本發(fā)明涉及在構(gòu)成排氣的排氣系統(tǒng)的配管內(nèi)收納固定的催化轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

在各種產(chǎn)業(yè)界，針對(duì)降低環(huán)境影響負(fù)荷，在世界范圍內(nèi)進(jìn)行著各種努力，其中，在汽車產(chǎn)業(yè)中，燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車自不必說(shuō)，針對(duì)混合動(dòng)力車、電動(dòng)車等所謂的環(huán)保車的普及及其性能的進(jìn)一步提高的開(kāi)發(fā)每天都在進(jìn)行著。除了這樣的環(huán)保車的開(kāi)發(fā)以外，也積極進(jìn)行著關(guān)于將從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣(廢氣)凈化的排氣凈化催化劑的研究。該排氣凈化催化劑包含氧化催化劑、三元催化劑、nox吸藏還原催化劑等，在該排氣凈化催化劑中體現(xiàn)催化活性的是鉑(pt)、鈀(pd)、銠(rh)等貴金屬催化劑，貴金屬催化劑一般以被擔(dān)載于由氧化鋁(al2o3)等多孔質(zhì)氧化物構(gòu)成的載體上的狀態(tài)使用。

將車輛發(fā)動(dòng)機(jī)與消音器連接的排氣的排氣系統(tǒng)，一般配置有用于凈化排氣的催化轉(zhuǎn)換器。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)，通過(guò)使排氣在催化轉(zhuǎn)換器中流通來(lái)將co轉(zhuǎn)化為co2，將nox轉(zhuǎn)化為n2和o2，voc燃燒從而生成co2和h2o，所述催化轉(zhuǎn)換器是將催化劑層配置于基材的孔室壁面來(lái)形成的，所述催化劑層是在載體上擔(dān)載有rh、pd、pt之類的貴金屬催化劑的層。

作為擔(dān)載貴金屬催化劑的載體，可舉出ceo2-zro2固溶體(cz材料，被稱為氧化鈰(二氧化鈰)-氧化鋯系復(fù)合氧化物等)，這也被稱為助催化劑，是將排氣中的有害成分co、nox、hc同時(shí)除去的上述三元催化劑中必需的成分，作為該助催化劑中必需的成分可舉出ceo2。該ceo2根據(jù)其所處的排氣中的氧分壓，其氧化數(shù)變化為ce³⁺、ce⁴⁺，具有為了補(bǔ)償電荷的過(guò)量或不足而吸放氧的功能、和儲(chǔ)藏氧的功能(氧吸放能力(osc:oxygenstoragecapacity))。而且，為保持該三元催化劑的凈化窗而能夠吸收和緩和排氣的氣氛變動(dòng)，從而保持在理論空燃比附近。

然而，從稀有金屬等的材料風(fēng)險(xiǎn)的降低、和成本競(jìng)爭(zhēng)力的觀點(diǎn)出發(fā)，如何減少上述三元催化劑中的貴金屬催化劑的使用量成為重要因素。但是，如果大幅度減少三元催化劑中的貴金屬催化劑，則催化活性也大幅度降低，上述的osc性能、低溫活性、高溫環(huán)境下的nox凈化性能等顯著降低。這是由于，通過(guò)貴金屬催化劑的大幅度的減少，活性點(diǎn)數(shù)也大幅度減少，催化反應(yīng)位點(diǎn)大幅度減少，由此凈化性能的降低變得顯著。

在三元催化劑中特別采用的pt、pd、rh這些貴金屬催化劑之中，rh的nox凈化性能最優(yōu)異，但每單位重量的市場(chǎng)價(jià)格最高。另外，已知rh通過(guò)擔(dān)載于包含氧化鈰(二氧化鈰)的載體上可呈現(xiàn)出高的osc性能，但也已知存在下述的相反關(guān)系：載體中的氧化鈰越多，作為rh的特征的nox凈化性能反倒降低。因此，在三元催化劑中使用rh作為貴金屬催化劑時(shí)，三元催化劑在制作方面需要使osc性能和nox凈化性能這兩項(xiàng)性能都最佳的設(shè)計(jì)方針。

在此，專利文獻(xiàn)1涉及一種具備載體和設(shè)置于該載體上的催化劑層的排氣凈化用催化劑，公開(kāi)了下述排氣凈化用催化劑：催化劑層中以混合狀態(tài)含有擔(dān)載有pt或pd的活性al2o3、擔(dān)載有rh的ceo2-zro2-nd2o3復(fù)合氧化物、擔(dān)載有rh的zro2被覆al2o3、以及粘合劑材料，zro2被覆al2o3的質(zhì)量比為zro2/al2o3＝5/95～15/85。

另外，專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了一種排氣凈化用催化劑，其由載體基材、在該載體基材表面形成的下催化劑層、和在下催化劑層表面形成的上催化劑層構(gòu)成，下催化劑層中擔(dān)載有pt和pd的至少一方，上催化劑層中至少擔(dān)載rh。在該排氣凈化用催化劑中，下催化劑層和上催化劑層都包含二氧化鈰和氧化鋯，摩爾比(ceo2/zro2)分別在20/80～40/60的范圍，并且下催化劑層的摩爾比(ceo2/zro2)為上催化劑層的摩爾比(ceo2/zro2)以上，下催化劑層中所擔(dān)載的pt和pd的至少一方僅擔(dān)載于二氧化鈰或包含二氧化鈰的復(fù)合氧化物上，上催化劑層中所擔(dān)載的rh僅擔(dān)載于氧化鋯或包含氧化鋯的復(fù)合氧化物上。

另外，專利文獻(xiàn)3公開(kāi)了一種排氣凈化用催化劑，其具有催化劑基材、和包含貴金屬和耐火性無(wú)機(jī)氧化物且形成于催化劑基材上的催化劑涂層。在該排氣凈化用催化劑中，催化劑涂層具有包含a層和b層的層結(jié)構(gòu)，a層中作為貴金屬包含pd和pt，其重量比為3:1～20:1，b層中作為貴金屬包含rh，a層中作為耐火性無(wú)機(jī)氧化物包含(a)氧化鋁、和(b)zro2的組成比為40～95質(zhì)量％的鈰-鋯復(fù)合氧化物，(a)與(b)的重量比在1:1～1:5的范圍。

此外，專利文獻(xiàn)4公開(kāi)了一種排氣凈化用催化劑，其在耐熱性支持載體上形成有第1被覆層，在該第1被覆層上形成有第2被覆層。在該排氣凈化用催化劑中，第1被覆層包含擔(dān)載有鈀的氧化鋁，第2被覆層包含共存擔(dān)載有鉑和銠的ce-zr系復(fù)合氧化物、和與該復(fù)合氧化物的組成不同且共存擔(dān)載有鉑和銠的zr-ce系復(fù)合氧化物。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第4217576號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利第5322596號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本專利第4838258號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本專利第3688974號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

專利文獻(xiàn)1～4中公開(kāi)的排氣凈化用催化劑，雖然應(yīng)用rh作為貴金屬催化劑，但并沒(méi)有公開(kāi)上述課題、即osc性能和nox凈化性能這兩種性能都最佳的排氣凈化用催化劑。

本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的是提供osc性能和nox凈化性能均優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器包含能流通排氣的孔室結(jié)構(gòu)的基材、和形成于該基材的孔室壁面的催化劑層，所述催化劑層由在所述基材中配置于排氣流動(dòng)方向的上游側(cè)的上游側(cè)催化劑層、和配置于排氣流動(dòng)方向的下游側(cè)的下游側(cè)催化劑層構(gòu)成，所述上游側(cè)催化劑層由包含al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物和al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物的載體、和擔(dān)載于該載體上的貴金屬催化劑即至少rh形成，所述下游側(cè)催化劑層由載體、和擔(dān)載于該載體上的貴金屬金屬pd或pt形成，在所述上游側(cè)催化劑層的所述載體中，al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物/(al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物+al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物)的質(zhì)量比例為0.33以上0.5以下的范圍，在所述上游側(cè)催化劑層中，rh的75質(zhì)量％以上被所述載體中的al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物擔(dān)載。

本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器，具有所謂的區(qū)域涂布催化劑層，該催化劑層由在基材上配置于排氣流動(dòng)方向的上游側(cè)的上游側(cè)催化劑層、和配置于排氣流動(dòng)方向的下游側(cè)的下游側(cè)催化劑層構(gòu)成。

構(gòu)成上游側(cè)催化劑層的載體，包含al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物(acz材料)和al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物(az材料)，由本發(fā)明人證實(shí)，通過(guò)al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物/(al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物+al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物)的質(zhì)量比例為0.33以上0.5以下的范圍，會(huì)成為osc性能和低溫活性性能(nox凈化性能)這兩者都優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。

進(jìn)而，由本發(fā)明人證實(shí)，通過(guò)在上游側(cè)催化劑層中，rh的75質(zhì)量％以上被載體中的al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物擔(dān)載，會(huì)成為osc性能和nox凈化性能這兩者都優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。這是由于，針對(duì)在上游側(cè)催化劑層中，載體中的ceo2越多，作為rh的特征的nox凈化性能越降低這一課題，在載體中使不含ceo2的al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物擔(dān)載rh的75質(zhì)量％以上，由此nox凈化性能的降低得到抑制。

在此，作為孔室結(jié)構(gòu)的基材，除了由氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅的復(fù)合氧化物構(gòu)成的堇青石、由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。另外，關(guān)于其構(gòu)成，可以應(yīng)用具備下述孔室的所謂的蜂窩構(gòu)造體，所述孔室是四角形、六角形、八角形等的許多的格子輪廓的孔室。

另外，“貴金屬催化劑即至少rh”意味著：上游側(cè)催化劑層中，作為貴金屬催化劑具備rh、rh/pd、rh/pt、rh/pt/pd的任一種或兩種以上。另外，“貴金屬催化劑pd或pt”意味著：下游側(cè)催化劑層中，作為貴金屬催化劑具備pd、pt、pd/pt的任一種或兩種以上。

上游側(cè)催化劑層和下游側(cè)催化劑層，除了兩者不搭接而完全地形成一層結(jié)構(gòu)的催化劑層的形態(tài)以外，也可以是上游側(cè)催化劑層和下游側(cè)催化劑層以它們的一部分搭接(重疊)，在搭接部位，下游側(cè)催化劑層配置于基材的表面，上游側(cè)催化劑層配置于下游側(cè)催化劑層的表面的形態(tài)等。就上游側(cè)催化劑層和下游側(cè)催化劑層兩者不搭接的形態(tài)而言，可舉出：相對(duì)于基材的全長(zhǎng)，上游側(cè)催化劑層的長(zhǎng)度和下游側(cè)催化劑層的長(zhǎng)度都為50％的形態(tài)、上游側(cè)催化劑層的長(zhǎng)度為60％且下游側(cè)催化劑層的長(zhǎng)度為40％的形態(tài)等。另外，就上游側(cè)催化劑層和下游側(cè)催化劑層以它們的一部分搭接的形態(tài)而言，可舉出：相對(duì)于基材的全長(zhǎng)，上游側(cè)催化劑層的長(zhǎng)度從基材的排氣入口端起算為60％，下游側(cè)催化劑層的長(zhǎng)度從基材的排氣出口端起算也為60％，且兩者的20％的長(zhǎng)度搭接(重疊)的形態(tài)等。

另外，在本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的另一實(shí)施方式中，催化轉(zhuǎn)換器包含：能流通排氣的孔室結(jié)構(gòu)的基材、和形成于該基材的孔室壁面的催化劑層，所述催化劑層由配置于所述基材的表面的下催化劑層、和配置于該下催化劑層的表面的上催化劑層構(gòu)成，所述上催化劑層由包含al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物和al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物的載體、和擔(dān)載于該載體上的貴金屬催化劑即至少rh形成，所述下催化劑層由載體、和擔(dān)載于該載體上的貴金屬催化劑pd或pt形成，在所述上催化劑層的所述載體中，al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物/(al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物+al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物)的質(zhì)量比例為0.33以上0.5以下的范圍，在所述上催化劑層中，rh的75質(zhì)量％以上被所述載體中的al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物擔(dān)載。

本實(shí)施方式的催化轉(zhuǎn)換器，具有下催化劑層和上催化劑層的雙層結(jié)構(gòu)的催化劑層，上催化劑層具有與已述的上游側(cè)催化劑層同樣的構(gòu)成，下催化劑層具有與已述的下游側(cè)催化劑層同樣的構(gòu)成。而且，上催化劑層與已述的上游側(cè)催化劑層同樣地最先與排氣接觸，下催化劑層與已述的下游側(cè)催化劑層同樣地在上催化劑層以及上游側(cè)催化劑層與排氣接觸之后再與排氣接觸，因此具有同樣的作用效果。

由于上催化劑層具有與上游側(cè)催化劑層同樣的構(gòu)成，因此成為osc性能和nox凈化性能這兩者都優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。

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)換器，但除此以外也可以是電加熱式的催化轉(zhuǎn)換器(ehc:electricallyheatedconverter)。該電加熱式的催化轉(zhuǎn)換器，例如在蜂窩催化劑上安裝一對(duì)電極，將電極通電，由此來(lái)加熱蜂窩催化劑，提高蜂窩催化劑的活性，將通過(guò)該催化劑的排氣無(wú)害化，通過(guò)應(yīng)用于將車輛發(fā)動(dòng)機(jī)與消聲器連接的排氣的排氣系統(tǒng)，除了能凈化通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的排氣，還能夠在冷態(tài)時(shí)通過(guò)電加熱而使催化劑活化從而對(duì)排氣進(jìn)行凈化。

如從以上的說(shuō)明能夠理解的那樣，本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器，就催化劑層由上游側(cè)催化劑層和下游側(cè)催化劑層構(gòu)成的形態(tài)而言，上游側(cè)催化劑層具備包含al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物和al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物的載體、和擔(dān)載于載體上的貴金屬催化劑即至少rh，另外，就催化劑層為下催化劑層和上催化劑層的雙層結(jié)構(gòu)的形態(tài)而言，上催化劑層具備包含al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物和al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物的載體、和擔(dān)載于載體上的貴金屬催化劑即至少rh。而且，通過(guò)al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物/(al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物+al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物)的質(zhì)量比例為0.33以上0.5以下的范圍，且rh的75質(zhì)量％以上被載體中的al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物擔(dān)載，由此成為osc性能和nox凈化性能這兩者都優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的示意圖。

圖2是將孔室的一部分放大后的圖。

圖3是對(duì)催化劑層的實(shí)施方式1進(jìn)行說(shuō)明的縱截面圖。

圖4是對(duì)催化劑層的實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明的縱截面圖。

圖5是對(duì)催化劑層的實(shí)施方式3進(jìn)行說(shuō)明的縱截面圖。

圖6是表示驗(yàn)證上催化劑層中的載體中的acz比率與osc性能以及低溫活性性能的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。

圖7是表示上催化劑層中的az上的rh比率和驗(yàn)證osc性能以及nox凈化性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1…基材，2…孔室壁，3、3a、3b…催化劑層，4、4a…上游側(cè)催化劑層，5、5a…下游側(cè)催化劑層，4b…上催化劑層，5b…下催化劑層，10…催化轉(zhuǎn)換器，fr…排氣的流動(dòng)方向上游側(cè)，rr…排氣的流動(dòng)方向下游側(cè)。

具體實(shí)施方式

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(shuō)明。

(排氣的排氣系統(tǒng))

首先，對(duì)本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器所在的排氣的排氣系統(tǒng)進(jìn)行大致說(shuō)明。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，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(shuō)明。

(催化轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式)

圖1是本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的示意圖，圖2是將孔室的一部分放大后的圖。另外，圖3～5都是對(duì)催化劑層的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明的縱截面圖。

圖1中所示的催化轉(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的表面的催化劑層3(參照?qǐng)D2)大致構(gòu)成。

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、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。

基材1由具備四角形、六角形、八角形等的許多的格子輪廓的孔室的蜂窩結(jié)構(gòu)體構(gòu)成，流入到基材1中的排氣的流動(dòng)方向上游側(cè)(fr側(cè))的端部的孔室內(nèi)的排氣，在基材1的內(nèi)部流通，在該流通過(guò)程中被凈化，被凈化了的排氣從基材1中排氣的流動(dòng)方向下游側(cè)(rr側(cè))的端部流出(x方向)。

接著，參照?qǐng)D3～5對(duì)催化劑層的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

圖3中所示的催化劑層3，成為由在基材1上配置于排氣的流動(dòng)方向的上游側(cè)的上游側(cè)催化劑層4、和配置于排氣的流動(dòng)方向的下游側(cè)的下游側(cè)催化劑層5構(gòu)成的區(qū)域涂布催化劑層。

在將基材1的全長(zhǎng)設(shè)為100％時(shí)，上游側(cè)催化劑層4的長(zhǎng)度和下游側(cè)催化劑層5的長(zhǎng)度都為50％。再者，也可以是上游側(cè)催化劑層4的長(zhǎng)度為60％且下游側(cè)催化劑層5的長(zhǎng)度為40％的形態(tài)等的圖示例以外的形態(tài)。

上游側(cè)催化劑層4由包含al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物(acz材料)和al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物(az材料)的載體、和擔(dān)載于載體上的貴金屬催化劑即至少rh形成。

作為貴金屬催化劑至少含rh的形態(tài)，有rh、rh/pd、rh/pt、rh/pt/pd的任一種或兩種以上的形態(tài)。

另一方面，下游側(cè)催化劑層5由載體、和擔(dān)載于載體上的貴金屬催化劑pd或pt形成，所述載體由al2o3、ceo2-zro2(cz材料)等構(gòu)成。再者，下游側(cè)催化劑層5的載體的種類不特別限制，可以使用在通常的排氣催化劑中所采用的載體。

作為貴金屬催化劑包含pd或pt的形態(tài)，有pd、pt、pd/pt的任一種或兩種以上的形態(tài)。

在上游側(cè)催化劑層4中，關(guān)于包含al2o3-ceo2-zro2三元系復(fù)合氧化物(acz材料)和al2o3-zro2二元系復(fù)合氧化物(az材料)的載體，acz材料/(acz材料+az材料)的質(zhì)量比例在0.33以上0.5以下的范圍。進(jìn)而，在上游側(cè)催化劑層4中，rh的75質(zhì)量％以上被載體中的az材料擔(dān)載。

由后述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，通過(guò)acz材料/(acz材料+az材料)的質(zhì)量比例在0.33以上0.5以下的范圍，成為osc性能和低溫活性性能(nox凈化性能)這兩者都優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器10。

進(jìn)而證實(shí)，通過(guò)rh的75質(zhì)量％以上被載體中的az材料擔(dān)載，成為osc性能和nox凈化性能這兩者都優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器10。其根據(jù)如下：針對(duì)在上游側(cè)催化劑層4中，載體中的ceo2越多，作為rh的特征的nox凈化性能越降低這一課題，使載體中不含ceo2的az材料擔(dān)載rh的75質(zhì)量％以上，由此nox凈化性能的降低得到了抑制。

另一方面，圖4所示的催化劑層3a中，上游側(cè)催化劑層4a具有基材1的全長(zhǎng)的60％的長(zhǎng)度，下游側(cè)催化劑層5a也具有基材1的全長(zhǎng)的60％的長(zhǎng)度，因此它們的20％的長(zhǎng)度搭接，在搭接部位，下游側(cè)催化劑層5a配置于基材1的表面，上游側(cè)催化劑層4a配置于下游側(cè)催化劑層5a的表面。

此外，圖5所示的催化劑層3b，由配置于基材1表面的下催化劑層5b、和配置于下催化劑層5b的表面的上催化劑層4b構(gòu)成。

而且，上催化劑層4b具有與已述的上游側(cè)催化劑層4、4a同樣的構(gòu)成，下催化劑層5b具有與已述的下游側(cè)催化劑層5、5a同樣的構(gòu)成。

由于上催化劑層4b具有與上游側(cè)催化劑層4、4a同樣的構(gòu)成，因此成為osc性能和nox凈化性能這兩者都優(yōu)異的催化轉(zhuǎn)換器。

(驗(yàn)證上催化劑層中的載體中的acz比率與osc性能以及低溫活性性能的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證上催化劑層的az上的rh比率和osc性能以及nox凈化性能的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)以及這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果)

本發(fā)明人采用以下方法制作催化劑漿液和催化轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行耐久試驗(yàn)，來(lái)進(jìn)行催化轉(zhuǎn)換器的性能評(píng)價(jià)，由此來(lái)規(guī)定上催化劑層中的載體中的acz比率的最佳范圍、和上催化劑層中的az上的rh比率的最佳范圍。關(guān)于催化劑層，制作了以下表1所示的實(shí)施例1、2、比較例1～3這5種、和表2所示的實(shí)施例3、4、比較例4～6這5種，并制作具備各催化劑層的催化轉(zhuǎn)換器從而實(shí)施了耐久試驗(yàn)。

(關(guān)于催化劑層的制作方法)

首先，使用硝酸pd調(diào)制了將pd擔(dān)載于al2o3上的pt/al2o3(材料1)。該擔(dān)載方法應(yīng)用了含浸法。接著，一邊攪拌一邊向蒸餾水中投入材料1、ceo2-zro2二元系復(fù)合氧化物(cz材料)、硫酸ba、al2o3系粘合劑，調(diào)制出懸浮了的漿液1。進(jìn)而，將調(diào)制出的漿液1向基材流入，用吹風(fēng)機(jī)吹去不需要的部分，由此在基材的壁面涂布了材料。該時(shí)，制備出涂布材料相對(duì)于基材容量，pd為0.2g/l、材料1為25g/l、cz材料為30g/l、硫酸ba為2.5g/l的pd層。最后，用保持為120℃的干燥機(jī)進(jìn)行了2小時(shí)的水分飛散后，用電爐進(jìn)行了500℃、2小時(shí)的燒成。

同樣地，使用硝酸rh調(diào)制了將rh擔(dān)載于az材料上的rh/az材料(材料2)。接著，一邊攪拌一邊向蒸餾水中投入材料2、acz材料、al2o3、al2o3系粘合劑，調(diào)制出懸浮了的漿液2。進(jìn)而，將調(diào)制出的漿液2向基材流入，用吹分機(jī)吹去不需要的部分，由此在基材的壁面涂布了材料。該時(shí)，制備出涂布材料相對(duì)于基材容量，rh為0.12g/l、材料2和acz材料成為表1的比例、al2o3為20g/l的rh層。最后，用保持為120℃的干燥機(jī)進(jìn)行了2小時(shí)的水分飛散后，用電爐進(jìn)行了500℃、2小時(shí)的燒成。

總結(jié)以上，構(gòu)成表1所示的比較例1～3、實(shí)施例1、2的各雙層催化劑中，下催化劑層(pd層)為pd(0.2g/l)/al2o3(25g/l)+cz材料(30g/l)+硫酸ba(2.5g/l)，上催化劑層(rh層)為rh(0.12g/l)/az材料(xg/l)+acz材料(yg/l)+al2o3(20g/l)，rh層的az材料(xg/l)和acz材料(yg/l)在各實(shí)施例和比較例中成為表1所示的值。

表1

另一方面，關(guān)于實(shí)施例3、4、比較例4～6的制作，下催化劑層(pd層)是采用與實(shí)施例1、2和比較例1～3同樣的制作方法制作的。

接著，使用硝酸rh調(diào)制了將rh擔(dān)載于az材料上的rh/az材料(材料2)、將rh擔(dān)載于acz材料上的rh/acz材料(材料3)。再者，實(shí)施例3、4、比較例4～6中的rh的擔(dān)載比例如表2所示。

然后，一邊攪拌一邊向蒸餾水投入材料2、材料3、al2o3、al2o3系粘合劑，調(diào)制出懸浮了的漿液3。進(jìn)而，將調(diào)制出的漿液3向基材流入，用吹風(fēng)機(jī)吹去不需要的部分，由此在基材的壁面涂布了材料。該時(shí)，制備出涂布材料相對(duì)于基材容量，rh為0.12g/l、材料2為52.5g/l、材料3為52.5g/l、al2o3為20g/l的rh層。最后，用保持為120℃的干燥機(jī)進(jìn)行了2小時(shí)的水分飛散后，用電爐進(jìn)行了500℃、2小時(shí)的燒成。

總結(jié)以上，構(gòu)成表2所示的比較例4～6、實(shí)施例3、4的各雙層催化劑中，下催化劑層(pd層)為pd(0.2g/l)/al2o3(25g/l)+cz材料(30g/l)+硫酸ba(2.5g/l)，上催化劑層(rh層)為rh(xg/l)/az材料(52.5g/l)+rh(0.12-xg/l)/acz材料(52.5g/l)+al2o3(20g/l)，rh層的az材料所擔(dān)載的rh(xg/l)和acz材料所擔(dān)載的rh(0.12-xg/l)在各實(shí)施例和比較例中為表2所示的值。

表2

(關(guān)于耐久試驗(yàn))

在v型8缸4.3升汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中安裝各催化轉(zhuǎn)換器，將催化劑床溫設(shè)為1000℃，以在1分鐘中包含反饋、燃油切斷、濃、稀的條件進(jìn)行了50小時(shí)的耐久試驗(yàn)。

(關(guān)于評(píng)價(jià)方法)

關(guān)于低溫活性，將劣化了的催化轉(zhuǎn)換器安裝于排氣系統(tǒng)，使進(jìn)入氣體溫度以20℃/分鐘升溫，用凈化率成為50％時(shí)的溫度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。另外，關(guān)于穩(wěn)態(tài)濃nox凈化性能，將劣化了的催化轉(zhuǎn)換器安裝于排氣系統(tǒng)，用使進(jìn)入的氣體氣氛持續(xù)a/f濃時(shí)的nox排出量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。而且，關(guān)于osc性能，將劣化了的催化轉(zhuǎn)換器安裝于排氣系統(tǒng)，將進(jìn)入的氣體氣氛以a/f濃、稀進(jìn)行切換，根據(jù)相對(duì)于切換的催化劑后面的傳感器的行為算出osc。

將驗(yàn)證上催化劑層中的載體中的acz比率與osc性能以及低溫活性性能的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖6，將驗(yàn)證上催化劑層中的az上的rh比率與osc性能以及nox凈化性能的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖7。

由圖6證實(shí)，在實(shí)施例1與實(shí)施例2之間的范圍、即acz材料/(acz材料+az材料)的質(zhì)量比例為0.33以上0.5以下的范圍中，osc性能和低溫活性性能都良好。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在上催化劑層的載體中，acz材料/(acz材料+az材料)的質(zhì)量比例規(guī)定為0.33以上0.5以下的范圍。

另一方面，由圖7證實(shí)，在實(shí)施例3與實(shí)施例4之間的范圍、即rh的75質(zhì)量％以上(100質(zhì)量％以下)的范圍中，osc性能和nox凈化性能都良好。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在上催化劑層中，載體中的az材料所擔(dān)載的rh的比率規(guī)定為75質(zhì)量％以上。

以上利用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但具體的構(gòu)成并不限定于該實(shí)施方式，即使有不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)變更等，這些設(shè)計(jì)變更也包含在本發(fā)明中。