DE102020110011A1

DE102020110011A1 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020110011A1
Application number: DE102020110011.6A
Authority: DE
Inventors: Koji Sugiura; Hiromasa Nishioka; Naoto Miyoshi; Akemi Sato; Masatoshi IKEBE; Ryota Nakashima; Yasutaka NOMURA; Hirotaka Ori
Original assignee: Cataler Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Cataler Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2020-11-26
Also published as: US11660589B2; CN111980785B; JP7211893B2; CN111980785A; US20200368735A1; JP2020193569A

Abstract

Es wird eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitgestellt, die es erlaubt, eine Druckverlusterhöhung zu unterbinden. Die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein wabenförmiges Substrat und eine einströmzellenseitige Katalysatorschicht. Das Substrat umfasst eine poröse Trennwand, die Einströmzellen und Ausströmzellen definiert, welche sich von einem Einströmseitenende zu einem Ausströmseitenende erstrecken. Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht befindet sich auf einer Oberfläche auf der Einströmzellenseite in einer einströmzellenseitigen Katalysatorregion von einem Einströmseitenende bis zu einer Position in der Nähe eines Ausströmseitenendes der Trennwand. Die Gasdurchlässigkeit eines Abschnitts, der eine ausströmseitige Region von der Position bis zu dem Ausströmseitenende der Trennwand umfasst, ist höher als eine Gasdurchlässigkeit eines Abschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, die einen Katalysator in einem Filter umfasst, der eine Wandströmungsstruktur aufweist.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Abgas, das aus einer Verbrennungskraftmaschine in beispielsweise einem Fahrzeug ausgestoßen wird, enthält Partikel (PM, nachfolgend in manchen Fällen als „PM“ abgekürzt), die hauptsächlich Kohlenstoff, der Luftverschmutzung verursacht, eine Asche als unbrennbare Komponente oder dergleichen enthalten. Als Filter zur Sammlung und Entfernung der PM aus dem Abgas ist die Verwendung eines Filters, der eine Wandströmungsstruktur aufweist, weit verbreitet.
Der Filter, der die Wandströmungsstruktur aufweist, umfasst üblicherweise ein wabenförmiges Substrat bzw. Wabensubstrat. Das wabenförmige Substrat umfasst eine poröse Trennwand, die eine Mehrzahl von Zellen definiert, welche sich von einer Endoberfläche auf einer Einströmseite bzw. einströmseitigen Endoberfläche zu einer Endoberfläche auf einer Ausströmseite bzw. einer ausströmseitigen Endoberfläche erstreckten, und die Mehrzahl von Zellen umfassen Einströmzellen und Ausströmzellen, die zueinander benachbart sind und zwischen denen die Trennwand eingefügt ist. Die Einströmzelle weist ein offenes Einströmseitenende und ein verschlossenes bzw. abgedichtetes Ausströmseitenende auf, und die Ausströmzelle weist ein abgedichtetes Einströmseitenende und ein offenes Ausströmseitenende auf. Angesichts dessen passiert das Abgas, das von den Einströmseitenenden in die Einströmzelle einströmt, die Trennwand, um in die Ausströmzellen einzuströmen, wird also aus den Ausströmseitenenden der Ausströmzellen ausgestoßen. Wenn das Abgas die Trennwand passiert, werden die PM in Poren der Trennwand gesammelt. Als Beispiele für die Filter mit der Wandströmungsstruktur sind ein Dieselpartikelfilter (DPF) für Dieselmotoren und ein Ottopartikelfilter (OPF, nachfolgend in manchen Fällen als „OPF“ abgekürzt) für Ottomotoren bekannt.
Gleichzeitig enthält das Abgas, zusätzlich zu den PM, schädliche Komponenten wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx). Die schädlichen Komponenten können aus dem Abgas durch einen Filter entfernt werden, auf den ein Katalysator, wie beispielsweise ein Edelmetallkatalysator, aufgetragen wird.
Seit Kurzem wird eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet, die einen Katalysator in einem Filter, der eine Wandströmungsstruktur aufweist, umfasst, um sowohl die PM als auch die schädlichen Komponenten aus dem Abgas zu entfernen. Zum Beispiel beschreibt JP 2000-282852 A eine Abgasreinigungsvorrichtung, die eine NOx-reduzierende Katalysatorschicht auf einer Oberfläche einer porösen Trennwand in einem wabenförmigen Substrat umfasst, das mit einem Filter ausgestattet bzw. ausgebildet ist, und die ferner eine Oxidationskatalysatorschicht auf einer Oberfläche der NOx-reduzierenden Katalysatorschicht umfasst.
Kurzfassung
Allerdings führt bei der Abgasreinigungsvorrichtung, welche den Katalysator in dem Filter mit der Wandströmungsstruktur umfasst, das Ausbilden des Katalysators in der porösen Trennwand in dem wabenförmige Substrat, das mit dem Filter ausgestattet ist, dazu, dass sich die Gasdurchlässigkeit der Trennwand verschlechtert, wodurch möglicherweise ein Druckverlust erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieses Punkts angefertigt und die vorliegende Anmeldung schafft eine Abgasreinigungsvorrichtung, die es erlaubt, eine Druckverlusterhöhung zu unterbinden.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, umfasst eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein wabenförmiges Substrat und eine einströmzellenseitige Katalysatorschicht. Das wabenförmige Substrat umfasst eine poröse Trennwand. Die poröse Trennwand definiert eine Mehrzahl von Zellen, die sich von einer einströmseitigen Endoberfläche zu einer ausströmseitigen Endoberfläche erstrecken. Die Mehrzahl von Zellen umfasst Einströmzellen und Ausströmzellen, die zueinander benachbart sind. Die Trennwand ist zwischen den Einströmzellen und den Ausströmzellen eingefügt. Die Einströmzellen weisen offene Einströmseitenenden und abgedichtete Ausströmseitenenden auf. Die Ausströmzellen weisen abgedichtete Einströmseitenenden und offene Ausströmseitenenden auf. Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht befindet sich auf einer Oberfläche auf der Einströmzellenseite in einer einströmzellenseitigen Katalysatorregion von einem Einströmseitenende bis zu einer Position in der Nähe eines Ausströmseitenendes der Trennwand. Eine Gasdurchlässigkeit eines ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der eine ausströmseitige Region von der Position in der Nähe des Ausströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende der Trennwand umfasst, ist höher als eine Gasdurchlässigkeit eines mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst.
Wirkung
Die vorliegende Erfindung stellt sicher, dass eine Druckverlusterhöhung unterbunden wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Abgasreinigungsvorrichtung jedes Beispiels gemäß einer Ausführungsform der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Anmeldung darstellt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil einer Querschnittsfläche parallel zu einer Erstreckungsrichtung einer Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines ersten Beispiels gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil auf einer Querschnittsfläche parallel zu einer Erstreckungsrichtung einer Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines zweiten Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil auf einer Querschnittsfläche parallel zu einer Erstreckungsrichtung einer Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines dritten Beispiels gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
5 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil auf einer Querschnittsfläche parallel zu einer Erstreckungsrichtung einer Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines vierten Beispiels gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
6 ist ein Graph, der einen Druckverlust relativ zu einer Länge einer Fr-Beschichtung (Fr coat, front coat) in einem Rechenmodell eines Beispiels darstellt;
7A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Versuchsobjekt einer Abgasreinigungsvorrichtung darstellt, das in Referenzbeispiel 1-1 hergestellt wurde, und 7B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Versuchsobjekt einer Abgasreinigungsvorrichtung darstellt, das in Referenzbeispiel 2-1 hergestellt wurde;
8A ist ein Graph, der NOx-Reinigungsraten bei jeweiligen Einlassgastemperaturen in den Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 1-1 bis 1-3 darstellt, und 8B ist ein Graph, der NOx-Reinigungsraten bei den jeweiligen Einlassgastemperaturen in den Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 2-1 bis 2-3 darstellt;
9 ist eine Zeichnung, die schematisch eine Versuchsvorrichtung darstellt, die Reaktionszeiten eines Abgases auf einer Oberfläche von und innerhalb der Trennwand in der Abgasreinigungsvorrichtung untersucht; und
10 ist ein Graph, der Wärmeerzeugungsstartzeiten jeweiliger Thermoelemente mit Katalysatoren, die in einer Einströmzelle und einer Ausströmzelle in der in 9 dargestellten Versuchsvorrichtung angebracht sind, darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform einer Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Anmeldung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung, die ein wabenförmiges Substrat und eine einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst. Das wabenförmige Substrat umfasst eine poröse Trennwand. Die poröse Trennwand definiert eine Mehrzahl von Zellen, die sich von einer einströmseitigen Endoberfläche zu einer ausströmseitigen Endoberfläche erstrecken. Die Mehrzahl von Zellen umfasst Einströmzellen und Ausströmzellen, die zueinander benachbart sind. Die Trennwand ist zwischen den Einströmzellen und den Ausströmzellen eingefügt bzw. angeordnet. Die Einströmzellen weisen offene Einströmseitenenden und abgedichtete Ausströmseitenenden auf. Die Ausströmzellen weisen abgedichtete Einströmseitenenden und offene Ausströmseitenenden auf. Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht befindet sich auf einer Oberfläche auf der Einströmzellenseite in einer einströmzellenseitigen Katalysatorregion von einem Einströmseitenende bis zu einer Position in der Nähe eines Ausströmseitenendes der Trennwand. Eine Gasdurchlässigkeit eines ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der eine ausströmseitige Region von der Position in der Nähe des Ausströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende der Trennwand umfasst, ist höher als eine Gasdurchlässigkeit eines mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst.
Hier ist „Einströmseite“ als eine Seite zu verstehen, von der aus ein Abgas in die Abgasreinigungsvorrichtung einströmt, und „Ausströmseite“ ist als eine Seite zu verstehen, von der aus das Abgas bei der Abgasreinigungsvorrichtung herausströmt.
In dieser Ausführungsform ist die Erstreckungsrichtung der Trennwand zwar nicht besonders beschränkt, allerdings entspricht die Erstreckungsrichtung der Trennwand üblicherweise etwa einer Axialrichtung des wabenförmigen Substrats, und auch wenn eine Erstreckungsrichtung der Zelle nicht besonders beschränkt ist, entspricht die Erstreckungsrichtung der Zelle üblicherweise etwa der Erstreckungsrichtung der Trennwand. In der Beschreibung dieser Ausführungsform ist die „Erstreckungsrichtung“ als die Erstreckungsrichtung der Trennwand und die Erstreckungsrichtung der Zelle zu verstehen und ist als die Richtung zu verstehen, welche im Wesentlichen der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats entspricht. Im Nachfolgenden werden eine erste Ausführungsform und eine zweite Ausführungsform als Ausführungsformen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Ein Merkmal einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist es, dass eine Katalysatorschicht auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite oder einer Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand fehlt.
Zuerst beschreibt das Nachfolgende eine Übersicht über die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit Beispielen. Hier ist 1 eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Abgasreinigungsvorrichtung jedes Beispiels gemäß der Ausführungsform der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Anmeldung darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil einer Querschnittsfläche parallel zu der Erstreckungsrichtung der Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines ersten Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 des ersten Beispiels ein wabenförmiges Substrat 10, einen Dichtungsabschnitt 16 und eine einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20. Das wabenförmige Substrat 10 ist ein Substrat, in dem ein zylindrisch geformter Rahmenabschnitt 11 und eine Trennwand 14, die einen Raum innerhalb des Rahmenabschnitts 11 in eine wabenförmige Form aufteilen, ausgestattet sind. Die Trennwand 14 ist porös und definiert eine Mehrzahl von Zellen 12, die sich von einer einströmseitigen Endoberfläche 10Sa zu einer ausströmseitigen Endoberfläche 10Sb erstrecken. Die Trennwand 14 umfasst eine Mehrzahl von Wandabschnitten 14L, die getrennt von und parallel zueinander derart angeordnet sind, dass die Formen der Querschnitte rechtwinklig zu einer Erstreckungsrichtung der Mehrzahl von Zellen 12 eine rechtwinklige Form aufweisen, und umfasst eine Mehrzahl von Wandabschnitten 14S, die orthogonal zu der Mehrzahl von Wandabschnitten 14L sind und separat von und parallel zueinander angeordnet sind. Eine Querschnittsfläche der Trennwand 14 rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung weist eine Gitterform auf.
Die Mehrzahl von Zellen 12 umfassen Einströmzellen 12A und Ausströmzellen 12B, die zueinander benachbart sind und zwischen denen die Trennwand 14 eingefügt ist. Die Einströmzelle 12A ein offenes Einströmseitenende 12Aa in der Erstreckungsrichtung und ein Ausströmseitenende 12Ab in der Erstreckungsrichtung, das durch den Dichtungsabschnitt 16 abgedichtet ist. Die Ausströmzelle 12B weist ein Einströmseitenende 12Ba in der Erstreckungsrichtung auf, das durch den Dichtungsabschnitt 16 abgedichtet ist, und weist ein offenes Ausströmseitenende 12Bb in der Erstreckungsrichtung auf.
Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 enthält Katalysatormetallpartikel, die mindestens eine Art von (nicht dargestelltem) Palladium (Pd) und Platin (Pt) enthalten, sowie einen Träger (nicht dargestellt), der sie trägt. Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 befindet sich auf einer Oberfläche 14SA auf der Einströmzellenseite in einer einströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Xa von einem Einströmseitenende 14a bis zu einer Position 14x in der Nähe des Ausströmseitenendes in einer Erstreckungsrichtung der Trennwand 14. Eine Katalysatorschicht fehlt auf der Oberfläche 14SA auf der Einströmzellenseite und in einer Innenregion 14NA auf der Einströmzellenseite in einer ausströmseitigen Region 14Xb von der Position 14x in der Nähe des Ausströmseitenendes bis zu einem Ausströmseitenende 14b in der Erstreckungsrichtung der Trennwand 14. Entsprechend ist bei der Abgasreinigungsvorrichtung 1 des ersten Beispiels eine Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, welcher die ausströmseitige Region 14Xb der Trennwand 14 umfasst, höher als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion 14Xa der Trennwand 14 und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 umfasst.
Wenn, wie in 1 dargestellt, das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des ersten Beispiels passiert, um von der einströmseitigen Endoberfläche 10Sa einzuströmen und von der ausströmseitigen Endoberfläche 10Sb nach draußen auszuströmen, strömt daher das Abgas, wie in 2 dargestellt, zuerst in die Einströmzelle 12A von dem Einströmseitenende 12Aa aus. Wie oben beschrieben, ist die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts höher als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts. Ferner ist in unterschiedlichen Situationen, die eine Situation, in der eine Strömungsrate des Abgases unter einer Hochlastbetriebsbedingung hoch ist, und eine Situation umfassen, in der die PM abgelagert werden, ein Druck des Abgases innerhalb der Einströmzelle 12A auf der Seite des ausströmseitigen Trennwandabschnitts im Vergleich zu jenem auf der Seite des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts höher. Angesichts dessen strömt in den meisten der unterschiedlichen Situationen das Abgas, das in die Einströmzelle 12A eingeströmt ist, hauptsächlich nach oben zu dem ausströmseitigen Trennwandabschnitt, während es in Kontakt mit der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20 ist. Danach strömt das Abgas in die Ausströmzelle 12B, indem es den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passiert, und strömt aus dem Ausströmseitenende 12Bb der Ausströmzelle 12B nach außen. Es ist zu beachten, dass das verbleibende Abgas, das in die Einströmzelle 12A strömt, den mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitt passiert, um aus dem Ausströmseitenende 12Bb der Ausströmzelle 12B nach außen zu strömen, nachdem es in die Ausströmzelle 12B geströmt ist.
3 ist hier eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil einer Querschnittsfläche parallel zu der Erstreckungsrichtung der Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines zweiten Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des zweiten Beispiels ferner eine ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 zusätzlich zu dem wabenförmigen Substrat 10, dem Dichtungsabschnitt 16 und der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20, welche jenen der Abgasreinigungsvorrichtung des ersten Beispiels entsprechen. Die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 enthält Katalysatormetallpartikel (nicht dargestellt), die Rhodium (Rh) enthalten, und einen Träger (nicht dargestellt), der die Katalysatormetallpartikel trägt. Die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 befindet sich auf einer Oberfläche 14SB auf der Ausströmzellenseite in einer ausströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Yb von einer Position 14y in der Nähe des Einströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende 14b in Erstreckungsrichtung der Trennwand 14.
Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 befinden sich jeweils auf der Oberfläche 14SA auf der Einströmzellenseite und auf der Oberfläche 14SB auf der Ausströmzellenseite in einem überlappenden Teil der einströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Xa und der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Yb der Trennwand 14. Im Gegensatz dazu befindet sich die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 auf der Oberfläche 14SB auf der Ausströmzellenseite in der ausströmseitigen Region 14Xb von der Position 14x in der Nähe des Einströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende 14b der Trennwand 14. Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 befindet sich auf der Oberfläche 14SA auf der Einströmzellenseite in einer einströmseitigen Region 14Ya von dem Einströmseitenende 14a bis zu der Position 14y in der Nähe des Einströmseitenendes der Trennwand 14.
Entsprechend ist bei der Abgasreinigungsvorrichtung 1 des zweiten Beispiels eine Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Region 14Xb der Trennwand 14 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 umfasst, die sich in der ausströmseitigen Region 14Xb befindet, höher als jene eines zentralseitigen Trennwandabschnitts (eines mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts), der den überlappenden Teil der einströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Xa und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 14Yb der Trennwand umfasst, und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30, die sich in dem überlappenden Teil befinden. Eine Gasdurchlässigkeit des einströmseitigen Trennwandabschnitts, der die einströmseitige Region 14Ya der Trennwand 14 und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20, die sich in der einströmseitigen Region 14Ya befindet, umfasst, ist ebenfalls höher als jene des zentralseitigen Trennwandabschnitts.
Wenn, wie in 1 dargestellt, das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des zweiten Beispiels passiert, strömt daher das Abgas, wie in 3 dargestellt, zuerst in die Einströmzelle 12A von dem Einströmseitenende 12Aa aus. Wie oben beschrieben, sund die Gasdurchlässigkeiten des ausströmseitigen Trennwandabschnitts und des einströmseitigen Trennwandabschnitts höher als jene des zentralseitigen Trennwandabschnitts. Ferner ist ein Druck des Abgases innerhalb der Einströmzelle 12A in unterschiedlichen Situationen auf der Seite des ausströmseitigen Trennwandabschnitts im Vergleich zu jenem auf der Seite des einströmseitigen Trennwandabschnitts und der Seite des zentralseitigen Trennwandabschnitts höher. Angesichts dessen strömt in den meisten der unterschiedlichen Situationen das Abgas, das in die Einströmzelle 12A eingeströmt ist, hauptsächlich nach oben zu dem ausströmseitigen Trennwandabschnitt, während es in Kontakt mit der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20 ist. Indem das Abgas den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passiert, strömt es in die Ausströmzelle 12B und strömt aus dem Ausströmseitenende 12Bb der Ausströmzelle 12B nach außen. Das verbleibende Abgas, das in die Einströmzelle 12A geströmt ist, passiert den einströmseitigen Trennwandabschnitt, um in die Ausströmzelle 12B zu strömen, und strömt anschließend nach oben zu dem Ausströmseitenende 12Bb der Ausströmzelle 12B, während es in Kontakt mit der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht 30 ist, und strömt aus dem Ausströmseitenende 12Bb nach außen.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wie in dem ersten Beispiel und dem zweiten Beispiel, umfasst die einströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand befindet, wobei die Katalysatorschicht auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite oder in der Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand fehlt, und die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Region der Trennwand umfasst, ist höher als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst. Angesichts dessen strömt in den meisten der unterschiedlichen Situationen das Abgas, das in die Einströmzelle geströmt ist, hauptsächlich nach oben zu dem ausströmseitigen Trennwandabschnitt, während es in Kontakt mit der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ist. Danach strömt das Abgas, indem es den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passiert, in die Ausströmzelle und strömt aus dem Ausströmseitenende der Ausströmzelle nach außen. Dies stellt sicher, dass eine Druckverlusterhöhung unterbunden wird. Ferner stellt eine Erhöhung einer Kontaktdauer des Abgases und der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht die verbesserte Reinigungsleistung sicher. Es ist zu beachten, dass, anders als bei der später beschriebenen zweiten Ausführungsform, ein Druckverlust effektiv unterbunden werden kann, da das Abgas nicht die ausströmseitige Katalysatorschicht passiert, wenn es durch den ausströmseitigen Trennwandabschnitt strömt.
Da sich die Katalysatorschicht nicht auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand befinden muss, können die Kosten für einen Katalysator verringert werden. Ferner kann das Abgas, das in die Einströmzelle geströmt ist, hauptsächlich den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passieren, wo die Katalysatorschicht fehlt, wodurch sichergestellt wird, dass die PM in dem Abgas auf einfache Weise in den Poren der Trennwand gesammelt werden.
Von den Abgasreinigungsvorrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform kann ferner jene Abgasreinigungsvorrichtung, die nicht die Katalysatorschicht auf der Ausströmzellenseite der Trennwand umfasst, wie in dem ersten Beispiel, effektiv den Druckverlust unterbinden, da die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts steigt. Zudem bietet jene Abgasreinigungsvorrichtung, die ferner die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst, die sich auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand befindet, wie in dem zweiten Beispiel, die Gasdurchlässigkeit des einströmseitigen Trennwandabschnitts, die höher ist als jene des zentralseitigen Trennwandabschnitts (mit einem Katalysator versehener Trennwandabschnitt). Deshalb passiert ein Teil des Abgases, das in die Einströmzelle geströmt ist, den einströmseitigen Trennwandabschnitt, um in die Ausströmzelle zu strömen, und strömt anschließend nach oben zu dem Ausströmseitenende der Ausströmzelle, während es in Kontakt mit der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht ist. Dies stellt die effektiv verbesserte Reinigungsleistung sicher.
Nachfolgt beschreibt das Folgende jeweilige Konfigurationen der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform im Detail.
Wabenförmiges Substrat
Das wabenförmige Substrat umfasst die poröse Trennwand, die die Mehrzahl von Zellen definiert, die sich von der einströmseitigen Endoberfläche zu der ausströmseitigen Endoberfläche erstrecken. Die Mehrzahl von Zellen umfassen die Einströmzellen und die Ausströmzellen, die zueinander benachbart sind und zwischen denen die Trennwand eingefügt ist. Die Einströmzelle weist das offene Einströmseitenende und das abgedichtete Ausströmseitenende auf, und die Ausströmzelle weist das abgedichtetes Einströmseitenende und das offene Ausströmseitenende auf. Das wabenförmige Substrat ist ein Substrat, das als ein wabenförmiges Wandströmungssubstrat bezeichnet wird.
Das wabenförmige Substrat ist ein Substrat, bei dem der Rahmenabschnitt und die Trennwand, die den Raum innerhalb des Rahmenabschnitts in die Wabenform unterteilt, integral ausgestattet sind.
Während eine Axiallänge des wabenförmigen Substrats nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Länge verwendet werden kann, liegt die Länge bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 10 mm oder mehr und 500 mm oder weniger, und liegt bei einigen Ausführungsformen von diesen innerhalb eines Bereichs von 50 mm oder mehr und 300 mm oder weniger. Während eine Kapazität des wabenförmigen Substrats, nämlich ein Gesamtvolumen der Zellen nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Kapazität verwendet werden kann, liegt die Kapazität bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 0,1 L oder mehr und 5 L oder weniger.
Während ein Material des wabenförmigen Substrats nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Material verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Material ein Keramikmaterial wie Cordierit, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumtitanat sowie eine Legierung wie beispielsweise einen nichtrostenden Stahl.
Während eine Form des Rahmenabschnitts nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Form verwendet werden kann, umfassen Beispiele für die Form zusätzlich zu einer zylindrischen Form eine Rohrform, wie beispielsweise eine elliptische zylindrische Form, und eine polygonale zylindrische Form. Eine andere Konfiguration des Rahmenabschnitts ist nicht besonders beschränkt, und es kann eine gewöhnliche Konfiguration verwendet werden.
Eine Form der Trennwand ist nicht besonders beschränkt, und es kann eine gewöhnliche Form verwendet werden. Während eine Länge der Erstreckungsrichtung der Trennwand nicht besonders beschränkt ist, entspricht die Länge normalerweise etwa der Axiallänge des wabenförmigen Substrats. Während eine Dicke der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Dicke verwendet werden kann, liegt die Dicke bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 50 µm oder mehr und 2000 µm oder weniger und bei einigen Ausführungsformen von diesen innerhalb eines Bereichs von 100 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger. Dies rührt daher, dass die Dicke der Trennwand in diesen Bereichen sicherstellt, dass eine ausreichende Sammelleistung von PM erzielt wird, während eine Stabilität des Substrats sichergestellt wird, und der Druckverlust ausreichend unterbunden werden kann.
Die Trennwand weist eine poröse Struktur auf, die es dem Abgas erlaubt ist, zu passieren. Während eine Porosität der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Porosität verwendet werden kann, liegt die Porosität bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 40 % oder mehr und 70 % oder weniger und bei einigen Ausführungsformen von diesen innerhalb eines Bereichs von 50 % oder mehr und 70 % oder weniger. Dies rührt daher, dass die Porosität an der Untergrenze oder mehr dieser Bereiche sicherstellt, dass der Druckverlust ausreichend unterbunden wird, und es die Porosität an der Obergrenze oder weniger dieser Bereiche erlaubt, eine ausreichende mechanische Stabilität sicherzustellen. Während ein mittlerer Porendurchmesser der Poren der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnlicher mittlerer Porendurchmesser verwendet werden kann, liegt der mittlere Porendurchmesser bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 1 µm oder mehr und 60 µm oder weniger und bei einigen Ausführungsformen von diesen innerhalb eines Bereichs von 5 µm oder mehr und 30 µm oder weniger. Dies rührt daher, dass es der mittlerer Porendurchmesser der Poren in diesen Bereichen erlaubt, die ausreichende Sammelleistung von PM zu erzielen und der Druckverlust ausreichend unterbunden werden kann. Es ist zu beachten, dass der „mittlere Porendurchmesser der Poren der Trennwand“ zum Beispiel einer ist, der mit einem Bubble-Point-Test unter Verwendung eines Permporometers (perm porometer) gemessen wird.
Die Einströmzellen und die Ausströmzellen werden gebildet, indem der Raum innerhalb des Rahmenabschnitts mit der Trennwand und nebeneinander unterteilt wird und zwischen den Einströmzellen und den Ausströmzellen die Trennwand eingefügt wird. Die Einströmzellen und die Ausströmzellen sind üblicherweise von der Trennwand in einer Richtung rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung umgeben.
Das Ausströmseitenende der Einströmzelle ist üblicherweise von dem Dichtungsabschnitt abgedichtet. Das Einströmseitenende der Ausströmzelle ist üblicherweise von dem Dichtungsabschnitt abgedichtet. Während eine Länge in Erstreckungsrichtung des Dichtungsabschnitts nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Länge verwendet werden kann, liegt die Länge bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 2 mm oder mehr und 20 mm oder weniger. Ein Material des Dichtungsabschnitts ist nicht besonders beschränkt, und kann ein gewöhnliches Material sein.
Querschnittgestalten rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der Einströmzelle und der Ausströmzelle sind nicht besonders beschränkt, und es können gewöhnliche Formen verwendet werden. Die Querschnittgestalten können zweckmäßig unter Berücksichtigung der Strömungsrate, Komponenten oder dergleichen des Abgases, das die Abgasreinigungsvorrichtung passiert, konfiguriert sein. Beispiele für die Querschnittgestalt umfassen eine rechtwinklige Form, wie beispielsweise ein Quadrat, ein Polygon, das ein Hexagon oder dergleichen umfasst, und eine Kreisform. Während die Querschnittsflächen rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der Einströmzelle und der Ausströmzelle nicht besonders beschränkt sind und gewöhnliche Querschnittsflächen verwendet werden können, liegen die Querschnittsflächen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 1 mm² oder mehr und 7 mm² oder weniger. Während die Längen der Erstreckungsrichtung der Einströmzelle und der Ausströmzelle nicht besonders beschränkt sind, entsprechen die Längen üblicherweise etwa einer Länge, die errechnet wird, indem die Länge in der Erstreckungsrichtung des Dichtungsabschnitts von der Axiallänge des wabenförmigen Substrats subtrahiert wird. Beispiele für einen Anordnungsaspekt der Einströmzellen und der Ausströmzellen umfassen, wie die Anordnungsaspekte des ersten Beispiels und des zweiten Beispiels, einen Aspekt wie ein Schachbrettmuster, in dem die Einströmzellen und die Ausströmzellen abwechselnd angeordnet sind.
Einströmzellenseitige Katalysatorschicht
Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht befindet sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion von dem Einströmseitenende bis zu der Position in der Nähe des Ausströmseitenendes der Trennwand. Entsprechend schließt die einströmzellenseitige Katalysatorschicht die Poren in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand, und die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Region der Trennwand umfasst, ist höher als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst.
Hier bedeutet „die Position in der Nähe des Ausströmseitenendes“ eine Position in der Nähe des Ausströmseitenendes bezüglich des Zentrums in der Erstreckungsrichtung der Trennwand. Zudem bedeutet „befindet sich auf der Oberfläche der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand“ „befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand auf der Außenseite der Trennwand.“
Während eine Länge in Erstreckungsrichtung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, insofern sie länger als 1/2 der Länge in Erstreckungsrichtung der Trennwand ist, liegt die Länge bei einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von mehr als 1/2 und 4/5 oder weniger der Länge in Erstreckungsrichtung der Trennwand und bei einigen Ausführungsformen von diesen innerhalb eines Bereichs von 3/5 oder mehr und 4/5 oder weniger und insbesondere innerhalb eines Bereichs von 2/3 oder mehr und 4/5 oder weniger. Dies rührt daher, dass, da die Länge die Untergrenzen dieser Bereiche übersteigt oder größer gleich der Untergrenzen ist, selbst in einer Situation, in der die Strömungsrate des Abgases unter der Hochlastbetriebsbedingung hoch ist, eine ausreichende Erhöhung der Kontaktdauer des Abgases mit der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht die verbesserte Reinigungsleistung sicherstellt. Dies rührt daher, dass die Länge an der Obergrenze oder weniger dieser Bereiche die ausreichende Unterbindung von Druckverlust sicherstellt, und dass ferner als eine Länge in Erstreckungsrichtung der Region, in der die einströmzellenseitige Katalysatorschicht in der Trennwand fehlt, eine Länge sichergestellt werden kann, die eine angenommene Ablagerungsdicke bzw. Abscheidungsdicke von Asche überschreitet.
Während die Dicke der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Dicke verwendet werden kann, liegt die Dicke bei einigen Ausführungsformen beispielsweise in einem Bereich von 5 % oder mehr der Dicke der Trennwand. Dies rührt daher, dass die Dicke an der Untergrenze oder mehr dieser Bereiche sicherstellt, dass ein Passieren des Abgases durch den mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitt, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst, effektiv unterbunden wird. Es ist zu beachten, dass die Obergrenze des Bereichs der Dicke der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht zweckmäßig unter Berücksichtigung des Druckverlusts oder dergleichen konfiguriert werden kann.
Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht enthält üblicherweise die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der die Katalysatormetallpartikel trägt. Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht ist beispielsweise ein poröser, gesinterter Körper eines Trägers mit einem Katalysator, der die Katalysatormetallpartikel trägt.
Während ein Material der Katalysatormetallpartikel nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Material verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Material ein Edelmetall, wie beispielsweise Rhodium (Rh), Palladium (Pd) und Platin (Pt). Das Material der Katalysatormetallpartikel kann ein Metall oder zwei oder mehr Metalle sein oder es kann eine Legierung sein, das zwei oder mehr Metalle enthält. Das Material der Katalysatormetallpartikel ist bei einigen Ausführungsformen mindestens eine Art Pd, Pt oder dergleichen.
Während ein mittlerer Korndurchmesser der Katalysatormetallpartikel nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnlicher mittlerer Korndurchmesser verwendet werden kann, liegt der mittlerer Korndurchmesser bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 0,1 nm oder mehr und 20 nm oder weniger. Dies rührt daher, dass es der mittlere Korndurchmesser an der Obergrenze oder weniger des Bereichs erlaubt, eine Kontaktfläche mit dem Abgas zu erhöhen. Es ist zu beachten, dass unter dem mittleren Korndurchmesser der Katalysatormetallpartikel zum Beispiel ein Mittelwert gemeint ist, der anhand von Korndurchmessern erhalten wird, die mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) gemessen werden.
Während ein Gehalt der Katalysatormetallpartikel nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnlicher Gehalt verwendet werden kann, unterscheidet sich der Gehalt abhängig von dem Material der Katalysatormetallpartikel. Zum Beispiel wenn das Material Pd, Pt oder Rh ist, liegt der Gehalt bei einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von 0,05 g oder mehr und 5 g oder weniger pro Liter des wabenförmigen Substrats. Dies rührt daher, dass es der Gehalt an der Untergrenze oder mehr des Bereichs erlaubt, eine ausreichende katalytische Wirkung zu erzielen, und der Gehalt an der Obergrenze oder weniger des Bereichs ist hinsichtlich eines Kostenaspekts vorteilhaft, wobei gleichzeitig unterbunden wird, dass es bei den Katalysatormetallpartikeln zu einem Kornwachstum kommt. Hier ist „der Gehalt der Katalysatormetallpartikel pro Liter eines Volumens des Substrats“ als ein Wert zu verstehen, der errechnet wird, indem eine Masse der Katalysatormetallpartikel, die in der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten sind, durch ein Volumen eines Teils in Axialrichtung des wabenförmigen Substrats dividiert wird, wobei der Teil in Axialrichtung des wabenförmigen Substrats die Axiallänge aufweist, welche der Länge in der Erstreckungsrichtung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht entspricht.
Ein Material des Trägers ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein gewöhnliches Material verwendet werden. Beispiele für das Material umfassen ein Metalloxid, wie beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Cerdioxid (CeO₂), Siliciumdioxid (SiO₂), Magnesiumoxid (MgO) und Titandioxid (TiO₂) oder beispielsweise eine feste Lösung dieser Substanzen wie beispielsweise ein Mischoxid aus Cerdioxid-Zirkoniumdioxid (CeO₂-ZrO₂). Das Material des Trägers kann eines, zwei oder mehrere dieser Substanzarten umfassen. Das Material des Trägers ist bei einigen Ausführungsformen mindestens eine Art Aluminiumoxid, ein Cerdioxid-Zirkoniumdioxid-Mischoxid oder dergleichen.
Während eine Form des Trägers nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Form verwendet werden kann, ist die Form bei einigen Ausführungsformen pulverförmig. Dies rührt daher, dass eine noch größere spezifische Oberfläche sichergestellt werden kann. Während ein mittlerer Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers nicht speziell beschränkt ist, liegt der mittlere Korndurchmesser bei einigen Ausführungsformen beispielsweise in einem Bereich von 0,01 µm oder mehr und 20 µm oder weniger. Dies rührt daher, dass es der mittlere Korndurchmesser an der Untergrenze oder mehr des Bereichs erlaubt, eine ausreichende Wärmebeständigkeit zu erzielen, und der mittlere Korndurchmesser an der Obergrenze oder weniger des Bereichs eine ausreichende Dispergierbarkeit der Katalysatormetallpartikel sicherstellt, wodurch die effektiv verbesserte Reinigungsleistung sichergestellt wird. Es ist zu beachten, dass unter „mittlerer Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers“ ein mittlerer Korndurchmesser zu verstehen ist, der beispielsweise durch Laserbeugungs-/-streuungsverfahren erzielt wird.
Während ein Massenverhältnis der Katalysatormetallpartikel zu einer Gesamtmasse der Katalysatormetallpartikel und dem Träger nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Massenverhältnis verwendet werden kann, liegt das Massenverhältnis bei einigen Ausführungsformen beispielsweise in einem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr und 10 Massen-% oder weniger. Dies rührt daher, dass das Massenverhältnis an der Untergrenze oder mehr des Bereichs es erlaubt, die ausreichende katalytische Wirkung zu erzielen, und das Massenverhältnis an der Obergrenze oder weniger des Bereichs ist hinsichtlich eines Kostenaspekts vorteilhaft, wobei gleichzeitig unterbunden wird, dass es bei den Katalysatormetallpartikeln zu Kornwachstum kommt.
Während ein Verfahren, um den Träger zu veranlassen, die Katalysatormetallpartikel zu tragen, nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem ein Träger in eine wässrige Lösung eingetaucht wird, die Katalysatormetallsalz (zum Beispiel Nitrat) oder einen katalytischen Metallkomplex (zum Beispiel einen Tetraamminkomplex) enthält, und der Träger dann getrocknet und gebrannt wird.
Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht kann, zusätzlich zu den Katalysatormetallpartikeln und dem Träger, einen Promoter enthalten, der die Katalysatormetallpartikel nicht trägt. Während der Promoter nicht speziell beschränkt ist und ein gewöhnlicher Promoter verwendet werden kann, umfassen Beispiele für den Promoter Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und ein Cerdioxid-Zirkoniumdioxid-Mischoxid. Während eine Form des Promoters nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Form verwendet werden kann, ist die Form bei einigen Ausführungsformen pulverförmig. Während ein Massenverhältnis des Promoters zu einer Gesamtmasse der Katalysatormetallpartikel, dem Träger und dem Promoter nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Massenverhältnis verwendet werden kann, liegt das Massenverhältnis bei einigen Ausführungsformen beispielsweise in einem Bereich von 30 Massen-% oder mehr und 80 Massen-% oder weniger.
Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht kann eine einzelne Katalysatorschicht sein oder sie kann einen Teil umfassen, in dem eine Mehrzahl unterschiedlicher Katalysatorschichten gestapelt ist. Beispiele für eine, die den Teil umfasst, in dem die Mehrzahl unterschiedlicher Katalysatorschichten gestapelt sind, umfassen eine, bei der eine Mehrzahl von Katalysatorschichten, die unterschiedliche Katalysatormetallpartikel enthalten, gestapelt sind, und eine, bei der eine Mehrzahl von Katalysatorschichten, die unterschiedliche Längen in Erstreckungsrichtung aufweisen, gestapelt sind. Insbesondere werden beispielsweise eine, bei der eine Katalysatorschicht, die Katalysatormetallpartikel enthält, für die Palladium (Pd) verwendet werden, und eine Katalysatorschicht, die Katalysatormetallpartikel enthält, für die Rhodium (Rh) verwendet werden, der Reihe nach gestapelt, indem ihre Aufschlämmungen an unterschiedlichen Längen in einer Richtung entlang einer Ebene auf der Oberfläche der Trennwand zugeführt werden.
Während eine Dichte der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, liegt die Dichte bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 30 g/L oder mehr und 250 g/L oder weniger. Dies rührt daher, dass die Dichte an der Untergrenze oder mehr des Bereichs sicherstellt, dass die Reinigungsleistung effektiv verbessert wird. Dies rührt daher, dass die Dichte an der Obergrenze oder weniger des Bereichs sicherstellt, dass der Druckverlust effektiv unterbunden wird. Es ist zu beachten, dass „die Dichte der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht“ als ein Wert zu verstehen ist, der errechnet wird, indem eine Gesamtmasse der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht durch das Volumen eines Teils in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats dividiert wird, wobei der Teil in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats die Axiallänge aufweist, welche der Länge in der Erstreckungsrichtung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht entspricht.
Während ein Verfahren zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht speziell beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem eine Aufschlämmung auf die Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand zugeführt wird und die Aufschlämmung dann getrocknet und gebrannt wird.
Die Aufschlämmung enthält die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der in der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten ist. Zusätzlich zu den Katalysatormetallpartikeln und dem Träger kann die Aufschlämmung auf geeignete Weise jeden beliebigen Bestandteil enthalten, wie beispielsweise ein Sauerstoffaufnahme-/-freisetzungsmaterial, ein Bindemittel und eine Beimengung. Ein mittlerer Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers, der in der Aufschlämmung oder dergleichen enthalten ist, kann zweckmäßig derart angepasst werden, dass die Aufschlämmung nicht in das Innere der Trennwand eindringt.
Während ein Verfahren zur Zuführung der Aufschlämmung auf die Oberfläche der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem das wabenförmige Substrat in die Aufschlämmung von der Seite der einströmseitigen Endoberfläche her eingetaucht wird und das wabenförmige Substrat aus der Aufschlämmung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne herausgenommen wird. Dieses Verfahren kann einen Druck auf die Ausströmzellen von der Seite des Ausströmseitenendes her aufbringen, um eine Druckdifferenz zwischen den Ausströmzellen und den Einströmzellen zu erzeugen, um zu verhindern, dass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt. Alternativ kann zum Beispiel eine Eigenschaft, wie beispielsweise eine Konzentration des Feststoffgehalts und eine Viskosität der Aufschlämmung, auf geeignete Weise angepasst werden, um zu verhindern, dass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt.
Während eine Trocknungsbedingung in dem Verfahren, bei dem die Aufschlämmung auf die Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand zugeführt wird und die Aufschlämmung dann getrocknet und gebrannt wird, nicht besonders beschränkt ist, ist die Trocknungsbedingung bei einigen Ausführungsform zum Beispiel eine Bedingung, bei der die Aufschlämmung bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 80 °C oder mehr und 300 °C oder weniger für eine Zeitspanne innerhalb eines Bereichs von einer Stunde oder mehr und 10 Stunden oder weniger getrocknet wird; allerdings ist dies von der Form und der Größe des wabenförmigen Substrats oder dem Träger abhängig. Während eine Brennbedingung nicht besonders beschränkt ist, ist die Brennbedingung bei einigen Ausführungsformen beispielsweise eine Bedingung, bei der ein Brennen bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 400 °C oder mehr und 1000 °C oder weniger für eine Zeitspanne innerhalb eines Bereichs von einer Stunde oder mehr und vier Stunden oder weniger durchgeführt wird.
Es ist zu beachten, dass Eigenschaften, wie beispielsweise die Dicke und Porosität der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht durch die Eigenschaften der Aufschlämmung, eine Menge an zugeführter Aufschlämmung, die Trocknungsbedingung, die Brennbedingung oder dergleichen angepasst werden können.
Abgasreinigungsvorrichtung
Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst ein wabenförmiges Substrat und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht. Die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Region von der Position in der Nähe des Ausströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende der Trennwand umfasst, ist höher als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst.
Hier ist unter „dem ausströmseitigen Trennwandabschnitt“ konkret der Trennwandabschnitt zu verstehen, der mindestens die ausströmseitige Region der Trennwand umfasst. Angesichts dessen kann der ausströmseitige Trennwandabschnitt nur die ausströmseitige Region der Trennwand umfassen, wie der ausströmseitige Trennwandabschnitt des ersten Beispiels, oder er kann die ausströmseitige Region der Trennwand und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht umfassen, die sich in der ausströmseitigen Region befindet, wie der ausströmseitige Trennwandabschnitt des zweiten Beispiels. Zudem ist unter dem „mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitt“ speziell der Trennwandabschnitt zu verstehen, der mindestens einen Teil der Ausströmseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich in dem Teil befindet, umfasst. Angesichts dessen kann der mit einem Katalysator versehene Trennwandabschnitt die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfassen, wie der mit einem Katalysator versehene Trennwandabschnitt des ersten Beispiels, oder er kann den überlappenden Teil der einströmzellenseitigen Katalysatorregion und die ausströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand umfassen, und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich in dem überlappenden Teil befinden, wie der zentralseitige Trennwandabschnitt des zweiten Beispiels.
(1) Ausströmzellenseitige Katalysatorschicht
Während die Abgasreinigungsvorrichtung nicht speziell beschränkt ist, kann die Abgasreinigungsvorrichtung ferner die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht umfassen, die sich auf der Oberfläche auf der Ausströmzellenseite oder in der Innenregion auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion von der Position in der Nähe des Einströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende der Trennwand befindet, wie in dem zweiten Beispiel.
Hier ist unter der „Position in der Nähe des Einströmseitenendes“ eine Position in der Nähe des Einströmseitenendes bezüglich des Zentrums in der Erstreckungsrichtung der Trennwand zu verstehen. „Befindet sich auf der Oberfläche auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand“ ist als „befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand auf der Außenseite der Trennwand“ zu verstehen. „Befindet sich in der Innenregion auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand“ ist als „befindet sich in einer Region, die der Ausströmzelle in der ausströmseitigen Region der Trennwand zugewandt ist“ zu verstehen.
Bei der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht vergrößert sich an der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Ausströmzellenseite der Trennwand befindet, ein Bereich, mit dem das Abgas, das in die Ausströmzelle geströmt ist, in Kontakt ist, und die Reinigungsleistung kann effektiv verbessert werden. Unterdessen wird bei der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht, die sich in der Innenregion auf der Ausströmzellenseite der Trennwand befindet, die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts erhöht, der die ausströmseitige Region der Trennwand und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich in der ausströmseitigen Region befindet, umfasst. Bezüglich der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht beschreibt das Nachfolgende separat die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Ausströmzellenseite der Trennwand befindet, und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich in der Innenregion auf der Ausströmzellenseite der Trennwand befindet.
Ausströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Ausströmzellenseite der Trennwand befindet
Während eine Dicke der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Dicke verwendet werden kann, liegt die Dicke bei einigen Ausführungsformen beispielsweise in einem Bereich von 5 % oder mehr der Dicke der Trennwand. Dies rührt daher, dass die Dicke an der Untergrenze oder mehr des Bereichs sicherstellt, dass ein Passieren des Abgases durch den zentralseitigen Trennwandabschnitt, der den überlappenden Teil der einströmzellenseitigen Katalysatorregion und die ausströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand umfasst, und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich in dem überlappenden Teil befinden, effektiv unterbunden wird. Es ist zu beachten, dass die Obergrenze des Bereichs der Dicke der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht zweckmäßig unter Berücksichtigung des Druckverlusts oder dergleichen konfiguriert werden kann.
Die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht enthält üblicherweise die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der die Katalysatormetallpartikel trägt. Die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht ist beispielsweise ein poröser, gesinterter Körper eines Trägers, in dem ein Katalysator die Katalysatormetallpartikel trägt.
Da das Material der Katalysatormetallpartikel jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, mit Ausnahme der Tatsache, dass bei einigen Ausführungsformen Rhodium (Rh) oder dergleichen verwendet wird, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da ein mittlerer Korndurchmesser der Katalysatormetallpartikel jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet.
Während ein Gehalt der Katalysatormetallpartikel nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnlicher Gehalt verwendet werden kann, unterscheidet sich der Gehalt abhängig von dem Material der Katalysatormetallpartikel. Zum Beispiel wenn, das Material Rh, Pd oder Pt ist, liegt der Gehalt bei einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von 0,01 g oder mehr und 2 g oder weniger pro Liter des wabenförmigen Substrats. Dies rührt daher, dass es der Gehalt an der Untergrenze oder mehr des Bereichs erlaubt, eine ausreichende katalytische Wirkung zu erzielen, und der Gehalt an der Obergrenze oder weniger des Bereichs ist hinsichtlich eines Kostenaspekts vorteilhaft, wobei gleichzeitig unterbunden wird, dass es bei den Katalysatormetallpartikeln zu einem Kornwachstum kommt. Hier ist „der Gehalt der Katalysatormetallpartikel pro Liter eines Volumens des Substrats“ als Wert zu verstehen, der errechnet wird, indem eine Masse der Katalysatormetallpartikel, die in der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten sind, durch ein Volumen eines Teils in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats dividiert wird, wobei der Teil in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats die Axiallänge aufweist, welche der Länge in der Erstreckungsrichtung der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht entspricht.
Da das Material und die Form des Trägers sowie der mittlere Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers jenen der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da das Massenverhältnis der Katalysatormetallpartikel zu der Gesamtmasse der Katalysatormetallpartikel und des Trägers jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da ein Verfahren, das den Träger veranlasst, die Katalysatormetallpartikel zu tragen, jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Ähnlich zu der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht, kann die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht den Promoter enthalten.
Während eine Dichte der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, liegt die Dichte bei einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von 30 g/L oder mehr und 250 g/L oder weniger. Dies rührt daher, dass die Dichte an der Untergrenze oder mehr des Bereichs sicherstellt, dass die Reinigungsleistung effektiv verbessert wird. Dies rührt daher, dass die Dichte an der Obergrenze oder weniger des Bereichs sicherstellt, dass der Druckverlust effektiv unterbunden wird. Es ist zu beachten, dass „die Dichte der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht“ als ein Wert zu verstehen ist, der errechnet wird, indem eine Gesamtmasse der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht durch das Volumen eines Teils in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats dividiert wird, wobei der Teil in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats die Axiallänge aufweist, welche der Länge in der Erstreckungsrichtung der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht entspricht.
Während ein Verfahren zur Ausbildung der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht speziell beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem eine Aufschlämmung auf die Oberfläche auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand zugeführt wird und die Aufschlämmung dann getrocknet und gebrannt wird.
Mit Ausnahme von der Tatsache, dass die Aufschlämmung die Katalysatormetallpartikel und den Träger enthält, der in der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet, da die Aufschlämmung jener des Verfahrens zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist.
Während ein Verfahren zur Zuführung der Aufschlämmung auf die Oberfläche auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem das wabenförmige Substrat von der Seite der ausströmseitigen Endoberfläche her in die Aufschlämmung eingetaucht wird und das wabenförmige Substrat nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne aus der Aufschlämmung herausgenommen wird. Dieses Verfahren kann einen Druck auf die Einströmzellen von der Seite der Einströmseite her aufbringen, um eine Druckdifferenz zwischen den Einströmzellen und den Ausströmzellen zu erzeugen, um zu verhindern, dass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt. Alternativ kann eine Eigenschaft, wie beispielsweise eine Konzentration eines Feststoffgehalts und eine Viskosität der Aufschlämmung auf geeignete Weise angepasst werden, um zu verhindern, dass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt. Da die Trocknungsbedingung und die Brennbedingung jenen des Verfahrens zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Es ist zu beachten, dass Eigenschaften, wie beispielsweise die Dicke und Porosität der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht, durch die Eigenschaften der Aufschlämmung, eine Menge an zugeführter Aufschlämmung, die Trocknungsbedingung, die Brennbedingung oder dergleichen angepasst werden können.
Ausströmzellenseitige Katalysatorschicht, die sich in der Innenregion der Ausströmzellenseite der Trennwand befindet
Während eine Dicke der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Dicke verwendet werden kann, liegt die Dicke bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 50 % oder mehr und 100 % oder weniger der Dicke der Trennwand. Dies rührt daher, dass es die Dicke an der Untergrenze oder mehr des Bereichs erlaubt, eine Kontaktfrequenz des Abgases und der Katalysatorschicht sicherzustellen, während das Abgas die Trennwand passiert.
Die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht enthält üblicherweise die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der die Katalysatormetallpartikel trägt. Zum Beispiel wird die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht gebildet, indem ein Träger angeordnet wird, bei dem ein Katalysator die Katalysatormetallpartikel in den Poren innerhalb der Trennwand trägt.
Da das Material der Katalysatormetallpartikel jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, mit Ausnahme der Tatsache, dass bei einigen Ausführungsformen Rhodium (Rh) oder dergleichen verwendet wird, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da ein mittlerer Korndurchmesser der Katalysatormetallpartikel jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet.
Während ein Gehalt der Katalysatormetallpartikel nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnlicher Gehalt verwendet werden kann, unterscheidet sich der Gehalt abhängig von dem Material der Katalysatormetallpartikel. Zum Beispiel wenn, das Material Rh, Pd oder Pt ist, liegt der Gehalt bei einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von 0,01 g oder mehr und 2 g oder weniger pro Liter des wabenförmigen Substrats. Dies rührt daher, dass es der Gehalt an der Untergrenze oder mehr des Bereichs erlaubt, eine ausreichende katalytische Wirkung zu erzielen, und der Gehalt an der Obergrenze oder weniger des Bereichs ist hinsichtlich eines Kostenaspekts vorteilhaft, wobei gleichzeitig unterbunden wird, dass es bei den Katalysatormetallpartikeln zu einem Kornwachstum kommt. Hier ist „der Gehalt der Katalysatormetallpartikel pro Liter eines Volumens des Substrats“ als Wert zu verstehen, der jenem der Katalysatormetallpartikel ähnlich ist, die in der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten sind, die sich auf der Oberfläche auf der Ausströmzellenseite der Trennwand befindet.
Da das Material und die Form des Trägers sowie der mittlere Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers jenen der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da das Massenverhältnis der Katalysatormetallpartikel zu der Gesamtmasse der Katalysatormetallpartikel und des Trägers jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da ein Verfahren, das den Träger veranlasst, die Katalysatormetallpartikel zu tragen, jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Ähnlich zu der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht, kann die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht den Promoter enthalten.
Während eine Dichte der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, liegt die Dichte bei einigen Ausführungsformen innerhalb eines Bereichs von 30 g/L oder mehr und 150 g/L oder weniger. Dies rührt daher, dass die Dichte an der Untergrenze oder mehr des Bereichs sicherstellt, dass die Reinigungsleistung effektiv verbessert wird. Dies rührt daher, dass die Dichte an der Obergrenze oder weniger des Bereichs sicherstellt, dass der Druckverlust effektiv unterbunden wird.
Während das Verfahren zur Ausbildung der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht nicht speziell beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem eine Aufschlämmung an die Innenregion auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand zugeführt wird und die Aufschlämmung dann getrocknet und gebrannt wird.
Da das Verfahren dem Verfahren zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, mit Ausnahme von der Tatsache, dass die Aufschlämmung die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der in der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten ist, enthält, und, zum Beispiel, dass der mittlere Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers, der in der Aufschlämmung umfasst ist, auf geeignete Weise angepasst werden kann, sodass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eintritt, wird hier auf die Beschreibung verzichtet.
Während ein Verfahren zur Zuführung der Aufschlämmung an die Innenregion der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem das wabenförmige Substrat von der Seite der ausströmseitigen Endoberfläche her in die Aufschlämmung eingetaucht wird und das wabenförmige Substrat nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne aus der Aufschlämmung herausgenommen wird. Dieses Verfahren kann eine Eigenschaft auf geeignete Weise anpassen, wie beispielsweise eine Konzentration des Feststoffgehalts und die Viskosität der Aufschlämmung, sodass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt. Da die Trocknungsbedingung und die Brennbedingung jenen des Verfahrens zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Es ist zu beachten, dass die Eigenschaften, wie beispielsweise die Dicke und Porosität der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht, durch die Eigenschaften der Aufschlämmung, eine Menge an zugeführter Aufschlämmung, die Trocknungsbedingung, die Brennbedingung oder dergleichen angepasst werden können.
(2) Sonstige
Wenn die Abgasreinigungsvorrichtung ferner die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst, wie in dem zweiten Beispiel, enthalten die Katalysatormetallpartikel, die in der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten sind, mindestens eine Art von Palladium (Pd) und Platin (Pt), und die Katalysatormetallpartikel, die in der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten sind, enthalten bei einigen Ausführungsformen Rhodium (Rh). Dies liegt daran, dass, nachdem der Kohlenwasserstoff (HC), der in dem Abgas enthalten ist, durch die Katalysatormetallpartikel, die in der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten sind, effektiv entfernt wurde, das Abgas die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht berührt, und so eine Vergiftung des Rhodiums (Rh), das in den Katalysatormetallpartikeln enthalten ist, die in der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht enthalten sind, durch den Kohlenwasserstoff (HC) unterbunden werden kann.
Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst ferner üblicherweise den Dichtungsabschnitt, der ein Ausströmseitenende der Einströmzelle und das Einströmseitenende der Ausströmzelle abdichtet.
II. Zweite Ausführungsform
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst ferner eine ausströmseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite oder in der Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand befindet. Ein Merkmal der Abgasreinigungsvorrichtung ist, dass eine Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Region der Trennwand und die ausströmseitige Katalysatorschicht umfasst, höher ist als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts.
Zuerst beschreibt das Nachfolgende eine Übersicht über die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit Beispielen. 4 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil auf einer Querschnittsfläche parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines dritten Beispiels gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
Wie in 4 dargestellt, umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des dritten Beispiels ferner eine ausströmseitige Katalysatorschicht 22 zusätzlich zu dem wabenförmigen Substrat 10, dem Dichtungsabschnitt 16 und der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20, welche jenen der Abgasreinigungsvorrichtung des ersten Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen. Die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 enthält Katalysatormetallpartikel, die mindestens eine Art von (nicht dargestelltem) Palladium (Pd) und Platin (Pt) enthalten, und einen Träger (nicht dargestellt), der die Katalysatormetallpartikel trägt. Die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 befindet sich auf der Oberfläche 14SA auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region 14Xb der Trennwand 14. Die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 weist eine Porosität desselben Ausmaßes wie die einströmzellenseitige Katalysatorschicht auf und ist dünner als die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20. Entsprechend ist bei der Abgasreinigungsvorrichtung 1 des dritten Beispiels die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, welcher die ausströmseitige Region 14Xb der Trennwand 14 und die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 umfasst, höher als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion 14Xa der Trennwand 14 und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 umfasst.
Wie in 1 dargestellt, strömt daher, wenn das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des dritten Beispiels passiert, wie in 4 dargestellt, das Abgas ungefähr ähnlich wie in dem Fall, in dem das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung des ersten Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform passiert. Es ist zu beachten, dass anders als in dem Fall, in dem das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung des ersten Beispiels passiert, das Abgas die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 passiert, wenn es den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passiert.
5 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Hauptteil einer Querschnittsfläche parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Zelle in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines vierten Beispiels gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
Wie in 5 dargestellt, umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des vierten Beispiels die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30, die sich von jener der Abgasreinigungsvorrichtung des zweiten Beispiels unterscheidet, und umfasst ferner die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 zusätzlich zu dem wabenförmigen Substrat 10, dem Dichtungsabschnitt 16 und der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20, die jenen der Abgasreinigungsvorrichtung des zweiten Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen. Die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 enthält Katalysatormetallpartikel (nicht dargestellt), die Rhodium (Rh) enthalten, und einen Träger (nicht dargestellt), der die Katalysatormetallpartikel trägt. Die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 befindet sich in einer Innenregion 14NB auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Yb der Trennwand 14. Zudem enthält die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 Katalysatormetallpartikel, die mindestens eine Art von (nicht dargestelltem) Palladium (Pd) und Platin (Pt) enthalten, und einen Träger (nicht dargestellt), der die Katalysatormetallpartikel trägt. Die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 befindet sich in einer Innenregion 14NA auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region 14Xb der Trennwand 14. Die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 befindet sich auf einer Oberfläche, welche die Poren innerhalb der Trennwand 14 umgibt, ohne die Poren innerhalb der Trennwand 14 zu verschließen.
Die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 befinden sich jeweils auf der Oberfläche 14SA auf der Einströmzellenseite und in der Innenregion NB auf der Ausströmzellenseite in dem überlappenden Teil der einströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Xa und der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Yb der Trennwand 14. Dagegen befinden sich die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 jeweils in der Innenregion 14NA auf der Einströmzellenseite und in der Innenregion 14NB auf der Ausströmzellenseite in der ausströmseitigen Region 14Xb der Trennwand 14, und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 befindet sich auf der Oberfläche 14SA auf der Einströmzellenseite in der einströmseitigen Region 14Ya der Trennwand 14.
Entsprechend ist bei der Abgasreinigungsvorrichtung 1 des vierten Beispiels die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 umfasst, die sich in der ausströmseitigen Region 14Xb befinden, und die ausströmseitige Region 14Xb der Trennwand 14 umfasst, höher als jene des zentralseitigen Trennwandabschnitts (mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts), der den überlappenden Teil der einströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Xa und der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion 14Yb der Trennwand umfasst, und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30, die sich in dem überlappenden Teil befinden. Die Gasdurchlässigkeit des einströmseitigen Trennwandabschnitts, der die einströmseitige Region 14Ya der Trennwand 14 und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20, die sich in der einströmseitigen Region 14Ya befindet, umfasst, ist ebenfalls höher als jene des zentralseitigen Trennwandabschnitts.
Wie in 1 dargestellt, strömt daher, wenn das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des vierten Beispiels passiert, wie in 5 dargestellt, das Abgas ungefähr ähnlich wie in dem Fall, in dem das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung des zweiten Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform passiert. Es ist zu beachten, dass anders als in dem Fall, in dem das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung des zweiten Beispiels passiert, das Abgas die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 passiert, wenn es den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passiert.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in dem dritten Beispiel und dem vierten Beispiel, umfasst ferner, zusätzlich zu der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand befindet, die ausströmseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite oder in der Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand befindet. Die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Region der Trennwand und die ausströmseitige Katalysatorschicht umfasst, ist höher als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform stellt dies sicher, dass eine Druckverlusterhöhung unterbunden wird, sowie die verbesserte Reinigungsleistung. Es ist zu beachten, dass, anders als bei der ersten Ausführungsform, da das Abgas die ausströmseitige Katalysatorschicht passiert, wenn es den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passiert, die Reinigungsleistung effektiv verbessert werden kann.
Dies liegt daran, dass eine Dichte der ausströmseitigen Katalysatorschicht derart konfiguriert werden kann, dass sie geringer ist als jene der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht, und so können Kosten für den Katalysator verringert werden. Ferner kann das Abgas, das in die Einströmzelle geströmt ist, hauptsächlich den ausströmseitige Trennwandabschnitt passieren, wo sich die ausströmseitige Katalysatorschicht befindet, deren Dichte geringer ist als jene der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht, wodurch sichergestellt wird, dass die PM in dem Abgas auf einfache Weise in den Poren der Trennwand gesammelt werden.
Von den Abgasreinigungsvorrichtungen gemäß der zweiten Ausführungsform kann ferner jene Abgasreinigungsvorrichtung, die nicht die Katalysatorschicht auf der Ausströmzellenseite der Trennwand umfasst, wie in dem dritten Beispiel, effektiv den Druckverlust ähnlich wie in der ersten Ausführungsform unterbinden. Zudem kann jene Abgasreinigungsvorrichtung, die ferner die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst, die sich auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand befindet, wie in dem vierten Beispiel, die Reinigungsleistung ähnlich wie die erste Ausführungsform effektiv verbessern.
Nachfolgend beschreibt das Folgende jeweilige Konfigurationen der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform im Detail.
Ausströmseitige Katalysatorschicht
Die ausströmseitige Katalysatorschicht befindet sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region oder in der Innenregion auf der Einströmzellenseite der Trennwand.
Hier bedeutet „befindet sich auf der Oberfläche der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand“ „befindet sich in Kontakt mit der Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand auf der Außenseite der Trennwand.“ „Befindet sich in der Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand“ ist als „befindet sich in einer Region, die der Einströmzelle in der ausströmseitigen Region der Trennwand zugewandt ist“ zu verstehen.
Bezüglich der ausströmseitigen Katalysatorschicht beschreibt das Nachfolgende gesondert die ausströmseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite der Trennwand befindet, wie die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 in dem dritten Beispiel, und die ausströmseitige Katalysatorschicht, die sich in der Innenregion auf der Einströmzellenseite der Trennwand befindet, wie die ausströmseitige Katalysatorschicht 22 des vierten Beispiels.
Ausströmseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite der Trennwand befindet
Während die ausströmseitige Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, solange die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts höher ist als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, umfassen Beispiele der ausströmseitigen Katalysatorschicht eine, die eine Porosität im gleichen Ausmaß aufweist wie die einströmzellenseitige Katalysatorschicht und dünner ist als die einströmzellenseitige Katalysatorschicht. Es ist zu beachten, dass die ausströmseitige Katalysatorschicht, die die Porosität des gleichen Ausmaßes aufweist wie die einströmzellenseitige Katalysatorschicht und dicker ist als die einströmzellenseitige Katalysatorschicht, zum Beispiel unter den gleichen Bedingungen gebildet wird, wie jenen der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht, außer, dass eine Menge zugeführter Aufschlämmung pro Flächeneinheit verringert ist und die Porosität der ausströmseitigen Katalysatorschicht in einem Bereich von ±10 % der Porosität der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht liegt.
Während eine Dicke der ausströmseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, solange die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts höher ist als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, liegt die Dicke der ausströmseitigen Katalysatorschicht bei einigen Ausführungsformen beispielsweise in einem Bereich von 5 % oder mehr der Dicke der Trennwand. Dies rührt daher, dass es die Dicke an der Untergrenze oder mehr des Bereichs erlaubt, eine Abgasreinigungstätigkeit sicherzustellen, wenn das Abgas parallel zu der Trennwand strömt.
Die ausströmseitige Katalysatorschicht enthält üblicherweise die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der die Katalysatormetallpartikel trägt. Die ausströmseitige Katalysatorschicht ist beispielsweise ein poröser, gesinterter Körper eines Trägers, in dem ein Katalysator die Katalysatormetallpartikel trägt.
Da das Material und der mittlere Korndurchmesser der Katalysatormetallpartikel jenen der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Ein Gehalt der Katalysatormetallpartikel ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein gewöhnlicher Gehalt verwendet werden.
Da das Material und die Form des Trägers sowie der mittlere Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers jenen der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da das Massenverhältnis der Katalysatormetallpartikel zu der Gesamtmasse der Katalysatormetallpartikel und des Trägers jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da ein Verfahren, das den Träger veranlasst, die Katalysatormetallpartikel zu tragen, jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Die ausströmseitige Katalysatorschicht kann den Promoter ähnlich wie die einströmzellenseitige Katalysatorschicht enthalten.
Während eine Dichte der ausströmseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, ist die Dichte üblicherweise niedriger als jene der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht. Es ist zu beachten, dass „die Dichte der ausströmseitigen Katalysatorschicht“ als Wert zu verstehen ist, der errechnet wird, indem eine Gesamtmasse der ausströmseitigen Katalysatorschicht durch das Volumen eines Teils in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats dividiert wird, wobei der Teil in der Axialrichtung des wabenförmigen Substrats die Axiallänge aufweist, welche der Länge in der Erstreckungsrichtung der ausströmseitigen Katalysatorschicht entspricht.
Während ein Verfahren zur Ausbildung der ausströmseitigen Katalysatorschicht nicht speziell beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem eine Aufschlämmung auf die Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand zugeführt wird und die Aufschlämmung dann getrocknet und gebrannt wird.
Mit Ausnahme von der Tatsache, dass die Aufschlämmung die Katalysatormetallpartikel und den Träger enthält, der in der ausströmseitigen Katalysatorschicht enthalten ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet, da die Aufschlämmung jener des Verfahrens zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist.
Während ein Verfahren zur Zuführung der Aufschlämmung auf die Oberfläche auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem das wabenförmige Substrat in die Aufschlämmung von der Seite der einströmseitigen Endoberfläche her eingetaucht wird und das wabenförmige Substrat aus der Aufschlämmung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne herausgenommen wird. Dieses Verfahren kann einen Druck auf die Ausströmzellen von der Seite des Ausströmseitenendes her aufbringen, um eine Druckdifferenz zwischen den Ausströmzellen und den Einströmzellen zu erzeugen, um zu verhindern, dass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt. Alternativ kann zum Beispiel eine Eigenschaft, wie beispielsweise eine Konzentration des Feststoffgehalts und eine Viskosität der Aufschlämmung, auf geeignete Weise angepasst werden, um zu verhindern, dass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt. Da die Trocknungsbedingung und die Brennbedingung jenen des Verfahrens zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Es ist zu beachten, dass Eigenschaften, wie beispielsweise die Dicke und die Porosität der ausströmseitigen Katalysatorschicht durch die Eigenschaften der Aufschlämmung, eine Menge an zugeführter Aufschlämmung, die Trocknungsbedingung, die Brennbedingung oder dergleichen angepasst werden können.
Ausströmseitige Katalysatorschicht, die sich in der Innenregion der Einströmzellenseite der Trennwand befindet
Während die ausströmseitige Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, solange die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts höher ist als jene des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, umfassen Beispiele für die ausströmseitige Katalysatorschicht eine, bei der sich diese auf einer Oberfläche befindet, die die Poren innerhalb der Trennwand umgibt, ohne die Poren in der Trennwand zu verschließen.
Während eine Dicke der ausströmseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist und eine gewöhnliche Dicke verwendet werden kann, liegt die Dicke bei einigen Ausführungsformen beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 50 % oder mehr und 100 % oder weniger der Dicke der Trennwand. Dies rührt daher, dass es die Dicke an der Untergrenze oder mehr des Bereichs erlaubt, eine Kontaktfrequenz des Abgases und der Katalysatorschicht sicherzustellen, während das Abgas die Trennwand passiert.
Die ausströmseitige Katalysatorschicht enthält die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der die Katalysatormetallpartikel trägt. Zum Beispiel wird die ausströmseitige Katalysatorschicht gebildet durch Anordnen eines Trägers mit einem Katalysator, der die Katalysatormetallpartikel trägt, in den Poren innerhalb der Trennwand.
Da das Material und der mittlere Korndurchmesser der Katalysatormetallpartikel jenen der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Ein Gehalt der Katalysatormetallpartikel ist nicht besonders beschränkt, und es kann ein gewöhnlicher Gehalt verwendet werden.
Da das Material und die Form des Trägers sowie der mittlere Korndurchmesser des pulverförmigen Trägers jenen der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da das Massenverhältnis der Katalysatormetallpartikel zu der Gesamtmasse der Katalysatormetallpartikel und des Trägers jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Da ein Verfahren, das den Träger veranlasst, die Katalysatormetallpartikel zu tragen, jenem der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Die ausströmseitige Katalysatorschicht kann den Promoter ähnlich wie die einströmzellenseitige Katalysatorschicht enthalten. Während eine Dichte der ausströmseitigen Katalysatorschicht nicht besonders beschränkt ist, ist die Dichte üblicherweise niedriger als jene der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht.
Während ein Verfahren zur Ausbildung der ausströmseitigen Katalysatorschicht nicht speziell beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem eine Aufschlämmung der Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand zugeführt wird und die Aufschlämmung dann getrocknet und gebrannt wird.
Da die Aufschlämmung jener des Verfahrens zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich ist, mit Ausnahme von der Tatsache, dass die Aufschlämmung die Katalysatormetallpartikel und den Träger, der in der ausströmseitigen Katalysatorschicht enthalten ist, enthält, und dass der mittlere Korndurchmesser usw. des pulverförmigen Trägers, der in der Aufschlämmung enthalten ist, auf geeignete Weise angepasst werden kann, sodass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eintritt, wird hier auf die Beschreibung verzichtet.
Während das Verfahren zur Zuführung der Aufschlämmung zu der Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand nicht besonders beschränkt ist und ein gewöhnliches Verfahren verwendet werden kann, umfassen Beispiele für das Verfahren ein Verfahren, bei dem das wabenförmige Substrat von der Seite der einströmseitigen Endoberfläche her in die Aufschlämmung eingetaucht wird und das wabenförmige Substrat nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne aus der Aufschlämmung herausgenommen wird. Dieses Verfahren kann eine Eigenschaft auf geeignete Weise anpassen, wie beispielsweise eine Konzentration des Feststoffgehalts und die Viskosität der Aufschlämmung, sodass die Aufschlämmung in das Innere der Trennwand eindringt. Da die Trocknungsbedingung und die Brennbedingung jenen des Verfahrens zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Es ist zu beachten, dass Eigenschaften, wie beispielsweise die Dicke und die Porosität der ausströmseitigen Katalysatorschicht durch die Eigenschaften der Aufschlämmung, eine Menge an zugeführter Aufschlämmung, die Trocknungsbedingung, die Brennbedingung oder dergleichen angepasst werden können.
Sonstige
Da das wabenförmige Substrat und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Während die Abgasreinigungsvorrichtung nicht speziell beschränkt ist, kann die Abgasreinigungsvorrichtung ferner die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht umfassen, die sich auf der Oberfläche der Ausströmzellenseite oder in der Innenregion auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion von der Position in der Nähe des Einströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende der Trennwand befindet, wie in dem vierten Beispiel. Da die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht und die Abgasreinigungsvorrichtung, die ferner die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst, jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird hier auf die Beschreibung verzichtet. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst ferner üblicherweise den Dichtungsabschnitt, ähnlich wie jener der ersten Ausführungsform.
Beispiele
Das Nachfolgende beschreibt insbesondere die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mit dem Beispiel und den Referenzbeispielen genauer.
Beispiel
Zur Einschätzung eines Einflusses der Länge in der Erstreckungsrichtung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform auf einen Druckverlust mittels Simulation, die später beschrieben ist, wurde ein Rechenmodell der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform vorbereitet. Eine Konfiguration des Rechenmodells ist wie folgt.
Form des wabenförmigen Substrats: zylindrische Form
Größe des wabenförmigen Substrats: Außendurchmesser: 129 mm × Axiallänge: 150 mm
Zelldichte: 300 Zellen pro Quadratzoll
Dicke der Trennwand: 200 µm
Länge in der Erstreckungsrichtung des Dichtungsabschnitts: 4 % der Länge der Erstreckungsrichtung der Trennwand
Abgasdurchlässigkeit: Fr-Abschnitt (mit einem Katalysator versehener Trennwandabschnitt) = 1E - 14, Rr-Abschnitt (Rr portion, rear portion) (ausströmseitiger Trennwandabschnitt) = 1E - 13
Einlassgastemperatur: 300 K
Gasströmungsrate: 7 m³/min
Einfluss der Länge in der Erstreckungsrichtung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht auf den Druckverlust
Durch Simulationen wurde ein Einfluss einer Länge einer Fr-Beschichtung in dem Rechenmodell des Beispiels (ein Verhältnis der Länge in der Erstreckungsrichtung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht zu der Länge in der Erstreckungsrichtung der Trennwand) auf den Druckverlust evaluiert. Die Bedingungen für die Simulation waren wie folgt.
Analyseverfahren: Abgasnachbehandlungssimulation
Verwendete Software: Axisuite, hergestellt von Exothermia
Komponente: Axitrap
6 ist ein Graph, der den Druckverlust relativ zu der Länge der Fr-Beschichtung in dem Rechenmodell des Beispiels darstellt. Wie in 6 dargestellt, stieg eine Anstiegsempfindlichkeit (increase sensitivity) des Druckverlusts, wenn die Länge der Fr-Beschichtung (das Verhältnis der Länge in der Erstreckungsrichtung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht zu der Länge in der Erstreckungsrichtung der Trennwand) mehr als 80 % erreichte.
Referenzbeispiel 1-1
7A ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Versuchsobjekt der Abgasreinigungsvorrichtung darstellt, das in einem Referenzbeispiel 1-1 hergestellt wurde.
In dem Referenzbeispiel 1-1 wurde, wie in 7A dargestellt, ein Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt, die das wabenförmige Substrat 10, den Dichtungsabschnitt 16, die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 und die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 umfasst.
Insbesondere wurde zuerst ein OPF vorbereitet, der mit keinem Katalysator beschichtet wurde und der das wabenförmige Substrat 10, gefertigt aus Cordierit mit einer Axiallänge von 80 mm, umfasste, in dem ein zylindrisch geformter Rahmenabschnitt (nicht dargestellt) sowie die Trennwand 14, die einen Raum in dem Rahmenabschnitt in Wabenform unterteilte, integral ausgestattet wurden, und der den Dichtungsabschnitt 16 mit der Länge von 4 mm in der Erstreckungsrichtung umfasste. Bei dem OPF wurde nur das Einströmseitenende 12Ba der Ausströmzelle 12B durch den Dichtungsabschnitt 16 abgedichtet.
Als nächstes wurde ein Träger mit Katalysator, der Rhodium (Rh) auf einem pulverförmigen Träger trägt, mit Lösungsmittel vermischt, um eine Aufschlämmung zur Ausbildung einer einströmzellenseitigen Katalysatorschicht vorzubereiten.
Als nächstes, nachdem die Aufschlämmung zur Ausbildung der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht der Innenregion auf der Einströmzellenseite in der einströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand 14 in dem OPF zugeführt wurde, wurde der OPF getrocknet und gebrannt. So wurde die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 mit der Länge in der Erstreckungsrichtung von 7/10 der Trennwand, einer Dicke von 50 % der Trennwand und einem Rhodium(Rh)-Gehalt pro Liter eines Substratvolumens von 0,3 g/L gebildet.
Als nächstes wurde ein Träger mit Katalysator, der Palladium (Pd) auf einem pulverförmigen Träger trägt, mit Lösungsmittel vermischt, um eine Aufschlämmung zur Ausbildung einer ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht vorzubereiten.
Als nächstes, nachdem die Aufschlämmung zur Ausbildung der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht der Innenregion auf der Ausströmzellenseite in der ausströmzellenseitigen Katalysatorregion der Trennwand 14 in dem OPF zugeführt wurde, wurde der OPF getrocknet und gebrannt. So wurde die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 mit der Länge in der Erstreckungsrichtung von 7/10 der Trennwand, einer Dicke von 50 % der Trennwand und einem Palladium(Pd)-Gehalt pro Liter eines Substratvolumens von 0,6 g/L gebildet. In dieser Hinsicht wurde die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 derart ausgestattet, dass sie die folgende Bedingung erfüllt: Dichte der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20 > Dichte der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht 30. Das Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung wurde wie oben beschrieben hergestellt.
Referenzbeispiel 1-2
Es wurde das Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt, welches jenem des Referenzbeispiels 1-1 entspricht, außer, dass das wabenförmige Substrat 10 eine Axiallänge von 122 mm aufweist.
Referenzbeispiel 1-3
Es wurde das Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt, welches jenem des Referenzbeispiels 1-1 entspricht, außer, dass das wabenförmige Substrat 10 eine Axiallänge von 150 mm aufweist.
Referenzbeispiel 2-1
7B ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Versuchsobjekt der Abgasreinigungsvorrichtung darstellt, das in einem Referenzbeispiel 2-1 hergestellt wurde.
Wie in 7B dargestellt, wurde in Referenzbeispiel 2-1 das Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt, welches jenem des Referenzbeispiels 1-1 entspricht, außer, dass sowohl das Einströmseitenende 12Ba der Ausströmzelle 12B als auch das Ausströmseitenende 12Ab der Einströmzelle 12A durch den Dichtungsabschnitt 16 abgedichtet wurden.
Referenzbeispiel 2-2
Es wurde das Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt, welches jenem des Referenzbeispiels 2-1 entspricht, außer, dass das wabenförmige Substrat 10 die Axiallänge von 122 mm aufweist.
Referenzbeispiel 2-3
Es wurde das Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung hergestellt, welches jenem des Referenzbeispiels 2-1 entspricht, außer, dass das wabenförmige Substrat 10 die Axiallänge von 150 mm aufweist.
Vergleich der Reinigungsleistung der Abgasreinigungsvorrichtung
Das Versuchsobjekt 1S der Abgasreinigungsvorrichtung von jedem Referenzbeispiel wurde auf einer Modell-Gasuntersuchungseinrichtung angebracht, und es wurde bei jeder Einlassgastemperatur des Abgases eine NOx-Reinigungsrate erhalten. Insbesondere wenn das Abgas von der einströmseitigen Endoberfläche 10Sa bei einer Strömungsrate von 80 L/min eingeströmt wurde, während die Einlassgastemperatur von 150 °C um eine Temperaturerhöhungsrate von 20 °C/Min erhöht wurde, und das Abgas aus der ausströmseitigen Endoberfläche 10Sb ausgeströmt wurde, wurden die NOx-Reinigungsraten aus NOx-Konzentrationseinstellwerten des Einlassgases bei den jeweiligen Einlassgastemperaturen und Messwerten der NOx-Konzentrationen auf der Auslassseite erhalten.
8A ist ein Graph, der die NOx-Reinigungsraten bei den jeweiligen Einlassgastemperaturen in den Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 1-1 bis 1-3 darstellt. 8B dagegen ist ein Graph, der NOx-Reinigungsraten bei jeweiligen Einlassgastemperaturen in den Abgasreinigungsvorrichtungen der Referenzbeispiele 2-1 bis 2-3 darstellt.
Wie in den 8A und 8B dargestellt, werden zum Beispiel bei der Einlassgastemperatur von 250 °C die NOx-Reinigungsraten in den Referenzbeispielen 1-1 bis 1-3 jeweils höher als jene der Referenzbeispiele 2-1 bis 2-3. Gleiches gilt für die anderen Einlassgastemperaturen. Es ist denkbar, dass dies aus dem folgenden Grund auftrat. Bei den Versuchsobjekten 1S der Referenzbeispiele 1-1 bis 1-3, strömte, wie durch den Pfeil in 7A angegeben, fast das gesamte Abgas, das in die Einströmzelle 12A geströmt ist, nach oben zu dem Ausströmseitenende 12Ab, während es in Kontakt mit der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20 war. Bei den Versuchsobjekten 1S der Referenzbeispiele 2-1 bis 2-3 dagegen passierte, wie in 7B durch einen Pfeil angegeben, nachdem ein Teil des in die Einströmzelle 12A geströmten Abgases, während es mit der einströmzellenseitigen Katalysatorschicht 20 in Kontakt war, nach oben zu dem ausströmseitigen Trennwandabschnitt strömte, wo die einströmzellenseitige Katalysatorschicht 20 fehlte, der Teil des Abgases den ausströmseitigen Trennwandabschnitt passiert, um in die Ausströmzelle 12B zu strömen. Nachdem der andere Teil des Abgases den einströmseitigen Trennwandabschnitt passierte, wo die ausströmzellenseitige Katalysatorschicht 30 fehlte, um in die Ausströmzelle 12B zu strömen, strömte das Abgas nach oben zu dem Ausströmseitenende 12Bb, während es mit der ausströmzellenseitigen Katalysatorschicht 30 in Kontakt war.
Reaktionszeit des Abgases auf der Oberfläche von und in der Trennwand in der Abgasreinigungsvorrichtung
9 ist eine Zeichnung, die schematisch eine Versuchsvorrichtung darstellt, welche die Reaktionszeiten des Abgases auf der Oberfläche von und innerhalb der Trennwand in der Abgasreinigungsvorrichtung untersucht.
Die Versuchsvorrichtung war ein OPF, der mit keinem Katalysator beschichtet wurde und der ein wabenförmiges Substrat, gefertigt aus Cordierit mit der Axiallänge von 122 mm, umfasste, in dem ein zylindrisch geformter Rahmenabschnitt sowie eine Trennwand, die einen Raum innerhalb des Rahmenabschnitts in Wabenform unterteilte, integral ausgestattet wurden, und der einen Dichtungsabschnitt mit einer Länge in der Erstreckungsrichtung von 4 mm umfasste, und es wurden Thermoelemente mit einem Katalysator an dem OPF angebracht. In der Versuchsvorrichtung wurden sowohl das Einströmseitenende der Ausströmzelle als auch das Ausströmseitenende der Einströmzelle von dem Dichtungsabschnitt abgedichtet. Die jeweiligen Thermoelemente mit Katalysatoren wurden an den jeweiligen Positionen um 19 mm, 47 mm, 75 mm und 103 mm in der Erstreckungsrichtung von dem Einströmseitenende entfernt in der Einströmzelle und der Ausströmzelle angebracht.
Um die Reaktionszeiten des Abgases auf der Oberfläche von und in der Trennwand zu untersuchen, maß die in 9 dargestellte Versuchsvorrichtung eine Zeitspanne ab einem Einströmungsstart des Abgases bis die jeweiligen Thermoelemente mit den Katalysatoren, die in der Einströmzelle und der Ausströmzelle angebracht waren, begannen, Wärme zu erzeugen (nachfolgend kurz als „Wärmeerzeugungsstartzeit“ bezeichnet), wenn das Abgas von der einströmseitigen Endoberfläche mit einer Strömungsrate von 30 g/s bei der Einlassgastemperatur von 400 °C eingeströmt wurde und von der ausströmseitigen Endoberfläche nach außen geströmt wurde. 10 ist ein Graph, der die Wärmeerzeugungsstartzeiten der jeweiligen Thermoelemente mit den Katalysatoren, die in der Einströmzelle und der Ausströmzelle in der in 9 dargestellten Versuchsvorrichtung angebracht sind, darstellt.
Wie ausgehend von der Wärmeerzeugungsstartzeit der jeweiligen Thermoelemente mit den Katalysatoren, in 10 dargestellt, festgestellt wurde, betrug eine Zeitspanne gleich der Reaktionszeit des Abgases auf der Oberfläche der Trennwand (eine Zeitspanne, in der sich das Abgas in der Einströmzelle (Ausströmzelle) von dem Einströmseitenende zu dem Ausströmseitenende bewegte) ungefähr 0,1 Sekunden. Dagegen war eine Zeitspanne gleich der Reaktionszeit des Abgases in der Trennwand (eine erforderliche Zeitspanne, damit das in die Einströmzelle eingeströmte Abgas die Trennwand passierte und in die Ausströmzelle strömte) extrem kurz mit etwa 1/10.
Während die Ausführungsformen der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung oben detailliert beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann verschiedenen Änderungen hinsichtlich der Konstruktion unterzogen werden, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den Ansprüchen beschrieben ist.
Bezugszeichenliste

1: Abgasreinigungsvorrichtung
10: wabenförmiges Substrat
10Sa: einströmseitige Endoberfläche des wabenförmigen Substrats
10Sb: ausströmseitige Endoberfläche des wabenförmigen Substrats
12: Zelle
12A: Einströmzelle
12Aa: Einströmseitenende der Einströmzelle
12Ab: Ausströmseitenende der Einströmzelle
12B: Ausströmzelle
12Ba: Einströmseitenende der Ausströmzelle
12Bb: Ausströmseitenende der Ausströmzelle
14: Trennwand
14a: Einströmseitenende der Trennwand
14y: Position in der Nähe des Einströmseitenendes der Trennwand
14b: Ausströmseitenende der Trennwand
14x: Position in der Nähe des Ausströmseitenendes der Trennwand
14Xa: einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand
14Xb: ausströmseitige Region der Trennwand
14Ya: einströmseitige Region der Trennwand
14Yb: ausströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand
14SA: Oberfläche auf der Einströmzellenseite der Trennwand
14NA: Innenregion auf der Einströmzellenseite der Trennwand
14SB: Oberfläche auf der Ausströmzellenseite der Trennwand
14NB: Innenregion auf der Ausströmzellenseite der Trennwand
16: Dichtungsabschnitt
20: Einströmzellenseitige Katalysatorschicht
22: Ausströmseitige Katalysatorschicht
30: Ausströmzellenseitige Katalysatorschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000282852 A [0005]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung aufweisend: ein wabenförmiges Substrat; und eine einströmzellenseitige Katalysatorschicht, wobei das wabenförmige Substrat eine poröse Trennwand umfasst, wobei die poröse Trennwand eine Mehrzahl von Zellen definiert, die sich von einer einströmseitigen Endoberfläche zu einer ausströmseitigen Endoberfläche erstrecken, wobei die Mehrzahl von Zellen Einströmzellen und Ausströmzellen umfasst, die zueinander benachbart sind, wobei die Trennwand zwischen den Einströmzellen und den Ausströmzellen eingefügt ist, wobei die Einströmzellen offene Einströmseitenenden und abgedichtete Ausströmseitenenden aufweisen, wobei die Ausströmzellen abgedichtete Einströmseitenenden und offene Ausströmseitenenden aufweisen, wobei sich die einströmzellenseitige Katalysatorschicht auf einer Oberfläche auf der Einströmzellenseite in einer einströmzellenseitigen Katalysatorregion von einem Einströmseitenende bis zu einer Position in der Nähe eines Ausströmseitenendes der Trennwand befindet, und wobei eine Gasdurchlässigkeit eines ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der eine ausströmseitige Region von der Position in der Nähe des Ausströmseitenendes bis zu dem Ausströmseitenende der Trennwand umfasst, höher ist als eine Gasdurchlässigkeit eines mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts, der die einströmzellenseitige Katalysatorregion der Trennwand und die einströmzellenseitige Katalysatorschicht umfasst.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Katalysatorschicht auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite oder in einer Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand fehlt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine ausströmseitige Katalysatorschicht, die sich auf der Oberfläche auf der Einströmzellenseite oder in einer Innenregion auf der Einströmzellenseite in der ausströmseitigen Region der Trennwand befindet, wobei die Gasdurchlässigkeit des ausströmseitigen Trennwandabschnitts, der die ausströmseitige Region der Trennwand und die ausströmseitige Katalysatorschicht umfasst, höher ist als die Gasdurchlässigkeit des mit einem Katalysator versehenen Trennwandabschnitts.