JP2960015B2 - 排気ガス浄化用触媒コンバータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンから排出
される排気ガスを浄化するための、触媒コンバータ、特
にその通電加熱手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンから排気される排気ガ
スは、その中に少量ではあるが、ＮＯ _X 、ＣＯ、ＨＣ等
の有害成分を含んでいる。そのため、これら有害成分を
Ｎ₂ 、ＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏ等の無害物質に浄化するため、従
来より、触媒コンバータが用いられている。

【０００３】また、エンジンの始動直後においては、排
気ガスが低温であるために主モノリス触媒が、活性化温
度に達しない。そのため、これを補うために主モノリス
触媒の上流側に加熱式の触媒コンバータを配置すること
が提案されている。この方式では、触媒コンバータ全体
を強制的に電気加熱して、触媒を活性化させている（特
開平２−２２３６２２号公報、特開平３−１９３１４１
号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の通電加熱式触媒コンバータは、その触媒担体を構成
する金属構造体全体に通電を行ない、全体を一様に発
熱、昇温させるものである。そのため、触媒コンバータ
を短時間に昇温させ、排気ガスを浄化させるためには、
短時間に非常に高い電力を供給する必要がある。

【０００５】本発明はかかる従来の問題点に鑑み、低電
力で、全体を短時間に触媒活性化温度まで昇温でき、高
い浄化性能を発揮することができる、排気ガス浄化用触
媒コンバータを提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、触媒コンバータ本体に通電することにより触媒
コンバータ本体を加熱する排気ガス浄化用触媒コンバー
タにおいて、前記触媒コンバータ本体は、電気絶縁層を
介して積層された金属製板材から構成されるとともに、
互いに隣接する金属製板材の互いに対向する部分の一部
を相互に前記電気絶縁層を介してスポット状に通電可能
に接合した接合領域部を備え、通電時に前記積層された
金属製板材間に前記接合領域部を通して集中的に電流を
流すことにより、金属製板材の前記接合領域部を発熱さ
せることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータが
提供される。

【０００７】請求項２に記載の発明によれば、前記接合
領域部は前記積層された金属製板材に積層方向に互いに
連続して配置され、通電時に金属製板材積層方向に局部
的に電流が流れる電流通路を形成していることを特徴と
する請求項１に記載の排気ガス浄化用触媒コンバータが
提供される。請求項３に記載の発明によれば、前記接合
領域部は、触媒コンバータ本体の排気入口側端部に設け
られていることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス
浄化用触媒コンバータが提供される。

【０００８】請求項４に記載の発明によれば、金属製の
波板材と金属製の平板材とを電気絶縁層を介して積層し
て形成した金属製波板材と平板材の積層体からなる触媒
コンバータ本体を備え、該触媒コンバータ本体に通電す
ることにより触媒コンバータ本体を加熱する排気浄化用
触媒コンバータにおいて、前記積層体各層内の前記波板
材の尾根部のうち一部の尾根部上にのみ、局部的に前記
電気絶縁層を介して前記波板材尾根部を前記平板材に通
電可能に接合する接合領域を設けることにより、通電時
に前記波板材と平板材との間を前記接合領域に集中して
電流を流し前記接合領域を発熱させることを特徴とする
排気ガス浄化用触媒コンバータが提供される。

【０００９】請求項５に記載の発明によれば、前記接合
領域部は前記積層体の波板材と平板材の積層方向に互い
に連続して配置され、通電時に積層体中に積層方向に局
部的に電流が流れる電流通路を形成していることを特徴
とする請求項４に記載の排気ガス浄化用触媒コンバータ
が提供される。請求項６に記載の発明によれば、前記接
合領域部は、触媒コンバータ本体の排気入口側端部に設
けられていることを特徴とする請求項５に記載の排気ガ
ス浄化用触媒コンバータが提供される。

【００１０】請求項１から請求項６の発明では、いずれ
も触媒コンバータ本体は電気絶縁層を介して金属製板材
を積層することにより形成される。上記金属製板材とし
ては、例えばステンレス鋼製の薄板を用い、上記電気絶
縁層は、例えばアルミナ粉末、ジルコニア粉末等を上記
金属製板材表面に焼き付けることにより形成することが
好ましい。これにより、電気絶縁層が容易に形成され
る。また、上記絶縁粉末の焼き付けは、上記金属製板材
上にアルミナスラリ、アルミナゾル等の絶縁材料を塗布
し高温で加熱焼付けることにより行なう。また、上記電
気絶縁層は、金属製板材間に空隙部を設けて積層するこ
とによっても形成できる。かかる空隙部は、上記金属製
板材を積層する際に紙等を介在させておき、積層後この
紙を加熱焼失させることによっても形成できる。

【００１１】また、請求項１から請求項６に記載の発明
では、上記のように構成された触媒コンバータ本体内に
電気絶縁層を介して金属製板材の対向する部分を通電可
能に局所的に接合する接合領域部が形成され、この接合
領域部により、局部的な電流通路が形成されるため、通
電時に電流は、コンバータ本体全体に分散することなく
上記局部的電流通路に集中して流れることになる。この
ため、電流通路における電流密度が高くなり電流通路部
分が局所的に昇温する。また、電流通路部分のみを局所
的に発熱させるため、コンバータ本体全体を一様に発
熱、昇温させる場合に較べて発熱部分の熱容量が小さく
なり、少ない電力で短時間に発熱部分の温度が上昇す
る。その結果、電流通路部分は通電後短時間で触媒活性
化温度に到達し、触媒反応が開始される。

【００１２】また、請求項２と請求項４の発明では、接
合領域部は触媒コンバータ本体上に連続して配置され、
通電時に金属製板材の積層方向（金属製板材に直角方
向）に電流が流れる電流通路を形成している。接合領域
部を連続して配置したことにより、上記共通の作用に加
えて、更に触媒コンバータの構造的強度が増大するよう
になる。

【００１３】請求項３と請求項６の発明では更に、上記
接合領域部は触媒コンバータ本体の排気入口側部分に設
けられているため、通電後電流通路部分が局部的に昇温
しこの部分で触媒反応が開始されると、触媒反応により
発生した熱は排気ガスの流れによりコンバータ本体の排
気流下流側に伝達され、接合領域部が設けられていない
コンバータ下流側部分も速やかに昇温する。また、接合
領域部を排気入口側部分に設けたことにより接合領域部
の形成が容易になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。以下に説明する実施形態で
は、触媒コンバータ本体として、例えばステンレス鋼等
により凹凸状に形成された金属製波板材と、ステンレス
鋼等の金属製平板材を積層して形成されており、上記波
板材または平板材の一方または両方の表面に電気的絶縁
層を形成している。以下、それぞれの実施形態について
説明する。

【００１５】実施形態１ 本発明の一実施形態にかかる排気ガス浄化用触媒コンバ
ータにつき、図１〜図５を用いて説明する。本実施形態
の触媒コンバータ１００は、図１に示すごとく、凹凸状
に連続して折曲成形された金属製の波板材１と、平坦な
帯状をなす金属製の平板材２とを交互に重ねて、ガス流
路２０を形成した本体１０と、該本体１０の外周に設け
た外筒３とを有する。

【００１６】また、図１〜図３に示すごとく、上記波板
材１は、排気ガスの上流側（排気入口側）２０１におい
て、その幅方向の端縁１１の近くに、波板材１の長手方
向に沿った貫通穴１２を有する。また、該貫通穴１２と
上記端縁１１との間に電流通路１４（図３）を形成して
いる。上記波板材１と平板材２との対面部分には、図
２、図３に示すごとく、上記電流通路１４よりも内側に
電気絶縁層２５を有する。

【００１７】また、上記上流側２０１における波板材１
の端縁１１と平板材２の端縁２１とは、その一部が接合
された接合領域部４を形成している（図１の十文字状部
分）。上記接合領域部４と上記外筒３との間には、上記
上流側２０１を加熱するための加熱用電源４５を介設し
てある。以下、これを詳しく説明する。

【００１８】上記波板材１は、厚み約０．０５ｍｍのス
テンレス鋼板により作製されており、その端縁１１の近
くに貫通穴１２を有する。この貫通穴１２は１．５×
１．５ｍｍの小孔である。貫通穴１２と端縁１１との間
には、幅０．５ｍｍの電流通路１４が形成されている。
一方、平板材２は、平坦な、厚み０．０５ｍｍの帯状の
ステンレス鋼板で、その表面に上記電気絶縁層２５が形
成されている。この電気絶縁層２５は、平板材２の表面
に、アルミナゾルを塗布し、焼付けることにより、厚み
約０．０１〜０．０５ｍｍに形成されている。

【００１９】波板材１と平板材２とは、交互に重ねて、
図１に示すごとく、中心電極２９に対して渦巻き状に巻
回されている。上記波板材１と平板材２とは、上記巻き
付け後に、それぞれの端縁１１、１２の一部が、中心電
極２９と外筒３とを結ぶように接合部４１により接合さ
れ、図１に示すごとく、十文字状の接合領域部４を形成
している。

【００２０】上記の接合は、放電溶接により行っている
（図３）。上記接合領域部４は中心電極２９にも接合さ
れている。そして、接合領域部４は中心電極２９、リー
ド線４７、スイッチ４６を介して電源４５に接続されて
いる。また、上記波板材１及び平板材２の表面には、触
媒が担持してある。この触媒は、上記本体１０の内部に
酸化熱処理を施し、γ−アルミナを被覆するウォッシュ
コートを施し、その後このγ−アルミナ層に白金、ロジ
ウム等の触媒成分を担持させることにより形成してあ
る。

【００２１】上記のように構成した触媒コンバータ１０
０は、図５に示すごとく、排気通路内に配置する。即
ち、上記触媒コンバータ１００は、浄化コンバータ５の
ケース５４内において、主モノリス触媒５５よりも上流
側に配置する。上記浄化コンバータ５は、エンジン５１
の排気パイプ５２に接続されている。

【００２２】次に、本実施形態の作用効果につき説明す
る。まず、エンジン５１を始動すると排気ガスが触媒コ
ンバータ１００のガス流路２０内を通過して、主モノリ
ス触媒５５を経て、排出される。一方、上記エンジン始
動と同時に、触媒コンバータ１００のスイッチ４６をオ
ンとする。これにより、加熱用電流４０は、中心電極２
９より接合領域部４における平板材２、接合部４１、波
板材１の電流通路１４を流れ（図３）、更に一方の接合
部４１より他方の平板材２へと順次半径方向に流れる。
すなわち、接合領域部４には、平板材２と波板材１との
接合部４１と波板上の電流通路１４とにより局部的な狭
い電流通路が形成され、電流はこの局部的な狭い電流通
路を通って中心電極２９から外筒３に向かう。

【００２３】そして、上記電流通路１４は、貫通穴１２
と端縁１１との間にあり、電流通路１４よりも内側は電
気絶縁層２５が形成してある。そのため、上記電流は波
板材１上では狭い電流通路１４のみを流れることにな
る。また、同様に、電流は波板材１と平板材２との間で
は、局所的に形成された小さな接合部４１のみを通って
流れることになる。それ故、接合部４１と電流通路１４
における電流密度が高くなり、この部分が局所的に昇温
する。

【００２４】そのため、触媒コンバータ１００の上流側
２０１が早期に触媒活性化温度に到達する。また、それ
に伴って、触媒反応が生じ、昇温を助長する。それ故、
下流側も、上流側の熱によって次々と短時間に昇温し、
触媒反応が生じ、昇温される。そのため、短時間に、触
媒コンバータ全体を触媒活性化温度まで昇温させること
ができる。それ故、問題視されているエンジン始動期に
おける排気ガス浄化能力を、向上させることができる。

【００２５】また、本実施形態の触媒コンバータは、上
流側において上記電流通路に電流を通すのみで良いか
ら、従来の全体通電加熱方式に比較して、加熱電力が低
くて済む。また、本実施形態では、図５に示すごとく、
触媒コンバータ１００の下流側に近接して主モノリス触
媒５５を配置してある。そのため、エンジン始動期にお
ける触媒コンバータ１００の上記加熱によって、主モノ
リス触媒５５も早期に昇温させることができる。それ
故、上記始動期においても全体として高い排気ガス浄化
性能を発揮することができる。

【００２６】更に、本実施形態では、平板材２と波板材
１とは単に巻回して積層したのみでなく、接合領域部を
介して相互に機械的に結合される。このため、触媒コン
バータ本体１０の構造的強度が増し運転中に排気ガスの
流れや振動等により平板材２と波板材１とのずれ等が生
じる事が防止される。なお、上記においては、波板材１
の貫通穴１２は、図３に示すごとく、波板材の１つの傾
斜面において、１つの四角形穴としたが、図４に示すご
とく、多数の短冊穴とすることもできる。この場合には
端縁１１近傍における強度が高い。

【００２７】また、本実施形態では波板材１に貫通穴１
２を設けることにより電流路１４の幅を機械的に狭めて
いるが、実際には波板材２上では電流の大部分は波板材
２の両側の接合部４１を結ぶ直線上を流れるため、貫通
穴１２を設けない場合であっても波板材１４上にはある
程度電流が集中して流れる電流通路が自然に形成され
る。このため、波板材２上に貫通穴１２を全く設けない
ようにして端縁１１近傍における強度をさらに増大させ
ることも可能である。

【００２８】更に、触媒コンバータ１００をエンジン５
１の排気マニホールドの成るべく近くに設ける場合に
は、排気ガスの温度を触媒コンバータ１００の昇温に有
効利用することができる。 実施形態２ 本実施形態の触媒コンバータは、図６、図７に示すごと
く、波板材１と平板材２との、端縁１１、２１における
接合に関して、波板材１に小突起１３を設けたものであ
る。

【００２９】上記小突起１３は、波板材１の端縁１１
に、四角溝状に設けてある。この小突起１３の突出高さ
は、図７に示すごとく、電気絶縁層２５の厚みとほぼ同
じである。そのため、端縁１１においては、図７に示す
ごとく、平板材２の端縁２１と小突起１３の四角面状の
背面１３１とが直接に接触している。そして、両者が接
合部４１により接合されている。その他は、実施形態１
と同様である。

【００３０】本実施形態においては、上記小突起１３の
背面１３１と平板材２とが面状に密接し、接合部４１に
より溶接されている。そのため、エンジン振動に対し
て、強い耐震性を有し、また厳しい冷熱サイクルにも優
れた接合耐久性を発揮する。また、そのため、排気マニ
ホールド直下への取付けも可能となる。なお、上記小突
起１３は、平板材２に設けることもできる。

【００３１】その他、実施形態１と同様の効果を得るこ
とができる。 実施形態３ 本実施形態の触媒コンバータは、図８〜図１１に示すご
とく、中心電極２９より８方向に、接合領域部４を形成
したものである。上記接合領域部４においては、図９、
図１１に示すごとく、実施形態２と同様に、波板材１の
端縁１１に小突起１３を設け、該小突起１３と平板材２
の端縁２１とを、接合部４１により接合している。

【００３２】また、接合領域部４以外の部分では、図１
０、図１１に示すごとく、上記小突起１３は設けないと
共に、接合領域部４において小突起１３を設けた端縁１
１を貫通穴１２よりも上方において切り欠いた切欠き部
１６を有している。また、この切欠き部１６に対面す
る、平板材２の端縁も切欠いて、切欠き部２６を有して
いる（図１１）。

【００３３】上記構造の触媒コンバータを作製するに当
たっては、まず波板材１の全ての端縁１１に小突起１３
を設けておき、これと平板材２の端縁２１とを放電溶接
する。その後、上記接合領域部４以外の部分の小突起１
３及びこれと溶接されている平板材２の端縁とを焼切
る。これにより上記切欠き部１６、２６が形成される。

【００３４】本実施形態においては、中心電極２９より
８方向に伸びる接合領域部４を形成している。そのた
め、触媒コンバータ１００の中心から外方へ向かって流
れる半径方向電流が、中心電極２９付近において過密に
なることを防止できる。そのため、触媒コンバータ１０
０の端縁全体をほぼ均一に発熱させることができ、適正
な抵抗値を確保することができる。

【００３５】また、実施形態１と同様の効果を得ること
ができる。

【００３６】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、触媒コ
ンバータ本体内に局部的な電流通路を形成することによ
り、通電時に電流が局部的な電流通路に集中して流れる
ため、電流通路部分を少ない電力で短時間に触媒活性化
温度まで昇温させることができる。また、電流通路部分
で触媒が活性化し、触媒反応が開始されると反応熱によ
り触媒コンバータ本体の他の部分も昇温、活性化するた
め通電後短時間で触媒コンバータ全体を活性化させるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の触媒コンバータの一部切欠き斜視
図。

【図２】実施形態１の触媒コンバータの波板材と平板材
との配置状態を示す説明図。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図。

【図４】実施形態１における、波板材の貫通穴の他の状
態を示す、図３と同様の断面図。

【図５】実施形態１の触媒コンバータの使用説明図。

【図６】実施形態２の触媒コンバータにおける上流側端
縁の部分斜視図。

【図７】実施形態２の波板材と平板材との接合部分の説
明図。

【図８】実施形態３の触媒コンバータの平面図。

【図９】図８のＢ部分の拡大図。

【図１０】図８のＣ部分の拡大図。

【図１１】実施形態３の触媒コンバータにおける、上流
側端縁の部分斜視図。

【符号の説明】

１…波板材 １０…本体 １１…端縁 １２…貫通穴 １３…小突起 １４…電流通路 １００…触媒コンバータ ２…平板材 ２０…ガス通路 ２０１…上流側 ２１…端縁 ２５…電気絶縁層 ２９…中心電極 ３…外筒 ４１…接合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/24 (56)参考文献 特開 平３−72953（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−136412（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−168946（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−171928（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/28 301 B01D 53/56 B01D 53/74 B01J 35/04 321 F01N 3/20 F01N 3/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒コンバータ本体に通電することによ
   り触媒コンバータ本体を加熱する排気ガス浄化用触媒コ
   ンバータにおいて、前記触媒コンバータ本体は、電気絶
   縁層を介して積層された金属製板材から構成されるとと
   もに、互いに隣接する金属製板材の互いに対向する部分
   の一部を相互に前記電気絶縁層を介してスポット状に通
   電可能に接合した接合領域部を備え、通電時に前記積層
   された金属製板材間に前記接合領域部を通して集中的に
   電流を流すことにより、金属製板材の前記接合領域部を
   発熱させることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバ
   ータ。
2. 【請求項２】 前記接合領域部は前記積層された金属製
   板材に積層方向に互いに連続して配置され、通電時に金
   属製板材積層方向に局部的に電流が流れる電流通路を形
   成していることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス
   浄化用触媒コンバータ。
3. 【請求項３】 前記接合領域部は、触媒コンバータ本体
   の排気入口側端部に設けられていることを特徴とする請
   求項２に記載の排気ガス浄化用触媒コンバータ。
4. 【請求項４】 金属製の波板材と金属製の平板材とを電
   気絶縁層を介して積層して形成した金属製波板材と平板
   材の積層体からなる触媒コンバータ本体を備え、該触媒
   コンバータ本体に通電することにより触媒コンバータ本
   体を加熱する排気浄化用触媒コンバータにおいて、前記
   積層体各層内の前記波板材の尾根部のうち一部の尾根部
   上にのみ、局部的に前記電気絶縁層を介して前記波板材
   尾根部を前記平板材に通電可能に接合する接合領域を設
   けることにより、通電時に前記波板材と平板材との間を
   前記接合領域に集中して電流を流し前記接合領域を発熱
   させることを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバー
   タ。
5. 【請求項５】 前記接合領域部は前記積層体の波板材と
   平板材の積層方向に互いに連続して配置され、通電時に
   積層体中に積層方向に局部的に電流が流れる電流通路を
   形成していることを特徴とする請求項４に記載の排気ガ
   ス浄化用触媒コンバータ。
6. 【請求項６】 前記接合領域部は、触媒コンバータ本体
   の排気入口側端部に 設けられていることを特徴とする請
   求項５に記載の排気ガス浄化用触媒コンバータ。