特許 6812863 排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6812863

(24)【登録日】2020年12月21日

(45)【発行日】2021年1月13日

(54)【発明の名称】排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20201228BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20201228BHJP

   F01N 3/26 20060101ALI20201228BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 G

   F01N3/28 301W

   F01N3/26 A

   F01N3/28 301P

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-49507(P2017-49507)

(22)【出願日】2017年3月15日

(65)【公開番号】特開2018-150915(P2018-150915A)

(43)【公開日】2018年9月27日

【審査請求日】2019年12月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】植田 忠伸

(72)【発明者】

【氏名】馬場 直樹

【審査官】 坂口 達紀

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１２−５１２９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８９０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７４７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７１２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２５１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０００１２３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００，３／０２，３／０４−３／３８，

９／００−１１／００，

Ｂ０１Ｄ ５３／７３，５３／８６−５３／９０，

５３／９４−５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気管内に設けられ排気を浄化する触媒を担持する触媒担持体と、
前記触媒担持体よりも前記排気の上流側の分流部で前記排気管から分岐し、前記触媒担持体の周囲を経て、前記分流部と前記触媒担持体の間の合流部で前記排気管に合流する副流路と、
前記触媒担持体の周囲の位置で前記副流路に設けられる蓄熱部材と、
前記排気管における前記排気の流れを前記副流路へ切り替える切替部材と、
前記排気管内を流れる排気の温度を検出する排気温度センサと、
前記蓄熱部材の温度を検出する蓄熱部材温度センサと、
前記触媒担持体の温度を検出する触媒担持体温度センサと、
前記排気の温度、前記蓄熱部材の温度及び、前記触媒担持体の温度に基づいて前記切替部材を制御する制御装置と、
を有する排気浄化装置。

【請求項2】

排気管内に設けられ排気を浄化する触媒を担持する触媒担持体と、
前記触媒担持体よりも前記排気の上流側の分流部で前記排気管から分岐し、前記触媒担持体の周囲を経て、前記分流部と前記触媒担持体の間の合流部で前記排気管に合流する副流路と、
前記触媒担持体の周囲の位置で前記副流路に設けられる蓄熱部材と、
前記排気管における前記排気の流れを前記副流路へ切り替える切替部材と、
前記切替部材を制御する制御装置と、
を有し、
前記蓄熱部材は、
蓄熱材が収容される収容部材と、
前記収容部材から延出されるフィンと、
を有する熱交換器である排気浄化装置。

【請求項3】

前記排気管内を流れる排気の温度を検出する排気温度センサと、
前記蓄熱部材の温度を検出する蓄熱部材温度センサと、
前記触媒担持体の温度を検出する触媒担持体温度センサと、
を有し、
前記制御装置は、前記排気の温度、前記蓄熱部材の温度及び、前記触媒担持体の温度に基づいて前記切替部材を制御する請求項２に記載の排気浄化装置。

【請求項4】

前記制御装置で制御され、前記触媒担持体よりも前記排気の下流側で前記排気管を開閉する下流開閉部材を有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。

【請求項5】

前記制御装置で制御され、前記分流部よりも前記排気の上流側で前記排気管を開閉する上流開閉部材を有する請求項４に記載の排気浄化装置。

【請求項6】

エンジンの作動及び停止を検出して前記制御装置に伝えるエンジン作動センサを有し、
前記制御装置は、エンジン停止時には前記下流開閉部材及び前記上流開閉部材を閉状態とし、エンジン作動時には前記下流開閉部材及び前記上流開閉部材を開状態とする請求項５に記載の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、エンジンの排気通路における触媒よりも上流側に、融解点と凝固点とが触媒の活性温度領域内の設定温度近傍にある物質で構成された蓄熱材を設けたエンジンの排気ガス浄化装置が記載されている。

【0003】

特許文献２には、排気ガス浄化用の触媒を収容する触媒ケースと、触媒を通過する排気ガスの熱を回収するとともに触媒との間で熱伝達を行う排熱回収部とを持つ触媒ケース装置が記載されている。

【0004】

特許文献３には、排気ガスを浄化する触媒と、該触媒を担持する触媒担持体とからなる触媒構造体を有する排気ガス浄化装置において、該排気ガス浄化装置に触媒の活性化温度領域内に融点を有する金属材料からなる蓄熱体を配設した構成が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６０−２１２６０８号公報

【特許文献2】特開２０００−１７９３３８号公報

【特許文献3】特開２０００−２０４９３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の技術では、排気ガスの有する熱量を一旦蓄熱材で蓄熱する。すなわち、排気ガスが蓄熱材を通った後に触媒に流入するので、蓄熱材と触媒との間の配管に排気ガスから放熱され、触媒の温度を所定範囲に維持することが難しい場合がある。

【0007】

引用文献２に記載の技術では、排熱回収部への熱伝達が排気から直接的に行われず、排熱回収部の排熱回収は、触媒ケースからの熱伝達が支配的である。触媒ケースの熱伝導率が低い場合には、排熱回収部への熱伝達に時間を要するため、触媒の温度を有効温度域に維持することは難しい。

【0008】

特許文献３に記載の技術では、触媒担持体が蓄熱体を含んで一体化されているため、触媒担持体の実質的な熱容量が、蓄熱材が一体化されない構造と比較して大きい。このため、触媒担持体を短時間で昇温させることが難しい。

【0009】

このように、いずれの特許文献に記載の技術も、触媒を適切な温度域に維持する点において改善の余地がある。

【0010】

本発明は上記事実を考慮し、触媒を適切な温度域に維持する効果を高めることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

第一の態様では、排気管内に設けられ排気を浄化する触媒を担持する触媒担持体と、前記触媒担持体よりも前記排気の上流側の分流部で前記排気管から分岐し、前記触媒担持体の周囲を経て、前記分流部と前記触媒担持体の間の合流部で前記排気管に合流する副流路と、前記触媒担持体の周囲の位置で前記副流路に設けられる蓄熱部材と、前記排気管における前記排気の流れを前記副流路へ切り替える切替部材と、前記切替部材を制御する制御装置と、を有する。

【0012】

この排気浄化装置では、排気管内を流れた排気が、触媒担持体で担持された触媒により浄化される。

【0013】

触媒担持体よりも上流側の分流部では、副流路が分岐している。制御装置によって切替部材が切り替えられることで、排気を副流路に流すことができる。副流路には蓄熱部材が設けられているので、排気の熱の一部を蓄熱部材に蓄熱することで、排気の温度を低下させることができる。たとえば、排気温度を、触媒を劣化させる温度に達しない程度に低下させることで、触媒の劣化を抑制し、触媒を保護できる。

【0014】

副流路は、触媒担持体の周囲を経るように設けられている。そして、この副流路において、触媒担持体の周囲の位置に蓄熱部材が設けられている。触媒担持体が、その周囲で保温されるので、エンジン停止時であっても、触媒の温度低下を抑制できる。そして、エンジンの始動直後等、排気の温度が低い場合でも、触媒を、活性温度に維持する（若しくは短時間で活性温度に昇温させる）ことで、高い排気浄化性能が得られる。

【0015】

第二の態様では、第一の態様において、前記制御装置で制御され、前記触媒担持体よりも前記排気の下流側で前記排気管を開閉する下流開閉部材を有する。

【0016】

下流開閉部材を開状態とすることで、排気管を排気が流れる状態を実現できる。下流開閉部材を閉状態とすることで、下流側からの空気が触媒に達することを抑制でき、触媒の温度低下を抑制できる。

【0017】

第三の態様では、第二の態様において、前記制御装置で制御され、前記分流部よりも前記排気の上流側で前記排気管を開閉する上流開閉部材を有する。

【0018】

上流開閉部材を開状態とすることで、排気管を排気が流れる状態を実現できる。上流開閉部材を閉状態とすることで、上流側からの気体が触媒に達することを抑制でき、触媒の温度低下を抑制できる。

【0019】

第四の態様では、第三の態様において、エンジンの作動及び停止を検出して前記制御装置に伝えるエンジン作動センサを有し、前記制御装置は、エンジン停止時には前記下流開閉部材及び前記上流開閉部材を閉状態とし、エンジン作動時には前記下流開閉部材及び前記上流開閉部材を開状態とする。

【0020】

エンジン作動時には、下流開閉部材及び上流開閉部材を開状態とするので、エンジンからの排気が排気管を流れる。エンジン停止時には、下流開閉部材及び上流開閉部材を閉状態とするので、下流側及び上流側からの空気が触媒に達することを抑制できる。

【0021】

第五の態様では、第一〜第四のいずれか１つの態様において、前記排気管内を流れる排気の温度を検出する排気温度センサと、前記蓄熱部材の温度を検出する蓄熱部材温度センサと、前記触媒担持体の温度を検出する触媒担持体温度センサと、を有し、前記制御装置は、前記排気の温度、前記蓄熱部材の温度及び、前記触媒担持体の温度に基づいて前記切替部材を制御する。

【0022】

排気の温度、蓄熱部材の温度及び、触媒担持体の温度に基づいて、切替部材が制御されることで、排気から蓄熱部材や触媒担持体（触媒）への熱の授受や、蓄熱部材と触媒担持体（触媒）への熱の授受を適切に制御できる。

【0023】

第六の態様では、第一〜第五のいずれか１つの態様において、前記蓄熱部材が、蓄熱材が収容される収容部材と、前記収容部材から延出されるフィンと、を有する熱交換器である。

【0024】

蓄熱部材が収容部材に収容された蓄熱材を有するので、この蓄熱材への熱の授受により、蓄熱及び放熱を確実に行うことができる。蓄熱材は収容部材に収容されているので漏れ出すことはない。

【0025】

収容部材からはフィンが延出されており、実質的な収容部材の表面積が広くなっているので、蓄熱材への熱の授受を効率的に行うことができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明は上記構成としたので、触媒を適切な温度域に維持する効果が高い。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は第一実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。

【図2】図２は第一実施形態の排気浄化装置を示す図１の２−２線断面図である。

【図3】図３は第一実施形態の排気浄化装置を部分的に拡大して示す断面図である。

【図4】図４は第二実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。

【図5】図５は第三実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。

【図6】図６は第一変形例の排気浄化装置を図２と同様の断面で示す断面図である。

【図7】図７は第二変形例の排気浄化装置を図２と同様の断面で示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照して第一実施形態の排気浄化装置１２を説明する。

【0029】

図１及び図２に示すように、排気浄化装置１２は、排気管１４の内部に取り付けられる触媒担持体１６を有している。本実施形態では、排気管１４は略円筒形であるが、長手方向の一部分は他の部分よりも径が太い太径配管１４Ｂである。触媒担持体１６は太径配管１４Ｂに配置されている。

【0030】

以下において、単に「上流側」及び「下流側」というときは、排気管１４内での排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）における上流側及び下流側をそれぞれいうものとする。

【0031】

排気管１４において、太径配管１４Ｂよりも上流側の部分は上流配管１４Ａであり、下流側の部分は下流配管１４Ｃである。そして、上流配管１４Ａから太径配管１４Ｂを経て下流配管１４Ｃに至る部分が、エンジンからの排気が流れる主流路２２である。太径配管１４Ｂと下流配管１４Ｃとの間は径が徐々に変化するテーパー配管１４Ｄにより連続しているが、太径配管１４Ｂと上流配管１４Ａの間は不連続であり、後述する分流部２６及び合流部２８が設けられている。

【0032】

触媒担持体１６は、薄板を、たとえば波状あるいはハニカム状とすることで、表面積が増大された構造であり、この表面に、触媒が担持されている。触媒は、排気管１４内を流れる排気中の物質（炭化水素等）を浄化する作用を有している。このような作用を奏する触媒としては、白金、パラジウム、ロジウム等を挙げることができる。なお、触媒担持体１６の表面積を増大させる構造は、上記した波状やハニカム状に限定されない。

【0033】

触媒担持体１６は、排気管１４の内部に収容されるように、全体として円柱状あるいは円筒状に形成されている。

【0034】

排気管１４の太径配管１４Ｂと、この太径配管１４Ｂの上流側及び下流側を含む所定範囲は、太径配管よりもさらに太径の外筒１８で覆われている。図２に示すように、第一実施形態の外筒１８は、太径配管１４Ｂを周方向に取り囲む円筒状である。

【0035】

外筒１８の上流端部１８Ａは、径が上流側へと漸減する上流テーパー部１８Ｂにより上流配管１４Ａに接続され、下流端部１８Ｅは、径が下流側へと漸減する下流テーパー部１８Ｄにより下流配管１４Ｃに接続されている。

【0036】

太径配管１４Ｂと外筒１８の間には、中間筒２０が配置されている。中間筒２０と太径配管１４Ｂ及び外筒１８とは離間している。中間筒２０の上流側は、上流テーパー部２０Ｂにより、径が上流側へ漸減している。そして、中間筒２０の上流端部２０Ａは、排気管１４及び外筒１８と非接触である。これに対し、中間筒２０の下流側には径が漸減する部分は形成されておらず、下流端部２０Ｃは排気管１４及び外筒１８と非接触である。

【0037】

このような外筒１８及び中間筒２０を設けたことで、触媒担持体１６の上流側には、分流部２６によって主流路２２から分岐し、主流路２２の外側で触媒担持体１６の周囲を経て、合流部２８により主流路２２に合流する副流路２４が形成されている。具体的には、副流路２４は、外筒１８の上流テーパー部１８Ｂと中間筒２０の上流テーパー部２０Ｂの間の分流部２６で主流路２２から分岐する。そして、外筒１８と中間筒２０の間を下流側に至り、中間筒２０の下流端部２０Ｃで折り返して、中間筒２０と太径配管１４Ｂの間を上流側に至る。さらに、中間筒２０の上流テーパー部２０Ｂと太径配管１４Ｂの上流端の間の合流部２８から、主流路２２に合流する。

【0038】

中間筒２０の上流端部２０Ａは、切替弁３０が設けられている。切替弁３０は切替部材の一例である。

【0039】

本実施形態の切替弁３０は、排気の流れ方向と直交する軸３２を中心として回転可能な弁体３４を有している。弁体３４の回転角度は、制御装置３６によって制御される。そして、切替弁３０は、弁体３４の回転角度により、図１に実線で示す閉状態ＨＳと、二点鎖線で示す開状態ＫＳとを採り得る。

【0040】

制御装置３６には、エンジンの作動及び停止を検知するエンジン作動センサ３８が接続されている。なお、制御装置３６が、エンジンの状態を制御することも可能な構成としてもよく、この場合は、制御装置が、エンジン作動センサを兼ねる。

【0041】

切替弁３０が開状態ＫＳにあるときは、上流配管１４Ａを流れた排気は、太径配管１４Ｂと副流路２４の両方に流れることが可能である。ただし、主流路２２の方が副流路２４よりも流路抵抗が小さいので、排気の多くは、副流路２４を経ることなく、直接的に太径配管１４Ｂへ流れる。これに対し、切替弁３０が閉状態ＨＳにあるときは、上流配管１４Ａを流れた排気は直接的には太径配管１４Ｂに流れないので、副流路２４を流れる。そして、副流路２４を排気が流れた後、合流部２８を通って太径配管１４Ｂへ流れる。

【0042】

副流路２４には、蓄熱部材４０が配置されている。図３に詳細に示すように、蓄熱部材４０は、外筒１８の内周面、中間筒２０の外周面及び内周面、太径配管１４Ｂの外周面に接触配置される収容部材４２を有している。収容部材４２は中空状であり、内部に蓄熱材が収容されている。副流路２４を流れる排気と、収容部材４２内の蓄熱材とで熱交換がなされる。たとえば、副流路２４を流れる排気が収容部材４２内の蓄熱材より高温である場合は、排気の熱が蓄熱材に移動し、蓄熱材に蓄熱されると共に、排気の温度が低下する。これとは逆に、副流路２４を流れる排気が収容部材４２内の蓄熱材より低温である場合は、蓄熱材の熱が排気に移動し、排気の温度が上昇する。

【0043】

収容部材４２からは、副流路２４に向けて、複数のフィン４４が延出されている。フィン４４により、収容部材４２の実質的な表面積が増大されている。すなわち、蓄熱部材４０は、収容部材４２とフィン４４とを有し、内部の蓄熱材に対して外部と熱交換を行う熱交換器である。

【0044】

次に、本実施形態の作用を説明する。

【0045】

第一実施形態の排気浄化装置１２では、切替弁３０が開状態ＫＳ（図１に二点鎖線で示す）にあるとき、上流配管１４Ａを流れる排気の多くは、副流路２４ではなく太径配管１４Ｂへ、すなわち主流路２２へ直接的に流れる。また、副流路２４へ流れた排気も、合流部２８から主流路２２に合流する。そして、触媒担持体１６に担持された触媒によって排気が浄化され、浄化された排気は、下流配管１４Ｃからさらに下流へ流れる。

【0046】

切替弁３０が開状態ＫＳにあるとき、排気の多くは直接的に触媒担持体１６に導入されるので、たとえば、排気の多くが副流路２４を流れる構造と比較して、排気の熱を触媒に作用させて、短時間で昇温する（昇温速度を向上させる）ことが可能である。

【0047】

これに対し、切替弁３０が閉状態ＨＳ（図１に実線で示す）にあるとき、上流配管１４Ａを流れた排気は、直接的には太径配管１４Ｂ、すなわち触媒担持体１６には導入されず、副流路２４を流れる。副流路２４には蓄熱部材４０が配置されているので、排気の熱の一部が蓄熱部材４０、特に蓄熱材へ移動して蓄熱される。そして、温度が低下した状態の排気が、合流部２８から太径配管１４Ｂ（主流路２２）に合流して触媒担持体１６に導入される。排気の温度が低下しているので、高温の排気の熱が触媒担持体１６に担持された触媒に作用せず、触媒の劣化を抑制できる。

【0048】

副流路２４は触媒担持体１６の周囲を経るように設けられており、この副流路２４に蓄熱部材４０が配置されている。そして、蓄熱部材４０には、排気から作用した熱が蓄熱されている。すなわち、蓄熱した状態にある蓄熱部材４０が、触媒担持体１６の周囲に配置されている。したがって、たとえばエンジンが停止し、排気が触媒担持体１６に導入されない状態でも、触媒担持体１６に担持された触媒を保温でき、触媒の温度低下を抑制できる。特に、蓄熱部材が、たとえば上流配管１４Ａに配置された構造と比較して、蓄熱部材４０からの熱伝導や、蓄熱部材４０から副流路２４を移動した気体の自然対流等により、触媒担持体１６に効果的に蓄熱部材４０の熱を作用させることができる。

【0049】

また、蓄熱部材４０に蓄熱された状態で、エンジンが始動されたときには、切替弁３０を閉状態とすれば、排気は副流路２４を経て、触媒担持体１６に導入される。エンジンの始動直後は排気の温度が十分に上昇していないことが想定されるが、このような場合でも、副流路２４を流れた排気が蓄熱部材４０の熱を受けて昇温される。そして、昇温された排気が触媒担持体１６に導入されることで、この熱を触媒担持体１６に担持された触媒に作用させることができる。これにより、触媒の温度を短時間で所望の温度に向けて上昇させることができる。

【0050】

第一実施形態において、切替弁３０の開閉状態の判断基準としては、たとえば、触媒担持体１６の温度を温度センサで検出し、この検出温度に基づいて行うことが可能である。さらには、エンジンの始動からの時間によって、切替弁３０の開閉を制御してもよい。具体的には、エンジンの始動から所定時間は、排気の温度が低いので、切替弁３０を開状態ＫＳとする。そして、エンジンの始動から所定時間経過後は、排気の温度が高くなるので、切替弁３０を閉状態ＨＳとして、高温の排気の熱が触媒に直接的に作用することを抑制すると共に、蓄熱部材４０に排気の熱を作用させるようにすればよい。

【0051】

次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0052】

図４に示すように、第二実施形態の排気浄化装置６２では、上流配管１４Ａに上流開閉弁６４が設けられ、下流配管１４Ｃに下流開閉弁６６が設けられている。上流開閉弁６４及び下流開閉弁６６は、制御装置３６によって制御される。

【0053】

上流開閉弁６４は、分流部２６よりも上流側の位置で、排気管１４（主流路２２）を開閉する弁であり、上流開閉部材の一例である。下流開閉弁６６は、触媒担持体１６よりも下流側の位置で、排気管１４（主流路２２）を開閉する部材であり、下流開閉部材の一例である。

【0054】

このような構成とされた第二実施形態の排気浄化装置６２では、第一実施形態の排気浄化装置１２と同様の作用効果を奏するが、さらに、以下の作用効果を奏する。

【0055】

すなわち、第二実施形態の排気浄化装置６２では、たとえば、エンジンの停止時に、制御装置３６は、上流開閉弁６４及び下流開閉弁６６を閉じる。

【0056】

上流開閉弁６４の上流側に存在している気体は、触媒担持体１６の近傍の気体よりも低温の場合がある。したがって、上流開閉弁６４が閉じられていないと、上流開閉弁６４の上流側と下流側との気体の移動（対流）が生じ、触媒担持体１６の近傍の空気の温度が低下することがある。しかし、本実施形態では、上流開閉弁６４が閉じられるので、上流開閉弁６４の上流側と下流側との気体の移動が阻止される。このため、上流開閉弁６４の上流側にある低温の気体が触媒担持体１６に流入しなくなる。また、触媒担持体１６の近傍の空気が上流開閉弁６４の上流側へ移動しなくなる。すなわち、触媒担持体１６の温度低下を抑制できる。

【0057】

また、下流開閉弁６６の下流側に存在している気体は、触媒担持体１６の近傍の気体よりも低温の場合がある。したがって、下流開閉弁６６が閉じられていないと、下流開閉弁６６の上流側と下流側との気体の移動が生じ、触媒担持体１６の近傍の空気の温度が低下することがある。しかし、本実施形態では、下流開閉弁６６が閉じられるので、下流開閉弁６６の上流側と下流側との気体の移動が阻止される。このため、下流開閉弁６６の下流側にある低温の気体が触媒担持体１６に流入しなくなる。また、触媒担持体１６の近傍の空気が下流開閉弁６６の下流側へ移動しなくなる。すなわち、触媒担持体１６の温度低下を抑制できる。

【0058】

そして、上流開閉弁６４と下流開閉弁６６とを閉じることで、触媒担持体１６及び蓄熱部材４０は、上流開閉弁６４と下流開閉弁６６との間の密閉された空間に位置することになる。触媒担持体１６と蓄熱部材４０との温度差による気体の対流が生じるが、この対流により、密閉空間の内部の高温の気体が上流配管１４Ａ内や下流配管１４Ｃ内に逃げることが抑制され、触媒担持体１６と蓄熱部材４０との熱交換を促進できる。

【0059】

なお、たとえば、エンジンから触媒担持体１６までの距離（実質的には上流配管１４Ａの長さ）が短く、上流配管１４Ａから外部への放熱が少ない場合等は、上流開閉弁６４を省略してもよい。上流開閉弁６４を省略しても、切替弁３０を閉じることで、切替弁３０の上流側と下流側との気体の移動を阻止できる。この場合は、切替弁３０が上流開閉部材を兼ねる構造である。

【0060】

次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態において、第一実施形態又は第二実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0061】

図５に示すように、第三実施形態の排気浄化装置７２では、排気温度センサ７４、蓄熱部材温度センサ７６及び触媒担持体温度センサ７８を有している。

【0062】

排気温度センサ７４は、上流配管１４Ａに設けられており、排気の温度を検出して制御装置３６に送信する。

【0063】

蓄熱部材温度センサ７６は、蓄熱部材４０に接触配置されており、蓄熱部材４０の温度を検出して、制御装置３６に送信する。

【0064】

触媒担持体温度センサ７８は、触媒担持体１６に接触配置されており、触媒担持体１６の温度を検出して、制御装置３６に送信する。触媒担持体の温度は、実質的に触媒の温度に等しいので、以下では、触媒担持体温度センサ７８で検出した温度は、単に触媒温度とする。

【0065】

制御装置３６は、エンジンの動作に加えて、排気温度、蓄熱部材温度及び触媒温度に基づき、切替弁３０、上流開閉弁６４及び下流開閉弁６６を制御する。

【0066】

【表1】

【0067】

以下では、第三実施形態における切替弁３０、上流開閉弁６４及び下流開閉弁６６の制御の一例を、詳述する。

【0068】

この制御では、排気温度、蓄熱部材温度及び触媒温度に閾値温度が設定されており、これら閾値温度との関係において、それぞれの弁の開閉が制御される。表１において、排気温度、蓄熱部材温度及び触媒温度のそれぞれにつき、設定されている閾値温度よりも高い状態を「高」、低い状態を「低」とする。この閾値温度は、触媒活性温度であり、この閾値温度よりも高い温度であれば、触媒は排気を浄化する能力を高く発揮する。

【0069】

表１の条件（１）は、エンジンが停止している状態である。この場合、切替弁３０、上流開閉弁６４及び下流開閉弁６６はいずれも閉状態とされる。上流配管１４Ａ内や下流配管１４Ｃ内の低温空気の流入が抑制され、また、蓄熱部材４０と触媒担持体１６との間の対流も抑制される。そして、蓄熱部材４０に蓄熱された熱が放熱されて触媒担持体１６に作用することで、触媒担持体１６の温度低下が抑制される。

【0070】

条件（２）〜（９）は、エンジンが作動している場合であり、上流開閉弁６４及び下流開閉弁６６はいずれも開状態とされる。

【0071】

条件（２）は、エンジン作動時で、排気温度、触媒温度及び蓄熱部材温度のいずれも、それぞれの閾値温度より低い場合である。この場合、排気温度が蓄熱部材温度より高ければ、切替弁３０が開かれ、排気が触媒担持体１６に導入されるので、短時間で触媒担持体１６を昇温することができる。ただし、排気温度が蓄熱部材温度よりも低い場合は、切替弁３０が閉じられる。これにより、排気が直接的には触媒担持体１６に導入されず、副流路２４において、蓄熱部材４０の熱を受けて昇温される。昇温された排気が触媒担持体１６に導入されるので、触媒担持体１６を昇温することができる。すなわち、蓄熱部材４０よりも排気が高温であれば、排気を直接的に触媒担持体１６に導入し、蓄熱部材４０が排気よりも高温であれば、排気が蓄熱部材４０によって昇温された後に触媒担持体１６に導入される。

【0072】

条件（３）は、排気温度及び触媒温度はそれぞれ閾値温度よりも低く、蓄熱部材温度は閾値温度よりも高い場合である。この場合は、切替弁３０が開かれ、排気が副流路２４に流れる。排気は、蓄熱部材４０によって昇温され、昇温された排気が触媒担持体１６に導入されるので、触媒担持体１６を短時間で昇温することができる。低温の排気が直接的に触媒担持体１６に導入されることによる触媒の温度低下を抑制できる。

【0073】

条件（４）は、排気温度及び蓄熱部材温度が温度閾値よりも低く、触媒温度が閾値温度よりも高い場合である。この場合、排気温度が蓄熱部材温度よりも高ければ、切替弁３０が開かれ、排気が直接的に触媒担持体１６に導入される。蓄熱部材４０よりも相対的に高温である排気が蓄熱部材４０で温度低下されることなく触媒担持体１６に導入されることで、触媒の温度低下を抑制できる。これに対し、排気温度が蓄熱部材温度よりも低い場合は、切替弁３０が閉じられる。排気が直接的には触媒担持体１６に導入されず、副流路２４において、蓄熱部材４０の熱を受けて昇温される。昇温された排気が触媒担持体１６に導入されるので、排気が蓄熱部材４０で昇温されない場合と比較して、触媒担持体１６の温度低下を抑制できる。

【0074】

条件（５）は、排気温度が閾値温度よりも低く、触媒温度及び蓄熱部材温度が閾値温度よりも高い場合である。この場合、触媒温度が蓄熱部材温度よりも高ければ、切替弁３０が開かれ、排気が直接的に触媒担持体１６に導入されるので、触媒の過度の昇温を抑制できる。これに対し、触媒温度が蓄熱部材温度よりも低い場合は、切替弁３０が閉じられる。副流路２４において、蓄熱部材４０により昇温された排気が触媒担持体１６に導入されるので、触媒担持体１６を昇温することができる。

【0075】

条件（６）は、排気温度、触媒温度及び蓄熱部材温度のいずれも、閾値温度よりも高い場合である。この場合、触媒温度が排気温度よりも高く、排気温度が蓄熱部材温度よりも高ければ、切替弁３０は閉じられるので、蓄熱部材４０によって温度低下された排気が触媒担持体１６に導入され、触媒の過度の昇温を抑制できる。触媒温度が蓄熱部材温度よりも高く、蓄熱部材温度が排気温度よりも高ければ、切替弁３０は開けられるので、排気により、触媒の過度の昇温を抑制できる。排気温度が蓄熱部材温度よりも高く、蓄熱部材温度が触媒温度よりも高い場合は、切替弁３０は開けられ、排気を直接的に触媒担持体１６に導入して触媒を昇温できる。排気温度が触媒温度よりも高く、触媒温度が蓄熱部材温度よりも高ければ、切替弁３０は閉じられ、蓄熱部材４０によって昇温された排気が触媒担持体１６に導入されることで、触媒を昇温できる。

【0076】

条件（７）は、排気温度が閾値温度よりも高く、触媒温度及び蓄熱部材温度が閾値温度よりも低い場合である。この場合は、切替弁３０が開けられ、排気が直接的に触媒担持体１６に導入されることで、触媒を昇温できる。

【0077】

条件（８）は、排気温度及び蓄熱部材温度が閾値温度よりも高く、触媒温度が閾値温度よりも低い場合である。この場合、排気温度が蓄熱部材温度よりも低い場合は、切替弁３０を閉じられる。排気が直接的には触媒担持体１６に導入されず、副流路２４において、蓄熱部材４０の熱を受けて昇温される。昇温された排気が触媒担持体１６に導入されるので、排気が蓄熱部材４０で昇温されない場合と比較して、触媒担持体１６の温度低下を抑制できる。これに対し、排気温度が蓄熱部材温度よりも高ければ、切替弁３０が開かれ、排気が直接的に触媒担持体１６に導入される。蓄熱部材４０よりも相対的に高温である排気が蓄熱部材４０で温度低下されることなく触媒担持体１６に導入されることで、触媒の温度低下を抑制できる。

【0078】

条件（９）は、排気温度及び触媒温度が閾値温度よりも高く、蓄熱部材温度が閾値温度よりも低い場合である。この場合、切替弁３０は閉じられるので、蓄熱部材４０によって温度低下された排気が触媒担持体１６に導入され、触媒の過度の昇温を抑制できる。

【0079】

以上説明したように、第三実施形態の排気浄化装置７２では、エンジンの動作に加えて、排気温度、蓄熱部材温度及び触媒温度に基づき、切替弁３０、上流開閉弁６４及び下流開閉弁６６を制御することで、触媒の温度を適切に制御できる。

【0080】

第一〜第三実施形態において、副流路２４の構造は、上記したものに限定されず、図６に示す第一変形例や、図７に示す第二変形例の構造を採り得る。

【0081】

図６に示す第一変形例の排気浄化装置８２では、外筒８４が、一対の平行な平坦部８６を有している。平坦部８６の間隔は、太径配管１４Ｂの外径と等しく、平坦部８６は幅方向（矢印Ｗ１方向）の中央で太径配管１４Ｂに接触している。そして、中間筒８８も、平坦部８６の間に位置するように、断面にて左右２つの円弧形状に形成されている。

【0082】

第一変形例では、外筒８４の高さが、第一実施形態の外筒１８の高さよりも低い。したがって、第一変形例では、排気浄化装置８２を、その周囲の部材との干渉を避けて配置することができ、配置の自由度が高い。

【0083】

図７に示す第二変形例の排気浄化装置９２では、外筒９４が、平坦部８６に加えて、さらに、一対の平行な平板部９６を有しており、外筒９４は、流れ方向と直交する断面で見て長方形状である。また、中間筒９８も、外筒９４の平板部９６と平行な平坦部１００を有している。さらに、中間筒９８と太径配管１４Ｂの間に、平坦部１００と平行な隔壁１０２が形成されている。

【0084】

第二変形例では、このように、外筒９４が流れ方向と直交する断面で見て長方形状であり、曲面部分が存在しない。また。中間筒９８にも曲線部分が存在しない。したがって、外筒９４及び中間筒９８の成形が容易であり、排気浄化装置９２を低コストで製造できる。

【0085】

上記した各実施形態及び変形例の排気浄化装置において、蓄熱材としては、高温の排気からの熱を受けて蓄熱することができると共に、低温の排気に対して放熱できれば特に限定されない。たとえば、１００℃以上６００℃以下の範囲に融点がある溶融塩を用いることができる。溶融塩は、常温で固体の塩や酸化物を、加熱により融解して液体にした物質であり、陽イオンと陰イオンとで構成されている。そして、相変化（融解、一次転移又は二次転移）に伴ってエンタルピーが変化し、蓄熱及び放熱する。

【0086】

【表2】

【0087】

上記の表２から分かるように、上記各実施形態において実際に蓄熱及び放熱する際の相変化は、固相と液相との相転移を伴う融解であってもよく、相変化時には蓄熱材は潜熱として蓄熱及び放熱する。これに対し、固相と液相との相転移を伴わない相変化で蓄熱及び放熱してもよい。

【0088】

これらの溶融塩において、特に、相変化温度が１００℃以上６００℃以下の範囲の溶融塩は、排気との熱交換を効率よく行うことができ、各実施形態及び変形例の排気浄化装置に好ましく適用できる。

【0089】

なお、溶融塩の種類によっては、相変化によって体積変化する溶融塩もある。体積変化する溶融塩を用いる場合は、収容部材４２において、溶融塩の体積変化を吸収できるように十分な容積を確保しておけばよい。

【符号の説明】

【0090】

１２ 排気浄化装置
１４ 排気管
１６ 触媒担持体
１８ 外筒
２０ 中間筒
２２ 主流路
２４ 副流路
２６ 分流部
２８ 合流部
３０ 切替弁
３６ 制御装置
３８ エンジン作動センサ
４０ 蓄熱部材
４２ 収容部材
４４ フィン
６２ 排気浄化装置
６４ 上流開閉弁
６６ 下流開閉弁
７２ 排気浄化装置
７４ 排気温度センサ
７６ 蓄熱部材温度センサ
７８ 触媒担持体温度センサ
８２ 排気浄化装置
９２ 排気浄化装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】