JPH02172520A - ディーゼル内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はディーゼル内燃機関の排気浄化装置に関する。

〈従来の技術〉 従来のディーゼル内燃機関の排気浄化装置としては、例
えば第４図に示すようなものがある（ＳＡＥ　　ＰＡＰ
ＥＲ８５００１５，特開昭６１−２２２５４１号公報等
参照）。

図において、図示しないディーゼル内燃機関から排出さ
れた粒子状物質を含む排気は、排気管１１を通って触媒
付トラップ（フィルタ）１２に流入し、該トラップ１２
で排気に含有される粒子状物質が大幅に捕集、低減され
てから排気ターボチャージャ１３の排気タービンに送ら
れるようになっている。

前記トラップ１２は、ガソリン内燃機関用の触媒コンバ
ータに用いられるものと同様なセラミック材でハニカム
状に形成されているが、第５図に示すように、各格子の
入口側と出口側とが交互に目封じされ、人口側が目封じ
された格子では出口側が開放されて排気の排出が行われ
、また、出口側が目封じされた格子では入口側が開放さ
れて排気導入が行われるよう構成されている。このため
、トラップ１２に流入した排気は各格子壁（多孔質壁）
を通過して排出されることになり、この格子壁を通過す
るときに排気に含有される粒子状物質が捕集されて、排
気中の粒子状物質が低減されるものである。

触媒付トラップ１２に捕集堆積した粒子状物質は、排気
温度が触媒の活性化温度を越えた状態で再燃焼され、ト
ラップ１２は再生される。通常の低速運転時には、排気
温度が触媒の略活性化温度以下であるために、トラップ
１２に捕集された粒子状物質は、再燃焼されずに堆積す
ることになるが、加速時や高速運転時には排気温度が触
媒活性化温度を越えるようになって、これによりトラッ
プ１２に堆積していた粒子状物質は急速に再燃焼される
。また、かかる堆積粒子状物質の再燃焼時には、新規に
流入捕集される粒子状物質も同時に再燃料され、トラッ
プ１２の再生が図られる。

ディーゼル内燃機関の排気に含まれる粒子状物質は、カ
ーボン等の固体粒子状物質と未燃ガス及び潤滑油等のミ
ストからなる有機可溶成分（液体粒子）とから構成され
る。

また、トラップ１２に付設される触媒金属としては、ベ
ースメタル系のバナジウム■がカーボン（炭素粒子）の
酸化触媒反応に優れていることから、ディーゼル内燃機
関における排気浄化装置における触媒として広（使用さ
れている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、前記トラップ１２の再生温度（触媒活性化温
度）は通常３５０〜４００°Ｃであるが、６００°Ｃ以
上の高温排気状態が長く続くと触媒の耐久熱劣化によっ
て、前記再生温度がより高温側にシフトしてしまう。こ
のように、再生温度がより高温側にシフトすると、熱劣
化前の正常には通常運転状態で充分な再生性能が図られ
ていたものが、充分な再生性能が得られなくなり、捕集
した粒子状物質が再燃焼されないまま口封じされた各格
子に多量に堆積し、この堆積粒子が排気抵抗となって１
Ｊｌ−圧の上昇を招いて機関出力、燃費性能を悪化させ
てしまうという問題が発生する。

また、上記のようにして粒子状物質が多量に堆積してい
る状態で、高温排気により象、速な再燃焼が行われると
、この再燃焼による発熱によってトラップが溶損してし
まう惧れもある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒の
熱劣化や溶…を防止でき、然も、排気の良好な浄化性能
の確保と機関出力・燃費性能への悪影響回避とを果たせ
るディーゼル内燃機関の排気浄化装置を提供することを
目的とする。

く課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、ディーゼル内燃機関の排気系にハ
ニカム構造体を担体とする触媒コンバータを２つ直列に
配設し、上流側触媒コンバータにはパラジウム系触媒を
担持させ、下流側触媒コンバータにはバナジウム系触媒
を担持させる一方、排気温度が所定の熱劣化温度以下と
なる位置に前記下流側触媒コンバータを配置してディー
ゼル内燃機関の排気浄化装置を構成するようにした。

〈作用〉 かかる構成のディーゼル内燃機関の排気浄化装置による
と、ハニカム構造体を担体とする触媒コンバータが排気
系に２つ直列に配設され、ディーゼル内燃機関から排出
された排気は、まず、パラジウム系触媒を担持させた上
流側の触媒コンバータに流入して排出され、この上流側
触媒コンバータを介した排気は下流側に設けられたバナ
ジウム系触媒を担持させた下流側触媒コンバータに流入
した後大気中に排出される。従って、ディーゼル内燃機
関からの排気は、パラジウム系触媒の作用によって浄化
された後、更に、バナジウム系触媒によって浄化が図ら
れる。

また、バナジウム系触媒を担持させた下流側触媒コンバ
ータは、排気温度が所定の熱劣化温度以下となるような
位置に配設されて、常時前記熱劣化温度以下の温度の排
気が流入するようにしである。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例を示す第１図において、ディーゼル内燃機関１
の排気管２には２つの触媒コンバータ４゜５が直列に配
設されている。また、３はディーゼル内燃機関ｌに付設
され排気エネルギーにより過給を行う排気ターボチャー
ジャである。

前記触媒コンバータ４，５の担体は、いずれもセラミッ
クス材料によりハニカム構造に形成されているが、−ｍ
的なディーゼル機関の排気浄化装置における粒子状物質
のフィルタのようにハニカム構造体の各格子の人口側と
出口側とを交互に目封じさせたものではなく、排気の出
入口が連通されるタイプのものである。また、本実施例
では、上記のようにハニカム構造体の担体が目封じされ
ないものであるため、目封じされるタイプのものに対し
てより多くの格子（セル）数を確保することができ、こ
こでは、ガソリン機関用の触媒コンバータとして通常用
いられている４００格子／１ｎｃｈ”程度のものを使用
する。

上流側に設けられる第１の触媒コンバータ４の担持触媒
としてはパラジウムＰｄ系の触媒金属を用いζまた、下
流側に設けられる第２の触媒コンバータ５の担持触媒と
してはベースメタル系であるバナジウムＶ系の触媒金属
を用いている。

ディーゼル内燃機関ｌから排出される排気中の粒子状物
質（ＰＣＴ）の成分は、カーボン粒子と、未燃の燃料や
潤滑油等からなる有機可溶成分（以下Ｓ、０．Ｆと略す
）とに大別でき、残りはサルフェートと灰分等の微粒子
である。排気に含まれる粒子状物質の大半を占めるカー
ボンと８．０゜Ｆの割合は、機関の低負荷時には通常Ｓ
、Ｏ，Ｆが多くなり、高負荷になるに従ってカーボンが
増大する傾向を示す。

上記のような粒子状物質を触媒により酸化燃焼処理する
場合に、カーボンに対してはバナジウムｖ系の触媒が有
効であり、また、Ｓ、Ｏ，Ｆに対しては白金Ｐｔ、系や
パラジウムＰｄ系の触媒がより有効であることが知られ
ている。

しかし、バナジウム■光触媒は、高温排気での耐久劣化
が著しく、通常５００°Ｃ以下の条件で用いないと実用
的でないとされている。また、白金Ｐｔ系触媒はＳ、０
．Ｆに対する酸化触媒性能に優れるが、軽油中のイオウ
Ｓも著しく酸化し、硫酸イオンｓｏ、”−の排出が多大
になってしまい、イオウＳによる被毒劣化も大きい。パ
ラジウムＰｄ系触媒は、白金Ｐｔ系触媒よりもＳ、０．
Ｆに対する酸化性能は劣るが、硫酸イオンＳ０４トの排
出が比較的低く抑えられ、イオウ被毒に”も強く、高温
での熱劣化も通常の機関運転範囲内での最高温度レベル
（７００°Ｃ程度）では殆どない。従って、本実施例で
は、カーボンの酸化触媒作用に優れたバナジウムＶ光触
媒と、白金Ｐｔ系触媒に比べＳ。

○、Ｆに対する酸化触媒性能に劣るもののより安定した
パラジウムＰｄ系触媒とを用い、それぞれの長所を有効
に引き出して効率良く排気中の粒子状物質の低減を図る
ことができる後処理装置を構成したものである。

前記触媒を担持する担体としては、ハニカムの各格子を
交互に目封じした所謂トラップ型のハニカム構造でなく
、前述のように従来からガソリン機関用触媒コンバータ
として用いられている口封じのなく出入口が連通してい
て然も目封じタイプよりも格子数の多い物を用いる。

ハニカムの各格子を交互に目封じしたタイプのものでは
、排気が格子隔壁を通過することによる排気抵抗の増大
によって機関性能（出力、燃費）を悪化させてしまう。

また、排出される粒子状物質が増大した場合や、低速運
転が長く続いて再生が行われない場合には目詰まりが発
生し易く、目詰まりが発生した場合には、排気圧力の上
昇による機関出力・燃費悪化や多量に堆積した粒子状物
質が高排温時に一気に燃焼することにより担体の割れや
溶損を招いてしまう場合があった。更に、長期にわたる
運転により、潤滑油中の添加剤の灰分が担体に徐々に堆
積し、やはり排圧上昇による出力・燃費悪化を招いてし
まうこともあった。

これに対し、目封じしていないタイプのハニカム構造の
担体では、たとえ上記のように粒子状物質の排出量が増
大したり、低速運転が異常に長く続いても、排気は各格
子壁（多孔質壁）を通過して排出されるものではないた
めに目詰まりが発生することがない。また、潤滑油中の
添加剤灰分も吹き飛ばされ目詰まりするほど堆積するこ
とはない。

従って、本実施例のように口封じをしないハニカム構造
の担体を用いた場合には、トラップ効果が望めないため
に、粒子状物質の低減率は目封じタイプのものほど高い
値は望めないが、機関性能への悪影響や担体の割れや溶
出等の不具合を生じることを回避できるものである。

第１の触、媒コンバータ４に用いたれらたパラジウムＰ
ｄ系の触媒金属（第１触媒）と、第２の触媒コンバータ
５に用いたバナジウムＶ系の触媒金属（第２触媒）との
粒子状物質（ＰＣＴ）の低減性能をそれぞれの入口排気
温度に対応させて第２図に示しである。

第１触媒は、排気の触媒入口温度（°Ｃ）が２５０°Ｃ
〜３００　’Ｃの範囲では、第２触媒よりも粒子状物質
の低減率が高い。これは、機関の低負荷域では、一般に
Ｓ、Ｏ，Ｆの排出量が多（、また、第１の触媒コンバー
タ４に担持させたパラジウムＰｄ等のノープル系金属の
方が、第２の触媒コンバータ５に担持させたバナジウム
Ｖ等のベースメタル系金属よりもＳ、Ｏ９Ｆの低温活性
に優れるからである。

また、３００°Ｃ〜３５０°Ｃで、第１触媒が第２触媒
より粒子状物質の低減性能が劣るのは、ひとつはパラジ
ウムＰｄ系の方が硫酸イオンＳ０４！−がより多く排出
されてしまうことと、第１触媒が効果を発揮するＳ、０
．Ｆの排出量が少なくなることが原因として考えられる
。更に、バナジウムＶ系の触媒金属は、カーボンの酸化
性能がパラジウムＰｄ系の触媒金属よりも優れており、
Ｓ、Ｏ，Ｆよりもカーボンの排出量が多くなる３００”
６〜３５０°Ｃにおいては第２触媒の低減性能が勝るよ
うになる。

３５０°Ｃ以上では、バナジウムｖ系の触媒金属の場合
も、やや硫酸イオンｓｏ、”−が排出され、粒子状物質
の低減性能は共に急速に低下してしまう。

本実施例では、パラジウムＰｄ系の触媒金属を用いた第
１の触媒コンバータ４を、バナジウムＶ系の触媒金属を
用いた第２の触媒コンバータ５の上流側に配設すると共
に、第２の触媒コンバータ５の位置を機関運転域での最
高排気温度時でも略５００°Ｃ以下となる位置に配置し
ている。

これは、第２の触媒コンバータ５に担持されるバナ、ジ
ウム■系の触媒金属の高温熱劣化を防ぐと共に、第１の
触媒コンバータ４と第２の触媒コンバータ５との間で、
同一運転状態におけるそれぞれの入口排気温度を異なら
しめて、粒子状物質の低減可能領域を拡大し、より有効
に粒子状物質を低減できる構成としたものである。即ち
、第３図（第１の触媒コンバータ４における入口排気温
度を基準したときの各触媒におけるＰＣＴの低減率を示
す線図）に示すように、第１触媒での入口排気温度の低
い側（Ｓ、Ｏ，Ｆの排出量が多い側）では第１触媒がよ
り有効に粒子状物質（ＰＣＴ）を低減し、また、第１触
媒での入口排気温度の高い側（カーボンの排出量が多い
側）では第２触媒がより有効に粒子状物質を低減させる
ことにより、排気温度の高低に関わらず良好な粒子状物
質の低減が図られるようにしているものである。

パラジウムＰｄ系の触媒金属を担持させた触媒コンバー
タを２つ直列に配置した場合よりも本実施例が優れてい
るのは、パラジウムＰｄ系の触媒金属を担持させた第１
の触媒コンバータ４によって粒子状物質中のＳ、Ｏ，Ｆ
が略７０〜８０％酸化された後に、排気が第２の触媒コ
ンバータ５に流入するため、第２の触媒コンバータ５に
はカーボンの酸化性能に勝るバナジウムＶ系の触媒金属
を用いる方がより有効であるためである。また、耐久熱
劣化が問題となるバナジウムＶ系の触媒を担持した第２
の触媒コンバータ５をより排気温度が低くなる下流側と
して、熱耐久に比較的強いパラジウムＰｄ系の触媒金属
を担持させた第１の触媒コンバータ４を上流側とすれば
、触媒活性化温度を確保しつつ排気管２における触媒コ
ンバータ４゜５の配置を容易にできる。

従って、本実施例の排気浄化装置によれば、上流側の第
１の触媒コンバータ４で粒子状物質中のＳ、　Ｏ，Ｆの
大部分が酸化処理された後、第１の触媒コンバータ４よ
りもカーボンの酸化性能で勝る下流側の第２の触媒コン
バータ５でカーボンが酸化処理されて、良好な排気浄化
が行われる。然も、第１及び第２の触媒コンバータ４，
５それぞれで担体の目詰まりが発生することがなく、排
気抵抗の上昇による機関性能の悪化や堆積した粒子状物
質が一気に燃焼することによる担体の溶損を回避できる
と共に、第２の触媒コンバータ５がその熱劣化を回避し
得る位置に配置されるため、第２の触媒コンバータ５に
よる排気浄化効果（カーボンの酸化触媒効果）を安定し
て得ることができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、ディーゼル内燃
機関の排気系にハニカム構造体を担体とする触媒コンバ
ータを２つ直列に配設し、上流側触媒コンバータにはパ
ラジウム系触媒を担持させ、下流側触媒コンバータには
バナジウム系触媒を担持させる一方、排気温度が所定の
熱劣化温度以下となる位置に前記下流側触媒コンバータ
を配置してディーゼル内燃機関の排気浄化装置を構成し
たことにより、ディーゼル機関の排気に含まれる粒子状
物質の低減を広範囲な排気温度で良好に行え、また、担
体の目詰まりによる機関性能の悪化を回避でき、然も、
触媒の熱劣化による触媒作用の低下を防止できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステム概略図、第２
図は同上実施例における各触媒の粒子状物質（ＰＣＴ）
の低減率を示す線図、第３図は同上実施例における粒子
状物質の低減可能領域を示す線図、第４図は従来の排気
浄化装置の一例を示す斜視図、第５図は第４図示の排気
トラップの詳細を示す部分拡大斜視図である。 １・・・ディーゼル内燃機関　　２・・・排気管４・・
・第１の触媒コンバータ（パラジウムＰｄ系触媒）　　
５・・・第２の触媒コンバータ（バナジウム■系触媒） 特許出願人　　　日産自動車株式会社 代理人　　弁理士　　笹　島　冨二雄 第２図 第３図 第４ｖＡ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ディーゼル内燃機関の排気系にハニカム構造体を担体と
   する触媒コンバータを２つ直列に配設し、上流側触媒コ
   ンバータにはパラジウム系触媒を担持させ、下流側触媒
   コンバータにはバナジウム系触媒を担持させる一方、排
   気温度が所定の熱劣化温度以下となる位置に前記下流側
   触媒コンバータを配置したことを特徴とするディーゼル
   内燃機関の排気浄化装置。