JP5559169B2 - 少なくとも１つの電気的に加熱可能なハニカム体を有するデバイスを操作する方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば排ガス処理のために用いられる、少なくとも１つの電気的に加熱可能なハニカム体を有するデバイスを操作するための方法に関する。例えば、排気システムにおける排ガスの触媒変換のため、特に、内燃エンジン、好ましくは、火花点火エンジンの排気システムのためのこのようなデバイスは、共通のケーシング管内に隣接して配置され、連続して排ガスが横断可能である、少なくとも１つの第１のハニカム体および１つの第２のハニカム体を必要に応じて備え、少なくとも１つの電流分配構造を有する、電気的に加熱可能な少なくとも上記第１のハニカム体は、外側ケーシング管内において、上記外側ケーシング管とスペースを置いて配置され、隣接するハニカム体は、上記ハニカム体に突き出た支持部材によって互いに機械的に連結される。

１つのハニカム体は、例えば、できるだけ迅速に排ガスの触媒変換を実現するために電気的に加熱可能である。ハニカム体の外側面に連結され、電力端子に連結される２つの電流分配構造が、均一な電流の分配を提供する働きをする。この電流分配構造には、ケーシング管に対して電気的に絶縁する外側方向に突き出たピンが備わっている。これらのピンは、加熱可能な触媒コンバータに電流を供給するための電極として働く。

電気的に加熱可能なハニカム体が共通のケーシング管に対して電気的に絶縁している一方で、第２のハニカム体は、適切な場合には接地される共通のケーシング管に連結されているので、支持部材と電気的に加熱可能なハニカム体との間の電気的絶縁が損なわれた場合、電流は、ハニカム体に突き出ている支持部材を介して流れ得る。電気的絶縁は、例えば、電気的に加熱可能なハニカム体と支持部材との間の煤の堆積によって生じる場合があり、この結果として、煤の堆積が、その後のアークの形成と共に短絡を生じ得、それにより、支持部材の破壊を導く。

従って、本発明が基づいている目的は、従来技術に関して強調された問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、導入部で記載されたデバイスにおける支持部材への破損および／または破壊に対して効果的に保護するための手段を特定することを目的とする。

この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴に従った方法、および請求項４の特徴に従ったデバイスによって達成される。従属の請求項は、各々の場合において、有利な実施形態に関連する。ここで特定される特徴は、任意に所望される方法において互いに組み合わされてもよい。特に、図面と併せて、上述の記載はさらなる例示的な実施形態を特定する。

本発明に係る方法は、排ガスが横断できる少なくとも１つの第１の電気的に加熱可能なハニカム体を有するデバイスの操作に関し、上記第１の電気的に加熱可能なハニカム体は少なくとも１つの電流分配構造を有する。上記ハニカム体を加熱するために上記電流分配構造が一定の加熱電圧で作用される前に、上記電流分配構造が、起動時に複数の連続した短い電圧パルスで最初に作用される。

この結果、デバイスの起動のための定められた時間および／または計算された時間が決定されることが可能であり、次いで、本方法を用いてハニカム体（およびハニカム体を流れる排ガス）の加熱が実行されることが可能である。

上記加熱電圧が印加される前に３個から１０個の電圧パルスが生成されることが好ましい。特に非常に好ましくは、３個から５個の電圧パルスが生成される。加熱電圧は、好ましくは、数秒から数分間維持されることが好ましく、その結果、電圧パルスは、加熱時間の３％未満、特に、０．１％未満となる。

電圧パルスが１０ミリ秒から１００ミリ秒の持続時間を有することが有利であることもまた想定される。特に好ましくは、電圧パルス各々は約５０ミリ秒の持続時間を超えない。

電圧パルスの電圧レベルは、一定の加熱電圧の電圧レベルよりも低いこともまた有利であり得る。加熱電圧の電圧レベルは、例えば、１２ボルトよりも高く、例えば約１８ボルトである。

従って、排気システムにおける排ガスの触媒変換のための、特に、内燃エンジン、好ましくは、火花点火エンジンの排気システムのためのデバイスを操作するための方法がここで特に特定され、このデバイスは、共通のケーシング管内に隣接して配置され、連続して排ガスが横断可能である、少なくとも１つの第１のハニカム体および１つの第２のハニカム体を備える。ここで、少なくとも１つの電流分配構造を有する、電気的に加熱可能な少なくとも上記第１のハニカム体は、外側ケーシング管内において、上記外側ケーシング管とスペースを置いて配置される。隣接するハニカム体は、支持部材によって互いに機械的に連結され、上記支持部材は、上記ハニカム体に突き出ており、電気的に加熱可能なハニカム体に、電気的に絶縁するように配置され、隣接するハニカム体に、導電するように連結される。ハニカム体を加熱するために上記電流分配構造が（例えば）一定の連続した電圧で作用される前に、支持部材に堆積した煤を燃やし尽くすために、上記電流分配構造が、起動時に複数の連続した短い電圧パルスで最初に作用される。

制御ユニットは、電流分配構造が一定の連続した電圧で作用される前に、起動時に複数の短い連続した電圧パルスが最初に生成されるように、電気的に加熱可能なハニカム体に対して電流の供給を制御する電気ユニットを意味する。この制御ユニットは、エンジンの開始時、一定の連続した電圧に切り替わる前に電圧パルスを最初に生成するために、制御ユニットが信号を受信するように、エンジン制御器に連結されてもよい。

排気システムにおける排ガスの触媒変換のための本発明に係るデバイスは、上記支持部材が、上記電気的に加熱可能なハニカム体において、スリーブ内で、電気絶縁部を介在して配置され、かつ上記隣接するハニカム体と導電するように連結され、上記電流分配構造が一定の連続した電圧で作用される前に、上記電流分配構造の制御ユニットが、起動時に複数の連続した短い電圧パルスを最初に生成するように構成されている、ことを特徴とする。

これらの電圧パルスの結果、電気的に加熱可能なハニカム体と支持部材との間に煤堆積物が形成された場合、電気的に加熱可能なハニカム体と支持部材との間にアークが短く生じる。この短いアークは煤堆積物を燃やし尽くすので絶縁が再び有効となり、支持部材を破壊してしまう、より長い時間燃焼するアークが一定の連続した電圧による負荷によって生じることはもはやない。

制御ユニットは、１０ミリ秒から１００ミリ秒、好ましくは５０ミリ秒の持続時間を有し得る、３個から１０個の電圧パルスを生成するように構成される。

このデバイスが１８ボルトの電圧供給をやり取りすることもまた有利である。

本方法およびデバイスは、特に、互いに組み合わされ、かつ特に、車両に統合される。

本発明および技術分野は、図面を元にしてさらに詳細に説明される。図面は本発明の特に好ましい構成の変形を示すが、しかしながら本発明はそれらに限定されるものではないことが指摘される。図面はそれぞれ概略的に示される。

図１は、長手方向断面における触媒排ガス変換のためのデバイスを示す。 図２は、電気的に加熱可能なハニカム体に配置された支持部材の拡大断面図を示す。 図３は、制御ユニットによって生成された電圧パルスおよび一定の加熱電圧の図解を示す。

図１は、排気システムにおける排ガスの触媒変換のためのデバイスの好ましい例示的な実施形態を示す。この装置は２つのハニカム体２、３を備え、これらのハニカム体は、共通のケーシング管１内に配置され、排ガスが連続して横断（矢印を参照）できる。第１のハニカム体２は共通のケーシング管１内に、共通のケーシング管１から間隔を置いて配置され、電気的に加熱可能である。第１のハニカム体２の外側面は、対になったシェル状の電流分配構造４、５によって形成される。電流分配構造４、５は、各々、電力端子６および接地端子７に連結される。電力端子６および接地端子７の電極は、共通のケーシング管１内に形成された外側貫通開口部８、９へと突き出ている。電極は、共通のケーシング管１に溶接された連結部１０、１１を通って延びている。連結部１０、１１は絶縁層１３を有しているので、電極は、共通のケーシング管１に対して電気的に絶縁している。

２つのハニカム体２、３は、ハニカム体に突き出ている支持部材１２によって互いに連結されており、すなわち、特に、第１の電気的に加熱可能なハニカム体２は、第２のハニカム体３の端面に対して支持されるように構成される。より明確にするために、複数の可能な支持部材１２のうち、３つのみを例として図示する。

ハニカム体３は内側ケーシング管１４を有する。電流分配構造４、５は、さらなる保持部材１５により、ハニカム体３の内側ケーシング管１４に連結される。

２つの環状の内側ビーズ部１６は共通のケーシング管１に形成されている。これらの２つの内側ビーズ部１６は、ハニカム体３の内側ケーシング管１４と接触するように構成される。ビーズ部１６と内側ケーシング管１４との間の接触表面上には、密接した接続が提供されてよい。

（金属製の）支持部材１２は、（例えば金属製の）スリーブ１７により、電気的に加熱可能なハニカム体２に取り付けられ、電気絶縁部１８（例えば、セラミックコーティングの形態）は、支持部材１２とスリーブ１７との間に介在するスペースに配置される。

図２は、電気的に加熱可能なハニカム体２における支持部材１２の配置構成を、拡大した尺度で示しており、スリーブ１７および絶縁部１８を見ることができる。

排ガスが煤の粒子を含有する場合、電気的に加熱可能なハニカム体２の両側に煤堆積物１９が形成され得て、そして煤は公知のように導電性であるので、この煤堆積物１９は、電気的に加熱可能なハニカム体、すなわち、電気的に加熱可能なハニカム体内の（金属製の）スリーブ１７および／または（金属製の）支持部材１２との間に導電性のブリッジを形成する。従来技術に従えば、ここで連続した一定の電圧が電流分配構造４、５を介して導電性のハニカム体２に印加された場合、煤堆積物１９を介して短絡がまず生じ、煤堆積物１９が燃え尽きると持続するアークが次いで生じ、このアークは結果として支持部材１２に損傷を与えるか、または破壊してしまう。

これを防ぐために、制御ユニット２０が提供され、電流分配構造４、５が一定の加熱電圧で作用される前に、起動時に複数の連続した短い電圧パルスを最初に生成するように構成される。

図３において理解できるように、まず、３つの短い電圧パルス２１が制御ユニット２０によって生成され、この電圧パルス２１により、支持部材１２に損傷を与えることなく煤堆積物１９が燃え尽き、アークが生じて支持部材１２に損傷を与えることなく、その後、一定の加熱電圧が制御ユニットによって印加され得る。図３において、制御ユニット２０はまず３つの電圧パルス２１を生成し、その後、連続した一定の電圧を生成するが、必要であれば、さらに多くの電圧パルスが生成されることもまた可能であり、ここで最大で１０個の電圧パルスが一般的に任意の数の煤堆積物１９を燃え尽くすのに十分であることが見出されている。

電圧パルスの持続時間は１０ミリ秒から１００ミリ秒であってよく、好ましくは５０ミリ秒である。

図３において、電圧パルス２１の電圧レベルは一定の加熱電圧２２の電圧レベルと同じであるが、異なっていてもよく、例えば、これらの電圧パルスの電圧レベルは、危険なアークを生じずに、煤堆積物１９を安全に燃やし尽くすために、一定の加熱電圧の電圧レベルよりも低くてよい。

本発明は図示された例示的な実施形態に限定されない。本発明の数値的な修正は、特許請求の範囲の範囲内で実際に可能である。

１ 共通のケーシング管
２ 第１の電気的に加熱可能なハニカム体
３ 第２のハニカム体
４ 第１の電流分配構造
５ 第２の電流分配構造
６ 電力端子
７ 接地端子
８ 第１の開口部
９ 第２の開口部
１０ 第１の連結部
１１ 第２の連結部
１２ 支持部材
１３ 絶縁層
１４ 内側ケーシング管
１５ 保持部材
１６ ビーズ部
１７ スリーブ
１８ 絶縁部
１９ 煤堆積物
２０ 制御ユニット
２１ 電圧パルス
２２ 加熱電圧

Claims (3)

1. 排ガスが横断できる少なくとも１つの電気的に加熱可能な第１のハニカム体（２）及び１つの第２のハニカム体（３）を有するデバイスを操作するための方法であって、
   前記電気的に加熱可能な第１のハニカム体（２）は少なくとも１つの電流分配構造（４）を有し、前記第１のハニカム体（２）を加熱するために前記電流分配構造（４）が一定の加熱電圧（２２）で作用される前に、前記少なくとも１つの電流分配構造（４）が、起動時に複数の連続した電圧パルス（２１）で最初に作用され、
   前記加熱電圧（２２）が印加される前に３個から１０個の電圧パルス（２１）が生成され、
   前記電圧パルス（２１）は、１０ミリ秒から１００ミリ秒の持続時間を有し、
   前記電圧パルス（２１）の電圧レベルは、前記一定の加熱電圧（２２）の電圧レベルよりも低く、
   支持部材（１２）は、前記電気的に加熱可能な第１のハニカム体（２）において、スリーブ（１７）内で、電気絶縁部（１８）を介在して配置され、隣接するハニカム体（２、３）は、前記ハニカム体（２、３）に突き出た前記支持部材（１２）によって互いに機械的に連結され、前記第２のハニカム体（３）は、グランドに接続され、前記電圧パルス（２１）により前記支持部材（１２）と前記ハニカム体（２、３）との結合部付近に堆積された煤を燃やし尽くす、
   方法。
2. 排気システムにおける排ガスの触媒変換のためのデバイスであって、前記デバイスは、
   共通のケーシング管（１）内に隣接して配置され、連続して排ガスが横断可能である、少なくとも１つの第１のハニカム体（２）および１つの第２のハニカム体（３）を備え、
   少なくとも１つの電流分配構造（４、５）を有する、電気的に加熱可能な少なくとも前記第１のハニカム体（２）は、外側ケーシング管（１）内において、前記外側ケーシング管（１）とスペースを置いて配置され、
   隣接するハニカム体（２、３）は、前記ハニカム体（２、３）に突き出た支持部材（１２）によって互いに機械的に連結され、
   前記支持部材（１２）は、電気的に加熱可能な前記第１のハニカム体（２）において、スリーブ（１７）内で、電気絶縁部（１８）を介在して配置され、かつ隣接する前記第２のハニカム体（３）と導電するように連結され、
   前記電流分配構造（４、５）の制御ユニット（２０）は、前記電流分配構造（４、５）が一定の連続した電圧で作用される前に、起動時に複数の連続した電圧パルスを最初に生成するように構成され、
   前記制御ユニット（２０）は、前記一定の連続した電圧で作用される前に３個から１０個の電圧パルスを生成するように設定され、
   前記電圧パルスは、１０ミリ秒から１００ミリ秒の持続時間を有し、
   前記電圧パルスの電圧レベルは、前記一定の連続した電圧の電圧レベルよりも低く、
   前記第２のハニカム体（３）は、グランドに接続され、
   前記電圧パルスにより前記支持部材（１２）と前記ハニカム体（２、３）との結合部付近に堆積された煤を燃やし尽くす、
   デバイス。
3. 前記デバイスに１８ボルトの電圧源が提供されている、請求項２に記載のデバイス。

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