JP2012062832A - Catalytic converter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気管に設けられる触媒コンバータ装置に関する。 The present invention relates to a catalytic converter device provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine.
内燃機関で生じた排気を浄化するために排気管に設けられる触媒コンバータ装置では、たとえば特許文献1に記載されているように、触媒を担持する金属触媒担体を通電して昇温させ、十分な触媒効果が得られるようにしたものがある。
In a catalytic converter device provided in an exhaust pipe for purifying exhaust gas generated in an internal combustion engine, for example, as described in
ところで、特許文献1に記載の構造では、金属触媒担体に通電するための電極の周囲に、インタラムマットが接触配置されている。一般に、金属触媒担体の上流側では、内燃機関の燃焼によって生じた水分が凝縮水として飛散することがあり、このとき発生した水滴をインタラムマットが吸収し、インタラムマットを介して電極間が短絡されてしまうと、触媒担体の加熱効率が低下するおそれがある。このような短絡を回避するためには、たとえばインタラムマットを電極と非接触で配置することも考えられるが、電極の周囲に水滴が付着すると、この水滴によって電極間が短絡されてしまうおそれがある。
Incidentally, in the structure described in
本発明は上記事実を考慮し、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる触媒コンバータ装置を得ることを課題とする。 In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a catalytic converter device that can suppress a decrease in the heating efficiency of the catalyst carrier due to water droplets generated in the exhaust pipe.
請求項1に記載の発明では、内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒を担持し、通電によって加熱される触媒担体と、筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられる筒体と、前記触媒担体の外周面に設けられ触媒担体に通電するための一対の電極と、絶縁性を有し、前記筒体と前記触媒担体との間に配置され弾性により触媒担体を筒体内に保持する保持部材と、前記筒体及び前記保持部材と前記電極との間に配置され、電極を筒体及び保持部材に対し絶縁する絶縁部材と、を有する。 In the first aspect of the present invention, a catalyst carrier for purifying exhaust gas exhausted from the internal combustion engine is carried, the catalyst carrier is heated by energization, and the catalyst carrier is accommodated in a cylindrical shape. And a cylindrical body attached to the exhaust pipe, a pair of electrodes provided on the outer peripheral surface of the catalyst carrier for energizing the catalyst carrier, and having an insulating property, disposed between the cylindrical body and the catalyst carrier. A holding member that holds the catalyst carrier in the cylinder by elasticity; and an insulating member that is disposed between the cylinder and the holding member and the electrode and insulates the electrode from the cylinder and the holding member.
この触媒コンバータ装置では、触媒担体が電極を通じて通電され加熱昇温されると、担持された触媒による浄化効果をより早く発揮させることができる。また、触媒担体は保持部材及び筒体を介して排気管に取り付けられており、保持部材は絶縁性を有しているので、保持部材を解して触媒担体と筒体とが短絡されることはない。 In this catalytic converter device, when the catalyst carrier is energized through the electrodes and heated and heated, the purification effect by the supported catalyst can be exhibited more quickly. In addition, the catalyst carrier is attached to the exhaust pipe via the holding member and the cylinder, and the holding member has insulating properties, so that the catalyst carrier and the cylinder are short-circuited through the holding member. There is no.
排気中には、内燃機関の燃焼で生じた水分が含まれることがあり、この水分が飛散して水滴が発生することがある。本発明では、筒体及び保持部材と電極との間に絶縁部材が配置されており、電極が筒体及び保持部材に対し絶縁されている。すなわち、電極と筒体との間、及び電極と保持部材の間の短絡が防止されるので、触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる。 The exhaust gas may contain moisture generated by combustion of the internal combustion engine, and this moisture may be scattered to generate water droplets. In this invention, the insulating member is arrange | positioned between the cylinder and the holding member, and the electrode, and the electrode is insulated with respect to the cylinder and the holding member. That is, since a short circuit between the electrode and the cylinder and between the electrode and the holding member is prevented, a decrease in the heating efficiency of the catalyst carrier can be suppressed.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記電極のそれぞれに対応して設けられ前記筒体を貫通する端子と、可撓性を有し前記端子と前記電極とを電気的に接続する導線部材と、を有し、前記絶縁部材が前記導線部材を前記筒体及び前記保持部材に対し絶縁している。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a terminal provided corresponding to each of the electrodes and penetrating the cylindrical body, and the flexible terminal and the electrode are provided. A conductive wire member that is electrically connected, and the insulating member insulates the conductive wire member from the cylindrical body and the holding member.
電極に対し、端子及び導線部材を通じて通電することができる。そして、絶縁部材は、導線部材を筒体及び保持部材に対し絶縁しているので、導線部材と筒体との間、及び導線部材と保持部材との間の短絡も防止される。 The electrode can be energized through the terminal and the conductor member. And since the insulating member is insulating the conducting wire member with respect to a cylinder and a holding member, the short circuit between a conducting wire member and a cylinder and between a conducting wire member and a holding member is also prevented.
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の発明において、前記保持部材が、前記電極よりも前記排気の流れ方向の上流側及び下流側に分割して設けられ、前記絶縁部材が、上流側及び下流側の前記保持部材の間で、且つ前記触媒担体または前記電極と前記筒体の間に充填された絶縁性粉体である。 In the invention of claim 3, in the invention of claim 2, the holding member is divided and provided on the upstream side and the downstream side in the exhaust flow direction from the electrode, and the insulating member is The insulating powder is filled between the holding member on the upstream side and the downstream side and between the catalyst carrier or the electrode and the cylindrical body.
このように、上流側の保持部材と下流側の保持部材の間で、且つ触媒担体または電極と筒体の間に絶縁性粉体を充填する簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。しかも絶縁性粉体は、全体として変形可能なので、筒体と触媒担体との相対移動(熱膨張によるズレや、車両からの振動等)が生じても、これを吸収することができる。 Thus, the required insulation is ensured with a simple structure in which the insulating powder is filled between the upstream holding member and the downstream holding member and between the catalyst carrier or electrode and the cylinder. it can. Moreover, since the insulating powder can be deformed as a whole, even if relative movement between the cylinder and the catalyst carrier (deviation due to thermal expansion, vibration from the vehicle, etc.) occurs, it can be absorbed.
請求項4に記載の発明では、請求項2に記載の発明において、前記絶縁部材が、可撓性を有し前記電極の表面及び前記導線部材の外面を覆う被覆部材である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the insulating member is a covering member that has flexibility and covers the surface of the electrode and the outer surface of the conducting wire member.
このように、電極の表面及び導線部材の外面を被覆部材で覆う簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。しかも、被覆部材は可撓性を有しているので、筒体と触媒担体との相対移動(熱膨張によるズレや、車両からの振動等)が生じても、これを吸収することができる。 Thus, the required insulation can be ensured with a simple structure in which the surface of the electrode and the outer surface of the conductor member are covered with the covering member. In addition, since the covering member is flexible, even if relative movement between the cylinder and the catalyst carrier (deviation due to thermal expansion, vibration from the vehicle, etc.) occurs, it can be absorbed.
本発明は上記構成としたので、排気管内で発生した水滴に起因する触媒担体の加熱効率の低下を抑制できる。 Since the present invention has the above configuration, it is possible to suppress a decrease in the heating efficiency of the catalyst carrier due to water droplets generated in the exhaust pipe.
図1には、本発明の第1実施形態の触媒コンバータ装置12が排気管10への装着状態で示されている。
FIG. 1 shows a catalytic converter device 12 according to a first embodiment of the present invention attached to an
図1に示すように、触媒コンバータ装置12は、導電性及び剛性を有する材料(導電性セラミック、導電性樹脂や金属等を適用可能であるが、本実施形態では特に導電性セラミックとしている)によって形成された触媒担体14を有している。触媒担体14は、ハニカム状または波状等とした薄板を渦巻状あるは同心円状等に構成することで材料の表面積が増大された円柱状あるいは円筒状に形成されており、表面には触媒(白金、パラジウム、ロジウム等)が付着された状態で担持されている。触媒は、排気管10内を流れる排気(流れ方向を矢印F1で示す)中の有害物質を浄化する作用を有している。なお、触媒担体14の表面積を増大させる構造は、上記したハニカム状や波状に限定されるものではない。
As shown in FIG. 1, the catalytic converter device 12 is made of a material having conductivity and rigidity (a conductive ceramic, a conductive resin, a metal, or the like can be applied, but in this embodiment, a conductive ceramic is used in particular). It has a
触媒担体14には2枚の電極16A、16Bが貼着され、さらに電極16A、16Bにはそれぞれ、導線部材20A、20Bを介して端子18A、18Bが接続されている。端子18A、18Bはいずれも、中心の芯材32の周囲を絶縁性のガラスコート層34及びセラミックコート層36が覆い、さらにその外周が金属カバー筒38でカバーされている。端子18A、18Bの芯材32は、ケース筒体28を貫通している。
Two
端子18A、18Bの端部は、金属等の導電性を有する材料で構成された導線部材20A、20Bを介して電極16A、16Bに接続されている。導線部材20A、20Bは、たとえばジグザグ状に、あるいは螺旋状に形成されて可撓性を有するようになっており、後述するようにケース筒体28と触媒担体14とが相対移動した場合に、この相対移動を吸収することが可能とされている。そして、端子18A、18Bから導線部材20A、20Bを通じて触媒担体14に通電することで、触媒担体14を加熱できる。この加熱により、表面に担持された触媒を昇温させることで、触媒の浄化作用をエンジン始動直後等であっても早く発揮させることができるようになっている。
The end portions of the
触媒担体14の外周には、絶縁性材料によって略円筒状に形成された保持部材26が配置されている。さらに、保持部材26の外周には、ステンレス等の金属で略円筒状に成形されたケース筒体28が配置されている。換言すれば、略円筒状のケース筒体28の内部に、触媒担体14が収容されると共に、ケース筒体28と触媒担体14との間に配置された保持部材26により、触媒担体14がケース筒体28の内部に、同心(中心線CL)で保持されている。そして、絶縁性を有する保持部材26が触媒担体14とケース筒体28との間に配置されているので、触媒担体14からケース筒体28への電気の流れが阻止されている。
A
また、保持部材26は所定の弾性も有している。金属製のケース筒体28と導電性セラミック製の触媒担体14とでは線膨張係数が異なっているため、排気管10内を通過する排気の熱や触媒担体14への通電加熱による膨張量が異なることとなるが、この膨張量の違いが、保持部材26の弾性により吸収される。さらに、排気管10を通じた振動の入力に対しても、保持部材26が緩衝作用を発揮しつつケース筒体28と触媒担体14との位置ズレを吸収する。なお、保持部材26は、上記した絶縁性及び弾性を有すれば、材質は限定されないがが、材料の例としては、繊維マットが好ましく、この他にインタラムマットやムライト等も適用可能である。
The
本実施形態では、保持部材26は、電極16A、16Bと非接触になるように、軸方向に2分割されており、上流側保持部材26Pと下流側保持部材26Qとが構成されている。そして、上流側保持部材26Pと下流側保持部材26Qの間に、電極16A、16Bを収容する電極収容部24が形成されている。保持部材26と電極16A、16Bとは非接触となっている。
In the present embodiment, the
また、図1から分かるように、保持部材26を全体で見たとき、触媒担体14と保持部材26とは軸方向で概ね同じ長さに形成されており、触媒担体14の上流側端面14Aと保持部材26の上流側端面26Aとは略面一になっている。同様に、触媒担体14の下流側端面14Bと保持部材26の下流側端面26Bとは略面一になっている。
Further, as can be seen from FIG. 1, when the
なお、保持部材26を上記のように2分割することなく、その上流側端面26Aから下流側端面26Bまで連続する略円筒状に形成してもよい。この場合には、電極収容部24を、電極16A、16Bのそれぞれに対応する位置に、保持部材26を厚み方向に貫通する孔部として構成することができる。
The holding
電極収容部24には、絶縁性粉体30が充填されている。絶縁性粉体30は、絶縁性、可撓性(変形可能性)、耐熱性及び撥水性を備えた部材であり、本実施形態では粉体の状態で電極収容部24に充填されている。絶縁性粉体30としては、たとえばタルク(滑石、ケイ酸塩鉱物)等を粉末状にしたものが挙げられる。このような絶縁性粉体30を電極収容部24に充填したことで、電極16A、16Bのそれぞれとケース筒体28の間、及び、電極16A、16Bのそれぞれと保持部材26との間が絶縁されている。また、絶縁性粉体30は導線部材20A、20Bの周囲を覆っており、導線部材20A、20Bのそれぞれとケース筒体28の間、及び、導線部材20A、20Bのそれぞれと保持部材26との間が絶縁されている。
The
次に、本実施形態の触媒コンバータ装置12の作用を説明する。 Next, the operation of the catalytic converter device 12 of this embodiment will be described.
図1に示すように、触媒コンバータ装置12は、そのケース筒体28が排気管10の途中に、排気管10と同心になるように取り付けられ、触媒担体14の内部を排気が通過する。このとき、触媒担体14に担持された触媒により、排気中の有害物質が浄化される。本実施形態の触媒コンバータ装置12では、端子18A、18B、導線部材20A、20B及び電極16A、16Bによって触媒担体14に通電し、触媒担体14を加熱することで、触媒担体14に担持された触媒を昇温させ、浄化作用をより早く発揮させることができる。たとえば、エンジンの始動直後等、排気の温度が低い場合には、あらかじめ触媒担体14への通電加熱を行うことで、エンジン始動初期における触媒の浄化性能を確保できる。
As shown in FIG. 1, the catalytic converter device 12 is attached so that its
排気中には水分が含まれているため、触媒コンバータ装置12よりも上流側では、排気管10内の水分が凝縮し水滴となる。そして、排気の流れによって下流側へと飛散するため、水滴が触媒担体14の外周面(触媒担体14と保持部材26の間)を通って電極収容部24に達することがある。あるいは、触媒担体14や保持部材26が吸水し、その水分が電極収容部24に染み出すことがある。さらに、気体の水分(水蒸気)も排気と共に触媒担体14を通過し電極収容部24に達することがある。水蒸気は、温度の低い電極16A、16Bの周囲では液化し、電極16A、16Bの表面に液体の水分として付着するおそれがある。
Since moisture is contained in the exhaust, the moisture in the
ここで、電極収容部24に絶縁性粉体30が充填されていない構成を想定すると、電極収容部24に浸入した水分により、電極16A、16Bのそれぞれとケース筒体28とが水分で短絡されたり、電極16A、16Bのそれぞれと、水分を含んだ保持部材26とが短絡されたりすることによって、電極16A、16Bの間の絶縁抵抗が低下することがある。このように電極16A、16Bの間の絶縁抵抗が低下すると、触媒担体14への通電量が少なくなってしまう。
Here, assuming a configuration in which the
本実施形態の触媒コンバータ装置12では、電極収容部24に絶縁性粉体30が充填されており、電極16A、16Bのそれぞれとケース筒体28の間、及び、電極16A、16Bのそれぞれと保持部材26との間が絶縁されている。したがって、電極収容部24に浸入した水分に起因する電極16A、16Bの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
In the catalytic converter device 12 of the present embodiment, the
しかも、本実施形態の絶縁性粉体30は電極収容部24に充填されており、電極収容部24内に隙間(空隙)が存在しないため、水分が浸入するスペースも生じないようになっている。加えて絶縁性粉体30は撥水性を備えており、絶縁性粉体30自体が吸水してしまうことも抑制されている。このように、絶縁性粉体30は吸水しないため、絶縁性粉体30の水分によって電極16A、16Bの絶縁抵抗が低下することも抑制される。そして、これにより、触媒担体14への通電量を確保して、触媒担体14の加熱効率を高く維持できる。
In addition, since the insulating
なお、絶縁性粉体30は、可撓性も有しており、全体として変形可能となっている。したがって、排気管10内を通過する排気の熱や触媒担体14への通電加熱による膨張量の違いや、排気管10を通じた振動の入力によるケース筒体28と触媒担体14との相対移動は、保持部材26の弾性だけでなく、絶縁性粉体30の変形により吸収される。
The insulating
また、絶縁性粉体30は、電極収容部24に充填されることで、導線部材20A、20Bのそれぞれとケース筒体28の間、及び、導線部材20A、20Bのそれぞれと保持部材26との間が絶縁されている。したがって、電極収容部24に浸入した水分に起因する導線部材20A、20Bの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
Further, the insulating
図2(A)には、本発明の第2実施形態の触媒コンバータ装置52が示されている。また、図2(B)には、触媒コンバータ装置52が部分的に拡大して示されている。第2実施形態において、第1実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
FIG. 2A shows a
第2実施形態の触媒コンバータ装置52では、第1実施形態に係る絶縁性粉体30に代えて、被覆部材54、56、58を有している。被覆部材54は、電極収容部24において、電極16A、16Bのそれぞれの表面(触媒担体14の外周面)を覆うように薄膜状に被覆されている。被覆部材56は、同じく電極収容部24において、ケース筒体28の内周面及、上流側保持部材26Pの下流側端面26C及び下流側保持部材26Qの上流側端面26Dを覆っている。被覆部材56は、導線部材20A、20Bの外側をそれぞれ覆っている。
The
被覆部材54、56、58はいずれも、絶縁性を有する材料(たとえば黒体コート等)で構成されている。特に、被覆部材58は所定の弾性(可撓性)を有しており、導線部材20A、20Bの変形に対する抵抗を少なくして、変形に追従するようになっている。
All of the covering
このような構成とされた第2実施形態の触媒コンバータ装置52においても、被覆部材54によって、電極16A、16Bのそれぞれとケース筒体28の間、及び、電極16A、16Bのそれぞれと保持部材26との間が絶縁されている。さらに、被覆部材56によっても、電極16A、16Bのそれぞれとケース筒体28の間、及び、電極16A、16Bのそれぞれと保持部材26との間が絶縁されている。したがって、電極収容部24に浸入した水分に起因する電極16A、16Bの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
Also in the
また、第2実施形態の触媒コンバータ装置52では、被覆部材58によって、導線部材20A、20Bのそれぞれとケース筒体28の間、及び、導線部材20A、20Bのそれぞれと保持部材26との間が絶縁されている。したがって、電極収容部24に浸入した水分に起因する導線部材20A、20Bの間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
Further, in the
しかも、被覆部材58は弾性を有しており、導線部材20A、20Bの変位及び変形に追従しやすいので、導線部材20A、20Bの変位及び変形を阻害することはない。
In addition, since the covering
なお、被覆部材54、56、58としては、必要とされる絶縁性を有し、さらに、排気による熱で不用意に変質しない程度の耐熱性を有していればよいが、さらに、被覆部材58としては、このように所定の弾性を有する構造とすることが望まれる。たとえば、マンガンと金属とを含有する黒体コートを被覆部材58に用いれば、マンガンと金属が化学的に結合し、線膨張係数が金属に比較的近くなるため、導線部材20A、20Bの変位及び変形に対する追従性が、一般的なガラスコート等と比較して高くなる。
The covering
第2実施形態において、被覆部材56がない構成であっても、被覆部材54によって、電極16A、16Bとケース筒体28の間、及び電極16A、16Bと保持部材26の間が絶縁される。同様に、被覆部材56のみによっても、電極16A、16Bとケース筒体28の間、及び電極16A、16Bと保持部材26の間が絶縁される。すなわち、被覆部材54、56のいずれか一方のみを設けた構成であっても、電極収容部24に浸入した水分に起因する電極16A、16Bの間の絶縁抵抗の低下を抑制するという上記効果は奏する。ただし、被覆部材56の近傍は、被覆部材54よりも触媒担体14から離れており、温度が低いために気体水分が液化しやすい。このように、液体の水分が付着しやすい部位を被覆部材56が覆うことで、電極収容部24に浸入した水分に起因する絶縁抵抗の低下を、より効果的に抑制できる。これに対し、被覆部材56を省略した構成では、より簡単な構造で、必要とされる絶縁性を確保できる。
In the second embodiment, even when the covering
10 排気管
12 触媒コンバータ装置
14 触媒担体
16A、16B 電極
18A、18B 端子
20A、20B 導線部材
24 電極収容部
26 保持部材
28 ケース筒体
30 絶縁性粉体
52 触媒コンバータ装置
54、56、58 被覆部材
CL 中心線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
筒状に形成されて内部に前記触媒担体が収容されると共に排気管に取り付けられる筒体と、
前記触媒担体の外周面に設けられ触媒担体に通電するための一対の電極と、
絶縁性を有し、前記筒体と前記触媒担体との間に配置され弾性により触媒担体を筒体内に保持する保持部材と、
前記筒体及び前記保持部材と前記電極との間に配置され、電極を筒体及び保持部材に対し絶縁する絶縁部材と、
を有する触媒コンバータ装置。 A catalyst carrier that carries a catalyst for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine and is heated by energization;
A cylindrical body that is formed in a cylindrical shape and contains the catalyst carrier therein and is attached to the exhaust pipe;
A pair of electrodes provided on the outer peripheral surface of the catalyst carrier for energizing the catalyst carrier;
A holding member that has insulation and is disposed between the cylinder and the catalyst carrier and elastically holds the catalyst carrier in the cylinder;
An insulating member disposed between the cylinder and the holding member and the electrode, and insulating the electrode from the cylinder and the holding member;
A catalytic converter device.
可撓性を有し前記端子と前記電極とを電気的に接続する導線部材と、
を有し、
前記絶縁部材が前記導線部材を前記筒体及び前記保持部材に対し絶縁している請求項1に記載の触媒コンバータ装置。 A terminal provided corresponding to each of the electrodes and penetrating the cylindrical body;
A conducting wire member having flexibility and electrically connecting the terminal and the electrode;
Have
The catalytic converter device according to claim 1, wherein the insulating member insulates the conducting wire member from the cylindrical body and the holding member.
前記絶縁部材が、上流側及び下流側の前記保持部材の間で、且つ前記触媒担体または前記電極と前記筒体の間に充填された絶縁性粉体である請求項2に記載の触媒コンバータ装置。 The holding member is divided and provided on the upstream side and the downstream side in the flow direction of the exhaust gas from the electrode,
The catalytic converter device according to claim 2, wherein the insulating member is an insulating powder filled between the upstream and downstream holding members and between the catalyst carrier or the electrode and the cylindrical body. .
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