JP2009195797A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ディーゼルエンジンの排気管に備えられ、排気中のPMを捕集するフィルタ状の担体に酸化触媒4が担持されて形成されたDPFにおいて、酸化触媒4を、粒体状の酸素吸蔵材5と該酸素吸蔵材5の周囲を覆う膜状の酸素イオン伝導材6とを含んで構成する。
【選択図】図2
Description
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、酸素イオン伝導材を触媒材料として使用した、排気中の粒子状物質を捕集する内燃機関の排気浄化装置において、十分な酸化性能が得られ、一酸化炭素の排出を抑制する排気浄化装置を提供することにある。
また、請求項2の発明は、請求項1において、酸化触媒を、粒体状の酸素吸蔵材と該酸素吸蔵材の周囲を覆う膜状の酸素イオン伝導材とを含んで構成することを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、酸素吸蔵材の外径を5μm以下にするとともに、酸素イオン伝導材の厚さまたは外径を酸素吸蔵材の外径の30%以下にすることを特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、酸素イオン伝導材の体積が、酸素吸蔵材の体積の3倍以下であることを特徴とする。
また、請求項7の発明は、請求項1〜4のいずれかにおいて、酸素イオン伝導材を、ペロブスカイト型酸化物にすることを特徴とする。
また、本発明の請求項3の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素吸蔵材まで達するクラックを通過して、排気が酸素吸蔵材に直接触れることが可能となるので、排気中の酸素が酸素吸蔵材に効率よく補給される。したがって、酸素吸蔵材から酸素イオン伝導材を介して粒子状物質に酸素を供給しても酸素不足となることを抑制できる。
また、本発明の請求項5の内燃機関の排気浄化装置によれば、幾何学的な粒子形状をもつ酸素吸蔵材であっても酸素イオン伝導材への酸素の供給が効率よく行われる酸化触媒を実現することができる。
また、本発明の請求項7の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素イオン伝導材がペロブスカイト型酸化物であるので、プラチナ等の高価な材料を用いずにコストを抑制した排気浄化装置が実現可能となる。
図1は、本発明の排気浄化装置が適用されたエンジン(内燃機関)1の排気系の概略構成図である。
エンジン1はディーゼルエンジンであって、その排気管2には、DPF3が介装されている。DPF3は、例えば、ハニカム状の担体3aの通路の上流側及び下流側を交互にプラグ3bで閉鎖して形成され、排気中のPMを捕集する機能を有している。担体3aは、コージライト等から形成された多孔質の構造であって、その壁面には酸化触媒が担持されて酸化触媒層が形成されている。
また、酸素吸蔵材の粒子形状が球とならない場合には、体積÷表面積×6で示される値を粒子外径として用いることがよい。体積は、ピクノメーター法(気相置換法)で計測される真密度を使い、表面積は、BET法を用いた比表面積でよい。
上記のような構成の酸化触媒4を有するDPF3では、図3に示すように、排気中の酸素は、酸素イオン伝導材6を介して酸素吸蔵材5に吸蔵される。一方、酸素イオン伝導材6の表面に付着したカーボンを主成分とするPM7は、酸素イオン伝導材6から酸素が供給されて酸化する。したがって、DPF3に堆積したPM7は二酸化炭素となって排出され、DPF3から除去されることとなる。また、酸素イオン伝導材6からPMに酸素が供給されることで酸素イオン伝導材6の酸素が消費されるが、酸素イオン伝導材6には酸素吸蔵材5から酸素が供給されるので、酸素不足が回避され、連続的な酸化が可能となる。
本グラフ中には、上記の第1の実施形態の他に、比較例として従来技術の酸化触媒を用いたDPFにおける燃焼特性も2種類図示している。図5は、第1の比較例である従来技術の酸化触媒10の構成を示す模式図である。図5に示すように、従来技術の酸化触媒10では、酸素吸蔵材5だけではなく酸素イオン伝導材6も粒体形状となっており、酸素吸蔵材5と酸素イオン伝導材6とは接触しているもののその接触面積は本実施形態の酸化触媒4と比較すれば大幅に小さい。したがって、この酸化触媒10では、酸素吸蔵材5と酸素イオン伝導材6との間の酸素の供給を効率よく行うことが困難である。第2の比較例は、酸化触媒として酸素イオン伝導材6のみ用いた場合である。
また、本実施形態では、酸素吸蔵材5の周囲を酸素イオン伝導材6が覆うように構成されることで、酸素イオン伝導材6が粒体である従来例(第1の比較例)と比較して酸化触媒4の体積を低減させることができる。したがって、DPF3における圧力損失を低減させることができる。
図6は本発明の第2の実施形態に係る酸化触媒20の構成を示す模式図である。
本発明の第2の実施形態に係る酸化触媒20では、第1の実施形態の酸化触媒4に対して、更に酸素イオン伝導材6にクラック21が数か所形成されている。クラック21はその最深部が酸素吸蔵材5にまで達している。
次に、上記酸化触媒4、20の形成方法について説明する。
以上の実施形態のように酸素吸蔵材5の周囲を酸素イオン伝導材6が覆うように形成するには、有機錯体法を利用すればよい。
なお、酸素吸蔵材5の周囲を酸素イオン伝導材6が均一に覆う必要はなく、酸素吸蔵材5が一部露出するようにしてもよい。このようにすれば、上記の酸化触媒20と同様に排気から酸素吸蔵材5への酸素供給をより効率的にすることができる。
酸素イオン伝導材6は、上記のペロブスカイト型酸化物に限定するものではなく、例えば不定比化合物であるペロブスカイト型酸化物(LaGaO3)、不規則型パイクロア酸化物(Ln2Zr2O7)といった酸素イオン授受が積極的に行われる物質であれば本願発明に採用することができる。
2 排気管
3 DPF
3a 担体
4 酸化触媒
5 酸素吸蔵材
6 酸素イオン伝導材
7 クラック
Claims (7)
- 内燃機関の排気通路に備えられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ状の担体に酸化触媒が担持されて形成された内燃機関の排気浄化装置において、
前記酸化触媒は、粒体状の酸素吸蔵材と該酸素吸蔵材の周囲に面接触して担持された酸素イオン伝導材とを含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記酸素イオン伝導材は、前記酸素吸蔵材の周囲を覆う膜状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記酸素イオン伝導材の表面には、内部の前記酸素吸蔵材まで達するクラックが形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記酸素吸蔵材の外径は5μm以下であるとともに、
前記酸素イオン伝導材の厚さまたは外径は前記酸素吸蔵材の外径の30%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記酸素吸蔵材の外径とは、下記計算式にて表される値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
酸素吸蔵材の外径 = 粒子体積 V(cm3/g)÷ 粒子表面積 S(cm2/g)×6 - 前記酸素イオン伝導材の体積が、前記酸素吸蔵材の体積の3倍以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記酸素イオン伝導材は、ペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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