JP3419310B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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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浄化
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気浄化装置の中には、例え
ば特開平９−２２８８２８号公報に示されているよう
に、排気通路にＨＣ（炭化水素）吸着成分と触媒成分と
を有する吸着触媒装置を配設し、排気温度がこの吸着触
媒装置で一旦吸着したＨＣが脱離する温度に昇温する
と、空燃比をリーン側に制御することにより排気ガスを
酸素過剰状態にして、脱離したＨＣの酸化除去を行わせ
るようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、吸着触
媒装置で脱離したＨＣを良好に浄化させるためには、空
燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定して、排気ガス
中に脱離したＨＣと反応するのに十分な酸素を供給する
必要があり、このため、空燃比のリーン制御の度合いが
大きくなって、ＮＯx の排出量が増大するという相剋的
な問題を生じる。
【０００４】そこで、本発明は吸着触媒装置でのＨＣの
脱離によって、排気ガスが排気ガス中の酸素量に対する
ＨＣ濃度が大きくなるリッチ雰囲気となった場合でも、
該吸着触媒装置でのＨＣの酸化除去を徹底させることが
できて、空燃比のリーン制御の度合いを低めることがで
き、ＨＣ脱離時におけるＨＣ浄化とＮＯx 排出量の低減
化との両立を図ることができる内燃機関の排気浄化装置
を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈの貴金属のうち少くとも１種以上
の触媒成分を有する触媒装置と、ＨＣ吸着成分とＰｔ，
Ｐｄ，Ｒｈの貴金属のうち少くともＲｈを含む１種以上
の触媒成分とを有する吸着触媒装置とを排気通路に直列
に配置し、かつ、吸着触媒装置のＲｈ含有率を触媒装置
のＲｈ含有率よりも大きくした内燃機関の排気浄化装置
であって、前記吸着触媒装置が複数個直列に設けられ、
下流側の吸着触媒装置のＲｈ含有率又はＲｈ含有量を、
上流側の吸着触媒装置のＲｈ含有率又はＲｈ含有量より
も大きくしたことを特徴としている。
【０００６】請求項２の発明にあっては、請求項１に記
載の触媒装置の後流に吸着触媒装置を配置したことを特
徴としている。
【０００７】請求項３の発明にあっては、請求項２に記
載の触媒装置のＰｔ含有率又はＰｔ含有量を、吸着触媒
装置のＰｔ含有率又はＰｔ含有量よりも大きくしたこと
を特徴としている。
【０００８】請求項４の発明にあっては、請求項１〜３
に記載の触媒装置の総貴金属量と、吸着触媒装置の総貴
金属量とを等しくしたことを特徴としている。
【０００９】請求項５の発明にあっては、請求項１〜３
に記載の触媒装置の総貴金属量を、吸着触媒装置の総貴
金属量よりも大きくしたことを特徴としている。
【００１０】請求項６の発明にあっては、請求項１〜３
に記載の吸着触媒装置の総貴金属量を、触媒装置の総貴
金属量よりも大きくしたことを特徴としている。
【００１１】
【００１２】請求項７の発明にあっては、請求項１〜６
に記載の吸着触媒装置を、ハニカム担体の表面に設けた
下層側のＨＣ吸着剤層と、表面側の触媒層との積層構造
に構成したことを特徴としている。
【００１３】請求項８の発明にあっては、請求項１〜６
に記載の吸着触媒装置を、ハニカム担体の表面に触媒成
分とＨＣ吸着剤とが混合されたコート層を設けて構成し
たことを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】吸着触媒装置からＨＣが脱離している間
は、脱離したＨＣのために該吸着触媒装置上の雰囲気が
排気通路内の他の部分に比べてリッチ側に偏る。例え
ば、エンジンを理論空燃比に制御すれば吸着触媒装置上
の雰囲気は理論空然比相当の雰囲気よりもリッチ雰囲気
となり、吸着触媒装置上の雰囲気を理論空然比相当の雰
囲気にしようとすればエンジンをその分理論空然比より
もリーン側で運転することになる。
【００１５】一方、触媒成分のＲｈは、理論空然比から
若干リッチ側の空然比に亘る空然比幅の雰囲気中で高い
ＨＣ転化率が得られる物性を備えており、Ｐｔは理論空
然比から若干リーン側の空然比に亘る空然比幅の雰囲気
中で高いＨＣ転化率が得られる物性を備え、Ｐｄは理論
空然比の近傍の雰囲気中で特に高いＨＣ転化率が得られ
る物性を備えている。
【００１６】従って、請求項１に記載の発明によれば、
ＨＣ脱離時に吸着触媒装置上の雰囲気が若干リッチとな
っていても脱離ＨＣを良好に浄化できるので、ＨＣ脱離
時にエンジンを若干のリーン空然比又は理論空然比で運
転することが可能となり、この間のＮＯｘの排出を低く
抑制することができる。また、相対的にＰｔ又はＰｄの
含有率が大となる触媒装置では、若干のリーン空然比又
は理論空然比の雰囲気中でＨＣを良好に浄化するという
効果が得られる。さらに、吸着触媒装置は触媒装置と同
様に触媒成分が酸素の貯蔵作用を有しているため、吸着
触媒装置を複数個直列に設けてあると、上流側の吸着触
媒装置における酸素貯蔵作用によって、下流側の吸着触
媒装置へ酸素が行き届きにくくなる傾向となるが、該下
流側の吸着触媒装置のＲｈ含有率又はＲｈ含有量を、上
流側の吸着触媒装置のＲｈ含有率又はＲｈ含有量よりも
大きくしてあるため、該下流側の吸着触媒装置でも高い
ＨＣ転化率が得られる。また、このように複数個の吸着
触媒装置を直列に設けてあるため、上流側と下流側とで
吸着触媒装置のＨＣ脱離時期に温度差を持たせることが
できるため、ＨＣの浄化を徹底することができる。
【００１７】特に、請求項２に記載の発明のよれば、吸
着触媒装置よりも上流側に配置される触媒装置は、吸着
触媒装置よりも早期に昇温するので、吸着触媒装置が脱
離温度に達した時点である程度活性が進んでいることに
なる。ここで、ＨＣ脱離時にエンジンを若干のリーン空
然比又は理論空然比で運転する場合、このリーン空然比
又は理論空然比の排気ガスは、Ｐｔ又はＰｄの含有率が
大とされ、かつ、ある程度活性の進んだ触媒装置に流入
するので、排気ガス中のＨＣが良好に浄化される。つま
り、ＨＣ脱離時に、吸着触媒装置で脱離ＨＣの浄化を良
好に行うだけでなく、触媒装置でエンジンから排出され
るＨＣの浄化を良好に行うことができる。
【００１８】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
触媒装置は若干のリーン空然比の雰囲気中でＨＣを良好
に浄化できる。吸着触媒装置に吸着されるＨＣ量が多い
場合、ＨＣ脱離時に吸着触媒装置上の雰囲気が大幅にリ
ッチ側に偏る場合があり、このような場合はエンジンを
若干のリーン空然比で運転し、吸着触媒装置上の雰囲気
をＲｈが良好にＨＣを浄化できる程度のリッチ雰囲気に
する必要がある。このような場合でも、エンジンから排
出されたＨＣは、触媒装置で良好に浄化することができ
る。
【００１９】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜３の発明の効果に加えて、触媒装置の総貴金属量と、
吸着触媒装置の総貴金属量とを等しくしてあるため、該
吸着触媒装置でも触媒装置と同等の排気浄化性能を得る
ことができる。
【００２０】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜３の発明の効果に加えて、触媒装置の総貴金属量を、
吸着触媒装置の総貴金属量よりも大きくしてあるため、
触媒装置の低温活性を速めることができて該触媒装置の
排気浄化性能を高めることができる。
【００２１】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜３の発明の効果に加えて、吸着触媒装置の総貴金属量
を、触媒装置の総貴金属量よりも大きくしてあるため、
該吸着触媒装置の低温活性を速めて活性温度をＨＣ脱離
温度に近づけることができて、ＨＣの燃焼浄化性能を高
めることができる。
【００２２】
【００２３】
【００２４】請求項７，８に記載の発明によれば、請求
項１〜６の発明の効果に加えて、吸着触媒装置のＨＣ吸
着剤から脱離したＨＣを、周囲の触媒成分によって燃焼
浄化することができてＨＣの燃焼浄化をより一層徹底す
ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面と
共に詳述する。
【００２６】図１において、１はエンジン本体、２は排
気通路３の基部となる排気マニホルドを示し、この排気
通路３には排気マニホルド２に近接して触媒装置として
の３元触媒装置４を配設してあると共に、その下流にＨ
Ｃ吸着成分と３元触媒成分とを有する吸着触媒装置５を
配設してある。
【００２７】３元触媒装置４および吸着触媒装置５は、
何れも触媒貴金属としてＰｔ，Ｒｈの組合わせ、又はＰ
ｄ，Ｒｈの組合わせ、あるいはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈを組合
わせたものが用いられる。
【００２８】これら３元触媒装置４と吸着触媒装置５
は、３元触媒装置４の総貴金属量と吸着触媒装置５の総
貴金属量とを等しくした態様と、３元触媒装置４の総貴
金属量を吸着触媒装置５の総貴金属量よりも大きくした
態様、又は、吸着触媒装置５の総貴金属量を３元触媒装
置４の総貴金属量よりも大きくした態様とすることがで
きるが、何れの場合でも吸着触媒装置５のＲｈ含有率を
３元触媒装置４のＲｈ含有率よりも大きくしてある。
【００２９】一方、吸着触媒装置５は１つのハニカム担
体の前半部にＨＣ吸着剤コート層を、および後半部に３
元触媒コート層を設けた構造のものが用いられる他、ハ
ニカム担体の表面に下層側のＨＣ吸着剤層と、表面側の
３元触媒層とを設けて積層構造としたものや、ハニカム
担体の表面に３元触媒成分とＨＣ吸着剤とが混合された
コート層を設けて構成したものを用いることができる。
なお、ＨＣ吸着剤としては公知のゼオライト等を用いる
ことができる。
【００３０】このような実施形態の構造によれば、例え
ば、エンジン本体１に理論空燃比の燃料を供給していて
も、排気ガスの温度が吸着触媒装置５で一旦吸着したＨ
Ｃが脱離する温度にまで上昇すると、該吸着触媒装置５
では脱離したＨＣによって排気ガスはリッチ雰囲気とな
る。
【００３１】一方、前述した触媒成分の中でもＲｈは排
気ガスがリッチ側となっても高いＨＣ転化率が得られる
物性を備えていて、吸着触媒装置５のＲｈ含有率を３元
触媒装置４のＲｈ含有率よりも大きくしてあるから、該
吸着触媒装置５からＨＣが脱離して排気ガスがリッチ雰
囲気となっても、該吸着触媒装置５でＨＣを効率よく燃
焼浄化させることができる。
【００３２】この結果、ＨＣ脱離時における空燃比のリ
ーン制御の度合いを低めることができて、ＨＣの浄化と
ＮＯx 排出量の低減化との両立を実現することができ
る。
【００３３】また、このように吸着触媒装置５でのＨＣ
浄化を良好に行えるため、場合によっては３元触媒装置
４はＲｈ成分を除くこともできる。
【００３４】特に、本実施形態では３元触媒装置４は、
高温保持される排気マニホルド２に近接配置してあるた
め、３元触媒装置４の低温活性を速めることができて、
３元触媒装置４の排気浄化性能を高めることができる。
【００３５】ここで、前記吸着触媒装置５として、ハニ
カム担体の表面に設けた下層側のＨＣ吸着剤層と、表面
側の３元触媒層との積層構造としたもの、あるいは、ハ
ニカム担体の表面に３元触媒成分とＨＣ吸着剤とが混合
されたコート層を設けて構成したものを用いれば、前述
のように吸着触媒装置５のＨＣ吸着剤からＨＣが脱離す
ると、その周囲の３元触媒成分によって速かにＨＣを燃
焼浄化することができて、ＨＣの浄化性能を高めること
ができる。
【００３６】一方、３元触媒装置４の総貴金属量と吸着
触媒装置５の総貴金属量とを等しくすれば、吸着触媒装
置５でも３元触媒装置４と同等の排気浄化性能を得るこ
とができる。
【００３７】また、３元触媒装置４の総貴金属量を吸着
触媒装置５の総貴金属量よりも大きくすれば、３元触媒
装置４の低温活性をより速めることができて、該３元触
媒装置４の排気浄化性能を更に高めることができる。
【００３８】これとは逆に、吸着触媒装置５の総貴金属
量を３元触媒装置４の総貴金属量よりも大きくすれば、
３元触媒装置４の下流で昇温特性が厳しくなる傾向にあ
る吸着触媒装置５の低温活性を速めて、活性温度をＨＣ
脱離温度に近づけることができてＨＣの燃焼浄化性能を
高めることができる。
【００３９】従って、エンジンコンセプトに応じて３元
触媒装置４の総貴金属量と吸着触媒装置５の総貴金属量
とを任意に選択して、最適な排気浄化性能を発揮させる
ことができる。
【００４０】図２は本発明の第２実施形態を示すもの
で、この第２実施形態にあっては、前記第１実施形態に
おける吸着触媒装置５の下流に第２の３元触媒装置４１
を設けると共に、その下流に第２の吸着触媒装置５１を
設けてある。
【００４１】３元触媒装置４，第２の３元触媒装置４
１，吸着触媒装置５、および第２の吸着触媒装置５１の
Ｒｈ含有率又はＲｈ含有量は、５１＞５＞４１≧４の関
係となるように設定してある。
【００４２】また、これら各触媒装置４，４１，５，５
１のＰｔ含有率又はＰｔ含有量は、４＞５≧５１≧４１
の関係となるように設定してある。
【００４３】従って、この第２実施形態の構成によれば
前記第１実施形態と同様の効果が得られる他、次に述べ
る効果を得ることができる。
【００４４】即ち、吸着触媒装置５は３元触媒装置４と
同様に３元触媒成分が酸素の貯蔵作用を有しているた
め、吸着触媒装置５，５１を直列に設けてあると上流側
の吸着触媒装置５における酸素貯蔵作用によって、下流
側の吸着触媒装置５１へ酸素が行き届きにくくなる傾向
となるが、該下流側の吸着触媒装置５１のＲｈ含有率又
はＲｈ含有量を、上流側の吸着触媒装置５のＲｈ含有率
又はＲｈ含有量よりも大きく設定してあるため、該下流
側の吸着触媒装置５１でも高いＨＣ転化率を得ることが
できる。
【００４５】しかも、このように複数個の吸着触媒装置
５，５１を直列に設けてあるため、上流側と下流側とで
吸着触媒装置５，５１のＨＣ脱離時期に温度差を持たせ
ることができ、例えば、３元触媒装置４が活性化するま
では吸着触媒装置５がＨＣ吸着可能限界を維持し、第２
の３元触媒装置４１が活性化するまでは第２の吸着触媒
装置５１がＨＣ吸着可能限界を維持するように、これら
吸着触媒装置５，５１のＨＣ脱離時期をずらすことがで
きて、ＨＣの浄化を徹底することができる。
【００４６】一方、３元触媒成分の中でもＰｔは排気ガ
スがリーン雰囲気側となっても高い転化率が得られる物
性を有しており、上流側の３元触媒装置４のＰｔ含有率
又はＰｔ含有量を、下流側の吸着触媒装置５，５１のＰ
ｔ含有率又はＰｔ含有量よりも大きく設定してあるた
め、排気ガスのリーン雰囲気からリッチ雰囲気に亘る広
い範囲でＨＣの燃焼浄化を良好に行わせることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す模式的説明図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す模式的説明図。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ２ 排気マニホルド ３ 排気通路 ４，４１ 触媒装置 ４，５１ 吸着触媒装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｂ 3/24 53/34 Ａ 3/28 ３０１ 53/36 １０２Ａ １０２Ｈ (56)参考文献 特開 平７−8755（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−287438（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−225265（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−166854（ＪＰ，Ａ) 特開2000−2111（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 B01D 53/86 F01N 3/20

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈの貴金属のうち少くと
    も１種以上の触媒成分を有する触媒装置と、ＨＣ吸着成
    分とＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈの貴金属のうち少くともＲｈを含
    む１種以上の触媒成分とを有する吸着触媒装置とを排気
    通路に直列に配置し、かつ、吸着触媒装置のＲｈ含有率
    を触媒装置のＲｈ含有率よりも大きくした内燃機関の排
    気浄化装置であって、 前記吸着触媒装置が複数個直列に設けられ、下流側の吸
    着触媒装置のＲｈ含有率又はＲｈ含有量を、上流側の吸
    着触媒装置のＲｈ含有率又はＲｈ含有量よりも大きくし
    たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 触媒装置の後流に吸着触媒装置を配置し
    たことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄
    化装置。
  3. 【請求項３】 触媒装置のＰｔ含有率又はＰｔ含有量
    を、吸着触媒装置のＰｔ含有率又はＰｔ含有量よりも大
    きくしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 触媒装置の総貴金属量と、吸着触媒装置
    の総貴金属量とを等しくしたことを特徴とする請求項１
    〜３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 触媒装置の総貴金属量を、吸着触媒装置
    の総貴金属量よりも大きくしたことを特徴とする請求項
    １〜３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 吸着触媒装置の総貴金属量を、触媒装置
    の総貴金属量よりも大きくしたことを特徴とする請求項
    １〜３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】 吸着触媒装置を、ハニカム担体の表面に
    設けた下層側のＨＣ吸着剤層と、表面側の触媒層との積
    層構造に構成したことを特徴とする請求項１〜６の何れ
    かに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】 吸着触媒装置を、ハニカム担体の表面に
    触媒成分とＨＣ吸着剤とが混合されたコート層を設けて
    構成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載
    の内燃機関の排気浄化装置。
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