JP3719148B2 - 内燃機関の触媒昇温装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の触媒昇温装置に関し、特に、導電体に交番電流を供給して誘導加熱するようにした触媒昇温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関では、排出される排気ガス中の有害ガス成分、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）、および炭化水素（ＨＣ）等の成分を大気に放出する前に浄化するために、白金やパラジウム等の貴金属を触媒として担持した排気浄化触媒を排気系に備えている。
【０００３】
排気浄化触媒において触媒が触媒作用を行うためには、排気浄化触媒をその活性温度以上に昇温させなければならない。しかしながら特に機関冷間始動時には排気浄化触媒の温度は低く、また排気ガスも低温であるので排気浄化触媒はその活性温度にまで昇温しづらい。このため排気浄化触媒では触媒作用が活発に行われにくい。そこで例えば機関始動時等のように排気浄化触媒の温度が低い時に、排気ガス以外の手段により排気浄化触媒をその活性温度以上にまで加熱して触媒作用の活発化を図ることが望ましい。
【０００４】
排気浄化触媒をその活性温度以上にまで昇温させる方法の一つに、特開平６−１５４６２３号公報により提案された誘導加熱を用いた方法がある。この特開平６−１５４６２３号公報では、誘導加熱用コイルを排気浄化触媒の排気上流端面近傍の外周面周りに配置して、排気浄化触媒の排気上流端面近傍を加熱するようにしている。このような構成にすると、低電力で迅速に排気浄化触媒の排気上流端面近傍を加熱することができる。そして、少なくとも排気浄化触媒の排気上流端面近傍の温度がその活性温度になっていれば、排気ガス中の成分の触媒反応による発熱によって下流部分の触媒を順次加熱するので、排気ガス中のほとんどの有害ガス成分が浄化される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気浄化触媒の排気上流端面近傍を活性温度以上にまで上昇させるのに必要な熱量は排気浄化触媒の排気上流端面の領域毎に異なる。ところが、特開平６−１５４６２３号公報に記載された構成では、排気浄化触媒の排気上流端面近傍をほぼ均一に加熱するため、排気浄化触媒の排気上流端面近傍の温度をその全面に亘って活性温度以上にまで迅速に上昇させることができない。
【０００６】
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、誘導加熱により排気浄化触媒の排気浄化触媒の排気上流端面近傍の温度を活性温度にまで迅速に昇温させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路に排気浄化触媒を配置すると共に該排気浄化触媒の排気上流端面に面して導電体を配置し、該導電体に交番電流を供給することにより排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分を誘導加熱するようにした内燃機関の触媒昇温装置において、前記排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の温度を触媒活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量が排気上流端面近傍の部分の領域毎に異なるのに対応して、排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせることにより、誘導加熱による発熱量を排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせる。すなわち誘導加熱による排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の発熱量がその部分において領域毎に異なる。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、誘導加熱による発熱量を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の中央領域と該中央領域周りの領域とで異ならせる。
【００１０】
第３の発明では、第１または第２の発明において、導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って一つの導電材を渦巻き状に巻いて形成されるコイルである。
【００１１】
第４の発明では、第１または第２の発明において、導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って同心円を為して並列関係でもって配置される複数の環状導電材からなる。このように導電体を並列関係でもって配置される導電材から構成することにより導電体全体の電気抵抗値が小さくなる。
【００１２】
第５の発明では、第１または第２の発明において、導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って互いに間を開けて並列関係でもって配置される複数の導電材からなる。このように導電体を並列関係でもって配置される導電材から構成することにより、導電体全体の電気抵抗値が小さくなる。
【００１３】
第６の発明では、第３〜第５のいずれか一つの発明において、隣り合った導電材間の距離を導電体の領域毎に異ならせることにより排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を異ならせる。
【００１４】
第７の発明では、第３〜第５のいずれか一つの発明において、導電材の太さを導電体の領域毎に異ならせることにより排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を異ならせる。
【００１５】
第８の発明では、第３〜第７のいずれか一つの発明において、排気浄化触媒の排気上流端面を円錐形にすると共に導電体を排気浄化触媒の排気上流端面に対応して円錐形をなして配置する。これによれば導電体の対面面積が排気浄化触媒の排気上流端面に対して平行に延在する導電体の対面面積よりも増加する。
【００１６】
第９の発明では、第３〜第８のいずれか一つの発明において、導電体の横断面の形状を矩形にして該導電体の幅挟の端面が排気ガス流に対面するように導電体を配置する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図中の同じ参照番号は同様な要素を示す。
【００１８】
図１は本発明の第一の実施例の触媒昇温装置を含む内燃機関の概略構成図である。図１において、１は触媒コンバータ、２は機関本体、３は機関排気通路である。機関排気通路３は機関本体２の排気ポートに連結される。触媒コンバータ１は機関排気通路３に配置される。触媒コンバータ１は流入口４および流出口５を有する。上記機関本体２から排出された排気ガスは機関排気通路３を介して流入口４から触媒コンバータ１に流入して流出口５において触媒コンバータ１から排出される。このように排気ガスが触媒コンバータ１内を流入口４から流出口５に流れるので以下の説明では流入口４側を排気上流側、流出口５側を排気下流側と称する。
触媒コンバータ１はほぼ円筒形のケーシング６と、ほぼ円筒形の排気浄化触媒７とを具備する。ケーシング６の上流側壁面はほぼ円錐形状である。排気浄化触媒７はその長手軸線がケーシング６の長手軸線と同軸になるようにケーシング６内に収容される。排気浄化触媒７の排気上流端面８は排気浄化触媒７の軸線方向に対して垂直な平坦な面である。しかしながら、排気上流端面８の形状は例えば後述するように円錐形のような別の形状であってもよい。
排気浄化触媒７は一定温度（活性温度）以上で良好な触媒作用を示す触媒である。また排気浄化触媒７の担体は適度の導電性と透磁率とを有する金属製担体、または透磁率と導電性とが高い材料を点在させた適度の導電性と透磁率とを有する担体である。ケーシング６内には排気浄化触媒７の排気上流端面８に面して導電体１０が配置される。
【００１９】
次に図１〜図３を参照して本実施例の導電体について詳細に説明する。なお図２は図１に示した触媒コンバータの上流側の拡大断面図であり、図３は図２の線III−IIIに沿った触媒コンバータの断面図である。また図２には触媒コンバータの長手軸線に対して図面に向かって左側のみに磁力線を示しているが、実際には磁力線は長手軸線から触媒コンバータの外周へ向かう全ての放射状方向に存在する。
【００２０】
図１に示したように本実施例の導電体１０はコイルである。コイル１０は電気抵抗が低い材料から成る一本の導電材、例えば導線を渦巻き状に巻いて形成される。なお、導線としては、ステンレスや銅を用いることができる。コイル１０には交番電流を流すための交番電流発生電源１１が接続される。交番電流発生電源１１は直流電源に共振回路を組み込んだものである。しかしながら交番電流発生電源１１は交流電源でもよい。
【００２１】
図２に示したようにコイル１０は触媒コンバータ１の長手軸線１３（ケーシング６の長手軸線および排気浄化触媒７の長手軸線と同軸）を中心として排気浄化触媒７の排気上流端面８に沿って触媒コンバータ１の外周近傍まで渦巻き状に延びる。またコイル１０は排気浄化触媒７の排気上流端面８に空間を開けて面するように配置される。しかしながらコイル１０が排気浄化触媒７の排気上流端面８に絶縁体を介して配置されるようにしてもよい。またコイル１０を構成する導線の横断面の形状は細長くて矩形である。もちろん導線の横断面の形状は円形や楕円形等の他の断面形状であってもよい。
【００２２】
図３に示したようにコイル１０の隣り合った導線間の距離（以下、単に導線間距離と称す。）はその中央領域１４において最も長く、中央領域から径方向外側に向かうにつれて徐々に短くなり、周辺領域１５において最も短い。すなわち本実施例では導線間距離をコイル１０の中央領域１４から周辺領域１５に向かって徐々に短くすることにより導線が比較的多く存在する領域（疎の部分）と、導線が比較的少なく存在する領域（密の部分）とをコイル１０に形成している。
次に誘導加熱について説明する。コイル１０に交番電流を流すと図２に示したようにコイル１０の周りに交番磁界、すなわち磁力線１２が形成される。排気浄化触媒７はコイル１０周囲の雰囲気（例えば排気ガスや空気）よりも極めて透磁率が高いので磁力線１２はコイル１０と排気浄化触媒７との間の雰囲気中を通らずに排気浄化触媒７の排気上流端面８近傍の一部分（以下、単に上流端部分と称す。）９を通過する。これにより排気浄化触媒７の上流端部分９に渦電流が発生し（表皮効果）、この渦電流によって排気浄化触媒７の上流端部分９が誘導加熱せしめられる。
【００２３】
ところで排気浄化触媒７の上流端部分９の中央領域の部分（以下、単に中央領域部分と称す。）周りの領域の部分（以下、単に周辺領域部分と称す。）はケーシング６を介して大気に隣接しているので当該周辺領域部分からの放熱量は中央領域部分からの放熱量よりも大きい。このため排気浄化触媒７の上流端部分９全体を等しく加熱した場合には周辺領域部分の温度は中央領域部分の温度よりも低くなる傾向にある。したがって排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度をその活性温度にまで上昇させるために必要な熱量は当該上流端部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなる。
ここで本実施例ではコイル１０の導線間距離をその中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くしている。コイル１０の導線間距離が短いほど排気浄化触媒７の排気上流端面８の単位面積当たりに対面するコイル１０の対面面積（以下、単にコイル対面面積と称す。）が大きくなる。また交番電流はコイル１０を構成する導線の表面近傍を流れることからコイル対面面積が大きいほどコイル１０により形成される磁界が強くなり、斯くして誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量が大きくなる。したがって本実施例によれば誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなる。
【００２４】
このように本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９の温度をその活性温度にまで上昇させるのに必要な発熱量が当該部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなるのに対応して誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくしているので排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度をその活性温度まで迅速に上昇させることができる。
また本実施例では上述したようにコイル１０の導線間距離を変えることにより誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９における領域毎に異ならせている。すなわち本実施例によればコイル１０の導線間距離をコイル１０における領域毎に異ならせるという単純な構成により誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９における領域毎に異ならせることができる。
【００２５】
なお本実施例ではコイル１０の導線間距離をコイル１０の中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くしているが排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量によってはコイル１０の導線間距離をコイル１０の中央領域から周辺領域に向かって徐々に一定の割合で長くしたり、コイル１０の導線間距離を不規則に異ならせたりすることもある。すなわちコイル１０の導線間距離は排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速に活性温度にまで上昇させるという観点から排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量に応じて適宜、設定される。
また上述した実施例において単純に周辺領域におけるコイルの導線間距離を中央領域における導線間距離よりも短くするようにしてもよい。もちろんこの場合、誘導加熱による排気浄化触媒の上流端部分の発熱量は当該部分の中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが多くなる。
また本実施例の触媒コンバータ１および排気浄化触媒７はほぼ円筒形であるが例えば楕円形や矩形等の別の形状であってもよく、この場合には導線を円形ではなく触媒コンバータ１や排気浄化触媒７の形状に合わせて楕円形や矩形等の別の形状に巻いてコイルを形成してもよい。
またコイルの導線間距離を異ならせるという構成以外にも導線の横断面の形状を異ならせるという構成によってコイル対面面積を変えるようにしてもよい。
【００２６】
また誘導加熱により排気浄化触媒を加熱することには以下のような利点がある。誘導加熱によれば渦電流が流れた部分のみが加熱されるので単位体積当たりの発熱量が大きい。すなわちコイル１０を排気浄化触媒７の排気上流端面８に面して配置し、排気浄化触媒７を加熱すると排気浄化触媒７の上流端部分９のみが強力に加熱せしめられる。
また誘導加熱によれば加熱される部分が非常に小さいので当該加熱部分を通過する排気ガスに露出する加熱部分の面積も非常に小さい。このため排気ガスに奪われる加熱部分の熱量が少なく、したがって加熱部分の温度を少ない電力で急激に上昇させることができる。
また交番磁界の浸透深さ（交番磁界が到達する排気上流端面８近傍の部分９の排気浄化触媒７の長手方向における距離）は交番電流の周波数の平方根に反比例する。すなわち交番電流の周波数を高くするという簡単な操作により交番磁界の浸透深さを浅くし、これにより加熱すべき部分を小さくし、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率を上昇させることができる。
【００２７】
またコイルを排気浄化触媒の排気上流端面に面して配置することには以下のような利点がある。排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分全体の温度をその活性温度まで上昇させるためには少なくとも排気上流端面をその全面に亘って誘導加熱する必要がある。ところが上述した特開平６−１５４６２３号公報に記載された構成、すなわち排気浄化触媒の上流端部分をその周囲から誘導加熱するようにした構成ではコイルのほとんどの磁力線が排気浄化触媒の周辺領域の部分にしか到達せず、このため排気浄化触媒の中央領域の部分を十分に誘導加熱することができない。すなわち上記公報に記載の構成によると排気浄化触媒の上流端部分全体を均等に誘導加熱することができない。
【００２８】
一方、本実施例の触媒昇温装置では排気浄化触媒の排気上流端面に面してコイルが配置されるので磁力線が排気浄化触媒の上流端部分全体を通過する。このため排気浄化触媒の上流端部分全体を誘導加熱することができる。
【００２９】
次に図４を参照して第二実施例の触媒昇温装置について説明する。図４に示したように本実施例ではコイル２０の導線間距離はそれぞれ等しく、コイル２０の導線の太さはコイル２０の中央領域から周辺領域に向かって太くなる。コイルの導線間距離が等しい場合においては導線の太さを太くするほどコイル対面面積が増大する。すなわち本実施例では導線の太さをコイルにおける領域毎に異ならせることによりコイル対面面積をコイルにおける領域毎に異ならせ、斯くして誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９における領域毎に異ならせている。
もちろん排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量によってはコイル２０の太さをコイル２０の中央領域２４から周辺領域２５に向かって一定の割合で徐々に細くしたり、コイル２０の太さを不規則に異ならせたりすることもある。すなわちコイル２０の太さは排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速に活性温度にまで上昇させるという観点から排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量に応じて適宜、設定される。また第一実施例の考え方と本実施例の考え方とを組み合わせてコイルの導線間距離をコイルにおける領域毎に異ならせると共に導線の太さをコイルにおける領域毎に異ならせるようにしてもよい。
【００３０】
次に図５を参照して第三実施例の触媒昇温装置について説明する。図５に示したように本実施例の導電体３０は二つのコイル３１、３２から構成される。各コイル３１、３２は等しい長さの導線を渦巻き状に巻くことにより形成される。これらコイル３１、３２は径方向外側に向かって互いに交互に並んで排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域３４から周辺領域３５まで延在するように配置される。各コイル３１、３２は第一実施例のコイル１０と同様に形成される。すなわち各コイル３１、３２の導線間距離はその中央領域３４から周辺領域３５に向かって徐々に短くなっている。したがって誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量は当該部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなるので本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また本実施例のコイル３１、３２は交番電流発生電源１１に並列に接続される。このようにコイルが並列に交番電流発生電源１１に接続された場合には全体としての電気抵抗が第一実施例のようにコイル１０が交番電流発生電源１１に直列に接続されている場合の電気抵抗に比べて小さくなる。このためコイル内を電流が流れやすくなり、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３１】
なお本実施例では各コイル３１、３２を構成する導線の長さは等しいが排気浄化触媒７の上流端部分９の各領域の温度を活性温度まで上昇させるのに必要な熱量によっては例えばこれらコイル３１、３２のうち一方を排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域から周辺領域まで延在させると共に他方のコイルを排気浄化触媒７の排気上流端面８の周辺領域のみに延在させるといったように各コイル３１、３２を構成する導線の長さが異なっていてもよい。
また本実施例の導電体３０は二つのコイルから構成されているが三つ以上のコイルから構成されるようにしてもよい。
【００３２】
次に図６を参照して第四実施例の触媒昇温装置について説明する。図６に示したように本実施例の導電体は複数（本実施例では五つ）のコイル４０から構成される。これらコイル４０のうちの一つは排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域に配置される。この中央領域に配置されたコイル４０はその中心が排気浄化触媒７の軸線と同軸になるように配置される。残りの四つのコイル４０は排気浄化触媒７の排気上流端面８の周辺領域に配置される。すなわち残りの四つのコイル４０は排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域に配置されたコイル４０と触媒コンバータ１のケーシング６との間に配置される。
本実施例では周辺領域に配置される各コイル４０の導線間距離は中央領域に配置されるコイル４０の導線間距離よりも短い。このため誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが大きい。したがって本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また本実施例においては各コイル４０は交番電流発生電源１１に並列に接続される。このため各コイル４０の電気抵抗が小さいので各コイル４０内を電流が流れやすく、したがって排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３３】
なお図７に示したように周辺領域に配置されるコイルを六つとしてもよい。このように周辺領域に配置するコイルの数を増やせばコイル対面面積が増大し、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３４】
次に図８を参照して第五実施例の触媒昇温装置について説明する。図８に示したように本実施例の導電体５０は排気浄化触媒７の排気上流端面８に沿って同心円を為して並列関係でもって配置される複数の環状の導電材、例えば導線から構成される。導電体５０の隣り合う導線間の距離（導線間距離）はその中央領域５４から周辺領域５５に向かって徐々に短くなる。このため誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが大きい。したがって本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また本実施例において各導線は交番電流発生電源１１に並列に接続される。このため各導線の電気抵抗が小さいので各導線内を電流が流れやすく、したがって排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
また環状の導線を同心円を為して配置する本実施例の構成では導線間距離を導電体の領域毎に異ならせることが容易である。また導線の太さを各導線毎に異ならせることも容易である。
【００３５】
なお導電体を環状の導線を同心円状に並列に接続して構成するのではなく、図９に示したように導線間距離が導電体の中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くなるように半円状の複数の導線を並列に接続して導電体を構成してもよい。
【００３６】
次に図１０および図１１を参照して第六実施例の触媒昇温装置について説明する。図１０に示したように本実施例では排気浄化触媒７の排気上流端面８の形状はケーシング６の上流側壁面との距離が長手軸線１３近傍からケーシング６の外周に向かうにつれて徐々に短くなるようにほぼ円錐形状である。排気浄化触媒７の排気上流端面８をこのような形状にすることにより、排気ガスが排気上流端面８の全面に亘って均等に流入しやすくなる。またコイル６０は触媒コンバータ１の長手軸線１３を中心として流入口４の周りから排気浄化触媒７のほぼ円錐形状の排気上流端面８に沿って触媒コンバータ１の外周近傍まで円錐形をなして延びる。
本実施例のコイル６０は導線間距離が当該コイル６０の中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くなるように構成される。このため誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが大きい。したがって本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また排気上流端面８の形状をほぼ円錐形状としたことにより本実施例におけるコイル対面面積は第一実施例におけるコイル対面面積よりも大きくなり、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３７】
また図１１に示したようにコイル６０を構成する導線の横断面の形状は矩形であり、その幅挟の端面が排気ガス流に対面するように配置される。これによればコイル６０を排気浄化触媒７の排気上流端面８に沿って配置してもコイル６０が排気ガスの流れを阻害することが少なくなる。
なお上述した実施例において導線の太さを太くすることにより排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分における発熱量を増大する場合、コイルがその全体により形成する平面に対して水平な方向の長さを長くし、斯くしてコイル対面面積を増大するように導線の太さを太くする必要がある。
【００３８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の温度を触媒活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量が当該部分における領域毎に異なるのに対応して誘導加熱による発熱量を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせたので、排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分全体の温度を迅速に触媒活性温度にまで昇温させることができる。
【００３９】
第４の発明および第５の発明によれば、導電体全体の電気抵抗値が小さいので電流が流れやすくなり、低い電圧でも排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分をより効率的に誘導加熱することができるようになる。
【００４０】
第９の発明によれば、導電体の対面面積が排気浄化触媒の排気上流端面に対して平行に延在する導電体の対面面積よりも増加するので、誘導加熱による加熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図２】図１に示した触媒コンバータの上流側の拡大断面図である。
【図３】図２の線III−IIIに沿った触媒コンバータの断面図である。
【図４】図３と同様な図であって第二実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図５】図３と同様な図であって第三実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図６】図３と同様な図であって第四実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図７】図３と同様な図であって第四実施例の変更例を示す図である。
【図８】図３と同様な図であって第五実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図９】図３と同様な図であって第五実施例の変更例を示す図である。
【図１０】図２を同様な図であって第六実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図１１】第六実施例のコイルと排気浄化触媒とを示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１…触媒コンバータ
２…機関本体
３…機関排気通路
４…流入口
５…流出口
６…ケーシング
７…排気浄化触媒
８…排気上流端面
９…上流端部分
１０…コイル
１２…磁力線
１３…長手軸線
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の触媒昇温装置に関し、特に、導電体に交番電流を供給して誘導加熱するようにした触媒昇温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関では、排出される排気ガス中の有害ガス成分、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）、および炭化水素（ＨＣ）等の成分を大気に放出する前に浄化するために、白金やパラジウム等の貴金属を触媒として担持した排気浄化触媒を排気系に備えている。
【０００３】
排気浄化触媒において触媒が触媒作用を行うためには、排気浄化触媒をその活性温度以上に昇温させなければならない。しかしながら特に機関冷間始動時には排気浄化触媒の温度は低く、また排気ガスも低温であるので排気浄化触媒はその活性温度にまで昇温しづらい。このため排気浄化触媒では触媒作用が活発に行われにくい。そこで例えば機関始動時等のように排気浄化触媒の温度が低い時に、排気ガス以外の手段により排気浄化触媒をその活性温度以上にまで加熱して触媒作用の活発化を図ることが望ましい。
【０００４】
排気浄化触媒をその活性温度以上にまで昇温させる方法の一つに、特開平６−１５４６２３号公報により提案された誘導加熱を用いた方法がある。この特開平６−１５４６２３号公報では、誘導加熱用コイルを排気浄化触媒の排気上流端面近傍の外周面周りに配置して、排気浄化触媒の排気上流端面近傍を加熱するようにしている。このような構成にすると、低電力で迅速に排気浄化触媒の排気上流端面近傍を加熱することができる。そして、少なくとも排気浄化触媒の排気上流端面近傍の温度がその活性温度になっていれば、排気ガス中の成分の触媒反応による発熱によって下流部分の触媒を順次加熱するので、排気ガス中のほとんどの有害ガス成分が浄化される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気浄化触媒の排気上流端面近傍を活性温度以上にまで上昇させるのに必要な熱量は排気浄化触媒の排気上流端面の領域毎に異なる。ところが、特開平６−１５４６２３号公報に記載された構成では、排気浄化触媒の排気上流端面近傍をほぼ均一に加熱するため、排気浄化触媒の排気上流端面近傍の温度をその全面に亘って活性温度以上にまで迅速に上昇させることができない。
【０００６】
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、誘導加熱により排気浄化触媒の排気浄化触媒の排気上流端面近傍の温度を活性温度にまで迅速に昇温させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路に排気浄化触媒を配置すると共に該排気浄化触媒の排気上流端面に面して導電体を配置し、該導電体に交番電流を供給することにより排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分を誘導加熱するようにした内燃機関の触媒昇温装置において、前記排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の温度を触媒活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量が排気上流端面近傍の部分の領域毎に異なるのに対応して、排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせることにより、誘導加熱による発熱量を排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせる。すなわち誘導加熱による排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の発熱量がその部分において領域毎に異なる。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、誘導加熱による発熱量を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の中央領域と該中央領域周りの領域とで異ならせる。
【００１０】
第３の発明では、第１または第２の発明において、導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って一つの導電材を渦巻き状に巻いて形成されるコイルである。
【００１１】
第４の発明では、第１または第２の発明において、導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って同心円を為して並列関係でもって配置される複数の環状導電材からなる。このように導電体を並列関係でもって配置される導電材から構成することにより導電体全体の電気抵抗値が小さくなる。
【００１２】
第５の発明では、第１または第２の発明において、導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って互いに間を開けて並列関係でもって配置される複数の導電材からなる。このように導電体を並列関係でもって配置される導電材から構成することにより、導電体全体の電気抵抗値が小さくなる。
【００１３】
第６の発明では、第３〜第５のいずれか一つの発明において、隣り合った導電材間の距離を導電体の領域毎に異ならせることにより排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を異ならせる。
【００１４】
第７の発明では、第３〜第５のいずれか一つの発明において、導電材の太さを導電体の領域毎に異ならせることにより排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を異ならせる。
【００１５】
第８の発明では、第３〜第７のいずれか一つの発明において、排気浄化触媒の排気上流端面を円錐形にすると共に導電体を排気浄化触媒の排気上流端面に対応して円錐形をなして配置する。これによれば導電体の対面面積が排気浄化触媒の排気上流端面に対して平行に延在する導電体の対面面積よりも増加する。
【００１６】
第９の発明では、第３〜第８のいずれか一つの発明において、導電体の横断面の形状を矩形にして該導電体の幅挟の端面が排気ガス流に対面するように導電体を配置する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図中の同じ参照番号は同様な要素を示す。
【００１８】
図１は本発明の第一の実施例の触媒昇温装置を含む内燃機関の概略構成図である。図１において、１は触媒コンバータ、２は機関本体、３は機関排気通路である。機関排気通路３は機関本体２の排気ポートに連結される。触媒コンバータ１は機関排気通路３に配置される。触媒コンバータ１は流入口４および流出口５を有する。上記機関本体２から排出された排気ガスは機関排気通路３を介して流入口４から触媒コンバータ１に流入して流出口５において触媒コンバータ１から排出される。このように排気ガスが触媒コンバータ１内を流入口４から流出口５に流れるので以下の説明では流入口４側を排気上流側、流出口５側を排気下流側と称する。
触媒コンバータ１はほぼ円筒形のケーシング６と、ほぼ円筒形の排気浄化触媒７とを具備する。ケーシング６の上流側壁面はほぼ円錐形状である。排気浄化触媒７はその長手軸線がケーシング６の長手軸線と同軸になるようにケーシング６内に収容される。排気浄化触媒７の排気上流端面８は排気浄化触媒７の軸線方向に対して垂直な平坦な面である。しかしながら、排気上流端面８の形状は例えば後述するように円錐形のような別の形状であってもよい。
排気浄化触媒７は一定温度（活性温度）以上で良好な触媒作用を示す触媒である。また排気浄化触媒７の担体は適度の導電性と透磁率とを有する金属製担体、または透磁率と導電性とが高い材料を点在させた適度の導電性と透磁率とを有する担体である。ケーシング６内には排気浄化触媒７の排気上流端面８に面して導電体１０が配置される。
【００１９】
次に図１〜図３を参照して本実施例の導電体について詳細に説明する。なお図２は図１に示した触媒コンバータの上流側の拡大断面図であり、図３は図２の線III−IIIに沿った触媒コンバータの断面図である。また図２には触媒コンバータの長手軸線に対して図面に向かって左側のみに磁力線を示しているが、実際には磁力線は長手軸線から触媒コンバータの外周へ向かう全ての放射状方向に存在する。
【００２０】
図１に示したように本実施例の導電体１０はコイルである。コイル１０は電気抵抗が低い材料から成る一本の導電材、例えば導線を渦巻き状に巻いて形成される。なお、導線としては、ステンレスや銅を用いることができる。コイル１０には交番電流を流すための交番電流発生電源１１が接続される。交番電流発生電源１１は直流電源に共振回路を組み込んだものである。しかしながら交番電流発生電源１１は交流電源でもよい。
【００２１】
図２に示したようにコイル１０は触媒コンバータ１の長手軸線１３（ケーシング６の長手軸線および排気浄化触媒７の長手軸線と同軸）を中心として排気浄化触媒７の排気上流端面８に沿って触媒コンバータ１の外周近傍まで渦巻き状に延びる。またコイル１０は排気浄化触媒７の排気上流端面８に空間を開けて面するように配置される。しかしながらコイル１０が排気浄化触媒７の排気上流端面８に絶縁体を介して配置されるようにしてもよい。またコイル１０を構成する導線の横断面の形状は細長くて矩形である。もちろん導線の横断面の形状は円形や楕円形等の他の断面形状であってもよい。
【００２２】
図３に示したようにコイル１０の隣り合った導線間の距離（以下、単に導線間距離と称す。）はその中央領域１４において最も長く、中央領域から径方向外側に向かうにつれて徐々に短くなり、周辺領域１５において最も短い。すなわち本実施例では導線間距離をコイル１０の中央領域１４から周辺領域１５に向かって徐々に短くすることにより導線が比較的多く存在する領域（疎の部分）と、導線が比較的少なく存在する領域（密の部分）とをコイル１０に形成している。
次に誘導加熱について説明する。コイル１０に交番電流を流すと図２に示したようにコイル１０の周りに交番磁界、すなわち磁力線１２が形成される。排気浄化触媒７はコイル１０周囲の雰囲気（例えば排気ガスや空気）よりも極めて透磁率が高いので磁力線１２はコイル１０と排気浄化触媒７との間の雰囲気中を通らずに排気浄化触媒７の排気上流端面８近傍の一部分（以下、単に上流端部分と称す。）９を通過する。これにより排気浄化触媒７の上流端部分９に渦電流が発生し（表皮効果）、この渦電流によって排気浄化触媒７の上流端部分９が誘導加熱せしめられる。
【００２３】
ところで排気浄化触媒７の上流端部分９の中央領域の部分（以下、単に中央領域部分と称す。）周りの領域の部分（以下、単に周辺領域部分と称す。）はケーシング６を介して大気に隣接しているので当該周辺領域部分からの放熱量は中央領域部分からの放熱量よりも大きい。このため排気浄化触媒７の上流端部分９全体を等しく加熱した場合には周辺領域部分の温度は中央領域部分の温度よりも低くなる傾向にある。したがって排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度をその活性温度にまで上昇させるために必要な熱量は当該上流端部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなる。
ここで本実施例ではコイル１０の導線間距離をその中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くしている。コイル１０の導線間距離が短いほど排気浄化触媒７の排気上流端面８の単位面積当たりに対面するコイル１０の対面面積（以下、単にコイル対面面積と称す。）が大きくなる。また交番電流はコイル１０を構成する導線の表面近傍を流れることからコイル対面面積が大きいほどコイル１０により形成される磁界が強くなり、斯くして誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量が大きくなる。したがって本実施例によれば誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなる。
【００２４】
このように本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９の温度をその活性温度にまで上昇させるのに必要な発熱量が当該部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなるのに対応して誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくしているので排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度をその活性温度まで迅速に上昇させることができる。
また本実施例では上述したようにコイル１０の導線間距離を変えることにより誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９における領域毎に異ならせている。すなわち本実施例によればコイル１０の導線間距離をコイル１０における領域毎に異ならせるという単純な構成により誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９における領域毎に異ならせることができる。
【００２５】
なお本実施例ではコイル１０の導線間距離をコイル１０の中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くしているが排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量によってはコイル１０の導線間距離をコイル１０の中央領域から周辺領域に向かって徐々に一定の割合で長くしたり、コイル１０の導線間距離を不規則に異ならせたりすることもある。すなわちコイル１０の導線間距離は排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速に活性温度にまで上昇させるという観点から排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量に応じて適宜、設定される。
また上述した実施例において単純に周辺領域におけるコイルの導線間距離を中央領域における導線間距離よりも短くするようにしてもよい。もちろんこの場合、誘導加熱による排気浄化触媒の上流端部分の発熱量は当該部分の中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが多くなる。
また本実施例の触媒コンバータ１および排気浄化触媒７はほぼ円筒形であるが例えば楕円形や矩形等の別の形状であってもよく、この場合には導線を円形ではなく触媒コンバータ１や排気浄化触媒７の形状に合わせて楕円形や矩形等の別の形状に巻いてコイルを形成してもよい。
またコイルの導線間距離を異ならせるという構成以外にも導線の横断面の形状を異ならせるという構成によってコイル対面面積を変えるようにしてもよい。
【００２６】
また誘導加熱により排気浄化触媒を加熱することには以下のような利点がある。誘導加熱によれば渦電流が流れた部分のみが加熱されるので単位体積当たりの発熱量が大きい。すなわちコイル１０を排気浄化触媒７の排気上流端面８に面して配置し、排気浄化触媒７を加熱すると排気浄化触媒７の上流端部分９のみが強力に加熱せしめられる。
また誘導加熱によれば加熱される部分が非常に小さいので当該加熱部分を通過する排気ガスに露出する加熱部分の面積も非常に小さい。このため排気ガスに奪われる加熱部分の熱量が少なく、したがって加熱部分の温度を少ない電力で急激に上昇させることができる。
また交番磁界の浸透深さ（交番磁界が到達する排気上流端面８近傍の部分９の排気浄化触媒７の長手方向における距離）は交番電流の周波数の平方根に反比例する。すなわち交番電流の周波数を高くするという簡単な操作により交番磁界の浸透深さを浅くし、これにより加熱すべき部分を小さくし、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率を上昇させることができる。
【００２７】
またコイルを排気浄化触媒の排気上流端面に面して配置することには以下のような利点がある。排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分全体の温度をその活性温度まで上昇させるためには少なくとも排気上流端面をその全面に亘って誘導加熱する必要がある。ところが上述した特開平６−１５４６２３号公報に記載された構成、すなわち排気浄化触媒の上流端部分をその周囲から誘導加熱するようにした構成ではコイルのほとんどの磁力線が排気浄化触媒の周辺領域の部分にしか到達せず、このため排気浄化触媒の中央領域の部分を十分に誘導加熱することができない。すなわち上記公報に記載の構成によると排気浄化触媒の上流端部分全体を均等に誘導加熱することができない。
【００２８】
一方、本実施例の触媒昇温装置では排気浄化触媒の排気上流端面に面してコイルが配置されるので磁力線が排気浄化触媒の上流端部分全体を通過する。このため排気浄化触媒の上流端部分全体を誘導加熱することができる。
【００２９】
次に図４を参照して第二実施例の触媒昇温装置について説明する。図４に示したように本実施例ではコイル２０の導線間距離はそれぞれ等しく、コイル２０の導線の太さはコイル２０の中央領域から周辺領域に向かって太くなる。コイルの導線間距離が等しい場合においては導線の太さを太くするほどコイル対面面積が増大する。すなわち本実施例では導線の太さをコイルにおける領域毎に異ならせることによりコイル対面面積をコイルにおける領域毎に異ならせ、斯くして誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量を当該部分９における領域毎に異ならせている。
もちろん排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量によってはコイル２０の太さをコイル２０の中央領域２４から周辺領域２５に向かって一定の割合で徐々に細くしたり、コイル２０の太さを不規則に異ならせたりすることもある。すなわちコイル２０の太さは排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速に活性温度にまで上昇させるという観点から排気浄化触媒７の上流端部分９における領域毎にその領域の温度を活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量に応じて適宜、設定される。また第一実施例の考え方と本実施例の考え方とを組み合わせてコイルの導線間距離をコイルにおける領域毎に異ならせると共に導線の太さをコイルにおける領域毎に異ならせるようにしてもよい。
【００３０】
次に図５を参照して第三実施例の触媒昇温装置について説明する。図５に示したように本実施例の導電体３０は二つのコイル３１、３２から構成される。各コイル３１、３２は等しい長さの導線を渦巻き状に巻くことにより形成される。これらコイル３１、３２は径方向外側に向かって互いに交互に並んで排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域３４から周辺領域３５まで延在するように配置される。各コイル３１、３２は第一実施例のコイル１０と同様に形成される。すなわち各コイル３１、３２の導線間距離はその中央領域３４から周辺領域３５に向かって徐々に短くなっている。したがって誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量は当該部分９の中央領域部分から周辺領域部分に向かって徐々に大きくなるので本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また本実施例のコイル３１、３２は交番電流発生電源１１に並列に接続される。このようにコイルが並列に交番電流発生電源１１に接続された場合には全体としての電気抵抗が第一実施例のようにコイル１０が交番電流発生電源１１に直列に接続されている場合の電気抵抗に比べて小さくなる。このためコイル内を電流が流れやすくなり、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３１】
なお本実施例では各コイル３１、３２を構成する導線の長さは等しいが排気浄化触媒７の上流端部分９の各領域の温度を活性温度まで上昇させるのに必要な熱量によっては例えばこれらコイル３１、３２のうち一方を排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域から周辺領域まで延在させると共に他方のコイルを排気浄化触媒７の排気上流端面８の周辺領域のみに延在させるといったように各コイル３１、３２を構成する導線の長さが異なっていてもよい。
また本実施例の導電体３０は二つのコイルから構成されているが三つ以上のコイルから構成されるようにしてもよい。
【００３２】
次に図６を参照して第四実施例の触媒昇温装置について説明する。図６に示したように本実施例の導電体は複数（本実施例では五つ）のコイル４０から構成される。これらコイル４０のうちの一つは排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域に配置される。この中央領域に配置されたコイル４０はその中心が排気浄化触媒７の軸線と同軸になるように配置される。残りの四つのコイル４０は排気浄化触媒７の排気上流端面８の周辺領域に配置される。すなわち残りの四つのコイル４０は排気浄化触媒７の排気上流端面８の中央領域に配置されたコイル４０と触媒コンバータ１のケーシング６との間に配置される。
本実施例では周辺領域に配置される各コイル４０の導線間距離は中央領域に配置されるコイル４０の導線間距離よりも短い。このため誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが大きい。したがって本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また本実施例においては各コイル４０は交番電流発生電源１１に並列に接続される。このため各コイル４０の電気抵抗が小さいので各コイル４０内を電流が流れやすく、したがって排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３３】
なお図７に示したように周辺領域に配置されるコイルを六つとしてもよい。このように周辺領域に配置するコイルの数を増やせばコイル対面面積が増大し、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３４】
次に図８を参照して第五実施例の触媒昇温装置について説明する。図８に示したように本実施例の導電体５０は排気浄化触媒７の排気上流端面８に沿って同心円を為して並列関係でもって配置される複数の環状の導電材、例えば導線から構成される。導電体５０の隣り合う導線間の距離（導線間距離）はその中央領域５４から周辺領域５５に向かって徐々に短くなる。このため誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが大きい。したがって本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また本実施例において各導線は交番電流発生電源１１に並列に接続される。このため各導線の電気抵抗が小さいので各導線内を電流が流れやすく、したがって排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
また環状の導線を同心円を為して配置する本実施例の構成では導線間距離を導電体の領域毎に異ならせることが容易である。また導線の太さを各導線毎に異ならせることも容易である。
【００３５】
なお導電体を環状の導線を同心円状に並列に接続して構成するのではなく、図９に示したように導線間距離が導電体の中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くなるように半円状の複数の導線を並列に接続して導電体を構成してもよい。
【００３６】
次に図１０および図１１を参照して第六実施例の触媒昇温装置について説明する。図１０に示したように本実施例では排気浄化触媒７の排気上流端面８の形状はケーシング６の上流側壁面との距離が長手軸線１３近傍からケーシング６の外周に向かうにつれて徐々に短くなるようにほぼ円錐形状である。排気浄化触媒７の排気上流端面８をこのような形状にすることにより、排気ガスが排気上流端面８の全面に亘って均等に流入しやすくなる。またコイル６０は触媒コンバータ１の長手軸線１３を中心として流入口４の周りから排気浄化触媒７のほぼ円錐形状の排気上流端面８に沿って触媒コンバータ１の外周近傍まで円錐形をなして延びる。
本実施例のコイル６０は導線間距離が当該コイル６０の中央領域から周辺領域に向かって徐々に短くなるように構成される。このため誘導加熱による排気浄化触媒７の上流端部分９の発熱量はその中央領域部分よりも周辺領域部分のほうが大きい。したがって本実施例によれば排気浄化触媒７の上流端部分９全体の温度を迅速にその活性温度にまで上昇させることができる。
また排気上流端面８の形状をほぼ円錐形状としたことにより本実施例におけるコイル対面面積は第一実施例におけるコイル対面面積よりも大きくなり、排気浄化触媒７の上流端部分９の加熱効率が向上する。
【００３７】
また図１１に示したようにコイル６０を構成する導線の横断面の形状は矩形であり、その幅挟の端面が排気ガス流に対面するように配置される。これによればコイル６０を排気浄化触媒７の排気上流端面８に沿って配置してもコイル６０が排気ガスの流れを阻害することが少なくなる。
なお上述した実施例において導線の太さを太くすることにより排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分における発熱量を増大する場合、コイルがその全体により形成する平面に対して水平な方向の長さを長くし、斯くしてコイル対面面積を増大するように導線の太さを太くする必要がある。
【００３８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の温度を触媒活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量が当該部分における領域毎に異なるのに対応して誘導加熱による発熱量を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせたので、排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分全体の温度を迅速に触媒活性温度にまで昇温させることができる。
【００３９】
第４の発明および第５の発明によれば、導電体全体の電気抵抗値が小さいので電流が流れやすくなり、低い電圧でも排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分をより効率的に誘導加熱することができるようになる。
【００４０】
第９の発明によれば、導電体の対面面積が排気浄化触媒の排気上流端面に対して平行に延在する導電体の対面面積よりも増加するので、誘導加熱による加熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図２】図１に示した触媒コンバータの上流側の拡大断面図である。
【図３】図２の線III−IIIに沿った触媒コンバータの断面図である。
【図４】図３と同様な図であって第二実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図５】図３と同様な図であって第三実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図６】図３と同様な図であって第四実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図７】図３と同様な図であって第四実施例の変更例を示す図である。
【図８】図３と同様な図であって第五実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図９】図３と同様な図であって第五実施例の変更例を示す図である。
【図１０】図２を同様な図であって第六実施例の触媒昇温装置を示す図である。
【図１１】第六実施例のコイルと排気浄化触媒とを示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１…触媒コンバータ
２…機関本体
３…機関排気通路
４…流入口
５…流出口
６…ケーシング
７…排気浄化触媒
８…排気上流端面
９…上流端部分
１０…コイル
１２…磁力線
１３…長手軸線
Claims (9)
- 機関排気通路に排気浄化触媒を配置すると共に該排気浄化触媒の排気上流端面に面して導電体を配置し、該導電体に交番電流を供給することにより排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分を誘導加熱するようにした内燃機関の触媒昇温装置において、前記排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の温度を触媒活性温度にまで上昇させるのに必要な熱量が排気上流端面近傍の部分の領域毎に異なるのに対応して、排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせることにより、誘導加熱による発熱量を排気上流端面近傍の部分の領域毎に異ならせた触媒昇温装置。
- 誘導加熱による発熱量を排気浄化触媒の排気上流端面近傍の部分の中央領域と該中央領域周りの領域とで異ならせた請求項１に記載の触媒昇温装置。
- 導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って一つの導電材を渦巻き状に巻いて形成されるコイルである請求項１または２に記載の触媒昇温装置。
- 導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って同心円を為して並列関係でもって配置される複数の環状導電材からなる請求項１または２に記載の触媒昇温装置。
- 導電体が排気浄化触媒の排気上流端面に沿って互いに間を開けて並列関係でもって配置される複数の導電材からなる請求項１または２に記載の触媒昇温装置。
- 隣り合った導電材間の距離を導電体の領域毎に異ならせることにより排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を異ならせた請求項３〜５のいずれか一つに記載の触媒昇温装置。
- 導電材の太さを導電体の領域毎に異ならせることにより排気浄化触媒の排気上流端面の単位面積当たりに対面する導電体の対面面積を異ならせた請求項３〜５のいずれか一つに記載の触媒昇温装置。
- 排気浄化触媒の排気上流端面を円錐形にすると共に導電体を排気浄化触媒の排気上流端面に対応して円錐形をなして配置した請求項３〜７に記載の触媒昇温装置。
- 導電体の横断面の形状を矩形にして該導電体の幅挟の端面が排気ガス流に対面するように導電体を配置した請求項３〜８に記載の触媒昇温装置。
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