JPH06205983A - 排気ガス浄化用触媒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】タンデム型の排気ガス浄化用触媒において、エ
ンジン始動時の浄化性能を一層向上させる。 【構成】タンデム型の排気ガス浄化用触媒において、少
なくとも排気ガス流の上流側に配置されたハニカム担体
１には、入口側端面から軸方向に１０〜２０ｍｍの範囲
の部分に触媒金属が他の部分より高濃度で担持された高
担持部１０をもつことを特徴とする。高担持部を入口側
端面から１０〜２０ｍｍの範囲とすることにより、触媒
担持層による熱容量の増大を最小限とし、かつ排気ガス
の熱が真先に伝わることから暖機性能に優れ、低温始動
時の浄化性能は極大値を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの排気系に
装着されて排気ガスを浄化する排気ガス浄化用触媒に関
し、詳しくは複数のハニカム担体が列設されたタンデム
型の排気ガス浄化用触媒に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車エンジンからの排ガスを浄
化するための排ガス浄化用触媒として、セラミック製あ
るいは金属製のハニカム担体に活性アルミナなどの担持
層を形成し、その担持層に白金やロジウムなどの触媒金
属を担持させたものが多く用いられている。ところが触
媒金属は、約３００℃より低い温度では触媒活性が得ら
れないという現実がある。そのためエンジン始動直後な
どにはハニカム担体の温度が低く、排気ガスの熱により
約３００℃以上に加熱されるまでの間は有害物質がほと
んど浄化されぬまま排出されるという問題があった。

【０００３】このような不具合を改善するために、セラ
ミックスより熱伝導率が高く昇温特性に優れた金属製の
メタル担体が主流となりつつある。また、例えば実開昭
６３−１４１６３２号公報や実開平２−８３３２０号公
報などには、排気ガス上流側に体積が小さく熱容量の小
さなメタルハニカム担体を配置したタンデム型担体構造
が開示されている。このように上流側のハニカム担体の
熱容量を小さくすることで、上流側のハニカム担体の温
度を速やかに上昇させることができる。そして上流側の
ハニカム担体内の反応熱により、下流側のメインのハニ
カム担体を暖機することができる。またタンデム型とす
ることにより、低温活性の高い触媒金属を上流側の担体
に多く担持させるなど、触媒設計の自由度も向上する。

【０００４】例えば実開平２−１９８１８号公報には、
上流側のハニカム担体に低温活性に優れた白金触媒を担
持したタンデム型の排気ガス浄化用触媒が開示されてい
る。また特開昭６４−７９３５号公報には、単位体積当
たりの触媒金属担持量を上流側のハニカム担体で多くし
たタンデム型の排気ガス浄化用触媒が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エンジン始動時の排気
ガス中のＨＣ，ＣＯなどを浄化するためには、ハニカム
担体を早期に暖機し触媒により燃焼除去することが必要
である。上記した従来の排気ガス浄化用触媒では、上流
側のハニカム担体の触媒反応が比較的低温で生じ、その
反応熱によりさらに反応が促進されるため、低温始動時
であっても比較的早期にＨＣ，ＣＯなどの排出量が低減
される。また反応熱が加わってさらに温度の高くなった
排気ガスが、ハニカム担体どうしの間の空間部で乱流と
なって下流側のハニカム担体に流入する。これにより下
流側のハニカム担体の昇温特性も向上する。

【０００６】ところがこの従来の排気ガス浄化用触媒で
あっても、ハニカム担体の材質、容量、触媒金属の担持
量などの最適化がなされておらず、始動時の浄化性能が
満足のいくものとはいえなかった。本発明はこのような
事情に鑑みてなされたものであり、タンデム型の排気ガ
ス浄化用触媒において、エンジン始動時の浄化性能を一
層向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の排気ガス浄化用触媒は、ハニカム通路を有する複数
個のハニカム担体を両端が開口したケース内に互いに間
隔を隔てて直列に列設してなるタンデム型の排気ガス浄
化用触媒において、少なくとも排気ガス流の上流側に配
置されたハニカム担体には、入口側端面から軸方向に１
０〜２０ｍｍの範囲の部分に触媒金属が他の部分より高
濃度で担持された高担持部をもつことを特徴とする。

【０００８】高担持部は少なくとも上流側のハニカム担
体に設けられるが、下流側のハニカム担体にも設けるこ
とができる。この場合、下流側のハニカム担体の高担持
部も、入口側端面から軸方向に１０〜２０ｍｍの範囲の
部分に設けることが望ましい。

【０００９】

【作用】排気ガスは先ずハニカム担体の入口側端面に衝
突して乱流化されてハニカム通路へ進入し、ハニカム通
路壁と衝突しながらハニカム通路を移動する。これによ
り排気ガスの熱がハニカム担体に伝達され、ハニカム担
体が昇温されるのである。

【００１０】ところが排気ガスは、ハニカム担体の入口
から約２０ｍｍ程度進入する間に熱伝達率が急激に低下
することが明らかとなった。これはハニカム通路内で排
気ガス流が整流されてほぼ層流となることを示してい
る。層流となった排気ガスは、ハニカム通路壁と衝突す
る確率が小さく、熱が伝達されないままにハニカム担体
出口から排出されてしまい昇温特性の向上が不十分とな
るからである。

【００１１】そこで本発明の排気ガス浄化用触媒では、
排気ガス流の最上流部の位置すなわち上流側のハニカム
担体の入口側端面から１０〜２０ｍｍの位置に、触媒金
属が高濃度で担持された高担持部をもつ。したがってま
だ層流とならない排気ガスの通路壁への衝突により、高
担持部は触媒活性温度まで速やかに昇温して反応が生じ
る。そして反応熱により昇温が促進され、さらなる反応
が生じるため低温始動時の浄化性能が向上する。

【００１２】高担持部の軸方向の長さが、入口側端面か
ら１０ｍｍの範囲より短くなると、触媒金属の絶対量の
不足による反応確率の低下によって低温始動時の暖機性
能が低下し、低温始動時の高い浄化性能が得られない。
また２０ｍｍより長くなると、排気ガスが層流となって
通路壁との衝突確率が低下する他、触媒金属を多く担持
させるためのアルミナなどの触媒担持層の厚さがその分
厚く必要となり、熱容量が大きくなることによる昇温特
性の低下が触媒金属を多く担持したことによる効果を上
回って、低温始動時の浄化性能が低下するようになる。
高担持部を入口側端面から１０〜２０ｍｍの範囲とする
ことにより両者のバランスが最適となり、低温始動時の
浄化性能は極大値を示す。

【００１３】上流側のハニカム担体から出た排気ガス
は、ハニカム担体どうしの間の空間部で下流側のハニカ
ム担体端面と衝突し、再度乱流化されて下流側のハニカ
ム担体に流入する。この排気ガスは上流側のハニカム担
体による反応熱が加わって高温であり、下流側のハニカ
ム担体はその熱を受けて早期に暖機されるため、低温始
動時の浄化性能がさらに向上する。

【００１４】

【実施例】以下、実施例及び比較例により具体的に説明
する。 （実施例１）図１に本発明の一実施例の排気ガス浄化用
触媒の概略断面図を示す。この触媒は、直径８６ｍｍで
軸方向の長さが４０ｍｍの第１ハニカム担体１と、直径
８６ｍｍで軸方向の長さが１００ｍｍの第２ハニカム担
体２とから構成され、軸方向に間隔を隔ててケース３内
に直列に収納されている。

【００１５】第１ハニカム担体１及び第２ハニカム担体
２は、それぞれＡｌ含有フェライト系ステンレス製の板
厚約５０μｍの箔から形成された平板と波板からなるメ
タル担体基材をもつ。そしてそれぞれのメタル担体基材
表面には、活性アルミナからなる触媒担持層が形成さ
れ、その触媒担持層に白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒ
ｈ）が担持されている。

【００１６】ここで表１にも示すように、第１ハニカム
担体１では、ケース３の開口に向かう一端面から１０ｍ
ｍの部分にＰｔが１０．０ｇ／ｌとＲｈが０．３ｇ／ｌ
担持され、残りの３０ｍｍの部分にはＰｔが１．５ｇ／
ｌとＲｈが０．３ｇ／ｌ担持されている。すなわち、一
端面から１０ｍｍの部分にはＰｔが高濃度で担持された
高担持部１０が形成されている。なお高担持部１０で
は、Ｐｔを高濃度で担持させるために、触媒担持層の厚
さが他の部分より約１．５倍厚くされている。

【００１７】また第２ハニカム担体２には、全体に均一
にＰｔが１．５ｇ／ｌとＲｈが０．３ｇ／ｌ担持されて
いる。この触媒は図２に示すように、エンジン本体４の
排気マニホールド５の直下に第１ハニカム担体１が上流
側となるように配置されている。なお、排気マニホール
ド５には二次空気を供給するための導管５０が設けら
れ、さらに集合部には酸素センサ５１が設けられてい
る。また触媒の下流側の排気管５２の途中には、エンジ
ン暖機後における排気ガスを充分に浄化するための３元
触媒を内蔵した触媒コンバータ６が設けられている。

【００１８】この排気システムによれば、エンジン本体
４の低温始動の際には、第１ハニカム担体１は体積が小
さく熱容量が小さいので昇温が早く、さらには高担持部
１０が上流側に位置しているために素早く活性化され、
その反応熱により第１ハニカム担体１は全体がほとんど
瞬時に活性化される。したがって始動直後に排出される
多量のＨＣ，ＣＯなどは、第１ハニカム担体１により浄
化が進行する。

【００１９】また第１ハニカム体１は反応熱が加わって
高温になり、第２ハニカム担体の暖機時間を短縮するた
め、第２ハニカム担体２も早期に活性化される。したが
って第１ハニカム担体１及び第２ハニカム担体２の素早
い活性化により、始動直後の排気ガスの浄化率が向上す
る。さらに、第２ハニカム担体２から出る排気ガスは充
分高温であり、触媒コンバータ６の暖機も早めることが
できる。

【００２０】第１ハニカム担体１、第２ハニカム担体２
及びケース３からなる本実施例の触媒について、エンジ
ンベンチにて入ガス温度９００℃で１００時間保持する
耐久試験を行った後、暖機性能を評価した。この暖機性
能は、エンジンの排気系に触媒を装備し、４００℃の排
気ガスを流入させた時の触媒から排出される排気ガス中
のＨＣ濃度を始動直後から測定して、出ガス中のＨＣ濃
度が入ガス中のＨＣ濃度の５０％となるまでの時間（秒
数）を測定した。結果を図４に示す。 （実施例２）高担持部１０を上流側端面から２０ｍｍの
範囲としたこと以外は実施例１と同様の構成である。こ
の触媒についても実施例１と同様に暖機性能を評価し、
結果を図４に示す。 （実施例３）図３に示すように、第２ハニカム担体２の
第１ハニカム担体１に向かう上流側端面から１０ｍｍの
部分にも高担持部２０を設けたこと以外は実施例１と同
様の構成である。この触媒についても実施例１と同様に
暖機性能を評価し、結果を図４に示す。 （比較例１）高担持部１０を設けず、第１ハニカム担体
１の全体に均一にＰｔを１．５ｇ／ｌとＲｈを０．３ｇ
／ｌ担持したこと以外は実施例１と同様の構成である。
この触媒についても実施例１と同様に暖機性能を評価
し、結果を図４に示す。 （比較例２〜４）高担持部１０の上流側端面からの長さ
をそれぞれ５ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍとしたこと以外
は実施例１と同様の構成である。これらの触媒について
も実施例１と同様に暖機性能を評価し、結果を図４に示
す。

【００２１】

【表１】 （評価）図４より、第１ハニカム担体１に高担持部１０
をもつことにより、それのない比較例１に比べて到達時
間が短く暖機性能が向上していることが明らかである。
そして高担持部１０の長さが上流側端面から１０〜２０
ｍｍのものが特に暖機性能に優れていることがわかる。
なお比較例３，４では、高担持部１０の長さが長すぎ
て、触媒担持層の量が増大することによる熱容量の増大
により、暖機性能が実施例に比べて劣っている。

【００２２】また、実施例３のように下流側の第２ハニ
カム担体２にも高担持部２０を設けることにより、暖機
性能がさらに向上することも確認された。

【００２３】

【発明の効果】すなわち本発明の排気ガス浄化用触媒に
よれば、低温始動時の暖機性能に極めて優れているため
早期に触媒活性温度域に昇温され、始動時の有害成分の
排出を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の排気ガス浄化用触媒の断面
図である。

【図２】本発明の一実施例の排気ガス浄化用触媒をエン
ジンの排気系に装着した排気システムの説明図である。

【図３】本発明の第３の実施例の排気ガス浄化用触媒の
断面図である。

【図４】実施例及び比較例の触媒のＨＣ５０％浄化到達
時間を示す棒グラフである。

【符号の説明】

１：第１ハニカム担体 ２：第２ハニカム担体
３：ケース １０：高担持部 ２０：高担持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾澤 照彦 静岡県小笠郡大東町千浜7800番地 キャタ ラー工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハニカム通路を有する複数個のハニカム
   担体を両端が開口したケース内に互いに間隔を隔てて直
   列に列設してなるタンデム型の排気ガス浄化用触媒にお
   いて、 少なくとも排気ガス流の上流側に配置された該ハニカム
   担体には、入口側端面から軸方向に１０〜２０ｍｍの範
   囲の部分に触媒金属が他の部分より高濃度で担持された
   高担持部をもつことを特徴とする排気ガス浄化用触媒。