JPH05248234A - 排気ガス浄化用触媒コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化触媒を短時間にて効率良く活性化させる
と共に触媒ユニットの損傷を最小限に抑えることができ
る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。 【構成】 相互に平行に配列する複数の触媒ユニット１
７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部材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
側に導かれる一対の電極２７とを具え、ケーシング１４
は絶縁保持層１８との接触状態がこのケーシング１４の
内周壁全域でほぼ均等となるような多角形断面或いは円
形断面を有していることを特徴とするものである。

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８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８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
るユニット接続部材と、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、前記ケーシングは前記絶縁保
持層との接触状態がこのケーシングの内周壁全域でほぼ
均等となるような多角形断面或いは円形断面を有してい
ることを特徴とするものである。

【００１５】

【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。

【００１６】

【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１４
の両端部には、図８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８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。

【００１７】ＳＵＳ４１０等で形成される本実施例のケ
ーシング１４は、後述する触媒ユニット１７を収納する
外観が円形の部分と、接続フランジ１５,１６にそれぞ
れ接続する外観が一対の円錐台状の部分とからなり、こ
のケーシング１４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と、これら触媒ユニット１７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。

【００１８】このように、ケーシング１４を円形断面に
設定することにより、このケーシング１４内に収納され
る触媒ユニット１７等に対する保持力を均一に分布させ
ることが可能となり、不均一な荷重が作用して触媒ユニ
ット１７等が損傷を受けるような虞を最小限に抑えるこ
とができる。

【００１９】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。

【００２０】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、ケーシング１４の
内周壁に対応して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を多段化しており、この折
り返し部２３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２
６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。

【００２１】折り返し部２３に当接する心金２６の外周
面（図５中、左側の面）は、ケーシング１４の曲率と対
応した曲率の円弧状断面を有し、ケーシング１４に対す
るこの折り返し部２３の位置に応じて触媒ユニット１７
に対する心金２６の傾斜角が設定される。又、この心金
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い。

【００２２】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１７をケーシング１４内に安定し
て保持するものである。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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８
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。

【００２７】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、この触媒ユニット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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】なお、本実施例ではケーシング１４を円形
断面として触媒ユニット１７を緊密に収納したが、楕円
形の他に多角形、例えば六角形断面等に成形することも
可能であり、この場合にもケーシング１４内に収納され
る触媒ユニット１７等に対する保持力をほぼ均一に分布
させることが可能となり、不均一な荷重が作用して触媒
ユニット１７等が損傷を受けるような虞を抑えることが
できる。

【００３１】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主要部分の断面構
造を表す図７に示すように、それぞれ台形状をなす左右
一対のケーシング１４の上下両端部を相互にシール溶接
し、全体としてケーシング１４を六角形断面の筒状に成
形し、ここに触媒ユニット１７等をケーシング１７の内
周壁の形状に対応して緊密に収納する。この場合、折り
返し部２３をケーシング１７の内周壁と平行に形成する
ことが望ましく、板状をなす心金を折り返し部２３に対
して装着した状態で、先の実施例と同様に帯状をなす触
媒ユニット１７をジグザグに折り曲げると良い。

【００３２】なお、図７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。

【００３３】

【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円形断面或いは
多角形断面のケーシング内に緊密に積層状態で配列した
ことにより、触媒ユニット全体をその周囲からほぼ均等
に保持して局部的な損傷を抑えることができる上、触媒
コンバータの大型化を避けることも可能となった。

【００３４】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構造を表す断面
図である。

【図８】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
ンサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   ト接続部材と、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、前記ケーシングは前記絶縁保持層との
   接触状態がこのケーシングの内周壁全域でほぼ均等とな
   るような多角形断面或いは円形断面を有していることを
   特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータ。