JP5725187B2 - 電気加熱式触媒 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる電気加熱式触媒に関する。
従来、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒として、通電されることで発熱する発熱体によって触媒が加熱される電気加熱式触媒（Electric Heating Catalyst：以下、ＥＨＣと称する）が開発されている。
ＥＨＣにおいては、通電によって発熱する発熱体と、該発熱体の収容するケースとの間に、該発熱体を支持すると共に電気を絶縁する絶縁支持部材が設けられる。例えば、特許文献１には、ＥＨＣにおいて、通電により発熱する担体と、該担体を収容するケースとの間に、絶縁体のマットを設ける技術が開示されている。
また、特許文献２には、ハイブリッド車両に搭載された内燃機関の排気通路に、ＥＨＣを有する触媒コンバータとプラズマリアクタとを設けた構成が開示されている。特許文献２に記載された構成では、ＥＨＣ及びプラズマリアクタには、モータジェネレータの電源として機能するバッテリから高電圧供給システムを介して電圧が供給される。
特開平０５−２６９３８７号公報 特開２００８−０１４１８６号公報
ＥＨＣにおいては、絶縁支持部材内に浸入（浸潤）した凝縮水によって発熱体とケースとの間が短絡することを抑制するために、内管を設ける場合がある。該内管は、発熱体とケースとの間に位置するように絶縁支持部材によって挟み込まれた管状の部材である。また、該内管は、表面全体に電気絶縁層が形成されているか或いは電気絶縁材によって形成されている。
ＥＨＣに内管を設ける場合、該内管は、絶縁支持部材の端面から排気中に突出するように形成される。内管をこのように形成することで、ケースの内壁面を流れて絶縁支持部材に到達した凝縮水が、該絶縁支持部材の端面を伝って発熱体にまで至ることが該内管によって抑制される。従って、絶縁支持部材の内部のみならず、絶縁支持部材の端面において、発熱体とケースとの間が凝縮水によって短絡することを抑制することができる。
ところが、内管を上記のような構成とすると、内管における絶縁支持部材の端面から突出した突出部に排気中の粒子状物質（Particulate Matter:以下、ＰＭと称する）が付着する。その結果、内管の突出部にＰＭが堆積すると、発熱体とケースとの間が該ＰＭによって短絡する虞がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、ＥＨＣにおける、発熱体とケースとの間の短絡を抑制することを目的とする。
本発明は、ＥＨＣにおいて、内管における絶縁支持部材の端面から排気中に突出している突出部を加熱する内管ヒータを設けたものである。
より詳しくは、本発明に係る電気加熱式触媒は、
通電により発熱し、発熱することで触媒を加熱する発熱体と、
前記発熱体を収容するケースと、
前記発熱体と前記ケースとの間に設けられ、前記発熱体を支持すると共に電気を絶縁する絶縁支持部材と、
前記発熱体とケースとの間に位置するように前記絶縁支持部材に挟み込まれた管状の部材であって、その端部が前記絶縁支持部材の端面から排気中に突出しており、且つ、表面全体に電気絶縁層が形成されているか或いは電気絶縁材によって形成された内管と、
前記発熱体に電気を供給する経路とは異なる経路で電気が供給され、前記内管における前記絶縁支持部材の端面から排気中に突出している突出部を加熱する内管ヒータと、
を備える。
本発明においては、発熱体への通電状態に関わらず、内管ヒータによって内管の突出部を加熱することができる。そして、内管の突出部を加熱し、その表面温度を上昇させることで、該突出部におけるＰＭの堆積を抑制することができる。従って、本発明によれば、ＥＨＣにおける、発熱体とケースとの間のＰＭによる短絡を抑制することができる。
本発明では、内管が、絶縁支持部材の上流側及び下流側の両方の端面から排気中に突出していてもよい。この場合、電気加熱式触媒に上流側から流入する排気の温度が低下すると、内管の上流側の突出部は、内管の下流側の突出部よりも温度が低下し易い。これは、発熱体の熱容量によって、該発熱体から流出する排気の温度の低下が抑制されるためである。
そこで、本発明に係るＥＨＣは、電気加熱式触媒に上流側から流入する排気の温度が低下する条件（以下、排気温度低下条件と称する）が成立した場合または該排気の温度が所定温度以下となった場合に、内管ヒータによって、内管の上流側及び下流側の突出部のうち少なくとも上流側の突出部を加熱するヒータ制御部をさらに備えてもよい。これによれば、少なくとも、よりＰＭの堆積し易い内管の上流側の突出部におけるＰＭの堆積を抑制することができる。
また、ヒータ制御部は、排気温度低下条件が成立した場合または該排気の温度が所定温度以下となった場合に、内管ヒータによって内管の上流側の突出部に供給する加熱量を、内管ヒータによって内管の下流側の突出部に供給する加熱量よりも多くしてもよい。これによれば、内管の突出部におけるＰＭの堆積を抑制しつつ内管ヒータへ供給する電力量を抑制することができる。
また、ヒータ制御部は、排気温度低下条件が成立した場合または該排気の温度が所定温度以下となった場合に、内管ヒータによって、先ず内管の上流側の突出部の加熱を開始し、その後、内管の下流側の突出部の加熱を開始してもよい。これによっても、内管の突出部におけるＰＭの堆積を抑制しつつ内管ヒータへ供給する電力量を抑制することができる。
上記の場合、内管の上流側の突出部の加熱を開始してから内管の下流側の突出部の加熱を開始するまでの時間を、電気加熱式触媒の温度が高いほど長くしてもよい。これによれば、内管ヒータへ供給する電力量を可及的に抑制することができる。
本発明に係るＥＨＣにおいては、ケースと内管との間の絶縁支持部材の端面が発熱体の端面よりも内側に凹んでいてもよい。この場合、絶縁支持部材の端面の凹み量は、ケースと内管との間の空間距離よりも大きい。
これによれば、発熱体とケースとの間の絶縁のための沿面距離をより長くすることができる。また、発熱体とケースとの間の絶縁のための沿面距離を確保しつつ内管の突出部の長さ（突出量）を短縮することができるため、ＥＨＣ全体の大きさをより小さくすることが可能となる。
また、ケースと内管との間の絶縁支持部材の端面にはＰＭが堆積し易い。一方、絶縁支持部材が内側に凹んだ部分における内管は、その突出部よりも発熱体からの熱伝導によって加熱され易い。そのため、該部分における内管の外周面にはＰＭが堆積し難い。従って、絶縁支持部材の端面の凹み量を、ケースと内管との間の空間距離よりも大きくすることで、ケースと内管との間の絶縁支持部材の端面がＰＭで覆われても、ケースと内管との間の絶縁支持部材の端面に沿った沿面距離以上の絶縁のための沿面距離を確保することができる。
本発明によれば、ＥＨＣにおける、発熱体とケースとの間のＰＭによる短絡を抑制することができる。
実施例１に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。 実施例１に係る内管ヒータの制御のフローを示すフローチャートである。 実施例２に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。 実施例２に係る内管ヒータの制御のフローを示すフローチャートである。 実施例２の変形例に係る内管ヒータの制御のフローを示すフローチャートである。 実施例２の変形例に係る、ＥＨＣの温度Ｔｃとディレイ時間Δｔｄｅｌａｙとの関係を示す図である。 実施例３に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。 実施例３に係る、ＥＨＣにおけるマットの上流側部分付近を拡大した拡大図である。
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
＜実施例１＞
［ＥＨＣの概略構成］
図１は、本実施例に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。図１は、ＥＨＣをその中心軸に沿って切断した断面図である。
本実施例に係るＥＨＣ１は、車両に搭載される内燃機関の排気管に設けられる。内燃機関は、ディーゼルエンジンであっても、ガソリンエンジンであってもよい。また、電気モータを備えたハイブリッドシステムを採用した車両においても本実施例に係るＥＨＣ１を用いることができる。尚、図１における矢印は、排気管における排気の流れ方向を示している。
本実施例に係るＥＨＣ１は、触媒担体３、ケース４、マット５、内管６、及び電極７を備えている。触媒担体３は、円柱状に形成されており、その中心軸が排気管２の中心軸Ａと同軸となるように設置されている。触媒担体３には排気浄化触媒１３が担持されている。排気浄化触媒１３としては、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒及び三元触媒等を例示することができる。
触媒担体３は、通電されると電気抵抗となって発熱する材料によって形成されている。触媒担体３の材料としては、ＳｉＣを例示することができる。触媒担体３は、排気の流れる方向（すなわち、中心軸Ａの方向）に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流通する。尚、中心軸Ａと直交する方向の触媒担体３の断面形状は楕円形等であっても良い。中心軸Ａは、排気管２、触媒担体３、内管６、及びケース４で共通の中心軸である。
触媒担体３はケース４に収容されている。ケース４内には電極室９が形成されている。尚、電極室９の詳細については後述する。触媒担体３には、該電極室９を通して左右方向から一対の電極７が接続されている。電極７にはバッテリから電気供給制御部１１を介して電気が供給される。電極７に電気が供給されると、触媒担体３に通電される。通電によって触媒担体３が発熱すると、触媒担体３に担持された排気浄化触媒１３が加熱され、その活性化が促進される。
ケース４は、金属によって形成されている。ケース４を形成する材料としては、ステンレス鋼材を例示することができる。ケース４は、中心軸Ａと平行な曲面を含んで構成される収容部４ａと、該収容部４ａよりも上流側及び下流側で該収容部４ａと排気管２とを接続するテーパ部４ｂ，４ｃと、を有している。収容部４ａの通路断面積は排気管２の通路断面積よりも大きくなっており、その内側に、触媒担体３、マット５、及び内管６が収容されている。テーパ部４ｂ，４ｃは、収容部４ａから離れるに従って通路断面積が縮小するテーパ形状をしている。
ケース４の収容部４ａの内壁面と触媒担体３の外周面との間にはマット５が挟み込まれている。つまり、ケース４内において、触媒担体３がマット５によって支持されている。また、マット５には内管６が挟み込まれている。内管６は、中心軸Ａを中心とした管状の部材である。マット５が、内管６を挟み込むことで、該内管６によってケース４側と触媒担体３側とに分割されている。
マット５は、電気絶縁材によって形成されている。マット５を形成する材料としては、アルミナを主成分とするセラミックファイバーを例示することができる。マット５は、触媒担体３の外周面及び内管６の外周面に巻きつけられている。また、マット５は、上流側部分５ａと下流側部分５ｂとに分割されており、該上流側部分５ａと下流側部分５ｂとの間には空間が形成されている。マット５が、触媒担体３とケース４との間に挟み込まれていることで、触媒担体３に通電したときに、ケース４へ電気が流れることが抑制される。
内管６はステンレス鋼材によって形成されている。また、内管６の表面全体には電気絶縁層が形成されている。電気絶縁層を形成する材料としては、セラミック又はガラスを例示することができる。尚、内管６の本体をアルミナ等の電気絶縁材によって形成してもよい。
また、図１に示すように、内管６は、中心軸Ａ方向の長さがマット５より長い。そのため、内管６の上流側及び下流側の端部は、マット５の上流側及び下流側の端面から突出している。以下、内管６におけるマット５の端面から排気中に突出している部分６ａ、６ｂを、「突出部」と称する。
ケース４及び内管６には、電極７を通すために、貫通孔４ｄ，６ｃが開けられている。そして、ケース４内における、マット５の上流側部分５ａと下流側部分５ｂとの間の空間によって、電極室９が形成されている。つまり、本実施例においては、マット５の上流側部分５ａと下流側部分５ｂとの間における触媒担体３の外周面全周にわたって電極室９が形成される。尚、マット５を上流側部分５ａと下流側部分５ｂとに分割することなく、マット５の電極７が通る部分にのみ貫通孔を空けることで、電極室となる空間を形成してもよい。
ケース４に開けられている貫通孔４ｄには、電極７を支持する電極支持部材８が設けられている。この電極支持部材８は電気絶縁材によって形成されており、ケース４と電極７との間に隙間なく設けられている。
また、内管６における上流側の突出部６ａ及びその近傍の内部には、内管ヒータ１０が埋め込まれている。該内管ヒータ１０は、内管６の上流側の突出部６ａを加熱するための電気ヒータである。該内管ヒータ１０は、バッテリから電気供給制御部１１を介して電気が供給されることで作動する。尚、内管ヒータ１０は、内管６とマット５との間に挟み込まれるように設けられてもよく、また、マット５内に埋め込まれてもよい。内管ヒータ１０がマット５側に設けられた場合であっても、内管ヒータ１０を作動させれば、熱伝導によって内管６の上流側の突出部６ａを加熱することができる。
電気供給制御部１１は、電極７及び内管ヒータ１０それぞれへの、通電のＯＮ／ＯＦＦの切り換えやその通電量の調整を行う。該電気供給制御部１１は、内燃機関１に併設された電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０に電気的に接続されている。該電気供給制御部１１は、該ＥＣＵ２０によって制御される。
本実施例では、内管ヒータ１０に、電気供給制御部１１を介して、電極７への電気供給経路とは異なる経路で電気を供給することが可能である。そのため、電極７への電気の供給状態、即ち触媒担体３への通電状態に関わらず、内管ヒータ１０によって、内管６における上流側の突出部６ａを加熱することができる。
また、排気管２内又はＥＨＣ１のケース４内においては、内燃機関の冷間始動時等に、排気中の水分が凝縮することで、凝縮水が発生する。排気管２内又はケース４内で発生した凝縮水がケース４の内壁面を伝って流れマット５まで到達すると、該凝縮水がマット５内に浸入（浸潤）する場合がある。また、マット５内に水蒸気の状態で浸入した水分が該マット５内で凝縮する場合もある。
そのため、本実施例に係るＥＨＣ１では、表面全体が電気絶縁層で覆われた内管６をマット５に挟み込んでいる。このような構成により、マット５内の凝縮水によって触媒担体３とケース４との間が短絡するのを抑制することができる。また、内管６の突出部６ａ，６ｂによって、マット５の端面を伝って凝縮水が触媒担体にまで至ることを抑制することができる。従って、マット５の端面での凝縮水による触媒担体３とケース４との間の短絡も抑制することができる。
尚、本実施例においては、必ずしもマット５の上流側及び下流側の両方から内管６が突出していなくともよい。例えば、凝縮水の発生量がより多い上流側のみに内管６の突出部が形成された構成としてもよい。
本実施例においては、触媒担体３が本発明に係る発熱体に相当する。ただし、本発明に係る発熱体は触媒を担持する担体に限られるものではなく、例えば、発熱体は触媒の上流側に設置された構造体であってもよい。また、本実施例においては、ケース４が本発明に係るケースに相当し、マット５が本発明に係る絶縁支持部材に相当し、内管６が本発明に係る内管に相当する。また、本実施例においては、内管ヒータ１０が本発明に係る内管ヒータに相当する。
［内管ヒータの制御］
ここで、内管６を上記のような構成とすると、内管６の突出部６ａ、６ｂに排気中のＰＭが付着する虞がある。内管６の突出部６ａ、６ｂの温度が高ければ、これらに付着したＰＭは、酸化され除去される。しかしながら、内管６の突出部６ａ、６ｂの温度が低いと、これらに付着したＰＭは徐々に堆積する。ＰＭは導電性を有している。そのため、マット５の端面及び内管６の突出部６ａ（又は６ｂ）の表面の全面にわたってＰＭが堆積すると、触媒担体３とケース４との間が該ＰＭによって短絡する。
特に、内管６の上流側の突出部６ａは、内燃機関から排出される排気の温度が低下した場合（即ち、ＥＨＣ１に流入する排気の温度が低下した場合）、その温度が、内管６の下流側の突出部６ｂに比べて低下し易い。これは、ＥＨＣ１に流入する排気の温度が低下したとしても、触媒担体３の熱容量によって、該触媒担体３から流出する排気の温度の低下が抑制され、その結果、内管６の下流側の突出部６ｂの温度の低下も抑制されるためである。
そのため、内管６の上流側の突出部６ａには、内管６の下流側の突出部６ｂに比べてＰＭが堆積し易い。そこで、本実施例では、内管ヒータ１０によって内管６の上流側の突出部６ａを加熱し、その表面温度を上昇させることで、該突出部６ａにおけるＰＭの堆積を抑制する。
以下、本実施例に係る内管ヒータの制御のフローについて図２に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、内燃機関での燃料噴射が停止される、所謂フューエルカット制御（Ｆ／Ｃ制御）が実行されたか否かが判別される。ステップＳ１０１においてフューエルカット制御が実行されたと判定された場合、次にステップＳ１０２において、内管ヒータ１０が作動される。つまり、電気供給制御部１１を介してバッテリから内管ヒータ１０へ電気が供給される。一方、ステップＳ１０１においてフューエルカット制御が実行されていないと判断された場合、次にステップＳ１０３において、内管ヒータ１０の作動が停止される。つまり、内管ヒータ１０への電気の供給が停止される。
内燃機関においてフューエルカット制御が実行されると排気の温度が大きく低下する。この場合、上記フローでは、内管ヒータ１０が作動する。つまり、フューエルカット制御が実行されると、内管ヒータ１０によって内管６の上流側の突出部６ａが加熱される。これにより、該突出部６ａの温度低下が抑制される。そのため、該突出部６ａにおけるＰＭの堆積を抑制することができる。その結果、触媒担体３とケース４との間のＰＭによる短絡を抑制することができる。
尚、上記フローでは、「内燃機関においてフューエルカット制御が実行されたこと」が、本発明における「排気温度低下条件」に相当する。ただし、本発明における「排気温度低下条件」は、これに限られるものではない。例えば、本発明における「排気温度低下条件」を、「内燃機関の機関負荷が所定値以下に低下したこと」としてもよい。
また、本実施例では、ＥＨＣ１に流入する排気の温度を、センサ等によって検出してもよく、また、内燃機関の運転状態に基づいて推定してもよい。そして、検出又は推定されたＥＨＣ１に流入する排気の温度が所定温度以下のときは内管ヒータ１０を作動させてもよい。この場合、該排気の温度が該所定温度より高いときは内管ヒータ１０の作動を停止させる。ここでの所定温度は、内管６の上流側の突出部６ａに許容可能な量より多くのＰＭが堆積する可能性があると判断できる温度である。該所定温度は実験等に基づいて予め定めることができる。
＜実施例２＞
［ＥＨＣの概略構成］
図３は、本実施例に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。以下、実施例１に係るＥＨＣと異なる点について主に説明する。本実施例では、内管６の上流側の突出部６ａを加熱するために内管６における上流側の突出部６ａ及びその近傍の内部に埋め込まれた内管ヒータを上流側内管ヒータ１０ａとする。そして、本実施例では、該上流側内管ヒータ１０ａに加え、内管６における下流側の突出部６ｂ及びその近傍の内部に下流側内管ヒータ１０ｂが埋め込まれている。該下流側内管ヒータ１０ｂは、内管６の下流側の突出部６ｂを加熱するための電気ヒータである。
上流側及び下流側内管ヒータ１０ａ，１０ｂは、それぞれ、バッテリから電気供給制御部１１を介して電気が供給されることで作動する。尚、下流側内管ヒータ１０ｂは、上流側内管ヒータ１０ａと同様、内管６とマット５との間に挟み込まれるように設けられてもよく、また、マット５内に埋め込まれてもよい。下流側内管ヒータ１０ｂがマット５側に設けられた場合であっても、下流側内管ヒータ１０ｂを作動させれば、熱伝導によって内管６の下流側の突出部６ｂを加熱することができる。
また、本実施例では、ＥＨＣ１より下流側の排気管２に温度センサ２１が設けられている。該温度センサ２１は、ＥＨＣ１から排出された排気の温度を検出する。温度センサ２１はＥＣＵ２０に電気的に接続されている。温度センサ２１の検出値がＥＣＵ２０に入力される。
［内管ヒータの制御］
本実施例では、内燃機関から排出される排気の温度が低下した場合、上流側内管ヒータ１０ａによって内管６の上流側の突出部６ａを加熱するのみならず、下流側内管ヒータ１０ｂによって内管６の下流側の突出部６ｂをも加熱する。これにより、上流側の突出部６ａにおけるＰＭの堆積のみならず、下流側の突出部６ｂにおけるＰＭの堆積も抑制することができる。従って、触媒担体３とケース４との間のＰＭによる短絡をより高い確率で抑制することができる。
ただし、上述したように、内管６の下流側の突出部６ｂは上流側の突出部６ａに比べてＰＭが堆積し難い。そこで、本実施例では、各内管ヒータ１０ａ，１０ｂを作動させる際に、上流側内管ヒータ１０ａによって内管６の上流側の突出部６ａに供給する加熱量を、下流側内管ヒータ１０ｂによって内管６の下流側の突出部６ｂに供給する加熱量よりも多くする。つまり、上流側内管ヒータ１０ａへの通電量を下流側内管ヒータ１０ｂへの通電量よりも多くする。換言すれば、下流側内管ヒータ１０ｂへの通電量を上流側内管ヒータ１０ａへの通電量よりも少なくする。
各内管ヒータ１０ａ，１０ｂへの通電量を上記のように制御しても、内管６の下流側の突出部６ｂにおけるＰＭの堆積を十分に抑制することができる。従って、触媒担体３とケース４との間のＰＭによる短絡を抑制することができる。そして、各内管ヒータ１０ａ，１０ｂへの通電量を上記のように制御することで、各内管ヒータ１０ａ，１０ｂへ供給する電力量を抑制することができる。
以下、本実施例に係る内管ヒータの制御のフローについて図４に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。尚、本フローにおけるステップＳ１０１は、図２に示すフローにおけるステップＳ１０１と同様であるため、その説明を省略する。
本フローではステップＳ１０１においてフューエルカット制御が実行されたと判定された場合、次にステップＳ２０２において、上流側及び下流側内管ヒータ１０ａ，１０ｂが作動される。つまり、電気供給制御部１１を介してバッテリから上流側及び下流側内管ヒータ１０ａ，１０ｂへ電気が供給される。この時に、電気供給制御部１１によって上流側内管ヒータ１０ａへの通電量Ｅｆｒが下流側内管ヒータ１０ｂへの通電量Ｅｒｒよりも大きくされる。
一方、ステップＳ１０１においてフューエルカット制御が実行されていないと判断された場合、次にステップＳ２０３において、上流側及び下流側内管ヒータ１０ａ，１０ｂの作動が停止される。つまり、上流側及び下流側内管ヒータ１０ａ，１０ｂへの電気の供給が停止される。
上記フローによれば、内燃機関でのフューエルカット制御が実行されると、内管６の上流側及び下流側の突出部６ａ，６ｂが加熱される。そして、この時の上流側の突出部６ａへの加熱量は下流側の突出部６ｂへの加熱量よりも多くなる。
［変形例］
以下、本実施例の変形例に係る内管ヒータの制御ついて説明する。本変形例においても、内燃機関から排出される排気の温度が低下した場合、上流側内管ヒータ１０ａによって内管６の上流側の突出部６ａを加熱し、且つ下流側内管ヒータ１０ｂによって内管６の下流側の突出部６ｂを加熱する。このとき、上流側内管ヒータ１０ａへの通電量と下流側内管ヒータ１０ｂへの通電量を同一とする。
ただし、本変形例では、先ず上流側内管ヒータ１０ａによる内管６の上流側の突出部６ａの加熱を開始し、その後、下流側内管ヒータ１０ｂによる内管６の下流側の突出部６ｂの加熱を開始する。つまり、各内管ヒータ１０ａ，１０ｂを作動させる際に、先ず上流側内管ヒータ１０ａへの通電を開始する。そして、上流側内管ヒータ１０ａへの通電を開始してからある程度のディレイ時間が経過した後、下流側内管ヒータ１０ｂへの通電を開始する。
上述したように、内管６の下流側の突出部６ｂは上流側の突出部６ａに比べてＰＭが堆積し難い。そのため、本変形例のように、内管６の上流側の突出部６ａへの加熱の開始よりもよる内管６の下流側の突出部６ｂへの加熱の開始を遅らせても、内管６の下流側の突出部６ｂにおけるＰＭの堆積を十分に抑制することができる。従って、触媒担体３とケース４との間のＰＭによる短絡を抑制することができる。そして、各内管ヒータ１０ａ，１０ｂへの通電開始時期を上記のように制御することで、各内管ヒータ１０ａ，１０ｂへ供給する電力量を抑制することができる。つまり、上記のように下流側内管ヒータ１０ｂへの通電量を上流側内管ヒータ１０ａへの通電量より少なくした場合と同様の効果を得ることができる。
以下、本変形例に係る内管ヒータの制御のフローについて図５に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。尚、本フローにおけるステップＳ１０１は、図２に示すフローにおけるステップＳ１０１と同様である。また、本フローにおけるステップＳ２０３は、図４に示すフローにおけるステップＳ２０３と同様である。そのため、これらのステップの処理についての説明を省略する。
本フローではステップＳ１０１においてフューエルカット制御が実行されたと判定された場合、次にステップＳ３０２において、上流側内管ヒータ１０ａが作動される。つまり、電気供給制御部１１を介してバッテリから上流側内管ヒータ１０ａのみに電気が供給される。
次に、ステップＳ３０３において、ＥＨＣ１の温度Ｔｃに基づいて所定のディレイ時間Δｔｄｅｌａｙが算出される。図６は、ＥＨＣ１の温度Ｔｃとディレイ時間Δｔｄｅｌａｙとの関係を示す図である。ＥＨＣ１の温度Ｔｃが高いほど、内管６の下流側の突出部６ｂの温度は低下し難い。つまり、内管６の下流側の突出部６ｂにはＰＭが堆積し難い。そのため、図６に示すように、ＥＨＣ１の温度Ｔｃが高いほど、ディレイ時間Δｔｄｅｌａｙを長くする（即ち、下流側内管ヒータ１０ｂへの通電開始時期を遅らせる）ことができる。
本実施例では、図６に示すようなＥＨＣ１の温度Ｔｃとディレイ時間Δｔｄｅｌａｙとの関係がマップ又は関数としてＥＣＵ２０に予め記憶されている。ステップＳ３０３では、該マップ又は関数を用いてディレイ時間Δｔｄｅｌａｙが算出される。尚、ＥＨＣ１の温度Ｔｃは、温度センサ２１の検出値に基づいてＥＣＵ２０によって推定される。また、ディレイ時間Δｔｄｅｌａｙは、必ずしも、図６に示すようにＥＨＣ１の温度Ｔｃに対して連続的に変化せずともよく、ＥＨＣ１の温度Ｔｃに対して段階的に変化してもよい。
次に、ステップＳ３０４において、上流側内管ヒータ１０ａの作動が開始されてから、ステップＳ３０３で算出されたディレイ時間Δｔｄｅｌａｙが経過したか否かが判別される。ステップＳ３０４において上流側内管ヒータ１０ａの作動が開始されてからディレイ時間Δｔｄｅｌａｙが経過したと判定された場合、次にステップＳ３０５において、下流側内管ヒータ１０ｂが作動される。つまり、電気供給制御部１１を介してバッテリから下流側内管ヒータ１０ｂに電気が供給される。一方、ステップＳ３０４において上流側内管ヒータ１０ａの作動が開始されてからディレイ時間Δｔｄｅｌａｙが経過していないと判定された場合、上流側内管ヒータ１０ａの作動のみが継続される。ただし、この時に、内燃機関でのフューエルカット制御の実行が終了していれば、上流側内管ヒータ１０ａの作動も停止される。
上記フローによれば、内燃機関でのフューエルカット制御が実行されると、先ず上流側内管ヒータ１０ａによる内管６の上流側の突出部６ａの加熱が開始され、その後、ディレイ時間Δｔｄｅｌａｙが経過すると、下流側内管ヒータ１０ｂによる内管６の下流側の突出部６ｂの加熱が開始される。
また、上記フローによれば、ディレイ時間Δｔｄｅｌａｙは、ＥＨＣ１の温度が高いほど長くされる。ただし、ディレイ時間Δｔｄｅｌａｙを予め定められた一定時間としてもよい。しかしながら、ディレイ時間Δｔｄｅｌａｙを上記のように変更することで、下流側内管ヒータ１０ｂへ供給する電力量を過給的に抑制することができる。
＜実施例３＞
［ＥＨＣの概略構成］
図７は、本実施例に係るＥＨＣの概略構成を示す図である。以下、実施例２に係るＥＨＣと異なる点について主に説明する。
図８は、ＥＨＣ１におけるマット５の上流側部分５ａ付近（図７におけるマット５の上流側部分５ａの上側部分の周囲）を拡大した拡大図である。尚、マット５の下流側部分５ｂもその上流側部分５ａと同様の構成である。以下、マット５の上流側部分５ａを「上流側マット５ａ」と称し、マット５の下流側部分５ｂを「下流側マット５ｂ」と称する。
上述したように、マット５には内管６が挟み込まれている。そのため、上流側マット５ａ及び下流側マット５ｂは、それぞれ、ケース４と内管６との間に位置する部分と内管６と触媒担体３との間に位置する部分とに分割されている。そして、本実施例では、図７及び８に示すように、ケース４と内管６との間の上流側マット５ａの端面（上流側端面）およびケース４と内管６との間の下流側マット５ｂの端面（下流側端面）が触媒担体３の端面よりも内側（ＥＨＣ１における軸方向の中心側）に凹んでいる。
そして、図８に示すように、それらの凹み量Ｌ２（即ち、触媒担体３の上流側端面からケース４と内管６との間の上流側マット５ａの上流側端面までの距離、および、触媒担体３の下流側端面からケース４と内管６との間の下流側マット５ｂの下流側端面までの距離）は、ケース４と内管６との間の空間距離Ｌ１よりも大きい。
尚、本実施例においても、内管６と触媒担体３との間の上流側及び下流側マット５ａ，５ｂは、実施例１及び２と同様、それぞれ触媒担体３の端面近傍まで延びている。
上記のような構成によれば、ケース４と内管６との間の上流側及び下流側マット５ａ，５ｂが、実施例１及び２と同様、それぞれ触媒担体３の端面近傍まで延びている場合に比べて、触媒担体３とケース４との間の絶縁のための沿面距離を長くすることができる。また、触媒担体３とケース４との間の絶縁のための沿面距離を確保しつつ内管６の突出部６ａ，６ｂの長さ（突出量）を短縮することができるため、ＥＨＣ１全体の大きさをより小さくすることが可能となる。
また、ケース４と内管６との間の上流側及び下流側マット５ａ，５ｂの端面にはＰＭが堆積し易い。一方、上記のような構成では、上流側マット５ａ又は下流側マット５ｂの端面が内側に凹んだ部分では、内管６の外周面が排気に晒される。そのため、該部分における内管６の外周面にもＰＭが付着する虞がある。しかしながら、該部分における内管６は、その突出部６ａ、６ｂよりも触媒担体３からの熱伝導によって加熱され易い。つまり、内管６における該部分は温度が低下し難い。そのため、該部分における内管６の外周面にはＰＭが堆積し難い。
従って、ケース４と内管６との間の上流側及び下流側マット５ａ，５ｂの端面の凹み量Ｌ２を、ケース４と内管６との間の空間距離Ｌ１よりも大きくすることで、ケース４と内管６との間の上流側マット５ａ又は下流側マット５ｂの端面がＰＭで覆われても、ケース４と内管６との間のマット５ａ，５ｂの端面に沿った沿面距離以上の絶縁のための沿面距離を確保することができる。
よって、本実施例に係る上流側及び下流側マット５ａ，５ｂの構成によれば、触媒担体３とケース４との間のＰＭによる短絡をより高い確率で抑制することができる。
尚、本実施例のようなマット５の構成は、実施例１のように、内管６の上流側の突出部６ａを加熱するための上流側内管ヒータのみが設けられている場合にも適用することができる。
１・・・電気加熱式触媒（ＥＨＣ）
２・・・排気管
３・・・触媒担体
４・・・ケース
５・・・マット
６・・・内管
６ａ，６ｂ・・突出部
７・・・電極
１０・・内管ヒータ
１０ａ・・上流側内管ヒータ
１０ｂ・・下流側内管ヒータ
１１・・電気供給制御部
２０・・ＥＣＵ
２１・・温度センサ

Claims (6)

  1. 通電により発熱し、発熱することで触媒を加熱する発熱体と、
    前記発熱体を収容するケースと、
    前記発熱体と前記ケースとの間に設けられ、前記発熱体を支持すると共に電気を絶縁する絶縁支持部材と、
    前記発熱体とケースとの間に位置するように前記絶縁支持部材に挟み込まれた管状の部材であって、その端部が前記絶縁支持部材の端面から排気中に突出しており、且つ、表面全体に電気絶縁層が形成されているか或いは電気絶縁材によって形成された内管と、
    前記発熱体に電気を供給する経路とは異なる経路で電気が供給され、前記内管における前記絶縁支持部材の端面から排気中に突出している突出部を加熱する内管ヒータと、
    を備える電気加熱式触媒。
  2. 前記内管が、前記絶縁支持部材の上流側及び下流側の両方の端面から排気中に突出しており、
    電気加熱式触媒に上流側から流入する排気の温度が低下する条件が成立した場合または該排気の温度が所定温度以下となった場合に、前記内管ヒータによって、前記内管の上流側及び下流側の突出部のうち少なくとも上流側の突出部を加熱するヒータ制御部をさらに備える請求項１に記載の電気加熱式触媒。
  3. 電気加熱式触媒に上流側から流入する排気の温度が低下する条件が成立した場合または該排気の温度が所定温度以下となった場合に、前記ヒータ制御部が、前記内管ヒータによって前記内管の上流側の突出部に供給する加熱量を、前記内管ヒータによって前記内管の下流側の突出部に供給する加熱量よりも多くする請求項２に記載の電気加熱式触媒。
  4. 電気加熱式触媒に上流側から流入する排気の温度が低下する条件が成立した場合または該排気の温度が所定温度以下となった場合に、前記ヒータ制御部が、前記内管ヒータによって、先ず前記内管の上流側の突出部の加熱を開始し、その後、前記内管の下流側の突出部の加熱を開始する請求項２に記載の電気加熱式触媒。
  5. 前記ヒータ制御部が、前記内管の上流側の突出部の加熱を開始してから前記内管の下流側の突出部の加熱を開始するまでの時間を、電気加熱式触媒の温度が高いほど長くする請求項４に記載の電気加熱式触媒。
  6. 前記ケースと前記内管との間の前記絶縁支持部材の端面が前記発熱体の端面よりも内側に凹んでおり、該前記絶縁支持部材の端面の凹み量が、前記ケースと前記内管との間の空間距離よりも大きい請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気加熱式触媒。
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