説明

内燃機関の後処理システム

【課題】
内燃機関の後処理システムにおいて、排ガス温度が低温域(150℃未満)であってもNOxを効率的に浄化することのできる後処理システムを提供する。また、燃費を悪化させずにNOxを浄化することのできる後処理システムを提供する。
【解決手段】
内燃機関10の排気通路5に設置した内燃機関の後処理システム1において、排ガスの後処理システム1が、後処理システム1の最上流側に設置された酸化触媒2を有しており、酸化触媒2にNOx吸着能力を有するβ型鉄シリケートを添加した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化する内燃機関の後処理システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジン及びガソリンエンジン等の内燃機関において、排ガス中のNOxやParticulate Matter(以下、PMという)を処理する後処理システムが採用されている。
【0003】
図3に従来の内燃機関の後処理システム1Xを示す。後処理システム1Xは、内燃機関10の排気通路5に連結されており、ディーゼル酸化触媒(以下、酸化触媒又はDOCという)2Xと、Diesel Particulate Filter(以下、DPFという)4と、選択還元型触媒(以下、SCRという)3Xと、尿素噴射管6を有している。以下、後処理システムを構成するそれぞれの触媒等をユニットと呼ぶ。
【0004】
DOC2Xは、ディーゼル排ガス中に含まれる未燃燃料(HC)や一酸化炭素(CO)の浄化、及び排ガス中のNOをNOに酸化することを主目的として採用されている。このDOC2Xは、排ガスの温度上昇に伴い、COをCOに酸化し、HCを燃焼する機能を有している。
【0005】
また、DPF(フィルター)4は、排ガス中のPMを大気中に放出せず、捕集することを主目的として採用されている。このDPF4は、PMを捕集する工程と、PMを燃焼してフィルターを再生する工程を有している。
【0006】
更に、SCR3Xは、排ガス中に尿素を供給してNOxを還元し、N(窒素)とHO(水蒸気)にして大気中に放出することができる。このSCR3Xは、排ガス温度が200℃を下回るときには、触媒が十分な機能を発揮することができない。
【0007】
上記の内燃機関の後処理システム1Xの他に、排ガス温度が比較的低い温度領域(150〜200℃)であっても、NOxを効率的に浄化することができる後処理システムが提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0008】
図4に、特許文献1に記載の後処理システム1Yを示す。この後処理システム1Yは、内燃機関10の排気通路5に連結されており、DOC2Xと、NOx吸蔵還元型触媒3Yと、燃料噴射装置11を有している。
【0009】
このNOx吸蔵還元型触媒3Yは、排ガス中のNOxを浄化することを主目的として採用されている。このNOx吸蔵還元型触媒3Yは、排ガス中のNOxを吸蔵し、その後リッチ燃焼によってNOxを還元する機能を有している。このNOx吸蔵還元型触媒3Yは、排ガス温度が200℃を下回るときには、触媒が十分な機能を発揮することができない。なお、NOx吸蔵還元型触媒3Y及びSCR3X等のNOxを浄化するユニットは、総称してdeNOx触媒と呼ばれることもある。
【0010】
図4に示した後処理システム1Yは、燃料噴射装置11を設置した構成により、排気通路5内に燃料を噴射し、排ガス中の一酸化炭素(CO)を積極的に増量することができる。この制御により、排ガス温度が比較的低い温度領域(150〜200℃)であっても、NOxを効率的に浄化することができる。
【0011】
しかしながら、上記の後処理システム1X、1Yは、いくつかの問題点を有している。第1に、排ガス温度が低温領域(150℃未満)にある場合、内燃機関から排出されたNOxが浄化されずに大気中に放出されてしまうという問題を有している。
【0012】
第2に、排気通路内に別途燃料を噴射し、一酸化炭素(CO)増量制御を行うため、燃費が悪化するという問題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開2010−242602号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の後処理システムにおいて、排ガス温度が低温域(150℃未満)であってもNOxを効率的に浄化することのできる後処理システムを提供することにある。また、燃費を悪化させずにNOxを浄化することのできる後処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記の目的を達成するための本発明に係る後処理システムは、内燃機関の排気通路に設置した内燃機関の後処理システムにおいて、前記後処理システムが、前記後処理システムの最上流側に設置された酸化触媒を有しており、前記酸化触媒にNOx吸着能力を有するβ型鉄シリケートを添加したことを特徴とする。
【0016】
この構成により、大気中に排出されるNOxの量を抑制し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、後処理システムに設置したdeNOx触媒(SCR又はNOx吸蔵還元型触媒等)による排ガス浄化効果を得られないような低温域(冷間始動時等)であっても、酸化触媒(DOC)でNOxを吸着することができるためである。
【0017】
上記の後処理システムにおいて、前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置した選択還元型触媒を有していることを特徴とする。
【0018】
この構成により、大気中に排出されるNOxの量を抑制し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、酸化触媒(DOC)においてNOを酸化して生成したNOが、選択還元型触媒(SCR)等におけるNOx浄化を促進することができるためである。また、上記の構成により、特に排ガス温度が、低温域にあるときの排ガス浄化性能を向上することができる。
【0019】
上記の後処理システムにおいて、前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置したディーゼルパティキュレートフィルターを有していることを特徴とする。
【0020】
この構成により、大気中に排出されるPMの量を抑制し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、排ガス温度が150℃以上となる条件下で、酸化触媒(DOC)において排ガス中のNOxの大半を占めるNOが酸化され、ここで生成されたNOがディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)でPMと反応し、PM燃焼を促進することができるためである。また、本発明の酸化触媒(DOC)の採用により、排ガス中のNOxを抑制することができる。なお、この酸化触媒(DOC)がNOxを吸着する機能は、200℃より低い温度、特に150℃より低い温度において発揮される。
【0021】
上記の後処理システムにおいて、前記酸化触媒が、触媒層の上層又は下層に前記β型鉄シリケートを添加された構成、又は前記酸化触媒のウォッシュコートに混合して前記β型鉄シリケートを添加された構成を有していることを特徴とする。この構成により、前述と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【0022】
本発明に係る内燃機関の後処理システムによれば、低温域(150℃未満)であってもNOxを効率的に浄化することのできる後処理システムを提供することができる。また、燃費を悪化させずにNOxを浄化することのできる後処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係る実施の形態の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【図2】本発明に係る異なる実施の形態の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【図3】従来の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【図4】従来の内燃機関の後処理システムの概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の後処理システムについて、図面を参照しながら説明する。図1に本発明に係る実施の形態の内燃機関の後処理システム1の模式図を示す。後処理システム1は、酸化触媒(DOC)2と、フィルター(DPF)4と、deNOx触媒3を有している。ここで、deNOx触媒3に選択還元型触媒(SCR)3Xを採用した例を説明する。なお、10はディーゼルエンジン等の内燃機関、5は排気通路、6は尿素噴射管を示している。
【0025】
このDOC2は、β型鉄シリケート([Fe]−Beta)を添加されている。この添加方法は、DOC触媒層の上層又は下層にNOx吸着層として添加してもよく、又はDOC触媒のウォッシュコートに混合する方法で添加してもよい。この構成により、排ガス温度が低温域(150℃未満)である場合に、DOCがNOxを吸着することができる。
【0026】
次に、後処理システム1の動作について説明する。内燃機関10の冷間始動時など、排ガス温度が低温域(大気温度〜150℃未満)にあるとき、まず、DOC2が、排ガス中のNOx及び未燃燃料(HC)を吸着・保持する。同時に、DPF4はPMを捕集するが、SCR3Xは排ガス温度が低いためほとんど機能していない状態となる。ここで、DOC2で吸着する排ガス中のNOxは、ほとんどがNOである。
【0027】
次に、排ガス温度が上昇すると(150℃以上となると)、DOC2がNOをNOに酸化し、後段(下流側)に放出する。そのため、DOC2の下流側の排ガス中のNO濃度が飛躍的に増加する。DOC2の下流側のDPF4では、DOC2から放出されたNOにより、堆積したPMの燃焼が促進される。また、排ガスの温度上昇(150℃以上となる)に伴い機能し始めたSCR3Xでは、DOC2から放出されたNOにより、NOx浄化効率の向上が実現される。ここで、SCR3XにおけるNO2の量は、NO:NO=1:1の混合比(モル比)となるように、DOC2及びDPF4等の大きさ、機能等を設計することが望ましい。
【0028】
上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第1に、後処理システム1は
、SCR3X等のdeNOx触媒3が十分に機能しない低温域(排ガス温度が150℃未満)であっても、大気中へのNOx排出を防止することができる。これは、β型鉄シリケートを添加したDOC2が、排ガス温度が低温域にあってもNOxを吸着保持することができるためである。また、β型鉄シリケートを添加したDOC2は、HCの吸着もできるため、排ガス浄化性能を更に向上することができる。
【0029】
第2に、後処理システム1は、排ガス温度が200℃以下、特に150℃未満の低温域において、燃費を悪化させずに、NOx浄化を行うことができる。これは、NOxを吸着保持できるDOCの設置により、排気通路内への燃料噴射する制御や、内燃機関の燃料噴射量を増加する制御を行うことなくNOxを浄化できるためである。
【0030】
第3に、後処理システム1は、DOC2の下流に設置したDPF4及びSCR3Xの機能を増進し、内燃機関から排出される排ガスの排ガス浄化性能を向上することができる。これは、排ガス温度が低温域(150℃未満)にあるときにDOC2で吸着したNOx(特にNO)が、排ガス温度の上昇と共にNOに酸化され、高濃度のNOとしてDOC2から下流側に放出されるからである。DOC2から放出されたNOは、DPF4に堆積したPMの燃焼を補助し、SCR3XにおけるNOx浄化効率を向上することができる。
【0031】
図2に本発明に係る異なる実施の形態の内燃機関の後処理システム1Aの模式図を示す。後処理システム1Aは、酸化触媒(DOC)2と、deNOx触媒3と、燃料噴射装置11を有している。ここで、deNOx触媒3にNOx吸蔵還元型触媒3Yを採用した例を説明する。
【0032】
次に、後処理システム1Aの動作について説明する。内燃機関10の冷間始動時など、排ガス温度が低温域(大気温度〜150℃未満)にあるとき、まず、DOC2が、排ガス中のNOx及び未燃燃料(HC)を吸着・保持する。このとき、deNOx触媒3(NOx吸蔵還元型触媒3Y)は、排ガス温度が低いためほとんど機能していない状態となる。
【0033】
次に、排ガス温度が上昇すると、(150℃以上となると)、DOC2がNOをNOに酸化し、後段(下流側)に放出する。そのため、DOC2の下流側の排ガス中のNO濃度が飛躍的に増加する。NOx吸蔵還元型触媒3Yは、排ガス中のNOxを吸蔵し、その後リッチ燃焼によってNOxを還元する。
【0034】
上記の構成により、後処理システム1Aは、NOx吸蔵還元型触媒3Y等のdeNOx触媒3が十分に機能しない低温域(排ガス温度が150℃未満)であっても、大気中へのNOx排出を防止することができる。
【0035】
なお、本発明の後処理システム1、1Aは、最上流側にDOC2を設置すれば、後段に設置するユニットの種類及び数は適宜自由に選択することができる。また、後処理システム1、1Aは、最上流側にDOC2を設置すれば、後段のDPF4及びdeNOx触媒3(SCR3X又はNOx吸蔵還元型触媒3Y)の設置順序は、図1又は図2に示した順序に限定されない。つまり、DOC2で酸化されたNOが、DOC2の下流に設置されたユニットに供給される配置であればよい。
【符号の説明】
【0036】
1、1A 後処理システム
2 酸化触媒(DOC)
3 deNOx触媒
3X 選択還元型触媒(SCR)
3Y NOx吸蔵還元型触媒
4 ディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)
5 排気通路
10 内燃機関

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の排気通路に設置した内燃機関の後処理システムにおいて、前記排ガスの後処理システムが、前記後処理システムの最上流側に設置された酸化触媒を有しており、前記酸化触媒にNOx吸着能力を有するβ型鉄シリケートを添加したことを特徴とする内燃機関の後処理システム。
【請求項2】
前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置した選択還元型触媒を有していることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の後処理システム。
【請求項3】
前記後処理システムが、前記酸化触媒の下流側に設置したディーゼルパティキュレートフィルターを有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の後処理システム。
【請求項4】
前記酸化触媒が、触媒層の上層又は下層に前記β型鉄シリケートを添加された構成、又は前記酸化触媒のウォッシュコートに混合して前記β型鉄シリケートを添加された構成を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の内燃機関の後処理システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−60917(P2013−60917A)
【公開日】平成25年4月4日(2013.4.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−200795(P2011−200795)
【出願日】平成23年9月14日(2011.9.14)
【出願人】(000000170)いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Fターム(参考)】