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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen katalytischen Wandler zum Reinigen von
Abgas von einem Verbrennungsmotor, und insbesondere eine Vorrichtung zum
Heizen eines solchen katalytischen Wandlers.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Ein
katalytischer Wandler, der zum Reinigen von Abgas aus einem an einem
Automobil oder dergleichen angebrachten Verbrennungsmotor verwendet
wird, zeigt einen effizienten Abgasreinigungseffekt, wenn er in
einen aktivierten Hochtemperaturzustand von nicht weniger als etwa
350°C versetzt
wird. Nämlich
in einem kalten Zustand des Motors, wie etwa beim Starten des Motors
in einem Niedertemperaturzustand, sind die Abgasreinigungseigenschaften
des katalytischen Wandlers extrem beeinträchtigt. Daher muss die Temperatur
des katalytischen Wandlers rasch auf eine vorbestimmte Temperatur angehoben
werden, so dass der Wandler in einen aktivierten Hochtemperaturzustand
gebracht werden kann. Daher ist z. B. eine Katalysatorheizvorrichtung des
elektrisch beheizten Typs bekannt, worin ein elektrischer Heizer
des elektrisch geheizten Typs stromauf einer Katalysatoreinheit
vorgesehen ist, um das Abgas zu erwärmen. Dieser elektrische Heizer umfasst
z. B. einen aus Metall hergestellten flachen scheibenförmigen Bienenwabenkörper. Der
elektrische Heizer wird durch ein aus Metall hergestelltes ringförmiges Gehäuse gehalten,
und ferner ist ein Stromübertragungsmittel
vorgesehen, um dem Bienenwabenmetallkörper elektrische Energie zuzuführen. Bevorzugt
ist ein katalytisches Material auf die Oberfläche des Bienenwabenmetallkörpers geschichtet.
Ferner sind Schlitze in dem Bienenwabenmetallkörper zickzackartig in paralleler
Beziehung zueinander ausgebildet. Wenn ein elektrischer Strom vom
einen Ende an dem Umfangsabschnitt des Bienenwabenmetallkörpers zum
anderen Ende fließt, das
in hierzu diametral entgegengesetzter Beziehung angeordnet ist,
ist ein Weg des Stroms zickzackförmig,
so dass der Bienenwabenmetallkörper gleichmäßig erhitzt
werden kann. Der elektrische Heizer selbst verbrennt die unverbrannten
Komponenten in dem Abgas unter dem Einfluss des katalytischen Materials,
das auf der Oberfläche
des Bienenwabenmetallkörpers
vorgesehen ist. Und der elektrische Heizer wird ferner durch Oxidationswärme aufgrund
dieser Verbrennung erhitzt, um hierdurch das schnelle Aufheizen
des Abgases zu bewirken. Daher wird diese Heizvorrichtung elektrisch
geheizter Katalysator (EHC) genannt.
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1 zeigt ein Beispiel eines
katalytischen Wandlers vom elektrisch geheizten Typ. Wie in dieser Figur
gezeigt, ist eine Hilfskatalysatoreinheit 103 stromauf
von Hauptkatalysatoreinheiten 102 vorgesehen, die in einem
Auspuffrohr 101 angebracht sind, und ein EHC 104 ist
stromauf der Hilfskatalysatoreinheit 103 vorgesehen. Wenn
in dem katalytischen Wandler dieser Konstruktion ein Verbrennungsmotor in
einem kalten Zustand ist, wie etwa unmittelbar nach dem Start des
Motors, wird ein Schalter SW betätigt,
um z. B. eine Batteriespannung VB an den EHC anzulegen, um denselben
zu erhitzen. Im Ergebnis wird ein elektrischer Heizer (nicht gezeigt)
des EHC 104 erhitzt, um die Oxidation unverbrannter Komponenten
von Kohlenwasserstoff und dessen Abgas zu begünstigen, und daher wird der
elektrische Heizer teilweise mithilfe dieser Oxidationswärme rasch
erhitzt und heizt das Abgas. Im Ergebnis wird die Hilfskatalysatoreinheit 103 der
nächsten
Stufe erhitzt, und ferner werden die Hauptkatalysatoreinheiten 102 erhitzt,
so dass der gesamte katalytische Wandler rasch aktiviert wird.
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Zum
Beispiel offenbart die japanische Patentschrift Nr. Hei 8-218857
eine Konstruktion eines elektrischen Heizers des elektrisch geheizten
Typs für
einen solchen katalytischen Wandler sowie eine Elektrode zum Zuführen elektrischer
Energie zu diesem Heizer. Ein Endabschnitt eines Leitungsdrahts zum
Zuführen
elektrischer Energie zu dem elektrischen Heizer von der Außenseite
ist in den elektrischen Heizer lösbar
eingebaut, und diese Konstruktion hat Merkmale, dass die Handhabung,
wie etwa die Montageeffizienz, ausgezeichnet ist und dass elektrische
Isoliereigenschaften und Abgas-Abdichteigenschaften exzellent sind.
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2 zeigt eine Konstruktion
eines Stromenergiezufuhrabschnitts eines EHC. Wie oben beschrieben,
umfasst der EHC einen flachen scheibenförmigen Bienenwabenstrukturkörper 2,
der in einem Metallgehäuse 1 durch
eine Haltestruktur (nicht gezeigt) gehalten wird. Dieser Bienenwabenstrukturkörper 2 dient
als elektrischer Heizer. Andererseits erstreckt sich ein rohrförmiges Elektrodenaufnahmeelement 3 durch
ein Durchgangsloch, welches in dem Metallgehäuse 1 ausgebildet
ist. Eine Elektrodenstange 4 wird in dem Elektrodenaufnahmeelement 3 durch
ein Isolierhalteelement 5 mit Abstandsbeziehung zu der
Innenoberfläche
des Elektrodenaufnahmeelements 3 gehalten. Die Elektrodenstange 4 steht
von dem Elektrodenaufnahmeelement 3 zu dem Bienenwabenstrukturkörper 2 hin
vor. Ein distales Ende des vorstehenden Abschnitts der Elektrodenstange 4 ist
mit einem aus Metall hergestellten flexiblen Verbindungselement 6 elektrisch
verbunden, wohingegen das andere Ende der Elektrodenstange 4 mit
einem ummantelten Leitungsdraht 8, der eine Isolierhülle 7 aufweist,
elektrisch verbunden ist. Ein Wasserdichtungselement 10 ist
zwischen dem ummantelten Leitungsdraht und einem Elektrodenhalte-Rohrelement 9 angeordnet
und wird von der Außenseite
her zusammengeklemmt. Das Halteelement 5 umfasst ein erstes
Isolierelement 5a und ein zweites Isolierelement 5b,
die beide aus einem Keramikmaterial eines anorganischen Materials
hergestellt sind, sowie ein Isolierpulver 5c aus einem
anorganischen Material, das in einen Raum gefüllt ist, der zwischen den ersten
und zweiten Isolierelementen 5a und 5b gebildet
ist. Mit dieser Konstruktion des Halteelements 5 können die
Vibration der Elektrodenstange 4 z. B. durch Auftreffen
von Festmaterialien, die auf die Außenseite des Auspuffrohrs fliegen, sowie
ein Wärmekreislauf, der
sich in der Elektrodenstange 4 entwickelt, durch das Pulver 5 absorbiert werden,
und daher kann die Luftabdichtung zwischen der Außenseite
und der Innenseite des Auspuffrohrs 101 beibehalten werden.
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Das
Stromübertragungsmittel
zum Zuführen elektrischer
Energie zu dem Bienenwabenstrukturelement 2 ist durch die
obige Konstruktion gebildet.
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Allgemein
enthält
Abgas aus einem Verbrennungsmotor pyrolytische hochmolekulare Substanzen
und freie Kohlenstoffe aufgrund von Motoröl sowie Abriebpulver von einer
Zylinderwand und einem Kolbenring. Diese Fremdstoffe haften an dem
vorstehenden Abschnitt der Elektrode und dem Bienenwabenstrukturelement
an, die dem Abgasstrom direkt ausgesetzt sind. Insbesondere wenn
elektrisch leitfähige
Fremdstoffe an dem vorstehenden Abschnitt der Elektrode und deren
Umgebung anhaften und sich dort ablagern, verschlechtert dies die
Isolationsleistung zwischen dem Gehäuseabschnitt (der geerdeten
Seite) und der Elektrodenstange, die eine relative Potentialdifferenz
hierzu hat.
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Die
EP 0 716 558 A offenbart
eine Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Dort haben die gegenüberliegenden Oberflächen der Elektrodenstange,
des Elektrodenaufnahmeelements und des Verbindungselements keine
Isolationsbeschichtung.
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Die
US 5,318,756 zeigt die Endfläche einer Elektrodenstange,
die direkt an den Umfang eines Katalysatorgehäuses angeschweißt ist,
das einen elektrisch geheizten Katalysator umgibt. Dort ist der Außenumfang
der Elektrodenstange mit einer Metalloxidschicht abgedeckt, teilweise
mit Abstand von dem Innenumfang des Elektrodenaufnahmeelements.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung ist es daher, eine Heizvorrichtung für einen Abgase
reinigenden katalytischen Wandler anzugeben, in dem verhindert wird,
dass die Isoliereigenschaft in einem Stromübertragungsmittel eines EHC
schlechter wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Heizvorrichtung für einen Abgas reinigenden katalytischen
Wandler gemäß Anspruch
1 angegeben.
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Der
Wandler umfasst ein ringförmiges
Metallgehäuse,
einen in dem Metallgehäuse
angebrachten elektrischen Heizer sowie ein Stromübertragungsmittel, das an dem
Metallgehäuse
fest angebracht ist, um dem elektrischen Heizer elektrische Energie
zuzuführen.
Das Stromübertragungsmittel umfasst
ein rohrförmiges
Elektrodenaufnahmeelement, das sich in die Innenseite des Metallgehäuses von
dessen Außenseite
und dessen Umfangswand erstreckt, eine Elektrodenstange, die in
dem Elektrodenaufnahmeelement aufgenommen ist und von dem Aufnahmeelement
zu dem Heizer hin vorsteht, ein Isolierhalteelement, das die Elektrodenstange
in Abstandsbeziehung zu einer Innenoberfläche des Elektrodenaufnahmeelements
hält, sowie
ein elektrisch leitfähiges
Verbindungselement, das ein vorstehendes Ende der Elektrodenstange
mit einem Ende des Heizers elektrisch verbindet. Ferner ist eine Isolierbeschichtung
auf der Innenoberfläche
des Elektrodenaufnahmeelements und/oder einem zu der Innenoberfläche weisenden
Abschnitt der Elektrodenstange vorgesehen. Auch wenn sich daher
in dem Abgas enthaltende Fremdstoffe in der Nähe der Elektrodenstange des
Stromübertragungsmittels
ablagern, wird verhindert, dass die Isolierfähigkeit schlechter wird.
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Mit
dem in Zwischenräume
eingefüllten
Isoliermaterial wird verhindert, dass sich in dem Abgas enthaltende
Fremdstoff in diesen Zwischenräumen ablagert,
und daher wird verhindert, dass die Isolierfähigkeit schlechter wird.
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Ferner
ist eine zweite Isolierbeschichtung auf zumindest einem Abschnitt
der Oberfläche
des Verbindungselements vorgesehen, der dem zu dem elektrischen
Heizer vorstehenden Ende der Elektrodenstange benachbart angeordnet
ist und zu dem Elektrodenaufnahmeelement oder dem Metallgehäuse weist.
Mit dieser Konstruktion wird die Verschlechterung die Isolierfähigkeit
ausreichend verhindert.
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Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen ersichtlich, die in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den beigefügten
Zeichnungen:
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1 ist eine Querschnittsansicht
eines in einem Auspuffsystem eines Verbrennungsmotors vorgesehenen
katalytischen Wandlers;
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2 ist eine Querschnittsansicht
mit Darstellung eines herkömmlichen
Beispiels eines EHC, der in dem katalytischen Wandler von 1 enthalten ist;
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3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts einer Ausführung,
die nicht durch die in Anspruch 1 definierte Erfindung abgedeckt
ist;
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4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts einer anderen Ausführung, die nicht durch die
in Anspruch 1 definierte Erfindung abgedeckt ist;
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5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts einer ersten Ausführung der Erfindung; und
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6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts einer zweiten Ausführung der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Eine
Heizvorrichtung einer Vergleichsausführung hat eine ähnliche
Konstruktion wie die in 2 gezeigte
Vorrichtung, und 3 zeigt
einen vorstehenden Endabschnitt einer Elektrodenstange 4,
der in den Innenraum eines Metallgehäuses 1 vorsteht, sowie
dessen umgebende Teile in vergrößertem Maßstab. In
der in 3 gezeigten Heizvorrichtung
ist zumindest ein Abschnitt der Oberfläche der Elektrodenstange 4,
die zu einem Elektrodenaufnahmeelement 3 weist (oder diesem
gegenüberliegt),
mit einer Isolierbeschichtung 11a abgedeckt. Bevorzugt ist,
dass ein zu dem Abgas frei liegender Abschnitt der Elektrodenstange 4 mit
dieser Isolierbeschichtung 11a abgedeckt werden soll. Bevorzugt
ist die Isolierbeschichtung 11a aus Keramikmaterial eines anorganischen
Materials hergestellt, wie z. B. Aluminiumoxid (Al2O3). Die Isolierbeschichtung 11a kann zu
einem Zylinderkörper
gebildet sein, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Querschnitt
der Elektrodenstange 4. Dieser Formkörper wird auf die Elektrodenstange 4 aufgesetzt
und darauf durch ein Tennungverhinderungsmittel (nicht gezeigt)
gehalten. In dieser Konstruktion ist die Isolierbeschichtung 11a mit
Abstand von einem Abschnitt des Elektrodenaufnahmeelements 3 angeordnet,
der zu diesem dieser Isolierbeschichtung 11a weist, und
durch diesen Abschnitt werden Vibrationen absorbiert, und daher ist
die Haltbarkeit exzellent. Abgesehen davon kann die Isolierbeschichtung 11a aufgebracht
werden, nachdem die Elektrodenstange 4 und das Elektrodenaufnahmeelement 3 an
dem Metallgehäuse 1 angebracht
sind, und daher wird verhindert, dass die Isolierbeschichtung 11a während des
Montagevorgangs beschädigt
wird. Die Isolierbeschichtung ist nämlich auf der Innenoberfläche des
Elektrodenaufnahmeelements 3 und/oder einem zu dieser Innenoberfläche weisenden
Abschnitt der Elektrodenstange 4 vorgesehen. Auch wenn
mit dieser Konstruk tion elektrisch leitfähige Fremdstoffe, die in dem
Abgas enthalten sind, zwischen der Elektrodenstange 4 und dem
Elektrodenaufnahmeelement 3 anhaften oder sich dort ablagern,
wird verhindert, dass die Isolierfähigkeit zwischen den beiden
schlechter wird.
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4 zeigt ein anderes Vergleichsbeispiel einer
Heizvorrichtung. In dieser Ausführung
ist eine Isolierbeschichtung 11b auf einer zur Elektrodenstange 4 weisenden
Abschnitt einer Innenoberfläche eines
Elektrodenaufnahmeelements 3 vorgesehen. Die Isolierbeschichtung 11b ist
aus dem gleichen Material hergestellt wie oben bei 3 beschrieben. Die Isolierbeschichtung
ist nämlich
auf der Innenoberfläche
des Elektrodenaufnahmeelements 3 und/oder einem zu dieser
Innenoberfläche
weisenden Abschnitt der Elektrodenstange 4 vorgesehen.
In dieser Konstruktion ist die Isolierbeschichtung 11b mit
Abstand von dem zu dieser Isolierbeschichtung 11b weisenden
Abschnitt der Elektrodenstange 4 angeordnet, und an diesem
Abschnitt werden Vibrationen absorbiert, und daher ist die Haltbarkeit
exzellent. Auch wenn mit dieser Konstruktion elektrisch leitfähige Fremdstoffe,
die in dem Abgas enthalten sind, zwischen der Elektrodenstange 4 und
dem Elektrodenaufnahmeelement 3 anhaften oder sich dort
ablagern, wird verhindert, dass die Isolierfähigkeit zwischen den beiden
schlechter wird.
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In
einer ersten Ausführung
der Erfindung, wie in 5 gezeigt,
ist ein Isoliermaterial 11c in einen Spalt (Zwischenraum)
zwischen einem Elektrodenaufnahmeelement 3 und einer Elektrodenstange 4 eingefüllt. Ein
Isoliermaterial 11d ist in einen Zwischenraum gefüllt, der
zwischen einem Verbindungselement 6 und einem zu dem Verbindungselement 6 weisenden
Abschnitt des Elektrodenaufnahmeelements 6 oder eines Metallgehäuses 1 ausgebildet
ist. Somit ist der Spalt zwischen der Innenoberfläche des Elektrodenaufnahmeelements 3 und
der Elektrodenstange 4 mit dem Isoliermaterial 11c gefüllt. Und
der Zwischenraum, der zwischen dem Verbindungselement 6 und
dem zu dem Verbindungselement 6 weisenden Abschnitt des
Elektrodenaufnahmeelements 3 oder des Metallgehäuses 1 ausgebildet
ist, ist mit dem Isoliermaterial 11d gefüllt. Mit
dieser Konstruktion wird das Ablagern von Fremdstoff in diesen Spalten
oder Zwischenräumen
verhindert. Das Isoliermaterial wird nämlich in den Zwischenraum gefüllt, der zwischen
der Innenoberfläche
des Elektrodenaufnahmeelements 3 und einem zu dieser Innenoberfläche weisenden
Abschnitt der Elektrodenstange 4 ausgebildet ist. Das Isoliermaterial
ist auch in den Zwischenraum gefüllt,
der zwischen dem Verbindungselement 6 und dem zu dem Verbindungselement 6 weisenden
Abschnitt des Elektrodenaufnahmeelements 3 oder des Metallgehäuses 1 ausgebildet
ist. Mit dieser Konstruktion wird verhindert, dass sich elektrisch
leitfähige
Fremdstoffe, die in dem Abgas enthalten sind, in dem Zwischenraum
zwischen der Elektrodenstange 1 und dem Elektrodenaufnahmeelement 3 und
dem Zwischenraum zwischen dem Verbindungselement 6 und
dem Elektrodenaufnahmeelement 3 oder dem Metallgehäuse 1 anhaften oder
sich dort ablagern. Daher kann ein verbesserter Isolationseffekt
erhalten werden. Abgesehen davon kann die Anzahl der Bauteile reduziert
werden, indem man ein Isolierelement 5a und die Isoliermaterialien 11c und 11d integral
miteinander ausbildet.
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In
einer zweiten Ausführung
der Erfindung, wie in 6 gezeigt,
ist eine Isolierbeschichtung 11e auf der Oberfläche eines
Verbindungselements 6 ausgebildet. Um eine thermische Ausdehnung
eines elektrischen Heizers 2 zu absorbieren, ist das Verbindungselement 6 flexibel.
Daher muss auch die Isolierbeschichtung 11e einen gewissen
Grad an Flexibilität
haben. Die Isolierbeschichtung ist nämlich auf zumindest einem Abschnitt
der Oberfläche
des Verbindungselements 6 vorgesehen, der benachbart einem
zu dem elektrischen Heizer 2 vorstehenden Ende einer Elektrodenstange 4 angeordnet
ist und zu einem Elektrodenaufnahmeelement 3 oder einem Metallgehäuse 1 weist.
Auch wenn bei dieser Konstruktion elektrisch leitfähige Fremdstoffe,
die in dem Abgas enthalten sind, anhaften oder sich anlagern, wird
verhindert, dass die Isolierfähigkeit
schlechter wird.
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Durch
geeignete Anwendung der Isolierbeschichtungen 11a, 11b und 11e und
der Isoliermaterialien 11c und 11d in Kombination
kann die doppelte Isolierkonstruktion erhalten werden, und die Verschlechterung
der Isolierfähigkeit
wird besser verhindert.
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Wie
oben beschrieben, umfasst die Heizvorrichtung für einen Abgas reinigenden katalytischen Wandler
der vorliegenden Erfindung ein ringförmiges Metallgehäuse, einen
in dem Metallgehäuse
angebrachten elektrischen Heizer, ein Stromübertragungsmittel, das an dem
Metallgehäuse
fest angebracht ist, um dem elektrischen Heizer elektrische Energie
zuzuführen,
und das Stromübertragungsmittel
umfasst ein rohrförmiges
Elektrodenaufnahmeelement, das sich in die Innenseite des Metallgehäuses von
dessen Außenseite
durch dessen Umfangswand erstreckt, die Elektrodenstange, die in
dem Elektrodenaufnahmeelement aufgenommen ist und von dem Aufnahmeelement
zu dem Heizer vorsteht, das Isolierhalteelement, das die Elektrodenstange
in Abstandsbeziehung zu der Innenoberfläche des Elektrodenaufnahmeelements
hält, sowie
das elektrisch leitfähige
Verbindungselement, das das vorstehende Ende der Elektrodenstange
mit einem Ende des Heizers elektrisch verbindet, und dass die Isolierbeschichtung
auf der Innenoberfläche
des Elektrodenaufnahmeelements vorgesehen ist.
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Auch
wenn mit dieser Konstruktion Fremdstoffe, die in dem Abgas enthalten
sind, sich in der Nähe
der Elektrodenstange des Stromübertragungsmittels
ablagern, wird verhindert, dass die Isolierfähigkeit schlechter wird.
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In
der Heizvorrichtung für
einen Abgas reinigenden katalytischen Wandler der vorliegenden Erfindung
ist das Isoliermaterial in den Zwischenraum gefüllt, der zwischen der Innenoberfläche des
Elektrodenaufnahmeelements und dem zu der Innenoberfläche weisenden
Abschnitt der Elektrodenstange ausgebildet ist, und das Isoliermaterial
ist in den Zwischenraum gefüllt,
der zwischen dem Verbindungselement und dem zu dem Verbindungselement
weisenden Abschnitt des Elektrodenaufnahmeelements oder des Metallge häuses ausgebildet
ist. Mit dieser Konstruktion wird verhindert, dass in dem Abgas
enthaltende Fremdstoffe sich in diesen Zwischenräumen ablagern, und daher wird
die Verschlechterung der Isolierfähigkeit ausreichend verhindert.
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In
der Heizvorrichtung des Abgas reinigenden katalytischen Wandlers
der vorliegenden Erfindung ist die Isolierbeschichtung auf jenem
Abschnitt der Oberfläche
des Verbindungselements vorgesehen, die dem Ende der Elektrodenstange
benachbart angeordnet ist, und daher wird die Verschlechterung der
Isolierfähigkeit
ausreichend verhindert.
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Obwohl
die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit einem bestimmten Grad
an Besonderheit beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die vorliegende
Offenbarung der bevorzugten Form in konstruktiven Details und in
der Kombination und Anordnung der Teile verändert werden kann, ohne vom Umfang
der Erfindung abzuweichen, wie nachfolgend beansprucht.
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In
einer Heizvorrichtung für
einen Abgas reinigenden katalytischen Wandler ist eine Isolierbeschichtung
oder ein Isoliermaterial zwischen einem rohrförmigen Elektrodenaufnahmeelement
eines Stromübertragungsmittels
und einer in diesem Elektrodenaufnahmeelement aufgenommenen Elektrode vorgesehen.