JP2007218177A - Exhaust gas purification system - Google Patents
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Abstract
【課題】主としてNOxの排出量を従来よりもさらに低減することが可能な排ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】本発明の排ガス浄化システムは、NOxを吸着・放出可能なNOx吸着放出材2と、NOxを還元可能なNOx還元触媒1と、を内燃機関の排気通路(エンジンENGの下流)に配設した排ガス浄化システムにおいて、
NOx還元触媒1から排出されるNOxをNOx吸着放出材2で吸着し、NOx吸着放出材2に吸着されたNOxを所定の条件にてNOx吸着放出材2から放出させて該NOxをNOx還元触媒1へ送出する(矢印R13)ことを特徴とする。
NOx還元触媒1によりNOxが浄化できない条件下にあっても、NOx還元触媒1から排出されたNOxを一旦NOx吸着放出材2に吸着し、放出後に再びNOx還元触媒1へ戻すことで、NOxの浄化効率が向上する。
【選択図】図1An exhaust gas purification system capable of further reducing NOx emissions mainly as compared with the prior art is provided.
An exhaust gas purification system according to the present invention includes a NOx adsorption / release material 2 capable of adsorbing and releasing NOx and a NOx reduction catalyst 1 capable of reducing NOx in an exhaust passage (downstream of an engine ENG) of an internal combustion engine. In the arranged exhaust gas purification system,
NOx discharged from the NOx reduction catalyst 1 is adsorbed by the NOx adsorption / release material 2, and NOx adsorbed by the NOx adsorption / release material 2 is released from the NOx adsorption / release material 2 under a predetermined condition, and the NOx is reduced by the NOx reduction catalyst. 1 (arrow R 13 ).
Even under conditions where the NOx reduction catalyst 1 cannot purify NOx, NOx discharged from the NOx reduction catalyst 1 is once adsorbed to the NOx adsorption / release material 2 and then returned to the NOx reduction catalyst 1 again after being released. Purification efficiency is improved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化システムに関するものであり、詳しくは、主として、窒素酸化物(NOx)の排出を低減する排ガス浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as an automobile, and more particularly, to an exhaust gas purification system that mainly reduces emission of nitrogen oxides (NOx).
現在、自動車などの排ガス中の酸化窒素(NOx)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)を浄化する触媒として、三元触媒が広く用いられている。三元触媒は、多孔質酸化物担体に貴金属を担持してなるものであり、HCおよびCOを酸化して浄化するとともに、NOxを還元して浄化する。これらの反応は、酸化成分と還元成分とがほぼ当量で存在する雰囲気下で最も効率よく進行するので、三元触媒を搭載した自動車においては、理論空燃比(ストイキ)近傍(A/F=14.6±0.2程度)で燃焼されるように空燃比の制御が行われている。 Currently, three-way catalysts are widely used as catalysts for purifying nitrogen oxide (NOx), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) in exhaust gas from automobiles and the like. The three-way catalyst is formed by supporting a noble metal on a porous oxide support and oxidizes and purifies HC and CO and reduces and purifies NOx. Since these reactions proceed most efficiently in an atmosphere in which an oxidizing component and a reducing component are present in approximately equivalent amounts, in a vehicle equipped with a three-way catalyst, the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (Stoichi) (A / F = 14) The air-fuel ratio is controlled so that it is burned at about .6 ± 0.2).
ところが、三元触媒は、冷間始動時やアイドル時間がある程度継続した後に触媒床温がNOx等を浄化するのに好適な温度を下回ることから、走行条件によっては、浄化しきれないNOxが排出されると考えられる。また、加速時にはエンジンへの負荷が高くなるため、NOxなどの排出量がさらに増加する。そのため、たとえば、三元触媒とともに、NOxを吸蔵し、放出・還元が可能なNOx吸蔵還元触媒を配設した排ガス浄化装置が知られている。 However, the three-way catalyst has a catalyst bed temperature below a temperature suitable for purifying NOx or the like after a cold start or after a certain period of idle time. It is thought that it is done. Moreover, since the load on the engine increases during acceleration, the amount of NOx and other emissions further increases. Therefore, for example, there is known an exhaust gas purification apparatus in which a NOx storage reduction catalyst capable of storing NOx and releasing / reducing together with a three-way catalyst is disposed.
また、特許文献1では、主として、酸化触媒と、その下流に配置されたNOx吸収装置と、を有する排気機構が開示されている。この排気機構では、アイドリングの間はNOx吸収装置にNOxを吸収させ、走行モードおよび/またはアイドリングから走行へ加速する間はNOxを放出させる。そのため、走行状態に応じてNOxの排出量が変化するが、NOxの排出量の絶対量が減少するものではない。
上述のように、三元触媒にNOx吸蔵還元触媒などを組み合わせることにより、三元触媒を単独で用いるよりはNOxの排出がある程度低減されるが、さらなる低減が求められている。本発明は、上記実状に鑑み、主としてNOxの排出量を従来よりもさらに低減することが可能な排ガス浄化システムを提供することを目的とする。 As described above, by combining a three-way catalyst with a NOx occlusion reduction catalyst or the like, NOx emissions are reduced to some extent as compared to using a three-way catalyst alone, but further reduction is required. In view of the above situation, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system capable of further reducing the amount of NOx emission mainly compared to the conventional art.
本発明の排ガス浄化システムは、NOxを吸着・放出可能なNOx吸着放出材と、NOxを還元可能なNOx還元触媒と、を内燃機関の排気通路に配設した排ガス浄化システムにおいて、
前記NOx還元触媒から排出されるNOxを前記NOx吸着放出材で吸着し、該NOx吸着放出材に吸着されたNOxを所定の条件にて該NOx吸着放出材から放出させて該NOxを該NOx還元触媒へ送出することを特徴とする。
The exhaust gas purification system of the present invention is an exhaust gas purification system in which a NOx adsorption / release material capable of adsorbing and releasing NOx and a NOx reduction catalyst capable of reducing NOx are disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.
NOx discharged from the NOx reduction catalyst is adsorbed by the NOx adsorption / release material, and NOx adsorbed by the NOx adsorption / release material is released from the NOx adsorption / release material under a predetermined condition to reduce the NOx to the NOx reduction. It is characterized by being delivered to the catalyst.
この構成により、NOx還元触媒によりNOxが浄化できない条件下にあっても、NOx還元触媒から排出されたNOxを一旦NOx吸着放出材に吸着し、放出後に再びNOx還元触媒へ戻すことで、NOxの浄化効率が向上する。 With this configuration, even under conditions where NOx cannot be purified by the NOx reduction catalyst, NOx discharged from the NOx reduction catalyst is once adsorbed to the NOx adsorption / release material and then returned to the NOx reduction catalyst again after being released. Purification efficiency is improved.
さらに、前記NOx吸着放出材に流入する入りガス温度を調整する調温手段を有するのが望ましい。 Furthermore, it is desirable to have temperature control means for adjusting the temperature of the incoming gas flowing into the NOx adsorption / release material.
本発明の排ガス浄化システムによれば、NOx還元触媒がNOxを還元するのに好適な温度(活性化温度)に到達していない場合(以後、このような状態を「触媒不活性」、逆の状態を「触媒活性」と略記する)には、内燃機関からの排ガスに含まれるNOxは、NOx還元触媒により還元されずに排出される。NOx還元触媒から排出されたこのNOxを、NOx吸着放出材で吸着する。さらに、吸着したNOxは、所定の条件にてNOx吸着放出材から放出されるが、本発明では、このNOxをNOx還元触媒へ送出する。NOx吸着放出材からNOxが放出されるときは、NOx還元触媒が既に触媒活性状態になっている。したがって、NOx還元触媒へ送出されたNOxは、NOx還元触媒で還元され浄化されて外へと排出される。また、内燃機関がアイドル状態で長時間放置されNOx還元触媒が触媒不活性状態となった場合、NOxは還元されずにNOx還元触媒から排出される。NOx還元触媒からNOxが排出されても、NOx吸着放出材が再度NOxを吸着できる状態となっているため、還元されずに排出されたNOxはNOx吸着放出材に吸着される。すなわち、ほとんどのNOxは、還元されるまでNOx吸着放出材とNOx還元触媒とを循環する。したがって、最終的に外へと排出される排ガスに含まれるNOx量が低減される。 According to the exhaust gas purification system of the present invention, when the NOx reduction catalyst has not reached a temperature (activation temperature) suitable for reducing NOx (hereinafter, such a state is referred to as “catalyst inactive” and vice versa. When the state is abbreviated as “catalytic activity”), NOx contained in the exhaust gas from the internal combustion engine is discharged without being reduced by the NOx reduction catalyst. The NOx discharged from the NOx reduction catalyst is adsorbed by the NOx adsorption / release material. Further, the adsorbed NOx is released from the NOx adsorption / release material under a predetermined condition. In the present invention, this NOx is sent to the NOx reduction catalyst. When NOx is released from the NOx adsorption / release material, the NOx reduction catalyst is already in the catalytically active state. Therefore, the NOx sent to the NOx reduction catalyst is reduced and purified by the NOx reduction catalyst and discharged to the outside. In addition, when the internal combustion engine is left idle for a long time and the NOx reduction catalyst becomes inactive, NOx is not reduced but discharged from the NOx reduction catalyst. Even if NOx is discharged from the NOx reduction catalyst, the NOx adsorption / release material is in a state in which NOx can be adsorbed again. Therefore, NOx discharged without being reduced is adsorbed by the NOx adsorption / release material. That is, most NOx circulates through the NOx adsorption / release material and the NOx reduction catalyst until it is reduced. Therefore, the amount of NOx contained in the exhaust gas finally discharged to the outside is reduced.
また、調温手段を用いてNOx吸着放出材に流入する排ガスの温度を調整することで、NOxが効率よく吸着または放出される。その結果、最終的に外へと排出される排ガスに含まれるNOx量がさらに低減される。 Moreover, NOx is adsorbed or released efficiently by adjusting the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx adsorption / release material using the temperature control means. As a result, the amount of NOx contained in the exhaust gas finally discharged to the outside is further reduced.
本発明の排ガス浄化システムをより詳細に説述するために、以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。 In order to describe the exhaust gas purification system of the present invention in more detail, the best mode for carrying out the present invention will be described below.
本発明の排ガス浄化システムは、主として、NOxを吸着・放出可能なNOx吸着放出材と、NOxを還元可能なNOx還元触媒と、を有する。NOx吸着放出材およびNOx還元触媒は、たとえばエンジンの下流側(排気系側)のような、内燃機関の排気通路に設けられればよい。 The exhaust gas purification system of the present invention mainly has a NOx adsorption / release material capable of adsorbing / releasing NOx and a NOx reduction catalyst capable of reducing NOx. The NOx adsorption / release material and the NOx reduction catalyst may be provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, for example, on the downstream side (exhaust system side) of the engine.
NOx還元触媒は、少なくともNOxを還元可能であれば、特に限定はない。たとえば、HCおよびCOを酸化して浄化するとともに、NOxを還元して浄化できる三元触媒を用いるとよい。三元触媒としては、現在一般に用いられている三元触媒であればよい。具体的には、アルミナ(Al2 O3 )、セリア(CeO2 )、ジルコニア(ZrO2 )、セリア−ジルコニア固溶体などの多孔質酸化物担体に、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)などの貴金属を担持してなるのが好ましい。また、このようなNOx還元触媒としては、250℃以上で触媒活性を示す組成を有するとよい。 The NOx reduction catalyst is not particularly limited as long as at least NOx can be reduced. For example, a three-way catalyst that oxidizes and purifies HC and CO and reduces and purifies NOx may be used. The three-way catalyst may be a three-way catalyst that is generally used at present. Specifically, a porous oxide carrier such as alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), ceria-zirconia solid solution, platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium ( It is preferable to carry a noble metal such as Pd). Further, such a NOx reduction catalyst may have a composition exhibiting catalytic activity at 250 ° C. or higher.
これらの各成分は、担体基材に担持されているのが好ましい。担体基材には、従来から用いられているセラミックス製や金属製のハニカム状の構造体などを用いればよい。担体基材に各成分を担持するには、たとえば、ハニカム状の構造体に、多孔質酸化物および添加酸化物を含むスラリーをウォッシュコートし、それを焼成してコート層を形成し、そのコート層に吸着担持法あるいは吸水担持法で貴金属を担持すればよい。また、多孔質酸化物に予め貴金属を担持した触媒粉末を調製し、その触媒粉末に添加酸化物を混合し、コート層としてもよい。 Each of these components is preferably supported on a carrier substrate. For the carrier substrate, a conventionally used ceramic or metal honeycomb-like structure may be used. In order to carry each component on the carrier substrate, for example, a honeycomb structure is washed with a slurry containing a porous oxide and an added oxide, and then fired to form a coating layer. The noble metal may be supported on the layer by an adsorption support method or a water absorption support method. Alternatively, a catalyst powder in which a noble metal is previously supported on a porous oxide may be prepared, and an additive oxide may be mixed with the catalyst powder to form a coating layer.
NOx吸着放出材は、NOxを吸着、また、吸着したNOxを放出することが可能であれば、特に限定はなく、NOxの他、CO等を吸着・放出できてもよい。NOx吸着放出材の温度が特定の温度よりも低い場合にNOxを吸着し、特定の温度以上でNOxを脱離して放出する性質を備えるNOx吸着放出材が好適である。このような性質を備えるNOx吸着放出材としては、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)のような貴金属や鉄などの遷移金属を担持した各種ゼオライトやセリアが挙げられる。たとえば、NOx吸着放出材がPdを担持したセリアであれば、200℃以下ではNOxを吸着し、250℃を超えるとNOxが脱離する。また、NOx吸着放出材は、流入する排ガスの空燃比が高いリーン状態では排ガスのNOxを吸着し、空燃比が低いストイキ〜リッチ状態では吸着したNOxを放出する性能を備えていてもよい。さらに、NOx吸着放出材は、リーン状態でNOxを吸蔵する一方、ストイキ〜リッチ状態でNOxを放出すると共に窒素に還元するNOx吸蔵還元触媒であってもよい。 The NOx adsorption / release material is not particularly limited as long as it can adsorb NOx and release adsorbed NOx, and may be capable of adsorbing / releasing CO and the like in addition to NOx. A NOx adsorption / release material having the property of adsorbing NOx when the temperature of the NOx adsorption / release material is lower than a specific temperature and desorbing and releasing NOx above the specific temperature is preferable. Examples of the NOx adsorption / release material having such properties include various zeolites and ceria supporting transition metals such as platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag) and noble metals such as iron. Can be mentioned. For example, if the NOx adsorption / release material is ceria carrying Pd, NOx is adsorbed at 200 ° C. or lower, and NOx is desorbed when it exceeds 250 ° C. Further, the NOx adsorption / release material may have a performance of adsorbing NOx of exhaust gas in a lean state where the air-fuel ratio of inflowing exhaust gas is high, and releasing adsorbed NOx in a stoichiometric to rich state where the air-fuel ratio is low. Furthermore, the NOx adsorption / release material may be a NOx occlusion / reduction catalyst that occludes NOx in a lean state and releases NOx in a stoichiometric to rich state and reduces it to nitrogen.
なお、NOx吸着放出材においても、先に説明したNOx還元触媒と同様にして各成分が担体基材に担持されているのが好ましい。 In addition, also in the NOx adsorption / release material, it is preferable that each component is supported on the carrier base material in the same manner as the NOx reduction catalyst described above.
本発明の排ガス浄化システムでは、NOx還元触媒から排出されるNOxをNOx吸着放出材で吸着する。NOx還元触媒が触媒活性であれば、NOxは、NOx還元触媒で還元・浄化される。ところが、NOx還元触媒が触媒不活性の状態にあると、NOx還元触媒に流入した排ガスに含まれるNOxは、NOx還元触媒で浄化されずに排出される。このNOxを、NOx吸着放出材で吸着する。 In the exhaust gas purification system of the present invention, NOx discharged from the NOx reduction catalyst is adsorbed by the NOx adsorption / release material. If the NOx reduction catalyst is catalytically active, NOx is reduced and purified by the NOx reduction catalyst. However, when the NOx reduction catalyst is in an inactive state, NOx contained in the exhaust gas flowing into the NOx reduction catalyst is discharged without being purified by the NOx reduction catalyst. This NOx is adsorbed by the NOx adsorption / release material.
NOx吸着放出材に吸着されたNOxは、所定の条件にてNOx吸着放出材から放出される。NOxがNOx吸着放出材から放出される所定の条件としては、NOx吸着放出材の温度が特定の温度以上に上昇することが挙げられる。その他、空燃比がストイキ〜リッチ状態に制御されたエンジンからの排ガスをNOx吸着放出材に直接流入させたり、ストイキ近傍のNOx還元触媒で浄化された排ガスを全て外へ排出せずにその一部をNOx吸着放出材へ流入させたり、といった方法で空燃比をストイキ〜リッチ状態としてもよい。 The NOx adsorbed on the NOx adsorption / release material is released from the NOx adsorption / release material under a predetermined condition. The predetermined condition under which NOx is released from the NOx adsorption / release material is that the temperature of the NOx adsorption / release material rises above a specific temperature. In addition, exhaust gas from an engine whose air-fuel ratio is controlled to be stoichiometric to rich is directly flowed into the NOx adsorption / release material, or part of exhaust gas purified by the NOx reduction catalyst in the vicinity of stoichiometry is not exhausted to the outside. The air-fuel ratio may be made to be in a stoichiometric or rich state by a method such as inflowing into the NOx adsorption / release material.
そして、本発明の排ガス浄化システムでは、NOx吸着放出材から放出されたNOxをNOx還元触媒へと送出する。NOx吸着放出材から放出されたNOxは、直接NOx還元触媒へと送出してもよいし、エンジンの上流側(吸気系側)へ送出してNOx還元触媒へ間接的に送出してもよい。 In the exhaust gas purification system of the present invention, NOx released from the NOx adsorption / release material is sent to the NOx reduction catalyst. The NOx released from the NOx adsorption / release material may be sent directly to the NOx reduction catalyst, or may be sent to the upstream side (intake system side) of the engine and indirectly sent to the NOx reduction catalyst.
送出されたNOxは、NOx還元触媒が触媒活性であれば、NOx還元触媒で還元され浄化される。浄化されてNOx量が低減された排ガスは、全てまたは一部が外へと排出される。なお、既に述べたように、その一部をNOx吸着放出材へ流入させてもよい。 If the NOx reduction catalyst is catalytically active, the delivered NOx is reduced and purified by the NOx reduction catalyst. The exhaust gas that has been purified to reduce the amount of NOx is exhausted to the outside in whole or in part. In addition, as already described, a part thereof may flow into the NOx adsorption / release material.
一方、NOx還元触媒が触媒不活性であれば、NOxは還元されずにNOx還元触媒から排出される。NOx還元触媒から排出されるNOxがNOx吸着放出材で吸着されることは、前述の通りである。すなわち、浄化されないNOxは、浄化されるまで本発明の排ガス浄化システムを循環する。こうして、外へと排出される排ガスに含まれるNOx量が低減される。 On the other hand, if the NOx reduction catalyst is inactive, NOx is not reduced but discharged from the NOx reduction catalyst. As described above, NOx discharged from the NOx reduction catalyst is adsorbed by the NOx adsorption / release material. That is, NOx that is not purified circulates through the exhaust gas purification system of the present invention until it is purified. Thus, the amount of NOx contained in the exhaust gas discharged to the outside is reduced.
前述のように、NOx吸着放出材の吸着・放出作用は、温度条件によって左右される。そのため、本発明の排ガス浄化システムは、さらに、NOx吸着放出材に流入する排ガスの入りガス温度を調整する調温手段を有してもよい。入りガス温度は、温度センサ等をNOx吸着放出材に設置したり、運転状況から推定したりして、検出・推定されたNOx吸着放出材の温度に基づいて調節されるとよい。 As described above, the adsorption / release action of the NOx adsorption / release material depends on the temperature condition. Therefore, the exhaust gas purification system of the present invention may further include a temperature control means for adjusting the temperature of the entering gas of the exhaust gas flowing into the NOx adsorption / release material. The inlet gas temperature may be adjusted based on the temperature of the detected / estimated NOx adsorbing / releasing material by installing a temperature sensor or the like on the NOx adsorbing / releasing material or estimating from the operating state.
以上詳説した本発明の排ガス浄化システムを実施するためのNOx還元触媒、NOx吸着放出材、これらを連結する配管および配管を開閉する弁体の配置に特に限定はない。内燃機関の種類や運転状況、触媒性能などに応じて最適な配置および弁体の制御を行うことにより排ガスの浄化を効率よく行うことができる。後述の実施例の欄でも詳説するが、本発明の排ガス浄化システムとしては、排ガス経路の例として図1〜図4の系統図に記載の排ガス浄化システムを使用することができる。 There is no particular limitation on the arrangement of the NOx reduction catalyst, the NOx adsorption / release material, the pipe connecting these, and the valve body for opening and closing the pipe for implementing the exhaust gas purification system of the present invention described in detail above. Exhaust gas purification can be efficiently performed by performing optimal arrangement and control of the valve body in accordance with the type, operating condition, catalyst performance, and the like of the internal combustion engine. As will be described in detail in the section of the embodiment described later, as the exhaust gas purification system of the present invention, the exhaust gas purification system described in the system diagrams of FIGS. 1 to 4 can be used as an example of the exhaust gas path.
たとえば、図1および図2では、NOx還元触媒(「触媒1」と略記)の下流を2つに分岐し、触媒1から放出された排ガスを排出口から外へと排出する経路(R11およびR21:RXXは図中の符号)と、NOx吸着放出材(「NOx吸放材2」と略記)へと流入させる経路(R12およびR22)と、をもつ。また、NOx吸放材2から放出されたNOxを触媒1へ送出する経路(R13およびR23)を有するが、この経路R13および経路R23は、図1および図2に示すようにエンジン(ENG)の上流側(吸気系側)にNOxを送出してもよいし、エンジンの下流側(排気系側)であって触媒1の上流にNOxを送出してもよい。また、図2に示すように、NOx吸放材2の吸着効率を向上させるために、NOx吸放材2の手前に調温手段として冷却器3を設けてもよい。
For example, in FIGS. 1 and 2, the downstream of the NOx reduction catalyst (abbreviated as “
また、図3および図4では、エンジン(ENG)から排出された排ガスが、触媒1、NOx吸放材2の順に通過して排出される第一経路(R30→(触媒1)→R31→(NOx吸放材2)→R32およびR40→(触媒1)→R41→(NOx吸放材2)→R42)の他に、エンジンから排出された排ガスがNOx吸放材2を通過した後、触媒1を通過することができる第二経路(R30→R36→(NOx吸放材2)→R37→(触媒1)→R38→R32およびR40→R46→(NOx吸放材2)→R47→(触媒1)→R48→R42)を設けたものである。第一経路は、触媒1から排出されるNOxをNOx吸放材2で吸着する際に用いられる。第二経路は、NOx吸放材2から放出されたNOxを触媒1で浄化する際に用いられる。また、図4に示すように、NOx吸放材2の吸着効率を向上させるために、NOx吸放材2の手前に調温手段として冷却器3を設けてもよい。
3 and 4, the first path (R 30 → (catalyst 1) → R 31 ) in which exhaust gas discharged from the engine (ENG) passes through the
なお、本発明の排ガス浄化システムは、上記の実施の形態に限定されるものではない。たとえば、本発明の排ガス浄化システムの効果を損なわない程度であれば、他の機能を追加するために必要に応じて別の構成を追加してもよい。 The exhaust gas purification system of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, as long as the effect of the exhaust gas purification system of the present invention is not impaired, another configuration may be added as necessary to add other functions.
以下、本発明の排ガス浄化システムの実施例を、図1〜図13を用いて比較例とともに具体的に説明する。 Hereinafter, the Example of the exhaust gas purification system of this invention is described concretely with a comparative example using FIGS.
[実施例1]
本実施例では、図1の系統図に示すように、エンジン(ENG)の下流側に三元触媒(触媒1)およびNOx吸着放出材(NOx吸放材2)を配置した。エンジンは、配管10を介して触媒1と連結されている。触媒1の下流側は、流路切換バルブV11(以下「バルブVXX」と略記)において配管11または配管12の2方向へ分岐される。配管11は、排ガスを大気中へ排出する排気側に連結される。一方、配管12は、NOx吸放材2に連結される。NOx吸放材2の下流側は、バルブV12において配管13または排気側へと連通する2方向へ分岐される。配管13は、エンジンの上流(吸気系側)に連結される。
[Example 1]
In this embodiment, as shown in the system diagram of FIG. 1, a three-way catalyst (catalyst 1) and a NOx adsorption / release material (NOx adsorption / release material 2) are arranged on the downstream side of the engine (ENG). The engine is connected to the
触媒1は、容量1.1Lのコージェライト系ハニカム担体基材に、所定量のアルミナおよびシリカ−ジルコニア複合酸化物からなるスラリーをウォッシュコートして、乾燥・焼成後、白金(Pt)およびロジウム(Rh)を含む水溶液を用い、PtおよびRhを吸着担持させた三元触媒を用いた。担体基材1リットルあたりの貴金属担持量は、Ptが1.5g/L、Rhが0.4g/Lであった。なお、上記の手順で得られた三元触媒は、実機にて入りガス800℃で50時間の耐久後、触媒1として用いた。
The
NOx吸放材2は、容量0.9Lのコージェライト系ハニカム担体基材に、セリアからなるウォッシュコート層を形成した後、パラジウム(Pd)を吸着担持させた。担体基材1リットルあたりのPdの担持量は1.0g/Lであった。
The NOx adsorbing / releasing
触媒1でNOxを還元するのに好適な温度は、活性化温度Tα=300℃以上であった。NOx吸放材2でNOxが脱離しやすい温度はTβ=350℃よりも高い温度であった。
A temperature suitable for reducing NOx by the
また、触媒1およびNOx吸放材2は、それらの内部の温度を測定する温度センサT11およびT12をそれぞれ有する。センサT11およびセンサT12で検知される温度に応じてバルブV11およびバルブV12が開閉するように制御されることで、本実施例の排ガス浄化システムが作動する。図6は、実施例1の排ガス浄化システムの制御を示すフローチャートである。以下に、図6のフローチャートを図5の系統図と共に説明する。
Further, the
本実施例では、触媒1が触媒活性であるか否かを触媒1の温度により判定する。すなわち、ステップ100においてセンサT11の温度が、触媒1の活性化温度Tαよりも低い(T11<Tα)と判定されると、触媒1は触媒不活性であるため、ステップ111Aにおいて、バルブV11により触媒1を通過した全排出ガスをNOx吸放材2へと流入させる。したがって、ステップ112A〜ステップ114Aにおいて、触媒1から放出されるNOxは、NOx吸放材2でNOxの吸着が実行される。そしてNOx吸放材2からの排ガスは、バルブV12により排出口から外へと排出される。(以上、図5<1−A>参照)
In this embodiment, whether or not the
一方、ステップ100においてセンサT11の温度が、触媒1の活性化温度Tα以上であると判定されると、触媒1は触媒活性であり、NOxの還元が可能な状態である。このとき、ステップ120において、NOx吸放材2がNOxを吸着しているか否かが判定される。NOx吸放材2がNOxを吸着中であり、かつ、ステップ121BにおいてNOxの脱離した量がNOx吸放材2の吸着可能な容量(t2)以下であれば、ステップ122Bにて脱離時間カウンターを加算すると共に、ステップ123BにてバルブV11およびバルブV12が制御される。すなわち、触媒1から排出されるNOxが浄化された排ガスは、その一部はバルブV11により配管11(バイパス側)を流れ、排気系から外へと排出される。また、バルブV11により配管12を流れた排ガスは、NOx吸放材2へ流入すると共にNOx吸放材2に吸着されたNOxが放出され脱離する。NOx吸放材2から放出されるNOxを含む排ガスは、バルブV12により配管13を通ってエンジンの上流側(吸気系側)へと送出される。(以上、図5<1−B>参照)
On the other hand, if it is determined in
また、ステップ100において触媒1が触媒活性であって、ステップ120においてNOx吸放材2がNOxを吸着していない状態、または、ステップ121BにおいてNOx吸放材2に吸着されたNOxが全て脱離された状態ならば、ステップ126CにてバルブV11により触媒1から排出されるNOxが浄化された排ガスは、全量がバルブV11により配管11(バイパス側)を流れ、排気系から外へと排出される。(以上、図5<1−C>参照)
In
[実施例2]
本実施例は、図2の系統図に示すように、バルブV21(実施例1のバルブV11に相当)とNOx吸放材2との間にバルブV21から分岐する配管24を介して冷却器3を配置し、また、触媒1とバルブV21との間にセンサT23を設けた他は、実施例1と同様な排ガス浄化システムである。図8は、実施例2の排ガス浄化システムの制御を示すフローチャートである。以下に、図8のフローチャートを図7の系統図と共に説明する。
[Example 2]
In the present embodiment, as shown in the system diagram of FIG. 2, a
なお、本実施例において配管20〜23は、実施例1の配管10〜13に対応し、センサT21,T22はセンサT11,T12、バルブV21,V22はバルブV11,V12にそれぞれ対応する。また、図8において、ステップ220、221C〜223C(図7<2−C>に相当)および226D〜228D(図7<2−D>に相当)については、実施例1のステップ120、121B〜123Bおよび126C〜128Cと同様である。
In this embodiment, the
ステップ200においてセンサT21の温度が、触媒1の活性化温度Tαよりも低い(T21<Tα)と判定されると、触媒1は触媒不活性である。次に、ステップ210においてセンサT23の温度がTβ以下であると判定されると、NOx吸放材2への入りガス温度がTβ以下ではNOxは吸着されやすいため、ステップ211Aにおいて、バルブV21により触媒1を通過した全排出ガスをNOx吸放材2へと流入させる。したがって、ステップ212A〜ステップ214Aにおいて、触媒1から放出されるNOxは、NOx吸放材2でNOxの吸着が実行される。(以上、図7<2−A>参照)
If it is determined in
一方、ステップ210においてセンサT23の温度がTβよりも高い(T23>Tβ)と判定されると、NOx吸放材2への入りガス温度がTβを超えるとNOxは脱離しやすいため、ステップ211BにおいてバルブV21によりセンサT23を通過した全排ガスを冷却器3へと流入させる。冷却器3を通過した排出ガスは、入りガス温度がTβ以下に調温されてNOx吸放材2へと流れ込む。そして、ステップ212A〜ステップ214Aにおいて、NOx吸放材2でNOxの吸着が実行される。(以上、図7<2−B>参照)
On the other hand, if in
なお、ステップ210とステップ211Aは省略可能であり、NOx吸放材2にNOxを吸着させる場合には、その入りガスを必ず冷却器3に通過させて調温させてもよい。
Note that
[実施例3]
本実施例では、図3の系統図に示すように、エンジン(ENG)の下流側に三元触媒(触媒1)およびNOx吸着放出材(NOx吸放材2)を配置した。エンジンは、配管30を介して触媒1と連結されている。配管30は、バルブV31において配管36へ分岐される。触媒1は、配管31(37)を介してNOx吸放材2と連結されている。NOx吸放材2の下流側は、排気側に連通するが、NOx吸放材2と排出口との間で配管36がバルブV34を介して接続される。また、配管31(37)は、バルブV33において配管33に分岐する。配管33は、配管30上のバルブV31と触媒1との間に配されたバルブV32において分岐された配管38に連通し、配管38の他端は、バルブV34と排気側との間で連通する。
[Example 3]
In this embodiment, as shown in the system diagram of FIG. 3, the three-way catalyst (catalyst 1) and the NOx adsorption / release material (NOx adsorption / release material 2) are arranged on the downstream side of the engine (ENG). The engine is connected to the
また、触媒1およびNOx吸放材2は、それらの内部の温度を測定する温度センサT31およびT32をそれぞれ有する。センサT31およびセンサT32で検知される温度に応じてバルブV31〜V34が開閉するように制御される。図10は、実施例3の排ガス浄化システムの制御を示すフローチャートである。以下に、図10のフローチャートを図9の系統図と共に説明する。
Further, the
本実施例では、触媒1が触媒活性であるか否かを触媒1の温度により判定する。すなわち、ステップ300においてセンサT31の温度が、触媒1の活性化温度Tαよりも低い(T31<Tα)と判定されると、触媒1は触媒不活性であるため、ステップ311Aにおいて、バルブV31およびバルブV32により触媒1を通過させた全排出ガスをバルブV33によりNOx吸放材2へと流入させる。したがって、ステップ312A〜ステップ314Aにおいて、触媒1から放出されるNOxは、NOx吸放材2でNOxの吸着が実行される。そしてNOx吸放材2からの排ガスは、バルブV34により排気系から外へと排出される。(以上、図9<3−A>参照)
In this embodiment, whether or not the
一方、ステップ300においてセンサT31の温度が、触媒1の活性化温度Tα以上であると判定されると、触媒1は触媒活性であり、NOxの還元が可能な状態である。このとき、ステップ320において、NOx吸放材2がNOxを吸着しているか否かが判定される。NOx吸放材2がNOxを吸着中であり、かつ、ステップ321BにおいてNOxの脱離した量がNOx吸放材2の吸着可能な容量(t2)以下であれば、ステップ322Bにて脱離時間カウンターを加算すると共に、ステップ323Bにて各バルブが制御される。すなわち、エンジンからの排ガスは、配管30、バルブV31、配管36を経てバルブV34により直接NOx吸放材2へ流入すると共にNOx吸放材2に吸着されたNOxが放出され脱離する。NOx吸放材2から放出されるNOxを含む排ガスは、配管37を通って触媒1へと流入し、その後、バルブV32により配管38を通って排出口から外へと排出される。(以上、図9<3−B>参照)
On the other hand, the temperature of the sensor T 31 in
また、ステップ300において触媒1が触媒活性であって、ステップ320においてNOx吸放材2がNOxを吸着していない状態、または、ステップ321BにおいてNOx吸放材2に吸着されたNOxが全て脱離された状態ならば、ステップ326CにてバルブV31およびバルブV32により触媒1から排出されるNOxが浄化された排ガスは、全量がバルブV33により配管33を流れ、排気系から外へと排出される。(以上、図5<1−C>参照)
In
[実施例4]
本実施例は、図4の系統図に示すように、バルブV43(実施例3のバルブV33に相当)とNOx吸放材2との間にバルブV45を設置し、バルブV45から分岐する配管45を介して冷却器3を配置し、また、バルブV43とバルブV45との間にセンサT43を設けた他は、実施例3と同様な排ガス浄化システムである。図12は、実施例4の排ガス浄化システムの制御を示すフローチャートである。以下に、図12のフローチャートを図11の系統図と共に説明する。なお、図12において、ステップ420、421C〜423C(図11<4−C>に相当)および426D〜428D(図11<4−D>に相当)については、実施例3のステップ320、311B〜313Bおよび321C〜323Cと同様である。
[Example 4]
In this embodiment, as shown in the system diagram of Figure 4, it established a valve V 45 between the valve V 43 (corresponding to the valve V 33 of Example 3) and NOx-absorbing
ステップ400においてセンサT41の温度が、触媒1の活性化温度Tαよりも低い(T41<Tα)と判定されると、触媒1は触媒不活性である。次に、ステップ410においてセンサT43の温度がTβ以下であると判定されると、NOx吸放材2への入りガス温度がTβ以下ではNOxは吸着されやすいため、ステップ411Aにおいて、バルブV41およびバルブV42により触媒1を通過させた全排出ガスをバルブV43およびバルブV45によりNOx吸放材2へと流入させる。したがって、ステップ412A〜ステップ414Aにおいて、触媒1から放出されるNOxは、NOx吸放材2でNOxの吸着が実行される。そして、NOx吸放材2からの排ガスは、バルブV44により排気系から外へと排出される。(以上、図11<4−A>参照)
If it is determined in
一方、ステップ410においてセンサT43の温度がTβよりも高い(T43>Tβ)と判定されると、NOx吸放材2への入りガス温度がTβを超えるとNOxは脱離しやすいため、ステップ411BにおいてバルブV45によりセンサT43を通過した全排ガスを冷却器3へと流入させる。冷却器3を通過した排出ガスは、入りガス温度がTβ以下に調温されてNOx吸放材2へと流れ込む。そして、ステップ412A〜ステップ414Aにおいて、NOx吸放材2でNOxの吸着が実行される。(以上、図11<4−B>参照)
On the other hand, if it is determined in
なお、ステップ410とステップ411Aは省略可能であり、NOx吸放材2にNOxを吸着させる場合には、その入りガスを必ず冷却器3に通過させて調温させてもよい。
Note that
[比較例1]
NOx吸放材2を用いない他は、実施例1と同様な排ガス浄化システムである。すなわち、エンジンからの排ガスを全て触媒1に流入させ、触媒1から排出されるガスを排出口より外へと排出した。
[Comparative Example 1]
The exhaust gas purification system is the same as that of the first embodiment except that the NOx absorbing / releasing
[評価]
実施例1〜4および比較例1の排ガス浄化システムについて、評価システムを用いた浄化性能評価試験を行った。評価システムとしては、排気量2.4Lのエンジン、各排ガス浄化システムおよび低慣性ダイナモにて実車を模擬した評価システムを用いた。この試験では、時速60kmで10分間定常走行後、アイドル状態で10分間保持し、時速60km間で加速した際の排ガスから、平均浄化率を算出した。結果を図13に示す。
[Evaluation]
About the exhaust gas purification system of Examples 1-4 and the comparative example 1, the purification performance evaluation test using an evaluation system was done. As an evaluation system, an evaluation system simulating an actual vehicle with an engine with a displacement of 2.4 L, each exhaust gas purification system, and a low inertia dynamo was used. In this test, the average purification rate was calculated from the exhaust gas when the vehicle was driven for 10 minutes at a speed of 60 km / h, held in an idle state for 10 minutes, and accelerated at a speed of 60 km / h. The results are shown in FIG.
三元触媒のみを使用した比較例1では、平均浄化率が70%であったのに対し、実施例1〜4では、三元触媒1から排出されNOx吸放材2に吸着されたNOxを三元触媒1へ再び戻すことにより、浄化率が向上した。さらに、NOx吸放材2への入りガス温度を冷却器3で調温することで、平均浄化率が90%を超え、さらに浄化効率が向上した。
In Comparative Example 1 using only the three-way catalyst, the average purification rate was 70%, whereas in Examples 1 to 4, the NOx discharged from the three-
1:三元触媒(NOx還元触媒)
2:NOx吸放材(NOx吸着放出材)
3:冷却器(調温手段)
V:バルブ(弁体)
T:温度センサ
ENG:エンジン
1: Three-way catalyst (NOx reduction catalyst)
2: NOx absorption / release material (NOx adsorption / release material)
3: Cooler (temperature control means)
V: Valve (valve)
T: Temperature sensor ENG: Engine
Claims (3)
前記NOx還元触媒から排出されるNOxを前記NOx吸着放出材で吸着し、該NOx吸着放出材に吸着されたNOxを所定の条件にて該NOx吸着放出材から放出させて該NOxを該NOx還元触媒へ送出することを特徴とする排ガス浄化システム。 In an exhaust gas purification system in which a NOx adsorption / release material capable of adsorbing and releasing NOx and a NOx reduction catalyst capable of reducing NOx are disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
NOx discharged from the NOx reduction catalyst is adsorbed by the NOx adsorption / release material, and NOx adsorbed by the NOx adsorption / release material is released from the NOx adsorption / release material under a predetermined condition to reduce the NOx to the NOx reduction. An exhaust gas purification system characterized by being sent to a catalyst.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2006
- 2006-02-16 JP JP2006039799A patent/JP2007218177A/en not_active Withdrawn
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