JPH0815139A - 自動車用触媒のガス吸・脱着測定方法 - Google Patents

自動車用触媒のガス吸・脱着測定方法

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JPH0815139A
JPH0815139A JP17354894A JP17354894A JPH0815139A JP H0815139 A JPH0815139 A JP H0815139A JP 17354894 A JP17354894 A JP 17354894A JP 17354894 A JP17354894 A JP 17354894A JP H0815139 A JPH0815139 A JP H0815139A
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JP
Japan
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gas
cell
catalyst
automobile
sample
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JP17354894A
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English (en)
Inventor
Tokihiro Tsukamoto
時弘 塚本
Hiroji Kamisaka
博二 上坂
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Horiba Ltd
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Horiba Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車用三元触媒の動的挙動を観察すること
ができ、これによって、触媒表面でどんな反応が起こっ
ているかを明確に把握することができる自動車用触媒の
ガス吸・脱着測定方法を提供すること。 【構成】 試料13を収容したセル8に対して、所定温
度の排ガスまたはこれと同等の成分からなる模擬ガスG
を一定流量で供給するとともに、所定温度に加熱された
COとO2 とを所定の切換え周期で交互に切り換え供給
した状態で、干渉赤外光IRをセル8に対して照射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、フーリエ変換赤外分
光光度計(FTIR)を用いた自動車用触媒のガス吸・
脱着測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、自動車の排気系には、エンジ
ンからの排ガスを浄化させるために例えばモノリス触媒
のような自動車用三元触媒が設けられている。モノリス
触媒は、コージェライト、ムライトあるいはスピネルな
どによって、適宜の直径と長さを有する円筒状の触媒基
材に、その長さ方向に多数の細孔を互いに独立した状態
で形成するとともに、これらの多数の細孔の内表面に、
白金、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、ロジウ
ム、オスミウムなどの貴金属あるいはクロム、ニッケ
ル、バナジウムなどの卑金属からなる触媒成分をコーテ
ィングなどの手法で付着させてなるものである。
【0003】上記触媒の表面において生ずるCO、NO
ガスの吸・脱着状態を測定するのに、従来より、FTI
Rを用いている。例えば、触媒成分をコーティングした
層をかき落として粉体とした試料をセルに収容し、この
セルに、排ガスと同程度の濃度のN2 、CO2 、H
2 O、NOなどからなる模擬ガスに所定量のCOを添加
した混合ガスを供給しながら赤外光を照射する試験と、
前記模擬ガスにO2 を添加した混合ガスを供給しながら
赤外光を照射する試験とを個別に行って、これらの試験
結果に基づいてCO、NOガスの吸・脱着状態を判断し
ていた。
【0004】ところで、図6は、空燃比と各種排ガス成
分の濃度の関係を概略的に示すもので、前記自動車用三
元触媒は、理論空燃比を中心に空燃比をリーンまたはリ
ッチに変化させ、リッチ側で発生したCO(一酸化炭
素)によってNO(一酸化窒素)を還元し、リーン側で
発生したO2 (酸素)で余剰のCOとHC(炭化水素)
とを酸化して排ガスを浄化している。
【0005】また、図7は、空燃比とNO、CO、HC
の浄化効率との関係を概略的に示すもので、この図にお
いて、実線I,IIは理論空燃比で燃焼させたときにおけ
るNO(実線Iで示す)、CO/HCのそれぞれの浄化
効率の変化を示しており、この場合、符号wで示される
ウィンドウ幅はきわめて狭い。したがって、実際の燃焼
時においては、空燃比を理論値(理論空燃比)ではな
く、リーン側あるいはリッチ側に適宜幅で振らせるよう
にして、符号I’,II’で示すように浄化効率を変化さ
せ、符号Wで示すように、ウィンドウ幅を大きくしてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
測定方法のように、模擬ガスに定常的にCOまたはO2
をそれぞれ添加した状態で試験を行った場合、実際の燃
焼時のように連続的に空燃比をリーン側あるいはリッチ
側に変化させるものではないので、触媒表面の動的挙動
を観察することができなかった。
【0007】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、自動車用三元触媒の動的挙動を観察すること
ができ、これによって、触媒表面でどんな反応が起こっ
ているかを明確に把握することができる自動車用触媒の
ガス吸・脱着測定方法を提供することを目的としてい
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の自動車用触媒のガス吸・脱着測定方法
は、試料を収容したセルに対して、所定温度の排ガスま
たはこれと同等の成分からなる模擬ガスを一定流量で供
給するとともに、所定温度に加熱されたCOとO2とを
所定の切換え周期で交互に切り換え供給している状態
で、干渉赤外光をセルに対して照射することを特徴とし
ている。
【0009】この場合、データサンプリングを、COと
2 との切換え周期に同期させて行うようにしてもよ
い。
【0010】また、COとNOとを所定の切換え周期で
交互に切り換えて供給するようにしてもよい。この場
合、データサンプリングを、COとNOとの切換え周期
に同期させて行うようにしてもよい。
【0011】
【作用】上記自動車用触媒のガス吸・脱着測定方法によ
れば、触媒の実際の使用状態と同じ条件下で吸・脱着状
態を観察することができ、触媒表面でどのような反応が
起こっているかを的確に把握することができる。
【0012】そして、データサンプリングを、COとO
2 (あるいはCOとNO)との切換え周期に同期させて
行うようにした場合、高速サンプリングを行う上で好都
合である。
【0013】
【実施例】図1および図2は、この発明の自動車用触媒
の動的ガス吸・脱着測定方法を実施する装置の一例を概
略的に示す図である。まず、図2において、1は分析
部、2はこの分析部1の出力であるインターフェログラ
ムを処理するデータ処理部である。分析部1は、平行な
赤外光を発するように構成された赤外光源3と、ビーム
スプリッタ4、固定ミラー5、図外の駆動機構によって
例えばX−Y方向に平行移動してスキャンする可動ミラ
ー6からなる干渉機構7と、測定試料(後述する)を収
容し、干渉機構7を介して赤外光源3からの平行干渉赤
外光が照射されるセル8(後述する)と、半導体検出器
9とから構成されている。
【0014】そして、データ処理部2は、例えばコンピ
ュータよりなり、前記インターフェログラムを加算平均
し、その加算平均出力を高速フーリエ変換(Fast Fouri
er Transformation )し、吸収スペクトルを得るように
構成されている。
【0015】次に、図1は、前記セル8近傍の構成を概
略的に示すもので、セル8は次のように構成されてい
る。すなわち、図1において、10は例えばステンレス
鋼など耐腐蝕性材料よりなるハウジングブロックで、そ
の上方の開口部には赤外線透過性の良好な材料よりなる
2つのセル窓11,12が互いに例えば90°で交叉す
るようにして設けられている。そして、ハウジングブロ
ック10の内部中央には、粉体状の試料(触媒)13を
収容するサンプルカップ14が上方に形成された熱伝導
率が良好な材料よりなるサンプルポスト15が設けられ
ている。
【0016】16はサンプルカップ14に模擬ガスGを
導入するための模擬ガス導入管であり、17はサンプル
カップ14にCOとO2 とを交互に導入するためのCO
/O2 ガス導入管である。そして、CO/O2 ガス導入
管17には、ロータリバルブやソレノイドバルブなどの
切換えバルブ18が設けられ、この切換えバルブ18に
は、CO、O2 をそれぞれ供給する供給管19,20が
接続されている。また、21はサンプルポスト15に内
蔵されるヒータであって、サンプルカップ14内の試料
13およびガス導入管16,17内を流れるガスは、こ
れによって、所定温度に加熱される。なお、22はハウ
ジングブロック9内のガスを導出するガス導出管であ
る。
【0017】上記構成の測定装置を用いて測定を行うに
は、まず、図1に示すように、粉体状の試料13をサン
プルカップ14内に充填する。そして、サンプルカップ
14内に模擬ガスGを一定の流量で供給するとともに、
切換えバルブ18を一定の周期(例えば1秒)で切換え
ることにより、COとO2 とを交互にサンプルカップ1
4内に供給している状態で、干渉機構7を介して一方の
セル窓11側から平行干渉赤外光IRを照射する。この
照射された赤外光IRは、サンプルカップ14内の粉体
状の試料13において反射し、他方のセルまど12を経
て検出器9に進むが、このとき、赤外光IRは試料13
表面で反射拡散され、これが検出器9に入射し、インタ
ーフェログラムが得られる。触媒などに吸着されたガス
の赤外吸収スペクトルは、鋭いピークを持たないので、
例えば10cm-1程度の低分解能でよく、また、干渉機
構7の移動鏡6の移動距離は小さくてよく、したがっ
て、高速動作が可能である。
【0018】図3は、前記COとO2 との切換え供給の
状態を模式的に示すもので、図中の符号1−1,1−
2,1−3,……で示される点は、O2 からCOへの供
給が切換えられる時点を示し、また、符号2−1,2−
2,2−3,……で示される点は、COの供給が最大に
なる時点を示している。そして、データサンプリングの
タイミングは、前記切換えバルブ18によるCOとO2
の切換え周期と同期させて行われ、まず、最初のサイク
ルで1−1点、2−1点のデータをサンプリングし、コ
ンピュータ2のメモリにインターフェログラムをそれぞ
れ格納する。そして、次のサイクルで、1−2点、2−
2点のデータをサンプリングし、以下、これを繰り返
し、それぞれ割り当てられたメモリに同期して格納し、
平均化処理する。これによって、透過率スペクトルある
いは吸光度スペクトルが得られ、定性分析または定量分
析が行なわれる。
【0019】上述の実施例では、試料13は粉体状であ
ったが、この発明はこれに限られるものではなく、モノ
リス触媒の形態を維持した状態のままで測定することも
できる。以下、この実施例について、図4および図5を
参照しながら説明する。
【0020】この実施例においては、干渉機構7からの
赤外光IRはセル23を透過して検出器9に至るように
構成されている。このセル23は、例えばステンレス鋼
などの耐腐蝕性素材よりなり、図4に示すように、例え
ば円筒状に形成されている。そして、このセル23は、
その両端が赤外線透過性の良好な材料よりなるセル窓2
4,25で封止されているとともに、セル窓24,25
に近い筒部分の適宜位置にガス導入口26,27とガス
導出口28が開設されている。
【0021】前記ガス導入口26,27の一方26に
は、所定の温度に加熱された排ガス成分と同程度の濃度
のN2 、CO2 、H2 O、NOなどの模擬ガスGを供給
するためのガス導入管29が接続されている。30はこ
のガス導入管29のセル23に近い周囲に巻設されたヒ
ータである。そして、他方のガス導入口27には、CO
とO2 とを交互に供給するためのガス導入管31が接続
されている。32はロータリバルブやソレノイドバルブ
などの切換えバルブ、33,34はCO、O2 をそれぞ
れ供給する供給管、35はガス導入管31のセル23に
近い周囲に巻設されたヒータである。36はガス導出口
28に接続されるガス導出管である。
【0022】そして、この実施例において使用される試
料37は、例えば円筒状のモノリス触媒をその長手方向
の適宜位置において直径方向に切断して、円筒モノリス
形状が維持した形状としたもので、試料37がセル23
の全長よりも長い場合、セル23のガス導入口26,2
7とガス導出口28との間の長さよりやや短くなるよう
に切り出される。
【0023】そして、測定に際しては、図4に示すよう
に、前記試料37をその筒状端部37a,37bがセル
窓24,25にそれぞれ臨むようにしてセル23内に収
容する。そして、セル23内に模擬ガスGを一定の流量
で供給するとともに、切換えバルブ32を一定の周期で
切換えることにより、COとO2 とを交互にセル23内
に供給するのである。そして、この状態で、一方のセル
窓24側から平行干渉赤外光IRを照射することによ
り、赤外光IRは、試料37の細孔37c内表面で反射
拡散された後、検出器9に入射し、この場合も、前記実
施例と同様にインターフェログラムが得られる。
【0024】上記いずれの実施例においても、COとO
2 とを交互にセル8または23内に供給して、リーンま
たはリッチの状態を交互に現出させるようにしていた
が、これに代えて、COとNOとを交互にセル8または
23内に供給してもよい。また、セル8または23に模
擬ガスGを流すようにしているが、これに代えて、排ガ
スそのものを流すようにしてもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、触媒を収容したセルに対して、所定温度の排ガスま
たはこれと同等の成分からなる模擬ガスを一定流量で供
給するとともに、所定温度に加熱されたCOとO2 、ま
たは、COとNOとを所定の切換え周期で交互に切り換
え供給している状態で、干渉赤外光をセルに対して照射
するようにしているので、触媒の実際の使用状態と同じ
条件下で吸・脱着状態を動的に観察することができる。
したがって、触媒表面でどんな反応が起こっているかを
明確に把握することができるようになり、自動車用触媒
の効率的開発が促進される。
【0026】そして、データサンプリングを、COとO
2 の切換え周期、または、COとNOとの切換え周期と
同期させて行うようにした場合、高速サンプリングを行
うことができるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明方法において用いるセルの一例を示す
図である。
【図2】この発明方法を実施するための装置の一例を概
略的に示す図である。
【図3】COとO2 との切換え供給タイミングとデータ
サンプリングとの関係の一例を示す図である。
【図4】この発明方法において用いるセルの他の例を示
す図である。
【図5】この発明方法を実施するための装置の他の例を
概略的に示す図である。
【図6】空燃比と各種排ガス成分の濃度の関係を概略的
に示す図である。
【図7】空燃比とNO、CO、HCの浄化効率との関係
を概略的に示す図である。
【符号の説明】
8,23…セル、13,37…試料、G…排ガスまたは
模擬ガス、IR…干渉赤外光。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料を収容したセルに対して、所定温度
    の排ガスまたはこれと同等の成分からなる模擬ガスを一
    定流量で供給するとともに、所定温度に加熱されたCO
    とO2 とを所定の切換え周期で交互に切り換え供給して
    いる状態で、干渉赤外光をセルに対して照射することを
    特徴とする自動車用触媒のガス吸・脱着測定方法。
  2. 【請求項2】 データサンプリングを、COとO2 との
    切換え周期に同期させて行う請求項1に記載の自動車用
    触媒のガス吸・脱着測定方法。
  3. 【請求項3】 試料を収容したセルに対して、所定温度
    の排ガスまたはこれと同等の成分からなる模擬ガスを一
    定流量で供給するとともに、所定温度に加熱されたCO
    とNOとを所定の切換え周期で交互に切り換え供給して
    いる状態で、干渉赤外光をセルに対して照射することを
    特徴とする自動車用触媒のガス吸・脱着測定方法。
  4. 【請求項4】 データサンプリングを、COとNOとの
    切換え周期に同期させて行う請求項3に記載の自動車用
    触媒のガス吸・脱着測定方法。
JP17354894A 1994-07-02 1994-07-02 自動車用触媒のガス吸・脱着測定方法 Pending JPH0815139A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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