JP2020169614A - 排気ガス加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータ部の電極に接続された接続部の劣化を抑制することが可能な排気ガス加熱装置を提供する。【解決手段】排気ガス加熱装置１０は、ヒータ部２０と筒部３０と接続部４０とを備える。ヒータ部２０は、排出流路１１０に沿った方向に延びる第１電極部２２と、第１電極部２２の周りに配置される発熱部２４と、発熱部２４の外周面２４Ｃ側に設けられる第２電極部２８と、を備え、発熱部２４の一端面２４Ａが他端面２４Ｂよりも排出流路１１０において上流側に配置され、一端面２４Ａと他端面２４Ｂとの間に排気ガスを流す空隙が構成されてなる。筒部３０は、発熱部２４の外周面２４Ｃを囲んで配置され、ヒータ部２０を内部に保持する。接続部４０は、排出流路１１０において他端面２４Ｂよりも下流側に配置され、第１電極部２２及び第１電極部２２よりも筒部３０側に設けられた導体部に電気的に接続される。【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガス加熱装置に関する。

特許文献１には、排気ガスを加熱するヒータ部を備えた内燃機関の触媒装置が開示されている。この装置に用いられるヒータ部は、金属薄板の片面に絶縁シートを積層して渦巻状に巻回したハニカム状をなし、金属薄板の中心側と外周側にそれぞれ正電極及び負電極が接続される構成をなす。正電極及び負電極にはリード線がそれぞれ接続され、ヒータ部は、リード線を介して通電されることにより金属薄板が発熱する構成となっている。

特許文献１に開示された触媒装置は、排気ガスの排出流路においてヒータ部よりも上流側に保持具が配置され、保持具の中央開口からリード線が前側に引き出される構成となっている。

特開２０１８−１７３０７６号公報

特許文献１に開示された装置は、リード線がヒータ部よりも上流側に配置されるため、排気ガスがヒータ部を介さずに直接的にリード線に当たってしまう。ゆえに、排気ガスのガス圧や排気ガスの温度によってリード線が劣化する可能性があり、改良の余地がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ヒータ部の電極に接続された接続部の劣化を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の一つである排気ガス加熱装置は、
内燃機関における排気ガスの排出流路に配置される排気ガス加熱装置であって、
前記排出流路に沿った方向に延びる第１電極部と、前記第１電極部に電気的に接続されるとともに前記第１電極部の周りに配置される発熱部と、前記発熱部の外周面側に設けられるとともに前記発熱部に電気的に接続される第２電極部と、を備え、前記発熱部の一端面が他端面よりも前記排出流路において上流側に配置され、前記一端面と前記他端面との間に前記排気ガスを流す空隙が構成されてなるヒータ部と、
筒状に構成されるとともに前記発熱部の前記外周面を囲んで配置され、前記ヒータ部を内部に保持する筒部と、
前記排出流路において前記他端面よりも下流側に配置され、前記第１電極部及び前記第１電極部よりも前記筒部側に設けられた導体部に電気的に接続される接続部と、
を備える。

この構成では、接続部がヒータ部よりも下流側（具体的には、ヒータ部の他端面よりも下流側）に配置されるため、排気ガスがヒータ部を介さずに直接的に接続部に当たることを抑制することができる。従って、排気ガスによって接続部に加わるガス圧が抑えられ、ガス圧に起因する接続部の劣化を抑制することができる。しかも、排気ガスがヒータ部よりも高温となっている期間には、高温の排気ガスが接続部に達する前にヒータ部によって排気ガスの温度を低下させ、接続部に当たる排気ガスの温度を緩和することができる。よって、接続部の劣化を一層抑制することができる。

上記構成において、接続部は、排出流路においてヒータ部よりも下流側からヒータ部を支持してもよい。この構成によれば、排気ガスによりヒータ部が下流側に押される場合であっても、接続部によりヒータ部の変位（下流側への位置ずれ）を規制することができる。

上記構成において、接続部は、第１電極部側から筒部側に向かって延びる複数の接続要素部を有していてもよい。複数の接続要素部は、筒部において周方向に互いに離間した複数の部位にそれぞれ連結されていてもよい。この構成によれば、排気ガスによってヒータ部が下流側に押された場合に、下流側に移動しようとするヒータ部を、直接的に又は他部位を介して間接的に、複数の接続要素部及び筒部の複数の部位（周方向に離間した複数の部位）によって受けることができる。このため、ヒータ部が下流側に押された場合には、特定の１カ所のみに荷重が加わることを抑えながらヒータ部をよりバランスよく支持することができる。

上記構成において、複数の接続要素部は、発熱部に対して他端面に接触しつつ下流側から支持する構成であってもよい。この構成によれば、発熱部の他端面に複数の接続要素部を接触させて発熱部の変位を規制することができるため、ヒータ部全体の変位をバランスよく規制することができる。

上記構成において、接続部は、第１電極部側から筒部側に向かって延びる導電部と、発熱部の他端面と導電部との間に配置される絶縁材料を有する絶縁部と、を有していてもよい。更に、接続部は、発熱部と導電部とが絶縁部を介在させて絶縁されていてもよい。この構成によれば、絶縁材料を有する絶縁部を介在させて発熱部と導電部の間の絶縁状態をより確実に維持することができる。

上記構成において、導電部は、柱状をなしていてもよい。絶縁部は、導電部の周囲を被覆する構成であってもよい。この構成によれば、導電部の剛性を高めやすく、しかも、絶縁部が導電部の周囲を被覆する構成であるため、接続部全体の剛性は一層高まる。よって、ヒータ部が下流側に押されたときに、接続部がヒータ部をより安定的に支持することができる。また、絶縁部が導電部の周囲を被覆する構成であるため、導電部と発熱部の間をより確実に絶縁することができる。

上記構成において、導電部は、少なくとも一部が絶縁部の下流側の端部よりも下流側に配置されてもよい。この構成によれば、導電部の少なくとも一部を絶縁部よりも下流側に及ばせるようにして導電部の断面積を増大させることができるため、導電部の強度を高めることができる。

上記構成において、導電部は、第１電極部側から筒部側に向かって延び、延びる方向と直交する断面が排気ガスの流れる方向に沿うように延びる形状をなす特定形状部を有していてもよい。そして、特定形状部が他端面の下流側において上記「延びる方向」の一定範囲にわたって形成されていてもよい。この構成によれば、導電部に特定形状部を設けることにより、導電部の断面積を増大させて強度を高めつつ導電部が排気ガスの流れを遮る面積を抑えることができる。

上記構成において、排気ガス加熱装置は、筒部の内側又は外側に配され、ヒータ部の外周面を囲む筒状をなす第２筒部を更に備えてもよい。この構成によれば、筒部だけでなく第２筒部もヒータ部を囲む構造となるから、ヒータ部の熱が筒部の外側に逃げることをより一層抑制することができる。

上記構成において、排気ガス加熱装置は、筒部と第２筒部とを互いに絶縁させた状態で保持する保持部を有してもよい。この構成によれば、筒部と第２筒部を異なる電位で使用する使用方法が可能となり、これらを別々の電位で使用すべき環境において有利な構成となる。

上記構成において、排気ガス加熱装置は、ヒータ部が筒部の内壁面に支持される形で嵌め込まれ、筒部の外壁面が当該排気ガス加熱装置の外側に露出した構成をなしてもよい。この構成によれば、ヒータ部の周りをより簡易な構造とすることができる。

本発明によれば、ヒータ部の電極に接続された接続部の劣化を抑制することができる。

第１実施形態に係る排気ガス加熱装置の配置を示す模式図である。 排気ガス加熱装置を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した排気ガス加熱装置の断面図である。 ヒータ部の構成を示す模式図である。 排気ガス加熱装置を排気ガスの排出流路の下流側から視た平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線で切断した接続部の断面図である。 第２実施形態に係る排気ガス加熱装置を排気ガスの排出流路の下流側から視た平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した接続部の断面図である。 第３実施形態に係る排気ガス加熱装置を排気ガスの排出流路の下流側から視た平面図である。 第４実施形態に係る排気ガス加熱装置を示す斜視図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線で切断した排気ガス加熱装置の断面図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について、図１〜図６を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態における排気ガス加熱装置１０（以下、加熱装置１０ともいう）は、図１に示すように、車両１００の内燃機関１０２における排気ガスの排出流路１１０に配置される。車両１００は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関１０２と、モータ１０４とを備えたハイブリッド車両であり、内燃機関１０２及びモータ１０４が車輪１０６を駆動する。加熱装置１０は、排出流路１１０において触媒部１２０よりも上流側に配置され、低温時の排気ガスを加熱して触媒部１２０における触媒反応を促進させる。車両１００は、加熱装置１０の通電を制御する制御部１０８を備えている。制御部１０８は、例えばＣＰＵを有する制御装置（例えばマイクロコンピュータ）や加熱装置１０を通電する駆動回路などを備えており、外部ＥＣＵ１０９と通信可能に設けられている。

排出流路１１０は、内燃機関１０２の排気ポートに接続される第１流路１１２と、第１流路１１２の下流側に位置する第２流路１１４と、を有する。第２流路１１４の内側には触媒部１２０が配置され、第１流路１１２の内側には加熱装置１０が配置される。本実施形態では、第１流路１１２は、第２流路１１４よりも内径が小さくなっており、第１流路１１２の流路面積は、第２流路１１４の流路面積よりも小さくなっている。このような構成であるため、第２流路１１４に嵌り込む触媒部の外径よりも第１流路１１２に嵌り込む加熱装置１０の外径を小さくすることができる。従って、加熱装置１０の径が触媒部の径と同等の場合と比べて、加熱装置１０の熱容量を小さくすることができる。このような加熱装置１０を用いれば、加熱を開始してから設定温度に到達させるまでの時間をより短くすることができ、排気ガスの温度上昇が早められる。

触媒部１２０は排気ガスを浄化する部分であり、本実施形態ではＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒を備えている。触媒部１２０は、図示しない尿素水噴射装置や、ＳＣＲ触媒の上流側に設置されるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）等も備えている。

ところで、触媒部の上流側に加熱装置が配置される構成では、特許文献１のように加熱装置と触媒部とを一体的に保持して、排出流路内に配置することが一般的であった。このような構成では、加熱装置と触媒部との間に導電路（加熱装置を通電するための導電路）を配置することが難しく、導電路を加熱装置の上流側に配置せざるを得なかった。これに対し、本実施形態では、加熱装置１０を触媒部１２０から上流側に離間して排出流路１１０に配置する構成を新たに採用した。更に、このような配置によって生じた空間（加熱装置１０と触媒部１２０との間の空間）に導電路（ヒータ部の電極に接続された接続部）を配置することで導電路の劣化を抑制することが可能な構成とした。

加熱装置１０は、図２に示すように、ヒータ部２０と、筒部３０と、第２筒部５０と、接続部４０と、を備えている。加熱装置１０は、全体としては略円柱状をなし、第１流路１１２（図１）内に保持される。加熱装置１０は、第１流路１１２に流入する排気ガスの温度が所定温度以下の場合にヒータ部２０が通電状態となり、所定温度以上の場合にヒータ部２０が非通電状態となるように制御部１０８によって通電が制御される。図２において、排出流路１１０における排気ガスの流速方向を矢印Ｆにて示す。

ヒータ部２０は、図３に示すように、第１電極部２２と、発熱部２４と、第２電極部２８と、を備えている。ヒータ部２０は、第１電極部２２と第２電極部２８の間で発熱部２４に通電することにより発熱部２４が発熱する構成となっている。ヒータ部２０は、発熱部２４の一端面２４Ａが他端面２４Ｂよりも排出流路１１０において上流側に配置され、一端面２４Ａと他端面２４Ｂとの間に排気ガスを流す空隙が構成されてなる。

発熱部２４は、図４に示すように、第１電極部２２に電気的に接続されるとともに第１電極部２２の周りに配置される。本実施形態では、発熱部２４は、第１電極部２２の周りに巻き回された構成をなす。発熱部２４は、短冊状の金属薄板２５と、金属薄板２５の片面に積層された絶縁シート２６とによって構成され、金属薄板２５と絶縁シート２６が長さ方向に沿って渦巻状に巻き回されている。金属薄板２５は、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金とすることができる。絶縁シート２６は、例えばアルミナワイヤを布状に編んだ編物とすることができる。金属薄板２５には、図示しない凹凸形状が付与されており、巻き回された状態で金属薄板２５の幅方向に沿って延びる空隙が形成される。

図３に示すように、発熱部２４の一端面２４Ａは、排気ガスが流れ込む面である。発熱部２４の他端面２４Ｂは、排気ガスが流れ出る面である。発熱部２４の外周面２４Ｃは、一端面２４Ａと他端面２４Ｂの間において環状に配置される外周の面である。本実施形態では、発熱部２４の一端面２４Ａと他端面２４Ｂは、互いに重なる金属薄板２５と金属薄板２５との間に空隙が開口する形で、金属薄板２５の幅方向両端面によって構成されている。発熱部２４の外周面２４Ｃは、絶縁シート２６における最も外周に巻き回された部分によって構成される。

図３に示すように、第１電極部２２は、排出流路１１０（図１）に沿った方向に延びる構成をなす。例えば、排出流路１１０において加熱装置１０が配置された部位は円筒状に構成された部位であり、この円筒状の部位における円筒の中心線の方向に沿うように第１電極部２２が配置される。具体的には、図３で示す矢印Ｆの方向が上記円筒状の部位（排出流路１１０における加熱装置１０が配置された部位）での流れの方向であり、この流れの方向に沿って延びるように第１電極部２２が配置される。第１電極部２２は、発熱部２４の中心側に設けられるとともに発熱部２４に電気的に接続された構成をなす。第１電極部２２は、例えばＮｉ（ニッケル）等の導電性を有する柱状部材で構成され、負極側の電極として金属薄板２５（図４）の長手方向一端部に接触しつつ固定され、金属薄板２５に電気的に接続される。本明細書でいう金属薄板２５の長手方向とは、金属薄板２５を直線状に引き延ばした場合の長手方向を意味する。第１電極部２２は、発熱部２４の一端面２４Ａ付近から他端面２４Ｂまで延びるとともに他端面２４Ｂから排出流路１１０の下流側に向かって突出する形で設けられる。

第２電極部２８は、図３に示すように、発熱部２４の外周面２４Ｃ側に設けられるとともに発熱部２４に電気的に接続される。第２電極部２８は、例えばＮｉ（ニッケル）等の導電性を有する板状部材で構成され、正極側の電極として金属薄板２５（図４）の長手方向他端部に接触しつつ固定され、金属薄板２５に電気的に接続される。第２電極部２８は、発熱部２４の他端面２４Ｂ付近から一端面２４Ａまで延びるとともに一端面２４Ａから排出流路１１０の上流側に向かって突出する形で設けられる。

筒部３０は、図３に示すように、筒状に構成されるとともに発熱部２４の外周面２４Ｃを囲んで配置され、ヒータ部２０を内部に保持する。本明細書において、筒部が「ヒータ部を内部に保持する構成」は、筒部がヒータ部に直接接触して保持する構成、及び他部材を介して間接的に保持する構成（筒部とヒータ部との間に他部材が介在する構成）をいずれも含む。本実施形態では、ヒータ部２０が筒部３０の内壁面３０Ａに支持される形で嵌め込まれ、筒部３０の内壁面３０Ａがヒータ部２０の外周面に直接接触してヒータ部２０を保持する。筒部３０の内壁面３０Ａとヒータ部２０の金属薄板２５との間には、絶縁シート２６が介在しており、筒部３０と金属薄板２５とが絶縁がされている。

筒部３０は、導電性を有し、第１電極部２２に接続される導電路の一部を構成する。本実施形態では、筒部３０が「筒部側に設けられた導体部」の一例である。なお、「筒部側に設けられた導体部」は、本実施形態のように筒部そのものであってもよく、また、筒部に固定された端子であってもよく、筒部とは別の筒部などであってもよい。筒部３０には、筒部３０と電気的に接続される第１端子３２が設けられている。加熱装置１０は、第１端子３２を介して加熱装置１０の外部に設けられた図示しない回路に電気的に接続される。

第２筒部５０は、図３に示すように、筒部３０の外側に配され、ヒータ部２０の外周面２４Ｃを囲むとともに筒部３０の外壁面３０Ｂ（外周面）をも囲む筒状をなす。第２筒部５０は、筒部３０より一回り大きい構成とされ、筒部３０と同心状に配置される。第２筒部５０の内壁面（内周面）は、筒部３０の外壁面３０Ｂから離れて配置され、具体的には、一対の保持部６０が筒部３０と第２筒部５０とを離間状態で配置しつつ筒部３０と第２筒部５０とを互いに絶縁した状態で保持している。一対の保持部６０はいずれも、絶縁材料によって形成された環状部材からなる。一方の保持部６０は、筒部３０の上流側端部において筒部３０と第２筒部５０の間に配され、筒部３０の上流側端部を第２筒部５０内で保持する。他方の保持部６０は、筒部３０の下流側端部において筒部３０と第２筒部５０の間に配され、筒部３０の下流側端部を第２筒部５０内で保持する。筒部３０と第２筒部５０の間には、上流側に配された保持部６０と、下流側に配された保持部６０の間に排気ガスや空気、ガラスウール等で満たされた断熱層が形成されている。第２筒部５０の外壁面は、排出流路１１０内において加熱装置１０の外側に露出した構成をなし、具体的には、排出流路１１０の内壁面に近接するように配置される。第２筒部５０の外壁面は、排出流路１１０の内壁面に接触するように排出流路１１０に嵌り込んでいてもよく、排出流路１１０の内壁面に接触していなくてもよい。あるいは、第２筒部５０が排出流路１１０の一部を構成し、排出流路１１０の他の部位に対して着脱可能とされていてもよい。この場合、第２筒部５０の上流側及び下流側にそれぞれに続く構成で、排出流路１１０を構成する他の管路がそれぞれ接続されていればよい。第２筒部５０には、第２電極部２８に接続される第２端子５２が設けられている。加熱装置１０は、第２端子５２を介して加熱装置１０の外部に設けられた図示しない回路に電気的に接続される。

接続部４０は、図３に示すように、排出流路１１０（図１）において他端面２４Ｂよりも下流側に配置され、第１電極部２２及び筒部３０（第１電極部２２よりも筒部３０側に設けられた導体部）に電気的に接続される。具体的には、接続部４０は、第１電極部２２の突出部（第１電極部２２のうちの他端面２４Ｂから突出した部分）に接続されるとともに筒部３０の内壁面３０Ａに接続され、第１電極部２２の突出部と内壁面３０Ａとの間に架け渡された形態で、第１電極部２２と筒部３０とを連結する。接続部４０の第１電極部２２及び筒部３０への接続態様は特に限定するものではないが、後述する導電部４２が第１電極部２２と一体に形成されるとともに、導電部４２が筒部３０の内壁面３０Ａに接合（例えば溶接）される態様を例示することができる。

接続部４０は、排出流路１１０（図１）においてヒータ部２０よりも下流側からヒータ部２０を支持する。なお、本明細書において、接続部がヒータ部を「下流側から支持する構成」は、ヒータ部を常時支持する構成であってもよく、ヒータ部が下流側にずれたときにヒータ部を支持する構成であってもよい。さらに、接続部がヒータ部を「下流側から支持する構成」は、発熱部の他端面を上流側に向かって押す構成であってもよく、第１電極部付近のみに対して上流側に向かう力を加える構成などであってもよい。図３の例では、接続部４０は、ヒータ部２０に接触してヒータ部２０を常時支持する構成をなし、排気ガスによって発熱部２４が下流側に押された場合には他端面２４Ｂを上流側に向かって押すように機能する。

接続部４０は、図５に示すように、第１電極部２２側から筒部３０側に向かって延びる導電部４２と、発熱部２４の他端面２４Ｂと導電部４２との間に配置される絶縁材料を有する絶縁部４４と、を備える。そして、発熱部２４と導電部４２とが絶縁部４４を介在させて絶縁されている（図６参照）。なお、この絶縁部４４と発熱部２４の他端面２４Ｂは常時接触する構成であってもよく、ヒータ部２０が下流側にずれたときに絶縁部４４が他端面２４Ｂに接触してヒータ部２０を支持する構成であってもよい。導電部４２は、柱状をなし、より具体的には、例えば円柱状又は棒状に構成されている。導電部４２は、第１電極部２２と一体的に成形されていてもよく、第１電極部２２に接合されていてもよい。絶縁部４４は、導電部４２の周囲を被覆する構成である。本実施形態では、絶縁部４４は、絶縁材料からなる絶縁被膜によって構成され、導電部４２の外周面４２Ａを全周に亘って覆う形で形成されている。絶縁部４４が外周面４２Ａを全周に亘って覆うように構成された部分は、後述する各々の接続要素部４０Ａの導電部４２において第１電極部２２側（第１電極部２２に近接する位置）から内壁面３０Ａ側（内壁面３０Ａに近接する位置）まで及ぶように配置されている。

接続部４０は、図５に示すように、第１電極部２２側から筒部３０側に向かって延びる複数の接続要素部４０Ａを有し、複数の接続要素部４０Ａは、筒部３０において周方向に互いに離間した複数の部位にそれぞれ連結されている。第１電極部側から筒部側に向かって複数の接続要素部が延びる構成としては、２本の接続要素部が第１電極部２２を挟んで両側に向かって延びる形に構成されるもの、３本の接続要素部がＹ字状に構成されるもの、４本の接続要素部がＸ字状に構成されるもの、５本以上の接続要素部が放射状に構成されるもの等が挙げられる。図５では、これらのうちの一態様（４本の接続要素部４０ＡがＸ字状に構成された例）を示している。図５の例では、複数の接続要素部４０Ａの各々が発熱部２４の他端面２４Ｂに接触しつつ発熱部２４を下流側から支持する構成をなし、具体的には、周方向に離間した複数の位置で発熱部２４を支持する。

次に、上記のように構成された第１実施形態の作用および効果について説明する。
本実施形態の構成では、接続部４０がヒータ部２０よりも下流側（具体的には、ヒータ部２０の他端面２４Ｂよりも下流側）に配置されるため、排気ガスがヒータ部２０を介さずに直接的に接続部４０に当たることを抑制することができる。従って、排気ガスによって接続部４０に加わるガス圧が抑えられ、ガス圧に起因する接続部４０の劣化を抑制することができる。しかも、排気ガスがヒータ部２０よりも高温となっている期間には、高温の排気ガスが接続部４０に達する前にヒータ部２０によって排気ガスの温度を低下させ、接続部４０に当たる排気ガスの温度を緩和することができる。よって、接続部４０の劣化を一層抑制することができる。

本実施形態の加熱装置１０が適用される車両では、制御部１０８が、排出流路１１０を流れる排気ガスの温度を継続的に監視し、内燃機関の動作中に排気ガスの温度が所定の閾値温度以下である場合に加熱装置１０を通電させるように制御を行う。このような構成のものにおいて、内燃機関の動作中に「加熱装置１０が動作する期間」よりも「加熱装置１０の動作が停止する期間」のほうが長ければ、接続部４０を保護する効果が高くなる。より詳しくは、内燃機関の動作中に、「排出流路１１０を流れる排気ガスの温度が加熱装置１０の温度を上回っている期間」のほうが「排出流路１１０を流れる排気ガスの温度が加熱装置１０の温度以下の期間」よりも長ければ接続部４０を保護する効果が高くなる。なお、上記閾値温度は、例えば加熱装置１０の動作時（通電時）の温度よりも高い温度である。

また、本実施形態では、接続部４０は、排出流路１１０においてヒータ部２０よりも下流側からヒータ部２０を支持する。この構成によれば、排気ガスによりヒータ部２０が下流側に押される場合であっても、接続部４０によりヒータ部２０の変位（下流側への位置ずれ）を規制することができる。加熱装置１０を触媒部１２０から上流側に離間して触媒部１２０とは別に排出流路１１０に保持する新規な構成では、ヒータ部２０を触媒部１２０によって支持することができず、接続部４０によってヒータ部２０を支持する本実施形態の構成が特に有効である。

また、本実施形態では、接続部４０は、複数の接続要素部４０Ａが、筒部３０において周方向に互いに離間した複数の部位にそれぞれ連結されている。この構成によれば、排気ガスによってヒータ部２０が下流側に押された場合に、下流側に移動しようとするヒータ部２０を、直接的に又は他部位を介して間接的に、複数の接続要素部４０Ａ及び筒部３０の複数の部位（周方向に離間した複数の部位）によって受けることができる。このため、ヒータ部２０が下流側に押された場合には、特定の１カ所のみに荷重が加わることを抑えながらヒータ部２０をよりバランスよく支持することができる。

また、本実施形態では、複数の接続要素部４０Ａは、発熱部２４に対して他端面２４Ｂに接触しつつ下流側から支持する構成である。この構成によれば、発熱部２４の他端面２４Ｂに複数の接続要素部４０Ａを接触させて発熱部２４の変位を規制することができるため、ヒータ部２０全体の変位をバランスよく規制することができる。

また、本実施形態では、接続部４０は、第１電極部２２側から筒部３０側に向かって延びる導電部４２と、発熱部２４の他端面２４Ｂと導電部４２との間に配置される絶縁材料を有する絶縁部４４と、を有する。接続部４０は、発熱部２４と導電部４２とが絶縁部４４を介在させて絶縁されている。この構成によれば、絶縁材料を有する絶縁部４４を介在させて発熱部２４と導電部４２の間の絶縁状態をより確実に維持することができる。

また、本実施形態では、導電部４２は、柱状をなし、絶縁部４４は、導電部４２の周囲を被覆する構成である。この構成によれば、例えば、導電部をリード線等の不定形状の可撓性材料によって構成する場合と比較して導電部４２の剛性を高めやすく、しかも、絶縁部４４が導電部４２の周囲を被覆する構成であるため、接続部４０全体の剛性が一層高まる。よって、ヒータ部２０が下流側に押されたときに、接続部４０がヒータ部２０をより安定的に支持することができる。また、絶縁部４４が導電部４２の周囲を被覆する構成であるため、導電部４２と発熱部２４の間をより確実に絶縁することができる。

また、本実施形態では、加熱装置１０は、筒部３０の外側に配され、ヒータ部２０の外周面２４Ｃを囲む筒状をなす第２筒部５０を更に備える。この構成によれば、筒部３０だけでなく第２筒部５０もヒータ部２０を囲む構造となるから、ヒータ部２０の熱が筒部３０の外側に逃げることをより一層抑制することができる。

また、本実施形態では、加熱装置１０は、筒部３０と第２筒部５０とを互いに絶縁させた状態で保持する保持部６０を有する。この構成によれば、筒部３０と第２筒部５０を異なる電位で使用する使用方法が可能となり、これらを別々の電位で使用すべき環境において有利な構成となる。

＜第２実施形態＞
次に、図７、図８等を参照し、第２実施形態に係る排気ガス加熱装置２１０（以下、加熱装置２１０ともいう）について説明する。第２実施形態で示す加熱装置２１０は、接続部の構成が第１実施形態の加熱装置１０と相違する。その他の構成は、第１実施形態の加熱装置１０と同様である。よって、図７、図８で示す第２実施形態の加熱装置２１０において第１実施形態の加熱装置１０と同様の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

接続部２４０は、第１電極部２２側から筒部３０側に向かって延びる導電部２４２と、発熱部２４の他端面２４Ｂと導電部２４２との間に配置される絶縁材料を有する絶縁部２４４と、を有する。そして、発熱部２４と導電部２４２とが絶縁部２４４を介在させて絶縁されている。なお、この絶縁部２４４と発熱部２４の他端面２４Ｂは常時接触する構成であってもよく、ヒータ部２０が下流側にずれたときに絶縁部２４４が他端面２４Ｂに接触してヒータ部２０を支持する構成であってもよい。

導電部２４２は、少なくとも一部が絶縁部２４４の下流側の端部よりも下流側に配置される。導電部２４２は、第１電極部２２側から筒部側に向かって延び、延びる方向と直交する断面が排気ガスの流れる方向に沿うように延びる形状をなす特定形状部２４３を有する。この特定形状部２４３が他端面２４Ｂの下流側において導電部２４２の延びる方向の一定範囲にわたって形成されている。この「一定範囲」は、発熱部が配置された領域の全体にわたっていてもよく、一部であってもよい。図７の例では、特定形状部２４３が、発熱部２４が配置された領域の全体にわたって形成されている。具体的には、導電部２４２は、板状をなし、排気ガスの流れる方向に板面を沿わせた姿勢で配置され、全体が特定形状部２４３として構成されている。絶縁部２４４は、導電部２４２の外周面２４２Ａにおいて排出流路１１０において上流側に位置する端面と、導電部２４２の両板面において上流側の縁部を覆うようにして形成されている。絶縁部２４４が外周面２４２Ａの一部を覆うように構成された部分は、各々の接続要素部４０Ａの導電部２４２において第１電極部２２側（第１電極部２２に近接する位置）から内壁面３０Ａ側（内壁面３０Ａに近接する位置）まで及ぶように配置されている。

本実施形態によれば、導電部２４２の少なくとも一部を絶縁部２４４よりも下流側に及ばせるようにして導電部２４２の断面積を増大させることができるため、導電部２４２の強度を高めることができる。

また、本実施形態によれば、導電部２４２に特定形状部２４３を設けることにより、導電部２４２の断面積を増大させて強度を高めつつ導電部２４２が排気ガスの流れを遮る面積を抑えることができる。

＜第３実施形態＞
次に、図９等を参照し、第３実施形態に係る排気ガス加熱装置３１０（以下、加熱装置３１０ともいう）について説明する。第３実施形態で示す加熱装置３１０は、第２筒部５０を備えていない点が第１実施形態の加熱装置１０と相違する。その他の構成は、第１実施形態の加熱装置１０と同様である。よって、図９で示す第３実施形態の加熱装置３１０において第１実施形態の加熱装置１０と同様の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

加熱装置３１０は、ヒータ部２０が筒部３０の内壁面３０Ａに支持される形で嵌め込まれ、筒部３０の外壁面３０Ｂが当該加熱装置３１０の外側に露出した構成をなす。具体的には、筒部３０の外壁面３０Ｂは、排出流路１１０の内壁面に近接するように配置される。筒部３０の外壁面３０Ｂは、排出流路１１０の内壁面に接触するように排出流路１１０に嵌り込んでいてもよく、排出流路１１０の内壁面に接触していなくてもよい。あるいは、筒部３０が排出流路１１０の一部を構成し、排出流路１１０の他の部位に対して着脱可能とされていてもよい。この場合、筒部３０の上流側及び下流側にそれぞれに続く構成で、排出流路１１０を構成する他の管路が接続されていればよい。筒部３０は、第１実施形態の筒部３０と同様に、接続部４０を介して第１電極部２２に接続される。一方、第２電極部２８については、第２筒部に設けられた第２端子とは異なる図示しない導電部を別途設けて、加熱装置１０の外部に設けられた図示しない回路に電気的に接続される。

本実施形態の構成によれば、ヒータ部２０の周りをより簡易な構造とすることができる。具体的には、第１実施形態のように筒部３０と第２筒部５０を備える２重の管構造では、それぞれの筒部材が必要とされるとともに、これらを絶縁して保持する保持部６０に係る構成が必要となる。一方、本実施形態では、ヒータ部２０の周りを１重の管構造とすることにより、第１実施形態より断熱性は劣るものの、第２筒部５０及び保持部６０に係る部品点数を削減するとともに、各部の組み付けに係る工数も低減することができる。

＜第４実施形態＞
次に、図１０、図１１等を参照し、第４実施形態に係る排気ガス加熱装置４１０（以下、加熱装置４１０ともいう）について説明する。第４実施形態で示す加熱装置４１０は、第２電極部の構成が第１実施形態の加熱装置１０と相違する。その他の構成は、第１実施形態の加熱装置１０と同様である。よって、図１０、図１１で示す第４実施形態の加熱装置４１０において第１実施形態の加熱装置１０と同様の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２電極部４２８は、発熱部２４の外周面２４Ｃ側に設けられるとともに発熱部２４に電気的に接続される。図１１の例では、第２電極部４２８は、正極側の電極として、金属薄板２５の長手方向他端部の一部分によって構成される。第２筒部５０には、第２電極部４２８と径方向に重なる位置に第２端子５２が設けられている。さらに、筒部３０には、第２電極部４２８と径方向と重なる位置に、第２端子５２の一部が挿入される開口３４が形成されている。そして、第２電極部４２８は、筒部３０の開口３４に挿入された第２端子５２と接触して、第２端子５２と電気的に接続される。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、接続部が排出流路においてヒータ部よりも下流側からヒータ部を支持する構成を例示したが、これに限られない。接続部が下流側からヒータ部を支持しない構成であってもよい。例えば、接続部がヒータ部から離間して配置されたリード線のような可撓性を有する部材によって構成されていてもよい。

上記実施形態では、第１電極部の周りに発熱部が巻き回されている構成を例示したが、これに限られない。発熱部は、第１電極部の周りに配置され、通電により発熱し、上流側の面（一端面）と下流側の面（他端面）との間に排気ガスを流す空隙が構成されていればよい。

上記実施形態では、発熱部が１の金属薄板と１の絶縁シートによって構成されるものを例示したがこれに限られない。例えば、発熱部は、複数の絶縁シートを介して積層された複数の金属薄板が同心円状に巻回され、複数の金属薄板が並列に接続された構成であってもよい。

上記実施形態では、接続部が複数の接続要素部を有する構成を例示したが、これに限られない。接続部は、第１電極部側から筒部側に向かって延びる１つの部分によって構成されていてもよい。

上記実施形態では、筒部が「筒部側に設けられた導体部」を構成するものを例示したが、これに限られない。例えば、筒部が導電性を有しておらず、筒部に設けられた第１端子からなる導体部に接続部が電気的に接続される構成であってもよい。

上記実施形態では、発熱部と導電部とが絶縁部を介在させて絶縁されている構成を例示したが、これに限られない。例えば、発熱部と導電部とは、互いに離間して配置されることにより絶縁される構成であってもよい。

上記実施形態では、第２筒部が筒部の外側に配される構成を例示したが、第２筒部は筒部の内側に配されてもよい。

上記実施形態では、負極側をヒータ部の中心側に配置し、正極側をヒータ部の外周側に配置したが、正極側と負極側の位置を入れ替え、正極側をヒータ部の中心側に配置し、負極側をヒータ部の外周側に配置してもよい。

上記実施形態以外にも、各部の形状、配置、配設数は適宜変更可能である。例えば、排気ガス加熱装置は触媒部と同等の径を有していても構わない。

上記実施形態では、内燃機関としてハイブリッド車両に用いられる内燃機関を例示したが、ハイブリッド車両以外（例えば、ディーゼルエンジン車）に用いられる内燃機関であってもよい。

１０，２１０，３１０，４１０…排気ガス加熱装置
２０…ヒータ部
２２…第１電極部
２４…発熱部
２４Ａ…一端面
２４Ｂ…他端面
２４Ｃ…外周面
２８，４２８…第２電極部
３０…筒部（導体部の一例）
３０Ａ…内壁面
３０Ｂ…外壁面
４０，２４０…接続部
４０Ａ…接続要素部
４２，２４２…導電部
４４，２４４…絶縁部
５０…第２筒部
６０…保持部
１０２…内燃機関
１１０…排出流路
２４３…特定形状部

Claims (11)

1. 内燃機関における排気ガスの排出流路に配置される排気ガス加熱装置であって、
   前記排出流路に沿った方向に延びる第１電極部と、前記第１電極部に電気的に接続されるとともに前記第１電極部の周りに配置される発熱部と、前記発熱部の外周面側に設けられるとともに前記発熱部に電気的に接続される第２電極部と、を備え、前記発熱部の一端面が他端面よりも前記排出流路において上流側に配置され、前記一端面と前記他端面との間に前記排気ガスを流す空隙が構成されてなるヒータ部と、
   筒状に構成されるとともに前記発熱部の前記外周面を囲んで配置され、前記ヒータ部を内部に保持する筒部と、
   前記排出流路において前記他端面よりも下流側に配置され、前記第１電極部及び前記第１電極部よりも前記筒部側に設けられた導体部に電気的に接続される接続部と、
   を備える排気ガス加熱装置。
2. 前記接続部は、前記排出流路において前記ヒータ部よりも下流側から前記ヒータ部を支持する
   請求項１に記載の排気ガス加熱装置。
3. 前記接続部は、
   前記第１電極部側から前記筒部側に向かって延びる複数の接続要素部を有し、
   複数の前記接続要素部は、前記筒部において周方向に互いに離間した複数の部位にそれぞれ連結されている
   請求項２に記載の排気ガス加熱装置。
4. 複数の前記接続要素部は、前記発熱部に対して前記他端面に接触しつつ下流側から支持する構成である
   請求項３に記載の排気ガス加熱装置。
5. 前記接続部は、
   前記第１電極部側から前記筒部側に向かって延びる導電部と、
   前記発熱部の前記他端面と前記導電部との間に配置される絶縁材料を有する絶縁部と、
   を有し、
   前記発熱部と前記導電部とが前記絶縁部を介在させて絶縁されている
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気ガス加熱装置。
6. 前記導電部は、柱状をなし、
   前記絶縁部は、前記導電部の周囲を被覆する構成である請求項５に記載の排気ガス加熱装置。
7. 前記導電部は、少なくとも一部が前記絶縁部の下流側の端部よりも下流側に配置される
   請求項５に記載の排気ガス加熱装置。
8. 前記導電部は、前記第１電極部側から前記筒部側に向かって延び、延びる方向と直交する断面が前記排気ガスの流れる方向に沿うように延びる形状をなす特定形状部を有し、前記特定形状部が前記他端面の下流側において前記延びる方向の一定範囲にわたって形成されている
   請求項７に記載の排気ガス加熱装置。
9. 前記筒部の内側又は外側に配され、前記ヒータ部の前記外周面を囲む筒状をなす第２筒部を更に備える
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の排気ガス加熱装置。
10. 前記筒部と前記第２筒部とを互いに絶縁させた状態で保持する保持部を有する
    請求項９に記載の排気ガス加熱装置。
11. 前記ヒータ部が前記筒部の内壁面に支持される形で嵌め込まれ、前記筒部の外壁面が当該排気ガス加熱装置の外側に露出した構成をなす
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の排気ガス加熱装置。

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