(57)【要約】【課題】ディーゼル排気ガス中の浄化システムにおいてDPF(Diesel Particulate  Filter)及びDOC(酸化触媒部)あるいはDPFに用いる触媒の改良【解決手段】ディーゼル排気ガス中の浄化システムに用いる触媒は有機元素分析計によりPM(微小粒子状物質)の各燃焼温度による実験により、十分な燃焼効果の確証を得た酸化チタンを利用する。酸化チタンを含む金属触媒をDPF(Diesel Particulate  Filter)及びDOC(酸化触媒部)あるいはDPFに充填する。又は従来のハニカム担体に酸化チタンをコーティングする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーセル排気ガス浄化システムにおけるDPF(Diesel Particulate  Filter)及びDOC(酸化触媒部)あるいはDPFにおいて、酸化チタンを含む金属触媒を充填し、これにより排気ガス中のPM(微小粒子状物質)を十分に燃焼する機能を備えたことを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項２】
ディーセル排気ガス浄化システムにおけるDPF(Diesel Particulate  Filter)及びDOC(酸化触媒部)あるいはDPFおいて、従来のハニカム構造の担体に酸化チタンをコーティングしたものを装備してこれにより排気ガス中のPM(微小粒子状物質)を十分に燃焼する機能を備えたことを特徴とする排ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車排ガスの浄化システムに使用されるDPF(Diesel Particulate  Filter)に関する
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン車は高い熱効率が得られるが、排ガス中に粒子状物質（PM）が多く含まれる。ディーゼルエンジンの排気ガスの規制については2005年の新長期規制でPMについて大幅な低減が求められ、連続再生式DPF（Diesel Particulate  Filter)による後処理装置の採用が求められるようになった。目標値として基本的にガソリン車と同じレベルの排ガス規制を行う。更に環境省により2009年PM2.5の環境基準が定められた。1日平均値35μg以下を目標に厳しい観測が行われている。一方、経済産業省の「次世代自動車戦略2010」では2020年、2030年に向けてクリーンディ-ゼル車を増やしていく計画がある。しかるにDPFは排気中の粒子状物質PMをフィルターで捕捉除去するもので排気管やマフラー内に取り付ける。
【０００３】
このDPF（Diesel Particulate  Filter）は多孔質セラミックなど耐熱性の高いフィルター構造を持つものでフィルターに排気ガス中のすすを集積するので、すすによる目詰まりを防ぐ方法やPMに含まれる炭化成分を酸化触媒により除去できるようエンジン特性に合わせたフィルター触媒及び燃料添加制御などの組み合わせで効果を得られる。しかし、その効果の評価方法が統一されて確立していない。
【０００４】
有機元素分析は装置の電気炉で試料を燃焼し試料の重さから炭素量を精密に計測するもので燃焼温度や酸素の添加量を調節して粒子状物質PMの成分状態を定量的に調べることが出来る。例として一般に普及している国産機の構造及び分析工程を図１に示す。
【０００５】
１．キャリアガスとして高純度ヘリウムを電磁バルブ７ａ開いて一定速度で流す。
２．ミクロ天びんを用いて試料の重さを正確に計る。
３．９５０℃の分解炉１及び８５０℃の酸化炉２に入れた酸化銅を充填した石英燃焼管４の中で試料化合物を完全に燃焼し気体にする。このときキャリアガスの１０％程度の純酸素を燃焼管内に流している。この過程で炭素はＣＯ2に、窒素はＮＯ2に、水素はＨ2Ｏになる。ＮＯ2は次の還元炉３の中の石英還元管５に充填された還元銅によりＮ2に還元される。余分な酸素は同じく還元管の還元銅により酸化銅として除く。試料中にハロゲンと硫黄が含まれる場合は還元管先端に充填された銀粒によりハロゲン化銀、硫化銀としてそれぞれトラップする。
４．残った気体はＣＯ2とＮ2とＨ2Ｏ、およびキャリアガスの混合気体である。
５．１５０ｍｌの容量の金属ポンプ８にキャリアガスで送り込んで希釈した後、混合燃焼気体を一定の流量で測定系に送り込む。
６．混合気体は３つのＴＣＤ検出器９ａ，９ｂ，９ｃを順次通してそれぞれの濃度を電気信号で検出し、電気信号は信号処理手段により演算処理されて計数値ｃｏｕｎｔとして出力される。
７．混合気体はＨ2Ｏの吸収剤を充填した吸収管１０をまず通り、Ｈ２Ｏが取り除かれる。その前後の計測セルによる抵抗値の差をすでに説明した方法で計数値ｃｏｕｎｔに変換する。
８．つぎに、残りの混合気体はＣＯ２の吸収剤を充填した吸収管１１を通りＣＯ２が除かれる。その前後の抵抗値の差を同じように計数値ｃｏｕｎｔに変換する。
９．最後に、残りの気体Ｎ２の抵抗値とディレイコイル１２に保留したキャリアガスとの抵抗値との差を同じように計数値ｃｏｕｎｔに変換する。              
１０．あらかじめＣＨＮ含有率（ｗ／ｗ％）が既知の元素分析用標準試料を用いてＣＨＮ元素ごとの感度係数（μｇ／ｃｏｕｎｔ）を決定する。決められた感度係数（μｇ／ｃｏｕｎｔ）即ちファクターを用い未知試料化合物のＣＨＮ含有量（μｇ）を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１２−８７７０５
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Panasonic Tecｈnical Journal vol.57 No.1 Apr.2011  20-24
【非特許文献２】環境省大気中微小粒子状物質（PM2.5）測定マニュアル２０１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような従来の排ガス浄化システムにおいては白金触媒など高価な貴金属触媒や特許文献１のような幾層にも触媒をコーティングして製法の複雑なもので構成されている上、其の効果を評価するための方法が統一して確立されていない。
【０００９】
そこで本発明は酸化チタン触媒を用いてもっともシンプルな構造と低温での炭化水素類およびすすの完全燃焼により、PMを排出しないDPFシステムを提供することを目的とするものである。DPFの触媒については、触媒移動型のバナジウムあるいはアルカリ、アルカリ土類金属など溶融して接触する触媒、CeO2のような酸素を供給する触媒、白金触媒のようにNOをNO2に酸化し、そのNo2の酸化力を用いて酸化触媒作用を発揮する触媒などがある。しかし、有機元素分析計によれば、たとえばアルカリ金属と有機物を一緒に燃焼した場合、炭酸アルカリになって、固体になるので、前述のような溶融してPMと接触し、PMとの接触状態を維持することにはならない。
【００１０】
さらに、有機元素分析計によれば、酸化チタンを含む充填剤を詰めた燃焼管内では酸化添加ヘリウム気流中、ほとんどの有機物は５５０℃以下で完全燃焼することが報告されている。しかるにディーゼル排気ガス中のすすは前述の区分では５５０度以上の温度を必要としている。またDPFを強制再生するときのポスト噴射を用いる場合の噴射のタイミングを遅らせて噴射された燃料が酸化されずに未燃燃料となり大量の炭化水素類すなわち有機炭素OCが排出される分については５５０℃以下で燃焼できる。DPFを用いてディーゼル排気ガスの諸規制に対応するためには、PMに関する定量的な計測のためのアメリカ国立標準技術研究所NISTによるディーゼルフォークリフト排気粒子SRM2975、ディーゼル重量車排気粒子SRM1650a,国立環境研究所NIESによるCRMno.8 のような標準試料を用いて有機元素分析計により燃焼条件をコントロールした確実な方法でDPF内の金属触媒の性能の評価を行うのが有効である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はディーセル排気ガス浄化システムにおけるDPF及びDOC(酸化触媒部)あるいはDPFにおいて、酸化チタンを含む金属触媒を充填しこれにより排気ガス中の元素状炭素及び炭化水素類を十分に燃焼することを特徴とする。
【００１２】
発明は同じくディーセル排気ガス浄化システムにおけるDPF及びDOC(酸化触媒部)あるいはDPFおいて、従来のハニカム構造の担体に酸化チタンをコーティングしたものを装備してこれにより排気ガス中の元素状炭素及び炭化水素類を十分に燃焼することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ディーセル排気ガス浄化システムにおいて、DPF及びDOCあるいはDPFでのPM(微小粒子状物質)を酸化チタン触媒による燃焼効果により有害物質PAHs(炭化水素類)やすすの排出を抑える効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施に用いた有機元素分析計の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施に用いた有機元素分析計の燃焼管充填の例を示す図である。
【図３】本発明の酸化チタン触媒効果によるトンネル粉塵の燃焼を示すデータである。
【図４】本発明の酸化チタン触媒効果によるPM中炭素成分回収率を示すデータである
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図２に示すように、有機元素分析計の石英燃焼管に酸化チタン/酸化銅混合顆粒または酸化チタンを担持した酸化銅を詰めたものを使用した。また、試験試料に酸化チタン粉末を直接添加して、元素状炭素及び強制再生時の噴射タイミングの誤算による酸化されなHC(未燃燃料)の完全燃焼の確認を行った。元素状炭素の典型例として活性炭、HC(未燃燃料)の典型例としてナフタレン、アントラセン、さらに独立行政法人産業総合技術研究所開発のトンネル粉塵2種を用いて250℃-800℃までの各段階温度で燃焼状況を確認した。図3はトンネル粉塵2種についてPM2.5の炭素成分測定法（非特許文献２）に従い各温度において元素分析方法を行った結果を示す。キャリヤーガスヘリウム中に酸素を７．５％添加している。550℃で酸素を供給すればほぼ完全に燃える。更に図４はPM粒子中の人体に発がん性などの影響を危惧されているＰＡＨs（炭化水素類）に相当するナフタレンやアントラセン、及びすすに相当する活性炭を追加して、各燃焼温度において炭素成分の回収率を実験したところすべて７００℃以下の温度で完全に燃えたことを示す。特にＰＡＨs(炭化水素類)は酸素を添加すれば低温で十分に燃える。
【００１６】
本発明の酸化チタンの効果について白金触媒との比較を表２に示す。元素分析装置の燃焼管に充填して各温度と酸素濃度をコントロールして実験した。酸化炉OFの温度は白金触媒は700℃、酸化チタンは550℃に設定した。一方、燃焼炉CFを各温度に変化させて測定した。白金触媒のデータでは温度よりも酸素濃度の高い方がより燃えやすいこと、酸化チタンの方が低温で燃えやすいことを示す。
（表2）
表２．すすの燃焼の酸素と温度条件による触媒の評価(炭素回収率％）
TiO２                Pt触媒
２５０℃無酸素              ０            ０
４５０℃無酸素              ０            ０
５５０℃無酸素              １２        １．５
５５０℃He中２％酸素        ４３        １４
５５０℃He中２０％酸素      ８５        ４７
６５０℃He中２０％酸素    １００
７００℃He中２％酸素                    ３７
７００℃He中２０％酸素                  ７６
８００℃He中２％酸素                    ３７
８００℃He中２０％                    １００
【産業上の利用可能性】
【００１７】
熱効率の高いディーゼルエンジンは炭酸ガス排出量削減の手段になるものの、排気ガスによる大気汚染の問題があり、早急に解決されなければならない。欧米の普及率に比べ国内はまだまだ一般車の利用にいたらず、未開発の市場である。白金族金属を使わない本排ガス処理システムはPMを排出しない効果と貴金属使用量の低減と生産コストを下げるに有用である。
【符号の説明】
【００１８】
１.試料分解炉
２.酸化炉
３.還元炉
4.石英燃焼管
５.石英還元管
６.試料導入棒
７a.−７ｄ.電磁バルブ
８.ポンプ
９ａ.−９ｃ.ＴＣＤ検出器
１０．Ｈ２Ｏ吸収管
１１．ＣＯ２吸収管
１２．ディレイコイル
１３.加熱炉
１４. 燃焼管
１５. 試料導入棒
１６.PM(微小粒子状物質)
１７.酸化チタン含有金属充填物
【図１】
2016036763.tif 000002
【図２】
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【図３】
2016036763.tif 000004
【図４】
2016036763.tif 000005