JPH0713446B2 - エンジンの排ガス浄化装置 - Google Patents

エンジンの排ガス浄化装置

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JPH0713446B2
JPH0713446B2 JP24599986A JP24599986A JPH0713446B2 JP H0713446 B2 JPH0713446 B2 JP H0713446B2 JP 24599986 A JP24599986 A JP 24599986A JP 24599986 A JP24599986 A JP 24599986A JP H0713446 B2 JPH0713446 B2 JP H0713446B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はエンジンの排ガス浄化装置に関し、特にエンジ
ンから排出するパティキュレート(黒煙微粒子)を補集
・燃焼させる排ガス浄化装置に関する。
(従来技術) エンジンの排気系にパティキュレートフィルタを設け、
これより上流の排気通路にパティキュレートの燃焼を促
進させる触媒溶液を噴射供給するノズルを設けたエンジ
ンの排ガス浄化装置が本願出願人により既に提案されて
いる(特願昭59-64627号)。
この装置では、上記ノズルから触媒溶液を供給し、パテ
ィキュレートフィルタに補集されたパティキュレートを
燃焼除去するようにしてある。
(発明が解決しようとする問題点) 上記従来の排ガス浄化装置では、パティキュレートの着
火温度が、通常のエンジン作動条件での排気ガス温度領
域(通常300℃以下)よりも若干高いため、効率良くパ
ティキュレートを燃焼除去できないという問題を有して
いる。
また、パティキュレートフィルタの表面に付着している
パティキュレートには十分な酸素が供給されないのでこ
れらのパティキュレートの酸化反応を促進することが難
しい。
(問題点を解決するための手段) 本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置は、排気系に可
燃性粒子などを補集するパティキュレートフィルタを備
えたエンジンの排ガス浄化装置において、上記パティキ
ュレートフィルタの上流に卑金属触媒液を噴射する噴射
器を設け、パティキュレートフィルタに希土類の触媒成
分を担持した多孔質の被覆層を形成したものである。
(作用) 本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置の作用について
説明すると、エンジンから排出された排気ガス中のパテ
ィキュレートは、パティキュレートフィルタに補集され
る。
噴射器から卑金属触媒液が噴射されると、触媒液は補集
されたパティキュレートに付着し、触媒液中の触媒成分
の触媒作用でパティキュレートの酸化反応が促進され
る。このとき、被覆層の触媒成分の触媒作用で活性酸素
が生成され、パティキュレートの酸化反応が更に促進さ
れ、パティキュレートは低い温度で着火し燃焼する。
尚、卑金属触媒が希土類触媒から予め分離されているの
で、両触媒が触媒効果を発揮する前に反応して劣化して
しまうことはない。
(発明の効果) 本発明に係るエンジンの排ガス浄化装置によれば、上述
の如く触媒溶液を噴射する噴射器を設けかつ希土類の触
媒成分を担持した多孔質の被覆層を形成したことから次
の効果が得られる。
(a) 排気ガス温度の低いディーゼルエンジン等の常
用運転域においてもパティキュレートを充分に燃焼させ
ることができ、パティキュレートの除去を確実に行うこ
とができる。
(b) 卑金属触媒成分と希土類の触媒成分とを用いた
ことから、触媒効果が促進され、酸化性能が向上する。
これにより、ハイドロカーボンや一酸化炭素の浄化性能
が改善されるとともに、カーボンの燃焼性も改善され
る。
(c) 希土類触媒成分をパティキュレートフィルタの
表層の被覆層に担持してあるので、その触媒作用でフィ
ルタの表層に活性酸素が生成され、フィルタの表層部に
付着するパティキュレートの燃焼が促進される。
(d) 両触媒成分を予め分離しておき混合担持してい
ないことから、希土類触媒成分と卑金属触媒成分との相
互反応が抑制され、両触媒成分の耐久性が向上する。
(e) 希土類の触媒成分によりNO−H2及びNO-CO反応
が促進されることから、NO2の浄化が促進される。
(f) 希土類の触媒成分を多孔質の被覆層に担持して
あるので、その触媒成分が殆んど消耗しないからコスト
的にも有利である。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。
4気筒のディーゼルエンジンに本発明を適用した場合を
示す第1図において、エンジン1には、エンジン1に吸
気を供給するための吸気通路2、エンジン1からの排気
ガスを排出するための排気通路3が連結されている。ま
た、排気通路3の途中には、パティキュレートフィルタ
4が介設されている。パティキュレートフィルタ4の上
流には噴射器5が配設されている。
上記噴射器5は、触媒水溶液を貯溜するタンク6と、パ
ティキュレートフィルタ4の上流に噴出口を臨ませて配
設されたインジェクタ7と、上記タンク6とインジェク
タ7とを接続する連結管8と、該連通管8に介設された
ポンプ9と、図示していないがエンジン1の背圧がエン
ジン1の運転性能に悪影響を与えるとされる所定値に達
したことを検出して上記ポンプ9を作動させるセンサと
を備えている。これにおり、噴射器5では、エンジン1
の背圧が所定値以上になると、ポンプ9がタンク6内の
触媒水溶液を連通管8を介して吸上げ、インジェクタ7
からパティキュレートフィルタ4の上流に所定量(例え
ば10〜100cc)噴射するように構成されている。尚、上
記触媒水溶液は、例えば、1〜10重量%の1または2以
上の卑金属(V、Cu、Cr、Fe、Ni、Mo、Ca、Ba)の水溶
性塩よりなる触媒成分を含有している。
上記パティキュレートフィルタ4は、いわゆるプラグド
モノリス型である。第2図に示すように、パティキュレ
ートフィルタ4は、隔壁20によって仕切られた多数の通
路21を有しており、各通路21の一端が、上流側と下流側
とが互い違いとなるようにプラグ22によって閉じられて
いる。隔壁20は多孔質のセラミックス(例えばコージラ
イト)からなり、第2図に矢印で示すように、排気ガス
が隔壁20を通過する際に排気ガス中のパティキュレート
を補集するようになっている。
隔壁20には、被覆層として多孔質のアルミナ層(図示せ
ず)がコーティングされている。当該アルミナ層には、
5〜90重量%のセリア(CeO2)又は1〜5重量%のLa、
Ndが担持されている。
さらに、上記吸気通路2の集合部には、上記センサから
の検出信号を受けて略半閉し、吸気量を絞り調整する絞
り弁10が配設されている。
次に、上記実施例の作動について説明する。
エンジン1の運転に伴い、エンジン1から排気ガスが排
気通路3を通じて排出される。排気ガスが第2図に示す
ようにパティキュレートフィルタ4の隔壁20を通過する
と、排気ガス中のパティキュレートが隔壁20に補集され
る。
パティキュレートフィルタ4の目詰まりによりエンジン
1の背圧が所定値以上に達すると、それを検出するセン
サからの信号に基いて制御装置が噴射器5のポンプ9を
作動させる。これにより、インジェクタ7から触媒水溶
液が排気通路3のパティキュレートフィルタ4上流に噴
射される。そして、触媒水溶液中に予め混合されている
触媒成分が、パティキュレートフィルタ4に補集された
パティキュレートの表面に均一に被着し、触媒成分がパ
ティキュレートと触媒反応する。
一方、パティキュレートフィルタ4の隔壁20をコーティ
ングするアルミナ層に担持されたセリアは、酸素を吸着
して活性酸素を供与する性質を有している。このセリア
は、噴射による触媒水溶液の触媒成分による触媒反応を
さらに低温から開始させる。このセリアによる触媒作用
を、燃料中にセリアを添加しておくことによって得るこ
とも可能である。しかし、その場合には高温によりセリ
アが他の化合物と反応し、充分な触媒反応促進作用が得
られなくなる。これに対し、本実施例ではセリアの劣化
は抑制され、パティキュレートの着火温度を大幅に低下
させることができる。また、セリアが活性酸素を給与し
得るため、酸素濃度が低くて燃焼が容易でない隔壁20の
表面においても燃焼が助長される。しかも、アルミナ層
により隔壁20をコーティングしているので、パティキュ
レートの補集率は高い。
上記触媒反応によるパティキュレートの燃焼では、パテ
ィキュレートの着火温度が大幅に低下することになり、
排気ガス温度が低い(例えば300℃以下)ディーゼルエ
ンジン1の常用運転域においてもパティキュレートを良
好に燃焼させることができ、その除去が確実に行なわれ
る。
さらに、上記ポンプ9が作動すると同時に絞り弁10が略
半閉する。これにより、吸気量が絞られ、燃焼室内が空
気不足になって排気ガス温度が上昇することになり、パ
ティキュレートの燃焼を助長促進することができる。ま
た、このことにより、触媒水溶液の噴射量を低減でき、
高価な触媒成分の消費量を節約してエンジンの運転費用
を安くすることができる。また、その消費量の低減によ
り触媒成分によるパティキュレートフィルタ6の二次的
な目詰まりを未然に防止できる。さらに、吸気絞りによ
って排気ガス流速が低下するので、触媒成分がパティキ
ュレートフィルタ6の上流付近に付着し、これが次第に
下流側に燃え広がることになるので、触媒成分をより有
効に利用できる。
尚、上記実施例では、センサによりエンジン1の背圧を
検出し、該背圧が所定値に達した時に、ポンプ9を作動
させるようにしたが、エンジン1の運転時間が所定時間
に達した時にポンプ9を作動させるようにしてもよい。
また、このようにセンサ等を用いて自動的にポンプ9を
作動させずに、手動で任意のときに作動させるようにし
てもよいのは勿論である。
次に、より具体的な実施例について説明する。
〈実験例1〉 パティキュレートフィルタ4の構成部材であるコージラ
イト・ハニカム担体(100cell、12mil)を、アルミナス
ラリーに浸漬し、引き上げた後、余分のスラリーを高圧
エアブローで除去し、130℃で1時間乾燥後、550℃で1
時間焼成した。尚、アルミナスラリーには、γ−アルミ
ナ160g、ベーマイト160g、水500cc、濃硝酸4ccをホモミ
キサーにより10時間混合攪拌して得られたものを用い
た。
焼成後、硝酸第1セリウムの1.0mol/l水溶液1.0lに10分
間浸漬し、150℃で3時間乾燥した。その後、ハニカム
担体の両端のセル開口部を1つおきに水ガラスで目封
し、550℃で1時間焼成した。
これにより、CeO2がアルミナ層に5重量%担持されたプ
ラグドモノリス型のパティキュレートフィルタ4が得
た。尚、アルミナ層の付着量はハニカム担体に対して13
重量%であった。
〈実験例2〉 γ−アルミナ235g、ベーマイト240g、酸化セリウム25
g、水500cc、濃硝酸3ccからなるアルミナスラリー中、
上記実験例1と同じ担体を浸漬し、余分のスラリーを高
圧エアブローで除去し、130℃で1時間乾燥後、550℃で
1時間焼成した。
次に、水ガラスで上記実験例1と同様に目封、焼成し
た。
これにより、CeO2がアルミナ層に5重量%担持されたパ
ティキュレートフィルタ4が得た。尚、アルミナ層の付
着量はハニカム担体に対して12.5重量%であった。
〈実験例3〉 フォーム型の担体(メッシュ10)を上記実験例1と同様
に処理し、CeO2がアルミナ層に5重量%担持されたフォ
ーム型のパティキュレートフィルタを得た。尚、アルミ
ナ層の付着量は担体に対して12.0重量%であった。
ここで、フォーム型の担体とは、スポンジ様の網目状の
細孔を多数有するコージライト製の担体をいう。
〈実験例4〉 フォーム型の担体(メッシュ10)を上記実験例2と同様
に処理し、CeO2がアルミナ層に5重量%担持されたフォ
ーム型のパティキュレートフィルタを得た。尚、アルミ
ナ層の付着量は担体に対して12.0重量%であった。
〈従来例〉 パティキュレートフィルタとして、何らコーティングし
ていないプラグドモノリス型のものを用いた。また、噴
射する触媒液には硝酸セリウムを添加していない。
〈比較例〉 パティキュレートフィルタとして、アルミナ層をコーテ
ィングしていないプラグドモノリス型のものを用いた。
但し、この比較例では、噴射器5の触媒液に硝酸セリウ
ムを添加した。
上記4実施例、比較例及び希土類を用いない従来例にお
ける排気ガス浄化程度の比較を第3図に示す。但し、テ
スト条件は、エンジン排気量=2000cc、回転数3000rp
m、Pe=3.5kg/cm2である。また、タンク6内の水溶液の
組成は、4実験例及び従来例についてはCuCl2(1.0g)
+H2O(10cc)+(CH3)2CHOH(3cc)であり、比較例では
CuCl2(1.0g)+H2O(10cc)+(CH3)2CHOH(3cc)+C
e(NO3)3(1cc)である。再生温度(パティキュレート燃
焼開始時の供給排気ガスの温度)には、第1図に示すよ
うに、パティキュレートフィルタ4内及びそれよりも上
流側にそれぞれ温度センサ11・12を取り付け、パティキ
ュレートの燃焼開始に起因して両センサ11・12間での測
定温度差が生じたときの温度センサ12での測定温度を採
用した。
第3図で明らかなように、セリウム等の希土類の触媒成
分を使用しない従来例の変化(破線A)、上記比較例の
変化(実線B)及び上記実験例の変化(実線群C)で
は、いずれも再生回数(触媒液噴射回数)が増すごとに
再生温度が低下する。しかし、従来例及び比較例では再
生回数が増加しても再生温度が300℃以上であるのに対
し、上記実験例によれば再生回数4〜6回程度で再生温
度が300℃以下となる。即ち、上記実験例によれば、再
生回数4〜6回で、エンジンの常用運転域におけるパテ
ィキレートの燃焼が良好に行なわれるようになる。一
方、上記実験例間では、第3図で明らかなように、上記
実験例1から順に実験例2、実験例3、実験例4と再生
温度が低下しており、その順でより良好な効果が得られ
る。
次に、パティキュレートフィルタ4の上流側での背圧測
定結果を表1に示す。
ここで、背圧の増加率が大きくなればパティキュレート
フィルタ4内でのパティキュレートの燃え残りが多い
(目づまりが多い)ことになる。表1の結果によれば、
各実験例ではいずれも15%以下の増加であるのに対し、
比較例では約20%も増加した。尚、作動初期の背圧につ
いては、アルミナ層をコーティングしたことから、実験
例において比較的大となっている。また、実験例ではパ
ティキュレートの燃焼が良好なため、再生7回目終了後
では実験例と比較例との間の背圧の格差はなくなった。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図はエンジン
の排ガス浄化装置の概略全体構成図、第2図はパティキ
ュレートフィルタの一例の縦断面部分図、第3図は実験
的に得られた再生回数と再生温度との関係を示す線図で
ある。 4……パティキュレートフィルタ、5……噴射器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気系に可燃性粒子などを補集するパティ
    キュレートフィルタを備えたエンジンの排ガス浄化装置
    において、 上記パティキュレートフィルタの上流に卑金属触媒液を
    噴射する噴射器を設け、パティキュレートフィルタに希
    土類の触媒成分を担持した多孔質の被覆層を形成したこ
    とを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
JP24599986A 1986-10-15 1986-10-15 エンジンの排ガス浄化装置 Expired - Lifetime JPH0713446B2 (ja)

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EP2032810B1 (en) * 2006-05-18 2012-03-14 Clean Diesel Technologies, Inc. Improvements in diesel particulate control

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