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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Katalysator, der für einen Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Als ein herkömmlicher elektrisch beheizter Katalysator oder ein elektrisch heizender Katalysator (der im weiteren Verlauf als ein ”EHC” bezeichnet ist), in dem ein Katalysator durch ein wärmeerzeugendes Element beheizt ist, das die Wärme durch Anlegen des elektrischen Stroms erzeugt, wurde ein Abgasreinigungskatalysator entwickelt, der für einen Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
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In einem EHC ist ein isolierendes Bauteil, das eine Isolierung gegen den elektrischen Strom bereitstellt, zwischen dem wärmeerzeugenden Element, das die Wärme durch Aufbringen des elektrischen Stroms erzeugt, und einem Gehäuse vorgesehen, das das wärmeerzeugende Element aufnimmt. Beispielsweise offenbart die Patentdruckschrift 1 eine solche Technologie für einen EHC, bei der eine aus einem Isolator oder einem isolierenden Material bestehende Matte zwischen einem Träger, der die Wärme durch Aufbringen des elektrischen Stroms erzeugt, und einem den Träger aufnehmenden Gehäuse vorgesehen ist. Das wie vorstehend beschriebene Bereitstellen des isolierenden Bauteils macht es möglich, jegliches Ausbilden eines Kurzschlusses zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem Gehäuse zu unterdrücken.
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Patentdruckschrift 2 offenbart eine Technologie betreffend einer Installationsstelle eines Temperatursensors zu dem Zweck, das Temperaturmanagement für einen Filter und eine Heizeinrichtung vorzugsweise mit Bezug auf eine solche Anordnung durchzuführen, bei der ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine mit dem Filter versehen ist, der in dem Abgas enthaltene Partikel sammelt, und mit der Heizeinrichtung versehen ist, die den Filter heizt, um den Filter zu regenerieren. Die Druckschrift 2 beschreibt die Tatsache, dass dann, wenn eine Temperaturerfassungseinheit des Temperatursensors in der Nähe der Heizeinrichtung installiert ist, der Temperaturerfassungswert des Temperatursensors kaum abgesenkt wird, selbst wenn die Heizeinrichtung abgeschaltet ist.
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DRUCKSCHRIFTLICHER STAND DER TECHNIK
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Patentdruckschriften:
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- Patentdruckschrift 1: JP05-269387A ;
- Patentdruckschrift 2: JP2004-100637 .
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
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In dem Gehäuse für das wärmeerzeugende Element des EHC ist eine Elektrodenkammer ausgebildet, die ein Raum ist, die der Elektrode ermöglicht, diesen zu durchdringen, sodass die Elektrode an dem wärmeerzeugenden Element angeschlossen ist. Das isolierende Bauteil und das wärmeerzeugende Bauteil bilden die Wandflächen der Elektrodenkammer.
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Das Abgas, das durch ein Abgasrohr strömt, dringt in das isolierende Bauteil und das wärmeerzeugende Element ein. Das Abgas, das durch das isolierende Bauteil oder die Außenumfangswand des wärmeerzeugenden Elements hindurch gedrungen ist, dringt in das Innere der wie vorstehend beschriebenen Elektrodenkammer ein. Der Feuchtigkeitsgehalt (Wassergehalt oder Wasser) ist in dem Abgas enthalten. Wenn das Abgas in das Innere der Elektrodenkammer eindringt, tritt daher in einigen Fällen in der Elektrodenkammer wegen der Kondensation des in dem Abgas enthaltenen Feuchtegehalts Kondenswasser auf.
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Ferner tritt zudem in einigen Fällen in dem Abgas wegen der Kondensation des in dem Abgas enthaltenen Feuchtegehalts (Wassers) an der Wandfläche des Abgasrohrs Kondenswasser auf. Wenn das Kondenswasser in dem Abgasrohr auftritt, dann strömt das Kondenswasser entlang der Innenwandfläche des Abgasrohrs, in dem es durch das Abgas gedrückt wird. Wenn das Kondenswasser an dem EHC ankommt, dann dringt das Kondenswasser in das isolierende Bauteil und das wärmeerzeugende Element ein. Wenn das Kondenswasser in das isolierende Bauteil und das wärmeerzeugende Element eindringt, dann dringen in einigen Fällen das Kondenswasser, das diese durchdrungen hat, sowie der durch Verdampfen des Kondenswassers darin erzeugte Wasserdampf in das Innere der Elektrodenkammer ein.
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Die Elektrodenkammer ist der Raum, der beispielsweise in dem Gehäuse von dem wärmeerzeugenden Element und dem isolierenden Bauteil umgeben ist. Daher neigt das Kondenswasser oder der Wasserdampf, der in der Elektrodenkammer erzeugt wird, oder der in das Innere der Elektrodenkammer eindringt, dazu, in der Elektrodenkammer zu verbleiben. Falls die Innenwandfläche der Elektrodenkammer und die Elektrode mit dem Kondenswasser bedeckt sind, ist zu befürchten, dass zwischen der Elektrode und dem Gehäuse ein Kurzschluss ausgebildet werden kann. Falls der Kurzschluss zwischen der Elektrode und dem Gehäuse ausgebildet wird, ist es schwierig die Temperatur des wärmeerzeugenden Elements durch Aufbringen des elektrischen Stroms ausreichend zu erhöhen. Als ein Ergebnis ist zu befürchten, dass die Fähigkeit des EHC zum Reinigen des Abgases gesenkt werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Probleme durchgeführt und es ist ihre Aufgabe, jeglichen Kurzschluss zwischen einer Elektrode und einem Gehäuse in einem EHC zu unterdrücken.
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Lösung der Aufgabe:
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In einem EHC gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrode an einem wärmeerzeugenden Element angeschlossen, während sie ein durch ein Gehäuse hindurch ausgebildetes Durchgangsloch und eine zwischen einer Innenwandfläche des Gehäuses und einer Außenumfangsfläche des wärmeerzeugenden Elements ausgebildete Elektrodenkammer durchdringt. Ferner erstreckt sich ein Stützelement, das aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist und die Elektrode in dem durch das Gehäuse hindurch ausgebildete Durchgangsloch stützt, entlang der Elektrode zu dem Inneren der Elektrodenkammer.
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Genauer gesagt besteht der EHC gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem elektrisch beheizten Katalysator, der in einem Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei der elektrisch beheizte Katalysator folgendes aufweist:
ein wärmeerzeugendes Element, das durch Aufbringen von elektrischem Strom Wärme erzeugt und das einen Katalysator durch Erzeugen der Wärme heizt;
ein Gehäuse, das das wärmeerzeugende Element aufnimmt;
ein isolierendes Bauteil, das zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem Gehäuse vorgesehen ist, das das wärmeerzeugende Element stützt und das eine Isolierung gegen den elektrischen Strom bereitstellt;
eine Elektrode, die an dem wärmeerzeugenden Element angeschlossen ist, während sie ein durch das Gehäuse hindurch ausgebildetes Durchgangsloch und eine Elektrodenkammer durchdringt, und die den elektrischen Strom zu dem wärmeerzeugenden Element zuführt, wobei die Elektrodenkammer ein Raum ist, der sich zwischen einer Innenwandfläche des Gehäuses und einer Außenwandfläche des wärmeerzeugenden Elements befindet und wobei die Elektrodenkammer eine durch das isolierende Bauteil ausgebildete Seitenwandfläche hat; und
ein Stützbauteil, das aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, das die Elektrode dadurch stützt, dass es zwischen dem Gehäuse und der Elektrode ohne jeglichen Spalt in dem durch das Gehäuse hindurch ausgebildeten Durchgangsloch vorgesehen ist, und das so ausgebildet ist, dass es entlang der Elektrode in die Elektrodenkammer vorragt, sodass es an einer solchen Stelle ankommt, dass eine Wärmemenge einer Abstrahlwärme und einer Abstrahlungswärme des wärmeerzeugenden Elements empfangen werden kann.
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In der vorliegenden Erfindung ist das Stützelement, das die Elektrode stützt, dem Abgas in der Elektrodenkammer ausgesetzt. Daher besteht die Möglichkeit, dass das Stützelement von Kondenswasser bedeckt sein kann. Jedoch erstreckt sich das Stützelement zu der Stelle, an der die Wärmemenge der Abstrahlwärme und der Abstrahlungswärme des wärmeerzeugenden Elements empfangen werden kann. Daher neigt das Kondenswasser, das den Abschnitt des Stützelements bedeckt, der sich nahe an dem wärmeerzeugenden Element befindet, dazu, zu verdampfen. Wenn das Kondenswasser, das den betreffenden Abschnitt bedeckt, verdampft, dann ist es möglich, den Kriechweg (Kriechweg für die Isolierung) sicherzustellen, um die Isolierung zwischen der Elektrode und dem Gehäuse zu bewirken. Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung jeglicher Kurzschluss zwischen der Elektrode und dem Gehäuse, der andernfalls durch das Kondenswasser hervorgerufen würde, unterdrückt werden.
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In dem EHC gemäß der vorliegenden Erfindung ist es zudem vorzuziehen, dass ein Abschnitt des Gehäuses, der eine Wandfläche der Elektrodenkammer bildet und an dem das Durchgangsloch ausgebildet ist, um der Elektrode zu ermöglichen, diese zu durchdringen, so ausgebildet ist, dass er eine vorstehende Form hat, die verglichen mit jedem anderen Abschnitt nach außen vorsteht. Dementsprechend ist die Elektrodenkammer stärker aufgeweitet oder nach außen ausgedehnt. Daher kann der Abschnitt des Stützelements, der entlang der Elektrode zu der Innenseite der Elektrodenkammer vorsteht, weiter verlängert werden.
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Daher kann der Kriechweg, der vorgesehen ist, um die Isolierung zwischen der Elektrode und dem Gehäuse zu bewirken, weiter verlängert werden.
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In dem Fall der vorstehend erwähnten Anordnung kann das Stützelement so ausgebildet sein, dass ein Abschnitt des Stützelements, das entlang der Elektrode in die Elektrodenkammer vorragt, ein vorderes Ende hat, das verglichen mit einer Innenwandfläche des anderen Abschnitts des Gehäuses in dem Abschnitt des Gehäuses, der so ausgebildet ist, dass er die vorstehende Form hat, außerhalb positioniert ist. Dementsprechend ist das Stützelement dem Strom des Abgases, das das isolierende Bauteil durchdringt und das in das Innere der Elektrodenkammer eindringt, kaum direkt ausgesetzt. Daher ist das Stützelement kaum mit dem Kondenswasser bedeckt.
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In der vorliegenden Erfindung kann das Stützelement derart ausgebildet sein, dass ein Abschnitt des Stützelements, der in die Elektrodenkammer vorragt, Querschnittsflächen hat, die in einer Richtung vorgesehen sind, die eine Achsrichtung der Elektrode senkrecht schneidet, und die verglichen mit Abschnitten, die näher an der Innenwandfläche des Gehäuses angeordnet sind, an Abschnitten, die näher an dem wärmeerzeugenden Element angeordnet sind, stärker verkleinert sind.
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Dementsprechend ist die Wärmekapazität an den Abschnitten des Stützelements, die näher an dem wärmeerzeugenden Element angeordnet sind, stärker verringert. Als ein Ergebnis wird die Verdampfung für das die betreffenden Abschnitte des Stützelements bedeckende Kondenswasser stärker beschleunigt. Daher kann jeglicher Kurzschluss zwischen der Elektrode und dem Gehäuse mit einer höheren Wahrscheinlichkeit unterdrückt werden.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, jeglichen Kurzschluss zwischen der Elektrode und dem Gehäuse in dem EHC zu unterdrücken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Anordnung eines EHC gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt vergrößerte Ansichten, die einen Abschnitt darstellen, an dem eine Elektrodenkammer des EHC gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, wobei die Situation mit Kondenswasser in der Elektrodenkammer dargestellt ist.
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3 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt zeigt, an dem eine Elektrodenkammer eines EHC gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist.
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4 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, an dem eine Elektrodenkammer eines EHC gemäß einer modifizierten Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist.
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5 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, an dem eine Elektrodenkammer eines EHC gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist.
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6 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, an dem eine Elektrodenkammer eines EHC gemäß einer modifizierten Ausführungsform des dritten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist.
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ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Ein spezifisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend auf Grundlage der Zeichnungen erläutert. Beispielsweise ist es nicht beabsichtig, dass die Größe (Abmessung), das Material, die Form und die relative Anordnung jeglicher Bestandteile oder Komponenten, die in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, den technischen Umfang der Erfindung lediglich darauf beschränken, solange dies in Besonderen nicht anders angemerkt wird.
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<Erstes Ausführungsbeispiel>
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[Schematische Anordnung eines EHC]
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1 zeigt eine schematische Anordnung eines elektrisch beheizten Katalysators (EHC) gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Der EHC 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist für ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die an einem Fahrzeug getragen wird. Die Brennkraftmaschine kann entweder ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein. Der EHC 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann zudem für ein Fahrzeug verwendet werden, das das mit einem Elektromotor versehene Hybridsystem anwendet.
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1 zeigt eine Schnittansicht, in der der EHC 1 in der Vertikalrichtung entlang der Mittelachse A des Abgasrohrs 2 der Brennkraftmaschine geschnitten oder sektioniert ist. Die Form des EHC 1 ist mit Bezug auf die Mittelachse A linear symmetrisch. Daher ist zum Zwecke der Einfachheit lediglich ein oberer Teil des EHC 1 in 1 gezeigt.
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Der EHC 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit einem Katalysatorträger 3, einem Gehäuse 4, einer Matte 5, einem Innenrohr 6 und Elektroden 7 versehen. Der Katalysatorträger 3 ist so ausgebildet, dass er eine säulenartige Form hat und der Katalysatorträger 3 ist so installiert, dass seine Mittelachse koaxial zu der Mittelachse A des Abgasrohrs 2 verläuft. An dem Katalysatorträger 3 ist ein Abgasreinigungskatalysator 15 getragen. Der Abgasreinigungskatalysator 15 kann beispielsweise als ein Oxidationskatalysator, ein NOx-Katalysator der Absorptions-Reduktions-Bauart, ein NOx-Katalysator der selektiven Reduktionsbauart und als ein Dreiwegekatalysator ausgeführt sein.
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Der Katalysatorträger 3 ist aus einem Material ausgebildet, das sich wie ein elektrischer Widerstand verhält, sodass er die Wärme erzeugt, wenn der elektrische Strom daran angelegt wird. Als das Material für den Katalysatorträger 3 kann SiC verwendet werden. Der Katalysatorträger 3 hat eine Vielzahl von Durchlässen, die sich in der Strömungsrichtung des Abgases (d. h. in der Richtung der Mittelachse A) erstrecken und die eine Bienenwarbenform bereitstellen, die in einem zu der Strömungsrichtung des Abgases senkrecht verlaufenden Querschnitt ausgebildet ist. Das Abgas strömt durch die Durchlässe. Die Querschnittsform des Katalysatorträgers 3, die mit Bezug auf die zu der Mittelachse A senkrecht verlaufende Richtung vorgesehen ist, kann beispielsweise eine elliptische Form sein. Die Mittelachse A ist eine gemeinsame Mittelachse, die dem Abgasrohr 2, dem Katalysatorträger 3, dem Innenrohr 6 und dem Gehäuse 4 gemein ist.
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Der Katalysator 3 ist in dem Gehäuse 4 untergebracht. In dem Gehäuse 4 ist eine Elektrodenkammer 9 ausgebildet. Ein Paar Elektroden 7 (in 1 ist lediglich eine Elektrode gezeigt) sind an den Katalysatorträger 3 angeschlossen, während sie die Elektrodenkammer 3 durchdringen. Der elektrische Strom wird von einer (nicht gezeigten) Batterie zu der Elektrode 7 zugeführt. Wenn der elektrische Strom zu der Elektrode 7 zugeführt wird, dann wird der elektrische Strom an dem Katalysatorträger 3 angelegt. Wenn der Katalysatorträger 3 die Wärme durch Anlegen des elektrischen Stroms erzeugt, dann wird der Abgasreinigungskatalysator 15, der an dem Katalysatorträger 3 getragen ist, erwärmt bzw. beheizt und dessen Aktivierung wird beschleunigt.
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Das Gehäuse 4 ist aus Metall gefertigt. Das Material zum Ausbilden des Gehäuses 4 kann als ein rostfreies Stahlmaterial ausgeführt werden. Das Gehäuse 4 hat einen Aufnahmeabschnitt 4a, der so aufgebaut ist, dass er eine gekrümmte Fläche aufweist, die parallel zu der Mittelachse A verläuft, und konische Abschnitte 4b, 4c aufweist, die den Aufnahmeabschnitt 4a und das Abgasrohr 2 an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Aufnahmeabschnitts 4a verbinden. Die Querschnittsfläche des Durchlasses des Aufnahmeabschnitts 4a ist größer als die Querschnittsfläche des Durchlasses des Abgasrohrs 2. Der Katalysatorträger 3, die Matte 5 und das Innenrohr 6 sind im Inneren des Aufnahmeabschnitts 4a aufgenommen. Jeder konische Abschnitt 4b, 4c hat eine solche konische Form, dass die Querschnittsfläche des Durchlasses an Stellen verringert ist, die von dem Aufnahmeabschnitt 4a weiter entfernt sind.
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Die Matte 5 ist zwischen der Innenwandfläche des Aufnahmeabschnitts 4a des Gehäuses 4 und der Außenumfangsfläche des Katalysatorträgers 3 zwischengeordnet. Mit anderen Worten ist der Katalysatorträger 3 durch die Matte 5 in dem Gehäuse 4 gestützt. Ferner ist das Innenrohr 6 in der Matte 5 zwischengeordnet. Mit anderen Worten ist die Matte 5 durch das Innenrohr 6 in einen sich an der Seite des Gehäuses 4 befindlichen Abschnitt und in einen sich an der Seite des Katalysatorträgers 3 befindlichen Abschnitt aufgeteilt.
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Die Matte 5 ist aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Als das Material zum Ausbilden der Matte 5 kann eine keramische Faser verwendet werden, die als Hauptkomponente Aluminiumoxid enthält. Die Matte 5 ist um die Außenumfangsfläche des Katalysatorträgers 3 und die Außenumfangsfläche des Innenrohrs 6 herum gewickelt. Infolge der Tatsache, dass die Matte 5 zwischen dem Katalysatorträger 3 und dem Gehäuse 4 zwischengeordnet ist, wird der elektrische Strom davon abgehalten, zu dem Gehäuse 4 zu fließen, wenn der elektrische Strom an dem Katalysatorträger 3 angelegt wird.
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Das Innenrohr 6 ist aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Als das Material zum Ausbilden des Innenrohrs 6 kann Aluminiumoxid verwendet werden. Das Innenrohr 6 ist so ausgebildet, dass es um die Mitte der Mittelachse A eine rohrartige Form hat. Wie dies in 1 dargestellt ist, ist die Länge des Innenrohrs 6, die in der Richtung der Mittelachse A vorgesehen ist, länger als jene der Matte 5. Daher ragen die Endabschnitte des Innenrohrs 6, die an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite angeordnet sind, von den Endflächen der Matte 5 vor, die an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite angeordnet sind.
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Durch das Gehäuse 4 und das Innenrohr 6 hindurch sind Durchgangslöcher 4d, 6a gebohrt, um der Elektrode 7 zu ermöglichen, durch diese hindurch zu dringen. In der Matte 5 ist ein Raum ausgebildet, um der Elektrode 7 zu ermöglichen, diese zu durchdringen. Auf diese Weise ist die Elektrodenkammer 9 durch den Raum ausgebildet, der sich zwischen der Innenwandfläche des Gehäuses 4 und der Außenumfangsfläche des Katalysatorträgers 3 befindet und der die durch die Matte 5 ausgebildete Seitenwandfläche hat.
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Die Elektrode 7 hat einen Verbindungsabschnitt 7a und einen Wellenabschnitt 7b. Der Verbindungsabschnitt 7a ist der Abschnitt, der mit dem Katalysatorträger 3 verbunden ist und der so ausgebildet ist, dass er sich entlang der Seitenfläche des Katalysatorträgers 3 erstreckt. Der Wellenabschnitt 7b hat ein Ende, das mit dem Verbindungsabschnitt 7a verbunden ist. Ferner dringt der Wellenabschnitt 7b durch das durch das Innenrohr 6 hindurch ausgebildete Durchgangsloch 6a und durch das durch das Gehäuse 4 hindurch ausgebildete Durchgangsloch 4d hindurch und der Wellenabschnitt 7b erstreckt sich zu der Außenseite des Gehäuses 4. Mit anderen Worten ist die Elektrodenkammer 9 um den Wellenabschnitt 7b herum ausgebildet. Die Elektrode 7 kann derart aufgebaut sein, dass der Verbindungsabschnitt 7a und der Wellenabschnitt 7b nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern der Verbindungsabschnitt 7a und der vordere Endabschnitt des Wellenabschnitts 7b mittels eines Leitungskabels miteinander verbunden sind.
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Ein Stützbauteil 8, das den Wellenabschnitt 7b der Elektrode 7 stützt, ist in dem durch das Gehäuse 4 hindurch gebohrte Durchgangsloch 4d vorgesehen. Das Stützbauteil 8 ist aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet und das Stützbauteil 8 ist zwischen dem Gehäuse 4 und dem Wellenabschnitt 7b der Welle 7 ohne einen Spalt vorgesehen. Das Stützbauteil 8 ragt zu der Innenseite der Elektrodenkammer 9 entlang des Wellenabschnitts 7b der Elektrode 7 vor. Das Stützbauteil 8 erstreckt sich zu der Stelle, an der die Wärmemenge der Abstrahlwärme und der Abstrahlungswärme des Katalysatorträgers 3 empfangen werden kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Katalysatorträger 3 dem wärmeerzeugenden Element gemäß der vorliegenden Erfindung. Jedoch ist das wärmeerzeugende Element gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf den Träger zum Tragen des Katalysators beschränkt. Beispielsweise kann das wärmeerzeugende Element ein Strukturbauteil sein, das an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators installiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht das Gehäuse 4 dem Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung und die Matte 5 entspricht dem isolierenden Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung. Außerdem entspricht in diesem Ausführungsbeispiel die Elektrode 7 der Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung und das Stützbauteil 8 entspricht dem Stützbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung.
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[Funktion und Wirkung des Aufbaus des EHC gemäß diesem Ausführungsbeispiel]
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In 1 geben die Pfeile die Strömungen des Abgases, des Kondenswassers und des Wasserdampfs an, der durch Verdampfen des Kondenswassers erzeugt wird. Das Abgas, das durch das Abgasrohr 2 hindurchströmt, dringt in die Matte 5 und den Katalysatorträger 3 ein. Falls das Abgas durch die Außenumfangswand des Katalysators 3 oder die Matte 5 hindurchdringt, dringt das Abgas in das Innere der Elektrodenkammer 9 ein, dann wird der in dem Abgas enthaltene Feuchtegehalt (Wassergehalt oder Wasser) kondensiert und somit tritt in einigen Fällen das Kondenswasser in der Elektrodenkammer 9 auf.
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Falls das Kondenswasser in dem Abgasrohr 2 auftritt und das Kondenswasser in die Matte 5 oder den Katalysatorträger 3 eindringt, dann verbleibt das Kondenswasser in der Matte 5 oder dem Katalysatorträger 3. Falls die Menge des Kondenswassers, dem ermöglicht wird, in der Matte 5 oder dem Katalysatorträger 3 zu verbleiben, zunimmt, dann dringt das Kondenswasser in einigen Fällen in das Innere der Elektrodenkammer 9 ein. Falls die Temperatur des Abgases zunimmt, wird das Kondenswasser, das in der Matte 5 oder dem Katalysatorträger 3 verbleibt, verdampft, und das Kondenswasser dringt auch in einem Zustand als Wasserdampf in das Innere der Elektrodenkammer 9 ein.
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Die Elektrodenkammer 9 ist der geschlossene Raum, der von der Innenwandfläche des Gehäuses 4, der Seitenfläche des Katalysatorträgers 3 und der Matte 5 umgeben wird. Daher neigt das Kondenswasser oder der Wasserdampf, das/der in der Elektrodenkammer 9 erzeugt wurde oder in das Innere der Elektrodenkammer 9 eingedrungen ist, dazu, in der Elektrodenkammer 9 zu verbleiben.
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Falls in diesem Zusammenhang das Stützbauteil 8 lediglich in dem Durchgangsloch 4d des Gehäuses 4 vorgesehen ist und sich das Stützbauteil 8 nicht in die Elektrodenkammer 9 erstreckt (d. h., falls das Stützbauteil 8 nicht von der Innenwandfläche des Gehäuses 4 in das Innere vorragt), dann ist der Wellenabschnitt 7b der Elektrode 7 dem Abgas in der Elektrodenkammer 9 ausgesetzt. In dieser Situation neigt der Wellenabschnitt 7b der Elektrode dazu, mit Kondenswasser bedeckt zu sein. Falls die Elektrodenkammer 9 und die in der Elektrodenkammer 9 enthaltende Elektrode 7 mit dem Kondenswasser bedeckt sind, ist zu befürchten, dass zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 ein Kurzschluss ausgebildet werden kann. Wenn der Kurzschluss zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 ausgebildet wird, ist es schwierig, die Temperatur des Katalysatorträgers 3 durch Aufbringen des elektrischen Stroms ausreichend anzuheben. Als ein Ergebnis ist es schwierig, den Abgasreinigungskatalysator 15 ausreichend zu erwärmen. Es ist zu befürchten, dass die Abgasreinigungsfähigkeit des EHC 1 folglich gesenkt wird.
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Im Hinblick auf das zuvor Erwähnte wird in diesem Ausführungsbeispiel, wie dies zuvor beschrieben ist, dem Stützbauteil 8 ermöglicht, entlang des Wellenabschnitts 7b der Elektrode 7 in die Elektrodenkammer 9 vorzuragen. Dementsprechend kann der Kriechweg, der vorgesehen ist, um die Isolierung zwischen dem Wellenabschnitt 7b der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 zu bewirken, verglichen mit einem solchen Fall, in dem dem Stützbauteil 8 nicht ermöglicht wird, in die Elektrodenkammer 9 vorzuragen, weiter verlängert werden.
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2 zeigt vergrößerte Ansichten, die den Abschnitt darstellen, an dem die Elektrodenkammer des EHC gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, wobei die Situation des Kondenswassers in der Elektrodenkammer 9 dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Stützbauteil 8 dem Abgas in der Elektrodenkammer 9 ausgesetzt. Daher besteht dort eine solche Möglichkeit, dass das Stützbauteil 8 mit dem Kondenswasser bedeckt sein kann. Wie dies in 2(a) gezeigt ist, sind selbst in dem Fall des Aufbaus gemäß diesem Ausführungsbeispiel dann, wenn die Innenwandfläche der Elektrodenkammer 9, die Elektrode 7 und das Stützbauteil 8 mit dem Kondenswasser bedeckt sind, zu befürchten, das zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 ein Kurzschluss ausgebildet werden kann.
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Jedoch erstreckt sich das Stützbauteil 8 in diesem Ausführungsbeispiel zu der Stelle, an der die Wärmemenge der Strahlwärme und der Strahlungswärme des Katalysatorträgers 3 empfangen werden kann. Daher neigt der Abschnitt des Stützbauteils 8, der sich in der Nähe des Katalysatorträgers 3 befindet, dazu, durch Empfang der Wärmemenge der Strahlwärme und der Abstrahlwärme des Katalysatorträgers 3 erwärmt zu werden. Daher wird das Kondenswasser, das den betreffenden Abschnitt des Stützbauteils 8 bedeckt, einfach verdampft. Wie dies in 2(b) gezeigt ist, ist es dann, wenn das den betreffenden Abschnitt des Stützbauteils 8 bedeckende Kondenswasser verdampft, möglich, den Kriechweg sicherzustellen, um die Isolierung zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 zu bewirken. Daher kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel jeglicher Kurzschluss, der andernfalls durch das Kondenswasser hervorgerufen würde, zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 in der Elektrodenkammer 9 unterdrückt werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist es vorzuziehen, dass sich das Stützbauteil 8 zu einer Stelle erstreckt, die in der Nähe des Katalysatorträgers 3 liegt, damit der Kriechweg, der vorgesehen ist, die Isolierung zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 zu bewirken, weiter verlängert wird, und die Wärmemenge der Strahlwärme und der Abstrahlwärme des Katalysatorträgers 3 einfacher empfangen werden kann. Ferner kann das Stützbauteil 8 an einem Abschnitt des Wellenabschnitts 7b ankommen, an dem der Wellenabschnitt 7b mit dem Verbindungsabschnitt 7a verbunden ist.
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<Zweites Ausführungsbeispiel>
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[Schematische Anordnung des EHC]
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3 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, an dem eine Elektrodenkammer des EHC gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Wie dies in 3 gezeigt ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Abschnitt 4e des Aufnahmeabschnitts 4 des Gehäuses 4, der die Wandfläche der Elektrodenkammer 9 bildet und an dem das Durchgangsloch 4d ausgebildet ist, das dem Wellenabschnitt 7b der Elektrode 7 ermöglicht, diese zu durchdringen, so ausgebildet, dass er eine vorragende Form hat, die verglichen mit jedem anderen Abschnitt des Aufnahmeabschnitts 4a des Gehäuses 4 nach außen vorragt (dieser Abschnitt wird im weiteren Verlauf als ”Abschnitt mit vorragender Form” bezeichnet).
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Stützbauteil 8 in der gleichen Art wie in dem ersten Ausführungsbeispiel von dem Durchgangsloch 4d des Gehäuses 4 zu der Stelle, an der die Wärmemenge der Strahlwärme und der Abstrahlwärme des Katalysatorträgers 3 empfangen werden kann. Ferner ist der Abschnitt 4e mit vorragender Form so ausgebildet, dass die Strecke L1, die zwischen dem Stützbauteil 8 und der Seitenwandfläche an der Innenseite des Abschnitts 4e mit vorragender Form vorgesehen ist, eine solche Strecke, dass das Auftreten einer elektrischen Entladung dazwischen unterdrückt wird. Der sich von dem zuvor erwähnten unterscheidende Aufbau ist gleich wie oder äquivalent zu jenem des EHC gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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[Funktion und Wirkung des Aufbaus des EHC gemäß diesem Ausführungsbeispiel]
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenkammer 9 wegen des Ausbildens des Abschnitts 4e mit vorragender Form weiter zu der Außenseite aufgeweitet oder ausgedehnt. Ferner ist der Abschnitt des Stützbauteils 8, der zu der Innenseite der Elektrodenkammer 9 entlang des Wellenabschnitts 7b der Elektrode 7 vorragt, verglichen mit einem solchen Fall, dass der Abschnitt 4e mit vorragender Form nicht ausgebildet ist, weiter verlängert. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Kriechweg weiter zu verlängern, um die Isolierung zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 zu bewirken. Daher kann jeglicher Kurzschluss, der andernfalls zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 in der Elektrodenkammer 9 verursacht würde, mit einer höheren Wahrscheinlichkeit unterdrückt werden.
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Der Aufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist dann wirkungsvoller, wenn es möglich ist, eine ausreichend große Abstandsstrecke zwischen der Seitenfläche des Katalysatorträgers 3 und der Innenwandfläche des Aufnahmeabschnitts 4a des EHC 4 bereitzustellen.
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[Modifiziertes Ausführungsbeispiel]
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4 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, an dem eine Elektrodenkammer eines EHC gemäß einer modifizierten Ausführungsform dieses Ausführungsbeispiels ausgebildet ist. Wie in 4 gezeigt ist, hat bei dieser modifizierten Ausführungsform ein Abschnitt des Stützbauteils 8, das entlang der Elektrode 7 in die Elektrodenkammer 9 vorragt, ein vorderes Ende, das sich verglichen mit einer Innenwandfläche des anderen Abschnitts des Aufnahmeabschnitts 4a des Gehäuses 4 in dem Abschnitt 4e mit vorragender Form des Gehäuses 4 außerhalb befindet.
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Gemäß dem Aufbau der vorstehend beschriebenen modifizierten Ausführungsform ist das Stützbauteil 8 dem Strom des Abgases, das die Matte 5 durchdringt und das in das Innere der Elektrodenkammer 9 eindringt (in 4 die Pfeile, die den Abgasstrom angeben), kaum ausgesetzt. Daher wird die Erzeugung von Kondenswasser unterdrückt, welches andernfalls verursacht würde, sodass der Wassergehalt in dem Abgas an der Oberfläche des Stützbauteils 8 gekühlt wird. Als ein Ergebnis ist das Stützbauteil 8 kaum mit dem Kondenswasser bedeckt. Daher kann jeglicher Kurzschluss, der andernfalls zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse 4 in der Elektrodenkammer 9 hervorgerufen würde, mit einer höheren Wahrscheinlichkeit unterdrückt werden.
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<Drittes Ausführungsbeispiel>
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[Schematische Anordnung des EHC]
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5 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, an dem eine Elektrodenkammer eines EHC gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. Wie dies in 5 gezeigt ist, hat ein Abschnitt des Stützbauteils 8, der in die Elektrodenkammer 9 vorragt, eine derart konische Form, dass Querschnittsflächen, die in einer die Achsrichtung des Wellenabschnitts 7b der Elektrode 7 senkrecht schneidenden Richtung vorgesehen sind, an Stellen, die näher an dem vorderen Ende liegen, verkleinert sind. Mit anderen Worten sind die Querschnittsflächen des Stützbauteils 8, die in der die Achsrichtung des Wellenabschnitts 7b der Elektrode 7 senkrecht schneidenden Richtung vorgesehen sind, an Abschnitten, die näher an dem Katalysatorträger 3 angeordnet sind, verglichen mit Abschnitten, die näher an der Innenwandfläche des Gehäuses 4 angeordnet sind, stärker verkleinert. Der sich von dem zuvor genannten unterscheidende Aufbau ist der gleiche wie oder äquivalent zu jenem des EHC gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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[Funktion und Wirkung des Aufbaus des EHC gemäß diesem Ausführungsbeispiel]
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat der Abschnitt des Stützbauteils 8, der in die Elektrodenkammer 9 vorragt, die Wärmekapazität, die an näher zu dem Katalysatorträger 3 angeordneten Abschnitten verringert ist. Daher hat der Abschnitt des Stützbauteils 8, der näher an dem Katalysatorträger 3 angeordnet ist, die Temperatur, die dazu neigt, leichter erhöht zu werden, indem die Wärmemenge der Strahlwärme und der Abstrahlungswärme des Katalysatorträgers 3 empfangen wird. Als ein Ergebnis wird die Verdampfung des den betreffenden Abschnitt des Stützbauteils 8 bedeckenden Kondenswassers beschleunigt. Daher kann jeglicher Kurzschluss, der andernfalls zwischen der Elektrode 7 und dem Gehäuse in der Elektrodenkammer 9 hervorgerufen würde, mit einer höheren Wahrscheinlichkeit unterdrückt werden.
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[Modifiziertes Ausführungsbeispiel]
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6 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt darstellt, an dem eine Elektrodenkammer des EHC gemäß einer modifizierten Ausführungsform dieses Ausführungsbeispiels ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist es nicht zwingend unverzichtbar, dass das Stützbauteil 8 eine konische Form hat, vorausgesetzt, dass die Querschnittsflächen des Stützbauteils 8, die in der senkrecht zu der Achsrichtung des Wellenabschnitts 7b der Elektrode 7 verlaufenden Richtung vorgesehen sind, an einem Abschnitt, der verglichen mit einem näher zu der Innenwandfläche des Gehäuses 4 angeordneten Abschnitt näher an dem Katalysatorträger 3 angeordnet ist, stärker verkleinert sind. Wie dies in 6 gezeigt ist, können beispielsweise die Querschnittsflächen des Stützbauteils 8 in einer abgestuften Art geändert sein. Selbst wenn das Stützbauteil 8 wie in 6 gezeigt aufgebaut ist, dann ist die Wärmekapazität an dem Abschnitt des Stützbauteils 8, der näher an dem Katalysatorträger 3 angeordnet ist, verringert. Daher kann die Wirkung erhalten werden, die gleich wie oder äquivalent zu jener ist, die wie vorstehend beschrieben erhalten wurde.
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Selbst wenn der Abschnitt mit vorragender Form für das Gehäuse 4 wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, kann der Aufbau des Stützbauteils gemäß diesem Ausführungsbeispiel angewendet werden.
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Bauteilliste
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- 1: elektrisch beheizter Katalysator (EHC), 3: Katalysatorträger; 4: Gehäuse, 5: Matte, 6: Innenrohr, 7: Elektrode, 8: Stützbauteil, 9: Elektrodenkammer.
