(57)【要約】【課題】小型化及び軽量化を図りつつ、排気ガスを浄化するための触媒の有効温度領域を確保するのに貢献できる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス浄化装置としてのフロント触媒コンバータ１２は、エンジンからの排気ガスを浄化処理するための触媒１５を収容した触媒ケース１７と、触媒１５よりも上流側の触媒ケース１７の外側に配設された金属からなる蓄熱材１８と、触媒１５よりも下流側の触媒ケース１７内に配設された排気絞り弁１９とを備えている。この排気絞り弁１９は、排気ガスの流通する排気流路を開閉可能となっており、排気絞り弁１９により、エンジンの停止後に排気流路を閉じると共に、エンジンの始動時及び運転中に排気流路を開くようにした。エンジンの停止後においては、触媒ケース１７内や触媒１５の温度が低下しにくくなる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスを浄化処理するための触媒を収容した触媒ケースと、
前記触媒よりも上流側の前記触媒ケースの外側又は内側に配設され、融解過程での吸熱反応によって吸熱すると共に、凝固過程での発熱反応によって発熱する金属からなる蓄熱材と、
前記触媒よりも下流側の前記触媒ケース内に配設され、排気ガスの流通する排気流路を開閉可能な排気絞り弁とを備え、
前記排気絞り弁により、内燃機関の停止後に前記排気流路を閉じると共に、内燃機関の始動時及び運転中に前記排気流路を開くようにしたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記触媒よりも上流側の前記触媒ケースの内側部位において前記蓄熱材に近接するように配設された熱交換部材を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関からの排気ガスを浄化処理するための触媒を具備した内燃機関の排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の内燃機関の排気ガス浄化装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関からの排気ガスを浄化処理するための触媒を収容した触媒ケース（触媒コンバータ）よりも上流側の排気管に蓄熱体を具備したものである。そして、蓄熱体により、内燃機関の運転中における排気ガスの熱を吸収して蓄熱し、内燃機関の再始動時等の低温の排気ガスが排気管内を流通する際に前記蓄熱した熱を放出して該排気ガスを暖めることで、排気管（及び蓄熱体）の後流側における触媒ケース内の触媒を排気ガスの熱によって有効温度領域まで昇温して触媒の浄化性能を十分に発揮させるように図っている。
【０００３】
ところで、内燃機関からの排気ガスを浄化処理するための触媒においては、その浄化処理能力を効率良く発揮し得る有効温度領域（例えば、３００〜７００℃）が存在する。触媒が有効温度領域より低温である場合には、触媒の浄化性能が不十分となってしまう。一方、触媒が有効温度領域より高温である場合には、触媒が劣化し易くなるため、触媒の耐久性及び信頼性が著しく低下してしまい、触媒の浄化性能が十分に発揮されないおそれがある。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６１−１２３８１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術の特許文献１に記載されたような内燃機関の排気ガス浄化装置では、蓄熱体を具備した排気管と触媒を収容した触媒ケースとが必要であると共に、それらの排気管と触媒ケースとを接続して使用しなければならないため、内燃機関の排気ガス浄化装置が長くなって大型化し、重量増を招いていた。また、蓄熱体と触媒とが比較的離間しているため、内燃機関の再始動時等の低温の排気ガスが排気管を介して触媒ケース内を流通する際において、蓄熱体により暖められた排気ガスが所定温度よりも低い温度で触媒に到達したり、触媒が有効温度領域まで昇温されなかったり等して、触媒の浄化性能が十分に発揮されないおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化及び軽量化を図りつつ、排気ガスを浄化処理するための触媒の有効温度領域を確保するのに貢献できる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明における内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関からの排気ガスを浄化処理するための触媒を収容した触媒ケースと、前記触媒よりも上流側の前記触媒ケースの外側又は内側に配設され、融解過程での吸熱反応によって吸熱すると共に、凝固過程での発熱反応によって発熱する金属からなる蓄熱材と、前記触媒よりも下流側の前記触媒ケース内に配設され、排気ガスの流通する排気流路を開閉可能な排気絞り弁とを備え、前記排気絞り弁により、内燃機関の停止後に前記排気流路を閉じると共に、内燃機関の始動時及び運転中に前記排気流路を開くようにしたことをその要旨としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、触媒ケース内に収容された触媒よりも上流側の触媒ケースの外側又は内側に配設された金属からなる蓄熱材は、内燃機関の運転中において触媒ケース内を流通する排気ガスの熱によって融解するようになる。このような蓄熱材の融解過程では、蓄熱材の吸熱反応により排気ガスの熱を吸熱（吸収）し、潜熱として蓄熱する。また、蓄熱材の融解過程での吸熱反応により、触媒が有効温度領域より高温になることが防止されるため、触媒の劣化が抑制され、ひいては触媒の耐久性及び信頼性の著しい低下が抑えられることとなり、触媒の浄化性能が十分に発揮されるようになる。
【０００９】
次に、蓄熱材の融解過程での吸熱反応によって蓄熱材が潜熱として蓄熱した後に、内燃機関を停止させると、触媒ケース内や触媒等の温度は降温し、蓄熱材が凝固するようになる。内燃機関の停止後には、排気ガスの流通する排気流路が排気絞り弁によって閉じられて、排気絞り弁よりも下流側の排気流路が遮断される。すなわち、内燃機関の停止後において、排気絞り弁により排気流路を閉じることで、触媒の熱が逃げにくくなり、触媒の放熱が抑制されることとなる。前述したような蓄熱材の凝固過程では、蓄熱材の吸熱反応時に潜熱として蓄熱されていた熱を蓄熱材の発熱反応により発熱（放熱又は放出）する。この場合、蓄熱材から発熱した熱により、触媒よりも上流側の触媒ケース内が暖められ、ひいては触媒ケース内に収容された触媒（特に上流側）も暖められる。従って、内燃機関の停止後であっても、触媒よりも上流側及び下流側の触媒ケース内が従来よりも高温に維持されている状態が持続したり、触媒が有効温度領域に維持されている状態が従来よりも持続したり等する。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、運転した内燃機関の停止後において、触媒ケース内の温度や触媒の温度が従来よりも低下（降温）しにくくなっている。
【００１０】
そして、内燃機関の停止後から短時間内（例えば、３０分以内）で内燃機関を始動（再始動）させると共に、閉じていた排気流路を排気絞り弁によって開くと、低温（例えば、２００℃）の排気ガスは触媒ケース内を流通しようとするが、その低温の排気ガスは触媒よりも上流側の触媒ケース内の熱によって暖められ、その暖められた排気ガスが触媒に到達して触媒が有効温度領域に早急に昇温されるため、触媒の浄化性能が十分に発揮されるようになる。なお、内燃機関の再始動時であっても、触媒の温度が既に有効温度領域に到達しているのなら、触媒の浄化性能が十分に発揮されることは言うまでもない。以上のように、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、内燃機関の運転中及び再始動時において、排気ガスを浄化するための触媒の有効温度領域を確保するのに貢献できる。
【００１１】
更に、請求項１に記載の発明における内燃機関の排気ガス浄化装置は、触媒を収容した触媒ケースに蓄熱材及び排気絞り弁が配設されて一体化しているため、従来技術のように蓄熱体を具備した排気管と触媒を収容した触媒ケースとを接続して装置自体が長くなることが抑制されるので、装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記触媒よりも上流側の前記触媒ケースの内側部位において前記蓄熱材に近接するように配設された熱交換部材を更に備えたことをその要旨としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、熱交換部材が蓄熱材に近接するように触媒よりも上流側の触媒ケースの内側部位に配設されているため、内燃機関の運転中において、触媒ケース内を流通する排気ガスによって熱交換部材が暖められ、その暖められた熱交換部材の熱も蓄熱材に伝達されることで、蓄熱材は融解し易くなる。また、内燃機関の停止後において、蓄熱材から発熱した熱は熱交換部材に伝達され、その伝達された熱によって熱交換部材が暖められるため、蓄熱材からの発熱と熱交換部材からの熱とにより、触媒よりも上流側の触媒ケース内が暖められ、ひいては触媒ケース内に収容された触媒（特に上流側）も暖められる。以上のように、熱交換部材を蓄熱材に近接するように触媒よりも上流側の触媒ケースの内側部位に配設することにより、熱交換部材と蓄熱材及び排気ガスとの熱交換が確実に行われる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１，図２に基いて説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施の形態に係る多気筒エンジン１１（本例では４気筒）の排気ガス浄化装置は、フロント触媒コンバータ１２及びリア触媒コンバータ１３を具備しており、フロント触媒コンバータ１２の下流側にリア触媒コンバータ１３が配設されている。内燃機関としてのエンジン１１から排出された排気ガスは、排気マニホルド１４からフロント触媒コンバータ１２を経由してリア触媒コンバータ１３に導かれ、リア触媒コンバータ１３を通過した後はマフラー等（図示略）を経て大気中に放出される。エンジン１１としては、ガソリンエンジンを想定するが、ディーゼルエンジンに対しても本発明を適用できる。
【００１６】
図２に示すように、本実施の形態に係る排気ガス浄化装置の一部を構成するフロント触媒コンバータ１２は、エンジン１１からの排気ガスを浄化処理するための触媒１５をマット１６を介した状態で収容した触媒ケース１７と、触媒１５よりも上流側〔図２（ａ）の左側〕の触媒ケース１７の外側に配設された金属からなる蓄熱材１８と、触媒１５よりも下流側〔図２（ａ）の右側〕の触媒ケース１７内に配設された排気絞り弁１９とを備えている。なお、リア触媒コンバータ１３（図１参照）は、フロント触媒コンバータ１２と同様にリア触媒コンバータ１３の触媒ケース内にマットを介した状態で触媒を収容しているが、リア触媒コンバータ１３の触媒ケースには蓄熱材及び排気絞り弁が配設されていない。
【００１７】
触媒１５は、排気ガスが流通可能なセラミックス製の担体と、この担体に担持された触媒物質とから構成され、触媒ケース１７内で位置ズレしないようにマット１６によって保持されている。セラミックス製の担体は、ハニカム構造の円柱状に形成されており、担体の中心軸線が触媒ケース１７の中心軸線Ｘと一致するように触媒ケース１７内に配設されている。触媒物質は、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯＸ等を浄化する機能（浄化性能）を有し、触媒物質としては、白金、パラジウム及びロジウムの少なくとも１種が用いられている。
【００１８】
マット１６は、断熱性を有するアルミナファイバーからなり、触媒ケース１７の内周面と触媒１５の外周面との間に介在された状態となっている。マット１６が断熱性を有することにより、マット１６に接触している触媒１５の熱が外部に逃げにくくなり、触媒１５の放熱を抑制することができる。
【００１９】
触媒ケース１７は、耐熱性及び耐食性に優れたステンレス鋼により略円管状に形成されている。この触媒ケース１７は、上流側に位置する円管状のガス導入部１７ａと、下流側に位置する円管状のガス導出部１７ｂと、ガス導入部１７ａとガス導出部１７ｂとの間（上流側と下流側との中間）に位置する円管状の収容部１７ｃと、ガス導入部１７ａから収容部１７ｃへ向かって漸次拡径する上流側傾斜部１７ｄと、収容部１７ｃからガス導出部１７ｂへ向かって漸次縮径する下流側傾斜部１７ｅとを有している。触媒ケース１７の収容部１７ｃ内の略全域には、マット１６を介在した状態で触媒１５が収容されている。
【００２０】
蓄熱材１８は、スズ−亜鉛系合金（例えば、スズ：５４重量％、亜鉛：４６重量％）からなり、融解過程での吸熱反応によって吸熱すると共に、凝固過程での発熱反応によって発熱する。この蓄熱材１８は、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側にのみ配設されており、触媒ケース１７の中心軸線Ｘを基準としてガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄを囲繞する蓋体２０によって密封されている。蓋体２０と触媒ケース１７のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄとは、溶接によって接合されている。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）では、蓄熱材１８が蓋体２０とガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄとの間に隙間無く充填された状態で描いてあるが、実際には隙間（空間）を有している。
【００２１】
排気絞り弁１９は、略円板形状の弁体１９ａと、その弁体１９ａに固着された回動可能な回動シャフト１９ｂとを備えており、排気ガスの流通する排気流路を開閉可能となるように触媒ケース１７のガス導出部１７ｂ内に配設されている。この排気絞り弁１９により、エンジン１１の停止後に（停止状態で）排気流路を閉じると共に、エンジン１１の始動時（始動状態）及び運転中に（運転状態で）排気流路を開くように設定されている。
【００２２】
弁体１９ａは、回動シャフト１９ｂの回動動作に応じて、図２（ａ）に実線で示した弁体１９ａが排気流路を完全に閉じる閉塞位置（中心軸線Ｘと直交する位置）と、図２（ａ）に二点鎖線で示した弁体１９ａが排気流路を完全に開く開放位置（中心軸線Ｘと一致する位置）との間を切替え配置可能となっている。弁体１９ａが閉塞位置にある場合には、弁体１９ａによって排気流路が遮断されるため、その弁体１９ａよりも上流側のガス導出部１７ｂにおける内部空間の熱や下流側傾斜部１７ｅの内部空間の熱、ひいては触媒１５（特に下流側）の熱を逃げにくくすることが可能となる。一方、弁体１９ａが開放位置にある場合には、排気流路を流通する排気ガスの流れを円滑にすることが可能となり、背圧の上昇を抑制してエンジン１１の出力低下が抑えられる。
【００２３】
なお、図示しないが、排気絞り弁１９の回動シャフト１９ｂは、所定のアクチュエータ及び制御回路を含む弁駆動制御装置（図示略）に作動連結されている。この弁駆動制御装置は、エンジン１１の電子制御ユニットＥＣＵ（図示略）と電気的に接続されており、そのＥＣＵを介して提供されるエンジン１１の運転状態を反映する各種情報（例えば、エンジンの回転数、排気ガス温度、触媒の温度など）に基づいて排気絞り弁１９の開閉動作を制御するようになっている。
【００２４】
さて、エンジン１１の運転中においては、エンジン１１から排出された排気ガスが触媒ケース１７内（排気流路）を流通し、該排気ガスの熱により、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側にのみ配設された蓄熱材１８が融解するようになる。このような蓄熱材１８の融解過程では、蓄熱材１８の吸熱反応により排気ガスの熱を蓄熱材１８が吸熱（吸収）し、潜熱として蓄熱する。エンジン１１の運転中には（運転状態では）、排気ガスの流通する排気流路が開放され、排気絞り弁１９の弁体１９ａが図２（ａ）に二点鎖線で示した開放位置にある状態となっている。
【００２５】
次に、蓄熱材１８の融解過程での吸熱反応によって蓄熱材１８が潜熱として熱を蓄熱した後に、エンジン１１を停止させると、触媒ケース１７内や触媒１５等の温度は降温（低下）し、融解していた蓄熱材１８が凝固するようになる。エンジン１１の停止後には（停止状態では）、排気絞り弁１９の回動シャフト１９ｂを回動させることで排気ガスの流通する排気流路が弁体１９ａによって閉塞、すなわち弁体１９ａが図２（ａ）に実線で示した閉塞位置にセットされ、弁体１９ａよりも下流側の排気流路が遮断される。前述したような蓄熱材１８の凝固過程では、蓄熱材１８の吸熱反応時に潜熱として蓄熱していた熱を蓄熱材１８の発熱反応により発熱（放熱又は放出）する。この場合、蓄熱材１８から発熱した熱がガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄに伝達され、その伝達された熱によってガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄが暖められる。従って、蓄熱材１８からの発熱により、触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間が暖められ、ひいては触媒１５（特に上流側）も暖められ、排気絞り弁１９の弁体１９ａで排気流路を閉塞することにより、弁体１９ａよりも上流側のガス導出部１７ｂにおける内部空間の熱や下流側傾斜部１７ｅの内部空間の熱、ひいては触媒１５（特に下流側）の熱が逃げにくくなる。その結果、運転していたエンジン１１の停止後において、触媒ケース１７内の温度や触媒１５の温度が低下（降温）しにくくなっている。
【００２６】
そして、エンジン１１の停止後から短時間内（例えば、３０分以内）でエンジン１１を始動（再始動）させた始動状態とすると共に、排気絞り弁１９の回動シャフト１９ｂを回動させて弁体１９ａによって閉塞していた排気流路を開放、すなわち弁体１９ａを図２（ａ）に二点鎖線で示した開放位置にセットすることで、エンジン１１から排出された低温（例えば、２００℃）の排気ガスは触媒ケース１７内（排気流路）を流通しようとするが、その低温の排気ガスは触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間の熱によって暖められ、その暖められた排気ガスが触媒１５に到達して触媒１５が有効温度まで早急に昇温される。なお、エンジン１１の再始動時であっても、触媒１５の温度が既に有効温度領域に到達している場合がある。
【００２７】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記す効果が得られるようになる。
【００２８】
・本実施の形態によれば、エンジン１１の運転中（特に高速運転中）において、蓄熱材１８の融解過程での吸熱反応により、排気ガスの過剰な熱を吸熱して触媒１５が有効温度領域より高温になることを防止できるため、触媒１５の劣化を抑制でき、ひいては触媒１５の耐久性及び信頼性の著しい低下を抑えることができる。その結果、エンジン１１の運転中において、触媒１５の浄化性能を十分に発揮させることができるようになる。
【００２９】
・本実施の形態によれば、運転していたエンジン１１の停止後において、蓄熱材１８の凝固過程での発熱反応によって蓄熱材１５から発熱された熱により、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間を暖めることができ、ひいては触媒１５（特に上流側）を暖めることができる。これにより、エンジン１１の停止後であっても、触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間の温度や触媒１５の温度を従来よりも降温（低下）させにくくすることができる。
【００３０】
・本実施の形態によれば、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側にのみ蓄熱材１８を配設したため、エンジン１１の停止後における蓄熱材１８の凝固過程での発熱反応により、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間を効率良く暖めることができる。
【００３１】
・本実施の形態によれば、運転していたエンジン１１の停止後において、排気流路を弁体１９ａによって閉塞することで、弁体１９ａよりも上流側のガス導出部１７ｂにおける内部空間の熱や下流側傾斜部１７ｅの内部空間の熱、ひいては触媒１５の熱を逃げにくくすることが可能となる。
【００３２】
・本実施の形態によれば、運転していたエンジン１１の停止後において、蓄熱材１８からの発熱と、排気絞り弁１９による排気流路の閉塞とにより、触媒ケース１７内の温度や触媒１５の温度を低下させにくくすることができる。
【００３３】
・本実施の形態によれば、エンジン１１の再始動時において、エンジン１１から触媒ケース１７内に排出された低温の排気ガスを、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間の熱によって暖めることができる。このため、その暖められた排気ガスの熱を利用して、エンジン１１の再始動時における触媒１５を有効温度領域まで早急に昇温させることが可能となる。
【００３４】
・本実施の形態では、触媒ケース１７において、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側に蓄熱材１８を配設し、収容部１７ｃ内にマット１６を介した状態で触媒１５を配設することとした。このため、フロント触媒コンバータ１２は、一体化された構造となっており、従来技術の場合と異なって長くなることを抑制できるので、フロント触媒コンバータ１２の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００３５】
・本実施の形態によれば、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側に蓄熱材１８が配設されているため、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内側に蓄熱材１８が配設される場合と比較して、触媒ケース１７内を流通する排気ガスの流れを円滑にすることが可能となり、背圧の上昇を抑制してエンジン１１の出力低下を抑えることができる。
【００３６】
・本実施の形態におけるフロント触媒コンバータ１２によれば、エンジン１１の運転中及び再始動時において、排気ガスを浄化する触媒１５の有効温度領域を確保することに貢献できる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図３に基づいて説明すると共に、図１及び図２を併せ参照して説明する。但し、本実施の形態の構成等においては、上述した第１の実施の形態と同等である部分については同一の符号を付してその説明を省略する。そして、以下に第１の実施の形態との相違点を中心として説明することとする。
【００３８】
図３に示すように、本実施の形態のフロント触媒コンバータ３１では、その内部構造の部分のみ、上記第１の実施の形態と異なっている。従って、本実施の形態では、図１に示したエンジン１１の排気ガス浄化装置の全体概要図において、図２に示したフロント触媒コンバータ１２に代えて、外形状の同じ図３に示したフロント触媒コンバータ３１が用いられることとなる。
【００３９】
より詳しく説明すると、本実施の形態のフロント触媒コンバータ３１においては、触媒ケース１７のガス導入部１７ａの内側部位に熱交換部材としてのメタル担体３２が付装された構造となっており、それ以外の部分は、前記フロント触媒コンバータ１２と同じである。メタル担体３２は、蓄熱材１８に近接するように、触媒ケース１７のガス導入部１７ａ内の中間位置に配設されている。また、メタル担体３２は、排気ガスが流通可能な金属製の担体であって、金属製の薄板からハニカム構造を有する円柱状に形成されており、この担体には触媒物質が担持されていない。このメタル担体３２は、触媒ケース１７のガス導入部１７ａに溶接によって接合され、メタル担体３２の中心軸線が触媒ケース１７の中心軸線Ｘと一致するように触媒ケース１７のガス導入部１７ａの内側部位に配設されている。メタル担体３２は、熱伝導性に優れており、セラミックス製の担体と比較して、排気ガスの熱によって温度が早く上昇する。
【００４０】
エンジン１１の運転中においては、メタル担体３２は蓄熱材１８に近接するようにガス導入部１７ａの内側部位に配設されているため、ガス導入部１７ａ内を流通する排気ガスの熱によってメタル担体３２が暖められ、その暖められたメタル担体３２の熱も蓄熱材１８に伝達されることで、蓄熱材１８は融解し易くなっている。また、運転していたエンジン１１の停止後においては、蓄熱材１８から発熱された熱により、メタル担体３２も暖められ、そのメタル担体３２からの熱もガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間を暖める。エンジン１１の停止後から短時間内（例えば、３０分以内）でエンジン１１を再始動させると、エンジン１１から排出された低温（例えば、２００℃）の排気ガスは触媒ケース１７内を流通しようとするが、その低温の排気ガスはメタル担体３２からの熱によっても暖められる。
【００４１】
従って、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態における効果に準じた効果を奏することができる。また、本実施の形態によれば、メタル担体３２を蓄熱材１８に近接するようにガス導入部１７ａ内の中間位置に配設することで、メタル担体３２と蓄熱材１８及び排気ガスとの熱交換を確実に行うことができる。ここで、メタル担体３２は、熱伝導性に優れているため、メタル担体３２と蓄熱材１８及び排気ガスとの熱交換を円滑に行うこともできる。更に、本実施の形態によれば、ガス導入部１７ａの内側部位にメタル担体３２が付装されているため、運転していたエンジン１１の停止後において、前記第１の実施の形態の場合よりも、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間をより効率良く暖めることができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
更に、本発明を具体化した第３の実施の形態を図４に基づいて説明すると共に、図１及び図２を併せ参照して説明する。但し、本実施の形態の構成等においては、上述した第１の実施の形態と同等である部分については同一の符号を付してその説明を省略する。そして、以下に第１の実施の形態との相違点を中心として説明することとする。
【００４３】
図４に示すように、本実施の形態のフロント触媒コンバータ４１では、その外形状及び内部構造等において、上記第１の実施の形態と異なっている。
【００４４】
すなわち、本実施の形態のフロント触媒コンバータ４１では、図２に示したようにガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側に蓄熱材１８及び蓋体２０が配設されておらず、触媒ケース１７のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄがそのまま外形状として露出した状態となっている。本実施の形態では、図１に示したエンジン１１の排気ガス浄化装置の全体概要図において、図２に示したフロント触媒コンバータ１２に代えて、外形状の異なる図４に示したフロント触媒コンバータ４１が用いられる。
【００４５】
また、本実施の形態のフロント触媒コンバータ４１においては、蓄熱材１８を内部に封入した収納容器４２が触媒ケース１７のガス導入部１７ａ内で熱交換部材としての保持板４３（本例では３つ）により保持された構造となっている。ここで、蓄熱材１８を内部に封入した収納容器４２は、その中心軸線が触媒ケース１７の中心軸線と一致するように触媒ケース１７のガス導入部１７ａ内に配設されている。
【００４６】
収納容器４２は、熱伝導性に優れた銅又はステンレス鋼にて中空な弾丸形状に形成されており、有底略円筒状の容器本体部４２ａと円板状の蓋部４２ｂとを備えている。容器本体部４２ａ内に蓄熱材１８を収納し、その容器本体部４２ａと蓋部４２ｂとを溶接により接合することで、収納容器４２の内部に蓄熱材１８が封入される。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、蓄熱材１８が収納容器４２内に隙間無く充填された状態で描いてあるが、実際には隙間（空間）を有している。また、収納容器４２は、蓄熱材１８を収納する役割を果たすだけでなく、熱交換部材としての機能も果たすようになっている。
【００４７】
保持板４３は、熱伝導性に優れた銅板又はステンレス鋼板から形成されており、平板部４３ａと該平板部４３ａの両端側に折曲形成された２つの接合部４３ｂ，４３ｃとを有している。接合部４３ｂと容器本体部４２ａとが溶接によって接合され、接合部４３ｃとガス導入部１７ａとが溶接によって接合されている。これらの接合部４３ｂ，４３ｃにより、溶接が行い易くなり、両部材が確実に接合されることにつながる。保持板４３は、容器本体部４２ａの外周及びガス導入部１７ａの内周において、等間隔毎に配設されている。
【００４８】
さて、エンジン１１の運転中においては、エンジン１１から排出された排気ガスが触媒ケース１７内を流通し、該排気ガスの熱により、ガス導入部１７ａ内に配設された収納容器４２内の蓄熱材１８が融解するようになる。この場合、保持板４３は蓄熱材１８に近接するようにガス導入部１７ａの内側部位に配設されているため、ガス導入部１７ａ内を流通する排気ガスの熱によって保持板４３が暖められ、その暖められた保持板４３の熱も収納容器４２を介して蓄熱材１８に伝達されることで、蓄熱材１８は融解し易くなっている。このような蓄熱材１８の融解過程では、蓄熱材１８の吸熱反応により排気ガスや保持板４３及び収納容器４２の熱を蓄熱材１８が吸熱（吸収）し、潜熱として蓄熱する。
【００４９】
次に、蓄熱材１８の融解過程での吸熱反応によって蓄熱材１８が潜熱として熱を蓄熱した後に、エンジン１１を停止させると、触媒ケース１７内や触媒１５等の温度は降温（低下）し、融解していた蓄熱材１８が凝固するようになる。このような蓄熱材１８の凝固過程では、蓄熱材１８の吸熱反応時に潜熱として蓄熱していた熱を蓄熱材１８の発熱反応により発熱（放熱又は放出）する。この場合、蓄熱材１８に近接した保持板４３は触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａの内側部位に配設されているため、蓄熱材１８から発熱した熱が収納容器４２を介して保持板４３やガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄに伝達され、その伝達された熱によって保持板４３やガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄが暖められる。従って、蓄熱材１８からの発熱と保持板４３及び収納容器４２等からの熱とにより、触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間が暖められ、ひいては触媒１５（特に上流側）も暖められる。
【００５０】
そして、エンジン１１の停止後から短時間内（例えば、３０分以内）でエンジン１１を始動（再始動）させると、エンジン１１から排出された低温（例えば、２００℃）の排気ガスは触媒ケース１７内を流通しようとするが、その低温の排気ガスは触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間や保持板４３及び収納容器４２の熱によって暖められ、その暖められた排気ガスが触媒１５に到達して触媒１５が有効温度まで早急に昇温される。
【００５１】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記す効果が得られるようになる。
【００５２】
・本実施の形態によれば、保持板４３を蓄熱材１８に近接するようにガス導入部１７ａ内に配設すると共に、収納容器４２を蓄熱材１８に隣接した状態で配設することで、保持板４３と蓄熱材１８及び排気ガスとの熱交換、収納容器４２と蓄熱材１８及び排気ガスとの熱交換を確実に行うことができる。ここで、保持板４３及び収納容器４２は、熱伝導性に優れているため、蓄熱材１８及び排気ガスとの熱交換をより円滑に行うこともできる。
【００５３】
・本実施の形態によれば、運転していたエンジン１１の停止後において、蓄熱材１８の凝固過程での発熱反応によって蓄熱材１８から発熱された熱により、保持板４３、収納容器４２やガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間を暖めることができ、ひいては触媒１５（特に上流側）を暖めることができる。これにより、エンジン１１の停止後であっても、触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間を所定温度以上に維持している状態を従来よりも持続させたり、触媒１５の温度を有効温度領域に維持している状態を従来よりも持続させたりすることができる。つまり、本実施の形態のフロント触媒コンバータ４１によれば、運転したエンジン１１の停止後において、触媒１５よりも上流側のガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間の温度や触媒１５の温度を従来よりも降温（低下）させにくくすることができる。
【００５４】
・本実施の形態によれば、ガス導入部１７ａの内側にのみ蓄熱材１８を配設したため、エンジン１１の停止後における蓄熱材１８の凝固過程での発熱反応により、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間や保持板４３及び収納容器４２を効率良く暖めることができる。
【００５５】
・本実施の形態によれば、エンジン１１の再始動時において、エンジン１１から触媒ケース１７内に排出された低温の排気ガスを、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの内部空間や保持板４３及び収納容器４２の熱によって暖めることができる。このため、その暖められた排気ガスの熱を利用してエンジン１１の再始動時における触媒１５を有効温度まで早急に昇温させることが可能となる。
【００５６】
・本実施の形態では、触媒ケース１７において、ガス導入部１７ａ内に蓄熱材１８を封入した収納容器４２を配設し、該収納容器４２を３つの保持板４３により保持することとした。このため、蓄熱材１８を内部に封入した収納容器４２をガス導入部１７ａ内の所定位置で確実に保持することができる。つまり、収納容器４２の中心軸線が触媒ケース１７の中心軸線Ｘと一致するように、当該収納容器４２を触媒ケース１７のガス導入部１７ａ内で確実に保持することができる。
【００５７】
・本実施の形態によれば、触媒ケース１７内に蓄熱材１８、収納容器４２、保持板４３及び触媒１５等が組み込まれているため、フロント触媒コンバータ４１は、一体化された構造となっており、従来技術の場合と異なって長くなることを抑制できるので、フロント触媒コンバータ４１の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００５８】
・本実施の形態によれば、収納容器４２の容器本体部４２ａの上流側（先端側）が流線形状をなしているため、排気ガスの流れを円滑にすることが可能となり、排気抵抗を抑制することができる。
【００５９】
なお、前記各実施の形態を、次のように変更して実施することもできる。
【００６０】
・前記各実施の形態では、エンジン１１の停止後において、排気絞り弁１９の弁体１９ａにより排気流路を完全に閉じて閉塞し、エンジン１１の始動時及び運転中において、排気絞り弁１９の弁体１９ａにより排気流路を完全に開いて開放するようにしたが、特に、弁体１９ａによって排気流路を完全に開いたり、完全に閉じたりしなくてもよい。例えば、エンジン１１の再始動時において、排気流路を弁体１９ａによって少しだけ開くようにしてもよい。
【００６１】
・前記第１の実施の形態及び前記第２の実施の形態では、蓄熱材１８をガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側の全周に渡って配設したが、一部分に配設したり、等間隔毎に配設したり等してもよい。
【００６２】
・前記第２の実施の形態では、メタル担体３２として、円柱状のものを採用したが、円環状（ドーナツ形状）のものを採用してもよい。これにより、背圧の上昇を抑制してエンジン１１の出力低下を抑えることができる。
【００６３】
・前記第２の実施の形態では、熱交換部材として、触媒物質の担持されていないメタル担体３２を用いたが、触媒物質の担持されたメタル担体を用いるようにしてもよい。このようにすることで、フロント触媒コンバータの浄化性能を向上させることができる。
【００６４】
・前記第３の実施の形態では、ガス導入部１７ａの内側にのみ蓄熱材１８、収納容器４２及び保持板４３を配設したが、それらを上流側傾斜部１７ｄの側まで延設するようにしてもよい。このように構成することにより、排気ガスの熱を利用して、より効率良く上流側傾斜部１７ｄ内を暖めることができる。
【００６５】
・前記各実施の形態では、蓄熱材１８としてスズ−亜鉛系合金を採用したが、特にスズ−亜鉛系合金に限定されるものではない。蓄熱材としては、マグネシウム、マグネシウム−亜鉛系合金、マグネシウム−亜鉛−アルミニウム系合金、マグネシウム−アルミニウム系合金、スズ、マグネシウム−スズ系合金、アルミニウム、アルミニウム−スズ系合金、アンチモン、アンチモン−スズ系合金、リチウム、リチウム−マグネシウム系合金、リチウム−アルミニウム系合金等の金属を例示できる。
【００６６】
・前記各実施の形態では、収容部１７ｃに収容された担体をセラミックス製としたが、金属製（メタル）としてもよい。担体を金属製とすることで、触媒１５を有効温度領域まで昇温させる場合に有利となる。
【００６７】
・前記各実施の形態におけるエンジン１１の排気浄化装置では、リア触媒コンバータ１３を具備する構成としたが、リア触媒コンバータ１３を省略する構成としてもよい。
【００６８】
他に、特許請求の範囲の各請求項に記載されないものであって、前記各実施の形態等から把握される技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００６９】
（ａ）請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記熱交換部材としてメタル担体を用い、前記蓄熱材を前記触媒ケースの外側に配設したことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【００７０】
このように構成した場合、請求項１，請求項２に記載の発明の効果に加えて、メタル担体と蓄熱材及び排気ガスとの熱交換をより円滑に行うことができるようになる。また、触媒ケースの内側に蓄熱材が配設される場合と比較して、触媒ケース内を流通する排気ガスの流れを円滑にすることが可能となり、背圧の上昇を抑制して内燃機関の出力低下を抑えることができる。
【００７１】
（ｂ）請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記蓄熱材を内部に封入し、かつ前記熱交換部材により保持された収納容器を更に備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【００７２】
このように構成すれば、請求項１，請求項２に記載の発明の効果に加えて、熱交換部材により、蓄熱材を封入した収納容器を触媒ケース内の所定位置で確実に保持することができる。
【００７３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の運転中において、触媒が有効温度領域より高温になることを防止できるため、触媒の劣化を抑制して、触媒の耐久性及び信頼性の著しい低下を抑えることができる。また、運転した内燃機関の停止後において、触媒よりも上流側及び下流側の触媒ケース内の温度や触媒の温度が従来よりも低下（降温）しにくくすることができる。更に、内燃機関の再始動時において、触媒を有効温度領域に早急に昇温させることが可能となるため、触媒の浄化性能を十分に発揮させることができるようになる。従って、請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の運転中及び再始動時において、排気ガスを浄化するための触媒の有効温度領域を確保するのに貢献できる。加えて、請求項１に記載の発明によれば、触媒を収容した触媒ケースに蓄熱材及び排気絞り弁を配設して一体化しているため、従来技術と比較して内燃機関の排気ガス浄化装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００７４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、熱交換部材と蓄熱材及び排気ガスとの熱交換を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの排気ガス浄化装置の全体概要を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）はフロント触媒コンバータを簡略化した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示し、（ａ）はフロント触媒コンバータを簡略化した断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示し、（ａ）はフロント触媒コンバータを簡略化した断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【符号の説明】
１１  エンジン（内燃機関）
１２  フロント触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）
１３  リア触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）
１５  触媒
１７  触媒ケース
１７ａ  ガス導入部
１７ｂ  ガス導出部
１７ｃ  収容部
１７ｄ  上流側傾斜部
１７ｅ  下流側傾斜部
１８  蓄熱材
１９  排気絞り弁
１９ａ  弁体
１９ｂ  回動シャフト
３１  フロント触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）
３２  メタル担体（熱交換部材）
４１  フロント触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）
４２  収納容器
４２ａ  容器本体部
４２ｂ  蓋部
４３  保持板
４３ａ  平板部
４３ｂ  接合部
４３ｃ  接合部
【図１】
2005076454.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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