JP6058878B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
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2選択還元型触媒22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3選択還元型触媒53が設けられる。この第3選択還元型触媒53は排気管16より大径のケース54に収容される。また第3選択還元型触媒53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3選択還元型触媒53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3選択還元型触媒53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。
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1選択還元型触媒21より排ガス上流側であって液体噴射ノズル26より排ガス下流側の排気管16にNOx吸蔵還元型触媒81が設けられる。このNOx吸蔵還元型触媒81は排ガス中のNOxを硝酸塩の状態で吸蔵しかつこの吸蔵したNOxを炭化水素の存在下で還元するように構成される。またNOx吸蔵還元型触媒81はコージェライト製のハニカム担体にNOx吸蔵材をコーティングして構成される。NOx吸蔵材は、Li,K等のアルカリ金属の酸化物、Ba等のアルカリ土類金属の酸化物、及びLa,Ce,Pr,Nd等の希土類の酸化物からなる群より選ばれた2種以上の混合酸化物を有する。上記NOx吸蔵還元型触媒81は、第1及び第2選択還元型触媒21,22とともに、排気管16より大径のケース82に収容される。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。
図4は本発明の第4の実施の形態を示す。図4において図3と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第1選択還元型触媒21より排ガス上流側であってNOx吸蔵還元型触媒81より排ガス下流側の排気管16にNOx吸蔵還元型触媒付フィルタ91が設けられる。このNOx吸蔵還元型触媒付フィルタ91は排ガス中のNOxを硝酸塩の状態で吸蔵しかつこの吸蔵したNOxを炭化水素の存在下で還元するとともに、排ガス中のパティキュレートを捕集するように構成される。またNOx吸蔵還元型触媒付フィルタ91はコージェライト製のハニカム担体にNOx吸蔵材をコーティングして構成される。ハニカム担体は、多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有し、これらの隔壁により多数の互いに平行に形成された貫通孔の相隣接する入口部と出口部を封止部材により交互に封止することにより構成される。そして、ハニカム担体の入口部から導入されたエンジンの排ガスが多孔質の隔壁を通過する際に、この排ガスに含まれるパティキュレートが捕集されて、出口部から排出されるようになっている。またNOx吸蔵材は、Li,K等のアルカリ金属の酸化物、Ba等のアルカリ土類金属の酸化物、及びLa,Ce,Pr,Nd等の希土類の酸化物からなる群より選ばれた2種以上の混合酸化物を有する。上記NOx吸蔵還元型触媒付フィルタ91は、NOx吸蔵還元型触媒81、第1選択還元型触媒21及び第2選択還元型触媒22とともに、排気管16より大径のケース92に収容される。上記以外は第3の実施の形態と同一に構成される。
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及び第2選択還元型触媒22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24を噴射する液体噴射ノズル26を設けた。なお、第1選択還元型触媒21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。また第2選択還元型触媒22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及び第3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24を噴射する液体噴射ノズル26を設けた。更に第2選択還元型触媒22と第3選択還元型触媒53との間の排気管16に、炭化水素系液体24を噴射する補助液体噴射ノズル56を設けた。なお、第1選択還元型触媒21としては実施例1と同一の銀系の触媒を用い、第2選択還元型触媒22としては実施例1と同一の銅系の触媒を用いた。また第3選択還元型触媒53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、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の排気管に、第3選択還元型触媒を設けた。また第3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補助液体噴射ノズルを設けた。なお、第3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2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及び比較例1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アンモニアの量をそれぞれ測定した。その結果を図5(b)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6(a)に示す。また、実施例3の第1、第2及び第3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(b)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NOx吸蔵還元型触媒81、第1選択還元型触媒21及び第2選択還元型触媒22を設けた。またNOx吸蔵還元型触媒81より排ガス上流側の排気管16に、炭化水素系液体24を噴射する液体噴射ノズル26を設けた。なお、NOx吸蔵還元型触媒81は、アルカリ金属の酸化物であるLi2Oと、希土類の酸化物であるLa2O3と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触媒であった。また第1選択還元型触媒21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。更に第2選択還元型触媒22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実施例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3及び実施例1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7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3及び実施例1の排ガス浄化装置によるトータルのNOx低減率を測定した。その結果を図8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
24 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
53 第3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
72 第2温度センサ
81 NOx吸蔵還元型触媒
91 NOx吸蔵還元型触媒付フィルタ
Claims (6)
- エンジン(11)の排気管(16)に設けられ銀系触媒からなる第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)に設けられ銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第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)に設けられ貴金属系触媒からなる第3選択還元型触媒(53)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(24)を噴射可能な液体噴射ノズル(26)と、
前記第2選択還元型触媒(22)と前記第3選択還元型触媒(53)との間の前記排気管(16)に設けられ前記第3選択還元型触媒(53)に向けて炭化水素系液体(24)を噴射可能な補助液体噴射ノズル(56)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(24)を供給する炭化水素系液体供給手段(27)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(24)を供給する補助炭化水素系液体供給手段(57)と、
前記第1選択還元型触媒(21)より排ガス上流側の排ガスの温度を検出する第1温度センサ(41)と、
前記第3選択還元型触媒(53)より排ガス上流側であって前記第2選択還元型触媒(22)より排ガス下流側の排ガスの温度を検出する第2温度センサ(72)と、
前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)の検出出力に基づいて前記液体噴射量調整弁(31)及び前記補助液体噴射量調整弁(61)を制御する前記コントローラ(38)と
を備えた排ガス浄化装置であって、
前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)が150℃未満の排ガス温度を検出したとき、前記コントローラ(38)が、前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)の検出出力に基づき、前記液体噴射量調整弁(31)及び前記補助液体噴射量調整弁(61)を不作動状態にして、前記液体噴射ノズル(26)及び前記補助液体噴射ノズル(56)から前記炭化水素系液体(24)を噴射しない状態に保ち、
前記排ガス温度が上昇して前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)が150〜250℃の排ガス温度を検出すると、前記コントローラ(38)が、前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)の検出出力に基づき、前記液体噴射量調整弁(31)を制御して、前記液体噴射ノズル(26)から少量の炭化水素系液体(24)を間欠的に噴射するとともに、前記補助液体噴射量調整弁(61)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(24)を間欠的に噴射し、
前記排ガス温度が更に上昇して前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)が250〜300℃の排ガス温度を検出すると、前記コントローラ(38)が、前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)の検出出力に基づき、前記液体噴射量調整弁(31)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(24)を間欠的に噴射するとともに、前記補助液体噴射量調整弁(61)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(24)を間欠的に噴射し、
前記排ガス温度が更に上昇して前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)が300〜500℃の排ガス温度を検出すると、前記コントローラ(38)が、前記第1温度センサ(41)及び前記第2温度センサ(72)の検出出力に基づき、前記液体噴射量調整弁(31)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(24)を間欠的に噴射するけれども、前記補助液体噴射量調整弁(61)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(24)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。 - エンジン(11)の排気管(16)に設けられ銀系触媒からなる第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)に設けられ銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第2選択還元型触媒(22)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(24)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(24)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)より排ガス上流側であって前記液体噴射ノズル(26)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられ前記排ガス中のNOxを硝酸塩の状態で吸蔵しかつこの吸蔵したNOxを還元するNOx吸蔵還元型触媒(81)と、
前記第1選択還元型触媒(21)より排ガス上流側であって前記NOx吸蔵還元型触媒(81)より排ガス下流側の前記排気管(16)に設けられ前記排ガス中のNOxを硝酸塩の状態で吸蔵しかつこの吸蔵したNOxを還元するとともに前記排ガス中のパティキュレートを捕集するNOx吸蔵還元型触媒付フィルタ(91)と、
前記NOx吸蔵還元型触媒(81)より排ガス上流側の排ガスの温度を検出する第1温度センサ(41)と、
前記第1温度センサ(41)の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
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 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2選択還元型触媒(22)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又は2記載の排ガス浄化装置。
- 前記第3選択還元型触媒(53)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1記載の排ガス浄化装置。
- 前記液体噴射ノズル(26)より排ガス上流側の排気管に前記排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタが設けられた請求項1又は2記載の排ガス浄化装置。
- 前記NOx吸蔵還元型触媒(81)がハニカム担体にアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類からなる群より選ばれた2種以上の混合酸化物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。
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