(57)【要約】【課題】排気ガスの温度にかかわらず、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の排気浄化装置は、内管と、外管と、排気浄化触媒と、外管スライド装置とから構成されている。そして、排気ガスの温度に応じて、外管スライド装置で外管をスライドさせ内管の外周面と外管の内周面とを接触又は分離する。これにより、内管から外管へ伝導する熱の量を変化させ、排気ガスの温度を調整することができる。そのため、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが通流する内管と、前記内管の外周側に同心状に配設される外管と、前記内管を通流した前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
さらに、前記内管又は前記外管の少なくともいずれかを機械的に変位させる変位手段を備え、前記変位手段で前記排気ガスの温度に応じて前記内管と前記外管とを接触又は分離させることで、前記内管から前記外管に伝導する前記排気ガスの熱の量を調整する熱伝導調整手段を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気ガスが通流する内管と、前記内管の外周側に同心状に配設される外管と、前記内管を通流した前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
さらに、前記排気ガスの温度に応じて形状が変化する形状変化部材を備え、前記形状変化部材で前記内管と前記外管とを接触又は分離させることで、前記内管から前記外管に伝導する前記排気ガスの熱の量を調整する熱伝導調整手段を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記形状変化部材は、バイメタル又は形状記憶合金であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記熱伝導調整手段は、前記排気ガスの温度が１００℃以上のとき、前記内管から前記外管に伝導する前記排気ガスの熱の量を調整することを特徴とする請求項１又は３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記熱伝導調整手段は、前記内管から前記外管へ伝導する前記排気ガスの熱の量を増加させることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記外管の外周面に配設され、前記外管から放出される熱を電気に変換して回収する
熱電変換手段を有することを特徴とする請求項１乃至５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気ガスが通流する排気管と、前記排気管を通流した前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
さらに、前記排気管の外周側を流れる空気の通風量を調整する空気通風量調整手段を備え、前記空気通風量調整手段で前記排気ガスの温度に応じて前記通風量を調整することで、前記排気管から前記外周側を流れる空気へ伝導する前記排気ガスの熱の量を調整する熱伝導調整手段を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記熱伝導調整手段は、前記排気ガスの温度が１００℃以上のとき、前記排気管から前記外周側を流れる空気へ伝導する前記排気ガスの熱の量を変化させることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記熱伝導調整手段は、前記排気管から前記外周側を流れる空気へ伝導する前記排気ガスの熱の量を増加させることを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記排気管の外周面に配設され、前記排気管から放出される熱を電気に変換して回収する熱電変換手段を有することを特徴とする請求項７乃至９記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化触媒は、温度によって排気ガスを浄化する能力が変化する。例えば、排気ガスの温度が低い、エンジンが始動してから暖機が完了するまでの間は、排気浄化触媒の温度も低く、排気浄化触媒は排気ガスを充分に浄化することができない。また、排気ガスの温度が上昇して、排気浄化触媒の温度が高くなり過ぎても、排気浄化触媒は排気ガスを充分に浄化することができない。さらに、排気浄化触媒は、長時間高温にさらされることで劣化して寿命が短くなる。そのため、排気浄化触媒は、排気ガスを浄化する能力や寿命を確保するために、所定の温度範囲内で使用する必要がある。
【０００３】
従来、これらの問題を解決することができる内燃機関の排気浄化装置として、実開平３−１７１２６号公報に開示されている排気パイプや、特開平６−７４０２０号公報に開示されている排気ガス浄化装置や、特開２００２−２６６６３８号公報に開示されているエンジンの排気装置がある。
【０００４】
実開平３−１７１２６号公報に開示されている排気パイプは、外側パイプと、内側パイプとから構成されている。内側パイプは、外側パイプより熱膨張率の大きい材料で形成され、外側パイプ内にその軸線に沿うようにして配設されている。排気ガスの温度が低いとき、内側パイプと外側パイプの間に、断熱層としての隙間が形成される。断熱層が形成されることで排気ガスの放熱が抑えられ、下流側に配設された触媒コンバータの温度が速やかに上昇し、触媒コンバータが活性化する。排気ガスの温度が高くなると、熱膨張により内側パイプが外側パイプに当接する。内側パイプが外側パイプに当接することで排気ガスの放熱が促進され、触媒コンバータの温度上昇が抑えられ、劣化を防止できる。
【０００５】
特開平６−７４０２０号公報に開示されている排気ガス浄化装置は、制御装置と、排気ガス通路と、触媒コンバータと、排気バイパス通路と、通路切換弁と、炭化水素吸着手段と、排気戻し通路とを備えている。排気ガスの温度が低い、エンジンが始動してから暖機が完了するまでの間、制御手段は、通路切換弁の位置を切換え、触媒コンバータを通過した排気ガスを排気バイパス通路に案内し、排気ガスの炭化水素を炭化水素吸着手段に吸着させる。暖機が完了して排気ガスの温度が上昇し、触媒コンバータが活性化すると、制御手段は、通路切換弁の位置を切換え、触媒コンバータを通過した排気ガスの大部分を大気に排出させる。排気ガスの一部は、排気バイパス通路を流れ、炭化吸着手段に吸着されていた炭化水素を脱離する。炭化吸着手段から脱離した炭化水素は、排気戻し通路から触媒コンバータ上流の排気ガス通路に戻され、活性化した触媒コンバータで浄化され大気に排出される。これにより、触媒コンバータの浄化能力の温度特性に関わらず、排気ガスを浄化することができる。
【０００６】
特開２００２−２６６６３８号公報に開示されているエンジンの排気装置は、外管と、
内管と、弁体とからなるフロントパイプを備えている。内管は、外管内に略同心的に配設されている。弁体は、内管の上流側端部に一体形成されている。排気ガスの温度が低いとき、内管の熱収縮により弁体が外管と係合し、内管と外管の間の空間が閉塞される。内管と外管の間の空間は断熱層を形成し、排気ガスの放熱を抑える。排気ガスの放熱が抑えられることで、下流側に配設された触媒コンバータの温度が速やかに上昇し、触媒コンバータが活性化する。排気ガスの温度が高くなると、内管の熱膨張により弁体と外管との係合が解かれ、内管と外管の間の空間が開放される。排気ガスは、内管だけでなく、内管と外管の間の空間にも流入し排気ガスの放熱が促進される。排気ガスの放熱が促進されることで、触媒コンバータの温度上昇が抑えられ、劣化を防止できる。
【特許文献１】実開平３−１７１２６号公報
【特許文献２】特開平６−７４０２０号公報
【特許文献３】特開２００２−２６６６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、実開平３−１７１２６号公報に開示されている排気パイプでは、外側パイプと内側パイプの熱膨張率の差を大きくしなければならず、使用できる材料が制限されてしまうという問題がある。また、特開平６−７４０２０号公報に開示されている排気ガス浄化装置では、触媒コンバータ以外に、炭化水素吸着手段、排気バイパス通路、通路切換弁及び排気戻し通路を設けなければならず、装置が大型化してしまうという問題がある。さらに、特開２００２−２６６６３８号公報に開示されているエンジンの排気装置では、排気ガスの温度上昇にともなって、内管のみを流れていた排気ガスが、内管及び外管を流れるようになると、排気ガスの圧力損失が大きくなり、エンジンの燃焼に影響を与えるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排気ガスの温度にかかわらず、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、排気ガスの温度に応じて、内管から外管又は排気管の内側から外側へ伝達する排気ガスの熱の量を変化させることで、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱による劣化を抑えられることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスが通流する内管と、前記内管の外周側に同心状に配設される外管と、前記内管を通流した前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記内管又は前記外管の少なくともいずれかを機械的に変位させる変位手段を備え、前記変位手段で前記排気ガスの温度に応じて前記内管と前記外管とを接触又は分離させることで、前記内管から前記外管に伝導する前記排気ガスの熱の量を調整する熱伝導調整手段を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスが通流する内管と、前記内管の外周側に同心状に配設される外管と、前記内管を通流した前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記排気ガスの温度に応じて形状が変化する形状変化部材を備え、前記形状変化部材で前記内管と前記外管とを接触又は分離させることで、前記内管から前記外管に伝導する前記排気ガスの熱の量を調整する熱伝導調整手段を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記形状変化部材は、バイメタル又は形状記憶合金であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記熱伝導調整手段は、前記排気ガスの温度が１００℃以上のとき、前記内管から前記外管に伝導する前記排気ガスの熱の量を調整することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記熱伝導調整手段は、前記内管から前記外管へ伝導する前記排気ガスの熱の量を増加させることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１乃至５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記外管の外周面に配設され、前記外管から放出される熱を電気に変換して回収する熱電変換手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスが通流する排気管と、前記排気管を通流した前記排気ガスを浄化する排気浄化触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記排気管の外周側を流れる空気の通風量を調整する空気通風量調整手段を備え、前記空気通風量調整手段で前記排気ガスの温度に応じて前記通風量を調整することで、前記排気管から前記外周側を流れる空気へ伝導する前記排気ガスの熱の量を調整する熱伝導調整手段を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記熱伝導調整手段は、前記排気ガスの温度が１００℃以上のとき、前記排気管から前記外周側を流れる空気へ伝導する前記排気ガスの熱の量を変化させることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記熱伝導調整手段は、前記排気管から前記外周側を流れる空気へ伝導する前記排気ガスの熱の量を増加させることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項７乃至９に記載の内燃機関の排気浄化装置において、さらに、前記排気管の外周面に配設され、前記排気管から放出される熱を電気に変換して回収する熱電変換手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、変位手段で、排気ガスの温度に応じて、内管と外管とを機械的に接触又は分離させることで、内管から外管へ伝導する熱の量を変化させ、排気ガスの温度を調整することができる。これにより、排気浄化触媒の温度が調整でき、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００２１】
排気ガスが通流する内管と外管が機械的に接触すると、排気ガスの熱が内管から外管に伝導して放出され、排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度が下がることで、排気浄化触媒の温度も下がる。また、内管と外管が機械的に分離すると、排気ガスの熱は内管から外管に伝導しにくくなり、排気ガスの温度の低下が抑制される。排気浄化触媒の温度が低い場合、排気ガスの温度の低下が抑制されることで、排気浄化触媒の温度は速やかに上昇する。そのため、内管と外管とを機械的に接触又は分離させることで、排気ガスの温度を調整して、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００２２】
また、内管と外管の熱膨張率の差を利用せず、変位手段で内管と外管とを機械的に接触又は分離させることができる。そのため、熱膨張率を気にすることなく内管と外管の材質を自由に選定することができる。また、前述したような、炭化水素吸着手段、排気バイパス通路、通路切換弁及び排気戻し通路等を設けることなく装置を構成することができる。そのため、装置を小型化することができる。さらに、排気ガスの流れを変化させることなく装置を構成することができる。そのため、排気ガスの圧力損失の変化にともなうエンジンの燃焼への影響を抑えることができる。
【００２３】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、形状変化部材で、排気ガスの温度に応じて、内管と外管とを接触又は分離させることで、内管から外管へ伝導する熱の量を変化させ、排気ガスの温度を調整することができる。これにより、排気浄化触媒の温度が調整でき、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００２４】
形状変化部材が変形して、排気ガスが通流する内管と外管が形状変化部材を介して接触すると、排気ガスの熱が内管から外管に伝導して放出され、排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度が下がることで、排気浄化触媒の温度も下がる。また、形状変化部材が変形して、内管と外管が分離すると、排気ガスの熱は内管から外管に伝導しにくくなり、排気ガスの温度の低下が抑制される。排気浄化触媒の温度が低い場合、排気ガスの温度の低下が抑制されることで、排気浄化触媒の温度は速やかに上昇する。そのため、内管と外管とを形状変化部材を介して接触又は分離させることで、排気ガスの温度を調整して、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００２５】
また、内管と外管の熱膨張率の差を利用せず、内管と外管とを形状変化部材を介して接触又は分離することができる。そのため、熱膨張率を気にすることなく内管と外管の材質を自由に選定することができる。また、前述したような、炭化水素吸着手段、排気バイパス通路、通路切換弁及び排気戻し通路等を設けることなく装置を構成することができる。そのため、装置を小型化することができる。さらに、排気ガスの流れを変化させることなく装置を構成することができる。そのため、排気ガスの圧力損失の変化にともなうエンジンの燃焼への影響を抑えることができる。
【００２６】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、バイメタル又は形状記憶合金で、排気ガスの温度に応じて確実に変形して、前記内管と前記外管とを接触又は分離させることができる。
【００２７】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスの温度が１００℃以上のとき、内管から外管へ伝導する排気ガスの熱の量を変化させることができる。これにより、排気浄化触媒をより確実に活性化させとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００２８】
排気浄化触媒は、その温度が、ばらつきを考慮すると１００℃以上、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上であれば、活性化して排気ガスを充分に浄化することができる。また、その温度が７００℃以上になると熱劣化する。そのため、排気ガスの温度が、１００℃以上、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上のとき、内管から外管に伝導する熱の量を変化させ排気ガスの温度を調整することで、排気浄化触媒をより確実に活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００２９】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、内管から外管へ伝導する排気ガスの熱の量を増加させることで、排気ガスの過剰な温度上昇を抑えることができる。そのため、排気浄化触媒の熱劣化をより確実に抑えることができる。
【００３０】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、外管の外周面に配設された熱電変換手段で、外管から放出される熱を電気に変換して回収することができる。これにより、内燃機関の燃費の向上をはかることができる。
【００３１】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、空気通風量調整手段で、排気ガスの温度に応じて、排気管の外周側を流れる空気の通風量を調整することで、排気管から外周側を流れる空気へ伝導する熱の量を変化させ、排気ガスの温度を調整することができる。これにより、排気浄化触媒の温度が調整でき、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００３２】
排気ガスが通流する排気管の外周側を流れる空気の通風量が増加すると、排気ガスの熱が排気管から外周側を流れる空気に伝導して放出され、排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度が下がることで、排気浄化触媒の温度も下がる。また、排気管の外周側を流れる空気の通風量が減少すると、排気ガスの熱は排気管の外周側を流れる空気に伝導しにくくなり、排気ガスの温度の低下が抑制される。排気浄化触媒の温度が低い場合、排気ガスの温度の低下が抑制されることで、排気浄化触媒の温度は速やかに上昇する。そのため、排気管の外周側を流れる空気の通風量を調整することで、排気ガスの温度を調整して、排気浄化触媒を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００３３】
また、熱膨張を利用せず、排気管の外周側を流れる空気の通風量を調整することで、排気ガスの温度を調整することができる。そのため、熱膨張率を気にすることなく排気管の材質を自由に選定することができる。また、前述したような、炭化水素吸着手段、排気バイパス通路、通路切換弁及び排気戻し通路等を設けることなく装置を構成することができる。そのため、装置を小型化することができる。さらに、排気ガスの流れを変化させることなく装置を構成することができる。そのため、排気ガスの圧力損失の変化にともなうエンジンの燃焼への影響を抑えることができる。
【００３４】
請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスの温度が１００℃以上のとき、排気管から外周側を流れる空気に伝導する排気ガスの熱の量を変化させることができる。これにより、排気浄化触媒をより確実に活性化させとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００３５】
排気浄化触媒は、その温度が、ばらつきを考慮すると１００℃以上、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上であれば、活性化して排気ガスを充分に浄化することができる。また、その温度が７００℃以上になると熱劣化する。そのため、排気ガスの温度が、１００℃以上、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上のとき、排気管から外周側を流れる空気に伝導する熱の量を変化させ排気ガスの温度を調整することで、排気浄化触媒をより確実に活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００３６】
請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気管から外周側を流れる空気へ伝導する排気ガスの熱の量を増加させることで、排気ガスの過剰な温度上昇を抑えることができる。
【００３７】
請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気管の外周面に配設された熱電変換手段で、排気管から放出される熱を電気に変換して回収することができる。これにより、内燃機関の燃費の向上をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本実施形態は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、車両に搭載されたエンジンの排気ガスを浄化する排気浄化装置にに適用した例を示す。
【００３９】
（第１実施形態）
第１実施形態における排気浄化装置の軸方向断面図を図１に示す。そして、図１を参照して、構成、動作、効果の順で具体的に説明する。
【００４０】
まず、具体的構成について説明する。図１に示すように、排気浄化装置１は、内管２と、外管３と、排気浄化触媒４と、外管スライド装置５と、熱電素子６と、放熱フィン７と、温度センサ８と、制御装置９とから構成されている。さらに、制御装置９には、バッテリ１０が接続されている。ここで、本発明に係る熱伝導調整手段は、変位手段にあたる外管スライド装置５と、温度センサ８と、制御装置９とから構成されている。また、熱電変換手段は、熱電素子６で構成されている。
【００４１】
内管２は、エンジンから排出される排気ガスを通流する、熱伝導性のよい、例えば、ステンレスからなる中空円筒状の管である。内管２の外周面には、エンジンの排気ガスが流れる上流側から下流側に向けて縮径するテーパー部２ａが形成されている。
【００４２】
外管３は、内管２の外周側に同心状に配設される、熱伝導性のよい、例えば、ステンレスからなる中空円筒状の管である。外管３は、内管２に対して、軸方向にスライド可能に支持されている。外管３の内周面には、エンジンの排気ガスが流れる上流側から下流側に向けて縮径するテーパー部３ａが形成されている。また、外管３の下流側の外周面には、拡径方向に延在するフランジ部３ｂが形成されている。
【００４３】
排気浄化触媒４は、内管２の下流側の管内に配設され、内管２を通流するエンジンの排気ガスを浄化する触媒である。
【００４４】
外管スライド装置５は、外管３のフランジ部３ｂに連結され、制御装置９の指令に基づいて、外管３を下流側又は上流側へスライドさせる装置である。外管スライド装置５は、制御装置９に接続されている。
【００４５】
熱電素子６は、外管３の外周面に、軸方向に等間隔に配設され、対向する端部の間の温度差を電圧に変換する素子である。熱電素子６は、ｐ型半導体６ａと、ｎ型半導体６ｂと、断熱材６ｃとから構成されている。ｐ型半導体６ａとｎ型半導体６ｂは、断熱材６ｃを介して並列に配設されている。ｐ型半導体６ａの一端とｎ型半導体６ｂの一端は電極で接続され、熱伝導性のよい絶縁層を介して外管３の外周面に接合されている。また、ｐ型半導体６ａの他端は＋電極に、ｎ型半導体６ｂの他端は−電極にそれぞれ接続され、＋電極と−電極は、熱伝導性のよい絶縁層を介して放熱フィン７に接合されている。外管３の外周面に配設された複数の熱電素子６は、直列接続されている。直列接続された熱電素子６の両端の＋電極と−電極は、それぞれ制御装置９に接続されている。
【００４６】
放熱フィン７は、絶縁層を介して熱電素子６の＋電極と−電極に接合され、熱を放出して温度を下げる断面がコの字形状の熱伝導性のよい部材である。
【００４７】
温度センサ８は、排気浄化触媒４の上流側の内管２の内周面に配設され、エンジンの排気ガスの温度を検出する素子である。温度センサ８は、制御装置９に接続されている。
【００４８】
制御装置９は、温度センサ８の検出した排気ガスの温度に基づいて、外管スライド装置５を制御するとともに、熱電素子６の変換した電圧でバッテリ１０を充電する装置である。制御装置９は、外管スライド装置５と、温度センサ８と、熱電素子６と、バッテリ１０とに接続されている。温度センサ８の検出した排気ガスの温度が低い、例えば、１００℃未満のとき、図１（ａ）に示すように、制御装置９は、外管スライド装置５を介して外管３を下流側へスライドさせることで、内管２と外管３とを分離し、内管２と外管３の間に空気層１１を形成させる。また、排気ガスの温度が上昇して、例えば、１００℃以上になると、図１（ｂ）に示すように、外管スライド装置５を介して外管３を上流側へスライドさせることで、内管２の外周面のテーパー部２ａを外管３の内周面のテーパー部３ａに接触させる。
【００４９】
次に、具体的動作について説明する。車両のイグニッションスイッチ（図略）がオンされると、エンジンが始動する。エンジンが始動すると、制御装置９は、温度センサ８の検出した排気ガスの温度に基づいて、外管スライド装置５を制御する。
【００５０】
エンジンが始動してから暖機が完了するまでの間は、排気ガスの温度は低い。温度センサ８の検出した排気ガスの温度が１００℃未満のとき、図１（ａ）に示すように、制御装置９は、外管スライド装置５を介して外管３を下流側へスライドさせることで、内管２と外管３とを分離し、内管２と外管３の間に空気層１１を形成させる。排気ガスの熱は、空気層１１の断熱作用により、内管２から外管３へ伝導しにくくなり、排気ガスの温度の低下が抑制される。排気浄化触媒４は、排気ガスの温度の低下が抑制されることで速やかに上昇する。
【００５１】
エンジンの暖機が完了すると、排気ガスの温度は高くなる。温度センサ８の検出した排気ガスの温度が１００℃以上になると、図１（ｂ）に示すように、制御装置９は、外管スライド装置５を介して外管３を上流側へスライドさせることで、内管２の外周面のテーパー部２ａを外管３の内周面のテーパー部３ａに接触させる。内管２のテ−パー部２ａと外管３のテーパー部３ａが接触することで、内管２から外管３へ伝導する排気ガスの熱の量が増える。排気ガスの熱は、内管２から外管３に伝導して放出され、排気ガスの温度が下がる。排気浄化触媒４の温度は、排気ガスの温度が下がることで低下する。
【００５２】
熱電素子６は、外管３の外周面に接合された端部と放熱フィン７に接合された端部の間の温度差を電圧に変換する。制御装置９は、直列接続された熱電素子６の変換した電圧でバッテリ１０を充電する。
【００５３】
最後に、具体的効果について説明する。第１実施形態によれば、外管スライド装置５で、排気ガスの温度に応じて、内管２のテーパー部２ａと外管３のテーパー部３ａとを機械的に接触又は分離させることで、内管２から外管３へ伝導する熱の量を変化させ、排気ガスの温度を調整することができる。これにより、排気浄化触媒４の温度が調整でき、排気浄化触媒４を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。また、内管２と外管３の熱膨張率の差を利用せず、外管スライド装置５で内管２と外管３とを機械的に接触又は分離させることができる。そのため、熱膨張率を気にすることなく内管２と外管３の材質を自由に選定することができる。また、構成が簡単で、装置を小型化することができる。さらに、排気ガスの流れを変化させることなく装置を構成することができるため、排気ガスの圧力損失の変化にともなうエンジンの燃焼への影響を抑えることができる。
【００５４】
また、第１実施形態によれば、排気ガスの温度が１００℃以上のとき、内管２から外管３へ伝導する排気ガスの熱の量を増加させることで、排気浄化触媒をより確実に活性化させとともに、熱劣化を抑えることができる。排気浄化触媒４は、その温度が、ばらつきを考慮すると１００℃以上のとき、活性化して排気ガスを充分に浄化することができる。また、その温度が７００℃以上になると熱劣化する。そのため、排気ガスの温度が、１００℃以上のとき、内管２から外管３に伝導する熱の量を増加させ排気ガスの温度を下げることで、排気浄化触媒４をより確実に活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００５５】
さらに、第１実施形態によれば、外管３の外周面に配設された熱電素子６で、外管３から放出される熱を電気に変換して回収することができる。これにより、内燃機関の燃費の向上をはかることができる。
【００５６】
なお、上述した第１実施形態では、排気ガスの温度が１００℃以上のときに、内管２から外管３へ伝導する排気ガスの熱の量を増加させる例を挙げているが、これに限られるものではない。排気ガスの温度が、排気浄化触媒の活性化する下限温度以上のとき、過剰な温度上昇を抑えるために、内管２から外管３へ伝導する排気ガスの熱の量を増加させればよい。例えば、排気触媒の活性化する下限温度が１５０℃場合は１５０℃以上、２００℃の場合は２００℃以上のとき、内管２から外管３へ伝導する排気ガスの熱の量を増加させるようにしてもよい。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態における排気浄化装置の軸方向断面図を図２に、バイメタルの材質を図３に示す。そして、図２及び図３を参照して、構成、動作、効果の順で具体的に説明する。ここでは、第１実施形態における排気浄化装置との相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００５８】
まず、具体的構造について説明する。図２に示すように、排気浄化装置１は、内管２と、外管３と、排気浄化触媒４と、バイメタル１２と、熱電素子６と、放熱フィン７とから構成されている。さらに、制御装置１３には、バッテリ１０が接続されている。ここで、本発明に係る熱伝導調整手段は、形状変化部材にあたるバイメタル１２で構成されている。また、熱電変換手段は、熱電素子６で構成されている。
【００５９】
内管２は、エンジンから排出される排気ガスを通流する、熱伝導性のよい、例えば、ステンレスからなる中空円筒状の管である。
【００６０】
外管３は、内管２の外周側に同心状に空気層１１を介して配設される、熱伝導性のよい、例えば、ステンレスからなる中空円筒状の管である。
【００６１】
排気浄化触媒４は、内管２の下流側の管内に配設され、内管２を通流するエンジンの排気ガスを浄化する触媒である。
【００６２】
バイメタル１２は、内管２の外周面に、上流側端部のみを固定して軸方向に等間隔に配設され、温度に応じて形状が変化する部材である。バイメタル１２は、膨張率の異なる板状の低膨張材部１２ａと高膨張材部１２ｂとを接合して構成されている。低膨張材部１２ａは、例えば、図３（ａ）に示すように、３６％Ｎｉ−Ｆｅ、３８％Ｎｉ−Ｆｅ、４０％Ｎｉ−Ｆｅ、４２％Ｎｉ−Ｆｅ、４４％Ｎｉ−Ｆｅ、４６％Ｎｉ−Ｆｅ等の低膨張材料で構成されている。また、高膨張材部１２ｂは、例えば、図３（ｂ）に示すように、Ｃｕ、Ｎｉ、７０％Ｃｕ−Ｚｎ、７０％Ｎｉ−Ｃｕ、２０％Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ、２０％Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ、７０％Ｍｎ−Ｎｉ−Ｃｕ等の高膨張材料で構成されている。内管２と外管３との間隔に対して低膨張材部１２ａと高膨張材部１２ｂの材料を適切に選定すると、排気ガスの温度が低い、例えば、１００℃未満のとき、図２（ａ）に示すように、バイメタル１２は、変化量が小さく外管３の内周面に接触せず、内管２と外管３とを分離させる。また、排気ガスの温度が上昇して、例えば、１００℃以上になると、図２（ｂ）に示すように、変化量が大きく外管３の内周面に接触し、内管２と外管３とを接触させる。
【００６３】
熱電素子６及び放熱フィン７は、第１実施形態における熱電素子及び放熱フィンと同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
制御装置１３は、熱電素子６の変換した電圧でバッテリ１０を充電する装置である。制御装置１３は、熱電素子６と、バッテリ１０とに接続されている。
【００６５】
次に、具体的動作について説明する。車両のイグニッションスイッチ（図略）がオンされると、エンジンが始動する。
【００６６】
エンジンが始動してから暖機が完了するまでの間は、排気ガスの温度は低い。排気ガスの温度が１００℃未満のとき、図２（ａ）に示すように、バイメタル１２は、変化量が小さく外管３の内周面に接触せず、内管２と外管３とを分離し、内管２と外管３の間に空気層１１を形成させる。排気ガスの熱は、空気層１１の断熱作用により、内管２から外管３へ伝導しにくくなり、排気ガスの温度の低下が抑制される。排気浄化触媒４は、排気ガスの温度の低下が抑制されることで速やかに上昇する。
【００６７】
エンジンの暖機が完了すると、排気ガスの温度は高くなる。排気ガスの温度が１００℃以上になると、図２（ｂ）に示すように、バイメタル１２は、変化量が大きくなって外管３の内周面に接触し、内管２と外管３とを接触させる。内管２と外管３がバイメタル１２を介して接触することで、内管２から外管３へ伝導する排気ガスの熱の量が増える。排気ガスの熱は、内管２から外管３に伝導して放出され、排気ガスの温度が下がる。排気浄化触媒４の温度は、排気ガスの温度が下がることで低下する。
【００６８】
熱電素子６は、外管３の外周面に接合された端部と放熱フィン７に接合された端部の間の温度差を電圧に変換する。制御装置１３は、直列接続された熱電素子６の変換した電圧でバッテリ１０を充電する。
【００６９】
最後に、具体的効果について説明する。第２実施形態によれば、バイメタル１２で、排気ガスの温度に応じて、内管２と外管３とを接触又は分離させることで、内管２から外管３へ伝導する熱の量を変化させ、排気ガスの温度を調整することができる。これにより、排気浄化触媒４の温度が調整でき、排気浄化触媒４を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。また、内管２と外管３の熱膨張率の差を利用せず、内管２と外管３とをバイメタル１２を介して接触又は分離することができる。そのため、熱膨張率を気にすることなく内管２と外管３の材質を自由に選定することができる。また、構成が簡単で、装置を小型化することができる。さらに、排気ガスの流れを変化させることなく装置を構成することができる。そのため、排気ガスの圧力損失の変化にともなうエンジンの燃焼への影響を抑えることができる。
【００７０】
また、第２実施形態によれば、排気ガスの温度が１００℃以上のとき、内管２から外管３へ伝導する排気ガスの熱の量を増加させることで、排気浄化触媒をより確実に活性化させとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００７１】
さらに、第２実施形態によれば、外管３の外周面に配設された熱電素子６で、外管３から放出される熱を電気に変換して回収することができる。これにより、内燃機関の燃費の向上をはかることができる。
【００７２】
なお、上述した第２実施形態では、形状変化部材としてバイメタルを用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。バイメタルと同様に、温度に応じて形状が変化する形状記憶合金を用いてもよい。
【００７３】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態における排気浄化装置の軸方向断面図を図４に示す。ここでは、第１及び第２実施形態における排気浄化装置との相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、第１及び第２実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００７４】
まず、具体的構造について説明する。図４に示すように、排気浄化装置１は、排気管１４と、排気浄化触媒４と、冷却ファン１５と、熱電素子６と、放熱フィン７と、温度センサ８と、制御装置１６とから構成されている。さらに、制御装置１６には、バッテリ１０が接続されている。ここで、本発明に係る熱伝導調整手段は、空気通風量調整手段にあたる冷却ファン１５と、温度センサ８と、制御装置１６とから構成されている。また、熱電変換手段は、熱電素子６で構成されている。
【００７５】
排気管１４は、エンジンから排出される排気ガスを通流する、熱伝導性のよい、例えば、ステンレスからなる中空円筒状の管である。
【００７６】
排気浄化触媒４は、排気管１４の下流側の管内に配設され、排気管１４を通流するエンジンの排気ガスを浄化する触媒である。
【００７７】
冷却ファン１５は、排気管１４の上流側の外周面に配設され、制御装置１６の指令に基づいて、排気管１４の外周面や放熱フィン７に沿って流れる空気の通風量を調整する装置である。冷却ファン１５は、制御装置１６に接続されている。
【００７８】
熱電素子６は、排気管１４の外周面に、軸方向に等間隔に配設され、対向する端部の間の温度差を電圧に変換する素子である。熱電素子６は、ｐ型半導体６ａと、ｎ型半導体６ｂと、断熱材６ｃとから構成されている。ｐ型半導体６ａとｎ型半導体６ｂは、断熱材を介して並列に配設されている。ｐ型半導体６ａの一端とｎ型半導体６ｂの一端は電極で接続され、熱伝導性のよい絶縁層を介して排気管１４の外周面に接合されている。また、ｐ型半導体６ａの他端は＋電極に、ｎ型半導体６ｂの他端は−電極にそれぞれ接続され、＋電極と−電極は、熱伝導性のよい絶縁層を介して放熱フィン７に接合されている。排気管１４外周面に配設された複数の熱電素子６は、直列接続されている。直列接続された熱電素子６の両端の＋電極と−電極は、それぞれ制御装置１６に接続されている。
【００７９】
放熱フィン７は、絶縁層を介して熱電素子６の＋電極と−電極に接合され、熱を放出して温度を下げる断面がコの字形状の熱伝導性のよい部材である。
【００８０】
温度センサ８は、排気浄化触媒４の上流側の排気管１４の内周面に配設され、エンジンの排気ガスの温度を検出する素子である。温度センサ８は、制御装置１６に接続されている。
【００８１】
制御装置１６は、温度センサ８の検出した排気ガスの温度に基づいて、冷却ファン１５を制御するとともに、熱電素子６の変換した電圧でバッテリ１０を充電する装置である。制御装置１６は、冷却ファン１５と、温度センサ８と、熱電素子６と、バッテリ１０とに接続されている。温度センサ８の検出した排気ガスの温度が低い、例えば、１００℃未満のとき、図４（ａ）に示すように、制御装置１６は、冷却ファン１５を介して排気管１４の外周面や放熱フィン７に沿って流れる空気の通風量を抑える。また、排気ガスの温度が上昇して、例えば、１００℃以上になると、図４（ｂ）に示すように、冷却ファン１５を介して排気管１４の外周面や放熱フィン７に沿って流れる空気の通風量を増やす。
【００８２】
次に、具体的動作について説明する。車両のイグニッションスイッチ（図略）がオンされると、エンジンが始動する。エンジンが始動すると、制御装置１６は、温度センサ８の検出した排気ガスの温度に基づいて、冷却ファン１５を制御する。
【００８３】
エンジンが始動してから暖機が完了するまでの間は、排気ガスの温度は低い。温度センサ８の検出した排気ガスの温度が１００℃未満のとき、図４（ａ）に示すように、制御装置１６は、冷却ファン１５を介して排気管１４の外周面や放熱フィン７に沿って流れる空気の通風量を抑える。排気ガスの熱は、排気管１４の外周面や放熱フィン７に沿って流れる空気の通風量の減少により、排気管１４の外周側を流れる空気に伝導しにくくなり、排気ガスの温度の低下が抑制される。排気浄化触媒４は、排気ガスの温度の低下が抑制されることで速やかに上昇する。
【００８４】
エンジンの暖機が完了すると排気ガスの温度は高くなる。温度センサ８の検出した排気ガスの温度が１００℃以上になると、図４（ｂ）に示すように、制御装置１６は、外管スライド装置５を介して排気管１４の外周面や放熱フィン７に沿って流れる空気の通風量を増やす。空気の通風量が増加することで、排気管１４の外周側を流れる空気に伝導する排気ガスの熱の量が増える。排気ガスの熱は排気管１４から外周側を流れる空気に伝導して放出され、排気ガスの温度が下がる。排気浄化触媒４の温度は、排気ガスの温度が下がることで低下する。
【００８５】
熱電素子６は、排気１４の外周面に接合された端部と放熱フィン７に接合された端部の間の温度差を電圧に変換する。制御装置１６は、直列接続された熱電素子６の変換した電圧でバッテリ１０を充電する。
【００８６】
最後に、具体的効果について説明する。第３実施形態によれば、冷却ファン１５で、排気ガスの温度に応じて、排気管１４の外周側を流れる空気の通風量を調整することで、排気管１４から外周側を流れる空気へ伝導する熱の量を変化させ、排気ガスの温度を調整することができる。これにより、排気浄化触媒４の温度が調整でき、排気浄化触媒４を活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。また、熱膨張を利用せず、排気管１４の外周側を流れる空気の通風量を調整することで、排気ガスの温度を調整することができる。そのため、熱膨張率を気にすることなく排気管１４の材質を自由に選定することができる。また、構成が簡単で、装置を小型化することができる。さらに、排気ガスの流れを変化させることなく装置を構成することができる。そのため、排気ガスの圧力損失の変化にともなうエンジンの燃焼への影響を抑えることができる。
【００８７】
第３実施形態によれば、排気ガスの温度が１００℃以上のとき、排気管１４から外周側を流れる空気に伝導する排気ガスの熱の量を増加させることで、排気浄化触媒４をより確実に活性化させとともに、熱劣化を抑えることができる。排気浄化触媒４は、その温度が、ばらつきを考慮すると１００℃以上のとき、活性化して排気ガスを充分に浄化することができる。また、その温度が７００℃以上になると熱劣化する。そのため、排気ガスの温度が、１００℃以上のとき、排気管１４から外周側を流れる空気に伝導する熱の量を増加させ排気ガスの温度を下げることで、排気浄化触媒４をより確実に活性化させるとともに、熱劣化を抑えることができる。
【００８８】
第３実施形態によれば、排気管１４の外周面に配設された熱電素子６で、排気管１４から放出される熱を電気に変換して回収することができる。これにより、内燃機関の燃費の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１実施形態における排気浄化装置の軸方向断面図を示す。
【図２】第２実施形態における排気浄化装置の軸方向断面図を示す。
【図３】バイメタルの材質を示す。
【図４】第３実施形態における排気浄化装置の軸方向断面図を示す。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・排気浄化装置、２・・・内管、２ａ・・・テーパー部、３・・・外管、３ａ・・・テーパー部、３ｂ・・・フランジ部、４・・・排気浄化触媒、５・・・外管スライド装置、６・・・熱電素子、６ａ・・・ｐ型半導体、６ｂ・・・ｎ型半導体、６ｃ・・・断熱材、７・・・放熱フィン、８・・・温度センサ、９・・・制御装置、１０・・・バッテリ、１１・・・空気層、１２・・・バイメタル、１２ａ・・・低膨張材部、１２ｂ・・・高膨張材部、１３・・・制御装置、１４・・・排気管、１５・・・冷却ファン、１６・・・制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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