JPH03500911A - 排ガス浄化装置の応答促進装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 排ガス触媒の応答促進方法並びにこの方法を実施するための装置及び電気的に加 熱可能の担体 本発明は請求項１の前文に記載した方法、請求項５の前文に記載した装置並びに 請求項１２の前文に記載した相応する電気的に加熱可能の触媒担体に関する。

自動車の触媒すなわち制御された三路触媒において以前より公知の先行技術から 出発して、本発明はこの種の触媒装置の応答を促進することにある。従来自動車 の冷始動期における有害物質の排出を減少させるために多くの場合いわゆる始動 触媒（予備触媒とも称される）が使用されている。このようなエンジンに近接し て組み込まれた金属性の支持構造物を有する始動触媒は容積の大きい主触媒より も迅速に加熱される。なぜならこの触媒はエンジンに近接して配設されておりか つ容積が小さいからである。それにもかかわらず始動触媒も応答するまでに一定 の時間を要する。

それというのもその触媒活性材料、そのセラミック製担体物質及び金属製支持構 造物がまず排ガスによって加熱されなければならないからである。この場合始動 触媒が排ガスからまず熱を奪い、その結果更に後方に配置された主触媒は−Ｎ緩 慢に作動温度に上昇することになる。

金属製支持構造物としては多くの変種が公知であり、例えば次の各文献に詳述さ れている： 欧州特許第００４９４８９号、同第０１２１１７４号及び同第０１２１１７５号 明細書、並びに欧州特許出願公開第０２４５７３７号及び同第０２４５７３８号 明細書。

特にこれらの文献からはいわゆるＳ字状の触媒担体及びＵ字状の薄板層を有する ものも公知である。

最後に金属製担体構造物を電気的に加熱し得ることもかなり以前から公知である 。これについては例えばドイツ連邦共和国特許第５６３７５７号明細書に記載さ れている。触媒大体を電気的加熱体により加熱する他の研究はドイツ連邦共和国 特許出願公開第２２３０６６３号明細書から公知である。しかし触媒担体を直接 電気的に加熱することに関してはこれまで極めて大きな困難に直面してきた。な ぜなら通常の金属製構造物は、自動車において通常用いられる電圧でこれを直接 加熱体として使用し得るにはあまりにも低い電気抵抗を有するにすぎないからで ある。従ってドイツ連邦共和国特許第５６３７５７号明細書では、適当な抵抗を 有するように構成された特定の部分節回のみを加熱している。ドイツ連邦共和国 特許出願公告第２２３０６６３号明細書では特殊な発熱体を使用しているが、こ れは同時に触媒担体として利用されているものではない。

一方らせん状に巻かれた触媒担体の場合各薄板層を適当に絶縁することによって 、巻き上げられた薄板の長さ全体を利用し尽くした場合には、加熱に必要な電力 を得るのに十分な電流強度を生じないおそれのある極めて高い抵抗を生じる可能 性がある。

従って本発明の課題は、排ガス触媒を電気的に加熱し、これにより応答を促進す る方法、並びにこの方法を実施する適当な装置及び特にこのための適切な電気的 に加熱可能の担体を提供することにある。この課題を解決するために請求項１の 特徴部に基づく方法、請求項５の特徴部に基づく装置又は請求項１２の特徴を有 する触媒担体を提案する。有利な実施態様はそれぞれ従属請求項に記載する。

本発明にとって重要なことは、排ガス触媒担体が金属からなり、またその中を流 れる電流の抵抗熱によって直接加熱されることである。図面により更に詳述する ように、本発明は特にこれに必要とされる出力に関して電気的には有利に達成す ることのできない排ガス流自体を加熱することを追求しない点で、先行技術と異 なっている。更にまた触媒活性層の比較的長い行程にわたって熱を供給しようと するものでもない。セラミック材料の不良熱伝導性又は薄い金属薄板の極めて長 い行程はこの方法も同様に効果的ではないものと思わせる。しかし本発明によれ ば熱は触媒担体中に均一に配分され、その都度極く僅かなセラミック層が触媒活 性帯域にまで入り込んでいる必要があるにすぎない。

更に主触媒と電気的に加熱される予備触媒とを組、み合わせて使用することは、 すべての主触媒を加熱する電力が十分でないか又はこれをその構造様式から電気 的に加熱できない場合に特に有利である。この場合本発明による装置は始動触媒 のそれ自体は公知の原理を改良することを可能とする。予備触媒を電気的に加熱 することによって、これは通常の始動触媒よりも一層早期に応答し、その結果発 熱性の触媒応答が生じ、これはまた後方に配置された主触媒をより速やかに加熱 する。

請求項１２〜２３には電気的に加熱可能の触媒担体の種々異なる変形例が記載さ れている。それらに共通していることは、触媒担体がすべて間隙及び／又は電気 絶縁性の中間層によって、０．２〜２オームの電気抵抗を有する触媒担体により 少な（とも１つの電流路が生じるように細分されていることである。この抵抗は 通常の１２ボルト装置の場合５０〜５００ワツトの電力を得るのに必要である。

その際考慮すべきことは３０〜５０アンペアの電流強度ですでに導線内にかなり の損失が生じるおそれがあり、従って触媒担体自体には恐らく例えば１０ボルト の電圧が印加されるにすぎないことである。

車輌中に電気的に加熱可能の触媒が複数個存在する場合には、常に種々異なる電 気的接続法が生しる。高い抵抗を有する個々の触媒担体を構成し、次いで並列的 に接続するか、又はこれらが比較的低い電気抵抗を有し、相応して直列に接続す ることもできる。

加熱電力が加熱時限中に変化する場合には時間との関連において並列接続から直 列接続へ切り換わるようにすることもできる。

一般的に使用されている厚さ約０．０３〜０．０６ｍｍの高温耐食性の薄板は、 触媒担体を形成するのに必要とされる全長にわたって、予定の電気加熱には高す ぎる抵抗を有するおそれがある。すべての構造化された薄板が接触するか又はい わゆる接合法により接続されている触媒担体は１２ボルトでの電気加熱にはあま りにも電気抵抗が低すぎるおそれがある。従って結果として触媒担体を、その全 容量との関連において長さと導電性との間に協同作用を有する電流路が生じるよ うに細分しなければならない。この場合の一つの可能性として、横断面を、例え ばそれぞれ４つ以上の並列的に接続された薄板層、有利には８〜１２の薄板層か らなる電気的に次々に連結された部分に分割することである。

他の可能性としては触媒担体を電気的に直列に接続されている軸方向に連続して 配置された層に細分することである。この２つの可能性は、実施例に基づき詳述 するように組み合わせて使用することも可能である。

電気的に加熱可能の触媒担体をジャケット管に詰め込む場合にはいくつかの特殊 な問題がある。なぜならこの場合に、は触媒担体の少なくとも一部をジャケット 管から電気的に絶縁する必要があるからである。更にリード線用の適当な絶縁ブ ッシングを設ける必要がある。しかしこれは例えば半殻体から構成されるシャケ ・ント管を使用することにより大した問題とはならない。この場合触媒担体とジ ャケット管とを絶縁させる処理は同時に熱的及び電気的に絶縁することができ、 これは特に有利である。

本発明の実施例及び概要を図面において部分的に略示して記述する。

第１図は始動及び主触媒用として種々異なる位置を有する、自動車の部分的に二 叉状に構成された排ガス系を示し、第２図は電気的に加熱可能の触媒用基本回路 を示し、第３図は円板状の加熱可能の触媒用基本回路を示し、第４回は自動車の 排ガス系又は触媒系内における温度を運転開始後の時間の経過との関連において 示すグラフであり、第５図は蛇行状に重ねられた触媒担体を示し、第６図はＵ字 状に延びる薄板層及びそれに相応する電流路を存する触媒担体を示し、 第７図は（びれ部を有する薄板積層体を示し、第８図はこの薄板積層体から製造 された蛇行状に重ねられた触媒担体を示し、 第９図はジャケット管に対する薄板積層体の絶縁処理法を明確に示す第８図から の断面図を示し、 第１０図は絶縁性の中間層を有する、逆方向に絡み合った薄板積層体（Ｓ字型） からなる電気的に加熱可能の触媒担体を示し、第１１図は第１０図に基づ（触媒 担体から構成された、電気的接続回路が略示されている多数の円板からなる触媒 を示し、第１２図はジャケット管及び電気接続用ブッシングを有する、逆方向に 絡み合った薄板からなる他の触媒担体を示し、また第１３図は第１２図に基づく ２つの円板から構成されている触媒担体の長手軸に沿った断面図を示すものであ る。

第１図には自動車の部分的に二叉状の排ガス系が略示されている。しかし次に行 う説明は下方の支線１０ｂ、ｌｌｂ、１２ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ 、１９ｂがそれぞれ欠落する単線状に構成された装置に対しても該当する。この 排気系は排ガスをエンジン排気管１０ａ、１０ｂにより、ラムダプローブが配設 されている混合域１３に送る。そこから排ガス導管１５ａ、ｂが主触媒１７ａ、 １７ｂ、１８ａ、１８ｂにまた更にそこから排気管１９ａ、１９ｂに導かれる。

主触媒が唯一の担体からなるか又は図示するように２つの担体からなるかは、エ ンジンの大きさ及び出力による。第１図には電気的に加熱される触媒の可能な３ 箇所が示されている。位置１はｌｌａ、ｌｌｂで、位置２は１２ａ、１２ｂでま た位置３は１６ａ、１６ｂで示す。次にこれらの位置の利点及び欠点を詳述する が、これらの位置の２箇所又はすべてに加熱触媒を取り付ける組み合わせも考え ることもできる。

位置１は始動触媒用として一般的な配置箇所であり、この場合各触媒はそのエン ジンの近くにあることから急速に加熱され、従って早期に応答するが、その際高 い熱交換による負荷に耐える必要がある。電気的に加熱することによってこの位 置での応答挙動は更に改良することができるが、次の主触媒位置までの排ガス行 程が比較的長いため、排ガスは運転開始直後に主触媒までの間に、主触媒の応答 挙動が限られた範囲で改良されるにすぎない程度に、再び冷却する可能性がある 。

位置２はエンジンから僅かに遠ざけられていることから、触媒担体の熱交換によ る負荷を減じることができ、また主触媒にも近いことから、その応答挙動は僅か ながら促進される。更に位置２は付加的に、そこで早期に応答する触媒がラムダ プローブ１４の応答挙動をも改良するという利点を有する。

位置３は、始動触媒１６ａ、１６ｂの応答と共に主触媒１７ａ、１．７ｂ、１８ ａ、１８ｂの応答をも急速に促進するのに有利である。エンジンから遠ざけるこ とによってこの位置における始動触媒は加熱にも拘らず遅れて応答する。

しかし上記のそれぞれの位置で始動触媒、特に電気的に加熱可能の始動触媒は著 しい利点を有する。従ってどの位置が又はこれらの位置のどの組み合わせが特に 好ましいかは個々の周辺条件に左右される。この場合主触媒の担体がセラミック 製担体であるが又は金属製担体であるかは重要ではない。

第２図及び第３図には電気的に加熱可能の触媒用の基本回路が略示されている。

第２図では加熱可能の触媒２４は電源２０からスイッチ２３を介して電流を供給 される。ここで以下のように＋／−／の記号によって、本発明にとって電力供給 がバッテリーから直流で行われるか又は点灯用発電機から交流で行われるかは全 く問題でないことを表す。一般に一定の運転状態に達した後は触媒を更に電気的 に加熱する必要はなく、従ってスイッチ２３は定時継電器２１及び点火ロック２ ２と接続される。

第３図の場合も電気的に加熱可能の触媒は電源３０からスイ・ノチ３３を介して 電流を供給され、このスイ・ンチは定時継電器３１を介して点火ロック３２と接 続されている。しかしこの実施例では触媒は複数個の個々に加熱可能の部分領域 ３４．３５．３６．３７からなり、この場合まず第１の部分領域３４が別個に高 し）電流で加熱可能であり、その後初めて他の部分領域３５．３６．３７が有利 には直列回路で接続される。

第４図に基づき更に詳述するように、電気的に加熱可能の触媒を作動させる場合 、種々の選択可能の系を使用することができる。

第４図のグラフには縦座標に温度Ｔが、横座標の時間りに対して記録されている 。Ｔ２は通常の触媒の点火温度例えば約３５０°Ｃを表し、ｔ２は点火時点、す なわち接触反応が言及するに値する規模に達した時点を表す。曲線ＴＡは、エン ジン始動後における触媒前方の排ガス温度の経過を、時間との関連において示す ものである。破線ＴＫＩは電気的に加熱された触媒担体内の温度経過を示す。触 媒担体に対する加熱電力を、その温度Ｔｘ□が常に排ガス温度ＴＡよりも僅かに 上にあるように選択した場合、触媒担体を加熱するために排ガスから熱が除去さ れるのを阻止することができる。この電力で排ガス自体が無視し得ないほどに加 熱されることはないが、冷却は阻止される。この作動法の場合、触媒のセラミン ク材料及び触媒活性材料は排ガスによって外からまた触媒担体によって内から同 時に加熱され、これにより明らかに早期に温度Ｔ２に達し、この温度で（発熱） 反応が起こり、独りでに以後の加熱が生じる。触媒を加熱するための電力は任意 の大きさのものが得られないことから、第３図の回路に基づいてまず触媒の−の 触媒円板のみを加熱し、ここで発熱反応をできるだけゑ、速に起こすことが必要 となる。ＴＸ！で示した曲線はこの円板での可能な温度経過を示す。この場合そ の温度は小さな部分領域に限定された高い短絡電流で極めて急速に著しく、例え ば６００°Ｃに高められ、次いで他の触媒部分領域の加熱に切り換えられる。こ れにより第１円板は再び僅かに冷やされるが、これは好ましい予熱ではもはや点 火温度を下回ることはなく、これにより排ガスとの発熱反応は維持され、これは 更に後続する部分領域をその応答状態にする。

ここで触媒の電気加熱に関する若干の基本的な考察を行う。この場合次の点に注 意すべきである。

ａ）触媒をエンジン始動前に予熱しなければならない場合、その電力消費量は総 合的にほぼディーゼル予熱装置のそれに匹敵させる必要があり、これによりバッ テリが過度に負荷されることはなく、またそれにもかかわらず触媒の応答挙動は 明らかに影響される。

ｂ）　触媒をエンジンの始動後に初めて加熱する場合、これはより高い電力を供 給されるが、点灯発電機の許容負荷及び必要なケーブル布線の枠内で最大の電流 強度を考慮すべきである。特に電気装置の可燃性に関して注意しなければならな い。

これらの条件の下に、触媒の電気加熱に関して１２ボルトの電圧で作動する電気 装置の場合、触媒又は個々の触媒領域を加熱するには約５〜５０アンペアの電流 強度が必要となることから出発しなければならない。この事実は、触媒を加熱す るために利用する電流路の電気抵抗は、本明細書の導入部においてすでに記載し たように、一定の値を上回ってもまた下回ってもならないことを意味する。個々 の薄板層から構成された触媒担体の場合、抵抗Ｒに関して次の式が成り立つ。

ρ−電気抵抗率、Ｌ＝層の長さく場合によっては平坦な薄板と波状の薄板とでは 異なる）、ｂ＝箔厚、ｈ−箔の高さ、Ｚ一層の数。

触媒が高さｈのＮ個の触媒円板から構成されている場合、抵抗は直列接続では更 に相応して８倍すべきである。

電流Ｉによって導体内に生じる熱は以下の通りである。

Ｑ＝Ｕ−１−ｔ＝ｒ２　・Ｒ Ｑ−熱量、Ｕ−電圧、ｌ−電流、Ｌ一時間、Ｒ−抵抗。

担体を温度Ｔに加熱するのに必要な熱量は以下の通りである。

Ｑ＝ｃ・ｍ・ΔＴ Ｃ＝比熱、ｍ＝質量、へＴ一温度差。

これから純粋な電気抵抗の加熱による加熱時間が得られる。エンジンの廃熱によ り触媒に供給される熱量も含めて実際の加熱時間は著しく短く、経験値によれば 約２分の１ｔ、＋にすぎない。

本発明の以下に記載する各実施例は、金属薄板からなる触媒担体を、電気的加熱 に通した抵抗を有する電流路が生じるように構成する種々の可能性を示すもので ある。この場合本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、当業者によ る変形態様もまた先行技術に基づく同等の実施態様も該当するものである。特に 薄板層は平坦な薄板と波状薄板とが交互に配設されたものである必要はなく、先 行技術において多くの変種が公知であるように、別様に構造化された薄板も同様 に使用することができる。

第５回は蛇行状に重ねられた触媒担体５０を示し、これは平坦な薄板５１及び波 状薄板５２からなる数箇所の方向変換部５７を有する積層体からなる。本実施例 ではこの積層体は４つの波状薄板５２と３つの平坦な薄板５１により構成されて おり、その際積層体の上側及び下側は波状薄板からなる。これらの蛇行湾曲体間 にはそれぞれ電気的に絶縁性の中間層５８が配設されており、これは個々の蛇行 湾曲体間に直接電気接続が生じるのを阻止する。

積層体の両端でその薄板はそれぞれ導電可能に互いに接続され、電流導入線５３ 及び電流導出線５４又はそれに適した接続端子を備えている。担体全体は容器又 はジャケット管５５内に配置されている。その前面で方向変換部５７の範囲は破 線で記された縁カバー５６ａ、５６ｂを有し、これは方向変換部５７と容器５５ との間に不所望の電流が流れるのを阻止し、また蛇行湾曲体と絶縁性中間層５８ とを固定する。この装置の抵抗は蛇行状薄板積層体中の薄板の数によって広範囲 に変えることができる。更に装置のこの様式により横断面が長方形でないものも 充填することができる。

第６図はＵ字状に曲げられた平坦な薄板層６１及び波状薄板層６２を有するそれ 自体は公知の触媒装置を例示するものであるが、これらの薄板層はその両端で支 持壁６５．６６．６９に固定されている。本発明によればこの装置も絶縁性中間 層６８によって、また支持壁６５．６６．６９を導電性の区域６５．６６と電気 的に絶縁性の構造物６９とに区分けすることによって、適当な抵抗を有する電流 路が生じるように細分されている。矢印で示されているように、電流は順次Ｕ字 状の互いに隣接する薄板の異なるグループを通って流れ、その際支持壁の導電性 区域はその都度衣のグループを接続させる。担体の内部で支持壁は、対向する導 電性区域に対する直通電気接続部材６７を有し、その結果支持壁６９の両側にあ るＵ字状薄板の各グループは電流供給部に含まれる。

電流導出線６４はこの実施例の場合電流導入線６３の近くにある。

触媒担体６０全体は場合によっては更に図示されていないジャケット管に配置す る必要があり、このジャケント管に対向する一番外側の薄板層は場合によっては 絶縁されていなければならず、またこのジャケット管を介して電流導入線６３及 び電流導出線６４は場合によっては絶縁して通過させる必要がある。

本発明の他の実施例を第７．８及び９回に示す。第７図は少なくとも断片的に平 坦な薄板条片７１及び波状薄板条片７２からなる極めて長く引き伸ばされた薄板 積層体７０の一部を示すものである。この積層体は間隔をおいて複数のくびれ部 ７３を有する。

このくびれ部は、波状薄板７２が断片的に波状でない場合にが又は積層体を所望 の範囲で圧搾することにより得ることができる。

また例えばこの積層体をくびれ部なしに製造し、平坦な薄板７１と波状薄板７２ との間の接触箇所でろう付けし、その後に初めてくびれ部を圧搾することも可能 である。こうして形成した積層体から、第８図に示すような触媒担体８０を積層 することができる。

基本的には蛇行状の成層であるが、この場合方向変換部は積層体７０のくびれ部 ７３によって形成されている。こうして所望の横断面形状を容易に製造すること ができまた不規則に成形される縁範囲を小さくすることができる。積層体の平坦 な薄板８１及び波状薄板８２は両端で導電可能に接続され、電流導入線８３並び に電流導出線８４で終わるが、これらは絶縁片８５．８６を介して担体を包囲す るジャケット管に導かれる。個々の蛇行湾曲部及び積層体の外側は絶縁層８８に より互いに、またジャケット管から電気的に隔離されている。第９回はジャケッ ト管に対する絶縁可能性の一例を示す第８図からの一部拡大断面図である。ジャ ケット管９０は例えばポケット９３を存し、ここにはセラミック板が装入されま た場合によってはそこにろう付けされている。このセラミック板９８は、平坦な 薄板９１及び波状薄板９２からなる積層体をジャケット管９０から間隔を置いて 保持し、これにより電気的及び熱的絶縁が得られる。しかし絶縁体としてはセラ ミック繊維マット又は他のセラミック材料も使用することができる。

第１０図は本発明のもう一つの特に好ましい一実施例、すなわち逆方向に絡み合 った平坦な薄板１０１及び波状薄板１０２の積層体からなる公知の触媒担体１０ ０を示すものである。触媒担体のこの構造はそれ自体公知であり、しばしばＳ字 状と呼ばれる。

この実施形式は、積層体の上面及び下面に絶縁Ｎ１０８又は絶縁被覆を設ける可 能性を提供するものであり、これにより積層体を逆方向に組み合わせた場合、矢 印で示されているように比較的長い電流路が生じる。その長さは、原料積層体の 高さ対触媒担体の直径の比に依る。薄板層１０１．１０２がその両端で互いに絶 縁されている導電性の半殻体１０５．１０６に固定されている限り、これらの半 殻体に電流導入線１０３及び電流導出線１０４を取り付けることができる。この ため半殻体１０５．１０６は例えば絶縁片１０７によって互いに分離されている ことを要し、この場合絶縁層１０８は丁度この絶縁片１０７の範囲内で終わって いなければならない。全装置は通常更に電気的に絶縁して図示されていないジャ ケット管に収納されるが、これには電流導入線１０３及び電流導出線１０４が絶 縁状態で導入される必要がある。また一般に実際的なすべての実施例で、容器に 対して及び自動車の車体に対して良好な導電接続が得られる場合には、電流導出 線を省略することができる。逆方向に絡み合った薄板により、他の多くの横断面 形状のものを公知方法で満たずことができ、従ってこの実施例は横断面が円形の ものに限定されるものではない。

第１０回により構成された電気的に加熱可能の触媒担体の達成可能な電気抵抗が 所望の軸方向の長さを考慮して十分に高くない場合には、例えば第１１図に示す ように複数個の順次配列された円板からなる集合結線とすることができる。ここ に示された実施例は４つの順次に接続された、第１０図により構成された高さｈ の円板１００からなり、この場合個々の円板は、それぞれ２個の円板を包括する 円筒状半殻体１１６によって直列に接続されていることが明らかである。全担体 は１本の電流導入線１１３と、４木までの電流導出線１１４を有し、これはそれ ぞれ短絡スイッチ１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを介して接続又は遮断可能であ る。

個々の円板１００間の間隙１１８は軸方向に電気絶縁を生ぜしめ、全担体はまた 電気的に絶縁状態で図示されていないジャケット管に収納することができる。こ の装置の啓示した電気結線は次の作動法を可能とする。

まず排ガスの流動方向で見て最前端の円板１００を、スイッチ１１５ａのみを接 続することによって、この円板の抵抗に相当する極めて高い電流で負荷すること ができる。従ってこれは第４図に示した曲線ＴＫＺの出発時に相応して急速に加 熱される。一定の時限例えば１０秒が経過した後、スイッチ１１５ａは遮断可能 であり、その結果スイッチ１１５ｂ、１１５ｃが遮断されると、全円板は以後の 加熱のために４分の１に減少した加熱電流を得る。

予め規定された時限で順次にスイッチ１１５ａ、１１５ｂ及び１１５ｃを個々に 開くことも可能であり、これにより触媒は円板毎に減少する電力で加熱される。

これは同時に極く短時間での高い電流消費量で触媒を急速に応答させることを可 能にする。

第１２図及び第１３［Ｄは、再度Ｓ字状の電気的に加熱可能の触媒担体を、横断 面図（第１２図）及び縦断面図（第１３図）で示すものである。第１２図には逆 方向に絡み合った平坦な薄板１２１と波状の薄板１２２とからなる第１０図に相 応する本来の触媒担体１２０の他に、系及び接続部がジャケット管１２７ａ、１ ２７ｂに装入されている状態が示されている。ジャケット管は２個の半殻体１２ ７ａ、１２７ｂからなり、これらはセラミック絶縁材１２９．１３０により電気 的に互いに分離されている。この半殻体１２７ａ、１２７ｂ内で、これから電気 的に絶縁して、もう一つの半殻体１２５．１２６が存在し、これらは電流導入線 １２３又は電流導出線１２４を接続している。電気構成部及び絶縁層１２８は第 １０図のそれと同じである。導線１２３．１２４はセラミック片１２９を介して 外部に導かれる。第１３図から認め得るように、例えばこの種の２個の触媒担体 １２０ａ、１２０ｂを連続的にまた電気的に直列に接続してジャケット管に収納 することもできる。

大発明及び上記の各実施例は基本的に、十分な電力が得られる限り、始動触媒の 電気加熱にまた主触媒の加熱にも適用することができる。複数個の触媒担体から なる並列的又は直列的な集合結線は与えられた状況及び寸法に応じて可能である 。点灯発電機によりエンジンを始動しまた電流を得る場合には、これらの触媒は 直接交流によって加熱することもでき、その結果すべての必要な電力はとりあえ ず整流する必要はない。自動車における他の電気装置とは異なり、これらの触媒 担体は電圧の変化に左右されず、従って場合によっては不規則な、付加的電圧の 供給によって給電することもできる。本発明による電気的に加熱可能の触媒担体 は、自動車の冷始動時における放出物に対する特に厳格な要求に合わせて、有害 物質の排出量を減少させるのに適している。

ＦＩＧ　４ ＦＩｏ　５ ＦＩｏ　１０ 国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　８９００１２９ Ｓ＾　２６９５９

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．排ガス触媒がセラミック系の触媒活性材料で被覆されている金属触媒担体（ ５０；６０；８０；１００；１１０；１２０）からなり、また金属触媒担体（５ ０；６０；８０；１００；１１０；１２０）を少なくとも部分領域において直接 加熱するために電流で負荷する形式の、内燃機関の後方での排ガス触媒の応答を 促進する方法において、電流を予め設定可能の時限に対し内燃機関の運転開始前 及び／又はその直後に連結し、また金属担体（５０；６０；８０；１００；１１ ０；１２０）を少なくとも部分領域において、排ガス流によると少なくともほぼ 同期的に、有利にはこれよりも早期に応答温度に加熱するように構成することを 特徴とする排ガス触媒の応答促進方法。
2. ２．触媒担体（５０；６０；８０；１００；１１０；１２０）を約５０〜５００ Ｗの電力で、すなわち約１２Ｖの場合約４〜５０Ａで負荷することを特徴とする 請求項１記載の方法。
3. ３．まず排ガス流動方向で見て触媒担体の前方部分領域のみを、有利には約３． ５〜６ｃｍの軸方向範囲で加熱し、その応答後に初めて場合によっては残りの触 媒担体をも電流で負荷することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. ４．触媒担体（５０；６０；８０；１００；１１０；１２０）の加熱を定時継電 器によって、この加熱が内燃機関の始動後に始まり、設定された時限、例えば２ ０〜６０秒後に終了することを特徴とする請求項１、２又は３の１つに記載の方 法。
5. ５．排ガス流動方向で見て、直接は加熱不能の慣用の主触媒（１７ａ、１７ｂ； １８ａ、１８ｂ）の前方に、電気的に加熱可能の予備触媒（１１ａ、１１ｂ；１ ２ａ、１２ｂ；１６ａ、１６ｂ）が配置されていることを特徴とする内燃機関の 後方での排ガス触媒の応答促進装置。
6. ６．予備触媒（１６ａ、１６ｂ）が主触媒（１７ａ、１７ｂ；１８ａ、１８ｂ） の直前に配置されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. ７．予備触媒（１２ａ、１２ｂ）が触媒系の混合域（１３）の直前に配置されて おり、混合域内で三路触媒の場合所望の空気量が混合され、計量される（１４） ことを特徴とする請求項５記載の装置。
8. ８．予備触媒（１１ａ、１１ｂ）がエンジンの排気直後でエンジン排気導管（１ ０ａ、１０ｂ）内に配置されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
9. ９．予備触媒（１１ａ、１１ｂ；１２ａ、１２ｂ；１６ａ、１６ｂ）が電気的に 直列に接続されていることを特徴とする請求項５ないし８の１つに記載の装置。
10. １０．予備触媒（１１ａ、１１ｂ；１２ａ、１２ｂ；１６ａ、１６ｂ）か電気的 に並列的に接続されていることを特徴とする請求項５ないし８の１つに記載の装 置。
11. １１．電気的に加熱可能の予備触媒（１１ａ、１１ｂ；１２ａ、１２ｂ；１６ａ 、１６ｂ）がそれぞれ固有の発電機と電気的に接続可能であり、交流で加熱可能 であることを特徴とする請求項５ないし１０の１つに記載の装置。
12. １２．流体の通流可能の溝が多数形成されている構造化された高温耐食性薄板の 渦巻かれた又は積層された又は他様に被覆された状態、有利には平坦な薄板と波 状薄板とが交互に配置された状態からなる、特に始動触媒用の電気的に加熱可能 の触媒担体において、薄板（５１、５２；６１、６２；７１、７２；８１、８２ ；９１、９２；１０１、１０２；１２１、１２２）が約０．０３〜０．０６ｍｍ の厚さを有し、また触媒担体（５０；６０；８０；１００；１１０；１２０）が 、間隙（１１８）及び／又は電気的に絶縁性の中間層（５８；６８；８８；９８ ；１０８；１２８）又は被覆によって、その横断面及び／又はその軸方向範囲に 関して小区分に分けられ、その結果少なくとも一つの電流路が電気抵抗０．２〜 ２オーム、有利には０．４〜１オーム、特に約０．６オームを有する薄板（５１ 、５２；６１、６２；７１、７２；８１、８２；９１、９２；１０１、１０２； １２１、１２２）によって生じることを特徴とする電気的に加熱可能の触媒担体 。
13. １３．触媒担体がその横断面及び／又はその軸方向範囲に関して部分的に互いに 電気的に絶縁性の部分領域に細分されており、これらが限定された電気的接続ブ リッジ（７３；６５、６６；１１６）によってすべてを又はグルーブ毎に電気的 に直列に接続されていることを特徴とする請求項１２記載の電気的に加熱可能の 触媒担体。
14. １４．各電流路が並列的に電流の流れる隣接して配置された少なくとも４つの、 有利には８〜１２の薄板からなることを特徴とする請求項１２又は１３記載の電 気的に加熱可能の触媒担体。
15. １５．並列的に電流の流れる隣接して配置された少なくとも４つの薄板層が蛇行 状（５７〕に被覆されて担体（５０）を形成し、その際中間層（５８）が蛇行湾 曲体の祖対する面を絶縁させることを特徴とする請求項１４記載の電気的に加熱 可能の触媒担体。
16. １６．方向変換領域（７３）で少なくとも４つの層が扁平な状態で互いに接して いることを特徴とする請求項１５記載の電気的に加熱可能の触媒担体。
17. １７．担体（６０）がほぼＵ字状に曲げられた層（６１、６２）からなり、これ らの層がグループ毎に相互に、中間層（６８）又は被覆によって電気的に絶縁さ れまた支持隔壁（６５、６６、６９）に固定されており、支持隔壁（６５，６６ 、６９）は電気的に導電性であるが、互いには絶縁された断片（６５、６６）を 有し、これらがそれぞれ層の２つ以上のグループからなる直列回路を形成するこ とを特徴とする請求項１２、１３又は１４の１つに記載の電気的に加熱可能の触 媒担体。
18. １８．担体（１００；１２０）が反対方向に絡み合わされた薄板の積層（１０１ ；１０２；１２１；１２２）からなり、その際積層は少なくともその上面及び下 面に電気的に絶縁性の層（１０８；１２８）又は被覆を有し、少なくとも薄板の 端部は積層の各面で電気的に導電性に互いに接続されまた電源（２０、３０）の 両極と接続するための端子（１０３、１０４；１２３；１２４）を有することを 特徴とする請求項１２、１３又は１４の１つに記載の電気的に加熱可能の触媒担 体。
19. １９．触媒担体（１００）が環状の横断面を有し、積層の高さがこの横断面の直 径の３分の１以下であることを特徴とする請求項１８記載の電気的に加熱可能の 触媒担体。
20. ２０．複数個の触媒担体（１００）が円板状に前後して順次配置されており、電 気的に並列的又は直列的に接続されていることを特徴とする請求項１２ないし１ ９の１つに記載の電気的に加熱可能の触媒担体。
21. ２１．電気的に絶縁性の中間層（５８；６８；８８；１０８；１２８）又は被覆 が粒状のセラミック材料からなり、これが各隣接面に塗布、有利には火炎噴射塗 布されていることを特徴とする請求項１２ないし２０の１つに記載の電気的に加 熱可能の触媒担体。
22. ２２．電気的に絶縁性の中間層（５８；６８；８８；１０８；１２８）がセラミ ック部分又はセラミック繊維マットからなることを特徴とする請求項１２ないし ２１の１つに記載の電気的に加熱可能の触媒担体。
23. ２３．薄板を金属ジャケット管（９０）から絶縁させるため、これにろう付けさ れたセラミック板（９８）を使用することを特徴とする請求項２２記載の電気的 に加熱可能の触媒担体。