WO2007032327A1 - 排気浄化装置 - Google Patents

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Mitsuru Hosoya
Masatoshi Shimoda
Mori Ishii
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Hino Motors, Ltd.
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    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device.
  • exhaust purification is carried out by using an exhaust purification catalyst provided in the middle of the exhaust pipe.
  • the exhaust air-fuel ratio is low. NOx in the exhaust gas is oxidized and temporarily stored in the form of nitrate, reducing the O concentration in the exhaust gas.
  • NOx occlusion reduction catalysts that have the property of decomposing and releasing NOx and reducing and purifying them through the intervention of unburned HC, CO, etc. are known.
  • NOx storage reduction catalyst is used as an exhaust purification device of a diesel engine, the engine is operated at a rich air-fuel ratio. It is difficult to drive.
  • Patent Document 1 JP 2001-73748 A
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the fuel added to the exhaust gas is evenly applied to the catalyst surface of the NOx storage reduction catalyst, so that the entire regeneration of the NOx storage reduction catalyst is performed.
  • the purpose is to be able to proceed efficiently.
  • the present invention provides a NOx occlusion reduction catalyst in the middle of an exhaust passage for guiding exhaust gas of engine power, and adds fuel as a reducing agent to an exhaust passage upstream of the NOx occlusion reduction catalyst.
  • An addition means is provided, and a diffusion plate is provided between the fuel addition position by the fuel addition means and the NOx occlusion reduction catalyst to diffuse the exhaust gas and promote the dispersion of the added fuel.
  • the diffusion plate can be made of at least one of a punching metal and a metal mesh, for example.
  • the exhaust gas added with the fuel by the fuel addition means is diffused by passing through the diffusion plate, thereby promoting the dispersion of the added fuel and the mist distribution thereof. Since it is equalized in the exhaust flow path, an even fuel supply to the catalyst surface of the NOx storage reduction catalyst is realized, and the entire regeneration of the NOx storage reduction catalyst is efficiently advanced.
  • the fuel mist added to the exhaust gas is dispersed through the diffusion plate, the fuel mist is further refined. Even by the action of promoting NOx, the reactivity of the NOx storage reduction catalyst on the catalyst surface is enhanced compared with the conventional one, and the regeneration efficiency is improved.
  • a catalyst regeneration type particulate filter is provided immediately after the NOx storage reduction catalyst, so that it is included in the exhaust gas that has passed through the NOx storage reduction catalyst.
  • the collected particulates and the NOx and particulates Simultaneous reduction can be realized.
  • the fuel added to the exhaust gas can be well dispersed, whereby the mist distribution of the added fuel can be equalized and the mist can be refined. It is possible to evenly apply a fine fuel mist with high reactivity to the catalyst surface of the catalyst, to realize efficient and regeneration of the NOx storage reduction catalyst, and to reduce the NOx reduction performance of the NOx storage reduction catalyst. It can be pulled out to the maximum.
  • a catalyst regeneration type particulate filter is installed immediately after the NOx storage reduction catalyst, the particulates contained in the exhaust gas that has passed through the NOx storage reduction catalyst are collected and N Ox and particulates are collected. Can be reduced at the same time, and the collected particulates can be efficiently burned and removed using the heat obtained by the equivalent reaction in the NOx storage reduction catalyst in the previous stage.
  • the surplus combustion component used for regeneration of the NOx storage reduction catalyst in the previous stage can be oxidized to significantly reduce the HC that remains in the exhaust gas and is discharged outside the vehicle. You can also.
  • FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the difference in NOx reduction rate with and without the diffusion plate of FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the difference in the regeneration processing time depending on the presence or absence of the diffusion plate in FIG.
  • Fuel addition device (fuel addition means)
  • FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
  • reference numeral 1 denotes an engine that is a diesel engine.
  • the engine 1 is equipped with a turbocharger 2, and an air cleaner 3 is also introduced with intake power.
  • 4 is sent to the compressor 2a of the turbocharger 2 through the intake pipe 5, and the intake air 4 pressurized by the compressor 2a is sent to the intercooler 6 to be cooled.
  • -Intake 4 is led to hold 7 and distributed to each cylinder 8 of engine 1.
  • An exhaust pipe 11 on the inlet side of the NOx storage reduction catalyst 12 is provided with a fuel addition device 13 as a fuel addition means for injecting fuel into the exhaust pipe 11, and the fuel addition device 13 adds the fuel addition device 13.
  • the NOx occlusion reduction catalyst 12 can be regenerated using the resulting fuel as a reducing agent.
  • a diffusion plate 15 that diffuses the exhaust gas 9 to promote the dispersion of the added fuel is diffused in the inlet side portion in the casing (exhaust flow path) 14 that holds the NOx storage reduction catalyst 12.
  • the diffusion plate 15 is provided with a ventilation structure composed of a punching metal, a metal mesh, or the like.
  • a catalyst regeneration type particulate filter 16 carrying an oxidation catalyst is provided immediately after the NOx occlusion reduction catalyst 12 in the casing 14, Particulates contained in the exhaust gas 9 that has passed through the NOx occlusion reduction catalyst 12 in the preceding stage can be collected.
  • 17 denotes an EGR pipe
  • 18 denotes an EGR valve
  • 19 denotes an EGR cooler
  • the exhaust gas purification device is configured in this way, the exhaust gas 9 charged with fuel by the fuel addition device 13 is diffused by passing through the diffusion plate 15, and thereby the added fuel The mist distribution is promoted and the mist distribution is equalized in the casing (exhaust flow path) 14, so that uniform fuel supply to the catalyst surface of the NOx storage reduction catalyst 12 is realized, and the NOx storage reduction catalyst 12 Therefore, when the fuel mist added to the exhaust gas 9 is dispersed through the diffusion plate 15, the fuel mist is refined. As a result, the reactivity of the NOx occlusion reduction catalyst 12 on the catalyst surface is enhanced compared to the conventional method and the regeneration efficiency is improved. Become.
  • the catalyst regeneration type particulate filter 16 is provided immediately after the NOx storage reduction catalyst 12, it is included in the exhaust gas 9 that has passed through the NOx storage reduction catalyst 12 in the previous stage. Particulates to be collected can be collected by the particulate filter 16 at the subsequent stage, and simultaneous reduction of NOx and particulates can be realized.
  • reaction force of the added fuel at the upstream NOx storage reduction catalyst 12 is also equalized, so that the entire particulate filter 16 at the subsequent stage passes through the exhaust gas 9 heated by the reaction heat. Since the temperature is raised without unevenness, the particulates collected here are burned and removed well, and the particulate filter 16 is regenerated early.
  • the fuel added to the exhaust gas 9 can be well dispersed, whereby the mist distribution of the added fuel can be made uniform and the mist can be made finer. Therefore, a highly reactive and fine fuel mist can be evenly applied to the catalyst surface of the NOx storage reduction catalyst 12, and the NOx storage reduction catalyst 12 can be efficiently regenerated.
  • the NOx reduction performance of the NOx storage reduction catalyst 12 can be maximized.
  • the SNOx reduction rate when the force without the diffusion plate 15 is applied is lower than when the force without the diffusion plate 15 is applied. It has been confirmed that it will be higher.
  • FIG. 3 shows the experimental results verified for the regeneration processing time of the particulate filter 16 (between the treatment sites required to perform active fuel addition and forcibly remove the collected particulates by burning). Thus, it was confirmed that the regeneration processing time was significantly shortened when the diffusion plate 15 was provided rather than when the diffusion plate 15 was used.
  • the surplus combustion component used for regeneration of the NOx storage reduction catalyst 12 in the previous stage can be oxidized.
  • HC that eventually remains in the exhaust gas 9 and is discharged outside the vehicle can be greatly reduced.
  • the exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the diffusion plate may be made of a material other than punching metal or metal mesh, Of course, various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

Abstract

　排気ガス中に添加した燃料をＮＯx吸蔵還元触媒の触媒面に対し均等に与えて該ＮＯx吸蔵還元触媒の全体的な再生を効率良く進め得るようにする。 　エンジン１からの排気ガス９を導く排気管（排気流路）１１の途中にＮＯx吸蔵還元触媒１２を介装し、該ＮＯx吸蔵還元触媒１２より上流側の排気管（排気流路）１１に還元剤として燃料を添加する燃料添加装置（燃料添加手段）１３を備えた排気浄化装置に関し、前記燃料添加装置１３による燃料添加位置とＮＯx吸蔵還元触媒１２との間に、排気ガス９を拡散させて添加燃料の分散を促す拡散板１５を設ける。

Description

明 細 書
排気浄化装置
技術分野
[0001] 本発明は、排気浄ィ匕装置に関するものである。
背景技術
[0002] 従来より、排気管の途中に装備した排気浄ィ匕用触媒により排気浄ィ匕を図ることが行 われており、この種の排気浄ィ匕用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス 中の NOxを酸ィ匕して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中の O濃度が低下
2
した時に未燃 HCや CO等の介在により NOxを分解放出して還元浄ィ匕する性質を備 えた NOx吸蔵還元触媒が知られて ヽる。
[0003] そして、 NOx吸蔵還元触媒にぉ 、ては、 NOxの吸蔵量が増大して飽和量に達して しまうと、それ以上の NOxを吸蔵できなくなるため、定期的に NOx吸蔵還元触媒に流 入する排気ガスの O濃度を低下させて NOxを分解放出させる必要がある。
2
[0004] 例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下 (機関を リッチ空燃比で運転)することにより、排気ガス中の O濃度を低下し且つ排気ガス中
2
の未燃 HCや CO等の還元成分を増加して NOxの分解放出を促すことができるが、 NOx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄ィ匕装置として使用した場合には機関 をリッチ空燃比で運転することが困難である。
[0005] このため、エンジン側でも燃料噴射制御〖こよる低 λ運転（ λ：空気過剰率)を極力 行 、つつ NOx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料 (HC)を添加し、この添 加燃料を還元剤として NOx吸蔵還元触媒上で Oと反応させることで排気ガス中の O
2 2 濃度を低下させる必要があった (例えば、特許文献 1参照)。
特許文献 1：特開 2001 - 73748号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、このように NOx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料 (HC)を 添加する場合、排気ガス中に添加された燃料のミストが良好に分散しな ヽまま NOx 吸蔵還元触媒に導かれて触媒面に対し不均一に当りがちであったため、その燃料の ミストが付着した触媒面付近についてだけ部分的に再生反応が進んで全体的な再 生が効率良く進まないことがあり、このような事態に陥ってしまうと、 NOx吸蔵還元触 媒の容積中に占める NOx吸蔵サイトの回復割合が小さくなつて、 NOx吸蔵還元触媒 の最大限の NOx低減性能を引き出せなくなる虞れがあった。
[0007] 本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、排気ガス中に添加した燃料を NOx吸蔵還元触媒の触媒面に対し均等に与えて該 NOx吸蔵還元触媒の全体的な 再生を効率良く進め得るようにすることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明は、エンジン力 の排気ガスを導く排気流路の途中に NOx吸蔵還元触媒を 介装し、該 NOx吸蔵還元触媒より上流側の排気流路に還元剤として燃料を添加する 燃料添加手段を備え、該燃料添加手段による燃料添加位置と NOx吸蔵還元触媒と の間に、排気ガスを拡散させて添加燃料の分散を促す拡散板を設けたことを特徴と するものである。
[0009] 尚、拡散板については、例えば、パンチングメタル及び金属メッシュの少なくとも何 れか一方により構成することが可能である。
[0010] 而して、このようにすれば、燃料添加手段により燃料を添加された排気ガスが拡散 板を通過することにより拡散され、これにより添加燃料の分散が促されてそのミスト分 布が排気流路内で均等化されるので、 NOx吸蔵還元触媒の触媒面への均等な燃料 供給が実現され、該 NOx吸蔵還元触媒の全体的な再生が効率良く進められることに なる。
[0011] また、排気ガス中に添加された燃料のミストが拡散板を通過して分散される際には、 前記燃料のミストの微細化が促進されることになるので、このミストの微細化が促進さ れる作用によっても、 NOx吸蔵還元触媒の触媒面上での反応性が従来より高められ て再生効率の向上が図られる。
[0012] 更に、本発明においては、 NOx吸蔵還元触媒の直後に触媒再生型のパティキユレ ートフィルタが装備されていることが好ましぐこのようにすれば、 NOx吸蔵還元触媒 を経た排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して NOxとパティキュレートとの 同時低減を実現することが可能となる。
[0013] し力も、前段の NOx吸蔵還元触媒での添加燃料の反応が均等化されることにより、 その反応熱で昇温した排気ガスを介し後段のパティキュレートフィルタの全体が偏り なく昇温されることになるので、ここに捕集されたパティキュレートが良好に燃焼除去 され、パティキュレートフィルタが早期に再生されることになる。
[0014] 尚、前段の NOx吸蔵還元触媒の再生に使用されて余剰した燃料分は、後段のパ ティキュレートフィルタにて酸ィ匕処理されることになるため、最終的に排気ガス中に残 留して車外へ排出されてしまう HCも大幅に低減されることになる。
発明の効果
[0015] 上記した本発明の排気浄ィ匕装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得 る。
[0016] (I)排気ガス中に添加された燃料を良好に分散させることができ、これにより添加燃 料のミスト分布の均等化とミストの微細化を図ることができるので、 NOx吸蔵還元触媒 の触媒面に対し反応性の高い微細な燃料ミストを均等に与えることができて、 NOx吸 蔵還元触媒の効率良 、再生を実現することができ、該 NOx吸蔵還元触媒の NOx低 減性能を最大限に引き出すことができる。
[0017] (Π) NOx吸蔵還元触媒の直後に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備す れば、 NOx吸蔵還元触媒を経た排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して N Oxとパティキュレートとの同時低減を実現することができ、し力も、その捕集されたパ ティキュレートを前段の NOx吸蔵還元触媒における均等な反応で得られた熱を利用 して効率良く燃焼除去することができ、更には、前段の NOx吸蔵還元触媒の再生に 使用されて余剰した燃焼分を酸化処理することができて最終的に排気ガス中に残留 して車外へ排出されてしまう HCを大幅に低減することもできる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明の一実施例を示す概略図である。
[図 2]図 1の拡散板の有無による NOx低減率の違いを示すグラフである。
[図 3]図 1の拡散板の有無による再生処理時間の違いを示すグラフである。
符号の説明 [0019] 1 エンジン
9 排気ガス
11 排気管 (排気流路）
12 NOx吸蔵還元触媒
13 燃料添加装置 (燃料添加手段）
14 ケーシング 気流路）
15 拡散板
16 パティキュレートフィルタ
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図 1は本発明の一実施例を示すもので、図 1中 1はディーゼル機関であるエンジン を示し、該エンジン 1はターボチャージャ 2を備えたものとなっていて、エアクリーナ 3 力も導かれた吸気 4が吸気管 5を通し前記ターボチャージャ 2のコンプレッサ 2aへと 送られ、該コンプレッサ 2aで加圧された吸気 4がインタークーラ 6へと送られて冷却さ れ、該インタークーラ 6から更に吸気マ-ホールド 7へと吸気 4が導かれてエンジン 1 の各気筒 8に分配されるようになって 、る。
[0021] このエンジン 1の各気筒 8から排出された排気ガス 9は、排気マ-ホールド 10を介し ターボチャージャ 2のタービン 2bへと送られ、該タービン 2bを駆動した排気ガス 9が 排気管 (排気流路） 11へ導かれて該排気管 11途中の NOx吸蔵還元触媒 12を通さ れ、ここで NOxを低減された上で車外へ排出されるようになって 、る。
[0022] この NOx吸蔵還元触媒 12の入側の排気管 11には、該排気管 11内に燃料を噴射 する燃料添加手段として燃料添加装置 13が設けられており、この燃料添加装置 13 により添加される燃料を還元剤として前記 NOx吸蔵還元触媒 12の再生が図られるよ うにしてある。
[0023] そして、前記 NOx吸蔵還元触媒 12を抱持しているケーシング (排気流路） 14内に おける入側部分には、排気ガス 9を拡散させて添加燃料の分散を促す拡散板 15が 設けられており、この拡散板 15は、パンチングメタルや金属メッシュ等により構成され た通気構造を成すようになって 、る。 [0024] また、ここに図示している例では、前記ケーシング 14内における NOx吸蔵還元触 媒 12の直後に、酸化触媒を担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ 16 が装備されており、前段の NOx吸蔵還元触媒 12を経た排気ガス 9中に含まれるパテ ィキュレートを捕集し得るようにしてある。
[0025] 尚、図中における 17は EGRパイプ、 18は EGRバルブ、 19は EGRクーラを夫々示 している。
[0026] 而して、このように排気浄ィ匕装置を構成すれば、燃料添加装置 13により燃料を添 カロされた排気ガス 9が拡散板 15を通過することにより拡散され、これにより添加燃料 の分散が促されてそのミスト分布がケーシング (排気流路） 14内で均等化されるので 、 NOx吸蔵還元触媒 12の触媒面への均等な燃料供給が実現され、該 NOx吸蔵還 元触媒 12の全体的な再生が効率良く進められることになり、し力も、排気ガス 9中に 添加された燃料のミストが拡散板 15を通過して分散される際には、前記燃料のミスト の微細化が促進されることになるので、このミストの微細化が促進される作用によって も、 NOx吸蔵還元触媒 12の触媒面上での反応性が従来より高められて再生効率の 向上が図られることになる。
[0027] 特に本実施例においては、 NOx吸蔵還元触媒 12の直後に触媒再生型のパティキ ュレートフィルタ 16を装備しているので、前段の NOx吸蔵還元触媒 12を経た排気ガ ス 9中に含まれるパティキュレートを後段のパティキュレートフィルタ 16により捕集して NOxとパティキュレートとの同時低減を実現することが可能となる。
[0028] し力も、前段の NOx吸蔵還元触媒 12での添加燃料の反応が均等化されることによ り、その反応熱で昇温した排気ガス 9を介し後段のパティキュレートフィルタ 16の全体 が偏りなく昇温されることになるので、ここに捕集されたパティキュレートが良好に燃焼 除去され、パティキュレートフィルタ 16が早期に再生されることになる。
[0029] 従って、上記実施例によれば、排気ガス 9中に添加された燃料を良好に分散させる ことができ、これにより添加燃料のミスト分布の均等化とミストの微細化を図ることがで きるので、 NOx吸蔵還元触媒 12の触媒面に対し反応性の高 、微細な燃料ミストを均 等に与えることができて、 NOx吸蔵還元触媒 12の効率良い再生を実現することがで き、該 NOx吸蔵還元触媒 12の NOx低減性能を最大限に引き出すことができる。 [0030] 事実、本発明者らによる検証実験では、図 2にグラフで示す通り、拡散板 15を備え な力つた場合よりも、拡散板 15を備えな力つた場合の方力 SNOx低減率が高くなること が確認されている。
[0031] また、特に本実施例の場合では、 NOx吸蔵還元触媒 12を経た排気ガス 9中に含ま れるパティキュレートを捕集して NOxとパティキュレートとの同時低減を実現すること ができ、し力も、その捕集されたパティキュレートを前段の NOx吸蔵還元触媒 12にお ける均等な反応で得られた熱を利用して効率良く燃焼除去することができる。
[0032] 図 3はパティキュレートフィルタ 16の再生処理時間（積極的な燃料添加を実施して 捕集済みパティキュレートを強制的に燃焼除去するのに要する処理場間）について 検証した実験結果を示すもので、拡散板 15を備えな力つた場合よりも、拡散板 15を 備えた場合の方が再生処理時間が大幅に短縮されることが確認された。
[0033] 更に、後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタ 16を備えている場合には、前 段の NOx吸蔵還元触媒 12の再生に使用されて余剰した燃焼分を酸化処理すること ができるので、最終的に排気ガス 9中に残留して車外へ排出されてしまう HCを大幅 に低減することちできる。
[0034] 尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなぐ拡 散板はパンチングメタルや金属メッシュ以外のものから構成されていても良いこと、そ の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更をカ卩ぇ得ることは勿論で ある。

Claims

請求の範囲
[1] エンジン力もの排気ガスを導く排気流路の途中に NOx吸蔵還元触媒を介装し、該 NOx吸蔵還元触媒より上流側の排気流路に還元剤として燃料を添加する燃料添カロ 手段を備え、該燃料添加手段による燃料添加位置と NOx吸蔵還元触媒との間に、 排気ガスを拡散させて添加燃料の分散を促す拡散板を設けた排気浄化装置。
[2] 拡散板がパンチングメタル及び金属メッシュの少なくとも何れか一方により構成され て 、る請求項 1に記載の排気浄化装置。
[3] NOx吸蔵還元触媒の直後に触媒再生型のパティキュレートフィルタが装備されて
V、る請求項 1に記載の排気浄化装置。
[4] NOx吸蔵還元触媒の直後に触媒再生型のパティキュレートフィルタが装備されて いる請求項 2に記載の排気浄ィ匕装置。
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