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一級自動車整備士2003年11月【No.07】　
◆新技術・筒内噴射式ガソリン・エンジン

問題　
　筒内噴射式ガソリン・エンジン用のトラップ型リーンNOx触媒の特徴に関する記述として,適切なものは次のうちどれか。
(1) リーン燃焼時には,NOx吸蔵物質にNOxを蓄えておき,ときどき理論空燃比運転を行い,排出ガス中のCO,HCなどを利用してNOxを酸化する。
(2) ガソリン中に硫黄分が含まれていても浄化性能への影響は少ない。
(3) 硫黄分が多く含まれているガソリンを使用すると劣化する。また,NOx還元時は空燃比を大きく(混合気を薄く)する必要がある。
(4) 通常のガソリン・エンジンに用いられる三元触媒に比べ,NOxの浄化率は低い。
解説

基礎的事項をおさらいしておきましょう。

酸化あるいは還元は金属と酸素との化学反応を示す呼称です。
酸化 物質が酸素と化合する化学変化のこと。
還元 酸素がとり去られる化学変化のこと。

窒素酸化物ＮＯxは、窒素原子Ｎと酸素原子Ｏが結合して生成される物質の総称のことをいいます。

窒素酸化物には

①一酸化窒素　　ＮＯ
②二酸化窒素　　ＮＯ2
③無水亜硝酸　　Ｎ2Ｏ3
④一酸化二窒素　Ｎ2Ｏ
⑤四酸化二窒素　Ｎ2Ｏ4
⑥無水硝酸　　　Ｎ2Ｏ5
⑦硝酸ミスト　　ＨＮＯ3

などの種類があります。

一般的に、窒素酸化物といえば、NO、NO2を指します。

　大気中において窒素酸化物が生成される要因は、燃料などが高温で燃焼する際に、空気中に約８０％含まれている窒素N2が、大気中の酸素が反応して生成されるものです。

　高温燃焼時の熱（thermal）に由来するため thermal NOx と呼びます。

したがって、窒素酸化物NOxは、

　　　　　　　　　NOx＝NO＋NO2

として取り扱っても問題ないでしょう。
次に三元触媒（Three Way Catalyst ）についておさらいをしておきましょう。

自動車排ガス中の炭化水素HCと一酸化炭素COと窒素酸化物NOxの3物質を酸化・還元反応によって同時に除去するための触媒です。

触媒の活性金属は、白金、パラジウム、ロジウムなどを主成分としています。

この方式では空燃比が14.7の近傍で効率よくHC、CO、NOを除去するが、空燃比がこれより低くなると急激にCO、HCの除去率が落ちます。

このように、ごく狭い範囲の空燃比でしか機能しないという特徴があります。

ご存知のように、ガソリンエンジンは、通常、空気中の酸素がぴったり消費されるだけの燃料を空気と混合して、混合気をエンジンの燃焼室内に入れて燃焼させるのが一般的です。

これをストイキ燃焼（量論燃焼）といいます。

ストイキ燃焼を行うと、三元触媒でNOxとCOと未燃燃料を一気に浄化することができるわけです。

成層燃焼では、超稀薄燃焼を行うため、三元触媒ではNOxを低減させることはできません。電子制御式EGRで対処しています。

均質リーン燃焼時には、リーンNOx触媒を採用し、NOxをさらに低減しています。

トラップ型リーンNOx触媒の反応メカニズム（トヨタ方式といってよいでしょう）と特徴をあげます。
排ガス中のNOxは酸化雰囲気では貴金属上で酸化され、それに隣接するNOx吸蔵物質と結合して硝酸塩を形成して吸蔵されます。

還元雰囲気および等量点では硝酸塩が分解し、貴金属上で還元ガスと反応してN2に還元されます。
この過程で吸蔵物質はNOxを吸蔵する前の状態に戻ります。
原理 稀薄燃焼時は、NOx吸蔵物質にNOx（NO2）を蓄える。
理論空燃比運転時は、排気ガス中のCO、HCを利用してNOxを還元する。
メリット NOxの浄化率が高い。
デメリット ガソリンに硫黄分が含まれていると急激に劣化する。
NOx還元時は空燃比を濃くする必要がある。
短所補完 電子制御スロットル・バルブにより、吸入空気量を絞り、一時的に空燃比を濃くして（極短時間の燃料リッチ燃焼；リッチ・スパイク）、還元時の燃料消費を最小化する。

NOx吸蔵還元型(NOx Storage Reduction)は、NSR触媒ともいわれます。

さてこの問題は難しいと思います。

しかし、今後の環境問題を考えると稀薄燃焼方式は重要な技術です。

（４）通常のガソリン・エンジンに用いられる三元触媒に比べ,NOxの浄化率は低い。

が正解ですが、分かりにくいですね。

三元触媒だけではリーンバーン領域での NOx の浄化率が低下するため， NOx 吸蔵還元型触媒を新たに付加する必要があります。

トラップ型を装着車の場合は、

　　　　　　　三元触媒＋NSR触媒

と考えていいでしょう。

三元触媒は、必要不可欠です。

今回の問題のポイントは、浄化率が三元触媒とNSR触媒でどっちがよいかということです。

条件は、成層燃焼、均質リーン燃焼、均質燃焼のすべての領域でです。

いうまでもなく、三元触媒の浄化率がNSR触媒に比べて良いでしょう。

ただ、均質リーン燃焼時（空燃比15～23）に限定した場合の、浄化率の二つの比較はデータがありませんから、わかりません。

ただ、NSR触媒では、制御が難しく予測が外れるとむしろ、浄化率が悪化するという危険性があります。

説明が長くなってしまいました。^0^;
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