触媒コンバータ
【課題】 大流量の排気ガスを効果的に浄化することができ、同時にレイアウトの自由度が高い触媒コンバータを提供する。
【解決手段】 ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）およびＬｎｘＰｄＯｙを含む触媒材料を触媒コンバータ１０３に納めた構成とする。この触媒材料は、空間速度の増加に伴う浄化効率の低下が僅かである性能を有しているので、触媒コンバータ１０３を小型化できる。またこの触媒材料は、高い耐熱性を有している。そのため、触媒コンバータ１０３をエンジン１０１の直下に配置することができる。
【解決手段】 ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）およびＬｎｘＰｄＯｙを含む触媒材料を触媒コンバータ１０３に納めた構成とする。この触媒材料は、空間速度の増加に伴う浄化効率の低下が僅かである性能を有しているので、触媒コンバータ１０３を小型化できる。またこの触媒材料は、高い耐熱性を有している。そのため、触媒コンバータ１０３をエンジン１０１の直下に配置することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い触媒効率を保ちながら小型化が可能で、さらに設置場所の自由度の高い触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンからの排気ガス中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）といったそのまま排出することは好ましくない成分が含まれている。一般にこれらの成分は、触媒コンバータにより分解され、浄化されるようになっている。
【０００３】
従来技術における触媒材料としては、Ａｌ２Ｏ３等の高比表面積を有する粒子材料を担体とし、そこに活性金属となる貴金属の微粒子を担持させたものが用いられている。この触媒材料では、担体粒子中に存在する無数の細孔に貴金属の粒子が担持され、ガスがこの細孔中に拡散することで、浄化作用が発揮される。このような触媒材料としては、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６８１１７号公報（第「００２４」段落、第「００５４」段落）
【特許文献２】特開２００２―３０３１２７号公報（第「００４０」段落）
【特許文献３】特開平６−３０７２３２号公報（第「００１７」段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、触媒材料の容積に比較して、排気ガスの流量が大きくなると、担持体粒子の細孔中にガスが拡散する拡散速度よりも、排気ガスが触媒材料中に流れてゆく物質移動速度が非常に大きくなり、上述した細孔中へのガス拡散から起こる浄化の寄与が小さくなって、浄化効率が低下してしまう。
【０００６】
このことに関連して、高出力車や、軽自動車のような小排気量で高ガス負荷（高ＳＶ）の掛かる車は、排気ガスの流量が多く、効果的な浄化を行うために、以下説明するような工夫が施されている。すなわち、（Ａ）触媒コンバータをエンジンの近くに設置する、（Ｂ）触媒の容量を大きくする、（Ｃ）触媒に用いる貴金属の担持量を多くする、といった対策が採られている。
【０００７】
（Ａ）の方法は、排気ガスの温度が高い状態で触媒に接触させることで、浄化反応時の温度を高く保ち、それにより浄化効率を高くしようとする方法である。（Ｂ）の方法は、排気ガスと触媒材料との接触面積を確保することで、浄化効率を高く維持する方法である。（Ｃ）の方法は、浄化対象成分を分解する際に主要な役割を担う活性金属の担持量を増やすことで、浄化効率を高くする方法である。
【０００８】
しかしながら、上述した（Ａ）の方法は、車内における触媒コンバータの設置位置が限定され、設計上の制約が大きくなるという問題がある。すなわち、この方法は、容積に関する制限の大きいエンジンルーム内に触媒コンバータを配置しなくてはならず、触媒容量の制限や、触媒コンバータの形状に関する制限が厳しいという問題がある。また、高温において安定した触媒作用を得ることができる触媒材料を選択しなくてはならないという問題もある。
【０００９】
（Ｂ）の方法は、触媒コンバータの大型化が避けられず、車内における設置位置の制約が大きくなり好ましくない。また、触媒コンバータを大型化すると、車の重量増加や燃費の悪化、貴金属の大量使用による高コスト化、消耗部品の短命化といった問題も顕在化する。
【００１０】
また、（Ｃ）の方法は、貴金属の消費量が増え、コスト高になる問題がある。また、浄化に好ましい状態で貴金属を用いていないためコストパフォーマンスも悪くなる。
【００１１】
本発明は、このような従来技術における不都合を解消した触媒コンバータを提供することを目的とする。すなわち本発明は、高出力車や、軽自動車のような高ガス負荷（高ＳＶ）の掛かる車から排気される大流量の排気ガスを効果的に浄化することができ、同時にレイアウトの自由度が高い、小型軽量化が図れる、貴金属の使用量を減らせる、といった優位性を備えた触媒コンバータ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】
【００１２】
本発明の触媒コンバータは、ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）、および希土類元素とパラジウムの複合酸化物を含む触媒材料と、この触媒材料を納めた容器とを備えたことを特徴とする。すなわち、本発明の触媒コンバータにおいては、触媒材料として、ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）を担体とし、そこに希土類元素とパラジウムの複合酸化物を担持させたものを用いる。
【００１３】
希土類元素とパラジウムの複合酸化物は、ＬｎｘＰｄＯｙ（０＜ｘ、０＜ｙ）で表される複合酸化物である。なお、Ｌｎは、希土類元素から選ばれた元素である。
【００１４】
この材料（ＬｎＡｌＯ３）は、ペロブスカイト型の結晶構造中に、共有結合性のＡｌを含んでおり、また、電気的な安定性が小さいことにより、担持されたＬｎｘＰｄＯｙに対して強い相関作用を及ぼす。このため、ＬｎｘＰｄＯｙの活性が高められる。また、ＬｎｘＰｄＯｙは、Ｌｎ（希土類元素）とＰｄとが複合化されているため、高温条件下におけるＰｄの還元劣化を抑制することができる。つまり、本発明の触媒コンバータにおいては、高い排ガス浄化活性を有し、且つ高温耐熱性に優れたＬｎｘＰｄＯｙ／ＬｎＡｌＯ３を用いているので、高い排ガス浄化作用を得ることができる。
【００１５】
また、ＬｎＡｌＯ３は、比表面積が小さい材料である（〜５ｍ２／ｇ）。このため、ＬｎＡｌＯ３に担持された貴金属は、ガスとの接触が良好なＬｎＡｌＯ３粒子の外表面に存在する状態となる。ガスの流速が大きくなった場合、触媒粒子の外表面に活性点が存在する方が、浄化反応には有利である。したがって、ＬｎＡｌＯ３を用いた本発明の触媒コンバータにおいては、高ガス流量下において高い排ガス浄化作用を得ることができる。
【００１６】
このような触媒材料としての優位性があるため、後述する実測データから明らかにされるように、空間速度（ＳＶ値）を大きくしても浄化率がほとんど変化しないという有意な触媒性能を有している。
【００１７】
一般に、空間速度を大きくすれば、浄化ガスが触媒材料に接触している時間が短くなるので、浄化効率は低下する。例えば、従来技術においては、この原理を前提として、浄化対象のガスが触媒材料になるべく長く接触するように、触媒コンバータの有効断面積と有効長とを極力大きく確保している。
【００１８】
これに対して、本発明の触媒材料においては、上述にように空間速度に対する浄化率の依存性が極めて小さい。このため、触媒コンバータの断面積を小さくするでき、また長さを短くすることができる。つまり、触媒コンバータが占める容積を小さくすることができる。つまり本発明は、触媒コンバータの小型化、軽量化、および低コスト化を追求することができる。
【００１９】
したがって本発明は、排気ガスの流量が大きい高出力車や、許容される触媒コンバータの容積に比較して、大流量の排気ガスを処理しなければならない軽自動車に適用することに適している。
【００２０】
なお、空間速度（ＳＶ値）とは、（単位時間当たりの体積流量／反応系の容積）で表されるもので、単位時間（例えば１時間）あたり反応系いくつ分のガスが流れたのかを評価する指標である。空間速度が小さいということは、反応系内を通過するガスの通過時間がより長いことを意味し、空間速度が大きいということは、反応系内を通過するガスの通過時間がより短いことを意味する。
【００２１】
また、本発明の触媒材料は、耐熱性が高いので、触媒コンバータに利用した場合に、エンジンの近くに配置することができる。この耐熱性の高さは、上述した触媒コンバータを小型化できる点と相まって、触媒コンバータをエンジンルーム内に配置する上で有利な要素となる。
【００２２】
本発明において、触媒材料を構成するＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）がＬａＡｌＯ３であり、ＬｎｘＰｄＯｙ（Ｌｎ：希土類元素）がＬａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７であることは好ましい。後述するように、この組合せの触媒は、空間速度に依存しない高い浄化効率を得ることができる。
【００２３】
本発明における触媒材料は、反応温度が４００℃、空間速度が５００００（ｈ−１）おける浄化率と、反応温度が４００℃、空間速度が１０００００（ｈ−１）おける浄化率との差が±２％以下である特性を示す。このような特性を有するが故に、触媒コンバータの容積を小さくすることができる優位性を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、空間速度への依存度が小さい触媒材料を触媒コンバータに採用することで、大流量の排気ガスに対応することができる。また、空間速度への依存度が小さいが故に、同じ浄化効率を得るために必要とする触媒材料の量を減らすことができる。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、高出力車や、軽自動車のような高ガス負荷（高ＳＶ）の掛かる車から排気される大流量の排気ガスを効果的に浄化することができる。また、触媒コンバータの容積を小さくでき、同時に高耐熱性を有しているので、小型軽量化が図れ、レイアウトの自由度が高い触媒コンバータを得ることができる。また、触媒材料の使用量を減らすことができるので、高コストである貴金属の使用量を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（触媒材料の製造例）
以下、本発明の触媒コンバータに利用可能な触媒材料の製造方法の一例を説明する。ここでは、担持体としてペロブスカイト型複合酸化物であるＬａＡｌＯ３を作製し、そこに担持物として、Ｐｄ複合酸化物であるＬａ２ＰｄＯ４とＬａ４ＰｄＯ７とを含浸担持させる製造工程の一例を説明する。
【００２７】
（ＬａＡｌＯ３の製造方法）
まず、所定量の硝酸ランタン六水和物、硝酸アルミニウム九水和物をイオン交換水に溶解させ、混合水溶液を作製した。次に所定量のリンゴ酸をイオン交換水に溶解させ、リンゴ酸水溶液を作製した。そして、この２つの水溶液を混合し、ホットプレートスターラーに乗せ、２５０℃の温度に保持しつつ、混合溶液中の水分が蒸発するまで攪拌を行った。
【００２８】
水分が蒸発し、乾固物を得たら、乳鉢でそれを粉砕し、さらにこの粉砕物をアルミナ坩堝に移し、マッフル炉において熱処理を加えた。この熱処理は、２．５℃／ｍｉｎの昇温速度で室温（２６℃）から３５０℃まで昇温させ、３５０℃に到達したら、その温度に３時間維持し、さらに自然冷却させる制御条件にて行った。この熱処理により、リンゴ酸塩および硝酸銀を除去した仮焼成体を得た。
【００２９】
次にこの仮焼成体を乳鉢で１５分間粉砕混合し、その粉砕物を再びアルミナ坩堝に入れ、マッフル炉において再度熱処理を加えた。この熱処理は、５℃／ｍｉｎの昇温速度で室温（２６℃）から８００℃の温度に上昇させ、８００℃に到達したら、その温度に１０時間維持し、その後自然冷却する制御条件にて行った。この熱処理を行うことで、ＬａＡｌＯ３で示されるペロブスカイト型の複合酸化物の粉末を得た。
【００３０】
（触媒粉末の製造方法）
まず所定量の硝酸パラジウム二水和物と硝酸ランタン六水和物をイオン交換水に溶解させ、金属塩混合水溶液を作製した。次に所定量のリンゴ酸をイオン交換水に溶解させ、リンゴ酸水溶液を作製した。
【００３１】
そしてナス型フラスコに、上記金属塩混合水溶液とリンゴ酸水溶液とを入れ、両者を混合し、そこに作製しておいたＬａＡｌＯ３粉末を所定量加えた。そして、このナス型フラスコをロータリエバポレータで減圧しながら、６０℃の湯浴中で上記混合溶液を蒸発乾固させ、乾個物を得た。
【００３２】
次にこの乾個物をマッフル炉に入れ、２．５℃／ｍｉｎの昇温速度で常温（２６℃）から２５０℃の温度にまで昇温させ、さらに２５０℃の温度に到達したら、５℃／ｍｉｎの昇温速度に切り換えて、７５０℃まで昇温させ、７５０℃の温度に到達したら、その温度を３時間維持し、その後自然冷却させる熱処理を加えた。
【００３３】
この熱処理によって、Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に含浸担持させた構造を有する粉末状の触媒材料を得た。
【００３４】
（触媒コンバータの製造方法）
以下触媒コンバータの製造方法の一例を説明する。まず、上述した触媒材料、水、およびＳｉＯ２バインダーを混合し、十分に攪拌してスラリー状の液体を得た。次に、コージェライト製のハニカムに上記スラリー状の液体を必要量ウォッシュコートし、２００℃で２時間乾燥させ、さらに７５０℃で３時間の焼成を行うことで、触媒材料を保持したハニカム構造体を得た。そして、このハニカム構造体を、触媒コンバータを構成する容器に収めることで、触媒コンバータを得た。
【００３５】
（触媒コンバータの設置例）
図１は、実施形態の触媒コンバータを配置した排気ガス浄化システムの一例を示す概念図である。図１は、ガソリンエンジンを搭載した乗用車における排気ガス浄化システムを示すもので、ガソリンエンジン１０１、排気配管１０２、および触媒コンバータ１０３が示されている。図１に示す例は、乗用車の床下に触媒コンバータを配置する場合の例である。
【００３６】
触媒コンバータ１０３は、外装部材である金属製の容器の中に、ハニカム構造を有した触媒保持部材が納められた構造を有している。このハニカム構造の触媒保持部材の表面（ハニカム構造の表面）にＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）粒子を担体とし、そこにＬｎｘＰｄＯｙ粒子が担持された構成を有する触媒材料の粉末がコーティングされている。浄化対象となる排気ガスは、このハニカム構造体の内部を通過する際にコーティングされた触媒材料に接触し、窒素酸化物等の浄化が行われる。
【００３７】
図２は、長さを短縮した触媒コンバータの概要を示す概念図である。すなわち、図２に示すのは、図１に示す触媒コンバータ１０３の長さを短縮することで、床下スペースの有効利用と車両の軽量化を図るものである。
【００３８】
後述するように、本発明を利用した触媒コンバータは、空間速度が大きくなっても浄化効率が低下しない性能を備えている。空間速度が大きくなるということは、排気ガスが触媒に接触する時間が短くなるということであり、それは触媒コンバータの容積が小さくなるということと等価である。したがって、本発明を利用した触媒コンバータは、触媒コンバータの容積を小さくしても浄化効率が低下しない性能を備えているといえる。
【００３９】
図２に示すのは、このことを利用したもので、触媒コンバータの容積を小さくできることを利用して、触媒コンバータの長さを短くした場合の例である。本発明においては、浄化性能を維持したまま、触媒コンバータの容積を６０％程度まで減少させることが可能である。
【００４０】
このことは、触媒コンバータの重量を２０％低減したことにもなる。通常、触媒コンバータの重量は５〜６ｋｇであるため、この効果は、およそ１〜２ｋｇの軽量化に相当する。またこの場合、触媒材料に用いる貴金属の使用量を２０％削減したことにもなる。つまり、小型軽量化と低コスト化を図ることができる。
【００４１】
また、触媒コンバータを小型化できるので、その配置に自由度を持たせることができる。すなわち、触媒コンバータが小型化されることで、従来は配置できなかった位置に触媒コンバータを配置することができる自由度が生まれる。
【００４２】
図３に示すのは、触媒コンバータ１０３の径１０５を小さくした場合の例である。すなわち、触媒コンバータの容積を小さくできることを利用して、その径を小さくした例である。この場合も小型軽量化、低コスト化、配置位置の自由度の増加、といった優位性を得ることができる。
【００４３】
図４は、エンジン直下に触媒コンバータを配置した状態を示す概念図である。本発明の触媒コンバータは、小型化でき、また耐熱性が高いので、エンジン直下（あるいはエンジン直後）に配置することができる。
【００４４】
エンジンの近くに触媒コンバータを配置する方法は、排気ガスの高温度状態を利用できる点で浄化効率を高くすることができる優位性があるが、〔１〕触媒材料に耐熱性が要求される、〔２〕必然的にエンジンルーム内またはその近くに触媒コンバータを配置することになるので、触媒コンバータの寸法や形状に大きな制限が加わる、といった問題がある。
【００４５】
本発明を利用した触媒コンバータは、耐熱性に優れており、高温に曝しても性能の低下が少ない性能を有しているから、エンジンルーム内やその近くに触媒コンバータを配置することができる。また、触媒コンバータの容積を小さくしても浄化効率の低下が抑えられるから、触媒コンバータを小型化でき、またそれ故、エンジンルーム内やその近傍のスペース的に厳しい場所であっても触媒コンバータを配置することができる。
【００４６】
また、図２や図３に示すように、触媒コンバータの長さを短くしたり、その径を細くしたりすることが可能であるので、ある程度その形状を自由に選ぶことができる。そのため、従来は困難であった場所に配置する自由度が大きいという優位性を得ることができる。
【００４７】
このように本発明の触媒コンバータを利用することで、エンジン直下のレイアウトから床下レイアウト、その他適当な場所へのレイアウトの自由度を高くすることができる。
【００４８】
（触媒材料の活性評価）
上述の作製方法により作製した粉末状の触媒材料（Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に担持させた触媒材料）に耐久処理を加え、その後、活性評価を行った。耐久処理は、粉末状の触媒材料を９８０℃または１０５０℃に加熱した状態において、モデル排ガスを２０時間流通させることによって行った。モデル排ガスとしては、Ａ／Ｆ＝１４．６相当のガソリンエンジンの排気ガスをもとにした混合ガスを採用した。なお、Ａ／Ｆは、（空気／燃料）比のことである。
【００４９】
活性評価は、耐久処理と同じ、触媒材料にＡ／Ｆ＝１４．６相当のガソリンエンジンの排気ガス流し、空間速度（ＳＶ値）と反応温度とを振って、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を測定することで行った。
【００５０】
図５は、実施形態の触媒粉末における空間速度と５０％浄化温度との関係を示すデータプロット図である。５０％浄化温度というのは、触媒材料に接触することで、浄化対象となる成分の排気ガス中における濃度が半分になる反応温度のことをいう。
【００５１】
図６は、比較例の触媒粉末における空間速度と５０％浄化温度との関係を示すデータプロット図である。なお比較例は、従来技術として一般的である、Ａｌ２Ｏ３粉末にＰｄＯ粉末を担持させたもの（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）である。
【００５２】
図５と図６を比較すれば明らかなように、本発明を利用した触媒粉末は、空間速度を高めても各浄化対象成分に対する５０％浄化温度はほとんど高くならない。これは、同じ触媒コンバータにおいて、排気ガスの流量を増加させても、浄化効率がほとんど低下しない性能を得ることができることを意味している。また、同じ排気ガスの流量において、触媒コンバータの容積を小さくしても、浄化効率がほとんど低下しない性能を得ることができることを意味している。
【００５３】
これに対して、比較例の場合は、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の５０％浄化温度が空間速度の増加に応じて高くなる傾向が顕著である。
【００５４】
これは、空間速度が大きくなると、より反応温度を高めないと所定の浄化率を確保することができないことを意味している。つまり、図６の窒素酸化物（ＮＯｘ）に関するデータは、同じ触媒コンバータを採用した場合において、排気ガスの流量が大きくなると、窒素酸化物の浄化効率が大きく低下することを意味している。また、このことは、同じ排気ガスの流量において、触媒コンバータの容積を小さくすると、窒素酸化物の浄化効率が大きく低下することを意味している。
【００５５】
また、下記表１に示すように、実施形態の（空間速度：１０００００ｈ−１）における各成分に対する５０％浄化温度は、比較例の（空間速度：５００００ｈ−１）における各成分に対する５０％浄化温度とほぼ同じである。
【００５６】
【表１】
【００５７】
図７は、実施形態の触媒粉末が示す空間速度と４００℃浄化率との関係を示すデータプロット図である。４００℃浄化率というのは、４００℃の反応温度における浄化率である。
【００５８】
図７を見れば分かるように、実施形態の触媒粉末は、空間速度が大きくなっても各成分に対する浄化率はあまり変化しない。すなわち、排気ガスの空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１と２倍になった場合における、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率の低下は、ごく僅かである。
【００５９】
図７から明らかなように、空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１と２倍になっても、各成分の浄化率は、±２％の範囲に収まっている。このことは、空間速度に依存せずに、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率を維持する能力に優れていることを意味している。
【００６０】
図８は、比較例における空間速度と４００℃浄化率との関係を示すデータプロット図である。図８を見れば分かるように、比較例の触媒材料は、空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１と２倍になると、４００℃浄化率が大きく低下する。
【００６１】
また、下記表２に示すように、実施形態の（空間速度：１０００００ｈ−１）における各成分に対する４００℃浄化率は、比較例の（空間速度：５００００ｈ−１）における各成分に対する４００℃浄化率とほぼ同じである。
【００６２】
【表２】
【００６３】
以上のことから、次の内容が結論される。すなわち、空間速度が５００００ｈ−１程度においては、浄化効率の観点から見て、比較例に対する本実施形態の優位性はそれ程大きくない。しかしながら、空間速度が５００００ｈ−１より大きくなると、比較例では特に窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率の低下が顕著になるが、本実施形態の触媒粉末は、浄化効率の低下はほとんど見られない。すなわち、比較例は空間速度に依存して浄化効率が大きく変化する（特に窒素酸化物（ＮＯｘ）に対して）が、本実施形態の触媒粉末は、空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１に増加しても、さほど浄化効率は変化しない。
【００６４】
したがって、本実施形態で示した触媒粉末を用いた場合、触媒コンバータの容積を小さくしても、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率の低下（特に窒素酸化物の浄化効率の低下）を抑えることができる。つまり、小型の触媒コンバータを使用することができる。
【００６５】
また、少ない触媒材料の使用で済むので、Ｐｄ等の貴金属の使用量を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。
【００６６】
また、本実施形態で示した触媒粉末を用いた場合、同じ触媒コンバータにおいて、排気ガスの流量が増えても浄化効率の低下を抑えることができる。つまり、限られた触媒コンバータの容積で、大きな排気ガス流量に対応することができる。
【００６７】
（耐熱性の評価）
以下、上述の作製方法により作製した粉末状の触媒材料（Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に担持させた触媒材料）の耐熱性を調べた結果について説明する。ここでは、昇温させた場合に、触媒活性がどのように変化するのかを調べた結果について説明する。
【００６８】
図９は、実施形態の触媒粉末の５０％浄化温度のデータを示すグラフである。ここでは、空間速度が５００００ｈ−１の場合における５０％浄化温度が、耐久処理なし、９８０℃、２０時間の耐久処理あり、１０５０℃、２０時間の耐久処理あり、の３条件について記載されている。なお、ここで耐久処理は、Ａ／Ｆ＝１４．６相当のストイキモデル排ガスの雰囲気で行った。
【００６９】
図１０は、前述の比較例（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）の触媒粉末における５０％浄化温度のデータを示すグラフである。各種の条件は図９の場合と同じである。
【００７０】
図９と図１０とを比較すると、実施形態の触媒材料（Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に担持した触媒材料）は、比較例の触媒材料（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）に比較して、耐久処理の影響による浄化効率の変化が小さいことが分かる。つまり、実施形態の触媒材料は、耐久処理しても初期の性能を維持する傾向が比較例の触媒材料よりも高い。これは、実施形態の触媒材料が、比較例の触媒材料よりも高い耐熱性を有していることを意味している。
【００７１】
図１１は、実施形態の触媒粉末の４００℃浄化効率のデータを示すグラフであり、図１２は、比較例（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）の触媒粉末における４００℃浄化効率のデータを示すグラフである。なお、各種の条件は図９の場合と同じである。図１１と図１２とを比較すれば明らかなように、実施形態の触媒材料は、比較例の触媒材料に比べて耐久処理による浄化率の低下が小さいことが分かる。つまり、実施形態の触媒材料は、比較例の触媒材料に比べて高い耐熱性を備えていることが分かる。
【００７２】
このように、実施形態の触媒材料は、従来技術における触媒材料よりも高い耐熱性を有している。このことは、触媒コンバータのエンジン間近やエンジンルーム内への配置に際して、有利な材料となる。
【００７３】
以上説明した内容から明らかなように、本発明を利用した触媒コンバータは、空間速度を増加させても、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率が低下し難い優位性がある。このため、触媒コンバータを小型軽量化することができ、高出力エンジン等の大流量の排気に対して、容積を大型化せずに対応することができる。また、触媒材料の使用量を減らせるので、貴金属の使用量を減らすことができる。
【００７４】
また、触媒材料の耐熱性が高いので、触媒コンバータの配置場所が限定されないという優位性を得ることができる。また、上述した触媒コンバータを小型軽量化できる点からも、触媒コンバータの配置に関する自由度を高くすることができる。このため、車内のスペースを有効に利用することができる設計が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、ガソリンエンジンの排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）等の成分を浄化する触媒コンバータに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】触媒コンバータを配置した排気ガス浄化システムの一例を示す概念図である。
【図２】長さを短縮した触媒コンバータの概要を示す概念図である。
【図３】外径を小さくした触媒コンバータの概要を示す概念図である。
【図４】エンジン直下に触媒コンバータを配置した状態を示す概念図である。
【図５】実施形態の触媒材料における空間速度と５０％浄化温度とを関係を示すデータプロット図である。
【図６】比較例の触媒材料における空間速度と５０％浄化温度とを関係を示すデータプロット図である。
【図７】実施形態の触媒材料における空間速度と４００℃浄化率とを関係を示すデータプロット図である。
【図８】比較例の触媒材料における空間速度と４００℃浄化率とを関係を示すデータプロット図である。
【図９】実施形態の触媒材料における５０％浄化温度を示すグラフである。
【図１０】比較例の触媒材料における５０％浄化温度を示すグラフである。
【図１１】実施形態の触媒材料における４００℃浄化率を示すグラフである。
【図１２】比較例の触媒材料における４００℃浄化率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１０１…ガソリンエンジン、１０２…排気配管、１０３…触媒コンバータ、１０４…触媒コンバータの長さ、１０５…触媒コンバータの径。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い触媒効率を保ちながら小型化が可能で、さらに設置場所の自由度の高い触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンからの排気ガス中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）といったそのまま排出することは好ましくない成分が含まれている。一般にこれらの成分は、触媒コンバータにより分解され、浄化されるようになっている。
【０００３】
従来技術における触媒材料としては、Ａｌ２Ｏ３等の高比表面積を有する粒子材料を担体とし、そこに活性金属となる貴金属の微粒子を担持させたものが用いられている。この触媒材料では、担体粒子中に存在する無数の細孔に貴金属の粒子が担持され、ガスがこの細孔中に拡散することで、浄化作用が発揮される。このような触媒材料としては、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６８１１７号公報（第「００２４」段落、第「００５４」段落）
【特許文献２】特開２００２―３０３１２７号公報（第「００４０」段落）
【特許文献３】特開平６−３０７２３２号公報（第「００１７」段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、触媒材料の容積に比較して、排気ガスの流量が大きくなると、担持体粒子の細孔中にガスが拡散する拡散速度よりも、排気ガスが触媒材料中に流れてゆく物質移動速度が非常に大きくなり、上述した細孔中へのガス拡散から起こる浄化の寄与が小さくなって、浄化効率が低下してしまう。
【０００６】
このことに関連して、高出力車や、軽自動車のような小排気量で高ガス負荷（高ＳＶ）の掛かる車は、排気ガスの流量が多く、効果的な浄化を行うために、以下説明するような工夫が施されている。すなわち、（Ａ）触媒コンバータをエンジンの近くに設置する、（Ｂ）触媒の容量を大きくする、（Ｃ）触媒に用いる貴金属の担持量を多くする、といった対策が採られている。
【０００７】
（Ａ）の方法は、排気ガスの温度が高い状態で触媒に接触させることで、浄化反応時の温度を高く保ち、それにより浄化効率を高くしようとする方法である。（Ｂ）の方法は、排気ガスと触媒材料との接触面積を確保することで、浄化効率を高く維持する方法である。（Ｃ）の方法は、浄化対象成分を分解する際に主要な役割を担う活性金属の担持量を増やすことで、浄化効率を高くする方法である。
【０００８】
しかしながら、上述した（Ａ）の方法は、車内における触媒コンバータの設置位置が限定され、設計上の制約が大きくなるという問題がある。すなわち、この方法は、容積に関する制限の大きいエンジンルーム内に触媒コンバータを配置しなくてはならず、触媒容量の制限や、触媒コンバータの形状に関する制限が厳しいという問題がある。また、高温において安定した触媒作用を得ることができる触媒材料を選択しなくてはならないという問題もある。
【０００９】
（Ｂ）の方法は、触媒コンバータの大型化が避けられず、車内における設置位置の制約が大きくなり好ましくない。また、触媒コンバータを大型化すると、車の重量増加や燃費の悪化、貴金属の大量使用による高コスト化、消耗部品の短命化といった問題も顕在化する。
【００１０】
また、（Ｃ）の方法は、貴金属の消費量が増え、コスト高になる問題がある。また、浄化に好ましい状態で貴金属を用いていないためコストパフォーマンスも悪くなる。
【００１１】
本発明は、このような従来技術における不都合を解消した触媒コンバータを提供することを目的とする。すなわち本発明は、高出力車や、軽自動車のような高ガス負荷（高ＳＶ）の掛かる車から排気される大流量の排気ガスを効果的に浄化することができ、同時にレイアウトの自由度が高い、小型軽量化が図れる、貴金属の使用量を減らせる、といった優位性を備えた触媒コンバータ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】
【００１２】
本発明の触媒コンバータは、ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）、および希土類元素とパラジウムの複合酸化物を含む触媒材料と、この触媒材料を納めた容器とを備えたことを特徴とする。すなわち、本発明の触媒コンバータにおいては、触媒材料として、ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）を担体とし、そこに希土類元素とパラジウムの複合酸化物を担持させたものを用いる。
【００１３】
希土類元素とパラジウムの複合酸化物は、ＬｎｘＰｄＯｙ（０＜ｘ、０＜ｙ）で表される複合酸化物である。なお、Ｌｎは、希土類元素から選ばれた元素である。
【００１４】
この材料（ＬｎＡｌＯ３）は、ペロブスカイト型の結晶構造中に、共有結合性のＡｌを含んでおり、また、電気的な安定性が小さいことにより、担持されたＬｎｘＰｄＯｙに対して強い相関作用を及ぼす。このため、ＬｎｘＰｄＯｙの活性が高められる。また、ＬｎｘＰｄＯｙは、Ｌｎ（希土類元素）とＰｄとが複合化されているため、高温条件下におけるＰｄの還元劣化を抑制することができる。つまり、本発明の触媒コンバータにおいては、高い排ガス浄化活性を有し、且つ高温耐熱性に優れたＬｎｘＰｄＯｙ／ＬｎＡｌＯ３を用いているので、高い排ガス浄化作用を得ることができる。
【００１５】
また、ＬｎＡｌＯ３は、比表面積が小さい材料である（〜５ｍ２／ｇ）。このため、ＬｎＡｌＯ３に担持された貴金属は、ガスとの接触が良好なＬｎＡｌＯ３粒子の外表面に存在する状態となる。ガスの流速が大きくなった場合、触媒粒子の外表面に活性点が存在する方が、浄化反応には有利である。したがって、ＬｎＡｌＯ３を用いた本発明の触媒コンバータにおいては、高ガス流量下において高い排ガス浄化作用を得ることができる。
【００１６】
このような触媒材料としての優位性があるため、後述する実測データから明らかにされるように、空間速度（ＳＶ値）を大きくしても浄化率がほとんど変化しないという有意な触媒性能を有している。
【００１７】
一般に、空間速度を大きくすれば、浄化ガスが触媒材料に接触している時間が短くなるので、浄化効率は低下する。例えば、従来技術においては、この原理を前提として、浄化対象のガスが触媒材料になるべく長く接触するように、触媒コンバータの有効断面積と有効長とを極力大きく確保している。
【００１８】
これに対して、本発明の触媒材料においては、上述にように空間速度に対する浄化率の依存性が極めて小さい。このため、触媒コンバータの断面積を小さくするでき、また長さを短くすることができる。つまり、触媒コンバータが占める容積を小さくすることができる。つまり本発明は、触媒コンバータの小型化、軽量化、および低コスト化を追求することができる。
【００１９】
したがって本発明は、排気ガスの流量が大きい高出力車や、許容される触媒コンバータの容積に比較して、大流量の排気ガスを処理しなければならない軽自動車に適用することに適している。
【００２０】
なお、空間速度（ＳＶ値）とは、（単位時間当たりの体積流量／反応系の容積）で表されるもので、単位時間（例えば１時間）あたり反応系いくつ分のガスが流れたのかを評価する指標である。空間速度が小さいということは、反応系内を通過するガスの通過時間がより長いことを意味し、空間速度が大きいということは、反応系内を通過するガスの通過時間がより短いことを意味する。
【００２１】
また、本発明の触媒材料は、耐熱性が高いので、触媒コンバータに利用した場合に、エンジンの近くに配置することができる。この耐熱性の高さは、上述した触媒コンバータを小型化できる点と相まって、触媒コンバータをエンジンルーム内に配置する上で有利な要素となる。
【００２２】
本発明において、触媒材料を構成するＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）がＬａＡｌＯ３であり、ＬｎｘＰｄＯｙ（Ｌｎ：希土類元素）がＬａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７であることは好ましい。後述するように、この組合せの触媒は、空間速度に依存しない高い浄化効率を得ることができる。
【００２３】
本発明における触媒材料は、反応温度が４００℃、空間速度が５００００（ｈ−１）おける浄化率と、反応温度が４００℃、空間速度が１０００００（ｈ−１）おける浄化率との差が±２％以下である特性を示す。このような特性を有するが故に、触媒コンバータの容積を小さくすることができる優位性を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、空間速度への依存度が小さい触媒材料を触媒コンバータに採用することで、大流量の排気ガスに対応することができる。また、空間速度への依存度が小さいが故に、同じ浄化効率を得るために必要とする触媒材料の量を減らすことができる。
【００２５】
すなわち、本発明によれば、高出力車や、軽自動車のような高ガス負荷（高ＳＶ）の掛かる車から排気される大流量の排気ガスを効果的に浄化することができる。また、触媒コンバータの容積を小さくでき、同時に高耐熱性を有しているので、小型軽量化が図れ、レイアウトの自由度が高い触媒コンバータを得ることができる。また、触媒材料の使用量を減らすことができるので、高コストである貴金属の使用量を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（触媒材料の製造例）
以下、本発明の触媒コンバータに利用可能な触媒材料の製造方法の一例を説明する。ここでは、担持体としてペロブスカイト型複合酸化物であるＬａＡｌＯ３を作製し、そこに担持物として、Ｐｄ複合酸化物であるＬａ２ＰｄＯ４とＬａ４ＰｄＯ７とを含浸担持させる製造工程の一例を説明する。
【００２７】
（ＬａＡｌＯ３の製造方法）
まず、所定量の硝酸ランタン六水和物、硝酸アルミニウム九水和物をイオン交換水に溶解させ、混合水溶液を作製した。次に所定量のリンゴ酸をイオン交換水に溶解させ、リンゴ酸水溶液を作製した。そして、この２つの水溶液を混合し、ホットプレートスターラーに乗せ、２５０℃の温度に保持しつつ、混合溶液中の水分が蒸発するまで攪拌を行った。
【００２８】
水分が蒸発し、乾固物を得たら、乳鉢でそれを粉砕し、さらにこの粉砕物をアルミナ坩堝に移し、マッフル炉において熱処理を加えた。この熱処理は、２．５℃／ｍｉｎの昇温速度で室温（２６℃）から３５０℃まで昇温させ、３５０℃に到達したら、その温度に３時間維持し、さらに自然冷却させる制御条件にて行った。この熱処理により、リンゴ酸塩および硝酸銀を除去した仮焼成体を得た。
【００２９】
次にこの仮焼成体を乳鉢で１５分間粉砕混合し、その粉砕物を再びアルミナ坩堝に入れ、マッフル炉において再度熱処理を加えた。この熱処理は、５℃／ｍｉｎの昇温速度で室温（２６℃）から８００℃の温度に上昇させ、８００℃に到達したら、その温度に１０時間維持し、その後自然冷却する制御条件にて行った。この熱処理を行うことで、ＬａＡｌＯ３で示されるペロブスカイト型の複合酸化物の粉末を得た。
【００３０】
（触媒粉末の製造方法）
まず所定量の硝酸パラジウム二水和物と硝酸ランタン六水和物をイオン交換水に溶解させ、金属塩混合水溶液を作製した。次に所定量のリンゴ酸をイオン交換水に溶解させ、リンゴ酸水溶液を作製した。
【００３１】
そしてナス型フラスコに、上記金属塩混合水溶液とリンゴ酸水溶液とを入れ、両者を混合し、そこに作製しておいたＬａＡｌＯ３粉末を所定量加えた。そして、このナス型フラスコをロータリエバポレータで減圧しながら、６０℃の湯浴中で上記混合溶液を蒸発乾固させ、乾個物を得た。
【００３２】
次にこの乾個物をマッフル炉に入れ、２．５℃／ｍｉｎの昇温速度で常温（２６℃）から２５０℃の温度にまで昇温させ、さらに２５０℃の温度に到達したら、５℃／ｍｉｎの昇温速度に切り換えて、７５０℃まで昇温させ、７５０℃の温度に到達したら、その温度を３時間維持し、その後自然冷却させる熱処理を加えた。
【００３３】
この熱処理によって、Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に含浸担持させた構造を有する粉末状の触媒材料を得た。
【００３４】
（触媒コンバータの製造方法）
以下触媒コンバータの製造方法の一例を説明する。まず、上述した触媒材料、水、およびＳｉＯ２バインダーを混合し、十分に攪拌してスラリー状の液体を得た。次に、コージェライト製のハニカムに上記スラリー状の液体を必要量ウォッシュコートし、２００℃で２時間乾燥させ、さらに７５０℃で３時間の焼成を行うことで、触媒材料を保持したハニカム構造体を得た。そして、このハニカム構造体を、触媒コンバータを構成する容器に収めることで、触媒コンバータを得た。
【００３５】
（触媒コンバータの設置例）
図１は、実施形態の触媒コンバータを配置した排気ガス浄化システムの一例を示す概念図である。図１は、ガソリンエンジンを搭載した乗用車における排気ガス浄化システムを示すもので、ガソリンエンジン１０１、排気配管１０２、および触媒コンバータ１０３が示されている。図１に示す例は、乗用車の床下に触媒コンバータを配置する場合の例である。
【００３６】
触媒コンバータ１０３は、外装部材である金属製の容器の中に、ハニカム構造を有した触媒保持部材が納められた構造を有している。このハニカム構造の触媒保持部材の表面（ハニカム構造の表面）にＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）粒子を担体とし、そこにＬｎｘＰｄＯｙ粒子が担持された構成を有する触媒材料の粉末がコーティングされている。浄化対象となる排気ガスは、このハニカム構造体の内部を通過する際にコーティングされた触媒材料に接触し、窒素酸化物等の浄化が行われる。
【００３７】
図２は、長さを短縮した触媒コンバータの概要を示す概念図である。すなわち、図２に示すのは、図１に示す触媒コンバータ１０３の長さを短縮することで、床下スペースの有効利用と車両の軽量化を図るものである。
【００３８】
後述するように、本発明を利用した触媒コンバータは、空間速度が大きくなっても浄化効率が低下しない性能を備えている。空間速度が大きくなるということは、排気ガスが触媒に接触する時間が短くなるということであり、それは触媒コンバータの容積が小さくなるということと等価である。したがって、本発明を利用した触媒コンバータは、触媒コンバータの容積を小さくしても浄化効率が低下しない性能を備えているといえる。
【００３９】
図２に示すのは、このことを利用したもので、触媒コンバータの容積を小さくできることを利用して、触媒コンバータの長さを短くした場合の例である。本発明においては、浄化性能を維持したまま、触媒コンバータの容積を６０％程度まで減少させることが可能である。
【００４０】
このことは、触媒コンバータの重量を２０％低減したことにもなる。通常、触媒コンバータの重量は５〜６ｋｇであるため、この効果は、およそ１〜２ｋｇの軽量化に相当する。またこの場合、触媒材料に用いる貴金属の使用量を２０％削減したことにもなる。つまり、小型軽量化と低コスト化を図ることができる。
【００４１】
また、触媒コンバータを小型化できるので、その配置に自由度を持たせることができる。すなわち、触媒コンバータが小型化されることで、従来は配置できなかった位置に触媒コンバータを配置することができる自由度が生まれる。
【００４２】
図３に示すのは、触媒コンバータ１０３の径１０５を小さくした場合の例である。すなわち、触媒コンバータの容積を小さくできることを利用して、その径を小さくした例である。この場合も小型軽量化、低コスト化、配置位置の自由度の増加、といった優位性を得ることができる。
【００４３】
図４は、エンジン直下に触媒コンバータを配置した状態を示す概念図である。本発明の触媒コンバータは、小型化でき、また耐熱性が高いので、エンジン直下（あるいはエンジン直後）に配置することができる。
【００４４】
エンジンの近くに触媒コンバータを配置する方法は、排気ガスの高温度状態を利用できる点で浄化効率を高くすることができる優位性があるが、〔１〕触媒材料に耐熱性が要求される、〔２〕必然的にエンジンルーム内またはその近くに触媒コンバータを配置することになるので、触媒コンバータの寸法や形状に大きな制限が加わる、といった問題がある。
【００４５】
本発明を利用した触媒コンバータは、耐熱性に優れており、高温に曝しても性能の低下が少ない性能を有しているから、エンジンルーム内やその近くに触媒コンバータを配置することができる。また、触媒コンバータの容積を小さくしても浄化効率の低下が抑えられるから、触媒コンバータを小型化でき、またそれ故、エンジンルーム内やその近傍のスペース的に厳しい場所であっても触媒コンバータを配置することができる。
【００４６】
また、図２や図３に示すように、触媒コンバータの長さを短くしたり、その径を細くしたりすることが可能であるので、ある程度その形状を自由に選ぶことができる。そのため、従来は困難であった場所に配置する自由度が大きいという優位性を得ることができる。
【００４７】
このように本発明の触媒コンバータを利用することで、エンジン直下のレイアウトから床下レイアウト、その他適当な場所へのレイアウトの自由度を高くすることができる。
【００４８】
（触媒材料の活性評価）
上述の作製方法により作製した粉末状の触媒材料（Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に担持させた触媒材料）に耐久処理を加え、その後、活性評価を行った。耐久処理は、粉末状の触媒材料を９８０℃または１０５０℃に加熱した状態において、モデル排ガスを２０時間流通させることによって行った。モデル排ガスとしては、Ａ／Ｆ＝１４．６相当のガソリンエンジンの排気ガスをもとにした混合ガスを採用した。なお、Ａ／Ｆは、（空気／燃料）比のことである。
【００４９】
活性評価は、耐久処理と同じ、触媒材料にＡ／Ｆ＝１４．６相当のガソリンエンジンの排気ガス流し、空間速度（ＳＶ値）と反応温度とを振って、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率を測定することで行った。
【００５０】
図５は、実施形態の触媒粉末における空間速度と５０％浄化温度との関係を示すデータプロット図である。５０％浄化温度というのは、触媒材料に接触することで、浄化対象となる成分の排気ガス中における濃度が半分になる反応温度のことをいう。
【００５１】
図６は、比較例の触媒粉末における空間速度と５０％浄化温度との関係を示すデータプロット図である。なお比較例は、従来技術として一般的である、Ａｌ２Ｏ３粉末にＰｄＯ粉末を担持させたもの（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）である。
【００５２】
図５と図６を比較すれば明らかなように、本発明を利用した触媒粉末は、空間速度を高めても各浄化対象成分に対する５０％浄化温度はほとんど高くならない。これは、同じ触媒コンバータにおいて、排気ガスの流量を増加させても、浄化効率がほとんど低下しない性能を得ることができることを意味している。また、同じ排気ガスの流量において、触媒コンバータの容積を小さくしても、浄化効率がほとんど低下しない性能を得ることができることを意味している。
【００５３】
これに対して、比較例の場合は、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の５０％浄化温度が空間速度の増加に応じて高くなる傾向が顕著である。
【００５４】
これは、空間速度が大きくなると、より反応温度を高めないと所定の浄化率を確保することができないことを意味している。つまり、図６の窒素酸化物（ＮＯｘ）に関するデータは、同じ触媒コンバータを採用した場合において、排気ガスの流量が大きくなると、窒素酸化物の浄化効率が大きく低下することを意味している。また、このことは、同じ排気ガスの流量において、触媒コンバータの容積を小さくすると、窒素酸化物の浄化効率が大きく低下することを意味している。
【００５５】
また、下記表１に示すように、実施形態の（空間速度：１０００００ｈ−１）における各成分に対する５０％浄化温度は、比較例の（空間速度：５００００ｈ−１）における各成分に対する５０％浄化温度とほぼ同じである。
【００５６】
【表１】
【００５７】
図７は、実施形態の触媒粉末が示す空間速度と４００℃浄化率との関係を示すデータプロット図である。４００℃浄化率というのは、４００℃の反応温度における浄化率である。
【００５８】
図７を見れば分かるように、実施形態の触媒粉末は、空間速度が大きくなっても各成分に対する浄化率はあまり変化しない。すなわち、排気ガスの空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１と２倍になった場合における、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率の低下は、ごく僅かである。
【００５９】
図７から明らかなように、空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１と２倍になっても、各成分の浄化率は、±２％の範囲に収まっている。このことは、空間速度に依存せずに、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率を維持する能力に優れていることを意味している。
【００６０】
図８は、比較例における空間速度と４００℃浄化率との関係を示すデータプロット図である。図８を見れば分かるように、比較例の触媒材料は、空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１と２倍になると、４００℃浄化率が大きく低下する。
【００６１】
また、下記表２に示すように、実施形態の（空間速度：１０００００ｈ−１）における各成分に対する４００℃浄化率は、比較例の（空間速度：５００００ｈ−１）における各成分に対する４００℃浄化率とほぼ同じである。
【００６２】
【表２】
【００６３】
以上のことから、次の内容が結論される。すなわち、空間速度が５００００ｈ−１程度においては、浄化効率の観点から見て、比較例に対する本実施形態の優位性はそれ程大きくない。しかしながら、空間速度が５００００ｈ−１より大きくなると、比較例では特に窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率の低下が顕著になるが、本実施形態の触媒粉末は、浄化効率の低下はほとんど見られない。すなわち、比較例は空間速度に依存して浄化効率が大きく変化する（特に窒素酸化物（ＮＯｘ）に対して）が、本実施形態の触媒粉末は、空間速度が５００００ｈ−１から１０００００ｈ−１に増加しても、さほど浄化効率は変化しない。
【００６４】
したがって、本実施形態で示した触媒粉末を用いた場合、触媒コンバータの容積を小さくしても、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率の低下（特に窒素酸化物の浄化効率の低下）を抑えることができる。つまり、小型の触媒コンバータを使用することができる。
【００６５】
また、少ない触媒材料の使用で済むので、Ｐｄ等の貴金属の使用量を減らすことができ、低コスト化を図ることができる。
【００６６】
また、本実施形態で示した触媒粉末を用いた場合、同じ触媒コンバータにおいて、排気ガスの流量が増えても浄化効率の低下を抑えることができる。つまり、限られた触媒コンバータの容積で、大きな排気ガス流量に対応することができる。
【００６７】
（耐熱性の評価）
以下、上述の作製方法により作製した粉末状の触媒材料（Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に担持させた触媒材料）の耐熱性を調べた結果について説明する。ここでは、昇温させた場合に、触媒活性がどのように変化するのかを調べた結果について説明する。
【００６８】
図９は、実施形態の触媒粉末の５０％浄化温度のデータを示すグラフである。ここでは、空間速度が５００００ｈ−１の場合における５０％浄化温度が、耐久処理なし、９８０℃、２０時間の耐久処理あり、１０５０℃、２０時間の耐久処理あり、の３条件について記載されている。なお、ここで耐久処理は、Ａ／Ｆ＝１４．６相当のストイキモデル排ガスの雰囲気で行った。
【００６９】
図１０は、前述の比較例（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）の触媒粉末における５０％浄化温度のデータを示すグラフである。各種の条件は図９の場合と同じである。
【００７０】
図９と図１０とを比較すると、実施形態の触媒材料（Ｌａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７をＬａＡｌＯ３に担持した触媒材料）は、比較例の触媒材料（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）に比較して、耐久処理の影響による浄化効率の変化が小さいことが分かる。つまり、実施形態の触媒材料は、耐久処理しても初期の性能を維持する傾向が比較例の触媒材料よりも高い。これは、実施形態の触媒材料が、比較例の触媒材料よりも高い耐熱性を有していることを意味している。
【００７１】
図１１は、実施形態の触媒粉末の４００℃浄化効率のデータを示すグラフであり、図１２は、比較例（ＰｄＯ／Ａｌ２Ｏ３）の触媒粉末における４００℃浄化効率のデータを示すグラフである。なお、各種の条件は図９の場合と同じである。図１１と図１２とを比較すれば明らかなように、実施形態の触媒材料は、比較例の触媒材料に比べて耐久処理による浄化率の低下が小さいことが分かる。つまり、実施形態の触媒材料は、比較例の触媒材料に比べて高い耐熱性を備えていることが分かる。
【００７２】
このように、実施形態の触媒材料は、従来技術における触媒材料よりも高い耐熱性を有している。このことは、触媒コンバータのエンジン間近やエンジンルーム内への配置に際して、有利な材料となる。
【００７３】
以上説明した内容から明らかなように、本発明を利用した触媒コンバータは、空間速度を増加させても、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する浄化効率が低下し難い優位性がある。このため、触媒コンバータを小型軽量化することができ、高出力エンジン等の大流量の排気に対して、容積を大型化せずに対応することができる。また、触媒材料の使用量を減らせるので、貴金属の使用量を減らすことができる。
【００７４】
また、触媒材料の耐熱性が高いので、触媒コンバータの配置場所が限定されないという優位性を得ることができる。また、上述した触媒コンバータを小型軽量化できる点からも、触媒コンバータの配置に関する自由度を高くすることができる。このため、車内のスペースを有効に利用することができる設計が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、ガソリンエンジンの排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）等の成分を浄化する触媒コンバータに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】触媒コンバータを配置した排気ガス浄化システムの一例を示す概念図である。
【図２】長さを短縮した触媒コンバータの概要を示す概念図である。
【図３】外径を小さくした触媒コンバータの概要を示す概念図である。
【図４】エンジン直下に触媒コンバータを配置した状態を示す概念図である。
【図５】実施形態の触媒材料における空間速度と５０％浄化温度とを関係を示すデータプロット図である。
【図６】比較例の触媒材料における空間速度と５０％浄化温度とを関係を示すデータプロット図である。
【図７】実施形態の触媒材料における空間速度と４００℃浄化率とを関係を示すデータプロット図である。
【図８】比較例の触媒材料における空間速度と４００℃浄化率とを関係を示すデータプロット図である。
【図９】実施形態の触媒材料における５０％浄化温度を示すグラフである。
【図１０】比較例の触媒材料における５０％浄化温度を示すグラフである。
【図１１】実施形態の触媒材料における４００℃浄化率を示すグラフである。
【図１２】比較例の触媒材料における４００℃浄化率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１０１…ガソリンエンジン、１０２…排気配管、１０３…触媒コンバータ、１０４…触媒コンバータの長さ、１０５…触媒コンバータの径。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）に希土類元素とパラジウムの複合酸化物を担持させた触媒材料と、
前記触媒材料を納めた容器と
を備えたことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）は、ペロブスカイト型複合酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
前記ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）がＬａＡｌＯ３であり、
前記希土類元素とパラジウムの複合酸化物がＬａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７であることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
前記触媒材料は、反応温度が４００℃、空間速度が５００００（ｈ−１）おける浄化率と、反応温度が４００℃、空間速度が１０００００（ｈ−１）おける浄化率との差が±２％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の触媒コンバータ。
【請求項１】
ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）に希土類元素とパラジウムの複合酸化物を担持させた触媒材料と、
前記触媒材料を納めた容器と
を備えたことを特徴とする触媒コンバータ。
【請求項２】
前記ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）は、ペロブスカイト型複合酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の触媒コンバータ。
【請求項３】
前記ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎ：希土類元素）がＬａＡｌＯ３であり、
前記希土類元素とパラジウムの複合酸化物がＬａ２ＰｄＯ４および／またはＬａ４ＰｄＯ７であることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒コンバータ。
【請求項４】
前記触媒材料は、反応温度が４００℃、空間速度が５００００（ｈ−１）おける浄化率と、反応温度が４００℃、空間速度が１０００００（ｈ−１）おける浄化率との差が±２％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の触媒コンバータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１２２８０９（Ｐ２００６−１２２８０９Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１４１１５（Ｐ２００４−３１４１１５）
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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