JP5525493B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Pdは、Rhに比して酸素吸蔵放出能が劣ることが知られているところ、本発明によれば、第1下層触媒中のPdを、OSC材の中でも特に酸素吸蔵放出能が高いペロブスカイト型化合物のみに担持させたため、ペロブスカイト型化合物の高い酸素吸蔵放出能を最大限に発揮させることができる。このため、下流側触媒コンバータに流入する排気の空燃比を安定してストイキ近傍に制御でき、下流側触媒コンバータの排気浄化率を向上できる。
また、Pdは、Rhに比して低温時の排気浄化性能が劣ることが知られているところ、本発明によれば、第1上層触媒中のPdをOSC材とAl2O3のそれぞれに担持させたため、Pdの分散性を高めることができ、低温時においても高い排気浄化性能を発揮させることができる。このため、特に始動直後等の低温時における上流側触媒コンバータの排気浄化率を向上できる。
従って、本発明に係る排気浄化装置によれば、従来に比してRhの使用量が少ないにも関わらず、高い排気浄化率が得られる。
Pdは、Rh以上に、リンや硫黄による被毒に弱いことが知られており、表層側であるほど被毒は顕著である。そこでこの発明によれば、第1上層触媒中のPd含有量を少なく設定したため、Pdの被毒を抑制でき、排気浄化率の低下を抑制できる。
Baは、OSC材やAl2O3のリン被毒を抑制する効果を有していることが知られている。そこでこの発明によれば、第1上層触媒及び第1下層触媒中のそれぞれにBaを含有させたため、第1上層触媒及び第1下層触媒中のOSC材やAl2O3のリン被毒を抑制でき、排気浄化率の低下を抑制できる。
これにより、第1上層触媒の熱容量が小さくなり、第1上層触媒の昇温性能が向上する。このため、第1上層触媒のライトオフ性能が向上し、低温時の排気浄化性能をより向上できる。
これにより、高い排気浄化率を維持しつつ、Rhの使用量をさらに低減できる。
図1は、本実施形態に係る内燃機関1(以下、「エンジン」という)及びその排気浄化装置3の構成を示す図である。
上流側触媒コンバータ31及び下流側触媒コンバータ33はいずれも、ハニカム構造の支持体に、排気浄化触媒として三元触媒を担持させることで形成される。
図2の(A)に示すように、上流側触媒コンバータ31は、円筒形状のハニカム構造の支持体315を備える。支持体315は、セラミクス又は金属で形成され、その内部に複数のセル317を備える。また、図2の(B)に示すように、支持体315内のセル317の内壁には、排気浄化触媒としての第1触媒310が担持されている。
エンジン1から排出された排気は、排気管13を介して上流側触媒コンバータ31の上流側端面から各セル317内に導入され、各セル317内を流通することで第1触媒310により浄化される。浄化された排気は、排気管13を介して後述する下流側触媒コンバータ33に導入される。
図3に示すように、第1触媒310は、支持体315に担持されている。第1触媒310は三元触媒であり、貴金属としてPdのみを含む。また、その他に、酸素を貯蔵して放出する機能を有するOSC材、OSC材の中で特に酸素吸蔵放出能が高いペロブスカイト構造を有するペロブスカイト型化合物、Al2O3及びBaを含む。
第1触媒310は、支持体315上に設けられた第1下層触媒311と、第1下層触媒311上に設けられた第1上層触媒312との2層で構成されている。
図5は、第1上層触媒312の構成を示す模式図である。図5に示すように第1上層触媒312では、貴金属のPdはOSC材とAl2O3のそれぞれに担持されている。
また、第1上層触媒312中のOSC材含有量とAl2O3含有量の合計量は、第1下層触媒311中のOSC材含有量とAl2O3含有量の合計量よりも少なく設定されている。
上流側触媒コンバータ31で浄化された排気は、排気管13を介して下流側触媒コンバータ33の上流側端面から各セル内に導入され、各セル内を流通することで第2触媒330により浄化される。下流側触媒コンバータ33で浄化された排気は、排気管13を介して大気に排出される。
図6に示すように、第2触媒330は、支持体335に担持されている。第2触媒330は三元触媒であり、貴金属としてPd及びRhを含む。また、その他に、酸素を貯蔵して放出する機能を有するOSC材及びAl2O3を含む。
第2触媒330は、支持体335上に設けられた第2下層触媒331と、第2下層触媒331上に設けられた第2上層触媒332との2層で構成されている。
なお、第2下層触媒331では、貴金属のPdはOSC材及びAl2O3のそれぞれに担持されている。
なお、第2上層触媒332では、貴金属のRhはOSC材とAl2O3のそれぞれに担持されている。
また、第2下層触媒331中のOSC材含有量とAl2O3含有量の合計量は、第2上層触媒332中のOSC材含有量とAl2O3含有量の合計量よりも多く設定されている。
図8は、Rh及びPdの酸化速度を示す図である。具体的には、Rh及びPdについて、O2パルス試験を実施したときの経時におけるO2消費率を示す図である。この図8に示すように、PdはRhに比してO2の消費率が少ないことが分かる。これは、PdはRhに比して酸化速度が遅く、Pdは、Rhに比してOSC材に酸素を吸蔵放出させる能力が低いことを意味している。
これに対して、従来例2の触媒コンバータでは、Pdの酸素吸蔵放出能が低い結果、従来例1に比して、触媒コンバータ内を通過する排気の空燃比A/Fをストイキ近傍に安定化できない。このため、従来例2の触媒コンバータでは、従来例1に比して、触媒コンバータ内の三元触媒が効率良く排気を浄化できず、排気浄化率が低下する。
図10は、Rh、Pd及びPtの温度とNOx浄化率との関係を示す図である。この図10に示すように、Pdは、Rhに比して低温時のNOx浄化率が大きく劣っていることが分かる。このため、従来例2の触媒コンバータでは、従来例1に比して排気浄化率が低下する。
本実施形態では、上流側触媒コンバータ31が備える三元触媒を、酸素を貯蔵して放出する機能を有するOSC材、Al2O3及びPdを含む第1触媒310で構成し、下流側触媒コンバータ33が備える三元触媒を、OSC材、Al2O3、Pd及びRhを含む第2触媒330で構成した。また、第1触媒310を、支持体315上に設けられて、OSC材としてペロブスカイト構造を有するペロブスカイト型化合物を含み且つ該ペロブスカイト型化合物のみにPdが担持された第1下層触媒311と、該第1下層触媒311上に設けられてOSC材とAl2O3のそれぞれにPdが担持された第1上層触媒312とで構成した。即ち、貴金属としてはPdのみを用いて、上流側触媒コンバータ31が備える三元触媒を構成した。
Pdは、Rhに比して酸素吸蔵放出能が劣ることが知られているところ、本実施形態によれば、第1下層触媒311中のPdを、OSC材の中でも特に酸素吸蔵放出能が高いペロブスカイト型化合物のみに担持させたため、ペロブスカイト型化合物の高い酸素吸蔵放出能を最大限に発揮させることができる。このため、下流側触媒コンバータ33に流入する排気の空燃比を安定してストイキ近傍に制御でき、下流側触媒コンバータ33の排気浄化率を向上できる。
また、Pdは、Rhに比して低温時の排気浄化性能が劣ることが知られているところ、本実施形態によれば、第1上層触媒312中のPdをOSC材とAl2O3のそれぞれに担持させたため、Pdの分散性を高めることができ、低温時においても高い排気浄化性能を発揮させることができる。このため、特に始動直後等の低温時における上流側触媒コンバータ31の排気浄化率を向上できる。
従って、本実施形態に係る排気浄化装置3によれば、従来に比してRhの使用量が少ないにも関わらず、高い排気浄化率が得られる。
Pdは、Rh以上に、リンや硫黄による被毒に弱いことが知られており、表層側であるほど被毒は顕著である。そこで本実施形態によれば、第1上層触媒312中のPd含有量を少なく設定したため、Pdの被毒を抑制でき、排気浄化率の低下を抑制できる。
Baは、OSC材やAl2O3のリン被毒を抑制する効果を有していることが知られている。そこで本実施形態によれば、第1上層触媒312及び第1下層触媒311中のそれぞれにBaを含有させたため、第1上層触媒312及び第1下層触媒311中のOSC材やAl2O3のリン被毒を抑制でき、排気浄化率の低下を抑制できる。
これにより、第1上層触媒312の熱容量が小さくなり、第1上層触媒312の昇温性能が向上する。このため、第1上層触媒312のライトオフ性能が向上し、低温時の排気浄化性能をより向上できる。
これにより、高い排気浄化率を維持しつつ、Rhの使用量をさらに低減できる。
上記実施形態に係る触媒コンバータを備える排気浄化装置を実施例1とし、従来の特許文献2の触媒コンバータ(表1の従来例1とは貴金属の配合量が異なるものに相当)を備える排気浄化装置を比較例1とした。実施例1及び比較例1の各触媒コンバータの貴金属含有量は表2に示す通りとした。
3…排気浄化装置
13…排気管(排気通路)
31…上流側触媒コンバータ
33…下流側触媒コンバータ
310…第1触媒
311…第1下層触媒
312…第1上層触媒
330…第2触媒
331…第2下層触媒
332…第2上層触媒
315、335…支持体
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関の排気を浄化する触媒コンバータを備え、
前記触媒コンバータは、上流側触媒コンバータと、該上流側触媒コンバータよりも下流側に設けられた下流側触媒コンバータと、を含む内燃機関の排気浄化装置であって、
前記上流側触媒コンバータは、支持体と、該支持体に担持され、酸素を貯蔵して放出する機能を有するOSC材、Al2O3及びPdを含む第1触媒と、を備え、
前記下流側触媒コンバータは、支持体と、該支持体に担持され、酸素を貯蔵して放出する機能を有するOSC材、Al2O3、Pd及びRhを含む第2触媒と、を備え、
前記第1触媒は、前記支持体上に設けられ、OSC材としてペロブスカイト構造を有する酸素欠損ペロブスカイト型化合物としてのBaCeNdO 3 とAl 2 O 3 を含み且つBaCeNdO 3 にのみPdが担持された第1下層触媒と、該第1下層触媒上に設けられ、OSC材とAl2O3のそれぞれにPdが担持された第1上層触媒と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記第1上層触媒中のPd含有量は、前記第1下層触媒中のPd含有量よりも少ないことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記第1上層触媒及び前記第1下層触媒は、いずれもBaを含有することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記第1上層触媒中のOSC材含有量とAl2O3含有量の合計量は、前記第1下層触媒中のOSC材含有量とAl2O3含有量の合計量よりも少ないことを特徴とする請求項1から3いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記第2触媒中のPdの含有量とRhの含有量の合計量は、前記第1触媒中のPdの含有量よりも少ないことを特徴とする請求項1から4いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
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