JP5839663B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
図2に示すように、ディーゼルエンジン11の吸気ポートには吸気マニホルド12を介して吸気管13が接続され、排気ポートには排気マニホルド14を介して排気管16が接続される。吸気管13には、ターボ過給機17のコンプレッサハウジング17aと、ターボ過給機17により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ18とがそれぞれ設けられ、排気管16にはターボ過給機17のタービンハウジング17bが設けられる。コンプレッサハウジング17aにはコンプレッサ回転翼(図示せず)が回転可能に収容され、タービンハウジング17bにはタービン回転翼(図示せず)が回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼とタービン回転翼とはシャフト(図示せず)により連結され、エンジン11から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼及びシャフトを介してコンプレッサ回転翼が回転し、このコンプレッサ回転翼の回転により吸気管13内の吸入空気が圧縮されるように構成される。
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O …(2)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O …(3)
この結果、排ガスの高温域において排ガス中のNOxがパティキュレートともに効率良く低減される。またフィルタ20に流入する排ガスの温度が600℃を越えると、フィルタ20の捕集層23に堆積したパティキュレートが高温の排ガスにより燃焼して除去される。更に第2触媒層22から余剰の炭化水素系液体32や余剰のアンモニアが排出されると、これらの炭化水素系液体32やアンモニアの余剰分は第2酸化還元触媒72で酸化されるため、大気中に排出されることはない。従って、排ガスの低温域から高温域の幅広い温度域にわたってNOx及びパティキュレートを効率良く低減できる。
図3は本発明の第2の実施の形態を示す。図3において図1と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、パティキュレートフィルタ100の担体101の多孔質の隔壁101aで仕切られた複数の貫通孔101bの入口部を1つ置きに封止することにより流入流出孔101c及び流出穴101dがそれぞれ形成される。即ち、複数の貫通孔101bのうち入口側及び出口側を封止部材101eにより封止しないことにより流入流出孔101cが形成され、複数の貫通孔101bのうち入口側を封止部材101eにより封止しかつ出口側を開放することにより流出穴101dが形成される。そして、流入流出孔101cの全面(内面の全部)に銀系触媒からなる第1触媒層21が排ガスの通過可能な状態で形成され、第1触媒層21の全面(内面の全部)に排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層23が排ガスの通過可能な状態で形成され、流出穴101dの全面(内面の全部)に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第2触媒層22が排ガスの通過可能な状態で形成される。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。
図4は本発明の第3の実施の形態を示す。図4において図1と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第1触媒層121の流入穴24c内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第2触媒層122の流出穴24d内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ120の圧損又はNOxの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成される。具体的には、第1触媒層121がフィルタ120の流入穴24cの入口側の半分にだけコーティングされ、第2触媒層122がフィルタ120の流出穴24dの出口側の半分にだけコーティングされる。上記以外は第1の実施の形態と同一に構成される。
図5は本発明の第4の実施の形態を示す。図5において図3と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、第1触媒層121の流入流出孔101c内面へのコーティング面積及びコーティング位置と、第2触媒層122の流出穴101d内面へのコーティング面積及びコーティング位置とが、パティキュレートフィルタ140の圧損又はNOxの要求低減率のいずれか一方又は双方に基づいて設定されるように構成される。具体的には、第1触媒層121がフィルタ140の流入流出孔101cの入口側の半分にだけコーティングされ、第2触媒層122がフィルタ140の流出穴101dの出口側の半分にだけコーティングされる。上記以外は第2の実施の形態と同一に構成される。
図2に示すように、排気管16に設けたケース19に排ガス上流側から順に第1酸化還元触媒51、パティキュレートフィルタ20及び第2酸化還元触媒72を収容した。第1及び第2酸化還元触媒51,72は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングしてそれぞれ作製した触媒であった。
排気管に設けたケースに排ガス上流側から順に第1酸化還元触媒、パティキュレートフィルタ及び第2酸化還元触媒を収容した。第1及び第2酸化還元触媒は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをハニカム担体にコーティングして作製した触媒であった。またフィルタの流入穴及び流出穴の全面(内面の全部)に触媒層を排ガスの通過可能な状態で形成した。なお、触媒層は、白金をイオン交換したゼオライト粉末を含むスラリーをフィルタの担体にコーティングして作製した白金系の触媒層であった。更に第1酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管に第2液体噴射ノズルを設けた。この排ガス浄化装置を比較例1とした。
実施例1及び比較例1の排ガス浄化装置をガス生成装置の排気管に接続した。このガス生成装置は、排ガスを模したモデルガスを生成して排出可能に構成される。またモデルガスは、NOを200ppm、軽油を4000ppmC、O2を10質量%、H2Oを10質量%含むガスであった。更にガス生成装置から排出されるモデルガスの温度を電気炉により、室温、150℃、200℃、300℃、400℃、500℃及び600℃の各温度にコントロールされ、各温度におけるモデルガスの空間速度(SV)を50,000h-1とした。そしてガス生成装置から排出されるモデルガスの温度を上記のように室温から600℃まで段階的に上昇させたときの、実施例1及び比較例1の排ガス浄化装置によるNOx低減率を測定した。その結果を図6に示す。また実施例1の第1触媒層を通過した直後の排ガスに含まれるアンモニアの量を測定した。その結果を図7に示す。このアンモニアの量の測定は第2触媒層が形成されていないフィルタを用いて行った。
実施例1及び比較例1の排ガス浄化装置を排気量8000ccのターボ過給機付ディーゼルエンジンの排気管に接続した。そしてエンジンの回転速度及び負荷を変化させて、排ガス温度を室温から600℃まで徐々に上昇させたときの、実施例1及び比較例1の排ガス浄化装置によるトータルのNOx低減率を測定した。その結果を図8に示す。
16 排気管
20,100,120,140 パティキュレートフィルタ
21,121 第1触媒層
22,122 第2触媒層
23,123 捕集層
24,101 担体
24a,101a 隔壁
24b,101b 貫通孔
24c 流入穴
24d,101d 流出穴
31 第1液体噴射ノズル
32 炭化水素系液体
41 第1炭化水素系液体供給手段
44 第1液体噴射量調整弁
51 第1酸化還元触媒
52 第2液体噴射ノズル
62 第2炭化水素系液体供給手段
64 第2液体噴射量調整弁
72 第2酸化還元触媒
81 第1温度センサ
82 第2温度センサ
86 コントローラ
101c 流入流出孔
Claims (6)
- エンジン(11)の排気管(16)に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(20,120)が設けられ、前記パティキュレートフィルタ(20,120)が、多孔質の隔壁(24a)で仕切られた貫通孔(24b)が互いに平行に複数形成された担体(24)を有し、前記複数の貫通孔(24b)の相隣接する出口部及び入口部を交互に封止することにより流入穴(24c)及び流出穴(24d)がそれぞれ形成された排ガス浄化装置において、
前記流入穴(24c)の内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第1触媒層(21,121)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記第1触媒層(21,121)の内面の全部に前記排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層(23,123)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記流出穴(24d)の内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第2触媒層(22,122)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記パティキュレートフィルタ(20,120)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ前記パティキュレートフィルタ(20,120)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な第1液体噴射ノズル(31)と、
前記第1液体噴射ノズル(31)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ酸化機能及び前記NOxの還元機能を有する第1酸化還元触媒(51)と、
前記第1酸化還元触媒(51)より排ガス上流側の排気管(16)に設けられ前記第1酸化還元触媒(51)に向けて炭化水素系液体(32)を噴射可能な第2液体噴射ノズル(52)と、
前記第1液体噴射ノズル(31)に第1液体噴射量調整弁(44)を介して前記液体(32)を供給する第1炭化水素系液体供給手段(41)と、
前記第2液体噴射ノズル(52)に第2液体噴射量調整弁(64)を介して前記液体(32)を供給する第2炭化水素系液体供給手段(62)と、
前記パティキュレートフィルタ(20,120)に関係する排ガスの温度を検出する第1温度センサ(81)と、
前記第1酸化還元触媒(51)に関係する排ガスの温度を検出する第2温度センサ(82)と、
前記第1温度センサ(81)及び前記第2温度センサ(82)の各検出出力に基づいて前記第1液体噴射量調整弁(44)及び前記第2液体噴射量調整弁(64)をそれぞれ制御するコントローラ(86)と
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。 - エンジンの排気管に排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ(100,140)が設けられ、前記パティキュレートフィルタ(100,140)が、多孔質の隔壁(101a)で仕切られた貫通孔(101b)が互いに平行に複数形成された担体(101)を有する排ガス浄化装置において、
前記複数の貫通孔(101b)の入口部を1つ置きに封止することにより流入流出孔(101c)及び流出穴(101d)がそれぞれ形成され、
前記流入流出孔(101c)の内面の全部又は一部に銀系触媒からなる第1触媒層(21,121)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記第1触媒層(21,121)の内面の全部に前記排ガス中のパティキュレートを捕集可能な捕集層(23,123)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記流出穴(101d)の内面の全部又は一部に銅系触媒、鉄系触媒又はバナジウム系触媒からなる第2触媒層(22,122)が前記排ガスの通過可能な状態で形成され、
前記パティキュレートフィルタ(100,140)より排ガス上流側の排気管に設けられ前記パティキュレートフィルタ(100,140)に向けて炭化水素系液体を噴射可能な第1液体噴射ノズルと、
前記第1液体噴射ノズルより排ガス上流側の排気管に設けられ酸化機能及び前記NOxの還元機能を有する第1酸化還元触媒と、
前記第1酸化還元触媒より排ガス上流側の排気管に設けられ前記第1酸化還元触媒に向けて炭化水素系液体を噴射可能な第2液体噴射ノズルと、
前記第1液体噴射ノズルに第1液体噴射量調整弁を介して前記液体を供給する第1炭化水素系液体供給手段と、
前記第2液体噴射ノズルに第2液体噴射量調整弁を介して前記液体を供給する第2炭化水素系液体供給手段と、
前記パティキュレートフィルタ(100,140)に関係する排ガスの温度を検出する第1温度センサと、
前記第1酸化還元触媒に関係する排ガスの温度を検出する第2温度センサと、
前記第1温度センサ及び前記第2温度センサの検出出力に基づいて前記第1液体噴射量調整弁及び前記第2液体噴射量調整弁をそれぞれ制御するコントローラと
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。 - 前記第1触媒層(121)が前記パティキュレートフィルタ(120)の流入穴(24c)の入口側の半分にだけコーティングされ、前記第2触媒層(122)が前記パティキュレートフィルタ(120)の流出穴(24d)の出口側の半分にだけコーティングされた請求項1記載の排ガス浄化装置。
- 前記第1触媒層(121)が前記パティキュレートフィルタ(140)の流入流出孔(101c)の入口側の半分にだけコーティングされ、前記第2触媒層(122)が前記パティキュレートフィルタ(140)の流出穴(101d)の出口側の半分にだけコーティングされた請求項2記載の排ガス浄化装置。
- 前記第1触媒層(21,121)が前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)の担体(24,101)に銀ゼオライト又は銀アルミナをコーティングして形成され、前記第2触媒層(22,122)が前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)の担体(24,101)に銅ゼオライト、鉄ゼオライト又はバナジウム系酸化物をコーティングして形成された請求項1又は2記載の排ガス浄化装置。
- 前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)より排ガス下流側の排気管(16)に第2酸化還元触媒(72)が設けられ、前記第2酸化還元触媒(72)が、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)から前記炭化水素系液体(32)が排出されたときに前記炭化水素系液体(32)を酸化する酸化機能と、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)からアンモニアが排出されたときに前記アンモニアを酸化する酸化機能と、前記パティキュレートフィルタ(20,100,120,140)から前記NOxが排出されたときに前記NOxを還元する還元機能を有する請求項1又は2記載の排ガス浄化装置。
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