JPH0779952B2 - 天然ガスを燃料とするエンジンからのメタン排気放出物を低減させる方法 - Google Patents

天然ガスを燃料とするエンジンからのメタン排気放出物を低減させる方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、天然ガスを燃料とす
るエンジンの駆動方法およびメタンや請求項１の前提部
分において特定されているその他の汚染物質の放出を最
少にするための、たとえば、ＳＡＥ技術報告書８７２１
６５号“天然ガスを燃料とするエンジン用触媒変換器
−測定および制御の問題”（Klimstra）に開示されて
いるような、該エンジンの排気ガスの触媒による処理に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ほとんどの自動車およびトラックのエン
ジン（自動車用エンジン）はガソリンまたはデイーゼル
燃料によって駆動されるが、天然ガスは清浄な燃料であ
ると思われているので自動車用の潜在的な燃料として認
識されている。天然ガスはほとんどメタン（ＣＨ4）か
らなる。燃料としてメタンまたは天然ガスで駆動される
エンジンは、ガソリンで駆動されるエンジンよりも、ス
モッグに対して影響する一酸化炭素、二酸化炭素および
未燃焼炭化水素の１マイル当りの発生量が低いことが発
見された。そのような低い炭化水素の発生量は、これと
対応して地上の高さでのオゾンの生成を低減させるため
に特に有利であると見られている。
【０００３】二酸化炭素の減少も同様に有益である。何
故なら、二酸化炭素は温室効果をもつからである。ガソ
リンと天然ガスはともに炭化水素燃料であり、ガソリン
エンジン用に開発された駆動の実施技術と排ガス処理技
術は直接的にメタンを燃料とするエンジンに適用可能で
あると思われるからである。しかしながらこれは真実で
はない。
【０００４】過去２０年以上にわたって、高い表面積
（１００ｍ2／ｇ）のアルミナ担体上に支持された貴金
属触媒は、ガソリンエンジンの排気ガス中の一酸化炭素
と未燃焼の炭化水素の酸化を行なわせるのに開発されて
きた。アルミナの微細なペレットまたは粒子上に非常に
微細な粒子として分散されている白金および／またはパ
ラジウムは酸化触媒として使用されてきた。
【０００５】これらの触媒は、エンジンが燃料欠乏か空
気過剰のモードで駆動しているときに生ずる排気ガス中
に過剰の酸素がある場合に最も有効であることが確かめ
られた。窒素酸化物の窒化物への転化は、好ましい酸化
反応媒体の正反対のものである酸素欠乏の環境内で行な
われる化学的な還元型の反応である。しかしながら、貴
金属のロジウムは三元触媒として、白金、パラジウムま
たは白金とパラジウムと組み合わせてうまく使用でき
る。好適なエンジン駆動状態では、三元触媒は同時に一
酸化炭素の二酸化炭素への酸化、未燃焼炭化水素の二酸
化炭素と水への酸化および窒素酸化物の窒素への還元を
促進する。
【０００６】三元触媒は、エンジンがほぼ化学量論的な
比率の空気ー燃料混合物によって駆動されるときに最も
効率的に働く。酸素センサーは、エンジンがそのときに
燃料富化モードか燃料不足モードか、どちらのモードで
駆動しているかを検出するために排気ガス流中で使用さ
れる。センサーからの出力は、エンジン制御コンピュー
ターによって、エンジンへの可燃性装入物が化学量論的
な空気ー燃料混合物に近い状態で循環するように燃料対
空気の量比の迅速な調整を連続的に行なわせるのに用い
られる。
【０００７】実際の空気ー燃料比はこのようにして感知
され、エンジン排気放出物を減少させかつエンジン排気
処理触媒転化器に適する供給流をもたらすのに必要なよ
うに変化せしめられる。このようにエンジン空気ー燃料
比を循環させることによって、三元触媒は、その三種の
汚染物の無害化反応を多かれ少なかれ同時に促進しかつ
保持することができる。この三元触媒の使用は、ガソリ
ンを燃料とするエンジンの排気ガス処理における現在の
技術水準を表している。
【０００８】三元触媒は、白金、少量のロジウムを含む
パラジウムまたは白金とパラジウムの組合せからなり、
これらすべては高い表面積のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）担体
上に極微粒子として分散している。アルミナはセリア、
ランタナ等のような適当な添加物の存在によってその高
い表面積形状で熱的に安定している。好適な添加物のセ
リア（ＣｅＯ2）も排気が瞬間的に空気欠乏状態になる
と触媒の酸化能力を促進させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】天然ガス（メタン，Ｃ
Ｈ4 ）を燃料とするエンジンにおいて見いだされた問題
は、ガソリンを燃料とするエンジンの駆動に相応する三
元触媒を用いて駆動されるときに、未燃焼メタンが未酸
化で排気システムを通過し大気中に放出されるというこ
とである。メタンは有毒ではなく、低い程度でしかオゾ
ンの形成を促進させないという意味では反応性の高い炭
化水素とはいえないが、それは温室効果をもつガスであ
る。それは大気中に残存し、しばしば二酸化炭素の大気
熱反射効果をもたらす。
【００１０】高分子量の炭化水素ガスと異なり、メタン
は従来の貴金属触媒により酸素富化排気ガス中で容易に
は酸化されない。これらの触媒は、排気ガスが通常到達
しない非常に高い温度（たとえば６００℃またはそれ以
上）に加熱されるまでは、メタンの酸化に対して活性と
はならない。したがって、メタン燃料を含むエンジン排
気放出物がガソリンを燃料とするエンジンに比べて好ま
しいという一方で、未燃焼メタンが車両の排気システム
から大気中に逸出するのを防ぐという問題が残る。
【００１１】主として電気エネルギーの発生と随伴的な
操業熱の製造に使用される天然ガスを燃料とするエンジ
ンの操業において、従来の三元触媒は、もし、エンジン
が化学量論的な混合物のちょうど燃料富化状態の非常に
狭い範囲に調節された空気対燃料の比のもとに駆動され
ると、従来の三元触媒は、メタン、ＨＣ、ＣＯおよびＮ
Ｏxのそれぞれのある程度の転化に影響を与えるという
ことは観察されていた。しかしながら、天然ガスを燃料
とする自動車エンジンが大気中のメタン富化を防ぐため
により優れたかつより順応性のある触媒システムとエン
ジン駆動システムをもつことが必要である。定置エンジ
ンと異なり自動車エンジンは暖気運転状態およびその他
の外気に影響を与える広範に変化する負荷と速度の運転
状態を経験する。
【００１２】本願発明の目的は、良好な燃料経済をもた
らしかつ大気中に放出される一酸化炭素（ＣＯ），メタ
ン（ＣＨ4）を含む未燃焼炭化水素（ＨＣ）、および窒
素酸化物（ＮＯX）の量を効果的に低減させる天然ガス
を燃料とする自動車エンジン用のエンジン駆動および排
ガス処理方法を提供する。本願発明によってメタンを燃
料とする自動車エンジンを駆動しかつそのエンジンから
の排気ガスを処理する方法は請求項１の特徴部分に特定
された特徴点を要旨とする。
【課題を解決するための手段】本願発明の好ましい具体
例によって、本願発明の目的およびその他の効果は以下
のように達成できる。
【００１３】発明者らは、驚くべきことであると考えて
いるが、メタンを燃料とするエンジンを平均で化学量論
的な混合物よりやや燃料過剰な空気燃料混合物によって
駆動させかつ排ガス処理のために白金または白金ーパラ
ジウム（ロジウムを含有せず）触媒転化器を使うことに
よって、全炭化水素（メタンを含む）、一酸化炭素およ
び窒素酸化物の放出物は、非常に低くなることを発見し
た。
【００１４】天然ガスまたはそれと類似のメタン含有燃
料の空気に対する比は、エンジンの駆動中、好ましく
は、化学量論的な値の約２％のポイントの範囲内にある
が、燃料富化側を基礎とする平均値によって調節され
る。与えられたエンジンのいかなる瞬間においても、平
均の定点は、その負荷速度および他のエンジン駆動条件
に依存するであろう。もちろん、平均からの変化はあり
得るであろう。一般に、比較的低温度の排気をもたらす
エンジン駆動条件においては、メタン転化のためにより
燃料富化の混合物を使うのが望ましい。このエンジン駆
動モードは未だに等価のガソリンを燃料とするエンジン
の改善された燃料経済と、そのため低減された量の調整
された汚染物質と共に低減された量の二酸化炭素をもた
らす。
【００１５】しかしながら、ある量の未燃焼メタンが存
在する。メタンと調整された汚染物質とはすべて同時に
驚くべきことに燃料富化（酸素欠乏）の排気媒体におい
て均等にＨＣ、ＣＨ4およびＣＯの有効な酸化剤である
白金または白金ーパラジウム触媒によって効果的に同時
に処理される。しかもこのＰｔ／Ｐｄ触媒は、こういっ
た駆動条件でロジウム含有三元触媒よりも低い温度（≦
３００℃）においても、極めて高い炭化水素（ＣＨ4を
含む）転化効率をもつ。
【００１６】本願発明とそれがいかに実施されるべきか
は以下に添付図面を参照して詳述される。本発明者ら
は、２．８lit.排気量、６０゜Ｖ型６気筒ガソリンエン
ジンの製品を使って、本願発明を開発し、その実施の試
験をした。エンジンの他の仕様はつぎのとおりである。
口径８９ｍｍ：ストローク７６ｍｍ：圧縮比８．９〜
１。
【００１７】ガソリン燃料システムは、エンジン制御コ
ンピューターを使うときに同時二重転化モードにおいて
駆動されるポート燃料噴射（ＰＦＩ）システムの製品で
あった。エンジンはエンジンセットポイントコントロー
ラーを使って手動で駆動され、噴射装置は続いて同期的
に点火された。発明者らはガソリン燃料でエンジンを評
価し、そして燃料消費と排気放出物はポート燃料噴射器
の手動の駆動方法によって影響されないことを発見し
た。
【００１８】ほとんどの試験において、９９％以上純粋
なメタンガスが使用された。或る試験では、メタン約８
９．５容量％、窒素約５％、エタン約４％、プロパン約
１％およびノルマルブタン１／２％を含む合成天然ガス
が使われた。天然ガスは実験室で利用できなかったしま
た組成が変化したので、この明細書で報告されたデータ
の大部分は、エンジンを実質的に純粋なメタンを使って
駆動することによって得られた。
【００１９】図１を参照すると、ガス状メタン燃料は、
断面で表したエンジンの概略的な配置１０のインテーク
マニフォルド１２中に位置するスパージャー１４を通っ
て低圧で導入された。スパージャー１４は、メタンがマ
ニフォルド１２内で空気と混合するようにスロットル１
６のすぐ上流に位置して設けられた。予め混合されたメ
タンー空気混合物は解放されたスロットル１６を通りイ
ンテークバルブ１８（閉じられた状態が示されている）
を通ってエンジンのシリンダー２１に流入した。
【００２０】実験において、発明者らは２０で示される
ポート燃料噴射器（ＰＦＩ）を使用しなかったが、その
ような噴射器はメタンを駆動中のエンジンに導入するの
に使うことができた。ピストン２２による圧縮の後、空
気ー燃料混合物はスパークプラグ２４によって点火され
ピストン２２の動力ストロークを開始する。シリンダー
の圧力は、適当なセンサーおよびトランスデューサーに
よって測定され、排気ガスは、ピストンの排気ストロー
クの間にエンジンシリンダーから解放された排気バルブ
２８を通り、排気管３０を通って触媒転化器２８に強制
送風されて、テールパイプ３４から排出される。もちろ
んこの説明は空気ーメタン燃料混合物のエンジンの１つ
のシリンダーへの流れと排気システムによるシリンダー
からの排気ガスを示すための概略的なものである。
【００２１】試験の実施において、メタンの流れに対し
ておおよその調整がつぎのように行なわれた。メタンは
高圧で貯蔵された。メタンシリンダーの調整器は、ガス
圧を約１７から０．７ＭＰａに減少させるのに使われ
た。ガスは、ガス状の燃料の流れを測定し調節する主た
る手段である臨界的流体ノズルを通って流れた。臨界的
流体ノズルの下流に位置して設けられたガス容量フロー
メーターはガス状の燃料の流れを測定する二次的手段で
あった。
【００２２】発明者らはエンジンに流入する空気を測定
せずに、空気と燃料の燃料室への流れを調節するエンジ
ンの正常な誘導方法をそのまま許容した。しかしなが
ら、放出物分析装置は、触媒転化器３２の前の排気管３
０内と触媒転化器の下流のテールパイプ３４内で排気の
組成と量を連続的に分析した。このデータはエンジンに
入る空気対燃料比の精確な値をもたらす導入流と排気流
の物質バランスの計算を可能にする。発明者らは全炭化
水素と同様に排気のメタン含有量を測定することができ
た。発明者らは、排気ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素
および窒素酸素物の含有量を測定することができた。実
際の排気ガス再循環（ＥＧＲ）比を決定するために、エ
ンジンの第１シリンダーに対するインテークポート内で
一酸化炭素が測定された。他の装置は、本明細書に記載
される本願発明の実施に特に関連はしないが駆動の詳細
について重要なエンジン駆動に関する正確なデータを提
供するのに使われた。
【００２３】試験用エンジンは、ダイナモメーターを駆
動するのに使われた。発明者らは燃料ー空気比を即座に
決定し調整する燃料制御を複雑化しなかったので、エン
ジンは所定の時間間隔でエンジン速度とブレーキトルク
のエンジン駆動条件を一定に維持することにより、安定
した状態の空気ー燃料比条件で駆動された。コンピュー
ターエンジンシミュレーションプログラムが米国連邦試
験手順（Ｕ．Ｓ．Ｆederal Test Procedure : ＦＴＰ）
および米国連邦ハイウエイ試験手順（Ｕ．Ｓ．Ｆederal
Highway Test Procedure ：ＨＷＹ）を忠実にシミュレ
ートできるいくつかの定常状態の駆動条件を特定するの
に用いられた。
【００２４】エンジンダイナモメーターの組合せのため
に特に開発された１０点試験（ten-point test）および
より短い２点試験（two-point test）は下記に概略説明
される。これらの試験は一時的な状態を含まず、また米
国連邦試験手順の暖気特徴を含んでいなかった。
【００２５】
【表１】
【００２６】１０点試験プロトコルによるガソリン燃料
を使ったエンジンの駆動は、市中試験（ＦＴＰ）および
ハイウエイ試験の１マイル当りの走行距離データ（mile
agedata ）に対してエンジンについて得られた実際の認
可データに較べて燃料経済の優れた評価を示した。この
ように発明者らは、このような定常状態駆動に基ずくデ
ータは、ＦＴＰおよびＨＷＹ計画において同じメタンを
燃料とするエンジンーダイナモメーターを駆動すること
によって得られるものと合理的に比較し得るということ
を信じている。
【００２７】ある例では、単一ポイント試験についてデ
ータが報告されている明細書において、２ポイント試験
の第１段階（上記の点１１）のエンジン速度とブレーキ
トルクかまたは１０ポイント試験の段階３のそれが使用
された。 エンジンが、いくつかの異なる排気ガス触媒
と組合せて、メタンと空気の比率を変えて上記の試験プ
ロトコル上で作動試験された。発明者らは、各空気ー燃
料混合物に対するエンジン排出およびテールパイプ排出
の排気成分を注意深く同定しかつ、測定した。このデー
タは、各空気ーメタン混合物に対してエンジン駆動の実
施の効率および排気ガス触媒の効率の測定を可能とし
た。
【００２８】空気ー燃料混合物のデータは“化学量論的
な燃料ー空気比”に対する“実際の燃料質量ー空気質量
比”の比である等価比（equivalence ratio）を使って
表示される。このように、１より大きい等価比は燃料富
化状態、１より小さい等価比は燃料欠乏状態である。等
価比１は化学量論的な空気ーメタン混合物であり、図２
に燃料富化等価比値と燃料欠乏状態等価比値とを分ける
垂直線として示されている。
【００２９】いくつかの異なる触媒が評価されたが、そ
の中には、メタンを燃料とするエンジンによる試験にお
ける貴金属触媒が含まれる。４種の異なる触媒転化器が
明細書中で得られたデータと共に記載されるであろう。
それぞれの転化器は２．８lit.エンジンに使うのに適し
た容量をもっている。それらは以下のとおりである。Ｎ
ｏ．１は白金／パラジウムのビーズのベッド（Ｐｔ／Ｐ
ｄＢＢ）であった。
【００３０】全部で２．２４グラム（０．０７２トロイ
オンス）の白金と０．９０２グラム（０．０２９トロイ
オンス）のパラジウムを含むビーズの量（２６２２ｃｍ
3（１６０ｉｎ3）のベッドの容量）はセリア（Ｃｅ
Ｏ2）で改質されたアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）支持体上に沈
着された。白金のビーズ上の濃度は０．１７重量％でＰ
ｄの濃度は０．０６％であった。Ｎｏ．２は白金／パラ
ジウムモノリス（Ｐｔ／Ｐｄ Ｍ）であった。この転化
器はｃｍ2当り２個の６２チャンネルの開口（ｉｎ2当り
４００チャンネルの開口）のモノリシック型のコージー
ライト（cordierite）ハネカム支持体を含み、その上に
セリアで改質されたアルミナの塗料被覆（washcoat)
が、触媒１について記載したビーズベッドの充填物と同
様の白金とパラジウムの充填物と共に沈着された。
【００３１】二重の伸ばされたコージーライト支持体は
直列の流れの関係にあり約２７８６ｃｍ3（１７０ｉ
ｎ3）の全容量をもった。Ｎｏ．３は２．８lit.Ｖ−６
エンジンに使用される２６２２ｃｍ3（１６０ｉｎ3）の
３元の白金／パラジウム／ロジウム製品のビーズベッド
（Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ ＢＢ）であり、セリアで改質され
たアルミナ支持体の上に１．４９３グラム（０．０４８
トロイオンス）の白金、０．５９グラム（０．０１９ト
ロイオンス）のパラジウムおよび０．１８６グラム
（０．００６トロイオンス）のロジウムを含む。Ｎｏ．
４は三元の白金／ロジウムアルミナ／（セリアで安定
化）塗料被覆されたコージーライトモノリス（Ｐｔ／Ｒ
ｈ Ｍ）製品であった。これはモノリス２７８６ｃｍ
3（１７０ｉｎ3）の二重のビーズモノリス触媒製品で
２．１７７グラム（０．０７トロイオンス）の白金と
０．２４３グラム（０．００７８トロイオンス）のロジ
ウムを含んでいる。
【００３２】 一般に、よく知られているよ
うに、アルミナ支持体は、約７重量％のセリアが沈着さ
れているガンマアルミナのような高表面積アルミナであ
る。典型的には、セリアは水溶性セリウム塩の水性溶液
からの高表面積アルミナ上に沈着させる。セリウム塩を
含浸されたアルミナはセリアで改質されたアルミナを形
成するようにか焼される。
【００３３】貴金属は、ビーズの形状かまたは微細な粒
子の形状で、水溶性塩として貴金属を固体アルミナ上に
分散させることによってアルミナ担体上に沈着せしめら
れる。アルミナが貴金属化合物によって含浸されたと
き、アルミナビーズまたはアルミナ被覆材料（モノリス
型転化器用）は、アルミナの担体上に極めて微細な粒子
の分散体の形状の貴金属を固定するためにか焼される。
【００３４】上述のように、Ｖ−６エンジンは化学量論
的な燃料ー空気比の欠乏側から富化側への広い範囲にわ
たってメタン燃料によって駆動された。これらの実験
は、ガソリンを燃料とするエンジン中の燃焼炭化水素、
一酸化炭素および窒素酸化物の最高の転化効率をもたら
すことが発見された。
【００３５】三元触媒（ロジウムを含有）のビーズベッ
ドとモノリス形態の製品も実験された。同様にいくつか
の他の貴金属触媒と卑金属触媒も実験され、それらのう
ちのいくつかは、２０００ppmＣＨ4，１０００ppmＣ
Ｏ，可変値のＯ2および残部Ｈｅからなる合成排気ガス
を使った実験室的反応器上で実験された。
【００３６】メタンを燃料とするエンジンからの排気ガ
ス成分の完全な転化のためのこれらの触媒の最良のもの
は、ビーズおよびモノリスの形態の、上述の白金／パラ
ジウム触媒であった。図２は、グラフの形でメタンを燃
料とするエンジンで使われた４つの異なる代表的な触媒
転化器の炭化水素転化効率を概略示している。図２で報
告されるデータは、本願発明の実施に最も関連があるも
ので、化学量論的な空気ー燃料比のまわりに集中してい
るものである。
【００３７】ガソリンを燃料とするエンジンでの実験
は、未燃焼炭化水素の転化は、これらの未燃焼炭化水素
の燃焼を完成させるために排気ガス中に豊富な酸素が存
在する場合に欠乏駆動条件で行なわれるのが好ましいこ
とを教示している。典型的には、排気ガスの酸素含有量
は、少なくとも短い時間間隔が繰り返し継続することを
基礎として（on a continual momentarybasis)、貴金属
触媒によるＣＯおよびＨＣの酸化を容易にするために、
燃料欠乏燃焼混合物から生ずるものであるべきである。
【００３８】したがって、低分子量の炭化水素のみが存
在する場合に天然ガスを燃料とするエンジンの使用によ
って、炭化水素の完全転化（酸化）および良好な燃料経
済を達成することが可能となるので、燃料欠乏駆動が好
ましいということが予測された。しかしながら、メタン
放出物の除去が問題とされるときは、図２（エンジンデ
ータ）および図３（実験室の反応器データ）は、平均的
に、エンジンは燃料欠乏モードで駆動されるべきではな
いということを示すデータを要約したものである。平均
的に、エンジンは化学量論的な燃料対空気比率のほんの
少し燃料富化側で駆動されるべきである。
【００３９】図２および図３のデータをプロットする
と、個々の上記触媒転化器のメタンを燃料とするエンジ
ン（図２）からのおよびメタン含有合成排気実験室反応
器（図３）からの炭化水素、特にメタンの転化に及ぼす
有効性の比較を可能とする。実験室反応器のデータはエ
ンジンデータに匹敵する。ロジウム含有三元触媒および
ロジウムを含まない白金／パラジウム触媒は、メタンを
燃料とするエンジンを出る未燃焼炭化水素とメタンの比
較的高い転化を示す。しかしながら、白金／パラジウム
触媒によってより高い効率が得られること、および、さ
らに重要なことであるが、これらの効率は燃料ー空気比
のより広い範囲に亘って得られることが分かる。
【００４０】すべての触媒に対して炭化水素およびメタ
ン転化の最高効率は化学量論的な燃料ー空気混合物の燃
料富化側にあることは明かである。しかしながら、白金
／パラジウム触媒の最高ＨＣ転化効率の値は、従来の三
元ロジウム含有触媒に対する最大値よりも数倍広い範囲
に亘ることが認められていた。しかも、以下にさらに詳
述するように、本願発明の白金ーパラジウム触媒を使っ
た燃料富化駆動（fuel-rich operation/platinum-palla
dium catalyst practice）は、ロジウム含有三元触媒が
もたらすよりも低い温度（≦３００℃）で高い転化効率
を生み出す。この点は、自動車エンジンの通常の運転で
経験するような暖気運転中およびかなり広範な燃料対空
気比に亘って高いメタン転化が可能であるので、自動車
エンジンの通常運転においてきわめて重要である。
【００４１】図３は、図２と類似の図面である。メタン
転化データが２０００ppmＣＨ4、１０００ppmＣＯ、可
変量の酸素および残部Ｈｅを含み、５３８℃（１０００
゜Ｆ）に予熱されかつ１時間当り５２，０００ガス空間
速度で（at 52,000 gas hourly space velocity）触媒
転化器に入る合成排気ガス流の酸素含有量に対してプロ
ットされている。排気ガス流中のほぼ０．４５酸素含有
量における垂直な印は、化学量論的な燃料対空気比にお
いて排気をシミュレートする。このデータは、Ｐｔ／Ｐ
ｄ触媒、ロジウム含有３元触媒および銅ークロム卑金属
触媒の効率の比較を可能とする。
【００４２】本発明者らが排ガス中のメタン転化に特に
関心を示している一方で、広く他の研究者は注意深いエ
ンジンの駆動と排ガスの触媒処理によって排気ガス成分
は同じように転化されるはずだと認識した。 未燃焼炭
化水素、一酸化炭素および窒素酸化物のテールピイプ放
出物はすべて低く、かつ、米国連邦および州基準の範囲
内になければならない。下記の表２は、燃料不足状態で
かつ実質的に化学量論的な空気ー燃料運転条件でメタン
を燃料とするエンジンから得られたデータをまとめたも
のである。高い燃料経済は燃料不足運転条件で得られる
が、排気放出物がかなり増加することが観察された。
【００４３】
【表２】
【００４４】ビーズベッドまたはモノリス形状の白金／
パラジウム触媒の使用が排ガスの優れた処理法を提供す
るものであることも観察できる。表２中のデータは１０
ポイント運転方式（regime）によるエンジン駆動の結果
の組合せである。ほんの少し燃料富化（just fuel-ric
h）のエンジン駆動に化学量論的な関係として使われる
とき、Ｐｔ／Ｐｄ触媒（ビーズまたはモノリス）は、Ｈ
Ｃ，ＣＯおよびＮＯXのすべての非常に低い放出をもた
らす。
【００４５】要約すれば、化学量論的な燃料対空気比の
近くで、その比の燃料富化側に向かって偏位した平均値
でエンジンを駆動するのが好ましい。一般に、エンジン
は化学量論的値の燃料富化側に偏位した空気ー燃料比に
おける約２％の変位にわたりその範囲内で運転されるの
が好ましい。しかしながら、短時間であれば、時として
燃料ー空気比のより広い変位（excursion）が、可能で
あることが理解されるべきである。上に記載しかつ図２
に図示した等価比の用語で示された値は０．９９から
１．０２の範囲となるように、メタンを燃料とするエン
ジンを駆動するのが好ましい。
【００４６】上記のようにエンジンの駆動に伴って、白
金触媒または白金とパラジウム触媒（アルミナ基担体上
の）は排気ガスの処理に使われる。このようにして、一
般により高価な白金が少量の使用で済むことになる。こ
れに関連して、Ｐｄ１部当り白金２〜３部が適当であ
る。実験室データは白金のみが本願発明の実施に使用す
るのに適していることを示している。本願発明に使用さ
れる実際の貴金属充填物は、勿論、エンジンの大きさ、
要求される耐久性等に依存する。
【００４７】貴金属は上述のようにアルミナ担体上に分
散しているのが好ましい。アルミナ基の担体は、ビーズ
またはペレットまたはコージーライトの塗装被覆または
金属モノリスである。アルミナビーズ一般に直径が約３
mm（１／８インチ）で熱的に安定な転移アルミナ相から
なる。アルミナ塗装被覆は、３０〜５０マイクロメータ
厚さの被覆を形成するように薄いスラリーとしてモノリ
スの表面に適用される。ペレットあるいは小粒子の塗装
被覆のいずれの形状でも、アルミナ塗装被覆は約１００
m2／gの高い表面積をもち、その上に貴金属の非常に細
かい粒子が分散している。
【００４８】
【発明の効果】白金触媒または白金とパラジウムの触媒
は、燃料富化モードに対する化学量論的な状態における
燃料対空気の広い範囲に亘ってＨＣ，ＣＯおよびＮＯX
の各々の高い転化効率を示す。この点で白金または白金
パラジウム触媒は三元触媒よりも決定的に有効である。
広範な燃料ー空気比を許容することに加えて、本願発明
で使われる触媒は同様に低いエンジン放出排気ガス温度
でもよく作動する。
【００４９】たとえば、エンジン発進およびエンジンア
イドリング中に触媒入口における排気ガス温度３００℃
以下を経験した。実質的に化学量論的な状態の駆動にお
けるメタンを燃料とするエンジンによる試験は、Ｐｔ／
Ｐｄ Ｍ転化器もＰｔ／ＰｄＢＢ転化器も共に、白金／
ロジウムモノリス転化器、白金／パラジウム／ロジウム
モノリス転化器、白金／パラジウム／ロジウムビーズ転
化器またはパラジウムビーズ転化器よりもずっと高い
（すなわち約５０％高い）ＨＣ転化率を維持したことを
示す。この低温度放出物制御パフォーマンスは予測され
たものではなく、そして清浄なエンジンの駆動にとって
価値あるものである。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本願発明の実施の態様を例示するための燃
料系統、エンジン燃料室および触媒転化器の概略的配置
図である。
【図２】は、異なる貴金属触媒を使ってメタンを燃料と
するエンジンを駆動する間に得られる炭化水素転化効率
対燃料空気等価比を表す図である。
【図３】は、一群の貴金属触媒および卑金属触媒のため
の実験的な触媒反応器へ供給される合成排気ガス中にお
けるメタンの転化と酸素含有量との関係を示す図であ
る。
【００５１】
【符号の説明】
１０ エンジンの概略的配置図 １２ インテーク マニフォルド １４ スパージャー １６ スロットル １８ バルブインテーク ２０ ポート燃料噴射器 ２１ シリンダー ２２ ピストン ２４ スパークプラグ ２８ 排気バルブ ３０ 排気管 ３２ 触媒転化器 ３４ テールパイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−19494（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−3095 特公 昭61−35897

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】メタンを燃料とする自動車エンジンを運転
    させ且つエンジンからの排気ガスを処理してその中に含
    まれるメタン、その外の炭化水素、一酸化炭素及び窒素
    酸化物の放出を同時に最少化する方法であって、 エンジンの燃料室へ供給されるべきメタン含有燃料−空
    気混合物の組成を化学量論的混合物と燃料富化側混合物
    とを含み且つ空気−燃料比の平均値は化学量論的比の燃
    料富化側にあるような値に調節し、 エンジンからの排気ガス中に含まれる燃焼生成物を、ア
    ルミナ基の担体上に微細な粒子として分散している白金
    又は白金及びパラジウムから本質的になる触媒に接触さ
    せることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】エンジンの燃料室に供給されるメタン含有
    燃料−空気混合物の組成が化学量論的な混合物を含有し
    かつ０．９９〜１．０２の範囲内にある等価比の値に調
    節されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】上記触媒が実質的に白金２−３部とアルミ
    ナ基の担体上に微細な粒子として分散しているパラジウ
    ム一部とからなるものであることを特徴とする請求項２
    または３に記載の方法。
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