JP2013119084A - アルコール混合燃料を使用する内燃機関の排気ガス吸着剤、及び当該排気ガス吸着剤を備える排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをより効率良く吸着することができる吸着剤により、排気ガス浄化装置の浄化性能を高める。
【解決手段】アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアルコールを吸着する吸着剤であって、
ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトを含んでなる、
吸着剤。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス吸着剤及び排気ガス浄化装置に関する。より具体的には、本発明は、例えばエタノール等のアルコールを含む混合燃料を使用するＦＦＶ（フレックス燃料車：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に搭載される内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを吸着する吸着剤及び当該吸着剤を備える排気ガス浄化装置に関する。

昨今の地球環境保護に対する意識の益々の高まりから、「バイオマスエタノール」や「バイオエタノール」と称される植物由来のアルコールを従来のガソリンに混合し、例えば車両等に搭載される内燃機関の燃料として利用することが盛んになってきている。バイオマスエタノールの原料としては、糖質又はデンプン質を多く含む植物資源が好適とされており、現時点では、例えば、サトウキビに由来するモラセス（主に南米）、トウモロコシ（主に米国）、及び甜菜（主に欧州）等がバイオマスエタノールの主な原料となっている。また、これら以外の植物を原料とするバイオマスエタノールの開発も進められている。これらの植物は大気中のＣＯ_２を吸収しているため、これらの植物を原料とする燃料を燃焼させてＣＯ_２が発生しても、地球全体のＣＯ_２の絶対量を増やす訳ではないという「カーボンニュートラル」と称される考え方に基づき、バイオマスエタノールは地球環境に優しい燃料として位置付けられている。

前述のようにバイオエタノールと従来のガソリンとを混合して得られるアルコール混合燃料を内燃機関の燃料として使用することができる車両としては、例えば、エタノールフレックス燃料車等のフレックス燃料車（ＦＦＶ）が挙げられる。例えば、エタノールＦＦＶは、種々の比率で混合されたエタノール及びガソリンを含んでなるアルコール混合燃料を内燃機関の燃料として使用することができる。

一方、ガソリンを燃料とする内燃機関を搭載する従来の車両では、内燃機関の始動直後（冷間始動時）の排気ガス浄化触媒が未だ十分に加温されていない状態において、排気ガスに含まれる未燃焼のガソリン（ハイドロカーボン）が十分に除去されないまま、大気中に排出されることを防止すべく、排気ガス浄化装置に吸着剤を組み込み、冷間始動時の排気ガスに含まれるハイドロカーボンを当該吸着剤に一時的に吸着させ、排気ガス浄化触媒が十分に加温されてから、当該吸着剤から脱離したハイドロカーボンを排気ガス浄化触媒に接触させて、排気ガスを浄化する方法が採られている。

また、上記のように吸着剤と排気ガス浄化触媒とを含む排気ガス浄化装置において、排気ガスに含まれる所定の成分（ハイドロカーボンや水）が吸着剤に吸着される際に発生する熱を利用して、排気ガス浄化触媒の昇温を促進し、排気ガス浄化性能を高めようとする試みも提案されている。具体的には、吸着剤と排気ガス浄化触媒とを基材に担持して、排気ガスに含まれる所定の成分が吸着剤に吸着される際に発生する熱を排気ガス浄化触媒に直接伝えることにより、排気ガス浄化触媒を速やかに昇温させる排気ガス浄化装置が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、上記排気ガス浄化装置において、排気ガスの流れの上流側と下流側とで吸着剤の担持量が異なるように構成したり、アルミノシリケートを含む吸着剤を用い、当該アルミノシリケートにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が、排気ガスの流れの下流側よりも上流側において大きくなるように構成したりして、排気ガスの流れの下流側から上流側に亘って、より均一に排気ガス浄化触媒が昇温されるようにする手法も開示されている。

上記ガソリンを燃料とする内燃機関を搭載する従来の車両と同様の課題は、ＦＦＶにおいても認識されている。しかしながら、上記と同様にハイドロカーボン用の吸着剤を排気ガス浄化装置に組み込んだのでは、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールが十分に当該吸着剤に吸着されず、結果として、冷間始動時等における排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを十分に除去することができない。

そこで、当該技術分野においては、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをより効率良く除去することができるＦＦＶ用排気ガス浄化装置を提供するための種々の試みがなされている。例えば、排気ガスの流れにおける上流側から順に、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをアルデヒドに転化する第１触媒とアルデヒドを酸化浄化する第２触媒とを設け、更に、各触媒の上流側に、アルコールを吸着する第１吸着剤とアルデヒドを吸着する第２吸着剤とをそれぞれ設けることにより、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをより効率良く除去することができる排気ガス浄化装置が開発されている（例えば、特許文献２を参照）。

また、上記排気ガス浄化装置において、第１吸着剤及び第２吸着剤が何れもゼオライトを含んでなり、第１吸着剤を構成するゼオライトの方が第２吸着剤を構成するゼオライトよりも大きいＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するように構成することにより、第１吸着剤の耐熱性を高めると同時に、第２吸着剤におけるアルデヒド及びアルコールの吸着を促進する手法も開示されている。

しかしながら、アルコールはゼオライトの酸点に吸着され易いため、上記第１吸着剤を構成する大きいＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトでは、アルコールを十分に吸着することができない。また、内燃機関から排出される排気ガスには水が多量に含まれるため、ゼオライトにおいて脱アルミニウム反応が起こり、アルコールの有効吸着量が減少する。その結果、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールが十分に吸着されず、大気中に放出されることに繋がる。

上記のように、当該技術分野においては、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関からの排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを十分に効率良く吸着することができる吸着剤に対する継続的な要求が存在する。

特開２００９−２７４００３号公報 特開２０１０−０３１８２０号公報

前述のように、当該技術分野においては、アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを完全に浄化して、大気中への放出を完全に防ぐことができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を提供する技術が未だ確立されていない。即ち、当該技術分野においては、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関からの排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを十分に効率良く吸着することができる吸着剤に対する継続的な要求が存在する。

本発明は、かかる要求に応えるために為されたものである。即ち、本発明の１つの目的は、アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをより効率良く吸着することができる吸着剤により、排気ガス浄化装置の浄化性能を高めることにある。

本発明の上記１つの目的は、
アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアルコールを吸着する吸着剤であって、
ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトを含んでなる、
吸着剤によって達成される。

本発明に係る排気ガス吸着剤によれば、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関からの排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを、より効率良く吸着することができる。

各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とトルエン吸着量との関係を表すグラフである。 各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とアルコール吸着量との関係を表すグラフである。 Ｃｓイオン交換後の各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とトルエン吸着量との関係を表すグラフである。 Ｃｓイオン交換後の各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とアルコール吸着量との関係を表すグラフである。 本発明の１つの実施態様に係る排気ガス浄化装置における吸着剤の配置構成を表す模式図である。

前述のように、本発明は、アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをより効率良く吸着することができる吸着剤により、排気ガス浄化装置の浄化性能を高めることを１つの目的とする。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において、排気ガスの流れの上流側から順に、吸着剤及び排気ガス浄化触媒を配設し、当該吸着剤を所定の範囲のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトによって構成することにより、上記排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを、より効率良く除去することができることを見出し、本発明を想到するに至ったものである。

即ち、本発明の第１の実施態様は、
アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアルコールを吸着する吸着剤であって、
ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトを含んでなる、
吸着剤である。

上記のように、本実施態様に係る吸着剤は、アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアルコールを吸着する吸着剤である。

上記アルコールを含む燃料は、例えば、既存の内燃機関用燃料とアルコールとを混合して得られる燃料であり、具体例としては、前述のように、例えばバイオエタノール等のエタノールと従来のガソリンとを混合して得られるアルコール混合燃料が挙げられる。しかしながら、本実施態様に係る吸着剤は、エタノールとガソリンとの混合燃料のみに適用されるものではなく、エタノール以外の各種アルコールとガソリン以外の各種燃料との混合燃料にも本実施態様に係る吸着剤を適用することができる。また、上記内燃機関は、アルコールを含む燃料を内部（例えば、シリンダ内）で燃焼させて得られるエネルギーを運動エネルギーに変換する機関であり、特定の構成に限定されるものではない。従って、上記内燃機関は、例えば、レシプロエンジンであっても、ロータリーエンジンであってもよい。また、上記内燃機関は、例えば、４サイクルエンジンであっても、２サイクルエンジンであってもよい。

また、上述のように、本実施態様に係る吸着剤として使用されるゼオライトとしては、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトが望ましい。ここで、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とは、ゼオライトにおけるシリカ（ＳｉＯ_２）とアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とのモル比であり、所謂「ケイバン比」に該当するものである。本実施態様に係る吸着剤として使用されるゼオライトにおいては、このＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上、より好ましくは１０以上であり、且つ５０未満、より好ましくは３０未満であることが望ましい。ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５未満である場合、例えば、ゼオライトにおける静電場が強くなり過ぎて、一旦吸着されたアルコール等の極性分子の脱離が困難となり、結果としてゼオライトの有効吸着量が低下するので望ましくない。逆に、ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５０以上である場合、ゼオライトにおける酸点が少なくなり、アルコール等の極性分子を吸着する能力が低下するので望ましくない。

上記の如く、本実施態様に係る吸着剤は、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトを含んでなる。かかるゼオライトは、天然鉱物資源として産出される天然ゼオライトであってもよく、人工的に合成される合成ゼオライトであってもよい。本実施態様に係る吸着剤を構成するゼオライトは、吸着特性に基づいて、例えば、ＬＴＡ型（Ａ型）、ＭＦＩ型（ＺＳＭ−５型）、ＦＡＵ型（Ｘ型、Ｙ型）、及びＢＥＡ型（β型）等の各種ゼオライトの中から適宜選択することができる。

これらの各種ゼオライトの中では、ＦＡＵ（フォージャサイト）型のゼオライトが特に望ましい。具体的には、フォージャサイト型ゼオライトは、アルコールに対する優れた吸着特性を発揮するのに好適な５以上且つ５０未満の範囲のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有する構造となるように合成することが比較的容易である。

従って、本発明の第２の実施態様は、
本発明の前記第１の実施態様に係る吸着剤であって、
前記ゼオライトがフォージャサイト型ゼオライトである、
吸着剤である。

更に、フォージャサイト型ゼオライトの中では、Ｙ型ゼオライトが特に望ましい。具体的には、Ｙ型ゼオライトは、アルコールに対する優れた吸着特性を発揮するのに好適な５以上且つ５０未満の範囲のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有する構造となるように合成することが更に容易である。

従って、本発明の第３の実施態様は、
本発明の前記第２の実施態様に係る吸着剤であって、
前記ゼオライトがＹ型ゼオライトである、
吸着剤である。

ところで、前述のように、内燃機関から排出される排気ガスには水が多量に含まれるため、ゼオライトにおいて脱アルミニウム反応が起こり、アルコールの吸着に寄与する酸点が減少し、アルコールの有効吸着量が減少する虞がある。その結果、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールが十分に吸着されず、大気中に放出されることに繋がる虞がある。

一方、セシウムイオン（Ｃｓ^＋）を陽イオン（カチオン）として含有するゼオライトは、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）やカルシウムイオン（Ｃａ^＋）等をカチオンとして含有する一般的なゼオライトと比較して、耐熱水性が高く、排気ガスに含まれる水に起因するアルコールの有効吸着量の減少を抑制することができる。

従って、本発明の第４の実施態様は、
本発明の前記第１乃至前記第３の実施態様の何れか１つに係る吸着剤であって、
前記ゼオライトがセシウムイオンを含有する、
吸着剤である。

上記のように、本実施態様に係る吸着剤を構成するゼオライトはセシウムイオン（Ｃｓ^＋）を含有する。セシウムイオン（Ｃｓ^＋）を含有するゼオライトは、上述のように、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）やカルシウムイオン（Ｃａ^＋）等を含有する一般的なゼオライトと比較して、耐熱水性が高い。従って、セシウムイオン（Ｃｓ^＋）を含有するゼオライトは、多量の水及び高温に曝される排気ガス浄化用途に好適であり、排気ガスに含まれる水に起因するアルコールの有効吸着量の減少を抑制することができる。

尚、セシウムイオン（Ｃｓ^＋）をカチオンとして含有するゼオライトが、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）やカルシウムイオン（Ｃａ^＋）等をカチオンとして含有する一般的なゼオライトと比較して、耐熱水性が高い理由としては、以下のメカニズムが考えられる。ゼオライトにセシウムイオン（Ｃｓ^＋）をカチオンとして含有させると、ルイス塩基の発現によってゼオライトが塩基性となり、ゼオライトの疎水性が高まるので、高い極性を有する水分子による攻撃を受け難くなり、結果としてゼオライトの耐熱水性が高まるものと考えられる。

ところで、前述のように、昨今の地球環境保護に対する意識の益々の高まりから、例えば、バイオエタノールと従来のガソリンとを混合して得られるアルコール混合燃料を内燃機関の燃料として使用することができる車両として、例えば、エタノールフレックス燃料車等、種々の比率で混合されたエタノール及びガソリンを含んでなるアルコール混合燃料を内燃機関の燃料として使用することができるフレックス燃料車（ＦＦＶ）が注目されている。従って、本実施態様に係る吸着剤は、エタノールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のエタノールを吸着する吸着剤であることが望ましい。

従って、本発明の第５の実施態様は、
本発明の前記第１乃至前記第４の何れか１つに係る吸着剤であって、
前記アルコールがエタノールである、
吸着剤である。

以上、本発明に係る吸着剤の幾つかの実施態様について説明してきたが、本発明の範囲は、これらの吸着剤に留まるものではなく、これらの吸着剤を備える排気ガス浄化装置もまた、本発明の範囲に含まれる。これらの排気ガス浄化装置については、これまでに説明してきた各実施態様に係る吸着剤についての説明から明らかである事項については、ここでは改めて説明せず、新たに説明を必要とする事項についてのみ説明する。本発明に係る排気ガス浄化装置の幾つかの実施態様ににつき以下に列挙する。

本発明の第６の実施態様は、
アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、
ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトを含んでなる吸着剤と、
アルコールを酸化により浄化する排気ガス浄化触媒と、
を備え、
前記吸着剤が前記排気ガス浄化触媒よりも前記排気ガスの流れにおいて上流側に配設されており、
前記内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールの少なくとも一部が前記吸着剤に吸着され、
前記吸着剤から脱離するアルコールの少なくとも一部が前記排気ガス浄化触媒による酸化によって浄化される、
排気ガス浄化装置である。

上記排気ガス浄化触媒は、アルコールを酸化によって浄化することができる限り、如何なる触媒であってもよい。即ち、上記排気ガス浄化触媒は、アルコールを酸化によって浄化することができる限り、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を浄化する酸化触媒であってもよく、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒であってもよい。また、上記排気ガス浄化触媒は、アルコールを二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）まで完全に酸化するものであってもよく、あるいは、アルコールを部分酸化してアルデヒドとするものであってもよい。但し、後者の場合、アルデヒドの大気中への放出を防止するには、アルコールの部分酸化によって生成されるアルデヒドを二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）まで完全酸化する触媒を別途設ける必要がある。

本実施態様に係る排気ガス浄化装置においても、前述の従来技術に係る排気ガス浄化装置と同様に、排気ガス浄化触媒よりも排気ガスの流れにおいて上流側に吸着剤が配設される。これにより、例えば、冷間始動時等、排気ガス浄化触媒が未だ十分に加温されていない状態においても、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールが吸着剤に一時的に吸着され、排気ガス浄化触媒が十分に加温されてから、当該吸着剤から脱離したアルコールが排気ガス浄化触媒に接触し、当該排気ガス浄化触媒によってアルコールが酸化され、排気ガスが浄化される。

上記において、排気ガス浄化触媒が十分に加温された状態とは、排気ガス浄化触媒がその触媒活性を十分に発揮し、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコール等の浄化対象成分を効率的に酸化することができる温度（触媒活性温度）に排気ガス浄化触媒が暖められている状態を指す。具体的な触媒活性温度の値は、排気ガス浄化触媒の構成や触媒となる物質の種類等によって異なるが、一般的には、触媒活性温度は、例えば１５０℃以上の温度である。

尚、本実施態様に係る排気ガス浄化装置における「排気ガスの流れにおいて上流側」とは、換言すれば、内燃機関から排出される排気ガスがより早く到達する側、あるいは内燃機関から排出される排気ガスの流路において、内燃機関の排気ポートからの排気ガスの道のりがより短い側を意味する。逆に、「排気ガスの流れにおいて下流側」とは、換言すれば、内燃機関から排出される排気ガスがより遅く到達する側、あるいは内燃機関から排出される排気ガスの流路において、内燃機関の排気ポートからの排気ガスの道のりがより長い側を意味する。

従って、本実施態様に係る排気ガス浄化装置においては、吸着剤が排気ガス浄化触媒よりも排気ガスの流れにおいて上流側に配設されるが、吸着剤と排気ガス浄化触媒との相対的な位置関係は、内燃機関から排出される排気ガスの流路（例えば、排気管）において、吸着剤の方が排気ガス浄化触媒よりも内燃機関に近い側に配設されている態様（所謂「タンデム配置」）のみならず、例えば、基材上に排気ガス浄化触媒を含む第１層が配設され、当該第１層の上に吸着剤を含む第２層が積層されてなる積層体が排気ガスの流路（例えば、排気管）内に配設されている態様（所謂「層状配置」）をも含む、広い概念によって規定される。後者の層状配置においては、上記積層体を担持する基材から見て、吸着剤の方が排気ガス浄化触媒よりも排気ガスの流路に近い側に配置される。これにより、内燃機関から排出される排気ガスは、排気ガス浄化触媒と接触する前に吸着剤と接触することになる。即ち、この場合も、吸着剤は排気ガス浄化触媒よりも排気ガスの流れにおいて上流側に配設されている。かかる構成により、本実施態様に係る排気ガス浄化装置においては、内燃機関から排出される排気ガスは、排気ガス浄化触媒と接触する前に吸着剤と接触する。その結果、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールの少なくとも一部は、先ず吸着剤に吸着される。

やがて、内燃機関から排出される排気ガスの流路となる排気管からの伝導熱及び排気ガスそのものの熱によって吸着剤が暖められ、吸着剤がアルコールを保持することができる上限温度に達すると、吸着剤に吸着されていたアルコールが脱離して、排気ガス中に再び排出される。この時点では、吸着剤よりも更に下流に配設されている排気ガス浄化触媒もまた、内燃機関から排出される排気ガスの流路となる排気管からの伝導熱及び排気ガスそのものの熱によって暖められており、触媒活性が高まっている。従って、吸着剤から脱離するアルコールの少なくとも一部が排気ガス浄化触媒による酸化によって浄化される。

以上のように、本実施態様に係る排気ガス浄化装置においては、冷間始動時等、排気ガス浄化触媒の触媒活性が未だ高まっていない状態においては、上述のような吸着剤と排気ガス浄化触媒との位置関係により、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをより効率良く吸着する。その後、内燃機関から排出される排気ガスの流路となる排気管からの伝導熱及び排気ガスそのものの熱によって排気ガス浄化触媒が暖められ、触媒活性が高まった後には、新たに排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールのみならず、吸着剤から脱離するアルコールもまた、排気ガス浄化触媒による酸化によって浄化される。結果として、本実施態様に係る排気ガス浄化装置によれば、アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを、より効率良く除去することができる。

続いて、本発明の他の幾つかの実施態様に係る排気ガス浄化装置について、以下に列挙する。但し、これらの実施態様に係る排気ガス浄化装置の詳細については、これまでに説明してきた各実施態様に係る吸着剤についての説明から明らかであるので、ここでは説明を繰り返さず、これらの実施態様に係る排気ガス浄化装置の構成要件についてのみ以下に列挙する。

本発明の第７の実施態様は、
本発明の前記第６の実施態様に係る排気ガス浄化装置であって、
前記ゼオライトがフォージャサイト型ゼオライトである、
排気ガス浄化装置である。

また、本発明の第８の実施態様は、
本発明の前記第７の実施態様に係る排気ガス浄化装置であって、
前記ゼオライトがＹ型ゼオライトである、
排気ガス浄化装置である。

更に、本発明の第９の実施態様は、
本発明の前記第６乃至前記第８の実施態様の何れか１つに係る排気ガス浄化装置であって、
前記ゼオライトがセシウムイオンを含有する、
排気ガス浄化装置である。

加えて、本発明の第１０の実施態様は、
本発明の前記第６乃至前記第９の実施態様の何れか１つに係る排気ガス浄化装置であって、
前記アルコールがエタノールである、
排気ガス浄化装置である。

本発明の幾つかの実施態様に関して、添付図面等を参照しつつ以下に説明する。但し、以下に述べる説明はあくまでも例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。

１．ゼオライトにおけるＳｉＯ _２ ／Ａｌ _２ Ｏ _３ モル比と吸着特性との関係
本実施例においては、異なるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有する各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比と吸着特性との関係を比較することにより、ゼオライトにおいてＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が吸着特性に及ぼす影響を調べた。

（１）異なるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有する各種ゼオライトからの吸着剤の調製
異なるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有する市販のＹ型ゼオライト（東ソー製）から、各種吸着剤を調製した。具体的には、以下の表１に示す各種ゼオライトをペレット化し、各種実施例及び比較例に係る吸着剤を得た。

尚、本実施例においては、上記のように、異なるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するＹ型ゼオライトを使用したが、本発明に係る吸着剤は、かかるゼオライトを含んでなる構成に限定されるものではない。即ち、本発明に係る吸着剤を構成するゼオライトは、Ｙ型ゼオライト以外のゼオライトであってもよい。

（２）各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比と吸着特性との関係
上記のようにして調製した各種吸着剤の吸着特性を次のように測定した。先ず、上記のようにして調製した各種吸着剤を電気炉中で６００℃において１０分間に亘って加熱した後、３０００ｐｐｍＣのトルエン又はエタノールを含む窒素（Ｎ_２）ガスを各種吸着剤に流し、それぞれの吸着剤について得られた破過曲線から各種吸着剤についてのトルエン吸着量及びエタノール吸着量を算出した。尚、トルエン又はエタノールを含む窒素（Ｎ_２）ガスを流している期間中、各ゼオライトの床温が約２５℃において一定となるように温度調節を行った。尚、本実施例においては、ガソリン又はガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する内燃機関からの排気ガスに含まれるハイドロカーボンの代表成分としてトルエンを使用した。

上記のようにして算出された各種ゼオライトについてのトルエン吸着量及びエタノール吸着量をＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比に対してプロットしたグラフを図１及び図２にそれぞれ示す。即ち、図１は、前述のように、各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とトルエン吸着量との関係を表すグラフである。また、図２は、前述のように、各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とアルコール吸着量との関係を表すグラフである。尚、図１及び図２に示す各グラフにおいて破線によって示したプロットは、耐久処理後の各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比と吸着特性との関係を表す（詳細については別途後述する）。

図１に示すグラフからも明らかであるように、トルエンに対しては、３０以上の高いＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトにおいて、高い吸着量が確認された。これに対し、エタノールに対しては、図２に示すグラフからも明らかであるように、１００以上の高いＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトにおいては吸着量が著しく低く、従来技術において広く使用されている高いＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトはアルコールを吸着するには不適であることが確認された。具体的には、アルコールを効率良く吸着させるには、５以上、より好ましくは１０以上であり、且つ５０未満、より好ましくは３０未満のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトを吸着剤として使用することが望ましいことが確認された。

２．Ｃｓイオン交換によるゼオライトの耐久性向上
本実施例においては、水分を含んだ高温環境による各種ゼオライトの吸着特性の変化、及びＣｓイオン交換によるゼオライトの耐久性向上について考察した。

（１）各種ゼオライトの耐久処理
各種ゼオライトの耐久処理としては、前述の実施例において調製した各種ゼオライトからなる吸着剤を、相対湿度１０％ＲＨの空気雰囲気中で、９００℃において５時間に亘って加熱した。前述のように、かかる耐久処理後の各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比と吸着特性との関係は、図１及び図２に示すグラフにおいて、破線によって示されている。

図１に示すグラフからも明らかであるように、トルエンに対しては、上記耐久処理後においても、吸着量の大幅な低下は認められなかった。これに対し、エタノールに対しては、図２に示すグラフからも明らかであるように、上述の好適な範囲（具体的には、５以上、より好ましくは１０以上であり、且つ５０未満、より好ましくは３０未満）に入るＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比においては、上記耐久処理後においても、従来技術において広く使用されている高いＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトの耐久処理前の状態に匹敵する吸着量は維持されているものの、何れのＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比においても吸着量が大幅に低下した。これは、前述のように、水分を含んだ高温環境下でのゼオライトにおいて脱アルミニウム反応が起こり、アルコールの有効吸着量が減少したものと考えられる。

（２）各種ゼオライトのＣｓイオン交換
上記のように、水分を含んだ高温環境下での耐久処理に伴い、何れのＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトにおいてもエタノール吸着量が大幅に低下した。そこで、ゼオライトの耐久性を向上させるべく、各種ゼオライトに含有されるカチオンをセシウムイオン（Ｃｓ^＋）と交換した。

具体的には、前述の実施例において使用した種々のＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有する市販のＹ型ゼオライト（東ソー製）のうち実施例１乃至３に係るゼオライトと塩化セシウムとから、セシウムイオン（Ｃｓ^＋）をカチオンとして含有する各種ゼオライトを調製した。より具体的には、以下の表２に示す量の各種原料ゼオライトと塩化セシウムとをそれぞれ計量し、所定量（３００ｍＬ）の水に投入し、８０℃において５時間に亘り加熱撹拌した。次いで、それおれのゼオライトを濾過及び水洗し、１２０℃において乾燥した後、ペレット化して、実施例１乃至３に係る、セシウムイオン（Ｃｓ^＋）をカチオンとして含有する各種ゼオライトをそれぞれ得た。

（３）Ｃｓイオン交換後の各種ゼオライトの吸着特性
上記のようにして調製した各種吸着剤のトルエン及びエタノールに対する吸着特性を、前述の実施例と同様に測定した。斯くして得られたＣｓイオン交換後の各種ゼオライトについてのトルエン吸着量及びエタノール吸着量をＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比に対してプロットしたグラフを図３及び図４にそれぞれ示す。即ち、図３は、前述のように、Ｃｓイオン交換後の各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とトルエン吸着量との関係を表すグラフである。また、図４は、前述のように、Ｃｓイオン交換後の各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比とアルコール吸着量との関係を表すグラフである。

尚、図３及び図４に示す各グラフにおいて破線によって示したプロットは、図１及び図２に示す各グラフと同様に、耐久処理後の各種ゼオライトにおけるＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比と吸着特性との関係を表す。本実施例における耐久処理も、前述の耐久処理と同じ条件において実施した。

図３に示すグラフからも明らかであるように、トルエンに対しては、初期（耐久処理前）及び耐久処理後の何れにおいても、Ｃｓイオン交換前の状態と同様に、１００以上の高いＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比を有するゼオライトにおいて、高い吸着量が確認された。これに対し、エタノールに対しては、図４に示すグラフからも明らかであるように、初期（耐久処理前）においては、Ｃｓイオン交換前の状態と比べて、吸着量が若干低下したものの、良好な吸着量が維持された。一方、耐久処理後は、Ｃｓイオン交換前の状態においては吸着量の大幅な低下が認められたが、Ｃｓイオン交換後の各種ゼオライトにおいては吸着量の大幅な低下は認められず、良好な吸着量が維持された。これは、前述のように、ゼオライトにセシウムイオン（Ｃｓ^＋）をカチオンとして含有させると、ルイス塩基の発現によってゼオライトが塩基性となり、ゼオライトの疎水性が高まるので、高い極性を有する水分子による攻撃を受け難くなり、結果としてゼオライトの耐熱水性が高まったものと考えられる。

以上のように、各種ゼオライトに含有されるカチオンをセシウムイオン（Ｃｓ^＋）と交換することにより、水分を含んだ高温環境における各種ゼオライトのエタノール吸着量の大幅な低下を抑制することができることが確認された。

３．吸着剤の配置構成
本実施例においては、本発明の１つの実施態様に係る排気ガス浄化装置における吸着剤の配置構成の具体例につき、図５を参照しながら説明する。図５は、前述のように、本発明の１つの実施態様に係る排気ガス浄化装置における吸着剤の配置構成を表す模式図である。尚、図５に示す白い矢印は、内燃機関から排出される排気ガスの流れを表す。即ち、図５においては、向かって左側が、排気ガスの流れにおける上流側を表し、向かって右側が、排気ガスの流れにおける下流側を表す。

図５に示すように、本実施例においては、内燃機関から排出される排気ガスの流路内に配設されたハニカム基材２０の表面に、吸着剤１０が配置されている。かかる配置構成により、内燃機関から排出される排気ガスは、図５に示す白い矢印によって表されるように、内燃機関から排出される排気ガスの流路内を上流側から下流側へと流れる際に、両方の表面に吸着剤１０が配置されたハニカム基材２０を通過する。この際に、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアルコールの少なくとも一部が吸着剤１０によって吸着される。前述のように、例えば、内燃機関の始動直後（冷間始動時）の排気ガス浄化触媒が未だ十分に加温されていない状態においては触媒活性が十分に高まっていないので、このように内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアルコールを吸着剤１０によって吸着させることは、未燃焼のアルコールが大気中に放出されることを抑制する上で、非常に重要である。

やがて、内燃機関から排出される排気ガスの流路となる排気管からの伝導熱及び排気ガスそのものの熱によって吸着剤１０が暖められ、吸着剤１０がアルコールを保持することができる上限温度に達すると、吸着剤１０に吸着されていたアルコールが脱離して、排気ガス中に再び排出される。この時点では、吸着剤１０よりも更に下流側（図５に向かって右側）に配設されている排気ガス浄化触媒もまた、内燃機関から排出される排気ガスの流路となる排気管からの伝導熱及び排気ガスそのものの熱によって暖められており、触媒活性が高まっている。従って、吸着剤１０から脱離するアルコールの少なくとも一部は排気ガス浄化触媒による酸化によって浄化される。

以上のように、本実施例に係る排気ガス浄化装置においては、冷間始動時等、排気ガス浄化触媒の触媒活性が未だ高まっていない状態においては、上述のような吸着剤と排気ガス浄化触媒との位置関係により、排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールをより効率良く吸着する。その後、内燃機関から排出される排気ガスの流路となる排気管からの伝導熱及び排気ガスそのものの熱によって排気ガス浄化触媒が暖められ、触媒活性が高まった後には、新たに排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールのみならず、吸着剤から脱離するアルコールもまた、排気ガス浄化触媒による酸化によって浄化される。結果として、本実施例に係る排気ガス浄化装置によれば、アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールを、より効率良く除去することができる。

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施態様について説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることができることは言うまでも無い。

１０…吸着剤、及び２０…ハニカム基材。

Claims (10)

1. アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスに含まれるアルコールを吸着する吸着剤であって、
   ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトを含んでなる、
   吸着剤。
2. 請求項１に記載の吸着剤であって、
   前記ゼオライトがフォージャサイト型ゼオライトである、
   吸着剤。
3. 請求項２に記載の吸着剤であって、
   前記ゼオライトがＹ型ゼオライトである、
   吸着剤。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の吸着剤であって、
   前記ゼオライトがセシウムイオンを含有する、
   吸着剤。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の吸着剤であって、
   前記アルコールがエタノールである、
   吸着剤。
6. アルコールを含む燃料の燃焼エネルギーにより作動する内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、
   ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３モル比が５以上且つ５０未満のゼオライトを含んでなる吸着剤と、
   アルコールを酸化により浄化する排気ガス浄化触媒と、
   を備え、
   前記吸着剤が前記排気ガス浄化触媒よりも前記排気ガスの流れにおいて上流側に配設されており、
   前記内燃機関から排出される排気ガスに含まれる未燃焼のアルコールの少なくとも一部が前記吸着剤に吸着され、
   前記吸着剤から脱離するアルコールの少なくとも一部が前記排気ガス浄化触媒による酸化によって浄化される、
   排気ガス浄化装置。
7. 請求項６に記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記ゼオライトがフォージャサイト型ゼオライトである、
   排気ガス浄化装置。
8. 請求項７に記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記ゼオライトがＹ型ゼオライトである、
   排気ガス浄化装置。
9. 請求項６乃至８の何れか１項に記載の排気ガス浄化装置であって、
   前記ゼオライトがセシウムイオンを含有する、
   排気ガス浄化装置。
10. 請求項６乃至９の何れか１項に記載の排気ガス浄化装置であって、
    前記アルコールがエタノールである、
    排気ガス浄化装置。

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