JPH11117729A

JPH11117729A - ＮＯｘ触媒コンバーター

Info

Publication number: JPH11117729A
Application number: JP28391797A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Minami; 利貴南; Makoto Kai; 誠甲斐; Takeshi Tokumaru; 武志徳丸
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒が低温の時は、排気ガスをこの触媒に通し
てＮＯｘを還元することができ、触媒が高温の時は、触
媒を迂回させて、高温で触媒に触れた際に発生し易いサ
ルフェートの析出を防止することができるＮＯｘ触媒コ
ンバーターを提供する。【解決手段】ＮＯｘ触媒コンバーターを、触媒通路と、
この触媒通路を迂回して、かつ、この触媒通路に隣接し
て設けられたバイパス通路とを設け、両通路が合流する
出口通路に設けた排気ガス温度センサーの検出温度と所
定の切換温度との比較をコントローラで行い、その結果
により、通路切換装置を作動して、検出温度が切換温度
より低い場合は排気ガスを触媒通路へ、高い場合はバイ
パス通路へ、排気ガスを流通させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関や燃焼炉
やボイラ等の排気ガス通路に設けて排気ガス中のＮＯｘ
を低減するＮＯｘ触媒コンバーターに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関や一部のガソリン機関等
の内燃機関の排気ガスや、ボイラや廃棄物燃焼炉などの
様々な燃焼ガス中のＮＯｘを浄化するための装置が研究
開発されている。その内の一つであるＮＯｘ浄化用の触
媒装置は、自分自身は変化せずに化学変化を助けて反応
を促進することにより、ＮＯｘを還元させてガスを清浄
化する触媒の作用を利用したものである。

【０００３】この触媒装置により、排気ガス等の浄化対
象ガス中のＮＯｘを還元除去する場合には、還元剤（還
元成分）を浄化対象ガス中に混入させることが必要であ
り、この還元剤としては、内燃機関の燃焼室から排出さ
れる未燃ＨＣ（炭化水素）や、排気管中に噴射供給され
る燃料等が用いられるが、触媒成分によっては、Ｃある
いはＣＯが利用される場合もある。

【０００４】そして、これらの還元剤を含む浄化対象ガ
スが触媒コンバーターのガス流通孔を通過して触媒の活
性成分に触れると、ＮＯｘと還元剤との間の化学反応が
促進されてＮＯｘが還元されてＮ2 となるので、ガスが
浄化されることになる。この触媒の活性成分はＮＯｘの
還元触媒の場合には、Ｃｕ−ゼオライト系や貴金属系の
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，及びＩｒを用い、それぞれの水溶性
塩を用いて基材（Ａｌ₂０₃等）に含浸し担持したもの
（貴金属担持触媒）が用いられ、３元触媒の場合には、
Ｐｔ−Ｒｈ（ロジウム）やＰｔ−Ｐｄ−Ｒｈ系の混合物
が一般的に使用されている。

【０００５】また、この触媒の活性成分を担持する担体
は、活性アルミナやセラミックが一般的であり、形状的
には、粒状の担体の表面に活性成分を担持させたペレッ
ト触媒と、一体成形のハニカム構造の担体に触媒層を設
けたモノリス（ハニカム）触媒の２種類がある。この２
種類の内で主流を占めているモノリス触媒では、図７に
示すように、触媒コンバーター１Ａ内に、触媒構造体30
がサポートリング32に支持されて配設されており、この
触媒構造体30は格子（ハニカム）形状に成形したコーデ
ィエライトのセラミック等からなる担体のセル34内面
に、活性金属種を含むアルミナ等からなる触媒層をコー
テングして形成されている。

【０００６】これらの触媒コンバーターは、触媒配設時
の流通圧損等を考慮しつつ、浄化対象ガスの流量に見合
った触媒成分との接触面積が得られるように、その触媒
コンバーターの全体の径、長さ、数及び流通孔（セル）
の寸法と数とを設定して製造される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＮＯｘ
触媒には、触媒の温度が低いとＮＯｘ還元効果が下が
り、また、高温になり過ぎると燃料中の硫黄が酸化反応
して硫酸や硫酸塩等であるサルフェートが析出し、パテ
ィキュレート（粒子状物質）の総量を増加させるという
問題がある。

【０００８】そのため、エンジンの高負荷運転時等で排
気ガスが高温になってくると、この高温の排気ガスによ
って触媒が暖められて高温になるので、サルフェートが
増加して排気ガスの浄化が充分に行われなくなり、排気
通路内を腐蝕したり、また、触媒構造体内の狭い通路を
閉塞したり、更には、排気ガスと共に排出されて公害を
引き起こすという問題がある。

【０００９】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、排気ガス中のＮＯｘを
低減する触媒が低温の時は、排気ガスをこの触媒に通し
てＮＯｘを還元して排気ガスを浄化することができ、触
媒が高温の時は、触媒を迂回させて、高温で触媒に触れ
た際に発生し易いサルフェートの析出を防止することが
できるＮＯｘ触媒コンバーターを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのＮＯｘ触媒コンバーターは、浄化対象ガス内
のＮＯｘを低減するためのＮＯｘ触媒が充填された触媒
通路と、該触媒通路を迂回して、かつ、該触媒通路に隣
接して設けられたバイパス通路と、排気ガスの通路を前
記触媒通路と前記バイパス通路との何れかに切り換える
通路切換装置とから構成されると共に、更に、前記触媒
通路と前記バイパス通路との合流後の出口通路に設けた
ガス温度センサーの検出温度を入力して、該検出温度が
所定の切換温度より低い場合は前記浄化対象ガスを前記
触媒通路へ、高い場合は前記バイパス通路へ流通させる
ように前記通路切換装置を制御するコントローラを設け
て構成される。

【００１１】この切換温度Ｔｃは触媒におけるサルフェ
ートの析出量とガス温度センサーの検出温度の関係から
決まる温度であり、実験等で定めることのできる値であ
り、通常は２００℃〜３５０℃の範囲内の値であり、好
ましくは３５０℃とする。このＮＯｘ触媒コンバーター
によれば、排気ガスの出口通路が低温で触媒が低温であ
ると推定される時には、排気ガスを触媒通路に流して、
排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化することができる。

【００１２】そして、排気ガスの出口通路が高温で触媒
が高温であると推定される時には、排気ガス等の浄化対
象ガスをバイパス通路に流すので、燃料中に含まれるサ
ルフェートの析出が防止される。また、特にバイパス通
路を触媒通路に隣接して設けているので、浄化対象ガス
が高温の時に触媒通路側の触媒を暖めておくことができ
る。そのため、浄化対象ガスが低温になって触媒通路で
ＮＯｘを還元する時に、暖められて活性化した触媒に浄
化対象ガスが接触するので、効率良くＮＯｘを還元でき
る。

【００１３】また、前記触媒通路を内筒で形成し、更
に、該内筒を囲繞する外筒を設けて、該外筒と前記内筒
との間に前記バイパス通路を形成したので、単純な構造
で触媒通路とこの通路を迂回しかつこの通路に隣接する
バイパス通路を設けることができる。さらに、前記触媒
通路と前記バイパス通路への入口側通路を、前記浄化対
象ガスが通過する多数の貫通孔を設けた多孔パイプで形
成したので、この多数の貫通孔から浄化対象ガスを広い
通路内に放出することができ、消音効果をこの部分で発
揮することができる。

【００１４】その上、前記多孔パイプを前記触媒通路と
前記バイパス通路への入口側通路に設けた外パイプにス
ライド可能に挿入すると共に、一方側に前記多孔パイプ
をスライドさせた時に、前記貫通孔が前記触媒通路のみ
に連通した状態となり、他方側に前記多孔パイプをスラ
イドさせた時に、前記貫通孔が外筒と内筒との間の前記
バイパス通路のみに連通した状態となるように、前記貫
通孔を配設して構成したので、排気ガス等の高温の浄化
対象が通過する通路途中に切換バルブを使用しなくて済
む。

【００１５】更に、前記スライド方向を前記多孔パイプ
の軸方向にして構成することにより、貫通孔を円周方向
全体に均等に配置できるようになり、触媒通路での浄化
対象ガスの流速分布を均等な分布に近付けることができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明に係
る触媒コンバーターの実施の形態を説明する。本発明に
係る触媒コンバーター１は、図１、図２に示すように、
筒状の内筒９と、この内筒９を囲むように筒状の外筒10
を形成し、この内筒９内側に触媒通路３を設けて、触媒
２を充填する。また、この内筒９と外筒10との間にバイ
パス通路４を設ける。

【００１７】更に、この触媒コンバーター１が上流側の
排気通路20に接続される部分に、浄化対象ガスである排
気ガスＧを触媒通路３とバイパス通路４とのいずれかに
選択的に流すことができる通路切換装置５を設ける。ま
た、下流側には、この触媒通路３とバイパス通路４とが
合流する出口通路６を設け、下流側の排気通路21に接続
する。

【００１８】この通路切換装置５は、排気ガスＧの入口
側通路に、先端側（下流側）に貫通孔52を多設した多孔
パイプ51を、上流側の排気通路20に接続された外パイプ
53に摺動可能に挿入して設ける。そして、図１に示すよ
うに下流側Ａにスライドした時には、貫通孔52が内筒９
の内側に入り、触媒通路３に連通して、排気ガスを触媒
通路３側のみに通過させてＮＯｘ成分を還元して、浄化
した後の排気ガスを出口通路６に流すように構成する。

【００１９】また、図２に示すように上流側Ｂにスライ
ドした時には、貫通孔52が内筒９と外筒10との間に入
り、排気ガスＧがバイパス通路４側のみに通過するよう
に構成し、排気ガスはバイパス通路４を通り、隣接する
内筒３を介してその内部に配置された触媒２を暖めてか
ら出口通路６に流出するように構成する。この多孔パイ
プ51のスライドは、外パイプ53の切欠孔53ａを通して多
孔パイプ51に連結されたスライドレバー54をエアシリン
ダ56で動かして行う。このエアシリンダ56は、エアタン
ク59から圧縮空気を供給するエア供給パイプ57に設けた
電磁弁58をコントローラ８によって開閉制御することに
よって動かすことができる。

【００２０】この多孔パイプ51のスライドは、図１、図
２の実施の形態では、排気ガスＧの流入方向、即ち、多
孔パイプ51の軸方向Ａ，Ｂにスライドするように形成し
たが、この多孔パイプ51の円周方向、即ち軸回りの方向
にスライドするように形成することもできる。この場合
は、図３、図４に示すように、多孔パイプ51Ａの貫通孔
52Ａを円周方向Ａ’，Ｂ’に間隔をおいて設けると共
に、内筒９Ａの内側と外筒10Ａの内側に、この多孔パイ
プ51Ａに摺接する閉止部材55Ａを設ける。そして、図３
に示すようにスライドレバー54Ａの作動により、多孔パ
イプ51Ａを一方側Ａ’に回動した時に、バイパス通路４
Ａ側の貫通孔52Ａ’が閉止部材55Ａによって塞がれ、触
媒通路３Ａ側の貫通孔52Ａが連通する。また、図４に示
すように、多孔パイプ51Ａを他方側Ｂ’に回動した時
に、バイパス通路４Ａ側の貫通孔52Ａ’が連通し、触媒
通路３Ａ側の貫通孔52Ａが閉止部材55Ａによって塞がれ
るように構成する。

【００２１】あるいは、図５に示すように、貫通孔52
Ｂ，52Ｂ’を多孔パイプ51Ｂの端面に市松模様状に設け
て、触媒通路３Ｂ，バイパス通路４Ｂ側に設けた閉止部
材55Ｂで、多孔パイプ51Ｂが回転方向の一方（例えば
Ａ’方向）にスライドした時に貫通孔52Ｂが触媒通路３
Ｂに連通し、他方（例えばＢ’方向）にスライドした時
に、貫通孔52Ｂ’がバイパス触媒通路４Ｂに連通するよ
うに構成することもできる。

【００２２】これらの貫通孔52，52Ａ，52Ａ’，52Ｂ，
52Ｂ’を設ける面は、触媒通路３，３Ａ，３Ｂ内の流速
分布や消音効果を考慮して、多孔パイプ51，51Ａ，51Ｂ
の端面や側面に設けることができ、更には、この端面を
円錐状や円錐台等や球面や放物線面などの凸又は凹の曲
面にして、これに貫通孔52Ｂ，52Ｂ’を設けることもで
きる。この場合には、外パイプ53Ｂや閉止部材55Ｂ等も
この曲面に沿った形状にして、貫通孔52Ｂ，52Ｂ’を閉
止及び開放できるように構成する。

【００２３】更に、このスライドを行う電磁弁58の開閉
制御は、出口通路６内に設けた熱電対などのガス温度セ
ンサー７の検出温度Ｔｇをコントローラ８内で予め決め
られた切換温度Ｔｃとを比較することによって行う。こ
の切換温度Ｔｃは実験等で定められる値で、触媒におけ
るサルフェートの析出量と温度の関係から決まる温度で
あり、予めコントローラ８にデータとして入力されてい
る値であり、通常は２００℃〜３５０℃の範囲内の値で
あり、好ましくは３５０℃とする。

【００２４】つまり、触媒インバーター１の出口通路６
内の排気ガスＧの温度Ｔｇをガス温度センサー７で検出
してコントローラ８に出力すると、この出力を受けて、
コントローラ８は予め入力したプログラムやデータに基
づいて、予め決められた切換温度Ｔｃとを比較して、通
路切換装置５，５Ａ，５Ｂを制御する。この制御をフロ
ーチャートで示すと図６のようになる。

【００２５】この作動フローチャートでは、プログラム
が呼ばれ、スタートするとステップＳ１で、ガス温度セ
ンサー７からの入力により排気ガス温度Ｔｇを検出し、
ステップＳ２でこの検出温度Ｔｇが、予め設定された切
換温度Ｔｃより低いか否かを判断する。そして、検出温
度Ｔｇが切換温度Ｔｃより低いＹＥＳの場合は、ステッ
プＳ３においてエアシリンダ56をＯＮにして、多孔パイ
プ51，51Ａ，51Ｂを一方側Ａ、Ａ’に動かし、排気ガス
を触媒通路３，３Ａ，３Ｂに流し、ステップＳ１に戻
る。また、排気ガス温度Ｔｇが切換温度Ｔｃ以上のＮＯ
の場合は、ステップＳ４においてエアシリンダ56をＯＦ
Ｆにして、多孔パイプ51，51Ａ，51Ｂを他方側Ｂ，Ｂ’
に動かし、排気ガスＧをバイパス通路４，４Ａ，４Ｂに
流し、ステップＳ１に戻る。

【００２６】この繰り返しを行うことにより、ガス温度
センサー７で計測した出口温度Ｔｇに従って、触媒通路
３とバイパス通路４のいずれかを選択して、排気ガスＧ
を流通させる。以上の構成のＮＯｘ触媒コンバーター１
によれば、軽負荷などで排気ガス温度が低いために触媒
２の温度が低く、ガス温度センサー７で計測された排気
ガス温度Ｔｇが低い時は、多孔パイプ51，51Ａ，51Ｂを
一方側Ａ，Ａ’にスライドさせて、排気ガスＧを触媒通
路３，３Ａ，３Ｂに通過させて浄化することができる。

【００２７】また、高負荷などで排気ガス温度が高いた
めに触媒の温度が高く、ガス温度センサー７で計測され
た排気ガス温度Ｔｇが高い時は、即ち、触媒２に排気ガ
スＧを流すとサルフェートの析出が生じ易い高温時は、
多孔パイプ51，51Ａ，51Ｂを他方側Ｂ，Ｂ’にスライド
させて、排気ガスＧをバイパス通路４，４Ａ，４Ｂに通
過させる。これにより、排気ガスＧをバイパス通路４，
４Ａ，４Ｂに流して、触媒２を通過しないようにするこ
とができるので、サルフェート析出を防止することがで
きる。

【００２８】その上、高負荷時に触媒２を暖めておくこ
とができるので、排気ガス温度Ｔｇが低くなった時に、
暖められて活性化した触媒２で効率良く排気ガスＧ中の
ＮＯｘを還元して排気ガスＧを浄化できる。また、一般
的に、触媒２を充填した触媒通路３、３Ａ，３Ｂ内の流
れには速度差が生じ、中心部側の流速が早くなるので、
触媒２の温度を直接計測しても全体的な温度を把握する
のは難しいが、本発明に係る装置では触媒２の下流側の
排気ガスＧの出口通路６内に設けたガス温度センサー７
により触媒２の温度を推定しているので、容易に触媒２
の全体的な温度を把握することができる。

【００２９】更に、消音効果を兼備した多孔パイプ51を
入口部に設けたので、排気ガスＧの排気騒音を低減する
ことができるので、この部分でサイレンサーの役割を果
たすことができる。従って、サイレンサーを不要にした
り、或いは、サイレンサーを小型化することができる。
その上、多孔パイプ51，51Ａ，51Ｂのスライドにより、
排気ガスＧの流通通路を切り換えるように構成したの
で、高温の排気ガスＧの通過する通路途中に切換バルブ
を使用しなくて済むので、切換バルブからのガス漏れの
問題もなくなり、また、切換バルブを設けるスペースも
不要になるので、省スペースのＮＯｘ触媒コンバーター
１とすることができる。

【００３０】更に、前記スライド方向を前記多孔パイプ
51の軸方向Ａ，Ｂにして構成することにより、貫通孔52
を円周方向に均等に配置できるようになるので、触媒通
路３での排気ガスＧの流速分布を均等な分布に近付ける
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明のＮＯｘ触
媒コンバーターによれば、浄化対象ガスの出口通路が低
温で触媒が低温であると推定される時には、浄化対象ガ
スをＮＯｘ触媒を充填した触媒通路に流して、排気ガス
中のＮＯｘを還元して浄化することができる。

【００３２】そして、浄化対象ガスの出口通路が高温で
触媒が高温であると推定される時には、浄化対象ガスを
触媒が配備されていないバイパス通路に流して、燃料中
等に含まれるサルフェートの析出を防止することができ
る。また、特に排気ガス等の浄化対象ガスが高温の時に
触媒を暖めて活性化させておくことができるので、触媒
が低温になり浄化対象ガスを触媒通路に通過させて浄化
する場合に効率良くＮＯｘを還元することができる。

【００３３】従って、排気通路内の腐食や触媒構造体内
の通路の閉塞を防止でき、また、浄化対象ガスの悪化を
防止しながら、ＮＯｘを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＮＯｘ触媒コンバーターの触媒通
路側に切り換えた状態を示す一部断面表示の斜視図であ
る。

【図２】図１のＮＯｘ触媒コンバーターのバイパス通路
側に切り換えた状態を示す一部断面表示の斜視図であ
る。

【図３】本発明に係る通路切換装置の他の実施の形態に
おいて、触媒通路側に切り換えた状態を示す一部断面表
示の部分斜視図である。

【図４】図３の通路切換装置のバイパス通路側に切り換
えた状態を示す一部断面表示の部分斜視図である。

【図５】本発明に係る通路切換装置のもう一つの実施の
形態の多孔パイプの端面と閉止部材、触媒通路、バイパ
ス通路の関係を示す説明用の断面図である。

【図６】本発明に係る制御の一例を示すフローチャート
図である。

【図７】従来技術の触媒コンバーターを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，１ＡＮＯｘ触媒コンバーター２触媒３，３Ａ，３ＢＮＯｘ触媒通路４，４Ａ，４Ｂ
バイパス通路５，５Ａ，５Ｂ通路切換装置６出口通路７ガス温度センサー８コントロ
ーラ９，９Ａ，９Ｂ内筒 10，10Ａ，10Ｂ
外筒 20 排気通路（上流側） 21 排気通路
（下流側） 30 触媒構造体 31 排気温度
センサー 32 サポートリング 34 セル 51，51Ａ，51Ｂ多孔パイプ 52，52Ａ，52Ａ’，52Ｂ，52Ｂ’ 貫通孔 53，53Ａ，53Ｂパイプ 53ａ，53Ａａ，53Ｂａ切欠孔 54，54Ａ，54Ｂスライドレバー 55Ａ，55Ｂ閉止部材 56 エアシリンダ 57 エア供給
パイプ 58 電磁弁 59 エアタン
ク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浄化対象ガス（Ｇ）内のＮＯｘを低減す
るためのＮＯｘ触媒（２）が充填された触媒通路（３）
と、該触媒通路（３）を迂回して、かつ、該触媒通路
（３）に隣接して設けられたバイパス通路（４）と、排
気ガス（Ｇ）の通路を前記触媒通路（３）と前記バイパ
ス通路（４）との何れかに切り換える通路切換装置
（５）とから構成されると共に、更に、前記触媒通路
（３）と前記バイパス通路（４）との合流後の出口通路
（６）に設けたガス温度センサー（７）の検出温度（Ｔ
ｇ）を入力して、該検出温度（Ｔｇ）が所定の切換温度
（Ｔｃ）より低い場合は前記浄化対象ガス（Ｇ）を前記
触媒通路（３）へ、高い場合は前記バイパス通路（４）
へ流通させるように前記通路切換装置（５）を制御する
コントローラ（８）を設けて構成したＮＯｘ触媒コンバ
ーター。
【請求項２】前記触媒通路（３）を内筒（９）で形成
し、更に、該内筒（９）を囲繞する外筒（10）を設け
て、該外筒（10）と前記内筒（９）との間に前記バイパ
ス通路（４）を形成した請求項１記載のＮＯｘ触媒コン
バーター。
【請求項３】前記触媒通路（３）と前記バイパス通路
（４）への入口側通路を、前記浄化対象ガス（Ｇ）が通
過する多数の貫通孔（52）を設けた多孔パイプ（51）で
形成した請求項２記載のＮＯｘ触媒コンバーター。
【請求項４】前記多孔パイプ（51）を前記触媒通路
（３）と前記バイパス通路（４）への入口側通路に設け
た外パイプ（53）にスライド可能に挿入すると共に、一
方側（Ａ）に前記多孔パイプ（51）をスライドさせた時
に、前記貫通孔（52）が前記触媒通路（３）のみに連通
した状態となり、他方側（Ｂ）に前記多孔パイプ（51）
をスライドさせた時に、前記貫通孔（52）が外筒（10）
と内筒（９）との間の前記バイパス通路（４）のみに連
通した状態となるように、前記貫通孔（52）を配設して
構成した請求項３記載のＮＯｘ触媒コンバーター。
【請求項５】前記スライド方向を前記多孔パイプ（5
1）の軸方向にして構成した請求項４記載のＮＯｘ触媒
コンバーター。