JP2010013945A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒機能に影響を与えずに触媒全体を均一かつ迅速に昇温することのできる排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】ハニカム片１０には、ハニカム片１０の軸方向にハニカム片１０を貫通するように複数の孔１２が設けられている。孔１２の内周面１２ａには、触媒１３が担持されている。前述したように、ハニカム片１０の外周面１０ａには、各ハニカム片１０の外周面１０ａ同士を接着するための接着剤１１が塗布されているが、接着剤１１には金属粉１４が混入されており、その結果、各ハニカム片１０の外周面１０ａには、金属粉１４が一様に設けられている。すなわち、触媒担体５内に一様に金属粉１４が設けられている。
【選択図】図３

Description

この発明は排ガス浄化装置に係り、特に、排ガス浄化装置を構成する触媒の昇温に関する。

エンジンの排ガス浄化装置に設けられた触媒は、一般的に、その機能を発現するのに２００℃程度以上の温度が必要である。しかし、自動車の排ガス、特にディーゼルエンジンの排ガスは温度が低く、スタート時やアイドリング時には１００℃を下回ることもある。そのため、電熱ヒーターや誘導加熱コイル、燃焼熱等を利用して触媒温度を上昇させる技術が公知である。しかし、これらの技術では、触媒を効率よく短時間で昇温できないことや、触媒全体を均一に昇温することができないことや、排ガス処理装置が大型化してしまうこと等の問題点があった。

これらの問題点を解決するための技術として、特許文献１には、モノリス触媒担体を構成するハニカム片の空隙内面に金属製の通電部層を設けると共に通電部層の表面に触媒層を設け、モノリス触媒担体の外周に設けた誘電加熱用コイルに交番磁界を発生させることにより、モノリス触媒担体を加熱することが記載されている。尚、通電部層は、導電材料の粉末を含むスラリーをモノリス触媒担体の一方の面側から流し込み、乾燥・焼結させることにより、モノリス触媒担体を構成するハニカム片の空隙内面に形成される。

特開平８−２８２５０号公報

一般的に、触媒機能は、触媒担体と触媒との間の相互作用にも影響を受けるものである。すると、特許文献１では、モノリス触媒担体と触媒層との間に金属製の通電部層が設けられているため、モノリス触媒担体と触媒層との間の相互作用が遮断されてしまい、触媒機能が低下してしまうおそれがあるといった問題点があった。

この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、触媒機能に影響を与えずに触媒全体を均一かつ迅速に昇温することのできる排ガス処理装置を提供することを目的とする。

この発明に係る排ガス浄化装置は、内部に複数の孔を有すると共に該孔の内面に触媒を担持した複数のハニカム片からなる触媒担体と、該触媒担体の外周に設けられた誘導加熱手段とを備え、前記ハニカム片の外周に金属粉が設けられている。誘導加熱手段に交流電流を流すと、磁力線の変化に応じて、各ハニカム片の外周に設けられた金属粉に渦電流が発生し、各ハニカム片が加熱される。また、触媒と金属粉とは接触せずに設けられているので、触媒と触媒担体との相互作用が阻害されない。
前記金属粉は前記ハニカム片の外周に一様に設けられているとよい。
前記複数のハニカム片は接着剤によって接着されて前記触媒担体を構成し、前記金属粉を前記接着剤に混入してもよい。
前記ハニカム片の外周には、窪んだ凹部が設けられ、該凹部内に前記金属粉を設けてもよい。

この発明によれば、誘導加熱手段に交流電流を流すと、磁力線の変化に応じて、各ハニカム片の外周に設けられた金属粉に渦電流が発生し、各ハニカム片が加熱されるので、触媒全体を均一かつ迅速に昇温することができる。また、触媒と金属粉とは接触せずに設けられていることにより、触媒と触媒担体との相互作用が阻害されないので、触媒機能に与える影響を防ぐことができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る排ガス浄化装置の構成を図１に示す。ディーゼルエンジン１から排出された排ガスが流通する排気管２に、触媒コンバータ３が設けられている。触媒コンバータ３は、コンバータケース４と、コンバータケース４内に設けられた円柱形状の触媒担体５とを有している。触媒担体５の外周面には誘導加熱用コイル６が巻き付けられており、誘導加熱用コイル６に交流電流を流すための交流電源７が誘導加熱用コイル６に接続されている。ここで、誘導加熱用コイル６及び交流電源７は、誘導加熱手段を構成する。また、触媒担体５内の温度を測定するための温度センサ８が設けられており、温度センサ８は、制御装置であるＥＣＵ９に電気的に接続されている。また、交流電源７も、ＥＣＵ９に電気的に接続されている。

図２に示されるように、触媒担体５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる複数の直方体形状のハニカム片１０からなり、ハニカム片１０の外周面１０ａに接着剤１１（図３参照）を塗布して各ハニカム片１０の外周面１０ａ同士を接着させることにより、円柱形状の触媒担体５が形成される。

図３に示されるように、ハニカム片１０には、ハニカム片１０の軸方向にハニカム片１０を貫通するように複数の孔１２が設けられている。孔１２の内周面１２ａには、触媒１３が担持されている。前述したように、ハニカム片１０の外周面１０ａには、各ハニカム片１０の外周面１０ａ同士を接着するための接着剤１１が塗布されているが、接着剤１１には金属粉１４、例えば鉄粉が混入されており、その結果、各ハニカム片１０の外周面１０ａには、金属粉１４が一様に設けられている。すなわち、触媒担体５（図２参照）内に一様に金属粉１４が設けられている。ここで、金属粉１４の平均粒径は、ハニカム片１０同士の接着力を低下させないよう、充分小さく選択される。尚、図３では、ハニカム片１０の構造を理解しやすくするために、ハニカム片１０に対する孔１２及び金属粉１４の大きさを誇張して描いている。

次に、実施の形態１に係る排ガス浄化装置の動作について説明する。
ディーゼルエンジン１のスタート時やアイドリング時には、ディーゼルエンジン１から排出される排ガスの温度が低いため、触媒コンバータ３内を排ガスが流通しても、十分な触媒性能を発揮するのに必要な温度まで温度が昇温しない。そこで、温度センサ８によって測定された温度が、予め設定された温度（以下、「設定温度」と称する）よりも低い場合には、ＥＣＵ９は交流電源７を起動させて、誘導加熱用コイル６に交流電流を流す。すると、誘導加熱用コイル６内、すなわち触媒担体５内で磁力線の変化が生じ、この変化に応じて金属粉１４に渦電流が発生する。これにより、金属粉１４の温度が上昇し、各ハニカム片１０が昇温される。金属粉１４は、触媒担体５内に一様に設けられているので、触媒担体５内が均一にかつ迅速に昇温され、触媒１３が必要な温度に昇温される。

温度センサ８によって測定された温度が設定温度以上になったら、ＥＣＵ９は交流電源７の稼働を停止する。これにより、金属粉１４に発生する渦電流が消滅し、金属粉１４の昇温が停止する。これ以降、温度センサ８の測定値に基づいて、ＥＣＵ９が交流電源７を起動させたり停止させたりすることにより、触媒１３を適切な温度に保つことができる。

このように、誘導加熱用コイル６に交流電流を流すと、磁力線の変化に応じて金属粉１４に渦電流が発生し、各ハニカム片１０が加熱されるので、触媒１３全体を均一かつ迅速に昇温することができる。また、触媒１３と金属粉１４とは接触せずに設けられていることにより、触媒１３と触媒担体５との相互作用が阻害されないので、触媒１３の機能に与える影響を防ぐことができる。さらに、各ハニカム片１０同士を接着させるための接着剤１１に金属粉１４を混入することにより、内部に一様に金属粉１４が設けられた触媒担体５を容易に製造することができる。
また、金属粉１４が孔１２に配置されていないので、孔１２を通過する排気ガスの圧損を抑制することが出来る。

実施の形態１では、触媒担体５としてＳｉＣ製の触媒担体を使用したが、これに限定するものではない。コージェライト製の触媒担体でもよい。また、触媒担体５の形状も円柱形状に限定するものではなく、楕円柱形状等どのような形状であってもよい。また、金属粉１４として鉄粉を使用したが、これに限定するものではない。磁力線の変化により渦電流が発生するものであればなんでもよく、アルミ粉、酸化鉄粉、酸化アルミ粉等でもよい。さらに、温度センサ８で触媒担体５内の温度を測定し、その温度に基づいて交流電源７の稼働を調整するようにしたが、この形態に限定するものではない。交流電源７の起動後、一定時間が経過したら交流電源７を停止するようにしてもよい。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る排ガス浄化装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る排ガス浄化装置は、実施の形態１に対して、ハニカム片の形状を変更したものである。

図４に示されるように、ハニカム片１０の各外周面１０ａには、ハニカム片１０の軸方向に延びると共に外周面１０ａに対して窪んだ溝部２０（凹部）が設けられている。溝部２０内には、鉄粉である金属粉１４が充填されている。この状態で、複数のハニカム片１０がそれぞれの外周面１０ａ同士を接着剤１１（図３参照）によって接着されることによって、触媒担体５（図２参照）が形成される。その他の構成については、実施の形態１と同じである。

実施の形態１と同様にして交流電源７（図１参照）が起動すると、溝部２０内に充填された金属粉１４に渦電流が発生する。これにより、金属粉１４の温度が上昇し、各ハニカム片１０が昇温される。この結果、触媒担体５（図１参照）内が均一にかつ迅速に昇温され、触媒１３（図３参照）が必要な温度に昇温される。

このように、ハニカム片１０の外周面１０ａに、ハニカム片１０の軸方向に延びると共に外周面１０ａに対して窪んだ溝部２０が設け、溝部２０内に金属粉１４を充填する構成でも、溝部２０に充填された金属粉１４を昇温させることにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２では、各外周面１０ａに１つの溝部２０を設けていたが、１つに限定するものではない。例えば図５に示されるように、１つの外周面１０ａに複数の溝部２０が互いに平行に間隔をあけて設けられていてもよい。これにより、金属粉１４をさらに一様にハニカム片１０の外周に設けることができる。また、溝部の形状も、ハニカム片１０の軸方向に延びる形状に限定するものではない。例えば図６に示されるように、部分的に窪んだ円形の穴２１（凹部）を外周面１０ａに一様に設けてもよい。穴２１の形状も円形状に限定するものではなく、任意の形状であってもよい。すなわち、本願において凹部とは、図４〜６に示された形状のものに限定されず、外周面１０ａに対して窪んだもの、すなわち、金属粉１４を充填できるものであれば、どのような形状であってもよい。

この発明の実施の形態１に係る排ガス浄化装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る排ガス処理装置の触媒担体の製造工程を説明するための図である。 実施の形態１に係る排ガス処理装置の触媒担体を構成するハニカム片の詳細正面図である。 実施の形態２に係る排ガス処理装置の触媒担体を構成するハニカム片の正面図である。 実施の形態２に係る排ガス処理装置の触媒担体を構成するハニカム片の変形例の部分正面図である。 実施の形態２に係る排ガス処理装置の触媒担体を構成するハニカム片の別の変形例の部分斜視図である。

符号の説明

５ 触媒担体、６ 誘導加熱用コイル（誘導加熱手段）、７ 交流電源（誘導加熱手段）、１０ ハニカム片 １０ａ（ハニカム片の）外周面（ハニカム片の外周）、１１ 接着剤、１２ 孔、１３ 触媒、１４ 金属粉、２０ 溝部（凹部）、２１ 穴（凹部）。

Claims (4)

1. 内部に複数の孔を有すると共に該孔の内面に触媒を担持した複数のハニカム片からなる触媒担体と、
   該触媒担体の外周に設けられた誘導加熱手段と
   を備え、
   前記ハニカム片の外周に金属粉が設けられている排ガス浄化装置。
2. 前記金属粉は前記ハニカム片の外周に一様に設けられている、請求項１の記載の排ガス浄化装置。
3. 前記複数のハニカム片は接着剤によって接着されて前記触媒担体を構成し、
   前記金属粉は前記接着剤に混入されている、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
4. 前記ハニカム片の外周には、窪んだ凹部が設けられ、
   該凹部内に前記金属粉が設けられている、請求項１に記載の排ガス浄化装置。

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