JP2015148204A - 排ガス浄化用触媒コンバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、触媒担持体の上流側における内筒の内周面へのカーボンの堆積を抑制する。【解決手段】筒部材３８に流れる排ガスの一部は、筒部材３８に形成された貫通孔４２、及び外側フィン４０によって第２筒体２０の内周面に向けて排出され、第２筒体２０が効率的に加熱されて温度が上昇し易くなる。第２筒体２０にカーボンが付着する場合があるが、第２筒体２０に排ガスを当てて加熱することができるので、カーボンの燃焼を促進することができ、カーボンの堆積が抑制される。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられる排ガス浄化用触媒コンバータ装置に関する。

内燃機関で生じた排ガスを浄化するために排気管に設けられる排ガス浄化用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、通電により発熱する触媒担持体よりも排ガスの上流側を、外筒と内筒の二重構造にしたものがある（特許文献１参照）。

特開２０１３−１８５５７３号公報

特許文献１に記載の構造では、触媒担持体の上流側において、内筒の内周面に排ガス中のカーボンが堆積する場合があり、改善の余地があった。

本発明は上記事実を考慮し、触媒担持体の上流側において、内筒の内周面、及び内筒と外筒との間の空間内のカーボンの堆積を抑制できる排ガス浄化用触媒コンバータ装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置は、内燃機関から排出される排ガス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持体と、筒状に形成されて内部に前記触媒担持体が収容されると共に排気管に取り付けられる外筒と、前記触媒担持体の排ガス流れ方向上流側の端部から排ガス流れ方向上流側へ延びるように前記外筒の内部に設けられ、前記触媒担持体の排ガス流れ方向上流側端部よりも前記外筒の触媒担持体上流内部を流れる前記排ガスの流れ方向の上流側で、前記外筒との間に間隙が形成されるように前記外筒の内側に配置された内筒と、前記外筒の触媒担持体上流内部に設けられ、前記外筒の触媒担持体内部を流れる前記排ガスの一部を前記内筒に向けて吹き出させる排ガスガイドと、を有する。

請求項１に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置では、触媒担持体が通電により加熱されて昇温され、触媒担持体の温度が維持されると、担持された触媒による浄化効果を、昇温されていない場合と比較して、より高く発揮させることができる。

外筒の内部を流れる排ガスの一部が排ガスガイドによって触媒担持体の上流側に配置された内筒に向けて吹き出して内筒が排ガスによって加熱されるので、内筒にカーボンが付着し難く、また、内筒にカーボンが付着したとしても、付着したカーボンの燃焼が促進されるので、内筒の内面、及び内筒と外筒との間の空間にカーボンが堆積し難い。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、前記排ガスガイドは、前記排気管に接続された筒部材に形成されて前記排ガスが通過する貫通孔、及び前記筒部材に形成されて前記貫通孔から排出される前記排ガスを前記内筒に向けるフィンを備えている。

排気管を流れた排ガスは筒部材に流れ、筒部材の中を流れる排ガスが貫通孔を通過して筒部材の外側へ排出される。また、フィンは、貫通孔から排出される排ガスを内筒に向けるので、貫通孔から排出された排ガスを内筒に当てることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、前記フィンは、前記筒部材の内周側または前記筒部材の外周側に突出している。

筒部材の内周側に突出したフィンは、筒部材の中を流れる排ガスが当たることで、貫通孔から排出される前に排ガスを内筒に向けることができる。筒部材の外周側に突出したフィンは、貫通孔から排出された排ガスを内筒に向けることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、前記排ガスガイドは、前記排気管に形成されて前記排ガスが通過する貫通孔、及び前記排気管に形成されて前記貫通孔から排出される前記排ガスを前記内筒に向けるフィンを備えている。

請求項４に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置では、排気管の中を流れる排ガスが貫通孔を通過して排気管の外側へ排出される。また、フィンは、貫通孔から排出される排ガスを内筒に向けるので、貫通孔から排出された排ガスを内筒に当てることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、前記フィンは、前記排気管の内周側または前記排気管の外周側に突出している。

排気管の内周側に突出したフィンは、排気管の中を流れる排ガスが当たることで、貫通孔から排出される前に排ガスを内筒に向けることができる。また、排気管の外周側に突出したフィンは、貫通孔から排出された排ガスを内筒に向けることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、前記フィン、及び前記貫通孔は、切り起しにより形成されている。

フィン、及び貫通孔が切り起しによって形成されているので、フィンの形成と貫通孔の形成を同時に行うことができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、前記排ガスガイドは前記内筒の内側に前記内筒と対向して配置されている。

排ガスガイドを内筒の内側に内筒と対向して配置することで、内筒に当てる排ガスの向きを内筒の内周面に対して直角に近づけることができ、内筒を排ガスによって効率的に加熱することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置において、前記内筒は、前記外筒よりも薄く形成されている。

請求項８に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置では、内筒が外筒よりも薄く形成されているため、排ガスによって内筒の温度を上昇し易くできる。

請求項１に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置は上記構成としたので、内筒の内周面、及び内筒と外筒との間の空間内のカーボンの堆積を抑制することができる、という優れた効果を有する。

請求項２に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置では、フィンという簡単な構成によって排ガスの向きを変えることできる。また、フィンと貫通孔を筒部材に形成したので、排気管を加工する必要がなく、フィン及び貫通孔が排気管の構造に影響を及ぼすことが無い。

請求項３に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置では、フィンを内側に突出させた場合は、フィンに筒部材内部を通過する排ガスが直接当たることで、排ガスの向きを効率的に変更することができる。一方、フィンを外側に突出させた場合は、筒部材内を流れる排ガスがフィンによって抵抗を受けない。

請求項４に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置では、排気管に貫通孔とフィンを形成するという簡単な構成によって排ガスの流れを内筒に向けることができる。

請求項５に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置では、フィンを内側に突出させた場合は、フィンに排気管内部を通過する排ガスが直接当たることで、排ガスの向きを効率的に変更することができる。一方、フィンを外側に突出させた場合は、排気管内を流れる排ガスがフィンによって抵抗を受けない。

請求項６に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置は上記構成としたので、フィンの加工と貫通孔の加工とを別々に行う場合に比較して加工が容易になる。

請求項７に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置は上記構成としたので、カーボンが付着し難くなり、また、カーボンが付着したとしても付着したカーボンの燃焼を促進することができる。

請求項８に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置は、内筒の温度が上昇し易く、カーボンの燃焼を促進することができる。

第１実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。 第２実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。 第３実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置を排気管への取付状態において中心線を含む断面で示す断面図である。

［第１の実施形態］
図１にしたがって、本発明の第１の実施形態に係る排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０を説明する。以下において、単に「上流側」及び「下流側」というときは、排ガスの流れる方向（矢印Ｇ方向）における上流側及び下流側をそれぞれいうものとする。

図１に示すように、本実施例に係る排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０は、車両の駆動源としての内燃機関Ｅの排気管１２に取り付けられている。なお、この排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０が適用される駆動源は、内燃機関であるエンジンのみならず、エンジンと電気モーターとを併用したハイブリッドシステムであっても良い。

排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０は、排気管１２に接続されるケース筒体１６を備えており、ケース筒体１６の内部に触媒担持体１４が収容されている。ケース筒体１６は、円管状の部材であり、金属によって形成されている。ケース筒体１６を形成する材料としては、ステンレス鋼材を例示することができる。

本実施形態のケース筒体１６は、排ガスの流れ方向上流側（以下、上流側と略す。）に配置された第１筒体１８、及び排ガスの流れ方向下流側（以下、下流側と略す）に配置された第２筒体２０から構成されている。第１筒体１８は、下流側が一定径に形成された大径部１８Ａとされ、大径部１８Ａの上流側が徐々に縮径された縮径部１８Ｂとされ、縮径部１８Ｂの上流側が一定径に形成された連結部１８Ｃとされている。

一方、第２筒体２０は、軸方向中間部が一定径に形成された大径部２０Ａとされ、上流側が徐々に縮径された上流側縮径部２０Ｂとされ、下流側が徐々に縮径された下流側縮径部２０Ｃとされ、下流側縮径部２０Ｃの下流側が一定径に形成された連結部２０Ｄとされている。

第１筒体１８の大径部１８Ａには、第２筒体２０の上流側縮径部２０Ｂ、及び大径部２０Ａの上流側の一部分が挿入されており、第１筒体１８の大径部１８Ａの下流側の端部と、第２筒体２０の大径部２０Ａの外周面とが溶接にて接合されている。なお、本実施形態では、第２筒体２０のうちで第１筒体１８の内側に位置している部分（大径部１８Ａの下流側の端部よりも上流側の部分）が本発明の内筒に相当している。

触媒担持体１４は、円柱状に形成されて第２筒体２０の大径部２０Ａの内部に配置されている。触媒担持体１４は、通電されると電気抵抗となって発熱する材料によって形成されている。触媒担持体１４の材料としては、例えば、ＳｉＣを例示することができるが他の材料であっても良い。触媒担持体１４は、排ガスの流れる方向（矢印Ｇ方向）に延び且つ排ガスの流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。なお、触媒担持体１４の内部の構造は、本実施形態の構造に限らず、内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用に設けられる周知の触媒担持体と同様でよい。

触媒担持体１４には三元触媒が担持されている。尚、触媒担持体１４に担持される触媒は、三元触媒に限られるものではなく、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、又は選択還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。

触媒担持体１４の外周面には一対の電極２２が該触媒担持体１４を挟んで互いに対向するように設けられている。電極２２は、表面電極２２ａ及び軸電極２２ｂを含んで構成されている。表面電極２２ａは、触媒担持体１４の外周面に沿って周方向及び軸方向に延びている。軸電極２２ｂは、一端が表面電極２２ａに接続されており、他端がケース筒体１６の外側に突出している。

電極２２には車両に搭載されたバッテリ２４から供給電力制御部２６を介して電気が供給される。電極２２に電気が供給されると、触媒担持体１４に通電される。通電によって触媒担持体１４が発熱すると、触媒担持体１４に担持された触媒金属が加熱され、その活性化が促進される。供給電力制御部２６は、電極２２への電気の供給（即ち、触媒担持体１４への通電）を行う。供給電力制御部２６は、内燃機関に併設されたＥＣＵ２８に電気的に接続されており、該ＥＣＵ２８によってその動作が制御される。

ケース筒体１６の内壁面と触媒担持体１４の外周面との間には圧縮された触媒保持マット３０が挟み込まれている。つまり、ケース筒体１６内において、触媒担持体１４が触媒保持マット３０によって支持されている。

触媒保持マット３０は、電気絶縁材によって形成されている。触媒保持マット３０を形成する材料としては、高温耐久性を有するシリカ繊維、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維等の無機繊維を例示することができるが、他の材料であっても良い。触媒保持マット３０は、上記繊維を絡み合わせてマット状に形成したものであり、弾性を有している。電気絶縁材からなる触媒保持マット３０が、触媒担持体１４とケース筒体１６との間に挟み込まれているので、触媒担持体１４に通電したときに、触媒担持体１４に通電した電気がケース筒体１６へ流れることが抑制される。

ケース筒体１６には軸電極２２ｂを通すための貫通孔３２が開けられており、触媒保持マット３０には軸電極２２ｂを通すための貫通孔３４が開けられている。

第２筒体２０には、上流側縮径部２０Ｂの内周面及び外周面と、第２筒体２０の大径部２０Ａの内周面に、ガラス成分を含んだ絶縁材料からなる絶縁層３６が形成されている。

第１筒体１８の連結部１８Ｃには、筒部材３８が挿入されている。筒部材３８には、上流側に内燃機関から延びた排気管１２が挿入されている。筒部材３８は円管状の部材であり、金属によって形成されている。筒部材３８を形成する材料としては、ステンレス鋼材を例示することができる。

筒部材３８は、下流側が、第２筒体２０の上流側縮径部２０Ｂの内側に径方向に対向して配置されている。筒部材３８と上流側縮径部２０Ｂの上流側の端部との間には、間隙Ｓが形成されている。筒部材３８には、上流側縮径部２０Ｂの内側に対向して配置されている部分、即ち、上流側縮径部２０Ｂとオーバーラップしている領域に、切り起し加工により形成された外側フィン４０、及び貫通孔４２が軸方向、及び周方向に複数形成されている。この外側フィン４０、及び貫通孔が本発明の排ガスガイドに相当している。筒部材３８は、平板状の金属板に外側フィン４０、及び貫通孔４２を切り起し加工した後、円筒状に形成して周方向の端部同士を溶接等することで形成することができる。

外側フィン４０は、筒部材３８の径方向外側に突出するように形成され、径方向外側端部が、筒部材側の端部よりも排ガスの流れ方向の下流側に位置するように筒部材３８の軸方向に対して斜めに傾斜している。また、貫通孔４２は、外側フィン４０の下流側に形成されている。

（作用、効果）
以下、本実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０の作用、及び効果を説明する。
本実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０では、一対の電極２２を介して触媒担持体１４に電力を供給することにより、触媒担持体１４を急速に発熱させることができる。これにより、触媒担持体１４の温度を触媒活性温度まで急速に上昇させることができ、エンジン始動直後の排ガスの温度が低い状態であっても、触媒金属を活性化し、排ガスの浄化を効率的に行うことが出来る。

排気管１２から筒部材３８に流れる排ガスの一部は、筒部材３８に形成された貫通孔４２を介して筒部材３８の径方向外側へ排出され、外側フィン４０によって 第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分（上流側縮径部２０Ｂ、及び大径部２０Ａの一部分）の内周面に向けて排出される。

外側フィン４０、及び貫通孔４２の形成された筒部材３８が設けられていない場合には、排気管１２から排出された排ガスは、触媒担持体１４に至るまで軸方向に沿って流れるため、第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分に直接当たることは無い。しかしながら、本実施形態では、排気管１２から排出された排ガスが、筒部材３８に形成された貫通孔４２を介して筒部材３８の径方向外側へ排出され、貫通孔４２から排出された排ガスが、外側フィン４０によって第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分の内周面（上流側縮径部２０Ｂの内周面、及び大径部２０Ａの上流側の一部分の内周面）に向けて排出され第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分の内周面に直接当たるので、第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分が効率的に加熱されて第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分の温度が上昇し易くなる。

排ガス中には、たとえばエンジンの低温始動時等にカーボンが含まれることがあり、第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分の内周面にカーボンが付着する場合がある。しかしながら、本実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０では、第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分に排ガスを当てて加熱することができるので、カーボンの燃焼を促進することができ、第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分の内周面にカーボンが堆積することが抑制される。

なお、排ガスが、第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分の内周面に向けて直接当たるので、第２筒体２０を効率的に加熱することができ、また、第２筒体２０の内周面に付着したカーボンを吹き飛ばす効果も期待できる。

このようにしてカーボンの付着が抑制されるので、このカーボンによって一対の電極間が短絡することが抑制される。このため、触媒担持体１４への通電量を確保して触媒担持体１４を効果的に昇温させることができる。

また、本実施形態では、外側フィン４０、及び貫通孔４２を切り起し加工することで形成しているので、各々を別々に加工する場合に比較して加工が容易になる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０を図２にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図２に示すように、本実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０では、筒部材３８に、筒部材３８の外周側に突出する外側フィン４０と、内周側に突出する内側フィン４４とが形成されており、内側フィン４４は、筒部材３８の中を流れる排ガスの一部を貫通孔４２に向けると共に、第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分の内周面に向ける作用を有している。筒部材３８に内周側に突出する内側フィン４４を設けることで、内側フィン４４を設けない場合に比較して、筒部材３８の中を流れる排ガスを貫通孔４２から大量に排出させることができ、これによって第２筒体２０の触媒担持体１４よりも上流側部分を効率的に加熱することができ、カーボンの燃焼を促進することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０を図３にしたがって説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０では、筒部材３８が設けられておらず、代わりに貫通孔４２、及び内側フィン４４が排気管１２に形成されている。本実施形態の排ガス浄化用触媒コンバータ装置１０では、筒部材３８が設けられていないため、部品点数を削減でき、製造も容易となる。また、排気管１２には外周側に突出するフィンが設けられていないので、第１筒体１８の連結部１８Ｃに対して、排気管１２を上流側から挿入することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

上記実施形態では、本発明の内筒に相当する上流側縮径部２０Ｂが、第２筒体２０の一部であったが、上流側縮径部２０Ｂは、第２筒体２０とは別体で形成されていても良い。

なお、カーボンは、上流側縮径部２０Ｂの温度が高いほど燃焼が促進される。したがって、上流側縮径部２０Ｂの温度を上昇し易くするため、本発明の内筒に相当する上流側縮径部２０Ｂの厚みを、本発明の外筒に相当する第１筒体１８の厚み、及び第２筒体２０の上流側縮径部２０Ｂ以外の部分の厚みよりも薄くしても良い。

１０ 排ガス浄化用触媒コンバータ装置
１２ 排気管
１４ 触媒担持体
１６ ケース筒体（外筒）
２０Ａ 大径部（一部が内筒）
２０Ｂ 上流側縮径部（内筒）
３８ 筒部材
４０ 外側フィン（フィン）
４２ 貫通孔
４４ 内側フィン（フィン）

Claims (8)

1. 内燃機関から排出される排ガス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持体と、
   筒状に形成されて内部に前記触媒担持体が収容されると共に排気管に取り付けられる外筒と、
   前記触媒担持体の排ガス流れ方向上流側の端部から排ガス流れ方向上流側へ延びるように前記外筒の内部に設けられ、前記触媒担持体の排ガス流れ方向上流側端部よりも前記外筒の触媒担持体上流内部を流れる前記排ガスの流れ方向の上流側で、前記外筒との間に間隙が形成されるように前記外筒の内側に配置された内筒と、
   前記外筒の触媒担持体上流内部に設けられ、前記外筒の触媒担持体内部を流れる前記排ガスの一部を前記内筒に向けて吹き出させる排ガスガイドと、
   を有する排ガス浄化用触媒コンバータ装置。
2. 前記排ガスガイドは、前記排気管に接続された筒部材に形成されて前記排ガスが通過する貫通孔、及び前記筒部材に形成されて前記貫通孔から排出される前記排ガスを前記内筒に向けるフィンを備えている、請求項１に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置。
3. 前記フィンは、前記筒部材の内周側または前記筒部材の外周側に突出している、請求項２に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置。
4. 前記排ガスガイドは、前記排気管に形成されて前記排ガスが通過する貫通孔、及び前記排気管に形成されて前記貫通孔から排出される前記排ガスを前記内筒に向けるフィンを備えている、請求項１に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置。
5. 前記フィンは、前記排気管の内周側または前記排気管の外周側に突出している、請求項４に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置。
6. 前記フィン、及び前記貫通孔は、切り起しにより形成されている、請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置。
7. 前記排ガスガイドは前記内筒の内側に前記内筒と径方向に対向して配置されている、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置。
8. 前記内筒は、前記外筒よりも薄く形成されている、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の排ガス浄化用触媒コンバータ装置。

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