JP2010024910A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱によって触媒を早期に活性化させることができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジンから排出される排気を浄化する触媒を備える排気浄化装置１００において、多重管を構成するように複数の筒部１１Ａを有し、隣接する筒部１１Ａの間に排気を流す流路を形成するとともに、排気が流れる位置に触媒を担持する担体１１と、複数の筒部１１Ａの外周にそれぞれ巻き回されるコイル１３と、筒部１１Ａを誘導加熱することによって触媒を加熱するように、コイル１３に交流電圧を印加する印加手段２０、２１と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンから排出される排気を浄化する排気浄化装置に関する。

従来から、排気浄化装置の触媒を早期に活性化させるため、電気ヒータ等によって触媒を直接又は間接的に加熱する方法が知られている。

特許文献１には、排気を浄化する触媒を担持する担体の外周にコイルを巻き回し、このコイルに交流電圧を印加することによって、触媒を誘導加熱する排気浄化装置が開示されている。
特開平１１−３３６５３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の排気浄化装置では、担体の最外周側から誘導加熱する構成であるため、担体中心位置における触媒が加熱されにくく、触媒の活性化に時間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、誘導加熱によって触媒を早期に活性化させることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンから排出される排気を浄化する触媒を備える排気浄化装置（１００）において、多重管を構成するように複数の筒部（１１Ａ）を有し、隣接する筒部（１１Ａ）の間に排気を流す流路を形成するとともに、排気が流れる位置に触媒を担持する担体（１１）と、複数の筒部（１１Ａ）の外周にそれぞれ巻き回されるコイル（１３）と、筒部（１１Ａ）を誘導加熱することによって触媒を加熱するように、コイル（１３）に交流電圧を印加する印加手段（２０、２１）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、排気浄化装置は、担体の筒部毎に設けられたコイルに交流電圧を印加し、各筒部を同時に誘導加熱して触媒を加熱するので、従来手法のように担体の最外周に設けたコイルによって担体全体を誘導加熱する場合よりも、触媒を早期に活性化することが可能となる。

（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、車両用エンジンの排気浄化装置の概略構成図である。

図１に示すように、エンジンから排出される排気は、排気管１を通って車外に排出される。排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するため、誘導加熱式の排気浄化装置１００が排気管１に設けられる。

排気浄化装置１００は、排気を浄化する触媒を有する排気浄化部１０をケース２内に収納する。排気浄化部１０は、ケース２内に、シール部材３及びクッション部材４を介して支持される。

シール部材３は、排気流れ方向の上流側において、排気浄化部１０とケース２との間に設けられる。シール部材３は、排気が排気浄化部１０とケース２との間を通過するのを抑制する。

クッション部材４は、シール部材３よりも下流側において排気浄化部１０とケース２との間に設けられ、排気浄化部１０をケース２内に弾性的に支持する。クッション部材４は、排気浄化部１０が振動によって損傷するのを抑制する。

次に、図２を参照して、排気浄化装置１００の排気浄化部１０について説明する。図２（Ａ）は、排気流れ方向の上流側から見た時の排気浄化部１０を模式的に示した図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の領域Ｂの拡大図である。

図２（Ａ）に示すように、排気浄化部１０は、触媒を担持する担体１１を備える。担体１１は、円筒形の筒部１１Ａを同心円状に複数設け、多重管として構成される。担体１１は、隣接する筒部１１Ａの間に、排気を軸方向に流す通路を形成するための通路壁１１Ｂを有する。

担体１１はメタル担体であり、筒部１１Ａ及び通路壁１１Ｂは金属で形成される。特に、
筒部１１Ａは透磁率が高いＳＵＳ４３０等の金属で形成される。また、筒部１１Ａ及び通路壁１１Ｂの表面には、排気を浄化する触媒として、例えば三元触媒が担持される。

複数設けられる筒部１１Ａの外周には、図２（Ｂ）に示すように、誘導加熱用のコイル１３がそれぞれ巻き回される。コイル１３は、筒部１１Ａの軸方向に沿って配置される。このコイル１３は、セラミック等で形成された絶縁部１２に覆われる。

絶縁部１２は、コイル１３の内周側と外周側に設けられる絶縁層として構成される。このようにコイル１３の周囲に絶縁部１２を介在させるので、コイル１３と担体１１の間における短絡を抑制できる。

上記した各コイル１３は、図２（Ａ）に示すように、交流電圧発生器２１に電気的に接続される。交流電圧発生器２１は、交流電圧をコイル１３に印加する。交流電圧発生器２１は、コントローラ２０によって制御される。

コントローラ２０は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

コントローラ２０には、触媒温度を検出する温度センサ５からの検出データが信号として入力する。コントローラ２０は、検出された触媒温度に基づいて交流電圧発生器２１を制御する。

エンジン冷機始動時など、排気浄化装置１００の触媒温度が活性温度に達していない場合には、コントローラ２０は、交流電圧発生器２１によって所定周波数、所定電圧値の交流電圧をコイル１３に印加して通電する。コイル１３に交流電流が流れると、コイル１３の内側には、時間経過に伴って磁界の大きさ及び向きが変化する交番磁界が形成される。この交番磁界内に存在する筒部１１Ａには電磁誘導によって誘導電流が流れ、ジュール熱が発生する。このジュール熱によって筒部１１Ａが誘導加熱され、筒部１１Ａ及び通路壁１１Ｂに担持された触媒に熱が伝えられる。これにより、担体１１に担持された触媒が昇温される。

担体１１の触媒温度が活性温度に達すると、コントローラ２０は、交流電圧発生器２１からの交流電圧の印加を停止する。

以上により、第１実施形態の排気浄化装置１００は下記の効果を得ることができる。

排気浄化装置１００の排気浄化部１０は、触媒を担持する担体１１の筒部１１Ａ及び通路壁１１Ｂと、筒部１１Ａの外周に巻き回されるコイル１３とを１つの円筒状ユニットとし、この円筒状ユニットを同心円状に複数設けた積層体として構成される。各円筒状ユニットにそれぞれ設けられたコイル１３によって、そのユニット内の筒部１１Ａを誘導加熱して触媒を昇温するので、従来手法のように担体の最外周に設けたコイルによって担体全体を誘導加熱する場合よりも、触媒を早期に活性化することが可能となる。

なお、担体自体に直接通電して抵抗加熱して触媒温度を昇温させることも考えられるが、抵抗加熱の電力密度は誘導加熱よりも低いので、触媒昇温速度が遅い。排気浄化装置１００では誘導加熱を利用するので、抵抗加熱を利用する場合よりも触媒昇温速度が速めることができ、電力消費量を抑制することができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の排気浄化装置１００を示す図である。図３は、第１実施形態の図２（Ａ）に置き換わるものである。

第２実施形態の排気浄化装置１００の基本構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、交流電圧の電圧特性を変更する電圧特性変更部２２を備える点において相違する。つまり、コイル１３に印加される交流電圧の電圧値や周波数を変更するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

排気浄化装置１００は、交流電圧発生器２１からの交流電圧の電圧特性を変更する電圧特性変更部２２を備える。電圧特性変更部２２は、コイル１３毎に、印加する交流電圧の電圧値、周波数を制御する。図３では、電圧特性変更部２２は交流電圧発生器２１と分離して構成したが、交流電圧発生器２１に内蔵されるように構成してもよい。

ところで、排気管内を流れる排気は排気管径方向において流速が異なり、例えばエンジンから離れた位置における排気管内では、排気管中心近傍を流れる排気の流速が速くなりやすい。そのため、エンジンから離れた位置に排気浄化装置１００を設けた場合には、排気浄化部１０の中心近傍を通過する排気の排気流量が、排気浄化部１０の外周近傍を通過する排気流量よりも多くなる。排気浄化装置１００の排気の浄化効率を考慮すれば、排気浄化部１０の中心近傍の触媒を早期に活性化させる必要がある。

そこで、第２実施形態の排気浄化装置１００では、排気流量が多くなる位置の触媒を加熱可能なコイル１３に印加する交流電圧の電圧値を高くするとともに、周波数を高く設定する。

これにより、排気浄化装置１００は、排気流量が多くなる位置の触媒を最も早く活性化させることができ、排気の浄化効率を向上させることが可能となる。

本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態の排気浄化装置１００では、図４に示すように、排気浄化部１０よりも上流側のケース２内に、排気中のＨＣを捕捉するＨＣトラップ触媒を担持したＨＣトラップ部６を設置してもよい。ＨＣトラップ触媒は、例えばゼオライト等により形成されており、ＨＣトラップ触媒温度が所定温度よりも低い場合に排気中のＨＣを捕捉し、ＨＣトラップ触媒温度が所定温度よりも高くなると捕捉したＨＣを脱離するように構成されている。

このように排気浄化装置１００において、排気浄化部１０よりも上流側にＨＣトラップ部６を設ければ、冷間始動後すぐに排気浄化部１０の触媒を活性化できない場合であっても、ＨＣをＨＣトラップ部６で一時的に捕捉し、ＨＣトラップ部がＨＣを脱離するまでの間に排気浄化部１０の触媒を活性化させることができ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、第２実施形態では、コイル１３に印加する交流電圧の電圧特性のうち、電圧値と周波数の両方を変更するように構成したが、いずれか一方のみを変更するように構成してもよい。

第１実施形態の排気浄化装置の概略構成図である。 排気浄化装置の排気浄化部の概略構成図である。 第２実施形態の排気浄化装置の概略構成図である。 ＨＣトラップ部を有する排気浄化装置を示す図である。

符号の説明

１００ 排気浄化装置
１ 排気管
２ ケース
３ シール部材
４ クッション部材
５ 温度センサ
６ ＨＣトラップ部
１０ 排気浄化部
１１ 担体
１１Ａ 筒部
１１Ｂ 通路壁
１２ 絶縁部
１３ コイル
２０ コントローラ
２１ 交流電圧発生器
２２ 電圧特性変更部

Claims (6)

1. エンジンから排出される排気を浄化する触媒を備える排気浄化装置において、
   多重管を構成するように複数の筒部を有し、隣接する筒部の間に排気を流す流路を形成するとともに、排気が流れる位置に触媒を担持する担体と、
   前記複数の筒部の外周にそれぞれ巻き回されるコイルと、
   前記筒部を誘導加熱することによって触媒を加熱するように、前記コイルに交流電圧を印加する印加手段と、
   を備えることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記コイルは、絶縁部材によって覆われる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記印加手段は、前記コイル毎に印加する交流電圧の電圧特性を制御する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記印加手段は、排気流量に基づき、交流電圧の電圧値及び周波数のうち少なくとも一方を制御する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 前記担体は、円筒形状の筒部を同心円状に配置する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
6. 前記担体が設けられる位置よりも排気流れ方向上流側に、ＨＣを捕捉するＨＣトラップ部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

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