JP3371427B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化触媒 - Google Patents
ディーゼルエンジンの排気浄化触媒Info
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はディーゼルエンジンの排気浄化触媒に関す
る。
る。
背景技術
ディーゼルエンジンから排出された排気ガス中に含ま
れるHC、COおよびSOFを浄化するための排気浄化触媒が
公知である（特開平５−57191号公報参照）。上記排気
浄化触媒は担体基材を具備し、該担体基材表面にHC、CO
およびSOFを浄化するための触媒金属を担持した活性ア
ルミナ層を備える。また排気ガス中にはSO2が含まれて
おり、このSO2が触媒金属へ達すると酸化されて有害物
質であるSO3が生成される。このため上記排気浄化触媒
ではSO2をトラップするためのトラップ層を活性アルミ
ナ層の上側に設け、SO2が触媒金属に到達することを抑
制している。上記トラップ層は例えばMnなどの酸化物を
含有したアルミナ層からなる。
れるHC、COおよびSOFを浄化するための排気浄化触媒が
公知である（特開平５−57191号公報参照）。上記排気
浄化触媒は担体基材を具備し、該担体基材表面にHC、CO
およびSOFを浄化するための触媒金属を担持した活性ア
ルミナ層を備える。また排気ガス中にはSO2が含まれて
おり、このSO2が触媒金属へ達すると酸化されて有害物
質であるSO3が生成される。このため上記排気浄化触媒
ではSO2をトラップするためのトラップ層を活性アルミ
ナ層の上側に設け、SO2が触媒金属に到達することを抑
制している。上記トラップ層は例えばMnなどの酸化物を
含有したアルミナ層からなる。
上記排気浄化触媒ではトラップ層によりトラップでき
るSO2量には限界がある。また、トラップ層が劣化してS
O2をトラップできなくなる可能性もある。したがってSO
2が触媒金属に到達することを抑制することが早期にで
きなくなるという問題がある。したがって本発明の目的
はSO2が金属担持層に到達することを抑制することにあ
る。
るSO2量には限界がある。また、トラップ層が劣化してS
O2をトラップできなくなる可能性もある。したがってSO
2が触媒金属に到達することを抑制することが早期にで
きなくなるという問題がある。したがって本発明の目的
はSO2が金属担持層に到達することを抑制することにあ
る。
発明の開示
上記課題を解決するために、１番目の発明では、担体
基材を具備し、触媒金属を担持した多孔質の金属担持層
を該担体基材の表面に形成したディーゼルエンジンの排
気浄化触媒において、SO2の拡散を抑制するために前記
担体基材とは反対側の前記金属担持層の表面に該金属担
持層の平均細孔径よりも小さい平均細孔径を有する多孔
質のSO2拡散抑制層を設け、該SO2拡散抑制層の厚みが17
0μｍ以下であり、前記金属担持層に担持されている触
媒金属の酸化力よりも酸化力が弱い触媒金属が該SO2拡
散抑制層に担持され、該SO2拡散抑制層にSO2と親和性の
高いアルカリ金属が担持されている。
基材を具備し、触媒金属を担持した多孔質の金属担持層
を該担体基材の表面に形成したディーゼルエンジンの排
気浄化触媒において、SO2の拡散を抑制するために前記
担体基材とは反対側の前記金属担持層の表面に該金属担
持層の平均細孔径よりも小さい平均細孔径を有する多孔
質のSO2拡散抑制層を設け、該SO2拡散抑制層の厚みが17
0μｍ以下であり、前記金属担持層に担持されている触
媒金属の酸化力よりも酸化力が弱い触媒金属が該SO2拡
散抑制層に担持され、該SO2拡散抑制層にSO2と親和性の
高いアルカリ金属が担持されている。
２番目の発明では、１番目の発明において、前記担体
基材と金属担持層との間にHC、CO、および、SOFの拡散
を抑制するための拡散抑制層を設けた。
基材と金属担持層との間にHC、CO、および、SOFの拡散
を抑制するための拡散抑制層を設けた。
３番目の発明では、１番目の発明において、前記担体
基材と金属担持層との間にHCを吸着するためのHC吸着層
を設けた。
基材と金属担持層との間にHCを吸着するためのHC吸着層
を設けた。
４番目の発明では、１番目の発明において、前記金属
担持層とは反対側の前記SO2拡散抑制層の表面から該SO2
拡散抑制層の内部へ予め定められた厚さの部分が耐熱性
のある熱劣化抑制層となっている。
担持層とは反対側の前記SO2拡散抑制層の表面から該SO2
拡散抑制層の内部へ予め定められた厚さの部分が耐熱性
のある熱劣化抑制層となっている。
５番目の発明では、４番目の発明において、前記熱劣
化抑制層となっているSO2拡散抑制層の部分がアルミナ
から作製され、残りのSO2拡散抑制層の部分がチタニア
から作製される。
化抑制層となっているSO2拡散抑制層の部分がアルミナ
から作製され、残りのSO2拡散抑制層の部分がチタニア
から作製される。
図面の簡単な説明
図１は第一実施形態の排気浄化触媒の断面図であり、
図２は拡散抑制層の厚さに対する硫化物生成量、HC浄
化率およびSOF浄化率を示した図であり、 図３は拡散抑制層の厚さと各特性比率との関係を示す
図であり、 図４は拡散抑制層厚さ割合とSO2酸化反応率との関係
を示した図であり、 図５は触媒温度とSO2酸化反応率との関係を示した図
であり、 図６は触媒温度と酸化反応速度との関係を示した図で
あり、 図７は第二実施形態の排気浄化触媒の断面図であり、 図８は第三実施形態の排気浄化触媒の断面図であり、 図９は第三実施形態の排気浄化触媒を具備する第一実
施形態のエンジンを示す断面図であり、 図10は第四実施形態の排気浄化触媒の断面図である。
化率およびSOF浄化率を示した図であり、 図３は拡散抑制層の厚さと各特性比率との関係を示す
図であり、 図４は拡散抑制層厚さ割合とSO2酸化反応率との関係
を示した図であり、 図５は触媒温度とSO2酸化反応率との関係を示した図
であり、 図６は触媒温度と酸化反応速度との関係を示した図で
あり、 図７は第二実施形態の排気浄化触媒の断面図であり、 図８は第三実施形態の排気浄化触媒の断面図であり、 図９は第三実施形態の排気浄化触媒を具備する第一実
施形態のエンジンを示す断面図であり、 図10は第四実施形態の排気浄化触媒の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は第一実施形態の排気浄化触媒の部分断面図であ
る。
図１は第一実施形態の排気浄化触媒の部分断面図であ
る。
図１において10は排気ガスを浄化するための層を担持
するための担体基材である。担体基材10は、例えばフォ
ームフィルタやハニカムフィルタなどのモノリス型また
はペレット型の形態をしている。担体基材10の材質はコ
ージェライトなどのセラミックスまたは金属である。
するための担体基材である。担体基材10は、例えばフォ
ームフィルタやハニカムフィルタなどのモノリス型また
はペレット型の形態をしている。担体基材10の材質はコ
ージェライトなどのセラミックスまたは金属である。
担体基材10の表面上には排気ガス中に含まれるHC（炭
化水素）、CO（一酸化炭素）およびSOF（可溶性有機物
質）を酸化する触媒金属を担持するための金属担持層12
が形成される。金属担持層12は多孔質の層である。金属
担持層12の材質は、例えばアルミナ、チタニア、シリカ
およびジルコニアから選択される。一方、金属担持層12
に担持される触媒金属は、例えばPt、Rh、Pdから選択さ
れる。
化水素）、CO（一酸化炭素）およびSOF（可溶性有機物
質）を酸化する触媒金属を担持するための金属担持層12
が形成される。金属担持層12は多孔質の層である。金属
担持層12の材質は、例えばアルミナ、チタニア、シリカ
およびジルコニアから選択される。一方、金属担持層12
に担持される触媒金属は、例えばPt、Rh、Pdから選択さ
れる。
担体基材10とは反対側に位置する金属担持層12の表面
上には排気ガス中のSO2（二酸化硫黄）が金属担持層12
に到達することを抑制するための拡散抑制層14が形成さ
れる。拡散抑制層14は多孔質の層である。また、拡散抑
制層14の材質は、例えばアルミナ、チタニアおよびシリ
カから選択される。
上には排気ガス中のSO2（二酸化硫黄）が金属担持層12
に到達することを抑制するための拡散抑制層14が形成さ
れる。拡散抑制層14は多孔質の層である。また、拡散抑
制層14の材質は、例えばアルミナ、チタニアおよびシリ
カから選択される。
図２は触媒温度550℃において拡散抑制層を設けてい
ないときおよび厚さの異なる拡散抑制層を設けたときの
硫化物生成量、HC浄化率およびSOF浄化率を示してい
る。
ないときおよび厚さの異なる拡散抑制層を設けたときの
硫化物生成量、HC浄化率およびSOF浄化率を示してい
る。
図３は拡散抑制層14の厚さと図２に基づいて算出した
各特性比率との関係を示している。ここで各特性とは硫
化物生成量、HC浄化率およびSOF浄化率であり、各特性
比率とは拡散抑制層が設けられていない触媒における各
特性に対する各厚さの拡散抑制層が設けられている触媒
における各特性の比率である。すなわち図３において実
線は拡散抑制層14が設けられていないときの硫化物生成
量に対する拡散抑制層14が設けられているときの硫化物
生成量の比率であり、鎖線は拡散抑制層14が設けられて
いないときのHC浄化率に対する拡散抑制層14が設けられ
ているときのHC浄化率の比率であり、一点鎖線は拡散抑
制層14が設けられていないときのSOF浄化率に対する拡
散抑制層14が設けられているときのSOF浄化率の比率で
ある。
各特性比率との関係を示している。ここで各特性とは硫
化物生成量、HC浄化率およびSOF浄化率であり、各特性
比率とは拡散抑制層が設けられていない触媒における各
特性に対する各厚さの拡散抑制層が設けられている触媒
における各特性の比率である。すなわち図３において実
線は拡散抑制層14が設けられていないときの硫化物生成
量に対する拡散抑制層14が設けられているときの硫化物
生成量の比率であり、鎖線は拡散抑制層14が設けられて
いないときのHC浄化率に対する拡散抑制層14が設けられ
ているときのHC浄化率の比率であり、一点鎖線は拡散抑
制層14が設けられていないときのSOF浄化率に対する拡
散抑制層14が設けられているときのSOF浄化率の比率で
ある。
図３から判るように、拡散抑制層14の厚さが増大する
にしたがって各特性比率は減少する。しかしながら各特
性比率の減少割合は特性比率毎に異なる。すなわち硫化
物生成量に関する特性比率の減少率が他の特性比率に比
べて大きい。したがって第一実施形態の排気浄化触媒に
よれば、HCおよびSOF浄化率の低下を抑えつつ硫化物生
成量を低減することができる。
にしたがって各特性比率は減少する。しかしながら各特
性比率の減少割合は特性比率毎に異なる。すなわち硫化
物生成量に関する特性比率の減少率が他の特性比率に比
べて大きい。したがって第一実施形態の排気浄化触媒に
よれば、HCおよびSOF浄化率の低下を抑えつつ硫化物生
成量を低減することができる。
図４は拡散抑制層厚さ割合とSO2酸化反応率との関係
を示した図である。なお、拡散抑制層厚さ割合とは金属
担持層12の厚さに対する拡散抑制層14の厚さの割合であ
る。また、図４の拡散抑制層厚さ割合は約170μｍの厚
さの金属担持層に対するものである。
を示した図である。なお、拡散抑制層厚さ割合とは金属
担持層12の厚さに対する拡散抑制層14の厚さの割合であ
る。また、図４の拡散抑制層厚さ割合は約170μｍの厚
さの金属担持層に対するものである。
図４から判るように、SO2酸化反応率は拡散抑制層厚
さ割合が増大するにしたがって低下する。また、HC浄化
率、CO浄化率およびSOF浄化率も拡散抑制層厚さ割合が
増大すると低下する。さらに拡散抑制層の厚さの割合が
100％、すなわち約170μｍを越えるとSO2酸化反応率は
略零となる。したがってHC浄化率、CO浄化率およびSOF
浄化率の低下を抑制しつつSO2酸化反応率を低下するた
めには、拡散抑制層の厚さが170μｍ以下であって拡散
抑制層厚さ割合が３％〜98％であるのが好ましい。
さ割合が増大するにしたがって低下する。また、HC浄化
率、CO浄化率およびSOF浄化率も拡散抑制層厚さ割合が
増大すると低下する。さらに拡散抑制層の厚さの割合が
100％、すなわち約170μｍを越えるとSO2酸化反応率は
略零となる。したがってHC浄化率、CO浄化率およびSOF
浄化率の低下を抑制しつつSO2酸化反応率を低下するた
めには、拡散抑制層の厚さが170μｍ以下であって拡散
抑制層厚さ割合が３％〜98％であるのが好ましい。
また、厚さ割合３％から20％におけるSO2酸化反応率
の低下率は他の厚さ割合における低下率より大きい。し
たがってHC浄化率、CO浄化率およびSOF浄化率の低下を
抑制しつつSO2酸化反応率を低下するためには、拡散抑
制層は厚さ割合が３％〜20％であるのがさらに好まし
い。
の低下率は他の厚さ割合における低下率より大きい。し
たがってHC浄化率、CO浄化率およびSOF浄化率の低下を
抑制しつつSO2酸化反応率を低下するためには、拡散抑
制層は厚さ割合が３％〜20％であるのがさらに好まし
い。
ところでSO2酸化反応率は触媒温度が高いほど上昇
し、有害物質であるSO3が多量に生成される。図５は触
媒温度とSO2酸化反応率との関係を示す図である。な
お、曲線Ａは拡散抑制層を備えていない場合におけるSO
2酸化反応率、曲線Ｂは拡散抑制層を備えている場合のS
O2酸化反応率を示す。図５から判るように、第一実施形
態の排気浄化触媒によれば、SO2が金属担持層に到達す
ることが抑制されるため、触媒温度が上昇したときのSO
2酸化反応率の増大率は拡散抑制層を備えていない排気
浄化触媒におけるSO2酸化反応率の増大率より小さい。
し、有害物質であるSO3が多量に生成される。図５は触
媒温度とSO2酸化反応率との関係を示す図である。な
お、曲線Ａは拡散抑制層を備えていない場合におけるSO
2酸化反応率、曲線Ｂは拡散抑制層を備えている場合のS
O2酸化反応率を示す。図５から判るように、第一実施形
態の排気浄化触媒によれば、SO2が金属担持層に到達す
ることが抑制されるため、触媒温度が上昇したときのSO
2酸化反応率の増大率は拡散抑制層を備えていない排気
浄化触媒におけるSO2酸化反応率の増大率より小さい。
ところで各成分、すなわちHC、CO、SOFおよびSO2が金
属担持層に到達することが抑制される拡散抑制効果は各
成分によって異なる。図６は触媒温度とHC、COおよびSO
Fの酸化反応速度およびSO2酸化反応速度との関係を示す
図である。なお、曲線ＣはHC、COおよびSOFの酸化反応
速度、曲線ＤはSO2酸化反応速度を示す。また、鎖線は
拡散抑制層が設けられていないときの酸化反応速度の変
化を示し、実線は拡散抑制層が設けられているときの酸
化反応速度の変化を示す。
属担持層に到達することが抑制される拡散抑制効果は各
成分によって異なる。図６は触媒温度とHC、COおよびSO
Fの酸化反応速度およびSO2酸化反応速度との関係を示す
図である。なお、曲線ＣはHC、COおよびSOFの酸化反応
速度、曲線ＤはSO2酸化反応速度を示す。また、鎖線は
拡散抑制層が設けられていないときの酸化反応速度の変
化を示し、実線は拡散抑制層が設けられているときの酸
化反応速度の変化を示す。
図６から判るように、触媒温度が予め定められた温度
T1を越えたとき、拡散抑制層を備えた触媒におけるHC、
COおよびSOFの酸化反応速度が、拡散抑制層を備えてい
ない触媒におけるHC、COおよびSOFの酸化反応速度より
小さくなる。また、触媒温度が予め定められた温度T1よ
り高い予め定められた温度T2を越えたとき、拡散抑制層
を備えた触媒におけるSO2酸化反応率が拡散抑制層を備
えていない触媒におけるSO2酸化反応率より小さくな
る。
T1を越えたとき、拡散抑制層を備えた触媒におけるHC、
COおよびSOFの酸化反応速度が、拡散抑制層を備えてい
ない触媒におけるHC、COおよびSOFの酸化反応速度より
小さくなる。また、触媒温度が予め定められた温度T1よ
り高い予め定められた温度T2を越えたとき、拡散抑制層
を備えた触媒におけるSO2酸化反応率が拡散抑制層を備
えていない触媒におけるSO2酸化反応率より小さくな
る。
また、拡散抑制層によるHC、COおよびSOFの酸化反応
速度の低下率はSO2酸化反応速度の低下率より小さい。
すなわち拡散抑制層によるSO2拡散抑制効果はHC、COお
よびSOF拡散抑制効果より大きい。これは拡散抑制層に
対するSO2の吸着性が拡散抑制層に対するHC、COおよびS
OFの吸着性より高く、SO2はHC、COおよびSOFよりも金属
担持層に到達しにくいと考えられる。
速度の低下率はSO2酸化反応速度の低下率より小さい。
すなわち拡散抑制層によるSO2拡散抑制効果はHC、COお
よびSOF拡散抑制効果より大きい。これは拡散抑制層に
対するSO2の吸着性が拡散抑制層に対するHC、COおよびS
OFの吸着性より高く、SO2はHC、COおよびSOFよりも金属
担持層に到達しにくいと考えられる。
したがって拡散抑制層を備えた触媒では触媒温度が予
め定められた温度T2以下であるときにはSO2の酸化反応
速度が比較的遅く維持される一方でHC、COおよびSOFの
酸化反応速度が比較的速く維持されるため、SO2の酸化
を抑制しつつHC、COおよびSOFを十分に浄化できる。一
方、触媒温度が予め定められた温度T2以上であるときに
は予め定められた温度T2以上で急上昇するSO2酸化速度
が拡散抑制層により大幅に抑制される一方でHC、COおよ
びSOFの酸化反応速度が比較的速く維持される。このた
め触媒温度が予め定められた温度T2以上であるときにお
いても、SO2の酸化を抑制しつつHC、COおよびSOFを十分
に浄化できる。
め定められた温度T2以下であるときにはSO2の酸化反応
速度が比較的遅く維持される一方でHC、COおよびSOFの
酸化反応速度が比較的速く維持されるため、SO2の酸化
を抑制しつつHC、COおよびSOFを十分に浄化できる。一
方、触媒温度が予め定められた温度T2以上であるときに
は予め定められた温度T2以上で急上昇するSO2酸化速度
が拡散抑制層により大幅に抑制される一方でHC、COおよ
びSOFの酸化反応速度が比較的速く維持される。このた
め触媒温度が予め定められた温度T2以上であるときにお
いても、SO2の酸化を抑制しつつHC、COおよびSOFを十分
に浄化できる。
したがって本発明の触媒によれば触媒温度にかかわら
ずSO2の酸化を抑制しつつHC、COおよびSOFを十分に浄化
できる。
ずSO2の酸化を抑制しつつHC、COおよびSOFを十分に浄化
できる。
ところで金属担持層におけるHC、COおよびSOFの滞留
期間が短いと、これらHC、COおよびSOFが金属担持層に
おいて浄化されずに触媒から外部に放出されることがあ
る。
期間が短いと、これらHC、COおよびSOFが金属担持層に
おいて浄化されずに触媒から外部に放出されることがあ
る。
したがって第二実施形態の排気浄化触媒の目的は金属
担持層におけるHC、COおよびSOFの滞留期間を増大する
ことにある。
担持層におけるHC、COおよびSOFの滞留期間を増大する
ことにある。
図７は第二実施形態の排気浄化触媒の断面図である。
第二実施形態の排気浄化触媒では、担体基材10と金属担
持層12との間にHC、COおよびSOFの拡散を抑制する第二
の拡散抑制層16が形成される。第二の拡散抑制層16は多
孔質の層である。また、第二の拡散抑制層16の材質はア
ルミナ、チタニア、シリカおよびジルコニアから選択さ
れる。
第二実施形態の排気浄化触媒では、担体基材10と金属担
持層12との間にHC、COおよびSOFの拡散を抑制する第二
の拡散抑制層16が形成される。第二の拡散抑制層16は多
孔質の層である。また、第二の拡散抑制層16の材質はア
ルミナ、チタニア、シリカおよびジルコニアから選択さ
れる。
第二実施形態の排気浄化触媒によれば、金属担持層12
に担持された触媒金属により浄化されずに金属担持層12
を通過したHC、COおよびSOFは、第二の拡散抑制層16に
より金属担持層12付近に留められる。したがってHC、CO
およびSOFが触媒金属付近に留められる機会が増すた
め、HC、COおよびSOFの浄化率が増大する。
に担持された触媒金属により浄化されずに金属担持層12
を通過したHC、COおよびSOFは、第二の拡散抑制層16に
より金属担持層12付近に留められる。したがってHC、CO
およびSOFが触媒金属付近に留められる機会が増すた
め、HC、COおよびSOFの浄化率が増大する。
また、第二の拡散抑制層16としてHCを吸着する吸着層
を担体基材10と金属担持層12との間に形成してもよい。
吸着層の材質は例えばアルミナとシリカとからなるゼオ
ライトである。触媒金属により浄化させずに金属担持層
を通過したHCは吸着層に吸着される。したがってHCが金
属担持層12付近に留められる機会が増大するため、第二
の拡散抑制層を備えた触媒に比べてHCの浄化率がさらに
増大する。なお、吸着層も多孔質の層であるため、COお
よびSOFの拡散も抑制され、COおよびSOFの浄化率は第二
の拡散抑制層を備えた触媒と略等しく維持される。
を担体基材10と金属担持層12との間に形成してもよい。
吸着層の材質は例えばアルミナとシリカとからなるゼオ
ライトである。触媒金属により浄化させずに金属担持層
を通過したHCは吸着層に吸着される。したがってHCが金
属担持層12付近に留められる機会が増大するため、第二
の拡散抑制層を備えた触媒に比べてHCの浄化率がさらに
増大する。なお、吸着層も多孔質の層であるため、COお
よびSOFの拡散も抑制され、COおよびSOFの浄化率は第二
の拡散抑制層を備えた触媒と略等しく維持される。
SO2が金属担持層12に到達することを抑制するために
担体基材に対して最も外側に設けられた拡散抑制層14の
孔の平均径を金属担持層12の孔の平均径より小さくして
SO2拡散抑制効果をさらに増大することもできる。
担体基材に対して最も外側に設けられた拡散抑制層14の
孔の平均径を金属担持層12の孔の平均径より小さくして
SO2拡散抑制効果をさらに増大することもできる。
また、SO2が金属担持層12に到達することを抑制する
ために担体基材に対して最も外側に設けられた拡散抑制
層14にSO2と親和性の高い成分を添加し、SO2を拡散抑制
層14にトラップしてSO2拡散抑制効果をさらに増大する
こともできる。なお、親和性の高い成分は例えばZrなど
の遷移金属、希土類元素、アルカリ金属、アルカリ土類
金属である。
ために担体基材に対して最も外側に設けられた拡散抑制
層14にSO2と親和性の高い成分を添加し、SO2を拡散抑制
層14にトラップしてSO2拡散抑制効果をさらに増大する
こともできる。なお、親和性の高い成分は例えばZrなど
の遷移金属、希土類元素、アルカリ金属、アルカリ土類
金属である。
ところで排気浄化触媒の層は排気ガスの熱の影響を受
ける。特に上記実施形態の排気浄化触媒の拡散抑制層は
排気ガスの熱の影響を大きく受ける。このため排気浄化
触媒の各層、特に拡散抑制層は排気ガスの熱により劣化
する。
ける。特に上記実施形態の排気浄化触媒の拡散抑制層は
排気ガスの熱の影響を大きく受ける。このため排気浄化
触媒の各層、特に拡散抑制層は排気ガスの熱により劣化
する。
また、硫黄に対する被毒耐性が比較的高いチタニアを
拡散抑制層の材料として用いることが好ましいが、チタ
ニアは熱劣化しやすいという問題がある。
拡散抑制層の材料として用いることが好ましいが、チタ
ニアは熱劣化しやすいという問題がある。
したがって、第三実施形態の排気浄化触媒の目的は排
気浄化触媒の各層の熱劣化、特に拡散抑制層の熱劣化を
抑制することにある。
気浄化触媒の各層の熱劣化、特に拡散抑制層の熱劣化を
抑制することにある。
図８は第三実施形態の排気浄化触媒の断面図である。
第三実施形態の排気浄化触媒では第一実施形態の排気浄
化触媒に加えて金属担持層12とは反対側に位置する拡散
抑制層14の表面に排気ガスの熱による拡散抑制層14の劣
化を抑制するための予め定められた厚さの熱劣化抑制層
18が形成される。熱劣化抑制層18の材質は例えば耐熱性
の高いアルミナまたはゼオライトである。また、熱劣化
抑制層18は多孔質の層である。したがってSO2が金属担
持層に到達することを抑制する。すなわち第三実施形態
では拡散抑制層14と熱劣化抑制層18とがSO2が金属担持
層に到達することを抑制する拡散抑制層として機能す
る。言い換えれば金属担持層とは反対側の拡散抑制層の
表面から拡散抑制層の内部へ予め定められた厚さの部分
が熱劣化抑制層18を形成し、残りの部分が拡散抑制層14
を形成する。なお、拡散抑制層14に熱劣化抑制層18を加
えた厚さはHC、COおよびSOFが金属担持層12に到達する
ことを妨げないように約170μｍ以下であり、好ましく
は数μｍ〜数十μｍである。
第三実施形態の排気浄化触媒では第一実施形態の排気浄
化触媒に加えて金属担持層12とは反対側に位置する拡散
抑制層14の表面に排気ガスの熱による拡散抑制層14の劣
化を抑制するための予め定められた厚さの熱劣化抑制層
18が形成される。熱劣化抑制層18の材質は例えば耐熱性
の高いアルミナまたはゼオライトである。また、熱劣化
抑制層18は多孔質の層である。したがってSO2が金属担
持層に到達することを抑制する。すなわち第三実施形態
では拡散抑制層14と熱劣化抑制層18とがSO2が金属担持
層に到達することを抑制する拡散抑制層として機能す
る。言い換えれば金属担持層とは反対側の拡散抑制層の
表面から拡散抑制層の内部へ予め定められた厚さの部分
が熱劣化抑制層18を形成し、残りの部分が拡散抑制層14
を形成する。なお、拡散抑制層14に熱劣化抑制層18を加
えた厚さはHC、COおよびSOFが金属担持層12に到達する
ことを妨げないように約170μｍ以下であり、好ましく
は数μｍ〜数十μｍである。
熱劣化抑制層18の材質がHC吸着性能を有するゼオライ
トであるときにはHCが熱劣化抑制層18に吸着される。こ
のため排気浄化触媒の温度が触媒活性温度にないとき、
HCは排気浄化触媒の温度が触媒活性温度になるまで熱劣
化抑制層18に吸着せしめられる。したがって排気浄化触
媒におけるHC浄化率が増大する。また、霧状のSOFは熱
劣化抑制層18に付着したあとに蒸発して気体状となる。
SOFは気体状のときに浄化されやすい。したがって排気
浄化触媒におけるSOF浄化率が増大する。
トであるときにはHCが熱劣化抑制層18に吸着される。こ
のため排気浄化触媒の温度が触媒活性温度にないとき、
HCは排気浄化触媒の温度が触媒活性温度になるまで熱劣
化抑制層18に吸着せしめられる。したがって排気浄化触
媒におけるHC浄化率が増大する。また、霧状のSOFは熱
劣化抑制層18に付着したあとに蒸発して気体状となる。
SOFは気体状のときに浄化されやすい。したがって排気
浄化触媒におけるSOF浄化率が増大する。
また、熱劣化抑制層18に微量の貴金属を担持させても
よい。貴金属はHC、CO、SOFおよびSO2を酸化する。しか
しながら、HC、COおよびSOFの酸化速度はSO2の酸化速度
より速い。したがって硫化物の生成を抑制しつつHC、CO
およびSOFの浄化率を増大することができる。
よい。貴金属はHC、CO、SOFおよびSO2を酸化する。しか
しながら、HC、COおよびSOFの酸化速度はSO2の酸化速度
より速い。したがって硫化物の生成を抑制しつつHC、CO
およびSOFの浄化率を増大することができる。
したがって第三実施形態の排気浄化触媒によれば排気
ガスの熱による排気浄化触媒の各層の劣化が抑制され
る。特に第三実施形態の排気浄化触媒によれば排気ガス
の熱による拡散抑制層の劣化が抑制される。
ガスの熱による排気浄化触媒の各層の劣化が抑制され
る。特に第三実施形態の排気浄化触媒によれば排気ガス
の熱による拡散抑制層の劣化が抑制される。
排気浄化触媒はその温度が予め定められた温度（触媒
活性温度）より高いときに予め定められた値より高い浄
化率を示す。したがって排気浄化触媒の浄化率を高める
ためには触媒温度を素早く触媒活性温度まで増大して触
媒温度を触媒活性温度より高く維持する必要がある。触
媒温度を素早く触媒活性温度まで増大するためには、よ
りエンジン付近に排気浄化触媒を配置すればよい。しか
しながら、排気浄化触媒の耐熱性が低いと排気浄化触媒
は排気ガスの熱により劣化してしまう。また、排気浄化
触媒の触媒温度が高いとSO2酸化反応速度が増大するた
め、有害物質であるSO3が多量に生成されるという問題
がある。
活性温度）より高いときに予め定められた値より高い浄
化率を示す。したがって排気浄化触媒の浄化率を高める
ためには触媒温度を素早く触媒活性温度まで増大して触
媒温度を触媒活性温度より高く維持する必要がある。触
媒温度を素早く触媒活性温度まで増大するためには、よ
りエンジン付近に排気浄化触媒を配置すればよい。しか
しながら、排気浄化触媒の耐熱性が低いと排気浄化触媒
は排気ガスの熱により劣化してしまう。また、排気浄化
触媒の触媒温度が高いとSO2酸化反応速度が増大するた
め、有害物質であるSO3が多量に生成されるという問題
がある。
したがって第一実施形態のエンジンの目的は排気浄化
触媒の熱劣化およびSO2の酸化を抑制しつつ排気浄化触
媒の触媒温度を素早く触媒活性化温度まで増大すること
を目的とする。
触媒の熱劣化およびSO2の酸化を抑制しつつ排気浄化触
媒の触媒温度を素早く触媒活性化温度まで増大すること
を目的とする。
図９は第一実施形態のエンジンの断面図である。図９
において21は機関本体である。機関本体21内には燃焼室
22が形成される。燃焼室22内にはピストン23が配置され
る。また、機関本体21は燃焼室22内に燃料を噴射するた
めの燃料噴射弁24を具備する。さらに、機関本体21内に
は吸気ポート25および排気ポート26が形成される。吸気
ポート25には吸気通路27が接続される。また、燃焼室22
内へ開口した吸気ポート25の開口には吸気弁28が配置さ
れる。一方、排気ポート26には排気通路29が接続され
る。また、燃焼室22内へ開口した排気ポート26の開口に
は排気弁30が配置される。
において21は機関本体である。機関本体21内には燃焼室
22が形成される。燃焼室22内にはピストン23が配置され
る。また、機関本体21は燃焼室22内に燃料を噴射するた
めの燃料噴射弁24を具備する。さらに、機関本体21内に
は吸気ポート25および排気ポート26が形成される。吸気
ポート25には吸気通路27が接続される。また、燃焼室22
内へ開口した吸気ポート25の開口には吸気弁28が配置さ
れる。一方、排気ポート26には排気通路29が接続され
る。また、燃焼室22内へ開口した排気ポート26の開口に
は排気弁30が配置される。
さらに排気ポート26内には排気ガスを浄化するための
排気浄化触媒31が配置される。ここでの排気浄化触媒は
第三実施形態の排気浄化触媒である。
排気浄化触媒31が配置される。ここでの排気浄化触媒は
第三実施形態の排気浄化触媒である。
排気浄化触媒31には拡散抑制層14の熱劣化を抑制する
熱劣化抑制層18が設けられている。このため排気浄化触
媒31を排気ポート26に配置することができる。したがっ
て排気浄化触媒31の触媒温度を素早く触媒活性化温度ま
で増大することができる。また、排気浄化触媒31にはSO
2が金属担持層12に到達することを防止する拡散抑制層1
4が設けられている。このため排気浄化触媒の触媒温度
が増大せしめられてもSO2が金属担持層12において酸化
されて硫黄酸化物が生成されることが抑制される。
熱劣化抑制層18が設けられている。このため排気浄化触
媒31を排気ポート26に配置することができる。したがっ
て排気浄化触媒31の触媒温度を素早く触媒活性化温度ま
で増大することができる。また、排気浄化触媒31にはSO
2が金属担持層12に到達することを防止する拡散抑制層1
4が設けられている。このため排気浄化触媒の触媒温度
が増大せしめられてもSO2が金属担持層12において酸化
されて硫黄酸化物が生成されることが抑制される。
したがって第一実施形態のエンジンによれば排気浄化
触媒の熱劣化およびSO2の酸化を抑制しつつ排気浄化触
媒の触媒温度を素早く触媒活性化温度まで増大すること
ができる。
触媒の熱劣化およびSO2の酸化を抑制しつつ排気浄化触
媒の触媒温度を素早く触媒活性化温度まで増大すること
ができる。
また、SOFが排気浄化触媒に付着すると排気浄化触媒
の浄化能力が低下する。しかしながら、第一実施形態の
エンジンによれば排気浄化触媒の温度が高温に維持され
るため、SOFは排気浄化触媒に付着せずに酸化される。
したがって第一実施形態のエンジンによれば排気浄化触
媒におけるSOF被毒を抑制することができる。
の浄化能力が低下する。しかしながら、第一実施形態の
エンジンによれば排気浄化触媒の温度が高温に維持され
るため、SOFは排気浄化触媒に付着せずに酸化される。
したがって第一実施形態のエンジンによれば排気浄化触
媒におけるSOF被毒を抑制することができる。
また、排気通路29には過給機の排気側タービンホイー
ル32が配置される。排気側タービンホイール32は熱エネ
ルギを吸収するため、排気側タービンホイール32の排気
下流側の排気ガスの温度は排気側タービンホイール32の
排気上流側の排気ガスの温度より低い。排気側タービン
ホイール32の上流側における排気ガスの温度は熱劣化抑
制層を備えていない排気浄化触媒にとって高いため、排
気浄化触媒が熱劣化する。このため熱劣化抑制層を備え
ていない排気浄化触媒は排気側タービンホイール32の下
流側に配置されなければならない。しかしながら、排気
側タービンホイール32の下流側の排気ガスの温度が低い
ため、排気浄化触媒の温度が触媒活性化温度まで増大し
ない。
ル32が配置される。排気側タービンホイール32は熱エネ
ルギを吸収するため、排気側タービンホイール32の排気
下流側の排気ガスの温度は排気側タービンホイール32の
排気上流側の排気ガスの温度より低い。排気側タービン
ホイール32の上流側における排気ガスの温度は熱劣化抑
制層を備えていない排気浄化触媒にとって高いため、排
気浄化触媒が熱劣化する。このため熱劣化抑制層を備え
ていない排気浄化触媒は排気側タービンホイール32の下
流側に配置されなければならない。しかしながら、排気
側タービンホイール32の下流側の排気ガスの温度が低い
ため、排気浄化触媒の温度が触媒活性化温度まで増大し
ない。
一方、第一実施形態のエンジンによれば、排気浄化触
媒31は排気側タービンホイール32の上流側に配置可能で
ある。すなわち排気浄化触媒31は燃焼室22と排気側ター
ビンホイール32との間の排気系に配置可能である。した
がって排気浄化触媒の温度が触媒活性化温度まで増大せ
しめられる。
媒31は排気側タービンホイール32の上流側に配置可能で
ある。すなわち排気浄化触媒31は燃焼室22と排気側ター
ビンホイール32との間の排気系に配置可能である。した
がって排気浄化触媒の温度が触媒活性化温度まで増大せ
しめられる。
なお、『上流側』および『下流側』とは排気ガスの流
れに沿って用いた用語であり、排気系とは排気通路また
は排気ポートである。
れに沿って用いた用語であり、排気系とは排気通路また
は排気ポートである。
ところでディーゼルエンジンから排出される排気ガス
にはSOFや煤などの排気微粒子が含まれている。排気微
粒子は下流側へ流れる間にその大きさが大きくなる。す
なわち排気微粒子は上流側ではその大きさが小さい。上
記第一実施形態のエンジンでは排気浄化触媒31は燃焼室
22に比較的近い排気ポート26内に配置されている。この
ため排気浄化触媒31を通過する排気ガス中の排気微粒子
の大きさは比較的小さく、排気浄化触媒31は排気微粒子
を捕集して浄化することができない可能性がある。した
がって第四実施形態の排気浄化触媒の目的は排気浄化触
媒を燃焼室近傍の排気系に配置しても排気微粒子を浄化
することにある。
にはSOFや煤などの排気微粒子が含まれている。排気微
粒子は下流側へ流れる間にその大きさが大きくなる。す
なわち排気微粒子は上流側ではその大きさが小さい。上
記第一実施形態のエンジンでは排気浄化触媒31は燃焼室
22に比較的近い排気ポート26内に配置されている。この
ため排気浄化触媒31を通過する排気ガス中の排気微粒子
の大きさは比較的小さく、排気浄化触媒31は排気微粒子
を捕集して浄化することができない可能性がある。した
がって第四実施形態の排気浄化触媒の目的は排気浄化触
媒を燃焼室近傍の排気系に配置しても排気微粒子を浄化
することにある。
図10は第四実施形態の排気浄化触媒の断面図である。
第四実施形態の排気浄化触媒では排気浄化触媒31の入口
端33と出口端34との間の排気浄化触媒31のほぼ中央部分
に排気微粒子を捕集するためのフィルタ35が配置され
る。フィルタ35は例えばフォームフィルタや金属不織布
である。
第四実施形態の排気浄化触媒では排気浄化触媒31の入口
端33と出口端34との間の排気浄化触媒31のほぼ中央部分
に排気微粒子を捕集するためのフィルタ35が配置され
る。フィルタ35は例えばフォームフィルタや金属不織布
である。
フィルタ35は比較的小さな排気微粒子を捕集できる。
フィルタ35に捕集された排気微粒子は排気ガスの熱およ
びフィルタ35の上流側の排気浄化触媒31における排気ガ
ス浄化反応により発生した熱により燃焼せしめられる。
したがって第四実施形態の排気浄化触媒によれば排気浄
化触媒を燃焼室近傍の排気系に配置しても排気微粒子を
浄化することができる。
フィルタ35に捕集された排気微粒子は排気ガスの熱およ
びフィルタ35の上流側の排気浄化触媒31における排気ガ
ス浄化反応により発生した熱により燃焼せしめられる。
したがって第四実施形態の排気浄化触媒によれば排気浄
化触媒を燃焼室近傍の排気系に配置しても排気微粒子を
浄化することができる。
また、排気浄化触媒31では排気ガス浄化反応に伴いNO
2が生成される。NO2は煤の燃焼を促進する触媒として機
能をする。したがってフィルタ35の上流側の排気浄化触
媒31において生成されたNO2がフィルタ35に流入するた
め、排気微粒子中の煤が容易に燃焼せしめられる。すな
わちフィルタ35に捕集された煤が早期に燃焼せしめられ
る。このためフィルタ35の流抵抗の増大を抑制すること
ができ、フィルタ35を排気浄化触媒31内に配置しても排
気ガスの排気性能を高く維持することができる。
2が生成される。NO2は煤の燃焼を促進する触媒として機
能をする。したがってフィルタ35の上流側の排気浄化触
媒31において生成されたNO2がフィルタ35に流入するた
め、排気微粒子中の煤が容易に燃焼せしめられる。すな
わちフィルタ35に捕集された煤が早期に燃焼せしめられ
る。このためフィルタ35の流抵抗の増大を抑制すること
ができ、フィルタ35を排気浄化触媒31内に配置しても排
気ガスの排気性能を高く維持することができる。
なお、排気微粒子の浄化作用を向上するためにフィル
タ35に触媒金属を担持させてもよい。
タ35に触媒金属を担持させてもよい。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 竹島 伸一
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(72)発明者 伊藤 和浩
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(56)参考文献 特開 平４−358539（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−57191（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B01J 21/00 - 38/74
B01D 53/94
F01N 3/28
Claims (5)
- 【請求項１】担体基材を具備し、触媒金属を担持した多
孔質の金属担持層を該担体基材の表面に形成したディー
ゼルエンジンの排気浄化触媒において、SO2の拡散を抑
制するために前記担体基材とは反対側の前記金属担持層
の表面に該金属担持層の平均細孔径よりも小さい平均細
孔径を有する多孔質のSO2拡散抑制層を設け、該SO2拡散
抑制層の厚みが170μｍ以下であり、前記金属担持層に
担持されている触媒金属の酸化力よりも酸化力が弱い触
媒金属が該SO2拡散抑制層に担持され、該SO2拡散抑制層
にSO2と親和性の高いアルカリ金属が担持されているこ
とを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化触媒。 - 【請求項２】前記担体基材と金属担持層との間にHC、C
O、および、SOFの拡散を抑制するための拡散抑制層を設
けたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエン
ジンの排気浄化触媒。 - 【請求項３】前記担体基材と金属担持層との間にHCを吸
着するためのHC吸着層を設けたことを特徴とする請求項
１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化触媒。 - 【請求項４】前記金属担持層とは反対側の前記SO2拡散
抑制層の表面から該SO2拡散抑制層の内部へ予め定めら
れた厚さの部分が耐熱性のある熱劣化抑制層となってい
ることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジ
ンの排気浄化触媒。 - 【請求項５】前記熱劣化抑制層となっているSO2拡散抑
制層の部分がアルミナから作製され、残りのSO2拡散抑
制層の部分がチタニアから作製されることを特徴とする
請求項４に記載のディーゼルエンジンの排気浄化触媒。
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