DE112019006601T5

DE112019006601T5 - Abgasaufbereitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006601T5
Application number: DE112019006601.3T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Sugaya; Shunichi Mitsuishi; Takaharu Yamamoto; Satoru YOKOSHIMA; Tooru Hisanaga; Daisuke Shimamura
Original assignee: Marelli Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-09-23
Also published as: CN113272534A; CN113272534B

Abstract

In einer Abgasaufbereitungsvorrichtung (10) ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (40) derart vorgesehen, dass ein Messabschnitt (41) in einem Bereich angeordnet ist, der von einer stromabwärtsseitigen Stirnfläche (12c) eines TWC (12), einer stromaufwärtsseitigen Stirnfläche (14b) eines GPF (14) und einer Innenwandfläche (31c) eines Gehäuses (30), gegen die das Abgas G, das den TWC (12) durchlaufen hat, strömt, umgeben ist, d.h. in einem Bereich (A1) auf der Seite des GPF (14) der Mitte des TWC (12).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasaufbereitungsvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
JP2008-075458A offenbart eine Anordnung mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in Abgas, das einen Katalysator in einem Abgaskanal durchlaufen hat, in dem der Katalysator und ein DPF (Dieselpartikelfilter) derart vorgesehen sind, dass sie linear nebeneinander angeordnet sind.
Übersicht über die Erfindung
Eine herkömmliche Abgasaufbereitungsvorrichtung, die in der Nähe einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, muss aufgrund eines begrenzten Einbauraums klein sein, wobei eine Vielzahl von Katalysatoren angebracht werden muss, um die Emissionskontrollvorschriften zu erfüllen. Außerdem muss die Abgasaufbereitungsvorrichtung die Abgaskomponenten, die den Katalysator durchlaufen haben, mit hoher Genauigkeit bestimmen, wobei es bisher schwierig war, die Abgasaufbereitungsvorrichtung so zu konfigurieren, dass sie diese Anforderungen erfüllt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kleine Abgasaufbereitungsvorrichtung vorzuschlagen, die in der Lage ist, Abgaskomponenten mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, während eine Vielzahl von Katalysatoren angebracht ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abgasaufbereitungsvorrichtung: einen ersten Katalysatorträger, der dazu eingerichtet ist, Abgas zu reinigen, das entlang der ersten Richtung strömt; einen zweiten Katalysatorträger, der dazu eingerichtet ist, das Abgas zu reinigen, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, wobei das Abgas entlang einer zweiten Richtung strömt, die sich mit der ersten Richtung schneidet; ein Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, den ersten Katalysatorträger und den zweiten Katalysatorträger aufzunehmen; und einen Sensor mit einem Messabschnitt zum Messen des Abgases, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, das Abgas zu bestimmen, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, wobei der Messabschnitt des Sensors in einem Bereich angeordnet ist, der von einer stromabwärtsseitigen Stirnfläche des ersten Katalysatorträgers, einer stromaufwärtsseitigen Stirnfläche des zweiten Katalysatorträgers und einer Innenwandfläche des Gehäuses umgeben ist, wobei die Innenwandfläche dazu eingerichtet ist, das Abgas aufzunehmen, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, wobei sich der Bereich auf der Seite des zweiten Katalysatorträgers von einer Mitte des ersten Katalysatorträgers befindet.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt befindet sich der Messabschnitt des Sensors in dem Bereich, der von der stromabwärtsseitigen Stirnfläche des ersten Katalysatorträgers, der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche des zweiten Katalysatorträgers und der Innenwandfläche des Gehäuses umgeben ist, d.h. in dem Bereich auf der zweiten Katalysatorträgerseite der Mitte des ersten Katalysatorträgers. In dem Bereich, in dem der Messabschnitt des Sensors angeordnet ist, wird die Strömungsrate des Abgases relativ hoch, da der Hauptstrom des vom ersten Katalysatorträger zum zweiten Katalysatorträger gerichteten Abgasstroms dadurch ausgebildet wird, dass das Abgas, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, gegen die Innenwandfläche des Gehäuses strömt. Dadurch, dass der erste Katalysatorträger und der zweite Katalysatorträger so angeordnet sind, dass sich die Strömungsrichtung des Abgases, das durch den ersten Katalysatorträger strömt, mit der Strömungsrichtung des Abgases schneidet, das durch den zweiten Katalysatorträger strömt, wird die Verkleinerung der Abgasaufbereitungsvorrichtung realisiert, während die Reinigungsfunktion für das Abgas ausreichend gewährleistet ist, wobei weiterhin selbst bei einer derartigen Konfiguration eine hochgenaue Erfassung des Abgases durch den Abgasbestimmungssensor erreicht werden kann.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht einer Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Rückansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 1.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 1.
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 2.
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 1.
7 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Abgasstrom in einem Gehäuse der Abgasaufbereitungsvorrichtung zeigt.
8 ist eine Vorderansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 8.
10 ist eine Seitenansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in 10.
12 ist eine Seitenschnittansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis einer Simulation zeigt, die für dem Strom des Abgases von einem ersten Katalysatorträger zu einem zweiten Katalysatorträger der Abgasaufbereitungsvorrichtung ausgeführt wurde, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung .
14 ist ein Diagramm, das eine Liste von Ergebnissen der Simulationen zeigt, die für den Strom des Abgases von dem ersten Katalysatorträger zu dem zweiten Katalysatorträger in jeder der Abgasaufbereitungsvorrichtungen bei verschiedenen Bedingungen ausgeführt wurden.
15A ist ein Diagramm, das Ergebnisse der Simulationen zeigt, die für den Strom des Abgases von dem ersten Katalysatorträger zu dem zweiten Katalysatorträger der Abgasaufbereitungsvorrichtung ausgeführt wurden.
15B ist ein Diagramm, das Ergebnisse der Simulationen zeigt, die für den Strom des Abgases von dem ersten Katalysatorträger zu dem zweiten Katalysatorträger der Abgasaufbereitungsvorrichtung ausgeführt wurden.
16 ist eine Seitenschnittansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform.
18 ist eine Schnittansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform.
19 ist eine Schnittansicht, die den Strom des Abgases in der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß der Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt.
20 ist eine perspektivische Ansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Modifikation der zweiten Ausführungsform, in der ein Teil davon in einer Schnittansicht dargestellt ist.
21 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine unterseitige Abdeckung einer Elektrodenabdeckung eines elektrisch beheizten Katalysators an einer Elektrode befestigt ist, die aus einem Gehäuse herausragt, das einen elektrisch beheizten Katalysator aufnimmt, wobei ein Teil davon in einer Schnittansicht gezeigt ist.
22 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Anbringungszustand zeigt, in dem eine oberseitige Abdeckung der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators entfernt ist.
23 ist eine perspektivische Ansicht, die den Anbringungszustand der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators zeigt.
24 ist eine Draufsicht auf eine Modifikation der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators.
25 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XXV-XXV in 24.
26 ist eine Vorderansicht einer Modifikation der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators.
27 ist eine Unteransicht auf eine Modifikation der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators.
28 ist eine vergrößerte Schnittansicht relevanter Abschnitte, die einen Fluidstrom zeigen, der auf die oberseitige Abdeckung einer Modifikation der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators fällt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Eine Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben. 1 ist eine Seitenansicht, die die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Rückansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 1 der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 1 der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 2 der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 1 der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10. 7 ist eine perspektivische Teilansicht, die Strömungen des Abgases G in einem Gehäuse 30 der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 zeigt.
Die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 ist beispielsweise an einem Fahrzeug angebracht und verarbeitet das von einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) abgegebene Abgas G, wobei die folgenden Ausführungsformen beispielhafte Konfigurationen als kleiner Katalysator mit einer hervorragenden Abgasreinigungsfunktion zeigen. Konkret reinigt die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 das Abgas G, indem sie in dem Abgas G enthaltene Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid durch Oxidation in Kohlendioxid und Wasser umwandelt und eine Reduktion von Stickoxiden und eine Entfernung von Feinstaub ausführt.
Wie in 1 bis 5 gezeigt, ist die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 versehen mit: dem Gehäuse 30 mit einem einlassseitigen Flansch 11, der mit einem Abgasauslassabschnitt einer Abgasturbine (nicht gezeigt) verbunden ist, und einem auslassseitigen Flansch 39, der mit einem Abgasrohr (nicht gezeigt) verbunden ist, das das Abgas G nach außen leitet; einem TWC (Dreiwegekatalysator) 12, der als erster Katalysatorträger dient, der in dem Gehäuse 30 vorgesehen ist und das Abgas G reinigt; einem GPF (Benzinpartikelfilter) 14, der als zweiter Katalysatorträger dient, der an der stromabwärtigen Seite des TWC 12 in dem Gehäuse 30 vorgesehen ist und das Abgas G reinigt, das den TWC 12 durchlaufen hat; und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40, der als Sensor zum Bestimmen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas G dient, das den TWC 12 durchlaufen hat.
Das Gehäuse 30 hat einen Diffusorabschnitt 25, an dem der einlassseitige Flansch 11 angebracht ist, einen einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31, der den TWC 12 in seinem Inneren aufnimmt, einen mittleren Strömungskanalabschnitt 37, der mit dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 verbunden ist und den GPF 14 in seinem Inneren aufnimmt, und einen auslassseitigen Strömungskanalabschnitt 38, der mit dem mittleren Strömungskanalabschnitt 37 an seinem einen Ende verbunden ist und der an seinem anderen Ende mit dem auslassseitigen Flansch 39 versehen ist, um mit einer abgasseitigen Leitung (nicht gezeigt) verbunden zu werden.
Wie in 4 und 5 gezeigt, ist der Diffusorabschnitt 25 aus einer Diffusorplatte 26 mit einer kreisförmigen konischen Oberflächenform ausgebildet, deren Durchmesser stromabwärts allmählich zunimmt. Der einlassseitige Flansch 11 ist an einer Außenumfangsfläche eines stromaufwärtsseitigen Öffnungsabschnitts 26a der Diffusorplatte 26 durch Schweißen und dergleichen angebracht. Ein stromabwärtsseitiger Öffnungsabschnitt 26b der Diffusorplatte 26 ist an einer Innenumfangsfläche eines einlassseitigen Öffnungsabschnitts 31a des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 durch Schweißen und dergleichen angebracht.
Wie in 5 gezeigt, hat der einlassseitige Strömungskanalabschnitt 31 den einlassseitigen Öffnungsabschnitt 31a, durch den das Abgas G eintritt, und einen auslassseitigen Öffnungsabschnitt 31b, durch den das Abgas G ausströmt. Der einlassseitige Strömungskanalabschnitt 31 ist derart eingerichtet, dass der Strom des Abgases G, der durch den einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 strömt, um einen vorbestimmten Winkel (beispielsweise 90°) gekrümmt wird, mit anderen Worten, dass ein im Wesentlichen L-förmiger Strömungsweg ausgebildet ist. Der einlassseitige Strömungskanalabschnitt 31 ist durch Verbinden von zwei Metallplattenelementen, die derart ausgebildet sind, dass sie entlang der Strömungsrichtung des Abgases G symmetrisch sind, durch Schweißen und dergleichen ausgebildet. (siehe 2 bis 4).
Wie in 6 gezeigt, ist der mittlere Strömungskanalabschnitt 37 aus einem Metallplattenelement ausgebildet, so dass er eine ovale Strömungskanalform aufweist. Wie in 5 gezeigt, ist eine Außenumfangsfläche eines einlassseitigen Öffnungsabschnitts 37a des mittleren Strömungskanalabschnitts 37 mit einer Innenumfangsfläche des auslassseitigen Öffnungsabschnitts 31b des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 durch Schweißen und dergleichen verbunden. Darüber hinaus ist eine Außenumfangsfläche eines auslassseitigen Öffnungsabschnitts 37b des mittleren Strömungskanalabschnitts 37 mit einer Innenumfangsfläche eines einlassseitigen Öffnungsabschnitts 38a des auslassseitigen Strömungskanalabschnitts 38 durch Schweißen und dergleichen verbunden.
Der TWC 12 ist beispielsweise aus einem säulenförmigen Körper mit Wabenstruktur ausgebildet. Eine Außenumfangsfläche 12a des TWC 12 ist über ein Dämpfungsmaterial 13 an einem strömungskanalförmigen Metallinnengehäuse 20 befestigt. Der TWC 12 ist in dem Innengehäuse 20 über die Gesamtheit in axialer Richtung aufgenommen.
Ein stromaufwärtsseitiger Öffnungsabschnitt 20b des Innengehäuses 20 ist in einen Innenumfang des stromabwärtsseitigen Öffnungsabschnitts 26b der Diffusorplatte 26 eingesetzt. Das Innengehäuse 20 ist mit einer Innenumfangsfläche der Diffusorplatte 26 durch Schweißen und dergleichen verbunden, wodurch es in Bezug auf das Gehäuse 30 befestigt ist. Gleichzeitig ist das Innengehäuse 20 in dem Gehäuse 30 so vorgesehen, dass zwischen einer Außenumfangsfläche 20a des Innengehäuses 20 und dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 ein Abstand einer vorbestimmten Distanz W ausgebildet ist. Dieser Abstand bildet einen Außenumfangsströmungsweg 35, durch den das Abgas G strömt. Zusätzlich ist, wie in 3 gezeigt, zwischen der Außenumfangsfläche 20a des Innengehäuses 20 und dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 eine Vielzahl von Abstandshaltern 34 vorgesehen, um ein Klappern des Innengehäuses 20 zu verhindern.
Wie oben beschrieben, ist es durch die Verbindung des stromaufwärtsseitigen Öffnungsabschnitts 20b des Innengehäuses 20 mit dem stromabwärtsseitigen Öffnungsabschnitt 26b der Diffusorplatte 26 möglich, das gesamte Abgas G, das von einem Abgaseinlass 11a des einlassseitigen Flansches 11 eingetreten ist, zu dem TWC 12 zu leiten.
Der GPF 14 ist beispielsweise aus einem ovalen säulenförmigen Keramikfilter zur Abscheidung der Feinstaubpartikel ausgebildet (siehe 4 und 6). Der GPF 14 ist innerhalb des mittleren Strömungskanalabschnitts 37 befestigt, indem eine Außenumfangsfläche 14a desselben über ein Dämpfungsmaterial 15 an einer Innenumfangsfläche des mittleren Strömungskanalabschnitts 37 befestigt ist. Bei einer derartigen Konfiguration sind der TWC 12 und der GPF 14 in einer sogenannten T-Form angeordnet, wenn man sie von der Seite betrachtet.
Darüber hinaus ist der GPF 14 so ausgebildet, dass seine Durchflussquerschnittsfläche größer ist als die Durchflussquerschnittsfläche des TWC 12. Gleichzeitig ist der GPF 14, wie in 4 gezeigt, in dem mittleren Strömungskanalabschnitt 37 so vorgesehen, dass seine Hauptachse entlang der Achslinienrichtung des TWC 12 liegt. Durch die oben beschriebene Anordnung des GPF 14 kann beispielsweise auch dann, wenn in Breitenrichtung der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 (in 4 die vertikale Richtung) kein Platz sichergestellt werden kann, die Durchflussquerschnittsfläche des GPF 14 sichergestellt werden.
Der auslassseitige Strömungskanalabschnitt 38 leitet das Abgas G, das den GPF 14 durchlaufen hat, zu dem Abgasrohr (nicht dargestellt), um das Abgas G nach außen abzuleiten. Der auslassseitige Strömungskanalabschnitt 38 ist durch Verbinden von zwei Metallplattenelementen, die derart ausgebildet sind, dass sie entlang der Strömungsrichtung des Abgases G symmetrisch sind, durch Schweißen und dergleichen ausgebildet.
Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 hat ein stabförmiges Element, wobei ein Messabschnitt 41 zur Durchführung von Messungen an dem Abgas G an einem Spitzenende des stabförmigen Elements vorgesehen ist. Ein Hauptkörperabschnitt des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 ist von der Außenseite des Gehäuses 30 an einem flachen Oberflächenabschnitt 31d angebracht, der an dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 vorgesehen ist, so dass sich der Messabschnitt 41 in dem Strömungsweg zwischen dem TWC 12 und dem GPF 14 befindet. Eine detaillierte Anbringungsposition des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 wird später im Detail beschrieben.
Als nächstes wird eine detailliertere Konfiguration des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 beschrieben. Im Folgenden wird die Richtung, in der das Abgas G den TWC 12 durchläuft, also die axiale Richtung des TWC 12, als „eine erste Richtung P“ bezeichnet, und die Richtung, in der das Abgas G den GPF 14 durchläuft, also die axiale Richtung des GPF 14, als „eine zweite Richtung Q“ bezeichnet (siehe 5). In dieser Ausführungsform wird zwar ein Beispiel beschrieben, bei dem sich die erste Richtung P mit der zweiten Richtung Q senkrecht schneidet, wobei sie sich jedoch nicht notwendigerweise senkrecht zueinander schneiden müssen und es ausreichend ist, dass sich die erste Richtung P mit der zweiten Richtung Q schneidet.
Der einlassseitige Strömungskanalabschnitt 31 ist weiterhin versehen mit: einem Umlenkabschnitt 33, der an einer Innenwandfläche 31c des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 vorgesehen ist, der das Abgas G aufnimmt, das den TWC 12 durchlaufen hat, und der einen Teil des Abgases G, das den TWC 12 durchlaufen hat, umleitet, um es zu dem GPF 14 zu leiten; und einem Leitabschnitt 32, der den Rest des Abgases G, das durch den Umlenkabschnitt 33 umgeleitet wurde, zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 leitet.
Der Umlenkabschnitt 33 ist derart ausgebildet, dass er eine Form aufweist, bei der ein Teil einer Strömungskanalwand an der Außenseite der Strömungsrichtung des Abgases G in dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 radial nach innen ragt. Ein Winkel α, der von einem oberen Teil 33a des Umlenkabschnitts 33 ausgebildet ist, beträgt vorzugsweise etwa 70° bis 120°. Wenn der Winkel α kleiner als 70° ist, wird die Bearbeitung des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 schwierig. Andererseits besteht bei einem Winkel α größer als 120° die Gefahr, dass eine ausreichende Strömungsmenge des zum Außenumfangsströmungsweg 35 zu leitendenden Abgases G möglicherweise nicht sichergestellt ist.
Wie in 5 gezeigt, hat der Leitabschnitt 32: einen geneigten Abschnitt 32a, der um einen vorbestimmten Winkel θ in Bezug auf eine flache Ebene X orthogonal zu der ersten Richtung P von dem Umlenkabschnitt 33 zu der stromabwärtigen Seite in der ersten Richtung P geneigt ist; und einen gekrümmten Abschnitt 32b, der das Abgas G, das den geneigten Abschnitt 32a durchlaufen hat, zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 leitet.
Der geneigte Abschnitt 32a ist so ausgebildet, dass er eine im Wesentlichen flache Oberfläche aufweist, so dass der vorbestimmte Winkel θ zwischen einer flachen Ebene Y, die den geneigten Abschnitt 32a enthält, und der flachen Ebene X in einen Bereich von 3° bis 20° fällt. Durch Einstellen des vorbestimmten Winkels θ auf einen derartigen Winkel ist es möglich, das Abgas G, das durch den Umlenkabschnitt 33 umgeleitet wurde, allmählich zu dem gekrümmten Abschnitt 32b zu leiten und das Abgas G zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 entlang der inneren Wandoberfläche 31c des Gehäuses 30 zu leiten. Auf diese Weise ist es möglich, das Abgas G sanft zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 zu leiten, ohne den Strom des Abgases G in Richtung des Umlenkabschnitts 33 durch den TWC 12 zu stören.
Darüber hinaus sind, wenn der TWC 12 und der GPF 14 aus der Richtung senkrecht zu der ersten Richtung P und zu der zweiten Richtung Q (siehe 4, im Folgenden auch als „eine dritte Richtung R“ bezeichnet) betrachtet werden (der in 5 gezeigte Zustand), beide Enden des TWC 12 in der ersten Richtung P zwischen beiden Enden des GPF 14 in der ersten Richtung P angeordnet (siehe 4 und 5). Da der TWC 12 bei einer derartigen Konfiguration nicht nach außen aus dem GPF 14 in der ersten Richtung P herausragt, ist es möglich, die Größe der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 zu reduzieren.
Als nächstes wird der Strom des Abgases G in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 beschrieben.
Wie in 5 gezeigt, wird das Abgas G, das aus dem Abgaseinlass 11a des einlassseitigen Flansches 11 eingetreten ist, durch den Diffusorabschnitt 25 zu dem TWC 12 geleitet. Für das Abgas G, das in den TWC 12 eingetreten ist, werden die darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oxidiert und zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut, wobei gleichzeitig die Stickoxide reduziert werden.
Das Abgas G, das den TWC 12 durchlaufen hat, wird durch den Umleitungsabschnitt 33, der an der Innenwandfläche 31c des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 ausgebildet ist, in einen Strom, der direkt zu einer stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des GPF 14 gerichtet ist, und einen Strom aufgeteilt, der durch den Leitabschnitt 32 zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 gerichtet ist.
Der direkt auf die stromaufwärtsseitige Stirnfläche 14b dem GPF 14 gerichtete Strom bildet einen Hauptstrom des Abgases G, wobei dieser direkt in die stromaufwärtsseitige Stirnfläche 14b des GPF 14 strömt, indem er durch den Umlenkabschnitt 33 um einen Winkel von etwa 90° umgelenkt wird, ohne in den Außenumfangsströmungsweg 35 umgelenkt zu werden.
Das Abgas G, das durch den Umlenkabschnitt 32 in den Außenumfangsströmungsweg 35 eingetreten ist, strömt entlang der Außenumfangsfläche 20a des Innengehäuses 20 in Richtung der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des GPF 14 (siehe 7). Gleichzeitig erwärmt das durch den Außenumfangsströmungsweg 35 strömende Abgas G den TWC 12 von dem Außenumfang über das Innengehäuse 20. Durch das oben beschriebene Leiten des Abgases G in den Außenumfangsströmungsweg 35 kann die Temperatur des TWC 12 bereits kurz nach dem Brennkraftmaschinestart innerhalb kurzer Zeit erhöht werden und somit eine Aktivierung des TWC 12 erreicht werden. Insbesondere, weil ein stromabwärtsseitiger Abschnitt in der ersten Richtung (eine Seite einer stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c), in der die Temperatur des TWC 12 tendenziell nicht erhöht wird, von dem Außenumfang aus beheizt werden kann, ist es möglich, die für die Aktivierung des TWC 12 erforderliche Zeit zu verkürzen.
Der TWC 12 ist über die Gesamtheit in der ersten Richtung P in dem Innengehäuse 20 aufgenommen, das innerhalb des Gehäuses 30 vorgesehen ist, und dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 zugewandt, so dass der Außenumfangsströmungsweg 35 dazwischen sandwichartig angeordnet ist. Wie oben beschrieben, erwärmt das durch den Außenumfangsströmungsweg 35 strömende Abgas G durch das Vorsehen des TWC 12 in dem Innengehäuse 20 über die Gesamtheit den TWC 12 von dem Außenumfang her, strömt aber nicht in den TWC 12. Mit einer derartigen Konfiguration kann eine wärmeisolierende Wirkung für den TWC 12 erzielt werden, wobei es möglich ist, die Reinigungsfunktion des Katalysators zu verbessern. Darüber hinaus kann durch Bereitstellen einer derartigen Doppelrohrstruktur, die mit dem Gehäuse 30 und dem Innengehäuse 20 ausgebildet ist, ein Entweichen der Wärme nach außen aus dem Gehäuse 30 wirksam verhindert werden. Es hat zudem den Effekt, dass es möglich ist, den Widerstand in dem Strömungsweg des Abgases G, das von dem Außenumfangsströmungsweg 35 zu dem GPF 14 geleitet wird, zu reduzieren, weil das Abgas G, das durch den Außenumfangsströmungsweg 35 strömt, nicht in den TWC 12 strömt, indem der TWC 12 durch das Innengehäuse 20 abgedeckt wird. Da das durch den Außenumfangsströmungsweg 35 strömende Abgas G nicht in den TWC 12 einströmt, wird außerdem verhindert, dass der Strom des in dem TWC 12 in Richtung der ersten Richtung P strömenden Abgases G gestört wird. Darüber hinaus wird durch Bereitstellen des TWC 12 in dem Innengehäuse 20 über den gesamten Bereich des TWC 12 das in den TWC 12 eingetretene Abgas G veranlasst, den gesamten Bereich des TWC 12 zu durchlaufen, wodurch es möglich ist, das Abgas G weiter zu reinigen. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die gesamte Länge des TWC 12 zu verringern.
Wie oben beschrieben, tritt das Abgas G, das den Außenumfangsströmungsweg 35 durchlaufen hat, nach dem Zusammenführen in einem Zwischenraum 16 zwischen der Außenumfangsfläche 20a des Innengehäuses 20 und der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des GPF 14 in den einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 in den GPF 14 ein, wobei der Strom direkt auf die stromaufwärtsseitige Stirnfläche 14b des GPF 14 gerichtet ist, die durch den Umlenkabschnitt 33 umgelenkt worden ist.
Die Feinstaubpartikel werden aus dem Abgas G, das in den GPF 14 eingetreten ist, entfernt, worauf das Abgas G durch den auslassseitigen Strömungskanalabschnitt 38 in das Abgasrohr abgeleitet wird.
Als nächstes wird die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10' gemäß einer Modifikation unter Bezugnahme auf 8 bis 11 beschrieben. 8 ist eine Vorderansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10'. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 8. 10 ist eine Seitenansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10', und 11 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in 10.
Die in 8 bis 11 gezeigte Modifikation weist eine Konfiguration auf, bei der der GPF 14' eine säulenartige Form aufweist. Bei dieser Modifikation, wie in 9 und 10 gezeigt, ist es möglich, die Größe der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10' um einen entsprechenden Betrag zu reduzieren, da die Längen des GPF 14' und des mittleren Strömungskanalabschnitts 37' in der Achslinienrichtung des TWC 12 (der ersten Richtung P) reduziert sind. Wie oben beschrieben, ist es selbst dann, wenn der GPF 14' die Form eines Zylinders hat, möglich, die Größe der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10' durch Verwendung einer derartigen Konfiguration zu reduzieren, solange die Durchflussquerschnittsfläche des GPF 14' sichergestellt werden kann.
Als nächstes wird eine Abgasaufbereitungsvorrichtung 110 gemäß einer weiteren Modifikation unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 ist eine Seitenschnittansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung 110 gemäß einer weiteren Modifikation.
Die in 12 gezeigte Modifikation ist die Abgasaufbereitungsvorrichtung 110, bei der der Winkel zwischen der ersten Richtung P und der zweiten Richtung Q kleiner als 90° ist. Bei der in 12 gezeigten Modifikation können der GPF 14 und der mittlere Strömungskanalabschnitt 37 auf der Mittelseite des TWC 12 in der Achslinienrichtung des TWC 12 (der ersten Richtung P) angeordnet sein. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die Größe der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 um einen entsprechenden Betrag zu reduzieren, da die Länge des TWC 12 in der Achslinienrichtung (der ersten Richtung P) reduziert ist.
Als nächstes wird die detaillierte Anbringungsposition des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 unter Bezugnahme auf 13 und 14 beschrieben.
Bei der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 in dieser Ausführungsform ist in dem Strömungsweg zwischen dem TWC 12 und dem GPF 14 ein Bereich ausgebildet, in dem die Strömungsrate des Abgases G, das der Kontur der Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 folgend strömt, hoch ist, wobei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40, der an dem Gehäuse 30 angebracht ist, derart vorgesehen ist, dass der Messabschnitt 41 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 an einer Position in einem derartigen Bereich angeordnet ist, in dem die Strömungsrate des Abgases G relativ zu der an anderen Positionen hoch ist.
Die genauere Anbringungsposition des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 wird unter Bezugnahme auf 13 und 14 beschrieben. 13 zeigt ein Ergebnis einer Simulation, die für den Strom des Abgases G von dem TWC 12 zu dem GPF 14 in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 ausgeführt wurde. 13 zeigt eine Verteilung der Strömungsrate. Darüber hinaus ist in 14 eine Liste der Ergebnisse der Simulationen dargestellt, die für den Strom des Abgases G, das von dem TWC 12 zu dem GPF 14 geleitet wird, in Modellen ausgeführt wurden, die der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10, 10', 110 jeweils mit/ohne den Umleitungsabschnitt 33 entsprechen.
Ein dunkel gefärbter Abschnitt in einem Abschnitt (Bereich A), der durch eine dicke Linie definiert ist, und ein umgebender weißer Abschnitt in 13 sind Abschnitte, in denen die Strömungsrate besonders hoch ist. Der Bereich A, der als zweiter Bereich dient, erstreckt sich entlang der tangentialen Richtung D des oberen Teils 33a, das am meisten in die erste Richtung P des Umlenkabschnitts 33 auf der stromabwärtigen Seite des Umlenkabschnitts 33 hervorsteht.
Somit ist in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 der Messabschnitt 41 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 an dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 so angebracht, dass er sich in dem Bereich A befindet. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas G, das den TWC 12 durchlaufen hat, mit hoher Genauigkeit durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 zu bestimmen. Solange sich der oben beschriebene Messabschnitt 41 in dem Bereich A befindet, kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40, wie oben beschrieben, in einem beliebigen Winkel in das Gehäuse 30 eingesetzt und befestigt sein. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 kann so angeordnet sein, dass er zu dem TWC 12 hin geneigt ist, oder so angeordnet sein, dass er zu dem GPF 14 hin geneigt ist. Es ist jedoch vorzuziehen, dass der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 entlang der Strömungsrichtung des Abgases G angeordnet ist und dass der Messabschnitt 41 so angeordnet ist, dass er in Richtung der Schwerkraft nach unten zeigt, so dass ein Anhaften von Wassertropfen und dergleichen an dem Messabschnitt 41 verhindert wird. In den in 5 und dergleichen gezeigten Konfigurationen ist es, wenn die zweite Richtung Q als die Richtung von oben nach unten eingestellt ist, vorzuziehen, dass der Messabschnitt 41 so angeordnet ist, dass er dem GPF 14 zugewandt ist.
In einem Fall, in dem es eine räumliche Begrenzung gibt oder ein Platz zum Bereitstellen des flachen Oberflächenabschnitts 31d zum Anbringen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 an dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 nicht sichergestellt werden kann (zum Beispiel in der Nähe eines gebondeten Abschnitts 31e, der während der Herstellung des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 ausgebildet wird, oder in der Nähe eines gekrümmten Abschnitts des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31), kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 an dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 derart angebracht sein, dass der Messabschnitt 41 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 in einem Bereich A1 angeordnet ist, der als ein erster Bereich dient (jeder der Bereiche, die durch die dicken Linien in 13 und 14 dargestellt sind), in dem die Strömungsrate des Abgases G relativ hoch ist. Mit anderen Worten wird es bevorzugt, dass der Messabschnitt 41 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 in dem Zwischenraum zwischen dem TWC 12 und dem GPF 14 in dem Bereich angeordnet ist, in dem die Strömungsrate des Abgases G hoch ist, indem ein Bereich vermieden wird, in dem die Strömungsrate des Abgases G am langsamsten ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, wobei es beispielsweise ebenfalls möglich ist, den Messabschnitt 41 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 in einem Bereich anzuordnen, in dem eine Sensorempfindlichkeit gewährleistet werden kann (beispielsweise in Umgebungsbereichen und dergleichen in der Nähe des Bereichs, in dem die Strömungsrate am höchsten ist), indem eine Beschränkung wie eine Befestigungsposition, ein Einbauraum und dergleichen für den Hauptkörperabschnitt des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 in Betracht gezogen wird.
Der Bereich A1 ist ein Bereich, der von der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des TWC 12, der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des GPF 14 und der Innenwandfläche 31c des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31, der das Abgas G aufnimmt, das den TWC 12 durchlaufen hat, umgeben ist, wobei der Bereich A1 von der Mitte des TWC 12 aus in Richtung der Seite des GPF 14 angeordnet ist. Die Mitte des TWC 12 bezieht sich auf einen Bereich mit einer flachen Ebene, die die Mittellinie O des TWC 12 in der dritten Richtung R einschließt. Da der Strom des Abgases G, das von dem TWC 12 zu dem GPF 14 strömt, in dem Bereich A1 den Hauptstrom bildet, wird die Strömungsrate des Abgases G relativ hoch. Durch Anbringen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 an dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 derart, dass sich der Messabschnitt 41 in dem Bereich A1 befindet, ist es daher möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas G, das den TWC 12 durchlaufen hat, genau zu messen. Der hier beschriebene Bereich A1 ist in dieser Ausführungsform im Wesentlichen von der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des TWC 12, der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des GPF 14 und der Innenwandfläche 31c, die das Abgas G aufnimmt (die Innenwandfläche des Gehäuses 30, die der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des TWC 12 zugewandt ist), umgeben, wobei der Bereich A1 der Strömungsweg (der Zwischenraum) für das Abgas G ist, durch den das Abgas G, das den TWC 12 durchlaufen hat, zu der Seite des GPF 14 strömt. Insbesondere ist der Bereich A1 ein Strömungsweg, der sich von dem Zwischenraum, der zwischen einer unteren Stirnfläche der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des TWC 12 auf der Seite des GPF 14 und der Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 definiert ist, in Richtung der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des GPF 14 entlang der Oberflächenrichtung der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des TWC 12 erstreckt. Darüber hinaus bezieht sich die Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 auf eine Wandfläche, die der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des TWC 12 zugewandt ist, und kann zudem eine Wandfläche umfassen, die sich zu der Seite des GPF 14 hin erstreckt und sich dieser nähert, wobei die Wandfläche beispielsweise nur aus einer ebenen Fläche ausgebildet oder aus einer ebenen Fläche und einer verformten Fläche ausgebildet sein kann.
Da es zudem einfach ist, einen Vorsprung an einer Position auszubilden, die den gebondeten Abschnitt 31e meidet, kann der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 an einer derartigen Position angebracht sein.
Die spezifischere Anbringungsposition des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 wird unter Bezugnahme auf 15A und 15B beschrieben.
15A und 15B zeigen Ergebnisse der Simulationen, die für den Strom des Abgases G an einem Querschnitt entlang der Linie XV-XV in 1 ausgeführt wurden. Ein Fall 1, ein Fall 2 und ein Fall 3 in 15A und 15B sind Ergebnisse der Simulationen, die bei einer niedrigen, einer mittleren und einer hohen Brennkraftmaschinendrehzahl in dieser Reihenfolge ausgeführt wurden. Außerdem zeigt 15A einen Fall, bei dem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 an der in 4 gezeigten Position angebracht ist, und 15B zeigt Ergebnisse der Simulationen, die in einem Fall ausgeführt wurden, in dem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 an der gegenüberliegenden Seite der in 4 gezeigten Position in Bezug auf den gebondeten Abschnitt 31 e angebracht ist.
Wie in 15A und 15B deutlich zu sehen ist, gibt es, selbst wenn die Position von der Mittelposition des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 in der dritten Richtung R abweicht, den Bereich, in dem die Strömungsrate des Abgases G relativ hoch ist, mit anderen Worten, es gibt den Bereich A1. So ist es beispielsweise selbst in einem Fall, in dem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 aufgrund des Vorhandenseins des gebondeten Abschnitts 31e nicht in der Mitte des einlassseitigen Strömungskanalabschnitts 31 in der dritten Richtung R angebracht werden kann, möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas G, das den TWC 12 durchlaufen hat, mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, indem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 an dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31 so angebracht ist, dass sich der Messabschnitt 41 in dem Bereich A1 befindet.
Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform werden die folgenden Effekte erzielt.
Wenngleich bei der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 dieser Ausführungsform die Größe der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 reduziert wird, indem zwei Katalysatoren (insbesondere der TWC 12 und der GPF 14), die zur Erhöhung der Reinigungsfunktion für das Abgas G vorgesehen sind, so angeordnet sind, dass sie einander überlagern, wird die Geschwindigkeit (die Strömungsrate) des Hauptstroms des Abgases G, das zur Seite des GPF strömt, erhöht, während das Abgas G, das den TWC 12 durchlaufen hat, gegen die Innenwandfläche des Gehäuses 30 strömen kann, wobei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 derart vorgesehen ist, dass der Messabschnitt 41 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 in dem Bereich A oder dem Bereich A1 zwischen dem TWC 12 und dem GPF 14 angeordnet ist, in dem die Strömungsrate des Abgases G hoch ist, wodurch es möglich ist, die Abgasaufbereitungsvorrichtung zu realisieren, die klein ist und eine verbesserte Abgasreinigungsfunktion hat, bei der der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 für die Bestimmung des Abgases G in der Lage ist, numerische Werte mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
Darüber hinaus sind bei der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10, wenn der TWC 12 und der GPF 14 aus der Richtung betrachtet werden, die sich mit der ersten Richtung P und der zweiten Richtung Q schneidet, beide Enden des TWC 12 in der ersten Richtung P zwischen beiden Enden des GPF 14 in der ersten Richtung P angeordnet. Bei einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die Größe der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 zu reduzieren, da der TWC 12 in der ersten Richtung P nicht von dem GPF 14 nach außen ragt. Darüber hinaus ist es selbst in einem Fall, in dem eine Heizeinrichtung (oder der Katalysator mit der Heizeinrichtung) auf der stromaufwärtigen Seite des TWC 12 in der ersten Richtung P vorgesehen ist, möglich, den vorstehenden Betrag der Heizeinrichtung (oder des Katalysators mit der Heizeinrichtung) in der ersten Richtung P zu reduzieren. Mit anderen Worten kann diese Ausführungsform die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 sein, die weiterhin mit der Heizeinrichtung zum Erwärmen des Abgases G auf der stromaufwärtigen Seite des TWC 12 versehen ist. Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es möglich, den TWC 12 zu beheizen, indem das Abgas G als Medium verwendet wird, wodurch die Abgasaufbereitungsvorrichtung erzielt wird, die die verbesserte Abgasreinigungsfunktion in einer Situation wie dem Start der Brennkraftmaschine aufweist. Da der TWC 12 so angeordnet ist, dass er mit dem GPF 14 in der ersten Richtung P überlagert ist, ist es selbst dann, wenn eine Konfiguration verwendet wird, bei der der TWC 12 leicht aus dem GPF 14 herausragt, immer noch möglich, die Abgasaufbereitungsvorrichtung mit der verbesserten Abgasreinigungsfunktion zu erreichen, die als Ganzes eine kleine Größe aufweist.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. 16 ist eine Seitenschnittansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 und entspricht einer Schnittansicht entlang der Linie V-V in 2. Im Folgenden werden hauptsächlich Unterschiede zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben, wobei Bauteile, die mit jenen in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine Beschreibung derselben verzichtet wird. In 16 entfallen die Darstellungen des einlassseitigen Flansches 11, des Diffusorabschnitts 25 und des auslassseitigen Strömungskanalabschnitts 38.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass ein EHC (elektrisch beheizter Katalysator) 250 vorgesehen ist. Insbesondere ist die Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 weiterhin mit dem EHC 250 versehen, der das Abgas G auf der stromaufwärtigen Seite eines TWC 212 reinigt, der das Abgas G reinigt. Außerdem ist in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 ein flacher Oberflächenabschnitt 231d in der Nähe eines Umleitungsabschnitts 233 vorgesehen und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 an dem flachen Oberflächenabschnitt 231d angebracht. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, das Anhaften von Wassertropfen und dergleichen an dem Messabschnitt 41 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40 in dem Gehäuse 30 wirksam zu verhindern.
Der EHC 250 ist mit einer Heizeinrichtungseinheit 251 mit Elektroden 252a und 252b und einem Elektrodenträger 253 versehen, der aus einem Körper mit Wabenstruktur ausgebildet ist, der die Heizeinrichtungseinheit 251 und die Elektroden 252a und 252b hält.
Die Heizeinrichtungseinheit 251 ist eine Heizeinrichtung, die beispielsweise eine Spiralform hat, die Wärme durch elektrischen Strom erzeugt, der an die Elektroden 252a und 252b angelegt wird. Die Heizeinrichtungseinheit 251 ist in dem verlängerten Strömungskanalabschnitt 236 gehalten, indem die Elektroden 252a und 252b an einen verlängerten Strömungskanalabschnitt 236 geschweißt sind, der an der Außenumfangsfläche 20a des Innengehäuses 20 durch Schweißen befestigt ist.
Der Elektrodenträger 253 ist in dem Innengehäuse 20 so gehalten, dass seine Außenumfangsfläche 253a über ein Dämpfungsmaterial 215 auf der stromaufwärtigen Seite des TWC 12 liegt.
Zwischen der Heizeinrichtungseinheit 251 und dem Elektrodenträger 253 ist eine Vielzahl von Zapfen 254 zur Beibehaltung eines Zwischenraums zwischen der Heizeinrichtungseinheit 251 und dem Elektrodenträger 253 und zum Halten der Heizeinrichtungseinheit 251 und der Elektroden 252a und 252b vorgesehen. Die Vielzahl von Zapfen 254 ist zwischen der Heizeinrichtungseinheit 251 und dem Elektrodenträger 253 derart vorgesehen, dass sie jeweils in die Heizeinrichtungseinheit 251 und den Elektrodenträger 253 eingefügt sind.
In der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 wird zum Zeitpunkt des Kaltstarts (zum Zeitpunkt des Kaltstarts) während des Starts der Brennkraftmaschine durch Anlegen des elektrischen Stroms durch die Heizeinrichtungseinheit 251 über die Elektroden 252a und 252b die Erwärmung ausgeführt, bis die Temperatur des Abgases G, das in dem verlängerten Strömungskanalabschnitt 236 strömt, auf 200°C bis 300°C erhöht ist, womit das erwärmte Abgas G zum Erwärmen des TWC 212 verwendet wird. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die Katalysatorkomponente in dem TWC 212 innerhalb kurzer Zeit auf die Aktivierungstemperatur zu bringen. Wie oben beschrieben, ist es in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 möglich, die Reinigungsfunktion während des Starts der Brennkraftmaschine zu verbessern, da die Aktivierung der Katalysatorkomponente in dem TWC 212 innerhalb einer kurzen Zeitspanne erreicht werden kann.
Wie in 16 gezeigt, sind in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210, wenn der TWC 212 und der GPF 14 aus der dritten Richtung R betrachtet werden, beide Enden des TWC 212 in der ersten Richtung P so ausgebildet, dass sie sich zwischen beiden Enden des GPF 14 in der ersten Richtung P befinden. Bei einer derartigen Konfiguration ist es möglich, sogar in einem Fall, in dem ein Zwischenraum zum Bereitstellen der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 begrenzt ist, einen Zwischenraum zum Bereitstellen des EHC 250 sicherzustellen. Mit anderen Worten ist es durch die Verwendung der oben beschriebenen Konfiguration möglich, eine Vergrößerung der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 zu unterdrücken.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde beispielhaft eine Konfiguration beschrieben, bei der eine einzelne Heizeinrichtungseinheit 251 vorgesehen ist; es kann jedoch eine Vielzahl von Heizeinrichtungseinheiten 251 in der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 vorgesehen sein.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ergeben sich die folgenden Effekte.
Mit der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 ist es aufgrund des Vorhandenseins des EHCs 250 möglich, die Aktivierung der Katalysatorkomponente in dem TWC 212 innerhalb eines kurzen Zeitraums zu erreichen. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die Reinigungsfunktion während des Starts der Brennkraftmaschine zu verbessern.
In der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 sind, wenn der TWC 212 und des GPF 14 aus der dritten Richtung R betrachtet werden, beide Enden des TWC 212 in der ersten Richtung P so ausgebildet, dass sie sich zwischen beiden Enden des GPF 14 in der ersten Richtung P befinden. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, selbst in einem Fall, in dem ein Zwischenraum zum Bereitstellen der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 begrenzt ist, einen Zwischenraum zum Bereitstellen des EHC 250 sicherzustellen. In einem Fall, in dem beispielsweise eine räumliche Begrenzung für die Bereitstellung der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 besteht, kann der EHC 250 nicht bereitgestellt werden. Es ist beispielsweise möglich, eine Konfiguration zu verwenden, bei der der TWC 212 oder der GPF 14 direkt beheizt wird, indem eine Metallschicht auf der Außenumfangsfläche des TWC 212 oder des GPF 14 vorgesehen ist und Strom von außen zugeführt wird. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, durch die Beheizung des TWC 212 oder des GPF 14 die Aktivierung der Katalysatorkomponente innerhalb einer kurzen Zeitspanne zu realisieren, während der Zwischenraum für die Bereitstellung des EHC 250 entfällt. In einem solchen Fall kann der TWC 212 oder der GPF 14 beispielsweise aus einem Wabenträger mit elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet sein, wobei als Material dafür ein Metall oder Keramik verwendet werden kann, solange die elektrische Leitfähigkeit gegeben ist (ein elektrischer Leitungsweg ausgebildet ist).
Als nächstes wird eine Abgasaufbereitungsvorrichtung 310, die eine erste Modifikation der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 ist, unter Bezugnahme auf 17 bis 19 beschrieben.
17 ist eine perspektivische Ansicht, die die Abgasaufbereitungsvorrichtung 310 der ersten Modifikation zeigt, 18 ist eine Schnittansicht der Abgasaufbereitungsvorrichtung 310, und 19 ist eine Schnittansicht, die die Strömungen des Abgases im Fall der Abgasaufbereitungsvorrichtung 310 zeigt.
Wie in 19 gezeigt, umfasst die Abgasaufbereitungsvorrichtung 310: zwei TWCs 323 und 325, durch die das Abgas G entlang der ersten Richtung P strömt und die das Abgas G reinigen; einen ersten elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 322 und einen zweiten elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 324, durch die das Abgas G entlang der ersten Richtung P strömt und die das Abgas G reinigen; ein erstes Innenrohr 320, das den EHC 322 und den EHC 324 hält; einen Zweitwegkatalysator (TWC) 337, der als zweiter Katalysatorträger dient, durch den das Abgas G entlang der zweiten Richtung Q strömt und der das Abgas G reinigt, das die beiden TWCs 323 und 325 durchlaufen hat; und ein erstes Außenrohr 330 sowie ein zweites Außenrohr 336, die jeweils als Gehäuse dienen, das den EHC 322, den EHC 324, die beiden TWCs 323 und 325 und den TWC 337 aufnimmt.
Genauer gesagt befindet sich, wie in 17 bis 19 gezeigt, die Abgasaufbereitungsvorrichtung 310 auf der stromaufwärtigen Seite eines Abgaskanals der Abgasturbinenseite eines Turboladers und umfasst: ein Metalleinlassrohr 311, das an einem einlassseitigen Flansch (nicht gezeigt) angebracht ist; ein Metalldiffusionsrohr 312; das erste Innenrohr 320, das als ein zylinderförmiges Metallinnengehäuse dient, und ein zweites Innenrohr 321, das als ein zylinderförmiges Metallinnengehäuse dient; das erste Außenrohr 330, das als ein Metallgehäuse dient, das das erste und das zweite Innenrohr 320 und 321 abdeckt; das zweite Außenrohr 336, das als ein zylinderförmiges Metallgehäuse dient; und ein Metallauslassrohr 339.
Wie in 17 und 18 gezeigt, hat das Einlassrohr 311 einen einlassseitigen Rohrabschnitt 311a, der derart ausgebildet ist, dass er eine konische Stufenflächenform, deren Durchmesser allmählich abnimmt, und einen auslassseitigen Rohrabschnitt 311b hat, der sich von dem einlassseitigen Rohrabschnitt 311a so erstreckt, dass er eine seitlich verlängerte ovale Strömungskanalform hat. Darüber hinaus hat das Diffusionsrohr 312: einen einlassseitigen Rohrabschnitt 312a, der derart ausgebildet ist, dass er eine seitlich verlängerte ovale Strömungskanalform aufweist; einen auslassseitigen Rohrabschnitt 312b, der derart ausgebildet ist, dass er eine Zylinderform mit großem Durchmesser aufweist, indem er in Bezug auf den einlassseitigen Rohrabschnitt 312a um 90° gedreht ist; und einen geneigten gekrümmten Abschnitt 312c, der zwischen dem einlassseitigen Rohrabschnitt 312a und dem auslassseitigen Rohrabschnitt 312b ausgebildet ist und der das Abgas G, das aus dem Einlassrohr 311 eingetreten ist, um 90° umleitet und bewirkt, dass es in Richtung der ersten Innenrohrseite 320 strömt. Außerdem ist ein Endabschnitt des auslassseitigen Rohrabschnitts 311b des Einlassrohrs 311 in den einlassseitigen Rohrabschnitt 312a des Diffusionsrohrs 312 eingefügt und mit diesem verschweißt.
Wie in 18 gezeigt, ist ein Endabschnitt des auslassseitigen Rohrabschnitts 312b des Diffusionsrohrs 312 in einen einlassseitigen Öffnungsendabschnitt 320a des zylinderförmigen ersten Metallinnenrohrs 320 eingepasst und mit diesem verschweißt. Darüber hinaus ist ein auslassseitiger Öffnungsendabschnitt 320b des ersten Innenrohrs 320 in einen einlassseitigen Öffnungsendabschnitt 321a des zylinderförmigen zweiten Metallinnenrohrs 321 eingepasst und mit diesem verschweißt. Ein auslassseitiger Öffnungsendabschnitt 321 b des zweiten Innenrohrs 321 ist derart ausgebildet, dass er einen etwas größeren Durchmesser als der einlassseitige Öffnungsendabschnitt 321a hat.
Ein scheibenförmiger erster elektrisch beheizter Katalysator 322 ist gehalten, indem er auf der Seite des einlassseitigen Öffnungsendabschnitts 320a (der stromaufwärtigen Seite) in einem Innenraum des ersten Innenrohrs 320 aufgenommen ist. Der erste elektrisch beheizte Katalysator 322 ist vorgesehen, um die Aktivierung durch Erwärmen eines elektrisch beheizten Katalysatorträgers 322a zur Reinigung des Abgases G durch Anlegen des elektrischen Stroms von einer Anode 322c zu einer Kathode 322d zu beschleunigen. Zudem ist ein säulenförmiger erster Dreiwegekatalysator (TWC) 323, der das Abgas G reinigt, gehalten, indem er in der Mitte des Innenraums des ersten Innenrohrs 320 aufgenommen ist. Des Weiteren ist ein scheibenförmiger zweiter elektrisch beheizter Katalysator 324 gehalten, indem er auf der Seite des auslassseitigen Öffnungsendabschnitts 320b (der stromabwärtigen Seite) im Inneren des ersten Innenrohrs 320 aufgenommen ist. Der zweite elektrisch beheizte Katalysator 324 ist vorgesehen, um die Aktivierung durch Erwärmen eines elektrisch beheizten Katalysatorträgers 324a zur Reinigung des Abgases G durch Anlegen des elektrischen Stroms von einer Anode 324c zu einer Kathode 324d zu beschleunigen. Die elektrische Isolierung zwischen dem ersten elektrisch beheizten Katalysator 322 und dem ersten Dreiwegekatalysator 323 sowie die elektrische Isolierung zwischen dem ersten Dreiwegekatalysator 323 und dem zweiten elektrisch beheizten Katalysator 324 werden jeweils durch einen Zwischenraum S1 erreicht.
Darüber hinaus ist ein säulenförmiger erster Dreiwegekatalysator (TWC) 325, der als TWC zur Reinigung des Abgases G dient, gehalten, indem er über ein zylinderförmiges Polstermaterial 326 in einem Innenraum des zweiten Innenrohrs 321 auf der stromabwärtigen Seite aufgenommen ist. Mit anderen Worten sind der erste elektrisch beheizte Katalysator 322, der erste Dreiwege-Katalysator 323 auf der einen Seite (auf der stromaufwärtigen Seite), der zweite elektrisch beheizte Katalysator 324 und der erste Dreiwege-Katalysator 325 auf der anderen Seite (auf der stromabwärtigen Seite) jeweils in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite des Abgaskanals in einem Rohrelement vorgesehen, das aus dem ersten Innenrohr 320 und dem zweiten Innenrohr 321 ausgebildet ist. Bei einer derartigen Konfiguration ist der zweite elektrisch beheizte Katalysator 324 zwischen den beiden der ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 vorgesehen.
Wie in 17 gezeigt, ist das erste Metallaußenrohr 330 derart ausgebildet, dass es in einen linken Teil und einen rechten Teil unterteilt ist und von der Seite gesehen eine L-förmige Strömungskanalform aufweist, indem die Teile durch Überlappung und Schweißen an einem Mittelabschnitt 330a verbunden sind. Genauer gesagt hat, wie in 17 und 18 gezeigt, das erste Außenrohr 330: einen zylinderförmigen Strömungskanalabschnitt 331 mit kleinem Durchmesser, der sich bis in die Nähe des einlassseitigen Öffnungsendabschnitts 320a des ersten Innenrohrs 320 erstreckt und der mit einer Außenumfangsfläche 320c des ersten Innenrohrs 320 verschweißt ist; einen Strömungskanalabschnitt 332 mit großem Durchmesser, der sich von dem Strömungskanalabschnitt 331 mit kleinem Durchmesser in Richtung der stromabwärtigen Seite erstreckt, um einen Außenumfangsströmungsweg 335 auszubilden, durch den das Abgas G strömt, indem ein Zwischenraum S2 von der Mitte der Außenumfangsfläche 320c des ersten Innenrohrs 320 zu dem auslassseitigen Öffnungsendabschnitt 321b einer Außenumfangsfläche 321c des zweiten Innenrohrs 321 ausgebildet ist; einen geneigten gekrümmten Abschnitt 333, der einen Teil des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, zu dem Außenumfangsströmungsweg 335 leitet, und der den Rest des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, zu dem säulenförmigen Zweitwegkatalysator (TWC) 337 umleitet, der als der zweite Katalysatorträger dient, der später beschrieben wird; und einen auslassseitigen Zylinderabschnitt 334 mit großem Durchmesser, in den ein einlassseitiger Öffnungsendabschnitt 336a des zweiten Außenrohrs 336, das später beschrieben wird, eingefügt und verschweißt ist. Der auslassseitige Zylinderabschnitt 334 mit großem Durchmesser ist derart vorgesehen, dass er um 90° gedreht in Bezug auf den Strömungskanalabschnitt 331 mit kleinem Durchmesser angeordnet ist.
Wie in 18 und 19 gezeigt, erstreckt sich der Strömungskanalabschnitt 332 mit großem Durchmesser des ersten Außenrohrs 330 im Wesentlichen parallel zu der Außenumfangsfläche 320c des ersten Innenrohrs 320 und der Außenumfangsfläche 321c des zweiten Innenrohrs 321, um eine Doppelschichtstruktur (die sogenannte Doppelrohrstruktur) auszubilden, wodurch der Außenumfangsströmungsweg 335 zwischen dem Strömungskanalabschnitt 332 mit großem Durchmesser und den jeweiligen Außenumfangsflächen 320c und 321c des ersten Innenrohrs 320 und des zweiten Innenrohrs 321 ausgebildet ist. Der Außenumfangsströmungsweg 335 steht mit einem Zwischenraum S3 des auslassseitigen Strömungskanalabschnitts 334 über dessen gesamten Umfang in Verbindung, aus dem ein Abgashauptstrom des Abgases G von einer stromabwärtsseitigen Stirnfläche 325a des ersten Dreiwegekatalysators 325 auf der stromabwärtigen Seite ausströmt, und der Außenumfangsströmungsweg 335 erstreckt sich von der Position der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 325a des oben beschriebenen ersten Dreiwegekatalysators 325 in der entgegengesetzten Richtung in Richtung der stromaufwärtigen Seite des Abgashauptstroms, um eine Zylinderform auszubilden.
Darüber hinaus sind, wie in 18 und 19 gezeigt, Flächen (Flächen auf der Vorderseite) der Außenumfangsfläche 320c des ersten Innenrohrs 320 und der Außenumfangsfläche 321c des zweiten Innenrohrs 321, die nicht den Außenumfangsströmungsweg 335 ausbilden, so angeordnet, dass sie einer stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 337a des Zweitwegkatalysators 337 über einen Zwischenraum S4 zugewandt sind, so dass der erste Dreiwegekatalysator 325 auf der stromabwärtigen Seite und der Zweitwegkatalysator 337 so angeordnet sind, dass sie eine sogenannte T-Form bilden. Dadurch strömt ein Teil des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, zu dem Außenumfangsströmungsweg 335, um in die stromaufwärtige Stirnfläche 337a des Zweitwegkatalysators 337 zu strömen. Mit anderen Worten wird ein Teil des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, entlang der Oberseite des geneigten gekrümmten Abschnitts 333 zu dem Außenumfangsströmungsweg 335 geleitet. Darüber hinaus wird das Abgas G in der Hauptströmung, die die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, in dem Zwischenraum S3 an der Unterseite des geneigten gekrümmten Abschnitts 333, durch den die Abgashauptströmung ausströmt, um etwa 90° umgelenkt, so dass die Hauptströmung direkt in die stromaufwärtige Stirnfläche 337a des Zweitwegkatalysators 337 einströmt, ohne zu dem Außenumfangsströmungsweg 335 zu strömen.
Wie in 18 gezeigt, ist das zweite Außenrohr 336 aus Metall und zylinderförmig ausgebildet, wobei der säulenförmige Zweitwegkatalysator (TWC) 337, der als zweiter Katalysatorträger dient, innerhalb des zweiten Außenrohrs 336 über ein zylinderförmiges Dämpfungsmaterial 338 aufgenommen und gehalten ist. Außerdem ist ein Strömungskanalabschnitt 339a mit großem Durchmesser des Metallauslassrohrs 339 durch Schweißen mit einem auslassseitigen Öffnungsendabschnitt 336b des zweiten Außenrohrs 336 verbunden. Des Weiteren ist ein auslassseitiger Flansch 340 mit einem Strömungskanalabschnitt 339b mit kleinem Durchmesser des Auslassrohrs 339 durch Schweißen verbunden.
Wie in 17 bis 19 gezeigt, ragen die Anode 322c und die Kathode 322d von einer Außenumfangsfläche 322b des elektrisch beheizten Katalysatorträgers 322a des ersten elektrisch beheizten Katalysators 322 nach außen, indem sie das erste Innenrohr 320 und das erste Außenrohr 330 durchdringen. Außerdem ragen die Anode 324c und die Kathode 324d, die aus einer Außenumfangsfläche 324b des elektrisch beheizten Katalysatorträgers 324a des zweiten elektrisch beheizten Katalysators 324 herausragen, nach außen, indem sie das erste Innenrohr 320 und das erste Außenrohr 330 durchdringen.
Gemäß der oben beschriebenen Abgasaufbereitungsvorrichtung 310 werden zum Zeitpunkt des Kaltstarts (zum Zeitpunkt des Kaltstarts) beim Start der Brennkraftmaschine die elektrisch beheizten Katalysatorträger 322a und 324a jeweils aufgeheizt, bis die Temperatur des in das Einlassrohr 311 einströmenden Abgases G einen Bereich von 200°C bis 300°C erreicht, indem die jeweiligen elektrisch beheizten Katalysatorträger 322a und 324a des ersten und zweiten elektrisch beheizten Katalysators 322 und 324 von den Anoden 322c und 324c zu den Kathoden 322d und 324d mit elektrischem Strom versorgt werden. Durch die oben beschriebene Erwärmung werden die jeweiligen Katalysatorkomponenten der elektrisch beheizten Katalysatorträger 322a und 324a dazu veranlasst, die Aktivierungstemperatur innerhalb eines kurzen Zeitraums zu erreichen. Mit anderen Worten ist es möglich, die Aktivierung der jeweiligen Katalysatorkomponenten der elektrisch beheizten Katalysatorträger 322a und 324a innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne zu erreichen und eine Katalysatortemperatur-Erhöhungsfunktion während des Kaltstarts stark zu verbessern.
Darüber hinaus wird, wie in 19 gezeigt, das Abgas G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, zu der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 337a des Zweitwegkatalysators 337 auf der stromabwärtigen Seite entlang einer unteren gekrümmten Form des geneigten gekrümmten Abschnitts 333 des ersten Außenrohrs 330 geleitet und von dem Strömungskanalabschnitt 339a des Auslassrohrs 339 mit großem Durchmesser zu dem Strömungskanalabschnitt 339b mit kleinem Durchmesser geleitet, nachdem es den Zweitwegkatalysator 337 durchlaufen hat.
Andererseits wird ein Teil des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, in der umgekehrten Richtung entlang einer oberen gekrümmten Form des geneigten gekrümmten Abschnitts 333 des ersten Außenrohrs 330 in den Außenumfangsströmungsweg 335 zurückgeführt, fließt in dem Außenumfangsströmungsweg 335 in der Umfangsrichtung und wird von der Seite des Zwischenraums S4 zwischen dem zweiten Innenrohr 321 und dem Zweitwegkatalysator 337 zu der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 337a des Zweitwegkatalysators 337 geleitet. Mit anderen Worten strömt ein Teil des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, in den Zweitwegkatalysator 337, indem es den Außenumfangsströmungsweg 335 umströmt, wobei der Rest des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, in den Zweitwegkatalysator 337 strömt, ohne den Außenumfangsströmungsweg 335 zu durchlaufen.
Wie oben beschrieben, kann eine ausreichende Menge des Abgases G in den Außenumfangsströmungsweg 335 geleitet werden, der sich entlang der jeweiligen Außenumfangsflächen 320c und 321c des ersten Innenrohrs 320 und des zweiten Innenrohrs 321 erstreckt, die die Rohrelemente sind, wobei ein Teil des Abgases G, das die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 durchlaufen hat, dazu veranlasst wird, entlang der gekrümmten Form des geneigten gekrümmten Abschnitts 333 des ersten Außenrohrs 330 zu dem Außenumfangsströmungsweg 335 zu strömen, wodurch die beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 von der Umgebung erwärmt werden. Daher wird beispielsweise nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Temperatur der beiden ersten Dreiwegekatalysatoren 323 und 325 schnell erhöht und die Aktivierung des Katalysators schnell erreicht. Insbesondere, weil der stromabwärtsseitige Abschnitt des ersten Dreiwegekatalysators 325 auf der stromabwärtigen Seite von der Umgebung erwärmt wird, kann er zur Erhöhung der Temperatur des ersten Dreiwegekatalysators 325 beitragen.
Da zusätzlich die Oberflächen der Außenumfangsfläche 321c des zweiten Innenrohrs 321 auf der Vorderseite, die nicht den Außenumfangsströmungsweg 335 bilden, so angeordnet sind, dass sie über den Zwischenraum S4 der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 337a des zweiten Dreiwegekatalysators 337 zugewandt sind, der in dem zweiten Außenrohr 336 aufgenommen und daran befestigt ist, indem die stromabwärtsseitige Stirnfläche 325a des ersten Dreiwegekatalysators 325 auf der stromabwärtigen Seite und die stromaufwärtsseitige Stirnfläche 337a des Zweitwegkatalysators 337 so angeordnet sind, dass sie die T-Form bilden, und indem ein Teil des Abgases G, das den ersten Dreiwegekatalysator 325 durchlaufen hat, in die stromabwärtsseitige Stirnfläche 325a des ersten Dreiwegekatalysators 325 strömen kann, indem es den Außenumfangsströmungsweg 335 umströmt, ist es möglich, eine Platzeinsparung für die Katalysatoranordnung zu erreichen.
Der Rohrabschnitt 331 mit kleinem Durchmesser des ersten Außenrohrs 330 (das Gehäuse) ist an der Position auf der stromaufwärtigen Seite des ersten elektrisch beheizten Katalysators 322 und an der Position, die den Außenumfang des ersten elektrisch beheizten Katalysators 322 in der ersten Modifikation meidet, mit dem ersten Innenrohr 320 (dem Innengehäuse) verschweißt; der Strömungskanalabschnitt 331 mit kleinem Durchmesser des ersten Außenrohrs 330 kann jedoch an einer Position auf der stromabwärtigen Seite des ersten elektrisch beheizten Katalysators 322 und an einer Position, die den Außenumfang des ersten elektrisch beheizten Katalysators 322 meidet, mit dem ersten Innenrohr 320 verschweißt sein.
Darüber hinaus sind der erste elektrisch beheizte Katalysator 322 und der zweite elektrisch beheizte Katalysator 324 so vorgesehen, dass sie in der ersten Modifikation den TWC 323 auf der stromaufwärtigen Seite zwischen sich sandwichartig einschließen; auf den zweiten elektrisch beheizten Katalysator 324 kann jedoch verzichtet werden, oder ein dritter elektrisch beheizter Katalysator kann weiterhin auf der stromabwärtigen Seite des zweiten elektrisch beheizten Katalysators 324 vorgesehen sein.
Zudem ist das Innengehäuse zur Aufnahme des ersten elektrisch beheizten Katalysators 322 und dergleichen in der ersten Modifikation durch das erste Innenrohr 320 und das zweite Innenrohr 321 ausgebildet; das Innengehäuse kann jedoch auch durch ein einziges Innenrohr ausgebildet sein.
Weiterhin ist in der ersten Modifikation ein Zwischenraum zwischen dem zweiten elektrisch beheizten Katalysator 324 und dem TWC 325 auf der stromabwärtigen Seite vorgesehen; der zweite elektrisch beheizte Katalysator 324 und der TWC 325 auf der stromabwärtigen Seite können jedoch so vorgesehen sein, dass sie in Kontakt kommen, ohne dass der Zwischenraum ausgebildet ist.
Weiterhin wird in der ersten Modifikation der TWC 325 (Dreiwegekatalysator) als zweiter Katalysatorträger verwendet; es kann jedoch auch der Benzinpartikelfilter (GPF), ein Dieselpartikelfilter (DPE) oder ähnliches verwendet werden.
Als nächstes wird eine Abgasaufbereitungsvorrichtung 410, die eine zweite Modifikation der Abgasaufbereitungsvorrichtung 210 ist, unter Bezugnahme auf 20 beschrieben. 20 ist eine perspektivische Ansicht, die die Abgasaufbereitungsvorrichtung 410 der zweiten Modifikation zeigt, in der ein Teil davon in einer Schnittansicht dargestellt ist.
Die Abgasaufbereitungsvorrichtung 410 weist eine Spezifikation auf, bei der ein elektrisch beheizter Katalysator (EHC) vorgesehen ist, wobei sie unter einem Boden des Fahrzeugs vorgesehen ist und das Katalysatorgehäuse 51 davon eine Einschichtstruktur hat. Mit anderen Worten ist das Katalysatorgehäuse 51 versehen mit: einem vorderen Metallgehäuse 52, das eine kreisförmige konische Oberflächenform aufweist, bei der die Einlassseite (die stromaufwärtige Seite) des Abgases G zylinderförmig ist und deren Durchmesser in Richtung der stromabwärtigen Seite allmählich zunimmt; einem zylinderförmigen mittleren Metallgehäuse 53, das mit der stromabwärtigen Stirnseite des vorderen Gehäuses 52 durch Schweißen verbunden ist, und einem hinteren Metallgehäuse 54, das mit dem stromabwärtigen Ende des mittleren Gehäuses 53 durch Schweißen verbunden ist, das die kreisförmige konische Oberflächenform hat, dessen Durchmesser allmählich zur stromaufwärtigen Seite hin abnimmt, und das eine Zylinderform auf der Auslassseite (der stromabwärtigen Seite) für das Abgas G hat.
Wie in 20 gezeigt, ist auf der vorderen Gehäuseseite 52 des mittleren Gehäuses 53 ein säulenförmiges Absorptionsmittel 55, das die im Abgas G enthaltenen Kohlenwasserstoffe vorübergehend absorbiert (einfängt), über ein zylinderförmiges Dämpfungsmaterial 56 aufgenommen und gehalten.
Zusätzlich ist ein scheibenförmiger elektrisch beheizter Katalysator (EHC) 57 in der Mitte des mittleren Gehäuses 53 aufgenommen und gehalten, um die Aktivierung durch Erwärmen eines elektrisch beheizten Katalysatorträgers 57a zur Reinigung des Abgases G durch Anlegen des elektrischen Stroms von einer Anode 57c zu einer Kathode 57d zu beschleunigen.
Weiterhin ist ein säulenförmiger Dreiwegekatalysator (TWC) 58, der als Katalysatorträger zur Reinigung des Abgases G dient, an der hinteren Gehäuseseite 54 des mittleren Gehäuses 53 über ein zylinderförmiges Polstermaterial 59 aufgenommen und gehalten.
Die Anode 57c und die Kathode 57d, die aus einer Außenumfangsfläche 57b des elektrisch beheizten Katalysatorträgers 57a des elektrisch beheizten Katalysators 57 herausragen, ragen derart nach außen, dass sie das mittlere Gehäuse 53 durchdringen.
Bei der Abgasaufbereitungsvorrichtung 410 in dieser Modifikation kann der Dreiwegekatalysator 58 nicht vollständig funktionieren, wenn die Brennkraftmaschine aus einem Zustand gestartet wird, in dem die Brennkraftmaschine kalt ist, weshalb die Konzentration der Kohlenwasserstoffkomponenten im Abgas G dazu tendiert, höher zu werden. Zu diesem Zeitpunkt können die Kohlenwasserstoffe vorübergehend in dem Absorptionsmittel 55 absorbiert werden, wobei sobald der Dreiwegekatalysator 58 aufgewärmt und aktiviert ist, die Kohlenwasserstoffe dann unter Durchführung von Behandlungen ausgetragen werden. Mit einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die strengen Emissionskontrollvorschriften einzuhalten.
Zusätzlich wird bei dem Kaltstart der Brennkraftmaschine der elektrisch beheizte Katalysatorträger 57a durch Anlegen des elektrischen Stroms an den elektrisch beheizten Katalysatorträger 57a des elektrisch beheizten Katalysators 57 von der Anode 57c bis zur Kathode 57d aufgeheizt, bis die Temperatur des in das vordere Gehäuse 52 strömenden Abgases G einen Bereich von 200°C bis 300°C erreicht. Durch die Ausführung der Erwärmung wie oben beschrieben ist es möglich, die Katalysatorkomponente des elektrisch beheizten Katalysatorträgers 57a innerhalb kurzer Zeit auf die Aktivierungstemperatur zu bringen.
Als nächstes wird eine Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator unter Bezugnahme auf 21 bis 23 beschrieben.
21 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine unterseitige Abdeckung 61 der Elektrodenabdeckung 60 des elektrisch beheizten Katalysators an einer Elektrode 72 angebracht ist, die aus einem Gehäuse 70 herausragt, das den elektrisch beheizten Katalysator aufnimmt, wobei ein Teil davon in einer Schnittansicht gezeigt ist, 22 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Anbringungszustand zeigt, in dem eine oberseitige Abdeckung 65 der Elektrodenabdeckung 60 des elektrisch beheizten Katalysators entfernt ist, und 23 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Anbringungszustand der Elektrodenabdeckung 60 des elektrisch beheizten Katalysators zeigt.
Wie in 21 bis 23 gezeigt, deckt die Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator die Elektrode 72 ab, die derart freiliegt, dass sie aus dem Metallgehäuse 70 herausragt, das einen elektrisch beheizten Katalysator 71 aufnimmt, und die den elektrischen Strom an den elektrisch beheizten Katalysator 71 anlegt. Die Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator hat die unterseitige Metallabdeckung 61, die die Unterseite der Elektrode 72 abdeckt, und die oberseitige Metallabdeckung 65, die die Oberseite der Elektrode 72 abdeckt. Darüber hinaus wird die Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator so verwendet, dass sie die Anoden 22c und 24c und die Kathoden 22d und 24d der Abgasaufbereitungsvorrichtung 310 und die Anode 57c und die Kathode 57d der Abgasaufbereitungsvorrichtung 410 abdeckt, wodurch die Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator die Funktion hat, einen Kurzschluss zwischen dem Gehäusehauptkörper für diese und den Elektroden zu verhindern.
Die unterseitige Abdeckung 61 und die oberseitige Abdeckung 65 haben konkave Elektrodenaufnahmeabschnitte 62 und 66, die jeweils die Elektrode 72 abdecken, und konkave Leitungsdrahtaufnahmeabschnitte 63 und 67, die jeweils eine Anschlussseite einer Isolierschicht 81 eines Kabelbaums 80 zum Zuführen von Elektrizität zu der Elektrode 72 aufnehmen, wobei die Elektrodenaufnahmeabschnitte 62 und 66 und die Leitungsdrahtaufnahmeabschnitte 63 und 67 so ausgebildet sind, dass sie eine L-Form haben.
Kreisförmige Lochabschnitte 64 und 68, die jeweils einen Öffnungsabschnitt eines Wärmeabgabekanals bilden, sind jeweils in entsprechenden Teilen, die sich an der Spitzenendseite der Elektrode 72 befinden, in dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 62 der unterseitigen Abdeckung 61 und in dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 66 der oberseitigen Abdeckung 65 ausgebildet. Eine Lochgröße des Lochabschnitts 64 der unterseitigen Abdeckung 61 ist so ausgebildet, dass sie größer ist als eine Lochgröße des Lochabschnitts 68 der oberseitigen Abdeckung 65 und größer ist als eine Lochgröße eines Lochabschnitts 69, der später beschrieben wird und einen Öffnungsabschnitt eines Wärmeabgabekanals ausbildet, der zwischen der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 ausgebildet ist. Im Vorgenannten ist der Wärmeabgabekanal ein Kanal, der einen Teil eines Gewindeabschnitts 72a der Elektrode 72, der eine Wärmequelle im weiteren Sinne ist, mit der Außenluft verbindet. Mit anderen Worten besteht der Wärmeabgabekanal aus: einem Zwischenraum, der durch Abdecken der Elektrode 72 mit dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 62 der unterseitigen Abdeckung 61 und dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 66 der oberseitigen Abdeckung 65 ausgebildet ist; und jedem der Lochabschnitte 64, 68 und 69, der ein Öffnungsabschnitt zum Öffnen des Zwischenraums zur Außenluft ist. Darüber hinaus sind die Lochabschnitte 64, 68 und 69 jeweils an einem Abschnitt vorgesehen, der einem Gewindeeingriffs-Befestigungsabschnitt des Gewindeabschnitts 72a der Elektrode 72, der später beschrieben wird, und einer Mutter 86 gegenüberliegt, die mit dem Gewindeabschnitt 72a in Gewindeeingriff steht, um einen Relaisanschluss 85 zu befestigen.
Darüber hinaus sind, wie in 23 gezeigt, flach geformte Endrandabschnitte 62a und 66a der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 auf der Seite der Elektrodenaufnahmeabschnitte 62 und 66 und flach geformte beidseitige Endrandabschnitte 63a, 67a, 63b und 67b der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 auf der Seite der Leitungsdrahtaufnahmeabschnitte 63 und 67 durch eine Quetschverarbeitung verbunden. Der kreisförmige Lochabschnitt 69, der der Öffnungsabschnitt des Wärmeabgabekanals ist, ist zwischen der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 ausgebildet, die miteinander verbunden sind.
Des Weiteren ist, wie in 22 gezeigt, eine Metallhülse 73 in der Mitte der Elektrode 72 angebracht, wobei der Gewindeabschnitt 72a an der von der Hülse 73 freiliegenden Spitzenendseite der Elektrode 72 ausgebildet ist. Ein ringförmiger Spitzenendabschnitt 85b des L-förmigen Relaisanschlusses 85 ist über die Mutter 86 an dem Gewindeabschnitt 72a befestigt und fixiert. Ein Basisendabschnitt 85a des Relaisanschlusses 85 ist an einen Kerndraht 82 gequetscht und befestigt, der an der Anschlussseite der Isolierschicht 81 des Kabelbaums 80 freiliegt. Außerdem ist ein wärmeisolierendes Folienmaterial 75 zwischen der Hülse 73 und den konkaven Elektrodenaufnahmeabschnitten 62 und 66 der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 angeordnet, wobei das wärmeisolierende Folienmaterial 75 zwischen dem Basisendabschnitt 85a des Relaisanschlusses 85 und den konkaven Leitungsdrahtaufnahmeabschnitten 63 und 67 der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 angeordnet ist.
Ein zylinderförmiger Wandabschnitt 70a ist einstückig so ausgebildet, dass er um eine Position herum hervorragt, an der die Elektrode 72 des Gehäuses 70 freiliegt, wodurch verhindert wird, dass die Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator mit dem Metallgehäuse 70 in Kontakt kommt.
Da bei der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators 60 die unterseitige Abdeckung 61 und die oberseitige Abdeckung 65, die die Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator bilden, drei Lochabschnitte 64, 68 und 69 aufweisen, die die Öffnungsabschnitte der Vielzahl von Wärmeabgabekanälen sind, wird die Wärme, die von der Elektrode 72 erzeugt wird, die aus dem Gehäuse 70 ragt, das den elektrisch beheizten Katalysator 71 aufnimmt, nach außen abgegeben, wodurch verhindert werden kann, dass die Wärme zwischen dem konkaven Elektrodenaufnahmeabschnitt 62 der unterseitigen Abdeckung 61 und dem konkaven Elektrodenaufnahmeabschnitt 66 der oberseitigen Abdeckung 65 eingeschlossen wird.
Mit anderen Worten ist es möglich, die Wärme, die durch die Wärmeübertragung auf die Elektrode 72 übertragen wurde, durch den in der unterseitigen Abdeckung 61 ausgebildeten Lochabschnitt 64 nach unten nach außen abzugeben, wobei zudem Wasser, Schmutz und dergleichen durch den Lochabschnitt 64 nach außen abgegeben werden können. Darüber hinaus ist es möglich, die Wärme, die durch die Wärmeübertragung auf die Elektrode 72 übertragen wurde, durch den in der oberseitigen Abdeckung 65 ausgebildeten Lochabschnitt 68 nach oben nach außen abzugeben. Weiterhin ist es möglich, die Wärme, die durch die Wärmeübertragung auf die Elektrode 72 übertragen wurde, durch den Lochabschnitt 69, der durch die unterseitige Abdeckung 61 und die oberseitige Abdeckung 65 ausgebildet ist, zur Seite hin nach außen abzugeben, wobei es außerdem möglich ist, einen gewindemäßig eingerasteten Zustand der Mutter 86 und des Gewindeabschnitts 72a der Elektrode 72 zur Befestigung des ringförmigen Spitzenendabschnitts 85b der Relaisanschlusses 85 zu überprüfen.
Außerdem wird in dieser Konfiguration die Wärme auf den Spitzenendabschnitt (den vorstehenden Abschnitt des Gewindeabschnitts 72a) der Elektrode 72 übertragen, weil ein Außenumfang der Elektrode 72 durch eine wärmeisolierende Struktur des wärmeisolierenden Folienmaterials 75, das innerhalb der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 vorgesehen ist, thermisch isoliert ist; sind die konkaven Elektrodenaufnahmeabschnitte 62 und 66 in der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 so vorgesehen, dass sie den Spitzenendabschnitt der Elektrode 72 abdecken, um die Wärme an dem Spitzenendabschnitt freizusetzen; und wird weiterhin die Wärme durch die Lochabschnitte (die Durchgangslöcher) 64, 68 und 69, die die Öffnungsabschnitte der Wärmefreigabekanäle sind, an die Außenluft abgegeben. Wie oben beschrieben besteht, da die Lochabschnitte 64 und dergleichen dem Spitzenendabschnitt der Elektrode 72 zugewandt sind, ein Effekt darin, dass es einfach ist, einen Befestigungsabschnitt (den Gewindeeingriffsbefestigungsabschnitt) der Innenelektrode 72 durch die Lochabschnitte 64, 68 und 69 visuell zu beobachten.
Darüber hinaus ist das wärmeisolierende Folienmaterial 75 zwischen der Hülse 73 und den konkaven Elektrodenaufnahmeabschnitten 62 und 66 der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 angeordnet und das wärmeisolierende Folienmaterial 75 zwischen dem Basisendabschnitt 85a des Relaisanschlusses 85 und den konkaven Leitungsdrahtaufnahmeabschnitten 63 und 67 der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 angeordnet, wodurch es möglich ist, Strahlungswärme von Abgasteilen abzuschirmen.
Bei der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators 60 sind die Lochabschnitte (Durchgangslöcher) 64, 68 und 69, die die Öffnungsabschnitte der drei Wärmeabgabekanäle sind, in der unterseitigen Abdeckung 61 und der oberseitigen Abdeckung 65 vorgesehen; es können jedoch auch ein oder zwei Lochabschnitte vorgesehen sein. Darüber hinaus kann der Lochabschnitt 69 so vorgesehen sein, dass er eine Größe (Außendurchmesser) hat, die das Festziehen der Mutter an dem Gewindeabschnitt 72a der Elektrode 72 ermöglicht, nachdem die oberseitige und die unterseitige Abdeckung 65 und 61 befestigt sind, wobei der Lochabschnitt 69 auch derart vorgesehen sein kann, dass er eine Größe hat, die die Überprüfung eines Abschnitts ermöglicht, an dem die Mutter an dem Gewindeabschnitt 72a der Elektrode 72 festgezogen ist.
Zusätzlich ist bei der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators 60 das wärmeisolierende Folienmaterial 75 in einem Zwischenraum zwischen den oberseitigen und unterseitigen Abdeckungen 65 und 61 vorgesehen; das wärmeisolierende Folienmaterial 75 kann jedoch auch nicht vorgesehen sein, wobei in einem derartigen Fall anstelle des wärmeisolierenden Folienmaterials 75 eine aus einem isolierenden Material ausgebildete Schicht (eine isolierende Schicht) auf den Innenoberflächen der oberseitigen und unterseitigen Abdeckungen 65 und 61 vorgesehen sein kann. Mit anderen Worten, kann die aus dem Isoliermaterial ausgebildete Isolierschicht auf den der Elektrode 72 zugewandten Innenflächen der oberen und unteren Abdeckungen 65 und 61 vorgesehen sein (Abschnitte mit Ausnahme der Flächen, an denen die oberseitigen und unterseitigen Abdeckungen 65 und 61 angeschlossen sind), oder es kann eine isolierende Beschichtung auf sämtlichen einander zugewandten Innenflächen der oberseitigen und unterseitigen Abdeckungen 65 und 61 aufgebracht sein, einschließlich den Verbindungsflächen, an denen die oberseitige Abdeckung 65 und die unterseitige Abdeckung 61 angeschlossen sind. Vorzugsweise ist eine isolierende Beschichtungsschicht unter Verwendung von Materialien mit Wärmebeständigkeit ausgebildet.
Als nächstes wird eine Elektrodenabdeckung 60' für den elektrisch beheizten Katalysator, die eine Modifikation der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators 60 ist, unter Bezugnahme auf 24 bis 28 beschrieben.
24 ist eine Draufsicht auf die Elektrodenabdeckung 60' für den elektrisch beheizten Katalysator, 25 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XXV-XXV in 24, 26 ist eine Vorderansicht der Elektrodenabdeckung 60' des elektrisch beheizten Katalysators, 27 ist eine Unteransicht der Elektrodenabdeckung 60' des elektrisch beheizten Katalysators, und 28 ist eine vergrößerte Schnittansicht relevanter Abschnitte, die den Strom eines Fluids zeigen, das auf eine oberseitigen Abdeckung 65' der Elektrodenabdeckung 60' des elektrisch beheizten Katalysators fällt.
Wie in 24 bis 28 gezeigt, deckt die Elektrodenabdeckung 60' für den elektrisch beheizten Katalysator ähnlich wie die Elektrodenabdeckung 60 für den elektrisch beheizten Katalysator die Elektrode 72 ab, die derart freiliegt, dass sie aus dem Metallgehäuse 70 herausragt, das den elektrisch beheizten Katalysator 71 aufnimmt, und die den elektrischen Strom an den elektrisch beheizten Katalysator 71 anlegt, wobei die Elektrodenabdeckung 60' für den elektrisch beheizten Katalysator eine unterseitige Metallabdeckung 61', die eine Unterseite der Elektrode 72 abdeckt, und die oberseitige Metallabdeckung 65' hat, die eine Oberseite der Elektrode 72 abdeckt.
Wie in 25 gezeigt, sind ein Basisendabschnitt 65a der unterseitigen Abdeckung 61' und der Basisendabschnitt 65a der oberseitigen Abdeckung 65' so angeordnet, dass sie in den zylinderförmigen (strömungskanalförmigen) Wandabschnitt 70a des Gehäuses 70 eingefügt sind, das den elektrisch beheizten Katalysator 71 aufnimmt. Darüber hinaus ist ein mittlerer Abschnitt 61b der unterseitigen Abdeckung 61' so ausgebildet, dass er sich stufenweise nach oben erstreckt, und ein mittlerer Abschnitt 65b der oberseitigen Abdeckung 65' so ausgebildet, dass er sich stufenweise nach unten erstreckt. Darüber hinaus ist ein Spitzenendabschnitt 65c der oberseitigen Abdeckung 65' so gebogen, dass er eine Kappenform (Abschirmform) aufweist, um einen Spitzenendabschnitt 61c der unterseitigen Abdeckung 61' derart abzudecken, dass er von dem Spitzenendabschnitt 61c getrennt ist.
Wie in 25 und 27 gezeigt, ist der Wärmeabgabekanal S, der den Abschnitt des Gewindeabschnitts 72a der Elektrode 72 mit der Außenluft verbindet, ausgebildet durch: einen Zwischenraum, der zwischen dem kappenförmigen Spitzenendabschnitt 65c der oberseitigen Abdeckung 65' und dem Spitzenendabschnitt 61c der unterseitigen Abdeckung 61' ausgebildet ist; und einen Zwischenraum, der durch Abdecken der Elektrode 72 mit dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 62 der unterseitigen Abdeckung 61' und dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 66 der oberseitigen Abdeckung 65' ausgebildet ist. Darüber hinaus sind, wie in 27 gezeigt, an einer Position der unterseitigen Abdeckung 61', an der das wärmeisolierende Folienmaterial 75 nicht vorgesehen ist, mehrere kreisförmige kleine Lochabschnitte 64a vorgesehen, die die Öffnungsabschnitte der Wärmeabgabekanäle sind. Zudem sind, wie in 27 gezeigt, ein Abschnitt des flach geformten Endrandabschnitts 66a der oberseitigen Abdeckung 65' auf der Seite des Elektrodenaufnahmeabschnitts 66 der unterseitigen Abdeckung 61' und Abschnitte der flach geformten beidseitigen Endrandabschnitte 67a und 67b der oberseitigen Abdeckung 65' auf der Seite des Leitungsdrahtaufnahmeabschnitts 67 der unterseitigen Abdeckung 61' jeweils zur Seite der unterseitigen Abdeckung 61' hin gebogen und durch einen Quetschvorgang verbunden.
Mit der Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators 60' der vierten Ausführungsform fließt, wie in 28 dargestellt, selbst wenn das Fluid, wie Öl O, Wasser W oder ähnliches, von dem zylinderförmigen Wandabschnitt 70a des Gehäuses 70 in die oberseitige Abdeckung 65' fällt, das Fluid, wie Öl O, Wasser W oder ähnliches, aufgrund des mittleren Abschnitts 65b der oberseitigen Abdeckung 65', der so ausgebildet ist, dass er sich stufenweise nach unten erstreckt, von dem mittleren Abschnitt 65b der oberseitigen Abdeckung 65' nach außen. Da gleichzeitig der Basisendabschnitt 65a der oberseitigen Abdeckung 65' so angeordnet ist, dass er in den zylinderförmigen Wandabschnitt 70a des Gehäuses 70 eingefügt ist, ist es möglich, den Eintritt des Fluids, wie das Öl O, das Wasser W oder ähnliches, in das Gehäuse 70 aus dem zylinderförmigen Wandabschnitt 70a sicher zu verhindern. Da der Spitzenendabschnitt 65c der oberseitigen Abdeckung 65' derart ausgebildet ist, dass er die Form eine Kappe hat, indem er so gebogen ist, dass er den Spitzenendabschnitt 61c der unterseitigen Abdeckung 61' bedeckt, ist es außerdem möglich, den Eintritt des Fluids, wie das Öl O, das Wasser W oder ähnliches, in den Zwischenraum zwischen dem konkaven Elektrodenaufnahmeabschnitt 62 der unterseitigen Abdeckung 61' und dem konkaven Elektrodenaufnahmeabschnitt 66 der oberseitigen Abdeckung 65' aus dem Wärmeabgabekanal S sicher zu verhindern.
Durch Vorsehen des Wärmeabgabekanals S, der ausgebildet ist aus: dem Zwischenraum, der zwischen dem kappenförmigen Spitzenendabschnitt 65c der oberen Seitenabdeckung 65' und dem Spitzenendabschnitt 61c der unteren Seitenabdeckung 61' ausgebildet ist; und dem Zwischenraum, der durch Abdecken der Elektrode 72 mit dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 62 der unterseitigen Abdeckung 61' und dem Elektrodenaufnahmeabschnitt 66 der oberseitigen Abdeckung 65' ausgebildet ist, ist es außerdem möglich, die Wärme, die auf die Elektrode 72 übertragen wurde, zur Seite nach außen abzugeben. Darüber hinaus ist es möglich, die Wärme, die durch die Wärmeübertragung auf die Elektrode 72 übertragen wurde, durch die Vielzahl von kleinen Lochabschnitten 64a, die in der unterseitigen Abdeckung 61' ausgebildet sind, nach unten nach außen abzugeben, wobei darüber hinaus auch Wasser, Schmutz und dergleichen durch die kleinen Lochabschnitte 64a nach außen abgegeben werden können.
Es werden die Konfigurationen, Betriebsarten und Effekte der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben konfiguriert sind, zusammenfassend beschrieben.
Die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10, 10', 110, 210 ist versehen mit: dem ersten Katalysatorträger (dem TWC 12), der dazu eingerichtet ist, entlang der ersten Richtung P strömendes Abgas G zu reinigen; dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14), der dazu eingerichtet ist, das Abgas G zu reinigen, das den ersten Katalysatorträger (TWC 12) durchlaufen hat, wobei das Abgas G entlang der zweiten Richtung Q strömt, die sich mit der ersten Richtung P schneidet; dem Gehäuse 30, das dazu eingerichtet ist, den ersten Katalysatorträger (TWC 12) und den zweiten Katalysatorträger (GPF 14) aufzunehmen; und einen Sensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) mit dem Messabschnitt 41 zum Messen des Abgases G, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, das Abgas G zu bestimmen, das den ersten Katalysatorträger (den TWC 12) durchlaufen hat. Der Messabschnitt 41 des Sensors (des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40) ist in einem Bereich angeordnet, der von der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des ersten Katalysatorträgers (TWC 12), der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) und der Innenwandfläche 31c des Gehäuses umgeben ist, wobei die Innenwandfläche 31c dazu eingerichtet ist, das Abgas G aufzunehmen, das den ersten Katalysatorträger (TWC 12) durchlaufen hat, wobei der Bereich (der Bereich A1) auf der Seite des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) von der Mitte des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) liegt.
Gemäß einer derartigen Konfiguration befindet sich der Messabschnitt 41 des Sensors (des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 40) in dem Bereich, der von der stromabwärtsseitigen Stirnfläche 12c des ersten Katalysatorträgers (TWC 12), der stromaufwärtsseitigen Stirnfläche 14b des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) und der Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 umgeben ist, d.h. dem Bereich (Bereich A1) auf der Seite des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) von der Mitte des ersten Katalysatorträgers (TWC 12). In diesem Bereich (Bereich A1) wird die Strömungsrate des Abgases G relativ hoch, weil die Hauptströmung des von dem ersten Katalysatorträger (TWC 12) zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) gerichteten Abgasstroms ausgebildet ist. Wenn sich daher die Strömungsrichtung des durch den ersten Katalysatorträger (TWC 12) strömenden Abgases G mit der Strömungsrichtung des durch den zweiten Katalysatorträger (GPF 14) strömenden Abgases G kreuzt, kann eine hochgenaue Erfassung der Zahlenwerte durch den das Abgas G bestimmenden Sensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) erreicht werden. Somit ist es möglich, die klein dimensionierte Abgasaufbereitungsvorrichtung 10, 10', 110, 210 bereitzustellen, die in der Lage ist, die Abgaskomponenten mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, während eine Vielzahl von Katalysatoren angebracht ist.
Darüber hinaus ist es beispielsweise auch dann, wenn die Eintrittsbedingung, unter der das Abgas G in die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 eintritt, in Abhängigkeit von der Konfiguration, wie der Anzahl der Zylinder in der Brennkraftmaschine oder dem Vorhandensein eines installierten Turboladers, einem angetriebenen Zustand der Brennkraftmaschine oder dergleichen, geändert wird, durch Ausbilden des Abgasströmungsweges (der Hauptströmung, d.h. dem Strömungsweg, in dem die Strömungsrate relativ höher ist als in anderen Strömungswegen), in dem das Abgas G, das den oben beschriebenen ersten Katalysatorträger (TWC 12) durchlaufen hat, zu der Seite des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) strömt, während es veranlasst wird, auf die Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 zu treffen, möglich, die Messung für das Abgas G durch den Sensor (den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) mit hoher Genauigkeit und stabil auszuführen. Mit anderen Worten ist es möglich, die Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 zu realisieren, die in der Lage ist, sich an verschiedene Brennkraftmaschinenspezifikationen und Änderungen der Fahrsituationen der Brennkraftmaschine anzupassen.
Darüber hinaus hat das Gehäuse 30 den Umleitungsabschnitt 33, der dazu eingerichtet ist, das Abgas G, das den ersten Katalysatorträger (TWC 12) durchlaufen hat, umzuleiten und einen Teil davon zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) zu leiten, wobei der Messabschnitt 41 in dem Bereich (Bereich A) angeordnet ist, in dem die Strömungsrate des Abgases G, das durch den Umleitungsabschnitt 33 umgeleitet und zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) geleitet wurde, erhöht ist.
Darüber hinaus weist das Gehäuse 30 den in der Innenwandfläche 31c vorgesehenen Umlenkabschnitt 33 auf, wobei der Umlenkabschnitt 33 dazu eingerichtet ist, einen Teil des Abgases G, das den ersten Katalysatorträger (TWC 12) durchlaufen hat, zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) umzulenken und zu leiten. Der Messabschnitt 41 ist in dem Bereich (Bereich A) angeordnet, in dem das Abgas G in der tangentialen Richtung D in Bezug auf den oberen Teil 33a des Umlenkabschnitts 33 strömt und in Richtung des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) strömt, nachdem es durch den Umlenkabschnitt 33 umgelenkt wurde, wobei der obere Teil 33a am meisten in die erste Richtung P hervorragt.
Bei derartigen Konfigurationen strömt ein Teil des Abgases G, das den ersten Katalysatorträger (TWC 12) durchlaufen hat, gegen den in der Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 ausgebildeten Umlenkabschnitt 33, ändert seine Richtung in die tangentiale Richtung D in Bezug auf den oberen Teil 33a des Umlenkabschnitts 33 und strömt dann zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14). In dem Bereich (Bereich A), in dem das zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) strömende Abgas G strömt, ist die Strömungsrate des Abgases G besonders hoch, weil das auf den Umlenkabschnitt 33 auftreffende und umgelenkte Abgas G in dem Bereich A1 geleitet wird. Durch das Vorsehen des Sensors (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) in dem Bereich A ist es also möglich, dass der Sensor (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) zur Bestimmung des Abgases G Zahlenwerte mit hoher Genauigkeit erfassen kann. In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, bei der der Umlenkabschnitt 33 in dem Gehäuse 30 wie oben beschrieben vorgesehen ist; jedoch kann nur die Strömungsrate des Abgases G, das zu der Seite des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) strömt, beispielsweise durch die Form der Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 eingestellt werden, ohne dass ein solcher Umlenkabschnitt 33 vorgesehen ist.
Darüber hinaus ist der Hauptkörperabschnitt des Sensors (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) von der Außenseite des Gehäuses 30 an dem in dem Gehäuse 30 vorgesehenen flachen Oberflächenabschnitt 31 d angebracht.
Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es möglich, den Vorsprung zum Anbringen des Sensors (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) auf einfache Art und Weise auszubilden, da es einfach ist, den Vorsprung in dem flachen Oberflächenabschnitt 31d, der in dem Gehäuse 30 vorgesehen ist, als in einem gekrümmten Abschnitt auszubilden.
Darüber hinaus hat das Gehäuse 30 den gebondeten Abschnitt 31e, der durch aneinanderstoßende und verbindende Plattenelemente ausgebildet ist, wobei der Sensor (der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) an einer Position befestigt ist, die den gebondeten Abschnitt 31e meidet.
Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es, da es schwierig ist, den Vorsprung in dem gebondeten Abschnitt 31e der Plattenelemente auszubilden, möglich, den Vorsprung zum Anbringen des Sensors (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) auf einfache Weise auszubilden, indem der gebondete Abschnitt 31e gemieden wird. Darüber hinaus ist es möglich, durch Anordnen des Sensors (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) an einem Abschnitt eines der Plattenelemente, die das Gehäuse 30 unterteilen, das den gebondeten Abschnitt 31e meidet, die Festigkeit des gebondeten Abschnitts 31e sicherzustellen.
Wenn der erste Katalysatorträger (TWC 12) und der zweite Katalysatorträger (GPF 14) aus der Richtung betrachtet werden, die die erste Richtung P und die zweite Richtung Q senkrecht schneidet, befinden sich außerdem beide Enden des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) in der ersten Richtung P zwischen beiden Enden des zweiten Katalysatorträgers (GPF 14) in der ersten Richtung P.
Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es möglich, die Größe der Abgasaufbereitungsvorrichtung 10 zu reduzieren, da der erste Katalysatorträger (TWC 12) nicht in der ersten Richtung P von dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) nach außen ragt. Darüber hinaus ist es auch in einem Fall, in dem die Heizeinrichtung oder der mit der Heizeinrichtung versehene Katalysator auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) in der ersten Richtung P vorgesehen ist, möglich, den überstehenden Umfang der Heizeinrichtung oder des mit der Heizeinrichtung versehenen Katalysators in der ersten Richtung P zu reduzieren.
Außerdem hat das Gehäuse 30: einen Strömungskanalabschnitt (den einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31), der dazu eingerichtet ist, mit der Außenumfangsfläche des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) den Außenumfangsströmungsweg 35 auszubilden, wobei der Außenumfangsströmungsweg 35 dazu eingerichtet ist, dass das Abgas G ihn durchlaufen kann; den Umlenkabschnitt 33, der in der Innenwandfläche 31c ausgebildet ist, wobei der Umlenkabschnitt 33 dazu eingerichtet ist, einen Teil des Abgases G, das den ersten Katalysatorträger (TWC 12) durchlaufen hat, zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) zu leiten; und den Leitabschnitt 32, der dazu eingerichtet ist, den Rest des Abgases G zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 zu leiten, wobei das Abgas G durch den Umlenkabschnitt 33 umgeleitet worden ist.
Gemäß einer derartigen Konfiguration wird von dem Abgas G, das durch den Umleitungsabschnitt 33 umgeleitet wurde, der Rest des Abgases G, der nicht zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) geleitet wurde, zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 geleitet und zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) geleitet, indem der Außenumfangsströmungsweg 35 in der Umfangsrichtung durchlaufen wird. Dabei heizt das zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 geleitete Abgas G den ersten Katalysatorträger (TWC 12) von dessen Außenumfang her auf. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) innerhalb eines kurzen Zeitraums kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine zu erhöhen und die Aktivierung des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) zu erreichen. Insbesondere durch die Erwärmung des stromabwärtsseitigen Abschnitts des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) in der ersten Richtung P, bei der die Temperatur des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) dazu neigt, nicht erhöht zu werden, vom Außenumfang aus, ist es möglich, die Zeit zu verkürzen, die benötigt wird, um den gesamten ersten Katalysatorträger (TWC 12) zu aktivieren.
Darüber hinaus weist der Leitabschnitt 32 den geneigten Abschnitt 32a auf, der in Bezug auf die flache Ebene X orthogonal zur ersten Richtung P um den vorbestimmten Winkel θ von dem Umlenkabschnitt 33 zur stromabwärtigen Seite in der ersten Richtung P geneigt ist.
Gemäß einer derartigen Konfiguration weist der Leitabschnitt 32 den geneigten Abschnitt 32a auf, der von dem Umlenkabschnitt 33 in Richtung der stromabwärtigen Seite in der ersten Richtung P geneigt ist. Durch das Vorsehen des geneigten Abschnitts 32a ist es möglich, das Abgas G, das durch den Umlenkabschnitt 33 umgelenkt wurde, allmählich zurückzuleiten und es zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 entlang der Innenwandfläche 31c des Gehäuses 30 zu leiten. Auf diese Weise ist es möglich, das Abgas G zu dem Außenumfangsströmungsweg 35 zu leiten, ohne den Strom des Abgases G in Richtung des Umlenkabschnitts 33 durch den ersten Katalysatorträger (TWC 12) zu stören.
Außerdem hat das Gehäuse 30 den Strömungskanalabschnitt (den einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31), der den Außenumfangsströmungsweg 35 bildet, um das Abgas G hindurchströmen zu lassen, wobei der Außenumfangsströmungsweg 35 zwischen dem Strömungskanalabschnitt (dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31) und der Außenumfangsfläche 12a des ersten Katalysatorträgers (TWC 12) ausgebildet ist und der erste Katalysatorträger (TWC 12) in dem Innengehäuse 20 über die Gesamtheit in der ersten Richtung P aufgenommen ist, wobei das Innengehäuse 20 in dem Gehäuse 30 so vorgesehen ist, dass es dem Strömungskanalabschnitt (dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31) zugewandt ist, so dass der Außenumfangsströmungsweg 35 zwischen dem Innengehäuse 20 und dem Strömungskanalabschnitt (dem einlassseitigen Strömungskanalabschnitt 31) sandwichartig eingeschlossen ist.
Gemäß einer derartigen Konfiguration strömt durch das Vorsehen des Innengehäuses 20 das Abgas G, das durch den Außenumfangsströmungsweg 35 strömt, nicht in den ersten Katalysatorträger (TWC 12) und erwärmt den ersten Katalysatorträger (TWC 12) von dem Außenumfang her. Daher ist es möglich, den Widerstand in dem Strömungsweg des Abgases G, das von dem Außenumfangsströmungsweg 35 zu dem zweiten Katalysatorträger (GPF 14) geleitet wird, zu verringern. Da das durch den Außenumfangsströmungsweg 35 strömende Abgas G nicht in den ersten Katalysatorträger (TWC 12) strömt, wird außerdem verhindert, dass der Strom des in dem ersten Katalysatorträger (TWC 12) strömenden Abgases G in Richtung der ersten Richtung P gestört wird. In der oben beschriebenen Ausführungsform wird zwar die Doppelrohrstruktur verwendet, bei der der erste Katalysatorträger (TWC 12), der von dem Innengehäuse 20 abgedeckt ist, innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet ist, aber natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, wobei beispielsweise zwei Katalysatoren direkt in einem einzigen Gehäuse angeordnet sein können. Mit anderen Worten umfasst die vorliegende Erfindung auch eine Konfiguration, bei der: der erste Katalysator und der zweite Katalysator in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind; nur ein Strömungsweg zum Leiten des Abgases G, das den ersten Katalysator durchlaufen hat, zu dem zweiten Katalysator vorgesehen ist; und eine Gehäusewandfläche, die den Strömungsweg bildet und das aus dem ersten Katalysator ausströmende Abgas G aufnimmt, so ausgebildet ist, dass sie eine Form hat, bei der ein Abstand zu dem ersten Katalysator teilweise vergrößert ist (die Form des Gehäuses 30, die in 16 gezeigt ist), wodurch der Bereich, in dem die Strömungsrate hoch ist, in dem Strömungsweg des Abgases G ausgebildet ist, und ein Erfassungspunkt (ein Kontaktpunkt mit dem Abgas G) des Sensors (der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40) in diesem Bereich vorgesehen ist.
Das Obige beschreibt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, jedoch veranschaulicht die obige Ausführungsform lediglich einen Abschnitt eines Anwendungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und beabsichtigt nicht, den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung auf die spezifischen Konfigurationen in der obigen Ausführungsform zu beschränken.
In der oben erwähnten Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, bei dem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 als Sensor verwendet wird; es können jedoch auch andere Sensoren zur Bestimmung von Zahlenwerten für das Abgas G als Sensor verwendet werden.
Die Position zum Bereitstellen des ebenen Oberflächenabschnitts 231d kann eine beliebige Position sein, vorausgesetzt, dass sich der Messabschnitt 41 in dem Bereich A1 oder in dem Bereich A befindet, wenn der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 40 angebracht ist.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht eine Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-1568 , die am 9. Januar 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde, der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-36290 , die am 28. Februar 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde, der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-60300 , die am 27. März 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-174526 , die am 25. September 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde, deren gesamte Inhalte durch Bezugnahme in dieser Beschreibung enthalten ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008075458 A [0002]
JP 2019001568 [0140]
JP 2019036290 [0140]
JP 2019060300 [0140]
JP 2019174526 [0140]

Claims

Abgasaufbereitungsvorrichtung, umfassend: einen ersten Katalysatorträger, der dazu eingerichtet ist, ein Abgas zu reinigen, das entlang einer ersten Richtung strömt; einen zweiten Katalysatorträger, der dazu eingerichtet ist, das Abgas zu reinigen, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, wobei das Abgas entlang einer zweiten Richtung strömt, die sich mit der ersten Richtung schneidet; ein Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, den ersten Katalysatorträger und den zweiten Katalysatorträger aufzunehmen; und einen Sensor mit einem Messabschnitt zum Messen des Abgases, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, das Abgas zu bestimmen, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, wobei der Messabschnitt des Sensors in einem Bereich angeordnet ist, der von einer stromabwärtsseitigen Stirnfläche des ersten Katalysatorträgers, einer stromaufwärtsseitigen Stirnfläche des zweiten Katalysatorträgers und einer Innenwandfläche des Gehäuses umgeben ist, wobei die Innenwandfläche dazu eingerichtet ist, das Abgas aufzunehmen, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, und sich der Bereich auf der Seite des zweiten Katalysatorträgers von einer Mitte des ersten Katalysatorträgers befindet.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse einen Umlenkabschnitt aufweist, der in der Innenwandfläche vorgesehen ist, wobei der Umlenkabschnitt dazu eingerichtet ist, einen Teil des Abgases, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, umzulenken und zu dem zweiten Katalysatorträger zu leiten, und der Messabschnitt in einem Bereich angeordnet ist, in dem das Abgas in einer tangentialen Richtung in Bezug auf einen oberen Teil des Umlenkabschnitts strömt und nach der Umlenkung durch den Umlenkabschnitt zu dem zweiten Katalysatorträger strömt, wobei der obere Teil in der ersten Richtung am weitesten hervorragt.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Hauptkörperabschnitt des Sensors von außerhalb des Gehäuses an einem in dem Gehäuse vorgesehenen flachen Oberflächenabschnitt angebracht ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Gehäuse einen gebondeten Abschnitt aufweist, der durch aneinanderstoßende und verbundene Plattenelemente ausgebildet ist, und der Sensor an einer Stelle angebracht ist, die den gebondeten Abschnitt meidet.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der, wenn der erste Katalysatorträger und der zweite Katalysatorträger aus einer Richtung betrachtet werden, die sich mit der ersten Richtung und der zweiten Richtung senkrecht schneidet, beide Enden des ersten Katalysatorträgers in der ersten Richtung zwischen beiden Enden des zweiten Katalysatorträgers in der ersten Richtung angeordnet sind.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Gehäuse aufweist: einen Strömungskanalabschnitt, der dazu eingerichtet ist, einen Außenumfangsströmungsweg mit einer Außenumfangsfläche des ersten Katalysatorträgers auszubilden, wobei der Außenumfangsströmungsweg so eingerichtet ist, dass ihn das Abgas durchlaufen kann; einen Umlenkabschnitt, der in der Innenwandfläche ausgebildet ist, wobei der ausgebildete Umlenkabschnitt dazu eingerichtet ist, einen Teil des Abgases, das den ersten Katalysatorträger durchlaufen hat, zu dem zweiten Katalysatorträger zu leiten; und einen Leitabschnitt, der dazu eingerichtet ist, einen Rest des Abgases zu dem Außenumfangsströmungsweg zu leiten, wobei das Abgas durch den Umlenkabschnitt umgelenkt worden ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Leitabschnitt einen geneigten Abschnitt aufweist, der in Bezug auf eine flache Ebene orthogonal zu der ersten Richtung um einen vorbestimmten Winkel von dem Umlenkabschnitt zu einer stromabwärtigen Seite in der ersten Richtung geneigt ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Gehäuse einen Strömungskanalabschnitt aufweist, der einen Außenumfangsströmungsweg ausbildet, den das Abgas durchlaufen kann, wobei der Außenumfangsströmungsweg zwischen dem Strömungskanalabschnitt und der Außenumfangsfläche des ersten Katalysatorträgers ausgebildet ist, und der erste Katalysatorträger in einem Innengehäuse über die Gesamtheit in der ersten Richtung aufgenommen ist, wobei das Innengehäuse in dem Gehäuse so vorgesehen ist, dass es dem Strömungskanalabschnitt zugewandt ist, so dass der Außenumfangsströmungsweg zwischen dem Innengehäuse und dem Strömungskanalabschnitt sandwichartig eingeschlossen ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin umfassend: einen ersten elektrisch beheizten Katalysator, der in dem Gehäuse aufgenommen ist, wobei der erste elektrisch beheizte Katalysator derart eingerichtet ist, dass das Abgas entlang der ersten Richtung strömt, und der erste elektrisch beheizte Katalysator dazu eingerichtet ist, das Abgas zu reinigen; und ein Innengehäuse, das dazu eingerichtet ist, den ersten elektrisch beheizten Katalysator und den ersten Katalysatorträger zu halten, wobei das Gehäuse mit dem Innengehäuse an einer Position auf einer stromabwärtigen Seite oder einer stromaufwärtigen Seite des ersten elektrisch beheizten Katalysators verschweißt ist, wobei die Position einen Außenumfang des ersten elektrisch beheizten Katalysators meidet.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Gehäuse einen Außenumfangsströmungsweg aufweist, in dem das Abgas strömen kann, indem ein Abstand mit einer Außenumfangsfläche des inneren Gehäuses ausgebildet ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen zweiten elektrisch beheizten Katalysator, wobei der Außenumfangsströmungsweg so ausgebildet ist, dass er die jeweiligen Außenumfänge des zweiten elektrisch beheizten Katalysators und des ersten Katalysatorträgers umgibt.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der zweite elektrisch beheizte Katalysator zwischen den beiden ersten Katalysatorträgern vorgesehen ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, weiterhin umfassend eine Elektrodenabdeckung für den elektrisch beheizten Katalysator, die sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt, wobei die Elektrodenabdeckung für den elektrisch beheizten Katalysator dazu eingerichtet ist, eine Elektrode zur Versorgung des ersten elektrisch beheizten Katalysators mit Elektrizität abzudecken, wobei die Elektrodenabdeckung für den elektrisch beheizten Katalysator einen Wärmeabgabekanal aufweist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Elektrodenabdeckung des elektrisch beheizten Katalysators eine unterseitige Abdeckung, die eine Unterseite der Elektrode abdeckt, und eine oberseitige Abdeckung aufweist, die eine Oberseite der Elektrode abdeckt, und ein wärmeisolierendes Folienmaterial zwischen der Elektrode und der unterseitigen Abdeckung und der oberseitigen Abdeckung angeordnet ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die unterseitige Abdeckung und die oberseitige Abdeckung jeweils einen Elektrodenaufnahmeabschnitt, der die Elektrode abdeckt, und einen Leitungsdrahtaufnahmeabschnitt aufweisen, der eine Anschlussseite eines Kabelbaums zum Zuführen der Elektrizität zu der Elektrode aufnimmt, und der Elektrodenaufnahmeabschnitt sowie der Leitungsdrahtaufnahmeabschnitt so ausgebildet sind, dass sie eine L-Form haben.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die unterseitige Abdeckung an einem vorbestimmten Teil mit einem Lochabschnitt ausgebildet ist, wobei der Lochabschnitt ein Öffnungsabschnitt eines Wärmeabgabekanals ist.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 14, bei der die unterseitige Abdeckung und die oberseitige Abdeckung jeweils an jedem Teil mit einem Lochabschnitt ausgebildet sind, der ein Öffnungsabschnitt eines Wärmeabgabekanals ist, und ein Lochabschnitt, der ein Öffnungsabschnitt eines Wärmeabgabekanals ist, zwischen der unterseitigen Abdeckung und der oberseitigen Abdeckung ausgebildet ist, und eine Lochgröße des Lochabschnitts, der in der unterseitigen Abdeckung ausgebildet ist, größer ist als die Lochgrößen der anderen Lochabschnitte.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Lochabschnitt, der der Öffnungsabschnitt des Wärmeabgabekanals ist, an einem Abschnitt vorgesehen ist, der einem Gewindeeingriffsbefestigungsabschnitt eines Gewindeabschnitts der Elektrode und einer Mutter gegenüberliegt, wobei die Mutter dazu eingerichtet ist, einen Relaisanschluss durch Gewindeeingriff mit dem Gewindeabschnitt zu befestigen.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Elektrodenabdeckung für den elektrisch beheizten Katalysator eine unterseitige Abdeckung, die eine Unterseite der Elektrode abdeckt, und eine oberseitige Abdeckung aufweist, die eine Oberseite der Elektrode abdeckt, ein Basisendabschnitt wenigstens der oberseitigen Abdeckung der unterseitigen Abdeckung und der oberseitigen Abdeckung so angeordnet ist, dass er in einen strömungskanalförmigen Wandabschnitt des Gehäuses eingesetzt werden kann, ein mittlerer Abschnitt der oberseitigen Abdeckung so ausgebildet ist, dass er sich stufenweise nach unten erstreckt, und ein Spitzenendabschnitt der oberseitigen Abdeckung so gebogen ist, dass er eine Kappenform hat, um einen Spitzenendabschnitt der unterseitigen Abdeckung abzudecken.
Abgasaufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei der eine Vielzahl kleiner Lochabschnitte in einer Position der unterseitigen Abdeckung vorgesehen ist, in der kein wärmeisolierendes Folienmaterial vorgesehen ist, wobei die kleinen Lochabschnitte die Öffnungsabschnitte der Wärmeabgabekanäle sind.