(57)【要約】  【課題】  ゼオライト層でのＨＣ吸着保持能力を確保し、三元触媒層の被毒を防止し、かつ圧力損失の低下をも抑制したＨＣトラップ触媒を提供する。  【解決手段】  断面正三角形の複数の三角セル２の中に、排気ガスを浄化する三元触媒層３と、シリカを含有し排気ガス中のＨＣを吸着するゼオライト層４とを有するＨＣトラップ触媒１において、各三角セル２の略中央に排気ガス流路５を設け、この排気ガス流路５の周りに三元触媒層３を設け、三元触媒層３の周りにゼオライト層４を設け、ゼオライト層４は、三元触媒層３の周方向に沿って相対的に厚い部分と相対的に薄い部分とを有するよう形成されている。これにより、ゼオライト層４でのＨＣ吸着保持能力を確保し、三元触媒層３の被毒を防止し、かつ圧力損失の低下をも抑制したＨＣトラップ触媒１を構成することができる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面正三角形の複数の三角セルから構成されるハニカム構造を呈し、各三角セルの中に、排気ガスを浄化する三元触媒層と、シリカを含有し、排気ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着層と、を有するＨＣトラップ触媒において、
各三角セルの略中央に排気ガス流路を設け、この排気ガス流路の周りに三元触媒層を設け、この三元触媒層の周りにＨＣ吸着層を設け、このＨＣ吸着層は、三元触媒層の周方向に沿って、相対的に厚い部分と相対的に薄い部分を有するように形成されていることを特徴とするＨＣトラップ触媒。
【請求項２】
ＨＣ吸着層は、三角セルの頂点近傍が相対的に厚い部分となり、三角セルの各辺の略中央部が相対的に薄い部分となるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＨＣトラップ触媒。
【請求項３】
ＨＣ吸着層が相対的に相対的に薄い部分では、三元触媒層の一部が三角セルの内壁に接していることを特徴とする請求項１または２に記載のＨＣトラップ触媒。
【請求項４】
三元触媒層は、三角セルの長手方向に沿って延び、厚さが略均一である略円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＨＣトラップ触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＣトラップ触媒に関し、特に内燃機関の排気系統に配設されて排気ガス中のＨＣ（炭化水素）を浄化するＨＣトラップ触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のセルから構成されたハニカム構造を呈し、内燃機関の排気系統に配設されて排気ガス中のＨＣ（炭化水素）を吸着するＨＣトラップ触媒が従来より知られている（特許文献１等を参照）。
【０００３】
また、ＨＣトラップ触媒においては、低温時にＨＣを吸着し、温度が所定温度まで上昇するとＨＣを放出する機能と、ＨＣを浄化する機能とを併せ持つよう構成されたものも知られている。具体的には、低温時にはＨＣを吸着し、高温になると低温時に吸着したＨＣを脱離するゼオライト層が各セルの内壁に保持され、かつこのゼオライト層の内側に、脱離してきたＨＣを水と二酸化炭素へと浄化する三元触媒層が設けられた構造のＨＣトラップ触媒が知られている。
【特許文献１】特開２００２−３２６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、ゼオライト層と三元触媒層とを有するＨＣトラップ触媒においては、ゼオライト層を厚くすれば、ゼオライト層のヒートマスが高くなり、ゼオライト層においてより多くのＨＣの吸着することが可能となるが、開口面積が相対的に小さくなり圧力損失が大きくなるという問題がある。
【０００５】
また、ゼオライト層は、その構成成分にシリカを含有しており、加熱によりその分子構造が壊れるとシリカがゼオライト層から放出されてしまう。つまり、加熱によりゼオライト層の分子構造が破壊されると、ゼオライト層から放出されたシリカが三元触媒層に進入し、三元触媒層が被毒されてしまい、ＨＣの浄化機能が損なわれ、ＨＣトラップ触媒が所期の機能を発揮しなくなる虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、断面正三角形の複数の三角セルから構成されるハニカム構造を呈し、各三角セルの中に、排気ガスを浄化する三元触媒層と、シリカを含有し、排気ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着層と、を有するＨＣトラップ触媒において、各三角セルの略中央に排気ガス流路を設け、この排気ガス流路の周りに三元触媒層を設け、この三元触媒層の周りにＨＣ吸着層を設け、このＨＣ吸着層は、三元触媒層の周方向に沿って、相対的に厚い部分と相対的に薄い部分を有するように形成されていることを特徴としている。これによって、三元触媒層の内側に形成される排気ガス通路の通路断面積を出来るだけ大きくすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＨＣの吸着保持力の高いゼオライト層、被毒されにくい三元触媒層、の双方を持ち、かつ相対的に圧力損失が抑制されたバランスの良いＨＣトラップ触媒を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、ＨＣトラップ触媒１は、断面正三角形の複数のセラミックス製の三角セル２を隣接させて構成され、全体として略円柱形状のハニカム構造となっている。尚、このＨＣトラップ触媒１は、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）を浄化するために、例えば、内燃機関の排気通路（図示せず）に介装されて使用されるものである。
【０００９】
ＨＣトラップ触媒１の各三角セル２の中には、三角セル２内壁に一部が内接し、三角セル２の長手方向に沿って延びる略円筒形状の三元触媒層３と、三元触媒層３の外側に位置し、三角セル２内壁と三元触媒層３との間隙を埋めるＨＣ吸着層としてのゼオライト層４と、が配設されている。また、各三角セル２の略中央となる三元触媒層３の内側には、排気ガスが通流する断面略円形の排気ガス流路５が形成されている。
【００１０】
換言すれば、各三角セル２の略中央には、排気ガス流路５が設けられ、排気ガス流路５の周り（外周側）に三元触媒層３が設けられ、三元触媒層３の周り（外周側）にゼオライト層４が設けられている。
【００１１】
三元触媒層３は、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）等のいわゆる三元触媒機能を有する金属を含有し、排気ガスを浄化するものであって、略均一の厚さとなるよう形成されている。また、略円筒形状の三元触媒層３の中心軸は、三角セル２中心と一致するよう形成されている。
【００１２】
ゼオライト層４は、低温時にはＨＣを吸着保持し、三元触媒層３が活性化する高温時に吸着保持していたＨＣを放出する機能を有するゼオライトを含有するものであって、三元触媒層３の周方向に沿って、相対的に厚い部分（図１中のＡ部）と相対的に薄い部分（図１中のＢ部）とを有するよう形成されている。詳述すれば、ゼオライト層４は、三角セル２の頂点付近となるＡ部で相対的に厚くなり、三角セル２の各辺の略中央付近となるＢ部で相対的に薄くなるよう形成されている。尚、ゼオライト自体は、その構成成分にシリカを含有している。
【００１３】
ここで、本願の発明者らが行った、セル形状が正三角形の三角セルＨＣトラップ触媒と、セル形状が正方形の四角セルＨＣトラップ触媒との各種比較試験の結果を図２〜図４に示す。尚、図２〜図４に示す各種比較試験で用いた三角セルＨＣトラップ触媒及び四角セルＨＣトラップ触媒は互いに同一の諸元（断面径、長さ、容量、セル壁厚、セル密度）のものである。また、三角セルＨＣトラップ触媒及び四角セルＨＣトラップ触媒の各セル内には、上述した本実施形態のＨＣトラップ触媒と同様に、ゼオライト層と三元触媒層が形成されているものとし、三元触媒層の中心軸は三角セルあるいは四角セルの中心軸と一致しているものとする。つまり、三元触媒層の内周面及び外周面は、セル（三角セルもしくは四角セル）の中心軸上を中心とする仮想円の円弧と基本的には一致するものであり、より具体的には、三元触媒層の内周面及び外周面は、ウォッシュコート量がＭ（後述）以上のときには、セル（三角セルもしくは四角セル）の中心軸上を中心とする仮想円と一致し、ウォッシュコート量がＭ（後述）未満のときには、セル（三角セルもしくは四角セル）の中心軸上を中心とする仮想円の円弧と、セル内壁面に沿った半直線とによってその全体形状が決定される。
【００１４】
図２は、三角セルＨＣトラップ触媒と、四角セルＨＣトラップ触媒とのウォッシュコート量に対する浄化効率を比較したものであり、触媒温度を一定として、ウォッシュコート量を変化させた場合の浄化効率の変化を示している。尚、本明細書中でいうウォッシュコート量とは、ＨＣトラップ触媒内の全ての三元触媒層と全てのゼオライト層の重量をＨＣトラップ触媒の容積で除した値を指すものとする。
【００１５】
この図２より、三角セルＨＣトラップ触媒は、四角セルＨＣトラップ触媒に対して総じて浄化効率が優れたものになっている。これは、三角セルＨＣトラップ触媒のゼオライト層の相対的に厚い部分の厚さを、四角セルＨＣトラップ触媒のゼオライト層の相対的に厚い部分の厚さよりも相対的に厚くすることができ、その部分のＨＣ吸着性能が高くなるからである。また、三角セルＨＣトラップ触媒においては、ゼオライト層の相対的に薄い部分に対応する位置の三元触媒層が比較的被毒されにくくなっているからである。
【００１６】
図３は、三角セルＨＣトラップ触媒と、四角セルＨＣトラップ触媒とのウォッシュコート量に対する通気抵抗（圧力損失）を比較したものであり、ウォッシュコート量を変化させ、浄化効率が３０％となるように触媒温度を変化させたときの通気抵抗の変化を示している。
【００１７】
この図３より、三角セルＨＣトラップ触媒は、四角セルＨＣトラップ触媒に対して総じて通気抵抗が優れたものになっている。これは、セル形状が三角形のものの方が、セル形状が４角形のものよりも開口率が高いためである。
【００１８】
図４は、三角セルＨＣトラップ触媒において、ゼオライト層が最も厚くなる部分（図１のＡ部に相当）の厚さ、及びゼオライト層が最も薄くなる部分（図１のＢ部に相当）の厚さと、ウォッシュコート量との関係を示している。図４より、ウォッシュコート量がＭとなるまでは、図１のＡ部に相当する部分にのみゼオライト層が形成され、ウォッシュコート量がＭよりも多くなると、図１のＢ部に相当する部分にもゼオライト層が形成される。
【００１９】
ここで、上述した図２及び図３を参照すると、図１のＢ部に相当する部分にもゼオライト層が形成されると、浄化効率の傾きが小さくなり（図２）、圧力損失の傾きは大きくなり始める（図３）。
【００２０】
これは、図１のＢ部に相当する部分にもゼオライト層が形成されると、三元触媒層は、その周方向の全周に亙ってゼオライト層と接触することになり、加熱されることによりゼオライト層の分子構造が破壊された場合に、三元触媒層に進入するシリカの量が多くなり、シリカにより三元触媒層が被毒されて浄化効率が低下してしまうからである。また、図１のＢ部に相当する部分にもゼオライト層が形成されると、相対的に三角セルの開口面積（三元触媒層の内側の排気ガス流路径）が小さくなり、圧力損失も上昇することになるからである。
【００２１】
すなわち、本実施形態におけるＨＣトラップ触媒１においては、セル形状を正三角形して三元触媒層の外側に位置するゼオライト層４に相対的に厚くなる部分（Ａ部）と相対的に薄くなる部分（Ｂ部）とを形成することで、ＨＣ吸着保持力が高いゼオライト層４の部分（Ａ部）を有しつつ、被毒されにくい三元触媒層３の部分（Ｂ部）を有し、かつ相対的に圧力損失が抑制されたバランスの良いＨＣトラップ触媒１を構成することができる。
【００２２】
詳述すると、Ａ部においては、ゼオライト層４が相対的に厚くなり、ヒートマスが高くなるので、ＨＣの吸着保持能力が向上し、三元触媒層３が十分に活性化するまで吸着したＨＣを保持することができる。Ｂ部においては、ゼオライト層４が加熱されることによりその分子構造が破壊されたとしても、そもそもゼオライト層４が相対的に薄いので、ゼオライト層４から放出されるシリカの量も相対的に少ないものとなり、三元触媒層３が被毒されにくくなっている。特に、本実施形態においては、Ｂ部において三元触媒層３の一部が三角セル２の内壁に直接接触し、三元触媒層３とゼオライト層４とが接触していないので、より一層三元触媒層３が被毒されにくくなっている。また、セル形状を正三角形とすることで、四角セルＨＣトラップ触媒に比べて、相対的に圧力損失を抑制することができる。
【００２３】
また、三元触媒層３が被毒されにくくなっているので、総じて所期の性能を長期に亙って維持することが可能となる。
【００２４】
尚、三元触媒層３は、必ずしも略円筒形状に限定されるものではないが、三元触媒層３を略円筒形状とすれば、三元触媒層３の内側に形成される排気ガス通路５の通路断面積を相対的に大きくすることができ、圧力損失を抑制する上で有利となる。
【００２５】
また、上述した実施形態においては、ＨＣ吸着層をゼオライトを主成分とするゼオライト層で構成しているが、シリカを主成分とする多孔質吸着層（例えば、ＳｉＯ4の層状結晶間にＳｉＯ2を担持させたもの）でＨＣ吸着層を構成してもよい。また、コージェライト等からなるセル壁面にアルミナ、シリカ等の無機多孔質材料を担持させて構成してもよい。また、排気中のＨＣ成分を吸着することができる触媒（触媒担体に触媒成分とともにゼオライト、アルミナ、シリカ、チタニア等を担持させたもの）をＨＣ吸着層に適用してもよい。
【００２６】
上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００２７】
（１）  断面正三角形の複数の三角セルから構成されるハニカム構造を呈し、各三角セルの中に、排気ガスを浄化する三元触媒層と、シリカを含有し、排気ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着層と、を有するＨＣトラップ触媒において、各三角セルの略中央に排気ガス流路を設け、この排気ガス流路の周りに三元触媒層を設け、この三元触媒層の周りにＨＣ吸着層を設け、このＨＣ吸着層は、三元触媒層の周方向に沿って、相対的に厚い部分と相対的に薄い部分を有するように形成されている。これによって、三元触媒層の内側に形成される排気ガス通路の通路断面積を出来るだけ大きくすることができる。また、ＨＣの吸着保持力の高いゼオライト層、被毒されにくい三元触媒層、の双方を持ち、かつ相対的に圧力損失が抑制されたバランスの良いＨＣトラップ触媒を得ることができる。
【００２８】
（２）  上記（１）に記載のＨＣトラップ触媒は、より具体的には、ＨＣ吸着層は、三角セルの頂点近傍が相対的に厚い部分となり、三角セルの各辺の略中央部が相対的に薄い部分となるよう形成されている。
【００２９】
（３）  上記（１）または（２）に記載のＨＣトラップ触媒において、ＨＣ吸着層が相対的に相対的に薄い部分では、三元触媒層の一部が三角セルの内壁に接している。これによって、三元触媒層は一層被毒されにくい部分を有することになり、総じて所期の性能を長期に亙って維持することが可能となる。
【００３０】
（４）  上記（１）〜（３）のいずれかに記載のＨＣトラップ触媒において、三元触媒層は、三角セルの長手方向に沿って延び、厚さが略均一である略円筒形状に形成されている。これによって、三元触媒層の内側に形成される排気ガス通路の通路断面積を相対的に大きくすることができ、圧力損失を抑制する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るＨＣトラップ触媒を模式的に示す説明図。
【図２】三角セルＨＣトラップ触媒と四角セルＨＣトラップ触媒の浄化効率を比較する説明図。
【図３】三角セルＨＣトラップ触媒と四角セルＨＣトラップ触媒の通気抵抗を比較する説明図。
【図４】三角セルＨＣトラップ触媒におけるウォッシュコート量とゼオライト層の厚さとの相関を示す説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１…ＨＣトラップ触媒
２…三角セル
３…三元触媒層
４…ゼオライト層
５…排気ガス通路
【図１】
2005305220.tif 000003
【図２】
2005305220.tif 000004
【図３】
2005305220.tif 000005
【図４】
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