成果報告書詳細
管理番号20160000000894
タイトル平成27年度―平成28年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム/省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討(平成27年度第2回)/マイクロ波を用いたカーボンマイクロコイル触媒昇温システム技術の調査研究
公開日2017/2/14
報告書年度2015 - 2016
委託先名イマジニアリング株式会社
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約要約
近年の自動車では冷気始動時やアイドルストップ再始動時に触媒が活性化するまでのエミッションの増加を抑えるために、暖機運転や燃料増量などの触媒活性化対応技術が行われ、燃費低下の要因になっている。触媒活性化の手段として、電気ヒーター等を用いた加熱による触媒活性化が行われているが、大電力を要するという欠点がある。本プロジェクトでは触媒昇温に関する最新技術動向を調査する。またマイクロ波エネルギー吸収性能の高いカーボンマイクロコイル(Carbon Micro Coil 以下CMCと略記)の触媒昇温への適用可否を調査確認する。

・学会における技術動向、文献調査
H27年度の技術論文調査では、日本のJSAE(自動車技術会)から43件、米国のSAEからは45件の文献収集を行った。H28年度の技術論文調査では、SAE年次大会に出席し講演聴講するとともに、JSAE春季学術講演の関連論文を収集し、最新の技術動向を調査した。その結果、排気規制、燃費規制、HV車の普及などにより、触媒性能向上、特にコールドエミッション低減ニーズが極めて高いことが分かった。
論文調査と並行して専門家からの意見聴取を行ない、これからも触媒昇温に対しCMCを用いた急速昇温の可能性が高いことが推察された。
特許では将来障壁となる可能性の有るJIS法規制12件の内容について調査した。
市場調査では、本技術の適用可能性の高い乗用車を排気量別に2009年から2014年の期間で台数調査をした。その結果、量が多く台数変動も少ない2Lを中心に調査を進めていくこととした。
・昇温性能試験の実施
H27年度に、CMC触媒昇温システムの検討用実験装置の構想設計を終え、H28年度には、テスト装置の設計・試作組み立てを行い、実機相当触媒を模擬した容器試験を行った。CMCを泥漿化させずに直接セラミックハニカム上に分散設置した状態で,触媒(CMC)表面温度を3秒で約250℃まで昇温した.しかしこの昇温条件は,マイクロ波アンテナをCMCに直接接触させるとともに、(ハニカム表面上の)塗布量も2.4[g]と,かなりの量を要することが分かった。
・まとめ
学会における技術動向、文献調査と昇温性能試験の実施により、CMC触媒昇温技術の実現性の検討を行い、確かに技術の必要性・マーケットが存在することは確認された。触媒昇温性能も、目標の3秒で300℃に対し3秒で約250℃まで昇温できた。むろん実機搭載に当たっては、CMC触媒昇温部分の小型化・低熱容量化/CMCの高温排ガス耐久性・MW透過性泥漿化/触媒組込み技術/触媒内空気流動伝熱技術/始動時エンジン制御技術 など、研究開発課題は多々残っている。
しかしながら、CMCの昇温性能ポテンシャルとしては、他に類を見ない特性を持っており、MW制御技術・エンジン制御技術を組み合わせることにより、次世代パワプラント排ガス浄化技術として、早急に研究・育成していくべき領域と考えられる。
成果 研究発表・講演:なし 特許等:なし 受賞実績:なし。
英文要約Summary
For the recent cars, to suppress the increase of the emission until a catalyst is activated at the time of a cold start and an idle stop re-start, technology corresponding to catalyst activation such as warm-up operation and fuel increase are used, and it becomes a factor for reducing fuel economy. As a means of the catalyst activation, the electric heaters, etc. are used for heating the catalyst; however, it has disadvantage that the big electric power is required. In this project, we investigated the recent technology trend about the catalyst heating. Also, we investigated the possible application of Carbon Micro Coil (hereinafter called CMC.), which has high microwave energy absorption performance, for the catalyst heating.
*Technology trend in an academic conference and literature research
In the technical literature research of 2015, we investigated 44 papers from JSAE and 50 papers from SAE. In the technical literature research of 2016, we attended and audited lectures in SAE annual congress. Also, we collected related thesis of the lectures in the congress and researched the latest technology trend. As a result, it was found out that the needs for improved performance of catalyst, particularly, for reduction of cold emission are very high due to exhaust regulation, fuel regulation and the popularization of HV car.
We conducted an opinion hearing from specialist in parallel with the literature research. Based on the hearing, it can be considered that rapid catalyst heating using CMC has high potential.
As for patent, we also investigated the contents of 12 JIS regulations that may hinder in the future.
In the market research, we investigated the number of vehicles that may adopt this technology with high possibility and were manufactured within 2009 to 2014 according to the displacement. As a result, we decided to investigate on the vehicle of 2L which has less number fluctuation and large in amount.
* Implementation of a heating performance test
In 2015, we finished a plan design of laboratory equipment for consideration of a CMC catalyst heating system. In 2016, we proceeded a design of the test rig and experimental production assembly, and conducted the simulated combustion test using the system corresponding to the real catalyst. Without making CMC slurry, we heated up the catalyst (CMC) surface temperature to 250°C per 3 seconds with CMC dispersed directly on the ceramic honeycomb. However, it turned out this temperature rising condition made a microwave antenna touch directly in CMC and also amount of CMC coating (on the honeycombed surface) is needed 2.4 [g],and it is such a big amount.

* Summary
By the research of technology trend in an academic conference and literature research, we explored the feasibility of CMC catalyst heating technology and certainly confirmed a need for this technological and the market exist for this.
Regarding the catalyst heating performance, we have also achieved heating up to about 250°C per 3 seconds against the target of to 300°C per 3 seconds. Obviously, we still remain a lot of research and development issues like downsizing and the lower thermal capacity of a CMC catalyst heating part/durability of CMC against hot exhaust gas and MW permeability slurry/catalyst built-in technology/aerial flow heat transfer technology in the catalyst/an engine control technique at the engine start for mounting on actual machine.
However, CMC has such a unique performance potential for heating, and it is considered as a field of study which require further investigation and development by combining MW control technique and engine control technique as a next-generation power plant exhaust emission control system.
Outcome Presenting research and lecture: None Patents: None Awards: None
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る