JPH0481509A - 自動車排ガス浄化用触媒コンバーター - Google Patents

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、自動車排ガスの浄化に好適に用いることかで
きる触媒コンバーターに関する。

し従来の技術］ 自動車の排気カスを浄化するために用いられる触媒コン
バーターは、触媒か触媒作用を発揮するために所定温度
以上に昇温されることか必要であるのて、自動車の始動
時等の未た触媒か十分に昇温していない場合には触媒を
加熱することか必要となる。

従来、このような触媒を加熱するだめの提案として、例
えば実開昭６３−６７６０９号公報に記載の技術か知ら
れている。この実開昭６３−６７６０９号公報には、セ
ラミック製主モノリス触媒の上流側に近接させてメタル
担体にアルミナをコートした電気通電回旋なメタルモノ
リス触媒を配設した触媒コンバーターか開示されている
。

［発明か解決しようとする課８］ しかしなから、モノリス触媒等の触媒成分は排気カスの
上流側より劣化するため、実開昭６３−６７６０９号公
報記載の触媒コンバーターにおいては、主モノリス触媒
の上流側に近接させて配設したプレヒーターとしてのメ
タルモノリス触媒の触媒成分か最初に劣化し排ガス低温
時の排ガス浄化能か低下する。また、メタル担体自体も
腐食する虞れか大きいという問題かある。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者は種々検討した結果、主モノリス触媒
の上流側及び下流側にヒーターを配置することにより、
上記欠点を解消できることを見出し、本発明に到達した
。

即ち、本発明によれば、主モノリス触媒の上流側及び下
流側に、ハニカム構造体に通電のだめの少なくとも２つ
の電極を設けてなるハニカムヒーターを配設したことを
特徴とする自動車排ガス浄化用触媒コンバーター、か提
供される。

また本発明においては、主モノリス触媒の上流側及び下
流側のうち、少なくとも下流側に配設したハニカムヒー
ターを、ハニカム構造体に触媒を担持させたものとする
ことか好ましい。

さらにハニカムヒーターとしては、電極間にスリット等
の抵抗調節機構を設けたものか発熱特性に優れ、好まし
い。なお、本発明のハニカム構造体を金属粉末をハニカ
ム状に押出成形し焼結させて形成すると、好ましい。

又、本発明の場合、主モノリス触媒の上流側及び下流側
に設けるハニカムヒーターは、それぞれ２個以上として
もよい。

［作用］ 本発明ては、主モノリス触媒の上流側及び下流側に、ハ
ニカム構造体に通電のための少なくとも２つの電極を設
けてなるハニカムヒーターを配設することを特徴とする
。

主モノリス触媒の上流側のみにハニカムヒーターを配設
する場合、実使用の際にハニカムヒーター上の触媒か劣
化しコールドスタート時の浄化性能か低下する。

一方、主モノリス触媒の下流側のみにハニカムヒーター
を配設する場合、コールドスタート時上流側の主モノリ
ス触媒の熱容量か大きいため、排ガスの温度かなかなか
上昇せず、触媒の立上りか遅くなり消費電力が大きくな
る。

そこで、本発明のように、主モノリス触媒の上流側及び
下流側にハニカムヒーターを設置したことにより、上記
したような問題も生じず、エンジン始動時等の低温時の
排ガスを加熱することがてき、かつ、ハニカムヒーター
か２個以上あることで必要に応じた加熱調整が可能とな
る。

本発明の基体であるハニカム構造体の構成材料としては
、通電により発熱する材料からなるものであれば制限は
なく、金属質でもセラミック質てもよいが、金属質が機
械的強度が高いため好ましい。金属質の場合、例えばス
テンレス鋼やＦｅ−Ｃｒ　−Ａ　ｌ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ
−Ａ文、Ｆｅ−Ｎ１、Ｗ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ等の組成を
有する材料からなるものか挙げられる。上記のうち、Ｆ
ｅＣｒ−Ａｎ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−ＡｆＬか耐熱性、耐
酸化性、耐食性に優れ、かつ安価で好ましい。

ハニカム構造体は、多孔質であっても非多孔質てあって
もよいが、触媒を担持する場合には、多孔質のハニカふ
構造体か触媒層とのま着性か強く熱膨張差による触媒の
剥離か生ずることか殆どないことから好ましい。

次に、本発明のハニカム構造体のうち金属質ハニカム構
造体の製造方法の例を説明する。

まず、所望の組成となるように１例えばＦｅ粉末、ＡＭ
粒粉末Ｃｒ粉末、又はこれらの合金粉末などにより金属
粉末原料を調製する。次いて、このように調製された金
属粉末原料と、メチルセルロース、ポリヒニルアルコー
ル等の有機バインダ、水を混合した後、この混合物を所
望のハニカム形状に押出成形する。

次に、押出成形されたハニカム成形体を、非酸化雰囲気
下１０００〜１４５０℃で焼成する。ここて、水素を含
む非酸化雰囲気下において焼成を行なうと、有機バイン
ターかＦｅ等を触媒にして分解除去し、良好な焼結体（
ハニカム構造体）を得ることかでき、好ましい。

焼成温度か１０００°Ｃ未満の場合、成形体か焼結せず
、焼成温度か１４５０℃を超えると得られる焼結体か変
形するため、好ましくない。

なお、望ましくは、得られたハニカム構造体の隔壁及び
気孔の表面を耐熱性金属酸化物て被覆する。

次に、望ましくは、得られたハニカム構造体について、
後述する電極間に、各種の態様により抵抗調節機構を設
ける。

ハニカム構造体に設ける抵抗調節機構としては、例えば
■スリットを種々の方向、位置、長さて設けること、■
貫通軸方向の隔壁長さを変化させること、■ハニカム構
造体の隔壁の厚さ（壁厚）を変化させるが、または貫通
孔のセル密度を変化させること、および■ハニカム構造
体の隔壁にスリットを設けること、等か好ましいものと
して挙げられる。

北記のようにして得られた金属質ハニカム構造体は、通
常その外周部の隔壁または内部に、ろう付け、溶接など
の手段によって電極を設けることにより、ハニカムヒー
ターか作製される。

なお、ここでいう電極とは、当該ヒーターに電圧をかけ
るための端子の総称を意味し、ヒーター外周部と缶体な
直接接合したものや、アース等の端子を含む。

この金属質ハニカム構造体はヒーターとして用いる場合
、全体としてその抵抗値かｏ、ｏｏｉΩ〜０．５Ωの範
囲となるように形成することか好ましい。

また、上記の金属質ハニカム構造体の表面にさらに触媒
を担持させることにより、排気カスの浄化反応（＃化反
応熱等）による温度上昇か期待できるため、好ましい。

金属質ハニカム構造体の表面に担持する触媒は大きな表
面積を有する担体に触媒活性物質を担持させたものであ
る。ここて、大きな表面積を有する担体としては、例え
ばγ−Ａ文２０３系、ＴｌＯ２系、５ｉＯ２−Ａ交２０
３系などやベロフスカイト系のものか代表的なものとし
て挙げられる。触媒活性物質としては、例えばＰｔ、Ｐ
ｄＲｈ等の貴金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ等の卑金属
などを挙げることかてきる。上記のうち、ｙ　　Ａ　ｌ
　２０３系にＰｔ、Ｐｄを１０〜１００ｇ／ｆｔ３担持
したものか好ましい。

本発明におけるハニカム構造体のハニカム形状としては
特に限定はされないが、具体的には、例えば６〜１５０
０セル／Ｉｎ２　（０，９〜２３３セル／Ｃ■２）の範
囲のセル密度を有するように形成することか好ましい。

又、隔壁の厚さは５０〜２０００　ｇ、■の範囲か好ま
しい。

また、上記したようにハニカム構造体は多孔質てあって
も非多孔質てもよくその気孔率は制限されないが、０〜
５０％、好ましくは２５％未満の範囲とすることか強度
特性、耐酸化性、耐食性の面から望ましい。また、触媒
を担持する場合には、触媒層との密着性の点から５％以
上の気孔率を有することか好ましい。

尚、本発明においてハニカム構造体とは、隔壁により仕
切られた多数の貫通孔を有する一体構造をいい、例えば
貫通孔の断面形状（セル形状）は円形、多角形、コルゲ
ート形等の各種の任意な形状か使用てきる。

［実施例］ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて更に詳しく説明
するが、本発明はこれらの実施例に限られるものてはな
い。

第１図は本発明の触媒を担持したハニカムヒーターの一
例を示す平面図て、多数の貫通孔１２を有するハニカム
構造体１０に、抵抗調節機構として複数のスリット１１
を設け、かつその外壁に２つの電極１３を設置し、ハニ
カムヒーターとしだものである。

第２図〜第４図はそれぞれ本発明に係る自動車積カス浄
化用触媒コンバーターの実施例を示す構成説明図である
。

第２図は主モノリス触媒１５の前方（排ガス上流側）及
び後方（排ガス下流側）に、ハニカムヒーター又はヒー
ター触媒１４を配設した例を示している。

第３図は主モノリス触媒１５の上流側及び下流側にハニ
カムヒーター又はヒーター触媒１４を配設し、さらにハ
ニカムヒーター又はヒーター触媒ｌ４の下流側に主モノ
リス触媒又は着火用触媒１６を配設した例を示し、第４
図は主モノリス触媒１５の上流側及び下流側にハニカム
ヒーター又はヒーター触媒１４を配設し、さらにハニカ
ムヒーター又はヒーター触媒１４の上流側に主モノリス
触１１７を配設した例である。

次に、具体的な実施結果を説明する。

（実施例） Ｆｅ−２０Ｃｒ−５ＡｌとなるようにＦｅ粉、Ｆｅ−Ｃ
ｒ粉、Ｆｅ−Ａ文粉を混合した後、押出成形し、Ｈ２雰
囲気にて焼成することにより、外径９３５ｍφ、厚さ１
５■暑、セル壁（リフ）厚８層ｊ１、貫通孔数３００セ
ル／インチ２（ＣＰＩ２）のハニカム構造体を得た。得
られたハニカム構造体ｌＯに、第１図に示すように約７
０ｍｍの長さ（両端のスリット長さは約５０曹懲）のス
リット１１を貫通孔１２の軸方向に６個所設け、かつス
リット１１間のセル数か４個（約８＋ｗ扉）となるよう
に形成した。

さらにこのハニカム構造体１０にγ−アルミナを被覆コ
ートし、次いて貴金属ｐｔとＰｄを各々２０　ｇ／ｆｔ
’担持し、６００°ｃて焼成し触媒化した。その後、第
１図に示すようにその外壁に２ケ所電極１３をセットし
、ヒーター触媒１４とした。

得られたヒーター触媒１４を、第２図に示すように主モ
ノリス触媒である市販三元触媒１５の前方（！ｉガス上
流側）及び後方（排ガス下流側）に設置した。

本システムでエンジン始動時の性能を確認するために、
導入排カスＡの温度をｌＯＯｏＣから４２０°Ｃまて２
分間て定速昇温し、その後４２０°Ｃて１分間キープし
くつオームアップテスト）、Ｃｏ、ＨＣ，Ｎｏ、の浄化
率を測定した。尚、主モノリス触媒１５の前方及び後方
に設置したヒーター触媒１４は、１２Ｖのバッテリーで
１分間通電し、排ガスが３５０℃になるよう通電した。

比較として、主モノリス触媒１５の後方にヒーター触媒
を設置したものを上記と同一条件でつオームアップテス
トを実施した。

これらの結果を第１表に示す。

次に耐久試験として、排ガス温度を室温から７５０℃ま
で上昇させ７５０°Ｃて１０蒔間保持し７５０°Ｃ保持
の間は６０秒運転、５秒燃料カットのサイクルを繰り返
す試験を実施した。ヒーター触媒１４は前記と同様にエ
ンジン始動１分前から排ガス温度か３５０°Ｃになるま
て通電を続けた。

本耐久試験を１０回繰り返した後、前記のつオームアッ
プテストを実施し、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘの浄化率を測定
した。

尚、比較として、主モノリス触媒１５の前方にヒーター
触媒を設置したものを上記と同一条件で耐久試験を実施
し、その後つオームアップテストを行なった。

結果を第２表に示す。

表　１　　　平均浄化率（２）（つオームアップテスト
）表２−ｖ均浄化率（２）（耐久試験後のウオームアツ
プテスト） ［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、主モノリス触媒
の上流側及び下流側にハニカムヒーターを設置したこと
により、エンジン始動時等の低温時の排ガスを加熱する
ことかできる。また、実使用時に上流側のヒーターの触
媒か劣化した場合でも、下流側のハニカムヒーターによ
りコールドスタート時の排ガス浄化性能を確保すること
かてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の触媒を担持したハニカムヒーターの一
例を示す平面図、第２図〜第４図はそれぞれ本発明に係
る自動車排ガス浄化用触媒コンバーターの実施例を示す
構成説明図である。 １０・・・ハニカム構造体、１１・・・スリット、１２
・・・貫通孔、１３・・・電極、１４・・・ハニカムヒ
ーター又はヒーター触媒、１５・−・主モノリス触媒、
１６・・・主モノリス触媒又は着火用触媒、１７・−・
主モノリス触媒。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主モノリス触媒の上流側及び下流側に、ハニカム
   構造体に通電のための少なくとも２つの電極を設けてな
   るハニカムヒーターを配設したことを特徴とする自動車
   排ガス浄化用触媒コンバーター。
2. （２）主モノリス触媒の上流側及び下流側のうち少なく
   とも下流側に配設したハニカムヒーターか、ハニカム構
   造体に触媒を担持させたものである請求項１記載の触媒
   コンバーター。
3. （３）ハニカムヒーターが、電極間に抵抗調節機構を設
   けたものである請求項１〜２のいずれかに記載の触媒コ
   ンバーター。
4. （４）ハニカム構造体が、金属粉末をハニカム状に成形
   し焼結させたものである請求項１〜３のいずれかに記載
   の触媒コンバーター。