JP2001182527A - 触媒コンバータ - Google Patents
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Abstract
媒層を設けた多層構造の触媒コンバータにおいて、HC
の脱離温度が触媒層の活性開始温度よりも低いことか
ら、触媒が活性化する過程では脱離した一部のHCが酸
化されることなく排出されてしまう。 【解決手段】 ゼオライト層Cの表面側に形成する2層
の三元触媒層A,Bのうち表層側の三元触媒層Aの触媒
貴金属含有量または濃度を下層側の三元触媒層Bよりも
大きく設定する。複数の三元触媒層のうちの表層部はエ
ンジン暖機過程で比較的早期に高温になるので、表層側
の三元触媒層Aの触媒貴金属の含有量もしくは濃度を比
較的高くすることにより、活性化過程で触媒コンバータ
内のゼオライト層から脱離してきたHCを高率で処理す
ることができる。また、このように触媒貴金属を表層側
の三元触媒層に偏在させたことにより、触媒貴金属の全
体としての使用量を抑制してコストアップを抑えること
ができる。
Description
排気浄化に適用される触媒コンバータに関し、特にHC
吸着層と触媒層とを有する多層構造の触媒コンバータの
改良に関する。
の排気エミッション性能を改善するものとして、触媒担
体上にHC吸着材と酸化触媒または三元触媒とを積層し
た多層構造の触媒コンバータが提案されている(特開平
7−96183号公報、特開平8−224449号公報
を参照)。触媒の活性が不十分な冷間運転時にエンジン
から排出された未燃燃料分はHC吸着層に一時的に吸着
され、ある程度触媒コンバータの温度が上昇するとHC
は吸着層から脱離して表面側の触媒層により酸化処理さ
れる。
Cの脱離温度は触媒層の活性開始温度よりも低いので、
触媒が活性化する過程では脱離した一部のHCが酸化さ
れることなく排出されてしまうという問題がある(図2
参照)。
れたもので、活性化過程で触媒表面の温度上昇を促進す
ることにより脱離HCの浄化性能を改善することを目的
としている。
吸着層とその表面側に形成される2層以上の触媒層を備
えた触媒コンバータであって、前記触媒層のうち表層側
の触媒貴金属含有量が下層側よりも大の触媒コンバータ
を構成する。
Rhを含む触媒層の触媒貴金属含有量は、Rhの量に予め定
めた倍数を乗じて算出するものとする。
側に形成される2層以上の触媒層を備えた触媒コンバー
タであって、前記触媒層のうち表層側の触媒貴金属濃度
が下層側よりも大の触媒コンバータを構成する。
おいて、最表層の触媒層は、触媒貴金属濃度がその下層
側の5倍以上であるものとする。
側に形成される2層以上の触媒層を備えた触媒コンバー
タであって、前記触媒層のうち表層側のウオッシュコー
ト量が下層側よりも小の触媒コンバータを構成する。
項5の発明において、触媒層のうち最表層の触媒貴金属
成分をPdとし、下層側はPt,Pd,Rhの任意の組み合わせ
による組成とする。
項6の発明において、触媒層のうち表層側の助触媒成分
の含有量を下層側よりも小とする。
項7の発明において、触媒担体とHC吸着層との間にア
ルミナもしくはシリカを主成分とする基礎コート層を形
成する。
触媒貴金属の量もしくは濃度が高いほど低温でのHC処
理が可能となる。一方、複数の触媒層のうちの表層部は
エンジン暖機過程で比較的早期に高温になる。したがっ
て、表層側の触媒層の触媒貴金属の含有量もしくは濃度
を高めることにより、活性化過程で触媒コンバータ内の
HC吸着層から脱離してきたHCを高率で処理すること
ができる。また、このように触媒貴金属を表層側の触媒
層に偏在させたことにより、触媒貴金属の全体としての
使用量は抑制できるので、コストの上昇も抑えることが
できる。
他の触媒貴金属に比較して三元活性が高いので、Rhを含
有する触媒層については他の貴金属を主成分とする触媒
層に比較して全体としての貴金属使用量を減らすことが
できる。したがって、Rhを有する触媒層については、触
媒含有量を算出するにあたって、例えばRhについて10
倍程度の重みを与える。また、これにより貴金属使用量
を減じてコストを抑えることができる。
シュコート量を下層側よりも小とすることにより表層側
の触媒層の熱容量が小さくなり、それだけ活性化過程で
の温度上昇が早くなるのでHCの転換効率がより高めら
れる。
に優れる。したがって触媒層のうち最表層の触媒貴金属
成分をPdとし、下層側にはPtあるいはRhを含むものとす
れば、空燃比変動に対する触媒コンバータ全体としての
性能を確保しつつ低温でのHC転換効率を高められる。
ジ機能を有するCe、転換効率を高めるBaなどを含有
させる場合、表層側の助触媒成分の含有量を下層側より
も小とすることにより、表層側触媒層の比熱を小さくし
て活性化過程でのHCの転換効率をより高めることがで
きる。
担体のハニカムを構成するセルの隅部分は壁面部分に比
較して被覆が厚くなってしまう傾向があり、また吸着効
率に寄与しないデッドスペースともなる。したがって、
触媒担体とHC吸着層との間にアルミナもしくはシリカ
を主成分とする基礎コート層を形成することにより、高
価なHC吸着材の使用量を減らすことができる。
施例1〜6は図1に示したように3層構造の触媒コンバ
ータを構成している。図1においてAは最表層の三元触
媒層、Bは中間の三元触媒層、CはHC吸着層であるゼ
オライト層、Dは触媒担体を示している。触媒担体Dと
してはセラミクスからなるハニカム担体あるいは金属箔
を積層したメタル担体を用いることができる。また、各
実施例の組成表中、記号WCはウオッシュコートを意味し
ており、また触媒貴金属、助触媒材料、ウオッシュコー
トの使用量を示す数値の単位は[g/L]すなわち触媒担体
容量(リットル)あたりの質量(グラム)である。 <実施例1> A:最表層 Pd 1.8 WC 40 B:中間層 Pd 0.6 Rh 0.4 WC 100 C:ゼオライト層 WC 150 <実施例2> A:最表層 Pd 1.4 WC 14 B:中間層 Pd 1.0 Rh 0.4 WC 80 C:ゼオライト層 WC150.0 <実施例3> A:最表層 Rh 1.4 WC 36 B:中間層 Pd 4.2 WC 60 C:ゼオライト層 WC 150 <実施例4> A:最表層 Pd 1.5 WC 30 B:中間層 Pt 1.0 Rh 0.3 WC 8 C:ゼオライト層 WC 150 <実施例5> A:最表層 Ce 2.0 B:中間層 Ce 10.0 C:ゼオライト層 WC 150 <実施例6> A:最表層 Ce 2.0 B:中間層 Ce 1.0 Ba 20.0 C:ゼオライト層 WC 150 <実施例7> A:最表層 Pd 1.4 WC 14 B:中間層 Pd 1.0 Rh0.4 WC 80 C:ゼオライト層 WC 100 E:アルミナ層 WC50.0 実施例1は最表層Aの触媒貴金属使用量を、実施例2は
同じく触媒貴金属濃度を、それぞれ中間層Bよりも大と
した例である。濃度はウオッシュコートに対する触媒貴
金属の質量比であり、実施例2では最表層Aが10%で
あるのに対して中間層Bは約1.8%の設定となってい
る。
その使用量を他の触媒貴金属(この場合Pd)に対して1
0倍の重み付けを行い、その結果として最表層Aの触媒
貴金属使用量が中間層Bよりも大となるように設定した
例である。
媒貴金属としてPdを使用し、より良好な低温特性を得る
ようにした例を示している。Pdは空燃比変動に対して敏
感な特性を有しているので、中間層BにPtまたはRhを含
有させることで空燃比変動に対する安定性を確保してい
る。
分としてCeまたはBaを用いた場合に、その最表層Aでの
使用量が中間層Bよりも小となるように設定した例であ
る。具体的に、実施例5は、実施例3の組成表に対して
最表層A、中間層BのそれぞれにCeを加えたものであ
る。また、実施例6は、実施例4の組成表に対して、最
表層AにCeを、中間層BにCeとBaをそれぞれ加えたもの
である。
媒担体に対する基礎コート層としてアルミナ層を形成し
た例である。最表層A、中間層Bはそれぞれ実施例2で
説明した組成表と同様であるが、ゼオライト層Cについ
ては、ウオッシュコートの使用量が150gから100
gに減じられており、つまり高価なHC吸着剤の使用量
が少なく抑えられている。これは、図1に示す通り、触
媒担体上に直接ゼオライト層をコーティングした場合、
セルの隅部分C1は壁面部分C2に比較して被覆が厚く
なってしまう傾向があり、吸着効率に寄与しないデッド
スペースともなるが、この隅部C1を安価なアルミナも
しくはシリカを主成分とする基礎コート層で被覆すれ
ば、HCの吸着効率を低下させることなくHC吸着剤
(ゼオライト)の使用量を減らすことができるのであ
る。
効果を同一の触媒貴金属量を含有する単層の触媒層を備
えた比較例と共に示す。図2に示したように始動後経過
時間にしたがってゼオライト層と触媒表層部の温度が上
昇し始める。このとき排気に直接晒される表層部の温度
は比較的早期に上昇するものの、ゼオライト層でのHC
脱離温度が触媒活性開始温度よりも低いことから、比較
例ではHC脱離開始時t1から浄化開始時t2までのあ
いだに時間差が発生し、その間に脱離したHCは十分に
浄化されない。これに対して、本発明では表層部の温度
上昇が促進されるので触媒表層部での活性開始がt3と
早く、このため脱離HCを効率よく処理することができ
る。図3は暖機完了までの間にエンジンから排出されて
触媒コンバータの入口部から流入するHCとゼオライト
層から脱離したHCの総合的な浄化率を比較したもの
で、図示したように本発明によれば顕著な改善効果が得
られる。
部断面図。
Claims (8)
- 【請求項1】HC吸着層とその表面側に形成される2層
以上の触媒層を備えた触媒コンバータであって、前記触
媒層のうち表層側の触媒貴金属含有量が下層側よりも大
である触媒コンバータ。 - 【請求項2】触媒貴金属としてRhを含む触媒層の触媒貴
金属含有量は、Rhの量に予め定めた倍数を乗じて算出す
る請求項1に記載の触媒コンバータ。 - 【請求項3】HC吸着層とその表面側に形成される2層
以上の触媒層を備えた触媒コンバータであって、前記触
媒層のうち表層側の触媒貴金属濃度が下層側よりも大で
ある触媒コンバータ。 - 【請求項4】最表層の触媒層は、触媒貴金属濃度がその
下層側の5倍以上である請求項3に記載の触媒コンバー
タ。 - 【請求項5】HC吸着層とその表面側に形成される2層
以上の触媒層を備えた触媒コンバータであって、前記触
媒層のうち表層側のウオッシュコート量が下層側よりも
小である触媒コンバータ。 - 【請求項6】触媒層のうち最表層の触媒貴金属成分をPd
とし、下層側はPt,Pd,Rhの任意の組み合わせによる組
成とした請求項1から請求項5の何れかに記載の触媒コ
ンバータ。 - 【請求項7】触媒層のうち表層側の助触媒成分の含有量
が下層側よりも小である請求項1から請求項6の何れか
に記載の触媒コンバータ。 - 【請求項8】触媒担体とHC吸着層との間にアルミナも
しくはシリカを主成分とする基礎コート層を形成した請
求項1から請求項7の何れかに記載の触媒コンバータ。
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