JPH07232084A - 排ガス浄化用吸着・触媒体、吸着体、排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法 - Google Patents

排ガス浄化用吸着・触媒体、吸着体、排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法

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JPH07232084A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 隔壁によって仕切られた、ガス流れ方向に実
質的に平行な多数の貫通孔を有するハニカム構造体15
上に、炭化水素吸着能を有する吸着層と三元性能又は酸
化性能を有する触媒層とが担持されてなる排ガス浄化用
吸着・触媒体であって、前記ガス流れ方向と直角方向
に、ある断面で吸着層と触媒層とが分離して担持されて
いる排ガス浄化用吸着・触媒体。 【効果】 内燃機関から排出される排ガス中の有害成
分、特にコールドスタート時に大量発生するHCを効率
よく浄化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排ガス中の有害物質、
特にコールドスタート時に多量に発生する炭化水素(H
C)等を効果的に浄化できる排ガス浄化システム及び排
ガス浄化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】米国排ガス規制強化に対応するFTP試
験(LA−4モード)では、エンジンクランク後のコー
ルドスタート時、140秒以内(1山加速以内)に全H
Cエミッション量の7〜8割を放出する。しかし、この
間、従来の三元触媒は作用温度に到達するまでかなりの
時間がかかるため、大部分のHCは浄化されないまま放
出されることになる。
【0003】この問題を解決するために、電気通電加熱
方式の触媒(Electrically-Heated Catalyst;以下、
「EHC」という)や、ゼオライトを主成分とする吸着
材を排ガス管路中に配設する技術が提案されている。例
えば、特開平5−31359号公報には、EHC、吸着
体、メイン触媒の三要素が順序は任意であるが、排ガス
流路に直列に配置された自動車排ガス浄化用触媒コンバ
ーターが開示されている。また、SAE paper
No.920847には、触媒が充分に活性化された段
階でHCを脱離させる方法として、吸着材の上流側にバ
ルブを設置するバイパス方式が提案されている
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
5−31359号公報においては、上記の三要素につい
て、コールドスタート時のエミッション低減のために最
適な配置を特に開示しておらず、EHCへの投入電力を
低く抑えること等に関しての考慮もなされていない。ま
た、SAE paper No.920874のように
バイパス方式を採用したものは、浄化能の点では好適に
作用するが、システムが複雑となること及び配管中の耐
熱バルブの信頼性が乏しくなること等実用上多くの問題
がある。
【0005】本発明は、上記のような従来技術の問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、バイパス方式等のように複雑なシステムを要するこ
となく、排ガス中の有害物質、特にコールドスタート時
に多量に発生するHC等を効果的に浄化できる排ガス浄
化用吸着・触媒体、吸着体、排ガス浄化システム及び排
ガス浄化方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、隔壁に
よって仕切られた、ガス流れ方向に実質的に平行な多数
の貫通孔を有するハニカム構造体上に、炭化水素吸着能
を有する吸着層と三元性能又は酸化性能を有する触媒層
とが担持されてなる排ガス浄化用吸着・触媒体であっ
て、前記ガス流れ方向と直角方向に、ある断面で吸着層
と触媒層とが分離して担持されていることを特徴とする
排ガス浄化用吸着・触媒体、が提供される。
【0007】また、本発明によれば、隔壁によって仕切
られた、平行な多数の貫通孔を有するハニカム構造体上
に炭化水素吸着能を有する吸着層が担持されてなる排ガ
ス吸着体であって、該ハニカム構造体の一部に排ガスが
吹き抜ける吹き抜け部が形成されたことを特徴とする排
ガス浄化用吸着体、が提供される。
【0008】更に、本発明によれば、排気管内に上記の
ような排ガス浄化用吸着・触媒体を少なくとも1つ設置
し、更に該吸着・触媒体の排ガス流れ方向下流側に、ハ
ニカム構造体上に触媒層が担持されてなる触媒体を設置
してなることを特徴とする排ガス浄化システム、が提供
される。
【0009】更に、本発明によれば、排気管内に上記の
ような排ガス浄化用吸着体を少なくとも1つ設置し、更
に該吸着体の排ガス流れ方向下流側に、ハニカム構造体
上に触媒層が担持されてなる触媒体を設置してなること
を特徴とする排ガス浄化システム、が提供される。
【0010】更にまた、本発明によれば、上記のような
排ガス浄化システムを用い、内燃機関のコールドスター
ト時に発生する排ガス中の炭化水素等が吸着・触媒体及
び/又は吸着体の吸着層に吸着され、該吸着層の排ガス
による温度上昇に伴って該吸着層から脱離していく過程
において、ある一定期間排ガス中に酸化性ガスの添加を
行うか、又は燃焼用空気と燃料量との調節を行うことに
より、酸素過剰の排ガス組成とし、脱離した炭化水素等
を吸着・触媒体及び/又は触媒体の触媒層で燃焼せしめ
ることを特徴とする排ガス浄化方法、が提供される。な
お、本発明において、ハニカム構造体とは、隔壁よって
仕切られた、平行な多数の貫通孔を有する構造体を意味
し、板状型等をも含む。
【0011】次に、本発明の基本原理を説明する。通
常、配管内に吸着体と触媒体とが排ガス流れ方向の上流
側から順に配設された場合、コールドスタート時に吸着
体が排ガスによって加熱され、次いで触媒体が加熱され
るため、上流側の吸着体が下流側の触媒体より常に先に
温度上昇する。したがって、吸着体の吸着層がHCを好
適に吸着し、脱離し始める時(80〜100℃位)に、
下流側の触媒体はまだ着火温度に到達していない(10
0℃未満)ので、結果的に脱離したHCは未浄化のまま
系外へ流出する。また、仮に吸着体の吸着層に触媒成分
が含まれていたとしても、脱離したHCの浄化効率は不
充分である。以上の問題に対し、本発明は、特定の吸着
・触媒体又は吸着体を用いて下流側の触媒体の昇温速度
を増し、上流側の吸着・触媒体又は吸着体から脱離した
HCを効率的に浄化せしめるものである。
【0012】基本原理を特定の吸着・触媒体を例にとっ
て説明すると、HCが最も多量に発生するスタートのア
イドリング時は排ガス流量が少なく、吸着・触媒体の入
口面に比較的均一に排ガスが流れ込むため、吸着・触媒
体の吸着層が担持された部分(以下、「吸着部」とい
う)に多くのHCが吸着される。次に、加速段階では排
ガス流量が多くなるが、この場合、好ましくは、吸着・
触媒体の触媒層が担持された部分(以下、「触媒部」と
いう)に多くの排ガスが流れるように、配管構造を工夫
するか、吸着・触媒体の直前もしくは直後に排ガス流ガ
イド等を配置する。
【0013】これとは別の手法として、触媒部の少なく
とも一部分のガス流れ方向に対する長さを、吸着部のガ
ス流れ方向に対する長さより短くする手法もとれる。ま
た、触媒部の少なくとも一部分の開口率を吸着部の開口
率より大きくするといった手法も用いられる。ここで、
開口率とは、ハニカム構造体の断面積に対する、隔壁に
よって仕切られた貫通孔の断面積の総和すなわちガス通
過面積の割合を意味する。さらには、吸着層の昇温速度
を抑える(HCの脱離開始時期を遅らせる)目的で、種
々の方法を用いて吸着部の熱容量を触媒部の熱容量より
大きくする手法も用いられる。これらの手法により、加
速段階においても、吸着・触媒体の吸着部は排ガスによ
る加熱を受けにくく、あるいはそれ自体昇温しにくい構
造を有することになるため、引き続きある一定期間HC
を吸着し続け、HCの脱離へ至る。
【0014】一方、吸着・触媒体の触媒部は、前述の手
法等により急峻に加熱され、早期に着火して大きな反応
熱を生み、これが対流伝熱によって下流側に配設した触
媒体を確実に着火に至らしめる。すなわち、吸着・触媒
体の吸着部の昇温を極力抑え、触媒部と下流側の触媒体
の昇温を極力速めることにより、結果的に吸着部から脱
離したHCは、少なくとも下流側に配置した既に着火状
態にある触媒体によって浄化される。
【0015】具体的には、吸着部からHCが脱離し始め
た時、下流側の触媒体が150℃以上、好ましくは25
0℃以上の温度に到達しているようにすることが望まし
い。また、脱離したHCを浄化するために不足する酸化
剤は、二次空気の導入あるいは燃焼用空気と燃料量の調
節によって補給される。なお、ハニカム構造体の材料と
しては、メタル質のものを用いてもよいが、セラミッ
ク、特に多孔質のコージェライトを用いると、熱伝導が
悪く、触媒部から吸着部に熱が伝わりにくいため、吸着
部の温度が容易に上昇せず、HCの脱離時期をより遅ら
せることができるので好ましい。
【0016】また、吸着層のみが担持され、一部の排ガ
スが吹き抜ける構造の吸着体を配するシステムにおいて
は、排ガスの熱の一部が吸着体を通り抜けて直接吸着体
の下流側の触媒体を加熱し、触媒体を早期に着火するこ
とができる。本発明においては、以下の吸着・触媒体、
吸着体及びシステムが好適に使用される。
【0017】[吸着・触媒体]円形断面を持つハニカム
構造体において、断面中心よりある半径を持ち、排ガス
流れ方向に円柱状に延びた部位に触媒層を担持し、その
外周部に吸着層を担持したものが好ましい。また、触媒
部の断面積がハニカム構造体の断面積の5〜80%であ
ると触媒の早期着火に特に好ましい。ハニカム構造体の
断面形状や触媒部の断面形状が円形でない場合でも、触
媒部のハニカム構造体に対する断面積比は5〜80%の
範囲とするのが好ましい。触媒部のハニカム構造体に対
する断面積比が5%未満では、触媒部の早期着火による
反応熱が小さく、下流側の触媒体の昇温が不充分なもの
となり、80%を超えると、吸着部の吸着能が低下す
る。
【0018】更に、吸着部と触媒部の温度差を大きくす
るために、吸着部のリブ厚を大きくする、セル密度を高
くする、吸着部におけるハニカム構造体材料の気孔率を
小さくする、吸着部の材質をメタルハニカム等の熱容量
の大きな材質とする、吸着層の担持量を増やす等によ
り、吸着部の熱容量を触媒部の熱容量より大きくするこ
とが好ましい。なお、触媒部については逆のことが言
え、触媒部の熱容量を吸着部のそれより小さくする種々
の手法が用いられる。中でも、触媒部のリブ厚を小さく
する、セル密度を低くする、触媒層の担持量を減らす等
の手法は触媒部の開口率を増大させ、その結果、触媒部
の低熱容量化、低圧損化にも寄与するので好ましい。
【0019】また、触媒部の少なくとも一部分の排ガス
流れ方向に対する長さを、吸着部の排ガス流れ方向に対
する長さより短くすることが好ましく、これにより、触
媒部の熱容量が小さくなるとともに、圧損が小さくなる
ため、エンジン加速時に多くの排ガスが流れ、触媒部が
早期に着火する。このように触媒部を短くした状態は、
ハニカム構造体の排ガス流れ方向の一部のみに触媒層を
担持することでも得られるが、図3の斜視図(a)及び断
面図(b)に示すように、ハニカム構造体15の一部をく
りぬいて、触媒部16の排ガス流れ方向の一部を空洞化
することで、触媒部16の排ガス流れ方向に対する長さ
を、吸着部17のそれより短くするのが特に好ましい。
【0020】また、触媒部又は吸着部は、どちらか一方
が他方を取り囲む状態でなくてもよく、更に触媒部又は
吸着部がそれぞれ2箇所以上に分かれていてもよい。ま
た、吸着・触媒体の前端部若しくは後端部又は長さ方向
の少なくとも一部の断面の全体あるいは一部が、吸着部
あるいは触媒部となっていてもよく、吸着部あるいは触
媒部が排ガス流れ方向に連続していなくてもよい。
【0021】[吸着体]排ガスが吹き抜ける吹き抜け部
を形成したハニカム構造体で、吹き抜け部以外の部分に
は吸着層が担持されており、吹き抜け部はハニカム構造
体の一部が排ガス入口から出口まで排ガス流れ方向と平
行に何も担持されていないものでもよいが、その部分が
空洞となっているものが好ましい。空洞部又は非担持部
は2箇所以上でもよい。空洞部又は非担持部の断面積
は、ハニカム構造体断面積の50%未満であることが好
ましい。また、吹き抜け部は、ハニカム構造体の貫通孔
と平行に形成してもよいし、貫通孔に対し所定の角度傾
かせて形成し、一部の排ガスはその吹き抜け部を通過
し、一部の排ガスが吸着層担持部へ流れ込んで、HCの
吸着・脱離が行われる構造としてもよい。
【0022】[システム]吸着・触媒体の下流側に吸着
部から脱離したHCを浄化するための触媒体を設ける。
更に、吸着・触媒体の上流側に早期着火用の触媒体を設
けることが好ましく、特に上流側触媒体の反応熱を迅速
に吸着・触媒体の触媒部に伝達するよう設計することが
好ましい。これらの触媒体はハニカム構造体上に触媒層
が担持されたものである。また、吸着・触媒体とその上
流側及び/又は下流側に設置した触媒体との間、及び/
又は吸着・触媒体の上流側に設置した触媒体の更に上流
側に電気通電加熱式のヒーター又はEHCを設けること
で、吸着・触媒体の吸着部のHC脱離コントロール、触
媒部の早期着火、及び/又は触媒体の早期着火が可能と
なり好ましい。また、排気管の形状・構造を工夫する
か、ジャマ板や排気流ガイド等の設置により、排ガスを
偏流させることで、エンジン加速時に吸着・触媒体の触
媒部に吸着部よりも多量の排ガスを流し、触媒部を早期
着火させる設計でもよい。
【0023】また、吸着体と吸着・触媒体とを組み合わ
せ、排ガス流内に連続して設置し、これらが全体として
吸着・触媒体の機能を発揮するよう設計することも好ま
しいシステムである。この場合、これらの吸着体と吸着
・触媒体を組み合わせたものの下流側には、吸着体から
脱離したHCを浄化するための触媒体が必要であり、更
にこれらの上流側にも触媒体が設けられることが好まし
い。一方、吸着・触媒体の代わりに吸着体を組み込んだ
システムも吸着・触媒体を組み込んだシステムと基本的
に同一であり、吸着体の下流側に吸着体から脱離したH
Cを浄化するための触媒体を設ける。更に、上述した吸
着・触媒体を組み込んだシステムと同様に、電気通電加
熱式ヒーターを設けたり、排ガスを偏流させて排ガス流
の一部が吸着体の吹き抜け部を通過するような構成とし
たシステムも好適に使用できる。吸着・触媒体や吸着体
は、それぞれ複数個設けてもよい。
【0024】更に、FTP試験全体の浄化特性も向上さ
せるため、これら吸着・触媒体及び/又は吸着体を使用
したシステムの下流側に、エンジン排気量に対してある
程度の容量を持った触媒体を設置することが好ましい。
吸着・触媒体及び/又は吸着体を含んだシステムの設置
位置としては、触媒層の早期着火のため、エンジン近傍
に設置することが好ましい。また、吸着・触媒体及び/
又は吸着体とその上流・下流に設置される触媒体との間
隔は、上流側の触媒層で発生した反応熱を迅速に下流側
の触媒層に伝え、下流側の触媒層の着火を促進させるた
め、近接していることが好ましい。
【0025】コールドスタート時に発生したHCを好適
に低減するためには、少なくとも触媒体又は触媒部が早
期着火することが肝要である。通常コールドスタート時
に起こり得る燃料リッチ領域では、触媒体又は触媒部に
よる燃焼反応が起こりにくく、加えて反応熱による加熱
促進効果も期待できないので、最もエンジンに近い触媒
体又は吸着・触媒体の上流側から酸化性のガス(例えば
二次空気)を導入するための酸化性ガス導入機構(例え
ば二次空気導入機構)を設置するか、燃料量と燃焼用空
気の量との調節を行うための燃料-燃焼用空気調節機構
(A/F調節機構)を設置して、コールドスタート時に
酸素過剰へ排ガス組成を調節する必要がある。
【0026】なお、ここでいう酸素過剰の排ガス組成と
は、通常の格別な制御手段を有さない内燃機関のコール
ドスタート時の排ガス組成に対し、酸素過剰側の組成を
とることを意味する。具体的には、ガソリン車を例にと
るならば、空燃比で14.0(弱還元側)以上、好まし
くは14.6〜19.0(当量点から酸化側)のリーン
側にシフトさせる。このようにリーン側にシフトさせる
ことにより、触媒体(又は触媒部)の酸化活性が飛躍的
に向上する。なお、改質ガソリンやメタノール等を燃料
にする場合には、理論空燃比そのものが変わるので、こ
のような場合には前述の空燃比を当量比λで換算して、
同一の値になるよう、好ましくはリーン側にシフトさせ
る。
【0027】また、吸着部又は吸着体に吸着されたHC
が、吸着部又は吸着体から脱離し始めた時、一時的に排
ガス組成は還元側にシフトするので、この時、触媒部又
は下流側の触媒体が着火温度に到達していても、脱離し
たHCの燃焼反応が不十分な場合もあり得る。このた
め、吸着・触媒体又は下流側の触媒体の前方(上流側)
に、少なくとも1つの酸化性ガス導入機構及び/又は燃
料-燃焼用空気調節機構を設置して、脱離したHCを触
媒部又は触媒体で効率よく燃焼させ得る酸素過剰の排ガ
ス組成とすることが必要である。すなわち、触媒部又は
触媒体を早期着火するため、及び吸着部又は吸着体から
脱離したHCを触媒部又は下流側の触媒体で好適に除去
するための2つの目的で、酸化性ガス導入機構及び/又
は燃料-燃焼用空気調節機構が必要となる。
【0028】なお、吸着部又は吸着体に吸着されたHC
が吸着部又は吸着体から脱離し始めたことを検知可能な
検出手段、例えばO2センサーやHCセンサーを、少な
くとも吸着・触媒体又は吸着体と下流側の触媒体との間
に設置して、HCの脱離をこの検出手段で検知し、その
信号に従って酸化性ガス導入機構あるいは燃料-燃焼用
空気調節機構を作動させることが好ましい。触媒部又は
触媒体を早期着火させるためには、一般には吸着・触媒
体又は触媒体の最前方に搭載されたA/F調節用O2
ンサーの信号に従うか、あるいは予めコールドスタート
時に起こり得るリッチ領域を回避するための外部プログ
ラムに従って、酸化性ガス導入機構又は燃料-燃焼用空
気調節機構を作動させる。酸化性ガス導入機構と燃料-
燃焼用空気調節機構を両方併設してもよい。
【0029】また、吸着部又は吸着体から脱離したHC
を下流側の触媒体で好適に燃焼させるために、酸化性ガ
ス導入機構は、少なくとも下流側の触媒体の前方(上流
側)の任意の位置に1箇所設けるが、前述の最もエンジ
ンに近い触媒体又は吸着・触媒体の触媒部の早期着火の
ために、その上流側に設ける酸化性ガス導入機構と兼用
することができ、また別個に配置してもよい。更に酸化
性ガス導入機構を複数個設ける場合は、個別に制御して
もよく、また連動させてもよい。
【0030】内燃機関から排出されるHC、CO、NO
x等の有害成分を好適に除去せしめるため、吸着・触媒
体の触媒部及び触媒体は、触媒層として、少なくともP
t、Pd、Rhのうちの少なくとも一種の貴金属を含有
する耐熱性酸化物が、耐熱性無機質からなるハニカム構
造体上に被覆されてなるものであることが好ましい。ハ
ニカム構造体の材質としては、耐熱性、耐熱衝撃性の点
から、コーディエライトやフェライト系ステンレスであ
ることが好ましい。
【0031】なお、これらの貴金属は、Al23、Si
2、TiO2、ZrO2等の耐熱性酸化物及びこれらの
複合酸化物に担持して用いられる。特に100m2/g以上
の比表面積からなるAl23を用いると貴金属が高分散
に担持され低温着火特性と耐熱性が向上し好ましい。更
に、耐熱性酸化物にはCeO2、La23、CeO2−Z
rO2等の酸素貯蔵能がある酸化物を5〜30wt%添加
すると、定常活性が向上し特に好ましい。触媒部又は触
媒体中の貴金属の総担持量は20〜130g/ft3が好ま
しく、またRh担持量は2〜30g/ft3の範囲が好まし
い。また、Pdのみを40〜200g/ft3担持させるこ
とで、低温着火が可能となり好ましい。
【0032】吸着部又は吸着体は、前述の耐熱性無機質
からなるハニカム構造体上にゼオライトを主成分とする
吸着層が被覆されたものであることが好ましい。HC等
の有害成分を吸着し得る吸着材としては、ゼオライト、
活性炭等があるが、バイパス方式を用いることなく排気
系に吸着体を配設するには、少なくとも500℃以上の
耐熱性が必要であり、ゼオライトを用いるのが好まし
い。ゼオライトは、天然品、合成品のいずれでも良く、
また種類は特に限定されないが、耐熱性、耐久性、疎水
性の点でSi/Alモル比が40以上のものが好適に用
いられる。具体的にはZSM−5、USY、β−ゼオラ
イト、シリカライト、メタロシリケート等が好適に使用
できる。
【0033】また、ゼオライトは、一種だけでなく複数
種を組み合わせて用いることもできる。例えば、ゼオラ
イトのミクロ孔の大きさが約0.55nmと比較的小さ
な細孔をもつZSM−5は、プロペン等の小分子の吸着
に有利であり、逆にトルエンやキシレンの如く大分子の
吸着には不向きである。これに対し、ミクロ孔の大きさ
が約0.74nmの比較的大きな細孔をもつUSYは、
プロペン等の小分子の吸着は不利であり、トルエンやキ
シレン等の大分子の吸着に有利である。したがって、Z
SM−5とUSYを混在させてハニカム構造体に被覆す
るのも好適な手法の1つである。更に、ガス流れ方向に
対してZSM−5とUSYを区分して担持するようにし
てもよく、この場合、ZSM−5は150℃の比較的高
い温度まで吸着保持できるので上流側に担持することが
好ましい。
【0034】なお、ゼオライトは単独でも吸着材として
使用できるが、HC等の吸着時に並発するコーキングを
制御するためにPt、Pd、Rhのうちの少なくとも一
種以上の貴金属を担持するのが好ましく、これによりゼ
オライトの吸着能が低下することなく再生できる。ゼオ
ライトに担持される貴金属としては、Pdが最も安価で
再生能が高く好ましい。また、貴金属の担持方法は、熱
的安定性の点でイオン交換法によるのが好ましい。更
に、貴金属の担持量は、5〜40g/ft3(ハニカム体
積)が、コスト及び再生能の点で好ましい。ゼオライト
をハニカム構造体に担持する場合、必要に応じて5〜2
0wt%のAl23やSiO2の無機バインダーを含ませ
てもよく、これによりHC等の吸着能をそこなうことな
く強固に担持される。
【0035】以上のように、ゼオライトに貴金属を担持
させた場合、結果として、貴金属はゼオライトの再生能
だけではなく触媒作用も有するが、ゼオライト中の貴金
属は凝集し易く、触媒としては耐久性が不十分であるの
で、ゼオライトからなる吸着層に触媒体で用いる触媒層
と同等の触媒成分を含有させる、あるいは、吸着層の表
面に触媒成分を含む触媒層を被覆して用いることができ
る。この場合、吸着部又は吸着体は耐久性のある触媒成
分を含むことになるので、コールドスタート以降の定常
走行時にも好適に浄化能を示し好ましい。また、触媒成
分を添加することは、ゼオライトのコーキングを抑制す
る効果があるので、ゼオライト中に貴金属を添加する必
要は必ずしもない。
【0036】また、ゼオライト中に周期表のIB族元素
(Cu、Ag、Au)のイオンを少なくとも一種含ませ
るのも、ゼオライトのHC吸着能を向上させるので好ま
しい。この場合、上記イオンの含有率が小さいとHC吸
着能向上に対して効果が薄いので、ゼオライトの上記イ
オンの含有率は、ゼオライト中のAl原子に対して20
%以上であることが好ましく、40%以上であるとより
好ましい。これらのイオンは先述した貴金属と任意に組
み合わせてゼオライト中に含ませてもよい。更に、上記
IB族元素のイオンに加えて、Mg、Ca、Sr、B
a、Y、La、Ti、Ce、Mn、Fe、Cr、Ni、
Znの各種イオンから選ばれる少なくとも一種のイオ
ン、好ましくはMg、Ca、Fe、Crのイオンのうち
の少なくとも一種のイオンをゼオライト中に含有させる
と、耐熱性が向上し望ましい。
【0037】吸着部又は吸着体において、吸着層の表面
に触媒層を被覆する好ましい例の1つとして、ハニカム
構造体の表層に貴金属が担持されたZSM−5、US
Y、β−ゼオライト等の高シリカ含有ゼオライトを第1
層として被覆し、更にその表面に貴金属が担持されたA
23−CeO2複合酸化物を第2層として被覆した層
型の吸着・触媒体又は吸着体が挙げられる。このような
層型の吸着・触媒体又は吸着体は、第2層の主成分であ
るAl23がコールドスタート時の排ガス中に含まれる
2Oを選択的に吸着するプレドライヤーの効果をも
ち、第1層が受け持つHC等の吸着を高める。加えて、
排気温の上昇とともに表層側の触媒成分を含む第2層か
ら加熱され、第1層のゼオライト成分が吸着したHC等
を脱離する時点で第2層の触媒が好適に作用する。この
HC等が脱離する時点で、酸化性ガスの添加、又は燃焼
用空気の量と燃料量の調節により酸素過剰の排ガス組成
としてあることが不可欠であり、これにより第2層の触
媒作用が飛躍的に向上する。
【0038】なお、ハニカム構造体に、貴金属が担持さ
れた触媒成分と、ゼオライト成分とが層型ではなく混在
された状態で担持されていても、比較的良好に作用す
る。ゼオライト成分と触媒成分の重量比は、50〜8
5:15〜50であり、ゼオライト成分を多く含むこと
が好ましい。ハニカム構造体への担持量は、ゼオライト
成分が0.05〜0.40g/cc、触媒成分が0.02〜
0.20g/ccの範囲とするのが好ましい。
【0039】本発明では、排気系中に、触媒部又は触媒
体の早期着火を達成する目的で、少なくとも1つの電気
通電加熱式ヒーター(Electrical Heater;以下、「E
H」という)を配置することも好ましい。EHは、フェ
ライト等の耐熱性金属質からなるハニカム構造体に通電
のための電極を設けて構成したものであることが、圧
損、耐熱性の点で好ましく、更にこのEH上に少なくと
も貴金属を含有する耐熱性無機酸化物からなる触媒層を
被覆してEHC(すなわち、電気通電加熱方式の触媒
体)として用いると、触媒の反応熱の助けをかりてヒー
ターの加熱に要する電力を低減できるためより好まし
い。
【0040】本発明の排ガス浄化方法において、浄化シ
ステム中の触媒部又は触媒体を活性化するためには酸化
性のガスを導入すればよく、酸化性のガスとしてはオゾ
ン、O2 -、二次空気等を用いることができるが、これら
のうちエアポンプ等の簡易な装置で導入可能な二次空気
が最も好ましい。酸化性ガスを導入する時期は、吸着・
触媒体又は触媒体をエンジン近傍に配置している場合
は、排ガスの排気熱による加熱が速いので、エンジン始
動時と実質的に同時に導入を開始してもよい。また、導
入停止時期は、エンジンの暖機とともにA/F調節用O
2センサーが作動し、当量比で運転されたときが目安と
なり、ヒーター付O2センサーの場合はエンジンクラン
ク後から20〜50秒、ヒーター無O2センサーの場合
はエンジンクランク後から40〜140秒程度経過した
時点である。
【0041】一方、吸着部又は吸着体から脱離したHC
を触媒部又は下流側の触媒体で効率よく燃焼せしめるた
めに導入する酸化性ガスの導入時期は、吸着・触媒体又
は吸着体下流側の検出手段(O2センサー、HCセンサ
ー等)によって検知するのが好ましい。導入量は、吸着
・触媒体又は下流側の触媒体に対し、排ガス組成が酸素
過剰になればよく、検出手段からの出力をフィードバッ
クして制御する方法も用いることができる。一般に吸着
部又は吸着体の温度が80〜100℃を越えた場合にH
Cは脱離し始めるので、導入開始時期は吸着体の位置に
も依存するが、エンジンクランク後から50秒間の間に
導入を開始し、導入の停止はエンジンクランク後から4
0〜140秒程度経過した時点である。
【0042】EHやEHCを併用する場合は、酸化性ガ
スの導入と同時に電圧を印加すると、吸着部より脱離し
たHCが触媒部やその下流の触媒体などで効率よく浄化
され好ましい。酸化性ガスの導入量は、エンジン排気量
によっても異なるが、50〜300l/min程度とする。
必要以上に導入すると、触媒部又は下流の触媒体を冷却
することになるので、空燃比が当量点近傍になるように
導入するのが最も好ましい。酸化性ガス導入量は一定と
しても、また適宜可変させてもよい。
【0043】酸化性ガスを導入する方法の他に、エンジ
ンの運転方法、すなわち燃焼用空気の量と燃料量とを調
節して酸素過剰の排ガス組成を得る方法によっても、同
様の効果が得られる。例えば、エンジン点火後、オープ
ンループ制御(O2センサー使用せず)にて、エアフロ
ーセンサー等で検知した空気量に対し、理論燃料より少
ない燃料を導入するか、あるいはO2センサーを用い、
予めある一定期間、例えばリーン側へ制御するようコン
ピューターにて調整するか、さらには、空燃比によりセ
ンサー出力が直線的に変化するPEGOセンサー等を用
いて、ある一定期間、例えばリーン側に制御する方法な
どがある。
【0044】エンジンの点火時は、操作性の点から燃料
リッチの状態をとり得るため、これらの方法を用いて排
ガス組成を制御できる装置が通常のシステムに加えて必
要となる。センサーを用いて排ガス組成を制御する方法
は、精度の点で優れるが、センサー自体暖機されるのに
時間を要する。これはヒーター付きセンサー等を用いる
ことによりかなりは改善されるものの、エンジンクラン
ク後比較的早く酸素過剰の排ガス組成を得るためには、
酸化性ガスを導入するか、センサー以外の制御装置を用
いることが好ましい。また、酸化性ガス導入と、燃焼用
空気量と燃料量の調節との両方の方法を併用して酸素過
剰の排ガス組成を得ることも好適な手法の1つである。
【0045】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
【0046】[吸着・触媒体の作製]:吸着・触媒体I ;直径144mmφ、長さ100mmの
日本碍子(株)製コージェライト質ハニカム構造体(リブ
厚150μm、セル密度400セル/平方インチ)の断
面の中心点から半径44mm、貫通孔の軸方向長さ10
0mmの円柱部にγ−Al23・CeO2(重量比7
0:30)を0.23g/cc担持し、次いで、Pd、P
t、Rhを6:5:1の比となるよう80g/ft3担持
し、550℃で焼成して触媒層とした。次に、その外周
部にThe PQ Corporation製のZSM−5(Si/Alモ
ル比=280)を0.15g/cc担持し、550℃で焼成
して吸着層とした。以上のようにして、図1に示すよう
に、ハニカム構造体15の断面中央部に触媒層が担持さ
れた触媒部16が形成され、その外周部に吸着層が担持
された吸着部17が形成された吸着・触媒体Iを得た。
【0047】吸着・触媒体II;上記吸着・触媒体Iと同
じハニカム構造体を用い、その断面の中心から半径52
mm、貫通孔の軸方向長さ100mmの円柱部に、吸着
・触媒体Iと同様にZSM−5を担持、焼成し、その外
周部に、吸着・触媒体Iと同様に触媒層を担持、焼成し
た。以上のようにして、図2に示すように、ハニカム構
造体15の断面中央部に吸着層が担持された吸着部17
が形成され、その外周部に触媒層が担持された触媒部1
6が形成された吸着・触媒体IIを得た。
【0048】吸着・触媒体III;上記吸着・触媒体Iと
同じハニカム構造体の断面の中心から半径44mm、貫
通孔の軸方向長さ50mmの部分をくりぬき、吸着・触
媒体用担体とした。次に、γ−Al23・CeO2(重
量比70:30)にPd(NO33水溶液を用いてPd
を含浸し、乾燥後550℃で焼成してPd担持γ−Al
23・CeO2複合酸化物を得た。この複合酸化物を上
記吸着・触媒用担体の断面の中心から半径44mm、貫
通孔の軸方向長さ50mmの部分(くりぬいた部分から
貫通孔軸方向に延長した部分)に0.1g/cc担持し、5
50℃で焼成して触媒層とした。触媒層のPd担持量は
150g/ft3となった。次に、ZSM−5に(NH32
Pt(NO22を用いて90℃で4時間処理してPtを
イオン交換し、乾燥後550℃で焼成してPt−イオン
交換ゼオライト粉末を得た。この粉末を上記触媒層を担
持した部分の外周部に担持し、550℃で焼成し、第1
層とした。第1層の担持量は0.15g/cc、Pt量は3
3.3g/ft3となった。次に、同様にγ−Al23にR
hをプレドープした粉末を第1層の上に担持、焼成し、
第2層とした。第2層の担持量は0.05g/cc。Rh量
は6.7g/ft3となった。更に、γ−Al23にPdを
プレドープした粉末を第2層の上に担持、焼成し、第3
層とした。第3層の担持量は0.03g/cc、Pd量は4
0g/ft3となった。以上のようにして、図3(a)の斜視
図及び(b)の断面図に示すように、くりぬかれて貫通孔
の軸方向の長さ(排ガス流れ方向の長さ)が外周部に比
して短くなったハニカム構造体15の断面中央部に触媒
層が担持された触媒部16が形成され、その外周部に触
媒成分をも含んだ複層構造の吸着層が担持された吸着部
17が形成された吸着・触媒体IIIを得た。
【0049】吸着・触媒体IV;上記吸着・触媒体Iと同
じハニカム構造体の断面の中心から半径40mmの円周
上を4等分する4つの点をそれぞれ中心とした半径25
mm、貫通孔の軸方向長さ100mmの円柱部4箇所に
吸着・触媒体Iと同様にして触媒層を担持、焼成し、残
りの部分にZSM−5を担持、焼成した。以上のように
して、図4に示すように、ハニカム構造体15に触媒層
が担持された触媒部16が複数形成され、その他の部分
に吸着層が担持された吸着部17が形成された吸着・触
媒体IVを得た。
【0050】吸着・触媒体V;上記吸着・触媒体Iと同
じハニカム構造体を用い、その断面の直径方向に延びる
直線を64mmと80mmに区分する直交線を境界とし
て、ハニカム構造体を小断面積部と大断面積部に2分し
たうちの、小断面積部には吸着・触媒体Iと同様にして
触媒層を担持、焼成し、大断面積部には、吸着・触媒体
Iと同様にしてZSM−5を担持、焼成した。以上のよ
うにして、図5に示すように、ハニカム構造体15の断
面を2分する境界の一方の側に触媒層が担持された触媒
部16が形成され、もう一方の側に吸着層が担持された
吸着部17が形成された吸着・触媒体Vを得た。
【0051】吸着・触媒体VI;上記吸着・触媒体Iと同
じハニカム構造体を用い、その断面の中心を通る直線で
4等分される4つの部分のうちの中心点で接触し対向す
る2つの部分に、吸着・触媒体Iと同様にして触媒層を
担持、焼成し、残りの2つの部分に、吸着・触媒体Iと
同様にしてZSM−5を担持、焼成した。以上のように
して、図6に示すように、ハニカム構造体15の断面の
中心を通る直線で4等分される4つの部分のうちの中心
点で接触し対向する2つの部分に、触媒層が担持された
触媒部16が形成され、残りの2つの部分に吸着層が担
持された吸着部17が形成された吸着・触媒体VIを得
た。
【0052】吸着・触媒体VII;外径144mmφ、内
径45mmφ、長さ100mmの中空円筒状のコージェ
ライト質ハニカム構造体(リブ厚300μm、セル密度
300セル/平方インチ)と外径44mmφ、長さ10
0mmの円柱状のコージェライト質ハニカム構造体(リ
ブ厚100μm、セル密度400セル/平方インチ)を
低膨張セラミック接合材で接合し、吸着・触媒体用担体
とした。当担体の外周部を構成する300セル/平方イ
ンチのハニカム構造体に、吸着・触媒体Iと同様にして
触媒層を担持、焼成し、中央部を構成する400セル/
平方インチのハニカム構造体に、吸着・触媒体Iと同様
にしてZSM−5を担持、焼成した。以上のようにし
て、図7に示すように、ハニカム構造体15の断面中央
部のセル密度が高い部分に、吸着層が担持された吸着部
17が形成され、その外周部のセル密度が低い部分に、
触媒層が担持された触媒部16が形成された吸着・触媒
体VIIを得た。
【0053】[吸着体の作製]:吸着体I ;直径144mmφ、長さ100mmの日本碍
子(株)製コージェライト質ハニカム構造体(リブ厚15
0μm、セル密度400セル/平方インチ)の断面の中
心点から半径44mm、貫通孔の軸方向長さ100mm
の部分をくりぬいて、吸着体用担体とし、吸着・触媒体
Iと同様にして、ZSM−5担持、焼成した。以上のよ
うにして、図8に示すように、ハニカム構造体15の断
面中央部に吹き抜け部18が形成された吸着体Iを得
た。すなわち、吸着体Iは吸着・触媒体Iの触媒部を吹
き抜け部としたものである。
【0054】吸着体II;上記吸着・触媒体Iと同じハニ
カム構造体の断面の中心から半径40mmの円周上を4
等分する4つの点をそれぞれ中心とした半径25mm、
貫通孔の軸方向長さ100mmの4つの部分をくりぬい
て、吸着体用担体とし、吸着・触媒体Iと同様にしてZ
SM−5を担持、焼成した。以上のようにして、図9に
示すように、ハニカム構造体15に吹き抜け部18が複
数形成された吸着体IIを得た。すなわち、吸着体IIは吸
着・触媒体IVの触媒部を吹き抜け部としたものである。
【0055】吸着体III;一辺が100mmである立方
体形状のコージェライト質ハニカム構造体に、貫通孔の
軸方向と垂直方向に貫通する断面が50mm×20mm
のくりぬきを20mmの間隔で2箇所設けて、吸着体用
担体とし、吸着・触媒体Iと同様にしてSM−5を担
持、焼成した。以上のようにして、図10に示すよう
に、ハニカム構造体15に、貫通孔の軸方向と垂直方向
に貫通する吹き抜け部18が形成された吸着体IIIを得
た。
【0056】[触媒体の作製]:触媒体I、II、III、IV ;直径93mmφ、長さ33m
m(触媒体I)、直径φ99mmφ、長さ99mm(触
媒体II)、直径φ144mmφ、長さ100mm(触媒
体III)、及び直径φ76mmφ、長さ88mm(触媒
体IV)の4種類の日本碍子(株)製コージェライト質ハニ
カム構造体(リブ厚150μm、貫通孔数400セル/
平方インチ)にγ−Al23・CeO2(重量比70:
30)を0.23g/cc担持し、次いで、Pd、Pt、R
hを6:5:1の比となるよう80g/ft3担持し、55
0℃で焼成して、触媒体I、II、III、IVを得た。
【0057】[電気通電加熱式ヒーターの調製]:平均
粒径44μm以下のFe粉末、Cr−30Al粉末(重
量%)、Fe−50Al粉末(重量%)、Fe−20B
粉末(重量%)及びY23粉末をFe−18Cr−8A
l−0.05B−0.5Y23という組成になるように
添加、混合した。この混合物100gあたり、メチルセ
ルロース4gを有機バインダーとして、また、オレイン
酸1gを酸化防止剤として添加し、混合した。このよう
に坏土を調製した後、円柱形状のハニカム成形体を押出
成形し、得られたハニカム成形体を大気中、90℃で1
6時間乾燥し、次いで、水素雰囲気下で1325℃に2
時間保持して焼結した。更に、空気中1150℃で30
分間熱処理を行ってハニカム構造体を得た。得られたハ
ニカム構造体の多孔度は3%であった。
【0058】上記方法により得られた外径93mmφ、
厚さ25mm、隔壁厚さ0.1mm、六角セルよりなる
セル密度450セル/平方インチのハニカム構造体に対
して、バンドソーを用いた研削加工により、図25に示
すようにスリット12を貫通孔の軸と平行な方向に6箇
所、スリット間のセル数が7個となるようにして形成
し、ヒーターの抵抗が50mΩになるよう調節した。次
いで、ヒーター上に、触媒体Iと同一の触媒層を被覆
し、電極11をヒーターに配設し、SUS製の缶体内に
該缶体と絶縁をとりながら収納した。ヒーターの有効体
積は0.13lであった。
【0059】[排ガス浄化システムの構成]:上記によ
り得られた吸着・触媒体、吸着体、触媒体及び電気通電
加熱式ヒーター用いて以下に示すような排ガス浄化シス
テムを構成した。なお、吸着・触媒体、吸着体及び触媒
体の種類を示すローマ数字と図中の参照符号との区別を
明確にするため、以下のシステムの説明において、図中
の参照符号は括弧( )を付して記述した。
【0060】システムA;図11に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路の上流側に吸着・触媒体I(2
1)を、その下流側に触媒体II(42)を設置した。ま
た、エンジン(1)と吸着・触媒体I(21)の間には、上
流側にA/F調節用のO2センサー(2)を、そして下流
側に着火促進用の二次空気導入孔(3)を設置した。エン
ジンマニホールド出口より吸着・触媒体I(21)までの
距離は600mm、吸着・触媒体I(21)と触媒体II
(42)との間隔は30mmとした。更に、エンジンマニ
ホールド出口より1200mmの位置に触媒体III(図
示せず)を設置した。
【0061】システムB;図12に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路に、エンジン(1)側から触媒体
I(41)、吸着・触媒体III(23)、触媒体II(42)の
順に設置し、また、エンジン(1)と触媒体I(41)の間
には、上流側にA/F調節用のO2センサー(2)を、そ
して下流側に着火促進用の二次空気導入孔(3)を設置し
た。エンジンマニホールド出口より触媒体I(41)まで
の距離は600mm、触媒体I(41)、吸着・触媒体II
I(23)、触媒体II(42)の各間隔は30mmとした。
更に、エンジンマニホールド出口より1200mmの位
置に触媒体III(図示せず)を設置した。
【0062】システムC;図13に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路に、エンジン(1)側から、吸着
・触媒体III(23)、電気通電加熱式ヒーター(50)、
触媒体II(42)の順に設置し、また、エンジン(1)と吸
着・触媒体III(23)の間には、上流側にA/F調節用
のO2センサー(2)を、そして下流側に着火促進用の二
次空気導入孔(3)を設置した。エンジンマニホールド出
口より吸着・触媒体III(23)までの距離は600m
m、吸着・触媒体III(23)、電気通電加熱式ヒーター
(50)、触媒体II(42)の各間隔は30mmとした。更
に、エンジンマニホールド出口より1200mmの位置
に触媒体III(図示せず)を設置した。
【0063】システムD;図14に示すように、二次空
気導入孔(3)と吸着・触媒体III(23)の間に、更に触
媒体I(41)を設置した以外は、上記システムCと同様
の構成とした。ただし、エンジンマニホールド出口より
触媒体I(41)までの距離を600mmとし、触媒体I
(41)と吸着・触媒体III(23)の間隔を30mmとし
た。
【0064】システムE;図15に示すように、触媒体
I(41)と吸着・触媒体III(23)の間に、更にもう1
つの電気通電加熱式ヒーター(50’)を配置した以外は
上記システムDと同様の構成とした。なお、触媒体I
(41)、電気通電加熱式ヒーター( 50’)、吸着・触
媒体III(23)の各間隔は30mmとした。
【0065】システムF;図16に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路の上流側に触媒体I(41)を設
置し、その下流側に吸着・触媒体Iをガス流れ方向と垂
直方向に二分割した吸着・触媒体I’(21’)及び吸着
・触媒体I”(21”)を隣接して設置した。更にその下
流側に触媒体II(42)を設置した。また、エンジン(1)
と触媒体I(41)の間には、上流側にA/F調節用のO
2センサー(2)を、そして下流側に着火促進用の二次空
気導入孔(3)を設置した。エンジンマニホールド出口よ
り触媒体I(41)までの距離は600mm、触媒体I
(41)、吸着・触媒体I’(21’)、吸着・触媒体I”
(21”)、触媒体II(42)の各間隔は30mmとした。
更に、エンジンマニホールド出口より1200mmの位
置に触媒体III(図示せず)を設置した。
【0066】システムG;図17に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路に、上流側から触媒体I(4
1)、吸着・触媒体V(25)、触媒体II(42)の順に設
置した。排気管(4)は内径50mmであるが、触媒体I
(41)、吸着・触媒体V(25)、触媒体II(42)の各設
置部では下方に径が拡大されるように設計した。吸着・
触媒体V(25)は上部が触媒部(16)、下部が吸着部
(17)となるように設置した。また、エンジン(1)と触
媒体I(41)の間には、上流側にA/F調節用のO2
ンサー(2)を、そして下流側に着火促進用の二次空気導
入孔(3)を設置した。エンジンマニホールド出口より触
媒体I(41)までの距離は600mm、触媒体I(4
1)、吸着・触媒体V(25)、触媒体II(42)の各間隔
は30mmとした。更に、エンジンマニホールド出口よ
り1200mmの位置に触媒体III(図示せず)を設置
した。
【0067】システムH;図18に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路に、上流側から触媒体I(4
1)、吸着・触媒体III(23)、触媒体II(42)の順に設
置した。排気管(4)の内径は吸着・触媒体III(23)の
前後で急激に絞り込まれており、吸着・触媒体III(2
3)の外周部に形成された吸着部(17)の両端面と排気
管(4)の内壁との間隔は10mmで、吸着部(17)には
中央部に形成された触媒部(16)に比して、排ガスが流
れにくくなっている。また、エンジン(1)と触媒体I
(41)の間には、上流側にA/F調節用のO2センサー
(2)を、そして下流側に着火促進用の二次空気導入孔
(3)を設置した。エンジンマニホールド出口より触媒体
I(41)までの距離は600mm、触媒体I(41)、吸
着・触媒体III(23)、触媒体II(42)の各間隔は30
mmとした。更に、エンジンマニホールド出口より12
00mmの位置に触媒体III(図示せず)を設置した。
【0068】システムI;図19に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路に、上流側から吸着・触媒体I
(21)、触媒体II(42)の順に設置した。排気管(4)の
内部には、吸着・触媒体I(21)の前方(上流側)に、
排ガス流を吸着・触媒体I(21)の中央部に形成された
触媒部(16)に絞り、触媒部(16)の排ガス流量が外周
部に形成された吸着部(17)に比して多くなるようにす
るための排気流ガイド(5)を設けた。また、エンジン
(1)と吸着・触媒体I(21)の間には、上流側にA/F
調節用のO2センサー(2)を、そして下流側に着火促進
用の二次空気導入孔(3)を設置した。エンジンマニホー
ルド出口より吸着・触媒体I(21)までの距離は600
mm、吸着・触媒体I(21)と触媒体II(42)の間隔は
30mmとした。更に、エンジンマニホールド出口より
1200mmの位置に触媒体III(図示せず)を設置し
た。
【0069】システムJ;図20に示すように、上記シ
ステムIの吸着・触媒体Iの代わりに吸着・触媒体II
(22)を設置し、排気管(4)の内部には、吸着・触媒体
II(22)の前方(上流側)に、排ガス流を吸着・触媒体
II(22)の外周部に形成された触媒部(16)に流れやす
くし、触媒部(16)の排ガス流量が中央部に形成された
吸着部(17)に比して多くなるようにするための排気流
ガイド(6)を設けた。その他の構成は上記システムIと
同様である。
【0070】システムK;図21に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路に、上流側から触媒体I(4
1)、吸着・触媒体III(23)、触媒体IV(44)の順に設
置した。吸着・触媒体III(23)は、断面中央部の触媒
部(16)から排ガス流れ方向に延長した部分に形成され
た、くりかれた空洞部を有する側の端面が下流側となる
ように配置し、その空洞部に触媒体IV(44)が、20m
m挿入された状態で配置した。排気管(4)は吸着・触媒
体III(23)の吸着部(17)から脱離したHCが全て一
旦逆方向へ流れてから触媒体IV(44)を通過するよう設
計した。また、エンジン(1)と触媒体I(41)の間に
は、上流側にA/F調節用のO2センサー(2)を、そし
て下流側に着火促進用の二次空気導入孔(3)を設置し
た。エンジンマニホールド出口より触媒体I(41)まで
の距離は600mm、触媒体I(41)、吸着・触媒体II
I(23)、触媒体IV(44)の各間隔は30mmとした。
更に、エンジンマニホールド出口より1200mmの位
置に触媒体III(図示せず)を設置した。
【0071】システムL;図22に示すように、エンジ
ン(1)からの排ガス流路に、上流側から触媒体I(4
1)、吸着体I(31)、吸着・触媒体I(21)、触媒体I
I(42)の順に設置した。また、エンジン(1)と触媒体
I(41)の間には、上流側にA/F調節用のO2センサ
ー(2)を、そして下流側に着火促進用の二次空気導入孔
(3)を設置した。エンジンマニホールド出口より触媒体
I(41)までの距離は600mm、触媒体I(41)、吸
着体I(31)、吸着・触媒体I(21)、触媒体II(42)
の各間隔は30mmとした。更に、エンジンマニホール
ド出口より1200mmの位置に触媒体III(図示せ
ず)を設置した。
【0072】システムM;図23に示すように、上記シ
ステムBの吸着・触媒体IIIの代わりに、断面中央部に
吹き抜け部(18)が形成された吸着体I(31)を設置し
た。その他の構成は上記システムBと同様である。
【0073】システムN;図24に示すように、上記シ
ステムBの吸着・触媒体IIIの代わりに、ハニカム構造
体の貫通孔の軸方向と垂直方向に貫通する吹き抜け部が
形成された吸着体III(33)を設置した。なお、吸着体I
II(33)は排ガス流れ方向と吹き抜け部の軸方向が平行
となるように排気管内に設置し、かつ吹き抜け部から貫
通孔へ排ガスの一部が流出するよう貫通孔端面は開放し
た。その他の構成は上記システムBと同様である。
【0074】[排ガス浄化システムの評価]:上記シス
テムA〜Nの排ガス浄化性能を評価すべく、排気量20
00cc、4気筒エンジン搭載の試験車を使用して、FT
P試験(LA−4モード)を実施した。なお、酸素過剰
の排ガスを得るために簡易的に二次空気をエアポンプで
各々の導入孔からエンジンクランクより90秒間、10
0l/minで導入した。また、電気通電加熱式ヒーターを
構成に含むシステムの場合、電気通電加熱式ヒーターへ
の電力の投入は12Vバッテリーを用いて行い、エンジ
ンクランク後30秒後から30秒間2kWで通電した。
排ガスはCVS法により採取し、エミッション値を算出
した。試験結果を表1に示す。
【0075】
【表1】
【0076】[温度分布の測定]:上記システムCのF
TP試験時に、K熱電対を、吸着・触媒体IIIの触媒部
の入口端面より10mm内側の位置(位置A)、吸着部
の出口端面より10mm内側の位置(位置B)及び触媒
体IIの入口端面より10mm内側の位置(位置C)にそ
れぞれセットし、FTPスタート時の温度分布(位置A
が、100℃、200℃、300℃に到達した時の位置
B及び位置Cの温度)を測定した。その結果を表2に示
す。この結果より前方(上流側)に位置する吸着・触媒
体IIIの吸着部出口の方が、後方(下流側)に位置する
触媒体IIの入口より温度が低いことがわかる。
【0077】
【表2】
【0078】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内燃機関から排出される排ガス中の有害成分、特にコー
ルドスタート時に大量発生するHCを効率よく浄化する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る吸着・触媒体の一実施例を示す説
明図である。
【図2】本発明に係る吸着・触媒体の一実施例を示す説
明図である。
【図3】本発明に係る吸着・触媒体の一実施例を示す説
明図である。
【図4】本発明に係る吸着・触媒体の一実施例を示す説
明図である。
【図5】本発明に係る吸着・触媒体の一実施例を示す説
明図である。
【図6】本発明に係る吸着・触媒体の一実施例を示す説
明図である。
【図7】本発明に係る吸着・触媒体の一実施例を示す説
明図である。
【図8】本発明に係る吸着体の一実施例を示す説明図で
ある。
【図9】本発明に係る吸着体の一実施例を示す説明図で
ある。
【図10】本発明に係る吸着体の一実施例を示す説明図
である。
【図11】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図12】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図13】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図14】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図15】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図16】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図17】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図18】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図19】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図20】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図21】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図22】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図23】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図24】本発明に係る排ガス浄化システムの一実施例
を示す説明図である。
【図25】電気通電加熱式ヒーターの一例を示す説明図
である。
【符号の説明】
1…エンジン、2…O2センサー、3…二次空気導入
孔、4…排気管、5…排気流ガイド、6…排気流ガイ
ド、11…電極、12…スリット、15…ハニカム構造
体、16…触媒部、17…吸着部、18…吹き抜け部、
21…吸着・触媒体I、21’…吸着・触媒体I’、2
1”…吸着・触媒体I”、22…吸着・触媒体II、23
…吸着・触媒体III、25…吸着・触媒体V、31…吸
着体I、33…吸着体III、41…触媒体I、42…触
媒体II、44…触媒体IV、50,50’…電気通電加熱
式ヒーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/34 ZAB 53/72 53/86 ZAB 53/94 B01J 20/18 B 20/28 A F01N 3/08 ZAB A 3/24 ZAB E B01D 53/36 ZAB 103 Z

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 隔壁によって仕切られた、ガス流れ方向
    に実質的に平行な多数の貫通孔を有するハニカム構造体
    上に、炭化水素吸着能を有する吸着層と三元性能又は酸
    化性能を有する触媒層とが担持されてなる排ガス浄化用
    吸着・触媒体であって、前記ガス流れ方向と直角方向
    に、ある断面で吸着層と触媒層とが分離して担持されて
    いることを特徴とする排ガス浄化用吸着・触媒体。
  2. 【請求項2】 触媒層が担持された部分の断面積がハニ
    カム構造体の断面積の5〜80%である請求項1記載の
    排ガス浄化用吸着・触媒体。
  3. 【請求項3】 吸着層が担持された部分の熱容量が、触
    媒層が担持された部分の熱容量より大である請求項1記
    載の排ガス浄化用吸着・触媒体。
  4. 【請求項4】 触媒層が担持された少なくとも一部分の
    ガス流れ方向に対する長さが、吸着層が担持された部分
    のガス流れ方向に対する長さより短い請求項1記載の排
    ガス浄化用吸着・触媒体。
  5. 【請求項5】 触媒層が担持された少なくとも一部分の
    開口率が、吸着層が担持された部分の開口率より大であ
    る請求項1記載の排ガス浄化用吸着・触媒体。
  6. 【請求項6】 吸着層中に触媒成分が含まれるか、又は
    吸着層の表面に触媒成分を含む層が被覆担持された請求
    項1ないし5のいずれかに記載の排ガス浄化用吸着・触
    媒体。
  7. 【請求項7】 吸着層がゼオライトを主成分とする請求
    項1ないし6のいずれかに記載の排ガス浄化用吸着・触
    媒体。
  8. 【請求項8】 ゼオライトのSi/Alモル比が40以
    上である請求項7記載の排ガス浄化用吸着・触媒体。
  9. 【請求項9】 ゼオライト中に、Pt、Pd、Rhのう
    ちの少なくとも一種の貴金属が含まれる請求項7記載の
    排ガス浄化用吸着・触媒体。
  10. 【請求項10】 ゼオライト中に、周期表のIB族元素
    (Cu、Ag、Au)のイオンが少なくとも一種含まれ
    る請求項7記載の排ガス浄化用吸着・触媒体。
  11. 【請求項11】 ゼオライト中のIB族元素のイオンの
    含有率が、ゼオライト中のAl原子に対して20%以上
    である請求項10記載の排ガス浄化用吸着・触媒体。
  12. 【請求項12】 ゼオライト中に、更にMg、Ca、S
    r、Ba、Y、La、Ti、Ce、Mn、Fe、Cr、
    Ni、Znの各種イオンから選ばれる少なくとも一種の
    イオンが含まれた請求項10記載の排ガス浄化用吸着・
    触媒体。
  13. 【請求項13】 触媒層がPt、Pd、Rhのうちの少
    なくとも一種の貴金属を含む請求項1ないし12のいず
    れかに記載の排ガス浄化用吸着・触媒体。
  14. 【請求項14】 隔壁によって仕切られた、平行な多数
    の貫通孔を有するハニカム構造体上に炭化水素吸着能を
    有する吸着層が担持されてなる排ガス浄化用吸着体であ
    って、該ハニカム構造体の一部に排ガスが吹き抜ける吹
    き抜け部が形成されたことを特徴とする排ガス浄化用吸
    着体。
  15. 【請求項15】 吹き抜け部がハニカム構造体の貫通孔
    と平行に形成された請求項14記載の排ガス浄化用吸着
    体。
  16. 【請求項16】 吹き抜け部がハニカム構造体の貫通孔
    に対し所定の角度傾かせて形成された請求項14記載の
    排ガス浄化用吸着体。
  17. 【請求項17】 吸着層中に触媒成分が含まれるか、又
    は吸着層の表面に触媒成分を含む層が被覆担持された請
    求項14ないし16のいずれかに記載の排ガス浄化用吸
    着体。
  18. 【請求項18】 吸着層がゼオライトを主成分とする請
    求項14ないし17のいずれかに記載の排ガス浄化用吸
    着体。
  19. 【請求項19】 ゼオライトのSi/Alモル比が40
    以上である請求項18記載の排ガス浄化用吸着体。
  20. 【請求項20】 ゼオライト中に、Pt、Pd、Rhの
    うちの少なくとも一種の貴金属が含まれる請求項18記
    載の排ガス浄化用吸着体。
  21. 【請求項21】 ゼオライト中に、周期表のIB族元素
    (Cu、Ag、Au)のイオンが少なくとも一種含まれ
    る請求項18記載の排ガス浄化用吸着体。
  22. 【請求項22】 ゼオライト中のIB族元素のイオンの
    含有率が、ゼオライト中のAl原子に対して20%以上
    である請求項21記載の排ガス浄化用吸着体。
  23. 【請求項23】 ゼオライト中に、更にMg、Ca、S
    r、Ba、Y、La、Ti、Ce、Mn、Fe、Cr、
    Ni、Znの各種イオンから選ばれる少なくとも一種の
    イオンが含まれた請求項21記載の排ガス浄化用吸着
    体。
  24. 【請求項24】 排気管内に請求項1ないし13のいず
    れかに記載の吸着・触媒体を少なくとも1つ設置し、更
    に該吸着・触媒体の排ガス流れ方向下流側に、ハニカム
    構造体上に触媒層が担持されてなる触媒体を設置してな
    ることを特徴とする排ガス浄化システム。
  25. 【請求項25】 更に、吸着・触媒体の排ガス流れ方向
    上流側にも、ハニカム構造体上に触媒層が担持されてな
    る触媒体を設置した請求項24記載の排ガス浄化システ
    ム。
  26. 【請求項26】 更に、吸着・触媒体と触媒体の間に電
    気通電加熱式ヒーターを設置した請求項24記載の排ガ
    ス浄化システム。
  27. 【請求項27】 更に、吸着・触媒体と触媒体の間、及
    び/又は吸着・触媒体の排ガス流れ方向上流側に設置し
    た触媒体の更に上流側に電気通電加熱式ヒーターを設置
    した請求項25記載の排ガス浄化システム。
  28. 【請求項28】 排ガスを偏流させ、吸着・触媒体の触
    媒層が担持された部分の排ガス流量が、吸着層が担持さ
    れた部分の排ガス流量より大きくなるようにした請求項
    24ないし27のいずれかに記載の排ガス浄化システ
    ム。
  29. 【請求項29】 更に、吸着・触媒体の排ガス流れ方向
    下流側に設置された触媒体よりも排ガス流れ方向上流側
    に、請求項14ないし23のいずれかに記載の吸着体を
    少なくとも1つ設置した請求項24ないし28のいずれ
    かに記載の排ガス浄化システム。
  30. 【請求項30】 排気管内に請求項14ないし23のい
    ずれかに記載の吸着体を少なくとも1つ設置し、更に該
    吸着体の排ガス流れ方向下流側に、ハニカム構造体上に
    触媒層が担持されてなる触媒体を設置してなることを特
    徴とする排ガス浄化システム。
  31. 【請求項31】 更に、吸着体の排ガス流れ方向上流側
    にも、ハニカム構造体上に触媒層が担持されてなる触媒
    体を設置した請求項30記載の排ガス浄化システム。
  32. 【請求項32】 更に、吸着体と触媒体の間に電気通電
    加熱式ヒーターを設置した請求項30記載の排ガス浄化
    システム。
  33. 【請求項33】 更に、吸着体と触媒体の間、及び/又
    は吸着体の排ガス流れ方向上流側に設置した触媒体の更
    に上流側に電気通電加熱式ヒーターを設置した請求項3
    1記載の排ガス浄化システム。
  34. 【請求項34】 排ガスを偏流させ、排ガス流の一部が
    吹き抜け部を通過するようにした請求項30ないし33
    のいずれかに記載の排ガス浄化システム。
  35. 【請求項35】 請求項24ないし34のいずれかに記
    載の排ガス浄化システムを用い、内燃機関のコールドス
    タート時に発生する排ガス中の炭化水素等が吸着・触媒
    体及び/又は吸着体の吸着層に吸着され、該吸着層の排
    ガスによる温度上昇に伴って該吸着層から脱離していく
    過程において、ある一定期間排ガス中に酸化性ガスの添
    加を行うか、又は燃焼用空気と燃料量との調節を行うこ
    とにより、酸素過剰の排ガス組成とし、脱離した炭化水
    素等を吸着・触媒体及び/又は触媒体の触媒層で燃焼せ
    しめることを特徴とする排ガス浄化方法。
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