(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に介設される排気ガス浄化装置であって、１つの触媒コンバータ内において、
排気上流側となる前段にＰｔとＲｈとを触媒金属として含む三元触媒を配設し、
排気下流側となる後段に排気ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着剤とＰｄを触媒金属として含む三元触媒とが複合された複合触媒を配設すると共に、
上記前段の三元触媒は上記後段の三元触媒よりも活性化温度が高い一方で、上記前段の三元触媒は上記後段の三元触媒よりも熱容量が同じか、または、それ以下にされていることにより、該両三元触媒を略同時に活性化するように設定されている
排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば、エンジンの排気ポートより排出されるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）の有害ガスを浄化するような排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述例の排気ガス浄化装置としては、例えば特開平２−１３５１２６号公報に記載の装置がある。
すなわち、図６に示すようにエンジンの排気系に介設された排気ガス浄化装置８０であって、排気上流側にはＨＣ吸着剤８１を収納したＨＣトラッパ８２を設けると共に、排気下流側に三元触媒８３を収納した触媒コンバータ８４を配設した排気ガス浄化装置である。
【０００３】
この従来装置においては次のような問題点があった。つまり、上述のＨＣ吸着剤８１は排気ガス中のＨＣ（Hydrocarbon 、炭化水素）を吸着するが、このＨＣ吸着剤８１の特性として約１５０〜２００℃の温度条件下においてＨＣ吸着剤８１で一旦吸着したＨＣが放出される一方、後段の三元触媒８３（three-way catalyst、ＴＷＣ）が活性化温度に達するのは約２５０℃であるため、特にエンジンの冷間時においては良好なＨＣの浄化ができず、排気ガス浄化装置８０からＨＣが放出される問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、前段にＰｔとＲｈとを触媒金属として含む三元触媒を、後段にＨＣ吸着剤とＰｄを触媒金属として含む三元触媒との複合触媒をそれぞれ配設し、前段の三元触媒は後段の三元触媒よりも活性化温度が高い一方で、前段の三元触媒は後段の三元触媒よりも熱容量が同じか、または、それ以下にされていることにより、両三元触媒をほぼ同時に活性化するように設定することで、三元触媒を通過して温度低下させた排気ガスをＨＣ吸着剤に導くことによりＨＣ吸着効果の向上を図り（ＨＣ吸着剤は低温時ほど吸着効果が向上する）、さらに三元触媒がライトオフ（活性化）することで未燃ＨＣが燃焼して、三元触媒の温度が上昇し、この温度が後段のＨＣ吸着剤に伝熱することにより、吸着したＨＣの略全部を燃焼させて、ＨＣ浄化率の大幅な向上を図ることができ、かつ車両に対する搭載性（実車搭載性）の向上を図ることができる排気ガス浄化装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明による排気ガス浄化装置は、エンジンの排気系に介設される排気ガス浄化装置であって、１つの触媒コンバータ内において、排気上流側となる前段に
ＰｔとＲｈとを触媒金属として含む三元触媒を配設し、排気下流側となる後段に排気ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着剤とＰｄを触媒金属として含む三元触媒とが複合された複合触媒を配設すると共に、上記前段の三元触媒は上記後段の三元触媒よりも活性化温度が高い一方で、上記前段の三元触媒は上記後段の三元触媒よりも熱容量が同じか、または、それ以下にされていることにより、該両三元触媒を略同時に活性化するように設定されているものである。
【０００６】
【発明の効果】
この発明によれば、１つの触媒コンバータ内において、排気上流側となる前段にＰｔとＲｈとを触媒金属として含む三元触媒（いわゆるＴＷＣ）を、後段にＨＣ吸着剤とＰｄを触媒金属として含む三元触媒との複合触媒をそれぞれ配設したので、次のような効果がある。
すなわち、排気ガスはまず前段の三元触媒を通過し、この前段の三元触媒で熱が奪われて冷やされた後に、後段のＨＣ吸着剤に導かれるので、ＨＣ吸着剤によるＨＣ吸着効率が向上する。
また前段の三元触媒がライトオフすることで、未燃ＨＣが燃焼して、この前段の三元触媒の温度が上昇し、この温度が後段のＨＣ吸着剤と三元触媒との複合触媒に伝熱することにより、吸着したＨＣの略全部を後段側において燃焼させるので、ＨＣ浄化率の大幅な向上を図ることができる効果がある。
【０００７】
また上記前段の三元触媒は上記後段の三元触媒よりも活性化温度が高い一方で、上記前段の三元触媒は後段の三元触媒よりも熱容量が同じか、または、それ以下にされていることにより、両三元触媒をほぼ同時に活性化するように設定したので、前後各段の三元触媒を略同時に活性化させて、後段のＨＣ吸着剤で吸着させたＨＣを効率よく燃焼除去して、ＨＣ浄化率の向上を図ることができる効果がある。
【０００８】
さらに、前段の触媒にＰｔとＲｈとを触媒金属として含む三元触媒を用い、後段の触媒にＰｄを触媒金属として含む三元触媒を用いたので、これら各触媒のライトオフ温度の差異により前後両段の触媒を略同時に活性化させることができる。
【０００９】
【実施例】
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面はエンジンの排気系に介設される排気ガス浄化装置を示し、図１において、排気ガス浄化装置としての触媒コンバータ１は、車両のアンダフロア位置に配設されると共に、この触媒コンバータ１は前後両端に接合フランジ部２，３を備え、排気ガス入口４にコーン部５を介してキャタリストケース６の前端側を接続し、このキャタリストケース６の後端側はコーン部７を介して排気ガス出口８に接続している。
【００１０】
上述のキャタリストケース６内の排気上流側となる前段にはＰｔとＲｈとを触媒金属として含む三元触媒９を配設し、排気下流側となる後段にはＨＣ吸着剤とＰｄを触媒金属として含む三元触媒とが複合された複合触媒１０を配設している。
【００１１】
上述の前段の三元触媒９はＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８（cordierite、コージェライト）製ハニカム担体に、ライトオフ温度約３００℃のＰｔ−Ｒｈ系三元触媒（白金・ロジウム系三元触媒）を、Ｐｔ：Ｒｈ＝５：１、担持量１．６ｇ／リッタの条件下にγーＡｌ２Ｏ３(ガンマ・アルミナ)粉末を介して担持させている。
【００１２】
一方、後段の複合触媒１０のうちのＨＣ吸着剤としては、ケイバン比２００のＭＦＩ（例えばＺＳＭ５ゼオライト）を担持量２００ｇ／リッタとし、三元触媒としては、ライトオフ温度２５０℃のＰｄ系三元触媒（パラジウム系三元触媒）を担持量６ｇ／リッタとして、コージェライト製ハニカム担体にγ−Ａｌ２Ｏ３粉末を介して担持させている。なおコンテナ容量は前段を１リッタ、後段を１．３リッタとし、合計２．３リッタに設定している。また前段容量対後段容量の比率は２：８〜５：５が適当であり、総容量は１リッタ以上が望ましい。なお、上述のケイバン比とはＳｉＯ２/Ａｌ２Ｏ３のことである。
【００１３】
つまり、前段のＰｔ−Ｒｈ系三元触媒９の活性化温度（約３００℃）を後段のＰｄ系三元触媒の活性化温度（約２５０℃）に対して高温に設定している。ここで、上述の前後段の各触媒９，１０は図２に示すように間隔を隔ててキャタリストケース６内に配置してもよい。
【００１４】
このように構成した実施例の触媒コンバータ１と、比較例１〜４の触媒コンバータとを、Ｖ型６気筒２．５リッタエンジンを搭載した車両に取付け、ＦＴＰモード（ＣＶＳ４モードと同意で米国標準走行モードのこと）中のＹ１モードを実車走行テストし、触媒コンバータ前後のＨＣ排出量を測定した後に、ＨＣ浄化率を算出した測定結果を、次の［表１］に示す。
また上記実施例のＹ１モーダルチャートを図３に、比較例１（次表参照）のＹ１モーダルチャートを図４にそれぞれ示す。
【００１５】
【表１】
0003603328.tif 000002
【００１６】
上述の表１から明らかなように、この実施例の触媒コンバータ１は比較例１〜４と比較して、ＨＣ浄化率が最も優れている。また図３（この実施例のＹ１モーダルチャート）と図４（比較例１のＹ１モーダルチャート）との対比から明らかなように、この実施例の触媒コンバータ１はエンジン冷間時におけるＨＣ浄化率（図３のハッチング部分参照）が大幅に向上している。
【００１７】
特に、比較例１（図４参照）においては時間０〜１００ｓｅｃの間においてＨＣ浄化率が皆無に近いが、この実施例（図３参照）においては時間０〜１００ｓｅｃの間において高いＨＣ浄化率を示した。
【００１８】
要するに、１つの触媒コンバータ１内において、排気上流側となる前段にＰｔとＲｈを触媒金属として含む三元触媒９（いわゆるＴＷＣ）を、排気下流側となる後段にＨＣ吸着剤とＰｄを触媒金属として含む三元触媒との複合触媒１０をそれぞれ配設したので、次のような効果がある。
すなわち、排気ガスはまず前段の三元触媒９を通過し、三元触媒９で熱が奪われて冷やされた後に、後段のＨＣ吸着剤に導かれるので、ＨＣ吸着剤によるＨＣ吸着効率が向上する。
また前段の三元触媒９がライトオフすることで、未燃ＨＣが燃焼して、この前段の三元触媒９の温度が上昇し、この温度が後段のＨＣ吸着剤と三元触媒との複合触媒１０に伝熱することにより、吸着したＨＣの略全部を後段側において燃焼させるので、ＨＣ浄化率の大幅な向上を図ることができる効果がある。
【００１９】
しかも、前段のＰｔ−Ｒｈ系三元触媒９の活性化温度を後段のＰｄ系三元触媒の活性化温度に対して高温に設定する一方で、前段の三元触媒９は後段の三元触媒よりも熱容量が同じか、または、それ以下に設定したので、次のような効果がある。つまり、排気ガスによる前後各段の温度上昇は前段側が早く、後段側が遅くなるが、上述の如く前段の三元触媒９の活性化温度を後段の三元触媒のそれに対して高く設定したので、前後各段の三元触媒が同時にライトオフして、活性化タイミングを一致させることができ、この結果、後段のＨＣ吸着剤で吸着させたＨＣを効率よく燃焼除去して、ＨＣ浄化率のより一層良好な向上を図ることができる効果がある。加えて、単一のキャタリストケース６内に前後各段の触媒９，１０を配置したので、車両に対する搭載性（実車搭載性）の向上を図ることができる。
【００２０】
因に、上述の比較例で示したように前段および後段共に同じ三元触媒を用いた場合には、前段の活性化温度と後段の活性化温度とが同一になって、排気ガスの流れにより前段の三元触媒が後段の三元触媒より早くライトオフするため、前段側においてＨＣ濃度が急激に低下して、後段側においては吸着ＨＣが何等浄化されることなく、放出されるが、この実施例では上記構成により吸着ＨＣを略全て燃焼除去することができる。
【００２１】
図５は排気ガス浄化装置としての触媒コンバータ１の他の実施例を示し、この実施例ではＰｔ−Ｒｈ系三元触媒９を配設した前段と、ＨＣ吸着剤およびＰｄ系三元触媒の複合触媒１０を配設した後段との間に、ＣｅＯ２（酸化セリウム）を担持させた担体１１を介設し、３段構造と成したものである。
【００２２】
このように構成すると、後段のＨＣ吸着剤に対して吸着ＨＣを燃焼除去するために必要なＯ２（酸素）を効率よく供給することができるので、吸着ＨＣのさらに良好な燃焼除去を達成することができる効果がある。なお、その他の点については図１、図２で示した先の実施例と同様の作用、効果を奏するので、図５において図１、図２と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【００２３】
なお、上記各実施例の他に次のような構成を用いてもよい。すなわち後段の担持構造としては上記実施例の構成に代えて、吸着剤粉末（たとえばＭＦＩ）上に貴金属（たとえばＰｄ）を担持させる簡略化構造であってもよい。
【００２４】
さらに上述の各三元触媒に対してＣｅＯ２（酸化セリウム）、ＢａＯ（酸化バリウム）、Ｎｉ（ニッケル）などの添加剤を添加してもよい。
【００２５】
さらに、またＨＣ吸着剤としてはＭＦＩに代えて、ＭＯＲ（モルデナイト）、ＦＡＵ（Ｙ型ゼオライト）、ＦＥＲ（フェリエライト）、ＣＨＡ（シャバサイト）を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置を示す断面図。
【図２】本発明の排気ガス浄化装置の他の実施例を示す断面図。
【図３】図１、図２に示す本発明の排気ガス浄化装置のＹ１モーダルチャート。
【図４】比較例のＹ１モーダルチャート。
【図５】本発明の排気ガス浄化装置のさらに他の実施例を示す断面図。
【図６】従来の排気ガス浄化装置を示す説明図。
【符号の説明】
１…触媒コンバータ
９…三元触媒
１０…複合触媒
【図１】
0003603328.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003603328.tif 000005
【図４】
0003603328.tif 000006
【図５】
0003603328.tif 000007
【図６】
0003603328.tif 000008