(57)【要約】【課題】簡易な構成で触媒を早期に暖機させることができる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガスを導入する導入部と、排気ガスを浄化する浄化部と、浄化した排気ガスを排出する排出部と、を備える排気ガス浄化装置であって、一端が導入部となり、他端が開口する内管と、内管内に収納されて排気ガスを浄化する内側触媒と、を有する内側浄化部と、内管の開口側に連通して内側触媒を通過した排気ガスを内管の外側に折り返して導入部側に流通させる外管と、内管と外管との間に収納されて、外管内を流通する排気ガスを浄化する外側触媒と、を有する外側浄化部と、外管の導入部側と連通して外管の外側に外側触媒を通過した排気ガスを折り返すように流通させる空間を形成し、外管の導入部側と反対側が排出部となるケースと、を備え、ケースは、横断面が扁平形状であり、内管と外管とケースとは、同心状に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを導入する導入部と、前記排気ガスを浄化する浄化部と、浄化した前記排気ガスを排出する排出部と、を備える排気ガス浄化装置であって、
一端が前記導入部となり、他端が開口する内管と、前記内管内に収納されて排気ガスを浄化する内側触媒と、を有する内側浄化部と、
前記内管の開口側に連通して前記内側触媒を通過した排気ガスを前記内管の外側に折り返して前記導入部側に流通させる外管と、前記内管と前記外管との間に収納されて、前記外管内を流通する排気ガスを浄化する外側触媒と、を有する外側浄化部と、
前記外管の前記導入部側と連通して前記外管の外側に前記外側触媒を通過した排気ガスを折り返すように流通させる空間を形成し、前記外管の導入部側と反対側が前記排出部となるケースと、を備え、
前記ケースは、横断面が扁平形状であり、
前記内管と前記外管と前記ケースとは、同心状に配置される排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置に関する。特に、簡易な構成で触媒を早期に暖機させることができる排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車における排気ガスの排出経路の途中には、排気ガスに含まれる有害物質（炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）など）を浄化して無害物質（水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２））に変化させる触媒が配設されている。この触媒は、温度が活性温度に達するまでは排気ガスの浄化機能を十分に発揮しない。例えば、エンジンを停止すると外気温によって触媒が冷却されるため、エンジンの始動時には触媒温度が低く、十分な排気ガス浄化性能を得られない。そこで、エンジンの始動時には、触媒を早期に暖機することが求められる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気管内に配置される主触媒と、この主触媒の上流に配置される副触媒と、副触媒の上流に配置される電気加熱手段（ヒータ）と、を備え、主触媒と副触媒とを合わせた最適な暖機を実現する排気ガス浄化装置が開示されている。主触媒は、高温となったエンジンの排気により活性化されて排気ガスの浄化機能を発揮する。副触媒は、主触媒と比較して容量が小さく、高温となったエンジンの排気とヒータとにより加熱され早期に活性化されて排気ガスの浄化機能を発揮する。排気管は、電気加熱手段と主触媒との間で主管と副管とからなる二つの通路を備え、主管には、排気の流量を変更可能な流量切換弁が配設されており、副管には、副触媒が配置されている。副触媒が活性状態でないときは、流量切換弁は閉じられ、排気は主管を通らずに副触媒が配置されている副管のみを通って主触媒へ向かう。副管は主管よりも断面開口面積が小さくなっており、副触媒の表面に高流速の排気が当たることで副触媒が早期に暖機される。副触媒が活性状態となったら、流量切換弁は開かれ、排気は主管と副管とを通って主触媒へと向かう。流量切換弁の開度を副触媒の温度に応じて開閉制御し、主管と副管を通る排気の流量を変えることで、主触媒と副触媒とを合わせた最適な暖機を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１５８７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の従来技術は、主管と副管との配置形態や、副触媒の温度に応じた排気の流量の制御が複雑である。また、ヒータによる早期暖機を促進しており、ヒータの配線が必要となる上に、バッテリー容量を大きくする必要がある。
【０００６】
触媒を早期に暖機するにあたり、触媒をできるだけエンジン側に配置することも考えられるが、この場合、暖機後に触媒が高温に曝されることになるため、触媒の劣化が進み易いという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、簡易な構成で触媒を早期に暖機させることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の排気ガス浄化装置は、排気ガスを導入する導入部と、前記排気ガスを浄化する浄化部と、浄化した前記排気ガスを排出する排出部と、を備える排気ガス浄化装置であって、内側浄化部と、外側浄化部と、ケースと、を備える。内側浄化部は、一端が前記導入部となり、他端が開口する内管と、前記内管内に収納されて排気ガスを浄化する内側触媒と、を有する。外側浄化部は、前記内管の開口側に連通して前記内側触媒を通過した排気ガスを前記内管の外側に折り返して前記導入部側に流通させる外管と、前記内管と前記外管との間に収納されて、前記外管内を流通する排気ガスを浄化する外側触媒と、を有する。ケースは、前記外管の前記導入部側と連通して前記外管の外側に前記外側触媒を通過した排気ガスを折り返すように流通させる空間を形成し、前記外管の導入部側と反対側が前記排出部となる。前記ケースは、横断面が扁平形状であり、前記内管と前記外管と前記ケースとは、同心状に配置される。
【発明の効果】
【０００９】
上記の排気ガス浄化装置は、排気ガスを浄化する浄化部が、同心状に配置された二重構造の内側浄化部と外側浄化部とを備え、かつ浄化部の外側に内側触媒及び外側触媒を通過した排気ガスを流通させる同心状のケースを備えることで、触媒の反応熱で暖まった排気ガスにより触媒を囲むことができ、触媒を早期に暖機することができる。具体的には、導入部から導入された排気ガスは、内管内⇒内管と外管との間⇒流通空間という経路を流通して、排出部から排出される。そのため、内側触媒の外側には、内管と外管との間の排気ガスの流通経路（外側触媒が収納されている）が存在し、外側触媒の外側には、外管とケースとの間の排気ガスの流通経路（流通空間）が存在する。触媒を囲む排気ガスは、滞留せずに流通しているため、常に触媒の反応熱で暖まった排気ガスによって触媒を囲むことができる。触媒と外気との間に上記排気ガスが介在されるため、触媒が外気温によって冷却され難く、触媒温度を保持できる。
【００１０】
上記の排気ガス浄化装置は、触媒とその触媒を収納する管とで構成されるため、構造が簡易である。また、上記の排気ガス浄化装置は、ケースが扁平形状である、つまり排気ガス浄化装置の外形が扁平形状であることで、厚さ（短径側の長さ）を薄くでき、短径側を車両の上下方向とした場合、配置し易い。さらに、排気ガスの流通経路が、内管内⇒内管と外管との間⇒流通空間という同心状に折り返して形成されていることで、排気ガスが触媒を通過する距離を十分に確保しながら、排気ガス浄化装置の全長が長くなることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る排気ガス浄化装置の概略上面図である。
【図２】実施形態に係る排気ガス浄化装置の概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の排気ガス浄化装置の実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。
【００１３】
《実施形態》
実施形態に係る排気ガス浄化装置１は、排気ガスの有害物質を浄化する。この有害物質の浄化により、有害物質の大気への排出を低減する。排気ガス浄化装置１は、図１に示すように、排気ガスを導入する導入部２と、導入した排気ガスを浄化する浄化部３と、浄化部３で浄化した排気ガスを排出する排出部４と、を備える。この排気ガス浄化装置１の主たる特徴とするところは、浄化部３が同心円状に配置された二重構造の内側浄化部１０と外側浄化部２０とを備える点と、浄化部３の外側に排気ガスの流通空間３２を形成するケース３１を備える点と、にある。以下、図１，２を参照して詳細を説明する。
【００１４】
・内側浄化部
内側浄化部１０は、内管１１と、この内管１１の内部に収納される内側触媒１２と、を備える。内側浄化部１０は、一端側が排気ガスの導入部２であり、排気ガスがまず浄化される第一の浄化部である。
【００１５】
・・内管
内管１１は、後述する内側触媒１２を内部に収納する。内管１１は、一端側が排気ガスの導入部２であり、本実施形態では導入部側エキゾーストパイプ２００に連結される。内管１１の他端側は開口している。内管１１は、一端側から他端側まで軸方向に一様な径の円筒状である。この内管１１の径は、導入側エキゾーストパイプ２００の径と実質的に同じである。一般的に、触媒はある程度の容量を要するため、触媒を収納する管などのケースは、触媒を収納する部分の径をエキゾーストパイプ（エキゾーストパイプと導入部との連結部分）の径よりも大きくすることがある。しかし、本実施形態では、後述する外側触媒２２を備えるため、内側触媒１２を収納する部分の径が、エキゾーストパイプ２００（エキゾーストパイプ２００と導入部２との連結部分）の径と実質的に同じである（詳細は後述する）。内管１１の構成材料としては、ステンレス鋼などの鉄系材料が挙げられる。
【００１６】
内管１１は、導入部２側の端部近傍の内周面又は外周面にねじ切り加工されたねじ切り部（図示せず）を備えることが挙げられる。内管１１の上記内周面（外周面）に雌ねじ加工（雄ねじ加工）されたねじ切り部を備える場合、導入部側エキゾーストパイプ２００の外周面（内周面）に内管１１のねじ切り部に螺合可能な雄ねじ加工（雌ねじ加工）されたねじ切り部を備える。そうすることで、内管１１と導入部側エキゾーストパイプ２００とを双方のねじ切り部による螺合によって連結することができる。内管１１の内周面にねじ切り部を備える場合、内側触媒１２はねじ切り部を覆わないように配置し、内管１１の外周面にねじ切り部を備える場合、後述する外側触媒２２はねじ切り部を覆わないように配置する。内管１１と導入側エキゾーストパイプ２００とは、溶接により連結することもできる。
【００１７】
・・内側触媒
内側触媒１２は、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘなどの有害物質をＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２の無害物質に浄化する化学反応を促進する。内側触媒１２には、セラミックで形成されたハニカム状のセラミック担体に排気ガスの浄化を促進する触媒物質を担持させたセラミック触媒や、金属箔で形成したハニカム状のメタル担体に排気ガスの浄化を促進する触媒物質を担持させたメタル触媒を用いることができる。セラミック担体は、コージライトなどの原料を押出し成形して成形される。セラミック担体は、安価であり耐熱性に優れる。メタル担体は、金属製の波板と平板とを重ね合わせて巻回して成形される。メタル担体は、変形し易く形状の自由度が高い。触媒物質は、白金、ロジウム、パラジウムなどの希少金属が挙げられる。内側触媒１２は、特に触媒温度の保持に優れることが好ましく、セラミック担体を用いることが好ましい。
【００１８】
内側触媒１２は、内管１１の内周形状に沿った外周形状であり、円柱状である。触媒１２の横断面積は、導入側エキゾーストパイプ２００の横断面積と実質的に同等の横断面積である。つまり、内側触媒１２は、上述したように、一般的な横断面積（エキゾーストパイプ２００の横断面積よりも大きな横断面積）よりも小さい横断面積を有する。そのため、内側触媒１２に高流速の排気ガスが当たるため、内側触媒１２が早期に暖機され易い。
【００１９】
・外側浄化部
外側浄化部２０は、内管１１の外側に配置される外管２１と、内管１１と外管２１との間に収納される外側触媒２２と、を備える。外側浄化部２０は、内側触媒１２（内側浄化部１０）によって浄化された排気ガスをさらに浄化する第二の浄化部である。
【００２０】
・・外管
外管２１は、内管１１と同心円状に配置されている（図２を参照）。外管２１は、内管１１の開口側に連通して内側触媒１２を通過した排気ガスを内管１１の外側に折り返して導入部２側に流通させるように形成されている（図１を参照）。具体的には、外管２１は、内管１１の外側に平行して配置される直線部２１ｓと、直線部２１ｓを繋ぎ内管１１の開口側に空間を形成した状態でその開口側を覆う折り返し部２１ｒと、を備える。外管１２の導入部２側は開口している。外管２１に折り返し部２１ｒを備えることで、内管１１を流通した排気ガスが折り返し部２１ｒによって内管１１と外管１２との間に折り返されて導入部２側に向かって流通することになる。外管２１の構成材料としては、ステンレス鋼などの鉄系材料が挙げられる。
【００２１】
・・外側触媒
外側触媒２２は、内側触媒１２と同様の触媒を用いることができる。外側触媒２２は、内管１１と外管２１との間に収納されるため、成形性に優れることが好ましく、メタル担体を用いることが好ましい。外側触媒２２は、例えば、内管の外周にメタル担体を巻回することで形成することができる。
【００２２】
外側触媒２２は、外管２１の直線部２１ｓと内管１１との間に、径方向の厚みが周方向に亘って実質的に均一となるように収納されている（図２を参照）。そうすることで、内管１１から外管２１への偏流を抑制し易い。外側触媒２２は、触媒として必要とされる容量のうち内側触媒１２の容量を差し引いた容量とすればよい。そうすることで、内側触媒１２の容量を小さくしたとしても、浄化部３における触媒の全容量を、触媒として必要とされる容量とできる。
【００２３】
・ケース
ケース３１は、外管２１の外側に排気ガスを流通させる流通空間３２を形成するように配置されている。ケース３１は、外管２１の導入部２側と連通しており、この外管２１の導入部２側と反対側が排出部４である。つまり、ケース３１は、外管２１の導入部２側に連通して外側触媒２２を通過した排気ガスを外管２１の外側に折り返して排出部３側に流通させるように形成されている。ケース３１は、導入部２側の端部が導入部側エキゾーストパイプ２００に溶接などで接合されており、排出部３側の端部が排出側エキゾーストパイプ３００の端部に溶接などで接合されている。ケース３１の構成材料としては、ステンレス鋼などの鉄系材料が挙げられる。
【００２４】
ケース３１は、図２に示すように、横断面が扁平形状であり、内管１１及び外管２１と同心状に配置されている。ここでは、ケース３１の横断面は、レーストラック形状となっており、その他に角部を丸めた矩形状や楕円形状などが挙げられる。ケース３１は、短径部３３，３３で外管２１を保持している。ケース３１と外管２１とは、短径部３３，３３で、ケース３１の長手方向に沿って全長に亘って溶接などで接合されている。ケース３１が、短径部３３，３３で外管２１と接合されているため、流通空間３２は、この短径部３３，３３を結んだ直線を挟んで対称に長径部側に形成されることになる（図２を参照）。
【００２５】
上述した排気ガス浄化装置１は、例えば、以下のように製造することができる。内管１１内に内側触媒１２を圧入して内側浄化部１０を作製する。内管１１の外周にメタル担体を用いたメタル触媒を巻回して外側触媒２２を配置し、その外側触媒２２の外側に内管１１の開口側（ねじ切り部が形成されていない側）を覆うように外管２１を配置して、内管１１と外管２１との間に外側触媒２２が配置された外側浄化部２０を作製する。内側浄化部１０の内管１１と導入部側エキゾーストパイプ２００とをねじ切り部によって螺合して接合する。内側浄化部１０及び外側浄化部２０の外側に、円筒状のケースを配置し、そのケースの両端部をスピニング加工（絞り加工）により縮径し、その両端部をそれぞれエキゾーストパイプ２００，３００に溶接などで接合する。この縮径されたケースによって、外管２１とケース３１との間に排気ガスの流通空間３２が形成される。以上により、内側浄化部１０の内管１１の一端が導入部２となり、図１の矢印に示すように、内管１１内⇒内管１１と外管２１との間⇒流通空間３２という排気ガスの流通経路を備え、ケース３１の一端が排出部４となる排気ガス浄化装置１が得られる。
【００２６】
・効果
本実施形態の排気ガス浄化装置１は、排気ガスを浄化する浄化部３が、同心円状に配置された二重構造の内側浄化部１０と外側浄化部２０とを備え、かつ浄化部３の外側に内側触媒１２及び外側触媒２２を通過した排気ガスを流通させる同心状のケース３１を備えることで、各触媒１２，２２の反応熱で暖まった排気ガスにより各触媒１２，２２を囲むことができ、各触媒１２，２２を早期に暖機することができる。具体的には、導入部２から導入された排気ガスは、内管１１内⇒内管１１と外管２１との間⇒流通空間３２という経路を流通して、排出部４から排出される。そのため、内側触媒１２の外側には、内管１１と外管２１との間の排気ガスの流通経路（外側触媒２２が収納されている）が存在し、外側触媒２２の外側には、外管２１とケース３１との間の排気ガスの流通経路（流通空間３２）が存在する。内側触媒１２の外側には、折り返し部２１ｒによって折り返された排気ガスを浄化する外側触媒２２が存在することで、内側触媒１２はより早期に暖機されて、その触媒温度の保温性も高い。特に、内側触媒１２は、一般的な触媒に比較して容量が小さい（横断面積が小さい）ため、内側触媒１２に高流速の排気ガスが当たり、内側触媒１２を早期に暖機し易い。内側触媒１２の容量を小さくしたとしても、内側触媒１２の外側に外側触媒２２を備えるため、この外側触媒２２を触媒として必要とされる容量のうち内側触媒１２の容量を差し引いた容量とすれば、浄化部３における触媒の全容量を、触媒として必要とされる容量とできる。各触媒１２，２２と外気との間にケース３１の流通空間３２が介在されるため、触媒１２，２２が外気温によって冷却され難く、触媒温度を保持できる。
【００２７】
本実施形態の排気ガス浄化装置１は、触媒１２，２２と、その触媒１２，２２を収納する管１１，２１及びケース３１と、で構成されるため、ヒータや排気ガスの流通経路を複数設ける必要がなく、構造が簡易である。また、排気ガスの流通経路が、内管１１内⇒内管１１と外管２１との間⇒流通空間３２という同心状に折り返して形成されていることで、排気ガスが触媒１２，２２を通過する距離を十分に確保しながら、排気ガス浄化装置１の全長が長くなることを抑制できる。さらに、本実施形態の排気ガス浄化装置１は、ケース３１が扁平形状である、つまり排気ガス浄化装置１の外形が扁平形状であることで、厚さ（短径側の長さ）を薄くでき、短径側を車両の上下方向とした場合、配置し易い。
【００２８】
《変形例》
上記実施形態では、外管２１がケース３１の短径部３３で保持される例を説明したが、外管２１は、ケース３１の長径部で保持されていてもよい。この場合、外管の外周面とケースの長径部の内周面とを棒状のスペーサなどで繋ぐことが挙げられる。このとき、スペーサの周囲が排気ガスの流通空間となる。外管が短径部と長径部の双方で保持されていてもよい。他に、外管は内管に対して触媒を介して保持されているため、ケースに対して保持されていなくてもよい。ケースは導入部側・排出部側エキゾーストパイプに保持すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガスを浄化するのに好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  排気ガス浄化装置
２  導入部    ３  浄化部    ４  排出部
１０  内側浄化部
１１  内管
１２  内側触媒
２０  外側浄化部
２１  外管    ２１ｓ  直線部    ２１ｒ  折り返し部
２２  外側触媒
３１  ケース    ３２  流通空間    ３３  短径部
２００  導入部側エキゾーストパイプ    ３００  排出部側エキゾーストパイプ
【図１】
2016186229.tif 000003
【図２】
2016186229.tif 000004