JP6982409B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。

エンジンから排出された排気ガスが流通する流路には、排気ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物および煤等の粒子状物質を、触媒やフィルタによって取り除くことで排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置が設けられる。このような排気ガス浄化装置において排気ガスが適切に浄化されるためには、触媒やフィルタを排気ガスの浄化能力を発揮できる有効温度（例えば、３００℃以上）にする必要がある。触媒やフィルタは、例えば、排気ガスの熱を利用して温められる。

アイドリングストップ機能を有する自動車やハイブリッド自動車などでは、自動車の使用中にエンジンが一時的に停止することがある。エンジンが一時的に停止すると、排気ガスが排出されなくなるため、触媒やフィルタの温度が有効温度よりも低下することがある。触媒やフィルタの温度が有効温度よりも低い状態でエンジンを再始動させると、排気ガス浄化装置は、エンジン再始動直後において排気ガスを十分に浄化することができないおそれがある。

特許文献１には、触媒を担持した包持体の外側全体に蓄熱材を設け、エンジン動作中の排気ガスの熱を蓄熱材に蓄熱し、エンジン停止後も触媒の温度を有効温度に維持する技術が開示されている。

実開平０５−０２１１２１号公報

特許文献１の技術によれば、エンジン停止後からエンジン再始動時まで触媒の温度が有効温度に維持されることで、エンジン再始動の際の排気ガスの浄化能力の低下を抑制することができる。しかし、特許文献１の技術は、包持体の外側全体に蓄熱材を設けるため、排気ガス浄化装置全体が嵩張り、コストも高くなる。また、包持体全体が蓄熱材によって覆われるため、排気ガス浄化装置外に熱が逃げ難く、排気ガス浄化装置が過度に温められて触媒が劣化するおそれがある。

そこで、本発明は、エンジンの再始動の際の排気ガスの浄化能力の低下を簡易に抑制する排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による排気ガス浄化装置は、排気ガスが流通する排気流路に設けられ、排気ガスを浄化する浄化部と、浄化部を内包する管状の管壁と、を備え、管壁は、浄化部を支持する中央管壁と、上流側開口部と中央管壁との間の上流側管壁と、を含み、上流側管壁は、流路断面積が排気ガスの流れる方向に沿って徐々に広がり、かつ、中心軸が偏ったテーパ状に形成されており、上流側管壁のうちテーパ面の長さが長い部分の厚さは、中央管壁の厚さより厚く、上流側管壁のうちテーパ面の長さが短い部分の厚さは、上流側管壁のうちテーパ面の長さが長い部分の厚さより厚い。

本発明によれば、エンジンの再始動の際の排気ガスの浄化能力の低下を抑制することが可能となる。

第１実施形態による排気ガス浄化装置を含むエンジンシステムの構成を示す概略図である。 排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 浄化ユニットの構成を示す縦断面図である。 第２実施形態による排気ガス浄化装置の構成を示す縦断面図である。 第３実施形態による排気ガス浄化装置の浄化ユニットの構成を示す縦断面図である。 第４実施形態による排気ガス浄化装置の浄化ユニットの構成を示す縦断面図である。 第５実施形態による排気ガス浄化装置の浄化ユニットの構成を示す縦断面図である。 第６実施形態による排気ガス浄化装置の浄化ユニットの構成を示す縦断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
（エンジンシステム１００）
図１は、第１実施形態による排気ガス浄化装置２００を含むエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、エンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１１０が設けられ、ＥＣＵ１１０によりエンジン１２０全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。また、ここでは、エンジン１２０として、ガソリンエンジンを例に挙げて説明する。

エンジン１２０は、複数の気筒１２２ａを有する多気筒エンジンであり、シリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａに連通される吸気ポート１２４に、吸気マニホールド１２６が連通される。吸気マニホールド１２６の集合部には、エアチャンバ１２８を介して吸気路１３０が連通される。吸気路１３０にはエアクリーナ１３２が設けられ、吸気路１３０においてエアクリーナ１３２の下流側にはスロットル弁１３４が設けられる。

また、エンジン１２０のシリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａに連通される排気ポート１３６には、排気マニホールド１３８が連通される。排気マニホールド１３８の集合部には、排気路１４０が連通され、排気路１４０にはマフラー１４２と後述する排気ガス浄化装置２００が設けられる。

エンジン１２０には、点火プラグ１４８が、その先端が気筒１２２ａの燃焼室１４６を臨むように各気筒１２２ａそれぞれに対して設けられる。また、各気筒１２２ａの燃焼室１４６には、インジェクタ１５０が設けられる。

エンジンシステム１００には、吸気路１３０におけるエアクリーナ１３２とスロットル弁１３４との間に、エンジン１２０に流入する吸入空気量を検出する吸入空気量センサ１６０、および、エンジン１２０に流入する空気の温度を検出する吸気温度センサ１６２が設けられる。また、エンジンシステム１００には、スロットル弁１３４の開度を検出するスロットル開度センサ１６４が設けられる。また、エンジンシステム１００には、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ１６６、アクセル（図示せず）の開度を検出するアクセル開度センサ１６８が設けられる。

これら各センサ１６０〜１６８は、ＥＣＵ１１０に接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ１１０に出力する。

ＥＣＵ１１０は、各センサ１６０〜１６８から出力された信号を取得してエンジン１２０を制御する。ＥＣＵ１１０は、エンジン１２０を制御する際、信号取得部１８０、目標値導出部１８２、空気量決定部１８４、噴射量決定部１８６、スロットル開度決定部１８８、点火時期決定部１９０、駆動制御部１９２として機能する。

信号取得部１８０は、各センサ１６０〜１６８が検出した値を示す信号を取得する。目標値導出部１８２は、クランク角センサ１６６から取得したクランク角を示す信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。また、目標値導出部１８２は、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ１６８から取得したアクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。

空気量決定部１８４は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数および目標トルクに基づいて、各気筒１２２ａに供給する目標空気量を決定する。スロットル開度決定部１８８は、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量の合計量を導出し、合計量の空気を外部から吸気するための目標スロットル開度を決定する。

噴射量決定部１８６は、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量に基づいて、各気筒１２２ａに供給する燃料の目標噴射量を決定する。また、噴射量決定部１８６は、決定した目標噴射量の燃料をエンジン１２０の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ１５０から噴射させるために、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各インジェクタ１５０の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。

点火時期決定部１９０は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数、および、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各気筒１２２ａでの点火プラグ１４８の目標点火時期を決定する。

駆動制御部１９２は、スロットル開度決定部１８８により決定された目標スロットル開度でスロットル弁１３４が開口するように、スロットル弁用アクチュエータ（図示せず）を駆動する。また、駆動制御部１９２は、噴射量決定部１８６により決定された目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ１５０を駆動することで、インジェクタ１５０から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部１９２は、点火時期決定部１９０により決定された目標点火時期で点火プラグ１４８を点火させる。

このようにして、気筒１２２ａ内（燃焼室１４６）で燃料が燃焼されたことにより生じた排気ガスは、排気路１４０を通じて外部に排出されることになる。そして、排気ガスには、炭化水素（ＨＣ：Hydro Carbon）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物(ＮＯｘ)や、煤等の粒子状物質が含まれるため、これらを除去する必要がある。そこで、排気路１４０に排気ガス浄化装置２００を設けておき、排気ガス浄化装置２００において、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質を除去する。

（排気ガス浄化装置２００）
図２は、排気ガス浄化装置２００の構成を示す概略図である。排気ガス浄化装置２００は、排気ガスの流れに沿って連なる浄化ユニット２１０ａおよび浄化ユニット２１０ｂを有する。浄化ユニット２１０ａは、排気ガスの流れの上流側（すなわち、排気マニホールド１３８側）に設けられており、浄化ユニット２１０ｂは、浄化ユニット２１０ａよりも排気ガスの流れの下流側（すなわち、マフラー１４２側）に設けられている。以下、排気ガスの流れの上流のことを単に上流、排気ガスの流れの下流のことを単に下流と表記することとする。

浄化ユニット２１０ａは、浄化部２１５ａを有し、浄化ユニット２１０ｂは、浄化部２１５ｂを有する。浄化部２１５ａおよび浄化部２１５ｂは、排気ガスを浄化する。浄化部２１５ａは、具体的には、三元触媒である。三元触媒は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含んで構成され、排気ポート１３６から排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。浄化部２１５ｂは、具体的には、ＬＮＴ（Lean NOx Traps）である。ＬＮＴは、排気ポート１３６から排気された排気ガス中のＮＯｘを浄化するとともに、粒子状物質を捕捉する。浄化部２１５ａおよび浄化部２１５ｂは、その種類に応じた有効温度（例えば、３００℃以上）において浄化能力を発揮する。なお、浄化部２１５ａおよび浄化部２１５ｂを区別しないときは、浄化部２１５と表記することとする。浄化ユニット２１０ａおよび浄化ユニット２１０ｂは、浄化部２１５の種類が異なる点を除き、ほぼ同様の構成となっている。なお、浄化ユニット２１０ａおよび浄化ユニット２１０ｂを区別しないときは、浄化ユニット２１０と表記することとする。

図３は、浄化ユニット２１０の構成を示す縦断面図である。浄化ユニット２１０は、浄化部２１５を内包する管壁２１４を有する。管壁２１４は、当該管壁２１４によって囲まれた空間に排気ガスを流入させる上流側開口部２１８と、当該管壁２１４によって囲まれた空間から排気ガスを流出させる下流側開口部２１９とを有する。管壁２１４は、中央の管壁２１２と、中央の管壁２１２よりも上流側の管壁２１１と、中央の管壁２１２よりも下流側の管壁２１３とに区分される。

管壁２１２は、当該管壁２１２によって囲まれた流路断面積が排気ガスの流れる方向に沿って概ね一定となる略直管状に形成されている。管壁２１２によって囲まれた流路断面積は、排気路１４０における流路断面積に比べ大きい。例えば、排気路１４０の内径は、約５０ｍｍであり、管壁２１２の内径は、約１００ｍｍである。また、管壁２１２は、その内側に収容された略円柱状の浄化部２１５を、セラミックマット２１６を介して支持する。

管壁２１２における上流側の端部は、管壁２１１における下流側の端部に接続されている。管壁２１１における上流側の端部は、管壁２１１よりも上流側の排気路１４０（例えば、排気マニホールド１３８から延びる排気路１４０）の端部に接続されている。管壁２１１は、当該管壁２１１によって囲まれた流路断面積が排気ガスの流れる方向に沿って徐々に広がる円錐管状（換言するとテーパ状）に形成されている。管壁２１１におけるテーパ面に沿った長さは、例えば、４０ｍｍ〜５０ｍｍくらいである。管壁２１１は、浄化部２１５よりも上流側に位置する。管壁２１１の中心軸および浄化部２１５の中心軸は、排気路１４０の中心軸の延長線に概ね重なる。

管壁２１２における下流側の端部は、管壁２１３における上流側の端部に接続されている。管壁２１３における下流側の端部は、管壁２１３よりも下流側の排気路１４０（例えば、当該浄化ユニット２１０よりも下流に位置する浄化ユニット２１０に至る排気路１４０）の端部に接続されている。管壁２１３は、当該管壁２１３によって囲まれた流路断面積が排気ガスの流れる方向に沿って徐々に狭くなる円錐管状（テーパ状）に形成されている。管壁２１３は、浄化部２１５よりも下流側に位置する。

管壁２１１〜２１３は、例えば、金属によって構成される。管壁２１１と管壁２１２との接続および管壁２１２と管壁２１３との接続は、例えば、溶接によってなされる。

上流側の管壁２１１の厚さ（肉厚）Ｔｈ１は、中央の管壁２１２の厚さ（肉厚）Ｔｈ２および下流側の管壁２１３の厚さ（肉厚）Ｔｈ３よりも厚い。具体的には、管壁２１２の厚さＴｈ２および管壁２１３の厚さＴｈ３は、約１．２ｍｍであり、管壁２１１の厚さＴｈ１は、約４ｍｍである。また、管壁２１１の厚さＴｈ１は、管壁２１１の周方向および長手方向のそれぞれに沿って概ね一定となっている。

次に、排気ガス浄化装置２００の浄化ユニット２１０の作用について説明する。エンジン１２０が始動すると、排気ポート１３６から排出されて排気路１４０を通った排気ガスは、浄化ユニット２１０の管壁２１１によって囲まれた空間２１７に導かれる。空間２１７に導かれた排気ガスは、浄化部２１５を通過して浄化され、管壁２１３によって囲まれた空間を通って下流側の排気路１４０に導かれる。この際、浄化部２１５は、排気ガスが流通する過程で、排気ガスの熱によって所定の有効温度に温められる。

また、排気ガスが空間２１７に導かれると、排気ガスの熱が管壁２１１に伝わり、管壁２１１に熱が蓄えられる。具体的には、浄化部２１５の上流側の側面は網目状になっているため、空間２１７に導かれた排気ガスは、浄化部２１５の当該側面に当たるとかき回される。かき回された排気ガスの一部は、管壁２１１の内面に向かって移動し、管壁２１１の内面に当たる。このように排気ガスの一部が管壁２１１の内面と接触することで、排気ガスの熱の一部が管壁２１１に伝わる。また、管壁２１１よりも上流側の排気路１４０は、当該排気路１４０内を通過する排気ガスによって温められる。上流側の排気路１４０と管壁２１１とが接続されているため、上流側の温められた排気路１４０の熱の一部が管壁２１１に伝わる。

ここで、上述のように、管壁２１１の厚さＴｈ１が管壁２１２の厚さＴｈ２および管壁２１３の厚さＴｈ３よりも厚いため、管壁２１１は、管壁２１２および管壁２１３に比べ、より多くの熱を蓄えることができる。すなわち、管壁２１１の単位長さ当たり（排気ガスの流れ方向に沿った単位長さ当たり）の熱容量は、管壁２１２の単位長さ当たりの熱容量および管壁２１３の単位長さ当たりの熱容量に比べ大きい。このため、管壁２１１には、エンジン動作中の排気ガスの熱が多く蓄えられる。

その後、アイドリングストップなどによってエンジン１２０が停止すると、浄化ユニット２１０への排気ガスの供給が止まり、管壁２１１への熱の供給が止まる。この状態では、管壁２１１は、蓄えている熱を周囲に放射する（輻射する）。より具体的には、管壁２１１の内面から放射された熱は、空間２１７を伝って、浄化部２１５の上流側の側面に伝わる。管壁２１１には多くの熱が蓄えられているため、管壁２１１は、蓄えた熱を排気ガスの供給停止後の長期間にわたって放射することができる。浄化部２１５は、このような長期間にわたる管壁２１１の輻射熱によって温められる。

以上のように、本実施形態の排気ガス浄化装置２００は、管壁２１１の輻射熱によって、浄化部２１５の温度を排気ガスの供給時と同程度の温度（すなわち、浄化部２１５の有効温度）に長期間に亘って維持することができる。このため、排気ガス浄化装置２００は、エンジン１２０が停止した後も、長期間に亘って浄化能力が維持され、浄化能力が十分な状態でのエンジン１２０の再始動が可能となる。

また、排気ガス浄化装置２００は、管壁２１１の厚さＴｈ１を厚くした簡易な構成であるため、浄化ユニット２１０の外側全体を蓄熱材で覆う態様に比べ、浄化ユニット２１０が嵩張らず、コストも抑えることができる。

したがって、本実施形態の排気ガス浄化装置２００によれば、エンジン１２０の再始動の際の排気ガスの浄化能力の低下を簡易に抑制することができる。

また、排気ガス浄化装置２００は、管壁２１１〜２１３から排気ガス浄化装置２００外に適度に熱を放射することができる。このため、排気ガス浄化装置２００は、浄化部２１５の温度が有効温度を超えた温度になるのを抑制することができ、浄化部２１５の劣化を抑制することができる。

また、浄化部２１５では、通常、排気ガスが供給される上流側部分から排気ガスの浄化反応が始まる。排気ガス浄化装置２００は、上流側の管壁２１１の厚さＴｈ１が厚く、浄化部２１５の上流側部分を所定の有効温度に維持できるため、排気ガスが再供給された際に、浄化部２１５の浄化反応を早期に行わせることができる。

また、浄化部２１５では、通常、上流側部分において浄化反応が始まると、その浄化反応の反応熱で浄化部２１５全体が次第に温められてゆく。このことから、排気ガス浄化装置２００は、例えば、中央の管壁２１２の厚さＴｈ２および下流側の管壁２１３の厚さＴｈ３が薄く、浄化部２１５の中央部分および下流側部分の温度を十分に維持できなかったとしても、浄化部２１５の上流側部分において早期に浄化反応が開始されることで、浄化部２１５全体を早期に温めることができる。

また、排気ガス浄化装置２００の比較例として、管壁２１１の厚さＴｈ１、管壁２１２の厚さＴｈ２および管壁２１３の厚さＴｈ３のすべてを厚くする態様が考えられる。この比較例では、排気ガスの熱が管壁２１１〜２１３のすべてにおいて蓄えられることとなるため、エンジン１２０の停止後において、より長期間に亘って浄化部２１５を温めることができるかもしれない。しかし、この比較例では、エンジン１２０および管壁２１１〜２１３が冷えた状態からエンジン１２０を始動した場合、エンジン１２０の始動直後の排気ガスの熱が管壁２１１〜２１３のすべてを温めるのに消費され、浄化部２１５を温めるのに消費される熱が少なくなる。その結果、この比較例は、エンジン１２０が冷えた状態からエンジン１２０を始動した場合において、浄化部２１５を所定の有効温度まで温めるのに時間がかかり、エンジン１２０の始動直後の排気ガスを十分に浄化することができないおそれがある。

一方、本実施形態の排気ガス浄化装置２００では、排気ガス上流側の管壁２１１の厚さＴｈ１のみが厚いため、管壁２１１〜２１３が冷えた状態からエンジン１２０を始動した場合、エンジン１２０の始動直後の排気ガスの熱は、管壁２１２および管壁２１３を温めるためにはあまり消費されない。このため、排気ガス浄化装置２００は、管壁２１１〜２１３のすべての厚さＴｈ１〜Ｔｈ３を厚くする態様に比べ、エンジン１２０の始動直後において浄化部２１５を温めるために消費される熱が低減されることを抑制することができる。これにより、排気ガス浄化装置２００は、浄化部２１５を所定の有効温度まで早期に温めることができ、エンジン１２０の始動直後の排気ガスを十分に浄化することができる。

また、排気ガス浄化装置２００の比較例として、浄化部２１５の周りに電熱線を設け、エンジン１２０の停止後に電熱線を発熱させることで浄化部２１５の温度を維持する態様が考えられる。しかし、この比較例では、電熱線を発熱させるために電力を消費しなければならず、オルタネータを発電させるために燃費が悪化してしまう。これに比べ、本実施形態の排気ガス浄化装置２００は、電力を消費しないため、燃費の悪化を抑えることができる。

本実施形態において、管壁２１１の厚さＴｈ１は約４ｍｍであった。しかし、管壁２１１の厚さは、約４ｍｍに限らず、管壁２１２の厚さＴｈ２および管壁２１３の厚さＴｈ３よりも厚ければ良い。管壁２１１の厚さＴｈ１は、内包される浄化部２１５の種類に応じて設計されるのが、より好ましい。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態による排気ガス浄化装置３００の構成を示す縦断面図である。

排気ガス浄化装置３００における上流側の浄化ユニット３１０ａの上流側の管壁３１１ａの厚さＴｈ１ａは、中央の管壁２１２ａの厚さＴｈ２ａおよび下流側の管壁２１３ａの厚さＴｈ３ａよりも厚い。また、排気ガス浄化装置３００における下流側の浄化ユニット３１０ｂの上流側の管壁３１１ｂの厚さＴｈ１ｂは、中央の管壁２１２ｂの厚さＴｈ２ｂおよび下流側の管壁２１３ｂの厚さＴｈ３ｂの厚さよりも厚い。これらは、第１実施形態の排気ガス浄化装置２００と同様である。

排気ガス浄化装置３００の特徴は、上流側の浄化ユニット３１０ａの上流側の管壁３１１ａの厚さＴｈ１ａに比べ、下流側の浄化ユニット３１０ｂの上流側の管壁３１１ｂの厚さＴｈ１ｂを厚くした点にある。すなわち、排気ガス浄化装置３００は、下流側の浄化ユニット３１０ｂの上流側の管壁３１１ｂの単位長さ当たりの熱容量が、上流側の浄化ユニット３１０ａの上流側の管壁３１１ａの単位長さ当たりの熱容量に比べ、大きい。

下流側の浄化ユニット３１０ｂに供給される排気ガスの温度は、一般的に、上流側の浄化ユニット３１０ａに供給される排気ガスの温度よりも低い。このため、下流側の浄化ユニット３１０ｂの浄化部２１５ｂは、上流側の浄化ユニット３１０ａの浄化部２１５ａに比べ、エンジン１２０の停止後に温度が低くなり易い。そこで、排気ガス浄化装置３００は、下流側の浄化ユニット３１０ｂの上流側の管壁３１１ｂの厚さＴｈ１ｂを特に厚くすることで、下流側の浄化ユニット３１０ｂの浄化部２１５ｂの温度が低下することを抑制する。

一方、エンジン１２０および排気ガス浄化装置３００が冷えた状態からエンジン１２０を始動した場合、エンジン１２０の始動直後は、排気ガスの温度が高い上流側の浄化ユニット３１０ａから順次に浄化が行われることとなる。排気ガス浄化装置３００は、上流側の浄化ユニット３１０ａの管壁３１１ａの厚さＴｈ１ａが下流側の浄化ユニット３１０ｂの管壁３１１ｂの厚さＴｈ１ｂよりも薄いため、エンジン１２０の始動直後の排気ガスの熱が上流側の浄化ユニット３１０ａの管壁３１１ａによって消費され難い。このため、排気ガス浄化装置３００は、エンジン１２０の始動直後の排気ガスの熱で上流側の浄化ユニット３１０ａの浄化部２１５ａを早期に有効温度まで温めることができる。その結果、排ガス浄化装置３００は、エンジン１２０および排気ガス浄化装置３００が冷えた状態からエンジン１２０を始動した直後の排気ガスを早期に十分に浄化することができる。

なお、排気ガス浄化装置３００において、上流側の浄化ユニット３１０ａの管壁３１１ａの厚さＴｈ１は、管壁２１２ａの厚さＴｈ２ａおよび管壁２１３ａの厚さＴｈ３ａと同程度であっても良い。排気ガス浄化装置３００は、下流側の浄化ユニット３１０ｂにおいて、管壁３１１ｂの厚さＴｈ１ｂが管壁２１２ｂの厚さＴｈ２ｂおよび管壁２１３ｂの厚さＴｈ３ｂよりも厚く、下流側の浄化ユニット３１０ｂの管壁３１１ｂの厚さＴｈ１ｂが上流側の浄化ユニット３１０ａの管壁３１１ａの厚さＴｈ１ａよりも厚ければ良い。この態様によれば、少なくとも下流側の浄化ユニット３１０ｂにおいて、エンジン１２０の停止後における浄化部２１５ｂの温度の低下を抑制することができ、上流側の浄化ユニット３１０ａにおいて、エンジン１２０の始動直後に浄化部２１５ａを早期に有効温度まで温めることができるからである。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態による排気ガス浄化装置４００の浄化ユニット４１０の構成を示す縦断面図である。本実施形態の浄化ユニット４１０は、管壁２１１に代えて管壁４１１を有する点において第１実施形態の浄化ユニット２１０と異なる。

上流側の管壁４１１は、中心軸が偏った略円錐管状に形成されている。より詳細には、管壁４１１は、テーパ角が緩やかでテーパ面の長さが短い管壁４１１１と、テーパ角が急峻でテーパ面の長さが長い管壁４１１２とに区分される。テーパ面の長さが長い管壁４１１２の厚さＴｈ１２は、中央の管壁２１２の厚さＴｈ２および下流側の管壁２１３の厚さＴｈ３よりも厚い。また、テーパ面の長さが短い管壁４１１１の厚さＴｈ１１は、テーパ面の長さが長い管壁４１１２の厚さＴｈ１２よりも厚い。すなわち、排気ガス浄化装置４００では、上流側の管壁４１１の厚さが周方向に沿って変化しており、管壁４１１の一部（管壁４１１１）における単位長さ当たりの熱容量が、当該一部以外の部分（管壁４１１２、管壁２１２および管壁２１３）における単位長さ当たりの熱容量に比べ大きい。

排気路１４０を通って導入された排気ガスは、排気路１４０の中心軸からの距離が全体的に遠い管壁４１１２の内面全体に比べ、排気路１４０の中心軸からの距離が全体的に近い管壁４１１１の内面全体に当たり易い。そして、排気ガスが当たり易い管壁４１１１の厚さＴｈ１１は、管壁４１１２の厚さＴｈ１２よりも厚い。このため、排気ガス浄化装置４００は、排気ガスの熱を上流側の管壁４１１の一部（管壁４１１１）に効率よく蓄えることができる。

なお、排気ガス浄化装置４００において、管壁４１１２の厚さＴｈ１２は、管壁２１２の厚さＴｈ２および管壁２１３の厚さＴｈ３と同程度であっても良い。排気ガス浄化装置４００は、少なくとも管壁４１１１の厚さＴｈ１１が、管壁４１１２の厚さＴｈ１２、管壁２１２の厚さＴｈ２および管壁２１３の厚さＴｈ３よりも厚ければ良い。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態による排気ガス浄化装置５００の浄化ユニット５１０の構成を示す縦断面図である。浄化ユニット５１０は、上流側の管壁５１１の厚さＴｈ１が管壁５１１の長手方向に沿って一定ではない点において第１実施形態の浄化ユニット２１０と異なる。より詳細には、上流側の管壁５１１の厚さＴｈ１は、上流側の排気路１４０との接続端において最も厚く、中央の管壁２１２との接続端に進むに従って徐々に薄くなっている。すなわち、管壁５１１の厚さＴｈ１は、管壁５１１の内面と浄化部２１５の上流側の側面との距離が長くなるに従って、厚くなっている。

排気ガス浄化装置５００は、浄化部２１５の上流側の側面を、位置に依らず均等に温めることができる。

（第５実施形態）
図７は、第５実施形態による排気ガス浄化装置６００の浄化ユニット６１０の構成を示す縦断面図である。浄化ユニット６１０において、上流側の管壁６１１の厚さＴｈ１は、上流側の排気路１４０との接続端において最も薄く、中央の管壁２１２との接続端に進むに従って徐々に厚くなっている。すなわち、管壁６１１の厚さＴｈ１は、管壁６１１の内面と浄化部２１５の上流側の側面との距離が短くなるに従って、厚くなっている。

排気ガス浄化装置６００は、浄化部２１５の上流側の側面における少なくとも管壁６１１に近い部分（外周側）を確実に温めることができる。

（第６実施形態）
図８は、第６実施形態による排気ガス浄化装置７００の浄化ユニット７１０の構成を示す縦断面図である。浄化ユニット７１０において、上流側の管壁７１１は、管壁２１２の厚さＴｈ２および管壁２１３の厚さＴｈ３と同程度の厚さの管壁７１１１と、管壁７１１１の内面に接して設けられた金属の板材７１１２とから構成されている。管壁７１１１に板材７１１２が設けられているため、管壁７１１１の厚さと板材７１１２の厚さとを合わせた厚さが、実質的に上流側の管壁７１１の厚さＴｈ１となる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

排気ガス浄化装置７００において、板材７１１２は、管壁７１１１の外面に接して設けられても良い。この態様においても、管壁７１１１の厚さと板材７１１２の厚さとを合わせた厚さが、実質的に上流側の管壁７１１の厚さＴｈ１となるからである。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記各実施形態の排気ガス浄化装置２００〜７００は、２個の浄化ユニット２１０〜７１０を有していた。しかし、排気ガス浄化装置２００〜７００は、少なくとも１個以上の浄化ユニット２１０〜７１０を有していれば良く、浄化ユニット２１０〜７１０の数は、２個に限らない。

また、第１実施形態において、上流側の浄化ユニット２１０ａの浄化部２１５ａは、三元触媒であり、下流側の浄化ユニット２１０ｂの浄化部２１５ｂは、ＬＮＴである例を示した。しかし、浄化部２１５はこの例に限らない。例えば、浄化部２１５として、ＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）やＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）などのフィルタを適用しても良い。浄化部２１５としてこれらのフィルタが適用される場合、低い温度で粒子状物質を受け止め、その後、空燃比をストイキよりリッチとし、排気ガスの温度を上げて炭素を燃やす再生制御が行われる。この態様の排気ガス浄化装置２００によれば、再生制御の際、空燃比をリッチとした燃料の量を少なくすることができる。上流側の管壁２１１に蓄えられた熱によって浄化部２１５が温められて、浄化部２１５内の排気ガスの温度が比較的に高くなるからである。

また、上記各実施形態において、浄化ユニット２１０〜７１０の外周を遮熱カバーで覆ってもよい。

また、上記各実施形態では、エンジン１２０としてガソリンエンジンを例に挙げて説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００〜７００は、エンジンの種類に限らず（例えば、ディーゼルエンジン）、エンジン１２０から排出された排気ガスに含まれる粒子状物質を取り除くことができる。

本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に利用できる。

１４０ 排気路
２００ 排気ガス浄化装置
２１０ 浄化ユニット
２１１、２１２、２１３、２１４ 管壁
２１５ 浄化部
Ｔｈ１、Ｔｈ２ 厚さ

Claims (1)

1. 排気ガスが流通する排気流路に設けられ、前記排気ガスを浄化する浄化部と、
   前記浄化部を内包する管状の管壁と、を備え、
   前記管壁は、
   前記浄化部を支持する中央管壁と、
   上流側開口部と前記中央管壁との間の上流側管壁と、を含み、
   前記上流側管壁は、流路断面積が前記排気ガスの流れる方向に沿って徐々に広がり、かつ、中心軸が偏ったテーパ状に形成されており、
   前記上流側管壁のうちテーパ面の長さが長い部分の厚さは、前記中央管壁の厚さより厚く、
   前記上流側管壁のうちテーパ面の長さが短い部分の厚さは、前記上流側管壁のうちテーパ面の長さが長い部分の厚さより厚い排気ガス浄化装置。

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