JPH10159552A - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
される排気ガスに含まれる煤状粒子の排出物を低減もし
くは除去する排ガス浄化装置。 【解決手段】 NOをNO2 に酸化するのに有効な第1
触媒、及び炭化水素、一酸化炭素、及び揮発性有機物成
分を少なくとも酸化させるのに有効な第2触媒を含んで
なる、炭素質煤状粒子を排出する内燃機関の排ガス浄化
装置であって、各々の触媒はハニカム型の流通モノリス
上に担持され、前記第2触媒モノリスの上又は中に捕獲
された煤状粒子は、前記第1触媒からのNO2 含有ガス
の中で燃焼され、前記第1触媒の担体として使用される
モノリスは、煤状粒子の捕集を最少限度に抑えるもので
あることを特徴とする排ガス浄化装置。好ましくは、前
記第1触媒は1リットルの触媒体積あたり1.77〜
7.06gの白金を含み、金属製のハニカムモノリス担
体を有する。
Description
するものであり、より詳しくは、内燃機関の特にディー
ゼル(圧縮着火)エンジンから排出される排気ガスに含
まれる煤状粒子の排出物を低減もしくは除去することに
関する。
ゼルエンジンは、一般に、ガソリンを用いるスパーク着
火式エンジンよりもガス状汚染物質、即ち、炭化水素
(HC)、一酸化炭素(CO)、及び揮発性有機物成分
(VOF)の発生が割合に少ないが、乗用者や軽量車に
関するヨーロッパ共同体の現状の排ガス抑制規制を満た
すように、排ガス装置の中に触媒を取り入れることが必
要になってきた。このような触媒は、一般に、ガソリン
エンジン車の酸化又は三元触媒として周知の金属又はセ
ラミックのハニカム構造を基本にする。ディーゼルエン
ジンのある普通の運転の際に、特に市中のドライブのよ
うな低速で低温の運転条件において、触媒は炭素質物質
又は煤状粒子で覆われることがある。このことは、触媒
表面を覆うことによって触媒表面で通常生じる気相反応
を妨げ、最悪の場合には、ハニカム構造の一部又は全部
のチャンネルを閉塞させ、エンジン性能を損なう高い圧
力損失をもたらすことがある。
ラックやバス)の分野における煤状粒子の計画的なトラ
ップとその後の燃焼は公知であり、本願では、連続再生
トラップ(CRT)として現在実用化されているシステ
ムを開示した本出願人の米国特許第4902487号を
引用する。この特許は、煤状粒子を除去するためのフィ
ルターを備え、NO2 を含むガスを用いて煤状粒子を燃
焼させるシステムを教示している。このようなガスは、
フィルターの上流に触媒を装置し、排ガス中に存在する
窒素酸化物をNO2 まで酸化することによって得られ
る。大型ディーゼルは、割合に高い温度で排気ガスを放
出し、低硫黄分の燃料が使用される必要がある。
想に変化を加えたものが、軽量ディーゼルの触媒上にや
むを得ず捕獲された煤状粒子を処理するのに利用し得る
ことを新たに見出した。軽量ディーゼルは、大型ディー
ゼルよりも、特に低い負荷においてかなり低い温度で動
作するが、このことは一般に触媒プロセスにとって不利
である。また、次世代の直接注入ガソリンエンジンが、
煤状粒子の発生条件を避けることによってそのエンジン
操作に制約を受け得るのはその場合である。煤状粒子に
対処できる排ガス制御システムが開発可能であれば、エ
ンジンの操作範囲を拡張することができ、恐らくは特定
の条件下で経済性を高めることも可能である。
炭素質パティキュレートを排出する内燃機関、特にはデ
ィーゼル、中でも軽量(light duty)ディーゼルエンジン
用の排ガス浄化装置を提供するものであり、本装置は、
NOをNO2 に酸化するのに有効な第1触媒と、炭化水
素、CO、揮発性有機物成分を少なくとも酸化するのに
有効な第2触媒を備え、各々の触媒はハニカム式の流通
性モノリスに担示され、その第2触媒モノリスの上又は
中にトラップされた煤状粒子は、その第1触媒からのN
O2 含有ガスの中で燃やされ、その第1触媒の担体とし
て使用されるモノリスは、煤パティキュレートの捕集を
抑えるモノリスである。
への酸化に対して高い活性を有するように処方され、適
切には割合に高い担持量の白金触媒である。この触媒は
1 立方フィートあたり約50〜約200gの白金(1リ
ットルの触媒体積あたり1.77〜7.06gの白金)
を有することが望ましい。第1触媒に使用されるモノリ
ス担体は、金属モノリスであることが好ましく、モノリ
ス内に捕獲された煤状粒子を除去させるためにハニカム
セルを曲げ及び/又は振動させ得ることが望ましい。こ
のモノリスは、場合によりディーゼルエンジンの自然発
生的な振動状態を利用し、そのような曲げ及び/又は振
動を促進するように計画的に設計されることができる。
ンエンジンの酸化又は三元触媒に使用されるモノリス、
例えば、400セル/平方インチ(62セル/cm2 )以
上が望ましく、即ち、好ましくは600セル/平方イン
チ(93セル/cm2 )にも及ぶモノリスよりもかなり開
口している。このようなモノリスは、例えば100又は
200セル/平方インチ(15.5又は31セル/c
m2 )でよい。望ましくは、第1触媒を通って流れるガ
スの空間速度は、パティキュレートがその中に堆積する
機会を抑えるため、第2触媒それよりも高い。
チ以上を有するモノリス上に普通に処方されたディーゼ
ル触媒でよい。ディーゼルエンジン排ガスの発生した煤
状粒子は、触媒転化器の観点からは望ましい高いセル密
度のモノリスの使用を制約又は排除する。また、第2触
媒は三元触媒のとりわけ「リーンNOX 」型であること
もがき、この場合、炭化水素、NO、揮発性有機物の酸
化反応に加え、NOXからN2 への還元も存在し、恐ら
くは、触媒成分上のNOX 蓄積の間欠的メカニズム又は
選択的触媒の連続的再生による。
黄、炭化水素及び/又はNOX を捕獲し、転化や使用に
適切な触媒作動条件下でそれらを放出するトラップ構成
部分(触媒の前方の別個なトラップ又は層状もしくは複
合触媒構造のいずれでもよい)を取り入れることができ
る。運転条件下の多数の成分を含み且つ変動するガス組
成は、NOからNO2 への全体的転化を与えずに、別な
酸化された窒素酸化物が生成することがあることを理解
すべきである。必要な反応は、このような元々のNO2
又は酸化された窒素酸化物(説明の便宜上、本願では
「NO2 」と総称する。)が煤状粒子の燃焼に寄与する
ことである。具体的な要件は、十分なNO2 が生成さ
れ、煤状粒子の蓄積が問題の生じるレベルよりも低く抑
えられることである。このためもあり、第1と第2の触
媒は互いに接近して、場合により同じキャニスターの中
に配置されることが好ましい。
ば、500ppm 以上)を有することを認識すべきであ
り、本発明者は、硫黄化合物の存在は白金触媒上でNO
2 が生成する反応を抑制し得ることを見出した。このた
め、低硫黄燃料を使用することが望ましいが、ガス及び
/又は触媒温度が例えば低負荷条件下で一般に低い際に
高い触媒又はガス温度を使用することにより、硫黄禁止
作用がある程度軽減されることもできる。このことは、
触媒をエンジンの近くに配置することによって達成する
ことができる。必要により、触媒の少なくとも上流面を
補助的に電気加熱する(所望により、適当なエネルギー
源からの赤外線又は可視光で援助又は置換されてもよ
い)ことが、排ガス温度及び/又は触媒温度が最適値よ
りも低いときに、エンジン作動サイクルにおいてこれら
の部分で煤状粒子が燃焼することを保証するように利用
されることもできる。特定のその他の触媒の例えばゼオ
ライトを基礎にした触媒は、硫黄化合物の妨害に対して
白金を基礎とする触媒のようには敏感でなく、場合によ
り使用することもできる。
思想から逸脱することなく当業者が変更を加えることも
できよう。
ストは、1996年型アウディ2.5TDIで行われ
た。通常の酸化物薄め塗膜(washcoat)を帯びた200セ
ル/平方インチの4インチ×4インチ金属ハニカム担体
上の高い白金担持量(90g/立方フィート=3.18
g/リットル)の第1触媒が、標準的触媒の上流に取り
付けられた。煤状粒子の発生条件下での煤状粒子の蓄積
が減少した。
ンの排ガス中に標準的なディーゼル触媒サンプルを3時
間にわたって置いておくことで行った。目視検査でかな
りの煤状粒子の堆積を示した。この煤状粒子が堆積した
触媒の前方に白金を70g/立方フィート(2.47g
/リットル)担持する200セル/平方インチ(31セ
ル/cm2 )の金属ハニカム担体を配置し、エンジンを再
度運転した。さらに3時間経過した後、触媒を回収し
た。目視検査では、煤状粒子の堆積が部分的に消失して
いることを示した。
ストを行ったが、煤状粒子の燃焼を示唆する重量減少が
あった。第2触媒の活性は、煤状粒子の堆積した触媒に
比較して改良された。次に本発明を、添付の図面を参照
しながら説明する。図1に関して、軽量ディーゼルエン
ジンの排ガス装置に装着する1個のキャニスター1が、
第1触媒2を取り囲む。この第1触媒は200セル/平
方インチ(62セル/cm2 )の金属担体の触媒であり、
アルミナ薄め塗膜と120g/立方フィート(4.24
g/リットル)の白金を担持する。第1触媒と第2触媒
の間には1cmのギャップがあり、第2触媒3は400セ
ル/平方インチ(124セル/cm2 )の通常の市販のデ
ィーゼル酸化触媒である。第1触媒は第2触媒の半分の
長さであり、このことと単位面積あたりのセル数が少な
いことは、第1触媒の空間速度が第2触媒のそれよりも
かなり大きいことを意味する。
たNOは、第1触媒によって次の式にしたがってNO2
に転化される。 2NO+O2 →2NO2 第2触媒により、NO2 は、次の式によって第2触媒の
表面又はセル中に捕獲された炭素質煤状粒子と反応す
る。
ト)の実験用リグによって行った。金属ハニカム触媒担
体のサンプルを、アルミナ薄め塗膜で塗布し、70〜1
50g/立方フィート(2.47〜5.30g/リット
ル)の範囲で通常の含浸技術によりいろいろな白金量で
担持した。この結果を図2に示しており、NO2 に転化
した全NOX の%を温度に対してプロットしている。一
般に、白金担持量が多い程転化率は高いが、いろいろな
担持量の間の差はそれ程劇的ではない。
つの触媒サンプルにNO2 含有合成排ガスを導いたとき
の効果をテストした。一方の触媒は調製したそのままで
あり、他方はディーゼル排ガス中で使用した触媒から切
り出したコアであり、したがって煤状粒子が堆積してい
た。リアクター出口のCO2 を双方のサンプルについて
ppm 単位で測定し、触媒温度に対して図3にプロットし
た。煤状粒子の堆積した触媒はかなり多くのCO2 を発
生し、煤状粒子が燃焼していることが容易に分かる。
o) ディーゼルエンジンを用いて行った。ディーゼル排
ガスを2つの平行な流れに分け、サンプルの通常の酸化
触媒と、120g/立方フィート(4.24g/リット
ル)の白金を担持した第1触媒を前方に設けた同じ触媒
サンプルに通した。各流れの背圧を同等にし、煤状粒子
が発生することが分っている条件下でエンジンを4時間
運転した。このエンジンに使用した燃料は500ppm の
硫黄を含んだ。テストの前後で酸化触媒の重さを測定
し、その結果を図4に示す。この結果は3回のテストの
平均であり、硫黄分ゼロの燃料を用いてテストを繰り返
した。ディーゼル燃料から硫黄を除去すると触媒上に堆
積する煤状粒子の量は減少するが、第1触媒の効果は、
硫黄含有燃料について少なくとも50重量%で煤状粒子
の量を減らし、無硫黄燃料については一層大きな改良を
示すことが分る。
大要の図である。
ある。
ある。
グラフである。
Claims (9)
- 【請求項1】 NOをNO2 に酸化するのに有効な第1
触媒、及び炭化水素、一酸化炭素、及び揮発性有機物成
分を少なくとも酸化させるのに有効な第2触媒を含んで
なる、炭素質煤状粒子を排出する内燃機関の排ガス浄化
装置であって、各々の触媒はハニカム型の流通モノリス
上に担持され、前記第2触媒モノリスの上又は中に捕獲
された煤状粒子は、前記第1触媒からのNO2 含有ガス
の中で燃焼され、前記第1触媒の担体として使用される
モノリスは、煤状粒子の捕集を最少限度に抑えるもので
あることを特徴とする排ガス浄化装置。 - 【請求項2】 前記第1触媒が白金を割合に高い担持量
で含む請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記第1触媒が1リットルの触媒体積あ
たり1.77〜7.06gの白金を含む請求項2に記載
の装置。 - 【請求項4】 前記第1触媒が金属製のハニカムモノリ
ス担体を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の装
置。 - 【請求項5】 前記第1触媒担体が31セル/cm2 以下
のセル数を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の
装置。 - 【請求項6】 前記第2触媒が、酸化触媒とリーンNO
X 三元触媒から選択された請求項1〜5のいずれか1項
に記載の装置。 - 【請求項7】 運転サイクルの少なくとも一部の間に炭
素質煤状粒子を排出し、請求項1〜6のいずれか1項に
記載の排ガス浄化装置を備えたことを特徴とする内燃機
関。 - 【請求項8】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の排
ガス浄化装置を備えたことを特徴とする軽量ディーゼル
エンジン。 - 【請求項9】 炭化水素、一酸化炭素、及び揮発性有機
物成分を少なくとも酸化するのに有効な酸化触媒に排ガ
スを通すことによって炭素質煤状粒子を排出する内燃機
関から排出される排ガスを浄化する方法であって、前記
排ガスを、NOをNO2 に酸化させるのに有効な第1触
媒に通し、次いで前記酸化触媒の上又は中に捕獲された
煤状粒子を燃焼させるため、NO2 に富む排ガスを前記
酸化触媒に通すことを特徴とする排ガス浄化方法。
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|---|---|---|---|
| GBGB9621215.4A GB9621215D0 (en) | 1996-10-11 | 1996-10-11 | Emission control |
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