JPH0466715A - 触媒コンバーターの操作方法 - Google Patents

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］ 本発明はヒーターを内蔵した触媒コンバーターの操作方
法に係り、さらに詳しくは、自動車等エンジンのコール
ドスタート時のエミッションが最も多い初期段階に迅速
に昇温して触媒を作用させることにより排気ガスの浄化
率を向上させ、一方、昇温後はインプット電力を低下さ
せるようにした触媒コンバーターの操作方法に関する。

［従来の技術］ 自動車等の排気ガスを怜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か必要であるので、自動車等エ
ンジン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か必要となる。

このような触媒コンバーターとして、４８０　ｃｃの大
型でその上に触媒か担持されたヒーターを内蔵する触媒
コンバーターであって、これを用いて３ＫＷでエンジン
作動（クランクアップ）の前から通電し、かつ酸素を供
給することにより、自動車等エンジンの始動時（コール
ドスタート時）の排ガス浄化能を向上させることかでき
る、ということか、ＳＡＥ　　Ｐａｐｅｒ９００５０３
において報告されている。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、上記文献における触媒コンバーターの操
作方法ては、比較的大型のフォイルタイプヒーターを内
蔵しているため、大電力の割りには３５０°Ｃに到達す
る時間が６０秒と遅く、得られる排ガス浄化能も低いと
いう問題かあるほか、エンジン作動の前に通電すること
は実用面で問題がある。また、この文献においては、対
象とすべき排ガス量や触媒の作用温度、あるいは通電の
方法等については明確な記載がないものである。さらに
、このヒーターではフォイルタイプ自体が有するテレス
コープ現象が起こり易く、運転上トラブルが生じ易いと
いう問題かある。

［課題を解決するための手段］ 従って、本発明は上記方法の問題を解決し、コールドス
タート時の排ガスを迅速に昇温して触媒を作用させ排ガ
スの浄化率を向上させるようにした触媒コンバーターの
操作方法を提供することを目的とする。

そしてこの目的は、本発明によれば、ヒーターを内蔵し
た触媒コンバーターの操作方法であって、エンジン作動
と実質的に同時に単位排ガス量１１３当り、１５ＫＷ以
上で通電してヒーターを加熱しつつ、触媒コンバーター
内に酸化性ガスを導入し、ヒーター温度が触媒コンバー
ターの主触媒またはヒーター上に担持した着火用触媒の
作用温度以上の温度に到達した後、出力調節器でインプ
ット電力を低下させ、かつ酸化性ガスの供給を停止する
ことを特徴とする触媒コンバーターの操作方法、により
達成することができる。

また、本発明では、ヒーターか抵抗調節手段を有するも
ので、ヒーターを５　Ａ／ｉ＋ｎ２以上の電流密度で通
電するようにすることか好ましい。

さらに、インプット電力を低下させるときのヒーター温
度としては３００℃以上とすることか好ましい。

［作用］ 本発明では、触媒コンバーターの操作にあたり、エンジ
ン作動と実質的に同時に所定電力以上で通電してヒータ
ーを加熱し、かつ触媒コンバーター内に酸化性ガスを導
入して、ヒーター温度か触媒コンバーターの主触媒また
はヒーター上に担持した着火用触媒の作用温度以上の温
度に到達した後、出力調節器でインプット電力を低下さ
せ、方酸化性ガスの供給を停止するようにしたものであ
る。

従って、自動車等エンジンのコールドスタート時のエミ
ッションか最も多い初期段階において、迅速に低温の排
気ガスを触媒の作用温度以上まで加熱・昇温することに
より排気ガスの浄化率を向上させることかできるととも
に、昇温後、即ち触媒の着火後においてはインプット電
力を落とすことにより、効率的な操作を行なうことかで
きる。

本発明ては、エンジン作動と実質的に同時に単位排ガス
量１１当り、１．５ＫＷ以上、好ましくは３ＫＷ以上で
通電してヒーターを加熱する。１．５ＫＷ以上の電力で
通電する場合には、ヒーター温度か約４００℃に１０秒
以内、３ＫＷ以上の場合にはヒーター温度か約４００°
Ｃに５秒以内に到達する。この場合、コールドスタート
時、エンジンの排ガス量は変化するか、排ガスか３００
℃未満のときの排ガス量の平均を目安とする。

ここて、エンジン作動と実質的に同時とは、エンジン作
動と同時の場合のほか、エンジン作動の数秒前、例えば
５秒程度前に通電してもよい。

ヒーターへの初期の通電方法としては、２４Ｖのバッテ
リーを利用するか、コンデンサーを併用することにより
一時的に大電流を得るようにすること等が好ましい。

本発明において、エンジンのコールドスタート時は排気
ガスがリッチ側（還元雰囲気）のため、Ｃ０１ＨＣの浄
化には酸化性ガスの導入が必要となる。酸化性ガスとし
ては、空気、酸素、オゾン等のガスが挙げられるが、実
用上空気を導入することか簡易で好ましい。酸化性ガス
の導入に際しては、エンジン回転数、又はマスフローセ
ンサー等により適正な酸化性ガス量を制御する。具体的
には、下記式で示される酸化還元指数が、０．７〜１．
１、好ましくは０．８〜１−０になるように、例えば二
次空気の必要量を導入する。

なお、酸化性ガスは常時導入する必要はなく、上記範囲
の酸化還元指数となるように導入し、通常、酸化性ガス
の導入停止は６０秒以内とすることか好ましい。

ヒーターの加熱温度としては、触媒コンバーターの主触
媒またはヒーター上に担持した着火用触媒の作用温度以
上であり、通常、３００’Ｃ以上とする。

このようにヒーターを加熱することにより、ヒーターか
触媒の作用温度以上に到達した後においては、出力調節
器でインプット電力を低下させる。具体的には、例えば
２４Ｖまたは１２Ｖのオン−オフ（単位時間当りのイン
プット電力量の低減）やインバータ制御等により行なう
。インプット電力量を低減する時間としては、前記のよ
うにインプット電力量により変化するが、約４００００
のヒーター温度に５〜１０秒以内に到達するので、通常
、通電後５秒から１０秒程度である。

なお、通電を停止する場合は、一般に６０秒以内とする
。

本発明において用いるヒーターとしては、抵抗調節手段
を有するものか好ましく、またこのヒーターを５　Ａ／
ａｍ２以上の電流密度で通電することか好ましい。５　
Ａ／ａｍ２以上の電流密度で通電するとヒーターの昇温
速度か大きく、ヒーター温度は１０秒以内に確実に３０
０℃以上に到達し、主触媒またはヒーター上に担持した
着火用触媒を有効に作用させることができ、好ましい。

また、ヒーターの電流密度は８Ａ／■■２以上か好まし
いが、あまり大きすぎると多大な電力を要して好ましく
なく、またヒーター上の触媒か高温になり過ぎ、触媒の
耐用性の面に鑑みると、３０Ａ／層ｍ２未満とすことか
好ましい。

また、ヒーターはへ二カム構造体を基体とすることか好
ましい。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か
高いため好ましい。

へ二カム構造体は、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。

ヒーターに設ける抵抗調節手段は、後述する電極間に各
種の態様により形成される。

ヒーターに設ける抵抗調節手段としては、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、等か好ましいものとして挙
げられる。

好ましくはハニカム構造体からなるヒーターは、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
段によって電極か設置される。

このヒーターは、全体としてその抵抗値かｏ、ｏｏｉΩ
〜０．５Ωの範囲となるように形成することか好ましい
。

以上のように構成されたヒーターの概念図を第１図に示
す。

また、ヒーター上には着火用の触媒を担持させることか
、排気ガスの浄化反応（酸化反応熱等）による温度上昇
が期待てきるため、好ましい。

ヒーター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−Ａ交
２０３系、ＴｉＯ□系、５ｉ０ｚ　　Ａｎ２０ｚ系など
やペ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、Ｐｄ、Ｒｈ
等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ等の卑金属などを
挙げることかできる。上記のうち、γ−Ａｎ２０゜系に
Ｐｔ、Ｐｄを１０〜１００ｇ／ｆｔ″′担持したものが
好ましい。

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／　Ｉｎ
２（ｃｐｉ２）　（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５０〜２０００ｇ層の範囲か好ましい
。

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、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するか
、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。

（実施例） エンジン始動時の性能を確認するために、Ａ／Ｆ＝１４
．０　（リッチ側、酸化還元指数０．４０）のエンジン
排ガスを、１００℃から４２０℃まて２分間で定速昇温
し、その後４２０°Ｃて１分間キープし、各エミッショ
ン（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘ）の浄化率を測定した。排ガス
量は０　＋　７　ｍ３／ｉ＋ｉｎと１　、　Ｏｍ’／ｗ
ｉｎの２種類を用いた。二次空気の導入はエンジン排ガ
スを流すと同時に５０１／ｗｉｎ触媒コンバーターに導
入し、６０秒後に供給を停止した。

この触媒コンバーターは、ヒーターを、外径９０ｍｍφ
、長さ１ｏＯｔｓｎｏ主モノリス触媒である市販三元触
媒（リブ厚５■ｉｌ、貫通孔（セル）数４００セル／イ
ンチ２（ｃｐｉ２）　）の前方（ガス上流側）に設置し
たものを用いた。

またヒーターは、以下のように製造した。

平均粒径１Ｏ１２０，２２ｇｍのＦｅ粉、Ｆｅ−Ａ４粉
（ＡＪ１５０ｗｔｌ　）、Ｆｅ−Ｃｒ粉（Ｃｒ５０ｗｔ
＄）の原料を用い、ＦｅＦｅ−２２Ｃｒ−５Ａ重量％）
の組成になるよう原料を配合し、これを有機バインダー
（メチルセルロース）と酸化防止剤（オレイン酸）、水
を添加して坏土を調製し、下記表１に示すリブ厚、貫通
孔（セル）数の四角セルよりなるハニカムを押出し成形
し、乾燥後Ｈ２雰囲気下１３００℃で焼成し、その後空
気中、１０００℃で熱処理を行なった。得られたハニカ
ム構造体の気孔率は２２％であり、平均細孔径は５終ｍ
てあった。

次に、第１図（この図の場合にはスリット本数は４本）
に例示するように、上記方法により得られた外径９０薦
■φのハニカム構造体ｌＯを下記表１に示すヒーター長
に加工し、さらに約５０〜７０■■長のスリット１２を
下記表１に示す本数設けた。得られた抵抗調節型ヒータ
ーの外壁に、２ケ所電極１３をセットし、さらにスリッ
ト１２の外周部にジルコニア系の耐熱性無機接着剤を充
填し、絶縁部とした。

表　　１ 又、ヒーターＮｏ、１およびＮｏ、２には、Ｐｔ、Ｐｄ
を各１２２０ｇ含有するＣｅＯ２−”）’−Ａ１２０．
からなる触媒を担持した。

ヒーターへの通電方法は、２４Ｖまたは１２Ｖのバッテ
リーを用い、エンジン排ガスを流すと同時に通電を開始
し、ヒーター温度か４５０　’Ｃになるようにオン−オ
フ制御を行なった。尚、参考として、エンジン排ガス導
入前に３０秒間通電したものも実施した。

結果を表２に示す。

（以下、余白） 表２の結果から明らかなように、インプット電力量が少
ない場合には、ヒーター温度が３００”Ｃ以上になるま
での到達時間かかかり、触媒活性が低くそのため排ガス
浄化率が低いことがわかる。

また、０□を導入しない場合には加熱しても、Ｃ０１Ｈ
Ｃの浄化率が向上しないことがわかる。

一方、本発明実施例のような電力量にてヒーターを加熱
し、しかも０２を導入すると各エミッションの高い浄化
率を達成できることがわかる。

【図面の簡単な説明】 第１図は触媒コンバーターに内蔵されるヒーターの一例
を示す斜視図である。 ｉ　ｏ−・・ハニカム構造体、ｌｌ・・・貫通孔、１２
・・・スリット、１３・・・電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヒーターを内蔵した触媒コンバーターの操作方法
   であって、 エンジン作動と実質的に同時に単位排ガス量１ｍ＾３当
   り、１．５ＫＷ以上で通電してヒーターを加熱しつつ、
   触媒コンバーター内に酸化性ガスを導入し、 ヒーター温度が触媒コンバーターの主触媒またはヒータ
   ー上に担持した着火用触媒の作用温度以上の温度に到達
   した後、出力調節器でインプット電力を低下させ、かつ
   酸化性ガスの供給を停止することを特徴とする触媒コン
   バーターの操作方法。
2. （２）単位排ガス量１ｍ＾３当り３ＫＷ以上で通電する
   請求項１記載の触媒コンバーターの操作方法。
3. （３）ヒーターか抵抗調節手段を有するもので、該ヒー
   ターを５Ａ／ｍｍ＾２以上の電流密度で通電する請求項
   １記載の触媒コンバーターの操作方法。
4. （４）インプット電力を低下させるときのヒーター温度
   が３００℃以上である請求項１記載の触媒コンバーター
   の操作方法。