催化轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及被收納固定于構(gòu)成排氣（廢氣）的排氣系統(tǒng)的配管內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在各種產(chǎn)業(yè)界，針對(duì)減少環(huán)境影響負(fù)載的各種努力正在全球范圍內(nèi)進(jìn)行，其中，在 汽車產(chǎn)業(yè)中，燃油經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛自不必說，面向混合動(dòng)力車、電動(dòng)車等所 謂的環(huán)保車的普及及其進(jìn)一步的性能提高的開發(fā)每天都在進(jìn)展。
[0003] 然而，在將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與消聲器連接的排氣的排氣系統(tǒng)中，一般配設(shè)有用于凈化 排氣的催化轉(zhuǎn)換器。
[0004] 發(fā)動(dòng)機(jī)有時(shí)排出CO、NOx、未燃燒的HC、VOC等對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，為了將這樣的有 害物質(zhì)轉(zhuǎn)換為能夠允許的物質(zhì)，在具備多個(gè)孔室的基材的孔室壁面形成有包含鈀、鉑之類 的貴金屬催化劑的催化劑層。更具體而言，在多個(gè)孔室的孔室壁面上，沿著基材的長(zhǎng)度方 向即排氣流通的方向形成有催化劑層，使排氣在具備這樣的構(gòu)成的基材的催化轉(zhuǎn)換器中通 過，CO轉(zhuǎn)化為C02,NOx轉(zhuǎn)化為N2和0 2,VOC燃燒而生成0)2和H20。
[0005] 然而，一般為在例如蜂窩結(jié)構(gòu)的具備孔室的基材中，基材的孔室密度均勻一致的 催化轉(zhuǎn)換器，但由于基材的截面中央?yún)^(qū)域的排氣的流速分布比周邊區(qū)域高，因此存在不能 夠充分活用基材整體的催化劑層的課題。因此，考慮到這樣的排氣的流速分布，通過形成為 與基材的周邊區(qū)域相比，中央?yún)^(qū)域的孔室密度高的催化轉(zhuǎn)換器，能夠盡可能地降低基材截 面內(nèi)的流速分布差，能夠進(jìn)行有效活用了催化轉(zhuǎn)換器整體的催化劑層的排氣凈化。
[0006] 在此，專利文獻(xiàn)1中公開了下述技術(shù)：對(duì)于作為催化轉(zhuǎn)換器（在此為催化體）的整 體孔室密度均勻一致的例如蜂窩結(jié)構(gòu)的基材，通過使在其中央?yún)^(qū)域（在此為中心部）和周 邊區(qū)域（在此為外周部）中所擔(dān)載的貴金屬催化劑的量變化而提高排氣凈化性能的技術(shù)。 更具體而言，使催化體之中、氣體流動(dòng)多的中心部所擔(dān)載的每單位體積的催化劑量為外周 部的I. 1倍以上。
[0007] 這樣，能夠通過在基材的截面上使孔室密度變化來降低壓損（壓力損失）、提高排 氣凈化性能。
[0008] 然而，在這樣形成了在基材的截面上孔室密度不同的催化轉(zhuǎn)換器的情況下，往往 在孔室密度高的區(qū)域和孔室密度低的區(qū)域，表觀的催化劑涂布量不同。這是由于即使催 化劑量為相同量，擔(dān)載于每1個(gè)孔室上的催化劑層的厚度也不同，更具體而言，依據(jù)以下事 實(shí)：由于孔室密度高的區(qū)域與孔室密度低的區(qū)域相比，蜂窩結(jié)構(gòu)體的幾何學(xué)表面積（GSA) 大，因此催化劑層的厚度薄。此時(shí)，在孔室密度低的區(qū)域中，催化劑層的厚度相對(duì)較厚，但該 情況下向催化劑層的深層部的氣體擴(kuò)散性降低，孔室密度低的區(qū)域不能夠期待充分的排氣 凈化性能。該課題不是上述的專利文獻(xiàn)1中公開的催化轉(zhuǎn)換器的方案所提出的問題，即使 采用該催化轉(zhuǎn)換器也并不能解決。
[0009] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)I:日本特開2002-177794號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，涉及具有由孔室密度不同的區(qū)域構(gòu)成的基材的 催化轉(zhuǎn)換器，其目的是提供在基材的全部區(qū)域中排氣凈化性能優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。
[0013] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器，是在孔室結(jié)構(gòu)的基材的孔室壁面上沿著 氣體流通的基材的長(zhǎng)度方向形成有催化劑層的催化轉(zhuǎn)換器，所述催化劑層是在載體上擔(dān)載 貴金屬催化劑而成的催化劑層，基材由孔室密度相對(duì)高的第1區(qū)域和孔室密度相對(duì)低的第 2區(qū)域構(gòu)成，第2區(qū)域中的催化劑層的厚度相對(duì)于第1區(qū)域中的催化劑層的厚度的比率在大 于0. 95倍且為1. 2倍以下的范圍。
[0014] 本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器，通過相對(duì)于孔室密度相對(duì)高的第1區(qū)域中的催化劑層的厚 度，孔室密度相對(duì)低的第2區(qū)域中的催化劑層的厚度的比率調(diào)整為大于0. 95倍且為1. 2倍 以下的范圍，在基材的任一區(qū)域中都能使向催化劑層的深層部的排氣擴(kuò)散性良好，成為排 氣凈化性能優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明人等的驗(yàn)證，證實(shí)到通過應(yīng)用上述構(gòu)成的催化轉(zhuǎn)換器，排氣的排放量 降低。
[0016] 而且證實(shí)到通過應(yīng)用上述構(gòu)成的催化轉(zhuǎn)換器，壓損也變低。
[0017] 這樣，通過應(yīng)用本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)低壓損且具有高的排氣凈化性能 的催化轉(zhuǎn)換器。
[0018] 另外，作為本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施方式，可舉出下述實(shí)施方式：在基材的 與氣體流通的方向正交的截面上形成有孔室密度不同的兩個(gè)區(qū)域，所述兩個(gè)區(qū)域?yàn)樗鼋?面的中央?yún)^(qū)域和其周邊區(qū)域，所述第1區(qū)域?yàn)樗鲋醒雲(yún)^(qū)域，所述第2區(qū)域?yàn)樗鲋苓厖^(qū) 域。
[0019] 通過使中央?yún)^(qū)域的孔室密度相對(duì)較高，與孔室密度均勻一致的基材相比，能夠減 小中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域的排氣的流速分布之差，能夠有效活用構(gòu)成催化轉(zhuǎn)換器的催化劑整 體來進(jìn)行排氣凈化。
[0020] 在此，孔室結(jié)構(gòu)的基材，除了由堇青石、碳化硅等陶瓷材料構(gòu)成的基材以外，也可 以使用金屬材料等的除了陶瓷材料以外的材料的基材，所述堇青石由氧化鎂、氧化鋁和二 氧化硅的復(fù)合氧化物構(gòu)成。另外，其構(gòu)成可以應(yīng)用具備四角形、六角形、八角形等的多個(gè)格 子輪廓的孔室的所謂的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
[0021] 另外，作為構(gòu)成形成于基材的孔室壁面的催化劑層的載體，可舉出作為多孔質(zhì)氧 化物的以Ce02、Zr02、Al2O3的至少一種為主成分的氧化物，可舉出由二氧化鈰（CeO2)、二氧 化鋯（ZrO2)和氧化鋁（Al2O3)的任一種構(gòu)成的氧化物、由其中的兩種以上構(gòu)成的復(fù)合氧化 物（所謂的CZ材料即CeO2-ZrO2化合物、作為擴(kuò)散壁皇導(dǎo)入了Al203的Al203-Ce02-Zr0g 元系復(fù)合氧化物（ACZ材料）等）。對(duì)這些載體擔(dān)載銠、鈀、鉑等貴金屬催化劑之中的一種或 兩種以上而形成催化劑層。
[0022] 本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選是具有耐熱沖擊性優(yōu)異的堇青石蜂窩載體的催化轉(zhuǎn)化 器，但除此以外也可以是電加熱式的催化轉(zhuǎn)換器（EHC:ElectricalIyHeatedConverter)。 該電加熱式的催化轉(zhuǎn)換器，例如將一對(duì)電極安裝于蜂窩催化劑上，通過對(duì)電極通電來加熱 蜂窩催化劑，從而提高蜂窩催化劑的活性，將通過該蜂窩催化劑的排氣無害化，通過應(yīng)用于 將車輛發(fā)動(dòng)機(jī)與消音器連接的排氣的排氣系統(tǒng)中，除了能夠?qū)⒊貢r(shí)的排氣凈化以外，還 能夠在冷態(tài)時(shí)通過電加熱使催化劑活性化從而將排氣凈化。
[0023] 如由以上的說明能夠理解的那樣，根據(jù)本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器，通過作為其構(gòu)成要 素的基材由孔室密度相對(duì)高的第1區(qū)域和孔室密度相對(duì)低的第2區(qū)域構(gòu)成，且第2區(qū)域中 的催化劑層的厚度相對(duì)于第1區(qū)域中的催化劑層的厚度的比率在大于〇. 95倍且為1. 2倍 以下的范圍，能夠提供排氣凈化性能優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。
【附圖說明】
[0024] 圖1是說明本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式的示意圖。
[0025] 圖2(a)是將基材的第1區(qū)域（中央?yún)^(qū)域）的孔室壁面放大的圖，（b)是將基材的 第2區(qū)域（周邊區(qū)域）的孔室壁面放大的圖。
[0026] 圖3是說明孔室密度均勻一致的基材、和中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域的孔室密度不同的 基材的排氣的流速分布的圖。
[0027] 圖4是表示測(cè)定催化轉(zhuǎn)換器的排放和壓損的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0029] (排氣的排氣系統(tǒng)）
[0030] 首先，對(duì)具有本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的排氣的排氣系統(tǒng)進(jìn)行概述。應(yīng)用本發(fā)明的催 化轉(zhuǎn)換器的排氣的排氣系統(tǒng)，配置有發(fā)動(dòng)機(jī)、催化轉(zhuǎn)換器、三元催化轉(zhuǎn)換器、副消聲器和主 消聲器，且它們相互用系統(tǒng)管連接，在發(fā)動(dòng)機(jī)中生成的排氣經(jīng)由系統(tǒng)管在各部分中流通并 被排出。接著，以下對(duì)催化轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0031] (催化轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式）
[0032] 圖1是說明本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式的示意圖，圖2a是將基材的第1區(qū)域 (中央?yún)^(qū)域）的孔室壁面放大的圖，圖2b是將基材的第2區(qū)域（周邊區(qū)域）的孔室壁面放 大的圖。另外，圖3是說明孔室密度均勻一致的基材、和中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域的孔室密度不 同的基材的排氣的流速分布的圖。
[0033] 在圖1中示出的催化轉(zhuǎn)換器10,由具有多個(gè)孔室的筒狀的基材1、和形成于構(gòu)成孔 室的孔室壁2的表面上的催化劑層3大致構(gòu)成。
[0034] 在此，作為基材1的材料，可舉出由氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅的復(fù)合氧化物構(gòu)成 的堇青石、和碳化硅等陶瓷材料、金屬材料等的除了陶瓷材料以外的材料。另外，作為構(gòu) 成