JP2009275559A - Electric heating type catalyst device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気モータと内燃エンジンの少なくとも一方で駆動されるハイブリッド自動車の排気系に有用な電気加熱式触媒装置に関する。 The present invention relates to an electrically heated catalyst device useful for an exhaust system of a hybrid vehicle driven by at least one of an electric motor and an internal combustion engine.
自動車の排ガス浄化用触媒として、三元触媒、酸化触媒、NOx 選択還元触媒、NOx 吸蔵還元触媒など、種々の排ガス浄化用触媒が用いられている。これらの触媒は、コージェライトあるいはメタル製のハニカム形状の担体基材に、アルミナなどの多孔質酸化物担体にPtなどの貴金属と、必要に応じてアルカリ系のNOx 吸蔵材などを担持した触媒コート層を形成してなるものである。 As exhaust gas purification catalysts for automobiles, various exhaust gas purification catalysts such as three-way catalysts, oxidation catalysts, NO x selective reduction catalysts, NO x storage reduction catalysts are used. These catalysts include a cordierite or metal honeycomb-shaped carrier substrate, a porous oxide carrier such as alumina carrying a noble metal such as Pt, and, if necessary, an alkaline NO x storage material. A coating layer is formed.
上記した排ガス浄化用触媒は、Pt、Rh、Pdなどの貴金属を必須成分としている。しかしこれらの貴金属は、低温時には触媒作用が発現されず、例えば 300℃以上など、所定温度以上でないと活性化されないという特性がある。そのため始動時など排ガス温度が低温時には、酸化還元反応が生じずHCやNOx などの有害物質が排出されてしまうという不具合があった。 The exhaust gas-purifying catalyst described above contains noble metals such as Pt, Rh, and Pd as essential components. However, these noble metals do not exhibit a catalytic action at a low temperature and have a characteristic that they are not activated unless the temperature is higher than a predetermined temperature such as 300 ° C. or higher. For this reason, when the exhaust gas temperature is low such as at the time of start-up, there is a problem that no oxidation-reduction reaction occurs and harmful substances such as HC and NO x are discharged.
そこでメタル製ハニカム体を担体基材として用い、その前にプレヒータを配置したり、メタル製ハニカム体それ自体に通電することで発熱させて貴金属の活性化温度まで昇温することが提案されている。しかしメタル製のハニカム体では、発熱のための電気抵抗値が十分とはいえず、バッテリーの出力が小さいこともあって、発熱量が十分ではなかった。 Therefore, it has been proposed to use a metal honeycomb body as a carrier substrate, and arrange a preheater in front of it, or energize the metal honeycomb body itself to generate heat and raise the temperature to the activation temperature of the noble metal. . However, in the metal honeycomb body, the electric resistance value for heat generation is not sufficient, and the output of the battery is small, so the heat generation amount is not sufficient.
そこで例えば特開平06−099079号公報には、一対の電極の間に通電発熱性の金属線を配設してなる通電発熱式担体が提案されている。この提案によれば、ハニカム体の機能を多くの金属線に代替させているので、一対の電極を介した通電によって十分な発熱量を確保することができる。したがって、この通電発熱式担体に触媒コート層を形成した排ガス浄化用触媒によれば、低温域においても高い浄化性能が発現される。 Thus, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 06-099079 proposes an energization heat generating type carrier in which an energization heat generating metal wire is disposed between a pair of electrodes. According to this proposal, since the function of the honeycomb body is replaced by many metal wires, a sufficient amount of heat generation can be ensured by energization through the pair of electrodes. Therefore, according to the exhaust gas purifying catalyst in which the catalyst coating layer is formed on the energization heat generating carrier, high purification performance is exhibited even in a low temperature range.
また特開平05−220406号公報には、金属製の平箔と波状箔とを重ねた帯状体を中心電極の周りに巻き上げて外筒内に収納すると共に、波状箔の波高或いは波長を部分的に変化させることによって、外周部及び中心部の少なくとも一方がそれらの中間部分より単位体積当たりの発熱量が大きくなるようにした、通電発熱式担体が提案されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-220406 discloses that a strip of metal flat foil and corrugated foil is wound around a central electrode and stored in an outer cylinder, and the wave height or wavelength of the corrugated foil is partially set. Thus, there has been proposed an energization heat-generating carrier in which at least one of the outer peripheral portion and the central portion has a larger calorific value per unit volume than their intermediate portion.
ところで、電気モータと内燃エンジンの少なくとも一方で駆動されるハイブリッド自動車においては、電気モータのみによる走行が可能である。したがって夜間に駐車場から発進する場合などに電気モータのみを駆動すれば、きわめて静かに発進することができ騒音を防止することができる。 By the way, in a hybrid vehicle driven by at least one of an electric motor and an internal combustion engine, traveling by only the electric motor is possible. Therefore, if only the electric motor is driven when starting from a parking lot at night, the vehicle can start very quietly and noise can be prevented.
しかしながら、電気モータのみでの走行に連続して内燃エンジンで走行した場合には、内燃エンジンが温まっていないため、排ガス温度が低く排ガス浄化用触媒による浄化が困難である。そこで例えば特開平07−071236号公報には、ハイブリッド自動車の排気系に電気加熱式触媒装置を配置することが記載されている。 However, when the internal combustion engine travels continuously with the electric motor alone, the exhaust gas temperature is low and it is difficult to purify with the exhaust gas purifying catalyst because the internal combustion engine is not warmed. Thus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-071236 describes that an electrically heated catalyst device is disposed in the exhaust system of a hybrid vehicle.
同公報に記載の発明によれば、電気モータのみによる走行時に電気加熱式触媒装置に通電して加熱することができる。したがって内燃エンジンでの走行に切り替えたときには、既に電気加熱式触媒装置が十分に加熱され、触媒の貴金属が活性化温度に到達しているので、排ガス中の有害成分を浄化することができる。
ところがハイブリッド自動車において、始動時には電気モータのみを駆動し、電気モータのみである程度走行した後に内燃エンジンを駆動した場合には、車輪の回転数が上昇した状態であるために内燃エンジンはいきなり高負荷運転状態となる。そのため多量の排ガスが発生し、それが排ガス浄化用触媒に流入することとなる。 However, in a hybrid vehicle, when only the electric motor is driven at the time of starting and the internal combustion engine is driven after traveling to a certain extent only with the electric motor, the internal combustion engine suddenly operates at a high load because the number of rotations of the wheels is increased. It becomes a state. As a result, a large amount of exhaust gas is generated and flows into the exhaust gas purifying catalyst.
そのため電気加熱式触媒装置を用い、それを予め加熱しておいたとしても、低温の排ガスが多量に流入するため触媒温度が低下して十分な浄化性能が得られないという問題があった。 For this reason, even if an electrically heated catalyst device is used and heated in advance, a large amount of low-temperature exhaust gas flows, so that there is a problem that the catalyst temperature is lowered and sufficient purification performance cannot be obtained.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、低温の排ガスが多量に流入した場合でも高い浄化性能を発現できるようにすることを解決すべき課題とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it the subject which should be solved to enable high purification performance to be expressed even when a large amount of low-temperature exhaust gas flows.
上記課題を解決する本発明の電気加熱式触媒装置の特徴は、電気的に加熱可能な担体基材と、担体基材の排ガス通路に形成され酸化物担体と酸化物担体に担持された少なくとも貴金属とからなる触媒コート層と、担体基材に通電することにより担体基材を加熱する加熱手段と、を備え、触媒コート層は担体基材の排ガス上流側に形成された上流コート部と、上流コート部の排ガス下流側に形成された下流コート部とからなり、担体基材の単位嵩容積当たりにおける貴金属の担持量である担持密度は上流コート部より下流コート部の方が高いことにある。 The feature of the electrically heated catalyst device of the present invention that solves the above-described problems is that a carrier base material that can be electrically heated, an oxide carrier formed in an exhaust gas passage of the carrier base material, and at least a noble metal carried on the oxide carrier. And a heating means for heating the carrier substrate by energizing the carrier substrate, the catalyst coat layer comprising an upstream coat portion formed on the exhaust gas upstream side of the carrier substrate, and an upstream The downstream coating portion is formed on the exhaust gas downstream side of the coating portion, and the supporting density, which is the amount of the precious metal supported per unit volume of the carrier substrate, is higher in the downstream coating portion than in the upstream coating portion.
電気加熱式触媒装置が予め通電加熱されているときに、内燃エンジンから低温の排ガスが電気加熱式触媒装置に流入すると、排ガスは電気加熱式触媒装置の上流コート部で熱伝導によって加熱されて下流コート部に流入する。 When low temperature exhaust gas flows from the internal combustion engine into the electrically heated catalyst device while the electrically heated catalyst device is pre-heated by energization, the exhaust gas is heated by heat conduction in the upstream coat portion of the electrically heated catalyst device and is downstream. It flows into the coat part.
そこで本発明の電気加熱式触媒装置では、上流コート部より下流コート部の方が貴金属の担持密度が高くなるように触媒コート層が形成されている。したがって上流コート部を通過することによって温度が上昇した排ガスが、貴金属の高密度担持部である下流コート部に流入するため、貴金属の活性が十分に発揮され、排ガス中の有害成分を効率よく浄化することができる。 Therefore, in the electrically heated catalyst device of the present invention, the catalyst coat layer is formed so that the loading density of the noble metal is higher in the downstream coat portion than in the upstream coat portion. Therefore, since the exhaust gas whose temperature has risen by passing through the upstream coat part flows into the downstream coat part, which is a high-density carrying part of the noble metal, the activity of the noble metal is fully exhibited, and harmful components in the exhaust gas are efficiently purified. can do.
すなわち本発明の電気加熱式触媒装置によれば、冷状態にある内燃エンジンがいきなり高負荷運転状態となって低温の排ガスが多量に発生した場合にも、下流コート部に高密度で担持された貴金属によって有害物質の排出を大きく抑制することができる。また上流コート部における貴金属の担持密度を十分に低くすることができるので、従来に比べて貴金属の使用量を大幅に低減することができる。さらに、従来より加熱温度を低くすることが可能となるため、電気加熱式触媒装置を加熱するための電力も低減でき燃費が向上する。 That is, according to the electrically heated catalyst device of the present invention, even when the internal combustion engine in a cold state suddenly becomes in a high load operation state and a large amount of low-temperature exhaust gas is generated, it is supported at a high density on the downstream coat portion. Precious metals can greatly reduce the emission of harmful substances. Moreover, since the carrying density of the noble metal in the upstream coat portion can be sufficiently lowered, the amount of the noble metal used can be greatly reduced as compared with the conventional case. Furthermore, since it becomes possible to make heating temperature lower than before, the electric power for heating an electrically heated catalyst apparatus can also be reduced, and a fuel consumption improves.
本発明の電気加熱式触媒装置は、触媒コート層が形成された担体基材と、担体基材を電気的に加熱する加熱手段と、を備えている。担体基材は、排ガス通路を有するものであり、ハニカム形状、フォーム形状などの形状を有するものであって、電気的に加熱可能な材料から形成されたものを用いることができる。電気的に加熱可能な材料から形成された担体基材としては、例えばFe−Cr−Al系などの金属箔から形成されたメタルハニカム体、SiC から形成されたモノリスハニカム体などが例示される。 The electrically heated catalyst device of the present invention includes a carrier substrate on which a catalyst coat layer is formed, and heating means for electrically heating the carrier substrate. The carrier substrate has an exhaust gas passage, and has a shape such as a honeycomb shape or a foam shape, and can be formed from an electrically heatable material. Examples of the carrier substrate formed from an electrically heatable material include a metal honeycomb body formed from a metal foil such as Fe—Cr—Al, and a monolith honeycomb body formed from SiC.
担体基材の排ガス通路には、触媒コート層が形成されている。この触媒コート層は、酸化物担体と酸化物担体に担持された少なくとも貴金属とからなる。酸化物担体としては、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア、シリカなどが例示され、これらから選ばれる単品、これらから選ばれる複数種の混合物、あるいはこれらから選ばれる複数種からなる複合酸化物などを用いることができる。 A catalyst coat layer is formed in the exhaust gas passage of the carrier substrate. This catalyst coat layer comprises an oxide carrier and at least a noble metal supported on the oxide carrier. Examples of the oxide carrier include alumina, ceria, zirconia, titania, silica, etc., and a single product selected from these, a mixture of a plurality of types selected from these, or a composite oxide consisting of a plurality of types selected from these are used. be able to.
また貴金属は、Pt、Pd、Rh、Ir、Agなどから選ばれるものであり、触媒の用途に応じて種々選択して用いることができる。触媒の用途に応じて、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属など、他の触媒金属を併用してもよい。 The noble metal is selected from Pt, Pd, Rh, Ir, Ag, and the like, and can be selected and used in various ways according to the application of the catalyst. Depending on the application of the catalyst, other catalyst metals such as alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals may be used in combination.
本発明の最大の特色は、担体基材の排ガス上流側に形成された上流コート部と、上流コート部の排ガス下流側に形成された下流コート部とから触媒コート層を構成し、貴金属の担持密度は上流コート部より下流コート部の方が高いところにある。ここで「担持密度」とは、担体基材の単位嵩容積当たりの担持量を意味し、一般には担体基材の嵩容積1リットルあたりの担持量を意味する。 The greatest feature of the present invention is that a catalyst coat layer is composed of an upstream coat portion formed on the exhaust gas upstream side of the carrier substrate and a downstream coat portion formed on the exhaust gas downstream side of the upstream coat portion, and supports the noble metal. The density is higher in the downstream coat part than in the upstream coat part. Here, the “supporting density” means a support amount per unit volume of the support substrate, and generally means a support amount per liter of the support substrate.
上流コート部と下流コート部とで、酸化物担体の種類、組成あるいはコート量は、同一であってもよいし異なっていてもよい。下流コート部では貴金属の担持密度が高いのであるから、熱容量を大きくするために下流コート部のコート量を多くしてもよい。このようにすれば下流コート部における温度低下が抑制され、下流コート部における貴金属の活性が向上する。 The type, composition, or coat amount of the oxide carrier may be the same or different between the upstream coat portion and the downstream coat portion. Since the support density of the noble metal is high in the downstream coat portion, the coat amount in the downstream coat portion may be increased in order to increase the heat capacity. If it does in this way, the temperature fall in a downstream coat part will be controlled, and the activity of the noble metal in a downstream coat part will improve.
貴金属の担持密度は、上流コート部及び下流コート部ではそれぞれ均一に担持するとともに、上流コート部と下流コート部とで担持密度に差を付けることができる。また、排ガス流入側端面から排ガス流出側端面へ向かって担持密度が小から大へ傾斜するように構成してもよい。この場合の傾斜は滑らかに傾斜するようにしてもよいし、段階的に傾斜してもよい。また上流コート部に貴金属を担持せず、下流コート部のみに貴金属を担持することもできる。 The carrying density of the noble metal is uniformly carried in the upstream coat part and the downstream coat part, and the carrying density can be made different between the upstream coat part and the downstream coat part. Further, the carrying density may be inclined from small to large from the exhaust gas inflow side end surface to the exhaust gas outflow side end surface. In this case, the inclination may be smoothly inclined or may be inclined stepwise. It is also possible to carry a noble metal only on the downstream coat part without carrying the noble metal on the upstream coat part.
下流コート部における貴金属の担持密度は、貴金属がPt又はPdの場合、担体基材の嵩容積1リットルあたり 2.5g以上であることが望ましい。 When the noble metal is Pt or Pd, the loading density of the noble metal in the downstream coat part is desirably 2.5 g or more per liter of the bulk volume of the carrier substrate.
触媒全体としての貴金属の担持密度の最適範囲は、触媒の用途などに応じて予め決められている。例えば三元触媒であれば、担体基材の嵩容積1リットルあたりに、PtあるいはPdの担持密度を 0.3〜10g、Rhの担持密度を 0.05〜 0.6gの範囲とするのが好ましい。したがって上流コート部と下流コート部で貴金属の担持密度を異ならせるにしても、全体として(平均値として)この範囲となるようにすることが望ましい。 The optimum range of the noble metal loading density of the catalyst as a whole is determined in advance according to the application of the catalyst. For example, in the case of a three-way catalyst, it is preferable that the loading density of Pt or Pd is 0.3 to 10 g and the loading density of Rh is 0.05 to 0.6 g per liter of the bulk volume of the support substrate. Therefore, even if the carrying density of the noble metal is made different between the upstream coat portion and the downstream coat portion, it is desirable to make it within this range as a whole (as an average value).
なお、上流コート部と下流コート部とで担持密度に差を付ける場合には、下流コート部は触媒コート層の全長の30〜70%の範囲に形成することが好ましく、50%近傍とすることが望ましい。下流コート部の形成範囲がこの範囲を外れると、低温の排ガスが流入したときの浄化性能が低下する場合がある。 In addition, when making a difference in carrying density between the upstream coat portion and the downstream coat portion, the downstream coat portion is preferably formed in the range of 30 to 70% of the total length of the catalyst coat layer, and should be around 50%. Is desirable. If the formation range of the downstream coat portion is out of this range, the purification performance when low-temperature exhaust gas flows may deteriorate.
担体基材に上流コート部と下流コート部からなる触媒コート層を形成するには、酸化物担体粉末を主成分とするスラリーを担体基材の排ガス通路壁表面にウォッシュコートして乾燥、焼成してコート層を形成する、その後に貴金属溶液を用いて、コート層に貴金属を吸着担持あるいは吸水担持する方法がある。この場合、濃度が異なる貴金属溶液を用いてコート層を塗り分けることで、上流コート部と下流コート部とを形成することができる。 In order to form a catalyst coating layer consisting of an upstream coating portion and a downstream coating portion on a carrier substrate, a slurry containing oxide carrier powder as a main component is washed on the exhaust gas passage wall surface of the carrier substrate, dried and fired. There is a method in which a coat layer is formed and then a noble metal solution is used to adsorb and carry a noble metal on the coat layer. In this case, the upstream coat portion and the downstream coat portion can be formed by separately coating the coat layer using noble metal solutions having different concentrations.
あるいは酸化物担体粉末に予め貴金属を担持した触媒粉末を調製し、その触媒粉末を含むスラリーを用いて触媒コート層を形成することもできる。この場合、貴金属の担持量が異なる触媒粉末を用いて、上流コート部と下流コート部とをそれぞれ形成することができる。 Alternatively, a catalyst powder in which a noble metal is supported in advance on an oxide carrier powder can be prepared, and a catalyst coat layer can be formed using a slurry containing the catalyst powder. In this case, the upstream coat portion and the downstream coat portion can be formed using catalyst powders having different amounts of noble metal supported.
担体基材に通電することにより担体基材を加熱する加熱手段としては、一対の電極を担体基材の中心と外周とに接続し、バッテリーの電力を給電する手段を用いることができる。ハイブリッド自動車には高出力のバッテリーが搭載されているので、その電力を給電することで担体基材を迅速に加熱することができる。 As a heating means for heating the carrier base material by energizing the carrier base material, a means for supplying a battery power by connecting a pair of electrodes to the center and the outer periphery of the carrier base material can be used. Since the hybrid vehicle is equipped with a high-power battery, the carrier substrate can be rapidly heated by supplying the electric power.
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
(実施例1)
図1に本実施例に係る電気加熱式触媒装置の断面図を示す。この電気加熱式触媒装置は、メタル製のハニカム基材(嵩容積 0.7リットル、全長 100mm)をもつ三元触媒1が金属製外筒2内に収納されてなり、三元触媒1の軸中心には中心電極3が貫通して配置されている。外筒2は接地電極を兼ね、中心電極3は絶縁体30によって外筒2と電気的に絶縁された状態で外筒2の外部へ引き出されている。
Example 1
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an electrically heated catalyst device according to this embodiment. In this electrically heated catalyst device, a three-way catalyst 1 having a metal honeycomb substrate (bulk volume 0.7 liter, total length 100 mm) is housed in a metal
三元触媒1は、図2に拡大して示すように、鋼(Fe−Cr−Al系)製の平箔10と絶縁箔11と鋼(Fe−Cr−Al系)製の波状箔12とが積層され、接触部が互いに接合された帯状体が巻回されてなり、多数のハニカム通路13を有するハニカム基材14と、ハニカム通路13を区画する平板12、絶縁箔11、波状箔12の表面に形成された触媒コート層15と、からなる。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the three-way catalyst 1 includes a
触媒コート層15は、図1に拡大して示すように、ハニカム基材14の排ガス上流側に形成された上流コート部16と、上流コート部16の排ガス下流側に形成された下流コート部17とからなり、共に活性アルミナ粉末などの酸化物担体と貴金属とからなる。そして上流コート部16と下流コート部17とで、貴金属の担持密度が異なっている。以下、この電気加熱式触媒装置の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。
As shown in an enlarged view in FIG. 1, the
先ず、鋼製で幅 100mmの長尺状の平箔10と、平箔10をコルゲート加工することによって形成された波状箔12とを用意し、それぞれを重ねて両者の接触部をレーザ溶接あるいはロウ付けによって接合する。さらに平箔10の表面に絶縁箔11を積層する。こうして形成された帯状体を、中心電極3を中心にして断面渦巻き状に巻き上げ、巻き締めて所定の外径とする。これを外筒2内に挿入し、外筒2と接合してハニカム基材14を得た。続いて中心電極3の一端を絶縁体30を介して外筒2の外部へ引き出し、それを陽極とするとともに、外筒2に接地極20を接続した。
First, an elongated
一方、活性アルミナ粉末に予めPdを2質量%担持したPd/Al2O3 触媒粉末 100質量部と、CeO2−ZrO2複合酸化物粉末に予めRhを 0.5質量%担持したRh/CeO2−ZrO2触媒粉末40質量部と、バインダとしてのアルミナゾル及び水を混合して上流部用スラリーを調製した。 On the other hand, 100 parts by mass of Pd / Al 2 O 3 catalyst powder in which 2% by mass of Pd was previously supported on activated alumina powder, and Rh / CeO 2 — in which 0.5% by mass of Rh was previously supported on CeO 2 —ZrO 2 composite oxide powder. 40 parts by mass of ZrO 2 catalyst powder, alumina sol as a binder and water were mixed to prepare an upstream slurry.
この上流部用スラリーをハニカム基材14の排ガス流入側端面から全長の50%の範囲にウォッシュコートし、 250℃で1時間乾燥した。
This upstream slurry was wash-coated from the exhaust gas inflow side end face of the
次に活性アルミナ粉末に予めPdを4質量%担持したPd/Al2O3 触媒粉末 100質量部と、CeO2−ZrO2複合酸化物粉末に予めRhを 1.0質量%担持したRh/CeO2−ZrO2触媒粉末40質量部と、バインダとしてのアルミナゾル及び水を混合して下流部用スラリーを調製した。 Next, 100 parts by mass of Pd / Al 2 O 3 catalyst powder in which 4% by mass of Pd is previously supported on activated alumina powder, and Rh / CeO 2 − in which 1.0% by mass of Rh is previously supported on CeO 2 —ZrO 2 composite oxide powder. A slurry for downstream portion was prepared by mixing 40 parts by mass of ZrO 2 catalyst powder, alumina sol as a binder and water.
この下流部用スラリーをハニカム基材14の排ガス流出側端面から全長の50%の範囲にウォッシュコートし、 250℃で1時間乾燥した。そして全体を 500℃で焼成し、上流コート部16と下流コート部17とを形成して本実施例の電気加熱式触媒装置を製造した。
This downstream slurry was wash-coated from the exhaust gas outlet side end face of the
ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たり、上流コート部16は 110g、下流コート部17は 135gそれぞれ形成された。ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの上流コート部16におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ1g及び 0.1gであり、ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの下流コート部17におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ3g及び 0.3gである。
110 g of the
なお触媒コート層15全体におけるPd及びRhの平均担持密度は、それぞれ2g及び 0.2gであり、後述の比較例2と同一である。
The average supported densities of Pd and Rh in the entire
(実施例2)
各触媒粉末の配合量を調整したこと以外は実施例1と同様にして、上流部用スラリー及び下流部用スラリーを調製した。そして実施例1と同様に形成されたハニカム基材14を用い、これらのスラリーを用いて、流入側端面から30mmの範囲に上流コート部を形成し、流出側端面から70mmの範囲に下流コート部を形成して、触媒コート層を形成した。
(Example 2)
An upstream portion slurry and a downstream portion slurry were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of each catalyst powder was adjusted. Then, using the
ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たり、上流コート部は 110g、下流コート部は 130gそれぞれ形成された。ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの上流コート部におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ 0.8g及び0.08gであり、ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの下流コート部におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ 2.5g及び0.25gである。
110 g of the upstream coat part and 130 g of the downstream coat part were formed per liter of the bulk volume of the
なお触媒コート層14全体におけるPd及びRhの平均担持密度は、それぞれ2g及び 0.2gであり、後述の比較例2と同一である。
The average supported densities of Pd and Rh in the entire
(実施例3)
各触媒粉末の配合量を調整したこと以外は実施例1と同様にして、上流部用スラリー及び下流部用スラリーを調製した。そして実施例1と同様に形成されたハニカム基材14を用い、これらのスラリーを用いて、流入側端面から70mmの範囲に上流コート部を形成し、流出側端面から30mmの範囲に下流コート部を形成して、触媒コート層を形成した。
(Example 3)
An upstream portion slurry and a downstream portion slurry were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of each catalyst powder was adjusted. Then, using the
ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たり、上流コート部16は 110g、下流コート部17は 150gそれぞれ形成された。ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの上流コート部におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ 0.5g及び0.05gであり、ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの下流コート部におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ 5.5g及び0.55gである。
110 g of the
なお触媒コート層14全体におけるPd及びRhの平均担持密度は、それぞれ2g及び 0.2gであり、後述の比較例2と同一である。
The average supported densities of Pd and Rh in the entire
(実施例4)
Pd/Al2O3 触媒粉末に代えて、活性アルミナ粉末に予めPtを2質量%担持したPt/Al2O3 触媒粉末を上流部用スラリーに用い、活性アルミナ粉末に予めPtを4質量%担持したPt/Al2O3 触媒粉末を下流部用スラリーに用いたこと以外は実施例1と同様にして、各スラリーを調製した。そして実施例1と同様に形成されたハニカム基材14を用い、これらのスラリーを用いて、流入側端面から50mmの範囲に上流コート部を形成し、流出側端面から50mmの範囲に下流コート部を形成して、触媒コート層を形成した。
Example 4
Instead of Pd / Al 2 O 3 catalyst powder, Pt / Al 2 O 3 catalyst powder in which 2 % by mass of Pt was supported on activated alumina powder in advance was used as the upstream slurry, and 4% by mass of Pt in the activated alumina powder in advance. Each slurry was prepared in the same manner as in Example 1 except that the supported Pt / Al 2 O 3 catalyst powder was used as the downstream slurry. Then, using the
ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たり、上流コート部は 110g、下流コート部は 135gそれぞれ形成された。ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの上流コート部におけるPt及びRhの担持密度はそれぞれ1g及び 0.1gであり、ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの下流コート部におけるPt及びRhの担持密度はそれぞれ3g及び 0.3gである。
110 g of the upstream coat part and 135 g of the downstream coat part were formed per liter of the bulk volume of the
なお触媒コート層14全体におけるPt及びRhの平均担持密度は、それぞれ2g及び 0.2gであり、後述の比較例3と同一である。
The average supported densities of Pt and Rh in the entire
(比較例1)
上流コート部16と下流コート部17との組成を逆にしたこと以外は実施例1と同様である。すなわちハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの上流コート部16におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ3g及び 0.3gであり、ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりの下流コート部17におけるPd及びRhの担持密度はそれぞれ1g及び 0.1gである。
(Comparative Example 1)
The same as Example 1 except that the compositions of the
なお触媒コート層15全体におけるPd及びRhの平均担持密度は、それぞれ2g及び 0.2gであり、後述の比較例2と同一である。
The average supported densities of Pd and Rh in the entire
(比較例2)
実施例1と同様に形成されたハニカム基材14の全長に、実施例1と同様の上流部用スラリーを用いて触媒コート層を均一に形成した。触媒コート層はハニカム基材14の嵩容積1リットル当たり 120g形成され、ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりのPd及びRhの担持密度はそれぞれ2g及び 0.2gである。
(Comparative Example 2)
A catalyst coat layer was uniformly formed on the entire length of the
(比較例3)
実施例1と同様に形成されたハニカム基材14の全長に、実施例4と同様の上流部用スラリーを用いて触媒コート層を均一に形成した。触媒コート層はハニカム基材14の嵩容積1リットル当たり 120g形成され、ハニカム基材14の嵩容積1リットル当たりのPt及びRhの担持密度はそれぞれ2g及び 0.2gである。
(Comparative Example 3)
A catalyst coat layer was uniformly formed on the entire length of the
<試験・評価>
各実施例及び各比較例の電気加熱式触媒装置を、排気量2リットルのガソリンエンジンの排気系にそれぞれ取り付け、A/F =14.6で燃焼されたストイキ雰囲気の排ガスを排ガス温度 900℃で 100時間流通させる耐久試験を行った。
<Test and evaluation>
The electrically heated catalyst device of each example and each comparative example was attached to the exhaust system of a gasoline engine with a displacement of 2 liters, and exhaust gas in a stoichiometric atmosphere burned at A / F = 14.6 was exhausted at 900 ° C for 100 hours. An endurance test was conducted.
耐久試験後の各触媒装置を耐久試験と同一の排気系にそれぞれ取り付け、中心電極3と接地極20との間に25Vの電圧を印加して、それぞれ 400℃に加熱した。その状態で、ガソリンエンジンを25℃の室温において冷間始動し、始動直後の排ガスを1分間各触媒装置に流したときのHC、CO及びNOx の浄化率をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。表1には、各実施例及び各比較例の電気加熱式触媒装置の構成もまとめて示している。
Each catalyst device after the durability test was attached to the same exhaust system as that in the durability test, and a voltage of 25 V was applied between the
表1から、実施例1〜3の触媒装置は比較例2の触媒装置に比べて浄化率が高く、実施例4の触媒装置は比較例3の触媒装置に比べて浄化率が高いことがわかる。すなわち上流コート部の貴金属の担持密度より下流コート部の貴金属の担持密度を高くすることで、低温の排ガスが流入したときの浄化性能が向上することが明らかである。また比較例1の触媒装置は比較例2の触媒装置より浄化性能が劣っていることから、貴金属の担持密度を下流側が上流側より高くすることは逆効果であることもわかる。 From Table 1, it can be seen that the catalytic devices of Examples 1 to 3 have a higher purification rate than the catalytic device of Comparative Example 2, and the catalytic device of Example 4 has a higher purification rate than the catalytic device of Comparative Example 3. . That is, it is clear that the purification performance when low-temperature exhaust gas flows is improved by increasing the support density of the noble metal in the downstream coat part higher than the support density of the noble metal in the upstream coat part. Further, since the catalytic device of Comparative Example 1 is inferior in purification performance to the catalytic device of Comparative Example 2, it can also be seen that increasing the noble metal loading density on the downstream side higher than the upstream side is counterproductive.
さらに実施例1〜3の結果を比較すると、実施例1の触媒装置が最も高い浄化率を示していることから、上流コート層と下流コート層の形成比率が1:1近傍に最適値があることが示唆される。 Further, when the results of Examples 1 to 3 are compared, the catalyst device of Example 1 shows the highest purification rate, so that the formation ratio of the upstream coat layer and the downstream coat layer has an optimum value in the vicinity of 1: 1. It is suggested.
本発明の電気加熱式触媒装置は、実施例で例示した三元触媒のみならず、酸化触媒、NOx 選択還元触媒、NOx 吸蔵還元触媒など、触媒金属として貴金属を用いている触媒に用いることが可能である。 The electrically heated catalyst device of the present invention is used not only for the three-way catalyst exemplified in the examples, but also for a catalyst using a noble metal as a catalyst metal, such as an oxidation catalyst, a NO x selective reduction catalyst, and a NO x storage reduction catalyst. Is possible.
1:三元触媒 2:外筒 3:中心電極
10:平箔 11:絶縁箔 12:波状箔
13:ハニカム通路 14:ハニカム基材 15:触媒コート層
16:上流コート部 17:下流コート部
1: Three-way catalyst 2: Outer cylinder 3: Center electrode
10: Flat foil 11: Insulating foil 12: Corrugated foil
13: Honeycomb passage 14: Honeycomb substrate 15: Catalyst coating layer
16: Upstream court 17: Downstream court
Claims (4)
該担体基材の排ガス通路に形成され酸化物担体と該酸化物担体に担持された少なくとも貴金属とからなる触媒コート層と、
該担体基材に通電することにより該担体基材を加熱する加熱手段と、を備え、
該触媒コート層は該担体基材の排ガス上流側に形成された上流コート部と、該上流コート部の排ガス下流側に形成された下流コート部とからなり、該担体基材の単位嵩容積当たりにおける貴金属の担持量である担持密度は該上流コート部より該下流コート部の方が高いことを特徴とする電気加熱式触媒装置。 An electrically heatable carrier substrate;
A catalyst coat layer formed in an exhaust gas passage of the carrier substrate and comprising an oxide carrier and at least a noble metal supported on the oxide carrier;
Heating means for heating the carrier substrate by energizing the carrier substrate,
The catalyst coat layer is composed of an upstream coat portion formed on the exhaust gas upstream side of the carrier substrate and a downstream coat portion formed on the exhaust gas downstream side of the upstream coat portion, and per unit bulk volume of the carrier substrate. The electrically heated catalyst device is characterized in that the loading density, which is the loading amount of the noble metal, is higher in the downstream coating portion than in the upstream coating portion.
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