JP2014100658A - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

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Abstract

【課題】高い浄化性能を発揮することができる排ガス浄化用触媒を提供する。
【解決手段】第１の端面３ａから第２の端面３ｂまで貫通する複数の貫通孔５によって形成された複数の内壁面７を有する基材３と、複数の内壁面７にそれぞれ形成された複数の触媒層９と、を備え、各貫通孔５が中心軸５Ｘを有し、各触媒層９が、第１の端面３ａから内方に所定距離延在した第１の領域９Ａと、第２の端面３ｂから内方に所定距離延在した第２の領域９Ｂと、第１の領域９Ａおよび第２の領域９Ｂの間に位置する第３の領域９Ｃと、に区分され、触媒層９の第１の領域９Ａで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離ｈ１が、触媒層９の第３の領域９Ｃで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離ｈ３よりも小さく、触媒層９の第２の領域９Ｂで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離ｈ２よりも大きくなるよう触媒層９を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒に関する。
内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒として、基材に貫通孔を形成し、この貫通孔によって形成された内壁面に触媒層を有する排ガス浄化用触媒が、例えば下記の先行技術文献に開示されている。
特許文献１には、ケーシング内に排ガス流動方向に沿って互いに離間部を介して３段に触媒担体を配置し、各触媒担体の圧力損失が出口側ほど増すように設定することにより、離間部で排ガスを攪拌して排ガスを全域に分散し、浄化効率を向上させた排ガス浄化用触媒コンバータが開示されている。
特許文献２には、セルの一方側からの触媒部と他方側からの触媒部とが重ならないようにそれぞれを離間し、触媒部の重なりによる圧損の増加を抑えた排ガス浄化用触媒が開示されている。
特許文献３には、貫通孔の上流部側および下流部側の双方からその中心に向けて触媒層の厚さを減少させ、排ガスの圧力損失を低減した排ガス浄化用触媒が開示されている。
特開平９−１９５７５７号公報 特開２００５−３３４８０１号公報 特開２０１１−２１２５０８号公報
ところで、排ガスの触媒での浄化反応は、それぞれのガス成分の反応速度と、排ガスの拡散速度と、によって決まる。触媒の貴金属種、担持量などによって異なるが、一般に４００℃以下の低温域では反応速度が律速となり、５００℃以上の高温域では反応速度が十分に増すため拡散速度が律速となる。
内燃機関の排ガスは、一般に各気筒から連続で排出されるため脈動している。そして、排ガスは触媒の内部（貫通孔）を通る際にも脈動しており、その脈動により排ガスの流れが乱れるためガス拡散性が高く、触媒での高い浄化効率を可能としている。ガス拡散性とは、触媒層に排ガスが拡散することである。
しかしながら、内燃機関の吸入空気量が大きい場合は排ガス流速が速くなるため、拡散速度が排ガス量に対し相対的に不足し、触媒では完全に浄化できなくなることが懸念される。また、触媒での圧力損失低減の観点から、より基材容量の小さい触媒で高い浄化機能を保有することが求められている。
本発明は、上述のような従来の課題を解決するためになされたもので、高い浄化性能を発揮することができる排ガス浄化用触媒を提供することを目的とする。
本発明に係る排ガス浄化用触媒は、上記目的達成のため、（１）第１の端面および第２の端面と、前記第１の端面から前記第２の端面まで貫通する複数の貫通孔によって形成された複数の内壁面と、を有する基材と、前記複数の内壁面にそれぞれ形成された複数の触媒層と、を備え、前記各貫通孔が中心軸を有し、前記各触媒層が、前記第１の端面から内方に所定距離延在した第１の領域と、前記第２の端面から内方に所定距離延在した第２の領域と、前記第１の領域および前記第２の領域の間に位置する第３の領域と、に区分され、前記触媒層の第１の領域で前記貫通孔の中心軸から前記触媒層の内表面までの距離が、前記触媒層の第３の領域で前記貫通孔の中心軸から前記触媒層の内表面までの距離よりも小さく、前記触媒層の第２の領域で前記貫通孔の中心軸から前記触媒層の内表面までの距離よりも大きくなるよう前記触媒層を形成する。
この構成により、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、触媒層の第３の領域が触媒層の第１の領域および第２の領域よりも基材側に凹んで凹み部を形成しているので、第１の端面側、又は第２の端面側から流入して貫通孔を通る排ガスの流れを乱すことができ、触媒層に対する排ガスの拡散性を向上させることができる。この結果、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、高い浄化性能を発揮することができる。
また、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、凹み部にも触媒層が形成されているので、触媒層を部分的に形成しないことで凹み部が設けられるような場合と比較して、容量がより小さい基材で高い浄化性能を発揮することができる。
また、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、凹み部が基材の内部に形成されているので、ケーシング内に排ガス流動方向に沿って互いに離間部を介して３段に触媒担体を配置することで凹み部を形成するような場合と比較して、低コストで高い浄化性能を発揮することができる。
上記（１）に記載の排ガス浄化用触媒において、（２）前記第１の端面側を排ガス流入側とし、前記第２の端面側を排ガス流出側としたとき、前記第３の領域が、前記第２の端面側よりも前記第１の端面側に近接している。
この構成により、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、第３の領域の凹み部が第２の端面側よりも排ガス流入側となる第１の端面側に近接しているので、エンジン始動時に排ガス流入側から触媒層が暖まっていくことで、より触媒層の温度が高くなる第１の端面側で排ガスの流れを乱すことができ、排ガス流入側となる第１の端面側の排ガス拡散性を向上させることができる。この結果、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、暖機性を高めることができる。
上記（１）に記載の排ガス浄化用触媒において、（３）前記第１の端面側を排気ガス流入側とし、前記第２の面側を排気ガス流出側としたとき、前記第３の領域が、前記第１の端面側よりも前記第２の端面側に近接している。
この構成により、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、第３の領域の凹み部が第１の端面側よりも排ガス流出側となる第２の端面側に近接しているので、第２の端面側での排ガスの流れを乱すことができ、排ガス流出側となる第２の端面側の排ガス拡散性を向上させることができる。この結果、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、ＯＳＣ（酸素吸蔵放出能：Oxygen Storage Capacity）特性を高めることができる。
本発明によれば、高い浄化性能を発揮することができる排ガス浄化用触媒を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒の概略構成を示す図（（ａ）は斜視図，（ｂ）は（ａ）の第１の端面側から見た側面図）である。 図１（ｂ）の一部を拡大した図である。 図２のａ−ａ線に沿った断面構造を示す断面図である。 比較例１である排ガス浄化用触媒の断面構造を示す断面図である。 比較例２である排ガス浄化用触媒の断面構造を示す断面図である。 比較例３である排ガス浄化用触媒の断面構造を示す断面図である。 本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒と、比較例の排ガス浄化用触媒と、の圧力損失測定結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒と、比較例の排ガス浄化用触媒と、の触媒暖機性結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒と、比較例の排ガス浄化用触媒と、の触媒ＯＳＣ測定結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の位置を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の長さと、圧力損失と、の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の長さと、触媒ＯＳＣと、の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の長さと、ＯＳＣ測定中の平均エミッションと、の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の位置を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の中心位置と、圧力損失と、の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の中心位置と、触媒ＯＳＣと、の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒において、凹み部の中心位置と、触媒暖機時間と、の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒の断面構造を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係る排ガス浄化用触媒について、図面を参照して説明する。以下の実施の形態では、内燃機関としてガソリンエンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス消化用触媒に本発明を適用した例について説明する。なお、図４乃至図６、図１０、図１４、図１８、図１９は、図２（ｂ）のａ−ａ線と同一の位置で切った断面構造を示す断面図である。
まず、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒の構成について説明する。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、図１乃至図３に示すように、基材３と、触媒層９と、を備えている。
基材３は、第１の端面３ａおよび第２の端面３ｂと、第１の端面３ａから第２の端面３ｂまで貫通する貫通孔５によって形成された内壁面７と、を有している。貫通孔５は複数個形成されており、この複数個の貫通孔５によって内壁面７も複数個形成されている。
基材３は、例えば、コージェライトなどの耐熱性セラミックスからなるモノリスハニカム基材である。基材３は、例えば、外観が円柱形状で形成されている。基材３は、例えば、長手方向の長さＬが１０５ｍｍ程度、直径Ｒが１０３ｍｍ程度になっている。
貫通孔５は、中心軸５Ｘを有している。貫通孔５は、例えば、中心軸５Ｘと直交する断面形状が方形状になっており、互いに対向する内壁面７の間の距離が例えば９５０μｍ程度になっている。
触媒層９は、複数の内壁面７にそれぞれ形成されている。触媒層９は、例えば、担体としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、活性種として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ＯＳＣ物質としてセリアージルコニア（ＣｅＯ２−ＺｒＯ２）などを含む材料で形成されている。
触媒層９は、図３に示すように、貫通孔５の中心軸５Ｘの方向において、第１の側面３ａから内方に所定距離延在する第１の領域９Ａと、第２の側面３ｂから内方に所定距離延在する第２の領域９Ｂと、第１の領域９Ａおよび第２の領域９Ｂの間に位置する第３の領域９Ｃと、に区分されている。そして、触媒層９は、第１の領域９Ａで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離をｈ１、第２の領域９Ｂで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離をｈ２、第３の領域９Ｃで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離をｈ３としたとき、ｈ３＞ｈ１＞ｈ２の条件を満足するよう形成されている。
すなわち、触媒層９は、第１の領域９Ａで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離ｈ１が、第３の領域９Ｃで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離ｈ３よりも小さく、第２の領域９Ｂで貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離ｈ２、よりも大きくなるよう形成されている。
また、触媒層９は、内表面９ｍが第３の領域９Ｃで第１の領域９Ａおよび第２の領域９Ｂよりも基材３側に凹んで凹み部９ｎとなるよう形成されている。凹み部９ｎは、貫通孔５の中心軸５Ｘと直行する方向において、内壁面７に沿って環状に形成されている。
また、触媒層９は、内表面９ｍが、第１の領域９Ａと、第２の領域９Ｂと、で段違いとなるよう形成されている。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１では、上述したｈ３＞ｈ１＞ｈ２の条件を満足するため、第１の領域９Ａにおいて、基材３の内壁面７と、触媒層９と、の間にダミー層１１が形成されている。また、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１では、第２の領域９Ｂにおいて、内壁面７と、触媒層９と、の間にダミー層１２およびダミー層１３が形成されている。ダミー層１１は、第２の領域９Ｂおよび第３の領域９Ｃには形成されていない。ダミー層１２およびダミー層１３は、第１の領域９Ａおよび第３の領域９Ｃには形成されていない。このｈ３＞ｈ１＞ｈ２の条件を満足する本実施の形態に係る構造を凹み構造と呼ぶ。
触媒層９は、例えば、１００μｍ程度の膜厚で形成されている。ダミー層１１、１２および１３は、例えば、４０μｍ程度の膜厚で形成されている。ダミー層１１、１２および１３は、触媒層９の下地層であり、例えば、排ガス浄化反応には寄与しないアルミナなどの材料で形成されている。
触媒層９の長手方向の長さは、例えば１０５ｍｍ程度であり、基材３の長さＬと同じである。第１の領域９Ａ、第２の領域９Ｂおよび第３の領域９Ｃの各々は、貫通孔５の中心軸５Ｘの方向に沿う長さが、例えば３５ｍｍ程度になっている。第３の領域９Ｃは、第１の領域９Ａおよび第２の領域９Ｂにそれぞれ連なるよう構成されている。
第３の領域９Ｃ、すなわち凹み部９ｎは、例えば、貫通孔５の中心軸５Ｘの方向に沿う長さの中心が、第１の端面３ａから第２の端面３ｂまでの長さ、すなわち基材３の全長の５０％の位置となっている。凹み部９ｎの長さは、第３の領域９Ｃの長さである。
触媒層９、各ダミー層１１、１２、１３等は、溶液の液面に対して基材３の端面が対向する状態で溶液に基材３を浸漬して内壁面７に膜を形成し、その後、膜を硬化させる焼結処理を施すことによって形成される。したがって、各ダミー層においては、溶液に基材３を浸漬する位置を制御することで部分的に形成することができる。
このように構成された排ガス浄化用触媒１は、触媒層９の内表面９ｍに凹み部９ｎが形成されているため、第１の端面３ａ側、又は第２の端面３ｂ側から流入して貫通孔５を通る排ガスの流れを乱すことができ、触媒層９に対する排ガスの拡散性を向上させることができる。
次に、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１の特性について、比較例１乃至比較例３を参照しながら説明する。
比較例１乃至比較例３に係る排ガス浄化用触媒は、基本的に本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１と同様に構成されているが、貫通孔５の中心軸５Ｘから触媒層９の内表面９ｍまでの距離ｈ１，ｈ２，ｈ３に関する構成が異なっている。
すなわち、比較例１の排ガス浄化用触媒２１では、図４に示すように、触媒層９がｈ１＝ｈ２＝ｈ３の条件を満足するよう形成されている。この条件を満足するため、比較例１では、第１の領域９Ａ、第２の領域９Ｂおよび第３の領域９Ｃに亘って、内壁面７と触媒層９との間にダミー層１１が形成されている。このｈ１＝ｈ２＝ｈ３の条件を満足する比較例１の構造を平面構造と呼ぶ。
比較例２に係る排ガス浄化用触媒２２では、図５に示すように、触媒層９がｈ１＝ｈ３＞ｈ２の条件を満足するよう形成されている。この条件を満足するため、比較例２では、第２の領域９Ｂにおいて、内壁面７と触媒層９との間にダミー層１２、ダミー層１３、およびダミー層１４が部分的に形成されている。これらのダミー層１２、１３および１４は、第１の領域９Ａおよび第３の領域９Ｃには形成されていない。このｈ１＝ｈ３＞ｈ２の条件を満足する比較例２の構造を１段構造と呼ぶ。ダミー層１４は、例えば、他のダミー層と同様に４０μｍ程度の膜厚で形成されている。このダミー層１４も、他のダミー層と同様の方法で形成される。
比較例３に係る排ガス浄化用触媒２３は、図６に示すように、触媒層９がｈ１＞ｈ３＞ｈ２の条件を満足するよう形成されている。この条件を満足するため、比較例３では、第２の領域９Ｂにおいて、内壁面７と触媒層９との間にダミー層１２およびダミー層１３が形成されている。また、比較例３では、第３の領域９Ｃにおいて、内壁面７と触媒層９との間にダミー層１２が形成されている。ダミー層１２は第１の領域９Ａには形成されていない。ダミー層１３は、第１の領域９Ａおよび第３の領域９Ｃには形成されていない。この比較例３の構造を２段構造と呼ぶ。
図７乃至図９は、ガソリンエンジンが排出する排ガスを各構造の触媒に通して測定した結果である。図７乃至図９において、凹み構造は、図３に示す本実施の形態に係るものである。平面構造は、図４に示す比較例１のものである。１段構造は、図５に示す比較例２のものである。２段構造は、図６に示す比較例３のものである。
また、図７乃至図９において、（Ｉｎ−１）は第１の端面３ａ側を排ガス流入側として貫通孔５に排ガスを流した場合であり、（Ｉｎ−２）は第２の端面３ｂ側を排ガス流入側として貫通孔５に排ガスを流した場合である。
また、図７において、圧力損失（ｋＰａ）は、一方の端面側から排ガスを供給して、一方の端面側における排ガスの圧力と、他方の端面側における排ガスの圧力と、の差を求めた。
また、図８において、暖機性評価は、触媒に排ガスが流れないよう、別ラインに排ガスを流しておき、触媒が室温まで冷めた後、排ガスを触媒ラインに切替えてから活性に至るまでの時間を測定した。
また、図９において、触媒ＯＳＣ特性は、Ａ／Ｆリッチ（空燃比が理論空燃比よりも濃い混合気の状態）を触媒後方のＯ２センサがリッチ反転するまで続け、リッチ反転直後にＡ／Ｆリーン（空燃比が理論空燃比よりも薄い混合気の状態）にしてから触媒後方のＯ２センサがリーン反転するまでの時間から算出した。ｇａ１０は、エンジンの吸入空気量が１０ｇ／ｓｅｃの場合であり、ｇａ３０は、エンジンの吸入空気量が３０ｇ／ｓｅｃの場合である。吸入空気量は、エンジンの負荷が高くなったとき、すなわちスロットルの開きが大きくなったとき高くなる。
図７に示すように、圧力損失は、１段構造、凹み構造、２段構造の何れにおいても、第１の端面３ａ側を排ガス流入側とした場合（Ｉｎ−１）の方が高くなる傾向にある。また、凹み構造においては、平面構造、１段構造および２段構造と比較して、第１の端面３ａ側を排ガス流入側とした場合（Ｉｎ−１）、第２の端面３ｂ側をガス流入側とした場合（Ｉｎ−２）の何れにおいても圧力損失が低くなっている。
図８に示すように、触媒暖機時間は、圧力損失の高い構造の方が短くなっている。これに対し、本実施の形態に係る凹み構造においては、圧力損失が低いにも関わらず暖機性が向上している。これは、触媒が排ガスからの熱を受け、ガス流入側の前方部から徐々に暖まっていく段階で、触媒層９のガス拡散性が向上したことにより、浄化性能が向上したためである。
図９に示すように、吸入空気量の低いｇａ１０では、それほど差異は見られないが、吸入空気量の高いｇａ３０では、圧力損失の低い構造の方のＯＳＣが高い。今回の検証では、触媒の酸素放出はガス流入側の前方部から起こるため、どの構造も触媒のガス流入側の前方部は反応しきっており、触媒のガス流出側の後方部にダミー層がないものの方が、排ガス流速が下がるため、より大きなＯＳＣ特性を持つといえる。図３の凹み構造は、触媒のガス流出側の後方部にもダミー層があるにも関わらず、触媒のＯＳＣ特性が大きくなっており、これは触媒内部での拡散性が向上したことにより、酸素放出可能量が増加し、大きなＯＳＣを保持している。
以上のことから、触媒内部に凹み部９ｎを形成することにより、排ガスの流れを乱すことができるので、触媒層９に排ガスが拡散するガス拡散性を増すことができ、浄化性能を向上させることができる。
次に、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１の効果について説明する。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、触媒層９の第３の領域９Ｃが触媒層９の第１の領域９Ａおよび第２の領域９Ｂよりも基材３側に凹んで凹み部９ｎを形成しているので、第１の端面３ａ側、又は第２の端面３ｂ側から流入して貫通孔５を通る排ガスの流れを乱すことができ、触媒層９に排ガスが拡散するガス拡散性を向上させることができる。この結果、本発明に係る排ガス浄化用触媒１は、高い浄化性能を発揮することができる。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、凹み部９ｎにも触媒層９が形成されているので、触媒層を部分的に形成しないことで凹み部が設けられるような場合と比較して、容量がより小さい基材３で高い浄化性能を発揮することができる。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、凹み部９ｎが基材３の内部に形成されているので、ケーシング内に排ガス流動方向に沿って互いに離間部を介して３段に触媒担体を配置することで凹み部を形成するような場合と比較して、低コストで高い浄化性能を発揮することができる。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、触媒層９の内表面９ｍが触媒層９の第１の領域９Ａと第２の領域９Ｂとで段違いになっているので、触媒層９の内表面９ｍが触媒層９の第１の領域９Ａと第２の領域９Ｂとで段違いになっていない場合と比較して、より排ガスの流れを乱すことができる。
上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、凹み部９ｎの長さが３５ｍｍとした場合について説明している。しかしながら、本実施形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、これに限定されず、凹み部９ｎの長さを変更してもよい。
また、上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、第３の領域９Ｃ、すなわち凹み部９ｎの長さの中心が、基材３の第１の端面３ａから第２の端面３ｂまでの長さの５０％の位置とした場合について説明している。しかしながら、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、これに限定されず、凹み部９ｎの位置を変更してもよい。
次に、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１の凹み部９ｎの長さについて、図１０乃至図１３を用いて説明する。
図１１乃至図１２は、ガソリンエンジンが排出する排ガスを凹み部９ｎの長さが異なる各触媒に流して測定した結果である。測定には、図１０に示すように、凹み部９ｎの長さの中心を第１の端面３ａから内方に５０％の位置とし、凹み部９ｎの長さを基材３の全長の１０％、３４％、６０％にした構造の触媒を使用した。これ以外の構造は、基本的に図３と同様である。図１１乃至図１３には、これらのサンプルの特性がそれぞれ示されている。各特性は、第１の端面３ａ側を排ガス流入側として貫通孔５に排ガスを流した場合である。
図１１に示すように、圧力損失は、凹み部９ｎの長さが長いほど低下している。図１２に示すように、触媒ＯＳＣは凹み部９ｎの長さに対してほとんど変化がない。図１３に示すように、吸入空気量の低いｇａ１０では、各長さに対してほぼ同等である。一方、吸入空気量の高いｇａ３０では、凹み部９ｎの長さが１０％から３４％で若干良好であるが、それ以上に凹み部９ｎの長さが広くなると急激にエミッションが悪化する。
以上のことから、凹み部９ｎの長さは、基材３の全長に対して３０％程度が最適である。
次に、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１の凹み部９ｎの位置について、図１４乃至図１７を用いて説明する。
図１５乃至図１７は、ガソリンエンジンが排出する排ガスを凹み部９ｎの位置が異なる各触媒に流して測定した結果である。測定は、図１４に示すように、基材３の全長に対して３４％の長さの凹み部９ｎの中心を、第１の端面３ａから内方に基材３の全長の３７％、５０％、６２％の位置とした構造の触媒を使用した。これ以外の構造は、基本的に図３と同様である。図１５乃至図１７には、これら触媒の特性がそれぞれ示されている。各特性は、第１の端面３ａ側を排ガス流入側として貫通孔５に排ガスを流した場合である。
図１５に示すように、圧力損失は、凹み部９ｎの長さの中心が第１の端面３ａ側に近づくほど高くなっている。これは、凹み部９ｎの長さの中心が第１の端面３ａ側に近づくほど、第１の領域９Ａよりも触媒層９の内表面９ｍが貫通孔５の中心軸５Ｘに近い第２の領域９Ｂの長さが広くなるためである。図１６に示すように、触媒ＯＳＣ特性は、凹み部９ｎの長さの中心が第２の端面３ｂ側に近づくほど大きくなっている。図１７に示すように、触媒暖機時間は、５０％浄化達成時間、７０％浄化達成時間の何れも、凹み部９ｎの長さの中心が第１の端面３ａ側に近づくほど短くなっており、暖機性が向上している。
以上のことから、基材３の第１の端面３ａから第２の端面３ｂまでの全長の１０％乃至９０％、望ましくは２０％乃至８０％の範囲において、基材３の全長の５％以上６０％以下、望ましくは１０％以上５０％以下、さらに望ましくは３０％程度の長さで凹ませることで、ガス拡散性が向上し、浄化性能を向上させることができる。
次に、上述した凹み部９ｎの位置について具体的に説明する。
図１８に示すように、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、第１の端面３ａ側を排ガス流入側とし、第２の端面３ｂ側を排ガス流出側としたとき、触媒層９の第３の領域９Ｃ、すなわち凹み部９ｎが、第２の端面３ｂ側よりも第１の端面３ａ側に近接している。具体的には、例えば、基材３の全長に対して３４％の長さの凹み部９ｎの中心を、第１の端面３ａから内方に基材３の全長の３７％の位置とした構造になっている。これ以外の構造は、基本的に図３と同様である。
エンジン始動時の触媒活性、すなわち暖機性は、上述したガス拡散性と同様に重要な機能の１つである。エンジン始動時には、触媒のガス流入側から暖まっていくため、より温度の高い触媒のガス流入側についてガス拡散性を高めることで、図１７に示したように、触媒の暖機性を高めることができる。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、第３の領域９Ｃの凹み部９ｎが第２の端面３ｂ側よりも排ガス流入側となる第１の端面３ａ側に近接しているので、エンジン始動時に排ガス流入側から暖まっていくことで、より温度が高くなる第１の端面３ａ側で排ガスの流れを乱すことができ、排ガス流入側となる第１の端面３ａ側の排ガス拡散性を向上させることができる。この結果、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、暖機性を高めることができる。
図１９に示すように、本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、第１の端面３ａ側を排ガス流入側とし、第２の端面３ｂ側を排ガス流出側としたとき、触媒層９の第３の領域９Ｃ、すなわち凹み部９ｎが、第１の端面３ａ側よりも第２の端面３ｂ側に近接している。具体的には、例えば、基材３の全長に対して３４％の長さの凹み部９ｎの中心を、第１の端面３ａから内方に基材３の全長の６２％の位置とした構造になっている。これ以外の構造は、基本的に図３と同様である。
本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１は、第３の領域９Ｃの凹み部９ｎが第１の端面３ａ側よりも排ガス流出側となる第２の端面３ｂ側に近接しているので、第２の端面３ｂ側での排ガスの流れを乱すことができ、排ガス流出側となる第２の端面３ｂ側の排ガス拡散性を向上させることができる。この結果、本発明に係る排ガス浄化用触媒１は、図１６に示すように、ＯＳＣ特性を高めることができる。
上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、ｈ３＞ｈ１＞ｈ２の条件を満足するための手法として、内壁面と、触媒層と、の間にダミー層を形成する場合について説明している。しかしながら、上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、これに限定されず、基材３の内壁面７に段差を付けてｈ３＞ｈ１＞ｈ２の条件を満足するようにしてもよい。
上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、ｈ３＞ｈ１＞ｈ２の条件を満足するための手法として、排ガス浄化反応には寄与しない材料からなるダミー層を用いた場合について説明している。しかしながら、上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、これに限定されず、触媒層９とは種類が異なる触媒層を用いてもよい。
上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、触媒層９の区分として、凹み部９ｎとなる第３の領域９Ｃが第１の領域９Ａおよび第２の領域９Ｂの双方に連なる場合について説明している。しかしながら、上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、これに限定されず、第３の領域９Ｃと第１の領域９Ａとの間、第３の領域９Ｃと第２の領域９Ｂとの間、の少なくとも何れか一方の間に、第１の領域９Ａ、第２の領域９Ｂ、第２の領域９Ｂに対して段違いとなる他の領域を形成してもよい。
上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、貫通孔５の中心軸５Ｘと直交する断面形状が方形状になっている場合について説明している。しかしながら、上述した本実施の形態に係る排ガス浄化用触媒１においては、これに限定されず、貫通孔５の断面形状を例えば円形状、六角形状、八角形状等の他の形状で形成してもよい。
以上説明したように、本発明に係る排ガス浄化用触媒は、高い浄化性能を発揮することができるという効果を奏するものであり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化用触媒に有用である。
１…排ガス浄化用触媒、３…基材、３ａ…第１の端面、３ｂ…第２の端面、５…貫通孔、５Ｘ…中心軸、７…内壁面、９…触媒層、９Ａ…第１の領域、９Ｂ…第２の領域、９Ｃ…第３の領域、９ｍ…内表面、９ｎ…凹み部、１１，１２，１３，１４…ダミー層

Claims (3)

  1. 第１の端面および第２の端面と、前記第１の端面から前記第２の端面まで貫通する複数の貫通孔によって形成された複数の内壁面と、を有する基材と、
    前記複数の内壁面にそれぞれ形成された複数の触媒層と、
    を備え、
    前記各貫通孔が中心軸を有し、
    前記各触媒層が、前記第１の端面から内方に所定距離延在した第１の領域と、前記第２の端面から内方に所定距離延在した第２の領域と、前記第１の領域および前記第２の領域の間に位置する第３の領域と、に区分され、
    前記触媒層の第１の領域で前記貫通孔の中心軸から前記触媒層の内表面までの距離が、前記触媒層の第３の領域で前記貫通孔の中心軸から前記触媒層の内表面までの距離より小さく、前記触媒層の第２の領域で前記貫通孔の中心軸から前記触媒層の内表面までの距離よりも大きくなるよう前記触媒層を形成したことを特徴とする排ガス浄化用触媒。
  2. 前記第１の端面側を排ガス流入側とし、前記第２の端面側を排ガス流出側としたとき、前記触媒層の第３の領域が、前記第２の端面側よりも前記第１の端面側に近接していることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化用触媒。
  3. 前記第１の端面側を排ガス流入側とし、前記第２の端面側を排ガス流出側としたとき、前記触媒層の第３の領域が、前記第１の端面側よりも前記第２の端面側に近接していることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化用触媒。
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