(57)【要約】【課題】酸素吸蔵材との関係での触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を効率良く判定できるようにする。【解決手段】供試材として、触媒金属を含む酸素吸蔵材（パティキュレート燃焼触媒材）と該触媒金属を含まない酸素吸蔵材とを準備し（Ｓ１，Ｓ２）、各供試材に18Ｏ2を吸蔵させ（Ｓ３，Ｓ６）、次いで各供試材にカーボン質粉末を混合し（Ｓ４，Ｓ７）、16Ｏ2含有気流中で当該混合物を昇温させていくことにより、18Ｏを含むＣＯ2及び18Ｏを含まないＣＯ2を生成させてそれら各種ＣＯ2量の温度変化を測定し（Ｓ５，Ｓ８）、当該両供試材の各種ＣＯ2量の温度変化を比較することにより、当該触媒材のパティキュレート燃焼に対する適性を判定する。【選択図】図３
2007212336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出されるパティキュレートを燃焼させる触媒材として、触媒金属を含む酸素吸蔵材を準備するとともに、該触媒金属を含まない酸素吸蔵材を準備し、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材とカーボン質粉末との混合物を酸素含有雰囲気中で加熱することによりＣＯ2を生成させる一方、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材とカーボン質粉末との混合物を酸素含有雰囲気中で加熱することによりＣＯ2を生成させ、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材が有する上記ＣＯ2の生成に関する特性と、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材が有する上記ＣＯ2の生成に関する特性との比較により、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記ＣＯ2の生成は、上記混合物を酸素含有気流中で昇温させていくことにより行ない、
上記ＣＯ2の生成に関する特性として、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2及び上記酸素含有雰囲気中の酸素が反応して生成するＣＯ2を合わせたトータルＣＯ2生成量の温度変化と、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成する吸蔵材関与ＣＯ2生成量の温度変化とのうちの少なくとも一方を求め、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材による上記の少なくとも一方のＣＯ2生成量と上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材による上記の少なくとも一方のＣＯ2生成量との差の温度変化を求め、該ＣＯ2生成量差の温度変化に基いて、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価方法。
【請求項３】
請求項２において、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材及び上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々に18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後に上記カーボン質粉末を混合し、
上記混合物の酸素含有雰囲気中での加熱は、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させていくことによって行ない、
上記ＣＯ2の生成に関する特性として、上記昇温によって生成する上記18Ｏを含むＣＯ2量に基いて、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2生成量の温度変化を求めることを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価方法。
【請求項４】
請求項３において、
さらに、上記触媒金属を含む酸素吸蔵材及び上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々の上記18Ｏを含むＣＯ2生成量差と、上記18Ｏを含まないＣＯ2生成量差との比較に基いて、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価方法。
【請求項５】
エンジンから排出されるパティキュレートを燃焼させる触媒材としての触媒金属を含む酸素吸蔵材に、18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後に、カーボン質粉末を混合し、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させて、生成する18Ｏを含むＣＯ2量を測定し、
上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材に、18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後に、カーボン質粉末を混合し、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させて生成する18Ｏを含むＣＯ2量を測定し、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材によるカーボン質粉末の燃焼によって生成した18Ｏを含むＣＯ2量と、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材によるカーボン質粉末の燃焼によって生成した18Ｏを含むＣＯ2量との差の温度変化を求め、
上記生成ＣＯ2量差の温度変化に基いて、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価方法。
【請求項６】
エンジンから排出されるパティキュレートを燃焼させる触媒材としての触媒金属を含む酸素吸蔵材と、該触媒金属を含まない酸素吸蔵材との各々を供試材として、該両供試材によるカーボン質粉末の燃焼特性を比較して当該触媒材のパティキュレート燃焼に対する適性を判定するためのパティキュレート燃焼触媒材の評価装置であって、
上記供試材及びカーボン質粉末を収容し、該供試材の存在下でカーボン質粉末を燃焼させる反応容器と、
上記反応容器に18Ｏ2を供給して上記供試材に吸蔵させるための18Ｏ2供給源と、
上記反応容器中の上記18Ｏ2吸蔵後の供試材及び上記カーボン質粉末との混合物に16Ｏ2を含むガスを供給する16Ｏ2供給源と、
上記反応容器中での上記カーボン質粉末の燃焼によって生成する18Ｏを含むＣＯ2量と18Ｏを含まないＣＯ2量とを分析するための、上記反応容器に接続された質量分析器とを備えていることを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パティキュレート燃焼触媒材の評価方法及び同評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガスに含まれるパティキュレート（炭素粒子を含む浮遊粒子状物質）を捕集するには、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を排気管に装着することが有効である。このＤＰＦは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やコーディエライト等からなる耐熱性セラミック材が三次元網目状タイプ若しくはウォールスルータイプと呼ばれる形状に成形されており、排ガス中のパティキュレートは排ガスがＤＰＦを通過する過程で該ＤＰＦに捕集される。エンジン運転時間に応じてＤＰＦのパティキュレート堆積量が多くなり、その結果、エンジンの背圧が高まっていく。そのため、例えば、車両走行距離が所定値に達したときにＤＰＦを交換したり、或いはＤＰＦのパティキュレートを適宜強制的に燃焼させることが行なわれている。
【０００３】
上記パティキュレートの強制燃焼には、バーナーを用いる方法もあるが、その場合、ＤＰＦ本体の耐熱性も要求される。そこで、排ガス通路上流側からＨＣ成分（例えば燃料）を過剰に流し、ＤＰＦよりも上流側に配置した触媒でそのＨＣ成分を燃焼させ、その燃焼熱を利用してＤＰＦの温度を上昇させることにより、パティキュレートを着火燃焼させる、という提案がなされている。その場合、ＤＰＦの排ガス通路面にパティキュレート燃焼触媒材として触媒金属と酸素吸蔵材とを含む触媒層を形成しておくと、その酸素吸蔵材に吸蔵された酸素と触媒金属とを利用してパティキュレートの着火燃焼を促進することができる。
【０００４】
しかし、酸素吸蔵材に吸蔵された酸素と触媒金属とがパティキュレートの着火燃焼にどのように寄与しているかははっきりわかっていない。そのため、そのようなパティキュレート燃焼触媒材の研究開発は手探り状態にある。
【０００５】
これに対して、酸素吸蔵材に含まれる酸素の放出特性を調べる方法についての提案はある（特許文献１参照）。それは、酸素吸蔵材に16Ｏ2を吸蔵飽和させた後に、これを18Ｏ2含有雰囲気に保持し、該雰囲気中の例えば、18Ｏ2濃度の経時変化を測定することにより、その酸素吸蔵材の酸素拡散係数を求めるというものである。また、酸素が飽和した酸素吸蔵材にＣＯを供給し、生成するＣＯ2量に基いて酸素放出量を測定することも当該文献には記載されている。
【特許文献１】特開２００５−９８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された方法では、酸素吸蔵材の酸素放出特性を知ることができるものの、その放出される酸素がパティキュレートの燃焼にどのように寄与するか、特に、酸素吸蔵材に触媒金属を担持させた場合に、その触媒金属が酸素の放出やパティキュレートの燃焼にどのように寄与するかを知ることはできない。かかる触媒金属を含む酸素吸蔵材のパティキュレート燃焼に関連する特性を知ることは、パティキュレート燃焼触媒材の研究開発に極めて重要である。このことが可能になれば、パティキュレートの大気中への放出を大幅に低減するできる技術開発に役立ち、さらにはそのようなパティキュレート燃焼触媒材を製造するときの品質管理にも役立つと考えられる。
【０００７】
そこで、酸素吸蔵材に吸蔵されていた酸素及び触媒金属がパティキュレートの燃焼にどのように寄与しているかを知り、該酸素吸蔵材との関係での当該触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するために、触媒金属を含む酸素吸蔵材及び触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々のカーボン質粉末燃焼特性に基いて、酸素吸蔵材との関係での当該触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定するようにした。
【０００９】
請求項１に係る発明は、エンジンから排出されるパティキュレートを燃焼させる触媒材として、触媒金属を含む酸素吸蔵材を準備するとともに、該触媒金属を含まない酸素吸蔵材を準備し、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材とカーボン質粉末との混合物を酸素含有雰囲気中で加熱することによりＣＯ2を生成させる一方、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材とカーボン質粉末との混合物を酸素含有雰囲気中で加熱することによりＣＯ2を生成させ、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材が有する上記ＣＯ2の生成に関する特性と、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材が有する上記ＣＯ2の生成に関する特性との比較により、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価方法である。
【００１０】
すなわち、上記各混合物を酸素含有雰囲気中で加熱してＣＯ2を生成させたときの、触媒金属を含む酸素吸蔵材が有するＣＯ2の生成に関する特性と、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材が有する上記ＣＯ2の生成に関する特性とに差違があるとき、その差違は触媒金属の有無によるものである。そして、そのＣＯ2の生成に関する特性はパティキュレート燃焼特性に対応する。よって、当該特性の比較により、上記触媒金属が酸素吸蔵材との関係でパティキュレート燃焼に有効に働くか否か、換言すれば、該酸素吸蔵材との関係での当該触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することできる。
【００１１】
従って、酸素吸蔵材や触媒金属の種類を変えて複数の組み合わせについて、パティキュレート燃焼に対する適性をみることにより、それらの組み合わせの良否を判定することができる。或いは、酸素吸蔵材と触媒金属との量比を適宜変更してパティキュレート燃焼に対する適性をみることにより、最適な量比を求めることが可能になる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記ＣＯ2の生成は、上記混合物を酸素含有気流中で昇温させていくことにより行ない、
上記ＣＯ2の生成に関する特性として、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2及び上記酸素含有雰囲気中の酸素が反応して生成するＣＯ2を合わせたトータルＣＯ2生成量の温度変化と、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成する吸蔵材関与ＣＯ2生成量の温度変化とのうちの少なくとも一方を求め、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材による上記の少なくとも一方のＣＯ2生成量と上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材による上記の少なくとも一方のＣＯ2生成量との差の温度変化を求め、該ＣＯ2生成量差の温度変化に基いて、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とする。
【００１３】
すなわち、トータルＣＯ2生成量差の温度変化をみるようにすれば、当該触媒金属を酸素吸蔵材に組み合わせることにより、パティキュレートの燃焼性がどのような温度においてどの程度良好になるかを判定することができる。一方、吸蔵材関与ＣＯ2生成量差の温度変化をみるようにすれば、該酸素吸蔵材から放出される酸素がパティキュレート燃焼にどのような温度でどの程度有効に働くか、換言すれば、触媒金属を含ませることによって、酸素吸蔵材から放出される酸素がパティキュレート燃焼にどのような温度でどのように関与するようになるかを判定することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２において、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材及び上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々に18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後に上記カーボン質粉末を混合し、
上記混合物の酸素含有雰囲気中での加熱は、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させていくことによって行ない、
上記ＣＯ2の生成に関する特性として、上記昇温によって生成する上記18Ｏを含むＣＯ2量に基いて、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2生成量の温度変化を求めることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、酸素吸蔵材に18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後、上記混合物の酸素含有雰囲気中での加熱を、18Ｏを含まない酸素含有気流中で行なうから、それによって生成する18Ｏを含むＣＯ2は、酸素吸蔵材から放出された酸素がカーボン質粉末と反応してなるものである。よって、上記18Ｏを含むＣＯ2の生成量に基いて、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2生成量の温度変化を求めることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３において、
さらに、上記触媒金属を含む酸素吸蔵材及び上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々の上記18Ｏを含むＣＯ2生成量差の温度変化と、上記18Ｏを含まないＣＯ2生成量差の温度変化とに基いて、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とする。
【００１７】
従って、上記18Ｏを含むＣＯ2生成量差の温度変化と、上記18Ｏを含まないＣＯ2生成量差の温度変化との比較から、触媒金属の効果がどのような温度でどのように現れるかを知ることができ、酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性の判定に有利になる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、エンジンから排出されるパティキュレートを燃焼させる触媒材としての触媒金属を含む酸素吸蔵材に、18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後に、カーボン質粉末を混合し、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させて生成する18Ｏを含むＣＯ2量を測定し、
上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材に、18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後に、カーボン質粉末を混合し、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させて生成する18Ｏを含むＣＯ2量を測定し、
上記触媒金属を含む酸素吸蔵材によるカーボン質粉末の燃焼によって生成した18Ｏを含むＣＯ2量と、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材によるカーボン質粉末の燃焼によって生成した18Ｏを含むＣＯ2量との差の温度変化を求め、
上記生成ＣＯ2量差の温度変化に基いて、上記酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することを特徴とするパティキュレート燃焼触媒材の評価方法である。
【００１９】
従って、触媒金属を含むことによって、酸素吸蔵材から放出される酸素がパティキュレート燃焼にどのような温度でどのように働くかを判定することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、エンジンから排出されるパティキュレートを燃焼させる触媒材としての触媒金属を含む酸素吸蔵材と、該触媒金属を含まない酸素吸蔵材との各々を供試材として、該両供試材によるカーボン質粉末の燃焼特性を比較して当該触媒材のパティキュレート燃焼に対する適性を判定するためのパティキュレート燃焼触媒材の評価装置であって、
上記供試材及びカーボン質粉末を収容し、該供試材の存在下でカーボン質粉末を燃焼させる反応容器と、
上記反応容器に18Ｏ2を供給して上記供試材に吸蔵させるための18Ｏ2供給源と、
上記反応容器中の上記18Ｏ2吸蔵後の供試材及び上記カーボン質粉末との混合物に16Ｏ2を含むガスを供給する16Ｏ2供給源と、
上記反応容器中での上記カーボン質粉末の燃焼によって生成する18Ｏを含むＣＯ2量と18Ｏを含まないＣＯ2量とを分析するための、上記反応容器に接続された質量分析器とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
従って、反応容器に供試材を収容した状態で18Ｏ2供給源から18Ｏ2を供給することにより、その供試材の酸素吸蔵材に18Ｏ2を吸蔵させることができる。次いでこの供試材にカーボン質粉末を混合し、16Ｏ2供給源から16Ｏ2を供給してカーボン質粉末を燃焼させることにより、ＣＯ2を生成させることができる。そして、その生成するＣＯ2の質量を測定することにより、そのＣＯ2に含まれる18Ｏの量を求めることができる。つまり、供試材中の酸素吸蔵材から放出された18Ｏとの反応によって生成したＣＯ2量を求めることができる。そうして、上記両供試材、すなわち、触媒金属を含む酸素吸蔵材と、該触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々について、上記18Ｏとの反応によって生成したＣＯ2量を求め、これを比較することにより、酸素吸蔵材との関係での触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、触媒金属を含む酸素吸蔵材とカーボン質粉末との混合物を酸素含有雰囲気中で加熱することによりＣＯ2を生成させる一方、上記触媒金属を含まない酸素吸蔵材とカーボン質粉末との混合物を酸素含有雰囲気中で加熱することによりＣＯ2を生成させ、各々のＣＯ2の生成に関する特性を比較するようにしたから、酸素吸蔵材との関係での触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を効率良く判定することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明によれば、上記ＣＯ2の生成は、上記混合物を酸素含有気流中で昇温させていくことにより行ない、酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2及び酸素含有雰囲気中の酸素が反応して生成するＣＯ2を合わせたＣＯ2生成量の温度変化と、酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2量の温度変化とのうちの少なくとも一方を求めるようにしたから、酸素吸蔵材に触媒金属を含ませることによって、どのような温度でどのようにパティキュレートの燃焼性が向上するかを効率良く判定することができる。
【００２４】
請求項３に係る発明によれば、触媒金属を含む酸素吸蔵材及び触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々に18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後にカーボン質粉末を混合し、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させていき、これによって生成する上記18Ｏを含むＣＯ2量に基いて、上記酸素吸蔵材から放出された酸素が反応して生成するＣＯ2生成量の温度変化を求めるようにしたから、酸素吸蔵材から放出される酸素がパティキュレート燃焼にどのような温度でどの程度有効に働くか、換言すれば、触媒金属を含ませることによって、酸素吸蔵材から放出される酸素がパティキュレート燃焼にどのような温度でどのように関与するようになるかを効率良く判定することができる。
【００２５】
請求項４に係る発明によれば、請求項３において、さらに、触媒金属を含む酸素吸蔵材及び触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々の上記18Ｏを含むＣＯ2生成量差の温度変化と、上記18Ｏを含まないＣＯ2生成量差の温度変化とを求めるようにしたから、触媒金属の効果がどのような温度でどのように現れるかを知ることができ、酸素吸蔵材との関係での上記触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を判定に有利になる。
【００２６】
請求項５に係る発明によれば、触媒金属を含む酸素吸蔵材及び触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々について、18Ｏを含む酸素を吸蔵させた後にカーボン質粉末を混合し、18Ｏを含まない酸素含有気流中で当該混合物を昇温させて生成する18Ｏを含むＣＯ2量を測定して両ＣＯ2量差の温度変化を求めるようにしたから、触媒金属を含むことによって、酸素吸蔵材から放出される酸素がパティキュレート燃焼にどのような温度でどのように働くかを効率良く判定することができる。
【００２７】
請求項６に係る発明によれば、供試材及びカーボン質粉末を収容し、該供試材の存在下でカーボン質粉末を燃焼させる反応容器と、該反応容器に18Ｏ2を供給して上記供試材に吸蔵させるための18Ｏ2供給源と、該反応容器中の上記18Ｏ2吸蔵後の供試材及び上記カーボン質粉末との混合物に16Ｏ2を含むガスを供給する16Ｏ2供給源と、該反応容器中での上記カーボン質粉末の燃焼によって生成するＣＯ2を分析するための質量分析器とを備えているから、触媒金属を含む酸素吸蔵材及び該触媒金属を含まない酸素吸蔵材各々について、酸素吸蔵材から放出された18Ｏとの反応によって生成したＣＯ2量を求めることができ、その生成ＣＯ2量の比較により、酸素吸蔵材との関係での触媒金属のパティキュレート燃焼に対する適性を効率良く判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１はパティキュレート燃焼触媒材の評価装置を示す。同装置は、２つのサンプル設置部１，２、これらサンプル設置部１，２に18Ｏ2、16Ｏ2、Ｈｅの各ガスを供給するためのガス供給源３〜５、サンプル設置部１，２から流出するガスの質量を分析するための四重極質量分析器６、並びに分析結果を演算表示する演算表示部７を備えている。
【００３０】
３つのガス供給源３〜５各々とサンプル設置部１，２とは、各ガスの供給流量を調節するＭＦＣ（マスフローコントローラ）８〜１０と、それらのガスを両サンプル設置部１，２に対して選択的に切り換えて供給するための電磁切換弁１１とを介して接続されている。各サンプル設置部１，２には、電磁切換弁１１より分岐して延びるガス供給管１２と、カーボン質粉末（無定形炭素、グラファイト、その他の微粉状炭素を含有する粉末）をサンプル設置部１，２に供給するためのカーボン供給管１３とが接続されている。そのカーボン供給管１３には開閉弁１４が設けられている。
【００３１】
各サンプル設置部１，２より延びるガス流出管１５には開閉弁１６が設けられている。この両ガス流出管１５が接続された集合管１７から分析用管１８が分岐し、この分析用管１８に上記四重極質量分析器６を介してターボ分子ポンプ１９及びロータリポンプ２０が接続されている。分析用管１８の分岐部には、分析器側へのガス流入量を調節するための調節弁２１が設けられている。
【００３２】
演算表示部７には、各サンプル設置部１，２からの温度情報、並びに質量分析器６によるガス分析結果情報が与えられる。この演算表示部７では、当該温度情報及びガス分析結果情報に基づいて、サンプル設置部１，２から流出する各種のガス量（強度）の温度変化、並びに両サンプル設置部１，２から流出するガス量の差の温度変化を演算表示する。
【００３３】
サンプル設置部１，２の具体的な構造は図２に示されている。同図において、２５は供試材２６を収容する反応容器であり、ヒータ（図示省略）を備えた加熱容器２７に収められている。反応容器２５は入口と出口とを備えた管状のもの（サンプル管）である。反応容器２５の入口側に設けられたフレキシブルチューブ２８にガス供給管１２及びカーボン供給管１３が接続され、その出口側に設けられたフレキシブルチューブ２９にガス流出管１５が接続されている。反応容器２５を収めた加熱容器２７は、供試材２６とカーボン質粉末３１とを混合するための振動台３２に支持されている。加熱容器２７には演算表示部７に温度情報を出力する温度計３３が設けられている。
【００３４】
図３はパティキュレート燃焼触媒材の評価方法の一例を示すステップ図である。Ｓ１，Ｓ２はサンプル設置部１，２の各反応容器２５に供試材２６を仕込む準備ステップである。すなわち、反応容器２５の入口又は出口のフレキシブルチューブ２８を外して供試材２６を入れた後、フレキシブルチューブ２８を元通り嵌める。本例では、サンプル設置部１の反応容器２５に触媒金属を担持していないＯＳＣ材（酸素吸蔵材のこと。以下、同じ。）を収容し（Ｓ１）、サンプル設置部２の反応容器２５にパティキュレートを燃焼させる触媒材として、触媒金属Ｐｔを担持させたＯＳＣ材を収容した（Ｓ２）。
【００３５】
ステップＳ１に続くステップＳ３では、サンプル設置部１の反応容器２５にＨｅで希釈した18Ｏ2ガスを供給し、該反応容器２５に収容されたＯＳＣ材に18Ｏ2ガスを吸蔵させる。すなわち、サンプル設置部１の出口側開閉弁１６を開、サンプル設置部２の出口側開閉弁１６を閉とし、質量分析器６側へ所定量のガスが流れるように調節弁２１を制御する。一方、18Ｏ2ガス供給源３及びＨｅガス供給源５から各ガスがサンプル設置部１の反応容器２５に供給され、16Ｏ2供給源４からはガスが供給されないように、ＭＦＣ８〜１０を調節し、電磁切換弁１１をガスがサンプル設置部１の方へ流れるように制御する。そうして、Ｈｅで希釈した18Ｏ2ガスをサンプル設置部１の反応容器２５に供給しながら、加熱容器２７の温度を漸次上昇させていくことにより、ＯＳＣ材に18Ｏ2ガスを吸蔵させる。18Ｏ2ガス濃度は例えば２．５容量％とする。
【００３６】
また、18Ｏ2ガスを反応容器２５に供給しながら、加熱容器２７の温度を漸次上昇させて行く過程で、質量分析器６で得られるガス分析データ及び温度計３３の温度データを演算表示部７に入力する。この場合、質量分析器６では、18Ｏ2ガス量、16Ｏ2ガス量及び16Ｏ18Ｏガス量の各温度変化を分析することになる。
【００３７】
ＯＳＣ材に18Ｏ2ガスが吸蔵飽和した後、18Ｏ2ガス供給源３及びＨｅガス供給源５のＭＳＣ８，１０を閉とする。また、加熱容器２７の温度を室温まで低下させる。18Ｏ2ガスの吸蔵飽和が完了したか否かは、演算表示部７で得られる18Ｏ2ガス流量（強度）が定常状態になったことを確認することによって判定することができる。
【００３８】
続くステップＳ４において、サンプル設置部１のカーボン供給管１３の開閉弁１４を開として、カーボン質粉末３１を反応容器２５内に供給する。そして、振動台３２を振動させてそのカーボン質粉末３１をＯＳＣ材に混合する。その混合質量比は、例えば、カーボン質粉末：ＯＳＣ材＝１：４とする。
【００３９】
続くステップＳ５において、16Ｏ2ガス供給源４及びＨｅガス供給源５のＭＳＣ９，１０を開として、サンプル設置部１の反応容器２５にＨｅで希釈した16Ｏ2ガスを供給しながら、加熱容器２７の温度を漸次上昇させていく。16Ｏ2ガス濃度は例えば１０容量％とする。一方、質量分析器６で得られるガス分析データ及び温度計３３の温度データを演算表示部７に入力する。この場合、質量分析器６では、18Ｏを含むＣＯ2（Ｃ18Ｏ2、Ｃ16Ｏ18Ｏ）ガス量及びＣ16Ｏ2ガス量の各温度変化を分析することになる。
【００４０】
上記サンプル設置部１のＯＳＣ材について、そのＣＯ2ガスの分析が終了すると、次にサンプル設置部２の反応容器２５に収容した触媒金属を担持したＯＳＣ材について、同様の操作を行なう。すなわち、今度はサンプル設置部１の出口側開閉弁１６を閉、サンプル設置部２の出口側開閉弁１６を開とする一方、電磁切換弁１１をガスがサンプル設置部２の方へ流れるように制御する。そうして、サンプル設置部１のＯＳＣ材について行なったのと同じ操作により、サンプル設置部２の触媒金属を担持したＯＳＣ材について、18Ｏ2ガスの吸蔵（ステップＳ６）、カーボン質粉末の混合（ステップＳ７）及びＣＯ2ガス量の分析（ステップＳ８）を先と同じ条件で行なう。
【００４１】
しかる後、ステップＳ９において、演算表示部７により、触媒金属を担持していないＯＳＣ材と触媒金属を担持したＯＳＣ材との、上記18Ｏを含むＣＯ2ガス量及びＣ16Ｏ2ガス量の差の各温度変化を演算し表示する。
【００４２】
なお、上記例では、先に触媒金属を担持していないＯＳＣ材についてＣＯ2量の分析を行なった後に、触媒金属を担持したＯＳＣ材について同様の分析を行なうようにしたが、その順番は逆であってもよい。
【００４３】
図４〜図６は質量分析結果を示すグラフである。供試材は、触媒金属を担持していないＯＳＣ材がＣｅ0.9Ｐｒ0.1Ｏ2の複酸化物であり（図４，５の「Ｐｔ担持なし」）、触媒金属を担持したＯＳＣ材（パティキュレート燃焼触媒材）がＣｅ0.9Ｐｒ0.1Ｏ2に触媒金属としてＰｔを２質量％担持したものである（図４，５のＰｔ担持（２質量％））。ＯＳＣ材は共沈法によって調製し、Ｐｔは蒸発乾固法によって担持させた。また、いずれの供試材も大気雰囲気で８００℃の温度に２４時間保持するエージングを施した後に上述の分析を行なった。また、カーボン質粉末としてはカーボンブラック粉末を用いた。
【００４４】
図４は18Ｏ2ガス吸蔵ステップＳ３，Ｓ６の質量分析結果を示す。温度が上昇するにつれて、18Ｏ2強度が低下していき、16Ｏ2及び16Ｏ18Ｏの強度が上昇していることから、18Ｏ2ガスが16Ｏ2に置換してＯＳＣ材に吸蔵されていくことがわかる。また、高温になると、18Ｏ2強度が上昇していくことから、ＯＳＣ材の18Ｏ2ガスが飽和に向かっていることがわかる。16Ｏ18ＯはＯＳＣ材から放出される16Ｏと気流中の18Ｏとが反応して生成した酸素である。また、ＯＳＣ材内部の酸素原子のみで構成される16Ｏ2の増加が、気流中の酸素原子を含む16Ｏ18Ｏよりも多い。従って、Ｏ2の置換反応においては、気流中の酸素原子は、ＯＳＣ材表面に吸着後、一旦内部に取り込まれやすく、すでにＯＳＣ材内部に存在していた酸素原子が優先的に放出される機構をとっていると考えられる。
【００４５】
そうして、Ｐｔ担持ＯＳＣ材では、18Ｏ2強度の低下及び16Ｏ2強度の上昇が、Ｐｔ担持なしＯＳＣ材よりも低温側で始まっている。上述したように、すでにＯＳＣ材内部に存在していた酸素原子が該ＯＳＣ材から優先的に放出され反応に関わりやすいことを考慮すると、Ｃ16Ｏ18ＯはＯＳＣ材内部に存在していた酸素原子によってカーボンが燃焼して生成したものと考えることができる。このことから、当該ＯＳＣ材にＰｔを担持させると、気流中の酸素とＯＳＣ材内部の酸素が置換され易くなることがわかる。
【００４６】
図５はステップＳ５，Ｓ８の質量分析（各種ＣＯ2強度の測定）結果を示し、図６はＰｔ担持ＯＳＣ材のＣＯ2強度からＰｔ担持なしＯＳＣ材のＣＯ2強度を差し引いた強度差についての結果を示す。
【００４７】
図５によれば、温度が上昇するにつれて、各種ＣＯ2強度が上昇していくが、18Ｏを含むＣＯ2（Ｃ18Ｏ2、Ｃ16Ｏ18Ｏ）強度の上昇がＣ16Ｏ2強度よりも低温側で始まっていることから、ＯＳＣ材から放出される酸素（18Ｏ）の方が気流中の酸素（16Ｏ）よりもパティキュレートを燃焼させ易いことがわかる。また、高温側では、Ｃ18Ｏ2及びＣ16Ｏ18Ｏの強度が低下し始め、Ｃ16Ｏ2強度が急上昇している。これは、ＯＳＣ材に吸蔵されていた酸素量が少なくなったこと、そして、カーボン質粉末の燃焼が始まった後は気流中酸素によっても該カーボン質粉末の燃焼が良く進むことを示している。
【００４８】
Ｐｔ担持ＯＳＣ材とＰｔ担持なしＯＳＣ材とを比較すると、図５によれば、Ｃ18Ｏ2及びＣ16Ｏ18Ｏの強度上昇はＰｔ担持ＯＳＣ材の方がＰｔ担持なしＯＳＣ材よりも低温側から始まっている。特にＣ18Ｏ2強度の低温側からの上昇が顕著である。このことは、図６のＣ18Ｏ2強度差からも明らかである。従って、当該ＯＳＣ材にＰｔを担持させると、ＯＳＣ材から放出される酸素によるパティキュレートの燃焼が進み易くなり、その燃焼開始温度が低下することがわかる。
【００４９】
図６の18Ｏを含むＣＯ2（Ｃ18Ｏ2、Ｃ16Ｏ18Ｏ）強度差とＣ16Ｏ2強度差とをみると、当該ＯＳＣ材にＰｔを担持させると、高温側では気流中酸素によるパティキュレート燃焼促進が顕著になることがわかる。
【００５０】
図６の１点鎖線は、18Ｏを含むＣＯ2（Ｃ18Ｏ2、Ｃ16Ｏ18Ｏ）強度とＣ16Ｏ2強度とを合わせたトータルＣＯ2強度について、Ｐｔ担持ＯＳＣ材からＰｔ担持なしＯＳＣ材を差し引いたトータルＣＯ2強度差のデータである。このトータルＣＯ2強度差の温度変化から、当該ＯＳＣ材にＰｔを担持させると、パティキュレートの燃焼性が全体としてどの程度高まるか、Ｐｔを担持した効果がどの温度範囲で得られるか、特に低温側では何℃から効果が現れるかがわかる。
【００５１】
また、上記例はＯＳＣ材としてのＣｅ0.9Ｐｒ0.1Ｏ2の複酸化物とＰｔとの組み合わせに関するが、他の酸素吸蔵材とＰｔとの組み合わせ、或いは上記複酸化物と他の触媒金属との組み合わせについて、上記と同様の評価を行ない、各組み合わせについて評価結果を比較することにより、例えば低温燃焼性を高めるためには、どのような組み合わせを検討していくべきか、或いは短時間でパティキュレートの燃焼を完了させるためには、どのような組み合わせを検討していくべきか、いう研究開発の指針を比較的短時間で得ることができるようになる。また、ＯＳＣ材と触媒金属との量比に関しても、いくつかの組み合わせを同様に評価することにより、最適な量比にするための指針を得ることが容易になる。
【００５２】
なお、上記例では、18Ｏ2を供試材に吸蔵させたが、16Ｏ2を吸蔵させてカーボン質粉末の燃焼によるＣＯ2量を測定するようにしてもい。
【００５３】
また、図１に示す評価装置ではサンプル設置部を２つ設けているが、これを一つにして反応容器内の供試材を入れ替えることによって、複数の供試材について評価を順次行うようにしてもよく、或いは３以上のサンプル設置部を設け、それらを切り換えて複数の供試材について評価を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るパティキュレート燃焼触媒材の評価装置の一例を示すブロック図である。
【図２】同評価装置のサンプル設置部の構成を示す図である。
【図３】本発明に係るパティキュレート燃焼触媒材の評価方法の一例を示すステップ図である。
【図４】ＯＳＣ材に酸素を吸蔵させたときの各種Ｏ2強度の温度変化を示すグラフ図である。
【図５】カーボン質粉末を燃焼させたときに生成する各種ＣＯ2強度の温度変化を示すグラフ図である。
【図６】ＯＳＣ材に触媒金属を担持させたケースと担持させないケースとの、上記各種ＣＯ2の強度差の温度変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５５】
１，２    サンプル設置部
３〜５    ガス供給源
６    質量分析器
７    演算表示部
２５    反応容器
２６    供試材
３１    カーボン質粉末
【図１】
2007212336.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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