JPH0460109A

JPH0460109A - 自動車排ガス浄化用触媒コンバーター

Info

Publication number: JPH0460109A
Application number: JP2172930A
Authority: JP
Inventors: Setsu Harada; 節原田; Fumio Abe; 文夫安部; Hiroshige Mizuno; 水野　宏重
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-26
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JP3091201B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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かで
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、触媒か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か必要であるので、自動車の始動
時等の未だ触媒か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か知ら
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か開示されている
。

［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
時の排ガス浄化能か低下する。また、メタル担体自体も
腐食する虞れか大きいという問題かある。

［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１本発明に到達した。

即ち、本発明によれば、主モノリス触媒の下流側、又は
主モノリス触媒と主モノリス触媒の間に、ハニカム構造
体に触媒を担持させ且つ通電のための少なくとも２つの
電極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、か提供
される。

さらに本発明によれば、主モノリス触媒の下流側、又は
主モノリス触媒と主モノリス触媒の間に、ハニカム構造
体に通電のための少なくとも２つの電極を設けてなるハ
ニカムヒーターを配設すると共に、該ハニカムヒーター
の下流側に着火用のモノリス触媒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、か提供さ
れる。

また、ハニカムヒーターとしては、電極間にスリット等
の抵抗調節機構を設けたものか発熱特性に優れ、好まし
い。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。

さらに、本発明では、主モノリス触媒の上流側又は下流
側、或いは主モノリス触媒と主モノリス触媒の間に、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
けてなるハニカムヒーターと着火用モノリス触媒とから
形成されるモジュールを着脱自在に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。

［作用］本発明では、排ガス流路の少なくとも上流側に主モノリ
ス触媒を配置し、主モノリス触媒の下流側に、ハニカム
構造体に通電のための少なくとも２つの電極を設けてな
るハニカムヒーターを配設することを特徴とする。

このように、主モノリス触媒の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、かつ、排ガスか高温とな
った後であっても排ガスの上流側には主モノリス触媒が
配設されているため、ハニカムヒーターのメタル腐食や
ハニカムヒーターに担持した触媒の劣化か極力抑えられ
る。

また、本発明において、ハニカムヒーターと着火用モノ
リス触媒とから形成されるモジュールを、主モノリス触
媒の上流側又は下流側、あるいは主モノリス触媒と主モ
ノリス触媒の間に着脱自在に配設した場合、通常ハニカ
ムヒーター又は着火用触媒の方か主モノリス触媒に比し
先に劣化するのて、これらの劣化に応じて、適宜モジュ
ールの交換のみて触媒コンバーター全体の寿命を長くす
ることかできる。

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てあれば制限は
なく、金属質でもセラミック質でもよいが、金属質が機
械的強度か高いため好ましい。金属質の場合、例えばス
テンレス鋼やＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ａ
Ｑ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｗ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ等の組成を有す
る材料からなるものか挙げられる。上記のうち、Ｆｅ−
Ｃｒ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ａｎ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か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、Ａｎ
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、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°Ｃ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
ンダーか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。

焼成温度か１０００℃未満の場合、成形体か焼結せず、
焼成温度か１４５０°Ｃ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、長さて設けること、■
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）を変化させるが、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、等か好ましいものと
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、ここていう電極とは、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か０．００１Ω〜０．５Ωの範
囲となるように形成することか好ましい。

また、上記の金属質ハニカム構造体の表面にさらに触媒
を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。ここて、大きな表面積を有する担体としては、例
えばγ−Ａｉ２ｏ３系、ＴｉＯ２系、Ｓ　ｉＯｘ　　Ａ
１２０：ｌ系などやヘロブスカイト系のものか代表的な
ものとして挙げられる。触媒活性物質としては、例えば
Ｐｔ、ＰｄＲｈ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、７−
Ａｌ、０３系にＰｔ、Ｐｄをｌｏ〜ｌｏｏｇ／ｆｔ’担
持したものが好ましい。

また、ハニカムヒーターの後方（ガス下流側）に配設す
る着火触媒は、上記金属質ハニカム構造体の表面に担持
する触媒と同様なものを用いても良く、又、主モノリス
触媒と同様なものを用いても良い。

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６〜１５０
０セル／Ｉｎ２（０、９〜２３３セル／Ｃ■２）の範囲
のセル密度を有するように形成することか好ましい。又
、隔壁の厚さは５０〜２０００ｐ■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
も非多孔質て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２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か好ましい。

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か使用てきる・［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
例を示す平面図て、多数の貫通孔１２を有するハニカム
構造体ｌＯに、抵抗調ｗ５Ｉａ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だものである。

第２図〜第５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と着火用触媒１６との間に
、ハニカムヒーター又はヒーター触媒１４を挿入した例
であり、第３図は主モノリス触媒１５の下流側、かつ着
火用触媒１６の上流側に、夫々流路１７および１８を介
してハニカムヒーター又はヒーター触媒１４を配設した
例を示す。

また、第４図は主モノリス触媒１５の下流側に近接して
着火用触媒を兼用したヒーター触媒１４を配設した例、
第５図は２つの主モノリス触媒１５の間に、流路１７お
よび１８を介して、ムコカムヒーター又はヒーター触媒
１４とそれの下流側に近接して配置した着火用触媒１６
とを設けた例を示す。

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−Ｃ
ｒ粉、Ｆｅ−Ａ文粉を混合した後、押出成形し、Ｈ２雰
囲気にて焼成することにより、外径９３■■φ、厚さ１
５ｍ■、セル壁（リブ）厚８■１１、貫通孔数３００セ
ル／インチ２（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７
０■■の長さ（両端のスリット長さは約５０１）のスリ
ット１１を貫通孔１２の軸方向に６個所設け、かつスリ
ットｌ１間のセル数か４個（約８ｍ１ｍ）となるように
形成した。

さらにこのハニカム構造体ｌＯにγ−アルミナを被覆コ
ートし、次いて貴金属Ｐｔ゛とＰｄを各々２０　ｇ／ｆ
ｔ３担持し、６００℃て焼成し触媒化した。その後、第
１図に示すようにその外壁に２ケ所電極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の後方（排ガス下流
側）に設置し、更にその後方に酸化触媒である着火用触
媒１６を設置した。

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℃まて２分間
で定速昇温し、その後４２０℃で１分間キープしくつオ
ームアップテスト）、Ｃｏ、ＨＣ，Ｎｏ、の浄化率を測
定した。尚、ヒーター触媒１４は１２Ｖのバッテリーて
１分間通電し、排ガスか３５０℃になるよう通電した。

次に耐久試験として、排ガス温度を室温から７５０　”
Ｃまて上昇させ７５０℃て１０時間保持し７５０°Ｃ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
排ガス温度が３５０°Ｃになるよう１分間通電した。

本耐久試験を１０回繰り返した後、前記のつオームアッ
プテストを実施し、Ｃｏ、ＨＣ，ＮＯ。

の浄化率を測定した。

尚、比較のため、耐久試験を第６図に示すようにヒータ
ー触媒１４を主モノリス触媒１５の前方に設置したシス
テムで実施した。

本発明の耐久試験前後の平均浄化率と、比較例の耐久試
験後の平均浄化率を表１に示す。

表　１　　　平均浄化率（２）（つオームアヴブテスト
）［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かでき
、かつ、排ガスが高温となった後てあっても排ガスの上
流側には主モノリス触媒か配設されているため、ハニカ
ムヒーターのメタル腐食やハニカムヒーターに担持した
触媒の劣化か極力抑えられる。

また、本発明において、ハニカムヒーターと着火用モノ
リス触媒とから形成されるモジュールを用いた場合、モ
ジュールの劣化に対応して、適宜モジュールの交換のみ
て触媒コンバーター全体の寿命を長くすることかできる
。

【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５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、第６図は比較のための触媒コンバーターの
例を示す構成説明図である。ｌＯ・・・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・・・着火用触媒、１７．１８・・・流路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主モノリス触媒の下流側、又は主モノリス触媒と
主モノリス触媒の間に、ハニカム構造体に触媒を担持さ
せ且つ通電のための少なくとも２つの電極を設けてなる
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）主モノリス触媒の下流側に、又は主モノリス触媒
と主モノリス触媒の間に、ハニカム構造体に通電のため
の少なくとも２つの電極を設けてなるハニカムヒーター
を配設すると共に、該ハニカムヒーターの下流側に着火
用のモノリス触媒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。
（３）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２記載の触媒コンバーター。
（４）ハニカムヒーターが、電極間に抵抗調節機構を設
けたものである請求項１〜３のいずれかに記載の触媒コ
ンバーター。
（５）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１〜４のいずれかに記載
の触媒コンバーター。
（６）主モノリス触媒の上流側又は下流側、或いは主モ
ノリス触媒と主モノリス触媒の間に、ハニカム構造体に
通電のための少なくとも２つの電極を設けてなるハニカ
ムヒーターと着火用モノリス触媒とから形成されるモジ
ュールを着脱自在に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。