JP2002035583A

JP2002035583A - 燃焼触媒装置及びそれを用いた排気ガス浄化システム

Info

Publication number: JP2002035583A
Application number: JP2000225165A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kita; 英紀北
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-05

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガス浄化システムに燃焼触媒装置を組み込
み、ＤＰＦ装置の上流に配設した燃焼触媒装置の触媒の
担持面積を大幅に増大させ、排気ガス等の流体の触媒へ
の接触頻度を増大させ、排気ガス中の未燃燃料、ＨＣを
消滅させ、トータル的にパティキュレート物質の捕集効
率を大幅に向上させる排気ガス浄化システムを提供す
る。【解決手段】燃焼触媒装置４は、Ｎｉ又はその合金から
成る耐熱金属から成る担体２２と、この担体２２の固体
部分のうち排気ガス等の流体が接する部分に固着され且
つ流体が接する部分の表面を凹凸部分に形成する耐熱金
属からなる微粒子２３と、この微粒子２３によって形成
された凹凸部分の表面に担持されたＰｔ，Ｐｄを含有す
る微粒子状の触媒２４とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンから排出
される排気ガスを浄化するための燃焼触媒装置、及びこ
の燃焼触媒装置を、排気管に配置されたＤＰＦ装置の上
流側の排気管に配設した排気ガス浄化システムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの排気ガス浄化に関し
て、炭化ケイ素等の耐熱性セラミックス繊維によって構
成したフィルタを用いたディーゼルパティキュレートフ
ィルタ装置（以下、ＤＰＦ装置という）が知られてい
る。このＤＰＦ装置では、捕集効率を高めるために適正
な径に形成された繊維が使用され、目付の異なる不織布
を重ねた構造に構成されている。また、ハニカムやメタ
ルフォームを担体とした触媒と組み合わせ、未燃物質の
燃焼温度を下げ、未燃物質を除去する等の方法も採られ
ている。

【０００３】例えば、実開平１−１４４４２７号公報に
開示されたＤＰＦ装置は、排気ガスをフィルタ本体に通
して、このフィルタ本体で排気ガス中のカーボン、スモ
ーク等のパティキュレートを捕集すると共に、このフィ
ルタ本体にパティキュレートが堆積して目詰まりした場
合に、フィルタ本体に排気ガスを流すのを遮断し、別の
フィルタ本体に排気ガスを流すように切り換え、このフ
ィルタ本体で捕集する一方で、目詰まりしたフィルタ本
体に対しては下流側から空気を送り込み、このフィルタ
本体を加熱して目詰まりしているパティキュレートを焼
却するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＤＰＦ装置は、排気ガス中に含まれるパティキュレート
物質の８０％以上の捕集は可能であるが、ＨＣ等の未燃
物質はフィルタを構成する繊維間の隙間を通過し、外気
中に放出されてしまうという問題がある。

【０００５】また、従来の担体を用いた触媒方式では、
排気ガスとの接触確率が低く、未燃燃料等の可燃物質が
流通路を素通りしてそれらの物質が燃焼又は反応せず、
そのため未燃物質の低減には不十分であるという問題が
ある。

【０００６】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、排気ガス浄化システム
に燃焼触媒装置を組み込み、ＤＰＦ装置の上流に配設し
た燃焼触媒装置の触媒の担持面積を大幅に増大させ、排
気ガス等の流体の触媒への接触頻度を増大させ、排気ガ
ス中の未燃燃料、ＨＣを消滅させ、トータル的にパティ
キュレート物質の捕集効率を大幅に向上させることにあ
る。

【０００７】即ち、本発明の目的は、ハニカム、繊維等
の担体の連続部分に１ミクロン程度の耐熱金属微粒子を
固着させて凹凸表面に形成し、比表面積を大きくし、凹
凸表面に微粒子状の触媒を担持させ、排気ガスと触媒と
の接触頻度を増大させ、本来フィルタを通過する未燃燃
料やＨＣを効果的に除去する燃焼触媒装置を提供するこ
とにある。

【０００８】また、それと共に、上記燃焼触媒装置をＤ
ＰＦ装置の上流側の排気管に配設し、燃焼触媒装置で未
燃燃料やＨＣを効果的に消滅させ、ＤＰＦ装置によって
排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集し加
熱焼却する排気ガス浄化システムを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するための燃焼触媒装置は次のように構成される。

【００１０】１）排気ガス等の流体が流れる連通路を有
する耐熱金属からなる担体と、該担体の固体部分のうち
前記流体が接する部分に固着され且つ前記流体が接する
部分の表面を凹凸部分に形成する耐熱金属からなる微粒
子と、該微粒子によって形成された前記凹凸部分の前記
表面に担持された微粒子状の触媒とから構成される。

【００１１】２）また、上記の燃焼触媒装置において、
前記担体は、耐熱金属製ハニカム、耐熱金属製フォーム
等の連通気孔を有する多孔体、又は、耐熱金属製ワイ
ヤ、耐熱金属製繊維等のフィルタから構成される。

【００１２】３）そして、前記の燃焼触媒装置におい
て、前記触媒を構成する触媒微粒子は、Ｐｔ，Ｐｄを含
有する。

【００１３】４）更に、前記の燃焼触媒装置において、
前記担体を構成する耐熱金属は、Ｎｉ又はその合金であ
る。

【００１４】従って、担体を通過する排ガスに含まれる
未燃燃料、ＨＣ等の可燃性物質は、ニッケル自身の触媒
効果によって、可燃性物質が燃焼したり、酸化反応して
可燃性物質が消滅されるので、排気ガスが浄化されるこ
とになる。

【００１５】また、以上のような目的を達成するための
排気ガス浄化システムは次のように構成される。

【００１６】５）前記燃焼触媒装置を、エンジンと、該
エンジンから排出される排気ガスが流れる排気管に設け
られたＤＰＦ装置との間の前記排気管内に配設して構成
される。

【００１７】６）そして、上記の排気ガス浄化システム
において、前記ＤＰＦ装置は、前記排気ガス中に含まれ
るパティキュレート物質を捕集するフィルタを備えてお
り、該フィルタはセラミックス繊維で構成される。

【００１８】７）また、上記の排気ガス浄化システムに
おいて、前記セラミックス繊維は、炭化ケイ素、窒化ケ
イ素、アルミナ、炭素、シリカ、又はそれらの複合体か
ら形成されている。

【００１９】８）また、前記の排気ガス浄化システムに
おいて、前記フィルタの連続部のうち、前記排気ガスに
接する部分にはセラミックス又は耐熱金属からなる凹凸
部分が形成されている。

【００２０】以上の構成の燃焼触媒装置及びそれを用い
た排気ガス浄化システムによれば、エンジンから放出さ
れる排気ガス中に未燃燃料、ＨＣ等の物質が含まれてい
ても、これらの物質が燃焼触媒に接することによって燃
焼し、また、燃焼触媒装置の下流のＤＰＦ装置によって
排気ガス中に含まれるパティキュレート物質を捕集し、
加熱焼却し、排気ガスを浄化することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る燃焼触媒装置及びそれを用いた排気ガス浄化システ
ムの実施の形態について説明する。

【００２２】図１は本発明に係る排気ガス浄化システム
の実施の形態を示す概略説明図で、図２は図１の排気ガ
ス浄化システムに用いられている燃焼触媒装置の符号Ａ
の領域を示す拡大斜視図で、図３は図２の燃焼触媒装置
の符号Ｂの領域を示す拡大説明図で、図４は図３の燃焼
触媒装置の符号Ｃの領域であって触媒の担体への担持状
態を示す拡大説明図である。

【００２３】この排気ガス浄化システムは、エンジン１
から排出される排気ガスを浄化するため、排気ガス中に
含まれる未燃燃料、ＨＣ等を燃焼又は酸化反応させる機
能を有する燃焼触媒装置４を有すると共に、燃焼触媒装
置４の下流側の排気管２に配設された排気ガス中のパテ
ィキュレート物質を捕集して加熱焼却するＤＰＦ（ディ
ーゼルパティキュレートフィルタ）装置３を有すること
を特徴とする。

【００２４】また、エンジン１には、各気筒の燃焼室１
８で発生する排気ガスを排出するため、排気ガスマニホ
ールド１９が取り付けられている。また、このエンジン
１には、その出力軸２５に掛けられた駆動ベルト１７を
通じて回転軸２６が駆動される高出力発電機５が設けら
れている。

【００２５】そして、燃焼触媒装置４は、特に、図２〜
４に示すように、排気ガス、未燃燃料、パティキュレー
ト物質等の流体が流れる連通路を有する耐熱金属から成
る担体２２、この担体２２の固体部分のうち流体が接す
る部分に固着され且つ流体が接する部分の表面を凹凸部
分に形成する耐熱金属からなる微粒子２３、及びこの微
粒子２３によって形成された凹凸部分の表面に担持され
た微粒子状の触媒２４から構成されている。また、この
燃焼触媒装置４は、例えば、図２〜４に示すように、コ
ルゲート形状に形成されている。

【００２６】また、担体２２は、耐熱金属製ハニカム、
耐熱金属製フォーム等の連通気孔を有する多孔体、又は
耐熱金属製ワイヤ、耐熱金属製繊維等のフィルタから構
成されている。この担体２２を構成する耐熱金属は、Ｎ
ｉ、又はその合金、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−
Ｃｒ−Ａｌ等の合金であり、その厚さは、例えば１００
μｍである。また、触媒２４を構成する触媒微粒子に
は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）が含有されてい
る。

【００２７】この燃焼触媒装置４は、例えば、Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ等の耐熱合金から製造され
た連通気孔を持つ金属フォームや金属ハニカムで担体２
２を構成し、この担体２２の表面に同じ成分の耐熱合金
から成る微粒子２３を塗布した後に、真空中で熱処理す
ることによって担体２２に微粒子２３を融着させ、表面
を凹凸状に形成している。次いで、この担体２２に微粒
子２３が融着した凹凸表面に、無機系ゾルを用いて、Ｐ
ｔ及び／又はＰｄを含有する微粒子状の触媒２４を担持
させている。この微粒子２３はサイズが例えば１μｍ〜
２μｍ程度のＮｉ系合金である。

【００２８】上記のようにして製造した燃焼触媒装置４
は、担体２２と同種の微粒子２３の融着によって表面積
が大きくなり、その表面に微粒子状の触媒２４を無数に
担持させることによって、排気ガス中に含まれる未燃燃
料やＨＣ等の可燃物質が触媒２４に接触する接触頻度を
増大し、排気ガス中から可燃物質を大幅に消滅させるこ
とができる。この触媒２４を構成する触媒微粒子は、サ
イズが１００ｎｍ程度であり、サイズが１〜２μｍ程度
の微粒子２３から成る凹凸部の表面に無数に担持されて
いる。

【００２９】そして、この排気ガス浄化システムは、エ
ンジン１を構成する燃焼室１８からの排気ガスを排出す
る排気管２に燃焼触媒装置４とＤＰＦ装置３とを組み込
み、排気ガスが燃焼触媒装置４を通過することによって
排気ガス中に含まれる未燃燃料やＨＣを燃焼させると共
に、燃焼触媒装置４の下流の排気管２に配設されたＤＰ
Ｆ装置３によって浮遊微粒子即ちパティキュレート物質
（ＳＰＭ）を捕集し、ＤＰＦ装置３のフィルタ８，９に
捕集されたパティキュレート物質を金網ヒータ２０に通
電して加熱焼却し、排気ガスを浄化するものである。高
出力発電機５で発電された電力の一部は、コントローラ
１０の指令で金網ヒータ２０を加熱するのに消費される
ように構成されている。

【００３０】ディーゼルエンジン等のエンジンから排出
される排気ガスを流す排気管２には、ＤＰＦ装置３にお
ける分離室即ち排気ガス流れの切換室１５が配設されて
いる。この切換室１５からそれぞれ延びる分岐通路の排
気管６，７には、一対のフィルタ８，９をそれぞれ収容
するケーシング２１が配置され、ケーシング２１内に
は、例えば、繊維フィルタやハニカムフィルタ等のフィ
ルタ８，９が支持部材等によって固定されている。

【００３１】このフィルタ８，９は、排気ガスに含まれ
たカーボン、スモーク、ＳＯｘ等から成るパティキュレ
ート物質を捕集するものである。図１に示す排気ガス浄
化システムでは、切換室１５に設けられた切換弁１４を
アクチュエータ１６によって作動することによって、排
気管６，７のいずれか一方を閉鎖し、他方を開放するよ
うに構成されている。

【００３２】この排気ガス浄化システムは、特に、排気
管２に燃焼触媒装置４を、エンジン１とＤＰＦ装置３と
の間の排気管２内に配設したことを特徴としている。Ｄ
ＰＦ装置３は、排気ガス中に含まれるパティキュレート
物質を捕集するフィルタ８，９を備えており、フィルタ
８，９は、特に、セラミックス繊維で構成することが好
ましい。セラミックス繊維は、炭化ケイ素、窒化ケイ
素、アルミナ、炭素、シリカ、又はそれらの複合体から
形成されている。また、フィルタ８，９の繊維（或い
は、ハニカムやフォーム構造）の連続部のうち、排気ガ
スに接する部分にはパティキュレート物質の捕集効率を
上げるため、セラミックス又は耐熱金属の微粒子を融着
させることによって凹凸部分が形成されている。

【００３３】フィルタ８，９は、例えば、セラミック繊
維等の集成繊維材及び／又はセラミック長寸繊維を積層
した不織布から構成されているシート状、マット状に積
層した繊維部材から成るフィルタ本体から構成されてい
る。更に、フィルタ８，９は、例えば、襞状に折り曲げ
られ且つ全体として筒状に形成され、矢印で示すよう
に、排気ガスがフィルタ８，９の外周側の排気ガス通路
２７から内周側の範囲ガス通路２８へ送り出されるよう
に構成されている。

【００３４】また、フィルタ８，９には、それらの表面
に密着して繊維材が飛散するのを防止するため、上流側
金網即ち金網ヒータ２０と下流側金網２９とが取り付け
られている。筒体に形成されたフィルタ８，９は、上流
側端部が遮蔽プレート３０で密封され、下流側端部が中
央部の出口側排気ガス通路２８を開放した遮蔽プレート
３１で密封されている。

【００３５】従って、排気管２を通過した排気ガスは、
分岐通路の排気管６，７から入口側の排気ガス通路２７
へ流れ込み、次いで、入口側排気ガス通路２７からフィ
ルタ８，９を通過する際にパティキュレート物質が捕集
されて出口側排気ガス通路２８へ排出され、出口側の分
岐通路の排気管６，７へと流れて排出される。

【００３６】このＤＰＦ装置には、フィルタ８，９より
上流の排気管６，７には排気ガスの圧力Ｐｘを検出する
圧力センサ１１，１２及びフィルタ８，９より後流の排
気管６，７を集合した排気管２にはＤＰＦ装置３から排
出された排気ガスの圧力Ｐｘを検出する圧力センサ１３
が設けられている。圧力センサ１１，１２，１３で検出
された検出信号は、コントローラ１０に入力される。圧
力センサ１１，１２，１３による排気ガスの圧力は、エ
ンジン回転やエンジン負荷で変動するものであり、コン
トローラ１０は、回転センサ３２及び負荷センサ３３の
エンジン回転や負荷の作動状態に応じてフィルタ８，９
の排気ガス流れの上下流の圧力センサ１１，１２，１３
からの検出値に基づいて、例えば、圧力差、圧力比等を
演算し、フィルタ８，９のパティキュレート物質の堆積
状態を検出するように構成されている。

【００３７】このＤＰＦ装置において、フィルタ８，９
には、所定量以上捕集されたパティキュレート物質を加
熱焼却するため、この図１に示す実施例では、フィルタ
８，９の上流側に位置する金網２０がヒータに構成され
ている。また、ハニカムフィルタは、捕集されたパティ
キュレート物質を加熱焼却するため、導電性材料で形成
されているか、又は金網、コイル等のヒータ２０が埋め
込まれて設けられている。ヒータ２０には、コントロー
ラ１０の指令で発電機５からの電力を蓄電したバッテリ
等の電源３４から電極端子を通じて通電される。

【００３８】コントローラ１０は、アクチュエータ１６
を作動して切換弁１４を切り換える。この切り換え作動
は、まず、一方のフィルタ８又は９でパティキュレート
物質の捕集を行うが、その時、フィルタ８又は９のパテ
ィキュレート物質の捕集量即ち堆積量に応じて排気ガス
の圧力が変化し、堆積量の増加に従って、フィルタ８，
９の上流側の圧力値が下流側の圧力値より段々高くな
る。

【００３９】そこで、コントローラ１０は、フィルタ
８，９の上流側の圧力センサ１１，１２で検出した圧力
値と、フィルタ８，９の下流側の圧力センサ１３で検出
した圧力値との比が、予め定められた所定の値以上にな
った状態を、パティキュレート物質がフィルタ８又は９
に十分に捕集された状態であるとして、アクチュエータ
１６を作動して切換弁１４を切り換え、排気ガスの流れ
を排気管６又は７へ流す制御をする。

【００４０】この制御と共に、コントローラ２５は、フ
ィルタ８又は９がパティキュレート物質を所定量以上捕
集した状態で金網ヒータ２０を通電して捕集されたパテ
ィキュレート物質を加熱焼却してフィルタ８又は９を再
生する制御を行う。

【００４１】以上の構成の排気ガス浄化システムで、燃
焼触媒装置４をＤＰＦ装置３の上流側に設けた場合にパ
ティキュレート物質の除去率を測定したところ次のとお
りであった。

【００４２】まず、担体２２と微粒子２３とをＮｉ−Ｃ
ｒ−Ａｌの耐熱合金で形成した燃焼触媒装置４の場合
は、排気ガス中のパティキュレート物質の除去率が９０
％程度であり、また、担体２２と微粒子２３とをＦｅ−
Ｃｒ−Ａｌの耐熱合金で形成した燃焼触媒装置４の場合
は、排気ガス中のパティキュレート物質の除去率が８８
％程度であった。

【００４３】そして、担体２２として、耐熱合金製ワイ
ヤ、耐熱合金製繊維等から成るフィルタを用いた場合に
も、同様の除去率を達成することができた。特に、フィ
ルタを、担体２２を繊維材で形成し、その表面を凹凸面
に形成し、この凹凸面に粒子状の触媒２４を担持させた
ものを使用した場合には、捕集効率が９５％であった。

【００４４】これに対して、排気ガス浄化システムにお
いて、燃焼触媒装置を用いずに、ＤＰＦ装置３のみで排
気ガス中のパティキュレート物質を捕集した場合には、
排気ガス中のパティキュレート物質の除去率が６５％程
度であった。また、燃焼触媒装置として、従来の構造を
有するハニカム構造に形成した場合には、排気ガス中の
パティキュレート物質の除去率が７５〜７６％程度であ
った。

【００４５】

【発明の効果】本発明に係る燃焼触媒装置によれば、上
記のように構成されているので、排気ガス等の流体は触
媒との接触頻度が増大し、排気ガス中の未燃燃料、ＨＣ
等は触媒の助けで燃焼或いは反応し、排気ガス中から消
滅させることができる。

【００４６】本発明に係る排気ガス浄化システムによれ
ば、上記のように構成されているので、燃焼触媒装置の
存在により、元来フィルタを通過していた有害物質がＤ
ＰＦ装置に先立って燃焼触媒装置で消滅し、ＤＰＦ装置
では燃焼触媒装置を通過したパティキュレート物質のみ
を捕集することになり、排気ガス中のパティキュレート
物質の除去率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による排気ガス浄化システムの一実施
例を示す概略説明図である。

【図２】図１の排気ガス浄化システムに用いられている
燃焼触媒装置の符号Ａの領域を示す拡大斜視図である。

【図３】図２の燃焼触媒装置の符号Ｂの領域を示す拡大
説明図である。

【図４】図３の燃焼触媒装置の符号Ｃ領域であって触媒
の担体への担持状態を示す拡大説明図である。

【符号の説明】

１エンジン２，６，７排気管３ＤＰＦ装置４燃焼触媒装置８，９フィルタ２２担体２３微粒子２４微粒子状触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１Ａ４Ｇ０６９Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１３０１Ｂ 3/10 Ａ 3/10 3/28 ３０１Ｐ 3/28 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３ＣＦターム(参考） 3G090 AA02 BA04 CB24 DA04 EA02 EA04 3G091 AB02 AB13 BA13 BA15 GA08 GB01X GB06W GB07W HA15 4D019 AA01 BA01 BA02 BA03 BA05 BA06 BB03 BB10 CA03 4D048 AA14 AA18 AB01 BA30X BA31X BA38X BA39X BB07 BB08 CD05 4D058 JA02 JA15 JA16 JA32 JB02 JB03 JB04 JB06 JB25 JB39 MA42 SA08 TA06 4G069 AA03 AA08 AA11 BA18 BC68A BC68B BC72A BC72B BC75A BC75B CA03 CA07 CA18 DA06 EA01X EA01Y EA03X EA03Y EB01 EB19 FA04 FA05 FB23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス等の流体が流れる連通路を有す
る耐熱金属からなる担体と、該担体の固体部分のうち前
記流体が接する部分に固着され且つ前記流体が接する部
分の表面を凹凸部分に形成する耐熱金属からなる微粒子
と、該微粒子によって形成された前記凹凸部分の前記表
面に担持された微粒子状の触媒とから構成されているこ
とを特徴とする燃焼触媒装置。
【請求項２】前記担体は、耐熱金属製ハニカム、耐熱
金属製フォーム等の連通気孔を有する多孔体、又は、耐
熱金属製ワイヤ、耐熱金属製繊維等のフィルタから構成
されていることを特徴とする請求項１記載の燃焼触媒装
置。
【請求項３】前記触媒を構成する触媒微粒子は、Ｐ
ｔ，Ｐｄを含有することを特徴とする請求項１記載の燃
焼触媒装置。
【請求項４】前記担体を構成する耐熱金属は、Ｎｉ又
はその合金であることを特徴とする請求項１記載の燃焼
触媒装置。
【請求項５】請求項１〜４の何れかの１項に記載され
た前記燃焼触媒装置を、エンジンと、該エンジンから排
出される排気ガスが流れる排気管に設けられたＤＰＦ装
置との間の前記排気管内に配設したことを特徴とする排
気ガス浄化システム。
【請求項６】前記ＤＰＦ装置は、前記排気ガス中に含
まれるパティキュレート物質を捕集するフィルタを備え
ており、該フィルタはセラミックス繊維で構成されてい
ることを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化システ
ム。
【請求項７】前記セラミックス繊維は、炭化ケイ素、
窒化ケイ素、アルミナ、炭素、シリカ、又はそれらの複
合体から形成されていることを特徴とする請求項６記載
の排気ガス浄化システム。
【請求項８】前記フィルタの連続部のうち、前記排気
ガスに接する部分にはセラミックス又は耐熱金属からな
る凹凸部分が形成されていることを特徴とする請求項５
記載の排気ガス浄化システム。