JP2019085888A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時から第２触媒を早期に昇温させ、排ガスの浄化効率をこれまでよりも早期に高めることができる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス浄化触媒３２のうち第１触媒３４の熱容量は、第２触媒３５の熱容量よりも小さい。第２触媒３５の熱容量は、２５℃の温度環境下で１８４〜３２２Ｊ／Ｋであり、第１触媒３４の熱容量は、２５℃の温度環境下で２０Ｊ／Ｋ以下である。第１触媒３４は、担体に排ガスを浄化する金属触媒が担持されたものであり、担体は、金属材料からなり、前記排ガスが通過する方向に沿った第１触媒３４の長さは、２〜７ｍｍである。排ガス浄化装置は、第１触媒３４に対して、マイクロ波を照射して、第１触媒３４をマイクロ波加熱する加熱装置３１を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、排気マニホールドからの排ガスを浄化する排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化装置に関する。

従来から、エンジンから排出された排ガスを浄化するために、排気マニホールドには、排ガス浄化装置が接続されている。排ガス浄化装置は、排気マニホールドからの排ガスを浄化する触媒を備えており、触媒は、排ガスを浄化する金属触媒と、金属触媒を担持する担体（触媒担体）とで構成されている。

たとえば、特許文献１には、このような排ガス浄化装置として、排気マニホールドからの排ガスを浄化する第１触媒と、第１触媒を通過した排ガスを浄化する第２触媒と、を備えた排ガス浄化装置が開示されている。この排ガス浄化装置では、第１触媒は、第２触媒よりも熱容量が小さい。これにより、第１触媒を早期に昇温させ、エンジン始動時における排気性能を向上させることができる。

特開２０１５−１６５０９５号公報

しかしながら、特許文献１の如き構成であっても、エンジン始動時に、第１触媒が活性化する段階で、第１触媒を通過する排ガスには、第１触媒における排ガスの反応時の熱が入熱されるが、この入熱される熱量よりも多い熱量が、第１触媒自体に吸熱されることがある。すなわち、第１触媒により、排ガスの熱が多く奪われると、第１触媒を通過し、第２触媒に向かう排ガスの温度は、第１触媒を設けない場合よりも、低くなることがある。この結果、エンジン始動時から第２触媒が活性化するまでの時間が遅くなり、エンジン始動時から所定の浄化効率に達するまでの時間が、第１触媒を設けない場合よりも長くなることがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、第１触媒と、第１触媒からの排ガスが通過する第２触媒を設けた場合であっても、エンジン始動時から第２触媒を早期に昇温させ、排ガスの浄化効率をこれまでよりも早期に高めることができる排ガス浄化装置を提供することにある。

前記課題を鑑みて、発明者が鋭意検討を重ねた結果、第１触媒の熱容量を、第２触媒の熱容量よりも、極端に小さくすれば、排気マニホールドからの排ガスが第１触媒を通過する際に、排ガスの熱が第１触媒に奪われることを抑えることができると考えた。ここで、これまでは、触媒の熱容量を極端に小さくすると、触媒の大きさが極端に小さくなるため、排ガスの浄化性能は、ほとんど無いと考えられていた。しかしながら、発明者の後述する実験からも明らかなように、第１触媒を第２触媒に比べて極めて小さくしても、第１触媒が排ガスの浄化に十分に寄与し、第１触媒をマイクロ波により加熱すれば、さらに排ガスの浄化効率を高めることができるとの新たな知見を得た。

本発明は、この発明者の新たな知見に基づくものであり、本発明による排ガス浄化装置は、排気マニホールドからの排ガスを浄化する排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化装置であって、前記排ガス浄化触媒は、前記排気マニホールドからの排ガスを浄化する第１触媒と、前記第１触媒を通過した前記排ガスを浄化する第２触媒とを備えており、前記第１触媒の熱容量は、前記第２触媒の熱容量よりも小さく、前記第２触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で１８４〜３２２Ｊ／Ｋであり、前記第１触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で２０Ｊ／Ｋ以下であり、前記第１触媒は、担体に排ガスを浄化する金属触媒が担持されたものであり、前記担体は、金属材料からなり、前記排ガスが通過する方向に沿った前記第１触媒の長さは、２〜７ｍｍであり、前記排ガス浄化装置は、前記第１触媒に対してマイクロ波を照射することにより、前記第１触媒をマイクロ波加熱する加熱装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第２触媒の熱容量は、車両で利用される一般的な触媒の熱容量の範囲であり、これに対して、第１触媒の熱容量は、第２触媒の熱容量に対して極端に小さい２０Ｊ／Ｋ以下である。これにより、エンジン始動時に、排気マニホールドから比較的に低温の排ガスが第１触媒を通過したとしても、第１触媒は、上述した如く熱容量が小さいため、第１触媒は早期に昇温される。また、第１触媒を通過する排ガスの熱は、第１触媒に奪われ難いため、第１触媒を通過した排ガスの熱により、第２触媒も、第１触媒に続けて早期に昇温させることができる。このような結果、エンジン始動時から、第１触媒が早期に活性化されるとともに、これまでよりも早期に第２触媒も活性化されるため、排ガスの浄化効率をエンジン始動時から早期に高めることができる。

ここで、第１触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で２０Ｊ／Ｋ以下であるので、第１触媒の大きさは、従来の触媒よりもかなり小さい。このため、第１触媒を配置するためのスペースを新たに設けること無く、第１触媒を簡単に配置することができる。第１触媒の熱容量が、２０Ｊ／Ｋを超える場合には、後述する発明者らの実験の結果からも明らかなように、第１触媒を設けない場合よりも、エンジン始動時から第２触媒が活性化するまでの時間が長くなることが分かっている。

たとえば担体に利用されるコージライトなどのセラミックス材料の比熱に比べて、担体に利用されるステンレス鋼などの金属材料の比熱は一般的に小さく、加熱装置により、第１触媒にマイクロ波を照射し、マイクロ波加熱により、第１触媒を早期に昇温することができる。第１触媒の担体を金属材料からなる担体とすることにより、上述した第１触媒の熱容量の条件を満たす第１触媒を簡単に得ることができる。

ここで、排ガスが通過する方向に沿った第１触媒の長さは、２〜７ｍｍであるが、たとえば、第１触媒の長さが２ｍｍ未満である場合には、第１触媒の長さが短過ぎるため、マイクロ波の吸収容量が不足し、第１触媒は十分に発熱しない。一方、第１触媒の長さが７ｍｍを超えた場合には、金属連続体である第１触媒の担体は、表皮効果により電磁波が浸透しない。これは、第１触媒の担体の金属表面は電位が一定で、金属表面に沿った方向では、電場が０になり、マイクロ波の振動が妨げられて反射するからである。

このような結果、第１触媒と、第１触媒からの排ガスが通過する第２触媒を設けた場合、熱容量が小さい第１触媒で、その金属触媒を早期に活性化し、第１触媒の担体をマイクロ波で加熱することにより、エンジン始動時から第２触媒を早期に昇温させ、排ガスの浄化効率をこれまでよりも早期に高めることができる。

本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を説明するための模式的概念図である。 図１に示す排ガス浄化装置の第１触媒コンバータの模式的斜視断面図である。 図２に示す第１触媒コンバータの模式的平面図である。 実施例１に係る第１触媒の写真である。 実施例１〜３および比較例２の第１触媒の長さと第１触媒の昇温温度との関係を示したグラフである。 実施例１〜３および比較例１、２に係る第１触媒コンバータを通過した排ガスのＨＣ５０％浄化到達時間を示したグラフである。 実施例１および比較例１、２の第１触媒を通過した後の排ガス温度の変化を測定したグラフである。

以下に、本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置３を説明するための模式的概念図であり、図２は、図１に示す排ガス浄化装置３の第１触媒コンバータ３０の模式的斜視断面図である。なお、図２では、第１触媒コンバータ３０の内部を示すために、ハウジング３３を半割状態にして図示している。

図１に示すように、本実施形態に係る排ガス浄化装置３は、エンジン２の下流に取付けられ、エンジン２で燃焼後の排ガスを浄化する装置である。エンジン２は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのいずれのエンジンであってもよく、本実施形態では、その一例として、図１にガソリン直噴エンジンを例示している。

エンジン２では、吸気弁２５を介して吸入された空気が、シリンダブロック２１とピストン２２で形成された燃焼室に入流し、燃料噴射弁２８で噴射された燃料（ガソリン）と混合される。混合された混合気は、燃焼室内で、点火プラグ２７で点火されて燃焼し、燃焼後の排ガスは、排気弁２６を介して、排気マニホールド２９から排出される。

排気マニホールド２９で排気された排ガスは、排ガス浄化装置３で浄化される。具体的には、排ガス浄化装置３は、排気マニホールド２９に接続される第１触媒コンバータ３０と、第１触媒コンバータ３０の下流において、排気管３６を介して、第１触媒コンバータ３０に接続される第２触媒コンバータ３７と、を備えている。第１触媒コンバータ３０は、たとえば、車両のエンジンルーム（図示せず）に配置され、第２触媒コンバータ３７は、たとえば、車両の床下（図示せず）に配置される。

第１触媒コンバータ３０は、排気マニホールド２９からの排ガスを浄化する排ガス浄化触媒３２と、排ガス浄化触媒３２を収容するハウジング３３とを備えている。第２触媒コンバータ３７も、同様に、第１触媒コンバータ３０により浄化しきれなかった排ガスをさらに浄化する排ガス浄化触媒３８と、排ガス浄化触媒３８を収容するハウジング３９とを備えている。ハウジング３３、３９は、たとえば、ステンレス鋼、炭素鋼、またはアルミニウムなどの金属材料からなる。

図２に示すように、第１触媒コンバータ３０のハウジング３３には、入側コーン部３３ａと、胴体部３３ｂと、出側コーン部３３ｃと、が形成されている。入側コーン部３３ａは、排気マニホールド２９からの排ガスが流入し、排ガスの上流から下流に向かって、排ガスの流路断面が拡大したコーン形状である。胴体部３３ｂは、排ガスが流れる上流側において、入側コーン部３３ａに連続して形成されており、排ガスの流路断面が一定となる筒形状である。出側コーン部３３ｃは、排ガスが流れる上流側において、胴体部３３ｂに連続して形成されており、排ガスの上流から下流に向かって、排ガスの流路断面が縮小したコーン形状である。

本実施形態では、第１触媒コンバータ３０の排ガス浄化触媒３２は、排気マニホールド２９からの排ガスを浄化する第１触媒３４と、第１触媒３４を通過した排ガスを浄化する第２触媒３５とを備えている。第１触媒３４は、入側コーン部３３ａ内に配置されており、第２触媒３５は、胴体部３３ｂ内に配置されている。

本実施形態では、エンジン２が、ガソリンエンジンであることから、第１触媒３４および第２触媒３５は、ガソリンエンジンの排ガスの炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒化酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒である。一方、内燃機関が、ディーゼルエンジンである場合には、第１触媒３４および第２触媒３５は、一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）等を除去する酸化触媒である。なお、第２触媒コンバータ３７に収容される排ガス浄化触媒３８も、内燃機関の種類に応じて、第１および第２触媒３４、３５と同様の触媒が設定されている。

第１触媒３４および第２触媒３５は、担体（触媒担体）に、排ガスを浄化する金属触媒が担持されたものである。これらの担体は、金属材料からなる。金属材料としては、耐熱性および耐食性を有した材料であることが好ましく、たとえば、ステンレス鋼、アルミニウムなどを挙げることができる。

ここで、たとえば担体の素材であるコージライトなどのセラミックス材料の比熱に比べて、担体の素材であるステンレス鋼などの金属材料の比熱は小さい。第１触媒３４の担体を金属材料からなる担体とすることにより、後述するような第１触媒３４の熱容量の条件を満たす触媒を簡単に製造することができる。これに加えて、第１触媒３４は、後述するように極めて小さい熱容量の条件を満たすため、セラミックス材料からなる担体は、熱衝撃などにより割れ易いが、金属材料からなる担体にすれば、このような割れを回避することができる。

図２および図３に示すように、第１触媒３４の担体は、円板状であり、リング状の金属枠体３４ａの内部に、排ガスが通過する複数のセルが形成されたハニカム構造体である。具体的には、第１触媒３４では、金属枠体３４ａの内部に、波状に屈曲した金属帯体３４ｂと、板状の金属帯体３４ｃとを重ね合わせて巻回させて、複数のセルを形成している。なお、この他にも、第１触媒３４の担体を、３Ｄプリンターで製造してもよく、金属箔を打ち抜いた後、打ち抜いた金属箔を積層することにより形成してもよい。

後述する発明者の実験からも明らかなように、図２に示すように、排ガスが通過する方向に沿った第１触媒３４の長さｔは、２〜７ｍｍである。また、セルを形成する壁部（具体的には金属帯体３４ｃ）の厚さは、２０〜５０μｍであることが好ましい。このような厚さを満たすことにより、第１触媒３４の担体は、加熱され易い。金属枠体３４ａの内径は、６０〜９０ｍｍであることが好ましく、金属帯体３４ｃを重ね合わせて巻回させることにより形成されるセルの個数は、０．４７〜１．４０個／ｍｍ^２、４７〜１４０個／cｍ^２（３００〜９００個／インチ）の範囲にあることが好ましい。

一方、本実施形態では、第２触媒３５の担体は、円柱状であり、セラミックス材料からなり、排ガスが通過する複数のセルが形成されたハニカム構造の担体である。セラミックス材料としては、たとえば、アルミナ、ジルコニア、コージライト、チタニア、炭化珪素、および窒化珪素などのうちのいずれか一種を主成分とする多孔質のセラミックス材料を挙げることができる。排ガス浄化触媒３８の担体も同様である。

第１触媒３４および第２触媒３５の金属触媒は、粒状であり、これらのセルを形成する内壁面に、セラミックス材料を介して担持されている。金属触媒となる金属としては、白金、ロジウム、およびパラジウムのうち少なくとも一種を含む貴金属が選択される。担体に金属触媒を担持するセラミックス材料としては、ジルコニアとアルミナ、セリアとアルミナ、または、セリア−ジルコニアとアルミナ、の混合素材などを挙げることができる。担体に金属触媒を担持する際には、上述したセラミックス材料と金属触媒を含むスラリーを担体にコートし、これを焼成することにより得ることができる。

本実施形態では、第１触媒３４の熱容量は、第２触媒３５の熱容量よりも小さい。具体的には、第１触媒３４の熱容量は、２５℃の温度環境下で２０Ｊ／Ｋ以下であり、第２触媒３５の熱容量は、２５℃の温度環境下で１８４〜３２２Ｊ／Ｋである。

なお、第２触媒３５の熱容量の範囲は、一般的に市販されている車両のエンジンの排気量に応じて適用される触媒の熱容量であり、上述した材料等を適宜選択することにより、この熱容量の範囲に収めることができる。第２触媒３５の熱容量が、１８４Ｊ／Ｋ未満である場合、第２触媒３５の大きさ（熱容量）が小さ過ぎるため、排ガスの浄化性能が十分ではない。一方、第２触媒３５の熱容量が、３２２Ｊ／Ｋを超える場合には、第２触媒３５の大きさ（熱容量）が大き過ぎるため、エンジンの始動時に、排ガスによる第２触媒３５の昇温が遅くなる。

本実施形態によれば、第１触媒３４の熱容量は、第２触媒３５の熱容量に対して極端に小さい２０Ｊ／Ｋ以下である。したがって、エンジン２の始動時に、排気マニホールド２９から比較的に低温の排ガスが第１触媒３４を通過したとしても、第１触媒３４は、上述した如く熱容量が小さいため、これまでの触媒に比べて第１触媒３４は早期に昇温される。

また、第１触媒３４を通過する排ガスの熱は、第１触媒３４の熱容量が小さいため、第１触媒３４に奪われ難く、この排ガスの熱に金属触媒との反応熱が加味される。このため、第１触媒３４を通過した排ガスの熱により、第２触媒３５も、エンジン２の始動時から第１触媒３４に続けて早期に昇温させることができる。このような結果、エンジン２の始動時から、第１触媒３４が早期に活性化されるとともに、これまでよりも早期に第２触媒３５も活性化されるため、排ガスの浄化効率を早期に高めることができる。

第１触媒３４の熱容量が、２０Ｊ／Ｋを超える場合には、第１触媒３４を設けない場合よりも、エンジン２の始動時から第２触媒３５が活性化するまでの時間が長くなる。なお、製造上の観点から、第１触媒３４の熱容量は、３Ｊ／Ｋ以上であることが好ましい。

さらに、第１触媒３４の熱容量は、２５℃の温度環境下で２０Ｊ／Ｋ以下であるので、第１触媒の大きさは、従来の一般的な触媒よりもかなり小さい。このため、第１触媒３４を配置するためのスペースを新たに設けること無く、第１触媒３４を簡単に配置することができる。

特に、本実施形態では、第２触媒３５は、これまでの触媒の如く、第１触媒コンバータ３０のハウジング３３の胴体部３３ｂに配置され、第１触媒３４は、入側コーン部３３ａ内に配置されている。これにより、排気管に第１触媒３４を配置する場合に比べて、大きな径で、かつ、排ガスの流路に沿った長さｔが短い第１触媒を配置することができる。このような結果、第１触媒３４を通過する排ガスの圧損を低減することができる。

これに加えて、第１触媒３４を通過することにより排ガスは、第２触媒３５の上流側で整流化されるため、第２触媒３５に向かう排ガスの速度勾配を緩やかにすることができ、その排ガスの速度分布を平滑にすることができる。この結果、図２に示す第２触媒３５の中央部分３５ａと外周部分３５ｂとを通過する排ガスの速度がより均一に近づくので、第２触媒３５の浄化効率を高めることができる。

上述したように、第１触媒３４の担体は、金属材料からなる。これにより、金属製のハウジング３３の入側コーン部３３ａに第１触媒３４を配置する際には、入側コーン部３３ａと、第１触媒３４の担体とを溶接により簡単に接合することができる。

本実施形態では、排ガス浄化装置３の第１触媒コンバータ３０は、第１触媒３４に対して、排ガスの上流側から第１触媒３４にマイクロ波を発振（照射）することにより、第１触媒３４をマイクロ波加熱する加熱装置（マイクロ波発振器）３１をさらに備えている。なお、本実施形態では、排ガスの下流側から第１触媒３４にマイクロ波を照射してもよい。さらに、本実施形態は、図示の如く、加熱装置３１のマイクロ波の照射方向は、第１触媒３４の円板状の軸心に対して傾斜しているが、発明者の実験によれば、第１触媒３４は、熱容量が小さい（すなわち）小型の担体であるため、この傾斜による加熱の影響はほとんどない。照射されるマイクロ波の条件は、出力５００〜５０００Ｗ、周波数９００ＭＨｚ〜５．８ＧＨｚの範囲であることが好ましい。

本実施形態によれば、加熱装置３１により、排ガスの上流側から第１触媒３４にマイクロ波を照射して、マイクロ波加熱により、早期に昇温することができる。排ガスが通過する方向に沿った第１触媒３４の長さｔは、２〜７ｍｍであるので、マイクロ波加熱により第１触媒３４を短時間で発熱させることができる。

ここで、第１触媒３４の長さｔが２ｍｍ未満である場合には、第１触媒３４の長さｔが短過ぎるため、マイクロ波の吸収容量が不足し、第１触媒３４は十分に発熱しない。一方、第１触媒の長さｔが７ｍｍを超えた場合には、金属連続体である第１触媒３４の担体は、表皮効果により電磁波が浸透しない。これは、第１触媒３４の担体の金属表面は電位が一定で、金属表面に沿った方向では、電場が０になり、マイクロ波の振動が妨げられて反射するからである。また、本実施形態では、第１触媒３４のセルを形成する金属帯体（壁部）３４ｃの厚さが、上述した如く、ミクロンオーダであるので、電気伝導率を低減することができ、マイクロ波は、第１触媒３４の担体に深く浸透し、第１触媒３４を早期に発熱させることができる。

このような結果、第１触媒３４と、第１触媒３４からの排ガスが通過する第２触媒３５を設けた場合、熱容量が小さい第１触媒３４で、その金属触媒を早期に活性化することができる。これに加えて、第１触媒３４の担体をマイクロ波で加熱するので、エンジン始動時から第２触媒３５を早期に昇温させ、排ガスの浄化効率をこれまでよりも早期に高めることができる。

さらに、第１触媒３４の金属触媒が、第２触媒３５の上流側で、排ガスのＣＯおよびＨＣ等に先に反応するため、その下流側の第２触媒３５の金属触媒の劣化を抑えることができる。

以下に、本発明の実施例を説明する。

＜実施例１＞
以下に示すようにして、図２に示す第１触媒コンバータを作製した。まず、第１触媒の担体（メタル基材）として、図４に示す形状の担体を準備した。具体的には、第１触媒の担体は、直径８０ｍｍ、長さ４ｍｍの円板状のステンレス鋼からなる担体（メタル担体）であり、リング状の金属枠体の厚さは、１．０ｍｍであり、波状の金属帯体および板状の金属帯体の厚さは、３０μｍであり、１平方インチあたりのセル数は、６００個であり、担体の重量は、２２．１ｇであった。

次に、金属触媒として、所定の割合のロジウムの粒子を含む、セリア−ジルコニアのスラリーを、担体にコートし、１２０℃で乾燥後、５００℃で焼成した。これにより、担体には、１．５ｇの重量のコート層が被覆され、そのうち、ロジウムの重量は、０．１３ｇであった。

担体およびコート層の重量と、各材料の比熱から、得られた第１触媒の熱容量を算出した。担体の素材であるステンレス鋼の比熱は、２５℃の温度環境下で、０．４６Ｊ／ｇ・Ｋであり、コート層に含まれる焼成後のセリア−ジルコニアの比熱は、２５℃の温度環境下で、１．５Ｊ／ｇ・Ｋである。したがって、実施例１の第１触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で、１２．４Ｊ／Ｋであった。なお、第１触媒に対するロジウムの含有量は、微量であるため、ロジウムの熱容量は加味していない。得られた第１触媒に対して、５００Ｗ、２，４５ＧＨｚ、１０秒間の条件で、マイクロ波を照射し、その照射前後の温度を、非接触型温度計で測定した。その結果、第１触媒は、４８．０℃昇温した（図５参照）。なお、第１触媒の担体のみに対して同様に、マイクロ波を照射すると、担体は、４８．４℃昇温した。

次に、第２触媒として、直径１０３ｍｍのコージライトからなるセラミックス製の担体に、金属触媒として、白金およびロジウムの粒子を含む、セリア−ジルコニアのスラリーをコートし、第１触媒と同じように、乾燥および焼成をした。第２触媒には、金属触媒として、粒状の白金１．８ｇおよび粒状のロジウム０．２ｇが含まれている。なお、第１触媒３４と同様に、第２触媒の熱容量を算出した。第２触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で、３２２Ｊ／Ｋである。

次に、ハウジング３３の入側コーン部に、第１触媒を溶接し、その後、胴体部を入側コーン部３３ａに溶接した後、胴体部に第２触媒をアロンセラミックス（登録商標）で固定した。最後に、胴体部に、出側コーン部を溶接した。これにより、実施例１に係る第１触媒コンバータを得た。

＜実施例２＞
実施例１と同じようにして、第１触媒コンバータを作製した。実施例１と相違する点は、第１触媒３４の長さを２ｍｍにした点である。第１触媒の１平方インチあたりのセル数は、６００個であり、担体の重量は、１１．５ｇであった。担体には、１．３ｇの重量のコート層が被覆され、そのうち、ロジウムの重量は、０．１０ｇであり、実施例２の第１触媒３４の熱容量は、２５℃の温度環境下で、７．２Ｊ／Ｋであった。

得られた第１触媒に対して、実施例１と同様の条件で、マイクロ波を照射し、その照射前後の温度を、非接触型温度計で測定した。その結果、第１触媒は、２１．８℃昇温した（図５参照）。なお、第１触媒の担体のみに対して同様に、マイクロ波を照射すると、担体は、２０．９℃昇温した。

＜実施例３＞
実施例１と同じようにして、第１触媒コンバータを作製した。実施例１と相違する点は、第１触媒３４の長さを６ｍｍにした点である。第１触媒の１平方インチあたりのセル数は、６００個であり、担体の重量は、３３．２ｇであった。担体には、１．８ｇの重量のコート層が被覆され、そのうち、ロジウムの重量は、０．１５ｇであり、実施例３の第１触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で、１８Ｊ／Ｋであった。

得られた第１触媒に対して、実施例１と同様の条件で、マイクロ波を照射し、その照射前後の温度を、非接触型温度計で測定した。その結果、第１触媒は、３１．３℃昇温した（図５参照）。なお、第１触媒の担体のみに対して同様に、マイクロ波を照射すると、担体は、２０．９℃昇温した。

＜比較例１＞
実施例１と同じように、第１触媒コンバータを作製した。比較例１が実施例１と相違する点は、第１触媒コンバータに第１触媒を設けなかった点である。

＜比較例２＞
比較例２と同じようにして、第１触媒コンバータを作製した。実施例１と相違する点は、第１触媒３４の長さを１０ｍｍにした点である。第１触媒の１平方インチあたりのセル数は、６００個であり、担体の重量は、４４．７ｇであった。担体には、２．０５ｇの重量のコート層が被覆され、そのうち、ロジウムの重量は、０．１７ｇであり、比較例２の第１触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で、２４Ｊ／Ｋであった。

比較例２の第１触媒コンバータを作製前の第１触媒に対して、実施例１と同様の条件で、マイクロ波を照射し、その照射前後の温度を、非接触型温度計で測定した。その結果、第１触媒３４は、４．８℃昇温した（図５参照）。なお、第１触媒の担体のみに対して同様に、マイクロ波を照射すると、担体は、５．１℃昇温した。

〔評価試験〕
実施例１〜３および比較例１、２の第１触媒コンバータをそれぞれ、エンジンからバイパス経路のある排気管に接続した。エンジン内で、エンジンの流入空気量（すなわち排ガス量に相当）２５ｇ／秒、ストイキの条件で混合気を燃焼し、排ガス温度を４５０℃に調整した排ガスを排気管に流した。その後、バイパス経路に切り換えて、排気管に流れる排ガスを、バイパス経路に流通させ、第１触媒コンバータに排ガスを通過させた。第１触媒コンバータから排出される排ガスのＨＣの浄化効率がエンジン始動時から５０％に到達するまでの時間を測定した。この結果を、図６に示す。なお、この評価試験では、バイパス経路に切り換えたタイミングを、エンジン始動時と仮定している。なお、これらの評価試験を、第１触媒に対してマイクロ波加熱あり（ＭＷあり）、および、マイクロ波加熱なし（ＭＷなし）の条件で測定した。

図６は、実施例１〜３および比較例１、２に係る第１触媒コンバータを通過した排ガスのＨＣ５０％浄化到達時間を示したグラフである。

さらに、第１触媒に対してマイクロ波加熱なしの条件で、バイパス経路に切り換えてから（エンジン始動時から）、実施例１および比較例１、２の第１触媒コンバータ内の第１触媒を通過した排ガスの温度を測定した。この結果を、図７に示す。

〔結果〕
図６に示すように、実施例１〜３の第１触媒コンバータのＨＣ５０％浄化到達時間は、ＭＷあり・なしのいずれの場合であっても、比較例１のものよりも短かった。これは、実施例１〜３では、比較例１とは異なり、第２触媒の上流に、第１触媒をさらに配置したことにより、浄化効率が向上したためであると考えられる。

しかしながら、図６に示すように、比較例２では、ＭＷあり・なしのいずれの場合であっても、第２触媒の上流に第１触媒を配置したにもかかわらず、第１触媒コンバータのＨＣ５０％浄化到達時間は、比較例１よりも長くなった。図７に示すように、ＭＷなしにおいて、エンジン始動時から２〜７秒における比較例２の排ガスの温度は、実施例１のものよりも低かった。

このことから、実施例１〜３の第１触媒の熱容量に比べて、比較例２の熱容量は大きいため、比較例２では、第１触媒を排ガスが通過する際に、第１触媒に排ガスの熱が多く奪われたと考えられる。これにより、比較例２では、実施例１に比べて、エンジンが始動してから初期の段階（２〜７秒）において、第２触媒に到達する排ガスの温度が低いため、第２触媒の排ガスによる昇温が遅くなったと考えられる。これにより、第１触媒の熱容量が、２５℃の温度環境下で２０Ｊ／Ｋ以下であれば、第１触媒とともに、第２触媒を早期に活性化することができると言える。

さらに、実施例１の第１触媒コンバータ３０のＨＣ５０％浄化到達時間は、９．７秒であった。第１触媒の温度は、７秒以降に、上流側の排ガスの温度を超え、第１触媒の金属触媒の反応が顕著であった。このことから、実施例１の第１触媒は、マイクロ波照射時間が１０秒間で、４８．０℃昇温し（図５参照）、７秒では３３℃上昇する。ここで、実施例１では、マイクロ波加熱により、第１触媒の金属触媒が活性するまでに第１触媒が３４℃昇温するので、図７のグラフから、実施例１では、ＨＣ５０％浄化到達時間が、１．０秒短縮されると考えられる。

また、図６に示すように、実施例２の第１触媒コンバータ３０のＨＣ５０％浄化到達時間は、９．５秒であった。実施例２の第１触媒は、マイクロ波照射時間が１０秒間で、２１．８℃昇温し（図５参照）、７秒では１５℃上昇する。ここで、実施例２では、マイクロ波加熱により、第１触媒の金属触媒が活性するまでに第１触媒が１５℃昇温するので、実施例２では、ＨＣ５０％浄化到達時間が、０．７秒短縮されると考えられる。

さらに、図６に示すように、実施例３の第１触媒コンバータ３０のＨＣ５０％浄化到達時間は、９．９秒であった。実施例３の第１触媒は、マイクロ波照射時間が１０秒間で、３１．３℃昇温し（図５参照）、７秒では２２℃上昇する。ここで、実施例３では、マイクロ波加熱により、第１触媒の金属触媒が活性するまでに第１触媒が２２℃昇温するので、実施例３では、ＨＣ５０％浄化到達時間が、０．８秒短縮されると考えられる。

しかしながら、図６に示すように、比較例２の第１触媒コンバータ３０のＨＣ５０％浄化到達時間は、１０．４秒であった。比較例２の第１触媒は、マイクロ波照射時間が１０秒間で、４．８℃昇温し（図５参照）、７秒では３．０℃上昇する。ここで、比較例２では、マイクロ波加熱により、第１触媒の金属触媒が活性するまでに第１触媒が３．０℃しか昇温しないので、図７のグラフから、比較例２では、ＨＣ５０％浄化到達時間は、０．１秒しか短縮されない。

以上のことから、図６に示すように、マイクロ波照射で、第１触媒を加熱することにより、第１触媒の長さが、２〜７ｍｍであれば、浄化到達時間が、短縮されると考えられる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

２：エンジン、２９：排気マニホールド、３：排ガス浄化装置、３０：第１触媒コンバータ（触媒コンバータ）、３１：加熱装置、３２：排ガス浄化触媒、３３：ハウジング、３３ａ：入側コーン部、３３ｂ：胴体部、３３ｃ：出側コーン部、３４，３４Ａ，３４Ｂ：第１触媒、３５：第２触媒

Claims (1)

1. 排気マニホールドからの排ガスを浄化する排ガス浄化触媒を備えた排ガス浄化装置であって、
   前記排ガス浄化触媒は、前記排気マニホールドからの排ガスを浄化する第１触媒と、前記第１触媒を通過した前記排ガスを浄化する第２触媒とを備えており、
   前記第１触媒の熱容量は、前記第２触媒の熱容量よりも小さく、
   前記第２触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で１８４〜３２２Ｊ／Ｋであり、
   前記第１触媒の熱容量は、２５℃の温度環境下で２０Ｊ／Ｋ以下であり、
   前記第１触媒は、担体に排ガスを浄化する金属触媒が担持されたものであり、前記担体は、金属材料からなり、前記排ガスが通過する方向に沿った前記第１触媒の長さは、２〜７ｍｍであり、
   前記排ガス浄化装置は、前記第１触媒に対してマイクロ波を照射することにより、前記第１触媒をマイクロ波加熱する加熱装置を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。

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