° C to 500 ° C Temperature rise rate: 10 ° C / min.
Simulated gas composition: C 3 H 6 (1000 ppm)
CO (7000ppm)
NO (1500ppm)
O 2 (7000ppm)
CO 2 (10%)
H 2 O (3%)
Remaining N 2
Simulated gas flow rate: 30L / min.
Injection gas composition: O 3 (30000ppm)
Balance O 2
(Injection of only O 2 is possible by controlling the ozone generator 120)
Injection gas flow rate: 6 L / min.
[試験方法]
触媒試験体300周囲に配置された電気炉を低温側から昇温させ実験を行った。オゾンを含む注入ガスは30℃から250℃の範囲で注入し、250℃から300℃までは酸素のみの注入ガスを注入した。300℃以上の温度では注入ガスの注入を止め、模擬ガスのみを注入させた。実験は触媒サンプル304、306および308を使用する実験1と触媒サンプル310および312を使用する実験2とを行った。浄化率は、上式(5)に基づいて算出した。
[Test method]
The experiment was conducted by raising the temperature of the electric furnace arranged around the catalyst test body 300 from the low temperature side. An injection gas containing ozone was injected in the range of 30 ° C. to 250 ° C., and an injection gas containing only oxygen was injected from 250 ° C. to 300 ° C. At a temperature of 300 ° C. or higher, the injection gas was stopped and only the simulated gas was injected. The experiment was run 1 using
[試験結果]
図10は、実験1および実験2における各種成分の浄化率を示す図である。図10に示すとおり、実験1に使用された触媒試験体300aの方が、触媒試験体300bに比してNOx、HC、COのいずれに関しても浄化率が優れていることが確認される。これにより、NOx保持材と3元触媒とを分離して配置した効果が確認できる。
[Test results]
FIG. 10 is a diagram showing the purification rates of various components in Experiment 1 and
10 排気ガス浄化システム
12 内燃機関(エンジン)
14 排気管
20 排気浄化触媒
22 NOx吸蔵還元型触媒(NSR触媒)
24 選択還元型触媒(SCR触媒)
26 温度センサ
30 オゾン供給装置
32 空気口
34 オゾン噴射口
40 排気ガス浄化装置
42 排気浄化触媒
44 NOx保持材
46 選択還元型触媒(SCR触媒)
48 3元触媒
50 ECU(Electronic Control Unit)
100 モデルガス発生器
102 ガスボンベ
110、112 排気ガス分析計
114 オゾン分析計
120 オゾン発生器
122 酸素ボンベ
124、128、130 流量制御ユニット
126 オゾン分析計
200 触媒試験体
202 石英管
204、206 触媒サンプル
300 触媒試験体
302 石英管
304、306、308、310、312 触媒サンプル
10 Exhaust
14
24 selective reduction catalyst (SCR catalyst)
26
48 Three-
100
Claims (6)
NOx保持材と、
前記NOx保持材の上流の排気ガスにオゾンを導入するオゾン導入手段と、
前記NOx保持材から脱離したNOxが流通する流路上に配置された3元触媒と、
前記3元触媒に比して低い温度において活性が発現するように調製された選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒の上流の排気ガスに酸素を導入する酸素導入手段と、
前記選択還元型触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記オゾン導入手段および前記酸素導入手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記選択還元型触媒の温度が活性発現温度に達した場合に、前記オゾン導入手段によるオゾンの導入を停止するとともに、前記酸素導入手段による酸素の導入を開始することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
NOx retention material;
Ozone introducing means for introducing ozone into the exhaust gas upstream of the NOx holding material;
A three-way catalyst disposed on a flow path through which NOx desorbed from the NOx holding material flows;
A selective reduction catalyst prepared such that the activity is exhibited at a temperature lower than that of the three-way catalyst;
Oxygen introducing means for introducing oxygen into the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction catalyst;
Temperature acquisition means for acquiring the temperature of the selective catalytic reduction catalyst;
Control means for controlling the operation of the ozone introduction means and the oxygen introduction means,
The control means stops the introduction of ozone by the ozone introduction means and starts the introduction of oxygen by the oxygen introduction means when the temperature of the selective catalytic reduction catalyst reaches an activation expression temperature. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
前記選択還元型触媒は、前記3元触媒の上流に配置されていることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 The selective reduction catalyst and the three-way catalyst are separate bodies,
The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the selective reduction catalyst is disposed upstream of the three-way catalyst.
前記NOx保持材は、前記3元触媒の上流に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 The NOx holding material and the three-way catalyst are separate bodies,
The exhaust gas purifying device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the NOx holding material is arranged upstream of the three-way catalyst.
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