JP2001246252A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

排ガス浄化用触媒

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JP2001246252A
JP2001246252A JP2000063404A JP2000063404A JP2001246252A JP 2001246252 A JP2001246252 A JP 2001246252A JP 2000063404 A JP2000063404 A JP 2000063404A JP 2000063404 A JP2000063404 A JP 2000063404A JP 2001246252 A JP2001246252 A JP 2001246252A
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JP
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catalyst
carrier
potassium
exhaust gas
alkali metal
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JP2000063404A
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English (en)
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Tomohiro Oohashi
朋宏 大橋
Naohito Yamada
尚人 山田
Kinichi Iwachido
均一 岩知道
Tetsuya Watanabe
哲也 渡邊
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Mitsubishi Motors Corp
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Mitsubishi Motors Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒が高温に晒された場合であっても触媒層
のカリウムなどのアルカリ金属が担体に浸透することを
防止し、もって、担体のクラック発生による耐久性の低
下や、カリウムなどのアルカリ金属の反応消費による浄
化能力の低下を未然に防止できる排ガス浄化用触媒を提
供する。 【解決手段】 担体1と触媒層2とを含み、この触媒層
2に少なくともアルカリ金属を吸蔵剤として添加してな
る排ガス浄化用触媒において、アルカリ金属と反応する
シリカを組成成分から排除した非シリカ系材料にて担体
1を構成し、触媒が高温に晒される条件下において、触
媒層2のアルカリ金属が担体1内に浸透して化合物を生
成する事態を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス浄化用触媒
に関し、特に、耐久性および排ガス浄化性能に優れた排
ガス浄化用触媒に関する。
【0002】
【関連する背景技術】リーンバーンエンジンや筒内噴射
式エンジン等の希薄燃焼式エンジンは、燃費特性や排ガ
ス特性の向上のため、所定運転域では理論空燃比よりも
燃料希薄側のリーン空燃比で運転される。リーン空燃比
運転が行われる間は、排ガス中のNOx(窒素酸化物)
を三元触媒によって十分に浄化することができないこと
から、酸化雰囲気において排ガス中のNOxを吸蔵若し
くは吸着(以下、吸蔵で代表して記述)するNOx触媒
を装備し、この触媒に吸蔵されたNOxを還元雰囲気で
N2(窒素)に還元させることにより、大気へのNOx
排出量を低減させることが知られている。この種の吸蔵
型リーンNOx触媒において、特に高温時のNOx吸蔵
性能を向上すべく、例えば特開平9−85093号公報
に記載のように、触媒層にカリウム(K)をNOx吸蔵
剤として添加したもの、或いは特開平10−21293
3号公報に記載のように、触媒層にナトリウム(Na)
をNOx吸着剤として添加したものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、吸蔵剤
としてカリウムやナトリウム等のアルカリ金属(以下、
カリウムで代表して記述)を添加したNOx触媒を長時
間にわたって高温下におくと、触媒にクラックが発生す
ることがあり、NOx触媒の耐久性低下の原因になって
いる。
【0004】NOx触媒におけるクラック発生の原因を
究明するべく、本発明者らは、ハニカム型のコージライ
ト担体に担持した触媒層にカリウムを吸蔵剤として添加
してなるNOx触媒を製造し、このNOx触媒を装備し
たエンジンの台上試験ならびにこの種のエンジンを搭載
した車両の走行試験を行った。台上試験や実車走行試験
では、NOx触媒が相当な時間にわたって所定以上の高
温に晒されるような条件でエンジンや車両を運転した。
そして、運転終了後にNOx触媒の切断面における元素
分析をEPMA法(電子線プローブ微小部分分析法)に
より実施し、触媒のコージライト( Mg2Al4Si5
18)層中にカリウム、マグネシウム、アルミニウム、珪
素及び酸素の化合物(KMg4Al9Si936)やカリ
ウム、アルミニウム、珪素及び酸素の化合物(KAlS
iO4)が存在することを確認した。
【0005】上記の実験によれば、NOx触媒が高温に
晒されると、触媒層(ウオッシュコート)に添加された
カリウムがコージライト担体内に浸透し、高温雰囲気下
においてカリウムがコージライトと反応して上記の化合
物を形成するものと考えられる。ここで、カリウムの化
合物はその水溶性が高く且つその融点が低いことからコ
ージライト担体へカリウムが浸透し易いと解される。そ
して、コージライトと熱膨張率を異にする化合物がコー
ジライト担体中に形成されると、エンジン停止および運
転に伴う触媒温度の変化に伴ってコージライト担体にク
ラックが発生してNOx触媒の強度が低下することにな
る。
【0006】上述のように、カリウム等を吸蔵剤として
含むNOx触媒は酸化雰囲気下で使用される。この酸化
雰囲気では、吸蔵剤と排ガス中の窒素成分や硫黄成分と
の化学反応により吸蔵剤の硝酸塩や硫酸塩が形成され、
NOx吸蔵能力が低下する。この場合、NOx触媒まわ
りに還元雰囲気を形成して硝酸塩や硫酸塩を分解するこ
とにより吸蔵能力を回復可能であるが、この様な対策を
講じても、NOx触媒を高温下で長時間使用すると浄化
性能が低下することがある。
【0007】本発明者が行った下記実験の結果からみ
て、浄化性能低下原因の一つは、上記したカリウムのコ
ージライト担体内への反応消費にあると考えられる。即
ち、本発明者は、カリウムを吸蔵剤として含む触媒層を
コージライト担体に担持してなるNOx触媒を製作し、
未使用のNOx触媒におけるカリウム含有率をXRF法
(蛍光X線分光分析法)で求め、次に、この触媒を高温
下で長時間にわたって使用した後に触媒のカリウム含有
率を求め、更に、使用前後におけるカリウム含有率の差
を当初のカリウム含有率で除してカリウム消失量を求め
た。この結果、カリウム消失量は数10%ないし50%
に及ぶことが分かった。
【0008】そこで、本発明は、触媒が高温に晒された
場合であっても触媒層のカリウムが担体に浸透すること
を防止し、もって、担体のクラック発生による耐久性の
低下や、カリウムの反応消費による浄化能力の低下を未
然に防止することができる排ガス浄化用触媒を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、担体と触媒層とを含み、この触媒層に
少なくともアルカリ金属を吸蔵剤若しくは吸着剤として
添加してなる排ガス浄化用触媒において、アルカリ金属
と反応するシリカを組成成分から排除した非シリカ系材
料にて担体を構成した。従って、排ガス浄化用触媒が高
温に晒された場合であっても、触媒層のアルカリ金属が
担体内に浸透して熱膨張率を異にする化合物を生成する
虞がなく、その結果、化合物の生成に起因する担体のク
ラック発生が防止されると共に、担体内でのアルカリ金
属の反応消費により触媒層のアルカリ金属が消失する事
態が抑制される。
【0010】本発明において、好ましくは、非シリカ系
材料として金属材料を適用する。この場合、金属材料は
アルカリ金属と反応して化合物を生成する虞がないこと
から、担体のクラックの発生や触媒層のアルカリ金属の
消失が抑制される。また、金属材料はそれ自体の熱伝導
率が高い上に、耐衝撃性に優れることから緩衝用の保持
部材を介することなく触媒ケース内に収容して、担体の
熱を直接ケース側に伝達可能であり、その結果、触媒の
熱が効率よくケース外に放熱されて触媒温度が低領域に
保たれる。
【0011】又、本発明において、好ましくは、非シリ
カ系材料としてマグネシウム・アルミニウム・チタネイ
ト(MAT)を適用する。この場合、MATはアルカリ
金属と反応して化合物を生成する虞がないことから、担
体のクラックの発生や触媒層のアルカリ金属の消失が抑
制される。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施形態によ
る排気ガス浄化触媒を説明する。本実施形態の排気ガス
浄化触媒は、多数のコルゲート状のセルからなるメタル
担体を有するNOx触媒として構成されている。図1は
メタル担体1の一つのセルを示し、メタル担体1の表面
には触媒層2が担持され、触媒層2には、カリウム
(K)がNOx吸蔵剤として添加されている。
【0013】メタル担体1は、波板と平板を重ねた状態
で巻回して製作され、例えばクロム(Cr)20%、ア
ルミニウム(Al)5%を含有するステンレス鋼からな
る。従って、このメタル担体1は、カリウムと反応する
シリカを含んでいない非シリカ系材料である。触媒層2
は、例えばプラチナなどの貴金属やカリウムなどのアル
カリ金属で構成されるスラリーが調製され、このスラリ
ー中にメタル担体1を浸漬し、これを乾燥後に焼成して
水分を除去することにより、メタル担体1の表面に形成
される。
【0014】以上のようにして、メタル担体1に触媒層
2をコーティングしてなるNOx触媒を得る。従来公知
のように、このNOx触媒はケースに収容されて、希薄
燃焼内燃機関の排気管内に配置される。このNOx触媒
によれば、リーン空燃比での機関運転中に排ガス中のN
Oxが、触媒層2に分散された触媒種の作用下で硝酸塩
の形で吸蔵される。また、リッチ空燃比での機関運転中
には硝酸塩が分解され、吸蔵されていたNOxが窒素に
還元されてNOx触媒から大気中に放出される。
【0015】この様なNOx触媒を装備した内燃機関を
長時間運転すると、NOx触媒は長時間にわたって高温
に晒される。この場合、コージライト担体に触媒層を担
持した従来のNOx触媒にあっては、既に述べたように
カリウムがコージライト担体中へ移動して担体中のシリ
カと反応して化合物を生成し、コージライト担体にクラ
ックが発生したり、或いは、コージライト担体内へのカ
リウムの反応消費により浄化能力が低下したりする。こ
れに対して、本実施形態のNOx触媒では、シリカを含
まないステンレス鋼よりなるメタル担体1に触媒層2を
担持していることから、カリウムがメタル担体1内に浸
透して熱膨張率を異にする化合物を生成する虞は皆無で
あり、結果として、化合物の生成に起因する担体1のク
ラック発生を防止して、その耐久性の低下を防止でき
る。
【0016】また、触媒層2のカリウムが担体1内で反
応消費されて消失する事態が抑制されるため、その浄化
能力の低下を未然に防止することができる。図2は高温
下での長時間使用を想定して、NOx触媒を所定時間に
わたって所定以上の温度に晒す耐久試験を実施した後の
浄化効率を示した説明図であるが、この図に示すよう
に、従来のコージライト担体を有するNOx触媒が50
0℃付近で浄化効率を急減させるのに対し、本実施形態
のメタル担体1を有するNOx触媒では高い浄化効率を
より高温領域まで維持できることを確認した。
【0017】しかも、ステンレス鋼からなるメタル担体
1はセラミック製のコージライト担体に比較してそれ自
体の熱伝導率が高い上に、耐衝撃性に優れることから緩
衝用の保持部材を介することなくケース内に収容して、
メタル担体1の熱を直接ケース側に伝達可能である。従
って、NOx触媒の熱を高い効率でケース外に放熱で
き、高負荷運転時などにおいて触媒温度をより低い領域
に保持して、上記した耐久性や浄化能力の低下を一層確
実に防止できる。
【0018】次に、本発明の第2実施形態による排気ガ
ス浄化触媒を説明する。本実施形態の排気ガス浄化触媒
は、第1実施形態の触媒のメタル担体1に代えて、マグ
ネシウム・アルミニウム・チタネイト(MAT)担体を
有している点が相違しており、その他の構成は第1実施
形態のものと同一である。MAT担体11は、Al23
TiO2のTiの一部をMgに置換した化学組成を有す
るセラミックス材料であり、従って、このMAT担体
は、カリウムと反応するシリカを含んでいない非シリカ
系材料である。図3はMAT担体11の一つのセルを示
し、MAT担体11の表面には、カリウムおよびバリウ
ムをNOx吸蔵剤として添加した触媒層12が担持され
ている。この触媒層12は、第1実施形態のNOx触媒
と同様の方法にてMAT担体11に担持される。
【0019】このように構成されたMAT担体11を有
する本実施形態の排気ガス浄化触媒においても、カリウ
ムと反応するシリカをMAT担体11が含まないことか
ら、触媒層12のカリウムがMAT担体11内に浸透し
て化合物を生成する事態が防止されて、MAT担体11
のクラック発生による耐久性の低下や、カリウムの反応
消費による浄化能力の低下を未然に防止することができ
る。
【0020】以上で実施形態の説明を終えるが、本発明
の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例え
ば、上記第1実施形態ではメタル担体1を有する触媒に
具体化し、第2実施形態ではMAT担体11を有する触
媒に具体化したが、触媒層2,12のカリウムと反応す
るシリカを排除した組成成分からなり、触媒担体として
要求される諸条件、例えば高耐熱性や低熱膨張率などを
満たすものであれば、上記した担体以外のものを適用し
てもよい。
【0021】また、上記各実施形態のNOx触媒では、
吸蔵剤若しくは吸着剤としてカリウムを使用した例を示
したが、これはナトリウムなどの他のアルカリ金属であ
ってもよい。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明の排ガス浄化
用触媒によれば、非シリカ系材料により担体を構成した
ので、排ガス浄化用触媒が高温に晒された場合であって
も、触媒層のアルカリ金属が担体内に浸透することを防
止し、もって、担体のクラック発生による耐久性の低下
や、アルカリ金属の反応消費による浄化能力の低下を未
然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の排ガス浄化用触媒におけるメタ
ル担体のセルを示す断面図である。
【図2】実施形態のメタル担体の触媒と従来のコージラ
イト担体の触媒との浄化効率を比較した説明図である。
【図3】第2実施形態の排ガス浄化用触媒におけるマグ
ネシウムアルミニウムチタネイト担体のセルを示す断面
図である。
【符号の説明】
1 メタル担体 11 マグネシウムアルミニウムチタネイト担体 2,12 触媒層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/28 301 B01D 53/36 102B 102H (72)発明者 岩知道 均一 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 渡邊 哲也 東京都港区芝五丁目33番8号 三菱自動車 工業株式会社内 Fターム(参考) 3G091 AA13 AB06 BA07 BA10 BA14 BA39 FB10 GA06 GA08 GA16 GB01X GB02W GB02Y GB03Y GB05W GB06W GB10X 4D048 AA06 AB02 AB07 BA01X BA03X BA07X BA14X BA15X BA30X BA31Y BA32Y BA33Y BA42X BB02 EA04 4G069 AA03 BA13A BA13B BA18 BB02A BB02B BB04A BB04B BC01A BC02A BC03A BC03B BC04A BC05A BC06A BC13A BC13B BC69A BC75A BC75B CA08 CA13 EA21 ED05 ED06

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 担体と触媒層とを含み、この触媒層に少
    なくともアルカリ金属を吸蔵剤若しくは吸着剤として添
    加してなる排ガス浄化用触媒において、上記アルカリ金
    属と反応するシリカを組成成分から排除した非シリカ系
    材料にて上記担体を構成したことを特徴とする排ガス浄
    化用触媒。
JP2000063404A 2000-03-08 2000-03-08 排ガス浄化用触媒 Pending JP2001246252A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008248768A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Honda Motor Co Ltd 排ガス浄化システム
US7772149B2 (en) 2005-12-07 2010-08-10 Hitachi, Ltd. Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine and a catalyst for purifying exhaust gas
CN105597750A (zh) * 2016-01-06 2016-05-25 中自环保科技股份有限公司 一种无裂纹三效催化剂涂层浆料、催化剂及其制备方法

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