(57)【要約】【課題】触媒端面に存在する凹凸における排ガス中の浮遊物の物理吸着を防止する。【解決手段】  排ガス通路２に配置され、細孔３５表面に担持した触媒金属で排ガスを浄化する排ガス浄化触媒３３であって、排ガスの流れ方向の上流側の端面３３ｂから、流れ方向下流に向けて所定の領域の細孔３５表面に形成された、排ガス中の浮遊物の付着を防止できるコーティング層を有することを特徴とする排ガス浄化触媒３３を用いる。【選択図】図１
2006281117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス通路に配置され、細孔表面に担持した触媒金属で排ガスを浄化する排ガス浄化触媒であって、
排ガスの流れ方向の上流側の端面から、流れ方向下流に向けて所定の領域の前記細孔表面に形成された、排ガス中の浮遊物の付着を防止できるコーティング層を有する、
ことを特徴とする排ガス浄化触媒。
【請求項２】
前記コーティング層は、排ガス中の浮遊物の付着を防止できる低μ素材で形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項３】
前記コーティング層は、前記細孔の表面の凹凸をなくすように形成される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項４】
前記上流側の端面は、排ガスの流れ方向下流側の端面よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項５】
前記上流側の端面から前記下流側の端面にかけて細くなるように形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項６】
前記コーティング層が形成されていない領域では、排ガスの流れ方向上流側から下流側にかけて太さが略同一である
ことを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化触媒。
【請求項７】
前記所定の領域は、前記上流側の端面から、前記排ガス浄化触媒の全長の２〜５％の長さ以内の領域である、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおけるガソリンの燃焼を理論的に表現すると、ガソリンに含まれる水素成分や炭素成分を空気中の酸素Ｏ２と反応させることで、水Ｈ２Ｏと二酸化炭素ＣＯ２を生成することである。ところが完全な反応を生じさせることはできず、実際には炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯも発生する。また燃焼にともなう発熱によって空気中の窒素Ｎ２と酸素Ｏ２とが反応して窒素酸化物ＮＯｘも発生する。そのため、排ガス中には、これらの有害成分（炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘ）が含まれる。
【０００３】
そこで、白金Ｐｔなどを担持する触媒表面で、炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘをお互いに酸化還元させることで排ガス浄化を行っている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許番号第２６４０５７１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで排ガス浄化触媒は経年使用によって浄化性能が劣化する。この原因について本件発明者らが鋭意研究を重ねた結果、触媒表面に存在する凹凸に排ガス中の浮遊物が物理吸着することに起因することを突き止めた。そしてこの物理吸着は特に排ガスが触媒に流入する端面において大きいことを見いだした。
【０００５】
本発明はこのような点に着目してなされたものであり、排ガス中の浮遊物が触媒に堆積することを防止できる排ガス浄化触媒を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
排ガス通路（２）に配置され、細孔（３５）表面に担持した触媒金属で排ガスを浄化する排ガス浄化触媒（３３）であって、排ガスの流れ方向の上流側の端面（３３ｂ）から、流れ方向下流に向けて所定の領域の前記細孔（３５）表面に形成された、排ガス中の浮遊物の付着を防止できるコーティング層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、とくに排ガス中の浮遊物が付着しやすい排ガスの流れ方向の上流側の端面付近にコーティング層を備えた。この領域では排ガス浄化触媒は細孔の表面に凹凸を有さないので排ガス中の浮遊物が細孔の表面に付着しない。このため排ガス流れ方向の上流側で排ガス中の浮遊物が溜まらないので、性能を長期維持できる排ガス浄化用触媒を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による排ガス浄化触媒コンバータ３を使用する排ガス浄化システム１を示す図である。
【００１０】
エンジン１１の排ガスを浄化する排ガス浄化システム１は、排気管２と、排ガス浄化触媒コンバータ３とを有する。排ガスは、排気管２を通じ、排ガス浄化触媒コンバータ３に送られる。
【００１１】
排ガス浄化触媒コンバータ３は、エンジン１１のエキゾーストマニフォールド１２の直下流に配置され、エンジン１１から排出される排ガスを浄化する。排ガス浄化触媒コンバータ３は、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに、排ガス中の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯを酸化すると同時に窒素酸化物ＮＯｘを還元可能な三元触媒である。
【００１２】
図２は、本発明による排ガス浄化触媒の第１実施形態を示す図であり、排ガス浄化触媒コンバータ３の構成図である。
【００１３】
排ガス浄化触媒コンバータ３は、ディフューザ３１と、ケース３２と、排ガス浄化触媒３３と、マット３４とを備える。
【００１４】
ディフューザ３１は、小開口部３１ａと、大開口部３１ｂとを有する。小開口部３１ａは排気管２に接続される。大開口部３１ｂはケース３２に接続される。ディフューザ３１は、大開口部３１ｂが小開口部３１ａよりも大きく、排ガス流れ方向の上流側から下流側にいくにつれてすぼまる円柱形である。このようにディフューザ３１は構成されるので、排気管２から送られた排ガスを拡散してケース３２に送る。
【００１５】
ケース３２は、大開口部３２ｂと、小開口部３２ａとを有する。大開口部３２ｂはディフューザ３１の大開口部３１ｂに接続される。大開口部３２ｂの開口形状は、ディフューザ３１の大開口部３１ｂの開口形状と同一である。
【００１６】
小開口部３２ａは排気管２へ接続される。小開口部３２ａは大開口部３２ｂよりも小さい。ケース３２は、大開口部３２ｂから小開口部３２ａにいくにつれてすぼまる円筒形である。ケース３２には耐熱性金属を用いる。
【００１７】
排ガス浄化触媒３３の詳細については図３を参照して説明する。
【００１８】
図３は排ガス浄化触媒３３の側断面図である。
【００１９】
排ガス浄化触媒３３は、周囲にマット３４が巻回されてケース３２に内蔵される。マット３４はケース３２に挿入する排ガス浄化触媒３３の保持材である。
【００２０】
排ガス浄化触媒３３は、触媒端面３３ａ，３３ｂと、多数の細孔３５とを有する。排ガス浄化触媒３３は、一端の触媒端面３３ｂの面積が他端の触媒端面３３ａの面積よりも大きい円錐台形状である。そして排ガス浄化触媒３３は、ケース３２に内蔵したときに触媒端面３３ｂがケース３２の大開口側端面と同一面上になり、触媒端面３３ａがケース３２の小開口側端面と同一面上になる。すなわち排ガス浄化触媒３３は、全長がケース３２の全長と略同等である。排ガス浄化触媒３３はメタル担体であり、互いに並列な多数の細孔３５を備えたハニカム構造である。
【００２１】
細孔３５は、触媒端面３３ｂから触媒端面３３ａまで突き抜けて形成されている。細孔３５は、触媒端面３３ｂから触媒端面３３ａへといくにつれて径が小さくなる。細孔３５は、以下説明するコーティングが施されても、十分な大きさの孔径が得られるように形成される。
【００２２】
細孔３５は表面に白金（Ｐｔ）などの触媒金属を担持する。この触媒金属が排ガスと接触することで排ガス成分を浄化する。
【００２３】
排ガス浄化触媒３３は、触媒端面３３ｂ（入口側）から所定長Ｌ１の領域で細孔３５の表面にコーティング（入口側）が施される。このコーティング（入口側）は細孔３５の表面の触媒金属による凹凸をなくす程度に施される。コーティング（入口側）には低μ素材であるテフロン（登録商標）などのフッ化樹脂を用いる。ここで金属メッキやシリコンＳiなどを用いてもよい。
【００２４】
ここで所定長Ｌ１は、排ガス浄化触媒３３の全長Ｌの１〜１０％の長さである。全長Ｌの１％よりも短くすると排ガス中の浮遊物の物理吸着を防止できない。全長Ｌの１０％よりも長くすると排ガス浄化性能が低下する。したがって両性能を満足させるために、所定長Ｌ１を排ガス浄化触媒３３の全長Ｌの１〜１０％の長さとしたのである。そして望ましくは、所定値Ｌ１は排ガス浄化触媒３３の全長Ｌの２〜５％である。
【００２５】
図４は排ガス浄化触媒３３のメタル担体の製造工程を示す図である。図４（Ａ）はメタル担体に用いる平坦なメタルシート４１を示し、図４（Ｂ）はメタル担体に用いる波形のメタルシート４２の細部を示す。
【００２６】
メタル担体は平坦なメタルシート４１と波形のメタルシート４２から構成される。
【００２７】
図４（Ａ）に示すように、メタルシート４１は外側の弧線４７と内側の弧線４８とから形成され、扇状に広がる金属板である。弧線４７は長さＳ１を有する。弧線４８は長さＳ２を有する。
【００２８】
メタルシート４２は、メタルシート４１と同形状の扇状に広がる金属板を、表面に凹凸が形成された一対の円錐ローラで挟んで押圧することによって形成される波形９を有する。図４（Ｂ）に示すように、外側の弧線４７の長さＳ１と内側の弧線４８の長さＳ２との比率に対応して、外側の弧線４７における波形の高さｈ１が内側の弧線４８における波形の高さｈ２よりも大きくなるように波形９は形成される。
【００２９】
このように形成されたメタルシート４２をメタルシート４１に固定して、次いで一体的になったメタルシート４１とメタルシート４２をロール状に巻くと、円錐台形状であり、かつ多数の細孔３５を有するハニカム構造のメタル担体が構成される。
【００３０】
本実施形態に用いる排ガス浄化触媒３３は、前述したようにディフューザ３１と接続している。ディフューザ３１で拡散された排ガスは、排ガス浄化触媒３３の触媒端面３３ｂに送られる。この排ガスは触媒端面３３ｂ側から触媒端面３３ａ側に向って細孔３５を流通する。
【００３１】
ところで、排ガス浄化触媒３３の触媒端面３３ｂ付近において、排ガス中の浮遊物による物理吸着が発生する。
【００３２】
この物理吸着は、排ガス中の浮遊物が細孔３５の表面の触媒金属の凹凸に付着することに起因し、触媒端面３３ｂから或る長さの領域で発生することを本件発明者は見出した。
【００３３】
したがって本実施形態では、触媒端面３３ｂから長さＬ１の領域において、細孔３５の表面に前述したコーティング（入口側）を施すようにした。このようにすることで、コーティング（入口側）された領域では細孔３５の表面の凹凸はなくなるので、この領域における物理吸着を確実に防止することができる。このことから排ガス浄化触媒３３は、この物理吸着によって触媒端面３３ｂ付近の排ガス通気性能が劣化することを防止できる。
【００３４】
ところで、従来の円柱形状の排ガス浄化触媒で本実施形態と同様にコーティングを施すと、排ガスが流通する細孔３５の径が小さくなってしまうという問題があった。
【００３５】
そこで本実施形態では、細孔３５は以下のように構成されている。
【００３６】
細孔３５は、その径が触媒端面３３ａ側よりも触媒端面３３ｂ側で大きくなるように構成される。このように細孔３５を触媒端面３３ｂ側で拡径するので、コーティング層が形成されても細孔３５は、そのコーティング層の厚みに対して十分な孔径を確保することができる。
【００３７】
よって、コーティング領域における細孔３５は、コーティングが施されていない領域の細孔３５と同等の排気通過性能を得ることができる。
【００３８】
排ガス浄化触媒３３は、触媒端面３３ｂから触媒端面３３ａにいくにつれてすぼまる円柱形である。この形状にともない排ガスが流通する細孔３５の径も、触媒端面３３ｂから触媒端面３３ａにいくにつれてすぼまる。このことから、排ガス浄化触媒３３では触媒端面３３ａにいくにつれて排ガスの流速は上がる。
【００３９】
よって、従来の円柱形の排ガス浄化触媒に比べ、排ガスの流速が上がるので、排気損失が小さいエンジンの出力が向上する排ガス浄化触媒３３を提供できる。
【００４０】
前述したように、排ガス浄化触媒３３とケース３２は触媒端面３３ｂ側（大開口側端面側）から触媒端面３３ａ側（小開口側端面側）にいくにつれてすぼまる円筒形である。このことから、排ガス浄化触媒３３はケース３２に確実に内蔵され、排ガス浄化触媒３３の脱落は防止される。
【００４１】
本実施形態によって、排ガス中の浮遊物による物理吸着を確実に防止することができ、経年使用によっても浄化性能が劣化しない排ガス浄化触媒３３を提供できる。
（第２実施形態）
図５は、本発明による排ガス浄化触媒の第２実施形態を示す図であり、排ガス浄化触媒コンバータ５の構成図である。
【００４２】
排ガス浄化触媒コンバータ５は、ディフューザ５１と、ケース５２と、排ガス浄化触媒５３と、マット５４と、コンフューザ５６とを備える。
【００４３】
ディフューザ５１は、小開口部５１ａと、大開口部５１ｂとを有する。小開口部５１ａは排気管２に接続される。大開口部５１ｂはケース５２に接続される。ディフューザ５１は、大開口部５１ｂが小開口部５１ａよりも大きく、排ガス流れ方向の上流側から下流側にいくにつれてすぼまる円柱形である。このようにディフューザ５１は構成されるので、排気管２から送られた排ガスを拡散してケース５２に送る。
【００４４】
ケース５２は、大開口部５２ｂと、小開口部５２ａとを有する。大開口部５２ｂはディフューザ５１の大開口部５１ｂに接続される。大開口部５２ｂの開口形状は、ディフューザ５１の大開口部５１ｂの開口形状と同一である。小開口部５２ａは大開口部５２ｂよりも小さく、コンフューザ５６に接続される。
【００４５】
ここでケース５２は、大開口部５２ｂから長さＬ１の領域では、排ガス流れ方向の上流側から下流側にいくにつれてすぼまる円筒形である。長さＬ１は、後述する排ガス浄化触媒５３の全長Ｌに対して１〜１０％の長さに相当する。
【００４６】
ケース５２は、長さＬ１から小開口部５２ａまでの領域では太さが略同一の円筒形である。
【００４７】
ケース５２はこのように構成され、第１実施形態と同様に耐熱性金属を用いる。
【００４８】
ケース５２の内部に、マット５４に巻回された排ガス浄化触媒５３が内蔵される。第１実施形態と同様にマット５４はケース５２に挿入される排ガス浄化触媒５３の保持材である。排ガス浄化触媒５３はロウ付けによってケース５２に保持されてもよい。排ガス浄化触媒５３の詳細については以下説明する。
【００４９】
コンフューザ５６は大開口部５６ｂと、小開口部５６ａとを有する。
【００５０】
大開口部５６ｂはケース５２の小開口部５２ａに接続される。大開口部５６ｂの開口形状は、ケース５２の小開口部５２ａの開口形状と同一である。
【００５１】
小開口部５６ａは大開口部５６ｂより小さい。コンフューザ５５はこのような構成になっており、ケース５２の小開口部５２ａから送られた排ガスを混同して排気管２へ送る。
【００５２】
図６は、排ガス浄化触媒５３の側断面図である。
【００５３】
排ガス浄化触媒５３は、触媒端面５３ａ，５３ｂと、多数の細孔５５とを有する。
【００５４】
排ガス浄化触媒５３は、ケース５２に内蔵されたとき、触媒端面５３ｂがケース５２の大開口側端面と同一面上になり、触媒端面５３ａがケース５２の小開口側端面と同一面上になる。すなわち排ガス浄化触媒５３は、全長がケース５２の全長と略同等である。
【００５５】
排ガス浄化触媒５３は、触媒端面５３ｂから所定長Ｌ１までの領域において、排ガス流れ方向の上流側から下流にいくにつれてすぼまる円柱形である。所定長Ｌ１から触媒端面５３ａまでの領域において太さが略同一の円柱形である。
【００５６】
ここで所定長Ｌ１は、第１実形態と同様に、排ガス浄化触媒５３の全長Ｌの１〜１０％の長さであり、望ましくは、所定値Ｌ１は排ガス浄化触媒５３の全長Ｌの２〜５％である。この長さＬ１は第１実施形態と同等の理由から設定されるので詳細な説明は省略する。
【００５７】
排ガス浄化触媒５３は、第１実施形態と同様にメタル担体であり、互いに並列な多数の細孔５５を備えたハニカム構造である。
【００５８】
細孔５５は、第１実施形態と同様に、表面に白金（Ｐｔ）などの触媒金属を担持する。この触媒金属が排ガスと接触することで排ガス成分を浄化する。
【００５９】
細孔５５は、触媒端面５３ｂから触媒端面５３ａまで突き抜けて形成されている。
【００６０】
細孔５５は、触媒端面５３ｂから所定長Ｌ１までの領域において、排ガス流れ方向の上流側から下流側にいくにつれて径が小さくなっている。この領域において、細孔５５は、以下説明するコーティングが施されても十分な大きさの孔径が得られるように構成される。
【００６１】
細孔５５は、所定長Ｌ１から触媒端面５３ａまでは径が略同一である。
【００６２】
触媒端面５３ｂから所定長Ｌ１までの領域における細孔５５の径は、所定長Ｌ１から触媒端面５３ａまでの領域における細孔５５の径よりも大きくなっている。
【００６３】
細孔５５は、触媒端面５５ｂから所定長Ｌ１までの領域においてコーティングが施される。このコーティングは第１実施形態と同様に施されるので詳細な説明は省略する。この範囲では細孔５５は表面に凹凸を有さない。
【００６４】
排ガス浄化触媒５３に用いるメタル担体は、第１実施形態の排ガス浄化触媒３３に用いるメタル担体と同様に製造されるため詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施形態に用いる排ガス浄化触媒５３は、前述したようにディフューザ５１と接続している。ディフューザ５１で拡散された排ガスは、排ガス浄化触媒５３の触媒端面５３ｂに送られる。この排ガスは触媒端面５３ｂ側から触媒端面５３ａ側に向って細孔５５を流通する。
【００６６】
排ガス浄化触媒５３の触媒端面５３ｂ付近において、排ガス中の浮遊物による物理吸着が発生する。この物理吸着は、第１実施形態と同等の原因によって発生し、触媒端面５３ｂからの或る長さの領域で発生することを本件発明者は見出した。
【００６７】
したがって本実施形態では第１実施形態と同様に、触媒端面５３ｂから長さＬ１の部分において、細孔５３の表面にコーティング（入口側）を施すようにした。このようにすることでコーティング（入口側）された領域では細孔５５の表面の凹凸がなくなるので、この領域における物理吸着を確実に防止することができる。このことから排ガス浄化触媒５３は、この物理吸着によって触媒端面５３ｂ付近の排ガス通気性能が劣化することを防止できる。
【００６８】
ところで、従来の円柱形の排ガス浄化触媒で本実施形態と同様にコーティング（入口側）を施すと、排ガスが流通する細孔５５の径が小さくなってしまうという問題があった。
【００６９】
そこで本実施形態では、細孔５５は以下のように構成されている。
【００７０】
細孔５５は、その径が触媒端面５３ｂから長さＬ１までの領域において、長さＬ１から触媒端面５３ａまでの領域よりも大きくなるように構成される。このように細孔５５は触媒端面５３ｂから長さＬ１までの領域では拡径されているので、コーティング層（入口側）が形成されても、そのコーティング層（入口側）に対して十分な孔径を確保することができる。
【００７１】
よってコーティング領域における細孔５５は、コーティングが施されていない領域の細孔５５と同等の排気通気性能を得ることができる。
【００７２】
排ガス浄化触媒５３は、触媒端面５３ｂから長さＬ１までの領域では、排ガス流れ方向の上流側から下流側にいくにつれてすぼまる円柱形である。この領域では、細孔５５の径は、排ガス流れ方向の上流側から下流側にいくにつれてすぼまる円筒形である。このことから、触媒５３ｂから長さＬ１までの領域では、従来の円柱形の排ガス浄化触媒に比べ排ガスの流速は上がるので、排気損失が小さいエンジンの出力が向上する排ガス浄化触媒５３を提供できる。
【００７３】
排ガス浄化触媒５３とケース５２は、触媒端面５３ｂ側（大開口側端面側）から長さＬ１までの領域では、排ガス流れ方向の上流側から下流にいくにつれて、同様にすぼまる形状である。また、長さＬ１から触媒端面５３ａまでの領域では太さが略同一である形状である。このことから排ガス浄化触媒５３はケース５３に確実に内蔵され、排ガス浄化触媒５３の脱落は防止される。
【００７４】
本実施形態によって、排ガス中の浮遊物による物理吸着を確実に防止することができ、経年使用によっても浄化性能が劣化しない排ガス浄化触媒５３を提供できる。
【００７５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００７６】
例えば第１実施形態の触媒３３と、第２実施形態の触媒５３において、多数の細孔を構成するハニカム構造のセラミック担体を用いてもよい。また、排ガス浄化触媒３３、５３はロウ付けによってケース３２、５２に内蔵されてもよい。
【００７７】
この場合、少なくとも無機セラミック繊維と有機バインダーとを適当な粘度に混練したのち、ダイスでケース３２又はケース５２に合うように押し出し成形することによってセラミック担体を製造できる。
【００７８】
セラミック担体を用いる場合、マット３４又は５４にはアルミナ繊維などの無機質繊維から構成された無機繊維マットを用いてもよい。この無機繊維マットはセラミック担体の周囲を巻回すために円形リングの切片の形状をしている。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明による第１実施形態の排ガス浄化触媒の、排ガスシステムにおける配置を示す図である。
【図２】本発明による第１実施形態の排ガス浄化触媒を有する排ガス浄化触媒コンバータを示す図である。
【図３】本発明による第１実施形態の排ガス浄化触媒の側断面図である。
【図４】本発明による第１実施形態の排ガス浄化触媒に用いるメタル担体の製造工程を示す図である。
【図５】本発明による第２実施形態の排ガス浄化触媒を有する排ガス浄化触媒コンバータを示す図である。
【図６】本発明による第２実施形態の排ガス浄化触媒の側断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１      排ガス浄化システム
２      排気管
３      排ガス浄化触媒コンバータ
３１、５１    ディフューザ
３２、５２    ケース
３３、５３      排ガス浄化触媒
３３ａ、３３ｂ、５３ａ、５３ｂ    触媒端面
３４、５４    マット
３５、５５    細孔
【図１】
2006281117.tif 000003
【図２】
2006281117.tif 000004
【図３】
2006281117.tif 000005
【図４】
2006281117.tif 000006
【図５】
2006281117.tif 000007
【図６】
2006281117.tif 000008