(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に配設される触媒装置と、該触媒装置内に配設され導電性材料からなる触媒部材と、該触媒部材への通電を制御する通電制御装置とを備え、該触媒部材表面に吸着した被毒物質を通電することで電荷を付与して除去することを特徴とする排気ガス浄化用触媒装置。
【請求項２】
エンジンの排気管に配設される触媒装置と、該触媒装置内に配設され導電性材料からなる触媒部材と、該触媒部材表面に放電するためのマイクロ波発生装置と、該マイクロ波発生装置への通電を制御する通電制御装置とを備え、該触媒部材表面に吸着した被毒物質を通電することで電荷を付与して除去することを特徴とする排気ガス浄化用触媒装置。
【請求項３】
規定時間毎に前記触媒部材への通電または放電を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の排気ガス浄化用触媒装置。
【請求項４】
前記触媒装置の入口側および出口側にそれぞれＮＯX 濃度センサを設け、入口側ＮＯX 濃度とＮＯX 低減率により、触媒部材への通電または放電を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の排気ガス浄化用触媒装置。
【請求項５】
エンジン回転数およびエンジン負荷を検出するセンサを設け、エンジン回転数とエンジン負荷から求められるＮＯX 積算値により、触媒部材への通電または放電を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の排気ガス浄化用触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの排気中のＮＯX 等の有害成分を低減させるための排気ガス浄化用触媒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気ガス中のＮＯX 処理は、ガソリンエンジンの場合には、その排気を三元触媒に導入することにより通常行われているが、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等の場合には、排気ガス中の酸素量が多いために三元触媒が使用できず、還元触媒を用いることにより排気ガス中のＮＯX を低減させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、還元触媒を用いる場合、化学反応によりＮＯX を選択的に除去するが、その際に酸素、燃料中のＳ、オイル添加剤中のＰ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍａ、Ｐｂおよび燃料添加剤中の被毒物質が触媒上に吸着し、それが酸素気流中で脱離できないため触媒を被毒する。そこで、触媒に吸着した酸素を炭化水素と反応させて除去する方法や、ＮＯX を選択的に吸着できる触媒が研究されているが、十分な活性が得られていない。
【０００４】
本発明は上記問題を解決するものであって、エンジンの排気中のＮＯX を低減させるための触媒装置において、触媒上に吸着した酸素等の被毒物質を除去することができる排気ガス浄化用触媒装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明の請求項１記載の排気ガス浄化用触媒装置は、エンジン１の排気管２に配設される触媒装置３と、触媒装置３内に配設され導電性材料からなる触媒部材７と、触媒部材７への通電を制御する通電制御装置９とを備え、該触媒部材表面に吸着した被毒物質を通電することで電荷を付与して除去することを特徴とする。また、本発明の請求項２記載の排気ガス浄化用触媒装置は、エンジン１の排気管に配設される触媒装置３と、触媒装置３内に配設され導電性材料からなる触媒部材７と、触媒部材７表面に放電するためのマイクロ波発生装置１９と、マイクロ波発生装置１９への通電を制御する通電制御装置９とを備え、該触媒部材表面に吸着した被毒物質を通電することで電荷を付与して除去することを特徴とする。なお、上記構成に付加した番号は、本発明の理解を容易にするために図面と対比させるためのもので、これにより本発明の構成が何ら限定されるものではない。
以上
【０００６】
【作用】
本発明においては、触媒表面に流れてくるＮＯは、触媒表面に吸着し、ＮとＯが解離して窒素Ｎ2 が形成され脱離する。一方で酸素が触媒表面に吸着するが、触媒部材への通電または放電により吸着した酸素を脱離する。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の排気ガス浄化用触媒装置の１実施例を示し、図１（Ａ）は全体構成図、図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）は触媒部材の各種例を示す図である。
【０００８】
エンジン１に接続された排気管２には、本発明に係わる触媒装置３が配設されている。触媒装置３は、断熱材４で囲まれたチャンバー５と、断熱材４中に埋設された電気ヒータ６と、チャンバー５内に配設された導電性材料からなる触媒部材７とから構成されている。触媒部材７の外周縁には絶縁材８が挟着されている。電気ヒータ６と触媒部材７は、通電制御装置９に接続されている。電気ヒータ６には、チャンバー５内に設けられた温度センサ１０により、チャンバー５内の温度が例えば３００℃以下になったときに通電し、チャンバー５内を高温にすることにより、ＮＯX の低減率を向上させるようにしている。
【０００９】
触媒部材７の材料としては、Ｐｔ等の貴金属、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ等の卑金属、ペロブスカイト系の複合化合物、その他半導体物質等の導電性材料を使用する。
【００１０】
触媒部材７の構造としては、図１（Ｂ）に示すように、６０〜８０メッシュ程度の円形状または多角形状の金網や、図１（Ｃ）に示すように、フォーム状の構造や、図１（Ｄ）に示すように、針金状の電極材を縦横にブロック状に交差させた構造や、図１（Ｅ）に示すように、コージェライトからなるハニカム構造１１において、内部のコージェライト層１２の表面に電極材１３を薄膜状に形成した構造を用いる。なお、これらの触媒部材７の複数を直列に並べるようにしてもよいし、触媒部材７として異なる構造のものを組み合わせるようにしてもよい。
【００１１】
図２は触媒部材７の他の例を示す図である。図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）の例は、触媒部材７に電流を並列的に流すようにしているが、この場合には、最も短い経路の抵抗が最小となるため集中的に電流が流れてしまう問題がある。そこで、本例においては、触媒部材７をコイル状として直列に接続し、電流を触媒部材７に均等に流すようにしている。図２（Ａ）は、普通のコイル状の例を示し、図２（Ｂ）は二重コイルの例を示し、図２（Ｃ）は同心円状コイルを示し、図２（Ｄ）は、同心円状コイルの複数を直列接続した例を示し、図２（Ｅ）は絶縁性の２本のロッド１４間にコイルを巻き付けた例を示し、図２（Ｆ）は図２（Ｅ）のコイルの複数を交差させて配列した例を示している。
【００１２】
図３は、本発明における触媒部材７への通電の制御フローを示す図である。時間を積算してゆき、時間カウンタ値Ｔ１が規定時間ｔ１（例えば３０分）を越えた場合に、触媒部材７への通電をオンし、通電開始からの経過時間Ｔ２が規定時間ｔ２（例えば１０秒）を越えた場合に、触媒部材７への通電をオフし、時間カウンタ値ＴをクリアしてステップＳ１に戻り、以後この処理を繰り返すことにより規定時間毎に触媒部材７への通電を制御するようにしている。
【００１３】
図４は、Ｐｔからなる図１（Ｂ）の触媒部材７を用い、触媒装置３の入口側ＮＯX 濃度が６５４ｐｐｍ、酸素濃度１５％、温度２９０℃の条件下で、時間Ｔ１において触媒部材７に電流５Ａ、電圧１０．０９Ｖで１０秒間通電した場合の実験結果を示している。時間Ｔ１以後、通電している間はＮＯX 低減率が低下するが、やがて、ＮＯX 低減率は増加に転じ、触媒部材７が再生されたことが判る。なお、ＮＯX 低減率（％）＝
〔（入口側ＮＯX 濃度−出口側ＮＯX 濃度）／入口側ＮＯX 濃度〕×１００
である。
【００１４】
図５（Ａ）は本発明における酸素の脱離作用を説明するための概念図、図５（Ｂ）は本発明における硫黄の脱離作用を説明するための概念図である。図５（Ａ）において、ステップ▲１▼で触媒表面に流れてくるＮＯは、ステップ▲２▼で触媒表面に吸着し、ステップ▲３▼でＮとＯが解離し、ステップ▲４▼で窒素Ｎ2 が形成され、ステップ▲５▼で窒素Ｎ2 が脱離する一方で酸素が触媒表面に吸着するが、ステップ▲６▼で通電により吸着した酸素が脱離する。上記ステップの化学反応式は下記の通りである。
【００１５】
ＮＯ→Ｎ＋Ｏ
２Ｎ→Ｎ2 
２Ｏ＋２ｅ→Ｏ2 
また、排ガス中のＣやＨＣが還元剤の役目を果たし、触媒表面で下記に示す反応式により無害なＣＯ2、Ｈ2Ｏに変化するため、黒煙、ＨＣの同時低減も図ることができる。
【００１６】
Ｃ＋Ｏ2 →ＣＯ2
ＣＨn ＋〔（４＋ｎ）／４〕Ｏ2 →ＣＯ2 ＋（ｎ／２）Ｈ2Ｏ
また、図５（Ｂ）において、触媒表面に吸着した酸素と硫黄は、ＳＯ2 となって脱離する。
【００１７】
図６および図７は本発明の他の実施例を示し、図６は制御系の構成図、図７は触媒部材への通電の制御フローを示す図である。本実施例においては、図６に示すように、触媒装置３の入口側および出口側にそれぞれＮＯX 濃度センサ１５Ａ、１５Ｂを設け、これらの検出信号を通電制御装置９に入力するようにしている。
【００１８】
図７において、ステップＳ１、Ｓ２で入口側ＮＯX 濃度ＤA、出口側ＮＯX 濃度ＤBを検出し、ステップＳ３で入口側ＮＯX 濃度ＤAが規定値Ｄ0より大きい場合には、ステップＳ４でＮＯX 低減率Ｐ（％）＝〔（ＤA−ＤB）／ＤA〕×１００を算出し、ステップＳ５でＮＯX 低減率Ｐが規定値Ｐ0以下の場合には、ステップＳ６に進み、触媒部材７への通電をオンし、通電開始からの経過時間Ｔ２が規定時間ｔ２（例えば１０秒）を越えた場合に、触媒部材７への通電をオフし、以後この処理を繰り返すことにより入口側ＮＯX 濃度ＤAとＮＯX 低減率Ｐにより、触媒部材７への通電を制御するようにしている。
【００１９】
図８および図９は本発明の他の実施例を示し、図８は制御系の構成図、図９（Ａ）は触媒部材への通電の制御フローを示す図、図９（Ｂ）は制御用データの構成を示す図である。本実施例においては、図８に示すように、エンジン１にエンジン回転数センサ１６およびエンジン負荷センサ１７を設け、これらの検出信号を通電制御装置９に入力するようにしている。
【００２０】
図９（Ａ）において、ステップＳ１、Ｓ２でエンジン回転数Ｎ、エンジン負荷Ｌを検出し、ステップＳ３で図９（Ｂ）に示す制御用マップからそのときのエンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｌに対応したＮＯX 排出量を読み取り、ステップＳ４でＮＯX 積算値Ｑを演算し、ステップＳ５でＮＯX 積算値Ｑが規定値Ｑ0以上の場合には、ステップＳ６に進み、触媒部材７への通電をオンし、通電開始からの経過時間Ｔ２が規定時間ｔ２（例えば１０秒）を越えた場合に、触媒部材７への通電をオフし、ＮＯX 積算値ＱをクリアしてステップＳ１に戻り、以後この処理を繰り返すことにより、エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｌから求められるＮＯX 積算値により、触媒部材７への通電を制御するようにしている。
【００２１】
図１０は、本発明の排気ガス浄化用触媒装置の他の実施例を示す全体構成図である。エンジン１に接続された排気管２には、本発明に係わる触媒装置３が配設されている。触媒装置３は、チャンバー５内に配設された導電性材料からなる触媒部材７と、マイクロ波発生装置１９に接続されたアンテナ２０から構成され、マイクロ波発生装置１９は、前記実施例と同様の通電制御装置９に接続されている。本実施例では触媒部材７を一枚のプレート状にしているが、間隔を置いて複数枚を配設してもよく、また、プレート状に限定されるものではなく、図１および図２に示した触媒部材７を採用してもよい。
【００２２】
本実施例においては、マイクロ波発生装置１９に接続されたアンテナ２０からマイクロ波が放電され、触媒部材７の表面に均一に電流を流すため、触媒部材７上吸着した酸素をより効果的に脱離させることができる。また、ＮＯX と反応する触媒部材７の形状を任意のものにすることが可能となる。制御方法は前記実施例と同様であるので説明を省略する。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、エンジンの排気中のＮＯX 等の有害成分を低減させるための触媒装置において、触媒上に吸着した酸素等の被毒物質を除去することができる。また、排ガス中のＣやＨＣが還元剤の役目を果たし、触媒表面で無害なＣＯ2、Ｈ2Ｏに変化するため、黒煙、ＨＣの同時低減も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化用触媒装置の１実施例を示し、図１（Ａ）は全体構成図、図１（Ｂ）〜図１（Ｅ）は触媒部材の各種例を示す図である。
【図２】触媒部材の他の例を示す図である。
【図３】本発明における触媒部材への通電の制御フローを示す図である。
【図４】本発明における実験結果を示す図である。
【図５】本発明の作用を説明するための概念図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す制御系の構成図である。
【図７】図６の実施例における触媒部材へ通電の制御フローを示す図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す制御系の構成図である。
【図９】図９（Ａ）は図８の実施例における触媒部材への通電の制御フローを示す図、図９（Ｂ）は制御用データを示す図である。
【図１０】本発明の排気ガス浄化用触媒装置の他の実施例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…排気管、３…触媒装置、７…触媒部材、９…通電制御装置
１５Ａ、１５Ｂ…ＮＯX 濃度センサ、１６…エンジン回転数センサ
１７…エンジン負荷センサ、１９…マイクロ波発生装置、２０…アンテナ
【図１】
0003960435.tif 000002
【図２】
0003960435.tif 000003
【図３】
0003960435.tif 000004
【図４】
0003960435.tif 000005
【図５】
0003960435.tif 000006
【図６】
0003960435.tif 000007
【図７】
0003960435.tif 000008
【図８】
0003960435.tif 000009
【図９】
0003960435.tif 000010
【図１０】
0003960435.tif 000011