JP2021173197A

JP2021173197A - 車両用排ガス浄化装置

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Publication number: JP2021173197A
Application number: JP2020076628A
Authority: JP
Inventors: 教夫石川; Michio Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-11-01

Abstract

【課題】マイクロ波吸収材の担持量を増加できる車両用排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】基材、基材の内壁にコートされている貴金属担持触媒を含むコート層、及びマイクロ波吸収材を有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置であって、基材が、外壁にマイクロ波吸収材を備え、マイクロ波吸収材が、センダストを含む前記車両用排ガス浄化装置に関する。【選択図】図６

Description

本発明は、車両用排ガス浄化装置、特にマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含む排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置に関するものである。

自動車などの内燃機関から排出される排ガスには、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分が含まれており、これらの有害成分は排ガス浄化触媒によって浄化されてから大気中に放出されている。

有害成分を浄化するために必要な排ガス浄化触媒の温度は、一般に２００℃以上である。そのため、排ガス浄化触媒の加熱には、排ガスの熱が利用される。

しかしながら、エンジンのコールドスタート直後など、排ガス浄化触媒の温度が浄化に必要な温度に達していない場合には、排ガス浄化触媒の活性が不十分であり、未浄化の有害成分（冷間エミッションともいう）が環境中に排出されてしまう恐れがある。また、近年の環境性能を考慮した自動車では、エンジンの高熱効率化、低燃費化に伴い、排ガス温度を低下させる傾向にあり、このため、排ガスの熱を利用しても、排ガス浄化触媒の温度を浄化に必要な温度まで加熱できない場合がある。

このような問題を解決するため、特許文献１には、排ガス浄化装置で使用され、電磁加熱により昇温される排ガス流路部材であって、キュリー温度が２５０℃〜４５０℃であるフェライト製の粒子状の磁性体を含み、前記磁性体は、組成式（Ｎｉ_１−ｘＺｎ_ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_４（ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであることを特徴とする排ガス流路部材が記載されている。

特許文献２には、基材と基材にコートされているマイクロ波吸収材及び貴金属担持触媒を含むコート層とを有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と、を備える車両用排ガス浄化装置であって、マイクロ波吸収材が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含み、貴金属担持触媒が、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含み、コート層が、酸化ニッケル（ＮｉＯ）及び／又は酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）をさらに含む前記車両用排ガス浄化装置が記載されている。

国際公開第２０１６／０２１１８６号特開２０１９−１７３５８３号公報

このような車両用排ガス浄化装置では、マイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱する材料であるマイクロ波吸収材が利用される。

マイクロ波吸収材としては、特許文献１及び２に記載されているもの以外にも、例えば、特開２０１８−６３９７０号公報には、非金属材料よりなるマトリクス中にセンダストを含む軟磁性材料よりなる粒子を分散させたシート状の電磁波吸収体において、前記電磁波吸収体は、α≧１／５を満たすことを特徴とする電磁波吸収体（ここで、αは、以下の式：α＝Ａｄ（εμ）^０．５／（μ’’＋ε’’μ／ε）で表されるパラメータであり、式において、ｄは前記電磁波吸収体の厚さ、ε、ε’’、μ、μ’’はそれぞれ前記電磁波吸収体の誘電率、誘電率の損失項、透磁率、透磁率の損失項であり、Ａ＝８×１０４／π［Ω／ｍ］である）が記載されている。

また、特開２０１２−５７８２９号公報には、電磁波を吸収する発熱体であって、該発熱体が、Ｆｅ酸化物（Ｆｅ_２Ｏ_３換算）：５３ｍｏｌ％〜５７ｍｏｌ％、Ｚｎ酸化物（ＺｎＯ換算）：４ｍｏｌ％〜１１ｍｏｌ％及びＮｉ酸化物（ＮｉＯ換算）：０．５ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％を含み、残部がＭｎ酸化物からなるＭｎＺｎ系フェライトであることを特徴とする電磁波吸収発熱体が記載されている。

しかしながら、特開２０１８−６３９７０号公報及び特開２０１２−５７８２９号公報には、マイクロ波吸収材を車両用排ガス浄化装置に搭載することは記載されておらず、さらに、特許文献１及び２に記載の従来技術を考慮しても、マイクロ波吸収材の車両用排ガス浄化装置への添加量は制限されてしまい、したがって、マイクロ波吸収材の添加量の観点から、マイクロ波による効率的な発熱について改善の余地があった。

したがって、本発明は、マイクロ波吸収材の担持量を増加できる車両用排ガス浄化装置を提供することを課題とする。

そこで、本発明者は、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、マイクロ波により加熱を行う排ガス浄化触媒を備える車両用排ガス浄化装置において、基材の外壁にマイクロ波吸収材を配置し、マイクロ波吸収材としてセンダストを使用することによって、マイクロ波吸収材の添加量を増やすことができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）基材、基材の内壁にコートされている貴金属担持触媒を含むコート層、及びマイクロ波吸収材を有する排ガス浄化触媒と、
排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と
を備える車両用排ガス浄化装置であって、
基材が、外壁にマイクロ波吸収材を備え、
マイクロ波吸収材が、センダストを含む
前記車両用排ガス浄化装置。

本発明により、マイクロ波吸収材の担持量を増加できる車両用排ガス浄化装置を提供することが可能となる。

本発明の車両用排ガス浄化装置の一実施形態を示す図である。実施例１の排ガス浄化触媒の構成を模式的に示す図である。実施例２の排ガス浄化触媒の構成を模式的に示す図である。比較例１及び２並びに実施例１〜３の排ガス浄化触媒について、２６０℃でのマイクロ波照射時間とＨＣ浄化率の関係を示すグラフである。比較例１及び２並びに実施例１〜３の排ガス浄化触媒について、２９０℃でのマイクロ波照射時間とＨＣ浄化率の関係を示すグラフである。比較例１及び実施例１〜３の排ガス浄化触媒について、外壁におけるセンダストの量とマイクロ波によるＨＣ浄化率の上昇ポイント（ＨＣ浄化率向上代）の関係を示す

以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本明細書では、適宜図面を参照して本発明の特徴を説明する。図面では、明確化のために各部の寸法及び形状を誇張しており、実際の寸法及び形状を正確に描写してはいない。それ故、本発明の技術的範囲は、これら図面に表された各部の寸法及び形状に限定されるものではない。なお、本発明の車両用排ガス浄化装置は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。

本発明は、基材、基材の内壁にコートされている貴金属担持触媒を含むコート層、及びマイクロ波吸収材を有する排ガス浄化触媒と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置であって、基材が、外壁にマイクロ波吸収材を備え、マイクロ波吸収材が、センダストを含む前記車両用排ガス浄化装置に関する。

本発明において、基材とは、コート層が塗布される材料であり、例えば、限定されないが、公知のハニカム形状を有する基材、例えば、ハニカム形状のモノリス基材でセル形状は六角や四角などである。このような基材の材質は、マイクロ波を反射してしまう金属以外で、セラミックス、例えば、コーディエライト、シリカ、アルミナ及びムライト、炭化ケイ素などがある。また、ハニカム形状のモノリス基材のセル数は、限定されないが、通常１平方インチ当たり３００個〜９００個、好ましくは１平方インチ当たり４００個〜７５０個である。本発明では、基材として、１平方インチ当たり４００個〜７５０個のセルを有するコーディエライトからなるハニカム形状のモノリス基材を使用することが好ましい。

基材の排ガスの流れ方向の長さは、限定されないが、通常４０ｍｍ〜１５０ｍｍ、好ましくは６０ｍｍ〜１１０ｍｍである。

基材の排ガス流入口の直径（基材の排ガス流入口の形状が円でない場合には、円相当直径）は、所望の触媒容量に応じて適宜変更することができ、限定されないが、通常２０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは３０ｍｍ〜１１０ｍｍである。

基材の容量は、限定されないが、通常０．３Ｌ〜１．５Ｌ、好ましくは０．４Ｌ〜１．０Ｌである。

基材として前記で説明する材料を使用することにより、排ガスを浄化するために十分な排ガスの流通経路を確保し、基材に塗布した触媒成分との反応を確保することができる。また、マイクロ波を吸収する成分を触媒成分と同様に保持し、昇温を確保することができる。

このような基材には、基材の内部を形成し、排ガス流入口端面から排ガス流出口端面まで延びる複数のセルを画成する隔壁となる内壁と、基材の外面を形成し、セル（内部構造）を画成している内壁を支える外壁とが存在する。

本発明の車両用排ガス浄化装置では、基材は、外壁にマイクロ波吸収材を含む。

本発明の車両用排ガス浄化装置における基材が外壁にマイクロ波吸収材を含む態様は、マイクロ波が照射される基材の外壁及び／又は基材の外壁の外側にマイクロ波吸収材が存在すればよく、それ以外については限定されない。例えば、基材の外壁又は外壁の一部は、マイクロ波吸収材を含む材料により形成されている。例えば、基材の外壁の表面上には、マイクロ波吸収材を含む材料がコートされている。例えば、基材の外壁又は外壁の一部は、マイクロ波吸収材を含む材料により形成されており、且つ基材の外壁の表面上には、マイクロ波吸収材を含む材料がコートされている。

基材の外壁におけるマイクロ波吸収材を配置する部分は、限定されないが、基材の外壁におけるマイクロ波が照射される部分が好ましく、排ガスが流入する基材の端面（排ガス流入口端面）から基材全長の、通常５％以上１００％以下、好ましくは１０％以上３０％以下の範囲である。基材の外壁におけるマイクロ波吸収材を配置する部分は、例えば全長５０ｍｍの基材において、排ガスが流入する基材の端面〜１０ｍｍの範囲（基材全長の２０％）とすることができる。

本発明の車両用排ガス浄化装置における基材が外壁にマイクロ波吸収材を含むことにより、基材に配置させるマイクロ波吸収材の量を増加させることができ、マイクロ波吸収材を含むコート層を内壁に配置するよりも、マイクロ波の吸収及びそれによる排ガス浄化触媒の昇温をさらに向上させることができる。さらに、本発明の車両用排ガス浄化装置では、基材の外壁にマイクロ波吸収材を配置させるため、内壁に配置させるコート層として、マイクロ波吸収材を含まないコート層を使用することができる。したがって、内壁に配置させるコート層へのマイクロ波吸収材の添加による圧損の上昇や、触媒浄化性能の低下が生じることがない。

ここで、マイクロ波吸収材とは、マイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱する材料である。本発明では、マイクロ波吸収材は、センダストを含む。センダストとは、鉄（センダストの全重量に対して元素換算で通常８４重量％〜８８重量％）、ケイ素（センダストの全重量に対して元素換算で通常６重量％〜１０重量％）及びアルミニウム（センダストの全重量に対して元素換算で通常４重量％〜６重量％、例えば４重量％〜５．５重量％）を主成分とする強磁性の三元合金を意味する。

マイクロ波吸収材がセンダストを含むことにより、マイクロ波吸収材は、マイクロ波発生装置から照射されるマイクロ波を効率よく吸収し、熱に変換することができる。

センダストの量は、センダストを塗布する部分の基材の容量に基づいて、通常５５ｇ／Ｌ以上、好ましくは６０ｇ／Ｌ〜６００ｇ／Ｌ、より好ましくは１５０ｇ／Ｌ〜４００ｇ／Ｌである。

センダストの量が前記範囲であることにより、マイクロ波を十分にセンダストに吸収させることができ、吸収したマイクロ波から生じたセンダストの熱を外壁から基材内部の内壁に伝播させることで排ガス浄化触媒の浄化領域を拡大することができる。

センダストの平均粒径は、限定されないが、通常１μｍ〜１００μｍ、好ましくは５μｍ〜５０μｍである。ここで、マイクロ波吸収材の平均粒径は、レーザー粒度分布計で測定することができる。

センダストのＢＥＴによる比表面積は、限定されないが、通常０．１ｍ^２／ｇ〜１０ｍ^２／ｇ、好ましくは０．５ｍ^２／ｇ〜５ｍ^２／ｇである。

センダストの平均粒径又は比表面積が前記範囲であることにより、マイクロ波発生装置から照射されるマイクロ波をセンダストに効率よく吸収させることができ、排ガス浄化触媒の昇温をさらに向上させることができる。

本発明では、マイクロ波吸収材は、センダスト以外に、他のマイクロ波吸収材を含んでいてもよい。他のマイクロ波吸収材としては、限定されないが、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）（例えば、β−ＳｉＣ）、ペロブスカイト型複合酸化物（例えば、ランタン（Ｌａ）・コバルト（Ｃｏ）系複合酸化物、ストロンチウム（Ｓｒ）・コバルト系複合酸化物及びランタン・ストロンチウム・コバルト系複合酸化物）、フェライト（酸化鉄を含む）、酸化マンガン、酸化コバルト、硼化ジルコニウムなどが挙げられる。

センダスト以外のマイクロ波吸収材の量は、マイクロ波吸収材を塗布する部分の基材の容量に基づいて、通常５０ｇ／Ｌ〜２００ｇ／Ｌ、好ましくは６０ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌである。

マイクロ波吸収材がセンダスト以外のマイクロ波吸収材を含むことにより、特にＳｉＣの様な誘電材を含むことにより、センダストで吸収できない電場成分を吸収でき、マイクロ波の吸収効率を向上できる利点がある。

本発明において、基材の内壁にコートされているコート層は、貴金属担持触媒を含む。

貴金属担持触媒とは、貴金属が担体に担持されている触媒である。

ここで、担体とは、主触媒として機能する貴金属を担持する材料であり、例えば、限定されないが、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２、セリア）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２、ジルコニア）、酸化珪素（ＳｉＯ_２、シリカ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３、イットリア）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、及びこれらからなる複合酸化物などがある。本発明では、担体として、ＣｅＯ_２とＺｒＯ_２の複合酸化物及びＡｌ_２Ｏ_３を使用することが好ましい。

担体として前記に挙げたものを使用することにより、排ガス浄化触媒の耐熱性を向上させることができる。またこれらの材料、特にＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２等で酸素吸蔵性能を制御することで触媒浄化性能を向上させることができる。

貴金属とは、排ガス中の有害成分を浄化することができる主触媒として機能する材料である。本発明では、貴金属は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）からなる群から選択される少なくとも１種を含む。貴金属は、その他にも、例えば、限定されないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、及びこれらの混合物を含んでもよい。

貴金属として前記に挙げたものを使用することにより、排ガスを効率的に浄化することができる。また厳しい排ガス環境下においても長期間にわたり浄化性能を維持することができる。

担体に担持される貴金属の量は、限定されないが、貴金属換算で、担体総重量に基づいて、通常０．２重量％〜２．０重量％、好ましくは０．４重量％〜１．０重量％である。

貴金属担持触媒の量は、限定されないが、排ガス浄化触媒の総重量に基づいて、通常３５重量％〜６０重量％、好ましくは４５重量％〜５６重量％である。

貴金属担持触媒は、従来の製造方法により製造することができる。例えば、貴金属担持触媒は、５℃〜３０℃において、水中に、担体と、貴金属の塩酸塩や硝酸塩などの貴金属前駆体とを添加し、撹拌機により撹拌しながら、均一に分散させ、その後、蒸発乾固などの乾燥、場合により粉砕、さらに大気中において、例えば４５０℃〜５５０℃で、０．５時間〜１．５時間焼成を行うことにより製造される。粉砕には従来の粉砕技術、例えば乳鉢、ハンマーミル、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル、ローラーミルなど、乾式、湿式を問わず用いることができる。

貴金属担持触媒として前記で説明する材料を使用することにより、排ガス中の有害成分を効率よく浄化することができる。

本発明において、基材の内壁にコートされているコート層は、貴金属担持触媒に加えて、マイクロ波吸収材をさらに含んでいてもよい。

マイクロ波吸収材としては、限定されないが、前記したマイクロ波吸収材が挙げられる。本発明において、基材の内壁にコートされているコート層に含まれ得るマイクロ波吸収材としては、センダストが好ましい。

コート層中のマイクロ波吸収材の量は、限定されないが、基材の容量に基づいて、通常３０ｇ／Ｌ〜１５０ｇ／Ｌ、好ましくは５０ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌである。

コート層がマイクロ波吸収材をさらに含むことにより、マイクロ波発生装置から照射されるマイクロ波をマイクロ波吸収材に効率よく吸収させることができ、排ガス浄化触媒の昇温をさらに向上させることができる。

本発明において、基材の内壁にコートされているコート層は、添加剤、限定されないが、例えば酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ_２Ｏ_３）などをさらに含んでもよい。コート層は、それ自身がマイクロ波を吸収し、熱に変換して発熱することができるＮｉＯをさらに含むことが好ましい。

コート層中の添加剤の量は、限定されないが、基材の容量に基づいて、通常２０ｇ／Ｌ〜１００ｇ／Ｌ、好ましくは４０ｇ／Ｌ〜８０ｇ／Ｌである。

コート層が添加剤、例えばＮｉＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３をさらに含むことにより、貴金属の被毒劣化を抑制できる。

コート層は、少なくとも１層、例えば、１層、２層及び３層以上である。例えば、コート層は、貴金属担持触媒を含む１層からなる。あるいは、コート層は、貴金属担持触媒及びマイクロ波吸収材を含む１層からなる。あるいは、コート層は、貴金属担持触媒とマイクロ波吸収材とをそれぞれ別々の層に含む２層からなる。本発明では、コート層として、貴金属担持触媒及びマイクロ波吸収材を含む１層からなるコート層を使用することが好ましい。

基材にコートされているコート層全てを合わせた厚さは、限定されないが、通常５０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは８０μｍ〜１２０μｍである。

コート層の厚さとして前記で説明する厚さを使用することにより、コート層に含まれる貴金属担持触媒と排ガスとの接触を促進し、さらに排ガス浄化触媒の圧損の上昇を抑えることができる。

本発明において、排ガス浄化触媒は、基材の外壁及び／又は基材の外壁の外側のマイクロ波吸収材を配置する部分に、マイクロ波吸収材としてのセンダスト並びに場合により基材を構成し得る材料、例えばアルミナ等のセラミックス及び基材にセンダストを担持するための接着剤、例えば熱硬化性無機ポリマーを含む分散体を塗布し、その後、例えば大気中、１２０℃〜１５０℃で、０．５時間〜１．５時間乾燥して溶媒分を除去し、大気中、４５０℃〜５５０℃で１時間〜２時間焼成を行い、製造することができる。

なお、基材の内壁上への貴金属担持触媒を含むコート層の形成は、従来のコーティング技術により実施することができる。例えば、排ガス浄化触媒は、コートする部分以外をマスキングした基材上に、貴金属担持触媒及び場合によりマイクロ波吸収材を含むコート層スラリーをウォッシュコートして被覆し、余分なスラリーを吹き払った後、例えば、大気中、１２０℃〜１５０℃で、０．５時間〜１．５時間乾燥して溶剤分を除去し、大気中、４５０℃〜５５０℃で１時間〜２時間焼成を行い、コート層を形成させ、製造することができる。排ガス浄化触媒において、基材上に２層以上のコート層を形成する場合は、前記コート層の形成を繰り返せばよい。例えば、マイクロ波吸収材を下層に含み、貴金属担持触媒を上層に含む２層からなるコート層を形成する場合は、まず、マイクロ波吸収材を含むコート層スラリーを使用して、前記コート層の形成を行い、その後、貴金属担持触媒を含むコート層スラリーを使用して、再度、前記コート層の形成を行えばよい。

本発明において、マイクロ波発生装置とは、マイクロ波吸収材が吸収し得るマイクロ波を発生する装置を示し、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置する。

ここで、マイクロ波発生装置は、排ガスの流れ方向に対する排ガス浄化触媒の前方において、マイクロ波吸収材が配置されている基材を有する排ガス浄化触媒に向かってマイクロ波を照射できる位置、すなわち、排ガスの流れ方向に対して水平（排ガス流入口と排ガス浄化触媒の中心とを結んだ線と、マイクロ波発生装置のマイクロ波照射口と排ガス浄化触媒の中心とを結んだ線により形成される角度（本明細書等では、マイクロ波照射角度ともいう）＝０°）から排ガスの流れ方向に対して垂直（マイクロ波照射角度＝９０°）の間に位置すれば限定されない。マイクロ波照射角度は、通常３０°〜９０°、好ましくは４５°〜９０°である。

マイクロ波発生装置の位置を前記で説明する位置にすることにより、マイクロ波を効率よく排ガス浄化触媒に照射することができる。

マイクロ波発生装置から発生するマイクロ波の周波数は、適宜変更することができ、限定されないが、通常１．５ＧＨｚ〜３ＧＨｚ、好ましくは２ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚである。本発明では、マイクロ波の周波数として、工業用マイクロ波電源の周波数である２．４５ＧＨｚを使用することがより好ましい。

マイクロ波発生装置の出力は、使用する車両用排ガス浄化装置の規模や、所望する暖機性能などにより適宜変更することができ、限定されないが、通常２００Ｗ〜１０ｋＷ、好ましくは５００Ｗ〜２ｋＷである。また、マイクロ波発生装置は、シングルモード、マルチモードともに使用可能である。本発明は、シングルモードで実施することが好ましい。

図１には、本発明の車両用排ガス浄化装置の一実施形態を示す。図１では、排ガス浄化触媒（２）と、排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒（２）の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置（１）と、を備える車両用排ガス浄化装置が示されており、車両用排ガス浄化装置の排ガスの流れ方向に対して後方に、別の触媒が設置されている。別の触媒を設置することにより、浄化性能をさらに向上することができる。排ガスは、排ガス流入管から車両用排ガス浄化装置に入り、排ガス浄化触媒（２）を通って、排ガス流出管から排出される。図１では、マイクロ波照射角度は、約４５°である。

本発明の排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置は、当該技術分野において従来知られている車両用排ガス浄化装置に使用することができ、限定されないが、ガソリン車のエンジン、ハイブリッド車のエンジン及びプラグインハイブリッド車のエンジンでは、三元触媒として、ディーゼル車のエンジンでは、酸化触媒として利用することができる。

本発明の排ガス浄化触媒とマイクロ波発生装置とを備える車両用排ガス浄化装置を利用することにより、加熱効率が向上し、消費電力が低減できるため、燃費向上につながる。

以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

１．試料調製
実施例１．内壁がセンダストと貴金属担持触媒とを含むコート層を含み、外壁が外壁の外側にセンダストを含む排ガス浄化触媒の調製
センダスト（１５ｇ）、ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末（１．６７ｇ）、貴金属としてのＰｄ（０．６５ｇ）を担体としてのＡｌ_２Ｏ_３に予め担持させたＰｄ担持触媒（１５．６５ｇ）、硫酸バリウム（２ｇ）、アルミナゾル（１ｇ）及び水（６４ｇ）をボールミルで８時間混合し、触媒スラリーを調製した。前記スラリーを、投入し吸引する方法により、基材としての、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、４００セル／ｉｎ^２のコーディエライト製ハニカム状モノリス基材の内壁に、コート量を２００ｇ／Ｌとしてコートした。１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成して、コート層を形成させた。

内壁にコート層を塗布した基材の外壁の前端（排ガス流入口）から１０ｍｍの幅にセンダストとアロンセラミックＤ（東亜合成製）とを混合して作製した分散体を塗布した。大気中２４時間乾燥後、１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成することで、排ガス浄化触媒を調製した。乾燥及び焼成後のセンダストとアロンセラミックＤの比は１：１であり、センダストの量は０．４２ｇであった。したがって、センダスト及びアロンセラミックを塗布した外壁１０ｍｍの幅における触媒容積当たりの外壁のセンダストの量は６０ｇ／Ｌであった。図２に実施例１の排ガス浄化触媒の構成を模式的に示す。

実施例２．内壁がセンダストと貴金属担持触媒とを含むコート層を含み、外壁がセンダストを含む排ガス浄化触媒の調製
センダスト（１５ｇ）、ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末（１．６７ｇ）、貴金属としてのＰｄ（０．６５ｇ）を担体としてのＡｌ_２Ｏ_３に予め担持させたＰｄ担持触媒（１５．６５ｇ）、硫酸バリウム（２ｇ）、アルミナゾル（１ｇ）及び水（６４ｇ）をボールミルで８時間混合し、触媒スラリーを調製した。前記スラリーを、投入し吸引する方法により、基材としての、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、４００セル／ｉｎ^２のコーディエライト製ハニカム状モノリス基材の内壁に、コート量を２００ｇ／Ｌとしてコートした。１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成して、コート層を形成させた。

内壁にコート層を塗布した基材の外壁の前端（排ガス流入口）から１０ｍｍの幅の外壁を除去し、除去した部分にセンダストとアロンセラミックＤ（東亜合成製）とを混合して作製した分散体を塗布した。大気中２４時間乾燥後、１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成し、除去した部分の外壁を形成し、排ガス浄化触媒を調製した。乾燥及び焼成後のセンダストとアロンセラミックＤの比は１：１であり、センダストの量は３．８８ｇであった。したがって、センダスト及びアロンセラミックにより形成された外壁１０ｍｍの幅における触媒容積当たりの外壁のセンダストの量は５５１ｇ／Ｌであった。図３に実施例２の排ガス浄化触媒の構成を模式的に示す。

実施例３．内壁が貴金属担持触媒を含むコート層を含み、外壁がセンダストを含む排ガス浄化触媒の調製
ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末（１６．７ｇ）、貴金属としてのＰｄ（０．６５ｇ）を担体としてのＡｌ_２Ｏ_３に予め担持させたＰｄ担持触媒（１５．６５ｇ）、硫酸バリウム（２ｇ）、アルミナゾル（１ｇ）及び水（６４ｇ）をボールミルで８時間混合し、触媒スラリーを調製した。前記スラリーを、投入し吸引する方法により、基材としての、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、４００セル／ｉｎ^２のコーディエライト製ハニカム状モノリス基材の内壁に、コート量を２００ｇ／Ｌとしてコートした。１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成して、コート層を形成させた。

内壁にコート層を塗布した基材の外壁の前端（排ガス流入口）から１０ｍｍの幅の外壁を除去し、除去した部分にセンダストとアロンセラミックＤ（東亜合成製）とを混合して作製した分散体を塗布した。大気中２４時間乾燥後、１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成し、除去した部分の外壁を形成し、排ガス浄化触媒を調製した。乾燥及び焼成後のセンダストとアロンセラミックＤの比は１：１であり、センダストの量は１．９ｇであった。したがって、センダスト及びアロンセラミックにより形成された外壁１０ｍｍの幅における触媒容積当たりの外壁のセンダストの量は２７１ｇ／Ｌであった。

比較例１．内壁がセンダストと貴金属担持触媒とを含むコート層を含む排ガス浄化触媒の調製
センダスト（１５ｇ）、ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末（１．６７ｇ）、貴金属としてのＰｄ（０．６５ｇ）を担体としてのＡｌ_２Ｏ_３に予め担持させたＰｄ担持触媒（１５．６５ｇ）、硫酸バリウム（２ｇ）、アルミナゾル（１ｇ）及び水（６４ｇ）をボールミルで８時間混合し、触媒スラリーを調製した。前記スラリーを、投入し吸引する方法により、基材としての、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、４００セル／ｉｎ^２のコーディエライト製ハニカム状モノリス基材の内壁に、コート量を２００ｇ／Ｌとしてコートした。１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成して、コート層を形成させ、排ガス浄化触媒を調製した。

比較例２．内壁が貴金属担持触媒を含むコート層を含む排ガス浄化触媒の調製
ＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２複合酸化物粉末（１６．７ｇ）、貴金属としてのＰｄ（０．６５ｇ）を担体としてのＡｌ_２Ｏ_３に予め担持させたＰｄ担持触媒（１５．６５ｇ）、硫酸バリウム（２ｇ）、アルミナゾル（１ｇ）及び水（６４ｇ）をボールミルで８時間混合し、触媒スラリーを調製した。前記スラリーを、投入し吸引する方法により、基材としての、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、４００セル／ｉｎ^２のコーディエライト製ハニカム状モノリス基材の内壁に、コート量を２００ｇ／Ｌとしてコートした。１２０℃、６０分間乾燥し、その後５００℃、１２０分間焼成して、コート層を形成させ、排ガス浄化触媒を調製した。

２．評価
実施例１〜３並びに比較例１及び２の排ガス浄化触媒にストイキモデルガス１０Ｌ／分を流通させ、２６０℃及び２９０℃の２温度水準で定常浄化率を測定した。定常浄化率の測定中に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波（ＭＷ）１ｋＷを６０秒間照射し、マイクロ波加熱の効果を解析した。図４に、２６０℃でのマイクロ波照射時間とＨＣ浄化率の関係を示し、図５に、２９０℃でのマイクロ波照射時間とＨＣ浄化率の関係を示し、図６に、外壁におけるセンダストの量とマイクロ波によるＨＣ浄化率の上昇ポイント（マイクロ波を照射しないときのＨＣ浄化率とマイクロ波を照射した後の最大のＨＣ浄化率との差：ＨＣ浄化率向上代）の関係を示す。

図４〜６より、実施例１は、外壁にセンダストを塗布していない比較例１よりも高い浄化性能を示し、実施例２及び３は、実施例１よりも非常に高い浄化性能を示した。実施例１及び２と実施例３とを比較すると、実施例３の昇温は、実施例１及び２の昇温よりも遅れが生じた。これは、実施例３はコート層中にセンダストを含まないため、実施例３では、外壁でのマイクロ波による発熱が内壁のコート層中の貴金属に伝播する時間に遅れが生じたためと考えられる。

さらに、実施例２における外壁のセンダスト量は実施例３における外壁のセンダスト量の約２倍であるが、実施例２及び３の浄化性能はほぼ同じであった。これは、外壁のセンダストの量が多い場合、センダストの層が厚くなり、内壁のコート層中のセンダストに到達するマイクロ波が減少してしまい、マイクロ波の吸収効率が低下してしまうためと考えられる。

なお、比較例２のように、内壁及び外壁にセンダストがない場合には、マイクロ波を照射しても浄化率に変化がなかった。

１．マイクロ波発生装置、２．排ガス浄化触媒

Claims

基材、基材の内壁にコートされている貴金属担持触媒を含むコート層、及びマイクロ波吸収材を有する排ガス浄化触媒と、
排ガスの流れ方向に対して排ガス浄化触媒の前方に位置するマイクロ波吸収材を加熱するためのマイクロ波発生装置と
を備える車両用排ガス浄化装置であって、
基材が、外壁にマイクロ波吸収材を備え、
マイクロ波吸収材が、センダストを含む
前記車両用排ガス浄化装置。