内燃機関の排気ガス浄化装置
【課題】貴金属を用いない内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気ガス流路に配置される内燃機関の排気ガス浄化装置であって、この排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材、タングステン−スズ複合酸化物、及びＮＯx吸着材が配置されてなる内燃機関の排気ガス浄化装置。
【解決手段】内燃機関の排気ガス流路に配置される内燃機関の排気ガス浄化装置であって、この排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材、タングステン−スズ複合酸化物、及びＮＯx吸着材が配置されてなる内燃機関の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス流路に配置される内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには一酸化炭素(ＣＯ)、炭化水素(ＨＣ)、窒素酸化物(ＮＯX)等が含まれ、これらの有害物質は、一般に、白金(Ｐｔ)、パラジウム(Ｐｄ)、ロジウム(Ｒｈ)等の貴金属を触媒成分とする排気ガス浄化用触媒によって浄化される。また、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼内燃機関からの排気ガス中には、パティキュレート及びＮＯxを比較的多量に含んでおり、このような排気ガスを浄化するため、ハニカムフィルタ（ＤＰＦ）−酸化触媒−ＮＯx触媒を組み合わせた排気ガス浄化システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。また、ＮＯxを吸着するＮＯx吸着材を用いることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８５２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来、排気ガス浄化用触媒として主に貴金属が用いられてきた。またＮＯx吸着材はＮＯよりもＮＯ2の方が吸着能が高いため、酸化触媒によってＮＯをＮＯ2に酸化することが一般に行われ、ＮＯはＮＯ2となることによりＮ2への還元浄化が可能となる。この酸化に用いられる酸化触媒においても白金等の貴金属が用いられている。ところで、この貴金属はその希少性のゆえ高コストであり、システム全体としても高コストになるという問題がある。そこで本発明は、このような高コストの貴金属を用いることなく排気ガスを浄化することのできる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材、タングステン−スズ複合酸化物、及びＮＯx吸着材が配置されてなることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の基本的構成を示す略図である。
【図２】本発明の排気ガス浄化装置の配置の態様を示す略図である。
【図３】本発明の排気ガス浄化装置におけるＮＯx吸着量を示すグラフである。
【図４】ＨＣ吸着材を含まない装置におけるＮＯx吸着量を示すグラフである。
【図５】ＮＯx吸着量と温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の排気ガス浄化装置は、その基本的構成を図１に示すように、排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材１、タングステン−スズ複合酸化物２、及びＮＯx吸着材３が配置されてなり、従来酸化触媒として用いられてきた貴金属触媒に代えて、タングステン及びスズからなる複合酸化物を用い、さらにこの複合酸化物の上流側にＨＣ吸着材を配置することを特徴とするものである。
【０００８】
タングステン−スズ複合酸化物は、タングステン酸化物の中のタングステンの一部がスズにより置換されたものであり、固体酸として知られているものである。このタングステン−スズ複合酸化物において、タングステンに対するスズの含有比率は５０〜６７モル％であることが好ましい。この含有率にすると、８００℃における焼成時にタングステン酸化物クラスターが結晶性のＷＯ3に変化し、このとき生成するＷＯ3以外のタングステン酸化物クラスターが活性点となる。これを促進するのにこのＳｎの割合がよいからである。
【０００９】
このタングステン−スズ複合酸化物は公知の方法によって製造することができる。例えば、タングステン酸塩（例えばタングステン酸ナトリウム）と塩化スズを所定の比で水に溶解させ、生成した沈殿を濾別し、乾燥後、焼成することにより製造することができる。あるいは、スズ酸化物をタングステン酸と湿式混練し、乾燥後、焼成することにより製造することができる。
【００１０】
このタングステン−スズ複合酸化物の形態は特に制限されず、粒子状、ハニカム状、ペレット状のいずれの形態であってよい。セラミックスや金属等の基材上に配置してハニカム状とすることもできる。
【００１１】
このタングステン−スズ複合酸化物は流入してきた排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化するが、排気ガス中には炭化水素（ＨＣ）が含まれている。このＨＣはタングステン−スズ複合酸化物の酸点を阻害し、ＮＯの酸化を阻害するという問題がある。
【００１２】
そこで本発明では、このタングステン−スズ複合酸化物の上流側の排気ガス流路に、ＨＣ吸着材１を配置している。このＨＣ吸着材としては、フェリエライト、モルデナイト、β型、Ｙ型ゼオライト等のゼオライトを用いることができる。このゼオライトにおいて、Ａｇイオンの交換を行うことにより塩基点を増やし、ＨＣのトラップ量を上げることができる。また、ゼオライト種による細孔径の違いを利用し、組み合わせることによってより効率的にＨＣを除去することが可能となる。
【００１３】
タングステン−スズ複合酸化物の下流側の排気ガス流路に配置されるＮＯx吸着材３は、タングステン−スズ複合酸化物により酸化されたＮＯ2等のＮＯxを吸着するものであり、アルミナ、ゼオライト等を用いることができる。
【００１４】
タングステン−スズ複合酸化物と同様に、ＨＣ吸着材及びＮＯx吸着材は、それぞれ粉末状態で容器に充填して用いてよく、あるいはペレット形状や、ハニカム基材にコートして用いることもできる。
【００１５】
上記のＨＣ吸着材１、タングステン−スズ複合酸化物２、及びＮＯx吸着材３は、図２に示すようにして排気ガス流路に配置することができる。すなわち、ＨＣ吸着材１、タングステン−スズ複合酸化物２、及びＮＯx吸着材３を１つの容器に収納してもよく（図２(a)）、それぞれを別の容器に収納してもよい（図２(b))。あるいは、ＨＣ吸着材１とタングステン−スズ複合酸化物２を１つの容器に、ＮＯx吸着材３を別個の容器に収納してもよく（図２(c))、ＨＣ吸着材１を１つの容器に、タングステン−スズ複合酸化物２とＮＯx吸着材３を１つの容器に収納してもよい（図２(d))。
【実施例】
【００１６】
タングステン酸ナトリウムと塩化スズをモル比で１：２となるように計り取り、水に溶解させた。得られた白色沈殿物を濾別し、１２０℃で一晩乾燥させた後、８００℃で３時間焼成を行い、タングステン−スズ複合酸化物を得た。
【００１７】
こうして得られたタングステン−スズ複合酸化物を、図２(a)に示すように、容器に収納し、上流側にＨＣ吸着材１としてゼオライトを、下流側にＮＯx吸着材３としてアルミナを配置した。比較として、ゼオライトを配置せず、タングステン−スズ複合酸化物とアルミナを配置した。
【００１８】
これらの排気ガス浄化装置にモデルガス（組成：ＮＯ：２００ｐｐｍ、Ｃ3Ｈ6：４００ｐｐｍＣ、ＣＯ：８００ｐｐｍ、Ｈ2Ｏ：３％、ＣＯ2：１０％、Ｏ2：８％、Ｎ2：バランス）を、空間速度１７０００／ｈの条件で流通させ、アルミナに吸着されたＮＯx量を測定した。この結果を図３及び図４に示す。また、ガス温度とＮＯx吸着量の関係を図５に示す。
【００１９】
ＨＣ吸着材（ゼオライト）を配置した場合、ＮＯx吸着量は３８０ｍｇ／ｌであったのに対し（図３）、ＨＣ吸着材を配置しない場合、ＮＯx吸着量は１８０ｍｇ／ｌであり（図４）、ＨＣ吸着材を配置することにより明らかにＮＯx吸着量が高くなることがわかる。また、高温ほどＮＯx吸着量が高いことが示された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス流路に配置される内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには一酸化炭素(ＣＯ)、炭化水素(ＨＣ)、窒素酸化物(ＮＯX)等が含まれ、これらの有害物質は、一般に、白金(Ｐｔ)、パラジウム(Ｐｄ)、ロジウム(Ｒｈ)等の貴金属を触媒成分とする排気ガス浄化用触媒によって浄化される。また、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼内燃機関からの排気ガス中には、パティキュレート及びＮＯxを比較的多量に含んでおり、このような排気ガスを浄化するため、ハニカムフィルタ（ＤＰＦ）−酸化触媒−ＮＯx触媒を組み合わせた排気ガス浄化システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。また、ＮＯxを吸着するＮＯx吸着材を用いることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８５２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、従来、排気ガス浄化用触媒として主に貴金属が用いられてきた。またＮＯx吸着材はＮＯよりもＮＯ2の方が吸着能が高いため、酸化触媒によってＮＯをＮＯ2に酸化することが一般に行われ、ＮＯはＮＯ2となることによりＮ2への還元浄化が可能となる。この酸化に用いられる酸化触媒においても白金等の貴金属が用いられている。ところで、この貴金属はその希少性のゆえ高コストであり、システム全体としても高コストになるという問題がある。そこで本発明は、このような高コストの貴金属を用いることなく排気ガスを浄化することのできる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材、タングステン−スズ複合酸化物、及びＮＯx吸着材が配置されてなることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の基本的構成を示す略図である。
【図２】本発明の排気ガス浄化装置の配置の態様を示す略図である。
【図３】本発明の排気ガス浄化装置におけるＮＯx吸着量を示すグラフである。
【図４】ＨＣ吸着材を含まない装置におけるＮＯx吸着量を示すグラフである。
【図５】ＮＯx吸着量と温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の排気ガス浄化装置は、その基本的構成を図１に示すように、排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材１、タングステン−スズ複合酸化物２、及びＮＯx吸着材３が配置されてなり、従来酸化触媒として用いられてきた貴金属触媒に代えて、タングステン及びスズからなる複合酸化物を用い、さらにこの複合酸化物の上流側にＨＣ吸着材を配置することを特徴とするものである。
【０００８】
タングステン−スズ複合酸化物は、タングステン酸化物の中のタングステンの一部がスズにより置換されたものであり、固体酸として知られているものである。このタングステン−スズ複合酸化物において、タングステンに対するスズの含有比率は５０〜６７モル％であることが好ましい。この含有率にすると、８００℃における焼成時にタングステン酸化物クラスターが結晶性のＷＯ3に変化し、このとき生成するＷＯ3以外のタングステン酸化物クラスターが活性点となる。これを促進するのにこのＳｎの割合がよいからである。
【０００９】
このタングステン−スズ複合酸化物は公知の方法によって製造することができる。例えば、タングステン酸塩（例えばタングステン酸ナトリウム）と塩化スズを所定の比で水に溶解させ、生成した沈殿を濾別し、乾燥後、焼成することにより製造することができる。あるいは、スズ酸化物をタングステン酸と湿式混練し、乾燥後、焼成することにより製造することができる。
【００１０】
このタングステン−スズ複合酸化物の形態は特に制限されず、粒子状、ハニカム状、ペレット状のいずれの形態であってよい。セラミックスや金属等の基材上に配置してハニカム状とすることもできる。
【００１１】
このタングステン−スズ複合酸化物は流入してきた排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化するが、排気ガス中には炭化水素（ＨＣ）が含まれている。このＨＣはタングステン−スズ複合酸化物の酸点を阻害し、ＮＯの酸化を阻害するという問題がある。
【００１２】
そこで本発明では、このタングステン−スズ複合酸化物の上流側の排気ガス流路に、ＨＣ吸着材１を配置している。このＨＣ吸着材としては、フェリエライト、モルデナイト、β型、Ｙ型ゼオライト等のゼオライトを用いることができる。このゼオライトにおいて、Ａｇイオンの交換を行うことにより塩基点を増やし、ＨＣのトラップ量を上げることができる。また、ゼオライト種による細孔径の違いを利用し、組み合わせることによってより効率的にＨＣを除去することが可能となる。
【００１３】
タングステン−スズ複合酸化物の下流側の排気ガス流路に配置されるＮＯx吸着材３は、タングステン−スズ複合酸化物により酸化されたＮＯ2等のＮＯxを吸着するものであり、アルミナ、ゼオライト等を用いることができる。
【００１４】
タングステン−スズ複合酸化物と同様に、ＨＣ吸着材及びＮＯx吸着材は、それぞれ粉末状態で容器に充填して用いてよく、あるいはペレット形状や、ハニカム基材にコートして用いることもできる。
【００１５】
上記のＨＣ吸着材１、タングステン−スズ複合酸化物２、及びＮＯx吸着材３は、図２に示すようにして排気ガス流路に配置することができる。すなわち、ＨＣ吸着材１、タングステン−スズ複合酸化物２、及びＮＯx吸着材３を１つの容器に収納してもよく（図２(a)）、それぞれを別の容器に収納してもよい（図２(b))。あるいは、ＨＣ吸着材１とタングステン−スズ複合酸化物２を１つの容器に、ＮＯx吸着材３を別個の容器に収納してもよく（図２(c))、ＨＣ吸着材１を１つの容器に、タングステン−スズ複合酸化物２とＮＯx吸着材３を１つの容器に収納してもよい（図２(d))。
【実施例】
【００１６】
タングステン酸ナトリウムと塩化スズをモル比で１：２となるように計り取り、水に溶解させた。得られた白色沈殿物を濾別し、１２０℃で一晩乾燥させた後、８００℃で３時間焼成を行い、タングステン−スズ複合酸化物を得た。
【００１７】
こうして得られたタングステン−スズ複合酸化物を、図２(a)に示すように、容器に収納し、上流側にＨＣ吸着材１としてゼオライトを、下流側にＮＯx吸着材３としてアルミナを配置した。比較として、ゼオライトを配置せず、タングステン−スズ複合酸化物とアルミナを配置した。
【００１８】
これらの排気ガス浄化装置にモデルガス（組成：ＮＯ：２００ｐｐｍ、Ｃ3Ｈ6：４００ｐｐｍＣ、ＣＯ：８００ｐｐｍ、Ｈ2Ｏ：３％、ＣＯ2：１０％、Ｏ2：８％、Ｎ2：バランス）を、空間速度１７０００／ｈの条件で流通させ、アルミナに吸着されたＮＯx量を測定した。この結果を図３及び図４に示す。また、ガス温度とＮＯx吸着量の関係を図５に示す。
【００１９】
ＨＣ吸着材（ゼオライト）を配置した場合、ＮＯx吸着量は３８０ｍｇ／ｌであったのに対し（図３）、ＨＣ吸着材を配置しない場合、ＮＯx吸着量は１８０ｍｇ／ｌであり（図４）、ＨＣ吸着材を配置することにより明らかにＮＯx吸着量が高くなることがわかる。また、高温ほどＮＯx吸着量が高いことが示された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス流路に配置される内燃機関の排気ガス浄化装置であって、この排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材、タングステン−スズ複合酸化物、及びＮＯx吸着材が配置されてなる内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記ＨＣ吸着材がゼオライトであり、前記ＮＯx吸着材がアルミナである、請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気ガス流路に配置される内燃機関の排気ガス浄化装置であって、この排気ガス流路の上流側から順に、ＨＣ吸着材、タングステン−スズ複合酸化物、及びＮＯx吸着材が配置されてなる内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記ＨＣ吸着材がゼオライトであり、前記ＮＯx吸着材がアルミナである、請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２１４５５５（Ｐ２０１１−２１４５５５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５９６１（Ｐ２０１０−８５９６１）
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]