JP2010174791A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化水素吸着材、排気ガスの熱交換部および三元触媒を備えた排気浄化装置において、炭化水素吸着材から離脱する炭化水素が未活性化状態の三元触媒によって浄化されることなく大気中に排出されてしまうことを抑制する。
【解決手段】炭化水素を吸着する炭化水素吸着材１２３と、排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換部１２２と、が設けられた第１排気通路１２０と、三元触媒１２５が設けられて第１排気通路１２０の下流側に連通された第２排気通路１２１と、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路１２０又は第１排気通路１２０をバイパスした第２排気通路１２１に案内するバイパス流路切替部１３０と、を備え、炭化水素吸着材１２３、熱交換部１２２および三元触媒１２５は同心状に配設されている。炭化水素吸着材１２３の内側と三元触媒１２５の外側との間に熱交換部１２２が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関が排出する排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。特に、炭化水素吸着材と、その下流側に配置可能に設けられた触媒と、排気熱との熱交換を行う熱交換部と、を備えた排気浄化装置に関する。

内燃機関が排出する排気ガスを浄化する排気浄化装置においては、三元触媒によって排気ガス中の窒素酸化物、一酸化炭素および炭化水素の浄化を行っている。しかし、三元触媒の低温時には、炭化水素の浄化能力が不十分である。

そこで、炭化水素を一時的に吸着する炭化水素吸着材を更に備えた排気浄化装置が提案されている（例えば特許文献１，２を参照。）。

特許文献１に開示されている排気浄化装置は、内燃機関が排出する排気ガスの排出経路中に設けられており、炭化水素吸着材、排気熱回収部、三元触媒、バイパス流路切替弁等を備えている。

バイパス流路切替弁の閉状態においては、排気ガスは、炭化水素吸着材、排気熱回収部、三元触媒の順に通過する。

一般的には、排気浄化装置の上流の内燃機関の近傍にも、三元触媒コンバータ（以下「上流側三元触媒」ともいう。）が設けられている。内燃機関の始動直後で上流側三元触媒の低温時には、上流側三元触媒による排気ガス中の炭化水素の浄化が不十分となる。このため、炭化水素を含んだ排気ガスが上流側三元触媒の下流側に設置されている排気浄化装置内に流入するものの、流入した排気ガス中の炭化水素は、排気浄化装置内に設けられた炭化水素吸着材に一時的に吸着される。

その後、炭化水素吸着材の温度が炭化水素の離脱温度（例えば６０〜７０℃）に達すると、炭化水素吸着材に吸着された炭化水素の離脱が始まる。離脱した炭化水素は、その下流側に設けられた三元触媒（以下「下流側三元触媒」ともいう。）を通過する。このとき、下流側三元触媒が活性化温度（例えば３５０℃）に達していれば、この下流側三元触媒によって炭化水素が浄化され、大気中に排出される炭化水素の量が大幅に抑制される。

一方、バイパス流路切替弁の開状態においては、内燃機関側から排気浄化装置内に流入する排気ガスは、炭化水素吸着材および排気熱回収部をバイパスして、直接下流側三元触媒を流れ、マフラを通じて大気中に排出される。

このバイパス流路切替弁は、通常、内燃機関の運転開始時に閉状態とされ、内燃機関の冷却水の暖機完了時に開放される。排気浄化装置内では、バイパス流路切換弁が開放されると、排気ガスは炭化水素吸着材をバイパスして流れるが、暖機完了時には、上流側三元触媒が活性化しているため、排気ガス中の炭化水素はある程度浄化されている。

特開２００８−２５４５０号公報 特許第３２７９７７７号公報

ところが、従来の上記排気浄化装置では、下流側三元触媒が活性化温度以上になる前に、炭化水素吸着材の温度が離脱温度に達してしまう場合がある。この場合、炭化水素吸着材から離脱した炭化水素が下流側三元触媒において浄化されることなく、大気中に排出されてしまうという問題が発生する。

本発明は、かかる問題に鑑みて創案されたものであり、炭化水素吸着材と、排気ガスの熱交換部と、これらの下流側に設けられた炭化水素浄化可能な触媒と、を備えた排気浄化装置において、炭化水素吸着材から離脱した炭化水素が未活性化状態の触媒によって浄化されることなく大気中に排出されてしまうことを抑制する排気浄化装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明の排気浄化装置は、以下のように構成されている。すなわち、本発明の排気浄化装置は、炭化水素を吸着する炭化水素吸着材と、排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換部と、が設けられた第１排気通路と、炭化水素を浄化可能な触媒が設けられ、前記第１排気通路の下流側に連通された第２排気通路と、上流側から流入する排気ガスを前記第１排気通路又は前記第１排気通路をバイパスした前記第２排気通路に案内するバイパス流路切替部と、を備え、且つ、前記炭化水素吸着材、前記熱交換部および前記触媒を同心状に配設したものを前提としている。そして、前記炭化水素吸着材の内側と前記触媒の外側との間に前記熱交換部が設けられていることを特徴とするものである。

かかる構成を備える排気浄化装置によれば、触媒の外側と、炭化水素吸着材の内側との間に熱交換部が設けられているため、触媒が高温になっても、触媒の遠心側への熱影響による炭化水素吸着材の温度上昇を抑制することができる。したがって、触媒が活性化温度に到達するまで、炭化水素吸着材における炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。この結果、炭化水素吸着材から離脱した炭化水素が未活性化状態の触媒によって浄化されることなく大気中に排出されてしまうことが抑制される。

また、本発明の排気浄化装置は、以下のように構成されていてもよい。すなわち、本発明の排気浄化装置は、炭化水素を吸着する炭化水素吸着材と、排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換部と、が設けられた第１排気通路と、炭化水素を浄化可能な触媒が設けられて前記第１排気通路の下流側に連通された第２排気通路と、上流側から流入する排気ガスを前記第１排気通路又は前記第１排気通路をバイパスした前記第２排気通路に案内するバイパス流路切替部と、を備え、且つ、前記炭化水素吸着材、前記熱交換部および前記触媒を同心状に配設したものを前提としている。そして、前記熱交換部は、前記炭化水素吸着材の上流側に設けられていることを特徴とするものである。

かかる構成を備える排気浄化装置によれば、炭化水素吸着材は熱交換部の下流側に設けられていることから、熱交換部での熱交換によって比較的低温となった排気ガスが炭化水素吸着材を通過することとなる。これにより、炭化水素吸着材が炭化水素の離脱開始温度まで昇温するのに多くの時間を要するようになり、触媒が活性化温度に到達するまで、炭化水素吸着材における炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。この結果、炭化水素吸着材から離脱した炭化水素が未活性化状態の触媒によって浄化されることなく大気中に排出されてしまうことが抑制される。

また、本発明の排気浄化装置は、上記何れかの構成を備える排気浄化装置において、ループ式ヒートパイプを備えており、前記熱交換部には、ループ式ヒートパイプの熱供給側パイプが接続されているものであってよい。

かかる構成を備える排気浄化装置によれば、ループ式ヒートパイプは、熱輸送量が大きく、また、伝熱効率にも優れているので、炭化水素吸着材の温度上昇を抑制でき、触媒が活性化して炭化水素を浄化できるようになるまで、炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。

また、本発明の排気浄化装置は、上記何れかの構成を備える排気浄化装置において、前記炭化水素吸着材の温度情報を検出する炭化水素吸着材温度検出部と、前記バイパス流路切替部を駆動するアクチュエータと、前記温度検出部が検出する温度情報に基づいて前記アクチュエータを駆動して前記バイパス流路切替部の切替制御を行う制御部と、を更に備え、前記制御部は、前記炭化水素吸着材の温度情報が設定値以上のとき、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路をバイパスして第２排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替える、ことを特徴とするものであってもよい。

かかる構成を備える排気浄化装置によれば、炭化水素吸着材の温度が炭化水素離脱温度に達するまでの間、流入する排気ガスは、第１排気通路を通過し、その排気ガス中の炭化水素は炭化水素吸着材に吸着される。そして、炭化水素吸着材の温度が炭化水素離脱温度以上になると、導入される排気ガスは、第１排気通路をバイパスして、直接に第２排気通路内に流入するようになる。万一このバイパス流路切替弁の作動時に、触媒が活性化温度に到達していなくても、熱交換部を迂回した比較的高温の排気ガスが触媒を直接通過することとなるため、触媒を迅速に活性化温度に到達させることができる。

また、本発明の排気浄化装置は、上記排気浄化装置において、前記熱交換部を流れる熱媒体の温度情報を検出する熱媒体温度検出部と、前記触媒の温度情報を検出する触媒温度検出部と、を更に備え、前記制御部は、前記炭化水素吸着材温度検出部のほか、前記熱媒体温度検出部および前記触媒温度検出部が検出する温度情報に基づいて前記アクチュエータを駆動して前記バイパス流路切替部の切替制御を行うものであり、前記制御部は、前記炭化水素吸着材の温度情報が設定値以上のとき、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路をバイパスして第２排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替え、その後、前記熱媒体の温度情報が設定値未満であって前記触媒の温度情報が設定値以上であるときに、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替える、ものであってもよい。

かかる構成を備える排気浄化装置によれば、熱媒体が所定温度に達していない場合に、バイパス流路切替部が切替わり、導入される排気ガスは、再び第１排気通路内に流れ込むようになり、第１排気通路に設けられた熱交換部における熱交換効率が向上されて迅速に熱媒体を昇温させることができる。つまり、熱媒体がエンジン冷却水であると仮定すれば、迅速にエンジンの暖機完了状態とすることができる。

また、本発明の排気浄化装置は、前記炭化水素吸着材の温度情報を検出する炭化水素吸着材温度検出部と、前記ループ式ヒートパイプの受熱側パイプを流れる熱媒体の温度情報を検出する熱媒体温度検出部と、前記触媒の温度情報を検出する触媒温度検出部と、前記バイパス流路切替部を駆動するアクチュエータと、前記温度検出部が検出する温度情報、前記熱媒体温度検出部および前記触媒温度検出部が検出する温度情報に基づいて前記アクチュエータを駆動して前記バイパス流路切替部の切替制御を行う制御部と、を更に備え、前記制御部は、前記炭化水素吸着材の温度情報が設定値以上のとき、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路をバイパスして第２排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替え、その後、前記熱媒体の温度情報が設定値未満であって前記触媒の温度情報が設定値以上であるときに、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替えるものであってもよい。

かかる構成を備える排気浄化装置によっても既述作用効果が奏される。

また、上記何れかの排気浄化装置における触媒は、好ましくは三元触媒である。

本発明の排気浄化装置によれば、炭化水素吸着材から離脱した炭化水素が未活性化状態の触媒によって浄化されることなく大気中に排出されてしまうことを容易に抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る排気浄化装置が設置されたエンジンの排気系等の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気浄化装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る排気浄化装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る排気浄化装置を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る排気浄化装置が設置されたエンジンの排気系等の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、単に上流、下流の語を用いるときは、エンジン側を上流とし、排気ガスの大気開放側を下流とする。

［第１の実施形態］
図１に、第１の実施形態に係る排気浄化装置１００が設置されたエンジンの排気系等の構成を示す。エンジン２００の排気系には、上流側から順に３元触媒コンバータ（スタコン）２０１、排気浄化装置１００の本体部１１０、マフラ２０２が設けられている。

エンジン２００と３元触媒コンバータ２０１は排気管２０５によって、３元触媒コンバータ２０１と排気浄化装置１００の本体部１１０は排気管２０６によって、排気浄化装置１００の本体部１１０とマフラ２０２は、排気管２０７によって、それぞれ接続されている。

図２に示すように、排気浄化装置１００は、本体部１１０、バイパス流路切替部１３０、アクチュエータ１４０、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１５０等を備えている。

本体部１１０は、主に、内筒部１１１、中筒部１１２および外筒部１１３が同心状に配設された３重筒構造からなり、後述する管材からなる連通部１１４を更に備えている。

内筒部１１１は、上流端１１１ａが排気ガスの導入口１１２ａより下流側に後退しており、下流端１１１ｂは排気管２０７（図１参照）の上流端部に接続されている。

中筒部１１２は、上流端が排気ガスの導入口１１２ａとなっており、この導入口１１２ａは排気管２０６（図１参照）の下流端部に接続されている。中筒部１１２の下流側端１１２ｂは、内筒部１１１と外筒部１１３との間の空間に開口している。

外筒部１１３は、上流端１１３ａが中筒部１１２の上流側外周面に隙間無く密着固定されており、下流端１１３ｂは、内筒部１１１の下流端１１１ｂ近傍の外周面に隙間無く密着固定されている。

バイパス流路切替部１３０は、主に、内筒部１１１の上流側部分と、内筒部１１１の上流側部分に内筒部１１１内の流路を開閉するよう設けられたバイパス流路切替弁１３１とで構成されている。

バイパス流路切替弁１３１が閉状態にあるとき、導入口１１２ａから流入する排気ガスは、内筒部１１１と中筒部１１２との間の排気通路１１５と、中筒部１１２の下流端１１２ｂと外筒部１１３と間の排気反転通路１１６と、中筒部１１２と外筒部１１３との間の排気通路１１７と、連通部１１４内の排気通路１１４ａと、からなる第１排気通路１２０内を通過する。すなわち、導入口１１２ａから流入する排気ガスは、第１排気通路１２０を通じて内筒部１１１内の排気通路１２１（以下「第２排気通路１２１」ともいう。）に流れ込む。

一方、バイパス流路切替弁１３１が開状態にあるとき、導入口１１２ａから流入する排気ガスは、上記第１排気通路１２０をバイパスして第２排気通路１２１を通過する。

第１排気通路１２０には、内筒部１１１と中筒部１１２との間に排熱回収器として機能する熱交換部１２２が設けられている。すなわち、冷却水循環流路２０３を形成する導入管２０３ａによって本体部１１０内に導入されるエンジン冷却水は、熱交換部１２２において昇温された後、同じく冷却水循環流路２０３を形成する導出管２０３ｂによって本体部１１０外へ導出される。エンジン冷却水を媒体として回収された排気熱によって、エンジン２００始動直後における冷却水の昇温が迅速に行われる。なお、回収された排気熱は同じ循環流路２０３上のヒータコアＨ（図１参照）にも供される。

また、第１排気通路１２０の中筒部１１２と外筒部１１３との間には、炭化水素吸着材１２３およびこの炭化水素吸着材１２３の温度を検出する炭化水素吸着材温度センサ１２４が設けられている。

第２排気通路１２１には、三元触媒１２５およびこの三元触媒１２５の温度を検出する三元触媒温度センサ１２６が設けられている。

また、図１に示すように、冷却水循環流路２０３上にエンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ１２７が設けられている。

上記各温度センサ１２４，１２６，１２７の検出信号はＥＣＵ１５０に出力される。なお、炭化水素吸着材温度センサ１２４、三元触媒温度センサ１２６にはシース型熱伝対等を採用することができる。

以上の排気浄化装置１００によれば、三元触媒１２５の外側と、炭化水素吸着材１２３の内側との間にエンジン冷却水（熱媒体）が流れる熱交換部１２２が設けられているため、三元触媒１２５が活性化温度未満の高温（例えば３００℃位）になっても、三元触媒１２５の熱影響による炭化水素吸着材１２３の温度上昇を抑制することができる。したがって、三元触媒１２５が活性化温度に到達するまで、炭化水素吸着材１２３における炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。

また、排気浄化装置１００によれば、炭化水素吸着材１２３は熱交換部１２２の下流側に設けられていることから、熱交換部１２２での熱交換によって比較的低温となった排気ガスが炭化水素吸着材１２３を通過することとなる。これにより、炭化水素吸着材１２３が炭化水素の離脱開始温度まで昇温するのに多くの時間を要するようになる。この結果、三元触媒１２５が活性化温度に到達するまで、炭化水素吸着材１２３における炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。

つぎに、以上のように構成された排気浄化装置１００のバイパス流路切替弁１３１の切替動作について図３に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。

ステップＳＴ１において、エンジン２００が始動されると、ＥＣＵ２００は、直ちに、ステップＳＴ２において、アクチュエータ１４０を介してバイパス流路切替弁１３１を閉状態とする。これにより、導入口１１２ａから流入する排気ガスは第１排気通路１２０に案内され、第１排気通路１２０を通過した排気ガスが第２排気通路１２１内を通過するようになる。すなわち、導入口１１２ａから流入する排気ガスは、まず、第１排気通路１２０に設けられた熱交換部１２２において熱交換を行い、その後、熱交換部１２２の下流側に配置されている炭化水素吸着材１２３を通過する。３元触媒コンバータ２０１（図１参照）が所定の活性化温度に達するまでの間、導入口１１２ａから導入される排気ガスには炭化水素が多量に含まるが、この炭化水素は、上記炭化水素吸着材１２３に吸着される。

炭化水素吸着材１２３を通過した排気ガスは、連通部１１４内を通過して第２排気通路１２１に設けられた三元触媒１２５を通過する。エンジン２００の始動直後では、三元触媒１２５の温度がまだ活性化温度に達していないものの、排気ガス中の窒素酸化物および一酸化炭素の浄化は行われる。

ステップＳＴ３において、ＥＣＵ１５０は、炭化水素吸着材温度センサ１２４からの検出信号（温度情報）に基づいて、炭化水素吸着材１２３の温度が炭化水素の脱離開始温度に相当する設定温度（設定値）以上となっているか否かを判定する。炭化水素吸着材１２３の温度が上記設定温度に達していると判定した場合は、処理を次ステップに進める。一方、炭化水素吸着材１２３の温度が上記設定温度に達していないと判定した場合は、繰返しこの判定処理を行う。

ステップＳＴ４において、ＥＣＵ１５０は、アクチュエータ１４０を介してバイパス流路切替弁１３１を開状態に切替える。これにより、第２排気通路１２１に、熱交換部１２２を迂回した比較的高温の排気ガスが流れ込むため、第２排気通路１２１内の三元触媒１２５は急速に昇温される。バイパス流路切替弁１３１が開状態にあるときは、導入口１１２ａから流入する排気ガスの大部分は、直接第２排気通路１２１内に流れ込むが、流入した排気ガスの一部は、第１排気通路１２０内に流れ込む。このため、炭化水素吸着材１２３から離脱した炭化水素は、連通部１１４を通じて第１排気通路１２０内に流入し、三元触媒１２５を通過する。このとき、三元触媒１２５が活性化温度に到達していれば、炭化水素吸着材１２３から離脱した炭化水素は三元触媒１２５によって浄化され、大気中に排出される炭化水素は大幅に抑制される。

仮に、三元触媒１２５が活性化温度に到達していないとしても、三元触媒１２５は、熱交換部１２２を迂回した比較的高温の排気ガスに曝されるため、急速に活性化温度まで昇温して、直ちに、炭化水素の浄化が開始される。

ステップＳＴ５において、ＥＣＵ１５０は、冷却水温センサ１２７からの検出信号（温度情報）に基づいて、エンジン冷却水の温度が所定の暖機完了温度以上（設定値以上）であるか否かを判定する。エンジン冷却水の温度が上記暖機完了温度以上であると判定した場合は、バイパス流路切替弁１３１の開状態を保持したまま（ステップＳＴ６）、この一連のルーチンを抜ける。一方、ステップＳＴ５において、エンジン冷却水の温度が上記暖機完了温度未満であると判定した場合は、ステップＳＴ７に処理を進める。

ステップＳＴ７において、ＥＣＵ１５０は、三元触媒温度センサ１２６からの検出信号（温度情報）に基づいて、三元触媒１２５の温度が活性化温度に相当する設定温度以上（設定値以上）になっているか否かを判定する。三元触媒１２５の温度が上記設定温度に達している場合は、処理を次ステップＳＴ８に進める。一方、三元触媒１２５の温度が上記設定温度に達していない場合は、処理をステップＳＴ５に戻す。

ステップＳＴ８において、ＥＣＵ１５０は、アクチュエータ１４０を介してバイパス流路切替弁１３１を閉状態に切替える。これにより、第１排気通路１２０の熱交換部１２２に直接排気ガスが流れ込み、熱交換部１２２における熱交換効率が向上し、エンジン冷却水は急速に昇温され、迅速に暖機完了とすることができる。ＥＣＵ１５０は、ステップＳＴ８において、バイパス流路切替弁１３１を閉状態に切替えた後、処理をステップＳＴ５に戻し、エンジン冷却水の温度が上記設定温度以上であると判定するまで、ステップＳＴ５、ＳＴ７、ＳＴ８の処理を繰り返す。

以上の説明から明らかなように、上記排気浄化装置１００によれば、エンジン２００の始動後、炭化水素吸着材１２３の温度が炭化水素離脱温度に達するまでの間、導入口１１２ａから流入する排気ガスは、第１排気通路１２０を通過し、その排気ガス中の炭化水素は炭化水素吸着材１２３に吸着される。そして、炭化水素吸着材１２３の温度が炭化水素離脱温度以上になると、バイパス流路切替弁１３１が切替わって、導入口１１２ａから導入される排気ガスは、第１排気通路１２０をバイパスして、直接に第２排気通路１２１内に流入するようになる。仮にこのバイパス流路切替弁１３１の作動時に、三元触媒１２５が活性化温度に到達していなくても、熱交換部１２２を回避した比較的高温の排気ガスが三元触媒１２５を直接通過することとなるため、三元触媒１２５は迅速に活性化温度に到達する。一方、このバイパス流路切替弁１３１の切替え時に、三元触媒１２５が活性化温度に到達していれば、炭化水素吸着材１２３から離脱した炭化水素は、第２排気通路１２１内に流れ込んで、三元触媒１２５によって浄化される。

また、上記排気浄化装置１００によれば、エンジン冷却水温度が暖機完了温度に達していない場合は、バイパス流路切替弁１３１が切替わり、導入口１１２ａから導入される排気ガスは、再び第１排気通路１２０内に流れ込むようになり、第１排気通路１２０に設けられた熱交換部１２２における熱交換効率が向上されて迅速に暖機完了状態とすることができる。

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施の形態について図４に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態において説明した構成と同様のものについては、同符号を付して説明を省略し、以下では主に第１の実施の形態との相違点について説明する。

第２の実施の形態に係る排気浄化装置も第１の実施の形態に係る排気浄化装置１００と同様に図１に示したようなエンジン２００の排気系に設けられるものである。但し、図１は第１の実施形態を示している。

図４に示すように、第２の実施の形態に係る排気浄化装置３００は、本体部３１０、バイパス流路切替部１３０、アクチュエータ１４０、ＥＣＵ１５０等を備えている。

本体部３１０は、主に、内筒部３１１、中筒部３１２および外筒部３１３が同心状に配設された３重筒構造からなる。

内筒部３１１は、その上流端３１１ａが排気ガスの導入口３１３ａおよび中筒部３１２の上流端３１２ａより下流側に後退しており、内筒部３１１の下流端３１１ｂは排気管２０７の上流端部に接続されている。

中筒部３１２は、その上流端３１２ａが、排気管２０６の下流端部に接続された導入口３１３ａより下流側に後退しており、中筒部の下流端３１２ｂは内筒部３１１と外筒部３１３との間の空間に開口している。

外筒部３１３は、上端部が導入口３１３ａとなっており、この導入口３１３ａは、排気管２０６の下流端部に接続されている。外筒部３１３の下流端３１３ｂは、内筒部３１１の下流端３１１ｂ近傍の外周面に隙間無く密着固定されている。

バイパス流路切替部１３０は、主に、中筒部３１２の上流側部分と、中筒部３１２の上流側部分に中筒部３１２内の流路を開閉するよう設けられたバイパス流路切替弁１３１とで構成されている。

バイパス流路切替弁１３１が閉状態にあるとき、導入口３１３ａから流入する排気ガスは、中筒部３１２と外筒部３１３との間の排気通路３１５と、中筒部３１２の下流端３１２ｂと外筒部３１３と間の排気反転通路３１６と、内筒部３１１と中筒部３１２との間の排気通路３１７と、からなる第１排気通路３２０内を通過する。すなわち、導入口３１３ａから流入する排気ガスは、第１排気通路３２０を通じて内筒部３１１内の排気通路３２１（以下「第２排気通路３２１」ともいう。）に流れ込む。一方、バイパス流路切替弁１３１が開状態にあるとき、導入口３１３ａから流入する排気ガスは、上記第１排気通路３２０をバイパスして第２排気通路３２１を通過する。

第１排気通路３２０における、内筒部３１１と中筒部３１２との間には、既述の熱交換部１２２が設けられている。また、第１排気通路３２０における、中筒部３１２と外筒部３１３の間には、既述の炭化水素吸着材１２３および炭化水素吸着材温度センサ１２４が設けられている。

また、第２排気通路３２１においては、既述の三元触媒１２５および三元触媒温度センサ１２６が設けられている。

なお、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ１２７もエンジン冷却水経路上に設けられている。

上記各温度センサ１２４，１２６，１２７の検出信号はＥＣＵ１５０に出力されるようになっている。

以上の排気浄化装置３００によれば、三元触媒１２５と、炭化水素吸着材１２３との間にエンジン冷却水（熱媒体）が流れる熱交換部１２２が設けられている。このため、三元触媒１２５が活性化温度未満の高温（例えば３００℃位）になっても、三元触媒１２５の熱影響による炭化水素吸着材１２３の温度上昇を抑制できる。したがって、三元触媒１２５が活性化温度に到達するまで、炭化水素吸着材１２３における炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。

以上のように構成された排気浄化装置３００のバイパス流路切替弁１３１も、図３に基づき第１の実施の形態で説明した切替動作を実行する。詳細な動作の説明は、第１の実施形態と同様であるので省略する。

［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施の形態について図５に基づいて説明する。なお、第２の実施の形態において説明した構成と同様のものについては、同符号を付して説明を省略し、以下では主に第２の実施の形態との相違点について説明する。

第３の実施の形態に係る排気浄化装置も第１および第２の実施の形態に係る排気浄化装置１００と同様に図１に示したようなエンジン２００の排気系に設けられるものである。但し、図１は第１の実施形態を示している。

図５に示すように、第３の実施の形態に係る排気浄化装置４００は、本体部３１０、バイパス流路切替部１３０、アクチュエータ１４０、ＥＣＵ１５０等を備えている。

第１排気通路３２０における中筒部３１２と外筒部３１３の間には、既述の熱交換部１２２が設けられており、この熱交換部１２２の下流側（第１排気通路３２０内を流れる排気ガスの下流側）に、既述の炭化水素吸着材１２３および炭化水素吸着材温度センサ１２４が設けられている。一方、第１排気通路３２０における内筒部３１１と中筒部３１２との間には、熱交換部１２２も炭化水素吸着材１２３も設けられていない。

以上の排気浄化装置４００によれば、炭化水素吸着材１２３は熱交換部１２２の下流側（第１排気通路３２０内を流れる排気ガスの下流側）に設けられていることから、熱交換部１２２での熱交換によって熱エネルギーを奪われた比較的低温の排気ガスが炭化水素吸着材１２３を通過することとなる。これにより、炭化水素吸着材１２３が炭化水素の離脱開始温度まで昇温するの遅らせることができる。この結果、三元触媒１２５が活性化温度に到達するまで、炭化水素吸着材１２３における炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。

以上のように構成された排気浄化装置４００のバイパス流路切替弁１３１も、図３に基づき第１の実施の形態で説明した切替動作を実行する。詳細な動作の説明は、第１の実施形態と同様であるので省略する。

［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施の形態について図６に基づいて説明する。第４の実施の形態に係る排気浄化装置は、既述の実施形態に係る排気浄化装置おいて、ループ式ヒートパイプを備えたものである。

すなわち、図６に示すように、第４の実施の形態に係る排気浄化装置５００のループ式ヒートパイプ１６０は、熱供給側パイプ１６３と、エンジン冷却水の循環流路２０４の一部２０４ａ（受熱側パイプ２０４ａ）と、熱供給側パイプ１６３とエンジン冷却水の循環流路２０４の一部２０４ａ（受熱側パイプ２０４ａ）とを熱交換可能に近接支持する凝集部１６２と、を備えている。

熱供給側パイプ１６３は、その両端部が熱交換部１２２の高温側（排気ガス流れの上流側）と低温側（排気ガス流れの下流側）にそれぞれ接続され、その中間部が凝集部１６２内に配置されている。

熱交換部１２２および熱供給側パイプ１６３内には、作動液たる水等の媒体が大気圧より減圧して封入されている。なお、上記作動液たる媒体には、水のほかに、アルコール、フロロカーボン、フロン等を用いてもよい。

熱交換部１２２内の媒体が排気熱によって気化すると、熱交換部１２２の高温側の熱供給側パイプ１６３ａを通じて気化した媒体が凝集部１６２側に移動し、凝集部１６２において、上記循環流路２０４ａ内のエンジン冷却水と熱交換をして凝集する。そして、凝集した媒体は、熱交換部１２２の低温側の熱供給側パイプ１６３ｂを通じて熱交換部１２２内に戻る。

熱交換部１２２内の媒体の気化温度は、炭化水素吸着材１２３における炭化水素の離脱温度より低く設定されていることが望ましい。エンジン２００の運転開始後において、炭化水素吸着材１２３が炭化水素の離脱開始温度に達するのをできるだけ遅くするためである。

ループ式ヒートパイプ１６０は、熱輸送量が大きく、また、伝熱効率にも優れているので、本実施形態に係る排気浄化装置５００によれば、炭化水素吸着材１２３の温度上昇を抑制でき、三元触媒１２５が活性化して炭化水素を浄化できるようになるまで、炭化水素の離脱開始を遅らせることが容易に実現可能となる。

なお、図６においては、第１の実施の形態に係る排気浄化装置１００にループ式ヒートパイプ１６０を備え付けたものを示しているが、勿論、第２および第３の実施の形態に係る排気浄化装置３００，４００にループ式ヒートパイプ１６０を備え付けたものとしてもよい。

本発明は、炭化水素吸着材と、その下流側に配置可能に設けられた三元触媒と、排気熱との熱交換を行う熱交換部と、を備えた排気浄化装置に適用可能である。

１００，３００，４００，５００ 排気浄化装置
１２０，３２０ 第１排気通路
１２１，３２１ 第２排気通路
１２２ 熱交換部
１２３ 炭化水素吸着材
１２４ 炭化水素吸着材温度センサ（炭化水素吸着材温度検出部）
１２５ 三元触媒
１２６ 三元触媒温度センサ（触媒温度検出部）
１２７ 冷却水温センサ（熱媒体温度検出部）
１３０ バイパス流路切替部
１４０ アクチュエータ
１５０ ＥＣＵ（制御部）
１６０ ループ式ヒートパイプ
１６３ ループ式ヒートパイプの熱供給側パイプ
２０４ａ ループ式ヒートパイプの受熱側パイプ

Claims (7)

1. 炭化水素を吸着する炭化水素吸着材と、排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換部と、が設けられた第１排気通路と、
   炭化水素を浄化可能な触媒が設けられ、前記第１排気通路の下流側に連通された第２排気通路と、
   上流側から流入する排気ガスを前記第１排気通路又は前記第１排気通路をバイパスした前記第２排気通路に案内するバイパス流路切替部と、
   を備え、
   前記炭化水素吸着材、前記熱交換部および前記触媒を同心状に配設した排気浄化装置であって、
   前記炭化水素吸着材の内側と前記触媒の外側との間に前記熱交換部が設けられている、
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 炭化水素を吸着する炭化水素吸着材と、排気ガスと熱媒体との間で熱交換を行う熱交換部と、が設けられた第１排気通路と、
   炭化水素を浄化可能な触媒が設けられて前記第１排気通路の下流側に連通された第２排気通路と、
   上流側から流入する排気ガスを前記第１排気通路又は前記第１排気通路をバイパスした前記第２排気通路に案内するバイパス流路切替部と、
   を備え、
   前記炭化水素吸着材、前記熱交換部および前記触媒を同心状に配設した排気浄化装置であって、
   前記熱交換部は、前記炭化水素吸着材の上流側に設けられている、
   ことを特徴とする排気浄化装置。
3. 請求項１又は２に記載の排気浄化装置において、
   ループ式ヒートパイプを備えており、
   前記熱交換部には、ループ式ヒートパイプの熱供給側パイプが接続されている、
   ことを特徴とする排気浄化装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の排気浄化装置において、
   前記炭化水素吸着材の温度情報を検出する炭化水素吸着材温度検出部と、
   前記バイパス流路切替部を駆動するアクチュエータと、
   前記温度検出部が検出する温度情報に基づいて前記アクチュエータを駆動して前記バイパス流路切替部の切替制御を行う制御部と、
   を更に備え、
   前記制御部は、前記炭化水素吸着材の温度情報が設定値以上のとき、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路をバイパスして第２排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替える、
   ことを特徴とする排気浄化装置。
5. 請求項４に記載の排気浄化装置において、
   前記熱交換部を流れる熱媒体の温度情報を検出する熱媒体温度検出部と、
   前記触媒の温度情報を検出する触媒温度検出部と、
   を更に備え、
   前記制御部は、前記炭化水素吸着材温度検出部のほか、前記熱媒体温度検出部および前記触媒温度検出部が検出する温度情報に基づいて前記アクチュエータを駆動して前記バイパス流路切替部の切替制御を行うものであり、
   前記制御部は、前記炭化水素吸着材の温度情報が設定値以上のとき、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路をバイパスして第２排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替え、その後、前記熱媒体の温度情報が設定値未満であって前記触媒の温度情報が設定値以上であるときに、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替える、
   ことを特徴とする排気浄化装置。
6. 請求項３に記載の排気浄化装置において、
   前記炭化水素吸着材の温度情報を検出する炭化水素吸着材温度検出部と、
   前記ループ式ヒートパイプの受熱側パイプを流れる熱媒体の温度情報を検出する熱媒体温度検出部と、
   前記触媒の温度情報を検出する触媒温度検出部と、
   前記バイパス流路切替部を駆動するアクチュエータと、
   前記温度検出部が検出する温度情報、前記熱媒体温度検出部および前記触媒温度検出部が検出する温度情報に基づいて前記アクチュエータを駆動して前記バイパス流路切替部の切替制御を行う制御部と、
   を更に備え、
   前記制御部は、前記炭化水素吸着材の温度情報が設定値以上のとき、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路をバイパスして第２排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替え、その後、前記熱媒体の温度情報が設定値未満であって前記触媒の温度情報が設定値以上であるときに、上流側から流入する排気ガスを第１排気通路に案内するように、前記バイパス流路切替部を切替える、
   ことを特徴とする排気浄化装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の排気浄化装置において、
   前記触媒は三元触媒であることを特徴とする排気浄化装置。

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