JPH01247710A - 自動車排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、理論空燃比よりも低燃料比率の混合気体を使
用する自動車エンジン、所謂、リーンバーンエンジン用
の自動車排気浄化装置に関し、特に排気中の窒素酸化物
ＮＯｘを高率で浄化するための自動車排気浄化装置に関
する。

（従来の技術） 従来より自動車エンジンに吸入される混合気体の空燃比
を理論空燃比よりも大きくすると、ある比率に至るまで
燃費率（単位燃料量当りのエネルギー出力）が向上する
他、理論空燃比よりも小さい場合に比較してトルク変動
をほぼ一定に保ったまま、排気ガス中のＣｏ濃度を大幅
に低減できることが知られており、理論空燃比よりも低
燃料比率の混合気体を使用する自動車エンジン、所謂リ
ーンバーンエンジンの実用化並びにリーンバーンエンジ
ンを搭載した自動車の普及が望まれている。

他方、このリーンバーンエンジンは、所定の空燃比のと
ころで排気中のＮＯｘの濃度が極大に達し、加えてこの
排気中のＮＯｘの濃度が極大に達する空燃比が天候や運
転条件等により微妙に変化するため制御し難く、従って
リーンバーンエンジンにおいては天候や運転条件等によ
り排気中のＮＯｘの濃度が基準値を越えたり、また、こ
の排気中のＮＯｘの濃度を所定の低濃度に押えようとす
ると、精密かつ複雑な制御機構を付設する必要があり、
更に制御機構による制限から車両のドライバビリティが
低下するなどの問題点も孕んでいる。

なお、これ等の問題点は、リーンバーン排気、即ち、理
論空燃比よりも大きな空燃比で燃料を燃焼させた際に生
じる排気中のＮＯｘを、リーン側空燃比領域で浄化処理
して低減してやることにより解消される排気ガス浄化用
触媒も提案されている（＃顆間８２−２８８８８４号）
。

（発明が解決しようとする課題） 確かに遷移金属でイオン交換されたゼオライトが耐火性
担体上に担持した上記排気浄化用触媒によれば、リーン
排気中のＮｏｘｆｉ度はある程度低下する。しかし、こ
の濃度を所定以下に維持するための上記制ｍ機構等の負
担を大巾に低減したり、究極的にはかかる負担を解除す
るため、リーン排気中のＮＯｘをより一層高い比率で浄
化することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、リーン排気中
のＮＯｘを高率で浄化することのできる自動車排気浄化
装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の自動車排気浄化装置
は、リーンパーンエンジンの排気通路に、パラフィンを
オレフィンに変換する触６Ｍ■と窒素酸化物を分解する
触媒ＴＩとを同位置又は前記触媒Ｉを前記触媒ＩＩの前
記通路上流側に配設したことを特徴とする。

触媒工としては、ＺＳＭ−５、フェリエライ等の金属で
改質する方法、及び金属で改質したＺＳＭ−５のパラフ
ィンをオレフィンに変換する性質等の詳細は、ジャーナ
ル　オブ　キャタリシス１００．３２２−３２７（１９
８８）等に記載されテいる。

また、触媒ＴＩについては、例えば、Ｃｕ。

ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ等の遷移上°゛イ
今イヒ 金属、特にＣｕでイオン交換されたｍを使用することが
できる。

（作　用） 排ガス中には元々パラフィンとオレフィンの双方が含ま
れているが、本発明においては触媒工により排ガス炭化
水素中に含まれるパラフィンカオレフィンに変換され、
オレフィン比率が高まる。従って触媒ＩＩは従来よりも
オレフィン比率の高い炭化水素を含む排ガスと接触する
に至る。この触媒ＩＩによる排気中のＮＯｘの分解は、
接触する排気中に含まれるオレフィン濃度が高まるにつ
れて促進される。この理由は以下の如く推定される。

即ち、ＮＯｘ浄化の反応機構は、排気中の炭化水素（以
下ＨＣ）が触媒表面で部分酸化することにより生じ、触
媒表面に吸着しているＣＯが、下記式 に従ってＮＯｘを分解する。

一方、Ｌ記ＨＣの部分酸化、即ちＣＯ−の生成のために
は触媒活性点へのＨＣの吸着性が関与し、ＨＣの吸着性
が高い方が部分酸化が起こり易い、ここで、オレフィン
には二重結合があり、この二重結合部分のπ電子は一重
結合部分のσ電子に比較して遥かに触媒ＴＩの金属イオ
ン成分、例えばＣｕ＋への吸着性が高く、このためオレ
フィンはパラフィンに比較してＨＣの吸着性が高い、従
って、オレフィンの方がパラフィンに比較して部分酸化
が起こり易い。

他方、パラフィンは上記金属イオン成分、例えばＣｕ＋
への吸着性が低く、相対的に触媒ＩＩに酸素が強く吸着
し、完全酸化の割合が増加する。

（実施例） 以下に実施例を示し１本発明を具体的に説明するが、本
発明は下記実施例に制限されるものではない。

実施例１ ０．０５モル／ｆＬの酢酸銅と０，０１モル／文の酢酸
ニッケルを含む水溶液にＮＨ３を加えてｐＨを１０〜１
２に調節した。得られた水溶液にコーディライト製モノ
リスにＺＳＭ−５ゼオライトをウォッシュコート法によ
りコートしたものを浸漬し、約１〜２４時間攪拌してイ
オン交換を行ない、イオン交換後、十分水洗したのち、
　１００℃で乾燥し、焼成炉で空気を通気させながら５
００〜７００℃で１〜２４時間焼成しモノリス型触媒Ａ
を得た。

また、酢酸ニッケルを含まない他は上記触媒Ａと同様の
溶液を用い、同様にしてモノリス型触媒Ｂを得た。

得られたモノリス型触媒Ａ、Ｂを装填した触媒コンバー
タを各々自動車エンジンの排気口に取付け、空燃比１５
以上のり一ン状態でエンジンを作動させて排気中のＮＯ
ｘ量を比較したところ、モノリス型触媒Ａを装填した場
合の方が排気中のＮＯｘ量が少なかった。

また、モノリス型触媒Ａを製造する際の水溶液中に含ま
れる酢酸鋼及び酢酸ニッケルの量を変えて、これ等の量
と前記排気中のＮＯｘ量との関係を調べたところ、酢酸
鋼が０．０１〜５モル／旦、酢酸ニッケルが０．０５〜
１モル／立の範囲の場合には排気中のＮＯｘ量を低減す
る上で良好な結果が得られ、更にＺＳＭ−５ゼオライト
に代えてフェリエライトゼオライトを使用した場合にも
前記モノリス型触媒Ａと同様、排気中のＮ０ｘｉを低減
する上で良好な結果が得られた。

実施例２ ０．０５モル／交の酢酸鋼を含む水溶液と０．０５モル
／交の酢酸ニッケルを含む水溶液にそれぞれＮＨ３を加
えてｐＨをｌＯ〜１２に調節した０次いで、ＺＳＭ−５
ゼオライトをウォッシュコートしたコープイライト製モ
ノリスの触媒として排気上流側に配設される約半分を前
記酢酸ニッケルを含み、ｐＨ調節した水溶液に浸漬して
イオン交換を行ない、残りの約半分を前記酢酸銅を含み
、ｐＨｍ節した水溶液に浸漬してイオン交換を行ない、
以後実施例１と同様にしてモノリス型触媒Ｃを得た。

得られたモノリス型触媒Ｃを装填した触媒コンバータを
自動車エンジンの排気口に取付け、実施例１と同様の条
件でエンジンを作動させ、モノリス型触媒Ｂを装填した
触媒コンバータを自動車エンジンの排気口に取付けた場
合と排気中のＮＯｘ量を比較したところ、モノリス型触
媒Ｃを装填した場合の方が排気中のＮＯｘ量が少なかっ
た。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、リーンバーンエン
ジンの排ガスに含まれるＮＯｘの浄化率が向上する。

従って、リーン排気中のＮＯｘを所定の低濃度に維持す
るための空燃比等の制御機構が簡素化又は省略でき、リ
ーンバーンエンジンを搭載した自動車の低コスト化につ
ながる。また、空燃比等の制御条件が緩和され、このた
め、これ等の制御条件にほとんど制約されることなく燃
費の向上が可能となり、ドライバビリティも向上する。

更には排気中のＨＣ及びＣＯの浄化率も向上し、このた
め、排気浄化のための酸化触媒の省略も可能となる。

特許出願人　トヨタ自動車株式会社 （ほか２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リーンバーンエンジンの排気通路に、パラフィンをオレ
   フィンに変換する触媒 I と窒素酸化物ＮＯｘを分解す
   る触媒IIとを同位置又は前記触媒 I を前記触媒IIの前
   記通路上流側に配設したことを特徴とする自動車排気浄
   化装置。