(57)【要約】【課題】  ＳＯｘに被毒されてＮＯｘ捕捉能力が低下したリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕捉能を回復する。所定距離走行した後にＮＯｘ捕捉能が低下したＮＯｘ捕捉成分を溶出し新たにＮＯｘ捕捉成分を含む溶液を供給し加熱処理して乾燥及び焼結を行う従来技術に較べて、ＮＯｘ捕捉成分の補給装置を簡素化する。【解決手段】  排ガス流路のリーンＮＯｘ触媒よりも上流位置に触媒成分を補給するための触媒成分補給装置を備え、エンジンオン時又はエンジンオフ時或いはその両方において排ガス流路に触媒成分を補給するようにした。１回当たりの触媒成分の補給量は少量ですむので、排ガスの保有熱を利用して触媒成分を燒結することができ、補給した触媒成分をリーンＮＯｘ触媒表面に担持させることができる。本発明は、ＮＯｘ捕捉成分を補給するのに好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置であり、酸素共存下でＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉成分を含むリーンＮＯｘ触媒を内燃機関の排ガス流路に備えたものにおいて、前記内燃機関のエンジン始動とエンジン停止の少なくとも一方の操作が行われたときに前記リーンＮＯｘ触媒に対して触媒成分を補給するようにした触媒成分補給機構を備えたことを特徴とする内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記触媒成分補給機構が、触媒成分を溶解させた水溶液を供給するものであることを特徴とする内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、前記触媒成分補給機構として、触媒成分を溶解させた水溶液を貯蔵するタンクと、前記タンクに貯蔵された水溶液を前記リーンＮＯｘ触媒が設置されている位置よりも上流の排ガス流路内に噴霧する噴霧装置を備えたことを特徴とする内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１において、前記触媒成分補給機構がＮＯｘ捕捉成分を補給するものであることを特徴とする内燃機関用排ガス浄化装置。
【請求項５】
リーンバーン排ガスに含まれるＮＯｘを内燃機関の排ガス流路に設置したＮＯｘ捕捉成分を含むリーンＮＯｘ触媒によって捕捉し、捕捉したＮＯｘを次いで排ガスの空燃比をストイキもしくはリッチに切り換えることによってＮ２に還元するようにした排ガス浄化方法において、前記内燃機関のエンジン始動時およびエンジン停止時の少なくとも一方の操作時に前記リーンＮＯｘ触媒に対して触媒成分を補給するようにしたことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料希薄のリーン雰囲気で運転される内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置および排ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
省資源の観点から、ガソリンエンジン自動車をリーンバーンで動かすリーンバーン自動車が開発されている。リーンバーン車では従来の理論空燃比（ストイキ）で運転していた自動車のように排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を三元触媒によって還元することができない。このため、酸素過剰のリーン雰囲気でもＮＯｘを除去できるリーンＮＯｘ触媒が開発された。リーンＮＯｘ触媒は触媒中にＮＯｘ捕捉成分を含むことによって、リーン排ガス中のＮＯｘを触媒に捕捉し除去できるようにしたものである。しかし、リーンＮＯｘ触媒は排ガスに含まれている硫黄酸化物（ＳＯｘ）によってＮＯｘ捕捉成分が被毒し、この被毒によってＮＯｘ捕捉能が低下するという問題がある。
【０００３】
この対策として、ＮＯｘ捕捉能が低下した時期を走行距離または燃料消費量によって判別し、ＮＯｘ捕捉能が低下したならば、ＳＯｘによって被毒したＮＯｘ捕捉成分をリーンＮＯｘ触媒中から溶出し、新たにＮＯｘ捕捉成分を含む溶液を補給することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１０４５２１号公報（要約、請求項５、請求項６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の発明は、エンジンを停止した後、被毒したＮＯｘ捕捉成分を溶出し、その後、新たなＮＯｘ捕捉成分を補給している。また、ＮＯｘ捕捉成分を含む溶液を補給した後に乾燥と焼成を行っている。このように特許文献１に記載の発明では、被毒したＮＯｘ捕捉成分の除去が必要であり、また、新たにＮＯｘ捕捉成分を補給した後に加熱処理が必要になる。さらに、新たにＮＯ捕捉成分を補給する時期はエンジン停止後に限定される。
【０００６】
本発明は、これらの課題に着目し、加熱処理を行わなくてもＮＯｘ捕捉成分を補給できるようにした排ガス浄化装置と排ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エンジン始動時又はエンジン停止時或いはそれらの両方の操作時に、リーンＮＯｘ触媒に対して触媒成分を補給するようにしたものである。本発明では、触媒成分を補給するために、エンジンがスイッチオン又はスイッチオフになったとき或いはその両方の時にリーンＮＯｘ触媒に対して触媒成分を補給するようにした触媒成分補給機構を備える。この触媒成分補給機構としては、触媒成分を溶液にして補給する装置を備えることが望ましい。また、補給する触媒成分は、ＮＯｘ捕捉成分とすることが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、補給された触媒成分がエンジンスタートによって加熱された排ガス或いはエンジン停止後の排ガスの保有熱を利用して乾燥および焼結されるので、補給した触媒成分を加熱処理するための加熱装置を必要としなくても補給された触媒成分をリーンＮＯｘ触媒に担持できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の一実施例を示している。エンジン１に直結する排ガス流路２の一部にリーンＮＯｘ触媒４が設置されており、リーンＮＯｘ触媒が設置された位置よりも上流の排ガス流路に触媒成分を補給するための触媒成分補給装置が設置されている。触媒成分補給装置は、触媒溶液を貯蔵するためのタンク７と、タンク内の触媒溶液を排ガス流路２に導くための供給管８および供給管パイプ８の途中に設けられた開閉弁６を具備している。開閉弁６はエンジンコントロールユニット３から送られるエンジンスタート信号或いはエンジン停止信号により開閉動作するように設定されている。
【００１０】
この実施例において、エンジン１がオン或いはオフ、或いはオンとオフになると、エンジンコントロ−ルユニット３からの信号により開閉弁８が開き、触媒成分を含む溶液がタンク７から供給管８を通ってリーンＮＯｘ触媒４上流の排ガス流路２に供給される。排ガス流路２に供給された触媒成分を含む溶液は、排ガスの流れに同伴してリーンＮＯｘ触媒に送られ、そこに担持される。
【００１１】
本発明では、１回当たりの触媒成分補給量は極めて少量でよいので、排ガスの保有熱を利用して充分に乾燥、燒結を行うことができる。また、ＮＯｘ捕捉能が低下したＮＯｘ捕捉成分を除去する作業を行わないので、特許文献１に記載の発明に較べて触媒成分補給操作が短縮され、補給システムが簡素化できるという効果がある。また、触媒成分を補給する時期もエンジン停止時に限らず、エンジンスタート時でもよいという効果がある。
【００１２】
触媒成分を補給する手法としては、触媒成分を固体の粉末にして供給する方法と触媒成分を溶液にして供給する方法が考えられる。このうち、固体の粉末を補給する方法は補給した触媒成分をリーンＮＯｘ触媒に担持させるのが難しいので、本発明では溶液の形で補給する手法を推奨する。また、溶液で補給する場合、溶液を蒸発させる必要があるので、リーンＮＯｘ触媒に直接供給するのではなくリーンＮＯｘ触媒上流位置の排ガス流路に供給することを推奨する。
【００１３】
リーンＮＯｘ触媒の構成成分とＮＯｘ捕捉、還元メカニズムについて簡単に説明する。リーンＮＯｘ触媒とは、リーンバーン排ガスのように酸素過剰、燃料希薄の排ガスに含まれるＮＯｘを除去できる触媒の総称である。リーンＮＯｘ触媒は、酸素存在下でもＮＯｘを捕捉できるＮＯｘ捕捉成分を含んでおり、これが特徴になっている。ＮＯｘ捕捉成分は、主にナトリウム、カリウム、リチウム、セシウム等のようなアルカリ金属或いはストロンチウム、カルシウム、バリウム、マグネシウムのようなアルカリ土類金属から選ばれ、これらの１種又は２種以上が用いられる。リーンＮＯｘ触媒においては、リーン排ガス中のＮＯｘが吸着と吸収のいずれかによって触媒に捕捉される。リーンＮＯｘ触媒中のアルカリ金属或いはアルカリ土類金属が、チタン或いはジルコニウムから選ばれた遷移金属との化合物の形で含まれている場合には、ＮＯｘは触媒表面に化学吸着によって捕捉されることが多い。排ガス中のＮＯｘがＮＯ２となり、ＮＯ２が触媒表面に化学吸着によって捕捉されるものと推定される。
【００１４】
リーンＮＯｘ触媒に、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム等の貴金属を含有させると、排ガス中の主にＮＯの形で含まれるＮＯｘをＮＯ２に酸化することができ、また触媒に捕捉されたＮＯｘをＮ２に還元することができる。ただし、触媒に捕捉されたＮＯｘを還元するためには、排ガスの雰囲気を理論空燃比（ストイキ）又は燃料過剰(リッチ)の酸素が共存しない雰囲気に切り換える必要がある。このような雰囲気を数秒或いは数十秒作ることで、捕捉したＮＯｘを還元できる。リーンＮＯｘ触媒にＣＯ浄化或いはＨＣ浄化の機能を持たせるためにも、リーンＮＯｘ触媒には前記したような貴金属を含ませることが望ましい。また、このほかにランタン、セリウム等の希土類金属も含ませることが望ましい。
【００１５】
リーンＮＯｘ触媒において、ＮＯｘ捕捉成分、貴金属、希土類金属等の触媒成分は、普通、アルミナをコートしたハニカム基材に担持される。アルミナに代えて酸化チタン、酸化ジルコニウム等を用いることもできる。ハニカム基材としてはコージェライトのようなセラミックス或いはステンレスのようなメタルが使用される。メタルハニカムの場合は、金属箔を成型或いは接合してハニカム構造にすることにより作ることができる。前述のアルミナコートハニカムに触媒成分を含む溶液を数回に分けて含浸し乾燥及び焼成することによって、触媒成分を担持したリーンＮＯｘ触媒を調製することができる。含浸以外の方法として浸漬、混合等でもよい。
【００１６】
リーンＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒は、リーン運転時にＮＯｘ捕捉成分とＳＯｘとが反応して化合物を形成することによって生ずる。このＮＯｘ捕捉成分とＳＯｘとの化合物は、排ガスの空燃比を１４．７近傍の理論空燃比或いは１４．７よりも小さい燃料過剰空燃比（リッチ）にして高温で長時間加熱する等、特別の処理を施さないかぎり分解することはできない。この操作は、それを行うタイミング等もあって非常に面倒であり、また、著しい燃費の増大を招く。この点に関し、本発明ではエンジンをオン或いはオフにしたとき、或いはその両方においてＮＯｘ捕捉成分を補給し排ガスの熱を利用して燒結を行うので、燃費増大を招くことはない。
【００１７】
本実施例では、ＮＯｘ捕捉成分を補給するようにしているが、貴金属或いは希土類金属等のように他の触媒成分を補給するようにしても良い。リーンＮＯｘ触媒に担持された貴金属或いは希土類金属は、内燃機関の運転中に粒成長して次第に表面積が小さくなり活性が低下する。この対策として、エンジンオン或いはエンジンオフ時に、貴金属或いは希土類金属を補給することは、極めて有効である。以上の点を踏まえて、本発明ではＮＯｘ捕捉成分の補給のみにとらわれずに、広く触媒成分全般を補給できるようにした。本発明において触媒成分とは、貴金属或いは希土類金属に限らず、アルミナ等の担体に担持されている成分を意味する。
【００１８】
なお、ＮＯｘ捕捉能が低下する割合或いは貴金属、希土類金属等の活性が低下する割合は経験的に分かっているので、それらの経験或いは実測データをもとにして１回当たりの触媒成分補給量を設定することは可能である。本発明では、このようにして予め決められた量を補給するようにするとよい。
【００１９】
補給する触媒成分は、溶液またはスラリの状態にして貯蔵し補給することが望ましい。このようにすれば、１回あたりの補給量は極めて少ないので排ガスの熱を利用して溶液を容易に蒸発させ、触媒成分をリーンＮＯｘ触媒に担持させることができる。触媒成分の補給液は、例えば硝酸ナトリウム濃度３０％の水溶液をタンクに入れておく等の方法で準備することができる。
【００２０】
図２は、エキゾーストマニホールド直下の排気管すなわち排ガス流路にリーンＮＯｘ触媒４を設置したリーンバーン車に対して本発明を適用した実施例を示している。本実施例の触媒成分補給装置は、触媒成分を含む溶液を貯蔵するタンク７とタンク７内の溶液を供給管８に送り出すためのポンプ５と開閉弁６および触媒成分を含む溶液を排ガス流路内に噴霧するためのインジェクタ９とから構成されている。ポンプ５と開閉弁６はエンジンコントロールユニットからの指示により制御される。本実施例では、触媒成分を含む溶液がインジェクタ９によって噴霧状態になって供給されるので、溶液が気化されやすくなり、触媒成分をリーンＮＯｘ触媒上に容易に担持させることができる。
【００２１】
図３は、リーンバーン車の床下に設置される排気管の一部を加工して他の部分よりも位置を低くし、そこへリーンＮＯｘ触媒を設置するようにしたものにおいて本発明を適用した場合を示している。すなわち、排ガス流路内のリーンＮＯｘ触媒４が設けられている位置よりも排ガス１０の流れ方向上流側に触媒成分を補給するようにしている。本実施例では、触媒成分補給装置により補給された触媒成分がリーンＮＯｘ触媒の下流に流出しにくい構造としてあるので、補給した触媒成分がリーンＮＯｘ触媒に捕捉されやすくなる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、リーンＮＯｘ触媒を備えたリーンバーン対応の内燃機関におけるＳＯｘ被毒対策として極めて有効な方法であり、実用面での利用可能性は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例を示すリーンバーン車の排気システム構成図。
【図２】本発明の他の実施例を示すリーンバーン車の排気システム構成図。
【図３】本発明の更に他の実施例を示すリーンバーン車の排気システム構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１…エンジン、２…排ガス流路、３…エンジンコントロールユニット、４…リーンＮＯｘ触媒、５…ポンプ、６…開閉弁、７…タンク、８…供給管、９…インジェクタ、１０…排ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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