(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンからの排気ガスの微粒子中のスートに対して選択的なディーゼルエンジンのスート測定センサーを提供する。【解決手段】ＴｉＯ２支持体にＡｇが固定されて構成され、排気ガスのスート（ｓｏｏｔ）と燃焼反応が起きて発熱する発熱要素と、ＴｉＯ２支持体で構成されて排気ガスのスートと燃焼反応が起こさない比較要素と、発熱要素と比較要素の温度差を利用してスートの発生量を導き出す測定部と、を有して構成される。発熱要素は、ＴｉＯ２にＡｇが１〜７重量％含まれる。発熱要素は、代表的に、含浸工程、乾燥工程及び熱処理工程を経て製造される。含浸工程は、ＴｉＯ２支持体をＡｇＮＯ３溶液に浸漬してＴｉＯ２支持体にＡｇＮＯ３を固定し、乾燥工程は、含浸工程の後に６０〜１００℃で６〜２０時間乾燥し、熱処理工程は、乾燥工程の後に５００〜７００℃で２〜５時間熱処理してＡｇＮＯ３をＡｇにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴｉＯ２支持体にＡｇが固定されて構成され、排気ガスのスート（ｓｏｏｔ）と燃焼反応が起きて発熱する発熱要素と、
ＴｉＯ２支持体で構成されて排気ガスのスートと燃焼反応が起こさない比較要素と、
前記発熱要素と前記比較要素の温度差を利用してスートの発生量を導き出す測定部と、
を有してなることを特徴とするディーゼルエンジンのスート測定センサー。
【請求項２】
前記発熱要素は、ＴｉＯ２に対してＡｇが１〜７重量％含まれてなる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スート測定センサー。
【請求項３】
前記発熱要素は、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スート測定センサー。
【請求項４】
前記含浸工程は、前記ＴｉＯ２支持体をＡｇＮＯ３溶液に浸漬させて前記ＴｉＯ２支持体にＡｇＮＯ３を担持させる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スート測定センサー。
【請求項５】
前記乾燥工程は、前記含浸工程の後に６０〜１００℃で６〜２０時間乾燥する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スート測定センサー。
【請求項６】
前記熱処理工程は、前記乾燥工程の後に５００〜７００℃で２〜５時間熱処理して、前記ＴｉＯ２支持体上のＡｇＮＯ３をＡｇとする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スート測定センサー。
【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スート測定センサー、より詳細には、ディーゼルエンジンから排出されたスートに対し、燃焼活性が高い要素を利用したディーゼルエンジンのスート測定センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デーィゼル微粒子フィルター（ＤＰＦ；ＤＩＥＳＥＬ  ＰＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥ  ＦＩＬＴＥＲ）システムは、ディーゼルエンジンの排気ガス中の微粒子（ＰＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥ  ＭＡＴＴＥＲＳ）をフィルターで物理的に捕集し、車両が一定距離走行した後に排気ガスの温度を微粒子の発火温度以上に上げて捕集した微粒子を燃焼させるものである。
【０００３】
このようなＤＰＦシステムは、微粒子中のスート（ｓｏｏｔ）を効果的に除去することができる技術であるが、ＤＰＦシステム上での排気ガス温度を上げなくてはならないため、エンジンに追加的に背圧を加えなければならず、周期的に捕集されたスートを燃焼させてフィルターを再生させるに必要な追加的な燃料消耗があり、車両の燃費に悪影響を及ぼしている。
【０００４】
排出されるスートは、エンジン動作の条件に大きく影響を受けるので、効率的なエンジン動作及びＤＰＦ周期の最適化のためには、リアルタイムでスート排出量を測定することが要求される。
【０００５】
そこで、微粒子検出フィリターを設け、その微粒子検出フィルターの入口と出口の間の差圧を利用する方法〔例えば、特許文献１参照〕、排気ガス中に光を照射し微粒子による散乱光を受けその光量から微粒子濃度を求める方法〔例えば、特許文献２参照〕、圧電／電歪材料の共振周波数変化を測定する方法〔特許文献３参照〕、高周波の強度を比較する方法〔特許文献４参照〕などが提案されている。
【０００６】
これらの方法は、フィルター上の微粒子を検出しているものであるが、スートに対して選択的でない。
【０００７】
上記の背景技術として説明した事項は、本発明の背景についての理解増進のためのものであるだけで、この技術分野で通常の知識を有する者に既に知られた従来技術に該当するということを認めるものとして受け入れられてはならないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１０１６０６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９３５７号公報
【特許文献３】特開２００６−２５００５８号公報
【特許文献４】特開平０６−２８８２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスの微粒子中のスートに対して選択的なディーゼルエンジンのスート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】
【００１０】
本発明のディーゼルエンジンのスート測定センサーは、ＴｉＯ２支持体にＡｇが固定されて構成され、排気ガスのスート（ｓｏｏｔ）と燃焼反応が起きて発熱する発熱要素と、ＴｉＯ２支持体で構成されて排気ガスのスートと燃焼反応が起こさない比較要素と、発熱要素と比較要素の温度差を利用してスートの発生量を導き出す測定部と、を有して構成される。
【００１１】
発熱要素は、ＴｉＯ２にＡｇが１〜７重量％含まれてなることができる。
【００１２】
発熱要素は、代表的に、含浸工程、乾燥工程及び熱処理工程によって製造される。このとき、含浸工程は、ＴｉＯ２支持体にＡｇ前駆体であるＡｇＮＯ３溶液に浸漬させてＴｉＯ２支持体にＡｇＮＯ３を担持させ、乾燥工程は、含浸工程後に６０〜１００℃で６〜２０時間乾燥し、熱処理工程は、乾燥工程後に５００〜７００℃で２〜５時間熱処理して、ＴｉＯ２支持体上のＡｇＮＯ３をＡｇとする。
【発明の効果】
【００１３】
上記した構造からなるディーゼルエンジンのスート測定センサーは、ディーゼルエンジンからの排気ガスの微粒子中のスートに対し高い燃焼活性を有した要素を適用していて、スートの発生量を測定することができる。
【００１４】
具体的に、スートに対して燃焼活性が高い物質から構成された要素センサーと、スートに対して燃焼活性をしない要素センサーが備えられて、温度変化及び温度差を利用してスートの発生量を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のディーゼルエンジンのスート測定センサーの一実施形態を説明する図面である。
【図２】図１に図示したディーゼルエンジンのスート測定センサーの発熱要素の製造過程の説明である。
【図３】図１に図示したディーゼルエンジンのスート測定センサーの発熱要素と、比較要素との温度差を利用したスートの発生量を測定するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して本発明のディーゼルエンジンのスート測定センサーについて詳しく説明する。
【００１７】
図１は、本発明のディーゼルエンジンのスート測定センサーの一実施形態を説明する図面である。発熱要素１００は、酸化チタン（ＴｉＯ２）支持体に銀（Ａｇ）を固定して構成され、排気ガスのスート（ｓｏｏｔ）と燃焼反応して発熱する。比較要素２００は、ＴｉＯ２支持体から構成されて排気ガスのスートと燃焼反応が起きない。そして、測定部３００は、発熱要素１００と比較要素２００との温度差を利用してスートの発生量を導き出している。
【００１８】
本発明は、スートに対して高い燃焼活性を有する要素を利用したスート測定センサーであり、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの微粒子中のスートの排出量をリアルタイムでセンシングすることができる。
【００１９】
すなわち、スートに対して燃焼活性が高い物質の発熱要素１００と、スートに対して燃焼活性がない物質の比較要素２００から構成されて、発熱要素１００がスートによって発熱反応すると、発熱量および比較要素２００との間の温度差を測定してスートの排出量を導き出すことができる。
【００２０】
ここで、発熱要素１００は、スートに対して選択的に燃焼反応し、スートと高い觸媒反応をするＡｇ、及びスートに対してほとんど燃焼反応を起さず、觸媒反応もしないＴｉＯ２支持体から構成される。
【００２１】
一方、比較要素２００は、発熱要素１００がスート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り、スートに対して燃焼反応が起きないＴｉＯ２支持体のみで構成されている。
【００２２】
このような発熱要素１００と比較要素２００は、ＴｉＯ２が基本的な要素として用いられ、発熱要素１００には、スートに対して燃焼反応を起すＡｇがＴｉＯ２支持体に担持され、そして測定部３００によりスートの燃焼に起因する発熱要素１００と比較要素２００の間の温度差を利用してスートを測定することができる。
【００２３】
このように、本発明は、発熱要素１００の支持体と比較要素２００の物質を、同じＴｉＯ２で構成することにより、発熱要素１００と比較要素２００のスートを測定する前の状態及び高温の排気ガスによって変化する温度を同じにすることができる。これにより、排気ガスにスートがあると、発熱要素１００と比較要素２００は、同じ条件で発熱要素１００のＡｇとスートが燃焼反応して発生した燃焼熱の大きさを比較要素２００と正確に比較して測定することができるのである。
【００２４】
したがって、本発明のスート測定センサーは、スートに対して燃焼活性が高いＡｇをＴｉＯ２支持体に固定した発熱要素１００と、スートに対して燃焼反応をしないＴｉＯ２支持体で構成された比較要素２００からなり、それぞれのセンサーの温度変化、及び両者間の温度差を利用してスートの発生量を求めることができる。
【００２５】
図２は、図１に示したディーゼルエンジンのスート測定センサーの発熱要素１００の代表的な製造過程であり、発熱要素１００は、好ましくはＴｉＯ２に対しＡｇを１〜７重量％含むようにする。このようにＴｉＯ２にＡｇを含まれせることにより、スートに対して燃焼反応を起させ発熱する。
【００２６】
もちろん、Ａｇは７重量％以上含ませて燃焼反応を大きくすることができるが、Ａｇの含有量が７重量％以上になっても、Ａｇの増加幅に伴って燃焼反応量が比例して増加しないので、上記の適正範囲とするのが望ましい。特に、Ａｇの担持量を５重量％とすると、スートに対する最適の燃焼反応及び觸媒活性を示す。
【００２７】
図２で示したように、発熱要素１００は、代表的に含浸工程４００、乾燥工程５００及び熱処理工程６００によって製造される。
【００２８】
含浸工程４００は、ＴｉＯ２支持体をＡｇの前駆体である硝酸銀（ＡｇＮＯ３）溶液に浸漬させて、ＴｉＯ２支持体にＡｇＮＯ３を担持させる。
【００２９】
次いで、乾燥工程５００で、６０〜１００℃で６〜２０時間乾燥させる。含浸工程４００によってＴｉＯ２支持体をＡｇＮＯ３溶液に含浸後、乾燥工程５００で１００℃で２０時間乾燥する。このようにして、ＴｉＯ２支持体上にＡｇ前駆体であるＡｇＮＯ３を析出させることができる。このとき、含浸工程４００と乾燥工程５００を繰り返して、ＴｉＯ２支持体にＡｇ前駆体を多く析出させることができる。
【００３０】
ＴｉＯ２支持体にＡｇを担持させるには、その他、共沈法、イオン交換法等の方法によることもできるが、プロセスが簡単で要素を容易に製作することができる含浸法を利用しても、本発明の要素を具現することができるので、含浸法によって製作することが望ましい。
【００３１】
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。特に、７００℃で５時間熱処理することが最も望ましい。熱処理工程６００により、ＴｉＯ２支持体上のＡｇ前駆体であるＡｇＮＯ３は熱分解して、初期の目的であるＡｇとすることができる。
【００３２】
比較要素２００は、ＴｉＯ２支持体にＡｇを担持させる以外は、発熱要素１００と同じである。このとき、ＴｉＯ２支持体上にＡｇ前駆体はなくとも、熱処理工程６００を同じく行うことで比較として好ましい形態にすることができる。
【００３３】
測定部３００は、発熱要素１００と比較要素２００の温度差を利用してスートの発生量を導き出す時、温度差を電気的信号に転換することができる接触燃焼式センサーを利用して排出されるスートの発生量を測定する。このように発熱要素１００と比較要素２００の温度差を電気的信号に転換して信号を感知することにより、発生するスートをリアルタイムで確認することができ、これに伴い即座の対処が可能になる。
【００３４】
図３は、図１に示したディーゼルエンジンのスート測定センサーの発熱要素１００と比較要素２００の温度差を利用したスートの発生量測定のグラフである。本グラフは、スートに対する燃焼活性についての模擬実験データである。発熱要素１００はＡｇ／ＴｉＯ２、比較要素２００はＴｉＯ２であって、スート発生による燃焼に伴う温度変化と、燃焼に伴う微粒子の質量変化を示したものである。
【００３５】
図３のグラフを具体的に説明すれば、発熱要素１００と比較要素２００は、３７０〜５００℃に維持すれば、スートの燃焼を起して熱が発生する。もちろん、発熱要素１００と比較要素２００を５００℃以上にしてもスートの燃焼反応を活発に起こさせることができるが、温度の上昇に比べてその効果が小さく、逆に測定感度を悪くすることがある。したがって、発熱要素１００と比較要素２００を、スートとの燃焼反応が充分に行われる３７０〜５００℃に設定してスートを測定するようにする。
【００３６】
スートに対する発熱要素１００におけるＡｇ／ＴｉＯ２の燃焼活性を示す実験として、熱重量分析（ＴＧ；Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ）及び示差熱分析（ＤＴＡ；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を利用した。
【００３７】
ＴＧ測定を利用してスート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（％）は、発熱要素１００のＡｇ／ＴｉＯ２によりスーツが燃焼して質量が減少することを示している。また、発熱要素１００と比較要素２００それぞれを５００℃の温度雰囲気に置かれると、スートの燃焼活性が高いことを確認することができる。具体的には、例えば、Ａｇ／ＴｉＯ２と微粒子の重さの比率が９５：５である場合、Ａｇ／ＴｉＯ２発熱要素１００のＡｇが微粒子中のスートと燃焼反応して発熱するときに酸化反応を含めて合計で５％の質量が減少する。すなわち、スートが酸化反応して質量が３％減少するが、スートの質量が減少する前に微粒子中の揮発分の蒸発により２％減少している。特に、発熱要素１００と比較要素２００が、５００℃にあるとき、スートの燃焼による質量差を明確に確認することができる。
【００３８】
図３で示すように、発熱要素１００がスートに対して選択的に燃焼反応して酸化反応することにより、比較要素２００のＴｉＯ２の質量よりはっきり減少したことを確認することができ、これにより発熱要素１００のＡｇ／ＴｉＯ２がスートに対して選択的に燃焼反応することが確認できる。
【００３９】
一方、ＤＴＡ測定（μＶ）をみると、発熱要素１００がスートと燃焼反応して温度が上ったとき、温度に伴って電圧が上ることを示している。具体的には、発熱要素１００ではスートと燃焼反応して燃焼熱が発生するが、比較要素２００ではスートと燃焼反応しないので燃焼熱が発生しない。これによって、発熱要素１００と比較要素２００は、温度差が電圧差となり、温度差を電気的信号に転換することができ、電圧差から温度差、さらにスートの発生量を導き出すことができる。
【００４０】
図３に示したように、発熱要素１００のＡｇは、スートと燃焼反応して燃焼熱が発生することにより、純粋ＴｉＯ２の比較要素２００より電圧が急激に上ることが観察されるる。したがって、発熱要素１００がスートに対して燃焼活性が高いということを確認することができる。
【００４１】
上記の実験データを通じて、スートに対して選択的に燃焼活性化する要素を確認することができ、このようにスートに対して燃焼活性が活発な要素とスートに対して燃焼活性がない要素を構成したセンサーを各々構成することによって、排気ガスの微粒子中のスートに対して選択的に発生量を検知することができる。
【００４２】
以上、特定の実施形態を挙げて説明したが、本発明は、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を外れない限度内で、本発明が多様に改良及び変化することができるということは、当業界で通常の知識を有する者にとって自明なことである。
【符号の説明】
【００４３】
１００：発熱要素
２００：比較要素
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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