JP5641360B2 - 排ガス浄化用触媒及びその利用 - Google Patents
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Description
一方、触媒温度が低い温度領域(例えば300℃未満)では、図13(a)に示すように、炭化水素(HC)の供給間隔および供給量を大きくし、長いリーン状態(例えば60秒以上)を維持しつつ一時的にストイキ〜リッチ状態にシフトさせることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う(低温浄化モード)。反応速度が遅い低温領域では、上述した高温浄化モードのような素早いガス雰囲気の切り替えによる速度を求める浄化よりも、低温における豊富なNOx吸蔵容量を活かしたリーン状態の長い浄化処理の方がより高いNOx浄化率を達成できる。
一方、リーン状態とストイキ〜リッチ状態とを短い周期(例えば1サイクル5秒以内)で交互に繰り返す高温浄化モードでは、1サイクルの周期が短くかつ1度に供給されるHCの量が少ないため、NOx浄化反応領域は触媒の排ガス入口側の端部を含む上流側部分(例えば触媒前側の1/2以内)に限定される。また、要求される触媒性能も低温浄化モードとは異なり、空燃比を短時間で一気にストイキ〜リッチ状態に切り替える(ひいては炭化水素を白金(Pt)上で速やかに燃焼する)必要があるため、酸化性能に優れた白金の比率が高いNOx吸蔵触媒が要求される。
上記排ガス浄化用触媒として、ここで開示される何れかの排ガス浄化用触媒を使用し、
上記排ガス浄化用触媒の温度(排ガス浄化用触媒に流入する排ガスの温度を含む概念である。以下同じ。)が所定の基準値以上である場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を該炭化水素濃度が相対的に高い高濃度領域(典型的にはストイキよりもリッチ側あるいはストイキに近いリーン側)と相対的に低い低濃度領域(典型的にはストイキから遠いリーン側)との間で予め定められた周期で交互に変動させることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う高温浄化モードと;
上記排ガス浄化用触媒の温度が上記基準値を下回る場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を上記低濃度領域に維持しつつ上記予め定められた周期よりも長い間隔で上記低濃度領域から上記高濃度領域に一時的にシフトさせることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う低温浄化モードと;
を包含する。
上記制御部は、温度センサによって上記排ガス浄化用触媒の温度を測定し、
当該温度の測定値が所定の基準値以上である場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を該炭化水素濃度が相対的に高い高濃度領域(典型的にはストイキよりもリッチ側あるいはストイキに近いリーン側)と相対的に低い低濃度領域(典型的にはストイキから遠いリーン側)との間で予め定められた周期で交互に変動させることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う高温浄化モードと;
当該温度の測定値が所定の基準値を下回る場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を上記低濃度領域に維持しつつ上記予め定められた周期よりも長い間隔で上記低濃度領域から上記高濃度領域に一時的にシフトさせることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う低温浄化モードと;
を実行し得るように構成されている。
なお、以下の説明において、空燃比がリーン、ストイキおよびリッチの排ガスとは、それぞれリーン、ストイキおよびリッチの混合ガスを内燃機関にて燃焼させた際に、該内燃機関から排出される排ガスの空燃比と同等の空燃比を有する排ガスもしくは該排ガスに炭化水素を後供給した排ガスを指すものである。
以下、ここで開示される排ガス浄化用触媒を備える排ガス浄化装置の一実施形態について図面を用いて説明する。ここでは、内燃機関としてディーゼルエンジンを備える場合を例にして詳細に説明するが、本発明の適用範囲をかかるディーゼルエンジンに限定することを意図したものではない。
排気通路(排気管)12内には、排ガス浄化部40が配置されている。排ガス浄化部40は、上流側(図1の左側)から下流側(図1の右側)に向かって順に、炭化水素供給弁50と排ガス浄化用触媒60とを備え、内燃機関から排出される排ガスに含まれるNOxを浄化する。炭化水素供給弁50は、排ガス中に炭化水素を供給(噴射)することで、排ガス浄化用触媒60に供給される排ガス中の炭化水素濃度(以下、排ガス中の炭化水素濃度を調整することを排ガスの空燃比(A/F)を調整することともいう。)を調整することができる。なお、図示は省略するが、排ガス浄化用触媒60の下流側に、他の触媒等が配置されていてもよい。例えば、排ガス浄化用触媒60の下流側に、排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ等が配置されていてもよい。また、排ガス浄化用触媒60の上流側の排気通路12内に、炭化水素供給弁50から噴射された炭化水素を改質(例えばラジカル化)するための酸化触媒を配置することもできる。
排ガス浄化用触媒60は、排ガス中に含まれるNOxを浄化する触媒である。排ガス浄化用触媒60は、排気通路12に配置されている。この排ガス浄化触媒は、基材上に触媒層が形成されることによって構成されており、該触媒層の有する触媒機能によって排ガスに含まれるNOxを除去する。かかる排ガス浄化触媒の詳細について、図2及び図3を参照しながら説明する。図2は排ガス浄化用触媒60を模式的に示した斜視図であり、図3は排ガス浄化触媒60の断面構成の一例を模式的に示した拡大図である。本実施形態に係る排ガス浄化用触媒60は、基材62と、複数の規則的に配列されたセル66と、該セル66を構成するリブ壁64を有する。
ここで開示される排ガス浄化用触媒60の基材62には、従来公知の排ガス浄化触媒の基材と同じものを用いることができる。例えば、基材62は、多孔質構造を有した耐熱性素材で構成されていると好ましい。かかる耐熱性素材としては、コージェライト、炭化ケイ素(シリコンカーバイド:SiC)、チタン酸アルミニウム、窒化ケイ素、ステンレス鋼などの耐熱性金属やその合金などが挙げられる。また、基材は、ハニカム構造、フォーム形状、ペレット形状などを有していることが好ましい。なお、基材全体の外形は、円筒形状、楕円筒形状、多角筒形状などを採用することができる。図2に示す構成の排ガス浄化用触媒60では、基材62としてハニカム構造を有した筒状部材が採用されている。
ここで開示される排ガス浄化用触媒60では、基材62上に触媒層68が形成されている。この触媒層68は、複数種類の貴金属触媒と担体とを備えている。図3に示す構成の排ガス浄化用触媒60では、触媒層68が基材62リブ壁64の表面上に形成されている。排ガス浄化用触媒60に供給された排ガスは、上記基材62の流路内を流動し、触媒層68に接触することによって有害成分が浄化される。触媒層68には、複数種類の貴金属触媒と、該貴金属触媒を担持する担体が含まれている。また、ここで開示される排ガス浄化用触媒68では、上記担体にNOx吸収材が担持されている。
上記触媒層68に含まれる複数種類の貴金属触媒は、排ガスに含まれるNOxに対する触媒機能を有していればよく、少なくとも白金(Pt)およびロジウム(Rh)を含んでいる。白金およびロジウム以外の貴金属触媒として、例えば、Pd(パラジウム)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)等を用いることができる。特にPd(パラジウム)を用いることにより触媒の耐熱性向上を図ることができる。
上記触媒層68は、貴金属触媒を担体(典型系には粉体状)に担持させることによって形成されている。かかる担体としては、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、セリア(CeO2)、シリカ(SiO2)、マグネシア(MgO)、酸化チタン(チタニア:TiO2)等の金属酸化物、若しくはこれらの固溶体(例えばセリア−ジルコニア(CeO2−ZrO2)複合酸化物)が挙げられる。中でもアルミナ、ジルコニア、セリア−ジルコニア複合酸化物の使用が好ましい。これらの二種以上を併用してもよい。また、上述した複数種類の貴金属触媒を異なる担体に担持させてもよい。例えば、白金を担持したアルミナからなる触媒担体と、ロジウムを担持したジルコニアからなる触媒担体と、NOx吸収材(例えばバリウム)を担持したセリア−ジルコニア複合酸化物からなる触媒担体とを混合した排ガス浄化用触媒60を好適に使用し得る。
ここで開示される排ガス浄化用触媒60の担体(典型系には粉体状)には、NOxを吸蔵および放出可能なNOx吸収材が担持されている。NOx吸収材は、排ガスの空燃比が酸素過剰のリーン状態にある状態では排ガス中のNOxを吸収し、空燃比がリッチ側に切り替えられると、吸収されていたNOxを放出するNOx吸蔵能を有している。かかるNOx吸収材としては、NOxに電子を供与し得る金属の一種または二種以上を含む塩基性材料を好ましく用いることができる。例えば、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、イリジウム(In)等の金属が挙げられる。これらの金属の金属酸化物を好ましく用いることができる。上述したNOx吸収材の中でも、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を含む金属酸化物(特に酸化バリウム)は高いNOx吸蔵能を有しており、ここで開示される排ガス浄化用触媒に用いられるNOx吸収材として好適である。
上記高温浄化モードでは、図4に示すように、排ガス浄化用触媒60の温度が所定の基準値(例えば300℃)以上である場合に、排ガス浄化用触媒60に流入する炭化水素の濃度を、該炭化水素濃度が相対的に高い高濃度領域(典型的にはストイキよりもリッチ側あるいはストイキに近いリーン側)と相対的に低い低濃度領域(典型的にはストイキから遠いリーン側)との間で予め定められた周期T1で交互に変動させることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う。図4は、高温浄化モードでの炭化水素の供給タイミングと排ガス浄化用触媒60への流入排ガスの空燃比(A/F)の変化とを示している。この空燃比(A/F)の変化は排ガス浄化用触媒60に流入する排ガス中の炭化水素の濃度変化に依存しているので、図4に示す空燃比(A/F)の変化は炭化水素の濃度変化を表しているとも云える。なお、図4に示した例では、高濃度領域において空燃比がストイキ(理論空燃比)よりもリッチ側となっているがこれに限定されず、ストイキに近いリーン側であってもよい。
一方、炭化水素供給弁50から炭化水素が供給されると、この炭化水素は白金70上で改質され、ラジカル化となる。その結果、図6Bに示すように活性NO2 *周りの炭化水素濃度が高くなる。ところで活性NO2 *が生成された後、活性NO2 *周りの酸素濃度が高い状態が一定時間以上継続すると活性NO2 *は酸化され、硝酸イオン活性NO3 −の形でNOx吸収材74に吸収される。しかしながら、この一定時間が経過する前に活性NO2 *周りの炭化水素濃度が高くされると図6Bに示すように活性NO2 *は白金70状においてラジカル状の炭化水素と反応し、それにより還元性中間体が生成される。この還元性中間体は、NOx吸収材74の表面上に付着または吸着される。
一方、図6Bに示すように生成された還元性中間体の周りを炭化水素が取り囲んでいると還元性中間体は炭化水素に阻まれてそれ以上反応が進まない。この場合、排ガス浄化用触媒60に流入する炭化水素の濃度が低下せしめられ、それによって酸素濃度が高くなると還元性中間体周りの炭化水素が酸化せしめられる。その結果、図6Aに示すように還元性中間体と活性NO2 *とが反応するようになる。このとき活性NO2 *は還元性中間体R−NCOやR−NH2と反応してN2、CO2、H2Oになる。このようにして、排ガス中のNOxを浄化することができる。
一方、低温浄化モードでは、図5に示すように、排ガス浄化用触媒60の温度が上記基準値(例えば300℃)を下回る場合に、排ガス浄化用触媒60に流入する炭化水素の濃度を低濃度領域(典型的にはストイキから遠いリーン側)に維持しつつ上記予め定められた周期(図4に示す高温浄化モードにおける周期)T1よりも長い間隔T2で低濃度領域(典型的にはストイキよりもリーン側)から高濃度領域(典型的にはストイキもしくはストイキよりもリッチ側)に一時的にシフトさせることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う。図5は、低温浄化モードでの排ガス浄化用触媒60への流入排ガスの空燃比(A/F)の変化を示している。この空燃比(A/F)の変化は排ガス浄化用触媒60に流入する排ガス中の炭化水素の濃度変化に依存しているので、図5に示す空燃比(A/F)の変化は炭化水素の濃度変化を表しているとも云える。
一方、図8BはこのようにNOxが硝酸塩の形でNOx吸収材74内に吸収されているときに排ガス浄化用触媒60内に流入する排ガスの空燃比をストイキもしくはストイキよりもリッチにされた場合を示している。この場合には排ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、NOx吸収材74に吸収されていた硝酸塩は順次硝酸イオンNO3 -となってNO2の形でNOx吸収材74から放出される。次いで放出されたNO2は排ガス中に含まれる炭化水素およびCOによってロジウム72上で還元される。このようにして、排ガス中のNOxを浄化することができる。
すなわち、図5に示すように長いリーン状態を維持しつつ一時的にストイキ〜リッチ状態にシフトさせる低温浄化モードでは、1サイクルの周期が長くかつ1度に供給されるHCの量が多いため、NOx浄化反応は排ガス浄化用触媒60全体で起こる。また、空燃比がストイキ〜リッチ状態に切り替えられると、NOx吸収材74に吸収されていたNOxが一気に放出されるため、該放出されたNOxをロジウム(Rh)72上で速やかに還元・浄化する必要がある。したがって、かかる低温浄化モードでは、還元性能に優れたロジウム72の比率が高い排ガス浄化用触媒が要求される。
一方、リーン状態とストイキ〜リッチ状態とを短い間隔で交互に繰り返す高温浄化モードでは、1サイクルの周期が短くかつ1度に供給されるHCの量が少ないため、NOx浄化反応領域は排ガス浄化用触媒60の排ガス入口側の端部を含む上流側部分(例えば触媒上流側の1/2以内)に限定される。また、要求される触媒性能も低温浄化モードとは異なり、空燃比を短時間で一気にストイキ〜リッチ状態に切り替える(ひいては炭化水素を白金(Pt)70上で速やかに燃焼する)必要があるため、酸化性能に優れた白金70の比率が高い排ガス浄化用触媒が要求される。
即ち、図9に模式的に示すように、排ガス浄化用触媒60は上流側部分65aと下流側部分65bとから構成されている。上流側部分65aは排ガス浄化用触媒60の排ガス入口側の端部65cを含む部分であり、下流側部分65bは排ガス浄化用触媒60の排ガス出口側の端部65dを含む部分である。この実施形態では、上流側部分65aは、排ガス浄化用触媒(基材)の排ガス入口側の端部(上流端)65cから排ガス出口側(下流側)に向かって、上記排ガス浄化用触媒(基材)の長さの25%〜60%(好ましくは25%〜50%すなわち基材全体の1/4〜1/2)に当たる部分である。下流側部分65bは、上流側部分65a以外の部分である。すなわち、下流側部分65bは、上流側部分65aよりも下流側に位置する部分である。排ガス浄化用触媒(基材)の全長をL、上流側部分65aの全長をLa、下流側部分65bの全長をLbとすると、La=0.25L〜0.60L、La+Lb=Lである。排ガス浄化用触媒(基材)の長さLとしては特に限定されないが、概ね100mm〜300mmであり、好ましくは120mm〜180mmである。なお、基材の長さは、周知の長さ計測機器、例えばゲージスケール等によって測定することができる。
上流側部分65aのPt/Rh比率としては、概ね9以上(例えば9以上25以下)が適当であり、好ましくは10以上(例えば10以上25以下)であり、特に好ましくは15以上(例えば15以上20以下)である。上流側部分65aのPt/Rh比率を9以上とすることにより、高温浄化モードにおいて空燃比を短時間で一気にストイキ〜リッチ状態に切り替えることができ、高温浄化モードの浄化性能の向上をより良く実現できる。一方、上流側部分のPt/Rh比率が大きすぎると、Rhの含有量が減りすぎてRhにより得られる触媒活性(特に還元触媒活性)が不十分となるため好ましくない。
下流側部分65bのPt/Rh比率としては、概ね9未満(例えば1以上9未満)が適当であり、好ましくは6以下(例えば2以上6以下)であり、特に好ましくは5以下(例えば3以上5以下)である。下流側部分65bのPt/Rh比率を9未満とすることにより、低温浄化モードにおいてNOx吸収材から一気に放出されたNOxを速やかに還元することができ、低温浄化モードの浄化性能の維持をより良く実現できる。一方、下流側部分のPt/Rh比率が小さすぎると、Ptの含有量が減りすぎてPtにより得られる触媒活性(特に酸化触媒活性)が不十分となるため好ましくない。
特に限定されるものではないが、排ガス浄化用触媒60の触媒全体容量に占めるPtの含有量は、通常は0.5mol/L〜10mol/Lであることが適当であり、例えば0.5mol/L〜7.0mol/Lであることが好ましい。上記Ptの担持量が少なすぎると、Ptにより得られる触媒活性(特に酸化触媒活性)が不十分となり、他方、Ptの担持量が多すぎると、Ptが粒成長を起こしやすくなると同時にコスト面でも不利である。また、排ガス浄化用触媒60の触媒全体容量に占めるRhの含有量は、通常は0.01mol/L〜1.0mol/Lであることが適当であり、例えば0.1mol/L〜0.5mol/Lであることが好ましい。上記Rhの担持量が少なすぎると、Rhにより得られる触媒活性(特に還元触媒活性)が不十分となり、他方、Rhの担持量が多すぎると、Rhが粒成長を起こしやすくなると同時にコスト面でも不利である。
排ガス浄化用触媒60は、例えば以下のようにして作製することができる。なお、以下に説明する方法は排ガス浄化用触媒60の作製方法の一例に過ぎない。排ガス浄化用触媒60は、他の方法によっても作製することが可能である。
次に、アルミナからなる触媒担体にPtを担持してなる粉末と、ジルコニアからなる触媒担体にRhを担持してなる粉末と、セリア−ジルコニア複合酸化物からなる触媒担体にバリウム(NOx吸収材)を担持してなる粉末とを、Pt/Rh比率が9未満(例えば4)となるように混合し、スラリーを調製する。このスラリーを上記基材の残りの部分にウォッシュコートを施し、乾燥および焼成することにより、基材の表面にコート層を形成する。この部分は排ガス浄化用触媒の下流側部分65bとなる。以上のようにして、上流側部分65aと下流側部分65bとを有する排ガス浄化用触媒60を得ることができる。
次に、高温浄化モードにおける排ガス浄化用触媒のNOx浄化反応領域について説明する。本発明者は、S(硫黄)被毒量の分布の異なる複数の排ガス浄化用触媒のサンプルを用いて、NOx浄化率を測定する実験を行った。
本実験では、サンプル1〜3として、直径が129mm、長さが150mmの排ガス浄化用触媒を用いた。各サンプル1〜3は、触媒の排ガス流入方向におけるS被毒量の分布(触媒の排ガス入口端からの距離に応じたS被毒量の分布)が互いに異なっている。また、各サンプルには、貴金属触媒としてPtおよびPhが、NOx吸収材としてバリウムが担持されている。
図11に示すように、制御部(ECU)30は、エンジン部1と排ガス浄化部40との間の制御を行うユニットであり、一般的な制御装置と同様にデジタルコンピュータその他の電子機器を構成要素として含んでいる。典型的には、ECU30は、双方向性バスによって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(マイクロプロセッサ)、入力ポートおよび出力ポートを有している。
図示しないアクセルペダルには、アクセルペダルの踏込み量に比率例した出力電圧を発生する負荷センサが接続されている。該負荷センサの出力電圧は、対応するAD変換器を介して入力ポートに入力される。更に入力ポートには、クランクシャフトが所定の角度(例えば10°)回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサが接続される。
<実施例>
アルミナ(担体)にPtを担持してなる粉末と、ジルコニア(担体)にRhを担持してなる粉末と、セリア−ジルコニア複合酸化物(担体)にバリウム(NOx吸収材)を担持してなる粉末とを、Pt/Rh比率が18となるように混合し、スラリーを調製した。このスラリーを用いて、コージェライト基材(図2に示すハニカム基材)の軸方向の一端から全長の50%に当たる部分にウォッシュコートを施し、乾燥および焼成することにより、基材の表面にコート層を形成した。この部分が排ガス浄化用触媒の上流側部分となる。なお、上流側部分のPt含有量は基材の容積1L当たり(ここではハニカム基材の純体積にセル通路の容積も含めた全体の嵩容積1L当たりをいう。以下、同じ。)4.4g/Lとし、Rh含有量は基材の容積1L当たり0.25g/Lとした。
次に、アルミナからなる触媒担体にPtを担持してなる粉末と、ジルコニアからなる触媒担体にRhを担持してなる粉末と、セリア−ジルコニア複合酸化物からなる触媒担体にバリウム(NOx吸収材)を担持してなる粉末とを、Pt/Rh比率が4となるように混合し、スラリーを調製した。このスラリーを上記基材の残りの部分にウォッシュコートを施し、乾燥および焼成することにより、基材の表面にコート層を形成した。この部分が排ガス浄化用触媒の下流側部分となる。なお、下流側部分のPt含有量は基材の容積1L当たり2.2g/Lとし、Rh含有量は基材の容積1L当たり0.5g/Lとした。
以上のようにして、上流側部分と下流側部分とでPt/Rh比率が異なる排ガス浄化用触媒を作製した(図12(a)参照)。
図12(b)に示すように、上流側部分と下流側部分とでPt/Rh比率を均一としたこと以外は実施例と同様にして排ガス浄化用触媒を作製した。本例では、Pt/Rh比率は9とした。また、触媒中のPt含有量は基材の容積1L当たり3.3g/Lとし、Rh含有量は基材の容積1L当たり0.38g/Lとした。
図12(c)に示すように、上流側部分のPt/Rh比率を4とし、下流側部分のPt/Rh比率を18としたこと以外は実施例と同様にして排ガス浄化用触媒を作製した。上流側部分のPt含有量は基材の容積1L当たり2.2g/Lとし、Rh含有量は基材の容積1L当たり0.5g/Lとした。また、下流側部分のPt含有量は基材の容積1L当たり4.4g/Lとし、Rh含有量は基材の容積1L当たり0.25g/Lとした。
以上で得た各例の触媒サンプルを用いて、前述した高温浄化モードを模擬した条件において、NOxを含有する排ガスの浄化試験を行った。具体的には、各触媒サンプルを流通式管に入れ、外部ヒーターによって300℃に加熱した。次に、リーンの排気ガス組成を模擬したガス(リーン模擬ガス)と、リッチの排気ガス組成を模擬したガス(リッチ模擬ガス)とを交互に流し、NOx浄化処理を行なった。リーン模擬ガスは、NOx:HC:CO:CO2:O2:H2O=200ppm:100ppm:0%:10%:8%:3%、その他はN2とした。リッチ模擬ガスは、NOx:HC:CO:CO2:O2:H2O=200ppm:2000ppm:0%:10%:0%:3%、その他はN2とした。そして、リーン模擬ガスとリッチ模擬ガスとの供給サイクルは、2秒:3秒とした(図13(b)参照)。この供給パターンはリーン状態とリッチ状態とを短い周期(例えば1サイクル5秒以内)で切り替える本実施形態の高温浄化モードに対応している。そして、処理前と処理後のガスに含まれるNOxの濃度を測定し、NOx浄化率を算出した。結果を図14に示す。
また、各例の触媒サンプルを用いて、低温浄化モードを模擬した条件において、NOxを含有する排ガスの浄化試験を行った。具体的には、各触媒サンプルを流通式管に入れ、外部ヒーターによって250℃に加熱した。次に、リーンの排気ガス組成を模擬したガス(リーン模擬ガス)と、リッチの排気ガス組成を模擬したガス(リッチ模擬ガス)とを交互に流し、NOx浄化処理を行なった。リーン模擬ガスは、NOx:HC:CO:CO2:O2:H2O=200ppm:100ppm:0%:10%:8%:3%、その他はN2とした。リッチ模擬ガスは、NOx:HC:CO:CO2:O2:H2O=200ppm:4000ppm:1.2%:10%:0%:3%、その他はN2とした。そして、リーン模擬ガスとリッチ模擬ガスとの供給サイクルは、60秒:5秒とした(図13(a)参照)。この供給パターンは長いリーン状態を維持しつつ一時的にリッチ状態にシフトさせる本実施形態の低温浄化モードに対応している。そして、処理前と処理後のガスに含まれるNOxの濃度を測定し、NOx浄化率を算出した。結果を図15に示す。
3 燃料噴射弁
4 吸気マニホルド
5 排気マニホルド
6 吸気ダクト
7 排気ターボチャージャ
7a コンプレッサ
7b 排気タービン
8 吸入空気量検出器
9 エアクリーナ
10 スロットル弁
12 排気通路
18 排ガス再循環通路
19 制御弁
20 冷却装置
21 燃料供給管
22 コモンレール
23 燃料ポンプ
24 燃料タンク
40 排ガス浄化部
50 炭化水素供給弁
60a 温度センサ
60 排ガス浄化用触媒
62 基材
64 リブ壁
65a 上流側部分
65b 下流側部分
65c 排ガス入口側の端部
65d 排ガス出口側の端部
66 セル
68 担体
70 白金
72 ロジウム
74 NOx吸収材
100 排ガス浄化装置
Claims (14)
- 内燃機関の排気通路内に配置され、排ガス中に含まれるNOxを浄化する排ガス浄化用触媒であって、
基材と、該基材の表面に形成された一層構造の触媒層とを備え、
前記触媒層は、担体と、該担体に担持された複数種類の金属触媒と、該担体に担持されたNOx吸蔵能を有するNOx吸収材とを有しており、
前記金属触媒として、少なくとも白金(Pt)およびロジウム(Rh)を含んでおり、
前記排ガス浄化用触媒中の白金とロジウムとの質量比率(Pt/Rh)が、該排ガス浄化用触媒の排ガス入口側の端部を含む上流側部分と排ガス出口側の端部を含む下流側部分とで異なっており、
前記上流側部分のPt/Rh質量比率が、前記下流側部分のPt/Rh質量比率よりも大きい、排ガス浄化用触媒。 - 前記上流側部分のPt/Rh質量比率が、9以上である、請求項1に記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記下流側部分のPt/Rh質量比率が、9未満である、請求項1または2に記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記上流側部分は、前記排ガス浄化用触媒の排ガス入口側の端部から排ガス出口側に向かって前記排ガス浄化用触媒の長さの25%〜60%に当たる部分である、請求項1〜3の何れか一つに記載の排ガス浄化用触媒。
- 前記NOx吸収材は、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の金属酸化物からなる、請求項1〜4の何れか一つに記載の排ガス浄化用触媒。
- 内燃機関から排出される排ガス中に含まれるNOxを該内燃機関の排気通路内に配置された排ガス浄化用触媒により浄化する排ガス浄化方法であって、
前記排ガス浄化用触媒として、請求項1〜5の何れか一つに記載の排ガス浄化用触媒を使用し、
前記排ガス浄化用触媒の温度が所定の基準値以上である場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を該炭化水素濃度が相対的に高い高濃度領域と相対的に低い低濃度領域との間で予め定められた周期で交互に変動させることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う高温浄化モードと;
前記排ガス浄化用触媒の温度が前記基準値を下回る場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を前記低濃度領域に維持しつつ前記予め定められた周期よりも長い間隔で前記低濃度領域から前記高濃度領域に一時的にシフトさせることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う低温浄化モードと;
を包含する、排ガス浄化方法。 - 前記排ガス浄化用触媒の温度に対する基準値は、280℃〜500℃の範囲内に設定された値である、請求項6に記載の排ガス浄化方法。
- 前記低温浄化モードでは、前記排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を前記低濃度領域にて60秒〜100秒間維持した後、該維持時間の多くとも10%の時間の間、前記高濃度領域にシフトさせる、請求項6または7に記載の排ガス浄化方法。
- 前記高温浄化モードでは、前記排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を前記高濃度領域と前記低濃度領域との間で0.3秒〜5秒間ずつ交互に変動させる、請求項6〜8の何れか一つに記載の排ガス浄化方法。
- 内燃機関から排出される排ガス中に含まれるNOxを排ガス浄化用触媒により浄化する排ガス浄化装置であって、
内燃機関の排気通路内に配置された請求項1〜5の何れか一つに記載の排ガス浄化用触媒と、
前記排ガス浄化用触媒の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサに電気的に接続された制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記温度センサによって前記排ガス浄化用触媒の温度を測定し、
当該温度の測定値が所定の基準値以上である場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を該炭化水素濃度が相対的に高い高濃度領域と相対的に低い低濃度領域との間で予め定められた周期で交互に変動させることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う高温浄化モードと;
当該温度の測定値が前記基準値を下回る場合に、該排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を前記低濃度領域に維持しつつ前記予め定められた周期よりも長い間隔で前記低濃度領域から前記高濃度領域に一時的にシフトさせることにより排ガス中に含まれるNOxを浄化する処理を行う低温浄化モードと;
を実行し得るように構成されている、排ガス浄化装置。 - 前記排気通路内における前記排ガス浄化用触媒よりも上流側に配置され、炭化水素を供給するための炭化水素供給手段をさらに備え、
前記制御部は、前記高温浄化モードにおいて、予め定められた供給間隔で前記炭化水素供給手段を作動させて炭化水素を前記排気通路内に供給するように構成されている、請求項10に記載の排ガス浄化装置。 - 前記排ガス浄化用触媒の温度に対する基準値は、280℃〜500℃の範囲内に設定された値である、請求項10または11に記載の排ガス浄化装置。
- 前記制御部は、前記低温浄化モードにおいて、前記排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を前記低濃度領域にて60秒〜100秒間維持した後、該維持時間の多くとも10%の時間の間、前記高濃度領域にシフトさせるように構成されている、請求項10または11に記載の排ガス浄化装置。
- 前記制御部は、前記高温浄化モードにおいて、前記排ガス浄化用触媒に流入する炭化水素の濃度を前記高濃度領域と前記低濃度領域との間で0.3秒〜5秒間ずつ交互に変動させるように構成されている、請求項10〜12の何れか一つに記載の排ガス浄化装置。
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