JP5376519B2 - 窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置 - Google Patents

窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5376519B2
JP5376519B2 JP2009208125A JP2009208125A JP5376519B2 JP 5376519 B2 JP5376519 B2 JP 5376519B2 JP 2009208125 A JP2009208125 A JP 2009208125A JP 2009208125 A JP2009208125 A JP 2009208125A JP 5376519 B2 JP5376519 B2 JP 5376519B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
nitrogen oxide
catalyst layer
exhaust gas
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009208125A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010209905A (ja
Inventor
津 夏 李
孝 京 李
相 敏 李
ジュン 成 朴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co filed Critical Hyundai Motor Co
Publication of JP2010209905A publication Critical patent/JP2010209905A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5376519B2 publication Critical patent/JP5376519B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/064Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing iron group metals, noble metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/54Nitrogen compounds
    • B01D53/56Nitrogen oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9422Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by NOx storage or reduction by cyclic switching between lean and rich exhaust gases (LNT, NSC, NSR)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9463Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick
    • B01D53/9468Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick in different layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0244Coatings comprising several layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0246Coatings comprising a zeolite
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/208Hydrocarbons
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/106Gold
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/204Alkaline earth metals
    • B01D2255/2042Barium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206Rare earth metals
    • B01D2255/2065Cerium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/91NOx-storage component incorporated in the catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/061Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof containing metallic elements added to the zeolite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

本発明は、窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置に係り、より詳しくは、排気ガスに含まれている窒素酸化物を保存し、保存された窒素酸化物を窒素酸化物の還元反応が活性化される時に脱着することによって、窒素酸化物の浄化効率を向上させた窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置に関する。
一般に、エンジンから排気マニホールドを通じて排出される排気ガスは、排気パイプの途中に形成された触媒コンバータ(Catalytic converter)に誘導されて浄化され、マフラを通過しながら騒音が減殺された後、テールパイプを通じて大気中に放出される。触媒コンバータは、排気ガスに含まれている汚染物質を処理する。そして、排気パイプ上には、排気ガスに含まれている粒子状物質(PM)を捕集するための媒煙フィルターが装着される。
選択的触媒還元(Selective Catalytic Reduction;SCR)装置は、このような触媒コンバータの一形式である。選択的触媒還元(SCR)装置は、ウレア(Urea)、アンモニア(Ammonia)、一酸化炭素や炭化水素(Hydrocarbon;HC)などの還元剤が酸素と窒素酸化物中で窒素酸化物とよりよく反応するようにするという意味で、選択的触媒還元と言われている。
このような選択的触媒還元装置が装着された内燃機関の場合、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量によって燃料を連続的に追加噴射する。したがって、炭化水素のスリップが発生して、燃費が悪化する。
また、連続的に還元剤を供給する場合、酸化還元反応も連続的に起こるようになり、したがって、酸化還元反応時に発生する酸化熱によって、触媒の耐久性が悪化する。
特開平10−076159号公報
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を保存し、設定された周期で燃料を追加噴射して、前記保存された窒素酸化物を脱着することによって、窒素酸化物の浄化効率が向上した窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置を提供することにある。
このような目的を達成するための本発明は、排気ガスが流れる排気パイプ上に装着されている窒素酸化物低減触媒において、前記窒素酸化物低減触媒は、担体にコーティングされた第1、2触媒層を含み、前記第1触媒層は、排気ガスに近接して配置され、前記第2触媒層は、前記担体に近接して配置されて、前記第1触媒層は、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との酸化還元反応によって還元させて、前記窒素酸化物の他の一部は第2触媒層に拡散させ、前記第2触媒層は、前記拡散される窒素酸化物を保存し、設定された周期で追加噴射される燃料によって前記保存された窒素酸化物を脱着して、前記第1触媒層で還元されるようにすることを特徴とする。
前記第1触媒層は、ゼオライト触媒及び多孔性アルミナに担持された金属触媒のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする。
前記ゼオライト触媒は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも1つ以上の元素がイオン交換された触媒であることを特徴とする。
前記多孔性アルミナには、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも1つ以上の金属が担持されることを特徴とする。
前記第2触媒層は、貴金属及び窒素酸化物保存物質を含むことを特徴とする。
前記設定された周期は、前記第1触媒層で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記第2触媒層に保存された窒素酸化物が設定された値以上である場合に到来することを特徴とする。
前記追加噴射は、エンジンに装着されたインジェクターからの後噴射、または前記排気パイプに装着されたインジェクターからの2次噴射によって行われることを特徴とする。
前記窒素酸化物低減触媒の前方の排気パイプ上に位置するディーゼル燃料活性化物質をさらに含み、前記ディーゼル燃料活性化物質は、前記追加噴射された燃料を活性化することを特徴とする。
また、本発明は、排気ガスが流れる排気パイプ上に装着されている窒素酸化物低減触媒を含み、前記窒素酸化物低減触媒は、担体にコーティングされた第1、2触媒層を含み、前記第1触媒層は、排気ガスに近接して配置され、前記第2触媒層は、前記担体に近接して配置されて、前記排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部は、第1触媒層を通過しながら酸化され、酸化された窒素酸化物は、前記第2触媒層に保存され、前記第2触媒層に保存された窒素酸化物は、追加噴射された燃料との置換反応によって脱着され、脱着された窒素酸化物は、第1触媒層で前記追加噴射された燃料によって還元されることを特徴とする。
前記追加噴射による燃料の供給は、前記第1触媒層で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、窒素酸化物に対する炭化水素の比率が設定された比率以上になるように制御されることを特徴とする。
前記第1触媒層は、ゼオライト触媒及び多孔性アルミナに担持された金属触媒のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする。
前記ゼオライト触媒は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも1つ以上の元素がイオン交換された触媒であることを特徴とする。
前記多孔性アルミナには、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも1つ以上の金属が担持されることを特徴とする。
前記第2触媒層は、貴金属及び窒素酸化物保存物質を含むことを特徴とする。
前記追加噴射は、エンジンに装着されたインジェクターからの後噴射、または前記排気パイプに装着されたインジェクターからの2次噴射によって行われることを特徴とする。
前記窒素酸化物低減触媒の前方の前記排気パイプ上に位置するディーゼル燃料活性化物質をさらに含み、前記ディーゼル燃料活性化物質は、前記第1触媒層で起こる窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記追加噴射された燃料を活性化することを特徴とする。
前記ディーゼル燃料活性化物質の前方の前記排気パイプ上に位置する媒煙フィルターをさらに含み、前記媒煙フィルターは、排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集することを特徴とする。
前記窒素酸化物低減触媒の後方の前記排気パイプ上に位置する媒煙フィルターをさらに含み、前記媒煙フィルターは、排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集することを特徴とする。
本発明によれば、排気ガスに含まれている窒素酸化物を一時的に保存し、前記窒素酸化物を燃料の追加噴射によって周期的に脱着する。したがって、炭化水素のスリップを防止し、燃費が向上する。
また、燃料の追加噴射を周期的に行うことによって、酸化熱による触媒の耐久性の悪化が防止できる。
本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒を利用した排気装置を示す概略図である。 本発明の他の実施例による窒素酸化物低減触媒を利用した排気装置を示す概略図である。 本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒に窒素酸化物が保存されることを示した概略図である。 本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒で窒素酸化物が脱着されることを示す概略図である。 本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒で第1触媒層の構成を示す概略図である。
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図1及び図2は本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒を利用した排気装置を示した概略図である。
図1に示すように、内燃機関は、エンジン10、排気パイプ20、排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation;EGR)装置80、媒煙フィルター(Particulate Filter)30、窒素酸化物低減触媒40、そして制御部50を含む。
エンジン10は、燃料及び空気が混合された混合気を燃焼させて、化学的エネルギーを機械的エネルギーに変換する。エンジン10は、吸気マニホールド18に連結されて、燃焼室12の内部に空気が流入し、排気マニホールド16に連結されて、燃焼過程で発生した排気ガスが排気マニホールド16に集まった後で車両の外部に排出される。燃焼室12には第1インジェクター14が装着されていて、燃料を燃焼室12の内部に噴射する。
ここでは、ディーゼルエンジンを示したが、ガソリンエンジンを使用することもできる。ガソリンエンジンを使用する場合には、吸気マニホールド18を通じて混合気が燃焼室12の内部に流入し、燃焼室12の上部には、点火のための点火プラグ(図示せず)が装着される。
また、多様な圧縮比、好ましくは16.5以下の圧縮比を有するエンジンを使用することができる。
排気パイプ20は、排気マニホールド16に連結されて、排気ガスを車両の外部に排出させる。排気パイプ20上には媒煙フィルター30及び窒素酸化物低減触媒40が装着されていて、排気ガスに含まれている炭化水素、一酸化炭素、そして窒素酸化物などを除去する。
排気ガス再循環装置80は、排気パイプ20上に装着されて、エンジン10から排出される排気ガスが前記排気ガス再循環装置80を通過する。また、排気ガス再循環装置80は、吸気マニホールド18に連結されて、排気ガスの一部を空気に混合して、燃焼温度を制御する。このような燃焼温度の制御は、制御部50の制御によって吸気マニホールド18に供給される排気ガスの量を調節することによって行われる。
媒煙フィルター30は、排気ガス再循環装置80の後方の排気パイプ20に装着されて、排気パイプ20を通じて排出される排気ガスに含まれている粒子状物質(Particulate Materials;PM)を捕集する。また、媒煙フィルター30の前端部には酸化触媒(Oxidation Catalyst)32がコーティングされていて、排気ガスに含まれている炭化水素及び一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させ、排気ガスに含まれている一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させる。
ここでは、酸化触媒32が媒煙フィルター30の前端部にコーティングされていることを示したが、これに限定されない。即ち、酸化触媒32が媒煙フィルター30の全領域にコーティングされていてもよく、一定の領域に多くコーティングされていてもよい。また、酸化触媒32がコーティングされていない媒煙フィルター30を使用することもできる。
一方、媒煙フィルター30の前端部及び後端部には差圧センサー55が装着されている。差圧センサー55は、媒煙フィルター30の前端部及び後端部の圧力差を測定して、これに対する信号を制御部50に伝達する。制御部50は、差圧センサー55で測定された圧力差が設定値以上である場合に、媒煙フィルター30を再生するように制御する。この場合、第1インジェクター14またはエンジン10に装着された別途のインジェクターから燃料を後噴射することによって、媒煙フィルター30の内部に捕集されたスーツ(soot)を燃焼させることができる。
媒煙フィルター30の後方の排気パイプ20上には炭化水素センサー60及び第2インジェクター70が装着されている。
炭化水素センサー60は、排気ガスに含まれている炭化水素の量を測定して、これに対する信号を制御部50に伝達する。ここで、炭化水素は、排気ガス及び燃料に含まれている炭素及び水素から構成された化合物を全て示すものとする。
第2インジェクター70は、制御部50に電気的に連結されて、制御部50の制御によって排気パイプ20内に燃料の2次噴射を行う。ここでは、排気パイプ20上に別の第2インジェクター70が設置されていることを例示したが、これに限定されない。即ち、エンジン10に別の第2インジェクター70を設置して追加噴射を行うこともでき、第1インジェクター14で後噴射を行うこともできる。
窒素酸化物低減触媒40は、第2インジェクター70の後方の排気パイプ20上に装着されて、排気ガスに含まれている窒素酸化物を保存し、燃料の追加噴射によって保存された窒素酸化物を脱着して還元反応を進めることにより、排気ガスに含まれている窒素酸化物を浄化する。
窒素酸化物低減触媒40の前端部にはディーゼル燃料活性化(Diesel Fuel Activation;DFA)物質42がコーティングされている。ここでは、窒素酸化物低減触媒40内にディーゼル燃料活性化物質42が具備されたことを例示したが、ディーゼル燃料活性化物質42を窒素酸化物低減触媒40の外部に具備することもできる。
ディーゼル燃料活性化物質42は、触媒反応によって燃料内に含まれている炭素化合物のチェーン環を切って分解させる。即ち、ディーゼル燃料活性化物質42は、燃料を分解するサーマルクラッキング(Thermal Cracking)機能によって炭化水素を構成する連結環を切って分解する。
サーマルクラッキングは、下記のような手順で進められる。
1634→2n−C17*→n−C13*→n−C*→C*→C
1634→8C+H
ここで、*はラジカルを意味する。
また、ディーゼル燃料活性化物質42は、炭化水素のうちの一部を酸素と結合された炭化水素に変換して、追加噴射された燃料を活性化する。
窒素酸化物低減触媒40の前方または後方には窒素保存量センサー65が装着されていて、窒素酸化物低減触媒40に保存された窒素酸化物の量を検出して、これに対する信号を制御部50に伝達する。一方、窒素保存量センサー65を使用する代わりに、実験値によって定められたマップから窒素酸化物の保存量を予測することもできる。
制御部50は、各センサー60、65から検出された信号に基づいて燃料の追加噴射量及び追加噴射時期を制御することによって、窒素酸化物低減触媒40に保存された窒素酸化物を脱着する。一例として、制御部50は、窒素酸化物低減触媒40に保存された窒素酸化物が設定された値以上である場合に、燃料を追加噴射するように制御する。
また、制御部50は、窒素酸化物低減触媒40で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、排気ガス内で窒素酸化物に対する炭化水素の比率が設定された比率以上になるように制御する。設定された比率は、8である。
一方、図2に示したように、エンジン10、EGR装置80、第2インジェクター70、窒素酸化物低減触媒40、そして媒煙フィルター30が順次に配置されてもよい。
以下、図3乃至図5を参照して、窒素酸化物低減触媒40についてより詳細に説明する。
図3は本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒に窒素酸化物が保存されることを示した概略図であり、図4は本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒から窒素酸化物が脱着されることを示した概略図であり、図5は本発明の実施例による窒素酸化物低減触媒で第1触媒層の構成を示した概略図である。
図3及び図4に示すように、窒素酸化物低減触媒40は、担体にコーティングされた第1、2触媒層44、46を含む。第1触媒層44は、排気ガスに近接して配置され、第2触媒層46は、担体に近接して配置される。
第1触媒層44は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を酸化させ、酸化された窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との酸化還元反応によって還元させる。また、酸化された窒素酸化物の他の一部は第2触媒層46に拡散される。第1触媒層44は、図5に示すように、ゼオライト触媒112及び多孔性アルミナに担持された金属触媒114のうちの少なくとも1つを含む。
ゼオライト触媒112は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも1つ以上の元素がイオン交換された触媒である。ゼオライト触媒112で起こる化学反応は、下記の通りである。
Z−Cu2++NO→Z−Cu2+(NO2ads→Z−Cu2++NO
+NO→Z(NO ads→Z+NO
Z−Cu2+(NO ads+NO→Z−Cu2+(N ads→Z−Cu2++N+O
Z−H+C2n→Z−C2n+1 →n(Z−H)+C2n
mNO+C2n+→C2n2m→N+CO+H
ここで、Zはゼオライトを意味し、下付けadsは吸着を意味する。
また、多孔性アルミナに担持された金属触媒114としては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも1つ以上の金属を使用することができる。多孔性アルミナに担持された金属触媒114で起こる化学反応は、下記の通りである。
NO+O→(NOads
THC+(NOads→THC−ONO or THC−NO
THC−NO→THC−NCO
THC−NCO+NO+O→N+CO+H
ここで、THCは炭化水素を意味する。先に述べた通り、炭化水素は、排気ガス及び燃料に含まれている炭素及び水素から構成された化合物を全て示すものとする。
第2触媒層46は、第1触媒層44に拡散される窒素酸化物を保存し、設定された周期で追加噴射される燃料によって保存された窒素酸化物を脱着して、第1触媒層44で還元されるようにする。先に述べた通り、設定された周期は、第1触媒層44で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、第2触媒層46に保存された窒素酸化物が設定された値以上である場合に到来する。
第2触媒層46は、貴金属108及び窒素酸化物保存物質106を含む。窒素酸化物保存物質106としては、酸化バリウム(BaO)を使用することができる。貴金属108は、窒素酸化物保存物質106が窒素酸化物を保存するのを促進させる。貴金属108としては、白金、パラジウムなどの多様な金属物質を使用することができる。
以下、本発明の作動原理について詳細に説明する。
窒素酸化物保存モード
第2触媒層46に保存された窒素酸化物が少ない場合には、排気ガスに含まれている窒素酸化物は第1触媒層44で酸化される。酸化された窒素酸化物の一部は、排気ガスに含まれている炭化水素と酸化還元反応して、窒素気体に還元される。この過程で、排気ガスに含まれている炭化水素は、二酸化炭素に酸化される。第1触媒層44で起こる反応は、下記の式のように簡略に示される。
NO+1/2O→NO
NO+HC→1/2N+CO
また、酸化された窒素酸化物の他の一部及び排気ガスに含まれている窒素酸化物は、第2触媒層46に拡散されて保存される。この時、第2触媒層46の貴金属108は、窒素酸化物保存物質106が窒素酸化物を保存するのを促進させる。第2触媒層46で起こる反応は、下記の式のように簡略に示される。
BaO+2NO+1/2O→Ba(NO
窒素酸化物再生モード
第2触媒層46に保存された窒素酸化物が設定された値以上である場合には、制御部50は、燃料の追加噴射を行う。追加噴射された燃料は、ディーゼル燃料活性化物質42を通過し、この過程で燃料が低分子の炭化水素に変換される。また、低分子の炭化水素の一部は、酸素と結合された炭化水素に変換されて、窒素酸化物低減触媒40を通過する。
この時、第2触媒層46では、窒素酸化物が前記炭化水素との置換反応によって脱着され、これは下記の式のように簡略に示される。
Ba(NO+3CO→BaCO+2NO+2CO
また、第1触媒層44では、脱着された窒素酸化物及び炭化水素/酸素と結合した炭化水素の間の酸化還元反応によって、窒素酸化物は窒素気体に還元され、炭化水素/酸素と結合した炭化水素は二酸化炭素に酸化される。これは下記の式のように簡略に示される。
NO+HC/OxygenatedHC=1/2N+CO
したがって、排気ガスに含まれている窒素酸化物及び炭化水素が浄化される。
本発明の実施例では、燃料の追加噴射が連続的に行われる代わりに、設定された周期で燃料の追加噴射が行われる。したがって、炭化水素のスリップが防止されて、燃費が向上する。
以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
10 エンジン
12 燃焼室
14 第1インジェクター
16 排気マニホールド
18 吸気マニホールド
20 排気パイプ
30 煤煙フィルター
32 酸化触媒
40 窒素酸化物低減触媒
42 ディーゼル燃料活性化物質
44、46 第1、2触媒層
50 制御部
55 差圧センサー
60 炭化水素センサー
65 窒素保存量センサー
70 第2インジェクター
80 排気ガス再循環装置(EGR装置)

Claims (18)

  1. 排気ガスが流れる排気パイプ上に装着されている窒素酸化物低減触媒において、
    前記窒素酸化物低減触媒は、担体にコーティングされた第1、2触媒層を含み、前記第1触媒層は、排気ガスに近接して配置され、前記第2触媒層は、前記担体に近接して配置されて、
    前記第1触媒層は、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との酸化還元反応によって還元させて、前記窒素酸化物の他の一部は第2触媒層に拡散させ、
    前記第2触媒層は、前記拡散される窒素酸化物を保存し、設定された周期で追加噴射される燃料によって前記保存された窒素酸化物を脱着して、前記第1触媒層で還元されるようにすることを特徴とする窒素酸化物低減触媒。
  2. 前記第1触媒層は、ゼオライト触媒及び多孔性アルミナに担持された金属触媒のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物低減触媒。
  3. 前記ゼオライト触媒は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも1つ以上の元素がイオン交換された触媒であることを特徴とする請求項2に記載の窒素酸化物低減触媒。
  4. 前記多孔性アルミナには、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも1つ以上の金属が担持されることを特徴とする請求項2に記載の窒素酸化物低減触媒。
  5. 前記第2触媒層は、貴金属及び窒素酸化物保存物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物低減触媒。
  6. 前記設定された周期は、前記第1触媒層で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記第2触媒層に保存された窒素酸化物が設定された値以上である場合に到来することを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物低減触媒。
  7. 前記追加噴射は、エンジンに装着されたインジェクターからの後噴射、または前記排気パイプに装着されたインジェクターからの2次噴射によって行われることを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物低減触媒。
  8. 前記窒素酸化物低減触媒の前方の排気パイプ上に位置するディーゼル燃料活性化物質をさらに含み、
    前記ディーゼル燃料活性化物質は、前記追加噴射された燃料を活性化することを特徴とする請求項7に記載の窒素酸化物低減触媒。
  9. 排気ガスが流れる排気パイプ上に装着されている窒素酸化物低減触媒を含み、
    前記窒素酸化物低減触媒は、担体にコーティングされた第1、2触媒層を含み、前記第1触媒層は、排気ガスに近接して配置され、前記第2触媒層は、前記担体に近接して配置されて、
    前記排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部は、第1触媒層を通過しながら酸化され、酸化された窒素酸化物は、前記第2触媒層に保存され、
    前記第2触媒層に保存された窒素酸化物は、追加噴射された燃料との置換反応によって脱着され、
    脱着された窒素酸化物は、第1触媒層で前記追加噴射された燃料によって還元されることを特徴とする排気装置。
  10. 前記追加噴射による燃料の供給は、前記第1触媒層で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、窒素酸化物に対する炭化水素の比率が設定された比率以上になるように制御されることを特徴とする請求項9に記載の排気装置。
  11. 前記第1触媒層は、ゼオライト触媒及び多孔性アルミナに担持された金属触媒のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項9に記載の排気装置。
  12. 前記ゼオライト触媒は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも1つ以上の元素がイオン交換された触媒であることを特徴とする請求項11に記載の排気装置。
  13. 前記多孔性アルミナには、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも1つ以上の金属が担持されることを特徴とする請求項11に記載の排気装置。
  14. 前記第2触媒層は、貴金属及び窒素酸化物保存物質を含むことを特徴とする請求項9に記載の排気装置。
  15. 前記追加噴射は、エンジンに装着されたインジェクターからの後噴射、または前記排気パイプに装着されたインジェクターからの2次噴射によって行われることを特徴とする請求項9に記載の排気装置。
  16. 前記窒素酸化物低減触媒の前方の前記排気パイプ上に位置するディーゼル燃料活性化物質をさらに含み、
    前記ディーゼル燃料活性化物質は、前記第1触媒層で起こる窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記追加噴射された燃料を活性化することを特徴とする請求項15に記載の排気装置。
  17. 前記ディーゼル燃料活性化物質の前方の前記排気パイプ上に位置する媒煙フィルターをさらに含み、
    前記媒煙フィルターは、排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集することを特徴とする請求項16に記載の排気装置。
  18. 前記窒素酸化物低減触媒の後方の前記排気パイプ上に位置する媒煙フィルターをさらに含み、
    前記媒煙フィルターは、排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集することを特徴とする請求項16に記載の排気装置。
JP2009208125A 2009-03-09 2009-09-09 窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置 Expired - Fee Related JP5376519B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090019868A KR101448734B1 (ko) 2009-03-09 2009-03-09 질소 산화물 저감 촉매 및 이를 이용한 배기 장치
KR10-2009-0019868 2009-03-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010209905A JP2010209905A (ja) 2010-09-24
JP5376519B2 true JP5376519B2 (ja) 2013-12-25

Family

ID=42332492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009208125A Expired - Fee Related JP5376519B2 (ja) 2009-03-09 2009-09-09 窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8128880B2 (ja)
EP (1) EP2230002B1 (ja)
JP (1) JP5376519B2 (ja)
KR (1) KR101448734B1 (ja)
CN (1) CN101829595B (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110023158A (ko) * 2009-08-28 2011-03-08 현대자동차주식회사 배기 시스템
US9109491B2 (en) * 2011-02-07 2015-08-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purification system of internal combustion engine
KR101338068B1 (ko) 2011-11-28 2013-12-06 현대자동차주식회사 Sdpf 및 그 제조방법
SE537367C2 (sv) * 2012-12-14 2015-04-14 Scania Cv Ab Katalysator för behandling av avgaser och ett avgassystem som innefattar en sådan katalysator
US9266092B2 (en) 2013-01-24 2016-02-23 Basf Corporation Automotive catalyst composites having a two-metal layer
GB201405868D0 (en) * 2014-04-01 2014-05-14 Johnson Matthey Plc Diesel oxidation catalyst with NOx adsorber activity
DE102014118813A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Tenneco Gmbh AGR-System mit Partikelfilter für Ottomotor
JP6887385B2 (ja) * 2015-03-30 2021-06-16 ビーエーエスエフ コーポレーション リーンエンジン排気のための端部被覆を有する触媒式フィルタ
WO2016205441A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 Johnson Matthey Public Limited Company Nh3 overdosing-tolerant scr catalyst
FR3043570B1 (fr) * 2015-11-13 2020-08-07 Ifp Energies Now Fluide pour la depollution des moteurs thermiques et modes de preparation desdits fluides par emulsification
EP3444030B1 (en) * 2016-04-13 2020-07-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system
GB201608643D0 (en) * 2016-05-17 2016-06-29 Thermo Fisher Scient Bremen Elemental analysis system and method
CN109174122B (zh) * 2018-10-31 2021-11-23 浙江工业大学 一种长针海胆状PdCuIr氮还原电催化剂及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0664147B1 (en) * 1994-01-20 1998-07-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Catalyst for purifying exhaust gases
JP3532979B2 (ja) * 1994-11-25 2004-05-31 株式会社豊田中央研究所 排ガス浄化用触媒
US6471924B1 (en) * 1995-07-12 2002-10-29 Engelhard Corporation Method and apparatus for NOx abatement in lean gaseous streams
JP3956437B2 (ja) 1996-09-26 2007-08-08 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒
US6221804B1 (en) * 1998-01-27 2001-04-24 Mazda Motor Corporation Catalyst for purifying exhaust gas and manufacturing method thereof
DE19854794A1 (de) 1998-11-27 2000-05-31 Degussa Katalysator für die Reinigung der Abgase eines Dieselmotors
US6615580B1 (en) * 1999-06-23 2003-09-09 Southwest Research Institute Integrated system for controlling diesel engine emissions
JP3680258B2 (ja) * 2000-02-25 2005-08-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE10054877A1 (de) * 2000-11-06 2002-05-29 Omg Ag & Co Kg Abgasreinigungsanlage für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden unter mageren Abgasbedingungen und Verfahren zur Abgasreinigung
JP4189337B2 (ja) * 2003-03-07 2008-12-03 本田技研工業株式会社 排ガス浄化システム
DE10315593B4 (de) * 2003-04-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
US7735313B2 (en) * 2005-01-31 2010-06-15 Isuzu Motors Limited Method of raising temperature in exhaust-gas purifier and exhaust-gas purification system
JP2006233774A (ja) * 2005-02-22 2006-09-07 Toyota Motor Corp 排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法
JP4294041B2 (ja) 2006-07-31 2009-07-08 本田技研工業株式会社 NOx浄化触媒
JP4463248B2 (ja) 2006-07-31 2010-05-19 本田技研工業株式会社 NOx低減化システムの制御方法
KR100836367B1 (ko) * 2006-11-21 2008-06-09 현대자동차주식회사 디젤엔진의 입자상물질과 질소산화물 저감을 위한 정화장치
JP5122196B2 (ja) * 2007-07-17 2013-01-16 本田技研工業株式会社 NOx浄化触媒
CN102811810A (zh) * 2010-03-24 2012-12-05 丰田自动车株式会社 废气净化用催化剂

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100101400A (ko) 2010-09-17
EP2230002B1 (en) 2017-05-03
US8128880B2 (en) 2012-03-06
KR101448734B1 (ko) 2014-10-08
CN101829595A (zh) 2010-09-15
US20100223919A1 (en) 2010-09-09
EP2230002A1 (en) 2010-09-22
JP2010209905A (ja) 2010-09-24
CN101829595B (zh) 2014-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5376519B2 (ja) 窒素酸化物低減触媒及びこれを利用した排気装置
KR100910038B1 (ko) 내연기관의 배기정화장치
JP4270224B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR101048112B1 (ko) 내연 기관의 배기 가스 정화 장치 및 이의 탈황 방법
KR101091626B1 (ko) 배기 가스 내의 질소 산화물 정화 방법 및 이 방법을 실행하는 배기 장치
KR101317411B1 (ko) 매연 필터 재생 시스템 및 그 방법
KR101189241B1 (ko) 질소산화물 저감 촉매의 재생 예측 방법 및 이를 이용한 배기 장치
JP5600422B2 (ja) 排気システム
JP5676093B2 (ja) 排気システム
KR20200054572A (ko) 배출 가스 정화 장치
KR101416352B1 (ko) 디젤 연료분해 촉매 및 이를 구비한 질소산화물 흡장 촉매
KR101091633B1 (ko) 질소 산화물 저감 촉매 및 이를 이용한 배기 장치
KR101091625B1 (ko) 배기 시스템
KR101091628B1 (ko) 배기 시스템
JP2011069270A (ja) 排気浄化装置
KR20000046777A (ko) 희박연소자동차의 배기후처리장치
KR20060014706A (ko) 삼원 촉매 변환기 및 이를 이용한 배기가스 제거방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120713

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130726

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130910

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130918

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5376519

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees