CN109089414A - 废气净化装置 - Google Patents

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野村泰隆
栗山纯实
三好直人
竹内雅彦
佐藤明美
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Abstract

本发明提供一种废气净化装置，其具有：具有入侧室(12)、出侧室(14)和多孔质的分隔壁(16)的壁流结构的基材(10)；上游侧催化剂层(20)，其设置于分隔壁(16)的内部，配置于基材(10)的包含废气流入侧的端部在内的上游侧部分；下游侧催化剂层(30)，其设置于分隔壁(16)的内部，配置于基材(10)的包含废气流出侧的端部在内的下游侧部分。下游侧催化剂层(30)含有载体和载持于该载体的Rh。上游侧催化剂层(20)含有载体和载持于该载体的Pd和/或Pt。

Description

废气净化装置
技术领域
本发明涉及废气净化装置。详细地说涉及净化从汽油发动机等内燃机排出的废气的废气净化装置。
此外，本国际申请基于2016年4月7日申请的日本国专利申请第2016－077475号请求优先权，其申请的全部内容作为参考被引入本说明书中。
背景技术
通常，已知的是在从内燃机排出的废气中含有以碳为主要成分的颗粒状物质(PM：Particulate Matter)、包含不可燃成分的灰尘等，成为大气污染的原因。因此，关于颗粒状物质的排出量，每年都与废气所含的烃(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)等有害成分一同被加强管制。因此，提出了用于从废气中捕集去除这些颗粒状物质的技术。
例如，用于捕集上述颗粒状物质的颗粒过滤器设置于内燃机的排气通路内。例如，汽油发动机虽然相比于柴油发动机较少但仍会有一定量的颗粒状物质与废气一同排出，因此有时将汽油颗粒过滤器(Gasoline Particulate Filter：GPF)安装于排气通路内。作为这种颗粒过滤器，已知的是基材由包括多孔质材料的多个室构成，且交替地封闭多个室的入口和出口的被称为壁流型的构造的颗粒过滤器(专利文献1、2)。在壁流型颗粒过滤器中，从室入口流入的废气穿过被分隔的多孔质的室分隔壁，向室出口排出。于是，在废气穿过多孔质的室分隔壁的期间，颗粒状物质被捕集于分隔壁内部的细孔内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007－185571号公报
专利文献2：日本特开2009－82915号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，为了进一步提高净化性能，对在上述颗粒过滤器载持贵金属催化剂的技术进行了研究。例如，专利文献1记载的是在分隔壁内分开载持有作为贵金属催化剂的铂(Pt)和铑(Rh)的废气净化用催化剂。另外，专利文献2记载的是将作为贵金属催化剂的钯(Pd)层配置在分隔壁的内部，且将铑(Rh)层层叠于分隔壁的表面的废气净化用催化剂。
但是，根据专利文献1的废气净化用催化剂，在基材的从废气入侧到出侧的长度方向(基材的轴向)上观察时，由于从入侧到出侧都以相同的方式载持有Pt和Rh，因此在暴露于高温时，会发生Pt和Rh的结块(颗粒结合)。由此，废气的净化性能有可能变差。另外，根据专利文献2的废气净化用催化剂，由于将Pd和Rh配置于分隔壁的内外，因此虽然能够抑制Pd和Rh的结块，但由于将Rh层配置于分隔壁的外部，因此存在废气难以流通，且压力损失(以下，也适当地称为压损)增大的缺点。这样，现有结构在兼顾净化性能的提高和压损的降低这两者的方面，尚有改善的余地。
另外，通常因为在发动机刚起动后等废气温度还很低时，废气净化用催化剂未充分升温，因此存在催化剂的净化性能低等的缺点。特别是因为在低温的废气中含有许多燃料的未燃物质即HC，所以正在寻求在发动机刚起动后的低温状态下，能够发挥良好的HC净化性能的废气净化用催化剂。
本发明是鉴于这种情况而提出的，其主要目的在于，提供一种具有壁流结构式的颗粒过滤器的废气净化装置，其既能够实现压损的降低，又能够提高废气的净化性能(特别是低温时的净化性能)。
用于解决课题的技术方案
本发明的废气净化装置是配置于内燃机的排气通路，对从该内燃机排出的废气进行净化的废气净化装置。该装置包括：壁流结构的基材，其具有仅废气流入侧的端部开口的入侧室、与该入侧室相邻且仅废气流出侧的端部开口的出侧室和将所述入侧室与所述出侧室隔开的多孔质的分隔壁；设置于所述分隔壁的内部的上游侧催化剂层；和设置于所述分隔壁的内部的下游侧催化剂层。所述上游侧催化剂层配置于所述基材的包含废气流入侧的端部的废气流通方向上的上游侧部分。所述下游侧催化剂层配置于所述基材的包含废气流出侧的端部的废气流通方向上的下游侧部分。所述下游侧催化剂层含有载体和载持于该载体的Rh。所述上游侧催化剂层含有载体和载持于该载体的Pd和/或Pt。
在上述废气净化装置中，由于由分隔壁的上游侧部分(上游侧催化剂层)和下游侧部分(下游侧催化剂层)分开载持多种贵金属(例如，Pd和Rh)，因此能够有效地抑制该贵金属彼此的结块。因此，即使在暴露于高温的情况下，也能够抑制催化剂的劣化。另外，由于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层双方都配置于分隔壁的内部，因此与该催化剂层形成于分隔壁的表面(外部)的情况相比，废气容易流通。由此，能够降低流路阻力，从而降低压损。因此，根据上述废气净化装置，能够提供一种既实现了压损的降低，又格外地提高了废气的净化性能(特别是低温时的净化性能)的废气净化装置。
在这里公开的废气净化装置的优选的一个方式中，在设每1L体积的所述基材的所述上游侧催化剂层的涂层量和所述下游侧催化剂层的涂层量的总和为100％时，所述上游侧催化剂层的涂层量的比例为30％～60％。当处于这种上游侧催化剂层的涂层量的范围内时，能够更好地发挥上述的效果。
在这里公开的废气净化装置的优选的一个方式中，所述上游侧催化剂层形成于从所述基材的废气流入侧的端部起向下游侧去的相当于所述基材的长度的20％～80％的部分。此外，所述下游侧催化剂层形成于从所述基材的废气流出侧的端部起向上游侧去的相当于所述基材的长度的20％～80％的部分。当处于这种上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的长度范围内时，能够以更高的水平实现净化性能的提高和压损的降低。在优选的一个方式中，所述上游侧催化剂层以在所述基材的长度方向上不与所述下游侧催化剂层重叠的方式形成。
在这里公开的废气净化装置的优选的一个方式中，在所述分隔壁的厚度方向上，所述上游侧催化剂层以与所述入侧室毗连且不与所述出侧室毗连的方式偏倚于所述分隔壁的内部。此外，所述下游侧催化剂层以与所述出侧室毗连且不与所述入侧室毗连的方式偏倚于所述分隔壁的内部。根据这种结构，由于在分隔壁的厚度方向上分开载持有多种贵金属(例如，Pd和Rh)，因此能够更有效地抑制该贵金属彼此的结块。另外，由于在分隔壁内紧密地配置有贵金属，因此贵金属和废气的接触良好。因此，能够进一步提高废气的净化性能。
在这里公开的废气净化装置的优选的一个方式中，所述上游侧催化剂层形成于从与所述入侧室毗连的所述分隔壁的表面起向出侧室侧去的相当于所述分隔壁厚度的30％～70％的部分。此外，所述下游侧催化剂层形成于从与所述出侧室毗连的所述分隔壁的表面起向入侧室侧去的相当于所述分隔壁厚度的30％～70％的部分。当处于这种上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的厚度范围内时，能够以更高的水平实现净化性能的提高和压损的降低。
在这里公开的废气净化装置的优选的一个方式中，所述内燃机为汽油发动机。在汽油发动机中，废气的温度比较高，难以在分隔壁内堆积PM。因此，在内燃机为汽油发动机时，能够更有效地发挥上述的效果。
附图说明
图1是示意地表示一个实施方式的废气净化装置的图。
图2是示意地表示一个实施方式的废气净化装置的过滤器的立体图。
图3是示意地表示一个实施方式的废气净化装置的过滤器剖面的剖面图。
图4是表示上游侧催化剂层的涂层量的比例与HC50％净化时间之间的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明优选的实施方式进行说明。此外，本说明书中特别提到的事项以外的事情，即本发明的实施所需的事情(例如，与颗粒过滤器在汽车中的配置有关的那种通常的事项)，可作为该领域的基于现有技术的本领域技术人员的设计事项来掌握。本发明可基于本说明书公开的内容和该领域的技术常识来实施。
首先，参照图1对本发明的一实施方式的废气净化装置的结构进行说明。这里公开的废气净化装置1设置于该内燃机的排气系统。图1是示意地表示内燃机2和设置于该内燃机2的排气系统的废气净化装置1的图。
向本实施方式的内燃机(发动机)供给的是含有氧和燃料气体的混合气体。内燃机使该混合气体燃烧，将燃烧能量转换为力学能量。这时，燃烧后的混合气体成为废气，排出到排气系统中。图1所示的结构的内燃机2以汽车的汽油发动机为主体而构成。
下面，对上述发动机2的排气系统进行说明。在将上述发动机2与排气系统连通的排气口(未图示)连接有排气岐管3。排气岐管3与流通废气的排气管4连接。由排气岐管3和排气管4形成本实施方式的排气通路。图中的箭头表示的是废气流通方向。
这里公开的废气净化装置1设置于上述发动机2的排气系统。该废气净化装置1具有：催化剂部5、过滤器部6和ECU7，将上述排出的废气所含的有害成分(例如，一氧化碳(CO)、烃(HC)、氮氧化物(NOx))净化，并且捕集废气所含的颗粒状物质(PM)。
ECU7是进行发动机2与废气净化装置1之间的控制的单元，与通常的控制装置同样，包含数字计算机及其他电子设备作为构成要素。典型的是，在ECU7设有输入端口，与设置于发动机2、废气净化装置1的各部位的传感器(例如，压力传感器8)电连接。由此，由各个传感器检测到的信息经由输入端口而作为电信号传递到ECU7。另外，在ECU7也设有输出端口。ECU7经由该输出端口与发动机2和废气净化装置1的各部位连接，通过发送控制信号，来控制各部件的运转。
催化剂部5构成为可净化废气中所含的三元成分(NOx、HC、CO)的催化剂部，设置于与上述发动机2连通的排气管4。具体来说，如图1所示，设置于排气管4的下游侧。催化剂部5的种类没有特别限定。催化剂部5例如也可以为载持有铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属的催化剂。此外，也可以在过滤器部6的下游侧的排气管4进一步配置下游侧催化剂部。这种催化剂部5的具体结构不是本发明的特征所在，因此这里省略详细的说明。
过滤器部6设置于催化剂部5的下游侧。过滤器部6具有能够捕集并去除废气中所含的颗粒状物质(以下，简称为“PM”)的汽油颗粒过滤器(GPF)。下面，对本实施方式的颗粒过滤器进行详细说明。
图2是颗粒过滤器100的立体图。图3是放大表示将颗粒过滤器100沿轴向剖切所得的剖面的一部分的示意图。如图2和图3所示，颗粒过滤器100具有：壁流结构的基材10、上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30。下面，依次对基材10、上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30进行说明。
＜基材10＞
作为基材10，能够使用现有的这种用途所使用的各种原材料和形态的基材。例如能够优选采用由董青石、碳化硅(SiC)等陶瓷或合金(不锈钢等)形成的基材。作为一例，例示的是外形为圆筒形状(本实施方式)的基材。其中，关于基材整体的外形，也可以采用椭圆筒形、多边筒形来代替圆筒形。这种基材10具有：仅废气流入侧的端部开口的入侧室12、与该入侧室12相邻且仅废气流出侧的端部开口的出侧室14、将入侧室12和出侧室14隔开的多孔质的分隔壁16。
＜入侧室12和出侧室14＞
入侧室12仅废气流入侧的端部开口，出侧室14与入侧室12相邻，仅废气流出侧的端部开口。在该实施方式中，入侧室12由密封部12a封堵废气流出侧的端部，出侧室14由密封部14a封堵废气流入侧的端部。入侧室12和出侧室14可以考虑向过滤器100供给的废气的流量、成分而设定为适当的形状和大小。例如，入侧室12和出侧室14的形状也可以为正方形、平行四边形、长方形、梯形等矩形、三角形、其他多边形(例如六边形、八边形)、圆形等各种几何学形状。
＜分隔壁16＞
在相邻的入侧室12与出侧室14之间形成有分隔壁16。用该分隔壁16将入侧室12和出侧室14隔开。分隔壁16为废气可穿过的多孔质构造。作为分隔壁16的气孔率，没有特别限定，大致50％～70％较为适当，优选为55％～65％。当分隔壁16的气孔率过小时，往往会导致PM穿过去，另一方面，当分隔壁16的气孔率过大时，过滤器100的机械强度就有下降的倾向，所以不优选。作为分隔壁16的厚度，没有特别限定，最好为大致200μm～800μm程度。当处于这种分隔壁的厚度范围内时，能够无损PM的捕集效率地得到抑制压损上升的效果。
＜上游侧催化剂层20＞
如图3所示，上游侧催化剂层20设置于分隔壁16的内部。上游侧催化剂层20配置于基材10的包含废气流入侧的端部在内的上游侧部分。上游侧催化剂层20具有载体(图示省略)和载持于该载体的贵金属(图示省略)。
在该实施方式中，上游侧催化剂层20形成在从基材10的废气流入侧的端部起向下游侧去的相当于基材10的长度L的50％的部分(1/2L)。另外，在分隔壁16的厚度方向上，上游侧催化剂层20以与入侧室12毗连(接连，相接)且不与出侧室14毗连的方式偏倚于分隔壁16的内部。在该实施方式中，上游侧催化剂层20形成于从与入侧室12毗连的分隔壁16的表面起向出侧室14侧去的相当于分隔壁16的厚度D的50％的部分(1/2D)。
上游侧催化剂层20含有钯(Pd)和/或铂(Pt)作为贵金属。Pd和Pt主要有助于一氧化碳(CO)和烃(HC)的净化性能。另外，通过在上游侧催化剂层20含有Pd和/或Pt，能够提高催化剂的升温性能。因此，在发动机刚起动之后的低温状态中，也能够体现较高的催化剂活性，能够良好地净化废气中的有害物质(例如，HC)。此外，上游侧催化剂层20也可以含有Pd、Pt和Rh以外的贵金属。作为Pd、Pt和Rh以外的贵金属，例如能够使用钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os)等。
上游侧催化剂层20通过使上述贵金属(Pd和/或Pt)载持于载体而形成。载体的贵金属的载持量没有特别限制，但相对于上游侧催化剂层20的载持贵金属的载体的总质量，设为0.01质量％～10质量％的范围(例如，0.1质量％～3质量％，典型的是0.5质量％～2质量％)较为适当。当上述贵金属的载持量过少时，由贵金属得到的催化剂活性往往不充分，另一方面，当贵金属的载持量过多时，贵金属就容易发生颗粒生长，同时在成本方面也不利。
作为载持上述贵金属(Pd和/或Pt)的载体，能够列举：氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(CeO2)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(二氧化钛：TiO2)等金属氧化物、或者它们的固溶体(例如，氧化铈－氧化锆(CeO2－ZrO2)复合氧化物)。其中，优选使用氧化铈－氧化锆复合氧化物。也可以同时使用它们中的两种以上。此外，也可以在上述载体中添加其他材料(典型的是无机氧化物)作为副成分。作为可添加于载体的物质，能够使用：镧(La)、钇(Y)等稀土元素、钙等碱土元素、其他过渡金属元素等。在上述物质中，镧、钇等稀土元素因为不会阻碍催化剂功能，且能够提高高温时的比表面积，所以适合用作稳定化剂。
上述载体的形状(外形)没有特别限制，但从能够确保更大的比表面积的观点来看，优选使用粉末状的载体。例如，载体的平均粒径(由激光衍射/散射法测定的平均粒径)优选为8μm以下(例如，4μm～7μm)。在上述载体的平均粒径过大时，载持于该载体的贵金属的分散性有下降的倾向，催化剂的净化性能会下降，所以不优选。另一方面，当载体的平均粒径过小时，由该载体构成的载体自身的耐热性会下降，所以催化剂的耐热特性下降，不优选。因此，通常优选使用平均粒径为约3μm以上(例如4μm以上)的载体。
作为在上述载体载持贵金属的方法，没有特别限制。例如能够通过将上述载体浸渍于含有贵金属盐(例如硝酸盐)、贵金属络合物(例如，四胺络合物)的水溶液中，然后进行干燥、烧制来制备。
在这里公开的上游侧催化剂层20中，除载持上述贵金属的载体以外，还能够添加不载持贵金属的助催化剂。作为助催化剂，能够例示氧化铝、氧化硅(SiO2)。贵金属、载体和上述助催化剂(例如氧化铝)的总和为100质量％时的助催化剂的含有率通常为20质量％～80质量％较为适当，例如优选为30质量％～70质量％。
这里公开的上游侧催化剂层20也可以添加钡。通过添加钡，能够抑制贵金属的中毒，提高催化剂活性。另外，通过贵金属的分散性提高、更好地抑制随着高温时的贵金属的颗粒生长而出现的结块，能够提高催化剂的耐久性。作为这里公开的下游侧催化剂层30，相对于该钡以外的下游侧催化剂层30(即，Pt、载体和金属氧化物颗粒的总和)的总质量，上述钡的添加量优选满足10质量％～15质量％，特别优选满足12质量％～15质量％。添加上述钡的下游侧催化剂层30例如能够通过制备使水溶性的钡盐(例如硫酸钡)溶于水(典型的是离子交换水)而成的钡水溶液，然后将该钡水溶液添加于载体等中，进行烧成来制作。
上游侧催化剂层20的涂层量没有特别限定，但对于每1L体积的基材，为约350g/L以下较为适当。从降低压力损失等观点来看，上游侧催化剂层20的涂层量优选为300g/L以下，更优选为250g/L以下，进一步优选为200g/L以下。例如，上游侧催化剂层20的涂层量也可以为130g/L以下，典型的为120g/L以下。另外，上游侧催化剂层20的涂层量的下限没有特别限定，但从提高净化性能等观点来看，优选为60g/L以上，更优选为70g/L以上，进一步优选为90g/L以上。例如，上游侧催化剂层20的涂层量也可以为100g/L以上，典型的为110g/L以上。
在优选的一个方式中，在将每1L体积的基材的上游侧催化剂层20的涂层量和下游侧催化剂层30的涂层量的总和设为100％的情况下，上游侧催化剂层20的涂层量的比例为20％～80％。当为这种上游侧催化剂层20的涂层量的比例时，上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30的比率具有适当的平衡性，因此能够以更高的水平实现上述效果(例如，催化剂的低温活性(升温性能)的提高效果)。这里公开的技术例如能够优选以上游侧催化剂层20的涂层量相对于上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30的总涂层量的比例为30％～60％(例如，35％～55％，典型的为40％～50％，例如低于50％)的方式来实施。
另外，在优选的一个方式中，每1L体积的基材的上游侧催化剂层20的涂层量比每1L体积的基材的下游侧催化剂层30的涂层量少。这样，通过使上游侧催化剂层20的涂层量比下游侧催化剂层30的涂层量少，废气会优先地流到分隔壁16的上游侧部分。由此，从入侧室12到出侧室14的废气的流动会变得顺畅，能够进一步降低压损。例如，在设每1L体积的基材的上游侧催化剂层20的涂层量为Xg/L，且设每1L体积的基材的下游侧催化剂层30的涂层量为Yg/L的情况下，优选满足下式：60≤X＜Y≤140的关系。
从更好地发挥上述的效果的观点来看，每1L体积的基材的上游侧催化剂层20的涂层量X优选比每1L体积的基材的下游侧催化剂层30的涂层量Y小20g/L以上，更优选小30g/L以上，进一步优选小40g/L以上。另外，每1L体积的基材的下游侧催化剂层30的涂层量Y减去每1L体积的基材的上游侧催化剂层20的涂层量X所得的值(即，Y－X)优选为70g/L以下，更优选为60g/L以下，进一步优选为55g/L以下，特别优选为50g/L以下。例如，Y－X也可以为45g/L以下。
上游侧催化剂层20能够通过将含有上述在载体载持有贵金属的粉末和上述金属氧化物粉末的浆料涂敷(典型的是减压地通过抽吸来涂敷浆料)于分隔壁16的内部而形成。在通过涂层来形成下游侧催化剂层30的工艺中，为了使浆料适当地与分隔壁16的内部紧贴，也可以在浆料中含有粘合剂。作为粘合剂，例如优选使用氧化铝溶胶、氧化硅溶胶等。浆料的粘度可以适当调节，以使得该浆料容易向基材10的分隔壁16内流入。另外，可以根据基材10的容积、上游侧催化剂层20的涂层量，适当调节浆料的流入量，以使得所流入的浆料适当地留在基材10的分隔壁16的内部。
＜下游侧催化剂层30＞
下游侧催化剂层30设置于分隔壁16的内部。下游侧催化剂层30配置于基材10的包含废气流出侧的端部在内的下游侧部分。下游侧催化剂层30具有载体(图示省略)和载持于该载体的贵金属(图示省略)。
在该实施方式中，下游侧催化剂层30形成于从基材10的废气流出侧的端部起向上游侧去的相当于基材10的长度L的50％的部分(1/2L)。另外，在分隔壁16的厚度方向上，下游侧催化剂层30以与出侧室14毗连且不与入侧室12毗连的方式偏倚于分隔壁16的内部。在该实施方式中，下游侧催化剂层30形成于从与出侧室14毗连的分隔壁16的表面起向入侧室12侧去的相当于分隔壁16的厚度D的50％的部分(1/2D)。
下游侧催化剂层30含有Rh作为贵金属。Rh主要有助于NOx的净化性能(还原净化性能)。因此，通过在下游侧催化剂层30中含有Rh，能够良好地净化废气中的有害物质(例如NOx)。此外，下游侧催化剂层30也可以含有Rh、Pt和Pd以外的贵金属。作为Rh、Pt和Pd以外的贵金属，例如能够使用：钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os)等。
下游侧催化剂层30通过使上述Rh载持于载体而形成。载体中的Rh的载持量没有特别限制，但相对于下游侧催化剂层30的载持贵金属的载体的总质量，设为0.01质量％～5质量％的范围(例如，0.05质量％～3质量％，典型的为0.1质量％～1质量％)较为适当。当上述Rh的载持量过少时，由Rh得到的催化剂活性不充分，另一方面，当Rh的载持量过多时，Rh容易发生颗粒生长，同时在成本方面也不利。
作为载持上述Rh的载体，能够列举：氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(CeO2)、氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(二氧化钛：TiO2)等金属氧化物、或者它们的固溶体(例如，氧化铈－氧化锆(CeO2－ZrO2)复合氧化物)。其中，优选使用氧化铝。也可以同时使用它们中的两种以上。此外，也可以在上述载体中添加其他材料(典型的是无机氧化物)作为副成分。作为可添加于载体的物质，能够使用：镧(La)、钇(Y)等稀土元素、钙等碱土元素、其他过渡金属元素等。在上述物质中，镧、钇等稀土元素因为不会阻碍催化剂功能，且能够提高高温时的比表面积，所以适合用作稳定化剂。
上述载体的形状(外形)没有特别限制，但从能够确保更大的比表面积的观点来看，优选使用粉末状的载体。例如，载体的平均粒径(由激光衍射/散射法测定的平均粒径)优选为8μm以下(例如，4μm～7μm)。在上述载体的平均粒径过大的情况下，载持于该载体的贵金属的分散性有下降的倾向，催化剂的净化性能下降，所以不优选。另一方面，当载体的平均粒径过小时，由该载体构成的载体自身的耐热性下降，所以催化剂的耐热特性下降，不优选。因此，通常优选使用平均粒径为约3μm以上(例如，4μm以上)的载体。
作为在上述载体载持Rh的方法，没有特别限制。例如能够通过将上述载体浸渍于含有Rh盐(例如硝酸盐)、Rh络合物(例如四胺络合物)的水溶液中，然后进行干燥、烧制来制备。
在这里公开的下游侧催化剂层30中除上述载持有Rh的载体以外，还能够添加不载持贵金属的助催化剂。作为助催化剂，能够例示氧化铈－氧化锆(CeO2－ZrO2)复合氧化物、氧化硅(SiO2)。特别优选使用氧化铈－氧化锆复合氧化物。Rh、载体、上述助催化剂的总和为100质量％时的助催化剂的含有率通常为20质量％～80质量％较为适当，例如优选为30质量％～70质量％。
下游侧催化剂层30的涂层量没有特别限定，但对于每1L体积的基材，为约300g/L以下较为适当。从降低压力损失等观点来看，下游侧催化剂层30的涂层量优选为250g/L以下，更优选为200g/L以下，进一步优选为150g/L以下。例如，下游侧催化剂层30的涂层量也可以为120g/L以下，典型的为100g/L以下。另外，下游侧催化剂层30的涂层量的下限没有特别限定，但从提高净化性能等观点来看，优选为40g/L以上，更优选为50g/L以上，进一步优选为60g/L以上。例如，下游侧催化剂层30的涂层量也可以为80g/L以上，典型的为90g/L以上。
下游侧催化剂层30能够通过将含有上述在载体载持有Rh的粉末和上述金属氧化物粉末的浆料涂敷(典型的是减压地通过抽吸来涂敷浆料)于分隔壁16的内部而形成。在通过涂层来形成上游侧催化剂层20的工艺中，为了使浆料适当地与分隔壁16的内部紧贴，也可以在浆料中含有粘合剂。作为粘合剂，例如优选使用氧化铝溶胶、氧化硅溶胶等。浆料的粘度可以适当调节，以使得该浆料容易向基材10的分隔壁16内流入。另外，可以根据基材10的容积、下游侧催化剂层30的涂层量，适当调节浆料的流入量，以使得所流入的浆料适当地留在基材10的分隔壁16的内部。
如图3所示，该颗粒过滤器100使废气从基材10的入侧室12流入。从入侧室12流入的废气穿过多孔质的分隔壁16而到达出侧室14。在图3中，用箭头表示从入侧室12流入的废气穿过分隔壁16到达出侧室14的路线。这时，由于分隔壁16具有多孔质构造，因此在废气穿过该分隔壁16的期间，PM被捕集于分隔壁16的表面、分隔壁16的内部的细孔内。另外，由于在分隔壁16的内部设有上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30，因此在废气穿过分隔壁16的内部和表面的期间，废气中的有害成分得到净化。穿过分隔壁16而到达了出侧室14的废气从废气流出侧的开口排出到过滤器100的外部。
根据这种颗粒过滤器100，由于由基材10的上游侧部分(上游侧催化剂层20)和下游侧部分(下游侧催化剂层30)分开载持Pd和Rh，因此能够有效地抑制Pd和Rh的结块(颗粒结合)。因此，即使在暴露于高温的情况下，也能够抑制催化剂劣化。另外，由于上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30双方都配置于分隔壁16的内部，因此与该催化剂层20、30形成于分隔壁16的表面(外部)的情况相比，废气容易流通。由此，能够降低流路阻力，从而降低压损。因此，根据本结构，能够提供一种既实现了压损的降低，又格外提高了废气的净化性能的颗粒过滤器100以及具有该颗粒过滤器100的废气净化装置1。
此外，在本说明书中，“催化剂层配置于分隔壁的内部”是指催化剂层不是主要存在于分隔壁的外部(典型来说是表面)，而主要存在于分隔壁的内部。更具体地说，例如用电子显微镜观察上游侧催化剂层的分隔壁的剖面，设从废气流入侧的端部起向下游侧去的在基材的长度L的1/10的长度(0.1L)的范围内的涂层量整体为100％。这时，存在于分隔壁的内部的涂层量典型的为80％以上，例如85％以上，优选为90％以上，进一步优选为95％以上，特别优选实质上为100％。因此，能够明确地与例如要在分隔壁的表面配置催化剂层时催化剂层的一部分意外地向分隔壁的内部渗透的情况区分开来。
上游侧催化剂层20可以形成于从基材10的废气流入侧的端部起向下游侧去的相当于基材10的长度L的20％～80％(优选为50％～70％，即基材整体的1/2～7/10)的部分。另外，下游侧催化剂层30可以形成于从基材10的废气排出侧的端部起向上游侧去的相当于基材10的长度L的20％～80％(优选为30％～50％，即基材整体的3/10～1/2)的部分。在优选的一个方式中，上游侧催化剂层20以在基材10的长度方向上不与下游侧催化剂层30重叠的方式形成。由此，由于在基材10的长度方向上，Rh和Pd被分开载持，因此能够更有效地抑制Rh和Pd的结块(以及催化剂的劣化)。此时，下游侧催化剂层30优选在基材10的长度方向(分隔壁16的延伸方向)上形成于上游侧催化剂层20以外的部分。例如，当设基材10的全长为L、设上游侧催化剂层20的全长为La、设下游侧催化剂层30的全长为Lb时，优选为La＝0.2L～0.8L、Lb＝0.2L～0.8L、La+Lb＝L。当处于这样的上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30的长度La、Lb的范围内时，能够以更高的水平实现净化性能的提高和压损的降低。
另外，根据本实施方式，在分隔壁16的厚度方向上，上游侧催化剂层20以与入侧室12毗连且不与出侧室14毗连的方式偏倚于分隔壁16的内部。另外，下游侧催化剂层30以与出侧室14毗连且不与入侧室12毗连的方式偏倚于分隔壁16的内部。根据这种结构，由于在分隔壁16的厚度方向上，Rh和Pd被分开载持，因此能够更有效地抑制Rh和Pd的结块(以及催化剂的劣化)。另外，由于在分隔壁16内紧密地配置有Rh和Pd，因此Rh和Pd与废气的接触良好。因此，能够进一步提高废气的净化性能。
此时，上游侧催化剂层20可以形成于从与入侧室12毗连的分隔壁16的表面起向出侧室14侧去的相当于分隔壁16的厚度D的30％～100％(例如，30％～70％，优选30％～80％，更优选40％～80％，即分隔壁厚度的2/5～4/5)的部分。另外，下游侧催化剂层30可以形成于从与出侧室14毗连的分隔壁16的表面起向入侧室12侧去的相当于分隔壁16的厚度D的30％～100％(例如，30％～70％，优选30％～80％，更优选40％～80％，即分隔壁厚度的2/5～4/5)的部分。此时，下游侧催化剂层30优选以在分隔壁16的厚度方向上不与上游侧催化剂层20重叠的方式形成。例如，当设分隔壁16的厚度为D、设上游侧催化剂层20的厚度为Da、设下游侧催化剂层30的厚度为Db时，优选为Da＝0.3D～1.0D、Db＝0.3D～1.0D、Da+Db≥D。当处于这样的上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30的厚度Da、Db的范围内时，能够以更高的水平实现净化性能的提高和压损的降低。
下面，对关于本发明的试验例进行说明，但本发明不局限于以下试验例所示的例子。
＜例1＞
制作出在上游侧催化剂层中含有Pd且在下游侧催化剂层中含有Rh的颗粒过滤器。具体地说，准备作为上游侧催化剂层形成用的载体的氧化铈－氧化锆复合氧化物，将其浸渍在作为贵金属催化剂溶液的硝酸Pd溶液中，然后进行蒸发干燥，制备出载持有1.91质量％的Pd的Pd/氧化铈－氧化锆复合氧化物载体粉末。将该Pd/氧化铈－氧化锆复合氧化物载体粉末62.2质量份、氧化铝36.61质量份、BaSO418.32质量份、离子交换水混合，制备出浆料A。接下来，使用该浆料A，对堇青石基材(图2和图3所示的壁流型基材：直径103mm、全长100mm)的从废气流入侧的端部起向下游侧去的相当于基材长度L的50％的部分、且对从与入侧室12毗连的分隔壁16的表面起向出侧室14侧去的相当于分隔壁16的厚度的50％的部分，实施抽吸涂层，然后进行干燥和烧制，由此在分隔壁16的内部形成上游侧催化剂层20。
接着，准备作为下游侧催化剂层形成用的载体的氧化铝，将其浸渍在作为贵金属催化剂溶液的硝酸Rh溶液中，然后进行蒸发干燥，制备出载持有0.8质量％的Rh的Rh/氧化铝载体粉末。将该Rh/氧化铝载体粉末36.9质量份、氧化铈－氧化锆复合氧化物36.61质量份、离子交换水混合，制备出浆料B。接下来，使用该浆料B，对上述基材的从废气流出侧的端部起向上游侧去的相当于基材长度L的50％的部分、且对从与出侧室14毗连的分隔壁16的表面起向入侧室12侧去的相当于分隔壁16的厚度的50％的部分，实施抽吸涂层，然后进行干燥和烧制，由此在分隔壁16的内部形成下游侧催化剂层30。在例1中，设每1L体积的基材的上游侧催化剂层的涂层量为40g/L，设下游侧催化剂层的涂层量为160g/L。此时，上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例为20％。如上所述，能够得到具有上游侧催化剂层20和下游侧催化剂层30的颗粒过滤器。
＜例2＞
将每1L体积的基材的上游侧催化剂层的涂层量变更为60g/L、将每1L体积的基材的下游侧催化剂层的涂层量变更为140g/L、将上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例变更为30％，除此以外，与例1同样地制作出颗粒过滤器。
＜例3＞
将每1L体积的基材的上游侧催化剂层的涂层量变更为80g/L、将每1L体积的基材的下游侧催化剂层的涂层量变更为120g/L、将上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例变更为40％，除此以外，与例1同样地制作出颗粒过滤器。
＜例4＞
将每1L体积的基材的上游侧催化剂层的涂层量变更为100g/L、将每1L体积的基材的下游侧催化剂层的涂层量变更为100g/L、将上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例变更为50％，除此以外，与例1同样地制作出颗粒过滤器。
＜例5＞
将每1L体积的基材的上游侧催化剂层的涂层量变更为120g/L、将每1L体积的基材的下游侧催化剂层的涂层量变更为80g/L、将上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例变更为60％，除此以外，与例1同样地制作出颗粒过滤器。
＜例6＞
将每1L体积的基材的上游侧催化剂层的涂层量变更为140g/L、将每1L体积的基材的下游侧催化剂层的涂层量变更为60g/L、将上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例变更为70％，除此以外，与例1同样地制作出颗粒过滤器。
＜例7＞
为了进行比较，制作出在上游侧催化剂层中含有Rh且在下游侧催化剂层中含有Pd的颗粒过滤器。具体地说，使用上述的浆料B，对堇青石基材的从废气流入侧的端部起向下游侧去的相当于基材长度L的50％的部分、且对从与入侧室12毗连的分隔壁16的表面起向出侧室14侧去的相当于分隔壁16的厚度的50％的部分，实施抽吸涂层，然后进行干燥和烧制，由此在分隔壁16的内部形成上游侧催化剂层20。另外，使用上述的浆料A，对上述基材的从废气流出侧的端部起向上游侧去的相当于基材长度L的50％的部分、且对从与出侧室14毗连的分隔壁16的表面起向入侧室12侧去的相当于分隔壁16的厚度的50％的部分，实施抽吸涂层，然后进行干燥和烧制，由此在分隔壁16的内部形成下游侧催化剂层30。在例7中，设每1L体积的基材的上游侧催化剂层的涂层量为120g/L、设下游侧催化剂层的涂层量为80g/L。此时，上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例为60％。
将上述各例的颗粒过滤器配置于发动机的下游，在下述的条件下，测出HC气体的净化率，且测出50％净化时间。这里，所谓50％净化时间指的是，废气所含的HC气体的净化率达到了50％时的自测定开始起的经过时间。这种试验能够成为表示催化剂的升温性能的指标。即，可以说是50％净化时间越短，催化剂的升温性能越好。将结果表示在表1的“HC－T50”栏和图4中。图4是对例1～6，表示上游侧催化剂层的涂层量相对于上游侧催化剂层和下游侧催化剂层的总涂层量的比例与50％净化时间之间的关系的曲线图。
[测定条件]
放入试样温度：480±5℃
发动机转速：2400±10rpm
吸入空气量：24.0±0.5g/s
A/F：理论空燃比
起始温度：50±1℃
[表1]
上游侧催化剂层的比例(％) HC-T50(sec)
例1 20 24.5
例2 30 23.0
例3 40 23.0
例4 50 23.5
例5 60 24.0
例6 70 26.0
例7 60 27.0
如表1所示，与在上游侧催化剂层中含有Rh且在下游侧催化剂层中含有Pd的例7相比，将Pd配置于上游侧催化剂层且将Rh配置于下游侧催化剂层的例1～6的HC50％净化时间更短，升温性能更优异。从图4的例1～例6的比较来看，通过特别将上游侧催化剂层的涂层量的比例制成30％～60％，能够实现24秒以下的极短的50％净化时间(例2～例5)。
以上，对颗粒过滤器100以及具有该颗粒过滤器100的废气净化装置1的例示了各种变形例，但颗粒过滤器100以及废气净化装置1的构造不限定于上述的任何实施方式。
例如，在上述的实施方式中，表示的是将Pd配置于上游侧催化剂层20且将Rh配置于下游侧催化剂层30的例子，但不局限于此。例如，也可以将Pt配置于上游侧催化剂层20，且将Rh配置于下游侧催化剂层30。另外，也可以在上游侧催化剂层20中同时含有Pd和Pt。
另外，关于废气净化装置1的各部件、部位的形状和构造，也可以进行变更。在图1所示的例子中，在过滤器部的上游侧设有催化剂部，但省略催化剂部也无妨。该废气净化装置1例如特别适合用作净化汽油发动机等的排气温度比较高的废气中的有害成分的装置。但是，本发明的废气净化装置1不局限于净化汽油发动机的废气中的有害成分的用途，能够用于净化从其他发动机(例如柴油发动机)排出的废气中的有害成分的各种用途。
工业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种既能够实现压损降低又能够提高废气的净化性能的废气净化装置。

Claims (7)

1.一种废气净化装置，其配置于内燃机的排气通路，对从该内燃机排出的废气进行净化，该废气净化装置的特征在于，包括：
壁流结构的基材，其具有仅废气流入侧的端部开口的入侧室、与该入侧室相邻且仅废气流出侧的端部开口的出侧室和将所述入侧室与所述出侧室隔开的多孔质的分隔壁；
上游侧催化剂层，其设置于所述分隔壁的内部，配置于所述基材的包含废气流入侧的端部的废气流通方向上的上游侧部分；和
下游侧催化剂层，其设置于所述分隔壁的内部，配置于所述基材的包含废气流出侧的端部的废气流通方向上的下游侧部分，
所述下游侧催化剂层含有载体和载持于该载体的Rh，
所述上游侧催化剂层含有载体和载持于该载体的Pd和/或Pt。
2.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于：
在设每1L体积的所述基材的所述上游侧催化剂层的涂层量和所述下游侧催化剂层的涂层量的总和为100％时，所述上游侧催化剂层的涂层量的比例为30％～60％。
3.根据权利要求1或2所述的废气净化装置，其特征在于：
所述上游侧催化剂层形成于从所述基材的废气流入侧的端部起向下游侧去的相当于所述基材的长度的20％～80％的部分，
所述下游侧催化剂层形成于从所述基材的废气流出侧的端部起向上游侧去的相当于所述基材的长度的20％～80％的部分。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的废气净化装置，其特征在于：
所述上游侧催化剂层以在所述基材的长度方向上不与所述下游侧催化剂层重叠的方式形成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的废气净化装置，其特征在于：
在所述分隔壁的厚度方向上，
所述上游侧催化剂层以与所述入侧室毗连且不与所述出侧室毗连的方式偏倚于所述分隔壁的内部，
所述下游侧催化剂层以与所述出侧室毗连且不与所述入侧室毗连的方式偏倚于所述分隔壁的内部。
6.根据权利要求5所述的废气净化装置，其特征在于：
所述上游侧催化剂层形成于从与所述入侧室毗连的所述分隔壁的表面起向出侧室侧去的相当于所述分隔壁厚度的30％～70％的部分，
所述下游侧催化剂层形成于从与所述出侧室毗连的所述分隔壁的表面起向入侧室侧去的相当于所述分隔壁厚度的30％～70％的部分。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的废气净化装置，其特征在于：
所述内燃机为汽油发动机。
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