JP2818477B2 - 自動車排ガス浄化用触媒コンバーター - Google Patents

自動車排ガス浄化用触媒コンバーター

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JP2818477B2
JP2818477B2 JP2196511A JP19651190A JP2818477B2 JP 2818477 B2 JP2818477 B2 JP 2818477B2 JP 2196511 A JP2196511 A JP 2196511A JP 19651190 A JP19651190 A JP 19651190A JP 2818477 B2 JP2818477 B2 JP 2818477B2
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catalyst
honeycomb
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honeycomb structure
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節 原田
文夫 安部
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、自動車排ガスの浄化に好適に用いることが
できる触媒コンバーターに関する。
[従来の技術] 自動車の排気ガスを浄化するために用いられる触媒コ
ンバーターは、触媒が触媒作用を発揮するために所定温
度以上に昇温されることが必要であるので、自動車の始
動時等の未だ触媒が十分に昇温していない場合には触媒
を加熱することが必要となる。
従来、このような触媒を加熱するための提案として、
例えば実開昭63−67609号公報に記載の技術が知られて
いる。この実開昭63−67609号公報には、セラミック製
主モノリス触媒の上流側に近接させてメタル担体にアル
ミナをコートした電気通電可能なメタルモノリス触媒を
配設した触媒コンバーターが開示されている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、モノリス触媒等の触媒成分は排気ガス
の上流側より劣化するため、実開昭63−67609号公報記
載の触媒コンバーターにおいては、主モノリス触媒の上
流側に近接させて配設したプレヒーターとしてのメタル
モノリス触媒の触媒成分が最初に劣化し排ガス低温時の
排ガス浄化能が低下する。また、メタル担体自体も腐食
する虞れが大きいという問題がある。
[課題を解決するための手段] そこで、本発明者は種々検討した結果、主モノリス触
媒の上流側及び下流側にヒーターを配置することによ
り、上記欠点を解消できることを見出し、本発明に到達
した。
即ち、本発明によれば、主モノリス触媒の上流側及び
下流側に、通電により発熱する材料からなり多数の貫通
孔を有するハニカム構造体に通電のための少なくとも2
つの電極を設けるとともに、該電極間に抵抗調節機構を
設けてなるハニカムヒーターを配設したことを特徴とす
る自動車排ガス浄化用触媒コンバーター、が提供され
る。
また本発明においては、主モノリス触媒の上流側及び
下流側のうち、少なくとも下流側に配設したハニカムヒ
ーターを、ハニカム構造体に触媒を担持させたものとす
ることが好ましい。
さらに本発明では、ハニカムヒーターとして電極間に
スリット等の抵抗調節機構を設けているので、発熱特性
に優れるという利点がある。なお、、本発明のハニカム
構造体を金属粉末をハニカム状に押出成形し焼結させて
形成すると、好ましい。
又、本発明の場合、主モノリス触媒の上流側及び下流
側に設けるハニカムヒーターは、それぞれ2個以上とし
てもよい。
[作用] 本発明では、主モノリス触媒の上流側及び下流側に、
ハニカム構造体に通電のための少なくとも2つの電極を
設け、かつ電極間に抵抗調節機構を設けてなるハニカム
ヒーターを配設することを特徴とする。
主モノリス触媒の上流側のみにハニカムヒーターを配
設する場合、実使用の際にハニカムヒーター上の触媒が
劣化しコールドスタート時の浄化性能が低下する。
一方、主モノリス触媒の下流側のみにハニカムヒータ
ーを配設する場合、コールドスタート時上流側の主モノ
リス触媒の熱容量が大きいため、排ガスの温度がなかな
か上昇せず、触媒の立上りが遅くなり消費電力が大きく
なる。
そこで、本発明のように、主モノリス触媒の上流側及
び下流側にハニカムヒーターを設置したことにより、上
記したような問題も生じず、エンジン始動時等の低温時
の排ガスを加熱することができ、かつ、ハニカムヒータ
ーが2個以上あることで必要に応じた加熱調整が可能と
なる。
本発明の基体であるハニカム構造体の構成材料として
は、通電により発熱する材料からなるものであれば制限
はなく、金属質でもセラミック質でもよいが、金属質が
機械的強度が高いため好ましい。金属質の場合、例えば
ステンレス鋼やFe−Cr−Al、Fe−Cr、Fe−Al、Fe−Ni、
W−Co、Ni−Cr等の組成を有する材料からなるものが挙
げられる。上記のうち、Fe−Cr−Al、Fe−Cr、Fe−Alが
耐熱性、耐酸化性、耐食性に優れ、かつ安価で好まし
い。ハニカム構造体は、多孔質であっても非多孔質であ
ってもよいが、触媒を担持する場合には、多孔質のハニ
カム構造体が触媒層との密着性が強く熱膨張差による触
媒の剥離が生ずることが殆どないことから好ましい。
次に、本発明のハニカム構造体のうち金属質ハニカム
構造体の製造方法の例を説明する。
まず、所望の組成となるように、例えばFe粉末、Al粉
末、Cr粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属粉末
原料を調製する。次いで、このように調製された金属粉
末原料と、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等
の有機バインダー、水を混合した後、この混合物を所望
のハニカム形状に押出成形する。
次に、押出成形されたハニカム成形体を、非酸化雰囲
気下1000〜1450℃で焼成する。ここで、水素を含む非酸
化雰囲気下において焼成を行なうと、有機バインダーが
Fe等を触媒にして分解除去し、良好な焼結体(ハニカム
構造体)を得ることができ、好ましい。
焼成温度が1000℃未満の場合、成形体が焼結せず、焼
成温度が1450℃を超えると得られる焼結体が変形するた
め、好ましくない。
なお、望ましくは、得られたハニカム構造体の隔壁及
び気孔の表面を耐熱性金属酸化物で被覆する。
次に、望ましくは、得られたハニカム構造体につい
て、後述する電極間に、各種の態様により抵抗調節機構
を設ける。
ハニカム構造体に設ける抵抗調節機構としては、例え
ばスリットを種々の方向、位置、長さで設けること、
貫通軸方向の隔壁長さを変化させること、ハニカム
構造体の隔壁の厚さ(壁厚)を変化させるか、または貫
通孔のセル密度を変化させること、およびハニカム構
造体の隔壁にスリットを設けること、等が好ましいもの
として挙げられる。
上記のようにして得られた金属質ハニカム構造体は、
通常その外周部の隔壁または内部に、ろう付け、溶接な
どの手段によって電極を設けることにより、ハニカムヒ
ーターが作製される。
なお、ここでいう電極とは、当該ヒーターに電圧をか
けるための端子の総称を意味し、ヒーター外周部と缶体
を直接接合したものや、アース等の端子を含む。
この金属質ハニカム構造体はヒーターとして用いる場
合、全体としてその抵抗値が0.001Ω〜0.5Ωの範囲とな
るように形成することが好ましい。
また、上記の金属質ハニカム構造体の表面にさらに触
媒の担持させることにより、排気ガスの浄化反応(酸化
反応熱等)による温度上昇が期待できるため、好まし
い。
金属質ハニカム構造体の表面に担持する触媒は、大き
な表面積を有する担体に触媒活性物質を担持させたもの
である。ここで、大きな表面積を有する担体としては、
例えばγ−Al2O3系、TiO2系、SiO2−Al2O3系などやペロ
ブスカイト系のものが代表的なものとして挙げられる。
触媒活性物質としては、例えばPt、Pd、Rh等の貴金属、
Cu、Ni、Cr、Co等の卑金属などを挙げることができる。
上記のうち、γ−Al2O3系にPt、Pdを10〜100g/ft3担持
したものが好ましい。
本発明におけるハニカム構造体のハニカム形状として
は特に限定はされないが、具体的には、例えば6〜1500
セル/In2(0.9〜233セル/cm2)の範囲のセル密度を有す
るように形成することが好ましい。又、隔壁の厚さは50
〜2000μmの範囲が好ましい。
また、上記したようにハニカム構造体は多孔質であっ
ても非多孔質でもよくその気孔率は制限されないが、0
〜50%、好ましくは25%未満の範囲とすることが強度特
性、耐酸化性、耐食性の面から望ましい。また、触媒を
担持する場合には、触媒層との密着性の点から5%以上
の気孔率を有することが好ましい。
尚、本発明においてハニカム構造体とは、隔壁により
仕切られた多数の貫通孔を有する一体構造をいい、例え
ば貫通孔の断面形状(セル形状)は円形、多角形、コル
ゲート形等の各種の任意な形状が使用できる。
[実施例] 以下、本発明を図示の実施例に基づいて更に詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものでは
ない。
第1図は本発明の触媒を担持したハニカムヒーターの
一例を示す平面図で、多数の貫通孔12を有するハニカム
構造体10に、抵抗調節機構として複数のスリット11を設
け、かつその外壁に2つの電極13を設置し、ハニカムヒ
ーターとしたものである。
第2図〜第4図はそれぞれ本発明に係る自動車排ガス
浄化用触媒コンバーターの実施例を示す構成説明図であ
る。
第2図は主モノリス触媒15の前方(排ガス上流側)及
び後方(排ガス下流側)に、ハニカムヒーター又はヒー
ター触媒14を配設した例を示している。
第3図は主モノリス触媒15の上流側及び下流側にハニ
カムヒーター又はヒーター触媒14を配設し、さらにハニ
カムヒーター又はヒーター触媒14の下流側に主モノリス
触媒又は着火用触媒16を配設した例を示し、第4図は主
モノリス触媒15の上流側及び下流側にハニカムヒーター
又はヒーター触媒14を配設し、さらにハニカムヒーター
又はヒーター触媒14の上流側に主モノリス触媒17を配設
した例である。
次に、具体的な実施結果を説明する。
(実施例) Fe−20Cr−5AlとなるようにFe粉、Fe−Cr粉、Fe−Al
粉を混合した後、押出成形し、H2雰囲気にて焼成するこ
とにより、外径93mmφ、厚さ15mm、セル壁(リブ)厚8m
il、貫通孔数300セル/インチ(CPI2)のハニカム構
造体を得た。得られたハニカム構造体10に、第1図に示
すように約70mmの長さ(両端のスリット長さは約50mm)
のスリット11を貫通孔12の軸方向に8個所設け、かつス
リット11間のセル数が4個(約8mm)となるように形成
した。
さらにこのハニカム構造体10にγ−アルミナを被覆コ
ートし、次いで貴金属PtとPdを各々20g/ft3担持し、600
℃で焼成し触媒化した。その後、第1図に示すようにそ
の外壁に2ヶ所電極13をセットし、ヒーター触媒14とし
た。
得られたヒーター触媒14を、第2図に示すように主モ
ノリス触媒である市販三元触媒15の前方(排ガス上流
側)及び後方(排ガス下流側)に設置した。
本システムでエンジン始動時の性能を確認するため
に、導入排ガスAの温度を100℃から420℃まで2分間で
定速昇温し、その後420℃で1分間キープし(ウォーム
アップテスト)、CO、HC、NOXの浄化率を測定した。
尚、主モノリス触媒15の前方及び後方に設置したヒータ
ー触媒14は、12Vのバッテリーで1分間通電し、排ガス
が350℃になるよう通電した。
比較として、主モノリス触媒15の後方にヒーター触媒
を設置したものを上記と同一条件でウォームアップテス
トを実施した。
これらの結果を第1表に示す。
次に耐久試験として、排ガス温度を室温から750℃ま
で上昇させ750℃で10時間保持し、750℃保持の間は60秒
運転、5秒燃料カットのサイクルを繰り返す試験を実施
した。ヒーター触媒14は前記と同様にエンジン始動1分
前から排ガス温度が350℃になるまで通電を設けた。
本耐久試験を10回繰り返した後、前記のウォームアッ
プテストを実施し、CO、HC、NOXの浄化率を測定した。
尚、比較として、主モノリス触媒15の前方にヒーター
触媒を設置したものを上記と同一条件で耐久試験を実施
し、その後ウォームアップテストを行なった。
結果を第2表に示す。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、主モノリス触
媒の上流側及び下流側にハニカムヒーターを設置したこ
とにより、エンジン始動時等の低温時の排ガスを加熱す
ることができる。また、実使用時に上流側のヒーターの
触媒が劣化した場合でも、下流側のハニカムヒーターに
よりコールドスタート時の排ガス浄化性能を確保するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の触媒を担持したハニカムヒーターの一
例を示す平面図、第2図〜第4図はそれぞれ本発明に係
る自動車排ガス浄化用触媒コンバーターの実施例を示す
構成説明図である。 10……ハニカム構造体、11……スリット、12……貫通
孔、13……電極、14……ハニカムヒーター又はヒーター
触媒、15……主モノリス触媒、16……主モノリス触媒又
は着火用触媒、17……主モノリス触媒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−3916(JP,A) 特開 昭50−124890(JP,A) 実開 昭63−67609(JP,U) 特表 平3−500911(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/20 - 3/28

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主モノリス触媒の上流側及び下流側に、通
    電により発熱する材料からなり多数の貫通孔を有するハ
    ニカム構造体に通電のための少なくとも2つの電極を設
    けるとともに、該電極間に抵抗調節機構を設けてなるハ
    ニカムヒーターを配設したことを特徴とする自動車排ガ
    ス浄化用触媒コンバーター。
  2. 【請求項2】主モノリス触媒の上流側及び下流側のうち
    少なくとも下流側に配設したハニカムヒーターが、ハニ
    カム構造体に触媒を担持させたものである請求項1記載
    の触媒コンバーター。
  3. 【請求項3】ハニカム構造体が、金属粉末をハニカム状
    に成形し焼結させたものである請求項1または2に記載
    の触媒コンバーター。
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