JP2006231108A - Apparatus for cleaning exhaust gas - Google Patents

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Yoshihiko Hyodo
義彦 兵道
Naohisa Watanabe
尚央 渡邊
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for cleaning exhaust gas in which the activity of a catalyst at low temperature is made high without increasing the usage of an expensive noble metal. <P>SOLUTION: The apparatus for cleaning exhaust gas is constituted in such a way that an upstream-side catalyst and a downstream-side catalyst are arranged in an exhaust gas passage of an internal-combustion engine along the flow direction of exhaust gas and each of these catalysts has a coat layer which is formed on a base material layer and comprises particles of a noble metal-deposited carrier. The volume of the upstream-side catalyst is made smaller than that of the downstream-side catalyst and the mean particle diameter of particles of the carrier of the upstream-side catalyst is made smaller than that of particles of the carrier of the downstream-side catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.

一般に、内燃機関の排気ガス浄化装置は、例えばコージェライトからなるモノリス状の耐熱性担体基材層の表面に、白金等の触媒貴金属を担持した、アルミナ等の耐熱性無機酸化物からなる多孔質の担体を支持する構造を有している。かかる排気ガス浄化装置は、排気ガス中に含まれる有害な一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)を酸化して無害な二酸化炭素(CO)と水(HO)に変換すると同時に、窒素酸化物(NOx)を還元して無害な窒素(N)に変換し得るため、三元触媒とも呼ばれている。 In general, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine is a porous material made of a heat-resistant inorganic oxide such as alumina, on which a catalytic noble metal such as platinum is supported on the surface of a monolith-like heat-resistant carrier base material layer made of cordierite, for example. It has a structure that supports the carrier. Such an exhaust gas purification device oxidizes harmful carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) contained in the exhaust gas and converts them into harmless carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) at the same time. Nitrogen oxide (NOx) can be reduced to be converted to harmless nitrogen (N 2 ), so it is also called a three-way catalyst.

触媒の浄化率は、温度が高いほど高められる。換言すれば、温度の低いエンジン始動直後から暖機中は触媒の浄化率は低下する。   The purification rate of the catalyst increases as the temperature increases. In other words, the purification rate of the catalyst decreases during warm-up immediately after starting the engine at a low temperature.

通常の運転中においても発生する排気ガスの温度は、内燃機関の運転状況によって変化し、また、一般には排気ガス浄化装置の流れ方向に沿って、下流側になるほど排気ガスの温度は低下する。一方、触媒の排気ガス流れ方向に直交する面を基準に考えた場合、触媒に入るガスは管壁で冷やされ、また外套から外部への放熱も相俟って周辺部の温度が低くなる。   The temperature of the exhaust gas generated even during normal operation varies depending on the operating state of the internal combustion engine, and generally the temperature of the exhaust gas decreases toward the downstream side in the flow direction of the exhaust gas purification device. On the other hand, when the surface perpendicular to the exhaust gas flow direction of the catalyst is taken as a reference, the gas entering the catalyst is cooled by the tube wall, and the temperature of the peripheral portion is lowered due to heat radiation from the mantle to the outside.

これらの条件に対応して、排気ガスの浄化を最適化すべく、特許文献1には、浄化装置の上流側に第一の触媒層、下流側に第二の触媒層を設け、これら第一、第二の触媒層間で貴金属の成分、及び量を変えて触媒浄化能を高めるシステムが開示されている。又、特許文献2では、上流側から下流側に向かって、貴金属と遷移金属酸化物の担持量の勾配を設けることにより、触媒浄化能を高める構成が開示されている。さらに特許文献3では、上流側触媒と下流側触媒との貴金属コート比を 1<前側/後側≦3 とすることにより、触媒浄化能を挙げる方法が開示されている。又、特許文献4では、触媒中央部の担持密度を上げて触媒暖機性を向上させる構成が開示されている。
特開2004−283692号公報 特開平9−122443号公報 特開2003−245523号公報 特開2004−275883号公報
In order to optimize the purification of exhaust gas corresponding to these conditions, in Patent Document 1, a first catalyst layer is provided on the upstream side of the purification device, and a second catalyst layer is provided on the downstream side. A system is disclosed in which the precious metal components and amounts are changed between the second catalyst layers to enhance the catalyst purification ability. Further, Patent Document 2 discloses a configuration in which the catalyst purification performance is improved by providing a gradient of the loading amount of the noble metal and the transition metal oxide from the upstream side toward the downstream side. Further, Patent Document 3 discloses a method for increasing the catalyst purification ability by setting the precious metal coating ratio of the upstream catalyst and the downstream catalyst to 1 <front side / rear side ≦ 3. Further, Patent Document 4 discloses a configuration in which the catalyst warm-up property is improved by increasing the support density at the center of the catalyst.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-283692 JP-A-9-122443 JP 2003-245523 A JP 2004-275883 A

しかし、上記各特許文献に開示されている構成では、いずれも触媒浄化能を向上するために、貴金属の担持量(体積密度)を増加する方法をとっているため、コストの高い貴金属使用量が増加するという問題があった。   However, in the configurations disclosed in each of the above patent documents, in order to improve the catalyst purification performance, a method of increasing the amount of noble metal supported (volume density) is used. There was a problem of increasing.

そこで本発明は、高価な貴金属の使用量を増やすことなく、触媒の低温活性を高めた排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus that increases the low-temperature activity of a catalyst without increasing the amount of expensive noble metal used.

上記課題を解決するために、本発明は以下の方法をとる。すなわち、請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気ガス通路に配設され、排気ガスの流れ方向に沿って上流側触媒と下流側触媒とを備えるとともに、これら各触媒は基材層上に貴金属を担持した担体粒子を有するコート層を具備する排気ガス浄化装置であって、上流側触媒の容積は下流側触媒の容積より小さく、上流側触媒の担体粒子の平均粒径は下流側触媒の担体粒子の平均粒径より小さいことを特徴とする排気ガス浄化装置により前記課題を解決しようとするものである。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following method. That is, the invention described in claim 1 is provided in the exhaust gas passage of the internal combustion engine, and includes an upstream catalyst and a downstream catalyst along the flow direction of the exhaust gas. An exhaust gas purifying apparatus comprising a coating layer having carrier particles supporting noble metal on the upstream side, wherein the volume of the upstream catalyst is smaller than the volume of the downstream catalyst, and the average particle size of the carrier particles of the upstream catalyst is the downstream catalyst. The present invention is intended to solve the above-mentioned problem by an exhaust gas purifying apparatus characterized by being smaller than the average particle size of the carrier particles.

ここに「平均粒径」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した平均粒径をいう。   Here, the “average particle size” means an average particle size measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の排気ガス浄化装置において、上流側触媒の体積あたりの貴金属量は、下流側触媒の体積あたりの貴金属量と同一であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the amount of noble metal per volume of the upstream catalyst is the same as the amount of noble metal per volume of the downstream catalyst. .

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の排気ガス浄化装置において、貴金属を予め担体粒子に担持し、該担体粒子を基材層上にコートしてコート層を形成したものであることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the exhaust gas purifying apparatus according to claim 1 or 2, wherein a noble metal is previously supported on carrier particles, and the carrier particles are coated on a base material layer to form a coat layer. It is characterized by being.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の排気ガス浄化装置において、上流側触媒は担体粒子を基材層上にコートしてコート層を形成した後に該コート層に貴金属を担持して形成したものであるとともに、下流側触媒は貴金属を予め担体粒子に担持し、該担体粒子を基材層上にコートしてコート層を形成したものであり、上流側触媒の体積あたりの貴金属量は下流側触媒の体積あたりの貴金属量より小さいことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus according to the first aspect, the upstream catalyst carries a noble metal on the coating layer after the carrier layer is coated on the base material layer to form a coating layer. In addition, the downstream catalyst is formed by previously supporting a noble metal on carrier particles, and coating the carrier particles on the base material layer to form a coat layer. The noble metal per volume of the upstream catalyst The amount is smaller than the amount of noble metal per volume of the downstream catalyst.

また、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、排気ガス浄化装置の搭載位置を車両の床下にしてもよい。請求項4の構成によれば、触媒の低温活性を向上できるので、浄化装置をエキゾーストマニホールドの近傍に配置できない場合であっても、排気ガスを清浄なものに保つことができる。   In the invention according to any one of claims 1 to 4, the exhaust gas purifying device may be mounted under the floor of the vehicle. According to the configuration of the fourth aspect, since the low temperature activity of the catalyst can be improved, the exhaust gas can be kept clean even when the purification device cannot be disposed in the vicinity of the exhaust manifold.

請求項5に記載の発明は、内燃機関の排気ガス通路に配設され基材層上に貴金属を担持した担体粒子を有するコート層を具備する排気ガス浄化装置であって、排気ガスの流れ方向に直交する面に関して周辺部においては担体粒子に貴金属がコート層の表層部のみに担持されるとともに、周辺部以外の部位においては担体粒子に貴金属がコート層の全体に均一に担持されていることを特徴とする排気ガス浄化装置により前記課題を解決しようとするものである。   The invention according to claim 5 is an exhaust gas purifying apparatus comprising a coat layer having carrier particles disposed on an exhaust gas passage of an internal combustion engine and carrying a noble metal on a base material layer, the exhaust gas flowing direction The noble metal is supported on the surface of the coat layer only on the surface of the coat layer in the peripheral portion with respect to the surface orthogonal to the surface, and the noble metal is uniformly supported on the entire coat layer on the portion other than the periphery. The exhaust gas purifying apparatus characterized by the above is intended to solve the above-mentioned problem.

また、請求項5に記載の発明において、担体粒子に貴金属がコート層の表層部のみに担持される周辺部の厚さは10mm未満であることが好ましい。   In the invention according to claim 5, the thickness of the peripheral portion where the noble metal is supported only on the surface layer portion of the coat layer on the carrier particles is preferably less than 10 mm.

また、請求項5に記載の発明において、周辺部においては担体粒子により基材層上コート層を形成してから表面層に貴金属を担持させ、周辺部以外の部位においては、予め貴金属を担持した担体粒子を基材層上にコーティングして、コート層を形成することが好ましい。   Further, in the invention according to claim 5, the noble metal is supported on the surface layer after forming the base layer upper coat layer with the carrier particles in the peripheral portion, and the noble metal is previously supported in the portion other than the peripheral portion. It is preferable to coat the carrier particles on the base material layer to form a coating layer.

請求項6に記載の発明は、内燃機関の排気ガス通路に配設され、基材層上に貴金属を予め担持させた担体粒子をコーティングしてコート層形成した排気ガス浄化装置であって、排気ガスの流れ方向に直交する面に関して、周辺部の担体粒子の平均粒径は中心部の担体粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする排気ガス浄化装置により前記課題を解決しようとするものである。   The invention according to claim 6 is an exhaust gas purifying apparatus which is disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine and has a coating layer formed by coating carrier particles on which a noble metal is previously supported on a base material layer. The exhaust gas purifying apparatus is characterized in that the average particle diameter of the carrier particles in the peripheral part is smaller than the average particle diameter of the carrier particles in the central part with respect to the plane orthogonal to the gas flow direction. It is.

請求項6に記載の発明において、担体粒子の粒径が小さい周辺部の厚さは10mm未満であることが好ましい。   In the invention described in claim 6, it is preferable that the thickness of the peripheral portion where the particle size of the carrier particles is small is less than 10 mm.

請求項1に記載の発明によれば、コート層表面の貴金属担持密度(表面密度)が、上流側が下流側より高くする事が容易となるので、低温からの触媒活性が向上する。また、下流側触媒の容積が上流側触媒の容積より大きいので、下流側触媒において十分な酸素吸蔵能力(以下において「OSC」という。)を確保して、空燃比(以下において「A/F比」という。)が変動しても良好な浄化率を保つことができる。   According to the first aspect of the present invention, the noble metal loading density (surface density) on the surface of the coat layer can be easily increased on the upstream side than on the downstream side, and thus the catalytic activity from a low temperature is improved. Further, since the volume of the downstream catalyst is larger than the volume of the upstream catalyst, a sufficient oxygen storage capacity (hereinafter referred to as “OSC”) is secured in the downstream catalyst, and the air-fuel ratio (hereinafter referred to as “A / F ratio”). "), Even if it fluctuates, a good purification rate can be maintained.

請求項2に記載の発明によれば、貴金属の担持密度は上流側も下流側も同じであるので、貴金属使用量を抑制することができる。   According to the invention described in claim 2, since the carrying density of the noble metal is the same on both the upstream side and the downstream side, the amount of noble metal used can be suppressed.

請求項3に記載の発明によれば、コート層の深さ方向内部まで均一な貴金属担持密度を得ることができる。   According to the third aspect of the present invention, a uniform noble metal carrying density can be obtained up to the inside in the depth direction of the coat layer.

請求項4に記載の発明によれば、上流側の貴金属の表面密度をより高めることができる。このため表面活性はより向上される。また貴金属の表面密度を高めると一般には熱によるシンタリングが起きやすくなるが、上流側の体積当たり担持密度を小さくしているので、シンタリングが防止される。しかして、貴金属の使用量を抑制しつつ低温活性を向上することが可能となる。   According to the invention described in claim 4, the surface density of the upstream noble metal can be further increased. For this reason, the surface activity is further improved. Further, if the surface density of the noble metal is increased, generally sintering due to heat tends to occur. However, since the carrying density per volume on the upstream side is reduced, sintering is prevented. Thus, it is possible to improve the low temperature activity while suppressing the amount of noble metal used.

請求項5に記載の発明によれば、触媒周辺部の表面担持密度が中心部より高くなるので、低温からの触媒活性が向上し、触媒浄化率が高められる。また、温度が低くなる周辺部に限定して表面担持密度を高くできるので、熱による貴金属のシンタリングを抑制して触媒の劣化を防止することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the surface support density in the periphery of the catalyst is higher than that in the center, so that the catalytic activity from a low temperature is improved and the catalyst purification rate is increased. In addition, since the surface support density can be increased only in the peripheral portion where the temperature is lowered, the sintering of the noble metal due to heat can be suppressed to prevent deterioration of the catalyst.

さらに請求項5に記載の発明において、
(1)触媒周辺部と中心部の貴金属担持密度を同程度とする。
(2)触媒周辺部の貴金属担持密度を中心部より小さくするとともに、コート層表層部の貴金属担持密度は、周辺部を中心部より大とする。
(3)触媒周辺部の貴金属担持密度を中心部より大きくする。
の3態様のいずれもとることが可能である。いずれの態様にても、所定の浄化能を維持しつつ、貴金属使用量を抑制することができる。
Furthermore, in the invention according to claim 5,
(1) The noble metal support density in the catalyst peripheral part and the central part is set to the same level.
(2) The noble metal support density in the catalyst peripheral portion is made smaller than that in the central portion, and the noble metal support density in the coat layer surface layer portion is made larger in the peripheral portion than in the central portion.
(3) The noble metal supporting density in the periphery of the catalyst is made larger than that in the center.
It is possible to take any of the three aspects. In any aspect, it is possible to suppress the amount of noble metal used while maintaining a predetermined purification capacity.

請求項6に記載の発明によれば、触媒周辺部の表面担持密度が中心部より高くする事が容易となるので、低温からの触媒活性が向上し、触媒浄化率が高められる。また、中心部から周辺部へと全体にわたってコート層に貴金属が均一に分散されているので、OSCを高めることができ、リン等の触媒被毒に強いという利点がある。   According to the sixth aspect of the present invention, it is easy to make the surface support density at the periphery of the catalyst higher than that at the center, so that the catalytic activity from low temperature is improved and the catalyst purification rate is increased. In addition, since the precious metal is uniformly dispersed in the coat layer from the central portion to the peripheral portion, there is an advantage that OSC can be increased and it is resistant to catalyst poisoning such as phosphorus.

以下に図面を参照しつつ本発明の排気ガス浄化装置について、その最良の実施形態をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the best embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

図1は、一般的なガソリンエンジンに本発明の排気ガス浄化装置を用いた場合の概略を示すシステム図である。通常本システム100は車両に搭載されているものである。図1ではエンジン10の左方に混合気供給部20、右方に排気系が表されている。混合気供給部20において、所定のA/F比に混合された燃料及び空気はエンジン10に供給されて燃焼される。エンジン10の各シリンダーにおいて燃焼して生成された排気ガスは、エキゾーストマニホールド11を介し排気管15にまとめられて、排気ガス浄化装置30へと導かれている。排気ガス浄化装置30にて有害物質が浄化処理された排気は排出管16から大気中に放出される。   FIG. 1 is a system diagram showing an outline when the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is used in a general gasoline engine. Usually, the system 100 is mounted on a vehicle. In FIG. 1, an air-fuel mixture supply unit 20 is shown on the left side of the engine 10, and an exhaust system is shown on the right side. In the air-fuel mixture supply unit 20, fuel and air mixed at a predetermined A / F ratio are supplied to the engine 10 and burned. Exhaust gas generated by combustion in each cylinder of the engine 10 is collected in the exhaust pipe 15 via the exhaust manifold 11 and guided to the exhaust gas purification device 30. Exhaust gas from which harmful substances have been purified by the exhaust gas purification device 30 is discharged from the exhaust pipe 16 into the atmosphere.

混合気供給部20にはスロットル弁21が設けられ、その上流側にはエアフローメーター22が、スロットル弁21の近傍にはスロットルセンサ23が設けられている。これらメーター22、センサ23からの出力信号は、原動機電子制御装置(以下において「ECU」という。)40に送られる。   The air-fuel mixture supply unit 20 is provided with a throttle valve 21, an air flow meter 22 is provided upstream thereof, and a throttle sensor 23 is provided in the vicinity of the throttle valve 21. Output signals from the meter 22 and the sensor 23 are sent to a motor electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40.

排気ガス浄化装置30の前後には、A/Fセンサ24、Oセンサ25がそれぞれ設けられ、浄化装置30に導入される排気ガスの空燃比、浄化装置30により浄化された排気の酸素濃度を検知している。
これらA/Fセンサ24、及びOセンサ25による検知信号も、ECU40に送られている。
An A / F sensor 24 and an O 2 sensor 25 are respectively provided before and after the exhaust gas purification device 30 to determine the air-fuel ratio of the exhaust gas introduced into the purification device 30 and the oxygen concentration of the exhaust gas purified by the purification device 30. Detected.
Detection signals from the A / F sensor 24 and the O 2 sensor 25 are also sent to the ECU 40.

ECU40は、これらエアフローメーター22、スロットルセンサ23、A/Fセンサ24、及びOセンサ25による検知信号を受けて、さらに必要により他のセンサからの信号を加えて、最適な制御条件を演算してエンジン10の制御を司っている。 The ECU 40 receives detection signals from the air flow meter 22, the throttle sensor 23, the A / F sensor 24, and the O 2 sensor 25, and adds signals from other sensors as necessary to calculate optimum control conditions. The engine 10 is controlled.

図2は、第一実施形態にかかる排気ガス浄化装置31、及び第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置32の構成を概略的に示す図である。なお、図2においては両実施形態の排気ガス浄化装置等を便宜上、参照符号30等により表している。図2において、図面左方が排気管15、すなわち排気ガス流れ方向上流側、図面右方が排出管16、すなわち排気ガス流れ方向の下流側である。図示の排気ガス浄化装置30は、上流側から下流側へと貫通する多数のセルc1、c2、c3、…を備えている。一方、排気ガス浄化装置30は、上流側は上流側触媒30A、下流側は下流側触媒30Bとされており、両者は異なる触媒構成を有するとともに、一体に形成されている。いま、上流側触媒30Aの各セルにおける担体の平均粒径をQfとする。一方、下流側触媒30Bの各セルにおける担体の平均粒径をQrとする。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the exhaust gas purification device 31 according to the first embodiment and the exhaust gas purification device 32 according to the second embodiment. In FIG. 2, the exhaust gas purifying apparatus and the like of both embodiments are represented by reference numeral 30 for convenience. 2, the left side of the drawing is the exhaust pipe 15, that is, the upstream side in the exhaust gas flow direction, and the right side of the drawing is the exhaust pipe 16, that is, the downstream side in the exhaust gas flow direction. The illustrated exhaust gas purification device 30 includes a number of cells c1, c2, c3,... Penetrating from the upstream side to the downstream side. On the other hand, the exhaust gas purification device 30 has an upstream catalyst 30A on the upstream side and a downstream catalyst 30B on the downstream side, both of which have different catalyst configurations and are integrally formed. Now, let Qf be the average particle size of the carrier in each cell of the upstream catalyst 30A. On the other hand, the average particle diameter of the carrier in each cell of the downstream side catalyst 30B is defined as Qr.

第一実施形態の排気ガス浄化装置31、及び第二実施形態の排気ガス浄化装置32においては、これらQf、及びQrとの間には、
Qf<Qr
なる関係が成立する。
In the exhaust gas purification device 31 of the first embodiment and the exhaust gas purification device 32 of the second embodiment, between these Qf and Qr,
Qf <Qr
This relationship is established.

触媒の浄化率Sは、反応速度Rとガス濃度Cとの積
R×C
によりおよそ決まる。ここに活性点数をN、活性化エネルギーをE、触媒温度をTとするとき、
S=R×C=C・N・exp(−E/T)
である。すなわち同じ温度であれば、
(1)活性点数Nを多くする。
(2)活性点近傍のガス濃度を高める。
(3)反応により発生する熱を活性点の近傍に集中する。
等の手段をとれば、触媒の温度を早く上昇させることができるので、さらに浄化率が高められるという相乗効果が期待できる。
The purification rate S of the catalyst is the product of the reaction rate R and the gas concentration C R × C
Is roughly determined by Here, when the number of active points is N, the activation energy is E, and the catalyst temperature is T,
S = R × C = C · N · exp (−E / T)
It is. That is, at the same temperature,
(1) Increase the number N of active points.
(2) Increase the gas concentration near the active point.
(3) The heat generated by the reaction is concentrated near the active point.
If measures such as these are taken, the temperature of the catalyst can be raised quickly, so that a synergistic effect of further increasing the purification rate can be expected.

以下に説明する、第一実施形態の排気ガス浄化装置31、及び第二実施形態の排気ガス浄化装置32においては、上流側の担体の平均粒径を小さくしているため、上記(1)〜(3)の条件を同時に満たすことが可能である。粒径を小さくすることにより、活性点とガス通路間のガス拡散距離を短くして、ガス濃度を濃くすることができる。そして、ガス濃度が高い部分の活性点密度を高くできる。したがって低い温度でも触媒反応量を多くとることができる。また、活性点のある触媒反応が起こる領域の容積を小さくすることができるので、活性点の近傍の温度上昇を早めることが可能となる。かくして暖機中の触媒浄化率を高くすることができる。   In the exhaust gas purification device 31 of the first embodiment and the exhaust gas purification device 32 of the second embodiment, which will be described below, the average particle diameter of the upstream carrier is made small, so the above (1) to (1) to It is possible to satisfy the condition (3) at the same time. By reducing the particle size, the gas diffusion distance between the active point and the gas passage can be shortened to increase the gas concentration. And the active point density of a part with high gas concentration can be made high. Therefore, a large amount of catalytic reaction can be obtained even at a low temperature. In addition, since the volume of the region where the catalytic reaction with active sites occurs can be reduced, the temperature rise near the active sites can be accelerated. Thus, the catalyst purification rate during warm-up can be increased.

さらに、第一実施形態の排気ガス浄化装置31、及び第二実施形態の排気ガス浄化装置32において、上流側触媒30Aの容積をVf、下流側触媒30Bの容積をVrとすると、
Vf<Vr
なる関係が成立する。すなわち下流側触媒30Bの容積Vrは、上流側触媒30Aの容積Vfより大である。
Furthermore, in the exhaust gas purification device 31 of the first embodiment and the exhaust gas purification device 32 of the second embodiment, if the volume of the upstream catalyst 30A is Vf and the volume of the downstream catalyst 30B is Vr,
Vf <Vr
This relationship is established. That is, the volume Vr of the downstream catalyst 30B is larger than the volume Vf of the upstream catalyst 30A.

担体の平均粒径を上記のように小さくした場合、OSCを有するセリア等をコート材に十分に担持することができなくなる。このため、触媒暖機後においても、排気ガスのA/F比の変動が大きい場合、十分な浄化が行われないことがある。これを改善するため、第一実施形態の排気ガス浄化装置31、及び第二実施形態の排気ガス浄化装置32では、触媒の上流側の容積を半分以下にしている。このようにすることで、下流側触媒にて十分なOSCを確保することができ、A/F比が変動しても、良好な浄化率を保持することができる。   When the average particle size of the carrier is reduced as described above, ceria having OSC and the like cannot be sufficiently supported on the coating material. For this reason, even after the catalyst is warmed up, if the variation in the A / F ratio of the exhaust gas is large, sufficient purification may not be performed. In order to improve this, in the exhaust gas purification device 31 of the first embodiment and the exhaust gas purification device 32 of the second embodiment, the volume on the upstream side of the catalyst is made half or less. By doing in this way, sufficient OSC can be ensured in the downstream catalyst, and a good purification rate can be maintained even if the A / F ratio varies.

図3は、第一実施形態にかかる排気ガス浄化装置31の(A)は上流側触媒31Aの基材層51上にコート形成されたコート層52の、(B)は下流側触媒31Bの基材層61上にコート形成されたコート層62の、厚さ方向断面を模式的に示す図である。それぞれの図において、排気ガス通路はコート層52、62の上方に図面左側から右方向へと向かっている。   3A shows an exhaust gas purifying apparatus 31 according to the first embodiment, FIG. 3A shows a coat layer 52 formed on the base material layer 51 of the upstream catalyst 31A, and FIG. 3B shows a base of the downstream catalyst 31B. It is a figure which shows typically the cross section of thickness direction of the coating layer 62 formed by coating on the material layer 61. FIG. In each figure, the exhaust gas passage extends from the left side of the drawing to the right side above the coat layers 52 and 62.

図3(A)に示される上流側触媒31Aでは、基材層51上に、平均粒径の小さな担体A1、及び貴金属からなるコート層52が形成されている。担体A1には予め貴金属が含浸担持されており、その貴金属を担持した担体A1が基材層51上にコーティングされてコート層52が形成されている。したがってコート層52の表層部53から内部の基材層51に近接する部位に至るまで、深さ方向に貴金属が均一に分散されている。   In the upstream catalyst 31 </ b> A shown in FIG. 3A, a carrier A <b> 1 having a small average particle diameter and a coat layer 52 made of a noble metal are formed on a base material layer 51. The carrier A1 is preliminarily impregnated with a noble metal, and the carrier A1 carrying the noble metal is coated on the base layer 51 to form a coat layer 52. Therefore, the noble metal is uniformly dispersed in the depth direction from the surface layer portion 53 of the coat layer 52 to a portion close to the inner base material layer 51.

図3(B)に示される下流側触媒31Bでは、基材層61上に、平均粒径の大きな担体B1、及び貴金属からなるコート層62が形成されている。下流側触媒31Bにおいても、担体B1には予め貴金属が含浸担持されており、その貴金属を担持した担体B1が基材層61上にコーティングされてコート層62が形成されている。したがって下流側触媒31Bにおいても、コート層62の表層部63から内部の基材層61に近接する部位に至るまで、深さ方向に貴金属が均一に分散されている。   In the downstream catalyst 31 </ b> B shown in FIG. 3B, a carrier B <b> 1 having a large average particle diameter and a coat layer 62 made of a noble metal are formed on the base material layer 61. Also in the downstream side catalyst 31B, the support B1 is impregnated and supported in advance with the noble metal, and the support layer B1 supporting the noble metal is coated on the base layer 61 to form the coat layer 62. Therefore, also in the downstream catalyst 31 </ b> B, the noble metal is uniformly dispersed in the depth direction from the surface layer portion 63 of the coat layer 62 to a portion close to the inner base material layer 61.

図4は、第一実施形態にかかる排気ガス浄化装置31の触媒の製造工程を模式的に示す図である。平均粒径小である担体粉末A1に貴金属を含浸担持させて上流側基材層51にコーティングする。一方、平均粒径大である担体粉末B1に貴金属を含浸担持させ、下流側基材層61にコーティングする。かかる基材を焼成することにより、第一実施形態にかかる排気ガス浄化装置31の触媒を得ることができる。   FIG. 4 is a diagram schematically showing a catalyst manufacturing process of the exhaust gas purification device 31 according to the first embodiment. A carrier powder A1 having a small average particle size is impregnated with a noble metal and coated on the upstream substrate layer 51. On the other hand, the noble metal is impregnated and supported on the carrier powder B1 having a large average particle diameter, and the downstream base layer 61 is coated. By baking such a base material, the catalyst of the exhaust gas purification device 31 according to the first embodiment can be obtained.

上記のように構成された第一実施形態にかかる排気ガス浄化装置31は、容積の小さな上流側触媒31Aに平均粒径の小さな担体に均一に貴金属が分散され、容積の大きな下流側触媒31Bに平均粒径の大きな担体に均一に貴金属が分散されている。したがって、コート層表面の貴金属担持密度(表面密度)を、上流側を下流側より高くできるので、低温からの触媒活性が向上する。また、下流側触媒の容積が上流側触媒の容積より大きいので、下流側触媒において十分なOSCを確保して、A/F比が変動しても良好な浄化率を保つことができる。また、貴金属の担持密度を、上流側と下流側とを同じにすることによって、貴金属使用量を抑制することができる。また、担体に予め貴金属が含浸担持されたものを基材層上にコーティングするので、コート層内部まで均一な貴金属担持密度を得ることができる。   In the exhaust gas purifying apparatus 31 according to the first embodiment configured as described above, the noble metal is uniformly dispersed in the carrier having a small average particle diameter in the upstream catalyst 31A having a small volume, and the downstream catalyst 31B having a large volume. A noble metal is uniformly dispersed in a carrier having a large average particle diameter. Therefore, since the noble metal carrying density (surface density) on the surface of the coat layer can be made higher on the upstream side than on the downstream side, the catalytic activity from a low temperature is improved. Further, since the volume of the downstream catalyst is larger than the volume of the upstream catalyst, sufficient OSC can be secured in the downstream catalyst, and a good purification rate can be maintained even if the A / F ratio varies. Moreover, the amount of noble metal used can be suppressed by making the loading density of the noble metal the same on the upstream side and the downstream side. In addition, since the base material layer is coated with the carrier in which the noble metal is impregnated in advance, a uniform noble metal loading density can be obtained up to the inside of the coating layer.

図5は第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置32の(A)は上流側触媒32Aの基材層71上にコート形成されたコート層72の、(B)は下流側触媒32Bの基材層81上にコート形成されたコート層82の厚さ方向断面を模式的に示す図である。それぞれの図において、排気ガス通路はコート層72、82の上方に図面左側から右方向へと向かっている。   5A shows the exhaust gas purifying device 32 according to the second embodiment. FIG. 5A shows the coat layer 72 formed on the base material layer 71 of the upstream catalyst 32A, and FIG. 5B shows the base material of the downstream catalyst 32B. FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section in the thickness direction of a coat layer 82 formed on a layer 81. In each figure, the exhaust gas passage extends from the left side of the drawing to the right side above the coat layers 72 and 82.

図5(A)に示される上流側触媒32Aでは、基材層71上に、平均粒径の小さな担体A2、及び貴金属からなるコート層72が形成されている。担体A2は、基材層71上にコートされ、かかるコート層が形成されてから貴金属が含浸担持されてコート層72が形成されている。したがってコート層72の表層部73は、内部の基材層71に近接する部位に比較して、貴金属の分散密度が高められている。   In the upstream catalyst 32 </ b> A shown in FIG. 5A, a carrier A <b> 2 having a small average particle diameter and a coat layer 72 made of a noble metal are formed on a base material layer 71. The carrier A2 is coated on the base material layer 71, and after such a coat layer is formed, the noble metal is impregnated and supported to form the coat layer 72. Accordingly, the surface layer portion 73 of the coat layer 72 has a higher dispersion density of the noble metal as compared with a portion close to the inner base material layer 71.

図5(B)に示される下流側触媒32Bでは、基材層81上に、平均粒径の大きな担体B2、及び貴金属からなるコート層82が形成されている。下流側触媒32Bにおいては、担体B2には予め貴金属が含浸担持されており、その貴金属を担持した担体B2が基材層81上にコーティングされてコート層82が形成されている。したがって下流側触媒32Bにおいては、コート層82の表層部83から内部の基材層81に近接する部位に至るまで、深さ方向に貴金属が均一に分散されている。本実施形態にかかる排気ガス浄化装置32においては、上流側触媒32Aの体積あたりの貴金属量は下流側触媒32Bの体積あたりの貴金属量より小さく設定されている。   In the downstream catalyst 32 </ b> B shown in FIG. 5B, a carrier B <b> 2 having a large average particle diameter and a coat layer 82 made of a noble metal are formed on the base material layer 81. In the downstream side catalyst 32B, the carrier B2 is impregnated with a noble metal in advance, and the carrier B2 carrying the noble metal is coated on the base material layer 81 to form a coat layer 82. Therefore, in the downstream catalyst 32B, the noble metal is uniformly dispersed in the depth direction from the surface layer portion 83 of the coat layer 82 to the portion close to the internal base material layer 81. In the exhaust gas purification device 32 according to the present embodiment, the amount of noble metal per volume of the upstream catalyst 32A is set smaller than the amount of noble metal per volume of the downstream catalyst 32B.

図6は、第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置32の触媒の製造工程を模式的に示す図である。平均粒径小である担体粉末A2は貴金属を含浸担持させずに上流側基材層71にコーティングする。一方、平均粒径大である担体粉末B2に貴金属を含浸担持させ、下流側基材層81にコーティングする。かかる基材の下流側のすでに貴金属を担持させた部位をマスクした後、貴金属を含浸担持させる。これにより、上流側のコート層72の表層部73のみに貴金属が担持される。このように処理を行った基材を焼成することにより、第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置32の触媒を得ることができる。   FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a catalyst manufacturing process of the exhaust gas purification device 32 according to the second embodiment. The carrier powder A2 having a small average particle diameter is coated on the upstream base material layer 71 without impregnating and supporting the noble metal. On the other hand, the noble metal is impregnated and supported on the carrier powder B2 having a large average particle size, and the downstream base material layer 81 is coated. After masking the site on the downstream side of the base material where the noble metal is already supported, the noble metal is impregnated and supported. As a result, the noble metal is supported only on the surface layer portion 73 of the upstream coat layer 72. By firing the base material thus treated, the catalyst of the exhaust gas purification device 32 according to the second embodiment can be obtained.

上記のように構成された第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置32は、容積の小さな上流側触媒31Aに平均粒径の小さな担体がコートされ、かつこのコート層の表層側に貴金属が高密度に分散され、容積の大きな下流側触媒31Bに平均粒径の大きな担体に均一に貴金属が分散されている。したがって、コート層表面の貴金属担持密度(表面密度)が、上流側が下流側より高くなるので、低温からの触媒活性が向上する。また、下流側触媒の容積が上流側触媒の容積より大きいので、下流側触媒において十分なOSCを確保して、A/F比が変動しても良好な浄化率を保つことができる。さらに上流側の貴金属の表面密度を高められているので、表面活性はより向上される。また貴金属の表面密度を高めると一般には熱によるシンタリングが起きやすくなるが、上流側の体積当たり担持密度を小さくすることにより、シンタリングが防止される。しかして、貴金属の使用量を抑制しつつ低温活性を向上することが可能となる。   In the exhaust gas purifying device 32 according to the second embodiment configured as described above, the upstream catalyst 31A having a small volume is coated with a carrier having a small average particle diameter, and the surface layer side of the coat layer has a high density of noble metal. The noble metal is uniformly dispersed in the carrier having a large average particle diameter in the downstream catalyst 31B having a large volume. Therefore, since the noble metal carrying density (surface density) on the surface of the coat layer is higher on the upstream side than on the downstream side, the catalytic activity from a low temperature is improved. Further, since the volume of the downstream catalyst is larger than the volume of the upstream catalyst, sufficient OSC can be secured in the downstream catalyst, and a good purification rate can be maintained even if the A / F ratio varies. Furthermore, since the surface density of the noble metal on the upstream side is increased, the surface activity is further improved. Further, if the surface density of the noble metal is increased, generally sintering due to heat tends to occur. However, sintering is prevented by reducing the carrying density per volume on the upstream side. Thus, it is possible to improve the low temperature activity while suppressing the amount of noble metal used.

本実施形態においては、貴金属の担持密度が一定という条件の中で、表層の貴金属担持密度をもっとも高くすることができる。したがって、低温活性が高くなり、床下に排気ガス浄化装置を搭載しても良好な浄化率を保つことが可能となる。一方、床下に排気ガス浄化装置を配置した場合、高負荷運転時においても冷却されたガスが入るため、触媒が高温にさらされる機会が少なくなる。もって、車両の耐用年数の期間にわたって良好な浄化率を保つことが可能になる。   In the present embodiment, the noble metal support density on the surface layer can be maximized under the condition that the support density of the noble metal is constant. Therefore, the low temperature activity becomes high, and a good purification rate can be maintained even if an exhaust gas purification device is mounted under the floor. On the other hand, when the exhaust gas purifying device is disposed under the floor, the cooled gas enters even during a high load operation, so that the chance of the catalyst being exposed to high temperature is reduced. Therefore, it is possible to maintain a good purification rate over the life of the vehicle.

図7は、第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置33、及び第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置34の構成を概略的に示す図である。なお、図7においては両実施形態の排気ガス浄化装置等を便宜上、参照符号300等により表している。図7において、図面左方が排気管15、すなわち排気ガス流れ方向上流側、図面右方が排出管16、すなわち排気ガス流れ方向の下流側である。図示の排気ガス浄化装置300は、上流側から下流側へと貫通する多数のセルc1、c2、c3、…を備えている。一方、排気ガス浄化装置300は、排気ガスの流れ方向に直交する面方向に関し、中心部は中心部触媒300A、周辺部は周辺部触媒300Bとされており、両者は異なる触媒構成を有するとともに、一体に形成されている。   FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the exhaust gas purification device 33 according to the third embodiment and the exhaust gas purification device 34 according to the fourth embodiment. In FIG. 7, the exhaust gas purifying apparatus and the like of both embodiments are represented by the reference numeral 300 for convenience. 7, the left side of the drawing is the exhaust pipe 15, that is, the upstream side in the exhaust gas flow direction, and the right side of the drawing is the exhaust pipe 16, that is, the downstream side in the exhaust gas flow direction. The illustrated exhaust gas purification apparatus 300 includes a large number of cells c1, c2, c3,... Penetrating from the upstream side to the downstream side. On the other hand, the exhaust gas purifying apparatus 300 has a central part as a central part catalyst 300A and a peripheral part as a peripheral part catalyst 300B with respect to a plane direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas. It is integrally formed.

図8は第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置33の(A)は中心部触媒33Aの基材層151上にコート形成されたコート層152の、(B)は周辺部触媒33Bの基材層161上にコート形成されたコート層162の厚さ方向断面を模式的に示す図である。それぞれの図において、排気ガス通路はコート層152、162の上方に図面左側から右方向へと向かっている。   8A shows the exhaust gas purifying device 33 according to the third embodiment. FIG. 8A shows the coating layer 152 formed on the base material layer 151 of the central catalyst 33A, and FIG. 8B shows the base material of the peripheral catalyst 33B. FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section in the thickness direction of a coat layer 162 formed on the layer 161. In each figure, the exhaust gas passage is directed upward from the left side of the drawing above the coat layers 152 and 162.

図8(A)に示される中心部触媒33Aでは、基材層151上に、所定の平均粒径を有する担体A3、及び貴金属からなるコート層152が形成されている。担体A3には予め貴金属が含浸担持されており、その貴金属を担持した担体A3が基材層151上にコーティングされてコート層152が形成されている。したがってコート層152の表層部153から内部の基材層151に近接する部位に至るまで、深さ方向に貴金属が均一に分散されている。   In the central catalyst 33A shown in FIG. 8A, a carrier layer A3 having a predetermined average particle diameter and a coat layer 152 made of a noble metal are formed on a base material layer 151. A carrier A3 is impregnated with a noble metal in advance, and the carrier A3 carrying the noble metal is coated on the base material layer 151 to form a coat layer 152. Therefore, the noble metal is uniformly dispersed in the depth direction from the surface layer portion 153 of the coat layer 152 to a portion close to the inner base material layer 151.

図8(B)に示される周辺部触媒33Bでは、基材層161上に、中心部触媒33Aと同程度の平均粒径を有する担体B3、及び貴金属からなるコート層162が形成されている。周辺部触媒33Bにおいては、担体B3は、基材層161上にコートされ、かかるコート層が形成されてから貴金属が含浸担持されてコート層162が形成されている。したがってコート層162の表層部163は、内部の基材層161に近接する部位に比較して、貴金属の分散密度が高められている。   In the peripheral portion catalyst 33B shown in FIG. 8B, a support layer B3 having an average particle size comparable to that of the central portion catalyst 33A and a coat layer 162 made of a noble metal are formed on the base material layer 161. In the peripheral catalyst 33B, the carrier B3 is coated on the base material layer 161, and after such a coat layer is formed, the noble metal is impregnated and supported to form the coat layer 162. Therefore, the surface layer portion 163 of the coat layer 162 has a higher dispersion density of the noble metal as compared to a portion close to the internal base material layer 161.

図9は、第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置33の触媒の製造工程を模式的に示す図である。担体粉末A3に貴金属を含浸担持させて中心部の基材層151にコーティングする。一方、担体粉末B3は貴金属を含浸担持させずに周辺部の基材層161にコーティングする。かかる基材の中心部のすでに貴金属を担持させた部位をマスクした後、貴金属を含浸担持させる。これにより、周辺部のコート層162の表層部163のみに貴金属が担持される。このように処理を行った基材を焼成することにより、第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置33の触媒を得ることができる。   FIG. 9 is a diagram schematically showing a catalyst manufacturing process of the exhaust gas purification device 33 according to the third embodiment. The carrier powder A3 is impregnated with a noble metal and coated on the base material layer 151 at the center. On the other hand, the carrier powder B3 is coated on the base material layer 161 in the peripheral portion without impregnating and supporting the noble metal. After masking a portion where the noble metal has already been supported at the center of the substrate, the noble metal is impregnated and supported. As a result, the noble metal is supported only on the surface layer portion 163 of the peripheral coat layer 162. By firing the base material thus treated, the catalyst of the exhaust gas purification device 33 according to the third embodiment can be obtained.

上記のように構成された第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置33は、ガスの流れに直交する面の中央部では担体に貴金属が均一に分散配置されており、周辺部においては担体コート層の表層部の貴金属密度が高く形成されている。したがって、触媒周辺部の表面担持密度が中心部より高くなるので、低温からの触媒活性が向上し、触媒浄化率が高められる。また、温度が低くなる周辺部に限定して表面担持密度を高くできるので、熱による貴金属のシンタリングを抑制して触媒の劣化を防止することができる。   In the exhaust gas purifying apparatus 33 according to the third embodiment configured as described above, the noble metal is uniformly distributed on the carrier in the central part of the surface orthogonal to the gas flow, and the carrier coating layer in the peripheral part. The noble metal density of the surface layer portion is high. Therefore, since the surface carrying density of the catalyst peripheral portion is higher than that of the central portion, the catalytic activity from a low temperature is improved and the catalyst purification rate is increased. In addition, since the surface support density can be increased only in the peripheral portion where the temperature is lowered, the sintering of the noble metal due to heat can be suppressed to prevent deterioration of the catalyst.

周辺部触媒は、貴金属をコート層の表面部に担持することで、中心部のように立体的に担持した場合に比べ表面の貴金属量が多くなる。このため触媒の活性点の数Nが多くなる。また、表面のガス濃度は、ガス通路からの拡散距離に反比例するので、ガス濃度Cも濃くなる。   In the peripheral catalyst, the amount of the noble metal on the surface is increased by supporting the noble metal on the surface portion of the coat layer as compared with the case where the noble metal is supported three-dimensionally like the central portion. For this reason, the number N of active points of the catalyst increases. Further, since the gas concentration on the surface is inversely proportional to the diffusion distance from the gas passage, the gas concentration C also increases.

前記のように、触媒の浄化率Sは、反応速度Rとガス濃度Cとの積
R×C
によりおよそ決まる。ここに活性点数をN、活性化エネルギーをE、触媒温度をTとするとき、
S=R×C=C・N・exp(−E/T)
である。すなわち同じ温度であれば、活性点数Nとガス濃度Cの高い、本実施形態にかかる排気ガス浄化装置33の浄化率が高くなる。さらに、反応が起きると反応熱が表層に集中して発生するため、触媒の温度が速く上昇し、さらに浄化率の向上を図ることができる。
As described above, the purification rate S of the catalyst is the product of the reaction rate R and the gas concentration C R × C
Is roughly determined by Here, when the number of active points is N, the activation energy is E, and the catalyst temperature is T,
S = R × C = C · N · exp (−E / T)
It is. That is, at the same temperature, the purification rate of the exhaust gas purification device 33 according to the present embodiment, which has a high number of active points N and a high gas concentration C, is increased. Furthermore, since reaction heat is concentrated on the surface layer when the reaction occurs, the temperature of the catalyst rises quickly, and the purification rate can be further improved.

図10は、第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置34の(A)は中心部触媒34Aの基材層171上にコート形成されたコート層172の、(B)は周辺部触媒34Bの基材層181上にコート形成されたコート層182の厚さ方向断面を模式的に示す図である。それぞれの図において、排気ガス通路はコート層172、182の上方に図面左側から右方向へと向かっている。   10A shows an exhaust gas purifying apparatus 34 according to the fourth embodiment. FIG. 10A shows a coat layer 172 formed on the base material layer 171 of the central catalyst 34A, and FIG. 10B shows a base of the peripheral catalyst 34B. It is a figure which shows typically the cross section of the thickness direction of the coating layer 182 coat-formed on the material layer 181. FIG. In each figure, the exhaust gas passage is directed from the left side of the drawing to the right above the coat layers 172 and 182.

図10(A)に示される中心部触媒34Aでは、基材層171上に、平均粒径の大きな担体A4、及び貴金属からなるコート層172が形成されている。担体A4には予め貴金属が含浸担持されており、その貴金属を担持した担体A4が基材層171上にコーティングされてコート層172が形成されている。したがってコート層172の表層部173から内部の基材層171に近接する部位に至るまで、深さ方向に貴金属が均一に分散されている。   In the center catalyst 34A shown in FIG. 10 (A), a carrier A4 having a large average particle diameter and a coat layer 172 made of a noble metal are formed on a base material layer 171. The carrier A4 is preliminarily impregnated with a noble metal, and the carrier A4 carrying the noble metal is coated on the base material layer 171 to form a coat layer 172. Therefore, the noble metal is uniformly dispersed in the depth direction from the surface layer portion 173 of the coat layer 172 to a portion close to the internal base material layer 171.

図10(B)に示される周辺部触媒34Bでは、基材層181上に、平均粒径の小さな担体B4、及び貴金属からなるコート層182が形成されている。周辺部触媒34Bにおいては、担体B4には予め、貴金属が含浸担持されており、その貴金属を担持した担体B4が基材層181上にコーティングされてコート層182が形成されている。したがってコート層182の表層部183から内部の基材層181に近接する部位に至るまで、深さ方向に貴金属が均一に分散されている。   In the peripheral catalyst 34B shown in FIG. 10B, a carrier B4 having a small average particle diameter and a coat layer 182 made of a noble metal are formed on a base material layer 181. In the peripheral portion catalyst 34B, the carrier B4 is impregnated with a noble metal in advance, and the carrier B4 carrying the noble metal is coated on the base material layer 181 to form a coat layer 182. Therefore, the noble metal is uniformly dispersed in the depth direction from the surface layer portion 183 of the coat layer 182 to a portion close to the internal base material layer 181.

図11は、第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置34の触媒の製造工程を模式的に示す図である。平均粒径大である担体粉末A4に貴金属を含浸担持させて中心部基材層171にコーティングする。一方、平均粒径小である担体粉末B4に貴金属を含浸担持させ、周辺部基材層181にコーティングする。かかる基材を焼成することにより、第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置34の触媒を得ることができる。   FIG. 11 is a view schematically showing a catalyst manufacturing process of the exhaust gas purification device 34 according to the fourth embodiment. The center part base material layer 171 is coated by impregnating and supporting a noble metal on the carrier powder A4 having a large average particle diameter. On the other hand, the carrier powder B4 having a small average particle size is impregnated and supported with a noble metal, and the peripheral base material layer 181 is coated. By firing such a base material, the catalyst of the exhaust gas purification device 34 according to the fourth embodiment can be obtained.

上記のように構成された第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置34は、ガスの流れに直交する面の中央部では平均粒径の大きな担体に貴金属が均一に分散配置されており、周辺部においては平均粒径の小さな担体に貴金属が均一に分散配置されている。したがって、中心部から周辺部へと全体にわたってコート層に貴金属が均一に分散されているので、OSCを高めることができ、リン等の触媒被毒に強いという利点がある。また周辺部のセル開口面積を大きくできるので、圧力損失を低減することができる。   In the exhaust gas purifying apparatus 34 according to the fourth embodiment configured as described above, the noble metal is uniformly distributed on the carrier having a large average particle diameter in the center portion of the surface orthogonal to the gas flow, and the peripheral portion. In No. 4, noble metals are uniformly distributed on a carrier having a small average particle diameter. Therefore, since the noble metal is uniformly dispersed in the coat layer from the central part to the peripheral part, there is an advantage that the OSC can be increased and it is resistant to catalyst poisoning such as phosphorus. Further, since the cell opening area in the peripheral portion can be increased, the pressure loss can be reduced.

第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置33において貴金属がコート層の表面部のみに担持されている周辺部の厚さ、及び第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置34において、担体粒子の粒径が小さい周辺部の厚さは10mm未満であることが好ましい。表面の貴金属密度(面密度)を上げると、貴金属のシンタリングが増加することが知られている。図1に示すとおり、排気ガス浄化装置30の周辺部の温度は低くなる。放熱があるためと、エンジン10側から流入する排気ガスの温度は、周辺部が低いためである。このため、シンタリングが抑制され、触媒の劣化が抑止される。この温度の低い部分の厚さが10mm程度であるため、担体粒子の粒径が小さい周辺部の厚さは10mm未満であることが好ましいのである。   In the exhaust gas purification device 33 according to the third embodiment, the thickness of the peripheral portion where the noble metal is supported only on the surface portion of the coat layer, and in the exhaust gas purification device 34 according to the fourth embodiment, the particle size of the carrier particles It is preferable that the thickness of the peripheral part with a small is less than 10 mm. It is known that sintering of noble metal increases when the surface noble metal density (surface density) is increased. As shown in FIG. 1, the temperature around the exhaust gas purifying device 30 is lowered. This is because there is heat dissipation and the temperature of the exhaust gas flowing from the engine 10 side is low in the peripheral portion. For this reason, sintering is suppressed and deterioration of the catalyst is suppressed. Since the thickness of the low temperature portion is about 10 mm, it is preferable that the thickness of the peripheral portion where the particle size of the carrier particles is small is less than 10 mm.

本発明の排気ガス浄化装置において、貴金属の種類は特に限定されるものではないが、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、及びパラジウム(Pd)のうちのいずれか、又はこれらを組み合わせて使用することができる。これらの中でも、Pt、及び/又はRhを好ましく使用することができる。   In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the kind of noble metal is not particularly limited, but any one of platinum (Pt), rhodium (Rh), and palladium (Pd), or a combination thereof is used. be able to. Among these, Pt and / or Rh can be preferably used.

また、本発明の排気ガス浄化装置において、担体の種類は特に限定されるものではないが、多孔質で表面積の大きな材料、例えばセリア/アルミナ、あるいはジルコニア等を好適に使用することができる。
本発明において、下流側触媒31B、32B、及び中心部触媒34Aの担体粒子径はそれぞれ上流側触媒31A、32A、及び周辺部触媒34Bの担体粒子径の2倍以上であることが好ましい。かかる粒子径比を取ることにより、本発明の排気ガス浄化装置31、32、34の浄化能をより高めることができる。
In the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the type of the carrier is not particularly limited, but a porous material having a large surface area such as ceria / alumina or zirconia can be preferably used.
In the present invention, the carrier particle diameters of the downstream catalysts 31B and 32B and the central catalyst 34A are preferably at least twice the carrier particle diameters of the upstream catalyst 31A and 32A and the peripheral catalyst 34B, respectively. By taking such a particle size ratio, the purification ability of the exhaust gas purification devices 31, 32, 34 of the present invention can be further enhanced.

一般的なガソリンエンジンに本発明の排気ガス浄化装置を用いた場合の概略を示すシステム図である。It is a system diagram showing an outline when the exhaust gas purification device of the present invention is used in a general gasoline engine. 第一実施形態、及び第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the exhaust-gas purification apparatus concerning 1st embodiment and 2nd embodiment. 第一実施形態にかかる排気ガス浄化装置の(A)は上流側触媒の、(B)は下流側触媒の基材層上にコート形成されたコート層の厚さ方向断面を模式的に示す図である。FIG. 1 schematically shows a cross section in the thickness direction of a coating layer formed on a base material layer of an upstream catalyst, and (B) of a downstream catalyst of the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment. It is. 第一実施形態にかかる排気ガス浄化装置触媒の製造工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the exhaust-gas purification apparatus catalyst concerning 1st embodiment. 第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置の(A)は上流側触媒の、(B)は下流側触媒の基材層上にコート形成されたコート層の厚さ方向断面を模式的に示す図である。(A) of the exhaust gas purifying apparatus according to the second embodiment is a diagram schematically showing a cross section in the thickness direction of the coat layer formed on the base material layer of the upstream catalyst, and (B) of the downstream catalyst. It is. 第二実施形態にかかる排気ガス浄化装置触媒の製造工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the exhaust-gas purification apparatus catalyst concerning 2nd embodiment. 第三実施形態及び第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the exhaust-gas purification apparatus concerning 3rd embodiment and 4th embodiment. 第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置の(A)は中心部触媒の、(B)は周辺部触媒の基材層上にコート形成されたコート層の厚さ方向断面を模式的に示す図である。(A) of the exhaust gas purifying apparatus according to the third embodiment is a diagram schematically showing a cross section in the thickness direction of a coat layer formed on the base material layer of the central catalyst, and (B) of the peripheral catalyst. It is. 第三実施形態にかかる排気ガス浄化装置触媒の製造工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the exhaust-gas purification apparatus catalyst concerning 3rd embodiment. 第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置の(A)は中心部触媒の、(B)は周辺部触媒の基材層上にコート形成されたコート層の厚さ方向断面を模式的に示す図である。(A) of exhaust gas purifying apparatus according to the fourth embodiment is a diagram schematically showing a cross section in the thickness direction of a coating layer formed on a base material layer of a central catalyst, and (B) of a peripheral catalyst. It is. 第四実施形態にかかる排気ガス浄化装置触媒の製造工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the manufacturing process of the exhaust-gas purification apparatus catalyst concerning 4th embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

c1、c2、c3、… セル
10 エンジン
11 エキゾーストマニホールド
15 排気管
16 排出管
20 混合気供給部
21 スロットル弁
22 エアフローメーター
23 スロットルセンサ
24 A/Fセンサ
25 O2センサ
30、31、32、33、34、300 排気ガス浄化装置
30A、31A、32A 上流側触媒
30B、31B、32B 下流側触媒
300A、33A、34A 中心部触媒
300B、33B、34B 周辺部触媒
40 ECU
51、61、71、81、151、161、171、181 基材層
52、62、72、82、152、162、172、182 コート層
53、63、73、83、153、163、173、183 表層部
c1, c2, c3,... Cell 10 Engine 11 Exhaust Manifold 15 Exhaust Pipe 16 Exhaust Pipe 20 Mixture Supply Unit 21 Throttle Valve 22 Air Flow Meter 23 Throttle Sensor 24 A / F Sensor 25 O2 Sensor 30, 31, 32, 33, 34 , 300 Exhaust gas purification devices 30A, 31A, 32A Upstream catalyst 30B, 31B, 32B Downstream catalyst 300A, 33A, 34A Center catalyst 300B, 33B, 34B Peripheral catalyst 40 ECU
51, 61, 71, 81, 151, 161, 171, 181 Base material layer 52, 62, 72, 82, 152, 162, 172, 182 Coat layer 53, 63, 73, 83, 153, 163, 173, 183 Surface layer

Claims (6)

内燃機関の排気ガス通路に配設され、前記排気ガスの流れ方向に沿って上流側触媒と下流側触媒とを備えるとともに、これら各触媒は基材層上に貴金属を担持した担体粒子を有するコート層を具備する排気ガス浄化装置であって、
前記上流側触媒の容積は、前記下流側触媒の容積より小さく、
前記上流側触媒の担体粒子の平均粒径は、下流側触媒の担体粒子の平均粒径より小さいことを特徴とする排気ガス浄化装置。
A coating which is disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine, and includes an upstream catalyst and a downstream catalyst along the flow direction of the exhaust gas, and each catalyst has carrier particles carrying a noble metal on a base material layer. An exhaust gas purification device comprising a layer,
The volume of the upstream catalyst is smaller than the volume of the downstream catalyst,
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein an average particle diameter of the carrier particles of the upstream catalyst is smaller than an average particle diameter of the carrier particles of the downstream catalyst.
前記上流側触媒の体積あたりの前記貴金属量は、下流側触媒の体積あたりの前記貴金属量と同一であることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the amount of the noble metal per volume of the upstream catalyst is the same as the amount of the noble metal per volume of the downstream catalyst. 前記貴金属を予め担体粒子に担持し、該担体粒子を前記基材層上にコートして前記コート層を形成したものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1 or 2, wherein the noble metal is previously supported on carrier particles, and the carrier particles are coated on the base material layer to form the coat layer. 前記上流側触媒は、前記担体粒子を前記基材層上にコートして前記コート層を形成した後に該コート層に貴金属を担持して形成したものであるとともに、前記下流側触媒は、前記貴金属を予め担体粒子に担持し、該担体粒子を前記基材層上にコートして前記コート層を形成したものであり、
前記上流側触媒の体積あたりの前記貴金属量は、下流側触媒の体積あたりの前記貴金属量より小さくしたことをしたことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置。
The upstream catalyst is formed by coating the carrier particles on the base material layer to form the coat layer and then supporting the noble metal on the coat layer, and the downstream catalyst includes the noble metal. Is previously supported on carrier particles, and the carrier particles are coated on the base material layer to form the coat layer,
The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the amount of the noble metal per volume of the upstream catalyst is smaller than the amount of the noble metal per volume of the downstream catalyst.
内燃機関の排気ガス通路に配設され、基材層上に貴金属を担持した担体粒子を有するコート層を具備する排気ガス浄化装置であって、
前記排気ガスの流れ方向に直交する面に関して、周辺部においては前記担体粒子に貴金属が前記コート層の表層部のみに担持されるとともに、前記周辺部以外の部位においては前記担体粒子に貴金属が前記コート層の全体に均一に担持されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
An exhaust gas purification apparatus comprising a coating layer disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine and having carrier particles carrying a noble metal on a base material layer,
With respect to the plane perpendicular to the flow direction of the exhaust gas, the noble metal is supported only on the surface layer of the coat layer in the periphery in the periphery, and the noble metal is in the support particle in a portion other than the periphery. An exhaust gas purifying apparatus, wherein the exhaust gas purifying apparatus is uniformly supported on the entire coating layer.
内燃機関の排気ガス通路に配設され、基材層上に貴金属を予め担持させた担体粒子をコーティングしてコート層形成した排気ガス浄化装置であって、
前記排気ガスの流れ方向に直交する面に関して、周辺部の前記担体粒子の平均粒径は、中心部の前記担体粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする排気ガス浄化装置。
An exhaust gas purifying device that is disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine and has a coating layer formed by coating carrier particles on which a noble metal is previously supported on a base material layer,
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the average particle diameter of the carrier particles in the peripheral part is smaller than the average particle diameter of the carrier particles in the central part with respect to a plane orthogonal to the flow direction of the exhaust gas.
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JP2016123890A (en) * 2014-12-26 2016-07-11 日産自動車株式会社 Honeycomb type monolith catalyst, and production method thereof

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