CN103442788A - 电加热催化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于抑制电加热催化剂中发热体与外壳之间的短路。本发明涉及的电加热催化剂(1)具备：发热体(3)、外壳(4)、设置于所述发热体(3)与所述外壳(4)之间的绝缘支撑部件(5)、夹入所述绝缘支撑部(5)且其端部从所述绝缘支撑部件(5)的端面突出到排气中的内管(6)、和至少包覆除与所述绝缘支撑部件(5)的端面接触的预定范围以外的、所述内管(6)的从所述绝缘支撑部件(5)的端面突出到排气中的突出部(6a，6b)的外周面的具有氧化功能的催化剂(10)。

Description

电加热催化剂
技术领域
本发明涉及在内燃机的排气通路中设置的电加热催化剂。
背景技术
一直以来，作为内燃机的排气通路中设置的排气净化催化剂，正在开发利用通过通电而发热的发热体对催化剂进行加热的电加热催化剂(Electric Heating Catalyst：以下称为EHC)。
EHC中，在通过通电而发热的发热体与收容该发热体的外壳之间，设有支撑该发热体并且电绝缘的绝缘支撑部件。例如，专利文献1中公开了如下技术：EHC中，在通过通电而发热的载体与收容该载体的外壳之间设置绝缘体衬垫。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平05-269387号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在EHC中，为了抑制由浸入(浸润)绝缘支撑部件内的冷凝水导致的发热体与外壳之间的短路，有时会设置内管。该内管是以位于发热体与外壳之间的方式被绝缘支撑部件夹入的管状部件。此外，就该内管来说，在其整个表面上形成有电绝缘层或者其由电绝缘材料形成。
在EHC中设有内管的情况下，该内管以从绝缘支撑部件的端面突出到排气中的方式形成。通过以此种方式形成内管，能够由该内管抑制流过外壳的内壁面而到达绝缘支撑部件的冷凝水顺着该绝缘支撑部件的端面流至发热体。因此，不仅在绝缘支撑部件内部、在绝缘支撑部件的端面也能够抑制发热体与外壳之间由冷凝水引起的短路。
然而，当如上构成内管时，排气中的粒状物质(Particulate Matter：以下称为PM)附着到内管的从绝缘支撑部件的端面突出的突出部。结果，PM在内管的突出部堆积时，发热体与外壳之间可能会由该PM引起短路。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于抑制EHC中的发热体与外壳之间的短路。
用于解决问题的方法
就本发明而言，在EHC中，用具有氧化功能的催化剂至少包覆除与绝缘支撑部件的端面接触的预定范围以外的、内管的从绝缘支撑部件的端面突出到排气中的突出部的外周面。
更加详细而言，本发明的电加热催化剂(EHC)具备：
发热体，通过通电来发热，并且通过发热来加热催化剂；
外壳，收容所述发热体；
绝缘支撑部件，设置于所述发热体与所述外壳之间，支撑所述发热体并且电绝缘；
内管，是以位于所述发热体与外壳之间的方式被所述绝缘支撑部件夹入的管状部件，其端部从所述绝缘支撑部件的端面突出到排气中，并且，在整个表面上形成有电绝缘层或者由电绝缘材料形成；和
具有氧化功能的催化剂，至少包覆所述内管的从所述绝缘支撑部件的端面突出到排气中的突出部的、除与所述绝缘支撑部件的端面接触的预定范围之外的外周面。
通过利用具有氧化功能的催化剂包覆内管的突出部，能够促进附着于该突出部的PM的氧化。因此，能够抑制PM在该突出部被该催化剂包覆的部分的堆积。结果能够抑制发热体与外壳之间由PM引起的短路。
然而，在内管的突出部被催化剂包覆的情况下，由于被该催化剂包覆的部分多孔化，因而冷凝水容易在该部分滞留。因此，当用催化剂包覆内管的整个突出部时，容易由滞留的冷凝水导致发热体与外壳之间的短路。
这里，内管的外侧与内管的内侧相比，排气的流量少。因此，与内管的突出部的内周面相比，PM更难在该突出部的外周面堆积。此外，在内管的突出部中，与距离绝缘支撑部件的端面远的部分相比，PM更难在距离绝缘支撑部件的端面近的部分堆积。因此，在内管的突出部分中，PM最难在外周面的距离绝缘支撑部件的端面近的部分堆积。
因此，在本发明中，用具有氧化功能的催化剂包覆内管的突出部的、除与绝缘支撑部件的端面接触的预定范围以外的外周面。即，内管的突出部中的PM最难堆积的部分并不设置催化剂。在该未设置催化剂的部分，冷凝水难以滞留。
因此，根据本发明，EHC中的发热体与外壳之间的、由PM引起的短路及由冷凝水引起的短路均得到抑制。
在本发明中，在内管从绝缘支撑部件的上游侧及下游侧两个端面突出到排气中的情况下，包覆该内管的下游侧突出部的催化剂的量可以比包覆该内管的上游侧突出部的量少。此外，在该情况下，也可以用催化剂仅包覆内管的上游侧突出部。
从EHC流出的排气中的PM量比流入EHC的排气中的PM量少。因此，附着于内管的下游侧突出部的PM量比附着于内管的上游侧突出部的量少。此外，从EHC流出的排气的温度比流入EHC的排气的温度高。因此，内管的下游侧突出部的温度比内管的上游侧突出部的温度高。因此，在内管的下游侧突出部，即使使催化剂的量少于内管的上游侧突出部、或者并不设置催化剂，也能够充分氧化PM。
因此，如上所述，在抑制催化剂的使用量的同时，能够抑制发热体与外壳之间的短路。
如上所述，与内管的突出部的内周面相比，PM更难附着到该内管的突出部的外周面。而且，如果能够抑制该突出部的外周面上PM的堆积，则能够抑制由PM引起的发热体与外壳之间的短路。因此，可以用催化剂仅包覆内管的突出部的除与绝缘支撑部件的端面接触的预定范围之外的外周面。总之，内管的突出部的内周面上可以不设置催化剂。
发明效果
根据本发明，能够抑制EHC中的发热体与外壳之间的短路。
附图说明
图1是表示实施例1的电加热催化剂的概略结构的图。
图2是实施例1的电加热催化剂的内管的突出部的放大图。
图3是表示实施例2的电加热催化剂的概略结构的图。
图4是表示实施例2的变形例的电加热催化剂的概略结构的图。
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。本实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状以及相对配置等，只要没有特殊记载，则并不对发明的技术范围构成限制。
<实施例1>
[EHC的概略结构]
图1及图2是表示本实施例的电加热催化剂(EHC)的概略结构的图。图1是将EHC沿其中心轴切割的截面图。图2是后述内管的从催化剂载体的端面突出到排气中的突出部的放大图。
本实施例的EHC1设置于车辆所搭载的内燃机的排气管中。内燃机可以是柴油机也可以是汽油机。此外，采用具备电动机的混合动力系统的车辆也可以使用本实施例的EHC1。
本实施例的EHC1具备催化剂载体3、外壳4、衬垫5、内管6以及电极7。催化剂载体3形成圆柱状，其中心轴设置成与排气管2的中心轴A同轴。催化剂载体3上负载有排气净化催化剂13。作为排气净化催化剂13，可以例示：氧化催化剂、吸收还原型NOx催化剂、选择还原型催化剂NOx催化剂及三元催化剂等。
催化剂载体3由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，可以例示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、并且与排气的流动方向垂直的截面形成蜂窝状的多个通路。排气在该通路中流通。需要说明的是，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以及外壳4共同的中心轴。
催化剂载体3收容于外壳4中。外壳4内形成有电极室9。需要说明的是，电极室9的详细情况如后所述。催化剂载体3上连接着穿过该电极室9、来自左右方向的一对电极7。从电池(未图示)向电极7供电。向电极7供电时，催化剂载体3被通电。通过通电而使催化剂载体3发热时，催化剂载体3上负载的排气净化催化剂13被加热，促进了它的活化。
外壳4由金属形成。作为形成外壳4的材料，可以例示不锈钢材料。外壳4具有：包含与中心轴A平行的曲面而构成的收容部4a、以及在该收容部4a的上游侧及下游侧且与该收容部4a和排气管2连接的渐缩部4b、4c。收容部4a的通路截面积比排气管2的通路截面积大，在其内侧收容有催化剂载体3、衬垫5以及内管6。渐缩部4b、4c为通路截面积随着远离收容部4a而缩小的渐缩形状。
外壳4的收容部4a的内壁面与催化剂载体3的外周面之间夹入衬垫5。也就是说，在外壳4中，催化剂载体3由衬垫5支撑。此外，在衬垫5中夹入内管6。内管6是以中心轴A为中心的管状部件。衬垫5由于夹入内管6，因而被该内管6分割为外壳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，可以例示以氧化铝为主要成分的陶瓷纤维。衬垫5卷绕于催化剂载体3的外周面及内管6的外周面。此外，衬垫5被分割成上游侧部分5a和下游侧部分5b，该上游侧部分5a和下游侧部分5b之间形成有空间。衬垫5由于被夹入催化剂载体3与外壳4之间，因此在对催化剂载体3通电时，能够抑制向外壳4的电流。
内管6由不锈钢材料形成。此外，如图2所示，在内管6的整个表面形成有电绝缘层61。作为形成电绝缘层61的材料，可以例示陶瓷或玻璃。需要说明的是，内管6的主体也可以由氧化铝等电绝缘材料形成。
此外，如图1所示，内管6在中心轴A方向上的长度比衬垫5长。因此，内管6的上游侧及下游侧的端部从衬垫5的上游侧及下游侧的端面突出。以下，将内管6的从衬垫5的端面突出到排气中的部分6a、6b称为“突出部”。
在外壳4及内管6中开有贯通孔4d、6c，用于贯穿电极7。于是，由外壳4内的衬垫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。也就是说，在本实施例中，在衬垫5的上游侧部分5a与下游侧部分5b之间的催化剂载体3的外周面的整个圆周范围形成电极室9。需要说明的是，也可以不将衬垫5分割为上游侧部分5a和下游侧部分5b，而仅在衬垫5的电极7贯穿的部分开有贯通孔，由此形成作为电极室的空间。
在外壳4上开有的贯通孔4d中设有支撑电极7的电极支撑部件8。该电极支撑部件8由电绝缘材料形成，以使外壳4与电极7之间无缝隙的方式设置。
内管6的突出部6a、6b被氧化催化剂10包覆。该氧化催化剂10进一步覆盖于包覆内管6的表面的电绝缘层61之上。此外，该氧化催化剂10并非包覆内管6的突出部6a、6b的整个表面。即，内管6的突出部6a、6b的外周面的除与衬垫5的端面接触的预定范围之外的部分被氧化催化剂10包覆。
需要说明的是，本实施例中，催化剂载体3相当于本发明的发热体。但本发明的发热体并不限于负载催化剂的载体，例如，发热体也可以是设置于催化剂的上游侧的结构体。此外，本实施例中，外壳4相当于本发明的外壳，衬垫5相当于本发明的绝缘支撑部件，内管6相当于本发明的内管。此外，在本实施例中，氧化催化剂10相当于本发明的具有氧化功能的催化剂。但本发明的具有氧化功能的催化剂也并不限于氧化催化剂。
[本实施例的EHC的结构的作用效果]
在排气管2内或EHC1的外壳4内，在内燃机的冷启动时等，由于排气中的水分凝结而产生冷凝水。排气管2内或外壳4内产生的冷凝水顺着外壳4的内壁面流到衬垫5时，该冷凝水可能会浸入(浸润)衬垫5内。此外，以水蒸气的状态浸入衬垫5内的水分有时也会在该衬垫5内凝结。
因此，本实施例的EHC1中，将整个表面被电绝缘层61包覆的内管6夹入衬垫5中。通过这种结构，能够抑制由衬垫5内的冷凝水引起的催化剂载体3与外壳4之间的短路。此外，通过内管6的突出部6a、6b，能够抑制冷凝水顺着衬垫5的端面流至催化剂载体。因此，能够抑制由衬垫5的端面处的冷凝水引起的催化剂载体3与外壳4之间的短路。
需要说明的是，本实施例中，内管6也可以并非从衬垫5的上游侧及下游侧两处突出。例如，也可以是仅在冷凝水的产生量更多的上游侧形成内管6的突出部的结构。
但是，当内管6如上构成时，排气中的PM附着到内管6的突出部6a、6b上。PM具有导电性。因此，当PM在衬垫5的端面及内管6的突出部6a(或6b)的整个表面堆积时，催化剂载体3与外壳4之间由该PM引起短路。
因此，在本实施例中，将氧化催化剂10设置在内管6的突出部6a、6b的表面。利用该氧化催化剂10，突出部6a、6b上附着的PM的氧化得到促进。由此，能够抑制催化剂载体3与外壳4之间由PM引起的短路。
然而，当用氧化催化剂10包覆内管6的突出部6a、6b时，被该氧化催化剂10包覆的部分多孔化。因此，冷凝水容易在该部分滞留。因此，当用氧化催化剂10包覆内管6的突出部6a、6b整体时，容易由滞留的冷凝水引起催化剂载体3与外壳4之间的短路。
因此，在本实施例的EHC1中，用氧化催化剂包覆内管6的突出部6a、6b的除与衬垫5的端面接触的预定范围以外的外周面。也就是说，在内管6的突出部6a、6b的外周面中的、与衬垫5的端面接触的预定范围内未设置氧化催化剂10。在该预定范围的部分，电绝缘层61暴露于排气中。电绝缘层61具有防水效果。因此，冷凝水在该预定范围的部分难以滞留。
此外，内管6的外侧与其内侧相比排气的流量少。因此，与内管6的突出部6a、6b的内周面相比，PM更难在该突出部6a、6b的外周面堆积。并且，在内管6的突出部6a、6b中，距离衬垫5的端面近的部分与距离衬垫5的端面远的部分相比，PM更难以堆积。因此，在内管6的突出部6a、6b中，PM最难在外周面的距离衬垫5的端面近的部分堆积。也就是说，在内管6的突出部6a、6b中的上述预定范围内，即使不设置氧化催化剂10，PM也难以堆积。
因此，如上所述，通过在内管6的突出部6a、6b上设置氧化催化剂10，催化剂载体3与外壳4之间的、由PM引起的短路及由冷凝水引起的短路均能得到抑制。
<实施例2>
[EHC的概略结构]
图3是表示本实施例的电加热催化剂(EHC)的概略结构的图。图3是将EHC沿中心轴切割的截面图。在本实施例的EHC1中，内管6的上游侧及下游侧的端部也从衬垫5的上游侧及下游侧的端面突出。而且，在本实施例中，仅内管6的上游侧突出部6a被氧化催化剂10包覆，而在内管6的下游侧突出部6b上并未设置氧化催化剂10。除这一点之外的结构与实施例1的EHC的结构相同。因此，在本实施例中，与实施例1同样，内管6的上游侧突出部6a的外周面的、除与衬垫5的端面接触的预定范围之外的部分被氧化催化剂10包覆。
[本实施例的EHC的结构的作用效果]
流入EHC1中的催化剂载体3中的排气中的PM被该催化剂载体3捕获。因此，从EHC1流出的排气中的PM量比流入EHC1的排气中的PM量少。因此，内管6的下游侧突出部6b上附着的PM量比附着在内管6的上游侧突出部6a上的PM量少。
此外，通过EHC1的排气被催化剂载体3上负载的排气净化催化剂13中的化学反应产生的热量加热。结果从EHC1流出的排气的温度比流入EHC1的排气的温度高。因此，内管6的下游侧突出部6b的温度比内管6的上游侧突出部6a的温度高。此外，内燃机的运转状态变为减速运转，执行断油控制，因而在流入EHC1的排气的温度降低时，催化剂载体3的热容量也大，因此内管6的下游侧突出部6b的温度难以降低。
由以上可知，与内管6的上游侧突出部6a相比，在内管6的下游侧突出部6b，PM堆积量少且易于促进PM的氧化。因此，在内管6的下游侧突出部6b，即使不设置氧化催化剂10，也能充分氧化PM。即，能够抑制导致催化剂载体3与外壳4之间短路程度的PM堆积。
因此，本实施例中，用氧化催化剂10仅包覆内管6的上游侧突出部6a，而在内管6的下游侧突出部6b不设置氧化催化剂10。由此，能够抑制氧化催化剂10的使用量，同时也能抑制催化剂载体3与外壳4之间的短路。
[变形例]
需要说明的是，本实施例中，也可以不必使包覆内管6的下游侧突出部6b的氧化催化剂10的量为零，可以比包覆内管6的上游侧突出部6a的氧化催化剂10的量少。此时，也能够抑制氧化催化剂10的使用量。
此外，如上所述，与内管6的上游侧突出部6a的内周面相比，PM更难以附着到该突出部6a的外周面。而且，如果能够抑制在该突出部6a的外周面的PM的堆积，则能够抑制EHC1的上游侧的催化剂载体3与外壳4之间的由PM引起的短路。
因此，在本实施例中，如图4所示，可以使用氧化催化剂10仅包覆内管6的突出部6a的除与衬垫5的端面接触的预定范围之外的外周面。也就是说，在内管6的上游侧突出部6a的内周面上可以不设置氧化催化剂10。根据这种结构，能够尽可能地抑制氧化催化剂10的使用。
标号说明
1…电加热催化剂(EHC)
3…催化剂载体
4…外壳
5…衬垫
6…内管
6a，6b…突出部
7…电极
10…氧化催化剂

Claims (3)

1.一种电加热催化剂，具备：
发热体，通过通电来发热，并且通过发热来加热催化剂；
外壳，收容所述发热体；
绝缘支撑部件，设置于所述发热体与所述外壳之间，支撑所述发热体并且电绝缘；
内管，是以位于所述发热体与外壳之间的方式被所述绝缘支撑部件夹入的管状部件，其端部从所述绝缘支撑部件的端面突出到排气中，并且，在整个表面上形成有电绝缘层或者由电绝缘材料形成；和
具有氧化功能的催化剂，至少包覆所述内管的从所述绝缘支撑部件的端面突出到排气中的突出部的、除与所述绝缘支撑部件的端面接触的预定范围以外的外周面。
2.如权利要求1所述的电加热催化剂，其中，所述内管从所述绝缘支撑部件的上游侧和下游侧两个端面突出到排气中，
包覆该内管的下游侧突出部的所述催化剂的量，比包覆该内管的上游侧突出部的所述催化剂的量少。
3.如权利要求2所述的电加热催化剂，其中，仅所述内管的上游侧突出部被所述催化剂包覆。
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