WO2016021186A1 - 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

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 Download PDF

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邦治 田中
光岡　健
和浩 黒澤
勝哉 高岡
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日本特殊陶業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas flow path member, an exhaust gas purification device, a method for raising the temperature, and a magnetic body for the exhaust gas flow path member.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following modes.
  • an exhaust gas flow path member used in an exhaust gas purification apparatus includes a magnetic material having a Curie temperature of 250 to 600 ° C.
  • the Curie temperature includes a magnetic body having a temperature of 250 to 600 ° C.
  • the heating stops autonomously. Therefore, it is possible to prevent a problem that may occur when the temperature is detected by the temperature sensor and the control for stopping the heating is performed.
  • the Curie temperature of the magnetic material may be 250 to 450 ° C., and the exhaust gas channel member may further include catalyst particles.
  • the magnetic particles include a magnetic material having a Curie temperature in a temperature range of 250 to 450 ° C. in which the catalyst particles can effectively exhibit the catalytic action, even if the magnetic material is heated by the electromagnetic induction device.
  • the heating stops autonomously. Therefore, it is possible to prevent a problem that may occur when the temperature is detected by the temperature sensor and the control for stopping the heating is performed.
  • the magnetic body may be ferrite. According to this configuration, since ferrite has a small decrease in magnetic permeability at high frequencies, various frequencies can be used.
  • the magnetic body may be a ferrite represented by a composition formula (Ni 1-x Zn x ) Fe 2 O 4 (x satisfies 0 ⁇ x ⁇ 1). Good.
  • the Curie temperature can be set to a desired temperature by adjusting the value of the coefficient x.
  • the content of the magnetic material in the outer peripheral portion that exists on the outer peripheral side of the central portion as compared with the content of the magnetic material in the central portion of the exhaust gas flow channel member. May be high. According to this configuration, the temperature distribution of the exhaust gas flow path member can be made uniform.
  • the second included in the outer peripheral portion present on the outer peripheral side of the central portion as compared with the Curie temperature of the first magnetic body included in the central portion of the exhaust gas flow path member.
  • the magnetic material may have a higher Curie temperature. Also with this configuration, the temperature distribution of the exhaust gas flow path member can be made uniform.
  • the magnetic material may have a higher magnetic permeability. Also with this configuration, the temperature distribution of the exhaust gas flow path member can be made uniform.
  • the present invention can be realized in various modes.
  • the present invention can be realized in the form of an exhaust gas purification device provided with an exhaust gas flow channel member, a magnetic body for the exhaust gas flow channel member, a temperature raising method of the exhaust gas purification device, and the like.
  • Explanatory drawing which shows the exhaust gas purification apparatus in 1st Embodiment.
  • Explanatory drawing which shows the Curie temperature of various magnetic bodies.
  • Explanatory drawing which shows the area division of the exhaust gas passage member in 2nd Embodiment.
  • Explanatory drawing which shows the exhaust gas purification apparatus in 3rd Embodiment.
  • FIG. 1 (A) is an explanatory view showing the configuration of an exhaust gas purifying apparatus as a first embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas purification device 100 is a catalytic converter for purifying exhaust gas from a gasoline engine, and includes a casing 110, an exhaust gas flow path member 120 accommodated in the casing 110, and an electromagnetic induction device 200.
  • the electromagnetic induction device 200 includes an electromagnetic coil 210 and an electromagnetic induction control unit 220 connected to the electromagnetic coil 210.
  • FIG. 1 (B) is a front view of the exhaust gas flow path member 120
  • FIG. 1 (C) is an enlarged schematic view of a part thereof.
  • This exhaust gas flow path member 120 is not provided with a temperature sensor.
  • individual members are drawn with dimensions different from the actual dimensions.
  • the exhaust gas flow channel member 120 has a honeycomb shape, and includes a wall portion 122 and a large number of exhaust gas flow channels 124 divided by the wall portion 122.
  • the exhaust gas flow channel member 120 can be formed using a ceramic material such as cordierite, for example.
  • the exhaust gas flow channel member 120 may be formed using a non-ceramic material such as heat resistant steel.
  • the exhaust gas flow path member 120 is preferably a non-magnetic material.
  • the exhaust gas passage 124 penetrates linearly from the inlet to the outlet of the exhaust gas passage member 120.
  • the catalyst particles 126 and magnetic particles 128 are supported on the wall surface of the wall portion 122.
  • a washcoat layer made of porous alumina or the like is formed on the surface of the wall 122, and catalyst particles 126 and magnetic particles 128 are supported on the washcoat layer.
  • (C) it is drawn in a simplified manner for convenience of illustration. However, any form other than this can be used as the form of supporting the catalyst particles 126 and the magnetic particles 128.
  • the catalyst particle 126 any catalyst such as a three-way catalyst or an oxidation catalyst using noble metal catalyst particles such as Pt, Pd, and Rh can be used.
  • the catalyst particles 126 and the magnetic particles 128 are preferably supported uniformly throughout the exhaust gas flow channel member 120.
  • the magnetic particles 128 are formed of a magnetic material having a Curie temperature.
  • the Curie temperature of the magnetic particles 128 is preferably a value equal to or higher than the lower limit of a preferable temperature range set in advance as a temperature range in which the catalyst particles 126 have sufficient activity. In a typical catalytic converter, the catalyst is fully activated at about 250 ° C. Therefore, the Curie temperature of the magnetic particles 128 is preferably 250 ° C. or higher.
  • the Curie temperature of the magnetic particles 128 is excessively high, there is a possibility of causing a problem in the exhaust gas passage member 120.
  • the exhaust gas flow channel member 120 is formed of a ceramic material, if the Curie temperature of the magnetic particles 128 is excessively high (for example, 800 ° C.), the exhaust gas flow channel member 120 is damaged by the combustion heat of carbon. there is a possibility.
  • the temperature is higher than 450 ° C., the performance of the catalyst may deteriorate. Further, when the magnetic particles 128 are heated to near the heat-resistant temperature of the casing 110, the casing 110 may be damaged.
  • the Curie temperature of the magnetic particles is preferably 600 ° C. or less.
  • the Curie temperature of the magnetic particles 128 is preferably 600 ° C. or lower, and preferably 450 ° C. or lower when a catalyst is present. Taking these points together, the Curie temperature of the magnetic particles 128 is preferably 250 ° C. or more and 600 ° C. or less, and preferably 250 ° C. or more and 450 ° C. or less when a catalyst is present.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the Curie temperatures of various magnetic materials.
  • a magnetic material having a Curie temperature of 250 ° C. to 600 ° C. is shown.
  • the first to eleventh magnetic bodies are ferrite and have a Curie temperature in the range of 250 ° C. to 600 ° C.
  • These ferrites are preferable in that various frequencies can be used because the permeability does not decrease much even when the frequency of electromagnetic induction is in a high frequency range compared to the 12th and subsequent magnetic bodies.
  • the fifth magnetic body (Ni 0.5 Zn 0.5 ) Fe 2 O 4 in FIG. 2 is generally a ferrite represented by the following composition formula (1).
  • x is a value satisfying 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • the ferrite of the composition formula (1) is a solid solution of NiFe 2 O 4 having ferrimagnetism and ZnFe 2 O 4 having antiferromagnetism, and has a property that the Curie temperature decreases as x increases. Therefore, it is preferable in that a desirable Curie temperature can be achieved by changing the solid solution ratio x between NiFe 2 O 4 and ZnFe 2 O 4 .
  • the material of the magnetic particles 128 is preferably a ferrite satisfying 0.3 ⁇ x ⁇ 0.6 among the ferrites represented by the composition formula (1). When x is less than 0.3, the magnetic permeability decreases, and when x exceeds 0.6, the Curie temperature decreases.
  • the electromagnetic coil 210 is wound around the outer periphery of the casing 110. It is preferable that the central axis of the electromagnetic coil 210 coincides with the central axis of the exhaust gas passage member 120. In this way, it is possible to generate a substantially uniform magnetic field in the cross section of the exhaust gas flow path member 120. In this sense, it is preferable that both the exhaust gas flow channel member 120 and the electromagnetic coil 210 have a cylindrical shape.
  • the casing 110 is preferably formed of a nonmagnetic material. However, the electromagnetic coil 210 may be installed inside the casing 110. In this case, if the casing 110 is formed of a magnetic material, leakage of the magnetic field generated by the electromagnetic coil 210 to the outside can be reduced.
  • Electromagnetic heating of the exhaust gas passage member 120 using the electromagnetic induction device 200 is mainly used immediately after the gasoline engine is started. That is, when the application of the alternating voltage from the electromagnetic induction control unit 220 to the electromagnetic coil 210 is started with the start of the gasoline engine, an alternating magnetic field is generated in the exhaust gas flow channel member 120.
  • the frequency of the AC voltage can be set to an arbitrary value. In particular, if the frequency of the AC voltage is set to a high frequency of 1 KHz to 300 MHz, the magnetic particles 128 can be efficiently heated by electromagnetic waves.
  • an alternating magnetic field is applied to the exhaust gas flow path member 120, the magnetic particles 128 generate heat, and thereby the temperature of the wall portion 122 and the catalyst particles 126 rises.
  • the temperature of the magnetic particles 128 reaches the Curie temperature
  • the magnetism of the magnetic particles 128 disappears, so that the electromagnetic heating of the magnetic particles 128 stops autonomously or spontaneously.
  • the exhaust gas flow path member 120 is maintained near the Curie temperature.
  • the temperature of the magnetic particles 128 falls below the Curie temperature due to external cooling or the like, the temperature is increased until the magnetic particles 128 are heated again and reach the Curie temperature.
  • the temperature of the exhaust gas flow path member 120 including the magnetic particles 128 is maintained near the Curie temperature of the magnetic particles 128. Further, since the magnetic particles 128 are uniformly distributed over the entire exhaust gas flow path member 120, the entire exhaust gas flow path member 120 rises to a substantially uniform temperature (near the Curie temperature of the magnetic particles 128). It is possible to warm. As described above, when the Curie temperature of the magnetic particles 128 is in the range of 300 ° C. to 450 ° C., the catalyst particles 126 in the exhaust gas flow channel member 120 can be maintained in an active state.
  • the exhaust gas flow channel member 120 including the magnetic particles 128 functions as a magnetic core of the electromagnetic coil 210, and the current flowing through the electromagnetic coil 210 is a magnetic material. It can be considered that it is converted into the energy of heat generation in the particles 128.
  • the heat generated in the magnetic particles 128 at this time corresponds to iron loss in the electric motor.
  • the electromagnetic coil 210 when the temperature of the magnetic particles 128 becomes equal to or higher than the Curie temperature, the electromagnetic coil 210 is in a so-called coreless state, and the current flowing through the electromagnetic coil 210 becomes a small current corresponding to the copper loss of the electromagnetic coil 210 and the current value. Is greatly reduced. Therefore, if the peak voltage of the AC voltage applied to the electromagnetic coil 210 is kept constant, the current flowing through the electromagnetic coil 210 is autonomously adjusted according to whether or not the temperature of the magnetic particles 128 has reached the Curie temperature. The As a result, even if the operation of the electromagnetic induction device 200 is continued, there is an advantage that unnecessary energy is not consumed excessively. However, the electromagnetic heating by the electromagnetic induction device 200 may be stopped after a certain time has elapsed after the gasoline engine is started. For example, electromagnetic heating by the electromagnetic induction device 200 may be stopped when the coolant temperature of the engine reaches a predetermined temperature.
  • the magnetic particles 128 are heated to the Curie temperature of the magnetic particles 128 by electromagnetically heating the magnetic particles 128 with the electromagnetic waves generated by the electromagnetic induction device 200. Since it was made to perform, it is not necessary to perform control which detects the temperature of the exhaust gas flow path member 120 with a temperature sensor, and stops heating like the past. In addition, since it is not necessary to use a temperature sensor, it is possible to prevent problems that may occur when performing control using the temperature sensor.
  • FIG. 3A is an explanatory view showing the region division of the exhaust gas flow path member in the second embodiment of the present invention.
  • the overall configuration of the exhaust gas purifying apparatus in the second embodiment is the same as the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. 1, and only the configuration of the exhaust gas flow path member 120a is different from the first embodiment.
  • the exhaust gas flow channel member 120a is divided into a central portion 120in of the exhaust gas flow channel member 120a and an outer peripheral portion 120out existing on the outer peripheral side thereof.
  • the central portion 120in has a cylindrical shape having the same central axis as the central axis CX of the exhaust gas passage member 120a, and the outer diameter of the central portion 120in is half of the outer diameter Dout of the exhaust gas passage member 120a. It is.
  • the boundary between the central portion 120in and the outer peripheral portion 120out can be set at any other position.
  • FIG. 3B shows the density of the magnetic particles 128 in the central portion 120in and the outer peripheral portion 120out.
  • the density of the magnetic particles 128 in the outer peripheral part 120out is higher than the density in the central part 120in.
  • the “density” of the magnetic particles 128 means the weight of the magnetic particles 128 per unit volume of the exhaust gas flow channel member 120 and is also referred to as “content”.
  • the reason why the magnetic particles 128 are supported at a higher density in the outer peripheral portion 120out is that the outer peripheral portion 120out is likely to become low temperature due to cooling from the outside.
  • the density of the magnetic particles 128 in the outer peripheral portion 120out is made higher than that in the central portion 120in, the temperature in the outer peripheral portion 120out and the central portion 120in becomes more uniform, so that the exhaust gas flow passage member 120a is more efficient. It is possible to perform exhaust gas purification treatment.
  • the following various forms can be adopted for the region division of the exhaust gas flow channel member 120a.
  • ⁇ Form 1> Compared to the density (content) of the magnetic particles 128 in the central portion 120in of the exhaust gas flow channel member 120a, the density (content) of the magnetic particles 128 in the outer peripheral portion 120out is made higher (FIG. 3B). .
  • the magnetic particles carried on the central portion 120in and the magnetic particles carried on the outer peripheral portion 120out may be formed using the same magnetic material, or using different magnetic materials. It may be formed.
  • ⁇ Form 2> The Curie temperature of the second magnetic particles contained in the outer peripheral portion 120out is made higher than the Curie temperature of the first magnetic particles contained in the central portion 120in of the exhaust gas flow channel member 120a. In this case, the first magnetic particles and the second magnetic particles are formed using different magnetic materials.
  • ⁇ Mode 3> The magnetic permeability of the second magnetic particles contained in the outer peripheral portion 120out is made higher than the magnetic permeability of the first magnetic particles contained in the central portion 120in of the exhaust gas flow channel member 120a. In this case, the first magnetic particles and the second magnetic particles are formed using different magnetic materials. Two or more of these forms 1 to 3 can be adopted at the same time.
  • the exhaust gas flow channel member 120a is divided into the central portion 120in and the outer peripheral portion 120out, and the support form of the magnetic particles 128 is changed in these two portions.
  • the temperature distribution of the exhaust gas flow path member 120a can be made uniform, and the exhaust gas purification process can be performed more efficiently.
  • Such 2nd Embodiment is applicable also to 3rd Embodiment mentioned later.
  • FIG. 4A is an explanatory view showing the configuration of an exhaust gas purifying apparatus as a third embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas purification apparatus 300 is a diesel particulate filter (Diesel Particulate Filter) for purifying exhaust gas from a diesel engine.
  • Diesel Particulate Filter Diesel Particulate Filter
  • the configuration of the exhaust gas flow channel member 320 is different from the configuration of the exhaust gas flow channel member 120 of the first embodiment, but the configuration of the other elements is substantially the same as that of the first embodiment. Those explanations are omitted.
  • FIG. 4 (B) is a front view of the exhaust gas flow channel member 320
  • FIG. 4 (C) is an enlarged schematic view of the internal flow channel.
  • This exhaust gas flow path member 320 is also not provided with a temperature sensor.
  • members are drawn with dimensions different from the actual dimensions.
  • the exhaust gas flow channel member 320 is a porous filter having a honeycomb shape, and includes a porous wall portion 322 and a large number of exhaust gas flow channels 324a and 324b divided by the wall portion 322.
  • the exhaust gas flow path member 320 can be formed using a ceramic material such as cordierite or SiC, for example.
  • the exhaust gas flow channel member 320 may be formed using a non-ceramic material such as heat resistant steel.
  • the exhaust gas flow path member 320 is preferably a non-magnetic material.
  • the inlets and outlets of the exhaust gas passages 324a and 324b are alternately sealed. That is, as shown in FIG.
  • plugging materials 321 are provided at the outlet of the first exhaust gas passage 324a and the inlet of the second exhaust gas passage 324b, respectively.
  • the exhaust gas enters the first exhaust gas channel 324a, passes through the porous wall portion 322, moves to the second exhaust gas channel 324b, and is discharged. Fine particles contained in the exhaust gas are collected in the porous wall portion 322.
  • Magnetic particles 328 are supported on the wall surface of the wall portion 322 and the inside of the large number of pores.
  • a washcoat layer made of porous alumina or the like is formed on the surface of the pores of the wall portion 322, and the magnetic particles 328 are supported on the washcoat layer. ) For simplicity of illustration.
  • any form other than this can be used as the form of supporting the magnetic particles 328. It is preferable that the magnetic particles 328 are uniformly supported on the entire exhaust gas flow path member 320.
  • the exhaust gas flow path member 320 may carry catalyst particles together with the magnetic particles 328. As the catalyst particles, an oxidation catalyst is usually used.
  • the Curie temperature of the magnetic particles 328 is equal to or higher than a lower limit value of a preferable temperature range set in advance as a temperature range for starting combustion of the fine particles collected by the exhaust gas flow path member 320. It is preferably a value. In a normal diesel particulate filter, the temperature for starting combustion of particulates is about 250 ° C. or higher. Therefore, the Curie temperature of the magnetic particles 328 is preferably set to 250 ° C. or higher.
  • the exhaust gas channel member 320 is formed of a ceramic material, if the Curie temperature of the magnetic particles 328 is excessively high (for example, 800 ° C.), the exhaust gas channel member 320 is damaged by the combustion heat of carbon. there is a possibility.
  • the exhaust gas flow path member 320 for the diesel particulate filter there is one having a catalyst.
  • the performance of the catalyst may deteriorate if the temperature is higher than 450 ° C.
  • the magnetic particles 328 are heated to near the heat-resistant temperature of the casing 110, the casing 110 may be damaged.
  • the Curie temperature of the magnetic particles 328 is preferably 600 ° C. or lower, and preferably 450 ° C. or lower when a catalyst is present.
  • the Curie temperature of the magnetic particles 328 is preferably 250 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and when there is a catalyst, it is preferably 250 ° C. or higher and 450 ° C. or lower.
  • the heating of the exhaust gas flow channel member 320 using the electromagnetic induction device 200 is used to burn the particulates collected in the exhaust gas flow channel member 320. Accordingly, the heating of the exhaust gas flow path member 320 is executed, for example, when the cumulative operation time of the diesel engine has passed a predetermined time.
  • the exhaust gas purifying apparatus 300 of the third embodiment can also obtain substantially the same effect as that of the first embodiment.
  • the electromagnetic induction device 200 including the electromagnetic coil 210 is used.
  • any configuration that causes electromagnetic heating in the exhaust gas flow path member can be employed.
  • a microwave generator for example, a magnetron
  • a microwave generator that generates a microwave having a frequency of 300 MHz to 300 GHz may be used.
  • the magnetic particles are attached to the exhaust gas flow path member, but instead, a plate-like or thin film magnetic material may be provided in the flow path of the exhaust gas flow path member.
  • Exhaust gas purification apparatus 110 Casing 120,120a ... Exhaust gas channel member 120out ... Outer peripheral part 120in ... Central part 122 ... Wall part 124 ... Exhaust gas channel 126 ... Catalyst particle 128 ... Magnetic substance particle 200 . Electromagnetic induction device 210 ... Electromagnetic Coil 220 . Electromagnetic induction control unit 300 . Exhaust gas purification device 320 ... Exhaust gas channel member 321 ... Sealing material 322 ... Walls 324a and 324b ... Exhaust gas channel 328 ... Magnetic particles

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Abstract

　排ガス流路部材は、キュリー温度が２５０～６００℃である磁性体を含むことを特徴とする。

Description

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
　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。
特開平１１－３３６５３４号公報
　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２５０～６００℃である磁性体を含むことを特徴とする。
　この排ガス流路部材によれば、キュリー温度が２５０～６００℃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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
（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。
　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。
第１実施形態における排ガス浄化装置を示す説明図。 各種の磁性体のキュリー温度を示す説明図。 第２実施形態における排ガス通路部材の領域分けを示す説明図。 第３実施形態における排ガス浄化装置を示す説明図。
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。
　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。
　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。
　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。
　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（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。
・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。
・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。
　　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

Claims (10)

  1. 　排ガス浄化装置で使用される排ガス流路部材であって、
    　キュリー温度が２５０～６００℃である磁性体を含むことを特徴とする排ガス流路部材。
  2. 　請求項１に記載の排ガス流路部材であって、
    　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ことを特徴とする排ガス流路部材。
  3. 　請求項１または２に記載の排ガス流路部材であって、
    　前記磁性体はフェライトであることを特徴とする排ガス流路部材。
  4. 　請求項３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＜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。
  5. 　請求項１～４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。
  6. 　請求項１～４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。
  7. 　請求項１～４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。
  8. 　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２５０～６００℃である磁性体を含む排ガス流路部材と、
    を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
  9. 　電磁誘導装置と、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。
  10. 　排ガス流路部材用の磁性体であって、
    　キュリー温度が２５０～６００℃であることを特徴とする排ガス流路部材用磁性体。
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