JP2009228618A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼル排ガスなどに含まれるパティキュレート(以下、PMという)を効率よく捕集するとともに、強制再生時におけるフィルタの熱損傷を抑制できる排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus capable of efficiently collecting particulates (hereinafter referred to as PM) contained in diesel exhaust gas and the like and suppressing thermal damage of a filter during forced regeneration.
ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少している。一方、ディーゼルエンジンについては、有害成分がPM(炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、可溶性高分子量炭化水素微粒子( SOF)等)として排出されるという特異な事情から、ガソリンエンジンの場合より排ガスの浄化が難しい。 As for gasoline engines, toxic components in exhaust gas are steadily decreasing due to strict regulations on exhaust gas and technological advances that can cope with it. On the other hand, for diesel engines, harmful components are emitted as PM (carbon fine particles, sulfur fine particles such as sulfate, soluble high molecular weight hydrocarbon fine particles (SOF), etc.), and therefore, more exhaust gas than gasoline engines. Purification is difficult.
そこで従来より、セラミック製の目封じタイプのハニカム体(ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下 DPFという))が知られている。この DPFは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を例えば交互に市松状に目封じしてなるものであり、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁とよりなり、セル隔壁の細孔で排ガスを濾過してPMを捕集する。 Therefore, a ceramic plug-type honeycomb body (diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF)) has been known. This DPF is formed by alternately sealing both ends of the openings of the cells of the ceramic honeycomb structure, for example, in a checkered pattern, and is adjacent to the inflow side cells and the inflow side cells clogged on the exhaust gas downstream side. It consists of an outflow side cell clogged on the exhaust gas upstream side and a cell partition wall that partitions the inflow side cell and the outflow side cell, and collects PM by filtering the exhaust gas through the pores of the cell partition wall.
しかし DPFでは、PMの堆積によって排気圧損が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、排気圧損が上昇した場合に高温の排ガスを流してPMを燃焼させることで DPFを再生することが行われている。例えば DPFの上流側に酸化触媒を配置し、排ガス中に燃料などの炭化水素を供給して酸化触媒における反応熱で排ガス温度を上昇させ、その高温の排ガスを DPFに供給することで堆積したPMを酸化する方法が知られている。 However, in DPF, exhaust pressure loss increases due to PM accumulation, so it is necessary to periodically remove and regenerate PM accumulated by some means. Therefore, conventionally, when exhaust pressure loss rises, DPF is regenerated by burning high-temperature exhaust gas and burning PM. For example, PM deposited by placing an oxidation catalyst upstream of the DPF, supplying hydrocarbons such as fuel into the exhaust gas, raising the exhaust gas temperature by the reaction heat in the oxidation catalyst, and supplying the hot exhaust gas to the DPF There are known methods for oxidizing the.
また例えば特表2002−531762号公報には、 DPFの上流側に酸化触媒を配置し、酸化触媒においてNOをNO2 に酸化し、酸化活性の高いNO2 を DPFに供給することで堆積したPMを酸化する方法が記載されている。 Also, for example, in Japanese Translation of PCT International Publication No. 2002-531762, PM deposited by placing an oxidation catalyst upstream of DPF, oxidizing NO into NO 2 in the oxidation catalyst, and supplying NO 2 with high oxidation activity to DPF. A method for oxidizing the is described.
しかしながら堆積したPMを酸化燃焼させて DPFを強制再生する場合には、PMの堆積量が多いと加速度的な燃焼が生じ、時には熱暴走が生じて DPFの中心部や下流側端部に熱損傷が生じる場合があった。 However, when the accumulated PM is oxidatively combusted and the DPF is forcibly regenerated, if the amount of PM deposited is large, acceleration combustion occurs and sometimes thermal runaway occurs, causing thermal damage to the center or downstream end of the DPF. May occur.
そこで近年では、例えば特公平07−106290号公報に記載されているように、 DPFのセル隔壁の表面にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金(Pt)などの触媒金属を担持したフィルタ触媒が開発されている。このフィルタ触媒によれば、捕集されたPMが触媒金属の触媒反応によって酸化燃焼するため、捕集と同時にあるいは捕集に連続して燃焼させることでフィルタ触媒を連続的に再生することができる。そして触媒反応は比較的低温で生じること、及び捕集量が少ないうちに燃焼できることから、フィルタ触媒に作用する熱応力が小さく破損が防止されるという利点がある。 Therefore, in recent years, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 07-106290, a coating layer is formed on the surface of the cell partition wall of DPF from alumina or the like, and a catalytic metal such as platinum (Pt) is supported on the coating layer. Filter catalysts have been developed. According to this filter catalyst, the collected PM is oxidized and burned by the catalytic reaction of the catalytic metal, so that the filter catalyst can be regenerated continuously by burning simultaneously with the collection or continuously with the collection. . Since the catalytic reaction occurs at a relatively low temperature and can be burned while the amount collected is small, there is an advantage that the thermal stress acting on the filter catalyst is small and breakage is prevented.
また特開平09−094434号公報には、セル隔壁のみならず、セル隔壁の細孔内にも触媒金属を担持したコート層を形成したフィルタ触媒が記載されている。細孔内にも触媒金属を担持することで、PMと触媒金属との接触確率が高まり、細孔内に捕集されたPMも酸化燃焼させることができる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-094434 describes a filter catalyst in which a coating layer supporting a catalyst metal is formed not only in the cell partition walls but also in the pores of the cell partition walls. By supporting the catalyst metal in the pores, the contact probability between the PM and the catalyst metal is increased, and the PM collected in the pores can be oxidized and burned.
ところがフィルタ触媒においても、触媒金属が活性化する前の低温域ではPMが堆積する。また高温域であっても、運転状況によって多量のPMが急激にフィルタ触媒に流入した場合には、触媒金属による酸化燃焼が追いつかずPMが堆積する場合がある。そしてPMの堆積が進行すると、触媒金属と接触しないPMが存在するようになり、そのようなPMは酸化燃焼されず堆積状態が保持されるため、圧損が上昇するという不具合がある。 However, in the filter catalyst, PM is deposited in a low temperature range before the catalytic metal is activated. Even in a high temperature range, if a large amount of PM suddenly flows into the filter catalyst depending on the operating conditions, oxidation combustion by the catalyst metal may not catch up and PM may accumulate. When PM deposition progresses, PM that does not come into contact with the catalytic metal is present, and such PM is not oxidized and burned, and the deposition state is maintained, so that pressure loss increases.
したがってフィルタ触媒においても、堆積したPMを燃焼する強制再生処理を行う必要があるが、PMの堆積量が多い場合には熱暴走によって基材の熱損傷が生じる場合がある。 Therefore, the filter catalyst also needs to be subjected to a forced regeneration process for burning the deposited PM. However, when the amount of PM deposited is large, the base material may be thermally damaged due to thermal runaway.
また DPFに堆積したPMを燃焼するには、約 600℃以上の高温とする必要がある。上流側に配置された酸化触媒による酸化反応を利用して DPFに流入する排ガスを加熱する方法では、約 600℃以上の高温を保持するために排ガス中に長時間継続して燃料を供給する必要があり、燃費が悪化するという問題を有している。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フィルタ基材の熱損傷を防止するとともに、強制再生処理時の燃料使用量を低減し燃費を向上させることを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object to be solved to prevent thermal damage to the filter base material and to reduce the amount of fuel used during forced regeneration processing to improve fuel efficiency.
上記課題を解決する本発明の排ガス浄化装置の特徴は、PMを含む排ガスが流れる排ガス流路に配置された上流側フィルタと、上流側フィルタの排ガス下流側に配置された下流側フィルタとを備え、
上流側フィルタにおけるPMの濾過機能は下流側フィルタにおけるPMの濾過機能より低いことにある。
A feature of the exhaust gas purification apparatus of the present invention that solves the above problems includes an upstream filter disposed in an exhaust gas passage through which exhaust gas containing PM flows, and a downstream filter disposed on the exhaust gas downstream side of the upstream filter. ,
The PM filtering function in the upstream filter is lower than the PM filtering function in the downstream filter.
本発明の排ガス浄化装置によれば、上流側フィルタにおけるPMの濾過機能は下流側フィルタにおけるPMの濾過機能より低い。したがって、粗大なPM粒子が上流側フィルタに優先的に捕集され、上流側フィルタをすり抜けたPM粒子が下流側フィルタに捕集される。ここで、粗大なPM粒子は、微細なカーボン粒子が粘着性を有する SOFによって結合された凝集体であり、粒径が大きいことと粘着性を有するために上流側フィルタに優先的に捕集される。したがって上流側フィルタに捕集されるPMは、下流側フィルタで捕集されるPMより SOFの含有量が多くなる。 According to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the PM filtering function in the upstream filter is lower than the PM filtering function in the downstream filter. Accordingly, coarse PM particles are preferentially collected by the upstream filter, and PM particles that have passed through the upstream filter are collected by the downstream filter. Here, coarse PM particles are aggregates in which fine carbon particles are bonded by sticky SOF and are preferentially collected by the upstream filter because of their large particle size and stickiness. The Therefore, the PM collected by the upstream filter has a higher SOF content than the PM collected by the downstream filter.
カーボン粒子の自然着火温度は約 550℃であるが、 SOFは約 300℃で自然着火する。したがって上記のようにPMが堆積した本発明の排ガス浄化装置に高温の排ガスを流通させると、上流側フィルタで先ず SOFが燃焼し、その反応熱によって上流側フィルタに堆積したカーボン粒子が燃焼する。そして、上流側フィルタにおける反応熱によって温度が上昇した排ガスが下流側フィルタに流入する。したがって下流側フィルタにおいてもPMの燃焼が早期に生じ、上流側フィルタ及び下流側フィルタを効率よく強制再生することができる。 The spontaneous ignition temperature of carbon particles is about 550 ° C, but SOF spontaneously ignites at about 300 ° C. Therefore, when high-temperature exhaust gas is circulated through the exhaust gas purifying apparatus of the present invention in which PM is deposited as described above, SOF is first burned in the upstream filter, and carbon particles deposited on the upstream filter are burned by the reaction heat. Then, the exhaust gas whose temperature has been raised by the reaction heat in the upstream filter flows into the downstream filter. Therefore, PM combustion also occurs early in the downstream filter, and the upstream filter and the downstream filter can be efficiently and forcibly regenerated.
すなわち本発明の排ガス浄化装置によれば、強制再生に要する時間を短縮することができ、排ガス中にHCを添加する時間を短縮できるため燃費が向上する。 That is, according to the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the time required for forced regeneration can be shortened, and the time for adding HC to the exhaust gas can be shortened, thereby improving fuel efficiency.
また異なる濾過機能を有する二つのフィルタを用いているため、一つのフィルタで捕集する場合に比べてフィルタの全長(合計長さ)を短くすることができる。したがって装置の小型化が可能となるとともに、PMの燃焼伝播が安定的に持続しフィルタ内部の温度が均一化されるため、熱暴走が生じにくく熱損傷を防止することができる。 Moreover, since two filters having different filtration functions are used, the total length (total length) of the filter can be shortened as compared with the case of collecting with one filter. Therefore, the apparatus can be miniaturized, and PM combustion propagation is stably maintained and the temperature inside the filter is made uniform, so that thermal runaway hardly occurs and thermal damage can be prevented.
さらにフィルタ内部の温度が均一化されることで、フィルタの単位容量あたりのPM堆積限界量を増加させることが可能となる。したがって強制再生の頻度を低減することができ、燃費が向上する。 Furthermore, since the temperature inside the filter is made uniform, it becomes possible to increase the PM deposition limit amount per unit capacity of the filter. Therefore, the frequency of forced regeneration can be reduced, and fuel consumption is improved.
本発明の排ガス浄化装置は、排ガス流路に上流側フィルタと下流側フィルタとを、排ガス流れ方向にこの順に直列に配置している。上流側フィルタ及び下流側フィルタは、それぞれPMを捕集可能なものであれば形状は特に制限されず、ハニカム形状のもの、フォーム形状のものなど各種フィルタを用いることができる。またその材質も、セラミックス、金属など耐熱性を有する材質を用いることができる。 In the exhaust gas purification apparatus of the present invention, an upstream filter and a downstream filter are arranged in series in this order in the exhaust gas flow direction in the exhaust gas flow path. The shape of the upstream filter and the downstream filter is not particularly limited as long as PM can be collected, and various filters such as a honeycomb shape and a foam shape can be used. Moreover, the material can also use the material which has heat resistance, such as ceramics and a metal.
本発明においては、上流側フィルタにおけるPMの濾過機能は、下流側フィルタにおけるPMの濾過機能より低くなるように構成され、その結果、上流側フィルタに捕集されるPMは下流側フィルタで捕集されるPMより SOFの含有量が多くなる。 In the present invention, the PM filtering function in the upstream filter is configured to be lower than the PM filtering function in the downstream filter, and as a result, the PM collected in the upstream filter is collected in the downstream filter. SOF content is higher than PM.
上流側フィルタと下流側フィルタとで、上記のように濾過機能に差を形成するには、例えばフィルタの空孔率に差を付ける方法、あるいはフィルタの空孔径に差を付ける方法がある。これらの方法は、 DPFとして一般に用いられているハニカム形状のセラミック製フィルタを用いる場合に最適である。 In order to form a difference in the filtration function between the upstream filter and the downstream filter as described above, for example, there is a method of making a difference in the porosity of the filter or a method of making a difference in the pore diameter of the filter. These methods are optimal when using a honeycomb-shaped ceramic filter generally used as a DPF.
すなわち一般的なハニカム形状の DPFは、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁とを有している。このような DPFを上流側フィルタ及び下流側フィルタに用いた場合には、上流側フィルタにおけるセル隔壁の空孔率を50%以上とすることが望ましい。また上流側フィルタにおけるセル隔壁の平均空孔径を 100μm以上としてもよく、空孔率が50%以上と平均空孔径が 100μm以上の両方を満たすことも好ましい。 That is, a general honeycomb-shaped DPF includes an inflow side cell clogged on the exhaust gas downstream side, an outflow side cell adjacent to the inflow side cell and clogged on the exhaust gas upstream side, an inflow side cell, and an outflow side cell. And a porous cell partition wall having a plurality of pores. When such a DPF is used for the upstream filter and the downstream filter, the porosity of the cell partition wall in the upstream filter is preferably 50% or more. Moreover, the average pore diameter of the cell partition wall in the upstream filter may be 100 μm or more, and it is also preferable that both the porosity is 50% or more and the average pore diameter is 100 μm or more.
このような空孔をもつセル隔壁を有する DPFを上流側フィルタに用いることで、上流側フィルタには SOFを多く含んで凝集した粗大な粒径のPMが優先的に捕集され、 SOFの含有量が低く微細なPMは上流側フィルタをすり抜け易くなる。そして上流側フィルタをすり抜けた微細なPMが下流側フィルタで捕集されるように下流側フィルタのセル隔壁の空孔率あるいは空孔径を設定しておくことで、微細なPMを下流側フィルタで確実に捕集することができる。 By using a DPF having such a cell partition with pores in the upstream filter, the upstream filter preferentially collects coarse particle size PM that contains a large amount of SOF and aggregates it. A small amount of fine PM tends to slip through the upstream filter. By setting the porosity or the pore diameter of the cell partition of the downstream filter so that the fine PM that has passed through the upstream filter is collected by the downstream filter, the fine PM is removed by the downstream filter. It can be reliably collected.
したがって下流側フィルタにおけるセル隔壁は、空孔率を30〜50%とする、あるいは平均空孔径を5〜20μmとすることが好ましい。空孔率が50%以上あるいは平均空孔径が20μm以上では微細なPMを捕集することが困難となり、PM排出量が増大してしまう。また空孔率が30%未満あるいは平均空孔径が5μm未満では、排気圧損の増大が著しく実用的でない。 Therefore, it is preferable that the cell partition in the downstream filter has a porosity of 30 to 50% or an average pore diameter of 5 to 20 μm. When the porosity is 50% or more or the average pore diameter is 20 μm or more, it becomes difficult to collect fine PM, and the PM emission amount increases. Further, if the porosity is less than 30% or the average pore diameter is less than 5 μm, the increase in exhaust pressure loss is remarkably impractical.
上流側フィルタと下流側フィルタの容量比は、上流側フィルタの容量をX、下流側フィルタの容量をYとしたとき、X/Y=1/2〜1/1の範囲とするのが望ましい。容量比がこの範囲より小さくなると下流側フィルタのPM堆積量が多くなり過ぎて強制再生時に損傷が生じ易くなり、容量比がこの範囲より大きくなると下流側フィルタにおける排気圧損が上昇し易くなって強制再生処理の頻度を高める必要があり燃費が低下する。 The capacity ratio of the upstream filter and the downstream filter is preferably in the range of X / Y = 1/2 to 1/1, where X is the upstream filter capacity and Y is the downstream filter capacity. If the capacity ratio is smaller than this range, the amount of PM accumulated in the downstream filter becomes too large and damage is likely to occur during forced regeneration. If the capacity ratio is larger than this range, the exhaust pressure loss in the downstream filter tends to increase and is forced. It is necessary to increase the frequency of the regeneration process, resulting in a reduction in fuel consumption.
上流側フィルタとして、金属製のものを用いることも好ましい。金属製のフィルタは熱伝導率が高いこと、セラミックス製のものに比べて熱容量が小さいことから、強制再生時の早期着火が可能となり熱伝播も早い。したがって下流側フィルタにおけるPMの燃焼も促進され、強制再生に要する時間をさらに短縮することができる。このような金属製のフィルタとしては、金属薄板をコルゲート加工した波状板と、金属製不織布とを交互に積層したフィルタなどが知られている。 It is also preferable to use a metal filter as the upstream filter. A metal filter has a high thermal conductivity and a smaller heat capacity than a ceramic filter, so that it can be ignited early during forced regeneration and heat propagation is fast. Therefore, PM combustion in the downstream filter is also promoted, and the time required for forced regeneration can be further shortened. As such a metal filter, a filter in which corrugated metal thin plates and metal nonwoven fabrics are alternately laminated is known.
上流側フィルタと下流側フィルタには、セル隔壁の表面及び細孔内に触媒コート層が形成されたフィルタ触媒を用いることが好ましい。フィルタ触媒とすることで、堆積したPMを使用中に酸化燃焼することができ、強制再生までの時間を長くすることができるので燃費がさらに向上する。また少なくとも上流側フィルタをフィルタ触媒とすれば、強制再生時の着火温度が低下するため、強制再生に要する時間をさらに短縮でき燃費が向上する。 For the upstream filter and the downstream filter, it is preferable to use a filter catalyst in which a catalyst coat layer is formed in the surface and pores of the cell partition walls. By using the filter catalyst, the accumulated PM can be oxidized and burned during use, and the time until forced regeneration can be extended, so that the fuel efficiency is further improved. If at least the upstream filter is a filter catalyst, the ignition temperature at the forced regeneration is lowered, so that the time required for the forced regeneration can be further shortened and the fuel consumption is improved.
フィルタ触媒の触媒コート層としては、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニアなどの多孔質酸化物にPt、Rh、Pdなどの貴金属を担持した酸化触媒、酸化触媒にさらにアルカリ金属、アルカリ土類金属などのNOx 吸蔵材を担持したNOx 吸蔵還元触媒などを用いることができる。 The catalyst coating layer of the filter catalyst includes an oxidation catalyst in which noble metals such as Pt, Rh, and Pd are supported on a porous oxide such as alumina, zirconia, ceria, and titania, and an alkali metal, alkaline earth metal, etc. A NO x storage reduction catalyst carrying a NO x storage material can be used.
強制再生時には、上流側フィルタに流入する排ガス温度を上昇させる。その方法としては、排ガス又は上流側フィルタをヒータなどで加熱する方法もあるが、上流側フィルタがフィルタ触媒の場合には、上流側フィルタの上流側で排ガス中に軽油などの炭化水素を供給するHC供給手段を設けることが望ましい。供給されたHCは上流側フィルタ触媒における触媒反応によって低温域から酸化されるため、その反応熱によって排ガスを早期に昇温でき、下流側フィルタにおいても堆積したPMを燃焼することができる。 During forced regeneration, the exhaust gas temperature flowing into the upstream filter is raised. As a method therefor, there is a method of heating the exhaust gas or the upstream filter with a heater or the like, but when the upstream filter is a filter catalyst, hydrocarbons such as light oil are supplied into the exhaust gas upstream of the upstream filter. It is desirable to provide HC supply means. Since the supplied HC is oxidized from a low temperature region by the catalytic reaction in the upstream filter catalyst, the exhaust gas can be quickly heated by the reaction heat, and the PM deposited in the downstream filter can be combusted.
また上流側フィルタの上流側に酸化触媒を配置し、酸化触媒の上流側で排ガス中に燃料などのHCを添加することも好ましい。この場合には、酸化触媒における反応熱によって排ガスが昇温されるため、上流側フィルタをフィルタ触媒としなくても、上流側フィルタ及び下流側フィルタに堆積したPMを燃焼することができる。 It is also preferable to dispose an oxidation catalyst upstream of the upstream filter and add HC such as fuel to the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst. In this case, since the temperature of the exhaust gas is raised by the reaction heat in the oxidation catalyst, PM deposited on the upstream filter and the downstream filter can be burned without using the upstream filter as a filter catalyst.
酸化触媒としては、ストレートフロー構造のハニカム基材にアルミナなどの多孔質酸化物に貴金属を担持したものが好ましく用いられる。担持される貴金属は、HCの酸化活性が高いPtあるいはPdを用いるのが好ましい。 As the oxidation catalyst, a straight flow structure honeycomb base material in which a noble metal is supported on a porous oxide such as alumina is preferably used. As the noble metal to be supported, Pt or Pd having high HC oxidation activity is preferably used.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
図1に本実施例の排ガス浄化装置を示す。ディーゼルエンジン1のエキゾーストマニホールド10から延びる排気管11には、触媒コンバータ2が接続されている。触媒コンバータ2には、酸化触媒3と、上流側フィルタ触媒4と、下流側フィルタ触媒5とが、排ガス上流側から下流側へこの順に直列に列設されて収納されている。また触媒コンバータ2の上流側には、排ガス中に軽油を添加するインジェクタ6が配置されている。
Example 1
FIG. 1 shows an exhaust gas purification apparatus of this embodiment. A
上流側フィルタ触媒4は、セル隔壁の空孔率が70%、平均空孔径が70μmのハニカム基材を用いている。また下流側フィルタ触媒5は、セル隔壁の空孔率が45%、平均空孔径が15μmのハニカム基材を用いている。したがって本実施例の排ガス浄化装置によれば、図2に示すように、 SOFを多く含んで凝集した約 100μm以上の粗大なPM粒子が優先的に上流側フィルタ触媒4に捕集され、 SOFの含有量が少なく上流側フィルタ触媒4をすり抜けた微細なPM粒子が下流側フィルタ触媒5に捕集されることになる。
The
以下、各触媒の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。 Hereafter, the manufacturing method of each catalyst is demonstrated and it replaces with the detailed description of a structure.
<酸化触媒3>
コージェライト製でストレートフロー構造のハニカム基材( 400セル/in2 、直径 130mm、1リットル)を用意した。一方、γ-Al2O3粉末に予めPtが担持されたPt/Al2O3粉末を用意し、アルミナゾル及びイオン交換水と混合しミリングしてスラリーを調製した。このスラリーをハニカム基材にウォッシュコートし乾燥・焼成して、ハニカム基材1Lあたり 150gの触媒コート層を形成した。Ptは、ハニカム基材1Lあたり2g担持されている。
<
A honeycomb substrate made of cordierite and having a straight flow structure (400 cells / in 2 , diameter 130 mm, 1 liter) was prepared. On the other hand, Pt / Al 2 O 3 powder in which Pt was previously supported on γ-Al 2 O 3 powder was prepared, mixed with alumina sol and ion-exchanged water, and milled to prepare a slurry. This slurry was wash coated onto a honeycomb substrate, dried and fired to form a catalyst coating layer of 150 g per liter of the honeycomb substrate. 2 g of Pt is supported per liter of honeycomb substrate.
<上流側フィルタ触媒4>
コージェライトから形成され、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁とを有するウォールフロー構造のハニカム基材( 200セル/in2 、直径 130mm、1リットル、セル隔壁の空孔率70%)を用意した。
<Upstream
An inflow side cell formed from cordierite and clogged on the exhaust gas downstream side, an outflow side cell adjacent to the inflow side cell and clogged on the exhaust gas upstream side, and an inflow side cell and an outflow side cell A honeycomb substrate having a wall flow structure (200 cells / in 2 , diameter 130 mm, 1 liter, cell partition porosity 70%) having porous cell partition walls having pores was prepared.
一方、γ-Al2O3粉末に予めPtが担持されたPt/Al2O3粉末を用意し、アルミナゾル及びイオン交換水と混合しミリングしてスラリーを調製した。このスラリーをハニカム基材の流入側セルに充填し流出側セルから吸引してウォッシュコートし、乾燥・焼成してハニカム基材1Lあたり50gの触媒コート層を形成した。Ptは、ハニカム基材1Lあたり2g担持されている。 On the other hand, Pt / Al 2 O 3 powder in which Pt was previously supported on γ-Al 2 O 3 powder was prepared, mixed with alumina sol and ion-exchanged water, and milled to prepare a slurry. This slurry was filled into the inflow side cell of the honeycomb base material, sucked from the outflow side cell, washed, dried and fired to form a catalyst coating layer of 50 g per 1 L of the honeycomb base material. 2 g of Pt is supported per liter of honeycomb substrate.
<下流側フィルタ触媒5>
セル隔壁の空孔率が45%であること、平均空孔径が15μmであること以外は、上流側フィルタ触媒4と同様のハニカム基材を用意し、上流側フィルタ触媒4と同様にしてハニカム基材1Lあたり50gの触媒コート層を形成した。Ptは、ハニカム基材1Lあたり2g担持されている。
<
A honeycomb substrate similar to the
(実施例2)
図3に示すように、酸化触媒3を用いなかったこと以外は実施例1と同様である。
(Example 2)
As shown in FIG. 3, it is the same as Example 1 except that the
(比較例1)
比較例1の排ガス浄化装置を図4に示す。この排ガス浄化装置は、実施例1と同様の酸化触媒3の下流側にフィルタ触媒7のみを配置している。フィルタ触媒7は、セル隔壁の空孔率が50%であること、容積が2倍の2リットルであること以外は実施例1の上流側フィルタ触媒4と同様であり、ハニカム基材1Lあたり50gの触媒コート層が形成され、ハニカム基材1Lあたり2gのPtが担持されている。
(Comparative Example 1)
FIG. 4 shows the exhaust gas purifying apparatus of Comparative Example 1. In this exhaust gas purifying apparatus, only the
(比較例2)
図5に示すように、酸化触媒3を用いずフィルタ触媒7のみを用いたこと以外は比較例1と同様である。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 5, it is the same as Comparative Example 1 except that only the
(比較例3)
図6に示すように、酸化触媒3の下流側に実施例1と同様の下流側フィルタ触媒5を配置し、下流側フィルタ触媒5の下流側に上流側フィルタ触媒4を配置して、比較例3の排ガス浄化装置とした。
(Comparative Example 3)
As shown in FIG. 6, a
<試験例1>
上記した各排ガス浄化装置について、ディーゼルエンジン1を定常運転しながら、総量で10gのPMを堆積させた。その間、触媒コンバータ2の上流側と下流側における排ガス圧力を測定し、排気圧損を検出した。
<Test Example 1>
For each of the exhaust gas purification devices described above, 10 g of PM in total was deposited while the
実施例1、実施例2においては、上流側フィルタ触媒4と下流側フィルタ触媒5とにそれぞれ5gのPMが堆積していることを確認した。また各実施例及び比較例1〜2においては、運転中における排気圧損の異常な上昇は認められなかった。しかし比較例3では、PMが10g堆積するまでに排気圧損の異常な上昇が認められ、上流側に配置された下流側フィルタ触媒5に大部分のPMが堆積し、下流側に配置された上流側フィルタ触媒4には僅かなPMしか堆積していなかった。
In Example 1 and Example 2, it was confirmed that 5 g of PM was deposited on the
上記のようにPMを堆積させた後、触媒コンバータ2へ流入する排ガス温度が 300℃となる条件でディーゼルエンジン1を5分間運転した。その直後に、インジェクタ6から排ガス中に軽油を2g/分の添加量で添加しながら、さらに5分間運転する強制再生処理を行った。
After depositing PM as described above, the
この試験後に各触媒の重量を測定し、PM除去率を算出した。またこの試験とは別に、軽油を添加しながらの運転時間を10分間としたこと以外は同様にして試験し、同様にPM除去率を算出した。結果を表1に示す。なお表1には排気圧損の結果を○(異常無し)と×(異常有り)で示している。 After this test, the weight of each catalyst was measured and the PM removal rate was calculated. Separately from this test, the test was performed in the same manner except that the operation time while adding light oil was 10 minutes, and the PM removal rate was calculated in the same manner. The results are shown in Table 1. In Table 1, the exhaust pressure loss results are indicated by ○ (no abnormality) and × (abnormal).
表1より、当然ながら軽油添加時間が長いほどPM除去率が高い。そして実施例1及び実施例2は、比較例1及び比較例2に比べてPM除去率が高く、軽油添加時間が5分間でも比較例1及び比較例2の10分間と同等のPM除去率が発現されていることがわかる。これは、空孔率の異なる二つのフィルタ基材を用いたことによる効果であることが明らかである。また実施例2と比較例2との比較から、この効果は酸化触媒の有無に関わらず発現されていることもわかる。 From Table 1, of course, the PM removal rate is higher as the light oil addition time is longer. And Example 1 and Example 2 have higher PM removal rate than Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and PM removal rate equivalent to 10 minutes of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 even when the light oil addition time is 5 minutes. It can be seen that it is expressed. This is clearly the effect of using two filter bases with different porosity. Moreover, it can be seen from comparison between Example 2 and Comparative Example 2 that this effect is exhibited regardless of the presence or absence of an oxidation catalyst.
さらに比較例3では、PM除去率は比較例2より高いものの排気圧損が高いことから、排ガス浄化装置として実用的でない。 Further, in Comparative Example 3, although the PM removal rate is higher than that of Comparative Example 2, the exhaust pressure loss is high, so that it is not practical as an exhaust gas purification device.
<試験例2>
実施例1、2及び比較例1〜3の排ガス浄化装置について、総堆積量が10g、12g、14g、16g、18g、20gとなるようにそれぞれPMを堆積させた。実施例1、実施例2においては、上流側フィルタ触媒4と下流側フィルタ触媒5とにそれぞれ半量ずつのPMが堆積していることを確認した。
<Test Example 2>
For the exhaust gas purification apparatuses of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, PM was deposited so that the total deposition amount was 10 g, 12 g, 14 g, 16 g, 18 g, and 20 g. In Example 1 and Example 2, it was confirmed that half amount of PM was deposited on each of the
その後、触媒コンバータ2へ流入する排ガス温度が 300℃となる条件でディーゼルエンジン1を5分間運転した。その直後に、インジェクタ6から排ガス中に軽油を2g/分の添加量で添加しながら、さらに5分間運転する強制再生処理を行った。
Thereafter, the
この試験後に各フィルタ触媒を取り出し、目視によって損傷及びクラックの有無を検査した。結果を表2に示す。 After this test, each filter catalyst was taken out and visually inspected for damage and cracks. The results are shown in Table 2.
表2より、各比較例では12gのPM堆積量で損傷やクラックが発生しているのに対し、各実施例においては16gのPM堆積量でも損傷やクラックは生じていない。すなわち各実施例の排ガス浄化装置によれば、従来と同様の触媒容量であっても従来に比べてPM堆積限界値が増大し、強制再生までの時間を延長することができる。また比較例と同じPM堆積量となった時点で強制再生処理を行うとすれば、実施例では強制再生時間を短縮することができる。したがって強制再生時に用いる軽油の使用量を低減でき、燃費が向上する。 From Table 2, damages and cracks occur at a PM deposition amount of 12 g in each comparative example, whereas damages and cracks do not occur even at a PM deposition amount of 16 g in each example. That is, according to the exhaust gas purifying apparatus of each embodiment, the PM deposition limit value increases compared to the conventional case even with the same catalyst capacity as the conventional one, and the time until forced regeneration can be extended. Further, if the forced regeneration process is performed when the PM accumulation amount becomes the same as that in the comparative example, the forced regeneration time can be shortened in the embodiment. Therefore, the amount of light oil used during forced regeneration can be reduced, and fuel efficiency is improved.
さらに比較例と同じPM堆積量となった時点で、比較例と同じ時間だけ強制再生を行うとすれば、フィルタ触媒の容量を縮小すること、つまり長さを短くすることができる。したがって装置の小型化が可能となる。 Furthermore, if the forced regeneration is performed for the same amount of time as in the comparative example at the same PM accumulation amount as in the comparative example, the capacity of the filter catalyst can be reduced, that is, the length can be shortened. Therefore, the apparatus can be miniaturized.
2:触媒コンバータ 3:酸化触媒 4:上流側フィルタ触媒
5:下流側フィルタ触媒 6:インジェクタ(HC供給手段)
2: catalytic converter 3: oxidation catalyst 4: upstream filter catalyst 5: downstream filter catalyst 6: injector (HC supply means)
Claims (6)
該上流側フィルタにおけるパティキュレートの濾過機能は該下流側フィルタにおけるパティキュレートの濾過機能より低いことを特徴とする排ガス浄化装置。 An upstream filter disposed in an exhaust gas flow path through which exhaust gas containing particulates flows, and a downstream filter disposed on the exhaust gas downstream side of the upstream filter,
An exhaust gas purifying apparatus, wherein a particulate filtering function in the upstream filter is lower than a particulate filtering function in the downstream filter.
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