JPH11343837A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

排気ガス浄化装置

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JPH11343837A
JPH11343837A JP16586998A JP16586998A JPH11343837A JP H11343837 A JPH11343837 A JP H11343837A JP 16586998 A JP16586998 A JP 16586998A JP 16586998 A JP16586998 A JP 16586998A JP H11343837 A JPH11343837 A JP H11343837A
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JP
Japan
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catalyst
hydrocarbon
exhaust gas
gas purifying
purifying apparatus
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JP16586998A
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Shinji Yamamoto
伸司 山本
Shinko Takatani
真弘 高谷
Tomomi Eto
智美 江藤
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コールドHCを有効に浄化でき、耐久性にも
優れ、簡易な構成で低コストの排気ガス浄化装置を提供
すること。 【解決手段】 炭化水素吸着触媒を排気流路に設置して
成る排気ガス浄化装置である。炭化水素吸着触媒が吸着
する炭化水素量が、この炭化水素吸着触媒の炭化水素飽
和吸着量未満、代表的には70%以下になるように制御
されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス、特に始動時の排気ガスを有効に浄化する排気ガス浄
化装置に係り、更に詳細には、排気ガス浄化用触媒を備
えた装置であって、自動車等からエンジン始動直後の低
温時に排出される排気ガス中の炭化水素(以下、「H
C」と称す。)、一酸化炭素(以下、「CO」と称
す。)及び窒素酸化物(以下、「NOx」と称す。)の
うち、特にHCを効率良く浄化することができる排気ガ
ス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、内燃機関のエンジン始動時の低温
域で大量に排出されるHCの浄化を目的に、ゼオライト
を用いたHC吸着触媒が開発されている。このHC吸着
触媒は、三元触媒が活性化しないエンジン始動時の低温
域において、大量に排出されるHCを一時的に吸着、保
持し、その後、排気ガス温度が上昇して三元触媒が活性
化した時点で、HCを徐々に脱離し、しかも浄化すると
いうものである。
【0003】ところで、ゼオライトを用いたHC吸着触
媒では、排ガス中のHC種分布とゼオライトの有する細
孔径との間に相関があるため、最適な細孔径を持つゼオ
ライトを設定する必要がある。従来は、MFI型(ZS
M5)をメインとし、他の細孔径を有するゼオライト
(例えば、USY等)をブレンドして細孔分布を調整し
ていたが、耐久後の細孔系の歪や吸着・脱離特性がゼオ
ライト種によって異なるため、耐久後には排ガスHC種
の吸着が不十分になってしまうという問題があった。
【0004】一方、三元貴金属の触媒としては、従来は
Rh、Pt及びPd等の貴金属種を同一層に共存させた
仕様や、Rh層とPd層を塗り分けた仕様が提案されて
いた。例えば、特開平2−56247号公報に記載され
ているように、ゼオライトを主成分とする第1層の上
に、Pt、Pd及びRh等の貴金属を主成分とする第2
層を設けた排気ガス浄化用触媒が提案されている。
【0005】また、エンジン始動直後の低温時に排出さ
れる排気ガス中の炭化水素(以下、「コールドHC」と
称す。)の低減すべく、HCを吸着材を用いて一時的に
貯蔵し、三元触媒が活性化した後に脱離させ、三元触媒
で浄化する方法が検討されている。
【0006】かかるHC吸着材を用いた発明としては、
例えば、特開平6−74019号公報、特開平7−14
4119号公報、特開平6−142457号公報、特開
平5−59942号公報及び特開平7−102957号
公報等に開示されているものがある。
【0007】特開平6−74019号公報には、排気流
路にバイパス流路を設け、エンジン始動直後のコールド
HCを、バイパス流路に配置したHC吸着材に一旦吸着
させ、その後、流路を切り換え、下流の三元触媒が活性
化した後、排気ガスの一部をHC吸着触媒に通じ、脱離
したHCを徐々に後段の三元触媒で浄化するシステムが
提案されている。
【0008】また、特開平7−144119号公報に
は、コールド時に前段の三元触媒に熱を奪わせて中段の
HC吸着材の吸着効率を向上し、前段の三元触媒が活性
化した後は、タンデム配置した中段のHC吸着材を介し
て、後段の三元触媒に反応熱を伝達し易くし、後段の三
元触媒での浄化を促進するシステムが提案されている。
また、特開平6−142457号公報には、低温域で吸
着したHCが脱離する際に、脱離HCを含む排気ガスを
熱交換器で予熱し、三元触媒での浄化を促進するコール
ドHC吸着除去システムが提案されている。
【0009】一方、特開平5−59942号公報には、
触媒配置とバルブによる排気ガス流路の切り換えによっ
て、HC吸着材の昇温を緩慢にし、コールドHCの吸着
効率を向上するため、前段の三元触媒と中段のHC吸着
材との間に空気を供給し、後段の酸化・三元触媒の活性
化を促進するシステムが提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如きゼオライト層の上に三元層を設けた排気ガス浄化用
触媒では、内燃機関の始動直後の排気ガス低温域でゼオ
ライトに吸着されたHCが、排気ガス温度の上昇に伴い
脱離してくるが、この際、排気ガスはリッチになるた
め、理論空燃比域での浄化に有効な三元触媒は十分に働
かず、HC、CO及びNOxのバランスの良い浄化がで
きなくなるという課題がある。また、従来は、ゼオライ
ト三元層のコート層比率につき、特に指示はされていな
かったが、HC吸着触媒では、ゼオライトと三元層の構
造が最適でないと、HC吸着・脱離・浄化のサイクルが
有効に行われないという課題がある。
【0011】一方、[従来の技術]の項において述べた
上記公報中に記載されたHC吸着材を用いたシステムで
は、HC吸着材の耐久性が不十分なため、耐久後にはH
C吸着率が低下し、しかも後段の三元触媒が活性化する
前にHCが脱離してエミッションを悪化させてしまう。
そこで、HC吸着材の吸着効率の向上や脱離遅延化を図
るため、高温ガスのバイパス法や三元触媒暖機のための
熱交換器が使用されているが、システム構成が煩雑化し
て十分な効果が得られず、しかもコストが著しく増大す
る。このため、耐久性と吸着効率の高いHC吸着材が望
まれている。
【0012】特に、HC吸着材から脱離するHCの浄化
を目的とした三元触媒では、初期から耐久後まで高い浄
化性能を維持するために貴金属を多量に使用したり、早
期活性化を図るために空気を導入したりしている。この
ため、使用する貴金属量が少なくても高い性能が得られ
る触媒が望まれるが、貴金属量を低減すると、耐久性が
不十分になり、耐久後は低温域での触媒活性や浄化性能
が悪化するという課題があった。
【0013】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、そ目的とするところ
は、コールドHCを有効に浄化でき、耐久性にも優れ、
簡易な構成で低コストの排気ガス浄化装置を提供するこ
とにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、炭化水素吸着触媒
が吸着する炭化水素量を適切に制御することにより、上
記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに
至った。
【0015】即ち、本発明の排気ガス浄化装置は、炭化
水素吸着触媒を排気流路に設置して成る排気ガス浄化装
置において、上記炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素
量が、この炭化水素吸着触媒の炭化水素飽和吸着量未満
になるように制御されて成ることを特徴とする。
【0016】本発明の排気ガス浄化装置の好適形態は、
上記炭化水素量が炭化水素飽和吸着量の70%以下に制
御されていることを特徴とする。また、上記炭化水素吸
着触媒が、ゼオライトを主成分とする炭化水素吸着材を
含有することが好ましい。
【0017】更に、本発明の排気ガス浄化装置の好適形
態は、上記炭化水素吸着触媒がβ−ゼオライト、MFI
(ZSM5)、USY、Y型、モルデナイト、A型及び
X型から成る群より選ばれた少なくとも1種を主成分と
し、これらの炭化水素吸着材層の上部に、パラジウム、
白金及びロジウムから成る群より選ばれた少なくとも1
種を含む三元触媒成分層を配置して、多層構造の一体型
炭化水素吸着触媒を構成し、且つこの一体型炭化水素吸
着触媒が吸着する炭化水素量を、炭化水素飽和吸着量の
70%以下に制御して成ることを特徴とする。
【0018】本発明の排気ガス浄化装置の他の好適形態
は、上記一体型炭化水素吸着触媒の上記排気流路におけ
る上流に、パラジウム、白金及びロジウムから成る群よ
り選ばれた少なくとも1種を含み、パラジウムの担持濃
度が4〜20重量%となるように担持した粉末を含有
し、且つパラジウムの担持量が100g/cf(3.5
g/L)〜1000g/cf(35.4g/L)である
排気ガス浄化触媒を配置して成ることを特徴とする。こ
の場合、上記排気ガス浄化触媒のパラジウム担持量は、
100g/cf(3.5g/L)〜500g/cf(1
7.7g/L)であることが好ましい。
【0019】本発明の排気ガス浄化装置の他の好適形態
は、エンジン始動時(ファーストアイドル)の点火時期
を、エンジン始動直後から40秒以下、点火時期(上死
点から)を1°〜30°に遅角することにより、排気ガ
ス温度の上昇を速め、上記排気ガス浄化触媒の活性化を
速めたことを特徴とする。
【0020】また、本発明の排気ガス浄化装置の他の好
適形態は、エンジン始動直後から60秒間、空気流量1
0L/分以上の空気を供給し、エンジン始動直後のコー
ルド空燃比を希薄化(A/F=12〜18)することに
よって、上記排気ガス浄化触媒の活性化を速めたことを
特徴とする。
【0021】本発明の排気ガス浄化装置の他の好適形態
は、上記炭化水素吸着触媒から炭化水素の脱離が開始す
る直前に、この炭化水素吸着触媒中又はその上流に、酸
素及び/又は空気を添加することを特徴とし、これによ
り、当該炭化水素吸着触媒から脱離する炭化水素の浄化
効率を更に向上させることができる。
【0022】本発明の排気ガス浄化装置の更に他の好適
形態は、上記炭化水素吸着触媒の前方に温度検出器、後
方にA/F検知器を配置し、上記温度検出器の検出値が
所定温度(例えば、110℃)以上になった時に上記A
/F検知器が14.6以上を示すように、上記炭化水素
吸着触媒中又はその上流に、酸素及び/又は空気を添加
することを特徴とし、これにより、当該炭化水素吸着触
媒から脱離する炭化水素の浄化効率を更に向上させるこ
とができる。
【0023】また、本発明の排気ガス浄化装置の好適形
態は、上記炭化水素吸着触媒の触媒層に温度検出器を挿
入するとともに、この炭化水素吸着触媒の後方にA/F
検知器を配置し、上記温度検出器の検出値が所定温度
(例えば、65℃)以上になった時に上記A/F検知器
が14.6以上を示すように、上記炭化水素吸着触媒中
又はその上流に、酸素及び/又は空気を添加することを
特徴とし、これによっても、当該炭化水素吸着触媒から
脱離する炭化水素の浄化効率を更に向上させることがで
きる。
【0024】本発明の排気ガス浄化装置の好適形態は、
上記炭化水素吸着触媒の前方及び後方にA/F検知器を
配置し、両方のA/F検知器の検出値から炭化水素の脱
離が検知された時に、上記後方に配置したA/F検知器
がA/F=14.6以上を示すように、上記炭化水素吸
着触媒中又はその上流に、酸素及び/又は空気を添加す
ることを特徴とし、これによっても、当該炭化水素吸着
触媒から脱離する炭化水素の浄化効率を更に向上させる
ことができる。
【0025】更に、本発明の排気ガス浄化装置の好適形
態は、上流に配置した上記排気ガス浄化触媒に含まれる
ロジウム量が、下流に配置した上記炭化水素吸着触媒に
含まれるロジウム量より少ないことを特徴とし、これに
より、ホット域での未浄化成分(HC,CO,NOx)
を効率良く浄化することが可能になる。また、この場
合、上記排気ガス浄化触媒に含まれるロジウム量と、上
記炭化水素吸着触媒に含まれるロジウム量の重量比が、
等量(1/1)以下であることが好ましい。
【0026】また、本発明の排気ガス浄化装置の更なる
好適形態は、上記上流の排気ガス浄化触媒を1個配置
し、その下流の上記炭化水素吸着触媒を複数個配置して
成ることを特徴とし、当該炭化水素吸着触媒から脱離す
る炭化水素の浄化効率を更に向上できる。この場合、上
記複数個の炭化水素吸着触媒は、エンジンからの距離が
異なる位置に設けられていることが好ましく、かかる配
置構成により、各炭化水素吸着触媒の昇温速度を異なら
せることができるので、脱離する炭化水素の浄化効率を
適切に制御することが可能になる。
【0027】本発明の排気ガス浄化装置の他の好適形態
は、上記多層構造の一体型炭化水素吸着触媒において、
β−ゼオライトを主成分とした炭化水素吸着材層中に、
更に、モルデナイト、Y、USY及びZSM5から成る
群より選ばれた少なくとも1種を5〜45重量%含有さ
せたことを特徴とし、これにより、低温域で排出される
種々の炭化水素の吸着能を更に向上することができる。
【0028】また、本発明の排気ガス浄化装置の他の好
適形態は、上記炭化水素吸着材層中に、白金、パラジウ
ム、リン、ホウ素、マグネシウム及びカルシウムから成
る群より選ばれた少なくとも1種を含有させたことを特
徴とし、これにより、炭化水素吸着材の構造安定性及び
吸着能を向上することができる。
【0029】更に、本発明の排気ガス浄化装置の好適形
態は、上記炭化水素吸着材層の上部に、パラジウム、ジ
ルコニウム、ネオジウム及びランタンから成る群より選
ばれた1種を金属換算で1〜40モル%、セリウムを6
0〜98モル%含むセリウム酸化物を含有する触媒成分
層を配置して成ることを特徴とし、これにより、当該炭
化水素吸着層で吸着した炭化水素が、触媒層温度の上昇
に伴って脱離する際に効率良く浄化される。
【0030】更にまた、本発明の排気ガス浄化装置の他
の好適形態は、上記触媒成分層がパラジウムを含有し、
この触媒成分層の上部に、更に、白金、ロジウム、セリ
ウム、ネオジウム及びランタンから成る群より選ばれた
1種を金属換算で1〜30モル%、ジルコニウムを70
〜98モル%含むジルコニウム酸化物、活性アルミナを
含有する他の触媒成分層を配置したことを特徴とし、こ
れにより、脱離する炭化水素の浄化性能を更に向上する
ことができる。
【0031】更に、本発明の排気ガス浄化装置の他の好
適形態は、上記多層構造の一体型炭化水素吸着触媒が、
更に、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含有
して成ることを特徴とし、これによっても、脱離する炭
化水素の浄化性能を促進することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の排気ガス浄化装置
について詳細に説明する。上述の如く、本発明の排気ガ
ス浄化装置は、炭化水素吸着触媒を排気流路に設置した
ものであり、この炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素
量が、炭化水素吸着触媒の炭化水素飽和吸着量未満にな
るように制御されている。
【0033】ここで、「炭化水素飽和吸着量」とは、当
該炭化水素吸着触媒が吸着し得る炭化水素の最大量をい
い、この量は排気ガスの温度等によっても影響を受け
る。本発明は、排気ガスの浄化に際し、炭化水素吸着触
媒が吸着する炭化水素の量を制御することを骨子とする
ものであり、理論上は、吸着すべき炭化水素量を上述の
炭化水素吸着飽和量未満に制御すればよいが、具体的に
は、吸着する炭化水素量を当該炭化水素吸着触媒の炭化
水素飽和吸着量の70%以下に制御することが望まし
い。
【0034】即ち、炭化水素吸着触媒が、エンジン始動
直後の低温域で排出される炭化水素(コールドHC)
を、短時間で効率良く吸着するには、吸着する炭化水素
量を上述のように炭化水素飽和吸着量の70%以下にす
ることが好ましい。吸着する炭化水素量を70%超にす
ると、吸着効率が低下して未吸着コールドHC量が増え
ることがある。
【0035】また、上記炭化水素吸着触媒としては、ゼ
オライトを主成分とした炭化水素吸着材を含有する触媒
を好適に用いることができるが、具体的には、β−ゼオ
ライト、MFI(ZSM5)、USY、Y型、モルデナ
イト、A型又はX型及びこれらの任意の混合物を主成分
とした炭化水素吸着材が好ましい。
【0036】そして、本発明では、これら炭化水素吸着
材を含有する炭化水素吸着触媒の炭化水素吸着量を、こ
の炭化水素吸着触媒の炭化水素飽和吸着量の70%以下
に設定すれば、コールドHC吸着効率が適切に維持・向
上するのである。なお、以下の記載において、炭化水素
吸着触媒の各種態様や、本発明の排気ガス浄化装置にお
ける触媒配置について言及するが、これらの場合、当該
炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素量を、上述の如く
炭化水素飽和吸着量未満ないしその70%以下に制御す
ることは共通事項であるため、その説明を省略する。
【0037】まず、炭化水素吸着触媒の態様において、
炭化水素吸着触媒は、パラジウム、白金及びロジウム等
の貴金属成分を含有することができ、この場合、上述の
炭化水素吸着材で構成される炭化水素吸着材層の上部
に、パラジウム、白金又はロジウム及びこれらの任意の
混合物を含む三元触媒成分層を配置し、多層構造の一体
型炭化水素吸着触媒を形成することが好ましい。図1
は、かかる多層構造の一体型炭化水素吸着触媒の一例を
示すものであり、そのウオッシュコート層構造は、ハニ
カム型担体のセル断面において、炭化水素吸着材を含有
する炭化水素吸着層1上に、貴金属成分を含む触媒層2
が配置されている。
【0038】なお、本発明の排気ガス浄化装置におい
て、三元触媒の貴金属量は、図9に示すように、予めエ
ンジン種類毎に、エンジンエミッションアウト(E.
O.E.)残存率と貴金属量との感度データのマップを
作成すれば、これを基にして適切な選定を行うことがで
きる。
【0039】次に、本発明の排気ガス浄化装置における
触媒配置について説明する。本発明の浄化装置では、上
述の如く、排気ガスの流路に、炭化水素吸着触媒、多層
構造一体型炭化水素吸着触媒(以下、「多層HC触媒」
と略す。)及び貴金属系排気ガス浄化触媒(代表的に
は、「三元触媒」)などを配置する。
【0040】かかる触媒配置の一態様としては、排気ガ
ス流路の上流に貴金属系触媒を配置し、その下流に多層
HC触媒を配置した構成を挙げることができる。この場
合、貴金属系触媒は、パラジウム、白金又はロジウム及
びこれらの混合物と、パラジウム担持濃度が4重量〜2
0重量%となるように担持した粉末を含有し、且つパラ
ジウムの担持量が100(3.5g/L)〜1000g
/cf(35.4g/L)、好ましくは100(3.5
g/L)〜500g/cf(17.7g/L)であるこ
とが好ましい。
【0041】このように、パラジウムを含有する貴金属
系触媒を配置することによって、多層HC触媒、特に炭
化水素吸着材の含有量を低減でき、触媒容量を小さくす
ることができる。即ち、炭化水素吸着材がエンジン始動
直後の低温時における排気ガス中の炭化水素の全量を吸
着した場合、触媒層の温度上昇に伴って脱離が開始され
ると、多層HC触媒において、炭化水素吸着材層の上部
に配置した三元触媒層が酸素不足状態に長時間曝される
ため、脱離炭化水素に対する浄化性能が著しく低下す
る。そこで、多層HC触媒の上流に、低温域での炭化水
素浄化性能に優れる、パラジウムを含有した貴金属系触
媒を配置すると、炭化水素吸着材の上部に配置した三元
触媒層の脱離炭化水素に対する浄化性能が維持、向上す
ることになり、好ましい触媒配置となるのである。
【0042】また、他の触媒配置としては、上述のよう
に、上流にパラジウム含有貴金属系触媒、その下流に多
層HC触媒を配置し、更に、エンジン始動時(ファース
トアイドル)の点火時期を、エンジン始動直後から40
秒以下、点火時期(上死点から)を1°〜30°に遅角
する構成を挙げることができる。かかる配置構成によ
り、排気ガス温度の上昇を速め、多層HC触媒(炭化水
素吸着触媒)の上流に配置した上記パラジウムを含む貴
金属系触媒の活性化を速めることができる。
【0043】更に、Pd含有貴金属系触媒(上流)−多
層HC触媒(下流)の配置において、エンジン始動直後
から60秒間、空気流量10L/分以上の空気を供給
し、エンジン始動直後のコールド空燃比を希薄化(A/
F=12〜18)する構成を採用することが可能であ
り、この構成によっても、上流の貴金属系触媒の活性化
を速めることができる。
【0044】また、本発明の浄化装置においては、Pd
含有貴金属系触媒(上流)−多層HC触媒(下流)の配
置において、多層HC触媒から炭化水素の脱離が開始す
る直前に、空燃比を14.6以上に制御するか又は、空
気ポンプ等の手段を用い多層HC触媒の上流又は該触媒
中に、酸素及び/又は空気を添加してもよい。このよう
に、吸着した炭化水素が炭化水素吸着材から脱離を開始
する前、又は脱離開始と同時に、炭化水素吸着触媒の上
流又は該触媒中に、酸素及び/又は空気を添加し、上部
の三元触媒層に酸素を供給することによって、脱離炭化
水素の浄化性能を更に向上させることができる。
【0045】更に、上述のPd含有貴金属系触媒(上
流)−多層HC触媒(下流)の配置において、多層HC
触媒の前方に温度検出器、後方にA/F検知器を配置
し、温度検出器の検出値が所定温度、例えば110℃以
上になった時にA/F検知器が14.6以上を示すよう
に、上記炭化水素吸着触媒中又はその上流に、酸素及び
/又は空気を添加する構成を採用することも可能であ
る。この構成によっても、炭化水素吸着材から脱離する
炭化水素の浄化効率を更に向上させることができる。
【0046】多層HC触媒の前方に設置された温度検出
器の検出値が所定温度未満では、多層HC触媒における
三元触媒層の活性化が不十分であるため、酸素及び/又
は空気を添加によって、逆に脱離炭化水素の浄化性能が
低下することがある。なお、多層HC触媒の上流に添加
する酸素及び/又は空気は、多層HC触媒の後方に設置
したA/F検知器が14.6以上を示すように添加する
ことが好ましい。A/Fが14.6未満では、多層HC
触媒における三元触媒層の浄化性能の改良効果が十分で
なくなることがある。
【0047】また、上述の触媒配置では、脱離する炭化
水素の浄化効率を向上させるために、多層HC触媒の触
媒層中に挿入された温度検出器の検出値が所定温度、例
えば65℃以上になった時に、多層HC触媒の後方に設
置したA/F検知器が14.6以上を示すように、多層
HC触媒の上流又は該触媒中に、酸素及び/又は空気を
添加することができる。挿入された温度検出器の検出値
が所定温度未満では、多層HC触媒の三元触媒層の活性
化が不十分であるため、酸素及び/又は空気を添加によ
って、逆に脱離炭化水素の浄化性能が低下することがあ
り、好ましくない。更に、多層HC触媒の上流に添加す
る酸素及び/又は空気は、多層HC触媒の後方に設置し
たA/F検知器が14.6以上を示すように添加するこ
とが好ましい。A/Fが14.6未満では、多層HC触
媒の三元触媒層の浄化性能の改良効果が十分でないこと
があり、好ましくない。
【0048】更にまた、脱離炭化水素の浄化率を向上さ
せるために、多層HC触媒の前方及び後方にA/F検知
器を配置し、両方のA/F検知器の検出値から炭化水素
の脱離が検知された時に、後方に配置したA/F検知器
がA/F=14.6以上を示すように、多層HC触媒中
又はその上流に、酸素及び/又は空気を添加してもよ
い。
【0049】更に、多層HC触媒の上流に添加される酸
素及び/又は空気量を最小限にし、多層HC触媒の三元
触媒層の活性化を著しく促進するには、多層HC触媒の
前方と後方とに設置したA/F検知器の検出値の差から
炭化水素の脱離が検知された時に、後方に設置したA/
F検知器が14.6以上を示すように酸素等を添加する
ことが好ましい。A/Fが14.6未満では、多層HC
触媒の三元触媒層の浄化性能が改良効果が十分でないこ
とがあり、好ましくない。
【0050】なお、以上に説明した排気ガスのリーン化
制御は、包括的に行うことが好ましく、代表的には、図
10に示すフローチャートに従って実行することができ
る。以下、図10のフローチャートをステップ順に説明
する。このフロー制御は所定時間毎に実行されるもので
あり、ステップ1(以下、「S1」)では、エンジン始
動時かどうか判定される。例えば、前回このフローを実
行したときのスターターSWがONであり、今回はOF
Fのときは始動時と判断され、S2〜S5の初期設定が
行われる。即ち、HS吸着触媒の温度(入口温度又は触
媒層温度)が検出され(簡単には、エンジン冷却水温度
で代用してもよい。)[S2]、S2で求めた触媒温度
に基づいてHC吸着触媒の吸着容量が推定され[S
3]、S3で求めた吸着容量に基づいてHC吸着触媒か
らのHCの脱離が開始される時期(始動からの経過時
間)が推定され[S4]、S3で求めた吸着容量に基づ
いてHCの脱離が始まってから完了するまでに要する時
間が推定される[S5]。
【0051】次いで、エンジン始動からの経過時間が計
測され[S6]、そして、HC吸着触媒からHCが脱離
する時期になったかどうかが判定される[S7]。な
お、このフローでは、S4で推定したHC脱離開始時期
と、始動からの経過時間とを比較することにより判定し
ているが、他の判定法としては、エンジン始動後も触媒
温度の検出又は推定を継続して行い、この触媒温度と脱
離温度とを比較する方法を挙げることができる。
【0052】そして、始動後の経過時間が所定時間(例
えば、60秒)未満かどうかが判定され[S8]、この
判定がYESの場合は空燃比がリーンに設定される[S
9]。なお、空燃比を理論空燃比より10%程度リーン
にすると、触媒の活性開始温度が低下して触媒の早期活
性化を図ることができる。一方、S8の判定がNOの場
合は、空燃比がストイキに設定される(リーン空燃比に
よる運転は、NOxの発生量を増加させるデメリットも
あるので、必要最小限とする。)[S10]。
【0053】更に、始動後の経過時間が所定時間(例え
ば、40秒)未満かどうかが判定され[S11]、S1
1の判定がYESの場合、点火時期が通常時の点火時期
よりも遅角側の時期に設定される[S12]。このよう
に点火時期を遅角させることにより、排気ガス温度を上
昇させ、且つ未燃のHCを触媒に供給することで、触媒
の早期活性化を図ることができる。なお、点火時期の遅
角は、発生トルクを低下させる(即ち、燃費が悪化す
る。)というデメリットもあるので、必要最低限とされ
る。一方、S11の判定がNOの場合は、点火時期が通
常の点火時期に設定される。
【0054】また、S7において、HCの脱離が開始さ
れている場合は、HCの脱離が開始されてからの経過時
間が計測される[S14]。そして、HCが脱離中かど
うかが判定され[S15]、触媒下流に配設した空燃比
センサーの出力が所定値未満かどうか、即ち所定のリー
ン空燃比を超えていないかどうかが判定される[S1
6]。S15でHC脱離中と判定された場合は、基本的
に次のS17でリーン空燃比制御が実行されるが、触媒
下流空燃比センサーが所定のリーン空燃比以上を示す
と、通常制御が行われる。
【0055】S15でYESの場合には、空燃比がリー
ンに設定される[S17]。HC脱離中は、触媒がリッ
チ雰囲気となってHCの酸化処理効率が低下するので、
空燃比をリーンとして効率の低下を防止する。この場
合、HCの脱離特性に応じて、脱離するHC量に見合う
酸素を供給する程度にリーン空燃比を設定するとよい。
一方、S15でNOの場合(HCの脱離が完了した後)
は、通常制御が行われる。
【0056】本発明の排気ガス浄化装置においては、上
述したPd含有貴金属系触媒(上流)−多層HC触媒
(下流)の配置において、Pd含有貴金属系触媒での未
浄化成分(HC、CO、NOx)を効率良く浄化するた
めに、この貴金属系触媒に含まれるロジウム量を、下流
側に配置した多層HC触媒に含まれるロジウム量より少
なくすることが好ましい。このようにロジウム量を調整
することによって、Pd含有貴金属系触媒で浄化できな
かった低濃度の排気ガス成分の浄化性能を向上すること
ができる。更に、本発明では、Pd含有貴金属系触媒に
含まれるロジウム量と下流側に配置した多層HC触媒に
含まれるロジウム量の重量比は、等量(1/1)以下と
することが好ましい。このロジウムの重量比が等量を超
えると低濃度排気ガス成分の浄化性能が十分に発現しな
いことがある。
【0057】また、上述したPd含有貴金属系触媒(上
流)−多層HC触媒(下流)の配置において、上流のP
d含有貴金属系触媒の配置数を1個とし、下流の多層H
C触媒の配置数を複数個とすると、炭化水素吸着材から
脱離する炭化水素の浄化効率を更に向上させることがで
きる。多層HC触媒を2個以上配置することによって、
エンジン始動直後に排出される低温域の炭化水素を各個
別に分散して吸着させ、炭化水素吸着材の上部に配置し
た三元触媒層が酸素不足状態に曝される時間を短縮し、
脱離炭化水素に対する浄化性能を著しく向上することが
できる。
【0058】更に、上述の多層HC触媒を複数個配置す
る装置構成においては、複数個の多層HC触媒をエンジ
ンからの距離が異なる位置に設けることが好ましく、こ
れによって、各多層HC触媒の昇温速度を異ならせるこ
とができる。複数個配置した多層HC触媒のエンジンか
らの距離を異ならせて昇温速度を異なることによって、
前方の多層HC触媒の未浄化脱離HCを後方の多層HC
触媒で再吸着させることができ、脱離炭化水素に対する
浄化性能が著しく向上する。
【0059】なお、上述のβ−ゼオライトを主成分とし
た炭化水素吸着材層には、低温域で排出される種々の炭
化水素に対する吸着能を向上するため、更に、モルデナ
イナト、Y,USY又はMFI型及びこれらの任意の混
合物を、全HC吸着材量に対して5〜45重量%含有さ
せることができる。5重量%未満だと十分な細孔径分布
効果が得られず、逆に45重量%より多く添加しても、
この効果が飽和若しくはβ−ゼオライトの性能改良効果
を低下させることがあり、好ましくない。
【0060】また、β−ゼオライトを主成分としたHC
吸着材の高温下における構造安定性(耐熱性)、コール
ドHCの吸着能や温度上昇時のHC脱離抑制能を向上す
るためには、白金、パラジウム、リン、ホウ素、マグネ
シウム又はカルシウム及びこれらの任意の混合物を含有
させることができる。かかる元素の含有量は、HC吸着
材に対して0.1〜10重量%とすればよい。0.1重
量%未満だと十分な改良効果が得られず、逆に10重量
%より多く配合しても、ゼオライトの細孔が閉塞してH
C吸着能が低下するおそれがある。
【0061】更に、HC吸着材で吸着したHCが脱離す
る際の浄化効率を向上するため、HC吸着材層の上部
に、パラジウムとジルコニウム、ネオジウム及びランタ
ンから成る群より選ばれた1種を金属換算で1〜40モ
ル%、セリウムを60〜98モル%含むセリウム酸化物
を含有する触媒成分層を配置することができる。
【0062】特に、パラジウムの浄化性能と耐久性を向
上するため、パラジウム含有触媒成分層中に、ジルコニ
ウム、ネオジウム及びランタンから成る群より選ばれた
1種を金属換算で1〜40モル%、セリウムを60〜9
8モル%含むセリウム酸化物を含有させることによっ
て、酸素吸蔵能の高いセリウム酸化物が、リッチ雰囲気
及びストイキ近傍で格子酸素や吸着酸素を放出し易くな
るため、パラジウムの酸化状態を排気ガスの浄化に適し
たものとし、パラジウムの触媒能の低下を抑制できる。
かかるセリウム酸化物の使用量は、触媒1L当たり5〜
100gである。5g未満だと十分な貴金属の分散性が
得られず、100gより多く使用しても改良効果が飽和
し有効でない。
【0063】更にまた、パラジウムの耐被毒性や浄化性
能を向上するため、パラジウムを含有する触媒成分層の
上部に、白金、ロジウム、セリウム、ネオジウム又はラ
ンタン及びこれらの任意の混合物を金属換算で1〜30
モル%、ジルコニウムを70〜98モル%含むジルコニ
ウム酸化物、活性アルミナを含有する触媒成分層を配置
することができる。上記白金やロジウムが担持される基
材としては、白金やロジウムの耐久性を向上させるた
め、ジルコニウム酸化物が適切である。特に、酸素吸着
能の高いセリウム含有ジルコニウム酸化物が、リッチ雰
囲気及びストイキ近傍で格子酸素や吸着酸素を放出し易
くなるため、白金やロジウムの酸化状態を排気ガスの浄
化に適したものとし、白金やロジウムの触媒能の低下を
抑制できる。
【0064】かかるジルコニウム酸化物のセリウム含有
量は0.01〜30モル%である。セリウム含有量が
0.01モル%未満ではZrO2のみの場合と変わら
ず、上述した元素のZrO2のセリウムの酸素吸蔵能に
よる改良効果が発現しないことがある。また、セリウム
含有量が30モル%を超えるとこの効果が飽和若しくは
逆にBET比表面積や熱安定性が低下する。ジルコニウ
ム酸化物の使用量は、触媒1L当たり5〜100gであ
る。5g未満だと十分な貴金属の分散性が得られず、1
00gより多く使用しても改良効果は飽和することがあ
り、有効でない。
【0065】また、パラジウムの低温活性を向上するた
め、カリウムやバリウムを含有させることができる。か
かる元素の含有量は触媒1L中1〜40gである。1g
未満では、HC類の貴金属に対する吸着被毒の緩和やパ
ラジウムのシンタリングを抑制できず、逆に40gを超
えても有意な増量効果が得られず、逆に性能を低下させ
ることがある。
【0066】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。なお、「GSA」は、幾何学的表面積(Geome
trical Surface Area)を示し、容
積当たりの表面積を意味する。また、「水力直径」と
は、図1に示したウオッシュコート層構造において、矩
形をなすセル断面の対角線長を示す。
【0067】(実施例1)セリウム3モル%(CeO2
に換算して8.7重量%)、ジルコニウム3モル%(Z
rO2に換算して6.3重量%)とランタン2モル%
(La2O3に換算して5.5重量%)を含有するアルミ
ナ粉末(粉末A)に硝酸パラジウム水溶液を含浸し、1
50℃で12時間乾燥した後、400℃で1時間焼成し
て、Pd担持アルミナ粉末(粉末B)を得た。この粉末
BのPd濃度は16重量%であった。ランタン1モル%
(La2O3に換算して2重量%)とジルコニウム32モ
ル%(ZrO2に換算して25重量%)を含むセリウム
酸化物粉末(粉末C)に硝酸パラジウム水溶液を含浸
し、150℃で12時間乾燥した後、400℃で1時間
焼成して、Pd担持セリウム酸化物(La0.01Zr0.32
Ce0.67Ox)粉末(粉末D)を得た。この粉末DのP
d濃度は6.0重量%であった。
【0068】上記粉末B565g、粉末D377gと活
性アルミナ58.5g、硝酸水溶液2000gを磁性ボ
ールミルに投入し、混合・粉砕してスラリーを得た。こ
のスラリー液をコージェライト質モノリス担体(1.0
L、600セル/4ミル、GSA34.5cm2/cm
3、水力直径0.93mm)に付着させ、空気流にてセ
ル内の余剰のスラリーを除去・乾燥し、400℃で1時
間焼成した。この作業を2度行い、コート量重量100
g/L−担体の触媒を得た。パラジウム担持量は32
0.0g/cf(11.3g/L)であった(触媒
A)。次いで、上記触媒成分担持コージェライト質モノ
リス担体に酢酸バリウム溶液を付着させた後、400℃
で1時間焼成し、BaOとして10g/Lを含有させた
(触媒B)。
【0069】(実施例2)上記粉末B565g、粉末D
377gと活性アルミナ58.5g、硝酸水溶液200
0gを磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラリ
ーを得た。このスラリー液をコージェライト質モノリス
担体に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを
除去・乾燥し、400℃で1時間焼成した。この作業を
2度行い、コート量重量91.7g/L−担体の触媒を
得た。パラジウム担持量は293.3g/cf(10.
36g/L)であった(触媒C)。
【0070】Zr3重量%を含むアルミナ粉末(粉末
E)に硝酸ロジウム水溶液を含浸し、150℃で12時
間乾燥した後、400℃で1時間焼成して、Rh担持ア
ルミナ粉末(粉末F)を得た。この粉末FのRh濃度は
4.0重量%であった。La1モル%Ce20モル%Z
r79モル%のジルコニウム酸化物粉末(粉末G)にジ
ニトロジアンミン酸白金水溶液を含浸し、150℃で1
2時間乾燥した後、400℃で1時間焼成して、Pt担
持ジルコニウム酸化物粉末(粉末H)を得た。この粉末
HのPt濃度は4.0重量%であった。
【0071】上記粉末F117.5g、粉末H117.
5gと、活性アルミナ15g、硝酸水溶液1000gを
磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラリーを得
た。このスラリー液を上記Pd含有触媒成分層を担持し
たコージェライト質モノリス担体(触媒C)に付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥
し、400℃で1時間焼成した。コート量25g/L
(コート量総重量116.7g/L)−担体の触媒を得
た。Rhの担持量は13.3g/cf(0.48g/
L)、Ptの担持量は13.3g/cf(0.48g/
L)であった(触媒D)。次いで、上記触媒成分担持コ
ージェライト質モノリス担体(触媒D)に酢酸バリウム
溶液を付着させた後、400℃で1時間焼成し、BaO
として10g/Lを含有させた(触媒E)。
【0072】(実施例3)H型β−ゼオライト800
g、シリカゾル1000g(固形分20%)と純水10
00gを磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラ
リーを得た。このスラリー液をコージェライト質モノリ
ス担体(1.3L、200セル/10ミル、GSA1
9.0cm2/cm3、水力直径1.53mm)に付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥
し、400℃で1時間焼成した。コート量重量200g
/L−担体の触媒を得た(触媒F)。
【0073】La1モル%(La2O3換算で1.2重
量%)Ce20モル%(CeO2換算で25.8重量
%)Zr79モル%のジルコニウム酸化物粉末(粉末
G)に硝酸ロジウム水溶液を含浸し、150℃で12時
間乾燥した後、400℃で1時間焼成して、Rh担持シ
ルコニウム酸化物粉末(粉末I)を得た。この粉末Iの
Rh濃度は8.0重量%であった。上記粉末B500
g、粉末D80g、粉末I353g、粉末A47gと活
性アルミナ20g、硝酸水溶液1000gを磁性ボール
ミルに投入し、混合・粉砕してスラリーを得た。このス
ラリー液を上記触媒Fに付着させ、空気流にてセル内の
余剰のスラリーを除去・乾燥し、400℃で1時間焼成
した。この作業を2度行い、コート量重量100g/L
(総重量300g/L−担体)の触媒Gを得た。触媒G
のパラジウム担持量は240.0g/cf(8.48g
/L)、ロジウム担持量は80.0g/cf(2.83
g/L)であった。 次いで、上記触媒Gに酢酸バリウ
ム溶液を付着させた後、400℃で1時間焼成し、Ba
Oとして10g/Lを含有させた(触媒H)。
【0074】(実施例4)H型β−ゼオライト800g
に代わりに、H型β−ゼオライト500g、ZSM5を
100g、USY100g、Y型50g、モルデナイト
50gを用いた以外は、実施例27と同様の操作を繰り
返して触媒Iを得た。
【0075】(実施例5)H型β−ゼオライト800g
に代わりに、ホウ素0.5重量%、カルシウム0.1重
量%を含むH型β−ゼオライト800gを用いた以外
は、実施例27と同様の操作を繰り返して触媒Jを得
た。
【0076】(実施例6)H型β−ゼオライト800g
に代わりに、リン0.5重量%、マグネシウム0.1重
量%を含むH型β−ゼオライト600gと、ホウ素0.
5重量%、カルシウム0.1重量%を含むZSM5を1
00gと、リン0.5重量%、カルシウム0.1重量%
を含むUSY100gを用いた以外は、実施例27と同
様の操作を繰り返して触媒Kを得た。
【0077】(実施例7)リン酸2水素アンモニウム2
0gを純水1500gに溶解した溶液に、H型β−ゼオ
ライト1000gを加え、更に、25%アンモニア水を
滴下しpHを9.0に調整した後、24時間攪拌・混合
した。この混合溶液からβ−ゼオライトを濾取し、12
0℃で24時間乾燥後、空気中、650℃で2時間焼成
し粉末Jを得た。更に、この粉末Jに硝酸パラジウム溶
液を含浸し、Pd1重量%、P0.5重量%を含む粉末
Kを得た。この粉末K800g、シリカゾル1000g
(固形分20%)と硝酸水溶液1000gを磁性ボール
ミルに投入し、混合・粉砕してスラリーを得た。このス
ラリー液をコージェライト質モノリス担体(1.3L、
200セル/10ミル、GSA19.0cm2/cm
3、水力直径1.53mm)に付着させ、空気流にてセ
ル内の余剰のスラリーを除去・乾燥し、400℃で1時
間焼成した。コート量重量200g/L−担体の触媒を
得た(触媒L)。Pdの担持量は45.3g/cf
(1.6g/L)。
【0078】上記粉末B500g、粉末D80g、粉末
A30gと活性アルミナ15g、硝酸水溶液1000g
を磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラリーを
得た。このスラリー液を上記触媒Lに付着させ、空気流
にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥し、400℃
で1時間焼成した。この作業を2度行い、触媒Mを得
た。更に、上記粉末I353g、粉末A17gと活性ア
ルミナ5g、硝酸水溶液1000gを磁性ボールミルに
投入し、混合・粉砕してスラリーを得た。このスラリー
液を上記触媒Mに付着させ、空気流にてセル内の余剰の
スラリーを除去・乾燥し、400℃で1時間焼成した。
この作業を2度行い、コート量重量100g/L(総重
量300g/L−担体)の触媒Nを得た。触媒Mのパラ
ジウム担持量は285.4g/cf(10.08g/
L)、ロジウム担持量は80g/cf(2.83g/
L)であった。次いで、上記触媒成分担持コージェライ
ト質モノリス担体(触媒N)に酢酸バリウム溶液を付着
させた後、400℃で1時間焼成し、BaOとして10
g/Lを含有させた(触媒O)。
【0079】(実施例8)H型β−ゼオライト800g
に代わりに、パラジウム0.28重量%、リン0.2重
量%、ホウ素0.3重量%、マグネシウム0.1重量
%、カルシウム0.1重量%を含むH型β−ゼオライト
500gと、Pt0.33重量%、カルシウム0.1重
量%を含むZSM5を100gと、パラジウム0.28
重量%、リン0.2重量%を含むUSY200g、Pt
0.33重量%、ホウ素0.1重量%、マグネシウム
0.1重量%を含むモルデナイト100gを用いた以外
は、実施例3と同様の操作を繰り返して触媒Pを得た。
コート量200g/L、Pdの担持量は11.1g/c
f(0.39g/L)、Ptの担持量は3.7g/cf
(0.13g/L)であった。
【0080】上記粉末A30g、粉末B500g、粉末
D80gと活性アルミナ20g、硝酸水溶液1000g
を磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラリーを
得た。このスラリー液を上記触媒Pに付着させ、空気流
にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥し、400℃
で1時間焼成し、触媒Qを得た。上記粉末F176g、
粉末H117g、粉末I177gと活性アルミナ30
g、硝酸水溶液1000gを磁性ボールミルに投入し、
混合・粉砕してスラリーを得た。このスラリー液を上記
触媒Qに付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラリー
を除去・乾燥し、400℃で1時間焼成した。次いで、
上記触媒成分担持コージェライト質モノリス担体に酢酸
バリウム溶液を付着させた後、400℃で1時間焼成
し、BaOとして10g/Lを含有させた(触媒R)。
コート量50g/L(総重量250g/L−担体)、P
dの担持量は251.2g/cf(8.87g/L)、
Pt担持量16.9g/cf(0.60g/L)、Rh
担持量40.0g/cf(1.42g/L)であった
(触媒R)。
【0081】(実施例9)粉末B1324g、粉末F1
06g、粉末H27gと活性アルミナ43g、硝酸水溶
液2000gを磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕し
てスラリーを得た。このスラリー液をコージェライト質
モノリス担体(1.0L、900セル/2ミル、GSA
43.6cm2/cm3、水力直径0.78mm)に付着
させ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥
し、400℃で1時間焼成した。この作業を2度行い、
コート量重量150g/L−担体の触媒を得た。次い
で、上記触媒に酢酸バリウム溶液を付着させた後、40
0℃で1時間焼成し、BaOとして10g/Lを含有さ
せた。パラジウム担持量は600.0g/cf(21.
2g/L)、白金担持量は3.0g/cf(0.11g
/L)、ロジウム担持量は12.0g/cf(0.42
g/L)であった(触媒S)。
【0082】(実施例10)H型β−ゼオライト800
g、粉末I88.3g、粉末E161.5g、シリカゾ
ル1000g(固形分20%)と純水1000gを磁性
ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラリーを得た。
このスラリー液をコージェライト質モノリス担体(1.
3L、200セル/10ミル、GSA19.0cm2
cm3、水力直径1.53mm)に付着させ、空気流に
てセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥し、400℃で
1時間焼成した。コート量重量250g/L−担体の触
媒を得た(触媒T)。
【0083】上記粉末B500g、粉末D80g、粉末
I176.5g、粉末E203g、粉末A40gと活性
アルミナ20g、硝酸水溶液1000gを磁性ボールミ
ルに投入し、混合・粉砕してスラリーを得た。このスラ
リー液を上記触媒Tに付着させ、空気流にてセル内の余
剰のスラリーを除去・乾燥し、400℃で1時間焼成し
た。この作業を2度行い、コート量重量100g/L
(総重量300g/L−担体)、パラジウム担持量は2
40.0g/cf(8.48g/L)、ロジウム担持量
は80.0g/cf(2.83g/L)の触媒Uを得
た。次いで、上記触媒Uに酢酸バリウム溶液を付着させ
た後、400℃で1時間焼成し、BaOとして10g/
Lを含有させた(触媒V)。
【0084】(比較例1)コージェライト質モノリス担
体(1.3L、600セル/2ミル、GSA36.2c
2/cm3、水力直径0.97mm)を用いた以外は、
実施例27と同様の操作を繰り返し、触媒Wを得た。
【0085】(比較例2)コージェライト質モノリス担
体(1.3L、900セル/4ミル、GSA41.1c
2/cm3、水力直径0.74mm)を用いた以外は、
実施例27と同様の操作を繰り返して触媒Xを得た。
【0086】(比較例3)H型β−ゼオライト800
g、シリカゾル1000g(固形分20%)と純水10
00gを磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラ
リーを得た。このスラリー液をコージェライト質モノリ
ス担体(1.3L、200セル/10ミル、GSA1
9.0cm2/cm3、水力直径1.53mm)に付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥
し、400℃で1時間焼成した。コート量重量20g/
L−担体の触媒Yを得た。触媒Fの代わりに、触媒Xを
用いた以外、実施例27と同様にして触媒Zを得た。
【0087】(比較例4)H型β−ゼオライト800
g、シリカゾル1000g(固形分20%)と純水10
00gを磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラ
リーを得た。このスラリー液をコージェライト質モノリ
ス担体(1.3L、200セル/10ミル、GSA1
9.0cm2/cm3、水力直径1.53mm)に付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥
し、400℃で1時間焼成した。コート量重量300g
/L−担体の触媒AAを得た。
【0088】粉末J(粉末AにPdを担持したアルミナ
粉末、Pd濃度50重量%)160.0g、粉末K(粉
末CにPdを担持したセリウム酸化物粉末、Pd濃度2
8重量%)17g、粉末Ag、粉末L(粉末GにRhを
担持したジルコニウム酸化物粉末、Rh濃度25重量
%)113.0g、活性アルミナ10g、硝酸水溶液5
00gを磁性ボールミルに投入し、混合・粉砕してスラ
リーを得た。このスラリー液を上記触媒AAに付着さ
せ、空気流にてセル内の余剰のスラリーを除去・乾燥
し、400℃で1時間焼成した。この作業を2度行い、
コート量重量30g/L(総重量330g/L−担
体)、パラジウム担持量は240.0g/cf(8.4
8g/L)、ロジウム担持量は80.0g/cf(2.
83g/L)の触媒BBを得た。次いで、上記触媒Uに
酢酸バリウム溶液を付着させた後、400℃で1時間焼
成し、BaOとして10g/Lを含有させた触媒CCを
得た。
【0089】(比較例5)上記粉末B659g、粉末D
80g、粉末I35.3g、粉末A206gと活性アル
ミナ20g、硝酸水溶液1000gを磁性ボールミルに
投入し、混合・粉砕してスラリーを得た。このスラリー
液を上記触媒Fに付着させ、空気流にてセル内の余剰の
スラリーを除去・乾燥し、400℃で1時間焼成した。
この作業を2度行い、コート量重量100g/L(総重
量300g/L−担体)の触媒DDを得た。触媒DDの
パラジウム担持量は312.0g/cf(11.02g
/L)、ロジウム担持量は8.0g/cf(0.28g
/L)であった。次いで、上記触媒DDに酢酸バリウム
溶液を付着させた後、400℃で1時間焼成し、BaO
として10g/Lを含有させた触媒EEを得た。
【0090】(比較例6)上記粉末B162g、粉末D
80g、粉末I15g、粉末A723gと活性アルミナ
20g、硝酸水溶液1000gを磁性ボールミルに投入
し、混合・粉砕してスラリーを得た。このスラリー液を
コージェライト質モノリス担体(1.0L、900セル
/2ミル、GSA43.6cm2/cm3、水力直径0.
78mm)に付着させ、空気流にてセル内の余剰のスラ
リーを除去・乾燥し、400℃で1時間焼成した。この
作業を2度行い、コート量重量100g/Lの触媒を得
た。触媒DDのパラジウム担持量は73.3g/cf
(2.59g/L)、ロジウム担持量は6.7g/cf
(0.24g/L)であった。次いで、上記触媒に酢酸
バリウム溶液を付着させた後、400℃で1時間焼成
し、BaOとして10g/Lを含有させた触媒FFを得
た。
【0091】上記実施例1〜10及び比較例1〜6で得
られた排気ガス浄化用触媒の仕様を表1及び2に示す。
【0092】
【表1】
【0093】
【表2】
【0094】(試験例)上記実施例1〜10及び比較例
1〜6で得られた排気ガス浄化用触媒を、以下の耐久条
件により耐久させた。
【0095】 [耐久条件] エンジン排気量 3000cc 燃料 無鉛ガソリン 触媒入口ガス温度 700℃ 耐久時間 100時間 入口ガス組成 CO 0.5±0.1% O2 0.5±0.1% HC 約1100ppm NO 1300ppm CO2 15% A/F変動 5500回(周期65秒/回) 周期:A/F=14.6 55秒 燃料カット 5秒 リッチ スパイク 5秒(CO=2%)
【0096】上記条件で耐久した実施例1〜10及び比
較例1〜6の触媒を用い、下記評価条件で、HC浄化特
性評価(ECモード、LA−4のA−bag)を図2〜
8のシステムを用いて行った。その結果を実施例11〜
30及び比較例7〜8として表3及び表4に示す。
【0097】 [性能評価条件] 触媒容量(片バンク) 三元触媒2.0L(1.0L+1.0L) +HC吸着触媒1.3L〜2.6L 評価車両 日産自動車株式会社製 V型6気筒 3.3Lエンジン エンジン始動時に排出される(触媒入口のガス中の)炭化水素 炭素数 C2〜C3 21.0% C4〜C6 33.0% C7〜C9 40.0%
【0098】
【表3】
【0099】
【表4】
【0100】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素量を適切に制
御することとしたため、コールドHCを有効に浄化で
き、耐久性に優れ、簡易な構成で低コストの排気ガス浄
化装置を提供することができる。
【0101】即ち、請求項1又は2記載の排気ガス浄化
装置によれば、炭化水素吸着触媒の吸着効率を向上でき
る。
【0102】請求項3記載の排気ガス浄化装置は、炭化
水素吸着材として、ゼオライトを用いることによって耐
久後の炭化水素吸着触媒の吸着効率を維持・向上でき
る。
【0103】請求項4記載の排気ガス浄化装置は、更
に、炭化水素吸着触媒の吸着効率を維持・向上でき、し
かも脱離するHCを効率良く浄化できる。
【0104】請求項5記載の排気ガス浄化装置は、低温
活性に優れる排気ガス浄化用触媒と炭化水素吸着触媒を
組合せ、炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素量を、該
炭化水素吸着触媒の炭化水素飽和吸着量の70%以下に
設定することによって、吸着効率を高め脱離炭化水素の
浄化性能を向上できる。
【0105】請求項6記載の排気ガス浄化装置は、低温
活性に優れる排気ガス浄化用触媒と炭化水素吸着触媒を
組合せ、炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素量を、該
炭化水素吸着触媒の炭化水素飽和吸着量の70%以下に
設定し、更に、下記排気ガス浄化触媒の早期活性化を促
進する手段を組合せることによって、炭化水素吸着触媒
が吸着する炭化水素量を更に低減し、脱離炭化水素の浄
化性能を向上できる。
【0106】請求項7記載の排気ガス浄化装置は、炭化
水素吸着触媒の前段に配置した三元触媒の早期活性化を
図ることができ、炭化水素吸着触媒が脱離する炭化水素
の浄化性能を向上できる。
【0107】請求項8記載の排気ガス浄化装置は、炭化
水素吸着触媒の前段に配置した三元触媒の早期活性化を
図ることができ、炭化水素吸着触媒が脱離する炭化水素
の浄化性能を向上できる。
【0108】請求項9記載の排気ガス浄化装置は、炭化
水素吸着触媒の上部に配置した三元触媒の早期活性化
と、上記浄化性能の向上を図ることができ、脱離炭化水
素の浄化性能を向上できる。
【0109】請求項10記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、触媒層の温度低下を抑制でき、脱離炭
化水素を効率よく浄化することができる。
【0110】請求項11記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、触媒層の温度低下を抑制でき、脱離炭
化水素を効率よく浄化することができる。
【0111】請求項12記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、更に触媒層の温度低下を抑制や浄化性
能を向上でき、脱離炭化水素を効率よく浄化することが
できる。
【0112】請求項13記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、前段の排気ガス浄化触媒で未浄化の低
濃度排気ガス成分(HC、CO、NOx)を効率よく浄
化することができる。
【0113】請求項14記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、更に低濃度排気ガス成分(HC、C
O、NOx)を効率よく浄化することができる。
【0114】請求項15記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、更に、HCの吸着・脱離・浄化性能を
向上でき、脱離炭化水素を効率よく浄化することができ
る。
【0115】請求項16記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、更に、脱離炭化水素を効率よく浄化す
ることができる。
【0116】請求項17記載の排気ガス浄化装置は、上
記効果に加えて、細孔径の異なる種々のHC吸着材を組
み合わせることにより、エンジン始動直後の低温時に排
出されるHC種を高い効率で吸着し、HC吸着能を向上
できる。
【0117】請求項18記載の排気ガス浄化用触媒は、
エンジン始動直後の低温時に排出されるHC種を高い効
率で吸着し、しかも、耐久後の構造変化や性能劣化が小
さいため、脱離速度の遅延化を図ることができる。
【0118】請求項19記載の排気ガス浄化用触媒は、
上記効果に加えて、触媒成分の還元に起因する触媒性能
の低下を抑制できる。
【0119】請求項20記載の排気ガス浄化用触媒は、
上記効果に加えて、更に浄化性能を向上し、触媒成分の
被毒に起因する触媒性能の低下を抑制できる。
【0120】請求項21記載の排気ガス浄化用触媒は、
更に低温活性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の触媒のウオッシュコート層構造を示す
図である。
【図2】本発明の排気ガス浄化装置を評価するために用
いたエンジンの排気系を示すシステム図である。
【図3】本発明の排気ガス浄化装置を評価するために用
いたエンジンの排気系を示すシステム図である。
【図4】本発明の排気ガス浄化装置を評価するために用
いたエンジンの排気系を示すシステム図である。
【図5】本発明の排気ガス浄化装置を評価するために用
いたエンジンの排気系を示すシステム図である。
【図6】本発明の排気ガス浄化装置を評価するために用
いたエンジンの排気系を示すシステム図である。
【図7】本発明の排気ガス浄化装置を評価するために用
いたエンジンの排気系を示すシステム図である。
【図8】本発明の排気ガス浄化装置を評価するために用
いたエンジンの排気系を示すシステム図である。
【図9】三元触媒の貴金属量選定マップを示す線図であ
る。
【図10】リーン化制御処理を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1 三元触媒 2 HC吸着触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01N 3/24 F01N 3/24 C E R F02D 41/06 ZAB F02D 41/06 ZAB 305 305 F02P 5/15 ZAB F02P 5/15 ZABE

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素吸着触媒を排気流路に設置して
    成る排気ガス浄化装置において、 上記炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素量が、この炭
    化水素吸着触媒の炭化水素飽和吸着量未満になるように
    制御されて成ることを特徴とする排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 上記炭化水素量が炭化水素飽和吸着量の
    70%以下に制御されていることを特徴とする請求項1
    記載の排気ガス浄化装置。
  3. 【請求項3】 上記炭化水素吸着触媒が、ゼオライトを
    主成分とする炭化水素吸着材を含有することを特徴とす
    る請求項1又は2記載の排気ガス浄化装置。
  4. 【請求項4】 上記炭化水素吸着触媒がβ−ゼオライ
    ト、MFI(ZSM5)、USY、Y型、モルデナイ
    ト、A型及びX型から成る群より選ばれた少なくとも1
    種を主成分とし、これらの炭化水素吸着材層の上部に、
    パラジウム、白金及びロジウムから成る群より選ばれた
    少なくとも1種を含む三元触媒成分層を配置して、多層
    構造の一体型炭化水素吸着触媒を構成し、且つこの一体
    型炭化水素吸着触媒が吸着する炭化水素量を、炭化水素
    飽和吸着量の70%以下に制御して成ることを特徴とす
    る請求項1記載の排気ガス浄化装置。
  5. 【請求項5】 上記一体型炭化水素吸着触媒の上記排気
    流路における上流に、パラジウム、白金及びロジウムか
    ら成る群より選ばれた少なくとも1種を含み、パラジウ
    ムの担持濃度が4〜20重量%となるように担持した粉
    末を含有し、且つパラジウムの担持量が100g/cf
    (3.5g/L)〜1000g/cf(35.4g/
    L)である排気ガス浄化触媒を配置して成ることを特徴
    とする請求項4記載の排気ガス浄化装置。
  6. 【請求項6】 上記排気ガス浄化触媒のパラジウム担持
    量が、100g/cf(3.5g/L)〜500g/c
    f(17.7g/L)であることを特徴とする請求項5
    記載の排気ガス浄化装置。
  7. 【請求項7】 エンジン始動時(ファーストアイドル)
    の点火時期を、エンジン始動直後から40秒以下、点火
    時期(上死点から)を1°〜30°に遅角することによ
    り、排気ガス温度の上昇を速め、上記排気ガス浄化触媒
    の活性化を速めたことを特徴とする請求項5又は6記載
    の排気ガス浄化装置。
  8. 【請求項8】 エンジン始動直後から60秒間、空気流
    量10L/分以上の空気を供給し、エンジン始動直後の
    コールド空燃比を希薄化(A/F=12〜18)するこ
    とによって、上記排気ガス浄化触媒の活性化を速めたこ
    とを特徴とする請求項5又は6記載の排気ガス浄化装
    置。
  9. 【請求項9】 上記炭化水素吸着触媒から炭化水素の脱
    離が開始する直前に、この炭化水素吸着触媒中又はその
    上流に、酸素及び/又は空気を添加することを特徴とす
    る請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄
    化装置。
  10. 【請求項10】 上記炭化水素吸着触媒の前方に温度検
    出器、後方にA/F検知器を配置し、上記温度検出器の
    検出値が所定温度以上になった時に上記A/F検知器が
    14.6以上を示すように、上記炭化水素吸着触媒中又
    はその上流に、酸素及び/又は空気を添加することを特
    徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の排気
    ガス浄化装置。
  11. 【請求項11】 上記炭化水素吸着触媒の触媒層に温度
    検出器を挿入するとともに、この炭化水素吸着触媒の後
    方にA/F検知器を配置し、上記温度検出器の検出値が
    所定温度以上になった時に上記A/F検知器が14.6
    以上を示すように、上記炭化水素吸着触媒中又はその上
    流に、酸素及び/又は空気を添加することを特徴とする
    請求項1〜8のいずれか1つの項に記載の排気ガス浄化
    装置。
  12. 【請求項12】 上記炭化水素吸着触媒の前方及び後方
    にA/F検知器を配置し、両方のA/F検知器の検出値
    から炭化水素の脱離が検知された時に、上記後方に配置
    したA/F検知器がA/F=14.6以上を示すよう
    に、上記炭化水素吸着触媒中又はその上流に、酸素及び
    /又は空気を添加することを特徴とする請求項1〜8の
    いずれか1つの項に記載の排気ガス浄化装置。
  13. 【請求項13】 上記排気ガス浄化触媒に含まれるロジ
    ウム量が、上記炭化水素吸着触媒に含まれるロジウム量
    より少ないことを特徴とする請求項5〜12のいずれか
    1つの項に記載の排気ガス浄化装置。
  14. 【請求項14】 上記排気ガス浄化触媒に含まれるロジ
    ウム量と、上記炭化水素吸着触媒に含まれるロジウム量
    の重量比が、等量(1/1)以下であることを特徴とす
    る請求項5〜12のいずれか1つの項に記載の排気ガス
    浄化装置。
  15. 【請求項15】 上記上流の排気ガス浄化触媒を1個配
    置し、その下流の上記炭化水素吸着触媒を複数個配置し
    て成ることを特徴とする請求項5〜14のいずれか1つ
    の項に記載の排気ガス浄化装置。
  16. 【請求項16】 上記複数個の炭化水素吸着触媒は、エ
    ンジンからの距離が異なる位置に設けられていることを
    特徴とする請求項15記載の排気ガス浄化装置。
  17. 【請求項17】 上記多層構造の一体型炭化水素吸着触
    媒において、β−ゼオライトを主成分とした炭化水素吸
    着材層中に、更に、モルデナイト、Y、USY及びZS
    M5から成る群より選ばれた少なくとも1種を5〜45
    重量%含有させたことを特徴とする請求項4記載の排気
    ガス浄化装置。
  18. 【請求項18】 上記炭化水素吸着材層中に、白金、パ
    ラジウム、リン、ホウ素、マグネシウム及びカルシウム
    から成る群より選ばれた少なくとも1種を含有させたこ
    とを特徴とする請求項17記載の排気ガス浄化装置。
  19. 【請求項19】 上記炭化水素吸着材層の上部に、パラ
    ジウム、ジルコニウム、ネオジウム及びランタンから成
    る群より選ばれた1種を金属換算で1〜40モル%、セ
    リウムを60〜98モル%含むセリウム酸化物を含有す
    る触媒成分層を配置して成ることを特徴とする請求項1
    7又は18記載の排気ガス浄化装置。
  20. 【請求項20】 上記触媒成分層がパラジウムを含有
    し、この触媒成分層の上部に、更に、白金、ロジウム、
    セリウム、ネオジウム及びランタンから成る群より選ば
    れた1種を金属換算で1〜30モル%、ジルコニウムを
    70〜98モル%含むジルコニウム酸化物、活性アルミ
    ナを含有する他の触媒成分層を配置したことを特徴とす
    る請求項17〜19のいずれか1つの項に記載の排気ガ
    ス浄化装置。
  21. 【請求項21】 上記多層構造の一体型炭化水素吸着触
    媒が、更に、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属
    を含有して成ることを特徴とする請求項17〜20のい
    ずれか1つの項に記載の排気ガス浄化装置。
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