(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に該エンジンによって駆動される発電機から電気の供給を受ける電気ヒータ付きの第１触媒が設けられているとともに、該第１触媒よりも下流側の排気通路に、Ｐｄを主成分として含有しＲｈを副成分として含有する第２触媒が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒がさらにＰｔを副成分として含有することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒のＰｄ担持量とＲｈ担持量との重量比Ｐｄ／Ｒｈが
５≦Ｐｄ／Ｒｈ≦３０であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項２に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒のＰｔ担持量及びＲｈ担持量の合計とＰｄ担持量との重量比Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）が１５／４≦Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）≦５１／４であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒における空間速度が２０００００ｈ-1以下であ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス浄化装置として、該エンジンの排気通路に排気ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＣＯ（一酸化炭素）を同時に浄化する三元触媒を設けたものは一般に知られている。例えば、特開平４−２２７０７号公報には、メタル担体上にＰｔ、Ｐｄ及びＲｈを担持させるとともに、該メタル担体の前側においてＰｔ、Ｐｄ及びＲｈの上にＣｕ／ゼオライト構造のウォッシュコート層を形成したものが記載されている。このものはＰｔ、Ｐｄ及びＲｈによって三元触媒機能を得るとともに、前側のＣｕ／ゼオライト層によって空燃比リーン時のＮＯｘの浄化率を高めようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＰｔを主成分とする三元触媒は、空間速度（以下、必要に応じて、これをＳＶ値という）が１０００００ｈ-1以下であるときは排気ガス温度が低くとも比較的高いＨＣ浄化率を示すが、該ＳＶ値がそれよりも高くなると、期待する低温活性が得られず、ＨＣ浄化率が低くなるという問題がある。従って、エンジン冷間時のＨＣ浄化率を高めるべく、電気ヒータ付きの触媒を別途設け、該電気ヒータをエンジンによって駆動される発電機で作動させるようにした場合、該電気ヒータの作動に必要な電力の確保のためにエンジン回転数が高くなって排気ガス量が増大し、期待するほどにはＨＣ浄化率が高くならない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題に対して種々の実験・研究を行なった結果、活性種Ｐｔは上記ＳＶ値の高低によって浄化特性が大きく変化するものの、活性種Ｐｄは上記ＳＶ値の高低にあまり影響されないこと、従って、活性種の主成分をＰｄとする触媒と上記電気ヒータ付き触媒とを組み合わせれば、この電気ヒータの作動によって排気ガス流量が多くなっても、つまりはＳＶ値が高くなってもＨＣ浄化率が大きく低下することがないことを見出だし、本発明を完成するに至ったものである。以下、特許請求の範囲の各請求項に係る発明について具体的に説明する。
【０００５】
＜請求項１に係る発明＞
この発明は、エンジンの排気通路に該エンジンによって駆動される発電機から電気の供給を受ける電気ヒータ付きの第１触媒が設けられているとともに、該第１触媒よりも下流側の排気通路に、Ｐｄを主成分として含有しＲｈを副成分として含有する第２触媒が設けられていることを特徴とする排気ガス浄化装置である。
【０００６】
当該発明において、第２触媒の活性種Ｐｄは触媒低温時における排気ガス中の主としてＨＣ及びＣＯの浄化に寄与し、活性種Ｒｈは排気ガス中のＮＯｘの分解及び触媒の耐熱性向上に寄与する。しかして、エンジン始動時や外気温が低い時のように触媒温度が低いときに、第１触媒の電気ヒータを作動させると、エンジン回転数が上昇して排気ガス量が増大しＳＶ値が高くなる。しかし、上記第２触媒の活性種ＰｄはＳＶ値の高低の影響をそれほど受けないから、電気ヒータを作動させたにも拘らずＨＣ浄化率が大きく低下してしまうことがない。
【０００７】
＜請求項２に係る発明＞
この発明は、上記請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒がさらにＰｔを副成分として含有することを特徴とする。
【０００８】
当該発明においては、Ｐｔを活性種として含むから触媒温度が高いときのＨＣ浄化率の向上に有利になる。
【０００９】
＜請求項３に係る発明＞
この発明は、上記請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒のＰｄ担持量とＲｈ担持量との重量比Ｐｄ／Ｒｈが
５≦Ｐｄ／Ｒｈ≦３０であることを特徴とする。
【００１０】
上記Ｐｄは活性種の主成分であり、その量が相対的に少なければ高ＳＶ値時に高いＨＣ浄化率を確保することが難しくなり、また、その量が高くなり過ぎてもＨＣ浄化率の大きな向上は望めない。そのために、当該発明では上記重量比
Ｐｄ／Ｒｈを上記範囲に定めているものである。
【００１１】
＜請求項４に係る発明＞
この発明は、上記請求項２に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒のＰｔ担持量及びＲｈ担持量の合計とＰｄ担持量との重量比Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）が１５／４≦Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）≦５１／４であることを特徴とする。
【００１２】
当該発明は、活性種としてＰｄ、Ｐｔ及びＲｈの３種を含む場合のこれら活性種の重量比を規定したものであり、上記請求項３に係る発明と同様の趣旨から
Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）を上記範囲に定めているものである。
【００１３】
＜請求項５に係る発明＞
この発明は、上記請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記第２触媒における空間速度が２０００００ｈ-1以下であることを特徴とする。
【００１４】
上記請求項１乃至請求項４の各発明においては、２０００００ｈ-1という高いＳＶ値であっても所期の効果を奏する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、電気ヒータ付きの第１触媒の下流側に第２触媒を設けた排気ガス浄化装置において、該第２触媒の活性種の主成分をＰｄとしたから、エンジン冷間時など触媒温度が低いときに電気ヒータの作動によってエンジン回転数が上昇し、排気ガス量が増大してＳＶ値が高くなっても、所期の高いＨＣ浄化率を確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜排気ガス浄化装置の構成＞
図１に示す自動車エンジンの排気ガス浄化装置において、１はエンジンの排気管、２は自動車のアンダーフロア（車室床下）において排気管１に接続された触媒コンバータであり、該触媒コンバータ２に電気ヒータ付きの第１触媒３、電気ヒータを備えない第２触媒４及び第３触媒５，５が上流側から順に収容されている。
【００１７】
上記第１触媒３の触媒本体は、ハニカム状担体（メタル担体）に、Ｐｔ及びＲｈを担持したアルミナ層が形成されてなるものであり、この触媒本体にエンジンによって駆動される発電機から電気の供給を受ける電気ヒータが付設されている。上記触媒本体は、担体の容量が０．０４Ｌ、活性種Ｐｔ及びＲｈの担持量の重量比がＰｔ：Ｒｈ＝５：１であり、ＰｔとＲｈとを合わせた担持量が１．６ｇ／Ｌ（担体１Ｌあたり１．６ｇ）である。
【００１８】
上記第２触媒４は、コージェライト製のハニカム状モノリス担体に、Ｐｄ、
Ｐｔ及びＲｈを担持したアルミナ層が形成されてなるものである。この担体の容量は０．４Ｌ、活性種Ｐｄ、Ｐｔ及びＲｈの担持量の重量比がＰｄ：Ｐｔ：Ｒｈ＝２６：３：１であり、これらの活性種を合わせた担持量が８．０ｇ／Ｌである。
【００１９】
上記第３触媒５，５は、コージェライト製のハニカム状モノリス担体に、Ｐｔ及びＲｈを担持したアルミナ層が形成されてなるものである。この担体の容量は当該２つの触媒５，５を合わせて２．３Ｌ、活性種Ｐｔ及びＲｈの担持量の重量比がＰｔ：Ｒｈ＝５：１であり、これらの活性種を合わせた担持量が１．６ｇ／Ｌである。
【００２０】
＜上記排気ガス浄化装置の評価＞
排気量２５００ｃｃのＶ型６気筒エンジンの排気通路に上記排気ガス浄化装置を接続し、自動車をＹ１モードで運転し、ＳＶ＝１０００００ｈ-1のときのＨＣ浄化率と、ＳＶ＝２０００００ｈ-1（上記第２触媒４として容量０．２Ｌのものを用いることによって、ＳＶ＝２０００００ｈ-1とした）のときのＨＣ浄化率とを測定した。また、比較のために、上記第２触媒４の活性種をＰｔ及びＲｈとし、その重量比をＰｔ：Ｒｈ＝５：１、Ｐｔ及びＲｈを合わせた担持量を１．６ｇ／Ｌとする他は上記実施例と同じ構成とした排気ガス浄化装置について、同様の測定を行なった。結果は表１に示されている。
【００２１】
【表１】
0003777632.tif 000002
【００２２】
実施例の場合はＳＶ＝１０００００ｈ-1のときとＳＶ＝２０００００ｈ-1のときのＨＣ浄化率の差が小さいのに対し、比較例ではその差が大きい。これから、第２触媒４においてＰｄを主活性種として採用すると、ＳＶ値の影響をあまり受けず、高いＨＣ浄化率が得られることがわかる。
【００２３】
＜第２触媒の種類についての検討＞
上記第２触媒４の最適な活性種の組み合わせを検討するために、次の例１〜例３の触媒を準備し、ＳＶ＝５００００〜３０００００ｈ-1の範囲でのＴ５０（浄化率が５０％に達するようになる触媒温度）を測定することによって、触媒の低温度域におけるＨＣ浄化特性を評価した。結果は表２及び図２に示されている。同表において、低下率はＳＶ＝５３０００ｈ-1でのＴ５０を基準として他のＳＶ値でのＴ５０がどれほど低くなったかを表わす。
【００２４】
−例１−
活性種；Ｐｄ及びＲｈ
重量比；Ｐｄ：Ｒｈ＝１０：１
担持量；Ｐｄ＋Ｒｈ＝２．０ｇ／Ｌ
−例２−
活性種；Ｐｄ、Ｐｔ及びＲｈ
重量比；Ｐｄ：Ｐｔ：Ｒｈ＝２６：３：１
担持量；Ｐｄ＋Ｐｔ＋Ｒｈ＝８．０ｇ／Ｌ
−例３−
活性種；Ｐｔ及びＲｈ
重量比；Ｐｔ：Ｒｈ＝５：１
担持量；Ｐｔ＋Ｒｈ＝１．６ｇ／Ｌ
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２によれば、例１及び例２の各触媒は例３の触媒に比べてＴ５０の低下率が小さい。また、Ｔ５０は例２の触媒が最も低く、これに例１及び例３の各触媒が続いている。この点は図２をみればさらに明らかであり、例３の触媒ではＳＶ値の上昇に従ってＴ５０が比例的に上昇しているのに対し、例１及び例２の各触媒ではＳＶ＝２０３０００ｈ-1まではＴ５０の上昇が緩やかであり、その後にＴ５０が大きく上昇している。この結果から、Ｐｄを主活性種とするとＳＶの高低によるＴ５０の変動が小さくなること、Ｐｄを活性種とし且つＰｄ−Ｐｔ−Ｒｈの３成分系とするとＳＶ値が相当高い領域まで低いＴ５０を実現することができることがわかる。
【００２７】
＜例２及び例３のＣ２００，Ｃ３００，Ｃ４００について＞
上記例２触媒（Pd-Pt-Rh系）について、Ｃ２００、Ｃ３００及びＣ４００（それぞれ触媒温度２００℃、３００℃及び４００℃のときのＨＣ浄化率）を測定し、上記例３触媒についてＣ３００及びＣ４００を測定した。結果は図３に示されている。
【００２８】
同図によれば、例２触媒は、Ｃ３００では低ＳＶ値から高ＳＶ値の全範囲にわたって例３触媒よりもＨＣ浄化率が高く、且つ高ＳＶになるほど両者の差が大きくなっている。また、Ｃ４００という高温においても、ＳＶ値が高くなると、例２触媒のＨＣ浄化率と例３触媒のＨＣ浄化率とに差が出ている。この結果から、例２触媒のように活性種の主成分をＰｄとすると、高ＳＶ値において高いＨＣ浄化率が得られること、特に触媒温度が低いときのＨＣ浄化率の向上に有効であることがわかる。
【００２９】
＜例１の触媒における貴金属比の検討＞
上記第２触媒として上記例１の触媒を用いる場合のＰｄ担持量とＲｈ担持量との好ましい重量比を検討した。すなわち、ＰｄとＲｈとを合わせた担持量を
２．０ｇ／Ｌに固定し、その重量比を種々に変えてＳＶ＝５００００〜３０００００ｈ-1の範囲でのＴ５０を測定した。結果は図４に示されている。
【００３０】
同図によれば、重量比Ｐｄ／Ｒｈが大きくなるに従ってＴ５０が低くなり、また、ＳＶ値の上昇に伴うＴ５０の上昇度が緩やかになっている。そして、同図から、当該重量比の範囲を２≦Ｐｄ／Ｒｈ≦３０とすることが高ＳＶ値でのＨＣの浄化に有効であること、５≦Ｐｄ／Ｒｈ≦３０がさらに好適であることがわかる。
【００３１】
＜例２の触媒における貴金属比の検討＞
上記第２触媒として上記例２の触媒を用いる場合のＰｄ、Ｐｔ及びＲｈの各担持量の好ましい重量比を検討した。すなわち、これら３種の活性種を合わせた担持量を８．０ｇ／Ｌに固定し、且つＰｔ担持量とＲｈ担持量との重量比を
Ｐｔ／Ｒｈ＝３に固定し、Ｐｄ担持量とＰｔ及びＲｈを合わせた担持量との重量比Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）を種々に変えてＳＶ＝５００００〜３０００００ｈ-1の範囲でのＴ５０を測定した。結果は図５に示されている。
【００３２】
同図によれば、重量比Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）が大きくなるに従ってＴ５０が低くなり、また、ＳＶ値２０００００ｈ-1強までは該ＳＶ値の上昇に伴うＴ５０の上昇度が緩やかになっている。そして、同図から、当該重量比の範囲を
８／４≦Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）≦５１／４とすることが高ＳＶ値でのＨＣの浄化に有効であること、１５／４≦Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）≦５１／４がさらに好適であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の触媒構造を示す断面図
【図２】活性種が互いに異なる各触媒のＨＣ浄化性能（Ｔ５０）のＳＶ特性を示すグラフ図
【図３】活性種が互いに異なる各触媒のＨＣ浄化性能（Ｃ２００，Ｃ３００，Ｃ４００）のＳＶ特性を示すグラフ図
【図４】Ｐｄ／Ｒｈ比が互いに異なる各Ｐｄ−Ｒｈ系触媒のＨＣ浄化性能のＳＶ特性を示すグラフ図
【図５】Ｐｄ／（Ｐｔ＋Ｒｈ）比が互いに異なる各Ｐｄ−Ｐｔ−Ｒｈ系触媒のＨＣ浄化性能のＳＶ特性を示すグラフ図
【符号の説明】
１  エンジンの排気管
２  触媒コンバータ
３  電気ヒータ付きの第１触媒
４  第２触媒
５  第３触媒
【図１】
0003777632.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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