-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter, der in einer Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist.
-
Hintergrund des Standes der Technik
-
Bei einem katalytischen Konverter, der bei einer Abgasleitung vorgesehen ist, um das bei einer Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abgas zu reinigen, ist es wünschenswert, Elektrizität zu einem Katalysatorträger zuzufüren, der aus einem Metal ausgebildet ist und einen Katalysator trägt, und die Temperatur des Katalysatorträgers zu erhöhen, um einen ausreichenden katalytischen Effekt zu erhalten. Beispielsweise offenbart die Druckschrift
JP H04-280 086 A einen monolithischen Wabenerhitzer, der quadratische Zellen (Durchgangsöffnungen) aufweist, deren Querschnittsformen Quadrate sind, und der eine einheitliche Wärmeerzeugungsfähigkeit aufgrund eines Paars von Elektrodenplatten erreicht, die derart angeordnet sind, dass die Winkel, die mit den Wänden dieser Durchgangsöffnungen ausgebildet sind, spitze Winkel sind.
-
Gattungsgemäße katalytische Konverter, die in einer Abgasleitung vorgesehen sind, um das in einer Verbrennungskraftmaschine erzeugte Abgas zu reinigen und Wabenerhitzer aufweisen, sind zudem Gegenstand der Druckschrift
US 2013/0043237 A1 und der Druckschrift
DE 196 02 287 A1 .
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Technisches Problem
-
Allerdings gibt es, selbst wenn die Verteilung des Stroms zum Innenabschnitt des Katalysatorträgers im Wesentlichen einheitlich erzeugt wird und eine einheitliche Erzeugung von Elektrizität in Umgebungen der Elektrodenplatten ausgeführt wird, die mit dem Katalysatorträger (d. h. direkt unterhalb der Elektrodenplatten) in Kontakt stehen, eine Abgabe von Elektrizität von den Elektrodenplatten und eine Übertragung von Wärme zu den Kabeln, die mit den Elektrodenplatten verbunden sind, und dadurch ist es für die Temperatur des Katalysatorträgers in den Umgebungen der Elektrodenplatten einfach, verglichen mit einer Mittelposition des Katalysatorträgers zwischen den Elektrodenplatten, abzufallen.
-
Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Umstände ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen katalytischen Konverter zu schaffen, der eine Uneinheitlichkeit der Temperatur eines Katalysatorträgers reduziert und der eine einheitliche Temperaturverteilung erreicht.
-
Lösung des Problems
-
Ein katalytischer Konverter eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, weist auf: einen Katalysatorträger, der einen Katalysator zum Reinigen von aus einer Verbrennungskraftmaschine abgegebenem Abgas trägt und der aufgrund daran angelegter Elektrizität erhitzt wird; und ein Paar von Elektroden, die derart angeordnet sind, dass sie mit einer Außenperipherie des Katalysatorträgers bei gegenüberliegenden Positionen mit dem Katalysatorträger dazwischen in Kontakt stehen bei Betrachtung in einem orthogonalen Querschnitt, der orthogonal zu einer Richtung ist, in der das Abgas strömt, und externe Kabel, die jeweils mit Elektroden verbunden sind und Strom zu den Elektroden zuführen, und die mit Positionen verbunden sind, bei denen ein Abstand zwischen dem Paar von Elektroden lang ist bei Betrachtung in dem orthogonalen Querschnitt, wobei durch Erhöhen eines Volumenwiderstandes der Elektroden über den der Elektrizitätszufuhrabschnitte von externen Kabeln, die mit den entsprechenden Elektroden verbunden sind und die zur Zufuhr bzw. Versorgung von Elektrizität zu den Elektroden dienen, eine bei den Elektroden erzeugte Wärme dem Katalysatorträger zur Verfügung gestellt wird, und eine erzeugte Wärmemenge des Katalysatorträgers in Umgebungen der Elektroden, verglichen mit einer erzeugten Wärmemenge eines Innenabschnitts des Katalysatorträgers, erhöht wird und das Paar von Elektroden derart strukturiert ist, dass der Volumenwiderstand von den Positionen, bei denen die externen Kabel verbunden sind, zu Richtungen allmählich oder stufenförmig höher wird, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden kürzer wird, bei Betrachtung in dem orthogonalen Querschnitt.
-
Gemäß dem katalytischen Konverter des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das Paar von Elektroden derart angeordnet, dass es mit der Außenperipherie des Katalysatorträgers in Kontakt steht, um einander mit dem Katalysatorträger dazwischen gegenüber zu liegen. Wenn Elektrizität an den Katalysatorträger von den externen Kabeln angelegt wird, die mit dem Paar von entsprechenden Elektroden verbunden sind, wird der Katalysatorträger erhitzt und dessen Temperatur wird erhöht, und dadurch wird der Reinigungseffekt für das Abgas durch den getragenen Katalysator gezeigt. Zu dieser Zeit wird durch Erhöhen des Volumenwiderstands der Elektroden über den der Elektrizitätszufuhrabschnitte der externen Kabel die eine bei den Elektroden erzeugte Wärme zu dem Katalysatorträger zur Verfügung gestellt, und die erzeugte Wärmemenge des Katalysatorträgers in Umgebungen der Elektroden, verglichen mit der erzeugten Wärmemenge des Innenabschnitts des Katalysatorträgers, wird erhöht. Bei den Umgebungen der Elektroden des Katalysatorträgers, verglichen mit dem Innenabschnitt des Katalysatorträgers, ist die abgeführte Wärmemenge aufgrund der Wärmeabführung aus den Elektroden und der Wärmeübertragung zu den externen Kabeln groß. Allerdings wird durch Erhöhen des Volumenwiderstands der Elektroden die erzeugte Wärmemenge des Katalysatorträgers in den Umgebungen der Elektroden aufgrund der bei den Elektroden erzeugten Wärme erhöht, verglichen mit der erzeugten Wärmemenge bei dem Innenabschnitt des Katalysatorträgers, und wird als eine Wärmemenge geschaffen, die die abgeführte Wärmemenge des Katalysatorträgers vorwegnimmt (wird als eine Wärmemenge geschaffen, d. h. als ob sie die abgeführte Wärmemenge ersetzt). Aufgrund dessen wird die Wärmeerzeugung bei den entsprechenden Regionen des Katalysatorträgers vereinheitlicht, die Uneinheitlichkeit der Temperatur des Katalysatorträgers wird reduziert, und der Katalysatorträger kann erstellt werden, um eine einheitliche Temperaturverteilung zu erreichen.
-
Ferner gibt es gemäß dem katalytischen Konverter, bei Betrachtung in dem orthogonalen Querschnitt, eine Struktur, in der die externen Kabel mit Positionen verbunden sind, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden lang ist, und der Volumenwiderstand des Paars von Elektroden wird von den Positionen, bei denen die externen Kabel verbunden sind, zu den Richtungen allmählich oder stufenförmig höher, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden kürzer wird. Aufgrund dessen wird der Stromfluss entsprechend dem Verlauf von den Positionen, bei denen die externen Kabel verbunden sind, zu den Richtungen schwierig, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden kürzer wird. Im Allgemeinen ist der Volumenwiderstand des Katalysatorträgers höher als der Volumenwiderstand der Elektroden und dadurch versucht der Strom mehr bei den Regionen des Katalysatorträgers zu fließen, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden kurz ist, als bei der Region des Katalysatorträgers, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden lang ist. Allerdings wird aufgrund der Struktur, in der der Volumenwiderstand des Paars von Elektroden zu den Richtungen allmählich oder stufenförmig höher wird, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden kürzer wird, die Leichtigkeit des Stromflusses bei der Region des Katalysatorträgers, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden lang ist, und bei den Regionen des Katalysatorträgers, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden kurz ist, einheitlich erstellt. Aufgrund dessen kann der Strom einheitlicher bei dem Katalysatorträger fließen, die Uneinheitlichkeit der Temperatur des Katalysatorträgers wird wirksam reduziert und der Katalysatorträger kann erstellt werden, um eine einheitliche Temperaturverteilung zu erreichen.
-
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
-
Gemäß dem katalytischen Konverter betreffend der vorliegenden Erfindung wird eine Uneinheitlichkeit der Temperatur eines Katalysatorträgers reduziert und eine einheitliche Temperaturverteilung kann erreicht werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
1A ist eine Zeichnung, die einen katalytischen Konverter einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht entlang einer Richtung, in der das Abgas strömt.
-
1B ist eine Zeichnung, die den katalytischen Konverter der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht in orthogonaler Richtung zur Richtung, in der das Abgas strömt.
-
2A ist eine Zeichnung, die in einen orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt, einen Katalysatorträger und Elektroden des katalytischen Konverters, die in 1B gezeigt sind, zeigt, und ist eine schematische Zeichnung, die erzeugte Wärmemengen des Katalysatorträgers zeigt.
-
2B ist eine Zeichnung, die in einem orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt, den Katalysatorträger und die Elektroden des katalytischen Konverters, die in 1B gezeigt sind, zeigt, und ist eine schematische Zeichnung, die abgeführte Wärmemengen des Katalysatorträgers zeigt.
-
2C ist eine Zeichnung, die in einem orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt, den Katalysatorträger und die Elektroden des katalytischen Konverters, die in 1B gezeigt sind, zeigt, und ist eine schematische Zeichnung, die eine Temperaturverteilung des Katalysatorträgers zeigt.
-
3 ist eine Querschnittsansicht, die in einem orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt, einen Katalysatorträger und Elektroden eines katalytischen Konverters einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
4 ist eine schematische Zeichnung, die elektrische Widerstände des Katalysatorträgers und der Elektroden des katalytischen Konverters, die in 3 gezeigt sind, zeigt.
-
5A ist eine Zeichnung, die in einem orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt, einen Katalysatorträger und Elektroden eines katalytischen Konverters eines Vergleichsbeispiels zeigt, und ist eine schematische Zeichnung, die erzeugte Wärmemengen des Katalysatorträgers zeigt.
-
5B ist eine Zeichnung, die in einem orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt, den Katalysatorträger und die Elektroden des katalytischen Konverters des Vergleichsbeispiels zeigt, und ist eine schematische Zeichnung, die abgeführte Wärmemengen des Katalysatorträgers zeigt.
-
5C ist eine Zeichnung, die in einem orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt, den Katalysatorträger und die Elektroden des katalytischen Konverters des Vergleichsbeispiels zeigt, und ist eine schematische Zeichnung, die eine Temperaturverteilung des Katalysatorträgers zeigt.
-
BESTE ART UND WEISEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
-
Eine erste Ausführungsform eines katalytischen Konverters gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Verwendung von 1A bis 4 beschrieben.
-
Ein katalytischer Konverter 12 betreffend der vorliegenden Ausführungsform ist in 1A gezeigt. Der katalytische Konverter 12 ist entlang einer Abgasleitung installiert. Ein Abgas aus einer Maschine strömt innerhalb der Abgasleitung. 1B stellt den katalytischen Konverter 12 in einem Querschnitt in orthogonale Richtung zur Richtung dar, in der das Abgas strömt (ein Querschnitt entlang einer Linie 2-2 von 1A).
-
Wie in 1A und 1B gezeigt, weist der katalytische Konverter 12 einen Katalysatorträger 14 auf, der aus einem Material ausgebildet ist, das elektrisch leitfähig und steif ist. Der Oberflächenbereich des Materials des Katalysatorträgers 14 wird durch Ausbilden des Katalysatorträgers 14 z. B. in einer Wabenform vergrößert. Ein Katalysator (Platin, Palladium, Rhodium oder dergleichen) wird in einem Zustand von Kleben an die Oberflächen des Katalysatorträgers 14 getragen. Der Katalysator weist den Effekt von Reinigen von schädlichen Substanzen innerhalb des Abgases auf, das innerhalb der Abgasleitung strömt (die Strömrichtung ist durch F1 gezeigt). Es ist zu beachten, dass die Struktur zum Erhöhen des Oberflächenbereichs des Katalysatorträgers 14 nicht auf die vorgenannte Wabenform beschränkt ist und kann beispielsweise wellenförmig oder dergleichen sein.
-
Eine elektrisch leitfähige Keramik, ein elektrisch leitfähiges Harz, ein Metall oder dergleichen kann als Material verwendet werden, das den Katalysatorträger 14 strukturiert, allerdings wird bei der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Keramik verwendet. Falls das Material, das den Katalysatorträger 14 strukturiert, wenigstens z. B. Siliziumkarbid enthält, wird dies bevorzugt, weil hohe Festigkeit und Wärmewiderstand erhalten werden. Ferner wird, falls der elektrische Widerstand erzeugt wird, um 10 bis 200 Ω·cm zu sein, dies bevorzugt, weil die Temperatur des Katalysators, der getragen ist, wirksam zu der Zeit der Zufuhr von Elektrizität erhöht werden kann, wie nachstehend beschrieben werden wird. Ein Erzeugen der Porosität des Katalysatorträgers in einem Bereich von 30 bis 60% wird bevorzugt. Falls die Porosität erzeugt wird, um größer als oder gleich 30% sein, wird der benötigte Oberflächenbereich sichergestellt, und eine große Menge des Katalysators kann getragen werden. Ferner kann durch Erzeugen der Porosität weniger oder gleich 60%, die für den Katalysatorträger 14 benötigte Festigkeit beibehalten werden.
-
Zwei Elektroden 16A, 16B sind an den Katalysatorträger 14 angebracht und Terminals 18A, 18B sind ferner an den entsprechenden Mitten der Elektroden 16A, 16B verbunden. Externe Kabel 30 zur Zufuhr mit Strom sind mit den entsprechenden Terminals 18A, 18B (bezugnehmend auf 2A) verbunden. Die Elektroden 16A, 16B sind derart angeordnet, dass sie mit dem Katalysatorträger 14 bei einem Bereich mit einer vorbestimmten Ausdehnung entlang der Außenperipherieoberfläche des Katalysatorträgers 14 in Kontakt stehen. Der Katalysatorträger 14 kann aufgrund von Elektrizität erhitzt werden, die an dem Katalysatorträger 14 aus den Terminals 18A, 18B über die Elektroden 16A, 16B angelegt wird. Ferner kann durch Erhöhen der Temperatur des Katalysators, der durch den Katalysatorträger 14 getragen wird, aufgrund dieser Wärme bzw. Erhitzung der Abgasreinigungseffekt, der der Katalysator aufweist, besser gezeigt werden.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 1B verstanden werden kann, bei Betrachtung in einem orthogonalen Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt (orthogonaler Querschnitt), ist der Katalysatorträger 14 eine sogenannte Spurform (track shape), in der beide Seiten in einer querlaufenden Richtung, die orthogonal zu einer Längsachse LA der Ovalform ist, ausgebildet, um geradlinig und im Wesentlichen parallel zur Längsachse LA zu sein. Ferner ist das Paar von Elektroden 16A, 16B bei gegenüberliegenden Positionen mit dem Katalysatorträger 14 dazwischen angeordnet, so dass entsprechende Mittelabschnitte (Elektrodenmitten 16C) der Elektroden 16A, 16B an der Längsachse LA des Katalysatorträgers 14 positioniert sind.
-
Hier ist eine Mittellinie CL als ein Liniensegment gesetzt, das die Elektrodenmitten 16C der Elektroden 16A, 16B verbindet, und eine Breite W ist als die Länge des Katalysatorträgers 14 definiert, die in der orthogonalen Richtung zur Mittellinie CL gemessen wird. Zu dieser Zeit stimmt die Mittellinie CL mit der Längsachse LA des Katalysatorträgers 14 überein.
-
Der Katalysatorträger 14 ist eine Form, die eine Links-Rechts-Symmetrie in 1B über die Mittellinie CL (die Längsachse LA) aufweist. Darüber hinaus ist der Katalysatorträger 14 eine Form, die ähnlich eine Obere-Untere-Symmetrie in 1B über eine senkrecht Halbierende VD der Mittellinie CL aufweist. Bei dem Katalysatorträger 14 sind allmähliche Abnahmen von Breitenabschnitten 14D, deren Breite W in orthogonale Richtung zur Mittellinie CL allmählich in Richtung der Elektrodenmitte 16C abnimmt, bei den Regionen ausgebildet, bei denen die Elektroden 16A, 16B kontaktierend angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Abschnitte, bei denen die Elektroden 16A, 16B angebracht sind, gekrümmte Oberflächenabschnitte, die konvex in Richtung der Elektrode 16A oder der Elektrode 16B gekrümmt sind. Ferner sind bei der Region, bei der die Elektroden 16A, 16B nicht kontaktierend angeordnet sind, breite Breitenabschnitte 14W, deren Außenkanten breiter als die Regionen sind, bei denen die Elektroden 16A, 16B kontaktierend angeordnet sind (die allmähliche Abnahme von Breitenabschnitten 14D) bei dem Katalysatorträger 14 ausgebildet. Die breiten Breitenabschnitte 14W sind in geradlinige Formen ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zur Mittellinie CL sind. Die Breitenabschnitte 14W sind ein maximaler Breitenabschnitt, bei dem die Breite W des Katalysatorträgers 14 ein Maximum ist. Bei einer zufälligen Position ist die Breite W des Katalysatorträgers 14 kürzer als eine Länge L1 der Mittellinie CL (die Langsachse LA).
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die breiten Breitenabschnitte 14W des Katalysatorträgers 14 in geradlinige Formen ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zur Mittellinie CL sind. Verglichen mit den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B ist die Reduktionsmenge in dem Schnittoberflächenbereich des Stromflusses bei den breiten Breitenabschnitten 14W klein, und die Abnahme der Stromdichte ist klein. Dadurch kann die Vereinheitlichung der bei dem Katalysatorträger 14 erzeugten Wärmemenge erzielt werden.
-
Ferner gibt es durch Erhöhen des Volumenwiderstands der Elektroden 16A, 16B über den der Elektrizitätszufuhrabschnitte (die elektrischen Drähte) der externen Kabel 30 eine Struktur, in der die bei den Elektroden 16A, 16B erzeugte Wärme dem Katalysatorträger 14 zur Verfügung gestellt wird, und die erzeugte Wärmemenge des Katalysatorträgers 14 in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B, verglichen mit der erzeugten Wärmemenge des Innenabschnitts des Katalysatorträgers 14, wird erhöht (z. B. eine Umgebung einer Mitte 14C des Katalysatorträgers 14 zwischen den Elektroden 16A, 16B). Hier bedeutet Volumenwiderstand den elektrischen Widerstandswert (Ω·cm) pro Einheitsvolumen. Der Widerstandswert des gesamten Materials wird durch Multiplizieren der Länge (L) durch den Volumenwiderstand und Teilen durch den Schnittoberflächenbereich (A) bestimmt. Ein Volumenwiderstand ist ein Wert (ein physikalischer Eigenschaftswert), der für eine Substanz spezifisch ist, und wenn durch Verwendung der gleichen Dimensionen verglichen wird, weist eine Substanz, deren Volumenwiderstand groß ist, auch einen großen Widerstandswert auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Volumenwiderstand beispielsweise durch Einstellen des Materials der Elektroden 16A, 16B oder der Menge von Zusatzstoffen, die zu dem Material hinzugefügt werden, erhöht.
-
Um die Temperaturverteilung des Katalysatorträgers 14 zu der Zeit durchzuführen, dass die Elektrizität im Wesentlichen einheitlich angelegt wird, muss das Gleichgewicht zwischen der erzeugten Wärmemenge und der abgeführten Wärmemenge erstellt werden, um in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B (direkt unterhalb der Elektroden 16A, 16B in den Figuren) und dem Innenabschnitt des Katalysatorträgers 14 im Wesentlichen gleich sein (z. B. eine Umgebung der Mitte 14C des Katalysatorträgers 14 zwischen den Elektroden 16A, 16B).
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine einheitliche Temperaturverteilung durch Steuern der erzeugten Wärmemenge des Katalysatorträgers 14 in Umgebungen der Elektroden 16A, 16B erreicht.
-
Die aufgrund der Zufuhr von Elektrizität erzeugte Wärmemenge W wird ausgedrückt durch W = R × I2.
-
Hier ist W die erzeugte Wärmemenge, I der Strom und R der elektrische Widerstand.
-
Ferner wird der elektrische Widerstand R ausgedrückt durch R = ρ × L/A
-
Hier ist ρ der Volumenwiderstand eines elektrischen Leiters (die Elektroden 16A, 16B in der vorliegenden Ausführungsform), L die Länge des elektrischen Leiters (die Elektroden 16A, 16B), und A der Schnittoberflächenbereich des elektrischen Leiters (die Elektroden 16A, 16B). Aus den vorstehenden Formeln kann verstanden werden, dass als eine Einrichtung zum Steuern der erzeugten Wärmemenge W der Volumenwiderstand ρ der Elektroden 16A, 16B ein Parameter ist.
-
Die erzeugten Wärmemengen in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B des Katalysatorträgers 14 und bei dem Mittelabschnitt des Katalysatorträgers 14 sind schematisch in 2A dargestellt. Die abgeführten Wärmemengen in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B des Katalysatorträgers 14 und bei dem Mittelabschnitt des Katalysatorträgers 14 sind schematisch in 2B dargestellt. Ferner sind Temperaturen in Umgebungen der Elektroden 16A, 16B des Katalysatorträgers 14 und bei dem Mittelabschnitt des Katalysatorträgers 14 schematisch in 2C dargestellt.
-
Wie in 2B gezeigt, ist in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B des Katalysatorträgers 14 die abgeführte Wärmemenge aufgrund der Wärmeabfuhr aus den Elektroden 16A, 16B und der Wärmeübertragung zu externen Kabeln 30 groß. Dadurch muss, wie in 2A gezeigt, die erzeugte Wärmemenge des Katalysatorträgers 14 in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B erzeugt werden, um größer als die erzeugte Wärmemenge des Mittelabschnitts des Katalysatorträgers 14 zu sein. Dadurch wird, um die erzeugte Wärmemenge des Katalysatorträgers 14 in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B zu erhöhen, der Volumenwiderstand der Elektroden 16A, 16B erzeugt werden, um größer als der der Elektrizitätsabschnitte der externen Kabel 30 zu sein. Es wird nämlich durch Erhöhen des Volumenwiderstandes der Elektroden 16A, 16B über den der Elektrizitätszufuhrabschnitte der externen Kabel 30 die bei den Elektroden 16A, 16B erzeugte Wärme an den Katalysatorträger 14 zur Verfügung gestellt, und die erzeugte Wärmemenge des Katalysatorträgers 14 in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B, verglichen mit der erzeugten Wärmemenge des Innenabschnitts des Katalysatorträgers 14, wird erhöht (z. B. eine Umgebung der Mitte 14C des Katalysatorträgers 14 zwischen den Elektroden 16A, 16B).
-
Ein Halteelement 24, das in einer Form eines Rohrs ausgebildet ist und aus einem Isoliermaterial besteht, ist bei der Außenperipherie des Katalysatorträgers 14 angeordnet. Ferner ist ein Gehäusezylinder 28, der in eine zylindrische Form eines Metalls, wie z. B. nicht rostender Stahl oder dergleichen, geformt ist, bei der Außenperipherie des Halteelements 24 angeordnet. Der Katalysatorträger 14 ist nämlich bei dem Inneren des Gehäusezylinders 28 aufgenommen, der ein zylindrisch geformtes Rohr ist, und der Katalysatorträger 14 ist bei dem Inneren des Gehäusezylinders 28 ohne einen Spalt durch das Halteelemente 24 gehalten, das zwischen dem Gehäusezylinder 28 und dem Katalysatorträger 14 angeordnet ist. Ferner wird, weil das Haltelement 24, das isolierend zwischen dem Katalysatorträger 14 und dem Gehäusezylinder 28 angeordnet ist, der Stromfluss von dem Katalysatorträger 14 in Richtung des Gehäusezylinders 28 verhindert.
-
Der Betrieb und Effekte des katalytischen Konverters 12 der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend beschrieben.
-
Der Gehäusezylinder 28 des katalytischen Konverters 12 ist in der Mitte entlang einer Abgasleitung montiert und Abgas geht durch das Innere des Katalysatorträgers 14 in der Pfeil F1-Richtung. Zu dieser Zeit werden schädliche Substanzen innerhalb des Abgases durch den Katalysator gereinigt, der durch den Katalysatorträger 14 getragen wird. Bei dem katalytischen Konverter 12 der vorliegenden Ausführungsform wird Strom von externen Kabeln 30 angelegt und Elektrizität wird an dem Katalysatorträger 14 durch Terminals 18A, 18B und Elektroden 16A, 16B angelegt und der Katalysatorträger 14 wird erhitzt. Bei dem Katalysatorträger 14 fließt der Strom zwischen den Elektroden 16A, 16B, wie die Pfeile EC. Aufgrund des erhitzten Katalysatorträgers 14 kann die Temperatur des Katalysators, der durch den Katalysatorträger 14 getragen wird, erhöht werden und der Reinigungsprozess kann gut gezeigt werden. In Fällen, in denen die Temperatur des Abgases gering ist, wie z. B. unmittelbar nach dem Start bzw. Anlassen der Maschine oder dergleichen beispielsweise durch Zufuhr von Elektrizität zu und Erhitzen des Katalysatorträgers 14 vorab, kann die Reinigungsleistung des Katalysators in der Anfangsphase des Motorstarts sichergestellt werden.
-
Der katalytische Konverter 12 der vorliegenden Ausführungsform ist derart strukturiert, dass er den Volumenwiderstand des Paars von Elektroden 16A, 16B, die einander mit dem Katalysatorträger 14 dazwischen gegenüberliegen, höher als der der Elektrizitätszuführabschnitte der externen Kabel 30 ist.
-
Hier, wie in 5A bis 5C gezeigt, wird ein katalytischer Konverter 112 eines Vergleichsbeispiels vermutet, der derart strukturiert ist, dass der Volumenwiderstand eines Paars von Elektroden 116A, 116B nicht weiter als der der Elektrizitätszufuhrabschnitte der externen Kabel 130 erhöht wird. Wie in 5B gezeigt, ist in den Umgebungen der Elektroden 116A, 116B eines Katalysatorträgers 114 die abgeführte Wärmemenge aufgrund der Wärmeabführung aus den Elektroden 116A, 116B und die Wärmeübertragung an die externen Kabel 130 groß (Bezugnehmend auf 2B).
-
Dadurch, wie in 5A gezeigt, nimmt, selbst wenn die Stromverteilung des Innenabschnitts des Katalysatorträgers 114 im Wesentlichen einheitlich erzeugt wird und eine einheitliche Wärmeerzeugung realisiert wird, wie in 5C gezeigt, die Temperatur in den Umgebungen der Elektroden 116A, 116B des Katalysatorträgers 114 mehr ab als die Temperatur des Mittelabschnitts des Katalysatorträgers 114 um einen Menge entsprechend der Menge, um der die Wärmeabfuhrmenge größer ist.
-
Dagegen werden bei dem katalytischen Konverter 12 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2A gezeigt, durch Erhöhen des Volumenwiderstandes der Elektroden 16A, 16B über den der Elektrizitätszuführabschnitte der externen Kabel 30, die Elektroden 16A, 16B erstellt, um Wärme zu erzeugen, und die erzeugte Wärme davon wird dem Katalysatorträger 14 zur Verfügung gestellt, und die erzeugte Wärmemenge in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B (direkt unterhalb der Elektroden 16A, 16B) des Katalysatorträgers 14, verglichen mit der erzeugten Wärmemenge des Mittelabschnitts des Katalysatorträgers 14, wird erhöht. Die erzeugte Wärmemenge in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B des Katalysatorträgers 14 wird nämlich im Vergleich mit der erzeugten Wärmemenge des Mittelabschnitts des Katalysatorträgers 14 erhöht (die erzeugte Wärmemenge in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B des Katalysatorträgers 14 wird als eine Wärmemenge geschaffen, die die verbrauchte Wärmemenge des Katalysatorträgers 14 vorwegnimmt), um die abgeführte Wärmemenge in den Umgebungen der Elektroden 16A, 16B des Katalysatorträgers 14 zu kompensieren. Aufgrund dessen kann eine Wärmeerzeugung bei den entsprechenden Regionen des Katalysatorträgers 14 vereinheitlicht werden. Dadurch wird, wie in 2C gezeigt, eine Uneinheitlichkeit der Temperatur des Katalysatorträgers 14 reduziert und der Katalysatorträger 14 kann erstellt werden, um eine einheitliche Temperaturverteilung zu erreichen.
-
Ein katalytischer Konverter 52 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 3 und 4 nachstehend beschrieben. Es ist zu beachten, dass strukturelle Abschnitte, die die gleichen wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und auf deren Beschreibung wird verzichtet.
-
Wie in 3 gezeigt, sind bei Betrachtung in einem orthogonal Querschnitt zur Richtung, in der das Abgas strömt (orthogonaler Querschnitt), zwei Elektroden 56A, 56B angebracht, um einander mit dem Katalysatorträger 14 dazwischen gegenüber zu liegen, um allmählich Breitenabschnitte 14D des Katalysatorträgers 14 zu verringern, und ferner werden die Terminals 18A, 18B jeweils mit den Mitten der Elektroden 56A, 56B verbunden. Die externen Kabel 30 (bezugnehmend auf 2A) werden nämlich über die Terminals 18A, 18B mit Positionen verbunden, bei denen der Abschnitt zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B länger ist bei Betrachtung in dem orthogonalen Querschnitt (Positionen der Mittellinie CL in der vorliegenden Ausführungsform).
-
Das Paar von Elektroden 56A, 56B ist derart strukturiert, dass der Volumenwiderstand von den Positionen, bei denen die Terminals 18A, 18B vorgesehen sind (die Positionen, bei denen die externen Kabel 30 verbunden sind), bei Betrachtung in dem orthogonalen Querschnitt, zu den Richtungen höher wird, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kürzer wird. Mit anderen Worten das Paar von Elektroden 56A, 56B ist derart strukturiert, dass der Volumenwiderstand von einer Position 60A, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist (die Position der Mittellinie CL), in Richtung von Positionen 60B höher wird, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kürzer wird (Positionen bei den breiten Breitenrichtung 14W-seiten des Katalysatorträgers 14).
-
Die vorliegende Ausführungsform ist derart strukturiert, dass der Volumenwiderstand zu den Richtungen höher wird, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kürzer wird, beispielsweise durch Einstellen des Materials der Elektroden 56A, 56B oder der Menge von Zusatzstoffen, die zu dem Material hinzugefügt werden. Die vorliegende Ausführungsform kann derart strukturiert sein, dass der Volumenwiderstand der Elektroden 56A, 56B allmählich von den Positionen, bei denen die Terminals 18A, 18B vorgesehen sind, zu den Richtungen höher wird, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kürzer wird, oder kann derart strukturiert sein, dass der Volumenwiderstand stufenförmig höher wird.
-
Durch Strukturieren des katalytischen Konverters 52, so dass der Volumenwiderstand von der Position, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist, zu den Richtungen höher wird, in denen der Abstand zwischen dem Paar der Elektroden 56A, 56B kürzer wird, wird es schwierig für den Stromfluss von der Position, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist (die Position, bei der die Terminals 18A, 18B vorgesehen sind), zu Richtungen, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kürzer wird.
-
Im Allgemeinen versucht, weil der Volumenwiderstand des Katalysatorträgers 14 höher als der Volumenwiderstand der Elektroden 56A, 56B ist, der Strom vielmehr bei den Regionen des Katalysatorträgers 14 zu fließen, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kurz ist (Umgebungen der breiten Breitenrichtungen 14W), als bei der Region des Katalysatorträgers 14, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist (eine Umgebung der Mittellinie CL). Dagegen gibt es bei der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der Struktur, in der der Volumenwiderstand des Paars von Elektroden 56A, 56B von der Position, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist, zu den Richtungen höher wird, in denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kürzer wird, wie in 4 gezeigt, eine Struktur, in der der elektrische Widerstand der Elektroden 56A, 56B und des Katalysatorträgers 14 bei der Position 60A, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist, und der elektrische Widerstand der Elektroden 56A, 56B und des Katalysatorträgers 14 bei den Positionen 60B, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kurz ist, im Wesentlichen der gleiche wird.
-
Hier wird, wie in 3 gezeigt, vorausgesetzt, dass der Volumenwiderstand der Elektroden 56A, 56B ρ ist, die Länge der Elektroden 56A, 56B L ist, und der Schnittoberflächenbereich der Elektroden 56A, 56BA ist, der elektrische Widerstand R ausgedrückt durch R = ρ × L/A.
-
Ferner zeigt der Abschnitt, der um den Katalysatorträger 14 umgeben ist, der durch Zwei-Punkt-Strichlinie in 4 gezeigt, den elektrischen Widerstand aufgrund des Katalysatorträgers 14. Wie in 4 gezeigt, ist bei der Position 60A, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist, der elektrische Widerstand des Katalysatorträgers 14 verglichen bei den Positionen 60B, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kurz ist. Ferner zeigen die Außenseiten des Abschnitts, der durch den Katalysatorträger 14 bei den Positionen 60B umgeben ist, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B in 4 kurz ist, den elektrischen Widerstand aufgrund der Elektroden 56A, 56B. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Volumenwiderstand der Elektroden 56A, 56B derart eingestellt, dass die gesamten elektrischen Widerstände im Wesentlichen bei dem Abschnitt 60A, bei dem der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist, und den Positionen 60B im Wesentlichen gleich werden, bei denen der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B kurz ist.
-
Aufgrund dessen ist die Leichtigkeit des Stromfluss bei den Regionen der Elektroden 56A, 56B und des Katalysatorträgers 14 bei der Position 60A, bei der der Abstand zwischen dem Paar von Elektroden 56A, 56B lang ist, und bei den Regionen der Elektroden 56A, 56B und des Katalysatorträgers 14 bei den Positionen 60B, bei denen der Abstand zwischen den Elektroden 56A, 56B kurz ist, vereinheitlicht und der Strom kann einheitlicher bei dem Katalysatorträger 14 fließen. Dadurch wird eine Uneinheitlichkeit der Temperatur des Katalysatorträgers 14 wirksamer reduziert und der Katalysatorträger 14 kann erzeugt werden, um eine im Wesentlichen einheitliche Temperaturverteilung zu erreichen.
-
Es ist zu beachten, dass bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Katalysatorträger 14 bei den Regionen, bei denen das Paar von Elektroden kontaktierend angeordnet sind, die allmähliche Abnahme von Breitenabschnitten 14D aufweist, deren Breite W in orthogonaler Richtung zu der Mittellinie CL allmählich in Richtung der Elektrodenmitte abnimmt, und bei der Region, bei der das Paar von Elektroden nicht kontaktierend angeordnet ist, die breiten Breitenabschnitte 14W aufweist, die geradlinig sind und im Wesentlichen parallel zu der Mittellinie CL ausgebildet sind. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur begrenzt und die Form des Katalysatorträgers kann verändert werden. Beispielsweise kann die Form des Katalysatorträgers verändert werden, um oval, trommelförmig, kreisförmig oder dergleichen bei Betrachtung des orthogonal Querschnitts zur Richtung, in der das Abgas strömt.
