JP2011089503A - Exhaust gas purification structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばエンジン等の熱機関などの排出ガスに含まれる例えば煤、燃料やエンジンオイルの燃えかすである可溶有機成分等の粒子状物質を浄化するのに好適なガス浄化構造体に関する。 The present invention relates to a gas purification structure suitable for purifying particulate matter, such as soot, soluble organic components, and so on contained in exhaust gas from a heat engine such as an engine. .
種々の燃焼・焼却施設等のほか、例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排出ガス(以下、排ガスともいう。)中には、一般に窒素酸化物(NOx)や一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)などに加え、煤、燃料やエンジンオイルの燃えかすである可溶有機成分(SOF:Soluble Organic Fraction)等の炭素を主成分とする粒子状物質(Particulate Matter;以下、PMと略記することがある。)が含まれている。 In addition to various combustion / incineration facilities, for example, exhaust gas (hereinafter also referred to as exhaust gas) emitted from an internal combustion engine such as a diesel engine is generally nitrogen oxide (NO x ) or carbon monoxide (CO). In addition to hydrocarbons (HC), soot, particulate matter with carbon as the main component (SOF: Soluble Organic Fraction) such as fuel and engine oil, (PM) May be abbreviated as ")".
そのため、内燃機関の開発及びその使用に際しては、大気や土壌等の汚染防止の観点から内燃機関より排出された排出ガスを浄化するための方法が検討されている。近年では、特にディーゼル機関において、PMの浄化及びHCやCO等のガス成分の酸化除去が注目されている。 Therefore, in the development and use of an internal combustion engine, a method for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine has been studied from the viewpoint of preventing pollution of the atmosphere, soil, and the like. In recent years, especially in diesel engines, PM purification and oxidation removal of gas components such as HC and CO have attracted attention.
PMを浄化する技術に関しては、例えば内燃機関(例:ディーゼルエンジン)等の熱機関から排出された排出ガス中の粒子状物質を減少させるフィルタ〔DPF(=Diesel particulate filter);以下、DPFと略記する。〕を用いる方法が知られている。このDPFには、DPF用基材の内部に貴金属を担持させるとともに、その表面に貴金属を担持させたDPF触媒もある。 Regarding the technology for purifying PM, for example, a filter that reduces particulate matter in exhaust gas discharged from a heat engine such as an internal combustion engine (eg, diesel engine) [DPF (= Diesel particulate filter); To do. ] Is known. This DPF includes a DPF catalyst in which a noble metal is supported inside a DPF base material and a noble metal is supported on the surface thereof.
ところが、例えばディーゼルハイブリッド車では、モーター駆動からエンジン駆動に切り替わっても、切り替え後に排ガス温度が例えば150℃以下の低温で維持される場合が考えられる。このような場合、DPFに堆積したPMの燃焼処理を行おうとしても、還元剤(例:燃料)の触媒燃焼では昇温が困難となる。また、エンジン駆動に切り替わった直後は、触媒が冷えた状態にあるために、排ガスの浄化も困難になる。 However, in a diesel hybrid vehicle, for example, even if the motor drive is switched to the engine drive, the exhaust gas temperature may be maintained at a low temperature of, for example, 150 ° C. or less after switching. In such a case, even if it is going to perform the combustion process of PM deposited on DPF, it becomes difficult to raise the temperature by catalytic combustion of a reducing agent (eg, fuel). In addition, immediately after switching to engine driving, the catalyst is in a cold state, so it becomes difficult to purify the exhaust gas.
このような状況の対策として、従来から例えば、平板状ステンレス箔を積層したハニカム構造体を陽、陰両極を備えた筒体内に装填した通電加熱装置付の自動車用排ガス浄化触媒メタル担体や、主モノリス触媒と金属焼結体を加熱する加熱手段を有するヒーターとを有する触媒コンバーター、触媒担体に局部的に通電可能に接続された局部発熱部が設けられた電気加熱式触媒装置などのように、電気ヒーター触媒(EHC)を排ガス流通方向の上流側に配置する技術が提案されている。 As measures against such a situation, conventionally, for example, an exhaust gas purification catalyst metal carrier for automobiles with an electric heating device in which a honeycomb structure laminated with flat stainless steel foils is loaded in a cylinder having positive and negative electrodes, Like a catalytic converter having a monolith catalyst and a heater having a heating means for heating a metal sintered body, an electrically heated catalyst device provided with a local heat generating part connected to a catalyst carrier in a locally energizable manner, etc. A technique for arranging an electric heater catalyst (EHC) on the upstream side in the exhaust gas flow direction has been proposed.
酸化触媒やDPF、NOx還元触媒等が搭載されるディーゼルエンジン搭載車では、EHCを更に搭載することは、搭載スペースやコストの点で制約されやすく、他の触媒を温度の低い排ガス流通方向の下流側にずらすことにもなり、システム構成上不利となる。 In vehicles equipped with diesel engines equipped with oxidation catalysts, DPFs, NO x reduction catalysts, etc., further mounting of EHC is likely to be restricted in terms of mounting space and cost, and other catalysts are installed in the direction of exhaust gas flow with low temperature. It will also shift to the downstream side, which is disadvantageous in the system configuration.
一方、ディーゼルエンジン搭載車はPM浄化用にDPFを搭載しているが、このDPFの主要材料の1つが導電性を持つ炭化珪素(SiC)である場合には、ヒーターとして使用が可能であり、EHC機能を付与することで効率的に機能させ得る可能性がある。 On the other hand, a diesel engine-equipped vehicle is equipped with DPF for PM purification, but when one of the main materials of this DPF is conductive silicon carbide (SiC), it can be used as a heater, There is a possibility that the EHC function can be efficiently functioned.
これに関連して、DPFの熱伝導性を高めるために、捕集用フィルタのパティキュレート捕集面に銀皮膜と銅皮膜とを形成したパティキュレート捕集用フィルタなどの技術が知られているが(例えば、特許文献1参照)、ヒーターとしての機能はない。 In this connection, in order to increase the thermal conductivity of the DPF, techniques such as a particulate collection filter in which a silver film and a copper film are formed on the particulate collection surface of the collection filter are known. However, there is no function as a heater.
また、多孔質壁で捕集した可燃性微粒子を通電加熱によって焼却し、再生することができる炭化珪素ハニカム構造体が開示されており(例えば、特許文献2参照)、多孔質膜の目詰まりを抑制して多量に可燃性微粒子を捕集できるとされている。 Further, a silicon carbide honeycomb structure that can incinerate and regenerate combustible fine particles collected by a porous wall by electric heating is disclosed (for example, see Patent Document 2), and clogging of the porous film is disclosed. It is said that a large amount of flammable fine particles can be collected by suppressing it.
しかし、上記従来の炭化珪素ハニカム構造体では、ハニカム構造体の全体を加熱するものであるため、一般にエンジンの排気量以上の数リットルもの容量があるDPFに使用するEHCは大型になり、多大な電力量が必要になってしまい、実用的でない。 However, in the above conventional silicon carbide honeycomb structure, since the entire honeycomb structure is heated, the EHC generally used for a DPF having a capacity of several liters more than the displacement of the engine becomes large, and a large amount Electric power is required and is not practical.
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、排出ガスの排出条件(ガス温度等)の影響によらず、構造体全体を加熱しない低電力量にて堆積PMを燃焼除去することができる排出ガス浄化構造体を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and is capable of burning and removing deposited PM with a low power amount that does not heat the entire structure regardless of the influence of exhaust gas discharge conditions (gas temperature, etc.). The object is to provide a gas purification structure and to achieve the object.
本発明は、炭化珪素製のDPFは、一般的に熱膨張緩和のために複数のセグメントを接合して接合体とした構造を有しており、この構造を利用し、複数のセグメントの一部を、その側面に金属部材を設けた構造に構成してヒーターとして機能させることで、低電力ながらもSiCの持つ高い熱伝導性により、PM燃焼とHCやCOガス等の酸化除去が効率良く行なえるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。 In the present invention, a DPF made of silicon carbide generally has a structure in which a plurality of segments are joined to alleviate thermal expansion to form a joined body. By making it a structure with a metal member on its side surface and functioning as a heater, it is possible to efficiently remove PM combustion and oxidize HC, CO gas, etc. due to the high thermal conductivity of SiC while having low power. It was achieved based on such knowledge.
上記目的を達成するために、本発明の排出ガス浄化構造体は、ガスが流通するガス流通孔を含み、側面におけるガス流通方向上流側及び下流側のそれぞれの一部に金属部材を有する炭化珪素セグメントが複数接合されたセグメント構造体と、前記セグメント構造体の側面の前記ガス流通方向上流側及び下流側のそれぞれの少なくとも一部に設けられ、外部からの電圧印加が可能な電極部材と、前記ガス流通方向上流側及び下流側のそれぞれに設けられ、前記金属部材及び前記電極部材を導通する導通部材と、を設けて構成したものである。 In order to achieve the above object, an exhaust gas purifying structure of the present invention includes a gas flow hole through which a gas flows, and silicon carbide having metal members on a part of the side in the gas flow direction on the upstream side and the downstream side, respectively. A segment structure in which a plurality of segments are joined; an electrode member provided on at least a part of each of the upstream side and the downstream side in the gas flow direction of the side surface of the segment structure; Provided on each of the upstream side and the downstream side in the gas flow direction, a conductive member that conducts the metal member and the electrode member is provided.
本発明の排出ガス浄化構造体においては、複数の炭化珪素(SiC)セグメントを接合して形成されるセグメント構造体のうち、一部のSiCセグメントについて、その側面のガス流通方向の上流側と下流側とにそれぞれ、セグメント構造体の側面の電極部位と電気的に繋がる金属部材を設けることで、SiCセグメントの一部分を発熱させ得るようにしてヒーターとして機能させ、セグメント構造体の内部を部分的に加熱する構造に構成することができる。これにより、熱伝導性が比較的高いSiC製のセグメントを接合して形成されるセグメント構造体は、例えば、触媒温度が低くなるエンジンの冷間始動時や、ガス排出が停止して触媒温度が下降するハイブリッド車でのエンジンの間欠停止時、排出ガスの温度下降に伴なって触媒温度が低下する低速運転時などでも、互いに接合されたSiCセグメントの一部での発熱で構造体全体に熱が保持され、構造体全体の加熱を行なわない低電力量にて、堆積したPMを着火燃焼し、更にはHCやCO等のガス成分の酸化除去が行なえる。 In the exhaust gas purification structure of the present invention, among the segment structures formed by joining a plurality of silicon carbide (SiC) segments, the upstream side and the downstream side in the gas flow direction on the side of some of the SiC segments Each side is provided with a metal member that is electrically connected to the electrode portion on the side surface of the segment structure, so that a part of the SiC segment can be heated to function as a heater, and the interior of the segment structure is partially It can be configured to be heated. Thereby, the segment structure formed by joining the segments made of SiC having relatively high thermal conductivity, for example, when the engine is cold started when the catalyst temperature is low, or when the gas temperature is stopped and the catalyst temperature is Even when the engine is stopped intermittently in a descending hybrid vehicle, or during low-speed operation where the catalyst temperature decreases as the exhaust gas temperature decreases, the entire structure is heated by heat generated in a part of the SiC segments joined together. Is held, and the deposited PM can be ignited and burned with a low power amount that does not heat the entire structure, and further, gas components such as HC and CO can be oxidized and removed.
本発明においては、更に、セグメント構造体の側面の電極部材との導通を形成する導通部材と接続しやすくするため、SiCセグメントの側面の金属部材と電気的に接続する金属部材を、SiCセグメントのガス流通方向上流側及び下流側の各端面の一部に配設することができる。 In the present invention, the metal member electrically connected to the metal member on the side surface of the SiC segment is further connected to the metal member on the side surface of the SiC segment in order to facilitate connection with the conductive member that forms the conduction with the electrode member on the side surface of the segment structure. It can arrange | position in a part of each end surface of the gas distribution direction upstream and downstream.
また、SiCセグメントの側面に有する金属部材は、セグメントのガス流通方向の上流側と下流側とにおいて、SiCセグメントの側面の周囲方向を全体的に覆うように設けることができる。このように、SiCセグメントのガス流通方向の上流側と下流側の各端面から側面に沿って所定幅の領域にそれぞれ金属部材を設けることで、効率的に発熱が得られるヒーターとして機能する。 Moreover, the metal member which has in the side surface of a SiC segment can be provided so that the peripheral direction of the side surface of a SiC segment may be covered entirely in the upstream and downstream of the gas distribution direction of a segment. In this way, by providing the metal members in regions of a predetermined width along the side surfaces from the upstream and downstream end surfaces in the gas flow direction of the SiC segment, the SiC segment functions as a heater that can efficiently generate heat.
本発明におけるセグメント構造体を構成する複数の炭化珪素セグメントは、ガスが通過可能な多孔質壁と、前記多孔質壁で区画され、ガス流通方向下流側が閉塞されたガス流入側セルと、前記多孔質壁で区画されるとともに多孔質壁を介してガス流入側セルに隣接し、ガス流通方向上流側が閉塞されたガス流出側セルとを設け、ガス流入側セルに流入したガスが多孔質壁を通過してガス流出側セルに流出する構成にすることができる。このとき、ガス流入側セルに流れ込んだ排ガスは、ガス流入側セルの多孔質壁を通過してガス流入側セルと隣接するガス流出側セルに進入し、ガスが多孔質壁を通過する際にPMを捕集するとともに、捕集されたPMは着火燃焼される。更には、排ガス中のHCやCO等のガス成分は、酸化除去される。
この場合、多孔質壁の壁面や壁中(好ましくはガス流入側セルを構成する多孔質壁の壁面)に白金(Pt)やパラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等の貴金属が担持されていることが好ましい。
The plurality of silicon carbide segments constituting the segment structure in the present invention include a porous wall through which a gas can pass, a gas inflow side cell that is partitioned by the porous wall and closed on the downstream side in the gas flow direction, and the porous A gas outflow side cell that is partitioned by a porous wall and is adjacent to the gas inflow side cell through the porous wall and is closed on the upstream side in the gas flow direction, and the gas that has flowed into the gas inflow side cell passes through the porous wall. It can be configured to pass through and flow out to the gas outflow side cell. At this time, the exhaust gas flowing into the gas inflow side cell passes through the porous wall of the gas inflow side cell and enters the gas outflow side cell adjacent to the gas inflow side cell, and when the gas passes through the porous wall. While collecting PM, the collected PM is ignited and burned. Furthermore, gas components such as HC and CO in the exhaust gas are oxidized and removed.
In this case, a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) is supported on the wall of the porous wall or in the wall (preferably the wall of the porous wall constituting the gas inflow side cell). It is preferable.
SiCセグメントの側面に有する金属部材は、その側面において、ガス流通方向上流側の一端から所定幅の領域全体と、ガス流通方向におけるSiCセグメントの中心位置から下流側の他端までの領域全体とに設けることができる。すなわち、SiCセグメントの側面には、ガス流通方向におけるSiCセグメントの中心位置から上流側に、金属部材が設けられていない領域、すなわちヒーターとなる発熱領域が設けられることが好ましい。 The metal member on the side surface of the SiC segment has, on its side surface, an entire region having a predetermined width from one end on the upstream side in the gas flow direction and an entire region from the center position of the SiC segment to the other end on the downstream side in the gas flow direction. Can be provided. That is, it is preferable that a region where no metal member is provided, that is, a heat generation region serving as a heater, is provided on the side surface of the SiC segment upstream from the center position of the SiC segment in the gas flow direction.
SiCセグメント内の熱は、排ガスがSiCセグメントを流れる際の上流側の一端から下流側の他端に向かう流通方向に沿って伝達され、また、排ガスの熱により上流側は加熱されやすいため、ヒーターとなる発熱領域をSiCセグメントの中心位置から上流側に設けることで、電力量がより軽減される。 Heat in the SiC segment is transmitted along the flow direction from one end on the upstream side to the other end on the downstream side when the exhaust gas flows through the SiC segment, and the upstream side is easily heated by the heat of the exhaust gas. The amount of electric power is further reduced by providing the exothermic region to be upstream from the center position of the SiC segment.
本発明におけるセグメント構造体では、金属部材を有するSiCセグメントが、互いに接合された複数のSiCセグメントの最も内部(例えばセグメント構造体の軸心に最も近い位置)に配置されている形態が好ましい。金属部材を有するSiCセグメントの周囲が他のSiCセグメントで取り囲まれた構造になるので、自ら発熱しないセグメントへ熱が伝搬しやすく、セグメント構造体を構成するSiCセグメントの全体を効率よく迅速に加熱することが可能である。 In the segment structure in the present invention, a form in which the SiC segment having the metal member is disposed in the innermost part of the plurality of SiC segments joined to each other (for example, the position closest to the axis of the segment structure) is preferable. Since the SiC segment having a metal member is surrounded by another SiC segment, heat easily propagates to the segment that does not generate heat, and the entire SiC segment constituting the segment structure is efficiently and quickly heated. It is possible.
SiCセグメント側面の金属部材、及びセグメント構造体側面の電極部材は、銀及び/又は銅を用いて形成することができる。 The metal member on the side surface of the SiC segment and the electrode member on the side surface of the segment structure can be formed using silver and / or copper.
本発明は、エンジンの冷間始動時やハイブリッド車でのエンジンの間欠停止時、低速運転時などの運転条件の影響で安定維持するのが難しい熱を保持し、安定的に優れた排ガス浄化能を発揮し得る、例えばディーゼルハイブリッド車などの排気浄化触媒システムを構築することができる。 The present invention maintains heat that is difficult to maintain stably due to the influence of operating conditions such as cold engine start, intermittent engine stop in a hybrid vehicle, and low speed operation, and stable and excellent exhaust gas purification performance. For example, an exhaust purification catalyst system such as a diesel hybrid vehicle can be constructed.
本発明によれば、排出ガスの排出条件(ガス温度等)の影響によらず、構造体全体を加熱しない低電力量にて堆積PMを燃焼除去することができる排出ガス浄化構造体を提供することができる。 According to the present invention, there is provided an exhaust gas purification structure capable of burning and removing deposited PM with a low power amount that does not heat the entire structure regardless of the influence of exhaust gas exhaust conditions (gas temperature, etc.). be able to.
以下、図1〜図5を参照して、本発明の排出ガス浄化構造体の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明においては、下記実施形態に制限されるものではない。 Hereinafter, with reference to FIGS. 1-5, embodiment of the exhaust gas purification structure of this invention is described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiment.
図1に示すように、本実施形態は、ディーゼルエンジン車の排出ガス浄化触媒システムにおいて、ディーゼルエンジン本体3から排出された排出ガスを流通、排出する排気系統における排出ガスの流通方向に順次、白金(Pt)が担持された酸化触媒1と、排出ガス浄化構造体としてヒーター付SiC製DPF2とが配置されている。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, in an exhaust gas purification catalyst system for a diesel engine vehicle, platinum is sequentially formed in the exhaust gas distribution direction in an exhaust system for distributing and discharging the exhaust gas discharged from the diesel engine body 3. An oxidation catalyst 1 carrying (Pt) and an
ヒーター付SiC製DPF2は、図2に示すように、複数のSiCセグメントを接合して形成されたセグメント構造体10と、セグメント構造体の側面に有する銀皮膜(銀電極)5と、セグメント構造体中のSiCセグメントの一部及び銀電極5を接続する導通体7とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
セグメント構造体10は、複数のSiCセグメントを互いに接合し、円筒形状に加工することにより成形されており、本実施形態では、断面形状(排出ガス(gas)の流通方向との直交断面)が正四角形の4個のSiCセグメントと、これら4個を取り囲んで配置された12個のSiCセグメントとを接合して形成されている。
The
隣接するSiCセグメント4間には、図示しない接着層が付与されており、隣接のSiCセグメントを互いに固定化している。接着層は、セグメント同士を固定化できる材料であれば、特に制限はなく、例えば、アルミナゾル、シリカゾル、セメント等の無機接着剤や、メチルセルロース、エチルセルロース等の有機接着剤などが使用できる。
An adhesive layer (not shown) is provided between the
セグメント構造体10の中心部に設けられた、断面が正四角形の4個のSiCセグメントは、図3に示すように、側面をなす4面の、排出ガス(gas)のガス流通方向上流側の一端から幅長cの領域とガス流通方向における中心位置Pから下流側の他端までの幅長dの領域とに、銀皮膜(金属部材)21a,21bが形成されている。銀皮膜がガス流通方向上流側及び下流側にそれぞれ部分的に形成されることで、SiCセグメントには、排出ガスの流入側端面及び流出側端面からそれぞれ等距離にある中心位置Pからガス流通方向上流側に、銀皮膜の非形成領域(幅長e−(c+d)の領域)23があり、この領域が発熱してヒーターとして機能する。本実施形態では、発熱する銀皮膜非形成領域が、排出ガスの流入側端面及び流出側端面からそれぞれ等距離にある中心位置Pからガス流通方向上流側に設けられることにより、下流側に熱伝達しやすく、また、排出ガスの熱で上流側は加熱されやすいため、電力消費が軽減される。
As shown in FIG. 3, the four SiC segments provided in the central part of the
銀皮膜21a,21b(以下、総じて「銀皮膜21」ともいう。)は、厚み1μmの金属膜であり、電気伝導性を有する金属膜であればよく、銀(Ag)以外にも、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)などの金属を用いて形成することができる。
銀皮膜21の厚みは、耐久性の観点から、1〜10μmの範囲で形成されるのが好ましい。
The
The thickness of the
SiCセグメントの好ましい形態は、銀皮膜21がSiCセグメントの側面にガス流通方向の両端から形成されており、SiCセグメントの側面の流入側端面及び流出側端面からそれぞれ等距離にある中心位置Pから上流側に設けられる銀皮膜の非形成領域の幅長{e−(c+d)}が、セグメント全長eに対して30〜45%の範囲である場合である。
In a preferred form of the SiC segment, the
銀皮膜21は、銀をメッキや蒸着したり、銀を含有する溶液に浸漬、付着させる等の方法により形成することが可能である。本実施形態では、銀皮膜21aは、SiCセグメント4のガス流通方向の一端から幅長cの領域(図3参照)を、塩化スズ(SnCl2)及び塩酸(HCl)からなる活性化溶液に浸漬、水洗した後、硝酸銀(AgNO3)、ホルムアルデヒド(HCHO)、及び蒸留水からなる銀溶液に10分間浸漬し、引き上げた後、水洗することにより形成されている。また、銀皮膜21bも、SiCセグメント4のガス流通方向の他端から幅長dの領域(図3参照)について同様の操作を行なうことにより形成されている。
The
また、セグメント構造体10を構成する各SiCセグメントは、図3に示されるように、排出ガスが流通する複数のガス流通孔を有している。各SiCセグメントは、図4に示すように、流通する排出ガスが矢印で示すように通過可能に構成された多孔質のフィルタ壁11が所定の間隔をおいて互いに略平行に配置されており、配置されたフィルタ壁11は、ガス流通方向(図3の矢印方向)下流側の端部において、隣り合うフィルタ壁間を1つおきに目詰め材12で目詰めして閉塞されており、さらにガス流通方向上流側の端部において、フィルタ壁の下流側が目詰めされていないフィルタ壁間を1つおきに目詰め材12で目詰めして閉塞されている。これにより、ガス流通方向下流側を目詰めしたフィルタ壁間には、ガス流入側セル18が形成されており、排ガス流通方向上流側を目詰めしたフィルタ壁間には、ガス流出側セル19が形成されている。
Each SiC segment constituting the
上記のように、ガス流入側セル18及びガス流出側セル19は、フィルタ壁11により区画されると共にフィルタ壁11を介して隣接しており、図5に示すように、流通されてガス流入側セル18に進入した排ガスは、ガス流入側セル18からフィルタ壁11を通過してガス流出側セル19に移動できる構成になっている。
As described above, the gas
フィルタ壁としては、多数の孔が内部に形成された気体の流通が可能なものであれば使用することができる。フィルタ壁を構成する主成分としては、炭化珪素などが挙げられる。なお、「主成分」とは、フィルタ壁の成分の80質量%以上を占めることをいう。具体的な例としては、SiC製ハニカム基材、メタルハニカム基材などが挙げられる。
フィルタ壁の平均細孔径としては、5〜30μmの範囲が好ましい。
As the filter wall, any filter wall can be used as long as it can circulate a gas having a large number of holes formed therein. Examples of the main component constituting the filter wall include silicon carbide. The “main component” means occupying 80% by mass or more of the components of the filter wall. Specific examples include SiC honeycomb substrates and metal honeycomb substrates.
The average pore diameter of the filter wall is preferably in the range of 5 to 30 μm.
多孔質のフィルタ壁11の内部には、フィルタ壁の平均細孔径よりも平均粒径が小さい担体にPtを担持した触媒粒子が担持されてもよい。触媒粒子の貴金属としては、Pt、Pd、ロジウム(Rh)等が挙げられ、PMの燃焼効率の観点からPt、Pdが好ましい。担体の平均粒径は、X線回折法、TEM観察により測定された2次粒子径の平均値(平均2次粒子径)であり、30μm以下が好ましい。
Inside the
ガス流入側セル18のセル内には、フィルタ壁11の上に、貴金属としてPt(白金)が担持された触媒層15が形成されている。触媒層15には、担体にPtを担持したPt担持触媒粒子が担持されている。触媒粒子の貴金属としては、Pt、Pd、ロジウム(Rh)等が挙げられ、PMの燃焼効率の観点から、Pt、Pdが好ましい。触媒層15における担体の平均粒径も、前記同様の方法で測定される平均2次粒子径であり、20μm以上が好ましい。
A
前記担体としては、二酸化ジルコニウム(ZrO2)や酸化アルミニウム(Al2O3)、シリカ、シリカ−アルミナ、セリア(CeO2)、ゼオライトなどの酸化物の粒子、並びにこれらの混合粒子を用いることができる。 As the carrier, zirconium dioxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silica, silica-alumina, ceria (CeO 2 ), oxide particles such as zeolite, and mixed particles thereof may be used. it can.
触媒層15は、触媒能を有する貴金属をコーティング等して多孔質壁上に設けた構造でもよい。貴金属が担持されることにより、多孔質壁の壁面に堆積するPM(粒子状物質)の燃焼除去を促進し、PMの燃焼性をより向上できる。
The
触媒層15における貴金属の担持量は、0.5g/L以上3g/L以下が好ましい。ガス流入側における触媒層中の貴金属量は、0.5g/L以上であると、比較的PMが多く堆積する壁面のPM燃焼効率が良好になり、貴金属が受ける熱負荷も抑えられ、また、3g/L以下の範囲ではコスト的に有利である。このとき、フィルタ壁11の壁中の貴金属担持量は、0.01g/L以上0.5g/L以下であることが好ましい。
The supported amount of the noble metal in the
Ptは、PMの燃焼能、ガス中のHC、COの酸化活性に優れている。Pdもまた、PMの燃焼能、ガス中のHC、COの酸化活性に優れている。また、Pdを用いると耐熱性が得られ、Ptの粒成長を抑制する効果も有しており、例えばPtと共にPdを存在させることで、更なる高耐熱化が図れる。これにより、PM燃焼に伴なう貴金属(特にPt)の熱劣化を効果的に抑制することができる。 Pt is excellent in PM combustion ability and oxidation activity of HC and CO in gas. Pd is also excellent in PM burning ability and HC and CO oxidation activity in gas. Further, when Pd is used, heat resistance is obtained, and it has an effect of suppressing Pt grain growth. For example, Pd can be present together with Pt to further increase the heat resistance. Thereby, the thermal deterioration of the noble metal (especially Pt) accompanying PM combustion can be suppressed effectively.
Pt、Pdを層中に含有する場合、Ptが担持されたPt担持酸化物の粒子とPdが担持されたPd担持酸化物の粒子とを混合してもよいし、Pt及びPdをともに担持した酸化物粒子を用いてもよい。Pt担持酸化物は、例えば、ZrO2粉末等の酸化物の粉状物や粒状物と、ジ硝酸ジアンミン白金溶液、塩化白金溶液、アンミン白金溶液などとを混合し、乾燥、焼成(例えば400〜800℃程度)する等により得られる。また、Pt及びPdをともに担持した酸化物粒子は、例えば、ZrO2粉末等の酸化物の粉状物や粒状物と、ジ硝酸ジアンミン白金溶液、塩化白金溶液、アンミン白金溶液などと、硝酸パラジウム溶液、塩化パラジウム溶液などとを混合し、乾燥、焼成(例えば400〜800℃程度)する等により得ることができる。 When Pt and Pd are contained in the layer, Pt-supported oxide particles supporting Pt and Pd-supported oxide particles supporting Pd may be mixed, or both Pt and Pd are supported. Oxide particles may be used. The Pt-supported oxide is, for example, a mixture of an oxide powder or granular material such as ZrO 2 powder and a diammineplatinum platinum solution, a platinum chloride solution, an ammine platinum solution, etc. For example, about 800 ° C.). The oxide particles supporting both Pt and Pd are, for example, oxide powder such as ZrO 2 powder and granular materials, diammine platinum nitrate solution, platinum chloride solution, ammine platinum solution, and palladium nitrate. It can be obtained by mixing a solution, a palladium chloride solution and the like, drying, firing (for example, about 400 to 800 ° C.), and the like.
銀皮膜5は、厚み1μmの銀電極であり、導通体7によりSiCセグメント4の銀皮膜21a,21bと電気的に接続されて外部より通電するための電極として機能する。銀皮膜5aは、図2に示されるように、セグメント構造体10の側面におけるガス流通方向上流側の一端から幅長aの領域に設けられており、銀皮膜5bは、セグメント構造体10の側面におけるガス流通方向下流側の他端から幅長bの領域に設けられている。銀皮膜5aは、導通体7を介してSiCセグメント4の銀皮膜21aと電気的に接続し、銀皮膜5bは、導通体7を介してSiCセグメント4の銀皮膜21bと電気的に接続している。
The silver coating 5 is a silver electrode having a thickness of 1 μm, and functions as an electrode for being electrically connected to the
この銀皮膜5に外部より通電した場合、例えば、触媒が冷えた状態でエンジン駆動に切り替わった直後や、触媒の活性温度域に達しない低温の排出ガスが流入した際などに、銀皮膜5と導通体7を介して電気的に繋がる銀皮膜21a,21bが形成された、セグメント構造体中央部の4個のSiCセグメント4が加熱される。加熱されたSiCセグメントが着火源となって、熱伝導率の比較的高いSiC及び銀皮膜を通じて、これら4個のSiCセグメント4の周囲を取り囲む他のSiCセグメントへ熱伝搬する。その結果として、構造体全体の加熱を行なわない低電力量にて、互いに接合されたSiCセグメントの一部での発熱により構造体全体に熱が保持され、堆積したPMを着火燃焼し、HCやCO等のガス成分の酸化除去が行なえる。
なお、エンジン駆動での通常運転時には、PMを捕集、燃焼し、HCやCO等のガス成分を酸化除去するDPF触媒として機能する。
When the silver coating 5 is energized from the outside, for example, immediately after switching to engine driving in a cold state, or when a low-temperature exhaust gas that does not reach the activation temperature range of the catalyst flows, The four
During normal operation with an engine drive, PM functions as a DPF catalyst that collects and burns PM and oxidizes and removes gas components such as HC and CO.
銀皮膜5は、電気伝導性を有する金属皮膜であればよく、銀(Ag)以外にもCuなどの金属を用いて形成することができる。 The silver film 5 may be a metal film having electrical conductivity, and can be formed using a metal such as Cu in addition to silver (Ag).
銀皮膜5は、銀をメッキや蒸着したり、銀を含有する溶液に浸漬、付着させる等の方法により形成することが可能である。本実施形態では、銀皮膜5aは、セグメント構造体10のガス流通方向の一端から幅長aの領域(図2参照)を、塩化スズ(SnCl2)及び塩酸(HCl)からなる活性化溶液に浸漬、水洗した後、硝酸銀(AgNO3)、ホルムアルデヒド(HCHO)、及び蒸留水からなる銀溶液に10分間浸漬し、引き上げた後、水洗することにより形成されている。また、銀皮膜5bも、セグメント構造体10のガス流通方向の他端から幅長bの領域(図2参照)について同様の操作を行なうことにより形成されている。
The silver film 5 can be formed by a method such as plating or vapor deposition of silver, or dipping or adhering to a solution containing silver. In the present embodiment, the
銀皮膜5a、5bにおける膜厚は、耐久性の観点から、1〜10μmの範囲であることが好ましい。
The film thickness in the
導通体7は、SiCセグメント間の接着層に沿ってセグメント構造体10の両端面に形成されると共に、各端面から延びて銀皮膜21a、21bの各膜面上に形成されている。この導通体7により、銀皮膜5aとSiセグメントの銀皮膜21aの間、及び銀皮膜5bとSiセグメントの銀皮膜21bの間はそれぞれ接続されており、導通状態となっている。導通体7は、電気伝導性を有する金属皮膜であればよく、Ag、Cuなどの金属を用いて形成することが可能である。本実施形態では、Ag導線がセグメント構造体10の両端面から銀皮膜5にかけて設けられており、これはAgを含む銀ペーストを付与、乾燥させることにより形成されている。
The conductor 7 is formed on both end faces of the
銀皮膜5a、5bの膜面には、それぞれ電極棒6が直接接合されている。電極棒6は、銅で形成されており、外部から通電する際の電極端子として機能する。電極棒は、電気伝導性を有する金属を用いて設けることが可能であり、例えば、銅、ステンレス合金、クロム合金などを使用できる。
The
セグメント構造体10の側面と銀皮膜5a、5bとの間には、セグメント構造体10の側面である外周面(曲面)全体を覆うように、厚み1mmのアルミナ絶縁膜8が設けられている。アルミナ絶縁膜8により、セグメント構造体は電極をなす銀皮膜5との間で電気的に絶縁が保たれている。アルミナ絶縁膜は、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)を含有するスラリーを用いて形成される。本実施形態では、活性アルミナ粉末とアルミナゾルと硝酸アルミニウムと蒸留水とからなるスラリーに浸漬し、引き上げて余分なスラリーを吹き払った後、乾燥、焼成を行なって形成されている。
Between the side surface of the
アルミナ絶縁膜8は、電気絶縁性の材料で形成された膜であればよく、アルミナ以外にも、シリカ、ジルコニアなどを用いて形成することができる。
The
ヒーター付SiC製DPF2の上流側に配置されている酸化触媒1は、コージェライト製のハニカムモノリス担体(支持基材)の上に、Pt及び必要に応じてパラジウム(Pd)が担持された触媒層を設けて構成されている。
The oxidation catalyst 1 arranged on the upstream side of the
酸化触媒1における触媒層は、少なくともPt又はPd、あるいはPt及びPdを(好ましくは担体に担持して)含ませて設けられている。触媒層には、PtやPdに加え、更に、Li、K、Na、Mg、Ca、St、Ba等のアルカリ金属、アルカリ土類金属などのNOx吸蔵材料を含有することができる。 The catalyst layer in the oxidation catalyst 1 is provided so as to contain at least Pt or Pd, or Pt and Pd (preferably supported on a carrier). In addition to Pt and Pd, the catalyst layer may further contain a NO x storage material such as an alkali metal such as Li, K, Na, Mg, Ca, St, or Ba, or an alkaline earth metal.
Pt、Pdは、所望の担体に担持して層中に含有することができる。ここでの担体としては、二酸化ジルコニウム(ZrO2)や酸化アルミニウム(Al2O3)、シリカ、シリカ−アルミナ、セリア(CeO2)、ゼオライトなどの酸化物の粒子、並びにこれらの混合粒子を用いることができる。 Pt and Pd can be supported on a desired carrier and contained in the layer. As the carrier here, particles of oxide such as zirconium dioxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silica, silica-alumina, ceria (CeO 2 ), zeolite, and mixed particles thereof are used. be able to.
Pt、Pdを層中に含有する場合、Ptが担持されたPt担持酸化物の粒子とPdが担持されたPd担持酸化物の粒子とを混合してもよいし、Pt及びPdをともに担持した酸化物粒子を用いてもよい。Pt担持酸化物は、例えば、ZrO2粉末等の酸化物の粉状物や粒状物と、ジ硝酸ジアンミン白金溶液、塩化白金溶液、アンミン白金溶液などとを混合し、乾燥、焼成(例えば400〜800℃程度)する等により得られる。また、Pt及びPdをともに担持した酸化物粒子は、例えば、ZrO2粉末等の酸化物の粉状物や粒状物と、ジ硝酸ジアンミン白金溶液、塩化白金溶液、アンミン白金溶液などと、硝酸パラジウム溶液、塩化パラジウム溶液などとを混合し、乾燥、焼成(例えば400〜800℃程度)する等により得ることができる。 When Pt and Pd are contained in the layer, Pt-supported oxide particles supporting Pt and Pd-supported oxide particles supporting Pd may be mixed, or both Pt and Pd are supported. Oxide particles may be used. The Pt-supported oxide is, for example, a mixture of an oxide powder or granular material such as ZrO 2 powder and a diammineplatinum platinum solution, a platinum chloride solution, an ammine platinum solution, etc. For example, about 800 ° C.). The oxide particles supporting both Pt and Pd are, for example, oxide powder such as ZrO 2 powder and granular materials, diammine platinum nitrate solution, platinum chloride solution, ammine platinum solution, and palladium nitrate. It can be obtained by mixing a solution, a palladium chloride solution and the like, drying, firing (for example, about 400 to 800 ° C.), and the like.
触媒層は、例えば、水等の媒質中に、Pt担持酸化物又はPd担持酸化物の粉状物又は粒状物、あるいはPt及びPdを担持した酸化物粒子の粉状物又は粒状物(及び必要に応じて他の成分)を加えて撹拌してスラリーとし、得られたスラリーを所望の支持基材上にコートし、焼成して形成することができる。
コート方法や焼成条件などについては、組成やスケール等により適宜選択すればよい。
The catalyst layer is, for example, a powdery or granular material of Pt-supported oxide or Pd-supported oxide or oxide particles supporting Pt and Pd in a medium such as water (and necessary). Depending on the above, other components) may be added and stirred to form a slurry, and the resulting slurry may be coated on a desired support substrate and fired to form.
What is necessary is just to select suitably about a coating method, baking conditions, etc. by a composition, a scale, etc.
上記の実施形態では、複数のSiCセグメントで形成されるセグメント構造体の中心部(ガス流通方向との直交断面における中心部)に、側面に銀皮膜を有してヒーター機能が備えられた4個のSiCセグメントを配置した場合を中心に説明したが、ヒーター機能を備えたSiCセグメントの数に制限はない。
SiCセグメントの数については、目的や構造体のスケール、流入ガスの温度等の場合に応じて、1個のみでもよいし、上記実施形態の4個のうちの対角に位置する2個のみでもよいし、あるいは、n2個(n個×n個;n≧3)のSiCセグメントを接合したセグメント構造体の中心の(n−2)2個(n≧3)のうちの任意の個数としてもよい。具体的には、例えばSiCセグメントの全数を上記実施形態(16個)より多くし、例えば全数25個(5個×5個)を接合したセグメント構造体の中心の1個、又は中心部9個のうちの任意の3〜5個もしくは全部などとすることができる。
In the above embodiment, four pieces having a heater function with a silver film on the side surface at the center part (center part in a cross section orthogonal to the gas flow direction) of a segment structure formed of a plurality of SiC segments. However, the number of SiC segments having a heater function is not limited.
The number of SiC segments may be only one according to the purpose, the scale of the structure, the temperature of the inflowing gas, or the like, or may be only two that are located diagonally out of the four in the above embodiment. Or, as an arbitrary number of (n−2) 2 (n ≧ 3) at the center of the segment structure in which n 2 (n × n; n ≧ 3) SiC segments are joined. Also good. Specifically, for example, the total number of SiC segments is larger than that of the above-described embodiment (16), and for example, one of the centers of segment structures in which a total of 25 (5 × 5) are joined, or 9 central portions. Any 3 to 5 or all of them can be used.
また、上記実施形態では、SiCセグメント及びセグメント構造体の各側面に銀皮膜を形成した場合を中心に説明したが、銀に限らず、上記銀以外の電気伝導性の金属材料を用いた場合にも同様の効果が得られる。 Moreover, in the said embodiment, although demonstrated centering on the case where a silver membrane | film | coat was formed in each side of a SiC segment and a segment structure, when not only silver but electrically conductive metal materials other than the said silver are used. The same effect can be obtained.
また、SiCセグメント及びセグメント構造体の形状、サイズについては、上記実施形態の形状に制限はない。断面形状は、円形、楕円形、矩形、三角形、六角形などの形状から任意に選択することができ、断面積や長さ等のサイズは目的やガス性状等の場合により選択すればよい。 Moreover, there is no restriction | limiting in the shape of the said embodiment about the shape and size of a SiC segment and a segment structure. The cross-sectional shape can be arbitrarily selected from shapes such as a circle, an ellipse, a rectangle, a triangle, and a hexagon, and the size such as the cross-sectional area and the length may be selected depending on the purpose and gas properties.
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。なお、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to a following example, unless the main point is exceeded.
(実施例1)
多孔質壁を有するSiCセグメントとして、セル数=300セル/平方インチ、厚み=0.25mmの多孔質壁を有する、一辺35mm、長さ118mmの正四角柱のSiC(炭化珪素)製DPFセグメント(断面形状:正四角形)を用意する。
Example 1
As a SiC segment having a porous wall, a DPF segment made of SiC (silicon carbide) having a square wall of 35 mm and a length of 118 mm and having a porous wall having a number of cells = 300 cells / square inch and a thickness = 0.25 mm (cross section) (Shape: regular square).
このDPFセグメントは、多孔質壁を有しており、その内部は図4に示すように、平行配置された複数の多孔質壁11の多孔質壁間が、排ガス流通方向(矢印方向)下流側と上流側とで1つおきに交互に目詰めされることによりガス流入側セル18とガス流出側セル19とが形成されている(平均細孔径:11μm、空孔率:42%)。ガス流入側セルとガス流出側セルとは、同一のセル形状になっている。
This DPF segment has a porous wall, and as shown in FIG. 4, the inside of the porous walls of the plurality of
用意するDPFセグメントを、まず塩化スズ及び塩酸からなる活性化溶液に浸漬し、水洗処理する。その後、硝酸銀、ホルムアルデヒド、及び蒸留水を混合した銀溶液に10分間浸漬する。引き上げた後、水洗処理を施し、図3に示されるように、DPFセグメントの一端(ガス流入側の端面)から10mm(=幅長c)、及び他端(ガス流出側の端面)から60mm(=幅長d)にのみ、DPFセグメントの側面とガス流入側セルの内部に厚み約1μmの銀皮膜を形成する。 The prepared DPF segment is first immersed in an activation solution composed of tin chloride and hydrochloric acid, and washed with water. Then, it is immersed for 10 minutes in the silver solution which mixed silver nitrate, formaldehyde, and distilled water. After being pulled up, it is washed with water and, as shown in FIG. 3, 10 mm (= width c) from one end of the DPF segment (end surface on the gas inflow side) and 60 mm from the other end (end surface on the gas outflow side) = Only the width d) forms a silver film having a thickness of about 1 μm on the side surface of the DPF segment and the inside of the gas inflow side cell.
上記のように銀皮膜が形成されたDPFセグメントを4本作製し、その4本を束ねてその周囲を取り囲むように、銀皮膜を形成していない同形状のDPFセグメント12本を配置し、各セグメント間にSiO2が主成分のシリカゾル(無機接着剤)で接着層を形成して組み合わせ、乾燥、焼成する。その後、周囲を切削加工して、直径φ143mm、1.9リットルの円筒形状のDPFフィルタ(セグメント構造体)を作製する。 Four DPF segments having a silver film formed thereon as described above were prepared, and twelve DPF segments having the same shape without the silver film were arranged so as to bundle and surround the four DPF segments, An adhesive layer is formed of silica sol (inorganic adhesive) containing SiO 2 as a main component between the segments, combined, dried, and fired. Thereafter, the periphery is cut to produce a cylindrical DPF filter (segment structure) having a diameter of 143 mm and a diameter of 1.9 liters.
次いで、作製したDPFフィルタの側面となる外周面に、活性アルミナ粉末とアルミナゾルと硝酸アルミニウムと蒸留水とを混合したスラリーを付着させ、余分なスラリーを吹き払って乾燥、焼成を行なって、厚み約1mmのアルミナ層(絶縁層)を形成する。 Next, a slurry obtained by mixing activated alumina powder, alumina sol, aluminum nitrate, and distilled water is attached to the outer peripheral surface serving as the side surface of the produced DPF filter, and the excess slurry is blown off and dried and fired to obtain a thickness of about A 1 mm alumina layer (insulating layer) is formed.
次に、アルミナ層が形成されたDPFフィルタのアルミナ層に対して、上記と同様に、まず塩化スズ及び塩酸からなる活性化溶液を接触させて水洗処理を施す。その後、硝酸銀、ホルムアルデヒド、及び蒸留水を混合した銀溶液に10分間接触させる。その後、水洗処理を施し、図2に示されるように、DPFフィルタの一端(ガス流入側の端面)から30mm(=幅長a)、及び他端(ガス流出側の端面)から30mm(=幅長b)にのみ、DPFフィルタの外周面に厚み約1μmの銀皮膜(電極)を形成する。 Next, in the same manner as described above, an activated solution composed of tin chloride and hydrochloric acid is first brought into contact with the alumina layer of the DPF filter on which the alumina layer is formed, and a water washing treatment is performed. Then, it is made to contact for 10 minutes to the silver solution which mixed silver nitrate, formaldehyde, and distilled water. Thereafter, a water washing treatment is performed, and as shown in FIG. 2, 30 mm (= width length a) from one end (end surface on the gas inflow side) of the DPF filter and 30 mm (= width) from the other end (end surface on the gas outflow side). Only for the length b), a silver film (electrode) having a thickness of about 1 μm is formed on the outer peripheral surface of the DPF filter.
そして、DPFフィルタの外周面に形成された銀皮膜(電極)と、銀皮膜が形成された4本のDPFセグメントの銀皮膜とが、ガス流通方向の上流側及び下流側の両端でそれぞれ導通するように、DPFセグメント間の接着層に沿ってDPFフィルタの両端面に銀ペーストを付与すると共に、この銀ペーストを端面から側面の銀皮膜(電極)上にまで付与した後、焼き付ける。 The silver film (electrode) formed on the outer peripheral surface of the DPF filter and the silver film of the four DPF segments on which the silver film is formed are electrically connected to both ends on the upstream side and the downstream side in the gas flow direction. As described above, the silver paste is applied to the both end faces of the DPF filter along the adhesive layer between the DPF segments, and the silver paste is applied from the end face to the silver film (electrode) on the side face and then baked.
次に、以下のようにして、DPFフィルタのガス流入側セルに触媒層を形成する。
まず、酸化アルミニウム(Al2O3)が分散されている酢酸系アルミナゾルに、所定量の白金(Pt)を含むジニトロジアンミン白金溶液を混合し、適量の純水で濃度を調整することによりスラリーを調製する。得られたスラリー20g/リットルを、DPFフィルタの一端(ガス流入側の端面)から付与して、DPFフィルタのガス流入側セル内のガス流入側の端面から60mmの領域にコーティングする。このとき、Pt担持量は0.5g/リットルである。その後、500℃で1時間、焼成し、図4に示されるようにガス流入側セル内の多孔質壁に触媒層を形成する。
Next, a catalyst layer is formed in the gas inflow side cell of the DPF filter as follows.
First, an acetic acid-based alumina sol in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is dispersed is mixed with a dinitrodiammine platinum solution containing a predetermined amount of platinum (Pt), and the slurry is adjusted by adjusting the concentration with an appropriate amount of pure water. Prepare. The obtained slurry 20 g / liter is applied from one end (end surface on the gas inflow side) of the DPF filter, and coated in a region 60 mm from the end surface on the gas inflow side in the gas inflow side cell of the DPF filter. At this time, the amount of Pt supported is 0.5 g / liter. Thereafter, firing is performed at 500 ° C. for 1 hour, and a catalyst layer is formed on the porous wall in the gas inflow side cell as shown in FIG.
DPFフィルタの外周面に形成された銀皮膜上に、銅製の電極棒を取り付け、外部より加電できるようにし、図2に示す構造に構成されたヒーター付SiC製DPFフィルタが得られる。 A copper electrode rod is attached to the silver film formed on the outer peripheral surface of the DPF filter so that the electrode can be heated from the outside, and a SiC DPF filter with a heater having the structure shown in FIG. 2 is obtained.
得られたヒーター付SiC製DPFフィルタは、アルミナ製マットで巻いて金属容器にケーシングする。その後、図1に示されるように、ディーゼルエンジン車の排出ガス浄化触媒システムの排気管内の酸化触媒の下流に装着する。
また、酸化触媒には、セル数=400セル/平方インチ、厚み=0.1mmの2リットル(直径φ143mm、長さ150mm)のコージェライト製ハニカムモノリスに、β−ゼオライト75g/リットルとγ−アルミナ75g/リットルとの混合物をコーティングし、Pt2g/リットルを全体に均一に担持した後、500℃で1時間、焼成したものを装着する。
The obtained SiC DPF filter with a heater is wrapped with an alumina mat and casing in a metal container. Thereafter, as shown in FIG. 1, the exhaust gas purification catalyst system of the diesel engine vehicle is mounted downstream of the oxidation catalyst in the exhaust pipe.
As the oxidation catalyst, cordierite honeycomb monolith having a cell number of 400 cells / in 2 and a thickness of 0.1 mm (diameter: 143 mm, length: 150 mm), β-zeolite 75 g / liter and γ-alumina A mixture of 75 g / liter is coated, and 2 g / liter of Pt is uniformly supported on the whole, and then baked at 500 ° C. for 1 hour.
上記より作製した排出ガス浄化触媒システムでは、エンジンから排出された排出ガスのガス温度が低い場合(例えば、酸化触媒への流入ガスの温度が100℃以下)に、ヒーター付SiC製DPFフィルタの電極にAC200Vを印加し、銀皮膜を側面に有するDPFセグメントの銀皮膜のないSiC露出部を250℃以上に昇温することにより、酸化触媒を通過してきた排出ガス中のHC及びCOを酸化除去することができる。この場合、エンジンから燃料を還元剤としてポスト噴射して供給することにより、DPFフィルタに堆積したPMを着火燃焼させることができる。このとき、PMの着火部位は、はじめ銀皮膜を有するDPFセグメントのみが熱せられただけであっても、SiCの持つ熱伝導性により、PM燃焼熱が急速にその周囲に伝搬するために、DPFフィルタの全体でPMを着火燃焼させることができる。 In the exhaust gas purification catalyst system produced as described above, when the gas temperature of the exhaust gas discharged from the engine is low (for example, the temperature of the inflow gas to the oxidation catalyst is 100 ° C. or lower), the electrode of the SiC DPF filter with heater 200 VAC is applied to the surface, and the temperature of the exposed portion of the DPF segment having no silver coating on the side of the silver coating is increased to 250 ° C. or more to oxidize and remove HC and CO in the exhaust gas passing through the oxidation catalyst. be able to. In this case, PM accumulated in the DPF filter can be ignited and burned by supplying the fuel from the engine by post-injecting fuel as a reducing agent. At this time, even if only the DPF segment having the silver film is heated at the beginning, the PM combustion heat rapidly propagates to the surroundings due to the thermal conductivity of SiC. PM can be ignited and burned in the entire filter.
(実施例2)
実施例1において、銀皮膜を側面に有するDPFセグメントのセル形状を、ガス流入側セルの容積がガス流出側セルの容積の1.2倍になるように変更すること以外は、実施例1と同様にして、ヒーター付SiC製DPFフィルタを作製し、これを排出ガス浄化触媒システムに装着して同様に燃焼等を行なう。
(Example 2)
In Example 1, except that the cell shape of the DPF segment having the silver film on the side surface is changed so that the volume of the gas inflow side cell is 1.2 times the volume of the gas outflow side cell. Similarly, a SiC-made DPF filter with a heater is manufactured, and this is mounted on an exhaust gas purification catalyst system, and combustion or the like is performed in the same manner.
その結果、DPFフィルタの中央部の4個のDPFセグメントでは、その周囲の銀皮膜非形成のDPFセグメントに比べて排出ガスの流入抵抗が小さいために、PM着火させやすくなり、低温状態からHC及びCO等を酸化除去させた際の浄化率が実施例1よりも向上する。また、PM着火性が良化することで、PM燃焼熱がより急速に周囲に伝搬しやすくなり、結果としてDPFフィルタ全体のPMの着火燃焼効率も向上する。 As a result, in the four DPF segments in the center of the DPF filter, the inflow resistance of the exhaust gas is smaller than that of the surrounding DPF segment without the silver film, so that it is easy to ignite PM, and HC and The purification rate when CO or the like is removed by oxidation is improved as compared with the first embodiment. Further, by improving the PM ignitability, the PM combustion heat easily propagates to the surroundings more rapidly, and as a result, the PM ignition combustion efficiency of the entire DPF filter is also improved.
(比較例1)
実施例2において、DPFフィルタを形成する全てのDPFセグメントに、銀皮膜が形成されたDPFセグメントを用いること以外は、実施例1と同様にして、ヒーター付SiC製DPFフィルタを作製し、これを排出ガス浄化触媒システムに装着して同様に燃焼等を行なう。
(Comparative Example 1)
In Example 2, a SiC DPF filter with a heater was prepared in the same manner as in Example 1 except that a DPF segment having a silver film formed thereon was used for all the DPF segments forming the DPF filter. It is mounted on an exhaust gas purification catalyst system and burns in the same manner.
この場合、全てのDPFセグメントに印加電流が流れるため、DPFフィルタの中央部を実施例1と同様の温度にまで昇温するために、約2倍の電力量を必要とする。 In this case, since an applied current flows through all the DPF segments, about twice the amount of power is required to raise the temperature of the central portion of the DPF filter to the same temperature as in the first embodiment.
2・・・ヒーター付SiC製DPFフィルタ
4・・・SiCセグメント
5,5a,5b・・・銀皮膜(電極部材)
6・・・電極棒
10・・・セグメント構造体
11・・・多孔質壁(フィルタ壁)
15・・・触媒層
18・・・ガス流入側セル
19・・・ガス流出側セル
21,21a,21b・・・銀皮膜(金属部材)
2 ... SiC DPF filter with
6 ...
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記セグメント構造体の側面の前記ガス流通方向上流側及び下流側のそれぞれの少なくとも一部に設けられ、外部からの電圧印加が可能な電極部材と、
前記ガス流通方向上流側及び下流側のそれぞれに設けられ、前記金属部材及び前記電極部材を導通する導通部材と、
を備えた排出ガス浄化構造体。 A segment structure in which a plurality of silicon carbide segments each having a metal member are joined to a part of each of the upstream side and the downstream side in the gas flow direction on the side surface, including gas flow holes through which gas flows;
An electrode member provided on at least a part of each of the gas flow direction upstream side and the downstream side of the side surface of the segment structure, and capable of applying a voltage from the outside;
A conduction member provided on each of the upstream and downstream sides of the gas flow direction, and conducting the metal member and the electrode member;
An exhaust gas purification structure comprising:
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