JP2001259415A

JP2001259415A - 窒素酸化物吸脱着材及び排気ガス浄化システム

Info

Publication number: JP2001259415A
Application number: JP2000074437A
Authority: JP
Inventors: Masaki Nakamura; 雅紀中村; Katsuo Suga; 克雄菅
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP3661555B2

Abstract

(57)【要約】【課題】対象とするガスの空燃比の変動に関係なく、
ＮＯｘを吸脱着し得る窒素酸化物吸脱着材、及びリーン
域でのＮＯｘ浄化性能に優れる排気ガス浄化システムを
提供すること。【解決手段】窒素酸化物吸脱着材は、アルカリ金属、
アルカリ土類金属及び希土類元素等を含有し、周囲水分
の量が多いときＮＯｘを吸着し、少ないときＮＯｘを吸
着しないか又は吸着したＮＯｘを脱離する。この窒素酸
化物吸脱着材を備えた排気ガス浄化システムである。窒
素酸化物吸脱着材と白金、パラジウム及びロジウム等の
貴金属を混合した排気ガス浄化触媒を排気ガス流路に設
置し、その上流側に、排気ガス中の水分濃度を変化させ
得る水分濃度変動手段を設置して成る。排気ガス中の水
分濃度を０〜２０重量％の範囲で変動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス中の窒素酸化
物（ＮＯｘ）を吸着・脱離可能な窒素酸化物吸脱着材に
係り、更に詳細には、自動車（ガソリン、ディーゼ
ル）、ボイラーなどの内燃機関から排出される排気ガ
ス、特に酸素過剰排気ガス中のＮＯｘを吸脱着し得る窒
素酸化物吸脱着材、及びこれを用いた排気ガス浄化シス
テムであって、該排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸
化炭素（ＣＯ）及びＮＯｘを浄化する排気ガス浄化シス
テムに関するものであり、特に酸素過剰領域でのＮＯｘ
浄化に着目したものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇問題、地球温暖化
問題から、低燃費自動車の要求が高まっており、ガソリ
ン自動車に対しては希薄燃焼自動車の開発が注目されて
いる。希薄燃焼自動車においては、希薄燃焼走行時、排
気ガス雰囲気が理論空燃状態に比べ酸素過剰雰囲気（リ
ーン）となるが、リーン域で通常の三元触媒を適用させ
た場合、過剰な酸素の影響からＮＯｘ浄化作用が不十分
となるという問題があった。このため酸素が過剰となっ
てもＮＯｘを浄化できる触媒の開発が望まれていた。

【０００３】これに対し、従来からリーン域のＮＯｘを
浄化する触媒は種々提案されており、例えば、白金と
ランタンを多孔質担体に担持した触媒を使用し、リーン
域でＮＯｘをトラップし、ストイキ（理論空燃比）〜リ
ッチ（燃料過剰）時にＮＯｘを放出させて浄化する方法
（特開平５−１６８８６０号公報）や、銅をイオン交
換したゼオライト触媒を使用し、常にリーンでＮＯｘを
浄化する方法（特開平７−１２４４７９号公報）が提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の方法では、リーンでトラップしたＮＯｘを浄化するた
めに排気ガスをストイキ〜リッチにしなくてはならず、
燃費の向上代が少なくなってしまう。また、の方法で
は、リーン域でのＮＯｘ転化率が低く、燃費の向上代は
大きくても、排気ガス中のＮＯｘの浄化が不十分である
という課題があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、対象とするガスの空燃比の変動に関係なく、ＮＯｘ
を吸脱着し得る窒素酸化物吸脱着材、及びリーン域での
ＮＯｘ浄化性能に優れる排気ガス浄化システムを提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく鋭意検討を重ねた結果、特定元素を用い周囲
水分を適切に調整することにより、上記目的が達成でき
ることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】即ち、本発明の窒素酸化物吸脱着材は、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から成る
群より選ばれた少なくとも１種の元素、及び／又は表面
に水酸基が形成される担体を含有し、水分の量が多いと
きには、対象ガスに含まれる窒素酸化物を吸着し、少な
いときには、窒素酸化物を吸着しないか又は吸着した窒
素酸化物を脱離することを特徴とする。

【０００８】また、本発明の窒素酸化物吸脱着材の好適
形態は、周囲水分により上記元素及び／又は上記担体の
表面に脱離可能な水酸基が形成され、周囲水分量が多い
ときには、形成された水酸基により窒素酸化物を吸着
し、少ないときには、脱離可能な水酸基が形成されない
か又は該水酸基を上記元素表面から脱離して、窒素酸化
物を吸着しないか又は吸着した窒素酸化物を該水酸基と
ともに脱着する、ことを特徴とする。

【０００９】更に、本発明の窒素酸化物吸脱着材の他の
好適形態は、上記対象ガス中の水分濃度が０〜２０重量
％であり、上記周囲水分量が多いときは該水分濃度が１
０〜２０容量％であり、少ないときは０〜１０容量％で
あることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の排気ガス浄化システムは、
上述の如き窒素酸化物吸脱着材を備えた排気ガス浄化シ
ステムであって、上記窒素酸化物吸脱着材と白金、パラ
ジウム及びロジウムから成る群より選ばれた少なくとも
１種の貴金属を混合して成る排気ガス浄化触媒を、排気
ガス流路に設置し、その上流側に、排気ガス中の水分濃
度を変化させ得る水分濃度変動手段を設置し、上記排気
ガス中の水分濃度を０〜２０容量％の範囲で変動させ
て、該排気ガス中の窒素酸化物を吸着・脱着・浄化する
ことを特徴とする。

【００１１】更に、本発明の排気ガス浄化システムの好
適形態は、上記水分濃度変動手段と上記排気ガス浄化触
媒との間に水素供給手段を配置し、該水分濃度変動手段
によって排気ガス中の水分濃度を低減した際、該水素供
給手段から上記排気ガス浄化触媒に水素を供給すること
を特徴とする。

【００１２】また、本発明の排気ガス浄化システムの他
の好適形態は、上記水素供給手段が炭化水素類の水蒸気
改質を行う水蒸気改質材と水素吸蔵材を有し、上記水分
濃度が増大した際、該水蒸気改質材によって生成される
水素を該水素吸蔵材に吸蔵させ、上記水分濃度が低減し
た際、吸蔵させた水素を該水素吸蔵材から放出させて、
上記排気ガス浄化触媒に供給することを特徴とする。

【００１３】更にまた、本発明の排気ガス浄化システム
の更に他の好適形態は、上記排気ガス浄化触媒の下流側
に、窒素酸化物を浄化するＮＯｘ浄化手段を配置して成
ることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明において、窒素酸化物吸脱着材が対象ガ
ス中のＮＯｘを吸着・脱離するメカニズムは、現時点で
は以下の通りであると推察される。即ち、本発明の窒素
酸化物吸脱着材を対象ガス、代表的には酸素過剰排気ガ
ス中におくと、水蒸気濃度が高い場合のように周囲水分
が多い場合には、図５（Ａ）に示したように、本吸脱着
材の一例であるバリウム上又はその近傍（特に、添加し
得る担体であるアルミナ上）に水酸基（−ＯＨ）が形成
される。そして、このＯＨ基とガス中のＮＯｘ、主とし
てＮＯ_２（貴金属触媒（図では白金）が存在すると酸化
によりＮＯ_２量が増大する）とが、図５（Ｂ）に示した
ように、水素結合のような相互作用を生じ、当該ＮＯｘ
は硝酸基（−ＮＯ_３）のような形式で本吸脱着材に吸着
される。一方、水蒸気濃度が低下すると、形成されたＯ
Ｈ基がバリウム上などから脱離し、これと同時にＮＯｘ
も本吸脱着材から脱離する。

【００１５】上述したメカニズムにつき、本発明者らは
赤外分光法によって裏付けを得ており、当該ＩＲスペク
トルを図６に示す。同図において、３７５０ｃｍ^−１の
吸収は単独で存在するＯＨ基を示し、３５９０ｃｍ^−１
の吸収はＮＯ_２と相互作用して存在するＯＨ基を示し、
経過時間（例えば、１０秒後）は水蒸気を供給してから
の時間を示している。また、測定条件は、分解能：８ｃ
ｍ^−１、スキャン回数：１６回、反応ガス：ＮＯ（１．
７％）、Ｏ_２（１．７％）、Ｎ_２（バランス）である。
このスペクトルから明らかなように、水蒸気の供給後、
単独のＯＨ基による上向きの吸収（３７５０ｃｍ^−１）
が減少する一方で、相互作用したＯＨ基による下向きの
吸収（３５９０ｃｍ^−１）は増加しており、周囲水分の
増大により、ＮＯｘがＮＯ_３基のような形式で本吸脱着
材に吸着されたことが確認された。

【００１６】なお、参考のため、白金／アルミナにバリ
ウム又はセシウムを担持した触媒に、水分を供給又は停
止した場合のＮＯｘ濃度変化を図７に示す。

【００１７】以上のようなメカニズムを利用した本発明
においては、ＮＯｘの吸脱着を空燃比を変動させること
なく制御可能であり、周囲水分量によりＮＯｘの吸脱着
を適切に制御すれば、常にリーン域の運転を行っても排
気ガスの効率的な浄化が可能であり、燃費向上という希
薄燃焼走行の利点を損なうことなく、リーンバーン排気
ガスの有効な浄化、特にいわゆるリーンＮＯｘの優れた
浄化を実現できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＮＯｘ吸脱着材に
ついて詳細に説明する。上述の如く、本発明のＮＯｘ吸
脱着材は、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類
元素及びこれらの任意の混合物、及び／又は表面に水酸
基が形成される担体を含有する。ここで、かかる金属や
元素の具体例としては、バリウム（Ｂａ）、マグネシウ
ム（Ｍｇ）、セシウム（Ｃｓ）、ナトリウム（Ｎａ）、
カリウム（Ｋ）及びカルシウム（Ｃａ）をなどを挙げる
ことができる。また、かかる担体としては、その表面に
水酸基（−ＯＨ）を有すれば十分であるが、多孔質担
体、例えば、γ−アルミナやベーマイトを挙げることが
できる。

【００１９】上記金属や元素は、通常、酸化物や炭酸塩
として用いられるが、水溶性の炭酸塩であることが好ま
しく、炭酸塩が水溶性であれば、上述の如く表面に形成
される水酸基の量が増大し、ＮＯｘトラップ作用がさら
に促進されることとなる。

【００２０】また、本発明のＮＯｘ吸脱着材において
は、上記金属や元素以外にも各種材料を添加することが
可能であり、例えば、アルミナなどの高比表面積を有す
る多孔質基材を添加して、上記表面水酸基の形成を更に
促進することができる。

【００２１】本発明のＮＯｘ吸脱着材が、対象ガス中の
周囲水分量、代表的には水蒸気量が多いときにＮＯｘを
吸着し、少ないときにＮＯｘを吸着しないか又は吸着し
たＮＯｘを脱離すること、具体的には、水蒸気量が多い
ときには上記脱離可能な表面水酸基によりＮＯｘを吸着
し、少ないときには該水酸基が形成されないか又は該水
酸基を脱離して、ＮＯｘを吸着しないか又は吸着したＮ
Ｏｘを該水酸基とともに脱着すること、については、上
記［作用］の項で記載した通りである。なお、このＮＯ
ｘ吸脱着材の機能上、対象ガスはＮＯｘを含んでいれば
十分であり、必ずしも排気ガスでなくてもよいのは言う
までもない。

【００２２】上述の如く、本発明においては、ＮＯｘの
吸脱着に際し、空燃比を変動させる必要はないが、周囲
水分量を変動させる必要があり、この場合、水分濃度の
変化代は大きい程よいと言える。但し、２０容量％を超
す水分濃度では、後述するように触媒成分を併用する場
合にその触媒成分の活性が低下してしまうことがある。
従って、水分濃度の好適な変動範囲としては、０〜２０
容量％となる。また、水分濃度の「多い」・「少ない」
については、用いる金属種や元素種などに応じて適宜選
定できるが、代表的には、水分濃度１０〜２０容量％の
場合には「多い」、０から１０容量％未満の場合には
「少ない」とすることができる。

【００２３】次に、本発明の排気ガス浄化システムにつ
いて詳細に説明する。上述の如く、本発明の排気ガス浄
化システムは、本発明のＮＯｘ吸脱着材を用いた排気ガ
ス浄化システムであり、かかるＮＯｘ吸脱着材を含有す
る排気ガス浄化触媒と、排気ガス中の水分濃度を変化さ
せ得る水分濃度変動手段を有し、排気ガス流路におい
て、この水分濃度変動手段を上記排気ガス浄化触媒の上
流側に配置して成る。

【００２４】ここで、設置する排気ガス浄化触媒は、上
記ＮＯｘ吸脱着材以外に、貴金属触媒成分として、白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）又はロジウム（Ｒｈ）及
びこれらの混合物を含有する。また、本発明において、
この排気ガス浄化触媒は、一体構造型担体に担持して用
いるのが好ましい。かかる一体構造型担体としては、耐
熱性材料から成るモノリス担体が好ましく、例えば、コ
ーディライトなどのセラミック製や、フェライト系ステ
ンレスなどの金属製のものが用いられる。更に、この触
媒は少なくともその一部を多孔質基材に担持して用いる
ことが好ましく、なかでもアルミナ、セリアに担持する
ことが好ましい。また、耐熱性を向上させる目的で、従
来から三元触媒で適用されているように、セリウム、ラ
ンタン等の希土類化合物やジルコニウムなどの添加物を
更に加えてもよい。

【００２５】なお、この排気ガス浄化システムの浄化対
象である排気ガスとしては、自動車エンジンなどの内燃
機関から排出される、ＮＯｘを含む排気ガスであれば十
分であり、空燃比の大小や変動は原則として不問であ
る。但し、ＣＯ、ＨＣ及びＨ２の還元成分を完全に酸化
するのに必要な量よりも過剰量の酸素を含む排気ガス
（いわゆるリーンバーン排気ガス）の浄化に特に有用で
あり、ＮＯｘ浄化に際し、空燃比をストイキ〜リッチに
変動させることが不要であるところから、この排気ガス
浄化システムを搭載した自動車などでは、常時リーンバ
ーン走行を行ってもその排気ガスが効率良く浄化され
る。従って、本発明の排気ガス浄化システムを用いれ
ば、リーンバーン走行が本来的に目的とする燃費向上効
果を十分に享有することができる。

【００２６】上述した水分濃度変動手段としては、排気
ガス中の水分濃度を変動させることができれば特に限定
されるものではないが、水分をトラップする装置又は水
分を噴射する装置及びこれらの組合せを例示できる。例
えば、かかる水噴射装置を用いる場合、水を噴射し水分
を相対的に増大してＮＯｘをトラップさせ、水の噴射を
中止し水分を相対的に低減してＮＯｘをＮＯｘを放出さ
せればよく、この逆に、水トラップ装置の場合、水をト
ラップし水分を相対的に低減してＮＯｘを放出させ、ト
ラップを解除し水分を相対的に増大してＮＯｘをトラッ
プさせればよい。なお、排気ガス中の水分濃度の変動
は、上述したように、触媒成分との活性との関係より０
〜２０重量％の範囲内で行う。

【００２７】また、水分濃度を増減させるタイミング
は、当該排気ガス浄化触媒がＮＯｘをどれだけトラップ
できる容量があるか、また、エンジンアウトのＮＯｘ濃
度がどれだけあるのかなどに依存する。一例としては、
以下のフローに従って排気ガス中の水分濃度を増減させ
ることができる。

【００２８】図１及び図３は、水噴射装置を使用して排
気ガス中の水分濃度を増加させるフロー及び装置概略図
であり、図２及び図４は、水トラップ装置を使用して排
気ガス中の水分濃度を減少させるフローと装置概略図で
ある。また、図１及び図２中の「Ｎｃａｐ」は触媒のＮ
Ｏｘトラップ容量であり、触媒の種類によって決まる量
である。また、「Ｎｃａｌｃ」は触媒がどれだけＮＯｘ
をトラップしたかを表す計算値であり、触媒の前後（上
流下流）に設置したＮＯｘセンサー、流入空気量により
計算される値である。

【００２９】図１のフローに沿って説明する。水噴射装
置を使用する場合、定常状態では、エンジン３からの排
気ガスに水噴射装置１から水が常に噴射される状態とな
る（ステップ１：以下単に「Ｓ１」などと略す）。ＮＯ
ｘセンサー２によりＮＯｘ量を検知し、ＮｃａｐがＮｃ
ａｌｃより小さいうちは、コントローラ５からの信号に
より水が噴射され、触媒４はＮＯｘをトラップする（Ｓ
２）。ＮｃａｌｃがＮｃａｐより大きくなると、コント
ローラ５からの信号により水噴射が終了し（Ｓ３）、触
媒４はトラップしたＮＯｘを徐々に放出し始める。そし
て、時間（Ｔ）が１０秒間より短い間は水の噴射を中断
するが（Ｓ４）、１０秒以上経過するとＮｃａｌｃを０
に戻し（Ｓ５）、再び水を噴射し、定常状態に戻る。

【００３０】図２のフローに沿って説明する。水トラッ
プ装置を使用する場合、定常状態では、図４のバイパス
切替え弁１１は水トラップ装置６エンジン８からの排気
ガスが流れないようにバイパス側を閉じている（Ｓ１
１）。ＮｃａｐがＮｃａｌｃより小さいうちはバイパス
側が閉じており、触媒９はＮＯｘをトラップする。ＮＯ
ｘセンサー７によりＮＯｘ量を検知し、ＮｃａｌｃがＮ
ｃａｐより大きくなると（Ｓ１２）、コントローラ１０
からの信号により排気ガスが水トラップ装置側を流れる
ようにバイパス側が開き（Ｓ１３）、触媒９はトラップ
したＮＯｘを徐々に放出しはじめる。そして、時間
（Ｔ）が１０秒より短い間はバイパス側が開いているが
（Ｓ１４）、１０秒以上経過するとＮｃａｌｃを０に戻
し（Ｓ１５）、再びバイパス側を閉じ、定常状態に戻
る。

【００３１】なお、本発明の排気ガス浄化システムで
は、上記水分濃度変動手段と排気ガス浄化触媒との間
に、水素供給手段を付加することができる。このような
水素供給手段を設置し、水分濃度変動手段により水分濃
度を低減してＮＯｘを脱離させた際に水素を供給すれ
ば、脱離ＮＯｘはこの水素を利用して還元浄化されるの
で、リーン域でＣＯやＨＣが少ない場合であってもＮＯ
ｘ浄化率を更に向上できるし、水素はクリーンな成分な
のでそのまま排出されても大きな問題となることもな
い。

【００３２】かかる水素供給手段としては、特に限定さ
れるものではなく、水素ボンベを例示できるが、これ以
外にもＨＣを水蒸気改質する材料、例えば、貴金属をセ
リウムに担持した触媒などを用いることも可能であり、
このような水蒸気改質材を用いれば、水素ボンベを搭載
するスペースを省略でき、システム構成を簡易なものと
することができ、低コスト化を図ることができる。ま
た、水蒸気改質材と水素吸蔵合金やカーボンナノチュー
ブなどの水素吸蔵材とを併用し、排気ガス中の水分濃度
が増大した際、水蒸気改質材によって生成される水素を
水素吸蔵材に吸蔵させ、水分濃度が低減した際、吸蔵さ
せた水素を水素吸蔵材から放出させて、脱離ＮＯｘの浄
化に供することもできる。

【００３３】更に、本発明の排気ガス浄化システムで
は、上記排気ガス浄化触媒の下流側に、ＮＯｘを浄化す
るＮＯｘ浄化手段を付加することができ、これにより、
ＮＯｘの浄化を更に確実なものとすることができる。か
かるＮＯｘ浄化手段としては、各種ＮＯｘ還元触媒を使
用できるが、リーン域でのＮＯｘ還元を考慮すると、銅
（Ｃｕ）をイオン交換したゼオライト触媒を用いること
が好ましい。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により更に
詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。

【００３５】（実施例１）硝酸Ｐｄ水溶液を活性アルミ
ナに含浸し、乾燥後空気中４００℃で１時間焼成して、
Ｐｄ担持アルミナ粉末（粉末Ａ）を得た。この粉末のＰ
ｄ濃度は５．０重量％であった。硝酸Ｒｈ水溶液を活性
アルミナに含浸し、乾燥後空気中４００℃で１時間焼成
して、Ｒｈ担持アルミナ粉末（粉末Ｂ）を得た。この粉
末のＲｈ濃度は２．０重量％であった。酢酸バリウム水
溶液を粉末Ａに含浸し、乾燥後空気中４００℃で１時間
焼成して、Ｐｄ、Ｂａ坦持アルミナの粉末（粉末Ｃ）を
得た。この粉末のバリウム濃度は２０．０重量％であっ
た。酢酸バリウム水溶液を粉末Ｂに含浸し、乾燥後空気
中４００℃で１時間焼成して、Ｒｈ、Ｂａ坦持アルミナ
の粉末（粉末Ｄ）を得た。この粉末のバリウム濃度は２
０．０重量％であった。

【００３６】粉末Ｃを５２２ｇ、粉末Ｄを１３５ｇ、活
性アルミナ粉末を２４３ｇ、水９００ｇを磁性ボールミ
ルに投入し、混合粉砕してスラリ液を得た。粉砕時間を
２．５時間とした。このスラリ液の平均粒径は３．５μ
ｍであった。このスラリ液をコーディライト質モノリス
担体（１．７Ｌ、４００セル）に付着させ、空気流にて
セル内の余剰のスラリを取り除いて１３０℃で乾燥した
後、４００℃で１時間焼成し、コート層重量３００ｇ／
Ｌの排気ガス浄化触媒を得た。

【００３７】得られた触媒を図３に示した水噴射装置付
排気ガス浄化システムに配置し、水を噴射しない時に排
気ガス中の水分濃度が１１％、水を噴射した時に排気ガ
ス中の水分濃度が１５％になるようにして評価を行なっ
た。

【００３８】（実施例２）実施例１で得た触媒を図４に
示した水トラップ装置付システムに配置し、水をトラッ
プしない時は排気ガス中の水分濃度が１１％、水をトラ
ップした時は排気ガス中の水分濃度が９％になるように
して評価を行なった。

【００３９】（実施例３）粉末Ｃ、Ｄの酢酸バリウムを
炭酸セシウムとした以外は実施例１と同様の操作を繰り
返して触媒を得、図３の水噴射装置付システムに配置
し、水を噴射しない時に排気ガス中の水分濃度が１１
％、水を噴射した時に排気ガス中の水分濃度が１５％に
なるようにして評価を行なった。

【００４０】（実施例４）実施例３で得た触媒を図４の
水トラップ装置付システムに配置し、水をトラップしな
い時は排気ガス中の水分濃度が１１％、水をトラップし
た時は排気ガス中の水分濃度が９％になるようにして評
価を行なった。

【００４１】（実施例５）粉末Ａの硝酸Ｐｄをジニトロ
ジアミンＰｔとした以外は実施例１と同様の操作を繰り
返して触媒を得た。得られた触媒を図３の水噴射装置付
システムに配置し、水を噴射しない時に排気ガス中の水
分濃度が１１％、水を噴射した時に排気ガス中の水分濃
度が１５％になるようにして評価を行なった。

【００４２】（実施例６）実施例５で得た触媒を図４の
水トラップ装置付システムに配置し、水をトラップしな
い時は排気ガス中の水分濃度が１１％、水をトラップし
た時は排気ガス中の水分濃度が９％になるようにして評
価を行なった。

【００４３】（実施例７）実施例１で得た触媒を図３の
水噴射装置付システムに配置し、その後段にＣｕをイオ
ン交換したゼオライト触媒を配置し、水を噴射しない時
に排気ガス中の水分濃度が１１％、水を噴射した時に排
気ガス中の水分濃度が１５％になるようにして評価を行
なった。

【００４４】（実施例８）実施例１で得た触媒を図４の
水トラップ装置付システムに配置し、その後段にＣｕを
イオン交換したゼオライト触媒を配置し、水をトラップ
しない時は排気ガス中の水分濃度が１１％、水をトラッ
プした時は排気ガス中の水分濃度が９％になるようにし
て評価を行なった。

【００４５】（実施例９）実施例１で得た触媒を水噴射
装置、水トラップ装置の両方が付いたシステムに配置
し、水を噴射した時の排気ガス中の水分濃度が１５％、
水をトラップした時の排気ガス中の水分濃度が９％にな
るようにして評価を行なった。

【００４６】（比較例１）実施例１で得た触媒につき、
水分濃度を相対的に減少させる代りに空燃費をリッチに
することによって、触媒中のＮＯｘを放出、浄化させる
評価を行なった。

【００４７】（比較例２）実施例１で得た触媒を図３の
水噴射装置付システムに配置し、水を噴射しない時の排
気ガス中の水分濃度を１１％、水を噴射した時の排気ガ
ス中の水分濃度を２１％として評価を行なった。

【００４８】［性能評価］（耐久方法）排気量４４００ｃｃのエンジンの排気系に
各例の触媒を装着し、触媒入口温度を６５０℃とし、５
０時間運転した。（評価方法）排気量２０００ｃｃのエンジンの排気系に
各例の排気ガス浄化システムを装着して、１０−１５モ
ードを走行した。排気ガス成分の浄化率や燃費を表１に
示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】［考察］実施例１と比較例１との比較か
ら、排気ガス中の水分濃度を増減させてＮＯｘのトラッ
プ放出を行なう方法と、空燃費のリッチ・リーンをを切
り替えてＮＯｘのトラップ放出を行なう方法とでは、排
気ガス中の汚染物質濃度は殆ど変わらないが、燃費に大
きな差があることがわかる。これは、空燃費を常にリー
ンにして走っているために燃費が良くなったものであ
る。また、実施例１と比較例２との比較から、水を噴射
して排気ガス中の水分濃度を高くしすぎると、触媒活性
が低下してしまうため、水分濃度の変化代は大きいほど
良いが、２０％を超すと触媒活性を落とすだけであるこ
とがわかる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、特定元素を用い周囲水分を適切に調整することとし
たため、対象とするガスの空燃比の変動に関係なく、Ｎ
Ｏｘを吸脱着し得る窒素酸化物吸脱着材、及びリーン域
でのＮＯｘ浄化性能に優れる排気ガス浄化システムを提
供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】水噴射装置を使用して排気ガス中の水分濃度を
増加させる制御を示すフローチャートである。

【図２】水トラップ装置を使用して排気ガス中の水分濃
度を減少させる制御を示すフローチャートである。

【図３】水噴射装置付きの排気ガス浄化システムの一例
を示すシステム構成図である。

【図４】水トラップ装置付きの排気ガス浄化システムの
一例を示すシステム構成図である。

【図５】ＮＯｘ吸脱着材が対象ガス中のＮＯｘを吸着・
脱離するメカニズムを示す概念図である。

【図６】周囲水分の増減により表面ＯＨ基が増減するこ
とを示すＩＲチャートである。

【図７】Ｐｔ／アルミナ−Ｂａ又はＣｓ触媒に水分を供
給又は停止した場合のＮＯｘ濃度変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１水噴射装置２、７ＮＯｘセンサー３、８エンジン４、９触媒５、１０コントローラ６水トラップ装置１１バイパス切替え弁

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）Ｂ０１Ｊ 20/04 Ｂ０１Ｊ 23/44 Ａ 20/08 23/46 ３１１Ａ 23/42 ＺＡＢ 29/072 Ａ 23/44 Ｆ０１Ｎ 3/08 Ａ 23/46 ３１１ 3/10 Ａ 29/072 3/18 ＢＦ０１Ｎ 3/08 3/24 Ｅ 3/10 3/28 ３０１Ｃ 3/18 Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ａ 3/24 53/36 Ａ 3/28 ３０１Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA17 AA18 AB05 AB06 AB09 BA14 BA15 BA19 BA39 CA13 CA15 CA19 CA26 DB10 EA05 EA30 EA33 FB10 GA06 GB01W GB01X GB01Y GB02Y GB03Y GB04X GB04Y GB05W GB06W GB07W GB09W GB10X GB10Y GB13Y GB16Y GB17X HA08 HA18 HA36 HA37 HA42 HB03 4D002 AA12 AC10 BA04 DA01 DA04 DA16 DA21 DA35 DA46 EA08 GA01 GB02 GB08 4D048 AA06 AB02 AC01 BA01Y BA02X BA11X BA14Y BA15Y BA18Y BA30X BA31X BA33X BB02 CC46 CD01 4G066 AA13A AA13B AA16A AA16B AA16C AA17A AA17B AA20C AA22C AA23C AA28D AA33A AA36A AA43A AA53A AB24A BA07 CA28 DA02 FA12 FA22 FA25 4G069 AA04 AA08 AA09 BA01B BA01C BA07A BA07B BA13B BC01A BC08A BC13B BC13C BC31A BC31B BC38A BC71A BC71B BC71C BC72A BC72B BC72C BC75A BC75B BC75C CA03 CA08 CA13 EA19 EE09 FA02 FA03 FB14 ZA01A ZA01B ZD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希
土類元素から成る群より選ばれた少なくとも１種の元
素、及び／又は表面に水酸基が形成される担体を含有
し、水分の量が多いときには、対象ガスに含まれる窒素
酸化物を吸着し、少ないときには、窒素酸化物を吸着し
ないか又は吸着した窒素酸化物を脱離することを特徴と
する窒素酸化物吸脱着材。
【請求項２】周囲水分により上記元素及び／又は上記
担体の表面に脱離可能な水酸基が形成され、周囲水分量
が多いときには、形成された水酸基により窒素酸化物を
吸着し、少ないときには、脱離可能な水酸基が形成され
ないか又は該水酸基を上記元素表面から脱離して、窒素
酸化物を吸着しないか又は吸着した窒素酸化物を該水酸
基とともに脱着する、ことを特徴とする請求項１記載の
窒素酸化物吸脱着材。
【請求項３】上記元素の炭酸塩が水溶性であることを
特徴とする請求項１又は２記載の窒素酸化物吸脱着材。
【請求項４】上記対象ガス中の水分濃度が０〜２０容
量％であり、上記周囲水分量が多いときは該水分濃度が
１０〜２０容量％であり、少ないときは０〜１０容量％
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの
項に記載の窒素酸化物吸脱着材。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１つの項に記載
の窒素酸化物吸脱着材を備えた排気ガス浄化システムで
あって、上記窒素酸化物吸脱着材と白金、パラジウム及びロジウ
ムから成る群より選ばれた少なくとも１種の貴金属を混
合して成る排気ガス浄化触媒を、排気ガス流路に設置
し、その上流側に、排気ガス中の水分濃度を変化させ得
る水分濃度変動手段を設置し、上記排気ガス中の水分濃度を０〜２０容量％の範囲で変
動させて、該排気ガス中の窒素酸化物を吸着・脱着・浄
化することを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項６】上記水分濃度変動手段と上記排気ガス浄
化触媒との間に水素供給手段を配置し、該水分濃度変動
手段によって排気ガス中の水分濃度を低減した際、該水
素供給手段から上記排気ガス浄化触媒に水素を供給する
ことを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化システ
ム。
【請求項７】上記水素供給手段が炭化水素類の水蒸気
改質を行う水蒸気改質材と水素吸蔵材を有し、上記水分
濃度が増大した際、該水蒸気改質材によって生成される
水素を該水素吸蔵材に吸蔵させ、上記水分濃度が低減し
た際、吸蔵させた水素を該水素吸蔵材から放出させて、
上記排気ガス浄化触媒に供給することを特徴とする請求
項６記載の排気ガス浄化システム。
【請求項８】上記水分濃度変動手段が、水分をトラッ
プする装置及び／又は水分を噴射する装置を備えること
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１つの項に記載の
排気ガス浄化システム。
【請求項９】上記排気ガスが、これに含まれる一酸化
炭素、炭化水素類及び水素の還元成分を完全に酸化する
のに必要な量よりも過剰量の酸素を含むことを特徴とす
る請求項５〜８のいずれか１つの項に記載の排気ガス浄
化システム。
【請求項１０】上記排気ガス浄化触媒の下流側に、窒
素酸化物を浄化するＮＯｘ浄化手段を配置して成ること
を特徴とする請求項５〜９のいずれか１つの項に記載の
排気ガス浄化システム。
【請求項１１】上記ＮＯｘ浄化手段が、銅をイオン交
換したゼオライト触媒であることを特徴とする請求項５
〜１０のいずれか１つの項に記載の排気ガス浄化システ
ム。