DE112014001824B4 - Katalytischer Wandler - Google Patents

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Abstract

Katalytischer Wandler, aufweisend:ein Substrat (1) mit einem Zellenaufbau, der von einem Mittelbereich (1A), der eine höchste Zellendichte hat, einem Randbereich (IC), der eine niedrigste Zellendichte hat, und einem Zwischenbereich (1B) gebildet wird, der zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich angeordnet ist und eine Zellendichte zwischen der Zellendichte des Mittelbereichs und der Zellendichte des Randbereichs hat;eine erste Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Mittelbereichs (1A) des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen ersten Edelmetallkatalysator enthält;eine zweite Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Zwischenbereichs (1B) des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen zweiten Edelmetallkatalysator enthält; undeine dritte Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Randbereichs (1C) des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen dritten Edelmetallkatalysator enthält;wobeidie erste Katalysatorschicht, die zweite Katalysatorschicht und die dritte Katalysatorschicht jeweils eine Zwei-Schicht-Struktur haben, die eine untere Schicht auf einer Zellenwandseite und eine obere Schicht, die direkt mit dem Abgas in Kontakt gelangt und auf der unteren Schicht ausgebildet ist, umfasst,eine Länge der unteren Schicht der zweiten Katalysatorschicht in Längsrichtung des Substrats länger ist als eine Länge der unteren Schicht der ersten Katalysatorschicht in Längsrichtung;eine Länge der unteren Schicht der dritten Katalysatorschicht in Längsrichtung länger ist als eine Länge der unteren Schicht der zweiten Katalysatorschicht in Längsrichtung; undein Verhältnis der Länge der ersten Katalysatorschicht im Mittelbereich in Längsrichtung zu einer Länge des Substrats in Längsrichtung 65% oder mehr ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen katalytischen Wandler der fest in einem Rohr aufgenommen ist, das ein Abgassystem für Abgas bildet.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • In verschiedenen Industriezweigen wurden auf globaler Ebene verschiedene Anstrengungen unternommen, um Umweltbelastungen zu verringern, wobei insbesondere in der Automobilbranche die Verbreitung von so-genannten öko-freundlichen Fahrzeugen wie Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen aber auch von Benzinmotorfahrzeugen mit einer ausgezeichneter Kraftstoffeffizienz und die Entwicklung zur weiteren Verbesserung der Leistung derartiger Fahrzeuge vorangetrieben wurde.
  • Dabei ist grundsätzlich in einem Abgassystem für Abgas, das eine Fahrzeugmaschine und einen Schalldämpfer miteinander verbindet, ein katalytischer Wandler zum Reinigen von Abgas vorgesehen.
  • Die Maschine stößt umweltschädliche Substanzen wie CO und NOx, sowie unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) oder VOC aus, weshalb, um derart schädliche Substanzen in umweltverträgliche Substanzen umzuwandeln, eine Katalysatorschicht, die aus einem Edelmetallkatalysator wie Palladium oder Platin gebildet ist, an einer Zellenwand eines Substrats ausgebildet ist, das viele Zellen hat. Genauer gesagt sind die Katalysatorschichten auf den Zellenwänden einer Vielzahl von Zellen in eine Längsrichtung des Substrats ausgebildet, die eine Richtung darstellt, in welche das Abgas strömt. Wenn das Abgas durch den katalytischen Wandler mit dem derart ausgebildeten Substrat strömt, wird CO in CO2 umgewandelt, NOx in N2 und O2 umgewandelt und VOC verbrannt, um CO2 und H2O zu erzeugen.
  • Beispielsweise ist bei dem katalytischen Wandler die Zellendichte eines Substrats, das Zellen mit einem wabenförmigen Aufbau hat, üblicherweise einheitlich. Da jedoch die Durchflussmengenverteilung des Abgases in einem Mittelbereich eines Querschnitts des Substrats höher ist, als die in einem Randbereich, besteht das Problem, dass die Katalysatorschicht des gesamten Substrats nicht ausreichend genutzt wird. Unter Berücksichtigung der Durchflussmengenverteilung ist der katalytische Wandler daher derart angepasst, dass er eine höhere Zellendichte im Mittelbereich als im Randbereich des Substrats hat. Daher kann eine Differenz in der Durchflussmengenverteilung im Querschnitt des Substrats spürbar verringert werden, und es ist möglich das Abgas durch effektive Nutzung der Katalysatorschicht des gesamten katalytischen Wandlers zu reinigen.
  • Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2002-177794 A offenbart eine Technologie zum Verbessern der Abgasreinigungsleistung, indem eine Menge des Edelmetallkatalysators, die in einem Mittelbereich (hier: mittlerer Abschnitt) aufgebracht ist bezüglich der Menge, die in einem Randbereich (hier: äußerer Randabschnitt) eines Substrats aufgebracht ist, das eine Wabenstruktur hat, und dessen Zellendichte im gesamten katalytischen Wandler (hier: Katalysatorkorpus) einheitlich ist, variiert wird. Genauer gesagt ist bei einem Katalysatorkorpus die Menge des Katalysators pro Volumeneinheit, die im mittleren Abschnitt aufgebracht ist, in dem eine große Menge Abgas strömt, auf das 1,1-fache oder mehr eingestellt, als die Menge im äußeren Randabschnitt. Jedoch haften dieser Technologie Probleme an wie beispielsweise, dass es schwierig ist, aufgrund der einheitlichen Zellendichte im gesamten Katalysator eine hohe Abgasreinigungsleistung zu erwarten, und dass eine große Menge an Schwefelwasserstoff, die ein Grund für schlechte Gerüche sein kann, in einem Prozess zum Reinigen das Abgases durch Erhöhen der Menge an Edelmetallkatalysator erzeugt wird.
  • Ferner offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2006-281134 A eine Wabenstruktur, bei der die Zellendichte von einem Mittelbereich zu einem äußeren Randbereich verringert wird. Durch das Variieren der Zellendichte im Querschnitt der Wabenstruktur ist es möglich, die Durchflussmengenverteilung des Abgases derart einzustellen, dass diese im Querschnitt der Wabenstruktur so einheitlich wie möglich wird. Es wurde jedoch festgestellt, dass die einfache Einstellung der Durchflussmengenverteilung, dass diese so einheitlich wie möglich ist, indem die Zellendichte wie beschrieben eingestellt wird, nicht zu einer effizienten Verwendung der gesamten Katalysatorschicht, die die Wabenstruktur bildet, während der Reinigung des Abgases führt.
  • Gattungsgemäße katalytische Wandler sind dem Fachmann beispielsweise aus den Druckschriften EP 1 342 889 A1 , JP H10- 244 167 A und DE 199 38 038 A1 bekannt.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von den vorstehend beschriebenen Problemen gemacht und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen katalytischen Wandler zu schaffen, der effektiv den gesamten Katalysator in dem katalytischen Wandler zur Abgasreinigung nutzen kann und somit eine überragende Abgasreinigungsleistung hat.
  • Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch den katalytischen Wandler nach Anspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen katalytischen Wandlers ist Gegenstand des Anspruchs 2.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen katalytischen Wandler, aufweisend: ein Substrat mit einem Zellenaufbau, der von einem Mittelbereich, der die höchste Zellendichte hat, einem Randbereich, der die niedrigste Zellendichte hat, und einem Zwischenbereich gebildet wird, der zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich angeordnet ist und eine Zellendichte zwischen der Zellendichte des Mittelbereichs und der Zellendichte des Randbereichs hat; eine erste Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Mittelbereichs des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen ersten Edelmetallkatalysator enthält; eine zweite Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Zwischenbereichs des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen zweiten Edelmetallkatalysator enthält; und eine dritte Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Randbereichs des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen dritten Edelmetallkatalysator enthält. Dabei haben die erste Katalysatorschicht, die zweite Katalysatorschicht und die dritte Katalysatorschicht jeweils eine Zwei-Schicht-Struktur, die eine untere Schicht auf einer Zellenwandseite und eine obere Schicht, die direkt mit dem Abgas in Kontakt gelangt und auf der unteren Schicht ausgebildet ist, umfasst. Eine Länge der unteren Schicht der zweiten Katalysatorschicht in Längsrichtung des Substrats ist länger als eine Länge der unteren Schicht der ersten Katalysatorschicht in Längsrichtung; eine Länge der unteren Schicht der dritten Katalysatorschicht in Längsrichtung ist länger als eine Länge der unteren Schicht der zweiten Katalysatorschicht in Längsrichtung; und ein Verhältnis der Länge der ersten Katalysatorschicht im Mittelbereich in Längsrichtung zu einer Länge des Substrats in Längsrichtung ist 65% oder mehr. Die „ersten bis dritten Katalysatorschichten“ der vorliegenden Erfindung bezeichnen jeweils den dicksten Abschnitt der gesamten Katalysatorschicht in jedem Bereich. Derselbe Edelmetallkatalysator kann für die ersten bis dritten Edelmetallkatalysatoren verwendet werden.
  • Bei dem katalytischen Wandler der vorliegenden Erfindung ist das Substrat mit einer Anzahl von Zellen beispielsweise aus dem Mittelbereich, dem Zwischenbereich und dem Randbereich ausgestaltet, deren Zellendichten sich voneinander unterscheiden, wobei der Mittelbereich die höchste Zellendichte hat während der Randbereich die niedrigste Zellendichte hat. Es ist dementsprechend möglich, eine Differenz der Durchflussmengenverteilung des Abgases zwischen dem Mittelbereich, dem Zwischenbereich und dem Randbereich im Vergleich zu einem Substrat mit einer einheitlichen Zellendichte zu verringern. Ferner hat, hinsichtlich der Längen der Katalysatorschichten des Mittelbereichs, des Zwischenbereichs und des Randbereichs in Längsrichtung (der Längen, in welche das Abgas im Substrat strömt), der Zwischenbereich die längere Katalysatorschicht als der Mittelbereich und der Randbereich hat die längere Katalysatorschicht als der Zwischenbereich. Daher können die gesamten Katalysatorschichten, welche den katalytischen Wandler bilden, effektiv verwendet werden.
  • Ein Grund für das vorstehend beschriebene ist wie folgt. In einer vertikalen Schnittansicht, in welcher das Substrat entlang eines Querschnitts in Längsrichtung geschnitten ist, steigt, im Vergleich zu einem Substrat, das die einheitliche Zellendichte pro Volumeneinheit hat, eine Menge an Abgas, das in den Randbereich mit der relativ niedrigen Zellendichte fließt in dem Substrat an, dessen Mittelbereich die relativ hohe Zellendichte hat. Hinsichtlich der Länge einer jeden Katalysatorschicht, die auf der Zellenwand in Längsrichtung des Substrats ausgebildet ist (wobei verschiedene Verhältnisse bezüglich der Länge einer jeden Katalysatorschicht in Längsrichtung zur Länge des Substrats in Längsrichtung eingestellt sind), ist es unmöglich, wenn die als Referenz dienende Katalysatorschicht des herkömmlichen Substrats mit der einheitlichen Zellendichte für jede Katalysatorschicht des Substrats mit unterschiedlicher Zellendichte verwendet wird, im Randbereich mit der geringen Zellendichte eine ausreichende Reinigungsleistung aufgrund einer großen Menge an hier strömenden Abgas (die Menge des zu reinigenden Abgases) im Vergleich zu dem herkömmlichen Substrat mit der einheitlichen Zellendichte zu erzielen. Unter Berücksichtigung des vorstehenden sind, zusätzlich dazu, dass die Zellendichte zwischen dem Mittelbereich, dem Zwischenbereich und dem Randbereich variiert wird, die Längen in Längsrichtung der Katalysatorschichten im Zwischenbereich und im Randbereich länger als die im Mittelbereich eingestellt. Als Ergebnis werden die Kontaktbereiche der Katalysatorschichten in dem Zwischenbereich und Randbereich mit dem Abgas erhöht und die Abgasreinigungsleistung wird verbessert.
  • Die Zellendichte eines jedes Bereichs kann derart variiert werden, dass die Zellendichte schrittweise oder kontinuierlich in der Reihenfolge Mittelbereich, Zwischenbereich und Randbereich verringert wird. Zudem können nicht nur ein Zwischenbereich sondern zwei oder mehr Zwischenbereiche vorgesehen sein. Dementsprechend ist die Zahl der Bereiche, die jeweils unterschiedlichen Zelldichten haben, nicht notwendigerweise 3 sondern kann 4 oder mehr sein.
  • Darüber hinaus ist bei dem katalytischen Wandler der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Verhältnisses der Katalysatorschicht das Verhältnis der Länge in Längsrichtung der Katalysatorschicht im Mittelbereich zur Länge in Längsrichtung des Substrats als 65% oder mehr definiert. Da das Verhältnis der Länge der Katalysatorschicht im Mittelbereich zur Länge des Substrats wie vorstehend beschrieben definiert ist, zeigt der katalytische Wandler eine überragende Abgasreinigungsleistung.
  • Die Katalysatorschicht, die in der Zellenwand gebildet ist, hat eine Zwei-Schicht-Struktur mit einer unteren Schicht auf der Zellenwandseite und einer oberen Schicht auf derselben, wobei jede Schicht aus einem oder mehr ausgewählt aus Pd, Pt und Rh als Edelmetallkatalysatoren gebildet ist.
  • Zusätzlich zu den Substraten, die aus Cordierit geformt sind, das ein Verbundoxid aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid umfasst, sowie ein Keramikmaterial aus Siliziumcarbit oder dergleichen, kann das zu verwendende Substrat mit der Zellenstruktur aus einem anderen Material als ein Keramikmaterial, beispielsweise aus einem metallischen Material oder dergleichen gebildet werden. Hinsichtlich des Aufbaus des Substrats kann eine so-genannte Wabenstruktur verwendet werden, die eine Mehrzahl gitterartiger Zellen, beispielsweise in rechteckiger, hexagonaler oder oktagonaler Form umfasst.
  • Ein Verhältnis der Zellendichte des Mittelbereichs zur Zellendichte des Randbereichs kann auf zumindest größer als 1 und höchstens 2 eingestellt sein.
  • Die Grundlage für das Einstellen der oberen und unteren Grenzen des nummerischen Bereichs sind diese, dass, wenn das Verhältnis der Zellendichte 1 oder geringer ist, die Menge des Abgases, das in die Zellen in jedem Bereich strömt, aufgrund der Differenz in der Zellendichte zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich nicht ausreichend gesteuert werden kann, und dass, wenn das Verhältnis der Zellendichte 2 übersteigt, die Menge des Abgases, das in den Randbereich strömt, übermäßig ansteigt und die Reinigungsleistung daher verschlechtert wird.
  • Der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung kann einen Wabenträger aus Cordierit mit einer überragenden Wärmeschockwiderstandsfähigkeit haben, kann jedoch auch ein elektrisch beheizter Wandler (EHC) sein. Bei dem EHC ist beispielsweise ein Paar Elektroden am wabenförmigen Wandler angebracht, wird bestromt, um den wabenförmigen Katalysator zu erwärmen und verstärkt dadurch die Aktivität des wabenförmigen Katalysators, um das durch diesen strömende Abgas zu entgiften. Bei der Anwendung auf ein Abgassystem für das Abgas, das eine Fahrzeugmaschine und einen Schalldämpfer verbindet, kann der EHC das Abgas durch den Katalysator bei normaler Temperatur reinigen. Selbst wenn der Katalysator kalt ist, erwärmt der EHC den Katalysator elektrisch zur Aktivierung, so dass das Abgas gereinigt werden kann.
  • Wie anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist es gemäß dem katalytischen Wandler der vorliegenden Erfindung möglich, einen katalytischen Wandler zu schaffen, der eine überragende Abgasreinigungsleistung bietet.
  • Figurenliste
  • Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung zum Erläutern einer Ausführungsform eines katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung;
    • 2A eine schematische Darstellung zum Darstellen der Länge einer Zellenwand in einem Mittelbereich eines Substrats in Längsrichtung und der Längen einer oberen Schicht und einer unteren Schicht einer Katalysatorschicht mit einer Zwei-Schicht-Struktur in Längsrichtung;
    • 2B eine schematische Darstellung zum Darstellen einer Länge der Zellenwand im Randbereich in Längsrichtung und der Längen der oberen Schicht und der unteren Schicht der Katalysatorschicht mit einer Zwei-Schicht-Struktur in Längsrichtung;
    • 3 einen Graph zum Darstellen einer Durchflussmengenverteilung des Abgases im Substrat mit einer einheitlichen Zellendichte und der in einem Substrat, dessen Zellendichte zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich variiert;
    • 4 einen Graph zum Darstellen eines Ergebnisses eines Experiments, bei dem NOx-Emissionen gemessen werden, wenn die Länge der Katalysatorschicht im Mittelbereich (ein Verhältnis hiervon zu einer Länge des Substrats) 50% ist und die Länge der Katalysatorschicht im Randbereich variiert wird;
    • 5 einen Graph zum Darstellen eines Ergebnisses eines Experiments, bei dem NOx-Emissionen gemessen werden, wenn die Länge der Katalysatorschicht im Mittelbereich (ein Verhältnis hiervon zu einer Länge des Substrats) 65% ist und die Länge der Katalysatorschicht im Randbereich variiert wird;
    • 6 einen Graph zum Darstellen eines Ergebnisses eines Experiments, bei dem NOx-Emissionen gemessen werden, wenn die Länge der Katalysatorschicht im Mittelbereich (ein Verhältnis hiervon zu einer Länge des Substrats) 80% ist und die Länge der Katalysatorschicht im Randbereich variiert wird; und
    • 7 einen Graph zum Darstellen eines Ergebnisses eines Experiments, bei dem NOx-Emissionen gemessen werden, wenn die Längen der Katalysatorschicht im Mittelbereich (ein Verhältnis hiervon zu einer Länge des Substrats) 50%, 65%, 80% und 100% sind und die Länge der Katalysatorschicht im Randbereich variiert wird;
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • (Abgassystem für Abgas) Zunächst wird ein Abgassystem für Abgas, in welchem ein katalytischer Wandler einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, kurz skizziert. Der katalytische Wandler der vorliegenden Erfindung kann bei einem Abgassystem für Abgas verwendet werden, in welchem eine Maschine, der katalytische Wandler, ein Drei-Wege-Katalysator, ein Nebenschalldämpfer und ein Hauptschalldämpfer angeordnet sind und miteinander durch ein Rohr verbunden sind, und in dem Abgas, das in der Maschine erzeugt wird, durch jede Komponente über das Rohr fließt und dann ausgestoßen wird. Nachfolgend wird eine Ausführungsform des katalytischen Wandlers beschrieben.
  • (Ausführungsform des katalytischen Wandlers) 1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Ausführungsform des katalytischen Wandlers der vorliegenden Erfindung, 2A ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Länge einer Zellenwand in einem Mittelbereich eines Substrats in Längsrichtung und der Längen einer oberen Schicht und einer unteren Schicht einer Katalysatorschicht mit einer Zwei-Schicht-Struktur in Längsrichtung, und 2B ist eine schematische Darstellung zum Erläutern der Länge der Zellenwand im Randbereich des Substrats in Längsrichtung und der Längen der oberen Schicht und der unteren Schicht der Katalysatorschicht mit der Zwei-Schicht-Struktur in Längsrichtung. Ein mit der oberen Schicht und der unteren Schicht der Katalysatorschicht in den 2A und 2B ausgestalteter Abschnitt kann als erste und dritte Katalysatorschicht der vorliegenden Erfindung betrachtet werden. Ein Abschnitt, der mit einer oberen Schicht und einer unteren Schicht der Katalysatorschicht in einem Zwischenbereich 1B des Substrats 1 ausgestaltet ist, kann als zweite Katalysatorschicht der vorliegenden Erfindung betrachtet werden. Zusätzlich zeigt 3 die Durchflussmengenverteilung des Abgases in einem Substrat mit einheitlicher Zellendichte und die in einem Substrat, dessen Zellendichte zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich variiert.
  • Ein in 1 gezeigter katalytischer Wandler 10 ist im Wesentlichen aus einem zylindrischen Substrat 1 mit einer Anzahl von Zellen und einer Katalysatorschicht mit einer Zwei-Schicht-Struktur gebildet, die in einer Zellenwand zum Ausbilden der Zellen ausgestaltet ist.
  • Beispiele für das Material des Substrats 1 sind ein Keramikmaterial wie Siliziumcarbid und Cordierit, das ein Verbundoxid aus Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumdioxid umfasst, sowie ein Metallmaterial oder dergleichen. Zudem ist ein Beispiel für einen Träger, der die Katalysatorschicht bildet, die auf der Zellenwand des Substrats ausgebildet ist, ein Oxid, das hauptsächlich zumindest eines von CeO2, ZrO2, Al2O3 aufweist, die poröse Oxide darstellen. Beispielsweise ist der Träger ein Oxid, das eines von Zeroxid (CeO2), Zirkonoxid (ZrO2) und Aluminiumoxid (Al2O3) oder ein Verbundoxid aus zwei oder mehr von Oxiden enthält (beispielsweise eine CeO2-ZrO2-Verbindung, die ein CZ-Material darstellt, oder ein Al2O3-CeO2-ZrO2-Dreifachkompositoxid (ACZ-Material) in welchem Al2O3 als Diffusionsbarriere eingesetzt ist, oder dergleichen).
  • Das Substrat 1 hat eine Wabenstruktur mit einer Anzahl von gitterförmigen Zellen die beispielsweise rechteckig, hexagonal oder oktagonal angeordnet sind, wobei das Abgas durch jede der Zellen (in X1-Richtung) strömt.
  • Das Substrat 1 wird aus drei Bereichen, nämlich einem Mittelbereich 1A mit der höchsten Zellendichte, einem Zwischenbereich 1B mit der zweithöchsten Zellendichte und einem Randbereich 1C mit der niedrigsten Zellendichte gebildet.
  • Nachfolgend wird die Durchflussmengenverteilung des Abgases Bezug nehmend auf 3 beschrieben. Bei der in 3 gezeigten Durchflussmengenverteilung werden zwei Endpunkte eines Durchmessers des Substrats mit einem kreisförmigen Querschnitt auf -1 und 1 bei einem Mittelpunkt bei 0 eingestellt, wobei eine Position zwischen den Endpunkten durch ein Verhältnis zu einem Radius dargestellt ist, und eine Strömungsrate des Abgases an jeder Position durch ein Verhältnis zu einer Strömungsrate derselben in der Mitte des Substrats im katalytischen Wandler bei einem Substrat mit einer einheitlichen Zellendichte dargestellt ist.
  • Wie durch eine gestrichelte Linie in 3 dargestellt ist, ist die Durchflussmengenverteilung des Abgases im Mittelbereich des Querschnitts des Substrats wesentlich höher als im Randbereich des katalytischen Wandlers mit dem Substrat mit einheitlicher Zellendichte. Dies bedingt ein Problem, dass die Katalysatorschicht des gesamten Substrats nicht zufriedenstellend verwendet werden kann. Demgegenüber ist das Substrat 1 aus drei Bereichen mit unterschiedlichen Zellendichten gebildet wie der katalytische Wandler 10 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die Zellendichte des Randbereichs 1C ist relativ niedrig. Dementsprechend kann, wie durch eine durchgezogene Linie in 3 angedeutet ist, eine Differenz der Durchflussmengenverteilung zwischen dem Mittelbereich 1A und dem Zwischenbereich 1B des Substrats, sowie eine Differenz in der Durchflussmengenverteilung zwischen dem Mittelbereich 1A und dem Randbereich 1C deutlich verringert werden. Daher ist es möglich, das Abgas durch effektive Ausnutzung der gesamten Katalysatorschicht im katalytischen Wandler 10 zu reinigen.
  • Darüber hinaus variieren bei dem katalytischen Wandler 10 die Längen der Katalysatorschichten, die jeweils auf der Zellenwand im Randbereich 1C, im Zwischenbereich 1B und im Mittelbereich 1A ausgebildet sind, untereinander.
  • Eine Katalysatorschicht 2A, die auf einer Fläche einer Zellenwand 1Aa des Mittelbereichs 1A in 2A ausgebildet ist, hat eine Zwei-Schicht-Struktur, die eine untere Schicht 2Aa auf der Zellenwand 1Aa und eine auf dieser ausgebildete obere Schicht 2Ab umfasst, die direkt mit dem Abgas in Kontakt steht. Jede der Schichten ist aus einem oder mehr ausgewählt aus Pd, Pt und Rh als Edelmetallkatalysatoren gebildet. In ähnlicher Weise hat eine Katalysatorschicht 2C, die auf einer Fläche einer Zellenwand 1Ca des Randbereichs 1C in 2B ausgebildet ist, eine Zwei-Schicht-Struktur, die eine untere Schicht 2Ca auf der Zellenwand 1Ca und eine auf dieser ausgebildete obere Schicht 2Cb umfasst. Jede der Schichten ist aus einem oder mehr ausgewählt aus Pd, Pt und Rh als Edelmetallkatalysatoren gebildet. Obgleich aus den 2A und 2B ersichtlich ist, dass die obere Schicht 2Ab und die obere Schicht 2Cb die Zellenwand 1Aa und die Zellenwand 1Ca in stromabwärtigen Bereichen jeweils nicht berühren, berühren diese tatsächlich die Zellenwand 1Aa und 1Ca.
  • Wenn eine Länge des Substrats 1 in Längsrichtung (eine Richtung, in die das Abgas strömt) auf t1 eingestellt ist, sind auch die Längen der Zellenwände 1Aa, 1Ca t1. Während die Längen der oberen Schichten 2Ab, 2Cb der Katalysatorschichten 2A, 2C t1 sind, sind die Längen der unteren Schichten 2Aa, 2Ca der Katalysatorschichten 2A, 2C jeweils t2 und t3, wobei eine Beziehung t1 > t3 > t2 gilt.
  • Obgleich dies nicht dargestellt ist, ist hinsichtlich einer Länge der Katalysatorschicht im Zwischenbereich eine obere der beiden Schichten derart eingestellt, dass sie eine Länge t1 hat, die gleich der Längen der oberen Schichten 2Ab, 2Cb der Katalysatorschichten 2A, 2C ist, während eine untere derart eingestellt ist, dass sie eine Länge zwischen t2 und t3 hat (beispielsweise die Hälfte der Länge der Summe von t2 und t3), die jeweils die Längen der unteren Schichten 2Aa, 2Ca der Katalysatorschichten 2A und 2C darstellen.
  • Wie eben beschrieben wurde, ist zusätzlich dazu, dass die Zellendichten zwischen dem Mittelbereich 1A, dem Zwischenbereich 1B und dem Randbereich 1C variieren, die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Zwischenbereich länger eingestellt als die der unteren Schicht 2Aa der Katalysatorschicht 2A im Randbereich 1A, und ferner ist die Länge in Längsrichtung der unteren Schicht 2Ca der Katalysatorschicht 2C im Randbereich 1C länger eingestellt als die der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Zwischenbereich. Dementsprechend kann eine vorzügliche Abgasreinigungsleistung des katalytischen Wandlers 10 erwartet werden.
  • Ferner ist hinsichtlich der Länge in Längsrichtung der Katalysatorschicht des Mittelbereichs ein Verhältnis der Länge in Längsrichtung zur Gesamtlänge des Substrats vorzugsweise auf 65% oder mehr eingestellt. Bezüglich der Zellendichte ist die Zellendichte des Mittelbereichs 1A vorzugsweise auf zumindest größer als die Zellendichte des Randbereichs 1C und höchstens das Doppelte der Zellendichte desselben eingestellt. Der Grund für das Einstellen der oberen und unteren Grenzen auf die nummerischen Werte ist, dass, wenn das Verhältnis der Zellendichte 1 oder niedriger ist, die Menge des Abgases, das in die Zellen in jedem Bereich strömt, aufgrund der Differenz der Zellendichte zwischen dem Mittelbereich 1A und dem Randbereich 1C nicht ausreichend gesteuert werden kann, und dass, wenn das Verhältnis der Zellendichte 2 übersteigt, die Menge des in den Randbereich 1C strömenden Abgases übermäßig wird und die Abgasreinigungsleistung daher abnimmt.
  • Anstelle der Zwei-Schicht-Struktur aus den 2A und 2B kann die Katalysatorschicht eine Struktur mit drei oder mehr Schichten haben. Zudem kann der Zwischenbereich 1B in zwei oder mehr Bereiche in radiale Richtung unterteilt sein.
  • [Experiment zum Messen von NOx-Emissionen, wenn die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich (das Verhältnis hiervon zur Länge des Substrats) konstant eingestellt ist und die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich variiert wird, und Ergebnisse des Experiments]
  • Die Erfinder haben ein Experiment durchgeführt, um die NOx-Emissionen zu messen, indem sie Substrate mit der Wabenstruktur für Beispiele bzw. Referenzbeispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8, die nachfolgend beschrieben werden, vorbereitet haben, wobei die Längen der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich (das Verhältnis hiervon zur Länge des Substrats) auf 50%, 65%, 80% und 100% definiert wurden, und die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich (das Verhältnis hiervon zur Länge des Substrats) variiert wurde. Die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Zwischenbereich wurde auf die Hälfte der Länge der Summe der Längen der unteren Schichten der Katalysatorschichten im Mittelbereich und im Randbereich eingestellt. Nachfolgend werden die Konfigurationen der Wabenstrukturen 1 und 2, die bei diesem Experiment zur Anwendung kamen, und die Spezifikationen der Beispiele bzw. Referenzbeispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 in einer Tabelle 1 dargestellt.
  • (Konfiguration von Wabenstruktur 1) Ein Substrat aus Cordierit mit der Wabenstruktur wurde durch Extrusionsformen vorbereitet und die Zellendichte hiervon wurde zwischen dem Mittelbereich, dem Zwischenbereich und dem Randbereich variiert. Hinsichtlich der Größe der Wabenstruktur war ein Durchmesser eines kreisförmigen Querschnitts senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases φ 103 mm, die Länge t1 in Längsrichtung war 105 mm, die Zellendichte des Randbereichs mit der niedrigsten Zellendichte war 400 cpsi (62/cm2), die Zellendichte des Zwischenbereichs mit der zweit niedrigsten Zellendichte war 500 cpsi (78/cm2), die Zellendichte des Mittelbereichs mit der höchsten Zellendichte war 600 cpsi (93/cm2) und die Gitterform einer jeden Zelle war rechteckig. Ferner hatte jede Katalysatorschicht die Zwei-Schicht-Struktur, wobei die untere Schicht eine Pt-Schicht mit einer Auftragmenge von 0,1 g/L war und die obere Schicht eine Rh-Schicht mit einer Auftragmenge von 0,3 g/L war. Hinsichtlich der Länge einer jeden Katalysatorschicht war die Länge der oberen Schicht gleich der des Substrats (das Verhältnis hiervon zur Länge t1 des Substrats ist 100%), während die Länge der unteren Schicht mehrfach pro Bereich variiert wurde.
  • (Konfiguration der Wabenstruktur 2) Es gibt keinen Unterschied zum Mittelbereich, Zwischenbereich und Randbereich und die Zellendichte des gesamten Querschnitts ist einheitlich 400 cpsi. [Tabelle 1]
    Wabenstruktur Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich (Verhältnis zur Länge des Substrats) (%) Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich (Verhältnis zur Länge des Substrats) (%)
    Vergleichsbeispiel 1 1 50 50
    Vergleichsbeispiel 2 1 50 65
    Vergleichsbeispiel 3 1 50 80
    Vergleichsbeispiel 4 1 50 95
    Vergleichsbeispiel 5 1 65 50
    Referenzbeispiel 1 1 65 65
    Beispiel 2 1 65 80
    Beispiel 3 1 65 95
    Vergleichsbeispiel 6 1 80 65
    Referenzbeispiel 4 1 80 80
    Beispiel 5 1 80 95
    Vergleichsbeispiel 7 2 80 80
    Referenzbeispiel 6 1 100 100
    Vergleichsbeispiel 8 1 100 80
  • (Experimentierverfahren) Ein Haltbarkeitstest wurde durch Betreiben einer aktuellen Maschine für 50 Stunden in 1-Minuten-Zyklen zur Regelung, Kraftstoffabschaltung und fett/mager-Steuerung bei einer Katalysatorbetttemperatur von 950°C durchgeführt. Als Verfahren zum Bewerten der Reinigungsleistung wurde die NOx-Emission der aktuellen Maschine gemessen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) von der Magerseite (15,1) zur fetten Seite (14,1) umgekehrt wurde und die fette Atmosphäre beibehalten wurde.
  • (Ergebnisse der Experimente) Die Ergebnisse der Experimente sind in den 4 bis 7 dargestellt.
  • Die NOx-Emissionen im Vergleichsbeispiel 1, Vergleichsbeispiel 5 und Vergleichsbeispiel 4 werden jeweils als Referenzwerte der Messwerte in den 4, 5 und 6 verwendet, und die Verhältnisse zu den Referenzwerten sind in den jeweiligen Graphen dargestellt. Ferner ist in 7, welche die Ergebnisse konsolidiert, das Messergebnis des Vergleichsbeispiels 7, in welchem die Spezifikation des Zellenquerschnitts einheitlich ist, als Referenzwert eingestellt, und das Verhältnis des Messergebnisses eines jeden Beispiels bzw. Referenzbeispiels und jedes Vergleichsbeispiels zum Referenzwert wird dargestellt.
  • Aus jeder dieser Zeichnungen ist ersichtlich, dass die NOx-Emission verringert wird, wenn die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich bezüglich der Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich verlängert wird.
  • Die Reduktion der NOx-Emission ist insbesondere auffällig, wenn die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich 65% oder mehr ist.
  • Es kann ferner gesehen werden, dass die Verringerung der NOx-Emission ebenso bemerkenswert ist, wenn die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich gleich oder länger als die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich ist (die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Zwischenbereich ist natürlich gleich oder länger als die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich und ist gleich oder kürzer als die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich), wenn das Verhältnis der Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich in jedem dieser Fälle 65%, 80% und 100% ist.
  • Anhand der Ergebnisse der Experimente kann gesehen werden, dass die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich auf vorzugsweise 65% oder mehr eingestellt wird. Es kann auch gesehen werden, dass die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich vorzugsweise gleich oder länger als die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich eingestellt wird. Insbesondere wird die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Randbereich vorzugsweise gleich oder länger als die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Zwischenbereich eingestellt, und die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Zwischenbereich ist vorzugsweise gleich oder länger als die Länge der unteren Schicht der Katalysatorschicht im Mittelbereich.
  • Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde im Detail Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. Die bestimmte Konfiguration ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise kann die obere Schicht der Katalysatorschicht verkürzt werden, während die untere Schicht verlängert werden kann.

Claims (2)

  1. Katalytischer Wandler, aufweisend: ein Substrat (1) mit einem Zellenaufbau, der von einem Mittelbereich (1A), der eine höchste Zellendichte hat, einem Randbereich (IC), der eine niedrigste Zellendichte hat, und einem Zwischenbereich (1B) gebildet wird, der zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich angeordnet ist und eine Zellendichte zwischen der Zellendichte des Mittelbereichs und der Zellendichte des Randbereichs hat; eine erste Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Mittelbereichs (1A) des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen ersten Edelmetallkatalysator enthält; eine zweite Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Zwischenbereichs (1B) des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen zweiten Edelmetallkatalysator enthält; und eine dritte Katalysatorschicht, die auf einer Zellenwand des Randbereichs (1C) des Substrats ausgebildet ist und eines oder mehrere von Pd, Pt und Rh als einen dritten Edelmetallkatalysator enthält; wobei die erste Katalysatorschicht, die zweite Katalysatorschicht und die dritte Katalysatorschicht jeweils eine Zwei-Schicht-Struktur haben, die eine untere Schicht auf einer Zellenwandseite und eine obere Schicht, die direkt mit dem Abgas in Kontakt gelangt und auf der unteren Schicht ausgebildet ist, umfasst, eine Länge der unteren Schicht der zweiten Katalysatorschicht in Längsrichtung des Substrats länger ist als eine Länge der unteren Schicht der ersten Katalysatorschicht in Längsrichtung; eine Länge der unteren Schicht der dritten Katalysatorschicht in Längsrichtung länger ist als eine Länge der unteren Schicht der zweiten Katalysatorschicht in Längsrichtung; und ein Verhältnis der Länge der ersten Katalysatorschicht im Mittelbereich in Längsrichtung zu einer Länge des Substrats in Längsrichtung 65% oder mehr ist.
  2. Katalytischer Wandler nach Anspruch 1, wobei: ein Verhältnis der Zellendichte des Mittelbereichs (1A) zur Zellendichte des Randbereichs (1C) zumindest größer als 1 und höchstens 2 ist.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5757297B2 (ja) 2013-01-23 2015-07-29 トヨタ自動車株式会社 触媒コンバーター
JP5958567B2 (ja) 2014-03-05 2016-08-02 株式会社デンソー ハニカム構造体
JP6142830B2 (ja) * 2014-03-20 2017-06-07 株式会社デンソー ハニカム構造体及びハニカム構造体の設計方法
JP6587565B2 (ja) * 2016-03-17 2019-10-09 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP6620049B2 (ja) * 2016-03-25 2019-12-11 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
EP3488927B1 (de) * 2016-07-20 2020-03-04 Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. Katalysator zur reinigung von abgasen aus einem verbrennungsmotor, und abgasreinigungsverfahren unter verwendung des besagten katalysators
WO2019191354A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Corning Incorporated Honeycomb bodies with varying cell densities and extrusion dies for the manufacture thereof
JP2020040004A (ja) * 2018-09-07 2020-03-19 いすゞ自動車株式会社 パティキュレートフィルタ及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10244167A (ja) * 1997-03-06 1998-09-14 Hino Motors Ltd 排気ガス浄化用触媒構造体
DE19938038A1 (de) 1998-09-14 2000-05-04 Ford Global Tech Inc Abgasbehandlungsvorrichtung mit variierender Zelldichte
JP2002177794A (ja) 2000-09-29 2002-06-25 Denso Corp セラミック触媒体およびセラミック担体
EP1342889A1 (de) 2002-01-14 2003-09-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, mit einem katalytischen Abgaskonverter
JP2006281134A (ja) 2005-04-01 2006-10-19 Ngk Insulators Ltd ハニカム構造体

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5499090A (en) * 1978-01-23 1979-08-04 Nissan Motor Co Ltd Monolithic catalyst structure and production thereof
US5108685A (en) * 1990-12-17 1992-04-28 Corning Incorporated Method and apparatus for forming an article with multi-cellular densities and/or geometries
JP3526084B2 (ja) 1993-12-28 2004-05-10 日本碍子株式会社 排ガス浄化用吸着・触媒体、吸着体、排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法
US20010026838A1 (en) * 1996-06-21 2001-10-04 Engelhard Corporation Monolithic catalysts and related process for manufacture
JPH1043603A (ja) * 1996-08-02 1998-02-17 Nissan Motor Co Ltd 自動車排気ガス浄化用触媒構造体およびその製造方法
JP3503101B2 (ja) 1996-12-19 2004-03-02 株式会社豊田中央研究所 排ガス浄化用触媒
WO2003086579A1 (fr) * 2002-03-29 2003-10-23 Ibiden Co., Ltd. Filtre en ceramique et unite de decontamination de gaz d'echappement
JP3795871B2 (ja) * 2003-03-20 2006-07-12 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒システム
JP2005131551A (ja) 2003-10-30 2005-05-26 Toyota Motor Corp 排ガス浄化用触媒
JP4969865B2 (ja) * 2006-02-15 2012-07-04 新日本製鐵株式会社 排気ガス浄化装置
JP2007216165A (ja) * 2006-02-17 2007-08-30 Ngk Insulators Ltd ハニカムフィルタ
JP5090673B2 (ja) 2006-06-13 2012-12-05 トヨタ自動車株式会社 触媒用ハニカム担体とそれを用いた排ガス浄化用触媒
JP2008018370A (ja) * 2006-07-14 2008-01-31 Denso Corp セラミック触媒体
JP4751917B2 (ja) 2008-06-30 2011-08-17 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化用触媒
US8524185B2 (en) * 2008-11-03 2013-09-03 Basf Corporation Integrated SCR and AMOx catalyst systems
US8273315B2 (en) * 2010-08-09 2012-09-25 Ford Global Technologies, Llc Engine emission control system
JP5195873B2 (ja) 2010-11-05 2013-05-15 トヨタ自動車株式会社 自動車排ガス浄化用触媒
US8440155B2 (en) 2011-08-19 2013-05-14 Corning Incorporated Flow modulating substrates for early light-off
JP5626261B2 (ja) * 2012-05-24 2014-11-19 トヨタ自動車株式会社 触媒コンバーター
JP5780247B2 (ja) * 2013-01-23 2015-09-16 トヨタ自動車株式会社 触媒コンバーター
JP5757297B2 (ja) * 2013-01-23 2015-07-29 トヨタ自動車株式会社 触媒コンバーター

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10244167A (ja) * 1997-03-06 1998-09-14 Hino Motors Ltd 排気ガス浄化用触媒構造体
DE19938038A1 (de) 1998-09-14 2000-05-04 Ford Global Tech Inc Abgasbehandlungsvorrichtung mit variierender Zelldichte
JP2002177794A (ja) 2000-09-29 2002-06-25 Denso Corp セラミック触媒体およびセラミック担体
EP1342889A1 (de) 2002-01-14 2003-09-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, mit einem katalytischen Abgaskonverter
JP2006281134A (ja) 2005-04-01 2006-10-19 Ngk Insulators Ltd ハニカム構造体

Also Published As

Publication number Publication date
CN105073227A (zh) 2015-11-18
WO2014162183A1 (en) 2014-10-09
DE112014001824T5 (de) 2015-12-17
JP2014200728A (ja) 2014-10-27
JP5821887B2 (ja) 2015-11-24
US9782723B2 (en) 2017-10-10
CN105073227B (zh) 2017-04-26
US20160038877A1 (en) 2016-02-11

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