JP2009165929A - Catalyst for cleaning exhaust - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は排気ガス浄化用触媒、特に、排気ガスに含まれる炭化水素の大気への放出を冷間時に抑制できる排気ガス浄化用触媒に関し、エンジンのエミッション低下の技術分野に属する。 The present invention relates to an exhaust gas purification catalyst, and more particularly to an exhaust gas purification catalyst that can suppress release of hydrocarbons contained in exhaust gas to the atmosphere when cold, and belongs to the technical field of engine emission reduction.
従来、自動車に搭載されるエンジンの排気ガスを浄化するために、例えば、触媒機能を有する触媒金属としての白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属類、これらの貴金属類を担持する高比表面積酸化物としてのアルミナ、酸素の吸蔵・放出を行うことで排気ガス空燃比ウインドウの拡張機能を有する酸素吸蔵材(OSC:Oxygen Storage Component)としてのセリウム(Ce)系酸化物等を含有する排気ガス浄化用触媒がエンジンの排気通路に配設されている。 Conventionally, in order to purify exhaust gas of an engine mounted on an automobile, for example, noble metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) as catalytic metals having a catalytic function, these noble metals As a high specific surface area oxide supporting oxygen, and a cerium (Ce) oxide as an oxygen storage material (OSC: Oxygen Storage Component) having an expansion function of an exhaust gas air-fuel ratio window by storing and releasing oxygen An exhaust gas purifying catalyst containing etc. is disposed in the exhaust passage of the engine.
この種の排気ガス浄化用触媒は、一般に、エンジンの冷間始動時において、触媒金属が活性化するのに十分な温度に達するまで数十秒の時間を要するので、その間は排気ガスが十分に浄化されずに大気へ放出されるという不具合がある。そして、エンジン始動時には燃料供給量が増量されるのが通例であるから、特に、未燃燃料として排気ガスに含まれる炭化水素(HC)の大気への放出を抑制することが重大な課題となる。 This type of exhaust gas purifying catalyst generally requires several tens of seconds until the catalyst metal reaches a temperature sufficient for activation when the engine is cold-started. There is a problem of being released to the atmosphere without being purified. Since the amount of fuel supply is usually increased when the engine is started, it is particularly important to suppress release of hydrocarbons (HC) contained in exhaust gas as unburned fuel into the atmosphere. .
この問題に対処する技術として、いわゆるHCトラップ触媒が知られている。このHCトラップ触媒は、低温下でHCを一時的に吸着しておき、触媒温度がある程度の高温に達したときに吸着していたHCを脱離し、脱離したHCを酸化浄化するように構成されたものである。 As a technique for dealing with this problem, a so-called HC trap catalyst is known. This HC trap catalyst is configured to temporarily adsorb HC at a low temperature, desorb the adsorbed HC when the catalyst temperature reaches a certain high temperature, and oxidize and purify the desorbed HC. It has been done.
例えば、特許文献1には、ハニカム担体上に上下2層の触媒層を有し、下層をゼオライトを主成分とするHC吸着層とし、上層を触媒金属を担持した浄化触媒層とした構成の低温HCトラップ触媒が開示されている。これによれば、担体セル通路内に流入した排気ガスは、上層の浄化触媒層をセル通路側の面から下層のHC吸着層側の面まで通過して(すなわち層の厚み方向に通過して)HC吸着層へ拡散していき、その結果、低温下で排気ガス中のHCがHC吸着層を構成するゼオライトに吸着される。
For example,
そして、触媒の温度、より詳しくはHC吸着層の温度が排気ガス温度の上昇に伴ってある程度の高温(例えば120℃〜200℃)にまで上昇すれば、吸着されていたHCが脱離し始め、下層のHC吸着層から上層の浄化触媒層をセル通路側に通過して(すなわち層の厚み方向に通過して)担体セル通路外に流出する。そして、その際、HCは浄化触媒層を通過するときに触媒金属の触媒作用によって水(H2O)や二酸化炭素(CO2)に酸化浄化されることとなる。 If the temperature of the catalyst, more specifically, the temperature of the HC adsorption layer rises to a certain high temperature (for example, 120 ° C. to 200 ° C.) as the exhaust gas temperature rises, the adsorbed HC begins to desorb, The lower HC adsorption layer passes through the upper purification catalyst layer to the cell passage side (that is, passes in the layer thickness direction) and flows out of the carrier cell passage. At that time, HC is oxidized and purified into water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) by the catalytic action of the catalytic metal when passing through the purification catalyst layer.
また、特許文献2には、ハニカム担体上にゼオライトを含むHC吸着層を備え、このHC吸着層に所定条件を満たす態様で周方向に延びるクラック及び径方向に延びるクラックを形成した構成の排気ガス浄化用触媒が開示されている。そして、これによれば、HC吸着層ひいてはその上に積層された浄化触媒層がハニカム担体から剥離・脱落する問題が抑制されると記載されている。
ところで、前述のように、HCトラップ触媒は、排気ガス温度が低く触媒金属が未活性な状態のときにHCを吸着して大気への放出を抑制することを目的とするものであり、そのためには、担体セル通路内に流入した排気ガスが乱流状態であるほうが整流状態であるよりも排気ガスが上層の浄化触媒層を厚み方向に通過して下層のHC吸着層にまで拡散し易いので好ましい。 By the way, as described above, the HC trap catalyst is intended to adsorb HC when the exhaust gas temperature is low and the catalytic metal is in an inactive state to suppress release to the atmosphere. The exhaust gas flowing into the carrier cell passage is more easily diffused to the lower HC adsorption layer through the upper purification catalyst layer in the thickness direction than in the rectified state when the exhaust gas is in a turbulent state. preferable.
ところが、一般に、排気ガスは、担体入口端部から出口側に向かって限られた範囲内(例えば担体入口側10mmの範囲内)でのみ乱流状態を呈し、それより下流側のセル通路の大部分の範囲内では層状の整流状態になっている。これは、排気ガスが担体セル通路内に流入する際に担体入口端部の壁面に衝突してその瞬時だけ乱流状態となるが、その後は排気通路上流側からの排気圧力を受けて直ちに直線的な層状の流れに戻るからである。この結果、従来のHCトラップ触媒では、セル通路内を流れる排気ガスのうち、上層の浄化触媒層を厚み方向に通過して下層のHC吸着層にまで拡散していくガスの割合が比較的小さく、したがって下層のHC吸着層に吸着されるHC量が比較的少なく、それゆえ冷間時にHCの大気への放出を十分満足に抑制できないという不具合があった。 However, in general, the exhaust gas exhibits a turbulent flow state only within a limited range (for example, within a range of 10 mm on the carrier inlet side) from the carrier inlet end to the outlet side, and a large amount of the cell passage on the downstream side thereof. Within the range of the part, it is a layered rectification state. This is because when exhaust gas flows into the carrier cell passage, it collides with the wall surface at the end of the carrier inlet and becomes a turbulent state only for that moment. This is because it returns to a typical laminar flow. As a result, in the conventional HC trap catalyst, the proportion of the exhaust gas flowing in the cell passage that passes through the upper purification catalyst layer in the thickness direction and diffuses to the lower HC adsorption layer is relatively small. Therefore, the amount of HC adsorbed on the lower HC adsorption layer is relatively small, and therefore, there is a problem that the release of HC to the atmosphere cannot be sufficiently satisfactorily suppressed in the cold state.
本発明は排気ガス浄化用触媒、特に、冷間時に排気ガス中のHCを吸着する機能を有するHCトラップ触媒における前記のような問題に対処するもので、上層の浄化触媒層を通過して下層のHC吸着層にまで拡散していく排気ガスの割合を増大させ、下層のHC吸着層に吸着されるHC量を増大させ、もって冷間時のHC浄化率を向上することを課題とする。 The present invention addresses the above-described problems in an exhaust gas purification catalyst, particularly an HC trap catalyst having a function of adsorbing HC in the exhaust gas when cold. It is an object to increase the ratio of exhaust gas that diffuses to the HC adsorption layer and to increase the amount of HC adsorbed to the lower HC adsorption layer, thereby improving the HC purification rate in the cold state.
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。 In order to solve the above problems, the present invention uses the following means.
すなわち、本願の請求項1に記載の発明は、エンジンの排気通路に配設され、多数のセル通路を有するハニカム担体と、このハニカム担体上に設けられたHC吸着層と、このHC吸着層上に積層された浄化触媒層とを有する排気ガス浄化用触媒であって、前記浄化触媒層に、担体セル通路を流れる排気ガス中のHCが浄化触媒層のセル通路側の面からHC吸着層側の面まで通過可能な通路が生成するように、浄化触媒層を構成する粒子の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路が分散して形成されていることを特徴とする。
That is, the invention described in
なお、ここで、「担体セル通路を流れる排気ガス中のHCが浄化触媒層のセル通路側の面からHC吸着層側の面まで通過可能な通路」は、分散形成された複数の微細路のみが相互に接続して生成し、あるいは分散形成された複数の微細路ともともと浄化触媒層に存在する空隙とが相互に接続して生成するものである。 Here, the “passage through which HC in the exhaust gas flowing through the carrier cell passage can pass from the cell passage side surface of the purification catalyst layer to the HC adsorption layer side surface” is only a plurality of dispersed fine passages. Are generated by being connected to each other, or are formed by mutually connecting a plurality of finely formed fine paths and voids existing in the purification catalyst layer.
次に、本願の請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の排気ガス浄化用触媒であって、前記HC吸着層に、浄化触媒層を通過してきたHCがHC吸着層の浄化触媒層側の面からHC吸着層の深層部まで拡散可能な通路が生成するように、HC吸着層を構成する粒子の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路が分散して形成されていることを特徴とする。
Next, the invention according to
なお、ここで、「浄化触媒層を通過してきたHCがHC吸着層の浄化触媒層側の面からHC吸着層の深層部まで拡散可能な通路」は、分散形成された複数の微細路のみが相互に接続して生成し、あるいは分散形成された複数の微細路ともともとHC吸着層に存在する空隙とが相互に接続して生成するものである。 Here, the “passage through which the HC that has passed through the purification catalyst layer can diffuse from the surface of the HC adsorption layer on the purification catalyst layer side to the deep layer of the HC adsorption layer” is only a plurality of dispersed fine paths. A plurality of fine paths formed by being connected to each other, or the voids existing in the HC adsorption layer are connected to each other.
次に、本願の請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の排気ガス浄化用触媒であって、前記微細路は、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内には形成されていないことを特徴とする。
Next, the invention according to claim 3 of the present application is the exhaust gas purifying catalyst according to
まず、請求項1に記載の発明によれば、多数のセル通路を有するハニカム担体上に上下2層に触媒層を積層し、下層をHC吸着能を有するHC吸着層とし、上層をHC浄化能を有する浄化触媒層とした構成の排気ガス浄化用触媒、すなわちHCトラップ触媒において、上層の浄化触媒層に、該浄化触媒層の構成粒子(例えば担体としてのアルミナ粒子やCe含有酸素吸蔵材粒子等)の平均径(例えば0.1〜0.9μm)よりも大きな平均径(例えば1〜5μm)を有する複数の微細路(例えば5〜10μmの長さ)を分散して形成し(例えば浄化触媒層に対して1体積%以下)、その結果、担体セル通路を流れる排気ガス中のHCが浄化触媒層のセル通路側の面からHC吸着層側の面まで通過可能な通路が生成するようにしたから、排気ガスが浄化触媒層を厚み方向に通過することが易化することとなる。 First, according to the first aspect of the present invention, a catalyst layer is laminated in two upper and lower layers on a honeycomb carrier having a large number of cell passages, the lower layer is an HC adsorption layer having HC adsorption capability, and the upper layer is HC purification capability. In an exhaust gas purifying catalyst having a structure having a purifying catalyst layer having HC, that is, an HC trap catalyst, constituent particles of the purifying catalyst layer (for example, alumina particles as a support, Ce-containing oxygen storage material particles, etc.) ) Is dispersed and formed (for example, purification catalyst) having a plurality of fine paths (for example, 5 to 10 μm in length) having an average diameter (for example, 1 to 5 μm) larger than the average diameter (for example, 0.1 to 0.9 μm). As a result, a passage through which HC in the exhaust gas flowing through the carrier cell passage can pass from the cell passage side surface of the purification catalyst layer to the HC adsorption layer side surface is generated. Exhaust gas Passing the purification catalyst layer in the thickness direction is to be squid.
したがって、たとえセル通路内を流れる排気ガスが直線的な層状の整流状態であっても、セル通路内を流れる排気ガスのうち、上層の浄化触媒層を厚み方向に通過して下層のHC吸着層にまで拡散していくガスの割合が増大し、その結果、下層のHC吸着層に吸着されるHC量が増大し、冷間時にHCの大気への放出を十分満足に抑制でき、冷間時のHC浄化率が向上することとなる。 Therefore, even if the exhaust gas flowing in the cell passage is in a straight layered rectified state, the exhaust gas flowing in the cell passage passes through the upper purification catalyst layer in the thickness direction and passes through the lower HC adsorption layer. As a result, the amount of HC adsorbed to the lower HC adsorption layer increases, and as a result, the amount of HC adsorbed on the lower HC adsorption layer can be increased, and the release of HC to the atmosphere can be suppressed sufficiently when cold. This improves the HC purification rate.
なお、本発明において、「粒子の平均径」とは、加重平均粒子径であり、加重平均粒子径は、例えば次のような方法により測定される。はじめに、測定する各粒子をイオン交換水中で超音波振動装置等を用いて充分に分散させる。得られた分散体をレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて計測することにより各粒子の粒度分布を得る。そして、得られた粒度分布から加重平均粒子径を算出するのである。 In the present invention, the “average particle diameter” is a weighted average particle diameter, and the weighted average particle diameter is measured, for example, by the following method. First, each particle to be measured is sufficiently dispersed in ion-exchanged water using an ultrasonic vibration device or the like. A particle size distribution of each particle is obtained by measuring the obtained dispersion using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus. Then, the weighted average particle size is calculated from the obtained particle size distribution.
次に、請求項2に記載の発明によれば、上層の浄化触媒層に加えて、下層のHC吸着層にも、同様に、該HC吸着層の構成粒子(例えば吸着材としてのゼオライト等)の平均径(例えば0.1〜0.9μm)よりも大きな平均径(例えば1〜5μm)を有する複数の微細路(例えば5〜10μmの長さ)を分散して形成し(例えばHC吸着層に対して1体積%以下)、その結果、浄化触媒層を通過してきたHCがHC吸着層の浄化触媒層側の面からHC吸着層の深層部まで拡散可能な通路が生成するようにしたから、排気ガスがHC吸着層を厚み方向に深層部まで浸透・拡散することが易化することとなる。
Next, according to the invention described in
したがって、より多くの排気ガスがHC吸着層の深層部まで拡散していき、その結果、下層のHC吸着層に吸着されるHC量がさらに増大し、もって冷間時にHCの大気への放出をより一層抑制でき、冷間時のHC浄化率がさらに向上することとなる。 Therefore, more exhaust gas diffuses to the deep part of the HC adsorption layer, and as a result, the amount of HC adsorbed by the lower HC adsorption layer further increases, and thus the release of HC to the atmosphere when cold. This can be further suppressed, and the HC purification rate during cold can be further improved.
そして、請求項3に記載の発明によれば、もともと排気ガスが乱流状態にあり排気ガスが下層のHC吸着層まで拡散し易い環境にある、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内(例えば担体全長の20分の1の範囲内)には、前記微細路を形成しないようにしたから、微細路を形成して触媒層(HC吸着層、浄化触媒層)の触媒能をその分削減することによる浄化率の低減を回避しつつ、排気ガスのHC吸着層への良好な拡散が維持されることとなる。 According to the third aspect of the present invention, the exhaust gas is originally in a turbulent state and is in an environment in which the exhaust gas is likely to diffuse to the lower HC adsorption layer. Within the range (for example, within 1/20 of the total length of the carrier), the fine path is not formed. Therefore, the fine path is formed to improve the catalytic ability of the catalyst layer (HC adsorption layer, purification catalyst layer). Good diffusion of the exhaust gas to the HC adsorption layer is maintained while avoiding a reduction in the purification rate due to the reduction.
また、排気通路上流側から異物やデポジットが衝突したり排気圧力を受けて剥離・崩壊(風食)し易い位置にある、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内(例えば担体全長の20分の1の範囲内)には、前記微細路を形成しないようにしたから、微細路を形成して触媒層(HC吸着層、浄化触媒層)の強度をその分削減することによる風食被害の増大を回避しつつ、排気ガスのHC吸着層への良好な拡散が維持されることとなる。 Also, within a predetermined range from the carrier inlet end to the outlet side where foreign objects and deposits collide from the upstream side of the exhaust passage or are easily peeled and collapsed (wind erosion) due to exhaust pressure (for example, the total length of the carrier) In the range of 1/20 of the above), the fine path is not formed, so that the wind is generated by reducing the strength of the catalyst layer (HC adsorption layer, purification catalyst layer) by forming the fine path. Good diffusion of the exhaust gas to the HC adsorption layer is maintained while avoiding an increase in food damage.
以下、発明の最良の実施の形態及び実施例を通して本発明をさらに詳しく説述する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail through the best mode and examples of the present invention.
図1に示すように、本実施形態においては、自動車のエンジン1の燃焼室で混合気が燃焼され、その結果、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)等を含有する排気ガスが排気通路2を通って大気に放出されるが、排気通路2には排気ガスを水(H2O)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)等に浄化するための触媒コンバータ3が備えられ、この触媒コンバータ3に本発明に係る排気ガス浄化用触媒10が収納されている。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the air-fuel mixture is combusted in the combustion chamber of the
図2に示すように、排気ガス浄化用触媒10は、多数のセル通路12…12を有し円柱形の外形を有するコージェライト製のハニカム担体11を含み、この担体11において排気ガスが流れる担体セル通路12の壁面上にHC吸着能を有するHC吸着層(HCT(HC Trap)と記すことがある)13が設けられ、このHC吸着層13の上に、HC、CO及びNOxに対して浄化能を有する浄化触媒層(TWC(Three Way Catalyst)と記すことがある)14が積層された構成である。つまり、この排気ガス浄化用触媒10は、ハニカム担体11上に、上下に積層された触媒層13,14を有し、低温下でHCを一時的に吸着しておき、触媒温度がある程度の高温に達したときに吸着していたHCを脱離し、脱離したHCを酸化浄化するように構成されたHCトラップ触媒である。
As shown in FIG. 2, the exhaust
ハニカム担体11は、例えば、長さが20cm、セル壁厚みが4.5mil(4.5μインチ≒114μm)、セル密度が400cpsi(1平方インチ当たり400個のセル数)、セル形状が正6角形のものが好ましく使用可能である。
The
図3に示すように、上層の浄化触媒層14は、下層のHC吸着層13と接する浄化触媒層下層14aと、担体セル通路12を画成する浄化触媒層上層14bとの2層構造とされている。
As shown in FIG. 3, the upper
次に、これらの各層13,14a,14bの詳細な化学的構成を説明する。
Next, the detailed chemical structure of each of these
まず、浄化触媒層上層14bの好ましい配合例の1つとしては、バインダー(硝酸ジルコニル)を7.70(ZrO2として)g/L(ハニカム担体1L当たりの担持量:以下同じ)、酸素吸蔵材(酸化セリウム:CeO2)を3.70g/L、パラジウム(Pd)を担持した第1パウダー(酸化ランタン(La2O3)を4質量%含有したアルミナ45.00g/LにPdを0.70g/L担持したもの)、及び、パラジウムを担持した第2パウダー(Ce・Zr(ジルコニウム)・La・Y(イットリウム)・アルミナ複合酸化物22.60g/LにPdを0.30g/L担持したもの)を含んだものである。
First, as a preferable blending example of the purification catalyst layer
その場合に、前記Ce・Zr・La・Y・アルミナ複合酸化物の組成比は、好ましくは、CeO2:ZrO2:La2O3:Y2O3:Al2O3=10.5:7.0:1.5:1.0:80(質量%)等である。 In that case, the composition ratio of the Ce · Zr · La · Y · alumina composite oxide is preferably CeO 2 : ZrO 2 : La 2 O 3 : Y 2 O 3 : Al 2 O 3 = 10.5: 7.0: 1.5: 1.0: 80 (mass%) and the like.
また、浄化触媒層下層14aの好ましい配合例の1つとしては、バインダー(硝酸ジルコニル)を11.80(ZrO2として)g/L、ロジウム(Rh)を担持したセリア(Zr・Ce・Nd(ネオジム)複合酸化物66.00g/LにRhを0.15g/L担持したもの)、及び、ロジウムを担持したアルミナ(Zrを10質量%含有したアルミナ42.00g/LにRhを0.05g/L担持したもの)を含んだものである。
In addition, as one of preferable blending examples of the purification catalyst layer
その場合に、前記Zr・Ce・Nd複合酸化物の組成比は、好ましくは、ZrO2:CeO2:Nd2O3=80:10:10(質量%)等である。 In that case, the composition ratio of the Zr · Ce · Nd composite oxide is preferably ZrO 2 : CeO 2 : Nd 2 O 3 = 80: 10: 10 (mass%).
ここで、酸化セリウム、Ce・Zr・La・Y・アルミナ複合酸化物、及びZr・Ce・Nd複合酸化物は、いずれもリーン雰囲気で酸素を吸蔵し、リッチ雰囲気で酸素を放出する酸素吸蔵材として機能するものである。また、浄化触媒層下層14aに含まれるZr(10質量%)含有アルミナは、アルミナの表面を10質量%の酸化ジルコニウム(ZrO2)で被覆処理したものであって、これにより、担持したロジウムが高温下でアルミナに固溶するのを防止するものである。
Here, the cerium oxide, the Ce · Zr · La · Y · alumina composite oxide, and the Zr · Ce · Nd composite oxide all store oxygen in a lean atmosphere and release oxygen in a rich atmosphere. It functions as. The Zr (10% by mass) -containing alumina contained in the purification catalyst layer
また、HC吸着層13の好ましい配合例の1つとしては、吸着材としてのβ−ゼオライトを160.00g/Lと、アルミナバインダーとを含んだものである。
Moreover, as one of the preferable blending examples of the
ここで、HC吸着層13の厚み及び浄化触媒層14の厚みは、残余のセル通路12の径や、コストと触媒能とのバランスの観点から、それぞれ50μm程度が好ましい。
Here, the thickness of the
そして、図3に示すように、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒10は、上層の浄化触媒層14に、つまり浄化触媒層下層14a及び浄化触媒層上層14bの両層に、浄化触媒層14を構成する粒子(すなわち、酸素吸蔵材粒子、Pd担持パウダー、Rh担持セリア粒子、Rh担持アルミナ粒子等)の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路21…21が分散して形成されている。
As shown in FIG. 3, the exhaust
その結果、浄化触媒層14には、分散形成された複数の微細路21…21のみが相互に接続することにより、あるいは分散形成された複数の微細路21…21ともともと浄化触媒層14に存在する空隙とが相互に接続することにより、担体セル通路12を流れる排気ガス中のHCが浄化触媒層14のセル通路12側の面からHC吸着層13側の面まで通過可能な通路31…31(そのうちの1つを図3に太く図示した)が生成している。
As a result, only a plurality of finely-formed
また、本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒10は、下層のHC吸着層13にも、HC吸着層13を構成する粒子(すなわち、ゼオライト等)の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路22…22が分散して形成されている。
Further, the exhaust
その結果、HC吸着層13には、分散形成された複数の微細路22…22のみが相互に接続することにより、あるいは分散形成された複数の微細路22…22ともともとHC吸着層13に存在する空隙とが相互に接続することにより、浄化触媒層14を通過してきたHCがHC吸着層13の浄化触媒層14側の面からHC吸着層13の深層部まで(すなわち、ハニカム担体11の近傍まで)拡散可能な通路32…32(そのうちの1つを図3に太く図示した)が生成している。
As a result, only a plurality of finely formed
その場合に、浄化触媒層14又はHC吸着層13の構成粒子の平均径は、好ましくは、0.1〜0.9μm(又は1.0μm)であり、微細路21,22の平均径は、好ましくは、1〜5μmである(5μmを超えると触媒層13,14の触媒能及び強度に影響が出る)。また、微細路の長さは、好ましくは、5〜10μmであり(5μm未満であると通路31,32が生成し難くなり、10μmを超えると触媒層13,14の触媒能及び強度に影響が出る)、微細路の容積は、好ましくは、浄化触媒層14又はHC吸着層13に対して1体積%以下である(1体積%を超えると触媒層13,14の触媒能及び強度に影響が出る)。
In that case, the average diameter of the constituent particles of the
前記微細路21,22はおよそ次のようにして各層13,14a,14bに形成される。
The
すなわち、例えば、各層13,14a,14bの焼成温度(例えば500℃)以下で燃焼焼失する有機質の微細繊維(天然繊維、合成繊維等)を各層13,14a,14bのスラリー中に予め分散混合しておき、該スラリーを通常通りにハニカム担体11にウォッシュコートして乾燥・焼成すれば、その乾燥・焼成段階で前記微細繊維が燃焼焼失し、その焼失した跡が細長い微細路21,22となって各層13,14a,14b中にランダムに分散して残ることとなる。
That is, for example, organic fine fibers (natural fibers, synthetic fibers, etc.) that are burned and burned below the firing temperature (eg, 500 ° C.) of each
この方法によれば、微細路21,22を形成するために例えば作業工程が増えて排気ガス浄化用触媒10の製造がことさら複雑化する、という問題がない。
According to this method, there is no problem that, for example, the number of work steps is increased in order to form the
次に、前記排気ガス浄化用触媒10の具体的製造方法の1例を説明する。
Next, an example of a specific method for producing the exhaust
まず、下層のHC吸着層13はおよそ次のようにして形成される。すなわち、β−ゼオライトの粉体に水とバインダーとしてのアルミナゾルとを加え、ディスパーサを用いて撹拌してスラリーを得る(このとき、HC吸着層13にも微細路22…22を分散形成する場合は、このスラリー中に微細繊維を分散混合しておく)。そして、このスラリーにコージェライト製ハニカム担体11を浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーをハニカム担体11にウォッシュコートする。その後、このハニカム担体11を常温から500℃まで一定の昇温速度で1.5時間かけて昇温し、500℃で2時間保持して乾燥・焼成することにより、ハニカム担体11の上にHC吸着層13が形成される。
First, the lower
また、浄化触媒層下層14aはおよそ次のようにして形成される。すなわち、バインダーとしての硝酸ジルコニルと、ロジウム担持セリアの粉体と、ロジウム担持アルミナの粉体と、微細路21…21を分散形成するための微細繊維とを混合し、これに水を加え、ディスパーサを用いて混合撹拌してスラリーを得る。そして、このスラリーにHC吸着層13が形成されたハニカム担体11を浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーをハニカム担体11にウォッシュコートする。その後、このハニカム担体11を常温から500℃まで一定の昇温速度で1.5時間かけて昇温し、500℃で2時間保持して乾燥・焼成することにより、HC吸着層13の上に浄化触媒層下層14aが積層される。
Further, the purification catalyst layer
ここで、ロジウム担持セリアは、Zr・Ce・Nd複合酸化物に、硝酸ロジウム水溶液を滴下し、500℃で焼成することにより得られる。 Here, the rhodium-carrying ceria can be obtained by dropping a rhodium nitrate aqueous solution onto the Zr / Ce / Nd composite oxide and firing at 500 ° C.
また、ロジウム担持アルミナは、酸化ジルコニウムを10質量%被覆してなる活性アルミナの粉体に、硝酸ロジウム水溶液を滴下し、500℃で焼成することにより得られる。 The rhodium-carrying alumina can be obtained by dropping an aqueous rhodium nitrate solution onto activated alumina powder coated with 10% by mass of zirconium oxide and firing at 500 ° C.
さらに、浄化触媒層上層14bはおよそ次のようにして形成される。すなわち、バインダーとしての硝酸ジルコニルと、酸素吸蔵材としての酸化セリウムの粉体と、パラジウム担持第1パウダーと、パラジウム担持第2パウダーと、微細路21…21を分散形成するための微細繊維とを混合し、これに水を加え、ディスパーサを用いて混合撹拌してスラリーを得る。そして、このスラリーにHC吸着層13及び浄化触媒層下層14aが形成されたハニカム担体11を浸し、引き上げて余分なスラリーをエアブローで除去する操作を繰り返すことにより、所定量のスラリーをハニカム担体11にウォッシュコートする。その後、このハニカム担体11を常温から500℃まで一定の昇温速度で1.5時間かけて昇温し、500℃で2時間保持して乾燥・焼成することにより、浄化触媒層下層14aの上に浄化触媒層上層14bが積層される。ここにおいて、最終的に排気ガス浄化用触媒10が完成することとなる。
Further, the purification catalyst layer
ここで、パラジウム担持第1パウダーは、酸化ランタンを4質量%添加してなる活性アルミナの粉体に、硝酸パラジウム水溶液を滴下し、500℃で焼成することにより得られる。 Here, the first palladium-supported powder can be obtained by dropping a palladium nitrate aqueous solution into an activated alumina powder to which 4% by mass of lanthanum oxide is added and firing at 500 ° C.
また、パラジウム担持第2パウダーは、Ce・Zr・La・Y・アルミナ複合酸化物の粉体に、硝酸パラジウム水溶液を滴下し、500℃で焼成することにより得られる。 The palladium-supported second powder can be obtained by dropping a palladium nitrate aqueous solution onto a powder of Ce / Zr / La / Y / alumina composite oxide and firing at 500 ° C.
その場合に、Ce・Zr・La・Y・アルミナ複合酸化物は、オートクレーブを用いる水熱合成法又は酸アルカリ中和処理による共沈法のいずれによっても調製することができる。共沈法で説明すると、まず、セリウム、ジルコニウム、ランタン、イットリウム及びアルミニウムの各硝酸塩を混合し、水を加えて室温で約1時間攪拌する。次に、この硝酸塩混合溶液とアルカリ性溶液(好ましくは28%アンモニア水)とを室温〜80℃でディスパーサを用いて混合して中和処理を行う。 In this case, the Ce / Zr / La / Y / alumina composite oxide can be prepared by either a hydrothermal synthesis method using an autoclave or a coprecipitation method using an acid-alkali neutralization treatment. In the coprecipitation method, first, nitrates of cerium, zirconium, lanthanum, yttrium, and aluminum are mixed, water is added, and the mixture is stirred at room temperature for about 1 hour. Next, the nitrate mixed solution and the alkaline solution (preferably 28% ammonia water) are mixed at room temperature to 80 ° C. using a disperser to perform neutralization treatment.
この中和処理により白濁した溶液を一昼夜放置し、生成した沈殿ケーキを遠心分離器にかけた後、十分に水洗する。この水洗したケーキを約150℃の温度で乾燥した後、約600℃の温度におよそ5時間保持し、次いで、約500℃の温度に2時間保持して焼成した後、粉砕することにより、Ce・Zr・La・Y・アルミナ複合酸化物の粉体が得られる。 The solution that has become cloudy due to this neutralization treatment is left for a whole day and night. The resulting precipitate cake is centrifuged and then thoroughly washed with water. The cake washed with water is dried at a temperature of about 150 ° C., held at a temperature of about 600 ° C. for about 5 hours, then held at a temperature of about 500 ° C. for 2 hours, baked, and then pulverized to obtain Ce.・ Zr / La / Y / alumina composite oxide powder is obtained.
このように、本実施形態の排気ガス浄化用触媒10は、図2及び図3に明示したように、多数のセル通路12…12を有するハニカム担体11上に上下2層に触媒層13,14を積層し、下層をHC吸着能を有するHC吸着層13とし、上層をHC浄化能を有する浄化触媒層14とした構成、すなわちHCトラップ触媒である。
Thus, the exhaust
そして、上層の浄化触媒層14に、該浄化触媒層14の構成粒子の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路21…21を分散して形成し、これにより、担体セル通路12を流れる排気ガス中のHCが浄化触媒層14のセル通路12側の面からHC吸着層13側の面まで通過可能な通路31…31が生成するようにしたから、排気ガスが浄化触媒層14を厚み方向に通過することが易化することとなる。
A plurality of
したがって、たとえセル通路12内を流れる排気ガスが直線的な層状の整流状態であっても、セル通路12内を流れる排気ガスのうち、上層の浄化触媒層14を厚み方向に通過して下層のHC吸着層13にまで拡散していくガスの割合が増大し、その結果、下層のHC吸着層13に吸着されるHC量が増大し、冷間時にHCの大気への放出を十分満足に抑制でき、冷間時のHC浄化率が向上することとなる。
Therefore, even if the exhaust gas flowing in the
しかも、上層の浄化触媒層14に加えて、下層のHC吸着層13にも、同様に、該HC吸着層13の構成粒子の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路を分散して形成し、これにより、浄化触媒層14を通過してきたHCがHC吸着層13の浄化触媒層14側の面からHC吸着層13の深層部まで拡散可能な通路32…32が生成するようにしたから、排気ガスがHC吸着層13を厚み方向に深層部まで浸透・拡散することが易化することとなる。
Moreover, in addition to the upper
したがって、より多くの排気ガスがHC吸着層13の深層部まで拡散していき、その結果、下層のHC吸着層13に吸着されるHC量がさらに増大し、もって冷間時にHCの大気への放出をより一層抑制でき、冷間時のHC浄化率がさらに向上することとなる。
Therefore, more exhaust gas diffuses to the deep part of the
なお、排気ガス浄化用触媒10において、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内(例えばハニカム担体11の全長の20分の1の範囲内)では、排気ガスが担体セル通路12内に流入する際に担体入口端部の壁面に衝突するから、もともと排気ガスが乱流状態にあり、排気ガスが下層のHC吸着層13まで拡散し易い環境にある。したがって、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内(同上)には、前記微細路21,22を形成しないようにすることもできる。このような構成により、微細路21,22を形成して触媒層13,14の触媒能をその分削減することによる浄化率の低減を回避しつつ、排気ガスのHC吸着層13への良好な拡散が維持されることとなる。
In the exhaust
また、排気ガス浄化用触媒10において、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内(例えばハニカム担体11の全長の20分の1の範囲内)では、排気通路2の上流側から異物やデポジットが衝突したり排気圧力を受けるから、剥離・崩壊(風食)し易い環境にある。したがって、この観点からも、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内(同上)には、前記微細路21,22を形成しないようにすることができる。このような構成により、微細路21,22を形成して触媒層13,14の強度をその分削減することによる風食被害の増大を回避しつつ、排気ガスのHC吸着層13への良好な拡散が維持されることとなる。
Further, in the exhaust
このように、ハニカム担体11の出口側を微細路21,22のある触媒層13,14とし、入口側を微細路21,22のない触媒層13,14とするためには、例えば、焼成温度で焼失性の微細繊維を混合したスラリーをハニカム担体11の出口側からコートし(このときハニカム担体11の入口側を所定範囲だけ未コート部分として残す)、次に、焼成温度で焼失性の微細繊維を混合していないスラリーをハニカム担体11の入口側からコートすればよい(前記未コート部分をコートする)。
Thus, in order to make the
なお、前記実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、さらに種々の修正や変更を施してよいことはいうまでもない。 The above embodiment is the best embodiment of the present invention, but it goes without saying that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the claims.
例えば、浄化触媒層14に、触媒金属として白金(Pt)をさらに追加してもよい。あるいは、浄化触媒層14は、下層14aと上層14bとに分けず、1層にまとめてもよい。
For example, platinum (Pt) may be further added to the
前述した排気ガス浄化用触媒10の製造方法及び前述した各層13,14a,14bの化学的構成に従い、図4に示すように、実施例1〜4及び比較例1,2の排気ガス浄化用触媒10を製造した。図4には、使用したハニカム担体11の主な仕様を併せて示した。
As shown in FIG. 4, according to the method for manufacturing the exhaust
実施例1は、浄化触媒層14(上層14b及び下層14a共)及びHC吸着層13の両層に、触媒10の全長に亘って微細路21,22を形成したもの(請求項2に相当する構成)、実施例2は、浄化触媒層14(上層14b及び下層14a共)及びHC吸着層13の両層に、触媒10の入口側の10mmの範囲を除いて微細路21,22を形成したもの(請求項3に相当する構成)、実施例3は、浄化触媒層14(上層14b及び下層14a共)には触媒10の全長に亘って微細路21を形成し、HC吸着層13には微細路22を形成しなかったもの(請求項1に相当する構成)、実施例4は、浄化触媒層14(上層14b及び下層14a共)には触媒10の入口側の10mmの範囲を除いて微細路21を形成し、HC吸着層13には微細路22を形成しなかったもの(請求項3に相当する構成)である。
In Example 1,
これに対し、比較例1は、浄化触媒層14(上層14b及び下層14a共)には微細路21を形成せず、HC吸着層13には触媒10の全長に亘って微細路22を形成したもの、比較例2は、浄化触媒層14(上層14b及び下層14a共)及びHC吸着層13の両層に、微細路21,22を形成しなかったものである。
In contrast, in Comparative Example 1, the
実施例1〜4及び比較例1,2について冷間HC浄化率の評価試験を行った。この評価試験では、図4に示した仕様のハニカム担体から、直径が25.4mm、長さが50mm、容積が25mlのコアサンプルを切り出し、これを試験用サンプルとした。 An evaluation test of the cold HC purification rate was performed for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. In this evaluation test, a core sample having a diameter of 25.4 mm, a length of 50 mm, and a volume of 25 ml was cut out from the honeycomb carrier having the specifications shown in FIG. 4 and used as a test sample.
まず、各試験用サンプル(供試触媒装置)に、排気ガス中の擬似HCとしてトルエンを含有するガス(トルエン濃度2500ppmC、残N2)を50℃の温度で900秒間流し、これにより、供試触媒装置にトルエンを吸着させた。このとき、900秒間流したトルエンの総量をAとし、供試触媒装置(より詳しくはそのHC吸着層13)に吸着されたトルエン量をBとして、トルエン吸着量Bを、前記総量Aと、900秒間流したときに供試触媒装置を素通りしたトルエン量とから求めた。 First, a gas containing toluene (toluene concentration 2500 ppmC, residual N 2 ) as simulated HC in the exhaust gas was allowed to flow through each test sample (test catalyst device) at a temperature of 50 ° C. for 900 seconds. Toluene was adsorbed on the catalyst device. At this time, the total amount of toluene flowed for 900 seconds is A, the amount of toluene adsorbed on the test catalyst device (more specifically, the HC adsorption layer 13) is B, and the toluene adsorption amount B is the total amount A and 900 It was determined from the amount of toluene passed through the test catalyst device when it was allowed to flow for 2 seconds.
次いで、A/F=1.47の模擬排気ガス(CO2:13.9%、O2:0.6%、CO:0.6%、H2:0.2%、NO:1000ppm、H2O:10%、N2:残、HC成分:含まず)を供試触媒装置に流しながら、そのガス温度を30℃/分の速度で上昇させていき、この間、供試触媒装置から流出するトルエン量Cを測定した。そして、各供試触媒装置の冷間HC浄化率(%)を、[(B−C)×100/A]により求めた。 Next, simulated exhaust gas with A / F = 1.47 (CO 2 : 13.9%, O 2 : 0.6%, CO: 0.6%, H 2 : 0.2%, NO: 1000 ppm, H 2 O: 10%, N 2 : remaining, HC component: not contained), while increasing the gas temperature at a rate of 30 ° C./minute while flowing out from the test catalyst device. The amount of toluene C to be measured was measured. And the cold HC purification rate (%) of each test catalyst apparatus was calculated | required by [(BC) x100 / A].
評価結果を図4に示す。微細路21,22を形成した範囲が多いほど良好な冷間HC浄化率(%)を示しており、微細路21,22を形成したことで、担体セル通路12を流れる排気ガス中のHCが浄化触媒層14及びHC吸着層13を厚み方向に通過、拡散することが易化したものと考えられる。
The evaluation results are shown in FIG. The greater the range in which the
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、排気ガス浄化用触媒、特に、冷間時に排気ガス中のHCを吸着する機能を有するHCトラップ触媒において、上層の浄化触媒層を通過して下層のHC吸着層にまで拡散していく排気ガスの割合を増大させ、下層のHC吸着層に吸着されるHC量を増大させ、もって冷間時のHC浄化率を向上することが可能な技術であるから、エンジンのエミッション低下の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。 As described above in detail with reference to specific examples, the present invention provides an exhaust gas purification catalyst, particularly an HC trap catalyst having a function of adsorbing HC in exhaust gas when cold. Increase the proportion of exhaust gas that passes through and diffuses to the lower HC adsorption layer, and increases the amount of HC adsorbed to the lower HC adsorption layer, thereby improving the cold HC purification rate Since this is a possible technology, it is expected to have wide industrial applicability in the technical field of reduced engine emissions.
1 エンジン
2 排気通路
3 触媒コンバータ
10 排気ガス浄化用触媒
11 ハニカム担体
12 セル通路
13 HC吸着層
14 浄化触媒層
14a 浄化触媒層下層
14b 浄化触媒層上層
21,22 微細路
31,32 通路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記浄化触媒層に、担体セル通路を流れる排気ガス中のHCが浄化触媒層のセル通路側の面からHC吸着層側の面まで通過可能な通路が生成するように、浄化触媒層を構成する粒子の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路が分散して形成されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 Exhaust gas purification having a honeycomb carrier having a large number of cell passages disposed in an exhaust passage of an engine, an HC adsorption layer provided on the honeycomb carrier, and a purification catalyst layer laminated on the HC adsorption layer Catalyst for
The purification catalyst layer is configured so that a passage through which the HC in the exhaust gas flowing through the carrier cell passage can pass from the cell passage side surface to the HC adsorption layer side surface of the purification catalyst layer is generated in the purification catalyst layer. An exhaust gas purifying catalyst characterized in that a plurality of fine paths having an average diameter larger than the average diameter of the particles are formed in a dispersed manner.
前記HC吸着層に、浄化触媒層を通過してきたHCがHC吸着層の浄化触媒層側の面からHC吸着層の深層部まで拡散可能な通路が生成するように、HC吸着層を構成する粒子の平均径よりも大きな平均径を有する複数の微細路が分散して形成されていることを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1,
Particles constituting the HC adsorption layer so that a passage through which the HC that has passed through the purification catalyst layer can diffuse from the surface of the HC adsorption layer on the purification catalyst layer side to the deep part of the HC adsorption layer is generated in the HC adsorption layer. A catalyst for purifying exhaust gas, wherein a plurality of fine passages having an average diameter larger than the average diameter is formed in a dispersed manner.
前記微細路は、担体入口端部から出口側に向かって所定の範囲内には形成されていないことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。 The exhaust gas purifying catalyst according to claim 1 or 2,
The exhaust gas purifying catalyst, wherein the fine path is not formed within a predetermined range from the carrier inlet end toward the outlet.
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