DE102016105186A1 - Katalytischer Wandler - Google Patents

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Yoshinori Saito
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Abstract

Katalytischer Wandler mit hervorragender OSC-Leistung und NOx-Reinigungsleistung. Der Wandler beinhaltet ein Substrat mit einer Zellenstruktur, durch das Abgas strömt, und eine auf einer Zellenwandoberfläche des Substrats gebildete Katalysatorschicht. Die Katalysatorschicht beinhaltet eine untere Katalysatorschicht und eine obere Katalysatorschicht, wobei die untere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist und die obere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche der unteren Katalysatorschicht gebildet ist. Die obere Katalysatorschicht beinhaltet mindestens einen Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium sowie zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen, wobei die Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxide jeweils kein darauf geträgertes Rhodium aufweisen. Die untere Katalysatorschicht beinhaltet einen Aluminiumoxidträger mit darauf geträgertem Platin sowie ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid.

Description

  • PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der am 23. März 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2015-059384 , deren Inhalt hiermit durch Verweis in diese Anmeldung mit einbezogen wird.
  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen katalytischen Wandler, der in einem Rohr eines Abgassystems für Abgas fest aufgenommen ist.
  • Bisheriger Stand der Technik
  • In einer Vielzahl von Industriezweigen wurden weltweit vielfältige Bemühungen unternommen, um Umweltauswirkungen und -belastungen zu reduzieren. Insbesondere wurde in der Automobilindustrie die Entwicklung zur Förderung der Verbreitung nicht nur von kraftstoffeffizienten Benzinmotorfahrzeugen, sondern auch von sogenannten umweltfreundlichen Fahrzeugen, wie etwa Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, sowie zur weiteren Verbesserung der Leistung derartiger Fahrzeuge von Tag zu Tag vorangetrieben. Neben der Entwicklung derartiger umweltfreundlicher Fahrzeuge wurde auch aktiv Forschung über einen Abgasreinigungskatalysator zum Reinigen von Abgas, das aus einer Maschine ausgestoßen wird, betrieben. Ein Abgasreinigungskatalysator umfasst einen Oxidationskatalysator, einen Drei-Wege-Katalysator, einen NOx-Speicher-/Reduktionskatalysator und dergleichen. Ein Edelmetallkatalysator, wie etwa Platin (Pt), Palladium (Pd) oder Rhodium (Rh), weist in dem Abgasreinigungskatalysator katalytische Aktivität auf. Der Edelmetallkatalysator wird typischerweise verwendet, während er auf einem Träger geträgert ist, der aus einem porösen Oxid, wie etwa Aluminiumoxid (Al2O3), hergestellt ist.
  • Ein katalytischer Wandler zum Reinigen von Abgas ist typischerweise in einem Abgassystem für Abgas angeordnet, das eine Fahrzeugmaschine und einen Schalldämpfer miteinander verbindet. Die Maschine kann mitunter umweltschädliche Substanzen, wie etwa CO, NOx und unverbrannte HC und VOC, ausstoßen. Um solche schädlichen Substanzen in umweltverträgliche Substanzen umzuwandeln, wird Abgas durch einen katalytischen Wandler geführt, in dem eine Katalysatorschicht mit einem auf einem Träger geträgerten Edelmetallkatalysator, wie etwa Rh, Pd oder Pt, auf der Zellenwandoberfläche eines Substrats angeordnet ist, so dass CO in CO2 umgewandelt wird und NOx in N2 und O2 umgewandelt wird, während HC und VOC verbrannt werden, um CO2 und H2O zu erzeugen.
  • Als ein Träger, auf dem ein Edelmetallkatalysator geträgert ist, kann ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (welches auch als ein CeO2-ZrO2-Mischkristall, ein CZ-Material und dergleichen bezeichnet wird) verwendet werden. Dieses wird auch als ein Promotor bezeichnet und ist eine wesentliche Komponente des vorgenannten Drei-Wege-Katalysators zum gleichzeitigen Entfernen von CO, NOx und HC, welche schädliche Komponenten in dem Abgas sind. Beispiele für die wesentliche Komponente des Promotors umfassen CeO2. CeO2 weist eine Eigenschaft dahingehend auf, dass sich seine Oxidationszahl je nach dem Partialdruck von Sauerstoff in dem Abgas, dem CeO2 ausgesetzt ist, beispielsweise zu Ce3+ oder Ce4+ ändert, und weist eine Funktion des Absorbierens und Freisetzens von Sauerstoff sowie eine Funktion des Speicherns von Sauerstoff (OSC: Sauerstoffspeicherkapazität) auf, um den Mangel und Überschuss an elektrischen Ladungen zu kompensieren. Darüber hinaus kann CeO2 Schwankungen der Abgasatmosphäre abfedern und abschwächen und das Luft-/Kraftstoffverhältnis etwa auf dem Niveau des theoretischen Luft-/Kraftstoffverhältnisses halten, um ein Reinigungsfenster des Drei-Wege-Katalysators beizubehalten.
  • Nebenbei bemerkt ist die Frage, wie die Menge eines in dem vorgenannten Drei-Wege-Katalysator verwendeten Edelmetallkatalysators reduziert werden kann, ein wichtiger Faktor, der unter dem Gesichtspunkt der Kostenwettbewerbsfähigkeit zu berücksichtigen ist. Wenn jedoch die Menge eines Edelmetallkatalysators in einem Drei-Wege-Katalysator signifikant verringert wird, nimmt auch die katalytische Aktivität signifikant ab. Dies führt zu signifikant herabgesetzter OSC-Leistung und Niedrigtemperatur-Aktivität sowie signifikant herabgesetzter NOx-Reinigungsleistung in einer Hochtemperaturumgebung und dergleichen. Dies liegt daran, dass eine signifikant verringerte Menge eines Edelmetallkatalysators zu einer signifikant verringerten Anzahl von aktiven Stellen führt, und eine signifikant verringerte Anzahl von katalytischen Reaktionsstellen zu einer signifikant herabgesetzten Reinigungsleistung führt.
  • Von den Edelmetallkatalysatoren wie Pt, Pd und Rh, die insbesondere für einen Drei-Wege-Katalysator verwendet werden, besitzt Rh die herausragendste NOx-Reinigungsleistung, wird jedoch mit dem höchsten Marktpreis pro Einheitsgewicht gehandelt. Es ist bekannt, dass eine höhere OSC-Leistung vorliegt, wenn Rh auf einem Träger geträgert ist, welcher Ceroxid (Ceria) enthält. Es ist hingegen auch bekannt, dass eine Erhöhung der Ceroxid-Menge in dem Träger die NOx-Reinigungsleistung herabsetzt, welche eine charakteristische Eigenschaft von Rh ist. Wenn somit Rh als ein Edelmetallkatalysator für einen Drei-Wege-Katalysator verwendet wird, ist die Herstellung eines sowohl in Bezug auf die OSC-Leistung als auch in Bezug auf die NOx-Reinigungsleistung optimalen Drei-Wege-Katalysators eine dringend zu lösende Aufgabe auf dem technischen Gebiet.
  • Diesbezüglich offenbart Patentdokument 1 einen Abgasreinigungskatalysator mit einem ersten Sauerstoffspeichermaterial, auf dem kein Edelmetall geträgert ist und das eine regelmäßige Anordnungsstruktur vom Pyrochlorphasentyp besitzt; und einem zweiten Sauerstoffspeichermaterial, das eine höhere Sauerstoffspeicherrate und eine niedrigere Sauerstoffspeicherkapazität besitzt als das erste Sauerstoffspeichermaterial, wobei auf dem zweiten Sauerstoffspeichermaterial ein Edelmetall aus der Platingruppe geträgert ist. Einem solchen Abgasreinigungskatalysator entsprechend ist es möglich, einen Abgasreinigungskatalysator bereitzustellen, der eine hohe NOx-Reinigungsleistung nach Dauerbeanspruchung besitzt.
  • Indes offenbart Patentdokument 2 einen Abgasreinigungskatalysator mit einer ersten Katalysatorschicht und einer zweiten Katalysatorschicht, die nacheinander auf einem Trägersubstrat gebildet sind, wobei die erste Katalysatorschicht darauf geträgertes Rhodium aufweist und die zweite Katalysatorschicht darauf geträgertes Platin und Palladium aufweist, wobei das Verhältnis der geträgerten Menge Palladium (y) zu der geträgerten Menge Platin (x) (y/x; Molverhältnis) 0 < y/x ≤ 1,0 erfüllt. Einem solchen Abgasreinigungskatalysator entsprechend ist es möglich, einen Abgasreinigungskatalysator eines NOx-Speicher-/Reduktions-Typs bereitzustellen, der eine herausragendere NOx-Reinigungsleistung besitzt.
  • Wenn Rhodium auf Ceroxid geträgert ist, wird im Übrigen eine Metallisierung des Rhodiums verhindert und somit die NOx-Reinigungsleistung herabgesetzt, wie vorstehend beschrieben. Wenn indes die Ceroxid-Menge erhöht wird, um die Sauerstoffspeicherkapazität zu erhöhen, wird ein Druckverlust verstärkt.
  • Das heißt, dass es selbst bei Verwendung des in Patentdokument 1 oder 2 offenbarten Abgasreinigungskatalysators unklar ist, ob ein sowohl in Bezug auf die OSC-Leistung als auch in Bezug auf die NOx-Reinigungsleistung hervorragender katalytischer Wandler bereitgestellt werden kann oder nicht.
  • DOKUMENTE DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: JP 2012-024701 A
    • Patentdokument 2: JP 2010-201284 A
  • KURZFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehenden Probleme getätigt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines katalytischen Wandlers mit hervorragender OSC-Leistung und NOx-Reinigungsleistung.
  • Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe beinhaltet ein katalytischer Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat mit einer Zellenstruktur, durch das Abgas strömt, und eine auf einer Zellenwandoberfläche des Substrats gebildete Katalysatorschicht. Die Katalysatorschicht beinhaltet eine untere Katalysatorschicht und eine obere Katalysatorschicht, wobei die untere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist und die obere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche der unteren Katalysatorschicht gebildet ist. Die obere Katalysatorschicht beinhaltet mindestens einen Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium sowie zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen, wobei die Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxide jeweils kein darauf geträgertes Rhodium aufweisen. Die untere Katalysatorschicht beinhaltet einen Aluminiumoxidträger mit darauf geträgertem Platin sowie ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid.
  • Der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine Katalysatorschicht mit einer zweischichtigen Struktur aus einer unteren Katalysatorschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats gebildet ist, und einer darauf gebildeten oberen Katalysatorschicht aufweist, wobei die obere Katalysatorschicht mindestens einen Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium sowie zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompoxitoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen beinhaltet, wobei die Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxide jeweils kein darauf geträgertes Rhodium aufweisen. Die Erfinder haben verifiziert, dass die Aktivität des Rhodiums erhöht wird und somit die NOx-Reinigungsrate erhöht wird, da Rhodium auf einem Träger geträgert ist, der kein Ceroxid enthält. Da darüber hinaus die obere Katalysatorschicht zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen beinhaltet, genauer gesagt da die obere Katalysatorschicht ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid mit einer großen spezifischen Oberfläche enthält, wird die NOx-Reinigungsrate erhöht, während sich dadurch, dass die obere Katalysatorschicht auch ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid mit einer kleinen spezifischen Oberfläche enthält, ein Anstieg des Druckverlusts unterdrücken lässt.
  • Dabei können als das Substrat mit einer Zellenstruktur neben Cordierit, der aus einem Kompositoxid aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid hergestellt ist, keramische Materialien, wie etwa Siliziumkarbid, oder andere Materialien als keramische Materialien, wie etwa Metallmaterialien, verwendet werden. Darüber hinaus kann das Substrat eine sogenannte Honeycomb-(Waben-)Struktur mit einer Reihe von Zellen aufweisen, deren Gitterkontur ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder dergleichen ist.
  • Die untere Katalysatorschicht, die auf der Zellenwandoberfläche des Substrats gebildet ist, enthält Aluminiumoxid (Al2O3), welches ein Träger ist, und darauf geträgertes Platin (Pt) und enthält ferner ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (CeO2-ZrO2-Kompositoxid).
  • Indes kann die obere Katalysatorschicht, wie vorstehend beschrieben, Zirkonoxid (ZrO2), welches ein Träger ist, und darauf geträgertes Rhodium (Rh) enthalten und enthält auch zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden (CeO2-ZrO2-Kompositoxide) mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen (SSA) und kann ferner Aluminiumoxid (Al2O3) enthalten.
  • Dabei weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des katalytischen Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung von den beiden Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche eine spezifische Oberfläche größer oder gleich 40 m2/g auf und ist in der oberen Katalysatorschicht in einer Menge größer oder gleich 12 g/l enthalten, während das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid mit einer kleineren spezifischen Oberfläche eine spezifische Oberfläche kleiner oder gleich 4 m2/g aufweist und auch in der oberen Katalysatorschicht in einer Menge größer oder gleich 8 g/l enthalten ist.
  • In der vorliegenden Erfindung weist von den zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen das „Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche” eine spezifische Oberfläche größer oder gleich 40 m2/g auf, während das „Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid mit einer kleineren spezifischen Oberfläche” eine spezifische Oberfläche kleiner oder gleich 4 m2/g aufweist.
  • Die Erfinder haben ermittelt, dass es möglich ist, einen Druckverlust zu unterdrücken, während gleichzeitig eine hervorragende OSC-Leistung vorliegt, wenn das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Verbundoxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche in einer Menge größer oder gleich 12 g/l in der oberen Schicht enthalten ist und auch das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid mit einer kleineren spezifischen Oberfläche in der oberen Katalysatorschicht in einer Menge größer oder gleich 8 g/l enthalten ist.
  • Darüber hinaus ist der Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium vorzugsweise in einer Menge von 40 g/l in der oberen Katalysatorschicht enthalten.
  • Wenn die Menge des Zirkonoxidträgers mit darauf geträgertem Rhodium erhöht wird, wird insbesondere die Niedrigtemperaturaktivität verbessert. Falls jedoch die Menge des Zirkonoxidträgers zu stark erhöht wird, wird ein Druckverlust erhöht. Somit ist die zu bevorzugende Menge des Zirkonoxidträgers mit darauf geträgertem Rhodium unter dem Gesichtspunkt des Erreichens sowohl einer hervorragenden Niedrigtemperaturaktivität als auch unterdrückten Druckverlusts als 40 g/l definiert.
  • Ferner ist in einer anderen Ausführungsform des katalytischen Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung die obere Katalysatorschicht im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats ab einem Ende des Substrats auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet, während die untere Katalysatorschicht im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats ab einem Ende eines Substrats auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass jede der oberen Katalysatorschicht und der unteren Katalysatorschicht bevorzugt im Bereich von 65 bis 95% der Gesamtlänge des Substrats gebildet ist.
  • Der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt einen Cordierit-Wabenträger mit hervorragender Hitzeschockfestigkeit auf. Alternativ kann der katalytische Wandler ein elektrisch beheizter Wandler (EHC) sein. Der elektrisch beheizte katalytische Wandler dieses Typs weist einen Wabenkatalysator und ein daran befestigtes Paar von Elektroden auf. Wenn dem Paar von Elektroden Strom zugeführt wird, um den Wabenkatalysator zu beheizen, wird die Aktivität des Wabenkatalysators erhöht, so dass Abgas, das durch den Wabenkatalysator strömt, entgiftet wird. Wenn ein solcher Wandler auf ein Abgassystem für Abgas angewendet wird, das eine Fahrzeugmaschine und einen Schalldämpfer miteinander verbindet, so ist es möglich, Abgas bei Raumtemperatur zu reinigen und auch Abgas bei einer kalten Temperatur zu reinigen, indem der Katalysator durch elektrisches Beheizen aktiviert wird.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung verständlich wird, weist der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung eine Katalysatorschicht mit einer zweischichtigen Struktur aus einer unteren Katalysatorschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats gebildet ist, und einer darauf gebildeten oberen Katalysatorschicht auf. Die obere Katalysatorschicht beinhaltet mindestens einen Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium sowie zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen, wobei die Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxide jeweils kein darauf geträgertes Rhodium aufweisen. Somit ist es möglich, einen katalytischen Wandler mit hervorragender OSC-Leistung und NOx-Reinigungsleistung bereitzustellen, während gleichzeitig ein Druckverlust unterdrückt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zelle.
  • 3 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform einer Katalysatorschicht veranschaulicht.
  • 4 ist ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Ermittlung der Relation zwischen der Ce-Konzentration in dem Rh-Träger und der NOx-Reinigungsrate zeigt.
  • 5 ist ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Ermittlung der Relation zwischen den zugegebenen Mengen eines Kompositoxids hoher SSA und eines Kompositoxids niedriger SSA in der oberen Katalysatorschicht sowie der NOx-Reinigungsrate zeigt.
  • 6 ist ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Ermittlung der Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und einem Druckverlust sowie der Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und der Reinigungstemperatur von niedrigtemperaturaktivem NOx zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
  • Nachstehend werden Ausführungsformen eines katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der in den Zeichnungen gezeigte katalytische Wandler weist eine obere Katalysatorschicht auf, die im Bereich von 80% der Gesamtlänge eines Substrats ab einem Ende des Substrats auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet ist, und weist auch eine untere Katalysatorschicht auf, die im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats ab einem Ende des Substrats auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung gebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Länge, über die jede der oberen Katalysatorschicht und der unteren Katalysatorschicht gebildet ist, bevorzugt im Bereich von 65 bis 95% der Gesamtlänge des Substrats liegt.
  • (Abgassystem für Abgas)
  • Zunächst wird ein Abgassystem für Abgas kurz beschrieben, in dem der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Ein Abgassystem für Abgas, auf das der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung angewendet wird, weist eine Ausgestaltung auf, in der eine Maschine, ein katalytischer Wandler, ein katalytischer Drei-Wege-Wandler, ein Nebenschalldämpfer und ein Hauptschalldämpfer angeordnet sind und mittels Systemrohren miteinander verbunden sind, so dass Abgas, das in der Maschine erzeugt wird, über das Systemrohr durch jede Komponente fließt und dann ausgestoßen wird. Als Nächstes wird eine Ausführungsform des katalytischen Wandlers beschrieben.
  • (Ausführungsform des katalytischen Wandlers)
  • 1 ist eine schematische Ansicht des katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht einer Zelle. 3 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform einer Katalysatorschicht veranschaulicht.
  • Ein in 1 gezeigter katalytischer Wandler 10 beinhaltet im Allgemeinen ein zylindrisches Substrat 1 mit einer Reihe von Zellen und einer Katalysatorschicht 3, die auf der Oberfläche einer Zellenwand 2 jeder Zelle gebildet ist, wie in 2 gezeigt.
  • Dabei umfassen Beispiele des Substrats 1 Cordierit, der aus einem Kompositoxid aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid hergestellt ist, keramische Materialien, wie etwa Siliziumkarbid, und andere Materialien als keramische Materialien, wie etwa Metallmaterialien.
  • Das Substrat 1 besitzt eine Wabenstruktur mit einer Reihe von Zellen, deren Gitterkontur ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder dergleichen ist. Abgas, das an einem Ende des Substrats 1 auf der stromaufwärtigen Seite (Fr-Seite) der Abgasströmungsrichtung in eine Zelle gelangt ist, strömt durch das Substrat 1 und wird dabei gereinigt, und dann strömt das gereinigte Abgas aus einem Ende des Substrats 1 auf der stromabwärtigen Seite (Rr-Seite) der Abgasströmungsrichtung (x-Richtung) heraus.
  • Als Nächstes wird eine Ausführungsform der Katalysatorschicht unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
  • Die in 2 und 3 gezeigte Katalysatorschicht 3 beinhaltet eine untere Katalysatorschicht 4, die auf der Oberfläche einer Zellenwand 2 gebildet ist, und eine obere Katalysatorschicht 5, die auf der Oberfläche der unteren Katalysatorschicht 4 gebildet ist.
  • Die untere Katalysatorschicht 4 ist im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats 1 ab dem Ende des Substrats 1 auf der stromaufwärtigen Seite Fr der Abgasströmungsrichtung gebildet, während die obere Katalysatorschicht 5 im Bereich von 80% der Gesamtlänge des Substrats 1 ab dem Ende des Substrats 1 auf der stromabwärtigen Seite Rr der Abgasströmungsrichtung gebildet ist.
  • Dabei enthält die untere Katalysatorschicht 4 einen Aluminiumoxidträger (Al2O3) mit darauf geträgertem Platin (Pt) sowie ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid (CeO2-ZrO2-Kompositoxid).
  • Indes enthält die obere Katalysatorschicht 5 einen Zirkonoxidträger (ZrO2) mit darauf geträgertem Rhodium (Rh) sowie zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden (CeO2-ZrO2-Kompositoxiden) mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen und enthält ferner Aluminiumoxid (Al2O3).
  • In Bezug auf die zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen ist die spezifische Oberfläche des Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxids mit einer größeren spezifischen Oberfläche größer oder gleich 40 m2/g, während die spezifische Oberfläche des Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxids mit einer kleineren spezifischen Oberfläche kleiner oder gleich 4 m2/g ist.
  • In der oberen Katalysatorschicht 5 ist Rhodium (Rh) nur auf Zirkonoxid (ZrO2) geträgert, das kein Ceroxid enthält. Eine solche Struktur kann die NOx-Reinigungsrate verbessern. Dies wurde durch nachstehend beschriebene Experimente verifiziert.
  • Da die obere Katalysatorschicht 5 ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid mit einer großen spezifischen Oberfläche und ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid mit einer kleinen spezifischen Oberfläche enthält, genauer gesagt da die obere Katalysatorschicht 5 ein Kompositoxid mit einer großen spezifischen Oberfläche in einer Menge größer oder gleich 12 g/l enthält und auch ein Kompositoxid mit einer kleinen spezifischen Oberfläche in einer Menge größer oder gleich 8 g/l enthält, ist es möglich, einen Druckverlust zu unterdrücken, während gleichzeitig eine hervorragende OSC-Leistung vorliegt. Dies wurde auch durch nachstehend beschriebene Experimente verifiziert.
  • Darüber hinaus ist der Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium in der oberen Katalysatorschicht 5 in einer Menge von 40 g/l enthalten.
  • Wenn die Menge des Zirkonoxidträgers mit darauf geträgertem Rhodium erhöht wird, wird insbesondere die Niedrigtemperaturaktivität verbessert. Falls jedoch die Menge des Zirkonoxidträgers zu stark erhöht wird, wird ein Druckverlust erhöht. Somit ist die Menge des Zirkonoxidträgers mit darauf geträgertem Rhodium unter dem Gesichtspunkt des Erzielens sowohl einer hervorragenden Niedrigtemperaturaktivität als auch unterdrückten Druckverlusts als 40 g/l definiert. Dies wurde auch durch nachstehend beschriebene Experimente verifiziert.
  • (Experimente zum Ermitteln der Relation zwischen der Ce-Konzentration in dem Rh-Träger und der NOx-Reinigungsrate, Experimente zum Ermitteln der Relation zwischen den zugegebenen Mengen eines Kompositoxids hoher SSA und eines Kompositoxids niedriger SSA in der oberen Katalysatorschicht und der NOx-Reinigungsrate und Experimente zum Ermitteln der Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und einem Druckverlust sowie der Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und der Reinigungstemperatur von niedrigtemperaturaktivem NOx)
  • Die Erfinder haben Experimente durchgeführt, um die Relation zwischen der Ce-Konzentration in der Rh-Schicht und der NOx-Reinigungsrate zu ermitteln, Experimente, um die Relation zwischen den zugegebenen Mengen eines Kompositoxids hoher SSA und eines Kompositoxids niedriger SSA in der oberen Katalysatorschicht sowie der NOx-Reinigungsrate zu ermitteln, und Experimente, um die Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und einem Druckverlust sowie die Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und der Reinigungstemperatur von niedrigtemperaturaktivem NOx zu ermitteln. Die Referenzbeispiele 1–12, Beispiel 1 und die Vergleichsbeispiele 1–4 wurden unter Verwendung von nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.
  • <Referenzbeispiel 1>
  • In Referenzbeispiel 1 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/Ce-Zr-Kompositoxid A(40) + Al2O3(20)). Dabei ist die Einheit der numerischen Werte in den Klammern g/l. Unter Verwendung von Salpetersäure-Pt wurde zunächst Pt/Al2O3 (d. h. Material 1) vorbereitet, bei dem Pt auf Al2O3 geträgert ist. Imprägnierung wurde als ein Verfahren verwendet, um zu veranlassen, dass Pt auf Al2O3 geträgert wird. Als Nächstes wurde eine Schlämme 1 vorbereitet, indem das Material 1, ein CZ-Material und ein Al2O3-basiertes Bindemittel unter Rühren in destilliertes Wasser gegossen wurden. Ferner wurde die vorbereitete Schlämme 1 in ein Substrat gegossen, und nicht benötigte Anteile wurden mit einem Gebläse entfernt, so dass die Wandoberfläche des Substrats mit der Schlämme 1 beschichtet wurde. Dieses Mal wurde das Beschichtungsmaterial für die Pt-Schicht derart vorbereitet, dass der Gehalt an Pt, der Gehalt an dem Material 1 und der Gehalt an dem CZ-Material bezogen auf das Volumen des Substrats 0,2 g/l, 25 g/l bzw. 30 g/l betrug. Schließlich wurde Feuchtigkeit mit einem auf 120°C gehaltenen Trockner zwei Stunden lang getrocknet, und Brennen wurde 2 Stunden lang mit einem Elektroofen bei 500°C durchgeführt. Ebenso wurde unter Verwendung von Salpetersäure-Rh ein Rh/Ce-Zr-Kompositoxid A (d. h. Material 2) vorbereitet, bei dem Rh auf einem Ce-Zr-Kompositoxid A geträgert ist. Hier betrug der Anteil von Ce in dem Ce-Zr-Kompositoxid A 30 Ma%. Als Nächstes wurde eine Schlämme 2 vorbereitet, indem das Material 2, Al2O3 und ein Al2O3-basiertes Bindemittel derart unter Rühren in destilliertes Wasser gegossen wurden, dass die Materialien in dem destillierten Wasser suspendiert wurden. Die vorbereitete Schlämme 2 wurde in das beschichtete Substrat gegossen, und nicht benötigte Anteile wurden mit einem Gebläse entfernt, so dass die Wandoberfläche des Substrats mit der Schlämme 2 beschichtet wurde. Dieses Mal wurde das Beschichtungsmaterial für die Rh-Schicht derart vorbereitet, dass der Gehalt an Rh, der Gehalt an dem Material 2 und der Gehalt an Al2O3 bezogen auf das Volumen des Substrats 0,12 g/l, 40 g/l bzw. 20 g/l betrug. Schließlich wurde Feuchtigkeit mit einem auf 120°C gehaltenen Trockner zwei Stunden lang getrocknet, und Brennen wurde 2 Stunden lang mit einem Elektroofen bei 500°C durchgeführt.
  • <Referenzbeispiel 2, 3 und 4>
  • In jedem der Referenzbeispiele 2, 3 und 4 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/Ce-Zr-Kompositoxid B, C, D(40) + Al2O3(20)). Eine Schlämme wurde vorbereitet, indem die Spezifikationen des in Referenzbeispiel 1 für die Schlämme 2 verwendeten Rh-Trägers (Material 2) verändert wurden, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. In Bezug auf den Katalysator wurde der Prozess nicht verändert, mit der Ausnahme, dass die Zusammensetzung des in Referenzbeispiel 1 gezeigten Materials 2 verändert wurde. In Referenzbeispiel 2 wurde ein Ce-Zr-Kompositoxid verwendet, welches eine Ce-Konzentration von 0 Ma%(B) enthält; in Referenzbeispiel 3 wurde ein Ce-Zr-Kompositoxid verwendet, welches eine Ce-Konzentration von 20 Ma%(C) enthält; und in Referenzbeispiel 4 wurde ein Ce-Zr-Kompositoxid verwendet, welches eine Ce-Konzentration von 60 Ma%(D) enthält.
  • <Referenzbeispiel 5, 6, 7 und 8>
  • In jedem der Referenzbeispiele 5, 6, 7 und 8 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)) und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh-Schicht Rh(0,12)/Ce-Zr-Kompositoxid B(40) + Al2O3(20) + Ce-Zr-Kompositoxid niedriger SSA(4, 8, 12, 16)). Eine Schlämme wurde vorbereitet, indem ferner jede Menge eines Ce-Zr-Kompositoxids niedriger SSA in die Schlämme 2 in Referenzbeispiel 1 gegossen wurde, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. In Bezug auf den Katalysator wurde der Prozess nicht verändert, mit der Ausnahme, dass in dem Schritt des Vorbereitens der Schlämme 2 in Referenzbeispiel 1 ein Ce-Zr-Kompositoxid niedriger SSA zugegeben wurde. In Referenzbeispiel 5 wurden 4 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids niedriger SSA zugegeben; in Referenzbeispiel 6 wurden 8 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids niedriger SSA zugegeben; in Referenzbeispiel 7 wurden 12 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids niedriger SSA zugegeben; und in Referenzbeispiel 8 wurden 16 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids niedriger SSA zugegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass das „Ce-Zr-Kompositoxid niedriger SSA” hierin ein Material bedeutet, das anfäglich eine SSA von kleiner oder gleich 4 m2/g besitzt.
  • <Referenzbeispiel 9, 10, 11 und 12>
  • In jedem der Referenzbeispiele 9, 10, 11 und 12 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/Ce-Zr-Kompositoxid B(40) + Al2O3(20) + Ce-Zr-Kompositoxid hoher SSA(4, 8, 12, 16)). Eine Schlämme 2 wurde vorbereitet, indem ferner jede Menge eines Ce-Zr-Kompositoxids hoher SSA in die Schlämme 2 in Referenzbeispiel 1 gegossen wurde, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. In Bezug auf den Katalysator wurde der Prozess nicht verändert, mit der Ausnahme, dass in dem Schritt des Vorbereitens der Schlämme 2 in Referenzbeispiel 1 ein Ce-Zr-Kompositoxid hoher SSA zugegeben wurde. In Referenzbeispiel 9 wurden 4 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids hoher SSA zugegeben; in Referenzbeispiel 10 wurden 8 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids hoher SSA zugegeben; in Referenzbeispiel 11 wurden 12 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids hoher SSA zugegeben; und in Referenzbeispiel 12 wurden 16 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids hoher SSA zugegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass das „Ce-Zr-Kompositoxid hoher SSA” hierin ein Material bedeutet, das anfänglich eine SSA von größer oder gleich 40 m2/g besitzt.
  • <Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1, 2, 3 und 4>
  • In jedem von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1, 2, 3 und 4 enthält die untere Katalysatorschicht Pt als einen Katalysator (Pt(0,2)/Al2O3(25) + CZ(30)), und die obere Katalysatorschicht enthält Rh als einen Katalysator (Rh(0,12)/Ce-Zr-Kompositoxid B(x) + Al2O3(20) + Ce-Zr-Kompositoxid niedriger SSA(8) + Ce-Zr-Kompositoxid hoher SSA(12)). Eine Schlämme wurde vorbereitet, indem der Rh-Träger der Schlämme 2 in Referenzbeispiel 1 in ein Ce-Zr-Kompositoxid B geändert wurde, welches 0 Ma% C enthält, und 8 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids niedriger SSA sowie 12 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids hoher SSA in die Schlämme 2 gegossen wurden, und dann wurden Beschichten, Trocknen und Brennen durchgeführt. In Bezug auf den Katalysator wurde der Prozess nicht verändert, mit der Ausnahme, dass das Material für den Schritt des Vorbereitens der Schlämme 2 in Referenzbeispiel 1 verändert wurde. In Vergleichsbeispiel 1 wurden 24 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids B zugegeben; in Vergleichsbeispiel 2 wurden 32 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids B zugegeben; in Beispiel 1 wurden 40 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids B zugegeben; in Vergleichsbeispiel 3 wurden 48 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids B zugegeben; und in Vergleichsbeispiel 4 wurden 56 Massenteile eines Ce-Zr-Kompositoxids B zugegeben.
  • <Beurteilungsmethode>
  • Ein 4,3-Liter 8-Zylinder-V-Benzinmotor wurde verwendet, und die Betttemperatur eines Katalysators auf der stromabwärtigen Seite wurde auf 950°C eingestellt, so dass ein Zyklus, welcher Rückführung, Kraftstoffzufuhrunterbrechung, fett und mager pro Minute als eine Bedingung beinhaltet, 50 Stunden lang durchgeführt wurde.
  • Um die NOx-Reinigungsrate unter schwankenden Bedingungen des A/F-Verhältnisses zu messen, wurde eine Katalysatorschicht auf der stromaufwärtigen Seite montiert, welche einen gealterten katalytischen Wandler aufweist und die Reinigungsrate wurde gemessen, als die Atmosphäre des eintretenden Gases periodisch zwischen der fetten und der mageren Seite des A/F-Verhältnisses umgeschaltet wurde. Darüber hinaus wurde zum Messen der NOx-Reinigungsrate unter der gleichbleibend fetten Bedingung ein gealterter katalytischer Wandler montiert, und die Reinigungsrate wurde gemessen, als die Atmosphäre des eintretenden Gases kontinuierlich auf der fetten Seite des A/F-Verhältnisses gehalten wurde. Ferner wurde zum Messen eines Druckverlusts ein Druckverlust gemessen, als einem Katalysator Luft bei einer konstanten Strömungsrate (6 m3/Minute) zugeführt wurde. Ferner wurde bezüglich der NOx-Light-Off- bzw. Anspringleistung NOx-T50 die Temperatur gemessen, die von einer niedrigen Temperatur in der fetten Umgebung angestiegen war und bei der die NOx-Reinigungsrate 50% erreichte.
  • Die nachstehende Tabelle 1 zeigt die hierin verwendeten Materialien. [Tabelle 1]
    Bereich Bezeichnung des Matrials Hersteller Zusammensetzung
    Obere Katalysatorschicht (Rh-Schicht) Ce-Zr-Kompositoxid TOYOTA MOTOR CORPORATION CeO2 (x Ma%), ZrO2 (100 – x Ma%)
    Ce-Zr-Kompositoxid hoher, niedriger SSA TOYOTA MOTOR CORPORATION Al2O3 (30 Ma%), CeO2 (20 Ma%), ZrO2 (40 Ma%), Y2O3 (4 Ma%, Nd2O3 (2 Ma%), La2O3 (4 Ma%)
    Aluminiumoxid Sasol Al2O3 (99 Ma%), La2O3 (1 Ma%)
    Untere Katalysatorschicht (Pt-Schicht) CZ-Material Rhodia CeO2 (30 Ma%), ZrO2 (60 Ma%), La2O3 (5 Ma%), Y2O3 (5 Ma%)
    Aluminiumoxid Sasol Al2O3 (99 Ma%), La2O3 (1 Ma%)
  • <Ergebnisse des Experiments>
  • Die 4 bis 6 zeigen jeweils die experimentellen Ergebnisse. Dabei ist 4 ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Ermittlung der Ce-Konzentration in dem Rh-Träger und der NOx-Reinigungsrate zeigt. Darüber hinaus ist 5 ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Ermittlung der Relation zwischen den zugegebenen Mengen eines Kompositoxids hoher SSA und eines Kompositoxids niedriger SSA in der oberen Katalysatorschicht sowie der NOx-Reinigungsrate zeigt. Ferner ist 6 ein Graph, der die experimentellen Ergebnisse für eine Ermittlung der Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und einem Druckverlust sowie die Relation zwischen der Menge des Rh-Trägers und der NOx-Anspringleistung zeigt.
  • 4 kann bestätigen, dass in Bezug auf die Ce-Konzentration in dem Rh-Träger die katalytische Aktivität am höchsten wird, wenn die Konzentration 0% beträgt. Dementsprechend wird in Referenzbeispiel 2 eine Ce-Konzentration von 0% gewählt. Es wird davon ausgegangen, dass die Aktivität von Rh bei einer Verringerung der Menge von Basen in dem Rh-Träger verbessert wird.
  • Darüber hinaus kann 5 aus der Differenz gegenüber der erforderlichen OSC-Leistung bestätigen, dass die OSC-Leistung eines OSC-Materials niedriger SSA gesättigt ist, wenn es in einer Menge größer oder gleich 8 g/l zugegeben wird, und auch die OSC-Leistung eines OSC-Materials hoher SSA gesättigt ist, wenn es in einer Menge größer oder gleich 12 g/l zugegeben wird, und somit dass das OSC-Material niedriger SSA vorzugsweise in einer Menge größer oder gleich 8 g/l zugegeben wird und das OSC-Material hoher SSA vorzugweise in einer Menge größer oder gleich 12 g/l zugegeben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das OSC-Material niedriger SSA nützlich ist, um einen Druckverlust zu verringern, da es im Verhältnis zu seinem Gewicht ein kleines Volumen besitzt. Jedoch ist bei dem OSC-Material niedriger SSA die Sauerstofffreisetzungskapazität der OSC-Leistung beschränkt. Somit kann durch die Verwendung eines OSC-Materials hoher SSA die OSC-Leistung kompensiert werden, die bei dem OSC niedriger SSA unzureichend ist, und sowohl eine hervorragende OSC-Leistung als auch eine Verringerung des Druckverlusts erzielt werden.
  • Darüber hinaus kann 6 bestätigen, dass bei einer Erhöhung der Menge des Rh-Trägers zwar die Anspringleistung verbessert wird, doch ein Druckverlust erhöht wird.
  • Ein Erhöhen der Menge des Rh-Trägers zum Erhöhen der Dispergierbarkeit von Rh ist nützlich, und die Anspringleistung wird bei einem Anstieg der Menge des Rh-Trägers verbessert. Indes kann, da ein Druckverlust tendenziell zunimmt, ein Rh-Träger in einer Menge von 40 g/l als die optimale Menge des Rh-Trägers definiert werden, was durch Beispiel 1 gezeigt wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die in 6 gezeigten Ergebnisse nicht dafür sprechen, dass die Vergleichsbeispiele 1–4 aus dem Umfang der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen werden sollten, sondern dafür, dass Beispiel 1 eine optimale Menge des Rh-Trägers aufweist, die sowohl eine hervorragende OSC-Leistung als auch eine Verringerung des Druckverlusts erzielen kann.
  • Zwar wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben, doch sind konkrete Strukturen nicht hierauf beschränkt, und jegliche Gestaltungsänderungen, die sich innerhalb des Geistes und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung ergeben mögen, sind alle in der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    Zellenwand
    3
    Katalysatorschicht
    4
    Untere Katalysatorschicht
    5
    Obere Katalysatorschicht
    10
    Katalytischer Wandler
    Fr
    Stromaufwärtige Seite der Abgasströmungsrichtung
    Rr
    Stromabwärtige Seite der Abgasströmungsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015-059384 [0001]
    • JP 2012-024701 A [0012]
    • JP 2010-201284 A [0012]

Claims (3)

  1. Katalytischer Wandler, umfassend: ein Substrat mit einer Zellenstruktur, durch das Abgas strömt; und eine Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwandoberfläche des Substrats gebildet ist, wobei die Katalysatorschicht eine untere Katalysatorschicht und eine obere Katalysatorschicht beinhaltet, wobei die untere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche des Substrats gebildet ist und die obere Katalysatorschicht auf einer Oberfläche der unteren Katalysatorschicht gebildet ist, die obere Katalysatorschicht mindestens einen Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium sowie zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen beinhaltet, wobei die Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxide jeweils kein darauf geträgertes Rhodium aufweisen, und die untere Katalysatorschicht einen Aluminiumoxidträger mit darauf geträgertem Platin sowie ein Ceroxid-Zirkonoxid-basiertes Kompositoxid beinhaltet.
  2. Katalytischer Wandler nach Anspruch 1, wobei von den zwei Arten von Ceroxid-Zirkonoxid-basierten Kompositoxiden mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche eine spezifische Oberfläche größer oder gleich 40 m2/g besitzt und in der oberen Katalysatorschicht in einer Menge größer oder gleich 12 g/l enthalten ist, und das Ceroxid-Zirkonoxid-basierte Kompositoxid mit einer kleineren spezifischen Oberfläche eine spezifische Oberfläche kleiner oder gleich 4 m2/g besitzt und in der oberen Katalysatorschicht in einer Menge größer oder gleich 8 g/l enthalten ist.
  3. Katalytischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zirkonoxidträger mit darauf geträgertem Rhodium in der oberen Katalysatorschicht in einer Menge von 40 g/l enthalten ist.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6964580B2 (ja) * 2016-03-18 2021-11-10 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
WO2017216728A1 (en) * 2016-06-17 2017-12-21 Basf Corporation Palladium diesel oxidation catalyst
US11141713B2 (en) * 2017-04-28 2021-10-12 Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. Exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification method using the same
WO2018199249A1 (ja) * 2017-04-28 2018-11-01 ユミコア日本触媒株式会社 排気ガス浄化用触媒およびそれを用いた排気ガス浄化方法
JP7372052B2 (ja) * 2019-05-15 2023-10-31 株式会社キャタラー 排ガス浄化触媒装置
US11618008B2 (en) * 2020-10-05 2023-04-04 Ford Global Technologies, Llc Precious group metal on pyrochlore-phase ceria zirconia with superior oxygen storage capacity and TWC performance
US11788450B2 (en) * 2020-10-30 2023-10-17 Johnson Matthey Public Limited Company TWC catalysts for gasoline engine exhaust gas treatments
JP2023008520A (ja) * 2021-07-06 2023-01-19 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
JP2024000368A (ja) 2022-06-20 2024-01-05 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010201284A (ja) 2009-02-27 2010-09-16 Toyota Motor Corp 排ガス浄化触媒
JP2012024701A (ja) 2010-07-23 2012-02-09 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
JP2015059384A (ja) 2013-09-20 2015-03-30 東芝Ｉｔサービス株式会社 床被覆材

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060217263A1 (en) * 2005-03-24 2006-09-28 Tokyo Roki Co., Ltd Exhaust gas purification catalyst
JP2008029970A (ja) * 2006-07-28 2008-02-14 Toyota Motor Corp ガス浄化触媒
CN101433831A (zh) * 2008-12-17 2009-05-20 天津大学 共沉淀法制备均一固溶体铈锆铝涂层材料及其工艺方法
US8808653B2 (en) * 2009-03-06 2014-08-19 Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. Catalyst for purifying exhaust gas
EP2671638B1 (de) * 2011-02-01 2018-06-27 Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. Katalysator zur abgasreinigung
WO2014156676A1 (ja) * 2013-03-29 2014-10-02 三井金属鉱業株式会社 排気ガス処理用触媒構造体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010201284A (ja) 2009-02-27 2010-09-16 Toyota Motor Corp 排ガス浄化触媒
JP2012024701A (ja) 2010-07-23 2012-02-09 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
JP2015059384A (ja) 2013-09-20 2015-03-30 東芝Ｉｔサービス株式会社 床被覆材

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Publication number Publication date
CN105983405B (zh) 2018-08-28
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US20160279613A1 (en) 2016-09-29
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