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JPH0611400B2 - 劣化検知機能付燃焼触媒体 - Google Patents

劣化検知機能付燃焼触媒体

Info

Publication number
JPH0611400B2
JPH0611400B2 JP60116130A JP11613085A JPH0611400B2 JP H0611400 B2 JPH0611400 B2 JP H0611400B2 JP 60116130 A JP60116130 A JP 60116130A JP 11613085 A JP11613085 A JP 11613085A JP H0611400 B2 JPH0611400 B2 JP H0611400B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
deterioration
component
resistance
combustion catalyst
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP60116130A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61274748A (ja
Inventor
聰 関戸
弘一 立花
康治 山村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DODENSEI MUKI KAGOBUTSU GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
DODENSEI MUKI KAGOBUTSU GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DODENSEI MUKI KAGOBUTSU GIJUTSU KENKYU KUMIAI filed Critical DODENSEI MUKI KAGOBUTSU GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Priority to JP60116130A priority Critical patent/JPH0611400B2/ja
Publication of JPS61274748A publication Critical patent/JPS61274748A/ja
Publication of JPH0611400B2 publication Critical patent/JPH0611400B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/02Catalytic activity of catalytic converters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/12Other sensor principles, e.g. using electro conductivity of substrate or radio frequency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、劣化検知機構を有する排ガス浄化々よび低温
燃焼のための触媒体に関する。
従来の技術 従来、この種の触媒に関して白金属金属を活性アルミナ
のような酸化物に担持したものを用いていた。これらは
COやHCのような還元性ガスの酸化ばかりでなく、NO
2のような酸化性ガスの還元も同時に行なわれるので三
元触媒と言われている。また、CuO-Mn2O3や希土類の酸
化物を使用した触媒も使用されているが、これらは三元
触媒と異なり還元性ガスの酸化のみが専ら行なわれる。
これらの触媒は劣化を起しても触媒自体に劣化の指標と
なる顕著な物性変化が起らぬから、排ガス中の不完全燃
焼成分(還元性ガス)の増加を検知するセンサをつける
とか触媒の温度低下を検知するセンサをつけるなど別の
検知手段を設ける必要があった。しかし、これらのセン
サを別に設けるとしても、使用される所が高温であった
りするために長時間実用に耐えるものがなく、現実に
は、劣化検知機構のない触媒が使われ、人体に有害なガ
スを排出することが起っていた。
発明者らは、 (Me:Fe,Mn,Cr,Vから選ばれた少なくとも1種の元
素、0≦x≦1,0<δ<0.5)を主体とする物質が酸
化還元触媒や当量点センサとして高温で可逆的にすぐれ
た性能を示すことを見出し、特許出願を行なうと共に、
その理由についても解明して来た。
その後、第2成分SrMe′O3(M′e:Ti,Zr,Hf)を添加
すると、これが上記第1成分の粒界に入つてO2-イオン
輸率を増大し、触媒やセンサ性能を著しく良くするばか
りか、膨脹係数を他の金属やセラミック材料と同程度に
なる迄低下させ、これらの材料への附着・担持を容易に
するとは、センサの温度依存を無くしたりする効果を附
与できることを見出した。またさらに、これらの触媒性
能やセンサの感度、応答性が主としてO2-イオン導電性
によつて支配され、低温になると低下するのを少量のPd
がPtの添加によって改善し、しかもPdやPtの触媒効果が
高温になると著しく減ずる欠点を防止できることを見出
し、これらを特許出願している。しかし、この時点では
この触媒が劣化した際には必らず抵抗の急増を伴なうこ
とが分らなかった為に、抵抗増大を劣化検知に生かす出
願は行なっていなかった。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、これらの触媒体が劣化を起した時に必らず電
気抵抗の急増を伴なうことに着目し、従来の燃焼触媒で
問題だった劣化した際に人体に対して有害なガスを放出
することを未然に防ぐ触媒と方法を提供する。
問題点を解決するための手段 を主体とする触媒は、従来の貴金属触媒に相当する三元
触媒としての能力をもっており、かつ劣化すると結晶形
が変つて電気抵抗が増大する性質を有する。本発明はこ
の電気抵抗の変化を検知して劣化を知ることによって従
来の触媒では果せなかつた問題点を解決しようとするも
のである。
作用 は、電子とO2-イオンとの混合導電性をもつ。混合導電
性は、燃料やCOなどの還元性物質にO2-イオンを与え
てこれらを酸化して電子を取込み、この電子をOやNO
xのような酸化性物質に与えてこれらを還元してO2-イオ
ンを取込み、再び還元性物質に与える仲立ちをするのに
役立ち、言い換えれば酸化一還触媒作用を示すことを意
味する。たゞ、この物質単独の電子導電率は、O2-イオ
ン導電率よりも104〜105倍も大きいから、触媒作用は、
O2-イオン導電に律速されている。従って電子導電を多
少抑制されても、イオン導電を促進してやれば、触媒能
は大きくなる。第2成分SrM′eO3の添加は、このように
して触媒能を大きくするのに役立つ。電子導電は結晶粒
内で主に行なわれるのに対し、イオン導電は粒界で行わ
れるが、SrM′eO3は2相分離して の粒界を作るのに役立つからである。このようにしても
500℃以下の低温になるとイオン導電率が低下し触媒
能が低下する。そのイオン導電率の低下は、表面での電
荷授受反応が遅くなるために起っているのであって白金
族元素の微量添加によって改善が見られる。従来の貴金
属三元触媒では高温で劣化が早いのに対し、第1成分お
よび第2成分とを併用するとこれをかなり改善できる。
O2-イオンドナーとしての働らきが強いため、貴金属触
媒の劣化原因である焼結を防止するためと考えている。
本発明の触媒体の中でO2-イオン導電は、欠損を通じて
行なわれるから、欠損が多い程O2-イオン導電が増大
し、触媒能も大きくなる。この物質は他の酸化物より欠
損を多くしても安定に存在し、雰囲気の酸素濃度に応じ
て可逆的に酸素を出し入れする。しかし、それでも許容
できる欠損量には限界があって0.5を越えると結晶が崩
壊して修復が極めて遅くなり、これが触媒劣化につなが
る原因であることが分った。
他方、触媒体の電気抵抗は、電子導電によって支配さ
れ、触媒能が表われる高温では、遷移金属(Co,Fe,M
n,Cr,V,Ti,Zr,Hf)イオンとO2-イオンで構成され
る導電対Me3--O-Me4+の数によって決定される。酸素を
放出して欠損ができると、電気的中性条件を保つため、
Me4+がMe3+となり、導電対が消滅するので電気抵抗が増
大する。結晶が崩壊するδ>0.5では、このような導電
対が全くなくなり、抵抗が著しく増大する。この触媒の
劣化モードはこの導電対が全くなくなり、結晶が崩壊す
ることのみであり、その場合には必らず電気抵抗が急増
するから、その抵抗の増大によって触媒の劣化を知るこ
とができる。
実施例 次に実施例に基づいて、本発明の効果を説明する。
<参考例> 第1成分のみの場合の効果を説明する。各金属元素に酸
化物をSr0.5La0.5CoC3、Sr0.65La0.35Co0.7Fe0.3O3、Sr
0.8La0.2Co0.4Fe0.6O3、SrFeO3の組成になるよう混合
し、1200℃で4hr空気中で加熱反応させて化合物
を作り粉砕してその1.5gをシリカアルミナ繊維2.0gに担
持させ、石英ガラスからなる管状炉の中央部に充填し、
一方、同じ材料で第1図(aは側面図、bは上面図)の
ように抵抗測定のための白金リード1を埋め込んだペレ
ット2を成型して劣化検知機能付燃焼触媒体とした。そ
れを触媒充填層の近傍、入口側にセツトし、雰囲気を通
常の貴金属触媒では劣化が著しくなる850℃の温度に
保ち乍ら、CO1000ppm、O2500ppm(残りN)を空間
速度20,000h-1の速度で通じ、定期的に管の出口のCO
濃度とペレットの電気抵抗を測定し、CO除去率と電気
抵抗の変化を求めた。この試験をCO除去率50%にな
るまで継続した。
CO除去率の変化と電気抵抗の変化は第2図のようであ
った。試料の組成によって、例えばCO除去率は初期に
おいてx=0.3附近が最大になるとか、xが大きい方が
寿命が長くなるとか触媒能に関しては前出願に示したよ
うな差が見られたが、総じて劣化を起すと電気抵抗が急
増することがすべての試料について言えることが認めら
れる。
<実施例1> 第1成分として、Sr0.65Lc0.35Co0.7Fe0.3O3−δを取
上げ、この粉末に第2成分としてSrTiO3を0,20,4
0,60,80mol%の割り合いで混合し、抵抗測定部
は参考例と同様に第1図のような劣化検知機能付燃焼触
媒体を形成した。また触媒部は大きなペレットに成型
し、1350℃で2hr空気中で加熱焼成した後、再粉砕
してその1.5gをシリカアルミナ繊維2.0gに担持させ、
その他は実施例1と同様にして石英ガラス製管状炉の中
央部に触媒担持物および抵抗測定のためのペレットをセ
ットしてまずCO150ppmNO240ppm(残りN)を
空間速度8000h-1で通じ、一方電気炉で加熱して周
囲温度を変えて制御しながらCO除去率とN生成率を
求め、引続き実施例1と同様な条件でCO除去率の変化
と電気抵抗の変化を求めた。
初めに求めた各温度でのCO除去率とN生成率は第3
図および第4図のようであり、劣化試験の結果は第5図
のようであった。
これから、触媒能としてSrTiO3の添加が40〜70mol
%の所がすぐれていることが分るが、いずれの組成でも
劣化が起ると電気抵抗の急増が起るということが認めら
れる。
また、第1成分のみであると熱膨脹係数が、耐熱金属材
料やセラミック材料に較べて大きくて担持が難かしかっ
たが、第2成分SrTiO3の添加により表のように小さくな
って金属材料やセラミック材料の熱膨脹係数に近づき、
附着、担持が容易になる利点がある。
<実施例2> Sr0.65La0.35Co0.7Fe0.3O3−δにSrTiO3を60mol%加
えて混合したものとこの混合物に更にPdを0.6%になる
よう加えて混合したものそれぞれ100部に3号水ガラ
スとトリポリリン酸二水素アルミニウムを10:1の割
り合いで加えた結着剤100部を混合してスラリィ状と
したものに多孔質アルミナからなる円筒形ハニカム(外
径50mm、長さ80mm、見掛け開口率25%)を浸漬
し、120℃で30分間加熱固化させた。これらの触媒
附着量は、ハニカム重量が20gに対し、両方の試料と
も差がなく、約10gであった。別にPd黒0.6部を上記
結着部100部を加えて混合したスラリィにハニカムを
浸漬、加熱を繰返し、上記Pd黒添加のものとほゞ同重量
のPdのみを担持したものを作った。ハニカム1の周辺部
に第6図のように切溝2を入れ、対向するようにPtペー
ストつけ、900℃で30分間焼付けて抵抗測定用の電
極3とした。
その後、実施例2と同じ条件と方法で触媒能の温度依存
と劣化試験を行なった。
初めに求めたCO除去率とN生成率を第7図と第8図
に、また劣化試験でのCO除去率と電気抵抗の変化を第
9図に示した。
Pdの添加によつて低温の触媒能が著しく向上する。ま
た、ペロブスカイト複合材料とPdとの併用はPdのみを使
う場合の欠点とされる高温劣化を防ぐ効果を有する。総
じて、本発明の触媒材料は劣化を起すと必らず電気抵抗
の急増を伴なうことがこの場合にも成立することが認め
られる。
なお、燃焼触媒体は混合物でもよいし、焼結物でもよ
い。
以上の実施例では何れの場合も触媒が劣化すると抵抗の
急増を伴なうから、触媒自体の電気抵抗の変化を見れ
ば、劣化の起ったことを知ることができる。実施例3中
にPdのみを担持する従来の触媒も示したが、従来のもの
はこのような変化が殆んどないから、劣化して人体に有
害なガスを発生するようになってもそれを知ることが出
来なかった。
なお、実施例1では第1成分においてMeにFeを加える場
合のみを示したが、劣化モードは、0.5<δとなつて結
晶形が変ることだけに限られ、この結晶形の変ることは
Fe以外の他の元素による置換の場合も同様に起る。
また、実施例2において第2成分としてSrTiO3を添加す
る場合のみを述べたが、第2成分の添加はこれが第1成
分と2相分離して粒界形成剤として働らき、O2-イオン
輸率を増大せしめるために触媒能が増大することを目的
にしており、′MeにZrやHfを加える場合も同様な役割り
もするだけで、劣化を起すと電気抵抗を起すことには変
りないと考えられる。
さらに、実施例3においては第3成分としてPdの添加の
効果を示したが、これは低温での電荷授受反応を促進し
て低温の触媒能を向上するためのものであり、同様な働
らきをする白金族元素の添加でも低温触媒能向上に役立
つが、劣化によって電気抵抗が増大することはPdの場合
と同様に期待できる。
以上の実施例には、触媒体として混合物、焼結物そして
また、これら混合物や焼結物の結着物を用いたが、それ
ら加工法によって触媒能に程度の差があったが、劣化は
いずれも電気抵抗の急増を伴った。劣化の本質が、0.5
<δとなることによる結晶崩壊と導電対の消滅にあるた
めであり、触媒体の結着、担持法に無関係に電気抵抗の
測定によつて劣化検知が出来ることを意味するものと考
えられる。
発明の効果 以上のように本発明の劣化検知機能付燃焼触媒体によ
り、使用状態において触媒の劣化を抵抗値変化として検
出することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における劣化検知機能付燃焼触
媒体に用いる抵抗測定用焼結体ペレットの構成図、第2
図は参考例におけるCO除去率および電気抵抗の変化
図、第3図は本発明の第1の実施例におけるSrTiO
添加量によるCO除去率の変化図、第4図は同第1の
実施例におけるSrTiO添加量によるN生成率の
変化図、第5図は同実施例1におけるSrTiO添加
量によるCO除去率および電気抵抗の変化図、第6図は
本発明の第2の実施例における触媒体担持ハニカムおよ
び電気抵抗測定体の構成図、第7図は従来例との比較に
おいて前記第2の実施例の試料の触媒能に及ぼす効果を
CO除去率で示す図、第8図は同N生成率で示す図、
第9図は同CO除去率と電気抵抗の変化を示す図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/84 301 M 8017−4G A 8017−4G 311 M 8017−4G A 8017−4G 23/86 M 8017−4G ZAB A 8017−4G F23D 14/18 Z G01N 27/00 L 7414−2J

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学式 (Me:Fe,Mn,Cr,Vから選ばれた少なくとも1種の元
    素、0≦x≦1,0≦δ≦0.5)を主体とし第2成分と
    してSrMe′O3(Me′:Ti,Zr,Hfから選ばれた少なくとも
    1種の元素)を添加し、必要に応じて白金族の少なくと
    も1種を添加した触媒体と、前記触媒体に離間して設け
    たリードを有し、燃焼中の前記リード間の電気抵抗を測
    定することによって前記触媒体の変化を検知することを
    特徴とする劣化検知機能付燃焼触媒体。
  2. 【請求項2】第2成分を40〜70mol%の割り合い
    で添加してなる特許請求の範囲第1項記載の劣化検知機
    能付燃焼触媒体。
JP60116130A 1985-05-29 1985-05-29 劣化検知機能付燃焼触媒体 Expired - Lifetime JPH0611400B2 (ja)

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