JP3780575B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化触媒 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化触媒に関する。さらに詳細には、本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートの量を低減する排気浄化触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンからの排気ガス中に含まれるパティキュレートの排出量を低減させる方法としては、ウォールフローモノリスのようなディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を用いてパティキュレートを捕集する方法が従来より知られている。この方法では、捕集されたパティキュレートの目詰まりによる圧力損失増大を防ぐために、捕集したパティキュレートをヒータ加熱などで着火燃焼させるか、高速走行時の排気ガス温度で触媒燃焼させてフィルタを再生することが必要であるが、この再生時にフィルタの温度が上がり過ぎて触媒担体が割れたり、システムが複雑になるなどの課題を残している。
【0003】
また、このDPFを用いない方法としては、エンジン自体の燃焼特性を改善することによりパティキュレートの黒煙(すす)を形成するカーボン粒子の生成を抑制する方法が知られている。この方法では、排気ガス中の未燃焼燃料、潤滑油等の炭化水素由来の可溶有機成分(SOF)の量が増加するため、一般には酸化触媒を併用して排気ガス中のこれらのSOF等を浄化する方法が採用されている。
【0004】
従来用いられているディーゼルエンジン用酸化触媒は、ガソリンエンジン用触媒と同様に、コート材(活性アルミナ等)に貴金属(白金、パラジウム等)を担持させた構造である。排気ガス中のSOFはこの酸化触媒により酸化され、水及び二酸化炭素等として排出され、浄化される。ところが、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、燃料に含まれる硫黄分の燃焼によりSO2 が含まれているが、活性アルミナはこのSO2 を吸着する性質を有している。この吸着されたSO2 又は排気ガス中のSO2 は高温域では酸化触媒により容易に酸化されてSO3 を形成する。このSO3 は水分と反応して硫酸ミスト等のサルフェート粒子を形成する。このサルフェート粒子はパティキュレートの一成分であり、従って酸化触媒で排気ガスを浄化するとパティキュレートが増加してしまうことになる。
【0005】
このような問題を解決するため、例えば特開平6−198181号明細書では、アルミナ等の触媒担持層上に、排気ガス流の上流側に白金を、下流側にパラジウムを担持させることによりSO2 の酸化を抑え、サルフェートの発生を防止する排気浄化用触媒が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ディーゼルエンジン用酸化触媒は、HC、CO等の排気ガス成分の浄化と共にパティキュレートを低減させる必要があり、このパティキュレートを低減させるためにはSOFを浄化しかつサルフェートの生成を抑制する必要がある。ところが、従来の酸化触媒ではSOFの浄化は十分ではなく、このSOFの浄化能を高めるために貴金属の担持量を増やすと、SOFは浄化できるがサルフェートの生成量が増加するという問題があった。
【0007】
また、ガソリンエンジンにおいて触媒により浄化すべき排気ガス成分はほとんどがガス成分であり、排気温度も高い。ところがディーゼルエンジンの排気ガス成分はこのようなガス成分に加えSOFのような液体及びパティキュレートのような固体を含み、すなわち液相、気相、固相の3層を含んでおり、排気温度も低い。ガソリンエンジン用触媒と同様の現状のディーゼルエンジン用酸化触媒ではこのような排気ガスの違いについて考慮されておらず、SOFの浄化に関しては効率が低い。さらに、ディーゼルエンジンにおいては燃料中の硫黄含有率が高く、排気ガスも酸素過剰雰囲気であるため、触媒の酸化能を向上させたのみではサルフェートの生成を促進させ、結果としてパティキュレートの排出量を増加させてしまうという問題がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために1番目の発明によれば、多孔質触媒担体と、この担体の細孔表面上に形成された触媒担持層と、この触媒担持層上に担持された触媒金属からなるディーゼルエンジンの排気浄化触媒において、前記触媒金属の担持量が前記排気浄化触媒の排気ガスの流れ方向の上流側よりも下流側の方が多くなっており、かつ上流側にのみ酸素吸蔵金属が担持されている。触媒の上流側に酸素吸蔵金属を配置させることにより、触媒の上流側に大量に付着したSOFを浄化させると共に、この上流側において触媒金属の担持量を少なくしているためサルフェートの発生を抑制することができる。
【0009】
また、2番目の発明では上記問題点を解決するために1番目の発明において、上記排気浄化触媒の排気ガスの流れ方向の上流側の断面積が下流側の断面積よりも大きくされている。触媒の上流側の断面積を大きくすることにより上流側により多くのSOFを吸着させることができ、酸素吸蔵金属によってこの吸着されたSOFを浄化し、下流側へのSOFの排出を抑え、サルフェートの発生を抑えることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図1は、本発明のディーゼルエンジンの排気浄化触媒の第一の実施形態を示す概略図である。図1において、1はディーゼルエンジンの排気浄化触媒であり、2は多孔質触媒担体である。この触媒担体としては、従来の排気ガス浄化用触媒に用いられている触媒担体と同様のものであってよい。この実施形態ではモノリス型担体であるハニカムフィルタを用いているが、フォームフィルタを用いてもよく、又はペレット型担体を用いてもよい。この触媒担体の材質はコージェライト等のセラミックス、又はステンレス等の耐熱性金属を用いることができる。
【0011】
排気ガスが通過するこの多孔質触媒担体の細孔の表面上には触媒担持層が設けられており、この触媒担持層に触媒金属が担持されている。この触媒担持層としては、アルミナ、シリカ、チタニア等の従来より用いられているものを用いることができる。触媒金属としては従来酸化触媒に用いられている金属、例えば白金、ロジウム、パラジウム等を用いることができる。
【0012】
図1に示すような触媒に排気ガスが流入すると、この排気ガスは触媒の入口付近、すなわち触媒の上流付近では乱流となっており、下流に向かって層流となっている。従って排気ガス中のSOFは主にこの触媒入口から10〜30mmの上流付近に吸着する。従って、触媒担持層としては、このSOFとの親和性を高めかつSOFの分解性を高めるために、例えばアルミナ又はアルミナにチタニアもしくはシリカを配合したものを用いることが好ましい。
【0013】
本発明の触媒では、このSOFが吸着される触媒の上流部に酸素吸蔵金属が担持されている。SOFは高分子、高沸点であるため、このSOFの浄化を促進するためには低分子化して気化させる必要がある。そこでSOFが吸着される触媒の上流部に酸素吸蔵金属を担持させておくことにより、この酸素吸蔵金属から放出された酸素によってSOFは部分酸化され、低分子化して気化する。この気化したSOFは排気ガスの流れにのって触媒の下流部に送られ、この下流部において触媒金属により効率的に浄化される。この酸素吸蔵金属としては、セリア、酸化鉄等を用いることができる。
【0014】
上記のように、ディーゼルエンジンの排気ガス中にはSO2 ガスが含まれており、このSO2 は触媒金属により酸化されSO3 を形成する。このSO3 はパティキュレート形成の原因となる。また、SOFはこのSO3 と反応してスルホン酸(R−SO3 H)を生成する。このスルホン酸はSOFの重量増加の原因となり、SOFの浄化率を低下させてしまう。本発明の触媒ではSOFとSO3 の接触を阻害するため、SOFが吸着する触媒の上流部における触媒金属の担持量を下流と比較して少なくし、好ましくは上流部には触媒金属をまったく担持させないでおく。SOFが吸着されている触媒の上流側では触媒金属の担持量が少ないためSO2 のSO3 への酸化が抑制され、SOFとSO3 の反応に伴う上記の問題は解消される。また、セリアのような酸素吸蔵金属が触媒金属と共存するとSO3 の生成を促進することになるが、本発明の触媒では酸素吸蔵金属の担持部と触媒金属の担持部が分離されているためSO3 を発生させることなくSOFを低分子化することができる。
【0015】
図2に本発明の第二の実施形態を示す。図1に示す第一の実施形態では1つの触媒担体において酸素吸蔵金属担持部と触媒金属担持部とが設けられているが、この第二の実施形態では、この酸素吸蔵金属担持部3と触媒金属担持部4とをそれぞれ別個の触媒担体に担持させておく。第一の実施形態と同様に、酸素吸蔵金属担持部3においてSOFが低分子化されて触媒金属担持部4に送られ、触媒金属により浄化される。
【0016】
図3に本発明の第三の実施形態を示す。この実施形態では酸素吸蔵金属担持部3の断面積が触媒金属担持部4の断面積よりも大きくされている。ディーゼル排気ガス中のSOFは沸点が高く、通常のエンジン使用域では排気ガス中に液滴として存在している場合が多い。触媒の上流部は排気ガス気流が乱れているためSOFは細孔表面に達するが、触媒の中央以降では排気ガスの気流は層流化しているため、質量を有する液滴のSOFはこの気流にのって触媒を素通りしてしまうおそれがある。SOFの浄化率を高めるためにはこのようなSOFの素通りを防止し、より多く触媒表面に捕集することが必要である。この実施形態のように触媒の上流部の断面積を大きくし、触媒上流における触媒と排気ガスの接触機会を高めることによりより効果的にSOFを捕集し、この捕集された部位には触媒金属の担持量が少ないためサルフェートの発生を抑制することができる。従来の触媒では触媒全体に触媒金属が担持されているため、上流部の断面積を大きくしてSOFを捕集してもサルフェートの発生を抑制することはできない。
【0017】
図4に本発明の第四の実施形態を示す。この実施形態では触媒担体としてフォームもしくはペレット型担体を用いている。そして上流部に酸素吸蔵金属担持部3が、下流部に触媒金属担持部4が設けられている。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、SOFを捕集する触媒の上流部に酸素吸蔵金属が担持されており、かつこの上流部に担持されている触媒金属の担持量が下流部に比して少ないため、サルフェートを発生させることなく、かつSOFを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の触媒の第一実施形態を示す概略図である。
【図2】本発明の第二の実施形態を示す概略図である。
【図3】本発明の第三の実施形態を示す概略図である。
【図4】本発明の第四の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
1…排気浄化触媒
2…触媒担体
3…酸素吸蔵金属担持部
4…触媒金属担持部
Claims (3)
- 多孔質触媒担体と、この担体の細孔表面上に形成された触媒担持層と、この触媒担持層上に担持された触媒金属からなるディーゼルエンジンの排気浄化触媒であって、前記触媒金属の担持量が前記排気浄化触媒の排気ガスの流れ方向の上流側よりも下流側の方が多くなっており、かつ上流側にのみ酸素吸蔵金属を担持させ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。
- 前記排気浄化触媒の排気ガスの流れ方向の上流側の断面積が下流側の断面積よりも大きいことを特徴とする、請求項1記載のディーゼルエンジンの排気浄化触媒。
- ディーゼルエンジンからの排気ガスを請求項1記載の排気浄化触媒に通すことを特徴とする、ディーゼルエンジンの排気浄化方法。
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