(57)【要約】【課題】  ＯＳＣ剤及び貴金属触媒を最適な担持構造として、耐熱性及び排気ガス浄化性能を向上させたＨＣ吸着触媒を提供する。【解決手段】  担体１３ａと、担体１３ａの表面に担持されたＨＣ吸着剤を含むＨＣ吸着層１３ｂと、ＯＳＣ剤及び貴金属触媒を含む三元触媒層１３ｃとを有するＨＣ吸着触媒１３において、ＯＳＣ剤は、ＨＣ吸着触媒１３の入口側から出口側に向かって、担持濃度が高くなるように担持し、貴金属触媒は、ＨＣ吸着触媒１３の入口側から出口側に向かって、担持濃度が低くなるように担持させる。【選択図】        図３
2006006995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体と、当該担体上に担持されたＨＣ吸着剤、酸素ストレージ剤及び貴金属触媒とを有するＨＣ吸着触媒において、
前記酸素ストレージ剤は、前記ＨＣ吸着触媒の入口側から出口側に向かって、担持濃度が高くなるように担持されていることを特徴とするＨＣ吸着触媒。
【請求項２】
請求項１に記載するＨＣ吸着触媒において、
前記貴金属触媒は、前記ＨＣ吸着触媒の入口側から出口側に向かって、貴金属の担持濃度が低くなるように担持されていることを特徴とするＨＣ吸着触媒。
【請求項３】
請求項１又は２に記載するＨＣ吸着触媒において、
前記貴金属触媒は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄのうち少なくとも一種類の貴金属を含有することを特徴とするＨＣ吸着触媒。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気方向の上流側に設置される三元触媒と、排気ガスの下流側に設置される請求項１ないし３のいずれかに記載するＨＣ吸着触媒とを有することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＣ吸着触媒及びこれを用いた排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン等から排出される排気ガスには、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸化炭素）等の成分が含まれる。近年の排ガス規制強化に伴い、これらの成分を効果的に浄化するため、高い浄化性能を有する排気ガス浄化装置の開発が要求されている。
【０００３】
特に、排ガス中のＨＣは、エンジンの始動時等のような排ガス温度が低い場合（約３００℃未満）には、排気ガス浄化装置で浄化されにくく、ＨＣを大量に含んだままの排気ガスが放出されてしまう。そこで、排気ガス浄化装置に各種のゼオライト（ＦＥＲ型、ＭＯＲ型、ＦＡＵ型、ＭＦＩ型、β型ゼオライトなど）からなるＨＣ吸着剤を設け、低温時にはＨＣを吸着・保持する一方、高温時には吸着・保持したＨＣを放出すると同時に浄化することにより、排気ガスを確実に処理する技術も開発されている。
【０００４】
実用上は、ＨＣを浄化する排気ガス浄化装置内の三元触媒等が適正に機能する温度まで昇温して、活性化した後に、ＨＣ吸着剤からＨＣが脱離し始めることが望ましいので、ＨＣ吸着剤に用いられているゼオライトに種々の条件を付加し、ＨＣ吸着剤の最適化を図った排気ガス浄化装置が開発されている（下記、特許文献１を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、三元触媒等をエンジンの排気ガス用として使用するには、ＨＣの浄化（酸化）時における酸素の利用効率が低いため、浄化が十分進まないなどの問題がある。また、酸素の供給量不足を補うため、単に多量のＯＳＣ（酸素ストレージ機能）剤を担持させることも可能であるが、触媒を劣化させてしまう結果、触媒の耐熱性に問題がでる場合がある。
【０００７】
また、一般に、触媒はコージェライト等のセラミックの担体と、それに担持された貴金属とから構成される。ここで、触媒の浄化性能は、触媒担体に担持された貴金属の量に依存する。しかしながら、触媒に使用する貴金属は量的に貴重な資源であると共に、これを多量に使用することは製品としての排気ガス浄化触媒のコスト増加を招く。
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、使用するＯＳＣ剤及び貴金属触媒を最適な担持構造とすることにより、耐熱性及び排気ガス浄化性能を向上させたＨＣ吸着触媒及びこれを用いた排気ガス浄化装置、移動手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係るＨＣ吸着触媒は、
担体と、当該担体上に担持されたＨＣ吸着剤、酸素ストレージ剤及び貴金属触媒とを有するＨＣ吸着触媒において、
前記酸素ストレージ剤は、前記ＨＣ吸着触媒の入口側から出口側に向かって、担持濃度が高くなるように担持されていることを特徴とするＨＣ吸着触媒である。
【００１０】
酸素ストレージ剤（ＯＳＣ剤）を触媒の後段ほど多く担持させて、後段の酸素貯蔵量を確保し、ＨＣ脱離時の酸化用酸素が不足することを防止する。また、酸素不足を補うため、多量のＯＳＣ剤を担持させるのではなく、上記効率的な担持形態として、ＯＳＣ剤の使用量を抑制し、触媒の劣化を防止する。
【００１１】
また、上記ＨＣ吸着触媒において、
前記貴金属触媒は、前記ＨＣ吸着触媒の入口側から出口側に向かって、貴金属の担持濃度が低くなるように担持されていることを特徴とするＨＣ吸着触媒である。
【００１２】
貴金属触媒を触媒の前段ほど多く担持させることにより、触媒の前段付近では高い貴金属担持濃度とし、早期に着火させて脱離したＨＣを浄化する。また、高価な貴金属を効率よく使用する。
【００１３】
また、上記ＨＣ吸着触媒において、
前記貴金属触媒は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄのうち少なくとも一種類の貴金属を含有することを特徴とするＨＣ吸着触媒である。
酸化性能の高いＰｔ，Ｒｈ，Ｐｄを用いることで、浄化効率が向上する。
【００１４】
上記課題を解決する本発明に係る排気ガス浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気方向の上流側に設置される三元触媒と、排気ガスの下流側に設置される上記ＨＣ吸着触媒とを有することを特徴とする排気ガス浄化装置である。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明によれば、ＨＣ吸着剤から脱離するＨＣを浄化するのに十分な酸素を確保することができ、また、高価な貴金属を効率よく使用することができる。また、酸素不足を補うと共に、ＯＳＣ剤の使用量を抑制して、触媒の劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。図１は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す概略構成図である。
【００１７】
図１に示すように、実施形態に係る排気ガス浄化装置１０は、内燃機関であるエンジン１００に連結された排気通路１０１の途中に設けられている。排気ガス浄化装置１０は、ケーシング１１と、ケーシング１１内における排気ガス流通方向の上流側に設けられた三元触媒１２と、ケーシング１１内における排気ガス流通方向の下流側に設けられたＨＣ吸着触媒１３とからなる。
【００１８】
三元触媒１２は、排気ガス中のＣＯ，ＮＯｘ，ＨＣ等の成分をＨ2Ｏ，ＣＯ2，Ｎ2に酸化して、処理する機能を有する触媒である。ＨＣ吸着触媒１３は、規定温度未満の低温時（例えば、約１５０℃未満）にＨＣを吸着・保持する一方、規定温度以上の高温時（例えば、約１５０℃以上）にＨＣを放出すると同時に酸化処理する機能を有する触媒である。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置内のＨＣ吸着触媒を示す概略断面構造図である。同図には、ＨＣ吸着触媒１３のセル構造の一部を断面図にて示してある。同図に示すように、ＨＣ吸着触媒１３は、セル格子を形成する担体１３ａの表面にＨＣ吸着層１３ｂ及び三元触媒層１３ｃが積層されてなる。
【００２０】
担体１３ａとしては、コージライト製ハニカムを採用し、ＨＣ吸着層１３ｂとしては、異なる径を有する細孔が内部で交差するゼオライト構造を有する材料で形成した。また、三元触媒層１３ｃとしては、三元触媒１２と同様に三元浄化機能を有する貴金属触媒と、これに含有させたＯＳＣ剤とから形成した。
【００２１】
三元触媒層１３ｃに含まれる貴金属触媒は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄの少なくとも一種類以上の貴金属を用い、主として、排気ガスの温度が規定温度以上の高温時（例えば、約１５０℃以上）にＨＣ吸着層１３ｂから放出されるＨＣを浄化する機能を有するが、さらに、三元触媒１２を補助する機能も有する。
【００２２】
図３は、ＨＣ吸着触媒における貴金属及びＯＳＣ剤の担持濃度を示すグラフである。同図に示すように、本実施形態では、ＨＣ吸着触媒１３における排気ガスの入口側から出口側に向かって、担持させる貴金属触媒及びＯＳＣ剤の濃度を変化させた。
【００２３】
すなわち、三元触媒である貴金属触媒については、入口側から出口側に向かって担持濃度が徐々に小さくなるようにして担持させた。例えば、入口側を５ｇ／ｌの担持濃度とし、出口側を３ｇ／ｌの担持濃度となるように変化させた。
【００２４】
また、ＯＳＣ剤については、入口側から出口側に向かって担持濃度が徐々に大きくなるようにして担持させた。例えば、入口側を２０ｇ／ｌの担持濃度とし、出口側を４０ｇ／ｌの担持濃度となるように変化させた。なお、ＨＣ吸着層１３ｂを形成するＨＣ吸着剤については、入口側から出口側に至るまで均一の構成とした。
【００２５】
次に、本実施形態に係るＨＣ吸着触媒について、貴金属触媒及びＯＳＣ剤を上述する担持濃度とした理由について詳細に説明する。まず、比較例に係るＨＣ吸着触媒として、触媒の入口側から出口側までＨＣ吸着剤、貴金属触媒及びＯＳＣ剤、すべて均一の構成とし、貴金属の担持濃度を５ｇ／ｌ、３ｇ／ｌとした２種類のＨＣ吸着触媒を用意した。次に、比較例に係るＨＣ吸着触媒をエンジンの排気経路に設置し、エンジン運転開始から所定時間（暖機運転終了まで）、ＨＣ吸着触媒通過後の排気ガス中のＨＣ濃度を測定した。
【００２６】
図４は、ＨＣ吸着触媒における貴金属の担持量を変化させたときの排出ＨＣ濃度を示すグラフであり、上述する比較例に係る２種類のＨＣ吸着触媒の浄化性能の結果を示している。同図において、「３ｇ／ｌ」で示す点線は、貴金属の担持濃度が３ｇ／ｌのＨＣ吸着触媒のＨＣ浄化性能を示し、「５ｇ／ｌ」で示す点線は、貴金属の担持濃度が５ｇ／ｌのＨＣ吸着触媒のＨＣ浄化性能を示している。また、横軸はエンジンの運転時間、換言すれば、排気ガス温度を示し、右になるほど長い運転時間、高い排気ガス温度となる。
【００２７】
同図から、担持濃度が高い５ｇ／ｌのＨＣ吸着触媒では、運転開始直後はＨＣ吸着によりＨＣの排出濃度は低い。その後、ＨＣの脱離が開始される暖機運転前半にはＨＣ排出濃度が比較的低く、ＨＣ浄化（酸化）が効果的に行われていることが分かるが、更に運転時間が経過したとき（暖機運転の後半）にはＨＣ排出濃度が比較的高く、ＨＣ浄化（酸化）が効果的に行われていないことが分かる。
【００２８】
一方、担持濃度が低い３ｇ／ｌのＨＣ吸着触媒では、運転開始直後は５ｇ／ｌのときと同様、ＨＣ吸着によりＨＣの排出濃度は低い。その後、暖機運転前半にはＨＣ排出濃度が比較的高く、ＨＣ浄化（酸化）が効果的に行われていないことが分かるが、更に運転時間が経過したとき（暖機運転の後半）にはＨＣ排出濃度が比較的低く、ＨＣ浄化（酸化）が効果的に行われていることが分かる。
【００２９】
上述するように貴金属の担持濃度によって、運転開始初期に有利なＨＣ吸着触媒となるか、また、運転開始から所定期間経過後に有利なＨＣ吸着触媒となるか、分かれるが、いずれのＨＣ吸着触媒であっても、テスト期間内の全ＨＣ浄化量はほぼ同じであった（図５を参照。）。
【００３０】
上述する結果は、触媒中の酸素の使われ方が異なるためと考えられる。すわなち、担持濃度が高い５ｇ／ｌのＨＣ吸着触媒では、触媒の入口側でＨＣの脱離が開始される暖機運転前半に貴金属の濃度の高さから効果的にＨＣ浄化（酸化）が行われる結果、触媒の出口側で脱離が開始される暖気運転後半で入口側の酸素消費によりＯＳＣの酸素ストレージが活発なため出口側で酸素欠乏状態となり、ＨＣ浄化（酸化）が効果的に行われない結果となったと考えられる。
【００３１】
一方、担持濃度が低い３ｇ／ｌのＨＣ吸着触媒では、暖機運転前半には触媒濃度の低さからＨＣ浄化（酸化）が効果的に行われない結果、５ｇ／ｌと比較して浄化率は劣るが、暖機運転後半では入口側で消費されていない残存する酸素で出口側に酸素が供給され、ＨＣ浄化（酸化）が効果的に行われる結果となったと考えられる。
【００３２】
したがって、高効率のＨＣ浄化性能を有するＨＣ吸着触媒とするためには、貴金属の担持濃度と酸素の残存量との関係が重要となる。更に、触媒の製造コストを低減させるためにも、単に貴金属触媒の担持濃度を大きくするだけではなく、貴金属触媒についてもその担持構造を最適なものとする必要がある。
【００３３】
そこで、本実施形態に係るＨＣ吸着触媒では、上述するＯＳＣ剤及び貴金属触媒の担持構造とした。すなわち、ＯＳＣ剤については触媒の後段ほど多く担持させ、触媒出口側の酸素欠乏を解消し、貴金属触媒については触媒の前段ほど多く担持させ、浄化効率を向上させた。
【００３４】
このような担持構造とすることにより、図４において、本発明の指す浄化特性カーブから分かるように、暖気運転前半から後半まで、従来のＨＣ吸着触媒よりも高い浄化性能を有するＨＣ吸着触媒とすることができた（図５を参照。）。
【００３５】
一般的に、触媒前段のＯＳＣ剤による酸素貯蔵により、触媒の後段ほど、ＯＳＣ剤の酸素貯蔵量が減って酸素欠乏状態を招くが、ＯＳＣ剤を触媒の後段ほど多く担持させることにより、後段の酸素貯蔵量を確保することができ、ＨＣ脱離時の酸化用酸素が不足することを防ぐことができる。また、貴金属触媒を触媒の前段ほど多く担持させることにより、触媒の前段付近では高い貴金属担持濃度のため、早期に着火して脱離したＨＣを浄化することができる。
【００３６】
本実施形態に係る排気ガス浄化装置とすることにより、ＨＣ吸着剤から脱離するＨＣを浄化するのに十分な酸素を確保することができ、また、高価な貴金属を効率よく使用することができる。また、酸素不足を補うため、多量のＯＳＣ剤を担持させる方法に対して、本実施形態のように効率的な担持形態とすることにより、ＯＳＣ剤の使用量を抑制して、触媒の劣化を防ぐことができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、貴金属触媒及びＯＳＣ剤の担持構造について、図３に示すように、触媒入口側から出口側に亘って滑らかに変化する濃度勾配としたが、段階的に変化させるようにしてもよい。また、図２に示すように、担体１３ａの表面にＨＣ吸着層１３ｂと三元触媒層１３ｃを積層した構造としたが、各層を構成する材料を混合して、担体１３ａの表面に担持させてもよい。また、積層をＨＣ吸着層１３ｂと三元触媒層１３ｃを入れ換えて担持したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置内のＨＣ吸着触媒を示す概略断面構造図である。
【図３】ＨＣ吸着触媒における貴金属及びＯＳＣ剤の担持濃度を示すグラフである。
【図４】ＨＣ吸着触媒における貴金属の担持量を変化させたときの排出ＨＣ濃度を示すグラフである。
【図５】本発明の効果を排出ＨＣ量で示したグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１００  エンジン
１０１  排気通路
１０  排気ガス浄化装置
１１  ケーシング
１２  三元触媒
１３  ＨＣ吸着触媒
１３ａ  担体
１３ｂ  ＨＣ吸着層
１３ｃ  三元触媒層（ＯＳＣ剤を含む）
【図１】
2006006995.tif 000003
【図２】
2006006995.tif 000004
【図３】
2006006995.tif 000005
【図４】
2006006995.tif 000006
【図５】
2006006995.tif 000007