[发明专利]催化转换器

说明书

技术领域

本发明涉及在构成排气的排气系统的配管内收纳固定的催化转换器。

背景技术

在各种产业中，正在全球范围内开展为了减少环境影响负荷的各种努力，其中，在汽车产业中，燃耗性能优异的汽油发动机汽车自不必说，为了普及混合动力车、电动汽车等所谓的环保车和提高其进一步的性能的开发也在日益推进。除了这样的环保车的开发以外，也在积极地进行与净化从发动机排出的排气的排气净化催化剂相关的研究。该排气净化催化剂包含氧化催化剂、三元催化剂、NOx吸藏还原催化剂等，在该排气净化催化剂中呈现催化活性的是铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等贵金属催化剂，贵金属催化剂通常在担载于包含氧化铝(Al₂O₃)等多孔质氧化物的载体的状态下使用。

在将车辆发动机与消声器连接的排气的排气系统中，通常配设有用于净化排气的催化转换器。发动机有时会排出CO、NOx和未燃烧的HC、VOC等对环境有害的物质，为了将这样的有害物质转换为能够允许的物质，使排气通过在基材的孔室壁面上配设在载体上担载有Rh、Pd、Pt这样的贵金属催化剂的催化剂层而成的催化转换器，由此，CO被转换为CO₂，NOx被转换为N₂和O₂，VOC燃烧而生成CO₂和H₂O。

作为担载贵金属催化剂的载体，可举出二氧化铈-二氧化锆系复合氧化物(称为CeO₂-ZrO₂固溶体、CZ材料等)，其也被称为助催化剂，是将排气中的有害成分CO、NOx、HC同时除去的上述三元催化剂所必需的成分，作为该助催化剂所必需的成分，可举出CeO₂。该CeO₂的氧化数根据所处的排气中的氧分压而变化为Ce³⁺、Ce⁴⁺，该CeO₂具有为了补偿电荷的过量或不足而吸入或放出氧的功能和储存氧的功能(氧吸入放出能力(OSC：Oxygen Storage Capacity))。并且，为了保持该三元催化剂的净化窗，能够吸收、缓和排气的氛围变动而使之保持在理论空燃比附近。

从成本竞争力的观点来看，如何降低上述三元催化剂中的贵金属催化剂的使用量成为了重要的因素。但是，若大幅减少三元催化剂中的贵金属催化剂，则催化活性也会大幅降低，上述OSC能力、低温活性、高温环境下的NOx净化性能等会显著降低。这是因为，贵金属催化剂的大幅减少也会导致活性位(active site)大幅减少，催化剂反应位大幅减少会导致显著的净化性能的降低。

尤其被使用于三元催化剂的Pt、Pd、Rh这样的贵金属催化剂中，其中的Rh的NOx净化性能最为优异，但每单位重量的市场价格最高。另外，虽然已知通过将Rh担载于包含氧化铈(二氧化铈)的载体上会呈现高的OSC能力，但也已知存在如下的相反关系：载体中的氧化铈越多，则作为Rh的特征的NOx净化性能反而越会降低。因此，在三元催化剂中使用Rh作为贵金属催化剂时，制作OSC能力和NOx净化性能这两个性能都是最佳的三元催化剂已成为了该技术领域的紧急课题。

在此，专利文献1中公开了一种排气净化用催化剂，其含有第1氧吸收放出材料和第2氧吸收放出材料，在第2氧吸收放出材料上担载铂族贵金属而成，第1氧吸收放出材料不担载贵金属，具有烧绿石(pyrochlore)相型的规则排列构造，第2氧吸收放出材料与第1氧吸收放出材料相比，氧吸收放出的速度快且氧吸收放出的容量低。根据该排气净化用催化剂，能够提供耐久后的NOx净化性能高的排气净化用催化剂。

另一方面，专利文献2中公开了一种排气净化催化剂，其在支撑基材上从支撑基材侧起依次具有第1催化剂层和第2催化剂层，第1催化剂层担载有铑，第2催化剂层担载有铂和钯，且钯的担载量(y)相对于铂的担载量(x)的比率(y/x；摩尔比)满足0＜y/x≤1.0。根据该排气净化催化剂，能够提供NOx净化性能更优异的NOx吸藏还原型的排气净化催化剂。

而且，专利文献3中公开了一种排气净化用催化剂，其具有包含下层和在下层的表面上形成的上层的两层构造的催化剂涂层，将Pt或Pd的至少一方至少担载于上层，将全部Rh的60质量％以上担载于下层。根据该排气净化用催化剂，在稀氛围中，NO被上层的Pt高效地氧化而NOx吸藏效率提高，在化学当量比～浓氛围中，在下层生成的氢通过上层从而NOx的还原效率提高，能够消除硫中毒。