CN102596409B - 电加热式催化器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电加热式催化器。能够抑制电加热式催化器中的、因PM引起的发热体与壳体之间的绝缘性的降低。在具有以位于发热体与壳体之间的方式设置的内管(6a)的电加热式催化器中，在该内管的从绝缘支承部件的端面朝排气中突出的部分(6a)的内周面或者外周面的至少任一方、形成在该周面上环绕的贵金属带(10)。
Description
技术领域
本发明涉及设置于内燃机的排气通路的电加热式催化器。
背景技术
以往，作为设置于内燃机的排气通路的排气净化催化器，开发出了催化剂由因被通电而发热的发热体加热的电加热式催化器(ElectricHeating Catalyst：以下称作EHC)。
在EHC中、在因通电而发热的发热体与该发热体所被收纳的壳体之间设置有绝缘支承部件，该绝缘支承部件对该发热体进行支承且对电进行绝缘。例如，在专利文献1中公开了如下的技术：在EHC中，在因通电而发热的载体与收纳该载体的壳体之间设置作为绝缘体的垫。
并且，在专利文献2中公开了与通过使内燃机的排气管内产生电晕放电而使排气微粒带电、凝聚的凝聚器相关的技术。该专利文献2的凝聚器具有：向放电部引导高电压的导电部；以及对导电部的外周进行保持的绝缘件部。从绝缘件部的外周表面沿径向突出有环状突出部，在该突出部形成有氧化催化层。
专利文献3中记载：在柴油排气净化用催化器的过滤器基材，流入侧单元(cell)侧的单元间隔壁表面形成包含从碱金属以及碱土金属选择的至少一种的流入侧氧化催化涂层，在流出侧单元侧的该单元间隔壁表面形成不包含碱金属以及碱土金属的流出侧氧化催化涂层。
专利文献1：日本特开平05-269387号公报
专利文献2：日本特开2006-342730号公报
专利文献3：日本特开2007-117954号公报
在排气管内或者EHC的壳体内，有时会因排气中的水分凝结而产生凝结水。当该凝结水浸入绝缘支承部件时，存在发热体与壳体之间通过该凝结水短路的忧虑。因此，在EHC中，存在以位于发热体与壳体之间的方式设置由绝缘支承部件夹持的内管的情况。在该情况下，内管由对电进行绝缘的材料、且是凝结水难以浸入的材料形成。
通过设置这种内管，能够抑制在壳体的内壁面流动而浸入绝缘支承部件的凝结水在该绝缘支承部件的内部到达发热体的情况。结果，能够抑制发热体与壳体之间短路通过凝结水短路的情况。
并且，当在EHC设置内管的情况下，该内管形成为从绝缘支承部件的端面朝排气中突出。通过以这种方式形成绝缘支承部件，能够利用该内管抑制在壳体的内壁面流动而到达绝缘支承部件的凝结水在该绝缘支承部件的端面传导而到达发热体的情况。因而，能够抑制绝缘支承部件的端面处的因凝结水而导致的发热体与壳体之间的短路。
然而，当设置这种内管时，排气中的颗粒状物质(ParticulateMatter，以下称作PM)会附着并堆积于该内管的从绝缘保持部件的端面突出的突出部。由于PM具有导电性，因此，当PM堆积于该内管的突出部时，存在发热体与壳体之间的绝缘性降低的忧虑。
发明内容
本发明就是鉴于这种问题而完成的，其目的在于，抑制EHC中的因PM引起的发热体与壳体之间的绝缘性的降低。
对于本发明，在具有以位于发热体与壳体之间的方式设置的内管的EHC中，在该内管的从绝缘支承部件的端面朝排气中突出的部分的内周面或者外周面的至少任一方，形成在该周面上环绕的贵金属带。
更详细地说，本发明所涉及的EHC具备：
发热体，该发热体因通电而发热，且通过发热而对催化剂进行加热；
壳体，该壳体收纳上述发热体；
绝缘支承部件，该绝缘支承部件设置在上述发热体与上述壳体之间，支承上述发热体并对电绝缘；
内管，该内管是由对电绝缘、且比上述绝缘支承部件难被水浸润的材料形成的管状的部件，该内管以位于上述发热体与壳体之间的方式设置，且上述内管的端部从上述绝缘支承部件的端面朝排气中突出；以及
贵金属带，该贵金属带通过在上述内管的从上述绝缘支承部件的端面朝排气中突出的部分的内周面或者外周面的至少任一方、以呈环绕该周面的带状的方式涂覆贵金属而形成。
在本发明所涉及的EHC中，通过由绝缘支承部件夹持、或者由壳体的内壁面与绝缘支承部件夹持，来设置位于发热体和壳体之间的内管。并且，该内管的端部从绝缘支承部件的端面朝排气中突出。以下，将内管的从绝缘支承部件的端面朝排气中突出的部分称作“突出部”。
进而，在内管的突出部的内周面或者外周面的至少任一方、以在该周面上环绕的方式形成有贵金属带。在该贵金属带会生成活性氧。堆积在贵金属带上的PM由该活性氧氧化。此外，根据该活性氧，也能够将堆积在内管的突出部的内周面或者外周面上的贵金属带附近的位置的PM氧化。因此，能够抑制PM堆积遍布绝缘支承部件的端面以及内管的突出部的内周面以及外周面的整面。因而，根据本发明，能够抑制因PM引起的发热体与壳体之间的绝缘性的降低。
在本发明中，也可以在内管的突出部的内周面或者外周面的至少任一方形成有多个贵金属带。在该情况下，多个贵金属带以隔开能够确保相邻的贵金属带之间的绝缘的间隔的方式形成。
如上所述，在本发明中，不仅堆积在贵金属带上的PM由在贵金属带生成的活性氧氧化，而且，堆积在该贵金属带附近的位置的PM也由在贵金属带生成的活性氧氧化。因此，通过设置多个贵金属带，能够确保更长的、用于绝缘的沿面距离。
另外，当在内管的突出部的内周面或者外周面设置三个以上的贵金属带的情况下，对于相邻的贵金属带之间的间隔，只要能够确保绝缘即可，并非必须恒定。
在本发明所涉及的EHC中，当内管的端部从绝缘部件的上游侧以及下游侧双方的端面朝排气中突出的情况下，在该内管的上游侧的突出部以及下游侧的突出部中的任一突出部均设置有贵金属带。此处，流入EHC的排气的温度比从EHC流出的排气的温度低。因此，在内管的上游侧的突出部，与下游侧的突出部相比较，所堆积的PM难以被氧化。
因此，也可以利用活性比形成形成于下游侧的突出部的贵金属带的贵金属的活性高的贵金属来形成形成于上游侧的突出部的贵金属带。由此，能够进一步促进堆积于上游侧的突出部的PM的氧化。
在上述的情况下，例如，也可以是，在上游侧的突出部、利用白金类金属形成贵金属带，在下游侧的突出部、利用银形成贵金属带。根据白金类金属，不仅能够利用活性氧使PM氧化，而且能够利用对排气中的NOx进行还原时产生的氧使PM氧化。因而，能够进一步促进堆积于上游侧的突出部的PM的氧化。并且，在下游侧的突出部，通过利用银形成贵金属带，与在上游侧以及下游侧双方的突出部都利用白金类金属形成贵金属带的情况相比较，能够实现成本的削减。
根据本发明，能够抑制EHC中的、因PM引起的发热体与壳体之间的绝缘性的降低。
附图说明
图1是示出实施例1所涉及的电加热式催化器(EHC)的概要结构的图。
图2是示出实施例1所涉及的内管的与中心轴垂直交叉的方向的截面形状的图。
图3是示出实施例1所涉及的内管的上游侧的突出部的概要结构的放大图。
图4是示出PM堆积遍布垫的端面以及内管的突出部的表面的整面的样子的图。
图5是示出实施例1所涉及的、PM堆积于内管的突出部的表面的样子以及该PM被氧化后的样子的印象图。
图6示出实施例1所涉及的、PM比较厚地堆积于内管的突出部的表面的情况的样子。
图7是示出实施例1所涉及的贵金属带的其他结构的图。
图8是示出实施例1所涉及的电加热式催化器(EHC)的其他结构的图。
图9是示出实施例2所涉及的内管的上游侧以及下游侧的突出部的概要结构的放大图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的具体的实施方式进行说明。对于本实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、及其相对配置等，只要无特殊记载，就并无将本发明的技术范围仅限定于此的意思。
实施例
EHC的概要结构
图1～3是示出本实施例所涉及的电加热式催化器(EHC)的概要结构的图。本实施例所涉及的EHC1设置在搭载于车辆的内燃机的排气管。内燃机可以是柴油机，也可以是汽油机。并且，在采用具备电动机的混合动力系统的车辆中也能够应用本实施例所涉及的EHC1。
本实施例所涉及的EHC1具备：催化剂载体3、壳体4、垫5、内管6、以及电极7。催化剂载体3形成为圆柱状，且以其中心轴与排气管2的中心轴A同轴的方式设置。催化剂载体3担载有排气净化催化剂13。作为排气净化催化剂13，能够举例示出氧化催化剂、吸附还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂、以及三元催化剂等。
催化剂载体3由当被通电时成为电阻而发热的材料形成。作为催化剂载体3的材料，能够举例示出SiC。催化剂载体3具有沿排气的流动方向(即中心轴A的方向)延伸、且与排气的流动方向垂直的截面呈蜂窝状的多个通路。排气在该通路流通。另外，与中心轴A正交的方向上的、催化剂载体3的截面形状也可以是椭圆形等。中心轴A是排气管2、催化剂载体3、内管6、以及壳体4共通的中心轴。
催化剂载体3被收纳于壳体4。在壳体4内形成有电极室9。其中，对于电极室9的详细情况将在后面叙述。在催化剂载体3、穿过该电极室9从左右方向连接有一对电极7。从电池(未图示)对电极7供给电力。当对电极7供给电力时，催化剂载体3被通电。当因通电而催化剂载体3发热时，由催化剂载体3所担载的排气净化催化剂13被加热，促进其活性化。
壳体4由金属形成。作为形成壳体4的材料能够举例示出不锈钢。壳体4具有：收纳部4a，该收纳部4a构成为包含与中心轴A平行的曲面；以及锥状部4b、4c，该锥状部4b、4c在比该收纳部4a靠上游侧以及下游侧的位置连接该收纳部4a与排气管2。收纳部4a的通路截面积比排气管2的通路截面积大，在收纳部4a的内侧收纳有催化剂载体3、垫5、以及内管6。锥状部4b、4c呈随着从收纳部4a离开而通路截面积缩小的锥形状。
垫5被夹在壳体4的收纳部4a的内壁面与催化剂载体3的外周面之间。即，在壳体4内，催化剂载体3由垫5支承。并且，在垫5夹有内管6。图2是示出内管6的与中心轴A垂直交叉的方向的截面形状的图。如图1以及图2所示，内管6是以中心轴A为中心的管状的部件。垫5通过夹有这种形状的内管6而由该内管6分割成壳体4侧与催化剂载体3侧。
垫5由电绝缘材料形成。作为形成垫5的材料，能够举例示出以氧化铝作为主成分的陶瓷纤维。垫5卷绕于催化剂载体3的外周面以及内管6的外周面。并且，垫5被分割成上游侧部分5a和下游侧部分5b，在该上游侧部分5a与下游侧部分5b之间形成有空间。垫5被夹在催化剂载体3与壳体4之间，由此，当对催化剂载体3通电时，能够抑制电力朝壳体4流动。
内管6由电绝缘材料形成。并且，内管6由比垫5难被水浸润的材料形成。作为形成内管6的材料，能够举例示出氧化铝。如图1所示，内管6在中心轴A方向的长度比垫5长。因此，内管6的上游侧以及下游侧的端部从垫5的上游侧以及下游侧的端面突出。以下，将内管6的从垫5的端面朝排气中突出的部分6a、6b称作“突出部”。
在壳体4以及内管6开设有贯通孔4d、6c，以供电极7穿过。进而，利用壳体4内的、垫5的上游侧部分5a与下游侧部分5b之间的空间形成电极室9。即，在本实施例中，遍及垫5的上游侧部分5a与下游侧部分5b之间的催化剂载体3的外周面整周形成有电极室9。
在开设于壳体4的贯通孔4d设置有对电极7进行支承的电极支承部件8。该电极支承部件8由电绝缘材料形成，且无间隙地设置在壳体4与电极7之间。
此处，对本实施例所涉及的内管6的突出部6a、6b的结构进行说明。图3是示出内管6的上游侧的突出部6a的概要结构的放大图。其中，图6的下游侧的突出部6b也具有同样的结构。
在本实施例中，在内管6的突出部6a形成有环绕其外周面的贵金属带10。该贵金属带10通过在突出部6a的外周面上以呈环绕该周面的带状的方式涂覆贵金属(铂(Pt)、银(Ag)等)而形成。
并且，如图3所示，相邻的贵金属带10之间的间隔为预定的间隔W1。此处，预定的间隔W1是能够确保相邻的贵金属带10之间的绝缘的间隔的下限值以上的间隔。另外，相邻的贵金属带10之间的间隔只要能够确保绝缘即可，并非必须等间隔。
另外，在本实施例中，催化剂载体3相当于本发明所涉及的发热体。但是，本发明所涉及的发热体并不限于搭载催化剂的载体，例如，发热体也可以是设置在催化剂的上游侧的构造体。并且，在本实施例中，壳体4相当于本发明所涉及的壳体，垫5相当于本发明所涉及的绝缘支承部件。并且，在本实施例中，内管6相当于本发明所涉及的内管，贵金属带10相当于本发明所涉及的贵金属带。
本实施例所涉及的EHC的结构的作用效果
在本实施例所涉及的EHC 1中，在排气管2内或者壳体4内，有时会因排气中的水分凝结而产生凝结水。当该凝结水从壳体4的内壁面沿垫5的内部或者垫5的端面传导而到达催化剂载体3时，壳体4与催化剂载体3之间短路。
但是，在本实施例中，在垫5中夹有内管6。并且，该内管6从垫5的端面突出。由于内管6以这种方式形成，因此，垫5的内部及其端面的、凝结水的从壳体4的内壁面朝向催化剂载体3的流动被该内管6隔断。因而，能够抑制壳体4与催化剂载体3之间的因凝结水而导致的短路。
另外，在本实施例中，并非必须使内管从垫5的上游侧以及下游侧双方突出。例如，也可以形成为仅在凝结水的产生量更多的上游侧形成有内管6的突出部的结构。
并且，在EHC 1中，排气中的PM附着并堆积于垫5的端面以及内管6的突出部6a、6b。结果，如图4所示，当PM堆积遍布垫5的端面以及内管6的突出部6a(或者6b)的表面的整面时，壳体4与催化剂载体3之间因该PM短路。
但是，在本实施例中，在内管6的突出部6a、6b的外周面形成有贵金属带10。于是，PM被由该贵金属带10生成的活性氧氧化、除去。由此，能够抑制壳体4与催化剂载体3之间的绝缘性因PM而降低。
此处，举出利用铂形成贵金属带10的情况为例对PM的氧化的机理进行说明。在贵金属带10由铂形成的情况下，当因排气的热而该贵金属带10的温度上升时，如下述式(1)所示，从氧化铂生成活性氧。进而，PM由该活性氧氧化。
PtO2→Pt4+2O2-…式(1)
此外，在贵金属带10由铂形成的情况下，排气中的NOx由铂还原而生成NO2。PM也由该NO2氧化。同样，在贵金属带10由铂以外的白金类金属(铑(Rh)、钯(Pd)等)形成的情况下，PM也由因排气中的NOx被还原而生成的NO2氧化。
图5是示出PM堆积于内管6的突出部6a的表面的样子以及该PM被氧化后的样子的印象图。图5(a)示出PM堆积于内管6的突出部6a的表面的样子，图5(b)示出该PM被氧化后的样子。
如图5(a)所示，在内管6的突出部6a，PM堆积在其表面的整面、即贵金属带10上以及未形成贵金属带10的部分的表面上。进而，堆积于贵金属带10上的PM由在贵金属带10生成的活性氧(在铂的情况下，除此之外还有NO2)氧化并除去。
此外，在贵金属带10生成的活性氧也将堆积于从该贵金属带10稍稍离开的位置的PM氧化。结果，即便在内管6的突出部6a的表面的贵金属带10之间PM未被氧化而残留，也能够在该PM与贵金属带10之间确保如L1所示的沿面距离。在本实施例中，贵金属带10在内管6的突出部6a的外周面形成为环绕该周面的带状，由此，能够遍及内管6的突出部6a的整周确保这种沿面距离L1。
并且，在内管6的突出部6a的表面，通过形成多个贵金属带10，能够使因PM被氧化除去而确保的沿面距离L1的总和更长。因而，根据本实施例，能够抑制因PM引起的催化剂载体3与壳体4之间的绝缘性的降低。
另外，在本实施例中，可以以因PM被氧化除去而能够确保的沿面距离L1的总和达到能够充分地维持催化剂载体3与壳体4之间的绝缘性的距离的方式决定形成于内管6的突出部6a、6b的表面的贵金属带10的数量。并且，只要能够充分地维持催化剂载体3与壳体4之间的绝缘性即可，贵金属带10的数量并非必须为多个。
并且，图6示出PM比较厚地堆积于内管6的突出部6a的表面的情况的样子。即便是在这种情况下，与贵金属带10接触的部分以及从贵金属带10稍稍离开的部分的PM也被活性氧氧化。此时，由于形成于贵金属带10上的PM层厚，当存在贵金属带10生成的活性氧无法到达的PM时，该PM未被氧化而残留在突出部6a的表面上。但是，以这种方式残留的PM容易剥离。因此，如图6所示，该PM通过排气的流动而剥离。因而，根据本实施例，能够将所堆积的PM的层整体除去。
其他的结构
在本实施例中，如图7所示，贵金属带10也可以形成于内管6的突出部的内周面。在该情况下，在内周面能够确保用于绝缘的沿面距离。因而，能够得到与上述同样的效果。并且，也可以在内管6的突出部的外周面以及内周面双方形成有贵金属带10。
并且，在本实施例中，如图8所示，也可以是，内管6并不夹在垫5中，而是夹入在垫5的外周面与壳体4的内周面。在该情况下，也能够在内管6的突出部6a、6b的内周面形成贵金属带10。
实施例2
EHC的概要结构
图9是示出本实施例所涉及的EHC1的内管6的上游侧以及下游侧的突出部6a、6b的概要结构的放大图。在本实施例中，与实施例1的情况同样，在内管6的上游侧以及下游侧双方的突出部6a、6b也形成有贵金属带10a、10b。但是，在本实施例中，形成于上游侧的突出部6a的贵金属带(以下称作上游侧贵金属带)10a、与形成于下游侧的突出部6b的贵金属带(以下称作下游侧贵金属带)10b由不同的贵金属形成，这点与实施例1不同。除了这点以外的结构都与实施例1所涉及的EHC同样。
在本实施例中，下游侧贵金属带10b由银形成，上游侧贵金属带10a由活性比银高的白金类金属形成。但是，形成两个贵金属带10a、10b的贵金属的组合并不限于此，只要上游侧贵金属带10a由活性比形成下游侧贵金属带10b的贵金属高的贵金属形成即可。
本实施例所涉及的EHC的结构的作用效果
流入EHC1的排气的温度比从EHC1流出的排气的温度低。这是因为，在EHC1内，排气通过排气净化催化剂13处的反应热而升温。当排气的温度低时，与排气的温度高的情况相比较，PM难以被氧化。因此，在EHC1的内管6中，与下游侧的突出部6b相比较，堆积于上游侧的突出部6a的PM更难被氧化。
因此，在本实施例中，利用银形成下游侧贵金属带10b，利用活性比银高的白金类金属形成上游侧贵金属带10a。由此，即便是在排气的温度低的上游侧的突出部6a，也能够促进基于活性氧的PM的氧化。结果，能够以更高的概率抑制因PM引起的催化剂载体3与壳体4之间的绝缘性的降低。
并且，换言之，在下游侧贵金属带10b，即便并不使用活性像上游侧贵金属带10a所使用的贵金属的活性那么高的贵金属，也能够使堆积于下游侧的突出部6b的PM氧化而将其除去。因此，在本实施例中，利用比白金类金属廉价的银形成下游侧贵金属带10b。由此，能够抑制因PM引起的催化剂载体3与壳体4之间的绝缘性的降低，并且能够削减贵金属带10a、10b所耗费的成本。
符号说明
1：电加热式催化器(EHC)；3：催化剂载体；4：壳体；5：垫；6：内管；7：电极；9：电极室；10：贵金属带。
Claims (3)
1.一种电加热式催化器，其特征在于，
上述电加热式催化器具备：
发热体，该发热体通过通电而发热，且通过发热而对催化剂进行加热；
壳体，该壳体收纳上述发热体；
绝缘支承部件，该绝缘支承部件设置在上述发热体与上述壳体之间，支承上述发热体并对电绝缘；
内管，该内管是由对电绝缘、且比上述绝缘支承部件难被水浸润的材料形成的管状的部件，该内管以位于上述发热体与壳体之间的方式设置，且上述内管的端部从上述绝缘支承部件的端面朝排气中突出；以及
多个贵金属带，所述多个贵金属带通过在上述内管的从上述绝缘支承部件的端面朝排气中突出的部分的内周面或者外周面的至少任一方、以呈在该周面上环绕的带状的方式涂覆贵金属而形成，
所述多个贵金属带以彼此间隔开能够确保相邻的贵金属带之间的绝缘的间隔的方式形成。
2.根据权利要求1所述的电加热式催化器，其特征在于，
上述内管的端部从上述绝缘支承部件的上游侧以及下游侧双方的端面朝排气中突出，形成于上述内管的从上述绝缘支承部件的上游侧的端面突出的部分的上述贵金属带，与形成于上述内管的从上述绝缘支承部件的下游侧的端面突出的部分的上述贵金属带相比，由活性更高的贵金属形成。
3.根据权利要求2所述的电加热式催化器，其特征在于，
形成于上述内管的从上述绝缘支承部件的上游侧的端面突出的部分的上述贵金属带由白金类金属形成，
形成于上述内管的从上述绝缘支承部件的下游侧的端面突出的部分的上述贵金属带由银形成。
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