JP2022114539A - Exhaust purification catalytic device and exhaust purification method using the device - Google Patents

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JP2022114539A JP2021010837A JP2021010837A JP2022114539A JP 2022114539 A JP2022114539 A JP 2022114539A JP 2021010837 A JP2021010837 A JP 2021010837A JP 2021010837 A JP2021010837 A JP 2021010837A JP 2022114539 A JP2022114539 A JP 2022114539A
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由紀夫 高木
Yukio Takagi
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Abstract

To provide an exhaust purification catalytic device, purifying the exhaust including large volume of HC and further inhibiting back-pressure elevation which is one of output decreasing causes of an internal combustion engine.SOLUTION: An exhaust purification catalytic device is characterized in that a honeycomb catalyst disposed in a flow of an exhaust discharged from an internal combustion engine to purify the exhaust is at least arranged at upstream and downstream sides 1 and 2 of the exhaust flow; a material of a honeycomb structure used for the honeycomb catalyst comprises an inorganic oxide; the honeycomb structure has a cell opening part at both ends thereof, and the cell composing that structure shares a cell wall with an adjacent cell to be cumulated; a catalyst layer including a hydrogen carbide adsorbent comprising at least zeolite is covered on a cell wall of the honeycomb structure used for the upstream honeycomb catalyst; and a thickness of a cell wall 12 composing the honeycomb structure used for the downstream honeycomb catalyst is thinner than that of the cell wall 11.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、自動車等に搭載される内燃機関から排出される排ガス中に含まれる有害成分、環境負荷物質を浄化するもので、特に炭化水素成分の浄化能力に優れる排ガス浄化触媒装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention purifies harmful components and environmentally hazardous substances contained in exhaust gas emitted from an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and particularly relates to an exhaust gas purifying catalyst device that is excellent in the ability to purify hydrocarbon components. .

自動車等の化石燃料を使用して稼働される内燃機関からは排ガスが排出される。このような排ガスには炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、化石燃料の燃焼由来の煤成分を含む微粒子(PM:Particulate Matter)等、有害成分や地球温暖化の原因とされている環境負荷物質が含まれている。これらの有害成分、環境負荷物質の浄化にはハニカム触媒を使用した手法が広く普及しており、有害成分、環境負荷物質はハニカム触媒で浄化されたうえで大気中に排出されている。 Exhaust gas is emitted from internal combustion engines such as automobiles that are operated using fossil fuels. Such exhaust gas contains harmful components such as hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), particulate matter (PM) containing soot components derived from fossil fuel combustion, and global warming. It contains environmentally hazardous substances that are considered to be the cause of pollution. A method using a honeycomb catalyst is widely used to purify these harmful components and environmentally hazardous substances, and the harmful components and environmentally hazardous substances are purified by the honeycomb catalyst and then discharged into the atmosphere.

このような有害成分、環境負荷物質の大気中への排出量は、各国の行政機関によって規制値が設定されており、市場における環境問題への意識が高まる中、この規制値も年々厳しさを増している。 Regulatory limits have been set by the administrative agencies of each country for the release of such hazardous substances and substances of concern into the atmosphere. increasing.

排ガス中に含まれる有害成分のうち、HCは不完全燃焼の燃料に由来するものである。このようなHCは内燃機関の燃焼室の温度が低い状態で特に多く発生することが知られている。内燃機関の燃焼室の温度が低い代表的な状態は冷間からの内燃機関始動時が挙げられる。 Among harmful components contained in exhaust gas, HC is derived from incompletely combusted fuel. It is known that such HC is generated particularly frequently when the temperature of the combustion chamber of the internal combustion engine is low. A typical state in which the temperature of the combustion chamber of the internal combustion engine is low is when the internal combustion engine is started from a cold state.

自動車の動力源としては内燃機関だけでなく、電力モーターを併用したハイブリッド(HV)システムも知られており、市場の環境意識の高まり、今後も強化が見込まれる行政機関における有害成分、環境負荷物質の排出規制もあり、今後益々普及が見込まれる。 Not only internal combustion engines but also hybrid (HV) systems that use electric motors are known as power sources for automobiles, and with rising environmental awareness in the market, harmful substances and environmentally hazardous substances in government agencies are expected to be strengthened in the future. Emission regulations are also in place, and it is expected that they will become more popular in the future.

自動車から排出される各種の有害成分、環境負荷物質の量は自動車の燃費と相関を有することは言うまでもない。HVシステムでは、自動車を駆動するにあたり、電力モーターの補助だけでなく、電力モーターだけを稼働させて自動車を駆動することもあり、その分、内燃機関の駆動機会が減って燃費が向上する。 It goes without saying that the amounts of various harmful components and environmentally hazardous substances discharged from automobiles have a correlation with the fuel efficiency of automobiles. In the HV system, when driving a vehicle, not only the electric motor is assisted, but also the electric motor alone is operated to drive the vehicle.

一方で、HVシステムにおいて電力モーターだけで自動車が走行する場合、また、電力モーターの補助で自動車が走行する場合、当然、内燃機関は非稼働な状態、または低回転稼働な状態になる。 On the other hand, when the vehicle runs only with the electric motor in the HV system, or when the vehicle runs with the assistance of the electric motor, naturally the internal combustion engine is in a non-operating state or a low rotation operating state.

電力モーターの駆動だけで自動車を駆動させ、その後内燃機関を稼働させた場合、内燃機関の冷間始動時と同様に大量のHC排出が懸念される。また、電力モーターが補助する場合でも内燃機関における燃料の使用量、すなわち燃焼する燃料の量は減ることになり、その状況では燃焼室の温度は低下する傾向にあり、排ガス中に含まれるHCの量は増加が懸念される。近年、電池と電力モーターの性能向上もあり、今後市場に提供されるHVシステムを搭載した自動車では低温排ガス由来のHCの排出機会も増えることが予想される。 If the automobile is driven only by the electric motor and then the internal combustion engine is operated, there is a concern that a large amount of HC will be emitted, as is the case when the internal combustion engine is cold started. Also, even if the electric motor assists, the amount of fuel used in the internal combustion engine, that is, the amount of fuel burned, will decrease, and in this situation, the temperature of the combustion chamber tends to decrease, and the HC contained in the exhaust gas will decrease. There is concern that the amount will increase. In recent years, the performance of batteries and electric motors has improved, and it is expected that there will be more opportunities to emit HC derived from low-temperature exhaust gas from vehicles equipped with HV systems that will be offered to the market in the future.

また、HVシステムによらずとも、自動車に求められる燃費性能は益々大きなものになることが予測される。燃費の向上は即ち燃焼に使用される燃料の少なさであり、少ない燃料の燃焼から得られる熱量も自ずから小さなものとなり、低燃費型内燃機関の低温稼働にともなうHC排出量の増加は懸念されるものである。 In addition, it is expected that the fuel consumption performance required for automobiles will continue to increase, even if it is not based on HV systems. An improvement in fuel efficiency means less fuel used for combustion, and the amount of heat obtained from the combustion of less fuel is naturally smaller. It is.

このように、内燃機関に含まれるHCの大気中への排出抑制技術の一つとして、炭化水素吸着(HC-trap)機能を有した触媒が知られている(特許文献1~3)。 As described above, catalysts having a hydrocarbon adsorption (HC-trap) function are known as one of techniques for suppressing the emission of HC contained in internal combustion engines into the atmosphere (Patent Documents 1 to 3).

HC-trap触媒は他の触媒、ガソリン自動車排ガスの浄化であればHC、CO、NOxを浄化するための三元触媒(TWC)と組み合わせ、排ガスの流れ中に触媒装置として実装される。また、HC-trap触媒自体にもTWCあるいはHCの酸化機能を有した触媒成分が含有されることも一般的である。 The HC-trap catalyst is combined with another catalyst, a three-way catalyst (TWC) for purifying HC, CO, and NOx in the case of gasoline automobile exhaust gas purification, and is implemented as a catalytic device in the exhaust gas stream. Also, the HC-trap catalyst itself generally contains a catalyst component having a function of oxidizing TWC or HC.

車両に実装されるHC-trap触媒、TWC共にハニカム構造体のセル壁上に触媒成分となる組成物を被覆したものである。HC-trap触媒においては、セル壁上にHC-trap機能を有する成分を被覆し、その上にTWCあるいはHC酸化機能を有する触媒組成物層を被覆することが一般的である(特許文献1、3)。このようにHC-trap機能を有する成分の上にHC酸化機能を有する触媒組成物層を設けることで、HC-trapからHCが脱離した際にはHC成分は触媒組成物層を通過することになり、ここである程度のHC成分が浄化されることになる。その後、HC-trap触媒から脱離して排ガスの流れ中に排出されたHC成分は、その下流側にTWCが配置された触媒装置であれば、この下流側のTWCによって更に浄化される(特許文献1)。 Both the HC-trap catalyst and the TWC mounted on the vehicle are obtained by coating the cell walls of the honeycomb structure with a composition that serves as a catalyst component. In the HC-trap catalyst, it is common to coat a component having an HC-trap function on the cell walls, and then coat a TWC or a catalyst composition layer having an HC oxidation function thereon (Patent Document 1, 3). By providing the catalyst composition layer having HC oxidation function on the component having HC-trap function in this way, when HC is desorbed from HC-trap, the HC component passes through the catalyst composition layer. , and a certain amount of HC components are purified here. After that, the HC components desorbed from the HC-trap catalyst and discharged into the flow of the exhaust gas are further purified by the downstream TWC in the case of a catalyst device in which a TWC is arranged downstream (Patent Document 1).

このようなHC-trap触媒に使用されるHC-trap機能を有する材料としては、MFI型、FAU型、*BEA型、MSE型などの各種ゼオライトが有効な材料として知られている(特許文献1、2)。 Various zeolites such as MFI-type, FAU-type, *BEA-type, and MSE-type zeolites are known to be effective materials for such HC-trap catalysts and have the HC-trap function (Patent Document 1 , 2).

HC-trap触媒のHCの吸着脱離はゼオライトにおける温度変動の影響を受ける。すなわち、HC-trap触媒の温度が低いときにはHCがゼオライトに吸着され、HC-trap触媒の温度が高くなると吸着したHCが脱離する作用を利用したものである。このようなゼオライトにおけるHCの吸着脱離挙動は温度変動吸着(TSA:Thermal Swing Adsorption)とも言われている。 The HC adsorption-desorption of the HC-trap catalyst is affected by temperature fluctuations in the zeolite. That is, it utilizes the effect that HC is adsorbed by zeolite when the temperature of the HC-trap catalyst is low, and the adsorbed HC is desorbed when the temperature of the HC-trap catalyst is high. Such adsorption/desorption behavior of HC in zeolite is also called thermal swing adsorption (TSA).

HC-trap触媒の温度が高まり脱離したHCは、暖まったHC-trap触媒や下流側のTWCによる浄化が期待されるが、HC-trap触媒、下流側のTWCの温度が充分に高くないとHCは浄化されず、下流側のTWCをすり抜けて大気中に排出されてしまう。 The HC desorbed due to the increase in the temperature of the HC-trap catalyst is expected to be purified by the warmed HC-trap catalyst and downstream TWC, but the temperature of the HC-trap catalyst and downstream TWC must be sufficiently high. The HC is not purified and passes through the downstream TWC and is discharged into the atmosphere.

このようなHCの排出を防ぐためには後段のTWCの温度をいち早く上昇させることが望ましい。そのための手法として特許文献1では下流側ハニカム触媒であるTWCセル密度を高くすることが提案されている。このTWCのセル密度、すなわちハニカム構造体における単位断面積あたりのセルの数を増やすことでハニカム構造体の幾何学的表面積を増して燃焼後の排ガスと接触する面積を増やし、下流側のTWCの温度の速やかな上昇が期待できる。 In order to prevent such discharge of HC, it is desirable to quickly raise the temperature of the subsequent TWC. As a method for that purpose, Patent Document 1 proposes increasing the TWC cell density, which is a downstream honeycomb catalyst. By increasing the cell density of the TWC, that is, the number of cells per unit cross-sectional area in the honeycomb structure, the geometrical surface area of the honeycomb structure is increased to increase the area in contact with the exhaust gas after combustion, thereby increasing the TWC downstream. A rapid rise in temperature can be expected.

幾何学的表面積の増したTWCでは確かに温度の上昇が期待できるが、一方で単位断面積あたりのセルの数が増すと、排ガスの流れにとっては抵抗となり背圧の増加という問題を生じてしまう。背圧の増加は圧力損失とも言われ、燃焼後の排ガスの流通が妨げられることで燃焼室内の掃気が不充分になったり、TWCの上流側の排ガスの圧力を増すことで、内燃機関の燃焼室内でのピストン上昇にとっても抵抗となって内燃機関における出力低下要因の一つとされている。 A TWC with an increased geometric surface area can certainly be expected to raise the temperature, but on the other hand, if the number of cells per unit cross-sectional area increases, it will become a resistance to the exhaust gas flow and cause a problem of an increase in back pressure. . The increase in back pressure is also called pressure loss, and it hinders the flow of exhaust gas after combustion, resulting in insufficient scavenging in the combustion chamber. It also acts as a resistance to the upward movement of the piston in the room, and is considered to be one of the factors that reduce the output of the internal combustion engine.

特開2003-200049号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-200049 特開2004-105821号公報JP 2004-105821 A 特開平02-56247号公報JP-A-02-56247

この様に、内燃機関の冷間稼働時のように触媒も充分に暖まっていない状態で排出される排ガスにはHCが大量に含まれたまま大気中に排ガスが放出されてしまっていた。特に低燃費を理由に近年普及が著しいHVシステムを搭載した車両(以下、単に「HV車両」ということがある)の様に、通常駆動時であっても内燃機関自体の稼働が少なく、温度の低い排ガスを排出する機会の多い車両においては、大量のHCを含む排ガスが排出されてしまっていた。 In this way, the exhaust gas emitted in a state where the catalyst is not sufficiently warmed up, such as when the internal combustion engine is running cold, is released into the atmosphere while containing a large amount of HC. In particular, vehicles equipped with HV systems, which have become very popular in recent years due to their low fuel consumption (hereinafter sometimes simply referred to as "HV vehicles"), operate the internal combustion engine itself less even during normal driving, and the temperature rises. Exhaust gases containing a large amount of HC have been discharged from vehicles that often emit low exhaust gases.

また、このような排ガスの浄化に使用されてきた従来の触媒システムではハニカム触媒を早急に暖める手段としてセル密度の高いハニカム構造体が使用されていたため、排ガスの背圧が高まって圧力損失を生み、内燃機関の出力低下を招いてしまっていた。出力が低下した内燃機関では、より出力を得ようとすると更に高回転で稼働させる必要がある。その場合は消費する燃料の量も増え、かえって有害成分や環境負荷物質の排出量を増やしてしまうこともある。 In addition, in the conventional catalyst system used to purify such exhaust gas, a honeycomb structure with a high cell density was used as a means of quickly warming the honeycomb catalyst, so the back pressure of the exhaust gas increased, resulting in pressure loss. , leading to a decrease in the output of the internal combustion engine. An internal combustion engine whose output has decreased needs to be operated at a higher rotational speed in order to obtain more output. In that case, the amount of fuel consumed increases, and the amount of emissions of harmful components and environmentally hazardous substances may rather increase.

そのため、本発明は、大量のHCを含む排ガスを浄化すると共に、内燃機関の出力低下原因の一つである背圧の上昇も抑制する技術を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique for purifying exhaust gas containing a large amount of HC and suppressing an increase in back pressure, which is one of the causes of a decrease in the output of an internal combustion engine.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、燃焼機関から排出される排ガス流中に配置され、排ガスを浄化するためのハニカム触媒を、少なくとも排ガス流中の上流側および下流側に配置した排ガス浄化触媒装置において、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には少なくともゼオライトからなる炭化水素吸着材を含む触媒層が被覆され、更に、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁よりも、下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁を薄くすること等により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive research conducted by the present inventors in order to solve the above problems, the present inventors have found that a honeycomb catalyst disposed in an exhaust gas stream emitted from a combustion engine for purifying the exhaust gas is provided at least upstream and downstream in the exhaust gas stream. In the exhaust gas purifying catalyst device disposed on the upstream side, the cell walls of the honeycomb structure used for the upstream honeycomb catalyst are coated with a catalyst layer containing at least a hydrocarbon adsorbent made of zeolite, and further, the upstream honeycomb catalyst The inventors have found that the above problems can be solved by, for example, making the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side thinner than the cell walls of the honeycomb structure used for the catalyst. completed.

すなわち、本発明は、燃焼機関から排出される排ガス流中に配置され、排ガスを浄化するためのハニカム触媒を、少なくとも排ガス流中の上流側および下流側に配置した排ガス浄化触媒装置であって、
ハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の材質は無機酸化物からなり、
ハニカム構造体は両端にセルの開口部を有し、
ハニカム構造体を構成するセルは隣接するセルとセル壁を共有して集積したものであり、
上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には少なくともゼオライトからなる炭化水素吸着材を含む触媒層が被覆され、
下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みが上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みより薄いものであることを特徴とする排ガス浄化触媒装置である。
That is, the present invention is an exhaust gas purifying catalyst device arranged in an exhaust gas flow discharged from a combustion engine, wherein honeycomb catalysts for purifying the exhaust gas are arranged at least upstream and downstream in the exhaust gas flow,
The material of the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst consists of inorganic oxides,
The honeycomb structure has cell openings at both ends,
The cells constituting the honeycomb structure are accumulated by sharing the cell walls with adjacent cells,
The cell walls of the honeycomb structure used for the upstream honeycomb catalyst are coated with a catalyst layer containing at least a hydrocarbon adsorbent made of zeolite,
Exhaust gas characterized in that the thickness of the cell walls forming the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst on the downstream side is thinner than the thickness of the cell walls forming the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst on the upstream side. It is a purification catalyst device.

また、本発明は、燃焼機関から排出される排ガス流中に、上記排ガス浄化触媒装置を配置したことを特徴とする排ガスの浄化方法である。 Further, the present invention is a method for purifying exhaust gas, characterized in that the exhaust gas purifying catalytic device is arranged in the flow of exhaust gas discharged from a combustion engine.

本発明の排ガス浄化触媒装置によれば、下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みを、ゼオライトからなる炭化水素吸着材を含む触媒層が被覆されていてHC-trap機能を有する上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁よりも薄くすることで下流側のハニカム触媒を上流側のハニカム触媒に比べて暖まり易くできることで、上流側のハニカム触媒から脱離したHCを、下流側のハニカム触媒がいち早く浄化することができる。 According to the exhaust gas purifying catalyst device of the present invention, the thickness of the cell walls constituting the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side is covered with the catalyst layer containing the hydrocarbon adsorbent made of zeolite, and the HC- By making the cell walls of the honeycomb structure used in the upstream honeycomb catalyst having a trap function thinner than the cell walls, the downstream honeycomb catalyst can be warmed up more easily than the upstream honeycomb catalyst. The honeycomb catalyst on the downstream side can quickly purify the HC desorbed from the catalyst.

更に、本発明の排ガス浄化触媒装置は、下流側ハニカム触媒におけるハニカム構造体のセル壁を薄くすることで、ハニカム構造体におけるセル開口面積の総和を大きなものとすることができ、内燃機関の出力低下原因の一つである背圧の上昇も抑制することもできる。 Furthermore, in the exhaust gas purifying catalyst device of the present invention, the cell walls of the honeycomb structure in the downstream honeycomb catalyst are thinned, so that the total cell opening area in the honeycomb structure can be increased, and the output of the internal combustion engine can be increased. It is also possible to suppress an increase in the back pressure, which is one of the causes of the decrease.

図1は本発明の実施形態を表す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention. 図2は特許文献1に記載の従来技術を表した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the prior art described in Patent Document 1. As shown in FIG. 図1における上流側ハニカム触媒のセル壁の一部を拡大した模式図である。FIG. 2 is a schematic view enlarging a part of the cell walls of the upstream honeycomb catalyst in FIG. 1; 図1における下流側ハニカム触媒のセル壁の一部を拡大した模式図である。FIG. 2 is a schematic view enlarging a part of the cell walls of the downstream honeycomb catalyst in FIG. 1; 図5は本発明の別の実施形態における上流側、下流側ハニカム触媒のセル壁の一部を拡大した模式図である。FIG. 5 is an enlarged schematic view of part of the cell walls of the upstream and downstream honeycomb catalysts in another embodiment of the present invention.

本発明の排ガス浄化触媒装置(以下、「本発明装置」という)は、燃焼機関から排出される排ガス流中に配置され、排ガスを浄化するためのハニカム触媒を、少なくとも排ガス流中の上流側および下流側に配置した排ガス浄化触媒装置であって、ハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の材質は無機酸化物からなり、ハニカム構造体は両端にセルの開口部を有し、ハニカム構造体を構成するセルは隣接するセルとセル壁を共有して集積したものであり、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には少なくともゼオライトからなる炭化水素吸着材を含む触媒層が被覆され、下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みが上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みより薄いものであることを特徴とするものである。 The exhaust gas purifying catalyst device of the present invention (hereinafter referred to as "the device of the present invention") is disposed in the exhaust gas stream discharged from a combustion engine, and has a honeycomb catalyst for purifying exhaust gas at least upstream and in the exhaust gas stream. In the exhaust gas purifying catalyst device arranged on the downstream side, the material of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst is made of an inorganic oxide, and the honeycomb structure has cell openings at both ends to form a honeycomb structure. The adjacent cells share the cell wall and are accumulated, and the cell wall of the honeycomb structure used for the upstream honeycomb catalyst has a catalyst layer containing at least a hydrocarbon adsorbent made of zeolite. The thickness of the cell walls forming the coated honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side is thinner than the thickness of the cell walls forming the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the upstream side. and

[内燃機関、車両]
本発明装置が配置される内燃機関は特に限定されず、HCを含む化石燃料を燃焼することで稼働する全ての内燃機関に使用することができる。このような内燃機関としては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンが挙げられる。このうち、ガソリンエンジンは燃料と空気の混合比率(空燃比:空気質量/燃料質量)がディーゼルエンジンよりも小さく、冷間始動時の様に燃焼室や排ガス浄化触媒が暖まっていない状態では、大気中に排出される排ガス中に大量のHCを含んでしまう。
[Internal combustion engine, vehicle]
The internal combustion engine in which the device of the present invention is installed is not particularly limited, and can be used for all internal combustion engines that operate by burning fossil fuels containing HC. Such internal combustion engines include gasoline engines and diesel engines. Gasoline engines have a smaller mixture ratio of fuel and air (air-fuel ratio: mass of air/mass of fuel) than diesel engines. A large amount of HC is included in the exhaust gas emitted inside.

本発明装置では、冷間始動時のように排ガスや排ガス浄化触媒の温度が低い状態からの始動であっても、後述する後段ハニカム触媒を早急に昇温することが可能で、これも後述する上流側ハニカム触媒中のHC-trapから脱離したHCに対してもいち早く浄化することが可能になる。特にHV車両の様に、駆動時であっても内燃機関の稼働機会が少なく、温度の低い大量のHCを含む排ガスを排出しがちな車両においては、本発明の排ガス浄化触媒装置における触媒の昇温作用は効果的に機能する。 In the device of the present invention, even when the temperature of the exhaust gas or the exhaust gas purifying catalyst is low, such as during a cold start, it is possible to quickly raise the temperature of the later-stage honeycomb catalyst, which will also be described later. It is also possible to quickly purify HC desorbed from the HC-trap in the upstream honeycomb catalyst. In particular, in a vehicle such as a hybrid vehicle, which has few opportunities to operate the internal combustion engine even when driven and tends to emit low-temperature exhaust gas containing a large amount of HC, the catalyst in the exhaust gas purifying catalyst device of the present invention does not increase. Warm action works effectively.

また、本発明装置においていち早い昇温を図れる下流側ハニカム触媒では後述する様にハニカム構造体における開口面積が大きなことから著しい背圧の上昇を招くことがなく、排ガスの流れ中にハニカム触媒を配置することによる内燃機関における出力の低下も抑制される。 Further, in the apparatus of the present invention, since the honeycomb catalyst on the downstream side, which can raise the temperature quickly, has a large opening area in the honeycomb structure as described later, the back pressure does not rise significantly, and the honeycomb catalyst is arranged in the flow of the exhaust gas. A decrease in the output of the internal combustion engine due to this is also suppressed.

[配置位置]
本発明装置を構成する上流側のハニカム触媒と、下流側のハニカム触媒の配置は特に限定されるものでは無く、上流側ハニカム触媒と下流側ハニカム触媒をエキゾーストマニホールド直下に隣接して配置してよく、上流側ハニカム触媒と下流側ハニカム触媒を車両の床下に隣接(タンデム)して配置してよく、上流側ハニカム触媒を内燃機関のエキゾーストマニホールド直下に下流側ハニカム触媒を車両床下に配置してもよい。また、これらの触媒配置における上流側ハニカム触媒を内燃機関のエキゾーストポート直下に配置し、更にハニカム触媒の昇温を図ってもよい。この様に多様な触媒配置に対応できる本発明装置であるが、排ガスの熱を効果的に利用する点からは、上流側のハニカム触媒と下流側のハニカム触媒はタンデムに配置される事が好ましく、上流側のハニカム触媒をエキゾーストマニホールド直下に配置したタンデムな配置である事がより好ましく、上流側のハニカム触媒をエキゾーストポート直下に配置したタンデムな配置であることがより好ましい。
[Positions]
The arrangement of the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst that constitute the apparatus of the present invention is not particularly limited, and the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst may be arranged adjacently immediately below the exhaust manifold. Alternatively, the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst may be arranged adjacently (in tandem) under the floor of the vehicle, or the upstream honeycomb catalyst may be arranged directly under the exhaust manifold of the internal combustion engine and the downstream honeycomb catalyst may be arranged under the vehicle floor. good. Further, the upstream honeycomb catalyst in these catalyst arrangements may be arranged directly below the exhaust port of the internal combustion engine to further raise the temperature of the honeycomb catalyst. Although the apparatus of the present invention can accommodate various catalyst arrangements as described above, it is preferable that the honeycomb catalyst on the upstream side and the honeycomb catalyst on the downstream side are arranged in tandem from the viewpoint of effectively utilizing the heat of the exhaust gas. A tandem arrangement in which the upstream honeycomb catalyst is arranged immediately below the exhaust manifold is more preferable, and a tandem arrangement in which the upstream honeycomb catalyst is arranged immediately below the exhaust port is more preferable.

[ハニカム触媒]
本発明装置は、内燃機関から排出される排ガスを浄化するためのハニカム触媒を、少なくとも排ガス流中の上流側および下流側に配置したものである。ハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の材質は無機酸化物からなり、ハニカム構造体は両端にセルの開口部を有し、ハニカム構造体を構成するセルは隣接するセルとセル壁を共有して集積したものである。
[Honeycomb catalyst]
The apparatus of the present invention has honeycomb catalysts for purifying exhaust gas emitted from an internal combustion engine, which are arranged at least upstream and downstream in the exhaust gas flow. The material of the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst is composed of an inorganic oxide, the honeycomb structure has cell openings at both ends, and the cells constituting the honeycomb structure share the cell walls with adjacent cells. It is an accumulation.

[ハニカム構造体:材質]
ハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の材質は無機酸化物からなるものであり、その例としては、コージェライト、シリカ、アルミナ、炭化ケイ素、ゼオライト等の無機酸化物の一種以上からなる物が挙げられる。中でもコージェライトは価格も安く、過酷な排ガス環境中にあっても耐久性にも優れ、自動車用の排ガス浄化用のハニカム構造体材料として最も普及した材質であり、本発明への適用においても好ましいものであるといえる。
[Honeycomb structure: material]
The material of the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst is composed of inorganic oxides, and examples thereof include those composed of one or more kinds of inorganic oxides such as cordierite, silica, alumina, silicon carbide, and zeolite. be done. Among them, cordierite is inexpensive, has excellent durability even in a harsh exhaust gas environment, and is the most widely used honeycomb structure material for exhaust gas purification for automobiles, and is also preferable for application to the present invention. It can be said that it is a thing.

また、本発明の排ガス浄化触媒装置では、後述する様に下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁を、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁よりも薄くすることで後段ハニカム触媒をいち早く昇温できる様にするものであることから、上流側と下流側のハニカム構造体としては同じような比熱を持つ材質であるときにも効果を発揮する。自動車等の内燃機関の排ガス浄化に使用されるハニカム構造体の材質は前述のとおりコージェライトが好ましく最も普及しているものであり本発明装置の上流側、下流側のハニカム構造体としても好ましいものであり、本発明装置のハニカム構造体はこのように同質で同じような比熱を持つ材質であるときに特に効果的であるといえる。 Further, in the exhaust gas purifying catalyst device of the present invention, as described later, the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side are made thinner than the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the upstream side. By doing so, the temperature of the post-stage honeycomb catalyst can be raised quickly, so the effect is exhibited even when the honeycomb structures on the upstream side and the downstream side are made of materials having the same specific heat. As described above, cordierite is the preferred material for the honeycomb structure used for purifying the exhaust gas of internal combustion engines such as automobiles, and is the most widely used one. , and it can be said that the honeycomb structure of the device of the present invention is particularly effective when it is made of such a homogeneous material having a similar specific heat.

[ハニカム構造体:構造]
ハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の構造は、特に限定されるものでは無く、従来から市場に流通しているハニカム構造体の構造の中から触媒が使用される目的に応じて適宜選択して採用することができる。
[Honeycomb structure: structure]
The structure of the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst is not particularly limited, and can be appropriately selected from the structures of honeycomb structures conventionally available on the market according to the purpose for which the catalyst is used. can be adopted.

市場に流通し、従来から使用されてきたハニカム構造体の構造には大きく2つあり、一つがフロースルー型ハニカム構造体であり、もう一つがウォールフロー型ハニカム構造体である。いずれも排ガスの流れ方向の一方の端面から他方に端面に向けて延設された管状の流路が集積したもので隣接する管状流路(セル)とはその壁を共有している。 There are roughly two types of honeycomb structures on the market and conventionally used, one is a flow-through type honeycomb structure and the other is a wall-flow type honeycomb structure. Each of them is an accumulation of tubular flow passages extending from one end face to the other end face in the flow direction of the exhaust gas, and adjacent tubular flow passages (cells) share the wall.

このうち、フロースルー型ハニカム構造体は各管状のセルの両端が開口しており、排ガスは一方の開口端から流入して他方の開口端から排出される。ここでセルの壁上に触媒組成物が被覆されていると排ガスは触媒組成物に接触しながらセル内を通過することになり、この間に排ガス中の環境負荷物質や有害成分が浄化される。 Of these, in the flow-through type honeycomb structure, both ends of each tubular cell are open, and the exhaust gas flows in from one open end and is discharged from the other open end. Here, when the walls of the cells are coated with the catalyst composition, the exhaust gas passes through the cells while contacting the catalyst composition, and during this time the environmentally hazardous substances and harmful components in the exhaust gas are purified.

一方のウォールフロー型ハニカム構造体のセルの壁は排ガスが通過可能な多孔質体からなるもので、管状のセルは柱形のハニカム構造体の両底面において互い違いに目封じされ、一つのセルにおける開口は一つのみとなっている。すなわち、排ガスの入口側端面において目封じされたセルは出口側端面においては開口されており、入口側端面において目封じされているセルは出口側端面では開口している状態になり、隣接するセルではその逆になっている。このようなウォールフロー型ハニカム構造体に後述するウオッシュコート法をもって触媒組成物スラリーを被覆した場合、触媒組成物は多孔質体からなる壁の上に被覆もしくは壁の中に含侵、あるいはその両方に被覆される。そして、排ガスはセルの壁の表面や壁の中を通過し、その間に煤等の微粒子成分が濾しとられ、濾しとられた微粒子成分は排ガスの昇温をもって燃焼除去され、煤以外の環境負荷物質や有害成分も浄化するものであれば排ガスの通過に際してそれらも浄化される。 One wall-flow honeycomb structure has a cell wall made of a porous body through which exhaust gas can pass. There is only one opening. That is, the cells that are plugged at the inlet-side end face of the exhaust gas are open at the outlet-side end face, and the cells that are plugged at the inlet-side end face are open at the outlet-side end face. Now it's the other way around. When such a wall-flow honeycomb structure is coated with a catalyst composition slurry by a wash coating method, which will be described later, the catalyst composition coats the walls made of the porous body, impregnates the walls, or both. coated with Exhaust gas passes through the surface and inside of the walls of the cells, during which particulate components such as soot are filtered out. If substances and harmful constituents are also purified, they are also purified during passage of the exhaust gas.

本発明装置では、下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁には薄さが必要であることから、フィルター機能を持たせたうえで実用上の強度を得るためにセル壁に所定の厚みが必要なウォールフロー型ハニカム構造体よりも、そのような機能を必要とせず、セル壁を薄くし易いフロースルー型ハニカム構造体であることが下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体として好ましい。また、本発明の効果の一つである背圧が上昇し難いことはセル壁が薄いことで達成されるものである点からも、セル壁が厚くなりがちなウォールフロー型ハニカム構造体よりもフロースルー型ハニカム構造体であることが好ましい。加えて、ウォールフロー型ハニカム構造体はフィルター機能を有するものであるため、このフィルター機能自体が排ガスの流れにとっては流通抵抗になり易いこともあり、背圧の上昇の抑制という点ではフロースルー型ハニカム構造体であることが好ましいものといえる。 In the apparatus of the present invention, the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side must be thin. A honeycomb used in a honeycomb catalyst on the downstream side is a flow-through type honeycomb structure that does not require such a function and makes it easier to make the cell walls thinner than a wall-flow type honeycomb structure that requires a predetermined thickness. It is preferable as a structure. In addition, one of the effects of the present invention, that the back pressure is difficult to increase, is achieved by having thin cell walls. A flow-through honeycomb structure is preferred. In addition, since the wall flow type honeycomb structure has a filter function, this filter function itself tends to become a flow resistance for the flow of exhaust gas. It can be said that a honeycomb structure is preferable.

[ハニカム構造体:セル壁の厚さ]
本発明装置に使用される下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁の厚さは、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁に対して相対的に薄いものであればその効果を発揮可能なものである。
[Honeycomb structure: cell wall thickness]
The thickness of the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side used in the apparatus of the present invention is relatively thinner than the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the upstream side. If so, the effect can be exhibited.

一般的に、ハニカム構造体のセル壁の厚みは、ミリインチ「mil」として表されることがある。本発明装置においては、上流側および下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁の厚みが、0.025~0.3mm(1~12mil)の範囲、0.05~0.2mm(2~8mil)の範囲が好ましく、0.05~0.125mm(2~5mil)の範囲がより好ましい。 Generally, the thickness of the cell walls of honeycomb structures is sometimes expressed as milliinch "mils". In the apparatus of the present invention, the thickness of the cell wall of the honeycomb structure used for the honeycomb catalysts on the upstream and downstream sides is in the range of 0.025 to 0.3 mm (1 to 12 mil), 0.05 to 0.2 mm. A range of (2 to 8 mils) is preferred, and a range of 0.05 to 0.125 mm (2 to 5 mils) is more preferred.

このようなセル壁の厚みの範囲において、下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁の厚みが、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁の厚みの2/3以下であることが好ましく、1/3以下であることがより好ましい。上流側のハニカム触媒と、下流側のハニカム触媒のセル壁の厚みの差が少な過ぎると、上流側のハニカム触媒からHCが脱離した時点で下流側のハニカム触媒における適切な昇温が得られず、下流側のハニカム触媒において充分なHC浄化が行えなくなってしまうことがある。ハニカム構造体は無機酸化物からなる成形体であり、ハニカム構造体自体は触媒としての活性を有さず、後述するようなTWC触媒層のような酸化反応による発熱機能を有しないことから、下流側ハニカム触媒においては、いかに外部から供給される熱を効果的に自身の昇温に利用できるかが重要な要素となる。 Within such a range of cell wall thickness, the thickness of the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side is 2/ of the thickness of the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the upstream side. It is preferably 3 or less, more preferably ⅓ or less. If the difference in cell wall thickness between the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst is too small, the temperature of the downstream honeycomb catalyst cannot be appropriately increased when HC is desorbed from the upstream honeycomb catalyst. Therefore, the honeycomb catalyst on the downstream side may not be able to sufficiently purify HC. The honeycomb structure is a molded body made of inorganic oxides, and the honeycomb structure itself does not have activity as a catalyst, and does not have a heat generation function due to an oxidation reaction like the TWC catalyst layer described later. An important factor in the side honeycomb catalyst is how effectively the heat supplied from the outside can be used to raise its own temperature.

また、本発明装置に使用される上流側のハニカム触媒を構成するハニカム構造体のセル壁が下流側のハニカム触媒を構成するハニカム構造体のセル壁よりも厚いことで、上流側のハニカム触媒は昇温し難い状態になるとも言え、後述するゼオライトにおける吸着HCの脱離開始が遅くなり、その間、下流側ハニカム触媒は昇温に要する時間を長く得られることになり、本発明の効果が得られ易くなるともいえる。 In addition, since the cell walls of the honeycomb structure constituting the upstream honeycomb catalyst used in the apparatus of the present invention are thicker than the cell walls of the honeycomb structure constituting the downstream honeycomb catalyst, the upstream honeycomb catalyst is It can be said that it becomes difficult to raise the temperature, and the start of desorption of adsorbed HC from the zeolite, which will be described later, is delayed. It can be said that it will be easier to be taken.

[ハニカム構造体:セル密度]
ハニカム構造体の構造を決定する要素としては、材質、セル壁の厚さの他にセル密度が挙げられる。セル密度は、ハニカム構造体における軸線と直交する断面の単位面積あたりのセルの数で表される。本発明の排ガス浄化触媒装置に使用される下流側ハニカム触媒を構成するハニカム構造体のセル密度は特に限定されるものでは無く、広く市場に流通し、当業者に利用されてきたセル密度のハニカム構造体の中から適宜選択することができる。このようなセル密度の具体的な例としては、62~124セル/cm(400~800セル/inch)が好ましく、62~93セル/cm(400~600セル/inch)がより好ましい。
[Honeycomb structure: cell density]
Factors that determine the structure of the honeycomb structure include the material, cell wall thickness, and cell density. The cell density is represented by the number of cells per unit area of a cross section perpendicular to the axis of the honeycomb structure. The cell density of the honeycomb structure constituting the downstream honeycomb catalyst used in the exhaust gas purifying catalyst device of the present invention is not particularly limited. It can be appropriately selected from structures. A specific example of such a cell density is preferably 62 to 124 cells/cm 2 (400 to 800 cells/inch 2 ), more preferably 62 to 93 cells/cm 2 (400 to 600 cells/inch 2 ). preferable.

また、本発明装置では著しい背圧の上昇を招かないことも効果であることから、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体と、下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル密度には大きな違いが無いときにより効果的であることから、62~93セル/cm(400~600セル/inch)の範囲でそれぞれ選択されることが好ましいといえる。 In addition, since the apparatus of the present invention does not cause a significant increase in back pressure, the honeycomb structure used for the upstream honeycomb catalyst and the cells of the honeycomb structure used for the downstream honeycomb catalyst It can be said that it is preferable to select each in the range of 62 to 93 cells/cm 2 (400 to 600 cells/inch 2 ) because it is more effective when there is no great difference in density.

この様に上流側、下流側のハニカム構造体のセル密度に大きな違いが無い仕様には、例えば、上流側、下流側のハニカム構造体のセル密度が同一である場合、あるいは下流側のハニカム触媒のセル密度が上流側よりも小さい場合も含まれる。この様な仕様によれば下流側のハニカム構造体を原因とした背圧の上昇をより効果的に抑制する事ができる。 In this way, specifications that do not have a large difference in the cell density of the honeycomb structures on the upstream side and the downstream side include, for example, when the cell densities of the honeycomb structures on the upstream side and the downstream side are the same, or when the honeycomb catalyst on the downstream side This includes the case where the cell density of is smaller than that on the upstream side. According to such specifications, it is possible to more effectively suppress an increase in back pressure caused by the honeycomb structure on the downstream side.

[上流側のハニカム触媒:炭化水素吸着材]
本発明装置では、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には少なくともゼオライトからなる炭化水素吸着材を含む触媒層が被覆される。このような炭化水素吸着材(以下、「HC-trap材」ということもある)となるゼオライトとしては従来から当業者が使用してきたものを適宜使用すれば問題ないが、例えば、特許文献1、2にも挙げられているような、MFI型、FAU型(USY等)、*BEA型、MSE型(MCM-68等)等の比較的大細孔なゼオライトの中から選択して使用することが好ましい。
[Upstream honeycomb catalyst: hydrocarbon adsorbent]
In the apparatus of the present invention, the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the upstream side are coated with a catalyst layer containing at least a hydrocarbon adsorbent made of zeolite. As the zeolite that serves as such a hydrocarbon adsorbent (hereinafter sometimes referred to as "HC-trap material"), there is no problem if the zeolite that has been conventionally used by those skilled in the art is appropriately used. Select and use from relatively large pore zeolites such as MFI type, FAU type (USY etc.), *BEA type, MSE type (MCM-68 etc.) as listed in 2. is preferred.

内燃機関から排出されるHC成分はガソリンや軽油など化石燃料の燃焼に由来して発生するものでありその分子サイズも多様性を有し、メタンのような分子サイズが小さなものだけでなく、キシレン等の様に大きな分子サイズのHC成分も含まれる。HC-trap材はこのような多様な分子サイズのHC成分を吸着する必要性があることから、採用されるゼオライトも大細孔なものであることが望ましい。また、このような大細孔なゼオライトはそのまま使用しても良いが、鉄や銅などの遷移金属をイオン交換等の手法で担持させたものであっても良い。なお、このようなHC-trap材は前記のような大細孔なゼオライトの他、CHA、AEI、AFXの様に小細孔なゼオライトを組み合わせて使用してもよい。 HC components emitted from internal combustion engines are derived from the combustion of fossil fuels such as gasoline and light oil, and their molecular sizes are diverse. HC components with large molecular sizes such as are also included. Since the HC-trap material is required to adsorb HC components of such various molecular sizes, it is desirable that the zeolite employed also has large pores. Moreover, such a zeolite having large pores may be used as it is, but it may be one in which a transition metal such as iron or copper is supported by a technique such as ion exchange. Such HC-trap materials may be used in combination with zeolites with small pores such as CHA, AEI, and AFX in addition to zeolites with large pores as described above.

[上流側のハニカム触媒:層構造]
本発明装置の上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には少なくともHC-trap材を含む触媒層が被覆されているので、HC-trap材が含まれていることは前述のとおりであるが、この他にも上流側ハニカム触媒に含まれるHC-trap材から脱離したHCを浄化するために更にHC-trap材であるゼオライトを含まない触媒成分を含んでいても良い。
[Upstream honeycomb catalyst: layer structure]
Since the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the upstream side of the apparatus of the present invention are coated with a catalyst layer containing at least the HC-trap material, it is mentioned above that the HC-trap material is contained. In addition, in order to purify HC desorbed from the HC-trap material contained in the upstream honeycomb catalyst, a catalyst component that does not contain zeolite, which is an HC-trap material, may be included. .

本発明装置の上流側のハニカム触媒に、HC-trap材と共にゼオライトを含まない触媒成分を併せて使用する場合、HC-trap材と混合して使用しても良いが、ハニカム構造体のセル壁上にHC-trap材を含む触媒層を被覆した後、その上にゼオライトを含まない触媒成分を含む触媒層を被覆することが望ましい。 When a catalyst component not containing zeolite is used together with the HC-trap material for the honeycomb catalyst on the upstream side of the apparatus of the present invention, the HC-trap material may be mixed with the catalyst component, but the cell walls of the honeycomb structure After coating the catalyst layer containing the HC-trap material thereon, it is desirable to coat the catalyst layer containing the zeolite-free catalyst component thereon.

上流側のハニカム触媒に使用されるゼオライトを含まない触媒成分としては、従来の内燃機関から排出される排ガスの浄化に使用される組成から適宜選択されるものであるが、自動車排ガス、特にガソリン自動車から排出される排ガスの浄化に使用する場合は、無機酸化物粒子に担持された貴金属成分を含む貴金属触媒が挙げられる。この貴金属触媒は、TWCとも言われる三元触媒が含まれることが望ましい。TWCの組成は各個別の仕様に応じて細部が多様に調整されるが、その基本的な構成はアルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア等の一種以上を含む無機酸化物粒子を担体とし、これに白金、パラジウム、ロジウムなどの貴金属を担持させ、セリア粒子等に代表される酸素吸蔵法放出材料と組合せたものである。TWCではこれらの触媒成分の相互作用によって、HCの酸化による浄化のみならず、NOx、CO等の浄化も行われる。 The zeolite-free catalyst component used in the upstream honeycomb catalyst is appropriately selected from compositions used for purifying exhaust gas emitted from conventional internal combustion engines. When used for purifying exhaust gas discharged from a fuel cell, a noble metal catalyst containing a noble metal component supported on inorganic oxide particles may be used. Preferably, the noble metal catalyst comprises a three-way catalyst, also referred to as TWC. The composition of the TWC is adjusted in various details according to each individual specification, but its basic composition is a carrier of inorganic oxide particles containing one or more of alumina, zirconia, ceria, titania, etc., and platinum , palladium, rhodium, etc., and combined with an oxygen storage method-emission material represented by ceria particles. The interaction of these catalyst components in the TWC not only purifies HC by oxidation, but also purifies NOx, CO, and the like.

本発明装置の上流側のハニカム触媒として好ましい態様としては、ハニカム構造体のセル壁上にHC-trap材を含む触媒層(以下、「HC-trap触媒層」ということもある)を被覆した後、その上に無機酸化物粒子に担持された貴金属成分(ゼオライトを含まない触媒成分)を含む貴金属触媒層(以下、「TWC触媒層」ということもある)を被覆することが望ましい。前述の様にTWC組成物は粒子状の触媒成分からなるものであるが、このような粒子状の成分をHC-trap触媒層の表面に被覆することで、HC-trap触媒層から脱離したHCの幾らかはTWC触媒層で浄化することができる。また、HC-trap触媒層の表面がTWC触媒層で覆われていることで、HC-trap触媒層から脱離したHCが再び排ガスの流れの中に戻されることを遅延させる作用も期待できる。このようにして生じた遅延時間の間に、後段ハニカム触媒の昇温は促されてより効率的はHC浄化が可能になる。 As a preferred embodiment of the honeycomb catalyst on the upstream side of the apparatus of the present invention, the cell walls of the honeycomb structure are coated with a catalyst layer containing an HC-trap material (hereinafter sometimes referred to as "HC-trap catalyst layer"). It is desirable to coat thereon a noble metal catalyst layer (hereinafter sometimes referred to as "TWC catalyst layer") containing a noble metal component (catalyst component not containing zeolite) supported on inorganic oxide particles. As described above, the TWC composition consists of particulate catalyst components, and by coating the surface of the HC-trap catalyst layer with such particulate components, the particles are desorbed from the HC-trap catalyst layer. Some of the HC can be cleaned up with a TWC catalyst bed. In addition, since the surface of the HC-trap catalyst layer is covered with the TWC catalyst layer, it is expected that the HC desorbed from the HC-trap catalyst layer will be delayed from being returned to the flow of the exhaust gas. During the delay time thus generated, the temperature rise of the post-stage honeycomb catalyst is accelerated, and HC conversion becomes possible more efficiently.

また、TWC触媒層における排ガス中のHCやCOの浄化は排ガス中の酸素を利用する酸化反応であることから発熱を伴う。一方で、コージェライト等の無機酸化物からなるハニカム構造体ではセル壁そのものが反応に寄与することは殆どない。HCに限らず、排ガス浄化における触媒反応は相応に高い温度下において促進するものであることから、TWC触媒層におけるHCやCOの酸化はハニカム触媒そのものの発熱を促し浄化率の更なる向上が見込める。このような触媒の発熱を促す為にも、TWC触媒層は排ガスと直接接触する最表面に形成されることが望ましいため、上流側のハニカム構造体のセル壁上には、HC-trap触媒層およびTWC触媒層がこの順で被覆されることが好ましい。 In addition, purification of HC and CO in the exhaust gas in the TWC catalyst layer is an oxidation reaction using oxygen in the exhaust gas, and thus heat is generated. On the other hand, in a honeycomb structure made of an inorganic oxide such as cordierite, the cell walls themselves hardly contribute to the reaction. Not only HC, but also catalytic reactions in exhaust gas purification are promoted at a correspondingly high temperature, so oxidation of HC and CO in the TWC catalyst layer promotes heat generation of the honeycomb catalyst itself, and further improvement of the purification rate can be expected. . Since the TWC catalyst layer is desirably formed on the outermost surface in direct contact with the exhaust gas in order to promote the heat generation of the catalyst, the HC-trap catalyst layer is formed on the cell wall of the honeycomb structure on the upstream side. and the TWC catalyst layer are preferably coated in this order.

[下流側のハニカム触媒]
本発明装置の下流側のハニカム触媒は、これに使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みが上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みより薄ければよい。
[Downstream honeycomb catalyst]
In the honeycomb catalyst on the downstream side of the apparatus of the present invention, if the thickness of the cell walls constituting the honeycomb structure used therein is thinner than the thickness of the cell walls constituting the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst on the upstream side, good.

下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には、触媒層が被覆される。このような触媒層としては、例えば、ゼオライトを含まない触媒層等が挙げられる。このゼオライトを含まない触媒層としては、上流側のハニカム触媒から放出されたHCを浄化するために酸化機能を有するものが好ましく、このような酸化機能を有する触媒としては白金、パラジウム、ロジウム等、酸化機能を有する貴金属が含まれることが望ましい。また、本発明装置が設置される内燃機関がガソリン自動車に搭載されているものであれば、HCの酸化の他NOxの還元浄化も行われることが望ましいことから、下流側のハニカム触媒に含まれる触媒組成物は上流側ハニカム触媒同様に白金、パラジウム、Rhを組み合わせて使用するTWCであることが望ましい。 A catalyst layer is coated on the cell walls of the honeycomb structure used for the downstream honeycomb catalyst. Examples of such a catalyst layer include a catalyst layer containing no zeolite. The zeolite-free catalyst layer preferably has an oxidation function for purifying HC released from the honeycomb catalyst on the upstream side. It is desirable to include a noble metal with an oxidizing function. In addition, if the internal combustion engine in which the device of the present invention is installed is mounted in a gasoline automobile, it is desirable to reduce and purify NOx in addition to the oxidation of HC. The catalyst composition is desirably TWC, which uses a combination of platinum, palladium, and Rh, like the upstream honeycomb catalyst.

なお、下流側のハニカム触媒には上流側のハニカム触媒のようにゼオライトからなるHC-trap材が含まれていてもよいが、その場合、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の単位体積当たりのゼオライトの量よりも少ない量でゼオライトを含むことが望ましい。下流側のハニカム触媒にHC-trap材が多量に含まれてしまうと、仮に下流側のハニカム触媒のHC-trap材にHCが吸着した場合であっても、下流側のハニカム触媒自体がHCを酸化するのに充分に昇温していない場合や、昇温しつつある途中でHCが脱離した場合にHCが浄化されずにそのまま大気中に排出されてしまう恐れがある。このような懸念を無くすため、下流側のハニカム触媒の後方に更に別の触媒を配置することや、下流側のハニカム触媒を電気的に加熱することも考えられるが、そのような仕様の場合、自動車であればそのコスト増は車両価格に反映されしまい市場における商品価値を低下させてしまう。 Note that the honeycomb catalyst on the downstream side may contain an HC-trap material made of zeolite like the honeycomb catalyst on the upstream side. It is desirable to include zeolite in an amount less than the amount of zeolite per volume. If the honeycomb catalyst on the downstream side contains a large amount of HC-trap material, even if HC is adsorbed on the HC-trap material of the honeycomb catalyst on the downstream side, the honeycomb catalyst itself on the downstream side will release HC. If the temperature is not sufficiently raised for oxidation, or if HC is desorbed while the temperature is rising, there is a risk that the HC will be discharged into the atmosphere as it is without being purified. In order to eliminate such concerns, it is conceivable to arrange another catalyst behind the honeycomb catalyst on the downstream side, or to electrically heat the honeycomb catalyst on the downstream side. In the case of automobiles, the increase in cost is reflected in the price of the vehicle, reducing its commercial value in the market.

下流側のハニカム触媒にHC-trap材を含ませる場合、HC-trap材と前記のゼオライトを含まない触媒、好ましくは酸化機能を有する触媒、より好ましくはTWCと混合した触媒組成層としてハニカム構造体のセル壁表面に被覆するものであっても良いが、下流側のハニカム触媒のセル壁上に上流側のハニカム触媒よりも担持量が少ないHC-trap触媒層を被覆し、その上にゼオライトを含まない触媒層、好ましくは酸化機能を有する触媒層、より好ましくはTWC触媒層を被覆するものであっても良い。このような層構造を構成することで、上流側のハニカム触媒と同様の効果が期待できる。 When the honeycomb catalyst on the downstream side contains the HC-trap material, the HC-trap material and the above-described zeolite-free catalyst, preferably a catalyst having an oxidation function, more preferably TWC, are mixed to form a honeycomb structure as a catalyst composition layer. However, the cell walls of the honeycomb catalyst on the downstream side are coated with an HC-trap catalyst layer having a lower loading amount than the honeycomb catalyst on the upstream side, and zeolite is coated thereon. A non-containing catalyst layer, preferably a catalyst layer having an oxidation function, more preferably a TWC catalyst layer may be coated. By constructing such a layer structure, the same effect as that of the honeycomb catalyst on the upstream side can be expected.

このような上流側のハニカム触媒や下流側ハニカム触媒の触媒成分の量は、当業者においてはハニカム構造体の単位体積当たりの量[g/L]として特定される。すなわち、下流側ハニカム触媒に含まれるゼオライトのようなHC-trap材の量が上流側のハニカム触媒よりも少ないとは、この単位体積あたりの量[g/L]をもって特定することができる。下流側のハニカム触媒にHC-trap材を含む場合、ハニカム構造体の単位体積あたりで、上流側のハニカム触媒に含まれるHC-trap材の量の1/2以下であることが好ましく、1/3以下であることがより好ましい。 Those skilled in the art specify the amounts of catalyst components in such upstream honeycomb catalysts and downstream honeycomb catalysts as amounts [g/L] per unit volume of the honeycomb structure. That is, it can be specified by this amount per unit volume [g/L] that the amount of HC-trap material such as zeolite contained in the downstream honeycomb catalyst is smaller than that in the upstream honeycomb catalyst. When the honeycomb catalyst on the downstream side contains the HC-trap material, the amount of the HC-trap material per unit volume of the honeycomb structure is preferably 1/2 or less of the amount of the HC-trap material contained in the honeycomb catalyst on the upstream side. It is more preferably 3 or less.

また、触媒成分の量は前記のような単位体積当たりの量[g/L]の他、触媒層の厚みとして特定されるもので有ってもよい。触媒層の厚みとして特定されるものである場合、ハニカム構造体の軸線と直交する方向の断面から観察されるセル壁に被覆された触媒層の厚みの平均値として特定することができる。このような触媒層の厚みの平均値は触媒層の厚いところと薄いところの平均値であるが、例えば、比較的触媒層が厚くなり易いセル角部と、比較的触媒層が薄くなり易いセル壁中央部分との平均値であっても良い。 Moreover, the amount of the catalyst component may be specified as the thickness of the catalyst layer, in addition to the amount per unit volume [g/L] as described above. When the thickness is specified as the thickness of the catalyst layer, it can be specified as the average value of the thickness of the catalyst layer coated on the cell walls observed from the cross section in the direction perpendicular to the axis of the honeycomb structure. Such an average value of the thickness of the catalyst layer is the average value of the thick and thin portions of the catalyst layer. It may be an average value with the wall central portion.

[他の触媒層]
本発明装置における上流側のハニカム触媒、下流側のハニカム触媒における好ましい触媒層の構成は前述のとおりであるが、本発明においては他の機能を期待して多様な触媒層と組み合わせてハニカム触媒を構成して良い。このような他の機能を有する触媒層としては、例えば、上流側のハニカム触媒におけるHC-trap触媒層とセル壁との密着性を向上させるためにセル壁とHC-trap触媒層との間にベースコート層といわれる被覆層を設けたり、TWC触媒層における活性を制御するために組成の異なるTWC触媒層を2層以上積層した仕様などが挙げられる。この様なベースコート層やTWCの多層化は下流側のハニカム触媒における触媒層の構成においても同様である。
[Other catalyst layers]
The preferred configurations of the catalyst layers in the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst in the apparatus of the present invention are as described above. Configurable. As the catalyst layer having such other functions, for example, in order to improve the adhesion between the HC-trap catalyst layer and the cell wall in the honeycomb catalyst on the upstream side, Specifications include providing a coating layer called a base coat layer and laminating two or more TWC catalyst layers having different compositions in order to control the activity of the TWC catalyst layer. Such multi-layering of the base coat layer and TWC is the same in the structure of the catalyst layer in the honeycomb catalyst on the downstream side.

[ハニカム触媒の製法]
本発明装置に使用される上流側のハニカム触媒、下流側のハニカム触媒共に、ハニカム構造体のセル壁上に触媒層を被覆したものであることは前述のとおりである。本発明装置に使用されるハニカム触媒に触媒組成物層を被覆する手法は特に限定されるものでは無く、当業者によって広く実施されているウオッシュコート法をもって被覆することができる。
[Manufacturing method of honeycomb catalyst]
As described above, both the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst used in the apparatus of the present invention have the catalyst layer coated on the cell walls of the honeycomb structure. The method of coating the catalyst composition layer on the honeycomb catalyst used in the device of the present invention is not particularly limited, and the coating can be performed by a wash coating method widely practiced by those skilled in the art.

ウオッシュコート法は当業者において様々な仕様が検討され、出願(特表2003-506211号公報、特表2011-529788号公報)も実施もされているが、その概要は、ハニカム構造体の一方の開口端面から所定量の触媒組成物スラリーを供給し、これを風圧等の手段を用いてハニカム構造体の他の開口端面に向けて触媒組成物スラリーを所定長さで塗り伸ばし、あるいは余分な触媒組成物スラリーを除去するものである。 Various specifications of the washcoat method have been studied by those skilled in the art, and applications (Japanese Patent Application Publication No. 2003-506211 and Japanese Patent Application Publication No. 2011-529788) have also been implemented. A predetermined amount of the catalyst composition slurry is supplied from the open end face, and the catalyst composition slurry is spread over a predetermined length toward the other open end face of the honeycomb structure by means of air pressure or the like, or the excess catalyst is It removes the composition slurry.

また、ウオッシュコート法においては、異なる触媒組成物をハニカム構造体の部分で塗り分けるゾーンコートを施す場合もあり、本発明装置に使用されるハニカム触媒を製造する場合にも同様であるが、その場合でも上流側のハニカム触媒、下流側のハニカム触媒における望ましい層構造は前述のとおりである。 In the wash-coating method, zone coating may be applied in which different catalyst compositions are separately applied to portions of the honeycomb structure. In any case, the desirable layer structures of the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst are as described above.

なお、上流側のハニカム触媒において下層にゼオライトからなるHT-trap触媒層を設けた場合、そのHC-trap触媒層は排ガスの流れに直接露出する部分を有さず、酸化機能を有するTWC触媒層のような触媒組成物層で完全に覆われていることが望ましい。HC-trap触媒層に排ガスの流れに直接露出する部分があると、前段ハニカム触媒からのHC脱離の遅延効果やHC-trap材から脱離したHCの浄化効果が得られなかったり低減したりすることがある。 In addition, when the HT-trap catalyst layer made of zeolite is provided in the lower layer of the honeycomb catalyst on the upstream side, the HC-trap catalyst layer does not have a portion directly exposed to the flow of the exhaust gas, and the TWC catalyst layer has an oxidation function. It is desirable to be completely covered with a layer of catalyst composition such as. If there is a portion of the HC-trap catalyst layer that is directly exposed to the flow of exhaust gas, the effect of delaying the desorption of HC from the front-stage honeycomb catalyst and the effect of purifying HC desorbed from the HC-trap material may not be obtained or may be reduced. I have something to do.

以上説明した、本発明装置は、燃焼機関から排出される排ガス流中に配置することにより排ガスを浄化することができる。 The apparatus of the present invention described above can purify the exhaust gas by placing it in the exhaust gas stream discharged from the combustion engine.

[実施形態1]
以下、本発明の実施形態の例について詳述する。図1は本発明装置の実施形態を表す模式図であって触媒層は省略している。図1では上流側のハニカム触媒の後方、すなわち排ガスの流れに対して後段の下流側のハニカム触媒を配置しており、下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁は上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁よりも薄くなっている。
[Embodiment 1]
Examples of embodiments of the present invention are described in detail below. FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the device of the present invention, omitting a catalyst layer. In FIG. 1, the honeycomb catalyst is arranged behind the upstream honeycomb catalyst, i.e., the downstream honeycomb catalyst in the downstream side with respect to the flow of the exhaust gas. It is thinner than the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst.

図1の実施形態におけるハニカム構造体の材質は特に限定されるものでは無いことは前述のとおりであるが、産業目的の実施、特に自動車に実装されることを想定した場合、廉価で高強度、高耐久性であることからコージェライト製が望ましいことも前述のとおりであり、本実施形態の上流側のハニカム触媒、下流側のハニカム触媒どちらの材質としても望ましいものである。 As mentioned above, the material of the honeycomb structure in the embodiment of FIG. 1 is not particularly limited. As described above, cordierite is desirable because of its high durability, and is desirable for both the upstream honeycomb catalyst and the downstream honeycomb catalyst of the present embodiment.

図1に示すとおり、本実施形態におけるハニカム構造体のセル壁の厚みは、上流側のハニカム触媒に比べ下流側のハニカム触媒の方が薄くなっている。これにより、下流側のハニカム触媒におけるセル壁はいち早く暖まることができ、下流側のハニカム触媒に被覆された酸化機能を有する触媒成分の働きで下流側ハニカム触媒に含まれるHC-trap材から脱離したHCの浄化を促進することができる。 As shown in FIG. 1, the thickness of the cell walls of the honeycomb structure in the present embodiment is thinner in the honeycomb catalyst on the downstream side than in the honeycomb catalyst on the upstream side. As a result, the cell walls in the honeycomb catalyst on the downstream side can warm up quickly, and the HC-trap material contained in the honeycomb catalyst on the downstream side is desorbed by the action of the catalytic component having an oxidation function coated on the honeycomb catalyst on the downstream side. HC purification can be facilitated.

図3は本発明の実施形態である図1における上流側のハニカム触媒のセル壁の部分11の拡大図である。上流側のハニカム触媒のセル壁12は、後述する下流側のハニカム触媒のセル壁22よりも厚く、排ガスの熱を受けても暖まり難くなっている。また、図3では図で省略した触媒組成物層がここでは模式的に記載されており、セル壁12の上にはHC-trap触媒層14が、HC-trap触媒層14の上にはTWC触媒層13が被覆されている。 FIG. 3 is an enlarged view of the cell wall portion 11 of the honeycomb catalyst on the upstream side in FIG. 1, which is an embodiment of the present invention. The cell wall 12 of the honeycomb catalyst on the upstream side is thicker than the cell wall 22 of the honeycomb catalyst on the downstream side, which will be described later, so that it is difficult to warm up even when receiving the heat of the exhaust gas. In addition, in FIG. 3, the catalyst composition layers omitted in the drawing are schematically shown here, the HC-trap catalyst layer 14 on the cell wall 12, and the TWC on the HC-trap catalyst layer 14 A catalyst layer 13 is coated.

図3に表された触媒組成物層の構成であると、HC-trap触媒層が吸着したHCが脱離する際には上層であるTWC層を通過することになり、完全とはいかないまでも、脱離HCの幾何かは浄化され、下流側のハニカム触媒で浄化しなければならないHCの量を減らすことができ、総合的に大気中に排出されるHCの量も減らすことができる。 With the structure of the catalyst composition layer shown in FIG. 3, when the HC adsorbed by the HC-trap catalyst layer is desorbed, it passes through the TWC layer, which is the upper layer. , the geometry of the desorbed HC is purified, the amount of HC that must be purified by the downstream honeycomb catalyst can be reduced, and the overall amount of HC emitted to the atmosphere can also be reduced.

また、図3の様にHC-trap触媒層14をTWC層13で覆うことで、TWC層13が障害となり、HC-trap触媒層14からの脱離したHCが下流側ハニカム触媒に到達する時間を遅らせ、下流側ハニカム触媒が暖まる時間を稼ぐことができる。加えて、TWC層13が障害となることで、HC-trap触媒層14が暖まった時にも一度に多量のHCを脱離して排ガス中に放出してしまうことなく、少量ずつ長い時間をかけて下流側ハニカム触媒2にHCを供給することになり、反応時間が長くなり下流側ハニカム触媒2でのHC浄化活性を向上させることが可能になり、最終的に大気中に排出されるHCの量も減らすことができる。 Also, by covering the HC-trap catalyst layer 14 with the TWC layer 13 as shown in FIG. can be delayed to gain time for the downstream honeycomb catalyst to warm up. In addition, since the TWC layer 13 becomes an obstacle, even when the HC-trap catalyst layer 14 warms up, a large amount of HC is not desorbed at once and released into the exhaust gas. Since HC is supplied to the downstream honeycomb catalyst 2, the reaction time becomes longer, the HC conversion activity of the downstream honeycomb catalyst 2 can be improved, and the amount of HC finally discharged into the atmosphere. can also be reduced.

図4は本発明の実施形態である図1における下流側ハニカム触媒のセル壁の部分21の拡大図である。下流側ハニカム触媒2におけるハニカム構造体のセル壁22は上流側ハニカム触媒1におけるセル壁12よりも薄くなっている。これにより、排ガスの熱を受けてセル壁22がいち早く暖まることが可能になる。 FIG. 4 is an enlarged view of the cell wall portion 21 of the downstream honeycomb catalyst in FIG. 1, which is an embodiment of the present invention. The cell walls 22 of the honeycomb structure in the downstream honeycomb catalyst 2 are thinner than the cell walls 12 in the upstream honeycomb catalyst 1 . As a result, the cell walls 22 can be quickly warmed up by receiving the heat of the exhaust gas.

本実施形態ではセル壁22の表面にTWC触媒層23が被覆されており、いち早く暖まった下流側ハニカム触媒2によって、上流側ハニカム触媒1のHC-trap材層から脱離したHCを効果的に浄化することが可能になり、大気中に排出されるHCの量を減らすことができる。また、実施形態における下流側ハニカム触媒はそのセル壁の厚みが薄いものであることから、ハニカム構造体におけるセルの開口面積の総和は大きなものとなり、内燃機関の出力低下の原因となる排ガスにおける背圧の上昇を小さなものとすることができる。 In this embodiment, the surface of the cell wall 22 is coated with the TWC catalyst layer 23, and the HC desorbed from the HC-trap material layer of the upstream honeycomb catalyst 1 is effectively removed by the downstream honeycomb catalyst 2 that warms up quickly. Purification becomes possible, and the amount of HC emitted into the atmosphere can be reduced. In addition, since the downstream honeycomb catalyst in the embodiment has a thin cell wall, the sum of the opening areas of the cells in the honeycomb structure is large. A rise in pressure can be made small.

[実施形態2]
図5は本発明の別の実施形態であり、図1における上流側のハニカム触媒のセル壁の部分拡大図11と、下流側のハニカム触媒のセル壁の部分拡大図21の拡大図である。この実施形態では、上流側、下流側のハニカム触媒共にセル壁上にはHC-trap触媒層が被覆されている。上流側のハニカム触媒は実施形態1と同様であるが、下流側のハニカム触媒におけるHC-trap触媒層24のHC-trap材の量が上流側のハニカム触媒におけるHC-trap触媒層のHC-trap材の量よりも少なくなっている。これにより、圧力損失と下流側ハニカム触媒が充分に加熱されていない時にも大量のHCの脱離を招くことなく、セル壁の薄さによる下流側ハニカム触媒の加熱され易さを生かしていち早く下流側のHC-trap触媒層23を昇温することが可能になる。
[Embodiment 2]
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, and is an enlarged partial view 11 of the cell wall of the honeycomb catalyst on the upstream side in FIG. 1 and an enlarged view 21 of the cell wall of the honeycomb catalyst on the downstream side. In this embodiment, the HC-trap catalyst layer is coated on the cell walls of both the upstream and downstream honeycomb catalysts. The honeycomb catalyst on the upstream side is the same as in Embodiment 1, but the amount of HC-trap material in the HC-trap catalyst layer 24 in the honeycomb catalyst on the downstream side is the same as that of the HC-trap catalyst layer in the honeycomb catalyst on the upstream side. less than the amount of material. As a result, even when the downstream honeycomb catalyst is not sufficiently heated, pressure loss and a large amount of HC are not desorbed. It becomes possible to raise the temperature of the HC-trap catalyst layer 23 on the side.

なお、図示はしていないが上流側のハニカム触媒と下流側のハニカム触媒における触媒層はTWCのように貴金属を含む触媒成分とゼオライトのようなHC-trap機能を有する触媒成分を混合して組成した触媒層であって良いが、本発明を実施する点では、このような混合組成である触媒であっても、下流側のハニカム触媒に被覆される触媒層に含まれるHC-trap材の量は上流側のハニカム触媒に被覆される触媒層に含まれるHC-trap材の量よりも少ない事が望ましい事は言うまでもない。 Although not shown, the catalyst layers of the honeycomb catalyst on the upstream side and the honeycomb catalyst on the downstream side are composed of a mixture of a catalyst component containing a noble metal such as TWC and a catalyst component having an HC-trap function such as zeolite. However, from the viewpoint of carrying out the present invention, even with a catalyst having such a mixed composition, the amount of HC-trap material contained in the catalyst layer coated on the honeycomb catalyst on the downstream side Needless to say, it is desirable that the amount of the HC-trap material contained in the catalyst layer coated on the honeycomb catalyst on the upstream side is smaller.

[比較形態]
図2は特許文献1に表された従来の触媒装置を比較形態として表している。ここでの下流側のハニカム触媒に使用される2’のハニカム構造体では、実施形態の下流側のハニカム触媒2に比べてセル壁を薄いものとはせず、単にセル密度のみを大きくしたものになっている。
[Comparative mode]
FIG. 2 shows the conventional catalyst device shown in Patent Document 1 as a comparative form. In the honeycomb structure 2′ used for the downstream honeycomb catalyst, the cell walls are not made thinner than the downstream honeycomb catalyst 2 of the embodiment, and only the cell density is increased. It has become.

ここで、図2の比較形態における上流側のハニカム触媒1は実施形態の上流側のハニカム触媒1と同一で、下流側のハニカム触媒に被覆されているTWC触媒層が実施形態の下流側のハニカム触媒におけるTWC触媒層23、あるいはHC-trap触媒層24と同一である場合、比較形態の様にセル密度のみを大きくした触媒装置では、下流側のハニカム触媒のハニカム構造体におけるセルの開口面積の総和は小さなものとなってしまい、下流側のハニカム触媒におけるハニカム構造体の昇温が遅れるのみならず、内燃機関の出力低下の原因となる排ガスにおける背圧の上昇を招いてしまう。 2 is the same as the upstream honeycomb catalyst 1 of the embodiment, and the TWC catalyst layer coated on the downstream honeycomb catalyst is the downstream honeycomb catalyst of the embodiment. When the catalyst is the same as the TWC catalyst layer 23 or the HC-trap catalyst layer 24, in the catalyst device in which only the cell density is increased as in the comparative embodiment, the opening area of the cells in the honeycomb structure of the honeycomb catalyst on the downstream side is reduced. The total sum becomes small, which not only delays the temperature rise of the honeycomb structure in the honeycomb catalyst on the downstream side, but also causes an increase in the back pressure in the exhaust gas, which causes a decrease in the output of the internal combustion engine.

1 上流側のハニカム触媒
2 下流側のハニカム触媒
2’ セル密度のみを大きくした下流側のハニカム触媒
11 上流側のハニカム触媒におけるセル壁の一部
12 下流側のハニカム触媒におけるハニカム構造体のセル壁
13 TWC触媒層
14 HC-trap触媒層
21 下流側のハニカム触媒におけるセル壁の一部
22 下流側のハニカム触媒におけるハニカム構造体のセル壁
23 TWC触媒層
24 下流側のHC-trap触媒層
1 Upstream honeycomb catalyst 2 Downstream honeycomb catalyst 2′ Downstream honeycomb catalyst 11 with only increased cell density Part of cell wall 12 in upstream honeycomb catalyst Cell wall of honeycomb structure in downstream honeycomb catalyst 13 TWC catalyst layer 14 HC-trap catalyst layer 21 Part of cell wall 22 in honeycomb catalyst on downstream side Cell wall 23 of honeycomb structure in honeycomb catalyst on downstream side TWC catalyst layer 24 HC-trap catalyst layer on downstream side

Claims (9)

燃焼機関から排出される排ガス流中に配置され、排ガスを浄化するためのハニカム触媒を、少なくとも排ガス流中の上流側および下流側に配置した排ガス浄化触媒装置であって、
ハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の材質は無機酸化物からなり、
ハニカム構造体は両端にセルの開口部を有し、
ハニカム構造体を構成するセルは隣接するセルとセル壁を共有して集積したものであり、
上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には少なくともゼオライトからなる炭化水素吸着材を含む触媒層が被覆され、
下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みが上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体を構成するセル壁の厚みより薄いものであることを特徴とする排ガス浄化触媒装置。
An exhaust gas purifying catalyst device arranged in an exhaust gas flow discharged from a combustion engine, wherein honeycomb catalysts for purifying the exhaust gas are arranged at least upstream and downstream in the exhaust gas flow,
The material of the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst consists of inorganic oxides,
The honeycomb structure has cell openings at both ends,
The cells constituting the honeycomb structure are accumulated by sharing the cell walls with adjacent cells,
The cell walls of the honeycomb structure used for the upstream honeycomb catalyst are coated with a catalyst layer containing at least a hydrocarbon adsorbent made of zeolite,
Exhaust gas characterized in that the thickness of the cell walls forming the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst on the downstream side is thinner than the thickness of the cell walls forming the honeycomb structure used in the honeycomb catalyst on the upstream side. Purification catalytic device.
上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には、ゼオライトからなる炭化水素吸着材を含む触媒層と、ゼオライトを含まない触媒層がこの順で被覆されたものである請求項1に記載の排ガス浄化触媒装置。 The cell walls of the honeycomb structure used for the upstream honeycomb catalyst are coated with a catalyst layer containing a hydrocarbon adsorbent made of zeolite and a catalyst layer not containing zeolite in this order. 2. The exhaust gas purifying catalyst device according to 1. 下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には、ゼオライトを含まない触媒層が被覆されたものである請求項1または2に記載の排ガス浄化触媒装置。 3. The exhaust gas purifying catalyst device according to claim 1, wherein the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side are coated with a catalyst layer containing no zeolite. 下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の単位体積当たりのゼオライトの量よりも少ない量でゼオライトを含む触媒層が被覆されたものである請求項1または2に記載の排ガス浄化触媒装置。 On the cell walls of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the downstream side, there is a catalyst layer containing zeolite in an amount less than the amount of zeolite per unit volume of the honeycomb structure used for the honeycomb catalyst on the upstream side. 3. The exhaust gas purifying catalyst device according to claim 1 or 2, which is coated. 下流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体のセル壁上には、上流側のハニカム触媒に使用されるハニカム構造体の単位体積当たりのゼオライトの量よりも少ない量でゼオライトを含む触媒層と、ゼオライトを含まない触媒層がこの順で被覆されたものである請求項1または2に記載の排ガス浄化触媒装置。 A catalyst layer containing zeolite in an amount smaller than the amount of zeolite per unit volume of the honeycomb structure used in the upstream honeycomb catalyst is provided on the cell walls of the honeycomb structure used in the downstream honeycomb catalyst. 3. The exhaust gas purifying catalyst device according to claim 1 or 2, wherein the catalyst layers not containing zeolite are coated in this order. 上流側および下流側のハニカム触媒におけるゼオライトを含まない触媒層が、無機酸化物粒子に担持された貴金属成分を含む貴金属触媒層である請求項2、3、5の何れか1に記載の排ガス浄化触媒装置。 The exhaust gas purification according to any one of claims 2, 3 and 5, wherein the catalyst layers not containing zeolite in the honeycomb catalysts on the upstream and downstream sides are noble metal catalyst layers containing a noble metal component supported on inorganic oxide particles. Catalytic device. ハニカム触媒のハニカム構造体が、両端が開口したセルを集積したフロースルー型ハニカム構造体である請求項1~6の何れか1に記載の排ガス浄化触媒装置。 The exhaust gas purifying catalyst device according to any one of claims 1 to 6, wherein the honeycomb structure of the honeycomb catalyst is a flow-through type honeycomb structure in which cells having both ends opened are integrated. ゼオライトが、MFI型、FAU型、*BEA型、MSE型である請求項1~7の何れか1に記載の排ガス浄化触媒装置。 The exhaust gas purifying catalytic device according to any one of claims 1 to 7, wherein the zeolite is MFI type, FAU type, *BEA type, or MSE type. 燃焼機関から排出される排ガス流中に、請求項1~8の何れか1に記載の排ガス浄化触媒装置を配置したことを特徴とする排ガスの浄化方法。

A method for purifying exhaust gas, characterized in that the exhaust gas purifying catalyst device according to any one of claims 1 to 8 is arranged in an exhaust gas stream discharged from a combustion engine.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024042830A1 (en) * 2022-08-25 2024-02-29 株式会社キャタラー Exhaust gas purification catalyst

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7437572B1 (en) 2022-08-25 2024-02-22 株式会社キャタラー Exhaust gas purification catalyst
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