(57)【要約】【課題】希薄燃焼排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる排気浄化システムを提供すること。【解決手段】排気浄化システム１は、内燃機関２の排気を浄化する排気浄化システム１であって、酸化物から構成される担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第１触媒を有する第１触媒部１１と、第１触媒部の下流に配置され、酸化物から構成される前記第１触媒の担体よりも酸性度が高い担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第２触媒を有する第２触媒部１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムであって、
酸化物から構成される担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第１触媒を有する第１触媒部と、
前記第１触媒部の下流に配置され、酸化物から構成される前記第１触媒の担体よりも酸性度が高い担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第２触媒を有する第２触媒部と、を備える排気浄化システム。
【請求項２】
前記第１触媒又は前記第２触媒の少なくともいずれかは、担体上に担持された貴金属としてさらにＰｄを含む、請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
前記第１触媒の担体は、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３、及びＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記第２触媒の担体は、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、及びＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３からなる群より選択される少なくとも１つである請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記第１触媒部及び前記第２触媒部は、いずれもＮＯｘ吸蔵還元触媒をさらに有し、
前記第２触媒部の単位体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量は、前記第１触媒部の体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量よりも大きい請求項１から３のいずれかに記載の排気浄化システム。
【請求項５】
前記第１触媒及び前記第２触媒に含まれる前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の担体は、いずれもＢａＯ及びＣｅＯ２を含み、
前記第１触媒に含まれるＮＯｘ吸蔵還元触媒のＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量比率は、前記第２触媒に含まれる前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量比率より高い請求項４のいずれかに記載の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気から、パラフィンとアロマ成分等が含まれる炭化水素を浄化する必要がある。パラフィンは、浄化難易度が高く、浄化性能向上のための方法が検討されている。特に、パラフィンは内燃機関が希薄燃焼する場合に多く排出されるので、内燃機関が希薄燃焼する場合に問題となる。また、内燃機関の希薄燃焼に伴って、一酸化炭素の排出が問題となる場合もある。さらに、希薄燃焼をおこなう内燃機関においては、酸素過剰雰囲気となるため、ＮＯｘの浄化が困難であることも問題である。
【０００３】
そこで、貴金属としてＰｔを含む酸性担体によるパラフィン浄化が検討されている。また、Ｐｔだけでなく他の貴金属を更に含んだ酸性担体による一酸化炭素の浄化が検討されている。
【０００４】
例えば、基材上に設けられた上下二層の触媒層を有し、上層は、触媒金属としてＰｔ及びＲｈを含有するとともに、触媒金属を担持する酸化物担体を含有し、下層は、触媒金属としてＰｄを含有し且つＲｈを含有しないとともに、触媒金属を担持する酸化物担体を含有する、排気浄化用触媒が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２２０４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いた場合であっても、触媒層の耐熱性が問題となる場合がある。具体的には、パラフィンの浄化に対しては温度が高いほど活性が高いため、排気が高温となる位置（例えば、エンジンに近い位置）に配置したいところであるが、排気が高温であると性能が熱劣化してしまう。一方で、排気が低温である位置（例えば、エンジンから遠い位置）では、活性が低くなり性能が劣化してしまう。そのため、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できるように改良の余地がある。
【０００７】
本発明は、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる排気浄化システム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】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムであって、酸化物から構成される担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第１触媒を有する第１触媒部と、前記第１触媒部の下流に配置され、酸化物から構成される前記第１触媒の担体よりも酸性度が高い担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第２触媒を有する第２触媒部と、を備える排気浄化システムを提供する。
【０００９】
第１触媒の担体は、第２触媒の担体よりも酸性度の低い酸化物から構成される。第１触媒の担体は、酸性度が低いが、高い耐熱性を有し、高い浄化活性を維持できる。また、第２触媒の担体は、第１触媒の担体よりも酸性度の高い酸化物から構成される。第２触媒の担体は、酸性度が高いため、高い触媒活性を有する。
酸性度が低い第１触媒を排気浄化システムの上流に配置することで、排気が高温であっても、触媒性能の熱劣化を抑制できる。また、酸性度が高い第２触媒を排気浄化システムの下流に配置することで、特にパラフィンの浄化率を向上させることができる。従って、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる。
【００１０】
この場合、前記第１触媒又は前記第２触媒の少なくともいずれかは、担体上に担持された貴金属としてさらにＰｄを含むことが好ましい。第１触媒又は第２触媒の少なくともいずれかがＰｄを含むことにより、排気中の炭化水素を効果的に浄化することができる。
【００１１】
この場合、前記第１触媒の担体は、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３、及びＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１つであり、前記第２触媒の担体は、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、及びＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３からなる群より選択される少なくとも１つであることが好ましい。列挙した材料が用いられることで、上述の作用効果が奏される。
【００１２】
この場合、前記第１触媒部及び前記第２触媒部は、いずれもＮＯｘ吸蔵還元触媒をさらに有し、前記第２触媒部の単位体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量は、前記第１触媒部の体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量よりも大きいことが好ましい。
【００１３】
第１触媒部は、排気中のＨＣを優先して浄化し、第２触媒部は、排気中のＮＯｘを優先して浄化することで、排気浄化システム全体として、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる。
【００１４】
この場合、前記第１触媒及び前記第２触媒に含まれる前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、いずれもＢａＯ及びＣｅＯ２を含み、前記第１触媒に含まれるＮＯｘ吸蔵還元触媒のＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量比率は、前記第２触媒に含まれる前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量比率より高いことが好ましい。これにより、排気浄化システム全体として、排気中の窒素酸化物を効果的に浄化できる。ＢａＯは高温吸蔵能、ＣｅＯ２は低温吸蔵能に優れていることからこのような配置が適切である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化システム１を示す模式図である。
【図２】Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２を触媒として用いた場合のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性をＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２の構成比率毎にＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３と比較した図である。
【図３】ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を触媒として用いた場合のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性をＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３の構成比率毎にＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２と比較した図である。
【図４】Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３を触媒として用いた場合のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性をＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３の構成比率毎にＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２と比較した図である。
【図５】ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を触媒として用いた場合の４５０℃におけるＨＣ平均浄化率ＨＣ−η４５０（％）をＡｌ２Ｏ３と比較した図である。
【図６】貴金属としてＰｔ、Ｐｄを含んだ酸化物から構成される担体のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性を貴金属の構成比率毎に比較した図である。
【図７】貴金属としてＰｔ、Ｐｄを含んだ酸化物から構成される担体の３５０℃におけるＨＣ平均浄化率ＨＣ−η３５０（％）を貴金属の構成比率毎に比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化システム１を示す模式図である。本実施形態においては、排気浄化システム１は、空燃比をリーン及びストイキに制御して運転される内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）用のシステムである。排気浄化システム１は、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）の排気に含まれる炭化水素（以下、ＨＣともいう）を浄化すると共に、窒素酸化物（以下、ＮＯｘともいう）及び一酸化炭素を浄化する。
【００１９】
排気浄化システム１は、図１に示すように、内燃機関２の出口に接続される排気流路３の上流から下流に向けて第１触媒部１１と、第２触媒部１２とを備える。本実施形態においては、内燃機関２と第１触媒部１１との間には、三元触媒部１０が配置される。なお、本明細書において、上流及び下流は、排気浄化システム１における相対的な位置関係を示す。
【００２０】
三元触媒部１０は、排気の空燃比がストイキ近傍に制御されると、高効率で排気中のＨＣ、ＮＯｘ、一酸化炭素を浄化する三元触媒を備える。また、三元触媒は、排気の空燃比がリーン雰囲気であっても、ＨＣ及びＣＯを浄化する。三元触媒の調製方法については、特に限定されず、従来公知の方法により調製することができる。
【００２１】
第１触媒部及び第２触媒部は、それぞれ支持体によって担持され、酸化物から構成される担体を有する第１触媒及び第２触媒を備える。また、第１触媒及び第２触媒は、当該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む。
【００２２】
本実施形態に係る第１触媒及び第２触媒は、従来公知の方法により調製される。例えば、各触媒の構成材料を含むスラリーを調製し、そこにハニカム支持体を浸漬させた後、乾燥して焼成することで得られる。第１触媒及び第２触媒の支持体としては、例えばコージェライト製のハニカム支持体が好ましく用いられる。
【００２３】
第１触媒の担体は、第２触媒の担体よりも酸性度の低い酸化物から構成される。第１触媒の担体は、酸性度が低いが、高い耐熱性を有する。また、第２触媒の担体は、第１触媒の担体よりも酸性度の高い酸化物から構成される。第２触媒の担体は、酸性度が高いため、高い触媒活性を有する。なお、本明細書において、「酸性度が高い」とは、触媒のＮＨ３−ＴＰＤ法（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ：昇温脱離法）によって得られる酸量が大きいことを意味する。そのため、本実施形態においては、第２触媒の担体は、第１触媒の担体よりもＮＨ３−ＴＰＤ法によって得られる酸量が大きい。
【００２４】
また、第１触媒及び第２触媒は、複合酸化物であってもよい。この場合、例えば、第１触媒の担体は、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３、又はＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３の少なくともいずれかを含んでもよい。これに対し、第２触媒の担体は、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、又はＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３の少なくともいずれかを含んでもよい。
なお、本明細書において、酸化物Ａ−酸化物Ｂの表記は、酸化物Ａと酸化物Ｂとの複合酸化物を意味し、例えば、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２は、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２との複合酸化物を意味する。
【００２５】
また、第１触媒及び第２触媒は１種類の担体を備えてもよく、２種類以上の担体を備えてもよい。
【００２６】
第１触媒又は第２触媒の少なくともいずれかは、貴金属としてＰｄを含む。Ｐｄは、排ガス中の炭化水素に含まれるパラフィンが低濃度（１００ｐｐｍ以下）の条件においては、パラフィンを浄化するのに効果的である。より効果的にパラフィンを浄化するためには、第１触媒により一定量の炭化水素が浄化され、炭化水素濃度が低くなった排ガスが流入する第２触媒に貴金属としてＰｄを含ませることが好ましい。なお、第１触媒及び第２触媒は、Ｐｄ以外の貴金属を含んでもよい。
【００２７】
また、本実施形態においては、第１触媒部１１及び第２触媒部１２は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を更に備える。ＮＯｘ吸蔵還元は、排気に含まれるＮＯｘをリーン中に吸蔵しリッチ中に還元することにより浄化する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒上に、酸性度が高い又は低い酸化物から構成される担体が積層される。つまり、同一の支持体に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の層と、酸性度が高い又は低い酸化物から構成される担体の層が積層される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の調製方法については、特に限定されず、従来公知の方法により調製することができる。
【００２８】
また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は複数の吸蔵材を有するものであってもよい。本実施形態においては、第１触媒部１１及び前記第２触媒部１２が備えるＮＯｘ吸蔵還元触媒は、いずれも複数の吸蔵材を有し、これらの吸蔵材は、ＢａＯ及びＣｅＯ２によって構成される。
【００２９】
また、第２触媒部１２の単位体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量は、第１触媒部１１の単位体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量よりも大きいことが好ましい。これにより、第１触媒部は、排気中のＨＣを優先して浄化でき、第２触媒部は、排気中のＮＯｘを優先して浄化できる。従って、排気浄化システム１全体として、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる。
【００３０】
上記構成を備える本実施形態に係る排気浄化システム１の作用効果について、以下に詳しく説明する。
第１触媒の担体について、図２〜図４を用いて説明する。
図２は、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２を触媒として用いた場合のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性をＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２の構成比率毎にＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３と比較した図である。
【００３１】
図２に示すように、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２は、酸化物元素の全質量に対してＡｌ２Ｏ３が３０質量％〜１００質量％の範囲であれば、温度によらずＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３よりも高いＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示し、５０質量％〜９５質量％の範囲で、更に高いＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示す。
【００３２】
図３は、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を触媒として用いた場合のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性をＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３の構成比率毎にＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２と比較した図である。
【００３３】
図３に示すように、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３は、酸化物元素の全質量に対してＳｉＯ２が１０質量％〜２２質量％の範囲であれば、３５０℃以上の温度においてＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２よりも高いＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示し、１５質量％〜３０質量％の範囲であれば、３００℃以上の温度においてＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２よりも高いＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示す。
【００３４】
図４は、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３を触媒として用いた場合のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性をＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３の構成比率毎にＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２と比較した図である。
【００３５】
図４に示すように、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３は、酸化物元素の全質量に対してＷＯ３が１５質量％〜４０質量％の範囲であれば、３５０℃以上の温度においてＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２よりも高いＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示し、１５質量％〜３０質量％の範囲であれば、温度によらずＡｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２よりも高いＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示す。
【００３６】
第２触媒の担体について、図５を用いて説明する。
図５は、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を触媒として用いた場合の４５０℃におけるＨＣ平均浄化率ＨＣ−η４５０（％）をＡｌ２Ｏ３と比較した図である。なお、これらの酸化物から構成される担体は、いずれも貴金属としてＰｔを含む。
【００３７】
図５に示すように、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３は、いずれもＡｌ２Ｏ３よりも高いＨＣ平均浄化率ＨＣ−η４５０（％）を示す。これは、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３がいずれもＡｌ２Ｏ３よりも高い酸性度を示すことによると考えられる。
【００３８】
第１触媒及び第２触媒に含まれる貴金属について、図６及び図７を用いて説明する。
図６は、貴金属としてＰｔ、Ｐｄを含んだ酸化物から構成される担体のＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）の温度特性を貴金属の構成比率毎に比較した図である。なお、図中に示されたＰｄ／Ｐｔの表記はＰｄとＰｔとの物質量比を示す。
【００３９】
図６に示すように、Ｐｄ／Ｐｔを１／５とした担体は、Ｐｔのみを含む担体よりも、温度によらず高いＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示す。また、Ｐｄ／Ｐｔを１／１とした担体は、Ｐｔのみを含む担体よりも、温度によらずＨＣ平均浄化率ηＨＣ（％）を示す。これらのことから、酸化物から構成される担体は貴金属としてＰｔを含んでいることが好ましく、物質量比でＰｄ／Ｐｔが０〜１／５となるようにＰｄを含んでいることがより好ましいと考えられる。
【００４０】
図７は、貴金属としてＰｔ、Ｐｄを含んだ酸化物から構成される担体の３５０℃におけるＨＣ平均浄化率ＨＣ−η３５０（％）を貴金属の構成比率毎に比較した図である。
【００４１】
図７に示すように、酸化物元素の全質量に対してＰｄが０質量％〜４０質量％の範囲で含まれる担体は、Ｐｔのみを含む担体よりも、ＨＣ平均浄化率ＨＣ−η３５０（％）を示す。
【００４２】
貴金属としてＰｔを含む第１触媒及び第２触媒のエージング温度について表１を用いて説明する。
表１は、貴金属としてＰｔを含む担体と、エージング温度と、担体の３５０℃におけるＨＣ平均浄化率ＨＣ−η３５０（％）との関係をまとめた表である。具体的には、貴金属としてＰｔを含む担体とそのエージング温度を表１に示すように組み合わせ、それぞれの担体に対しての３５０℃におけるＨＣ平均浄化率ＨＣ−η３５０（％）を測定し、結果をまとめた表である。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１に示すように、組み合わせ１（担体：Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３、エージング温度：９５０℃）のＨＣ平均浄化率η３００℃（％）は、組み合わせ２（担体：ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、エージング温度：９５０℃）の値を上回る。また、組み合わせ３（担体：Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３、エージング温度：７５０℃）のＨＣ平均浄化率η３００℃（％）は、組み合わせ４（担体：ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、エージング温度：７５０℃）の値を下回る。
【００４５】
この結果から、上流触媒では、酸性度が低い酸化物であっても高い耐熱性を有する担体を選定することで、ＨＣ浄化率が高くなると考えられる。また、下流触媒では、耐熱性が低くても酸性度が高い酸化物から構成される担体は、高い触媒活性を示すので、ＨＣ浄化率が高くなると考えられる。つまり、排気浄化システム１において、上流に酸性度が低い酸化物から構成される担体を有する第１触媒を配置し、下流に酸性度が高い酸化物から構成される担体を有する第２触媒を配置することで、排気浄化システム１全体としてのＨＣ浄化率が高くなると考えられる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態における排気浄化システム１は、内燃機関２の排気を浄化する排気浄化システム１であって、酸化物から構成される担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第１触媒を有する第１触媒部１１と、第１触媒部１１の下流に配置され、酸化物から構成される前記第１触媒の担体よりも酸性度が高い担体と、該担体上に担持された貴金属として少なくともＰｔを含む第２触媒を有する第２触媒部１２と、を備える。
【００４７】
第１触媒の担体は、第２触媒の担体よりも酸性度の低い酸化物から構成される。第１触媒の担体は、酸性度が低いが、高い耐熱性を有する。また、第２触媒の担体は、第１触媒の担体よりも酸性度の高い酸化物から構成される。第２触媒の担体は、酸性度が高いため、高い触媒活性を有する。
酸性度が低い第１触媒を排気浄化システムの上流に配置することで、排気が高温であっても、触媒性能の熱劣化を抑制できる。また、酸性度が高い第２触媒を排気浄化システムの下流に配置することで、特にパラフィンの浄化率を向上させることができる。従って、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる。
【００４８】
また、第１触媒又は第２触媒の少なくともいずれかは、担体上に担持された貴金属としてさらにＰｄを含む。第１触媒又は第２触媒の少なくともいずれかがＰｄを含むことにより、排気中の炭化水素を効果的に浄化することができる。
【００４９】
また、第１触媒の担体は、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３、及びＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３からなる群より選択される少なくとも１つであり、第２触媒の担体は、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、及びＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３からなる群より選択される少なくとも１つである。列挙した材料が用いられることで、上述の作用効果が奏される。
【００５０】
また、第１触媒部及び前記第２触媒部は、いずれもＮＯｘ吸蔵還元触媒をさらに有し、
前記第２触媒部の単位体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量は、前記第１触媒部の体積あたりのＮＯｘ吸蔵還元触媒の質量よりも大きい。第１触媒部１１は、排気中のＨＣを優先して浄化し、第２触媒部１２は、排気中のＮＯｘを優先して浄化することで、排気浄化システム１全体として、排気中の炭化水素と窒素酸化物を効果的に浄化できる。
【００５１】
また、第１触媒及び前記第２触媒に含まれるＮＯｘ吸蔵還元触媒の担体は、いずれもＢａＯ及びＣｅＯ２を含み、第１触媒に含まれるＮＯｘ吸蔵還元触媒のＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量比率は、第２触媒に含まれる前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量比率より高い。これにより、排気浄化システム全体１として、排気中の窒素酸化物を効果的に浄化できる。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
【実施例】
【００５３】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５４】
＜実施例１＞
貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３を含む担体を排気浄化システム１の上流に配置した。また、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３を含む担体を排気浄化システム１の下流に配置した。これらの触媒の組み合わせを実施例１とした。
【００５５】
＜実施例２＞
貴金属としてＰｔを含み、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を含む担体を排気浄化システム１の上流に配置した。また、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３を含む担体を排気浄化システム１の下流に配置した。これらの触媒の組み合わせを実施例２とした。
【００５６】
＜実施例３＞
貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２を含む担体を排気浄化システム１の上流に配置した。また、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−Ｙ２Ｏ３−ＷＯ３を含む担体を排気浄化システム１の下流に配置した。これらの触媒の組み合わせを実施例３とした。
【００５７】
＜実施例４＞
貴金属としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈを含み、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体から構成されるＮＯｘ層を第１触媒の体積１Ｌに対して１００ｇ積層した。さらに、貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３を含む担体を第１触媒の体積１Ｌに対して２００ｇ積層した。この担体を排気浄化システム１の上流に配置した。
貴金属としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈを含み、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体から構成されるＮＯｘ層を第２触媒の体積１Ｌに対して２００ｇ積層した。さらに、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３を含む担体を第２触媒の体積１Ｌに対して１００ｇ積層した。この担体を排気浄化システム１の下流に配置した。
これらの触媒の組み合わせを実施例４とした。
【００５８】
＜実施例５＞
貴金属としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈを含み、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体から構成されるＮＯｘ層を第１触媒の体積１Ｌに対して２００ｇ積層した。さらに、貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３を含む担体を第１触媒の体積１Ｌに対して１００ｇ積層した。この担体を排気浄化システム１の上流に配置した。
貴金属としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈを含み、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体から構成されるＮＯｘ層を第２触媒の体積１Ｌに対して１００ｇ積層した。さらに、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３を含む担体を第２触媒の体積１Ｌに対して２００ｇ積層した。この担体を排気浄化システム１の下流に配置した。
これらの触媒の組み合わせを実施例５とした。
【００５９】
＜実施例６＞
第１触媒を、貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体により、ＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量の比率が０．５となるように構成した。この担体を排気浄化システム１の上流に配置した。
第２触媒を、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体により、ＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量の比率が０．２となるように構成した。この担体を排気浄化システム１の下流に配置した。
これらの触媒の組み合わせを実施例６とした。
【００６０】
＜実施例７＞
第１触媒を、貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体により、ＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量の比率が０．２となるように構成した。この担体を排気浄化システム１の上流に配置した。
第２触媒を、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＢａＯを含む担体により、ＣｅＯ２の質量に対するＢａＯの質量の比率が０．５となるように構成した。この担体を排気浄化システム１の下流に配置した。
これらの触媒の組み合わせを実施例７とした。
【００６１】
＜比較例１＞
実施例１の上流に配置された担体と上流に配置された担体との配置を入れ替えて、比較例１とした。
つまり、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２−ＳｉＯ２−ＣｅＯ２−ＷＯ３を含む担体を排気浄化システム１の下流に配置した。また、貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２−ＷＯ３を含む担体を排気浄化システム１の上流に配置した。これらの触媒の組み合わせを比較例１とした。
【００６２】
＜比較例２＞
貴金属としてＰｔを含み、Ａｌ２Ｏ３を含む担体を排気浄化システム１の上流に配置した。また、貴金属としてＰｔを含み、ＺｒＯ２を含む担体を排気浄化システム１の下流に配置した。これらの触媒の組み合わせを比較例２とした。
【００６３】
＜リーン雰囲気におけるＨＣ浄化性能評価＞
実施例１〜５及び比較例１、２に対して、エージングを実施した。エージングは、第一触媒は９５０℃、第二触媒は７５０℃にて実施した。
実施例１〜５及び比較例１、２のＨＣ平均浄化率について、ＨＣ浄化性能評価を実施した。具体的には、３００℃のＨＣ浄化率η３００℃（％）を求めた。なお、ＨＣ浄化率の評価条件は以下の通りとした。評価結果を表２に示した。
【００６４】
［評価条件］
モデルガス組成：ＣＯ＝０．５％、Ｃ５Ｈ１２＝１５００ｐｐｍＣ、Ｃ３Ｈ６  ３００ｐｐｍＣ、Ｃ７Ｈ８  １５００ｐｐｍＣ、ＮＯ＝７０ｐｐｍ、Ｏ２＝７％、ＣＯ２＝８％、Ｈ２Ｏ＝７％、Ｎ２＝バランスガス
線速度ＳＶ：１００，０００／時
温度：３００℃
【００６５】
＜リーン雰囲気におけるＮＯｘ浄化性能評価＞
実施例４〜７に対して、ＮＯｘ浄化性能評価を行った。なお、実施例４、５に関しては上述の通りＨＣ浄化性能評価も行った。
実施例４〜７に対して、エージングを実施した。エージングは、第１触媒は９５０℃、第２触媒は７５０℃にて実施した。
実施例４〜７のＮＯｘ浄化率について、ＮＯｘ浄化性能評価を実施した。具体的には、３００℃におけるリーンリッチサイクル試験において５サイクルのＮＯｘ平均浄化率η３００℃（％）を求めた。なお、測定前にリッチ雰囲気のガスを流通させることにより、触媒に吸着しているＮＯｘを全て脱離させた。また、ＮＯｘ浄化率の評価条件は以下の通りとした。評価結果を表２に示した。
【００６６】
［評価条件］
モデルガス組成：
リーン：ＣＯ＝Ｃ３Ｈ８＝５００ｐｐｍＣ、ＮＯ＝２００ｐｐｍ、Ｏ２＝６．５％、ＣＯ２＝８％、Ｈ２Ｏ＝７％、Ｎ２＝バランスガス
リッチ：ＣＯ＝０．５５％、Ｃ３Ｈ６＝２０００ｐｐｍ、ＮＯ＝５００ｐｐｍ、ＣＯ２＝８％、Ｈ２Ｏ＝７％、Ｎ２＝バランスガス
上記リーン５５秒、リッチ５秒の繰り返し５サイクルの平均浄化率を指標とした。
線速度ＳＶ：１００，０００／時
温度：３００℃
【００６７】
【表２】
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【００６８】
表２に示す通り、実施例１〜３は比較例１、２と比較して、高いＨＣ平均浄化率η３００℃を示すことが分かった。この結果から、第２触媒は、第１触媒の下流に配置され、第２触媒の担体は、第１触媒の担体よりも酸性度が高いことにより、ＨＣ平均浄化率が向上することが確認された。
【００６９】
また、実施例４は実施例５と比較して、高いＨＣ平均浄化率η３００℃を示すと共に、高いＮＯｘ平均浄化率η３００℃（％）を示すことが分かった。この結果から、第１触媒部１１は、排気中のＨＣを優先して浄化し、第２触媒部１２は、排気中のＮＯｘを優先して浄化することで、排気浄化システム１全体として、排気中の炭化水素および窒素酸化物を効果的に浄化できることが確認された。
【００７０】
また、実施例６のように上流触媒のＢａＯの比率を高くした場合には、実施例７のように下流触媒のＢａＯの比率を高くした場合と比較して、高いＮＯｘ浄化率（％）を示すことが分かった。この結果から、第１触媒のＮＯｘ触媒層におけるＢａＯの比率（ＢａＯ／ＣｅＯ２）を高くし、第２触媒のＮＯｘ触媒層におけるＢａＯの比率（ＢａＯ／ＣｅＯ２）を低くすることで、排気浄化システム１全体としてのＮＯｘ浄化率が高できることが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１  排気浄化システム
２  内燃機関
１１  第１触媒
１２  第２触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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