JP6180348B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気系に配置され、排ガス中のNOxを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is disposed in an exhaust system of an internal combustion engine and purifies NOx in the exhaust gas.
排ガス中のNOxを浄化する従来の内燃機関の排ガス浄化触媒として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この排ガス浄化触媒は、低温用のNOx触媒を備えている。このNOx触媒は、ゼオライトで構成されたゼオライト触媒であり、ゼオライトとして、βゼオライトや、A型ゼオライト、Y型ゼオライト、X型ゼオライト、ZSM−5、USY、モルデナイト、フェリエライトなどが用いられる。
As a conventional exhaust gas purification catalyst for an internal combustion engine that purifies NOx in exhaust gas, for example, one disclosed in
このNOx触媒では、その温度が100℃以下の低温条件においても、排ガスの水分濃度を乾燥側に適切に制御するとともに、排ガスの酸素濃度をリーン側に適切に制御することによって、NOxを吸着することが可能であり、それにより、特に低温条件におけるNOxの吸着性能を向上させるようにしている。 In this NOx catalyst, NOx is adsorbed by appropriately controlling the moisture concentration of the exhaust gas to the dry side and appropriately controlling the oxygen concentration of the exhaust gas to the lean side even under a low temperature condition of 100 ° C. or lower. It is possible to improve the NOx adsorption performance especially under low temperature conditions.
上述したように、従来のNOx触媒では、低温時にNOxを良好に吸着するために、排ガスの水分濃度を乾燥側に制御するとともに、酸素濃度をリーン側に制御することが必要である。これは、NOx触媒を構成するゼオライトの吸着能力が、その骨格中に分子を取り込むことによって発揮されるため、ゼオライトに吸着した水分によってNOxの吸着が阻害され、また、排ガス中のNOを酸化させ、NO2に変換しないと、NOxを吸着できないからである。 As described above, in the conventional NOx catalyst, in order to adsorb NOx well at low temperatures, it is necessary to control the moisture concentration of the exhaust gas to the dry side and to control the oxygen concentration to the lean side. This is because the adsorption ability of the zeolite composing the NOx catalyst is exhibited by incorporating molecules into the skeleton, so that the adsorption of NOx is inhibited by the moisture adsorbed on the zeolite, and the NO in the exhaust gas is oxidized. This is because NOx cannot be adsorbed unless converted to NO2.
このため、従来のNOx触媒を用いた場合には、排ガスから水分を除去するために、例えば、排気系のNOx触媒よりも上流側に乾燥剤を含む装置を設けることが必要になる。また、内燃機関の暖機状態などの低温条件においては、燃焼の安定化や触媒の昇温を図るために、混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に制御される場合がある。その場合には、排ガスの酸素濃度をリーン側に制御できないため、従来のNOx触媒によっては、NOxを良好に吸着することができない。 For this reason, when a conventional NOx catalyst is used, in order to remove moisture from the exhaust gas, for example, it is necessary to provide a device containing a desiccant upstream of the NOx catalyst in the exhaust system. Further, under low temperature conditions such as a warm-up state of the internal combustion engine, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture may be controlled to the stoichiometric or rich side in order to stabilize combustion and raise the temperature of the catalyst. In that case, since the oxygen concentration of the exhaust gas cannot be controlled to the lean side, the conventional NOx catalyst cannot adsorb NOx well.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排ガスからの水分除去及び排ガスのリーン側への制御を必要とすることなく、低温条件において、排ガス中のNOxを良好に吸着することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and it is preferable to reduce NOx in exhaust gas at low temperature conditions without requiring moisture removal from exhaust gas and control of the exhaust gas to the lean side. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can be adsorbed.
この目的を達成するために、請求項1に係る発明は、内燃機関の排気系に配置され、排ガス中のNOxを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、ゼオライトと、ゼオライトの酸点であるAl上に配置され、ゼオライトに担持されるとともに、NOxをNOの状態で吸着するパラジウムと、を有するNOx触媒を備え、ゼオライトのAl2O3/SiO2が0.003よりも大きいことを特徴とする。
To this end, the invention according to
この構成によれば、NOx触媒は、ゼオライトと、ゼオライトに担持されたパラジウムを有する。また、パラジウムは、ゼオライトの酸点であるAl上に配置されており、酸点との相互作用によって、電子状態が変化している。このため、電子状態が変化したパラジウムにNOがそのまま吸着されるため、水分の吸着の影響を受けにくいとともに、NOをNO2に酸化させる必要がなくなる。
According to this configuration, the NOx catalyst has zeolite and palladium supported on the zeolite. Moreover, palladium is arrange | positioned on Al which is the acid point of a zeolite, and the electronic state is changing by interaction with an acid point. For this reason, since NO is adsorbed as it is to palladium whose electronic state has changed, it is not easily affected by moisture adsorption, and it is not necessary to oxidize NO to NO2.
したがって、排ガスからの水分除去及び排ガスのリーン側への制御を必要とすることなく、低温条件において、排ガス中のNOxを良好に吸着することができる。その結果、従来の排ガス浄化装置と異なり、排ガスから水分を除去するための装置を設ける必要がないとともに、内燃機関の暖機状態などにおいて、混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に制御される場合においても、NOxの吸着を良好に行うことができる。 Therefore, NOx in the exhaust gas can be favorably adsorbed under low temperature conditions without requiring moisture removal from the exhaust gas and control of the exhaust gas to the lean side. As a result, unlike the conventional exhaust gas purification device, it is not necessary to provide a device for removing moisture from the exhaust gas, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric or rich side in the warm-up state of the internal combustion engine. Even in this case, NOx can be favorably adsorbed.
また、ゼオライトの酸点であるAlが少ないと、その上に配置されるパラジウムの量を十分に確保できないため、パラジウムによるNOxの吸着能力は十分に発揮されない。また、後述するように、ゼオライトのAl2O3/SiO2が0.003よりも大きいときに、NOx触媒に要求されるNOxの吸着性能が得られることが確認されている。 In addition, if the amount of Al, which is the acid point of the zeolite, is small, the amount of palladium disposed thereon cannot be secured sufficiently, so that the ability to adsorb NOx by palladium is not fully exhibited. As will be described later, it has been confirmed that the NOx adsorption performance required for the NOx catalyst can be obtained when Al2O3 / SiO2 of the zeolite is larger than 0.003.
本発明によれば、ゼオライトのAl2O3/SiO2が0.003よりも大きいので、パラジウムによるNOxの吸着能力を十分に発揮させ、所要のNOx吸着性能を実現することができる。 According to the present invention, since Al2O3 / SiO2 of zeolite is larger than 0.003, it is possible to sufficiently exhibit the NOx adsorption ability by palladium and to realize the required NOx adsorption performance.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、ゼオライトは、ZSM−5、フェリエライト、モルデナイト、Y型ゼオライト又はベータ型ゼオライトであることを特徴とする。
The invention according to
後述するように、ゼオライトが上記の種類であるときに、NOx触媒に要求されるNOxの吸着性能が得られることが確認されている。したがって、この構成によれば、所要のNOxの吸着性能を実現することができる。 As will be described later, it has been confirmed that the NOx adsorption performance required for the NOx catalyst can be obtained when the zeolite is of the above type. Therefore, according to this configuration, the required NOx adsorption performance can be realized.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、NOx触媒の単位容積当たりのパラジウムの重量が、0.1g/Lよりも大きいことを特徴とする。
The invention according to
ゼオライトに担持される実際のパラジウムの量が少ないと、パラジウムによるNOxの吸着能力を十分に発揮することができない。また、後述するように、NOx触媒の単位容積当たりのパラジウムの重量が0.1g/Lよりも大きいときに、NOx触媒に要求されるNOxの吸着性能が得られることが確認されている。したがって、この構成によれば、所要のNOxの吸着性能を実現することができる。 If the actual amount of palladium supported on the zeolite is small, the adsorption ability of NOx by palladium cannot be fully exhibited. As will be described later, it has been confirmed that the NOx adsorption performance required for the NOx catalyst can be obtained when the weight of palladium per unit volume of the NOx catalyst is larger than 0.1 g / L. Therefore, according to this configuration, the required NOx adsorption performance can be realized.
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の内燃機関の排ガス浄化装置において、NOx触媒の単位容積当たりのパラジウムの重量は、2.0g/L未満であることを特徴とする。
The invention according to
後述するように、単位パラジウム重量が2.0g/L以上になると、パラジウムを増加させても、NOxの吸着性能があまり変わらないことが確認されている。したがって、この構成によれば、比較的高価なパラジウムを効率的に使用しながら、所要のNOxの吸着性能を実現することができる。 As will be described later, it has been confirmed that when the unit palladium weight is 2.0 g / L or more, the NOx adsorption performance does not change much even if palladium is increased. Therefore, according to this configuration, it is possible to achieve the required NOx adsorption performance while efficiently using relatively expensive palladium.
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本発明を適用した排ガス浄化装置1を、内燃機関3とともに示している。この内燃機関(以下「エンジン」という)3は、例えば車両(図示せず)に搭載された4気筒のガソリンエンジンである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exhaust
各気筒3aには、吸気マニホルド4aを介して吸気管4が接続されるとともに、排気マニホルド5aを介して排気管5が接続されている。吸気管4から吸入された空気と燃料噴射弁(図示せず)から噴射された燃料との混合気が、各気筒3aの燃焼室(図示せず)で燃焼し、その燃焼によって発生したガスが、排ガスとして排気管5に排出される。
An
排気管5には、排ガスを浄化するための排ガス浄化装置1が設けられており、排ガス浄化装置1は、三元触媒6と、その下流側に配置されたNOx触媒7を備えている。三元触媒6は、周知の構成のものであり、活性温度以上のときに、ストイキ雰囲気の排ガスを、HC及びCOの酸化とNOxの還元によって浄化する。
The
一方、本発明に係るNOx触媒7は、主として、低温時に三元触媒6で浄化されなかったNOxを浄化するためのものであり、ゼオライトと、ゼオライトに担持されたパラジウム(Pd)を有する。
On the other hand, the
ゼオライトは、ZSM−5、フェリエライト、モルデナイト、Y型ゼオライト又はベータ型ゼオライトで構成されている。また、ゼオライトのケイバン比SiO2/Al2O3の逆数(以下「ケイバン比逆数」という)Al2O3/SiO2は、0.003よりも大きな値に設定されている。
The zeolite is composed of ZSM-5, ferrierite, mordenite, Y-type zeolite or beta-type zeolite. In addition, the reciprocal number (hereinafter referred to as “reciprocal number of the Keiban ratio”) Al 2
図2に示すように、パラジウムは、ゼオライトを構成するアルミニウム(Al)、ケイ素(Si)及び酸素(O)のうち、酸点であるAlの近傍に配置されており、Alとの相互作用によって、電子状態が変化している。このため、パラジウムにNOやOHが吸着されるものと推定される。 As shown in FIG. 2, palladium is arranged in the vicinity of Al which is an acid point among aluminum (Al), silicon (Si) and oxygen (O) constituting the zeolite, and due to the interaction with Al. The electronic state is changing. For this reason, it is estimated that NO and OH are adsorbed on palladium.
また、NOx触媒7の単位容積当たりのパラジウムの重量(以下「単位Pd重量」という)PdUは、0.1g/Lよりも大きな値に設定されており、より好ましくは、0.1g/Lより大きく、かつ2.0g/L未満に設定されている。 The weight of palladium per unit volume of the NOx catalyst 7 (hereinafter referred to as “unit Pd weight”) PdU is set to a value larger than 0.1 g / L, and more preferably from 0.1 g / L. It is large and set to less than 2.0 g / L.
なお、上述したNOx触媒7の構成及び諸元は、NOx触媒7の目標NO吸着量を5μmol/g以上に設定するとともに、この目標NO吸着量を達成するように定めたものである。この目標NO吸着量の設定の根拠は、以下のとおりである。
The configuration and specifications of the
図3は、NOx触媒のNO吸着量と車両のテールパイプから最終的に排出されるNOx排出量との関係を示す。この図に示すように、NO吸着量が増加するにつれて、NOx排出量はほぼリニアに減少する。また、例えば米国カリフォルニア州の法規では、NOx排出量がSULEV30(=0.02g/mile)以下に規制されている。以上の関係から、この規制レベルSULEV30以下を確実にクリアするために、目標NO吸着量を5μmol/g以上に設定したものである。 FIG. 3 shows the relationship between the NO adsorption amount of the NOx catalyst and the NOx emission amount finally discharged from the tail pipe of the vehicle. As shown in this figure, as the NO adsorption amount increases, the NOx emission amount decreases almost linearly. Further, for example, according to the laws and regulations of the state of California, the amount of NOx emission is regulated to SULEV30 (= 0.02 g / mile) or less. From the above relationship, the target NO adsorption amount is set to 5 μmol / g or more in order to surely clear the regulation level SULEV30 or less.
以下、NOx触媒7の実施例について、図4を参照しながら、詳細に説明する。なお、これらの実施例は例示であり、本発明は、実施例に限定されるものではない。また、特に断りがない限り、「%」は重量%を表す。
Hereinafter, an embodiment of the
<実施例1〜8>
[Pd/ゼオライト触媒]
図4に示すように、実施例1〜4は、ゼオライト(支持体)として、いずれもZSM−5(ゼオリスト製)を用いるとともに、ケイバン比SiO2/Al2O3が互いに異なる例である。また、実施例5〜8は、ゼオライトとして、フェリエライト、モルデナイト、Y型ゼオライト及びベータ型ゼオライト(ゼオリスト製)をそれぞれ用いた例である。それらの作製方法は、次のとおりである。
<Examples 1-8>
[Pd / zeolite catalyst]
As shown in FIG. 4, Examples 1 to 4 are examples in which ZSM-5 (manufactured by Zeolis) is used as the zeolite (support) and the
(1)図4の表に示すゼオライト及び硝酸パラジウム(株式会社小島化学薬品製:Pd濃度5%)の同表に示す各量と、ゼオライトの2.5倍の重量のイオン交換水とを、フラスコに入れ、ロータリーエバポレータで余分な水分を取り除いた。次いで、乾燥炉において200℃で2時間、マッフル炉において600℃で2時間、焼成を行うことによって、触媒粉末を得た。
(1) Each amount shown in the table of zeolite and palladium nitrate (made by Kojima Chemical Co., Ltd .:
(2)得られた触媒粉末及びアルミナゾル(日産化学工業株式会社製:Al2O3濃度20%)の表1に示す各量と、触媒粉末の2倍の重量のイオン交換水とアルミナボールを、ポリエチレン製の容器(250ml)に入れ、14時間、湿式粉砕することによって、スラリーを得た。
(2) Each amount shown in Table 1 of the obtained catalyst powder and alumina sol (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd .:
(3)得られたスラリーに、ハニカム支持体(「コージェライト」製:ハニカムφ25.4mm×L60mm(30cc)、400セル/in2、3.5ミル)を浸漬した。この場合のウォッシュコート量は、200g/Lである。次に、ハニカム支持体をスラリーから取り出し、スラリーの過剰分をエア噴射で除去した後、200℃で2時間、加熱した。この操作を、所定の担持量が得られるまで繰り返した。所定の担持量が得られた後、ハニカム支持体をマッフル炉において600℃で2時間、焼成することによって、Pd/ゼオライト触媒を得た。 (3) A honeycomb support (manufactured by Cordierite: honeycomb φ25.4 mm × L60 mm (30 cc), 400 cells / in 2, 3.5 mil) was immersed in the obtained slurry. The amount of washcoat in this case is 200 g / L. Next, after removing the honeycomb support from the slurry and removing the excess slurry by air injection, the honeycomb support was heated at 200 ° C. for 2 hours. This operation was repeated until a predetermined loading amount was obtained. After a predetermined loading amount was obtained, the honeycomb support was fired at 600 ° C. for 2 hours in a muffle furnace to obtain a Pd / zeolite catalyst.
<実施例9〜14>
[Pdイオン交換ゼオライト触媒]
図4に示すように、実施例9〜14は、ゼオライト(支持体)として、いずれもZSM−5(ゼオリスト製)を用いるとともに、パラジウムの量が互いに異なる例である。その作製方法は、次のとおりである。
<Examples 9 to 14>
[Pd ion exchange zeolite catalyst]
As shown in FIG. 4, Examples 9 to 14 are examples in which ZSM-5 (manufactured by Zeolisto) is used as the zeolite (support) and the amounts of palladium are different from each other. The manufacturing method is as follows.
(4)図4の表に示す支持体(ゼオライト)及び硝酸パラジウム(「株式会社小島化学薬品」製:Pd濃度5%)の同表に示す各量と、ゼオライトの10倍の重量のイオン交換水とを、ビーカーに入れて攪拌し、さらに28%アンモニア水を用いてpH=8に調製した後、4時間、攪拌することによって、懸濁液を得た。得られた懸濁液を吸引濾過するとともに、イオン交換水で洗浄した。そのような吸引濾過と洗浄を2〜3回、繰り返した後、乾燥炉において200℃で2時間、マッフル炉において600℃で2時間、焼成を行うことによって、触媒粉末を得た。
(4) Ion exchange of each amount shown in the same table of the support (zeolite) and palladium nitrate (made by “Kojima Chemical Co., Ltd .:
(5)その後、実施例1〜8の(2)(3)と同じ操作を行うことによって、Pdイオン交換ゼオライト触媒を得た。 (5) Then, Pd ion exchange zeolite catalyst was obtained by performing the same operation as (2) and (3) of Examples 1-8.
次に、実施例と比較するための比較例について、図5及び図6を参照しながら詳細に説明する。 Next, a comparative example for comparison with the embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
<比較例1>
[Pd/ゼオライト触媒]
図5に示すように、比較例1は、支持体としてゼオライト(ZSM−5)を用いる一方、ケイバン比逆数Al2O3/SiO2=0.003の例である。その作製方法は、実施例1〜8の場合と同じである。
<Comparative Example 1>
[Pd / zeolite catalyst]
As shown in FIG. 5, Comparative Example 1 is an example in which zeolite (ZSM-5) is used as the support, while the reciprocal number of Caiban ratio Al2O3 / SiO2 = 0.003. The manufacturing method is the same as in Examples 1-8.
<比較例2〜4>
[Pd/酸化物触媒]
また、比較例2〜4は、支持体として、ゼオライトに代えて、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)及び酸化セリウム(CeO2)をそれぞれ用いた例である。その作製方法は、実施例1〜8の場合と同じである。
<Comparative Examples 2-4>
[Pd / oxide catalyst]
In Comparative Examples 2 to 4, silica (SiO 2), alumina (Al 2 O 3), and cerium oxide (CeO 2) were used as the support instead of zeolite. The manufacturing method is the same as in Examples 1-8.
<比較例5〜6>
[貴金属/ゼオライト触媒]
図6に示すように、比較例5〜6は、支持体としてゼオライト(ZSM−5)を用いる一方、パラジウムに代えて、白金(Pt)及びロジウム(Rh)をそれぞれ用いた例である。その作製方法は、実施例1〜8の場合と同じである。
<Comparative Examples 5-6>
[Precious metal / zeolite catalyst]
As shown in FIG. 6, Comparative Examples 5 to 6 are examples in which zeolite (ZSM-5) is used as a support, while platinum (Pt) and rhodium (Rh) are used in place of palladium. The manufacturing method is the same as in Examples 1-8.
<比較例7>
[ゼオライト触媒]
また、比較例7は、パラジウムをまったく用いずに、ゼオライト触媒として構成した例である。その作製方法は次のとおりである。
(6)ゼオライト(ZSM−5(50))を、マッフル炉において600℃で2時間、焼成を行うことによって、触媒粉末を得た。
(7)その後、実施例1〜8の(2)及び(3)と同じ操作を行うことによって、ゼオライト触媒を得た。
<Comparative Example 7>
[Zeolite catalyst]
Moreover, the comparative example 7 is an example comprised as a zeolite catalyst, without using palladium at all. The manufacturing method is as follows.
(6) Catalyst powder was obtained by calcining zeolite (ZSM-5 (50)) in a muffle furnace at 600 ° C. for 2 hours.
(7) Then, the same operation as (2) and (3) in Examples 1 to 8 was performed to obtain a zeolite catalyst.
<Pd含有量評価>
実施例1〜14で調製した触媒粉末に対して、下記に示す手法でPd含有量を評価した。
触媒粉末約50mgと10%HF水溶液25mlを耐圧容器に投入し、マイクロ波分解装置(Analytikjena 製)を用いて、230℃で30分、加熱を行い、触媒粉末を完全に溶解させた。次いで、室温で冷却し、希釈した後、ICP-OES(Agilent Technologies 社製)を用いて、NOx触媒7中のパラジウムの含有量であるPd担持量PdR(%)を評価した。
<Pd content evaluation>
For the catalyst powders prepared in Examples 1 to 14, the Pd content was evaluated by the following method.
About 50 mg of catalyst powder and 25 ml of 10% HF aqueous solution were put in a pressure vessel, and heated at 230 ° C. for 30 minutes using a microwave decomposition apparatus (manufactured by Analytikjena) to completely dissolve the catalyst powder. Subsequently, after cooling at room temperature and diluting, the Pd supported amount PdR (%), which is the content of palladium in the
また、このPd担持量PdRとNOx触媒の重量及び容積から、NOx触媒7の単位容積当たりのパラジウムの含有量である単位Pd重量PdU(g/L)を算出した。以上の結果は、表1の右側の欄に示されている。
Further, the unit Pd weight PdU (g / L), which is the content of palladium per unit volume of the
<NOx吸着形態評価>
実施例3で調整した触媒粉末に対して、下記の条件で、酸化処理、水分吸着処理及びNO吸着処理を実施した後、次の分析条件で拡散反射FT−IR分光分析を行い、NOx触媒へのNOxの吸着形態を評価した。
<NOx adsorption form evaluation>
The catalyst powder prepared in Example 3 was subjected to oxidation treatment, moisture adsorption treatment and NO adsorption treatment under the following conditions, and then subjected to diffuse reflection FT-IR spectroscopic analysis under the following analysis conditions to obtain a NOx catalyst. The adsorption form of NOx was evaluated.
[分析条件]
・測定装置:FTS-60A(Bio-Rad Digilab 社製)
・付属装置:拡散反射測定装置(PIKE Technologies 社製)
・光源:グローバー(SiC)
・検出器:DTGS
・測定波数範囲:4000〜1100cm-1
・波数分解能:4cm-1
・積算回数:256回
・リファレンス:Au
・蒸着膜昇温条件:20℃/分
[Analysis conditions]
・ Measurement device: FTS-60A (Bio-Rad Digilab)
・ Attachment device: Diffuse reflection measurement device (PIKE Technologies)
・ Light source: Glover (SiC)
・ Detector: DTGS
・ Measured wave number range: 4000-1100 cm-1
・ Wave number resolution: 4cm-1
・ Number of integration: 256 times ・ Reference: Au
・ Deposition film temperature rising condition: 20 ° C./min
[酸化処理条件]
・温度:500℃
・時間:30分
・ガス組成:O2=10%、N2=バランスガス
・ガス流量:100cc/分
[Oxidation conditions]
・ Temperature: 500 ℃
・ Time: 30 minutes ・ Gas composition: O2 = 10%, N2 = balance gas ・ Gas flow rate: 100 cc / min
[水分吸着処理条件]
・温度:50℃
・時間:30分
・ガス組成:O2=10%、H2O=2%、N2=バランスガス
・ガス流量:100cc/分
[Moisture adsorption treatment conditions]
・ Temperature: 50 ℃
・ Time: 30 minutes ・ Gas composition: O2 = 10%, H2O = 2%, N2 = balance gas ・ Gas flow rate: 100 cc / min
[NO吸着処理条件]
・温度:50℃
・時間:60分
・ガス組成:O2=10%、NO=200ppm、N2=バランスガス
・ガス流量:100cc/分
[NO adsorption treatment conditions]
・ Temperature: 50 ℃
・ Time: 60 minutes ・ Gas composition: O2 = 10%, NO = 200 ppm, N2 = balance gas ・ Gas flow rate: 100 cc / min
図7は、このNOx吸着形態の評価によって得られた、NO吸着処理前後のFT−IR差スペクトルを示す。同図に示すように、波数1900〜1800(1/cm)の付近は、Pd−NO構造に対応しており、この付近にピークが現れている。また、上記のように、NOx触媒には水分吸着処理があらかじめ施されており、NO吸着処理の温度条件は50℃である。以上から、水分が吸着された低温の50℃の条件において、NOxがパラジウム上に一酸化窒素(NO)の状態で吸着していることが確認された。
FIG. 7 shows the FT-IR difference spectra before and after the NO adsorption treatment, obtained by evaluating this NOx adsorption form. As shown in the figure, the vicinity of
<NO吸着量評価>
上述したようにして得られた実施例1〜14及び比較例1〜7のNOx触媒に対して、下記の条件で、酸化処理、水分吸着処理及びNO吸着処理を実施した。
<Evaluation of NO adsorption amount>
For the NOx catalysts of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 7 obtained as described above, oxidation treatment, moisture adsorption treatment and NO adsorption treatment were performed under the following conditions.
[酸化処理条件]
・温度:500℃
・時間:30分
・ガス組成:O2=10%、N2=バランスガス
・ガス流量:20L/分
[Oxidation conditions]
・ Temperature: 500 ℃
・ Time: 30 minutes ・ Gas composition: O2 = 10%, N2 = balance gas ・ Gas flow rate: 20 L / min
[水分吸着処理条件]
・温度:50℃
・時間:5分
・ガス組成:O2=2%、H2O=2%、N2=バランスガス
・ガス流量:20L/分
[Moisture adsorption treatment conditions]
・ Temperature: 50 ℃
・ Time: 5 minutes ・ Gas composition: O2 = 2%, H2O = 2%, N2 = balance gas ・ Gas flow rate: 20 L / min
[NO吸着処理条件]
・温度:50℃
・時間:3分
・ガス組成:O2=2%、NO=400ppm、N2=バランスガス
・ガス流量:20L/分
[NO adsorption treatment conditions]
・ Temperature: 50 ℃
・ Time: 3 minutes ・ Gas composition: O2 = 2%, NO = 400 ppm, N2 = balance gas ・ Gas flow rate: 20 L / min
NO吸着処理を実施した後、下記に示す条件でNOx処理を昇温させたときのNO放出量の合計を、NO吸着量として評価した。
[昇温条件]
・温度範囲:50〜500℃
・昇温速度:20℃/分
・ガス組成:N2
・ガス流量:20L/分
After performing the NO adsorption treatment, the total NO release amount when the temperature of the NOx treatment was raised under the following conditions was evaluated as the NO adsorption amount.
[Heating conditions]
-Temperature range: 50-500 ° C
・ Temperature increase rate: 20 ° C./min ・ Gas composition:
・ Gas flow rate: 20L / min
以上のNO吸着量の評価結果は、図4〜図6の各表の最右欄に示されている。以下、この結果に基づいて、NOx触媒のNO吸着特性について説明する。まず、この結果を概観すると、比較例1〜7では、NO吸着量が0.6〜4.7μmol/gに留まっており、上記の条件(水分吸着処理、温度=50℃、O2=2%)において、目標NO吸着量(5μmol/g以上)は達成されていない。
The above evaluation results of the NO adsorption amount are shown in the rightmost column of each table of FIGS. Hereinafter, based on this result, the NO adsorption characteristics of the NOx catalyst will be described. First, an overview of the results shows that in Comparative Examples 1 to 7, the NO adsorption amount remained at 0.6 to 4.7 μmol / g, and the above conditions (moisture adsorption treatment, temperature = 50 ° C.,
これに対し、実施例1〜14ではいずれも、5μmol/gを上回るNO吸着量が得られており、上記の水分吸着、温度及び酸素濃度の条件において、目標NO吸着量が達成されている。 On the other hand, in each of Examples 1 to 14, a NO adsorption amount exceeding 5 μmol / g was obtained, and the target NO adsorption amount was achieved under the above conditions of moisture adsorption, temperature, and oxygen concentration.
以下、NOx触媒の様々なファクタとNO吸着量との関係について、詳細について説明する。図8は、ゼオライトの種類とNO吸着量との関係を示す。サンプルは、実施例5(フェリエライト(FER))、実施例6(モルデナイト(MOR))、実施例2(ZSM−5)、実施例7(Y型ゼオライト)、及び実施例8(ベータ型ゼオライト(BET))である。 Hereinafter, the relationship between various factors of the NOx catalyst and the NO adsorption amount will be described in detail. FIG. 8 shows the relationship between the type of zeolite and the NO adsorption amount. Samples were Example 5 (ferrierite (FER)), Example 6 (mordenite (MOR)), Example 2 (ZSM-5), Example 7 (Y-type zeolite), and Example 8 (beta-type zeolite). (BET)).
同図に示すように、NO吸着量は、上記の順に大きい。また、いずれの実施例においても、NO吸着量は5μmol/gを上回っており、ゼオライトとして上記の種類のものを用いることによって、目標NO吸着量を達成できることが確認された。 As shown in the figure, the NO adsorption amount is large in the above order. Further, in any of the examples, the NO adsorption amount exceeded 5 μmol / g, and it was confirmed that the target NO adsorption amount could be achieved by using the above-mentioned kind of zeolite.
図9は、ゼオライトのケイバン比逆数(=AL2O3/SiO2)とNO吸着量との関係を示す。サンプルは、比較例1(ケイバン比逆数=0.003)と実施例1〜4(それぞれ0.013、0.020、0.033、0.043)である。
FIG. 9 shows the relationship between the reciprocal number of the Keiban ratio (= AL 2
同図に示すように、ケイバン比逆数が0.003である比較例1では、NO吸着量は、目標NO吸着量を若干、下回っている。これに対し、ケイバン比逆数が0.003よりも大きな実施例1〜4ではいずれも、NO吸着量が5μmol/gを大きく上回っている。以上から、ケイバン比逆数が0.003よりも大きいときに、目標NO吸着量を達成できることが確認された。 As shown in the figure, in Comparative Example 1 in which the reciprocal number of the Keiban ratio is 0.003, the NO adsorption amount is slightly lower than the target NO adsorption amount. On the other hand, in Examples 1-4 in which the reciprocal number of the Keiban ratio is greater than 0.003, the NO adsorption amount greatly exceeds 5 μmol / g. From the above, it was confirmed that the target NO adsorption amount can be achieved when the reciprocal number of the Keiban ratio is larger than 0.003.
図10は、Pd担持量PdRとNO吸着量との関係を示す。サンプルは、比較例7(PdR=0%)と実施例9〜14(それぞれPdR=0.06、0.11、0.23、0.47、0.89、2.4%)である。 FIG. 10 shows the relationship between the Pd carrying amount PdR and the NO adsorption amount. The samples are Comparative Example 7 (PdR = 0%) and Examples 9-14 (PdR = 0.06, 0.11, 0.23, 0.47, 0.89, 2.4%, respectively).
同図に示すように、パラジウムが担持されていない比較例7では、NO吸着量は、0.6μmol/gであり、NOの吸着がほとんど認められず、目標NO吸着量を大きく下回っている。これに対し、Pd担持量PdRが0.06〜2.4%である実施例9〜14ではいずれも、NO吸着量が5μmol/gを上回っており、目標NO吸着量が達成されている。また、Pd担持量PdRが0.5%以上になると、Pd担持量PdRを増加させても、NO吸着量があまり増加しなくなるという傾向が認められた。 As shown in the figure, in Comparative Example 7 in which palladium is not supported, the NO adsorption amount is 0.6 μmol / g, and almost no NO adsorption is observed, which is far below the target NO adsorption amount. On the other hand, in all of Examples 9 to 14 in which the Pd carrying amount PdR is 0.06 to 2.4%, the NO adsorption amount exceeds 5 μmol / g, and the target NO adsorption amount is achieved. Further, when the Pd carrying amount PdR was 0.5% or more, it was recognized that the NO adsorption amount did not increase so much even if the Pd carrying amount PdR was increased.
図11は、単位Pd重量PdUとNO吸着量との関係を示す。サンプルは、図10と同様、比較例7(PdR=0%)と実施例9〜14(それぞれPdU=0.12、0.22、0.46、0.94、1.78、4.8g/L)である。 FIG. 11 shows the relationship between the unit Pd weight PdU and the NO adsorption amount. As in FIG. 10, the samples were Comparative Example 7 (PdR = 0%) and Examples 9 to 14 (PdU = 0.12, 0.22, 0.46, 0.94, 1.78, 4.8 g, respectively). / L).
前述したように、パラジウムが担持されていない比較例7では、NO吸着量は、目標NO吸着量を大きく下回っている。これに対し、単位Pd重量PdUが0.12〜4.8g/Lである実施例9〜14ではいずれも、NO吸着量が5μmol/gを上回っている。以上から、単位Pd重量PdUが0.1g/Lよりも大きいときに、目標NO吸着量を達成できることが確認された。また、単位Pd重量PdUが2.0g/L以上になると、単位Pd重量PdUを増加させても、NO吸着量があまり増加しなくなるという傾向が認められた。 As described above, in Comparative Example 7 in which palladium is not supported, the NO adsorption amount is significantly lower than the target NO adsorption amount. On the other hand, in Examples 9 to 14 in which the unit Pd weight PdU is 0.12 to 4.8 g / L, the NO adsorption amount exceeds 5 μmol / g. From the above, it was confirmed that the target NO adsorption amount can be achieved when the unit Pd weight PdU is larger than 0.1 g / L. Further, when the unit Pd weight PdU was 2.0 g / L or more, there was a tendency that the NO adsorption amount did not increase so much even if the unit Pd weight PdU was increased.
以上のように、本実施形態によるNOx触媒7は、ゼオライトと、ゼオライトに担持されたパラジウムを有し、パラジウムは、ゼオライトの酸点の近傍に配置されている。このため、酸点との相互作用によって電子状態が変化したパラジウムに、NOが吸着されるため、水分の吸着の影響を受けにくいとともに、NOをNO2に酸化させる必要がなくなる。
As described above, the
したがって、排ガスからの水分除去及び排ガスのリーン側への制御を必要とすることなく、低温条件において、排ガス中のNOxを良好に吸着することができる。その結果、従来の排ガス浄化装置と異なり、排ガスから水分を除去するための装置を設ける必要がないとともに、エンジン3の暖機状態などにおいて、混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に制御される場合においても、NOxの吸着を良好に行うことができる。
Therefore, NOx in the exhaust gas can be favorably adsorbed under low temperature conditions without requiring moisture removal from the exhaust gas and control of the exhaust gas to the lean side. As a result, unlike the conventional exhaust gas purification device, it is not necessary to provide a device for removing moisture from the exhaust gas, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the stoichiometric or rich side when the
また、NOx触媒7のゼオライトのケイバン比逆数Al2O3/SiO2が0.003よりも大きいことによって、NO吸着量が5μmol/gを上回り、目標NO吸着量を達成することができる。
Further, when the
さらに、NOx触媒7のゼオライトが、ZSM−5、フェリエライト、モルデナイト、Y型ゼオライト又はベータ型ゼオライトであり、また、単位Pd重量PdUが0.1g/Lよりも大きいことによって、目標NO吸着量をより確実に達成できる。
Furthermore, when the zeolite of the
また、単位Pd重量PdUを、0.1g/Lよりも大きく、かつ2.0g/L未満とすることによって、比較的高価なパラジウムを効率的に使用しながら、目標NO吸着量を達成できることができる。 Further, by setting the unit Pd weight PdU to be greater than 0.1 g / L and less than 2.0 g / L, it is possible to achieve the target NO adsorption amount while efficiently using relatively expensive palladium. it can.
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態で示した実施例1〜14は、あくまで例示であり、その構成及び諸元を本発明の趣旨の範囲内で変更することができる。 In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, Examples 1 to 14 shown in the embodiment are merely examples, and the configuration and specifications thereof can be changed within the scope of the gist of the present invention.
例えば、実施例は、世界でも厳しいとされる米国カリフォルニア州の規制レベルSULEV30をクリアするために、目標NO吸着量が5μmol/g以上であるという条件で、構成したものである。したがって、この規定が改正された場合や他の規定を対象とする場合には、それを満たすように実施例を変更することが可能である。 For example, the embodiment is configured under the condition that the target NO adsorption amount is 5 μmol / g or more in order to clear the regulation level SULEV30 in California, which is considered to be strict in the world. Therefore, when this rule is amended or when other rules are targeted, it is possible to change the embodiment so as to satisfy it.
また、各実施例に示したNOx触媒7の具体的な組成や作製方法などもまた、あくまで例示であり、用途に応じて変更することができる。さらに、実施形態では、NOx触媒7の上流側に三元触媒6が配置されているが、これを省略してもよい。
Further, the specific composition and manufacturing method of the
さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、車両用のディーゼルエンジンや、車両用以外のエンジン、例えば、クランクシャフトを鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 Further, the embodiment is an example in which the present invention is applied to a gasoline engine mounted on a vehicle. However, the present invention is not limited to this, and a diesel engine for a vehicle or an engine other than a vehicle, for example, a crankshaft. The present invention can also be applied to a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor arranged vertically. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.
1 排ガス浄化装置
3 エンジン(内燃機関)
5 排気管(排気系)
7 NOx触媒
Al2O3/SiO2 ゼオライトのケイバン比逆数
PdU 単位Pd重量(NOx触媒の単位容積当たりのパラジウム重量)
1 exhaust
5 Exhaust pipe (exhaust system)
7 NOx catalyst Al2O3 / SiO2 Zeolite ratio reciprocal of zeolite
PdU unit Pd weight (palladium weight per unit volume of NOx catalyst)
Claims (4)
ゼオライトと、当該ゼオライトの酸点であるAl上に配置され、当該ゼオライトに担持されるとともに、NOxをNOの状態で吸着するパラジウムと、を有するNOx触媒を備え、
前記ゼオライトのAl2O3/SiO2が0.003よりも大きいことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification device for an internal combustion engine that is disposed in an exhaust system of an internal combustion engine and purifies NOx in the exhaust gas,
A NOx catalyst having zeolite and palladium that is disposed on Al that is the acid point of the zeolite and supported on the zeolite and that adsorbs NOx in the state of NO;
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein Al2O3 / SiO2 of the zeolite is larger than 0.003.
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