JPH11223123A - エンジンの排ガス浄化装置 - Google Patents
エンジンの排ガス浄化装置Info
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Abstract
りも大のリーン運転状態でNOxを還元浄化するNOx
還元触媒51と、NOxを吸蔵するNOx吸蔵触媒52
とを配置する場合に、それらを排ガス温度等に関連付け
て配置することにより、全体としての排ガス浄化性能を
向上させる。 【解決手段】 エンジン1の排気通路31に、下流側に
向かって順に、高温タイプのNOx還元触媒51、NO
x吸蔵触媒52及び下流側三元触媒53を配置し、エン
ジンのリーン運転状態で、上流側のNOx還元触媒51
へのHCやCOの供給量を確保するとともに、下流側の
NOx吸蔵触媒52へ流通する排ガス温度を低下させ
る。
Description
浄化装置に関し、特に、エンジンの排気通路に空燃比が
理論空燃比よりも大きいリーン状態でNOxを浄化する
リーンNOx触媒が配設されたものに関する技術分野に
属する。
して、NOxを吸蔵するNOx吸蔵材を含有するNOx
吸蔵触媒や、酸素過剰雰囲気でもNOxを還元分解する
NOx還元触媒が知られており、これらのリーンNOx
触媒をエンジンの排気通路に配置することで、エンジン
がリーン運転状態にあるときに排ガス中のNOx(窒素
酸化物)を浄化するようにしている。しかし、エンジン
の運転領域によっては、上記リーンNOx触媒でも排気
ガス中のNOxを十分に浄化できないことがある。
70号公報に示されるように、エンジンの排気通路に、
NOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵触媒を、またこのN
Ox吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に三元触媒をそれ
ぞれ配置し、エンジンを空燃比が理論空燃比よりも大き
いリーン運転状態及び理論空燃比以下のリッチ運転状態
に切り換えて運転することにより、エンジンが理論空燃
比よりも大きいリーン運転状態にあるときには、上流側
のNOx吸蔵触媒で排ガス中のNOxを吸蔵する一方、
その後に、エンジンが理論空燃比以下のリッチ運転状態
になったときには、NOx吸蔵触媒から、吸蔵したNO
xを放出させ、その放出されたNOxを下流側の三元触
媒で浄化するようにしたものが提案されている。
元触媒は理論空燃比の近傍で排ガス中のHCやCOをN
Oxと反応させて、無害のH2O及びCO2、N2を生成
するものであり、酸素過剰雰囲気では、還元性のHCや
COが過剰に含まれるO2と反応し易いので、NOx浄
化率は低くなる。
けられたNOx吸蔵触媒に含有される貴金属成分によ
り、上記のHCやCOとO2との反応が促進されるの
で、下流側の三元触媒に還元剤としてのHCやCOが十
分供給されなくなって、NOx浄化率が極めて低くなっ
てしまうという問題がある。
状態(約150℃以下)であればNOx浄化性能が低
く、また所定温度以上高くなればNOx浄化性能が低下
する特性を有している。
触媒が上流側の排気通路に配置されているので、走行中
に高温の排ガスを受けて触媒温度が上記所定温度を超え
て高くなることが多く、このことによってNOx浄化性
能が低下し易いという不具合がある。
で、その目的は、エンジンの排気通路に、複数の触媒を
排ガス温度等に関連付けて配置することにより、全体と
しての排ガス浄化性能を向上させることにある。
く、この発明では、エンジンの排気通路に上流側から下
流側に向かって順に、NOx還元触媒及びNOx吸蔵触
媒をそれぞれ配置するようにした。
が理論空燃比よりも大きいリーン運転状態及び理論空燃
比以下のリッチ運転状態に切り換えられて運転されるエ
ンジンの排気通路に、上記空燃比が理論空燃比よりも大
きいリーン運転状態でNOxを浄化するリーンNOx触
媒が配設されたエンジンの排ガス浄化装置が前提であ
る。そして、上記リーンNOx触媒は、NOxを吸蔵す
るNOx吸蔵材を含有するNOx吸蔵触媒と、リーン運
転状態でNOxを還元分解するNOx還元触媒とを備
え、上記NOx還元触媒をNOx吸蔵触媒よりも上流側
の排気通路に配置する構成とする。
x吸蔵触媒よりも上流側の排気通路に配置されているの
で、エンジンから排出されたHCやCOが従来例のよう
にNOx吸蔵触媒で消費されることなくNOx還元触媒
に供給される。このため、還元剤であるHCやCOの量
が上記従来例に比べて多くなるので、リーン運転状態で
あってもNOx還元触媒によるNOxの還元分解を促し
て浄化率を高めることができる。また、リッチ運転状態
であれば、NOx還元触媒は三元触媒と同様に排ガス中
のHC、CO及びNOxを浄化する。
りも下流側の排気通路に配置されていてその分エンジン
から離れているので、そのNOx吸蔵触媒へ流入する排
ガス温度が低くなり、温度上昇に起因する浄化性能の低
下が抑制される。尚、上記NOx吸蔵触媒は、上流側の
NOx還元触媒による浄化に伴い還元剤としてのHCや
COが十分供給されなくなったとしても、NOxを吸蔵
して排ガスを浄化することができる。
は、最大NOx浄化率となる温度がNOx吸蔵触媒より
も高い高温タイプのものであって、該NOx吸蔵触媒と
は異なるハウジング内に収容されているものとする。こ
のことで、上記NOx還元触媒は、最大NOx浄化率と
なる温度がNOx吸蔵触媒よりも高いので、上流側の排
気通路に配置されていて相対的に高い温度の排ガスが流
入しても、十分なNOx浄化性能を発揮する。
Ox還元触媒と互いに異なるハウジング内に収容されて
いてその分距離が離れているので、NOx吸蔵触媒に流
入する排ガス温度は一層低くなる。
ンジンの排ガス浄化装置において、NOx還元触媒をエ
ンジンの排気マニホールドよりも下流側に配置し、上記
NOx還元触媒と排気マニホールドとの間に接続用の中
間排気管を介在させる。こうすれば、NOx還元触媒を
中間排気管の長さだけエンジンから離して配置できるの
で、NOx還元触媒への排ガス温度を下げて、排ガス温
度が過度に高くなることを防止することができる。
の排ガス浄化装置において、NOx吸蔵触媒は、担体表
面に互いに接する少なくとも2層の触媒層が形成されて
なり、該触媒層のうちの反担体表面側にある外側触媒層
には、貴金属を担持したゼオライトが担持される一方、
担体表面側にある内側触媒層には、少なくとも白金及び
アルカリ土類金属が担持されているものとする。
オライトが担持されているので、排ガス中のNOxやH
Cが活性化される。そして、リーン運転状態では、NO
xはNO2とされ、内側触媒層のアルカリ土類金属と反
応して吸蔵される一方、リッチ運転状態では、外側触媒
層においてHCと反応して還元分解される。すなわち、
リーン運転状態では、排ガス中のNOxを外側触媒層で
ある程度還元浄化できるとともに、内側触媒層で吸蔵浄
化でき、一方、リッチ運転状態では、外側触媒層でNO
xを還元浄化できる。
金属は少なくとも白金を含んでおり、内側触媒層のアル
カリ土類金属は、重量比で触媒層の12%以上のバリウ
ムを含んでいるものとする。このことで、白金はNOx
及びHCの活性化作用が強く、また、アルカリ土類金属
によりNOx吸蔵作用が確保されるので、NOx浄化率
が高まる。さらに、外側触媒層の熱的安定性が高くな
り、触媒全体としての耐熱性も高まる。
の排ガス浄化装置において、NOx吸蔵触媒は、担体表
面にアルミナ又はセリアの少なくとも一方をサポート材
とする触媒層が形成されてなり、上記サポート材に、白
金、ロジウム又はパラジウムのうちの少なくとも1つ
と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の少なくとも一
方とが担持されているものとする。
ーン運転状態で排ガス中のNOxを吸蔵浄化できる一
方、リッチ運転状態でNOxを還元浄化できる。また、
触媒層が1層なので、上記請求項4の発明と比べて工数
の低減による製造コストの低減が図られる。
はアルカリ土類金属の合計の含有量は、触媒担体1リッ
トルあたり10〜80グラムであり、白金、ロジウム又
はパラジウムの合計の含有量は、触媒担体1リットルあ
たり0.5グラム以上であるものとする。このようにす
れば、高いNOx浄化率を確保することができる。
の排ガス浄化装置において、NOx還元触媒は、担体表
面にゼオライト、メゾポアシリケート又はアルミナのう
ちの少なくとも1つをサポート材とする触媒層が形成さ
れてなり、上記サポート材に、銅、コバルト、鉄又はニ
ッケルのうちの少なくとも1つが担持されているものと
する。
ルにより排ガス中のNOxが吸着され、リーン運転状態
でも触媒の周囲のNOx濃度が高まるので、排気中の還
元成分との反応促進によりNOxが還元分解される。ま
た、リッチ運転状態では三元触媒と同様に排ガス中のH
C、CO及びNOxを浄化することができる。
型ゼオライトを触媒層とするものであり、該MFI型ゼ
オライトには、銅がイオン交換法により担持されている
ものとする。このようにすれば、高いNOx浄化率を確
保することができる。
ンの排ガス浄化装置において、NOx還元触媒は、担体
表面にゼオライト、メゾポアシリケート又はアルミナの
うちの少なくとも1つをサポート材とする触媒層が形成
されてなり、上記サポート材に、銅、コバルト、鉄又は
ニッケルのうちの少なくとも1つと貴金属とが担持され
ているものとする。
ーン運転状態でもNOxを還元分解することができる。
また、貴金属の担持により耐熱性が向上する上、HCや
NOxが活性化されることで、最大NOx浄化率となる
温度が低くなり、さらに、リッチ運転状態での排ガス浄
化率が向上する。
型ゼオライトをサポート材とするものであり、該MFI
型ゼオライトには、銅及び白金が担持されているものと
する。このようにすれば、高いNOx浄化率を確保する
ことができる。
ンの排ガス浄化装置において、NOx還元触媒は、担体
表面にゼオライト又はアルミナの少なくとも一方をサポ
ート材とする触媒層が形成されてなり、該サポート材
に、貴金属と硫酸バリウムとが担持されているものとす
る。このことで、排ガス中のNOxが貴金属に吸着され
るので、請求項8の発明と同様にリーン運転状態でもN
Oxを還元分解することができる。
ジウムとする。このようにすれば、高いNOx浄化率を
確保することができる。
ンの排ガス浄化装置において、NOx吸蔵触媒は、担体
表面に互いに接する少なくとも2層の触媒層が形成され
てなり、該触媒層のうちの反担体表面側にある外側触媒
層には、貴金属を担持したゼオライトが担持される一
方、担体表面側にある内側触媒層には、少なくとも白金
及びアルカリ土類金属が担持されている。また、NOx
還元触媒は、担体表面にゼオライト、メゾポアシリケー
ト又はアルミナのうちの少なくとも1つをサポート材と
する触媒層が形成されてなり、該サポート材に、銅、コ
バルト、鉄又はニッケルのうちの少なくとも1つが担持
されているものとする。
触媒に対し請求項8の発明のNOx還元触媒を組み合わ
せることで、請求項10の発明のNOx還元触媒を組み
合わせる場合と比べて、リーン運転状態で全体としてよ
り広い温度領域に亘って十分なNOx浄化性能を確保す
ることができる。
ンの排ガス浄化装置において、NOx吸蔵触媒は、担体
表面に互いに接する少なくとも2層の触媒層が形成され
てなり、該触媒層のうちの反担体表面側にある外側触媒
層には、貴金属を担持したゼオライトが担持される一
方、担体表面側にある内側触媒層には、少なくとも白金
及びアルカリ土類金属が担持されている。また、NOx
還元触媒は、担体表面にゼオライト、メゾポアシリケー
ト又はアルミナのうちの少なくとも1つをサポート材と
する触媒層が形成されてなり、該サポート材に、銅、コ
バルト、鉄又はニッケルのうちの少なくとも1つと貴金
属とが担持されているものとする。
触媒に対し請求項10の発明のNOx還元触媒を組み合
わせることで、請求項8の発明のNOx還元触媒を組み
合わせる場合と比べて、全体としての耐熱性が向上する
上、リッチ運転状態における浄化率が高まる。
エンジンの排ガス浄化装置において、NOx還元触媒よ
りも上流側の排気通路に、冷間用の三元触媒又は酸化触
媒が配置されているものとする。このことで、エンジン
の冷間時にリッチ運転されても、冷間用の三元触媒又は
酸化触媒により排ガスを浄化することができる。
容量は、NOx吸蔵触媒又はNOx還元触媒のいずれの
容量よりも小さいものとする。こうすれば、エンジンの
冷間時に小容量の冷間用触媒を素早く暖機させて、排ガ
スを浄化することができる。また、冷間用触媒で消費さ
れるHCやCOの量が少なくなるので、NOx還元触媒
に供給されるHCやCOの量を十分に確保できる。
エンジンの排ガス浄化装置において、NOx吸蔵触媒よ
りも下流側の排気通路に下流側三元触媒が配置されてい
る。このことで、エンジンのリーン運転状態でNOxを
吸蔵したNOx吸蔵触媒が、その後のリッチ運転状態で
吸蔵したNOxを放出するとき、その放出したNOxを
下流側三元触媒で浄化することができる。
ジンの排ガス浄化装置において、NOx吸蔵触媒よりも
下流側の排気通路に、冷間用触媒よりも容量の大きな下
流側三元触媒が配置されている。このことで、上記請求
項18と同様にリッチ運転状態でNOx吸蔵触媒から放
出されるNOxを下流側三元触媒で浄化することができ
る。
9のエンジンの排ガス浄化装置において、NOx吸蔵触
媒と下流側三元触媒とを同じハウジング内に収容する。
このことで、NOx吸蔵触媒及び下流側三元触媒の配置
が容易となる。また、両触媒を接近させることで、下流
側三元触媒に流入する排ガス温度の低下を抑制でき、リ
ッチ運転状態での排ガス浄化性能を高めることができ
る。
エンジンの排ガス浄化装置において、エンジンは、シリ
ンダ内の燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁を
有する直噴エンジンである。この直噴エンジンでは、吸
気ポートに燃料を噴射させる予混合式のエンジンに比べ
て熱効率が高いので、同一の空燃比であっても排ガス温
度が低くなる上、一般に上記予混合式のエンジンよりも
空燃比をリーンに設定することができるので、過剰な空
気によって排ガス温度を下げることができ、これによ
り、排ガス温度の過度の上昇を抑制して、NOx還元触
媒やNOx吸蔵触媒のNOx浄化性能を安定確保するこ
とができる。
成を示し、1は例えば車両に搭載された多気筒エンジン
で、このエンジン1は複数のシリンダ2,2,…(1つ
のみ図示する)を有するシリンダブロック3と、このシ
リンダブロック3に組み付けられたシリンダヘッド4
と、各シリンダ2内に往復動可能に嵌挿されたピストン
5とを備え、シリンダ2、シリンダヘッド4及びピスト
ン5に囲まれて燃焼室6が区画されている。10は上記
燃焼室6上壁であるシリンダヘッド4に燃焼室6に臨む
ように取り付けられた点火プラグで、この点火プラグ1
0は点火回路11に接続されている。
ストン5と干渉しない位置に、燃焼室6に燃料を直接噴
射供給する燃料噴射弁14が取り付けられており、この
燃料噴射弁14からの噴射燃料を、吸気ポート25aか
らの吸気流動とピストン5頂面に凹設したキャビティ
(図示せず)とにより上記点火プラグ10近傍に集め
て、比較的濃い混合気の層を形成するようになってい
る。すなわち、エンジン1は、シリンダ2内の燃焼室6
に燃料を直接噴射供給する直噴エンジンとされている。
て燃料タンク16に接続されている。燃料通路15の途
中には、燃料タンク16内に位置する低圧燃料ポンプ1
7と、この低圧燃料ポンプ17よりも下流側に位置する
高圧燃料ポンプ18とが配置されている。これら両燃料
ポンプ17,18間の燃料通路15には低圧プレッシャ
レギュレータ19と、その下流側に燃料フィルタ20と
が配置されている。また、燃料噴射弁14及び高圧燃料
ポンプ18間の燃料通路15と、低圧プレッシャレギュ
レータ19及び燃料フィルタ20間の燃料通路15とは
高圧プレッシャレギュレータ21を配設したリターン通
路22により接続されており、低圧燃料ポンプ17から
吐出された燃料を低圧プレッシャレギュレータ19によ
って調圧した後、高圧燃料ポンプ18に供給してさらに
増圧させ、その高圧燃料を燃料噴射弁14からエンジン
1の燃焼室6に噴射供給する。また、高圧燃料ポンプ1
8から吐出される燃料の一部を高圧プレッシャレギュレ
ータ21によって流量調整しながらリターン通路22を
経て高圧燃料ポンプ18上流側にリターンさせること
で、燃料噴射弁14に供給される燃料の圧力を適正に調
整するようになっている。
リーナ26で濾過した吸気(空気)を供給する吸気通路
で、この吸気通路25の下流端は吸気弁8を介して燃焼
室6に連通されている。吸気通路25には上流側から下
流側に向かって順に、エンジン1に吸入される吸入空気
量を検出する感熱式エアフローセンサ27と、吸気通路
25を絞る電気式スロットル弁28と、サージタンク2
9とがそれぞれ配設されている。上記電気式スロットル
弁28は、図外のアクセルペダルに対し機械的に連結さ
れておらず、アクチュエータ(図示せず)の駆動によっ
て開閉するものである。
出する排気通路で、この排気通路31の上流端は排気弁
9を介して燃焼室6に連通されている。排気通路31に
は上流側から下流側に向かって順に、排気マニホールド
32の集合部32a内に形成される部分に位置していて
排ガス中の酸素濃度を検出するO2 センサ35と、排ガ
スを浄化する4つの触媒50〜53とがそれぞれ配設さ
れている。上記O2 センサ35は、排ガス中の酸素濃度
に基づき空燃比を検出するために用いられるもので、空
燃比が理論空燃比にあるときを境に出力が急変する特性
を有する。
一部を吸気系に還流する排気還流装置37が設けられて
いる。この排気還流装置37は、上記排気マニホールド
32の集合部32a内に形成される排気通路31におい
て上記O2 センサ35よりも上流側に上流端が分岐接続
された排気還流通路38を有し、この排気還流通路38
の下流端は上記スロットル弁28とサージタンク29と
の間の吸気通路25に接続されている。排気還流通路3
8の下流端寄りには開度調整可能な電気式の排気還流制
御弁39が配置されており、排気通路31の排ガスの一
部を排気還流通路38を介して排気還流制御弁39によ
り流量調整しながら吸気通路25に還流させるようにし
ている。
11、電気式スロットル弁28のアクチュエータ、燃料
噴射弁14、高圧プレッシャレギュレータ21及び排気
還流制御弁39は、コントロールユニット41によって
作動制御されるようになっている。このコントロールユ
ニット41には、上記エアフローセンサ27及びO2セ
ンサ35の各出力信号と、アクセルペダルの開度(踏込
み量)をエンジン負荷として検出するアクセル開度セン
サ42の出力信号と、エンジン1のクランク軸7の回転
角度をエンジン回転数として検出するクランク角センサ
43の出力信号と、エンジン1の冷却水温度を検出する
水温センサ44の出力信号とが入力されており、予め設
定されている燃料噴射マップに基づいて燃料噴射量を決
定し、その燃料噴射量になるように燃料噴射弁14から
燃料を噴射させる。
空燃比が理論空燃比よりも大きい(λ>1)リーン運転
状態又は理論空燃比以下(λ≦1)のリッチ運転状態で
運転する領域が予めエンジン回転数及びエンジン負荷に
応じて設定されていて、エンジン1がリーン運転状態及
びリッチ運転状態に切り換えられて運転されるようにな
っており、エンジン1の低負荷低回転領域(I)では、
各シリンダ2の圧縮行程における点火時期の直前に燃料
噴射弁14から燃料を噴射することで、空燃比リーン
(λ>1)の成層燃焼状態で、またエンジン1の中負荷
中回転領域(II)では、燃料噴射弁14からの燃料噴射
を吸気行程で行うことにより、空燃比リーン(λ>1)
の均一燃焼状態で、さらにエンジン1の高負荷高回転領
域(III ),(IV)では、燃料噴射弁14からの燃料噴
射を吸気行程で行うことにより、空燃比リッチ(λ≦
1)の均一燃焼状態でそれぞれエンジン1を運転する。
また、上記低負荷低回転領域(I)、中負荷中回転領域
(II)、及び高負荷高回転領域における低負荷側及び低
回転側の領域(III )では、上記排気還流制御弁39の
開弁によって排気還流(EGR)を実行するようになっ
ている。
路31における4つの触媒50〜53の配置構造にあ
る。すなわち、これら4つの触媒50〜53はいずれ
も、軸方向(排ガスの流れ方向)に沿って互いに平行に
延びる多数の貫通孔55a,55a,…が開口されたハ
ニカム構造のコージェライト製担体55(図3参照)に
おける上記各貫通孔55aの壁表面に触媒層を形成した
もので、基本となる2つの触媒51,52と補助的な2
つの触媒50、53とに分けられる。
排気通路31に上流側から下流側に向かって順に配置さ
れたNOx還元触媒51及びNOx吸蔵触媒52であ
り、その下流に補助的な下流側三元触媒53が配置され
る。上記NOx還元触媒51及びNOx吸蔵触媒52
は、上記エンジン1の空燃比が理論空燃比よりも大きい
リーン運転状態でも排ガス中のNOxを浄化できるもの
である。一方、もう1つの補助的な触媒50は、上記N
Ox還元触媒51よりも上流側の排気通路31に配置さ
れた冷間用三元触媒で、この冷間用三元触媒50は、N
Ox還元触媒51、NOx吸蔵触媒52及び下流側三元
触媒53よりも小さい容量に設定されている。尚、この
冷間用三元触媒50の代わりに小容量の酸化触媒を配置
してもよい。
ールド32の集合部32a下流端に所定長さの接続用中
間排気管33の上流端が接続され、この中間排気管33
の下流端に上流側ハウジング57の入口端部(上流端
部)が接続されている。この上流側ハウジング57の内
部には、NOx還元触媒51が収容されるとともに、入
口端部近傍(NOx還元触媒51の上流側)の内部に上
記冷間用三元触媒50が収容されている。このように、
NOx還元触媒51とエンジン1の排気マニホールド3
2との間に接続用の中間排気管33を介在させること
で、NOx還元触媒51を中間排気管33の長さだけエ
ンジン1から離して配置することができ、NOx還元触
媒51への排ガス温度を下げて、過度の温度上昇を防止
することができる。
部(下流端部)には下流側ハウジング58の入口端部
(上流端部)が接続され、この下流側ハウジング58の
内部には、上記NOx吸蔵触媒52及び下流側三元触媒
53の2つが直列状態でかつ互いに所定の空間をあけて
いわゆる2ベッド方式で収容されている。このように、
NOx吸蔵触媒52と下流側三元触媒53とを同じ下流
側ハウジング58内に収容することで、両触媒52,5
3の配置が容易となる。また、両触媒52,53が接近
しているので、下流側三元触媒53へ流入する排ガスの
温度低下を抑制でき、このことで、リッチ運転時の排ガ
ス浄化性能が高まる。
態でもNOxを還元分解するもので、最大NOx浄化率
となる温度が例えば約400℃程度の高温タイプのもの
とされている。すなわち、このNOx還元触媒51は、
例えば図4に示すように、担体55の壁表面にゼオライ
ト、メゾポアシリケート又はアルミナのうちの少なくと
も1つがサポート材として担持された触媒層55bが形
成され、そのサポート材に、鉄Fe、コバルトCo、銅
Cu、ニッケルNi等の遷移金属が担持されたものや、
これに加えてイリジウムIr又は白金Pt等の貴金属を
担持させたものが用いられる。尚、NOx還元触媒51
としては、硫酸バリウム等のバリウム化合物に貴金属と
してイリジウムIrを担持したものを用いてもよい。
材を含有するもので構成されている。すなわち、このN
Ox吸蔵触媒52は、例えば図5に示すように、担体5
5の壁表面に、白金PtとバリウムBa等のアルカリ土
類金属とを担持したアルミナやセリアが担持された内側
触媒層55cと、白金Pt等の貴金属を担持したゼオラ
イトが担持された外側触媒層55dとを形成した2層コ
ートタイプのものが用いられる。尚、NOx吸蔵触媒5
2としては、担体55の壁表面に、アルミナやセリアが
サポート材として担持された触媒層を形成し、このサポ
ート材に、白金Pt、ロジウムRh、パラジウムPd等
の貴金属と、カリウムK等のアルカリ金属やバリウムB
a等のアルカリ土類金属とを担持した1層コートタイプ
のものを用いてもよい。
51、すなわち担体55の壁表面にゼオライト、メゾポ
アシリケート又はアルミナのうちの少なくとも1つがサ
ポート材として担持された触媒層55bが形成され、そ
のサポート材に、鉄Fe、コバルトCo、銅Cu、ニッ
ケルNi等の遷移金属が担持されたものは、リーン運転
状態では、例えば図6に特性bとして示すように約40
0℃以上の高温度領域で最大のNOx浄化性能を発揮す
る。また、上記NOx吸蔵触媒52は、リーン運転状態
では、同図に特性aとして示すように約250〜400
℃で最大のNOx浄化性能を発揮するものである。つま
り、リーン運転状態では、上記NOx還元触媒51は、
NOx吸蔵触媒52よりも高温度領域において高いNO
x浄化性能を示すものである。
明する。
低負荷低回転領域(I)又は中負荷中回転領域(II)に
あるときには、エンジン1は空燃比が理論空燃比よりも
大きいリーン運転状態で運転される。そして、エンジン
1の各燃焼室6から排出されたHCやCOは、NOx還
元触媒51がNOx吸蔵触媒52よりも上流側の排気通
路31に配置されているので、従来までのようにNOx
吸蔵触媒で消費されることなく上記NOx還元触媒51
に供給される。従って、還元剤であるHCやCOのNO
x還元触媒51に対する供給量が従来例に比べて多くな
るので、NOxの還元分解を促して浄化率を高めること
ができる。
触媒52にそれぞれ流入する排ガス温度は、エンジン1
に近い上流側のNOx還元触媒51の方が下流側のNO
x吸蔵触媒52よりも高くなるが、上述の如くNOx還
元触媒51は、最大浄化率となる温度がNOx吸蔵触媒
52よりも高いので(図6参照)、相対的に高い温度の
排ガスが流入しても十分なNOx浄化性能を発揮する。
ガス温度は、NOx吸蔵触媒52がNOx還元触媒51
よりも下流側に配置されている上、両触媒51,52が
互いに異なるハウジング内に収容されていてその分距離
が離れているので、上流側に比べてかなり低くなり、こ
のことで、排ガス温度の上昇に起因するNOx吸蔵触媒
52のNOx浄化率低下が抑制される。
ルの踏込みによりエンジン1が加速運転状態に移行し、
その運転領域が例えば高負荷高回転領域(III ),(I
V)に移ると、それに伴い、エンジン1は空燃比が理論
空燃比以下のリッチ運転状態で運転されるとともに、車
速が上昇する。この状態では、燃焼エネルギの増大に伴
い排ガス温度も上昇し、エンジン1側に近いNOx還元
触媒51に流入する排ガス温度は急速に上昇するが、下
流側に配置されたNOx吸蔵触媒52に流入する排ガス
温度は、そのNOx吸蔵触媒52がNOx還元触媒51
から下流側に離れている分だけ緩やかに上昇する。
51は三元触媒と同様に排ガス中のHC、CO及びNO
xを浄化するようになっており、排ガス温度が500℃
以上では十分に高い浄化特性を示す(図6の特性d参
照)。また、リッチ運転状態では、NOx吸蔵触媒52
は自ら放出したNOxも還元分解するが、そのNOx浄
化率は300℃以上で略100%となる(図6の特性c
参照)。したがって、排ガス浄化装置のNOx浄化性能
は全体として極めて高いものになる。
元触媒51及びNOx吸蔵触媒52の下流側に下流側三
元触媒53が配設されているので、例えばリッチ運転状
態において、NOx吸蔵触媒52のNOx放出量が多す
ぎて還元分解しきれないようなときにも、上記下流側三
元触媒52によりNOxを還元分解して。排ガスを浄化
することができる。
に、NOx還元触媒51よりも小さい容量の冷間用三元
触媒50が配置されているので、例えばエンジン1の冷
間始動後のリッチ運転状態で、小容量の冷間用三元触媒
50を素早く暖機させて排ガスを浄化することができ
る。
域(I)、中負荷中回転領域(II)、及び高負荷高回転
領域(III ),(IV)における低負荷側及び低回転側の
領域(III )にあるときには、排気還流装置37の排気
還流制御弁39が開弁して、エンジン1の排ガスの一部
が排気還流通路38を経て吸気系に還流され、この還流
排ガスによってエンジン1からの排ガスの温度自体が下
がる。加えて、エンジン1は、シリンダ2内の燃焼室6
に燃料噴射弁14によって燃料を直接噴射供給する直噴
エンジンであるので、過剰な空気によって排ガス温度が
下がる。これらの相乗効果により、NOx還元触媒51
やNOx吸蔵触媒52への排ガス温度を、それら各触媒
の浄化性能が十分に発揮されるような温度領域に調整す
ることで、NOx浄化性能をさらに高めることが可能に
なる。
施例について説明する。尚、各触媒は、それぞれ6ミル
/400セルのコージェライト製ハニカム担体(重量は
触媒担体1リットルあたり380〜470グラム:以下
g/Lと記す)の壁表面に周知の方法により触媒層が形
成されたものである。
は、担体の壁表面に40重量%の内側触媒層と5重量%
の外側触媒層とを形成した2層コートタイプのものであ
り、担体表面側にある内側触媒層には互いに同量のアル
ミナ及びセリアをサポート材として用い、これに白金P
tを2.3g/L、ロジウムRhを0.1g/L及びバリ
ウムBaを30g/L担持したものである。尚、バリウ
ムBaの量は触媒層の12重量%以上、具体的には20
g/L〜50g/Lとすればよい。
金Pt及びロジウムRhを担持したMFI型ゼオライト
(SiO2/Al2O3=70)により構成したので、熱的安定性が
高くなり、触媒全体としての耐熱性も高い。
1層コートタイプのもので、アルミナをサポート材とし
て用い、これに白金Ptを2.5g/L、ロジウムRh
を0.1g/L、バリウムBaを20g/L及びストロン
チウムSrを15g/L担持し、さらに、添加剤として
チタニアTi及びジルコニアZrを加えたものである。
尚、白金Pt、ロジウムRhの他にパラジウムPdを用
いてもよく、その場合、上記白金Pt、ロジウムRh及
びパラジウムPdは合計で0.5g/L以上用いればよ
い。また、バリウムBaの他にカリウムK等のアルカリ
金属や他のアルカリ土類金属を用いてもよく、この場
合、それらを合計で10〜80g/L用いればよい。さ
らに、サポート材としては、セリアを用いてもよい。
ートタイプなので、実施例1のものに比べて低コストに
なる。
トタイプのNOx還元触媒で、MFI型ゼオライト(Si
O2/Al2O3=30〜200)をサポート材として用い、これに銅
Cuをイオ交換法により交換率120%で担持したもの
である。尚、活性主として銅の他にコバルトCo、鉄F
e又はニッケルNi等の遷移金属を用いてもよく、また
サポート材としては、FAU型ゼオライト、メゾポアシ
リケート又はアルミナを用いてもよい。
プのNOx還元触媒で、MFI型ゼオライト(SiO2/Al2
O3=23〜200)をサポート材として用い、これに銅Cuを
イオン交換法により交換率100%で担持するととも
に、白金Ptを0.3g/L担持したものである。尚、
活性主として、銅Cuの他にコバルトCo、鉄Fe又は
ニッケルNi等の遷移金属を用いてもよく、また白金P
tの他にロジウムRhを用いてもよい。さらに、サポー
ト材としては、FAU型ゼオライト、メゾポアシリケー
ト又はアルミナを用いてもよい。
tが担持されているので、実施例3のものに比べて耐熱
性が高くなる。
プのNOx還元触媒で、MFI型ゼオライトやアルミナ
をサポート材として用い、これにイリジウムIrを2g
/L担持した硫酸バリウムBaSO4を担持したものであ
る。尚、活性種としてロジウムRhを担持させるように
してもよい。
の実施例1から5の各触媒についてNOx低減率の排ガ
ス温度依存性を調べた。サンプルとしては、大気中で8
00℃、6時間の熱エージング処理を施したものを用意
し、各サンプルを固定床流動式反応評価装置に取り付け
て、ヒータで余熱した空燃比22程度の模擬排気ガス
を、空間速度SV=55000h-1で流通して、リーン
運転状態でのNOx低減率を測定した。
は以下の通りである。
還元触媒に関する試験結果を示す。なお、NOx吸蔵触
媒においては、リーン運転状態でのNOx低減率は、主
にバリウムBa等のNOx吸蔵成分へのNO2の吸蔵に
よるものであり、一方、リッチ運転状態(模擬排ガスの
空燃比を理論空燃比近傍の値とした状態)でのNOx低
減率は、NOxの還元分解によるものである。
態における試験結果について説明すると、実施例1のN
Ox吸蔵触媒によるNOx低減率は、同図に特性aとし
て示すように排ガスの触媒入り口温度が約150℃を越
えてから温度上昇とともに高まり、約250〜400℃
で最大(約70%)となって、その後、約500℃まで
温度上昇とともに低下している。一方、実施例3のNO
x還元触媒によるNOx低減率は、同図に特性bとして
示すように、排ガスの触媒入り口温度が約350℃を越
えてから温度上昇とともに高まり、約400℃で最大
(約40%)となった後は、600℃を越えても低下し
ていない。
媒と実施例3のNOx還元触媒とを組み合わせて用いる
ことで、約250〜500℃の広い温度領域に亘って高
いNOx浄化特性が得られる。
態(理論空燃非近傍)での試験結果について説明する
と、上記実施例1のNOx吸蔵触媒によるNOx低減率
は、同図に特性cとして示すように排ガスの触媒入り口
温度が約200℃を越えてから温度上昇とともに高ま
り、約300℃で100%となって、その後、600℃
を越えても低下していない。一方、上記実施例3のNO
x還元触媒によるNOx低減率は、同図に特性dとして
示すように、排ガスの触媒入り口温度が約400℃を越
えてから温度上昇とともに高まり、約500℃を越えて
からはその上昇度合が鈍るものの、600℃では約80
%に達している。つまり、リッチ運転状態になって排ガ
ス温度が上昇すれば、NOxはNOx吸蔵触媒及びNO
x還元触媒の三元機能によって略完全に還元分解され
る。
3のNOx還元触媒に代えて実施例4のものを用いた場
合の試験結果を示すもので、この実施例4のNOx還元
触媒によるNOx低減率は、リーン運転状態では同図に
特性bとして示すように、排ガスの触媒入り口温度が約
300℃を越えてから温度上昇とともに高まり、約37
0℃で最大(約40%)となった後、温度上昇とともに
緩やかに低下している。
媒と実施例1のNOx吸蔵触媒を組み合わせて用いれ
ば、約250〜500℃の温度領域で高いNOx低減率
となり、第1の組み合わせと比べて400℃前後のNO
x低減率がやや低下するものの、350〜400℃のN
Ox低減率が高まるので、リッチ運転状態に比べて相対
的に排ガス温度が低くなるリーン運転状態では、十分に
好ましいNOx浄化特性が得られる。
態での試験結果について説明すると、上記実施例4のN
Ox還元触媒によるNOx低減率は、同図に特性dとし
て示すように、排ガスの触媒入り口温度が約350℃を
越えてから温度上昇とともに高まり、約400〜500
℃の間で100%になって、その後、600℃を越えて
も低下していない。つまり、リッチ運転状態になって排
ガス温度が上昇すれば、NOx吸蔵触媒及びNOx還元
触媒によりNOxを略完全に還元分解することができ
る。
上記実施例1のNOx吸蔵触媒に代えて実施例2のもの
を用いた場合の試験結果を示すもので、この実施例2の
NOx吸蔵触媒によるNOx低減率は、リーン運転状態
では同図に特性aとして示すように、排ガスの触媒入り
口温度が約130℃を越えてから温度上昇とともに高ま
り、約250〜400℃で最大(約40%)となって、
その後、約500℃まで温度上昇とともに低下してい
る。
よるNOx低減率は、実施例1のものに比べて低いもの
の略同様の温度依存性を示し、実施例3や実施例4のN
Ox還元触媒と組み合わせて用いれば、リーン運転状態
において、広い温度領域で有効なNOx浄化特性を得る
ことができる。
ッチ運転状態では同図に特性cとして示すように約50
0℃以上で100%のNOx低減率を示しており、リッ
チ運転状態になって排ガス温度が上昇すれば、NOx吸
蔵触媒及びNOx還元触媒によりNOxを略完全に還元
分解することができる。
触媒によるNOx低減特性は、実施例4のものと同様で
ある。
ると、NOx還元触媒をNOx吸蔵触媒よりも上流側の
排気通路に配置して、そのNOx還元触媒に供給される
還元剤であるHCやCOの量を従来例に比べて多くする
ことで、リーン運転状態でのNOx還元触媒による浄化
率を高めることができる。また、NOx吸蔵触媒へ流入
する排ガス温度を低くして、温度上昇に起因する浄化率
の低下を抑制することができる。
還元触媒を高温タイプのものとしたので、相対的に高い
温度の排ガスが流入しても十分なNOx浄化性能を発揮
させることができる。
を中間排気管の長さだけエンジンから離して配置できる
ので、触媒温度の過度の上昇を防止することができる。
ーン運転状態で排ガス中のNOxを吸蔵浄化できるNO
x吸蔵触媒が得られる。
記同様のNOx吸蔵触媒が低コストで得られる。
ーン運転状態で排ガス中のNOxを還元浄化できるNO
x還元触媒が得られる。
と、耐熱性及びリッチ運転状態での浄化性能の高いNO
x還元触媒が得られる。
と、上記請求項8又は請求項9と同様のNOx還元触媒
が得られる。
明のNOx吸蔵触媒と請求項8の発明のNOx還元触媒
とを組み合わせることでリーン運転状態で、全体として
より広い温度領域に亘って十分なNOx浄化率を確保す
ることができる。
明のNOx吸蔵触媒と請求項10の発明のNOx還元触
媒とを組み合わせることで、全体として耐熱性が向上す
る上、リッチ運転状態における浄化率が高まる。
間時のリッチ運転状態で冷間用触媒により排ガスを浄化
することができる。
間時に小容量の冷間用触媒を素早く暖機させて、排ガス
を浄化することができる。また、NOx還元触媒に供給
されるHCやCOの量を確保できる。
と、エンジンのリッチ運転状態で、NOx吸蔵触媒から
放出されたNOxを下流側三元触媒で浄化することがで
きる。
媒及び下流側三元触媒の配置が容易になり、またリッチ
運転状態での排ガス浄化性能を高めることができる。
燃焼室に燃料を直接噴射供給する直噴エンジンとしたこ
とにより、排ガス温度の過度の上昇を防止して、NOx
吸蔵触媒やNOx還元触媒によるNOx浄化性能を安定
確保することができる。
を示す図である。
ある。
ある。
x還元触媒について、NOx低減率の排ガス温度依存性
を示す図である。
x還元触媒についての、図6相当図である。
x還元触媒についての、図6相当図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン
運転状態及び理論空燃比以下のリッチ運転状態に切り換
えられて運転されるエンジンの排気通路に、上記空燃比
が理論空燃比よりも大きいリーン運転状態でNOxを浄
化するリーンNOx触媒が配設されたエンジンの排ガス
浄化装置において、 上記リーンNOx触媒は、NOxを吸蔵するNOx吸蔵
材を含有するNOx吸蔵触媒と、リーン運転状態でNO
xを還元分解するNOx還元触媒とを備え、上記NOx
還元触媒は、NOx吸蔵触媒よりも上流側の排気通路に
配置されていることを特徴とするエンジンの排ガス浄化
装置。 - 【請求項2】 請求項1のエンジンの排ガス浄化装置に
おいて、 NOx還元触媒は、最大NOx浄化率となる温度がNO
x吸蔵触媒よりも高い高温タイプのものであって、該N
Ox吸蔵触媒とは異なるハウジング内に収容されている
ことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2のエンジンの排ガス浄化
装置において、 NOx還元触媒はエンジンの排気マニホールドよりも下
流側に配置され、 上記NOx還元触媒と排気マニホールドとの間に接続用
の中間排気管が介在されていることを特徴とするエンジ
ンの排ガス浄化装置。 - 【請求項4】 請求項2のエンジンの排ガス浄化装置に
おいて、 NOx吸蔵触媒は、担体表面に互いに接する少なくとも
2層の触媒層が形成されてなり、 上記触媒層のうちの反担体表面側にある外側触媒層に
は、貴金属を担持したゼオライトが担持される一方、 担体表面側にある内側触媒層には、少なくとも白金及び
アルカリ土類金属が担持されていることを特徴とするエ
ンジンの排ガス浄化装置。 - 【請求項5】 請求項4のエンジンの排ガス浄化装置に
おいて、 外側触媒層の貴金属は少なくとも白金を含んでおり、 内側触媒層のアルカリ土類金属は、重量比で触媒層の1
2%以上のバリウムを含んでいることを特徴とするエン
ジンの排ガス浄化装置。 - 【請求項6】 請求項2のエンジンの排ガス浄化装置に
おいて、 NOx吸蔵触媒は、担体表面にアルミナ又はセリアの少
なくとも一方をサポート材とする触媒層が形成されてな
り、 上記サポート材に、白金、ロジウム又はパラジウムのう
ちの少なくとも1つと、アルカリ金属又はアルカリ土類
金属の少なくとも一方とが担持されていることを特徴と
するエンジンの排ガス浄化装置。 - 【請求項7】 請求項6のエンジンの排ガス浄化装置に
おいて、 アルカリ金属又はアルカリ土類金属の合計の含有量は、
触媒担体1リットルあたり10〜80グラムであり、 白金、ロジウム又はパラジウムの合計の含有量は、触媒
担体1リットルあたり0.5グラム以上であることを特
徴とするエンジンの排ガス浄化装置 - 【請求項8】 請求項2のエンジンの排ガス浄化装置に
おいて、 NOx還元触媒は、担体表面にゼオライト、メゾポアシ
リケート又はアルミナのうちの少なくとも1つをサポー
ト材とする触媒層が形成されてなり、 上記サポート材に、銅、コバルト、鉄又はニッケルのう
ちの少なくとも1つが担持されていることを特徴とする
エンジンの排ガス浄化装置 - 【請求項9】 請求項8のエンジンの排ガス浄化装置に
おいて、 触媒層はMFI型ゼオライトをサポート材とするもので
あり、該MFI型ゼオライトには、銅がイオン交換法に
より担持されていることを特徴とするエンジンの排ガス
浄化装置 - 【請求項10】 請求項2のエンジンの排ガス浄化装置
において、 NOx還元触媒は、担体表面にゼオライト、メゾポアシ
リケート又はアルミナのうちの少なくとも1つをサポー
ト材とする触媒層が形成されてなり、 上記サポート材に、銅、コバルト、鉄又はニッケルのう
ちの少なくとも1つと貴金属とが担持されていることを
特徴とするエンジンの排ガス浄化装置 - 【請求項11】 請求項10のエンジンの排ガス浄化装
置において、 触媒層はMFI型ゼオライトをサポート材とするもので
あり、該MFI型ゼオライトには、銅及び白金が担持さ
れていることを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置 - 【請求項12】 請求項2のエンジンの排ガス浄化装置
において、 NOx還元触媒は、担体表面にゼオライト又はアルミナ
の少なくとも一方をサポート材とする触媒層が形成され
てなり、 上記サポート材に、貴金属と硫酸バリウムとが担持され
ていることを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置 - 【請求項13】 請求項12のエンジンの排ガス浄化装
置において、 貴金属はイリジウムであることを特徴とするエンジンの
排ガス浄化装置 - 【請求項14】 請求項2のエンジンの排ガス浄化装置
において、 NOx吸蔵触媒は、担体表面に互いに接する少なくとも
2層の触媒層が形成されてなり、 上記触媒層のうちの反担体表面側にある外側触媒層に
は、貴金属を担持したゼオライトが担持される一方、 担体表面側にある内側触媒層には、少なくとも白金及び
アルカリ土類金属が担持されており、 NOx還元触媒は、担体表面にゼオライト、メゾポアシ
リケート又はアルミナのうちの少なくとも1つをサポー
ト材とする触媒層が形成されてなり、 上記サポート材に、銅、コバルト、鉄又はニッケルのう
ちの少なくとも1つが担持されていることを特徴とする
エンジンの排ガス浄化装置 - 【請求項15】 請求項2のエンジンの排ガス浄化装置
において、 NOx吸蔵触媒は、担体表面に互いに接する少なくとも
2層の触媒層が形成されてなり、 上記触媒層のうちの反担体表面側にある外側触媒層に
は、貴金属を担持したゼオライトが担持される一方、 担体表面側にある内側触媒層には、少なくとも白金及び
アルカリ土類金属が担持されており、 NOx還元触媒は、担体表面にゼオライト、メゾポアシ
リケート又はアルミナのうちの少なくとも1つをサポー
ト材とする触媒層が形成されてなり、 上記サポート材に、銅、コバルト、鉄又はニッケルのう
ちの少なくとも1つと貴金属とが担持されていることを
特徴とするエンジンの排ガス浄化装置 - 【請求項16】 請求項1又は2のエンジンの排ガス浄
化装置において、 NOx還元触媒よりも上流側の排気通路に、冷間用の三
元触媒又は酸化触媒が配置されていることを特徴とする
エンジンの排ガス浄化装置。 - 【請求項17】 請求項16のエンジンの排ガス浄化装
置において、 冷間用触媒の容量は、NOx吸蔵触媒又はNOx還元触
媒のいずれの容量よりも小さいことを特徴とするエンジ
ンの排ガス浄化装置 - 【請求項18】 請求項1又は2のエンジンの排ガス浄
化装置において、 NOx吸蔵触媒よりも下流側の排気通路に、下流側三元
触媒が配置されていることを特徴とするエンジンの排ガ
ス浄化装置。 - 【請求項19】 請求項16のエンジンの排ガス浄化装
置において、 NOx吸収触媒よりも下流側の排気通路に、冷間用触媒
よりも容量の大きな下流側三元触媒が配置されているこ
とを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。 - 【請求項20】 請求項18又は19のエンジンの排ガ
ス浄化装置において、 NOx吸蔵触媒と下流側三元触媒とが同じハウジング内
に収容されていることを特徴とするエンジンの排ガス浄
化装置。 - 【請求項21】 請求項1又は2のエンジンの排ガス浄
化装置において、 エンジンは、シリンダ内の燃焼室に燃料を直接噴射供給
する燃料噴射弁を有する直噴エンジンであることを特徴
とするエンジンの排ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10025301A JPH11223123A (ja) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | エンジンの排ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10025301A JPH11223123A (ja) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | エンジンの排ガス浄化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11223123A true JPH11223123A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12162202
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10025301A Pending JPH11223123A (ja) | 1998-02-06 | 1998-02-06 | エンジンの排ガス浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11223123A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006519332A (ja) * | 2003-02-26 | 2006-08-24 | ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト | 内燃機関のリーン排ガス中の窒素酸化物の選択的接触還元のための排ガス浄化装置および排ガス浄化法 |
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KR20190072034A (ko) * | 2017-12-15 | 2019-06-25 | 현대자동차주식회사 | 배기가스 정화장치 |
US10376871B2 (en) | 2016-11-16 | 2019-08-13 | Hyundai Motor Company | Device for purifying exhaust gas |
-
1998
- 1998-02-06 JP JP10025301A patent/JPH11223123A/ja active Pending
Cited By (8)
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