JP7601045B2 - 触媒装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気加熱式の触媒を備える触媒装置に関する。

発熱体への通電によって触媒を加熱する電気加熱式の触媒が知られている。触媒は、触媒を収容する管状のケースに対して電気的に絶縁された状態で取り付けられている。こうした電気加熱式の触媒では、排気に含まれる粒子状物質が付着することによって触媒とケースとの間に電気的な短絡が生じると、ケースにも電気が流れてしまう。そのため、ケースの絶縁性が要求される。

こうしたケースの絶縁性を確保するために、例えば特許文献１には、触媒よりも排気の流れ方向における上流側にラビリンス構造を有する触媒装置が開示されている。
この触媒装置は、排気方向の上流側におけるケースの端部に接続されている接続管と、排気方向の上流側における接続管の端部に接続されておりケースの径よりも径が小さい導入管とを備えている。また、排気方向の上流側におけるケースの端部は、排気方向の上流側における発熱体の端よりも排気方向の上流側に突出しており、且つ電気を絶縁する絶縁部となっている。また、接続管とケースとの接続部分は、接続管がケースの外周面に接合されている接合部と、その接合部よりも排気方向の上流側において接続管がケースの端部を覆うように重なって接続管とケースとが径方向に離れている管構造とを有している。そして、接続管及びケースの端部及び導入管の端部にてラビリンス構造が形成されている。

こうした触媒装置では、ケースの端部が絶縁部になっていることによりケースの絶縁性が確保されている。ここで、排気に含まれる粒子状物質がそうした絶縁部に堆積すると、ケースの端部と接続管とを結ぶ導通経路が粒子状物質によって形成されることによりケースの絶縁性が低下してしまう。そこで、この触媒装置は上記ラビリンス構造を有することにより、粒子状物質がケース端部の絶縁部に堆積することを抑えるようにしている。

特開２０１５－１３７５５２号公報

特許文献１に開示されているような触媒装置でも、粒子状物質がケース端部の絶縁部に堆積するおそれがある。そのため、粒子状物質の堆積をより抑制することにより、ケース端部の絶縁部における絶縁性を向上させることが求められている。

上記課題を解決するための触媒装置は、排気を浄化する触媒と、通電によって発熱して前記触媒を加熱する発熱体と、前記触媒および前記発熱体を収容する管であるケースと、を有し、車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置される。この触媒装置は、前記排気通路を排気が流れる方向を排気方向として、前記排気方向の上流側における前記ケースの端部に接続されている管である接続管と、前記排気方向の上流側における前記接続管の端部に接続されており、前記ケースの径よりも径が小さい管である導入管と、を備えている。前記排気方向の上流側における前記ケースの端部は、前記排気方向の上流側における前記発熱体の端よりも前記排気方向の上流側に突出しており、且つ電気を絶縁する絶縁部である。前記接続管と前記ケースとの接続部分は、前記接続管が前記ケースの外周面に接合されている接合部と、該接合部よりも前記排気方向の上流側において前記接続管が前記ケースの端部を覆うように重なって前記接続管と前記ケースとが径方向に離れている管構造とを有している。そして、触媒装置は、前記接続管の温度が前記ケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促す温度差促進構造を有している。

接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなると、ケースの端部に付着した粒子状物質（以下、ＰＭという）が熱泳動によって接続管の内周面へと移動するため、上記絶縁部におけるＰＭの堆積が抑制される。絶縁部におけるＰＭの堆積が抑制されると、同絶縁部の絶縁性が向上する。

そこで、同構成では、上記温度差促進構造を有するようにしている。そのため、温度差促進構造を有してない場合と比較して、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態が促されるようになる。従って、ケースの端部における絶縁部の絶縁性が向上するようになる。

前記温度差促進構造として、前記接続管の外周面を覆うとともに前記接続管の外周面に対向する部位の一部に開口部が形成された遮熱板を有してもよい。
同構成によれば、走行風が上記開口部を通過して接続管に当たるようになるため、接続管の温度が低下する。従って、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

前記温度差促進構造として、前記触媒装置とは異なる構造体と前記接続管の外周面とを繋ぐステーを有してもよい。
同構成によれば、接続管の外周面にステーが接続されているため、同接続管の熱容量が増大する。接続管の熱容量が増大すると、当該接続管の温度は上昇しにくくなる。従って、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

前記温度差促進構造として、前記接続管の外周面を覆う遮熱板と、前記遮熱板を前記接続管の外周面に固定するステーとを有してもよい。
同構成によれば、接続管の熱が上記ステーを介して遮熱板に移動するため、接続管の温度が低下する。従って、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

前記温度差促進構造として、前記接続管の外周面に設けられたフィンを有してもよい。
同構成によれば、接続管の熱が上記フィンを介して外気に移動するため、接続管の温度が低下する。従って、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

前記温度差促進構造として、鋳物で形成された前記接続管を有してもよい。
同構成によれば、接続管が鋳物で形成されているため、接続管を板状の板金で形成する場合と比較して、接続管の熱容量が増大する。接続管の熱容量が増大すると、当該接続管の温度は上昇しにくくなる。従って、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

また、鋳物で形成された接続管を有する場合には、前記接続管は冷却水が流れるウォータジャケットを有してもよい。
同構成によれば、接続管が冷却水で冷やされるため、接続管の温度が低下する。従って、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

前記温度差促進構造として、前記ケースの内部に前記導入管の端部が配置されており、前記ケースと前記導入管とが径方向に離れており、前記ケースの端部が前記導入管の端部を覆うように重なっており、前記導入管は、当該導入管の端部の径が前記排気方向の下流側ほど大きくなっている拡径部を有してもよい。

同構成によれば、導入管からケースに向かって流れる排気の一部が上記拡径部に沿って流れるようになる。拡径部に沿って流れる排気は、ケースの端部に向けて流れるため、当該ケースの端部の温度が上昇する。従って、接続管の温度がケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

触媒装置の一実施形態を備える内燃機関を示す模式図である。 同実施形態にかかる触媒装置の断面図である。 触媒装置の変更例を示す断面図である。 触媒装置の他の変更例を示す断面図である。 図４に示す矢印Ａ方向から見た触媒装置の構造を示す図である。 触媒装置の別の変更例を示す断面図である。 触媒装置の別の変更例を示す断面図である。

（第１実施形態）
以下、触媒装置の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
＜内燃機関について＞
図１は、触媒装置１０と、触媒装置１０を搭載する車両の内燃機関９０とを示す。

内燃機関９０の一例は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンである。内燃機関９０は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンでもよい。
内燃機関９０は、燃焼室から排出された排気が流れる排気通路９１を備えている。図１には、燃焼室から排出された排気が排気通路９１を通過して排気口から外部に排出される排気の流れの方向としての排気方向を矢印で表示している。

触媒装置１０は、排気通路９１に配置されている。触媒装置１０は、通電によって発熱する発熱体を備える電気加熱式の触媒装置である。
排気通路９１の外周面及び触媒装置１０の外周面は、ステンレス等の金属材料にて形成された薄板の遮熱板１００で覆われている。

＜触媒装置の構造＞
図２には、触媒装置１０の中心軸に沿った直線として軸線Ｃ１を表示している。軸線Ｃ１は、排気通路９１の中心軸に沿った直線と一致している。触媒装置１０の形状は、軸線Ｃ１に対して線対称である。また、図２にも図１と同様に排気方向を示す矢印を表示している。

図２に示すように、触媒装置１０は、排気を浄化するための触媒が担持されている触媒担体３１を備えている。触媒装置１０は、触媒担体３１を収容する管であるケース２０を備えている。触媒装置１０は、ケース２０における収容部２１に触媒担体３１を固定するマット３２を備えている。触媒装置１０は、触媒担体３１に通電するための電極８１を一対備えている。図２には、一対の電極８１のうちの一方を図示している。触媒装置１０は、排気通路９１を流れる排気をケース２０内に導入する管である導入管４０を備えている。触媒装置１０は、導入管４０とケース２０とを連結する接続管５０を備えている。以下では、触媒装置１０に関して、排気方向の上流側の構成について説明する。排気方向の下流側の構成については、上流側の構成と対称であってもよいし、触媒担体３１を収容するケース２０による一重管構造でもよい。

触媒担体３１の外形は、軸線Ｃ１を中心軸とした円柱形状である。軸線Ｃ１に直交する平面における触媒担体３１の断面の輪郭は、円形である。触媒担体３１の外形としては、断面の輪郭が楕円形である円柱形状でもよいし、断面の輪郭が多角形である角柱形状でもよい。

触媒担体３１は、多孔質体である。一例として、触媒担体３１は、排気方向に延びる複数の通路が区画されているハニカム構造を備えた構造体である。触媒担体３１に担持されている触媒の一例は、三元触媒である。触媒としては、酸化触媒、または選択還元触媒等を採用することもできる。

図２に示すように、触媒担体３１には、電極８１が接続されている。一対の電極８１間に電圧をかけることによって触媒担体３１に電流が流れる。触媒担体３１に電流が流れると、触媒担体３１の電気抵抗によって触媒担体３１が発熱する。すなわち、触媒担体３１は、通電に際して電気抵抗に応じて発熱する物質であり、通電によって発熱する発熱体に相当する。触媒担体３１の一例は、炭化ケイ素を材料とするセラミックスである。なお、発熱体は、触媒担体３１とは異なる部材によって構成されていてもよい。たとえば、電極８１が接続された発熱体が、触媒担体３１に対して排気方向の上流側における部分に配置されている構成が考えられる。

マット３２は、触媒担体３１における円柱の側面に相当する面を覆っている。マット３２は、電気伝導率が小さい絶縁体である。マット３２の一例は、アルミナを主成分とする無機繊維である。マット３２は、触媒担体３１とケース２０との間に挟まれている。マット３２を触媒担体３１に巻き付けた状態の触媒担体３１およびマット３２の外径は、ケース２０における収容部２１の内径よりも大きい。マット３２が収容部２１に収容される際には、マット３２が圧縮される。圧縮されたマット３２の反発によってケース２０における収容部２１内に触媒担体３１が固定されている。マット３２によって触媒担体３１が覆われていることで、触媒担体３１に通電したときにケース２０には電気が流れないようにされている。なお、マット３２は、触媒担体３１とケース２０とを絶縁していればよい。すなわち、必ずしも触媒担体３１における側面の全体がマット３２によって覆われていなくてよい。

ケース２０は、ステンレス等の金属材料で形成されている管である。軸線Ｃ１は、ケース２０の中心軸に沿った直線に一致している。図２に示すように、ケース２０は、収容部２１と、収容部２１に対して排気方向の上流側に位置する端部２２と、を備えている。ケース２０に収容されている触媒担体３１において排気方向における上流側の端面のことを触媒上流端３１Ａという。ケース２０のうち、触媒上流端３１Ａを境にした上流側の部分を端部２２として下流側の部分を収容部２１とする。軸線Ｃ１から収容部２１の内周面までの距離を収容部２１の内径とする。収容部２１の内径は、軸線Ｃ１が伸びている方向における収容部２１の一端から他端に亘って一定である。ケース２０の端部２２は、触媒上流端３１Ａよりも排気方向の上流側に突出している。ケース２０の端部２２は、絶縁体によって表面が覆われている。端部２２の全面を被覆している絶縁体によって端部２２に絶縁層が形成されている。このようにケース２０の端部２２は絶縁部になっている。

ケース２０の収容部２１には、電極８１が挿入される電極挿入孔２６が開口している。電極挿入孔２６を介して、触媒担体３１に接続されている電極８１がケース２０の外に突出している。電極挿入孔２６は、電極保持部８２によって閉塞されている。電極保持部８２は、電極挿入孔２６に挿入されている電極８１を固定している。電極保持部８２は、電気伝導率が小さい絶縁体である。電極保持部８２が電極８１を支えていることで、ケース２０に電気が流れないようにされている。

ケース２０の端部２２は、ケース２０のうち排気方向の上流側の端に位置する縮径部２４と、縮径部２４と収容部２１との間に位置して縮径部２４と収容部２１とを繋ぐ等径部２３とを備えている。軸線Ｃ１から等径部２３の内周面までの距離を等径部２３の内径とする。等径部２３の内径は、軸線Ｃ１が伸びている方向における等径部２３の一端から他端に亘って一定である。等径部２３の内径は、収容部２１の内径と等しい。

図２に示すように、ケース２０の端部２２のうち縮径部２４では、排気方向の上流側ほど軸線Ｃ１までの距離が短くなるように、管が徐々に細くなっている。すなわち、縮径部２４の内径は、排気方向の上流側ほど小さい。ケース２０では、排気方向の上流側における開口、すなわち縮径部２４のうち排気方向の上流側における先端に位置するケース開口２５において、内径が最も小さくなっている。

図２に示す触媒装置１０の中心軸に沿った断面において、縮径部２４における内周面は、排気方向の上流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が短くなるように、軸線Ｃ１に対して傾斜している。縮径部２４における外周面も同様に、排気方向の上流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が短くなるように、軸線Ｃ１に対して傾斜している。なお、縮径部２４は、図２に示すような断面において、排気方向の上流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が短くなるように湾曲していてもよい。

図２に示すように、導入管４０は、ケース２０よりも細い管である。軸線Ｃ１は、導入管４０の中心軸に沿った直線に一致している。導入管４０は、ステンレス等の金属材料で形成されている。導入管４０は、ケース開口２５からケース２０に挿入されている。より詳しくは、導入管４０における排気方向の下流側の端部である導入端部４１がケース２０の端部２２に挿し込まれている。導入管４０の中心軸は、ケース２０の中心軸と重なっている。

導入管４０の導入端部４１は、拡径部４２を備えている。拡径部４２は、排気方向の下流側ほど軸線Ｃ１までの距離が長くなるように、管が徐々に太くなっている。すなわち、拡径部４２の内径は、排気方向の下流側ほど大きい。導入管４０では、排気方向の下流側における開口、すなわち拡径部４２のうち排気方向の下流側における先端に位置する導入口４３において、内径が最も大きくなっている。

図２に示す触媒装置１０の中心軸に沿った断面において、拡径部４２における内周面は、排気方向の下流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が長くなるように、軸線Ｃ１に対して傾斜している。拡径部４２における外周面も同様に、排気方向の下流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が長くなるように、軸線Ｃ１に対して傾斜している。なお、拡径部４２は、図２に示すような断面において、排気方向の下流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が長くなるように湾曲していてもよい。

導入管４０の外周面４０Ａと、ケース２０の端部２２における内周面２２Ｂとは、触媒装置１０の径方向において離れている。導入管４０とケース２０との間には、排気が通過できる空間がある。なお、図２には、触媒装置１０の径方向を示す矢印を表示している。以下では、軸線Ｃ１との間の距離が長くなる方向のことを外方向といい、軸線Ｃ１との間の距離が短くなる方向のことを内方向ということもある。

図２に示すように、触媒装置１０では、導入管４０の拡径部４２に対して外方向にケース２０の縮径部２４が位置するように、拡径部４２と縮径部２４とが重なっている。導入管４０における拡径部４２のうち軸線Ｃ１が伸びている方向において導入口４３とは反対側の基端は、ケース２０のケース開口２５よりも排気方向の下流側に配置されている。拡径部４２のうち外径が最も大きい箇所での外径は、縮径部２４のうち内径が最も小さい箇所での内径よりも小さい。

触媒装置１０では、図２に示す触媒装置１０の中心軸に沿った断面において、拡径部４２の外周面と縮径部２４の内周面とが平行である。径方向において拡径部４２と縮径部２４とが離れているのであれば、拡径部４２の外周面は、必ずしも縮径部２４の内周面と平行でなくてもよい。すなわち、拡径部４２の外周面が軸線Ｃ１に対して傾斜している角度は変更が可能である。縮径部２４の内周面が軸線Ｃ１に対して傾斜している角度も変更が可能である。

図２に示すように、接続管５０は、ケース２０の端部２２および導入管４０の導入端部４１を覆うように取り付けられている。軸線Ｃ１は、接続管５０の中心軸に沿った直線に一致している。接続管５０のうち排気方向の上流側における端に位置する上流端５１が導入管４０の外周面４０Ａに接合されている。触媒装置１０において接続管５０の上流端５１と導入管４０とが接合されている部分を第１接合部１２という。接続管５０のうち排気方向の下流側における端に位置する下流端５５がケース２０の端部２２における外周面２２Ａに接合されている。触媒装置１０において接続管５０の下流端５５とケース２０とが接合されている部分を第２接合部１４という。接続管５０が導入管４０およびケース２０に接合されていることで、導入管４０とケース２０との間の空間に封がされている。

接続管５０は、ステンレス等の金属材料で形成されている。接続管５０は、導入管４０に接合される上流端５１を含む部材とケース２０に接合される下流端５５を含む部材とに分割されていてもよい。この場合には、二つの分割体を接合することで、接続管５０によって導入管４０とケース２０とを接続することができる。また、接続管５０は、ケース２０の端部２２および導入管４０の導入端部４１に対して周方向に巻き付けられ、一方の端と他方の端とが重なる部分で両端を互いに接合することで導入管４０とケース２０とを接続するものでもよい。

接続管５０は、上流端５１を基点にして排気方向の下流側ほど軸線Ｃ１までの距離が長くなっている傾斜部５２を備えている。傾斜部５２の内周面は、径方向において導入管４０の外周面とは離れている。傾斜部５２の内周面は、導入管４０の外周面よりも外方向にずれた位置にある。傾斜部５２と導入管４０との間には、排気が流れることのできる空間がある。傾斜部５２は、ケース開口２５と同一平面上においては、ケース２０よりも外方向にずれた位置にある。

接続管５０は、下流端５５を基点にして排気方向の上流側ほど軸線Ｃ１までの距離が長くなっている終端部５４を備えている。終端部５４の内周面は、径方向においてケース２０の外周面とは離れている。終端部５４の内周面は、ケース２０の外周面よりも外方向にずれた位置にある。終端部５４とケース２０との間には、排気が流れることのできる空間がある。

接続管５０は、傾斜部５２と終端部５４との間に位置して傾斜部５２と終端部５４とを繋ぐ中間部５３を備えている。中間部５３の内径は、軸線Ｃ１が伸びている方向における中間部５３の一端から他端に亘って一定である。中間部５３の内周面は、径方向においてケース２０の外周面とは離れている。中間部５３の内周面は、ケース２０の外周面よりも外方向にずれた位置にある。中間部５３とケース２０との間には、排気が流れることのできる空間がある。

接続管５０における傾斜部５２と中間部５３との境界は、ケース開口２５よりも排気方向の下流側に配置されていてもよい。これに限らず、傾斜部５２と中間部５３との境界は、ケース開口２５と同一平面上に配置されていてもよいし、ケース開口２５よりも排気方向の上流側に配置されていてもよい。

接続管５０における中間部５３と終端部５４との境界は、導入口４３よりも排気方向の下流側に配置されていてもよい。これに限らず、中間部５３と終端部５４との境界は、導入口４３と同一平面上に配置されていてもよいし、導入口４３よりも排気方向の上流側に配置されていてもよい。

図２に示す触媒装置１０の中心軸に沿った断面において、傾斜部５２の内周面は、排気方向の下流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が長くなるように、軸線Ｃ１に対して傾斜している。終端部５４の内周面は、排気方向の上流側であるほど軸線Ｃ１までの距離が長くなるように、軸線Ｃ１に対して傾斜している。中間部５３の内周面は、軸線Ｃ１と平行である。

触媒装置１０では、接続管５０のうち上流端５１に近い部分が導入管４０を覆うように重なっていることによって、管が二重になった二重管構造Ｄ１が形成されている。図２に示すように、二重管構造Ｄ１は、第１接合部１２からケース開口２５までの範囲に形成されている。第１接合部１２および二重管構造Ｄ１によって、導入管４０と接続管５０との接続部分である第１接続部１１が構成されている。

触媒装置１０では、接続管５０のうち下流端５５に近い部分がケース２０を覆うように重なっていることによって、管が二重になった二重管構造Ｄ２が形成されている。図２に示すように、二重管構造Ｄ２は、第２接合部１４から導入口４３までの範囲に形成されている。第２接合部１４および二重管構造Ｄ２によって、ケース２０と接続管５０との接続部分である第２接続部１３が構成されている。

さらに触媒装置１０では、接続管５０が導入端部４１およびケース２０の端部２２を覆うように重なっていることによって、管が三重になった三重管構造Ｔ１が形成されている。三重管構造Ｔ１は、第１接続部１１と第２接続部１３との間に位置している。

三重管構造Ｔ１では、導入管４０よりも外方向に、ケース２０と接続管５０とが順に重なっている。三重管構造Ｔ１のうち導入管４０とケース２０とによって挟まれている空間は、排気方向の下流側ではケース２０の内部に通じている。三重管構造Ｔ１のうち導入管４０とケース２０とによって挟まれている空間は、排気方向の上流側では、二重管構造Ｄ１における接続管５０と導入管４０とによって挟まれている空間に通じている。三重管構造Ｔ１のうちケース２０と接続管５０とによって挟まれている空間は、排気方向の上流側では、二重管構造Ｄ１における接続管５０と導入管４０とによって挟まれている空間に通じている。三重管構造Ｔ１のうちケース２０と接続管５０とによって挟まれている空間は、排気方向の下流側では、二重管構造Ｄ２における接続管５０と導入管４０とによって挟まれている空間に通じている。

触媒装置１０は、触媒担体３１よりも排気方向の上流側の部分に、二重管構造Ｄ１、二重管構造Ｄ２および三重管構造Ｔ１を備えている。二重管構造Ｄ１、二重管構造Ｄ２および三重管構造Ｔ１によってラビリンス構造が形成されている。

＜温度差促進構造について＞
触媒装置１０は、接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促す温度差促進構造を有している。この温度差促進構造として、触媒装置１０は、構造体である内燃機関９０と接続管５０の外周面５０Ａとを繋ぐステー１２０と、接続管５０の外周面５０Ａを覆う上記遮熱板１００と、上述した導入管４０の上記拡径部４２を有している。

ステー１２０は、ステンレス等の金属材料で形成されている。このステー１２０の一端は、接続管５０の傾斜部５２の外周面に固定されている。また、ステー１２０の他端は、内燃機関９０の外壁に固定されている。なお、ステー１２０の一端は、接続管５０の中間部５３や終端部５４に固定してもよい。

遮熱板１００は、接続管５０の外周面５０Ａを覆うとともに、接続管５０の外周面５０Ａに対向する部位の一部に開口部１１０が形成されている。この開口部１１０は、接続管５０の外周面５０Ａに対向する部位から、遮熱板１００において排気方向の上流側の端部にまで伸びる切り欠きになっている。

＜作用＞
本実施形態の作用について説明する。
図２を用いて、導入管４０からケース２０に流入する排気の流れについて説明する。

触媒装置１０では、導入管４０からケース２０に向かって流れる排気の一部は、導入管４０の拡径部４２に沿って流れる。拡径部４２に沿って流れる排気は、ケース２０の端部２２の内周面２２Ｂに向かって流れるため、ケース２０の端部２２の温度は上昇する。

また、導入管４０からケース２０に流入する排気の一部は、触媒担体３１の触媒上流端３１Ａに衝突して流れの方向を変える。触媒上流端３１Ａに衝突した排気が外方向に流れると、ケース２０の端部２２における内周面２２Ｂに沿って、排気方向の上流側に向かって排気が逆流する。

触媒装置１０では、触媒上流端３１Ａに対して上流側にケース２０の縮径部２４が配置されている。このため、触媒上流端３１Ａに衝突して逆流した排気は、縮径部２４に当たることがある。また、触媒上流端３１Ａに対して上流側には、導入管４０の拡径部４２も配置されている。このため、触媒上流端３１Ａに衝突して逆流した排気は、拡径部４２に当たることもある。排気が縮径部２４または拡径部４２に衝突することで、排気の逆流が抑制される。

また、車両が走行すると、走行風が遮熱板１００の開口部１１０を介して接続管５０に当たるようになるため、接続管５０の温度が低下する。
また、接続管５０の外周面５０Ａにステー１２０が接続されている。そのため、ステー１２０が接続されていない場合と比較して接続管５０の熱容量が増大する。

＜効果＞
本実施形態の効果について説明する。
（１）触媒装置１０によれば、触媒上流端３１Ａに衝突した排気の流れの方向が反転を繰り返さない限りは第２接続部１３の二重管構造Ｄ２におけるケース２０と接続管５０との間の部分に排気が到達しない。すなわち、第２接続部１３におけるケース２０と接続管５０との間の部分には、排気が到達しにくい。このため、ケース２０と接続管５０との間の部分にはＰＭが溜まりにくい。これによって、ケース２０の端部２２のうち外周面２２ＡにＰＭが堆積することを抑制できる。

端部２２に形成されている絶縁層がＰＭによって覆われることを抑制できるため、電気が流れる経路が端部２２に形成されることを抑制できる。これによって、発熱体である触媒担体３１とケース２０との短絡を抑制できる。

（２）接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなると、ケース２０の端部２２の外周面２２Ａに付着したＰＭが熱泳動によって接続管５０の内周面５０Ｂへと移動するため、絶縁部である端部２２におけるＰＭの堆積が抑制される。絶縁部におけるＰＭの堆積が抑制されると、同絶縁部の絶縁性が向上する。

そこで、触媒装置１０は、接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促す上記温度差促進構造を有するようにしている。そのため、温度差促進構造を有してない場合と比較して、接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態が促されるようになる。従って、ケース２０の端部２２における絶縁部の絶縁性が向上するようになる。

（３）上記温度差促進構造として、触媒装置１０は、接続管５０の外周面５０Ａを覆うとともに接続管５０の外周面５０Ａに対向する部位の一部に開口部１１０が形成された遮熱板１００を有している。そのため、走行風が開口部１１０を通過して接続管５０に当たるようになるため、接続管５０の温度が低下する。従って、接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

（４）上記温度差促進構造として、触媒装置１０は、当該触媒装置１０とは異なる構造体である内燃機関９０と接続管５０の外周面５０Ａとを繋ぐステー１２０を有している。このようにして接続管５０の外周面５０Ａにステー１２０が接続されているため、接続管５０の熱容量が増大する。接続管５０の熱容量が増大すると、当該接続管５０の温度は上昇しにくくなる。従って、接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

（５）上記温度差促進構造として、ケース２０の内部に導入管４０の導入端部４１が配置されている。また、ケース２０と導入管４０とが径方向に離れている。また、ケース２０の端部２２が導入管４０の導入端部４１を覆うように重なっている。そして、導入管４０は、導入端部４１の径が排気方向の下流側ほど大きくなっている拡径部４２を有している。これにより拡径部４２に沿って流れる排気は、ケース２０の端部２２の内周面２２Ｂに向かって流れるため、ケース２０の端部２２の温度が上昇する。従って、これによっても接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

（６）触媒担体３１とケース２０との間で電気を絶縁するための絶縁部では、軸線Ｃ１の伸びている方向における絶縁部の長さが長いほど、ＰＭの堆積による導通経路が形成されにくくなる。ところが、絶縁部はケース２０の一部であるため、絶縁部を長くすると、触媒装置１０の全長も大きくなるという問題がある。

この点、触媒装置１０では、上記温度差促進構造を有することにより、ケース２０の端部２２における絶縁部の絶縁性が向上するようになる。このため、触媒装置１０の全長を大きくすることなく絶縁部の絶縁性を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、触媒装置の第２実施形態について、図３を参照して説明する。
本実施形態の触媒装置１０は、第１実施形態とは異なる温度差促進構造を有している。以下、本実施形態の触媒装置１０が有する温度差促進構造について説明する。

図３に示すように、本実施形態の触媒装置１０も、上記遮熱板１００を有している。そして、この遮熱板１００を接続管５０の外周面５０Ａに固定するステー１３０を備えている。

ステー１３０は、ステンレス等の金属材料で形成されている。このステー１３０の一端は、接続管５０の中間部５３の外周面に固定されている。また、ステー１２０の他端は、遮熱板１００に固定されている。なお、ステー１３０の一端は、接続管５０の傾斜部５２や終端部５４に固定してもよい。ステー１３０は、接続管５０の外周面５０Ａの周方向において複数設けられている。

本実施形態の温度差促進構造の作用及び効果を説明する。
本実施形態によれば、接続管５０の熱がステー１３０を介して遮熱板１００に移動するため、接続管５０の温度が低下する。従って、接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

（第３実施形態）
次に、触媒装置の第３実施形態について、図４及び図５を参照して説明する。
本実施形態の触媒装置１０は、第１実施形態とは異なる温度差促進構造を有している。以下、本実施形態の触媒装置１０が有する温度差促進構造について説明する。

図４に示すように、本実施形態の触媒装置１０は、接続管５０の外周面５０Ａにフィン１４０を備えている。
フィン１４０は板状であって、ステンレス等の金属材料で形成されている。フィン１４０は、接続管５０の傾斜部５２から終端部５４まで設けられている。

図５に示すように、フィン１４０は、接続管５０の外周面５０Ａの周方向において等間隔にて複数設けられている。なお、フィン１４０の数は任意である。
本実施形態の温度差促進構造の作用及び効果を説明する。

本実施形態によれば、接続管５０の熱が上記フィン１４０を介して外気に移動するため、接続管５０の温度が低下する。従って、接続管５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

（第４実施形態）
次に、触媒装置の第４実施形態について、図６を参照して説明する。
本実施形態の触媒装置１０は、第１実施形態とは異なる温度差促進構造を有している。以下、本実施形態の触媒装置１０が有する温度差促進構造について説明する。

図６に示すように、本実施形態の触媒装置１０の接続管１５０は、鋳鉄やアルミニウム合金等の金属材料からなる鋳物で形成されており、この点が上記接続管５０と異なっている。接続管１５０は、上記上流端５１、上記傾斜部５２、上記中間部５３、上記終端部５４、及び上記下流端５５と同様な上流端１５１、傾斜部１５２、中間部１５３、終端部１５４、及び下流端１５５を有している。そして、接続管１５０の内部にあって周方向には、内燃機関９０の冷却水Ｗが流れるウォータジャケット１５６が形成されている。ウォータジャケット１５６は、接続管１５０の傾斜部１５２から終端部１５４にかけて形成されている。

本実施形態の温度差促進構造の作用及び効果を説明する。
本実施形態では接続管１５０が鋳物で形成されているため、接続管を板状の板金で形成する場合と比較して、接続管１５０の体積は大きくなる。そのため、接続管１５０の熱容量が増大する。接続管の熱容量が増大すると、当該接続管の温度は上昇しにくくなる。一方でケース２０の端部２２は排気に曝されるため、温度が上昇しやすい。このようにケース２０の端部２２は温度が上昇しやすいものの、接続管１５０の温度は上昇しにくくなる。従って、接続管１５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態を促すことができる。

また、接続管１５０にはウォータジャケット１５６が形成されているため、接続管１５０は冷却水Ｗで冷やされて温度が低下する。従って、接続管１５０の温度がケース２０の端部２２の温度に対して相対的に低くなる状態をさらに促すことができる。

＜変更例＞
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・第１実施形態で説明した開口部１１０を切欠きではなく、接続管５０の外周面５０Ａに対向する部位のみに開口する孔として形成してもよい。
・第１実施形態で説明したステー１２０を内燃機関９０以外の構造体、例えば車両の変速機などに固定してもよい。

・第１実施形態において、接続管５０の外周面５０Ａに固定されるステー１２０を省略してもよい。この場合でも、上記（４）以外の効果を得ることができる。
・第１実施形態で説明した開口部１１０を、遮熱板１００の周方向において複数設けてもよい。この場合には、開口部１１０を通過して接続管５０に当たる走行風の量が増えるため、接続管５０の温度がさらに低下する。従って、上記（３）の効果を更に高めることができる。

・第１実施形態では、拡径部４２を備える導入管４０を例示した。導入管は、拡径部を備えているものに限らない。たとえば、軸線Ｃ１が伸びている方向において直径が一定の管を導入管として採用してもよい。この場合でも、上記（５）以外の効果を得ることができる。

・第２実施形態で説明したステー１３０を、接続管５０の外周面５０Ａの周方向において１つ備えるようにしてもよい。なお、この場合には、例えば接続管５０の外周面５０Ａにおいて最も温度が高くなる部位にステー１３０を固定することにより、接続管５０の温度を効率よく低下させることができる。

・第３実施形態で説明したフィン１４０を、接続管５０の傾斜部５２から終端部５４までの間の一部の外周面に設けてもよい。
・第３実施形態で説明したフィン１４０を、接続管５０の外周面５０Ａにおいて最も温度が高くなる部位に集中して配設するようにしてもよい。この場合には、接続管５０の温度を効率よく低下させることができる。

・第４実施形態で説明したウォータジャケット１５６を、接続管１５０の傾斜部１５２から終端部５４までの間の一部の部位に設けてもよい。なお、この場合には、例えば接続管１５０の外周面において最も温度が高くなる部位にウォータジャケット１５６を形成することにより、接続管１５０の温度を効率よく低下させることができる。

・内燃機関９０の冷却水以外の冷却水を第４実施形態で説明したウォータジャケット１５６に流すようにしてもよい。
・第４実施形態において、ウォータジャケット１５６を省略してもよい。この場合でも、接続管１５０を鋳物で形成することによる上記作用及び効果を得ることができる。

・第１実施形態から第４実施形態で説明した各温度差促進構造を適宜組み合わせて実施してもよい。
・遮熱板１００は、触媒装置１０のみを覆うものでもよい。

・第１実施形態では、縮径部２４を備えるケース２０を例示した。ケース２０は、縮径部を備えているものに限らない。たとえば、ケース２０の端部の内径は、触媒装置の中心軸に沿った軸線が伸びている方向における一端から他端に亘って一定でもよい。

・第１実施形態では、等径部２３を備えるケース２０を例示した。ケース２０は、等径部を備えているものに限らない。すなわち、ケース２０の端部２２として等径部を省略してもよく、排気方向の上流側ほど触媒装置の中心軸までの距離が短くなるように管が徐々に細くなっていてもよい。

・第１実施形態では、ケース２０の端部２２における先端が三重管構造Ｔ１の部分に位置している。導入管とケースと接続管とによって三重管構造が形成されているのであれば、ケースの先端が三重管構造の部分に位置していることは必須の構成ではない。ケースの端部は、その先端がケース内に折り曲げられていてもよい。

・第１実施形態では、導入管４０の導入口４３が第２接合部１４よりも上流側に位置するように、ケース２０の内部に導入管４０が配置されている。これに限らず、導入口４３が第２接合部１４よりも下流側に位置していてもよい。軸線Ｃ１に直交する平面上に導入口４３および第２接合部１４が位置していてもよい。これらの構成では、第１接合部１２からケース開口２５までの範囲に二重管構造が形成される。さらに、ケース開口２５から第２接合部１４までの範囲に三重管構造が形成される。こうした構成であっても、上記実施形態と同様に、第２接続部１３におけるケース２０と接続管５０との間の部分に排気が到達しにくいという効果を奏することができる。

・第１実施形態では、金属を材料としたケース２０を例示したが、ケース２０は絶縁体によって成形されていてもよい。ケース自体が絶縁体である場合には、ケース２０の端部２２を絶縁層によって被覆しなくてもよい。

・第１実施形態では、傾斜部５２と終端部５４とを中間部５３によって繋いでいる接続管５０を例示した。接続管としては、中間部５３が省略されて傾斜部５２と終端部５４とが繋がっていてもよい。

第１実施形態で説明した触媒装置１０は三重管構造を有していたが、そうした三重管構造を備えることは必須では無い。この変更例の一例を図７に示す。
図７に示すように、この変更例では、例えば導入管４０の拡径部４２が省略されている。なお、この拡径部４２の省略は必須では無い。そして、導入管４０の下流側の開口端である導入管開口４４は、ケース２０のケース開口２５よりも排気方向の上流側に配置されている。こうした触媒装置１０では、上述した二重管構造Ｄ１，Ｄ２は有する一方で、上記三重管構造Ｔ１は省略されている。この三重管構造を有していない触媒装置１０でも、上記温度差促進構造を有することにより、上述した作用及び効果を得ることができる。

１０…触媒装置
１１…第１接続部
１２…第１接合部
１３…第２接続部
１４…第２接合部
２０…ケース
２１…収容部
２２…端部
２２Ａ…外周面
２２Ｂ…内周面
２４…縮径部
３１…触媒担体
３１Ａ…触媒上流端
４０…導入管
４２…拡径部
５０…接続管
５２…傾斜部
９０…内燃機関
９１…排気通路
１００…遮熱板
１１０…開口部
１２０…ステー
Ｄ１，Ｄ２…二重管構造
Ｔ１…三重管構造

Claims (6)

1. 排気を浄化する触媒と、通電によって発熱して前記触媒を加熱する発熱体と、前記触媒および前記発熱体を収容する管であるケースと、を有し、車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置される触媒装置であって、
   前記排気通路を排気が流れる方向を排気方向として、前記排気方向の上流側における前記ケースの端部に接続されている管である接続管と、
   前記排気方向の上流側における前記接続管の端部に接続されており、前記ケースの径よりも径が小さい管である導入管と、を備え、
   前記排気方向の上流側における前記ケースの端部は、前記排気方向の上流側における前記発熱体の端よりも前記排気方向の上流側に突出しており、且つ電気を絶縁する絶縁部であり、
   前記接続管と前記ケースとの接続部分は、前記接続管が前記ケースの外周面に接合されている接合部と、該接合部よりも前記排気方向の上流側において前記接続管が前記ケースの端部を覆うように重なって前記接続管と前記ケースとが径方向に離れている管構造とを有しており、
   前記接続管の温度が前記ケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促す温度差促進構造を有し、
   前記温度差促進構造として、
   前記接続管の外周面を覆うとともに前記接続管の外周面に対向する部位の一部に開口部が形成された遮熱板を有する
   触媒装置。
2. 排気を浄化する触媒と、通電によって発熱して前記触媒を加熱する発熱体と、前記触媒および前記発熱体を収容する管であるケースと、を有し、車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置される触媒装置であって、
   前記排気通路を排気が流れる方向を排気方向として、前記排気方向の上流側における前記ケースの端部に接続されている管である接続管と、
   前記排気方向の上流側における前記接続管の端部に接続されており、前記ケースの径よりも径が小さい管である導入管と、を備え、
   前記排気方向の上流側における前記ケースの端部は、前記排気方向の上流側における前記発熱体の端よりも前記排気方向の上流側に突出しており、且つ電気を絶縁する絶縁部であり、
   前記接続管と前記ケースとの接続部分は、前記接続管が前記ケースの外周面に接合されている接合部と、該接合部よりも前記排気方向の上流側において前記接続管が前記ケースの端部を覆うように重なって前記接続管と前記ケースとが径方向に離れている管構造とを有しており、
   前記接続管の温度が前記ケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促す温度差促進構造を有し、
   前記温度差促進構造として、
   前記触媒装置とは異なる構造体と前記接続管の外周面とを繋ぐステーを有する
   触媒装置。
3. 排気を浄化する触媒と、通電によって発熱して前記触媒を加熱する発熱体と、前記触媒および前記発熱体を収容する管であるケースと、を有し、車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置される触媒装置であって、
   前記排気通路を排気が流れる方向を排気方向として、前記排気方向の上流側における前記ケースの端部に接続されている管である接続管と、
   前記排気方向の上流側における前記接続管の端部に接続されており、前記ケースの径よりも径が小さい管である導入管と、を備え、
   前記排気方向の上流側における前記ケースの端部は、前記排気方向の上流側における前記発熱体の端よりも前記排気方向の上流側に突出しており、且つ電気を絶縁する絶縁部であり、
   前記接続管と前記ケースとの接続部分は、前記接続管が前記ケースの外周面に接合されている接合部と、該接合部よりも前記排気方向の上流側において前記接続管が前記ケースの端部を覆うように重なって前記接続管と前記ケースとが径方向に離れている管構造とを有しており、
   前記接続管の温度が前記ケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促す温度差促進構造を有し、
   前記温度差促進構造として、
   前記接続管の外周面を覆う遮熱板と、
   前記遮熱板を前記接続管の外周面に固定するステーと、を有する
   触媒装置。
4. 排気を浄化する触媒と、通電によって発熱して前記触媒を加熱する発熱体と、前記触媒および前記発熱体を収容する管であるケースと、を有し、車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置される触媒装置であって、
   前記排気通路を排気が流れる方向を排気方向として、前記排気方向の上流側における前記ケースの端部に接続されている管である接続管と、
   前記排気方向の上流側における前記接続管の端部に接続されており、前記ケースの径よりも径が小さい管である導入管と、を備え、
   前記排気方向の上流側における前記ケースの端部は、前記排気方向の上流側における前記発熱体の端よりも前記排気方向の上流側に突出しており、且つ電気を絶縁する絶縁部であり、
   前記接続管と前記ケースとの接続部分は、前記接続管が前記ケースの外周面に接合されている接合部と、該接合部よりも前記排気方向の上流側において前記接続管が前記ケースの端部を覆うように重なって前記接続管と前記ケースとが径方向に離れている管構造とを有しており、
   前記接続管の温度が前記ケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促す温度差促進構造を有し、
   前記温度差促進構造として、
   前記接続管の外周面に設けられたフィンを有する
   触媒装置。
5. 排気を浄化する触媒と、通電によって発熱して前記触媒を加熱する発熱体と、前記触媒および前記発熱体を収容する管であるケースと、を有し、車両に搭載された内燃機関の排気通路に配置される触媒装置であって、
   前記排気通路を排気が流れる方向を排気方向として、前記排気方向の上流側における前記ケースの端部に接続されている管である接続管と、
   前記排気方向の上流側における前記接続管の端部に接続されており、前記ケースの径よりも径が小さい管である導入管と、を備え、
   前記排気方向の上流側における前記ケースの端部は、前記排気方向の上流側における前記発熱体の端よりも前記排気方向の上流側に突出しており、且つ電気を絶縁する絶縁部であり、
   前記接続管と前記ケースとの接続部分は、前記接続管が前記ケースの外周面に接合されている接合部と、該接合部よりも前記排気方向の上流側において前記接続管が前記ケースの端部を覆うように重なって前記接続管と前記ケースとが径方向に離れている管構造とを有しており、
   前記接続管の温度が前記ケースの端部の温度に対して相対的に低くなる状態を促す温度差促進構造を有し、
   前記温度差促進構造として、
   鋳物で形成された前記接続管を有する
   触媒装置。
6. 前記接続管は、冷却水が流れるウォータジャケットを有する
   請求項５に記載の触媒装置。

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