JP2009268978A - Ｈｃ吸着触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＣ成分の浄化効率が高いＨＣ吸着触媒を提供する。
【解決手段】触媒担体１０と、触媒担体１０に担持される触媒層２０と、排気ガスの炭化水素成分を一時的に吸着する吸着層３０と、を備えるＨＣ吸着触媒１において、触媒担体１０は排気ガスが通過可能な部材で構成され、触媒担体１０の排気ガス入口側に吸着層２０を、排気ガスの出口側に触媒層３０を、それぞれ配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に用いられる内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒に関し、より詳細には、ＨＣ成分の浄化効率が高いＨＣ吸着触媒に関するものである。

一般的に自動車等のエンジンの排気系には、排気ガスを浄化するための触媒が配置されている。触媒は、金属やセラミックによるハニカム構造からなる触媒担体が用いられ、触媒担体の表面に触媒が担持されている。

従来、触媒担体の温度が低いと触媒が活性化されないため、コールドスタートでは充分な浄化が行われないという問題があった。特に、コールドスタート時には始動性を良くするために燃料濃度の高い混合気が供給されるため、未燃焼の炭化水素（ＨＣ）成分が排気ガス中に含まれる割合が多くなる。

これに対して、触媒担体に貴金属触媒層とＨＣ吸着材により構成される吸着層とを配置して、低温時は吸着層においてＨＣを吸着させておき、高温となったときに吸着されたＨＣを放出して貴金属触媒層により浄化を行うように構成された排ガス浄化用触媒が知られている（特許文献１、参照。）。
特開２００２−３２０８５６号公報

前述の特許文献１のような従来の触媒担体では、ハニカム構造中に排気ガス経路が形成されており、排気ガス中のＨＣ成分の一部は、触媒層に触れることなくそのまま下流へと流れて排出されてしまう。また、ＨＣ吸着層に吸着されたＨＣの一部は、ＨＣ吸着層内部や、担体壁内を通過して、そのまま下流へと流れて排出されてしまう。

このように、従来の触媒担体では、ＨＣ成分のすべてが触媒に接触せず、その一部が未浄化のまま排出されてしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、ＨＣ成分の浄化効率が高いＨＣ吸着触媒を提供することを目的とする。

本発明は、触媒担体１０と、触媒担体１０に担持される触媒層２０と、排気ガスの炭化水素成分を一時的に吸着する吸着層３０と、を備えるＨＣ吸着触媒１において、触媒担体１０は排気ガスが通過可能な部材で構成され、触媒担体１０の排気ガス入口側に吸着層２０を、排気ガスの出口側に触媒層３０を、それぞれ配置したことを特徴とする。

本発明によると、排気ガスが触媒担体１０を通過する過程で、確実に吸着層２０と触媒層３０とを通過するので、吸着層２０がＨＣ成分を効率よく吸着できると共に、一時的に吸着されたＨＣ成分が触媒層３０において効率よく浄化されるので、排気ガス中のＨＣ成分の浄化効率を高めることができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

自動車のエンジンの排気ガス中の一酸化炭素（以下、「ＣＯ」と呼ぶ）、酸化窒素化合物（以下、「ＮＯｘ」と呼ぶ）成分や炭化水素（以下、「ＨＣ」と呼ぶ）成分を浄化するために、貴金属元素を主成分とする三元触媒が一般的に用いられている。三元触媒は、適切な温度において排気ガス浄化効率が最も高くなる。そこで、触媒が低温時には吸着材によりＨＣ成分を吸着しておき、触媒が所定温度以上となったときにこの吸着されたＨＣ成分を放出して周囲の触媒と反応することで排気ガスを浄化する、いわゆるＨＣ吸着触媒が開発されている。

ところで、従来のＨＣ吸着触媒における触媒担体は、ハニカム構造などにより、通過する排気ガスに対する表面積を拡大して排気ガス浄化効率を向上している。また、触媒は排気ガスと直接触れる必要があるため、吸着材は触媒担体と触媒との間に配置される。このような構造により、排気ガス中のＨＣ成分のうち、一部は吸着材に吸着されないまま排出されてしまう。また、吸着材に吸着されたＨＣ成分のうち、一部は吸着材内部や触媒担体の壁部を通過して、触媒と反応することなく排出されてしまう。

そのため、従来のＨＣ吸着触媒は、ＨＣ成分の約２５％が未浄化のまま排出されるという問題があった。

そこで本願は、以下に説明するような特徴的な構造によって、ＨＣ成分の浄化効率を高めることのできるＨＣ吸着触媒を構成した。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態のＨＣ吸着触媒１の構成を示す説明図である。

ＨＣ吸着触媒１は、触媒担体１０と、吸着層２０と、触媒層３０とによって構成される。

触媒担体１０は、排気ガスが通過可能な材質で構成される壁部１１と、前記壁部１１によって排気ガス流れ方向に形成されるガス流路１２と、排気ガスを流通不可能な材質で構成され、ガス流路１２の入口側及び出口側を交互に目封じする封止部１３とにより構成される。

なお、壁部１１は、例えば多孔質のセラミックスや、金属ワイヤーや繊維質によるメッシュ構造等によって構成され、排気ガスが通過可能に構成される。

また、触媒担体１０は、ガスの流れ方向に対して直角の断面がハニカム構造を有し、複数の壁部１１により複数のガス流路１２が構成される。

吸着層２０は、触媒担体１０の壁部１１のうち、排気ガスの入口側に連通する面に密着して配置される。吸着層２０は、多孔質のＨＣ吸着材（例えば、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物を主成分とするゼオライト）によって構成される。

吸着層２０は、このＨＣ吸着材によってＨＣ成分を一時的に吸着する。具体的には、吸着層２０は、低温では通過する排気ガスの炭化水素（ＨＣ）成分を吸着し、所定温度以上に上昇したときに、吸着したＨＣ成分を分離する。

触媒層３０は、触媒担体１０の壁部１１のうち、排気ガスの出口側に連通する面に密着して配置される。触媒層３０は、プラチナ、パラジウム、ロジウム等の貴金属を含む三元触媒によって構成される。触媒層３０は、通過する排気ガス中のＣＯ、ＨＣ成分、及びＮＯｘ成分を、無害な水、二酸化炭素、窒素に酸化又は還元させる反応を促進する。

このように構成されたＨＣ吸着触媒１では、入口側から導入された排気ガスは、吸着層２０、壁部１１、触媒層３０の順に通過して、出口側へと排出される。

このとき、エンジン始動時など触媒担体１０が十分に加熱されていない場合には、吸着層２０は、排気ガス中のＨＣ成分を吸着する。排気ガスは、触媒担体１０を通過する過程で確実に吸着層２０を経由するので、ＨＣ成分の吸着効率が高まる。

また、排気ガスにより触媒担体１０が十分に加熱され、吸着層２０の温度が所定温度以上となると、吸着層２０に吸着されたＨＣ成分が吸着層２０から分離する。このとき、分離されたＨＣ成分は、排気ガスの排圧によって確実に触媒層３０を経由するので、触媒層３０においてＨＣ成分の酸化反応が促進されて、浄化されたガスとして大気中に排出される。

以上のような構成によって、本発明の第１の実施の形態は、排気ガスが確実に吸着層２０と触媒層３０とを通過するので、吸着層２０が、ＨＣ成分を効率よく吸着できると共に、一時的に吸着されたＨＣ成分が触媒層３０において効率よく浄化されるので、排気ガス中のＨＣ成分の浄化効率を高めることができる。

＜第２実施形態＞
前述の第１の実施の形態では、触媒担体１０において、排気ガス入口側に吸着層２０を、排気ガス出口側に触媒層３０を配置した。

これに対して、第２の実施の形態では、壁部１１の排気ガス入口側に第１の吸着層２０ａと第１の触媒層３０ａとをガスの流れ方向に積層して配置し、壁部１１の排気ガス出口側に第２の吸着層２０ｂと第２の触媒層３０ｂとをガスの流れ方向に積層して配置した。

図２は、本発明の第２の実施の形態の触媒担体１０の説明図である。なお、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図２に示すように、触媒担体１０の壁部１１のうち、排気ガスの入口側に連通する面には第１の触媒層３０ａが密着して配置され、この第１の触媒層３０ａの外側に第１の吸着層２０ａが配置される。また、触媒担体１０の壁部１１のうち、排気ガスの出口側に連通する面には、第２の吸着層２０ｂが密着して配置され、この第２の吸着層２０ｂの外側に触媒層３０ｂが配置される。

このように構成されたＨＣ吸着触媒１では、入口側から導入された排気ガスは、第１の吸着層２０ａ、第１の触媒層３０ａ、壁部１１、第２の吸着層２０ｂ、第２の触媒層３０ｂの順に通過して、出口側へと排出される。

このとき、エンジン始動時など触媒担体１０が十分に加熱されていない場合には、まず第１の吸着層２０ａにおいて排気ガス中のＨＣ成分を吸着する。また、第１の吸着層２０ａに吸着されず、第１の触媒層３０ａにおいて反応しなかったＨＣ成分は、第２の吸着層２０ｂに吸着される。このように、排気ガスは、触媒担体１０を通過する過程で第１の吸着層２０ａ及び第２の吸着層２０ｂを確実に経由するので、ＨＣ成分の吸着効率が高まる。

また、排気ガスにより触媒担体１０が十分に加熱され、第１の吸着層２０ａ及び第２の吸着層２０ｂの温度が所定温度以上となると、第１の吸着層２０ａ及び第２の吸着層２０ｂに吸着されたＨＣ成分が分離する。このとき、分離されたＨＣ成分は、排気ガスと共に確実に第１の触媒層３０ａ及び第２の触媒層３０ｂを経由するので、触媒層３０においてＨＣ成分の酸化反応が促進されて、浄化されたガスとして大気中に排出される。

本発明の第２の実施の形態では、このように構成することによって、前述の第１の実施の形態と同様に、排気ガスが確実に第１の吸着層２０ａ及び第２の吸着層２０ｂと第１の触媒層３０ａ及び第２の触媒層３０ｂとを通過するので、吸着層２０に吸着されたＨＣ成分が触媒層３０においてＨＣ成分の酸化・還元反応が促進され、排気ガス中のＨＣ成分の浄化効率が高まる。

特に、第２の実施の形態では、排気ガスの入口側に第１の吸着層２０ａと第１の触媒層３０ａとを配置したので、低温時にも、排気ガス入口側の第１の触媒層３０ａは、第２の触媒層３０ｂよりも先に反応熱によって昇温する。また、触媒層３０が２層あるので、これらの反応熱によって昇温する。これにより、第１の触媒層３０ａ及び第２の触媒層３０ｂの昇温を早めることができるので、第１の触媒層３０ａ及び第２の触媒層３０ｂをより早く活性化することができる。

本発明の第１の実施の形態のＨＣ吸着触媒の説明図である。 本発明の第２の実施の形態のＨＣ吸着触媒の説明図である。

符号の説明

１ ＨＣ吸着触媒
１０ 触媒担体
１１ 壁部
１２ ガス流路
１３ 封止部
２０ 吸着層
３０ 触媒層

Claims (4)

1. 触媒担体と、前記触媒担体に担持される触媒層と、排気ガスの炭化水素成分を一時的に吸着する吸着層と、を備えるＨＣ吸着触媒において、
   前記触媒担体は排気ガスが通過可能な部材で構成され、
   前記触媒担体の排気ガス入口側に前記吸着層を、排気ガスの出口側に前記触媒層を、それぞれ配置したことを特徴とするＨＣ吸着触媒。
2. 前記触媒担体は、排気ガスが通過可能な複数の壁部と、前記壁部によって形成されるガス流路と、前記ガス流路を、前記壁部で仕切られる入口側と出口側とを交互に目封じする封止部とによって構成され、
   前記吸着層は、前記壁部の排気ガスの入口側に連通する側に配置され、前記触媒層は、前記壁部の排気ガスの出口側に連通する側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＨＣ吸着触媒。
3. 触媒担体と、前記触媒担体に担持される触媒層と、排気ガスの炭化水素成分を一時的に吸着する吸着層と、を備えるＨＣ吸着触媒において、
   前記触媒担体は排気ガスが通過可能な部材で構成され、
   前記触媒担体の排気ガス入口側と排気ガスの出口側とに、それぞれ前記触媒層及び前記吸着層を配置したことを特徴とするＨＣ吸着触媒。
4. 前記触媒担体は、排気ガスが通過可能な複数の壁部と、前記壁部によって形成される排気ガス流路と、前記ガス流路を、前記壁部で仕切られる入口側と出口側とを交互に目封じする封止部とによって構成され、
   前記吸着層は、前記壁部の排気ガスの入口側に連通する側に配置される第１の吸着層と、前記壁部の排気ガスの出口側に連通する側に配置される第２の吸着層とからなり、
   前記触媒層は、前記壁部の排気ガスの入口側に連通する側に配置される第１の触媒層と、前記壁部の排気ガスの出口側に連通する側に配置される第２の触媒層とからなり、
   前記第１の吸着層及び前記第１の触媒層と、前記第２の吸着層及び前記第２の触媒層とが、排気ガス流れ方向に積層されていることを特徴とする請求項３に記載のＨＣ吸着触媒。