WO2014080554A1 - 排ガス浄化用触媒 - Google Patents

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catalyst
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悠生 青木
鈴木　宏昌
亮太 尾上
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purifying catalyst for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
  • an exhaust gas purification catalyst for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine
  • an exhaust gas purification catalyst having a through hole formed in a base material and having a catalyst layer on an inner wall surface formed by the through hole is, for example, the following prior art: It is disclosed in the literature.
  • Patent Document 1 the catalyst carriers are arranged in three stages in the casing along the exhaust gas flow direction through the spaced apart portions, and set so that the pressure loss of each catalyst carrier increases toward the outlet side.
  • Patent Document 2 discloses an exhaust gas purifying catalyst in which a catalyst part from one side of a cell and a catalyst part from the other side are separated from each other so as to suppress an increase in pressure loss due to overlapping of the catalyst parts. ing.
  • Patent Document 3 discloses an exhaust gas purifying catalyst in which the thickness of the catalyst layer is reduced from both the upstream side and the downstream side of the through-hole toward the center thereof to reduce the pressure loss of the exhaust gas.
  • the purification reaction of the exhaust gas with the catalyst is determined by the reaction rate of each gas component and the diffusion rate of the exhaust gas. Although it depends on the type of the precious metal of the catalyst, the supported amount, etc., the reaction rate is generally rate-limited at a low temperature range of 400 ° C. or lower, and the diffusion rate is rate-limited at a high temperature range of 500 ° C. or higher.
  • the exhaust gas of the internal combustion engine generally pulsates because it is continuously discharged from each cylinder.
  • the exhaust gas also pulsates when passing through the inside of the catalyst (through hole), and the flow of the exhaust gas is disturbed by the pulsation, so that the gas diffusibility is high, and high purification efficiency in the catalyst is possible.
  • Gas diffusivity means that exhaust gas diffuses into the catalyst layer.
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification catalyst capable of exhibiting high purification performance.
  • the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention includes a plurality of first and second end surfaces and a plurality of through holes penetrating from the first end surface to the second end surface. And a plurality of catalyst layers respectively formed on the plurality of inner wall surfaces, wherein each through hole has a central axis, and each catalyst layer includes the first catalyst layer.
  • a first region extending a predetermined distance from the end surface toward the second end surface, a second region extending a predetermined distance from the second end surface toward the first end surface, and the first And a third region located between the second region and the third region, and the distance from the central axis of the through hole to the inner surface of the catalyst layer in the first region of the catalyst layer is The distance from the central axis of the through hole to the inner surface of the catalyst layer in the third region of the catalyst layer It is small, to form the catalyst layer to be greater than the distance from the center axis of the through hole in the second region of the catalyst layer to the inner surface of the catalyst layer.
  • the third region of the catalyst layer is recessed closer to the base material side than the first region and the second region of the catalyst layer, thereby forming a recess.
  • the flow of exhaust gas flowing from the first end face side or the second end face side and passing through the through holes can be disturbed, and the diffusibility of the exhaust gas with respect to the catalyst layer can be improved.
  • the exhaust gas-purifying catalyst according to the present invention can exhibit high purification performance.
  • the catalyst for exhaust gas purification according to the present invention has a catalyst layer also formed in the recessed portion, the capacity is lower than the case where the recessed portion is provided by not forming the catalyst layer partially. High purification performance can be exhibited with a smaller base material.
  • the catalyst carriers are arranged in three stages through the spaced apart portions in the casing along the exhaust gas flow direction. Compared with the case where a dent is formed, high purification performance can be exhibited at low cost.
  • the third region is more than the second end surface side. Is also close to the first end face side.
  • the recessed portion of the third region is closer to the first end surface side that is the exhaust gas inflow side than the second end surface side.
  • the flow of the exhaust gas can be disturbed on the first end face side where the temperature of the catalyst layer becomes higher, and the exhaust gas diffusibility on the first end face side that becomes the exhaust gas inflow side can be reduced. Can be improved.
  • the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention can enhance warm-up performance.
  • the third region is the first end surface. It is closer to the second end face side than the side.
  • the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention has the second end surface because the recessed portion of the third region is closer to the second end surface side which is the exhaust gas outflow side than the first end surface side.
  • the flow of the exhaust gas on the side can be disturbed, and the exhaust gas diffusibility on the second end face side that becomes the exhaust gas outflow side can be improved.
  • the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention can enhance the OSC (oxygen storage capacity) characteristics.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure along the line aa in FIG. 2.
  • 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an exhaust gas purifying catalyst which is Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an exhaust gas purifying catalyst which is Comparative Example 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an exhaust gas purifying catalyst which is Comparative Example 3.
  • FIG. It is a graph which shows the pressure loss measurement result of the exhaust gas purification catalyst which concerns on this Embodiment, and the exhaust gas purification catalyst of a comparative example. It is a graph which shows the catalyst warm-up property result of the exhaust gas purification catalyst which concerns on embodiment of this invention, and the exhaust gas purification catalyst of a comparative example. It is a graph which shows the catalyst OSC measurement result of the exhaust gas purification catalyst which concerns on embodiment of this invention, and the exhaust gas purification catalyst of a comparative example.
  • the exhaust gas purifying catalyst according to the embodiment of the present invention it is a cross-sectional view for explaining the position of the recess.
  • it is a graph showing the relationship between the length of the recess and the pressure loss.
  • it is a graph showing the relationship between the length of the recess and the catalyst OSC.
  • it is a graph showing the relationship between the length of the recess and the average emission during OSC measurement.
  • it is a cross-sectional view for explaining the position of the recess.
  • the exhaust gas purifying catalyst according to the embodiment of the present invention it is a graph showing the relationship between the center position of the recess and the pressure loss. In the exhaust gas purifying catalyst according to the embodiment of the present invention, it is a graph showing the relationship between the center position of the recess and the catalyst OSC. In the exhaust gas purifying catalyst according to the embodiment of the present invention, it is a graph showing the relationship between the center position of the recess and the catalyst warm-up time.
  • 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an exhaust gas purifying catalyst according to an embodiment of the present invention. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an exhaust gas purifying catalyst according to an embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 includes a base material 3 and a catalyst layer 9 as shown in FIGS.
  • the substrate 3 has a first end surface 3a and a second end surface 3b, and an inner wall surface 7 formed by a through hole 5 penetrating from the first end surface 3a to the second end surface 3b.
  • a plurality of through holes 5 are formed, and a plurality of inner wall surfaces 7 are also formed by the plurality of through holes 5.
  • the substrate 3 is a monolith honeycomb substrate made of heat-resistant ceramics such as cordierite.
  • the base material 3 is formed in a cylindrical shape, for example.
  • the base material 3 has, for example, a longitudinal length L of about 105 mm and a diameter R of about 103 mm.
  • the through hole 5 has a central axis 5X.
  • the through-hole 5 has, for example, a square cross section perpendicular to the central axis 5X, and the distance between the inner wall surfaces 7 facing each other is, for example, about 950 ⁇ m.
  • the catalyst layer 9 is formed on each of the plurality of inner wall surfaces 7.
  • the catalyst layer 9 is formed of, for example, a material containing alumina (Al 2 O 3 ) as a support, platinum (Pt), rhodium (Rh) as an active species, ceria zirconia (CeO 2 —ZrO 2 ) as an OSC substance, and the like. ing.
  • the catalyst layer 9 includes a first region 9A extending a predetermined distance from the first end surface 3a toward the second end surface 3b in the direction of the central axis 5X of the through-hole 5, A second region 9B extending from the second end surface 3b toward the first end surface 3a by a predetermined distance, and a third region 9C located between the first region 9A and the second region 9B.
  • the catalyst layer 9 has a distance h1 from the central axis 5X of the through hole 5 to the inner surface 9m of the catalyst layer 9 in the first region 9A, and the catalyst layer from the central axis 5X of the through hole 5 in the second region 9B.
  • the catalyst layer 9 has a distance h1 from the central axis 5X of the through hole 5 to the inner surface 9m of the catalyst layer 9 in the first region 9A, and from the central axis 5X of the through hole 5 in the third region 9C. 9 is smaller than the distance h3 to the inner surface 9m and is larger than the distance h2 from the central axis 5X of the through hole 5 to the inner surface 9m of the catalyst layer 9 in the second region 9B.
  • the catalyst layer 9 is formed so that the inner surface 9m is recessed in the third region 9C toward the base material 3 side than the first region 9A and the second region 9B to become a recessed portion 9n.
  • the recess 9n is formed in an annular shape along the inner wall surface 7 in a direction perpendicular to the central axis 5X of the through hole 5.
  • the catalyst layer 9 is formed such that the inner surface 9m is stepped between the first region 9A and the second region 9B.
  • a dummy layer 11 is formed.
  • the dummy layer 12 and the dummy layer 13 are formed between the inner wall surface 7 and the catalyst layer 9 in the second region 9B.
  • the dummy layer 11 is not formed in the second region 9B and the third region 9C.
  • the dummy layer 12 and the dummy layer 13 are not formed in the first region 9A and the third region 9C.
  • the structure according to the present embodiment that satisfies the condition of h3> h1> h2 is called a dent structure.
  • the catalyst layer 9 is formed with a film thickness of about 100 ⁇ m, for example.
  • the dummy layers 11, 12, and 13 are formed with a film thickness of about 40 ⁇ m, for example.
  • the dummy layers 11, 12 and 13 are base layers of the catalyst layer 9, and are formed of a material such as alumina that does not contribute to the exhaust gas purification reaction, for example.
  • the length of the catalyst layer 9 in the longitudinal direction is, for example, about 105 mm, and is the same as the length L of the substrate 3.
  • Each of the first region 9A, the second region 9B, and the third region 9C has a length along the direction of the central axis 5X of the through hole 5 of, for example, about 35 mm.
  • the third region 9C is configured to be continuous with the first region 9A and the second region 9B, respectively.
  • the third region 9C that is, the recess 9n has, for example, a length from the first end surface 3a to the second end surface 3b at the center along the direction of the central axis 5X of the through-hole 5, that is, a base material 3 is 50% of the total length.
  • the length of the recess 9n is the length of the third region 9C.
  • the catalyst layer 9, the dummy layers 11, 12, 13 and the like form a film on the inner wall surface 7 by immersing the base material 3 in the solution in a state where the end face of the base material 3 is parallel to the liquid surface of the solution. Thereafter, the film is formed by performing a sintering process for curing the film. Therefore, each dummy layer can be partially formed by controlling the position where the substrate 3 is immersed in the solution.
  • the catalyst layer 9 is formed with the same composition in all of the first region 9A, the second region 9B, and the third region 9C.
  • the exhaust gas-purifying catalyst 1 configured in this manner has a recess 9n formed on the inner surface 9m of the catalyst layer 9, so that it flows in from the first end surface 3a side or the second end surface 3b side.
  • the flow of the exhaust gas passing through the holes 5 can be disturbed, and the diffusibility of the exhaust gas with respect to the catalyst layer 9 can be improved.
  • the exhaust gas purifying catalysts according to Comparative Examples 1 to 3 are basically configured in the same manner as the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment, but the catalyst layer 9 extends from the central axis 5X of the through hole 5.
  • the configurations regarding the distances h1, h2, and h3 to the inner surface 9m are different.
  • the dummy layer 11 is formed between the inner wall surface 7 and the catalyst layer 9 over the first region 9A, the second region 9B, and the third region 9C. ing.
  • the dummy layer 12, the dummy layer 13, and the dummy layer 14 are partially formed between the inner wall surface 7 and the catalyst layer 9 in the second region 9B. .
  • These dummy layers 12, 13 and 14 are not formed in the first region 9A and the third region 9C.
  • the dummy layer 14 is formed with a film thickness of about 40 ⁇ m, for example, like the other dummy layers. This dummy layer 14 is also formed in the same manner as other dummy layers.
  • the exhaust gas purifying catalyst 23 according to Comparative Example 3 is formed so that the catalyst layer 9 satisfies the condition of h1> h3> h2.
  • the dummy layer 12 and the dummy layer 13 are formed between the inner wall surface 7 and the catalyst layer 9 in the second region 9B.
  • the dummy layer 12 is formed between the inner wall surface 7 and the catalyst layer 9 in the third region 9C.
  • the dummy layer 12 is not formed in the first region 9A.
  • the dummy layer 13 is not formed in the first region 9A and the third region 9C.
  • the structure of Comparative Example 3 is referred to as a two-stage structure.
  • FIG. 7 to FIG. 9 are diagrams showing results of measuring exhaust gas discharged from a gasoline engine through a catalyst of each structure. 7 to 9, the dent structure relates to the present embodiment shown in FIG.
  • the planar structure is that of Comparative Example 1 shown in FIG.
  • the one-stage structure is that of Comparative Example 2 shown in FIG.
  • the two-stage structure is that of Comparative Example 3 shown in FIG.
  • (In-1) is the case where the first end face 3a side is the exhaust gas inflow side and the exhaust gas is allowed to flow through the through hole 5
  • (In-2) is the second end face 3b side. This is a case where exhaust gas is caused to flow through the through hole 5 with the exhaust gas inflow side.
  • the pressure loss (kPa) is the difference between the pressure of the exhaust gas on one end face side and the pressure of the exhaust gas on the other end face side when the exhaust gas is supplied from one end face side. .
  • the catalyst warm-up time (sec) is activated after the exhaust gas is allowed to flow to another line so that the exhaust gas does not flow to the catalyst. It is time to reach.
  • the 50% purification achievement time in FIG. 8 means the time until the purification rate of hydrocarbons contained in the exhaust gas reaches 50%.
  • the 70% purification achievement time means the time until the purification rate of hydrocarbons contained in the exhaust gas reaches 70%.
  • the catalyst OSC characteristic indicates that A / F rich (a state of an air-fuel mixture in which the air-fuel ratio is higher than the stoichiometric air-fuel ratio) continues until the O2 sensor behind the catalyst performs rich inversion, and immediately after the rich inversion, It was calculated from the time from the lean (air-fuel mixture state where the air-fuel ratio is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio) to the lean reverse of the O2 sensor behind the catalyst.
  • ga10 is the case where the intake air amount of the engine is 10 g / sec
  • ga30 is the case where the intake air amount of the engine is 30 g / sec. The intake air amount increases when the engine load increases, that is, when the throttle opening increases.
  • the pressure loss tends to be higher when the first end face 3a side is the exhaust gas inflow side (In-1) in any of the one-stage structure, the dent structure, and the two-stage structure. It is in. Further, in the concave structure, in comparison with the planar structure, the one-stage structure, and the two-stage structure, when the first end face 3a side is the exhaust gas inflow side (In-1), the second end face 3b side is the gas inflow. In both cases (In-2), the pressure loss is low.
  • the catalyst warm-up time is high when the pressure loss is high with the first end face 3a side as the exhaust gas inflow side (In-1). Is shorter.
  • the dent structure according to the present embodiment shows a pressure loss lower than any of the planar structure, the one-stage structure, and the two-stage structure, the warm-up property is good. This is because the purification performance is improved by improving the gas diffusibility of the catalyst layer 9 at a stage where the catalyst receives heat from the exhaust gas and gradually warms from the front part on the gas inflow side.
  • the OSC value is not so different.
  • ga30 having a high intake air amount when the pressure loss is low with the second end face 3b side as the exhaust gas inflow side in any of the one-stage structure, the dent structure, and the two-stage structure (In-2) OSC is higher.
  • the third region 9C of the catalyst layer 9 is recessed closer to the base material 3 than the first region 9A and the second region 9B of the catalyst layer 9 and is recessed 9n. Is formed so that the flow of the exhaust gas flowing from the first end surface 3a side or the second end surface 3b side and passing through the through hole 5 can be disturbed, and the gas diffusibility that the exhaust gas diffuses into the catalyst layer 9 can be obtained. Can be improved. As a result, the exhaust gas-purifying catalyst 1 according to the present invention can exhibit high purification performance.
  • the catalyst layer 9 is also formed in the recess 9n, compared to the case where the recess is provided by not forming the catalyst layer partially. High purification performance can be exhibited with the base material 3 having a smaller capacity.
  • the catalyst carrier is provided in three stages in the casing via the separating portions along the exhaust gas flow direction. Compared with the case where a dent part is formed by arranging, high purification performance can be exhibited at low cost.
  • the inner surface 9m of the catalyst layer 9 is different between the first region 9A and the second region 9B of the catalyst layer 9, so Compared with the case where the surface 9m is not different between the first region 9A and the second region 9B of the catalyst layer 9, the flow of the exhaust gas can be more disturbed.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment described above the case where the length of the recess 9n is set to 35 mm is described.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment is not limited to this, and the length of the recess 9n may be changed.
  • the third region 9C that is, the center of the length of the recessed portion 9n is extended from the first end surface 3a to the second end surface 3b.
  • the case where the position is 50% of the length up to is described.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment is not limited to this, and the position of the recess 9n may be changed.
  • FIG. 11 to FIG. 12 are diagrams showing the results of measurement by flowing the exhaust gas discharged from the gasoline engine through the respective catalysts having different recesses 9n.
  • the center of the length of the recess 9n is set to a position of 50% of the total length from the first end surface 3a to the second end surface 3b, and the length of the recess 9n is the base material.
  • a catalyst having a structure of 10%, 34% and 60% of the total length of 3 was used.
  • Other structures are basically the same as those in FIG. 11 to 13 show the characteristics of these samples, respectively. Each characteristic is obtained when the exhaust gas is caused to flow through the through hole 5 with the first end face 3a side as the exhaust gas inflow side.
  • the pressure loss decreases as the length of the recess 9n increases.
  • the catalyst OSC has almost no change with respect to the length of the recess 9n.
  • the average emission of hydrocarbons during OSC measurement is almost the same for each length.
  • the length of the recess 9n is slightly good from 10% to 34% of the total length, but if the length of the recess 9n becomes longer than that, the emission deteriorates rapidly.
  • the length of the recess 9n is optimally about 30% with respect to the entire length of the base material 3.
  • FIGS. 15 to 17 are diagrams showing the results of measurement by flowing the exhaust gas discharged from the gasoline engine through the respective catalysts having different positions of the recesses 9n.
  • the center of the recess 9n having a length of 34% with respect to the total length of the base material 3 is set to the total length of the base material 3 from the first end surface 3a toward the second end surface 3b.
  • a catalyst having a structure of 37%, 50% and 62% of the catalyst was used.
  • Other structures are basically the same as those in FIG. 15 to 17 show the characteristics of these catalysts. Each characteristic is obtained when the exhaust gas is caused to flow through the through hole 5 with the first end face 3a side as the exhaust gas inflow side.
  • the pressure loss increases as the center of the length of the recess 9n approaches the first end face 3a side. This is because the inner surface 9m of the catalyst layer 9 is closer to the central axis 5X of the through hole 5 than the first region 9A, as the center of the length of the recess 9n is closer to the first end surface 3a side. This is because the length of 9B becomes longer.
  • the catalyst OSC characteristics increase as the center of the length of the recess 9n approaches the second end face 3b side.
  • the catalyst warm-up time becomes shorter as the center of the length of the recess 9n approaches the first end face 3a side in both the 50% purification achievement time and the 70% purification achievement time. The warm-up is improved.
  • the third region 9C that is, the recess 9n is closer to the first end surface 3a side than to the second end surface 3b side.
  • the center of the recessed portion 9n having a length of 34% with respect to the total length of the base material 3 is set to 37% of the total length of the base material 3 from the first end surface 3a to the second end surface 3b. It has a structure with the position. Other structures are basically the same as those in FIG.
  • the catalyst activity at the start of the engine is one of the important functions like the gas diffusibility described above. Since the catalyst warms up from the gas inflow side when the engine is started, increasing the gas diffusibility on the gas inflow side where the temperature of the catalyst is higher can increase the warm-up property of the catalyst as shown in FIG. it can.
  • the recess 9n of the third region 9C is closer to the first end surface 3a side which is the exhaust gas inflow side than the second end surface 3b side.
  • the third region 9C that is, the recess 9n is closer to the second end surface 3b side than to the first end surface 3a side.
  • the center of the recessed portion 9n having a length of 34% with respect to the total length of the base material 3 is 62% of the total length of the base material 3 from the first end surface 3a toward the second end surface 3b. It has a structure with the position. Other structures are basically the same as those in FIG.
  • the recessed portion 9n of the third region 9C is closer to the second end surface 3b side, which is the exhaust gas outflow side, than the first end surface 3a side. 2 can disturb the flow of the exhaust gas on the side of the end face 3b and improve the exhaust gas diffusibility on the side of the second end face 3b on the exhaust gas outflow side. As a result, the exhaust gas-purifying catalyst 1 according to the present invention can enhance the OSC characteristics as shown in FIG.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment described above a case where a dummy layer is formed between the inner wall surface and the catalyst layer will be described as a method for satisfying the condition of h3> h1> h2. is doing.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment described above is not limited to this, and the inner wall surface 7 of the base material 3 may be stepped to satisfy the condition of h3> h1> h2. Good.
  • the exhaust gas purification catalyst 1 In the exhaust gas purification catalyst 1 according to the present embodiment described above, a case where a dummy layer made of a material that does not contribute to the exhaust gas purification reaction is used as a method for satisfying the condition of h3> h1> h2. ing.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment described above is not limited to this, and a catalyst layer different in type from the catalyst layer 9 may be used.
  • the third region 9C serving as the recess 9n is connected to both the first region 9A and the second region 9B as a section of the catalyst layer 9. It explains about.
  • the exhaust gas purifying catalyst 1 according to the present embodiment described above is not limited to this, and the third region 9C and the second region 9B are between the third region 9C and the first region 9A.
  • Another region that is different from the first region 9A, the second region 9B, and the second region 9B may be formed between at least one of the two.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the central axis 5X of the through hole 5 is a square is described.
  • the present invention is not limited to this, and the cross-sectional shape of the through hole 5 may be formed in other shapes such as a circular shape, a hexagonal shape, and an octagonal shape. Good.
  • the exhaust gas purifying catalyst according to the present invention has an effect of exhibiting high purification performance, and purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine. Useful for exhaust gas purification catalysts.

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Abstract

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

Description

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

Claims (3)

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