JP4872334B2 - Ｈｃトラップ触媒 - Google Patents

Description

本発明は、ＨＣトラップ触媒に関する。

車両等から排出される排ガスには、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害成分が含まれており、近年、これら有害成分に対する排出量の規制が行われている。車両から排出される排ガスを浄化する方法としては、空燃比を理論空燃比として、三元触媒で酸化還元する方法が一般的である。

ところが、機関始動時、特に冷態始動時においては、燃料の気化が悪いために理論空燃比よりも多めに燃料を供給している。しかし、三元触媒はその触媒作用を発揮する所定温度以上には昇温されていない。即ち、機関始動時から暖機終了までの間には未燃のＨＣが多量に大気中に放出されることになる。ＨＣは光化学スモッグ（オキシダント）生成の原因となるため、今後規制が厳しくなる傾向にあり、これにより、特に機関始動時において車両から多量に排出されるＨＣを浄化するＨＣトラップ触媒が種々提供されている。

図９は従来のＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示したものであり、炭化水素吸着機能を有する吸着層１０２と、暖機と共に吸着層１０２から脱離してきたＨＣを昇温して浄化する触媒層１０３とが担体１上に形成されており、その中央部に排ガス通路１０４が形成されている。従って、機関始動時から触媒層１０３が昇温（活性化）するまでに排出されるＨＣを吸着層１０２に一時的に吸着させ、次いで、吸着したＨＣが排ガスにより昇温した触媒層１０３に脱離した後、この触媒層１０３において脱離したＨＣを浄化することにより、特に、機関始動時に多量に発生するＨＣを効率的に浄化することができる。

このような、従来のＨＣトラップ触媒は、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特開平１１−１０４４６２号公報 特許第３４８９０４９号公報

しかしながら、従来のＨＣトラップ触媒においては、吸着層や触媒層の厚さを規定することによりＨＣ浄化性能の向上を図ろうとしているが、従来の吸着層及び触媒層の形成方法では、触媒層が活性化する前にＨＣが脱離し、ＨＣが浄化されないまま、排出されるおそれがあった。即ち、特許文献１では吸着層及び触媒層の厚さを平均して形成させており、特許文献２ではセル断面の重心からの距離に応じて吸着層及び触媒層を形成させているが、このような形成方法では、ＨＣの脱離及び排出が一時的に大量に行われることになり、必ずしも浄化が効率的に行われるとは限らない。よって、従来のＨＣトラップ触媒によるＨＣ浄化性能の向上を図るという技術においては、まだ改善の余地があると考えられる。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、部分的に吸着層を厚くし、ＨＣの脱離タイミングを部分的に遅らせて、その間に触媒層を活性化させることにより、ＨＣ浄化効率を向上させることができるＨＣトラップ触媒を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るＨＣトラップ触媒は、
セル断面が四角形または三角形からなる担体上に、
炭化水素吸着機能を有する吸着材が担持される吸着層と、
前記吸着層の上層に設けられ、排ガス中の有害成分の浄化機能を有する触媒が担持される触媒層とを形成したＨＣトラップ触媒であって、
前記セル断面内で、前記吸着層で囲まれる領域の断面に、前記セル断面の重心に向けて凸形状となる凸部が形成され、
該凸部は前記セル断面の角部に対向して設けられる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るＨＣトラップ触媒は、
セル断面が四角形または三角形からなる担体上に、
炭化水素吸着機能を有する吸着材が担持される吸着層と、
前記吸着層の上層に設けられ、排ガス中の有害成分の浄化機能を有する触媒が担持される触媒層とを形成したＨＣトラップ触媒であって、
前記セル断面内で、前記吸着層で囲まれる領域の断面が六角形または四角形あるいは三角形に形成され、
該吸着層で囲まれる領域の断面の辺部は前記セル断面の角部に対向して設けられる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るＨＣトラップ触媒は、
第１または２の発明に係るＨＣトラップ触媒において、
前記セル断面の少なくとも１つの角部から前記セル断面の重心に向かう前記吸着層の厚さが最大になるように形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係るＨＣトラップ触媒は、
第１乃至３のいずれかの発明に係るＨＣトラップ触媒において、
前記触媒層を前記セル断面の辺部に内接させる
ことを特徴とする。

第１の発明に係るＨＣトラップ触媒によれば、セル断面が四角形または三角形からなる担体上に、炭化水素吸着機能を有する吸着材が担持される吸着層と、前記吸着層の上層に設けられ、排ガス中の有害成分の浄化機能を有する触媒が担持される触媒層とを形成したＨＣトラップ触媒であって、前記セル断面内で、前記吸着層で囲まれる領域の断面に、前記セル断面の重心に向けて凸形状となる凸部を形成し、該凸部を前記セル断面の角部に対向して設けることにより、部分的に前記吸着層の厚さを厚くし、炭化水素の脱離タイミングを部分的に遅らせて、その間に前記触媒層を活性化させることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

第２の発明に係るＨＣトラップ触媒によれば、セル断面が四角形または三角形からなる担体上に、炭化水素吸着機能を有する吸着材が担持される吸着層と、前記吸着層の上層に設けられ、排ガス中の有害成分の浄化機能を有する触媒が担持される触媒層とを形成したＨＣトラップ触媒であって、前記セル断面内で、前記吸着層で囲まれる領域の断面を六角形または四角形あるいは三角形に形成し、該吸着層で囲まれる領域の断面の辺部を前記セル断面の角部に対向して設けることにより、ＨＣトラップ触媒による圧力損失を増大させることなく、部分的に前記吸着層を厚くし、炭化水素の脱離タイミングを部分的に遅らせて、その間に前記触媒層を活性化させることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

第３の発明に係るＨＣトラップ触媒によれば、第１または２の発明に係るＨＣトラップ触媒において、前記セル断面の少なくとも１つの角部から前記セル断面の重心に向かう前記吸着層の厚さを最大になるように形成することにより、前記触媒層が十分に昇温されるまでの時間中、炭化水素を前記吸着層内に溜めておくことができ、炭化水素の脱離タイミングを部分的に遅らせて、その間に前記触媒層を活性化させることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

第４の発明に係るＨＣトラップ触媒によれば、第１乃至３のいずれかの発明に係るＨＣトラップ触媒において、前記触媒層を前記セル断面の辺部に内接させることにより、部分的に前記吸着層の厚さを厚くし、炭化水素の脱離タイミングを部分的に遅らせて、その間に前記触媒層を活性化させることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

以下、本発明に係るＨＣトラップ触媒を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図、図２はＨＣの脱離時間と脱離量との関係を示した図、図３は吸着層の最大吸着層厚さとＨＣ浄化効率との関係を示した図、図４は本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図、図５は本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図、図６は本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図、図７は本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図、図８は本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図、図９は従来のＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。なお、図１，４，５，６に示す点線は図９に示す吸着層の厚さｂを表している。

図１に示すように、本発明に係るＨＣトラップ触媒は、セル断面が略正四角形からなる担体１上に、炭化水素吸着機能を有する吸着材を担持させて吸着層２を形成した後、更に、吸着層２の上層に、排ガス中の有害成分の浄化機能を有する触媒を担持させて触媒層３を形成したものである。

吸着層２は、断面形状が略正四角形のセルに対して、セル各辺の中央部に角部が内接する略正四角形の空洞を開口するように形成されている。触媒層３は、この吸着層２の表面に所定の厚さにより形成されている。そして、触媒層３を形成した残りの空洞が排ガス通路４となる。つまり、吸着層２及び触媒層３の表面と、排ガス通路４の各辺とは、セル断面の角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対向して設けられており、また、セル各辺の中央部には、触媒層３だけが接している。

従って、吸着層２、触媒層３及び排ガス通路４がこのような形状をなすことにより、排ガスが排ガス通路４を通過すると、触媒層３が昇温（活性化）するまでに排出される炭化水素（以下、ＨＣと記す）を吸着層２に一時的に吸着させ、次いで、吸着したＨＣが排ガスにより昇温した触媒層３に脱離した後、この触媒層３においてＨＣを浄化して排出することができる。つまり、吸着層２を従来よりも厚く形成することによって、ＨＣを吸着層２の奥まで浸透させることができ、触媒層３が十分に昇温するまでの間、ＨＣを吸着層２に溜めておくことができる。

次に、本発明に係るＨＣトラップ触媒の吸着層２及び触媒層３の形成方法について説明する。本発明に係るＨＣトラップ触媒の吸着層２及び触媒層３の形状は、図９に示す従来のＨＣトラップ触媒と同一セル構造、即ち、同一セル断面積からなるものであり、更には、従来ものと吸着材の担持量を変えない、即ち、同一排ガス通路断面積からなるものであり、従来のＨＣトラップ触媒の圧力損失を変えることなく、吸着層の形状を変えることにより、ＨＣ浄化性能を向上させるものである。

先ず、図９に示す従来のＨＣトラップ触媒の吸着層１０２は、セルに対して、セル各辺の中央部から厚さがｂになるような空洞を開口するように形成されている。また、角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとセル断面の重心Ｇ１とを結ぶ直線上において、角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから吸着層１０２の表面までの厚さ（ａ＋ｂ）が吸着層１０２の最大厚さとなるように形成されている。

そして、上述した従来のＨＣトラップ触媒の吸着層の形状に基づいて、本発明のＨＣトラップ触媒の吸着層を形成させるには、図１に示すように、セル各辺の中央部に内接する厚さｂをゼロにし、その分の吸着材を厚さ（ａ＋ｂ）よりも厚くなるように吸着層２の表面に担持させる。即ち、角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとセル断面の重心Ｇ１とを結ぶ直線が交差する吸着層２の表面近傍に担持させることにより、吸着層２の最大厚さが（ａ＋ｃ）となる。このとき、厚さｃは厚さｂよりも厚くなる。これにより、吸着層２は、断面形状が略正四角形のセルに対して、セル各辺の中央部に角部が内接する略正四角形の空洞を開口するように形成されることになり、角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとセル断面の重心Ｇ１とを結ぶ直線上において、最大厚さ（ａ＋ｃ）が形成されることになる。

また、本発明のＨＣトラップ触媒の吸着層の形状においては、吸着材の担持量を変えずに吸着層の形状を変えて部分的に吸着層の厚さを厚くことにより、円形の排ガス通路１０４から正四角形の排ガス通路４に形成させることができるので、従来の排ガス通路１０４の開口断面積に比べて、排ガス通路４の開口断面積は変わらないものの、周長を長くする、即ち、触媒層３の表面積を大きくすることができる。つまり、圧力損失を低下させることなく、排ガスとの接触面積を増やすことができる。

次に、図２，３を用いて本発明のＨＣトラップ触媒を従来のものと比較して説明する。

図２はＨＣの脱離時間と脱離量との関係を示した図であり、特性Ｉの一点鎖線は吸着層を平均的な厚さに担持した形状での脱離の様子を示したものであり、特性IIの二点鎖線は特性Ｉと同じ吸着材量で最大吸着層厚さが増すように担持した形状での脱離の様子を示したものである。また、図３は吸着層の最大吸着層厚さとＨＣ浄化効率との関係を示した図であり、各特性Ｉ，IIの最大吸着層厚さをｈ１，ｈ２とし、これに対応するＨＣ浄化効率をη１，η２とする。

図２に示すように、特性Ｉ，IIは所定期間ＴにおいてＨＣの脱離を行っている。特性Ｉは所定期間Ｔの略中間時刻ｔ１においてＨＣ脱離量のピークが発生しており、特性IIは所定期間Ｔの終盤の時刻ｔ２においてＨＣ脱離量のピークが発生している。この結果から吸着層を厚くすることにより、ＨＣの脱離するピークのタイミングを遅らせることが可能であることが解る。ＨＣの脱離するタイミングを遅らせた分の時間だけ触媒層の温度が上がり、より活性化させることができ、脱離したＨＣをより浄化させることができるので、ＨＣ浄化効率が向上される。

ここで、ＨＣトラップ触媒の性能は、吸着特性と脱離・浄化特性とに分けることができ、吸着特性は排ガス接触面積に影響され、脱離・浄化特性は吸着層の厚さに影響される。これにより、ＨＣトラップ触媒の性能向上には、排ガス接触面積、即ち、排ガス通路を大きくすると共に、吸着層を厚くすることが考えられる。しかし、同一セル構造において吸着層を厚くするには吸着材の担持量を増やすことで可能となるが、排ガス接触面積が減少して圧力損失を招いてしまう。従って、本発明の吸着層の形状では、吸着材の担持量の増加で厚さを変化させるのではなく、吸着層の形状を変えることにより吸着層の厚さを増減させるため、排ガス接触面積を減少させず、且つ圧力損失を増大させることなく、吸着層２を厚くしてＨＣの脱離タイミングを制御できるので、ＨＣ浄化性能を効率的に向上させることができる。

なお、上記の吸着層の形状においては、略正四角形の空洞を開口するように形成されているが、図４に示すように、セル断面の角部に対応して設けられる吸着層の表面が、セル断面の重心に向けて凸形状としてもよい。

図４に示すＨＣトラップ触媒は、担体１上に、吸着材からなる吸着層５２を形成した後、該吸着層５２の上層に、触媒からなる触媒層５３を形成したものであり、担体１の角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに対向する吸着層５２の表面は、セル断面の重心Ｇ１に向かって凸形状をなし、角部（例えば１ａ）と重心Ｇ１とを結ぶ直線状において、吸着層５２の最大厚さ（ａ＋ｉ）［ｉ＞ｂ］となるように形成されている。従って、このような吸着層５２の形状においても、部分的に吸着層５２の最大厚さを厚くすることにより、ＨＣの離脱するタイミングを部分的に遅らせることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

更に、上記の吸着層の形状においては、全ての角部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに均等に吸着材を担持させているが、図５，６に示すように、角部のいずれか１つ以上に対して集中して担持してもよい。

図５に示すＨＣトラップ触媒は、担体１上に、吸着材からなる吸着層１２を形成した後、該吸着層１２の上層に、触媒からなる触媒層１３を形成したものであり、セル各辺に内接する長方形の排ガス通路１４を備えている。そして、この吸着層１２の形状は、角部１ａ，１ｃとセル断面の重心Ｇ１とを結ぶ直線上において、吸着層１２の最大厚さ（ａ＋ｄ）[ｄ＞ｂ]となるように形成されている。従って、このような吸着層１２の形状においても、部分的に吸着層１２の最大厚さを厚くすることにより、ＨＣの脱離タイミングを部分的に遅らせることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

また、図６に示すＨＣトラップ触媒は、担体１上に、吸着材からなる吸着層２２を形成した後、該吸着層２２の上層に、触媒からなる触媒層２３を形成したものであり、セル各辺に内接する六角形の排ガス通路２４を備えている。そして、この吸着層２２の形状は、角部１ａとセル断面の重心Ｇ１とを結ぶ直線上において、吸着層２２の最大厚さ（ａ＋ｅ）[ｅ＞ｂ]となるように形成されている。従って、このような吸着層２２の形状においても、部分的に吸着層２２の最大厚さを厚くすることにより、ＨＣの脱離タイミングを部分的に遅らせることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

更に、上記の吸着層の形状においては、セル断面が略正四角形の形状について説明したが、図７，８に示すように、セル断面が略正三角形の形状に適用することもできる。

図７に示すＨＣトラップ触媒は、セル断面が略正三角形からなる担体３１上に、吸着材からなる吸着層３２を形成した後、該吸着層３２の上層に、触媒からなる触媒層３３を形成したものであり、セル各辺の中央部に内接する略正三角形の排ガス通路３４を備えている。そして、この吸着層３２の形状は、角部３１ａ，３１ｂ，３１ｃとセル断面の重心Ｇ２とを結ぶ直線上において、吸着層３２の最大厚さｆとなるように形成されている。従って、このような吸着層３２の形状においても、最大厚さを厚くしてＨＣの脱離タイミングを遅らせることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

また、図８に示すＨＣトラップ触媒は、担体３１上に、吸着材からなる吸着層４２を形成した後、該吸着層４２の上層に、触媒からなる触媒層４３を形成したものであり、セル各辺に内接する四角形の排ガス通路４４を備えている。そして、この吸着層４２の形状は、角部３１ａとセル断面の重心Ｇ２とを結ぶ直線上において、吸着層４２の最大厚さｇとなるように形成されている。従って、このような吸着層４２の形状においても、部分的に吸着層４２の最大厚さを厚くすることにより、ＨＣの脱離タイミングを部分的に遅らせることができるので、ＨＣ浄化効率を向上させることができる。

なお、図１，４，５，６に記載した吸着層及び触媒層の形状においては、図９に記載した吸着層及び触媒層の形状に基づいて設定しているが、このような方法に限定されることはなく、セル断面の角部近傍に、より多く吸着材を担持するような吸着層の形状であれば構わない。

内燃機関の排気系に設けられ、排ガス中の有害成分を浄化する排気ガス浄化装置に適用可能である。

本発明の一実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。 ＨＣの脱離時間と脱離量との関係を示した図である。 吸着層の最大吸着層厚さとＨＣ浄化効率との関係を示した図である。 本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。 本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。 本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。 本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。 本発明の他の実施例に係るＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。 従来のＨＣトラップ触媒の吸着層及び触媒層の形状を示した図である。

符号の説明

１，３１ 担体
２，１２，２２，３２，４２，５２ 吸着層
３，１３，２３，３３，４３，５３ 触媒層
４，１４，２４，３４，４４，５４ 排ガス通路

Claims (4)

1. セル断面が四角形または三角形からなる担体上に、
   炭化水素吸着機能を有する吸着材が担持される吸着層と、
   前記吸着層の上層に設けられ、排ガス中の有害成分の浄化機能を有する触媒が担持される触媒層とを形成したＨＣトラップ触媒であって、
   前記セル断面内で、前記吸着層で囲まれる領域の断面に、前記セル断面の重心に向けて凸形状となる凸部が形成され、
   該凸部は前記セル断面の角部に対向して設けられる
   ことを特徴とするＨＣトラップ触媒。
2. セル断面が四角形または三角形からなる担体上に、
   炭化水素吸着機能を有する吸着材が担持される吸着層と、
   前記吸着層の上層に設けられ、排ガス中の有害成分の浄化機能を有する触媒が担持される触媒層とを形成したＨＣトラップ触媒であって、
   前記セル断面内で、前記吸着層で囲まれる領域の断面が六角形または四角形あるいは三角形に形成され、
   該吸着層で囲まれる領域の断面の辺部は前記セル断面の角部に対向して設けられる
   ことを特徴とするＨＣトラップ触媒。
3. 請求項１または２に記載のＨＣトラップ触媒において、
   前記セル断面の少なくとも１つの角部から前記セル断面の重心に向かう前記吸着層の厚さが最大になるように形成される
   ことを特徴とするＨＣトラップ触媒。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のＨＣトラップ触媒において、
   前記触媒層を前記セル断面の辺部に内接させる
   ことを特徴とするＨＣトラップ触媒。

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