CN103153436B - 电加热式催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于抑制电加热式催化剂（EHC）中的电极与壳体之间的绝缘电阻的降低。本发明所涉及的EHC（1）具备：通过被通电而发热从而对催化剂进行加热的发热体（3）；收纳发热体的壳体（4）；设置在发热体（3）与壳体（4）之间并进行电绝缘的绝缘部件（5）；经过位于壳体（4）的内壁面与发热体（3）的外周面之间的空间亦即电极室（9）与发热体（3）连接的电极（7）；以及连通电极室与内燃机的排气系统中的设置有EHC的部分以外的部分的连通路（10）。

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，开发出有利用通过被通电而发热的发热体对催化剂进行加热的电加热式催化剂（Electrically Heated Catalyst：以下称作EHC）。

在EHC中，在通过被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进行电绝缘的绝缘部件。例如，在专利文献1中公开了如下技术：在EHC中，在通过被通电而发热的担载体与收纳该担载体的壳体之间设置有绝缘体的垫。通过设置这种绝缘部件，能够抑制发热体与绝缘体之间短路的情况。

专利文献1：日本特开平05－269387号公报

在EHC中的发热体的壳体内形成有供与发热体连接的电极经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会侵入绝缘部件、发热体。经过了绝缘部件或者发热体的外周壁后的排气会浸入以上述方式形成的电极室内。因此，当排气侵入电极室内时，会产生因排气中的水分凝结而在电极室内产生凝结水的情况。

并且，在排气管内，也会因排气中的水分在排气管壁面凝结而产生凝结水。当在排气管内产生凝结水时，该凝结水被排气推动而在排气管的内壁面流动。进而，当该凝结水到达EHC时，该凝结水浸入绝缘部件、发热体。当凝结水浸入绝缘部件、发热体时，存在经过绝缘部件、发热体后的凝结水、因凝结水在绝缘部件、发热体的内部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、绝缘部件等包围的空间。因此，在电极室内产生或者浸入电极室内的凝结水或者水蒸气易于滞留在该电极室内。当因水蒸气导致电极室内的湿度过度上升时，存在电极室内的电极与壳体之间的绝缘电阻大幅降低的顾虑。并且，当在电极室内存在凝结水时，存在因该凝结水自身导致电极与壳体短路的顾虑。当电极与壳体之间的绝缘电阻大幅降低时，难以通过通电时发热体充分升温。结果，存在招致EHC的排气净化能力降低的顾虑。

发明内容

本发明就是鉴于上述问题而做出的，其目的在于抑制EHC中的电极与壳体之间的绝缘电阻的降低。

本发明在EHC中设置有连通电极室和排气通路的连通路。

更详细地说，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，该发热体通过被通电而发热，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；绝缘部件，该绝缘部件设置于上述发热体与上述壳体之间，对上述发热体进行支承并进行电绝缘；电极，该电极经过电极室与上述发热体连接，并对上述发热体供电，上述电极室是位于上述壳体的内壁面与上述发热体的外周面之间的空间，且其侧壁面由上述绝缘部件形成；以及连通路，该连通路连通上述电极室与内燃机的排气系统中的设置有电加热式催化剂的部分以外的部分。

根据本发明，通过设置连通路，能够对电极室进行换气。因此，能够抑制电极室内的湿度的上升。并且，能够抑制凝结水滞留于电极室内的情况。因而，能够抑制电极室中的、因凝结水、水蒸气而引起的电极与壳体之间的绝缘电阻的降低。

在本发明中，也可以构成为：连通路连通电极室与排气通路中的相比电加热式催化剂靠下游侧的部分。在该情况下，能够使经由连通路被导入电极室内的排气是由EHC净化后的排气。由此，能够抑制电极的腐蚀、电极室的污染。

在本发明所涉及的EHC中，连通路可以设置有多个。由此，能够进一步促进电极室的换气。

根据本发明，能够抑制EHC中的电极与壳体之间的绝缘电阻的降低。

附图说明

图1是示出实施例1所涉及的EHC的简要结构的图。

图2是示出实施例1所涉及的从内燃机启动时开始、电极室内的湿度以及电极室内的电极与壳体之间的绝缘电阻的时间推移的图。

图3是示出实施例2所涉及的EHC的简要结构的图。

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、形状及其相对配置等，只要没有特别记载，则并非意图将发明的技术范围限定于此。

<实施例1>

[EHC的简要结构]

图1是示出本实施例所涉及的电加热式催化剂（EHC）的简要结构的图。本实施例所涉及的EHC 1设置于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使用本实施例所涉及的EHC 1。

图1是沿着内燃机的排气管2的中心轴A将EHC 1纵向剖切后的剖视图。另外，EHC 1的形状相对于中心轴A线对称，因此，图1中，为了方便仅示出EHC 1的上侧的部分。

本实施例所涉及的EHC 1具备催化剂担载体3、壳体4、垫5、内管6、电极7以及连通路10。催化剂担载体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。在催化剂担载体3担载有排气净化催化剂15。作为排气净化催化剂15，能够举例示出氧化催化剂、吸留还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂、三元催化剂等。

催化剂担载体3由当被通电时成为电阻而发热的材料形成。作为催化剂担载体3的材料，能够举例示出SiC（碳化硅）。催化剂担载体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担载体3的截面形状也可以是椭圆形等。中心轴A是在排气管2、催化剂担载体3、内管6以及壳体4共通的中心轴。

催化剂担载体3被收纳于壳体4。在壳体4内形成有电极室9。在催化剂担载体3，经过上述电极室9连接有一对电极7（图1中仅示出一方的电极）。从蓄电池（未图示）对电极7供给电力。当对电极7供给电力时，催化剂担载体3被通电。当通过被通电而催化剂担载体3发热时，担载于催化剂担载体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的加热。

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构成为包括与中心轴A平行的曲面；以及锥部4b、4c，该锥部4b、4c在相比上述收纳部4a靠上游侧以及下游侧的位置连接上述收纳部4a与排气管2。收纳部4a的通路截面积大于排气管2的通路截面积，且在其内侧收纳有催化剂担载体3、垫5以及内管6。锥部4b、4c形成为随着从收纳部4a离开而通路截面积缩小的锥形状。

在壳体4的收纳部4a的内壁面与催化剂担载体3的外周面之间夹有垫5。即，在壳体4内，催化剂担载体3由垫5支承。并且，在垫5夹有内管6。即，垫5由内管6分割成壳体4侧和催化剂担载体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被卷绕于催化剂担载体3的外周面以及内管6的外周面。垫5被夹在催化剂担载体3与壳体4之间，由此，能够抑制当对催化剂担载体3通电时电力朝壳体4流动。

内管6由电绝缘材料形成。作为形成内管6的材料，能够举例示出氧化铝。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的在中心轴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。

在壳体4以及内管6开设有贯通孔4d、6a，以供电极7经过。并且，在垫5形成有供电极7经过的空间。利用这种位于壳体4的内壁面与催化剂担载体3的外周面之间、且其侧壁面由垫5形成的空间来构成电极室9。

在开设于壳体4的贯通孔4d设置有用于支承电极7的支承部件8。该支承部件8由电绝缘材料形成，且无间隙地设置在壳体4与电极7之间。

并且，在EHC 1设置有连通电极室9和排气管2的两个连通路10。两个连通路10均一端与电极室9连接，另一端与相比EHC 1靠下游侧的排气管2连接。

另外，在与一对电极室7分别对应地分别形成电极室9的情况下，针对各电极室9均设置有两个连通路10。即，两个连通路的一端连接于与+侧的电极对应地形成的电极室，另两个连通路的一端连接于与－侧的电极对应的形成的电极室。进而，任一连通路均与相比EHC 1靠下游侧的排气管2连接。

电极室9也可以遍及催化剂担载体3的侧面的整周形成。在该情况下，+侧的电极和－侧的电极经过一个电极室与催化剂担载体3连接。这样，当+侧的电极和－侧的电极共用电极室的情况下（或者与+侧的电极对应的电极室和与－侧的电极对应的电极室相连的情况下），只要针对一个电极室连接有两个连通路即可。

在本实施例中，催化剂担载体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担载催化剂的担载体，例如，发热体只要是设置于催化剂的上游侧的构造体即可。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部件。并且，在本实施例中，连通路10相当于本发明所涉及的连通路。

[本实施例所涉及的EHC的结构的作用效果]

在图1中，箭头表示排气、凝结水以及因凝结水蒸发而产生的水蒸气的流动。在排气管2流动的排气浸入垫5以及催化剂担载体3。当该排气经过催化剂担载体3的外周壁或者垫5侵入电极室9内时，存在排气中的水分凝结而在电极室9内产生凝结水的情况。

并且，当在排气管2内产生凝结水、且该凝结水浸入垫5或者催化剂担载体3时，该凝结水滞留在垫5或者催化剂担载体3内。进而，当滞留在垫5或者催化剂担载体3内的凝结水的量增加时，存在该凝结水侵入电极室9内的情况。并且，当排气的温度上升时，存在滞留于垫5或者催化剂担载体3内的凝结水蒸发、该凝结水以水蒸气的状态侵入电极室9内的情况。

当电极室9由壳体4的内壁面、催化剂担载体3的侧面以及垫5包围而成为封闭的空间时，在电极室9内产生或者浸入电极室9内的凝结水或者水蒸气易于滞留在该电极室9内。当在电极室9内存在凝结水时，存在因该凝结水而导致电极7与壳体4短路的顾虑。

并且，当在电极室9内滞留有水蒸气时，电极室9内的温度变高。图2是示出从内燃机启动时开始的、电极室9内的温度以及电极室9内的电极7与壳体4之间的绝缘电阻的时间推移的图。在图2中，纵轴表示电极室9内的湿度he或者电极室9内的电极7与壳体4之间的绝缘电阻Re，横轴表示时间t。在图2中，实线L1、L2示出电极室9内的湿度he的推移。并且，虚线L1’表示当电极室9内的湿度he如L1所示那样推移时电极室9内的电极7与壳体4之间的绝缘电阻Re的推移。虚线L2’表示当电极室9内的湿度he如L2所示那样推移时电极室9内的电极7与壳体4之间的绝缘电阻Re的推移。

在内燃机启动后，若排气温度迅速上升，则凝结水的产生量少，因此，如L2所示，电极室9内的湿度he迅速降低。在该情况下，如L2’所示，电极7与壳体4之间的绝缘电阻Re伴随着电极室9内的湿度he的降低迅速上升，且维持在高值。另一方面，在内燃机启动后，当反复出现排气温度的上升以及下降的情况下，凝结水的发生量增加，因此如L1所示，电极室9内的湿度he变高。在该情况下，如L1’所示，电极7与壳体4之间的绝缘电阻Re大幅降低。

这样，当因凝结水或者水蒸气而导致电极7与壳体4之间的绝缘电阻大幅降低时，难以通过通电使催化剂担载体3充分升温。结果，难以对排气净化催化剂15充分地加热，存在招致EHC 1的排气净化能力降低的顾虑。

因此，在本实施例中，为了进行电极室9的换气，在EHC 1设置有连通路10。如上所述，连通路10的另一端与排气管2连接。因此，能够在电极室9与排气管2之间经由连通路10进行换气。由此，能够抑制水蒸气滞留在电极室9内的情况。结果，能够抑制电极室9内的温度上升，并且，能够抑制凝结水滞留在电极室9内的情况。因而，根据本实施例，能够抑制电极室9中的、因凝结水、水蒸气导致的电极7与壳体4之间的绝缘电阻的降低。

另外，在本实施例中，连通路10的另一端的连接位置并非必须被限定于排气管2中的相比EHC 1靠下游侧的部分。例如，连通路的另一端也可以连接在排气管2中的相比EHC 1靠上游侧的部分、排气管2所被连接的排气歧管等。

然而，通过如图1所示连通路10的另一端连接于排气管2中的相比EHC 1靠下游侧的部分，能够使经由连通路10被导入电极室9内的排气是由EHC 1净化后的排气。由此，能够抑制因排气中所含的酸性成分导致的电极7的腐蚀、因排气中所含的有机成分导致的电极室9的污染。

并且，在本实施例中，连通路并非必须设置两个，也可以设置有三个以上。并且，连通路也可以是一个。即便连通路是一个，也能够借助因排气管2内的排气的脉动产生的排气管2内与电极室9内之间的压力差、排气管2内与电极室9内的温度差而在电极室9内与排气管2内进行气体的出入，因此能够进行电极室9的换气。

然而，通过如图1所示设置多个连通路10，当通过一个连通路10从排气管2朝电极室9导入排气时，电极室9内的排气（水分）易于通过其他连通路10被排出至排气管2。因而，设置有多个连通路更能够促进电极室9的换气。

[其他的结构]

在本实施例中，也可以在连通路10设置排气净化催化剂。由此，能够对通过连通路10被导入电极室9内的排气进一步进行净化。设置于连通路10的排气净化催化剂优选是能够对排气中所含的酸性成分进行还原、且能够对排气中所含的有机成分进行氧化排气净化催化剂。

也可以在连通路10设置捕集排气中的颗粒状物质的颗粒过滤器。由此，能够抑制颗粒状物质经过连通路10侵入电极室9内。

也可以在连通路10设置吸收或者吸附排气中的水分的水分捕集部件。由此，能够抑制水分经过连通路10侵入电极室9内。

<实施例2>

[EHC的简要结构]

图3是示出本实施例所涉及的EHC的简要结构的图。在本实施例中，在两个连通路10分别设置有使该连通路10开通或者切断的连通控制阀11。连通控制阀11与电子控制装置（ECU：未图示）电连接。连通控制阀11由该ECU控制。当连通控制阀11闭阀时，连通路10开通，当连通控制阀11闭阀时，连通路10被切断。连通控制阀11以外的结构与实施例1所涉及的EHC同样。

[连通控制]

在从排气管2经过连通路10导入电极室9内的排气中也含有水分。因此，在本实施例中，当从排气管2经过连通路10导入的排气中的水分在电极室9内凝结的可能性高时，利用连通控制阀11切断连通路10，禁止该排气的导入。进而，当从排气管2经过连通路10导入的排气中的水分在电极室9内凝结的可能性低时，利用连通控制阀11使连通路10开通，执行电极室9的换气。

例如，在内燃机冷启动的情况下，直到内燃机的暖机完毕为止的期间，电极室9内的温度低，因此，排气中的水分易于在该电极室9内凝结。因此，直到内燃机的暖机完毕为止，使连通控制阀11闭阀，在暖机完毕后使连通控制阀11开阀。

根据这样的连通控制，能够抑制伴随着电极室9的换气产生的凝结水。因而，能够以更高的概率抑制电极室9中的因凝结水、水蒸气导致的电极7与壳体4之间的绝缘电阻的降低。

在本实施例中，也可以在电极室9设置检测该电极室9内的温度的温度传感器。并且，也可以在连通路10或者排气管2的与连通路10连接的连接部分附近设置检测经过连通路10被导入电极室9的排气的水分浓度的水分浓度传感器。在设置有上述传感器的情况下，可以基于由温度传感器检测到的电极室9内的温度、以及由水分浓度传感器检测到的排气的水分浓度来判别经过连通路10被导入的排气中的水分在电极室9内凝结的可能性是否高。

另外，即便不设置水分浓度传感器，也能够估算经过连通路10被导入电极室9的排气的水分浓度。在估算该水分浓度的情况下，基于供内燃机的燃烧的混合气的空燃比来计算通过该燃烧生成的水分量，并基于该水分量以及排气的流量来计算从内燃机排出的排气的水分浓度。进一步，基于从该内燃机排出的排气的水分浓度和排气管2中的与连通路10连接的连接部分附近的排气温度以及压力来计算经过连通路10被导入电极室9的排气的水分浓度。

标号说明

1：电加热式催化剂（EHC）；3：催化剂担载体；4：壳体；5：垫；6：内管；7：电极；9：电极室；10：连通路；11：连通控制阀。

Claims (3)

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，

上述电加热式催化剂具备：

发热体，该发热体通过被通电而发热，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；

绝缘部件，该绝缘部件设置于上述发热体与上述壳体之间，对上述发热体进行支承并进行电绝缘；

电极，该电极经过电极室与上述发热体连接，并对上述发热体供电，上述电极室是位于上述壳体的内壁面与上述发热体的外周面之间的空间，且其侧壁面由上述绝缘部件形成；以及

连通路，该连通路连通上述电极室与内燃机的排气通路中的设置有电加热式催化剂的部分以外的部分。

2.根据权利要求1所述的电加热式催化剂，其中，

上述连通路连通上述电极室与排气通路中的相比电加热式催化剂靠下游侧的部分。

3.根据权利要求1或2所述的电加热式催化剂，其中，

上述连通路设置有多个。