(57)【要約】【課題】ＮＯｘ選択還元触媒を劣化させるにあたり、ＮＯｘ選択還元触媒の内燃機関からの取り外し作業及び取付け作業を不要にできて、内燃機関から排出されたガスをＮＯｘ選択還元触媒に直接流した状態で効率的に劣化させることができ、そのまま劣化度合いの評価及び劣化したＮＯｘ選択還元触媒を用いた実験に移行できるＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法を提供する。【解決手段】ＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法は、内燃機関２の排気通路４に配置されたＮＯｘ選択還元触媒５の上流側の排気中にリン酸を含んだ溶液を供給することでＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒させるリン被毒工程を含むことを特徴とするものである。このＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法によれば、ＮＯｘ選択還元触媒が内燃機関に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒により劣化させることができるので、ＮＯｘ選択還元触媒を効率的に劣化させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ選択還元触媒の上流側の排気中にリン酸を含んだ溶液を供給することで前記ＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒させるリン被毒工程を含むことを特徴とするＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法。
【請求項２】
前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側の排気中に尿素水溶液を供給する尿素水溶液供給工程をさらに含み、
前記リン被毒工程と前記尿素水溶液供給工程とを切り替えて実行する請求項１に記載のＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法。
【請求項３】
前記リン酸を含んだ溶液はリン酸水素二ナトリウムを含んだ溶液である請求項１または２に記載のＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配置された前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側の排気中にリン酸を含んだ溶液を供給する供給装置を備えることを特徴とするＮＯｘ選択還元触媒の劣化システム。
【請求項５】
前記供給装置は、前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側の排気中に、前記リン酸を含んだ溶液と尿素水溶液とを切り替えて供給する請求項４に記載のＮＯｘ選択還元触媒の劣化システム。
【請求項６】
前記リン酸を含んだ溶液はリン酸水素二ナトリウムを含んだ溶液である請求項４または５に記載のＮＯｘ選択還元触媒の劣化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法及び劣化システムに関し、より詳細には、内燃機関の排気中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法及び劣化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気浄化触媒の劣化を評価するために、排気浄化触媒を強制的に劣化させることが行われている。また、近年では、ＯＢＤ（On-Board Diagnostics；自己診断機能）用として排気浄化触媒の劣化品を作成することも要求されてきている。
【０００３】
排気浄化触媒を劣化させる手法として、例えば特許文献１には、リン（Ｐ）などの触媒毒成分を高濃度に含むガスを三元触媒などの排気浄化触媒に接触させたり、燃料や潤滑油などに高濃度に触媒毒成分を含ませたりする方法で、触媒被毒成分を排気浄化触媒に付着させて、排気浄化触媒を触媒被毒成分によって劣化させる手法が開示されている。また特許文献１には、リン被毒に関して、ガソリン中にリン化合物を含むエンジンオイルを添加することでリン被毒を行うことが提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５９３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る技術を応用して、所望の劣化度合いになるように排気浄化触媒をリン被毒させようとした場合、燃料に高濃度に触媒毒成分を添加することになる。この方法では、内燃機関の気筒内等の様々な部分に触媒毒成分が付着したり、燃料や潤滑油に触媒毒成分が混合したりしてしまう。そして、この状態のまま、この劣化状態になった排気浄化触媒を有する内燃機関で、劣化状態になった排気浄化触媒に関する実験を行うと、さらに残留した触媒毒成分により排気浄化触媒の劣化が実験中に進行してしまい、実験精度が悪化する可能性が生じる。
【０００６】
これを考慮して、内燃機関の各部分から触媒毒成分を除去するための清掃作業を行うとなると、多大な手間と時間がかかり、効率的でないという問題がある。また、劣化した排気浄化触媒を劣化用の内燃機関から取り外し、実験用の内燃機関に付け替える場合には、２つの内燃機関と排気浄化触媒の換装の手間と時間がかかり、効率的でないという問題がある。
【０００７】
ところで、排気浄化触媒として、内燃機関の排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択的に還元するＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）を用いる場合がある。このＮＯｘ選択還元触媒では、尿素水を排気中に噴射することでＮＯｘを浄化するので、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化度合いの評価を行うにあたり、尿素水を排気中に噴射してＮＯｘの浄化度合いを評価することになる。このようなＮＯｘ選択還元触媒の劣化と劣化度合いの評価と劣化したＮＯｘ選択還元触媒を用いた実験とを同じ内燃機関で連続して劣化評価の精度を良好に維持したまま行えないとなると、非常に作業効率が悪くなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関から排出されたガスをＮＯｘ選択還元触媒に直接流した状態で効率的に劣化させることができ、さら
に、そのまま劣化度合いの評価及び劣化したＮＯｘ選択還元触媒を用いた実験に移行できるＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法及び劣化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明のＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法は、内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ選択還元触媒の上流側の排気中にリン酸を含んだ溶液を供給することで前記ＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒させるリン被毒工程を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係るＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法によれば、ＮＯｘ選択還元触媒が内燃機関に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒により劣化させることができる。それにより、ＮＯｘ選択還元触媒を劣化させるにあたり、ＮＯｘ選択還元触媒の内燃機関からの取り外し作業が不要となることから、内燃機関から排出されたガスをＮＯｘ選択還元触媒に直接流した状態で効率的に劣化させることができる。
【００１１】
上記方法は、前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側の排気中に尿素水溶液を供給する尿素水溶液供給工程をさらに含み、前記リン被毒工程と前記尿素水溶液供給工程とを切り替えて実行してもよい。この方法によれば、内燃機関に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒によって劣化させた後に、当該劣化したＮＯｘ選択還元触媒に尿素水溶液を供給してＮＯｘ選択還元触媒の劣化度合いを評価することができる。このように内燃機関に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒の劣化度合いを評価できることから、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化度合いを評価するにあたり、ＮＯｘ選択還元触媒の内燃機関からの取り外し、取付けといった作業が不要となる。したがって、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化度合いを効率的に評価することができる。また、劣化したＮＯｘ選択還元触媒を用いて実験に移行することもできる。
【００１２】
上記方法において、前記リン酸を含んだ溶液はリン酸水素二ナトリウムを含んだ溶液であってもよい。リン酸水素二ナトリウムはリン酸を含んだ種々の溶液の中において相対的に入手し易く且つ安価である。したがって、ＮＯｘ選択還元触媒を容易に且つ低コストで劣化させることができる。
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明のＮＯｘ選択還元触媒の劣化システムは、内燃機関の排気通路に配置された前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側の排気中にリン酸を含んだ溶液を供給する供給装置を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係るＮＯｘ選択還元触媒の劣化システムによれば、ＮＯｘ選択還元触媒が内燃機関に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒により劣化させることができることから、内燃機関から排出されたガスをＮＯｘ選択還元触媒に直接流した状態で効率的に劣化させることができる。
【００１５】
上記構成において、前記供給装置は、前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側の排気中に、前記リン酸を含んだ溶液と尿素水溶液とを切り替えて供給してもよい。この構成によれば、内燃機関に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒をリン被毒によって劣化させた後に、当該劣化したＮＯｘ選択還元触媒に尿素水溶液を供給してＮＯｘ選択還元触媒の劣化度合いを評価することができる。したがって、ＮＯｘ選択還元触媒の劣化度合いを効率的に評価することができる。また、劣化したＮＯｘ選択還元触媒を用いて実験に移行することもできる。
【００１６】
上記構成において、前記リン酸を含んだ溶液はリン酸水素二ナトリウムを含んだ溶液であってもよい。リン酸水素二ナトリウムはリン酸を含んだ種々の溶液の中において相対的
に入手し易く且つ安価であることから、この構成によれば、ＮＯｘ選択還元触媒を容易に且つ低コストで劣化させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法及び劣化システムによれば、ＮＯｘ選択還元触媒を劣化させるにあたり、ＮＯｘ選択還元触媒の内燃機関からの取り外し作業及び取付け作業を不要にできて、内燃機関から排出されたガスをＮＯｘ選択還元触媒に直接流した状態で効率的に劣化させることができ、さらに、そのまま劣化度合いの評価及び劣化したＮＯｘ選択還元触媒を用いた実験に移行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＮＯｘ選択還元触媒の劣化システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ選択還元触媒の劣化方法及び劣化システムについて図面を参照しつつ説明する。なお、ここで説明する内燃機関は、車両に搭載された状態など実際の使用状態に近い状態にあってもよく、あるいは、例えば実験用の内燃機関の状態、すなわち、内燃機関が車両から切り離された単独の状態にあってもよい。
【００２０】
図１は本実施形態に係るＮＯｘ選択還元触媒の劣化システム１の模式図である。なお本実施形態に係る劣化方法は劣化システム１によって実行される。劣化システム１は、内燃機関２、吸気通路３、排気通路４、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ触媒）５及び供給装置１０を備えている。内燃機関２の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてディーゼルエンジンを用いる。吸気通路３は内燃機関２に吸入される吸気が通過する通路であり、下流側端部が内燃機関２の吸気ポートに接続している。排気通路４は内燃機関２から排出された排気が通過する通路であり、上流側端部が内燃機関２の排気ポートに接続している。
【００２１】
ＮＯｘ選択還元触媒５は、排気通路４に配置されており、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような機能を有するものであれば、ＮＯｘ選択還元触媒５の具体的な種類は特に限定されるものではなく、例えば、バナジウム、モリブデン、タングステン等の卑金属酸化物や、ゼオライト等、その他の周知のＮＯｘ選択還元触媒を用いることができる。本実施形態においては、ＮＯｘ選択還元触媒５の一例として、ゼオライトを用いる。
【００２２】
供給装置１０は、排気通路４のＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側の部分において、排気中に尿素水溶液とリン酸を含んだ溶液（以下、リン酸含有溶液と称する）のいずれかを選択して供給する装置である。このような機能を有するものであれば供給装置１０の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る供給装置１０は、噴射部１１、尿素水溶液供給部１２、リン酸含有溶液供給部１３、第１流路１４、第２流路１５、流路切替弁１６、操作スイッチ１７及び制御装置１８を備えている。
【００２３】
噴射部１１は排気通路４のＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側に配置されている。第１流路１４は噴射部１１と尿素水溶液供給部１２とを接続している。第２流路１５は噴射部１１とリン酸含有溶液供給部１３とを接続している。流路切替弁１６は、第１流路１４及び第２流路１５の流路途中に配置されている。なお、本実施形態に係る第１流路１４及び第２流路１５は流路切替弁１６で合流して、これよりも下流側の部分は噴射部１１に接続している。流路切替弁１６は、制御装置１８からの指示を受けて、噴射部１１と尿素水溶液供給部１２とが連通した状態と、噴射部１１とリン酸含有溶液供給部１３とが連通した状態とを切替える。本実施形態においては流路切替弁１６の一例として、三方弁を用いる。
【００２４】
尿素水溶液供給部１２は、流路切替弁１６が噴射部１１と尿素水溶液供給部１２とを連通状態にした場合、第１流路１４を介して尿素水溶液を噴射部１１に供給する。本実施形態においては尿素水溶液供給部１２の一例として、尿素水溶液を貯留するタンクと供給ポンプを用いる。リン酸含有溶液供給部１３は、流路切替弁１６が噴射部１１とリン酸含有溶液供給部１３とを連通状態にした場合、第２流路１５を介してリン酸含有溶液を噴射部１１に供給する。本実施形態においてはリン酸含有溶液供給部１３の一例として、リン酸含有溶液を貯留するタンクと供給ポンプを用いる。
【００２５】
噴射部１１は制御装置１８からの指示を受けて、尿素水溶液またはリン酸含有溶液を排気通路４のＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側の部分で排気中に噴射する。
【００２６】
リン酸含有溶液としては、例えばリン酸（H3PO4）の水溶液、リン酸ナトリウム（Na3PO4）の水溶液、リン酸水素二ナトリウム（Na2HPO4）の水溶液等、リン酸を含んだ種々の溶液を用いることができる。このうち、リン酸水素二ナトリウムは、これらリン酸含有溶液の中でも相対的に入手し易く且つ安価である。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、リン酸含有溶液の一例として、リン酸水素二ナトリウムを含んだ溶液、具体的にはリン酸水素二ナトリウム・１２水（Na2HPO4・12H2O）をお湯に溶解したものを用いる。なお、リン酸水素二ナトリウム・１２水は低温の水にも溶解するが、低温の水よりもお湯（室温よりも高い温度の水）の方が容易に溶解するため、リン酸水素二ナトリウムを含んだ溶液として、リン酸水素二ナトリウム・１２水をお湯に溶解したものを用いることが好ましい。
【００２８】
また、リン酸含有溶液中のリン酸濃度は特に限定されるものではないが、この濃度が高いほどＮＯｘ選択還元触媒５のリン被毒に要する時間を短縮することができる。この点を考慮して、より短時間で目標とするリン被毒度合になるような適切なリン酸濃度を設定すればよい。具体的な数値例を挙げると、本実施形態のようにリン酸含有溶液としてリン酸水素二ナトリウム・１２水の水溶液を用いた場合、当該水溶液中におけるリン酸水素二ナトリウム・１２水の濃度が３〜７ｗｔ％（重量％）であれば、ＮＯｘ選択還元触媒５を短時間で確実にリン被毒させることができる。
【００２９】
操作スイッチ１７は制御装置１８に電気的に接続されている。操作スイッチ１７は、劣化システム１のユーザによって操作されることで、制御装置１８に対して、尿素水溶液の供給指令、リン酸含有溶液の供給指令等を付与する。
【００３０】
制御装置１８は、噴射部１１及び流路切替弁１６を制御する制御部としての機能を有するＣＰＵと、ＣＰＵの動作に用いられる各種情報を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等と、を有するマイクロコンピュータを備えている。なお、制御装置１８としては、内燃機関２の動作を統合的に制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）を用いてもよく、あるいは劣化システム１専用のマイクロコンピュータを用いてもよい。
【００３１】
続いて劣化システム１の動作について説明する。ユーザは、ＮＯｘ選択還元触媒５を強制的に劣化させる場合、ＮＯｘ選択還元触媒５をリン被毒させるリン被毒工程を実行する。このリン被毒工程においては、リン酸含有溶液が排気通路４のＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側の部分に供給される。
【００３２】
具体的にはユーザは、操作スイッチ１７を操作することで、制御装置１８に対してリン酸含有溶液供給指令を付与する。この指令を受けた制御装置１８は、流路切替弁１６を制御して、リン酸含有溶液供給部１３と噴射部１１とを連通状態とし、尿素水溶液供給部１
２と噴射部１１とを遮断状態とする。次いで制御装置１８は、噴射部１１を制御してリン酸含有溶液を排気通路４に噴射させる。それにより、リン酸含有溶液が排気通路４のＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側の部分で排気中に供給される。この供給されたリン酸含有溶液は、排気とともに排気通路４を流動してＮＯｘ選択還元触媒５に付着する。その結果、ＮＯｘ選択還元触媒５はリンによって被毒する（すなわちリン被毒する）。それにより、ＮＯｘ選択還元触媒５は劣化する。
【００３３】
ユーザは、リン酸含有溶液のＮＯｘ選択還元触媒５への供給を停止させる場合、操作スイッチ１７を操作することで、リン酸含有溶液の供給停止指令を制御装置１８に付与する。この指令を受けた制御装置１８は、リン酸含有溶液の供給が停止するように噴射部１１を制御する。
【００３４】
また、ユーザは、ＮＯｘ選択還元触媒５の劣化度合いを評価する場合には、排気通路４のＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側の部分で排気中に尿素水溶液を供給する尿素水溶液供給工程を実行する。そして、ユーザは、ＮＯｘ選択還元触媒５における尿素水による排気中のＮＯｘの浄化度合からＮＯｘ選択還元触媒５の劣化度合いを評価する。
【００３５】
すなわち、本実施形態に係る劣化方法によれば、リン被毒工程と尿素水溶液供給工程とが切り替えて実行されている。また、供給装置１０はＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側にリン酸含有溶液と尿素水溶液とを切り替えて供給している。
【００３６】
具体的には尿素水溶液供給工程において、ユーザは、操作スイッチ１７を操作することで、制御装置１８に対して尿素水溶液供給指令を付与する。この指令を受けた制御装置１８は、流路切替弁１６を制御して、尿素水溶液供給部１２と噴射部１１とを連通状態とし、リン酸含有溶液供給部１３と噴射部１１とを遮断状態とする。次いで、制御装置１８は噴射部１１を制御して尿素水溶液供給部１２を排気通路４に噴射させることで、排気通路４のＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側の部分で排気中に尿素水溶液を供給する。
【００３７】
尿素水溶液供給工程において排気通路４に供給された尿素水溶液は、加水分解されてアンモニアに変化する。このアンモニアは、ＮＯｘ選択還元触媒５に吸着しているＮＯｘをＮＯｘ選択還元触媒５の触媒作用を利用して還元させる。ここで、ＮＯｘ選択還元触媒５のリン被毒度合が大きいほど（すなわち劣化度合いが大きいほど）、ＮＯｘ選択還元触媒５の触媒能力が低下するため、ＮＯｘの還元能力は低下する。したがって、ユーザは、例えばＮＯｘ選択還元触媒５を通過した排気中のＮＯｘ量を測定することで、ＮＯｘ選択還元触媒５の劣化度合いを評価する。具体的には、ＮＯｘ選択還元触媒５を通過した排気中のＮＯｘ量が多いほど（すなわちＮＯｘ選択還元触媒５におけるＮＯｘ還元率が低いほど）、ＮＯｘ選択還元触媒５の劣化度合いが高いと評価する。
【００３８】
なお、ユーザは、尿素水溶液のＮＯｘ選択還元触媒５への供給を停止させる場合には、操作スイッチ１７を操作することで、尿素水溶液の供給停止指令を制御装置１８に付与する。この指令を受けた制御装置１８は、尿素水溶液の供給が停止するように噴射部１１を制御する。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態に係る劣化システム１及び劣化方法によれば、ＮＯｘ選択還元触媒５が内燃機関２に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒５をリン被毒により劣化させることができる。それにより、ＮＯｘ選択還元触媒５を劣化させるにあたり、ＮＯｘ選択還元触媒５の内燃機関２からの取り外し作業及び取付け作業が不要となることから、内燃機関２から排出されたガスをＮＯｘ選択還元触媒５に直接流した状態で効率的に劣化させることができる。その結果、ＮＯｘ選択還元触媒５を低コストで劣化させることができる。
【００４０】
また、供給装置１０はＮＯｘ選択還元触媒５よりも上流側の排気中にリン酸含有溶液と尿素水溶液とを切り替えて供給すること、すなわちリン被毒工程と尿素水溶液供給工程とを切り替えて実行することで、内燃機関２に搭載された状態でＮＯｘ選択還元触媒５をリン被毒によって劣化させた後に、当該劣化したＮＯｘ選択還元触媒５に尿素水溶液を供給してＮＯｘ選択還元触媒５の劣化度合いを評価することができる。それにより、ＮＯｘ選択還元触媒５の劣化度合いを評価するにあたり、ＮＯｘ選択還元触媒５の内燃機関２からの取り外し、取付けといった作業が不要となることから、ＮＯｘ選択還元触媒５の劣化度合いを効率的に評価することができる。しかも、連続して、この劣化したＮＯｘ選択還元触媒５を使用して実験に移行することができる。
【００４１】
また、リン酸含有溶液として、相対的に入手し易く且つ安価なリン酸水素二ナトリウムを含んだ溶液を用いていることから、ＮＯｘ選択還元触媒５を容易に且つ低コストで劣化させることができる。
【００４２】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  劣化システム
２  内燃機関
４  排気通路
５  ＮＯｘ選択還元触媒
１０  供給装置
１１  噴射部
１２  尿素水溶液供給部
１３  リン酸含有溶液供給部
１６  流路切替弁
１７  操作スイッチ
１８  制御装置
【図１】
2016150328.tif 000003