JP2000237602A - 内燃機関の排気ガス用浄化触媒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 四角セルのモノリス担体を用いる場合よりも
優れた浄化性能を発揮しうる，六角セルのモノリス担体
を用いた排気ガス用浄化触媒を提供すること。 【解決手段】 六角形状のセル１５を２００メッシュ以
上設けてなると共にセル１５を形成する隔１１壁の気孔
率が２５％以上であるモノリス担体１０と，モノリス担
体１０の隔壁１１の表面に配設され，排気ガス浄化用の
触媒成分を含有する触媒層２とよりなる。触媒層２の厚
さは，薄部２１が１０〜７０μｍであり，かつ，厚部２
２は薄部２１の１２倍以下の厚さを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，自動車等における内燃機関の排
気ガス用浄化触媒に関する。

【０００２】

【従来技術】自動車のエンジン等の内燃機関から排出さ
れる排気ガスを浄化するシステムとして，排気管に，白
金，ロジウム等の貴金属を触媒として担持させた担体を
設け，排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を酸化反応，
あるいは酸化，還元反応により浄化する触媒コンバータ
システムがある。

【０００３】この触媒コンバータシステムは，一般に多
数のセル（孔）を有するハニカム状のセラミック担体，
いわゆるモノリス担体を基材として用い，このモノリス
担体のセル内に触媒成分を含有する触媒層を担持させた
ものである。また，従来のモノリス担体においては，そ
のセル形状として正方形を採用することが一般的であ
る。この正方形のセル（四角セル）を有するモノリス担
体においては，従来から排ガスの浄化効率を向上させる
ための種々の技術が提案されている。

【０００４】例えば，触媒担持工程においては，触媒成
分を含有するスラリー状の水溶液を使用することが一般
的であるため，隔壁の吸水性を向上させることが好まし
い。そのため，現在では，隔壁の気孔率を向上させ，吸
水性を高めたモノリスを使用することが検討されてい
る。

【０００５】また，触媒層の厚さと触媒性能について
は，古くから多くの研究が行われている。例えば，特公
昭５３−１４９８８６号公報では，触媒層の平均厚みを
５０〜３００μｍにすれば高寿命な低温活性触媒が得ら
れるということが提案されている。また，特開昭６２−
７４４５３号公報においては，ウォッシュコート層を２
層形成させる際に，合計の膜厚を３０〜７０μｍにすれ
ば早期活性も高ＳＶ値（Space Velocity値）における
浄化性能も向上するということが提案されている。

【０００６】

【解決しようとする課題】ところで，上記従来の技術
は，いずれも四角セルを有するモノリスに触媒を担持さ
せる場合のものである。一方，セル形状としては，正方
形以外に，三角形，六角形等種々のものが提案されてい
る。中でも，六角形状のセル（六角セル）は，幾何学的
な面から見て正方形よりも円形に近いため，四角セルの
場合よりも触媒層の担持をより均一な状態で行うことが
できる。

【０００７】そのため，近年の厳しい排ガス規制に対応
する浄化触媒として，上記六角セルを有するモノリスを
用いることが注目されている。しかしながら，上記六角
セルを有するモノリスを担体として用いた場合に，触媒
層の担持状態等どのようにするのが最適であるか等につ
いての提案は，未だなされていない。

【０００８】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，四角セルのモノリス担体を用いる場合よ
りも優れた浄化性能を発揮しうる，六角セルのモノリス
担体を用いた排気ガス用浄化触媒を提供しようとするも
のである。

【０００９】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，六角形状のセル
を２００メッシュ以上設けてなると共に上記セルを形成
する隔壁の気孔率が２５％以上であるモノリス担体と，
該モノリス担体の上記隔壁の表面に配設され，排気ガス
浄化用の触媒成分を含有する触媒層とよりなり，該触媒
層の厚さは，薄部が１０〜７０μｍであり，かつ，厚部
は上記薄部の１２倍以下の厚さを有することを特徴とす
る内燃機関の排気ガス用浄化触媒にある。

【００１０】本発明において最も注目すべきことは，上
記特定のメッシュおよび気孔率を有する六角ハニカム形
状のモノリス担体を用い，これに，上記特定の厚さを有
する触媒層を担持させたことである。

【００１１】上記モノリス担体としては，上記のごと
く，六角形状のセル（六角セル）を２００メッシュ以上
有するものを用いる。ここでメッシュとは，１インチ四
方（１ｉｎ²）の単位面積当たりに存在するセルの数を
表している。上記六角セルが２００メッシュ未満の場合
には，触媒担持面積が小さいため，浄化性能が向上しな
いという問題がある。そのため，より好ましくは，４０
０メッシュ以上がよい。

【００１２】また，上記セルの高メッシュ化を図るため
には，上記隔壁の厚みを薄くすることが好ましい。この
場合の隔壁の厚みは，例えば，６ｍｉｌ（約１５０〜１
７０μｍ），さらには，もっと薄い２〜４ｍｉｌにまで
薄肉化することもできる。

【００１３】また，上記モノリス担体は，六角セルを形
成する隔壁の気孔率を２５％以上とする。気孔率が２５
％未満の場合には，隔壁の吸水性が低下し，触媒担持工
程のコストが増加するという問題がある。即ち，触媒を
担持させる場合には，その触媒成分を含有するスラリー
をセルの隔壁に塗布し，これを乾燥させることにより上
記触媒層を得る手法をとるのが一般的である。この場合
に，気孔率が２５％未満の場合には，十分な隔壁の吸水
性が得られず，上記スラリーの１回当たりの塗布量が低
下し，多数回の塗布工程を必要とする場合がある。一
方，気孔率の上限値は，隔壁の強度を維持するために６
０％とすることが好ましい。

【００１４】次に，上記触媒層は，その薄部が１０〜７
０μｍの範囲の厚さになるように担持させる。ここで，
触媒層の薄部とは，厚みが最も薄い部分，即ち，六角セ
ルにおける六角形の頂点から最も離れた各辺の中央部に
担持された触媒層の厚みをいう。

【００１５】この薄部の厚みが１０μｍ未満の場合に
は，排気ガス用浄化触媒の寿命が短くなるという問題が
ある。一方，薄部の厚みが７０μｍを超える場合には，
必要以上の触媒成分が担持されると共に，排気ガスの通
過空間が小さくなって圧力損失が大きくなってしまうと
いう問題がある。

【００１６】また，上記触媒層は，その厚部は上記薄部
の１２倍以下の厚さになるように担持させる。ここで，
上記触媒層の厚部とは，厚みが最も厚い部分，即ち，六
角セルにおける六角形の頂点部分に担持された触媒層の
厚みをいう。この厚部の厚みは，上記薄部の厚みが大き
くなるほど大きくなる。一方，厚部の薄部に対する比率
は，薄部の厚みが小さくなるほど大きくなる傾向にあ
る。そして，厚部の厚みが上記薄部の１２倍を超える厚
みを有する場合には，上記薄部の厚みを１０μｍ以上に
維持することが困難となるという問題がある。

【００１７】また，上記触媒層の触媒成分としては，例
えば，白金，ロジウム等の貴金属がある。また，上記触
媒層としては，例えば，これらの触媒成分とアルミナ粉
との混合体により構成することができる。また，上記モ
ノリス担体の材料としては，コージェライト，その他の
セラミックを用いることができる。

【００１８】次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明の内燃機関の排気ガス用浄化触媒は，上記のごと
く，２００メッシュ以上の六角セルを有すると共に隔壁
の気孔率が２５％以上であるモノリス担体を用い，その
隔壁に，薄部が１０〜７０μｍであり，厚部が薄部の１
２倍以下の厚さを有する触媒層を担持させてある。その
ため，本発明の排気ガス用浄化触媒は，後述する実施形
態例にも詳述するごとく，従来の主流である四角セルの
モノリス担体を用いた場合よりも，圧力損失を低減しな
がら浄化性能を向上させることができる。さらに，浄化
触媒の使用を開始して触媒の初期劣化後の性能も，従来
の四角セルの場合よりも高く維持することができる。

【００１９】従って，本発明によれば，四角セルのモノ
リス担体を用いる場合よりも優れた浄化性能を発揮しう
る，六角セルのモノリス担体を用いた排気ガス用浄化触
媒を提供することができる。

【００２０】次に，請求項２の発明のように，上記隔壁
の気孔率は３０％以上であることが好ましい。これによ
り，さらに隔壁の吸水性を向上させることができ，触媒
の担持作業の容易化およびコストダウンを図ることがで
きる。

【００２１】また，請求項３の発明のように，上記触媒
層の厚さは，上記薄部が２０〜５０μｍであり，かつ，
上記厚部の厚さは，上記薄部よりも厚く，かつ上記薄部
の６倍以下であることが好ましい。即ち，上記触媒層の
薄部を２０〜５０μｍとすることにより，さらに確実に
排気ガス用浄化触媒の寿命を維持することができると共
に，圧力損失を抑制することができる。また，上記触媒
層の厚部の厚さを，上記薄部よりも厚く（薄部の１倍よ
りも大），かつ上記薄部の６倍以下とすることにより，
さらに，上記薄部の厚みの最適範囲への維持を容易にで
きると共に，厚部の過剰厚みを抑制することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施形態例１ 本発明の実施形態例にかかる内燃機関の排気ガス用浄化
触媒につき，図１〜図４を用いて説明する。本例におい
ては，図１に示すごとく，自動車用の触媒コンバータ５
に用いる排気ガス用浄化触媒１として，六角セルを有す
るもの（試料Ｅ１〜Ｅ４）と四角セルを有するもの（試
料Ｃ１）を作製し，その圧損特性を比較した。

【００２３】まず，本発明品としての試料Ｅ１〜Ｅ４に
かかる排気ガス用浄化触媒１は，図１，図２に示すごと
く，六角形状のセル１５を２００メッシュ以上設けてな
ると共に上記セル１５を形成する隔壁１１の気孔率が２
５％以上であるモノリス担体１０と，該モノリス担体の
上記隔壁１１の表面に配設され，排気ガス浄化用の触媒
成分を含有する触媒層２とよりなる。該触媒層２の厚さ
は，図２に示すごとく，薄部２１の厚みＡが１０〜７０
μｍであり，かつ，厚部２２の厚みＢは薄部２１の厚み
Ａの１２倍以下の厚さを有する。なお，図１において
は，図面作成上の都合から，セル形状の正確な六角形の
記載を省略してある。

【００２４】さらにこれを具体的に説明する。本例のモ
ノリス担体１０は，図１，図２に示すごとく，６ｍｉｌ
（約１５０〜１７０μｍ）の厚みを有する隔壁１１を六
角格子状に設け，六角形状のセル（六角セル）１５を４
００メッシュ有するものである。また，このモノリス担
体１０は，コージェライトを主成分とするセラミックよ
りなり，隔壁１１の気孔率は３５％とした。また，モノ
リス担体１０は，外径φ９３ｍｍ，長さ１４７ｍｍの寸
法を有する円柱状とした。

【００２５】また，モノリス担体１０への触媒担持は，
触媒成分として白金とロジウムを用い，これにアルミナ
粉末と水を加えて作製したスラリーを用いて行った。即
ち，上記スラリーをモノリス担体１０の隔壁１１に塗布
し，これを乾燥させることにより，隔壁１１の表面に上
記触媒層２を設けた。

【００２６】そして，本例においては，触媒層２の薄部
２１の厚みＡを２６．５〜６７．５μｍの間で変更した
４種類の排気ガス用浄化触媒（試料Ｅ１〜Ｅ４）を作製
した。具体的には，触媒層２の薄部２１の厚みＡは，試
料Ｅ１は２６．５μｍ，試料Ｅ２は４１．５μｍ，試料
Ｅ３は５７．０μｍ，試料Ｅ４は６７．５μｍとした。
また，触媒層２の厚部２２の厚みＢは，試料Ｅ１は１２
０μｍ，試料Ｅ２は１３５μｍ，試料Ｅ３は１５０μ
ｍ，試料Ｅ４は１６０μｍとし，全て薄部２１の厚みＡ
よりも大きく，Ａの６倍以下の範囲内に抑えた。

【００２７】次に，本例においては，図３に示すごと
く，比較品として，正方形状のセル（四角セル）９５を
有するモノリス担体９０を用いた排気ガス用浄化触媒と
しての試料Ｃ１を作製した。試料Ｃ１のモノリス担体９
０は，図３に示すごとく，６ｍｉｌ（約１５０〜１７０
μｍ）の厚みを有する隔壁９１を四角格子状に設け，四
角セル９５を４００メッシュ有するものである。また，
このモノリス担体９０は，試料Ｅ１〜Ｅ４と同様に，コ
ージェライトを主成分とするセラミックより設け，隔壁
１１の気孔率は３５％とした。

【００２８】また，試料Ｃ１におけるモノリス担体９０
の外形状も試料Ｅ１〜Ｅ４のモノリス担体１０と同様と
した。また，試料Ｃ１は，試料Ｅ１〜Ｅ４の場合と同様
のスラリーを用いて触媒担持を行い，薄部３１の厚みａ
が３０μｍ，厚部３２の厚みｂが２６０μｍの触媒層３
を設けた。その他は，試料Ｅ１〜Ｅ４と同様である。

【００２９】次に，本例においては，各試料の圧力損失
（圧損）を測定した。圧損は，触媒コンバータに１５０
０リットル／分の流量の排気ガスを通過させた際の，排
気ガスの入側圧力と出側圧力の差を測定することにより
求めた。測定結果を図４に示す。同図は，横軸に触媒層
の薄部厚み（試料Ｎｏ．）を，縦軸に圧損（ｋＰａ）を
とったものである。

【００３０】同図より知られるごとく，本発明品として
の試料Ｅ１〜Ｅ４においては，触媒層の薄部の厚みが厚
いほど圧損が大きくなったが，いずれも比較品としての
試料Ｃ１よりも圧損が小さいという，良好な結果を示し
た。このことから，六角セル形状を有する本発明品は，
四角セル形状の従来品よりも，圧損特性を向上させるこ
とができるということが分かる。

【００３１】実施形態例２ 本例では，図５に示すごとく，実施形態例１における試
料Ｅ１〜Ｅ４，Ｃ１を用い，ＨＣ５０％浄化時間を測定
した。この測定の条件は，アメリカ合衆国における７５
ＦＴＰのＬＡ＃４に定められた条件に従った。そして，
使用したエンジンを始動させてから，触媒コンバータの
出側のＨＣ濃度が入側に対して５０％となるまでの時間
を測定した。また，この測定は，各試料が新品の状態で
ある場合Ａと，８万ｋｍ走行相当の劣化状態である場合
Ｂとについて，それぞれ行った。また，各試料のモノリ
ス担体のサイズは，外径φ９３ｍｍ，長さ３７ｍｍの寸
法を有する円柱状に変更した。

【００３２】測定結果を図５に示す。同図は，横軸に触
媒層の薄部厚み（試料Ｎｏ．）を，縦軸にＨＣ５０％浄
化時間（ｓｅｃ）をとり，新品状態Ａと劣化状態Ｂの測
定値を示した。同図より知られるごとく，新品状態Ａで
も，劣化状態Ｂでも，いずれも，本発明品の試料Ｅ１〜
Ｅ４は，比較品の試料Ｃ１よりもＨＣ５０％浄化時間が
短くなった。このことから，本発明品は，浄化性能の早
期発揮においても有利であることが分かる。

【００３３】実施形態例３ 本例では，図６に示すごとく，実施形態例１における試
料Ｅ１〜Ｅ４，Ｃ１を用い，コールドモードのバッグ値
（ＴＨＣ値）を測定した。この測定の条件も，アメリカ
合衆国における７５ＦＴＰのＬＡ＃４に定められた条件
に従った。即ち，ＬＡ＃４モードのコールドバック値
（ｇ／ｍｉｌｅ）であり，本データには重み係数を乗じ
ていない。ここで，重み係数は３つのバック値（コール
ド＝０．４３×３．６／７．５，ホット１＝３．９／
７．５，ホット２＝０．５７×３．６／７．５）がある
が，今回はこれらを乗じることを割愛している。なお，
各試料のモノリス担体のサイズは外径φ９３ｍｍ，長さ
１４７ｍｍの円柱形状に変更した。

【００３４】測定結果を図６に示す。同図は，横軸に触
媒層の薄部厚み（試料Ｎｏ．）を，縦軸に上記ＴＨＣ値
（ｇ／ｍｉｌｅ）をとった。同図より知られるごとく，
本発明品の試料Ｅ１〜Ｅ４は，いずれも比較品の試料Ｃ
１とほぼ同等又はそれ以上の優れたＴＨＣ値を示した。
０．１０以下のこれらの測定値は，ＴＨＣ値としては優
れた値と言える。

【００３５】上記各実施形態例に示したごとく，六角セ
ルを有する本発明品（試料Ｅ１〜Ｅ４）は，四角セルを
有する比較品（試料Ｃ１）と比べて，測定した全ての項
目において同等以上の優れた性能を示した。このことか
ら，六角セルを２００メッシュ以上（４００セル）設け
てなるモノリス担体を用い，その隔壁の気孔率を２５％
以上（３５％）とし，触媒層の厚さは，薄部を１０〜７
０μｍ，厚部を薄部の１２倍以下とすることにより，従
来の四角セルの場合よりも優れた浄化性能を発揮するこ
とが分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，触媒コンバータの構造
を示す説明図。

【図２】実施形態例１における，本発明品の排気ガス用
浄化触媒の触媒層担持状態を示す説明図。

【図３】実施形態例１における，比較品の排気ガス用浄
化触媒の触媒層担持状態を示す説明図。

【図４】実施形態例１における，触媒層薄部厚さと圧損
との関係を示す説明図。

【図５】実施形態例２における，触媒層薄部厚さとＨＣ
５０％浄化時間との関係を示す説明図。

【図６】実施形態例３における，触媒層薄部厚さとコー
ルドモードのＴＨＣ値との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．排気ガス用浄化触媒， １０．．．モノリス担体， １１．．．隔壁， １５．．．セル， ２．．．触媒層，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 啓司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 木田 隆弘 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4D048 AA06 AA13 BA30X BA30Y BA33X BA33Y BB02 CA01 4G069 AA08 BA01B BC71B BC75B CA03 EA19 EA28 EB12X EB12Y EB15X EB15Y EB16X EB16Y FB23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 六角形状のセルを２００メッシュ以上設
   けてなると共に上記セルを形成する隔壁の気孔率が２５
   ％以上であるモノリス担体と，該モノリス担体の上記隔
   壁の表面に配設され，排気ガス浄化用の触媒成分を含有
   する触媒層とよりなり，該触媒層の厚さは，薄部が１０
   〜７０μｍであり，かつ，厚部は上記薄部の１２倍以下
   の厚さを有することを特徴とする内燃機関の排気ガス用
   浄化触媒。
2. 【請求項２】 請求項１において，上記隔壁の気孔率は
   ３０％以上であることを特徴とする内燃機関の排気ガス
   用浄化触媒。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において，上記触媒層の
   厚さは，上記薄部が２０〜５０μｍであり，かつ，上記
   厚部の厚さは，上記薄部よりも厚く，かつ上記薄部の６
   倍以下であることを特徴とする内燃機関の排気ガス用浄
   化触媒。