JP2018159315A - 排気管 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管内の断熱性と放熱性とを適切に調整し、触媒を適切な温度域に維持する効果を高める。
【解決手段】排気管２４は、エンジン２０からの排気が流れる内管３６と、内管３６の内部に設けられ排気を浄化する触媒を担持する触媒担持体（３０、３２）と、内管３６の外周側に配置されエンジン２０から少なくとも触媒担持体の部位まで内管３６との間に密閉空間４０を形成する外管３８と、密閉空間４０を加圧及び減圧する圧力調整部材４２と、を有する。
【選択図】図１

Description

本願は、排気管に関する。

特許文献１には、内管部との間に隙間を形成した２本の外嵌部材を、吸引口付き継手を用いて気密に連結し、吸引口付き継手の真空バルブを開放し吸引口から隙間内の空気を真空ポンプで吸引排気する二重配管構造が記載されている。

特許文献２には、排気浄化触媒を覆う外筒への伝熱を遮断する真空空間部を備え、圧力検出手段で検出された真空空間の検出値が所定の判定基準値より大きければ、排気浄化装置が故障していると判定する技術が記載されている。

特許文献３には、内筒と外筒の間に隙間を形成し、外筒の複数のスリットを、熱感応式のバイメタルによって、冷間時には閉じることで隙間を断熱し、高温時には開くことで外部に通じ排気ガスの熱の一部が外気へ直接奪われる排気管が記載されている。

特開昭６０−２１２６０８号公報 特開２０００−１７９３３８号公報 特開２０００−２０４９３６号公報

特許文献１に記載の技術では、隙間を所望の減圧状態にすることで安定した断熱効果を維持しようとしているが、排気管からの放熱性を高くすることは難しい。

特許文献２に記載の技術では、真空空間部により、排気浄化触媒から外筒への伝熱を遮断しているが、排気管からの放熱性を高くすることは難しい。

引用文献３に記載の技術では、スリットを開くことで排気管からの放熱性を高めることができるが、内筒と外筒との隙間への外気の導入には、隙間の流動抵抗以上の外気導入圧力が必要である。外気導入圧力は、車両の走行状態や環境に影響されるため、安定的に排気管からの放熱性を高めることは難しい。

排気管内の触媒担持体に担持された触媒に対して、排気の熱を適切に作用させて、触媒の温度を所定の温度域に維持すれば、触媒の劣化を抑制できると共に、排気を浄化する効果を高く発揮させることができる。

しかし、いずれの特許文献に記載の技術も、排気管内の断熱性と放熱性とを確実に高くして排気の温度を調整する点において改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、排気管内の断熱性と放熱性とを適切に調整し、触媒を適切な温度域に維持する効果を高めることを課題とする。

第一の態様では、エンジンからの排気が流れる内管と、前記内管の内部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、前記内管の外周側に配置され前記エンジンから少なくとも前記触媒担持体の部位まで前記内管との間に密閉空間を形成する外管と、前記密閉空間を加圧及び減圧する圧力調整部材と、を有する。

この排気管では、エンジンからの排気が内管の内部を流れる。そして、排気は、触媒担持体で担持された触媒により浄化される。

内管の外周側には、外管が配置されている。外管と内管との間には密閉空間が形成されている。

密閉空間は、エンジンから少なくとも触媒担持体の部位まで形成されている。そして、密閉空間を、圧力調整部材により、加圧及び減圧できる。密閉空間を加圧することで、密閉空間内の気体分子の数密度を高くし、放熱性を高くする（断熱性を低くする）ことができる。密閉空間の放熱性が高くなると、排気管の放熱性も高くなる。これとは逆に、密閉空間を減圧することで、密閉空間内の気体分子の数密度を低くし、断熱性を高くする（放熱性を低くする）ことができる。密閉空間の断熱性が高くなると、排気管の断熱性も高くなる。

このように、排気管内の断熱性と放熱性とを適切に調整することで、温度を調整した排気を触媒担持体に導入し、触媒を適切な温度域に維持できる。たとえば、排気温度が、触媒を劣化させる程度に高い場合は、排気温度を低下させることで、触媒の劣化を抑制し、触媒を保護できる。また、排気温度が、触媒が効果的に排気浄化効果を発揮できる温度域（活性温度）にある場合は、排気からの放熱を抑制することで、触媒を、活性温度に維持し（若しくは短時間で活性温度に昇温させ）、排気浄化性能を高くすることが可能である。

第二の態様では、第一の態様において、前記圧力調整部材が、前記外管に設けられる吸排気ポートと、前記吸排気ポートに接続されるポンプと、前記ポンプを制御する制御装置と、を有する。

ポンプの駆動により、吸排気ポートを通じて密閉空間を吸排気することで、密閉空間を確実に加圧及び減圧することができる。ポンプを制御装置で制御するので、密閉空間の圧力調整が容易である。

第三の態様では、第二の態様において、前記触媒担持体が前記排気の流れ方向に沿って複数配置され、複数の前記触媒担持体ごとに前記密閉空間が分割されている。

複数の触媒担持体ごとに、対応する密閉空間を加圧あるいは減圧することができる。すなわち、触媒担持体に担持された触媒ごとに、適切な温度の排気の熱を作用させることが可能である。たとえば、排気の流れの上流側に位置する触媒担持体には、対応する密閉空間を減圧して断熱性を高めることで、温度を高く維持した排気を導入できる。これに対し、下流側に位置する触媒担持体には、対応する密閉空間を加圧して放熱性を高めることで、温度を低下させた排気を導入できる。

第四の態様では、第三の態様において、複数の前記密閉空間ごとに前記吸排気ポートが１つ以上設けられている。

複数の密閉空間ごとに、１つ以上の吸排気ポートがあるので、密閉空間のそれぞれを適切に加圧及び減圧できる。また、複数の吸排気ポートを密閉空間に設けた構造では、一部の吸排気ポートを通じて密閉空間に気体を吸気し、他の吸排気ポートを通じて気体を密閉空間から排気することで、密閉空間に気体の流れを生成することも可能である。

第五の態様では、第三又は第四の態様において、前記制御装置で制御され、前記ポンプと前記吸排気ポートの少なくとも１つの間の吸排気配管を開閉する開閉弁を有する。

開閉弁を開閉することで、密閉空間を適切に加圧及び減圧できる。

第六の態様では、第五の態様において、前記開閉弁が、複数の前記吸排気ポートごとに設けられている。

複数の吸排気ポートごとに開閉弁を開閉するので、所望の密閉空間に対し、ポンプによって加圧及び減圧できる。

第七の態様では第三〜第六のいずれか１つの態様において、複数の前記密閉空間で前記ポンプが共用されている。

複数の密閉空間でポンプを共用するので、密閉空間ごとにポンプを備える構造と比較して、ポンプの数が少なくて済む。

第八の態様では、第二〜第七のいずれか１つの態様において、エンジンの作動及び停止を検出して前記制御装置に伝えるエンジン作動センサを有し、前記圧力調整部材は、エンジンの停止状態で前記密閉空間を減圧し次回のエンジン始動まで減圧を維持する。

エンジン停止状態で密閉空間は減圧され、この状態が次回のエンジン始動時まで維持されるので、排気管の断熱性が維持される。これにより、次回のエンジン始動時に排気管を流れた排気の放熱を抑制できる。

第九の態様では、第一〜第八のいずれか１つの態様において、前記圧力調整部材は、前記触媒担持体が暖機された状態では前記密閉空間に気体を導入する。

触媒担持体が暖機された状態では、密閉空間に気体が導入されることで、密閉空間は加圧される（もしくは気体の流れが生成される）ので、排気管の放熱性が向上し、触媒担持体の過度の温度上昇を抑制できる。

なお、ここでいう「暖機」とは、触媒担持体に担持された触媒が、十分な排気浄化能力を発揮できる程度の温度となっている状態をいう。

第十の態様では、第一〜第九のいずれか１つの態様において、前記密閉空間に、熱放射を抑制する熱放射抑制部材が配置されている。

熱放射抑制部材により、密閉空間内の熱放射を抑制し、密閉空間の断熱性を高めることで、排気管の断熱性を高めることができる。

第十一の態様では、第一〜第十のいずれか１つの態様において、前記密閉空間に、複数の空孔を有する空孔部材が前記内管及び前記外管の少なくとも一方に接触して配置されている。

空孔部材が接触している内管あるいは外管では、空孔部材により、密閉空間内の実質的な表面積が広くなる。このため、密閉空間内の熱放射を促進し、密閉空間の放熱性を高めることで、排気管の放熱性を高めることができる。

第十二の態様では、第十一の態様において、前記空孔部材が内管及び前記外管の両方に接触している。

空孔部材は、内管及び 外管の両方に接触配置されているので、内管及び 外管の両方において密閉空間内の実質的な表面積が広くなり、密閉空間の放熱性をより高めることができる。

第十三の態様では、第一〜第十二のいずれか１つの態様において、前記内管の内部に設けられ前記排気の熱を回収して熱媒に作用させる熱回収器を有し、前記外管が、前記エンジンから前記熱回収器の部位まで前記密閉空間を形成している。

熱回収器により、排気の熱を回収して熱媒に作用させることで、排気の熱を有効に利用できる。

外管は、密閉空間をエンジンから熱回収器の部位まで形成されているので、適切な温度とした排気を熱交換器に導入することができる。

第十四の態様では、第一〜第十三のいずれか１つの態様において、前記密閉空間が、前記エンジンから前記排気の流れ方向で最も上流の前記触媒担持体までの間で分割されている。

分割部分よりも上流側の密閉空間は、最上流の触媒担持体よりもさらに上流側に位置している。すなわち、最上流の触媒担持体よりもさらに上流側の密閉空間を加圧及び減圧することで、最上流の触媒担持体の部位に排気が達するまでの段階で、排気の温度を調整できる。

本発明は上記構成としたので、排気管内の断熱性と放熱性とを適切に調整し、触媒を適切な温度域に維持する効果を高めることができる。

図１は第一実施形態の排気管を排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図２は第一実施形態の排気管を示す図１の２−２線断面図である。 図３は第二実施形態の排気管を排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図４は第三実施形態の排気管を排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。 図５は第三実施形態の排気管を部分的に拡大して示す断面図である。 図６は第三実施形態の排気管を部分的に拡大して示す断面図である。 図７は第三実施形態の排気管を部分的に拡大して示す断面図である。 図８は第一変形例の排気管を図２と同様の断面で示す断面図である。 図９は第二変形例の排気管を図２と同様の断面で示す断面図である。 図１０は第三変形例の排気管を図２と同様の断面で示す断面図である。 図１１は第四変形例の排気管を排気管の長手方向に沿った断面で示す断面図である。

以下、図面を参照して第一実施形態の排気管２４を説明する。

図１には、第一実施形態の排気管２４がエンジン２０に接続された状態で示されている。

エンジン２０は、吸気管２２で吸入した空気と燃料を混合させて燃焼室で燃焼させる。そして、排気を、排気管２４を通じて外部に排出する。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２４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２４は、エンジン２０に接続される排気集合管２６を有している。排気集合管２６は、エンジン２０の排気ポートと同数の分岐部２６Ａを有しており、これら複数の分岐部２６Ａが集合されて、１本の集合部２６Ｂが形成されている。排気集合管２６は、排気管２４の全体において流れ方向の最上流に位置しており、第一接続管２４Ａでもある。

排気管２４はさらに、排気集合管２６（第一接続管２４Ａ）から下流側へ順に配置され、接続部２８で接続される第二接続管２４Ｂ、第三接続管２４Ｃ及び第四接続管２４Ｄを有している。

第二接続管２４Ｂの内部には上流触媒担持体３０が配置され、第三接続管２４Ｃの内部には、下流触媒担持体３２が配置されている。本実施形態では、複数（２つ）の触媒担持体を有しており、上流触媒担持体３０が、排気の流れ方向における最上流の触媒担持体である。

上流触媒担持体３０及び 下流触媒担持体３２はいずれも、薄板を、たとえば波状あるいは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、それぞれ上流触媒及び 下流触媒が担持されている。これらの触媒は、排気管２４内を流れる排気中の物質（炭化水素等）を除去して排気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、上流触媒担持体３０及び下流触媒担持体３２の表面積を増大させる構造は、上記した波状やハニカム状や限定されない。

排気管２４を流れた排気は、上流触媒担持体３０に担持された上流触媒により浄化され、さらに、下流触媒担持体３２に担持された下流触媒により浄化される。上流触媒と下流触媒とは、異なる種類（浄化性能）の触媒であってもよいが、同じ種類の触媒であってもよい。

上流触媒担持体３０及び下流触媒担持体３２は、排気管２４の内部に収容されるように、全体として円柱状あるいは円筒状に形成されている。

第四接続管２４Ｄの内部には、熱回収器３４が配置されている。熱回収器３４には、図示しない熱媒配管が接続されており、排気の熱を回収して、熱媒配管を流れる熱に作用させる。加熱により温度が上昇した熱媒の熱は、たとえば車両の各部の暖機や暖房に用いることが可能である。

排気集合管２６（第一接続管２４Ａ）、第二接続管２４Ｂ、第三接続管２４Ｃ及び第四接続管２４Ｄはいずれも、内管３６と外管３８とを有する二重管構造である。本実施形態では、内管３６と外管３８とはいずれも円筒状に形成され、同心円状に配置されている。外管３８の内径は内管３６の外径よりも大きく、内管３６と外管３８との間には、密閉空間４０が形成されている。以下、密閉空間４０を適宜、上流側から第一密閉空間４０Ａ、第二密閉空間４０Ｂ、第三密閉空間４０Ｃ、第四密閉空間４０Ｄと区別することがある。

密閉空間４０は、エンジン２０から、第四接続管２４Ｄの位置まで形成されている。すなわち、複数の触媒担持体を有する構造において、少なくとも下流触媒担持体３２の部位まで形成されている。本実施形態ではさらに、下流触媒担持体３２よりも下流側にある熱回収器３４の部位まで、密閉空間４０が形成されている。

上流触媒担持体３０は、上記したように、排気の流れ方向における最上流の触媒担持体である。そして、第一密閉空間４０Ａは、上流触媒担持体３０よりも、さらに上流側に位置する密閉空間である。

排気管２４は圧力調整部材４２を有しており、圧力調整部材４２によって、密閉空間４０を加圧及び減圧できる。第一実施形態では、圧力調整部材４２は、吸排気ポート４４及びポンプ４６を有している。

吸排気ポート４４は、密閉空間４０の外管３８のそれぞれに対応して、吸排気ポート４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄを有している。ポンプ４６は、吸排気ポート４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄに接続されている。第一実施形態では、複数（４つ）の吸排気ポート４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄに対しポンプ４６は１つであり、ポンプ４６から延出された気体給排管５２が４つに分岐されて、吸排気ポート４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄに接続されている。ポンプ４６は制御装置４８によって制御され、密閉空間４０に対し気体の供給による加圧と、気体の排出による減圧を行うことができる。

制御装置４８には、エンジン２０の駆動状態を検出するエンジン駆動センサ５０が接続されている。制御装置４８は、エンジン２０の駆動状態に基づいて、ポンプ４６を制御することが可能である。

次に、本実施形態の作用を説明する。

第一実施形態の排気管２４では、エンジン２０からの排気が排気集合管２６（第一接続管２４Ａ）、第二接続管２４Ｂ、第三接続管２４Ｃ及び第四接続管２４Ｄを経て、外部に排出される。排気は、上流触媒担持体３０に担持された第一触媒及び、下流触媒担持体３２に担持された第二触媒により浄化される。さらに、排気の熱が熱回収器３４で回収されて熱媒に作用する。熱媒の熱は、車両の各部の暖機や暖房等に使用することが可能である。

排気管２４において、内管３６と外管３８の間には密閉空間４０が形成されている。制御装置４８がポンプ４６を駆動することで、密閉空間４０を加圧及び減圧できる。

密閉空間４０を加圧した場合、密閉空間４０における気体分子の数密度が高くなり、伝熱性が高くなる。排気管２４の内部を流れる排気が外気よりも高温である場合、このように密閉空間４０を高圧にすると、排気から排気管２４を通じて外部に放熱される際の放熱性が高くなる。たとえば、エンジン２０から排出された直後の排気の温度が高い場合でも、排気から十分に放熱させることで排気の温度を低下させることができる。そして、高温の排気の熱を上流触媒や下流触媒に作用させない（若しくは作用を小さくする）ことにより、触媒の劣化を抑制できる。

これに対し、密閉空間４０を減圧した場合、密閉空間４０における気体分子の数密度が低くなり、断熱性が高くなる。たとえば、排気の温度が、上流触媒や下流触媒において排気を浄化する作用を高く発揮する温度域にあるときには、排気の熱が排気管２４によって放熱されることを抑制し、排気の熱を第一触媒や第二触媒に効果的に作用させることができる。

また、エンジン２０の停止状態で、第二密閉空間４０Ｂの減圧により、上流触媒担持体３０の位置で排気管２４からの放熱を抑制でき、上流触媒の温度低下を抑制できる。同様に、エンジン２０の停止状態で、第三密閉空間４０Ｃの減圧により、下流触媒担持体３２の位置で排気管２４からの放熱を抑制でき、下流触媒の温度低下を抑制できる。

上流触媒担持体３０が暖機された状態にあるときは、第二密閉空間４０Ｂの減圧により、上流触媒担持体３０の位置で排気管２４からの放熱を抑制でき、上流触媒の過度の温度上昇を抑制できる。同様に、下流触媒担持体３２が暖機状態にあるときは、第三密閉空間４０Ｃの減圧により、下流触媒担持体３２の位置で排気管２４からの放熱を抑制でき、下流触媒の過度の温度上昇を抑制できる。

なお、上流触媒担持体３０及び下流触媒担持体３２が暖機状態にあるか否かは、各種の判断指標に基づいて判断できる。たとえば、上流触媒担持体３０及び 下流触媒担持体３２に温度センサを設ければ、温度センサで検知した温度により、上流触媒担持体３０及び 下流触媒担持体３２が暖機状態にあるか否かを判断できる。また、外気温度及び 排気温度（又はエンジン温度）と、エンジン駆動時間等から、上流触媒担持体３０及び 下流触媒担持体３２の温度を推定し、この推定温度で、上流触媒担持体３０及び 下流触媒担持体３２が暖機状態にあるか否かを判断できる。これらの判断は、制御装置４８により実行することが可能である。

第一密閉空間４０Ａは、上流触媒担持体３０よりも、さらに上流側に位置する密閉空間である。第一密閉空間４０Ａを加圧及び 減圧することで、排気が、最上流の触媒担持体である上流触媒担持体３０に達する前の段階で、排気管２４の放熱性及び 断熱性を調整し、排気の温度を調整することが可能である。

このように、本実施形態では、密閉空間４０を加圧及び減圧することで、密閉空間の断熱性を調整できる。そして、温度を調整した排気を上流触媒担持体３０及び 下流触媒担持体３２に導入できるので、上流触媒及び 下流触媒を適切な温度域に維持し、触媒の排気浄化性能を高く発揮できる。

しかも、密閉空間４０は、エンジン２０から、触媒担持体（上流触媒担持体３０及び下流触媒担持体３２）を含む部位に形成されている。したがって、触媒担持体に担持されたすべての触媒（上流触媒及び下流触媒）に対し、適切な温度域に維持し、触媒の排気浄化性能を高く発揮できる。

本実施形態では、排気管２４内に熱回収器３４が設けられている。たとえば、すべての密閉空間４０を減圧することで断熱性を高めれば、排気が熱回収器３４に達するまでの温度低下を抑制できるので、熱回収器３４で回収できる熱量を多く確保でき、熱回収率を向上させることができる。

次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

第二実施形態の排気管５４では、圧力調整部材５６が、ポンプ４６、吸排気ポート４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄに加えて開閉弁５８を有している。開閉弁５８は、吸排気ポート４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄのそれぞれに設けられている。開閉弁５８の開閉は、制御装置４８によって制御される。

したがって、第二実施形態では、複数の密閉空間４０のうち、特定の密閉空間４０についてのみ加圧したり減圧したりすることが可能である。たとえば、第一密閉空間４０Ａを、第二密閉空間４０Ｂ、第三密閉空間４０Ｃ及び第四密閉空間４０Ｄよりも加圧して放熱性を高めることができる。そしてこれにより、エンジン２０から排出された直後の排気から効率的に放熱できる。第二密閉空間４０Ｂ、第三密閉空間４０Ｃ及び第四密閉空間４０Ｄは加圧しないので、加圧に要するポンプ４６のエネルギーは少ない。

また、たとえば、下流触媒担持体３２に担持される下流触媒の耐熱温度が、上流触媒担持体３０に担持される上流触媒の耐熱温度よりも低い場合には、下流触媒担持体３２に対応する第三密閉空間４０Ｃを加圧して放熱性を高めてもよい。

なお、第二実施形態において、上記では、すべての吸排気ポート４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄに開閉弁５８が設けられた例を挙げたがが、一部の吸排気ポート４４にのみ開閉弁５８を設けてもよい。この場合には、開閉弁５８が設けられていない吸排気ポート４４に対応する密閉空間４０には、ポンプ４６による吸気又は排気がそのまま作用する。これに対し、開閉弁５８が設けられた吸排気ポート４４に対応する密閉空間４０では、開閉弁５８を閉弁することで、ポンプ４６による吸気又は排気が生じないようにすることが可能である。

次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態において、第一実施形態又は第二実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

第三実施形態の排気管６４では、図４及び図５に示すように、密閉空間４０のそれぞれと一対一で対応して、圧力調整部材６６が設けられている。複数の圧力調整部材６６はいずれも同一の構成であるが、図５〜図７では、第一密閉空間４０Ａに設けられた圧力調整部材６６を例示している。

外管３８には、２つの吸排気ポート（第一吸排気ポート６８Ｐ及び第二吸排気ポート６８Ｑ）が設けられている。第一吸排気ポート６８Ｐとポンプ４６とを接続する気体給排管６０Ｐには、第一開閉弁７０Ｐが設けられ、第二吸排気ポート６８Ｑとポンプ４６とを接続する気体給排管６０Ｑには、第二開閉弁７０Ｑが設けられている。

気体給排管６０Ｐでは、第一吸排気ポート６８Ｐと第一開閉弁７０Ｐの間に、第一大気弁７２Ｓが設けられ、第一開閉弁７０Ｐとポンプ４６の間に、第二大気弁７２Ｔが設けられている。気体給排管６０Ｑでは、ポンプ４６と第二開閉弁７０Ｑの間に、第三大気弁７２Ｕが設けられている。第三実施形態において、第一開閉弁７０Ｐ、第二開閉弁７０Ｑ、第一大気弁７２Ｓ、第二大気弁７２Ｔ及び第三大気弁７２Ｕの開閉は、制御装置４８（図４参照）により制御される。

なお、第三実施形態では、ポンプ４６は、駆動により、矢印Ｆ２方向にのみ気体の流れを生じさせるポンプである。

第三実施形態において、密閉空間４０を減圧する場合は、図５に示すように、第一開閉弁７０Ｐ及び 第三大気弁７２Ｕは開弁し、第二開閉弁７０Ｑ、第一大気弁７２Ｓ及び 第二大気弁７２Ｔは閉弁する。この状態で、ポンプ４６を駆動すると、密閉空間４０の気体を第一吸排気ポート６８Ｐ、第一開閉弁７０Ｐから第三大気弁７２Ｕを経て排気でき、密閉空間４０を減圧できる。そして、密閉空間４０が所望の圧力になった状態で、第一開閉弁７０Ｐを閉弁すれば、密閉空間４０を所望の圧力に維持できる。

第三実施形態において、密閉空間４０を加圧する場合は、図６に示すように、第二開閉弁７０Ｑ及び 第二大気弁７２Ｔを開弁し、第一開閉弁７０Ｐ、第一大気弁７２Ｓ及び 第三大気弁７２Ｕを閉弁する。この状態で、ポンプ４６を駆動することで、第二大気弁７２Ｔから大気を取り込み、第二開閉弁７０Ｑ、第二吸排気ポート６８Ｑを経て密閉空間４０に供給でき、密閉空間４０を加圧できる。

第三実施形態において、密閉空間４０内を掃気、すなわち、密閉空間４０内に外部から気体を供給しつつ、密閉空間４０内の気体を排出して、密閉空間４０内で気体の流れを生成することも可能である。この場合、図７に示すように、第一大気弁７２Ｓ、第二大気弁７２Ｔ及び 第二開閉弁７０Ｑを開弁し、第一開閉弁７０Ｐ及び 第三大気弁７２Ｕを閉弁する。この状態で、ポンプ４６を駆動することで、第二大気弁７２Ｔから大気を取りこみ、第二開閉弁７０Ｑを経て密閉空間４０に供給すると共に、密閉空間４０から気体を第一大気弁７２Ｓを通じて外部に排出できる。このように、密閉空間４０内を掃気することにより、排気管６４を冷却し、排気の温度を低下させることも可能である。たとえば、上流触媒担持体３０や下流触媒担持体３２が暖機状態にあるとき、密閉空間４０内を掃気することにより、排気の温度を低下させ、上流触媒担持体３０や下流触媒担持体３２の過度の温度上昇を抑制できる。

なお、密閉空間４０内の掃気を行わない場合は、第一大気弁７２Ｓを省略した構造としてもよい。すなわち、第一吸排気ポート６８Ｐと第一開閉弁７０Ｐの間が大気と連通することが無い構造であってもよい。

第三実施形態においても、第二実施形態と同様に、複数の密閉空間４０のうち、特定の密閉空間についてのみ加圧したり減圧したりすることが可能である。さらに、複数の密閉空間４０のうち、一部の密閉空間は加圧し、他の密閉空間は減圧することも容易である。

上記各実施形態の圧力制御装置では、制御装置４８でポンプ４６を制御するので、密閉空間４０の圧力調整が容易である。そして、ポンプ４６による密閉空間４０の吸排気を、吸排気ポートを通じて確実に行い、密閉空間４０を加圧及び減圧できる。

特に、複数の密閉空間４０を有する構造において、それぞれの密閉空間４０に吸排気ポートが設けられるので、密閉空間４０ごとの加圧及び減圧を適切に行うことが可能である。

密閉空間４０の内部の構造として、以下の第一〜第三の各変形例の構造を採ることも可能である。

図８に示す第一変形例では、密閉空間４０に熱放射抑制部材７４が配置されている。図８に示す例では、熱放射抑制部材７４は内管３６の外周面に接触して配置されている。

図９に示す第二変形例では、第一変形例と同様の熱放射抑制部材７４を有しているが、この熱放射抑制部材７４は、内管３６の外周面と、外管３８の内周面に対し非接触で配置されている。

熱放射抑制部材７４は、密閉空間４０内において、熱放射を抑制することで、熱放射による伝熱も抑制し（好ましくは遮り）排気管２４の断熱性を高める部材である。熱放射抑制部材７４の具体例としては、銅やアルミニウム等の金属製のシート、多孔質体（エアロゲル等）、粉末の断熱材料（パーライト等）を挙げることができる。

このように、第一変形例及び第二変形例では、排気管２４の断熱性が高くなっているので、排気管２４の内部を流れる排気の温度を維持する効果が高い。特に、密閉空間４０内が低圧になっていると、密閉空間４０での熱伝導は熱放射による伝熱量が支配的である。密閉空間４０での熱放射を抑制することで、排気管２４の断熱性を効果的に高めることができる。

なお、第一変形例及び第二変形例において、熱放射抑制部材７４は、密閉空間４０において、層状に複数配置されていてもよい。

図１０に示す第三変形例では、密閉空間４０で、内管３６の外周面と、外管３８の内周面の少なくとも一方に接触して空孔部材７６が配置されている。特に図１０の例では、空孔部材７６は、密閉空間４０内に充填されており、内管３６の外周面と、外管３８の内周面の両方に接触している。

空孔部材７６は、内部に複数の空孔を有する部材であり、空孔の部分は気体が存在している。そして、このような空孔部材７６が接触している内管３６の外周面や外管３８の内周面では、実質的に密閉空間４０において気体が接触する面積（表面積）が広くなっている。すなわち、空孔部材７６は、排気管２４の放熱性を高める部材である。

なお、空孔部材７６の外部から内部（空孔内）への気体の出入りは可能であり、且つ、空孔部材７６の内部の気流は妨げないようになっている。このような空孔部材７６の具体例としては、気体が内部を通過可能な多孔質体や、織布あるいは不織布の繊維等を挙げることができる。

このように、第三変形例では、排気管２４の放熱性が高くなっているので、排気管２４の内部を流れる排気から放熱する効果が高い。特に、密閉空間４０が高圧の状態や、密閉空間４０を掃気する場合には、密閉空間４０内の気体への放熱を促進することで、排気管２４の放熱性を効果的に高めることができる。

第三変形例において、空孔部材７６は、内管３６の外周面と外管３８の内周面のいずれか一方に接触しているだけでもよい。すなわち、空孔部材７６が接触している内管３６又は外管３８では、密閉空間４０内の実質的な表面積が広くなり、放熱性が高くなる。図１０に示したように、空孔部材７６が内管３６の外周面と、外管３８の内周面の両方に接触していると、一方にのみ接触している構造と比較しえ、さらに高い放熱性が得られる。

上記説明から分かるように、第一変形例の熱放射抑制部材７４は、密閉空間４０が低圧の状態で熱放射を抑制し、排気管２４の断熱性を高める部材である。これに対し、第三変形例の空孔部材７６は、密閉空間４０が高圧の状態あるいは掃気する場合に、密閉空間４０内の気体への熱移動を促進し、排気管２４の放熱性を高める部材である。たとえば、多孔質体は、熱放射抑制部材７４と空孔部材７６とを兼ねる部材として用いることも可能である。

上記各実施形態におけるポンプ４６としては、たとえば、電力供給を受けて駆動し、対象 を加圧もしくは減圧するポンプ（電動ポンプ）を用いることができる。さらに、ポンプ４６としては、クヌーセンポンプを用いることも可能である。クヌーセンポンプは、２つの気室を気体分子の平均自由工程より小さな径の細管で接続し、気室の気体に温度差を生じさせると低温側から高温側へ気体が移動することを利用したポンプである。クヌーセンポンプでは、上記した温度差を生じる熱源として、たとえばエンジン冷却水等を用いることができ、駆動のための電力が不要であるので、効率的に密閉空間４０を加圧及び減圧できる。

圧力調整部材としては、ポンプを有する構造に限定されない。たとえば、図１１に示す第四変形例の構造を用いることも可能である。

第四変形例の排気管８４では、コンプレッサー８６を有している。コンプレッサー８６は、制御装置４８によって駆動されるようになっている。コンプレッサー８６は、圧縮用配管８８により、それぞれの密閉空間４０に接続されている。

したがって、コンプレッサー８６の駆動により、密閉空間４０を加圧することが可能である。また、コンプレッサー８６を逆駆動することで、密閉空間４０を減圧することが可能である。

２０ エンジン
２４ 排気管
３０ 上流触媒担持体
３２ 下流触媒担持体
３４ 熱回収器
３６ 内管
３８ 外管
４０ 密閉空間
４２ 圧力調整部材
４４ 吸排気ポート
４６ ポンプ
４８ 制御装置
５０ エンジン駆動センサ
５４ 排気管
５６ 圧力調整部材
５８ 開閉弁
６４ 排気管
６６ 圧力調整部材
６８Ｐ 第一吸排気ポート
６８Ｑ 第二吸排気ポート
７０Ｐ 第一開閉弁
７０Ｑ 第二開閉弁
７２Ｓ 第一大気弁
７２Ｔ 第二大気弁
７２Ｕ 第三大気弁
７４ 熱放射抑制部材
７６ 空孔部材

Claims (14)

1. エンジンからの排気が流れる内管と、
   前記内管の内部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、
   前記内管の外周側に配置され前記エンジンから少なくとも前記触媒担持体の部位まで前記内管との間に密閉空間を形成する外管と、
   前記密閉空間を加圧及び減圧する圧力調整部材と、
   を有する排気管。
2. 前記圧力調整部材が、
   前記外管に設けられる吸排気ポートと、
   前記吸排気ポートに接続されるポンプと、
   前記ポンプを制御する制御装置と、
   を有する請求項１に記載の排気管。
3. 前記触媒担持体が前記排気の流れ方向に沿って複数配置され、
   複数の前記触媒担持体ごとに前記密閉空間が分割されている請求項２に記載の排気管。
4. 複数の前記密閉空間ごとに前記吸排気ポートが１つ以上設けられている請求項３に記載の排気管。
5. 前記制御装置で制御され、前記ポンプと前記吸排気ポートの少なくとも１つの間の吸排気配管を開閉する開閉弁を有する請求項３又は請求項４に記載の排気管。
6. 前記開閉弁が、複数の前記吸排気ポートごとに設けられている請求項５に記載の排気管。
7. 複数の前記密閉空間で前記ポンプが共用されている請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の排気管。
8. エンジンの作動及び停止を検出して前記制御装置に伝えるエンジン作動センサを有し、
   前記圧力調整部材は、エンジンの停止状態で前記密閉空間を減圧し次回のエンジン始動まで減圧を維持する請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の排気管。
9. 前記圧力調整部材は、前記触媒担持体が暖機された状態では前記密閉空間に気体を導入する請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の排気管。
10. 前記密閉空間に、熱放射を抑制する熱放射抑制部材が配置されている請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の排気管。
11. 前記密閉空間に、複数の空孔を有する空孔部材が前記内管及び前記外管の少なくとも一方に接触して配置されている請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の排気管。
12. 前記空孔部材が内管及び前記外管の両方に接触している請求項１１に記載の排気管。
13. 前記内管の内部に設けられ前記排気の熱を回収して熱媒に作用させる熱回収器を有し、
    前記外管が、前記エンジンから前記熱回収器の部位まで前記密閉空間を形成している請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の排気管。
14. 前記密閉空間が、前記エンジンから前記排気の流れ方向で最も上流の前記触媒担持体までの間で分割されている請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の排気管。