[发明专利]尾气成分净化催化剂材及包括它的带催化剂材微粒滤清器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过燃烧除去从发动机排出的微粒的催化剂材、及包括该催化剂材的带催化剂材微粒滤清器。

背景技术

装载有柴油机等进行稀薄燃烧的发动机的汽车在其尾气通路上设置有捕捉尾气中的微粒(碳微粒等PM：Particulate matter)的滤清器。PM在该滤清器中的堆积量增多以后，会导致滤清器的网眼堵塞。因此，采取以下做法，即按照设置在滤清器前后的压力传感器的压力差等推测PM的堆积量，当该堆积量达到规定值时，利用发动机的燃料喷射控制(增加燃料的量、后喷射等)来让尾气中含有未燃HC且提向氧化催化剂，再利用该氧化催化剂让未燃HC燃烧来提高到达滤清器的尾气的温度，通过燃烧除去PM。为促进该PM燃烧，一般采取让滤清器的尾气通路壁负载催化剂材的做法。

例如，在专利文献1中记载了以下发明内容：在滤清器的尾气通路壁上设置有催化剂层，该催化剂层由Zr与Ce以外的稀土金属的复合氧化物和含Ce与稀土金属或碱金属的复合氧化物混合而成。

在专利文献2中记载了以下发明内容：在滤清器的通路壁上设置有催化剂层，该催化剂层由掺杂了贵金属的CePr类复合氧化物、和Zr与稀土金属的复合氧化物混合而成。

在专利文献3中记载了包括催化剂层的滤清器，其中该催化剂层设置在该滤清器的尾气通路壁上，且该催化剂层含有含Zr、Nd以及Nd和Ce以外的稀土金属例如La或Pr等的Zr类复合氧化物。通过如上所述将Zr类复合氧化物和Ce类复合氧化物相混合并含在催化剂层中，PM的燃烧速率就会增大，能够谋求滤清器的再生时间的缩短化。结果是能够降低耗油量。

专利文献1：日本公开特许公报特开2007-54713号公报

专利文献2：日本公开特许公报特开2010-94628号公报

专利文献3：日本公开特许公报特开2009-101342号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

现有的带催化剂的微粒滤清器存在以下倾向，即当PM在催化剂层表面的堆积量较少时，会效率良好地通过燃烧除去该PM，但是当PM的堆积量增多以后，则存在通过燃烧除去该PM的时间加长。根据本申请发明人通过实验、研究所获得的见解，存在该倾向的理由如下所述。

也就是说，图1中的曲线图示意地示出堆积在催化剂层上的PM不断地燃烧时，残留PM百分比的经时变化情况。一开始，PM燃烧迅速进行，但是该迅速燃烧域(例如，残存PM百分比从100％降到50％的燃烧前期)过后，则进入PM的燃烧变得缓慢的缓慢燃烧域(PM残存百分比从50％降到0％的燃烧后期)。下面对此做详细的说明。

如图2中的照片所示，燃烧初期PM与滤清器表面所负载的催化剂层接触。因此，在例如催化剂层中含有Ce系氧化物粒子、Zr系氧化物粒子的情况下，从这些氧化物粒子释放出的活性内部氧就会以高活性状态供向与催化剂层接触的PM，如图3示意所示。其结果是，催化剂层表面的PM迅速地燃烧下去。

但是，如上所述，如图4中的照片所示，催化剂层表面的PM通过燃烧除去的结果是，在催化剂层和PM堆积层之间部分地产生几十μm左右的间隙。因此，如图5示意所示，从氧化物粒子内部释放出的活性氧维持活性的时间极短，在通过间隙的那段时间内活性下降，例如变成与气相中的氧一样的常态氧。其结果是PM的燃烧变得缓慢。当然，如图5的左上和左下所示，尾气中的氧也会有助于PM的燃烧，但是与上述活性氧导致的燃烧相比，其燃烧缓慢。

针对于此，能够想到使催化剂层形成为其内部空隙较大的多孔质层，让PM容易进入催化剂层内这样的做法。据此，PM就不仅会分散并堆积在催化剂层的表面上，还会分散并堆积到催化剂层内部，大部分PM成为与催化剂接触的状态，易于燃烧。但是，形成较大内部空隙的结果是，存在催化剂层体积增大，通过滤清器的尾气的流通阻力增大这样的问题。还存在为形成上述催化剂层制造成本上升这样的问题。

本发明正是为解决上述问题而完成的。其目的在于：在堆积在滤清器内的PM的迅速燃烧域和缓慢燃烧域两区域，其燃烧都会效率良好地进行下去。

－用于解决技术问题的技术方案－

为达成上述目的，本发明中使尾气成分净化催化剂材为一种氧化镨(Pr₂O₃、Pr₆O₁₁：以下称为PrO_x)粒子和锆(Zr)类复合氧化物粒子接触的结构。