(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の排気管（１１）内の通路に配設され、排気を浄化処理する触媒層（１１０）と、
前記排気の熱を蓄熱し、蓄熱した熱を前記触媒層（１１０）に与える蓄熱材（１２０）と、を備える内燃機関用の排気浄化装置において、
前記触媒層（１１０）は、
前記排気が流通する多数の内部通路（１１１ａ）が形成されたモノリス（１１１）と、
前記排気中の未燃成分を酸化する金属からなる触媒（１１３）と、
酸素吸蔵機能を有し、前記触媒（１１３）と隣り合うように設けられた助触媒（１１４）と、を備え、
前記内部通路（１１１ａ）の内壁面に、前記触媒（１１３）および前記助触媒（１１４）が配設されており、
前記蓄熱材（１２０）は、
前記排気中の成分と反応した時に放熱し、受熱した時に前記排気中の成分を脱離する化学蓄熱材であると共に、
前記内部通路（１１１ａ）の内壁面に、前記触媒（１１３）および前記助触媒（１１４）と隣り合うように配設されており、
前記蓄熱材（１２０）は、金属酸化物であり、
前記金属酸化物は、繊維状粘土鉱物（１３０）によって被覆されたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記モノリス（１１１）は、形成材料として少なくともアルミナを含んでおり、
前記金属酸化物は、酸化カルシウムであることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒（１１３）の粒径は、０．１〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記触媒（１１３）は、非貴金属基触であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気管（１１）内の通路における前記触媒層（１１０）よりも上流側に、前記排気の熱を回収する排気熱回収器（１４０）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気管（１１）内の通路における前記触媒層（１１０）よりも下流側において、前記排気管（１１）内の通路を開閉する開閉手段（１５０）と、
前記内燃機関（１０）が停止された時、あるいはその後に、所定時間だけ前記内燃機関（１０）に対してフューエルカット制御を行いつつ、スタータを作動させて、前記排気管（１１）内の排気を排出させた後に、前記開閉手段（１５０）によって前記排気管（１１）内の通路を閉じる制御手段（１６０）と、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記排気管（１１）内の通路における前記触媒層（１１０）よりも上流側および下流側に、前記排気中の成分を吸着する吸着材（１７０）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気管（１１）に設けられて、前記触媒層（１１０）をバイパスするバイパス通路（１８０）と、
前記触媒層（１１０）あるいは前記バイパス通路（１８０）への排気流れを切替える切替え手段（１９０）と、
前記内燃機関（１０）が停止された時、あるいはその後に、所定時間だけ前記切替え手段（１９０）によって前記排気流れを前記バイパス通路（１８０）側へ切替える制御手段（１６０）と、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項９】
内燃機関（１０）の排気管（１１）内の通路に配設され、排気を浄化処理する触媒層（１１０）と、
前記排気の熱を蓄熱し、蓄熱した熱を前記触媒層（１１０）に与える蓄熱材（１２０）と、を備える内燃機関用の排気浄化装置において、
前記触媒層（１１０）は、
前記排気が流通する多数の内部通路（１１１ａ）が形成されたモノリス（１１１）と、
前記排気中の未燃成分を酸化する金属からなる触媒（１１３）と、
酸素吸蔵機能を有し、前記触媒（１１３）と隣り合うように設けられた助触媒（１１４）と、を備え、
前記内部通路（１１１ａ）の内壁面に、前記触媒（１１３）および前記助触媒（１１４）が配設されており、
前記蓄熱材（１２０）は、
前記排気中の成分と反応した時に放熱し、受熱した時に前記排気中の成分を脱離する化学蓄熱材であると共に、
前記内部通路（１１１ａ）の内壁面に、前記触媒（１１３）および前記助触媒（１１４）と隣り合うように配設されており、
前記排気管（１１）内の通路における前記触媒層（１１０）よりも下流側において、前記排気管（１１）内の通路を開閉する開閉手段（１５０）と、
前記内燃機関（１０）が停止された時、あるいはその後に、所定時間だけ前記内燃機関（１０）に対してフューエルカット制御を行いつつ、スタータを作動させて、前記排気管（１１）内の排気を排出させた後に、前記開閉手段（１５０）によって前記排気管（１１）内の通路を閉じる制御手段（１６０）と、を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項１０】
前記蓄熱材（１２０）は、金属酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記モノリス（１１１）は、形成材料として少なくともアルミナを含んでおり、
前記金属酸化物は、酸化カルシウムであることを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記金属酸化物は、繊維状粘土鉱物（１３０）によって被覆されたことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記触媒（１１３）の粒径は、０．１〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項９〜請求項１２のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記触媒（１１３）は、非貴金属基触であることを特徴とする請求項９〜請求項１３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記排気管（１１）内の通路における前記触媒層（１１０）よりも上流側に、前記排気の熱を回収する排気熱回収器（１４０）が設けられたことを特徴とする請求項９〜請求項１４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項１６】
前記排気管（１１）内の通路における前記触媒層（１１０）よりも上流側および下流側に、前記排気中の成分を吸着する吸着材（１７０）が設けられたことを特徴とする請求項９〜請求項１５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項１７】
前記排気管（１１）に設けられて、前記触媒層（１１０）をバイパスするバイパス通路（１８０）と、
前記触媒層（１１０）あるいは前記バイパス通路（１８０）への排気流れを切替える切替え手段（１９０）と、
前記内燃機関（１０）が停止された時、あるいはその後に、所定時間だけ前記切替え手段（１９０）によって前記排気流れを前記バイパス通路（１８０）側へ切替える制御手段（１６０）と、を備えることを特徴とする請求項９〜請求項１５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車などの内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の排気浄化装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この排気浄化装置（触媒コンバータ）は、排気が流通する筒状体内に排気浄化用の触媒が保持されている。触媒は、排気が通過可能な開口を有する担体に触媒物質が担持されることで構成されている。また、筒状体の外周には筒状体内部の熱を蓄熱する蓄熱材が設けられている。そして、筒状体内において触媒よりも上流側には、蓄熱材との間で熱交換する前段熱交換部材が設けられている。
【０００３】
上記特許文献１の排気浄化装置では、蓄熱材との間で熱交換する前段熱交換部材が設けられているので、例えば、比較的低温の排気が筒状体内に流入した場合、蓄熱材に蓄熱されていた熱が前段熱交換部材を介して排気に対して放熱され、排気を昇温させることができる。よって、触媒を通過する排気の温度を比較的高くすることができ、比較的低温の排気が流入した場合でも、触媒の浄化性能をより確実に発揮できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７６４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、触媒は、担体および触媒物質が筒状体に一体的に保持されて形成されており、更に、蓄熱材は筒状体の外周に設けられているので、蓄熱材の熱は、筒状体および前段熱交換部を介して排気に伝達されることになる。つまり、蓄熱材は、筒状体の熱抵抗を受ける分、多量の熱が必要となり、排気浄化装置としては多量の蓄熱材が必要となる（実現性が低い）という問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、少量の蓄熱材であっても触媒の昇温を可能とする排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、内燃機関（１０）の排気管（１１）内の通路に配設され、排気を浄化処理する触媒層（１１０）と、
排気の熱を蓄熱し、蓄熱した熱を触媒層（１１０）に与える蓄熱材（１２０）と、を備える内燃機関用の排気浄化装置において、
触媒層（１１０）は、
排気が流通する多数の内部通路（１１１ａ）が形成されたモノリス（１１１）と、
排気中の未燃成分を酸化する金属からなる触媒（１１３）と、
酸素吸蔵機能を有し、触媒（１１３）と隣り合うように設けられた助触媒（１１４）と、を備え、
前記内部通路（１１１ａ）の内壁面に、触媒（１１３）および助触媒（１１４）が配設されており、
蓄熱材（１２０）は、
排気中の成分と反応した時に放熱し、受熱した時に排気中の成分を脱離する化学蓄熱材であると共に、
内部通路（１１１ａ）の内壁面に、触媒（１１３）および助触媒（１１４）と隣り合うように配設されており、
蓄熱材（１２０）は、金属酸化物であり、
金属酸化物は、繊維状粘土鉱物（１３０）によって被覆されたことを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、触媒層（１１０）における助触媒（１１４）は、自身の中に酸素を取り込むことができるので、例えば内燃機関（１０）のリッチ燃焼あるいはリーン燃焼等の燃焼形態に関わらず、取り込まれた酸素を触媒（１１３）に供給することができる。そして、触媒（１１３）は、排気中の未燃成分を効果的に酸化させて排気の浄化を促進することができる。
【００１０】
そして、蓄熱材（１２０）として化学蓄熱材を用いており、この化学蓄熱材は、内燃機関（１０）の通常作動時における排気の熱を蓄熱することができる。よって、次回、内燃機関（１０）が始動され、排気の温度が低い状態にあっても、排気中の成分と反応して放熱することができ、この熱によって触媒（１１３）を昇温させることができるので、内燃機関（１０）の始動後、短時間で触媒（１１３）の浄化機能を発揮させることができる。
【００１１】
ここで、蓄熱材（１２０）は、触媒層（１１０）における触媒（１１３）および助触媒（１１４）と隣り合うように配設されているので、蓄熱材（１２０）から放出される熱をモノリス（１１１）の内壁面側に伝達させて無駄にしてしまうことなく、触媒（１１３）に直接的に伝達することができるので、積極的に触媒（１１３）を昇温させて、触媒（１１３）による排気の浄化機能を高めることができる。
【００１２】
総じて、少量の蓄熱材で（１２０）あっても、触媒（１１３）の昇温を可能として、容易に実現可能な排気浄化装置を提供することができる。
【００１３】
また、蓄熱材（１２０）が触媒（１１３）と隣り合うように配設されているため、一旦反応した蓄熱材（１２０）に対し、触媒（１１３）から直接的に熱を供給し得る。この熱は、触媒（１１３）での燃焼反応により生じるものを意味している。従って、一旦反応した蓄熱材（１２０）を再生させる（蓄熱材（１２０）から排ガス中の成分を脱離させる）に際し、排ガスの熱のみでは賄い切れない場合であっても、触媒（１１３）からの直接的な熱供給により、確実に蓄熱材（１２０）が再生し得る。
【００１４】
また、蓄熱材（１２０）は、金属酸化物である。
【００１５】
これによれば、金属酸化物は蓄熱密度が大きいので、触媒（１１３）の効果的な昇温が可能となる。
そして、金属酸化物は、繊維状粘土鉱物（１３０）によって被覆されるので、これにより、触媒（１１３）に対して直接的に接触することを防止でき、触媒（１１３）による排気の浄化機能を阻害することがない。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、モノリス（１１１）は、形成材料として少なくともアルミナを含んでおり、
金属酸化物は、酸化カルシウムであることを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、酸化カルシウムは、アルミナとの親和性が高いので、モノリス（１１１）への固定が容易になる。また、酸化カルシウムは安価に入手可能であり、安価な排気浄化装置とすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、触媒（１１３）の粒径は、０．１〜３０ｎｍであることを特徴としている。
【００２１】
この発明によれば、触媒（１１３）の粒子を微細化して、同一使用量における表面積を拡大することができるので、触媒（１１３）による浄化機能を高めることができる。よって、浄化機能を高めた分、触媒（１１３）の使用量を低減することができ、併せて蓄熱材（１２０）の使用量を低減できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、触媒（１１３）は、非貴金属基触であることを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、隣接配置される蓄熱材（１２０）によって触媒（１１３）の浄化機能を高めることができる分、非貴金属基触の触媒での対応を可能とすることができる。非貴金属基触の触媒は、貴金属基触の触媒（１１３）に比べて、コストが非常に安価であるため、安価な排気浄化装置とすることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明では、排気管（１１）内の通路における触媒層（１１０）よりも上流側に、排気の熱を回収する排気熱回収器（１４０）が設けられたことを特徴としている。
【００２５】
この発明によれば、隣接配置される蓄熱材（１２０）によって触媒（１１３）を昇温し、触媒（１１３）の浄化機能を高めることができるので、触媒（１１３）よりも上流側で排気から熱が回収されることを許容することができる。よって、触媒（１１３）による浄化機能を発揮しつつ、触媒（１１３）よりも上流側に排気熱回収器（１４０）を設けて、排気の熱を他の用途に有効に活用することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明では、排気管（１１）内の通路における触媒層（１１０）よりも下流側において、排気管（１１）内の通路を開閉する開閉手段（１５０）と、
内燃機関（１０）が停止された時、あるいはその後に、所定時間だけ内燃機関（１０）に対してフューエルカット制御を行いつつ、スタータを作動させて、排気管（１１）内の排気を排出させた後に、開閉手段（１５０）によって排気管（１１）内の通路を閉じる制御手段（１６０）と、を備えることを特徴としている。
【００２７】
この発明によれば、内燃機関（１０）の運転が停止された時、あるいはその後に、内燃機関（１０）に対してフューエルカット制御しつつ、スタータを作動させて、排気管（１１）内の排気を排出させた後に、開閉手段（１５０）によって排気管（１１）内の通路を閉じることによって、排気管（１１）内に排気が残留しない状態とすることができる。よって、内燃機関（１０）の停止後に、排気中の成分と蓄熱材（１２０）とが反応して放熱してしまうことを防止できる。
【００２８】
請求項７に記載の発明では、排気管（１１）内の通路における触媒層（１１０）よりも上流側および下流側に、排気中の成分を吸着する吸着材（１７０）が設けられたことを特徴としている。
【００２９】
この発明によれば、内燃機関（１０）の運転が停止された後に、排気管（１１）内の排気中の成分を吸着材（１７０）によって吸着することができる。よって、内燃機関（１０）の停止後に、残留する排気中の成分と蓄熱材（１２０）とが反応して放熱してしまうことを防止できる。
【００３０】
請求項８に記載の発明では、排気管（１１）に設けられて、触媒層（１１０）をバイパスするバイパス通路（１８０）と、
触媒層（１１０）あるいはバイパス通路（１８０）への排気流れを切替える切替え手段（１９０）と、
内燃機関（１０）が停止された時、あるいはその後に、所定時間だけ切替え手段（１９０）によって排気流れをバイパス通路（１８０）側へ切替える制御手段（１６０）と、を備えることを特徴としている。
【００３１】
この発明によれば、内燃機関（１０）の運転が停止された時、あるいはその後に、切替え手段（１９０）によって、排気はバイパス通路（１８０）側に導かれる。そして、触媒層（１１０）は、バイパス通路（１８０）によって排気から隔離され、排気に晒されない状態に維持される。よって、内燃機関（１０）の停止後に、残留する排気中の成分と蓄熱材（１２０）とが反応して放熱してしまうことを防止できる。
請求項９に記載の発明では、内燃機関（１０）の排気管（１１）内の通路に配設され、排気を浄化処理する触媒層（１１０）と、
排気の熱を蓄熱し、蓄熱した熱を触媒層（１１０）に与える蓄熱材（１２０）と、を備える内燃機関用の排気浄化装置において、
触媒層（１１０）は、
排気が流通する多数の内部通路（１１１ａ）が形成されたモノリス（１１１）と、
排気中の未燃成分を酸化する金属からなる触媒（１１３）と、
酸素吸蔵機能を有し、触媒（１１３）と隣り合うように設けられた助触媒（１１４）と、を備え、
内部通路（１１１ａ）の内壁面に、触媒（１１３）および助触媒（１１４）が配設されており、
蓄熱材（１２０）は、
排気中の成分と反応した時に放熱し、受熱した時に排気中の成分を脱離する化学蓄熱材であると共に、
内部通路（１１１ａ）の内壁面に、触媒（１１３）および助触媒（１１４）と隣り合うように配設されており、
排気管（１１）内の通路における触媒層（１１０）よりも下流側において、排気管（１１）内の通路を開閉する開閉手段（１５０）と、
内燃機関（１０）が停止された時、あるいはその後に、所定時間だけ内燃機関（１０）に対してフューエルカット制御を行いつつ、スタータを作動させて、排気管（１１）内の排気を排出させた後に、開閉手段（１５０）によって排気管（１１）内の通路を閉じる制御手段（１６０）と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、触媒層（１１０）における助触媒（１１４）は、自身の中に酸素を取り込むことができるので、例えば内燃機関（１０）のリッチ燃焼あるいはリーン燃焼等の燃焼形態に関わらず、取り込まれた酸素を触媒（１１３）に供給することができる。そして、触媒（１１３）は、排気中の未燃成分を効果的に酸化させて排気の浄化を促進することができる。
そして、蓄熱材（１２０）として化学蓄熱材を用いており、この化学蓄熱材は、内燃機関（１０）の通常作動時における排気の熱を蓄熱することができる。よって、次回、内燃機関（１０）が始動され、排気の温度が低い状態にあっても、排気中の成分と反応して放熱することができ、この熱によって触媒（１１３）を昇温させることができるので、内燃機関（１０）の始動後、短時間で触媒（１１３）の浄化機能を発揮させることができる。
ここで、蓄熱材（１２０）は、触媒層（１１０）における触媒（１１３）および助触媒（１１４）と隣り合うように配設されているので、蓄熱材（１２０）から放出される熱をモノリス（１１１）の内壁面側に伝達させて無駄にしてしまうことなく、触媒（１１３）に直接的に伝達することができるので、積極的に触媒（１１３）を昇温させて、触媒（１１３）による排気の浄化機能を高めることができる。
総じて、少量の蓄熱材で（１２０）あっても、触媒（１１３）の昇温を可能として、容易に実現可能な排気浄化装置を提供することができる。
また、蓄熱材（１２０）が触媒（１１３）と隣り合うように配設されているため、一旦反応した蓄熱材（１２０）に対し、触媒（１１３）から直接的に熱を供給し得る。この熱は、触媒（１１３）での燃焼反応により生じるものを意味している。従って、一旦反応した蓄熱材（１２０）を再生させる（蓄熱材（１２０）から排ガス中の成分を脱離させる）に際し、排ガスの熱のみでは賄い切れない場合であっても、触媒（１１３）からの直接的な熱供給により、確実に蓄熱材（１２０）が再生し得る。
更に、内燃機関（１０）の運転が停止された時、あるいはその後に、内燃機関（１０）に対してフューエルカット制御しつつ、スタータを作動させて、排気管（１１）内の排気を排出させた後に、開閉手段（１５０）によって排気管（１１）内の通路を閉じることによって、排気管（１１）内に排気が残留しない状態とすることができる。よって、内燃機関（１０）の停止後に、排気中の成分と蓄熱材（１２０）とが反応して放熱してしまうことを防止できる。
請求項１０に記載の発明では、蓄熱材（１２０）は、金属酸化物であることを特徴としている。
この発明によれば、金属酸化物は蓄熱密度が大きいので、触媒（１１３）の効果的な昇温が可能となる。
請求項１１に記載の発明内容は、請求項２に記載の発明内容と同一である。
請求項１２に記載の発明では、金属酸化物は、繊維状粘土鉱物（１３０）によって被覆されたことを特徴としている。
この発明によれば、金属酸化物は、繊維状粘土鉱物（１３０）によって被覆されるので、触媒（１１３）に対して直接的に接触することを防止でき、触媒（１１３）による排気の浄化機能を阻害することがない。
請求項１３〜請求項１７に記載の発明内容は、請求項３、４、５、７、８に記載の発明内容と同一である。
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施形態における排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】第１実施形態における排気浄化装置の構造を示すモデル図である。
【図３】第２実施形態における蓄熱材を示すモデル図である。
【図４】第３実施形態における排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図５】第４実施形態における排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図６】第５実施形態における排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図７】第６実施形態における排気浄化装置を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００３４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２を用いて説明する。第１実施形態における排気浄化装置１００Ａは、主に、車両用のエンジン１０の排気の熱を、蓄熱材１２０によって効果的に蓄熱すると共に、その熱を毎回のエンジン１０始動時に触媒層１１０に与えるようにしたものである。図１はエンジン１０を含む排気浄化装置１００Ａを示す全体構成図、図２は排気浄化装置１００Ａの構造を示すモデル図である。
【００３５】
図１に示すように、エンジン１０は水冷式の内燃機関であり、燃料が燃焼した後の排気が排出される排気管１１を有している。そして、排気管１１内の通路の途中部位に、排気浄化装置１００Ａが介在されている。排気浄化装置１００Ａは、排気を浄化するものであり、触媒層１１０および蓄熱材１２０を備えている。
【００３６】
図２に示すように、触媒層１１０は、モノリス１１１に担体１１２、触媒１１３、および助触媒１１４が設けられて形成されている。モノリス１１１は、ハニカム構造体を成す筒状の容器体であり、少なくともアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含むセラミックス材から形成されている。モノリス１１１は、内部に断面六角状の多数の内部通路１１１ａを形成しており、排気が流通可能となっている。そして、各内部通路１１１ａの壁は、モノリス壁１１１ｂとして形成されている。モノリス１１１は、排気管１１内の通路の横断面全体を覆うように、排気管１１内の通路の途中部位に配設されている。
【００３７】
担体１１２は、触媒１１３および助触媒１１４を担持するものであり、内部通路１１１ａの内壁面となるモノリス壁１１１ｂの表面に設けられている。担体１１２は、例えばアルミノシリケート系（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ）の触媒担体であり、ゼオライト、メソポーラスシリカ等を用いることができる。担体１１２には多数の細孔１１２ａが形成されており、排気が流通可能となっている。細孔１１２ａの内径は、例えば０．５〜５０ｎｍ程度の大きさで形成されている。
【００３８】
触媒１１３は、排気中に含まれる未燃成分を酸化する金属製の触媒であり、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が使用される。排気中の未燃成分としては、例えばハイドロカーボン（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等があり、触媒１１３は、これら未燃成分に対して、酸化させることで、それぞれ無害な水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）に変えて、排気を浄化するようになっている。触媒１１３は、約４００℃前後で活性化されて、上記の排気浄化機能を発揮する。また、触媒１１３は、排気浄化機能を発揮する際に酸化熱を発生する。
【００３９】
助触媒１１４は、上記触媒１１３と同様の排気浄化機能に加えて、酸素吸蔵機能を備える触媒であり、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ）が使用される。助触媒１１４の粒径は、触媒１１３の粒径よりも大きく形成されている。
【００４０】
上記触媒１１３、助触媒１１４の粒径は、例えば０．１〜３０ｎｍ程度の大きさで形成されており、触媒１１３および助触媒１１４は、互いに隣り合うように、担体１１２の細孔１１２ａ内に配設されている。よって、触媒１１３および助触媒１１４は、モノリス１１１の内部通路１１１ａの表面に担体１１２を介して配設された形となっている。また、触媒１１３、助触媒１１４は、車両の各種走行条件下において好適な排気浄化機能を発揮できるように、適切な使用量が予め算出されて、設けられている。ここでは、例えば、触媒１１３は０．６ｇ程度、助触媒１１４は２０ｇ程度が使用されている。
【００４１】
蓄熱材１２０は、排気中の成分、具体的には水蒸気（Ｈ２Ｏ）、あるいは二酸化炭素（ＣＯ２）と可逆的に発熱反応および吸熱反応する固体の化学蓄熱材から形成されている。第１実施形態では、蓄熱材１２０として金属酸化物を用いており、更に具体的には例えばアルカリ土類金属の酸化物として、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等を用いている。また、第１実施形態では蓄熱材１２０は、粉末状の化学蓄熱材を用いている。蓄熱材１２０の粒径は、例えば数１０ｎｍ程度の大きさに形成されている。
【００４２】
そして、粉末状の蓄熱材１２０は、モノリス１１１の内部通路１１１ａの内壁面となるモノリス壁１１１ｂの表面に設けられている。触媒１１３および助触媒１１４と隣り合うように配設されている。即ち、蓄熱材１２０は、触媒１１３および助触媒１１４と同様に、担体１１２の細孔１１２ａ内に配設されている。
【００４３】
蓄熱材１２０は、車両（エンジン１０）の始動時のように排気の温度がまだ低い状態にあっても、所定時間内に、蓄熱材１２０自身に蓄熱した熱によって、触媒１１３、１１４を所定温度以上に昇温させて、触媒１１３、１１４が本来発揮し得る浄化能力に対して、所定値以上の浄化能力を引き出せるように、触媒１１３、１１４に対する必要使用量が予め算出されている。ここでは、例えば、エンジン１０の始動後３０秒以内に、触媒１１３、１１４を４００℃以上に昇温させるために必要とされる蓄熱材１２０の必要量として、１３ｇ程度が使用されている。
【００４４】
次に、上記構成に基づく排気浄化装置１００Ａの作動について説明する。
【００４５】
排気浄化装置１００Ａは、エンジン１０の始動から停止の間に、蓄熱材１２０による放熱モード、および蓄熱モードが行われ、排気の浄化がなされるようになっている。以下、各モードについて詳細に説明する。
【００４６】
１．放熱モード
エンジン１０が始動された直後は、排気の温度は低い状態にあるが、後述する蓄熱モードによって蓄熱状態にある蓄熱材１２０は、排気中の水蒸気、あるいは二酸化炭素と反応して発熱する。この反応は、以下の化学反応式１、あるいは化学反応式２における左辺から右辺への反応（発熱反応）として示すことができる。化学反応式１は、蓄熱材１２０と水蒸気とが反応する場合、化学反応式２は蓄熱材１２０と二酸化炭素とが反応する場合を示すものである。
【００４７】
【化１】
0005527024.tif 000002
【００４８】
【化２】
0005527024.tif 000003
蓄熱材１２０における上記化学反応式１、２の左辺から右辺への発熱反応によって発生した熱は、不必要にモノリス１１１に伝達されることなく、直接的に隣接する触媒１１３に伝達され、触媒１１３は積極的に加熱され、昇温される。この昇温により、触媒１１３は、排気浄化機能を発揮できる状態となって、排気中の未燃成分を酸化して、排気を浄化する。この時、酸素吸蔵機能により助触媒１１４に取り込まれていた酸素によって、触媒１１３の酸化作用が促進される。
【００４９】
２．蓄熱モード
上記放熱モードを実行した後に、経過時間と共に排気の温度が充分に上昇すると、触媒１１３は、この温度条件下において本来の排気浄化機能を継続して発揮していく。ここで、蓄熱材１２０においては、排気の熱、および／あるいは触媒１１３による酸化熱によって、蓄熱材１２０に収着された排気中の成分（水蒸気、あるいは二酸化炭素）が脱離されることになる。この反応は、上記で説明した化学反応式１、あるいは化学反応式２における右辺から左辺への反応（吸熱反応）として示すことができる。この反応により蓄熱材１２０は、金属酸化物（酸化カルシウム）として再生される。つまり蓄熱材１２０が蓄熱状態となり、次回、エンジン１０が始動された時の放熱モードに備えることができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態では、触媒層１１０に助触媒１１４を設けている。助触媒１１４は、自身の中に酸素を取り込むことができるので、例えばエンジン１０のリッチ燃焼あるいはリーン燃焼等の燃焼形態に関わらず、取り込まれた酸素を触媒１１３に供給することができる。そして、触媒１１３は、排気中の未燃成分（ハイドロカーボン、一酸化炭素等）を効果的に酸化させて排気の浄化を促進することができる。
【００５１】
そして、蓄熱材１２０として化学蓄熱材を用いており、この化学蓄熱材は、エンジン１０の通常作動時における排気の熱、および／または、触媒１１３による酸化熱を蓄熱することができる。よって、次回、エンジン１０が始動され、排気の温度が低い状態にあっても、排気中の成分と反応して放熱することができ、この熱によって触媒１１３を昇温させることができるので、エンジン１０の始動後、短時間で触媒１１３の排気浄化機能を発揮させることができる。尚、排気の温度が逆に高い場合、蓄熱材１２０によって排気の熱が蓄熱材１２０によって吸熱されるので、触媒１１３の劣化を抑制することができる。
【００５２】
ここで、蓄熱材１２０は、触媒層１１０における触媒１１３および助触媒１１４と隣り合うように配設されているので、蓄熱材１２０から放出される熱をモノリス１１１の内壁面側に伝達させて無駄にしてしまうことなく、触媒１１３に直接的に伝達することができるので、積極的に触媒１１３を昇温させて、触媒１１３による排気浄化機能を高めることができる。また、蓄熱材１２０は、触媒１１３、助触媒１１４を担持する担体１１２に、同様に担持させているので、蓄熱材１２０専用の容器が不用となる。
【００５３】
総じて、少量の蓄熱材１２０であっても、触媒１１３の昇温を可能として、容易に実現可能な排気浄化装置１００Ａを提供することができる。
【００５４】
また、蓄熱材１２０が触媒１１３と隣り合うように配設されているため、一旦反応した蓄熱材１２０に対し、触媒１１３から直接的に熱を供給し得る。この熱は、触媒１１３での燃焼反応により生じるものを意味している。従って、一旦反応した蓄熱材１２０を再生させる（蓄熱材１２０から排ガス中の成分を脱離させる）に際し、排ガスの熱のみでは賄い切れない場合であっても、触媒１１３からの直接的な熱供給により、確実に蓄熱材１２０が再生し得る。
【００５５】
また、蓄熱材１２０として、金属酸化物を用いている。この金属酸化物は、同一体積において蓄熱し得る熱量、すなわち蓄熱密度が大きいので、触媒１１３の効果的な昇温が可能となる。
【００５６】
また、モノリス１１１は、形成材料として少なくともアルミナを含むものとしている。これによれば、蓄熱材１２０として設定した酸化カルシウムは、アルミナとの親和性が高いので、モノリス１１１への固定が容易になる。また、酸化カルシウムは安価に入手可能であり、安価な排気浄化装置とすることができる。
【００５７】
また、触媒１１３の粒径を、０．１〜３０ｎｍとしているので、触媒１１３の粒子を微細化して、同一使用量における表面積を拡大することができ、触媒１１３による排気浄化機能を高めることができる。よって、排気浄化機能を高めた分、触媒１１３の使用量を低減することができ、併せて蓄熱材１２０の使用量を低減できる。
【００５８】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態では、触媒１１３を貴金属から成るものとしたが、蓄熱材１２０の配置により効果的な触媒１１３の昇温が可能となることから、貴金属に代えて、非貴金属から成るものとしても良い。非貴金属基触の触媒としては、例えば、銅（Ｃｕ）を選定することができる。非貴金属基触の触媒は、貴金属基触の触媒１１３に比べて、コストが非常に安価であるため、安価な排気浄化装置とすることができる。
【００５９】
（第２実施形態）
第２実施形態を図３に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、蓄熱材１２０に繊維状粘土鉱物１３０を追加したものである。具体的には、蓄熱材１２０の外側を繊維状粘土鉱物１３０によって被覆したものとしている。
【００６０】
繊維状粘土鉱物１３０は、例えばアルミナ、シリカ系の粘土鉱物が使用され、その組織は、針状を成している。蓄熱材１２０と繊維状粘土鉱物１３０とを混合、焼成することで、図３に示すように、繊維状粘土鉱物１３０は篭状を成し、蓄熱材１２０は篭状の繊維状粘土鉱物１３０の内部に収容される篭状複合体となっている。
【００６１】
これにより、蓄熱材１２０（金属酸化物）は、繊維状粘土鉱物１３０によって被覆されるので、触媒１１３に対して直接的に接触することを防止でき、触媒１１３による排気浄化機能を阻害することがない。
【００６２】
（第３実施形態）
第３実施形態の排気浄化装置１００Ｂを図４に示す。第３実施形態の排気浄化装置１００Ｂは、上記第１実施形態に対して、排気熱回収器１４０を追加したものである。
【００６３】
排気浄化装置１００Ｂの触媒層１１０、蓄熱材１２０に関する構成は、上記第１実施形態と同一である。追加される排気熱回収器１４０は、排気と、所定の加熱部位を加熱するための熱媒体との間で熱交換する熱交換器である。ここでは、所定の加熱部位をエンジン１０とし、加熱用の熱媒体をエンジン冷却水としている。
【００６４】
排気熱回収器１４０は、例えば排気が流通する流路と、エンジン１０の冷却水回路１２を循環するエンジン冷却水が流通する流路とを備えており、排気の熱によって、エンジン冷却水が加熱され、特に、エンジン１０の始動時に排気の熱をエンジン冷却水に回収して、エンジン１０を短時間で暖機できるようにしたものである。尚、排気熱回収器１４０においては、上記のように排気とエンジン冷却水とが直接的に熱交換するもの、あるいは排気とエンジン冷却水との間に別の熱媒体を備え、この別の熱媒体を介して排気とエンジン冷却水とが間接的に熱交換するもの、等とすることができる。
【００６５】
上記排気熱回収器１４０は、排気管１１内の通路において、触媒層１１０（触媒１１３）よりも上流側に配設されている。
【００６６】
通常、触媒層１１０よりも上流側に排気熱回収器１４０を設けると、排気の熱がエンジン冷却水に回収されることから、排気の温度が低下し、触媒１１３に対しては昇温効果が低下して、昇温時間が長くなるため、触媒１１３によって排気浄化機能を発揮させるにあたっては不利となる。
【００６７】
しかしながら、本実施形態では、上記第１実施形態で説明したように、隣接配置される蓄熱材１２０によって触媒１１３を効果的に昇温し、触媒１１３の排気浄化機能を高めることができるので、触媒１１３よりも上流側で排気から熱が回収されることを許容することができる。よって、触媒１１３による排気浄化機能を発揮しつつ、触媒１１３よりも上流側に排気熱回収器１４０を設けて、排気の熱を他の用途に有効に活用することができる。
【００６８】
（第４実施形態）
第４実施形態の排気浄化装置１００Ｃを図５に示す。第４実施形態の排気浄化装置１００Ｃは、上記第１実施形態に対して、バルブ１５０および制御部１６０を追加したものである。排気浄化装置１００Ｃの触媒層１１０、蓄熱材１２０に関する構成は、上記第１実施形態と同一である。
【００６９】
バルブ１５０は、排気管１１内の通路を開閉する開閉手段であり、排気管１１において触媒層１１０（触媒１１３）よりも下流側に配設されている。バルブ１５０は、制御部１６０によって、作動制御されるようになっており、排気管１１内の通路を開閉可能としている。
【００７０】
制御部１６０は、上記のようにバルブ１５０の開閉制御を行うと共に、エンジン１０が停止した時、あるいは停止した後に、エンジン１０に対する燃料供給制御と、エンジン１０始動用のスタータ作動の制御を行う制御手段である。
【００７１】
具体的には、制御部１６０は、エンジン１０が停止した時、あるいは停止した後に、エンジン１０に対して所定時間だけフューエルカット制御を行いつつ、スタータを作動させる。エンジン１０は、燃料の供給されない状態で作動され、排気管１１には、燃料燃焼による排気を伴わない空気が排出され、エンジン１０が作動されていた間の排気管１１内の排気が、この空気によって排出される。そして、フューエルカット制御およびスタータの作動を停止し、バルブ１５０によって排気管１１を閉じる。
【００７２】
このように、第４実施形態では、エンジン１０の運転が停止された時、あるいはその後に、エンジン１０に対してフューエルカット制御しつつ、スタータを作動させて、排気管１１内の排気を排出させた後に、バルブ１５０によって排気管１１内の通路を閉じるようにしているので、排気管１１内に排気（排気中の成分である水蒸気や二酸化炭素）が残留しない状態とすることができる。よって、エンジン１０の停止後に、排気中の成分と蓄熱材１２０とが反応して放熱してしまうことを防止できる。
【００７３】
（第５実施形態）
第５実施形態の排気浄化装置１００Ｄを図６に示す。第５実施形態の排気浄化装置１００Ｄは、上記第１実施形態に対して、吸着材１７０を追加したものである。排気浄化装置１００Ｄの触媒層１１０、蓄熱材１２０に関する構成は、上記第１実施形態と同一である。
【００７４】
吸着材１７０は、排気中の成分、例えば水蒸気を吸着する水分吸湿剤である。吸着剤１７０は、例えばシリカゲル、ゼオライト等が用いられる。吸着材１７０は、排気管１１内の通路において、触媒層１１０（触媒１１３）よりも上流側および下流側に配設されている。吸着材１７０の吸湿温度は、蓄熱材１２０の蓄熱温度よりも低い温度となっており、例えばエンジン１０が停止した後の排気管１１内の温度（排気温度）が低い場合に、吸着材１７０は排気管１１内の水分を吸湿する。逆に、排気管１１内の温度が高く、蓄熱材１２０が蓄熱モードを実行する場合には、吸着材１７０は吸湿した水分を脱離させるようになっている。
【００７５】
このように、第５実施形態では、エンジン１０の運転が停止された後に、排気管１１内の排気中の水分を吸着材１７０によって吸着することができる。よって、エンジン１０の停止後に、残留する排気中の水分と蓄熱材１２０とが反応して放熱してしまうことを防止できる。尚、蓄熱材１２０が放熱モードを実行するような、排気の温度が高い場合は、吸着材１７０によって吸湿された水分は脱離され、脱離された水分は蓄熱材１２０に供給されるので、蓄熱材１２０が放熱する際の妨げにならない。
【００７６】
（第６実施形態）
第６実施形態の排気浄化装置１００Ｅを図７に示す。第６実施形態の排気浄化装置１００Ｅは、上記第１実施形態に対して、バイパス通路１８０、切替えバルブ１９０、および制御部１６０を追加したものである。排気浄化装置１００Ｅの触媒層１１０、蓄熱材１２０に関する構成は、上記第１実施形態と同一である。
【００７７】
バイパス通路１８０は、排気管１１において、触媒層１１０をバイパスする通路として形成されている。切替えバルブ１９０は、排気を触媒層１１０側に流すか、あるいはバイパス通路１８０側に流すかを切替える切替え手段である。切替えバルブ１９０は、制御部（制御手段）１６０によって、作動制御されるようになっており、上記のように排気の流れを切替え可能としている。
【００７８】
制御部１６０は、エンジン１０が停止した時、あるいは停止した後に、所定時間だけ切替えバルブ１９０を制御して、排気の流れをバイパス通路１８０側に切替える。すると、排気はバイパス通路１８０側に導かれ、触媒層１１０は、バイパス通路１８０によって排気から隔離され、排気に晒されない状態に維持されるので、エンジン１０の停止後に、残留する排気中の成分と蓄熱材１２０とが反応して放熱してしまうことを防止できる。
【００７９】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、蓄熱材１２０として金属酸化物、更に詳しくはアルカリ土類金属の酸化物として酸化カルシウム、酸化マグネシウムを使用したが、これに限らず、他のアルカリ土類金属（バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒ）、あるいは遷移金属（銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ）、あるいは両性金属（アルミニウムＡｌ、亜鉛Ｚｎ、錫Ｓｎ、鉛Ｐｂ）の酸化物を用いても良い。
【００８０】
また、第３実施形態の排気浄化装置１００Ｂにおける排気熱回収器１４０は、エンジン１０の冷却水（エンジン１０）の暖機用に使用されるものとしたが、これに限らず、エンジンオイル、自動変速機のＡＴＦ等の暖機に使用されるものとしても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  排気管
１００Ａ〜１００Ｅ  排気浄化装置
１１０  触媒層
１１１  モノリス
１１１ａ  内部通路
１１３  触媒
１１４  助触媒
１２０  蓄熱材
１３０  繊維状粘土鉱物
１４０  排気熱回収器
１５０  バルブ（開閉手段）
１６０  制御部（制御手段）
１７０  吸着材
１８０  バイパス通路
１９０  切替えバルブ（切替え手段）
【図１】
0005527024.tif 000004
【図２】
0005527024.tif 000005
【図３】
0005527024.tif 000006
【図４】
0005527024.tif 000007
【図５】
0005527024.tif 000008
【図６】
0005527024.tif 000009
【図７】
0005527024.tif 000010