JPH05248231A

JPH05248231A - 排気ガス浄化用触媒コンバータ

Info

Publication number: JPH05248231A
Application number: JP4050408A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Koga; 一雄古賀; Yoshiro Danno; 喜朗団野; Tetsuya Tanida; 哲也谷田; Shuichi Ishida; 秀一石田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1993-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】触媒を短時間にて効率良く活性化させること
が可能な排気ガス浄化用の触媒コンバータを提供する。【構成】反応通路２２に沿った排気ガスの流れる方向
に対して交差する方向にそれぞれそれぞれ隙間を隔てて
相互に平行に配列する複数の触媒ユニット１７と、これ
ら触媒ユニット１７の配列方向及び排気ガスの流れる方
向に対して交差する方向の触媒ユニット１７の一端側及
び他端側を一つ置きに電気的に接続するユニット接続手
段２３と、絶縁保持層１８を介して触媒ユニット１７を
取り囲むケーシング１４と、配列方向の両端側に位置す
る二つの触媒ユニット１７にそれぞれ電気的に接続する
と共に絶縁保持層１８及びケーシング１４を貫通してケ
ーシング１４の外側に導かれ且つ電源に接続する一対の
電極２７とを具えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の冷態始動時
等の際に予め電気的に加熱して触媒の活性化を促進させ
るようにした排気ガス浄化用の触媒コンバータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンや軽油等の化石燃料を使用する
内燃機関から排出される燃焼ガス（以下、これを排ガス
と呼称する）中には、炭化水素や窒素酸化物等の有害物
質が含まれていることが多く、この排ガスをそのまま大
気中に放出することは種々の点で問題がある。

【０００３】このようなことから、炭化水素の燃焼によ
る浄化を促進させたり、窒素酸化物の還元を促進させる
ことにより、これらの有害物質を無害化する三元触媒を
用いた排気ガス浄化装置が開発され、実用に供されてい
ることは周知の通りである。つまり、この三元触媒が担
持された触媒コンバータを内燃機関の排ガス通路の途中
に組み込み、これら有害物質が触媒コンバータを通過す
る間に無害化された状態となり、大気中に放出されるよ
うにしている。

【０００４】ところが、従来の触媒コンバータの三元触
媒は、その温度によって有害物質の酸化還元反応を促進
させる触媒能力に極端な相違があり、機関の冷態始動後
の未活性な状態では、炭化水素の浄化を充分促進させる
ことができなかった。

【０００５】そこで、三元触媒が担持された触媒コンバ
ータ（以下、主触媒コンバータと呼称する）よりも上流
側の排気通路の途中に、酸化触媒が担持された副触媒コ
ンバータを組み込み、主触媒コンバータの三元触媒が未
活性な状態の場合に、この副触媒コンバータを電気的に
加熱して酸化触媒を活性化させ、炭化水素の浄化を促進
させるようにした排気ガス浄化装置が開発されるに至っ
ている。

【０００６】このような副触媒コンバータを組み込んだ
排気ガス浄化装置の概念を表す図１０に示すように、三
元触媒を担持する触媒コンバータ１よりも上流側の排気
通路２の途中には、酸化触媒を担持した副触媒コンバー
タ３が設けられ、この副触媒コンバータ３には図示しな
いイグニッションキースイッチの操作に連動する触媒用
スイッチ４を介して電源５が接続している。つまり、機
関６の冷態始動時には触媒用スイッチ４が入って電源５
からの電流が副触媒コンバータ３に流れ、この副触媒コ
ンバータ３の酸化触媒が活性化温度まで加熱された後、
機関６が実際に始動して排気通路２内を流れる排気ガス
中に含まれる炭化水素の浄化を行い、主触媒コンバータ
１の三元触媒が活性化温度に達した時点で、触媒用スイ
ッチ４が切れて副触媒コンバータ３に対する通電を中止
するようにしている。

【０００７】このため、電源５により電気的に加熱され
る副触媒コンバータ３の酸化触媒を担持する担体として
は、鉄−クロム−アルミニウム系の耐熱合金等の金属系
のものが主に採用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】酸化触媒と三元触媒と
を用いた図１０に示す排気ガス浄化装置においては、機
関６の冷態始動時に酸化触媒が担持された副触媒コンバ
ータ３を加熱する必要があり、従来では酸化触媒を担持
する担体の電気抵抗による発熱を利用した加熱形式を採
用している。

【０００９】そこで、副触媒コンバータ３の酸化触媒を
短時間の内に活性化させる方法として、この酸化触媒を
担持する担体の電気抵抗値を下げるか、或いは副触媒コ
ンバータ３に対する供給電圧を上げる方法の他、副触媒
コンバータ３に対する供給電圧を上げると共に酸化触媒
を担持する担体の電気抵抗値を増大させる方法等が考え
られる。

【００１０】しかし、酸化触媒を担持する担体の電気抵
抗値を下げたり、或いは副触媒コンバータ３に対する供
給電圧を上げる方法の場合、副触媒コンバータ３に非常
に大きな電流が流れてしまうため、容量の著しく大きな
電源５を使用する必要が生ずる。

【００１１】これに対し、副触媒コンバータ３に対する
供給電圧を上げると共に酸化触媒を担持する担体の電気
抵抗値を増大させる方法の場合、電源５の容量を余り変
えずに効率良く酸化触媒を短時間の内に活性化させるこ
とが可能となるが、担体を構成する従来の鉄−クロム−
アルミニウム系の耐熱合金等は、電気抵抗値が余り高く
ないため、絶対的な発熱量が少なく、必然的に容量の非
常に大きな電源５を使うか、或いは何らかの工夫をして
担体の構造自体に特徴を持たせ、電流が流れる方向に沿
った担体の長さ（以下、これを担体の電流通路長と呼称
する）を長くする必要があり、これに伴って副触媒コン
バータ３が大型化してしまう虞がある。

【００１２】なお、担体として電気抵抗値が高い金属材
料を使用することも考えられるが、材料コストや加工性
等の点で現在の担体材料に代わるべきものはなく、現在
の担体材料をそのまま使わざるを得ない。

【００１３】

【発明の目的】本発明は、電源の容量を増大させたり従
来の担体材料を代えることなく、酸化触媒を短時間にて
効率良く活性化させることが可能な排気ガス浄化用のコ
ンパクトな触媒コンバータを提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による排気ガス浄
化用触媒コンバータは、反応通路に沿った排気ガスの流
れる方向に対して交差する方向にそれぞれ隙間を隔てて
相互に平行に配列する複数の触媒ユニットと、これら触
媒ユニットの配列方向及び前記排気ガスの流れる方向に
対して交差する方向の当該触媒ユニットの一端側及び他
端側を前記配列方向に沿って一つ置きに電気的に接続す
るユニット接続手段と、絶縁保持層を介して前記複数の
触媒ユニットを取り囲むケーシングと、前記配列方向の
両端側に位置する二つの触媒ユニットにそれぞれ電気的
に接続すると共に前記絶縁保持層及び前記ケーシングを
貫通して前記ケーシングの外側に導かれ且つ電源に接続
する一対の電極とを具え、前記触媒ユニットは内燃機関
からの排気ガスを導く多数の前記反応通路が相互に平行
に形成された導電性の担体と、前記反応通路内の前記担
体表面に固定された触媒とを有することを特徴とするも
のである。

【００１５】この場合、反応通路に沿った排気ガスの流
れる方向に対して交差する方向にそれぞれ隙間を隔てて
相互に平行に配列する複数の触媒ユニットからなる触媒
ユニット群を排気ガスの流れる方向に沿って複数配列
し、隣接する一方の触媒ユニット群の一方の電極と他方
の触媒ユニット群の一方の電極とを直列に接続すること
も有効である。

【００１６】

【作用】電源から電極を介して触媒コンバータに電流を
流すと、この電流は触媒ユニットの配列方向に沿った一
端側の触媒ユニットと他端側の触媒ユニットとの間をユ
ニット接続手段を介してジグザグ状に流れ、この時の触
媒ユニットを構成する担体の電気抵抗により、触媒ユニ
ットが発熱する。

【００１７】又、複数の触媒ユニットからなる触媒ユニ
ット群を複数配列することにより、担体の電気通路長が
触媒ユニット群の数だけ倍増することとなる。

【００１８】

【実施例】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータ
を図１０に示す従来の排気ガス浄化装置に応用した一実
施例の外観を表す図１及びそのII−II矢視断面構造を表
す図２及びその電極部分の拡大断面構造を表す図３に示
すように、車体の一部を構成するフロアパネル１１の中
央部に形成されたフロアトンネル１２内に収納される副
触媒コンバータ１３は、最終的にシーム溶接される左右
二分割構造のケーシング１４を有し、このケーシング１
４の両端部には、図１０に示す機関６の燃焼室７に連通
する排気マニホールド８の出口側に連結される接続フラ
ンジ１５と、図１０に示すように途中に三元触媒が担持
される主触媒コンバータ１を介装した排気管９の入口側
に連結される接続フランジ１６とが形成されている。

【００１９】ＳＵＳ４１０等で形成されるケーシング１
４内には、車体の幅方向（図２中、左右方向）に沿って
一定間隔で配列する多数の触媒ユニット１７からなる触
媒ユニット群Ｕと、この触媒ユニット群Ｕとケーシング
１４との間に介装されるサポータ１８と、配列方向に沿
って隣接する触媒ユニット１７の間に介装されるシート
状のスペーサ１９とが収納されている。

【００２０】図示しないコルゲータ等を用いて製造され
る触媒ユニット１７は、それぞれ複数枚の平板部材２０
と波板部材２１とを交互に積層して多数の反応通路２２
を形成したものであり、担体を構成するこれら平板部材
２０や波板部材２１は４０〜５０μｍの厚さの鉄−クロ
ム−アルミニウム系等の耐熱合金にて形成され、これら
の当接部分はニッケル−クロム系のろう材を介して一体
的に接合される。又、担体となるこれら平板部材２０及
び波板部材２１の表面には、図示しない白金やパラジウ
ム等の酸化触媒が担持され、機関６の燃焼室７から排出
される排気ガス中の有害な炭化水素等の未燃成分の酸化
反応が、反応通路２２内を通過する間に酸化触媒により
促進されて無害化されるのである。

【００２１】本実施例では、触媒ユニット１７をコルゲ
ータ等により連続的な帯状に製造し、一定長さ毎にジグ
ザグ状に折り返すことにより、触媒ユニット１７を多段
化した触媒ユニット群Ｕとしており、この折り返し部２
３が本発明のユニット接続手段を構成している。つま
り、この折り返し部２３の製造手順を表す図４〜図６に
示すように、帯状をなす触媒ユニット１７の折り返し部
２３を一対のダイス２４とパンチ２５とにより押しつぶ
し（図４参照）、塑性変形したこの折り返し部２３のダ
イス２４側に心金２６を沿わせ（図５参照）、この心金
２６を境に触媒ユニット１７の先端側を心金２６に沿っ
て１８０度曲げた後（図６参照）、心金２６を抜き外す
ことにより折り返し部２３を形成している。

【００２２】なお、心金２６を触媒ユニット１７の折り
返し部２３に対してそのまま一体的に接合するようにし
ても良く、複数の矩形状に形成した複数の触媒ユニット
１７の端部を金属製の板材を介して接合し、この板材を
ユニット接続手段として機能させることも当然可能であ
る。

【００２３】本発明の絶縁保持層である前記サポータ１
８は、米国スリーエム社製のインタラム・マット等の如
き断熱性と電気絶縁性とを兼ね具えた無機質系の緩衝材
であり、触媒ユニット群Ｕをケーシング１４内に安定し
て保持するものである。

【００２４】又、隣接する触媒ユニット１７の間にそれ
ぞれ挾まれる前記スペーサ１９は、触媒ユニット１７を
一定間隔に保持すると共に隣接する触媒ユニット１７が
折り返し部２３を介することなく電気的に短絡するのを
防止するものであり、電気絶縁性を有するセラミック系
の触媒担体として用いられるコーデュライト等にて形成
される。本実施例におけるスペーサ１９は、触媒ユニッ
ト１７の高さ方向全域に亙って隣接する触媒ユニット１
７の間に介装されているが、触媒ユニット１７の上下両
端部にのみ介装し、残った隙間部分を反応通路として機
能させることも可能である。

【００２５】サポータ１８及びケーシング１４を貫通し
てケーシング１４の下端部の左右両側から突出する一対
の電極２７の基端には、反応通路２２と平行に延びる電
極連結棒２８の中央部が一体的に接合されており、この
電極連結棒２８の長手方向に沿って当該電極連結棒２８
に形成された連結溝２９には、ケーシング１４の左右両
側に位置する触媒ユニット１７の下端部にそれぞれプレ
ス加工により形成した連結部３０が差し込まれ、図示し
ないろう材を介して電極連結棒２８に一体的に接合され
ている。

【００２６】電極２７が貫通し且つケーシング１４に係
止する中空ボルト３１には、座金３２を介してロックナ
ット３３がねじ込まれ、これら電極２７及び中空ボルト
３１及びロックナット３３は溶接部３４にて相互にシー
ル溶接され、ケーシング１４の内部を確実に封止してい
る。これら電極２７,電極連結棒２８,中空ボルト３１,
座金３２,ロックナット３３等は耐熱性の良好なニッケ
ル等で形成されており、中空ボルト３１が貫通するケー
シング１４の電極通し穴３５の周囲には、人造マイカや
セラミックス等にて形成された一対のシール座金３６及
び絶縁環３７が介装されている。つまり、ケーシング１
４の内側及び外側を電気絶縁性を有するシール座金３６
及び絶縁環３７を介して中空ボルト３１とロックナット
３３とで挾み込むことにより、電極２７がケーシング１
４に対して固定された状態となっている。

【００２７】なお、電極２７の先端部には、この電極２
７にねじ込まれる一対のつば付きナット３８により図１
０に示す電源５に接続する端子３９が固定されており、
ケーシング１４の下流側には触媒ユニット１７の温度を
検出する熱電対等を利用した温度センサ４０が設けられ
ている。

【００２８】従って、イグニッションキーをオンにした
状態で温度センサ４０からの検出信号が例えば３００℃
未満である、即ち副触媒コンバータ１３の酸化触媒が活
性化していないと図示しない電子制御ユニットが判断し
た場合、電源５からの電流が端子３９を介して電極２７
に供給され、車体の幅方向一端側の触媒ユニット１７か
ら他端側の触媒ユニット１７へジグザグ状に電流が流
れ、これら触媒ユニット１７が発熱して酸化触媒を活性
化させる。そして、温度センサ４０からの検出信号が例
えば３００℃以上である、即ち副触媒コンバータ１３の
酸化触媒が既に活性化していると前記電子制御ユニット
が判断した場合、機関６を始動して排気ガス中の未燃成
分をこの副触媒コンバータ１３にて燃やし、次いで主触
媒コンバータ１の三元触媒が活性化した時点で、副触媒
コンバータ１３に対する通電を停止し、主として主触媒
コンバータ１により排気ガスの浄化を行うようにする。

【００２９】前記主触媒コンバータ１の三元触媒の活性
化は、主触媒コンバータ１に温度センサを組み込んで判
断するか、或いは活性化までの時間を予め予測して副触
媒コンバータ１３に対する通電時間をタイマにより制御
すると良い。

【００３０】この場合、副触媒コンバータ１３の担体の
電流通路長を非常に長くすることができるため、副触媒
コンバータ１３に対する供給電圧を上げることにより、
電源５の容量を変えずとも絶対的な発熱量を増大させる
ことができ、短時間のうちに酸化触媒を活性化させるこ
とが可能となる。

【００３１】なお、本実施例では触媒ユニット１７を車
体の幅方向に沿って配列したが、車体の上下方向に沿っ
て配列したものを排気ガスの流れ方向に沿って更に直列
に接続することも可能である。

【００３２】このような本発明による排気ガス浄化用触
媒コンバータの他の一実施例における触媒ユニットの部
分の分解状態を表す図７に示すように、先の実施例で説
明した触媒ユニット群Ｕ₁に対して９０度回転した状態
の触媒ユニット群Ｕ₂を用意し、これら一方の触媒ユニ
ット群Ｕ₁の一端側の触媒ユニット１７と、他方の触媒
ユニット群Ｕ₂の一端側の触媒ユニット１７とを前述し
た電極連結棒２８とほぼ同一構成の長尺のユニット接続
棒４１にて直列に連結すると共に、一方の触媒ユニット
群Ｕ₁の他端側の触媒ユニット１７と、他方の触媒ユニ
ット群Ｕ₂の他端側の触媒ユニット１７とを電極２７が
突設された電極連結棒２８にてそれぞれ連結する。

【００３３】この場合、一方の触媒ユニット群Ｕ₁と他
方の触媒ユニット群Ｕ₂との間に隙間を形成することに
より、担体の電流通路長が先の実施例の二倍となり、触
媒コンバータに対する供給電圧を更に上げることによ
り、電源５の容量を増大させることなく、この触媒コン
バータの絶対的な発熱量をより一層増大させることがで
きる。

【００３４】なお、図７に示した実施例では一本のユニ
ット接続棒４１にて二つの触媒ユニット群Ｕ₁,Ｕ₂を接
続したが、本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータ
の更に別な一実施例の外観を表す図８及びその触媒ユニ
ットの部分を分解した状態の外観を表す図９に示すよう
に、各触媒ユニット群Ｕ₁,Ｕ₂にそれぞれケーシング１
４から外部に突出する端子４２が一体的に設けられたユ
ニット接続棒４３を固定し、ケーシング１４の外側でこ
れら端子４２を接続金具４４にて電気的に接続するよう
にしても良い。又、図７〜図９中の符号で図１〜図６に
示した実施例と同一機能の部材には、これと同一の符号
を記してある。

【００３５】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化用触媒コンバータ
によると、平板状をなす触媒ユニットを積層状態で配列
したことにより、触媒コンバータの大型化を避けること
ができる。

【００３６】又、これら触媒ユニットの両端部を一つ置
きにユニット接続手段により連結し、電気がジグザグ状
に流れるようにしたので、担体の電流通路長が長くなっ
て絶対的な発熱量が増大する結果、触媒コンバータに対
する供給電圧を上げることにより、電源の容量を増大さ
せなくても短時間のうちに触媒を活性化させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータを
図８に示す従来の排気ガス浄化装置に応用した一実施例
の概略構造を表す概念図である。

【図２】そのII−II矢視断面図である。

【図３】その電極の部分を抽出した拡大断面図である。

【図４】図５及び図６と共に本実施例における触媒ユニ
ットの折り返し部の製造手順の一例を表す工程図であ
る。

【図５】図４及び図６と共に本実施例における触媒ユニ
ットの折り返し部の製造手順の一例を表す工程図であ
る。

【図６】図４及び図５と共に本実施例における触媒ユニ
ットの折り返し部の製造手順の一例を表す工程図であ
る。

【図７】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータを
構成する触媒ユニットの他の一実施例の分解状態を表す
斜視図である。

【図８】本発明による排気ガス浄化用触媒コンバータの
更に別な一実施例の外観を表す斜視図である。

【図９】その触媒ユニットの部分の分解状態を表す斜視
図である。

【図１０】本発明の対象となった排気ガス浄化装置の一
例を表す概念図である。

【符号の説明】

１１はフロアパネル、１２はフロアトンネル、１３は副
触媒コンバータ、１４はケーシング、１５は接続フラン
ジ、１６も接続フランジ、１７は触媒ユニット、１８は
サポータ、１９はスペーサ、２０は平板部材、２１は波
板部材、２２は反応通路、２３は折り返し部、２４はダ
イス、２５はパンチ、２６は心金、２７は電極、２８は
電極連結棒、２９は連結溝、３０は連結部、３１は中空
ボルト、３２は座金、３３はロックナット、３４は溶接
部、３５は電極通し穴、３６はシール座金、３７は絶縁
環、３８はつば付きナット、３９は端子、４０は温度セ
ンサ、４１はユニット接続棒、４２は端子、４３はユニ
ット接続棒、４４は接続金具、Ｕは触媒ユニット群、Ｕ
₁,Ｕ₂も触媒ユニット群である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/28 ３１１ＳＭ (72)発明者谷田哲也京都府京都市右京区太秦巽町１番地三菱自動車エンジニアリング株式会社京都事業所内 (72)発明者石田秀一京都府京都市右京区太秦巽町１番地三菱自動車エンジニアリング株式会社京都事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応通路に沿った排気ガスの流れる方向
に対して交差する方向にそれぞれ隙間を隔てて相互に平
行に配列する複数の触媒ユニットと、これら触媒ユニッ
トの配列方向及び前記排気ガスの流れる方向に対して交
差する方向の当該触媒ユニットの一端側及び他端側を前
記配列方向に沿って一つ置きに電気的に接続するユニッ
ト接続手段と、絶縁保持層を介して前記複数の触媒ユニ
ットを取り囲むケーシングと、前記配列方向の両端側に
位置する二つの触媒ユニットにそれぞれ電気的に接続す
ると共に前記絶縁保持層及び前記ケーシングを貫通して
前記ケーシングの外側に導かれ且つ電源に接続する一対
の電極とを具え、前記触媒ユニットは内燃機関からの排
気ガスを導く多数の前記反応通路が相互に平行に形成さ
れた導電性の担体と、前記反応通路内の前記担体表面に
固定された触媒とを有することを特徴とする排気ガス浄
化用触媒コンバータ。
【請求項２】反応通路に沿った排気ガスの流れる方向
に対して交差する方向にそれぞれ隙間を隔てて相互に平
行に配列する複数の触媒ユニットからなる触媒ユニット
群を排気ガスの流れる方向に沿って複数配列し、隣接す
る一方の触媒ユニット群の一方の電極と他方の触媒ユニ
ット群の一方の電極とを直列に接続したことを特徴とす
る請求項１に記載した排気ガス浄化用触媒コンバータ。