JP2020186663A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気の浄化用の触媒の反応熱を蓄熱部材の昇温に利用する場合と利用しない場合とに切り替えることができる排気浄化装置を得る。【解決手段】排気浄化装置１２は、排気管１４内に設けられた触媒担持体１６と、排気管１４における触媒担持体１６と隣り合う位置に設けられ排気が流れる副流路２０と、副流路２０に設けられる蓄熱部材２４と、触媒担持体１６よりも排気の上流側で排気管１４から副流路２０に排気を導入して蓄熱部材２４を経由させ、かつ触媒担持体１６よりも排気の上流側で副流路２０から排気管１４に排気を戻す第１経路と、触媒担持体１６よりも排気の下流側で排気管１４から副流路２０に排気を導入して蓄熱部材２４を経由させ、かつ触媒担持体１６よりも排気の下流側で副流路２０から排気管１４に排気を戻す第２経路と、に切り替える切替機構３０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

下記特許文献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。

また、下記特許文献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。

また、下記特許文献３には、排気管における触媒担持体の上流側に、蓄熱材を備えた副流路に排気の流れを切り替える切替手段を備え、切替手段により副流路を通してから排気管における触媒担持体の上流側に排気を流入させる構造が記載されている。

特開昭６０−２１２６０８号公報 特開２０００−１７９３３８号公報 特開２０１８−１５０９１５号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の技術は、いずれも排気の浄化用の触媒の反応熱を蓄熱材の昇温に利用する場合と利用しない場合とに切り替えることができず、改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、排気の浄化用の触媒の反応熱を蓄熱部材の昇温に利用する場合と利用しない場合とに切り替えることができる排気浄化装置を得ることが目的である。

第１態様に係る排気浄化装置は、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、前記排気管における前記触媒担持体と隣り合う位置に設けられ、排気が流れる副流路と、前記副流路に設けられる蓄熱部材と、前記触媒担持体よりも排気の上流側で前記排気管から前記副流路に排気を導入して前記蓄熱部材を経由させ、かつ前記触媒担持体よりも排気の上流側で前記副流路から前記排気管に排気を戻す第１経路と、前記触媒担持体よりも排気の下流側で前記排気管から前記副流路に排気を導入して前記蓄熱部材を経由させ、かつ前記触媒担持体よりも排気の下流側で前記副流路から前記排気管に排気を戻す第２経路と、に切り替える切替機構と、を有する。

第１態様に係る排気浄化装置によれば、排気管内を流れた排気は、触媒担持体に担持された触媒により浄化される。排気管における触媒担持体と隣り合う位置には、蓄熱部材を備えた副流路が設けられており、切替機構により第１経路と第２経路とに切り替えることで、排気を副流路に流すことができる。第１経路では、触媒担持体よりも排気の上流側で排気管から副流路に排気が導入されて蓄熱部材を経由させ、かつ触媒担持体よりも排気の上流側で副流路から排気管に排気が戻される。そして、排気管に戻された排気は、触媒担持体を通過する。すなわち、第１経路では、触媒の反応熱は蓄熱部材の昇温には利用されない。例えば、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。これにより、排気の温度を、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、触媒を保護することができる。また、例えば、エンジンの始動直後等に排気の温度が低い場合に、第１経路にて排気を副流路に導入することで、蓄熱部材により排気の温度が上昇する。

また、第２経路では、触媒担持体よりも排気の下流側で排気管から副流路に排気が導入されて蓄熱部材を経由させ、かつ触媒担持体よりも排気の下流側で副流路から排気管に排気が戻される。副流路の上流側では、排気管内の排気が触媒担持体に担持された触媒により浄化される際に反応熱が生じる。そして、触媒の反応熱を受けた排気が蓄熱部材を通過することで、触媒の反応熱が排気の流れによって蓄熱部材に作用する。すなわち、触媒の反応熱を利用して、蓄熱部材に短時間で蓄熱して昇温させたり、蓄熱部材の温度を長時間にわたって所定以上に維持したりすることができる。したがって、上記構成によれば、排気の浄化用の触媒の反応熱を蓄熱部材の昇温に利用する場合と利用しない場合とに切り替えることができる。

第２態様に係る排気浄化装置は、第１態様に係る排気浄化装置において、前記触媒担持体よりも排気の上流側で前記排気管と前記副流路とを接続する第１接続部と、前記触媒担持体よりも排気の下流側で前記排気管と前記副流路とを接続する第２接続部と、を備え、前記切替機構は、前記第１接続部に設けられ、前記副流路を閉鎖する第１位置と、前記排気管を閉鎖すると共に、前記第１接続部における上流側に設けられた第１上流側連通口を開放し、かつ前記第１接続部における下流側に設けられた第１下流側連通口を開放する第２位置と、に切り替える第１切替部材と、前記第２接続部に設けられ、前記副流路を閉鎖する第３位置と、前記排気管を閉鎖すると共に、前記第２接続部における上流側に設けられた第２上流側連通口を開放し、かつ前記第２接続部における下流側に設けられた第２下流側連通口を開放する第４位置と、に切り替える第２切替部材と、を備える。

第２態様に係る排気浄化装置によれば、触媒担持体よりも排気の上流側の第１接続部には、第１切替部材が設けられており、第１切替部材が第１位置と第２位置とに切り替えられる。第１位置では、第１切替部材は副流路を閉鎖する。第２位置では、第１切替部材は、排気管を閉鎖すると共に、第１接続部の第１上流側連通口を開放し、かつ第１接続部の第１下流側連通口を開放する。これにより、第１切替部材を第１位置とすることで、排気が排気管を流れる状態を実現できる。また、第１切替部材を第２位置とすることで、触媒担持体よりも排気の上流側で排気管から副流路に排気が流れる状態を実現できる。

また、触媒担持体よりも排気の下流側の第２接続部には、第２切替部材が設けられており、第２切替部材が第３位置と第４位置とに切り替えられる。第３位置では、第２切替部材は副流路を閉鎖する。第４位置では、第２切替部材は、排気管を閉鎖すると共に、第２接続部の第２上流側連通口を開放し、かつ第２接続部の第２下流側連通口を開放する。これにより、第２切替部材を第３位置とすることで、触媒担持体の下流側で排気が排気管に流れる状態を実現できる。また、第２切替部材を第４位置とすることで、触媒担持体よりも排気の下流側で排気管から副流路に排気が流れる状態を実現できる。

第３態様に係る排気浄化装置は、第２態様に係る排気浄化装置において、前記切替機構は、前記第１切替部材を前記第２位置とした状態で、前記第１上流側連通口を介して前記排気管から前記副流路に排気を導入し、かつ前記第１下流側連通口を介して前記副流路から前記排気管に排気を戻す構成とされており、前記第１切替部材を前記第２位置とすると共に、前記第２切替部材を前記第３位置とすることで、前記第１経路に切り替える。

第３態様に係る排気浄化装置によれば、第１切替部材を第２位置とすることで、第１上流側連通口を介して排気管から副流路に排気が導入され、かつ第１下流側連通口を介して副流路から排気管に排気が戻される。また、第２切替部材を第３位置とすることで、副流路が閉鎖される。これにより、構成を複雑化することなく、切替機構を第１経路に切り替えることができる。

第４態様に係る排気浄化装置は、第２態様又は第３態様に係る排気浄化装置において、前記切替機構は、前記第２切替部材を前記第４位置とした状態で、前記第２上流側連通口を介して前記排気管から前記副流路に排気を導入し、かつ前記第２下流側連通口を介して前記副流路から前記排気管に排気を戻す構成とされており、前記第１切替部材を前記第１位置とすると共に、前記第２切替部材を前記第４位置とすることで、前記第２経路に切り替える。

第４態様に係る排気浄化装置によれば、第２切替部材を第４位置とすることで、第２上流側連通口を介して排気管から副流路に排気が導入され、かつ第２下流側連通口を介して副流路から排気管に排気が戻される。第１切替部材を第１位置とすることで、副流路が閉鎖される。これにより、構成を複雑化することなく、切替機構を第２経路に切り替えることができる。

第５態様に係る排気浄化装置は、第２態様に係る排気浄化装置において、エンジンを停止したときに、前記第１切替部材を前記第２位置とすると共に、前記第２切替部材を前記第４位置とすることで、前記触媒担持体が配置された前記排気管を閉塞する。

第５態様に係る排気浄化装置によれば、エンジンを停止したときに、第１切替部材を第２位置とすると共に、第２切替部材を第４位置とする。これにより、触媒担持体が配置された排気管が閉塞され、エンジンの停止時に触媒担持体に担持された触媒の温度低下が抑制される。

第６態様に係る排気浄化装置は、第２態様から第５形態までのいずれか１つの形態に係る排気浄化装置において、前記副流路は、前記触媒担持体が配置された前記排気管の長手方向と交差する方向の一方側に、前記排気管に沿って配置されている。

第６態様に係る排気浄化装置によれば、副流路は、触媒担持体が配置された排気管の長手方向と交差する方向の一方側に、排気管に沿って配置されている。このため、副流路に設けられた蓄熱部材により、触媒担持体が保温されることで、触媒担持体に担持された触媒の温度低下が抑制される。

第７態様に係る排気浄化装置は、第６態様に係る排気浄化装置において、前記蓄熱部材は、前記副流路の内部を前記排気管の長手方向に沿って区画する隔壁とされ、前記第１切替部材は、前記第２位置で前記蓄熱部材の一端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、前記第２切替部材が前記第３位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第１経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される。

第７態様に係る排気浄化装置によれば、蓄熱部材は、副流路の内部を排気管の長手方向に沿って区画する隔壁とされ、第１切替部材は、第２位置で蓄熱部材の一端部に接触することで、排気管が閉鎖される。また、第２切替部材が第３位置に配置されることで、蓄熱部材により第１経路となる副流路の折り返し経路が形成される。このため、簡単な構成により、切替機構を第１経路に切り替えることができる。

第８態様に係る排気浄化装置は、第６態様又は第７態様に係る排気浄化装置において、前記第２切替部材は、前記第４位置で前記蓄熱部材の他端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、前記第１切替部材が前記第１位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第２経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される。

第８態様に係る排気浄化装置によれば、第２切替部材は、第４位置で蓄熱部材の他端部に接触することで、排気管が閉鎖される。また、第１切替部材が第１位置に配置されることで、蓄熱部材により第２経路となる副流路の折り返し経路が形成される。このため、簡単な構成により、切替機構を第２経路に切り替えることができる。

第９態様に係る排気浄化装置は、第２態様から第５形態までのいずれか１つの形態に係る排気浄化装置において、前記副流路は、前記触媒担持体が配置された前記排気管の周囲に配置されている。

第９態様に係る排気浄化装置によれば、副流路は、触媒担持体が配置された排気管の周囲に配置されている。このため、副流路に設けられた蓄熱部材により、触媒担持体が保温されることで、触媒担持体に担持された触媒の温度低下が抑制される。

第１０態様に係る排気浄化装置は、第９態様に係る排気浄化装置において、前記蓄熱部材は、前記触媒担持体が配置された前記排気管の周囲に配置されると共に前記副流路の内部を区画する筒状の隔壁とされ、前記第１切替部材は、前記第２位置で前記蓄熱部材の一端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、前記第２切替部材が前記第３位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第１経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される。

第１０態様に係る排気浄化装置によれば、蓄熱部材は、触媒担持体が配置された排気管の周囲に配置されると共に副流路の内部を区画する筒状の隔壁とされている。このため、排気管の周囲に配置された蓄熱部材により、触媒担持体が保温されることで、触媒担持体に担持された触媒の温度低下がより確実に抑制される。また、第１切替部材は、第２位置で蓄熱部材の一端部に接触することで、排気管が閉鎖される。また、第２切替部材が第３位置に配置されることで、蓄熱部材により第１経路となる副流路の折り返し経路が形成される。このため、切替機構を第１経路に切り替えることができる。

第１１態様に係る排気浄化装置は、第９態様又は第１０態様に係る排気浄化装置において、前記第２切替部材は、前記第４位置で前記蓄熱部材の他端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、前記第１切替部材が前記第１位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第２経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される。

第１１態様に係る排気浄化装置によれば、第２切替部材は、第４位置で蓄熱部材の他端部に接触することで、排気管が閉鎖される。また、第１切替部材が第１位置に配置されることで、蓄熱部材により第２経路となる副流路の折り返し経路が形成される。このため、切替機構を第２経路に切り替えることができる。

第１２態様に係る排気浄化装置は、第９態様から第１１形態までのいずれか１つの形態に係る排気浄化装置において、前記蓄熱部材の外側には、前記蓄熱部材の周方向に沿って配置されると共に、排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った一の流れ方向に流し、さらに排気の流れ方向下流側の第１開口を介して排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った逆の流れ方向に流す外側仕切板が設けられており、前記蓄熱部材の内側には、前記蓄熱部材の周方向に沿って配置されると共に、排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った一の流れ方向に流し、さらに排気の流れ方向下流側の第２開口を介して排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った逆の流れ方向に流す内側仕切板が設けられている。

第１２態様に係る排気浄化装置によれば、蓄熱部材の外側には、蓄熱部材の周方向に沿って配置された外側仕切板が設けられており、外側仕切板によって、排気が蓄熱部材の周方向に沿った一の流れ方向に流れる。さらに、排気の流れ方向下流側には、外側仕切板に第１開口が設けられており、第１開口を介して排気が蓄熱部材の周方向に沿った逆の流れ方向に流れる。また、蓄熱部材の内側には、蓄熱部材の周方向に沿って配置された内側仕切板が設けられており、内側仕切板によって、排気が蓄熱部材の周方向に沿った一の流れ方向に流れる。さらに、排気の流れ方向下流側には、内側仕切板に第２開口が設けられており、第２開口を介して排気が蓄熱部材の周方向に沿った逆の流れ方向に流れる。このため、副流路において、排気と蓄熱部材の接触時間を増加させることができる。

本発明に係る排気浄化装置によれば、排気の浄化用の触媒の反応熱を蓄熱材の昇温に利用する場合と利用しない場合とに切り替えることができる。

第１実施形態の排気浄化装置を示す断面図である。 第１実施形態の排気浄化装置を示す図１中の２−２線に沿った断面図である。 第１実施形態の排気浄化装置において、排気が触媒担持体のみを通る経路に切り替えられた状態を示す断面図である。 第１実施形態の排気浄化装置において、排気が蓄熱部材から触媒担持体を通る経路に切り替えられた状態を示す断面図である。 第１実施形態の排気浄化装置において、排気が触媒担持体から蓄熱部材を通る経路に切り替えられた状態を示す断面図である。 第１実施形態の排気浄化装置において、エンジン停止時の状態を示す断面図である。 第１実施形態の排気浄化装置の切り替え状態において、切替バルブの開状態と、切替バルブの閉状態の位置関係を説明する図である。 第２実施形態の排気浄化装置を示す斜視図である。 第２実施形態の排気浄化装置を軸方向に沿った断面で示す斜視図である。 第２実施形態の排気浄化装置の外筒を取り外した内部を示す斜視図である。 第２実施形態の排気浄化装置の外筒を取り外した内部を軸方向に沿った断面で示す斜視図である。 第２実施形態の排気浄化装置の筒部付近を示す斜視図である。 第２実施形態の排気浄化装置の蓄熱部材及び切替バルブ付近を示す断面図である。 第２実施形態の排気浄化装置の筒部及び切替バルブを示す斜視図である。 第２実施形態の排気浄化装置の筒部を取り外した状態で蓄熱部材の外側流路を示す斜視図である。 第２実施形態の排気浄化装置の蓄熱部材の内側流路を示す斜視図である。

本発明の実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜図７を用いて、第１実施形態に係る排気浄化装置１２を説明する。

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とされており、太径配管１４Ｂは略Ｕ字状に形成されている（図２参照）。触媒担持体１６は太径配管１４Ｂに配置されている。

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。

排気管１４において、太径配管１４Ｂよりも上流側の部分は略円筒状の上流配管１４Ａであり、下流側の部分は略円筒状の下流配管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と上流配管１４Ａの間は、径が徐々に変化するテーパー配管１４Ｄにより連続しており、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１４Ｅにより連続している。

触媒担持体１６は、薄板を、たとえば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、上記したハニカム状に限定られず、波状又は他の形状でもよい。

触媒担持体１６は、排気管１４の内部に収容されるように、全体として円柱状に形成されている（図２参照）。なお、触媒担持体１６は、円筒状に形成してもよい。

排気管１４の太径配管１４Ｂの長手方向（すなわち、軸方向）と交差する方向の一方側には、太径配管１４Ｂから外側に突出した突設部１８が設けられている。突設部１８は、排気管１４の太径配管１４Ｂの周方向の一部に設けられている。突設部１８は、排気管１４に沿って配置されている。太径配管１４Ｂにおける突設部１８の上流側と下流側は、略平面状の壁部１５とされている。突設部１８の半径方向内側の端部は、壁部１５に繋がっている。

突設部１８は、触媒担持体１６と隣り合う位置に設けられている。突設部１８は、略直方体状に形成されており、図２に示す排気管１４の軸方向と直交する方向の断面にて、太径配管１４Ｂの接線方向に延びている。

より具体的には、突設部１８は、排気の上流側で太径配管１４Ｂの軸方向と略直交する方向に配置された上流壁部１８Ａと、排気の下流側で太径配管１４Ｂの軸方向と略直交する方向に配置された下流壁部１８Ｂと、を備えている（図１参照）。また、太径配管１４Ｂの接線方向に配置された一対の側壁部１８Ｃ、１８Ｄを備えている（図２参照）。さらに、突設部１８は、上流壁部１８Ａの端部と下流壁部１８Ｂの端部と一対の側壁部１８Ｃ、１８Ｄの端部とを繋ぐと共に太径配管１４Ｂに沿って配置された上壁部１８Ｅを備えている。

突設部１８の内部には、排気が流れる副流路２０が形成されている。突設部１８の内部における副流路２０と触媒担持体１６との間には、触媒担持体１６の周面の一部を覆うシール部２１が設けられている。シール部２１は、突設部１８と太径配管１４Ｂとの境界部分を構成している（図２参照）。シール部２１の副流路２０側のシール面２１Ａは、略平面状とされている。本実施形態では、シール部２１は、真空断熱部で構成されているが、他の部材により構成してもよい。

突設部１８の副流路２０には、排気管１４の軸方向に沿って蓄熱部材２４が配置されている。蓄熱部材２４は、一対の側壁部１８Ｃ、１８Ｄに掛け渡されている。言い換えると、蓄熱部材２４は、副流路２０の内部を排気管１４の軸方向に沿って区画する隔壁とされている。蓄熱部材２４は、上流壁部１８Ａと下流壁部１８Ｂとは離間している。すなわち、蓄熱部材２４と上流壁部１８Ａとの間には、排気を流すための隙間が形成されており、蓄熱部材２４と下流壁部１８Ｂとの間には、排気を流すための隙間が形成されている。

図示を省略するが、蓄熱部材２４は、排気管１４の軸方向に沿って配置された板状部と交差する方向に複数のフィンが配置された収容部材を備えている。蓄熱部材２４は、収容部材の内部に蓄熱材が収容された構成とされている。収容部材には、複数のフィンが設けられることで、実質的な表面積が増大されている。蓄熱部材２４は、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。すなわち、副流路２０を流れる排気と、蓄熱部材２４の収容部材内の蓄熱材とで熱交換がなされる。例えば、副流路２０を流れる排気が蓄熱部材２４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２０を流れる排気が蓄熱部材２４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。

排気浄化装置１２には、触媒担持体１６よりも排気の上流側で排気管１４と副流路２０とを接続する上流側接続部２６と、触媒担持体１６よりも排気の下流側で排気管１４と副流路とを接続する下流側接続部２８とが設けられている。排気浄化装置１２には、排気の流路を切り替える切替機構３０が設けられている。切替機構３０は、上流側接続部２６に設けられた上流切替バルブ３２と、下流側接続部２８に設けられた下流切替バルブ３４と、を備えている。上流側接続部２６は、第１接続部の一例であり、下流側接続部２８は、第２接続部の一例である。また、上流切替バルブ３２は、第１切替部材の一例であり、下流切替バルブ３４は、第２切替部材の一例である。

上流切替バルブ３２は、排気の流れ方向と直交する軸３２Ａと、軸３２Ａから一方側に延びると共に長さが短い弁体３２Ｂと、軸３２Ａから他方側に延びると共に長さが長い弁体３２Ｃと、を備えている。上流切替バルブ３２は、軸３２Ａを中心として弁体３２Ｂ、３２Ｃが回転する。弁体３２Ｂは、排気管１４の軸方向視にて略矩形状とされており、蓄熱部材２４の上流側端部２４Ａと接触する形状とされている。また、弁体３２Ｃは、排気管１４の軸方向視にて略Ｕ字状とされており、太径配管１４Ｂの内壁面と接触する形状とされている。上流側端部２４Ａは、一端部の一例である。

上流切替バルブ３２の回転位置は、制御装置４０によって制御される。そして、上流切替バルブ３２は、弁体３２Ｂ、３２Ｃの回転位置により、図１に実線で示す開状態ＫＳ１と、二点鎖線で示す閉状態ＨＳ１とを採り得る。

上流切替バルブ３２が開状態ＫＳ１にあるときは、弁体３２Ｂは、シール部２１のシール面２１Ａと接触し、弁体３２Ｃは、壁部１５の内側面に接触する。これにより、副流路２０の上流側接続部２６が閉鎖され、排気は太径配管１４Ｂへ流れ、触媒担持体１６を通過する。ここで、上流切替バルブ３２の開状態ＫＳ１は、第１位置の一例である。

上流切替バルブ３２が閉状態ＨＳ１にあるときは、弁体３２Ｂは、蓄熱部材２４の上流側端部２４Ａと接触し、弁体３２Ｃは、太径配管１４Ｂの内壁面と接触する。これにより、排気管１４の太径配管１４Ｂが閉鎖され、上流側接続部２６における上流側に配置された上流側連通口３６Ａが開放され、上流側接続部２６における下流側に配置された下流側連通口３６Ｂが開放される。ここで、上流側連通口３６Ａは、第１上流側連通口の一例であり、下流側連通口３６Ｂは、第１下流側連通口の一例である。これにより、触媒担持体１６の上流側で、排気が上流側連通口３６Ａを介して副流路２０に導入される。上流切替バルブ３２の閉状態ＨＳ１は、第２位置の一例である。

下流切替バルブ３４は、図１に示す断面視にて上流切替バルブ３２と左右対称に形成されている。下流切替バルブ３４は、軸３４Ａと、弁体３４Ｂと、弁体３４Ｃとを備えている。下流切替バルブ３４は、軸３４Ａを中心として弁体３４Ｂ、３４Ｃが回転する。

下流切替バルブ３４の回転位置は、制御装置４０によって制御される。そして、下流切替バルブ３４は、弁体３４Ｂ、３４Ｃの回転位置により、図１に実線で示す閉状態ＨＳ２と、二点鎖線で示す開状態ＫＳ２とを採り得る。

下流切替バルブ３４が開状態ＫＳ２にあるときは、弁体３４Ｂは、シール部２１のシール面２１Ａと接触し、弁体３４Ｃは、壁部１５の内側面に接触する。これにより、副流路２０の下流側接続部２８が閉鎖され、排気は排気管１４の太径配管１４Ｂを流れる。ここで、下流切替バルブ３４の開状態ＫＳ２は、第３位置の一例である。

下流切替バルブ３４が閉状態ＨＳ２にあるときは、弁体３４Ｂは、蓄熱部材２４の下流側端部２４Ｂと接触し、弁体３４Ｃは、太径配管１４Ｂの内壁面と接触する。これにより、排気管１４の太径配管１４Ｂが閉鎖され、下流側接続部２８における上流側に配置された上流側連通口３８Ａが開放され、上流側接続部２６における下流側に配置された下流側連通口３８Ｂが開放される。ここで、上流側連通口３６Ａは、第２上流側連通口の一例であり、下流側連通口３８Ｂは、第２下流側連通口の一例である。これにより、触媒担持体１６の下流側で、排気が上流側連通口３８Ａを介して副流路２０に導入される。下流切替バルブ３４の閉状態ＨＳ２は、第４位置の一例である。また、下流側端部２４Ｂは、他端部の一例である。

制御装置４０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４２が接続されている。なお、制御装置４０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。

排気浄化装置１２には、排気温度センサ４４、蓄熱部材温度センサ４６及び触媒担持体温度センサ４８が設けられている。

排気温度センサ４４は、排気管１４の上流配管１４Ａ側に設けられており、排気の温度を検出して制御装置４０に送信する。

蓄熱部材温度センサ４６は、蓄熱部材２４に接触配置されており、蓄熱部材２４の温度を検出して、制御装置４０に送信する。

触媒担持体温度センサ４８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４０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４８で検出した温度は、単に触媒温度とする。

制御装置４０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、上流切替バルブ３２及び下流切替バルブ３４を制御する。排気浄化装置１２では、切替機構３０の上流切替バルブ３２及び下流切替バルブ３４の回転位置により、後述する４通りの流路（図３〜図６参照）に切り替えられる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

まず、切替機構３０によって切り替えられる４通りの流路（図３〜図６参照）について説明する。

図３に示すように、上流切替バルブ３２を開状態ＫＳ１（すなわち、第１位置）とし、下流切替バルブ３４を開状態ＫＳ２（すなわち、第３位置）としたときは、排気は矢印Ｆ３に示すように副流路２０に導入されずに排気管１４の太径配管１４Ｂを流れ、排気は触媒担持体１６を通過する。すなわち、排気は、副流路２０の蓄熱部材２４を通過せずに、触媒担持体１６のみを通過する。これにより、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。このような流路では、例えば、排気が副流路２０を流れる構造と比較して、排気の熱を触媒に作用させて、短時間で触媒を昇温する（昇温速度を向上させる）ことが可能である。

図４に示すように、上流切替バルブ３２を閉状態ＨＳ１（すなわち、第２位置）とし、下流切替バルブ３４を開状態ＫＳ２（すなわち、第３位置）としたときは、排気は、矢印Ｆ４に示すように上流側接続部２６の上流側連通口３６Ａを介して副流路２０に導入される。この状態では、下流切替バルブ３４が下流側接続部２８を閉鎖することで、蓄熱部材２４により第１経路となる副流路２０の折り返し経路が形成される。これにより、排気は、矢印Ｆ４に示すように副流路２０を蓄熱部材２４の外側から内側に沿って流れ、さらに、排気は、上流側接続部２６の下流側連通口３６Ｂを介して排気管１４の太径配管１４Ｂに導入される。そして、排気は触媒担持体１６を通過する。すなわち、図４では、排気浄化装置１２は、排気が副流路２０の蓄熱部材２４を経由した（蓄熱部材２４の周りを通過した）後、触媒担持体１６を通過する第１経路を切り替えられる。

排気浄化装置１２では、構成を複雑化することなく、切替機構３０を第１経路に切り替えることができる。第１流路では、排気の熱の一部が副流路２０の蓄熱部材２４に蓄熱される。そして、温度が低下した状態の排気が、排気管１４の太径配管１４Ｂに導入され、触媒担持体１６を通過する。排気の温度が低下しているので、例えば、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。

図５に示すように、上流切替バルブ３２を開状態ＫＳ１（すなわち、第１位置）とし、下流切替バルブ３４を閉状態ＨＳ２（すなわち、第４位置）としたときは、排気は、排気管１４の触媒担持体１６を通過する。その後、排気は、矢印Ｆ５に示すように下流側接続部２８の上流側連通口３８Ａを介して副流路２０に導入される。この状態では、上流切替バルブ３２が上流側接続部２６を閉鎖することで、蓄熱部材２４により第２経路となる副流路２０の折り返し経路が形成される。これにより、排気は、矢印Ｆ５に示すように副流路２０を蓄熱部材２４の内側から外側に沿って流れ、さらに、排気は、下流側接続部２８の下流側連通口３８Ｂを介して排気管１４に導入される。すなわち、図５では、排気浄化装置１２は、排気が触媒担持体１６を通過した後、副流路２０の蓄熱部材２４を経由する（蓄熱部材２４の周りを通過する）第２経路に切り替えられる。

排気浄化装置１２では、構成を複雑化することなく、切替機構３０を第２経路に切り替えることができる。第２流路では、触媒担持体１６の触媒で生じた反応熱によって排気が昇温されているので、排気の熱の一部が副流路２０の蓄熱部材２４に蓄熱される。これにより、触媒で生じた反応熱を蓄熱部材２４に作用させない場合と比較して、蓄熱部材２４に短時間で蓄熱させて昇温させたり、蓄熱部材２４の温度を長時間にわたって所定温度以上に維持したりすることができる。

図６に示すように、例えばエンジンの停止時には、上流切替バルブ３２を閉状態ＨＳ１（すなわち、第２位置）とし、下流切替バルブ３４を閉状態ＨＳ２（すなわち、第４位置）とする。これにより、触媒担持体１６が配置された排気管１４の太径配管１４Ｂが上流切替バルブ３２と下流切替バルブ３４により閉塞される。これにより、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。

したがって、排気浄化装置１２では、排気の浄化用の触媒の反応熱を蓄熱部材の昇温に利用する場合と利用しない場合とに切り替えることができる。また、副流路２０は、触媒担持体１６が配置された太径配管１４Ｂの長手方向（すなわち、軸方向）と交差する方向の一方側に、太径配管１４Ｂに沿って配置されている。このため、副流路２０に設けられた蓄熱部材２４により、触媒担持体１６が保温されることで、触媒担持体１６に担持された触媒の温度低下が抑制される。

次に、切替機構３０の上流切替バルブ３２と下流切替バルブ３４の制御の一例を詳述する。

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、上流切替バルブ３２と下流切替バルブ３４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。

また、表１では、図７に示すように、上流切替バルブ３２が横方向に配置されている場合（すなわち、図１に示す排気管１４の太径配管１４Ｂが開放されている場合）を開状態とし、上流切替バルブ３２が縦方向に配置されている場合（すなわち、図１に示す排気管１４の太径配管１４Ｂが閉鎖されている場合）を閉状態とする。同様に、下流切替バルブ３４が横方向に配置されている場合（すなわち、図１に示す排気管１４の太径配管１４Ｂが開放されている場合）を開状態とし、下流切替バルブ３４が縦方向に配置されている場合（すなわち、図１に示す排気管１４の太径配管１４Ｂが閉鎖されている場合）を閉状態とする。

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、図６に示されるように、上流切替バルブ３２と下流切替バルブ３４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２４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２４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。

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、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、上流切替バルブ３２と下流切替バルブ３４はいずれも開状態とされる。この場合、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、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされる。これにより、排気は触媒担持体１６に導入されず、副流路２０において、蓄熱部材２４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２４よりも排気が高温であれば、排気を触媒担持体１６に導入し、蓄熱部材２４が排気よりも高温であれば、排気が蓄熱部材２４によって昇温された後に触媒担持体１６に導入される。

条件（３）は、エンジン作動時で、排気温度及び触媒温度は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、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされ、排気が副流路２０に流れる。排気は、蓄熱部材２４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。このため、低温の排気が触媒担持体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。

条件（４）は、エンジン作動時で、排気温度及び蓄熱部材温度が閾値温度よりも低く、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、上流切替バルブ３２は開状態とされ、下流切替バルブ３４は閉状態とされ、排気が触媒担持体１６に導入される。蓄熱部材２４よりも相対的に高温である排気が蓄熱部材２４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、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされる。排気は触媒担持体１６に導入されず、副流路２０において、蓄熱部材２４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２４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。

条件（５）は、エンジン作動時で、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、上流切替バルブ３２は開状態とされ、下流切替バルブ３４は閉状態とされる。排気は触媒担持体１６に導入されるので、触媒の過度の昇温を抑制できる。すなわち、排気によって触媒担持体１６が冷却される。これに対し、触媒温度が蓄熱部材温度よりも低い場合は、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされる。副流路２０において、蓄熱部材２４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。ただし、触媒の耐熱温度を超えない範囲での動作とする。

条件（６）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、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、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされる。蓄熱部材２４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。また、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、上流切替バルブ３２は開状態とされ、下流切替バルブ３４は閉状態とされるので、排気により、触媒の過度の昇温を抑制できる。すなわち、排気によって触媒担持体１６が冷却される。また、蓄熱部材温度が排気温度よりも高く、排気温度が触媒温度よりも高い場合は、上流切替バルブ３２は開状態とされ、下流切替バルブ３４は閉状態とされるので、排気を触媒担持体１６に導入して触媒を昇温できる。また、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、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされる。蓄熱部材２４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。ただし、これらは、触媒の耐熱温度を超えない範囲での動作とする。

条件（７）は、エンジン作動時で、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、上流切替バルブ３２は開状態とされ、下流切替バルブ３４は閉状態とされる。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。

条件（８）は、エンジン作動時で、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、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされる。排気が触媒担持体１６に導入されず、副流路２０において、蓄熱部材２４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２４で昇温されない場合と比較して、触媒担持体１６の昇温を促進することができる。これに対し、排気温度が蓄熱部材温度よりも高ければ、上流切替バルブ３２は開状態とされ、下流切替バルブ３４は閉状態とされるので、排気が触媒担持体１６に導入される。蓄熱部材２４よりも相対的に高温である排気が蓄熱部材２４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。

条件（９）は、エンジン作動時で、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、排気温度が触媒温度よりも高ければ、上流切替バルブ３２は閉状態とされ、下流切替バルブ３４は開状態とされる。蓄熱部材２４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。また、触媒温度が排気温度よりも高ければ、上流切替バルブ３２は開状態とされ、下流切替バルブ３４は閉状態とされる。排気が蓄熱部材２４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。

排気浄化装置１２では、表１に示す制御により、排気温度、蓄熱部材温度及び触媒温度に基づき、上流切替バルブ３２と下流切替バルブ３４を制御することで、触媒の温度を適切に制御できる。

〔第２実施形態〕
次に、図８〜図１６を用いて、第２実施形態の排気浄化装置について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図８及び図９に示すように、排気浄化装置７２では、排気管７４における触媒担持体１６が配置された太径配管７４Ａの上流側及び下流側を含む所定範囲は、太径配管７４Ａよりも太径の外筒７６で覆われている。外筒７６は、太径配管７４Ａを周方向に取り囲む円筒状とされている。

外筒７６の上流端部７６Ａは、径が上流側へと漸減する上流テーパー部７６Ｂにより排気管７４の上流配管１４Ａに接続されている。外筒７６の中間部には、上流テーパー部７６Ｂと繋がる太径配管７６Ｃが設けられている。また、太径配管７６Ｃは、径が下流側へと漸減する下流テーパー部７６Ｄに繋がっており、外筒７６の下流端部７６Ｅは、下流テーパー部７６Ｄにより下流配管１４Ｃに接続されている。

図９〜図１１に示すように、外筒７６の太径配管７６Ｃの内側には、太径配管７６Ｃに接触する略円筒状の筒部７８が設けられている。筒部７８の上流側には、筒部７８の周方向の一部から延出された流路ガイド８０が設けられており、筒部７８の下流側には、筒部７８の周方向の一部から延出された流路ガイド８２が設けられている。流路ガイド８０と流路ガイド８２とは筒部７８の軸方向と直交する方向から見て左右対称とされている。

流路ガイド８０は、太径配管７４Ａの側が開放された箱状とされている。より具体的には、流路ガイド８０は、筒部７８と連続する湾曲部８０Ａと、湾曲部８０Ａの上流側端部から半径方向内側に延びた上流壁部８０Ｂと、湾曲部８０Ａの周方向両側に配置されると共に上流壁部８０Ｂと接続される一対の側壁部８０Ｃと、を備えている。なお、図１０等では、奥側の側壁部８２Ｃは図示されていない。

流路ガイド８２は、流路ガイド８０と同様に、太径配管７４Ａの側が開放された箱状とされており、湾曲部８２Ａと、下流壁部８２Ｂと、一対の側壁部８２Ｃと、を備えている。なお、図１０等では、奥側の側壁部８２Ｃは図示されていない。

筒部７８と流路ガイド８０と流路ガイド８２の内側であって、太径配管７４Ａの外側には、副流路８４が形成されている。副流路８４には、蓄熱部材８６が配置されている。蓄熱部材８６は、筒状に形成されており、太径配管７４Ａと筒部７８との間に配置されている。すなわち、蓄熱部材８６は、太径配管７４Ｂ及び外筒７６と離間している。言い換えると、蓄熱部材８６は、触媒担持体１６が配置された太径配管７４Ａの周囲に配置されると共に副流路８４の内部を区画する筒状の隔壁とされている。

流路ガイド８０の内側には、触媒担持体１６よりも排気の上流側で排気管７４と副流路８４とを接続する上流側接続部９０が設けられている。流路ガイド８２の内側には、触媒担持体１６よりも排気の下流側で排気管７４と副流路８４とを接続する下流側接続部９２とが設けられている。排気浄化装置７２には、排気の流路を切り替える切替機構９４が設けられている。切替機構９４は、上流側接続部９０に設けられた上流切替バルブ９６と、下流側接続部９２に設けられた下流切替バルブ９８と、を備えている。上流側接続部９０は、第１接続部の一例であり、下流側接続部９２は、第２接続部の一例である。また、上流切替バルブ９６は、第１切替部材の一例であり、下流切替バルブ９８は、第２切替部材の一例である。

上流切替バルブ９６は、排気の流れ方向と直交する軸９６Ａと、軸９６Ａから一方側に延びると共に大きさが小さい弁体９６Ｂと、軸９６Ａから他方側に延びると共に大きさが大きい弁体９６Ｃと、を備えている。上流切替バルブ９６は、軸９６Ａを中心として弁体９６Ｂ、９６Ｃが回転する。排気管１４の軸方向視にて弁体９６Ｂ及び弁体９６Ｃの外形は略円板状に形成されている。

上流切替バルブ９６の回転位置は、制御装置（図示省略）よって制御される。上流切替バルブ９６は、弁体９６Ｂ、９６Ｃの回転位置により、閉状態ＨＳ１（図９〜図１１参照）と、開状態ＫＳ１（図１２参照）とを採り得る。

触媒担持体１６の上流側には、上流切替バルブ９６の開状態ＫＳ１のときに、弁体９６Ｂと接触する略平面状のシール部１００Ａが設けられている。上流切替バルブ９６が開状態ＫＳ１にあるときは、弁体９６Ｂは、シール部１００Ａと接触し、弁体９６Ｃは、流路ガイド８０の上流壁部８０Ｂと接触する。これにより、副流路８４の上流側接続部９０が閉鎖され、排気は太径配管７４Ａへ流れ、触媒担持体１６を通過する。ここで、上流切替バルブ９６の開状態ＫＳ１は、第１位置の一例である。

上流切替バルブ９６が閉状態ＨＳ１にあるときは、弁体９６Ｂ、９６Ｃは、蓄熱部材８６の上流側端部８６Ａと接触する。これにより、排気管７４が閉鎖され、上流側接続部９０における上流側に配置された上流側連通口１０２Ａが開放され、上流側接続部９０における下流側に配置された下流側連通口１０２Ｂが開放される（図１３参照）。ここで、上流側連通口１０２Ａは、第１上流側連通口の一例であり、下流側連通口１０２Ｂは、第１下流側連通口の一例である。これにより、触媒担持体１６の上流側で、排気が上流側連通口１０２Ａを介して副流路８４に導入される。上流切替バルブ９６の閉状態ＨＳ１は、第２位置の一例である。

下流切替バルブ９８は、図１３に示す断面視にて上流切替バルブ９６と左右対称に形成されている。下流切替バルブ９８は、軸９８Ａと、弁体９８Ｂと、弁体９８Ｃとを備えている。下流切替バルブ９８は、軸９８Ａを中心として弁体９８Ｂ、９８Ｃが回転する。

下流切替バルブ９８の回転位置は、制御装置（図示省略）よって制御される。下流切替バルブ９８は、弁体９８Ｂ、９８Ｃの回転位置により、閉状態ＨＳ２（図示省略）と、開状態ＫＳ２（図９〜図１３参照）とを採り得る。

触媒担持体１６の下流側には、下流切替バルブ９８の開状態ＫＳ２のときに、弁体９６Ｂと接触する略平面状のシール部１００Ｂが設けられている。下流切替バルブ９８が開状態ＫＳ２にあるときは、弁体９８Ｂは、シール部１００Ｂと接触し、弁体９８Ｃは、流路ガイド８２の下流壁部８２Ｂと接触する（図１３参照）。これにより、副流路８４の下流側接続部９２が閉鎖され、排気は排気管７４を流れる。ここで、下流切替バルブ９８の開状態ＫＳ２は、第３位置の一例である。

図示を省略するが、下流切替バルブ９８が閉状態ＨＳ２にあるときは、弁体９８Ｂ、９８Ｃは、蓄熱部材８６の下流側端部８６Ｂと接触する。これにより、排気管７４が閉鎖され、下流側接続部９２における上流側に配置された上流側連通口１０４Ａが開放され、下流側接続部９２における下流側に配置された下流側連通口１０４Ｂが開放される。ここで、上流側連通口１０４Ａは、第２上流側連通口の一例であり、下流側連通口１０４Ｂは、第２下流側連通口の一例である。これにより、触媒担持体１６の下流側で、排気が上流側連通口１０４Ａを介して副流路８４に導入される。下流切替バルブ９８の閉状態ＨＳ２は、第４位置の一例である。

副流路８４には、筒部７８の内周面の上流側端部に、筒部７８の周方向に沿って配置された上流壁部１１０が設けられている。上流壁部１１０の半径方向内側端部は、蓄熱部材８６の外面に接触している。また、副流路８４には、筒部７８の内周面の下流側端部に、筒部７８の周方向に沿って配置された下流壁部１１２が設けられている。下流壁部１１２の半径方向内側端部は、蓄熱部材８６の外面に接触している。

また、筒部７８の内周面の中間部には、蓄熱部材８６の外側で筒部７８及び蓄熱部材８６の周方向に沿って配置される外側仕切板１１４が設けられている（図１１、図１３及び図１５参照）。外側仕切板１１４は、蓄熱部材８６の外面に接触している。また、筒部７８の内周面には、筒部７８の軸方向に沿って配置される縦壁部１１６が設けられている（図１５参照）。筒部７８の周方向における外側仕切板１１４の一端部は、縦壁部１１６に接続されている。筒部７８の周方向における外側仕切板１１４の他端部は、縦壁部１１６と離間しており、外側仕切板１１４と縦壁部１１６との間に開口１１８が設けられている。開口１１８は、第１開口の一例である。

縦壁部１１６の上流側端部は上流壁部１１０と接続されており、縦壁部１１６の下流側端部は下流壁部１１２と接続されている（図１５参照）。上流壁部１１０における縦壁部１１６と隣接する位置には、縦壁部１１６を挟んで開口１１８と反対側に上流開口１２０が設けられている。また、下流壁部１１２における縦壁部１１６と隣接する位置には、縦壁部１１６を挟んで開口１１８と反対側に下流開口１２２が設けられている。

また、副流路８４には、太径配管７４Ａの外周面の上流側端部に、太径配管７４Ａの周方向に沿って配置された上流壁部１３０が設けられている。上流壁部１３０の半径方向外側端部は、蓄熱部材８６の内面に接触している。また、副流路８４には、太径配管７４Ａの外周面の下流側端部に、太径配管７４Ａの周方向に沿って配置された下流壁部１３２が設けられている。下流壁部１３２の半径方向外側端部は、蓄熱部材８６の内面に接触している。

また、太径配管７４Ａの外周面の中間部には、蓄熱部材８６の内側で太径配管７４Ａ及び蓄熱部材８６の周方向に沿って配置される内側仕切板１３４が設けられている（図１１、図１３及び図１６参照）。内側仕切板１３４は、蓄熱部材８６の内面に接触している。また、太径配管７４Ａの外周面には、太径配管７４Ａの軸方向に沿って配置される縦壁部１３６が設けられている（図１６参照）。太径配管７４Ａの周方向にける内側仕切板１３４の一端部は、縦壁部１３６に接続されている。太径配管７４Ａの周方向にける内側仕切板１３４の他端部は、縦壁部１３６と離間しており、内側仕切板１３４と縦壁部１３６との間に開口１３８が設けられている。開口１３８は、第２開口の一例である。縦壁部１３６の上流側と下流側には、開口１３８と対向する位置に配置されると共に蓄熱部材８６との間を塞ぐ壁部１４０が設けられている。また、縦壁部１３６の上流側と下流側には、壁部１４０と反対側に上流開口１４２と下流開口１４４が設けられている。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

図９に示すように、上流切替バルブ９６を閉状態ＨＳ１（すなわち、第２位置）とし、下流切替バルブ９８を開状態ＫＳ２（すなわち、第３位置）としたときは、排気は、上流側接続部９０の上流側連通口１０２Ａを介して副流路８４に導入される。この状態では、下流切替バルブ９８が下流側接続部９２を閉鎖することで、蓄熱部材８６と流路ガイド８２により第１経路となる副流路８４の折り返し経路が形成される。

図１５に示すように、上流側接続部９０の上流側連通口１０２Ａを介して副流路８４に導入された排気は、矢印Ｆ１１に示すように、上流壁部１１０の上流開口１２０から上流壁部１１０と外側仕切板１１４との間に導入され、矢印Ｆ１２に示すように排気は蓄熱部材８６の外側を周方向に沿った一の流れ方向に流れる。さらに、排気は、矢印Ｆ１２に示すように、縦壁部１１６の位置で開口１１８から外側仕切板１１４と下流壁部１１２との間に導入され、蓄熱部材８６の外側を周方向に沿った逆の流れ方向に流れる。そして、排気は、矢印Ｆ１３に示すように、縦壁部１１６の位置で下流壁部１１２の下流開口１２２から下流壁部１１２の後側に流れる。

さらに、図１６に示すように、排気は、矢印Ｆ１４に示すように、蓄熱部材８６の内側で下流開口１４４から内側仕切板１３４と下流壁部１３２との間に導入される。そして、矢印Ｆ１４に示すように、排気は蓄熱部材８６の外側を周方向に沿った一の流れ方向に流れる。さらに、排気は、矢印Ｆ１５に示すように、縦壁部１３６の位置で開口１３８から内側仕切板１３４と上流壁部１３０との間に導入され、蓄熱部材８６の内側を周方向に沿った逆の流れ方向に流れる。そして、排気は、矢印Ｆ１６に示すように、蓄熱部材８６の内側で上流開口１４２から上流壁部１３０の前側に流れる。

さらに、排気は、上流側接続部９０の下流側連通口１０２Ｂを介して排気管７４の太径配管７４Ａに導入され（図１３参照）、排気は触媒担持体１６を通過する。すなわち、図９では、排気浄化装置７２は、排気が副流路８４の蓄熱部材８６の周りを通過した後、触媒担持体１６を通過する第１経路に切り替えられる。

図示を省略するが、上流切替バルブ９６を開状態ＫＳ１（すなわち、第１位置）とし、下流切替バルブ９８を閉状態ＨＳ２（すなわち、第４位置）としたときは、排気は、排気管７４の太径配管７４Ａの触媒担持体１６を通過する。そして、排気は、下流側接続部９２の上流側連通口１０４Ａを介して副流路８４に導入される。この状態では、上流切替バルブ９６が上流側接続部９０を閉鎖することで、蓄熱部材８６と流路ガイド８０により第２経路となる副流路８４の折り返し経路が形成される。下流側接続部９２の上流側連通口１０４Ａを介して副流路８４に導入された排気は、図１５及び図１６に示す排気の流れ方向と逆方向に流れる。そして、排気は、下流側接続部９２の下流側連通口１０４Ｂを介して排気管１４に導入される。すなわち、上記状態では、排気浄化装置７２は、排気が触媒担持体１６を通過した後、副流路８４の蓄熱部材８６の周りを通過する第２経路に切り替えられる。

切替機構９４の上流切替バルブ９６と下流切替バルブ９８は、例えば、第１実施形態の表１と同様に制御することができる。

したがって、排気浄化装置７２では、排気の浄化用の触媒の反応熱を蓄熱部材の昇温に利用する場合と利用しない場合とに切り替えることができる。また、排気浄化装置７２では、蓄熱部材８６は、触媒担持体１６が配置された排気管１４の太径配管７４Ａの周囲に配置されると共に副流路８４の内部を区画する筒状の隔壁とされている。このため、蓄熱部材８６により、触媒担持体１６が保温されることで、触媒担持体１６に担持された触媒の温度低下がより確実に抑制される。また、排気浄化装置７２では、排気が蓄熱部材８６の内側と外側で蓄熱部材８６の周方向に沿って流れるため、副流路８４において、排気と蓄熱部材８６の接触時間を増加させることができる。

上記した各実施形態の排気浄化装置１２、７２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。

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。

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。

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、蓄熱部材の収容部材において、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。

上記第２実施形態では、蓄熱部材８６の周方向に沿って外側仕切板１１４と内側仕切板１３４を配置したが、本発明は、この構成に限定するものではない。例えば、筒状の蓄熱部材の外側に螺旋状の外側仕切板を設け、排気を蓄熱部材の外側で螺旋状に流し、筒状の蓄熱部材の内側に螺旋状の内側仕切板を設け、排気を蓄熱部材の内側で螺旋状に流すようにしてもよい。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

１２ 排気浄化装置
１４ 排気管
１６ 触媒担持体
１８ 突設部
２０ 副流路
２４ 蓄熱部材
２４Ａ 上流側端部（一端部の一例）
２４Ｂ 下流側端部（他端部の一例）
２６ 上流側接続部（第１接続部の一例）
２８ 下流側接続部（第２接続部の一例）
３０ 切替機構
３２ 上流切替バルブ（第１切替部材の一例）
３４ 下流切替バルブ（第２切替部材の一例）
３６Ａ 上流側連通口（第１上流側連通口の一例）
３６Ｂ 下流側連通口（第１下流側連通口の一例）
３８Ａ 上流側連通口（第２上流側連通口の一例）
３８Ｂ 下流側連通口（第２下流側連通口の一例）
７２ 排気浄化装置
７４ 排気管
８４ 副流路
８６ 蓄熱部材
８６Ａ 上流側端部（一端部の一例）
８６Ｂ 下流側端部（他端部の一例）
９０ 上流側接続部（第１接続部の一例）
９２ 下流側接続部（第２接続部の一例）
９４ 切替機構
９６ 上流切替バルブ（第１切替部材の一例）
９８ 下流切替バルブ（第２切替部材の一例）
１０２Ａ 上流側連通口（第１上流側連通口の一例）
１０２Ｂ 下流側連通口（第１下流側連通口の一例）
１０４Ａ 上流側連通口（第２上流側連通口の一例）
１０４Ｂ 下流側連通口（第２下流側連通口の一例）
１１４ 外側仕切板
１１８ 開口（第１開口の一例）
１３４ 内側仕切板
１３８ 開口（第２開口の一例）

Claims (12)

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、
   前記排気管における前記触媒担持体と隣り合う位置に設けられ、排気が流れる副流路と、
   前記副流路に設けられる蓄熱部材と、
   前記触媒担持体よりも排気の上流側で前記排気管から前記副流路に排気を導入して前記蓄熱部材を経由させ、かつ前記触媒担持体よりも排気の上流側で前記副流路から前記排気管に排気を戻す第１経路と、前記触媒担持体よりも排気の下流側で前記排気管から前記副流路に排気を導入して前記蓄熱部材を経由させ、かつ前記触媒担持体よりも排気の下流側で前記副流路から前記排気管に排気を戻す第２経路と、に切り替える切替機構と、
   を有する排気浄化装置。
2. 前記触媒担持体よりも排気の上流側で前記排気管と前記副流路とを接続する第１接続部と、前記触媒担持体よりも排気の下流側で前記排気管と前記副流路とを接続する第２接続部と、を備え、
   前記切替機構は、
   前記第１接続部に設けられ、前記副流路を閉鎖する第１位置と、前記排気管を閉鎖すると共に、前記第１接続部における上流側に設けられた第１上流側連通口を開放し、かつ前記第１接続部における下流側に設けられた第１下流側連通口を開放する第２位置と、に切り替える第１切替部材と、
   前記第２接続部に設けられ、前記副流路を閉鎖する第３位置と、前記排気管を閉鎖すると共に、前記第２接続部における上流側に設けられた第２上流側連通口を開放し、かつ前記第２接続部における下流側に設けられた第２下流側連通口を開放する第４位置と、に切り替える第２切替部材と、
   を備える請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記切替機構は、前記第１切替部材を前記第２位置とした状態で、前記第１上流側連通口を介して前記排気管から前記副流路に排気を導入し、かつ前記第１下流側連通口を介して前記副流路から前記排気管に排気を戻す構成とされており、
   前記第１切替部材を前記第２位置とすると共に、前記第２切替部材を前記第３位置とすることで、前記第１経路に切り替える請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記切替機構は、前記第２切替部材を前記第４位置とした状態で、前記第２上流側連通口を介して前記排気管から前記副流路に排気を導入し、かつ前記第２下流側連通口を介して前記副流路から前記排気管に排気を戻す構成とされており、
   前記第１切替部材を前記第１位置とすると共に、前記第２切替部材を前記第４位置とすることで、前記第２経路に切り替える請求項２又は請求項３に記載の排気浄化装置。
5. エンジンを停止したときに、前記第１切替部材を前記第２位置とすると共に、前記第２切替部材を前記第４位置とすることで、前記触媒担持体が配置された前記排気管を閉塞する請求項２に記載の排気浄化装置。
6. 前記副流路は、前記触媒担持体が配置された前記排気管の長手方向と交差する方向の一方側に、前記排気管に沿って配置されている請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の排気浄化装置。
7. 前記蓄熱部材は、前記副流路の内部を前記排気管の長手方向に沿って区画する隔壁とされ、
   前記第１切替部材は、前記第２位置で前記蓄熱部材の一端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、
   前記第２切替部材が前記第３位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第１経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される請求項６に記載の排気浄化装置。
8. 前記第２切替部材は、前記第４位置で前記蓄熱部材の他端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、
   前記第１切替部材が前記第１位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第２経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される請求項６又は請求項７に記載の排気浄化装置。
9. 前記副流路は、前記触媒担持体が配置された前記排気管の周囲に配置されている請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の排気浄化装置。
10. 前記蓄熱部材は、前記触媒担持体が配置された前記排気管の周囲に配置されると共に前記副流路の内部を区画する筒状の隔壁とされ、
    前記第１切替部材は、前記第２位置で前記蓄熱部材の一端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、
    前記第２切替部材が前記第３位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第１経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される請求項９に記載の排気浄化装置。
11. 前記第２切替部材は、前記第４位置で前記蓄熱部材の他端部に接触し、前記排気管を閉鎖する構成とされ、
    前記第１切替部材が前記第１位置に配置されることで、前記蓄熱部材により前記第２経路となる前記副流路の折り返し経路が形成される請求項９又は請求項１０に記載の排気浄化装置。
12. 前記蓄熱部材の外側には、前記蓄熱部材の周方向に沿って配置されると共に、排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った一の流れ方向に流し、さらに排気の流れ方向下流側の第１開口を介して排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った逆の流れ方向に流す外側仕切板が設けられており、
    前記蓄熱部材の内側には、前記蓄熱部材の周方向に沿って配置されると共に、排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った一の流れ方向に流し、さらに排気の流れ方向下流側の第２開口を介して排気を前記蓄熱部材の周方向に沿った逆の流れ方向に流す内側仕切板が設けられている請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の排気浄化装置。