JPH11303625A - 内燃機関の排気浄化装置およびそれを用いた排気浄化法 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置およびそれを用いた排気浄化法

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JPH11303625A
JPH11303625A JP10113710A JP11371098A JPH11303625A JP H11303625 A JPH11303625 A JP H11303625A JP 10113710 A JP10113710 A JP 10113710A JP 11371098 A JP11371098 A JP 11371098A JP H11303625 A JPH11303625 A JP H11303625A
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absorbent
nox
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
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JP10113710A
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Ko Cho
耿 張
Kazuhiro Nagashima
島 和 博 長
Tomotaka Hirota
田 智 隆 広
Hideaki Muraki
木 秀 昭 村
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JOHNSON MASSEY JAPAN KK
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JOHNSON MASSEY JAPAN KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の燃料燃焼により排出される排気ガ
ス中のNOx濃度を相当量浄化することができる内燃機
関の排気浄化装置を提供すること。 【解決手段】 (1)リーン混合気を燃焼させるように
した内燃機関において、流入排気ガスの空燃比がリーン
時にはNOxを吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空
燃比またはリッチ時には吸収したNOxを放出するとい
う酸素吸収力を有しないNOx吸収剤が内燃機関排気通
路内に配置してなること、および、(2)SOx吸収剤
がNOx吸収剤の配置箇所から上流部分に配置してなる
こと、を特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】[発明の背景]本発明は、内
燃機関において燃料燃焼後に排出される排気ガスを浄化
する排気浄化装置およびそれを用いた排気浄化法に関す
るものである。
【0002】
【従来技術】内燃機関において燃料燃焼後に排出される
排気ガスの主成分は、主に二酸化炭素(CO2)、一酸
化炭素(CO)、水(H2O)、酸素(O2)、窒素(N
2)、水素(H2)などであるが、微量成分として窒素酸
化物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、炭化水素(H
C)も含まれている。
【0003】この排ガス中の有害成分は、一酸化炭素
(CO)、窒素酸化物(NOx)、硫黄酸化物(SO
x)、炭化水素(HC)、等である。
【0004】より具体的には、COは動物の代謝機能に
悪影響を及ぼし、またNOxは中枢神経機能、呼吸気系
への障害を生じさせるなど、動物、人間に対して直接影
響を及ぼす。また、NOx、HCは大気中に拡散された
後、太陽光線による様々な化学反応を生じて、光化学ス
モッグを生成し、皮膚や粘膜、目等を刺激するなど、動
物、人間に対して間接的に影響を及ぼす原因となる。
【0005】上記問題提起により、近年、動物、人間へ
の悪影響回避、国際的な地球環境保護の高まりから世界
各国で排気規制が強化されている。例えば、欧州、アジ
ア、豪州では排気強化法案、米国加州の低ミッション車
規制法案、わが国の窒素酸化物の総量規制(ディーゼル
車に適用)等が、検討され、可決、導入されている。
【0006】このため、従来より排気ガスを浄化するた
めに排気処理の研究開発が1960年代より行われ、1
970年代においてはHC、NOx、COを同時に低減
することができる三元触媒やその他の触媒、吸収剤等が
開発、実用化されるに至り、その後さらなる改良、改善
が行われている。
【0007】更に、排気ガス中の有害成分の発生は、内
燃機関内における空燃比、点火時期の影響、行程容積、
ストローク/ボア(S/D)比、圧縮比等のエンジン諸
元の影響、燃料の性状、排出量等の燃料自身の影響、お
よび湿度、温度、圧力等の内燃機関内に吸引される大気
の状態、およびその他の要因により左右されるものであ
るが、今日の研究成果により内燃機関内における空燃比
をコントロールすることで排気ガス中の有害成分を低減
できることが見出されている。
【0008】これは、空燃比(空気/燃料、即ちA/
F)がリーン側(実際の空燃比/理論空燃比>1)、即
ち酸素濃度が高い場合には、HC、NOx、CO、燃料
消費率ともに有効であるという結果に基づくものであ
る。
【0009】このことから、内燃機関製造開発業界にお
いては、空燃比をリーン側にして燃焼するリーンバーン
システムを開発しているが、空燃比をリーン側にする
と、排気ガスが酸素過剰状態になり、それによって生じ
る排気ガス中の有害成分(特にNOx)が増加するた
め、これを如何に浄化、排除することができるかが大き
な課題となっている。
【0010】現在、排気ガス中の有害成分を浄化する方
法として、リーン時に排出されるNOxを吸収して、理
論空燃比またはリッチ時(酸素濃度が低い時)に、吸収
したNOxを還元浄化するシステム、およびその他の方
法が見出されている。
【0011】具体的には、リーン混合気を燃焼させるよ
うにした内燃機関において、流入排気ガスの空燃比がリ
ーン時にはNOxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度
が低下すると吸収したNOxを放出するNOx吸収剤
を、内燃機関排気通路内に配置することで、リーン混合
気を燃焼した際に発生するNOxをNOx吸収剤により
吸収し、NOx吸収剤のNOx吸収能力が飽和する前に
NOx吸収剤への流入排気ガスの空燃比を一時的にリッ
チにして、NOx吸収剤からNOxを放出させると共に
放出されたNOxを還元するようにした、内燃機関用排
気浄化装置が先に提案されている(特願平第3−284
095号明細書参照)。
【0012】また、燃料中には硫黄が含有されているた
め、その燃焼後に生じる硫化物(主としてSOx)がN
Ox吸収剤に吸収されてしまい、結果としてNOx吸収
剤のNOx吸収率が低下してしまうことから、排気ガス
中の硫化物を吸収するために、内燃機関排気通路内のN
Ox吸収剤配置上流部にイオウ捕獲装置を設けた排気浄
化装置の提案が、上記同一出願人による関連出願によっ
てなされている(特願平第4−208090号明細書参
照)。
【0013】上記先行技術は、確かにNOx吸収力を維
持して内燃機関での燃料燃焼によって発生する排気ガス
を浄化するという目的を達成するため、十分に改良、改
善が行われたものであるが、本発明者等が知り得る限り
ではNOxを十分吸収するには困難なものと考えられ
る。
【0014】即ち、燃料及び内燃機関用潤滑油内にはイ
オウ含有物質が含まれているので内燃機関の排気ガス中
には、SOx(主にSO2の形態であるが、触媒上で酸
化されSO3となる)が含まれる。このSOxは、主と
してNOx吸収剤の上流部に配置されたSOx吸収剤に
より捕獲される。
【0015】このSOx吸収剤は、一般的には、SOx
吸収能力が飽和する前に、SOx吸収剤への流入排気ガ
スの空燃比が一時的に理論空燃比またはリッチ時にされ
ると、吸収したSOxをSO2、H2S、COS、および
その他の硫化物に変化させて放出する。
【0016】放出された硫化物は、アルミナに吸収され
る。そして、空燃比をリーン時にした場合、NOx吸収
剤に含有されているセリアまたはセリウム酸化物又はそ
の複合酸化物又はその他の化合物に吸収された酸素によ
って酸化されてSO3を生じる。
【0017】生じたSO3は、酸性が強いため、塩基性
であるアルカリ金属、アルカリ土類金属並びに希土類元
素の酸化物および/または炭酸塩からなるNOx吸収剤
に吸収されるので、その結果NOx吸収剤の吸収能力が
低下する。
【0018】また、NOx吸収剤に流入される排気ガス
の空燃比を一時的にリッチ時にした場合、NOx吸収剤
に吸収されているSOxは、NOx吸収剤に吸収されて
いるNOxよりも放出されにくいため、NOx吸収剤を
長期間使用した場合には、SOxの吸収量が増大する一
方、NOxの吸収量が次第に低下して、ついにはNOx
吸収剤がNOxをほとんど吸収できなくなるという問題
があった。
【0019】
【発明が解決するための課題】本発明は、内燃機関にお
いて燃料燃焼により排出される排気ガス中のNOx濃度
を十分浄化する内燃機関の排気浄化装置およびそれを用
いた排気浄化法を提供するものである。とりわけ、本発
明はリーン混合気を燃焼させる内燃機関において、酸素
吸収力を有しないNOx吸収剤を内燃機関排気通路内に
配置することにより、排出される排気ガス中のNOx濃
度を相当量浄化する内燃機関の排気浄化装置およびそれ
を用いた排気浄化法を提供するものである。
【0020】
【課題を解決するための手段】[発明の概要]
【0021】<要旨>本発明は、上記諸問題を解決する
ことを目的とするものである。即ち、本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、下記、(1)および(2)によ
り構成されること、を特徴とするものである。 (1)リーン混合気を燃焼させるようにした内燃機関に
おいて、流入排気ガスの空燃比がリーン時にはNOxを
吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
チ時には吸収したNOxを放出するという酸素吸収力を
有しないNOx吸収剤が内燃機関排気通路内に配置して
なること、および、(2)SOx吸収剤がNOx吸収剤
の配置箇所から上流部分に配置してなること。
【0022】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置は、CO、HC、およびNOxを浄化する三元触媒が
内燃機関排気通路内に配置してあるNOx吸収剤の箇所
から下流部に必要に応じて配置してなること、をも特徴
するものである。
【0023】さらに、本発明においては、排気浄化法も
提供するものであるが、この方法は上記内燃機関の排気
浄化装置を用いている点、に特徴を有するものである。
【0024】<効果>本発明による内燃機関の排気浄化
装置およびそれを用いた排気浄化法は、内燃機関の燃料
燃焼により生じる排気ガス(特にNOx)をより効果的
に浄化するものであるところ、本発明の排気浄化装置は
酸素吸収力を有しないNOx吸収剤を内燃機関排気通路
内に配置してなることをその主要構成要素の一つとして
いるものであって、前記従来技術に内包されている種々
の問題点のいくつかを解決することができるものであ
る。
【0025】即ち、酸素吸収力のあるNOx吸収剤(特
にセリウム・ジルコニウム複合酸化物、およびその他の
ものを使用したNOx吸収剤)を内燃機関排気通路内に
配置してなる排気浄化装置においては、流入排気ガスの
空燃比がリーン時にはSO2がSOx吸収剤に吸収され
ているが、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッ
チ時にはSOx吸収剤に吸収されているSOxが放出さ
れ、NOx吸収剤に吸収されている酸素と反応してSO
3が生成される。
【0026】この生成されたSO3がNOx吸収剤にS
Oxとして吸収され、その結果NOx吸収剤がこのSO
xにより飽和されてしまいNOxを吸収することができ
なくなるといった事態がしばしば経験される。
【0027】しかしながら、酸素吸収力を有しないNO
x吸収剤を用いる本発明においてはそのような問題点は
大幅に改善される。
【0028】[発明の具体的な説明]本発明による内燃
機関の排気浄化装置は、典型的には、リーン混合気を燃
焼させる内燃機関において、その内燃機関排気通路内の
上流部にSOx吸収剤を、その下流部に酸素吸収力を有
しないNOx吸収剤を、さらには必要に応じてそれらが
配置してある箇所より下流部に三元触媒を配置してなる
もの、から構成されるものである。
【0029】<排気浄化装置−内燃機関>本発明による
排気浄化装置は、内燃機関であればいずれの機関に属す
るものであっても使用することができる。
【0030】例えば、ピストンの行程、動作により分類
される2サイクル、4サイクルの機関であってもよく、
燃料点火装置により分類される火花点火機関、圧縮着火
機関であってもよく、および使用燃料によって分類され
るガソリン機関、ディゼル機関、石油機関、アルコール
機関、およびその他の機関であっても使用することがで
きる。なお、これらは例示列挙したものであって何らこ
れらのものに本発明が限定されるものではない。
【0031】また、本発明が使用される内燃機関は、
「リーン混合気を燃焼させるようにした」という条件が
課せられるが、常にリーン混合気を燃焼させる状態に維
持するという意味ではなくて、必要に応じて理論空燃比
またはリッチ状態にして混合気を燃焼させる場合も含む
ものである。
【0032】さらに、「リーン混合気」の調製は、機械
的、物理的、電気的、およびその他のいずれの手法、さ
らにはこれらの混合手法によってなされてもよい。
【0033】<排気浄化装置−SOx吸収剤>本発明の
排気浄化装置を構成するSOx吸収剤は、内燃機関から
生じる排気ガス中のSOxをリーン時には吸収し、理論
空燃比またはリッチ時には放出するものであればいずれ
のものであっても使用することができる。
【0034】一般的には、例えば、アルミナ、ゼオライ
ト、活性炭、およびその他のトラップ剤、アルミナやゼ
オライトおよびその他のものを担体として、白金(P
t)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニ
ウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(O
s)等の貴金属、およびアルカリ金属、アルカリ土類金
属、希土類属の元素、ニッケル(Ni)、マンガン(M
n)、銅(Cu)、バナジウム(V)、クロム(C
r)、亜鉛(Zn)、等の卑金属、およびその他のもの
からなる活性物質を、担持してなる、SOx吸収剤が用
いられる。
【0035】典型的なものとしては、アルミナおよびそ
の他のものを担体として、亜鉛(Zn)、マンガン(M
n)、カルシュウム(Ca)、およびその他のものの群
から選ばれる少なくとも一種、および必要に応じ白金
(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ル
テニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム
(Os)、およびその他の貴金属の群から選ばれる少な
くとも一種の貴金属を、担持してなるSOx吸収剤が好
ましい。
【0036】なお、このSOx吸収剤は、上記に例示し
たものに限定されるものではなく、また一種または二種
以上(同種または異種を問わない)を混合して使用する
ことができる。さらにそのSOx吸収剤の使用形態も問
わないため、平面状、球状、亜球状、粒状、三次元網目
構造板状、網目状、およびその他の形状、であってもよ
い。
【0037】このSOx吸収剤は、内燃機関排気通路内
のいずれの位置にも配置することができるが、内燃機関
排気通路内において、NOx吸収剤および三元触媒の配
置場所よりも上流部に配置するのが好ましい。
【0038】特にNOx吸収剤の配置位置より上流部に
SOx吸収剤を配置することにより、その後のNOx吸
収剤による排気ガス中のNOx処理をより効果的に行う
ことができる。
【0039】<排気浄化装置−NOx吸収剤>本発明の
排気浄化装置を構成するNOx吸収剤は、内燃機関から
生じる排気ガス中のNOxをリーン時には吸収し、理論
空燃比またはリッチ時には放出するものであればいずれ
のものであっても使用することができる。
【0040】本発明の酸素吸収力を有しないNOx吸収
剤は、典型的には、アルミナ、チタニア、シリカ、およ
びジルコニアの群から選ばれる少なくとも一種を担体と
して、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム
(Li)、セシウム(Cs)、およびその他のアルカリ
金属、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、
バリウム(Ba)、およびその他のアルカリ土類金属、
およびスカンジウム(Sc)、イットリウム(I)、ラ
ンタン(La)、およびその他の希土類元素の群から選
ばれる少なくとも一種の塩基性物質と、白金(Pt)、
パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム
(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、
およびその他の貴金属の群から選ばれる少なくとも一種
の貴金属とを、担持してなるNOx吸収剤であって、セ
リアまたはセリウム・ジルコニウム複合酸化物、および
それらと同等の酸化吸収剤を含まないことを特徴とす
る、NOx吸収剤である。
【0041】上記NOx吸収剤によれば、流入排気ガス
の空燃比がリーン時であっても酸素を吸収することはな
いので、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
チ時になった場合でも、SOx吸収剤から放出されたS
Ox(主としてSO2)又はH2SがNOx吸収剤におい
てSO3となる酸化反応を起こすことはないので、SO3
としてNOx吸収剤に吸収されることはなく、その結果
NOx吸収剤がこのSOxにより飽和されてNOxを吸
収することができなくなるといった事態は生じない。
【0042】なお、これらのNOx吸収剤は、上記に例
示したものに限定されるものではなく、また一種または
二種以上(同種または異種を問わない)を混合して使用
することができる。さらに、そのNOx吸収剤の使用形
態も問わないため、平面状、球状、亜球状、粒状、三次
元網目構造板状、網目状、およびその他の形状、であっ
てもよい。
【0043】このNOx吸収剤は、内燃機関排気通路内
のいずれの位置にも配置することができるが、内燃機関
排気通路内において、SOx吸収剤配置場所よりも下流
部に、また三元触媒よりも上流部に配置することが好ま
しい。
【0044】特にSOx吸収剤の配置位置より下流部に
NOx吸収剤を配置することによって、その後のNOx
吸収剤による排気ガス中のNOx処理を容易にすること
ができ、またNOx処理剤の配置位置から下流部に必要
に応じて配置される三元触媒の有効活用を図ることがで
きる。
【0045】<排気浄化装置−任意の三元触媒>本発明
の排気浄化装置においては、さらに必要に応じて内燃機
関排気通路内にCO、HC、およびNOxの三種の汚染
物質を同時に浄化できる三元触媒を配置することができ
る。
【0046】本発明の排気浄化装置において、必要に応
じて用いられる三元触媒は、HC、CO、NOxの汚染
物質を効率よく処理できる触媒であればいずれのもので
あっても使用することができ、また当該技術分野におい
て公知、慣用されている三元触媒を用いることができ
る。
【0047】例えば、一般的には、白金(Pt)、パラ
ジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、およびその他の貴
金属の一種または二種以上の組合せからなる触媒、低温
HC浄化向上を図ったパラジウム(Pd)系触媒、およ
びアルミナ、ゼオライト、およびその他のものを担体と
して、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム
(Rh)、およびその他のものの群から選ばれる少なく
とも一種の貴金属、セリウム(Ce)または酸化セリウ
ム、カルシウム(Ca)、およびストロンチウム(S
r)、バリウム(Ba)、およびその他のアルカリ土類
金属、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、
バリウム(Ba)、およびその他のアルカリ土類金属、
スカンジウム(Sc)、イットリウム、およびその他の
希土類元素からなるものを、担持してなる触媒がある。
【0048】本発明において任意に使用される三元触媒
は、アルミナを担体として、白金(Pt)、パラジウム
(Pd)、ロジウム(Rh)およびその他のものの群か
ら選択される少なくとも一種の貴金属、および酸化セリ
ウムまたはセリウム・ジルコニウム複合酸化物を担持し
たものであって、低温活性を向上させた触媒が好まし
い。
【0049】なお、これらの三元触媒は、上記に例示さ
れたものに限定されるものではなく、また一種または二
種以上(同種または異種を問わない)を混合して使用す
ることができ、さらにはこの三元触媒の使用形態も問わ
ないため、平面状、球状、亜球状、粒状、三次元網目構
造板状、網目状、およびその他の形状であってもよい。
【0050】三元触媒は、内燃機関排気通路内のいずれ
の位置にも配置することができるが、内燃機関排気通路
内において、SOx吸収剤、NOx吸収剤の配置場所よ
りも下流部に配置するのが好ましい。
【0051】三元触媒を特にSOx吸収剤、NOx吸収
剤の下流部に配置することにより、CO、HC、NOx
を最終的に効率よく処理することができる。
【0052】<排気浄化装置−その他の任意の構成物>
本発明の排気浄化装置は、内燃機関排気通路内に、SO
x吸収剤、酸素吸収力を有しないNOx吸収剤、さらに
必要に応じて三元触媒を必要不可欠な構成要素とするも
のではあるが、これらの構成要素のみならず、本発明の
趣旨を逸脱しない範囲においてその他の構成要素を含ん
でもよいものである。
【0053】従って、CO、HC等を吸着するトラップ
剤や触媒、外部電力やバーナで触媒を急速に加熱するシ
ステム、およびその他のものを一種または二種以上を組
み合わせて使用してもよい。
【0054】<排気浄化装置を用いた排気浄化法>本発
明の排気浄化装置は、典型的には、内燃機関の排気ガス
流出部であるマニホールドの下流部にSOx吸収剤、N
Ox吸収剤、必要に応じて三元触媒、の順に配置してな
る内燃機関排気通路が設けられている。
【0055】また本発明の排気浄化装置の実施形態、お
よび本発明の排気浄化装置を用いた排気ガス浄化法は、
典型的には、(1)〜(4)の工程により行われる。 (1)内燃機関内においてリーン混合燃料が燃焼される
ことにより生じた排気ガスは、排気弁により排気マニホ
ールドを通過して、本発明の排気浄化装置が設置されて
いる内燃機関内排気通路に流入する。 (2)流入排気ガスは、先ずSOx吸収剤を通過する。
この際、流入排気ガスの空燃比がリーン時、あるいは
(理論空燃比またはリッチ時)と微調整されることによ
り、SOxが酸化または還元反応によりSOx吸収剤に
吸着または放出される。 (3)続いて、流入排気ガスは、SOx吸収剤の下流に
配置してあるNOx吸収剤を通過する。この際、流入排
気ガスの空燃比がリーン時、あるいは(理論空燃比また
はリッチ時)と微調整されることにより、NOxが酸化
または還元反応によりNOx吸収剤に吸着または放出さ
れる。この工程によりNOxの大部分がN2に変換され
る。 (4)最後に、処理された排気ガスはそのまま内燃機関
通路内を通過して大気中に放出されるか、またはNOx
吸収剤の下流部に必要に応じて配置された三元触媒を通
過することにより、排気ガス中のNOx、HC、COが
効率よく浄化されて放出される。
【0056】<排気浄化装置−利用>本発明の排気浄化
装置は、内燃機関を用いるものであればいずれのものに
も利用することができる。例えば、運送機(自動車、例
えば乗用車、バス、トラック、およびその他のもの、気
動車、オートバイ、原動機付き自転車、重機、およびそ
の他のもの)、農林水産業機械(耕耘機、トラクター、
コンバインおよびその他のもの、チェンソー、トロッ
コ、木材運搬機およびその他のもの、船舶、漁船、モー
ターボートおよびその他のもの)、土木作業機械(クレ
ーン、圧搾機、掘削機、およびその他のもの)、発電
機、およびその他の様々な分野において使用することが
できるものである。しかし、本発明の排気浄化装置は、
上記に例示したものの使用に限定されるものではない。
【0057】
【実施例】下記の実施形態及び実施例は、本発明を更に
詳細に説明するものである。従って、下記の実施形態及
び実施例は、本発明の内容を容易に理解するために単に
例示列挙したものであって、何ら本発明の範囲を限定す
るものではない。
【0058】<実施例1> (1)試供機械 実施例1は、図1に示されている内燃機関であるエンジ
ン、およびそのエンジンの排気口に接続してある本発明
の排気浄化装置を用いて行う。なお、図1中の符号1は
排気マニホールド、符号2はSOx吸収剤、符号3はN
Ox吸収剤、を示すものである。
【0059】(2)使用吸収剤 実施例1で使用するSOx吸収剤、NOx吸収剤は、以
下の様にして調製した。SOx吸収剤 市販のアルミナ(BET比表面積200m2/g)粉末
に酢酸と水を加え、ボールミルにて1時間粉砕してスラ
リーとした。このスラリーに市販の400セルコージェ
ライトハニカム(外径106mm、長さ114mm)を
漬けた後引き上げ、エアガンで余分なスラリーを取り除
いた後に、105℃で30分乾燥して、さらに500℃
で1時間焼成する。付着したスラリーの量は120g/
Lである。このハニカムの吸水量に基づき、Ptが1g
/L担持できるように[Pt(NH34]Cl2溶液を
調製する。この溶液にスラリーの付着したハニカムを浸
漬したあと、105℃で30分乾燥して、さらに500
℃で1時間焼成した。その後、Ptと同じ方法でCaが
6.5g/L担持できるようにCa(NO32溶液を用
いて担持し、SOx吸収剤を得た。
【0060】酸素吸収剤を含まないNOx吸収剤 市販のTiO2(BET比表面積120m2/g)粉末に
酢酸と水を加え、ボールミルにて1時間粉砕しスラリー
とした。このスラリーに市販の400セルコージェライ
トハニカム(外径106mm、長さ114mm)を漬け
た後引き上げ、エアガンで余分なスラリーを取り除いた
後に、105℃で30分乾燥して、さらに500℃で1
時間焼成する。付着したスラリーの量は150g/Lで
ある。このハニカムの吸水量に基づき、Ptが3.5g
/L、Rhが0.35g/L、担持できるように[Pt
(NH34]Cl2とRh(NO33の混合溶液を調製
した。この溶液にスラリーを付着したハニカムを浸漬し
たあと、エアガンで余分な溶液を取り除き、105℃で
30分乾燥、500℃で1時間焼成した。その後、Pt
及びRhの場合と同じ方法でBaが28g/L担持でき
るように酢酸バリウム溶液を用いて担持し、酸素吸収剤
を含まないNOx吸収剤を得た。
【0061】(3)実施内容 図1に示したエンジンにおいて、リーン混合気状態にあ
る燃料を燃焼させる。燃焼により生じた排気ガスは、排
気弁、排気マニホールドを通じて、本発明品の排気浄化
装置が配置してある内燃機関排気通路内に流入する。
【0062】流入した排気ガスは、先ずSOx吸収剤で
処理される。この際、流入排気ガスの空燃比がリーン時
には、SOx吸収剤に担持してある金属によりSOx
(主成分はSO2)がSO3に酸化されてSOx吸収剤に
吸収される。
【0063】SOx吸収剤への流入排気ガスの空燃比が
理論空燃比またはリッチ時になると、SOx吸収剤に吸
収されているSO3が排気ガス中の還元成分(CO、H
C、H2)により還元されSOx吸収剤よりSO2あるい
はH2Sの化学物質として放出される。
【0064】次に、排気ガスは、SOx吸収剤の下流に
配置してあるNOx吸収剤で処理される。この際、NO
x吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーン時には、
NOx吸収剤に担持された金属によりNOx(主成分は
NO)はNO2に酸化されNOx吸収剤に吸収される。
この際、SOxはSOx吸収剤に全量吸収されるため、
NOx吸収剤には全く吸収されていない。
【0065】NOx吸収剤に流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチ時にすると、NOx吸収剤に
吸収されたNOxは大部分がNOとして排出されると共
に、NOx吸収剤に担持された金属上で排気ガス中の還
元物質(CO、HC、H2)により還元されて、大部分
のNOxが無害なN2に還元される。
【0066】この時、SOx吸収剤から放出されるSO
2並びにH2Sは、NOx吸収剤でS03に酸化されるこ
となく(空燃比がリーン時の場合、NOx吸収剤には酸
素が吸収されていないからである)、即ち、NOx吸収
剤に吸収されずにそのまま放出される。
【0067】このように、本発明の排気浄化装置は、内
燃機関の排気浄化系において上記のような化学的、物理
的反応が作用しているものと本発明者等は考える次第で
ある。
【0068】<実施例2> (1)試供機械 実施例2は、図2に示されている内燃機関であるエンジ
ン、およびそのエンジンの排気口に接続してある本発明
の排気浄化装置を用いて行う。なお、図2中の符号4は
排気マニホールド、符号5はSOx吸収剤、符号6はN
Ox吸収剤、および符号7は三元触媒、を示すものであ
る。
【0069】(2)使用吸収剤および三元触媒SOx吸収剤、NOx吸収剤 上記実施例1と同様のものを使用する。三元触媒 三元触媒は、アルミナを担体として、白金(Pt)、パ
ラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)およびその他のも
のの群から選択される少なくとも一種の貴金属、および
酸化セリウムまたはセリウム・ジルコニウム複合酸化物
を、担持したものであって、低温活性を向上させた触媒
を使用する。
【0070】(3)実施内容 実施例1と同様に行う。NOx吸収剤の下流に三元触媒
が配置してあるため排気ガスをさらに浄化できることが
わかる。
【0071】<比較例1> (1)試供機械 比較例1は、図3に示されている内燃機関であるエンジ
ン、およびそのエンジンの排気口に接続してある排気浄
化装置(従来型)を用いて行う。なお、図3中の符号8
は排気マニホールド、符号9はSOx吸収剤、符号10
はNOx吸収剤、を示すものである。
【0072】(2)使用吸収剤SOx吸収剤 実施例1と同様のものを使用する。
【0073】酸素吸収剤を含むNOx吸収剤 比較例1で使用するNOx吸収剤は、以下の様にして調
製した。市販のAl23(BET比表面積200m2
g)粉末に、酸化セリウム粉末を全混合物に占める酸化
セリウムの割合が25重量%になるように加えて混合す
る。さらに、この混合粉末に酢酸と水を加え、ボールミ
ルにて1時間粉砕しスラリーとした。このスラリーに市
販の400セルコージェライトハニカム(外径106m
m、長さ114mm)を漬けた後引き上げ、エアガンで
余分なスラリーを取り除いた後に、105℃で30分乾
燥して、さらに500℃で1時間焼成する。付着したス
ラリーの量は150g/Lである。このハニカムの吸水
量に基づき、Ptが3.5g/T、Rhが0.35g/
L、担持できるように[Pt(NH34]Cl2とRh
(NO33の混合溶液を調製した。この溶液にスラリー
を付着したハニカムを浸漬したあと、エアガンで余分な
溶液を取り除き、105℃で30分乾燥、500℃で1
時間焼成した。その後、Pt及びRhの場合と同じ方法
でBaが28g/L担持できるように酢酸バリウム溶液
を用いて担持し、酸素吸収剤を含むNOx吸収剤を得
た。
【0074】(2)実施内容 実施例1と同様に、図3に示したエンジンにおいて、リ
ーン混合気状態にある燃料を燃焼させる。燃焼により生
じた排気ガスは、排気弁、排気マニホールドを通じて、
排気浄化装置(従来品)が配置してある内燃機関排気通
路内に流入する。
【0075】流入した排気ガスは、先ずSOx吸収剤で
処理される。この際、SOx吸収剤への流入排気ガスの
空燃比がリーン時には、SOx吸収剤に担持してある金
属によりSOx(主成分はSO2)はSO3に酸化されS
Ox吸収剤に吸収される。
【0076】SOx吸収剤への流入排気ガスの空燃比が
理論空燃比またはリッチ時に振れた場合、SOx吸収剤
に吸収されているSO3が排気ガス中の還元成分(C
O、HC、H2)により還元されて、SOx吸収剤より
SO2あるいはH2Sの化学物質として放出される。
【0077】次に、排気ガスはSOx吸収剤の下流に配
置してあるNOx吸収剤で処理される。この際、NOx
吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーン時にはNO
x吸収剤に担持された金属により、NOx(主成分はN
O)はNO2に酸化されNOx吸収剤に吸収される。ま
た、排気ガスの空燃比はリーン時であるため、酸素がN
Ox吸収剤に吸収される。さらに、SOxはSOx吸収
剤に全量吸収されるためにNOx吸収剤には全く吸収さ
れない。
【0078】NOx吸収剤に流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチ時にすると、NOx吸収剤に
吸収されたNOxは大部分NOとして排出されると共
に、NOx吸収剤に担持され金属上で排気ガス中の還元
物質(CO、HC、H2)により還元されて、大部分無
害なN2に還元される。
【0079】その際SOx吸収剤から放出されるSO2
並びにH2Sは、NOx吸収剤に吸収された酸素により
NOx吸収剤でSO3に酸化され、NOx吸収剤に吸着
される。
【0080】NOx吸収剤に吸収されたSOxはNOx
より放出されにくいために、時間の経過と共にNOx吸
収剤にSOxが吸収蓄積されてしまいNOx吸収能力が
低下する。
【0081】このように、比較例1の排気浄化装置は、
内燃機関の排気浄化系において上記のように化学的、物
理的反応が作用しているものと本発明者等は考える次第
である。
【0082】<評価>実施例1、2および比較例1で説
明した排気浄化装置を図1、図2又は図3にしたがっ
て、2Lのリーンバーンエンジンを装備した車両に取り
付け、車両ダイナモメーター上で1,000km走行し
た。燃料は50ppmのイオウを含むものを使用した。
走行後、そのままの状態で日本の排気ガス測定モードで
ある10−15モードにて車両テストを行い、吸収剤、
および触媒の性能を測定した。
【0083】その測定結果は、下記表1に示す通りであ
る。
【0084】
【表1】 表1から分かる通り、実施例1、2は、比較例1に比べ
て、NOx転化率が高いことが分かる。
【0085】
【発明の効果】上記、実施例から理解できるように、本
発明による内燃機関の排気浄化装置およびそれを用いた
排気ガス浄化法は、酸素吸収力を有しないNOx吸収剤
を内燃機関排気通路内に配置することを特徴としている
ので、NOx吸収剤を長時間使用してもNOx吸収能力
を維持することができる。そして内燃機関の燃料燃焼に
より生じる排気ガス(特にNOx)をより効果的に浄化
することができる。この点、前記[発明の概要]の項で
述べた通りである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、内燃機関に本発明品である排気浄化装
置が取り付けてあるエンジンを示すものである。
【図2】図2は、内燃機関に本発明品である排気浄化装
置が取り付けてあるエンジンを示すものである。
【図3】図3は、内燃機関に従来品の排気浄化装置が取
り付けてあるエンジンを示すものである。
【符号の説明】
1 排気マニホールド 2 SOx吸収剤 3 NOx吸収剤 4 排気マニホールド 5 SOx吸収剤 6 NOx吸収剤 7 三元触媒 8 排気マニホールド 9 SOx吸収剤 10 NOx吸収剤
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01N 3/24 B01J 23/56 301A (72)発明者 広 田 智 隆 栃木県塩谷郡喜連川町喜連川工業団地内 ジョンソン・マッセイ・ジャパン株式会社 喜連川テクニカルセンター内 (72)発明者 村 木 秀 昭 栃木県塩谷郡喜連川町喜連川工業団地内 ジョンソン・マッセイ・ジャパン株式会社 喜連川テクニカルセンター内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記、(1)および(2)により構成され
    ること、を特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 (1)リーン混合気を燃焼させるようにした内燃機関に
    おいて、流入排気ガスの空燃比がリーン時にはNOxを
    吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
    チ時には吸収したNOxを放出させるという酸素吸収力
    を有しないNOx吸収剤を内燃機関排気通路内に配置し
    てなること、および、(2)SOx吸収剤がNOx吸収
    剤の配置箇所から上流部分に配置してなること。
  2. 【請求項2】酸素吸収力を有しないNOx吸収剤が、 アルミナ、チタニア、シリカ、およびジルコニアの群か
    ら選ばれる少なくとも一種を担体として、 アルカリ金属、アルカリ土類金属、および希土類元素の
    群から選ばれる少なくとも一種の塩基性物質、および白
    金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、
    ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム
    (Os)、およびその他の貴金属の群から選ばれる少な
    くとも一種の貴金属、 を担持してなるものであって、セリアまたはセリウム・
    ジルコニウム複合酸化物、およびそれらと同等の酸化吸
    収剤を含まないNOx吸収剤である、請求項1に記載さ
    れた内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項3】CO、HC、およびNOxを浄化する三元
    触媒が内燃機関排気通路内に配置されたNOx吸収剤の
    箇所から下流部に配置してなること、を特徴とする請求
    項1および2に記載された排気浄化装置。
  4. 【請求項4】請求項1〜3に記載された排気浄化装置を
    用いること、を特徴とする内燃機関の排気浄化法。
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