JPH01244110A

JPH01244110A - 内燃機関の可燃性排出物の除去装置及び方法

Info

Publication number: JPH01244110A
Application number: JP63069826A
Authority: JP
Inventors: Mareo Kimura; 希夫木村; Tadashi Suzuki; 正鈴木; Masakuni Ozawa; 正邦小澤; Yoshitsugu Ogura; 義次小倉; Toru Suzaki; 須崎　徹
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-09-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内燃機関、とくにディーゼル機関より排出さ
れる煤等の可燃性の固形物及び液状物（以下パティキュ
レートという）の除去装置および方法に係る。

〔従来技術〕

内燃機関より排出されるパティキュレートは、環境上除
去することが望まれているが、未だ有効な解決法が確立
されていない。パティキュレートをフィルターを用いて
捕集する方法において、フィルターに主としてカーボン
微粒子からなるパティキュレートが閉塞してフィルター
機能が低下することを抑制、防止するためにフィルター
に各種の触媒を担持してパティキュレートをより低温で
燃焼し、フィルターの再生性を向上させることは知られ
ている。このフィルターの再生性の向上のための触媒と
しては、白金族金属や卑金属等各種のものが提案され、
白金族金属では白金（Ｐｔ）、卑金属では銅（Ｃｕ＞が
比較的良好な再生性を有するとされている。

またパティキュレート燃焼用を主眼とはしていないが、
複合酸化物系触媒として特公昭５４−３８５９８号公報
に見られるＣｒ５ＣｕＮｉ、、４０１０や特公昭５６−
５２６１９号公報に見られるＣｏ　１〜６Ｍｎ　１〜２
Ｃｕ０１　ｏ等も提案されている。

さらに、フィルターの再生手段として、ヒータ・バーナ
等の外部着火手段による方法や吸・排気絞り等により排
ガス温度をパティキュレートの燃焼温度以上に上昇させ
る方法等も採用される。

〔発明が解決しようとする課題〕しかしながら、上記のいずれの触媒でも、まだ着火性や
パティキュレート燃焼性の面で満足できる効果は得られ
ていない。さらに、フィルター材は再生時にパティキュ
レートの燃焼熱により１０００℃程度あるいはその以上
の高温に曝されるが、上記触媒のいずれもこの様な高温
条件下で著しく劣化するという問題もある。

そこで、このような問題点を解決した内燃機関より排出
される可燃性排出物の除去方法及び装置を提供すること
が、本発明の目的である。

〔課題を達成するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、一般式ＡＩ−ｘ
Ａ’　ＸＢＯ３（式中、Ａは希土類元素から選ばれた一
種以上の元素、Ａ′はアルカリ土類元素から選ばれた一
種以上の元素、ＢはＣｒ、　Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃｏ。

Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた一種以上の元素である。）で表
わされるペロブスカイト型複合酸化物で構成されるか、
あるいは該ペロブスカイト型複合酸化物をフィルター機
能を有する担体にコーティングして成るフィルターと、
該フィルターに付着した通電加゛熱用電極と、該電極に
接続された外部電源とを具備して成ることを特徴とする
内燃機関の可燃性排出物の除去装置を提供する。

本発明者らは、先に、上記ペロブスカイト型複合酸化物
で構成するかあるいはそれを担体にコーティングしたフ
ィルターは従来のフィルターと比べてフィルターの再生
性が向上しく燃焼率の向上、着火温度の低下）、かつ耐
久性も向上することを見い出し、別途開示した（特願昭
６２−３００１４Ｔ号明細書）。その後、このフィルタ
ーについて研究を進めたところ、このフィルターは導電
性にも優れているためフィルター自体をヒーターとして
使用することが可能で、それによってフィルターの可燃
性排出物の除去効率、再生性をさらに向上させることが
できること、またフィルターとは別にヒーターを設ける
必要がないので装置を簡単化できることを見い出し、本
発明の完成に至ったものである。

本発明の装置においてフィルターを構成するフィルター
機能を有する担体は、慣用のパティキュレート捕集用フ
ィルターの担体のいずれでもよく、例えば、コージェラ
イト、アルミナ、ムライト、チタン酸アルミニウム、炭
化ケイ素などのハニカｆ−ム構造体や多孔構造のほか、
単に粒子を詰めたフィルターではその粒子も担体である
。

一般式Ａ、−，Ａ’　ｘＢ［］３で表わされるペロブス
カイト型複合酸化物は、Ａ、Ａ’、Ｂを所望の組成で含
む溶液、通常酸性溶液、代表的には硝酸溶液にアルカリ
を加えてこれらの成分Ａ、Ａ’、Ｂの水酸化物を共沈さ
せ、乾燥後、焼成して得ることができる。

本発明の装置ではこのフィルター自体をヒーターとして
も使用するため、電気伝導率が大きく、抵抗体として適
する組成として、とくに、ＢがＣｏ　、Ｍｎ　、　Ｎｉ
より選ばれた一種以上の元素を含む成分より成ることが
望ましい。

複合酸化物を担体に担持することは、複合酸化物を分散
したスラリーに担体を浸漬し、含浸させた後、乾燥し、
必要に応じて焼成して行なうことができる。また、Ａ、
Ａ’、Ｂを含む分散体又は溶液に担体を浸漬し、これら
を含浸し、乾燥後、焼成してペロブスカイト型の複合酸
化物を担持させることも可能である。

フィルター担体への複合酸化物を担持する量は２５〜１
５０ｇ（フィルタ容積１１あたり）、好ましくは７５〜
１２５ｇ程度が良い。

また、複合酸化物中に白金族金属、特に白金を分散担持
すれば着火温度、ピーク温度が低下し、好ましい。白金
族金属はフィルター担体に複合酸化物を担持した後に複
合酸化物に含浸、乾燥、焼成して担持しても複合酸化物
に含浸、乾燥、焼成機複合酸化物と共にフィルタに担持
しても良い。

こうして作成されたフィルターに通電するための電極は
、フィルターに金属ペーストを塗布したり、電極部材を
フィルターに圧着する等の方法により形成すればよく、
とくに形状、素材の限定は受けない。

また、外部電源は、直流、交流のいずれでもよく、自動
車用バッテリー等を利用すればよい。電圧は、限定する
わけではないが、一般に５〜２００Ｖ程度が好適である
。

本発明は、同様に、前記目的を達成するために、一般式
Ａ１−．Ａ’　ＸＢＯ３（式中、Ａは希土類元素から選
ばれた一種以上の元素、Ａ′はアルカリ土類元素から選
ばれた一種以上の元素、ＢはＣｒ、Ｍｎ。

Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた一種以上の元素で
ある。）で表わされるペロブスカイト型複合酸化物で構
成されるか、あるいは該ペロブスカイト型複合酸化物を
フィルター機能を有する担体にコーティングして成るフ
ィルターに、内燃機関からの可燃性排出物を通過させ、
かつ該フィルターに通電して可燃性排出物を燃焼除去す
ることを特徴とする内燃機関の可燃性排出物の除去方法
を提供する。

この方法の操作では、前記の装置のうちフィルターを内
燃機関の排気系に設置する状態にすることにより、パテ
ィキュレートを捕集する。そして、パティキュレートの
適当量を捕集したのち、排気系に設けたバイパスに排気
ガスを逃がした状態にして、該フィルターに通電し、発
熱させることによって、パティキュレートを燃焼させ、
除去する。

パティキュレート捕集時には、バイパスを閉じ、フィル
ターに再びパティキュレートが捕集される状態にお（。

この操作をくり返すことにより、フィルターを再生利用
することができる。フィルターのヒーターとしての容量
は、エンジンの排気量および型式によるが、ふつう０．
５〜２ｋ１１程度のものを使用する。フィルターに捕集
するパティキュレート量は、とくに問わないが、電力の
有効利用の意味である程度捕集したのち除去した方がよ
く通常０．５〜２０ｇ程度である。

また、常時あるいは一時的にフィルターに通電してフィ
ルターを発熱させた状態で、フィルターに内燃機関から
の排気ガスを通過させ、それによってパティキュレート
を捕集すると同時にあるいは捕集した後に、パティキュ
レートを燃焼、除去するようにして使用することも可能
である。

〔作　用〕

上記一般式で表わされる複合酸化物は、酸化活性が高い
ので、燃焼触媒作用（着火温度、燃焼ピーク温度の低下
効果）が優れている。また、該複合酸化物より成るか、
該複合酸化物が担体にコーティングされたフィルターは
、それ自身、ヒーターとして使用する加熱方式がとれる
ので、パティキュレートの着火性を著しく向上させるこ
とができる。さらに、該複合酸化物は、酸化物であるた
め、フィルターの高温耐久性が向上する。本発明に係る
装置によるパティキュレートの除去方法では、フィルタ
ーとは別のヒーターを用意する必要がないので装置の構
造が非常に簡単化されている。

〔実施例〕

実施例ＩＡＩ−ＨＡ’　ＸＢＯ３で示される複合酸化物を合成す
るため、ＡとしてＬａ　、Ａ’としてＳｒ　、Ｂとして
Ｃｏ、ＭｎｊｊよびＮｉの硝酸塩を用意し、第１表に示
した目的とする組成となるように濃度を調整した混合水
溶液を調製した。次にこの溶液にＮａＣ０＊水溶液を徐
々に滴下し、これらの元素の水酸化物を共沈させた。沈
澱物を十分に水洗後、ろ過し、乾燥、粉砕、８００℃大
気中での焼成を経て、各種組成のペロブスカイト型複合
酸化物粉末（１）〜（４）を得た。生成物がペロブスカ
イト型複合酸化物であることはＸ線回折により確認した
。

次に、これらの粉末の粒度を調製し、（１）及び（２）
　の組成の粉末に少量のバインダーを添加し、水を加え
、スラリー状としたのち、セラミックスの成形法である
押出成形法によりハニカム形状に成形後、１３００℃大
気中で焼結し、ハニカム成形体を作製した。パティキュ
レートを捕集しうるように、多孔性の焼結体となってい
る。これをヒーターとして使用するため、フィルターの
両端に金属ペースト及び圧着端子をとりつけ電極とした
。フィルターの大きさは、直径３０ｍｍ、長さ５Ｑａ、
気孔率は６０〜７０％である。以上により、フィルター
（１）、　　（２）を得た。

実施例２実施例１で作製した組成（３）　と（４）の粉末を１２
００℃で再焼成したのち、ミルにより十分粉砕し微細化
した。これにバインダーを添加し、水を加え、スラリー
状とした。次に市販のコーディエライト製ハニカムフィ
ルター（直径３０ｍｍ、長さ５Ｑｍｍ、気孔率６０％）
を、上記のスラリー中に浸漬し、フィルター材にスラリ
ーをコーティングした。コーテイング量は、フィルター
の抵抗を適当な範囲内にするよう調製する。先のコーテ
ィングの操作を数回くりかえしたのち、乾燥させ、９５
０℃、大気中で焼成した。コート量は、約１００ｇ／ｌ
であった。以上によりフィルター＜３）、（４）を得た
。

比較例市販のコーディエライト製ハニカムフィルター（実施例
２で使用したものと同じ）を用意し、活性アルミナ粉末
、硝酸アルミニウム、アルミナゾル、水とから成るスラ
リーを用いて、フィルター上にアルミナコート層を形成
した。コート量は約７５ｇ／ｎであった。

試験例１フィルター（１）〜（４）のヒーターとしての特性を調
べるため、抵抗の温度変化を測定した。第１図にその結
果を示す。同図に見られる如く、作製したフィルターは
適当な抵抗値をもち、ヒーターとして適する。

試験例２作製したフィルターの再生性試験をおこなった。

フィルター（１）〜（４）を２．４１濁流室式ディーゼ
ルエンジンの排気系に取り付け、２００Ｏｒｐｍ　　）
ルク３　ｋｇｍで２時間運転して、フィルター１個あた
り０．６〜０．７ｇのパティキュレートを捕集した。こ
の様子を第２図に模式的に示す。第２図において、１が
フィルター、２がバイパス通路、矢印Ａがガス流れ方向
、３がトラップインテークバルブ、４がバイパスバルブ
である。

また、第３図にフィルターの電気回路を示す。

同図中、６がフィルター本体、７が電極、８が制御回路
、９が外部電源への接続線である。次に、この回路を用
いて、フィルターに外部電源より３０〜１００Ｖの電圧
を印加し通電し、発熱させた。フィルター内に熱電対を
置き、温度変化をモニターすることにより、着火温度を
調べた。また、フィルター再生操作終了後、重量法によ
りパティキュレートの燃焼率を算出した。結果を第１表
に示す。

比較例のフィルターの再生性試験のため、フィルターを
電気炉内におき、外部より加熱することにより、パティ
キュレートを燃焼させ、上記と同様に、着火温度と燃焼
率を算出した。結果を第１表に併記する。

第１表第１表の結果から、本発明に係るパティキュレートの除
去装置により除去する方法を用いれば、パティキュレー
トの着火温度を低くし、燃焼率の高めることができるこ
とがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、内燃機関からの排気ガス中のパティキ
ュレートをフィルターで捕集、燃焼除去するに当り、着
火温度を低くし、燃焼率を高めることができるとともに
、装置の構成を簡単化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィルターの電気抵抗の温度変化を表わすグラ
フ図、第２図はパティキュレートの捕集の様子を表わす模式図
、第３図はフィルターに通電加熱する場合の配線の図であ
る。Ａ・・・ガス流れ方向、　　１・・・フィルター、２・
・・バイパス通路、３・・・トラップインテークバルブ、４・・・バイパスバルブ、６・・・フィルター本体、７
・・・電極、　　　　　８・・・制御回路、９・・・外
部電源接続線。

Claims

【特許請求の範囲】

１．一般式Ａ＿１＿−＿ｘＡ′×ＢＯ＿３（式中、Ａは
希土類元素から選ばれた一種以上の元素、Ａ′はアルカ
リ土類元素から選ばれた一種以上の元素、ＢはＣｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた一種以上の元
素である。）で表わされるペロブスカイト型複合酸化物
で構成されるか、あるいは該ペロブスカイト型複合酸化
物をフィルター機能を有する担体にコーティングして成
るフィルターと、該フィルターに付着した通電加熱用電
極と、該電極に接続された外部電源とを具備して成るこ
とを特徴とする内燃機関の可燃性排出物の除去装置。
２．一般式Ａ＿１＿−＿ｘＡ′×ＢＯ＿３（式中、Ａは
希土類元素から選ばれた一種以上の元素、Ａ′はアルカ
リ土類元素から選ばれた一種以上の元素、ＢはＣｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた一種以上の元
素である。）で表わされるペロブスカイト型複合酸化物
で構成されるか、あるいは該ペロブスカイト型複合酸化
物をフィルター機能を有する担体にコーテイングして成
るフィルターに、内燃機関からの可燃性排出物を通過さ
せ、かつ該フィルターに通電して可燃性排出物を燃焼除
去することを特徴とする内燃機関の可燃性排出物の除去
方法。