JP2002364343A - 排気ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リーンバーン条件下において、排気ガス中の
ＮＯｘ及びＨＣをより効率的に浄化しうる車両用浄化シ
ステムを提供すること。 【解決手段】 排気ガス流路上に配置され、排気ガス中
の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる、水素
富化手段と、排気ガス流路上の上記水素富化手段の後に
配置されたＮＯｘ浄化触媒と、 更に、排気ガス流路上
のＮＯｘ浄化触媒の後に配置されたＨＣトラップ触媒と
を有する排気ガス浄化システムである。水素富化手段か
らＮＯｘ浄化触媒に、排気ガスが常に直接流れる。
ＮＯｘ及びＨＣをより効率的に浄化しうる車両用浄化シ
ステムを提供すること。 【解決手段】 排気ガス流路上に配置され、排気ガス中
の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる、水素
富化手段と、排気ガス流路上の上記水素富化手段の後に
配置されたＮＯｘ浄化触媒と、 更に、排気ガス流路上
のＮＯｘ浄化触媒の後に配置されたＨＣトラップ触媒と
を有する排気ガス浄化システムである。水素富化手段か
らＮＯｘ浄化触媒に、排気ガスが常に直接流れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は、移動
体、特に車両の内燃機関から排出される窒化酸化物（Ｎ
Ｏｘ）を含む排気ガスを浄化するシステムに関する。
体、特に車両の内燃機関から排出される窒化酸化物（Ｎ
Ｏｘ）を含む排気ガスを浄化するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車等の移動体の内燃機関から排出さ
れる排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素
（ＨＣ）及び窒化酸化物（ＮＯｘ）等を浄化するため、
理論空燃比（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）の下で働く三元触媒や
これを用いた排気浄化システムが用いられている。一
方、燃費を良くするため、理論空燃比より高い空燃比領
域で燃焼を起こす、リーンバーン（希薄燃焼：ｌｅａｎ
ｂｕｒｎ）エンジンが実用化されている。リーンバー
ン条件下で、排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化す
る手段としては、ＮＯｘをトラップする機能を有するＮ
Ｏｘ浄化触媒が使用されている。
れる排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素
（ＨＣ）及び窒化酸化物（ＮＯｘ）等を浄化するため、
理論空燃比（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）の下で働く三元触媒や
これを用いた排気浄化システムが用いられている。一
方、燃費を良くするため、理論空燃比より高い空燃比領
域で燃焼を起こす、リーンバーン（希薄燃焼：ｌｅａｎ
ｂｕｒｎ）エンジンが実用化されている。リーンバー
ン条件下で、排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化す
る手段としては、ＮＯｘをトラップする機能を有するＮ
Ｏｘ浄化触媒が使用されている。
【０００３】このリーンバーン用のＮＯｘ浄化触媒は、
ＮＯｘを還元して浄化する触媒の他にＮＯｘトラップ剤
（ＮＯｘ吸着材）を備えており、空燃比がリーン（燃料
比が小さい）条件で排出されるＮＯｘをＮＯｘトラップ
剤に吸着させ、空燃比がリッチ（燃料比が大きい）にな
った際に、トラップしていたＮＯｘを排気ガス中の還元
ガス成分で還元し、放出浄化する。即ち、このＮＯｘ浄
化触媒では、空燃比がリッチのとき、内燃機関より排出
された炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素
（Ｈ２）等の還元ガス成分がＮＯｘ還元浄化触媒に供給
され、還元反応によりＮＯｘが浄化され、Ｎ２として放
出される。なお、各還元ガスの還元機能は、温度条件に
依存している。ＨＣ、ＣＯがＮＯｘの浄化反応に優れた
還元作用を発現するのは、２５０℃以上の温度条件が必
要である。
ＮＯｘを還元して浄化する触媒の他にＮＯｘトラップ剤
（ＮＯｘ吸着材）を備えており、空燃比がリーン（燃料
比が小さい）条件で排出されるＮＯｘをＮＯｘトラップ
剤に吸着させ、空燃比がリッチ（燃料比が大きい）にな
った際に、トラップしていたＮＯｘを排気ガス中の還元
ガス成分で還元し、放出浄化する。即ち、このＮＯｘ浄
化触媒では、空燃比がリッチのとき、内燃機関より排出
された炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素
（Ｈ２）等の還元ガス成分がＮＯｘ還元浄化触媒に供給
され、還元反応によりＮＯｘが浄化され、Ｎ２として放
出される。なお、各還元ガスの還元機能は、温度条件に
依存している。ＨＣ、ＣＯがＮＯｘの浄化反応に優れた
還元作用を発現するのは、２５０℃以上の温度条件が必
要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、リーンバーン条件での排気ガス温度は低く、ＨＣ、
ＣＯがＮＯｘの放出浄化のために優れた還元作用を発現
する２５０℃以上の温度には達しにくい。特に、コール
ド領域と呼ばれるエンジン始動時の排気ガス温度は、１
８０℃〜２００℃の温度であるため、ＮＯｘ浄化触媒に
よるＮＯの還元浄化を効率的に行うことができない。ま
た、ディーゼルエンジンを使用する車両の場合は、排気
ガス温度は更に低くなるため、ＮＯｘ浄化触媒の還元浄
化の効率はより悪くなる。一方、車両用の排気ガス規制
の対象は、ＮＯｘのみならず、ＨＣガスも含まれる。上
述するように、排気ガス温度が低い場合には、ＮＯｘ浄
化触媒において、排気ガス中のＨＣやＣＯが還元反応に
利用されないと、消費されず、そのまま排気ガスとして
外部に流出してしまうおそれがある。
に、リーンバーン条件での排気ガス温度は低く、ＨＣ、
ＣＯがＮＯｘの放出浄化のために優れた還元作用を発現
する２５０℃以上の温度には達しにくい。特に、コール
ド領域と呼ばれるエンジン始動時の排気ガス温度は、１
８０℃〜２００℃の温度であるため、ＮＯｘ浄化触媒に
よるＮＯの還元浄化を効率的に行うことができない。ま
た、ディーゼルエンジンを使用する車両の場合は、排気
ガス温度は更に低くなるため、ＮＯｘ浄化触媒の還元浄
化の効率はより悪くなる。一方、車両用の排気ガス規制
の対象は、ＮＯｘのみならず、ＨＣガスも含まれる。上
述するように、排気ガス温度が低い場合には、ＮＯｘ浄
化触媒において、排気ガス中のＨＣやＣＯが還元反応に
利用されないと、消費されず、そのまま排気ガスとして
外部に流出してしまうおそれがある。
【０００５】なお、リーンバーンを行う内燃機関におけ
る低温でのＨＣの流出という問題点に対して、特開２０
００−２５７４１７号公報では、ＮＯｘ浄化触媒の後段
に高炭素数のＨＣをトラップするＨＣトラップ剤及び低
炭素数のＨＣを浄化する酸化触媒を配置する排気浄化装
置が開示されている。しかし、上記排気浄化装置では、
低温でのＮＯｘ浄化は行われず、ＮＯｘ浄化は温度を上
昇させて行い、この温度上昇により後段のＨＣトラップ
剤にトラップしたＨＣも放出浄化している。即ち、この
装置では、温度加熱手段を常に用いているので、燃料消
費の増大を招く。従って、リーンバーンによる最大の利
点である良好な燃費が得られない。
る低温でのＨＣの流出という問題点に対して、特開２０
００−２５７４１７号公報では、ＮＯｘ浄化触媒の後段
に高炭素数のＨＣをトラップするＨＣトラップ剤及び低
炭素数のＨＣを浄化する酸化触媒を配置する排気浄化装
置が開示されている。しかし、上記排気浄化装置では、
低温でのＮＯｘ浄化は行われず、ＮＯｘ浄化は温度を上
昇させて行い、この温度上昇により後段のＨＣトラップ
剤にトラップしたＨＣも放出浄化している。即ち、この
装置では、温度加熱手段を常に用いているので、燃料消
費の増大を招く。従って、リーンバーンによる最大の利
点である良好な燃費が得られない。
【０００６】本発明の目的は、リーンバーン条件下にお
いて、排気ガス中のＮＯｘ及びＨＣをより効率的に浄化
しうる車両用浄化システムを提供することである。
いて、排気ガス中のＮＯｘ及びＨＣをより効率的に浄化
しうる車両用浄化システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の態様による車両用排気ガス浄化システム
は、排気ガス流路上に配置され、排気ガス中の還元ガス
成分に対する水素成分比を増加させる、水素富化手段
と、上記排気ガス流路上の上記水素富化手段の後に、配
置されたＮＯｘ浄化触媒と、更に、上記排気ガス流路上
の上記ＮＯｘ浄化触媒の後に配置されたＨＣトラップ触
媒とを有する。
め、本発明の態様による車両用排気ガス浄化システム
は、排気ガス流路上に配置され、排気ガス中の還元ガス
成分に対する水素成分比を増加させる、水素富化手段
と、上記排気ガス流路上の上記水素富化手段の後に、配
置されたＮＯｘ浄化触媒と、更に、上記排気ガス流路上
の上記ＮＯｘ浄化触媒の後に配置されたＨＣトラップ触
媒とを有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本願発明者らはこれまで、２５０
℃未満の低温でのＮＯｘ浄化に関して種々の検討を行っ
てきた。これらの検討から、本願発明者等は米国特許出
願０９／６９２，４７０に開示する、水素をＮＯｘ浄化
に有効に利用した排気ガス浄化システムを提案してい
る。この排気ガス浄化システムは、排気ガス流路上のＮ
Ｏｘ浄化触媒の前に水素富化手段を備えたものである。
ＮＯｘ浄化触媒の前に置かれた水素富化手段は、水素を
生成し、あるいは水素以外の還元ガスを選択酸化するこ
とにより、ＮＯｘ浄化触媒に入る排気ガス中の相対的な
水素濃度を上げる。水素は、２５０℃未満の低温におい
ても高い還元作用を発揮できるので、ＮＯｘ浄化触媒に
トラップされたＮＯｘを効率的に還元放出させることが
できる。この浄化システムを用いることにより、従来不
可能であると思われていた排気ガス温度がコールド域に
あっても、ＮＯｘを浄化することが可能となる。
℃未満の低温でのＮＯｘ浄化に関して種々の検討を行っ
てきた。これらの検討から、本願発明者等は米国特許出
願０９／６９２，４７０に開示する、水素をＮＯｘ浄化
に有効に利用した排気ガス浄化システムを提案してい
る。この排気ガス浄化システムは、排気ガス流路上のＮ
Ｏｘ浄化触媒の前に水素富化手段を備えたものである。
ＮＯｘ浄化触媒の前に置かれた水素富化手段は、水素を
生成し、あるいは水素以外の還元ガスを選択酸化するこ
とにより、ＮＯｘ浄化触媒に入る排気ガス中の相対的な
水素濃度を上げる。水素は、２５０℃未満の低温におい
ても高い還元作用を発揮できるので、ＮＯｘ浄化触媒に
トラップされたＮＯｘを効率的に還元放出させることが
できる。この浄化システムを用いることにより、従来不
可能であると思われていた排気ガス温度がコールド域に
あっても、ＮＯｘを浄化することが可能となる。
【０００９】しかしながら、本発明者らが更に検討を加
えた結果、上記排気ガス浄化システムにおいても、水素
富化手段やＮＯｘ浄化触媒で反応に関与しなかった一部
のＨＣが低温で大気中に流出する虞れがあり、これらの
大気中に流出するＨＣ濃度を低減する必要があることが
判明した。本発明の実施の形態に係る排気ガス浄化シス
テムは、上記浄化システムを改良したものであり、リー
ンバーン条件下において、内燃機関から排出される排気
ガス中のＮＯｘのみならず、ＨＣをより効率的に浄化し
うる車両用浄化システムである。以下、具体的に説明す
る。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り
質量百分率を表すものとする。
えた結果、上記排気ガス浄化システムにおいても、水素
富化手段やＮＯｘ浄化触媒で反応に関与しなかった一部
のＨＣが低温で大気中に流出する虞れがあり、これらの
大気中に流出するＨＣ濃度を低減する必要があることが
判明した。本発明の実施の形態に係る排気ガス浄化シス
テムは、上記浄化システムを改良したものであり、リー
ンバーン条件下において、内燃機関から排出される排気
ガス中のＮＯｘのみならず、ＨＣをより効率的に浄化し
うる車両用浄化システムである。以下、具体的に説明す
る。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り
質量百分率を表すものとする。
【００１０】まず、図１に示すように、本実施の形態の
排気ガス浄化システムでは、エンジン１０からの排気ガ
ス流路上に、水素富化手段２０と、ＮＯｘ浄化触媒３０
と、ＨＣトラップ触媒４０とを、この順番にインライン
に並べている。水素富化手段は、常に排気ガスにさらさ
れており、排気ガス又は燃焼ガスの流れの中に配置され
ている。よって、このシステムでは、バイパスを設けて
排気ガスを循環させたり、排気ガス流路中に切り替え弁
を設けたり、上記排気ガス流路の外部から水素を供給し
たりする必要がない。本システムは、よりコンパクトな
高い性能のシステムとなり、車両用として優れたもので
ある。なお、エンジン１０は、制御装置１５により運転
状態に応じて燃料噴射条件等が制御され、空燃比がリー
ン状態又はリッチ状態が発生する。
排気ガス浄化システムでは、エンジン１０からの排気ガ
ス流路上に、水素富化手段２０と、ＮＯｘ浄化触媒３０
と、ＨＣトラップ触媒４０とを、この順番にインライン
に並べている。水素富化手段は、常に排気ガスにさらさ
れており、排気ガス又は燃焼ガスの流れの中に配置され
ている。よって、このシステムでは、バイパスを設けて
排気ガスを循環させたり、排気ガス流路中に切り替え弁
を設けたり、上記排気ガス流路の外部から水素を供給し
たりする必要がない。本システムは、よりコンパクトな
高い性能のシステムとなり、車両用として優れたもので
ある。なお、エンジン１０は、制御装置１５により運転
状態に応じて燃料噴射条件等が制御され、空燃比がリー
ン状態又はリッチ状態が発生する。
【００１１】まず、水素富化手段２０について概説す
る。水素富化手段とは、燃焼ガス及び／又は排気ガス中
の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる手段の
ことであり、具体的には、（ａ）燃焼ガス及び／又は排
気ガス中で水素を生成する手段、若しくは（ｂ）燃焼ガ
ス及び／又は排気ガス中で水素以外の還元成分を減少さ
せる手段に相当する。なお、水素富化手段として、上記
（ａ）、（ｂ）の一方若しくは両方を使用してもよい。
具体的に、上記水素生成手段（ａ）は、燃焼ガスや排気
ガス中で水素を生成し、該ガス中に存在する水素量自体
を増加させて積極的に水素濃度を増大させる手段であ
り、燃料噴射タイミングや点火時期などに関する燃焼制
御手段（燃焼系）と、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を含
有する水素生成触媒（触媒系）と、が例示できる。ま
た、上記還元成分減少手段（ｂ）は、ＨＣやＣＯ等の還
元成分を選択的に（又は水素よりも優位に）減少させ、
該ガス中での水素存在比率を増加させるものである。Ｃ
Ｏ・ＨＣ選択酸化触媒や、水素の消費比率を他のガス成
分の消費比率よりも低減する固体酸性酸化物を含有する
触媒等を挙げることができる。
る。水素富化手段とは、燃焼ガス及び／又は排気ガス中
の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる手段の
ことであり、具体的には、（ａ）燃焼ガス及び／又は排
気ガス中で水素を生成する手段、若しくは（ｂ）燃焼ガ
ス及び／又は排気ガス中で水素以外の還元成分を減少さ
せる手段に相当する。なお、水素富化手段として、上記
（ａ）、（ｂ）の一方若しくは両方を使用してもよい。
具体的に、上記水素生成手段（ａ）は、燃焼ガスや排気
ガス中で水素を生成し、該ガス中に存在する水素量自体
を増加させて積極的に水素濃度を増大させる手段であ
り、燃料噴射タイミングや点火時期などに関する燃焼制
御手段（燃焼系）と、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を含
有する水素生成触媒（触媒系）と、が例示できる。ま
た、上記還元成分減少手段（ｂ）は、ＨＣやＣＯ等の還
元成分を選択的に（又は水素よりも優位に）減少させ、
該ガス中での水素存在比率を増加させるものである。Ｃ
Ｏ・ＨＣ選択酸化触媒や、水素の消費比率を他のガス成
分の消費比率よりも低減する固体酸性酸化物を含有する
触媒等を挙げることができる。
【００１２】図２は、ＮＯｘトラップ型のＮＯｘ浄化触
媒３０における浄化のメカニズムを説明する図である。
ＮＯｘ浄化触媒３０は、ＮＯｘ還元浄化触媒である白金
（Ｐｔ），Ｒｈ等の貴金属触媒３５と、ＮＯｘを硝酸塩
としてトラップするＢａ等の吸着材３６とを有してい
る。空燃比がリーンの際に、吸着材３６にトラップされ
たＮＯｘは、空燃比がリッチになった際に、貴金属触媒
３５のもと、排気ガス中の還元ガスにより還元、浄化さ
れ、Ｎ２として放出される。排気ガス中に含まれる水素
以外のＨＣやＣＯ等の還元成分は、２５０℃〜５００℃
の温度条件で還元機能を発現するが、リーンバーン条件
下で排出される排気ガス温度のように、２５０℃未満の
低温では還元機能を発現しない。また、図２に示すよう
に、２５０℃未満の温度では、特にＣＯガスが、ＮＯｘ
浄化触媒３５表面に被着し、ＮＯｘの浄化反応を阻害す
る傾向がある。
媒３０における浄化のメカニズムを説明する図である。
ＮＯｘ浄化触媒３０は、ＮＯｘ還元浄化触媒である白金
（Ｐｔ），Ｒｈ等の貴金属触媒３５と、ＮＯｘを硝酸塩
としてトラップするＢａ等の吸着材３６とを有してい
る。空燃比がリーンの際に、吸着材３６にトラップされ
たＮＯｘは、空燃比がリッチになった際に、貴金属触媒
３５のもと、排気ガス中の還元ガスにより還元、浄化さ
れ、Ｎ２として放出される。排気ガス中に含まれる水素
以外のＨＣやＣＯ等の還元成分は、２５０℃〜５００℃
の温度条件で還元機能を発現するが、リーンバーン条件
下で排出される排気ガス温度のように、２５０℃未満の
低温では還元機能を発現しない。また、図２に示すよう
に、２５０℃未満の温度では、特にＣＯガスが、ＮＯｘ
浄化触媒３５表面に被着し、ＮＯｘの浄化反応を阻害す
る傾向がある。
【００１３】一方、水素は、２００℃以下の低温、コー
ルド域の温度でも還元機能を発現するので、排気ガス中
の水素量が増加すれば、ＮＯｘ浄化触媒３０によるＮＯ
ｘの浄化反応は促進される。また、排気ガス中の水素以
外の還元成分（ＨＣやＣＯ）を減少させ、相対的な水素
濃度が上がる場合においても、浄化反応を阻害するＣＯ
量等が減少するため、水素による浄化反応は促進され
る。具体的には、本実施の形態のＮＯｘ浄化触媒がＮＯ
ｘ浄化を行う際、上述の水素富化手段により水素富化が
実行され、排気ガス中の水素濃度［Ｈ２］と全還元成分
濃度［ＴＲ］が、次の（ｆ１）式及び（ｆ２）式を充た
すことが好ましい。 ［Ｈ２／ＴＲ］ｄ＞［Ｈ２／ＴＲ］ｕ…（ｆ１） ［Ｈ２／ＴＲ］ｄ≧０．３…（ｆ２） ここで、［Ｈ２／ＴＲ］ｕは上記水素富化手段の水素富
化実行前又は上流での水素濃度［Ｈ２］ｕと全還元成分
濃度［ＴＲ］ｕの比、［Ｈ２／ＴＲ］ｄは上記ＮＯｘ浄
化触媒の入口での水素濃度［Ｈ２］ｄと全還元成分濃度
［ＴＲ］ｄの比を示す。
ルド域の温度でも還元機能を発現するので、排気ガス中
の水素量が増加すれば、ＮＯｘ浄化触媒３０によるＮＯ
ｘの浄化反応は促進される。また、排気ガス中の水素以
外の還元成分（ＨＣやＣＯ）を減少させ、相対的な水素
濃度が上がる場合においても、浄化反応を阻害するＣＯ
量等が減少するため、水素による浄化反応は促進され
る。具体的には、本実施の形態のＮＯｘ浄化触媒がＮＯ
ｘ浄化を行う際、上述の水素富化手段により水素富化が
実行され、排気ガス中の水素濃度［Ｈ２］と全還元成分
濃度［ＴＲ］が、次の（ｆ１）式及び（ｆ２）式を充た
すことが好ましい。 ［Ｈ２／ＴＲ］ｄ＞［Ｈ２／ＴＲ］ｕ…（ｆ１） ［Ｈ２／ＴＲ］ｄ≧０．３…（ｆ２） ここで、［Ｈ２／ＴＲ］ｕは上記水素富化手段の水素富
化実行前又は上流での水素濃度［Ｈ２］ｕと全還元成分
濃度［ＴＲ］ｕの比、［Ｈ２／ＴＲ］ｄは上記ＮＯｘ浄
化触媒の入口での水素濃度［Ｈ２］ｄと全還元成分濃度
［ＴＲ］ｄの比を示す。
【００１４】上記（ｆ１）、（ｆ２）式が充たされる場
合、水素がＮＯｘ浄化反応で還元成分として有効に利用
され、ＮＯｘを効率良く浄化する。本願発明者等の検討
によれば、水素富化手段を用いない場合、自動車エンジ
ンからの排気ガスや排気ガス浄化用触媒を用いた場合
は、［Ｈ２／ＴＲ］ｄ＜０．３であるので、上記（ｆ
２）の式を充たす場合、明らかに水素富化手段の効果を
得ることができる。なお、より好ましくは、［Ｈ２／Ｔ
Ｒ］ｄ≧０．５とする。なお、安全性向上のため、水素
含有量は、全排ガスに対し４％未満とすることが好まし
い。上述した水素富化手段は、水素富化を常時実行する
ことができるが、水素富化の実行時をＮＯｘ浄化触媒に
よるＮＯｘ浄化時と一致させることは、ＮＯｘ浄化効率
を高めるという観点から望ましい。
合、水素がＮＯｘ浄化反応で還元成分として有効に利用
され、ＮＯｘを効率良く浄化する。本願発明者等の検討
によれば、水素富化手段を用いない場合、自動車エンジ
ンからの排気ガスや排気ガス浄化用触媒を用いた場合
は、［Ｈ２／ＴＲ］ｄ＜０．３であるので、上記（ｆ
２）の式を充たす場合、明らかに水素富化手段の効果を
得ることができる。なお、より好ましくは、［Ｈ２／Ｔ
Ｒ］ｄ≧０．５とする。なお、安全性向上のため、水素
含有量は、全排ガスに対し４％未満とすることが好まし
い。上述した水素富化手段は、水素富化を常時実行する
ことができるが、水素富化の実行時をＮＯｘ浄化触媒に
よるＮＯｘ浄化時と一致させることは、ＮＯｘ浄化効率
を高めるという観点から望ましい。
【００１５】更に、本実施の形態の浄化システムでは、
ＮＯｘ浄化時におけるＮＯｘトラップ浄化触媒の入口で
の、水素濃度［Ｈ２］ｄと全還元成分濃度［ＴＲ］ｄ中
の一酸化炭素濃度［ＣＯ］ｄとの比率が、以下の（ｆ
３）式を満足することが好ましい。 ［Ｈ２／ＣＯ］ｄ＞１…（ｆ３） （ｆ３）が充たされる場合は、還元ガス中で、特に、Ｎ
Ｏｘ触媒表面に被着し、ＮＯｘと水素との浄化反応を阻
害する傾向が高いＣＯの濃度が低減されるので、還元力
の強いＨ２とＮＯｘとの反応性を高め、ＮＯｘの浄化効
率を更に向上させることができる。
ＮＯｘ浄化時におけるＮＯｘトラップ浄化触媒の入口で
の、水素濃度［Ｈ２］ｄと全還元成分濃度［ＴＲ］ｄ中
の一酸化炭素濃度［ＣＯ］ｄとの比率が、以下の（ｆ
３）式を満足することが好ましい。 ［Ｈ２／ＣＯ］ｄ＞１…（ｆ３） （ｆ３）が充たされる場合は、還元ガス中で、特に、Ｎ
Ｏｘ触媒表面に被着し、ＮＯｘと水素との浄化反応を阻
害する傾向が高いＣＯの濃度が低減されるので、還元力
の強いＨ２とＮＯｘとの反応性を高め、ＮＯｘの浄化効
率を更に向上させることができる。
【００１６】次に、本実施の形態に係るＨＣトラップ触
媒４０について説明する。図３は、本実施の形態に係る
ＨＣトラップ触媒４０の構成を示す外観図及び部分断面
図である。図１に示すように、本実施の形態に係る排気
ガス浄化システムでは、ＨＣトラップ触媒４０は、上述
したＮＯｘ浄化触媒の下流に配置される。ＨＣトラップ
触媒４０は、低温時にＨＣを吸着し、温度上昇に伴って
（活性化温度に達すると）ＨＣを放出できる吸着剤を含
有するものである。ＮＯｘ浄化触媒で消費されず、排気
ガス中に残ったＨＣをトラップする。放出されたＨＣ
は、ＨＣトラップ触媒４０が一体に備える三元触媒又は
ＨＣトラップ触媒４０と別に設けられた三元触媒により
浄化される。
媒４０について説明する。図３は、本実施の形態に係る
ＨＣトラップ触媒４０の構成を示す外観図及び部分断面
図である。図１に示すように、本実施の形態に係る排気
ガス浄化システムでは、ＨＣトラップ触媒４０は、上述
したＮＯｘ浄化触媒の下流に配置される。ＨＣトラップ
触媒４０は、低温時にＨＣを吸着し、温度上昇に伴って
（活性化温度に達すると）ＨＣを放出できる吸着剤を含
有するものである。ＮＯｘ浄化触媒で消費されず、排気
ガス中に残ったＨＣをトラップする。放出されたＨＣ
は、ＨＣトラップ触媒４０が一体に備える三元触媒又は
ＨＣトラップ触媒４０と別に設けられた三元触媒により
浄化される。
【００１７】なお、ＨＣトラップ触媒と別体として三元
触媒等のＨＣ浄化触媒を有してもよいが、ＨＣトラップ
触媒自体にＨＣ吸着剤層とＨＣ浄化触媒とを含む構造を
有する方が、ＨＣを効率良く放出浄化できる。例えば、
図３に示すように、本実施の形態のＨＣトラップ触媒
は、断面が多角形のセルを複数有するモノリス担体４１
上に、炭化水素吸着材層４２と、三元触媒である金属触
媒層４３が積層形成されたものである。金属触媒層４３
の内側のセル中央を排気ガスが通過する。モノリス担体
４１としては、例えば、コージェライトなどのセラミッ
ク製のものや、フェライト系ステンレスなどの金属製の
ものを用いることができる。炭化水素吸着材層４２の炭
化水素吸着材としては、ゼオライト又は活性炭を挙げる
ことができる。また、金属触媒層４３の金属触媒として
は、Ｐｄ、Ｐｔ又はＲｈ等のいわゆる三元触媒機能を有
する金属を使用できる。なお、炭化水素吸着材としてゼ
オライトを使用する場合は、耐久性を上げるために、ゼ
オライト層中には、金属触媒を含まないことが望まし
い。
触媒等のＨＣ浄化触媒を有してもよいが、ＨＣトラップ
触媒自体にＨＣ吸着剤層とＨＣ浄化触媒とを含む構造を
有する方が、ＨＣを効率良く放出浄化できる。例えば、
図３に示すように、本実施の形態のＨＣトラップ触媒
は、断面が多角形のセルを複数有するモノリス担体４１
上に、炭化水素吸着材層４２と、三元触媒である金属触
媒層４３が積層形成されたものである。金属触媒層４３
の内側のセル中央を排気ガスが通過する。モノリス担体
４１としては、例えば、コージェライトなどのセラミッ
ク製のものや、フェライト系ステンレスなどの金属製の
ものを用いることができる。炭化水素吸着材層４２の炭
化水素吸着材としては、ゼオライト又は活性炭を挙げる
ことができる。また、金属触媒層４３の金属触媒として
は、Ｐｄ、Ｐｔ又はＲｈ等のいわゆる三元触媒機能を有
する金属を使用できる。なお、炭化水素吸着材としてゼ
オライトを使用する場合は、耐久性を上げるために、ゼ
オライト層中には、金属触媒を含まないことが望まし
い。
【００１８】このように、本実施の形態に係る排気ガス
浄化システムでは、ＮＯｘ浄化触媒の上流に水素富化手
段を有するとともに、ＮＯｘ浄化触媒の下流にＨＣトラ
ップ触媒を配置しているので、ＮＯｘの浄化反応を効率
良く促進できるとともに、ＮＯｘの浄化反応で使用され
ず、排気ガス中に残ったＨＣについては、ＨＣトラップ
触媒によってトラップし、ＨＣの大気中への流出を未然
に防止できる。即ち、コールド域で発生するＨＣの流出
を抑制できる。なお、本実施の形態に係るＨＣトラップ
触媒４０の、炭化水素吸着材層４２の種類は、対象とす
る内燃機関の燃料の種類に応じて適宜変更することが好
ましい。
浄化システムでは、ＮＯｘ浄化触媒の上流に水素富化手
段を有するとともに、ＮＯｘ浄化触媒の下流にＨＣトラ
ップ触媒を配置しているので、ＮＯｘの浄化反応を効率
良く促進できるとともに、ＮＯｘの浄化反応で使用され
ず、排気ガス中に残ったＨＣについては、ＨＣトラップ
触媒によってトラップし、ＨＣの大気中への流出を未然
に防止できる。即ち、コールド域で発生するＨＣの流出
を抑制できる。なお、本実施の形態に係るＨＣトラップ
触媒４０の、炭化水素吸着材層４２の種類は、対象とす
る内燃機関の燃料の種類に応じて適宜変更することが好
ましい。
【００１９】図４は、排気ガス中のＨＣの分子径分布を
示したグラフである。図４中、線Ａはガソリン燃料を使
用したガソリン車の場合、線Ｂは、軽油燃料を使用した
ディーゼル車の場合である。図４中の線Ａを参照にする
ように、燃料がガソリンなどの軽質油の場合、未浄化Ｈ
Ｃには炭素数が３以上や分子径が４Å（０．４ｎｍ）以
上のＨＣが多く含まれる。これに対する炭化水素吸着材
としては、これらの分子径を効率的に吸着するβ−ゼオ
ライトやＺＳＭ−５などを用いることが好ましい。な
お、吸着する平均的な分子径とゼオライトの細孔径とは
相関があるため、吸着すべき分子径と同等以上の細孔径
を有するゼオライトを使用することが好ましい。
示したグラフである。図４中、線Ａはガソリン燃料を使
用したガソリン車の場合、線Ｂは、軽油燃料を使用した
ディーゼル車の場合である。図４中の線Ａを参照にする
ように、燃料がガソリンなどの軽質油の場合、未浄化Ｈ
Ｃには炭素数が３以上や分子径が４Å（０．４ｎｍ）以
上のＨＣが多く含まれる。これに対する炭化水素吸着材
としては、これらの分子径を効率的に吸着するβ−ゼオ
ライトやＺＳＭ−５などを用いることが好ましい。な
お、吸着する平均的な分子径とゼオライトの細孔径とは
相関があるため、吸着すべき分子径と同等以上の細孔径
を有するゼオライトを使用することが好ましい。
【００２０】一方、図４中の線Ｂを参照にするように、
燃料が軽油などの重質油の場合、排気ガス中には、炭素
数が３未満の分子径が４Å未満のＨＣから炭素数が３以
上の分子径が４Å以上の種々のＨＣが含まれる。従っ
て、炭化水素吸着材として、４Å以上のＨＣを効率的に
吸着できるβ−ゼオライトやＺＳＭ−５の他に、４Å未
満のＨＣを効率的に吸着できるフェリエライト、Ａ型，
Ｂ型ゼオライトなどを用いることが好ましい。なお、Ｈ
Ｃトラップ触媒は、水素富化手段と、ＮＯｘ浄化触媒の
後に配置される。水素富化手段として、ＣＯ・ＨＣ選択
酸化触媒を使用する場合は、炭素数が３以上の分子径が
４Å以上のＨＣは、このＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒によっ
て酸化浄化される。従って、ディーゼル車のように、燃
料として軽油を使用する場合であって、しかも、水素富
化手段としてＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒を使用する場合
は、図４の線ｂに示すように、この触媒を通過した排気
ガス中には、主に炭素数が３未満や分子径が４Å未満の
ＨＣが含まれる。従って、この場合は、炭化水素吸着材
として、４Å（０．４ｎｍ）未満のＨＣを効率的に吸着
できるフェリエライト、Ａ型ゼオライト，Ｂ型ゼオライ
トなどを用いることが好ましい。なお、一般にメタン
（ＣＨ４）は排ガス規制の対象にならないので、上記Ｈ
Ｃトラップ触媒でトラップされる炭化水素は、少なくと
もＣＨ４より大きい分子をトラップできるものであれば
よい。言い換えれば、沸点が−５０℃以上の炭化水素を
主にトラップできるものであればよい。
燃料が軽油などの重質油の場合、排気ガス中には、炭素
数が３未満の分子径が４Å未満のＨＣから炭素数が３以
上の分子径が４Å以上の種々のＨＣが含まれる。従っ
て、炭化水素吸着材として、４Å以上のＨＣを効率的に
吸着できるβ−ゼオライトやＺＳＭ−５の他に、４Å未
満のＨＣを効率的に吸着できるフェリエライト、Ａ型，
Ｂ型ゼオライトなどを用いることが好ましい。なお、Ｈ
Ｃトラップ触媒は、水素富化手段と、ＮＯｘ浄化触媒の
後に配置される。水素富化手段として、ＣＯ・ＨＣ選択
酸化触媒を使用する場合は、炭素数が３以上の分子径が
４Å以上のＨＣは、このＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒によっ
て酸化浄化される。従って、ディーゼル車のように、燃
料として軽油を使用する場合であって、しかも、水素富
化手段としてＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒を使用する場合
は、図４の線ｂに示すように、この触媒を通過した排気
ガス中には、主に炭素数が３未満や分子径が４Å未満の
ＨＣが含まれる。従って、この場合は、炭化水素吸着材
として、４Å（０．４ｎｍ）未満のＨＣを効率的に吸着
できるフェリエライト、Ａ型ゼオライト，Ｂ型ゼオライ
トなどを用いることが好ましい。なお、一般にメタン
（ＣＨ４）は排ガス規制の対象にならないので、上記Ｈ
Ｃトラップ触媒でトラップされる炭化水素は、少なくと
もＣＨ４より大きい分子をトラップできるものであれば
よい。言い換えれば、沸点が−５０℃以上の炭化水素を
主にトラップできるものであればよい。
【００２１】以上に説明するように、本実施の形態に係
る排気ガス浄化システムでは、排気ガス流路に配置され
たＮＯｘ浄化触媒の上流に特定の水素富化手段を配置
し、且つ該ＮＯｘトラップ浄化触媒の下流にＨＣトラッ
プ触媒を配置し、この水素富化手段によって、該ＮＯｘ
浄化触媒に水素が富化された燃焼ガスや排気ガスを供給
するので、ＮＯｘの浄化処理を効率的に行うとともに、
ＨＣトラップ触媒によって、コールド域でのＨＣの大気
中への流出を未然に防止できる。
る排気ガス浄化システムでは、排気ガス流路に配置され
たＮＯｘ浄化触媒の上流に特定の水素富化手段を配置
し、且つ該ＮＯｘトラップ浄化触媒の下流にＨＣトラッ
プ触媒を配置し、この水素富化手段によって、該ＮＯｘ
浄化触媒に水素が富化された燃焼ガスや排気ガスを供給
するので、ＮＯｘの浄化処理を効率的に行うとともに、
ＨＣトラップ触媒によって、コールド域でのＨＣの大気
中への流出を未然に防止できる。
【００２２】再び、本実施の形態に係る水素富化手段に
つき更に詳細に説明する。上述したように、水素富化手
段には、大きく分けて水素生成手段（ａ）と水素以外の
還元成分を減少させる手段（ｂ）とがある。更に、水素
生成手段（ａ）としては、燃焼制御手段（Ｉ）（燃焼
系）及び水素生成触媒（ＩＩ）（触媒系）があげられ
る。また、水素以外の還元成分を減少させる手段（ｂ）
としては、ＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒（ＩＩＩ）（触媒
系）、固体酸性酸化物含有触媒（ＩＶ）（触媒系）が挙
げられる。これらの手段は、完全に区別されるものでは
なく、ひとつの触媒が複数の触媒機能を有する場合もあ
る。また、（Ｉ）〜（ＩＶ）の手段は、単独で、又は二
以上を組み合わせて用いることができる。好適な水素富
化手段の構造としては、燃焼制御手段（Ｉ）と、水素生
成触媒（ＩＩ）、ＨＣ・ＣＯ選択酸化触媒（ＩＩＩ）及
び固体酸性酸化物含有触媒（ＩＶ）を組合せたものが挙
げられる。
つき更に詳細に説明する。上述したように、水素富化手
段には、大きく分けて水素生成手段（ａ）と水素以外の
還元成分を減少させる手段（ｂ）とがある。更に、水素
生成手段（ａ）としては、燃焼制御手段（Ｉ）（燃焼
系）及び水素生成触媒（ＩＩ）（触媒系）があげられ
る。また、水素以外の還元成分を減少させる手段（ｂ）
としては、ＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒（ＩＩＩ）（触媒
系）、固体酸性酸化物含有触媒（ＩＶ）（触媒系）が挙
げられる。これらの手段は、完全に区別されるものでは
なく、ひとつの触媒が複数の触媒機能を有する場合もあ
る。また、（Ｉ）〜（ＩＶ）の手段は、単独で、又は二
以上を組み合わせて用いることができる。好適な水素富
化手段の構造としては、燃焼制御手段（Ｉ）と、水素生
成触媒（ＩＩ）、ＨＣ・ＣＯ選択酸化触媒（ＩＩＩ）及
び固体酸性酸化物含有触媒（ＩＶ）を組合せたものが挙
げられる。
【００２３】具体的に、燃焼制御手段（Ｉ）としては、
燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火時期又は吸排気
弁の開閉タイミング及びこれらの任意の組合せを制御す
る手段を挙げることができる。また、この燃焼制御手段
には、燃焼ガス及び／又は排気ガス中で、主としてＨＣ
を部分酸化し、ＣＯ生成を起こす手段を有するものがあ
る。水素生成触媒（ＩＩ）としては、燃焼ガス及び／又
は排気ガス中のＨＣとＣＯから水素を生成する機能を有
する触媒であれば十分であるが、Ｐｔ，Ｐｄ又はＲｈ及
びこれらの任意の混合物に係る貴金属を含有する貴金属
触媒を例示することができる。なお、かかる水素生成触
媒において、単独の貴金属を用いるものとしては、Ｒｈ
を含有する触媒が最も好ましい。
燃料噴射量、燃料噴射タイミング、点火時期又は吸排気
弁の開閉タイミング及びこれらの任意の組合せを制御す
る手段を挙げることができる。また、この燃焼制御手段
には、燃焼ガス及び／又は排気ガス中で、主としてＨＣ
を部分酸化し、ＣＯ生成を起こす手段を有するものがあ
る。水素生成触媒（ＩＩ）としては、燃焼ガス及び／又
は排気ガス中のＨＣとＣＯから水素を生成する機能を有
する触媒であれば十分であるが、Ｐｔ，Ｐｄ又はＲｈ及
びこれらの任意の混合物に係る貴金属を含有する貴金属
触媒を例示することができる。なお、かかる水素生成触
媒において、単独の貴金属を用いるものとしては、Ｒｈ
を含有する触媒が最も好ましい。
【００２４】ＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒（ＩＩＩ）は、Ｈ
２以外の還元成分を減らす効果を有する。例えば、この
触媒としては、Ｈ２生成機能をも有するジルコニウム酸
化物を含有する触媒を挙げることができる。この場合、
ジルコニウム酸化物としては、アルカリ土類金属を含有
し、その組成が、次の一般式（ｆ４）を充たすものを用
いることが好ましい。 ［Ｘ］ａＺｒｂＯｃ…（ｆ４） ここで、式中のＸは、マグネシウム、カルシウム、スト
ロンチウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なく
とも１種のアルカリ土類金属、ａ及びｂは各元素の原子
比率、ｃはＸ及びＺｒの原子価を満足するのに必要な酸
素原子数を示し、ａ＝０．０１〜０．５、ｂ＝０．５〜
０．９９、ａ＋ｂ＝１を満たす。上記（ｆ４）式におい
て、ａが０．０１未満ではジルコニウム酸化物に対する
添加元素（アルカリ土類金属）の改質効果が十分に得ら
れず、逆に、ａが０．５を超えると耐熱性が悪化し触媒
活性が低下することがある。また、ａ＋ｂが１．０を超
えるとジルコニウム酸化物の構造安定性が低下すること
があり、好ましくない。
２以外の還元成分を減らす効果を有する。例えば、この
触媒としては、Ｈ２生成機能をも有するジルコニウム酸
化物を含有する触媒を挙げることができる。この場合、
ジルコニウム酸化物としては、アルカリ土類金属を含有
し、その組成が、次の一般式（ｆ４）を充たすものを用
いることが好ましい。 ［Ｘ］ａＺｒｂＯｃ…（ｆ４） ここで、式中のＸは、マグネシウム、カルシウム、スト
ロンチウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なく
とも１種のアルカリ土類金属、ａ及びｂは各元素の原子
比率、ｃはＸ及びＺｒの原子価を満足するのに必要な酸
素原子数を示し、ａ＝０．０１〜０．５、ｂ＝０．５〜
０．９９、ａ＋ｂ＝１を満たす。上記（ｆ４）式におい
て、ａが０．０１未満ではジルコニウム酸化物に対する
添加元素（アルカリ土類金属）の改質効果が十分に得ら
れず、逆に、ａが０．５を超えると耐熱性が悪化し触媒
活性が低下することがある。また、ａ＋ｂが１．０を超
えるとジルコニウム酸化物の構造安定性が低下すること
があり、好ましくない。
【００２５】上述の如く、このジルコニウム酸化物に係
るＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒は、水素生成触媒、好ましく
はＲｈと併用することが可能であり、かかる併用によ
り、Ｒｈの電子状態が好適な状態に維持され、Ｈ２が効
率良く生成されるようになるので、水素富化をいっそう
促進することができる。この場合、Ｒｈの使用量は、触
媒１Ｌ当たり、０．０１〜１０ｇ／Ｌとすることが望ま
しく、０．０１ｇ／Ｌ未満ではＲｈによるＨ２成分比率
の増大効果が十分に得られず、逆に１０ｇ／Ｌを超える
と増大効果が飽和する。なお、かかる併用の際、上記
（ｆ４）式で表されるジルコニウム酸化物において、ａ
＋ｂが１．０を超えると、添加したアルカリ土類金属が
触媒表面に析出してＲｈの触媒活性を低下させることが
ある。
るＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒は、水素生成触媒、好ましく
はＲｈと併用することが可能であり、かかる併用によ
り、Ｒｈの電子状態が好適な状態に維持され、Ｈ２が効
率良く生成されるようになるので、水素富化をいっそう
促進することができる。この場合、Ｒｈの使用量は、触
媒１Ｌ当たり、０．０１〜１０ｇ／Ｌとすることが望ま
しく、０．０１ｇ／Ｌ未満ではＲｈによるＨ２成分比率
の増大効果が十分に得られず、逆に１０ｇ／Ｌを超える
と増大効果が飽和する。なお、かかる併用の際、上記
（ｆ４）式で表されるジルコニウム酸化物において、ａ
＋ｂが１．０を超えると、添加したアルカリ土類金属が
触媒表面に析出してＲｈの触媒活性を低下させることが
ある。
【００２６】また、かかるＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒に
は、未燃焼ＨＣ及びＣＯを選択的に酸化・除去しＨ２成
分比率を増大すべく、Ｐｄとセリウム酸化物を含有させ
ることができ、この場合、全Ｐｄ量の２０〜８０％がこ
のセリウム酸化物に担持されるようにすることが望まし
い。セリウム酸化物上に担持されるＰｄ量が２０％未満
ではＨ２生成比率の増大効果が十分に得られず、逆に８
０％を超えるとＰｄの分散性が悪化し触媒活性が低下す
る。また、Ｐｄの使用量は、触媒１Ｌ当たり、０．０１
〜５０ｇ／Ｌとすることが望ましく、０．０１ｇ／Ｌ未
満では、Ｐｄが未燃焼ＨＣ及びＣＯを選択的に酸化・除
去してＨ２成分比率を高める改良効果が十分に得られ
ず、逆に５０ｇ／Ｌを超えると改良効果が飽和する。
は、未燃焼ＨＣ及びＣＯを選択的に酸化・除去しＨ２成
分比率を増大すべく、Ｐｄとセリウム酸化物を含有させ
ることができ、この場合、全Ｐｄ量の２０〜８０％がこ
のセリウム酸化物に担持されるようにすることが望まし
い。セリウム酸化物上に担持されるＰｄ量が２０％未満
ではＨ２生成比率の増大効果が十分に得られず、逆に８
０％を超えるとＰｄの分散性が悪化し触媒活性が低下す
る。また、Ｐｄの使用量は、触媒１Ｌ当たり、０．０１
〜５０ｇ／Ｌとすることが望ましく、０．０１ｇ／Ｌ未
満では、Ｐｄが未燃焼ＨＣ及びＣＯを選択的に酸化・除
去してＨ２成分比率を高める改良効果が十分に得られ
ず、逆に５０ｇ／Ｌを超えると改良効果が飽和する。
【００２７】次に、固体酸性酸化物含有触媒（ＩＶ）
は、Ｈ２の消費を抑制するものである。好ましくはＣＯ
・ＨＣ選択酸化機能をも有する、固体酸性ジルコニウム
酸化物を含有する触媒を挙げることができる。このよう
な固体酸性ジルコニウム酸化物としては、チタン、アル
ミニウム、タングステン、モリブデン及び亜鉛から成る
群より選ばれた少なくとも１種の元素を含有し、その組
成が次の一般式（ｆ５）で表されるものが望ましい。 ［Ｙ］ｄＺｒｅＯｆ…（ｆ５） ここで、式中のＹはチタン、アルミニウム、タングステ
ン、モリブデン及び亜鉛から成る群より選ばれた少なく
とも１種の元素、ｄ及びｅは各元素の原子比率、ｆはＹ
及びＺｒの原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示
し、ｄ＝０．０１〜０．５、ｅ＝０．５〜０．９９、ｄ
＋ｅ＝１を満たす。上記（ｆ５）において、ｄが０．０
１未満ではジルコニウム酸化物に対するチタン等の添加
元素の改質効果が十分に得られず、逆にｄが０．５を超
えると耐熱性が悪化し触媒活性が低下することがある。
また、ａ＋ｂが１．０を超えるとジルコニウム酸化物の
構造安定性が低下することがある。
は、Ｈ２の消費を抑制するものである。好ましくはＣＯ
・ＨＣ選択酸化機能をも有する、固体酸性ジルコニウム
酸化物を含有する触媒を挙げることができる。このよう
な固体酸性ジルコニウム酸化物としては、チタン、アル
ミニウム、タングステン、モリブデン及び亜鉛から成る
群より選ばれた少なくとも１種の元素を含有し、その組
成が次の一般式（ｆ５）で表されるものが望ましい。 ［Ｙ］ｄＺｒｅＯｆ…（ｆ５） ここで、式中のＹはチタン、アルミニウム、タングステ
ン、モリブデン及び亜鉛から成る群より選ばれた少なく
とも１種の元素、ｄ及びｅは各元素の原子比率、ｆはＹ
及びＺｒの原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示
し、ｄ＝０．０１〜０．５、ｅ＝０．５〜０．９９、ｄ
＋ｅ＝１を満たす。上記（ｆ５）において、ｄが０．０
１未満ではジルコニウム酸化物に対するチタン等の添加
元素の改質効果が十分に得られず、逆にｄが０．５を超
えると耐熱性が悪化し触媒活性が低下することがある。
また、ａ＋ｂが１．０を超えるとジルコニウム酸化物の
構造安定性が低下することがある。
【００２８】また、この固体酸性酸化物含有触媒（Ｉ
Ｖ）は、水素生成触媒、特にＰｔと併用することがで
き、かかる併用により、Ｈ２成分比率が高くなった組成
ガス中のＨ２を効率良くＮＯｘ浄化触媒に供給すること
ができる。この場合、ＰｔのＨ２消費を抑制すべく、Ｐ
ｔを上記（ｆ５）式で表されるジルコニウム酸化物上に
担持することが好ましく、全Ｐｔ量の１０〜３０％がこ
のジルコニウム酸化物に担持されるようにすることが望
ましい。かかるジルコニウム酸化物上に担持されるＰｔ
量が１０％未満では、生成したＨ２に対する消費抑制効
果が十分に得られず、逆に３０％を超えると抑制効果が
飽和する。また、Ｐｔの使用量は、触媒１Ｌ当たり、
０．０１〜２５ｇ／Ｌとすることが望ましく、０．０１
ｇ／Ｌ未満ではＰｔが未燃焼ＨＣ及びＣＯを選択的に酸
化・除去しＨ２成分比率を高める改良効果が十分に得ら
れず、逆に２５ｇ／Ｌを超えると改良効果が飽和する。
なお、かかる併用の際、上記（ｆ５）式で表されるジル
コニウム酸化物において、ａ＋ｂが１．０を超えると、
チタン等の添加元素が触媒表面に析出してＰｔの触媒活
性を低下させることがあるため、好ましくない。
Ｖ）は、水素生成触媒、特にＰｔと併用することがで
き、かかる併用により、Ｈ２成分比率が高くなった組成
ガス中のＨ２を効率良くＮＯｘ浄化触媒に供給すること
ができる。この場合、ＰｔのＨ２消費を抑制すべく、Ｐ
ｔを上記（ｆ５）式で表されるジルコニウム酸化物上に
担持することが好ましく、全Ｐｔ量の１０〜３０％がこ
のジルコニウム酸化物に担持されるようにすることが望
ましい。かかるジルコニウム酸化物上に担持されるＰｔ
量が１０％未満では、生成したＨ２に対する消費抑制効
果が十分に得られず、逆に３０％を超えると抑制効果が
飽和する。また、Ｐｔの使用量は、触媒１Ｌ当たり、
０．０１〜２５ｇ／Ｌとすることが望ましく、０．０１
ｇ／Ｌ未満ではＰｔが未燃焼ＨＣ及びＣＯを選択的に酸
化・除去しＨ２成分比率を高める改良効果が十分に得ら
れず、逆に２５ｇ／Ｌを超えると改良効果が飽和する。
なお、かかる併用の際、上記（ｆ５）式で表されるジル
コニウム酸化物において、ａ＋ｂが１．０を超えると、
チタン等の添加元素が触媒表面に析出してＰｔの触媒活
性を低下させることがあるため、好ましくない。
【００２９】ここで、上述した水素生成触媒、及びＣＯ
・ＨＣ選択酸化触媒などとの併用触媒の触媒構造などに
つき、詳細に説明しておく。本実施の形態の排気ガス浄
化システムにおいて、水素富化手段の一例である水素生
成触媒及び他成分との併用触媒については、モリノス担
体等を用いた一体構造型の触媒とし、かかる担体の排気
ガス流路の上流側にＨＣ及びＣＯを酸化し酸素を低減す
る触媒成分を配置し、この下流側に水素を生成する触媒
成分を配置し、水素生成触媒成分に接触する酸素量が低
減されるような構成とすることが好ましい。
・ＨＣ選択酸化触媒などとの併用触媒の触媒構造などに
つき、詳細に説明しておく。本実施の形態の排気ガス浄
化システムにおいて、水素富化手段の一例である水素生
成触媒及び他成分との併用触媒については、モリノス担
体等を用いた一体構造型の触媒とし、かかる担体の排気
ガス流路の上流側にＨＣ及びＣＯを酸化し酸素を低減す
る触媒成分を配置し、この下流側に水素を生成する触媒
成分を配置し、水素生成触媒成分に接触する酸素量が低
減されるような構成とすることが好ましい。
【００３０】上記触媒においては、空間速度や温度等の
条件変動に素早く対応するため、上流側のＨＣ・ＣＯを
酸化し、Ｏ２を低減する触媒成分としてＰｄ及び／又は
Ｐｔを用いることが好ましく、この場合、Ｐｄ及び／又
はＰｔの含有量を触媒体積当たり０．１〜５０ｇ／Ｌと
することが望ましい。なお、必要に応じ、担体としてア
ルミナを使用してもよい。Ｐｄ及び／又はＰｔの含有量
が０．１ｇ／Ｌ未満では十分な触媒活性が得られないこ
とがあり、逆に５０ｇ／Ｌを超えると触媒活性が飽和す
る。また、残ＨＣ及びＣＯからＨ２を効率良く生成する
ためには、下流の水素生成触媒成分として、Ｒｈとジル
コニウム酸化物を含有させることが好ましい。空間速度
や温度等の条件変動に素早く対応するため、Ｒｈの含有
量は触媒体積当たり０．１〜５０ｇ／Ｌ、ジルコニウム
酸化物の含有量は１０〜３００ｇ／Ｌとすることが好ま
しい。なお、ジルコニウム酸化物は担体として用いられ
るものである。Ｒｈの含有量が０．１ｇ／Ｌ未満では十
分な触媒活性が得られないことがあり、逆に５０ｇ／Ｌ
を超えると触媒活性が飽和する。また、ジルコニウム酸
化物の含有量が５ｇ／Ｌ未満ではロジウムの触媒性能の
改質効果が十分に得られず、逆に、１００ｇ／Ｌを超え
ると触媒活性が飽和する。
条件変動に素早く対応するため、上流側のＨＣ・ＣＯを
酸化し、Ｏ２を低減する触媒成分としてＰｄ及び／又は
Ｐｔを用いることが好ましく、この場合、Ｐｄ及び／又
はＰｔの含有量を触媒体積当たり０．１〜５０ｇ／Ｌと
することが望ましい。なお、必要に応じ、担体としてア
ルミナを使用してもよい。Ｐｄ及び／又はＰｔの含有量
が０．１ｇ／Ｌ未満では十分な触媒活性が得られないこ
とがあり、逆に５０ｇ／Ｌを超えると触媒活性が飽和す
る。また、残ＨＣ及びＣＯからＨ２を効率良く生成する
ためには、下流の水素生成触媒成分として、Ｒｈとジル
コニウム酸化物を含有させることが好ましい。空間速度
や温度等の条件変動に素早く対応するため、Ｒｈの含有
量は触媒体積当たり０．１〜５０ｇ／Ｌ、ジルコニウム
酸化物の含有量は１０〜３００ｇ／Ｌとすることが好ま
しい。なお、ジルコニウム酸化物は担体として用いられ
るものである。Ｒｈの含有量が０．１ｇ／Ｌ未満では十
分な触媒活性が得られないことがあり、逆に５０ｇ／Ｌ
を超えると触媒活性が飽和する。また、ジルコニウム酸
化物の含有量が５ｇ／Ｌ未満ではロジウムの触媒性能の
改質効果が十分に得られず、逆に、１００ｇ／Ｌを超え
ると触媒活性が飽和する。
【００３１】また、かかるジルコニウム酸化物として、
上記（ｆ４）式で表されるアルカリ土類金属を含有する
ジルコニウム酸化物を用い、Ｒｈの電子状態を好適な状
態に維持すれば、Ｈ２を効率良く生成させることができ
る。更に、上記同様に、Ｐｄとセリウム酸化物を含有さ
せて、Ｐｄの電子状態を好適な状態に維持し、Ｈ２の更
に効率的な生成を促進することも可能である。この場
合、Ｐｄ含有量を０．０１〜５０ｇ／Ｌ、セリウム酸化
物（担体）の含有量を１０〜３００ｇ／Ｌとすることが
好ましく、Ｐｄの含有量が０．１ｇ／Ｌ未満では十分な
触媒活性が得られないことがあり、逆に５０ｇ／Ｌを超
えると触媒活性が飽和する。また、セリウム酸化物の含
有量が１０ｇ／Ｌ未満ではＰｄの触媒性能の改質効果が
十分に得られないことがあり、逆に３００ｇ／Ｌを超え
ると触媒活性が飽和する。
上記（ｆ４）式で表されるアルカリ土類金属を含有する
ジルコニウム酸化物を用い、Ｒｈの電子状態を好適な状
態に維持すれば、Ｈ２を効率良く生成させることができ
る。更に、上記同様に、Ｐｄとセリウム酸化物を含有さ
せて、Ｐｄの電子状態を好適な状態に維持し、Ｈ２の更
に効率的な生成を促進することも可能である。この場
合、Ｐｄ含有量を０．０１〜５０ｇ／Ｌ、セリウム酸化
物（担体）の含有量を１０〜３００ｇ／Ｌとすることが
好ましく、Ｐｄの含有量が０．１ｇ／Ｌ未満では十分な
触媒活性が得られないことがあり、逆に５０ｇ／Ｌを超
えると触媒活性が飽和する。また、セリウム酸化物の含
有量が１０ｇ／Ｌ未満ではＰｄの触媒性能の改質効果が
十分に得られないことがあり、逆に３００ｇ／Ｌを超え
ると触媒活性が飽和する。
【００３２】なお、本実施の形態の排気ガス浄化システ
ムにおいて、上記各種の水素富化手段を組み合わせるこ
とができるが、特に、上記燃焼制御手段（Ｉ）と上記触
媒系の水素富化手段 （（ＩＩ）〜（ＩＶ））との組合
せは有効である。即ち、内燃機関の燃料噴射量、燃料噴
射タイミング、点火時期又は吸排気弁の開閉タイミング
及びこれらの任意の組合せを上記燃焼制御手段によって
制御して、上記触媒系の水素富化手段に流入する燃焼ガ
スや排気ガスをそのＺ値が断続的に１．０以下になるよ
うな炭化水素等の還元成分過剰雰囲気（リッチ域）に調
整すれば、Ｈ２の生成効果などが更に向上するため、
（ｆ１）式〜（ｆ３）式に規定するガス組成制御を容易
に実行し易くなる。なお、上述のＺ値は、酸化剤と還元
剤との量論比を表すもので、次式で定義される。 Ｚ＝（［Ｏ２］×２＋［ＮＯ］）／（［Ｈ２］×２＋
［ＣＯ］＋［ＨＣ］×α） ここで、［Ｏ２］、［ＮＯ］、［Ｈ２］、［ＣＯ］及び
［ＨＣ］は、それぞれ酸素、一酸化窒素、水素、一酸化
炭素及び炭化水素の濃度を示し、αはＨＣ成分の種類に
よって定まる係数である。
ムにおいて、上記各種の水素富化手段を組み合わせるこ
とができるが、特に、上記燃焼制御手段（Ｉ）と上記触
媒系の水素富化手段 （（ＩＩ）〜（ＩＶ））との組合
せは有効である。即ち、内燃機関の燃料噴射量、燃料噴
射タイミング、点火時期又は吸排気弁の開閉タイミング
及びこれらの任意の組合せを上記燃焼制御手段によって
制御して、上記触媒系の水素富化手段に流入する燃焼ガ
スや排気ガスをそのＺ値が断続的に１．０以下になるよ
うな炭化水素等の還元成分過剰雰囲気（リッチ域）に調
整すれば、Ｈ２の生成効果などが更に向上するため、
（ｆ１）式〜（ｆ３）式に規定するガス組成制御を容易
に実行し易くなる。なお、上述のＺ値は、酸化剤と還元
剤との量論比を表すもので、次式で定義される。 Ｚ＝（［Ｏ２］×２＋［ＮＯ］）／（［Ｈ２］×２＋
［ＣＯ］＋［ＨＣ］×α） ここで、［Ｏ２］、［ＮＯ］、［Ｈ２］、［ＣＯ］及び
［ＨＣ］は、それぞれ酸素、一酸化窒素、水素、一酸化
炭素及び炭化水素の濃度を示し、αはＨＣ成分の種類に
よって定まる係数である。
【００３３】次に、ＮＯｘ浄化触媒について詳細に説明
する。このＮＯｘ浄化触媒は、上述した各種水素富化手
段の下段に配置され、水素等の還元成分によりＮＯｘを
還元処理できれば十分であり、特に限定されるものでは
ないが、大別して、アルミナ、アルカリ金属又はアルカ
リ土類金属及びこれらの任意の混合物とＰｔ、Ｐｄ又は
Ｒｈ及びこれらの任意の混合物とを含有するＮＯｘトラ
ップ型のＮＯｘ浄化触媒と、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇ
ａ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、亜鉛（Ｚ
ｎ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム
（Ｂａ）又は銀（Ａｇ）及びこれの任意の混合物とＰ
ｔ、イリジウム（Ｉｒ）又はＲｈ及びこれらの任意の混
合物とを含有する選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に分類さ
れる。
する。このＮＯｘ浄化触媒は、上述した各種水素富化手
段の下段に配置され、水素等の還元成分によりＮＯｘを
還元処理できれば十分であり、特に限定されるものでは
ないが、大別して、アルミナ、アルカリ金属又はアルカ
リ土類金属及びこれらの任意の混合物とＰｔ、Ｐｄ又は
Ｒｈ及びこれらの任意の混合物とを含有するＮＯｘトラ
ップ型のＮＯｘ浄化触媒と、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇ
ａ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、亜鉛（Ｚ
ｎ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム
（Ｂａ）又は銀（Ａｇ）及びこれの任意の混合物とＰ
ｔ、イリジウム（Ｉｒ）又はＲｈ及びこれらの任意の混
合物とを含有する選択還元型のＮＯｘ浄化触媒に分類さ
れる。
【００３４】Ｈ２を還元成分として高効率で利用できる
触媒としては、前者のＮＯｘトラップ型触媒が望まし
く、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムでは、Ｎ
Ｏｘトラップ型を用いる。この場合、アルカリ金属とし
てセシウム（Ｃｓ）、アルカリ土類金属としてマグネシ
ウム（Ｍｇ）、Ｃａ、ストロンチウム（Ｓｒ）及び／又
はＢａを用い、これらを酸化物換算で触媒１Ｌ当たり１
０〜７０ｇ／Ｌの割合で含有させることが好ましい。こ
れらの含有量の合計が１０ｇ／Ｌ未満では十分な性能が
得られず、逆に７０ｇ／Ｌを超えて含有させるとＮＯｘ
浄化性能が低下することがある。また、ＰｔやＲｈ等の
貴金属担持量は、０．０１〜２５ｇ／Ｌとすることが好
ましい。貴金属担持量が、０．０１ｇ／Ｌ未満では十分
なＮＯｘ浄化性能が得られないことがあり、逆に２５ｇ
／Ｌを超えても触媒活性が飽和する。
触媒としては、前者のＮＯｘトラップ型触媒が望まし
く、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムでは、Ｎ
Ｏｘトラップ型を用いる。この場合、アルカリ金属とし
てセシウム（Ｃｓ）、アルカリ土類金属としてマグネシ
ウム（Ｍｇ）、Ｃａ、ストロンチウム（Ｓｒ）及び／又
はＢａを用い、これらを酸化物換算で触媒１Ｌ当たり１
０〜７０ｇ／Ｌの割合で含有させることが好ましい。こ
れらの含有量の合計が１０ｇ／Ｌ未満では十分な性能が
得られず、逆に７０ｇ／Ｌを超えて含有させるとＮＯｘ
浄化性能が低下することがある。また、ＰｔやＲｈ等の
貴金属担持量は、０．０１〜２５ｇ／Ｌとすることが好
ましい。貴金属担持量が、０．０１ｇ／Ｌ未満では十分
なＮＯｘ浄化性能が得られないことがあり、逆に２５ｇ
／Ｌを超えても触媒活性が飽和する。
【００３５】かかるＮＯｘトラップ型のＮＯｘ浄化触媒
において、アルカリ金属やアルカリ土類金属の担持方法
としては、酢酸塩などの水溶性塩の溶液を用いた含浸
法、又は炭酸塩や硫酸塩などの難溶性塩／不溶性塩を水
溶性スラリーに混ぜ込む混ぜ込み法など、任意の方法を
用いることができる。なお、ＮＯｘ浄化触媒のその他の
例としては、少なくともＲｈを含有し、活性温度が２６
０〜３８０℃である触媒を用いることができ、この触媒
を使用すれば、比較的低温の排気ガス中のＮＯｘも有効
に浄化することができるようになる。また、各種触媒に
おいて、触媒成分を担持するのに用いる多孔質基材とし
ては、アルミナ、シリカアルミナ又はゼオライト及びこ
れらの任意の混合物が好適であるが、特に比表面積が５
０〜３００ｍ２／ｇ程度の活性アルミナが好ましい。更
に、アルミナの比表面積を高める目的で、これに希土類
元素やジルコニウムなどを添加してもよい。多孔質担体
の使用量は触媒１Ｌ当たり５０〜３００ｇとすることが
好ましい。
において、アルカリ金属やアルカリ土類金属の担持方法
としては、酢酸塩などの水溶性塩の溶液を用いた含浸
法、又は炭酸塩や硫酸塩などの難溶性塩／不溶性塩を水
溶性スラリーに混ぜ込む混ぜ込み法など、任意の方法を
用いることができる。なお、ＮＯｘ浄化触媒のその他の
例としては、少なくともＲｈを含有し、活性温度が２６
０〜３８０℃である触媒を用いることができ、この触媒
を使用すれば、比較的低温の排気ガス中のＮＯｘも有効
に浄化することができるようになる。また、各種触媒に
おいて、触媒成分を担持するのに用いる多孔質基材とし
ては、アルミナ、シリカアルミナ又はゼオライト及びこ
れらの任意の混合物が好適であるが、特に比表面積が５
０〜３００ｍ２／ｇ程度の活性アルミナが好ましい。更
に、アルミナの比表面積を高める目的で、これに希土類
元素やジルコニウムなどを添加してもよい。多孔質担体
の使用量は触媒１Ｌ当たり５０〜３００ｇとすることが
好ましい。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実
施例の排気ガス浄化システムは、図１に示すように、内
燃機関１０と連結している排気ガス通路上に、水素富化
手段２０、ＮＯｘ浄化触媒３０及びＨＣトラップ触媒４
０を配置している。また、水素富化手段２０としては、
水素生成・透過触媒２１と、ＨＣ、ＣＯ選択的酸化触媒
２２とを直列に並べて使用している。ここで、水素生成
・透過触媒２１とは、水素生成触媒（ＩＩ）、ＣＯ・Ｈ
Ｃ選択酸化触媒（ＩＩＩ）、固体酸性酸化物含有触媒
（ＩＶ）とを組み合わせた構造の触媒である。図５に、
その構造例を示す。担体２１０上に、Ｐｄ及びセリウム
酸化物を含有する水素生成触媒層２２０を形成し、更に
水素生成触媒層２２０上の排気ガス上流側に、アルミナ
等に担持させたＰｄを含むＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒層２
３０を形成し、水素生成触媒２２０上の排気ガス下流側
に、アルカリ土類金属を含有するジルコニウム酸化物担
体にＲｈを担持させた固体酸性酸化物含有触媒層２４０
を形成している。
施例の排気ガス浄化システムは、図１に示すように、内
燃機関１０と連結している排気ガス通路上に、水素富化
手段２０、ＮＯｘ浄化触媒３０及びＨＣトラップ触媒４
０を配置している。また、水素富化手段２０としては、
水素生成・透過触媒２１と、ＨＣ、ＣＯ選択的酸化触媒
２２とを直列に並べて使用している。ここで、水素生成
・透過触媒２１とは、水素生成触媒（ＩＩ）、ＣＯ・Ｈ
Ｃ選択酸化触媒（ＩＩＩ）、固体酸性酸化物含有触媒
（ＩＶ）とを組み合わせた構造の触媒である。図５に、
その構造例を示す。担体２１０上に、Ｐｄ及びセリウム
酸化物を含有する水素生成触媒層２２０を形成し、更に
水素生成触媒層２２０上の排気ガス上流側に、アルミナ
等に担持させたＰｄを含むＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒層２
３０を形成し、水素生成触媒２２０上の排気ガス下流側
に、アルカリ土類金属を含有するジルコニウム酸化物担
体にＲｈを担持させた固体酸性酸化物含有触媒層２４０
を形成している。
【００３７】排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、Ｈ２Ｏは、ＣＯ
・ＨＣ選択酸化触媒層２３０を透過する過程でＨＣは酸
化されＣＯになる。更に、ＨＣ及びＣＯは水素生成触媒
層２２０に達したところで、Ｈ２Ｏと反応し水素を生成
する。生成された水素は固体酸性酸化物含有触媒２４０
により消費されることなく、外部に放出される。このよ
うに、この構造では、水素を生成するとともに、生成さ
れた水素を透過する機能を示す。なお、この水素生成・
透過触媒２１によって消費されなかったＨＣ及びＣＯの
多くは、次のＨＣ、ＣＯ選択的酸化触媒２２によって、
酸化消費される。
・ＨＣ選択酸化触媒層２３０を透過する過程でＨＣは酸
化されＣＯになる。更に、ＨＣ及びＣＯは水素生成触媒
層２２０に達したところで、Ｈ２Ｏと反応し水素を生成
する。生成された水素は固体酸性酸化物含有触媒２４０
により消費されることなく、外部に放出される。このよ
うに、この構造では、水素を生成するとともに、生成さ
れた水素を透過する機能を示す。なお、この水素生成・
透過触媒２１によって消費されなかったＨＣ及びＣＯの
多くは、次のＨＣ、ＣＯ選択的酸化触媒２２によって、
酸化消費される。
【００３８】内燃機関１０は希薄燃焼を行うことがで
き、例えばリーンバーンエンジン、直噴エンジン及びデ
ィーゼルエンジンなどが用いられる。内燃機関１０は、
制御装置１５により運転状態に応じて燃料噴射条件等を
制御され、空燃比がリーン又はリッチの状態が発生され
ることとなる。排気ガス温度が低い状態にあるコールド
域において、内燃機関１０の空燃比がリッチのときに発
生した排気ガス成分のうち、一部のＨＣはＨ２生成・透
過触媒２１、及びＨＣ・ＣＯを選択酸化触媒２２により
部分酸化され、後段に配置されたＮＯｘ浄化触媒３０に
流入する。後段に配置されたＮＯｘ浄化触媒３０は、ト
ラップ型の触媒であり、内燃機関１０の空燃比がリーン
のときに排出されるＮＯｘをトラップする機能を有す
る。
き、例えばリーンバーンエンジン、直噴エンジン及びデ
ィーゼルエンジンなどが用いられる。内燃機関１０は、
制御装置１５により運転状態に応じて燃料噴射条件等を
制御され、空燃比がリーン又はリッチの状態が発生され
ることとなる。排気ガス温度が低い状態にあるコールド
域において、内燃機関１０の空燃比がリッチのときに発
生した排気ガス成分のうち、一部のＨＣはＨ２生成・透
過触媒２１、及びＨＣ・ＣＯを選択酸化触媒２２により
部分酸化され、後段に配置されたＮＯｘ浄化触媒３０に
流入する。後段に配置されたＮＯｘ浄化触媒３０は、ト
ラップ型の触媒であり、内燃機関１０の空燃比がリーン
のときに排出されるＮＯｘをトラップする機能を有す
る。
【００３９】排気ガス温度が低い状態にあるコールド域
において、空燃比がリーンのときにトラップされたＮＯ
ｘは、内燃機関１０の空燃比がリッチのときにＮＯｘ浄
化触媒３０に流入するＨ２により還元され浄化される。
このとき、Ｈ２とともにＮＯｘ浄化触媒３０に流入する
ＨＣは、排気ガス温度が低いために、ＮＯｘ浄化触媒３
０にトラップされたＮＯｘを放出浄化する還元剤として
は消費されず、ＮＯｘ浄化触媒３０を通過する。通過し
たＨＣは、ＮＯｘ浄化触媒３０の後段に配置されたＨＣ
トラップ触媒４０の炭化水素吸着材にトラップされる。
ＨＣトラップ触媒４０にトラップされたＨＣは排ガス温
度の上昇により放出され、炭化水素吸着材層上に形成さ
れた三元触媒層によって浄化される。
において、空燃比がリーンのときにトラップされたＮＯ
ｘは、内燃機関１０の空燃比がリッチのときにＮＯｘ浄
化触媒３０に流入するＨ２により還元され浄化される。
このとき、Ｈ２とともにＮＯｘ浄化触媒３０に流入する
ＨＣは、排気ガス温度が低いために、ＮＯｘ浄化触媒３
０にトラップされたＮＯｘを放出浄化する還元剤として
は消費されず、ＮＯｘ浄化触媒３０を通過する。通過し
たＨＣは、ＮＯｘ浄化触媒３０の後段に配置されたＨＣ
トラップ触媒４０の炭化水素吸着材にトラップされる。
ＨＣトラップ触媒４０にトラップされたＨＣは排ガス温
度の上昇により放出され、炭化水素吸着材層上に形成さ
れた三元触媒層によって浄化される。
【００４０】ＨＣトラップ触媒４０において、流入する
ＨＣをトラップするＨＣ吸着材は、多孔質物質であり、
例えばゼオライトが用いられる。流入するＨＣ成分の分
子の大きさに応じて、ＨＣトラップ剤の細孔の大きさ、
即ち細孔径の異なるトラップ剤に適宜変更することがで
きる。以上のように、この排気ガス浄化システムによ
り、低温であるコールド域において、ＮＯｘを浄化しつ
つ、ＨＣの大気中への流出を未然に防止することが可能
となる。
ＨＣをトラップするＨＣ吸着材は、多孔質物質であり、
例えばゼオライトが用いられる。流入するＨＣ成分の分
子の大きさに応じて、ＨＣトラップ剤の細孔の大きさ、
即ち細孔径の異なるトラップ剤に適宜変更することがで
きる。以上のように、この排気ガス浄化システムによ
り、低温であるコールド域において、ＮＯｘを浄化しつ
つ、ＨＣの大気中への流出を未然に防止することが可能
となる。
【００４１】図６Ａは、リーンバーンエンジンを用いた
ガソリン車において、本実施例の排気ガス浄化システム
を使用した場合のＨＣトラップ特性の一例を示す。な
お、ここでは、燃料ガスとして、ガソリンが用いられ
る。図６Ａに示すように、ガソリンを燃料とする内燃機
関で発生したＨＣ成分は、炭素数（Ｃ数）が３以上のＨ
Ｃ成分が８６％存在しており、ＨＣトラップ触媒４０の
入口でもＣ数が３以上の成分が８２％存在している。従
って、この場合は、コールド域でのＨＣの流出を未然に
防止するには、Ｃ３以上のＨＣ成分を低減することが必
要となる。そこで、本実施例では、ＨＣトラップ触媒４
０の吸着剤として、Ｃ３以上のＨＣ成分を有効にトラッ
プするβゼオライトを用いている。この結果、図６Ａに
示すように、ＨＣトラップ触媒４０で６０％のＨＣが低
減できる。また、その低減効果はＣ数が３以上のＨＣ成
分のトラップによるものであることが判る。
ガソリン車において、本実施例の排気ガス浄化システム
を使用した場合のＨＣトラップ特性の一例を示す。な
お、ここでは、燃料ガスとして、ガソリンが用いられ
る。図６Ａに示すように、ガソリンを燃料とする内燃機
関で発生したＨＣ成分は、炭素数（Ｃ数）が３以上のＨ
Ｃ成分が８６％存在しており、ＨＣトラップ触媒４０の
入口でもＣ数が３以上の成分が８２％存在している。従
って、この場合は、コールド域でのＨＣの流出を未然に
防止するには、Ｃ３以上のＨＣ成分を低減することが必
要となる。そこで、本実施例では、ＨＣトラップ触媒４
０の吸着剤として、Ｃ３以上のＨＣ成分を有効にトラッ
プするβゼオライトを用いている。この結果、図６Ａに
示すように、ＨＣトラップ触媒４０で６０％のＨＣが低
減できる。また、その低減効果はＣ数が３以上のＨＣ成
分のトラップによるものであることが判る。
【００４２】図６Ｂは、ディーゼル車において、本実施
例の排気ガス浄化システムを使用した場合のＨＣトラッ
プ特性の一例を示す。なお、ここでは、燃料ガスとして
軽油が用いられる。図６Ｂにおいて、軽油を用いた内燃
機関で発生したＨＣ成分は、ガソリンを用いた内燃機関
とは異なり、炭素数（Ｃ数）が３未満のＨＣ成分が４０
％と多く、ＨＣトラップ触媒４０の入口でもガソリンの
それとは対照的にＣ数が３未満の成分が６０％存在す
る。よって、燃料として軽油を用いた内燃機関におい
て、コールド域でのＨＣの流出を未然に防止するには、
Ｃ数が３未満のＨＣ成分を低減することが必要となる。
そこで、本実施例においては、ＨＣトラップ触媒４０の
吸着剤として、Ｃ３未満のＨＣ成分を効率的にトラップ
するフェリエライトを用いる。この結果、図６Ｂに示す
ように、ＨＣトラップ触媒４０により５０％のＨＣが低
減できる。また、その低減効果はＣ数が３未満のＨＣ成
分のトラップによるものであることが判る。
例の排気ガス浄化システムを使用した場合のＨＣトラッ
プ特性の一例を示す。なお、ここでは、燃料ガスとして
軽油が用いられる。図６Ｂにおいて、軽油を用いた内燃
機関で発生したＨＣ成分は、ガソリンを用いた内燃機関
とは異なり、炭素数（Ｃ数）が３未満のＨＣ成分が４０
％と多く、ＨＣトラップ触媒４０の入口でもガソリンの
それとは対照的にＣ数が３未満の成分が６０％存在す
る。よって、燃料として軽油を用いた内燃機関におい
て、コールド域でのＨＣの流出を未然に防止するには、
Ｃ数が３未満のＨＣ成分を低減することが必要となる。
そこで、本実施例においては、ＨＣトラップ触媒４０の
吸着剤として、Ｃ３未満のＨＣ成分を効率的にトラップ
するフェリエライトを用いる。この結果、図６Ｂに示す
ように、ＨＣトラップ触媒４０により５０％のＨＣが低
減できる。また、その低減効果はＣ数が３未満のＨＣ成
分のトラップによるものであることが判る。
【００４３】以上に説明したように、本発明の排気ガス
浄化システムを用いる内燃機関の違いにより、ＨＣトラ
ップ触媒のＨＣトラップ剤を適宜変えることにより、コ
ールド域でのＨＣの大気中への流出を未然に防止するこ
とが可能となる。
浄化システムを用いる内燃機関の違いにより、ＨＣトラ
ップ触媒のＨＣトラップ剤を適宜変えることにより、コ
ールド域でのＨＣの大気中への流出を未然に防止するこ
とが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、ＮＯｘ浄化触媒の上流に水素富化手段を備え、ＮＯ
ｘ浄化触媒の下流にＨＣトラップ触媒を配置することに
より、水素を有効利用してＮＯｘを効率良く浄化し得る
とともに、大気中へのＨＣ流出量を低減した排気ガス浄
化システムを提供することができる。
ば、ＮＯｘ浄化触媒の上流に水素富化手段を備え、ＮＯ
ｘ浄化触媒の下流にＨＣトラップ触媒を配置することに
より、水素を有効利用してＮＯｘを効率良く浄化し得る
とともに、大気中へのＨＣ流出量を低減した排気ガス浄
化システムを提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る、水素富化手段と、
ＮＯｘ浄化触媒と、ＨＣトラップ触媒を有する排気ガス
浄化システムの構成図である。
ＮＯｘ浄化触媒と、ＨＣトラップ触媒を有する排気ガス
浄化システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＮＯｘ浄化触媒にお
けるＮＯｘ浄化のメカニズムを示す図である。
けるＮＯｘ浄化のメカニズムを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＨＣトラップ触媒の
一例を示す外観図及び、部分拡大断面図である。
一例を示す外観図及び、部分拡大断面図である。
【図４】排気ガス中に含まれるＨＣの分子径分布を示す
図である。
図である。
【図５】本発明の実施例に係る水素富化手段のひとつで
ある水素生成・透過触媒の構成例を示す図である。
ある水素生成・透過触媒の構成例を示す図である。
【図６】Ａはガソリンエンジンを使用した場合の各場所
における排気ガス中のＨＣ濃度を示し、Ｂはディーゼル
エンジンを使用した場合の各場所における排気ガス中の
ＨＣ濃度を示すグラフである。
における排気ガス中のＨＣ濃度を示し、Ｂはディーゼル
エンジンを使用した場合の各場所における排気ガス中の
ＨＣ濃度を示すグラフである。
１０ エンジン １５ 制御装置 ２０ 水素富化手段 ２１ Ｈ２生成・透過触媒 ２２ ＨＣ・ＣＯ選択的酸化触媒 ３０ ＮＯｘ浄化触媒 ３５ 貴金属触媒 ３６ 吸着材 ４０ ＨＣトラップ触媒 ４１ モノリス担体 ４２ 炭化水素吸着材層 ４３ 金属触媒層 ２１０ 担体 ２２０ 水素生成触媒層 ２３０ ＣＯ・ＨＣ選択酸化触媒層 ２４０ 固体酸性酸化物含有触媒層
───────────────────────────────────────────────────── 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 １０４Ａ １０１Ａ Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AB00 AB02 AB06 AB10 CB02 CB03 CB07 DB10 GA06 GB01W GB01X GB03W GB05W GB06W GB07W GB09Y GB10X GB13Y GB17X HA08 HA10 HA12 HA19 HA47 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB05 AB07 AC01 BA03X BA07Y BA08X BA11X BA15X BA26Y BA27Y BA30X BA31X BA33X BA41X BA42X CC32 CC48 DA01 DA09 DA20 EA04 4G069 AA03 AA08 BB06A BB06B BC09A BC09B BC10A BC12A BC13A BC71B CA03 CA07 CA14 CA15 DA05 FC08
Claims (16)
- 【請求項１】 排気ガス流路上に配置され、排気ガス中
の還元ガス成分に対する水素成分比を増加させる、水素
富化手段と、 上記排気ガス流路上の上記水素富化手段の後に配置され
たＮＯｘ浄化触媒と、 更に、上記排気ガス流路上の上記ＮＯｘ浄化触媒の後に
配置されたＨＣトラップ触媒とを有し、 上記水素富化手段からＮＯｘ浄化触媒に、排気ガスが常
に直接流れることを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 【請求項２】 上記水素富化手段が水素生成手段を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化シス
テム。 - 【請求項３】 上記水素富化手段が排気ガス中の水素以
外の還元成分を減少させる手段を有することを特徴とす
る請求項１に記載の排気ガス浄化システム。 - 【請求項４】 上記水素富化手段が、内燃機関の燃料噴
射量、燃料噴射タイミング、点火時期及び吸排気弁の開
閉タイミングの少なくともいずれかを制御することによ
り、水素を生成する燃焼制御手段を有することを特徴と
する請求項１に記載の排気ガス浄化システム。 - 【請求項５】 上記水素富化手段が、排気ガス成分から
水素を生成する反応を促進する、水素生成触媒を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システ
ム。 - 【請求項６】 上記水素生成触媒が、Ｐｔ，Ｐｄ又はＲ
ｈ及びこれらの任意の混合物に係る貴金属を含有するこ
とを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化システ
ム。 - 【請求項７】 上記水素富化手段が、排気ガス中のＨＣ
又はＣＯを酸化する反応を促進する、ＨＣ・ＣＯ酸化触
媒を有することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス
浄化システム。 - 【請求項８】 上記ＨＣ・ＣＯ酸化触媒は、以下の化学
式（ｆ４）で表されるジルコニウム酸化物を含む触媒を
有する、ことを特徴とする請求項７に記載の排気ガス浄
化システム。 ［Ｘ］ａＺｒｂＯｃ…（ｆ４） ここで、式中のＸは、マグネシウム、カルシウム、スト
ロンチウム及びバリウムから成る群より選ばれた少なく
とも１種のアルカリ土類金属であり、ａ及びｂは各元素
の原子比率、ｃはＸ及びＺｒの原子価を満足するのに必
要な酸素原子数を示し、ａ＝０．０１〜０．５、ｂ＝
０．５〜０．９９、ａ＋ｂ＝１を満たす。 - 【請求項９】 上記水素富化手段は、次の一般式（ｆ
５）で表される酸化ジルコニウムを含有する触媒を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化シス
テム。 ［Ｙ］ｄＺｒｅＯｆ…（ｆ５） ここで、式中のＹはチタン、アルミニウム、タングステ
ン、モリブデン及び亜鉛から成る群より選ばれた少なく
とも１種の元素、ｄ及びｅは各元素の原子比率、ｆはＹ
及びＺｒの原子価を満足するのに必要な酸素原子数を示
し、ｄ＝０．０１〜０．５、ｅ＝０．５〜０．９９、ｄ
＋ｅ＝１を満たす。 - 【請求項１０】 上記ＨＣトラップ触媒は、炭化水素吸
着材層と、上記炭化水素吸着材層上に形成された三元触
媒層とを有する請求項１に記載の排気ガス浄化システ
ム。 - 【請求項１１】 上記排気ガス浄化システムは、ガソリ
ン車両に搭載されるものであり、上記ＨＣトラップ触媒
の上記炭化水素吸着材層は、主成分として分子径が０．
４ｎｍ以上のＨＣを主にトラップするゼオライトを含む
ことを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス浄化シス
テム。 - 【請求項１２】上記ゼオライトは、β−ゼオライト、Ｚ
ＳＭ−５のいずれかであることを特徴とする請求項１１
に記載の排気ガス浄化システム。 - 【請求項１３】 上記排気ガス浄化システムは、ディー
ゼル車両に搭載されるものであり、上記ＨＣトラップ触
媒の上記炭化水素吸着材層は、主成分として、分子径が
０．４ｎｍ未満のＨＣを主にトラップするゼオライトを
含むことを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス浄化
システム。 - 【請求項１４】 上記ゼオライトは、フェリエライト、
Ａ型ゼオライト又はＢ型ゼオライトのいずれかである請
求項１０に記載の排気ガス浄化システム。 - 【請求項１５】 上記排気ガス浄化システムは、ディー
ゼル車両に搭載されるものであり、 上記上記水素富化手段は、排気ガス中のＨＣ又はＣＯを
酸化する反応を促進する、ＨＣ・ＣＯ酸化触媒を有し、 上記ＨＣトラップ触媒の上記炭化水素吸着材層は、主成
分として、分子径が０．４ｎｍ未満のＨＣを主にトラッ
プするゼオライトを含むことを特徴とする請求項１０に
記載の排気ガス浄化システム。 - 【請求項１６】 上記ゼオライトは、フェリエライト、
Ａ型ゼオライト又はＢ型ゼオライトのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１５に記載の排気ガス浄化システ
ム。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2002068817A JP3981915B2 (ja) | 2001-04-03 | 2002-03-13 | 排気ガス浄化システム |
| US10/114,222 US6708484B2 (en) | 2001-04-03 | 2002-04-03 | Exhaust gas purifying system |
| DE60215411T DE60215411T2 (de) | 2001-04-03 | 2002-04-03 | Abgasreinigungssystem |
| EP02007578A EP1247952B1 (en) | 2001-04-03 | 2002-04-03 | Exhaust gas purifying system |
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| JP2001-104391 | 2001-04-03 | ||
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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