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KR101990711B1 - 디젤용 산화 촉매 - Google Patents

디젤용 산화 촉매 Download PDF

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KR101990711B1
KR101990711B1 KR1020177006146A KR20177006146A KR101990711B1 KR 101990711 B1 KR101990711 B1 KR 101990711B1 KR 1020177006146 A KR1020177006146 A KR 1020177006146A KR 20177006146 A KR20177006146 A KR 20177006146A KR 101990711 B1 KR101990711 B1 KR 101990711B1
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켄 카와베
소헤이 호시노
마사히토 시바타
요시히토 하시모토
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얀마 가부시키가이샤
존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니
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Abstract

산화 촉매의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있는 디젤용 산화 촉매를 제공한다. Pt와 Pd 중 적어도 하나가 포함된 복수의 촉매층으로 구성되는 디젤용 산화 촉매로서, 배기의 흐름 방향에 대하여 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)으로 분할되고, 하류측 내측 촉매층(6)의 표면을 덮도록 하류측 외측 촉매층(7)이 더 형성되고, 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)에 Pd가 포함됨과 함께 하류측 외측 촉매층(7)에 Pt가 포함되고, 상류측 촉매층(5)에 포함되는 Pt와 Pd의 양과 하류측 내측 촉매층(6)에 포함되는 Pt와 Pd의 양이 항상 일정하게 설정되며, 산화 효율이 소정값 이상이 되도록 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양이 설정된다.

Description

디젤용 산화 촉매{OXIDATION CATALYST FOR DIESEL ENGINES}
본 발명은, 디젤용 산화 촉매에 관한 것이다.
종래, 디젤 엔진으로부터의 배기를 정화하는 촉매로서 배기중의 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 일산화질소(NO)를 산화하는 산화 촉매가 이용되고 있다. 세라믹이나 금속 기재에 알루미나 등의 다공질 산화물로 이루어지는 담체를 도포하여 촉매층을 형성한 것이다. 촉매층에는, 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 귀금속이 포함되는 것이 알려져 있다.
이러한 산화 촉매에서, 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 성질을 효과적으로 발휘시켜 산화 촉매의 성능을 향상시키기 위해, 촉매의 각 부위에서의 온도 및 배기 가스 성분 등을 고려하여, 기재의 상류측과 하류측에 별개의 재료를 배치한 산화 촉매 등이 개발되었다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 바와 같다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 산화 촉매는, 배기의 특성에 따라 담체에 포함되는 Pt, Pd의 양을 조정한 것을 소정의 위치에 도포할 필요가 있다. 즉, 기재의 각 부위에 배치하는 복수의 촉매를 산화 촉매가 접속되는 디젤 엔진마다 조합할 필요가 있어 생산 비용이 증대되는 점에서 불리하였다.
일본 특허 공개 제2009-101252호 공보
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 산화 촉매의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있는 디젤용 산화 촉매의 제공을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
즉, 본 발명에서는, Pt와 Pd 중 적어도 하나가 포함된 3층의 촉매층이 기재로 구성되어 있는 디젤용 산화 촉매로서, 배기의 흐름 방향에 대하여 상류측 촉매층, 하류측 외측 촉매층 및 하류측 내측 촉매층으로 분할되고, 상류측 촉매층과 하류측 내측 촉매층에 Pt와 Pd가 포함됨과 함께 하류측 외측 촉매층에 Pt가 포함되고, 상류측 촉매층에 포함되는 Pt 및 Pd의 양과, 하류측 내측 촉매층에 포함되는 Pt 및 Pd의 양이 항상 일정하게 설정되며, 산화 효율이 소정값 이상이 되도록 하류측 외측 촉매층에 포함되는 Pt의 양이 설정된 것이다.
본 발명에서, Pt와 Pd 중 적어도 하나가 포함된 3층의 촉매층으로 구성되는 디젤용 산화 촉매로서, 배기의 흐름 방향에 대하여 상류측 촉매층, 하류측 외측 촉매층 및 하류측 내측 촉매층으로 분할되고, 상류측 촉매층과 하류측 내측 촉매층에 Pt와 Pd가 포함됨과 함께 하류측 외측 촉매층에 Pt가 포함되고, 상류측 촉매층에 포함되는 Pt 및 Pd의 양과, 하류측 내측 촉매층에 포함되는 Pt 및 Pd의 양이 항상 일정하게 설정되며, 산화 효율이 소정값 이상이 되도록 하류측 외측 촉매층에 포함되는 Pt의 양이 설정되고, 배기의 흐름 방향에서 상기 하류측 외측 촉매층의 길이가 배기의 흐름 방향에서 디젤용 산화 촉매의 전체 길이의 절반 이상이 되도록 구성되는 것이다.
본 발명에서, 상기 기재에 배기의 흐름 방향에 대하여 육각형의 단면을 가지는 관통공이 형성되어 있다.
본 발명에서, 상기 기재는 파셜(partial) 타입의 수트 필터(soot filter)이다.
본 발명은, 이상과 같이 구성함에 따라, 이하에 나타내는 효과를 갖는다.
본 발명에 의하면, 상류측 촉매층에 포함되는 Pt와 Pd의 산화 촉진 작용에 의해 HC나 CO가 제거되므로, 하류측 내측 촉매층에 포함되는 Pt의 양을 삭감하여도 Pt에 의한 산화 촉진 작용이 저하되지 않는다. 또한, 배기의 특성에 따라 상류측 촉매층과 하류측 내측 촉매층을 생산할 필요가 없다. 이에 따라, 산화 촉매의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상류측 촉매층에 포함되는 Pt와 Pd의 산화 촉진 작용에 의해 HC나 CO가 제거되고, 하류측 외측 촉매층에 Pt를 일정한 범위를 가지고 집중적으로 배치함으로써 산화 효율이 향상되므로, 하류측 내측 촉매층에 포함되는 Pt의 양을 삭감하여도 Pt에 의한 산화 촉진 작용이 저하되지 않는다. 또한, 배기의 특성에 따라 상류측 촉매층과 하류측 내측 촉매층을 생산할 필요가 없다. 이에 따라, 산화 촉매의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기재에 촉매가 균일하게 도포되기 쉬워진다. 이에 따라, 산화 촉매의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 촉매층은 관통공을 가지는 기재뿐만 아니라, 파셜 타입의 수트 필터에도 적용된다. 이에 따라, 산화 촉매의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있다.
도 1은 배기 정화 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2의 (a)는 본 발명에 따른 디젤용 산화 촉매의 실시 형태를 나타내는 사시도이고, (b)는 본 발명에 따른 디젤용 산화 촉매의 다른 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 (a) 및 (b), 도 4에서 화살표 Z를 따라서 본 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파셜 타입의 수트 필터의 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 이용되는 촉매층과 종래의 촉매층에서의 변환 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 이용되는 촉매층과 종래의 촉매층에서 포스트 착화에 필요한 입구 온도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 이용되는 촉매층과 종래의 촉매층에서 DPF 재생시의 HC의 슬립을 나타낸 그래프이다.
도 8의 (a)는 본 발명에 이용되는 촉매층에서 촉매 금속의 양의 차이에 따른 변환 효율을 나타내는 그래프이고, (b) 본 발명에 이용되는 촉매층에서 하류측 외측 촉매층의 크기의 차이에 따른 변환 효율을 나타내는 그래프이다.
도 9의 (a)는 종래의 촉매층에서 디젤 엔진마다 생산에 필요한 촉매의 조합을 나타내는 모식도이고, (b)는 본 발명에 이용되는 촉매층에서 디젤 엔진마다 생산에 필요한 촉매의 조합을 나타내는 모식도이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 이용하여 배기 정화 장치(1)에 대해 설명한다. 한편, 본 실시 형태에서 「상류측」이란, 유체의 흐름 방향에서 상류측을 나타내며,「하류측」이란 유체의 흐름 방향에서 하류측을 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배기 정화 장치(1)는 디젤 엔진(20)으로부터 배출되는 배기를 정화한다. 배기 정화 장치(1)는 디젤 엔진(20)에 접속되는 배기관(21)에 마련된다. 배기 정화 장치(1)는 섀시(2), 수트 필터(3), 산화 촉매(4) 등을 구비한다.
섀시(2)는, 내부에 배치되는 수트 필터(3)나 산화 촉매(4)에 배기를 안내한다. 섀시(2)의 일측 단부에는 배기관(21)이 접속되고, 섀시(2)의 타측 단부는 배기관(21)을 개재하여 외부로 개방되어 있다. 즉, 섀시(2)는 디젤 엔진(20)과 접속되어 있는 배기관(21)의 중간부에 마련되며, 일측(상류측)으로부터 타측(하류측)을 향해(도 1의 검은 화살표 참조) 디젤 엔진(20)으로부터 배기가 흐르는 배기 유로로서 구성되어 있다.
수트 필터(3)는 배기중의 파티큘레이트(탄소질로 이루어지는 그을음, 고비점 탄화수소 성분(SOF) 등)를 제거한다. 수트 필터(3)는 섀시(2)의 내부에 배치된다. 수트 필터(3)는, 예를 들면 격자 모양으로 형성된 세라믹 등의 다공질벽으로 이루어진다. 수트 필터(3)는, 섀시(2)에 의해 안내되는 배기가 상기 다공질벽을 투과 하도록 구성된다. 수트 필터(3)는 배기가 상기 다공질벽을 통과할 때, 배기중의 파티큘레이트를 포집한다. 그 결과, 배기로부터 파티큘레이트가 제거된다.
산화 촉매(4)는 디젤 엔진(20)으로부터 배출되는 배기중의 일산화탄소(이하, 간단히 「CO」라고 기재), 탄화수소(이하, 간단히 「HC」라고 기재), 일산화질소(이하, 간단히 「NO」라고 기재)를 산화시키는 것이다. 산화 촉매(4)는 수트 필터(3)의 상류측에 배치된다. 산화 촉매(4)는 촉매 금속이 포함되는 촉매 담체가 소정의 범위에 걸쳐 기재(8) 상에 코팅되고, 소정의 온도 및 시간으로 건조 및 소성등 함으로써 구성된다.
도 3에 나타내는 산화 촉매(4)의 기재(8)는, 일반적으로 배기 가스 정화용 촉매에서 이용되는 임의의 재료, 예를 들면, 코디에라이트(2MgO·2Al2O3·5SiO2), 알루미나, 지르코니아, 탄화규소 등의 내열성을 가지는 세라믹 재료나 스텐레스강 등의 금속박으로 이루어지는 메탈 재료를 다수의 관통공을 가지는 구조로 형성한 것이 이용된다.
산화 촉매(4)의 촉매 금속을 포함하는 담체는, 일반적으로 촉매 담체로서 이용되는 임의의 금속 산화물, 예를 들면, 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 세리아(CeO2), 실리카(SiO2), 티타니아(TiO2) 및 그들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속 산화물이 이용된다.
이와 같이 구성되는 배기 정화 장치(1)에는, 디젤 엔진(20)으로부터 배기가 배기관(21)을 통하여 섀시(2)에 공급된다. 배기 정화 장치(1)는 공급된 배기가 산화 촉매(4)를 통과함으로써(도 3의 흰색 화살표 참조), 배기에 포함되는 CO, HC, NO를 산화시킨다. 또한, 배기 정화 장치(1)는, 수트 필터(3)에 의해 공급된 배기에 포함되는 파티큘레이트를 포집한다.
다음으로, 도 2 내지 도 9를 이용하여 배기 정화 장치(1)의 산화 촉매(4)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2에 나타내는 산화 촉매(4)는 플로우 쓰루 타입이다. 플로우 쓰루 타입인 경우, 그것은, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같은 격자 모양의 단면을 가지는 관통 기재일 수 있으며, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같은 육각형의 단면을 가지는 관통 기재일 수도 있다. 상기 관통 기재는 복수의 통로가 구성된다. 통로는, 여러 구조의 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 관통 기재의 통로는 육각형의 단면을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 나타낸 수트 필터(3)는 파셜 타입이다. 이 파셜 타입의 수트 필터(3)는 당해 기술 분야에서 주지이다(WO 01/80978 또는 EP1057519를 참조). 전형적인 파셜 타입의 수트 필터는 복수의 채널 및 복수의 채널의 경계가 되는 복수의 벽을 가지고 있다. 각 채널은 적어도 하나의 개구단을 가지고 있으며, 각 채널이 2개의 개구단을 가지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 파셜 타입의 수트 필터는 파티큘레이트의 수집 요소를 구비하고 있다. 전형적인 수집 요소는 복수의 벽에 발생한 복수의 편향이다. 각 벽은 편향을 가지지 않거나, 하나 이상의 편향을 가질 수 있다. 각각의 편향은 기재를 관류하는 배기중의 입자상 물질의 장애물로서 작용한다. 각각의 편향은 플랩 또는 블레이드 형상을 가지고 있으며, 전형적인 편향은 각 편향의 벽평면으로부터 외측으로(어느 각도를 가지고) 방향이 부여되어 있다. 한편, 각각의 편향은 담체의 벽의 개구와 결합되는 것이 바람직하다. 벽 내의 각 개구부는 배기를 하나의 채널로부터 인접하는 채널에 흘리는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 촉매층은 플로우 쓰우 타입의 산화 촉매(4) 또는 파셜 타입의 수트 필터(3)에 적용된다. 본 발명의 촉매층을 적용한 수트 필터(3) 또는 산화 촉매(4)의 적어도 하나를 포함하는 것을 본 발명에서 디젤용 산화 촉매라고 정의한다. 본 발명의 촉매층은 상류측 촉매층(5), 하류측 내측 촉매층(6) 및 하류측 외측 촉매층(7)으로 분할되어 형성되어 있다. 이하, 본 발명의 촉매층을 산화 촉매(4)에 적용한 경우에 대해 설명한다.
도 3에 나타내는 상류측 촉매층(5)은 코디에라이트 등으로 이루어지는 기재(8) 중 배기의 상류측 부분에 형성된다. 상류측 촉매층(5)은 알루미나 등으로 이루어지는 담체가 워시 코팅법 등에 의해 기재(8)에 코팅된다. 코팅된 상류측 촉매층(5)은 소정의 온도와 시간으로 건조된다. 마찬가지로 하여, 하류측 내측 촉매층(6)은 기재(8) 중 배기의 하류측 부분에 형성된다. 또한, 하류측 외측 촉매층(7)은 하류측 내측 촉매층(6)의 표면(하류측 내측 촉매층(6)의 상측)에 형성된다. 기재(8)의 소정 위치에 상류측 촉매층(5), 하류측 내측 촉매층(6) 및 하류측 외측 촉매층(7)이 형성된 산화 촉매(4)는 소정의 온도와 시간으로 소성된다.
이때, 산화 촉매(4)는 배기의 흐름 방향에서 하류측 내측 촉매층(6)과 하류측 외측 촉매층(7)의 길이가 배기의 흐름 방향에서 산화 촉매(4)의 전체 길이의 절반 이상이 되도록 구성된다. 구체적으로는, 상류측 촉매층(5)과 하류측 외측 촉매층(7)이 인접하도록 형성되어 있는 경우, 산화 촉매(4)는 상류측 촉매층(5)의 길이와 하류측 외측 촉매층(7)의 길이의 비율 X：Y가 1：9~5：5의 범위 내가 되도록 설정된다. 이와 같이, 일정한 범위로 하류측 외측 촉매층(7)을 형성함으로써 효율적으로 산화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 상류측 촉매층(5)의 담체에는 촉매 금속으로서 Pt와 Pd가 소정의 비율이 되도록 포함되어 있다(예를 들면, 2：1~4：1, 백금량으로는 1.8~2.4g/L가 적합하나, 1：2~10：1, 백금량으로는 0.1~3.0g/L의 범위이면 무방하다). 하류측 내측 촉매층(6)의 담체에는 촉매 금속으로서 Pt와 Pd가 소정의 비율(예를 들면 1：1)로 포함된다. 하류측 외측 촉매층(7)의 담체에는 촉매 금속으로서 Pt만이 소정의 범위내에서 임의의 비율로 포함된다. 즉, 산화 촉매(4)는 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)에만 Pd가 포함되도록 구성된다.
하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양은 상술한 바와 같이 배기의 특성에 따라 소정의 범위내에서 임의로 설정된다. 한편, 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)에 포함되는 Pt와 Pd의 양은, 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양에 상관없이 항상 소정의 양이 되도록 설정된다. 즉, 산화 촉매(4)는 배기의 특성에 따라 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양만을 변경하도록 구성된다.
이와 같이 구성되는 산화 촉매(4)는 배기가 그 상류측 촉매층(5)에 도달하면, 상류측 촉매층(5)에 포함되는 Pt와 Pd의 산화 촉진 작용에 의해, 배기에 포함되는 CO를 CO2로 산화시키고, HC를 H2O와 CO2로 산화시킨다. 즉, 상류측 촉매층(5)에 의해 하류측 외측 촉매층(7)의 Pt에 의한 NO의 산화 촉진 작용을 저해하는 요인이 되는 CO와 HC가 배기로부터 제외된다. 산화 촉매(4)는 CO와 HC가 제외된 배기가 그 하류측 내측 촉매층(6)과 하류측 외측 촉매층(7)에 도달하면, 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 산화 촉진 작용에 의해 배기에 포함되는 NO를 NO2로 산화시킨다.
즉, 산화 촉매(4)는 상류측 촉매층(5)에 의해 CO와 HC를 제거하고, 하류측 외측 촉매층(7)에 집중적으로 Pt를 포함시킴으로써 NO로부터 NO2로의 변환 효율이 향상되었다. 따라서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 산화 촉매(4)는 종래의 산화 촉매인 산화 촉매(10)보다 적은 Pt의 양으로 종래의 산화 촉매(10)의 변환 효율과 동등한 변환 효율을 유지하고 있다.
또한, 산화 촉매(4)는 상류측 촉매층(5)에 Pd를 포함시킴으로써 포스트 착화시의 착화 성능이 향상되었다. 즉, 산화 촉매(4)는 포스트 착화에 필요한 산화 촉매(4)의 입구 온도가 낮아졌다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 산화 촉매(4)는 종래의 산화 촉매(10)보다 적은 Pt의 양으로 종래의 산화 촉매(10)가 포스트 착화에 필요한 입구 온도와 동등한 입구 온도로 포스트 착화가 가능하게 구성되어 있다.
또한, 산화 촉매(4)는 상류측 촉매층(5)에 Pd를 포함시킴으로써 HC로부터 H2O와 CO2로의 변환 효율이 향상되었다. 즉, 산화 촉매(4)는 HC의 슬립량이 저감되었다. 따라서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 산화 촉매(4)는 종래의 산화 촉매(10)보다 적은 Pt의 양으로 종래의 산화 촉매(10)의 HC의 슬립량과 동등한 HC의 슬립량을 유지하고 있다.
산화 촉매(4)는 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양이 증가하면, NO로부터 NO2로의 변환 효율이 향상된다. 마찬가지로 산화 촉매(4)는, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 하류측 외측 촉매층(7)이 커지면 NO로부터 NO2로의 변환 효율이 향상된다. 즉, 산화 촉매(4)는 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양을 증가시킴으로써, 그 산화 촉매(4)를 작게 구성할 수 있다. 따라서, 산화 촉매(4)는 보다 작은 공간에 배치할 수 있다.
또한, 산화 촉매(4)의 기재(8)를 배기의 흐름 방향에 대해 육각형의 단면을 가지도록 형성함으로써, 기재(8)에 촉매가 균일하게 도포되기 쉬워진다. 이에 따라, 산화 촉매(4)의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있다.
다음으로, 도 9를 이용하여 산화 촉매(4)와 디젤 엔진의 조합에 대해 설명한다.
산화 촉매(4)는 배기의 특성에 따라 담체에 포함되는 촉매 금속의 종류나 양을 변경함으로써 디젤 엔진에 대응한 성능을 발휘하도록 구성된다. 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 표층측 촉매(11)와 내층측 촉매(12)로 구성되고, 각각 별개의 촉매 금속을 배치한 산화 촉매(10)의 경우, 표층측 촉매(11)와 내층측 촉매(12)에 배치하는 촉매 금속의 종류나 양을 접속되는 디젤 엔진마다 각각 결정하고, 조합, 코팅, 건조, 소성과 같은 공정을 거쳐 생산된다.
구체적으로는, 디젤 엔진(A·B·C)에 대해 산화 촉매(10)를 생산하는 경우, 디젤 엔진(A)용 산화 촉매(10A)로서 표층측 촉매층(11a)과 내층측 촉매층(12a)을 조합할 필요가 있다. 디젤 엔진(B)용 산화 촉매(10B)로서 산화 촉매(10A)의 각 촉매층과 촉매의 배합이 다른 표층측 촉매층(11b)과 내층측 촉매층(12b)을 조합할 필요가 있다. 디젤 엔진(C)용 산화 촉매(10C)로서 산화 촉매(10A), 산화 촉매(10B)의 각 촉매층과 촉매의 배합이 다른 표층측 촉매층(11c)과 내층측 촉매층(12c)의 합계 6종류의 촉매층을 조합할 필요가 있다.
그러나, 배기에 포함되는 CO나 HC의 양은 디젤 엔진의 특성에 의한 영향이 작다. 따라서, 산화 촉매(4)는 배기에 포함되는 CO나 HC의 산화를 목적과 같이 하나로 하는 상류측 촉매층(5)의 촉매 금속의 종류나 양을 디젤 엔진마다 변경하지 않아도 산화 효율이 저하되지 않는다. 또한, 산화 촉매(4)는 하류측 내측 촉매층(6)의 상류측에 상류측 촉매층(5)이 형성되고, 하류측 내측 촉매층(6)의 표면에 하류측 외측 촉매층(7)이 형성된다. 따라서, 하류측 내측 촉매층(6)은 상류측 촉매층(5)과 하류측 외측 촉매층(7)에 비해 배기에 접촉하기 어렵고, 산화 촉매(4)의 성능에 대한 기여율이 낮다. 즉, 산화 촉매(4)는 성능에 대한 기여율이 낮은 하류측 내측 촉매층(6)의 촉매 금속의 종류나 양을 디젤 엔진마다 변경하지 않아도 산화 효율이 저하되지 않는다.
또한, 산화 촉매(4)에 포함되는 촉매 금속은 포스트 착화 성능의 향상에 기여한다. 즉, 포스트 분사에 의한 HC가 최초로 접촉하는 상류측 촉매층(5)의 포스트 착화 성능에 대한 기여율은, 상류측 촉매층(5)에 포함되는 촉매 금속의 종류나 양에 강하게 의존한다. 하류측 내측 촉매층(6)과 하류측 외측 촉매층(7)은 상류측 촉매층(5)에서 발생한 HC의 산화열에 의해 고온화되어 산화 속도가 증대된다. 즉, 하류측 내측 촉매층(6)과 하류측 외측 촉매층(7)의 포스트 착화 성능에 대한 기여율은, 하류측 내측 촉매층(6)과 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 촉매 금속의 종류나 양에 의존하지 않는다. 포스트 분사는 디젤 엔진(A·B·C)의 종류에 상관없이 거의 동일한 조건으로 이루어진다. 따라서, 산화 촉매(4)는, 상류측 촉매층(5), 하류측 내측 촉매층(6) 및 하류측 외측 촉매층(7)의 촉매 금속의 종류나 양을 디젤 엔진(A·B·C)마다 변경하지 않아도 포스트 착화 성능이 저하되지 않는다.
한편, 배기에 포함되는 NO의 양은 디젤 엔진의 특성에 따른 영향이 크다. 즉, 산화 촉매(4)는 배기에 포함되는 NO의 산화를 목적으로 하는 하류측 외측 촉매층(7)의 촉매 금속인 Pt의 양을 변경함으로써 산화 효율이 변동된다. 따라서, 산화 촉매(4)는 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양이 배기의 특성에 따라 소정의 범위내에서 임의로 설정된다. 즉, 산화 촉매(4)는 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양만을 디젤 엔진의 특성에 따라 변경하고, 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)을 디젤 엔진의 특성에 상관없이 공통으로 구성할 수 있다.
구체적으로는, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 디젤 엔진(A·B·C)에 대해 산화 촉매(4)를 생산하는 경우, 디젤 엔진(A)용 산화 촉매(4A)로서 상류측 촉매층(5α), 하류측 내측 촉매층(6β) 및 하류측 외측 촉매층(7a)을 조합할 필요가 있다. 디젤 엔진(B)용 산화 촉매(4B)로서 산화 촉매(4A)의 상류측 촉매층(5α)과 하류측 내측 촉매층(6β)과 촉매의 배합이 동일한 상류측 촉매층(5α)과 하류측 내측 촉매층(6β), 및 산화 촉매(4A)의 하류측 외측 촉매층(7a)과 촉매의 배합이 다른 하류측 외측 촉매층(7b)을 조합할 필요가 있다. 디젤 엔진(C)용 산화 촉매(4C)로서 산화 촉매(4A)(산화 촉매(4B))의 상류측 촉매층(5α)과 하류측 내측 촉매층(6β)과 촉매의 배합이 동일한 상류측 촉매층(5α)과 하류측 내측 촉매층(6β), 및 산화 촉매(4A)의 하류측 외측 촉매층(7a), 산화 촉매(4B)의 하류측 외측 촉매층(7b)과 촉매의 배합이 다른 하류측 외측 촉매층(7c)의 합계 5종류의 촉매를 조합할 필요가 있다. 이와 같이, 산화 촉매(4)는 상류측 촉매층(5α)과 하류측 내측 촉매층(6β)을 디젤 엔진의 종류에 상관없이 공통으로 함으로써, 산화 촉매(10)보다 촉매층의 수가 증가하였으나 필요한 촉매의 수가 감소하였다.
이상과 같이, Pt와 Pd 중 적어도 하나가 포함된 3층의 촉매층으로 구성되는 디젤용 산화 촉매에서, 배기의 흐름 방향에 대하여 상류측 촉매층(5), 하류측 내측 촉매층(6) 및 하류측 외측 촉매층(7)으로 분할되고, 상류측 촉매층(5)와 하류측 내측 촉매층(6)에 Pt와 Pd가 포함됨과 함께 하류측 외측 촉매층(7)에 Pt가 포함되고, 상류측 촉매층(5)에 포함되는 Pt와 Pd의 양과, 하류측 내측 촉매층(6)에 포함되는 Pt와 Pd의 양이 항상 일정하게 설정되고, 산화 효율이 소정값 이상이 되도록 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양이 설정되는 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 상류측 촉매층(5)에 포함되는 Pt와 Pd의 산화 촉진 작용에 의해 HC나 CO가 제거되므로, 하류측 내측 촉매층(6)에 포함되는 Pt의 양을 삭감하여도 Pt에 의한 산화 촉진 작용이 저하되지 않는다. 또한, 디젤 엔진(20)의 배기의 특성에 따라 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)을 생산할 필요가 없다. 이에 따라, 산화 촉매(4)의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있다.
또한, Pt와 Pd 중 적어도 하나가 포함된 3층의 촉매층으로 구성되는 디젤용 산화 촉매에서, 배기의 흐름 방향에 대하여 상류측 촉매층(5), 하류측 내측 촉매층(6) 및 하류측 외측 촉매층(7)으로 분할되고, 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)에 Pt와 Pd가 포함됨과 함께 하류측 외측 촉매층(7)에 Pt가 포함되고, 상류측 촉매층(5)에 포함되는 Pt와 Pd의 양과, 하류측 내측 촉매층(6)에 포함되는 Pt와 Pd의 양이 항상 일정하게 설정되고, 산화 효율이 소정값 이상이 되도록 하류측 외측 촉매층(7)에 포함되는 Pt의 양이 설정되며, 배기의 흐름 방향에서 하류측 외측 촉매층(7)의 길이가 배기의 흐름 방향에서 산화 촉매(4)의 전체 길이의 절반 이상이 되도록 구성되는 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 상류측 촉매층(5)에 포함되는 Pt와 Pd의 산화 촉진 작용에 의해 HC나 CO가 제거되고, 하류측 외측 촉매층(7)에 Pt를 일정한 범위를 가지고 집중적으로 배치함으로써 산화 효율이 향상되므로, 하류측 내측 촉매층(6)에 포함되는 Pt의 양을 삭감하여도 Pt에 의한 산화 촉진 작용이 저하되지 않는다. 또한, 디젤 엔진의 배기의 특성에 따라 상류측 촉매층(5)과 하류측 내측 촉매층(6)을 생산할 필요가 없다. 이에 따라, 산화 촉매(4)의 성능을 유지하면서 생산 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명은, 디젤용 산화 촉매의 기술에 이용할 수 있다.
3: 수트 필터 4: 산화 촉매
5: 상류측 촉매층 6: 하류측 내측 촉매층
7: 하류측 외측 촉매층 8: 기재

Claims (4)

  1. 삭제
  2. Pt와 Pd 중 적어도 하나가 포함된 3층의 촉매층이 기재로 구성된 디젤용 산화 촉매로서,
    배기의 흐름 방향에 대하여 상류측 촉매층, 하류측 외측 촉매층 및 하류측 내측 촉매층으로 분할되고,
    상류측 촉매층과 하류측 내측 촉매층에 Pt와 Pd가 포함됨과 함께 하류측 외측 촉매층에 Pt 만이 촉매 금속으로서 포함되고, 상류측 촉매층에 포함되는 Pt 및 Pd의 양과, 하류측 내측 촉매층에 포함되는 Pt 및 Pd의 양이 항상 일정하게 설정되며, 산화 효율이 미리 정해진 값 이상이 되도록 하류측 외측 촉매층에 포함되는 Pt의 양이 설정되고,
    배기의 흐름 방향에서 상기 상류측 촉매층과 상기 하류측 외측 촉매층의 길이 비율이 1 : 9 내지 5 : 5 의 범위 내가 되도록 구성되고,
    상기 상류측 촉매층에 포함되는 Pt와 Pd의 비율이 1 : 2 내지 4 : 1 의 범위 내이고, 또한, 백금량이 0.1 g/L 내지 2.4 g/L 의 범위 내이도록 구성되는 디젤용 산화 촉매.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기재에 배기의 흐름 방향에 대하여 육각형의 단면을 가지는 관통공이 형성되어 있는 디젤용 산화 촉매.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기재가 파셜 타입의 수트 필터인 디젤용 산화 촉매.
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