JP5649889B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明の排気ガス浄化装置の一実施形態は、図1に示すような、排気ガスG1中の粒子状物質を帯電させるための放電を生じさせる放電端子10と、排気ガスG1の流路となる流入側の端面21aから流出側の端面21bまで延びる複数のセル22を区画形成する隔壁23、及び隔壁23の表面に担持された触媒を有するハニカム触媒体20と、排気ガスG1が流入する流入口31a、及び前記流入口31aから流入した排気(浄化)ガスG2が流出する流出口31bを有し、放電端子10が流入口31a側に位置し、ハニカム触媒体20が流出口31b側に位置するように、放電端子10及びハニカム触媒体20を内部に保持する金属製の缶体30と、を備える排気ガス浄化装置1である。
放電端子は、排気ガスG1中の粒子状物質を帯電させるための放電を生じさせるものである。この放電端子は、直流電源の負極に接続され、グロー放電を生じさせるものであることが好ましい。
図1に示すように、ハニカム触媒体20は、排気ガスG1の流路となる流入側の端面21aから流出側の端面21bまで延びる複数のセル22を区画形成する隔壁23、及び隔壁23の表面に担持された触媒を有するものである。
ハニカム触媒体の製造方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法で製造することができるが、例えば、以下に示す方法で製造することができる。
本実施形態の排気ガス浄化装置を構成する缶体30は、図1に示すように、排気ガスG1が流入する流入口31a、及び前記流入口31aから流入した排気(浄化)ガスG2が流出する流出口31bを有し、放電端子10が流入口31a側に位置し、ハニカム触媒体20が流出口31b側に位置するように、放電端子10及びハニカム触媒体20を内部に保持する金属製の缶体である。
実施例1として、缶体のみを誘導電極とした排気ガス浄化装置(II)を作製した。
まず、成形原料として、コージェライト化原料75質量部と、成形助剤としてメチルセルロースを5質量部と、を混合し、水20質量部を添加して、更に混練して粘土状にし、坏土を得た。
得られたハニカム触媒体(I)を、セラミック製の繊維マットを用いて缶体の内部に固定し、放電端子を、支持部を用いて缶体の内部に固定して、実施例1の排気ガス浄化装置を作製した。この際、ハニカム触媒体(I)は、缶体の流出口側に、その周面をセラミック製の繊維マットで被覆し、ハニカム触媒体(I)の外周にかかる面圧が0.3MPaとなるように圧入した。また、放電端子は、ハニカム触媒体(I)のセルが延びる方向の中心軸の延長線上で、ハニカム触媒体(I)の流入側の端面から「40(mm)」(「距離D」)上流に配設されるように、支持部によって固定して、実施例1の排気ガス浄化装置を作製した。なお、この排気ガス浄化装置を乗用車の排気系に装着する際には、車載バッテリーを電源とし、「印加電圧」が「2,000(V)」である直流高電圧電源装置と、放電端子及び缶体のハニカム触媒体が保持されている部分とを、放電端子が負極となり、缶体が正極となるように接続した。
各実施例の排ガス浄化装置を、2.0L直噴ガソリンエンジンを搭載した乗用車の排気系に装着した。この乗用車を使用し、シャシダイナモによる車両試験として、欧州規制運転モードで運転した際の、排ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOX)の排出量を測定した。測定したこれらの排出量が全てEURO5規制値を下回った場合を合格と評価し、表中「A」で示し、それ以外の場合を不合格と評価し、表中「B」で示した。
上述の「浄化率の評価」における車両試験と同様の車両試験を行った際の、排ガス中の粒子状物質排出個数(個/km)をEURO6規制案に沿った方法で測定した。測定した粒子状物質排出個数が6.0×1011個/km以下であった場合を合格と評価し、表中「A」で示し、それ以外の場合を不合格と評価し、表中「B」で示した。
上述の「浄化率の評価」において使用した乗用車の排気系に、セル密度が93セル/cm2であり、隔壁の厚さが0.076mmであり、底面の直径が105.7mmであり、長さが114mmである円筒形状のフロースルー型ハニカム構造体を装着した。この乗用車を使用し、シャシダイナモによる車両試験として、フルロード運転した際の圧力損失を測定し、この測定値を基準値とした。次に、各実施例の排ガス浄化装置を装着した乗用車を使用して、基準値を測定した方法と同様の方法で車両試験を行い、フルロード運転した際の圧力損失を測定した。各実施例の測定値の、基準値に対する増加量が10kPa未満である場合を合格と評価し、表中「A」で示し、増加量が10kPa以上である場合を不合格と評価し、表中「B」で示した。
上述の「浄化率の評価」において使用した乗用車の排気系に、セル密度が93セル/cm2であり、隔壁の厚さが0.076mmであり、底面の直径が105.7mmであり、長さが114mmである円筒形状のフロースルー型ハニカム構造体を装着した。この乗用車を使用し、シャシダイナモによる車両試験として、直噴ガソリンエンジンの回転数2,000rpmで、180分間運転させた。この車両試験の前後での、フルロード運転した際の圧力損失の増加率を測定し、これを基準値とした。次に、各実施例の排ガス浄化装置を装着した乗用車を使用して、基準値を測定した方法と同様の方法で車両試験を行い、この車両試験の前後での、フルロード運転した際の圧力損失の増加率を測定した。各実施例の測定値と、基準値との差が3%未満である場合を合格と評価し、表中「A」で示し、各実施例の測定値と、基準値との差が3%以上である場合を不合格と評価し、表中「B」で示した。
「浄化率の評価」、「粒子状物質排出個数(個/km)の評価」、「初期圧力損失の評価」、及び[圧力損失増加率の評価]の評価が全て合格(表中「A」)であった場合を合格と判定し、表中「A」で示し、それ以外の場合を不合格と判定し、表中「B」で示した。
表1に示す、ハニカム触媒体(I)の「直径」、「長さ」、「隔壁の厚さ」、及び「セル密度」、並びに、「印加電圧」及び「距離D」としたこと以外は、実施例1と同様にして各実施例及び比較例の排気ガス浄化装置を作製した。これらの排気ガス浄化装置について、実施例1と同様の方法で各特性の評価をし、結果を表1に示した。
乗用車の排気系に装着した際、放電端子と缶体との間に電圧を印加しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で各特性の評価をし、結果を表1に示した。
実施例1で作製したハニカム触媒体(I)の代わりに、実施例1で作製したハニカム触媒体(I)と同じ「直径」、「長さ」、「隔壁の厚さ」、及び「セル密度」を有し、実施例1で作製したハニカム触媒体(I)と同様に三元触媒が担持されたウォールフロー型ハニカムフィルタを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で各特性の評価をし、結果を表1に示した。
実施例15として、ハニカム触媒体(II)の外縁部及び缶体を誘導電極とした排気ガス浄化装置(II)を作製した。
ハニカム触媒体(II)の中心部を構成する非電気伝導性のハニカムセグメント(ハニカムセグメント(I))を作製した。まず、成形原料として、コージェライト化原料75質量部と、成形助剤としてメチルセルロースを5質量部と、を混合し、水20質量部を添加して、更に混練して粘土状にし、坏土を得た。
セラミック製の繊維マットの代わりに、金属製の繊維マットを用いたこと以外は、実施例1の排気ガス浄化装置を作製した方法と同様の方法で、実施例15の排気ガス浄化装置を作製した。なお、表2中「誘電電極荷電部位」の列には、「缶体+外縁部」と示した。
表2に示す、ハニカム触媒体(II)の「直径」、「長さ」、「隔壁の厚さ」、「セル密度」、及び「外縁部の形状」、並びに「距離D」、「印加電圧」、及び「誘電電極荷電部位」としたこと以外は、実施例1と同様にして各実施例及び比較例の排気ガス浄化装置を作製した。これらの排気ガス浄化装置について、実施例1と同様の方法で各特性の評価をし、結果を表2に示した。なお、表2中「誘電電極荷電部位」とは、誘電電極として荷電され、機能する部位のことである。誘電電極がハニカム触媒体の外縁部及び缶体である場合、表2中「缶体+外縁部」と示し、誘電電極がハニカム触媒体の外縁部のみである場合、表2中「外縁部のみ」と示し、誘電電極が缶体のみである場合、表2中「缶体のみ」と示した。
乗用車の排気系に装着した際、放電端子と缶体との間に電圧を印加しなかったこと以外は、実施例15と同様の方法で各特性の評価をし、結果を表2に示した。
実施例15で作製したハニカム触媒体(II)の代わりに、実施例15で作製したハニカム触媒体(II)と同じ「直径」、「長さ」、「隔壁の厚さ」、及び「セル密度」を有し、実施例15で作製したハニカム触媒体(II)と同様に三元触媒が担持されたウォールフロー型ハニカムフィルタを用いたこと以外は、実施例15と同様の方法で各特性の評価をし、結果を表2に示した。
Claims (15)
- 排気ガス中の粒子状物質を帯電させるための放電を生じさせる放電端子と、
前記排気ガスの流路となる流入側の端面から流出側の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁、及び前記隔壁の表面に担持された触媒を有するハニカム触媒体と、
前記排気ガスが流入する流入口、及び前記流入口から流入した前記排気ガスが流出する流出口を有し、前記放電端子が前記流入口側に位置し、前記ハニカム触媒体が前記流出口側に位置するように、前記放電端子及び前記ハニカム触媒体を内部に保持する金属製の缶体と、を備え、
前記ハニカム触媒体は、前記隔壁の厚さが50〜102μmであり、セル密度が32〜186セル/cm2であるものであり、
前記放電端子を一方の電極とし、前記缶体の少なくとも前記ハニカム触媒体が保持されている部分、及び前記ハニカム触媒体の前記セルが延びる方向に垂直な断面における外縁部の少なくとも一方を他方の電極として、前記一方の電極と前記他方の電極との間に電圧を印加することにより、前記放電端子の周囲に前記放電を生じさせると共に、前記一方の電極と他方の電極との間に電界を生じさせ、前記セルの内部に流入した、前記放電によって帯電された前記粒子状物質を、前記他方の電極側に誘導させて前記セルを区画形成する前記隔壁上に堆積させることが可能な排気ガス浄化装置。 - 前記他方の電極が、前記缶体の少なくとも前記ハニカム触媒体が保持されている部分であり、前記ハニカム触媒体が非電気伝導性である請求項1に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体が、電気伝導性の前記外縁部と、前記外縁部に囲まれた非電気伝導性の中心部とからなり、前記他方の電極が、前記ハニカム触媒体の前記外縁部、又は、前記ハニカム触媒体の前記外縁部及び前記缶体の少なくとも前記ハニカム触媒体が保持されている部分である請求項1又は2に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記他方の電極が、前記ハニカム触媒体の前記外縁部、及び前記缶体の少なくとも前記ハニカム触媒体が保持されている部分である請求項3に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体は、前記外縁部の体積抵抗率が10Ωcm以下であると共に、前記中心部の体積抵抗率が108Ωcm以上である請求項3又は4に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記中心部の直径が、前記ハニカム触媒体の直径の50〜95%である請求項3〜5のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体の前記外縁部が珪素及び炭化珪素の複合材料からなる請求項3〜6のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体の前記中心部がコージェライトからなる請求項3〜7のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム触媒体の前記外縁部が、周方向に並ぶ2〜12個のブロックに分割されている請求項3〜8のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記周方向に並ぶ2〜12個のブロックの相互間に間隙が形成され、前記外縁部と前記中心部との間に間隙が形成されていると共に、前記周方向に並ぶ2〜12個のブロックの相互間の間隙、及び前記外縁部と前記中心部との間の間隙が、前記外縁部及び前記中心部よりもヤング率が低い材料で充填されている請求項9に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記放電端子と、前記ハニカム触媒体の前記流入側の端面との距離が5〜150mmである請求項1〜10のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記放電端子を前記缶体に固定する非電気伝導性の支持部を備えた請求項1〜11のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記支持部の内部に電気ヒータが配設されている請求項12に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記電気ヒータが、前記放電端子とは独立した回路に接続され、少なくともエンジン運転の直前に通電するように制御された回路に接続されている請求項13に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記缶体の前記流入口が、直噴式ガソリンエンジンの排気系に接続され、前記直噴式ガソリンエンジンから排出される前記排気ガスを浄化することが可能な請求項1〜14のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
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