JP3278184B2 - 通電加熱式触媒装置 - Google Patents

通電加熱式触媒装置

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洋 平山
康二 吉▲崎▼
融 ▲吉▼永
聖彦 渡辺
幸弘 篠原
修 藤城
啓司 伊藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は通電加熱式触媒装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】米国特許第3770389号には、両面
に絶縁被膜が形成された金属製の波板と平板とを重ねて
巻き込み、波板と平板との交互の層を形成する金属製触
媒担体の中心に円柱状電極を接続すると共に金属製触媒
担体の外周に円筒状電極を接続し、この金属製触媒担体
を囲繞してセラミック製触媒担体を配置し、金属製触媒
担体に通電して加熱する通電加熱式触媒コンバータが開
示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】金属製の波板と平板と
を例えばロー付け等によって接合すると導通状態となる
ために、金属製触媒担体の全領域にわたって波板と平板
とを接合すると金属製触媒担体の電気抵抗値が低下し過
ぎるために通電してもほとんど発熱しない。従って、前
述の従来の触媒コンバータでは金属製触媒担体の全領域
にわたって波板と平板とは接合されておらず、これによ
って、円柱状電極から円筒状電極に至る金属製触媒担体
に、発熱に適した電気抵抗値をもたせるようにしてい
る。
【0004】しかしながらこの触媒コンバータでは波板
と平板とが金属製触媒担体の全領域にわたって接合され
ていないために、触媒コンバータが内燃機関の排気系に
取付けられて高温にさらされると、金属製触媒担体の温
度差によって生じる熱応力によって波板および平板が金
属製触媒担体の軸線方向にずれを生じ、一旦ずれを生じ
るとそのずれは急速に増大して金属製触媒担体の破壊に
至るという問題を生ずる。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明によれば、表面に絶縁被膜が形成ささた金属製
の薄板を積層して成る金属製触媒担体の排ガス流れ上流
側側端部の一部の領域のみにおいて、隣接する薄板を通
電可能に接合せしめるようにしている。
【0006】
【作用】金属製触媒担体の排ガス流れ上流側側端部の
部の領域においては、隣接する薄板が接合されているた
めに、金属製触媒担体がその軸線方向にずれを生じ難
い。また、金属製触媒担体の排ガス流れ上流側側端部
一部の領域のみにおいて、隣接する薄板を通電可能に接
合せしめているために、一部の領域以外の他の領域の電
気抵抗値は一部の領域の電気抵抗値より高くなり、金属
製触媒担体に通電すると前述の他の領域が部分的に発熱
する。更に、薄板の接合部は金属製触媒担体の排ガス流
れ上流側側端部に設けられているため、通電による発熱
も触媒担体の上流側端部で生じる。このため、触媒担体
の上流側端部が迅速に触媒活性化温度に達して触媒反応
を開始し、触媒反応熱によって触媒担体下流側部分を加
熱することができる。
【0007】
【実施例】図1から図4を参照して第1の実施例につい
て説明する。まず、図3を参照すると、正電極4に溶接
した金属製の薄い波板1と平板2とが重ねて巻き込まれ
て渦巻き状の交互の層を形成し、ハニカム状の金属製触
媒担体3が形成される。波板1および平板2は、例えば
20%Cr−5%Al−75%Feの組成を有し、板厚
50μ程度の箔材料である。また、非接合領域の波板1
および平板2の表面には予め酸化処理により電気的に絶
縁被膜のアルミナ層を形成している。
【0008】図1および図2を参照すると、触媒担体3
の中心にはその軸線方向に沿って正電極4が配置され、
この正電極4は触媒担体3に通電可能に接続される。触
媒担体3は金属製の円筒状ケース5内に挿入されて例え
ばロー付けによってケース5に固定されており、触媒担
体3はケース5と通電可能とされている。図1に示され
るように、ケース5の側面には負電極6が接続されてい
る。図2に示されるように、正電極4はケース5の軸線
方向に延びた後L字状に曲げられてケース5の直径方向
に延び、ケース5側面を貫通している。正電極4は絶縁
材7によってケース5と電気的に絶縁されている。
【0009】図1を参照すると、触媒担体3の中心部の
円筒状領域3aおよび外周部の円筒状領域3b(図中斜
線領域)においては、波板1の山および谷と平板2と
が、例えばロー付け、放電溶接、レーザ溶接等によって
通電可能に接合されている。中心部接合領域3aと外周
部接合領域3bとの間の領域3cでは、波板1と平板2
とは接合されておらず、従って波板1と平板2とは絶縁
被膜Al2 3 によって絶縁されている。また、波板1
と平板2を接合し層(1層〜数層)を形成した後、層と
層を接合しないようにしてもよい。
【0010】図2を参照すると、接合領域3aおよび3
bは触媒担体3の排ガス流れの上流側部のみに形成され
ており、下流側部3dは全体にわたって非接合領域とさ
れている 述のように形成した触媒担体3に活性アル
ミナ等をコーティングし触媒成分である貴金属(例えば
Pt,Pd、Ph等)が担持され通電加熱式触媒装置を
得る。
【0011】図1から図3に示す通電加熱式触媒装置は
内燃機関の排気通路に配置され、この通電加熱式触媒装
置下流の排気通路に主触媒装置が配置される。触媒は活
性化温度以上にならないと排ガス浄化作用を奏すること
ができない。このため、機関冷間時においては通電加熱
式触媒装置に通電して加熱し、短時間で触媒を活性化温
度以上に昇温せしめて排ガス中の有害成分を浄化せしめ
るようにしている。
【0012】図4には、正電極4と負電極6との間に直
流電圧を印加した場合の簡易な等価回路を示す。中心部
接合領域3a、非接合領域3c、および外周部接合領域
3bが直列接続され、これらと下流側非接合領域3dと
が並列接続されている。中心部接合領域3a、および外
周部接合領域3bでは波板1と平板2とが通電可能に接
続されているために電気抵抗値が低くこのためほとんど
発熱しない。一方、非接合領域3cでは、波板1と平板
2とは絶縁されているために、電流路は図1において矢
印で示すように波板1および平板2に沿って渦巻き状に
形成されて長くなるために、電気抵抗値は大きくなる。
従って非接合領域3cは通電によっては発熱し発熱部と
なる。
【0013】下流側非接合領域3d(図2参照)は接合
領域3cに比較してかなり抵抗値が大きく、このため、
下流側非接合領域3dを流れる電流は非接合領域3cを
流れる電流よりかなり小さくなる。発熱量はI2
(I:電流値、R:電気抵抗値)で表わされるため、下
流側非接合領域3dはほとんど発熱しない。従って、電
圧が印加されると非接合領域3cが発熱して迅速に触媒
活性化温度に達し排ガス中の有害物質を浄化することが
できる。また、触媒活性化温度に達して排ガス中の有害
物質の浄化が開始されると、触媒反応熱によって非接合
領域3c以外の領域も昇温される。さらに、電気式加熱
触媒装置の触媒反応が進行するとこの触媒反応熱によっ
て主触媒コンバータも加熱することができる。
【0014】以上のように本実施例によれば、機関冷間
時であっても、非接合領域3cを通電加熱することによ
って非接合領域3cを触媒活性化温度まで即座に昇温す
ることができ、これによって排ガスを早期に浄化するこ
とができる。また、触媒担体3の一部、すなわち、非接
合領域3cだけを電気的に加熱するために、触媒担体を
加熱するために必要な電力量を大幅に低減せしめること
ができる。
【0015】また、触媒担体3は接合領域3a,3bに
おいて接合されているために、触媒担体3が高温の排ガ
スにさらされても、触媒担体3の軸線方向にずれを生じ
ることがなく、触媒担体3の強度を向上せしめることが
できる。また、本実施例では発熱部3cは触媒担体3の
上流側に形成されているために、触媒反応熱によって触
媒担体3の下流部を加熱することができる。
【0016】図5から図10には第1の実施例と接合領
域の異なる第2から第4の実施例を示す。図5および図
6に示される第2の実施例では、内周部3eが非接合領
域とされ外周部3fが接合領域とされる。排ガスの流量
分布は触媒担体3の中心軸に近い程高く、本実施例では
触媒担体3の中心部が発熱部であるため、排ガスを効果
的に浄化することができる。
【0017】図7および図8に示される第3の実施例で
は第2の実施例と逆に、内周部3gが接合領域とされ外
周部3hが非接合領域とされている。図9および図10
に示される第4の実施例では、円環状の接合領域3i,
3j,3kと円環状の非接合領域3l,3mとが交互に
形成されている。図11から図13には第5の実施例を
示す。この実施例では第1の実施例の1枚の薄板10
が、図13に示すように波板11として形成された後に
平板12として形成され、波板11と平板12とが積層
するように交互に形成されている。
【0018】図11に示されるように金属製触媒担体1
3は楕円形状の金属製ケース15内に絶縁材17を介し
て挿入される。触媒担体13の上部および下部には電極
14,16が接続されている。触媒担体13の上部13
aおよび下部13bは接合領域とされ、中間部13cは
非接合領域すなわち発熱部とされている。図12を参照
すると、接合領域13a,13bは排ガス流れの上流側
部のみに形成されている。
【0019】本実施例においても第1の実施例と同様の
作用効果を奏することができる。図14から図17に
は、第5の実施例と接合領域の異なる第6および第7の
実施例を示す。図14および図15に示される第6の実
施例では第5の実施例と逆に上部13dおよび下部13
eは非接合領域とされ、中間部13fは接合領域とされ
ている。
【0020】図16および図17に示される第7の実施
例では、上部から下部に向かって接合領域13g,13
h,13iと非接合領域13j,13kとが交互に形成
されている。
【0021】
【発明の効果】金属製触媒担体がその軸線方向にずれを
生じ難くなるために、金属製触媒担体の耐久性を向上せ
しめることができる。また、金属製触媒担体に通電する
と部分的に発熱するため、例えば金属製触媒担体を加熱
するのに必要な消費電力量を低減せしめることができ
る。更に、金属製触媒担体の排ガス流れ上流側側端部の
一部の領域のみにおいて、隣接する薄板を接合している
ため、発熱は金属製触媒担体の排ガス流れ上流側端部で
生じ、触媒担体下流側部分も加熱されやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2に示す第1の実施例の触媒装置を矢印Iに
沿ってみた図である。
【図2】図1の触媒装置のII−II線に沿ってみた断面図
である。
【図3】波板と平板を重ねて巻き込み触媒担体を形成す
る図である。
【図4】第1の実施例の触媒装置の簡易等価回路を示す
図である。
【図5】図6に示す第2の実施例の触媒装置を矢印Vに
沿ってみた図である。
【図6】図5の触媒装置のVI−VI線に沿ってみた断面図
である。
【図7】図8に示す第3の実施例の触媒装置を矢印VII
に沿ってみた図である。
【図8】図7の触媒装置のVIII−VIII線に沿ってみた断
面図である。
【図9】図10に示す第4の実施例の触媒装置を矢印 V
IIIIに沿ってみた図である。
【図10】図9の触媒装置のX−X線に沿ってみた断面
図である。
【図11】図12に示す第5の実施例の触媒装置を矢印
XIに沿ってみた図である。
【図12】図11の触媒装置のXII −XII 線に沿ってみ
た断面図である。
【図13】図5の実施例の触媒装置の金属製触媒担体の
積層の仕方を示す図である。
【図14】図15に示す第6の実施例の触媒装置を矢印
XIIIIに沿ってみた図である。
【図15】図14の触媒装置のXV−XV線に沿ってみた断
面図である。
【図16】図17に示す第7の実施例の触媒装置を矢印
XVIに沿ってみた図である。
【図17】図16の触媒装置のXVII−XVII線に沿ってみ
た断面図である。
【符号の説明】
1,11…波板 2,12…平板 3,13…金属製触媒担体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉▲崎▼ 康二 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼永 融 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 日本 自動車部品総合研究所内 (72)発明者 渡辺 聖彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 日本 自動車部品総合研究所内 (72)発明者 篠原 幸弘 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 日本 自動車部品総合研究所内 (72)発明者 藤城 修 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 日本 自動車部品総合研究所内 (72)発明者 伊藤 啓司 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 米国特許5070694(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 21/00 - 38/74 B01D 53/86 B01D 53/94 F01N 3/04 - 3/38

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に絶縁被膜が形成された金属製の薄
    板を積層して成る金属製触媒担体の排ガス流れ上流側側
    端部の一部の領域のみにおいて、隣接する前記薄板を通
    電可能に接合せしめるようにした通電加熱式触媒装置。
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JP3277655B2 (ja) * 1993-12-21 2002-04-22 トヨタ自動車株式会社 電気加熱式触媒装置
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