CN103080491B - 电加热式催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供电加热式催化剂，其目的在于抑制电加热式催化剂（EHC）中的电极和壳体的短路。在本发明所涉及的EHC中，电极（7）穿过形成于壳体（4）的贯通孔以及在壳体（4）的内壁面和发热体（3）的外周面之间形成的电极室（9）而与发热体（3）连接。并且，由电绝缘材料形成且在形成于壳体（4）的贯通孔中支承电极（7）的支承部件（8），沿着电极（7）延伸至电极室（9）内。

Description

电加热式催化剂

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剂。

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剂，开发利用通过通电而发热的发热体来加热催化剂的电加热式催化剂（ElectricallyHeated Catalyst：以下称作EHC）。

在EHC中，在因通电而发热的发热体与收纳该发热体的壳体之间设置有对电绝缘的绝缘部件。例如，在专利文献1中公开了如下技术：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绝缘体的衬垫。通过设置这样的绝缘部件，能够抑制发热体和壳体之间短路。

在专利文献2中，针对在内燃机的排气管设置有捕集排气中的颗粒的过滤器以及为了过滤器再生而对过滤器进行加热的加热器的结构，公开了与用于适当进行过滤器以及加热器的温度管理的温度传感器的设置位置相关的技术。在该专利文献2中记载了如果将温度传感器的温度检测部设置于加热器的附近，则即使加热器断开，温度传感器的温度检测值也难以下降的情况。

专利文献1：日本特开平05－269387号公报

专利文献2：日本特开2004－100637号公报

在EHC中的发热体的壳体内形成有用于供与发热体连接的电极通过的空间亦即电极室。绝缘部件以及发热体构成该电极室的壁面。

在排气管流动的排气侵入绝缘部件、发热体。通过绝缘部件或者发热体的外周壁后的排气浸入如上述那样形成的电极室内。在排气中含有水分。因此，如果排气侵入到电极室内，则存在因排气中的水分凝结而在电极室内产生凝结水的情况。

此外，即使在排气管，也存在因排气中的水分在排气管壁面凝结而产生凝结水的情况。如果在排气管内产生凝结水，则该凝结水被排气推动而在排气管的内壁面流动。并且，如果该凝结水到达EHC，则该凝结水浸入绝缘部件、发热体。如果凝结水浸入绝缘部件、发热体，则存在通过上述部件后的凝结水、或者在上述部件的内部因凝结水蒸发而产生的水蒸气浸入电极室内的情况。

电极室是在壳体内由发热体和绝缘部件等包围而成的空间。因此，在电极室内产生的或者浸入到电极室内的凝结水或者水蒸气容易滞留于该电极室内。并且，如果电极室的内壁面以及电极被凝结水覆盖，则存在电极和壳体短路的忧虑。如果电极和壳体短路，则难以通过通电使发热体充分升温。结果，存在导致EHC的排气净化能力的降低的忧虑。

发明内容

本发明时鉴于上述问题而完成的，其目的在于抑制EHC中的电极和壳体的短路。

在本发明所涉及的EHC中，电极通过形成于壳体的贯通孔以及在壳体的内壁面和发热体的外周面之间形成的电极室而与发热体连接。并且，由电绝缘材料形成且在形成于壳体的贯通孔中支承电极的支承部件，沿着电极延伸至电极室内。

更详细来说，本发明所涉及的EHC是设置于内燃机的排气通路的电加热式催化剂，其中，

上述电加热式催化剂具备：

发热体，该发热体通过通电而发热，通过该发热体的发热对催化剂进行加热；

壳体，该壳体收纳上述发热体；

绝缘部件，该绝缘部件设置于上述发热体和上述壳体之间，上述绝缘部件支承上述发热体，并且对电绝缘；

电极，该电极穿过贯通孔以及电极室与上述发热体连接，并对上述发热体供电，上述贯通孔形成于上述壳体，上述电极室是位于上述壳体的内壁面和上述发热体的外周面之间的空间且其壁面由上述绝缘部件形成；以及

支承部件，该支承部件由电绝缘材料形成，通过在形成于上述壳体的贯通孔中无间隙地设置于上述壳体和上述电极之间来支承上述电极，且形成为沿着上述电极朝上述电极室内突出，

上述壳体的、形成上述电极室的壁面的部分且是形成上述贯通孔的部分，形成为比其他部分朝外侧突出的凸形状，凸形状部的内壁面与上述支承部件分离。

在本发明所涉及的EHC中，壳体的、形成电极室的壁面的部分且是形成贯通孔的部分，形成为比其他部分朝外侧突出的凸形状。并且，凸形状部的内部的内壁面与上述支承部件分离。由此，电极室朝向外侧进一步扩展。因此，能够进一步加长支承部件的沿着电极朝电极室内突出的部分。因而，能够进一步加长用于电极和壳体之间的绝缘的沿面距离。

此外，在上述情况下，支承部件也可以形成为，支承部件的沿着电极朝电极室内突出的部分的前端，在壳体的形成为凸形状的部分的内部位于比壳体的其他部分的内壁面靠外侧的位置。由此，支承部件难以直接曝露于通过绝缘部件而侵入到电极室内的排气的流动中。因此，支承部件难以被凝结水覆盖。

此外，在本发明中，支承部件也可以形成为，对于支承部件的朝电极室内突出的部分的与电极的轴向垂直地交叉的方向上的截面积，与接近壳体的内壁面的部分相比，接近发热体的部分更小。

由此，支承部件中的接近发热体的部分的热容量变得更小。结果，能够进一步促进覆盖支承部件的该部分的凝结水的蒸发。因而，能够以更高的概率抑制电极和壳体之间的短路。

根据本发明，能够抑制EHC中的电极和壳体的短路。

附图说明

图1是示出实施例1所涉及的EHC的概要结构的图。

图2是将形成实施例1所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图，且是示出电极室内的凝结水的样子的图。

图3是将形成实施例2所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图。

图4是将形成实施例2的变形例所涉及的EHC的电极室的部分放大的图。

图5是将形成实施例3所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图。

图6是将形成实施例3的变形例所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的具体实施方式进行说明。对于本实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、相对配置等，只要没有特别的记载发明的技术范围就不限定于此。

＜实施例1＞

［EHC的概要结构］

图1是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂（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，在具备电机的采用混合动力系统的车辆中也能够使用本实施例所涉及的EHC1。

图1是沿着内燃机的排气管2的中心轴A将EHC1在纵向剖切的截面图。另外，由于EHC1的形状相对于中心轴A呈线对称，所以在图1中为了方便而仅示出EHC1的上侧的部分。

本实施例所涉及的EHC1具备催化剂载体3、壳体4、衬垫5、内管6以及电极7。催化剂载体3形成为圆柱状，并且设置成其中心轴与排气管2的中心轴A同轴。在催化剂载体3担载有排气净化催化剂15。作为排气净化催化剂15，能够例示氧化催化剂、吸留还原式NOx催化剂、选择还原式NOx催化剂以及三元催化剂。

催化剂载体3由当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，能够例示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形成为蜂窝状的多条通路。排气在该通路内流通。另外，与中心轴A正交的方向的催化剂载体3的截面形状也可以形成为椭圆形等。中心轴A为对排气管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。在催化剂载体3通过该电极室9而连接有一对电极7（在图1中仅图示一方的电极）。从蓄电池（未图示）朝电极7供电。当朝电极7供电时，催化剂载体3被通电。如果因通电而催化剂载体3发热，则担载于催化剂载体3的排气净化催化剂15被加热，从而促进该排气净化催化剂15的活性化。

壳体4由金属形成。作为形成壳体4的材料，能够例示不锈钢材料。壳体4具有：包括与中心轴A平行的曲面而构成的收纳部4a；在比该收纳部4a更靠上游侧以及更靠下游侧连接该收纳部4a和排气管2的锥形部4b、4c。收纳部4a的通路截面积大于排气管2的通路截面积，在催化剂载体3、衬垫5以及内管6收纳于该收纳部4a的内侧。锥形部4b、4c形成为随着远离收纳部4a而通路截面积缩小的锥形状。

在壳体4的收纳部4a的内壁面和催化剂载体3的外周面之间夹入衬垫5。也就是说，在壳体4内，催化剂载体3由衬垫5支承。此外，在衬垫5夹入内管6。也就是说，衬垫5由内管6分割成壳体4侧和催化剂载体3侧。

衬垫5由电绝缘材料形成。作为形成衬垫5的材料，能够例示以氧化铝为主成分的陶瓷纤维。衬垫5卷绕于催化剂载体3的外周面以及内管6的外周面。通过将衬垫5夹入到催化剂载体3和壳体4之间，当对催化剂载体3通电时，电朝壳体4流动的情况得以抑制。

内管6由电绝缘材料形成。作为形成内管6的材料，能够例示氧化铝。内管6形成为以中心轴A为中心的管状。如图1所示，内管6在中心轴A方向的长度大于衬垫5在中心轴A方向的长度。因此，内管6的上游侧以及下游侧的端部从衬垫5的上游侧以及下游侧的端面突出。

在壳体4以及内管6开设有贯通孔4d、6a，以便供电极7穿过。此外，在衬垫5形成有用于供电极7穿过的空间。利用这样的、位于壳体4的内壁面和催化剂载体3的外周面之间、且由衬垫5形成其侧壁面的空间，形成电极室9。

电极7具有连接部7a以及轴部7b。连接部7a是与催化剂载体3连接的部分，且形成为沿着催化剂载体3的侧面。轴部7b的一端与连接部7a连接。并且，轴部7b穿过形成于内管6的贯通孔6a以及形成于壳体4的贯通孔4d而朝向壳体4的外部延伸。也就是说，电极室9形成于轴部7b的周围。另外，电极7也可以构成为，不将连接部7a和轴部7b直接连接，而通过导线将连接部7a和轴部7b的前端部连接。

在开设于壳体4的贯通孔4d设置有用于支承电极7的轴部7b的支承部件8。该支承部件8由电绝缘材料形成，且无间隙地设置于壳体4和电极7的轴部7b之间。此外，支承部件8沿着电极7的轴部7b朝电极室9内突出，且延伸至可接受催化剂载体3的辐射热以及散热的热量的位置。

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定于担载催化剂的载体，例如发热体也可以是设置于催化剂的上游侧的构造体。此外，在本实施例中，壳体4相当于本发明所涉及的壳体，衬垫5相当于本发明所涉及的绝缘部件。此外，在本实施例中，电极7相当于本发明所涉及的电极，支承部件8相当于本发明所涉及的支承部件。

［本实施例所涉及的EHC的结构的作用效果］

在图1中，箭头表示因排气、凝结水以及凝结水蒸发而产生的水蒸气的流向。在排气管2流动的排气浸入衬垫5以及催化剂载体3。如果该排气通过催化剂载体3的外周壁或者衬垫5而侵入到电极室9内，则存在因排气中的水分凝结而在电极室9内产生凝结水的情况。

此外，如果在排气管2内产生凝结水，并且该凝结水浸入到衬垫5或者催化剂载体3，则该凝结水滞留于衬垫5或者催化剂载体3内。并且，如果滞留于衬垫5或者催化剂载体3内的凝结水的量增加，则存在该凝结水侵入到电极室9内的情况。此外，如果排气的温度上升，则也存在滞留于衬垫5或者催化剂载体3内的凝结水蒸发，该凝结水以水蒸气的状态侵入到电极室9内的情况。

电极室9成为由壳体4的内壁面、催化剂载体3的侧面以及衬垫5包围而封闭的空间。因此，在电极室9内产生的或者浸入到电极室9内的凝结水或者水蒸气，容易滞留于该电极室9内。

此处，在支承部件8仅设置于壳体4的贯通孔4d而未延伸至电极室9内的情况下（即，没有比壳体4的内壁面更朝内侧突出的情况下），在电极室9内，电极7的轴部7b曝露于排气中。在该情况下，电极7的轴部7b容易被凝结水覆盖。如果电极室9以及电极室9内的电极7被凝结水覆盖，则存在电极7和壳体4短路的忧虑。如果电极7和壳体4短路，则难以通过通电而使催化剂载体3充分升温。结果，存在难以充分加热排气净化催化剂15而导致EHC1的排气净化能力的降低的忧虑。

因此，在本实施例中，如上述那样使支承部件8沿着电极7的轴部7b朝电极室9内突出。由此，与不使支承部件8朝电极室9内突出的情况相比，能够进一步加长用于电极7的轴部7b和壳体4之间的绝缘的沿面距离。

图2是将形成本实施例所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图，且是示出电极室9内的凝结水的样子的图。在本实施例中，在电极室9内，支承部件8曝露于排气中。因此，存在支承部件8被凝结水覆盖的可能性。并且，如图2（a）所示，即使在本实施例所涉及的结构的情况下，如果电极室9的内壁面、电极7以及支承部件8被凝结水覆盖，则也存在电极7和壳体4短路的忧虑。

但是，在本实施例中，支承部件8延伸至能够接受催化剂载体3的辐射热以及散热的热量的位置。因而，支承部件8中的位于催化剂载体3的附近的部分容易接受催化剂载体3的辐射热以及散热的热量，从而容易被加热。因此，覆盖支承部件8的该部分的凝结水容易蒸发。如图2（b）所示，如果覆盖支承部件8的该部分的凝结水蒸发的话，则能够确保用于电极7和壳体4之间的绝缘的沿面距离。因而，根据本实施例，能够抑制电极室9中的电极7和壳体4因凝结水而发生短路。

另外，在本实施例中，为了进一步加长用于电极7和壳体4之间的绝缘的沿面距离，此外，为了更容易接受催化剂载体3的辐射热以及散热的热量，优选将支承部件8延伸至催化剂载体3的附近。此外，支承部件8也可以到达轴部7b的与连接部7a的连接部分。

＜实施例2＞

［EHC的概要结构］

图3是将形成本实施例所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图。如图3所示，在本实施例中，壳体4的收纳部4a中的形成电极室9的壁面的部分、且是形成供电极7的轴部7b穿过的贯通孔4d的部分4e，形成为比壳体4的收纳部4a中的其他部分更朝外侧突出的凸形状(以下，将该部分称作凸形状部)。

在本实施例中，支承部件8也与实施例1同样，从壳体4的贯通孔4d延伸至能够接受催化剂载体3的辐射热以及散热的热量的位置。此外，凸形状部4e形成为，凸形状部4e的内部的侧壁面和支承部件8之间的距离L1成为抑制在它们之间产生放电的距离。除此之外的结构与实施例1所涉及的EHC同样。

［本实施例所涉及的EHC的结构的作用效果］

根据本实施例，通过形成凸形状部4e，电极室9朝向外侧进一步扩展。并且，对于支承部件8中的沿着电极7的轴部7b朝电极室9内突出的部分，与不形成凸形状部4e的情况相比变得更长。结果，能够进一步加长用于电极7和壳体4之间的绝缘的沿面距离。因而，能够以更高的概率抑制电极室9中的电极7和壳体4的短路。

本实施例所涉及的结构，在无法充分较大地获得EHC4的收纳部4a的内壁面和催化剂载体3的侧面的间隔的情况下更有效。

［变形例］

图4是将形成本实施例的变形例所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图。如图4所示，在本变形例中，支承部件8的沿着电极7朝电极室9内突出的部分的前端，在壳体4的凸形状部4e的内部中，位于比壳体4的收纳部4a中的其他部分的内壁面更靠外侧的位置。

根据这样的变形例的结构，支承部件8难以直接曝露于通过衬垫5而侵入到电极室9内的排气的流动中（在图4中，箭头表示排气的流向）。因此，能够抑制排气中的水分在支承部件8的表面冷却而产生凝结水。结果，支承部件8难以被凝结水覆盖。因而，能够以更高的概率抑制电极室9中的电极7和壳体4的短路。

＜实施例3＞

［EHC的概要结构］

图5是将形成本实施例所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图。如图5所示，在本实施例中，支承部件8中的朝电极室9内突出的部分具有与电极7的轴部7b的轴向垂直地交叉的方向的截面积随着趋向前端而变小的锥形状。也就是说，对于支承部件8在与电极7的轴部7b的轴向垂直地交叉的方向上的截面积，与接近壳体4的内壁面的部分相比，接近催化剂载体3的部分更小。除此之外的结构与实施例1所涉及的EHC同样。

［本实施例所涉及的EHC的结构的作用效果］

根据本实施例，支承部件8中的朝电极室9内突出的部分的热容量随着趋向接近催化剂载体3的部分而变小。因此，支承部件8的接近催化剂载体3的部分的温度因接受催化剂载体3的辐射热以及散热的热量而容易进一步上升。结果，能够进一步促进覆盖支承部件8的该部分的凝结水的蒸发。因而，能够以更高的概率抑制电极室9中的电极7和壳体4的短路。

［变形例］

图6是将形成本实施例的变形例所涉及的EHC的电极室的部分放大后的图。在本实施例中，对于支承部件8在与电极7的轴部7b的轴向垂直地交叉的方向上的截面积，如果与接近壳体4的内壁面的部分相比接近催化剂载体3的部分变得更小的话，则支承部件8并不是一定要形成为锥形状。例如，如图6所示，也可以使支承部件8的该截面积阶段性地变化。即使将支承部件8形成为图6所示那样的结构，支承部件8中的接近催化剂载体3的部分的热容量也减少，因此能够得到与上述同样的效果。

另外，在如实施例2那样在壳体4形成有凸形状部的情况下，也能够应用本实施例所涉及的支承部件的结构。

附图标记说明：

1…电加热式催化剂（EHC）；3…催化剂载体；4…壳体；5…衬垫；6…内管；7…电极；8…支承部件；9…电极室。

Claims (6)

1.一种电加热式催化剂，该电加热式催化剂设置于内燃机的排气通路，其中，

所述电加热式催化剂具备：

发热体，该发热体通过通电而发热，通过该发热体的发热对催化剂进行加热；

壳体，该壳体收纳所述发热体；

绝缘部件，该绝缘部件设置于所述发热体和所述壳体之间，所述绝缘部件支承所述发热体，并且对电绝缘；

电极，该电极穿过贯通孔以及电极室而与所述发热体连接，并对所述发热体供电，所述贯通孔形成于所述壳体，所述电极室是位于所述壳体的内壁面和所述发热体的外周面之间的空间，且其壁面由所述绝缘部件形成；以及

支承部件，该支承部件由电绝缘材料形成，通过在形成于所述壳体的贯通孔中无间隙地设置于所述壳体与所述电极之间来支承所述电极，并且所述支承部件形成为沿着所述电极朝所述电极室内突出，

所述壳体的、形成所述电极室的壁面的部分且是形成所述贯通孔的部分，形成为比其他部分朝外侧突出的凸形状，凸形状部的内壁面与所述支承部件分离，

所述支承部件的沿着所述电极朝所述电极室内突出的部分的前端，在所述壳体的形成为凸形状的部分的内部位于比所述壳体的其他部分的内壁面靠外侧的位置。

2.根据权利要求1所述的电加热式催化剂，其中，

在所述凸形状部的内壁面与所述支承部件之间存在空间。

3.根据权利要求1或2所述的电加热式催化剂，其中，

对于所述支承部件的朝所述电极室内突出的部分的与所述电极的轴向垂直相交的方向上的截面积，形成为接近所述发热体的部分的截面积比接近所述壳体的内壁面的部分的截面积小。

4.一种电加热式催化剂，该电加热式催化剂设置于内燃机的排气通路，其中，

所述电加热式催化剂具备：

发热体，该发热体通过通电而发热，通过该发热体的发热对催化剂进行加热；

壳体，该壳体收纳所述发热体；

绝缘部件，该绝缘部件设置于所述发热体和所述壳体之间，所述绝缘部件支承所述发热体，并且对电绝缘；

电极，该电极穿过贯通孔以及电极室而与所述发热体连接，并对所述发热体供电，所述贯通孔形成于所述壳体，所述电极室是位于所述壳体的内壁面和所述发热体的外周面之间的空间，且其壁面由所述绝缘部件形成；以及

支承部件，该支承部件由电绝缘材料形成，通过在形成于所述壳体的贯通孔中无间隙地设置于所述壳体与所述电极之间来支承所述电极，并且所述支承部件形成为沿着所述电极朝所述电极室内突出，

所述壳体的、形成所述电极室的壁面的部分且是形成所述贯通孔的部分，形成为比其他部分朝外侧突出的凸形状，在凸形状部的内壁面与所述支承部件之间存在空间，

所述支承部件的沿着所述电极朝所述电极室内突出的部分的前端，在所述壳体的形成为凸形状的部分的内部位于比所述壳体的其他部分的内壁面靠外侧的位置。

5.根据权利要求4所述的电加热式催化剂，其中，

对于所述壳体的凸形状部的内壁面与所述支承部件之间的距离，形成为接近所述发热体的部分的距离比接近所述壳体的内壁面的部分的距离大。

6.根据权利要求4所述的电加热式催化剂，其中，

对于所述支承部件的朝所述电极室内突出的部分的与所述电极的轴向垂直相交的方向上的截面积，形成为接近所述发热体的部分的截面积比接近所述壳体的内壁面的部分的截面积小。