【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。
【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内側部位に配設された熱交換部材と、前記熱交換部材に近接するように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蓄熱材とを備え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、触媒よりも上流側の触媒ケースの内側部位に配設された熱交換部材に近接するように触媒ケースの外側又は内側に配設された蓄熱材は、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。この場合、熱交換部材は蓄熱材に近接するように触媒ケースの内側部位に配設されているため、触媒ケース内を流通する排気ガスの熱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。以上のように、蓄熱材に近接した熱交換部材を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で、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。前述した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や熱交換部材の熱を蓄熱材が吸熱（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熱を蓄熱した後に、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。この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し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、蓄熱材に近接した熱交換部材は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、蓄熱材から発熱した熱が熱交換部材や触媒ケース（又は触媒ケース内）に伝達され、その伝達された熱によって熱交換部材や触媒ケース（触媒ケース内）が暖められる。従って、蓄熱材からの発熱と熱交換部材等からの熱とにより、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。これにより、内燃機関の停止後であっても、触媒よりも上流側の触媒ケース内の温度が所定温度以上に維持されている状態が従来よりも持続したり、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、触媒よりも上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、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や熱交換部材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まで昇温されるため、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。
【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熱交換部材及び蓄熱材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、熱交換部材として用いるメタル担体は熱伝導性に優れているため、メタル担体と蓄熱材及び排気ガスとの熱交換がより円滑に行われる。また、触媒ケースの外側に蓄熱材が配設されているため、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、背圧の上昇が抑制されて内燃機関の出力低下が抑えられることとなる。
【００１４】
請求項３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その要旨としている。
【００１５】
上記請求項３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、蓄熱材を収納容器の内部に封入して該収納容器を熱交換部材によって保持することで、当該収納容器が触媒ケース内の所定位置で確実に保持されるようになる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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の内側部位に配設された熱交換部材としてのメタル担体１８と、メタル担体１８に近接するように触媒ケース１７の外側に配設された蓄熱材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、前述した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の触媒ケースにはメタル担体及び蓄熱材が配設されていない。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。ガス導入部１７ａ内の中間位置には、メタル担体１８が配設されており、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。
【００２２】
メタル担体１８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１８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１８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内に配設されている。メタル担体１８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。
【００２３】
蓄熱材１９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１９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１９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。
【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１９が融解するようになる。この場合、メタル担体１８は蓄熱材１９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１８が暖められ、その暖められたメタル担体１８の熱も蓄熱材１９に伝達されることで、蓄熱材１９は融解し易くなっている。このような蓄熱材１９の融解過程では、蓄熱材１９の吸熱反応により排気ガスやメタル担体１８の熱を蓄熱材１９が吸熱（吸収）し、潜熱として蓄熱する。
【００２５】
次に、蓄熱材１９の融解過程での吸熱反応によって蓄熱材１９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１９が凝固するようになる。このような蓄熱材１９の凝固過程では、蓄熱材１９の吸熱反応時に潜熱として蓄熱していた熱を蓄熱材１９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１９に近接したメタル担体１８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１９から発熱した熱がメタル担体１８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メタル担体１８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１９からの発熱とメタル担体１８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。
【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の内部空間やメタル担体１８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、メタル担体１８を蓄熱材１９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１８と蓄熱材１９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１８は、熱伝導性に優れているため、メタル担体１８と蓄熱材１９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。
【００２９】
・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１９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。
【００３０】
・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１９の凝固過程での発熱反応によって蓄熱材１９から発熱された熱により、メタル担体１８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１２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。
【００３１】
・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１９を配設したため、エンジン１１の停止後における蓄熱材１９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の内部空間やメタル担体１８を効率良く暖めることができる。
【００３２】
・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の内部空間やメタル担体１８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。
【００３３】
・本実施の形態では、触媒ケース１７において、ガス導入部１７ａ内にメタル担体１８を配設し、ガス導入部１７ａ及び上流側傾斜部１７ｄの外側に蓄熱材１９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。
【００３４】
・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１９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１９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。
【００３５】
・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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
すなわち、本実施の形態のフロント触媒コンバータ３１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１９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３に示したフロント触媒コンバータ３１が用いられる。
【００３９】
また、本実施の形態のフロント触媒コンバータ３１においては、蓄熱材１９を内部に封入した収納容器３２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３３（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１９を内部に封入した収納容器３２は、そ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内に配設されている。
【００４０】
収納容器３２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３２ａと円板状の蓋部３２ｂとを備えている。容器本体部３２ａ内に蓄熱材１９を収納し、その容器本体部３２ａと蓋部３２ｂとを溶接により接合することで、収納容器３２の内部に蓄熱材１９が封入される。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）では、蓄熱材１９が収納容器３２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３２は、蓄熱材１９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。
【００４１】
保持板３３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３３ａと該平板部３３ａの両端側に折曲形成された２つの接合部３３ｂ，３３ｃとを有している。接合部３３ｂと容器本体部３２ａとが溶接によって接合され、溶接部３３ｃ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３３ｂ，３３ｃ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３３は、容器本体部３２ａ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。
【００４２】
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３２内の蓄熱材１９が融解するようになる。この場合、保持板３３は蓄熱材１９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を流通する排気ガスの熱によって保持板３３が暖められ、その暖められた保持板３３の熱も収納容器３２を介して蓄熱材１９に伝達されることで、蓄熱材１９は融解し易くなっている。このような蓄熱材１９の融解過程では、蓄熱材１９の吸熱反応により排気ガスや保持板３３及び収納容器３２の熱を蓄熱材１９が吸熱（吸収）し、潜熱として蓄熱する。
【００４３】
次に、蓄熱材１９の融解過程での吸熱反応によって蓄熱材１９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１９が凝固するようになる。このような蓄熱材１９の凝固過程では、蓄熱材１９の吸熱反応時に潜熱として蓄熱していた熱を蓄熱材１９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１９に近接した保持板３３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１９から発熱した熱が収納容器３２を介して保持板３３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３３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１９からの発熱と保持板３３及び収納容器３２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。
【００４４】
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３３及び収納容器３２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。
【００４５】
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。
【００４６】
・本実施の形態によれば、保持板３３を蓄熱材１９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３２を蓄熱材１９に隣接した状態で配設することで、保持板３３と蓄熱材１９及び排気ガスとの熱交換、収納容器３２と蓄熱材１９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３３及び収納容器３２は、熱伝導性に優れているため、蓄熱材１９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。
【００４７】
・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１９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。
【００４８】
・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１９の凝固過程での発熱反応によって蓄熱材１９から発熱された熱により、保持板３３、収納容器３２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３１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。
【００４９】
・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１９を配設したため、エンジン１１の停止後における蓄熱材１９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３３及び収納容器３２を効率良く暖めることができる。
【００５０】
・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３３及び収納容器３２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。
【００５１】
・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１９を封入した収納容器３２を配設し、該収納容器３２を３つの保持板３３により保持することとした。このため、蓄熱材１９を内部に封入した収納容器３２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、当該収納容器３２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。
【００５２】
・本実施の形態によれば、触媒ケース１７内に蓄熱材１９、収納容器３２、保持板３３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３１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３１の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００５３】
・本実施の形態によれば、収納容器３２の容器本体部３２ａ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。
【００５４】
・本実施の形態におけるフロント触媒コンバータ３１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。
【００５５】
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。
【００５６】
・前記第１の実施の形態では、メタル担体１８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。
【００５７】
・前記第１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１８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が向上する。
【００５８】
・前記第１の実施の形態では、蓄熱材１９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。
【００５９】
・前記第２の実施の形態では、ガス導入部１７ａの内側にのみ蓄熱材１９、収納容器３２及び保持板３３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内を暖めることが可能となる。
【００６０】
・前記各実施の形態では、蓄熱材１９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。
【００６１】
・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、触媒を有効温度領域まで昇温させる場合に有利となる。
【００６２】
・前記各実施の形態におけるエンジン１１の排気ガス浄化装置では、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。
【００６３】
【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、触媒よりも上流側の触媒ケース内の温度や触媒の温度を従来よりも低下（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、触媒を早急に有効温度領域まで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。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熱交換部材及び蓄熱材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。
【００６４】
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、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。
【００６５】
請求項３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、熱交換部材により、蓄熱材を内部に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。
【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。
【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
１６ マット
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 メタル担体（熱交換部材）
１９ 蓄熱材
３１ フロント触媒コンバータ（排気ガス浄化装置）
３２ 収納容器
３２ａ 容器本体部
３２ｂ 蓋部
３３ 保持板（熱交換部材）
３３ａ 平板部
３３ｂ 接合部
３３ｃ 接合部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that includes a catalyst for purifying exhaust gas from the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an exhaust gas purifying device of this type of internal combustion engine, for example, the one described in Patent Document 1 is known. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in Patent Document 1 has a heat storage body in an exhaust pipe upstream of a catalyst case (catalytic converter) containing a catalyst for purifying exhaust gas from the internal combustion engine. It is equipped. The heat storage body absorbs and stores heat of the exhaust gas during operation of the internal combustion engine, and releases the stored heat when low-temperature exhaust gas flows through the exhaust pipe when the internal combustion engine is restarted. By heating the exhaust gas, the catalyst in the catalyst case on the downstream side of the exhaust pipe (and the heat storage body) is heated to the effective temperature range by the heat of the exhaust gas so that the purification performance of the catalyst is sufficiently exhibited. I am trying to.
[0003]
By the way, in a catalyst for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, an effective temperature range (for example, 300 to 700) that can efficiently exhibit its purification capacity.
° C) is present. When the catalyst is at a temperature lower than the effective temperature range, the purification performance of the catalyst becomes insufficient. On the other hand, when the temperature of the catalyst is higher than the effective temperature range, the catalyst is likely to deteriorate, so that the durability and reliability of the catalyst are remarkably lowered, and the purification performance of the catalyst may not be sufficiently exhibited.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 61-123818
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the exhaust gas purifying device for an internal combustion engine as described in Patent Document 1 of the above-described prior art, an exhaust pipe provided with a heat accumulator and a catalyst case containing a catalyst are required, and the exhaust pipe and the catalyst are provided. Since the case must be connected and used, the exhaust gas purifying device for the internal combustion engine becomes longer and larger, resulting in an increase in weight. In addition, since the heat storage body and the catalyst are relatively separated from each other, the exhaust gas warmed by the heat storage body when low-temperature exhaust gas flows through the catalyst case via the exhaust pipe when the internal combustion engine is restarted. There is a possibility that the purification performance of the catalyst may not be sufficiently exhibited because the gas reaches the catalyst at a temperature lower than the predetermined temperature or the catalyst is not heated to the effective temperature range.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is an internal combustion engine that can contribute to securing an effective temperature range of a catalyst for purifying exhaust gas while reducing the size and weight. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 comprises a catalyst case containing a catalyst for purifying exhaust gas from the internal combustion engine, and an upstream side of the catalyst. A heat exchange member disposed on an inner portion of the catalyst case, and disposed on the outer side or the inner side of the catalyst case so as to be close to the heat exchange member, and absorbs heat by an endothermic reaction in the melting process and solidifies. The gist is that it is provided with a heat storage material that generates heat by an exothermic reaction in the process.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, the heat storage material disposed on the outer side or the inner side of the catalyst case so as to be close to the heat exchange member disposed on the inner portion of the catalyst case upstream of the catalyst, During operation of the internal combustion engine, it melts due to the heat of the exhaust gas flowing through the catalyst case. In this case, since the heat exchange member is disposed in the inner part of the catalyst case so as to be close to the heat storage material, the heat exchange member is heated by the heat of the exhaust gas flowing through the catalyst case, and the heated heat Since the heat of the replacement member is also transmitted to the heat storage material, the heat storage material is easily melted. As described above, heat exchange between the heat exchange member, the heat storage material, and the exhaust gas is reliably performed by disposing the heat exchange member close to the heat storage material in the inner portion of the catalyst case upstream of the catalyst. . In the melting process of the heat storage material as described above, the heat storage material absorbs (absorbs) the heat of the exhaust gas and the heat exchange member by the endothermic reaction of the heat storage material, and stores it as latent heat. In addition, the endothermic reaction during the melting process of the heat storage material prevents the catalyst from reaching a temperature higher than the effective temperature range, thereby suppressing the deterioration of the catalyst and, in turn, suppressing the significant decrease in the durability and reliability of the catalyst. As a result, the purification performance of the catalyst is fully exhibited.
[0009]
Next, after the heat storage material stores the heat as latent heat by the endothermic reaction in the melting process of the heat storage material, when the internal combustion engine is stopped, the temperature of the catalyst case or the catalyst is lowered, and the heat storage material is solidified. Become. In such a solidification process of the heat storage material, the heat stored as latent heat during the heat absorption reaction of the heat storage material is generated (heat radiation or release) by the heat generation reaction of the heat storage material. In this case, since the heat exchange member close to the heat storage material is disposed in the inner part of the catalyst case upstream of the catalyst, the heat generated from the heat storage material is generated by the heat exchange member or the catalyst case (or in the catalyst case). The heat exchange member and the catalyst case (in the catalyst case) are warmed by the transmitted heat. Therefore, the inside of the catalyst case upstream of the catalyst is warmed by the heat generated from the heat storage material and the heat from the heat exchange member or the like, and consequently the catalyst (particularly the upstream side) accommodated in the catalyst case is also warmed. As a result, even after the internal combustion engine is stopped, the state in which the temperature in the catalyst case upstream of the catalyst is maintained at a predetermined temperature or higher is maintained more than before, or the catalyst is maintained in the effective temperature range. The state of being continued or longer than before. That is, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, after the operated internal combustion engine is stopped, the temperature in the catalyst case upstream of the catalyst and the temperature of the catalyst are lowered (decreased) than before. It has become difficult.
[0010]
When the internal combustion engine is started (restarted) within a short time (for example, within 30 minutes) after the internal combustion engine is stopped, the low-temperature (for example, 200 ° C.) exhaust gas tends to flow through the catalyst case. The low-temperature exhaust gas is warmed in the catalyst case upstream of the catalyst and the heat of the heat exchange member, and since the warmed exhaust gas reaches the catalyst and the catalyst is heated to the effective temperature range, The purification performance of the catalyst is fully exhibited. Needless to say, even when the internal combustion engine is restarted, if the temperature of the catalyst has already reached the effective temperature range, the purification performance of the catalyst is sufficiently exhibited. As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it contributes to ensuring an effective temperature range of a catalyst for purifying exhaust gas during operation and restart of the internal combustion engine. it can.
[0011]
Further, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, since the heat exchange member and the heat storage material are disposed and integrated in the catalyst case containing the catalyst, the heat storage body as in the prior art. It is possible to reduce the length and size of the device by connecting the exhaust pipe provided with the catalyst case containing the catalyst and suppressing the length of the device itself.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, a metal carrier is used as the heat exchange member, and the heat storage material is disposed outside the catalyst case. It is a summary.
[0013]
According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the metal carrier used as the heat exchange member is excellent in thermal conductivity, so that the metal carrier, the heat storage material, and the exhaust gas are used. The heat exchange with is performed more smoothly. Also, since the heat storage material is disposed outside the catalyst case, the flow of exhaust gas flowing through the catalyst case is made smoother than when the heat storage material is disposed inside the catalyst case. Thus, an increase in the back pressure is suppressed and a decrease in the output of the internal combustion engine is suppressed.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the apparatus further comprises a storage container that encloses the heat storage material and is held by the heat exchange member. This is the gist.
[0015]
According to the third aspect of the invention, in addition to the operation and effect of the first aspect of the invention, by enclosing the heat storage material inside the storage container and holding the storage container by the heat exchange member, The storage container is securely held at a predetermined position in the catalyst case.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0017]
As shown in FIG. 1, the exhaust gas purifying device of the multi-cylinder engine 11 (four cylinders in this example) according to the present embodiment includes a front catalytic converter 12 and a rear catalytic converter 13. A rear catalytic converter 13 is disposed on the downstream side. Exhaust gas discharged from the engine 11 as an internal combustion engine is led from the exhaust manifold 14 to the rear catalytic converter 13 via the front catalytic converter 12 and after passing through the rear catalytic converter 13, a muffler or the like (not shown) is used. After that, it is released into the atmosphere. The engine 11 is assumed to be a gasoline engine, but the present invention can also be applied to a diesel engine.
[0018]
As shown in FIG. 2, the front catalytic converter 12 constituting a part of the exhaust gas purifying apparatus according to the present embodiment has a catalyst 15 for purifying exhaust gas from the engine 11 in a state where a mat 16 is interposed. 2, a metal carrier 18 as a heat exchange member disposed in an inner portion of the catalyst case 17 upstream of the catalyst 15 (left side in FIG. 2A), and close to the metal carrier 18 Thus, a heat storage material 19 disposed outside the catalyst case 17 is provided. Note that the rear catalytic converter 13 (see FIG. 1) accommodates the catalyst in a catalyst case of the rear catalytic converter 13 with a mat in the same manner as the front catalytic converter 12 described above. A metal carrier and a heat storage material are not arranged in the catalyst case.
[0019]
The catalyst 15 is composed of a ceramic carrier through which exhaust gas can flow and a catalyst material carried on the carrier, and is held by a mat 16 so as not to be displaced in the catalyst case 17. The ceramic carrier is formed in a columnar honeycomb structure, and is disposed in the catalyst case 17 so that the center axis of the carrier coincides with the center axis X of the catalyst case 17. The catalyst material is HC, CO, NO in the exhaust gas. X As a catalyst substance, at least one of platinum, palladium, and rhodium is used.
[0020]
The mat 16 is made of alumina fiber having heat insulation properties, and is interposed between the inner peripheral surface of the catalyst case 17 and the outer peripheral surface of the catalyst 15. Since the mat 16 has a heat insulating property, the heat of the catalyst 15 in contact with the mat 16 is difficult to escape to the outside, and the heat dissipation of the catalyst 15 can be suppressed.
[0021]
The catalyst case 17 is formed in a substantially circular tube shape from stainless steel having excellent heat resistance and corrosion resistance. The catalyst case 17 includes a tubular gas introduction part 17a located on the upstream side, a tubular gas introduction part 17b located on the downstream side, and between the gas introduction part 17a and the gas introduction part 17b (on the upstream side). A cylindrical storage portion 17c located in the middle of the downstream side, an upstream inclined portion 17d that gradually increases in diameter from the gas introduction portion 17a toward the storage portion 17c, and from the storage portion 17c toward the gas outlet portion 17b. And a downstream inclined portion 17e that gradually decreases in diameter. A metal carrier 18 is disposed at an intermediate position in the gas introduction portion 17a, and the catalyst 15 is accommodated in a substantially entire area in the accommodation portion 17c with the mat 16 interposed therebetween.
[0022]
The metal carrier 18 is a metal carrier through which exhaust gas can circulate, and is formed in a cylindrical shape having a honeycomb structure from a metal thin plate, and no catalyst material is supported on the carrier. The metal carrier 18 is joined to the gas introduction part 17 a of the catalyst case 17 by welding, and is arranged in the gas introduction part 17 a of the catalyst case 17 so that the center axis of the metal carrier 18 coincides with the center axis X of the catalyst case 17. It is installed. The metal carrier 18 is excellent in thermal conductivity, and the temperature rises faster due to the heat of the exhaust gas as compared with a ceramic carrier.
[0023]
The heat storage material 19 is made of a tin-zinc alloy (for example, tin: 54 wt%, zinc: 46 wt%), and absorbs heat by an endothermic reaction in the melting process and generates heat by an exothermic reaction in the solidification process. The heat storage material 19 is disposed only outside the gas introduction portion 17a and the upstream inclined portion 17d, and a lid that surrounds the gas introduction portion 17a and the upstream inclined portion 17d with the central axis X of the catalyst case 17 as a reference. It is sealed by the body 20. The lid 20 and the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d of the catalyst case 17 are joined by welding. 2 (a) and 2 (b), the heat storage material 19 is drawn with no gap between the lid 20, the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d. Has a gap (space).
[0024]
When the engine 11 is in operation, the exhaust gas discharged from the engine 11 circulates in the catalyst case 17 and is disposed only outside the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d by the heat of the exhaust gas. The heat storage material 19 is melted. In this case, since the metal carrier 18 is disposed inside the gas introduction part 17a so as to be close to the heat storage material 19, the metal carrier 18 is warmed by the heat of the exhaust gas flowing through the gas introduction part 17a. The heat of the heated metal carrier 18 is also transmitted to the heat storage material 19, so that the heat storage material 19 is easily melted. In such a melting process of the heat storage material 19, the heat storage material 19 absorbs (absorbs) the heat of the exhaust gas and the metal carrier 18 by the endothermic reaction of the heat storage material 19, and stores heat as latent heat.
[0025]
Next, after the heat storage material 19 stores heat as latent heat by the endothermic reaction in the melting process of the heat storage material 19, when the engine 11 is stopped, the temperature of the catalyst case 17, the catalyst 15, etc. is lowered (decreased), The melted heat storage material 19 becomes solidified. In the solidification process of the heat storage material 19, the heat stored as latent heat during the endothermic reaction of the heat storage material 19 is generated (radiated or released) by the heat generation reaction of the heat storage material 19. In this case, since the metal carrier 18 adjacent to the heat storage material 19 is disposed inside the gas introduction portion 17a upstream of the catalyst 15, the heat generated from the heat storage material 19 is transferred to the metal carrier 18 and the gas introduction portion. 17a and the upstream inclined portion 17d are transmitted to the metal carrier 18, the gas introducing portion 17a, and the upstream inclined portion 17d by the transmitted heat. Therefore, the heat generated from the heat storage material 19 and the heat from the metal carrier 18 and the like warm the internal space of the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d upstream of the catalyst 15, and eventually the catalyst 15 (particularly the upstream side). ) Is also warmed.
[0026]
When the engine 11 is started (restarted) within a short time (for example, within 30 minutes) after the engine 11 is stopped, the low-temperature (for example, 200 ° C.) exhaust gas discharged from the engine 11 becomes the catalyst case 17. The low-temperature exhaust gas is warmed by the heat of the internal space of the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d upstream of the catalyst 15 and the metal carrier 18, and the warm exhaust gas. Reaches the catalyst 15 and the temperature of the catalyst 15 is rapidly raised to the effective temperature. Even when the engine 11 is restarted, the temperature of the catalyst 15 may have already reached the effective temperature range.
[0027]
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
[0028]
According to the present embodiment, heat exchange between the metal carrier 18, the heat storage material 19, and the exhaust gas is performed by arranging the metal carrier 18 at an intermediate position in the gas introduction portion 17 a so as to be close to the heat storage material 19. Can be performed reliably. Here, since the metal carrier 18 is excellent in thermal conductivity, heat exchange between the metal carrier 18 and the heat storage material 19 and the exhaust gas can be performed more smoothly.
[0029]
According to the present embodiment, during the operation of the engine 11 (particularly during high-speed operation), the catalyst 15 absorbs excess heat of the exhaust gas by the endothermic reaction in the melting process of the heat storage material 19 so that the catalyst 15 has an effective temperature range. Since it is possible to prevent the temperature from becoming higher, deterioration of the catalyst 15 can be suppressed, and as a result, a significant decrease in durability and reliability of the catalyst 15 can be suppressed. As a result, the purification performance of the catalyst 15 can be sufficiently exhibited during the operation of the engine 11.
[0030]
According to the present embodiment, after the engine 11 that has been operating is stopped, the metal carrier 18, the gas introduction part 17 a, and the heat generated from the heat storage material 19 by the heat generation reaction in the solidification process of the heat storage material 19 The internal space of the upstream inclined portion 17d can be warmed, and consequently the catalyst 15 (especially the upstream side) can be warmed. Thereby, even after the engine 11 is stopped, the state in which the internal space of the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d on the upstream side of the catalyst 15 is maintained at a predetermined temperature or higher is maintained as compared with the conventional technique. The state in which the temperature of the catalyst 15 is maintained in the effective temperature range can be maintained as compared with the conventional case. That is, according to the front catalytic converter 12 of the present embodiment, the temperature of the internal space of the gas introduction part 17a upstream of the catalyst 15 and the upstream inclined part 17d and the catalyst 15 after the engine 11 that has been operated is stopped. It is possible to make it difficult to lower (decrease) the temperature than in the past.
[0031]
According to the present embodiment, since the heat storage material 19 is disposed only outside the gas introduction portion 17a and the upstream inclined portion 17d, gas is generated by an exothermic reaction in the solidification process of the heat storage material 19 after the engine 11 is stopped. The internal space of the introduction part 17a and the upstream inclined part 17d and the metal carrier 18 can be efficiently warmed.
[0032]
According to the present embodiment, when the engine 11 is restarted, the low-temperature exhaust gas discharged from the engine 11 into the catalyst case 17 is converted into the internal space of the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d, the metal carrier, or the like. It can be warmed by 18 heat. For this reason, it is possible to quickly raise the temperature of the catalyst 15 to the effective temperature when the engine 11 is restarted by using the heat of the warmed exhaust gas.
[0033]
In the present embodiment, in the catalyst case 17, the metal carrier 18 is disposed in the gas introduction portion 17a, the heat storage material 19 is disposed outside the gas introduction portion 17a and the upstream inclined portion 17d, and the accommodation portion 17c. The catalyst 15 is arranged in a state where the mat 16 is interposed inside. For this reason, the front catalytic converter 12 has an integrated structure and can be prevented from becoming longer unlike the case of the prior art, so that the front catalytic converter 12 can be reduced in size and weight.
[0034]
-According to this embodiment, since the heat storage material 19 is disposed outside the gas introduction part 17a and the upstream side inclination part 17d, the heat storage material 19 is provided inside the gas introduction part 17a and the upstream side inclination part 17d. Compared with the case where it is arranged, the exhaust gas flowing in the catalyst case 17 can be made smoother, and the increase in the back pressure can be suppressed and the decrease in the output of the engine 11 can be suppressed.
[0035]
The front catalytic converter 12 according to the present embodiment can contribute to securing an effective temperature range of the catalyst 15 that purifies the exhaust gas during operation and restart of the engine 11.
[0036]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 and will be described with reference to FIGS. However, in the configuration and the like of the present embodiment, parts that are the same as those of the first embodiment described above are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The following description will focus on differences from the first embodiment.
[0037]
As shown in FIG. 3, the front catalytic converter 31 of the present embodiment is different from the first embodiment in the outer shape, the internal structure, and the like.
[0038]
That is, in the front catalytic converter 31 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the heat storage material 19 and the lid 20 are not disposed outside the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d, and the catalyst case The 17 gas introducing portions 17a and the upstream inclined portion 17d are exposed as they are as external shapes. In this embodiment, instead of the front catalytic converter 12 shown in FIG. 2, the front catalytic converter 31 shown in FIG. 3 having a different outer shape is used instead of the front catalytic converter 12 shown in FIG. Is used.
[0039]
Further, in the front catalytic converter 31 of the present embodiment, the storage container 32 in which the heat storage material 19 is enclosed is a holding plate 33 (three in this example) as a heat exchange member in the gas introduction part 17a of the catalyst case 17. ). Here, the storage container 32 in which the heat storage material 19 is enclosed is disposed in the gas introduction part 17 a of the catalyst case 17 so that the center axis thereof coincides with the center axis X of the catalyst case 17.
[0040]
The storage container 32 is formed in a hollow bullet shape with copper or stainless steel having excellent thermal conductivity, and includes a substantially cylindrical bottomed container body portion 32a and a disc-shaped lid portion 32b. . The heat storage material 19 is stored in the container main body 32a, and the heat storage material 19 is enclosed in the storage container 32 by joining the container main body 32a and the lid 32b by welding. 3 (a) and 3 (b), the heat storage material 19 is drawn in a state in which the storage container 32 is filled without a gap, but in reality, there is a gap (space). Further, the storage container 32 not only plays a role of storing the heat storage material 19 but also functions as a heat exchange member.
[0041]
The holding plate 33 is formed of a copper plate or a stainless steel plate excellent in thermal conductivity, and has a flat plate portion 33a and two joint portions 33b and 33c formed by bending at both ends of the flat plate portion 33a. Yes. The joint part 33b and the container main body part 32a are joined by welding, and the weld part 33c and the gas introduction part 17a are joined by welding. These joining portions 33b and 33c facilitate welding and lead to a reliable joining of both members. The holding plate 33 is disposed at equal intervals on the outer periphery of the container main body portion 32a and the inner periphery of the gas introduction portion 17a.
[0042]
Now, during operation of the engine 11, the exhaust gas discharged from the engine 11 circulates in the catalyst case 17, and the heat storage in the storage container 32 disposed in the gas introduction part 17a is caused by the heat of the exhaust gas. The material 19 starts to melt. In this case, since the holding plate 33 is disposed inside the gas introduction part 17a so as to be close to the heat storage material 19, the holding plate 33 is warmed by the heat of the exhaust gas flowing through the gas introduction part 17a. The heat of the heated holding plate 33 is also transmitted to the heat storage material 19 through the storage container 32, so that the heat storage material 19 is easily melted. In such a melting process of the heat storage material 19, the heat storage material 19 absorbs (absorbs) the heat of the exhaust gas and the holding plate 33 and the storage container 32 by the endothermic reaction of the heat storage material 19, and stores it as latent heat.
[0043]
Next, after the heat storage material 19 stores heat as latent heat by the endothermic reaction in the melting process of the heat storage material 19, when the engine 11 is stopped, the temperature of the catalyst case 17, the catalyst 15, etc. is lowered (decreased), The melted heat storage material 19 becomes solidified. In the solidification process of the heat storage material 19, the heat stored as latent heat during the endothermic reaction of the heat storage material 19 is generated (radiated or released) by the heat generation reaction of the heat storage material 19. In this case, since the holding plate 33 in the vicinity of the heat storage material 19 is disposed inside the gas introduction portion 17a upstream of the catalyst 15, the heat generated from the heat storage material 19 is held via the storage container 32. It is transmitted to the plate 33, the gas introduction part 17a, and the upstream inclined part 17d, and the holding plate 33, the gas introduction part 17a, and the upstream inclination part 17d are warmed by the transmitted heat. Accordingly, the heat generated from the heat storage material 19 and the heat from the holding plate 33, the storage container 32, and the like warm the internal space of the gas introduction portion 17a and the upstream inclined portion 17d upstream of the catalyst 15, and consequently the catalyst 15. (Especially upstream) is also warmed.
[0044]
When the engine 11 is started (restarted) within a short time (for example, within 30 minutes) after the engine 11 is stopped, the low-temperature (for example, 200 ° C.) exhaust gas discharged from the engine 11 becomes the catalyst case 17. The low-temperature exhaust gas is heated by the heat of the internal space of the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d upstream of the catalyst 15, the holding plate 33, and the storage container 32, and the warming is performed. The exhaust gas thus reached reaches the catalyst 15 and the temperature of the catalyst 15 is rapidly raised to the effective temperature. Even when the engine 11 is restarted, the temperature of the catalyst 15 may have already reached the effective temperature range.
[0045]
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
[0046]
-According to the present embodiment, the holding plate 33 is disposed in the gas introduction part 17a so as to be close to the heat storage material 19, and the storage container 32 is disposed in a state adjacent to the heat storage material 19, Heat exchange between the holding plate 33, the heat storage material 19 and the exhaust gas, and heat exchange between the storage container 32, the heat storage material 19 and the exhaust gas can be reliably performed. Here, since the holding plate 33 and the storage container 32 are excellent in thermal conductivity, heat exchange with the heat storage material 19 and the exhaust gas can be performed more smoothly.
[0047]
According to the present embodiment, during the operation of the engine 11 (particularly during high-speed operation), the catalyst 15 absorbs excess heat of the exhaust gas by the endothermic reaction in the melting process of the heat storage material 19 so that the catalyst 15 has an effective temperature range. Since it is possible to prevent the temperature from becoming higher, deterioration of the catalyst 15 can be suppressed, and as a result, a significant decrease in durability and reliability of the catalyst 15 can be suppressed. As a result, the purification performance of the catalyst 15 can be sufficiently exhibited during the operation of the engine 11.
[0048]
According to the present embodiment, after the engine 11 that has been operating is stopped, the holding plate 33, the storage container 32, and the gas are generated by heat generated from the heat storage material 19 due to an exothermic reaction in the solidification process of the heat storage material 19. The internal space of the introduction part 17a and the upstream inclined part 17d can be warmed, and as a result, the catalyst 15 (especially the upstream side) can be warmed. Thereby, even after the engine 11 is stopped, the state in which the internal space of the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d on the upstream side of the catalyst 15 is maintained at a predetermined temperature or higher is maintained as compared with the conventional technique. The state in which the temperature of the catalyst 15 is maintained in the effective temperature range can be maintained as compared with the conventional case. That is, according to the front catalytic converter 31 of the present embodiment, the temperature of the internal space of the gas introduction portion 17a and the upstream inclined portion 17d upstream of the catalyst 15 and the catalyst 15 after the engine 11 that has been operated is stopped. It is possible to make it difficult to lower (decrease) the temperature than in the past.
[0049]
According to the present embodiment, since the heat storage material 19 is disposed only inside the gas introduction portion 17a, the gas introduction portion 17a and the upstream side are caused by an exothermic reaction in the solidification process of the heat storage material 19 after the engine 11 is stopped. The internal space of the inclined portion 17d, the holding plate 33, and the storage container 32 can be efficiently warmed.
[0050]
According to the present embodiment, when the engine 11 is restarted, the low-temperature exhaust gas discharged from the engine 11 into the catalyst case 17 is transferred to the internal space and the holding plate of the gas introduction part 17a and the upstream inclined part 17d. 33 and the container 32 can be warmed by heat. For this reason, it becomes possible to quickly raise the temperature of the catalyst 15 to the effective temperature when the engine 11 is restarted by using the heat of the warmed exhaust gas.
[0051]
In the present embodiment, in the catalyst case 17, the storage container 32 in which the heat storage material 19 is enclosed is disposed in the gas introduction portion 17 a, and the storage container 32 is held by the three holding plates 33. For this reason, the storage container 32 which enclosed the thermal storage material 19 inside can be reliably hold | maintained in the predetermined position in the gas introduction part 17a. That is, the storage container 32 can be reliably held in the gas introduction part 17 a of the catalyst case 17 so that the central axis of the storage container 32 coincides with the central axis X of the catalyst case 17.
[0052]
According to the present embodiment, since the heat storage material 19, the storage container 32, the holding plate 33, the catalyst 15 and the like are incorporated in the catalyst case 17, the front catalytic converter 31 has an integrated structure. And since it can suppress becoming long unlike the case of a prior art, size reduction and weight reduction of the front catalytic converter 31 can be achieved.
[0053]
-According to the present embodiment, since the upstream side (front end side) of the container body 32a of the storage container 32 has a streamline shape, the flow of exhaust gas can be made smooth, and the exhaust resistance can be reduced. Can be suppressed.
[0054]
The front catalytic converter 31 according to the present embodiment can contribute to securing an effective temperature region of the catalyst 15 that purifies the exhaust gas during operation and restart of the engine 11.
[0055]
It should be noted that the embodiments described above can be implemented with the following modifications.
[0056]
In the first embodiment, the metal carrier 18 is a columnar one, but an annular (donut-shaped) one may be adopted. Thereby, the increase in back pressure can be suppressed and the output reduction of the engine 11 can be suppressed.
[0057]
In the first embodiment, the metal carrier 18 on which the catalyst material is not supported is used as the heat exchange member. However, a metal carrier on which the catalyst material is supported may be used. By doing so, the purification performance of the front catalytic converter is improved.
[0058]
In the first embodiment, the heat storage material 19 is disposed over the entire outer circumference of the gas introduction portion 17a and the upstream inclined portion 17d, but is disposed in part or at regular intervals. You may do it.
[0059]
In the second embodiment, the heat storage material 19, the storage container 32, and the holding plate 33 are disposed only inside the gas introduction portion 17a, but they are extended to the upstream inclined portion 17d side. May be. With this configuration, it is possible to warm the inside of the upstream inclined portion 17d more efficiently by using the heat of the exhaust gas.
[0060]
In each of the above-described embodiments, the tin-zinc alloy is used as the heat storage material 19, but is not particularly limited to the tin-zinc alloy. As heat storage materials, magnesium, magnesium-zinc alloy, magnesium-zinc-aluminum alloy, magnesium-aluminum alloy, tin, magnesium-tin alloy, aluminum, aluminum-tin alloy, antimony, antimony-tin alloy Examples thereof include metals such as lithium, lithium-magnesium alloys, and lithium-aluminum alloys.
[0061]
In each of the above embodiments, the carrier housed in the housing portion 17c is made of ceramics, but may be made of metal (metal). The metal support is advantageous when the temperature of the catalyst is raised to the effective temperature range.
[0062]
In the exhaust gas purifying device for the engine 11 in each of the above embodiments, the rear catalytic converter 13 is provided. However, the rear catalytic converter 13 may be omitted.
[0063]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to prevent the catalyst from becoming higher than the effective temperature region during the operation of the internal combustion engine. Therefore, the deterioration of the catalyst is suppressed, and the durability and reliability of the catalyst are remarkable. The decrease can be suppressed. Further, after the internal combustion engine that has been operated is stopped, the temperature in the catalyst case upstream of the catalyst and the temperature of the catalyst can be made less likely to decrease (decrease in temperature) than before. Furthermore, when the internal combustion engine is restarted, the temperature of the catalyst can be quickly raised to the effective temperature range, so that the purification performance of the catalyst can be sufficiently exerted. Therefore, according to the first aspect of the invention, it is possible to contribute to securing an effective temperature range of the catalyst for purifying the exhaust gas during operation and restart of the internal combustion engine. In addition, according to the first aspect of the present invention, the heat exchange member and the heat storage material are disposed and integrated in the catalyst case containing the catalyst. The apparatus can be reduced in size and weight.
[0064]
According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, heat exchange between the metal carrier, the heat storage material, and the exhaust gas can be performed more smoothly. In addition, compared with the case where the heat storage material is disposed inside the catalyst case, the exhaust gas flowing in the catalyst case can be made smoother, and the increase in the back pressure can be suppressed. Output reduction can be suppressed.
[0065]
According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the storage container enclosing the heat storage material is securely held at a predetermined position in the catalyst case by the heat exchange member. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall outline of an exhaust gas purifying apparatus for an engine.
FIGS. 2A and 2B show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a simplified cross-sectional view of a front catalytic converter, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3A and 3B show a second embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a simplified cross-sectional view of a front catalytic converter, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
11 Engine (Internal combustion engine)
12 Front catalytic converter (exhaust gas purifier)
13 Rear catalytic converter (exhaust gas purifier)
15 Catalyst
16 mats
17 Catalyst case
17a Gas introduction part
17b Gas outlet
17c receiving part
17d Upstream inclined part
17e Downstream inclined part
18 Metal carrier (heat exchange member)
19 Heat storage material
31 Front catalytic converter (exhaust gas purifier)
32 Storage container
32a Container body
32b Lid
33 Holding plate (heat exchange member)
33a Flat plate part
33b joint
33c joint
