JP6204238B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
(1)内燃機関の排気通路内に配置され、K、Cs及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵還元触媒と、
前記NOx吸蔵還元触媒の下流側排気通路内に配置されたNOx選択還元触媒と
を備え、前記NOx吸蔵還元触媒と前記NOx選択還元触媒の間に又は前記NOx選択還元触媒の少なくとも排気ガス上流側前段部の表面上に前記NOx吸蔵材を捕捉するためのトラップ材が配置されたことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
(2)前記NOx吸蔵材がKであることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
(3)前記NOx選択還元触媒が、Cu及びFeの少なくとも1種をゼオライトに担持してなる触媒を含むことを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の内燃機関の排気浄化装置。
(4)前記NOx選択還元触媒がCu/SAPOを含むことを特徴とする、上記(3)に記載の内燃機関の排気浄化装置。
(5)前記NOx吸蔵還元触媒と前記NOx選択還元触媒の間に前記トラップ材が配置され、前記トラップ材の排気ガスの流れ方向における全長をXとし、前記NOx選択還元触媒の排気ガスの流れ方向における全長をYとしたときに、0<X/(X+Y)≦0.45の関係を満たすことを特徴とする、上記(3)又は(4)に記載の内燃機関の排気浄化装置。
(6)0.09≦X/(X+Y)≦0.27の関係を満たすことを特徴とする、上記(5)に記載の内燃機関の排気浄化装置。
(7)前記トラップ材が、SiO2、SiO2−TiO2、TiO2、Al2O3、又はそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
(8)前記トラップ材が、SiO2、SiO2−TiO2、又はそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、上記(7)に記載の内燃機関の排気浄化装置。
(9)前記NOx吸蔵還元触媒の上流側排気通路内に配置された三元触媒をさらに備えたことを特徴とする、上記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路内に配置され、K、Cs及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵還元触媒と、
前記NOx吸蔵還元触媒の下流側排気通路内に配置されたNOx選択還元触媒と
を備え、前記NOx吸蔵還元触媒と前記NOx選択還元触媒の間に又は前記NOx選択還元触媒の少なくとも排気ガス上流側前段部の表面上に前記NOx吸蔵材を捕捉するためのトラップ材が配置されたことを特徴としている。
本発明によれば、NOx吸蔵材は、カリウム(K)、セシウム(Cs)及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。
本発明におけるNOx吸蔵還元(NSR)触媒としては、例えば、コージェライト等の基材、特にはハニカム基材上に、アルミナ(Al2O3)等の触媒担体と、当該触媒担体上に担持された白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の触媒金属とを含む1つ又は複数の触媒層を形成し、さらに当該1つ又は複数の触媒層に、K、Cs及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるNOx吸蔵材を担持したものを使用することができる。
本発明におけるNOx選択還元(SCR)触媒としては、例えば、コージェライト等の基材、特にはハニカム基材上に、ゼオライト、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、シリカ−アルミナ(SiO2−Al2O3)、チタニア(TiO2)等の触媒担体と当該触媒担体上に担持された銅(Cu)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、及びイリジウム(Ir)等の触媒金属とを含む1つ又は複数の触媒層を形成したものを使用することができる。
本発明の1つの実施態様によれば、図6(a)に示すように、上記のNSR触媒12とSCR触媒14の間にNOx吸蔵材を捕捉するためのトラップ材13が配置される。
本発明によれば、NSR触媒とSCR触媒、特にはCu及びFeの少なくとも1種をゼオライトに担持してなる触媒を含むSCR触媒の間にトラップ材が配置される場合には、当該トラップ材の排気ガスの流れ方向における全長をXとし、SCR触媒の排気ガスの流れ方向における全長をYとしたときに、以下の関係を満たすことが好ましい。
0<X/(X+Y)≦0.45
0.09≦X/(X+Y)≦0.27
本発明の好ましい実施態様によれば、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、NSR触媒の上流側排気通路内に配置された三元触媒をさらに備えている。
本実施例では、図7に示すように、排気通路の上流側から順に、三元触媒11、NSR触媒12、トラップ材13及びSCR触媒14が配置された内燃機関の排気浄化装置10を用いた。
本実施例では、図8に示すように、排気通路の上流側から順に、三元触媒11、NSR触媒12及びSCR触媒14が配置され、当該SCR触媒14の基材15上にコートされた触媒層16の排気ガス上流側前段部に20mmの長さを有するトラップ材13のオーバーコート層を形成した内燃機関の排気浄化装置10を使用した。なお、三元触媒11、NSR触媒12、トラップ材13及びSCR触媒14の構成成分は、実施例1の場合と同じであった。
本比較例では、図9に示すように、トラップ材を配置しなかったこと以外は、実施例1と同じ構成を有する内燃機関の排気浄化装置10を使用した。
本比較例では、図10及び下表1に示すように、NSR触媒12がNOx吸蔵材としてKを含有しなかったこと以外は、実施例1と同じ構成を有する内燃機関の排気浄化装置10を使用した。
各実施例及び比較例の排気浄化装置を実際のエンジンの排気系に装着し、次いでエンジンを下表2に示すようにリーン空燃比とリッチ空燃比を交互に切り換えて運転し、その際の出ガス中のNOx量から各排気浄化装置のNOx浄化率を算出した。その結果を図11に示す。
次に、上記のNOx浄化性能評価を行った後の各排気浄化装置におけるSCR触媒14を分析し、当該SCR触媒14上のK付着量を調べた。その結果を図12に示す。なお、実施例2のK付着量は、SCR触媒14の排気ガス上流側前段部にオーバーコート層として配置したトラップ材13を除いた部位のK付着量を示している。
本実施例では、下表3及び図13において示すように、トラップ材13とSCR触媒14の合計の全長を110mmで一定としつつ、トラップ材13の全長XとSCR触媒14の全長Yを変化させた内燃機関の排気浄化装置10を用いて、それらのNOx浄化性能について調べた。各実施例及び比較例における内燃機関の排気浄化装置の構成を下表3に示す。
11 三元触媒
12 NSR触媒
13 トラップ材
14 SCR触媒
15 基材
16 触媒層
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路内に配置され、K、Cs及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵還元触媒と、
前記NOx吸蔵還元触媒の下流側排気通路内に配置されたNOx選択還元触媒と
を備え、前記NOx吸蔵還元触媒と前記NOx選択還元触媒の間に又は前記NOx選択還元触媒の少なくとも排気ガス上流側前段部の表面上に前記NOx吸蔵材を捕捉するためのトラップ材が配置されたことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。 - 前記NOx吸蔵材がKであることを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記NOx選択還元触媒が、Cu及びFeの少なくとも1種をゼオライトに担持してなる触媒を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記NOx選択還元触媒がCu/SAPOを含むことを特徴とする、請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記NOx吸蔵還元触媒と前記NOx選択還元触媒の間に前記トラップ材が配置され、前記トラップ材の排気ガスの流れ方向における全長をXとし、前記NOx選択還元触媒の排気ガスの流れ方向における全長をYとしたときに、0<X/(X+Y)≦0.45の関係を満たすことを特徴とする、請求項3又は4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 0.09≦X/(X+Y)≦0.27の関係を満たすことを特徴とする、請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記トラップ材が、SiO2、SiO2−TiO2、TiO2、Al2O3、又はそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記トラップ材が、SiO2、SiO2−TiO2、又はそれらの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記NOx吸蔵還元触媒の上流側排気通路内に配置された三元触媒をさらに備えたことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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