(57)【要約】 【課題】ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの粒子性物質中の可溶性有機成分に対して直接的で燃焼活性が高い酸化触媒を用いたディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーを提供する。【解決手段】本発明に係るディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーは、酸化チタン（ＴｉＯ２）支持体に白金（Ｐｔ）が固定されて構成され、排気ガス中の可溶性有機成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ、ＳＯＦ）に燃焼反応を起こさせて発熱する発熱触媒と、酸化チタン支持体から構成され、排気ガスの可溶性有機成分と燃焼反応を起こさせない比較触媒と、発熱触媒と比較触媒との温度差を用いて可溶性有機成分の量を測定する測定部と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタン（ＴｉＯ２）支持体に白金（Ｐｔ）が固定されて構成され、排気ガス中の可溶性有機成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ、ＳＯＦ）を燃焼させて発熱する発熱触媒と、
酸化チタン支持体から構成され、排気ガス中の可溶性有機成分を燃焼させない比較触媒と、
前記発熱触媒と前記比較触媒との温度差を用いて可溶性有機成分の量を測定する測定部と、
を有することを特徴とするディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサー。
【請求項２】
前記発熱触媒は、前記酸化チタン支持体に白金を１乃至７重量％含ませて製造されたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサー。
【請求項３】
前記発熱触媒は、含浸工程、乾燥工程及び熱処理工程によって製造されたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサー。
【請求項４】
前記含浸工程は、前記酸化チタン支持体にＰｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２水溶液を含浸させて、前記酸化チタン支持体に白金が固定されるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサー。
【請求項５】
前記乾燥工程は、前記含浸工程の後、６０乃至１００℃の温度範囲で、６乃至２０時間乾燥させることにより行われたことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサー。
【請求項６】
前記熱処理工程は、前記乾燥工程の後、５００乃至７００℃の温度範囲で、２乃至５時間熱処理することにより行われたことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーに係り、より詳しくは、ディーゼルエンジンから排出される可溶性有機成分に対して直接的で高い燃焼活性を示す触媒を用いたディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にディーゼル用酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ、ＤＯＣ）システムは、基本的に、ガソリンエンジン用の三元触媒技術が開発される以前に使用されていた酸化触媒技術と同一の技術であり、技術の効果や性能は既に立証された技術である。
酸化触媒技術は、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などの触媒によりガソリンエンジンの排気中の酸素を用いて炭化水素、一酸化炭素を燃焼させて除去した。ディーゼルエンジンでは炭化水素や一酸化炭素の排出量は少なく、炭化水素や一酸化炭素の排出はあまり問題にならないが、酸化触媒により、粒子性物質（ＰＭ、Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒｓ）の構成成分である炭化水素を低減することによって粒子性物質を１０〜２０％低減することができる。
【０００３】
すなわち、ディーゼル用酸化触媒システムは、ディーゼルエンジン排気ガス中の粒子性物質の中から可溶性有機成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ、ＳＯＦ）を最も効果的に除去することが可能な技術である。可溶性有機成分は炭化水素であって、その排出量がエンジンの動作条件を大きく左右する。従って、ディーゼルエンジン及びディーゼル用酸化触媒システムを効率的に運用するためには、排気ガス中の可溶性有機成分の排出量をリアルタイムで測定する技術が求められているが、車両に搭載可能な可溶性有機成分測定技術は未だ開発されていない。
【０００４】
したがって、新しい概念の接触燃焼式可溶性有機成分センサーの開発が必要である。接触燃焼式可溶性有機成分センサーを実現するためには、可溶性有機成分に対して選択的であり且つ高い燃焼活性を有する触媒の開発が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８１９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの粒子性物質中の可溶性有機成分に対して直接的で燃焼活性が高い酸化触媒を用いたディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためにの本発明に係るディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーは、酸化チタン（ＴｉＯ２）支持体に白金（Ｐｔ）が固定されて構成され、排気ガス中の可溶性有機成分を燃焼させて発熱する発熱触媒と、酸化チタン支持体から構成され、排気ガスの可溶性有機成分を燃焼させない比較触媒と、発熱触媒と比較触媒との温度差を用いて可溶性有機成分の発生量を測定する測定部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明の発熱触媒は、酸化チタン支持体に白金を１乃至７重量％含ませて製造されたことを特徴とする。
また本発明の発熱触媒は、含浸工程、乾燥工程及び熱処理工程によって製造される。
【０００９】
含浸工程は、酸化チタン支持体にＰｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２水溶液を担持して、酸化チタン支持体に白金を固定することによって行われ、乾燥工程は、含浸工程の後、６０乃至１００℃の温度範囲で、６乃至２０時間乾燥させることにより行われ、熱処理工程は、乾燥工程の後、５００乃至７００℃の温度範囲で、２乃至５時間熱処理することにより行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のディーゼルエンジン中の可溶性有機成分測定センサーは、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子性物質中の可溶性有機成分に対して直接的で高い活性を有する発熱触媒を用いることにより、可溶性有機成分の量を測定することができる。
具体的には、可溶性有機成分に対して燃焼活性が高い物質から構成された触媒センサーと、可溶性有機成分に対して燃焼活性がない比較センサーと、を備えることにより、二つのセンサーの温度の変化及び温度差を用いて可溶性有機成分の量を直接的に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係るディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーを示す図である。
【図２】図１に示したディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーの発熱触媒の製造過程を示す図である。
【図３】図１に示したディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーの発熱触媒と比較触媒の温度差を用いて可溶性有機成分の量を測定して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、添付図面を参照して本発明の実施例に係るディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーについて説明する。
図１は本発明の一実施例に係るディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーを示す図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明のディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーは、酸化チタン（ＴｉＯ２）支持体上に白金が固定されて構成され、排気ガス中の可溶性有機成分を燃焼させて発熱する発熱触媒１００と、酸化チタン（ＴｉＯ２）支持体のみからなる比較触媒２００と、発熱触媒１００と比較触媒２００との温度差を用いて可溶性有機成分の発生量を測定する測定部３００と、を含んで構成される。
【００１４】
本発明は、可溶性有機成分に対して直接的で燃焼活性が高い酸化触媒を用いた可溶性有機成分測定センサーであって、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの粒子性物質中の可溶性有機成分の量を直接的にリアルタイムで測定することが可能なセンサーである。
すなわち、本発明の可溶性有機成分測定センサーは、可溶性有機成分に対して燃焼活性が高い触媒から成る発熱触媒１００と、可溶性有機成分に対して燃焼活性がない物質からなる比較触媒２００と、から構成され、可溶性有機成分が発熱触媒１００によって発熱反応したときに生じる比較触媒２００との温度差を利用して可溶性有機成分の排出量を測定することができる。
【００１５】
ここで、発熱触媒１００の支持体としては、可溶性有機成分に対して燃焼反応を起こさせない酸化チタンを使用し、可溶性有機成分に対して選択的に燃焼反応を起こさせ、且つ高い触媒活性を有する白金（Ｐｔ）を担持金属として使用する。一方の比較触媒２００は、発熱触媒１００が可溶性有機成分によって燃焼反応して発生した燃焼熱の大きさを測定するための比較手段であって、可溶性有機成分に対して燃焼を起こさせない酸化チタンから構成される。
【００１６】
このように、発熱触媒１００の支持体及び比較触媒２００を酸化チタンから構成し、温度差を正確に測定することにより、可溶性有機成分が燃焼反応して発生する燃焼熱の大きさを定量することができる。
【００１７】
したがって、可溶性有機成分に対して燃焼活性が高い白金を固定した発熱触媒１００と、可溶性有機成分に対して燃焼活性がない酸化チタンからなる比較触媒２００と、の温度変化及び温度差を用いて、可溶性有機成分の量を直接的に測定することができる。
【００１８】
図２は図１に示したディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーの発熱触媒１００の製造過程を示す図である。
発熱触媒１００は、酸化チタン支持体に白金を１〜７重量％含ませて製造することが好ましい。この濃度範囲の白金を酸化チタンに含有させることにより、発熱触媒１００は、可溶性有機成分に対して燃焼反応活性を示す。
【００１９】
発熱触媒１００に白金を７重量％以上含有させて燃焼反応を大きくすることができる。しかし、白金の含量が７重量％以上では、白金含有量の上昇率に比例して発熱触媒１００の燃焼反応量が増加しないため、発熱触媒１００は、白金を適正な含有量の範囲内で含むことが好ましい。白金の含有量が５重量％の場合に、可溶性有機成分に対する最適な触媒活性を示すので、発熱触媒１００は、ＴｉＯ２に白金を５重量％担持させることが最も好ましい。
【００２０】
図２に示すように、発熱触媒１００は、含浸工程４００、乾燥工程５００、及び熱処理工程６００によって製造される。
酸化チタン支持体に白金を固定するときには、含浸法を用いて触媒を調製することができる。共沈法、イオン交換法などの方法によっても触媒を調製することができるが、プロセスが簡単であるので、含浸法によって調製することが好ましい。
含浸工程４００は、前駆体のＰｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２水溶液を酸化チタン支持体に担持させ、酸化チタン支持体に白金を固定する。
【００２１】
乾燥工程５００は、含浸工程４００に引き続いて触媒を６０〜１００℃で６〜２０時間乾燥させることにより行われる。最も好ましくは、乾燥工程５００は、酸化チタン支持体に白金を含浸させた後、１００℃で２０時間乾燥させることによって行われる。もし前記の温度条件を満足しない場合は、Ｐｔ（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２前駆体水溶液中の（ＮＨ３）２（ＮＯ２）２成分が蒸発しないで残存するか、或いは触媒活性能力が低下するという問題が発生することがある。
【００２２】
熱処理工程６００は、乾燥工程５００の後、５００〜７００℃で２〜５時間熱処理することにより行われる。熱処理工程６００は、７００℃で５時間熱処理することが最も好ましい。
【００２３】
前記の工程によって発熱触媒１００を製造するとともに、燃焼反応による温度差を検出するために純粋な酸化チタンから構成され且つ可溶性有機成分に対して燃焼反応を起こさせない安定な支持体を比較触媒２００として設けることにより、可溶性有機成分を燃焼させる発熱触媒と比較触媒との温度差を用いて可溶性有機成分の量を測定することができる。
【００２４】
測定部３００は、発熱触媒１００と比較触媒２００との温度差を用いて可溶性有機成分の量を測定するときに、温度差を電気信号に変換する接触燃焼式センサーを用いて可溶性有機成分の量を測定する。このように発熱触媒１００と比較触媒２００の温度差を電気信号に変換して信号を感知することにより、可溶性有機成分の量をリアルタイムで確認することができ、これによりオンタイム処理が可能となる。
【００２５】
図３は図１に示したディーゼルエンジンの可溶性有機成分測定センサーの発熱触媒と比較触媒の温度差を用いて可溶性有機成分の量を測定して示すグラフである。
本グラフは、可溶性有機成分に対する燃焼活性に関する模擬の実験データを示す。
図３のグラフの凡例に記したＰｔ／ＴｉＯ２は発熱触媒１００を、ＴｉＯ２は比較触媒２００を示し、温度変化（横軸）に対する、粒子性物質の質量減少量（ＴＧ、左側縦軸）及び各電極間の電位差（ＤＴＡ／μＶ、右側縦軸）の変化を示す。
【００２６】
図３のグラフを具体的に説明すると、温度／℃は、発熱触媒１００と比較触媒２００の温度である。
発熱触媒１００が１００〜２００℃に維持された場合は可溶性有機成分の燃焼生成熱が発生する。勿論、発熱触媒１００の温度を２００℃以上に上昇させても、可溶性有機成分に対する燃焼反応が起こるが、温度上昇率に比べて燃焼反応が促進される効果が小さいので、発熱触媒１００と比較触媒２００との温度を、可溶性有機成分の燃焼反応が盛んな１００〜２００℃に維持して良好な状態で可溶性有機成分を測定することが好ましい。
【００２７】
白金／酸化チタン発熱触媒の可溶性有機成分に対する燃焼活性を証明するための実験方法として、ＴＧ（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）法及びＤＴＡ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ）法を用いた。
まず、ＴＧ測定方法を用いて可溶性有機成分に対する燃焼活性について具体的に説明すると、重量損失／％（左側縦軸）は、白金／酸化チタン（Ｐｔ／ＴｉＯ２）から成る発熱触媒によって粒子性物質が燃焼反応して粒子性物質の質量が減少することを示している。
【００２８】
例えば、発熱触媒１００と粒子性物質の重量比率が９５：５の場合、発熱触媒１００中の白金が粒子性物質中の可溶性有機成分の燃焼反応を触媒してして発熱させることにより、酸化分解反応と蒸発とが同時に発生する。これにより可溶性有機成分の質量が２重量％減少する。その後、更に３重量％の質量が減少する理由は、粒子性物質中の煤（ｓｏｏｔ）及びその他の物質の酸化反応によるものである。
【００２９】
図３に示すように、発熱触媒１００は可溶性有機成分に燃焼反応を起こさせて粒子性物質の質量（ＴＧ）を減少させる一方、比較触媒２００と可溶性有機成分は、燃焼反応ではなく、炭化水素（ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）成分の特性上、大部分蒸発によって質量が減少する。
【００３０】
次に、ＤＴＡ測定方法を用いた発熱触媒１００による可溶性有機成分の燃焼活性について説明する。ＤＴＡ／μＶは、発熱触媒１００が可溶性有機成分を燃焼させて温度が上昇した場合、温度に応じて電圧が上昇することを示している。具体的には、発熱触媒１００は可溶性有機成分を燃焼させて高い燃焼熱を発生させるが、比較触媒２００は可溶性有機成分を燃焼反応させないため燃焼生成熱が発生しない。これにより、白発熱触媒１００と比較触媒２００とは、温度差が発生し、温度差を電気信号に変換することにより可溶性有機成分の量を測定することができる。
【００３１】
すなわち、図３に示すように、発熱触媒１００は、可溶性有機成分を燃焼させて燃焼熱が発生することにより、比較触媒２００に比較して電圧が急激に上昇する。これによって、発熱触媒１００が可溶性有機成分に対して燃焼活性が高いことを確認することができる。
【００３２】
上述したような実験を介して、発熱触媒１００が可溶性有機成分に対して選択的に燃焼反応を触媒することを確認することができる。
【００３３】
前記実験データより、可溶性有機成分に対して選択的に燃焼を活性化する触媒を確認することができ、このように可溶性有機成分に対して燃焼活性が高い触媒からなるセンサー、及び可溶性有機成分に対して、燃焼活性がない触媒からなるセンサーを備えることにより、排出される排気ガスの粒子性物質中の可溶性有機成分を、リアルタイムで、選択的且つ直接的に測定することができる。
【００３４】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１００      発熱触媒
２００      比較触媒
３００      測定部
４００      含浸工程
５００      乾燥工程
６００      熱処理工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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