JP6217677B2 - 排気ガス浄化触媒装置及び排気ガス浄化方法 - Google Patents
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Description
図1に示す実施形態に係るエンジン1は、運転状態に応じて燃焼モードをHCCI燃焼(リーン燃焼)とSI燃焼(ストイキ又はリッチ燃焼)とで選択的に切り替えて運転可能な多気筒のガソリンエンジンであり、自動車に搭載される。
排気ガス浄化触媒装置27は、エンジン1の排気ガス通路25に配設され、エンジン1から排出される飽和・不飽和HC、CO、及びNOxを含む排気ガスを効率よく浄化するものである。排気ガス浄化触媒装置27は、排気ガス流れ方向上流側から順に、第1触媒41(三元触媒)、及び第2触媒42(酸化触媒)を備えている。
第1触媒41は、排気ガス中のHC、CO、及びNOxを同時に浄化するためのものであり、特にSI燃焼モード運転時にエンジン1から排出される不飽和HCを多く含む排気ガスを効率よく浄化するためものである。
第2触媒42は、上記第1触媒よりも飽和HC(飽和炭化水素)の浄化性能が高く、特にHCCI燃焼モード運転時にエンジン1から排出される飽和HCを多く含む排気ガスを効率良く浄化するものであり、第1触媒41の排気ガス流れ下流側に配置されている。
−Pd担持CeZr系複合酸化物62−
CeZr系複合酸化物としてCeZrNd複合酸化物を採用するケースを例に当該調製方法を説明する。
Pd担持アルミナ60は、硝酸パラジウム水溶液を用いた蒸発乾固法によってPdを活性アルミナ粉末に担持することで得ることができる。なお、本明細書に記載されている活性アルミナとしては、全てLa2O3を4質量%含有するものを採用している。
CeZr系複合酸化物63も上述の共沈法によって得ることができる。
Rh担持CeZr系複合酸化物53は、上述の共沈法によって得たCeZrNd複合酸化物粉末にRhを蒸発乾固法によって担持することで得ることができる。Rh源としては硝酸ロジウム水溶液を用いることができる。
Ce非含有のZr系複合酸化物としてZrLaアルミナを採用するケースを例に当該調製方法を説明する。
非Ce系複合酸化物71として、MgFe複合酸化物を採用するケースを例に当該調整方法を説明する。
本実施形態に係る排気ガス浄化触媒装置27を用いた排気ガス浄化方法は、以下の通りである。
表5に示す、実施例1,2及び比較例1の排気ガス浄化触媒装置について、燃焼モード切替(リーン→ストイキ)時のNOx浄化性能を調べるため、模擬ガスによるリーン・ストイキ切替評価試験を行った。
まず、表1〜表4に示す第1触媒及び第2触媒のサンプルA〜Dを以下の方法で作製した。なお、A〜Dの記号は表1〜表4の記号に対応している。
ストイキ条件において、排気ガスの入口ガス温度を上昇させ、500℃で10分保持(前処理)した後、N2中で温度を100度まで下げた。その後、ストイキ条件下で、400℃まで昇温した。
図6に、実施例1及び比較例1において触媒装置から排出されるNOx濃度(ppm)の測定結果を示す。
P1=(X1−Y1)/X1 ・・・(1)
ここで、X1は、図6において、650〜680秒における触媒装置を通過しない模擬ガスのNOx濃度(ppm)の積算値、Y1は、同様に650〜680秒における実施例1のNOx濃度(ppm)積算値である。
実施例1,2及び比較例1で使用した3種類のOSC材、すなわちMgFe2O4、CaFe2O4、Rh担持CeZrNd複合酸化物(10%CZN)、について、酸素放出速度評価試験を行った。
各OSC材、及びバインダ材としてのY安定化ジルコニアをイオン交換水と混合してなるスラリーに、第1触媒の担持に使用したものと同じハニカム担体を浸漬して取り出す。この担体に余分に付着したスラリーをエアブローで除去した後、大気中において、スラリーの乾燥(150℃)及び焼成(500℃で2時間保持)を行なう。これにより、担体の排気ガス通路壁に各OSC材が担持されたサンプルが形成される。なお、担体1LあたりのOSC材及びバインダ材の担持量は、それぞれ100g/L及び11.1g/Lである。
ストイキ条件において、排気ガスの入口ガス温度を上昇させ、520℃で10分保持(前処理)した後、N2中で温度を100度まで下げた。その後、ストイキ条件下で、600℃まで昇温し、温度が一定になった後、表6に示す模擬ガス条件(1)HCCIリーンと、(2)SIストイキを、180秒毎に繰り返し、その時のO2濃度(ppm)の変化を測定した。
図8に示すように、10%CZNでは、酸素放出速度が4.2μmol/sであったのに対し、MgFe2O4では1.5μmol/s、CaFe2O4では2.2μmol/sとなり、10%CZNに比べて非Ce系複合酸化物では、酸素放出速度がかなり遅いことが判る。
25 排気ガス通路
27 排気ガス浄化触媒装置
41 第1触媒(三元触媒)
42 第2触媒(酸化触媒)
51 CeZr系複合酸化物(第1複合酸化物)
52 Rh
68 Pt担持アルミナ
71 非Ce系複合酸化物(第2複合酸化物)
Claims (10)
- エンジンの排気ガス通路に配設され、排気ガス中のHC、CO、及びNOxを同時に浄化可能な三元触媒を備えた排気ガス浄化触媒装置であって、
上記三元触媒は、
上記排気ガス通路に配置されたハニカム担体の排気ガス通路壁に形成されたPd含有触媒層と、
上記Pd含有触媒層の上記排気ガス通路壁と反対側の表面上に形成されたRh担持触媒層と
を備え、
上記三元触媒は、Ptを含有せず、
上記Rh担持触媒層には、排気ガスがリーン雰囲気下で排気ガス中の酸素を吸蔵するとともに排気ガスがストイキ又はリッチ雰囲気下で吸蔵していた酸素を放出する酸素吸蔵放出材と、Ce非含有のZr系複合酸化物にRhが担持されてなるRh担持Zr系複合酸化物とが含有され、
上記三元触媒の酸素吸蔵放出材として、Ceを含有する第1複合酸化物と、Ceを含有しない第2複合酸化物とが含まれるとともに、両複合酸化物にRhが担持されており、
上記第2複合酸化物の酸素放出速度は、上記第1複合酸化物の酸素放出速度よりも遅い特性を有する
ことを特徴とする排気ガス浄化触媒装置。 - 請求項1において、
上記第1複合酸化物はCeZr系複合酸化物であり、上記第2複合酸化物は、一般式AB2O4で表される非Ce系複合酸化物である
ことを特徴とする排気ガス浄化触媒装置。
(ここで、AはMg及びCaの少なくとも一方、BはFe,Co及びNiの群から選ばれる少なくとも1種である。) - 請求項1又は請求項2において、
上記三元触媒の排気ガス流れ方向下流側に、上記三元触媒よりも飽和炭化水素の浄化性能が高い酸化触媒を備えた
ことを特徴とする排気ガス浄化触媒装置。 - 請求項3において、
上記酸化触媒はPt担持活性アルミナである
ことを特徴とする排気ガス浄化触媒装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
上記エンジンは、予混合圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードとで選択的に切り替えて運転可能である
ことを特徴とする排気ガス浄化触媒装置。 - 燃焼モードをリーン燃焼とストイキ又はリッチ燃焼との間で選択的に切替えて運転可能なエンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化方法であって、
上記エンジンの排気ガス通路に、排気ガス中のHC、CO、及びNOxを同時に浄化可能な三元触媒が配置され、
上記三元触媒は、
上記排気ガス通路に配置されたハニカム担体の排気ガス通路壁に形成されたPd含有触媒層と、
上記Pd含有触媒層の上記排気ガス通路壁と反対側の表面上に形成されたRh担持触媒層と
を備え、
上記三元触媒は、Ptを含有せず、
上記Rh担持触媒層には、排気ガスがリーン雰囲気下で排気ガス中の酸素を吸蔵するとともに排気ガスがストイキ又はリッチ雰囲気下で吸蔵していた酸素を放出する酸素吸蔵放出材と、Ce非含有のZr系複合酸化物にRhが担持されてなるRh担持Zr系複合酸化物とが含有され、
上記三元触媒の酸素吸蔵放出材として、Ceを含有する第1複合酸化物と、Ceを含有しない第2複合酸化物とが含まれるとともに、両複合酸化物にRhが担持されており、
上記第2複合酸化物の酸素放出速度は、上記第1複合酸化物の酸素放出速度よりも遅い特性を有し、
上記エンジンの燃焼モードがリーン燃焼からストイキ又はリッチ燃焼に切り替わったときに、上記酸素吸蔵放出材からの酸素放出速度を抑えることにより、酸化状態のRhが還元状態となって触媒金属として活性化されるのを促進する
ことを特徴とする排気ガス浄化方法。 - 請求項6において、
上記第1複合酸化物はCeZr系複合酸化物であり、上記第2複合酸化物は、一般式AB2O4で表される非Ce系複合酸化物である
ことを特徴とする排気ガス浄化方法。
(ここで、AはMg及びCaの少なくとも一方、BはFe,Co及びNiの群から選ばれる少なくとも1種である。) - 請求項6又は請求項7において、
上記三元触媒の排気ガス流れ方向下流側に、上記三元触媒よりも飽和炭化水素の浄化性能が高い酸化触媒を備えた
ことを特徴とする排気ガス浄化方法。 - 請求項8において、
上記酸化触媒はPt担持活性アルミナである
ことを特徴とする排気ガス浄化方法。 - 請求項6乃至請求項9のいずれか一において、
上記エンジンは、予混合圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードとで選択的に切替えて運転可能である
ことを特徴とする排気ガス浄化方法。
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