JP5778951B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
<第1の実施の形態>
図1に示すように、ディーゼルエンジン11の吸気ポートには吸気マニホルド12を介して吸気管13が接続され、排気ポートには排気マニホルド14を介して排気管16が接続される。吸気管13には、ターボ過給機17のコンプレッサハウジング17aと、ターボ過給機17により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ18とがそれぞれ設けられ、排気管16にはターボ過給機17のタービンハウジング17bが設けられる。コンプレッサハウジング17aにはコンプレッサ回転翼(図示せず)が回転可能に収容され、タービンハウジング17bにはタービン回転翼(図示せず)が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト(図示せず)により連結され、エンジン11から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管13内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O …(2)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O …(3)
この結果、排ガスの高温域における排ガス中のNOxの低減効率を向上できる。
図2は本発明の第2の実施の形態を示す。図2において図1と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第3選択還元型触媒23より排ガス下流側の排気管16に白金ゼオライトや白金アルミナ等の貴金属系触媒からなる第4選択還元型触媒54が設けられる。この第4選択還元型触媒54は排気管16より大径のケース55に収容される。また第4選択還元型触媒54はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に白金ゼオライト又は白金アルミナ等の貴金属触媒をコーティングして構成される。具体的には、白金ゼオライトからなる第4選択還元型触媒54は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また白金アルミナからなる第4選択還元型触媒54は、白金を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O …(2)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O …(3)
この結果、排ガスの高温域における排ガス中のNOxの低減効率を向上できる。更に補助液体噴射ノズル56から噴射された炭化水素系液体25が第4選択還元型触媒54に流入すると、この炭化水素系液体25は排ガス温度300℃未満の低温域における第4選択還元型触媒54上でのNOx低減に寄与することができる。この結果、排ガスの低温域から高温域の幅広い温度域にわたってNOxを大幅に低減できる。また第3選択還元型触媒23から余剰の炭化水素系液体25、アルデヒド類、アンモニアが排出された場合、これらの余剰分は第4選択還元型触媒54で酸化されるため、大気中に排出されることはない。
図3は本発明の第3の実施の形態を示す。図3において図1と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第3選択還元型触媒23より排ガス下流側の排気管16に酸化触媒81が設けられ、この酸化触媒81より排ガス下流側にパティキュレートフィルタ82が設けられる。上記酸化触媒81及びパティキュレートフィルタ82は第1〜第3選択還元型触媒21〜23とともに、排気管16より大径のケース83に収容される。また酸化触媒81はモノリス触媒であって、コージェライト製のハニカム担体に白金ゼオライト、白金アルミナ、又は白金−パラジウムアルミナ等の貴金属系触媒をコーティングして構成される。具体的には、白金ゼオライトからなる酸化触媒81は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。また白金アルミナからなる酸化触媒81は、白金を担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。更に白金−パラジウムアルミナからなる酸化触媒81は、白金及びパラジウムを担持させたγ−アルミナ粉末又はθ−アルミナ粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして構成される。
<実施例1>
図1に示すように、排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジン11の排気管16に、排ガス上流側から順に第1選択還元型触媒21、第2選択還元型触媒22及び第3選択還元型触媒23を設けた。また第1選択還元型触媒21より排ガス上流側の排気管16に、炭化水素系液体25を噴射する液体噴射ノズル26を設けた。なお、第1及び第3選択還元型触媒21,23は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。また第2選択還元型触媒22は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銀系の触媒であった。この排ガス浄化装置を実施例1とした。
図2に示すように、排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジン11の排気管16に、排ガス上流側から順に第1選択還元型触媒21、第2選択還元型触媒22、第3選択還元型触媒及び第4選択還元型触媒を設けた。また第1選択還元型触媒21より排ガス上流側の排気管16に、炭化水素系液体25を噴射する液体噴射ノズル26を設けた。更に第3選択還元型触媒23と第4選択還元型触媒54との間の排気管16に、炭化水素系液体25を噴射する補助液体噴射ノズル56を設けた。なお、第1及び第3選択還元型触媒21,23としては実施例1と同一の銅系の触媒を用い、第2選択還元型触媒22としては実施例1と同一の銀系の触媒を用いた。また第4選択還元型触媒54としては、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した白金系の触媒を用いた。この排ガス浄化装置を実施例2とした。
排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジンの排気管に、第1選択還元型触媒を設けた。また第1選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に、炭化水素系液体を噴射する液体噴射ノズルを設けた。なお、第1選択還元型触媒は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。この排ガス浄化装置を比較例1とした。
排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジン11の排気管に、排ガス上流側から順に第1選択還元型触媒及び第2選択還元型触媒を設けた。また第1選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に、炭化水素系液体を噴射する液体噴射ノズルを設けた。なお、第1選択還元型触媒は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。また第2選択還元型触媒は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銀系の触媒であった。この排ガス浄化装置を比較例2とした。
排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジンの排気管に、第4選択還元型触媒を設けた。また第4選択還元型触媒より排ガス上流側の排気管に、炭化水素系液体を噴射する液体噴射ノズルを設けた。なお、第4選択還元型触媒は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した白金系の触媒であった。この排ガス浄化装置を比較例3とした。
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、排ガス温度を室温から600℃まで徐々に上昇させたときの、実施例1、比較例1及び比較例2の排ガス浄化装置によるNOx低減率を測定した。その結果を図5(a)に示す。また、実施例1の第1及び第2選択還元型触媒を通過した直後の排ガスに含まれるホルムアルデヒドの量をそれぞれ測定した。その結果を図5(b)に示す。また実施例1の第1及び第2選択還元型触媒を通過した直後の排ガスに含まれるアセトアルデヒドの量をそれぞれ測定した。その結果を図5(c)に示す。更に実施例1の第1及び第2選択還元型触媒を通過した直後の排ガスに含まれるアンモニアの量をそれぞれ測定した。その結果を図5(d)に示す。
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、排ガス温度を室温から600℃まで徐々に上昇させたときの、実施例2及び比較例3の排ガス浄化装置によるNOx低減率を測定した。その結果を図6(a)に示す。また、実施例2及び比較例3の第4選択還元型触媒を通過した直後の排ガスに含まれるホルムアルデヒドの量をそれぞれ測定した。その結果を図6(b)に示す。また、実施例2及び比較例3の第4選択還元型触媒を通過した直後の排ガスに含まれるアセトアルデヒドの量をそれぞれ測定した。その結果を図6(c)に示す。更に、実施例2及び比較例3の第4選択還元型触媒を通過した直後の排ガスに含まれるアンモニアの量をそれぞれ測定した。その結果を図6(d)に示す。
図3に示すように、排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジン11の排気管16に、排ガス上流側から順に第1選択還元型触媒21、第2選択還元型触媒22、第3選択還元型触媒23、酸化触媒81及びパティキュレートフィルタ82を設けた。また第1選択還元型触媒21より排ガス上流側の排気管16に、炭化水素系液体25を噴射する液体噴射ノズル26を設けた。なお、第1及び第3選択還元型触媒21,23は、銅をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銅系の触媒であった。また第2選択還元型触媒22は、銀をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した銀系の触媒であった。また酸化触媒81としては、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した白金系の触媒を用いた。更にパティキュレートフィルタ82としては、図4に示すように、コージェライトのようなセラミックからなる多孔質の隔壁82aで仕切られた多角形断面を有し、これらの隔壁82aにより多数の互いに平行に形成された貫通孔82bの相隣接する入口部82cと出口部82dを封止部材82eにより交互に封止したものを用いた。この排ガス浄化装置を実施例3とした。
排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジンの排気管に、パティキュレートフィルタを設けなかったこと以外は、実施例3の排ガス浄化装置と同様に排ガス浄化装置を構成した。この排ガス浄化装置を比較例4とした。
エンジンの回転速度及び負荷を変化させて、排ガス温度を室温から600℃まで徐々に上昇させたときの、実施例3及び比較例4の排ガス浄化装置から排出されたパティキュレート量をそれぞれ測定した。その結果を図7に示す。
16 排気管
21 第1選択還元型触媒
22 第2選択還元型触媒
23 第3選択還元型触媒
25 炭化水素系液体
26 液体噴射ノズル
27 炭化水素系液体供給手段
31 液体噴射量調整弁
38 コントローラ
41 第1温度センサ
42 第2温度センサ
54 第4選択還元型触媒
56 補助液体噴射ノズル
57 補助炭化水素系液体供給手段
61 補助液体噴射量調整弁
73 第3温度センサ
81 酸化触媒
82 パティキュレートフィルタ
Claims (6)
- エンジン(11)の排気管(16)に設けられ銅系触媒、鉄系触媒、亜鉛系触媒又はコバルト系触媒からなる第1選択還元型触媒(21)と、
前記第1選択還元型触媒(21)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられ銀系触媒からなる第2選択還元型触媒(22)と、
前記第2選択還元型触媒(22)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられ銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第3選択還元型触媒(23)と、
前記第1選択還元型触媒(21)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられ前記第1選択還元型触媒(21)に向けて炭化水素系液体(25)を噴射可能な液体噴射ノズル(26)と、
前記液体噴射ノズル(26)に液体噴射量調整弁(31)を介して前記液体(25)を供給する炭化水素系液体供給手段(27)と、
前記第1選択還元型触媒(21)に関係する排ガスの温度を検出する第1温度センサ(41)と、
前記第2選択還元型触媒(22)に関係する排ガスの温度を検出する第2温度センサ(42)と、
前記第1及び第2温度センサ(41,42)の各検出出力に基づいて前記液体噴射量調整弁(31)を制御するコントローラ(38)と
を備えた排ガス浄化装置であって、
前記炭化水素系液体供給手段(27)が、前記炭化水素系液体(25)が貯留されたタンク(29)と、前記液体噴射ノズル(26)から噴射される前記炭化水素系液体(25)の噴射量を調整する液体噴射量調整弁(31)と、前記タンク(29)内の前記炭化水素系液体(25)を前記液体噴射ノズル(26)に供給可能なポンプ(30)とを有し、
前記液体噴射量調整弁(31)が、前記液体噴射ノズル(26)への前記炭化水素系液体(25)の供給圧力を調整する圧力調整弁(32)と、前記液体噴射ノズル(26)を開閉するノズル開閉弁(33)とからなり、
前記第1選択還元型触媒(21)に関係する排ガスの温度が250〜500℃の範囲内にあることを前記第1温度センサ(41)が検出するか、又は前記第2選択還元型触媒(22)に関係する排ガスの温度が250〜500℃の範囲内にあることを前記第2温度センサ(42)が検出したときに、前記コントローラ(38)が前記炭化水素系液体供給手段(27)の前記ポンプ(30)を作動させ、前記圧力調整弁(32)をオンし、かつ前記ノズル開閉弁(33)のオンオフを繰返すことにより、前記液体噴射ノズル(26)から前記炭化水素系液体(25)を間欠的に噴射し、
前記第1選択還元型触媒(21)に関係する排ガスの温度が250〜500℃の範囲外にあることを前記第1温度センサ(41)が検出し、かつ前記第2選択還元型触媒(22)に関係する排ガスの温度が250〜500℃の範囲外にあることを前記第2温度センサ(42)が検出したときに、前記コントローラ(38)が前記炭化水素系液体供給手段(27)の前記ポンプ(30)を作動させず、前記圧力調整弁(32)をオフにし、かつ前記ノズル開閉弁(33)をオフにすることにより、前記液体噴射ノズル(26)から前記炭化水素系液体(25)を噴射しないように構成されたことを特徴とする排ガス浄化装置。 - エンジン(11)の排気管(16)に設けられ銅系触媒、鉄系触媒、亜鉛系触媒又はコバルト系触媒からなる第1選択還元型触媒(21)と、
前記第1選択還元型触媒(21)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられ銀系触媒からなる第2選択還元型触媒(22)と、
前記第2選択還元型触媒(22)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられ銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第3選択還元型触媒(23)と、
前記第1選択還元型触媒(21)より排ガス上流側の前記排気管(16)に設けられ前記第1選択還元型触媒(21)に向けて炭化水素系液体(25)を噴射可能な液体噴射ノズル(26)と、
前記液体噴射ノズル(26)に液体噴射量調整弁(31)を介して前記液体(25)を供給する炭化水素系液体供給手段(27)と、
前記第1選択還元型触媒(21)に関係する排ガスの温度を検出する第1温度センサ(41)と、
前記第2選択還元型触媒(22)に関係する排ガスの温度を検出する第2温度センサ(42)と、
前記第1及び第2温度センサ(41,42)の各検出出力に基づいて前記液体噴射量調整弁(31)を制御するコントローラ(38)と
を備えた排ガス浄化装置であって、
前記第3選択還元型触媒(23)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられ白金系触媒からなる第4選択還元型触媒(54)と、
前記第3選択還元型触媒(23)と前記第4選択還元型触媒(54)との間の前記排気管(16)に設けられ前記第4選択還元型触媒(54)に向けて炭化水素系液体(25)を噴射可能な補助液体噴射ノズル(56)と、
前記補助液体噴射ノズル(56)に補助液体噴射量調整弁(61)を介して前記液体(25)を供給する補助炭化水素系液体供給手段(57)と、
前記第4選択還元型触媒(54)に関係する排ガスの温度を検出する第3温度センサ(73)と
を更に備え、
前記炭化水素系液体供給手段(27)が、前記炭化水素系液体(25)が貯留されたタンク(29)と、前記液体噴射ノズル(26)から噴射される前記炭化水素系液体(25)の噴射量を調整する液体噴射量調整弁(31)と、前記タンク(29)内の前記炭化水素系液体(25)を前記液体噴射ノズル(26)に供給可能なポンプ(30)とを有し、
前記液体噴射量調整弁(31)が、前記液体噴射ノズル(26)への前記炭化水素系液体(25)の供給圧力を調整する圧力調整弁(32)と、前記液体噴射ノズル(26)を開閉するノズル開閉弁(33)とからなり、
前記補助炭化水素系液体供給手段(57)が、前記炭化水素系液体(25)の噴射量を調整する補助液体噴射量調整弁(61)を有し、
前記補助液体噴射量調整弁(61)が、前記補助液体噴射ノズル(56)への前記炭化水素系液体(25)の供給圧力を調整する補助圧力調整弁(62)と、前記補助液体噴射ノズル(56)を開閉する補助ノズル開閉弁(63)とからなり、
排ガス温度が150℃未満と極めて低い温度を前記第1温度センサ(41)、前記第2温度センサ(42)及び前記第3温度センサ(73)が検出したとき、前記コントローラ(38)が、前記炭化水素系液体供給手段(27)の前記ポンプ(30)を不作動状態にし、前記圧力調整弁(32)及び前記ノズル開閉弁(33)をオフにして、前記液体噴射ノズル(26)から前記炭化水素系液体(25)を噴射しない状態に保つとともに、前記補助圧力調整弁(62)及び前記補助ノズル開閉弁(63)をオフにして、前記補助液体噴射ノズル(56)から前記炭化水素系液体(25)を噴射しない状態に保ち、
排ガス温度が150〜250℃の低温域になったことを前記第1温度センサ(41)、前記第2温度センサ(42)及び前記第3温度センサ(73)が検出したときに、前記コントローラ(38)が、前記炭化水素系液体供給手段(27)の前記ポンプ(30)を作動させ、前記圧力調整弁(32)をオンし、かつ前記ノズル開閉弁(33)のオンオフを繰返して、前記液体噴射ノズル(26)から少量の前記炭化水素系液体(25)を間欠的に噴射するとともに、前記補助圧力調整弁(62)をオンし、かつ前記補助ノズル開閉弁(63)のオンオフを繰返して、前記補助液体噴射ノズル(56)から少量の前記炭化水素系液体(25)を間欠的に噴射し、
排ガス温度が250〜300℃の高温域になったことを前記第1温度センサ(41)、前記第2温度センサ(42)及び前記第3温度センサ(73)が検出したときに、前記コントローラ(38)が、前記圧力調整弁(32)及び前記ノズル開閉弁(33)を制御して、前記液体噴射ノズル(26)から多量の炭化水素系液体(25)を間欠的に噴射するとともに、前記補助圧力調整弁(62)及び前記補助ノズル開閉弁(63)を制御して、前記補助液体噴射ノズル(56)から少量の炭化水素系液体(25)を間欠的に噴射し、
排ガス温度が300〜500℃の更に高温域になったことを前記第1温度センサ(41)、前記第2温度センサ(42)及び前記第3温度センサ(73)が検出したときに、前記コントローラ(38)が、前記圧力調整弁(32)及び前記ノズル開閉弁(33)を制御して、前記液体噴射ノズル(26)から多量の炭化水素系液体(25)を間欠的に噴射するとともに、前記補助圧力調整弁(62)及び前記補助ノズル開閉弁(63)を制御して、前記補助液体噴射ノズル(56)からの炭化水素系液体(25)の噴射を停止するように構成されたことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 前記第3選択還元型触媒(23)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられた酸化触媒(81)と、前記酸化触媒(81)より排ガス下流側に設けられたパティキュレートフィルタ(82)とを更に備えた請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記第1選択還元型触媒(21)がハニカム担体に銅ゼオライト、銅アルミナ、鉄ゼオライト、亜鉛ゼオライト又はコバルトゼオライトをコーティングして構成され、前記第2選択還元型触媒(22)がハニカム担体に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして構成され、前記第3選択還元型触媒(23)がハニカム担体に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして構成された請求項1ないし3いずれか1項に記載の排ガス浄化装置。
- 前記第4選択還元型触媒(54)がハニカム担体に貴金属系触媒をコーティングして構成された請求項2記載の排ガス浄化装置。
- 前記酸化触媒(81)がハニカム担体に貴金属系触媒をコーティングして構成された請求項3記載の排ガス浄化装置。
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