JPH0540251Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ガス流と直角方向の断面内における
昇温特性が均一になるようにした通電発熱式触媒
コンバータに関し、車両の排気ガス浄化用触媒コ
ンバータに利用される。

〔従来の技術〕

車両の排気ガス浄化に用いられる触媒コンバー
タにおいて、触媒が触媒作用を発揮するために
（いわゆる活性化）一定温度以上昇温されなけれ
ばならないので、機関始動時等の未だ触媒が十分
に昇温されていないときに、電気ヒータ等によつ
て触媒を加熱する方式がとられる。

実開昭49−36324号公報にて本出願人が先に提
案した昭和60年９月10日付の考案の名称が触媒コ
ンバータなる実用新案登録願の明細書には、モノ
リス触媒の上流側端面に近接させて電気ヒータを
設置した提案がなされている。

また、実開昭49−124412号公報には、モノリス
触媒自体を炭化珪素よりなる発熱体モノリス担体
の表面に白金触媒を付着したモノリス触媒から構
成し、該発熱体に通電してモノリス触媒を昇温さ
せるようにした提案がなされている。

また、特開昭48−54312号公報には、アルミナ
コートした金属製波板と、アルミナコートした金
属製平板とを組合せたものをスパイラル状に巻い
たメタルモノリス担体に通電して昇温させるもの
が提案されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、実開昭49−36324号公報のように電気
ヒータを単にモノリス触媒の前面に付設するもの
においては、ヒータ素線が触媒担体から離れてい
るため、通電による昇温エネルギはガスの昇温に
なり、ガスとモノリス触媒との間の熱伝達によつ
て触媒に伝達されるため、ガスの昇温の時点で廻
りのガスと混合されて触媒面ではガスがかなり低
温となつているため、昇温効果が悪く、それを避
けるためには膨大な電力が必要となり、自動車用
としては成立し難い。

また、実開昭49−124412号公報のようにモノリ
ス担体自体に通電し発熱させて昇温するものにお
いては、従来は円柱状モノリス担体の外周の相対
向する部位に、通電のための端子を配置していた
ため、円柱状断面の中央部の電流密度が小となつ
て、最も多量に排ガスの流れる中央部の昇温特性
が悪く、始動時の排気ガス浄化を悪化させてい
た。

また、特開昭48−54312号公報のような構成の
メタルモノリス担体では、金属板同志は半径方向
にはコートされたアルミナによつて互いに絶縁さ
れているため、電流はスパイラル状にのみ流れる
ことができ、したがつて、触媒の横断面内におけ
るどの部分においても、単位面積あたりの電流密
度、発熱量は同じである。このようなメタル担体
をガス出入口部が絞られたコンバータケースの拡
径された部分に径方向全域に配設すると、排気ガ
ス温が未だ十分に昇温されていないときには、単
位面積あたりのガス流量の最も多い担体中央部が
排気ガスによつて熱が最も多く奪われて昇温が遅
れ、活性化温度に昇温する迄の触媒の排気浄化性
能が触媒担体外周部に比べて劣る。すなわち、メ
タルモノリス担体の単位面積あたりの発熱が横断
面内の何れの部分においても一定であるにかかわ
らず、排気ガスの流量分布が横断面方向に一定で
ないときは、メタルモノリス担体の昇温特性が中
心部において劣り、最適なメタルモノリス担体の
立上り、活性化を得ることができない。

本考案は、モノリス担体自体を通電して昇温さ
せる触媒コンバータにおいて、通電による発熱が
モノリス触媒中央部において高く、中央部に多く
流れようとする排ガスと作用し合つて、横断面全
体をほぼ均一に昇温させることができる通電発熱
式触媒コンバータを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本考案に係る通電発
熱式触媒コンバータは、次のものから成る。すな
わち、 コンバータケース内にメタルモノリス触媒を配
設し、メタルモノリス触媒の中心軸線上に一方の
電極を設けメタルモノリス触媒の外周側に他方の
電極を設けてメタルモノリス触媒に通電するよう
にした通電発熱式触媒コンバータにおいて、 コンバータケースのうちメタルモノリス触媒を
内装した部分の通路断面積をコンバータケースの
排気ガス入口および出口部分の通路断面積よりも
大とし、 メタルモノリス触媒の担体を、半径方向に通電
性をもたせた金属製ハニカム担体にアルミナコー
トを施したものから構成した、 通電発熱式触媒コンバータ。

〔作用〕

上記の本考案の通電発熱式触媒コンバータにお
いては、メタルモノリス触媒を半径方向に通電可
能とし、一方の電極をメタルモノリス触媒の中心
軸線上に配置するとともに他方の電極をメタルモ
ノリス触媒の外周側に配置したので電流密度が横
断面中央部において大となり、中央部の発熱が大
となる。一方、コンバータケースは、コンバータ
入口においてコーン状に広がつているため、モノ
リス触媒の中央部に排ガスが多く流れようとし、
メタルモノリス触媒の中央部が外周部に比べて、
未だ十分に高温になつていない排ガスによつて冷
却されようとする。したがつて、電流による発熱
と排ガスによる冷却とによつて、メタルモノリス
触媒は、横断面ほぼ均一に昇温され、最も効率よ
い昇温は行なわれ、機関始動時の排ガス浄化特性
を向上させることができる。

〔実施例〕

以下に、本考案に係る通電発熱式触媒コンバー
タの望ましい実施例を、図面を参照して説明す
る。

第１図および第２図は本考案の実施例を示して
いる。図に示すように、触媒コンバータ１は、コ
ンバータケース２内に、セラミツク製のハニカム
状モノリス担体に触媒を担持させた主モノリス触
媒３を有し、その上流側に近接させて同一のコン
バータケース２内に、メタルモノリス触媒４を有
する。メタルモノリス触媒４は、第２図に示すよ
うに、たとえば波板と平板とを互いに接触させた
状態で巻いて構成した、ハニカム状のメタルモノ
リス担体４ａに、第３図に示すように板の巻後に
γアルミナコート４ｂを形成しそこに触媒成分を
担持したモノリス触媒からなる。モノリス触媒の
細孔は軸線方向に平行に延び、細孔同志は第２図
に示すように、モノリス担体の細孔隔壁で互いに
隔てられている。メタルモノリス触媒４は、その
外周が金属製の外枠５に密着しており、外枠５が
コンバータケース２内におさめられることにより
コンバータケース２から支持されている。主モノ
リス触媒３の外周とコンバータケース２との間に
は、上流側にガス吹き抜け防止用のシール６が、
その下流にワイヤネツトなどからなるクツシヨン
７が設けられている。コンバータケース２はモノ
リス触媒の上流側および下流側がコーン状にゆる
やかに絞られており、排ガスをモノリス触媒の全
面に拡散させることができる。

メタルモノリス触媒４の、横断面の中心で排ガ
ス流れ方向に延びる、中心軸線上には、メタルモ
ノリス触媒４に通電するための、一方の電極８
（＋電極）が配設されており、メタルモノリス触
媒４の外周を保持する外枠５は、他方の電極９
（−電極）を構成する。＋電極８は、導線１０を介
してたとえば12Vの電圧電源に接続されて電流を
供給可能となつており、−電極９は車両のボデー
アースとされている。メタルモノリス触媒４の通
電可能な金属製モノリス隔壁４ａが半径方向にじ
ぐざぐ状に連接しているので、メタルモノリス触
媒４は半径方向に通電性を有し、半径方向に＋電
極８から−電極９に向つて電流が流れる。ただ
し、電流密度は、第４図に示すように、中央部に
おいて大外周部において小となり、通電による発
熱温度は中央部程高い。メタル担体４ａは、板厚
50μ程度の板のハニカム状組成体から成つてお
り、その熱容量は小さく、昇温特性を大としてあ
る。

また、触媒浄化としては、下流の担体がセラミ
ツク製の主モノリス触媒３が主であり、上流のメ
タルモノリス触媒４は、あくまで主モノリス触媒
３の入ガス温度昇温をはかることが目的であるか
ら、メタル隔壁４ａ上のγアルミナ４ｂのコート
量も、通常のハニカム担体のγアルミナ量より小
にして、そこに触媒担持するようにしてもよく、
こうすることによつてメタルモノリス触媒３の熱
容量を小として、昇温特性をさらに向上させるこ
とができる。

主モノリス触媒３の上流側端面は、メタルモノ
リス触媒４の下流側端面に密接させることが望ま
しく、こうすることによつて、メタルモノリス触
媒４の中央部が排ガス流れによつて下流側に凸に
変形することを防止するストツパ機能を果たすこ
とができる。

つぎに、上記のように構成された通電発熱式触
媒コンバータにおける作用について説明する。

エンジン始動時、コンバータ入ガス温度が約
300℃になる迄は、電極８に電気を送つてメタル
モノリス触媒４のメタルモノリス担体４ａに電流
を流し、メタルモノリス触媒４自体を通電による
発熱によつて加熱する。この発熱により、メタル
モノリス触媒４の触媒成分を活性化温度にすると
ともに、主モノリス触媒３の入ガス温度も上げ、
排ガス中のHC，COを低減させる。第５図は本考
案を適用した場合（曲線Ａ，Ｂ）と、適用しない
場合すなわちモノリス触媒のモノリス担体の全体
をセラミツクとしそこに触媒成分を担持させた場
合（曲線Ｃ）との、HC，COの排出の比較を示し
たものである。第５図から明らかなように、本考
案の適用によつて大幅にHC，COが低減されるこ
とがわかる。本考案において通電なしの場合（曲
線Ｂ）でも、若干のHC，COの低減があるのは、
メタルモノリス触媒４が主モノリス触媒３に比べ
て熱容量が小のため、早く昇温するためである。

通電時において、メタルモノリス触媒４は半径
方向に通電性をもたされているため、中央部程抵
抗大、電流密度大となつて、第６図ハのように単
位容積あたりの発熱量が大きく、高温になろうと
する。しかし、コンバータケース２がモノリス触
媒の前方においてコーン状となつているので、排
ガスはメタルモノリス触媒４の中央部に多く流入
してきて、第６図ロのように中央部の熱を奪う。
この差し引きによつて、メタルモノリス触媒４
は、第６図ニのように、ほぼ均一に昇温する。こ
のため、最も効率のよい昇温がはかれ、消費電力
が少なくて済む。

昇温において、メタルモノリス触媒４のメタル
モノリス担体４ａは、板厚50μ程度の薄さとなつ
ているので、熱容量が極めて小さく、短時間で昇
温する。また、板はガス流れ方向に連続して延び
ているので、比表面積を大きくとれ、未燃ガスの
化学反応の促進を高めることができる。

また、メタルモノリス触媒４は、下流側を主モ
ノリス触媒３によつて支持されているので、高温
時に排ガスの力を受けても後方に撓むことがな
く、耐久性も良好である。

また、メタルモノリス触媒４の発熱の熱量がコ
ンバータケース２に伝わり、同一コンバータケー
ス２内の主モノリス触媒３の外気との熱交換によ
り昇温上昇の低下を防止している。

〔考案の効果〕

本考案の通電発熱式触媒コンバータによれば、
メタルモノリス触媒の担体を半径方向に通電性を
もつ担体とし、一方の電極をメタルモノリス触媒
の中心軸線上に設けるとともに他方の電極をメタ
ルモノリス触媒の外周側に設けたので、機関始動
時の通電時に、排ガス流れと相互作用してメタル
モノリス触媒を横断面方向にほぼ均一に昇温させ
ることができ、効率のよい始動時の排気ガス浄化
を行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る通電発熱式触
媒コンバータの断面図、第２図は第１図の触媒コ
ンバータの軸線と直角方向の断面図、第３図はメ
タルモノリス触媒の部分拡大断面図、第４図は第
２図において電流密度を示す断面図、第５図はエ
ンジンスタートからの時間の経過と排気浄化性能
との関係を示す特性図、第６図イは本考案の触媒
コンバータの概略断面図、第６図ロはメタルモノ
リス触媒中の排ガス流量分布図、第６図ハはメタ
ルモノリス触媒中の通電による発熱図、第６図ニ
はメタルモノリス触媒の横断面方向温度分布図、
である。 ３……主モノリス触媒、４……メタルモノリス
触媒、４ａ……メタルモノリス担体、４ｂ……ア
ルミナコート、５……外枠、８，９……電極。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 コンバータケース内にメタルモノリス触媒を配
   設し、メタルモノリス触媒の中心軸線上に一方の
   電極を設けメタルモノリス触媒の外周側に他方の
   電極を設けてメタルモノリス触媒に通電するよう
   にした通電発熱式触媒コンバータにおいて、 コンバータケースのうちメタルモノリス触媒を
   内装した部分の通路断面積をコンバータケースの
   排気ガス入口および出口部分の通路断面積よりも
   大とし、 メタルモノリス触媒の担体を、半径方向に通電
   性をもたせた金属製ハニカム担体にアルミナコー
   トを施したものから構成した、 ことを特徴とする通電発熱式触媒コンバータ。