JP6724532B2 - 排ガス浄化触媒の製造方法及び排ガス浄化触媒 - Google Patents

Description

本開示は、排ガス浄化触媒の製造方法及び排ガス浄化触媒に関する。

特許文献１には、基材と、該基材上に形成され、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の少なくとも一種を含む下触媒層と、該下触媒層上に形成され、ロジウム（Ｒｈ）を含む上触媒層とを有する排ガス浄化用触媒が開示されている。かかる排ガス浄化用触媒の排ガス上流側に上触媒層を含まない領域が設けられ、下触媒層が排ガス上流側の前段下触媒層と排ガス下流側の後段下触媒層からなり、前段下触媒層が酸素吸放出材を含み、前段下触媒層においてパラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の少なくとも一種を担持する触媒担体が、ジルコニア（ＺｒＯ_２）を主成分とし、Ｌａ，Ｙ，Ｐｒ及びＮｄからなる群より選択される少なくとも一種の元素をさらに含むＺｒＯ_２複合酸化物である。

かかる排ガス浄化用触媒によれば、酸素吸放出材を基材の排ガス上流側の前段下触媒層に配置することで、各触媒層、特には排ガス下流側の後段下触媒層及び上触媒層に担持された各触媒金属の粒成長を顕著に抑制することができるとされている。さらに、この排ガス浄化用触媒によれば、排ガス上流側に上触媒層を含まない領域を設けることで、前段下触媒層内部への炭化水素（ＨＣ）の拡散性を高めることができ、結果として、前段下触媒層における炭化水素（ＨＣ）の浄化が促進され、それゆえ十分な触媒暖機性能を達成することができるとされている。したがって、このような排ガス浄化用触媒によれば、触媒全体として高い排ガス浄化性能を達成することが可能であるとされている。

また、特許文献１には、上記した排ガス浄化用触媒の製造方法が開示されている。かかる排ガス浄化用触媒の製造方法では、まず、コージェライト等のハニカム基材の排ガス上流部に触媒担体、Ｐｄ及び／又はＰｔ並びに酸素吸放出材を含む層が公知のウォッシュコート法等によって所定の範囲にわたりコートされ、その後、所定の温度及び時間において乾燥及び焼成等することにより基材上に前段下触媒層が形成される。次いで、得られた前段下触媒層の排ガス下流側に同様にして触媒担体とＰｄ及び／又はＰｔを含む後段下触媒層が形成される。最後に、得られた前段下触媒層と後段下触媒層からなる下触媒層の上に触媒担体とＲｈを含む層が同様にウォッシュコート法等によって所定の範囲にコートされ、その後、所定の温度及び時間において乾燥及び焼成等することにより上触媒層が形成される。

特許文献２には、エンジンの排気ガス通路に配設され、担持基材上に触媒層が設けられた排気ガス浄化用触媒が開示されている。かかる排気ガス浄化用触媒は、担体の排気ガス流れ方向上流側には、触媒金属として白金（Ｐｔ）のみを含むＰｔ触媒層が設けられ、Ｐｔ触媒層よりも排気ガス流れ方向下流側には、触媒金属としてパラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）を含み且つ白金（Ｐｔ）を含まないＰｄ／Ｒｈ触媒層が設けられる。Ｐｔ触媒層は、上流側の少なくとも中心部に設けられ、上流側の周縁部にもＰｔ触媒層が設けられている場合には、周縁部に設けられたＰｔ触媒層よりも中心部に設けられたＰｔ触媒層の方が、Ｐｔ触媒層が設けられた単位容積当たりの白金（Ｐｔ）含有率が大きい。

かかる排気ガス浄化用触媒によれば、排気ガス流れ方向上流側において、排気ガス流量の大きい中心部に多くの白金（Ｐｔ）が含有されているため、効率良く飽和炭化水素を酸化浄化でき、この反応により生じた反応熱が下流に流れることで、下流側の触媒性能を向上でき、トータルの排気ガス浄化率を向上できるとされている。

また、特許文献２には、上記した排ガス浄化用触媒の製造方法が開示されている。かかる排ガス浄化用触媒の製造方法では、まず、ハニカム担体を準備し、Ｐｔ担持活性アルミナ及び所定のバインダ材をイオン交換水と混合してなるＰｔ含有スラリーを調製する。次に、調製したＰｔ含有スラリーにハニカム担体の上流部となる部分のみを浸漬して取り出す。この担体に付着した余分なスラリーをエアブローで除去した後、担体に付着したスラリーを１５０°Ｃで乾燥させる。これにより、ハニカム担体の上流部にＰｔ含有率が低いＰｔ層が形成される。次に、ハニカム担体の上流部の周縁部にスラリーが浸入しないようにマスクを設けた後、再びスラリーにハニカム担体の上流部となる部分を浸漬して取り出す。このようにすると、ハニカム担体の上流部の中心部のみにスラリーが浸入することとなる。その後、エアブローにより余分なスラリーを除去し、乾燥させることで、ハニカム担体の上流部における中心部に周縁部よりもＰｔ含有率が高いＰｔ層が形成される。次に、Ｐｄ担持活性アルミナ、Ｐｄ担持ＺｒＣｅＮｄ複合酸化物及び所定のバインダ材をイオン交換水と混合してなるＰｄ含有スラリーを調製し、調製したＰｄ含有スラリーに、ハニカム単体の下流部となる部分のみを浸漬して取り出す。その後、上記と同様にエアブローにより余分なスラリーを除去し、乾燥させる。続いて、Ｒｈ担持活性アルミナ、Ｒｈ担持ＺｒＣｅＮｄ複合酸化物及び所定のバインダ材をイオン交換水と混合してなるＲｈ含有スラリーを調製し、調製したＲｈ含有スラリーに、ハニカム担体の下流部となる部分のみを浸漬して取り出す。その後、エアブローにより余分なスラリーを除去し、乾燥させる。これにより、ハニカム担体の下流部に、下層のＰｄ層と上層のＲｈ層とにより構成された二層構造のＰｄ／Ｒｈ層が設けられる。それらを設けた後に、５００°Ｃで２時間焼成することにより、ハニカム担体の上流側にＰｔ触媒層を有し、下流側にＰｄ／Ｒｈ触媒層を有する排気ガス浄化用触媒を得ることができる。

特許第５２８７８８４号公報 特開２０１５−２４３８１号公報

特許文献１が開示する排ガス浄化用触媒の製造方法では、基材上に前段下触媒層が形成された後、前段下触媒層の下流側に後段下触媒層が形成され、その後、前段下触媒層と後段下触媒層からなる下触媒層の上に上触媒層が形成される。したがって、前段下触媒層の下流側で後段触媒層が前段下触媒層にラップし、前段下触媒層に重ねられた後段触媒層に上触媒層がラップするので、前段下触媒層と後段下触媒層との間で触媒層が盛り上がり（例えば図８参照）、排ガスが流れる際に大きな圧力損失を生じせしめることがある。

また、特許文献２が開示する排気ガス浄化用触媒の製造方法では、ハニカム担体の上流部にＰｔ含有率の低い上流部下触媒層が形成された後、ハニカム担体の上流部の中心部のみにＰｔ含有率の高いＰｔ層が形成され、その後、ハニカム担体の下流部の下層にＰｄ層が設けられ、下流部の上層にＲｈ層が設けられる。したがって、ハニカム担体の周縁部では、Ｐｔ含有率の低い上流部下触媒層に下流部下触媒層（Ｐｄ層）及び下流部上触媒層（ＲＨ層）がラップし、上流部下触媒層と下流部下触媒層及び下流部上触媒層との間で触媒層が盛り上がり、排気ガスが流れる際に大きな圧力損失を生じせしめることがある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、排ガスが流れる際の圧力損失の増大を防止できる排ガス浄化触媒の製造方法及び排ガス浄化触媒を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス浄化触媒の製造方法は、内燃機関の排ガス通路に配設され、基材と、該基材の表面に形成された触媒層と、該触媒層に担持された触媒成分とを備える内燃機関の排ガス浄化触媒の製造方法において、前記触媒層の製造ステップは、前記基材の上流側表面に近い位置に前記基材の上流端から下流側に第２の触媒上流層を形成する第２の触媒上流層形成ステップと、前記第２の触媒上流層の上に前記第２の触媒上流層よりも長い第１の触媒上流層を形成する第１の触媒上流層形成ステップと、前記第１の触媒上流層の下流で前記基材の下流側表面に近い位置に前記基材の下流端から上流側に第２の触媒下流層を形成する第２の触媒下流層形成ステップと、前記第２の触媒下流層の上に前記第２の触媒下流層よりも短い第１の触媒下流層を形成する第１の触媒下流層形成ステップと、を含む。

上記（１）の方法によれば、基材の上流側表面に近い位置に基材の上流端から下流側に第２の触媒上流層を形成した後、第２の触媒上流層の上に第２の触媒上流層よりも長い第１の触媒上流層を形成するので、第２の触媒上流層に第２の触媒下流層がラップすることがない。また、その後、第１の触媒上流層の下流で基材の下流側表面に近い位置に基材の下流端から上流側に第２の触媒下流層を形成した後、第２の触媒下流層の上に第２の触媒下流層よりも短い第１の触媒下流層を形成するので第１の触媒上流層に第１の触媒下流層がラップすることがない。これにより、第２の触媒層及び第１の触媒層において上流側と下流側との間に盛り上がりが形成されにくくなり、排ガスが流れる際の圧力損失の増大を防止できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、前記第２の触媒上流層形成ステップ、前記第１の触媒上流層形成ステップ、前記第２の触媒下流層形成ステップ、及び、前記第１の触媒下流層形成ステップは、それぞれ一コートで触媒を塗布する。
上記（２）の方法によれば、第２の触媒上流層形成ステップ、第１の触媒上流層形成ステップ、第２の触媒下流層形成ステップ、及び、第１の触媒下流層形成ステップは、それぞれ一コートで触媒を塗布するので、触媒層は都合４回で触媒をコートする。

（３）本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス浄化触媒は、内燃機関の排ガス通路に配設され、基材と、該基材の表面に形成された触媒層と、該触媒層に担持された触媒成分とを備える内燃機関の排ガス浄化触媒において、前記触媒層は、前記基材の上流側表面に近い第２の触媒上流層と、前記第２の触媒上流層の上に形成され、排ガス流れ方向において前記第２の触媒上流層よりも長い長さを有する第１の触媒上流層と、前記第１の触媒上流層の下流に形成され、前記基材の表面に近い第２の触媒下流層と、前記第２の触媒下流層の上に形成され、前記排ガス流れ方向において前記第２の触媒下流層よりも短い長さを有する第１の触媒下流層と、を含む。
上記（３）の構成によれば、触媒層は、基材の上流側表面に近い第２の触媒上流層と、第２の触媒上流層の上に形成され、排ガス流れ方向において第２の触媒上流層よりも長い長さを有する第１の触媒上流層を含むので、第２の触媒上流層に第２の触媒下流層がラップすることがない。また、触媒層は、第１の触媒上流層の下流に形成され、基材の表面に近い第２の触媒下流層と、第２の触媒下流層の上に形成され、排ガス流れ方向において第２の触媒下流層よりも短い長さを有する第１の触媒下流層とを含むので、第１の触媒上流層に第１の触媒下流層がラップすることがない。これにより、第２の触媒層及び第１の触媒層において上流側と下流側との間に盛り上がりが形成されにくくなり、排ガスが流れる際の圧力損失の増大を防止できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記第２の触媒上流層は、前記基材の上流端から下流側に基材全長の２０％から４０％の範囲に至るまで形成されている。
上記（４）の構成によれば、第２の触媒上流層は、基材の上流端から下流側に基材全長の２０％から４０％の範囲に至るまで形成されているので、第２の触媒下流層よりも触媒成分の濃度を高めることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、前記第１の触媒上流層は、前記第２の触媒上流層と前記第２の触媒下流層とを隔離する壁をなす。
上記（５）の構成によれば、第１の触媒上流層は、第２の触媒上流層と第２の触媒下流層とを隔離する壁をなすので、複数回で触媒をコートしても触媒層が厚くなりにくく、圧力損失の増大を防止できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（３）から（５）のいずれか一つの構成において、前記第２の触媒下流層は、前記第１の触媒上流層と前記第１の触媒下流層とを隔離する壁をなす。
上記（６）の構成によれば、第２の触媒下流層は、第１の触媒上流層と第１の触媒下流層とを隔離する壁をなすので、複数回で触媒をコートしても触媒層が厚くなりにくく、圧力損失の増大を防止できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（３）から（６）のいずれか一つの構成において、前記第２の触媒上流層及び前記第２の触媒下流層に担持される触媒成分は、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）の少なくとも一方と酸素吸放出（吸蔵）材（以下、ＯＳＣ材）を含み、前記第１の触媒上流層及び前記第１の触媒下流層に担持される触媒成分は、ロジウム（Ｒｈ）を含む。
上記（７）の構成によれば、排ガス浄化が効率的に行われる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、第２の触媒層及び第１の触媒層において上流側と下流側との間に盛り上がりが形成されにくくなり、排ガスが流れる際の圧力損失の増大を防止できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化システムの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置の概略構成図である。 （Ａ）は図２のＡ−Ａ断面拡大図であり、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面拡大図である。 本発明の一実施形態に係る排ガス浄化触媒を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る排ガス浄化触媒を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る排ガス浄化触媒の製造方法を説明するための説明図である。 各貴金属の触媒浄化性能を示す特性グラフである。 下流層と上流層とが交互にラップし、下流層と上流層との間で触媒層が盛り上がった状態を示す縦断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化システムの概略構成図である。
図１に示すように、内燃機関（例えばガソリンエンジン）１の燃焼室（不図示）と連通する排気ポート３が気筒毎に形成されている。そして、エンジン１には夫々の排気ポート３と連通するように排気管（排気通路）５が接続されている。
排気管５の排ガス流れ方向下流には、排気過給機７が設けられている。排気過給機７ではタービンハウジング９と排気管５とが連通し、エンジン１から排出される排ガスｅのエネルギを利用して吸入された吸気を圧縮し、エンジン１の燃焼室に供給する。
排気管５には、排ガス浄化触媒１１をケーシング１３内に内蔵した触媒装置１５が設けられている。

この触媒装置１５は、排気過給機７の直下流側に設置された前段三元触媒１７として設置される例を示し、前段三元触媒１７だけによる排ガス浄化システムを示す。なお、後段側、例えば車両の床下に設けられる後段三元触媒１９として設置されてよく、この場合には、前段三元触媒１７と後段三元触媒１９との両方の触媒を備える排気浄化システムであってもよい。

図２に示すように、排ガス浄化触媒１１は、担持基材２１と、担持基材２１の表面に形成された触媒層２３と、触媒層２３に担持される触媒成分（不図示）で構成される。

図２に示した実施形態では、担持基材２１はハニカム構造体を形成し、例えばコーディエライト製や金属箔製のハニカム構造体で構成される。担持基材２１は１個の担持基材（例えばハニカム構造体）で構成される。
また、触媒層２３は、排ガスの流れに接する第１の触媒層２７と、第１の触媒層２７の担持基材２１側表面に形成され、担持基材２１の表面に近い第２の触媒層２５とから構成され、第２の触媒層２５に担持された触媒成分はパラジウム（Ｐｄ）を含み、第１の触媒層２７に担持される触媒成分はロジウム（Ｒｈ）を含んで構成される。なお、第２の触媒層２５に担持された触媒成分は酸素吸放出（吸蔵）材（ＯＳＣ材）を含んでも良く、パラジウム（Ｐｄ）の一部、もしくは全部をＰｔに代えてもよい。さらに、第１の触媒層２７に担持された触媒成分はＯＳＣ材を含んでもよい。

また、第１の触媒層２７と第２の触媒層２５は、主成分としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、セリア（ＣｅＯ_２）のうち少なくとも１つを含んで構成される酸化物母材に触媒成分が担持されている。
第２の触媒層２５に担持された触媒成分はＰｄ及びＯＳＣ材及び、第１の触媒層２７に担持される触媒成分はＲｈを含んで構成されることで、いわゆる三元触媒としての機能を有し、排ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化し、かつＮＯｘを還元して無害なＮ_２、ＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変換する。

また、第２の触媒層２５のＰｄ及びＯＳＣ材の担持密度（単位容積当たりの重量）は、担持基材２１の上流端から下流端にわたり担持基材２１を複数領域に分割した長さ毎に段階的に減少するように構成されている。例えば、図２のように、第２の触媒上流層２５aと第２の触媒下流層２５ｂとの２つの分割領域（ゾーン）から構成され、第２の触媒上流層２５ａが第２の触媒下流層２５ｂよりもＰｄ及びＯＳＣ材の担持密度が高く設定されている。

第１の触媒層２７のＲｈの担持密度は、担持基材２１の上流端から下流端にわたり担持基材２１を複数領域に分割した長さ毎に段階的に減少するように構成されている。例えば、図２のように、第１の触媒上流層２７ａと第１の触媒下流層２７ｂとの２つの分割領域（ゾーン）から構成され、第１の触媒上流層２７ａが第１の触媒下流層２７ｂよりＲｈの担持密度が高く設定されている。

担持基材２１と、第１の触媒層２７と、第２の触媒層２５との積層状態の断面図を図３に示す。図３（Ａ）は、担持基材２１の上流端側における積層状態であり、図３（Ｂ）は、担持基材２１の下流端側における積層状態をそれぞれ示す。

また、第１の触媒層２７は、触媒成分として、例えば担持基材２１の容積１リットル当たり０．１〜３．０ｇのＲｈを含み、第２の触媒層２５は、触媒成分として担持基材２１の容積１リットル当たり１〜１５ｇのＰｄもしくはＰｔを含む。さらに、ＯＳＣ材は、例えば、ＣｅＯ_２やＣｅＯ_２−ＺｒＯ_２を主成分とする複合酸化物などで構成され、第２の触媒層２５には担持基材２１の容積１リットル当たり１〜１００ｇのＯＳＣ材をさらに含む。
なお、２５ａ、２５ｂ、２７ａ、２７ｂの各ウォッシュコート量は、１リットル当たり４０〜１５０ｇの範囲である。第２の触媒上流層２５ａ、第１の触媒上流層２７ａ、第１の触媒下流層２７ｂの担持量のより好ましい設定量としては、第２の触媒上流層２５ａは、Ｐｄ：３〜１０ｇ／Ｌ、ＯＳＣ材：５〜３０ｇ／Ｌ、第１の触媒上流層２７ａは、Ｒｈ：０．５〜２．０ｇ／Ｌ、第１の触媒下流層２７ｂは、Ｒｈ：０．１〜１．０ｇ／Ｌである。

このような実施形態によれば、触媒層２３を、担持基材２１の表面に近い第２の触媒層２５と第２の触媒層２５の上に形成された第１の触媒層２７とから構成され、第２の触媒層２５に担持された触媒成分はＰｄ及びＯＳＣ材を含み、第１の触媒層２７に担持される触媒成分はＲｈを含む。これによって、触媒成分のＰｄよりも担持量（同一体積に担持した単位重量）当たりの触媒浄化性能が高いＲｈを排ガスに接する上層側に配置することで、排ガス浄化が効果的に行われる。
なお、各貴金属の触媒浄化性能を図７に示し、Ｒｈの担持量当たりの排ガス浄化性能がＰｄに比べて高いことがわかっている。

第２の触媒層２５のＰｄ及びＯＳＣ材の担持密度は、基材の上流端から下流端にわたり基材を複数領域に分割した長さ毎に段階的に減少することによって、触媒上流側に貴金属を多く配置するので、排ガス浄化が効果的に行われる。同様に、第１の触媒層２７のＲｈの担持密度においても、基材の上流端から下流端にわたり基材を複数領域に分割した長さ毎に段階的に減少することによって、触媒上流側に貴金属を多く配置するので、排ガス浄化が効果的に行われる。

また、図７からも示されるように高担持密度のＲｈを上流部分の上層に配置することで、低温時の排ガス浄化性能を向上できる。また、低担持密度のＲｈを下流部分の上層に配置することで、高負荷時の高排ガス流量時における排ガス浄化性能を確保できる。すなわち、高排ガス流量時であっても上層のＲｈと排ガスとの接触性のよさを利用して、排ガス浄化性能を確保する。

このように、本実施形態によれば、エンジンの始動後から、高負荷時に排出されるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを効果的に浄化することができる。第２の触媒層２５及び第１の触媒層２７のそれぞれの装荷おける触媒成分の総担持量を均一に担持する場合よりも高い排ガス浄化性能が得られるため、ＰｄとＲｈの総担持量の低減が可能となり、触媒コストの削減が図れる。また、排ガス浄化性能の向上にともなって、触媒容量を小さくしたり、ウォッシュコート量を減少して触媒層を薄くしたりすることで、排気圧力の上昇抑制と触媒コストの削減が図れる。さらに、排気圧力の上昇抑制にともなって、エンジン性能の低下を抑制することができるため、エンジン近接位置への触媒搭載が可能となる。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、第２の触媒上流層２５ａの長さと、第１の触媒上流層２７ａの長さとが同一であり、第２の触媒下流層２５ｂは、第２の触媒上流層２５ａよりＰｄ及びＯＳＣ材の担持密度が低く、さらに、第１の触媒上流層２７ａ及び第２の触媒上流層２５ａは、担持基材２１の上流端から下流側に基材全長の３０〜５０％の範囲に至るまで形成されている。エンジン冷態始動直後において触媒への流入排ガス温度より高温になる部分に、高担持密度のＲｈ、Ｐｄを共に近づけて配置できる。排ガス浄化触媒１１への流入排ガス温度より高い触媒温度になる長さとしては、担持基材２１の略４０％に至る部分であるため、この範囲に入るようにまた近付けるように設定されるとよい。

このような実施形態では、第２の触媒上流層２５ａの長さを、第１の触媒上流層２７ａの長さと同一にして、冷態時のエンジン始動直後における排ガス浄化を効果的に行うことができる。

幾つかの実施形態では、図４に示すように、第２の触媒上流層２５ａの長さよりも第１の触媒上流層２７ａの長さが長く（Ｌ２＞Ｌ１）、第２の触媒下流層２５ｂは、第２の触媒上流層２５ａよりＰｄ及びＯＳＣ材の担持密度が低く、さらに、第２の触媒上流層２５ａは、担持基材２１の上流端から下流側に基材全長の２０％から４０％の範囲に至るまで形成されている。エンジン冷態始動直後において触媒への流入排ガス温度より高温になる部分に高担持密度のＲｈ、Ｐｄを共に近づけて配置できる。排ガス浄化触媒１１への流入排ガス温度より高い触媒温度になる長さとしては、担持基材２１の略４０％に至る部分であるため、この範囲に入るようにまた近付けるように設定されるとよい。

このような実施形態によれば、第１の触媒上流層２７ａは、第２の触媒上流層２５ａと第２の触媒下流層２５ｂとを隔離する壁をなすので、複数回で触媒をコートしても触媒層が厚くなりにくく、圧力損失の増大を防止できる。

幾つかの実施形態では、図４及び図５に示すように、第２の触媒下流層２５ｂの長さよりも第１の触媒下流層２７ｂの長さが短く（Ｌ４＜Ｌ３）、第１の触媒下流層２７ｂは、第１の触媒上流層２７ａよりＲｈの担持密度が低く設定されている。

このような実施形態によれば、第２の触媒下流層２５ｂは、第１の触媒上流層２７ａと第１の触媒下流層２７ｂとを隔離する壁をなすので、複数回で触媒をコートしても触媒層が厚くなりにくく、圧力損失の増大を防止できる。

図６は、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化触媒の製造方法を説明するための説明図である。ここでは、図４に示した排ガス浄化触媒の製造方法を例に説明するが、図２及び図５に示した排ガス浄化触媒の製造方法も同様である。

幾つかの実施形態に係る排ガス浄化触媒の製造方法では、まず、図６（Ａ）に示すように、担持基材２１の上流側表面に近い位置に担持基材２１の上流端から下流側に第２の触媒上流層２５ａを形成する（第２の触媒上流層形成ステップ）。第２の触媒上流層形成ステップでは、担持基材２１をＰｄとＯＳＣ材が高担持密度に調製されたスラリーでコートする。ウォッシュコートは担持基材２１の上流端から下流側に一コートで塗布され、コートされたスラリーは乾燥され、担持基材２１の上流側表面に近い位置に第２の触媒上流層２５ａを形成する。

次に、図６（Ｂ）に示すように、第２の触媒上流層２５ａの上に第２の触媒上流層２５ａと同一又はそれ以上の長さを有する第１の触媒上流層２７ａを形成する（第１の触媒上流層形成ステップ）。第１の触媒上流層形成ステップでは、第２の触媒上流層２５ａが形成された担持基材２１をＲｈが高担持密度に調製されたスラリーでコートする。ウォッシュコートは担持基材２１の上流端から下流側に一コートで塗布され、コートされたスラリーは乾燥され、担持基材２１の上流側表面に近い位置に形成された第２の触媒上流層２５ａの上に第１の触媒上流層２７ａを形成する。これにより、第１の触媒上流層２７ａは、第２の触媒上流層２５ａを次に形成される第２の触媒下流層２５ｂから隔離する壁をなす。

次に、図６（Ｃ）に示すように、第１の触媒上流層２７ａの下流で担持基材２１の下流側表面に近い位置に担持基材２１の下流端から上流側に第２の触媒下流層２５ｂを形成する（第２の触媒下流層形成ステップ）。第２の触媒下流層形成ステップでは、担持基材２１の第２の触媒上流層２５ａ及び第１の触媒上流層２７ａが形成された側（上流側）と反対側（下流側）をＰｄとＯＳＣ材が低担持密度に調製されたスラリーでコートする。ウォッシュコートは担持基材２１の下流端から上流側に一コートで塗布され、コートされたスラリーは乾燥され、第１の触媒上流層２７ａの下流で担持基材２１の下流側に近い位置に第２の触媒下流層２５ｂを形成する。これにより、第２の触媒下流層２５ｂは、第１の触媒上流層２７ａを次に形成される第１の触媒下流層２７ｂから離隔する壁をなす。

次に、図６（Ｄ）に示すように、第２の触媒下流層２５ｂの上に第２の触媒下流層２５ｂと同一又はそれ以下の長さを有する第１の触媒下流層２７ｂを形成する（第１の触媒下流層形成ステップ）。第１の触媒下流層形成ステップでは、第２の触媒下流層２５ｂが形成された担持基材２１をＲｈが低担持密度に調製されたスラリーでコートする。ウォッシュコートは担持基材２１の下流端から上流側に一コートで塗布され、コートされたスラリーは乾燥され、第２の触媒下流層２５ｂの上に第２の触媒下流層２５ｂよりも排ガス流れ方向に短い第１の触媒下流層２７ｂを形成する。

このような実施形態によれば、担持基材２１の上流側表面に近い第２の触媒上流層２５ａを形成した後、第２の触媒上流層２５ａの上に第２の触媒上流層２５ａよりも排ガス流れ方向に長い第１の触媒上流層２７ａを形成するので、第２の触媒上流層２５ａに第２の触媒下流層２５ｂがラップすることがない。また、その後、第１の触媒上流層２７ａの下流で担持基材２１の下流側表面に近い第２の触媒下流層２５ｂを形成した後、第２の触媒下流層２５ｂの上に第２の触媒下流層２５ｂよりも排ガス流れ方向に短い第１の触媒下流層２７ｂを形成するので第１の触媒上流層２７ａに第１の触媒下流層２７ｂがラップすることがない。これにより、第２の触媒層２５及び第１の触媒層２７において上流側と下流側との間に盛り上がりが形成されにくくなり、排ガスが流れる際の圧力損失の増大を防止できる。

また、幾つかの実施形態では、上述したように、第２の触媒上流層形成ステップ、第１の触媒上流層形成ステップ、第２の触媒下流層形成ステップ、及び、第１の触媒下流層形成ステップは、それぞれ一回で触媒を塗布する。
このような実施形態によれば、触媒層は都合４コートで触媒を塗布するので、４種類のスラリー（ＰｄとＯＳＣ材が高担持密度に調製されたスラリー、Ｒｈが高担持密度に調製されたスラリー、ＰｄとＯＳＣ材が低担持密度に調製されたスラリー、及びＲｈが低担持密度に調製されたスラリー）で触媒層を形成することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、排圧上昇によるエンジン性能の低下を抑制するとともに、触媒コストの削減が可能なため、エンジンの排ガス浄化触媒への適用に適している。

１ エンジン
３ 排気ポート
５ 排気管
７ 排気過給機
９ タービンハウジング
１１ 排ガス浄化触媒
１５ 触媒装置
１７，１９ 三元触媒
２１ 担持基材
２３ 触媒層
２５ 第２の触媒層
２５ａ 第２の触媒上流層
２５ｂ 第２の触媒下流層
２７ 第１の触媒層
２７ａ 第１の触媒上流層
２７ｂ 第１の触媒下流層

Claims (7)

1. 内燃機関の排ガス通路に配設され、基材と、該基材の表面に形成された触媒層と、該触媒層に担持された触媒成分とを備える内燃機関の排ガス浄化触媒の製造方法において、
   前記触媒層の製造ステップは、
   前記基材の上流側表面に近い位置に前記基材の上流端から下流側に第２の触媒上流層を形成する第２の触媒上流層形成ステップと、
   前記第２の触媒上流層の上に前記第２の触媒上流層よりも長い第１の触媒上流層を形成する第１の触媒上流層形成ステップと、
   前記第１の触媒上流層の下流で前記基材の下流側表面に近い位置に前記基材の下流端から上流側に第２の触媒下流層を形成する第２の触媒下流層形成ステップと、
   前記第２の触媒下流層の上に前記第２の触媒下流層よりも短い第１の触媒下流層を形成する第１の触媒下流層形成ステップと、
   を含むこと特徴とする排ガス浄化触媒の製造方法。
2. 前記第２の触媒上流層形成ステップ、前記第１の触媒上流層形成ステップ、前記第２の触媒下流層形成ステップ、及び、前記第１の触媒下流層形成ステップは、それぞれ一コートで触媒を塗布することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化触媒の製造方法。
3. 内燃機関の排ガス通路に配設され、基材と、該基材の表面に形成された触媒層と、該触媒層に担持された触媒成分とを備える内燃機関の排ガス浄化触媒において、
   前記触媒層は、
   前記基材の上流側表面に近い第２の触媒上流層と、
   前記第２の触媒上流層の上に形成され、排ガス流れ方向において前記第２の触媒上流層よりも長い長さを有する第１の触媒上流層と、
   前記第１の触媒上流層の下流に形成され、前記基材の表面に近い第２の触媒下流層と、
   前記第２の触媒下流層の上に形成され、前記排ガス流れ方向において前記第２の触媒下流層よりも短い長さを有する第１の触媒下流層と、
   を含むことを特徴とする排ガス浄化触媒。
4. 前記第２の触媒上流層は、前記基材の上流端から下流側に基材全長の２０％から４０％の範囲に至るまで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化触媒。
5. 前記第１の触媒上流層は、前記第２の触媒上流層と前記第２の触媒下流層とを隔離する壁をなすことを特徴とする請求項３又は４に記載の排ガス浄化触媒。
6. 前記第２の触媒下流層は、前記第１の触媒上流層と前記第１の触媒下流層とを隔離する壁をなすことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒。
7. 前記第２の触媒上流層及び前記第２の触媒下流層に担持される触媒成分は、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）の少なくとも一方と酸素吸蔵材を含み、
   前記第１の触媒上流層及び前記第１の触媒下流層に担持される触媒成分は、ロジウム（Ｒｈ）を含むことを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の排ガス浄化触媒。

Images