ハイブリッド車両用の排ガス浄化装置
【課題】内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置を提供すること。
【解決手段】排ガス浄化装置１は、エンジン（内燃機関）１０及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体３をエンジン１０の排気通路１２に配設し、エンジン１０の始動前に触媒担持体３を予め所定温度以上に加熱するよう構成されている。排気通路１２における触媒担持体３よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備えてなるＨＣ吸着体２が配設されている。ＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。
【解決手段】排ガス浄化装置１は、エンジン（内燃機関）１０及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体３をエンジン１０の排気通路１２に配設し、エンジン１０の始動前に触媒担持体３を予め所定温度以上に加熱するよう構成されている。排気通路１２における触媒担持体３よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備えてなるＨＣ吸着体２が配設されている。ＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化するためのハイブリッド車両用の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に排ガス浄化用の触媒を担持してなる電気加熱式の触媒担持体を配設したハイブリッド車両用の排ガス浄化装置が知られている。
例えば、特許文献１には、モータによる駆動から内燃機関による駆動に切り替える際、内燃機関の始動前に触媒担持体を予め加熱して触媒を活性状態にしておき、内燃機関始動直後の排ガス浄化効率を高めるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置が開示されている。
【０００３】
ところが、内燃機関の始動直後の排ガスには、有害成分であるＨＣ（炭化水素）が大量に含まれている。そのため、このような高濃度のＨＣを含む排ガスが触媒担持体に流入すると、触媒担持体を予め加熱して触媒を活性状態にしておいたとしても、排ガス中のＨＣが十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまう。すなわち、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを十分に浄化することができない。
【０００４】
そこで、特許文献２〜５には、電気加熱式の触媒担持体の上流側にゼオライト等のＨＣ吸着材を配設した排ガス浄化装置が開示されている。これらによれば、内燃機関の始動直後、排ガス中のＨＣを上流側のＨＣ吸着材に一旦吸着させておき、その後、排ガスの温度上昇によってＨＣ吸着材から脱離したＨＣを下流側の触媒担持体において浄化することができる。これらの排ガス浄化装置は、ハイブリッド車両に適用したものではないが、ハイブリッド車両にも同様に適用することができるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３３８２３５号公報
【特許文献２】特開平５−３１３５９号公報
【特許文献３】特開平９−９４４３３号公報
【特許文献４】特開平１１−８１９９７号公報
【特許文献５】特開平１１−８１９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたハイブリッド車両用の排ガス浄化装置に、上記特許文献２〜５に開示された技術を適用したとしても、上述した問題を解消することはできない。
すなわち、上記特許文献２〜５に開示された技術は、内燃機関の始動直後、排ガス中のＨＣを上流側のＨＣ吸着材に一旦吸着させるというものであるが、通常用いられるゼオライト等のＨＣ吸着材は、吸着したＨＣの脱離量が最も多くなる温度（ＨＣ脱離ピーク温度）が１００℃付近と非常に低い。
【０００７】
そのため、排ガスの温度上昇に伴ってＨＣ吸着材が１００℃前後になったところで、吸着したＨＣが早々に脱離してしまい、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態で触媒担持体に流入することになる。そうすると、触媒担持体を予め加熱して触媒を活性状態にしておいたとしても、排ガス中のＨＣが十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまう。すなわち、上述した問題を解消することはできない。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体を上記内燃機関の排気通路に配設し、上記内燃機関の始動前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱するよう構成された排ガス浄化装置であって、
上記排気通路における上記触媒担持体よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備えてなるＨＣ吸着体が配設されており、
上記ＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上であることを特徴とするハイブリッド車両用の排ガス浄化装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記排ガス浄化装置は、ハイブリッド車両に用いられるものであり、上記内燃機関の始動前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱するよう構成されている。そして、上記触媒担持体の上流側には、上記ＨＣ吸着体が配設されており、該ＨＣ吸着体におけるＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。これにより、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００１１】
具体的には、内燃機関の始動直後に排出される排ガスに多量に含まれるＨＣは、触媒担持体の上流側に配設されたＨＣ吸着体のＨＣ吸着材に一旦吸着される。ここで、ゼオライトを主成分とするＨＣ吸着材は、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。すなわち、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの脱離量が最も多くなる温度が１８０℃以上と従来のＨＣ吸着材に比べて非常に高い。
【００１２】
そのため、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを従来に比べてより長い時間、より高い温度となるまでＨＣ吸着材に吸着しておくことができる。これにより、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態のＨＣがＨＣ吸着材から早々に脱離して触媒担持体に流入し、十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまうといったことを抑制することができる。
【００１３】
そして、排ガスの温度上昇に伴ってＨＣ吸着材の温度がＨＣ脱離ピーク温度（１８０℃以上の温度）前後になると、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣが気化した状態、つまり反応性が高い状態で脱離する。ここで、ＨＣ吸着体（ＨＣ吸着材）の下流側にある触媒担持体は、内燃機関の始動前から加熱されており、担持された触媒の活性を高めた状態にある。そのため、ＨＣ吸着材から脱離したＨＣをその下流側の触媒担持体において十分に浄化することができる。これにより、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００１４】
このように、本発明によれば、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、排ガス浄化装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、（ａ）ＨＣ吸着体を示す説明図、（ｂ）ＨＣ吸着体の径方向断面を示す説明図。
【図３】実施例１における、（ａ）電気加熱式の触媒担持体を示す説明図、（ｂ）電気加熱式の触媒担持体の径方向断面を示す説明図。
【図４】実施例２における、昇温脱離試験の結果を示すグラフ。
【図５】実施例３における、各試料のＨＣ浄化率を示すグラフ。
【図６】実施例４における、排ガス浄化装置の構成を示す説明図。
【図７】実施例４における、（ａ）追加触媒担持体を示す説明図、（ｂ）追加触媒担持体の径方向断面を示す説明図。
【図８】実施例５における、（ａ）ＨＣ吸着体を示す説明図、（ｂ）ＨＣ吸着体の径方向断面を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記排ガス浄化装置は、ハイブリッド車両に用いられるものであり、モータによる駆動から内燃機関による駆動に切り替える際、その内燃機関を始動する前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱しておくタイプのものである。
内燃機関を始動する前に、触媒担持体に担持された触媒を活性状態にしておくためには、触媒担持体を例えば触媒の活性が得られる３００℃以上に加熱しておくことが好ましく、特に５００℃以上に加熱しておくことが好ましい。
【００１７】
また、上記触媒担持体の上流側に配置された上記ＨＣ吸着材は、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。
上記ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃未満の場合には、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態のＨＣがＨＣ吸着材から脱離して触媒担持体に流入し、十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまうおそれがある。
【００１８】
また、上記ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度とは、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの脱離量が最も多くなる温度のことである。
また、上記ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度は、例えば、昇温脱離ガス分析装置を用いた昇温脱離試験を行うことにより求めることができる。具体的には、対象となるＨＣ吸着材にＨＣを吸着させ、そのＨＣ吸着材を昇温させた場合のＨＣの脱離量の挙動をガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）等で分析することにより求めることができる。
【００１９】
また、上記ＨＣ吸着材は、Ｃｓ修飾型ゼオライトを主成分とすることが好ましい（請求項２）。
この場合には、ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度を確実に１８０℃以上とすることができる。そのため、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。また、アルカリ金属を含むＣｓ修飾型ゼオライトは、優れた吸水性を有しているため、下流側に配設された触媒担持体への被水を防止することができる。
なお、Ｃｓ修飾型ゼオライトとは、アルカリ金属であるＣｓでゼオライトの構成元素であるＡｌが置換、修飾されたゼオライトのことである。
【００２０】
また、上記ＨＣ吸着材の主成分となるゼオライトは、一般的に、Ｓｉ（珪素）、Ａｌ（アルミニウム）及びＯ（酸素）からなる三次元の四面体構造を基本単位として形成された結晶構造を有する。
上記ゼオライトとしては、例えば、中細孔（１０員環）のＭＦＩ、ＦＥＲ、大細孔（１２員環）のＢＥＡ、ＦＡＵ、ＭＯＲ等の構造を有するものを用いることができる。ここで、員環数とは、環構造中に含まれる酸素原子の数のことである。
【００２１】
また、上記ゼオライトにおいて、中細孔（１０員環）の構造のうち、ＦＥＲ構造は、ＭＦＩ構造よりも細孔が小さく、Ｃ２クラスからＣ３クラスの低級ＨＣの吸着性能が高いという特徴がある。一方、ＭＦＩ構造は、Ｃ３クラスから芳香族分（ベンゼン環付でＣ７クラス）までの広い範囲でＨＣの吸着が可能であるという特徴がある。また、ＭＦＩ構造は、Ｓｉ／Ａｌ比を高く維持することができるため、耐熱性が高いという特徴がある。
【００２２】
また、上記ゼオライトにおいて、大細孔（１２員環）の構造のうち、ＢＥＡ構造は、骨格細孔内の交差点に空間を有しており、ＦＡＵ構造、ＭＯＲ構造に比べて実際の排ガス中のＨＣ成分の吸着性能が高いという特徴がある。また、ＢＥＡ構造は、Ｓｉ／Ａｌ比を高く維持することができるため、耐熱性が高いという特徴がある。
【００２３】
また、上記ゼオライトとしては、上記の中細孔（１０員環）、大細孔（１２員環）等の構造を有するものを単独で又は組み合わせて用いることができる。特に広い範囲でＨＣを吸着するためには、中細孔（１０員環）の構造を有するものと大細孔（１２員環）の構造を有するものとを組み合わせて用いることが好ましい。特に、耐熱性の高いＭＦＩ構造とＢＥＡ構造との組み合わせが好ましい。
【００２４】
また、上記ＨＣ吸着体の重量は、上記触媒担持体の重量以下であることが好ましい。また、上記ＨＣ吸着体の重量は、上記触媒担持体の重量の１／４以下であることがより好ましい。
この場合には、ＨＣ吸着体の熱容量によって内燃機関始動後の排ガスの熱が奪われ、予め加熱しておいた触媒担持体の温度が低下してしまうことを防止することができる。
【００２５】
また、電気加熱式の上記触媒担持体としては、従来公知の構成を採用することができる。例えば、Ｃ、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、ＭｏＳｉ2等のセラミックス抵抗体、耐熱ステンレス箔等の金属箔、粉末冶金により耐熱性金属を成形してなる多孔質金属等からなる通電可能な基材に触媒を担持したものを用いることができる。また、セラミックス絶縁体等からなる基材に触媒を担持し、その基材にセラミックス抵抗体や高抵抗金属線等の抵抗発熱体を組み込んだものを用いることもできる。また、触媒を担持する基材としては、ハニカム構造体等を用いることができる。
また、上記触媒としては、従来公知の触媒を用いることができる。例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等からなる三元触媒等を用いることができる。
【００２６】
また、上記ＨＣ吸着体としては、耐熱衝撃性のあるセラミックス、金属等からなる基材にＨＣ吸着材を被覆したものを用いることができる。また、ＨＣ吸着材を被覆する基材としては、ハニカム構造体等を用いることができる。
また、上記ＨＣ吸着体としては、例えば、該ＨＣ吸着体自体をＨＣ吸着材により構成したものを用いることができる。すなわち、ＨＣ吸着体自体がＨＣ吸着材であってもよい。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置について説明する。
本例の排ガス浄化装置１は、図１〜図３に示すごとく、エンジン（内燃機関）１０及びモータ（図示略）を駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒３２を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体３をエンジン１０の排気通路１２に配設し、エンジン１０の始動前に触媒担持体３を予め所定温度以上に加熱するよう構成されている。
【００２８】
排気通路１２における触媒担持体３よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材２２を備えてなるＨＣ吸着体２が配設されている。
ＨＣ吸着材２２は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。
以下、これを詳説する。
【００２９】
図１に示すごとく、排ガス浄化装置１は、エンジン１０及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられるものである。
排ガス浄化装置１は、エンジン１０における排気管１１内の排気通路１２に配設された電気加熱式の触媒担持体３と、その触媒担持体３の上流側に配設されたＨＣ吸着体２とを有する。
【００３０】
図３（ａ）、（ｂ）に示すごとく、電気加熱式の触媒担持体３は、排ガス浄化用の触媒３２を触媒基材３１に担持して構成されている。
図３（ａ）に示すごとく、触媒基材３１は、四角形格子状に設けられた隔壁３１１と、隔壁３１１に囲まれた四角形状の多数のセル３１２と、外周側面を覆う筒状の外周壁３１３とを有するハニカム構造体である。触媒基材３１は、ＳｉＣを主成分とする多孔質のセラミックス抵抗体からなる。
【００３１】
図３（ａ）に示すごとく、触媒基材３１の外周壁３１３には、一対の電極３９が設けられている。そして、触媒担持体３は、触媒基材３１を介して一対の電極３９間に通電することにより、触媒基材３１を加熱することができるよう構成されている。
図３（ｂ）に示すごとく、触媒３２は、触媒基材３１の隔壁３１１の表面に被覆されている。触媒３２は、Ｐｔ、Ｒｈ等からなる三元触媒である。
【００３２】
図２（ａ）、（ｂ）に示すごとく、ＨＣ吸着体２は、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材２２をＨＣ吸着基材２１に担持して構成されている。
図２（ａ）に示すごとく、ＨＣ吸着基材２１は、四角形格子状に設けられた隔壁２１１と、隔壁２１１に囲まれた四角形状の多数のセル２１２と、外周側面を覆う筒状の外周壁２１３とを有するハニカム構造体である。ＨＣ吸着基材２１は、コーディエライトを主成分とする多孔質のセラミックスからなる。
【００３３】
図２（ｂ）に示すごとく、ＨＣ吸着材２２は、ＨＣ吸着基材２１の隔壁２１１の表面に被覆されている。ＨＣ吸着材２２は、ＭＦＩ構造を有するＣｓ修飾型ゼオライトを主成分とする。また、ＨＣ吸着材２２は、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。本例においてＨＣ吸着材２２として用いたＣｓ修飾型ゼオライトは、ＨＣ脱離ピーク温度が２０５℃である。
【００３４】
図１に示すごとく、排ガス浄化装置１は、モータによる駆動からエンジン１０による駆動に切り替える際、エンジン１０を始動する前に触媒担持体３を予め所定温度以上（３００℃以上）に加熱するよう構成されている。本例では、エンジン１０の始動時において触媒担持体３に担持された触媒３２が活性状態となるように、エンジン１０を始動する前に、触媒担持体３を通電によって５００℃に加熱するよう構成されている。
【００３５】
次に、本例の排ガス浄化装置１の製造方法について説明する。
排ガス浄化装置１を構築するに当たっては、まず、触媒担持体３（図３）とＨＣ吸着体２（図２）とを作製する。次いで、排気通路１２の上流側にＨＣ吸着体２を配置し、下流側に電気加熱式の触媒担持体３を配置する。
これにより、本例の排ガス浄化装置１（図１）を構築する。
【００３６】
また、触媒担持体３を作製するに当たっては、触媒３２の成分である三元触媒構成物としてのγアルミナ、セリア・ジルコニア複合酸化物、ジニトロジアンミン硝酸Ｐｔ溶液、塩化ロジウム、バインダーとしてのアルミナゾルを溶媒に分散させ、触媒スラリーを作製する。次いで、触媒スラリー中にハニカム構造体である触媒基材３１を浸漬し、引き上げ、エアーブローする。そして、触媒基材３１に塗布した触媒スラリーを１５０℃で乾燥させ、５５０℃で加熱する。これにより、触媒３２を触媒基材３１に担持してなる触媒担持体３を得る。
【００３７】
また、ＨＣ吸着体２を作製するに当たっては、ＨＣ吸着材２２の成分であるＣｓ修飾型ゼオライト、バインダーとしてのシリカゾルを溶媒に分散させ、ＨＣ吸着材スラリーを作製する。次いで、ＨＣ吸着材スラリー中にハニカム構造体であるＨＣ吸着基材２１を浸漬し、引き上げ、エアーブローする。そして、ＨＣ吸着基材２１に塗布したＨＣ吸着材スラリーを１５０℃で乾燥させ、５５０℃で加熱する。これにより、ＨＣ吸着材２２をＨＣ吸着基材２１に担持してなるＨＣ吸着体２を作製する。
【００３８】
次に、本例の排ガス浄化装置１の作用効果について説明する。
排ガス浄化装置１は、ハイブリッド車両に用いられるものであり、エンジン１０の始動前に触媒担持体３を予め所定温度以上（３００℃以上、本例では５００℃）に加熱するよう構成されている。そして、触媒担持体３の上流側には、ＨＣ吸着体２が配設されており、ＨＣ吸着体２におけるＨＣ吸着材２２は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。これにより、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００３９】
具体的には、ハイブリッド車両は、まず、モータによる走行を開始する。そして、排ガス浄化装置１では、電気加熱式の触媒担持体３を通電により加熱し、エンジン１０の始動に備える。
次いで、触媒担持体３を５００℃まで昇温した後、エンジン１０を始動させ、エンジン１０による走行とバッテリーへの充電を開始する。
【００４０】
このとき、エンジン１０の始動直後に排出される排ガスに多量に含まれるＨＣは、触媒担持体３の上流側に配設されたＨＣ吸着体２のＨＣ吸着材２２に一旦吸着される。ここで、ゼオライトを主成分とするＨＣ吸着材２２は、ＨＣ吸着材２２に吸着されたＨＣの脱離量が最も多くなる温度（ＨＣ脱離ピーク温度）が１８０℃以上（本例では２０５℃）と従来のＨＣ吸着材に比べて非常に高い。
【００４１】
そのため、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを従来に比べてより長い時間、より高い温度となるまでＨＣ吸着材２２に吸着しておくことができる。これにより、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態のＨＣがＨＣ吸着材２２から早々に脱離して触媒担持体３に流入し、十分に浄化されることなく触媒担持体３を通過してしまうといったことを抑制することができる。
【００４２】
そして、排ガスの温度上昇に伴ってＨＣ吸着材２２の温度がＨＣ脱離ピーク温度（本例では２０５℃）前後になると、ＨＣ吸着材２２に吸着されたＨＣが気化した状態、つまり反応性が高い状態で脱離する。ここで、ＨＣ吸着体２（ＨＣ吸着材２２）の下流側に配設された触媒担持体３は、エンジン１０の始動前から加熱されており、担持された触媒の活性を高めた状態にある。そのため、ＨＣ吸着材２２から脱離したＨＣをその下流側の触媒担持体３において十分に浄化することができる。これにより、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００４３】
また、本例では、ＨＣ吸着材２２は、Ｃｓ修飾型ゼオライトを主成分とする。そのため、ＨＣ吸着材２２のＨＣ脱離ピーク温度を確実に１８０℃以上とすることができる。そのため、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。また、アルカリ金属を含むＣｓ修飾型ゼオライトは、優れた吸水性を有しているため、下流側に配設された触媒担持体３への被水を防止することができる。
【００４４】
このように、本例によれば、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置１を提供することができる。
【００４５】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、本発明の排ガス浄化装置に用いたＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度を評価した例である。
【００４６】
本例では、実施例１でＨＣ吸着材として用いたゼオライト（試料Ｚ１）を準備し、ＨＣ脱離ピーク温度を求めた。試料Ｚ１のゼオライトは、ＭＦＩ構造を有するＣｓ修飾型ゼオライトである。
また、本例では、比較として従来ＨＣ吸着材として用いられていたゼオライト（試料Ｚ２）を準備し、同様にＨＣ脱離ピーク温度を求めた。試料Ｚ２のゼオライトは、ＭＦＩ構造を有するＨ−ＺＳＭ５型ハイシリカゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ2＝１８８０）である。
【００４７】
各試料（Ｚ１、Ｚ２）のＨＣ脱離ピーク温度は、昇温脱離ガス分析装置（ＴＰＤ−Ｒ：リガク社製）を用いた昇温脱離試験を行うことにより求めた。
具体的には、まず、昇温脱離ガス分析装置に試料をセットする。次いで、試料に対して５００℃の空気で１時間、前処理を行った後、２５℃まで冷却する。次いで、試料に対してトルエン１０００ｐｐｍ、Ｈ2Ｏ３％、Ｎ2の混合ガスを吸着させる。次いで、２５℃の空気でパージ（吸着水分を除去）し、ＨＣの脱離がなくなったことを確認した後、昇温速度１０℃／分の条件で６００℃まで昇温する。そして、温度に対するＨＣの脱離量の挙動をガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）にて分析し、ＨＣの脱離量が最も多くなった温度をＨＣ脱離ピーク温度として求めた。
【００４８】
次に、昇温脱離試験の結果を図４に示す。同図は、横軸が温度（℃）、縦軸が脱離指数（ａ．ｕ．）である。
同図からわかるように、従来のゼオライトである試料Ｚ２は、ＨＣ脱離ピーク温度が９２℃であった。一方、実施例１で用いたゼオライト（Ｃｓ修飾型ゼオライト）である試料Ｚ１は、ＨＣ脱離ピーク温度が試料Ｚ２に比べて高く、２０５℃であった。
【００４９】
この結果から、本発明の排ガス浄化装置に用いたＨＣ吸着材であるゼオライト（Ｃｓ修飾型ゼオライト）は、従来のゼオライトに比べてＨＣ脱離ピーク温度が非常に高いことがわかった。
【００５０】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、本発明の排ガス浄化装置の排ガス浄化性能を評価した例である。
【００５１】
本例では、実施例１と同様の構成の排ガス浄化装置（実施例Ｅ１）を準備し、排ガス浄化性能を評価した。
実施例Ｅ１の排ガス浄化装置は、上流側にＨＣ吸着体、下流側に電気加熱式の触媒担持体を配設したものであり（図１参照）、ＨＣ吸着材がＣｓ修飾型ゼオライト（実施例２の試料Ｚ１と同様）である。上流側のＨＣ吸着体におけるＨＣ吸着材の担持量は１１０ｇ／Ｌであり、下流側の触媒担持体における触媒の担持量はＰｔ：１．５ｇ／Ｌ、Ｒｈ：０．３ｇ／Ｌである。
【００５２】
また、本例では、比較としての排ガス浄化装置（比較例Ｃ１、Ｃ２）を準備し、同様に排ガス浄化性能を評価した。
比較例Ｃ１の排ガス浄化装置は、電気加熱式の触媒担持体のみを配設したものである。触媒担持体における触媒の担持量はＰｔ：１．５ｇ／Ｌ、Ｒｈ：０．３ｇ／Ｌである。
比較例Ｃ２の排ガス浄化装置は、上流側にＨＣ吸着体、下流側に電気加熱式の触媒担持体を配設したものであり、ＨＣ吸着材が従来のゼオライト（実施例２の試料Ｚ２と同様）である。上流側のＨＣ吸着体におけるＨＣ吸着材の担持量は１１０ｇ／Ｌであり、下流側の触媒担持体における触媒の担持量はＰｔ：１．５ｇ／Ｌ、Ｒｈ：０．３ｇ／Ｌである。
【００５３】
各排ガス浄化装置（実施例Ｅ１、比較例Ｃ１、Ｃ２）の排ガス浄化性能は、排ガス中のＨＣの浄化率により評価した。
具体的には、まず、ガソリンエンジン（直列４気筒、排気量２．４Ｌ）に排ガス浄化装置をセットする。次いで、エンジン回転数１２００ｒｐｍの条件でモータリング後、エンジンを始動させる。次いで、エンジン始動から６０秒後までのＨＣ濃度を自動車排ガス分析装置（ＭＥＸＡ−９１００Ｄ：ホリバ社製）にて計測する。そして、計測した排ガス浄化装置の入口のＨＣ濃度と出口のＨＣ濃度の濃度差分を入口のＨＣ濃度で割ることにより、ＨＣ浄化率を求めた。
【００５４】
次に、排ガス浄化性能（ＨＣ浄化率）の結果を図５に示す。同図は、縦軸がＨＣ浄化率（％）である。
同図からわかるように、比較例Ｃ１、Ｃ２の排ガス浄化装置は、ＨＣ浄化率がそれぞれ４５％、６８％であった。一方、実施例Ｅ１の排ガス浄化装置は、比較例Ｃ１、Ｃ２の排ガス浄化装置に比べてＨＣ浄化率が高く、８２％であった。
【００５５】
この結果から、本発明の排ガス浄化装置は、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができることがわかった。
【００５６】
（実施例４）
本例は、図６、図７に示すごとく、排ガス浄化装置１の構成を変更した例である。
本例の排ガス浄化装置１は、図６に示すごとく、電気加熱式の触媒担持体３の下流側に、さらに追加触媒担持体４を有する。すなわち、排気通路１２には、上流側から順にＨＣ吸着体２、電気加熱式の触媒担持体３、追加触媒担持体４が配設されている。
【００５７】
図７（ａ）、（ｂ）に示すごとく、追加触媒担持体４は、排ガス浄化用の触媒４２を触媒基材４１に担持して構成されている。
図７（ａ）に示すごとく、触媒基材４１は、四角形格子状に設けられた隔壁４１１と、四角形状の多数のセル４１２と、筒状の外周壁４１３とを有するハニカム構造体である。触媒基材４１は、コーディエライトを主成分とする多孔質のセラミックスからなる。
図７（ｂ）に示すごとく、触媒４２は、触媒基材４１の隔壁４１１の表面に被覆されている。触媒４２は、Ｐｔ、Ｒｈ等からなる三元触媒である。
その他は、実施例１と同様の構成である。
【００５８】
次に、本例の作用効果について説明する。
本例の排ガス浄化装置１は、電気加熱式の触媒担持体３の下流側に、さらに追加触媒担持体４を有する。そのため、例えば、エンジン１０の排気量が大きく、排ガス処理量が増えた場合であっても、排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００５９】
また、追加触媒担持体４には、その配置上、触媒担持体３を通過した排ガスが流入することになる。ここで、触媒担持体３は、エンジン１０の始動前に予め加熱されている。そのため、追加触媒担持体４には、エンジン１０の始動直後から、触媒担持体３を通過して暖められた排ガスが流入することになる。これにより、エンジン１０の始動直後から、追加触媒担持体４に担持された触媒４２の活性を高めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６０】
（実施例５）
本例は、図８に示すごとく、ＨＣ吸着体２の構成を変更した例である。
本例のＨＣ吸着体２は、図８（ａ）、（ｂ）に示すごとく、ＨＣ吸着基材２１の隔壁２１１の表面に被覆されたＨＣ吸着材２２上に、さらに追加ＨＣ吸着材２３が形成されている。すなわち、ＨＣ吸着基材２１の隔壁２１１の表面には、ＨＣ吸着材２２及び追加ＨＣ吸着材２３が順に積層されている。
【００６１】
追加ＨＣ吸着材２３は、ＢＥＡ構造を有するベータゼオライト（Ｈ−ＢＥＡ）を主成分とする。ベータゼオライト（Ｈ−ＢＥＡ）は、ＨＣ吸着材２２であるＣｓ修飾型ゼオライトに比べてＨＣ脱離ピーク温度が低く、９５℃である。また、ベータゼオライト（Ｈ−ＢＥＡ）は、ＨＣ吸着材２２であるＣｓ修飾型ゼオライトに比べてＨＣ吸着量が５倍以上である。
その他は、実施例１と同様の構成である。
【００６２】
次に、本例の作用効果について説明する。
本例の場合には、ＨＣ脱離ピーク温度の高いＨＣ吸着材２２によって、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣをより長い時間、より高い温度となるまで吸着しておくことができる。そして、ＨＣ吸着量の多い追加ＨＣ吸着材２３によって、ＨＣをより多く吸着しておくことができる。これにより、ＨＣ吸着体２におけるＨＣの高温保持と吸着量の確保との両立が可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００６３】
１ 排ガス浄化装置
１０ エンジン（内燃機関）
１２ 排気通路
２ ＨＣ吸着体
２２ ＨＣ吸着材
３ 触媒担持体
３２ 触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排ガスを浄化するためのハイブリッド車両用の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に排ガス浄化用の触媒を担持してなる電気加熱式の触媒担持体を配設したハイブリッド車両用の排ガス浄化装置が知られている。
例えば、特許文献１には、モータによる駆動から内燃機関による駆動に切り替える際、内燃機関の始動前に触媒担持体を予め加熱して触媒を活性状態にしておき、内燃機関始動直後の排ガス浄化効率を高めるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置が開示されている。
【０００３】
ところが、内燃機関の始動直後の排ガスには、有害成分であるＨＣ（炭化水素）が大量に含まれている。そのため、このような高濃度のＨＣを含む排ガスが触媒担持体に流入すると、触媒担持体を予め加熱して触媒を活性状態にしておいたとしても、排ガス中のＨＣが十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまう。すなわち、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを十分に浄化することができない。
【０００４】
そこで、特許文献２〜５には、電気加熱式の触媒担持体の上流側にゼオライト等のＨＣ吸着材を配設した排ガス浄化装置が開示されている。これらによれば、内燃機関の始動直後、排ガス中のＨＣを上流側のＨＣ吸着材に一旦吸着させておき、その後、排ガスの温度上昇によってＨＣ吸着材から脱離したＨＣを下流側の触媒担持体において浄化することができる。これらの排ガス浄化装置は、ハイブリッド車両に適用したものではないが、ハイブリッド車両にも同様に適用することができるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３３８２３５号公報
【特許文献２】特開平５−３１３５９号公報
【特許文献３】特開平９−９４４３３号公報
【特許文献４】特開平１１−８１９９７号公報
【特許文献５】特開平１１−８１９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたハイブリッド車両用の排ガス浄化装置に、上記特許文献２〜５に開示された技術を適用したとしても、上述した問題を解消することはできない。
すなわち、上記特許文献２〜５に開示された技術は、内燃機関の始動直後、排ガス中のＨＣを上流側のＨＣ吸着材に一旦吸着させるというものであるが、通常用いられるゼオライト等のＨＣ吸着材は、吸着したＨＣの脱離量が最も多くなる温度（ＨＣ脱離ピーク温度）が１００℃付近と非常に低い。
【０００７】
そのため、排ガスの温度上昇に伴ってＨＣ吸着材が１００℃前後になったところで、吸着したＨＣが早々に脱離してしまい、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態で触媒担持体に流入することになる。そうすると、触媒担持体を予め加熱して触媒を活性状態にしておいたとしても、排ガス中のＨＣが十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまう。すなわち、上述した問題を解消することはできない。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体を上記内燃機関の排気通路に配設し、上記内燃機関の始動前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱するよう構成された排ガス浄化装置であって、
上記排気通路における上記触媒担持体よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備えてなるＨＣ吸着体が配設されており、
上記ＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上であることを特徴とするハイブリッド車両用の排ガス浄化装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記排ガス浄化装置は、ハイブリッド車両に用いられるものであり、上記内燃機関の始動前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱するよう構成されている。そして、上記触媒担持体の上流側には、上記ＨＣ吸着体が配設されており、該ＨＣ吸着体におけるＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。これにより、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００１１】
具体的には、内燃機関の始動直後に排出される排ガスに多量に含まれるＨＣは、触媒担持体の上流側に配設されたＨＣ吸着体のＨＣ吸着材に一旦吸着される。ここで、ゼオライトを主成分とするＨＣ吸着材は、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。すなわち、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの脱離量が最も多くなる温度が１８０℃以上と従来のＨＣ吸着材に比べて非常に高い。
【００１２】
そのため、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを従来に比べてより長い時間、より高い温度となるまでＨＣ吸着材に吸着しておくことができる。これにより、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態のＨＣがＨＣ吸着材から早々に脱離して触媒担持体に流入し、十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまうといったことを抑制することができる。
【００１３】
そして、排ガスの温度上昇に伴ってＨＣ吸着材の温度がＨＣ脱離ピーク温度（１８０℃以上の温度）前後になると、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣが気化した状態、つまり反応性が高い状態で脱離する。ここで、ＨＣ吸着体（ＨＣ吸着材）の下流側にある触媒担持体は、内燃機関の始動前から加熱されており、担持された触媒の活性を高めた状態にある。そのため、ＨＣ吸着材から脱離したＨＣをその下流側の触媒担持体において十分に浄化することができる。これにより、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００１４】
このように、本発明によれば、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、排ガス浄化装置の構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、（ａ）ＨＣ吸着体を示す説明図、（ｂ）ＨＣ吸着体の径方向断面を示す説明図。
【図３】実施例１における、（ａ）電気加熱式の触媒担持体を示す説明図、（ｂ）電気加熱式の触媒担持体の径方向断面を示す説明図。
【図４】実施例２における、昇温脱離試験の結果を示すグラフ。
【図５】実施例３における、各試料のＨＣ浄化率を示すグラフ。
【図６】実施例４における、排ガス浄化装置の構成を示す説明図。
【図７】実施例４における、（ａ）追加触媒担持体を示す説明図、（ｂ）追加触媒担持体の径方向断面を示す説明図。
【図８】実施例５における、（ａ）ＨＣ吸着体を示す説明図、（ｂ）ＨＣ吸着体の径方向断面を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記排ガス浄化装置は、ハイブリッド車両に用いられるものであり、モータによる駆動から内燃機関による駆動に切り替える際、その内燃機関を始動する前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱しておくタイプのものである。
内燃機関を始動する前に、触媒担持体に担持された触媒を活性状態にしておくためには、触媒担持体を例えば触媒の活性が得られる３００℃以上に加熱しておくことが好ましく、特に５００℃以上に加熱しておくことが好ましい。
【００１７】
また、上記触媒担持体の上流側に配置された上記ＨＣ吸着材は、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。
上記ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃未満の場合には、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態のＨＣがＨＣ吸着材から脱離して触媒担持体に流入し、十分に浄化されることなく触媒担持体を通過してしまうおそれがある。
【００１８】
また、上記ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度とは、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣの脱離量が最も多くなる温度のことである。
また、上記ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度は、例えば、昇温脱離ガス分析装置を用いた昇温脱離試験を行うことにより求めることができる。具体的には、対象となるＨＣ吸着材にＨＣを吸着させ、そのＨＣ吸着材を昇温させた場合のＨＣの脱離量の挙動をガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）等で分析することにより求めることができる。
【００１９】
また、上記ＨＣ吸着材は、Ｃｓ修飾型ゼオライトを主成分とすることが好ましい（請求項２）。
この場合には、ＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度を確実に１８０℃以上とすることができる。そのため、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。また、アルカリ金属を含むＣｓ修飾型ゼオライトは、優れた吸水性を有しているため、下流側に配設された触媒担持体への被水を防止することができる。
なお、Ｃｓ修飾型ゼオライトとは、アルカリ金属であるＣｓでゼオライトの構成元素であるＡｌが置換、修飾されたゼオライトのことである。
【００２０】
また、上記ＨＣ吸着材の主成分となるゼオライトは、一般的に、Ｓｉ（珪素）、Ａｌ（アルミニウム）及びＯ（酸素）からなる三次元の四面体構造を基本単位として形成された結晶構造を有する。
上記ゼオライトとしては、例えば、中細孔（１０員環）のＭＦＩ、ＦＥＲ、大細孔（１２員環）のＢＥＡ、ＦＡＵ、ＭＯＲ等の構造を有するものを用いることができる。ここで、員環数とは、環構造中に含まれる酸素原子の数のことである。
【００２１】
また、上記ゼオライトにおいて、中細孔（１０員環）の構造のうち、ＦＥＲ構造は、ＭＦＩ構造よりも細孔が小さく、Ｃ２クラスからＣ３クラスの低級ＨＣの吸着性能が高いという特徴がある。一方、ＭＦＩ構造は、Ｃ３クラスから芳香族分（ベンゼン環付でＣ７クラス）までの広い範囲でＨＣの吸着が可能であるという特徴がある。また、ＭＦＩ構造は、Ｓｉ／Ａｌ比を高く維持することができるため、耐熱性が高いという特徴がある。
【００２２】
また、上記ゼオライトにおいて、大細孔（１２員環）の構造のうち、ＢＥＡ構造は、骨格細孔内の交差点に空間を有しており、ＦＡＵ構造、ＭＯＲ構造に比べて実際の排ガス中のＨＣ成分の吸着性能が高いという特徴がある。また、ＢＥＡ構造は、Ｓｉ／Ａｌ比を高く維持することができるため、耐熱性が高いという特徴がある。
【００２３】
また、上記ゼオライトとしては、上記の中細孔（１０員環）、大細孔（１２員環）等の構造を有するものを単独で又は組み合わせて用いることができる。特に広い範囲でＨＣを吸着するためには、中細孔（１０員環）の構造を有するものと大細孔（１２員環）の構造を有するものとを組み合わせて用いることが好ましい。特に、耐熱性の高いＭＦＩ構造とＢＥＡ構造との組み合わせが好ましい。
【００２４】
また、上記ＨＣ吸着体の重量は、上記触媒担持体の重量以下であることが好ましい。また、上記ＨＣ吸着体の重量は、上記触媒担持体の重量の１／４以下であることがより好ましい。
この場合には、ＨＣ吸着体の熱容量によって内燃機関始動後の排ガスの熱が奪われ、予め加熱しておいた触媒担持体の温度が低下してしまうことを防止することができる。
【００２５】
また、電気加熱式の上記触媒担持体としては、従来公知の構成を採用することができる。例えば、Ｃ、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、ＭｏＳｉ2等のセラミックス抵抗体、耐熱ステンレス箔等の金属箔、粉末冶金により耐熱性金属を成形してなる多孔質金属等からなる通電可能な基材に触媒を担持したものを用いることができる。また、セラミックス絶縁体等からなる基材に触媒を担持し、その基材にセラミックス抵抗体や高抵抗金属線等の抵抗発熱体を組み込んだものを用いることもできる。また、触媒を担持する基材としては、ハニカム構造体等を用いることができる。
また、上記触媒としては、従来公知の触媒を用いることができる。例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等からなる三元触媒等を用いることができる。
【００２６】
また、上記ＨＣ吸着体としては、耐熱衝撃性のあるセラミックス、金属等からなる基材にＨＣ吸着材を被覆したものを用いることができる。また、ＨＣ吸着材を被覆する基材としては、ハニカム構造体等を用いることができる。
また、上記ＨＣ吸着体としては、例えば、該ＨＣ吸着体自体をＨＣ吸着材により構成したものを用いることができる。すなわち、ＨＣ吸着体自体がＨＣ吸着材であってもよい。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置について説明する。
本例の排ガス浄化装置１は、図１〜図３に示すごとく、エンジン（内燃機関）１０及びモータ（図示略）を駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒３２を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体３をエンジン１０の排気通路１２に配設し、エンジン１０の始動前に触媒担持体３を予め所定温度以上に加熱するよう構成されている。
【００２８】
排気通路１２における触媒担持体３よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材２２を備えてなるＨＣ吸着体２が配設されている。
ＨＣ吸着材２２は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。
以下、これを詳説する。
【００２９】
図１に示すごとく、排ガス浄化装置１は、エンジン１０及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられるものである。
排ガス浄化装置１は、エンジン１０における排気管１１内の排気通路１２に配設された電気加熱式の触媒担持体３と、その触媒担持体３の上流側に配設されたＨＣ吸着体２とを有する。
【００３０】
図３（ａ）、（ｂ）に示すごとく、電気加熱式の触媒担持体３は、排ガス浄化用の触媒３２を触媒基材３１に担持して構成されている。
図３（ａ）に示すごとく、触媒基材３１は、四角形格子状に設けられた隔壁３１１と、隔壁３１１に囲まれた四角形状の多数のセル３１２と、外周側面を覆う筒状の外周壁３１３とを有するハニカム構造体である。触媒基材３１は、ＳｉＣを主成分とする多孔質のセラミックス抵抗体からなる。
【００３１】
図３（ａ）に示すごとく、触媒基材３１の外周壁３１３には、一対の電極３９が設けられている。そして、触媒担持体３は、触媒基材３１を介して一対の電極３９間に通電することにより、触媒基材３１を加熱することができるよう構成されている。
図３（ｂ）に示すごとく、触媒３２は、触媒基材３１の隔壁３１１の表面に被覆されている。触媒３２は、Ｐｔ、Ｒｈ等からなる三元触媒である。
【００３２】
図２（ａ）、（ｂ）に示すごとく、ＨＣ吸着体２は、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材２２をＨＣ吸着基材２１に担持して構成されている。
図２（ａ）に示すごとく、ＨＣ吸着基材２１は、四角形格子状に設けられた隔壁２１１と、隔壁２１１に囲まれた四角形状の多数のセル２１２と、外周側面を覆う筒状の外周壁２１３とを有するハニカム構造体である。ＨＣ吸着基材２１は、コーディエライトを主成分とする多孔質のセラミックスからなる。
【００３３】
図２（ｂ）に示すごとく、ＨＣ吸着材２２は、ＨＣ吸着基材２１の隔壁２１１の表面に被覆されている。ＨＣ吸着材２２は、ＭＦＩ構造を有するＣｓ修飾型ゼオライトを主成分とする。また、ＨＣ吸着材２２は、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。本例においてＨＣ吸着材２２として用いたＣｓ修飾型ゼオライトは、ＨＣ脱離ピーク温度が２０５℃である。
【００３４】
図１に示すごとく、排ガス浄化装置１は、モータによる駆動からエンジン１０による駆動に切り替える際、エンジン１０を始動する前に触媒担持体３を予め所定温度以上（３００℃以上）に加熱するよう構成されている。本例では、エンジン１０の始動時において触媒担持体３に担持された触媒３２が活性状態となるように、エンジン１０を始動する前に、触媒担持体３を通電によって５００℃に加熱するよう構成されている。
【００３５】
次に、本例の排ガス浄化装置１の製造方法について説明する。
排ガス浄化装置１を構築するに当たっては、まず、触媒担持体３（図３）とＨＣ吸着体２（図２）とを作製する。次いで、排気通路１２の上流側にＨＣ吸着体２を配置し、下流側に電気加熱式の触媒担持体３を配置する。
これにより、本例の排ガス浄化装置１（図１）を構築する。
【００３６】
また、触媒担持体３を作製するに当たっては、触媒３２の成分である三元触媒構成物としてのγアルミナ、セリア・ジルコニア複合酸化物、ジニトロジアンミン硝酸Ｐｔ溶液、塩化ロジウム、バインダーとしてのアルミナゾルを溶媒に分散させ、触媒スラリーを作製する。次いで、触媒スラリー中にハニカム構造体である触媒基材３１を浸漬し、引き上げ、エアーブローする。そして、触媒基材３１に塗布した触媒スラリーを１５０℃で乾燥させ、５５０℃で加熱する。これにより、触媒３２を触媒基材３１に担持してなる触媒担持体３を得る。
【００３７】
また、ＨＣ吸着体２を作製するに当たっては、ＨＣ吸着材２２の成分であるＣｓ修飾型ゼオライト、バインダーとしてのシリカゾルを溶媒に分散させ、ＨＣ吸着材スラリーを作製する。次いで、ＨＣ吸着材スラリー中にハニカム構造体であるＨＣ吸着基材２１を浸漬し、引き上げ、エアーブローする。そして、ＨＣ吸着基材２１に塗布したＨＣ吸着材スラリーを１５０℃で乾燥させ、５５０℃で加熱する。これにより、ＨＣ吸着材２２をＨＣ吸着基材２１に担持してなるＨＣ吸着体２を作製する。
【００３８】
次に、本例の排ガス浄化装置１の作用効果について説明する。
排ガス浄化装置１は、ハイブリッド車両に用いられるものであり、エンジン１０の始動前に触媒担持体３を予め所定温度以上（３００℃以上、本例では５００℃）に加熱するよう構成されている。そして、触媒担持体３の上流側には、ＨＣ吸着体２が配設されており、ＨＣ吸着体２におけるＨＣ吸着材２２は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上である。これにより、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００３９】
具体的には、ハイブリッド車両は、まず、モータによる走行を開始する。そして、排ガス浄化装置１では、電気加熱式の触媒担持体３を通電により加熱し、エンジン１０の始動に備える。
次いで、触媒担持体３を５００℃まで昇温した後、エンジン１０を始動させ、エンジン１０による走行とバッテリーへの充電を開始する。
【００４０】
このとき、エンジン１０の始動直後に排出される排ガスに多量に含まれるＨＣは、触媒担持体３の上流側に配設されたＨＣ吸着体２のＨＣ吸着材２２に一旦吸着される。ここで、ゼオライトを主成分とするＨＣ吸着材２２は、ＨＣ吸着材２２に吸着されたＨＣの脱離量が最も多くなる温度（ＨＣ脱離ピーク温度）が１８０℃以上（本例では２０５℃）と従来のＨＣ吸着材に比べて非常に高い。
【００４１】
そのため、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを従来に比べてより長い時間、より高い温度となるまでＨＣ吸着材２２に吸着しておくことができる。これにより、低温で液化した状態、つまり反応性が低く、浄化され難い状態のＨＣがＨＣ吸着材２２から早々に脱離して触媒担持体３に流入し、十分に浄化されることなく触媒担持体３を通過してしまうといったことを抑制することができる。
【００４２】
そして、排ガスの温度上昇に伴ってＨＣ吸着材２２の温度がＨＣ脱離ピーク温度（本例では２０５℃）前後になると、ＨＣ吸着材２２に吸着されたＨＣが気化した状態、つまり反応性が高い状態で脱離する。ここで、ＨＣ吸着体２（ＨＣ吸着材２２）の下流側に配設された触媒担持体３は、エンジン１０の始動前から加熱されており、担持された触媒の活性を高めた状態にある。そのため、ＨＣ吸着材２２から脱離したＨＣをその下流側の触媒担持体３において十分に浄化することができる。これにより、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００４３】
また、本例では、ＨＣ吸着材２２は、Ｃｓ修飾型ゼオライトを主成分とする。そのため、ＨＣ吸着材２２のＨＣ脱離ピーク温度を確実に１８０℃以上とすることができる。そのため、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。また、アルカリ金属を含むＣｓ修飾型ゼオライトは、優れた吸水性を有しているため、下流側に配設された触媒担持体３への被水を防止することができる。
【００４４】
このように、本例によれば、エンジン１０の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができるハイブリッド車両用の排ガス浄化装置１を提供することができる。
【００４５】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、本発明の排ガス浄化装置に用いたＨＣ吸着材のＨＣ脱離ピーク温度を評価した例である。
【００４６】
本例では、実施例１でＨＣ吸着材として用いたゼオライト（試料Ｚ１）を準備し、ＨＣ脱離ピーク温度を求めた。試料Ｚ１のゼオライトは、ＭＦＩ構造を有するＣｓ修飾型ゼオライトである。
また、本例では、比較として従来ＨＣ吸着材として用いられていたゼオライト（試料Ｚ２）を準備し、同様にＨＣ脱離ピーク温度を求めた。試料Ｚ２のゼオライトは、ＭＦＩ構造を有するＨ−ＺＳＭ５型ハイシリカゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ2＝１８８０）である。
【００４７】
各試料（Ｚ１、Ｚ２）のＨＣ脱離ピーク温度は、昇温脱離ガス分析装置（ＴＰＤ−Ｒ：リガク社製）を用いた昇温脱離試験を行うことにより求めた。
具体的には、まず、昇温脱離ガス分析装置に試料をセットする。次いで、試料に対して５００℃の空気で１時間、前処理を行った後、２５℃まで冷却する。次いで、試料に対してトルエン１０００ｐｐｍ、Ｈ2Ｏ３％、Ｎ2の混合ガスを吸着させる。次いで、２５℃の空気でパージ（吸着水分を除去）し、ＨＣの脱離がなくなったことを確認した後、昇温速度１０℃／分の条件で６００℃まで昇温する。そして、温度に対するＨＣの脱離量の挙動をガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）にて分析し、ＨＣの脱離量が最も多くなった温度をＨＣ脱離ピーク温度として求めた。
【００４８】
次に、昇温脱離試験の結果を図４に示す。同図は、横軸が温度（℃）、縦軸が脱離指数（ａ．ｕ．）である。
同図からわかるように、従来のゼオライトである試料Ｚ２は、ＨＣ脱離ピーク温度が９２℃であった。一方、実施例１で用いたゼオライト（Ｃｓ修飾型ゼオライト）である試料Ｚ１は、ＨＣ脱離ピーク温度が試料Ｚ２に比べて高く、２０５℃であった。
【００４９】
この結果から、本発明の排ガス浄化装置に用いたＨＣ吸着材であるゼオライト（Ｃｓ修飾型ゼオライト）は、従来のゼオライトに比べてＨＣ脱離ピーク温度が非常に高いことがわかった。
【００５０】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、本発明の排ガス浄化装置の排ガス浄化性能を評価した例である。
【００５１】
本例では、実施例１と同様の構成の排ガス浄化装置（実施例Ｅ１）を準備し、排ガス浄化性能を評価した。
実施例Ｅ１の排ガス浄化装置は、上流側にＨＣ吸着体、下流側に電気加熱式の触媒担持体を配設したものであり（図１参照）、ＨＣ吸着材がＣｓ修飾型ゼオライト（実施例２の試料Ｚ１と同様）である。上流側のＨＣ吸着体におけるＨＣ吸着材の担持量は１１０ｇ／Ｌであり、下流側の触媒担持体における触媒の担持量はＰｔ：１．５ｇ／Ｌ、Ｒｈ：０．３ｇ／Ｌである。
【００５２】
また、本例では、比較としての排ガス浄化装置（比較例Ｃ１、Ｃ２）を準備し、同様に排ガス浄化性能を評価した。
比較例Ｃ１の排ガス浄化装置は、電気加熱式の触媒担持体のみを配設したものである。触媒担持体における触媒の担持量はＰｔ：１．５ｇ／Ｌ、Ｒｈ：０．３ｇ／Ｌである。
比較例Ｃ２の排ガス浄化装置は、上流側にＨＣ吸着体、下流側に電気加熱式の触媒担持体を配設したものであり、ＨＣ吸着材が従来のゼオライト（実施例２の試料Ｚ２と同様）である。上流側のＨＣ吸着体におけるＨＣ吸着材の担持量は１１０ｇ／Ｌであり、下流側の触媒担持体における触媒の担持量はＰｔ：１．５ｇ／Ｌ、Ｒｈ：０．３ｇ／Ｌである。
【００５３】
各排ガス浄化装置（実施例Ｅ１、比較例Ｃ１、Ｃ２）の排ガス浄化性能は、排ガス中のＨＣの浄化率により評価した。
具体的には、まず、ガソリンエンジン（直列４気筒、排気量２．４Ｌ）に排ガス浄化装置をセットする。次いで、エンジン回転数１２００ｒｐｍの条件でモータリング後、エンジンを始動させる。次いで、エンジン始動から６０秒後までのＨＣ濃度を自動車排ガス分析装置（ＭＥＸＡ−９１００Ｄ：ホリバ社製）にて計測する。そして、計測した排ガス浄化装置の入口のＨＣ濃度と出口のＨＣ濃度の濃度差分を入口のＨＣ濃度で割ることにより、ＨＣ浄化率を求めた。
【００５４】
次に、排ガス浄化性能（ＨＣ浄化率）の結果を図５に示す。同図は、縦軸がＨＣ浄化率（％）である。
同図からわかるように、比較例Ｃ１、Ｃ２の排ガス浄化装置は、ＨＣ浄化率がそれぞれ４５％、６８％であった。一方、実施例Ｅ１の排ガス浄化装置は、比較例Ｃ１、Ｃ２の排ガス浄化装置に比べてＨＣ浄化率が高く、８２％であった。
【００５５】
この結果から、本発明の排ガス浄化装置は、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができることがわかった。
【００５６】
（実施例４）
本例は、図６、図７に示すごとく、排ガス浄化装置１の構成を変更した例である。
本例の排ガス浄化装置１は、図６に示すごとく、電気加熱式の触媒担持体３の下流側に、さらに追加触媒担持体４を有する。すなわち、排気通路１２には、上流側から順にＨＣ吸着体２、電気加熱式の触媒担持体３、追加触媒担持体４が配設されている。
【００５７】
図７（ａ）、（ｂ）に示すごとく、追加触媒担持体４は、排ガス浄化用の触媒４２を触媒基材４１に担持して構成されている。
図７（ａ）に示すごとく、触媒基材４１は、四角形格子状に設けられた隔壁４１１と、四角形状の多数のセル４１２と、筒状の外周壁４１３とを有するハニカム構造体である。触媒基材４１は、コーディエライトを主成分とする多孔質のセラミックスからなる。
図７（ｂ）に示すごとく、触媒４２は、触媒基材４１の隔壁４１１の表面に被覆されている。触媒４２は、Ｐｔ、Ｒｈ等からなる三元触媒である。
その他は、実施例１と同様の構成である。
【００５８】
次に、本例の作用効果について説明する。
本例の排ガス浄化装置１は、電気加熱式の触媒担持体３の下流側に、さらに追加触媒担持体４を有する。そのため、例えば、エンジン１０の排気量が大きく、排ガス処理量が増えた場合であっても、排ガス中のＨＣを効率よく十分に浄化することができる。
【００５９】
また、追加触媒担持体４には、その配置上、触媒担持体３を通過した排ガスが流入することになる。ここで、触媒担持体３は、エンジン１０の始動前に予め加熱されている。そのため、追加触媒担持体４には、エンジン１０の始動直後から、触媒担持体３を通過して暖められた排ガスが流入することになる。これにより、エンジン１０の始動直後から、追加触媒担持体４に担持された触媒４２の活性を高めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６０】
（実施例５）
本例は、図８に示すごとく、ＨＣ吸着体２の構成を変更した例である。
本例のＨＣ吸着体２は、図８（ａ）、（ｂ）に示すごとく、ＨＣ吸着基材２１の隔壁２１１の表面に被覆されたＨＣ吸着材２２上に、さらに追加ＨＣ吸着材２３が形成されている。すなわち、ＨＣ吸着基材２１の隔壁２１１の表面には、ＨＣ吸着材２２及び追加ＨＣ吸着材２３が順に積層されている。
【００６１】
追加ＨＣ吸着材２３は、ＢＥＡ構造を有するベータゼオライト（Ｈ−ＢＥＡ）を主成分とする。ベータゼオライト（Ｈ−ＢＥＡ）は、ＨＣ吸着材２２であるＣｓ修飾型ゼオライトに比べてＨＣ脱離ピーク温度が低く、９５℃である。また、ベータゼオライト（Ｈ−ＢＥＡ）は、ＨＣ吸着材２２であるＣｓ修飾型ゼオライトに比べてＨＣ吸着量が５倍以上である。
その他は、実施例１と同様の構成である。
【００６２】
次に、本例の作用効果について説明する。
本例の場合には、ＨＣ脱離ピーク温度の高いＨＣ吸着材２２によって、内燃機関の始動直後に排出される排ガス中のＨＣをより長い時間、より高い温度となるまで吸着しておくことができる。そして、ＨＣ吸着量の多い追加ＨＣ吸着材２３によって、ＨＣをより多く吸着しておくことができる。これにより、ＨＣ吸着体２におけるＨＣの高温保持と吸着量の確保との両立が可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【符号の説明】
【００６３】
１ 排ガス浄化装置
１０ エンジン（内燃機関）
１２ 排気通路
２ ＨＣ吸着体
２２ ＨＣ吸着材
３ 触媒担持体
３２ 触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体を上記内燃機関の排気通路に配設し、上記内燃機関の始動前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱するよう構成された排ガス浄化装置であって、
上記排気通路における上記触媒担持体よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備えてなるＨＣ吸着体が配設されており、
上記ＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上であることを特徴とするハイブリッド車両用の排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置において、上記ＨＣ吸着材は、Ｃｓ修飾型ゼオライトを主成分とすることを特徴とするハイブリッド車両用の排ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関及びモータを駆動源として備えるハイブリッド車両に用いられ、排ガス浄化用の触媒を担持してなると共に通電により加熱することができる電気加熱式の触媒担持体を上記内燃機関の排気通路に配設し、上記内燃機関の始動前に上記触媒担持体を予め所定温度以上に加熱するよう構成された排ガス浄化装置であって、
上記排気通路における上記触媒担持体よりも上流側には、排ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備えてなるＨＣ吸着体が配設されており、
上記ＨＣ吸着材は、ゼオライトを主成分とすると共に、ＨＣ脱離ピーク温度が１８０℃以上であることを特徴とするハイブリッド車両用の排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置において、上記ＨＣ吸着材は、Ｃｓ修飾型ゼオライトを主成分とすることを特徴とするハイブリッド車両用の排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７２５２２（Ｐ２０１２−１７２５２２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２１４８（Ｐ２０１１−３２１４８）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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