JP6243041B2 - 排ガス流路部材、排ガス浄化装置、その昇温方法、及び、排ガス流路部材用の磁性体 - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス流路部材、排ガス浄化装置、その昇温方法、及び、排ガス流路部材用の磁性体に関する。
従来から、内燃機関の排ガスを浄化する排ガス浄化装置が利用されている。特許文献１の排ガス浄化装置では、排ガス流路部材としての触媒担体に、触媒金属粒子と磁性体粒子とを混在させて担持させるとともに、触媒担体の周囲に誘導加熱用コイルを設けている。エンジン始動時には、磁性体粒子を誘導加熱することによって、触媒担体と触媒金属粒子の昇温を行う。また、触媒の温度を温度検出端子を用いて検出し、誘導加熱によって触媒の温度が３００℃を越えると、通電制御手段がコイルへの通電を遮断して磁性体粒子による加熱を終了させる。
しかしながら、上述した従来の排ガス浄化装置では、温度検出端子を用いて触媒の温度を検出して、加熱を停止する制御を行う必要があった。従って、温度検出端子の故障などの制御上の不具合が発生すると、触媒が過熱してしまい劣化してしまう可能性があった。また、温度検出端子で測定される温度は、触媒内の代表的な温度であるため、排ガス流路部材としての触媒担体の他の箇所でより高温になった場合には加熱を適切に停止できない可能性があるという問題があった。これらの課題は、触媒を利用した排ガス浄化装置に限らず、触媒を利用しないタイプの排ガス浄化装置（例えば、触媒を含まないディーゼル微粒子捕集フィルタ（Diesel Particulate Filter）や、その排ガス流路部材にも共通する課題であった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、排ガス浄化装置で使用される排ガス流路部材が提供される。この排ガス流路部材は、キュリー温度が２５０〜４５０℃であるフェライト製の粒子状の磁性体を含み、前記磁性体は、組成式（Ｎｉ １−ｘ Ｚｎ ｘ ）Ｆｅ ２ Ｏ ４ （ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであることを特徴とする。
この排ガス流路部材によれば、キュリー温度が２５０〜４５０℃のフェライト製の粒子状の磁性体を含むので、排ガス浄化装置の電磁誘導装置によって高周波やマイクロ波等で磁性体が加熱されても、磁性体がキュリー温度に到達すると自律的にその加熱が停止する。従って、温度センサで温度を検出して加熱を停止する制御を行う場合に生じ得る不具合を防止することが可能である。また、フェライトは高周波において透磁率の低下が少ないので、さまざまな周波数の活用が可能である。また、磁性体が、組成式（Ｎｉ １−ｘ Ｚｎ ｘ ）Ｆｅ ２ Ｏ ４ （ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトなので、ｘが０＜ｘ＜０．３を満たすフェライトに比べて透磁率が高く、加熱性能に優れているという優れた効果を奏する。
この排ガス流路部材によれば、キュリー温度が２５０〜４５０℃のフェライト製の粒子状の磁性体を含むので、排ガス浄化装置の電磁誘導装置によって高周波やマイクロ波等で磁性体が加熱されても、磁性体がキュリー温度に到達すると自律的にその加熱が停止する。従って、温度センサで温度を検出して加熱を停止する制御を行う場合に生じ得る不具合を防止することが可能である。また、フェライトは高周波において透磁率の低下が少ないので、さまざまな周波数の活用が可能である。また、磁性体が、組成式（Ｎｉ １−ｘ Ｚｎ ｘ ）Ｆｅ ２ Ｏ ４ （ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトなので、ｘが０＜ｘ＜０．３を満たすフェライトに比べて透磁率が高く、加熱性能に優れているという優れた効果を奏する。
（２）上記排ガス流路部材において、前記磁性体のキュリー温度は２５０〜４５０℃であり、前記排ガス流路部材は、さらに触媒粒子を含むものとしてもよい。
この排ガス流路部材によれば、触媒粒子が触媒作用を効果的に発揮できる温度域である２５０〜４５０℃にキュリー温度をもつ磁性体を含むので、電磁誘導装置によって磁性体が加熱されても、磁性体がキュリー温度に到達すると自律的にその加熱が停止する。従って、温度センサで温度を検出して加熱を停止する制御を行う場合に生じ得る不具合を防止することが可能である。
この排ガス流路部材によれば、触媒粒子が触媒作用を効果的に発揮できる温度域である２５０〜４５０℃にキュリー温度をもつ磁性体を含むので、電磁誘導装置によって磁性体が加熱されても、磁性体がキュリー温度に到達すると自律的にその加熱が停止する。従って、温度センサで温度を検出して加熱を停止する制御を行う場合に生じ得る不具合を防止することが可能である。
（３）上記排ガス流路部材において、前記磁性体はフェライトであるものとしてもよい。
この構成によれば、フェライトは高周波において透磁率の低下が少ないので、さまざまな周波数の活用が可能である。
この構成によれば、フェライトは高周波において透磁率の低下が少ないので、さまざまな周波数の活用が可能である。
（４）上記排ガス流路部材において、前記磁性体は、組成式（Ｎｉ１−ｘＺｎｘ）Ｆｅ２Ｏ４（ｘは０＜ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであるものとしてもよい。
この構成によれば、係数ｘの値を調整することによって、キュリー温度を望ましい温度に設定することができる。
この構成によれば、係数ｘの値を調整することによって、キュリー温度を望ましい温度に設定することができる。
（５）上記排ガス流路部材において、前記排ガス流路部材の中央部分における前記磁性体の含有量に比べて、前記中央部分よりも外周側に存在する外周部分における前記磁性体の含有量の方が高いものとしてもよい。
この構成によれば、排ガス流路部材の温度分布を均一化することができる。
この構成によれば、排ガス流路部材の温度分布を均一化することができる。
（６）上記排ガス流路部材において、前記排ガス流路部材の中央部分に含まれる第１の磁性体のキュリー温度に比べて、前記中央部分よりも外周側に存在する外周部分に含まれる第２の磁性体のキュリー温度の方が高いものとしてもよい。
この構成によっても、排ガス流路部材の温度分布を均一化することができる。
この構成によっても、排ガス流路部材の温度分布を均一化することができる。
（７）上記排ガス流路部材において、前記排ガス流路部材の中央部分に含まれる第１の磁性体の透磁率に比べて、前記中央部分よりも外周側に存在する外周部分に含まれる第２の磁性体の透磁率の方が高いものとしてもよい。
この構成によっても、排ガス流路部材の温度分布を均一化することができる。
この構成によっても、排ガス流路部材の温度分布を均一化することができる。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、排ガス流路部材を備えた排ガス浄化装置や、排ガス流路部材用の磁性体、排ガス浄化装置の昇温方法等の形態で実現することができる。
Ａ．第１実施形態
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の構成を示す説明図である。この排ガス浄化装置１００は、ガソリンエンジンの排ガスを浄化するための触媒コンバータであり、ケーシング１１０と、ケーシング１１０に収容された排ガス流路部材１２０と、電磁誘導装置２００とを備えている。電磁誘導装置２００は、電磁コイル２１０と、電磁コイル２１０に接続された電磁誘導制御部２２０とを備えている。図１（Ｂ）は排ガス流路部材１２０の正面図であり、図１（Ｃ）はその一部を拡大した模式図である。この排ガス流路部材１２０には、温度センサは設けられていない。これらの図では、図示の便宜上、実際の寸法とは異なる寸法で個々の部材が描かれている。
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の構成を示す説明図である。この排ガス浄化装置１００は、ガソリンエンジンの排ガスを浄化するための触媒コンバータであり、ケーシング１１０と、ケーシング１１０に収容された排ガス流路部材１２０と、電磁誘導装置２００とを備えている。電磁誘導装置２００は、電磁コイル２１０と、電磁コイル２１０に接続された電磁誘導制御部２２０とを備えている。図１（Ｂ）は排ガス流路部材１２０の正面図であり、図１（Ｃ）はその一部を拡大した模式図である。この排ガス流路部材１２０には、温度センサは設けられていない。これらの図では、図示の便宜上、実際の寸法とは異なる寸法で個々の部材が描かれている。
排ガス流路部材１２０は、ハニカム形状を有しており、壁部１２２と、壁部１２２で区分された多数の排ガス流路１２４とを備えている。排ガス流路部材１２０は、例えば、コージェライトなどのセラミックス材料を用いて形成することができる。或いは、耐熱鋼などの非セラミックス材料を用いて排ガス流路部材１２０を形成してもよい。但し、排ガス流路部材１２０は、非磁性体であることが好ましい。排ガス流路１２４は、排ガス流路部材１２０の入口から出口に至るまで直線的に貫通している。壁部１２２の壁面には、触媒粒子１２６と、磁性体粒子１２８とが担持されている。典型的な例では、壁部１２２の表面に多孔質アルミナ等で構成されたウォッシュコート層が形成され、そのウォッシュコート層に触媒粒子１２６と磁性体粒子１２８とが担持されているが、図１（Ｃ）では図示の便宜上、簡略化して描かれている。但し、触媒粒子１２６と磁性体粒子１２８の担持形態としては、これ以外の任意の形態を利用することが可能である。触媒粒子１２６としては、例えばＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属触媒粒子を用いた三元触媒や酸化触媒などの任意の触媒を利用可能である。触媒粒子１２６と磁性体粒子１２８は、排ガス流路部材１２０の全体に均一に担持されていることが好ましい。
磁性体粒子１２８は、キュリー温度を有する磁性体で形成されている。磁性体粒子１２８のキュリー温度は、触媒粒子１２６が十分な活性を有する温度範囲として予め設定された好ましい温度範囲の下限値以上の値であることが好ましい。通常の触媒コンバータにおいて触媒が十分に活性化するのは約２５０℃である。従って、磁性体粒子１２８のキュリー温度は、２５０℃以上とすることが好ましい。電磁コイル２１０を用いて磁性体粒子１２８を加熱すると、磁性体粒子１２８はキュリー温度まで加熱され、キュリー温度に達すると加熱が自律的又は自発的に停止する。但し、磁性体粒子１２８のキュリー温度が過度に高い場合には、排ガス流路部材１２０に不具合を生じさせる可能性がある。例えば、排ガス流路部材１２０がセラミックス材料で形成されている場合には、磁性体粒子１２８のキュリー温度が過度に高い（例えば８００℃）と、カーボンの燃焼熱により排ガス流路部材１２０が破損する可能性がある。さらに、温度が４５０℃よりも高いと触媒の性能が劣化する可能性がある。また、ケーシング１１０の耐熱温度近くまで磁性体粒子１２８が加熱されると、ケーシング１１０が損傷してしまう可能性がある。なお、排ガス浄化装置用の排ガス流路部材としては、触媒を有さないもの（ディーゼル微粒子捕集フィルタなど）も存在する。排ガス流路部材が触媒を有さない場合には、磁性体粒子のキュリー温度は６００℃以下とすることが好ましい。これらの点を考慮すると、磁性体粒子１２８のキュリー温度は、６００℃以下とすることが好ましく、触媒がある場合は４５０℃以下とすることが好ましい。これらの点を総合すれば、磁性体粒子１２８のキュリー温度は、２５０℃以上６００℃以下とすることが好ましく、触媒がある場合には２５０℃以上４５０℃以下とすることが好ましい。
図２は、各種の磁性体のキュリー温度を示す説明図である。ここでは、キュリー温度が２５０℃〜６００℃の磁性体を示している。１番目から１１番目の磁性体はフェライトであり、キュリー温度が２５０℃〜６００℃の範囲内にある。これらのフェライトは、１２番目以降の磁性体に比べて電磁誘導の周波数が高周波域になっても透磁率があまり低下しないので、様々な周波数を活用できる点で好ましい。
図２の５番目の磁性体（Ｎｉ０．５Ｚｎ０．５）Ｆｅ２Ｏ４は、一般に、次の組成式（１）で表されるフェライトである。
（Ｎｉ１−ｘＺｎｘ）Ｆｅ２Ｏ４ …（１）
ここで、ｘは０＜ｘ＜１を満たす値である。
（Ｎｉ１−ｘＺｎｘ）Ｆｅ２Ｏ４ …（１）
ここで、ｘは０＜ｘ＜１を満たす値である。
上記組成式（１）のフェライトは、フェリ磁性を有するＮｉＦｅ２Ｏ４と、反強磁性を有するＺｎＦｅ２Ｏ４との固溶体であり、ｘが大きくなるに従ってキュリー温度が低下する性質を有する。従って、ＮｉＦｅ２Ｏ４とＺｎＦｅ２Ｏ４の固溶割合ｘを変更することにより、望ましいキュリー温度を達成できる点で好ましい。これらの点を考慮すると、磁性体粒子１２８の材料としては、上記組成式（１）で表されるフェライトのうちで、０．３≦ｘ≦０．６を満たすものが好ましい。ｘが０．３未満であると透磁率が低くなり、ｘが０．６を越えるとキュリー温度が低くなる。
電磁コイル２１０は、ケーシング１１０の外周に巻き回されている。電磁コイル２１０の中心軸は、排ガス流路部材１２０の中心軸と一致していることが好ましい。こうすれば、排ガス流路部材１２０の断面において、ほぼ均一な磁場を発生することが可能である。この意味では、排ガス流路部材１２０と電磁コイル２１０がいずれも円筒状の形状を有することが好ましい。電磁コイル２１０がケーシング１１０の外側に設置されている場合には、ケーシング１１０は、非磁性体で形成されていることが好ましい。但し、ケーシング１１０の内側に電磁コイル２１０を設置してもよい。この場合には、ケーシング１１０を磁性体で形成すれば、電磁コイル２１０で発生した磁場の外部への漏洩を低減することができる。
電磁誘導装置２００を用いた排ガス流路部材１２０の電磁加熱は、主としてガソリンエンジンの始動直後に使用される。すなわち、ガソリンエンジンの始動に伴って、電磁誘導制御部２２０から電磁コイル２１０への交流電圧の印加を開始すると、排ガス流路部材１２０に交番磁界が発生する。この交流電圧の周波数は、任意の値に設定可能である。特に、交流電圧の周波数を１ＫＨｚ〜３００ＭＨｚの高周波とすれば、磁性体粒子１２８の電磁加熱を効率良く行うことが可能である。排ガス流路部材１２０に交番磁界が印加されると、磁性体粒子１２８が発熱し、これによって壁部１２２及び触媒粒子１２６が昇温する。その後、磁性体粒子１２８の温度がキュリー温度に達すると、磁性体粒子１２８の磁性が消失するので磁性体粒子１２８の電磁加熱が自律的又は自発的に停止する。この結果、排ガス流路部材１２０がほぼキュリー温度付近で維持される。この後、外部からの冷却等によって磁性体粒子１２８の温度がキュリー温度を下回ると、磁性体粒子１２８が再度加熱されてキュリー温度に達するまで昇温する。
このように、電磁誘導装置２００による交番磁場の発生を継続している間は、磁性体粒子１２８を含む排ガス流路部材１２０の温度が、磁性体粒子１２８のキュリー温度付近に維持される。また、磁性体粒子１２８は、排ガス流路部材１２０の全体に亘って均一に分布しているので、排ガス流路部材１２０の全体をほぼ均一な温度（磁性体粒子１２８のキュリー温度付近）まで昇温することが可能である。上述したように、磁性体粒子１２８のキュリー温度を３００℃〜４５０℃の範囲とすれば、排ガス流路部材１２０内の触媒粒子１２６を活性な状態に維持することが可能である。
電磁誘導装置２００による磁性体粒子１２８の電磁加熱を行う際には、電磁コイル２１０に印加する交流電圧のピーク電圧を一定に維持することが好ましい。このとき、磁性体粒子１２８の温度がキュリー温度未満の場合には、磁性体粒子１２８を含む排ガス流路部材１２０が電磁コイル２１０の磁性体コアとして機能し、電磁コイル２１０を流れる電流が磁性体粒子１２８における発熱のエネルギーに変換されると考えることができる。このときの磁性体粒子１２８における発熱は、電動モーターにおける鉄損に相当する。一方、磁性体粒子１２８の温度がキュリー温度以上になると、電磁コイル２１０がいわゆるコアレスの状態となり、電磁コイル２１０を流れる電流は、電磁コイル２１０の銅損に相当する僅かな電流となって電流値が大幅に減少する。従って、電磁コイル２１０に印加する交流電圧のピーク電圧を一定に維持すれば、磁性体粒子１２８の温度がキュリー温度に達しているか否かに応じて電磁コイル２１０に流れる電流が自律的に調整される。この結果、電磁誘導装置２００の稼働を継続していても、過度に無駄なエネルギーを消費することが無いという利点がある。但し、電磁誘導装置２００による電磁加熱は、ガソリンエンジンの始動後に一定時間が経過した後に停止してもよい。例えば、エンジンの冷却水温度が所定の温度に達した場合に電磁誘導装置２００による電磁加熱を停止してもよい。
以上のように、第１実施形態の排ガス浄化装置では、電磁誘導装置２００で発生した電磁波によって磁性体粒子１２８を電磁加熱することによって、磁性体粒子１２８のキュリー温度まで磁性体粒子１２８を昇温させるようにしたので、従来のように、排ガス流路部材１２０の温度を温度センサで検出して加熱を停止させる制御を行う必要が無い。また、温度センサを使用する必要が無いので、温度センサを利用した制御を行う場合に生じ得る不具合を防止することが可能である。
Ｂ．第２実施形態
図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態における排ガス流路部材の領域分けを示す説明図である。第２実施形態における排ガス浄化装置の全体構成は、図１で説明した第１実施形態の構成と同じであり、排ガス流路部材１２０ａの構成のみが第１実施形態と異なる。
図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態における排ガス流路部材の領域分けを示す説明図である。第２実施形態における排ガス浄化装置の全体構成は、図１で説明した第１実施形態の構成と同じであり、排ガス流路部材１２０ａの構成のみが第１実施形態と異なる。
この排ガス流路部材１２０ａは、排ガス流路部材１２０ａの中央部分１２０ｉｎと、その外周側に存在する外周部分１２０ｏｕｔとに領域分けされている。この例では、中央部分１２０ｉｎは排ガス流路部材１２０ａの中心軸ＣＸと同じ中心軸を有する円筒形状を有しており、中央部分１２０ｉｎの外径は、排ガス流路部材１２０ａの外径Ｄｏｕｔの半分である。但し、中央部分１２０ｉｎと外周部分１２０ｏｕｔの境界はこれ以外の任意の位置に設定可能である。
図３（Ｂ）は、中央部分１２０ｉｎと外周部分１２０ｏｕｔにおける磁性体粒子１２８の密度を示している。外周部分１２０ｏｕｔにおける磁性体粒子１２８の密度は、中央部分１２０ｉｎにおける密度よりも高い。ここで、磁性体粒子１２８の「密度」とは、排ガス流路部材１２０の単位体積当たりの磁性体粒子１２８の重量を意味しており、これを「含有量」とも呼ぶ。外周部分１２０ｏｕｔにおいて磁性体粒子１２８をより高密度に担持させるようにした理由は、外周部分１２０ｏｕｔが外部からの冷却によって低温になり易いからである。すなわち、外周部分１２０ｏｕｔにおける磁性体粒子１２８の密度を中央部分１２０ｉｎよりも高くすれば、外周部分１２０ｏｕｔと中央部分１２０ｉｎにおける温度がより均一となるので、排ガス流路部材１２０ａの全体に亘ってより効率的に排ガス浄化処理を行うことが可能である。
排ガス流路部材１２０ａの温度分布を均一化するという意味では、排ガス流路部材１２０ａの領域区分に関して以下のような種々の形態を採用することが可能である。
＜形態１＞
排ガス流路部材１２０ａの中央部分１２０ｉｎにおける磁性体粒子１２８の密度（含有量）に比べて、外周部分１２０ｏｕｔにおける磁性体粒子１２８の密度（含有量）の方を高くする（図３（Ｂ））。この場合に、中央部分１２０ｉｎに担持する磁性体粒子と、外周部分１２０ｏｕｔに担持する磁性体粒子は、同じ材質の磁性体を用いて形成してもよく、あるいは、異なる材質の磁性体を用いて形成してもよい。
＜形態２＞
排ガス流路部材１２０ａの中央部分１２０ｉｎに含まれる第１の磁性体粒子のキュリー温度に比べて、外周部分１２０ｏｕｔに含まれる第２の磁性体粒子のキュリー温度の方を高くする。この場合には、第１の磁性体粒子と第２の磁性体粒子は、異なる材質の磁性体を用いて形成される。
＜形態３＞
排ガス流路部材１２０ａの中央部分１２０ｉｎに含まれる第１の磁性体粒子の透磁率に比べて、外周部分１２０ｏｕｔに含まれる第２の磁性体粒子の透磁率の方を高くする。この場合には、第１の磁性体粒子と第２の磁性体粒子は、異なる材質の磁性体を用いて形成される。
なお、これらの形態１〜３のうちの２つ以上の形態を同時に採用することも可能である。
＜形態１＞
排ガス流路部材１２０ａの中央部分１２０ｉｎにおける磁性体粒子１２８の密度（含有量）に比べて、外周部分１２０ｏｕｔにおける磁性体粒子１２８の密度（含有量）の方を高くする（図３（Ｂ））。この場合に、中央部分１２０ｉｎに担持する磁性体粒子と、外周部分１２０ｏｕｔに担持する磁性体粒子は、同じ材質の磁性体を用いて形成してもよく、あるいは、異なる材質の磁性体を用いて形成してもよい。
＜形態２＞
排ガス流路部材１２０ａの中央部分１２０ｉｎに含まれる第１の磁性体粒子のキュリー温度に比べて、外周部分１２０ｏｕｔに含まれる第２の磁性体粒子のキュリー温度の方を高くする。この場合には、第１の磁性体粒子と第２の磁性体粒子は、異なる材質の磁性体を用いて形成される。
＜形態３＞
排ガス流路部材１２０ａの中央部分１２０ｉｎに含まれる第１の磁性体粒子の透磁率に比べて、外周部分１２０ｏｕｔに含まれる第２の磁性体粒子の透磁率の方を高くする。この場合には、第１の磁性体粒子と第２の磁性体粒子は、異なる材質の磁性体を用いて形成される。
なお、これらの形態１〜３のうちの２つ以上の形態を同時に採用することも可能である。
このように、第２実施形態では、排ガス流路部材１２０ａを中央部分１２０ｉｎと外周部分１２０ｏｕｔに領域分けするとともに、これらの２つの部分において磁性体粒子１２８の担持形態を変更するようにしたので、排ガス流路部材１２０ａの温度分布を均一化することができ、より効率的に排ガス浄化処理を行うことが可能である。このような第２実施形態は、後述する第３実施形態にも適用可能である。
Ｃ．第３実施形態
図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置の構成を示す説明図である。この排ガス浄化装置３００は、ディーゼルエンジンの排ガスを浄化するためのディーゼル微粒子捕集フィルタ（Diesel Particulate Filter）である。排ガス浄化装置３００の構成のうち、排ガス流路部材３２０の構成が第１実施形態の排ガス流路部材１２０の構成と異なっているが、他の要素の構成は第１実施形態とほぼ同様なので、それらの説明は省略する。
図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置の構成を示す説明図である。この排ガス浄化装置３００は、ディーゼルエンジンの排ガスを浄化するためのディーゼル微粒子捕集フィルタ（Diesel Particulate Filter）である。排ガス浄化装置３００の構成のうち、排ガス流路部材３２０の構成が第１実施形態の排ガス流路部材１２０の構成と異なっているが、他の要素の構成は第１実施形態とほぼ同様なので、それらの説明は省略する。
図４（Ｂ）は排ガス流路部材３２０の正面図であり、図４（Ｃ）はその内部の流路を拡大した模式図である。この排ガス流路部材３２０にも、温度センサは設けられていない。これらの図では、図示の便宜上、実際の寸法とは異なる寸法で部材が描かれている。
排ガス流路部材３２０は、ハニカム形状を有する多孔質性のフィルタであり、多孔質性の壁部３２２と、壁部３２２で区分された多数の排ガス流路３２４ａ，３２４ｂとを備えている。排ガス流路部材３２０は、例えば、コージェライトやＳｉＣなどのセラミックス材料を用いて形成することができる。或いは、耐熱鋼などの非セラミックス材料を用いて排ガス流路部材３２０を形成してもよい。但し、排ガス流路部材３２０は、非磁性体であることが好ましい。排ガス流路３２４ａ，３２４ｂの入口と出口は交互に目封じされている。すなわち、図４（Ｃ）に示すように、第１の排ガス流路３２４ａの出口と、第２の排ガス流路３２４ｂの入口にそれぞれ目封じ材３２１が設けられている。排ガスは、第１の排ガス流路３２４ａに入り、多孔質性の壁部３２２を通過して第２の排ガス流路３２４ｂに移動した後に排出される。排ガスに含まれている微粒子は、多孔質性の壁部３２２に捕集される。壁部３２２の壁面及び多数の細孔の内部には、磁性体粒子３２８が担持されている。典型的な例では、壁部３２２の細孔の表面に多孔質アルミナ等で構成されたウォッシュコート層が形成され、そのウォッシュコート層に磁性体粒子３２８が担持されているが、図３（Ｃ）では図示の便宜上、簡略化して描かれている。但し、磁性体粒子３２８の担持形態としては、これ以外の任意の形態を利用することが可能である。磁性体粒子３２８は、排ガス流路部材３２０の全体に均一に担持されていることが好ましい。なお、排ガス流路部材３２０は、磁性体粒子３２８とともに触媒粒子を担持するようにしてもよい。触媒粒子としては、通常は酸化触媒が利用される。
磁性体粒子３２８としては、第１実施形態の磁性体粒子１２８と同様の磁性体で形成されたものを利用可能である。但し、第３実施形態において、磁性体粒子３２８のキュリー温度は、排ガス流路部材３２０で捕集された微粒子の燃焼を開始させるための温度範囲として予め設定された好ましい温度範囲の下限値以上の値であることが好ましい。通常のディーゼル微粒子捕集フィルタにおいて微粒子の燃焼を開始させるための温度は約２５０℃以上である。従って、磁性体粒子３２８のキュリー温度は、２５０℃以上とすることが好ましい。一方、排ガス流路部材３２０がセラミックス材料で形成されている場合には、磁性体粒子３２８のキュリー温度が過度に高い（例えば８００℃）と、カーボンの燃焼熱により排ガス流路部材３２０が破損する可能性がある。なお、ディーゼル微粒子捕集フィルタ用の排ガス流路部材３２０としては、触媒を有するものも存在する。排ガス流路部材３２０が触媒を有する場合には、温度が４５０℃よりも高くなると触媒の性能が劣化する可能性がある。また、ケーシング１１０の耐熱温度近くまで磁性体粒子３２８が加熱されると、ケーシング１１０が破損してしまう可能性がある。これらの点を考慮すると、第３実施形態においても、磁性体粒子３２８のキュリー温度は、６００℃以下とすることが好ましく、触媒がある場合は４５０℃以下とすることが好ましい。これらの点を総合すれば、磁性体粒子３２８のキュリー温度は、２５０℃以上６００℃以下とすることが好ましく、触媒がある場合は、２５０℃以上４５０℃以下とすることが好ましい。
第３実施形態において、電磁誘導装置２００を用いた排ガス流路部材３２０の加熱は、排ガス流路部材３２０に捕集された微粒子を燃焼させるために利用される。従って、排ガス流路部材３２０の加熱は、例えば、ディーゼルエンジンの累積運転時間が予め定めた時間を経過した場合に実行される。この第３実施形態の排ガス浄化装置３００によっても、第１実施形態とほぼ同様の効果を得ることが可能である。
・変形例
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
・変形例１：
上記実施形態では、電磁コイル２１０を備える電磁誘導装置２００を用いていたが、電磁誘導装置２００としては、排ガス流路部材に電磁加熱を生じさせる任意の構成を採用することが可能である。例えば、周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置（例えばマグネトロン）を用いても良い。
上記実施形態では、電磁コイル２１０を備える電磁誘導装置２００を用いていたが、電磁誘導装置２００としては、排ガス流路部材に電磁加熱を生じさせる任意の構成を採用することが可能である。例えば、周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置（例えばマグネトロン）を用いても良い。
・変形例２：
上記実施形態では、排ガス流路部材に磁性体粒子を付着させていたが、この代わりに、板状又は薄膜状の磁性体を排ガス流路部材の流路に設けるようにしてもよい。
上記実施形態では、排ガス流路部材に磁性体粒子を付着させていたが、この代わりに、板状又は薄膜状の磁性体を排ガス流路部材の流路に設けるようにしてもよい。
１００…排ガス浄化装置
１１０…ケーシング
１２０，１２０ａ…排ガス流路部材
１２０ｏｕｔ…外周部分
１２０ｉｎ…中央部分
１２２…壁部
１２４…排ガス流路
１２６…触媒粒子
１２８…磁性体粒子
２００…電磁誘導装置
２１０…電磁コイル
２２０…電磁誘導制御部
３００…排ガス浄化装置
３２０…排ガス流路部材
３２１…目封じ材
３２２…壁部
３２４ａ，３２４ｂ…排ガス流路
３２８…磁性体粒子
１１０…ケーシング
１２０，１２０ａ…排ガス流路部材
１２０ｏｕｔ…外周部分
１２０ｉｎ…中央部分
１２２…壁部
１２４…排ガス流路
１２６…触媒粒子
１２８…磁性体粒子
２００…電磁誘導装置
２１０…電磁コイル
２２０…電磁誘導制御部
３００…排ガス浄化装置
３２０…排ガス流路部材
３２１…目封じ材
３２２…壁部
３２４ａ，３２４ｂ…排ガス流路
３２８…磁性体粒子
Claims (9)
- 排ガス浄化装置で使用され、電磁加熱により昇温される排ガス流路部材であって、
キュリー温度が２５０〜４５０℃であるフェライト製の粒子状の磁性体を含み、
前記磁性体は、組成式（Ｎｉ １−ｘ Ｚｎ ｘ ）Ｆｅ ２ Ｏ ４ （ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであることを特徴とする排ガス流路部材。 - 請求項１に記載の排ガス流路部材であって、
前記排ガス流路部材は、さらに触媒粒子を含むことを特徴とする排ガス流路部材。 - 請求項１又は２に記載の排ガス流路部材であって、
前記磁性体は、組成式（Ｎｉ１−ｘＺｎｘ）Ｆｅ２Ｏ４（ｘは０．３≦ｘ≦０．６を満たす）で表されるフェライトであることを特徴とする排ガス流路部材。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス流路部材であって、
前記排ガス流路部材の中央部分における前記磁性体の含有量に比べて、前記中央部分よりも外周側に存在する外周部分における前記磁性体の含有量の方が高いことを特徴とする排ガス流路部材。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス流路部材であって、
前記排ガス流路部材の中央部分に含まれる第１の磁性体のキュリー温度に比べて、前記中央部分よりも外周側に存在する外周部分に含まれる第２の磁性体のキュリー温度の方が高いことを特徴とする排ガス流路部材。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の排ガス流路部材であって、
前記排ガス流路部材の中央部分に含まれる第１の磁性体の透磁率に比べて、前記中央部分よりも外周側に存在する外周部分に含まれる第２の磁性体の透磁率の方が高いことを特徴とする排ガス流路部材。 - 内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス浄化装置であって、
電磁誘導装置と、
キュリー温度が２５０〜４５０℃であるフェライト製の粒子状の磁性体を含む排ガス流路部材と、
を備え、
前記磁性体は、組成式（Ｎｉ １−ｘ Ｚｎ ｘ ）Ｆｅ ２ Ｏ ４ （ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであることを特徴とする排ガス浄化装置。 - 電磁誘導装置と、キュリー温度が２５０〜４５０℃であるフェライト製の粒子状の磁性体を含む排ガス流路部材と、を備えた排ガス浄化装置の昇温方法であって、
前記磁性体は、組成式（Ｎｉ １−ｘ Ｚｎ ｘ ）Ｆｅ ２ Ｏ ４ （ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであり、
前記電磁誘導装置によって前記磁性体を電磁加熱することによって、前記磁性体のキュリー温度まで前記磁性体を昇温させることを特徴とする排ガス浄化装置の昇温方法。 - 電磁加熱により昇温される排ガス流路部材用の磁性体であって、
キュリー温度が２５０〜４５０℃であるフェライトで形成されており、
前記フェライトは、組成式（Ｎｉ １−ｘ Ｚｎ ｘ ）Ｆｅ ２ Ｏ ４ （ｘは０．３≦ｘ＜１を満たす）で表されるフェライトであることを特徴とする粒子状の排ガス流路部材用磁性体。
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