排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置
【課題】ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジン１において、水素を燃料としてリーンバーン運転されているときに、キャニスタ１５から吸気系に蒸発燃料のパージが行われても、エミッションが悪化しないようにする。
【解決手段】ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを三元触媒２２によって浄化し、水素燃料によるリーンバーン運転時には、排気ガス中の蒸発燃料の吸気系へのパージに因る三元触媒２２では浄化されないＨＣをＨＣ吸着材に吸着させ、又は酸化触媒２３によって酸化浄化する。
【解決手段】ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを三元触媒２２によって浄化し、水素燃料によるリーンバーン運転時には、排気ガス中の蒸発燃料の吸気系へのパージに因る三元触媒２２では浄化されないＨＣをＨＣ吸着材に吸着させ、又は酸化触媒２３によって酸化浄化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境負荷の軽減、並びに自動車の燃費低減の観点から、ハイブリッド自動車や水素を燃料とする自動車が注目されている。
【０００３】
乗用車に広く使われるガソリンエンジンは一般に軽負荷での効率が悪くなる。これに対して、ハイブリッド自動車の場合、低速域や軽負荷領域では、効率の低いエンジンではなく、電気モータで走行することができるため、燃費の改善が図れ、また、有害排出物も少ないため、環境負荷の軽減に有利になる。
【０００４】
一方、水素のみを燃料とする自動車の場合、ガソリン、軽油、或いはアルコールのようなＨＣ（炭化水素）成分を燃料とする自動車とは違って、ＨＣが排気ガスとして排出されることを避けることができる。しかし、水素燃料の場合、ガソリンに比べて発熱量が少なく、出力面で不利であるとともに、水素を自動車に多量に搭載することが難しいため、走行距離の面で不利になる。
【０００５】
そこで、燃料として水素とガソリンとを用いることが提案されている。例えば特許文献１〜３には、水素とガソリンとを切り換えてエンジン燃焼室に供給するシステムが開示されている。これら特許文献には、ガソリンを燃料とするときは、エンジンが通常はストイキ運転されるので、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化すべく、三元触媒を排気ガス通路に配置することが記載されている。また、水素を燃料とするときにはエンジンからＮＯｘが排出されるが、特許文献３には、三元触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒やＮＯｘ選択還元触媒とを組み合わせて使用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００７−５１５８３号公報
【特許文献２】特開２００７−５１５９６号公報
【特許文献３】特開２００７−２６９２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、燃料として水素とガソリンとを用いる場合、三元触媒のみでは、或いは三元触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒やＮＯｘ選択還元触媒とを組み合わせた場合でも、ＨＣが浄化されることなく排出されてしまうことがある。
【０００７】
すなわち、ガソリンタンクには、該タンク内で発生する蒸発燃料の大気への放出を防ぐために、活性炭等の吸着剤を収容したキャニスタが接続されている。その吸着剤の吸着能力には限界があるため、吸着が飽和する前にキャニスタに大気を取り込んで吸着剤から燃料成分を放出させ、エンジンの吸気系に導入するパージ処理が必要となる。ところが、エンジンは水素を燃料とするときはリーンバーン運転され、燃焼室温度が低いため、吸気系にパージされた蒸発燃料は燃焼室で完全に燃焼せず、排気系に排出されるＨＣ量が多くなる。そして、そのときは排気ガス温度が低いことから、三元触媒も温度が低く通常は不活性状態にあるため、排気ガス中の上記蒸発燃料に因るＨＣが酸化浄化されずに、大気中に排出されることになる。
【０００８】
そこで、本発明は、エンジンが水素を燃料としてリーンバーン運転されているときに、蒸発燃料のパージが行われても、エミッションが悪化しないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、上記課題を解決するために、エンジンが水素を燃料としてリーンバーン運転されているときには、蒸発燃料のパージによって排気ガス中に含まれてくるＨＣをＨＣ吸着材に吸着させる、又は酸化触媒によって酸化させるようにした。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明は、ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化方法であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路とを有し、
上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒によって、当該排気ガスの浄化を行ない、
上記水素燃料によるリーンバーン運転時には、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを、ＨＣ吸着材に吸着させる、及び／又は酸化触媒によって酸化浄化することを特徴とする。
【００１１】
従って、リーンバーン運転時において、蒸発燃料の吸気系へのパージによってＨＣを含む排気ガスがエンジンから排出された場合、同時浄化触媒が活性温度に達していないときでも、その蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化浄化されるため、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【００１２】
なお、接続詞「及び／又は」は、接続された複数の要素の少なくとも一つが成り立つ意で使用している。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因るＨＣを含む排気ガスを、ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒に接触させることを特徴とする。
【００１４】
従って、上記蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは上記酸化触媒のＨＣ吸着材に吸着され、そして、触媒金属Ｐｔによって酸化浄化されることになる。また、触媒金属としてＰｔを採用したことにより、比較的低い温度でもリーン雰囲気において上記ＨＣを効率良く浄化することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化装置であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
上記キャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路と、
上記エンジンの排気ガス通路に配置され、上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時に、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒と、
上記排気ガス通路に配置され、上記水素燃料によるリーンバーン運転時において、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを吸着するＨＣ吸着材及び／又は該ＨＣを酸化浄化するための酸化触媒とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
従って、ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時浄化触媒によって浄化され、水素燃料によるリーンバーン運転時には、吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒によって酸化浄化されないＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化され、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項３において、
上記同時浄化触媒は三元触媒であり、
上記三元触媒よりも排気ガス流れの下流側の排気ガス通路に、上記ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒が配置されていることを特徴とする。
【００１８】
従って、上記蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは、三元触媒で酸化浄化されることなくこれを通過しても、酸化触媒のＨＣ吸着材に吸着され、そして、触媒金属Ｐｔによって酸化浄化されることになる。また、三元触媒は酸化触媒よりも上流側にあって排気ガスの熱によって昇温し易いから、上記ストイキ運転時、特にエンジン冷間時の排気ガスの浄化に有利であり、一方、酸化触媒は三元触媒よりも下流側にあって排気ガスの熱影響が少なくなるから、熱劣化防止に、特にＨＣ吸着材の熱劣化防止に有利になる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項３又は請求項４において、
上記エンジンは、電気モータで駆動することができるハイブリッド車両に搭載され、上記電気モータのための発電機の駆動に用いられることを特徴とする。
【００２０】
従って、当該ハイブリッド車両のエンジンを水素燃料によってリーンバーン運転しているときにおいて、蒸発燃料の吸気系へのパージによって排気ガス中に含まれる、同時浄化触媒によって酸化浄化されないＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化され、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、エンジンを水素燃料によってリーンバーン運転しているときにおいて、吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化され、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する触媒が不活性であっても、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２３】
＜ハイブリッド車両の概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。この車両は、エンジン１及びモータ２を動力源として備えているが、エンジン１は発電にのみ使用し、車両が動くための動力は全てモータ２に頼る所謂シリーズハイブリッド車両である。エンジン１は、ガソリンと水素とを切換えて、さらにはガソリンと水素とを混合して燃料として使用するように構成されているデュアルフューエルエンジンである。
【００２４】
ハイブリッド車両は、エンジン１にガソリンを供給するガソリン燃料タンク３、エンジン１に水素を供給する水素燃料タンク４、エンジン１の出力軸５によって駆動されるジェネレータ（発電機）６、並びにモータ駆動用の電力を蓄えるバッテリ（高電圧バッテリ）７を備えている。
【００２５】
バッテリ７は、モータ２及びジェネレータ６にそれぞれ、ＤＣ−ＡＣコンバータ１１及びＡＣ−ＤＣコンバータ１２を介して接続されていて、ジェネレータ６からの発電電力及びモータ２からの回生電力が供給されることで充電される。また、バッテリ７は、電力をモータ２及びジェネレータ６に供給する。モータ２の出力軸は、駆動輪１３にディファレンシャルギア１４を介して連結されている。
【００２６】
ジェネレータ６で発生する交流電力はＡＣ−ＤＣコンバータ１２により直流電力に変換され、さらにＤＣ−ＡＣコンバータ１１により交流電力に変換されてモータ２へと供給される。バッテリ７の直流電力はＤＣ−ＡＣコンバータ１１により所定の周波数の交流電力に変換されてモータ２に供給される。ジェネレータ６で発生する交流電力はＡＣ−ＤＣコンバータ１２により直流電力に変換されてバッテリ７に供給される。
【００２７】
ガソリン燃料タンク３には、該タンク内で発生した蒸発燃料（ガソリン）を吸着するキャニスタ１５が蒸発燃料通路１６を介して接続されている。キャニスタ１５は、その底部に大気取入口を有し、活性炭等を充填した通気性のある部材で構成される。キャニスタ１５はパージ通路１７を介してエンジン１のスロットル弁下流側の吸気通路に接続され、パージ通路１７の途中にはパージ制御弁１８が配設されている。パージ制御弁１８はその開閉動作が電磁式に制御され、開弁により、キャニスタ１５に吸着された蒸発燃料が空気と共に吸気通路に供給（パージ）される。
【００２８】
この場合、ガソリン燃料タンク３の温度、パージを実行していない時間等に基いて、キャニスタ１５の蒸発燃料吸着量を推定し、該推定量が所定値以上となったとき、パージ制御弁１８を所定時間の開弁する。なお、蒸発燃料吸着量を推定せずに定期的にパージ制御弁１８を所定時間開弁するようにしてもよい。
【００２９】
エンジン１の排気ガス通路には、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化によって浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元によって浄化する同時浄化触媒としての三元触媒２２が配置され、この三元触媒２２よりも下流側には酸化触媒２３が配置されている。三元触媒２２にはその温度を検出する触媒温度センサ２４が設けられ、さらに、排気ガス通路には、三元触媒２２に流入する排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ２５、並びに三元触媒２２を通った排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ２６が配置されている。三元触媒２２及び酸化触媒２３の具体的な構成については後述する。
【００３０】
＜エンジン及び制御系の構成＞
本例のエンジン１は、図２に示すように、一対のロータハウジング３１，３２と、その内周面に沿い、出力軸（エキセントリックシャフト）５に支持されて回転する２つのロータ３３，３４とを備えた２ロータのロータリーピストンエンジンである。図２では一対のロータハウジング３１，３２を左右に展開して模式的に示している。
【００３１】
エンジン１の吸気通路３５には、その上流側の共通通路部位にアクチュエータ３７で駆動されるスロットル弁３６が設けられている。吸気通路３５の下流側の分岐した２つの独立通路部位には、ポート噴射を行うガソリン用燃料噴射弁３８，３９が設けられ、また、ロータハウジング３１，３２に、燃焼室内に燃料を噴射する水素用燃料噴射弁４０，４１が設置されている。また、各ロータハウジング３１，３２にはそれぞれ２つずつ点火プラグ４２〜４５が設置されている。これらスロットル弁アクチュエータ３７、燃料噴射弁３８〜４１及び点火プラグ４２〜４５、並びにＤＣ−ＡＣコンバータ１１及びＡＣ−ＤＣコンバータ１２は、コンピュータを用いた制御手段（ＰＣＭ（パワートレインコントロールモジュール））４６によって制御される。
【００３２】
制御手段４６には、上記制御のために、バッテリ電流・電圧センサ４７、ガソリン燃料タンク３のガソリン残量を検出する燃料センサ４８、水素燃料タンク４の水素残量を検出する圧力センサ４９、車両のインストルメントパネルに設けられた使用燃料の切換えスイッチ５０、車速センサ５１、アクセル開度センサ５２、触媒温度センサ２４等の各検出信号が入力される。バッテリ電流・電圧センサ４７は、バッテリ７に付設されたもので、バッテリ７に入ってくる電力、並びにバッテリ７から出て行く電力を、電流と電圧から求め、バッテリ７の蓄電量を検出するためのものである。なお、三元触媒２２の温度はセンサ２４によって直接検出するのでなく、排気温度やエンジン１の運転履歴から推定するようにしてもよい。
【００３３】
以下、制御について具体的に説明する。エンジン１の運転に関しては、車速センサ５１及びアクセル開度センサ５２の検出信号に基いて、モータ２に要求される出力トルク（以下、「要求トルク」という。）が所定値以上であるときに、並びに、バッテリ電流・電圧センサ４７の検出信号に基いて、バッテリ７の蓄電量が所定値以下であるときに、エンジン１の運転要と判定する。そして、モータ２の要求トルク及びバッテリ７の蓄電量に基いて、必要なエンジントルクが算出され、エンジン１が運転される。
【００３４】
エンジン１に使用するガソリンと水素との間の燃料切換えは、触媒温度センサ２４によって検出される三元触媒２２の温度（触媒活性度）、燃料センサ４８によってされるガソリン燃料タンク３のガソリン残量、圧力センサ４９によって検出される水素燃料タンク４の水素残量、並びに使用燃料の切換えスイッチ５０によって運転者が選択する燃料の種類に基いて実行される。すなわち、エンジン始動時、三元触媒２２が活性化するまでは、排気エミッション性能を高めるため自動的に水素が使用される。三元触媒２２の活性化後は、運転者がガソリンを選択しているときはガソリンが使用され、水素を選択しているときは水素が使用される。但し、水素の燃料切れを生じているときは、エンジン始動時を含めて、ガソリンが使用され、ガソリンの燃料切れを生じているときは、水素が使用される。
【００３５】
エンジン１の目標空燃比（目標空気過剰率λ）は、ガソリン使用時と水素使用時とでは異なり、ガソリン使用時はλ＝１に設定され（ストイキ運転）、水素使用時はＮＯｘ排出量が略零で最適な燃費率に最も近いλ＝２．０近傍に設定される（リーンバーン運転）。水素使用時にエンジン１がリーンバーン運転されることによって、燃焼温度の上昇が抑えられ、ＮＯｘの排出が抑制される。但し、水素使用時でもエンジン１に対する要求トルクが大きいとき（バッテリ７の充電時や車両電気負荷が大きいとき）は目標空燃比のリーン度合いを適宜弱めてリーンバーン運転される。エンジン１の空燃比は、酸素センサ２５の検出信号に基いてフィードバック制御される。
【００３６】
制御手段４６は、ＤＣ−ＡＣコンバータ１１及びＡＣ−ＤＣコンバータ１２を制御し、バッテリ７、ジェネレータ１３，及びモータ１７の相互間での電力の授受及び変換を制御する。この場合、モータ２は、車両の定速運転時等のように要求トルクが低い低トルク運転時や車両始動時にはバッテリ７から供給される電力により駆動され、中トルク運転時にはエンジン１により駆動されるジェネレータ６から供給される電力によって駆動され、急加速時等の要求トルクが高い高トルク運転時には該ジェネレータ６及びバッテリ７の双方から供給される電力により駆動される。バッテリ７の蓄電量が少ないときには、エンジン１によって、モータ２に必要な電力よりも大きな電力を該ジェネレータ６に発生させ、余分な電力がバッテリ７に供給されて充電が行われる。
【００３７】
＜三元触媒・酸化触媒の構成＞
三元触媒２２は、図３に示すように、触媒金属としてＰｄ及びＲｈを用いて二層コート構造であり、その二層の触媒層６１，６２はハニカム担体のセル壁６３に形成されている。セル壁側の下触媒層６１は、各々Ｐｄを担持した酸素吸蔵放出材粒子及びアルミナ粒子を含有し、上触媒層６２は、各々Ｐｄを担持した酸素吸蔵放出材粒子及びアルミナ粒子を含有する。以下、具体的に説明する。
【００３８】
下触媒層６１には、酸素吸蔵放出能を有するＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物粒子にＰｄが担持されたＰｄ／ＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物と、Ｌａを含有する活性アルミナ粒子にＰｄが担持されたＰｄ／Ｌａ含有アルミナとが触媒成分として、ＺｒＯ２バインダ（硝酸ジルコニル）と共に混在する。上触媒層６２には、酸素吸蔵放出能を有するＣｅＺｒＮｄ複合酸化物粒子にＲｈが担持されたＲｈ／ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物と、活性アルミナ粒子の表面にＺｒＯ２が担持されてなるサポート材にＲｈが担持されたＲｈ／ＺｒＯ２担持アルミナとが触媒成分として、ＺｒＯ２バインダと共に混在する。なお、下触媒層６１にはＲｈは含まれておらず、また、上触媒層６２にはＰｄが含まれていない。
【００３９】
三元触媒２２の各成分の組成、担持量（担体１Ｌ当たり担持量のこと。以下、同じ。）の一例を説明する。
【００４０】
下触媒層６１のＰｄ／ＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物に関しては、そのＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物粒子の組成はＣｅＯ２：ＺｒＯ２：Ｌａ２Ｏ３：Ｙ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝１１．７：７．７：１．０：０．４：７９．２（質量％）とし、担持量は、Ｐｄ＝２ｇ／Ｌ、ＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物粒子＝３０ｇ／Ｌとすればよい。Ｐｄ／Ｌａ含有アルミナに関しては、Ｌａ含有アルミナ粒子はＬａ２Ｏ３を４質量％含有するものであり、担持量は、Ｐｄ＝５ｇ／Ｌ、Ｌａ含有アルミナ粒子＝６０ｇ／Ｌとすればよい。下触媒層６１のＺｒＯ２バインダ担持量は１０ｇ／Ｌとすればよい。
【００４１】
上触媒層６２のＲｈ／ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物に関しては、ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物粒子の組成はＺｒＯ２：ＣｅＯ２：Ｎｄ２Ｏ３＝６７：２３：１０（質量％）であり、担持量は、Ｒｈ＝２ｇ／Ｌ、ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物粒子＝７０ｇ／Ｌとすればよい。Ｒｈ／ＺｒＯ２担持アルミナに関しては、担持量を、Ｒｈ＝１ｇ／Ｌ、ＺｒＯ２＝２．３ｇ／Ｌ、アルミナ粒子＝２７ｇ／Ｌとすればよい。上触媒層６２のＺｒＯ２バインダ担持量は１５ｇ／Ｌとすればよい。
【００４２】
三元触媒２２のハニカム担体は、例えば、セル壁厚４．５mil（１１４．３×１０−３ｍｍ）、１平方インチ（６４５．１６ｍｍ２）当たりのセル数４００のコージェライト製とすればよく、その直径は１０５．７ｍｍ、長さは１１８ｍｍとすればよい。
【００４３】
酸化触媒２３は、ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有するものであり、図３に示すように、ハニカム担体のセル壁６４に触媒層６５を形成してなる。すなわち、その触媒層６５には、ＨＣ吸着材としてのゼオライト（本実施形態ではβゼオライトを採用している。）にＰｔが担持されたＰｔ／ゼオライトと、アルミナ粒子にＰｔが担持されたＰｔ／アルミナと、酸素吸蔵放出材としてのＣｅＺｒ複合酸化物にＰｔが担持されたＰｔ／ＣｅＺｒ複合酸化物とがアルミナバインダと共に混在する。
【００４４】
Ｐｔ／ゼオライトの担持量に関しては、βゼオライト＝３０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下（例えば、６０ｇ／Ｌ）、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下（例えば、１ｇ／Ｌ）、Ｐｔ／アルミナの担持量に関しては、アルミナ粒子＝３０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下（例えば、６０ｇ／Ｌ）、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下（例えば、２ｇ／Ｌ）、Ｐｔ／ＣｅＺｒ複合酸化物の担持量に関しては、ＣｅＺｒ複合酸化物粒子＝３０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下（例えば、６０ｇ／Ｌ）、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下（例えば、２ｇ／Ｌ）、アルミナバインダ＝１０ｇ／Ｌ以上４０ｇ／Ｌ以下（例えば、２５ｇ／Ｌ）とすればよい。ＣｅＺｒ複合酸化物粒子の組成は例えばＣｅＯ２：ＺｒＯ２＝７０：３０（質量％）とすればよい。βゼオライトはＮＯｘを分解する触媒としても働くが、このβゼオライトにＰｔを担持させてＮＯｘの分解をさらに促進することもできる。
【００４５】
触媒層６５には、その他にＰｄを２０ｇ／Ｌ以下、Ｒｈを２０ｇ／Ｌ以下含ませるようにしてもよい。バインダとしては、ＺｒＯ２バインダやＣｅＯ２バインダを単独で、或いはアルミナバインダと混合して用いることができる。
【００４６】
酸化触媒２３のハニカム担体は、例えば、セル壁厚６．５mil（１６５．１×１０−３ｍｍ）、１平方インチ（６４５．１６ｍｍ２）当たりのセル数４００のコージェライト製とすればよく、その直径は１０５．７ｍｍ、長さは１１８ｍｍとすればよい。
【００４７】
従って、エンジン１は、ガソリンを燃料とするときはストイキ運転され、そのときの排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘは三元触媒２２によって浄化される。この場合、三元触媒２２は酸化触媒２３よりも上流側にあって排気ガスの熱によって昇温し易いから、ストイキ運転時、特にエンジン冷間時の排気ガスの浄化に有利である。一方、酸化触媒２３は三元触媒２２よりも下流側にあって排気ガスの熱影響が少なくなるから、熱劣化の防止（特にβゼオライトの熱劣化防止）に有利になる。さらに、ＰｄとＲｈとを別の触媒層に配置したから、この両触媒金属が合金化することが防止され、触媒の劣化防止に有利になる。
【００４８】
次にエンジン１は、水素を燃料とするときはリーンバーン運転され、燃焼室温度が低い。このため、キャニスタ１５から吸気通路３５に蒸発燃料がパージされたとき、その蒸発燃料は燃焼室で完全に燃焼せず、排気ガス通路に排出されるＨＣ量が多くなる。そのときは排気ガス温度が低いことから、三元触媒２２も温度が低く通常は不活性状態にあるため、上記蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは三元触媒２２では酸化浄化されない。
【００４９】
しかし、本発明の場合、三元触媒２２よりも下流側に酸化触媒２３が配置され、該酸化触媒２３にＨＣ吸着材としてのβゼオライトが含まれているから、三元触媒２２で酸化浄化されない上記蒸発燃料に因るＨＣはβゼオライトに吸着され、大気中に排出されることが避けられる。そして、βゼオライトに吸着されたＨＣは酸化触媒２３の温度上昇に伴って該βゼオライトから脱離するが、その脱離ＨＣはＰｔ／アルミナによって酸化浄化されることになる。特に触媒金属としてＰｔを採用したことにより、比較的低い温度でもリーン雰囲気において上記ＨＣを効率良く浄化することができる。
【００５０】
また、そのとき、ＣｅＺｒ複合酸化物粒子は、酸素過剰雰囲気においても、Ｃｅイオンの価数変化により、排気ガス中の酸素を取り込んで当該複合酸化物粒子内の酸素と交換する酸素交換反応を生じ、それによって放出される活性酸素が上記脱離ＨＣのＰｔ／アルミナによる酸化浄化に有効に働く。このため、上記蒸発燃料に因るＨＣが未浄化のまま大気中に排出される量が少なくなる。
【００５１】
また、上記ＨＣ吸着材として働くβゼオライトは、排気ガス中のＮＯｘの浄化にも働くことから、水素燃料によるリーンバーン運転において、例えばエンジン出力を高めるように空燃比制御されて燃焼室温度が高くなり、ＮＯｘ発生量が多少増えた場合でも、エミッションの悪化が避けられる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、エンジン１はガソリンと水素とを切り換えて使用するが、本発明はこれに限定するものではなく、ガソリンと水素とを混合して使用する運転モードを採用することもできる。
【００５３】
また、上記実施形態のエンジンはロータリーピストンエンジンであるが、本発明はこれに限定するものではなく、レシプロエンジンであってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態はシリーズハイブリッド車両に係るものであるが、パラレルハイブリッド車両やシリーズパラレルハイブリッド車両、さらには、モータによらず、エンジンのみで駆動される車両にも本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るバイブリッド車両の構成図である。
【図２】同車両のエンジン及び制御系の構成図である。
【図３】本発明に係る三元触媒及び酸化触媒の構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ エンジン
２ モータ
３ ガソリン燃料タンク
４ 水素燃料タンク
６ ジェネレータ（発電機）
１５ キャニスタ
１６ 蒸発燃料通路
１７ パージ通路
１８ パージ制御弁
２２ 三元触媒
２３ 酸化触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境負荷の軽減、並びに自動車の燃費低減の観点から、ハイブリッド自動車や水素を燃料とする自動車が注目されている。
【０００３】
乗用車に広く使われるガソリンエンジンは一般に軽負荷での効率が悪くなる。これに対して、ハイブリッド自動車の場合、低速域や軽負荷領域では、効率の低いエンジンではなく、電気モータで走行することができるため、燃費の改善が図れ、また、有害排出物も少ないため、環境負荷の軽減に有利になる。
【０００４】
一方、水素のみを燃料とする自動車の場合、ガソリン、軽油、或いはアルコールのようなＨＣ（炭化水素）成分を燃料とする自動車とは違って、ＨＣが排気ガスとして排出されることを避けることができる。しかし、水素燃料の場合、ガソリンに比べて発熱量が少なく、出力面で不利であるとともに、水素を自動車に多量に搭載することが難しいため、走行距離の面で不利になる。
【０００５】
そこで、燃料として水素とガソリンとを用いることが提案されている。例えば特許文献１〜３には、水素とガソリンとを切り換えてエンジン燃焼室に供給するシステムが開示されている。これら特許文献には、ガソリンを燃料とするときは、エンジンが通常はストイキ運転されるので、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化すべく、三元触媒を排気ガス通路に配置することが記載されている。また、水素を燃料とするときにはエンジンからＮＯｘが排出されるが、特許文献３には、三元触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒やＮＯｘ選択還元触媒とを組み合わせて使用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００７−５１５８３号公報
【特許文献２】特開２００７−５１５９６号公報
【特許文献３】特開２００７−２６９２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、燃料として水素とガソリンとを用いる場合、三元触媒のみでは、或いは三元触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒やＮＯｘ選択還元触媒とを組み合わせた場合でも、ＨＣが浄化されることなく排出されてしまうことがある。
【０００７】
すなわち、ガソリンタンクには、該タンク内で発生する蒸発燃料の大気への放出を防ぐために、活性炭等の吸着剤を収容したキャニスタが接続されている。その吸着剤の吸着能力には限界があるため、吸着が飽和する前にキャニスタに大気を取り込んで吸着剤から燃料成分を放出させ、エンジンの吸気系に導入するパージ処理が必要となる。ところが、エンジンは水素を燃料とするときはリーンバーン運転され、燃焼室温度が低いため、吸気系にパージされた蒸発燃料は燃焼室で完全に燃焼せず、排気系に排出されるＨＣ量が多くなる。そして、そのときは排気ガス温度が低いことから、三元触媒も温度が低く通常は不活性状態にあるため、排気ガス中の上記蒸発燃料に因るＨＣが酸化浄化されずに、大気中に排出されることになる。
【０００８】
そこで、本発明は、エンジンが水素を燃料としてリーンバーン運転されているときに、蒸発燃料のパージが行われても、エミッションが悪化しないようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、上記課題を解決するために、エンジンが水素を燃料としてリーンバーン運転されているときには、蒸発燃料のパージによって排気ガス中に含まれてくるＨＣをＨＣ吸着材に吸着させる、又は酸化触媒によって酸化させるようにした。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明は、ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化方法であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路とを有し、
上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒によって、当該排気ガスの浄化を行ない、
上記水素燃料によるリーンバーン運転時には、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを、ＨＣ吸着材に吸着させる、及び／又は酸化触媒によって酸化浄化することを特徴とする。
【００１１】
従って、リーンバーン運転時において、蒸発燃料の吸気系へのパージによってＨＣを含む排気ガスがエンジンから排出された場合、同時浄化触媒が活性温度に達していないときでも、その蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化浄化されるため、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【００１２】
なお、接続詞「及び／又は」は、接続された複数の要素の少なくとも一つが成り立つ意で使用している。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因るＨＣを含む排気ガスを、ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒に接触させることを特徴とする。
【００１４】
従って、上記蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは上記酸化触媒のＨＣ吸着材に吸着され、そして、触媒金属Ｐｔによって酸化浄化されることになる。また、触媒金属としてＰｔを採用したことにより、比較的低い温度でもリーン雰囲気において上記ＨＣを効率良く浄化することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化装置であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
上記キャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路と、
上記エンジンの排気ガス通路に配置され、上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時に、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒と、
上記排気ガス通路に配置され、上記水素燃料によるリーンバーン運転時において、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを吸着するＨＣ吸着材及び／又は該ＨＣを酸化浄化するための酸化触媒とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
従って、ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時浄化触媒によって浄化され、水素燃料によるリーンバーン運転時には、吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒によって酸化浄化されないＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化され、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項３において、
上記同時浄化触媒は三元触媒であり、
上記三元触媒よりも排気ガス流れの下流側の排気ガス通路に、上記ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒が配置されていることを特徴とする。
【００１８】
従って、上記蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは、三元触媒で酸化浄化されることなくこれを通過しても、酸化触媒のＨＣ吸着材に吸着され、そして、触媒金属Ｐｔによって酸化浄化されることになる。また、三元触媒は酸化触媒よりも上流側にあって排気ガスの熱によって昇温し易いから、上記ストイキ運転時、特にエンジン冷間時の排気ガスの浄化に有利であり、一方、酸化触媒は三元触媒よりも下流側にあって排気ガスの熱影響が少なくなるから、熱劣化防止に、特にＨＣ吸着材の熱劣化防止に有利になる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項３又は請求項４において、
上記エンジンは、電気モータで駆動することができるハイブリッド車両に搭載され、上記電気モータのための発電機の駆動に用いられることを特徴とする。
【００２０】
従って、当該ハイブリッド車両のエンジンを水素燃料によってリーンバーン運転しているときにおいて、蒸発燃料の吸気系へのパージによって排気ガス中に含まれる、同時浄化触媒によって酸化浄化されないＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化され、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、エンジンを水素燃料によってリーンバーン運転しているときにおいて、吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは、ＨＣ吸着材に吸着され、及び／又は酸化触媒によって酸化され、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する触媒が不活性であっても、未浄化のまま大気中に排出されることが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２３】
＜ハイブリッド車両の概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。この車両は、エンジン１及びモータ２を動力源として備えているが、エンジン１は発電にのみ使用し、車両が動くための動力は全てモータ２に頼る所謂シリーズハイブリッド車両である。エンジン１は、ガソリンと水素とを切換えて、さらにはガソリンと水素とを混合して燃料として使用するように構成されているデュアルフューエルエンジンである。
【００２４】
ハイブリッド車両は、エンジン１にガソリンを供給するガソリン燃料タンク３、エンジン１に水素を供給する水素燃料タンク４、エンジン１の出力軸５によって駆動されるジェネレータ（発電機）６、並びにモータ駆動用の電力を蓄えるバッテリ（高電圧バッテリ）７を備えている。
【００２５】
バッテリ７は、モータ２及びジェネレータ６にそれぞれ、ＤＣ−ＡＣコンバータ１１及びＡＣ−ＤＣコンバータ１２を介して接続されていて、ジェネレータ６からの発電電力及びモータ２からの回生電力が供給されることで充電される。また、バッテリ７は、電力をモータ２及びジェネレータ６に供給する。モータ２の出力軸は、駆動輪１３にディファレンシャルギア１４を介して連結されている。
【００２６】
ジェネレータ６で発生する交流電力はＡＣ−ＤＣコンバータ１２により直流電力に変換され、さらにＤＣ−ＡＣコンバータ１１により交流電力に変換されてモータ２へと供給される。バッテリ７の直流電力はＤＣ−ＡＣコンバータ１１により所定の周波数の交流電力に変換されてモータ２に供給される。ジェネレータ６で発生する交流電力はＡＣ−ＤＣコンバータ１２により直流電力に変換されてバッテリ７に供給される。
【００２７】
ガソリン燃料タンク３には、該タンク内で発生した蒸発燃料（ガソリン）を吸着するキャニスタ１５が蒸発燃料通路１６を介して接続されている。キャニスタ１５は、その底部に大気取入口を有し、活性炭等を充填した通気性のある部材で構成される。キャニスタ１５はパージ通路１７を介してエンジン１のスロットル弁下流側の吸気通路に接続され、パージ通路１７の途中にはパージ制御弁１８が配設されている。パージ制御弁１８はその開閉動作が電磁式に制御され、開弁により、キャニスタ１５に吸着された蒸発燃料が空気と共に吸気通路に供給（パージ）される。
【００２８】
この場合、ガソリン燃料タンク３の温度、パージを実行していない時間等に基いて、キャニスタ１５の蒸発燃料吸着量を推定し、該推定量が所定値以上となったとき、パージ制御弁１８を所定時間の開弁する。なお、蒸発燃料吸着量を推定せずに定期的にパージ制御弁１８を所定時間開弁するようにしてもよい。
【００２９】
エンジン１の排気ガス通路には、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化によって浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元によって浄化する同時浄化触媒としての三元触媒２２が配置され、この三元触媒２２よりも下流側には酸化触媒２３が配置されている。三元触媒２２にはその温度を検出する触媒温度センサ２４が設けられ、さらに、排気ガス通路には、三元触媒２２に流入する排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ２５、並びに三元触媒２２を通った排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ２６が配置されている。三元触媒２２及び酸化触媒２３の具体的な構成については後述する。
【００３０】
＜エンジン及び制御系の構成＞
本例のエンジン１は、図２に示すように、一対のロータハウジング３１，３２と、その内周面に沿い、出力軸（エキセントリックシャフト）５に支持されて回転する２つのロータ３３，３４とを備えた２ロータのロータリーピストンエンジンである。図２では一対のロータハウジング３１，３２を左右に展開して模式的に示している。
【００３１】
エンジン１の吸気通路３５には、その上流側の共通通路部位にアクチュエータ３７で駆動されるスロットル弁３６が設けられている。吸気通路３５の下流側の分岐した２つの独立通路部位には、ポート噴射を行うガソリン用燃料噴射弁３８，３９が設けられ、また、ロータハウジング３１，３２に、燃焼室内に燃料を噴射する水素用燃料噴射弁４０，４１が設置されている。また、各ロータハウジング３１，３２にはそれぞれ２つずつ点火プラグ４２〜４５が設置されている。これらスロットル弁アクチュエータ３７、燃料噴射弁３８〜４１及び点火プラグ４２〜４５、並びにＤＣ−ＡＣコンバータ１１及びＡＣ−ＤＣコンバータ１２は、コンピュータを用いた制御手段（ＰＣＭ（パワートレインコントロールモジュール））４６によって制御される。
【００３２】
制御手段４６には、上記制御のために、バッテリ電流・電圧センサ４７、ガソリン燃料タンク３のガソリン残量を検出する燃料センサ４８、水素燃料タンク４の水素残量を検出する圧力センサ４９、車両のインストルメントパネルに設けられた使用燃料の切換えスイッチ５０、車速センサ５１、アクセル開度センサ５２、触媒温度センサ２４等の各検出信号が入力される。バッテリ電流・電圧センサ４７は、バッテリ７に付設されたもので、バッテリ７に入ってくる電力、並びにバッテリ７から出て行く電力を、電流と電圧から求め、バッテリ７の蓄電量を検出するためのものである。なお、三元触媒２２の温度はセンサ２４によって直接検出するのでなく、排気温度やエンジン１の運転履歴から推定するようにしてもよい。
【００３３】
以下、制御について具体的に説明する。エンジン１の運転に関しては、車速センサ５１及びアクセル開度センサ５２の検出信号に基いて、モータ２に要求される出力トルク（以下、「要求トルク」という。）が所定値以上であるときに、並びに、バッテリ電流・電圧センサ４７の検出信号に基いて、バッテリ７の蓄電量が所定値以下であるときに、エンジン１の運転要と判定する。そして、モータ２の要求トルク及びバッテリ７の蓄電量に基いて、必要なエンジントルクが算出され、エンジン１が運転される。
【００３４】
エンジン１に使用するガソリンと水素との間の燃料切換えは、触媒温度センサ２４によって検出される三元触媒２２の温度（触媒活性度）、燃料センサ４８によってされるガソリン燃料タンク３のガソリン残量、圧力センサ４９によって検出される水素燃料タンク４の水素残量、並びに使用燃料の切換えスイッチ５０によって運転者が選択する燃料の種類に基いて実行される。すなわち、エンジン始動時、三元触媒２２が活性化するまでは、排気エミッション性能を高めるため自動的に水素が使用される。三元触媒２２の活性化後は、運転者がガソリンを選択しているときはガソリンが使用され、水素を選択しているときは水素が使用される。但し、水素の燃料切れを生じているときは、エンジン始動時を含めて、ガソリンが使用され、ガソリンの燃料切れを生じているときは、水素が使用される。
【００３５】
エンジン１の目標空燃比（目標空気過剰率λ）は、ガソリン使用時と水素使用時とでは異なり、ガソリン使用時はλ＝１に設定され（ストイキ運転）、水素使用時はＮＯｘ排出量が略零で最適な燃費率に最も近いλ＝２．０近傍に設定される（リーンバーン運転）。水素使用時にエンジン１がリーンバーン運転されることによって、燃焼温度の上昇が抑えられ、ＮＯｘの排出が抑制される。但し、水素使用時でもエンジン１に対する要求トルクが大きいとき（バッテリ７の充電時や車両電気負荷が大きいとき）は目標空燃比のリーン度合いを適宜弱めてリーンバーン運転される。エンジン１の空燃比は、酸素センサ２５の検出信号に基いてフィードバック制御される。
【００３６】
制御手段４６は、ＤＣ−ＡＣコンバータ１１及びＡＣ−ＤＣコンバータ１２を制御し、バッテリ７、ジェネレータ１３，及びモータ１７の相互間での電力の授受及び変換を制御する。この場合、モータ２は、車両の定速運転時等のように要求トルクが低い低トルク運転時や車両始動時にはバッテリ７から供給される電力により駆動され、中トルク運転時にはエンジン１により駆動されるジェネレータ６から供給される電力によって駆動され、急加速時等の要求トルクが高い高トルク運転時には該ジェネレータ６及びバッテリ７の双方から供給される電力により駆動される。バッテリ７の蓄電量が少ないときには、エンジン１によって、モータ２に必要な電力よりも大きな電力を該ジェネレータ６に発生させ、余分な電力がバッテリ７に供給されて充電が行われる。
【００３７】
＜三元触媒・酸化触媒の構成＞
三元触媒２２は、図３に示すように、触媒金属としてＰｄ及びＲｈを用いて二層コート構造であり、その二層の触媒層６１，６２はハニカム担体のセル壁６３に形成されている。セル壁側の下触媒層６１は、各々Ｐｄを担持した酸素吸蔵放出材粒子及びアルミナ粒子を含有し、上触媒層６２は、各々Ｐｄを担持した酸素吸蔵放出材粒子及びアルミナ粒子を含有する。以下、具体的に説明する。
【００３８】
下触媒層６１には、酸素吸蔵放出能を有するＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物粒子にＰｄが担持されたＰｄ／ＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物と、Ｌａを含有する活性アルミナ粒子にＰｄが担持されたＰｄ／Ｌａ含有アルミナとが触媒成分として、ＺｒＯ２バインダ（硝酸ジルコニル）と共に混在する。上触媒層６２には、酸素吸蔵放出能を有するＣｅＺｒＮｄ複合酸化物粒子にＲｈが担持されたＲｈ／ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物と、活性アルミナ粒子の表面にＺｒＯ２が担持されてなるサポート材にＲｈが担持されたＲｈ／ＺｒＯ２担持アルミナとが触媒成分として、ＺｒＯ２バインダと共に混在する。なお、下触媒層６１にはＲｈは含まれておらず、また、上触媒層６２にはＰｄが含まれていない。
【００３９】
三元触媒２２の各成分の組成、担持量（担体１Ｌ当たり担持量のこと。以下、同じ。）の一例を説明する。
【００４０】
下触媒層６１のＰｄ／ＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物に関しては、そのＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物粒子の組成はＣｅＯ２：ＺｒＯ２：Ｌａ２Ｏ３：Ｙ２Ｏ３：Ａｌ２Ｏ３＝１１．７：７．７：１．０：０．４：７９．２（質量％）とし、担持量は、Ｐｄ＝２ｇ／Ｌ、ＣｅＺｒＹＬａＡｌ複合酸化物粒子＝３０ｇ／Ｌとすればよい。Ｐｄ／Ｌａ含有アルミナに関しては、Ｌａ含有アルミナ粒子はＬａ２Ｏ３を４質量％含有するものであり、担持量は、Ｐｄ＝５ｇ／Ｌ、Ｌａ含有アルミナ粒子＝６０ｇ／Ｌとすればよい。下触媒層６１のＺｒＯ２バインダ担持量は１０ｇ／Ｌとすればよい。
【００４１】
上触媒層６２のＲｈ／ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物に関しては、ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物粒子の組成はＺｒＯ２：ＣｅＯ２：Ｎｄ２Ｏ３＝６７：２３：１０（質量％）であり、担持量は、Ｒｈ＝２ｇ／Ｌ、ＣｅＺｒＮｄ複合酸化物粒子＝７０ｇ／Ｌとすればよい。Ｒｈ／ＺｒＯ２担持アルミナに関しては、担持量を、Ｒｈ＝１ｇ／Ｌ、ＺｒＯ２＝２．３ｇ／Ｌ、アルミナ粒子＝２７ｇ／Ｌとすればよい。上触媒層６２のＺｒＯ２バインダ担持量は１５ｇ／Ｌとすればよい。
【００４２】
三元触媒２２のハニカム担体は、例えば、セル壁厚４．５mil（１１４．３×１０−３ｍｍ）、１平方インチ（６４５．１６ｍｍ２）当たりのセル数４００のコージェライト製とすればよく、その直径は１０５．７ｍｍ、長さは１１８ｍｍとすればよい。
【００４３】
酸化触媒２３は、ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有するものであり、図３に示すように、ハニカム担体のセル壁６４に触媒層６５を形成してなる。すなわち、その触媒層６５には、ＨＣ吸着材としてのゼオライト（本実施形態ではβゼオライトを採用している。）にＰｔが担持されたＰｔ／ゼオライトと、アルミナ粒子にＰｔが担持されたＰｔ／アルミナと、酸素吸蔵放出材としてのＣｅＺｒ複合酸化物にＰｔが担持されたＰｔ／ＣｅＺｒ複合酸化物とがアルミナバインダと共に混在する。
【００４４】
Ｐｔ／ゼオライトの担持量に関しては、βゼオライト＝３０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下（例えば、６０ｇ／Ｌ）、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下（例えば、１ｇ／Ｌ）、Ｐｔ／アルミナの担持量に関しては、アルミナ粒子＝３０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下（例えば、６０ｇ／Ｌ）、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下（例えば、２ｇ／Ｌ）、Ｐｔ／ＣｅＺｒ複合酸化物の担持量に関しては、ＣｅＺｒ複合酸化物粒子＝３０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下（例えば、６０ｇ／Ｌ）、Ｐｔ＝０．５ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下（例えば、２ｇ／Ｌ）、アルミナバインダ＝１０ｇ／Ｌ以上４０ｇ／Ｌ以下（例えば、２５ｇ／Ｌ）とすればよい。ＣｅＺｒ複合酸化物粒子の組成は例えばＣｅＯ２：ＺｒＯ２＝７０：３０（質量％）とすればよい。βゼオライトはＮＯｘを分解する触媒としても働くが、このβゼオライトにＰｔを担持させてＮＯｘの分解をさらに促進することもできる。
【００４５】
触媒層６５には、その他にＰｄを２０ｇ／Ｌ以下、Ｒｈを２０ｇ／Ｌ以下含ませるようにしてもよい。バインダとしては、ＺｒＯ２バインダやＣｅＯ２バインダを単独で、或いはアルミナバインダと混合して用いることができる。
【００４６】
酸化触媒２３のハニカム担体は、例えば、セル壁厚６．５mil（１６５．１×１０−３ｍｍ）、１平方インチ（６４５．１６ｍｍ２）当たりのセル数４００のコージェライト製とすればよく、その直径は１０５．７ｍｍ、長さは１１８ｍｍとすればよい。
【００４７】
従って、エンジン１は、ガソリンを燃料とするときはストイキ運転され、そのときの排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘは三元触媒２２によって浄化される。この場合、三元触媒２２は酸化触媒２３よりも上流側にあって排気ガスの熱によって昇温し易いから、ストイキ運転時、特にエンジン冷間時の排気ガスの浄化に有利である。一方、酸化触媒２３は三元触媒２２よりも下流側にあって排気ガスの熱影響が少なくなるから、熱劣化の防止（特にβゼオライトの熱劣化防止）に有利になる。さらに、ＰｄとＲｈとを別の触媒層に配置したから、この両触媒金属が合金化することが防止され、触媒の劣化防止に有利になる。
【００４８】
次にエンジン１は、水素を燃料とするときはリーンバーン運転され、燃焼室温度が低い。このため、キャニスタ１５から吸気通路３５に蒸発燃料がパージされたとき、その蒸発燃料は燃焼室で完全に燃焼せず、排気ガス通路に排出されるＨＣ量が多くなる。そのときは排気ガス温度が低いことから、三元触媒２２も温度が低く通常は不活性状態にあるため、上記蒸発燃料に因る排気ガス中のＨＣは三元触媒２２では酸化浄化されない。
【００４９】
しかし、本発明の場合、三元触媒２２よりも下流側に酸化触媒２３が配置され、該酸化触媒２３にＨＣ吸着材としてのβゼオライトが含まれているから、三元触媒２２で酸化浄化されない上記蒸発燃料に因るＨＣはβゼオライトに吸着され、大気中に排出されることが避けられる。そして、βゼオライトに吸着されたＨＣは酸化触媒２３の温度上昇に伴って該βゼオライトから脱離するが、その脱離ＨＣはＰｔ／アルミナによって酸化浄化されることになる。特に触媒金属としてＰｔを採用したことにより、比較的低い温度でもリーン雰囲気において上記ＨＣを効率良く浄化することができる。
【００５０】
また、そのとき、ＣｅＺｒ複合酸化物粒子は、酸素過剰雰囲気においても、Ｃｅイオンの価数変化により、排気ガス中の酸素を取り込んで当該複合酸化物粒子内の酸素と交換する酸素交換反応を生じ、それによって放出される活性酸素が上記脱離ＨＣのＰｔ／アルミナによる酸化浄化に有効に働く。このため、上記蒸発燃料に因るＨＣが未浄化のまま大気中に排出される量が少なくなる。
【００５１】
また、上記ＨＣ吸着材として働くβゼオライトは、排気ガス中のＮＯｘの浄化にも働くことから、水素燃料によるリーンバーン運転において、例えばエンジン出力を高めるように空燃比制御されて燃焼室温度が高くなり、ＮＯｘ発生量が多少増えた場合でも、エミッションの悪化が避けられる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、エンジン１はガソリンと水素とを切り換えて使用するが、本発明はこれに限定するものではなく、ガソリンと水素とを混合して使用する運転モードを採用することもできる。
【００５３】
また、上記実施形態のエンジンはロータリーピストンエンジンであるが、本発明はこれに限定するものではなく、レシプロエンジンであってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態はシリーズハイブリッド車両に係るものであるが、パラレルハイブリッド車両やシリーズパラレルハイブリッド車両、さらには、モータによらず、エンジンのみで駆動される車両にも本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るバイブリッド車両の構成図である。
【図２】同車両のエンジン及び制御系の構成図である。
【図３】本発明に係る三元触媒及び酸化触媒の構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ エンジン
２ モータ
３ ガソリン燃料タンク
４ 水素燃料タンク
６ ジェネレータ（発電機）
１５ キャニスタ
１６ 蒸発燃料通路
１７ パージ通路
１８ パージ制御弁
２２ 三元触媒
２３ 酸化触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化方法であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路とを有し、
上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒によって、当該排気ガスの浄化を行ない、
上記水素燃料によるリーンバーン運転時には、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを、ＨＣ吸着材に吸着させる、及び／又は酸化触媒によって酸化浄化することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因るＨＣを含む排気ガスを、ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒に接触させることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法。
【請求項３】
ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化装置であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
上記キャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路と、
上記エンジンの排気ガス通路に配置され、上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時に、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒と、
上記排気ガス通路に配置され、上記水素燃料によるリーンバーン運転時において、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを吸着するＨＣ吸着材及び／又は該ＨＣを酸化浄化するための酸化触媒とを備えていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記同時浄化触媒は三元触媒であり、
上記三元触媒よりも排気ガス流れの下流側の排気ガス通路に、上記ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒が配置されていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４において、
上記エンジンは、電気モータで駆動することができるハイブリッド車両に搭載され、上記電気モータのための発電機の駆動に用いられることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１】
ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化方法であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、このキャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路とを有し、
上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時には、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒によって、当該排気ガスの浄化を行ない、
上記水素燃料によるリーンバーン運転時には、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを、ＨＣ吸着材に吸着させる、及び／又は酸化触媒によって酸化浄化することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因るＨＣを含む排気ガスを、ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒に接触させることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法。
【請求項３】
ガソリンを含む燃料によるストイキ運転と、水素燃料によるリーンバーン運転とが行われるエンジンの排気ガス浄化装置であって、
上記ガソリンを含む燃料を貯蔵する燃料タンク内に発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、
上記キャニスタに吸着された蒸発燃料をエンジンの吸気系にパージするパージ通路と、
上記エンジンの排気ガス通路に配置され、上記ガソリンを含む燃料によるストイキ運転時に、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化浄化すると同時に該排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する同時浄化触媒と、
上記排気ガス通路に配置され、上記水素燃料によるリーンバーン運転時において、上記吸気系にパージされた蒸発燃料に因る排気ガス中の上記同時浄化触媒では酸化浄化されないＨＣを吸着するＨＣ吸着材及び／又は該ＨＣを酸化浄化するための酸化触媒とを備えていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記同時浄化触媒は三元触媒であり、
上記三元触媒よりも排気ガス流れの下流側の排気ガス通路に、上記ＨＣ吸着材と触媒金属Ｐｔとを含有する酸化触媒が配置されていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４において、
上記エンジンは、電気モータで駆動することができるハイブリッド車両に搭載され、上記電気モータのための発電機の駆動に用いられることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２９３４４５（Ｐ２００９−２９３４４５Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４６１５５（Ｐ２００８−１４６１５５）
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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