JP4507749B2

JP4507749B2 - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP4507749B2
Application number: JP2004229516A
Authority: JP
Inventors: 武史平林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: JP2006046216A

Description

本発明は、自動車等の内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関し、詳細には始動時における低温活性に優れた排ガス浄化装置に関する。

従来より、自動車用エンジン等の内燃機関から排出される排ガスには、一酸化炭素(ＣＯ)、炭化水素(ＨＣ)、窒素酸化物(ＮＯx)等が含まれ、これらの有害物質は、一般に、白金(Ｐｔ)、金(Ａｕ)、パラジウム(Ｐｄ)、ロジウム(Ｒｈ)等の貴金属を触媒成分とする排ガス浄化用触媒によって浄化される。

これらの排ガス浄化用触媒は、通常、コーディエライト等の耐熱性担体にアルミナ、シリカ等の金属酸化物の担持層を形成し、この担持層に上記の触媒成分を担持して構成される。また、酸素貯蔵効果を有する酸化セリウムを併用し、Ａ／Ｆのウインドウ幅を広めた触媒も知られている。

このような排ガス浄化触媒において有害物質の浄化反応を効率的に促進するためには、触媒成分が排ガスとの高い接触面積を呈するように、担持層上に触媒成分が高分散に担持されることが必要である。そして、この高分散の担持状態が、排ガス雰囲気下で経時的に維持されることが必要である。

例えば、自動車用エンジンの排ガス浄化用触媒の場合、常温と約１０００℃の間で温度が繰り返して変動し、かつ比較的ＨＣとＣＯの濃度が高くてＯ₂濃度が低い還元性雰囲気と、比較的ＨＣとＣＯの濃度が低くてＯ₂濃度が高い酸化性雰囲気が繰り返される条件下で、触媒成分の高分散の担持状態が維持される必要がある。

しかしながら、上記の貴金属の触媒成分には、こうした雰囲気に長期間曝されると、触媒成分が担持層上を移動して肥大化した粒子を形成する、いわゆるシンタリングを生じる性質がある。このため、触媒成分は、排ガスとの高い接触面積を維持することができず、排ガスの浄化性能が経時的に低下するという問題があり、この問題を解決するため、様々な触媒が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平７−２５１０７３号公報

ところで、触媒担持層中に酸化セリウムを含有させた排ガス浄化用触媒では、酸化雰囲気においてＰｔ−Ｏ−Ｃｅ結合を形成するため白金の担持層上における移動が抑制され、シンタリング抑制能においても優れている。

しかしながら、白金はＰｔ−Ｏ−Ｃｅの形態では十分な触媒性能を発揮することができず、金属状態において高い活性を示す。従って、Ｃｅを含む排ガス浄化触媒を従来のシステムで用いた場合、低温活性が不十分であり、特にエンジンの始動時において十分な活性を示すことができず、排ガス浄化能が不十分であるという問題がある。

本発明は、かかるＣｅ含有排ガス浄化触媒を用いたシステムにおいて、低温活性を高め、始動時等のより低温から排ガスを浄化することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するため１番目の発明によれば、少なくともセリウムを含む担持層上に白金を担持してなる排ガス浄化用触媒を排ガス流路に配置し、排ガス流路中の前記触媒の上流及び下流側にそれぞれ開閉バルブを設置し、エンジン停止前にエンジンを空燃比（Ａ／Ｆ）１４．６以下のリッチ状態で作動させ前記触媒を還元性雰囲気にして白金を金属状態にした後、開閉バルブを閉じることを特徴とする、排ガス浄化装置が提供される。

上記問題点を解決するため２番目の発明によれば、１番目の発明において、セリウムとジルコニウムの複合酸化物を担持層に含んでいる。

本発明の排ガス浄化装置では、エンジン停止前に還元性雰囲気にしてＰｔを金属状態に還元しておくことにより、始動時において高い触媒活性を発揮することができる。

本発明の排ガス浄化装置の構成を図１に示す。すなわち、本発明の排ガス浄化装置１は、エンジン２からの排ガス流路３に、少なくともセリウムを含む担持層上に白金を担持してなる排ガス浄化用触媒４を配置し、排ガス流路中の前記触媒の上流及び下流側にそれぞれ開閉バルブ５及び６を設置し、エンジン停止前に前記触媒４を還元性雰囲気にして白金を金属状態にした後、開閉バルブ５及び６を閉じることを特徴とする。

この少なくともセリウムを含む担持層上に白金を担持してなる排ガス浄化用触媒４において、セリウムを含有させる担持層は、従来より触媒の担持層に用いられる金属酸化物より形成することができ、例えばアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカ−ジルコニア等を用いることができる。セリウムは単体として、その酸化物、すなわちセリアとして、又はジルコニアとの複合酸化物として担持層に含ませる。セリウムの含有量は１〜８０mol％とすることが好ましい。

この触媒は、一般的な触媒担持法によって製造することができる。すなわち、コーディエライト、ムライト等のセラミック又は耐火性合金より形成されたモノリス担体を担体基材として用い、この基材にセリウムを含む金属酸化物の担持層を形成し、次いで硝酸白金等の白金化合物を用い、蒸発乾固法、含浸法、沈殿法、イオン交換法、吸着法、還元析出法等によって担持層上にＰｔを担持させることによって製造することができる。

本発明の排ガス浄化装置において、エンジン停止前に触媒を還元性雰囲気にすることにより、高温酸化雰囲気においてＰｔ−Ｏ−Ｃｅの結合を形成していた排ガス浄化用触媒上の白金は金属状態に還元されることになる。そして、この状態で開閉バルブを閉じることにより、触媒を封入して大気にさらすことを防ぎ、次回の始動時まで白金を金属状態で保持することができる。そして始動時において白金が金属状態にあるため、高い低温活性を示すことができる。

具体的なシステム制御方法を図２に示す。車停止時においては、開閉バルブは開状態であり、ここで、数分間エンジンをリッチ、すなわち空燃比（Ａ／Ｆ）＝14.6で作動させ、触媒を還元性雰囲気にする。次いでエンジンを停止し、開閉バルブを閉にする。次回の始動時において開閉バルブを開とし、排ガス浄化を開始する。

Ｐｔ(1.0g/L)／Ｃｅ−ＺｒＯx(100g/L)をφ35mm×Ｌ50mmのモノリステストピースにコーティングし、触媒を得た。この触媒を図３に示すようにリアクター内に配置した。次いで下記に示す組成のモデルガスを以下の条件で流通させ、Ｃ₃Ｈ₆の浄化率が50％に到達するまでの時間を測定した。

(1)条件１のガスを500℃において20分間流通させる。
(2)条件２のガスを500℃において５分間流通させる。
(3)条件２のガスを流通下、50℃まで降温させる。
(4)条件２のガスを停止すると同時に、上下段のバルブを閉じ、触媒を封入する。
(5)50℃において２時間放置する。
(6)上下段のバルブを開くと同時に、500℃に加温した条件３のガスを流通させる。
(7)ＨＣの浄化率が50％に到達するまでの時間を測定する。

また、比較として、上記(4)において上下段のバルブを閉じることなく開放したままにしておき、触媒を大気にさらし、その他は同様にしてＨＣ50％浄化到達時間を測定した。以上の結果を図４に示す。

図４の結果より明らかなように、本発明の排ガス浄化装置では初期浄化特性に優れている。

本発明の排ガス浄化装置の構成を示す略図である。本発明の排ガス浄化装置を用いる制御方法の概念図である。モデルガス実験におけるリアクターの構成を示す略図である。ＨＣ50％浄化到達時間の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１排ガス浄化装置
２エンジン
３排気管
４排ガス浄化用触媒
５、６バルブ

Claims

少なくともセリウムを含む担持層上に白金を担持してなる排ガス浄化用触媒を排ガス流路に配置し、排ガス流路中の前記触媒の上流及び下流側にそれぞれ開閉バルブを設置し、エンジン停止前にエンジンを空燃比（Ａ／Ｆ）１４．６以下のリッチ状態で作動させ前記触媒を還元性雰囲気にして白金を金属状態にした後、開閉バルブを閉じることを特徴とする、排ガス浄化装置。
セリウムとジルコニウムの複合酸化物を担持層に含む、請求項１記載の排ガス浄化装置。